KR102387012B1 - 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템 - Google Patents

태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템 Download PDF

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박선경
김영민
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주식회사 설악에너텍
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Abstract

본 발명은 태양열 집열판을 이용하여 실외기로 집열되는 태양열을 차단하고, 태양열 에너지와 실외기에서 외부로 방출되는 열에너지를 이용하여 압축기로 들어가는 저온저압의 냉매기체의 온도를 상승시켜 압축기의 구동 소비 전력을 감소시키므로서 실외기 온도 및 압축기의 구동 소비전력 감소에 따른 에너지 소비를 절감할 수 있는 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 일실시예에 따른 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템은, 에어컨과 연결되어 에어컨의 냉방 기능에 필요한 냉매를 냉각 순환시키는 것으로, 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브가 구비되되, 냉매가 압축기로 유입되기 전 냉매의 온도를 높일 수 있는 열교환부가 더 구비된 실외기, 실외기의 외측으로 설치되는 것으로, 외부로부터 태양열이 실외기로 집열되는 것을 차단하면서 태양열을 집열하고, 실외기 측에서 실외기의 배기팬으로 배기되는 열기를 복합적으로 집열하는 집열판 및 냉매를 가열할 수 있는 물을 저장하면서 상기 집열판과 연결되고, 상기 열교환부로부터 배관이 물이 저장된 내측으로 순환되도록 연결되어 집열판으로부터 열기를 전달받아 물을 가열하면서 내측으로 순환되는 냉매를 가열할 수 있는 저수조를 포함한다.

Description

태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템{Solar-air conditioning outdoor unit hybrid system}
본 발명은 태양열 집열판을 이용하여 실외기로 입사(향하는)하는 태양열을 차단하고, 태양열 에너지와 실외기에서 외부로 방출되는 열에너지(열기, 뜨거운 송풍 바람)를 집열하여 압축기로 들어가는 저온저압의 냉매기체의 온도를 상승시켜 압축기의 구동 소비 전력을 감소시킴에 따라 에너지 소비를 절감할 수 있고, 에어컨 효율이 향상(예열 구조로 하여금 냉매 사이클에서 저온저압->고온고압으로의 무리한 열변화를 최소화함)되는 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템에 관한 것이다.
지구 온난화 및 이상 고온 현상에 따라 폭염 발생 빈도가 많아지고 있으며, 이에 따라 냉방에 소비되는 전력량이 증가하고 있다.
일반적으로 에어컨은 응축기, 증발기, 압축기, 팽창 밸브로 구성되어 있으며 냉매의 증발과 응축 과정에 의해 실내를 냉방할 수 있다.
에어컨의 전력 소비는 대부분 저온저압의 냉매 기체를 고온고압의 냉매 기체로 압축하기 위한 압축기의 구동 소비전력이다.
따라서 실외기의 온도가 낮을수록 전기 소비량이 감소되며 이를 위하여 최근에는 다양한 실외기 커버를 이용하여 태양열을 차단 및 실외기 온도를 낮추고 있는 실정이다.
관련하여 선행문헌 1(등록특허 10-0241457 히트펌프용 실외기의 증발온도 보상구조)에서는 증발온도를 높여 전체적으로 냉매의 유량을 증가시킴으로써 난방능력을 향상시킬 수 있는 구성이 개시되어 있다.
하지만 선행문헌 1은 응측수를 회수하여 압축기의 열을 이용해 가열한 후 증발기 입구배관이 응축수가 회수된 응축수 고임홈부를 지나도록 함에 따라 가열하는 방식으로 자체열만을 이용해 충분한 가열이 어렵고, 실외기 내부에 응축수가 고이도록 함에 따라 습기에 의한 손상이 발생하게 된다.
선행문헌 1(등록특허 10-0241457 히트펌프용 실외기의 증발온도 보상구조)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 태양열 집열판을 이용하여 실외기로 집열되는 태양열을 차단하고 태양열 에너지와 실외기에서 외부로 방출되는 열에너지를 복합적으로 이용하여 냉매가 압축기로 유입되기 전 유입되는 저온저압의 냉매기체의 온도를 태양열을 이용해 상승시켜 압축기의 구동 소비 전력을 감소시킴으로써 실외기 온도를 낮추고 압축기의 구동 소비전력 감소에 따른 에너지 소비를 절감할 수 있는 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템은, 증발기(110)가 구비된 에어컨과 연결되어 에어컨의 냉방 기능에 필요한 냉매를 냉각 순환시키는 것으로, 압축기(120), 응축기(130) 및 팽창밸브(140)가 구비되되, 냉매가 압축기(120)로 유입되기 전 냉매의 온도를 높일 수 있는 열교환부(150)가 더 구비된 실외기(100); 실외기(100)의 외측으로 설치되는 것으로, 외부로부터 태양열이 실외기로 집열되는 것을 차단하면서 태양열을 집열하고, 실외기(100) 측에서 실외기(100)의 배기팬으로 배기되는 열기를 복합적으로 집열하는 집열판(200) 및 냉매를 가열할 수 있는 물을 저장하면서 상기 집열판(200)과 연결되고, 상기 열교환부(150)로부터 배관이 물이 저장된 내측으로 순환되도록 연결되어 집열판(200)으로부터 열기를 전달받아 물을 가열하면서 내측으로 순환되는 냉매를 가열할 수 있는 저수조(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 집열판(200)은, 양면에 설치되어 외부로부터 열기를 집열하고 집열된 열이 방출되지 않고 보전되도록 막아주는 집열 유리(210)와, 상기 집열 유리(210)가 설치된 내부에 구비되어 태양열과 실외기 배기열을 흡수하여 전달하는 다수의 열 전도체(220) 및 상기 열 전도체(220)의 사이에 구비되어 태양열과 실외기 배기열을 흡수하여 상기 열 전도체(220)로 전달하는 흡수판(230)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 저수조(300)는, 실외기(100)로부터 냉매가 유입되는 냉매 유입관(310)과, 유입된 냉매가 저수조(300) 내부에서 가열되어 다시 실외기(100) 측으로 배출되는 냉매 배출관(330) 및 상기 집열판(200)과 연결되어 집열판(200)에서 집열된 열기로 내부에 수용된 물을 가열하는 가열체(340)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 집열판(200)에는 집열판(200)을 실외기(100)에 설치할 수 있는 설치 브라켓(400)이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 설치 브라켓(400)은, 집열판(200)의 상부에 구비되어 집열판(200)의 상부를 실외기(100)의 상부에 고정하는 상부 고정부(410)와, 집열판(200)의 하부에 구비되어 집열판(200)의 하부를 실외기(100)의 하부에 고정하는 하부 고정부(420) 및 집열판(200)의 하부에 설치되어 집열판(200)이 실외기(100)에 결합된 상태에서 실외기(100)의 진동에 의해 결합 상태가 불량해지거나 분리되는 것을 방지하는 방진부(430)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템은 실외기의 외측으로 설치되어 실외기로 집열되는 태양열을 차단하면서 집열판을 이용해 태양열을 흡수하고, 실외기로부터 배출되는 열기를 함께 흡수함에 따라 태양열과 실외기의 열기를 복합적으로 이용해 압축기로 유입되는 냉매의 온도를 가열하여 압축기로 유입시킴으로써 실외기의 온도를 낮추고, 압축기의 소비전력을 낮출 수 있게 됨과 아울러 기존 실외기의 다양한 크기에 대응하며 설치가 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템의 작동 원리를 나타낸 작동상태도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템의 전체 사시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템에서 집열판을 실외기에서 분리한 상태를 나타낸 분해 사시도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템에서 집열판과 저수조의 연결 상태를 나타낸 부분 단면도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템에서 집열판을 실외기에 설치하는 설치 브라켓의 구조를 상세히 나타낸 사시도
본 발명은 실외기에 설치되어 외부로부터 실외기로 집열되는 태양열을 차단하여 실외기 온도가 높아지는 것을 방지하고, 차단과 동시에 태양열을 흡수하면서 실외기에서 배출되는 열기를 함께 흡수하여 실외기에서 압축기로 유입되는 저온저압의 냉매 온도를 높여줌에 따라 압축기 구동에 소비되는 전력을 감소시켜 에너지를 절감할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템의 작동 원리를 나타낸 작동상태도이다.
도 1을 참조하면, 실외기(100)는 증발기(110)가 구비된 에어컨과 연결되어 증발기에서 열을 흡수한 상태의 냉매는 압축기(120) 측으로 이송되며, 압축기를 통해 압축된 냉매는 응축기(130)로 보내져 응축기(130)에서 열을 방출하고 응축기(130)를 통해 냉각된 냉매는 팽창밸브(140)에 의해 저온 상태로 다시 증발기(110)로 유입된다.
이때, 상기 압축기(120)로 냉매가 유입되기 전 냉매의 온도를 높여주어 압축기(120)의 소비전력을 낮추어주는 열교환부(150)가 구비된다.
상기 열교환부(150)는 실외기(100)에 설치되는 것으로, 실외기(100)의 외측으로 설치되는 집열판(200) 및 저수조(300)와 연결되어 집열판(200)에 의해 가열된 물이 저장되는 저수조 내부에서 냉매를 순환시켜 냉매의 온도를 높일 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템의 전체 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템에서 집열판을 실외기에서 분리한 상태를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명은 에어컨(미도시)과 연결되어 냉매를 냉각시켜 순환시키는 실외기(100), 상기 실외기(100) 외측에 설치되어 외측에서는 태양열을 집열하면서 실외기(100)가 설치된 내측으로는 실외기(100)의 배기팬으로 배출되는 열기를 함께 집열하는 집열판(200), 상기 집열판(200)의 상부에 구비되고 내부에 물이 저장되며, 집열판(200)에서 집열된 열에 의해 내부의 물을 가열하는 저수조(300) 및 상기 집열판(200)과 저수조(300)를 실외기(100)에 설치할 수 있는 설치 브라켓(400)을 포함하여 구성된다.
여기서 상기 집열판(200)은 진공관형 또는 평판형 태양열 집열기가 적용될 수 있으며, 양쪽면에 각각 외부로부터 열을 흡수되도록 통과시키되, 흡수된 열이 방출되지 않도록 보전하는 집열 유리(210)와, 상기 집열 유리(210)의 내측에 구비되어 집열 유리(210)로 투과되는 태양열과 실외기(100)에서 배출되는 열기를 흡수하여 저수조(300) 측으로 전달하는 다수개의 열 전도체(220) 및 상기 열 전도체(220)의 사이에 구비되어 태양열과 실외기(100)의 열풍을 효율적으로 흡수하여 열 전도체(220)로 전달하는 흡수판(230)을 포함하여 구성된다.
이로 인해 집열판(200)에서 집열된 열을 이용하여 저수조(300) 내부의 물을 가열하고 가열된 물을 이용해 냉매를 가열함에 따라 압축기(120)의 구동 전력을 절약할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템에서 집열판과 저수조의 연결 상태를 나타낸 부분 단면도이다.
도 4를 참조하면, 저수조(300)는 실외기(100)에서 냉매가 순환되는 순환관에서 냉매가 압축기(120)로 유입되기 전 구간에서 순환되는 냉매가 저수조(300) 내부로 유입되는 냉매 유입관(310)과, 상기 냉매 유입관(310)을 통해 유입된 냉매가 저수조(300) 내부에서 가열된 물과 접촉되며 가열되도록 저수조 내부에 순환 경로를 제공하는 가열 순환관(320)과, 상기 냉매 유입관(310)을 통해 저수조 내부로 유입된 냉매가 순환되어 다시 저수조(300)의 외부로 배출되는 냉매 배출관(330) 및 상기 집열판(200)의 열 전도체(220)와 연결되어 집열판(200)에서 집열된 열을 이용해 저수조(300) 내부의 물을 가열하는 가열체(340)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 가열 순환관(320)의 구조는 관 형태로 이어지도록 도시하였으나, 가열된 물과 접촉되는 체류 시간을 증가시키기 위해 지그제그 형태나 나선형태 등 다양한 형태로 적용될 수 있다.
이로 인해 태양열과 실외기(100)의 배출 열기를 복합적으로 집열하여 저수조(300) 내부의 물을 가열시켜 가열된 물에 침수되는 가열 순환관(320)으로 냉매를 순환시킴에 따라 압축기로 유입되기 전 냉매의 온도를 높일 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템에서 집열판을 실외기에 설치하는 설치 브라켓의 구조를 상세히 나타낸 사시도이다.
도 5를 참조하면, 설치 브라켓(400)은 집열판(200)의 상부에 구비되어 집열판(200)의 상부를 실외기(100)의 상부에 고정하는 상부 고정부(410)와, 집열판(200)의 하부에 구비되어 집열판(200)의 하부를 실외기(100)의 하부에 고정하는 하부 고정부(420) 및 집열판(200)의 하부에 설치되어 집열판(200)이 실외기(100)에 결합된 상태에서 실외기(100)의 진동에 의해 결합 상태가 불량해지거나 분리되는 것을 방지하는 방진부(430)를 포함하여 구성된다.
여가서, 상기 상부 고정부(410)는, 저수조(300) 측에 구비되어 실외기(100)의 상부에 설치되는 저수조측 브라켓(411)과, 실외기의 상부에서 상기 저수조측 브라켓(411)이 설치된 반대쪽에 마주보게 구비되는 실외기 상부 브라켓(412) 및 상기 저수조측 브라켓(411)과 상실외기 상부 브라켓(412) 사이를 고정하여 실외기(100)의 상부에 집열판(200)과 저수조(300)를 고정하는 상부 고정 볼트(413)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 저수조측 브라켓(411)에는 실외기(100)의 크기에 따라 실외기(100)의 폭 방향으로 위치를 조절할 수 있도록 상부 장공(411a)이 형성되어 상부 장공(411a)을 이용해 실외기(100) 크기에 맞게 실외기 상부 브라켓(412)을 조절하여 위치시킨 상태로 집열판(200)을 설치할 수 있게 된다.
상기 하부 고정부(420)는, 집열판(200)의 하부에 구비되어 실외기(100)에 집열판(200)의 하부를 설치하는 집열판측 브라켓(421)과, 상기 집열판측 브라켓(421)이 구비된 반대편에 집열판측 브라켓(421)과 마주보게 구비되는 실외기 하부 브라켓(422)과, 상기 집열판측 브라켓(421)과 실외기 하부 브라켓(422) 사이를 고정하여 실외기(100)의 하부에 집열판(200)을 고정하는 하부 고정 볼트(423) 및 상기 실외기 하부 브라켓(422)이 실외기(100)에 설치되는 끝부분에 구비되어 집열판(200)의 상부를 실외기(100)에 설치할 때 자력에 의해 하부를 지지할 수 있는 자석 고정부(424)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 집열판측 브라켓(421)에는 설치하고자 하는 실외기(100)의 규격에 따라 실외기(100)의 폭 방향으로 하부 장공(421a)이 형성된다.
그리고 실외기(100)의 상하 높이에 대응할 수 있도록 높이가 조절되는 상하 조절부(421b)가 구비되고, 상기 상하 조절부(421b)에는 상하 방향으로 위치즐 조절할 수 있는 상하 조절 장공(421c)이 형성된다.
상기 상하 조절 장공(421c)에는 상하 고정 볼트(421d)가 구비되어 실외기(100)의 크기에 따라 상하 위치를 조절한 후 상하 고정 볼트(421d)를 이용해 실외기 크기에 맞게 고정 설치할 수 있게 된다.
그리고 상기 자석 고정부(424)에서 실외기(100)와 접촉되는 면에는 완충 패드(424a)가 더 구비된다.
상기 완충 패드(424a)는 실외기(100)와 자석 고정부(424) 사이에서 실외기(100)의 진동을 흡수하여 집열판(200)의 설치상태가 진동에 의해 불량해지는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 집열판(200)이 실외기(100)에 설치됨에 있어서, 태양열을 효율적으로 집열하기 위해서는 태양이 비추는 상부 측으로 경사를 이루도록 설치하는 것이 바람직하다.
집열판(200)을 경사지게 설치함에 있어서 집열판(200) 자체 무게와 물이 저장된 저수조(300)의 무게에 의해 경사면을 유지하기 위해서는 집열판(200)의 하부 측으로 과도한 하중이 집중되고 집중되는 하중을 지지하기 위해 방진부(430)가 설치된다.
이러한 방진부(430)는 집열판(200)이 설치된 상태에서 실외기(100) 구동 시 발생되는 진동에 의해 결합 상태가 불량해지는 것을 방지할 수 있는 것으로, 집열판(200)의 바로 아래쪽에서부터 실외기(100) 측으로 연장되는 방진 지지바(431)와, 상기 방진 지지바(431)가 실외기(100)와 접촉되는 끝부분에 회전 가능하게 구비되는 방진볼(432)을 포함하여 구성된다.
이로 인해 방진 지지바(431)가 실외기(100)를 지지한 상태에서 진동에 의해 발생되는 마찰을 최소화 하면서 집열판(200)을 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
상기와 같이 이루어진 본 발명은, 에어컨 실외기를 구동함에 있어서 압축기로 유입되기 전의 냉매를 태양열과 실외기 배출열을 복합적으로 이용해 가열하여 압축기로 이송함에 따라 압축기의 부하를 감소시켜 압축기의 소비 전력을 감소할 수 있게 됨과 아울러 실외기로 조사되는 태양열을 막아주어 태양열 집열에 의해 실외기 자체의 온도가 높아지는 것을 방지할 수 있게 된다.
100 : 실외기 110 : 증발기
120 : 압축기 130 : 응축기
140 : 팽창밸브 150 : 열교환부
200 : 집열판 210 : 집열 유리
220 : 열 전도체 230 : 흡수판
300 : 저수조 310 : 냉매 유입관
320 : 가열 순환관 330 : 냉매 배출관
340 : 가열체 400 : 설치 브라켓
410 : 상부 고정부 411 : 저수조측 브라켓
411a : 상부 장공 412 : 실외기 상부 브라켓
413 : 상부 고정 볼트 420 : 하부 고정부
421 : 집열판측 브라켓 421a : 하부 장공
421b : 상하 조절부 421c : 상하 조절 장공
421d : 상하 고정 볼트 422 : 실외기 하부 브라켓
423 : 하부 고정 볼트 424 : 자석 고정부
424a : 완충 패드 430 : 방진부
431 : 방진 지지바 432 : 방진볼

Claims (5)

  1. 증발기(110)가 구비된 에어컨과 연결되어 에어컨의 냉방 기능에 필요한 냉매를 냉각 순환시키는 것으로, 압축기(120), 응축기(130) 및 팽창밸브(140)가 구비되되, 냉매가 압축기(120)로 유입되기 전 냉매의 온도를 높일 수 있는 열교환부(150)가 더 구비된 실외기(100);
    실외기(100)의 외측으로 설치되는 것으로, 외부로부터 태양열이 실외기로 집열되는 것을 차단하면서 태양열을 집열하고, 실외기(100) 측에서 실외기(100)의 배기팬으로 배기되는 열기를 복합적으로 집열하는 집열판(200); 및
    냉매를 가열할 수 있는 물을 저장하면서 상기 집열판(200)과 연결되고, 상기 열교환부(150)로부터 배관이 물이 저장된 내측으로 순환되도록 연결되어 집열판(200)으로부터 열기를 전달받아 물을 가열하면서 내측으로 순환되는 냉매를 가열할 수 있는 저수조(300);를 포함함에 있어서,
    상기 집열판(200)에는 집열판(200)을 실외기(100)에 설치할 수 있는 설치 브라켓(400)이 더 구비되고,
    상기 설치 브라켓(400)은, 집열판(200)의 상부에 구비되어 집열판(200)의 상부를 실외기(100)의 상부에 고정하는 상부 고정부(410)와, 집열판(200)의 하부에 구비되어 집열판(200)의 하부를 실외기(100)의 하부에 고정하는 하부 고정부(420) 및 집열판(200)의 하부에 설치되어 집열판(200)이 실외기(100)에 결합된 상태에서 실외기(100)의 진동에 의해 결합 상태가 불량해지거나 분리되는 것을 방지하는 방진부(430)를 포함하되,
    상기 방진부(430)는 집열판(200)이 설치된 상태에서 실외기(100) 구동 시 발생되는 진동에 의해 결합 상태가 불량해지는 것을 방지할 수 있는 것으로, 집열판(200)의 바로 아래쪽에서부터 실외기(100) 측으로 연장되는 방진 지지바(431)와, 상기 방진 지지바(431)가 실외기(100)와 접촉되는 끝부분에 회전 가능하게 구비되는 방진볼(432)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 집열판(200)은, 양면에 설치되어 외부로부터 열기를 집열하고 집열된 열이 방출되지 않고 보전되도록 막아주는 집열 유리(210)와, 상기 집열 유리(210)가 설치된 내부에 구비되어 태양열과 실외기 배기열을 흡수하여 전달하는 다수의 열 전도체(220) 및 상기 열 전도체(220)의 사이에 구비되어 태양열과 실외기 배기열을 흡수하여 상기 열 전도체(220)로 전달하는 흡수판(230)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 저수조(300)는, 실외기(100)로부터 냉매가 유입되는 냉매 유입관(310)과, 유입된 냉매가 저수조(300) 내부에서 가열되어 다시 실외기(100) 측으로 배출되는 냉매 배출관(330) 및 상기 집열판(200)과 연결되어 집열판(200)에서 집열된 열기로 내부에 수용된 물을 가열하는 가열체(340)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열-에어컨 실외기 하이브리드 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100241457B1 (ko) 1997-10-17 2000-03-02 구자홍 히트펌프용 실외기의 증발온도 보상구조
KR20030036584A (ko) * 2003-04-23 2003-05-09 엘지전자 주식회사 공기조화기용 벽 매입형 실외기
JP2009243867A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Hiroya Sekiguchi 空気調和機

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