KR102130738B1 - 공기조화기의 실외기 및 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

발열체를 냉각하기 위한 냉각장치에 있어서, 방열체가 발열체와 접촉하는 제 1부분과 냉매파이프와 접촉하는 제 2부분을 가지는 냉각장치를 제공한다. 방열체의 제 1부분과 제 2부분은 하나의 부재로 이루어져 보다 효과적으로 발열체를 냉각시킬 수 있다. 또한, 단순한 구조로 공정이 간단하고 적은 재료로 생산할 수 있어 원가절감의 효과를 볼 수 있다.
이러한 냉각장치를 공기조화기의 실외기에 포함되는 인버터에 장착시켜, 인버터의 발열체를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.

Description

공기조화기의 실외기 및 냉각장치{OUTDOOR UNIT OF AIR CONDITIONER AND COOLING APPARATUS}
본 발명은 공기조화기의 실외기 및 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발열부와 직접 접촉하는 하나의 부재로 된 방열체를 갖는 공기조화기의 실외기 및 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 냉동 사이클을 이용하여 인간이 활동하기 알맞은 온도, 습도 등을 조절함과 동시에 공기 속에 있는 먼지 등을 제거하는 장치이다. 냉동사이클을 이루는 주요 구성요소로써 압축기, 응축기, 증발기, 팽창밸브 등이 구비된다.
공기조화기는 가장 많은 전력을 소모하는 압축기를 어떻게 사용하느냐에 따라 에너지절약효과를 볼 수 있다. 압축방식은 크게 정속형, TPS(Twin Power cooling System), 인버터로 나뉜다.
정속형은 압축기에 부착된 모터의 회전 속도가 가변되지 않고 운전하여 일정한 냉방 출력을 하는 방식으로 전력손실이 크고 효율성이 떨어진다. TPS방식은 서로 다른 용량의 압축기를 2대 사용하여 선택적으로 운전하여 소모하는 전력량을 조절한다.
가장 에너지 절약 효과가 큰 압축방식은 인버터 방식이다. 인버터는 직류전력을 원하는 교류전력으로 변환하는 장치를 말한다. 인버터는 한 개의 압축기로 실내 온도에 따라 스스로 힘을 조절하여 다른 방식보다 효율성이 우수하다.
인버터와 같은 전자기기의 운영에 있어서 자체 발열로 인하여 제 기능을 발휘하지 못하거나 수명을 다하지 못하는 문제점이 있다. 즉, 공기조화기의 작동에 따라 부품 등이 발열하게 되나, 이러한 전장부품의 열기가 제대로 방출되지 못하여 기기의 오작동을 초래한다.
인버터에는 냉각장치가 구비되는데, 종래에는 외부의 냉매파이프와 내부의 발열부간 열저항 기구 구조물이 존재하여 간접적으로 열을 방출하는 방식으로 냉각하여 냉각효율이 낮았다. 　　　　　
본 발명의 일 측면은 공기조화기 실외기의 압축기를 제어하기 위한 인버터의 발열체와 직접 접촉하여 효과적으로 냉각할 수 있는 방열체를 갖는 냉각장치를 구비한 공기조화기를 제공한다.
또한 하나의 부재로 이루어진 방열체를 제공하여 냉각효율을 상승시키고, 　발열체와 조립이 간단한 냉각장치를 제공한다.
본 발명의 공기조화기의 실외기는 냉매가스를 압축하여 토출하는 압축기; 상기 압축기에서 토출되는 냉매가스를 냉매액으로 응축시키는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매액을 팽창시켜서 실내기에 공급하는 팽창밸브; 상기 압축기를 제어하기 위한 인버터; 그리고상기 인버터의 발열체와 직접 접촉하여 열을 흡수하는 하나의 부재로 이루어진 방열체를 갖는 냉각장치; 로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 냉각장치는 압축기에서 나온 냉매가스를 냉매로 쓰는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 발열체는 상기 인버터의 발열체와 직접 접촉하여 열을 흡수하는 제 1부분과, 상기 제 1부분과 하나의 부재로 이루어져 냉매파이프에 열을 전달하는 제 2부분으로 이루어지고, 상기 냉매파이프는 상기 제 2부분에 압착된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 방열체는 상기 제 2부분이 상기 제 1부분보다 면적이 크게 마련되어, 외부에서 상기 인버터의 발열체에 접촉하도록 설치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 냉각장치는 캐비닛의 내부에 위치한 발열체를 냉각시키기 위한 냉각장치에 있어서, 상기 발열체와 직접 접촉하도록 상기 캐비닛의 내부에 배치되어 상기 발열체로부터 열을 흡수하는 제1부분과, 상기 제1부분과 일체로 형성되되 상기 캐비닛의 외부에 배치되어 열을 방출하는 제2부분을 가지는 방열체; 상기 방열체의 제2부분에 결합되어 상기 제2부분을 냉각시키는 냉매파이프; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 냉각장치는 개구를 가지는 캐비닛의 내부에 위치한 발열체를 냉각시키기 위한 냉각장치에 있어서,　상기 발열체와 직접 접촉하도록 배치되어 상기 발열체로부터 열을 흡수하는 제1부분과, 상기 캐비닛의 외부에 배치되어 열을 방출하는 제2부분을 가지는 방열체; 상기 방열체의 제2부분에 결합되어 상기 제2부분을 냉각시키는 냉매파이프; 를 포함하고, 상기 방열체가 상기 캐비닛에 설치될 때, 상기 제1부분은 상기 개구를 통해 상기 캐비닛의 내부로 삽입되고 상기 제2부분은 상기 캐비닛의 외면에 지지되는 것을 특징으로 한다.
상기 방열체는 상기 제 2부분이 상기 제 1부분보다 면적이 크게 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 방열체는 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 방열체는 압출공정을 통해 성형되어 하나의 부재로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
발열체의 열을 간접적으로 방열하는 구조에서 직접적으로 방열하는 구조를 취하였다. 냉각효율을 높일 수 있고, 냉매냉각방식을 이용하여 협소한 공간에서도 냉각이 가능하다.
또한 방열체가 하나의 부재로 이루어짐으로 재료의 양이 줄어 원가절감 효과를 볼 수 있고, 조립이 간편하다.
도 1은　본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기의 실외기를 도시한 도면.
도 2은　본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터에 부착된 냉각장치를 도시한 도면.
도 3은　본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터에 부착된 냉각장치를 확대하여 도시한 도면.
도 4은　본 발명의 일 실시 예에 따른 캐비닛에 부착된 냉각장치를 도시한 도면.
도 5은 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각장치와 발열체의 결합을 도시한 도면.
도 6은　본 발명의 일 실시 예에 따른 방열체의 제 2부분을 도시한 도면.
도 7은　본 발명의 일 실시 예에 따른 방열체의 제 1부분을 도시한 도면.
도 8은　본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각장치의 단면을 도시한 도면.
이하에서는 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은　본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기의 실외기를 도시한 도면이고, 도 2은　본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터에 부착된 냉각장치를 도시한 도면이며, 도 3은　본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터에 부착된 냉각장치를 확대하여 도시한 도면이다.
공기조화기를 이루는 냉동사이클은 압축기(20), 응축기(30), 팽창밸브(40), 증발기(10)로 이루어져 있다. 냉동사이클은 압축-응축-팽창-증발로 이루어지는 일련의 과정을 순환하고, 고온의 공기가 저온의 냉매와 열교환 후 저온의 공기를 실내로 공급한다.
압축기(20)는 냉매가스(70)를 고온고압의 상태로 압축하여 배출하며, 배출된 냉매가스(70)는 응축기(30)로 유입된다. 응축기(30)는 압축된 냉매를 액상으로 응축하고, 응축과정을 통해 주위로 열을 방출하게 된다.
팽창밸브(40)는 응축기(30)에서 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매(75)를 저압상태의 액상냉매로 팽창시킨다. 증발기(10)는 팽창밸브(40)에서 팽창된 냉매를 증발시킨다. 증발기(10)는 냉매의 증발 잠열을 이용하여 피 냉각 물체와 열교환에 의하여 냉동효과를 달성하고, 저온저압상의 냉매가스를 압축기(20)로 복귀시킨다. 이러한 사이클을 통해 실내공간의 공기 온도를 조절 할 수 있다.
공기조화기의 실외기(1)는 냉각사이클 중 압축기(20), 응축기(30)로 이루어진 부분을 말한다. 팽창밸브(40)는 실내기나 실외기 중 어느 한 곳에 있을 수 있고, 증발기(10)는 실내기에 있다.
공기조화기는 실내의 공기를 공조시키기 위한 목적으로 사용되기 때문에 실내 환경에 따라 냉매를 압축하는 압축기의 용량이 변하게 된다. 압축기(20)의 압축방식은 크게 정속형, TPS (TCS), 인버터로 나뉜다. 그 중 인버터 방식으로 구동하는 압축기를 사용하는 공기조화기를 인버터 공기조화기라 한다. 인버터 공기조화기는 현재 가장 에너지 절약 효과가 큰 압축기의 압축방식으로 각광받고 있다.
인버터(50)는 직류전력을 원하는 교류전력으로 변환하는 장치를 말하는데, 조건에 따라 압축기(20)의 회전수를 제어하여 냉매의 순환량을 가변시킬 수 있다. 즉, 압축기의 회전수를 변화시켜 공기조화기의 냉방능력을 제어할 수 있어 에너지 절약 효과가 크다.
인버터(50)에는 공기 조화기(1)가 설치된 실내의 조건 또는 사용자의 조작에 따라 압축기(20)가 고속 운전 또는 저속 운전되도록 제어하는 제어부가 구비될 수 있다. 또한, 상기 제어부를 형성하는 PCB 회로 기판 등이 구비될 수 있다.
인버터(50)와 같은 전자기기의 발전에 비례하여 소모전력 또한 증가하고 있고, 소모전력이 큰 전자기기의 발열량은 매우 크다. 전자기기에서 발생된 열을 처리하지 못하면, 동작 불능 또는 오동작을 일으킬 수 있다. 또한, 전자기기의 온도상승으로 인해 수명이 단축되고, 성능의 저하를 가져 올 수 있다. 따라서 제품의 신뢰성 확보 측면에서 필수적으로 인버터(50)에 냉각장치(100)를 부착한다.
인버터(50)의 발열부분을 일체적으로 발열체(55)라고, 냉각시킬 냉매가 흐르는 관을 냉매 파이프(200)라 한다. 방열체(80)는 인버터(50)의 발열을 발열체(55)와 직접 접촉하여 흡수하고, 냉매 파이프(200)로 열을 전달한다. 냉각장치(100)는 방열체(80)와 냉매파이프(200)를 포함한다.
인버터(50)는 공기조화기의 실외기(1)안에서 압축기(20)와 응축기(30)사이에 위치한다. 냉각장치(100)의 냉매는 별도의 장치없이 압축기(20)에서 나온 냉매가스(70)를 이용할 수 있다.
이때, 냉매는 R-410A가 사용될 수 있는데, 압축기에서 압축된 후 온도는 약 50℃ 정도가 될 수 있다. 발열체(55)의 온도는 약 100℃ 정도로 발열체(55)와 냉매파이프(200) 사이에 열교환이 일어날 수 있다.
방열체(80)는 인버터(50)의 발열체(55)와 직접 접촉하는 제 1부분(110)과 냉매파이프(200)가 압착되어 있는 제 2부분(120)으로 나뉜다.
발열체(55)와 제 1부분(110) 사이에는 열저항 기구 구조물이 존재하지 않아 직접적으로 열을 방출하여 열전달 효율이 높다. 제 1부분(110)과 제 2부분(120)은 어떠한 체결장치 없이 하나의 부재로 이루어져 있다. 냉매파이프(200)는 제 2부분(120)에 압착되어 있다.
　방열체(80)는 넙적한 평판의 형상으로 넓은 표면적을 이용하여 열전달 효율을 높인다. 제 1부분(110)의 면적을 제 2부분(120)의 면적보다 작게 하여 인버터(50)의 외부(5)에서 발열체(55)와 접촉하게 설치 할 수 있다.
그로 인해 인버터(50)의 장치가 모두 설치된 후에도 냉각장치(100)의 설치가 쉬우며, 압축기(20)에서 나온 냉매가스(70)가 흐르는 냉매파이프(100)를 방열체(80)에 압착하는 것도 손쉽다.
냉각장치(100)는 인버터(50)의 발열체(55)가 내보내는 발열량에 따라서 하나 이상이 함께 설치될 수 있다.
도 4은　본 발명의 일 실시 예에 따른 캐비닛(60)에 부착된 냉각장치(100a)를 도시한 도면이고, 도 5은 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각장치(100a)가 캐비닛(60)에 설치되는 구조를 도시한 도면이다.
냉각장치(100a)는 캐비닛(60)의 내부(63)에 위치하는 발열체(55a)를 냉각시키기 위한 장치로, 방열체(80a)와 냉매파이프(200a)를 포함한다.
방열체(80a)는 발열체(55a)와 직접 접촉하기 위해 캐비닛(60)의 내부(63)에 위치한 제 1부분(110a)과 캐비닛(60)의 외부(66)에 위치하여 냉매파이프(200a)에 열을 방출하는 제 2부분(120a)으로 이루어져 있다.
냉매파이프(200a)는 제 2부분(120a)에 압착되어 결합되어 있고, 제 1부분(110a)과 제 2부분(120a)은 일체로 이루어져 있다.
캐비닛(60)은 제 1부분(110a)이 통과할 수 있는 개구(90)를 가지고 있어, 방열체(80a)를 외부(66)에서 설치할 수 있다. 캐비닛(60)의 개구(90)에 제 1부분(110a)을 삽입하여 내부(63)에 위치하도록 하고, 제 2부분(120a)은 외부(66)에 위치하여 캐비닛(60)의 외면(660)에 지지된다.
방열체(80a)는 캐비닛(60)의 내부에 위치한 발열체(55a)와 2개의 나사(500)를 이용하여 결합된다. 방열체(80a)는 제 1부분(110a)면에 제 2부분(120a) 방향으로 2개의 나사홀(505)을 가진다. 나사(500)는 발열체(55a)의 나사홀(508)을 거쳐 방열체(80a)의 나사홀(505)로 삽입되고, 방열체(80a)와 발열체(55a)는 연결된다.
방열체(80a)를 교체하거나 수리하는 경우, 발열체(55a)와 연결된 나사(500)를 제거하여 방열체(80a)를 발열체(55a)에서 분리한다. 방열체(80a)를 교체하고 수리한 후, 다시 나사(500)를 이용하여 방열체(80a)를 발열체(55a)에 결합시킨다.
도 6은　본 발명의 일 실시 예에 따른 방열체의 제 2부분을 도시한 도면이고, 도 7은　본 발명의 일 실시 예에 따른 방열체의 제 1부분을 도시한 도면이며, 도 8은　본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각장치의 단면을 도시한 도면이다.
냉각장치(100)는 방열체(80)와 냉매파이프(200)로 이루어지고, 방열체(80)는 다시 제 1부분(110)과 제2부분(120)으로 나뉜다.
발열체(80)는 넙적한 평판의 모양으로 제 1부분(110)은 발열체와 직접 접촉하여 열을 흡수하고, 제 2부분(120)은 제 1부분(110)이 흡수한 열을 냉매파이프(200)로 전달해준다. 제 1부분(110)과 제 2부분(120)은 체결장치를 갖지 않고 하나의 부재로 이루어져 있다.
제 1부분(110)은 제 2부분(120)보다 면적이 작아 방열체(80)를 외부(66)에서 설치할 수 있다. 면적이 작은 제 1부분(110)이 내부(63)로 들어가 발열체(55)와 접촉된다. 방열체(80)는 제 1부분(110)에 형성된 나사홀(505)을 이용하여 발열체(55)와 나사 등의 체결구로 결합한다. 외부(66)에 남은 제 2부분(120)은 나사 등의 체결구를 이용하여 외면에 고정시킨다.
외부(66)에 존재하는 제 2부분(120)에 냉매파이프(200)를 끼울 수 있는 홈을 생성하여, 냉매파이프(200)를 고정한다. 프레스를 이용하여 제 2부분(120)에 냉매파이프(200)를 압착할 수 있다.
제 2부분(120)은 보다 많은 열을 제 1부분(110)에서 받아 냉매파이프(200)에 전달할 수 있고, 외벽에 잘 부착될 수 있도록 표면적을 넓은 평판을 형성한다.
방열체(80)는 알루미늄으로 제작할 수 있다. 알루미늄은 가볍고 가공이 쉬워 제작비를 절감할 수 있다. 또한, 알루미늄은 인체에 해가 없고 열전도성이 좋다. 알루미늄으로 만들어진 방열체(80)는 무게가 적어 설치가 쉽고, 녹이 슬지 않아 오랫동안 사용 할 수 있다.
방열체(80)는 일정한 온도로 가열하여 가압하여 일정한 형상을 만들어 내는 압출 공정을 통해 제작할 수 있다. 방열체(80)는 제 1부분(110)과 제 2부분(120)이 하나의 부재로 이루어졌기 때문에 공정이 간단하다. 또한, 방열체(80)는 하나의 부재로 이루어져 있기 때문에 접촉시켜야 하는 면이 적어 공정편차를 일으키는 위험요인이 상대적으로 적다.
방열체(80)와 발열체(55)사이에는 그리스(grease)를 첨부시켜 결합을 긴밀하게 만들어 보다 효과적으로 열을 전달할 수 있다.
설명함에 있어 특정 형상을 위주로 설명하였으나, 이는 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 캐비닛의 내부에 위치한 발열체로 예를 들어 설명했으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 다른 발열부에도 본 발명의 냉각장치가 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 공기조화기의 실외기　　　　　　 50 : 인버터
55 : 발열체　　　　　　　　　　　　　　　　 　60 : 캐비닛
80 : 방열체　　　　　　　　　　　　　　　　　 100 : 냉각장치
110 : 방열체의 제 1부분　　　　　 　120 : 방열체의 제 2부분
200 : 냉매파이프　　　　　　　　　　　 　500 : 연결나사

Claims (10)

  1. 냉매가스를 압축하여 토출하는 압축기;
    상기 압축기에서 토출되는 냉매가스를 냉매액으로 응축시키는 응축기;
    상기 응축기에서 응축된 냉매액을 팽창시켜서 실내기에 공급하는 팽창밸브;
    일 면에 개구를 갖는 캐비닛의 내부에 위치하며, 상기 압축기를 제어하기 위한 인버터;와
    상기 개구를 통과하여 상기 캐비닛의 내부에 위치되며 상기 인버터의 발열체와 직접 접촉하여 열을 흡수하는 제 1부분과, 상기 제1 부분 보다 큰 면적을 갖도록 상기 제 1부분과 하나의 부재로 이루어져 상기 캐비닛의 상기 일 면에 지지되며 상기 캐비닛의 외부에 위치되어 냉매파이프에 열을 전달하는 제 2부분을 포함하는 방열체를 갖는 냉각장치;
    를 포함하며,
    상기 방열체는, 상기 캐비닛에 결합되어 상기 인버터에 접촉되며 상기 캐비닛과 함께 상기 인버터를 감싸는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각장치는 압축기에서 나온 냉매가스를 냉매로 쓰는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 방열체는 상기 인버터의 발열체와 직접 접촉하여 열을 흡수하는 제 1부분과, 상기 제 1부분과 하나의 부재로 이루어져 냉매파이프에 열을 전달하는 제 2부분을 포함하고,
    상기 냉매파이프는 상기 제 2부분에 압착된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 방열체는 상기 제 2부분이 상기 제 1부분보다 면적이 크게 마련되어,
    외부에서 상기 인버터의 발열체에 접촉하도록 설치하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기.
  5. 일 면에 개구를 갖는 캐비닛의 내부에 위치한 발열체를 냉각시키기 위한 냉각장치에 있어서,
    상기 개구를 통과하여 상기 캐비닛의 내부에 위치되며 인버터의 발열체와 직접 접촉하여 열을 흡수하는 제 1부분과, 상기 제1 부분 보다 큰 면적을 갖도록 상기 제 1부분과 하나의 부재로 이루어져 상기 캐비닛의 상기 일 면에 지지되며 상기 캐비닛의 외부에 위치되어 냉매파이프에 열을 전달하는 제 2부분을 포함하는 방열체;
    상기 방열체의 제2부분에 결합되어 상기 제2부분을 냉각시키는 냉매파이프;
    를 포함하며,
    상기 방열체는, 상기 캐비닛에 결합되어 상기 인버터에 접촉되며 상기 캐비닛과 함께 상기 인버터를 감싸는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  6. 일 면에 개구를 가지는 캐비닛의 내부에 위치한 발열체를 냉각시키기 위한 냉각장치에 있어서,
    상기 개구를 통과하여 상기 캐비닛의 내부에 위치되며 인버터의 발열체와 직접 접촉하여 열을 흡수하는 제 1부분과, 상기 제1 부분 보다 큰 면적을 갖도록 상기 제 1부분과 하나의 부재로 이루어져 상기 캐비닛의 상기 일 면에 지지되며 상기 캐비닛의 외부에 위치되어 냉매파이프에 열을 전달하는 제 2부분을 포함하는 방열체;
    상기 방열체의 제2부분에 결합되어 상기 제2부분을 냉각시키는 냉매파이프;
    를 포함하고,
    상기 방열체가 상기 캐비닛의 외부에서 상기 캐비닛에 결합될 때, 상기 제1부분은 상기 개구를 통해 상기 캐비닛의 내부로 삽입되고 상기 제2부분은 상기 캐비닛의 외면에 지지되며,
    상기 방열체는, 상기 캐비닛에 결합되어 상기 인버터에 접촉되며 상기 캐비닛과 함께 상기 인버터를 감싸는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 방열체는 상기 제 2부분이 상기 제 1부분보다 면적이 크게 마련된 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  8. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 방열체는 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  9. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 방열체는 압출공정을 통해 성형되어 하나의 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  10. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 방열체는 상기 발열체와 상기 캐비닛의 내부에서 나사로 조립되고, 교체시 상기 나사를 제거하고 상기 발열체와 분해가능한 것을 특징으로 하는 냉각장치.
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