KR20070048212A - 열교환기 및 유체 저장소 - Google Patents

열교환기 및 유체 저장소 Download PDF

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KR20070048212A
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KR
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fluid reservoir
fluid
flow
outlet
inlet
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KR1020077004696A
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칼. 프릿츠
윌리엄 제이. 물레너스
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

정체 부피가 거의 없거나 전혀 없는 또는 휩쓸려 나가지 않는 부피가 없으면서 효율적인 열 교환을 제공하는 개선된 유체 저장소(100)설계가 기재되어 있다. 유체 저장소는 정체 부피를 줄이거나 제거하면서 유동이 전체 단면적을 통해 쓸려나갈 수 있도록 선택된 단면적을 가지는 구불구불한 유체 통로(102)를 갖는다. 유체 저장소는 유체 저장소(100)를 성형하기 위해 결합된 두 시트의 중합체 물질로부터 성형된다. 또 다른 방법으로는, 유체 저장소(100)는 유동 채널(102))를 구분하기 위해서 이음매를 따라 결합된 유연한 중합체 재료로부터 성형될 수 있다. 유체 저장소(100)는 냉각되어 여과된 액체를 제공하기 위하여 여과 장치의 위쪽 혹은 아래 쪽에 위치할 수 있다. 유체 저장소(100)는 냉장고와 같은 기구와 결합할 수 있다. 유체 저장소(100)의 제조 방법도 역시 기재되어 있다.
유체 저장소, 레이놀즈 수, 중합체, 구불구불한 형상, 열교환기

Description

열교환기 및 유체 저장소 {HEAT EXCHANGER AND FLUID RESERVOIR}
본원은 2004년 7월 28일에 “열교환기 및 액체 저장소”라는 명칭으로 출원된 미국 가출원 번호 60/591,646호, 2004년 8월 27일에 "열교환기 및 액체 저장소" 라는 명칭으로 출원된 미국 가출원 번호 60/604,952호 및 2004년 12월 9일 "열교환기 및 액체 저장소"라는 명칭으로 출원된 미국 가출원 번호 60/634,621호 출원의 일부 계속 출원이며 U.S.C 119조 (e)에 의해 우선권을 주장한다. 위에 언급한 세 개의 출원 모두는 본 발명과 일치하는 한도 내에서 본원에 통합된다.
본 발명의 명세서는 일반적으로 유체 저장소에 관한 것이고, 보다 상세하게는 워터 시스템을 갖는 설비의 유체 저장소에 관한 것이다. 본 발명의 명세서의 유체 저장소는 예를 들면 냉각수 제공을 위한 개선된 열전달 및 유동 정체의 방지와 같은 유용한 성능 특성을 제공하는 선입선출(first-in/first-out) 유동을 제공한다.
냉장고와 같은 워터 저장소 경계면에는 몇 가지 설계 트레이드 오프가 존재한다. 이러한 트레이드 오프로는 장치 내에 유체 저장소의 위치, 유체 저장소 내에서 물의 오염 회피, 유체 저장소의 용량, 열 교환 요소의 효율 등이 있으며, 유체 저장소 설계에 있어서는 이러한 요소들이 균형을 이루어야 한다. 냉장고와 같은 기 구 내의 물 또는 다른 액체의 저장소의 위치에 대한 설계 기준은 일반적으로 가능한한 장비 내에서 최소의 저장 공간을 차지하도록 하는 것이다.
예를 들면, 종래의 워터 시스템 설계는 탱크 모양의 유체 저장소와 코일로 된 튜브 모양의 유체 저장소가 사용되어 왔다. 종래 알려진 탱크 모양의 유체 저장소의 한 가지 단점은 유동이 매우 적거나 없는 경우 상당한 휩쓸리지 않는 부피 혹은 정체 부피(dead volume)를 발생시킨다는 것이다. 이러한 정체 부피는 유동 정체 상태에 이르게 하여 썩거나 열악한 상태의 액체 및/또는 액체의 미생물 오염을 유발한다. 종래 알려진 코일 튜브 탱크의 한 가지 단점은, 어떠한 형상으로 설치되는 경우에는 탱크 표면의 작은 부분만이 열 교환이 가능하기 때문에 상대적으로 열 교환 효율이 낮다는 점이다. 코일 튜브 유체 저장소는 또한 제조하기 어려우며, 제조하기 위하여 많은 양의 중합체 또는 다른 물질을 필요로 하고, 이미 알려져 있는 유체 저장소 재료와 넓은 표면 영역에 걸쳐서 접촉하므로 물의 맛이 나빠질 수 있다. 또한, 종래의 코일 튜브 유체 저장소는 종종 작동 중에 큰 압력 하강을 가져올 수 있는 상당한 내부 마찰을 갖는다.
본 발명의 개선된 유체 저장소는 유체 저장소 내에 휩쓸리지 않은 부피 또는 정체 부피가 거의 없거나 전혀 없도록 하기 위하여 낮은 유동 조건을 제거하는 구조를 포함한다. 더욱이 본 발명의 개선된 유체 저장소는 상대적으로 높은 효율의 열 교환을 제공함으로써 사용자와 소비자에게 적절한 냉각 액체 제품을 제공할 수 있다. 바람직한 일 실시예에서는, 개선된 유체 저장소가 유동의 경로 내에서 액체의 유동이 상당한 양의 휩쓸리지 않는 부피 또는 정체 부피를 남기지 않고 유동 경로의 단면의 용량 전체를 쓸어가도록 구성된 단면을 가지는 구불구불한 액체 유동 경로를 포함할 수 있다. 유동 경로의 단면의 형상은 종래 공지된 코일 튜브 저장소 보다 더 넓은 열전달 표면을 가지도록 구성될 수 있는데, 이는 개선된 유체 저장소를 예를 들면 냉장고 냉장실 혹은 냉동실의 내부 또는 근접한 곳과 같은 냉각 환경에 근접하게 하여 액체가 냉각되게 할 수 있다.
일 실시예에서는, 예를 들면 아래에 논의되는 것처럼 효과적으로 결합되는 두 장의 성형된 중합체 재료 등으로부터 개선된 유체 저장소가 효과적으로 형성될 수 있다. 다른 일 실시예에서는, 예를 들면 이음매를 따라 접합되어 유동 채널을 이루는 유연한 중합체 재료 등으로부터 개선된 유체 저장소가 효과적으로 형성될 수 있다. 일 실시예에서는 개선된 유체 저장소가 변형될 수 있는 디자인으로 형성될 수 있는데, 유체 유동이 유동 경로를 따라 유연한 중합물을 변형시킬 때까지 유동 채널 또는 유동 통로의 외형이 형성되지 않을 수 있다. 또 다른 일 실시예에서는, 액체 저장소를 예를 들면 당업계에 공지된 대로 취입 성형(blow molding) 기술이나 이와 유사한 기술에 의해 효과적으로 형성될 수 있다. 유체 저장소는 여과 장치에 연결되어, 냉각되어 여과된 액체를 제공할 수 있다. 유체 저장소 및/또는 여과 장치는 냉장고와 같은 기구와 결합될 수 있다.
어떤 경우에는, 본 발명의 유체 저장소가 기구의 벽/바닥/천정 및/또는 중간 틀을 따라서 및/또는 내부에 편리하게 위치될 수 있도록 얇은 단면을 가질 수 있다. 이 얇은 단면은 매우 높은 열 교환과 정체 부피가 거의 없거나 전혀 없는 유동 모두에 적합하다. 유체 저장소는 냉각실과 열 접촉이 되도록 위치될 수 있다. 열 접촉으로 인하여 유체 저장소로부터 전달되는 액체는 냉각이 가능하며, 그 구조는 양호한 냉각 효율을 제공한다. 본 발명의 유체 저장소 설계는 코일 튜브로 만들어진 유체 저장소나 탱크형 유체 저장소의 문제점들을 제거하면서도, 코일 튜브로 만들어진 유체 저장소의 장점과 탱크형 유체 저장소의 장점을 결합하고 있다.
또 다른 경우에는, 본 발명의 유체 저장소가 정체 부피가 거의 없거나 전혀 없이 완전히 쓸어버릴 수 있도록 유체 저장소 내에서의 바람직한 유동 특성을 만들어 내도록 설계 및 제작 가능하며, 동시에 당업자가 알 수 있는 바와 같이 튜브 탱크나 유사한 것보다 더 넓은 유동 면적의 제공이 가능하다. 보다 구체적으로, 본 발명의 유체 저장소는 바람직한 단면 구성을 가지도록 제작될 수 있는데 이 경우에는 유체 저장소의 도관은 분당 약 0.5갤런의 유동율에서 약 800에서 약 2500의 레이놀즈 수를 가질 수 있고, 다른 일 실시예에서는 유체 저장소가 분당 약 0.5 갤런의 유동율에서 약 1000에서 약 2000의 레이놀즈 수를 가질 수 있고, 또 다른 일 실시예에서는 유체 저장소가 분당 약 0.5갤런의 유동율에서 약 1300에서 약 1900까지의 레이놀즈 수를 가질 수 있다.
일반적으로 본 발명의 유체 저장소의 바람직한 일 실시예는 하나의 입구, 하나의 출구, 그리고 입구와 출구를 연결하는 연장된 통로를 포함한다. 일 실시예에서는 연장된 통로를 조밀하게 구성하기 위하여 연장된 통로가 구불구불한 형상을 가진다. 연장된 형상과 그에 상응하는 통로의 길이는 일반적으로 통로의 단면 직경의 상당한 배수로 되어 있어 바람직한 액체 저장 용량을 제공하면서 선입선출 유동에서 정체 부피를 거의 갖지 않거나 전혀 갖지 않는다.
일 실시예에서는, 통로가 예를 들면 두 장의 외형 형성 시트(contoured sheet)로 효과적으로 만들어지고, 이들은 당업계에 공지된 적절한 방법으로 효과적으로 결합된다. 외형 형성 시트는 예를 들면 플라스틱과 같은 일반적으로 견고한 물질로부터 효과적으로 성형되어 선택된 형상으로 유동 채널을 형성하기 위해 외형을 유지한다. 상기 시트 사이의 이음매가 통로의 인접하는 구역들을 분리한다. 일 실시예에서는, 하나의 시트가 전체적으로 평평한 표면을 포함하고, 전체적으로 평평한 시트 및 외형 형성 시트가 효과적으로 연결되어 유동 경로를 형성할 수 있다. 다른 일 실시예에서는, 유체 저장소의 상부 및/또는 하부 시트가 당업자가 알 수 있는 바와 같이 예를 들면 요구되는 기능을 수행할 수 있는 유연한 중합체 혹은 다른 탄력 있는 물질로부터 효과적으로 형성될 수 있다. 이러한 유연한 재질의 일 실시예에서는 유동 채널의 형상은 유동 경로 내의 유압에 기인한다. 바람직하게는, 유동 경로 벽의 두께가 유동 경로의 단면을 따라 반지름 방향으로 변화할 수 있어서 액체 압력에 노출되면 유동 경로 구성이 다른 형상으로 팽창할 수 있지만 일반적으로 유로 내에 유체가 존재하는 유동 채널의 형상으로는, 대체로 원형이고 이음매 부근에 약간의 뒤틀림이 있는 것이 선호된다.
외형이 형성된 견고한 재질에 기초한 바람직한 일 실시예에서는, 본 발명의 유체 저장소가 유체 저장소의 전체적으로 평평한 표면을 가로지르는 에지에서 에지까지의 가장 긴 거리의 바람직하게 약 10% 이하의 두께를 가지며, 다른 일 실시예에서는 에지에서 에지까지의 가장 긴 거리의 5% 이하, 그리고 또 다른 일 실시예에서는 에지에서 에지까지의 가장 긴 거리의 0.2%부터 약 3%까지의 두께를 가질 수 있다. 양쪽 표면에 모두 외형이 형성되어 있으면, 가장 넓은 면적을 가진 표면의 평면 투사가 표면을 가로지르는 거리를 계산하는 데 사용될 수 있다. 바람직하게는 연장된 통로가 일반적으로 평평한 표면을 가로지르는 에지에서 에지까지의 가장 긴 거리의 적어도 세 배의 길이를 갖는다. 견고한 재료와 관련하여 통로의 적절한 단면의 성질에 대한 상세한 내역은 아래에 설명된다.
유연한 중합체에 기초한 몇몇 실시예에서, 유체 저장소의 형상은 유체 저장소 내의 유압으로 팽창된 형상에서 유사하게 평가될 수 있다. 팽창된 형상에서는, 유체 저장소는 일반적으로 전술한 외형이 형성된 견고한 재료로 형성된 유체 저장소와 유사한 치수를 가진다. 유연한 물질은 다소 탄력이 있어서 형상이 압력에 따라 달라질 수 있지만, 형상의 차이는 일반적으로 저장된 물의 표준 압력의 범위 내에서는 크지 않다. 본 명세서에서 설명하는 유연한 유체 저장소의 형상과 특성을 평가하기 위해서 유체 저장소 유동 채널은 분당 약 0.5 갤런의 액체 유동율이 공급하는 압력을 받는다. 원하는 유동 특성을 제공할 수 있는 적절한 치수를 설명한다. 또한, 원하는 위치에 장착되기 위해서 유연한 유체 저장소는 유동 채널이 차단되지 않으면서 굽혀질 수 있다. 그러나, 유체 저장소의 치수와 다른 특성은 편의성과 명확성을 위해서 평평한 형상에서 평가된다는 것에 주의해야 한다.
일 실시예에서는 본 발명의 유체 저장소를 적절한 분배 장치와 효과적으로 연결할 수 있다. 일반적으로 분배 장치의 가동은 예를 들면 물과 같은 유체의 원하는 양을 요구하는 사용자에 의해 유발될 수 있다. 일 실시예에서는 물은 예를 들면 냉장고 문과 같이 기구의 문에 있는 분배 장치를 통해서 분배될 수 있다. 다른 일 실시예에서는 예를 들면 "물 필터와 분배 장치 조합" 이라는 명칭으로 Meulenders 등이 출원 중인 미국 가출원 번호 60/537,781호에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 분배 장치가 냉장고의 냉장실 내부에 놓일 수 있는데, Meulenders 등의 발명은 본 발명과 일치하는 한도 내에서 본 명세서에 통합된다. 본 발명의 유체 저장소의 기구 내 위치와 방향은 설치시의 실용적인 면 뿐만 아니라 유체 공급원과 연결하기 전에 액체 여과 장치 및/또는 유체 저장소 자체 내에 들어있을 수 있는 공기를 효과적으로 배출할 수 있는 것을 고려할 수 있다. 본 발명의 유체 저장소는 유체 저장소의 방향과 상관없이 유체의 표면 장력으로 인하여 공기를 유동 통로 밖으로 배출할 수 있도록 충분히 작게 선정한 유동 통로 단면을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예의 유체 저장소는 여과 장치와 연결될 수 있다. 예를 들면 수도, 우물 또는 집이나 다른 구조로 들어가는 물 공급원에서 물을 사용자에게 분배되기 전에 여과할 수 있다. 일반적으로 유체 저장소는 여과 장치의 위쪽(upstream) 또는 아래쪽(downstream)에 효과적으로 놓을 수 있다. 위쪽에 놓일 경우에 유체 저장소는 공급된 물/액체에 있는 염소와 같은 항 미생물 약품과 함께 물이나 다른 액체를 저장하는데, 이 약품들은 분배되기 전에 이후의 여과에 의해 액체로부터 제거될 수 있다. 따라서 세균이나 곰팡이와 같은 미생물의 증식은 사용자가 사용 및/또는 소비하기 이전에 억제될 수 있다. 물 저장소를 여과 장치의 위쪽에 가지는 여과 장치의 예는 “물 필터 조립품”이라는 명칭으로 Fritze등이 2002년 5월 23일에 출원된 미국 가출원 60/383,187호에 대한 우선권을 주장하며 2003년 5월 23일에 출원한 미국 특허 출원 번호 10/445,372호에 더 자세히 설명되며, 각 발명은 본 발명과 일치하는 한도 내에서 본 명세서에 통합된다. 유체 저장소가 여과 장치의 유동의 위쪽에 놓이고 유체 저장소가 두 개의 밸브 사이에 놓이면 유체 저장소는 지속적 또는 간헐적으로 가정에 있는 수도의 압력을 받을 수 있다.
본 발명의 유체 저장소가 물 여과 장치의 아래쪽에 놓이는 경우 여과 장치를 배치하는 것에 대해서는 상대적으로 더 많은 융통성과 다기능을 제공하는 실시예 구성이 가능하다. 일 실시예에서는 물 여과 장치가 냉장 기구의 외부에 놓여서 여과 장치 내부 및 보다 구체적으로는 여과 부품 자체 내의 부분적이거나 전체적인 액체의 동결로 인하여 물의 유동이 차단될 가능성을 효과적으로 제거한다. 이러한 일 실시예는, 유체 저장소가 두 개의 밸브 사이에 놓일 경우 유체 저장소는 간헐적으로 유체 관의 압력을 받으며 예를 들면 “감소된 압력의 물 여과 장치”라는 제목의 Fritze의 2003년 9월 23일에 출원된 미국 가출원 60/505,152호에 대한 우선권을 주장하며 2004년 9월 23일에 출원된 미국 특허 공개 번호 2005/0103721A1호에 상세히 설명된 바와 같이 유체 저장소가 대기 중으로 개방된 관에 노출됨으로써 언제나 관의 압력보다 낮은 압력을 갖는다. 상기 Fritze의 발명들은 본 발명과 일치하는 한도 내에서 본 명세서에 통합된다.
도1은 유입구와 유출구의 단면적보다 넓은 단면적을 가지는 구불구불한 유동 통로를 가지는 하나의 가능한 유체 저장소의 일 실시예의 사시도이다.
도2는 도1의 유체 저장소의 단면도이다.
도3은 도1의 유체 저장소의 평면도이다.
도4는 도3의 4-4 선에서의 도1의 유체 저장소의 단면도이다.
도5는 도4의 5부분을 상세히 본 도1의 유체 저장소의 상세도이다.
도6은 유입구와 유출구의 단면적보다 넓은 단면적을 가지는 구불구불한 유동 통로를 가지는 하나의 가능한 유체 저장소의 일 실시예에 대한 하방 사시도이다.
도7은 도6의 유체 저장소의 상방 사시도이다.
도8은 도6의 유체 저장소의 측면도이다.
도9는 유입구와 유출구를 도시한 도6의 유체 저장소의 측면도이다.
도10은 유입구와 유출구의 단면적보다 넓은 단면적을 가지는 구불구불한 유동 통로를 가지는 하나의 가능한 유체 저장소의 일 실시예에 대한 평면도이다.
도11은 도10의 유체 저장소의 저면도이다.
도12는 도10의 유체 저장소의 측면도이다.
도13은 유입구와 유출구의 단면적보다 넓은 단면적을 가지는 구불구불한 유동 통로를 가지는 하나의 가능한 유체 저장소의 일 실시예에 대한 저면도이다.
도14는 도13의 유체 저장소의 평면도이다.
도15는 도13의 유체 저장소의 측면도이다.
도16은 유입구와 유출구의 구성 요소로서의 튜브 피팅을 가지는 하나의 가능한 유체 저장소의 일 실시예에 대한 분해도, 사시도이다.
도17은 도16의 유체 저장소의 유입구와 유출구의 상세한 분해도, 사시도이 다.
도18은 유입구와 유출구의 단면적보다 넓은 단면적을 가지는 구불구불한 유동 통로를 가지는 하나의 가능한 유연한 유체 저장소의 일 실시예에 대한 저면도이다.
도19는 도18의 유연한 유체 저장소의 유입구와 유출구의 상세한 저면도이다.
도20은 유연한 유체 저장소에 일반적으로 수직 방향으로 된 일체형 유입구와 일체형 유출구를 가진 유연한 유체 저장소의 가능한 일 실시예의 저면도이다.
도21은 도20의 유연한 유체 저장소의 저면도이다.
도22는 견고한 유체 저장소나 유연한 유체 저장소의 일 실시예에 사용하는 유동 채널의 단면도이다.
도23은 견고한 유체 저장소나 유연한 유체 저장소의 일 실시예에 사용하는 유동 채널의 단면도이다.
도24는 견고한 유체 저장소나 유연한 유체 저장소의 일 실시예에 사용하는 유동 채널의 단면도이다.
도25는 견고한 유체 저장소나 유연한 유체 저장소의 일 실시예에 사용하는 유동 채널의 단면도이다.
도26은 가정용 유동 적용의 사용에 적절한 유동 채널 직경에 대한 레이놀즈 수의 그래프이다.
본 명세서의 개선된 유체 저장소는 코일 튜브 및 탱크 유체 저장소의 결점을 적게 나타내는 반면 양 타입의 바람직한 특징을 얻기 위해 코일 튜브 및 탱크 유체 저장소의 특징을 조합한다. 새롭고 개선되며 바람직한 제조 방법은 이러한 이전의 상업적으로 실용적이지 못한 유체 저장소를 상업적 수준에서 실용적으로 만들었다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 유체 저장소는 부패한 액체가 될 수 있는 저속 유동이나 정체 부피 영역이 없는 선입선출 유동을 제공하도록 설계된다. 동시에, 유체 저장소의 바람직한 일 실시예는 종래의 코일 튜브보다 큰 유동 통로 단면적을 가질 수 있기 때문에, 더 적은 재료가 사용되고 주어진 탱크 부피에 대한 압력 감소가 더 작다. 일 실시예에 있어서, 유체 저장소는 곡선 모양의 유동 통로와 이음매 등과 같은 것에 의해 구분된 인접한 유동 채널로 구성된 일체형 구조 형태이다. 상기 일체형 구조는 성형 공정 또는 둘 또는 그 이상의 시트를 결합하는 공정에 의해 성형된다. 상기 개선된 유체 저장소는 여과 장치의 내부 및/또는 냉각수를 공급하는 냉장고와 같은 기구 내에 결합될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 명세서의 유체 저장소는 두 개의 포트와 상기 포트 사이의 유동 통로로 이루어진 일체형 중합체 구조를 포함한다. 상기 유동 통로는 우회하여 돌아가는 통로를 성형할 수 있다. 중합체 구조 내에 성형된 이음매는 유동 통로의 인접한 구역간에 경계를 설정한다. 일 실시예에 있어서, 통로를 통해 바람직한 유동 특성이 만들어지도록 유동 통로는 재료의 외형과 관련된 대부분의 통로에 대하여 거의 일정한 직경을 갖는다. 견고한 재료로부터 성형된 일체형 구조와 관련하여, 유동 통로는 견고한 재료의 외형과 일치한다. 다른 일 실시예에 있어서, 유동 통로는 유동 통로의 경계를 형성하는 이음매와 함께 유연한 재료의 팽창된 영 역과 일치한다. 전반적인 일체형 구조는 일반적으로 유동 통로를 형성하기 위한 적어도 하나의 외형을 포함한 평면 구조를 갖는다. 또한, 상기 구조는 예를 들면 당업자에게 공지된 튜브 피팅 또는 다른 적절한 연결 방법과 같은 적절한 유체 연결을 통해 여과 장치에 부착될 수 있다. 여과 장치가 있거나 또는 없는 유체 저장소는 냉장고와 같은 기구 내에 고정되고/되거나 유체 저장소는 가정의 물 공급원에 연결될 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 유체 저장소는 그 내부에 한정된 유동 통로에 유동 연결된 액체 공급원을 갖는 장치에 결합될 수 있다. 유체 저장소는 유동 통로가 분당 약 0.5 갤런의 유동율에서 800에서 2500까지의 레이놀즈 수를 갖도록 제작될 수 있다. 또한 유용한 유동 특성을 갖기 위하여, 유동 통로를 흐르거나 그 안에 머무르면서 유체의 냉각이 가능하도록 냉장실과 열 접촉을 하게 하기 위하여 본 발명의 유체 저장소는 장치의 벽, 세로 틀 혹은 칸막이 내에 위치할 수 있어서 열 교환기로도 동시에 기능할 수 있다. 분당 0.5 갤런의 유동율은 평가를 위한 목적으로 특정된 것으로, 유체 저장소는 다른 유동율에서도 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 일체형 유체 저장소 구조는 적어도 하나의 시트는 외형 형성 시트인 두 개의 일반적으로 견고한 중합 시트의 결합에 의해 성형될 수 있다. 결합할 때, 외형은 일체형 유체 저장소 구조 안에서 두 개의 포트 사이의 유동 통로를 한정한다. 두 시트의 결합은 예를 들면 소닉 용접, 열 결합, 고주파 결합 또는 접착제 결합 또는 의도한 기능을 효과적으로 수행할 수 있는 다른 접합 방법을 사용하는 것과 같이 다양한 제조 방법에 의해 수행된다. 외형은 예를 들면 진공 성 형 및/또는 압력 성형에 의해 성형된다. 다른 일 실시예에 있어서, 적어도 하나의 시트를 외형 형성 시트로 만들고 시트를 결합하는 것은 제조 단계 사이에 시트의 위치를 바꾸지 않고 수행된다.
다른 일 실시예에서는, 적어도 두 개의 유동 포트를 유동적으로 연결하는 연속적인 유동 통로를 한정하기 위하여, 일체형 유체 저장소가 하나의 유연한 중합체 표면을 인접한 유연한 중합체 표면에 결합함으로써 성형할 수 있다. 인접한 유연한 중합체 표면은 두 개의 유연한 중합체 시트를 쌓거나 첫 번째 유연한 중합체 표면과 두 번째 유연한 중합체 표면을 형성하기 위하여 하나의 중합체 시트를 접는 방식으로 결합을 위하여 배열될 수 있다. 인접한 유연한 중합체 표면은 예를 들면 소닉 용접, 열 결합, 고주파 결합, 접착제 결합 또는 의도한 기능을 효과적으로 수행할 수 있는 다른 결합 방법과 같이 적절한 결합 방법을 사용하여 효율적으로 부착될 수 있다. 인접한 유연한 중합체 표면을 사용함에 따라, 기구와 함께 사용될 때 설치와 조립의 용이함을 고려하여 일체형 유체 저장소 구조는 본래부터 유연할 수 있다.
도1 내지 도5에 도시된 바와 같이, 바람직한 유체 저장소(100)의 일 실시예는 유동 채널(102)과 유동적으로 결합되는 유입구(104)와 유출구(106)의 일체형 구조를 포함한다. 유동 채널(102)은 일반적으로 복수 개의 유동 관(108)와 결합된 복수 개의 왼쪽으로 도는 굽힘부(110) 및 복수 개의 오른쪽으로 도는 굽힘부(112)로 한정되는 구불구불한 유동 배열을 포함한다. 상기 일 실시예에서, 비록 다른 형상의 굽힘부도 적절한 유동 특성을 낼 수 있으나, 굽힘부는 둥글게 휘어 있다. 다른 통로 구조가 유동 채널(102)에 사용될 수 있으나, 일반적으로 구불구불한 구조가 정체 부피가 거의 없거나 전혀 없도록 하고, 큰 전체 용적 및 열 교환을 위한 넓은 표면적을 제공하면서 연장된 통로의 조밀한 위치를 제공한다. 유체 저장소(100)는 유체 회로 내에서 유체 저장소(100)의 제조, 저장, 조정 및 설치를 돕기 위하여 유체 저장소(100)에 일반적으로 견고한 구조를 제공하는 유체 저장소 몸체(114)를 포함한다. 유체 저장소 몸체(114)는 손잡이부(116)와 복수 개의 이음매(118)를 포함한다. 손잡이부(116)는 유체 저장소(100)의 제조 및/또는 설치시에 편리하게 잡거나 만지는 부위를 제공한다. 이음매(118)는 유체 저장소의 강도 및 강성을 위해 인접한 유동 관(108)의 연결 및 결합을 제공할 수 있다. 유동 채널(102)을 따라 순차적으로 구불구불하게 흐르는 대신 인접한 유동 관(108)간에 직접 유동이 흐르는 것을 막기 위하여, 이음매(118)는 유동이 흐르지 않게 빈틈이 없다.
도1 및 도3에 도시된 바와 같이, 유동 채널(102)은 굽힘부를 포함하는 일반적으로 구불구불한 통로를 형성한다. 코일 튜브와 달리, 유동 채널은 실질적으로 같은 평면에 존재하고, 교차하거나 겹쳐지지 않는다. 그러나, 필요한 경우 예를 들면 정체 부피가 거의 없거나 전혀 없도록 하고, 큰 전체 용적 및 열 교환을 위한 넓은 표면적을 제공하는 것과 같은 원하는 특성을 가지면서, 일체형 구조는 교차하거나 겹쳐지는 유동 채널을 포함할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 서로 교차하는 유동 채널은 일반적으로 보다 복잡한 제조 방법이 요구되고, 교차점에서 증가한 두께로 인하여 고정하기 위하여 복잡한 문제가 있기 때문에 현재 선호되지 않는다. 구불구불한 경로는 복수 개의 구획으로 이루어진 어떤 범위의 구조도 가질 수 있도록 구성될 수 있고 각각의 구획의 길이는 같거나 혹은 같지 않을 수 있으며, 구획의 수는 고정을 위한 구조의 접지면(footprint)과 일치하는 원하는 부피를 만들도록 선택될 수 있다.
도2 및 도4에 도시된 바와 같이, 이음매(118)는 실질적으로 상부 표면(122)과 하부 표면(124)에 평행하고 사이에 있는 중앙 면(120)으로 정의되는 실질적인 평면 상에 배열된다. 여기서 상기 상부 및 하부 표면은 일반적으로 유동 채널(102)에 의하여 한정된다. 다시 말해, 유동 채널은 일체형 구조의 외형에 일치한다. 본 명세서에서 상부와 하부 표면에 대한 지시는 이해의 편의를 위한 것이고, 유체 저장소(100)의 사용 중에 고정되는 방향과는 관계가 없다.
유체 저장소(100)뿐만 아니라 여기 기술된 다른 일 실시예는 아래 기술된 하나 이상의 적절한 재료로부터 성형된다. 비록 금속이나 혼합물도 유체 저장소(100)의 성형에 적절하기는 하지만, 일반적으로 중합체가 바람직하다. 예를 들면 중합체와 같은 적절한 재료의 선정은 비용, 공정 능력, 내구성 및 운반 가능한 액체와의 융화성과 같은 다양한 요인에 기초한다. 적절한 중합체는 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 같은 폴리올레핀, 및 폴리에틸렌 코폴리머, Dowlex, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 나일론(폴리아미드), 및 폴리에스테르(예를 들면 Mylar를 포함하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 같은)를 포함하나 이에 한정하지는 않는다. 중합체의 특정 분자량 및 특정 분자식은 당업자에게 공지된 방법에 의하여 선택될 수 있다. 사용된 제조 방법 및 예를 들면 벽면 두께 및 전체 치수와 같은 유체 저장소의 바람직한 물리적 또는 설치 특성에 기초하여 중합체는 강체, 반강체 또는 유연체의 특성 을 갖도록 선택된다. 견고한 재료와 관련하여, 중합체 대신 예를 들면 스테인리스 스틸과 같은 혼합물을 포함한 적절한 금속을 사용할 수 있다.
유체 저장소와 배관 등과 같은 것의 연결을 위하여 적절한 피팅이 유입구(104)와 유출구(106) 안으로 결합한다. 피팅은 유체 저장소(100) 재료와 유체 시스템과 연관된 유체 저장소(100)를 연결하는 배관 재료의 구성 및 공정과 관련하여 호환성이 있도록 선택된다. 특히, 교차 결합한 폴리에틸렌이나 PEX 배관(PEX-a, PEX-b 또는 PEX-c 배관을 총칭하여 언급함)이 사용된 경우, 배관에서 중합체의 교차 결합한 특성이 열이나 소닉 용접에 적절치 않으므로 배관을 기계적으로 고정하는 피팅이 바람직하다. 그러나, 접착제는 유입구(104)와 유출구(106)에서의 배관 고정에 사용될 수 있다. 다른 재료들은 열 또는 소닉 용접을 위하여 선택될 수 있다.
유체 저장소(100)를 성형하는 중합체는 초기에 교차 결합하거나 하지 않을 수 있으나, 중합체는 이후의 성형 공정에서 더욱 교차 결합한다. 일반적으로, 교차 결합을 수행하는데 예를 들면 PEX-c 교차 결합에 사용되는 전자 빔, 자외선 복사 및/또는 코로나 방전 같은 물리적 방법 뿐만 아니라 당업계에 공지된 다른 방법을 포함하나 이에 국한되지는 않는다. 일 실시예에 있어서, 예를 들면 엥겔 법에 의해 PEX-a를 교차 결합하거나 성형하는데 사용하는 액체 과산화수소 뿐만 아니라 촉매 및/또는 공기와 습기에의 노출과 같은 화학적 교차 결합 작용제는 예를 들면 PEX-b를 교차 결합하거나 성형하는 시레인(silane) 교차 결합 기술에 있어서 주석 촉매 및 수분 경화(물 중탕이나 스트림 사우나)의 사용과 같은 중합체의 교차 결합을 유 발한다.
중합체가 유체 저장소를 성형하는데 편리하고 비용 효율적이며 효율적인 재료이지만, 많은 중합체는 낮은 열 전도성을 갖는다. 선택된 중합체의 열 전도성은 증가된 열 정도성을 가지는 물질을 중합체에 적재함으로써 증가시킬 수 있다. 적절한 열 전도성이 있는 물질은 예를 들면 구리 플레이크, 알루미늄 및/또는 철 분말 같은 금속 입자/분말 및/또는 카본 블랙, 흑연과 같은 탄소 입자 및 의도된 환경에서 의도한 기능을 수행할 수 있는 다른 입자들을 포함하나 이에 국한하지는 않는다. 상기 입자는 최종 합성물의 적절한 기계적 특성을 가져오는 적당한 형상과 크기를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 입자의 부하는 40 중량 퍼센트 이하가 될 수 있으며, 다른 일 실시예에서는 약 2 중량 퍼센트에서 35 중량 퍼센트까지이다. 당업자는 본 발명에 의하여 상기 입자 부하의 특정 범위 내에서 추가적인 범위가 예상될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본 명세서와 관련하여, 참조 문헌은 각각 서로 다른 구성을 갖거나 갖지 않는 복수 개의 층을 포함하는 적층물을 언급할 수 있다.
견고한 재료에 기초한 유체 저장소(200)의 다른 일 실시예는 도6 내지 9에 도시되어 있다. 유체 저장소(200)는 상부 표면(206)이 유입구(210)와 유출구(212) 사이에서 유체 유동 통로(208)를 형성하기 위하여 외형이 형성되어 있는 반면 일반적으로 평평한 평면으로 된 하부 표면(204)을 가지는 견고하고 일체형인 몸체(202)를 포함할 수 있다. 견고한 몸체(202)는 유사한 재료를 포함할 수 있고, 유사한 제조 방법 뿐만 아니라 유체 저장소(100)와 관련하여 앞서 기술한 것과 같이 당업자 에게 공지된 다른 제조 방법을 사용하여 제조될 수도 있다. 하부 표면(204)은 일반적으로 평면이나, 도7에 도시된 바와 같이 유입구(210) 및 유출구(212)를 성형하기 위하여 부분적으로 외형이 형성될 수 있다. 이러한 일 실시예에 있어서, 유체 유동 통로(208)는 11개의 180도 굽힘부(214) 및 유입구(210)과 유출구(212) 연결을 위한 2개의 90도 굽힘부(216)를 포함하는 구불구불한 형상을 갖는다. 비록 유입구(210)와 유출구(212)로 표시되기는 하였으나, 각각의 포트는 유체 저장소(100)의 방향 및 설치의 용이성에 따라 유입구(210)와 유출구(212)는 바꿔서 사용할 수 있다. 도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 유입 배관(218)과 유출 배관(220)은 유체 저장소(100)의 안과 밖으로 유동이 생성되도록 유입구(210)와 유출구(212)에 고정된다. 접착제 결합, 열 결합, 기계적 결합 등과 같은 다른 결합 방법이 사용될 수도 있으나, 적절한 재료에 의해 성형되었다면 유입 배관(218)과 유출 배관(220)은 유입구(210)와 유출구(212)에 용접될 수 있다. 유입구(210)와 유출구(212)는 하부 표면(204) 또는 상부 표면(206) 중 하나를 따라 다른 위치에 사용될 수도 있으며, 특히 유입구(210)와 유출구(212)는 나란히 위치할 필요도 없다. 본 발명과 일치하는 한도 내에서 본 명세서에 통합되는 것으로, Meuleners 등이 "기구 내의 여과 장치의 개선된 설계"라는 명칭으로 2004년 10월 28일에 출원한 미국 특허 출원 번호 10/975,193호에 기술된 바와 같이, 유체 저장소(200)가 예를 들면 기구의 벽, 세로 틀 혹은 칸막이 내와 같은 기구 내에 위치하고 고정되거나 혹은 기구 내의 냉장실 안에 위치하고 고정된 경우, 기구와 유체 저장소(200)간의 전체 열 전달을 증가시키고 궁극적으로 유체의 사용과 소비에 앞서 유체 유동 통로(208) 내의 유체를 냉 각할 수 있도록 유체 저장소(200)와 장비 간의 물리적 접촉양을 최대화 하기 위해서 일반적으로 평평한 하부 표면(204)은 기구의 벽에 직접 놓인다.
유체 저장소의 다른 형태는 도10, 11 및 12에 유체 저장소(250)로 도시되어 있다. 유체 저장소(250)은 예를 들면 일반적으로 평평한 하부 표면(204)과 외형이 형성된 상부 표면(206)을 가지는 견고한 몸체(202)와 같은 유사한 형상을 포함하고 있어 유체 저장소(200)와 실질적으로 유사하다. 유체 저장소(250)는 또한 효율적으로 180도 굽힘부(214) 및 효율적으로 90도 굽힘부(216)를 가지는 유체 유동 통로(208)를 포함할 수 있다. 물론, 적절한 설계는 다른 각도의 굽힘부를 결합할 수 있다. 유체 저장소(250)는 유입구(252)와 유출구(254)의 각각의 단면적이 실질적으로 유체 유동 통로(208)를 포함하여 유입구(252)에서부터 유출구(254)까지 거의 일정하다는 점에서 유체 저장소(200)와 다를 수 있다. 반대로, 도6,7,8 및 9에 도시된 유체 유동 통로(208)는 유입구(210)와 유출구(212) 사이에 더 큰 단면적이 되는 부분이 있다. 유체 저장소(250)는 유사한 재료가 포함될 수 있고 앞서 설명한 유체 저장소(100)과 관련하여 기술한 제조 방법과 유사한 방법에 의하여 제조될 수 있다.
견고한 재료의 선정 및 제조에 기초한 유체 저장소(300)의 다른 일 실시예는 도13,14,15,16 및 17에 도시되어 있다. 이러한 일 실시예에 있어서, 유체 저장소(300)는 유입구(310)와 유출구(312) 사이의 유체 유동 통로(308)를 형성하기 위하여 둘 다 외형이 형성된 상부 표면(304)과 하부 표면(306)을 가지는 유체 저장소 몸체(302)를 포함할 수 있다. 따라서, 다른 실시예에서는 비대칭의 외형도 가질 수 있으나, 유체 저장소(300)는 유체 저장소 몸체(302)의 중앙 면(314)을 따라 일반적으로 대칭인 유동 통로 단면을 포함한다. 예를 들면 유동율, 원하는 유체 저장소의 용량, 유체 유동 통로(308) 내에서 원하는 유속 및 유체 저장소(300)의 전체 열 전달 특성과 같은 설계 변수에 따라 유체 유동 통로의 단면은 유입구(310)와 유출구(312)의 같은 단면보다 큰 단면을 가질 수도 있으나, 도시된 바와 같이 유체 유동 통로(308)는 일반적으로 유입구(310)와 유출구(312) 사이에서 일정한 단면을 갖는다. 유체 유동 통로(308)는 15개의 180도 굽힘부(314)와 두 개의 90도 굽힘부(316)로 구성된 일반적으로 구불구불한 구조를 포함한다.
도16 및 도17에 도시된 유체 저장소(300)의 분해도를 참조하면, 적절한 튜브 피팅(318)은 유입 배관(32)과 유출 배관(322)을 고정하고 여기에 연결되는 부분을 제조하기 위하여 유입구(310)와 유출구(312) 안으로 고정된다. 예를 들면 영국 Middlesex의 John Guest International사를 포함한 많은 제조사가 사용하는 푸시형 튜브 피팅 또는 Marks에 의해 2003년 4월 11일 "플라스틱 튜브 조인트"라는 명칭으로 출원된 미국 특허 출원 번호 2004/0201212A1호에 기술된 예와 같은 바브리스(barb-less)형 튜브 피팅과 같이, 튜브 피팅(318)은 당업자에게 공지된 어떤 종류의 적절한 튜브 피팅도 포함할 수 있다. 튜브 피팅(318)은 예를 들면 일체형 성형, 접착 결합 및/또는 열과 소직 용접 방법과 같은 적절한 부착 방법을 사용하여 유입구(310)와 유출구(312)내에서 적절히 고정될 수 있다. 튜브 피팅(318)은 고도로 교차 결합된 중합체와 같은 열 교환 물질에 쉽게 직접 결합하지 못하는 배관 물질로부터 성형된 유입 배관(320)과 유출 배관(322)을 단단히 고정하기 위하여 사용 된다.
유연한 유체 저장소(400)의 일 실시예가 도18 및 19에 도시되어 있다. 유연한 유체 저장소(400)는 유입구(406)와 유출구(408) 사이의 주로 구불구불한 유동 채널(404)을 가지는 유체 저장소 몸체(402)를 갖는다. 유동 채널(404)은 일반적으로 11개의 180도 굽힘부(410)와 2개의 90도 굽힘부(412)로 한정된다. 용접 이음매 또는 구획(414)은 유동 채널(404)의 인접한 구획 간의 경계를 표시한다. 도18 및 19에 도시된 팽창하지 않은 형상의 개략적인 평면 구조 안에, 유체 저장소 몸체(402)의 바깥 쪽 에지 근처에 주변 이음매(perimeter seam)가 생성된다. 이러한 일 실시예에 있어서, 비록 유체 저장소(400)의 전체 형상은 어떠한 편리한 형상도 사용할 수 있지만, 일반적으로 사각형이며 하나의 코너에 유입구(406)와 유출구(408)를 만들기 위한 연장부(418)를 갖는다.
도19에 도시된 상세도를 참조하면, 튜브(420)는 예를 들면 용접이나 접착제 결합에 의해 유체 공급원 및 출구의 사용처와 유동 채널(404)을 서로 연결하기 위하여 유입구(406)와 유출구(408)에 결합된다. 이전의 실시예와 관련하여 논의한 바와 같이, 유체 저장소(400)는 유체 공급원 및 출구의 사용처와 유동 채널(404)을 서로 유동적으로 연결하기 위하여 유입구(406) 및 유출구(408) 안으로 유사하게 용접 및/또는 결합된 배관 커넥터를 결합하도록 구성되고 제조될 수 있다.
유연한 유체 저장소(500)의 다른 일 실시예가 도20 및 도21에 도시되어 있다. 유연한 유체 저장소(500)는 유입구(504)와 유출구(506)를 유동적으로 연결하는 일반적으로 구불구불한 유동 채널(502)을 포함한다. 유동 채널(502)은 일반적으로 11개의 180도 굽힘부(510)에서 11개의 사각형의 코너(508, “squared”corner)에 의해 한정된다. 유입구(504)와 유출구(506)는 모두 유체 저장소(500)의 벽(514)을 통해 직접 부착된 일체형 유동 포트(512)를 포함하는데, 일체형 유동 포트(512)는 벽(514)에 의해 정의된 평면에 일반적으로 수직하다. 일체형 유동 포트(512)는 다른 유체 저장소의 실시예와 관련하여 이미 기술한 것과 같은 용접 및/또는 배관 커넥터 결합에 의해 유입구(504)와 유출구(506) 안으로 성형될 수 있다. 따라서, 도18 및 19에 도시된 유연한 유체 저장소(400)의 실시예와는 달리, 유동 채널(502)은 일체형 유동 포트(512)를 연결하기 위하여 유입구(504)와 유출구(506)에 개구부를 갖는 것은 별론으로 하고 일체형 유동 포트(512)를 만들기 위해서 다르게 형성되지 않는다.
앞서 기술한 유체 저장소에 더하여 다른 유체 저장소의 일 실시예도 하나의 일체형 유체 저장소 내에 견고하고 유연한 부분을 모두 포함하도록 제조될 수 있다. 예를 들면, 일체형 유체 저장소는 견고한 첫 번째 표면과 유연한 두 번째 표면을 갖도록 견고하고 일체형인 몸체(202)와 유체 저장소 몸체(402)의 조합으로 구성할 수 있다. 견고한 첫 번째 표면과 유연한 두 번째 표면은 연속적으로 구불구불한 유동 채널을 한정하기 위하여 예를 들면 당업자가 이해할 수 있는 접착제 결합, 열 용접 및 다양한 성형 방법과 같은 적절한 제조 방법을 사용하여 결합될 수 있다.
앞서 논의된 다양한 유체 저장소와 관련된 유동 통로는 다양한 범위의 단면 형상과 크기를 포함할 수 있다. 예를 들면 유체 저장소(100,200,300)와 같이 견고한 물질로 형성된 유체 저장소에 관하여 이러한 형상은 특히 적용 가능하지만, 일 부 이러한 단면 형상은 예를 들면 유연한 유체 저장소(400,500)와 같이 유연한 유체 저장소에 더하여 유연한 유체 저장소의 선택적으로 변하는 시트 두께에 따른 거의 원형인 단면을 위해서도 역시 성형될 수 있다. 단면 형상의 일부 예가 도22,23,24 및 25에 도시되어 있다. 도22를 참조하면, 이러한 유동 통로는 평평한 바닥(600)을 가지며, 상기 도6 내지 12와 관련하여 논의된 유체 저장소(200)와 유체 저장소(250)에 일치하는 곡선의 상부(602)를 갖는다. 잡아 늘린(stretched) 반원(604), 반원(606), 잡아 늘린 타원(608) 및 타원(610)의 네 개의 외형 형성된 형상은 아래와 같이 도22에 도시되어 있다. 도23을 참조하면, 유동 통로의 일 실시예는 외형 형성된 상부 표면(620)과 외형 형성된 하부 표면(622)을 갖는다. 도23에 도시된 바와 같이, 외형 형성된 상부 표면(620) 및 외형 형성된 하부 표면(622)은 유체 저장소(100) 및 유체 저장소(300)를 도시한 도1 내지 5 및 도13 내지 17의 외형과 일반적으로 일치하는 실질적으로 동일한 외형을 공유한다. 도23에 도시된 상부 및 하부 형상은 잡아 늘린 반원(624), 반원(626), 잡아 늘린 타원(628) 및 타원(630)이다. 다른 방법으로는, 예를 들면 외형 형성된 상부 표면(620)은 잡아 늘린 반원(624)을 포함하고 외형 형성된 하부 표면(622)은 타원(630)을 포함하는 것과 같이 외형 형성된 상부 표면(620)과 하부 표면(622)이 다른 외형을 포함할 수 있다.
유체 통로의 표면적 및 열 전달 효율을 증가시키는 단면 형상과 크기를 가지는 다른 일 실시예에는 도24 및 25에 도시되어 있다. 도24에 도시된 유동 통로는 곡면의 상부 표면(700)과 곡면의 하부 표면(702)을 포함한다. 곡면의 하부 표 면(702)은 도24 및 25에 도시된 것과 같이 다양한 구조의 외형이 된다. 곡면의 상부 표면(702)은 곡면의 하부 표면(702)의 외형과 유사하게 아치형이 되고, 이는 예를 들면 곡면의 상부 표면(700) 및 곡면의 하부 표면(702)의 안쪽으로 움푹 들어간 것(703)이 물이 얼면서 팽창함에 따라 안쪽으로 움푹 들어간 것(703)이 바깥 쪽으로 팽창하면서 동결에 의한 파열을 방지하는 것을 도울 수 있는 것과 같은 유동 적용에 대한 장점을 가질 수 있다. 곡면의 상부 표면(700)과 곡면의 하부 표면(702)을 위하여 선택된 물질에 따라, 안쪽으로 움푹 들어간 것(703)은 언 물이 녹아 액체를 형성하면서 생기는 팽창 압력의 배출을 개선할 수 있다. 도22,23,24 및 25에 도시된 예에 기초하여 통로의 다양한 단면 형상이 형성될 수 있다. 특정 형상은 원하는 열 교환, 유체 유동 특성 뿐만 아니라 제조 공정의 편의성을 가지도록 선택될 수 있다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 유체 저장소는 하나의 일체형 부품으로 성형될 수 있다. 예를 들면, 유체 저장소는 취입 성형에 의해 성형될 수 있다. 취입 성형은 일반적으로 중합체가 주형의 형상을 나타내도록 중합체가 주형 벽을 향해 팽창하도록 주형 내에 있는 중합체의 부드러운 튜브에 공기를 불어넣어서 수행한다. 중합체는 이 주형의 형상을 유지하기 위하여 냉각된다. 그러나, 유체 저장소는 예를 들면 도16에 도시된 바와 같이 외형 형성된 상부 표면(304)과 하부 표면(306) 두 개의 시트를 결합하는 다른 제조 방법으로도 성형될 수 있다. 따라서 이러한 일 실시예에 있어서, 각 단계가 시간적으로 분리되거나 분리되지 않을 수도 있으나, 하나 또는 양 시트의 외형을 형성하는 단계와 결합하는 단계의 두 단계의 공정이 있게 된다. 다른 추가적인 단계도 사용될 수 있다. 외형을 만드는 단계는 예를 들면 취입 성형 또는 압력 성형을 사용하여 수행된다. 이러한 방법에 있어, 중합체 시트는 열에 의해 부드러워지고 외형을 형성하게 된다. 진공 성형에 있어, 부드러운 시트는 빨려 들어간다. 압력 성형에 있어서, 부드러운 시트는 파열이 일어난다. 흡입과 압력의 조합이 사용될 수 있다. 두 장의 시트는 소닉 용접, 열 용접/압착(staking), 고주파 가열/결합, 접착제 결합 등을 사용하여 봉합된다. 이러한 결합 방법을 수행하는 다양한 수단이 당업계에 공지되었다. 시트를 결합한 후, 구조는 다듬어지고 부드러워지며 또는 유사하게 마감된다.
본 발명의 유체 저장소를 제조하는 것은 일반적으로 연속적이고 동시에 이루어지는 한 쌍의 시트를 성형하는 공정에 의해 이루어지며, 이 공정은 외형을 형성하는 시기에 결합을 하는 위치에 놓인 시트와 관련된다. 이 한 쌍의 시트를 성형하는 공정에 있어, 상기 시트는 인접한 적절한 시트의 하나 또는 두 개의 형상과 함께 공정의 시작 부분에 함께 위치할 수 있다. 시트는 그 후 외형을 형성하는 단계에서 열이 가해지고, 진공/흡입이 이루어질 수 있으며, 열 결합 단계가 수행된다. 결합 및 외형을 형성하는 단계의 정확한 시기는 일반적으로 동시일 수 있다. 한 쌍의 시트를 성형하는 공정의 중요한 특징은 한 번 공정이 진행 중이면 시트를 이동하거나 위치를 바꾸지 않고, 시트의 외형을 만들고 결합하는 모든 공정을 위해 한 번만 시트를 정렬하면 되는 점이다. 이는 공정을 더 효율적으로 하고 생산성을 향상시킨다.
또한, 한 쌍의 시트를 형성하는 공정과 함께 시트는 복수 개의 층을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 층들은 합성 시트의 다른 기능들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 상기 층은 항미생물 기능성 제공, 유용한 성질의 이동 제한, 산소 이동을 제한 및/또는 열 전도성 향상을 제공할 수 있다. 복수 개의 층은 한 쌍의 시트를 성형하는 공정에 앞서 함께 얇은 판이 될 수 있다.
유연한 유체 저장소를 만드는 때에는, 시트 간의 에지가 이음매를 따라 위치한 경우에는 여러 장의 시트가 유체 저장소를 성형하기 위해 사용될 수도 있으나, 유체 저장소는 예를 들면 두 장의 시트 혹은 하나의 접혀진 시트로부터 성형될 수 있다. 성형하는 공정은 유동 채널 간에 이음매를 성형하기 위하여 인접한 시트를 결합하는 것을 포함한다. 많은 유연한 중합체에 있어, 결합은 열 결합 또는 다른 열에 의한 결합 방법에 의해 수행된다. 그러나, 접착제 결합 혹은 다른 결합 방법도 이음매 형성에 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 정체 부피가 거의 없거나 전혀 없어 지속적으로 휩쓸려나가는 영역을 제공하지만 튜브 탱크 등과 같은 것보다 넓은 면적을 가지기 위하여 유체 저장소가 바람직한 유동 특성을 가지도록 단면적은 선택될 수 있다. 일부 흥미있는 실시예에 있어서 유체 저장소의 유동 통로는 분당 약 0.5갤런의 유동율에서 약 800에서 약 2500의 레이놀즈 수를 가지도록, 다른 일 실시예에서는 분당 약 0.5갤런의 유동율에서 약 1000에서 약 2000의 레이놀즈 수를 가지도록, 또 다른 일 실시예에서는 분당 약 0.5갤런의 유동율에서 약 1300에서 약 1900까지의 레이놀즈 수를 가지도록 제조될 수 있다.
레이놀즈 수는 유체 유동 특성에 관한 파라미터이다. 이는 밀도, 속도, 특성 길이의 곱을 점성으로 나눈 것으로 정의된다. 분당 0.5 갤런의 유동율은 가정에서 사용하는 표준 범위이며, 유동을 계산하기 위한 편리한 기준값이다. 비록 실제 사용되는 경우 다른 유동율이 사용될 수 있지만, 유동 통로는 분당 0.5 갤런의 유동율에서 계산한다. 이 계산은 견고한 재료와 유연한 재료로 성형된 유체 저장소에서 유사하게 수행한다. 선택된 유동에 기초한 유동 통로의 계산은 특정 단면적 형상의 참조 없이 유동 통로를 계산하는 편리한 방법이다. 화씨 40도의 점성을 가진 물에 대하여 다양한 튜브 직경에서 계산된 레이놀즈 수가 아래 테이블 1에 표로 작성되어 있고 도26에 도시되어 있다.
[표1]
Figure 112007016881487-PCT00001
비교를 위하여 분당 0.5 갤런의 유동율에서, 단면적의 안 쪽 지름이 1.25 내지 1.5인치인 표준 상업적 탱크의 레이놀즈 수는 약 680이다. 상업적 탱크의 레이놀즈 수는 계산되었고, 표1의 오른쪽 상단 부분에 굵은 글씨체로 기입되어 있다. 이러한 탱크는 역시 흐르지 않는 부피를 갖게 되고 혼합에 있어 열적인 성층화를 갖는다. 따라서, 이러한 탱크는 일반적으로 선입선출의 유동을 갖지 못하여 맛과 오염에 관련된 바람직하지 않은 특성을 가져온다. 그러나, 튜브 탱크는 일반적으로 4000 이상의 레이놀즈 수를 갖으며 표1의 좌측 하단에 굵은 글씨체로 계산된 값이 기입되어 있다. 튜브 탱크는 일반적으로 선입선출의 흐름을 갖지만, 예를 들면 과도한 표면적, 큰 압력 하강, 높은 제조 원가 및 저장된 유체와 관련된 원하지 않는 맛과 같은 다른 원하지 않는 특성을 가질 수 있다. 여기 기술된 설계는 탱크 설계와 코일 튜브 설계의 많은 바람직한 특성을 조합한 유체 저장소 설계를 통해 상기 문제점을 극복한다. 예를 들면, 유체 저장소는 레이놀즈 수를 모두 680에서 약 4000 사이를 유지하면서 코일 튜브 디자인과 유사하게 선입선출의 특성을 갖는 반면, 탱크 디자인과 유사하게 저장 용적을 증가시킨 도관을 갖도록 특별히 설계되었다.
이상의 일 실시예는 설명을 위한 목적이며 이에 한정하지 않는다. 본 발명의 개념 내에서 추가적인 실시예도 있다. 본 발명의 개념이 특정 실시예와 관련하여 기술되어 있더라도, 당업자는 여기 기술된 개념 및 본 명세서의 청구항의 범위 및 정신을 벗어나지 않는 다양한 변화, 변경 및 치환은 통합된 것으로 볼 것이다.

Claims (20)

  1. 유입구와 유출구를 유동 연결하는 유체 통로를 갖는 구조물을 포함하고,
    상기 유체 통로는 유입구와 유출구 사이에 위치한 적어도 두 개의 굽힘부를 갖고,
    상기 유체 통로는 약 40˚F에서 약 0.5gpm 물에 대하여 약 680 내지 4000의 레이놀즈 수를 갖는 유체 저장소.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유체 통로는 구불구불한 유체 통로를 한정하는 복수 개의 180도 굽힘부를 포함하는 유체 저장소.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유체 통로는 유입구 및 유출구의 단면적보다 큰 통로 단면적을 포함하는 유체 저장소.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유체 통로는 상부 중합체 시트와 하부 중합체 시트를 포함하고, 상부 중합체 시트와 하부 중합체 시트는 결합되어 일체형 구조를 성형하는 유체 저장소.
  5. 제1항에 있어서, 상기 입력 포트와 출력 포트는 각각 튜브 피팅을 포함하는 유체 저장소.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유체 구조물은 견고하고 일체형인 유체 구조물을 포함하는 유체 저장소.
  7. 제6항에 있어서, 견고하고 일체형인 유체 구조물은 폴리올레핀 중합체 및 금속을 포함하는 그룹에서 선택된 물질을 포함하는 유체 저장소.
  8. 제1항에 있어서, 상기 유체 구조물은 유연한 일체형 유체 구조물을 포함하는 유체 저장소.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유동 통로는 가압된 유체의 영향으로 완전 개방된 위치로 팽창하는 유체 저장소.
  10. 제8항에 있어서, 유연한 일체형 유체 구조물은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 공중합체, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리아미드 및 폴리에스테르를 포함하는 그룹에서 선택된 폴리올레핀 중합체를 포함하는 유체 저장소.
  11. 제1항에 있어서, 상기 유체 통로는 약 40˚F에서 약 0.5gpm 물에 대하여 약 820 내지 2725의 레이놀즈 수를 갖는 유체 저장소.
  12. 제1항의 유체 저장소를 포함하는 기구.
  13. 제12항에 있어서, 상기 기구는 냉장고를 포함하는 기구.
  14. 제13항에 있어서, 유체 저장소에 유동적으로 결합되는 물 여과 시스템을 더 포함하는 기구.
  15. 내부에 형성된 복수 개의 이음매를 갖는 상부 표면과 하부 표면을 효율적으로 제조하는 단계와,
    적어도 두 개의 굽힘부를 갖는 유동 통로를 한정하기 위하여 복수 개의 이음매에서 상부 표면과 하부 표면을 효율적으로 결합하는 단계를 포함하며,
    상부 표면과 하부 표면 중 적어도 하나는 외형 형성 표면을 가지는 유체 저장소 구조물의 성형 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 효율적으로 결합하는 단계는 소닉 용접, 열 결합, 고주파 결합, 접착제 결합 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 결합 방법을 포함하는 유체 저장소 구조물의 성형 방법.
  17. 제15항에 있어서, 취입 성형, 압력 성형 및 진공 성형을 포함하는 그룹에서 선택된 성형 방법을 포함하는 유체 저장소 구조물의 성형 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상부 표면과 하부 표면을 한정하기 위하여 중합체 시트를 접는 단계를 더 포함하는 유체 저장소 구조물의 성형 방법.
  19. 제15항에 있어서, 유동 통로의 반대쪽 단부에 있는 유입구와 유출구 내에 튜브 피팅을 위치시키는 단계를 더 포함하는 유체 저장소 구조물의 성형 방법.
  20. 유입구와 유출구 사이에 구불구불한 통로를 따라 유동 통로를 갖는 일체형 구조를 포함하며, 인접한 유동 통로는 이음매에 의해 분리되는 유체 저장소.
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