KR101144637B1 - 상변화물질을 이용한 에어컨 - Google Patents

상변화물질을 이용한 에어컨 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상변화물질이 내장된 열교환관을 본체 내부에 설치되는 상, 하부 슬롯관에 끼움결합하는 방식으로 간편하게 결합하여 에어컴프레서와 같은 압축기 없이 열교환관을 따라 순환하는 상변화물질의 순환사이클에 의해 실내를 냉방할 수 있도록 한 상변화물질을 이용한 에어컨에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 전방은 외부와 연통되도록 개구되며 내부에는 설치공간이 마련되는 본체와; 상기 본체 내부의 후방에 설치되는 것으로서, 본체 내부의 후방에서 전방으로 송풍을 하는 송풍기와; 상기 본체의 전방 내부 상측에 일렬로 배열설치되는 것으로서, 복수로 설치되면서 서로 연통되도록 설치되는 상부 슬롯관과; 상기 상부 슬롯관과 대향 설치되도록 본체의 전방 내부 하측에 일렬로 배열설치되는 것으로서, 복수로 설치되면서 서로 연통되도록 설치되는 하부 슬롯관과; 양측 끝단이 상기 상, 하부 슬롯관에 대응결합되는 것으로서, 내, 외부관의 이중관으로 구성되어 내, 외부관 내부에 서로 다른 온도의 상변화물질이 내장되는 열교환관을; 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

상변화물질을 이용한 에어컨{AIR CONDITIONER USING THE PHASE CHANGE MATERIAL}
본 발명은 상변화물질이 내장된 열교환관을 본체 내부에 설치되는 상, 하부 슬롯관에 끼움결합하는 방식으로 간편하게 결합하여 에어컴프레서와 같은 압축기 없이 열교환관을 따라 순환하는 상변화물질의 순환사이클에 의해 실내를 냉방할 수 있도록 한 상변화물질을 이용한 에어컨에 관한 것이다.
일반적으로 에어컨은 냉동기, 냉장고처럼 액체가 증발할 때 주위에서 열을 빼앗는 증발열을 이용한 장치로서, 냉매로는 저온에서도 증발하기 쉬운 프레온 가스가 사용되며 밀봉된 철제용기 속에 전동기와 압축기를 직결시키고 전동기로 압축기를 회전시켜 냉매를 압축한다.
압축기에는 왕복운동식과 로터리(rotary)식이 있으며 응축기는 구리 파이프 표면에 알루미늄 핀(pin)을 장치한 것으로, 냉매가 가진 열을 공기 속으로 발산시켜 냉각 액화하는 작용을 하며, 캐필레리튜브(모세관)는 응축기에서 나오는 고압의 액상 냉매를 압력을 낮추어 다음 증발기에서 증발하도록 하는 장치로 안지름이 1mm 정도인 가는 구리 파이프로 이루어진다. 증발기의 구조는 응축기와 거의 같으며 압축된 냉매는 여기서 증발하여 주위에서 열을 빼앗기 때문에 증발기 표면에 접촉한 공기의 온도는 내려가고 공기 속의 수분은 증발기의 표면에 물방울이 되어 제거되며 송풍기 계통은 능률적으로 열교환을 하기 위해 강제적으로 공기를 보낸다.
이러한 에어컨의 실시예로서 대한민국 특허등록 제054398호에『상호 나란하게 배열되는 다수의 U형 파이프 및 이 파이프들의 대응하는 선단들을 각각 연결하여 상호 연통시키는 리턴 밴드로 이루어져 냉매가 순차적으로 흐르는 튜브와, 상기 튜브의 외면에 이와 직교하도록 일정간격으로 결합되어 냉매의 전열을 촉진시키는 다수의 전열핀과, 상기 전열핀들을 양측에서 지지하는 고정판을 구비하는 에어컨의 증발기에 있어서 요구되는 냉방 용량에 따라 상기 튜브(111)를 이루는 다수의 파이프(112) 중 일단을 제거하고 리턴밴드(114)로써 연결한 뒤, 소정길이의 원통형 몸체(121) 양측에 고정수단을 구비한 서포트(120 또는 125)를, 상기 몸체(121)가 고정판(117) 및 전열핀(116)들의 대응하는 결합슬롯(117a)(116a)들에 끼워져 고정수단을 통해 고정되게 함으로써 상기 튜브(111)의 냉매유로 길이를 적절히 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 에어컨의 증발기』에 관한 기술이 게시된 바 있다.
그러나 종래의 에어컨은, 증발기에서 증발한 저온 저압의 기체 냉매를 흡입하여 다음의 응축기에서 응축 액화할 수 있도록 응축온도에 해당되는 포화압력까지 압력을 증대시켜 주는 에어컴프레서(air compressor)와 같은 압축기기가 필수적으로 필요함에 따라 에어컨의 구조가 복잡하고 설치공간을 많이 차지하는 등의 기술적인 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로, 상변화물질이 내장된 열교환관을 본체 내부에 상, 하부 슬롯관에 끼움결합하는 방식으로 간편하게 결합하여 에어컴프레서와 같은 압축기 없이 열교환관을 따라 순환하는 상변화물질의 순환사이클에 의해 실내를 냉방할 수 있도록 한 상변화물질을 이용한 에어컨을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 열교환관의 내부관 내부에는 18℃의 상변화물질을 내장하고 외부관의 내부에는 6℃의 상변화물질을 내장함으로써, 외부관 내부에 저장된 상변화물질의 온도가 18℃로 상승하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 상부 슬롯관은 상부 슬롯관 끼리, 하부 슬롯관은 하부 슬롯관 끼리 서로 지그재그로 연통되도록 형성하여 열교환관의 결합시 열교환관 외부관 내부의 상변화물질이 상, 하부 슬롯관을 따라 순환할 수 있도록 한 상변화물질을 이용한 에어컨을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 최전방 하부 슬롯관과 최후방 하부 슬롯관은, 일단에 순환펌프가 설치된 순환연결관에 의해 연결되며, 이 순환연결관은 6℃ 이상의 얼음물이 채워진 저장조를 경유함으로써, 실내 열을 흡수하면서 온도가 높아진 상변화물질의 온도를 낮추어 재공급할 수 있도록 한 상변화물질을 이용한 에어컨을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 각 열교환관의 외부관 내부에 저장된 상변화물질이 개별적으로 순환되게 함으로써, 냉방효율을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 상변화물질을 이용한 에어컨을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 순환연결관의 일부 구간에 냉매가 장입된 히트파이프를 설치함으로써, 열교환과정에서 온도가 상승된 상변화물질이 순환연결관을 따라 히트파이프 구간을 지나면서 온도가 떨어진 상태로 열교환관으로 재공급할 수 있도록 한 상변화물질을 이용한 에어컨을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 전방은 외부와 연통되도록 개구되며 내부에는 설치공간이 마련되는 본체와; 상기 본체 내부의 후방에 설치되는 것으로서, 본체 내부의 후방에서 전방으로 송풍을 하는 송풍기와; 상기 본체의 전방 내부 상측에 일렬로 배열설치되는 것으로서, 복수로 설치되면서 서로 연통되도록 설치되는 상부 슬롯관과; 상기 상부 슬롯관과 대향 설치되도록 본체의 전방 내부 하측에 일렬로 배열설치되는 것으로서, 복수로 설치되면서 서로 연통되도록 설치되는 하부 슬롯관과; 양측 끝단이 상기 상, 하부 슬롯관에 대응결합되는 것으로서, 내, 외부관의 이중관으로 구성되어 내, 외부관 내부에 서로 다른 온도의 상변화물질이 내장되는 열교환관을; 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 열교환관은, 내, 외부관의 이중관으로 구성되면서 내부관 내부에는 18℃의 상변화물질이 내장되고, 외부관의 내부에는 6℃의 상변화물질이 내장됨을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 내부관은 상변화물질이 순환하지 않도록 폐쇄관으로 이루지며, 외부관은 상변화물질이 상, 하부 슬롯관을 따라 순환할 수 있도록 양측 끝단이 개방된 순환관으로 이루어짐을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 상부 슬롯관은 상부 슬롯관 끼리, 하부 슬롯관은 하부 슬롯관 끼리 서로 연통되도록 형성하여 열교환관의 결합시 열교환관의 외부관 내부에 저장된 상변화물질이 상, 하부 슬롯관을 따라 순환할 수 있도록 함을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 최전방 하부 슬롯관과 최후방 하부 슬롯관은 일단에 순환펌프가 설치된 순환연결관에 의해 연결되며, 이 순환연결관은 6℃ 이상의 얼음물이 채워진 저장조를 경유함을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 최전방 하부 슬롯관과 최후방 하부 슬롯관은 일단에 순환펌프가 설치된 순환연결관에 의해 연결되며, 이 순환연결관은 내부에 냉매가 장입된 히트파이프를 경유함을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 히트파이프의 상부에는 히트파이프 상부를 따라 복수의 일렬로 모세관을 배열설치하여 히트파이프 내부에 냉매가 모세관을 따라 순환할 수 있도록 하며 상기 모세관의 외주에는 모세관의 외주에 방사형으로 형성되는 제1방열핀과, 상기 제1방열핀과 직각을 이루면서 모세관의 외측을 따라 상, 하 등 간격으로 배열설치되는 제2방열핀이 설치됨을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 전방은 외부와 연통되도록 개구되며 내부에는 설치공간이 마련되는 본체와; 상기 본체 내부의 후방에 설치되는 것으로서, 본체 내부의 후방에서 전방으로 송풍을 하는 송풍기와; 상기 본체의 전방 내부 상측에 일렬의 복수로 배열설치되는 상부 슬롯관과; 상기 상부 슬롯관과 대향 설치되도록 본체의 전방 내부 하측에 일렬의 복수로 배열설치되는 하부 슬롯관과; 양측 끝단이 각 상, 하부 슬롯관에 대응결합되는 것으로서, 내, 외부관의 이중관으로 구성되어 내, 외부관 내부에 서로 다른 온도의 상변화물질이 내장되는 열교환관을; 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 열교환관은 내, 외부관의 이중관으로 이루어지면서 내부관 내부에는 18℃의 상변화물질이 내장되고, 외부관의 내부에는 6℃의 상변화물질이 내장됨을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 내부관은 상변화물질이 순환하지 않도록 폐쇄관으로 이루지며, 외부관은 상변화물질이 순환할 수 있도록 양측 끝단이 개방된 순환관으로 이루어짐을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 상, 하로 대향 설치되는 각 상, 하부 슬롯관은 일단에 순환펌프가 설치된 순환연결관에 의해 연결되며, 이 순환연결관은 6℃ 이상의 얼음물이 저장된 저장조를 경유함을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 상, 하로 대향 설치되는 각 상, 하부 슬롯관은 일단에 순환펌프가 설치된 순환연결관에 의해 연결되며 이 순환연결관의 다른 일단에는 한쪽으로 수평 돌출되는 수평절곡부가 형성되고 상기 수평절곡부는 내부에 냉매가 장입된 히트파이프를 경유함을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 히트파이프의 상부에는 히트파이프 상부를 따라 복수의 일렬로 모세관을 배열설치하여 히트파이프 내부에 냉매가 모세관을 따라 순환할 수 있도록 하며 상기 모세관의 외주에는 모세관의 외주에 방사형으로 형성되는 제1방열핀과, 상기 제1방열핀과 직각을 이루면서 모세관의 외측을 따라 상, 하 등 간격으로 배열설치되는 제2방열핀이 설치됨을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명에 따른 상변화물질을 이용한 에어컨은 상변화물질이 내장된 열교환관을 본체 내부 상, 하부 슬롯관에 끼움결합하는 방식으로 간편하게 결합하여 에어컴프레서와 같은 압축기 없이 열교환관을 따라 순환하는 상변화물질의 순환사이클에 의해 실내를 냉방할 수 있다.
또한, 종래의 에어컨과 같이 증발기에서 증발한 저온 저압의 기체 냉매를 흡입하여 다음의 응축기에서 응축 액화할 수 있도록 응축온도에 해당되는 포화압력까지 압력을 증대시켜 주는 에어컴프레서(air compressor)와 같은 압축기기가 필요 없으므로 에어컨의 구조가 간단하여 설치공간을 많이 차지않는 장점이 있다.
또한, 순환연결관의 일부 구간에 얼음물이 저장된 저장조를 설치함으로써 순환연결관을 따라 순환하는 상변화물질의 온도를 떨어뜨려 열교환관에 재공급하는 등 열교환효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 순환연결관의 일부 구간에 냉매가 장입된 히트파이프를 설치함으로써 순환연결관을 따라 순환하는 상변화물질의 온도를 떨어뜨려 열교환관에 재공급하는 등 열교환효율을 향상시킬 수 있다.
도 1, 2는 종래의 에어컨의 증발기의 정면도 및 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분리 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 측단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 순환연결관에 히트파이프가 설치된 사시도.
도 7은 도 6의 히트파이프의 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사시도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 순환연결관에 히트파이프가 설치된 사시도.
도 10은 도 9의 히트파이프의 단면도.
본 발명은, 전방은 외부와 연통되도록 개구되며 내부에는 설치공간이 마련되는 본체와; 상기 본체 내부의 후방에 설치되는 것으로서, 본체 내부의 후방에서 전방으로 송풍을 하는 송풍기와; 상기 본체의 전방 내부 상측에 일렬로 배열설치되는 것으로서 복수로 설치되면서 서로 연통되도록 설치되는 상부 슬롯관과; 상기 상부 슬롯관과 대향 설치되도록 본체의 전방 내부 하측에 일렬로 배열설치되는 것으로서, 복수로 설치되면서 서로 연통되도록 설치되는 하부 슬롯관과; 양측 끝단이 상기 상, 하부 슬롯관에 대응결합되는 것으로서, 내, 외부관의 이중관으로 구성되어 내, 외부관 내부에 서로 다른 온도의 상변화물질이 내장되는 열교환관을; 포함하여 구성되는 상변화물질을 이용한 에어컨을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환관은, 내, 외부관의 이중관으로 구성되면서 내부관 내부에는 18℃의 상변화물질이 내장되고, 외부관의 내부에는 6℃의 상변화물질이 내장되는 상변화물질을 이용한 에어컨을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 내부관은 상변화물질이 순환하지 않도록 폐쇄관으로 이루지며, 외부관은 상변화물질이 상, 하부 슬롯관을 따라 순환할 수 있도록 양측 끝단이 개방된 순환관으로 이루어지는 상변화물질을 이용한 에어컨을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 슬롯관은 상부 슬롯관 끼리, 하부 슬롯관은 하부 슬롯관 끼리 서로 연통되도록 형성하여 열교환관의 결합시 열교환관의 외부관 내부에 저장된 상변화물질이 상, 하부 슬롯관을 따라 순환할 수 있도록 하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 최전방 하부 슬롯관과 최후방 하부 슬롯관은 일단에 순환펌프가 설치된 순환연결관에 의해 연결되며, 이 순환연결관은 6℃ 이상의 얼음물이 채워진 저장조를 경유하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 최전방 하부 슬롯관과 최후방 하부 슬롯관은 일단에 순환펌프가 설치된 순환연결관에 의해 연결되며, 이 순환연결관은 내부에 냉매가 장입된 히트파이프를 경유하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 히트파이프의 상부에는 히트파이프 상부를 따라 복수의 일렬로 모세관을 배열설치하여 히트파이프 내부에 냉매가 모세관을 따라 순환할 수 있도록 하며 상기 모세관의 외주에는 모세관의 외주에 방사형으로 형성되는 제1방열핀과, 상기 제1방열핀과 직각을 이루면서 모세관의 외측을 따라 상, 하 등 간격으로 배열설치되는 제2방열핀이 설치되는 상변화물질을 이용한 에어컨을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 전방은 외부와 연통되도록 개구되며 내부에는 설치공간이 마련되는 본체와; 상기 본체 내부의 후방에 설치되는 것으로서, 본체 내부의 후방에서 전방으로 송풍을 하는 송풍기와; 상기 본체의 전방 내부 상측에 일렬의 복수로 배열설치되는 상부 슬롯관과; 상기 상부 슬롯관과 대향 설치되도록 본체의 전방 내부 하측에 일렬의 복수로 배열설치되는 하부 슬롯관과; 양측 끝단이 각 상, 하부 슬롯관에 대응결합되는 것으로서, 내, 외부관의 이중관으로 구성되어 내, 외부관 내부에 서로 다른 온도의 상변화물질이 내장되는 열교환관을; 포함하여 구성되는 상변화물질을 이용한 에어컨을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환관은 내, 외부관의 이중관으로 이루어지면서 내부관 내부에는 18℃의 상변화물질이 내장되고, 외부관의 내부에는 6℃의 상변화물질이 내장되는 상변화물질을 이용한 에어컨을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 내부관은 상변화물질이 순환하지 않도록 폐쇄관으로 이루지며, 외부관은 상변화물질이 순환할 수 있도록 양측 끝단이 개방된 순환관으로 이루어지는 상변화물질을 이용한 에어컨을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 상, 하로 대향 설치되는 각 상, 하부 슬롯관은 일단에 순환펌프가 설치된 순환연결관에 의해 연결되며, 이 순환연결관은 6℃ 이상의 얼음물이 저장된 저장조를 경유하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 상, 하로 대향 설치되는 각 상, 하부 슬롯관은 일단에 순환펌프가 설치된 순환연결관에 의해 연결되며 이 순환연결관의 다른 일단에는 한쪽으로 수평 돌출되는 수평절곡부가 형성되고 상기 수평절곡부는 내부에 냉매가 장입된 히트파이프를 경유하는 상변화물질을 이용한 에어컨을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 히트파이프의 상부에는 히트파이프 상부를 따라 복수의 일렬로 모세관을 배열설치하여 히트파이프 내부에 냉매가 모세관을 따라 순환할 수 있도록 하며, 상기 모세관의 외주에는 모세관의 외주에 방사형으로 형성되는 제1방열핀과, 상기 제1방열핀과 직각을 이루면서 모세관의 외측을 따라 상, 하 등 간격으로 배열설치되는 제2방열핀이 설치되는 상변화물질을 이용한 에어컨을 기술구성의 특징으로 한다.
이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 상변화물질을 이용한 에어컨의 구성을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 상변화물질을 이용한 에어컨은 도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 내부에 송풍기(20)와, 상, 하부 슬롯관(31, 32)과, 열교환관(40) 등이 설치되는 본체(10)와, 상기 본체(10)의 내부 후방에 설치되는 송풍기(20)와, 상기 본체(10)의 내부 전방에 설치되는 상, 하부 슬롯관(31, 32)과, 상기 상, 하부 슬롯관(31, 32)에 대응하여 끼움결합되는 열교환관(40)으로 구성된다.
상기 본체(10)의 내부에는 송풍기(20)와, 상, 하부 슬롯관(31, 32) 및 열교환관(40)을 설치할 수 있도록 설치공간이 마련되며, 전방은 개구된 형태로 형성하여 송풍기(20)의 바람을 전방의 개구부를 통해 냉방지역으로 배출할 수 있게 한다.
이때, 상기 본체(10) 내부의 설치공간은 상, 하부 슬롯관(31, 32)이 설치되는 전방구획공간과 송풍기(20)가 설치되는 후방구획공간으로 나누어 제작할 수도 있고 전체가 관통된 통합공간으로 제작할 수도 있다.
상기 송풍기(20)는, 본체(10) 내부의 후방에 설치되어 로터의 회전에 의해 발생한 바람을 본체(10) 내부의 후방에서 전방으로 송풍하여 열교환관(40)의 열교환에 의해 차가워진 공기를 실내로 공급한다.
이때, 송풍기(20)에서 발생된 바람은 본체(10) 내부 전방의 상, 하부 슬롯관(31, 32)에 끼움결합된 열교환관(40)을 거쳐서 배출되므로 실내 온도보다 낮은 차가운 바람이 실내로 공급되어 냉방이 이루어진다.
상기 상, 하부 슬롯관(31, 32)은, 본체(10) 내부 상, 하로 대향 설치되는 것으로서, 내부가 빈 형태로 형성되어 열교환관(40)의 결합시 열교환관(40) 내부의 상변화물질(50)이 내부를 따라 순환한다.
그리고 상부 슬롯관(31)은 상부 슬롯관(31) 끼리, 하부 슬롯관(32)은 하부 슬롯관(32) 끼리 연결관에 의해 연결된 형태의 연통구조로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어 상부 슬롯관(31)은 상부 슬롯관(31) 끼리, 하부 슬롯관(32)은 하부 슬롯관(32) 끼리 지그재그 형태로 연결된 구조 또는 상부 슬롯관(31)과 상부 슬롯관(31) 사이의 중앙 또는 어느 일단을 연속적으로 연결한 구조를 예로 들 수 있다.
또한, 복수의 상부 슬롯관(31)만 설치하여 이들을 연결한 다음 여기에 열교환관(40)을 끼움결합할 수도 있고, 복수의 하부 슬롯관(32)만 설치하여 이들을 연결한 다음 여기에 열교환관(40)을 끼움결합할 수도 있다.
이와 같이 상, 하부 슬롯관(31, 32)이 연결된 구조일 경우 상, 하부 슬롯관(31, 32)에 열교환관(40)이 끼움결합되면 열교환관(40)의 외부관(42) 내부에 내장된 상변화물질(50)이 상, 하부 슬롯관(31, 32)을 따라 다른 열교환관(40)의 외부관(42)으로 순환할 수 있다.
한편, 상, 하부 슬롯관(31, 32)의 일단에는 내부와 연통되면서 열교환관(40)의 양단 중 어느 한쪽이 연결결합되는 연결부위를 형성하여 열교환관(40)을 한번에 간편하게 끼움결합할 수 있도록 한다.
그리고 최전방의 하부 슬롯관(32)과 최후방 하부 슬롯관(32)은 일단에 순환펌프(70)가 설치된 순환연결관(60)에 의해 연결되어 순환펌프(70)의 구동에 의해 열교환관(40)의 외부관(42) 내부에 내장된 상변화물질(50)이 순환할 수 있도록 한다.
또한, 상기 순환연결관(60)은 6℃ 이상의 온도를 유지하는 얼음물이 저장된 저장조(80)를 통과하도록 하여 순환과정에서 온도가 상승된 상변화물질(50)의 온도를 다시 적정 온도로 떨어뜨려 최전방의 열교환관(40)의 외부관(42) 내부로 재공급할 수 있게 한다.
이와 같이 저장조(80)의 하한 온도를 6℃ 이상으로 한 것은 순환연결관(60)을 따라 이동하는 6℃의 상변화물질(50)이 저장조(80)를 통과하면서 6℃ 이하의 온도로 떨어질 경우 고체상태로 상전이가 이루어져 순환이 불가능해 지기 때문이다.
한편, 저장조(80)의 상한 온도는 18℃ 이하로 이는 외부관(42)에 내장된 6℃의 상변화물질(50)의 온도가 최대로 상승하더라도 내부관(41)에 내장된 18℃의 상변화물질(50)에 의해 18℃ 이상의 온도로는 상승하지 않기 때문이다. 이는 이론적인 온도 범위로 열교환관(40) 내부로 재공급되는 상변화물질(50)의 온도는 6℃에 근접하는 온도로 공급되는 것이 가장 바람직하다.
상기 열교환관(40)은, 복수로 설치되는 상, 하부 슬롯관(31, 32)에 대응하여 결합되는 것으로서, 내, 외부관(41, 42)의 이중관으로 구성되며 내부에 많은 량의 상변화물질(50)을 내장할 수 있도록 지그재그(zigzag) 형태로 형성된다.
상기 열교환관(40)은, 내부에 18℃의 상변화물질(50)이 내장되는 내부관(41)과 내부에 내부관(41)이 내장되면서 6℃의 상변화물질(50)이 내장되는 외부관(42)으로 구성된다. 이처럼 열교환관(40)은, 내, 외부관(41, 42) 형태의 이중 관으로 이루어지면서 내, 외부관(41, 42) 내부에 서로 다른 온도의 상변화물질(50)이 내장되어 실내온도를 일정온도 이하로 냉방을 할 수 있다.
예를 들어, 외부관(42)의 내부에 내장된 6℃의 상변화물질(50)의 온도가 18℃ 이상이 되면 내부관(41) 내부에 저장된 18℃의 상변화물질(50)이 이 열을 흡수하므로 18℃ 이상으로 온도가 상승하지 않게 된다.
한편, 외부관(42)에 내장되는 상변화물질(50)로 1~5℃의 저온의 상변화물질(50)을 사용할 수도 있으나 상변화물질(50)의 온도가 너무 낮을 경우 상변화물질(50)의 순환과정에서 상변화물질(50)이 고체상태로 상전이가 될 우려가 있으므로 외부관(42) 내부에 6℃의 상변화물질(50)을 내장하는 것이 가장 바람직하다.
참고로 자체적으로 실험한 결과 내부관(41)에 내장되는 상변화물질(50)을 18℃로 하고 외부관(42)에 내장되는 상변화물질(50)을 6℃로 하여 상변화물질(50)의 온도차를 12℃로 하였을 때 냉방효율이 가장 높음을 확인할 수 있었다.
상기 내부관(41)은 상변화물질(50)이 순환할 수 없도록 양단이 폐쇄된 폐쇄관 구조로 형성하고 외부관(42)은 상, 하부 슬롯관(31, 32)에 끼움결합한 상태에서 상변화물질(50)이 순환할 수 있도록 양단이 개방된 순환관의 구조로 형성한다.
상기 외부관(42)의 양단은 상, 하부 슬롯관(31, 32)의 내부와 연통되는 연결부위에 끼움결합되며, 이 상태에서 내부의 상변화물질(50)이 상, 하부 슬롯관(31, 32)과 다른 열교환관(40)의 외부관(42)을 따라 순환한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 순환연결관에 히트파이프가 설치된 사시도이다. 도시된 바와 같이 순환연결관(60)의 일부 구간이 히트파이프(400)를 경유하도록 설치함으로써 순환연결관(60)을 따라 순환하는 상변화물질(50)의 온도를 낮출 수 있다.
히트파이프(400)는 순환연결관(60)의 일부 구간이 냉매(404)가 장입된 내부를 통과하도록 순환연결관(60)의 일부 구간을 감싸는 형태로 형성된다.
또한, 히트파이프(400)의 상부에는, 히트파이프(400)의 상부를 따라 복수의 모세관(401)이 일렬로 배열설치된다. 이 복수로 배열설치된 모세관(401)의 하부는 히트파이프(400)의 내측과 연통되도록 설치되고 상부 역시 연결파이프에 의해 각 모세관(401)이 연통 된다.
모세관(401)의 외주에는, 외주를 따라 방사형으로 형성되는 제1방열핀(402)과, 이 제1방열핀(402)과 직각을 이루면서 모세관(401)의 상부에서 하부로 등 간격으로 배열설치되는 제2방열핀(403)으로 구성된다.
따라서, 순환연결관(60)을 따라 이동하는 상변화물질(50)은 열교환으로 온도가 상승한 상태에서 히트파이프(400) 구간을 지나는 순간 히트파이프(400) 내부에 장입된 냉매(404)에 의해 온도가 떨어진다. 이때 상변화물질(50)의 열을 빼앗은 냉매(404)는 액체에서 기체로 기화되어 히트파이프(400)와 연통된 모세관(401)을 따라 순환한다. 그리고 기화된 냉매(404)의 열은 모세관(401)을 따라 순환하는 과정에서 제1방열핀(402) 및 제2방열핀(403)에 의해 방열 된다. 또한, 모세관(401)을 따라 순환하는 기체 상태의 냉매(404)는 일정온도 이하가 되면 다시 기체에서 액체로 변하여 히트파이프(400) 내로 재회수되고 이러한 냉매(404)의 순환과정은 계속하여 이루어진다.
히트파이프(400) 구간을 지나면서 온도가 떨어진 상변화물질(50)은 순환연결관(60)을 따라 다시 열교환관(40) 내부로 재공급되며 이와 같은 순환사이클은 반복적으로 이루어진다.
이와 같이, 모세관(401)을 따라 기화된 냉매(404)가 이동하는 과정에서 제1방열핀(402) 및 제2방열핀(403)을 통해 동시에 방열이 이루어지므로 방열효과를 극대화할 수 있다. 제2방열핀(403)은 모세관(401)이 원형이므로 원판형태로 형성하는 것이 좋으나 사각 판 등의 각형으로 형성할 수도 있다.
도 7은 도 6의 히트파이프의 단면도이다. 도시된 바와 같이 히트파이프(400) 내부를 통과하는 순환연결관(60)의 구간은 수평의 직선구조로 설치해도 상관없으나, 공간을 적게 차지하면서 구간을 최대한 길게 하기 위해 지그재그(zigzag) 형태로 형성하는 것이 바람직하다. 물론 히트파이프(400) 내부는 순환연결관(60)을 지그재그 형태로 설치할 수 있는 충분한 내부공간이 마련되어야 한다.
또한, 히트파이프(400)가 설치된 부위에 송풍기를 함께 설치하여 히트파이프(400) 및 모세관(401)에 바람을 압송할 경우 공랭효과에 의해 모세관(401)에 설치된 제1방열핀(402) 및 제2방열핀(403)의 방열효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 다른 방법으로 저장조(80)와 히트파이프(400)를 동시에 설치하는 것도 고려할 수 있다. 히트파이프(400) 내부에 장입되는 냉매(404)로는 프레온계 화합물 또는 암모니아 등을 사용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사시도 이다. 도시된 바와 같이 상, 하부 슬롯관(31, 32)을 복수로 설치함에 있어서 상부 슬롯관(31)은 상부 슬롯관(31) 끼리 하부 슬롯관(32)은 하부 슬롯관(32) 끼리 서로 연통되도록 설치하지 않고, 각 개별 슬롯관을 독립적으로 설치하여 열교환관(40) 마다 개별로 상변화물질(50)이 순환되도록 한다.
즉, 상, 하로 한 쌍으로 설치되는 상, 하 슬롯관(31, 32) 마다 순환연결관(60)을 연결하여 상, 하부 슬롯관(31, 32)에 끼움결합되는 열교환관(40)의 외부관(42) 내부에 저장된 상변화물질(50)이 각 열교환관(40)의 외부관(42)을 따라 개별로 순환되게 한다.
이와 같은 개별 순환방식의 경우 대응하는 한 쌍의 상, 하 슬롯관(31, 32) 마다 순환연결관(60)을 설치해야 하는 번거로움이 있으나, 모든 열교환관(40)을 연결하여 그 내부를 상변화물질(50)이 순환할 때보다 상변화물질(50)의 순환거리가 대폭 짧아져 순환이 신속하게 이루어지고, 이로 인해 냉방효율을 높일 수 있으며 복수의 열교환관(40) 중 어느 하나에 고장이 발생하더라도 에어컨 작동을 중단하지 않아도 될 뿐만 아니라 고장이 발생한 열교환관(40)만 교체하면 되므로 유지관리가 매우 편리한 장점이 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 순환연결관에 히트파이프가 설치된 사시도이다. 도시된 바와 같이 저장조(80) 대신 각 순환연결관(60)의 일부 구간에 도 7과 동일한 구조의 모세관(401)이 배열 구비된 히트파이프(400)를 설치하여 각 순환연결관(60) 내부를 통과하는 상변화물질(50)의 온도를 떨어뜨릴 수 있게 한다.
이때, 히트파이프(400) 내부의 냉매(404)는 열교환과정에서 기화되므로 히트파이프(400)의 설치시 모세관(401)의 위치가 상향을 향하도록 히트파이프(400)가 수평으로 설치되어야 한다. 이를 위해 순환연결관(60)의 일단에는 한쪽으로 수평 돌출되는 수평절곡부(601)를 형성하여 히트파이프(400)를 설치할 수 있는 구간을 마련한다.
이러한 히트파이프(400)는 도 10과 같이 내부로 순환연결관(60)이 통과하도록 순환연결관(60)의 일정구간을 감싸는 형태로 설치된다. 또한, 히트파이프(400)의 상부에는 히트파이프(400) 상부를 따라 복수의 일렬로 배열설치되는 모세관(401)이 설치된다. 이 모세관(401)의 하단은 히트파이프(400) 내부의 냉매(404)가 순환할 수 있도록 히트파이프(400) 내부와 연통되며 상부 또한 연결파이프에 의해 각 모세관(401)의 상부와 연통 된다.
또한, 모세관(401)은 외주에 방사형으로 형성되는 제1방열핀(402)과, 이 제1방열핀(402)과 직각을 이루면서 모세관(401)의 상부에서 하부로 등 간격으로 배열설치되는 제2방열핀(403)으로 구성된다.
따라서, 순환연결관(60)을 따라 이동하는 상변화물질(50)은 열교환으로 온도가 상승한 상태에서 히트파이프(400) 구간을 지나는 순간 히트파이프(400) 내부에 장입된 냉매(404)에 의해 온도가 떨어지고 냉매(404)에 상변화물질(50)의 열이 전달되면 냉매(404)는 액체에서 기체로 기화되어 모세관(401)을 따라 순환하게 된다. 기화된 냉매(404)의 열은 모세관(401)을 따라 순환하는 과정에서 제1방열핀(402) 및 제2방열핀(403)에 의해 방열 된다. 그리고 히트파이프(400) 구간으로 지나면서 온도가 떨어진 상변화물질(50)은 다시 열교환관(40) 내부로 재공급되는데 이러한 순환사이클은 반복하여 이루어진다.
이와 같이, 모세관(401)에 형성된 제1방열핀(402) 및 제2방열핀(403)을 통해 동시에 방열이 이루어지므로 방열효과를 극대화할 수 있으며, 제2방열핀(403)은 모세관(401)이 원형이므로 원판형태로 형성하는 것이 좋으나 사각 판 등의 각형으로 형성할 수도 있다.
히트파이프(400) 내부를 통과하는 순환연결관(60) 구간은 수평의 직선구조로 설치해도 상관없으나, 공간을 적게 차지하면서 구간을 최대한 길게 하기 위해 지그재그(zigzag) 형태로 형성할 수도 있다. 물론 히트파이프(400) 내부는 순환연결관(60)을 지그재그 형태로 설치할 수 있는 충분한 내부공간이 마련되어야 한다.
또한, 히트파이프(400)가 설치된 부위에 송풍기를 함께 설치하여 히트파이프(400) 및 모세관(401)에 바람을 압송할 경우 공랭효과에 의해 모세관(401)의 제1방열핀(402) 및 제2방열핀(403)의 방열효과를 더욱 향상시킬 수 있으며, 다른 방법으로 저장조(80)와 히트파이프(400)를 동시에 설치하는 것도 고려할 수 있다. 히트파이프(400) 내부에 장입되는 냉매(404)로는 프레온계 화합물 또는 암모니아 등을 사용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 상변화물질을 이용한 에어컨은, 상변화물질(50)이 내장된 열교환관(40)을 본체(10) 내부에 설치된 상, 하부 슬롯관(31, 32)에 끼움결합하는 방식으로 간편하게 결합하여, 에어컴프레서와 같은 압축기 없이 열교환관(40)을 따라 순환하는 상변화물질(50)의 순환사이클에 의해 실내를 냉방할 수 있도록 한 것으로서, 이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 상변화물질을 이용한 에어컨에 전원이 인가되면 송풍기(20)가 작동되면서 송풍기(20) 로터의 회전에 의해 바람이 발생하고 이 바람은 본체(10) 내부 전방에 설치된 열교환관(40)의 차가운 공기를 실내로 밀어내어 냉방이 이루어지게 한다.
여기서, 송풍기(20)의 작동과 연동하여 순환연결관(60) 일단에 설치된 순환펌프(70)가 구동되고, 각 열교환관(40) 및 상, 하부 슬롯관(31, 32)이 연결되어 있기 때문에 열교환관(40)의 외부관(42) 내부에 내장된 상변화물질(50)은 각각의 열교환관(40)과, 상, 하부 슬롯관(32) 및 순환열결관(60)을 따라 순환하게 된다.
이러한 상변화물질(50)의 순환과정에서 실내온도가 상변화물질(50)의 온도보다 높을 경우 열교환관(40)의 외부관(42) 내부에 내장된 6℃의 상변화물질(50)이 실내의 열에너지를 흡수하여 온도를 떨어뜨리고, 상변화물질(50)에 의해 온도가 떨어진 차가운 공기는 송풍기(20)의 바람에 의해 본체(10) 외부로 압송되어 실내를 냉방 한다.
상기 열교환관(40)은, 내, 외부관(41, 42)의 이중관으로 구성되고 내부관(41) 내부에는 18℃의 상변화물질(50)이 내장되며 외부관(42) 내부에는 6℃의 상변화물질(50)이 내장되어 있어, 외부관(42) 내부의 상변화물질(50)의 온도가 18℃ 이상이 되면 내부관(41) 내부에 내장된 18℃의 상변화물질(50)이 이 열을 흡수하기 때문에 온도가 18℃ 이상으로 상승하지 않는다.
또한, 열교환관(40)의 외부관(42) 내부에 내장된 상변화물질(50)은 열교환관(40)의 외부관(42)과, 상, 하부 슬롯관(31, 32)을 거치면서 실내의 열을 흡수한 상태로 순환연결관(60)을 따라 이동하게 되는데 이때 순환연결관(60)을 이동하는 상변화물질(50)은 열교환과정에서 온도가 상승한 상태이다. 그러나 순환연결관(60)은 6℃의 얼음물 저장조(80)를 경유하기 때문에 상변화물질(50)은 순환연결관(60)을 통해 6℃의 얼음물이 저장된 저장조(80)를 통과하면서 온도가 다시 떨어진 상태로 최전방 열교환관(40)의 외부관(42) 내부로 재공급된다.
이와 같이 본 발명에 따른 상변화물질을 이용한 에어컨은, 열교환관(40)의 외부관(42)과, 상, 하부 슬롯관(31, 32)과, 순환연결관(60)과, 저장조(80)를 거쳐 다시 열교환관(40)의 외부관(42)을 따라 순환하는 상변화물질(50)의 순환사이클이 이루어지면서 실내 냉방이 이루어진다.
또한, 도 6, 7과 같이 순환연결관(60)의 일부 구간에 히트파이프(400)를 설치하여 히트파이프(400) 내부에 장입된 냉매(404)와 모세관(401) 외부에 설치된 제1, 2방열핀(402, 403)에 의해 순환연결관(60)을 따라 이동하는 상변화물질(50)의 온도를 떨어뜨릴 수도 있다.
즉, 히트파이프(400) 내부의 냉매(404)는 히트파이프(400) 내부를 통과하는 상변화물질(50)에서 열을 빼앗는 과정에서 액체에서 기체로 기화되어 모세관(401)을 따라 순환하게 되고 기체의 냉매(404)는 모세관(401)을 따라 순환하는 과정에서 제1방열핀(402) 및 제2방열핀(403)을 통해 열을 외부로 방열한다. 그리고 냉매(404)의 온도가 방열에 의해 일정온도 이하로 떨어지면 다시 기체에서 액체로 변환하여 히트파이프(400) 내부로 재회수된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예이다. 도시된 바와 같이 상부 슬롯관(31)은 상부 슬롯관(31) 끼리, 하부 슬롯관(32)은 하부 슬롯관(32) 끼리 연결하지 않고 독립적으로 설치한 다음 한 쌍의 상, 하부 슬롯관(31, 32) 마다 순환연결관(60)을 설치하여 상변화물질(50)의 순환이 이루어지게 한 것이다.
이러한 구조는 하나의 열교환관(40) 마다 하나의 순환연결관(60)이 설치되기 때문에 각 열교환관(40)의 외부관(42) 내부에 저장된 상변환물질(50)이 열교환관(40)의 외부관(42)과, 상, 하부 슬롯관(31, 32) 및 순환연결관(60)과 얼음물 저장조(80)를 거쳐 다시 열교환관(40)의 외부관(42)을 따라 순환한다.
여기서, 열교환관(40)의 외부관(42)과, 상, 하부 슬롯관(31, 32)을 통과한 상변화물질(50)은 실내의 열을 흡수한 상태이므로 순환연결관(60)으로 나오는 상변화물질(50)은 온도가 상승된 상태이나, 6℃의 얼음물이 저장된 저장조(80)를 통과하면서 다시 온도가 내려간 상태로 열교환관(40)의 외부관(42)으로 공급되며, 이러한 상변화물질(50)의 순환사이클은 복수로 설치된 각 열교환관(40) 마다 연동하여 일어나면서 실내 냉방이 이루어진다.
이와 같이 열교환관(40) 내부의 상변화물질(50)이 독립적으로 순화하는 방식의 경우 대응하는 한 쌍의 상, 하 슬롯관(31, 32) 마다 순환연결관(60)을 설치해야 하는 번거로움이 있으나, 모든 열교환관(40)을 연결하여 그 내부를 상변화물질(50)이 순환할 때보다 상변화물질(50)의 순환거리가 짧아 순환이 신속하게 이루어지고 이에 따라 냉방효율이 높으며, 복수의 열교환관(40) 중 어느 하나에 고장이 발생하더라도 다른 열교환관(40)은 상변화물질(50)의 순환이 이루어지므로 에어컨 작동을 중단하지 않아도 될 뿐만 아니라 고장이 발생한 열교환관(40)만 교체하면 되므로 유지관리가 편리한 등 여러 가지 장점이 있다.
한편, 도 9, 10과 같이 순환연결관(60)에 히트파이프(400)를 설치하여 히트파이프(400) 내부에 장입된 냉매(404)와 모세관(401) 외부에 설치된 제1, 2방열핀(402, 403)에 의해 순환연결관(60)을 이동하는 상변화물질(50)의 온도를 떨어뜨릴 수도 있다.
즉, 순환연결관(60)에 일단에 수평절곡부(601) 구간을 마련한 다음 이 구간에 복수의 모세관(401)이 위쪽으로 향하도록 히트파이프(400)를 수평으로 설치한다. 이 상태에서 순환연결관(60)을 따라 상변화물질(50)이 이동하면서 히트파이프(400) 구간을 지나는 순간 상변화물질(50)의 열을 히트파이프(400) 내부의 냉매(404)가 빼앗는다.
열을 빼앗은 냉매(404)는 액체에서 기체로 기화되어 모세관(401)을 따라 순화하게 되는데 이때 냉매(404)의 열은 모세관(401)에 구비된 제1방열핀(402) 및 제2방열핀(403)에 의해 방열 된다. 방열에 의해 냉매(404)는 온도가 일정온도 이하로 떨어지게 되고 기체에서 액체로 변하여 히트파이프(400)로 재회수된다.
10:본체 20:송풍기 31:상부 슬롯관
32:하부 슬롯관 40:열교환관 41:내부관
42:외부관 50:상변화물질 60:순환연결관
70:순환펌프 80:저장조 400:히트파이프
401:모세관 402:제1방열핀 403:제2방열핀
404:냉매 601:수평절곡부

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  8. 전방은 외부와 연통되도록 개구되며 내부에는 설치공간이 마련되는 본체와;
    상기 본체 내부의 후방에 설치되는 것으로서, 본체 내부의 후방에서 전방으로 송풍을 하는 송풍기와;
    상기 본체의 전방 내부 상측에 복수의 일렬 배열설치되는 상부 슬롯관과;
    상기 상부 슬롯관과 대향 설치되도록 본체의 전방 내부 하측에 복수의 일렬 배열설치되는 하부 슬롯관과;
    양측 끝단이 상기 상, 하부 슬롯관에 대응결합되는 것으로서, 내, 외부관의 이중관으로 구성되고, 내부관 내부에는 18℃의 상변화물질이 내장되고, 외부관의 내부에는 6℃의 상변화물질이 내장됨으로써 내, 외부관 내부에 서로 다른 온도의 상변화물질이 내장되되, 상기 내부관은 상변화물질이 순환하지 않도록 폐쇄관으로 이루지며, 외부관은 상변화물질이 순환할 수 있도록 양측 끝단이 개방된 순환관으로 구성되는 열교환관을; 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 상, 하로 대향 설치되는 상, 하부 슬롯관은 일단에 순환펌프가 설치된 순환연결관에 의해 연결되며, 이 순환연결관은 6℃ 이상의 얼음물이 저장된 저장조를 경유함을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 상, 하로 대향 설치되는 상, 하부 슬롯관은 일단에 순환펌프가 설치된 순환연결관에 의해 연결되며 이 순환연결관의 일단에는 한쪽으로 수평 돌출되는 수평절곡부가 형성되고 상기 수평절곡부는 내부에 냉매가 장입된 히트파이프를 경유함을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 상부 슬롯관은 상부 슬롯관 끼리, 하부 슬롯관은 하부 슬롯관 끼리 서로 연통되도록 형성하여 열교환관의 결합시 열교환관의 외부관 내부에 저장된 상변화물질이 상, 하부 슬롯관을 따라 순환할 수 있도록 함을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에어컨.
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