KR100935885B1 - 초음파진동자를 구비한 에너지절약형 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파진동자를 구비한 에너지절약형 공기조화기에 관한 것으로, 그 목적은 공기조화기의 열교환기쪽으로 공급되는 더운공기와 차가운 공기를 초음파진동에 의해 혼합시켜 공급함으로써 온도의 성층화를 방지하는 수단을 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.

본 발명의 구성은 실내공기를 흡입하기 위한 흡입송풍기(12)를 갖는 흡입부(1); 흡입부(1)를 통해 흡입된 실내공기 중 일부를 배출하고, 나머지 공기는 새로 유입된 실외공기와 혼합하는 공기혼합부(2); 공기혼합부에서 공급된 공기를 열교환기(31)에서 저온 또는 고온으로 열교환하는 열교환부(3); 열교환된 공기를 실내로 환원하기 위한 토출송풍기(42)를 갖는 배출부(4);가 순차적으로 배열 구성된 공기조화기에 있어서, 상기 열교환기(31)의 냉각파이프에 거치부(314)를 이용하여 부착된 탄력편(312)과; 탄력편(312)의 끝단에 설치된 초음파진동자(311);를 더 포함하여 구성된 초음파진동자를 구비한 에너지절약형 공기조화기를 특징으로 한다.

초음파진동자, 온도성층화, 난류발생, 바이패스댐퍼, 열교환기, 히트펌프

Description

초음파진동자를 구비한 에너지절약형 공기조화기{Energy saving type air conditioner having ultrasonic wave vibrator}

본 발명은 초음파진동자를 구비한 에너지절약형 공기조화기에 관한 것으로, 자세하게는 초음파진동자의 진동에 의해 난류를 발생시켜 열교환기쪽으로 실내공기를 공급하는 바이패스댐퍼로부터 유입되는 재순환된 실내공기와 새로 유입되는 실외공기를 혼합하여 온도성층화를 방지함으로써 열교환기의 열교환효율을 높인 공기조화기에 관한 것이다.

공기조화기는 쾌적한 실내환경을 조성하기 위해 실내로 보내는 공기의 온도, 습도, 기류 및 청결도 등을 조절하여 주는 기기로서, 설치장소 및 냉/난방 용량에 따라 소용량 또는 대용량으로 대별되며, 소용량은 가정용으로, 대용량은 빌딩 또는 공장등의 대형건물용으로 사용되고 있다.

이러한 대용량 공기조화기는 실내공기를 강제 흡인하여 고온 또는 저온으로 열교환시킨 후 실내로 다시 환원시키는 반복된 사이클에 의해 냉방 또는 난방을 수행하게 된다.

도 6은 종래 공기조화기의 한실시예를 도시한 구성도인데, 도시된 바와 같이, 종래 대용량 공기조화기는 유체(공기) 유동방향을 따라 흡입부(1), 공기혼합부(2), 열교환부(3) 및 배출부(4)가 케이스(5) 내부에 순차 배열하여 설치된 구성을 이루고 있다. 이때 공기가 유입 또는 배출되는 공간부를 격리 프레임에 의해 나누어 구성한다.

상기 흡입부(1)는 케이스(5)의 상부 일측에 형성되어 리턴된 실내 공기(R.A: Return Air)가 흡입되는 실내공기흡입구(11)에 의해 실내와 연결되며, 케이스(5)의 내부에는 실내공기를 기기 내로 흡인하는 흡입송풍기(12)가 설치되어 있다. 흡입송풍기는 원심팬의 회전에 의해 일측으로는 실내 공기를 흡입하고 타측으로는 실내 공기를 공기혼합부로 배출하게 된다. 흡입송풍기(12)의 구동방식은 여러 가지가 있을 수 있는데 한 예를 들어 설명하면 원심팬과, 원심팬을 구동시켜주는 팬모터로 이루어져 있으며, 원심팬과 팬모터는 벨트 및 벨트차에 의해 연결되어 구성되는데 중요부분이 아니고 일반적인 공지의 기술이므로 도면상 도면부호 및 이에 대한 상세 설명은 생략한다.

또한 흡입부(1)는 격리 프레임(61)에 의해 공간부가 공기혼합부(2)와 나뉘어지는데 흡입송풍기(12)의 배출구만 공기혼합부와 연통되도록 구성한다.

상기 공기혼합부(2)는 그 내부가 바이패스 댐퍼(21)가 설치된 격리 프레임(62)을 기준으로 흡입부(1)가 접한 부분과 열교환부(3)가 접한 부분으로 나뉘어지는데, 흡입부(1)가 접한 부분의 케이스(5) 상부 일측에는 흡입부(1)로부터 유입된 실내공기 중 일부가 배출되는 실내공기 배출구(22)가 설치되고, 열교환부(3)가 접한 부분의 케이스(5) 상부 일측에는 신선한 외기가 유입되는 실외공기 유입구(23)가 형성된다. 통상적으로 실내공기 30% 정도가 실내공기 배출구(22)를 통해 나가고 잔존한 70%의 실내공기가 바이패스 댐퍼(21)를 통해 열교환부와 접한 공간부에서 30%의 실외공기와 혼합되어 열교환부(3)로 공급되게 된다.

상기 열교환부(3)는 공기혼합부에서 유입된 일정량의 실내공기와 일정량의 실외공기가 혼합된 혼합공기를 열교환시키는 코일형상의 열교환기(31)와 열교환기 전단에 설치되어 유입되는 혼합공기의 오염물질을 제거하는 에어필터(32)로 이루어진다. 열교환에서는 실외에 설치된 히트펌프와 연결되어 유입된 혼합공기를 냉각 또는 승온시켜 실내를 냉방 또는 난방시키게 된다. 이때 사용되는 히트펌프의 형식은 전기를 이용하는 EHP나 가스를 이용하는 GHP 등과 같은 히트 펌프 중 어느 것을 사용해도 된다. EHP 또는 GHP 방식은 공지의 기술이므로 구체적인 설명은 생략한다.

마지막으로 상기 배출부(4)는 케이스(5) 상에 건물의 실내와 연통되는 열교환된 공기를 공급하는 공기배출구(41)가 형성되어 있으며, 열교환된 공기를 강제로 배출되도록 하는 토출송풍기(42)로 구성되어 있다. 이때, 토출송풍기(42)는 흡입송풍기 설명시와 같이 원심팬과, 상기 원심팬을 구동시켜주는 팬모터로 이루어져 있으며, 원심팬과 팬모터는 벨트 및 벨트차에 의해 연결되어 있다. 마찬가지로 공지 의 기술이므로 도면부호 및 이에 대한 설명은 생략한다.

상기한 구성을 갖는 대용량 공기조화기의 냉방(난방과정도 동일함)을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 흡입송풍기(12)가 구동되면, 건물 실내의 공기가 흡입부(1) 내로 유입되고, 유입된 공기는 공기혼합부(2)를 통과하면서 공기중 약 30%는 실내공기 배출구(22)를 통해 외부로 배출되고, 반대로 실외공기유입구(23)로는 외기가 유입되어 잔류하고 있는 기내공기 약 70%와 혼합된 상태로 열교환부(3)를 향해 유동된다.

열교환부(3)로 유입된 공기는 에어필터(32)를 통하면서 불순물이 여과된 이후, 에어필터(32)의 후방에 설치된 열교환기(31)를 통과하면서 저온으로 열교환 된다.

이와 같이 열교환된 저온 공기는 배출부(4)의 내부에 설치된 토출송풍기(42)의 회전력에 의해 케이스(5) 상에 설치된 열교환공기배출구(41)를 통해 건물내로 환원되는 과정이 반복되면서 실내의 냉방을 이루게 된다

하지만 상기와 같은 종래의 히트펌프 공기조화기는 공기혼합부(2)에서 열교환부(4)로 공급되는 혼합공기가 잘 혼합되지 않고 성층화를 이룸으로써 열교환기(31)의 열교환 효율이 나빠진다는 구조적인 단점이 있다. 이러한 온도 성층화가 발생하면 공기조화기는 실내로 유입되는 공기의 온도를 설정된 온도에 맞추기 위해 열교환기에 열매체를 순환시키는 히프펌프의 출력을 높이게 됨으로써 과부하 상태 에 이르게 되고, 이러한 과부하가 지속되면 히프펌프의 내구성 저하와 에너지 효율이 낮아진다는 문제점이 있다.

상기와 같은 온도 성층화에 따른 문제점을 도 7을 통해 보다 자세히 알아본다. 도시된 바와 같이 종래 공기조화기의 바이패스댐퍼를 지난 찬공기와 더운 공기의 기류흐름은 공기혼합부(2)로 유입된 실내공기는 격리 프레임(62)의 중앙부에 형성된 바이패스댐퍼(21)를 통해 유입되는데, 유입된 공기는 상부로 상승하기 전에 흡입송풍기(12)의 송풍력 또는 배출부(4)에 형성된 토출송풍기(42)의 흡입력에 의해 상부 실외공기 유입구(23)에서 공급되는 신선한 실외공기와 충분히 섞이기 전에 중앙부쪽 열교환부(3)의 에어필터(32)를 거쳐 열교환기(31)에 이르게 되고,

또한 상부의 실외공기 유입구(23)로 유입되는 실외공기는 하부로 하강하기 전에 상부쪽을 통해 열교환부(3)의 에어필터(32)를 거쳐 열교환기(31)에 이르게 된다.

이와 같이 섞이지 않은 각각의 온도를 대부분 유지하는 실내공기 및 실외 공기가 열교환기에 나뉘어져 도달하게 되면 열교환기는 일부구간에서는 높은 효율의 열교환을 하게 되지만 일부구간에서는 낮은 효율의 열교환을 하게 되어 전체적인 열교환 효율이 떨어지게 된다.

더욱이 이와 같은 상황이 지속되게 되면 열교환기는 상하 온도차이에 따른 기계적 내구성이 떨어지게 되고, 히트펌프는 보다 빠르게 열매체를 공급하기 위해 출력을 높여야 함으로 에너지 손실이 커지게 된다.

상기와 같은 온도 성층화에 의한 구조적인 문제점을 가진 공기조화기의 겨울철 난방시를 기준으로 이하 설명한다.

겨울철에 실내를 난방후 실내공기 흡입구(11)를 통해 리턴된 더운공기는 공기혼합부(2)의 바이패스댐퍼(21)를 통해 유입된 후, 곧바로 열교환기(31)에 이르게 되고, 공기혼합부(2)의 실외공기 유입구(23)로 유입된 실외의 찬공기는 하부로 하강하지 않고 상부쪽을 통해 열교환부(3)의 에어필터(32)를 거쳐 열교환기(31)에 이르게 된다. 이때 차가운 상부의 실외공기와 하부의 더운 실내공기가 섞이지 않는 이유는 전술한 바와 같이 흡입송풍기(12)의 송풍력 또는 배출부(4)에 형성된 토출송풍기(42)의 흡입력에 의해 상부 실외공기 유입구(23)에서 공급되는 신선한 외기와 충분히 섞이기 전에 중앙부쪽 열교환부(3)의 에어필터(32)를 거쳐 열교환기(31)에 이르게 되기 때문이다. 이에 따라 상술한 바와 같은 문제점이 발생하게 된다.

또한 여름철에 실내를 냉방 후 실내공기 흡입구(11)를 통해 리턴된 차가운 공기는 공기혼합부(2)의 바이패스댐퍼(21)를 통해 유입된 후, 곧바로 열교환기(31)에 이르게 되고, 공기혼합부(2)의 실외공기 유입구(23)로 유입된 실외의 더운공기는 하부로 하강하지 않고 상부쪽을 통해 열교환부(3)의 에어필터(32)를 거쳐 열교환기(31)에 이르게 된다. 이때 더운 상부의 실외공기와 하부의 차가운 실내공기가 섞이지 않는 이유는 상기한 겨울철의 이유와 동일하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 공기조화기의 열교환기쪽으로 공급되는 더운공기와 차가운 공기를 초음파진동에 의해 혼합시켜 공급함으로써 온도의 성층화를 방지하는 수단을 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 공기조화기의 열교환기쪽으로 공급되는 더운공기와 차가운 공기를 초음파진동에 의한 진동과 탄력편의 복합적인 진동에 의해 기류(층류)의 흐름에 난류를 발생시키면서 혼합한 후 열교환기에 공급함으로써 온도의 성층화를 방지하는 공기조화기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 공기조화기의 열교환기쪽으로 공급되는 더운공기와 차가운 공기를 초음파진동에 의한 진동과 탄력편의 복합적인 진동에 의해 공급되는 기류(층류)의 흐름에 난류를 발생시킴과 동시에 탄력편의 표면을 엠보싱처리하여 보조적인 난류를 발생시켜 혼합한 후 열교환기에 공급함으로써 온도의 성층화를 방지하는 공기조화기를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 실내공기를 흡입하기 위한 흡입송풍기를 갖는 흡입부; 흡입부를 통해 흡입된 실내공기 중 일부를 배출하고, 나머지 공기는 새로 유입된 실외공기와 혼합하는 공기혼합부; 공기혼합부에서 공급된 공기를 열교환기에서 저온 또는 고온으로 열교환하는 열교환부; 열교환된 공기를 실내로 환원하기 위한 토출송풍기를 갖는 배출부;가 순차적으로 배열 구성된 공기조화기에 있어서, 상기 열교환기의 냉각파이프에 거치부를 이용하여 부착되고, 적어도 어느 일측면에는 엠보싱 처리된 구형돌기가 형성되며, 초음파진동자의 진동에 의해 상하 진동할 정도의 탄성력을 가지는 탄력편과; 탄력편에 설치된 초음파진동자;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초음파진동자를 구비한 에너지절약형 공기조화기를 제공함으로써 달성된다.

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상기 초음파진동자는 그 외형이 유선형으로 가공된 것을 특징으로 한다.

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상기 거치부를 이용하여 부착된 탄력편 및 초음파진동자는 다수개가 상하 좌우 배열되어 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 구형돌기는 다수개 배열되어 형성된 것을 특징으로 한다.

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상기 거치부는 열교환핀이 없는 나관에 설치된 것을 특징으로 하는 초음파진동자를 구비한 에너지절약형 공기조화기.

본 발명은 공기조화기의 열교환기쪽으로 공급되는 더운공기와 차가운 공기를 초음파진동에 의해 혼합시켜 공급함으로써 온도의 성층화를 방지하여 공기조화기를 구성하는 열교환기 및 히트펌프의 에너지 효율을 증대 시켰다는 장점을 가진다.

구체적으로 본 발명은 공기조화기의 열교환기쪽으로 공급되는 더운공기와 차가운 공기를 초음파 진동자의 진동 및 탄력편의 진동에 의해 난류를 발생시키면서 골고루 혼합한 후 열교환기에 공급토록 함으로써 온도의 성층화를 방지하여 공기조화기를 구성하는 열교환기의 에너지 효율을 증대시킴과 동시에 온도차이에 의한 열교환기의 내구성 저하를 방지함으로써 내구성을 증대시켰다는 장점과,

초음파 진동자의 외형을 유선형으로 함으로써 난류 발생 효율을 높였다는 장점과,

초음파 진동자를 지지하는 탄력편의 표면을 엠보싱처리하여 구형돌기를 형성 함으로써 난류 발생 효율을 높였다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화기의 한실시예를 도시한 구성도이고, 도 2 내지 3은 본 발명의 설치구조를 도시한 개념도이다.

도시된 바와 같이 본 발명은 일반적인 공기조화기처럼 그 기본 구성은 유체(공기) 유동방향을 따라 흡입부(1), 공기혼합부(2), 열교환부(3) 및 배출부(4)가 케이스(5) 내부에 순차 배열하여 설치된 구성을 이루고 있다. 이때 공기가 유입 또는 배출되는 공간부를 격리 프레임에 의해 나누어 구성된다.

또한 상기 흡입부(1)는 케이스(5)의 상부 일측에 형성되어 리턴된 실내 공기(R.A: Return Air)가 흡입되는 실내공기흡입구(11)에 의해 실내와 연결되며, 케이스(5)의 내부에는 실내공기를 기기 내로 흡인하는 흡입송풍기(12)가 설치되어 있다. 흡입송풍기는 원심팬의 회전에 의해 일측으로는 실내 공기를 흡입하고 타측으로는 실내 공기를 공기혼합부로 배출하게 된다. 또한 흡입부(1)는 격리 프레임(61) 에 의해 공간부가 공기혼합부(2)와 나뉘어지는데 흡입송풍기(12)의 배출구만 공기혼합부와 연통되도록 구성한다.

또한 상기 공기혼합부(2)는 그 내부가 바이패스 댐퍼(21)가 설치된 격리 프레임(62)을 기준으로 흡입부(1)가 접한 부분과 열교환부(3)가 접한 부분으로 나뉘어지는데, 흡입부(1)가 접한 부분의 케이스(5) 상부 일측에는 흡입부(1)로부터 유입된 실내공기 중 일부공기(E.A : Exhaust Air)가 배출되는 실내공기 배출구(22)가 설치되고, 열교환부(3)가 접한 부분의 케이스(5) 상부 일측에는 신선한 실외공기(O.A : Outdoor Air)가 유입되는 실외공기 유입구(23)가 형성된다. 본 발명의 바이패스 댐퍼(21)는 종래 것에 비해 상하로 긴 것을 사용하여 좀더 유입되는 공기의 흐름을 좋도록 하여 섞임 작용을 원활히 하도록 구성한다.

또한 상기 열교환부(3)는 공기혼합부에서 유입된 일정량의 실내공기와 일정량의 실외공기가 혼합된 혼합공기를 열교환시키는 코일형상의 열교환기(31)와 열교환기 전단에 설치되어 유입되는 혼합공기의 오염물질을 제거하는 에어필터(32)로 이루어진다.

마지막으로 상기 배출부(4)는 케이스(5) 상에 건물의 실내와 연통되는 열교환된 공기를 공급하는 공기배출구(41)가 형성되어 있으며, 열교환된 공기(S.A : Supply Air)를 강제로 배출되도록 하는 토출송풍기(42)로 구성되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 공기조화기의 기본 구성을 가지면서 열교환기(31)의 온도 성층화를 방지하기 위하여 바이패스댐퍼(21)와 실외공기 유입구(23)로부터 공급되는 공기를 초음파진동자(311)의 미세한 진동에 의해 열교환기(31)의 기구적 구성에 영향을 끼치지 않으면서도 초음파 진동에 의해 난류를 발생시키게 구성하였다.

구체적으로 초음파진동자(311)는 공기와의 접촉면적을 높이기 위해 유로가 절곡 또는 코일형으로 이루어져 연결된 냉각파이프에 거치부(314)를 이용하여 부착하고, 이 거치부(314)와 초음파진동자(311) 간을 탄성적으로 상하 또는 좌우 진동하는 탄력편(312)를 연결하여 구성하게 된다. 또한 탄력편(312)은 적어도 어느 일측면에는 엠보싱 처리된 구형돌기(313)가 형성되도록 구성하였다.

또한 본 발명에 사용된 거치부(314)가 장치되는 냉각파이프는 일반적인 열교환핀(317)이 형성된 냉각파이프(316)와 달리 열교환핀이 형성되지 않은 나관(315)으로 형성하여 설치시 용이하게 하였다. 즉, 도시된 바와 같이 종래와 같은 열교환핀(317)이 형성된 냉각파이프(316)가 후단에 설치되고 난류가 형성되어 서로 섞이지 않게 진행되는 층류를 섞이도록 한 전단부쪽에는 나관(315)을 형성하여 거치부(314)를 설치하였다. 물론 열교환핀(317)이 형성된 냉각파이프(316)와 열교환핀이 형성되지 않은 나관(315)은 서로 유로가 연결되도록 구성된다.

상기 거치부(314)의 고정 방식은 일측이 개방되어 탄성적으로 늘어나는 팔찌방식으로 고정하거나 파이프에 설치되는 클램프 방식으로 결합하여 일측을 볼트 너트 결합에 의해 고정되도록 구성하였다.

상기 초음파 진동자(311)는 통상적인 상용의 초음파진동자를 사용하면 된다. 도면상에는 이러한 초음파진동자에 공급되는 전류를 공급하는 전원이나 전원선 그리고 제어부 등은 생략하였다.

참고로 설명하자면, 본 발명에 사용되는 통상의 초음파진동자란 것은 외형을 이루는 케이스 안에 초음파의 주파수를 가지는 신호를 발진하는 발진기와, 상기 신호의 전압을 증폭하는 증폭기기와, 상기 증폭기에 의하여 증폭된 신호를 초음파로 변환하는 압전소자 등이 구비된다. 또한 압전소자는 구동회로 로부터 구동 신호를 인가 받아 기계적인 진동으로 변환시켜주는 역할을 한다. 압전소자를 이루는 시편 하부의 금속 블록(block)은 메스(mass)로서 압전시편에서 두께모드로 발생한 미소 진동의 진폭을 증폭시키는 역할과 진동자에서 발생한 열을 흡수, 냉각시키는 역 할을 한다. 압전 소자 상부의 금속 블록(block)은 압전소자에 비해 현저히 낮은 음향 임피던스(Impedance)를 지니며, 압전 소자에 의해 상하 양방향으로 발생되는 초음파중 상방향으로의 웨이브(wave)를 반사시켜 하방향으로 합산되도록 하는 역할을 한다. 메스(Mass)와 부스터(Booster)는 압전세라믹스 소자에서 두께 모드로 발생한 미소 진동의 진폭을 증폭시키는 역할과 진동자에서 발생한 열을 흡수, 냉각시키는 역할을 한다. 혼(Horn)은 부스터(booster)를 통해 증폭된 초음파를 다시 증폭시키는 역할과 초음파를 집적하여 대상체에 전달하는 역할을 한다.

이와 같은 구성 및 원리를 가지는 통상의 초음파진동자의 내부 배치나 주파수 대역 자체는 본 발명의 핵심이 아니므로 구체적인 설명은 생략한다. 단지 초음파진동자가 초음파에 의해 진동하기만 하면 족하다.

상기 초음파진동자(311)는 그 외형을 유선형으로 가공하여 바이패스댐퍼(21)와 실외공기 유입구(23)로부터 공급되는 공기가 유선형 표면을 타고 흐른다음 후면에서 난류가 일어나도록 구성하였다. 즉, 바둑돌과 같은 형상을 가지도록 구성하였다. 또한 초음파진동자의 표면을 타고 흐르는 공기는 초음파진동자의 진동에 의해 불규칙적인 공기의 흐름을 일으켜 난류현상이 증대되게 된다.

상기에서 열교환기에 장치된 진동소자를 산업현장에서 일반적으로 사용되는 진동모터를 사용하지 않은 이유는 강력한 진동모터의 진동을 가진 진동이 열교환기에 가해지면 열교환기의 기구적 내구성이 저하되고, 소음이 크게 발생하기 때문이다. 하지만 본원발명처럼 초음파진동자를 사용하게 되면 기류(층류)에만 영향을 미치고 열교환기의 기구적 결합 구조 등에는 영향을 미치지 않게 되기 때문이다.

또한 본원발명과 같이 구성하면 부수적으로 초음파진동자에서 발생한 초음파 및 초음파에 의한 미세한 진동이 열교환기를 구성하는 파이프의 내면에 스케일이 생기는 것을 방지하고, 이미 형성된 스케일을 제거할 수도 있어 이로인한 열교환기의 열교환 능력을 안정적으로 유지하게 되기 때문이다.

상기 탄력편(312)은 적어도 어느 한 일측면에는 엠보싱 처리된 구형돌기(313)가 다수개 배열되어 형성되도록 구성하였는데, 이와 같이 구성함으로써 유선형으로 형성된 초음파진동자(311)의 표면을 타고 흐르면서 난류가 발생한 기류에 재차 구형 돌기 부근에서 난류가 발생하게 된다.

또한 탄력편(312)의 설치위치는 바이패스댐퍼(21)와 실외공기 유입구(23)로부터 공급되는 공기가 가장 근접되게 접근한 위치에 설치하는 것이 가장 효과가 좋다. 즉, 서로 잘 만나지 않는 두 기류(층류)의 흐름을 섞이게 하기 위해서는 이러한 지점부터 상하로 배열하는 것이 좋다. 여기서 바이패스댐퍼(21)와 실외공기 유입구(23)로부터 공급되는 공기가 가장 근접되게 접근한 위치는 서로 잘 만나지 않는 두 기류(층류)의 경계부를 말하는 것으로 도 5에 나타난 바와 같이 바이패스댐퍼(21)를 지나 흐르는 기류와 실외공기 유입구(23)로부터 하강하여 열교환기(31)쪽으로 흐르는 기류간의 경계부를 말하는 것이다.
이때 설치 개수는 최소 하나만 설치해도 되나, 바람직하게는 바이패스댐퍼(21)와 실외공기 유입구(23)로부터 공급되는 공기가 가장 근접되게 접근한 두 기류(층류)의 경계부분에 설치된 탄력편(312)을 기준으로 상하 좌우 2개 이상 설치하면 난류 발생 효율이 높아지므로 좋다. 이러한 난류 발생 효율의 증대로 인해 기류간의 섞임 작용이 증대되게 된다. 단, 상하 파이프 간의 간격이 좁을 경우 탄력편의 상하 진동시 이웃하는 탄력편간의 간섭을 피할 수 있게 설치하면 된다.

또한 탄력편(312)은 초음파진동자(311)의 진동에 의해 스스로 상하 진동할 정도의 탄성력을 가지는 것을 사용한다.

도 4는 본 발명에 따른 초음파진동자에 의한 난류발생 원리를 보인 개념도이다.

도시된 바와 같이 바이패스댐퍼(21)와 실외공기 유입구(23)로부터 공급되는 공기는 탄력편(312)의 끝단에 부착된 유선형 단면을 가지는 초음파진동자(311)를 만나 그 표면을 따라 흐르면서 공기의 흐름이 빨라지면서 초음파진동자(311)로부터 떨어진 공기와의 상대적인 압력차이가 생기면서 초음파진동자(311)의 후단부에서 난류가 발생하게 된다.

또한 초음파진동자(311)를 지나면서 진동 및 초음파에 의해 미세한 기류의 흐름에 변동을 주어 이 역시 부분적인 난류를 일으키게 된다.

또한 초음파진동자(311)를 지난 기류는 탄력편(312)의 표면을 지나면서 그 표면에 형성된 다수개로 배열된 구형돌기(313)와 접촉하면서 전술한 초음파진동자(311)의 경우처럼 기류의 흐름에 의한 압력 또는 장애물에 의한 부하 차이로 수많은 난류를 발생시키면서 흘러가게 된다.

발생된 난류는 일정한 흐름을 가지고 서로 섞이지 않는 주유동방향의 기류(층류) 즉, 바이패스댐퍼(21)와 실외공기 유입구(23)로부터 유입되는 공기의 경계부터 흐트러 놓게 된다. 즉, 2개의 주유동방향을 가지는 기류(층류)가 경계층부터 서서히 난류상태의 흐름을 가지는 불규칙적인 흐름을 가지게 되면서 섞여 온도의 성층화를 깨트리게 된다.

이후 일정한 흐름성을 잃으면서 혼합된 주유동 방향의 기류는 거치부(314)가 장치된 열교환기의 열교환 효율을 높이기 위해 상하 절곡 또는 코일형으로 이루어진 냉각파이프가 이루는 공간상을 지나면서 다수개의 파이프에 의해 공기의 흐름이 정체된 곳까지 흐르면서 열교환되어 열교환기의 열교환 능력을 획기적으로 증대하게 된다.

또한 초음파진동자(311)가 일측단에 부착된 탄력편(312)은 주유동 방향의 기류와 만나면서 초음파진동자(311)를 흐른 기류의 압력차로 인해 탄력적으로 상하 진동을 하게 되고, 여기에 초음파진동자의 진동에 의해 이러한 진동이 더욱 증대된다. 즉, 탄력편(312)은 마치 부채처럼 파이프에 지지된 일측을 기준으로 타측이 상 하 진동을 하게 되는데, 이에 따라 공급되는 바이패스댐퍼(21)의 더운공기(여름철에는 반대)와 실외공기 유입구(23)로부터 유입되는 차가운 공기(여름철에는 반대)가 탄력편(312)의 상하 진동에 의해 발생된 기류와 서로 부딪히면서 섞임과 동시에 불규칙적인 난류가 발생되고, 난류는 좀더 섞임작용을 증진시키게 된다.

물론 상기한 난류는 주유동 방향의 흐름에 큰 부하를 줄 정도의 세기는 아니고 서로 섞이지 않은 기류간을 잘 섞어주는 정도로 기류에 의한 열교환기의 표면 열교환 능력을 저하시키는 것이 아니라 온도의 성층화를 깨트리게 되어 더욱 열교환이 잘 되도록 하는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 공기조화기의 찬공기와 더운 공기의 기류흐름을 보인 예시도이다.

도시된 바와 같이 공기혼합부(2)로 유입된 실내공기는 격리 프레임(62)의 중앙부에서 상부까지 또는 하부에서 상부까지 형성된 바이패스댐퍼(21)를 통해 유입되는데, 유입된 공기중 상부쪽 즉, 상부 실외공기 유입구(23)에서 공급되는 신선한 실외공기가 유입되는 부분은 초음파진동자(311)의 진동 및 유선형 단면에 의한 난류화, 탄력편(312)의 상하 진동에 의한 난류화 및 탄력편에 형성된 구형돌기(313)에 의해 난류화 된후, 난류화된 실내공기가 실외공기와 만나면서 다시 실내공기도 난류화하여 혼합되어 두 공기간의 온도가 중간 온도로 변화하면서 온도의 성층화를 방지하게 된다.

마찬가지로 난류화된 혼합공기 또는 난류화된 실내공기는 하부쪽에서 공급되 는 실내공기쪽과도 난류화된 공기에 의해 혼합의 효과가 나타나게 되어 서로간의 온도차를 저감하면서 혼합되게 된다. 이후 혼합된 공기는 흡입송풍기(12)의 송풍력 또는 배출부(4)에 형성된 토출송풍기(42)의 흡입력에 의해 열교환부(3)의 에어필터(32)를 거쳐 열교환기(31)에 이르게 된다.

이와 같이 난류발생기에 의한 난류발생으로 강제적으로 충분히 섞여 온도차에 의한 성층화가 일어나지 않은 혼합공기는 열교환기에 도달하게 되면 열교환기 전 면적에 걸쳐 균일한 온도로 접촉하여 높은 효율로 열교환하게 된다.

이에 따라 열교환기의 기계적 내구성이 유지되고, 히트펌프는 정상적인 속도로 열매체를 공급하게 되어 에너지 효율이 높아지게 된다.

상기와 같은 난류발생기가 설치되어 온도 성층화를 방지한 구조를 가진 공기조화기의 작동을 겨울철 난방시를 기준으로 이하 설명한다.

겨울철에 실내를 난방후 흡입부(1)의 실내공기 흡입구(11)를 통해 리턴된 더운공기는 혼합부(2)의 바이패스 댐퍼를 통과하기 전에 상부에 형성된 실내공기배출구(22)를 통해 일정량의 실내공기를 배출한 후, 상부 실외공기 유입구(23)에서 공급되는 신선한 차가운 실외공기가 유입되는 상부부분까지 연장 형성된 바이패스댐퍼(21)를 통해 유입된다. 유입된 실내공기는 초음파진동자(311)의 진동 및 유선형 단면에 의한 난류화, 탄력편(312)의 상하 진동에 의한 난류화 및 탄력편에 형성된 구형돌기(313)에 의해 난류화된다. 난류화된 실내공기는 실외공기 유입구(23)에서 공급되는 차가운 실외공기와 부딪히면서 난류 작용에 의해 두 기류가 섞여 온도차 이가 없게 혼합되고, 아울러 하부방향의 더운 실내공기와도 재차 혼합되어 온도의 성층화를 방지한 상태로 에어필터(32)를 거친후 열교환부(3)의 열교환기(31)에 이르러 열교환기 전면적에 골고루 균일한 온도로 접촉하여 고효율로 열교환하게 된다.

또한 여름철에는 실내를 냉방후 실내공기 흡입구(11)를 통해 리턴된 차가운공기는 혼합부(2)의 바이패스 댐퍼를 통과하기 전에 상부에 형성된 실내공기배출구(22)를 통해 일정량의 실내공기를 배출한 후, 상부 실외공기 유입구(23)에서 공급되는 신선한 더운 실외공기가 유입되는 상부부분까지 연장 형성된 바이패스댐퍼(21)를 통해 유입된다. 유입된 실내공기는 초음파진동자(311)의 진동 및 유선형 단면에 의한 난류화, 탄력편(312)의 상하 진동에 의한 난류화 및 탄력편에 형성된 구형돌기(313)에 의해 난류화된다. 난류화된 실내공기는 실외공기 유입구(23)에서 공급되는 더운 실외공기와 부딪히면서 난류 작용에 의해 두 기류가 섞여 온도차이가 없게 혼합되고, 아울러 하부방향의 차가운 실내공기와도 재차 혼합되어 온도의 성층화를 방지한 상태로 에어필터(32)를 거친후 열교환부(3)의 열교환기(31)에 이르러 열교환기 전면적에 골고루 균일한 온도로 접촉하여 고효율로 열교환하게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화기의 한실시예를 도시한 구성도이고,

도 2 내지 3은 본 발명의 설치구조를 도시한 개념도이고,

도 4는 본 발명에 따른 초음파진동자에 의한 난류발생 원리를 보인 개념도이고,

도 5는 본 발명에 따른 공기조화기의 찬공기와 더운 공기의 기류흐름을 보인 예시도이고,

도 6은 종래 공기조화기의 한실시예를 도시한 구성도이고,

도 7은 종래 공기조화기의 바이패스댐퍼를 지난 찬공기와 더운 공기의 기류흐름을 보인 예시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 흡입부 (2) : 공기혼합부

(3) : 열교환부 (4) : 배출부

(5) : 케이스 (12) : 흡입송풍기

(21) : 바이패스 댐퍼 (31) : 열교환기

(42) : 토출송풍기 (62) : 격리 프레임

(311) : 초음파진동자 (312) : 탄력편

(313) : 구형돌기 (314) : 거치부

(315) : 나관 (316) : 냉각파이프

(317) : 열교환핀

Claims (8)

1. 실내공기를 흡입하기 위한 흡입송풍기(12)를 갖는 흡입부(1); 흡입부(1)를 통해 흡입된 실내공기 중 일부를 배출하고, 나머지 공기는 새로 유입된 실외공기와 혼합하는 공기혼합부(2); 공기혼합부에서 공급된 공기를 열교환기(31)에서 저온 또는 고온으로 열교환하는 열교환부(3); 열교환된 공기를 실내로 환원하기 위한 토출송풍기(42)를 갖는 배출부(4);가 순차적으로 배열 구성된 공기조화기에 있어서,

   상기 열교환기(31)의 냉각파이프에 거치부(314)를 이용하여 부착되고, 적어도 어느 일측면에는 엠보싱 처리된 구형돌기(313)가 형성되며, 초음파진동자의 진동에 의해 상하 진동할 정도의 탄성력을 가지는 탄력편(312)과;

   탄력편(312)에 설치된 초음파진동자(311);를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초음파진동자를 구비한 에너지절약형 공기조화기.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 초음파진동자(311)는 그 외형이 유선형으로 가공된 것을 특징으로 하는 초음파진동자를 구비한 에너지절약형 공기조화기.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 거치부(314)를 이용하여 부착된 탄력편(312) 및 초음파진동자(311)는 다수개가 상하 좌우 배열되어 설치된 것을 특징으로 하는 초음파진동자를 구비한 에너지절약형 공기조화기.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 구형돌기(313)는 다수개 배열되어 형성된 것을 특징으로 하는 초음파진동자를 구비한 에너지절약형 공기조화기.
6. 삭제
7. 삭제
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 거치부(314)는 열교환핀이 없는 나관(315)에 설치된 것을 특징으로 하는 초음파진동자를 구비한 에너지절약형 공기조화기.

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