KR20180103597A

KR20180103597A - 정수기

Info

Publication number: KR20180103597A
Application number: KR1020170030766A
Authority: KR
Inventors: 황보경수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2018-09-19
Also published as: CN108571814A

Abstract

본 발명은 입수구와 출수구를 구비하고, 온수 생성을 위한 유로를 형성하는 직수형 온수탱크; 상기 입수구와 연결되어 상기 직수형 온수탱크로 정수를 공급하는 입수관; 상기 출수구와 연결되어 상기 직수형 온수탱크에서 가열된 온수를 배출시키는 출수관; 전력소자를 구비하고, 상기 직수형 온수탱크를 유도전류를 이용하여 가열하는 유도 가열 장치; 상기 입수관에 설치되어, 상기 입수관으로부터 공급되는 정수에 의해 상기 전력소자를 냉각하는 수냉식 냉각탱크를 포함하는 정수기를 제공한다. 이에 의하면, 기존 유도 가열 장치의 전력소자에 대한 냉각 성능의 한계를 극복할 수 있다.

Description

정수기{WATER PURIFIER}

본 발명은 유도 가열을 이용하여 온수를 생성하는 정수기에 관한 것이다.

정수기는 저수조를 구비하는지 여부에 따라 저수조형과 직수형으로 구분될 수 있다. 저수조형 정수기는 정수를 저수조에 보관하고 있다가 사용자가 출수부를 조작하였을 때 저수조에 저장된 정수를 제공하도록 이루어진다. 이에 반해 직수형 정수기는 저수조를 구비하지 않고, 사용자가 출수부를 조작하였을 때 즉시 원수를 여과하여 사용자에게 정수를 제공하도록 이루어진다. 직수형 정수기는 저수조형 정수기에 비해 위생적이고 물을 절약할 수 있어, 최근에는 직수형 정수기에 대한 사용자의 선호도가 증가하고 있다.

정수기는 상온수 외에 온수와 냉수를 제공하기도 한다. 온수와 냉수를 제공하는 정수기는 그 내부에 가열 장치와 냉각 장치를 별도로 구비한다. 가열 장치는 정수를 가열하여 온수를 생성하도록 이루어지고, 냉각 장치는 정수를 냉각하여 냉수를 생성하도록 이루어진다.

한편, 유도 가열 장치는 에너지 효율이 높고 가열대상물에 대한 신속하고 균일한 제어가 가능한 장점이 있으므로, 직수형 정수기에 순간 온수 가열 장치로 유도 가열 장치를 적용하기 위한 개발이 활발히 이루어지고 있다.

그러나, 종래의 유도 가열 장치는 공급 전력을 제어하기 위해 사용되는 인버터의 전력소자로부터 열이 발생하여, 이 열을 효율적으로 방출하고자 하는 노력이 필요하였다.

이를 위해, 종래에는 자연 공냉 방식을 적용하려는 시도가 있었으나, 공냉식의 경우 전력소자에 대한 냉각 성능의 한계로 인하여 연속해서 온수를 출수하거나 순간 가열을 하는데 제한을 받게 되는 문제가 있었다.

또한, 일본이나 미국 등과 같이 입력전원이 낮은 조건에서는 개발에 대한 제한을 받게 되는 문제가 발생하였다.

따라서, 본 발명의 목적은, 기존 유도 가열 장치의 전력소자에 대한 냉각 성능의 한계를 극복할 수 있는 정수기를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 전력소자의 냉각성능을 향상시켜 입력전원이 낮은 조건에서도 개발에 대한 제한을 해소할 수 있는 정수기를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 정수기는, 입수구와 출수구를 구비하고, 온수 생성을 위한 유로를 형성하는 직수형 온수탱크; 상기 입수구와 연결되어 상기 직수형 온수탱크로 정수를 공급하는 입수관; 상기 출수구와 연결되어 상기 직수형 온수탱크에서 가열된 온수를 배출시키는 출수관; 전력소자를 구비하고, 상기 직수형 온수탱크를 유도전류를 이용하여 가열하는 유도 가열 장치; 상기 입수관에 설치되어, 상기 입수관으로부터 공급되는 정수에 의해 상기 전력소자를 냉각하는 수냉식 냉각탱크를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 전력소자는 상기 수냉식 냉각탱크의 내부 또는 외부에 장착될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 수냉식 냉각탱크와 접촉 가능하게 연결되는 히트싱크를 더 포함하고, 상기 전력소자는 상기 히트싱크와 접촉 가능하게 연결되어, 상기 히트싱크를 통해 상기 수냉식 냉각탱크로 열을 방출할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 수냉식 냉각탱크는 상기 직수형 온수탱크와 직렬로 연결될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 수냉식 냉각탱크에서 가열된 정수가 상기 직수형 온수탱크로 공급될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 유도 가열 장치는, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판과 연결되고, 자기장을 형성하여 상기 직수형 온수탱크에 전류를 유도하는 유도 코일; 상기 인쇄회로기판에 장착되어, 상기 유도 코일을 제어하는 인버터를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 전력소자는 상기 인버터와 이격되게 배치되고, 상기 인버터와 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 전력소자는 상기 인버터에 장착되고, 상기 수냉식 냉각탱크와 이격되게 배치될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 전력소자는 브릿지 다이오드 및 IGBT 일 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 수냉식 냉각탱크는 입수관으로부터 유입되는 물을 냉각수로 활용하여 수냉식 히트싱크 역할을 함으로써, 전력소자로부터 발생하는 열을 효율적을 냉각할 수 있다.

둘째, 수냉식 냉각탱크는 상수원으로부터 새로운 냉각수를 계속해서 공급받으므로, 장시간동안 전력소자를 냉각하는 경우에도 냉각성능을 지속적으로 유지할 수 있다.

셋째, 전력소자와의 열교환을 통해 데워진 정수가 직수형 온수탱크에 공급되므로, 온수탱크로 유입되기 전에 정수의 예열이 가능하여 온수 생성을 위한 가열시간을 단축할 뿐만 아니라 에너지 절감의 효과를 얻을 수 있다.

넷째, 전력소자의 냉각 성능 극대화 및 가열시간의 단축을 통해 순간적으로 온수를 생성하기 위한 유도 가열 장치의 출력이 향상될 뿐만 아니라, 연속적인 온수 출수를 지속하는 것이 가능하다.

다섯째, 전력소자로부터 방출되는 열을 활용하여 온수탱크로 공급된 정수의 예열이 가능함에 따라 온수탱크를 가열하기 위한 유도 전류의 전압이 낮은 경우에도 원하는 온도의 온수를 생성할 수 있으므로, 110V, 120V 등 저전압 국가로 수출하기 위한 제품화가 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 정수기에 적용되는 유도 가열 인버터의 전력소자 냉각 장치를 보여주는 개념도이다.
도 2는 도 1에서 유도 가열 인버터의 제어구성을 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 정수기에 적용되는 유도 가열 인버터의 전력소자 냉각 장치를 보여주는 개념도이다.

이하, 본 발명에 관련된 정수기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명은 정수기에 적용할 수 있는 유도 가열 장치(30)의 전력소자(34) 냉각 장치에 관한 것이다.

본 발명의 유도 가열 장치(30)는 직수형 정수기에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 정수기에 적용되는 유도 가열 인버터(33)의 전력소자(34) 냉각 장치를 보여주는 개념도이고, 도 2는 도 1에서 유도 가열 인버터(33)의 제어구성을 나타내는 회로도이다.

직수형 정수기는 필터부(10), 직수형 온수탱크(20), 유도 가열 장치(30)를 포함한다.

필터부(10)는 상수원으로부터 공급되는 물을 정화시키며, 필터부(10)에 의해 정화된 정수를 사용자가 음용할 수 있다.

직수형 온수탱크(20)는 내부에 가열유로부를 형성할 수 있다. 가열유로부는 물이 정체됨이 없이 흐르면서 가열되도록 구성된다. 가열유로부는 유로 길이가 길고 유로폭이 좁게 형성될 수 있다.

직수형 온수탱크(20)는 금속과 같은 도전성 재질로 형성된다. 직수형 온수탱크(20)는 가로/세로의 면적이 넓고 높이가 낮은 직육면체 형상으로 형성될 수 있다.

직수형 온수탱크(20)의 양측면에 각각 입수구와 출수구가 형성되어, 필터부(10)로부터 정수가 입수구를 통해 온수탱크(20)의 내부로 유입되고, 가열된 온수는 출수구를 통해 온수탱크(20)의 외부로 유출될 수 있다. 입수구와 출수구는 양측면에 서로 마주보게 배치되거나 서로 엇갈리게 배치될 수 있다. 도 1은 입수구와 출수구가 서로 마주보게 배치된 모습을 보여준다. 또한, 입수구는 온수탱크(20)의 저면에 형성되고 출수구는 온수탱크(20)의 상면에 형성될 수도 있다.

유도 가열 장치(30)는 인쇄회로기판(36), 유도 코일(31), 인버터(33), 전력소자(34) 및 교류전원(32)을 포함한다. 직수형 온수탱크(20)를 순간적으로 가열하도록 이루어진다.

유도 코일(31)은 구리 등과 같은 도전성 재질의 코일로 구성되고, 전류가 인가되면 코일의 내부와 주위에 자기장이 형성될 수 있다. 특히 교류 전류가 인가되면 교류의 주파수만큼 자기장의 방향이 변하게 된다. 유도 코일(31)은 인쇄회로기판(36)과 전기적으로 연결될 수 있다.

직수형 온수탱크(20)는 유도코일의 교류 자기장 내에 위치하도록 구성되고, 페러데이의 법칙에 의해 전압이 직수형 온수탱크(20)로 유도된다. 이 유도된 전압에 의해 온수탱크(20)에서 전자의 흐름이 발생하고, 온수탱크(20)에 유도된 전류는 코일에 흐르는 전류의 반대방향으로 흐른다. 이에 따라, 유도 코일(31)에 흐르는 전류의 주파수를 제어함으로써 온수탱크(20)에 흐르는 전류의 주파수도 함께 제어할 수 있다.

온수탱크(20)에 전류가 흐르면 전자의 흐름을 방해하려는 저항이 발생하고, 이 저항에 의해 열이 발생하는 것이다.

인버터(33)는 유도 코일(31)에 인가될 전류를 제어할 수 있다. 인버터(33)는 유도 코일(31)로 인가되는 전류의 주파수 등을 가변시킴으로써, 유도 가열량을 조절할 수 있다. 이에 의해, 유도 가열량을 조절함으로써 사용자가 원하는 온도로 물이 가열될 수 있고, 사용자가 원하는 온도의 온수를 생성하여 음용할 수 있다.

인버터(33)는 전력소자(34), 인덕터(331), 커패시터(332) 및 공진 커패시터(333) 등을 포함하여 상기 유도 코일(31)에 공급되는 전력을 제어하도록 구성할 수 있다.

교류전원(32)은 브릿지 다이오드(341)와 연결된다. 브릿지 다이오드(341)는 4개의 다이오드를 연결하여, AC 전류를 DC 전류로 정류하는 역할을 한다.

전력소자(34)는 브릿지 다이오드(341;bridge diode) 및 IGBT(342;Insulated gate bipolar transistor) 등을 포함한다.

브릿지 다이오드(341)와 유도 코일(31) 사이의 회로에 인덕터(331)와 커패시터(332)가 배치되고, 인덕터(331)와 커패시터(332)는 정류된 DC 전류를 평활하는 역할을 한다.

IGBT(342)는 제어회로부(35)와 연결되고, 상기 제어회로부(35)의 제어에 의해 온/오프되어, 상기 유도 코일(31)에 인가되는 전력을 단속하는 스위칭 소자이다.

공진 커패시터(333)는 인덕터(331)와 제어회로부(35) 사이에 배치되고, 유도 코일(31)과 병렬로 연결되어 유도 코일(31)의 공진 주파수를 맞추어주는 역할을 한다.

전력소자(34)를 제외한 교류전원(32) 및 인버터(33) 등은 인쇄회로기판(36)에 장착될 수 있다.

여기서, 본 발명은 전력소자(34)를 냉각하기 위한 수냉식 냉각탱크(40)를 제공한다.

수냉식 냉각탱크(40)는 입수관(11)을 따라 이동하는 정수를 임시로 저장하기 위한 저장공간을 구비하고, 직육면체 형상으로 형성될 수 있다. 수냉식 냉각탱크(40)의 일측면에 유입구가 형성되고, 냉각탱크의 타측면에 유출구가 형성될 수 있다. 냉각탱크의 유입구는 입수관(11)과 연통되게 연결되고, 냉각탱크의 유출구는 연결배관(12)에 의해 직수형 온수탱크(20)의 입수구와 연결될 수 있다. 입수관(11)으로부터 공급되는 저온(상온)의 정수는 유입구를 통해 수냉식 냉각탱크(40)의 내부로 유입되고, 유출구를 통해 수냉식 냉각탱크(40)의 외부로 유출될 수 있다. 수냉식 냉각탱크(40)는 열전도도가 높은 금속 재질일 수 있다. 입수관(11)에 유량제어밸브가 설치되어 필터부를 통해 정화된 정수의 유량을 제어할 수 있다.

전력소자(34)는 수냉식 냉각탱크(40)의 내부 또는 외부에 장착될 수 있다. 도 1은 전력소자(34)가 수냉식 냉각탱크(40)의 외부 일측에 장착된 모습을 보여준다. 브릿지 다이오드(341)와 IGBT(342)가 각각 나란하게 이격 배치되고, 수냉식 냉각탱크(40)와 접촉 가능하게 설치될 수 있다. 전력소자(34)가 수냉식 냉각탱크(40)의 내부에 장착될 경우에 전력소자(34)는 밀봉 부재에 의해 방수 처리되어야 한다. 브릿지 다이오드(341) 및 IGBT(342)는 각각 인버터(33)와 전기적으로 연결될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 입수관(11)을 따라 흐르는 정수는 저온수이고, 저온의 정수는 수냉식 냉각탱크(40)를 경유하여 연결배관(12)을 따라 직수형 온수탱크(20)로 공급된다. 정수는 직수형 온수탱크(20)의 가열유로부를 따라 흐르면서 유도 가열 장치(30)에 의해 가열된 후 출수관(21)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 온수탱크(20)에서 배출되는 온수는 출수구를 통해 출수되어 사용자가 온수를 음용할 수 있다.

여기서, 브릿지 다이오드(341) 및 IGBT(342) 등의 전력소자(34)는 유도 코일(31)에 인가되는 전류를 제어하기 위해 사용될 때 열이 발생한다.

전력소자(34)는 수냉식 냉각탱크(40)의 외부에 장착되는 경우에 수냉식 냉각탱크(40)와 접촉되어, 전력소자(34)에서 발생하는 열이 수냉식 냉각탱크(40) 내부에 흐르는 저온의 정수로 열전달됨에 따라 전력소자(34)가 냉각될 수 있다. 또한, 수냉식 냉각탱크(40)와 접촉되지 않는 전력소자(34)의 일부는 대기와 접촉되는 면을 통해 대기중으로 열을 발산할 수 있다.

전력소자(34)는 히트싱크(미도시)에 의해 밀봉된 채로 수냉식 냉각탱크(40)의 내부에 장착되는 경우에 히트싱크를 통해 사방으로 열을 방출할 수 있어서 열전달 효율이 향상되는 장점이 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 수냉식 냉각탱크(40)는 입수관(11)으로부터 유입되는 물을 냉각수로 활용하여 수냉식 히트싱크 역할을 함으로써, 전력소자(34)로부터 발생하는 열을 효율적을 냉각할 수 있다.

또한, 수냉식 냉각탱크(40)는 상수원으로부터 새로운 냉각수를 계속해서 공급받으므로, 장시간동안 전력소자(34)를 냉각하는 경우에도 냉각성능을 지속적으로 유지할 수 있다.

아울러, 전력소자(34)와의 열교환을 통해 데워진 정수가 직수형 온수탱크(20)에 공급되므로, 온수탱크(20)로 유입되기 전에 정수의 예열이 가능하여 온수 생성을 위한 가열시간을 단축할 뿐만 아니라 에너지 절감의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 전력소자(34)의 냉각 성능 극대화 및 가열시간의 단축을 통해 순간적으로 온수를 생성하기 위한 유도 가열 장치(30)의 출력이 향상될 뿐만 아니라, 연속적인 온수 출수를 지속하는 것이 가능하다.

또한, 전력소자(34)로부터 방출되는 열을 활용하여 온수탱크(20)로 공급된 정수의 예열이 가능함에 따라 온수탱크(20)를 가열하기 위한 유도 전류의 전압이 낮은 경우에도 원하는 온도의 온수를 생성할 수 있으므로, 110V, 120V 등 저전압 국가로 수출하기 위한 제품화가 가능하다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 정수기에 적용되는 유도 가열 인버터의 전력소자 냉각 장치를 보여주는 개념도이다.

제2실시예는 제1실시예와 대비할 때 전력소자(34)가 히트싱크(50)를 통해 수냉식 냉각탱크(40)로 열을 전달한다 점에서 차이가 있다. 즉, 제1실시예에서 전력소자(34)는 수냉식 냉각탱크(40)와 직접 접촉되어 수냉식 냉각탱크(36)로 직접 열을 방출하지만, 제2실시예의 전력소자(34)는 수냉식 냉각탱크(40)로 간접적으로 열을 방출할 수 있다. 제2실시예에서 전력소자(34)는 인버터(33)에 장착될 수 있다.

히트싱크(50)는 일측이 수냉식 냉각탱크(40)와 접촉 가능하게 연결되고, 타측이 전력소자(34)와 접촉 가능하게 연결될 수 있다. 히트싱크(50)는 브릿지 다이오드(341) 및 IGBT(342)를 수냉식 냉각탱크(40)에 각각 연결하는 제1 및 제2히트싱크(51,52)로 구성될 수 있다. 제1 및 제2히트싱크(51,52)는 서로 이격되거나 일부가 통합되게 형성될 수 있다.

도 3은 제1 및 제2히트싱크(51,52)가 서로 이격되게 배치된 모습을 보여준다. 제1히트싱크(51)는 브릿지 다이오드(341)와 수냉식 냉각탱크(40)를 연결하여, 브릿지 다이오드(341)에서 발생하는 열이 제1히트싱크(51)를 따라 수냉식 냉각탱크(40)로 전달될 수 있다. 제2히트싱크(52)는 IGBT(342)와 수냉식 냉각탱크(40)를 연결하여, IGBT(342)에서 발생하는 열이 제2히트싱크(52)를 따라 수냉식 냉각탱크(40)로 전달될 수 있다. 제1 및 제2히트싱크(51,52)는 대기중으로 노출되어 열을 방출할 수도 있다.

제1 및 제2히트싱크(51,52)가 일부 통합되는 경우에, 제1 및 제2히트싱크(51,52)는 각각의 일부가 서로 통합되어 수냉식 냉각탱크(40)와 연결되고, 각각의 다른 일부는 서로 분리되어 브릿지 다이오드(341) 및 IGBT(342)로 각각 연결될 수 있다.

히트싱크(50)는 한 개로 수냉식 냉각탱크(40)와 전력소자(34) 사이에 연결되어, 전력소자(34)로부터 수냉식 냉각탱크(40)로 열이 방출될 수 있다.

여기서, 히트싱크(50)는 열을 수냉식 냉각탱크(40)로 전달할 수 있으면 어떠한 형태 및 재질에도 한정되지 않는다. 기타 구성요소는 제1실시예와 동일 내지 유사하므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이상의 설명은 본원발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본원발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.

10 : 필터부 11 : 입수관
12 : 연결배관 13 : 유량제어밸브
20 : 직수형 온수탱크 21 : 출수관
30 : 유도 가열 장치 31 : 유도 코일
32 : 교류전원 33 : 인버터
331 : 인덕터 332 : 커패시터
333 : 공진 커패시터 34 : 전력소자
341 : 브릿지 다이오드 342 : IGBT
35 : 제어회로부 36 : 인쇄회로기판
40 : 수냉식 냉각탱크 50 : 히트싱크
51 : 제1히트싱크 52 : 제2히트싱크

Claims

입수구와 출수구를 구비하고, 온수 생성을 위한 유로를 형성하는 직수형 온수탱크;
상기 입수구와 연결되어 상기 직수형 온수탱크로 정수를 공급하는 입수관;
상기 출수구와 연결되어 상기 직수형 온수탱크에서 가열된 온수를 배출시키는 출수관;
전력소자를 구비하고, 상기 직수형 온수탱크를 유도전류를 이용하여 가열하는 유도 가열 장치;
상기 입수관에 설치되어, 상기 입수관으로부터 공급되는 정수에 의해 상기 전력소자를 냉각하는 수냉식 냉각탱크;
를 포함하는 정수기.
제1항에 있어서,
상기 전력소자는 상기 수냉식 냉각탱크의 내부 또는 외부에 장착되는 것을 특징으로 하는 정수기.
제1항에 있어서,
상기 수냉식 냉각탱크와 접촉 가능하게 연결되는 히트싱크를 더 포함하고,
상기 전력소자는 상기 히트싱크와 접촉 가능하게 연결되어, 상기 히트싱크를 통해 상기 수냉식 냉각탱크로 열을 방출하는 것을 특징으로 하는 정수기.
제1항에 있어서,
상기 수냉식 냉각탱크는 상기 직수형 온수탱크와 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 정수기.
제1항에 있어서,
상기 수냉식 냉각탱크에서 가열된 정수가 상기 직수형 온수탱크로 공급되는 것을 특징으로 하는 정수기.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 유도 가열 장치는,
인쇄회로기판;
상기 인쇄회로기판과 연결되고, 자기장을 형성하여 상기 직수형 온수탱크에 전류를 유도하는 유도 코일;
상기 인쇄회로기판에 장착되어, 상기 유도 코일을 제어하는 인버터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 정수기.
제6항에 있어서,
상기 전력소자는 상기 인버터와 이격되게 배치되고, 상기 인버터와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 정수기.
제6항에 있어서,
상기 전력소자는 상기 인버터에 장착되고, 상기 수냉식 냉각탱크와 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 정수기.
제1항에 있어서,
상기 전력소자는 브릿지 다이오드 및 IGBT 인 것을 특징으로 하는 정수기.