KR100651275B1 - 고성능 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 고성능 열교환기는 냉매가 유동되어 열교환이 수행되기 위한 열교환기와, 상기 열교환기로 강제 송풍이 일어나도록 하는 팬과, 유속방향을 기준으로 열교환기의 전면에 형성되어 열교환 성능을 증진하기 위한 다공성 물질이 포함된다.

본 발명에 의해서 좁은 공간에 설치되더라도, 설계 사양에 적합한 열교환 성능을 달성할 수 있다. 그러므로, 공조기 또는 열교환기를 축소할 수 있고, 소형화를 원하는 소비자의 기호를 보다 적극적으로 충족시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 공조기의 경우에 유로의 전체 면적에 필터가 설치될 수 있도록 함으로써, 공기정화성능을 향상시킬 수 있다.

다공성 물질, 열교환기

Description

고성능 열교환기{High performance heat exchanger}

도 1은 본 발명의 사상이 적용되는 공조기의 실내기의 분해사시도.

도 2는 도 1에서 A-A'의 단면도.

도 3은 본 발명에 적용되는 다공성 물질의 확대도.

도 4는 본 발명에 따른 열교환기의 성능을 설명하기 위한 실험 도표.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예를 설명하는 도면.

도 6은 도 5의 B-B'의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11, 25 : 다공성 물질 21 : 카트리지 24 : 공기정화수단

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 상세하게는, 열교환기의 성능을 향상시킴으로서 좁은 공간을 보다 집약적으로 사용할 수 있는 고성능 열교환기에 관한 것이다. 특히, 열 교환기에서 냉매의 열교환 성능과 함께 필터를 넓은 면적에 설치할 수 있도록 하여 공기정화성능 또한 개선할 수 있는 고성능 열교환기에 관한 것이다.

일반적인 공조 또는 냉동 사이클은 냉매의 압축, 응축, 팽창, 및 증발로 이루어지는 일련의 사이클 동작을 수행한다. 특히, 상기 응축과 증발은 냉매가 상변화를 일으키면서 열을 방출 또는 흡수하는 기기로서, 다수의 냉매관과 핀(fin)으로 구성되고, 주변을 지나는 강제 풍량에 의해서 열이 방출또는 흡수되도록 한다.

상기 열교환기의 일반적인 구조, 형상 및 동작은 이미 주지된 사실이며, 특히, 열교환 성능을 향상시키기 위하여, 본원 발명의 출원인이 대한민국 특허출원번호 1020020004365호 평행유동형 열교환기, 1020020014667호 세경관 열교환기등의 선행기술이 제시된 바가 있다.

다만, 상기되는 기술들은, 일반적인 열교환기을 적절히 구조 변경하여 열교환 성능을 향상시키거나, 제습작용을 증가시키는 등의 목적을 가지고 있다. 그러므로, 일반적인 열교환기를 특수한 환경에 맞도록 구조 변경을 실시해야되기 때문에, 그 구조가 복잡해지는 단점이 있다. 나아가서, 추가적인 구조물이 발생되어 넓은 공간에 설치되기 때문에, 실내기 또는 실외기의 축소하는데에 문제점이 있었다. 그러므로, 소형화를 요구하는 소비자의 욕구를 충족시킬 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 공간 상의 제약으로 인하여 필터가 유로의 전체면적에 설치될 수 없기 때문에, 공기정화 성능을 충분히 활용할 수 없는 단점이 있었다.

본 발명은 상기된 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 좁은 공간에서도 열교환 성능을 충분히 달성할 수 있는 열교환기를 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 소형화를 원하는 소비자의 기호를 보다 적극적으로 충족시킬 수 있는 고성능 열교환기를 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 공조기의 경우에 유로의 전체 면적에 필터가 설치될 수 있도록 함으로써, 공기정화성능을 향상시킬 수 있는 고성능 열교환기를 제안하는 것을 목적으로 한다.

상기되는 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고성능 열교환기는 냉매가 유동되어 열교환이 수행되기 위한 열교환기; 상기 열교환기로 강제 송풍이 일어나도록 하는 팬; 및 유속방향을 기준으로 열교환기의 전면에 형성되어 열교환 성능을 증진하기 위한 다공성 물질이 포함된다.

다른 측면에 따른 본 발명의 고성능 열교환기는 냉매가 유동되어 열교환이 수행되기 위한 열교환기; 상기 열교환기로 강제 송풍이 일어나도록 하는 팬; 상기 열교환기에 고정되는 카트리지; 상기 카트리지에 삽입되는 공기정화수단; 및 상기 공기정화수단과 열교환기의 사이 간격에 삽입되어, 열교환 성능을 증진하기 위한 다공성 물질이 포함된다.

제안되는 바와 같은 구성에 의해서 소비자의 기호를 충족할 수 소형화된 열교환기를 구현할 수 있고, 나아가서, 실내 환경을 더욱 쾌적하게 유지할 수 있는 장점이 구현될 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 제시되는 실시예는 공조기의 실내기를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명의 사상 의 범위는 제시되는 실시예에 제한되지는 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

제 1 실시예

도 1은 본 발명의 사상이 적용되는 공조기의 실내기의 분해사시도이다.

도 1을 참조하면, 공조기의 실내기는 실내기의 뼈대를 이루는 섀시(1)와, 상기 섀시(1)의 전면에 놓여 외부 공기가 유입되는 흡입그릴(2)과, 상기 섀시(1)의 후면에 놓여 실내기의 뒷벽을 이루는 유로 가이드(5)와, 상기 유로 가이드(5)의 앞쪽에 놓여 공기의 강제 유동을 이끌어 내는 횡류팬(4)과, 상기 횡류팬(4)이 구동되도록 하는 모터(10)가 포함된다.

또한, 상기 횡류팬(5)의 앞쪽에 놓여 열교환이 수행되도록 하는 열교환기(3)와, 상기 열교환기(3)의 전면에 부착되어 열교환기의 열교환 성능을 향상시키기 위한 다공성 물질(11)과, 토출 공기의 유동방향을 가이드 하기 위한 토출베인(8)이 포함된다.

또한, 상기 섀시(1)의 앞쪽에는 먼지를 걸러 실내 환경을 쾌적하게 하기 위한 에어필터(6)와 집진장치(7)가 포함된다. 그리고, 실내기의 어느 일측면에는 컨트롤 박스(9)가 놓여 실내기의 구동이 제어되도록 한다.

상기 구성을 참조하여 실내기의 동작을 순차적으로 설명하면, 흡입그릴(2)을 통하여 흡입된 공기는 에어필터(6) 및 집진장치(7)에 의해서 공기 중의 오물이 걸 러지고, 섀시(1)를 통하여 흡입된다. 흡입된 공기는 열교환기(3)에 의해서 냉각된 뒤에, 횡류팬(4) 및 유로가이드(5)에 의해서 강제 유동되고, 토출베인(8)에 의해서 토출 방향이 조정된다. 물론, 사용자는 상기 컨트롤 박스(9)를 조작하여 실내기의 동작을 조작하게 된다.

상기되는 구성에서 특히, 상기 다공성 물질은(11)은 상기 열교환기(3)의 전면에 형성되어, 열교환의 성능을 향상시키게 된다. 그러므로, 열교환기의 크기 및 다른 조건이 동일한 상태에서 열교환 성능이 보다 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 상기 다공성 물질(11)의 기능, 구조, 및 형상에 대해서는 후술하도록 한다.

도 2는 도 1에서 A-A'의 단면도이다.

도 2는 열교환기의 단면도로서, 열교환기(3)에는 냉매관(12) 및 핀(13)이 포함되고, 상기 열교환기(3)의 전면에는 다공성 물질(11)이 더 형성된다.

상기 다공성 물질(11)은 알루미늄(Al)으로 예시되는 금속이, 발포(foam)등과 같은 특수 처리에 의해서 내부에 다수의 공극이 형성되도록, 가는 뼈대에 의해서 그 형상이 유지되고, 상기 공극의 크기는 마이크로 미터 단위에 이른다. 상기 다공성 물질(11)의 물리적인 특징은 가볍고 열 전도성이 뛰어난 성질을 가지고 있다. 근래 들어서는 흑연에 의한 다공성 물질이 또한, 제안되고 있는 추세이고, 이 또한, 본 발명의 열교환기에 이용될 수 있다. 상기 다공성 물질(11)은 도 3에 제시되는 확대도면을 통해서 설명될 수 있다. 상기 도면을 참조하여, 다공성물질(11)의 내부에는 마이크로미터 단위에 이르는 다수의 공극이 형성되는 것을 볼 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 열교환기의 성능을 설명하기 위한 실험 도표로서, 표 로 제시되는 실험의 결과는 다른 조건, 예를 들면, 열교환기의 크기, 냉각핀의 수, 횡류팬의 용량등이 동일한 상태에서, 다공성 물질을 더 채용한 결과에 의해서 달성된 도표를 제시하고 있다.

도 4를 참조하면, 가로축은 열교환기의 교환열량(Q_in)이고, 세로축은 열교환기의 온도와 외기온도의 차이를 나타낸다. 차원으로 표시하면, 가로축은 와트(W)이고, 세로축은 온도(T)가 된다. 이와 같은 실험 조건에서 다공성 물질이 채용되지 아니한 경우의 열교환기의 열저항 곡선은 선도 1(14)로 표시되고, 다공성 물질이 채용된 경우의 실험 결과는 선도 2(15)로 표시된다. 실험결과를 설명하면, 상기 선도 1(14)은 상기 선도 2(15)에 비하여 기울기가 가파른 상태로서, 선도 1의 상태에서는 선도 2의 상태에 비하여 열저항(Thermal Resistance)이 커서, 동일한 조건에서 열교환기를 이용하여 열교환을 수행하더라도 효율이 떨어져서 열교환기의 온도가 더 낮게 된다. 구체적으로 선도 1(14)의 경우에서의 열저항은 0.66K/W 선도 2(15)의 경우에서의 열저항은 0.47K/W가 된다. 그러므로, 다공성 물질이 채용되는 경우에 열교환의 성능이 대략 30%가량 개선되는 것을 볼 수 있다.

또한, 상기 다공성 물질(11)에서는 내부에 형성되는 다수의 공극에 의해서 유동 저항이 거의 없기 때문에, 횡류팬이 동작될 때 추가적인 소비전력의 증가는 거의 없다.

상술되는 바와 같은 실험의 결과, 다공성 물질이 없는 경우에(선도 1의 상태) 다공성 물질이 있는 경우와(선도 2의 상태) 동일한 열교환 성능을 얻기 위해서 는, 대 용량의 횡류팬을 사용하거나, 열교환기의 크기를 크게 하는 방법과 같은 다른 방법을 강구할 수 밖에 없다. 그러므로, 제조비용이 증가되거나, 소비전력이 증가되는 단점이 발생될 수 밖에 없다.

한편, 상기 다공성 물질(11)이 열교환기(3)에 결합되도록 하기 위한 방법으로는, 다공성 물질(11)의 가요성을 이용하여 다공성 물질(11)을 핀(13)측으로 가압(pressing)하는 방법, 다공성 물질(11)과 핀(13)의 접면에 납과, 주석등이 이용되는 연납을 이용하여 솔더링(soldering) 또는 브레이징(brazing)을 행함으로써 접합도를 높이는 방법, 열교환기(3)의 전면과 다공성 물질(11)의 사이면에 연전달물질(Thermal Compound or Thermal conductivity grease)을 도포하는 방법 등이 가능하다.

한편, 도면에서는 다공성 물질(11)이 열교환기의 전면에 결합되는 것으로 도시되어 있으나, 후면에 결합되는 것도 용이하게 생각해낼 수 있을 것이다.

제 2 실시예

본 발명의 제 2 실시예는 많은 부분에 있어서, 제 1 실시예와 동일하다. 다만 공기를 정화하기 위한 공기정화수단이 열교환기의 인접 위치에 형성되어 실내기의 크기를 더욱 축소하고, 유로의 전체 면적에 대해서 공기정화성능을 향상시킬 수 있는 것에 특징적인 장점이 있다. 또한, 다공성 물질(도 6의 25참조)의 내부에 공기 중의 오물이 충적되는 것을 억제함으로써, 성능이 오랜 시간동안 유지될 수 있는 것에 또 다른 장점이 있다.

상기 공기정화수단에는 에어필터 및 집진장치가 예시될 수 있고, 그 외에 다른 어떠한 형태의 필터수단이 포함될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예를 설명하는 도면으로서, 여타의 부분은 제 1 실시예와 동일하고 구성되고, 다만, 공기정화수단으로서 에어필터 및/또는 집진장치의 형성위치가 열교환기의 전면에 결합되어 형성되는 것이 다르다.

이와 같이, 공기정화수단이 다공성 물질(25)의 앞쪽에 형성되어 먼지등의 오물이 필터등에 의해서 걸러짐으로써, 다공성 물질(25)의 내부에는 오물이 쌓이지 않아 다공성 물질(25)에 의한 열교환 성능의 향상 효과가 오랜 동안 지속될 수 있는 장점이 있다. 그리고, 공기정화수단이 섀시(1)의 앞쪽에 별도의 부품으로 설치되지 않고, 열교환기(3)와 함께 일체로 형성됨으로써, 실내기의 내부 공간을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 장점을 얻을 수 있다. 그리고, 열교환기(3)로 유입되는 전체 공기에 대해서 공기정화를 수행할 수 있기 때문에, 공기정화성능이 한층 더 향상되는 효과를 얻을 수도 있다.

도 6은 도 5의 B-B'의 단면도이다.

도 6은 열교환기의 단면도로서, 냉매관(22) 및 핀(23)이 포함되는 열교환기와, 상기 열교환기의 전면에서 열교환기와 결합되는 카트리지(21)와, 상기 카트리지(21)의 내부에서 구획된 전면의 격벽 내부에 형성되는 공기정화수단(24)과, 상기 공기정화수단(24)과 열교환기(3)의 사이 간격에 형성되는 다공성 물질(25)이 도시된다.

상기 카트리지(21)는 공기정화수단(24)이 안착되는 곳으로서, 내부에 삽입되 는 공기정화수단(24)이 탈착이 가능하다. 그러므로, 공기정화수단(24)의 연한이 다하여 공기정화성능이 떨어지는 경우에는 바꾸어서 끼울 수 있다. 그리고, 상기 카트리지(21)는 열교환기(3)에 나사등과 같은 체결요소에 의해서 고정될 수 있다.

또한, 상기 공기정화수단(24)은 에어필터, 집진장치와 같은 다양한 종류 및 형상의 공기정화수단이 놓일 수 있다. 만약, 다수의 공기정화수단이 쌓여서 놓이는 경우에는 그 수와 맞는 동일한 수의 격벽이 형성되어 각 격벽의 내부에 각각의 공기정화수단이 형성되도록 할 수도 있다. 또한, 상기 다공성 물질(25)은 상기 카트리지(21)에 고정될 수 있고, 나아가서, 열교환기에 접촉되어 많은 열이 전달되도록 할 수 있다.

본 실시예에 따른 동작을 설명하면, 흡입된 공기는 열교환기(3)에 의해서 열교환이 수행되기 전에, 먼저 공기정화수단(24)을 거쳐서 공기가 정화되고, 그 후에 다공성 물질(25)을 통하여 열교환기 수행되고, 열교환기(3)에 의해서 다시 열교환기 수행된다. 상기 다공성 물질(25)은 열교환기(3)로부터 냉기가 전도되어 보다 신속하게 냉매의 찬 기운이 열교환되어 데워지도록 할 수 있고, 결국에는 열교환기(3)의 열교환 성능이 증가될 수 있다.

특히, 상기 다공성 물질(25)의 내부에 형성되는 다수의 공극이 공기 중의 이물질에서 채워져, 오히려 공기 유동의 저항요인을 작용하는 것을 막기 위하여, 다공성 물질(25)로 유입되는 공기는, 먼저 공기정화수단(24)에 의해서 필터링이 수행된다. 이와 같이 함으로써, 상기 공극이 막히는 것을 막음으로써, 다공성 물질(25)의 사용 연한이 길어지는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 또 다른 장점을 설명하면, 동일한 크기와 사양의 열교환기가 사용되고, 상기 공기정화수단(24)이 있고 없는 경우를 상정하면, 공기정화수단이 있는 경우에는 공기정화수단이 공기 유동의 저항요인을 작용하여 유속이 저하된다. 그러므로, 열교환의 효율이 저하되는 단점이 있고, 이를 방지하기 위하여 보다 강한 모터를 쓰거나 열교환기의 크기를 크게 해야되는 문제점이 있다. 본 발명은 이러한 경우에 열교환기와 필터의 사이에 열교환 성능을 향상시키는 다공성 물질이 더 형성된다. 이와 같이 함으로써, 공기정화수단에 의한 유동저하에 기인하는 열교환의 성능저하를 상쇄할 수 있다. 그러므로, 공기정화수단이 부설되는 경우에도 열교환 성능을 동일하거나 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 그러므로, 추가적인 모터 출력의 증가 또는 열교환기 크기의 증가가 필요치 않게 된다. 나아가서, 열교환기의 전체 면적에 대해서 필터가 설치되더라도 열교환기의 성능 저하는 발생하지 않는다.

또한, 다공성 물질(11)에 의한 열교환 성능이 증가되기 때문에, 열교환기의 전체면적에 걸쳐서 공기정화수단이 설치될 수 있다. 그러므로, 공기 정화 성능이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의해서 좁은 공간에 설치되더라도, 설계 사양에 적합한 열교환 성능을 달성할 수 있다. 그러므로, 공조기 또는 열교환기를 축소할 수 있고, 소형화를 원하는 소비자의 기호를 보다 적극적으로 충족시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 공조기의 경우에 유로의 전체 면적에 필터가 설치될 수 있도록 함으로써, 공기정화성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 냉매가 유동되어 열교환이 수행되기 위한 열교환기;

   상기 열교환기로 강제 송풍이 일어나도록 하는 팬;

   공기의 유동방향을 기준으로 열교환기의 전방에 형성되어 열교환 성능을 증진하기 위한 다공성 물질; 및

   공기의 유동 방향을 기준으로 상기 다공성 물질의 전방에 형성되는 공기정화수단이 포함되는 고성능 열교환기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 고성능 열교환기는 상기 다공성 물질과, 상기 공기정화수단 중 적어도 하나가 수용되는 카트리지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 열교환기.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 3 항에 있어서,

   상기 공기정화수단은 실질적으로 상기 열교환기의 전체면적에 제공되는 고성능 열교환기.
8. 제 4 항에 있어서,

   상기 카트리지는 상기 열교환기에 고정되는 것을 특징으로 하는 고성능 열교환기.
9. 제 3 항에 있어서,

   상기 열교환기는 내부를 유동하는 냉매가 증발되거나 응축되는 냉매관과, 상기 냉매관에 접촉되어 상기 냉매관과 열을 수수하여, 상기 냉매관을 냉각시키거나 가열하는 핀을 포함하고,

   상기 다공성 물질은 상기 핀에 접촉되어 상기 핀과 열을 수수하고, 상기 핀과 수수된 열은 내부에 제공되는 다수의 공극에까지 이르는 외부 공기에 의해서 신속하게 방출되도록 하는 것을 특징으로 하는 고성능 열교환기.
10. 삭제
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 고성능 열교환기는 상기 핀에 접촉되는 카트리지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 열교환기.
12. 제 3 항에 있어서,

    상기 공기정화수단은 상기 열교환기와 일체로 제공되는 것을 특징으로 하는 고성능 열교환기.

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