JP2015052449A - 冷却装置及びこれを利用した冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凝縮機を冷却させるための冷却部が備えられ、流入される外部空気を冷却し、中間流れの冷気を凝縮機に伝達することによって、高温環境でも熱交換効率を極大化することができる冷却装置及びこれを利用した冷却方法を提供する。
【解決手段】開示された冷却装置１００は、冷媒を圧縮する圧縮機１２２と、圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒を液化させる凝縮機１２４と、凝縮機の冷媒を低温低圧の冷媒にする膨張機１２６と、膨張機の冷媒を伝達されて、低温低圧の冷媒が外部空気と熱交換され、気化するようにする蒸発機１２８と、凝縮機の冷媒と熱交換されるように周辺空気を冷却する冷却部１３０、１４０とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却装置及びこれを利用した冷却方法に関し、より詳細には、ビル及びその他密閉された環境内の空気を冷却させるのに使用される冷却装置及びこれを利用した冷却方法に関する。

一般的に、冷却装置は、冷媒を圧縮させる圧縮機と、圧縮機により圧縮された冷媒の熱を冷却させる凝縮機と、凝縮機を通過する高圧の冷媒を噴出する膨張弁と、膨張弁から噴出される冷媒の冷気を放出する蒸発機とで構成される。

このような冷却装置において圧縮機を経た高温高圧の冷媒を凝縮機でどれほど速く冷却させて液化させるかによって冷却装置の効率が左右される。

これを詳しく説明すれば、圧縮機は、通常、気体状態の比較的高温高圧の冷媒を冷却装置内に循環させる。次いで、凝縮機は、外部空気と熱交換され、熱を放散する。気体状態の冷媒が凝縮機を通過しつつ熱交換され、液体冷媒に凝結される。次いで、液体冷媒は、膨張弁を通過し、この際、液体冷媒は、さらに低い圧力の２相混合物（ｔｗｏ−ｐｈａｓｅ ｍｉｘｔｕｒｅ）として膨張される。その結果、液体冷媒が蒸発機を通過するようになる。液体冷媒が蒸発機を通過するとき、液体冷媒は、周囲を取り囲んでいる外部空気と熱交換され、熱を吸収する。これにより、冷媒は、圧縮機により圧縮され、サイクルに戻ることができるように、冷たい気体冷媒として蒸発される。

一方、特許文献１ には、“冷房・冷蔵機器用冷却装置”が開示されている。

韓国公開特許第２００３−００２２５６２号（公開日：２００３年３月１７日）号公報

本発明の目的は、凝縮機を冷却させるための冷却部が備えられ、流入される外部空気を冷却し、中間流れの冷気を凝縮機に伝達することによって、高温環境でも熱交換効率を極大化することができる冷却装置及びこれを利用した冷却方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、再生可能電源を利用して効率的に冷却される独立型居住地を形成することができる冷却装置及びこれを利用した冷却方法を提供することにある。

本発明による冷却装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒を液化させる凝縮機と、前記凝縮機の冷媒を低温低圧の冷媒にする膨張機と、前記膨張機の冷媒を伝達されて、低温低圧の冷媒が外部空気と熱交換され、気化するようにする蒸発機と、前記凝縮機の冷媒と熱交換されるように周辺空気を冷却する冷却部とを含むことを特徴とする。

また、前記冷却部は、前記凝縮機の冷媒を冷却させるための中間流れの冷気を生成するために周辺空気の流れを冷却させることを特徴とする。

また、前記冷却部は、蒸発型冷却パッドを含むことを特徴とする。

また、前記蒸発型冷却パッドは、空気が透過する空気透過媒体を含むことを特徴とする。

また、前記蒸発型冷却パッドは、天然繊維材質または合成繊維材質のメッシュを含むことを特徴とする。

また、前記冷却部は、噴霧式加湿器を含むことを特徴とする。

また、前記冷却部には、蒸発型流体が供給されることを特徴とする。

また、前記蒸発型流体は、水を含むことを特徴とする。

また、前記冷却部は、前記凝縮機と前記膨張機との間に備えられ、冷媒を案内する熱交換増幅部と、前記熱交換増幅部の周りに備えられ、前記熱交換増幅部の冷媒と熱交換される蒸発型冷却パッドとを含むことを特徴とする。

また、前記蒸発型冷却パッドは、空気が透過する空気透過媒体を含むことを特徴とする。

また、前記蒸発型冷却パッドは、天然繊維材質または合成繊維材質のメッシュを含むことを特徴とする。

また、前記冷却部には、蒸発型流体が供給されることを特徴とする。

また、前記蒸発型流体は、水を含むことを特徴とする。

また、前記圧縮機及び前記膨張弁は、太陽電池電源または再生可能電源により駆動されることを特徴とする。

また、本発明による冷却装置を利用した冷却方法は、（ａ）蒸発型冷気の中間流れを生成するために周辺空気の流れを冷却部に通過させる段階と、（ｂ）凝縮機を冷却させるために前記蒸発型冷気の中間流れを前記凝縮機を通過させる段階とを含むことを特徴とする。

また、前記（ａ）段階は、前記冷却部に蒸発型流体を通過させることを特徴とする。

また、前記蒸発型流体は、水を含むことを特徴とする。

また、前記（ａ）段階及び前記（ｂ）段階は、送風ファンの駆動により行われることを特徴とする。

また、前記冷却装置は、太陽電池電源または再生可能電源を利用して電源供給されることを特徴とする。

本発明による冷却装置及びこれを利用した冷却方法は、凝縮機を冷却させるための冷却部が備えられ、流入される外部空気を冷却し、中間流れの冷気を凝縮機に伝達することができ、高温環境でも熱交換効率を向上させることができる。

また、本発明は、再生可能電源を利用して効率的に冷却する独立型居住地を形成することができる。

また、本発明は、冷却部により流入される外部空気を冷却し、中間流れの冷気を凝縮機に伝達することはもちろん、凝縮機から膨張機に伝達される冷気を直接冷却することができ、冷却効率を向上させることができる。

また、本発明は、流入される流入空気が冷却部によりフィルタリングされるので、メンテナンス回数を減少させることができ、凝縮機の放熱ピンをさらに高い密度で形成することができ、冷却効率を向上させることができる。

本発明の第１実施例による冷却装置の構成図である。 本発明の第１実施例による冷却装置の分解斜視図である。 本発明の第１実施例による冷却装置の断面図である。 本発明の第１実施例による冷却装置の冷却部の変形例である。 本発明の第２実施例による冷却装置の構成図である。 本発明の第２実施例による冷却装置の分解斜視図である。 本発明の第２実施例による冷却装置の断面図である。 本発明の一実施例による冷却装置を利用した冷却方法を示すフローチャートである。

以下、添付の図面を参照して本発明による冷却装置及びこれを利用した冷却方法の一実施例を説明する。

この過程で図面に示された線の厚さや構成要素のサイズなどは、説明の明瞭性と便宜のため、誇張して図示されていることがある。また、後述する用語は、本発明での機能を考慮して定義された用語であって、これは、ユーザ、運用者の意図または慣例によって変わることができる。したがって、このような用語は、本明細書全般の内容に基づいて定義されなければならない。

図１は、本発明の第１実施例による冷却装置の構成図であり、図２は、本発明の第１実施例による冷却装置の分解斜視図であり、図３は、本発明の第１実施例による冷却装置の断面図である。

図１〜図３を参照すれば、本発明の第１実施例による冷却装置１００は、冷却サイクル１２０と、冷却部１３０とを含む。

冷却サイクル１２０は、冷媒を圧縮する圧縮機１２２と、圧縮機１２２で圧縮された高温高圧の冷媒を液化させる凝縮機１２４と、凝縮機１２４の冷媒を低温低圧の冷媒にする膨張機１２６と、膨張機１２６の冷媒を伝達されて、低温低圧の冷媒が外部空気と熱交換され、気化するようにする蒸発機１２８とを含む。

このように冷却サイクル１２０は、それぞれの圧縮機１２２、凝縮機１２４、膨張機１２６及び蒸発機１２８が冷媒ラインにより連結され、閉サイクルを形成するように構成される。

圧縮機１２２、凝縮機１２４及び膨張機１２６は、ケース１１０内に備えられ、蒸発機１２８は、空気を冷却させるための空間に備えられる。

冷却部１３０は、凝縮機１２４の冷媒と熱交換されるように流入される流入空気Ａを冷却する。凝縮機１２４の冷媒を冷却させるための中間流れの冷気Ｂを生成するために、冷却部１３０は、流入される流入空気Ａを冷却させる。すなわち、ケース１１０には、送風ファン１５０が備えられ、外部空気を流入するようになる。このような流入空気Ａは、凝縮機１２４の冷媒と熱交換されるものであって、冷却部１３０により流入される流入空気Ａを冷却し、中間流れの冷気Ｂを生成し、凝縮機１２４側に伝達し、熱力学性能を向上させる。

本実施例において冷却部１３０は、蒸発型冷却パッド１３２を含む。蒸発型冷却パッド１３２は、空気が透過する空気透過媒体を含む。すなわち、蒸発型冷却パッド１３２は、外部空気が流入されるケース１１０の一側に備えられ、流入空気Ａが透過することができる空気透過媒体よりなる。

蒸発型冷却パッド１３２は、天然繊維材質または合成繊維材質のメッシュよりなる。本実施例において蒸発型冷却パッド１３２は、天然繊維材質または合成繊維材質のメッシュなどの空気透過媒体を含むが、多数の代替媒体を使用することもできる。また、空気透過媒体の露出表面積を最大化するために、空気透過媒体に多数のしわを形成したり、または空気透過媒体を蜂の巣形状に形成することができる。

冷却部１３０には、蒸発型流体が供給される。本実施例において蒸発型流体は、水を含む。すなわち、蒸発型流体が蒸発型冷却パッド１３２に吸収され、流入空気Ａと熱交換されることによって、凝縮機１２４側に中間流れの冷気Ｂを伝達することができる。

このために図２及び図３に示されたように、ケース１１０の底面には、蒸発型流体が収容されることができる水槽１３４が備えられる。

水槽１３４には、ユーザが直接水を補うこともでき、別途の水供給管（図示せず）が備えられ、自動に水が補充されることもできるなど多様な変形実施が可能である。また、水槽１３４には、水位感知センサー（図示せず）が備えられ、水槽１３４の水位を制御することができる。

このような水槽１３４は、蒸発型冷却パッド１３２を飽和状態に維持するために蒸発型冷却パッド１３２に連結される。これにより、蒸発型冷却パッド１３２が直接水槽１３４に収容され、毛細管作用によって濡れるようになる。

図４は、本発明の第１実施例による冷却装置１００の冷却部１３０の変形例である。
図４を参照すれば、冷却部１３０は、水槽１３４から蒸発型冷却パッド１３２に蒸発型流体をポンピングするためのポンプ１４６と、ポンプ１４６によりポンピングされた蒸発型流体を蒸発型冷却パッド１３２に供給する排水機１４８とを含む。すなわち、ポンプ１４６によりポンピングされた蒸発型流体は、排水機１４８を通じて蒸発型冷却パッド１３２の上端部に供給され、重力によって蒸発型冷却パッド１３２を濡れるようにする。

一方、図示してはいないが、冷却部１３０は、噴霧式加湿器を含む。噴霧式加湿器は、ケース１１０に備えられる蒸発型冷却パッド１３２に水を直接噴射し、中間流れの冷気Ｂを生成することもでき、蒸発型冷却パッド１３２が削除され、噴霧式加湿器のみが適用され、流入される外部空気と熱交換され、中間流れ冷気Ｂを生成することもできる。

以下、図面を参照して本発明の第２実施例による冷却装置１００を説明する。
説明の便宜のために、前記第１実施例と構成及び作用が同一の構成要素に対しては、同一の参照番号で引用し、これに対する詳細な説明を省略する。

図５は、本発明の第２実施例による冷却装置の構成図であり、図６は、本発明の第２実施例による冷却装置の分解斜視図であり、図７は、本発明の第２実施例による冷却装置の断面図である。

図５〜図７を参照すれば、本発明の第２実施例による冷却装置１００は、冷却サイクル１２０及び冷却部２３０を含む。冷却サイクル１２０の構成は、第１実施例と同様なので、詳細な説明は、前述した通りである。

冷却部２３０は、凝縮機１２４と膨張機１２６との間に備えられ、冷媒を案内する熱交換増幅部２３２と、熱交換増幅部２３２の周りに備えられ、熱交換増幅部２３２の冷媒と熱交換される蒸発型冷却パッド２３４とを含む。

熱交換増幅部２３２は、蒸発型冷却パッド２３４の内部に備えられ、一端が凝縮機１２４と連結され、他端が膨張機１２６と連結され、内部に冷媒が通過することができる管状よりなる。

蒸発型冷却パッド２３４は、空気が透過する空気透過媒体を含む。蒸発型冷却パッド２３４は、前記第１実施例と同様なので、 詳細な説明は、前述した通りである。

このように、蒸発型冷却パッド２３４により凝縮機１２４側に中間流れの冷気Ｂを伝達することはもちろん、蒸発型冷却パッド２３４内に備えられる熱交換増幅部２３２により冷却効率を向上させることができる。

熱交換増幅部２３２は、蒸発型冷却パッド２３４との接触面積を広くするために、蒸発型冷却パッド２３４の内部でジグザグ形状に屈折されて備えられる。

前述した構造を有する本発明の一実施例による冷却装置の作用及び冷却装置を利用した冷却方法を説明すれば、次の通りである。

冷却部１３０は、一般的に本実施例の冷却装置１００が作動している間、常時使用されるが、必要に応じて、スイッチングオフされることもでき、この場合にも、冷却装置１００は、正常に作動可能である。これは、例えば水槽１３４での水供給が枯渇する場合にも、冷却装置１００が正常作動することを言う。

一般的な冷却装置１００の駆動を記述すれば、送風ファン１５０の駆動によりケース１１０の内部に外部空気が流入され、流入空気Ａは、凝縮機１２４を通過し、これにより、凝縮機１２４を冷却させる。流入空気Ａが凝縮機１２４を通過するとき、凝縮機１２４内の冷媒と流入空気Ａが熱交換されることによって、凝縮機１２４の冷媒を冷却させる。

図８は、本発明の一実施例による冷却装置を利用した冷却方法を示すフローチャートである。
図１、図２及び図８を参照すれば、本実施例は、中間流れの冷気Ｂを生成するために流入空気Ａを冷却部１３０に通過させる（Ｓ１０）。冷却サイクル１２０の駆動は、冷却部１３０により熱力学性能が向上する。すなわち、蒸発型冷却パッド１３２を経て流入空気Ａが熱交換され、凝縮機１２４を比較的凉しい環境に置かれるようにする。外部空気の流入は、送風ファン１５０の駆動により行われる。

蒸発型冷却パッド１３２による作用を記述すれば、送風ファン１５０の作動により比較的熱い流入空気Ａが蒸発型流体により濡れている蒸発型冷却パッド１３２を通過することによって、蒸発型冷却パッド１３２の蒸発型流体が蒸発し始まる。このような蒸発過程を図１に矢印で示している。蒸発型流体が蒸発型冷却パッド１３２で連続的に蒸発することによって、水槽１３４の蒸発型流体は、漸進的に減少し、中間流れの冷気Ｂが蒸発型冷却パッド１３２から出力される。

この際、水槽１３４には、蒸発型冷却パッド１３２で発生する蒸発の同様の量の蒸発型流体が自動に補充されることができる。勿論、水槽１３４には、ユーザが直接蒸発型流体を補うこともできる。

また、変形例として図４に示されたように、ポンプ１４６と排水機１４８が備えられ、蒸発型冷却パッド１３２に蒸発型流体を供給することができる。これは、ポンプ１４６の作動により水槽１３４の蒸発型流体をポンピングし、排水機１４８を通じて蒸発型冷却パッド１３２の上端に供給することによって、蒸発型冷却パッド１３２を濡れるようにすることができる。

一方、第２実施例として図５〜図７を参照すれば、冷却部２３０は、凝縮機１２４と膨張機１２６との間に備えられる熱交換増幅部２３２と、熱交換増幅部２３２の周りに備えられる蒸発型冷却パッド２３４とで構成され、流入空気Ａを蒸発型冷却パッド１３２により凝縮機１２４側に中間流れの冷気Ｂを伝達すると同時に、蒸発型冷却パッド１３２内に備えられる熱交換増幅部２３２を通過する冷媒と熱交換され、冷却効率を向上させることができる。すなわち、蒸発型冷却パッド１３２を通過した中間流れの冷気Ｂと蒸発型冷却パッド１３２との接触による熱交換によって冷却効率を向上させることができる。

勿論、第２実施例において、前記第１実施例と同様に、蒸発型冷却パッド１３２に水槽１３４の蒸発型流体がポンプと排水機によって供給されてもよい。

その後、凝縮機１２４を冷却させるために中間流れの冷気Ｂを凝縮機１２４に通過させる（Ｓ２０）。凝縮機１２４の冷媒と蒸発型冷却パッド１３２を通過した中間流れの冷気Ｂとの温度差がさらに大きくなって、その結果、さらに冷たい冷媒が凝縮機１２４から出力される。これにより、冷却サイクル１２０の効率を向上させることができる。

冷却部１３０による凝縮機１２４の冷却を詳しく説明すれば、圧縮機１２２は、冷媒ラインを通じて気体状態の比較的高温高圧の冷媒を凝縮機１２４内に循環させる。凝縮機１２４は、蒸発型冷却パッド１３２により中間流れの冷気Ｂを供給されて、熱を放散する。気体冷媒は、凝縮機１２４を通過するとき、熱を失うようになり、暖かい液体冷媒に凝結される。次いで、あらかじめ冷却した液体冷媒は、冷媒ラインを通じてさらに低い圧力の２相混合物に膨張される膨張機１２６に向かう。

その結果、冷媒は、冷媒ラインを通過して蒸発機１２８に向かっていて、冷媒が蒸発機１２８を通過するとき、液体冷媒は、冷却しようとする限定された空間の熱を吸収して冷却する。

したがって、これは、限定された空間の空気流れを冷却させて、所望の冷却出力流れを提供する。その後、蒸発機１２８から出力される冷たい気体状態の冷媒は、冷媒ラインを通って冷媒を圧縮するための圧縮機１２２に向かい、冷却サイクル１２０に戻る。

中間流れの冷気Ｂを提供するように蒸発型冷却パッド１３２による事前冷却は、同一の電力でさらに大きい冷却容量を提供するので、冷却サイクル１２０をさらに効率的に作動することができる。

本実施例による冷却装置は、既存の冷却装置１００に比べて周辺環境状態に基づいて、通常、効率面において３０％〜５０％程度の節約を提供する。このような効率増加の長所は、非現実的であった所で代替電源を利用することができる。例えば、冷却装置１００に電源を供給する太陽電池パネルを利用することができ、これは、本実施例による冷却装置１００が設置され使用され得る暑い国で特に長所となる。

本実施例による冷却装置の長所によって、熱力学性能が向上し、メンテナンス費用が低減し、ノイズが減少し、体積と重さを減少させることができる。

また、冷却部１３０により中間流れの冷気Ｂを提供することによって、冷却サイクル１２０の応答時間が改善し、制御機能が改善し、冷却装置１００の寿命を延長することができる。

蒸発型冷却パッド１３２は、フィルターの役目を行うようになるので、ダストを除去することができ、これは、任意の使用時間の間に凝縮機１２４の掃除を減らすことができ、したがってメンテナンスの回数を減少させることができる。このように蒸発型冷却パッド１３２のフィルターの役目の長所は、凝縮機１２４の放熱ピンがダストにより詰まる可能性が小さいため、放熱ピンをさらに高い密度で構成されることができる。

特定の一実施例として、本発明の冷却装置１００は、比較的小さい体積を非常に速く冷却させることができるコンパクトシェルター（ｃｏｍｐａｃｔ ｓｈｅｌｔｅｒ）に設置されることができる。例えば、太陽電池パネルなどの再生可能エネルギーにより電力を供給されれば、これは、電源を必要とせず、効率的に冷却される独立型シェルターを提供することができる。これは、例えば暑い遠隔地にある道路作業者、警備員などが電源なしに凉しい状態を維持することができるようにする。

本発明は、図面に示された実施例を参照して説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当該技術の属する分野における通常の知識を有する者ならこれから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解することができる。

したがって、本発明の真正な技術的保護範囲は、特許請求範囲によって定められなければならない。

１００ 冷却装置
１１０ ケース
１２０ 冷却サイクル
１２２ 圧縮機
１２４ 凝縮機
１２６ 膨張機
１２８ 蒸発機
１３０ 冷却部
１３２ 蒸発型冷却パッド
１３４ 水槽
１４０ 冷却部
１４２ 蒸発型冷却パッド
１４４ 水槽
１４６ ポンプ
１４８ 排水機
１５０ 送風ファン
２３０ 冷却部
２３２ 熱交換増幅部
２３４ 蒸発型冷却パッド
２３６ 水槽

Claims (19)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と；
   前記圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒を液化させる凝縮機と；
   前記凝縮機の冷媒を低温低圧の冷媒にする膨張機と；
   前記膨張機の冷媒を伝達されて、低温低圧の冷媒が外部空気と熱交換され、気化するようにする蒸発機と；
   前記凝縮機の冷媒と熱交換されるように周辺空気を冷却する冷却部と；を含むことを特徴とする冷却装置。
2. 前記冷却部は、前記凝縮機の冷媒を冷却させるための中間流れの冷気を生成するために流入空気を冷却させることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記冷却部は、蒸発型冷却パッドを含むことを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記蒸発型冷却パッドは、空気が透過する空気透過媒体を含むことを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記蒸発型冷却パッドは、天然繊維材質または合成繊維材質のメッシュを含むことを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
6. 前記冷却部は、噴霧式加湿器を含むことを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
7. 前記冷却部には、蒸発型流体が供給されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷却装置。
8. 前記蒸発型流体は、水を含むことを特徴とする請求項７に記載の冷却装置。
9. 前記冷却部は、前記凝縮機と前記膨張機との間に備えられ、冷媒を案内する熱交換増幅部と；
   前記熱交換増幅部の周りに備えられ、前記熱交換増幅部の冷媒と熱交換される蒸発型冷却パッドと；を含むことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
10. 前記蒸発型冷却パッドは、空気が透過する空気透過媒体を含むことを特徴とする請求項９に記載の冷却装置。
11. 前記蒸発型冷却パッドは、天然繊維材質または合成繊維材質のメッシュを含むことを特徴とする請求項１０に記載の冷却装置。
12. 前記冷却部には、蒸発型流体が供給されることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の冷却装置。
13. 前記蒸発型流体は、水を含むことを特徴とする請求項１２に記載の冷却装置。
14. 前記圧縮機と前記膨張機は、太陽電池電源または再生可能電源により駆動されることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
15. （ａ）中間流れの冷気を生成するために流入される流入空気流れを冷却部に通過させる段階と；
    （ｂ）凝縮機を冷却させるために前記中間流れの冷気を前記凝縮機に通過させる段階と；を含むことを特徴とする冷却装置を利用した冷却方法。
16. 前記（ａ）段階は、前記冷却部に蒸発型流体を通過させることを特徴とする請求項１５に記載の冷却装置を利用した冷却方法。
17. 前記蒸発型流体は、水を含むことを特徴とする請求項１６に記載の冷却装置を利用した冷却方法。
18. 前記（ａ）段階及び前記（ｂ）段階は、送風ファンの駆動により行われることを特徴とする請求項１５に記載の冷却装置を利用した冷却方法。
19. 前記冷却装置は、太陽電池電源または再生可能電源を利用して電源供給されることを特徴とする請求項１５に記載の冷却装置を利用した冷却方法。

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