KR200267511Y1 - 수냉식 응축기가 일체형으로 통합된 실내용 에어콘 - Google Patents

Abstract

본 고안에 의한 실내용 에어콘은 종래 가정용 에어컨의 응축기가 실외기로서 분리되어 있던 것을 에어콘 본체와 일체화시키고 수도물 등을 이용해서 냉매를 효과적으로 냉각한다. 콤프레셔에서 고압으로 압축된 냉매는 가정의 일반 수도관과 연결된 냉각수관 안의 냉각수에 의해서 급속 냉각되며, 냉각용수의 소비를 최소화하기 위해 냉각수관의 말단에 설치된 서모스탯(thermostat)의 작용에 의해서 냉각수의 수온이 소정온도를 초과하여야 에어콘 외부로 냉각수가 배출되도록 한다. 또한, 배출되어진 고온의 물은 가정 또는 사업소에서 필요한 여러 용도에 맞게 재활용할 수 있다.

본 고안의 에어콘의 냉각수관내에는 콤프레셔와 연결된 냉매관이 이중관 방식으로 설치되는데, 냉매관 내의 냉매가 이동하는 방향과 냉매관을 둘러싼 냉각수관내의 냉각수가 이동하는 방향은 서로 반대가 되도록 함으로써 냉각수와 냉매간의 열교환율을 극대화시켜 냉각효율을 향상시키는 장점이 있다.

Description

수냉식 응축기가 일체형으로 통합된 실내용 에어콘{Indoor Air Conditioner Having Water-Cooling Condenser}

본 고안은 실내용 에어콘에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수냉식 응축기가 에어콘 본체와 일체형으로 통합된 실내용 에어콘에 관한 것이다.

종래의 가정용 및 업소용 에어콘은 실내기와 실외기가 분리되어, 실내기는 증발기와 송풍장치가 구비된 에어콘 본체로 구성되고, 실외기는 콤프레셔와 응축기 및 냉각팬으로 구성된다. 종래의 실외기는 냉각팬으로 공기의 흐름을 일으켜 냉매를 냉각하는 방식을 이용하는데, 이러한 냉각팬을 이용한 방식은 에어콘 본체와 연결된 냉매순환장치와 대용량의 콤프레셔가 필요하여 응축기의 부피를 크게 만드는 요인이 되었다. 또한 에어컨의 생산비를 상승시키고 실외기를 외부에 설치함으로 인해 직간접적으로 행인들에게 피해를 입히는 단점이 있었다.

그리고, 전기를 이용해 모든 과정을 처리하므로 한낮에 전력소비를 가중시키게 되어 전력공급회사의 입장에서는 초과전력요구량 만큼의 별도의 전력공급원을 더 만들어야만 하는 문제점이 발생하였다.

냉각팬을 이용한 공랭식 응축기는 냉각효율이 떨어지는 단점이 있어 수냉식 응축기를 채용한 에어콘이 사용되게 되었다. 수냉식은 물을 이용해 응축기의 냉매를 냉각하는 것이며, 실내의 에어콘 본체에서 응축기의 냉각에 사용된 고온의 물을 건물 옥상에 설치된 냉각탑으로 순환시켜 공기로써 식히는 방식을 사용하였다.

그러나, 이러한 방식은 냉각수를 순환시켜 반복 사용함에 따른 냉각탑 설치 등 부대 설비가 커져서 장소가 많이 필요하게 된다는 단점이 있었다.

본 고안에서는 종래에 실외에 설치된 응축기를 실내의 에어콘 본체와 일체화하여 전체 설비를 컴팩트하게 하고 응축기의 냉매를 수돗물이나 지하수를 이용하여 냉각함으로써 냉각효율을 향상시켜 종래의 공랭식보다 전력 소비를 줄일 수 있는 실내용 에어콘을 제공하고자 한다.

또한, 냉각용수의 사용량을 최소화하기 위하여 에어콘의 냉각수의 온도가 일정온도 이상으로 높아져야만 외부로 배출되도록 하고, 배출된 고온의 냉각수는 가정의 온수탱크나 온수관등에 연결하여 재활용되도록 한다.

도 1은 본 고안에 따른 실내용 에어콘의 외형도이다.

도 2는 본 고안에 따른 실내용 에어콘의 제1의 실시예를 나타낸 단면도이다.

도 3은 도2의 냉각수관과 냉매관으로 구성된 이중관의 단면도이다.

도 4는 본 고안의 제2의 실시예의 냉각수관과 냉매관의 단면도이다.

도 5는 본 고안에 따른 실내용 에어콘의 제3의 실시예를 나타낸 단면도이다.

〈도면중 주요 부분에 대한 부호설명〉

1: 에어콘 본체 2: 콤프레셔

3: 서모스탯 4: 열교환기

5: 송풍구 8: 모세관

11: 콘트롤 스위치 14: 결로수 받침대

15: 증발접시 16: 연결관

17: 결로수 배수관 41: 냉매관

42: 냉각수관 43: 조절밸브

45: 차단벽 46: 분리벽

본 고안에 의한 수냉식 응축기가 일체형으로 통합된 실내용 에어콘은

콤프레셔(2); 상기 콤프레셔(2)에 의해서 압축된 냉매가 흐르는 냉매관(41); 내부에 상기 냉매관을 인입하여 냉매의 진행방향과 반대방향으로 냉각수를 흐르도록 함으로써 냉매를 냉각시키는 냉각수관(42); 상기 냉각수관(42)으로부터 분기되어 나온 냉매관(41)과 연결되어 고압의 냉매를 저압의 냉매로 전환시키는 모세관(8); 모세관(8)과 연결되어 저압저온의 냉매를 넓은 관을 흐르도록 하여 공기중에서 증발시킴으로써 주위의 잠열을 흡수하도록 하는 증발기(7); 상기 증발기(7)의 주위의 차가워진 공기를 빨아들여 외부로 배출하는 송풍팬(6); 상기 증발기(7)에서 응결되어 낙하하는 결로수를 받는 결로수 받침대(14); 상기 콤프레셔의 상부에 설치되어 콤프레셔의 열에 의해서 수분을 증발시키는 증발접시(15); 및 상기 냉각수관(42) 내의 냉각수의 온도를 감지하여 일정온도 이상이 되면 밸브가 열림으로써 냉각수가 외부로 배출되도록 하는 서모스탯(3)을 구비한 것을 특징으로 한다.

상술한 본 고안의 구성을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1은 본 고안에 따른 일체형 실내용 에어콘의 외형도이다. 도1에서 도면부호 1은 에어콘 본체이고, 4는 응축기이며, 5는 송풍구, 11은 콘트롤 스위치이다.

도 2는 본 고안에 의한 실내용 에어콘의 개략적인 구조를 보인 단면도이다.

에어콘 본체(1)는 크게 상부의 송풍구(5)와 그 아래의 증발기(7) 및 송풍팬(6)과 하부의 콤프레셔(2) 및 응축기(4)로 구성된다.

콤프레셔(2)는 증발기(7)에서 유입된 냉매가스를 고압, 고온으로 압축하여 냉매관(41)으로 배출하며, 배출된 냉매는 냉각수관(42)안에 인입된 냉매관(41)을 따라서 흘러 저온으로 냉각된 뒤에 냉각수관으로부터 분기되어 모세관(8)을 통과함으로써 저압, 저온의 액체냉매로 상변화한다. 모세관(8)을 거친 액체냉매는 증발관으로 이동하는데, 모세관에서 증발관으로 변환될 때 팽창변을 거치면서 압력이 낮아지고 냉매가 갑자기 팽창하게 되어 주변의 잠열을 흡수하여 냉매 가스로 변환한다. 이때, 증발기 주변의 차가운 공기는 송풍팬(6)의 회전에 의하여 송풍구(5)로 배출된다.

냉각수관(42)은 일반 수도관 또는 지하수관과 연결될 수 있다. 조절밸브(43)를 통과하여 냉각수관(42)으로 유입된 수도물, 지하수는 수온이 10℃ 내지 25℃ 사이이므로 콤프레셔(2) 로부터 배출되는 대략 90℃ 내지 93℃ 정도의 냉매를 효과적으로 냉각시킬 수 있게 된다. 여름철에 에어콘을 가동할 필요가 있는 때의 실외온도가 25, 26℃를 초과하는 것을 고려하면, 공기에 의한 냉각보다 물에 의하여 냉각하는 방식이 더욱 효과적이라고 할 수 있다.

냉각수로서 사용되는 물의 소비를 최소화하기 위해서 냉각수관(42)의 끝에 서모스탯(thermostat, 3)을 설치하여 냉각수의 수온이 일정온도 이상이 되었을 때에만 밸브가 열려서 응축기(4)의 냉각수가 외부로 배출될 수 있도록 한다. 외부로 배출되는 냉각수의 양만큼 차가운 새로운 수도물이 냉각수관 안으로 들어와서 냉매를 냉각하게 된다.

서모스탯(3)은 실린더에 봉입된 유체의 온도변화에 의한 팽창을 이용해서 밸브가 기계적으로 열리고 닫힐 수 있도록 한 장치이다. 기계적으로 작동하는 서모스탯 대신 전자적으로 온도변화를 감지하는 자동온도제어장치와 자동제어밸브를 결합한 전자식 밸브를 설치하는 것도 가능하다.

배출되는 고온의 냉각수는 가정, 업소에서 온수로서 사용하거나 또는 별도의 저장조에 모아두었다가 식혀서 필요한 용도에 사용할 수 있으므로, 냉매의 냉각수로서 사용된 물은 그냥 버리는 것이 아니라 다시 재활용할 수 있다.

증발기(7)는 저온의 액체냉매가 주위의 더운 공기와 만나서 기화하므로 증발기의 표면에 이슬이 맺히는 결로현상이 발생할 수 있다. 결로현상으로 발생한 수분은 증발기(7)의 하부에 고정된 결로수 받침대(14)에 의해서 모아져서 연결관(16)을 따라 증발접시(15)로 흐른다. 증발접시(15)는 콤프레셔(2)위에 설치되므로 콤프레셔(2)에서 발생하는 열에 의해 자연적으로 수분이 증발하는 효과를 거둘 수 있으며, 결로되는 수분의 양이 많을 때에는 결로수 배수관(17)을 통해서 외부로 배출된다.

본 고안의 제1의 실시예로서는 냉각수관(42)내에 냉매관(41)이 설치된 이중관 방식의 열교환기가 응축기로서 사용된다.

냉각수관(42)을 통해서 흐르는 냉각수는 아래에서 위쪽으로 이동하고, 콤프레셔(2)에서 배출되는 냉매는 위에서 아래방향으로 이동하는데, 이는 차가운 것은 밑으로 가고 뜨거운 것은 위로 가는 자연현상을 최대로 이용하여 냉각효율을 향상시키기 위한 것이다. 즉, 콤프레셔(2)로부터 배출된 뜨거운 냉매는 냉각수관(42)안의 냉각수의 흐름과 반대로 밑으로 내려가면서 점점 차가와지게 되고, 조절밸브(43)을 통해서 냉각수관(42)안으로 유입된 냉각수는 위로 갈수록 점점 뜨거운 냉매를 만나 수온이 올라가게 되는 역교류현상을 이용한 것이다.

도3은 도2의 에어콘에서 사용된 응축기의 냉각수관과 냉매관의 단면을 도시한 것이다. 큰 직경의 냉각수관(42)안에 작은 직경의 냉매관(41)이 통과하는 것을 알 수 있다. 냉매관(41)의 전 표면이 냉각수와 접촉하므로 빠른 열교환을 달성할 수 있게 되어 냉각효율이 향상된다.

도4는 본 고안의 제2의 실시예로서 하나의 냉각수관내에 수개의 냉매관이 설치된 것을 도시한 단면도이다. 냉각수관 안에 하나의 냉매관만을 설치할 경우에는 냉매의 이동속도가 급격하게 빨라지면 냉매와 냉각수간의 열교환율이 저하될 수 있으므로, 냉매관을 가늘게 다수개의 관으로 나누어 냉매를 전송하게 함으로써 냉매관의 전체 표면적을 확대하여 빠른 열교환을 유도하도록 한 것이다.

도5는 본 고안에 의한 제3의 실시예로서의 실내용 에어콘의 단면도를 도시한 것이다. 냉각수관(42)이 파이프로 제작된 것이 아니라, 차단벽(45)으로 둘러싸인 공간내에 다수개의 분리벽(46)을 지그재그 형(型)으로 설치하여 냉각수의 통로를 'ㄹ'자 형으로 만들고, 상기 냉각수 통로내에 냉매관(41)이 거슬러 지나가도록 한 것이다.

분리벽(46)을 이용하여 다수개의 냉각실(A)(B)(C)(D)(E)를 형성하였으며, 각 냉각실간(A)(B)(C)(D)(E)의 온도차를 이용하여 더욱 손쉽게 냉매를 냉각시킬 수 있다.

즉, 분리벽(46)에 의해 A냉각실, B냉각실, C냉각실, D냉각실, E냉각실로 구분 형성되고, 각 냉각실(A)(B)(C)(D)(E)은 냉각수가 흐를 수 있는 공간을 가지고 있어 냉각수가 흐르면서 냉매를 냉각시키게 된다.

이때, 상기 냉각실(A)(B)(C)(D)(E)의 냉각수 온도는 콤프레셔(2)에서 압축된 냉매가 가장 먼저 냉각되는 A냉각실이 가장 높고, 그 다음으로 B냉각실, C냉각실 순으로 갈수록 온도가 낮게 되며, 콤프레셔(2)에서 나온 뜨거운 냉매는 A냉각실과 B냉각실 등을 순차적으로 지나며 온도가 떨어져 냉각되게 된다.

그리고, 냉각수는 서모스탯(3)에 의해 일정온도 이상이 되면 외부로 배출하며 새로운 냉각수를 유입하게 된다.

한편, 상기 냉각실(A)(B)(C)(D)(E)는 도면에서와 같이 5곳으로 형성해야 하는 것이 아니라 열 교환율에 맞추어 그 이하 또는 그 이상으로 형성하여도 본 고안의 범위에 속함은 자명하다.

본 고안에 따른 실내용 에어컨에 의하면 콤프레셔에서 나온 뜨거운 냉매가 통과하는 냉매관과 냉각수가 지나가는 냉각수관을 이중관 방식으로 구성하여 냉매를 물에 의해서 효과적으로 냉각시키며, 서모스탯에 의해 외부로 배출된 물은 집안의 물 사용기기(취사용, 청소용, 목욕탕, 변기 등....)에 재사용될 수 있다.

냉각수관 안에 여러 개의 가는 냉매관을 통과시키는 냉각구조는 냉각수와 냉매와의 접촉면을 많게 함으로써 이중관 방식의 열전도율을 보다 극대화시킬 수 있으며, 분리벽을 이용해 냉각수관을 여러 개의 분리된 공간으로 나누어서 냉매관을 통과시키는 방식도 우수한 냉각효과를 거둘 수 있다.

Claims (3)

1. 콤프레셔(2);

   상기 콤프레셔(2)에 의해서 압축된 냉매가 흐르는 냉매관(41);

   내부에 상기 냉매관을 인입하여 냉매의 진행방향과 반대방향으로 냉각수를 흐르도록 함으로써 냉매를 냉각시키는 냉각수관(42);

   상기 냉각수관(42)으로부터 분기되어 나온 냉매관(41)과 연결되어 고압의 냉매를 저압의 냉매로 전환시키는 모세관(8);

   모세관(8)과 연결되어 저압저온의 냉매를 넓은 관을 흐르도록 하여 공기중에서 증발시킴으로써 주위의 잠열을 흡수하도록 하는 증발기(7);

   상기 증발기(7)의 주위의 차가워진 공기를 빨아들여 외부로 배출하는 송풍팬(6);

   상기 증발기(7)에서 응결되어 낙하하는 결로수를 받는 결로수 받침대(14);

   상기 콤프레셔의 상부에 설치되어 콤프레셔의 열에 의해서 수분을 증발시키는 증발접시(15); 및

   상기 냉각수관(42) 내의 냉각수의 온도를 감지하여 일정온도 이상이 되면 밸브가 열림으로써 냉각수가 외부로 배출되도록 하는 서모스탯(3)을 구비한 것을 특징으로 하는 수냉식 응축기가 일체형으로 통합된 실내용 에어콘.
2. 제1항에 있어서, 상기 냉각수관(42)내에 2개 이상의 냉매관(41)이 병렬로 설치된 것을 특징으로 하는 수냉식 응축기가 일체형으로 통합된 실내용 에어콘.
3. 제1항에 있어서, 상기 냉각수관(42)은 차단벽(45)으로 폐쇄된 공간내에 다수의 분리벽(46)이 서로 엇갈리게 상기 차단벽(45)에 부착됨으로써 이루어진 "ㄹ"자 형(型)의 냉각수 통로로 된 것을 특징으로 하는 수냉식 응축기가 일체형으로 통합된 실내용 에어콘.