KR100531304B1 - 공기조화기 - Google Patents

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KR100531304B1 KR10-2003-0079780A KR20030079780A KR100531304B1 KR 100531304 B1 KR100531304 B1 KR 100531304B1 KR 20030079780 A KR20030079780 A KR 20030079780A KR 100531304 B1 KR100531304 B1 KR 100531304B1
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Abstract

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 별도의 얼음 팩이나 얼음을 공급할 필요없이 간단한 구성으로 지속적인 냉방이 이루어질 수 있도록 한 것이다.
이를 위한 본 발명의 공기조화기는, 공기흡입구 및 공기토출구가 형성된 케이스와; 상기 케이스 내부에 설치되어 공기흡입구로부터 공기를 강제 흡입하여 공기토출구로 송풍시키는 나선형 송풍팬과; 내부에 냉매가 유동하는 냉매유로가 일체로 형성된 열전도성의 플레이트가 상하면이 개방된 박스형태를 이루도록 구성되어, 상기 송풍팬에 의해 송풍되는 공기와 열교환을 일으키며 내부면에 얼음을 생성시키는 직냉식 열교환기 및; 상기 직냉식 열교환기의 개방된 상부면을 개폐하는 상부덮개를 포함하여 구성된다.

Description

공기조화기{Air-conditioner}
본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 특히 열교환기로서 냉매 유로가 일체로 형성된 직냉식 열교환기를 이용하여 구성함으로써 별도의 얼음을 공급할 필요없이 지속적으로 냉기를 공급함과 더불어 이동이 용이하여 개인용으로 활용할 수 있도록 한 공기조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 공기조화기는 압축기에서 압축된 냉매가스를 응축기에서 액화시킨 다음, 팽창밸브를 통해 감압한 후 증발기에서 다시 기화시켜 흡수되는 냉매의 기화열을 이용하여 실내에 차가운 냉기를 토출함으로써 인간에게 쾌적한 온도 환경을 제공한다.
그러나, 이러한 공기조화기는 복수개의 열교환기와 압축기를 필요로 하므로 구성이 복잡하고 가격이 비싸며, 냉매 배관 등의 문제로 인하여 원하는 위치로 이동이 곤란하여 개인용으로 활용하기가 매우 어려운 결점이 있다.
이에 종래에는 열교환기와 압축기를 사용하지 않고 케이스 내부에 얼음이 채워진 팩 또는 별도의 얼음 저장통을 내설하여 구성함으로써 간단한 구성과 적은 비용으로 차가운 냉기를 생성할 수 있도록 한 공기조화기들이 개발되고 있다.
그러나, 이러한 종래의 공기조화기는 냉방을 위해서 사용자가 항상 별도의 얼음 팩을 케이스 내부에 장착하거나 얼음 저장통에 얼음을 채워주어야 하므로 불편하고, 공기조화기를 가동중 얼음이 녹음에 따른 보충이 곤란하여 연속적이고 지속적인 냉방이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 별도의 얼음 팩이나 얼음을 공급할 필요없이 간단한 구성으로 지속적인 냉방이 이루어질 수 있도록 한 공기조화기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 실시형태에 따르면, 공기흡입구 및 공기토출구가 형성된 케이스와; 상기 케이스 내부에 분리되게 구획된 공간에 설치되는 압축기와 응축기 및 응축기용 송풍팬과; 상기 케이스 내부에 설치되어 공기흡입구로부터 공기를 강제 흡입하여 공기토출구로 송풍시키는 송풍팬과; 내부에 냉매가 유동하는 냉매유로가 일체로 형성된 열전도성의 플레이트가 상하면이 개방된 박스형태를 이루도록 구성되어, 상기 송풍팬에 의해 송풍되는 공기와 열교환을 일으키며 내부면에 얼음을 생성시키는 직냉식 열교환기 및; 복수개의 배기공이 형성되고, 상기 직냉식 열교환기의 개방된 상부면을 개폐하도록 구성된 상부덮개를 포함하여 구성된 공기조화기가 제공된다.
본 발명의 다른 한 실시형태에 의하면, 공기흡입구 및 공기토출구가 형성된 케이스와; 상기 케이스 내부에 설치되어 공기흡입구로부터 공기를 강제 흡입하여 공기토출구로 송풍시키는 송풍팬과; 내부에 냉매가 유동하는 냉매유로가 일체로 형성된 열전도성의 플레이트가 상하면이 개방된 박스형태를 이루도록 구성되어, 상기 송풍팬에 의해 송풍되는 공기와 열교환을 일으키며 내부면에 얼음을 생성시키는 직냉식 열교환기 및; 상기 직냉식 열교환기의 개방된 상부면을 개폐하는 상부덮개를 포함하여 구성된 공기조화기가 제공된다.
이하, 본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기를 나타낸 것으로, 공기조화기의 케이스(1) 하부와 상부 각각에 공기흡입구(2) 및 공기토출구(3)가 형성되고, 케이스(1) 내의 하부의 격벽(4)에 의해 분리된 공간에 압축기(5)와 응축기(6) 및 응축용 송풍팬(미도시)이 설치된다.
그리고, 상기 케이스(1)의 중간부분에는 공기흡입구(2)를 통해 유입된 공기와 열교환을 일으키는 박스형태의 직냉식 열교환기(9)가 설치되고, 이 직냉식 열교환기(9)의 내부에는 하측에서 상측으로 축방향으로 공기를 송풍시키는 나선형 송풍팬(7)이 설치된다.
상기 나선형 송풍팬(7)은 축방향으로 공기를 송풍시키도록 된 점에서는 축류팬과 유사하나 구체적인 구조와 작용에 있어서 축류팬과는 상이하다.
즉, 상기 나선형 송풍팬(7)은 케이스(1) 내부에 상하방향으로 설치되어 구동모터(8)에 의해 회전하는 회전축(71)과, 이 회전축(71)에 결합된 기다란 원통형의 허브(72)와, 상기 허브(72)의 외주면에 축방향을 따라 나선형으로 비틀어지면서 형성된 1개 또는 복수개의 나선형 블레이드(73)로 구성된다.
따라서, 구동모터(8)에 의해 상기 회전축(71)과 허브(72) 및 블레이드(73)가 일방향으로 고속 회전하게 되면, 나선형 송풍팬(7)의 하부에서부터 공기가 유입되어 블레이드(73)의 면을 따라 축방향으로 유동하여 상측으로 토출된다.
한편, 상기 직냉식 열교환기(9)는 도 2에 상세히 도시된 것과 같이, 내부에 냉매가 유동하는 냉매유로(92)가 일체로 형성된 4개의 열전도성 플레이트(91)들이 상부 및 하부가 개방된 박스형태를 이루도록 구성된다.
여기서, 상기 직냉식 열교환기(9)는 열전도성이 좋은 알루미늄 재질로 된 것이 바람직하다.
그리고, 직냉식 열교환기(9)의 상단부에는 개방된 상단부를 개폐시키는 상부덮개(10)가 선회가능하게 결합되어 있는데, 상기 상부덮개(10)에는 복수개의 배기공(101)이 형성되어, 상부덮개(10)가 직냉식 열교환기(9)의 상부를 폐쇄한 상태에서도 소량의 공기가 유통될 수 있도록 되어 있다.
또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 상부덮개(10)는 공기조화기의 컨트롤러(미도시)에 의해 자동으로 개폐 작동할 수 있도록 전기-기계적인 메커니즘에 의해 작동하도록 구성된다.
예를 들어, 상부덮개(10)의 일측 모서리부에 공압실린더를 결합시켜, 컨트롤러의 제어명령에 의한 공압실린더의 작동에 의해 상부덮개(10)가 선회하면서 개폐 작동하도록 구성할 수도 있을 것이고, 이와는 다르게 기어 메커니즘 및/또는 링크 기구 등을 적절히 구성하여 상부덮개(10)가 원하는 시점에 선회하면서 개폐 작동하도록 구성할 수도 있을 것이다.
상기와 같이 구성된 공기조화기는 다음과 같이 작동한다.
공기조화기의 가동 초기에 상부덮개(10)는 직냉식 열교환기(9)의 상부를 폐쇄한 상태로 되어 있는데, 공기조화기가 가동되면 압축기(5)가 작동하여 냉매가 응축기(6)를 거쳐 직냉식 열교환기(9)의 냉매유로(92)로 공급되기 시작하며, 이와 동시에 구동모터(8)가 작동하여 나선형 송풍팬(7)이 회전하기 시작하고, 이에 따라 공기흡입구(2)를 통해 케이스(1) 내부로 공기가 유입된다.
케이스(1) 내부로 유입된 공기는 나선형 송풍팬(7)의 블레이드(73)를 따라 하측에서 상측으로 유동하며 주변의 직냉식 열교환기(9) 표면과 접촉하면서 열교환된다.
이 때, 도 3에 도시된 것과 같이 상기 상부덮개(10)는 직냉식 열교환기(9)를 폐쇄하고 있는 상태이므로 나선형 송풍팬(7)에 의해 직냉식 열교환기(9) 내부로 유입된 공기는 직냉식 열교환기(9) 내부에 일시적으로 머문 다음 상부덮개(10)의 배기공(101)을 통해 서서히 빠져 나가게 되는 바, 직냉식 열교환기(9)의 표면에는 공기 중의 수분으로 인해 얼음이 생성되기 시작한다.
일정 시간이 경과하여 생성된 얼음의 양이 많아지면 도 4에 도시된 것과 같이 공기조화기의 컨트롤러는 직냉식 열교환기(9)의 상부가 완전히 개방되도록 상부덮개(10)를 선회시키게 된다.
이에 따라 나선형 송풍팬(7)에 의해 송풍되는 공기는 직냉식 열교환기(9) 표면에 생성된 얼음을 스치고 지나가면서 매우 차가운 공기로 바뀌어 공기토출구(3)를 통해 실내로 배출된다.
일정 시간 이상이 되면 직냉식 열교환기(9) 표면에 얼음이 생성되는 속도보다 얼음이 녹는 속도가 빨라져 얼음의 두께가 점차 얇아지게 되는바, 일정시간이 경과하여 얼음의 두께가 소정치 이하로 얇아지게 되면 상부덮개(10)가 다시 선회하여 직냉식 열교환기(9)의 상부를 폐쇄하게 되고, 따라서 직냉식 열교환기(9) 표면에 다시 얼음이 두껍게 생성되기 시작한다. 물론, 이 때 상부덮개(10)의 배기공(101)을 통해 소량의 공기가 서서히 배출되므로 실내는 계속적으로 냉방 상태를 유지하게 된다. 직냉식 열교환기(9) 내부에 생성된 얼음의 양이 일정 정도 이상이 되면 다시 상부덮개(10)가 열리면서 다량의 차가운 공기가 실내로 토출된다. 이러한 냉방 작동은 실내의 온도가 소정의 온도 이하로 될 때까지 또는 일정 시간 경과시까지 연속적으로 반복 수행된다.
한편, 전술한 실시예에서는 상부덮개(10)에 배기공(101)이 형성된 것으로 설명하였으나, 이와는 다르게 직냉식 열교환기(9)의 측면부에 복수개의 작은 배기공을 형성할 수도 있다.
또한, 전술한 실시예에서는 공기의 수분에 의해 얼음이 형성되도록 하고 있으나, 케이스(1) 내부에서 직냉식 열교환기(9) 표면에 직접 물을 분사하여 주는 분사장치 등을 설치함으로써 얼음이 생성되는 속도가 빨라지게 할 수도 있을 것이다.
그리고, 전술한 실시예에서는 압축기(5) 및 응축기(6)가 케이스(1) 내부에 설치된 것으로 설명하였지만, 상기 케이스(1)와 분리된 별도의 실외기용 케이스에 압축기 및 응축기 등을 설치하여 구성할 수도 있다.
한편, 도 5와 도 6은 본 발명에 따른 공기조화기의 직냉식 열교환기의 다른 실시예를 나타낸 도면들로, 이 실시예의 직냉식 열교환기(190)는 내부에 냉매가 유동하는 냉매유로(192)가 일체로 형성된 열전도성 플레이트(191)가 상부 및 하부가 개방된 원통형을 이루도록 구성되며, 상기 열전도성 플레이트(191)에는 일정 간격으로 복수개의 배기공(193)이 형성된다.
여기서, 상기 직냉식 열교환기(190)는 열전도성이 좋은 알루미늄 재질로 된 것이 바람직하다.
그리고, 직냉식 열교환기(190)의 상단부에는 개방된 상단부를 개폐시키는 상부덮개(110)가 선회가능하게 결합되는데, 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 상부덮개(110) 또한 도 3과 도 4를 참조하여 전술한 직냉실 열교환기(9)의 상부덮개(10)와 마찬가지로 공기조화기의 컨트롤러(미도시)에 의해 자동으로 개폐 작동할 수 있도록 공압실린더 또는 기어 메커니즘 등의 전기-기계적인 메커니즘에 의해 작동하도록 구성된다.
그리고, 상기 직냉식 열교환기(190)는 열전도성 플레이트(191)에 배기공(193)이 형성되어 있으나, 이와는 다르게 상기 상부덮개(110)에 복수개의 작은 배기공을 형성하여 공기의 유동을 최소화하면서 얼음을 생성하게 할 수도 있을 것이다.
도 6는 본 발명에 따른 공기조화기의 직냉식 열교환기의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예의 직냉식 열교환기(290)는 내부에 냉매유로(292)가 일체로 형성된 열전도성 플레이트(291)가 반복된 'S'자형태로 다단 절곡된 형태로 이루어져, 각각의 절곡된 부분의 사이를 통해 공기가 유동하면서 열교환이 이루어질 수 있도록 되어 있다.
그리고, 상기 직냉식 열교환기(290)의 플레이트(291)에는 복수개의 배기공(293)이 형성된다.
또한, 도면에 나타내지는 않았으나, 상기 직냉식 열교환기(290)의 상부에도 직냉식 열교환기의 개방된 상부면을 자동으로 개폐하도록 상부덮개(미도시)가 설치될 수 있다.
상기와 같은 직냉식 열교환기(290)는 내부에 송풍팬이 배치되기는 어려운 형태로서 이 경우 직냉식 열교환기(290)는 송풍팬의 상부에 배치되는 것이 바람직하며, 송풍팬의 형태 또한 전술한 것과 같은 나선형 송풍팬(7; 도 1참조)이 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 도 7은 직냉식 열교환기의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예의 직냉식 열교환기(390)는 내부에 냉매유로(392)가 형성된 열전도성 플레이트(391)가 대략 'ㄷ'자 형태로 직각으로 절곡된 형태를 가지며, 상기 플레이트(391)에는 일정 간격으로 복수개의 배기공(393)이 형성된다.
그리고, 상기 직냉식 열교환기(390)의 상부에도 직냉식 열교환기(390)의 상단부를 개폐할 수 있도록 상부덮개(미도시)가 설치될 수 있을 것이다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 별도의 얼음 팩이나 얼음 저장통 등을 공급할 필요없이 연속적으로 얼음이 생성되면서 지속적인 냉방이 가능하고, 나선형 송풍팬을 직냉식 열교환기 내부에 설치하여 구성할 경우 압축기 및 응축기 등의 실외기를 구성하는 요소들을 실내기 케이스에 하나로 통합하여 구성할 수 있으므로 개인용으로 활용이 용이한 구조를 가질 수 있게 되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기의 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 측면 요부 단면도
도 2는 도 1의 공기조화기의 직냉식 열교환기의 일 실시예의 구조를 나타낸 사시도
도 3과 도 4는 각각 도 2의 직냉식 열교환기의 작동을 설명하는 사시도
도 5는 본 발명에 따른 공기조화기의 직냉식 열교환기의 다른 실시예의 구조를 나타낸 사시도
도 6은 도 5의 직냉식 열교환기의 한 작동례를 설명하는 사시도
도 7은 본 발명에 따른 공기조화기의 직냉식 열교환기의 또 다른 실시예의 구조를 나타낸 사시도
도 8은 본 발명에 따른 공기조화기의 직냉식 열교환기의 또 다른 실시예의 구조를 나타낸 사시도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 케이스 2 : 공기흡입구
3 : 공기토출구 5 : 압축기
6 : 응축기 7 : 나선형 송풍팬
71 : 회전축 72 : 허브
73 : 블레이드 8 : 구동모터
9 : 직냉식 열교환기 91 : 플레이트
92 : 냉매유로 10 : 상부덮개
101 : 배기공

Claims (25)

  1. 공기흡입구 및 공기토출구가 형성된 케이스와;
    상기 케이스 내부에 분리되게 구획된 공간에 설치되는 압축기와 응축 열교환기 및 응축용 송풍팬과;
    상기 케이스 내부에 설치되어 공기흡입구로부터 공기를 강제 흡입하여 공기토출구로 송풍시키는 송풍팬과;
    적어도 1개의 판상의 열전도성 플레이트와, 상기 열전도성 플레이트에 상기 응축 열교환기 및 압축기와 연결되도록 일체로 형성되어 상기 응축 열교환기로부터 공급되는 냉매하는 냉매유로로 구성되어, 상기 송풍팬에 의해 송풍되는 공기와 열교환을 일으키며 표면에 얼음을 생성시키는 직냉식 열교환기를 포함하여 구성된 공기조화기.
  2. 공기흡입구 및 공기토출구가 형성된 케이스와;
    상기 케이스 내부에 설치되어 공기흡입구로부터 공기를 강제 흡입하여 공기토출구로 송풍시키는 송풍팬과;
    적어도 1개의 판상의 열전도성 플레이트와, 상기 열전도성 플레이트 내부에 케이스 외부의 응축 열교환기 및 압축기와 연결되도록 일체로 형성되어 응축 열교환기로부터 공급되는 냉매가 유동하는 냉매유로로 구성되어, 상기 송풍팬에 의해 송풍되는 공기와 열교환을 일으키며 표면에 얼음을 생성시키는 직냉식 열교환기를 포함하여 구성된 공기조화기.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 송풍팬은 구동모터에 의해 회전하는 회전축과, 상기 회전축에 고정된 기다란 원통형의 허브와, 상기 허브의 외주면에 허브의 일단부에서부터 타단부까지 축방향을 따라 나선형으로 비틀어지면서 형성된 나선형 블레이드로 구성된 나선형 송풍팬으로 구성된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  4. 제 3항에 있어서, 직냉식 열교환기는 상부면과 하부면이 개방된 사각 박스형태로 된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  5. 제 4항에 있어서, 송풍팬은 상기 직냉식 열교환기의 내부 공간에 설치된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 직냉식 열교환기의 열전도성 플레이트의 상단부에 직냉식 열교환기의 개방된 상부면을 개폐하도록 설치되는 상부덮개를 더 포함하여 구성된 공기조화기.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 상부덮개에 적어도 1개의 배기공이 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 직냉식 열교환기의 열전도성 플레이트에 적어도 1개의 배기공이 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  9. 제 3항에 있어서, 직냉식 열교환기는 상부면과 하부면이 개방된 원통형 박스형태로 된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  10. 제 9항에 있어서, 송풍팬은 상기 직냉식 열교환기의 내부 공간에 설치된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 직냉식 열교환기의 열전도성 플레이트의 상단부에 직냉식 열교환기의 개방된 상부면을 개폐하도록 설치되는 상부덮개를 더 포함하여 구성된 공기조화기.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 상부덮개에 적어도 1개의 배기공이 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 직냉식 열교환기의 열전도성 플레이트에 적어도 1개의 배기공이 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  14. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 직냉식 열교환기의 열전도성 플레이트는 반복된 S자형으로 다단 절곡된 형태로 된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 열전도성 플레이트에 적어도 1개의 배기공이 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 직냉식 열교환기의 열전도성 플레이트의 상단부에 직냉식 열교환기의 상부면을 개폐하도록 설치되는 상부덮개를 더 포함하여 구성된 공기조화기.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 상부덮개에 적어도 1개의 배기공이 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  18. 제 14항에 있어서, 송풍팬은 상기 직냉식 열교환기의 하부에서 구동모터에 의해 회전하는 회전축과, 상기 회전축에 고정된 기다란 원통형의 허브와, 상기 허브의 외주면에 허브의 일단부에서부터 타단부까지 축방향을 따라 나선형으로 비틀어지면서 형성된 나선형 블레이드로 구성된 나선형 송풍팬으로 구성된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  19. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 직냉식 열교환기의 열전도성 플레이트는 'ㄷ'자형으로 절곡된 형태로 된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 열전도성 플레이트에 적어도 1개의 배기공이 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  21. 제 19항에 있어서, 상기 직냉식 열교환기의 열전도성 플레이트의 상단부에 직냉식 열교환기의 상부면을 개폐하도록 설치되는 상부덮개를 더 포함하여 구성된 공기조화기.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 상부덮개에 적어도 1개의 배기공이 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  23. 제 19항에 있어서, 송풍팬은 구동모터에 의해 회전하는 회전축과, 상기 회전축에 고정되며 상기 직냉식 열교환기의 내부 공간에 배치된 기다란 원통형의 허브와, 상기 허브의 외주면에 허브의 일단부에서부터 타단부까지 축방향을 따라 나선형으로 비틀어지면서 형성된 나선형 블레이드로 구성된 나선형 송풍팬으로 구성된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  24. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 직냉식 열교환기는 알루미늄 재질로 된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  25. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 케이스의 내부에서 직냉식 열교환기의 표면에 물을 분사하여 주는 분사장치를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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