KR102184128B1 - 순간 냉수 생성 장치 - Google Patents

Abstract

순간 냉수 생성 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 순간 냉수 생성 장치는, 두 개 이상이 적층된 이중관 모듈을 포함하고, 물은 하나의 이중관 모듈을 통과한 후 인접하는 이중관 모듈을 연속적으로 통과하며, 냉매는 각각의 이중관 모듈의 일단부를 통해서 유입된 후 타단부를 통해서 배출되고, 이중관 모듈은 다수 개가 병렬로 배치된 직선부와, 직선부의 단부를 상호 연결하는 연결부를 포함하고, 하나의 이중관 모듈에서 직선부 및 연결부는 동일한 높이를 갖는다.

Description

순간 냉수 생성 장치{INSTAND COLD WATER MAKER}

본 발명은 열효율이 우수하고 부피를 줄일 수 있는 순간 냉수 생성 장치에 관한 것이다.

대형 식당 또는 급식소 등에서 사용되는 정수기 또는 물공급 장치는 짧은 시간에 사용이 집중된다. 예를 들면, 대형 구내 식당에서는 사용자가 특정 시간대(예를 들면, 점심 시간)에 집중되고 이로 인해 정수기 사용도 그 시간대에 집중된다. 따라서 이와 같이 사용량이 많은 정수기 또는 물공급 장치는 열효율이 우수해서 짧은 시간 내에 많은 양의 냉수를 생성할 수 있는 능력이 요구된다.

종래의 순간 냉수 생성 장치는 도 1에 도시된 이중관 모듈(10)를 이용한다. 상온(약 25℃)의 물은 물입구(16)를 통해서 유입되고 물출구(18)으로 배출된다. 그리고 냉매는 물의 흐름과 반대 방향으로 냉매입구(12)를 통해서 유입되고 냉매출구(14)를 통해서 배출된다. 도 2를 참고하면, 냉매가 유동하는 냉매관(24) 내부에는 물이 유동하는 물관(22)이 삽입된 이중관 모듈(10)를 갖는다. 이와 같은 이중관 모듈(10)는 일정한 직경 및 높이를 갖고 원기둥 형상을 갖는다. 물은 물관(22)을 통과하면서 반대 방향으로 흐르는 저온의 냉매에 의해서 연속적으로 냉각되어 냉수로 배출된다.

종래의 순간 냉수 생성 장치에서 사용되는 이중관 모듈(10)은 원기둥 형상을 가져서 부피가 크다는 문제점을 갖는다. 따라서 순간 냉수 생성 장치의 용량이 큰 경우에는 이중관 모듈(10)를 두 개 이상 사용해야 하는데, 이는 장치의 부피 증가를 초래한다.

종래의 순간 냉수 생성 장치에서 사용되는 이중관 모듈(10)는 열효율 낮아서 냉수 생성 능력에 한계를 갖는다. 따라서 종래에는 두 개 이상의 이중관 모듈(10)를 직렬로 배열해서 사용하는데, 이는 장치의 부피 증가를 초래한다. 또한, 종래의 이중관 모듈(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, 냉매입구(12)가 물관(22)에 대해 수직으로 형성되어 있어서 열효율이 떨어지는 문제점을 갖는다.

종래의 이중관 모듈(10)은 냉매관(24)과 물관(22)이 용접(20)에 의해서 결합되어 있다. 이와 같은 용접 구조에는 장시간 사용에 의해서 부식이 발생한다. 이와 같은 용접부에서의 부식은 냉매의 유출을 초래할 수 있다.

대한민국 등록특허공보 제1826337호

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 냉각 능력이 우수하고 부피를 줄일 수 있는 냉수 생성 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 순간 냉수 생성 장치는, 두 개 이상이 적층된 이중관 모듈을 포함하고, 물은 하나의 이중관 모듈을 통과한 후 인접하는 이중관 모듈을 연속적으로 통과하며, 냉매는 각각의 이중관 모듈의 일단부를 통해서 유입된 후 타단부를 통해서 배출되고, 이중관 모듈은 다수 개가 병렬로 배치된 직선부와, 직선부의 단부를 상호 연결하는 연결부를 포함하고, 하나의 이중관 모듈에서 직선부 및 연결부는 동일한 높이를 갖는다.

본 발명에 따른 순간 냉수 생성 장치는 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 냉매유입부에서 냉매는 물의 흐름 방향에 대해 평행할 수 있다.

출수되는 물의 온도를 측정하는 온도센서와, 출수되는 물의 흐름을 입수측으로 변경할 수 있는 바이패스관과, 바이패스관에 연결된 솔레노이드 밸브를 추가로 포함할 수 있다.

이중관 모듈은 내부에 위치하는 물관 및 물관의 외부에 위치하는 냉매관을 포함하고, 냉매관의 단부는 무용접 커플러에 의해 폐쇄될 수 있다.

출수되는 물의 온도가 특정 온도 이하가 아닌 경우 물을 입수측으로 바이패스하며,

바이패스된 물은 유입되는 물과 혼합되어 입수될 수 있다.

냉매유입관과, 냉매유입관에서 분기되어 각각의 이중관 모듈에 냉매를 공급하는 두 개 이상의 냉매분기관을 포함할 수 있다.

하나의 이중관 모듈에는 냉매의 유동 방향과 물의 유동 방향이 동일하고, 인접하는 이중관 모듈에는 냉매의 유동 방향과 물의 유동 방향이 반대일 수 있다.

물의 출수에 위치하는 이중관 모듈에서 냉매의 유동 방향과 물의 유동 방향은 반대일 수 있다.

본 발명은 냉각 능력이 우수하고 부피를 줄일 수 있는 냉수 생성 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 냉수 생성 장치의 이중관 모듈에 대한 도면이다.
도 2는 종래의 이중관 모듈의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉수 생성 장치를 예시하는 도면이다.
도 4는 도 3에 예시된 냉수 생성 장치의 이중관 모듈에 대한 분해 도면이다.
도 5는 도 4에 예시된 이중관 모듈의 결합 도면이다.
도 6은 다수 개의 이중관 모듈에서 물과 냉매의 흐름도이다.
도 7은 이중관 모듈에서 무용접 커플러가 결합된 구조를 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉수 생성 장치의 이중관 모듈에서 물과 냉매의 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 순간 냉수 생성 장치(100)를 예시하는 도면이고, 도 4는 도 3에 예시된 순간 냉수 생성 장치(100)의 이중관 모듈(110)에 대한 분해 도면이다. 그리고 도 5는 도 4에 예시된 이중관 모듈(110)의 결합 도면이다.

도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 순간 냉수 생성 장치(100)는 다수 개의 이중관 모듈(110)이 동일한 간격으로 적층된 구조를 갖는다. 이중관 모듈(110)은 내부가 물관(118) 및 냉매관(112)의 이중관 구조로 구성되어 있고, 물과 냉매가 유동하면서 물의 온도가 감소한다.

이중관 모듈(110)은 다수 개의 직선부(114)와, 직선부(114)의 단부를 상호 연결하는 연결부(116)로 이루어진다. 직선부(114)는 다수 개가 평행하게 병렬적으로 배치된다. 그리고 연결부(116)는 곡선(또는 반원) 형상을 갖는다. 따라서 직선부(114)와 연결부(116)의 결합 구조는 U자 형상을 갖는다. 하나의 이중관 모듈(110)에서 다수 개의 직선부(114) 및 연결부(116)는 모두 동일한 높이를 가질 수 있다. 이로 인해, 하나의 이중관 모듈(110)은 하나의 평면을 형성한다.

본 실시예에 따른 순간 냉수 생성 장치(100)는 네 개의 이중관 모듈(110a, 110b, 110c, 110d)이 동일한 간격을 갖고 적층된 구조를 갖는다. 각각의 이중관 모듈(110a, 110b, 110c, 110d)은 모두 동일한 크기 및 구조를 갖는다. 그리고 물과 냉매는 하나의 이중관 모듈을 통과한 후 인접하는 다른 이중관 모듈을 연속적으로 통과하는데, 이 과정에서 저온의 냉매가 고온의 물에서 열을 빼앗아서 냉수가 생성된다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 순간 냉수 생성 장치(100)는 동일한 크기 및 형상을 갖는 네 개의 이중관 모듈(110a, 110b, 110c, 110d)이 적층된 구조를 갖는다. 따라서 본 실시예에 따른 순간 냉수 생성 장치(100)는 평면형의 이중관 모듈이 다단 적층된 구조를 갖기 때문에, 종래의 원기둥 형상의 이중관 모듈(도 1의 도면부호 10 참조)과 대비할 때 동일한 부피를 가지면서도 냉매관(112)과 물관(118)의 길이를 더욱 확대해서 물의 냉각 능력을 향상할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 순간 냉수 생성 장치(100)에서 하나의 이중관 모듈(110)이 종래의 원기둥 형상의 이중관 모듈(10)에 대응하는 냉각 능력을 갖는 것으로 볼 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 순간 냉수 생성 장치(100)는 동일한 냉각 능력을 갖는 경우 종래에 비해서 부피를 약 1/4 정도 줄일 수 있고, 동일한 부피를 갖는 경우 냉각 능력을 약 4배 정도 향상할 수 있다.

하나의 이중관 모듈(110a, 110b, 110c, 110d)은 냉매관(112)과 물관(118)을 포함한다. 냉매관(112)과 물관(118)은 직선부(114) 및 연결부(116)에 대응하는 직선 구간(도면부호 없음) 및 곡선 구간(도면부호 없음)을 갖고 전체적으로 동일한 크기를 갖는다. 그리고 냉매관(112)은 물관(118)에 비해서 큰 직경을 갖고, 그 내부에 물관(118)이 삽입된다. 냉매관(112)을 유동하는 저온의 냉매는 물관(118)의 외부와 접촉하면서 물관(118)을 흐르는 물로부터 열을 빼앗아서 물을 냉각한다.

물관(118)의 외주면에는 냉매와의 접촉 면적을 확대하기 위해서 주름(120)이 형성될 수 있다. 또한, 물관(118)은 식용수에 적합한 스테인리스 스틸에 의해서 제작될 수 있다.

냉매관(112)에서 냉매 유입측에는 냉매유입캡(122)이 결합된다. 냉매유입캡(122)에는 냉매가 물의 흐름과 평행하게 유입된다. 즉, 냉매유입캡(122) 내부에서 물이 출수되는 경우(도 5 참조), 냉매는 물의 흐름과 반대 방향으로 유입된다. 그리고 냉매유입캡(122)의 내부에서 물이 입수되는 경우, 냉매는 물의 흐름과 동일한 방향으로 유입된다. 이와 같이, 냉매가 물의 흐름과 평행하게 유입됨으로써, 물의 흐름에 대해 수직으로 유입되는 경우(도 2 참조)에 비해서 냉각 효율을 더욱 높일 수 있다.

냉매관(112)에서 냉매 유출측에는 냉매배출캡(124)이 결합된다. 냉매배출캡(124)의 단부는 물관(118)의 외주면에 압착되어서 냉매의 유출이 방지된다. 이때, 냉매배출캡(124)의 단부를 밀봉하기 위해서 용접이 아닌 무용접 커플러(도 7의 도면부호 158 참조)가 사용될 수 있다. 그리고 냉매배출캡(124)의 일 측에는 냉매가 외부로 배출되는 냉매배출파이프(126)가 결합될 수 있다. 냉매배출파이프(126)는 냉매의 흐름과 수직으로 결합될 수 있다.

본 실시예에 따른 순간 냉수 생성 장치(100)는 냉매유입관(150)을 포함한다. 냉매유입관(150)은 일반적인 냉동 시스템의 팽창 밸브(도시하지 않음) 등과 연결되어 있다. 그리고 하나의 냉매유입관(150)은 이중관 모듈(110)의 적층수와 동일한 냉매분기관(152)을 구비할 수 있다. 각각의 냉매분기관(152)은 이중관 모듈(110)에 각각 연결된다. 따라서 본 실시예에 따른 순간 냉수 생성 장치(100)에서 각각의 이중관 모듈(110)에는 개별적으로 냉매가 유입된다. 이로 인해, 냉매가 다수의 이중관 모듈 중에서 하나에만 입력되는 경우에 비해서 냉각 효율을 더욱 높일 수 있다.

본 실시예에 따른 순간 냉수 생성 장치(100)는 냉매배출관(156)을 포함한다. 냉매배출관(156)은 각각의 이중관 모듈(110)에서 배출된 냉매가 모여서 냉동 시스템의 압축기(도시하지 않음)로 배출된다.

본 실시예에 따른 순간 냉수 생성 장치(100)는 입수관(130) 및 출수관(132)을 포함한다. 입수관(130)을 통해서 유입된 물은 가장 상부에 위치하는 이중관 모듈(110a)로 유입된다. 4개의 이중관 모듈(110)을 통과하면서 냉각된 물은 가장 하부에 위치하는 이중관 모듈(110d)의 단부와 연결된 출수관(132)을 통해서 배출된다.

출수관의 일 측에는 온도센서(134)가 구비되어 있다. 온도센서(134)는 출수되는 물의 온도를 체크해서 원하는 값(예를 들면, 5℃) 이하인지 여부를 판단할 수 있다. 만약, 출수 온도가 원하는 값 이상이거나 초과하는 경우에는 출수되는 물을 입수관(130)으로 바이패스해서 다시 냉각할 수 있다.

온도센서(134)의 일 측에는 솔레노이드밸브(136)가 구비되어 있다. 솔레노이드밸브(136)는 출수되는 물의 흐름을 변경할 수 있는 것으로, 제어장치(도시되지 않음)에 의해서 작동한다. 출수되는 물의 온도가 원하는 값에 도달하지 않은 경우, 제어장치의 제어신호에 의해서 솔레노이드밸브(136) 및 펌프(160)가 작동하고, 이로 인해 물은 출수관(132)을 통해서 배출되지 않고 바이패스관(140)을 통해서 다시 이중관 모듈(110)로 유입된다.

솔레노이드밸브(136)의 일 측에는 물의 역류를 방지하기 위한 역류방지밸브(138)가 구비될 수 있다.

바이패스관(140)을 통해서 입수측으로 재유입된 물은 입수관(130)을 통해서 유입된 물과 혼합되어서 이중관 모듈(110a)에 유입될 수 있다.

도 6은 다수 개의 이중관 모듈(110)에서 물과 냉매의 흐름도이다.

도 6을 참고하면, 가장 상부에 위치하는 이중관 모듈(110a)은 입수관(130)과 연결되고 가장 하부에 위치하는 이중관 모듈(110d)은 출수관(132)와 연결된다. 그리고 다수 개의 이중관 모듈 중에서 일부 이중관 모듈(110a, 110c)에는 물과 냉매의 유동 방향이 동일하고, 나머지 이중관 모듈(110b, 110d)에서는 물과 냉매의 유동 방향이 반대이다. 또한, 가장 하부에 위치하는 이중관 모듈(110d)에서는 물과 냉매의 유동 방향이 반대일 수 있는데, 이로 인해 출수되는 물의 온도를 더욱 낮게 할 수 있다.

상온(약 25℃)의 물이 최상부의 이중관 모듈(110a)을 통과하면서 냉매에 의해서 냉각되어 온도가 약 5℃ 하강한 20℃가 될 수 있다. 그리고 물은 그 하부에 위치하는 이중관 모듈들(110b, 110c, 110d)을 순차적으로 통과할 때마다 온도가 5℃ 하강하면서 최종적으로 출수되는 물의 온도는 5℃가 될 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 순간 냉수 생성 장치는 적층된 다수 개의 이중관 모듈(110)을 구비하기 때문에 냉각 성능 및 효율이 우수하다. 종래의 순간 냉수 생성 장치는 동일한 온도 하강(25℃ → 5℃)을 달성하기 위해서 도 1과 같은 원기둥 형태의 이중관 모듈(10)을 직렬로 4개를 구비해야 하는데, 이는 많은 공간을 필요로 한다.

특히, 본 실시예에 따른 순간 냉수 생성 장치에서 적층된 다수의 이중관 모듈(110a, 110b, 110c, 110d)의 각각에는 냉매가 별도로 공급된다. 이로 인해, 냉매가 하나의 이중관 모듈(110a 또는 110d)에만 공급되는 경우에 비해서 냉각 성능이 더욱 향상된다.

본 실시예에 따른 순간 냉수 생성 장치(100)는 4개의 이중관 모듈(110)을 구비하는 것으로 예시하였지만, 본 발명은 적층된 이중관 모듈의 개수에 의해서 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 순간 냉수 생성 장치(100)는 이중관 모듈이 두 개 이상 적층된 구조를 가질 수 있다.

도 7은 이중관 모듈(110)에서 무용접 커플러(158)가 결합된 구조를 예시하는 도면이다.

도 7을 참고하면, 무용접 커플러(158)는 냉매배출관(156)의 단부를 압착해서 그 내부에 삽입되는 물관(118)의 외주면에 밀착되도록 할 수 있다. 무용접 커플러(158)를 사용함으로써, 용접의 부식으로 발생하는 물 오염 및 누수 등의 문제점을 해결할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉수 생성 장치의 이중관 모듈(210)에서 물과 냉매의 흐름도이다.

도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 순간 냉수 생성 장치는 두 개의 이중관 모듈(210)이 적층되는 것을 특징으로 한다. 두 개의 이중관 모듈(210) 중에서 하나의 이중관 모듈(210a)에서 나온 물은 온도가 약 5℃ 감소하고, 그 하부에 위치하는 이중관 모듈(210b)을 통과한 물은 온도가 약 5℃ 감소해서 물의 온도는 25℃에서 10℃ 하강한 15℃가 된다.

그러나 최종적으로 원하는 출수 온도가 5℃인 경우에는 원하는 온도에 도달하기 위해서 펌프(160)의 작동에 의해서 물을 바이패스(bypass)해서 다시 이중관 모듈(210a, 210b)을 순차적으로 통과하도록 할 수 있다. 바이패스된 물은 새롭게 공급되는 물과 혼합되어서 이중관 모듈들에 의해서 다시 냉각될 수 있다. 이로 인해, 순간 냉수 생성 장치의 원가를 절감하고 냉수물량을 확보할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 순간 냉수 생성 장치
110: 이중관 모듈
112: 냉매관
118: 물관
130: 입수관
132: 출수관
150: 냉매유입관
152: 냉매분기관
156: 냉매배출관

Claims (8)

1. 내부에 위치하고 외주면에 주름이 형성되는 물관 및 물관의 외부에 위치하는 냉매관을 포함하고, 두 개 이상이 동일한 간격을 갖고 다단 적층되는 이중관 모듈을 포함하고,
   물은 상기 이중관 모듈 내의 하나의 물관을 통과한 후 인접하는 상기 이중관 모듈의 물관을 연속적으로 통과하며,
   냉매는 상기 이중관 모듈의 일단부를 통해서 물의 흐름과 평행하도록 각각의 냉매관으로 유입된 후 타단부를 통해서 물의 흐름 방향과 수직으로 배출되고,
   상기 이중관 모듈은 다수 개가 병렬로 평행하게 배치된 직선부와, 상기 직선부의 단부를 상호 연결하는 연결부를 포함하고,
   하나의 상기 이중관 모듈에서 상기 직선부 및 연결부는 동일한 높이를 갖는 순간 냉수 생성 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   출수되는 물의 온도를 측정하는 온도센서와, 출수되는 물의 흐름을 입수측으로 변경할 수 있는 바이패스관과, 상기 바이패스관에 연결된 솔레노이드 밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 순간 냉수 생성 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 냉매관의 단부는 무용접 커플러에 의해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 순간 냉수 생성 장치.
5. 제1항에 있어서,
   출수되는 물의 온도가 특정 온도 이하가 아닌 경우 물을 입수측으로 바이패스하며,
   바이패스된 물은 유입되는 물과 혼합되어 입수되는 것을 특징으로 하는 순간 냉수 생성 장치.
6. 제1항에 있어서,
   냉매유입관과, 상기 냉매유입관에서 분기되어 각각의 상기 이중관 모듈에 냉매를 공급하는 두 개 이상의 냉매분기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 순간 냉수 생성 장치.
7. 제1항에 있어서,
   하나의 상기 이중관 모듈에는 냉매의 유동 방향과 물의 유동 방향이 동일하고,
   인접하는 상기 이중관 모듈에는 냉매의 유동 방향과 물의 유동 방향이 반대인 것을 특징으로 하는 순간 냉수 생성 장치.
8. 제7항에 있어서,
   물의 출수측에 위치하는 이중관 모듈에서 냉매의 유동 방향과 물의 유동 방향은 반대인 것을 특징으로 하는 순간 냉수 생성 장치.

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