WO2023096424A1 - 순간 냉각을 위한 냉각장치 - Google Patents

순간 냉각을 위한 냉각장치 Download PDF

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WO2023096424A1
WO2023096424A1 PCT/KR2022/018897 KR2022018897W WO2023096424A1 WO 2023096424 A1 WO2023096424 A1 WO 2023096424A1 KR 2022018897 W KR2022018897 W KR 2022018897W WO 2023096424 A1 WO2023096424 A1 WO 2023096424A1
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cooling
pipe
water
housing
inlet
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PCT/KR2022/018897
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English (en)
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최승준
박사언
박형미
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주식회사 지에스아이
가부시키가이샤 리쿠시루
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    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D31/00—Other cooling or freezing apparatus
    • F25D31/002—Liquid coolers, e.g. beverage cooler
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67D—DISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B67D1/00—Apparatus or devices for dispensing beverages on draught
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2400/00—General features of, or devices for refrigerators, cold rooms, ice-boxes, or for cooling or freezing apparatus not covered by any other subclass
    • F25D2400/30—Quick freezing

Definitions

  • the present invention relates to a cooling device capable of producing cold water by instantaneously cooling water to be cooled, such as a water purifier, a cold/hot water dispenser, or a refrigerator.
  • a cold water tank is used to cool room temperature water, which is raw water, and the water stored in the cold water tank is cooled and stored, and then the cold water stored in the cold water tank is discharged to the outside by a cold water discharge operation.
  • the present inventor intends to propose another method of making cold water by instantaneously cooling the water to be cooled.
  • An object of the present invention is to provide a cooling device for instantaneous cooling to make cold water by cooling water to be cooled from the outside in a short time.
  • the present invention is an intake pipe having an inlet through which cooling water required to be cooled flows in, a housing having a drain hole through which cold water cooling the cooling water introduced through the inlet is discharged, and an exterior of the housing.
  • a cooling device for instantaneous cooling is provided, which includes a refrigerant circulation pipe provided to wrap in a spiral shape on a side surface, and a spiral ice spiral formed by the refrigerant circulation pipe on an inner wall of the housing.
  • the housing further comprising a cooling pipe provided therein so that the water inlet pipe is inserted along the longitudinal direction, but the ice spiral may not be formed inside the water inlet pipe or the cooling pipe. there is.
  • one end of the cooling pipe includes a first passage formed through the inner wall of the housing, and the first passage may have a form in which a plurality of fine holes are perforated.
  • it further includes first and second inner pipes provided between the cooling pipe and the housing, but the cooling water is introduced through the inlet provided at one end of the water acquisition pipe and is introduced into the other end of the water acquisition pipe. is discharged through a first opening provided in the cooling pipe, and the cooling water discharged through the first opening is changed in direction by the closed other end of the cooling pipe and flows along the longitudinal direction of the cooling pipe.
  • the cooling water flowing into the first inner pipe flows along the longitudinal direction of the first inner pipe and then is discharged through a second opening provided at the other end of the first inner pipe.
  • the cooled water discharged through the second opening flows along the longitudinal direction of the inner wall of the second inner pipe, rotates along the ice spiral, and then passes through one end of the second inner pipe.
  • the cooling water introduced into the inner wall of the housing through the second passage flows along the longitudinal direction of the inner wall of the housing, rotates along the ice spiral, and then returns to the drain hole. may be discharged.
  • the second passage may have a form in which a plurality of fine holes are perforated.
  • the closed other end of the cooling pipe may be formed by coupling a separate cover member to a tubular pipe having both ends open.
  • the cooling pipe and the second inner pipe are fitted into a plurality of grooves provided concentrically to form the other end closed to the cooling pipe and the second inner pipe.
  • the cover member may form a flow path through which fluid can flow in a radial direction with a depth of at least a portion of the circumference of some of the plurality of grooves.
  • the housing is provided on an outer surface of the housing and may further include an insulating material provided to surround the housing.
  • it further includes a valve provided at the drain hole, wherein the valve mixes cold water discharged through the drain hole with a fluid having a higher temperature than the cold water, and mixes the mixed water whose temperature is controlled by mixing. can be ejected.
  • the cooling water may be introduced into the drain hole, and the cold water may be discharged through the inlet hole.
  • the cooling water introduced along the drain hole may be pre-cooled by rotating along the ice spiral.
  • the inlet and the drain may be provided in the same direction on one side of the housing.
  • the housing is provided to be spaced apart from the water inlet pipe having the inlet through which the cooling water flows, a third inner pipe provided to be spaced apart from the outside of the water acquisition pipe, and spaced apart from the outside of the third inner pipe
  • a cooling pipe may be included, and the drain through which cold water is discharged may be provided outside the cooling pipe.
  • the cooling water may be introduced into the drain hole, and the cold water may be discharged through the inlet hole.
  • At least one cover member selectively blocking one end or the other end of at least one of the tubular water intake pipe, the third inner pipe, and the cooling pipe, both ends of which are opened, on at least one side of the housing. can be provided.
  • the cover member provided around the inlet or the drain may include at least one air hole through which internal air is exhausted to the outside.
  • cooling water introduced from the outside flows along the spiral ice, thereby cooling the water in a short time to make cold water.
  • FIG. 1 is a view showing the appearance of a cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a longitudinal cross-section of a cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing how fluid flows along a flow path in the cooling device of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a view showing a longitudinal cross-section of a cooling device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing how fluid flows along a flow path in the cooling device of FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the cooling device of FIG. 4;
  • FIG. 7 is a view showing a state in which a cover member according to an embodiment of the present invention is coupled.
  • FIG. 8 is a view showing the appearance of a cooling device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a longitudinal cross-section of a cooling device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 10 and 11 are views showing air holes of a cooling device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing a flow path through which internal air of a cooling device is exhausted to the outside along an air hole according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing the appearance of a cooling device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view showing a longitudinal section of the cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • the cooling device for instantaneous cooling includes a housing 10 having an inlet 11 on one side and a drain port 12 on the other side, , Cooled water requiring cooling may be introduced into the inlet 11 and cooled cold water may be discharged through the drain hole 12 . At this time, the cooling water may be cooled by the cold air formed by the refrigerant circulation pipe 20 arranged to be spirally wrapped around the outer surface of the housing 10 .
  • FIGS. 1 and 2 since the components shown in FIGS. 1 and 2 are not essential, a cooling device having more or fewer components may be implemented.
  • the housing 10 forms the exterior of the cooling device, and an intake pipe 110 having an inlet 11 is inserted into one side, and the cold water cooled by the cooling water introduced through the inlet 11 is discharged to the other side. It may have a drain 12 that is.
  • the drain hole 12 is provided on the other side of the housing 10 to form a flow path through which cold water formed inside the housing 10 is discharged, but the drain hole 12 is a pipe provided inside the housing 10.
  • the location of the inlet 11 and the drain 120 is not particularly limited.
  • the acquisition pipe 110 has a tubular shape with openings at both ends, and the acquisition pipe 110 may have an inlet 11 at one end through which the cooling water flows. At this time, the inlet 11 may be provided outside the housing 10, but the present invention is not particularly limited thereto.
  • the other end of the water inlet pipe 110 inserted into one side of the housing 10 may be provided inside the housing 10, and at this time, the other end of the water inlet pipe 110, that is, the end on the side of the drain 12, has a first One opening may be formed, and accordingly, the cooling water introduced through the inlet 11 may flow along the water intake pipe 110 and then be discharged through the first opening.
  • the cooling pipe 120 At the other end of the inlet pipe 110, the cooling pipe 120, one end of which is closed, may be provided so as to have a covered state at a distance.
  • the tubular cooling pipe 120 is provided inside the housing 10, and the water intake pipe 110 may be provided to be inserted into the cooling pipe 120 along the longitudinal direction. At this time, the cooling pipe 120 with one end closed may be provided so that the closed one end covers the first opening of the water acquisition pipe 110.
  • the cooling pipe 120 one end of which is closed, may have a separate cover member 50 coupled to one end of both open ends (see FIG. 7).
  • the separate cover member 50 selectively closes or opens at least one end of at least one of the plurality of pipes by covering and coupling to at least one end of a plurality of concentric pipes. can do.
  • a plurality of grooves into which the plurality of pipes can be coupled are formed on one surface of the circular or rectangular cover member 50 corresponding to the cross section of the pipe, and some of the plurality of grooves are formed with cooling pipes 120 and The second inner pipe 125 may be completely fitted to form the other end closed to the cooling pipe 120 and the second inner pipe 125 .
  • the water acquisition pipe 110 or the first inner pipe 115 is inserted into another part of the plurality of grooves, but at least a part of the circumference of the groove into which the water acquisition pipe 110 or the first inner pipe 115 is fitted.
  • the first opening or the second opening may be formed as a passage through which the fluid may flow deeper than other portions.
  • the cooling water introduced through the inlet 11 provided at one end of the inlet pipe 110 flows along the inlet pipe 110 and is discharged through the first opening of the other end. Accordingly, the flow direction of the cooling water discharged from the first opening of the inlet pipe 110 is changed by the closed end of the cooling pipe 120 covered by the inlet pipe 110, and the cooling pipe ( 120) can flow along the inner wall.
  • the cooling water flowing along the inner wall of the cooling pipe 120 may flow outward at the end of the inlet 11 side, that is, in the radial direction through the first passage formed through the inner wall of the housing 10.
  • the cooled water that has passed through the first passage flows along the inner wall of the housing 10 in the opposite direction, but can rotate along the ice spiral 30 as will be described later.
  • the inner wall of the housing 10 may include a helical ice spiral 30 wrapped along the inner circumferential surface of the housing 10 .
  • a refrigerant circulation pipe 20 formed along the ice spiral 30, that is, wrapped around the housing 10 in a spiral form, may be provided on the outer surface of the housing 10.
  • the refrigerant circulation pipe 20 corresponds to an evaporator among a compressor, a condenser, an evaporator, and an expansion valve constituting a refrigeration cycle.
  • the compressor that sucks the low-temperature and low-pressure gaseous refrigerant evaporated from the evaporator pressurizes the refrigerant, but the pressurized refrigerant can be pressurized to a saturation pressure corresponding to the condensation temperature so that the refrigerant can be condensed and liquefied in the condenser, and the condenser is compressed in the compressor.
  • the high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant discharged from the system can be condensed and liquefied by releasing heat. It can be converted into a low-temperature, low-pressure liquid refrigerant.
  • the cooling water introduced through the inlet 11 is cooled on the inner circumferential surface of the housing 10 by the refrigerant circulation pipe 20 arranged to spirally wrap around the outer circumferential surface of the housing 10, and the refrigerant circulation pipe 20 Depending on the wrapped shape of the ice, that is, the ice spiral 30 may be formed.
  • the cooling water flowing in the radial direction through the first passage formed at one end of the cooling pipe 120 may contact the spiral ice spiral 30 and rotate and flow according to its shape.
  • the cooling water flowing in the radial direction of the cooling pipe 120 through the first passage flows along the helical ice spiral 30, that is, along the f3 passage shown in FIG. 3, but the ice spiral 30 )
  • the cooling water flowing along may be guided to the drain port 12 .
  • the ice spiral 30 formed by the refrigerant circulation pipe 20, as shown in FIGS. 2 and 3, is spaced apart from adjacent ice formed along the longitudinal direction of the housing 10 in cross section, so that the water to be cooled It is desirable to form a fluid flow passage.
  • the refrigerant circulation pipe 20 is disposed on the outer circumferential surface of the housing 10 so that the ice spiral 30 can be spaced apart from each other between adjacent ice formed along the longitudinal direction on the longitudinal section of the housing 10. desirable.
  • the cooling water flows toward the drain hole 12 in a state of being in contact with the surface of the spiral ice spiral 30, whereby the contact time of the cooling water with ice increases and the contact area with ice widens.
  • the heat exchange efficiency is increased, and the cooling efficiency of the cooling water may be increased.
  • the ice spiral 30 protrudes toward the inside of the housing 10, and the protruding inner end is formed up to the outer wall of the cooling pipe 120, or (120) so that it can be formed to at least a part of the inner side, it is preferable not to be formed inside the water inlet pipe (110).
  • the present invention is not particularly limited, but the first passage (not shown) formed at one end of the cooling pipe 120, that is, at the end of the inlet 11 side, is formed through the pipe wall, so that the first passage is formed through the cooling pipe ( A flow path may be formed so that the cooling water flowing along the longitudinal direction of the housing 120 may flow in the radial direction toward the inner wall of the housing 10 .
  • the first passage may have a shape in which a plurality of fine holes are perforated, and accordingly, it is preferable that the cooling water passing through the first passage is finely sprayed.
  • the cooling efficiency of the cooling water that is finely sprayed through the first passage is increased by contacting the surface of the ice spiral 30 .
  • the cooling device discharges the cooling water introduced through the inlet 11 through the drain hole 12, looking at the flow path of the cooling water formed in the process, as shown in FIG. same.
  • the cooling water introduced through the inlet 11 may flow along the water intake pipe 110 to form an f1 flow path.
  • the cooling water introduced through the inlet 11 provided at one end of the inlet pipe 110 flows along the longitudinal direction of the inlet pipe 110 and can be discharged through the first opening at the other end, and into the first opening.
  • the discharged cooling water may flow along the longitudinal direction of the cooling pipe 120 in the opposite direction again by the cooling pipe 120 covering the other end, thereby forming an f2 passage.
  • the cooling water flowing from the inside along the water intake pipe 110 and the cooling pipe 120 does not directly contact the ice spiral 30, but is pre-cooled by the cold air formed by the refrigerant circulation pipe 20 and the ice spiral 30. It can be.
  • the cooling water flowing in the radial direction through the first passage formed at the end of the inlet 11 side of the cooling pipe 120 rotates along the spiral ice spiral 30 toward the drain port 12 side, forming an f3 flow path.
  • the cooling water can be intensively cooled by directly contacting the ice spiral 30.
  • the cooling water introduced into the housing 10 through the inlet 11 can be cooled within a short period of time by going through the pre-cooling and intensive cooling processes.
  • FIG. 4 is a view showing a longitudinal cross-section of a cooling device according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a view showing fluid flow along a flow path in the cooling device of FIG. 4
  • FIG. It is a drawing showing the cross section of the cooling device of 4.
  • a cooling device includes a first inner pipe 115 provided between a cooling pipe 120 and a housing 10, and a second inner pipe (125) may be included.
  • the first and second inner pipes 115 and 125 may sequentially form an inner angle with the first inner pipe 115 and an outer angle with the second inner pipe 125 .
  • a second opening may be formed at the other end of the first inner pipe 115, that is, at the end of the drain port 12 side, and at one end of the second inner pipe 125, that is, at the end of the inlet port 11 side, the pipe wall
  • a second passage forming through may be provided.
  • the second passage may also have a form in which a plurality of fine holes are perforated, similarly to the first passage.
  • the ice spiral 30 protrudes inward from the inner wall of the housing 10, and the inner end of the protruding ice spiral 30 passes through the second inner pipe 125 to form a second inner pipe 125. 1 It is preferable to be able to form up to the outer wall of the inner pipe 115.
  • the flow path of the cooling water formed in the process is as shown in FIG. 5.
  • the cooling water introduced through the inlet 11 may flow along the water intake pipe 110 to form an f1 flow path.
  • the cooling water introduced through the inlet 11 provided at one end of the acquisition pipe 110 flows along the longitudinal direction of the acquisition pipe 110, but may be discharged through the first opening provided at the other end.
  • the direction is changed in the opposite direction by the closed other end of the cooling pipe 120 covering the other end of the pipe 110 and flows along the longitudinal direction of the cooling pipe 120 to form an f2 flow path.
  • the cooling water flowing in the radial direction through the first passage formed at the end of the cooling pipe 120 on the side of the inlet 11 may flow into the first inner pipe 115 .
  • the cooling water introduced into the first inner pipe 115 flows along the longitudinal direction of the first inner pipe 115 to form an f3 passage, and then passes through the second opening provided at the other end of the first inner pipe 115. may be discharged.
  • the cooling water flowing inside the water intake pipe 110, the cooling pipe 120, and the first inner pipe 115 does not come into direct contact with the ice spiral 30, but the refrigerant circulation pipe 20 and the ice spiral ( 30) can pre-cool by the cold air formed.
  • the cooling water discharged through the second opening provided at the other end of the first inner pipe 115 flows along the longitudinal direction of the inner wall of the second inner pipe 125, while the inner wall of the second inner pipe 125 flows. It can be rotated along the ice spiral 30 formed in to form a flow path f41, and then can flow into the inner wall of the housing 10 through a second passage formed through the pipe wall at one end of the second inner pipe 125. there is.
  • the cooling water introduced into the inner wall of the housing 10 through the second passage flows along the lengthwise direction of the inner wall of the housing 10, but the ice spiral 30 formed on the inner wall of the housing 10 It can be rotated along to form the f42 flow path, and then can be discharged to the drain port 12.
  • the cooling efficiency is further improved by the repeated intensive cooling process.
  • first and second inner pipes 115 and 125, the cooling pipe 120, and the water intake pipe 110 are provided in layers inside the housing 10, supercooling is achieved by the refrigerant circulation pipe 20 Even if it loses, the ice may not completely freeze until the water inlet pipe 110.
  • an insulating material 40 may be provided on an outer surface of the housing 10 of the cooling device according to an embodiment of the present invention to surround the housing 10 .
  • the material of the present invention is not particularly limited.
  • the drain hole 12 in which the cooled water is cooled can be discharged, but the temperature of the cold water discharged through the drain hole 12 needs to be adjusted.
  • a valve (not shown) may be provided in the drain 12 according to an embodiment of the present invention.
  • the valve includes cold water discharged through the drain 12 and a fluid having a higher temperature than the cold water, specifically It is possible to mix water to be cooled, and discharge mixed water whose temperature is controlled by the mixing.
  • the flow rate of the fluid mixed with the cold water is controlled by the opening and closing rate of the valve, so that the temperature of the mixed water discharged from the valve can be adjusted.
  • cooling water when cooling water is introduced into the inlet 11 of the housing 10 according to the previous embodiment, cold water cooled by the cooling water may be discharged through the drain hole 12 .
  • the cooling water may be introduced into the drain hole 12 and the cold water may be discharged through the inlet hole 11 .
  • the cooling water is introduced through the drain hole 12 so that the cooling water first contacts the surface of the ice spiral 30, and then intensive cooling, and then the water intake pipe 11 ) through which the cold water can be discharged through the inlet 11, and in this case, there is an effect of reducing the temperature deviation of the cold water discharged.
  • cooling water may be introduced into the inlet 11 of the housing 10 or cooled cold water may be discharged, and at the same time, cooled water may be discharged or cooled water may be introduced into the drain port 12 of the housing 10.
  • the housing 10 of the cooling device according to the previous embodiment may have an inlet 11 provided on one side and a drain hole 12 provided on the other side, but the cooling device according to another embodiment of the present invention.
  • the housing 10 may be provided with an inlet 11 and a drain 12 on one side.
  • FIG. 8 is a view showing the appearance of a cooling device according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a view showing a longitudinal section of the cooling device according to another embodiment of the present invention.
  • the cooling water flowing into the inlet 11 provided on one side of the housing 10 is cooled by reciprocating at least once inside the housing 10, and the inlet 11 is provided. It can be discharged to the drain 12 provided in the same direction as the direction.
  • the water intake pipe 110 and the cooling pipe 120 are provided inside the housing 10, as well as an odd number of third inner pipes 130. ) can be provided.
  • an inlet pipe 110 having an inlet 11 through which cooling water flows into the inside of the housing 10, and a third pipe 110 provided to be spaced apart from the outside of the inlet pipe 110.
  • Three inner pipes 130 and a cooling pipe 120 spaced apart from the outside of the third inner pipe 130 may be provided.
  • the cooling water flowing along the water intake pipe 110, the third inner pipe 130, and the cooling pipe 120 is pre-cooled, and the ice spiral 30 spirally formed on the inner wall of the housing 10 is formed. After being rotated along and intensively cooled, it may be discharged through the drain hole 12 provided on the outside of the cooling pipe 120 .
  • the cooling water when the cooling water flows into the drain hole 12, in the reverse order, the cooling water rotates along the ice spiral 30 formed in a spiral shape on the inner wall of the housing 10 and is pre-cooled, then, After flowing along the cooling pipe 120, the third inner pipe 130, and the water inlet pipe 110 to be intensively cooled, it may be discharged through the inlet 11 of the water inlet pipe 110.
  • the water intake pipe 110, the third inner pipe 130, and the cooling pipe 120 are provided inside the housing 10, and in order to form the flow of the cooling water as shown in FIG. 9, the water intake pipe 110, At least one cover member 50a or 50b may be provided to selectively block one or the other end of at least one of the third inner pipe 130 and the cooling pipe 120 .
  • At least one air hole may be included to exhaust air filled inside the housing 10 to the outside. At least one air hole may be formed in the cover members 50a and 50b.
  • air inside the housing 10 may be exhausted to the outside through an air hole.
  • the air hole according to a specific embodiment, as shown in Figs. 10 to 12, at least one air in the cover member (50a) provided around the inlet 11 or drain 12 of the water intake pipe 110 A hall may be provided.
  • the air inside the housing 10 when the air inside the housing 10 is exhausted to the outside through the air hole, it can be exhausted through the inlet 11 or the drain 12 located around the housing 10 .
  • a plurality of air holes may be provided in the cover member 50a, and as shown in FIG. 11, air may flow between the plurality of air holes.
  • a passageway in which there is it can be connected to an airline having a groove or a conduit form.
  • the air inside the housing 10 may be exhausted to the outside along the air hole and the air rail, and through the inlet 11 or the drain 12.
  • the housing 10 may be provided with at least one drain pipe 13a, 13b for discharging water stored therein to the outside. .
  • At least one drain pipe (13a, 13b) is provided to communicate between the inside and outside at any position of the housing 10, so that when the valve is opened, the water stored inside the housing 10 can be discharged to the outside.

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Abstract

본 발명은 냉각이 요구되는 피냉각수가 유입되는 유입구를 가진 입수파이프, 상기 유입구를 통해 유입된 상기 피냉각수를 냉각시킨 냉수가 배출되는 배수구를 가진 하우징, 상기 하우징의 외측면에 나선형으로 감싸도록 마련된 냉매순환배관, 및 상기 하우징의 내측벽에는 상기 냉매순환배관에 의해 형성된 나선형의 얼음스파이럴을 포함하는 순간 냉각을 위한 냉각장치를 제공한다.

Description

순간 냉각을 위한 냉각장치
본 발명은 정수기, 냉온수기, 냉장고 등 냉각이 요구되는 피냉각수를 순간 냉각시켜 냉수를 만들 수 있는 냉각장치에 관한 것이다.
정수기나 냉온수기 등에서는 원수인 상온수를 냉각하기 위해 냉수탱크를 이용하여, 냉수탱크에 저장된 물을 냉각시켜 저장한 다음, 냉수 배출 조작에 의해 냉수탱크에 저장된 냉수는 외부로 배출될 수 있다.
이렇게 냉수탱크를 이용하여 내부에 저장된 피냉각수를 냉각시키는 경우, 냉수탱크 내부에 저장된 물이 오염될 위험성이 있고, 냉수 배출을 하지 않을 때에도 냉각을 위해 전기 에너지의 소모가 요구되며, 또 냉수탱크에 저장된 물을 다 사용한 경우 다시 냉수를 만들기까지 시간이 소요되는 점 등의 단점이 있다.
따라서, 피냉각수인 상온수 따위를 순간 냉각시켜 배출할 수 있는 기술에 대한 요구가 증대되고 있는 실정에 있으며, 이를 위해 본 발명자는 한국특허등록번호 제10-1804385호에서 순간 냉각이 가능한 장치를 제시하였다.
그러나 본 발명자는 피냉각수를 순간 냉각시켜 냉수를 만들 수 있는 또 다른 방법을 제안하고자 한다.
본 발명은, 외부에서 유입된 피냉각수를 짧은 시간 내에 냉각시켜 냉수를 만들기 위한 순간 냉각을 위한 냉각장치를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 냉각이 요구되는 피냉각수가 유입되는 유입구를 가진 입수파이프, 상기 유입구를 통해 유입된 상기 피냉각수를 냉각시킨 냉수가 배출되는 배수구를 가진 하우징, 상기 하우징의 외측면에 나선형으로 감싸도록 마련된 냉매순환배관, 및 상기 하우징의 내측벽에는 상기 냉매순환배관에 의해 형성된 나선형의 얼음스파이럴을 포함하는 순간 냉각을 위한 냉각장치를 제공한다.
일 실시예에 따라, 상기 하우징 내 마련되되, 내부에 상기 입수파이프가 길이방향을 따라 삽입되도록 마련된 냉각파이프를 더 포함하되, 상기 얼음스파이럴은 상기 입수파이프 또는 상기 냉각파이프의 내부에는 형성되지 않을 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 냉각파이프의 일단부에는, 상기 하우징의 내측벽을 향하여 관통 형성된 제1 통로를 포함하되, 상기 제1 통로는 미세구멍이 다수 타공된 형태일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 냉각파이프와 상기 하우징 사이에 마련된 제1 및 제2 이너파이프를 더 포함하되, 상기 피냉각수는, 상기 입수파이프의 일단에 마련된 상기 유입구를 통해 유입되어 상기 입수파이프의 타단에 마련된 제1 개구부를 통해 배출되고, 상기 제1 개구부로 배출된 상기 피냉각수는, 상기 냉각파이프의 폐쇄된 타단부에 의해 방향이 전환되어 상기 냉각파이프의 길이방향을 따라 유동한 다음, 상기 제1 이너파이프로 유입되며, 상기 제1 이너파이프로 유입된 상기 피냉각수는, 상기 제1 이너파이프의 길이방향을 따라 유동한 다음, 상기 제1 이너파이프의 타단에 마련된 제2 개구부를 통해 배출되고, 상기 제2 개구부를 통해 배출된 상기 피냉각수는, 상기 제2 이너파이프의 내측벽의 길이방향을 따라 유동하되, 상기 얼음스파이럴을 따라 회동한 다음, 상기 제2 이너파이프의 일단에 관통형성된 제2 통로를 통해 상기 하우징의 내측벽으로 유입되며, 상기 하우징의 내측벽으로 유입된 상기 피냉각수는, 상기 하우징의 내측벽의 길이방향을 따라 유동하되, 상기 얼음스파이럴을 따라 회동한 다음 상기 배수구로 배출될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 통로는 미세구멍이 다수 타공된 형태일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 냉각파이프의 폐쇄된 타단부는, 양단이 개구된 관형의 파이프에 별도의 커버부재가 결합되어 형성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 커버부재는, 동심으로 마련된 복수의 홈에 상기 냉각파이프 및 상기 제2 이너파이프가 끼움 결합되어, 상기 냉각파이프 및 상기 제2 이너파이프에 폐쇄된 타단부를 형성케할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 커버부재는, 상기 복수의 홈 중 일부에는 둘레 중 적어도 일부의 깊이가 깊어 유체가 반경방향으로 유동할 수 있는 유로를 형성케할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 하우징의 외측면에 마련되어, 상기 하우징을 감싸도록 마련된 보온재를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배수구에 마련된 밸브를 더 포함하되, 상기 밸브는, 상기 배수구를 통해 배출되는 냉수와, 상기 냉수보다 높은 온도의 유체를 혼합하고, 혼합에 의해 온도가 조절된 혼합수를 배출할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배수구로 상기 피냉각수가 유입되고, 상기 유입구로 냉수가 배출될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배수구를 따라 유입된 상기 피냉각수는 상기 얼음스파이럴을 따라 회동하여 전조냉각될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 유입구와 상기 배수구는 상기 하우징의 일측 같은 방향에 마련될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 하우징은, 피냉각수가 유입되는 상기 입수구를 가진 상기 입수파이프와, 상기 입수파이프의 외측에 이격하도록 마련된 제3 이너파이프와, 상기 제3 이너파이프의 외측에 이격하도록 마련된 냉각파이프를 포함하되, 상기 냉각파이프의 외측에 냉수가 배출되는 상기 배수구가 마련될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배수구로 상기 피냉각수가 유입되고, 상기 유입구로 냉수가 배출될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 하우징의 적어도 일측에는, 양단이 개구된 관형의 상기 입수파이프, 상기 제3 이너파이프, 및 상기 냉각파이프 중 적어도 하나의 일단 또는 타단을 선택적으로 차단하는 적어도 하나의 커버부재가 마련될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 유입구 또는 상기 배수구 주변에 마련된 상기 커버부재는, 내부의 공기가 외부로 배기될 수 있도록 적어도 하나의 에어홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치는, 외부에서 유입된 피냉각수가 나선형의 얼음을 따라 유동함으로써, 짧은 시간 내에 냉각시켜 냉수를 만들 수 있다.
내부에 겹겹이 마련된 파이프에 의해, 냉매순환배관에 의해 과냉각이 이루어지더라도 외부로부터 피냉각수가 유입되는 입수파이프에까지 완전 결빙이 이루어지지 않도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 외관을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 종단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 냉각장치에서 유체가 유로를 따라 유동하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 냉각장치의 종단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 냉각장치에서 유체가 유로를 따라 유동하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4의 냉각장치의 횡단면을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 커버부재가 결합된 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 냉각장치의 외관을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 냉각장치의 종단면을 나타낸 도면이다.
도 10 및 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 냉각장치의 에어홀을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 냉각장치의 내부 공기가 에어홀을 따라 외부로 배기되는 유로를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 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. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 외관을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 종단면을 나타낸 도면이다.
도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 순간 냉각을 위한 냉각장치는, 일측에 유입구(11)가 마련되고 타측에 배수구(12)가 마련된 하우징(10)을 포함하여, 유입구(11)로 냉각이 요구되는 피냉각수가 유입되고, 배수구(12)로 냉각된 냉수가 배출될 수 있다. 이때, 하우징(10)의 외측면에 나선형으로 감싸도록 마련된 냉매순환배관(20)에 의해 형성된 냉기에 의해 상기 피냉각수는 냉각될 수 있다.
다만, 도 1 및 2에 도시한 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 냉각장치가 구현될 수 있음은 물론이다.
이하, 각 구성요소들에 대해 살펴보기로 한다.
하우징(10)은 냉각장치의 외관을 형성하는 것으로서, 일측에는 유입구(11)를 가진 입수파이프(110)가 삽입되고, 타측에는 상기 유입구(11)를 통해 유입된 피냉각수가 냉각된 냉수가 배출되는 배수구(12)를 가질 수 있다.
이때, 배수구(12)는 하우징(10)의 타측에 마련되어, 하우징(10)의 내부에서 형성된 냉수가 배출되는 유로를 형성할 수 있으나, 상기 배수구(12)는 하우징(10)의 내부에 마련된 파이프의 수에 따라 유입구(11)와 같은 방향에 마련될 수도 있으며, 본 발명에서는 유입구(11) 및 배수구(120)의 위치에 대해 특별히 한정하지 않는다.
입수파이프(110)는 양단부가 개구 형성된 관 형상으로, 입수파이프(110)는 일단부에 상기 피냉각수가 유입되는 유입구(11)를 가질 수 있다. 이때 유입구(11)는 하우징(10)의 외부에 마련될 수 있으나, 본 발명은 이를 특별히 한정하지 않는다.
하우징(10)의 일측에 삽입된 입수파이프(110)의 타단부는 하우징(10)의 내부에 마련될 수 있으며, 이때, 입수파이프(110)의 타단, 즉 배수구(12) 측의 단부에는 제1 개구부가 형성될 수 있으며, 이에 따라 유입구(11)를 통해 유입된 피냉각수는 입수파이프(110)를 따라 유동한 다음 제1 개구부를 통해 배출될 수 있다.
또한, 입수파이프(110)의 타단부에는, 일단부가 폐쇄된 냉각파이프(120)가 이격하여 덮은 상태를 갖도록 마련될 수 있다.
관형의 냉각파이프(120)는 하우징(10)의 내부에 마련되되, 상기 입수파이프(110)는 냉각파이프(120)의 내부에 길이방향을 따라 삽입되도록 마련될 수 있다. 이때, 일단부가 폐쇄된 냉각파이프(120)는 폐쇄된 일단부가 입수파이프(110)의 제1 개구부를 덮도록 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 일단부가 폐쇄된 냉각파이프(120)는, 개구된 양단부 중 어느 일단부에 별도의 커버부재(50)가 결합된 것일 수 있다(도 7 참조).
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 별도의 커버부재(50)는, 동심으로 마련된 복수의 파이프의 적어도 일단부에 덮어 결합함으로써, 복수의 파이프 중 적어도 어느 하나의 일단부를 선택적으로 폐쇄 또는 개방할 수 있다.
구체적으로, 파이프의 단면과 대응하는 원형 또는 사각형의 커버부재(50)의 일면에는 상기 복수의 파이프가 결합될 수 있는 복수의 홈이 형성되되, 상기 복수의 홈 중 일부에는 냉각파이프(120) 및 제2 이너파이프(125)가 완전 끼움 결합되어, 상기 냉각파이프(120) 및 제2 이너파이프(125)에 폐쇄된 타단부를 형성케할 수 있다.
이때, 상기 복수의 홈 중 또 다른 일부에는 입수파이프(110) 또는 제1 이너파이프(115)가 끼워지되, 상기 입수파이프(110) 또는 제1 이너파이프(115)가 끼워진 홈의 둘레 중 적어도 일부는 다른 부분보다 깊이가 깊어 유체가 유동할 수 있는 유로로서 제1 개구부 또는 제2 개구부를 형성케할 수 있다.
이에 따라, 도 3에 도시한 바와 같이, 입수파이프(110)의 일단부에 마련된 유입구(11)를 통해 유입된 피냉각수는 입수파이프(110)를 따라 유동하여 타단부의 제1 개구부로 배출될 수 있으며, 이에 따라 입수파이프(110)의 제1 개구부에서 배출된 피냉각수는, 입수파이프(110)에 덮어진 냉각파이프(120)의 폐쇄된 일단부에 의해 유동방향이 전환되어, 냉각파이프(120)의 내측벽을 따라 유동할 수 있다.
냉각파이프(120)의 내측벽을 따라 유동한 피냉각수는, 유입구(11) 측의 단부에 외측방향, 즉 하우징(10)의 내측벽을 향하여 관통 형성된 제1 통로를 통해 반경방향으로 유동할 수 있고, 제1 통로를 통과한 피냉각수는 다시 하우징(10)의 내측벽을 따라 반대방향으로 유동하되, 후술하는 바와 같이 얼음스파이럴(30)을 따라 회동할 수 있다.
즉, 하우징(10)의 내측벽에는 하우징(10)의 내주면을 따라 감싼 형태의 나선형의 얼음스파이럴(30)을 포함할 수 있다.
이를 위해, 하우징(10)의 외측면에는 상기 얼음스파이럴(30)을 따라 형성된, 즉 하우징(10)을 나선형으로 감싼 형태의 냉매순환배관(20)이 마련될 수 있다.
냉매순환배관(20)의 내부에는 냉매가 유동함으로써, 그 주변을 냉각시킬 수 있다. 일 예로, 냉매순환배관(20)은 냉동사이클을 구성하는 압축기, 응축기, 증발기 및 팽창밸브 중 증발기에 상응하는 것으로, 증발기는 팽창밸브에서 유입된 저온저압의 액체냉매를 증발시켜 주위와 열교환할 수 있다. 즉, 증발기에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 흡입한 압축기는 냉매를 가압하되 가압된 냉매가 응축기에서 응축시켜 액화될 수 있도록 응축온도에 상응하는 포화압력까지 가압될 수 있으며, 응축기는 압축기에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매를 주위의 공기와 열교환시킴으로써, 고온의 기체냉매는 열을 방출하여 응축액화될 수 있고, 팽창밸브는 응축기에 의해 응축액화된 고온고압의 액체 냉매를 교축작용에 의해 저온저압의 액체냉매로 변환시킬 수 있다.
결국, 하우징(10)의 외주면에 나선형으로 감싸도록 마련된 냉매순환배관(20)에 의해, 하우징(10)의 내주면에는 유입구(11)를 통해 유입된 피냉각수가 냉각되되, 냉매순환배관(20)의 감싼 형태에 따라 나선형의 얼음, 즉 얼음스파이럴(30)이 형성될 수 있다.
이에 따라, 냉각파이프(120)의 일단부에 형성된 제1 통로를 통해 반경방향으로 유동한 피냉각수는, 나선형의 얼음스파이럴(30)과 접촉하여 그 형태에 따라 회동하며 유동할 수 있다.
즉, 상기 제1 통로를 통해 냉각파이프(120)의 반경방향으로 유동한 피냉각수는, 나선형의 얼음스파이럴(30)을 따라, 즉 도 3에 도시한 f3 유로를 따라 유동하되, 얼음스파이럴(30)을 따라 유동하는 피냉각수는 배수구(12)로 유도될 수 있다.
여기서, 냉매순환배관(20)에 의해 형성된 얼음스파이럴(30)은, 도 2 및 3에 도시한 바와 같이, 단면상 하우징(10)의 길이방향을 따라 형성된 인접 얼음들 간에 이격형성되어, 피냉각수가 유동할 수 있는 유로를 형성하는 것이 바람직하다.
다시말해, 얼음스파이럴(30)은 하우징(10)의 종단면상 길이방향을 따라 형성된 인접 얼음들 간에 서로 이격형성될 수 있도록, 하우징(10)의 외주면에 냉매순환배관(20)이 배치 형성되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 피냉각수는 나선형의 얼음스파이럴(30)의 표면에 접촉한 상태로 배수구(12)를 향하여 유동하되, 이에 의해 피냉각수는 얼음과의 접촉시간이 증대됨과 함께 얼음과의 접촉면적이 넓어짐으로써 열교환 효율이 증대되어, 피냉각수의 냉각효율이 높아질 수 있다.
또한, 얼음스파이럴(30)은, 도 2 및 3에 도시한 바와 같이, 하우징(10)의 내측 방향으로 돌출 형성되되, 돌출형성된 내측단부는 냉각파이프(120)의 외측벽까지 형성되거나, 또는 냉각파이프(120) 내측의 적어도 일부까지 형성될 수 있도록 하여, 상기 입수파이프(110)의 내부에는 형성되지 않는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 특별히 한정하지 않으나, 상기 냉각파이프(120)의 일단부, 즉 유입구(11) 측 단부에 형성된 제1 통로(미도시)는 관벽에 관통 형성되어, 제1 통로는 냉각파이프(120)의 길이방향을 따라 유동한 피냉각수가 하우징(10)의 내측벽을 향한 반경방향으로 유동할 수 있도록 그 유로를 형성할 수 있다.
이때, 상기 제1 통로는 미세구멍이 다수 타공된 형태일 수 있으며, 이에 따라, 제1 통로를 통과하는 피냉각수는 미세 분사될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이렇게 제1 통로를 통과하여 미세 분사된 피냉각수는 얼음스파이럴(30)의 표면에 접촉되는 면적이 넓어지게 됨으로써, 피냉각수의 냉각 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치가 유입구(11)를 통해 유입된 피냉각수가 배수구(12)를 통해 배출될 때, 그 과정에서 형성되는 피냉각수의 유로를 살펴보면, 도 3에 도시한 바와 같다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치에서 유입구(11)를 통해 유입된 피냉각수는 입수파이프(110)를 따라 유동하여 f1 유로를 형성할 수 있다.
입수파이프(110)의 일단부에 마련된 유입구(11)를 통해 유입된 피냉각수는 입수파이프(110)의 길이방향을 따라 유동하여 타단부의 제1 개구부를 통해 배출될 수 있으며, 제1 개구부로 배출된 피냉각수는 타단부를 덮은 냉각파이프(120)에 의해 다시 반대방향으로 냉각파이프(120)의 길이방향을 따라 유동하여 f2 유로를 형성할 수 있다.
입수파이프(110) 및 냉각파이프(120)를 따라 내측에서 유동하는 피냉각수는 얼음스파이럴(30)에 직접 접촉하지 않지만 냉매순환배관(20) 및 얼음스파이럴(30)에 의해 형성된 냉기에 의해 전조냉각될 수 있다.
이후, 냉각파이프(120)의 유입구(11)측 단부에 형성된 제1 통로를 통해 반경방향으로 유동한 피냉각수는 나선형의 얼음스파이럴(30)을 따라 배수구(12)측을 향하여 회동함으로써 f3 유로를 형성할 수 있으며, 이때 피냉각수는 얼음스파이럴(30)과 직접 접촉함으로써 집중 냉각될 수 있다.
이렇게 유입구(11)를 통해 하우징(10)의 내부로 유입된 피냉각수는 전조냉각 및 집중냉각 과정을 거침으로써 짧은 시간 내에 냉각될 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 냉각장치의 종단면을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 냉각장치에서 유체가 유로를 따라 유동하는 모습을 나타낸 도면이며, 도 6은 도 4의 냉각장치의 횡단면을 나타낸 도면이다.
도 4 및 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 냉각장치는, 냉각파이프(120)와 하우징(10) 사이에 마련된 제1 이너파이프(115)와, 제2 이너파이프(125)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 이너파이프(115, 125)는 순차로 제1 이너파이프(115)는 내각을 형성할 수 있고, 제2 이너파이프(125)는 외각을 형성할 수 있다.
이때, 제1 이너파이프(115)의 타단, 즉 배수구(12) 측의 단부에는 제2 개구부가 형성될 수 있고, 제2 이너파이프(125)의 일단, 즉 유입구(11) 측의 단부에는 관벽을 관통 형성하는 제2 통로가 마련될 수 있다. 여기서 제2 통로 역시, 제1 통로와 마찬가지로 미세구멍이 다수 타공된 형태일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 얼음스파이럴(30)은 하우징(10)의 내측벽에 내측 방향으로 돌출 형성되되, 돌출 형성된 얼음스파이럴(30)의 내측단부는 제2 이너파이프(125)를 통과하여 제1 이너파이프(115)의 외측벽까지 형성될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 냉각장치에서 유입구(11)를 통해 유입된 피냉각수가 배수구(12)를 통해 배출될 때, 그 과정에서 형성되는 피냉각수의 유로는 도 5에 도시한 바와 같다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 냉각장치에서 유입구(11)를 통해 유입된 피냉각수는 입수파이프(110)를 따라 유동하여 f1 유로를 형성할 수 있다.
입수파이프(110)의 일단부에 마련된 유입구(11)를 통해 유입된 피냉각수는 입수파이프(110)의 길이방향을 따라 유동하되, 타단부에 마련된 제1 개구부를 통해 배출될 수 있으며, 이때 입수파이프(110)의 타단부를 덮은 냉각파이프(120)의 폐쇄된 타단부에 의해 반대방향으로 방향이 전환되어 냉각파이프(120)의 길이방향을 따라 유동하여 f2 유로를 형성할 수 있다.
이후, 냉각파이프(120)의 유입구(11) 측 단부에 형성된 제1 통로를 통해 반경방향으로 유동한 피냉각수는 제1 이너파이프(115)로 유입될 수 있다. 제1 이너파이프(115)로 유입된 피냉각수는 제1 이너파이프(115)의 길이방향을 따라 유동하여 f3 유로를 형성한 다음, 제1 이너파이프(115)의 타단에 마련된 제2 개구부를 통해 배출될 수 있다.
여기서, 입수파이프(110), 냉각파이프(120) 그리고 제1 이너파이프(115)의 내측에서 유동하는 피냉각수는 얼음스파이럴(30)에 의해 직접 접촉하지 않지만 냉매순환배관(20) 및 얼음스파이럴(30)에 의해 형성된 냉기에 의해 전조냉각될 수 있다.
제1 이너파이프(115)의 타단에 마련된 제2 개구부를 통해 배출된 피냉각수는, 제2 이너파이프(125)의 내측벽의 길이방향을 따라 유동하되, 제2 이너파이프(125)의 내측벽에 형성된 얼음스파이럴(30)을 따라 회동하여 f41 유로를 형성할 수 있으며, 이후 제2 이너파이프(125)의 일단에 관벽에 관통형성된 제2 통로를 통해 하우징(10)의 내측벽으로 유입될 수 있다.
상기 제2 통로를 통해 하우징(10)의 내측벽으로 유입된 피냉각수는, 하우징(10)의 내측벽의 길이방향을 따라 유동하되, 하우징(10)의 내측벽에 형성된 얼음스파이럴(30)을 따라 회동하여 f42 유로를 형성할 수 있으며, 이후 배수구(12)로 배출될 수 있다.
이렇게, 본 실시예에 따른 냉각장치는 전조 냉각 이후, f41 및 f42 유로를 따라 피냉각수가 얼음스파이럴(30)과 직접 접촉하여 왕복 유동할 수 있기 때문에, 반복된 집중냉각 과정에 의해 냉각 효율을 더욱 높일 수 있다.
또한, 하우징(10)의 내부에 제1 및 제2 이너파이프(115, 125), 냉각파이프(120) 그리고 입수파이프(110)가 겹겹이 마련되어 있기 때문에, 냉매순환배관(20)에 의해 과냉각이 이루어지더라도 입수파이프(110)에까지 얼음이 완전 결빙되지 않을 수 있다.
한편, 도 4 내지 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 하우징(10)의 외측면에는, 하우징(10)을 감싸도록 보온재(40)가 마련될 수 있다.
보온재(40)는 내부와 외부 사이에 열이 서로 전달되지 않도록 단열을 형성할 수 있는 것이면, 본 발명은 그 소재에 대해 특별히 한정하지 않는다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배수구(12)는, 피냉각수가 냉각된 냉수가 배출될 수 있으나, 다만 배수구(12)를 통해 배출되는 냉수의 온도를 조절할 필요가 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 배수구(12)에는 밸브(미도시)가 마련될 수 있으며, 이때 밸브에는 배수구(12)를 통해 배출되는 냉수와, 냉수보다 높은 온도의 유체, 구체적으로 피냉각수를 혼합하고, 혼합에 의해 온도가 조절된 혼합수를 배출할 수 있다.
이때, 냉수에 혼합되는 유체는 밸브의 개폐율에 의해 유량이 조절되어, 밸브로부터 출수되는 혼합수의 온도는 조절될 수 있다.
한편, 앞선 실시예에 따라 하우징(10)의 유입구(11)로 피냉각수를 유입시키면, 배수구(12)로 피냉각수가 냉각된 냉수가 배출될 수 있다. 그러나 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라, 역으로 상기 배수구(12)로 피냉각수를 유입시키고 유입구(11)로 냉수를 배출시킬 수 있다.
즉, 전조냉각 후 집중냉각 순이 아닌 역순으로, 배수구(12)를 통해 피냉각수를 유입시켜 피냉각수를 먼저 얼음스파이럴(30)의 표면에 접촉시키도록 하여, 집중냉각시킨 다음, 이후 입수파이프(11)를 거쳐 유입구(11)로 냉수를 배출시킬 수 있으며, 이 경우 출수되는 냉수의 온도 편차를 줄일 수 있는 효과가 있다.
이에 따라, 하우징(10)의 유입구(11)로 피냉각수가 유입되거나 냉각된 냉수가 배출될 수 있고, 이와 함께 하우징(10)의 배수구(12)로 냉각된 냉수가 배출되거나 피냉각수가 유입될 수 있다.
또한, 앞선 실시예에 따른 냉각장치의 하우징(10)은, 일측에 유입구(11)가 마련되고, 타측에 배수구(12)가 마련될 수 있지만, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 냉각장치의 하우징(10)은, 일측에 유입구(11)와 배수구(12)가 마련될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 냉각장치의 외관을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 냉각장치의 종단면을 나타낸 도면이다.
도 8 및 9에 도시한 바와 같이, 하우징(10)의 일측에 마련된 유입구(11)로 유입된 피냉각수는, 하우징(10) 내부에서 적어도 한번 왕복 유도하여 냉각되고, 상기 유입구(11)가 마련된 방향과 동일 방향에 마련된 배수구(12)로 배출될 수 있다.
이렇게 하우징(10)의 일측에 유입구(11)와 배수구(12)가 모두 마련된 경우, 하우징(10)의 내부에는 입수파이프(110) 및 냉각파이프(120), 이외에 홀수개의 제3 이너파이프(130)가 마련될 수 있다.
기본적인 일 예로, 도 9에 도시한 바와 같이, 하우징(10)의 내부에는 피냉각수가 유입되는 유입구(11)를 가진 입수파이프(110)와, 상기 입수파이프(110)의 외측에 이격하도록 마련된 제3 이너파이프(130)와, 상기 제3 이너파이프(130)의 외측에 이격하도록 마련된 냉각파이프(120)가 마련될 수 있다.
이에 따라, 입수파이프(110), 제3 이너파이프(130) 및 냉각파이프(120)를 따라 유동하는 피냉각수는 전조냉각되고, 하우징(10)의 내측벽에 나선형으로 형성된 얼음스파이럴(30)을 따라 회동하여 집중냉각된 다음, 냉각파이프(120)의 외측에 마련된 배수구(12)를 통해 배출될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 배수구(12)로 피냉각수가 유입된 경우, 역순에 따라, 피냉각수는 하우징(10)의 내측벽에 나선형으로 형성된 얼음스파이럴(30)을 따라 회동하여 전조냉각된 다음, 냉각파이프(120), 제3 이너파이프(130) 및 입수파이프(110)를 따라 유동하여 집중냉각된 다음, 입수파이프(110)의 유입구(11)를 통해 배출될 수 있다.
이렇게 하우징(10) 내부에 입수파이프(110), 제3 이너파이프(130) 및 냉각파이프(120)를 마련하고, 이때 도 9와 같은 피냉각수의 흐름을 형성하기 위해, 입수파이프(110), 제3 이너파이프(130) 및 냉각파이프(120) 중 적어도 하나의 일단 또는 타단을 선택적으로 차단하기 위해 적어도 하나의 커버부재(50a, 50b)가 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 하우징(10) 내부에 충진되어 있는 에어(air)를 외부로 배기시키기 위해 적어도 하나의 에어홀(air hole)을 포함할 수 있으며, 바람직한 일 실시예에 따라 커버부재(50a, 50b)에 적어도 하나의 에어홀이 형성될 수 있다.
일 예로, 냉각수가 하우징(10) 내부로 유입되어 가압되는 경우 등에는, 하우징(10) 내부의 공기는 에어홀을 통해 외부로 배기될 수 있다.
이때 에어홀은, 구체적인 일 실시예에 따라, 도 10 내지 12에 도시한 바와 같이, 입수파이프(110)의 유입구(11) 또는 배수구(12) 주변에 마련된 커버부재(50a)에 적어도 하나의 에어홀이 마련될 수 있다.
이에 따라, 하우징(10) 내부의 공기가 에어홀을 통해 외부로 배기될 때, 그 주변에 위치한 유입구(11) 또는 배수구(12)를 통해 배기되도록 할 수 있다.
이때 더욱 바람직한 일 실시예에 따라, 커버부재(50a)에는 복수 개의 에어홀이 마련될 수 있으며, 복수의 에어홀은, 도 11에 도시한 바와 같이, 그들 사이에 에어(air)가 유동할 수 있는 통로로서, 홈이나 관로 형태 따위를 가진 에어라인(airline)으로 연결될 수 있다.
즉, 하우징(10) 내부의 공기는 에어홀 및 에어라일을 따라, 그리고 유입구(11) 또는 배수구(12)를 통해 외부로 배기될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징(10)은 도 8 내지 9에 도시한 바와 같이, 내부에 저장된 물을 외부로 배출하기 위한 적어도 하나의 드레인파이프(13a, 13b)가 마련될 수 있다.
적어도 하나의 드레인파이프(13a, 13b)는 하우징(10)의 임의의 위치에서 내부와 외부 간에 연통 가능하도록 마련되어, 밸브 개방시 하우징(10) 내부에 저장된 물은 외부로 배출될 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 냉각이 요구되는 피냉각수가 유입되는 유입구를 가진 입수파이프;
    상기 유입구를 통해 유입된 상기 피냉각수를 냉각시킨 냉수가 배출되는 배수구를 가진 하우징;
    상기 하우징의 외측면에 나선형으로 감싸도록 마련된 냉매순환배관; 및
    상기 하우징의 내측벽에는 상기 냉매순환배관에 의해 형성된 나선형의 얼음스파이럴;
    을 포함하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 내 마련되되, 내부에 상기 입수파이프가 길이방향을 따라 삽입되도록 마련된 냉각파이프;
    를 더 포함하되, 상기 얼음스파이럴은 상기 입수파이프 또는 상기 냉각파이프의 내부에는 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각파이프의 일단부에는, 상기 하우징의 내측벽을 향하여 관통 형성된 제1 통로;
    를 포함하되,
    상기 제1 통로는 미세구멍이 다수 타공된 형태인 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 입수파이프 및 상기 냉각파이프의 내부에서 유동하는 상기 피냉각수는 전조냉각되고, 상기 냉각파이프의 외부에서 상기 얼음스파이럴을 따라 회동하는 상기 피냉각수는 집중냉각되는 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각파이프와 상기 하우징 사이에 마련된 제1 및 제2 이너파이프;
    를 더 포함하되,
    상기 피냉각수는, 상기 입수파이프의 일단에 마련된 상기 유입구를 통해 유입되어 상기 입수파이프의 타단에 마련된 제1 개구부를 통해 배출되고,
    상기 제1 개구부로 배출된 상기 피냉각수는, 상기 냉각파이프의 폐쇄된 타단부에 의해 방향이 전환되어 상기 냉각파이프의 길이방향을 따라 유동한 다음, 상기 제1 이너파이프로 유입되며,
    상기 제1 이너파이프로 유입된 상기 피냉각수는, 상기 제1 이너파이프의 길이방향을 따라 유동한 다음, 상기 제1 이너파이프의 타단에 마련된 제2 개구부를 통해 배출되고,
    상기 제2 개구부를 통해 배출된 상기 피냉각수는, 상기 제2 이너파이프의 내측벽의 길이방향을 따라 유동하되, 상기 얼음스파이럴을 따라 회동한 다음, 상기 제2 이너파이프의 일단에 관통형성된 제2 통로를 통해 상기 하우징의 내측벽으로 유입되며,
    상기 하우징의 내측벽으로 유입된 상기 피냉각수는, 상기 하우징의 내측벽의 길이방향을 따라 유동하되, 상기 얼음스파이럴을 따라 회동한 다음 상기 배수구로 배출되는 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 통로는 미세구멍이 다수 타공된 형태인 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 냉각파이프의 폐쇄된 타단부는, 양단이 개구된 관형의 파이프에 별도의 커버부재가 결합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 커버부재는,
    동심으로 마련된 복수의 홈에 상기 냉각파이프 및 상기 제2 이너파이프가 끼움 결합되어, 상기 냉각파이프 및 상기 제2 이너파이프에 폐쇄된 타단부를 형성케하는 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 커버부재는,
    상기 복수의 홈 중 일부에는 둘레 중 적어도 일부의 깊이가 깊어 유체가 반경방향으로 유동할 수 있는 유로를 형성케하는 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 외측면에 마련되어, 상기 하우징을 감싸도록 마련된 보온재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 배수구에 마련된 밸브;
    를 더 포함하되,
    상기 밸브는, 상기 배수구를 통해 배출되는 냉수와, 상기 냉수보다 높은 온도의 유체를 혼합하고, 혼합에 의해 온도가 조절된 혼합수를 배출하는 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배수구로 상기 피냉각수가 유입되고, 상기 유입구로 냉수가 배출되는 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 배수구를 따라 유입된 상기 피냉각수는 상기 얼음스파이럴을 따라 회동하여 전조냉각되는 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입구와 상기 배수구는 상기 하우징의 일측 같은 방향에 마련되는 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 하우징은, 피냉각수가 유입되는 상기 입수구를 가진 상기 입수파이프와, 상기 입수파이프의 외측에 이격하도록 마련된 제3 이너파이프와, 상기 제3 이너파이프의 외측에 이격하도록 마련된 냉각파이프를 포함하되, 상기 냉각파이프의 외측에 냉수가 배출되는 상기 배수구가 마련된 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 배수구로 상기 피냉각수가 유입되고, 상기 유입구로 냉수가 배출되는 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 하우징의 적어도 일측에는, 양단이 개구된 관형의 상기 입수파이프, 상기 제3 이너파이프, 및 상기 냉각파이프 중 적어도 하나의 일단 또는 타단을 선택적으로 차단하는 적어도 하나의 커버부재가 마련되는 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 유입구 또는 상기 배수구 주변에 마련된 상기 커버부재는, 내부의 공기가 외부로 배기될 수 있도록 적어도 하나의 에어홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 순간 냉각을 위한 냉각장치.
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