KR20030062908A - 수소저장합금을 이용한 공기조화기의 댐퍼회동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소저장합금을 이용한 공기조화기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유로절환용 댐퍼에 형상기억합금 재질의 댐퍼회동부재를 설치하여 반응기의 반응열에 의해 댐퍼회동부재를 팽창 및 수축시킴에 따라 유로절환용 댐퍼를 회동시키도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 상기 유로절환용 댐퍼(34)에는 소정 온도 이상에서는 기억된 길이만큼 팽창되고 상기 온도 이하에서는 원래의 길이로 수축되는 형상기억합금 재질의 댐퍼회동부재(51)가 설치되어, 상기 댐퍼회동부재(51)가 반응기의 발열반응시 전달되는 열에 의해 기억된 길이만큼 팽창되고 흡열반응시 전달되는 열에 의해 원래의 길이로 수축됨에 따라 유로절환용 댐퍼(34)를 회동시킴을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 공기조화기의 댐퍼회동장치를 제공한다.

Description

수소저장합금을 이용한 공기조화기의 댐퍼회동장치{apparatus for rotating damper in the air conditioner using hydrogen storage alloy}

본 발명은 수소저장합금을 이용한 공기조화기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유로절환용 댐퍼에 형상기억합금 재질의 댐퍼회동부재를 설치하여 반응기의 반응열에 의해 유로절환용 댐퍼를 회동시키도록 한 공기조화기에 관한 것이다.

최근에는 수소 저장 방법의 대안으로 수소저장합금에 수소를 흡장시킴으로써 상기 수소를 저압상태로 저장하는 방법을 사용하기도 한다.

상기 수소저장합금은 수소와의 친화력이 매우 큰 원소와 친화력이 약한 원소로 구성된 금속 화합물로서, 수소저장합금으로는 Mg-Ni 합금, Mg-Cu 합금, Ti-Ni 합금, R-Co 합금(여기서, R은 히토류 금속을 나타냄) 등을 예시할 수 있다.

이와 같은 수소저장합금에 수소가 흡수될 때에는 발열반응이 일어나는 반면, 상기 수소저장합금으로부터 수소가 방출될 때에는 흡열반응이 일어난다.

이러한 특성을 이용함에 따라, 상기 수소저장합금은 수소를 저장하는 수소저장재료, 공기조화기, 냉온장고 등에 적용될 수 있다.

이하, 종래의 수소저장합금을 이용한 공기조화기에 관해 참조도면 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 수소저장합금을 이용한 공기조화기의 구성을 나타낸 개략 구성도이다.

도 1을 참조하면, 상기 공기조화기는 크게 반응기(10,20), 수소 유로관(31), 압축기(32), 유로안내용 덕트(33), 유로절환용 댐퍼(34) 및 송풍수단(36a,36b)을 포함하여 이루어진다.

상기 반응기(10,20)는 본체 내부에 각각 대향되도록 설치되며, 상기 반응기 내부에는 수소저장합금(11,21)이 충전되어 수소가 수소저장합금(11,21)에 흡장 또는 방출에 의해 흡열반응과 발열반응을 번갈아 수행한다.

상기 반응기(10,20)에는 수소 유로관(31)의 양단부가 연결되며, 상기 수소 유로관(31)에는 압축기(32)가 연결 설치된다.

이에 따라, 상기 압축기(32)는 수소 유로관 및 반응기에 소정의 압력을 형성함에 따라 제1반응기(10)에 위치한 수소를 제2반응기(20)로 혹은 그 반대로 압송시킨다.

그리고, 상기 유로안내용 덕트(33)는 실외 및 실내 공기가 제1,2반응기(10,20)를 통과한 다음에 실외 및 실내로 토출되도록 공기의 유동을 안내한다.

즉, 상기 유로안내용 덕트(33)는 반응기와 대응되는 부분이 개방되도록 형성됨과 아울러 실내측 토출구 및 실외측 토출구가 형성된다.

또한, 상기 유로절환용 댐퍼(34)는 모터(35)의 구동축에 설치되어 상기 모터(35)가 회동됨에 따라 각 반응기를 거친 공기의 유동방향이 실내측 혹은 실외측을 향하도록 공기유로를 선택적으로 절환시킨다.

그리고, 상기 유로안내용 덕트(33)의 실내측 토출구 및 실외측 토출구에는 송풍수단(36a,36b)이 각각 설치되어, 상기 송풍수단(36a,36b)이 회동됨에 따라 각 반응기(10,20)에서 열교환된 공기를 실내측 토출구 또는 실외측 토출구를 통해 실내 및 실외로 각각 배출시킨다.

이상에서와 같이 수소저장합금을 이용한 공기조화기에 있어서, 상기 제1반응기(10)는 수소가 토출됨에 따라 흡열반응을 일으킴과 아울러 제2반응기(20)는 수소가 유입됨에 따라 발열반응을 일으키게 된다.

이때, 상기 유로절환용 댐퍼(34)를 도 1과 같이 회동시킴으로써 흡열반응을 하는 제1반응기(10)를 통과한 냉기를 실내측 토출구를 통해 실내 공간으로 토출시킴과 아울러 발열반응을 하는 제2반응기(20)를 통과한 온기를 실외측 토출구를 통해 실외로 토출시키도록 한다.

물론, 상기 유로절환용 댐퍼(34)를 도 1와 반대되게 회동시킴으로써 냉기를 실외로 토출시킴과 아울러 온기를 실내로 토출시키도록 할 수 있음도 이해 가능하다.

그러나, 최근의 공기조화기의 기술적인 동향으로 볼 때, 공기조화기를 절전형 및 저소음형으로 제조하는 것이 관건이므로 사용자가 원하고 산업전반에 걸쳐 요구되는 절전형 및 저소음형의 공기조화기가 절실히 요구되는 바이다.

본 발명은 유로절환용 댐퍼에 형상기억합금 재질의 댐퍼회동부재를 설치하여 반응기의 반응열에 의해 유로절환용 댐퍼를 회동시키도록 하여 소음 및 소비전력이 적은 공기조화기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래 수소저장합금을 이용한 공기조화기의 구성을 나타낸 개략 구성도.

도 2는 본 발명 수소저장합금을 이용한 공기조화기의 유로절환용 댐퍼회동장치를 나타낸 개략 구성도.

도 3은 도 2의 공기조화기에 있어서 댐퍼회동부재가 팽창 및 수축함에 의해 유로절환용 댐퍼를 도 2와 반대방향으로 회동시킨 상태를 나타낸 동작 상태도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 제1반응기 20 : 제2반응기

11,21 : 수소저장합금 12,22 : 열전도핀

31 : 수소 유로관 32 : 압축기

33 : 유로안내용 덕트 34 : 유로절환용 댐퍼

35 : 모터 36a,36b : 송풍수단

51 : 댐퍼회동부재

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 본체 내부에 각각 대향되도록 설치되며, 그 내부에는 수소저장합금이 충전되어 수소의 흡장 또는 방출에 의해 흡열반응과 발열반응을 번갈아 수행하는 한 쌍의 반응기와; 상기 각 반응기에 연결된 수소 유로관에 연결되어 일측의 반응기에 위치한 수소를 타측의 반응기로 혹은 그 반대로 압송시키는 압축기와; 실외 및 실내 공기가 일측 및 타측 반응기를 통과한 다음에 실외 및 실내로 토출되도록 공기의 유동을 안내하는 유로안내용 덕트와; 상기 각 반응기 사이에 설치되어 각 반응기를 거친 공기의 유동방향이 실내측 혹은 실외측을 향하도록 유로안내용 덕트의 유로를 선택적으로 절환시키는 유로절환용 댐퍼:를 포함하여 이루어진 수소저장합금을 이용한 공기조화기에 있어서, 상기 유로절환용 댐퍼에는 소정 온도 이상에서는 기억된 길이만큼 팽창되고 상기 온도 이하에서는 원래의 길이로 수축되는 형상기억합금 재질의 댐퍼회동부재가 설치되어, 상기 댐퍼회동부재는 반응기의 발열반응시 전달되는 열에 의해 기억된 길이만큼 팽창되고 반응기의 흡열반응시 전달되는 열에 의해 원래의 길이로 수축됨에 따라 유로절환용 댐퍼를 회동시킴을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 공기조화기의 댐퍼회동장치를 제공한다.

이하, 본 발명 수소저장합금을 이용한 공기조화기에 관해 참조도면 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 수소저장합금을 이용한 공기조화기의 유로절환용 댐퍼회동장치를 나타낸 개략 구성도이고, 도 3은 도 2의 공기조화기에 있어서 댐퍼회동부재가 팽창 및 수축함에 의해 유로절환용 댐퍼를 도 2와 반대방향으로 회동시킨 상태를 나타낸 동작 상태도이다.

상기 공기조화기가 반응기(10,20), 수소 유로관(31), 압축기(32), 유로안내용 덕트(33), 유로절환용 댐퍼(34) 및 송풍수단(36a,36b)을 포함하여 이루어짐은 종래와 동일하므로 이러한 구조에 대한 설명은 생략하기로 한다. 따라서, 이하에서는 본 발명의 특징적인 부분에 관해 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 상기 유로절환용 댐퍼(34)에는 소정 온도 이상에서는 기억된 길이만큼 팽창되고 상기 온도 이하에서는 원래의 길이로 수축되는 형상기억합금 재질(shape memory alloy)의 댐퍼회동부재(51)가 설치된다. 이에 따라, 상기 댐퍼회동부재(51)는 반응기의 발열반응시 전달되는 열에 의해 기억된 길이만큼 팽창되고 흡열반응시 전달되는 열에 의해 원래의 길이로 수축됨에 따라 유로절환용 댐퍼(34)를 회동시키도록 한다.

보다 상세하게는, 상기 댐퍼회동부재(51)는 그 중심부가 유로절환용 댐퍼(34)의 회전중심을 기준으로 유로절환용 댐퍼(34)의 일측 변부에 설치되고 그 양단부가 반응기 근처에 각각 고정된다. 이때, 상기 댐퍼회동부재(51)는 코일 스프링 형상으로 형성된다.

이러한 형상기억합금으로는 니켈ㆍ티탄(Ni-Ti) 합금 또는 구리ㆍ알루미늄ㆍ아연(Cu-Al-Zn) 합금 등을 예시할 수 있는데, 이러한 형상기억합금에 관해 니켈ㆍ티탄 합금을 일예로 하여 설명하면 다음과 같다.

상기 니켈ㆍ티탄 합금을 일정한 형상으로 만든 다음에 이를 팽창하여 고정한 다음에 약 400-500℃의 온도에 30분 가량 두면 상기 합금은 그 모양을 기억한다. 일단 형상을 기억한 니켈ㆍ티탄 합금은 몇 번 변형되더라도 일정한 온도 이상으로 가열하기만 하면 기억된 형상으로 되돌아가는데, 이 온도를 형상회복온도라 부른다.

따라서, 상기 댐퍼회동부재(51)는 발열반응하는 반응기에 열접촉한 공기기가 유동절환용 댐퍼 측으로 유동될 때의 온도범위에서 형상회복온도를 갖도록 제조하는 것이 바람직하다.

이는 제1반응기에서 제2반응기로 혹은 그 반대로 수소가 유입될 때에 발생되는 반응열이 댐퍼회동부재에 전달되고 얼마 지나지 않아 댐퍼회동부재가 팽창 및 수축되도록 하기 위함이다.

이와 같은 구조를 갖는 공기조화기에 관해 그 작용을 설명하면 다음과 같다.

상기 압축기(32)를 가동하여 제1반응기(10)에서 제2반응기(20)로 수소를 압송하게 되면, 제1반응기(10)에서는 흡열반응이 일어남과 아울러 제2반응기(20)에서는 발열반응이 일어난다.

이때, 상기 댐퍼회동부재(51)는 도 2의 좌측에 위치한 일측부(51b)가 제1반응기(10)를 통과한 냉기에 노출되며, 도 2의 우측에 위치한 타측부(51a)가 제2반응기(20)를 통과한 온기에 노출된다.

이러한 온기에 의해 댐퍼회동부재(51)의 타측부(51a)는 형상회복온도에 가열되어 팽창되고 아울러 일측부(51b)는 형상회복온도 이하에 냉각되어 수축하게 된다. 이처럼 상기 댐퍼회동부재(51)가 일측부(51b) 및 타측부(51a)가 팽창 및 수축됨에 의해 상기 유로절환용 댐퍼(34)는 도2와 같이 회동된다.

따라서, 송풍수단(36a,36b)의 흡인력에 의해 온기는 실외측 토출구를 통해 실외로 토출됨과 아울러 냉기는 실내측 토출구를 통해 실내 공간으로 토출되게 함으로써 상기 공기조화기가 난방운전되도록 한다.

다음으로, 상기 제2반응기(20)에 수소의 공급이 완료된 후에 소정의 시간이 경과되면, 발열반응을 하던 제2반응기(20)는 점점 식게되고 흡열반응을 하던 제1반응기(10)는 점점 온도가 상승된다.

이때, 제어부는 압축기(32)를 가동하여 제2반응기(20)의 수소를 제1반응기(10)에 압송하도록 함으로써, 제2반응기(20)는 흡열반응을 일으키고 제1반응기(10)는 발열반응을 일으키게 된다.

이때에, 상기 댐퍼회동부재(51)의 타측부(51a)는 냉기에 노출되며 일측부(51b)는 온기에 노출되므로, 도 3과 같이 상기 일측부(51b)는 형상회복온도 이상으로 되어 팽창됨과 아울러 타측부(51a)는 형상회복온도 이하로 되어 수축됨에 따라 상기 유로절환용 댐퍼(34)는 회동된다.

이와 같이, 상기 유로절환용 댐퍼(34)에 모터(35) 대신 형상기억합금 재질의 댐퍼회동부재(51)를 설치함으로써 종래와 같이 유로절환용 댐퍼(34)를 회동시키기 위해 모터(35)를 별도로 설치할 필요는 없게 된다.

이에 따라, 상기 유로절환용 댐퍼를 회동시키는 데에 드는 소비전력을 감소시킴과 아울러 모터 가동시 발생되는 소음을 감소시킬 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 유로절환용 댐퍼를 회동시키기 위해 모터 대신 형상기억합금 재질의 댐퍼회동부재를 적용함으로써 공기조화기의 제조단가를 감소시키도록 하였다.

또한, 상기 모터 가동시 사용되는 소비전력을 감소시킴과 아울러 모터 가동에 의한 소음이 발생되는 원인을 원천적으로 제거하도록 하였다.

Claims (3)

1. 본체 내부에 각각 대향되도록 설치되며, 그 내부에는 수소저장합금이 충전되어 수소의 흡장 또는 방출에 의해 흡열반응과 발열반응을 번갈아 수행하는 한 쌍의 반응기와; 상기 각 반응기에 연결된 수소 유로관에 연결되어 일측의 반응기에 위치한 수소를 타측의 반응기로 혹은 그 반대로 압송시키는 압축기와; 실외 및 실내 공기가 일측 및 타측 반응기를 통과한 다음에 실외 및 실내로 토출되도록 공기의 유동을 안내하는 유로안내용 덕트와; 상기 각 반응기 사이에 설치되어 각 반응기를 거친 공기의 유동방향이 실내측 혹은 실외측을 향하도록 유로안내용 덕트의 유로를 선택적으로 절환시키는 유로절환용 댐퍼:를 포함하여 이루어진 수소저장합금을 이용한 공기조화기에 있어서,

   상기 유로절환용 댐퍼에는 소정 온도 이상에서는 기억된 길이만큼 팽창되고 상기 온도 이하에서는 원래의 길이로 수축되는 형상기억합금 재질의 댐퍼회동부재가 설치되어, 상기 댐퍼회동부재는 반응기의 발열반응시 전달되는 열에 의해 기억된 길이만큼 팽창되고 반응기의 흡열반응시 전달되는 열에 의해 원래의 길이로 수축됨에 따라 유로절환용 댐퍼를 회동시킴을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 공기조화기의 댐퍼회동장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 댐퍼회동부재는 그 중심부가 유로절환용 댐퍼의 회전중심을 기준으로유로절환용 댐퍼의 일측 변부에 설치되고 그 양단부가 반응기 근처에 각각 고정됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 공기조화기의 댐퍼회동장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 댐퍼회동부재는 코일 스프링 형상으로 형성됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 공기조화기의 댐퍼회동장치.