KR100298143B1

KR100298143B1 - 냉방기

Info

Publication number: KR100298143B1
Application number: KR1019980032681A
Authority: KR
Inventors: 김인호
Original assignee: 안성암; 주식회사 서경
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 2002-02-19
Also published as: KR20000004843A

Abstract

본 발명은 열전반도체를 이용한 냉방기에 관한 것으로, 본 발명은 본체(10)에 내설한 덕트(20)와, 순환팬(30)과, 순환펌프(50)를 구비한 냉매탱크(40)와, 실내로 배출되는 공기의 온도를 검출하는 온습도센서(60)와, 각 기능부로부터 입력되는 신호에 따라 제어신호를 발생하는 제어부(70)를 포함하며, 공기가 통과하면서 냉매와 열교환이 이루어지도록 된 제1열교환기(80)와, 공기가 통과하면서 냉매와 열교환이 이루어지도록 상기 덕트(20)의 공기배출구(22)측에 설치한 제2열교환기(90)와, 냉열면을 제1열교환기(80)에 부착켜 덕트(20)를 통과하는 공기에 냉열을 공급하는 복수개의 공기냉각용 열전반도체(100)와, 상기 냉매탱크(40)의 외면에 냉열면을 부착시켜 냉매를 냉각시키는 복수개의 냉매냉각용 열전반도체(100)로 구성되어 있다.

Description

냉방기

본 발명은 열전반도체(열전소자)를 이용한 냉방기에 관한 것으로, 더 상세히는 덕트에 설치되는 열교환기와 냉매가 저장되는 탱크에 열전반도체를 부착하여 냉기를 공급할 수 있도록 한 냉방기(통칭 에어컨)에 관한 것이다.

본 출원은 본 출원인의 1998년 특허등록출원 제22848호의 우선권주장출원 입니다.

일반적으로 냉방기에는 증발기, 응축기, 콤프레서, 팽창밸브 등을 구비하고 이들을 파이프로 연결하여 냉매가 순환되도록 하고 열교환기에 의하여 실내공기를 냉각하고 있다.

그러나, 이러한 종래의 냉방기는 고가의 부품수가 많아 제조원가를 상승시키고 열효율이 낮아 전력소모가 매우 큰 단점이 있다.

특히, 용량이 큰 이른바 스탠드형 냉방기는 응축기를 건물외부에 설치하고 건물 내에 설치된 본체와 배관작업을 하여야 함으로 설치하는데 따른 작업과 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 이동이 불편한 폐단 등이 있었다.

본 발명의 목적은 응축기, 콤프레서, 팽창밸브 등을 구비하지 않고 파이프를 통하여 제1열교환기와 제2열교환기를 순환하는 냉매와 함께 열전반도체를 적절히 적용함으로써 구조가 간단하고 열효율 높고 전력소모가 매우 적은 냉방기를 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉방기의 수직 측단면도.

도 2는 도 1의 수직 정단면도.

도 3은 도2의 A-A선 확대 단면도.

도 4는 본 발명에 적용된 제1열교환기의 구성도.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 회로 구성도.

도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 냉방기의 수직 측단면도.

도 7은 본 발명의 제2실시에에 따른 회로 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10; 본체 11; 단열재 12; 노즐

20; 덕트 21; 공기유입구 22; 공기배출구

30; 순환팬 40; 냉매탱크 41; 냉매유입구

42; 냉매유출구 43; 커버 44; 단열재

50; 순환펌프 60; 온습도센서 70; 제어부

71; 전원스위치 72; 풍량조절스위치 73; 온도조절스위치

80; 제1열교환기 81; 케이스 82; 코어

83; 중공관 90; 제2열교환기 91; 코어

92; 방열핀 100; 열전반도체 P1,P2,P3; 파이프

110; 보조덕트 111; 제2공기유입구 112; 제2공기배출구

120; 방열코어 121; 냉각팬 130; 제2펌프

140; 수조

본 발명은 이러한 종래의 단점들을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 제1실시예에 따르면, 공기유입구(21)와 공기배출구(22)가 본체(10)의 하측과 상측에 각각 배치되도록 본체(10)에 내설한 덕트(20)와, 상기 덕트(20)의 공기유입구(21)측에 설치하여 외기를 공기유입구(21)측에서 공기배출구(22)측으로 송풍시키는 순환팬(30)과, 냉매유입구(41)와 냉매유출구(42)를 가지며 상기 본체(10)의 저부에 설치하여 저장된 냉매가 순환되도록 순환펌프(50)를 구비한 냉매탱크(40)와, 상기 공기유출구(42)측에 설치하여 덕트(20)에서 배출되는 공기의 온도를 검출하는 온습도센서(60)와, 상기 순환팬(30)과 상기 순환펌프(50)와 상기 온습도센서(60)와 전기회로로 연결하여 제어조작되도록 하고 각 기능부로부터 입력되는 신호에 따라 제어신호를 발생하는 제어부(70)를 포함하며, 상기 덕트(20)의 공기유입구(21)와 공기배출구(22) 사이에 위치하도록 설치되며 냉매가 유입되도록 상기 냉매탱크(40)의 냉매유출구(42)와 파이프(P1)로 연결함과 동시에 공기가 통과하면서 냉매와 열교환이 이루어지도록 된 제1열교환기(80)와, 냉매가 상기 제1열교환기(80)로 부터 유입되었다가 상기 냉매탱크(40)로 배출되도록 상기 제1열교환기(80)와 상기냉매탱크(40)의 냉매유입구(41)와 각각 파이프(P2,P3)로 연결되며 공기가 통과하면서 냉매와 열교환이 이루어지도록 상기 덕트(20)의 공기배출구(22)측에 설치한 제2열교환기(90)와, 냉열면을 제1열교환기(80)에 부착시키고 상기 제어부(70)의 전압 및 전류제어로 덕트(20)를 통과하는 공기에 냉열을 공급하는 공기냉각용 열전반도체(100)와, 상기 냉매탱크(40)의 외면에 냉열면을 부착시키고 상기 제어부(70)의 전압 및 전류제어로 상기 냉매탱크(40)에 저장된 냉매를 냉각시키는 또다른 복수개의 냉매냉각용 열전반도체(100)로 구성으로 되어 있다.

본 발명의 제2실시예에서는, 제2공기유입구(111)를 상기 공기배출구(22)의 후방 위치하도록 상기 덕트(20)와 연통시키고 제2공기배출구(112)를 상기 본체(10) 하부의 후방과 연통시킨 보조덕트(110)와, 상기 보조덕트(110) 내에 냉각팬(121)을 구비하여 설치한 방열코어(120)와, 제2펌프(130)에 의하여 물이 일정방향으로 순환하도록 상기 방열코어(120)와 파이프로 연결하여 본체(10)의 하부에 설치한 수조(140)를 더 구비하며, 상기 수조(140)는 상기 냉매탱크(40)에 부착된 열전반도체(100)의 방열면에 외면을 부착시킨 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

<제1실시예>

도 1 및 도2에서, 덕트(20)는 본체(10)에 내장되며 본체(10)와 덕트(20) 사이의 공간에는 단열재(11)로 채워져 있다. 이 덕트(20)의 공기유입구(21)는 본체(10) 전면의 하측에 위치되고 공기배출구(12)는 본체(10) 전면의 상측에 위치되어 있다.

공기배출구(22)의 앞쪽에는 통상적으로 노즐(12)이 설치되며, 이 노즐(12)은 자동 또는 수동으로 송풍공기의 방향을 조절할 수 있도록 하고 있다.

순환팬(30)은 덕트(20)의 공기유입구(21)측에 위치하도록 본체(10) 내부에 설치된다.

냉매탱크(40)는 냉매유입구(41)와 냉매유출구(42)를 가지며 본체(10)의 저부, 즉 바닥면에 설치되며, 순환펌프(50)는 냉매배출구와 제1열교환기(80)를 열결하는 파이프(P1)상에 설치되어 있다. 이 냉매탱크(40)의 양쪽편에는 각각 냉매냉각용 열전반도체(100)를 부착시켜 제어부(70)의 전압 및 전류제어로 냉매탱크(40)에 저장된 냉매를 냉각시킬수 있도록 하고 있다. 또한, 냉매탱크(40)의 외부에는 단열재(11)를 충전하고 커버(44)로 덮은 이른바 2중 구조로 되어 있다.

냉매는 여러종류가 있을 수 있으나, R-124 등 냉매가 일정압력(1~10bar)상태에서 영상 5℃~영하 30℃를 유지하는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 제1실시예에서는 에틸알콜을 냉매로 사용할 수 있으며, 이 에틸알콜에 적당량의 소금을 첨가하면 빙점을 낮출 수 있다.

온습도센서(60)는 덕트(20)의 공기배출구(61)측에 설치되어 있어 덕트(20)에서 배출되는 공기의 온도를 검출하여 저항값에 따른 전압을 제어부(70)로 출력한다.

제어부(70)는 마이콤을 사용하여 본체(10)의 전면에 장착되며 전원스위치(71), 순환팬(30)을 구동시키기 위한 풍량조절스위치(2), 순환펌프(50)및 열전반도체(100) 등의 냉각 시스템을 구동시키기 위한 온도조절스위치(73)가 구비되어 있다.

도 3 및 도 4에서, 제1열교환기(80)는 덕트(20)의 중간에 결합되는 케이스(81)와, 이 케이스(81) 내에 수직으로 배치되는 복수개의 코어(82)가 일체로 결합되어 있으며, 코어(82)와 케이스(81) 사이로는 공기가 통과되는 구조로 되어 있다. 이들 코어(82)의 내부로 냉매가 차례로 통과되도록 연통되고 냉매탱크(40)의 냉매유출구(42)와는 파이프(P1)로 열결되어 있다.

예시한 코어(82)는 외경과 길이가 80mm인 동관 6개를 마련하여 중앙에 위치하는 중공관(83)의 둘레와 다각기둥형으로 된 케이스(81) 내에 조밀하게 배치하였으며, 열전반도체(100)는 6개를 마련하여 케이스(81)의 외곽에 일정간격으로 부착시켰다. 예시한 코어(82)는 원통형으로 된 것을 사용하였으나 사각관 또는 다각형 관으로 도 사용할 수 있다.

제2열교환기(90)는 일종의 증발기와 같이 코어(91)와 방열핀(92)이 결합된 구조로써 제1열교환기(80)와 냉매탱크(40)의 냉매유입구(41)와 각각 파이프(P2,P3)로 연결되어 순환하는 냉매와 공기배출구(22)로 배출되는 공기와 열교환을 하게 된다.

부언하여, 예시한 파이프(P1,P2,P3)와 코어(82,91)는 동관을 사용하였며, 상기한 공기냉각용 및 냉매냉각용 열전반도체(100)들은 영하 70℃ 이하의 냉열을 발생하는 고성능형을 사용하여 그 냉열면을 제1열교환기(80)의 케이스(81)와 냉매탱크(40)에 각각 부착시키고 이들의 음극단자와 양극단자를 병렬로 전기회로를 구성하여 제어부(70)와 연결한다. 이들 공기냉각용 열전반도체(100)를 부착시킬 때에는 각각의 부착면에 열전도율이 매우높은 은(화학기호;Ag)을 도포시키면 열전달함수를 극대화 할 수 있다. 그리고 제작 단가를 절감하기 위해서는 은 대신 알루미늄(Al)을 사용할 수 있다.

이러한 구성으로 된 제1실시예의 작동을 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 5에 도시한 바와같이, 전원스위치(71)를 온시킨 후, 풍량조절스위치(72)와 온도조절스위치(73)를 조작하면, 전기회로로 연결된 각 기능부가 구동된다. 즉, 풍량스위치(72)의 조작으로 순환펌프(50)가 구동함에 따라 냉매탱크(40)에 저장된 저온(영하 30℃ 정도)의 냉매가 일련의 파이프(P1,P2,P3)를 통하여 제1열교환기(80)와 제2열교환기(90)를 거쳐 다시 냉매탱크(40)로 회수됨과 동시에, 온도조절스위치(73)의 조작으로 순환팬(30)이 구동함에 따라 더운 공기가 덕트(20)의 공기유입구(21)측으로부터 유입되었다가 공기배출구(22)로 배출된다.

공기유입구(21)로 유입된 공기는 제1열교환기(80)의 코어(82)와 케이스(81)의 사이 및 중공관(83)을 지나면서 코어(82)를 흐르는 냉매에 의해 열이 흡수되어 냉각됨과 동시에 이 공기는 공기 냉각용 열전반도체(100)의 냉열면에서 발생되는 냉열을 공급받아 2단계로 냉각된다.

이와같이 1차적으로 냉각된 공기는 덕트(20)의 공기배출구(22)측에 이르러 제2열교환기(90)를 통과하면서 제2열교환기(90)의 코어(91)를 순환하는 냉매와 다시한번 열교환과정을 거쳐 저온화 되어 노즐(12)을 통하여 외부, 즉 실내로 배출된다.

그리고, 냉매냉각용 열전반도체(100)의 냉열이 냉매탱크(40)의 내부로 공급되므로그동안 공기의 온열을 흡수한 액상의 냉매가 제2열교환기(90)에서 냉매탱크(40)로 유입되어 잔류된 냉매와 혼합됨과 동시에 냉각되고, 여기서 냉방사이클을 완료한다.

한편, 도 4에서, 제어부(70)는 풍량조절스위치(72)의 조작에 따라 순환팬(30)의 회전속도가 다단으로 설정되어 덕트(20)로 유입,배출되는 공기의 풍량이 조절되고, 온도조절스위치(73)의 조작에 따라 열전반도체(100)에 인가되는 전압제어로 냉매탱크(40)에 저장된 냉매와 제1열교환기(80)를 통과하는 공기에 냉열을 공급하게 된다. 이때, 온습도센서(60)에서 검출된 공기의 온도에 대응하는 저항값이 제어부(70)로 입력됨에 따라 적절한 전압으로 순환펌프(50)와 열전센서(60)의 구동을 제어하여 덕트(20)로부터 배출되는 공기의 온도보상으로 설정온도를 유지시켜주게 된다. 예를들어, 덕트(20)로부터 실내로 배출되는 공기가 설정온도로 이하일때는 순환펌프(50)의 구동과 열전반도체(100)의 냉열을 공급하고, 배출되는 공기가 설정온도에 도달하면 순환펌프(50)의 구동을 단속하고 열전반도체(100)의 냉열공급을 정지시켜 실내에 공급되는 공기의 온도를 일정하게 유지시켜 준다.

<제2실시예>

도 6에 도시한 바와같이, 제1실시예에 대하여 보조덕트(110), 방열코어(120), 제2펌프(130), 수조(140)를 더 구비하여 냉매로 사용되는 물이 별도의 순환경로로 순환하도록 한 것으로 다음과 같은 구조로 되어 있다.

보조덕트(110)는 제2공기유입구(111)와 제2공기배출구(112)를 가지며, 이 공기유입구(111)는 덕트(20)의 공기배출구(22)와 연통되게 연결되며제2공기배출구(112)는 본체(10) 하부의 후방과 연통하는 구조로 되어 있다. 이 보조덕트(110)의 단면적은 덕트(20)의 단면적에 대해 1/10정도의 크기로 형성된다.

방열코어(120)는 보조덕트(110) 내에 설치되며, 내부로는 물이 흐르며 공기가 통과하면서 열교환하는 구조로 되어 있다. 이 방열코어(120)에는 냉각팬(121)이 구비되어 있어 덕트(20)를 통과하는 공기중의 일부를 보조덕트(110)의 공기유입구(111)측으로부터 공기배출구(112)방향으로 송풍하게 된다.

수조(140)는 본체(10)의 하부에 설치되며 방열코어(120)와 파이프로 연결하여 제2펌프(130)에 의해 일정방향으로 물이 순환할 수 있다. 이 수조(140)는 열전반도체(100)의 방열면에 부착된 상태로 케이스에 내장되며, 제1실시예에서와 같이냉매탱크(40)와 수조(140)간의 틈새에는 단열재(12)를 충진하여 열을 차폐하도록 하는 것이 바람직하다.

이와같이, 방열코어(120)와 수조(140) 등을 더 구비한 본 발명은 제1실시예와 같이 주요 구동부가 작동하여 냉방작용을 함과 동시에, 도 6 및 도 7에 도시한 바와같이, 제2펌프가 구동됨에 따라 물이 방열코어(120)와 수조(140)를 순환하게 되고, 냉각팬(121)의 구동에 따라 덕트(20)에서 공기배출구(22)로 배출되는 찬 공기의 일부가 보조덕트(110)를 통하여 본체(10)의 후방으로 방출된다.

그리하여, 물이 수조(140)를 통과하는 동안에는 열전반도체(100)의 방열면에서 발생된 열기를 흡수하고, 물이 방열코어(120)를 지나는 동안에는 보조덕트(110)를 통과하는 일부 공기에 의하여 미열을 빼앗긴다. 그리하여, 수조(140)를 통과하는 물은열전반도체(100)의 방열면에서 발산되는 열을 빠르게 흡수하여 펠티어효과를 높여줌으로 냉방효율을 증대시켜주는 역할을 하게 된다.

다시말해서, 제 2실시예서는 제1실시예와 대비할 때 별도의 순환경로를 갖는 물을 순환시켜 열전반도체(100)의 방열면에서 발산되는 열기를 효과적으로 흡수한 후 방출시켜 줌으로써 일종의 터보방식의 냉방기를 구현한 것이다.

상술한 바와같이, 본 발명은 콤프레서, 응축기 등을 구비하지 않으므로 소형으로 가볍게 제작할 수 있으며, 고가의 부품을 사용하지 않으므로 제작원가를 줄일 수 있고 저렴하게 공급할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 본 발명은 열전반도체(100)를 사용하여 전압제어로 공기와 냉매의 냉각작용을 함으로 온도제어를 세밀하게 할 수 있을 뿐만 아니라 설정온도에 도달시키는 시간이 단축된다.

또한, 본 발명은 구조가 간단하므로 고장발생이 거의 없으며 수리가 간단하다.

또한, 본 발명은 콤프레서를 사용하지 않으므로 전력소모가 매우 절감되고 열효율이 한층 향상되는 장점도 있다.

또한, 본 발명은 별도의 응축기를 구비하지 않으므로 이 응축기와의 배관작업이 필요 없으며, 이로 인하여 제품의 설치 및 이동이 용이한 장점도 있다.

Claims

공기 유입구(21)와, 공기배출구(22)가 본체(10)의 하측과 상측에 각각 배치되도록 내설된 덕트(20)와, 상기 공기유입구(21)측에 설치되어 외기를 공기배출구(22)측으로 송풍시키는 순환팬(30)과,

냉매유입구(41)와 냉매유출구(42)를 가지며 상기 본체(10)의 저부에 설치하여 저장된 냉매가 순환되도록 순환펌프(50)를 구비하고, 제어부(70)에 의한 전기적인 제어로 냉매를 냉각시키는 복수개의 냉매 냉각용 열전반도체(100)의 냉열면을 외면에 부착시킨 냉매탱크(40)와,

상기 공기배출구(22)측에 설치하여 덕트(20)에서 배출되는 공기의 온도를 검출하는 온습도센서(60)와, 상기 순환팬(30)과 상기 순환펌프(50)와 상기 온습도센서(60)와 전기회로로 연결하여 제어조작되도록 하고 각 기능부로부터 입력되는 신호에 따라 제어신호를 발생하는 제어부(70)를 포함하며,

상기 덕트(20)의 공기유입구(21)와 공기배출구(22) 사이에 위치하도록 설치되며 냉매가 유입되도록 상기 냉매탱크(40)의 냉매유출구(42)와 파이프(P1)로 연결함과 동시에 상기 덕트(20)의 중간에 결합되는 케이스(81)와, 이 케이스(81) 내에 수직으로 배치되어 냉매가 순차적으로 순환하는 코어(82)와, 상기 코어(82)의 외면과 케이스(81) 사이로 공기가 통과되도록 하고, 제어부(70)의 전기적인 제어로 덕트를 통과하는 공기에 냉열을 공급하는 복수개의 공기냉각용 열전반도체(100)의 냉열면을 상기 케이스(81)의 외면에 부착하여 공기가 통과하면서 냉매와 열교환이 이루어지도록 하는 제 1열교환기(80)와,

냉매가 상기 제 1열교환기(80)로부터 유입되었다가 상기 냉매탱크(40)로 배출되도록 상기 제 1열교환기(80)와 상기 냉매탱크(40)의 냉매유입구(41)와 각각 파이프(P2,P3)로 연결되며 공기가 통과하면서 냉매와 열교환이 이루어지도록 상기 덕트(20)의 공기배출구(22)측에 설치한 제 2열교환기(90)를 구비한 것을 특징으로 하는 냉방기.
제 1항에 있어서, 상기 냉매는 R-12, R-22, R-123, R-124, R-124a, R-134a, 암모니아 또는 에틸알콜에 소금이 첨가된 것을 사용한 것을 특징으로 하는 냉방기.
제 1항에 있어서, 제 2공기유입구(111)를 상기 공기배출구(22)의 후방에 위치하도록 상기 덕트(20)와 연통시키고 제 2공기배출구(112)를 상기 본체(10) 하부의 후방과 연통시킨 보조덕트(110)와, 상기 보조덕트(110) 내에 냉각팬(121)을 구비하여 설치한 방열코어(120)와, 제 2펌프(130)에 의하여 물이 일정방향으로 순환하도록 상기 방열코어(120)와 파이프로 연결하여 본체(10)의 하부에 설치한 수조(140)를 더 구비하며, 상기 수조(140)는 상기 냉매탱크(40)에 부착된 열전반도체(100)의 방열면에 외면을 부착시킨 것을 특징으로 하는 냉방기.