KR20170083399A - 빙축열을 이용한 냉각 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각재가 수용되는 냉각 하우징, 상기 냉각 하우징 내부에 수용되고, 물이 통과하면서 상기 냉각재와 열교환되는 냉수관 코일 및 상기 냉각 하우징의 일면에 형성되어 상기 냉각 하우징 내부를 냉각 시키는 적어도 하나의 열전소자 냉각부를 포함하는 빙축열을 이용한 냉각 유닛에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 빙축열을 이용한 냉각 유닛은 증발기에 의해 냉각되는 빙축수와의 열교환을 통해 물을 냉각시켜 냉수를 생성하는 종래 방식을 대체할 수 있으며, 빙축열조의 크기를 줄여 콤팩트한 구조를 가지므로, 정수기 등에 적용이 쉽고, 사용이 편리한 효과가 있다.

Description

빙축열을 이용한 냉각 유닛{Cooling Unit Using Ice Thermal Storage}
본 발명은 빙축열을 이용한 냉각 유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증발기에 의해 냉각되는 빙축수와의 열교환을 통해 물을 냉각시켜 냉수를 생성하는 종래 방식을 대체할 수 있으며, 빙축열조의 크기를 줄여 콤팩트한 구조를 가지므로, 정수기 등에 적용이 쉽고, 사용이 편리한 빙축열을 이용한 냉각 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 냉수기는 수도전이나 생수통으로부터 공급된 물을 냉각시켜 사용자에게 제공하는 장치이다. 이러한 냉수기는 정수기, 탄산수기, 냉온수기 등에 주로 설치되어 사용되며, 냉수 생성 방식은 냉수탱크를 사용하는 직접 냉각방식과 얼음과의 열교환을 이용하는 빙축열 방식이 있다.
빙축열 방식은 얼음 또는 차가운 유체가 저장된 빙축조에 냉수관을 통과시켜 빙축조 내부에 수용된 차가운 열전달 물질과 냉수관을 통과하는 상온수 사이의 열교환을 통하여 냉수를 생성하는 방식이다.
도 1에는 종래의 빙축열 방식 냉수기의 구성을 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 빙축열 방식 냉수기는 빙축액을 수용하고 있는 빙축조(10) 내부에, 냉각장치(20)에 연결되어 냉매가 순환하는 증발기(30), 상온수를 수용하여 냉수를 생성하는 냉수관(40) 및 교반기(50)를 포함하는 것으로 구성된다.
여기서, 교반기(50)는 모터장치와 프로펠러로 구성되어 빙축조(10) 내부에 수용된 빙축액을 순환시켜 증발기(30) 주변의 차가운 빙축액을 냉수관(40)에 전달시키며, 빙축액의 흐름을 이용해 증발기(30) 표면에 생성된 얼음을 녹인다. 여기서, 증발기(30) 표면의 얼음이 녹으면서 잠열을 흡수하여 빙축액의 온도가 낮아지도록 한다.
그러나 이러한 종래의 빙축열을 이용한 냉수기는 빙축열의 대류가 원활하지 못해 증발기(30) 표면의 얼음이 잘 녹지 않는 경우가 있어서 냉수 생성효율이 저하되는 문제점이 있고, 증발기(10)를 이용하기 위해 필요한 냉매의 압축기, 냉매의 응축기, 팽창기 등의 추가 구성요소를 구비해야 하므로, 냉수기의 전체적인 부피를 증가시켜 사용 편의성을 저하시키는 문제점이 있다.
따라서, 종래의 증발기를 사용하는 냉수 생성 방식을 대체할 수 있으며, 동시에 빙축열조의 크기를 줄여 콤팩트한 구조를 가지도록 함으로써, 정수기 등에 적용이 쉽고 사용이 편리한 빙축열을 이용한 냉각장치에 대한 필요성이 대두되고 있다.
한국공개특허 제10-2013- 0019208호(공개일: 2013.02.26) 한국공개특허 제10- 2011-0001353호(공개일: 2011.01.06)
본 발명의 목적은 증발기에 의해 냉각되는 빙축수와의 열교환을 통해 물을 냉각시켜 냉수를 생성하는 종래 방식을 대체할 수 있으며, 빙축열조의 크기를 줄여 콤팩트한 구조를 가지므로, 정수기 등에 적용이 쉽고, 사용이 편리한 빙축열을 이용한 냉각 유닛을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛은 냉각재가 수용되는 냉각 하우징, 상기 냉각 하우징 내부에 수용되고, 물이 통과하면서 상기 냉각재와 열교환되는 냉수관 코일 및 상기 냉각 하우징의 일면에 형성되어 상기 냉각 하우징 내부를 냉각 시키는 적어도 하나의 열전소자 냉각부를 포함하는 것으로 구성된다.
상기 냉각 하우징은 상기 냉수관 코일이 수용된 주변 상부에 온도 감지 수단이 구비될 수 있다.
상기 냉수관 코일의 상부에는 상기 냉수관 코일의 내부에서 회전하며 상기 냉수관 코일의 결빙을 방지하는 회전체에 회전력을 전달하는 모터가 구비될 수 있다.
상기 열전소자 냉각부는 적어도 한 쌍이 상기 냉각 하우징의 일측면에 모두 형성될 수 있다.
상기 열전소자 냉각부는 적어도 한 쌍이 상기 냉각 하우징의 일측면과 상기 일측면에 대향된 타측면에 각각 형성될 수 있다.
상기 냉각 하우징은 상기 열전소자 냉각부가 형성된 일측면과 타측면이 분리 가능한 구조로 형성될 수 있다.
상기 냉각 하우징은 상기 열전소자 냉각부가 형성된 일측면과 타측면이 상기 일측면과 타측면을 제외한 다른 부분의 냉각 하우징을 이루는 소재와 다른 소재로 이루어질 수 있다.
상기 냉각 하우징은 상기 열전소자 냉각부가 형성된 일측면과 타측면이 열전도성이 우수한 금속 소재로 이루어지고, 상기 일측면과 타측면을 제외한 다른 부분은 플라스틱 소재로 이루어질 수 있다.
상기 열전도성이 우수한 금속 소재는 알루미늄, 스테인레스(SUS) 및 스테인레스(SUS)와 알루미늄 클래드(Clad)로 이루어진 군에서 선택된 소재일 수 있다.
상기 열전소자 냉각부는 열전소자를 중심으로 냉각면에는 콜드블록이 배치되고, 발열면에는 워터재킷, 방열판 및 방열팬이 배치된 구조일 수 있다.
상기 열전소자 냉각부는 열전소자를 중심으로 냉각면에는 콜드블록이 배치되고, 발열면에는 워터재킷이 배치된 구조일 수 있다.
상기 열전소자 냉각부는 열전소자를 중심으로 냉각면에는 콜드블록이 배치되고, 발열면에는 방열판 및 방열팬이 배치된 구조일 수 있다.
상기 열전소자 냉각부는 상기 열전소자, 워터재킷 및 방열팬의 구동 모드별 제어방법이 저장된 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 구동 모드별 제어방법에서 상기 구동모드는 상기 방열판의 온도가 설정온도 이상일 때에는 상기 워터재킷 및 방열팬을 모두 구동하는 제1 구동모드 및 상기 방열판의 온도가 설정온도 미만일 때에는 상기 워터재킷의 구동을 정지하고, 상기 방열팬만을 구동하는 제2 구동모드를 포함할 수 있다.
상기 열전소자 냉각부는 볼트 너트 체결방식에 의해 상기 냉각 하우징의 일측면과 타측면에 각각 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛은 증발기에 의해 냉각되는 빙축수와의 열교환을 통해 물을 냉각시켜 냉수를 생성하는 종래 방식을 대체할 수 있으며, 빙축열조의 크기를 줄여 콤팩트한 구조를 가지므로, 정수기 등에 적용이 쉽고, 사용이 편리한 효과가 있다.
도 1은 종래의 빙축열 방식 냉수기의 구성을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛이 조립된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛의 정면을 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛에서 열전소자 냉각부의 워터재킷을 제외시킨 모습을 나타낸 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛에서 열전소자 냉각부의 방열판과 방열팬을 제외시킨 모습을 나타낸 분해 사시도이다.
도 7는 본 발명의 제2 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛이 조립된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 9은 본 발명의 제3 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛의 평단면을 나타낸 모식도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛의 측단면을 나타낸 모식도이다.
도 11는 본 발명의 제4 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛의 평단면을 나타낸 모식도이다.
도 12은 본 발명의 제4 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛의 측단면을 나타낸 모식도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛에서 워터재킷과 방열판이 하나의 부품으로 결합된 모습을 나타낸 모식도이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛에서 열전소자와 콜드블럭이 형성된 냉각 하우징이 조립되는 모습을 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 구체적인 수치는 실시예에 불과하다.
도 2에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛의 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛이 조립된 모습을 나타낸 사시도가 도시되어 있으며, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛의 정면을 나타낸 정면도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛(100)은 냉각재가 수용되는 냉각 하우징(110), 상기 냉각 하우징(110) 내부에 수용되고, 물이 통과하면서 상기 냉각재와 열교환될 수 있도록 정수 유입관(121)과 정수 유출관(122)이 형성된 냉수관 코일(120) 및 상기 냉각 하우징(110)의 일측면과 상기 일측면에 대향된 타측면에 각각 형성되는 적어도 한 쌍의 열전소자 냉각부(130)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛(100)은 냉수관 코일(120)이 수용된 냉각 하우징(110)의 일측면과 타측면에 각각 열전소자 냉각부(130)를 형성하고, 냉각 효율이 매우 높은 열전소자를 이용하여 냉각 하우징(110) 내부에 수용된 냉각재를 직접 냉각함으로써 냉수관 코일(120)을 순간 냉각하는 방식으로 냉수를 생성하므로 냉수 생성 효율이 매우 우수하며, 열전소자 냉각부(130)에 포함된 열전소자(132)의 구동을 제어하는 것만으로 냉각 하우징(110)의 온도와 냉각 유닛(100)의 냉수 생성을 제어할 수 있으므로, 냉각 유닛(100) 자체의 신뢰성과 사용 안정성이 매우 우수하다.
또한, 종래 빙축열을 이용한 냉각장치 등에 필수적으로 사용되던 증발기, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 냉매 코일 등을 전혀 사용하지 않고, 단지 냉각 하우징(110), 냉수관 코일(120) 및 열전소자 냉각부(130)로 이루어진 단순한 구성만으로 콤팩트 하면서도 사용 편의성이 우수한 빙축열을 이용한 냉각 유닛을 구현할 수 있다.
상기 냉각 하우징(110)은 상기 냉수관 코일(120)이 수용된 주변 상부에 예를 들어 온도 센서, 서미스터 등과 같은 온도 감지 수단(150)을 구비함으로써, 정수가 이동하며 냉각되는 냉수관 코일(120)이 0℃ 이하로 냉각되어 얼어붙을 정도로 냉각될 가능성이 있는 경우, 이를 감지하여 상기 열전소자(132)의 구동을 제어하도록 신호를 전달하여 냉수관 코일(120)의 결빙을 방지할 수 있다.
또한, 상기 냉수관 코일(120)의 상부에는 상기 냉수관 코일(120)의 내부에서 회전하며 상기 냉수관 코일(120)의 결빙을 방지하는 회전체(142)에 회전력을 전달하는 모터(140)를 구비함으로써, 냉수관 코일(120)의 결빙방지 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 회전체(142)는 상기 모터(140)로부터 연장된 회전축(141)에 장착되어 움직이는 것으로 구성될 수 있다.
상기 열전소자 냉각부(130)는 열전소자가 포함되어 상기 냉각 하우징에 냉열을 전달할 수 있는 구성이면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 열전소자(132), 워터재킷(133), 방열판(134) 및 방열팬(135)이 배치된 구조로 이루어질 수 있다.
이와 같이 구성된 열전소자 냉각부(130)는 상기 열전소자(132)를 냉각시키는 냉각 수단을 수냉방식과 공냉방식을 모두 이용할 수 있도록 워터재킷(133)과 방열판(134) 및 방열팬(135)을 모두 포함하고 있으므로, 각각의 냉각 방식을 모두 이용하거나 하나의 냉각 방식을 선택적으로 이용함으로써, 열전소자(132) 냉각의 효율성을 향상시킴과 동시에 냉각수단 구동에 사용되는 전압을 조절하여 에너지를 절약할 수 있는 장점이 있다.
예를 들어, 상기 냉각 하우징(110)을 순간적으로 냉각하여 냉수를 빠르게 생성할 경우에는 열전소자(132)에 인가되는 전기 에너지의 크기가 커서 높은 수준의 방열이 필요하게 되므로, 상기 워터재킷(133)을 이용하여 열전소자(132)를 수냉방식으로 냉각하고, 냉각 하우징(110) 내부의 냉각재가 충분히 냉각되어 더 이상의 냉각이 필요하지 않을 경우에는 상기 열전소자(132)에 인가되는 전압을 낮춤과 동시에 상기 워터재킷(133)에 의한 냉각을 중단하고, 상기 방열판(134)과 방열팬(135)을 이용하여 열전소자(132)를 공냉방식으로 냉각하는 방법으로 전기에너지를 효율적으로 사용할 수 있으므로, 상기 빙축열을 이용한 냉각 유닛(100) 전체의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 열전소자 냉각부(130)는 상기 열전소자(132)를 중심으로 냉각면에는 콜드 블록(131)을 배치하고, 발열면에는 상기 워터재킷(133), 방열판(134) 및 방열팬(135)을 순차적으로 배치하는 것으로 구성함으로써, 상기 냉각 하우징(110)에 대한 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 열전소자 냉각부(130)는 상기 열전소자(132), 워터재킷(133) 및 방열팬(135)의 구동 모드별 제어방법이 저장된 제어부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 열전소자 냉각부(130)는 상기 열전소자(132), 워터재킷(133) 및 방열팬(135)의 구동 모드별 제어방법과 함께, 구동모드별 제어 스위치 또는 구동 모드별 자동제어 프로그램 등을 포함함으로써, 주변의 온도 상황 등을 반영하여 상기 구동 모드별 제어방법에 따라 상기 열전소자(132), 워터재킷(133) 및 방열팬(135)의 구동을 선택적으로 제어할 수 있다.
상기 구동 모드별 제어방법은 열전소자 냉각부(130)에 공급되는 전기 에너지를 절약하면서 동시에 효율적으로 상기 열전소자(132)를 냉각할 수 있는 구동 모드에 따른 제어방법이면 어떤 방법이든 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 상기 구동모드를 상기 방열판(134)의 온도가 설정온도 범위인 45℃ 내지 60 ℃ 이상일 때에는 상기 워터재킷(133) 및 방열팬(135)을 모두 구동하는 제1 구동모드 및 상기 방열판(134)의 온도가 설정온도 범위인 25℃ 내지 45℃ 미만일 때에는 상기 워터재킷(133)의 구동을 정지하고, 상기 방열팬(135)만을 구동하는 제2 구동모드를 포함하는 것으로 구성할 수 있다.
이러한 방법은 구체적으로, 상기 방열판(134)에 온도감지 센서(도시하지 않음)를 장착하여 주변의 온도 상황과 상기 열전소자(132)의 구동에 따른 온도상태를 반영하는 상기 방열판(134)의 온도를 측정하여, 상기 방열판(134)의 온도가 설정온도 범위인 45℃ 내지 60 ℃ 이상일 때에는 좀더 강한 냉각이 필요하므로 수냉방식의 워터재킷(133)과 공냉식인 방열팬(135)을 모두 구동하는 제1 구동모드에 따라 상기 열전소자 냉각부(130)를 구동하고, 상기 방열판(134)의 온도가 설정온도 범위인 25℃ 내지 45℃ 미만일 때에는 상기 방열팬(135)만을 구동하는 제2 구동모드에 따라 열전소자 냉각부(130)의 구동할 수 있다.
한편, 상기 열전소자 냉각부(130)를 상기 냉각 하우징(110)의 일측면과 타측면에 각각 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 끼움 결합방식, 체결부재를 이용한 결합방식, 접착재를 사용하는 방식 등의 다양한 방법으로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 분리와 장착이 용이하고, 결합 안정성이 우수한 볼트 너트 체결방식(136)에 의해 탈착 가능한 구조로 상기 냉각 하우징의 일측면과 타측면에 각각 형성할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛에서 열전소자 냉각부의 워터재킷을 제외시킨 모습을 나타낸 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛에서 열전소자 냉각부의 방열판과 방열팬을 제외시킨 모습을 나타낸 분해 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛(100)은 경우에 따라, 워터재킷을 제외한 형태로서 열전소자(132)를 중심으로 냉각면에는 콜드블록(131)이 배치되고, 발열면에는 방열판(134) 및 방열팬(135)이 배치된 구조로 열전소자 냉각부(130)를 구성할 수 있으며, 경우에 따라, 방열판과 방열팬을 제외한 형태로 열전소자(132)를 중심으로 냉각면에는 콜드블록(131)이 배치되고, 발열면에는 워터재킷(133)이 배치된 구조로 열전소자 냉각부(130)를 구성할 수도 있다.
열전소자는 흡열면(COLD SIDE)과 발열면(HOT SIDE)의 온도차(dT)에 따라 일반적으로 흡열량(냉각성능)이 결정된다. 일반적인 열전소자의 경우 온도차가 대략 70 ℃에서 흡열량이 제로(0)이 되어 흡열면에서의 냉각이 불가능한 상태가 되고, 온도차가 대략 60℃에서는 외부에서 들어오는 열량을 막고 흡열면을 통해 주변에 얼음을 형성하여 유지할 수 있는 수준이 된다.
즉, 본원발명의 빙축열을 이용한 냉각 유닛(100)은 예를 들어, 외부 온도가 35℃ 내외 일 때, 열전소자 냉각부(130)에 포함된 열전소자(132)의 흡열면(COLD SIDE)과 발열면(HOT SIDE)의 온도차(dT)가 대략 60℃ 정도는 되어야 냉각 하우징(110) 내의 온도를 영하로 유지시켜 얼음을 생성할 수 있게 된다.
따라서, 열전소자(132)의 흡열면(COLD SIDE)과 발열면(HOT SIDE)의 온도차(dT)가 대략 60℃ 정도가 될 수 있도록, 열전소자(132) 발열면의 워터재킷(133), 방열판(134), 방열팬(135)을 구성하여야 냉각 하우징(110) 내부에 얼음을 생성시켜 냉수관 코일(220)을 통해 냉수를 생성할 수 있다.
또한, 열전소자(132)의 흡열면의 온도가 예를 들어, 영하 10℃ 라면, 발열면의 온도는 적어도 50℃ 정도는 되어야 냉각 하우징(110) 내부에 초기 얼음을 생성하여 유지할 수 있는 수준이 되고, 상기 발열면의 온도가 적어도 45℃ 이하 정도의 온도가 되어야 상기 냉각 하우징(110)에 대한 안정적인 빙축이 가능하게 된다.
만약, 상기 열전소자(132)의 흡열면의 온도가 예를 들어, 영하 10℃ 일 때, 상기 발열면의 온도가 50℃ 이상이 된다면, 열전소자(132)를 구동하더라도, 단지, 상기 냉각 하우징(110) 내부의 냉각재를 조금 차갑게 하는 수준으로만 냉각이 되고, 패시브 열량(외부에서 들어오는 열량)을 극복하지 못하여 상기 냉각 하우징(110) 내부에 얼음을 얼릴 수 있는 열량까지는 상기 열전소자(132)가 흡열하지 못하게 된다.
따라서, 이처럼 냉각 하우징(110) 내부에 얼음을 얼려 유지할 수 있는 정도의 열전소자(132)의 흡열면과 발열면 사이의 온도차(dT)인 45℃ 이하 정도로 온도차(dT)를 유지시킬 수 있다면, 주변 온도 상태, 워터재킷이나 방열팬의 성능 등 다양한 변수에 따라 상기 열전소자 냉각부(130)의 구성을 적절히 변형할 수 있다.
도 7에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛의 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛이 조립된 모습을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛(200)은 냉각 하우징(211, 212, 213)이 열전소자 냉각부(230)가 형성된 일측면(213)과 타측면(212)이 각각 분리 가능한 구조로 형성될 수 있다.
이와 같이, 분리 가능한 구조의 냉각 하우징(211, 212, 213)은 상기 열전소자 냉각부(230)가 형성된 일측면(213)과 타측면(212)이 상기 일측면(213)과 타측면(212)을 제외한 다른 부분의 냉각 하우징(211)을 이루는 소재와 다른 소재로 형성함으로써, 빙축열을 이용한 냉각 유닛(200)의 제조 비용을 절감할 수 있다.
즉, 상기 냉각 하우징(211, 212, 213)을 상기 열전소자 냉각부(230)가 형성된 일측면(213)과 타측면(212)은 비교적 단가가 높은 재료인 열전도성이 우수한 금속 소재로 구성하고, 상기 일측면(213)과 타측면(212)을 제외한 다른 부분(211)은 비교적 단가가 낮은 플라스틱 소재로 구성하여 이들이 서로 결합되는 구조로 형성함으로써, 빙축열을 이용한 냉각 유닛(200)의 전체적인 제조 비용을 절감할 수 있다.
여기서 상기 열전도성이 우수한 금속 소재는 예를 들어, 알루미늄, 스테인레스(SUS) 및 스테인레스(SUS)와 알루미늄 클래드(Clad)로 이루어진 군에서 선택된 소재를 사용할 수 있다.
도 9에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛의 평단면을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛의 측단면을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛(300)은 열전소자 냉각부(330) 한 쌍이 냉수관 코일(320)이 수용된 냉각 하우징(310)의 일측면(313)에 모두 형성된 구조로 이루어져 있다.
여기서, 상기 열전소자 냉각부(330)는 열전소자(332)의 냉각면에는 냉각 하우징(310)의 일측면(313)과 접촉하는 콜드 블록(331)이 배치되어 있고, 열전소자(332)의 발열면에는 워터재킷을 제외하고 방열판(334)와 방열팬(335)이 순차적으로 배치되어 있다.
즉, 워터재킷을 제외한 구조로 열전소자 냉각부(330)를 형성한 것이다. 이와 같이 워터재킷이 제외된 열전소자 냉각부(330)는 겨울 등과 같이 방열판(334)의 온도가 대략 45℃ 이하의 범위에서만 형성될 경우에 비교적 저전력으로 구동이 가능한 공냉 방식으로 열전소자(332)를 냉각함으로써, 빙축열을 이용한 냉각 유닛(300) 사용시 에너지를 절약할 수 있다.
도 11에는 본 발명의 제4 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛의 평단면을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 12에는 본 발명의 제4 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛의 측단면을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 13에는 본 발명의 제4 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛에서 워터재킷과 방열판이 하나의 부품으로 결합된 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 14에는 본 발명의 제4 실시예에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛에서 열전소자와 콜드블럭이 형성된 냉각 하우징이 조립되는 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛(400)은 열전소자 냉각부(430) 한 쌍이 냉수관 코일(420)이 수용된 냉각 하우징(410)의 일측면(413)에 모두 형성된 구조로 이루어져 있다. 이 때, 상기 냉각 하우징(410)의 일측면(413)에 대한 콜드 블록(431)의 결합은 볼트 너트 체결방식(436)에 의해 탈착 가능한 구조로 이루어진다.
즉, 열전소자 냉각부(430)를 냉각 하우징(410)의 일측면(413)에만 형성함으로써, 빙축열을 이용한 냉각 유닛(400)의 제조에 있어서 공간 활용도를 향상시키고, 설계의 유연성을 확보한 것이다. 따라서, 빙축열을 이용한 냉각 유닛(400)을 정수기 등에 장착하여 조립할 경우, 조립을 용이하게 하고 정수기의 생산성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 열전소자 냉각부(430)는 열전소자(432)의 냉각면에는 냉각 하우징(410)의 일측면(413)과 접촉하는 콜드 블록(431)이 배치되어 있고, 열전소자(432)의 발열면에는 워터재킷(433), 방열판(434) 및 방열팬(435)이 순차적으로 배치되어 있다.
이때, 상기 워터재킷(433)과 방열판(434)은 하나의 부품으로 결합된 형태 즉, 방열판(434)의 일면에 유로가 형성된 워터재킷(433)을 결합시킨 하나의 부품으로 제조하여 상기 열전소자 냉각부(430)에 포함시킴으로써, 상기 열전소자 냉각부(430)의 냉각 효율을 향상시키고, 열전소자(432)의 냉각에 있어서 냉각방법을 선택적으로 사용할 수 있도록 함으로써, 빙축열을 이용한 냉각 유닛(400)의 구동에 있어서, 에너지를 절감할 수 있다.
열전소자는 dT(냉각면과 발열면의 온도차)에 따라 냉각성능이 좌우되므로 예를 들어, 얼음을 얼리기 위한 열전소자의 냉각면(cold side)의 온도를 -10℃라고 가정하면 발열면의 온도는 적어도 대략 50℃ 이하가 되도록 만들어줘야 한다. 즉, 냉각면(cold side)의 온도가 -10℃일 때, 발열면의 온도가 50℃를 초과하게 되면, 열전소자의 냉각 성능이 떨어지거나, 열전소자 자체의 물성에 영향을 줄 수 있다.
따라서, 열전소자의 원활한 성능 구현을 위해 열전소자의 발열면을 효과적으로 냉각시켜줘야 하는데, 한 여름 등과 같이 주변 온도가 매우 높은 경우에는 수냉 방식으로서 상기 워터재킷(433)을 구동시키거나, 상기 워터재킷(433), 방열판(434) 및 방열팬(435) 모두를 구동시킴으로써, 열전소자의 발열면을 강하게 냉각시켜주고, 일반적인 온도 조건 즉, 대략 10 내지 45℃ 이하의 온도조건에서는 공냉 방식으로서 방열팬(335)만을 구동시켜 열전소자를 냉각시킴으로써, 열전소자의 발열면을 약하게 냉각시킬 수 있다.
또한, 냉각 하우징(410)의 냉각에 있어서, 최초 냉각 하우징(410) 내부에 얼음을 생성할 경우에는 열전소자의 발열량이 크므로, 수냉 방식으로서 상기 워터재킷(433)을 구동시키거나, 상기 워터재킷(433), 방열판(434) 및 방열팬(435) 모두를 구동시켜 열전소자를 냉각시키고, 냉각 하우징(410) 내부의 만빙 후 또는 얼음을 유지하거나 재만빙을 할 경우에는 방열팬(335)만을 구동시켜 열전소자를 약하게 냉각시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 빙축열을 이용한 냉각 유닛(400)은 열전소자 냉각부(430)의 워터재킷(433), 방열판(434) 및 방열팬(435) 구성을 통해, 열전소자(432)에 대한 냉각방식을 수냉방식과 공냉방식 또는 이들의 조합방식을 선택적으로 사용할 수 있으므로, 전기에너지를 효율적으로 운용하여 전체의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100, 200, 300, 400: 빙축열을 이용한 냉각 유닛
110, 211, 212, 213, 330, 430: 냉각 하우징
120, 220, 320, 420: 냉수관 코일
130, 230, 330, 430: 열전소자 냉각부
140, 240: 모터
150: 온도 감지 수단

Claims (15)

  1. 냉각재가 수용되는 냉각 하우징;
    상기 냉각 하우징 내부에 수용되고, 물이 통과하면서 상기 냉각재와 열교환되는 냉수관 코일; 및
    상기 냉각 하우징의 일면에 형성되어 상기 냉각 하우징 내부를 냉각 시키는 적어도 하나의 열전소자 냉각부;
    를 포함하는 빙축열을 이용한 냉각 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각 하우징은 상기 냉수관 코일이 수용된 주변 상부에 온도 감지 수단이 구비되어 있는 빙축열을 이용한 냉각 유닛.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉수관 코일의 상부에는 상기 냉수관 코일의 내부에서 회전하며 상기 냉수관 코일의 결빙을 방지하는 회전체에 회전력을 전달하는 모터가 구비되어 있는 빙축열을 이용한 냉각 유닛.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 열전소자 냉각부는 적어도 한 쌍이 상기 냉각 하우징의 일측면에 모두 형성되어 있는 빙축열을 이용한 냉각 유닛.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 열전소자 냉각부는 적어도 한 쌍이 상기 냉각 하우징의 일측면과 상기 일측면에 대향된 타측면에 각각 형성되는 빙축열을 이용한 냉각 유닛.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 냉각 하우징은 상기 열전소자 냉각부가 형성된 일측면과 타측면이 분리 가능한 구조로 형성되는 빙축열을 이용한 냉각 유닛.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 냉각 하우징은 상기 열전소자 냉각부가 형성된 일측면과 타측면이 상기 일측면과 타측면을 제외한 다른 부분의 냉각 하우징을 이루는 소재와 다른 소재로 이루어진 빙축열을 이용한 냉각 유닛.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 냉각 하우징은 상기 열전소자 냉각부가 형성된 일측면과 타측면이 열전도성이 우수한 금속 소재로 이루어지고, 상기 일측면과 타측면을 제외한 다른 부분은 플라스틱 소재로 이루어진 빙축열을 이용한 냉각 유닛.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 열전도성이 우수한 금속 소재는 알루미늄, 스테인레스(SUS) 및 스테인레스(SUS)와 알루미늄 클래드(Clad)로 이루어진 군에서 선택된 소재인 빙축열을 이용한 냉각 유닛.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 열전소자 냉각부는 열전소자를 중심으로 냉각면에는 콜드블록이 배치되고, 발열면에는 워터재킷, 방열판 및 방열팬이 배치된 구조인 빙축열을 이용한 냉각 유닛.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 열전소자 냉각부는 열전소자를 중심으로 냉각면에는 콜드블록이 배치되고, 발열면에는 워터재킷이 배치된 구조인 빙축열을 이용한 냉각 유닛.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 열전소자 냉각부는 열전소자를 중심으로 냉각면에는 콜드블록이 배치되고, 발열면에는 방열판 및 방열팬이 배치된 구조로 이루어지는 빙축열을 이용한 냉각 유닛.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 열전소자 냉각부는 상기 열전소자, 워터재킷 및 방열팬의 구동 모드별 제어방법이 저장된 제어부를 더 포함하는 빙축열을 이용한 냉각 유닛.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 구동 모드별 제어방법에서 상기 구동모드는 상기 방열판의 온도가 설정온도 이상일 때에는 상기 워터재킷 및 방열팬을 모두 구동하는 제1 구동모드 및 상기 방열판의 온도가 설정온도 미만일 때에는 상기 워터재킷의 구동을 정지하고, 상기 방열팬만을 구동하는 제2 구동모드를 포함하는 빙축열을 이용한 냉각 유닛.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 열전소자 냉각부는 볼트 너트 체결방식에 의해 상기 냉각 하우징의 일측면과 타측면에 각각 형성되는 빙축열을 이용한 냉각 유닛.
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