KR101589303B1 - 냉매가열장치 - Google Patents

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KR101589303B1
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 냉매가열장치에 관한 것이다. 본 발명에서는, 가열부의 내부를 냉매가 유동하고, 상기 가열부의 내주면에는 상기 가열부의 유도가열을 위한 코일이 감겨진다. 따라서 본 발명에 의하면, 냉매를 가열하여 보다 신속하게 냉매의 온도가 설정된 목표온도에 도달할 수 있게 되는 이점이 있다.
열교환사이클, 냉매가열부

Description

냉매가열장치{Heating device for refrigerant}
본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기조화기를 순환하는 냉매를 가열하는 냉매가열장치에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기란, 냉매의 압력 및 온도 변화에 따른 특성을 이용하는 열교환사이클을 사용하여 소정의 공간을 냉방 또는 난방하는 가전기기이다.
도 1은 일반적인 열교환사이클을 개략적으로 보인 구성도이다.
이를 참조하면, 열교환사이클은, 냉매를 고온고압의 기체상태로 압축하는 압축기(1), 상기 압축기(1)에서 압축된 냉매를 냉각팬(6)의 송풍에 의한 방열에 의하여 액상으로 응축하는 응축기(2), 상기 응축기(2)에서 응축된 액상 냉매를 교축작용에 의하여 저압의 액상 냉매로 팽창시키는 모세관(4), 상기 응축기(2)에서 응축된 액상 냉매를 상기 모세관(4)으로 균일하게 분배하는 분배기(3) 및 상기 모세관(4)에서 팽창된 저온저압의 냉매를 냉각팬(7)의 송풍에 의하여 증발시키면서 냉매의 증발잠열을 이용하여 냉기를 제공함과 동시에 상기 압축기(1)로 전달되는 저온저압의 기상 냉매로 증발시키는 증발기(5)를 포함한다. 따라서, 공기조화기의 냉동시스템은 상기 압축기(1)-응축기(2)-분배기(3)-모세관(4)-증발기(5)로 이루어 진 일련의 열교환사이클을 형성하여 실내를 냉방 또는 난방시키게 되는 것이다.
그러나 이와 같은 종래 기술에 의한 열교환사이클의 경우에는, 공기조화기의 초기 구동시 상기 열교환사이클을 순환하는 냉매가 안정된 상태를 유지하고 있기 때문에, 상기 압축기(1)에서 압축된 냉매라 할지라도 단시간에 목적하는 바 냉매압을 유지할 수 없게 됨으로써, 설정된 목표온도에 도달하기 까지는 소정의 시간이 필요하게 된다. 따라서 공기조화기를 사용하여 실내를 냉방 또는 난방시키기까지 시간이 소요되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술에 의한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 보다 신속하게 실내의 공조가 이루어질 수 있도록 구성되는 냉매가열장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 냉매가열장치는, 냉매가 유동되는 냉매관이 관통하는 가열부; 및 상기 가열부에 감겨지고, 상기 냉매관을 유동하는 냉매를 가열하는 코일; 을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 냉매가열장치는, 냉매가 유동되는 유로가 그 내부에 형성되는 가열부; 및 상기 유로를 유동하는 냉매를 가열하는 코일; 을 포함한다.
본 발명에 의하면, 냉매를 가열하여 보다 신속하게 냉매의 온도가 설정된 목표온도에 도달할 수 있게 되는 이점이 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 냉매가열장치의 제1실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 냉매가열장치의 제1실시예를 보인 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예를 보인 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 냉매가열부(100)는 냉매관(10)을 유동하는 냉매를 가열한다. 상기 냉매가열부(100)는, 예를 들면, 압축기(미도시) 및 증발기(미도시)를 연결하는 상기 냉매관(10)을 유동하는 냉매를 가열한다. 상기 냉매관(10)은 후술할 가열부(110)의 내부에 나선형으로 감겨진다.
한편 상기 냉매가열부(100)는 상기 냉매관(10)을 유동하는 냉매를 가열, 예를 들면, 유도가열한다. 이를 위하여 상기 냉매가열부(100)는, 가열부(110) 및 코일(120)을 포함한다.
상기 가열부(110)는 기설정된 길이 및 두께를 가지는 튜브형상으로 형성된다. 본 실시예에서는, 상기 가열부(110)가, 원형의 단면을 가지는 튜브형상으로 형성된다. 상기 가열부(110)의 길이 및 두께는 냉매의 가열을 위하여 필요한 열량에 따라서 결정될 수 있다. 또한 상기 가열부(110)의 길이, 직경 및 두께는, 상기 냉매관(10)의 밴딩을 고려하여 결정되어야 한다.
그리고 상기 가열부(110)의 외주면에는 인입부(111) 및 인출부(113)가 구비된다. 상기 인입부(111) 및 인출부(113)는 각각 상기 가열부(110)의 양단부에 인접하는 상기 가열부(110)의 외주면 일부가 절개되어 형성된다. 또한 상기 가열부(110)의 내부에는 냉매관 삽입홀(115)이 형성된다. 상기 냉매관 삽입홀(115)의 양단부는 각각 상기 인입부(111) 및 인출부(113)와 연통된다. 본 실시예에서는, 상기 냉매관 삽입홀(115)이 상기 가열부(110)의 내부에 나선형상으로 형성된다. 따라서 상기 냉매관(10)은, 그 일단이 상기 인입부(111)를 통하여 인입되어 상기 냉매관 삽입홀(115)에 삽입된 상태에서 상기 인출부(113)를 통하여 인출됨으로써 설치가 완료된다.
상기 가열부(110)는 고주파전류가 인가되는 상기 코일(120)에 의하여 유도가열되어 발생되는 열을 상기 냉매관(10)에 전달한다. 보다 상세하게는, 상기 코일(120)에 고주파전류가 인가되면, 상기 코일(120)에서 발생되는 교류자계에 의하여 상기 가열부(110)에 형성되는 와전류에 의하여 저항열이 발생되고, 이와 동시에 히스테리스손에 의한 열이 발생됨으로써, 상기 가열부(110)가 가열된다. 또한 상기 가열부(110) 중 상기 냉매관(10) 및 코일(120) 사이에 해당하는 부분, 즉 상기 코일(120)에 의하여 실질적으로 유도가열되는 부분을 제외한 나머지 부분은, 열을 축열하여 이를 상기 냉매관(10)에 전달하기도 한다. 이와 같은 상기 가열부(110)로는 자성체재질, 예를 들면, 스테인리스스틸(stainless steel)이나 철(iron)이 사용될 수 있다.
한편 상기 가열부(110)의 양단에는 누설방지부(117)가 구비된다. 상기 누설방지부(117)는 상기 코일(120)에서 발생되는 교류자계가 상기 가열부(110)의 외부로 누설되는 현상을 감소시키는 역할을 한다. 이를 위하여 상기 누설방지부(117)는, 상기 코일(120)에서 발생되는 교류자계와 적어도 일부가 교차되도록 상기 가열부(110)의 양단에서 연장된다. 본 실시예에서는, 상기 누설방지부(117)가 상기 가열부(110)의 길이방향에 기설정된 각도, 예를 들면, 상기 가열부(110)로부터 이격되는 방향으로 그 직경이 감소되도록 상기 가열부(110)의 양단에서 연장된다.
상기 코일(120)은 상기 가열부(110)의 내주면에 위치된다. 보다 상세하게는, 상기 코일(120)은 상기 가열부(110)의 내주면에 나선형상으로 감겨진다. 따라 서 상기 코일(120)은 실질적으로 상기 가열부(110)의 내부에 위치된다고 할 수 있다. 상기 코일(120)은 고주파전류를 인가받아서 상기 가열부(110)의 유도가열을 위한 자기장을 발생시킨다. 본 실시예에서는, 상기 코일(120)이 상기 냉매관(10)과 동일한 방향으로 감겨진다. 또한 상기 코일(120)은 교류자계의 누설을 최소화하기 위하여 상기 가열부(110)의 양단부로부터 그 내측으로 기설정된 거리만큼 이격되게 위치될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 냉매가열장치의 제1실시예의 작용을 보다 상세하게 설명한다.
먼저 상기 냉매관(10)의 내부를 냉매가 유동한다. 다음으로 상기 냉매가열부(100)에 의하여 상기 냉매관(10)을 유동하는 냉매를 가열하기 위해서, 상기 코일(120)에 고주파전류를 인가시킨다.
상기 코일(120)에 고주파전류가 인가되면, 상기 코일(120)에서 교류자계가 형성된다. 그리고 상기 코일(120)의 교류자계 영역 내에 위치되는 상기 가열부(110)에서 와전류에 의하여 저항열 및 히스테리스손에 의한 열이 발생된다.
이와 같이 상기 가열부(110)에서 발생되는 열은 상기 냉매관 삽입홀(115)에 삽입된 상기 냉매관(10)으로 전달된다. 따라서 상기 냉매관(10)을 유동하는 냉매가 가열됨으로써, 압축기에서 압축된 냉매가 기설정된 목표온도에 도달하여 증발기로 전달될 수 있게 된다.
본 실시예에서는, 상기 냉매관(10)이 상기 가열부(110)의 내부, 즉 상기 냉매관 삽입홀(115)에 설치된다. 따라서 실질적으로 상기 냉매관(10)과 가열부(110) 사이의 열전달면적이 최대화됨으로써, 상기 가열부(110)의 열이 상기 냉매관(10)으로 보다 효율적으로 전달될 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 상기 가열부(110)는 스테인리스스틸 등으로 재작될 수 있는데, 이는 통상적으로 상기 냉매관(10)을 형성하는 구리재질과 상이한 열팽창률을 갖는다. 그런데 실질적으로 상기 냉매관(10)은 상기 가열부(110)의 내부, 보다 상세하게는 상기 냉매관 삽입홀(115)에 삽입된다. 따라서 상기 냉매관(10)이 그 내부를 유동하는 상대적으로 저온의 냉매에 의하여 열수축하고, 상기 가열부(110)가 가열되어 열팽창하더라도, 양자가 결합된 상태를 유지할 수 있게 된다.
한편 상기 코일(120)에서 발생되는 교류자계는, 상기 누설방지부(117)에 의하여 상기 가열부(110)의 외부로 누설되는 현상이 감소된다. 보다 상세하게는, 상기 코일(120)에 고주파전류가 인가되면, 플레밍의 왼손법칙에 따라서 상기 코일(120)을 중심으로 상기 가열부(110)의 길이방향으로 교류자계가 형성된다. 그런데 상기 누설방지부(117)가 상기 코일(120)의 교류자계와 교차되도록 연장되므로, 상기 누설방지부(117)에 의하여 상기 코일(120)의 교류자계가 상기 가열부(110)의 외부로 누설되는 현상이 감소될 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명에 의하여 냉매가열장치의 제2실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 냉매가열장치의 제2실시예를 보인 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에서는, 냉매가열부(200)가, 가열부(210), 코일(220) 및 커버(230)를 포함한다.
상기 가열부(210)는 기설정된 길이 및 두께를 가지는 튜브형상으로 형성된다. 상기 가열부(210)는, 예를 들면, 원형의 단면을 가지는 튜브형상으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 가열부(210)의 외주면에는 인입부(211) 및 인출부(213)가 형성된다. 상기 가열부(210)의 내부에는 상기 인입부(211) 및 인출부(213)와 그 양단이 연통되는 냉매유로(215)가 나선형으로 형성된다. 상기 냉매유로(215)는 상기 냉매가열부(200)에 의하여 가열되는 냉매가 유동되는 곳이다. 상기 냉매유로(215)의 내부의 냉매의 유동을 위하여 상기 인입부(211)에는 인입냉매관(21)이 연결되고, 상기 인출부(213)에는 인출냉매관(23)이 연결된다. 따라서 상기 인입냉매관(21)으로부터 전달된 냉매가 상기 냉매유로(215)를 유동하면서 가열되어 상기 인출냉매관(23)으로 전달된다.
상기 코일(220)은 상기 가열부(210)의 내주면에 나선형상으로 감겨진다. 상기 코일(220)은 상기 냉매유로(215)와 동일 또는 반대방향으로 감겨질 수 있다.
그리고 상기 가열부(210)에 의하여 가열되는 냉매가 유동되는 냉매관(20)이 상기 인입부(211)를 통하여 인입되어 상기 냉매관 삽입홀(215)에 삽입된 상태에서 상기 인출부(213)를 통하여 인출된다.
상기 캡(230)은 상기 가열부(210)의 양단을 차폐한다. 이를 위하여 상기 캡(230)은 상기 가열부(210)의 종단면에 대응하는 형상으로 형성된다. 그리고 상기 캡(230)은 상기 코일(220)에서 발생되는 교류자계가 상기 가열부(210)의 외부로 누설되는 현상을 감소시키는 역할을 한다. 즉 상기 캡(230)은 상술한 본 발명의 제1실시예의 누설방지부(117)와 동일한 기능을 수행하다고 할 수 있다. 또한 상기 캡(230)에는 상기 코일(220)의 양단부가 인출되는 인출홀(231)이 각각 형성된다.
이하에서는 본 발명에 의한 냉매가열장치의 제3 및 제4실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명에 의한 냉매가열장치의 제3실시예를 보인 사시도이고, 도 6은 본 발명에 의한 냉매가열장치의 제4실시예를 보인 사시도이다.
먼저 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 및 제4실시예에서는, 냉매가열장치(300)(400)를 구성하는 가열부(310)(410)가 각각 타원형의 단면을 가지는 튜브형상으로 형성된다. 상기 가열부(310)(410)가 타원형상으로 형성됨으로써, 상기 가열부(310)(410)가 설치되는 장소의 크기에 따라서 동일한 높이 또는 폭에 대하여 상대적으로 상기 가열부(310)(410)와 냉매의 접촉면적을 증가시킬 수 있게 된다. 그리고 본 발명의 제3실시예에서는, 코일(320)에서 발생되는 교류자계의 누설을 감소시키기 위하여 상기 가열부(310)에 누설방지부(317)가 구비된다. 본 발명의 제4실시예에서는, 상기 가열부(410)의 양단을 차폐하는 2개의 캡(430)에 의하여 코일(420)의 교류자계의 누설이 감소된다. 또한 상기 캡(430)에는 각각 상기 코일(420)의 양단부가 인출되는 인출홀(431)이 형성된다. 본 발명의 제3실시예를 구성하는, 나머지 구성요소, 즉 인입부(311), 인출부(313) 및 냉매유로(315)는 상술한 본 발명의 제2실시예와 동일하고, 본 발명의 제4실시예를 구성하는 나머지 구성요소인 인입부(411), 인출부(413) 및 냉매관 삽입홀(415)은 상술한 본 발명의 제1실시예와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
먼저 본 발명에서는, 냉매가열부에 의하여 열교환사이클을 순환하는 냉매가 가열된다. 따라서 압축기에 가해지는 부하가 감소되는 동시에 보다 신속하게 실내의 냉방 또는 난방이 이루어질 수 있게 된다.
또한 본 발명에서는, 실질적으로 냉매가 유동되는 냉매관이 가열부의 내부를 관통하거나 상기 가열부의 내부에 냉매가 유동되는 유로가 형성된다. 따라서 상기 냉매가열부에 의한 보다 효율적인 냉매의 가열이 이루어질 수 있게 된다.
그리고 본 발명에서는, 상기 냉매관이 상기 가열부의 내부를 관통하거나 상기 가열부의 내부에 상기 유로가 형성됨으로써, 상기 냉매관 및 냉매가열부의 열팽창률의 차이 등에 의하여, 상기 냉매관에 대한 상기 냉매가열부의 상대위치가 변하는 현상이 방지된다. 따라서 상기 냉매가열장치가 기설정된 소정의 위치에서 상기 냉매관을 유동하는 냉매를 가열할 수 있게 된다.
또한 본 발명에서는, 상기 코일이 손상되는 경우에는 상기 가열부에 감겨진 코일만 제거 또는 교체할 수 있다. 따라서 냉매가열부의 유지 및 보수가 용이하게 된다.
도 1은 일반적인 열교환시스템을 개략적으로 보인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 냉매가열장치의 제1실시예를 보인 사시도.
도 3은 본 발명의 제1실시예를 보인 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 냉매가열장치의 제2실시예를 보인 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 냉매가열장치의 제3실시예를 보인 사시도.
도 6은 본 발명에 의한 냉매가열장치의 제4실시예를 보인 사시도.

Claims (16)

  1. 냉매가 유동되는 냉매관이 관통하는 가열부; 및
    상기 가열부의 내부에 중공형상으로 형성되는 홀의 내주면에 나선형으로 감겨지며, 상기 냉매관을 유동하는 냉매를 가열하는 코일을 포함하는 냉매가열장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매관은, 상기 가열부에 형성되는 인입부를 통하여 인입되어 상기 가열부에 형성되는 인출부를 통하여 인출되는 냉매가열장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉매관은, 상기 인입부 및 인출부와 양단이 연통되고 나선형상으로 형성되는 냉매관 삽입홀에 삽입되는 냉매가열장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매관은 중공형상으로 형성되는 상기 가열부의 내부에 나선형으로 삽입되는 냉매가열장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일에서 형성되는 교류자계의 누설을 감소시키기 위하여 상기 가열부의 양단부를 차폐하는 2개의 캡을 더 포함하는 냉매가열장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열부의 양단에는, 상기 코일에서 형성되는 교류자계가 상기 가열부의 외부로 누설되는 현상을 감소시키는 누설방지부가 구비되는 냉매가열장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매관은 중공으로 형성되는 상기 가열부의 내부를 나선형상으로 관통하고,
    상기 코일은 상기 냉매관의 나선방향과 동일 또는 반대방향으로 상기 가열부의 내주면에 감겨지는 냉매가열장치.
  9. 냉매가 유동되는 유로가 그 내부에 형성되는 가열부; 및
    상기 가열부의 내부에 중공형상으로 형성되는 홀의 내주면에 나선형으로 감겨지며, 상기 유로를 유동하는 냉매를 가열하는 코일을 포함하는 냉매가열장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유로의 양단은, 각각 상기 유로의 내부로 냉매를 전달하는 인입관 및 상기 유로를 유동하는 냉매가 전달되는 인출관과 연결되는 냉매가열장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 유로는, 상기 가열부의 외주면에 인접되도록 상기 가열부의 내부에 나선형상으로 형성되는 냉매가열장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 유로는, 튜브형상으로 형성되는 상기 가열부의 내부에 나선형상으로 형성되는 냉매가열장치.
  13. 삭제
  14. 제 9 항에 있어서,
    중공으로 형성되는 상기 가열부의 내부에 감겨지는 상기 코일에서 발생되는 교류자계가 상기 가열부의 외부로 누설되는 현상을 감소시키기 위한 누설방지부재를 더 포함하는 냉매가열장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 누설방지부재는, 상기 가열부의 양단을 차폐하는 2개의 캡을 포함하는 냉매가열장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 누설방지부재는, 상기 가열부의 양단에서 상기 코일의 교류자계와 적어도 일부가 중첩되도록 연장되는 누설방지부인 냉매가열장치.
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