KR20230100269A - 결빙 방지형 냉수 생성장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 결빙 방지형 냉수 생성장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 동절기 외기와의 열교환을 통해 효과적으로 냉수를 생산할 수 있고 저온 외기에 의한 결빙이 발생되지 않아서 냉수를 안정적인 생산 가능하며, 균일한 온도의 냉수를 신속하게 생산하여 저장할 수 있는 결빙 방지형 냉수 생성장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 결빙 방지형 냉수 생성장치에 있어서, 냉수가 저장되는 냉수저장부; 및 상기 냉수저장부의 용수를 냉각하는 냉수생성부;를 포함하고, 상기 냉수생성부는 외부공기가 수용되는 외부공기수용실이 마련되고, 상기 외부공기수용실과 구획되고 용수가 수용되는 냉수생성실이 마련된 냉수생성조; 및 상기 외부공기수용실에 수용된 외부공기와 상기 냉수생성실에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 외부공기열교환수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

결빙 방지형 냉수 생성장치{ANTI-FREEZE TYPE COLD WATER PRODUCTION APPARATUS}
본 발명은 결빙 방지형 냉수 생성장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 동절기 외기와의 열교환을 통해 효과적으로 냉수를 생산할 수 있고 저온 외기에 의한 결빙이 발생되지 않아서 냉수를 안정적인 생산 가능하며, 균일한 온도의 냉수를 신속하게 생산하여 저장할 수 있는 결빙 방지형 냉수 생성장치에 관한 것이다.
일반적으로, 농작물 재배는 토질, 기후 조건, 계절 등에 맞는 작물을 선택하여 노지에서 재배하는 것이 일반적이지만 이상기온에 따른 불확실성을 줄이고, 소비자들의 연중 수요를 충족하기 위한 방안으로 시설원예산업이 점차 확대되고 있다.
시설원예는 유리온실이나 비닐하우스 등의 온실 내부에 구성한 재배지에 작물을 식재하고, 작물의 재배에 이상적인 온도, 습도, CO2 등의 조건을 유지하도록 환경을 관리하면서 재배과정을 수행하게 된다.
온실 재배는 생육 극대화를 위한 방안으로 온도 조건 뿐만 아니라 작물의 증산 작용으로 인해 과도한 습도 조건을 적정 수준(60~75%)으로 제어가 가능한 제습이 필요하다. 특히 동절기 한낮에도 가끔 태양 복사에너지의 과도 유입에 따른 온실내 온도가 과도하게 상승하여 작물 재배에 악영향을 초래한다. 특히 작물별 정상 생육 한계온도(딸기의 경우 26oC) 이상에 도달할 경우 차가운 외기의 유입에 따른 영향을 감수하고서라도 환기를 통해 온실 내부의 온도를 적정한 수준으로 유지하는 것이 일반적이다.
이 경우 기존 온실 내 고온으로 유지되던 열 환경에서 환기로 인한 차가운 외기가 갑작스레 유입됨에 따라 작물이 스트레스를 받게 되어 생육에 악영향을 끼칠 수 있으며, 상기한 잦은 환기 제어의 적용은 기 공급된 고농도의 CO2(1000~1400ppm)가 식물이 흡수하기 이전에 환기를 통해 배출, 낭비되므로 동절기 작물 생산성 향상에 큰 장애를 초래하게 된다.
따라서 스마트팜 등 온실 재배에 있어 기후 온난화에 따른 하절기 냉방 공급을 위한 방안 마련과 더불어 동절기에도 낮 동안 과도한 환기 제어가 필요하지 않은 온실 열환경 조성을 위해서는 효율적인 냉방, 혹은 제습 제어에 필요한 효과적인 냉열(냉기) 생산방안이 요구되고 있다. 즉 온실 공기의 습도 조절(제거)을 위해 열교환매체로 적용하는 냉수를 효과적으로 생산할 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
하지만, 현재 동절기 온실 열환경 제어를 위한 냉수 생산은 이하와 같은 문제점이 존재하는 한계점이 있다.
첫째, 동절기 외기를 이용한 냉수 생산장치는 신속한 냉수의 생산이 불가능한 단점이 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 동절기의 차가운 외기(자연 냉기)를 이용한 냉열 생산은 하절기에 비해 에너지의 소요 없이 상대적으로 용이하게 확보가 가능한 측면은 있으나, 저장조에 채워진 용수를 차가운 외기와의 단순 열교환을 통한 냉열(냉수) 생산의 경우 강제 대류 등을 이용한 방식 대비 상대적으로 많은 시간이 소요되는 단점이 있다. 특히 온실에서 이용할 충분한 양의 냉수가 준비되지 않은 상황이나, 혹은 낮 시간에 냉열 활용이 필요한 시점 이전에 냉열 소진이 다 되어버릴 경우에 찬 외기의 자연 냉기로부터 온실 제어에 필요한 냉열을 신속하게 획득하기 어려운 실정이다.
둘째, 동절기 자연 외기(냉기)를 이용한 냉수 생산은 기온이 빙점 이하로 하강할 경우 냉수의 생산이 어렵고 균일한 품질의 냉수를 얻을 수 없는 한계점이 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 자연 냉기를 이용한 냉열(냉수) 생산의 경우 외기와의 온도 차이에 따라 축냉조 내부에 상변화(결빙)가 동반된 얼음이 형성될 수 있으며, 이 경우 축냉조 내부 얼음과 냉수간 불균일한 분포에 의한 균일한 냉열 공급 제어가 어려운 단점이 있다. 그리고 신속하고 정밀한 냉열 제어를 위해서는 균일한 냉수 생산이 가능한 시스템 및 이의 제어방법의 수립이 필요하다. 만약 자연 냉기와의 효과적인 열교환을 통한 냉열 생산 방법을 고려할 때는 축냉조 외부가 대기중에 노출되는 것이 바람직하지만, 이 경우 생산된 냉열이 온실 냉열 공급 이전에 외기와의 열교환으로 큰 손실이 발생하는 단점이 있으며, 이를 위해 축냉조 외부를 단열할 경우 냉열 손실은 최소화할 수 있으나 단순 열교환을 통해서는 냉열 생산의 시간이 매우 오래 소요되며, 또한 축냉조 상부로부터 형성되는 결빙(얼음)으로 인해 하부의 물과 축냉조 상부의 외기 상호간의 열교환이 여의치 않아(얼음이 열저항으로 작용) 효과적인 냉열 생산에 한계가 있다.
한국공개특허 제10-2021-0072611호 "사막기후 적용형 온실 냉방 시스템" 한국공개특허 제10-2018-0040954호 "냉수생성장치" 한국공개특허 제10-2019-0093401호 "냉수 및 온수생성장치"
본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 동절기 외기와의 열교환을 통해 효과적으로 냉수를 생산할 수 있고 저온 외기에 의한 결빙이 발생되지 않아서 냉수를 안정적인 생산 가능하도록 한 결빙 방지형 냉수 생성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 동절기 외기와의 열교환을 통해 균일한 온도의 냉수를 신속하게 생산하여 저장할 수 있도록 한 결빙 방지형 냉수 생성장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 결빙 방지형 냉수 생성장치에 있어서, 냉수가 저장되는 냉수저장부; 및 상기 냉수저장부의 용수를 냉각하는 냉수생성부;를 포함하고, 상기 냉수생성부는 외부공기가 수용되는 외부공기수용실이 마련되고, 상기 외부공기수용실과 구획되고 용수가 수용되는 냉수생성실이 마련된 냉수생성조; 및 상기 외부공기수용실에 수용된 외부공기와 상기 냉수생성실에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 외부공기열교환수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 상기 냉수저장부의 용수를 상기 냉수생성실로 공급하도록 연결되는 냉수제조용수공급라인; 상기 냉수생성실을 경유하여 생성된 냉수가 상기 냉수저장부에 회수되도록 연결되는 냉수배출라인; 및 상기 냉수제조용수공급라인 또는 상기 냉수배출라인에 접속되는 냉수생성용펌프;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 외부공기열교환수단은 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 외부공기의 냉기를 냉수생성실에 채워진 용수에 전달하도록 일측이 상기 외부공기수용실에 배치되고 타측이 상기 냉수생성실에 배치되는 진동형 히트파이프로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 상기 냉수생성실의 온도를 감지하는 냉수생성실온도감지부; 및 상기 냉수저장부의 온도를 감지하는 냉수저장부온도감지부;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기한 냉수저장부온도감지부 및 상기 냉수생성실온도감지부에 의해 감지된 신호를 기초로 상기 냉수저장부의 냉수 온도가 설정 온도가 되도록 상기 냉수생성용펌프의 구동을 제어하되, 상기 냉수생성실온도감지부에 의해 감지되는 온도가 물의 설정 온도 이하일 경우 상기 냉수생성용펌프를 작동시켜 상기 냉수생성실의 결빙을 방지하는 제어동작을 수행하는 냉수생성제어부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 상기 외부공기수용실의 외부를 둘러싸도록 형성된 냉수생성부케이스; 및 상기 냉수저장부온도감지부 및 상기 냉수생성실온도감지부에 의해 감지된 신호를 기초로 상기 냉수저장부의 냉수 온도가 설정 온도가 되도록 상기 냉수생성제어부의 제어하에 상기 외부공기수용실로 외부공기를 유입시키도록 작동되는 외부공기송풍팬;을 포함하여 구성될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 상기 진동형 히트파이프가 복수 개로 구성되어 열교환수단설치부에 의해 상기 냉수생성조에 설치되되, 상기 열교환수단설치부는 상기 냉수생성조의 상판에 천공되는 열교환수단설치홀과, 상기 열교환수단설치홀에 설치되고 판상부재에 상기 진동형 히트파이프가 끼워지는 복수의 파이프삽입슬릿이 형성된 파이프설치판을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 상기 외부공기수용실의 온도를 감지하는 외기온도감지부를 더 포함하고, 상기 냉수생성제어부는 상기 외기온도감지부와 상기 냉수생성실온도감지부에 감지된 감지신호를 기초로 검출된 온도 차이가 설정된 범위보다 작을 경우 외부공기송풍팬의 구동을 정지시키는 제어동작을 수행하도록 구성될 수 있다.
아울러 본 발명에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 상기 냉수생성실로 유입되는 용수가 'U' 자 형상의 유로를 형성하면서 배출되도록 냉수경로안내격벽이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치에 의하면, 진동형 히트파이프와 같은 외부공기열교환수단을 이용하여 별도의 에너지 없이 동절기 외기와의 열교환을 통해 효과적으로 냉수를 생산할 수 있고, 동절기에 외부공기가 빙점 이하로 하강할 경우 용수저장부의 용수를 용수생성부로 순환함으로써 결빙이 발생되지 않아서 냉수를 안정적인 생산할 수 있을 뿐만 아니라 동절기 외기와의 열교환을 통해 균일한 온도의 냉수를 신속하게 생산하여 저장할 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치의 기술적 사상을 설명하기 위한 전체 구성도,
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치를 나타낸 요부 구성도,
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치를 나타낸 전체 사시도,
도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치를 나타낸 요부 사시도,
도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치의 냉수생성부를 설명하기 위한 투시도,
도6는 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치를 나타낸 분리사시도,
도7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치의 진동형 히트파이프를 나타낸 사시도,
도8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치의 작용을 설명하기 위한 구성도,
도9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치를 나타낸 구성도,
도10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치를 나타낸 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도1 내지 도10에 의거하여 상세히 설명하되, 도1 내지 도10에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여하여 설명하도록 한다.
한편, 각각의 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 상세한 설명은 간략히 하거나 생략한다. 또한, 본 발명이 결빙 방지형 냉수 생성장치에 특징을 갖는 것이므로 이와 관련된 부분들을 중심으로 도시 및 설명하고 나머지 부분에 대한 설명은 간략화하거나 생략하도록 한다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치의 기술적 사상을 설명하기 위한 전체 구성도, 도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치를 나타낸 요부 구성도로서 주요 구성요소를 부호 등으로 간략화하여 나타낸 것이다. 도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치를 나타낸 전체 사시도, 도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치를 나타낸 요부 사시도, 도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치의 냉수생성부를 설명하기 위한 투시도, 도6는 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치를 나타낸 분리사시도, 도7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치의 진동형 히트파이프를 나타낸 사시도로서 진동형 히트파이프 1개를 도시한 것이다.
도1 내지 도7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치(700)는 동절기 외기와의 열교환을 통해 효과적으로 냉수를 생산할 수 있고 외기 온도가 결빙점 이하로 하강하더라도 결빙이 발생되지 않아서 냉수의 안정적인 생성히 가능하도록 구성한 것으로서, 냉수가 저장되는 냉수저장부(710)와, 이 냉수저장부(710)의 용수를 냉각하는 냉수생성부(720)로 구성되어 있다.
냉수저장부(710)는 용수가 저장되는 저장용기로서 정해진 양의 용수를 저장할 수 있는 공간을 갖는다면 구조나 형태에 특별한 제한 없이 다양하게 구성할 수 있다.
예컨대, 냉수저장부(710)는 원통형의 저장조로 구성되고, 그 외면에는 냉열의 안정적인 유지를 위해 단열층(미도시)이 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 냉수저장부(710)는 보다 안정적인 단열을 위해 지하에 설치될 수 있다.
한편, 냉수생성부(720)는 냉수저장부(710)로부터 유입된 용수가 체류하면서 온도가 낮아지는 냉각과정이 수행되는 냉수생성조(721)와, 냉수생성조(721)에 체류하는 용수에 냉각작용을 수행하는 외부공기열교환수단(722)을 구비한다.
냉수생성조(721)는 외부공기가 수용되는 외부공기수용실(723)이 마련되고, 외부공기수용실(723)과 구획되고 용수가 수용되는 냉수생성실(724)이 마련되어 있다.
냉수생성조(721)는 외부공기열교환수단(722)의 일부가 외부공기에 노출되고 냉수생성실을 갖는 구조라면 형태나 구조에 특별한 제한 없이 구성할 수 있다.
예컨대, 냉수생성조(721)는 용수가 체류하는 수용공간을 형성하도록 밑판(7211), 측판(7212) 및 상판(7213)으로 이루어진 용기 형태로 형성되고, 상부에 외부공기수용실(723)의 외부를 둘러싸도록 형성된 냉수생성부케이스(725)가 형성된 구조로 되어 있으며, 밑판(7211)의 하부에 냉수저장부(710)의 상부에 올려지는 받침대(726)가 구비되어 있다.
외부공기열교환수단(722)은 외부공기수용실(723)에 수용된 외부공기와 냉수생성실(724)에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 구성요소이다.
열교환 과정을 통해 용수수용실(724)의 유체를 가온하는 구성요소로서, 열교환 효율이 우수하다면 특별한 제한은 없지만, 본 실시예에서는 높은 열 유속의 열전달을 통해 축열작용(내열을 저장) 수행할 수 있는 진동형 히트파이프(722a)로 구성된다.
진동형 히트파이프(722a)는 외부공기수용실(723)에 수용된 외부공기와 냉수냉성실(724)에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 구성요소로서, 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 외부공기의 열을 용수에 전달하도록 일측이 외부공기수용실(723)로 노출되고 타측이 냉수생성실(724)에 침지되게 구성되어 있다.
그리고 진동형 히트파이프(722a)는 주지된 바와 같이 밀폐된 내부에 작동유체를 주입한 후 진공배기한 것으로 작동유체의 증발과 응축에 의하여 별도의 외부동력없이 열을 전달하는 기구이다. 여기서, 작동유체(working fIuid)란 일반적으로 냉매를 말하는 것으로, 열기관에서는 열 에너지의 공급을 받는 유체가 팽창함으로써 역학적 일을 하는데 나머지 에너지를 방출해 원래의 상태로 되돌아간 다음에 다시 열의 공급을 받는다는 식으로 유체가 몇 단의 상태변화를 하는 하나의 사이클에 의해 동력이 발생한다. 아울러 진동형 히트파이프는 열교환 대상유체(냉수생성실의 용수와 외부공기수용실의 외부공기)의 최소 작동 온도차가 7℃ 이상일 경우 열교환 특성이 우수한 제품이 널리 적용되고 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 냉수생성조(721)의 상판(7213)에 간격에 맞게 다수의 파이프삽입홀을 천공하고 이 파이프삽입홀에 진동형 히트파이프(722a)의 각 파이프라인을 삽입하는 방식으로도 설치할 수 있지만, 본 실시예에서는 다수의 진동형 히트파이프(722a)로 구성된 외부공기열교환수단(722)을 냉수생성조(721)에 신속하고 용이하게 설치할 수 있도록 열교환수단설치부(727)를 구비한다.
상기한 열교환수단설치부(727)는 냉수생성조(721)의 상판(7213)에 외부공기열교환수단(722)의 설치를 위해 천공되는 열교환수단설치홀(7271)과, 이 열교환수단설치홀(7271)에 설치되는 파이프설치판(7272)를 구비한다.
파이프설치판(7272)은 판상부재에 진동형 히트파이프(722a)가 끼워지는 복수의 파이프삽입슬릿(7272a)과, 판상부재의 가장자리 부분에 체결용 스크류의 체결을 위한 체결공(7272b)이 형성되어 있다.
그리고, 진동형 히트파이프(722a)은 파이프설치판(7272)의 파이프삽입슬릿(7272a)에 삽입된 상태에서 접착제에 의한 접착이나 용접에 의해 고정된다. 이와 같이 진동형 히트파이프(722a)가 고정된 후 파이프삽입슬릿(7272a)은 기밀부재를 삽입하여 기밀적으로 부착하거나 기밀패드를 덮어 부착할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 냉수저장부(710)의 용수를 냉수생성실(724)로 공급하도록 연결되는 냉수제조용수공급라인(730)과, 냉수생성실(724)을 경유하여 생성된 냉수가 냉수저장부(710)에 회수되도록 연결되는 냉수배출라인(740)과, 냉수제조용수공급라인(또는 냉수배출라인)에 접속되는 냉수생성용펌프(750)를 구비한다.
그리고 냉수제조용수공급라인(730)에는 역류의 방지를 위한 체크밸브(732)가 설치될 수 있고, 냉수배출라인(740)에는 냉수생성실(724)의 수용된 용수가 배수되지 않도록 배출제어밸브(742)가 설치될 수 있다. 여기서 배출제어밸브(742)는 후술되는 냉수생성제어부의 제어하에 자동적으로 개폐되는 전동식 자동제어밸브로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 냉수생성실의 온도를 감지하는 냉수생성실온도감지부(760)와, 냉수저장부(710)의 온도를 감지하는 냉수저장부온도감지부(770)가 구성되어 있다. 여기서, 냉수생성실온도감지부(760) 및 냉수저장부온도감지부(770)는 온도센서로 구성되어 있다.
그리고, 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 냉수저장부온도감지부(770) 및 냉수생성실온도감지부(760)에 의해 감지된 신호를 기초로 냉수저장부(710)의 냉수 온도가 설정 온도가 되도록 냉수생성용펌프(750)의 구동을 제어하는 냉수생성제어부(780)가 구성되어 있다.
냉수생성제어부(780)는 냉수생성실온도감지부(760)에 의해 감지되는 온도가 물의 빙점 이하일 경우 냉수생성용펌프(750)를 작동시켜 냉수생성실(724)의 결빙을 방지하는 제어동작을 수행하도록 구성되어 있다.
한편, 도1의 미설명부호 791는 냉수저장부(710)에 수용된 냉수를 사용처로 공급하는 냉수공급라인이고, 792는 사용처에서 열교환 과정을 거치면서 온도가 상승된 냉수가 회수되는 냉수회수라인이며, 793은 냉수저장부(710)로 보충수를 공급하기 위한 보충수라인이다.
상기한 사용처는 공기와의 열교환을 통해 온실로 공급되는 공기를 냉각하거나 응축과정을 통해 습도를 제거하는 작용을 수행하는 복합 열환경제어장치(미도시)가 적용될 수 있다.
여기서, 복합 열환경제어장치는 온실의 냉방을 위해 유입되는 공기의 냉각작용과, 유입되는 공기의 습기 제거작용 또는 온실의 난방을 위해 유입되는 공기의 가온작용을 수행할 수 있는 장치라면 특별한 제한 없이 적용할 수 있는 것으로서 냉수저장부(710)의 냉수는 공기의 냉각작용과 습기 제거작용에 이용된다.
아울러 전술한 외부공기수용실(723)은 본 실시예의 경우 냉수생성부케이스(725)에 의해 구획된 통기성 공간으로 구성되어 있으나, 별도의 케이스가 없더라도 진동형 히트파이프(722a)의 일측이 외부공기와 접촉할 수 있도록 구성한 구조를 포함하는 개념이다.
이하 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치의 작용을 간략하게 설명한다.
도8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치의 작용을 설명하기 위한 구성도로서 주요 구성요소를 부호 등으로 간략화하여 나타낸 것이다.
도8을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 전술한 바와 같이 종래 하나의 축냉조로 이루어진 냉수 생산장치가 대략 냉수저장부(710)와 냉수생성부(720)로 두 개의 공간으로 분리한 것으로서, 하부의 냉수저장부(710)는 단열된 축냉조 공간의 기능을 수행하는 것으로 목표 온도 조건의 냉수를 열손실 없이 저장하는 저장 기능을 제공하며, 이 냉수저장부(710)의 상부에 구비되는 냉수생성부(720)는 하부의 냉수저장부(710)에 저장되는 목표 온도 조전의 냉수를 생성하는 기능을 수행한다.
기온이 하강하는 동절기에 냉수의 생성과정를 보다 구체적으로 설명하면 냉수저장부온도감지부(770)로부터 감지신호가 인가되어 냉수생성제어부(780)에 의해 검출된 냉수저장부(710) 용수의 온도가 설정된 온도 범위인 비교적 고온 냉수(예:15 ~ 18℃, 여기서 '고온'은 후술되는 저온 냉수에 비교되는 상대적 개념의 온도를 의미함)일 경우, 냉수생성제어부(780)의 제어하에 냉수생성용펌프(750)가 정해진 시간만큼 작동되면서 냉수제조용수공급라인(730)를 통해 냉수생성실(724)로 상기한 고온 냉수(예:15 ~ 18℃)를 설정한 유량만큼 유입시키는 작용을 수행한다.
이와 같이 고온 냉수가 유입되면 진동형 히트파이프(722a)는 일측이 외부공기수용실(723)의 동절기 찬 외기에 노출되고 타측이 냉수생성실(724)에 침지되어 있으므로 주지된 진동형 히트파이프의 작용에 의해 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 외부공기의 냉열과 냉수생성실(724)의 고온 냉수와의 열교환이 이루어지게 된다.
상기한 바와 같은 진동형 히트파이프(722a)의 열교환 과정에 통해 냉수생성실(724)에 수용된 고온 냉수가 설정된 범위의 온도(예;5 ~ 7℃)의 저온 냉수(여기서 '저온'은 상대적 개념의 낮은 온도를 의미함))로 냉각될 경우 냉수생성제어부(780)의 제어하에 냉수생성용펌프(750)가 정해진 시간만큼 재 작동되면서 냉수제조용수공급라인(730)를 통해 새로운 고온 냉수를 유입시키게 되고 반작용에 의해 냉수생성실(724)의 저온 냉수가 냉수배출라인(740)를 통해 냉수저장부(710)로 유출된다. 이때, 냉수배출라인(740)에 배출제어밸브(742)가 구비된 경우 냉수생성제어부(780)에 의한 개방동작이 이루어진다.
한편, 전술한 바와 같은 냉수 생산과정에서 외기공기의 온도가 매우 낮을 경우(예:-10℃), 냉수생성실(724)의 결빙이 유발될 수 있다. 즉 용수에 침지되는 진동형 히트파이프 부분에 결빙이 발생하고, 이 경우 표면의 얼음이 열 저항으로 작용함에 따라 원활한 열교환을 방해하여 냉수의 온도를 낮추기 보다는 얼음의 두께가 점차 두꺼워지는 방향으로 작용되는 문제점이 발생할 수 있다. 하지만 본 발명에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 냉수생성실온도감지부(760)에 의해 감지된 신호로부터 검출된 온도가 빙점에 근접할 경우 냉수생성용펌프(750)를 작동시켜 상대적으로 온도가 높은 냉수저장부(710)의 용수를 냉수생성실(724)로 순환시키는 방식으로 결빙을 방지할 수 있다. 예컨대 냉수생성실(724)의 냉각 온도가 5℃에 도달할 경우 냉수저장부(710)로 저온 냉수를 배출하고, 냉수저장부(710)의 상부의 고온 냉수를 유입하여 다시 외부공기와의 강제 대류 열교환을 통해 설정된 온도를 갖는 냉수 생산을 반복함으로써 최종적으로는 결빙이 발생하지 않아 냉수를 냉수저장부에 균일한 온도로 저장할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 다른 실시예를 설명하되, 전술한 제1 실시예에 나타난 구성요소와 유사한 구성요소에 대하여는 구체적인 설명을 생략하고 차이점을 갖는 구성요소를 중심으로 설명한다. 그리고, 이하의 다른 실시예에서는 제1 실시예에 나타난 구성요소 또는 서로 다른 실시예에 나타난 구성요소 중에서 채용 가능한 구조라면 선택적으로 적용할 수도 있는 것으로 구체적인 설명이나 도면상 도시는 생략한다.
도9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치를 나타낸 요부 구성도로서 주요 구성요소를 부호 등으로 간략화하여 나타낸 것이다.
도9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 전술한 제1 실시예와 유사하게 냉수가 저장되는 냉수저장부(710)와, 이 냉수저장부(710)의 용수를 냉각하는 냉수생성부(720), 냉수저장부(710)의 용수를 냉수생성실(724)로 공급하도록 연결되는 냉수제조용수공급라인(730), 냉수생성실(724)을 경유하여 생성된 냉수가 냉수저장부(710)에 회수되도록 연결되는 냉수배출라인(740)과, 냉수제조용수공급라인에 접속되는 냉수생성용펌프(750), 냉수생성실의 온도를 감지하는 냉수생성실온도감지부(760)와, 냉수저장부(710)의 온도를 감지하는 냉수저장부온도감지부(770)가 구성되되, 보다 신속한 냉수 생성을 위해 외부공기송풍팬(795)이 더 구성되어 있다.
외부공기송풍팬(795)은 냉수저장부온도감지부(760) 및 냉수생성실온도감지부(770)에 의해 감지된 신호를 기초로 냉수저장부의 냉수 온도가 설정 온도가 되도록 냉수생성제어부(780)의 제어하에 외부공기수용실(723)로 외부공기를 유입시키도록 작동된다.
외부공기송풍팬(795)은 냉수생성부케이스(725)에 형성된 개구부에 설치되는 것으로, 공조분야에서 사용되는 송풍팬을 설치할 수 있다.
냉수생성부(720)에는 외부공기수용실(723)의 온도, 즉 외부공기의 온도를 감지하도록 온도센서로 구성되는 외기온도감지부(796)이 더 구성되어 있다.
그리고 냉수생성제어부(780)는 외기온도감지부(796)와 냉수생성실온도감지부(770)에 의해 감지신호에 의해 검출된 온도 차이가 설정된 범위보다 낮을 경우 외부공기송풍팬(795)의 구동을 정지시키는 제어동작을 수행하도록 구성되어 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 전술한 제1 실시예와 마찬가지로 동절기 외기와의 열교환을 통해 효과적으로 냉수를 생산할 수 있고, 외기의 온도가 매우 낮을 경우 결빙이 발생되지 않아서 냉수를 안정적으로 생산할 수 있다.
특히 본 발명의 제2 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 냉수의 생산과정에서 불필요하게 외부공기송풍팬(795)의 구동에 따른 에너지 낭비를 줄일 수 있다. 예컨대, 일반적인 진동형 히트파이프(722a)는 최소 작동 온도차가 7℃ 이상일 경우에 정상적인 열교환 작용이 수행되므로 외기온도감지부(796)와 냉수생성실온도감지부(760)에 의해 감지된 열교환 대상유체(냉수생성실의 용수와 외부공기수용실의 외부공기) 상호간의 온도 차이가 7℃ 이하일 경우 진동형 히트파이프(722a)의 정상적인 작동이 이루어지지 않으므로 냉수생성제어부(780)의 제어하에 외부공기송풍팬(795)의 작동을 중지시켜 에너지 낭비를 방지할 수 있다.
도10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치를 나타낸 요부 구성도로서 주요 구성요소를 부호 등으로 간략화하여 나타낸 것이다.
도10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 전술한 제2 실시예와 유사하게 냉수저장부(710), 냉수생성부(720), 냉수제조용수공급라인(730), 냉수배출라인(740)과, 냉수생성용펌프(750), 냉수생성실온도감지부(760), 냉수저장부온도감지부(770), 외부공기송풍팬(795)으로 구성되되, 냉수생성용펌프(750)를 작동시키면서 냉수생성실(724)에 수용된 용수를 연속적으로 냉각할 경우 냉각 효율의 향상을 위한 냉수경로안내격벽(729)이 구성되어 있다.
냉수경로안내격벽(729)은 냉수생성실(724)로 유입되는 용수가 'U' 자 형상의 유로를 형성하면서 배출되도록 냉수생성조(721)의 내부에 유동구를 갖는 격벽 형태로 구성되어 있다.
한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 전술한 제2 실시예와 유사한 상승작용을 발휘함은 물론이고, 냉수생성실(724)에 'U' 자 형상의 유로가 형성됨에 따라 용수의 선입선출이 가능하므로 먼저 유입된 용수가 진동형 히트파이프(722a)에 의해 냉각된 후 나중에 유입되는 용수와 혼합되지 않고 배출될 수 있다. 이에 따라 냉수생성용펌프(750)를 작동시키면서 냉수생성실(724)에 수용된 용수를 연속적으로 냉각할 경우 선입선출을 통해 냉수 생산을 효과적으로 수행할 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치의 구성 및 동작에 대해서 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로서 본 기술분야에 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예의 일부를 치환 및 변형하는 것이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물에 미치는 것으로 이해되어야 할 것이다.
710:냉수저장부 720:냉수생성부
721:냉수생성조 722:외부공기열교환수단
722a:진동형 히트파이프 723:외부공기수용실
724:냉수생성실 729:냉수경로안내격벽
730:냉수제조용수공급라인 740:냉수배출라인
750:냉수생성용펌프 760:냉수생성실온도감지부
770:냉수저장부온도감지부 780:냉수생성제어부
795:외부공기송풍팬

Claims (9)

  1. 결빙 방지형 냉수 생성장치에 있어서,
    냉수가 저장되는 냉수저장부; 및
    상기 냉수저장부의 용수를 냉각하는 냉수생성부;를 포함하고,
    상기 냉수생성부는,
    외부공기가 수용되는 외부공기수용실이 마련되고, 상기 외부공기수용실과 구획되고 용수가 수용되는 냉수생성실이 마련된 냉수생성조; 및
    상기 외부공기수용실에 수용된 외부공기와 상기 냉수생성실에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 외부공기열교환수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지형 냉수 생성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉수저장부의 용수를 상기 냉수생성실로 공급하도록 연결되는 냉수제조용수공급라인;
    상기 냉수생성실을 경유하여 생성된 냉수가 상기 냉수저장부에 회수되도록 연결되는 냉수배출라인; 및
    상기 냉수제조용수공급라인 또는 상기 냉수배출라인에 접속되는 냉수생성용펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지형 냉수 생성장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 외부공기열교환수단은 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 외부공기의 냉기를 냉수생성실에 채워진 용수에 전달하도록 일측이 상기 외부공기수용실에 배치되고 타측이 상기 냉수생성실에 배치되는 진동형 히트파이프로 구성된 것을 특징으로 하는 결빙 방지형 냉수 생성장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉수생성실의 온도를 감지하는 냉수생성실온도감지부; 및
    상기 냉수저장부의 온도를 감지하는 냉수저장부온도감지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지형 냉수 생성장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉수저장부온도감지부 및 상기 냉수생성실온도감지부에 의해 감지된 신호를 기초로 상기 냉수저장부의 냉수 온도가 설정 온도가 되도록 상기 냉수생성용펌프의 구동을 제어하되, 상기 냉수생성실온도감지부에 의해 감지되는 온도가 물의 설정 온도 이하일 경우 상기 냉수생성용펌프를 작동시켜 상기 냉수생성실의 결빙을 방지하는 제어동작을 수행하는 냉수생성제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지형 냉수 생성장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 외부공기수용실의 외부를 둘러싸도록 형성된 냉수생성부케이스; 및
    상기 냉수저장부온도감지부 및 상기 냉수생성실온도감지부에 의해 감지된 신호를 기초로 상기 냉수저장부의 냉수 온도가 설정 온도가 되도록 상기 냉수생성제어부의 제어하에 상기 외부공기수용실로 외부공기를 유입시키도록 작동되는 외부공기송풍팬;을 포함하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지형 냉수 생성장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 진동형 히트파이프가 복수 개로 구성되어 열교환수단설치부에 의해 상기 냉수생성조에 설치되되,
    상기 열교환수단설치부는 상기 냉수생성조의 상판에 천공되는 열교환수단설치홀과, 상기 열교환수단설치홀에 설치되고 판상부재에 상기 진동형 히트파이프가 끼워지는 복수의 파이프삽입슬릿이 형성된 파이프설치판을 포함하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지형 냉수 생성장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 외부공기수용실의 온도를 감지하는 외기온도감지부를 더 포함하고,
    상기 냉수생성제어부는 상기 외기온도감지부와 상기 냉수생성실온도감지부에 감지된 감지신호를 기초로 검출된 온도 차이가 설정된 범위보다 작을 경우 외부공기송풍팬의 구동을 정지시키는 제어동작을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 결빙 방지형 냉수 생성장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 냉수생성실로 유입되는 용수가 'U' 자 형상의 유로를 형성하면서 배출되도록 냉수경로안내격벽이 형성된 것을 특징으로 하는 결빙 방지형 냉수 생성장치.
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