KR20030072962A - 천장형 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토출구에서의 유동 불안정으로 인한 유동저항 및 소음발생을 억제할 수 있는 공기조화기에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 천장내부에 설치되며, 실내와 연통되도록 저면에 형성되는 흡입구 및 토출구를 갖는 케이스; 상기 케이스내부에 상기 토출구와 인접하게 설치되고 토출되는 공기를 위한 유로를 형성하는 리어 가이드 및 스태빌라이저를 포함하여 실내공기를 흡입 및 토출하는 송풍팬; 상기 케이스내부에 상기 흡입구와 인접하게 설치되어 흡입된 실내공기를 냉각시키는 열교환기; 그리고 상기 열교환기 하단에 설치되며 열교환중 생성된 응축수를 집수하는 드레인 팬을 포함하는 천장형 공기조화기에 있어서, 안정화되도록 토출되는 공기유동을 분할하여 안정화시키기 위하여 토출 가이드가 상기 리어 가이드 및 스태빌라이저 사이를 가로질러 설치되는 것을 특징으로 하는 천장형 공기조화기를 제공한다.

Description

천장형 공기조화기{CEILING-INSTALLED AIR CONDITIONER}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실내기가 천장에 설치되는 형태의 공기 조화기에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 실내의 쾌적한 환경을 조성하기 위해 실내공기를 냉방시키거나 또는 정화시켜 순환시키는 공기조절장치의 일종이다. 이러한 공기조화기는 냉동사이클(cooling cycle)을 구성하는 부품이 하나의 유니트(unit)에 구비되는 일체형과 2개의 유니트에 분리되어 구비되는 분리형으로 나눌 수 있다. 다른 한편으로 상기 공기조화기는 제품 형태에 따라 실내기를 벽에 거는 벽걸이형과 실내기를 바닥면에 설치하는 상치형과 실내기를 천장에 매달거나 천장 내부에 설치하는 천장형으로도 분류될 수 있다.

이 중에서도 천장 카세트형 공기조화기는 천장 내부에 설치되어 실내공기를 흡입 및 냉각 시켜 다시 실내에 공급하는 천장형 공기조화기의 일종이다. 상기 천장 카세트형 공기조화기는 앞서 언급된 분리형, 즉 압축기와 응축기 등을 내장하여 냉매를 압축 및 액화시키는 실외기(outdoor unit)와, 증발기 등을 내장하여 냉매를 증발시킴으로써 실내공기를 냉각시키는 실내기(indoor unit)로 이루어지는 것이 일반적이다.

한편, 최근 들어 사용자들의 요구를 반영하여 사용목적에 맞는 다양한 구조를 갖는 천장형 공기조화기가 개발되고 있다. 또한 동시에 성능향상 및 생산비용 절감을 위한 상기 천장형 공기조화기의 구조 개선도 지속적으로 이루어지고 있으며 이러한 개발 경향은 관련 기술의 발달로 인해 더욱 증가되는 추세이다.

본 발명은 이러한 경향을 따라 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 사용목적에 맞는 새로운 구조의 천장형 공기 조화기를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 성능이 향상되거나 생산비용이 절감될 수 있는 천장형 공기조화기를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 천장형 공기조화기의 실내기를 나타내는 측단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 천장형 공기조화기 실내기를 나타내는 저면 단면도이다.

도 3a는 일반적인 토출구 부근의 공기유동 압력분포를 나타내는 도면이다.

도 3b는 본 발명의 토출 가이드가 설치되는 경우 토출가이드 토출구 부근의 공기유동 압력분포를 나타내는 도면이다.

도 4는 토출가이드 길이 및 송풍팬과의 간격에 대한 소음 크기 및 산포를 각각 비교하여 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

10 : 케이스11 : 흡입구

12 : 토출구20 : 송풍팬

21 : 단위팬21a : 경계판

21b : 블레이드22 : 리어 가이드

23 : 스태빌라이저24 : 모터

25 : 토출 가이드30 : 열교환기

40 : 드레인 팬

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 천장내부에 설치되며, 실내와 연통되도록 저면에 형성되는 흡입구 및 토출구를 갖는 케이스; 상기 케이스내부에 상기 토출구와 인접하게 설치되고 토출되는 공기를 위한 유로를 형성하는 리어 가이드 및 스태빌라이저를 포함하여 실내공기를 흡입 및 토출하는 송풍팬; 상기 케이스내부에 상기 흡입구와 인접하게 설치되어 흡입된 실내공기를 냉각시키는 열교환기; 그리고 상기 열교환기 하단에 설치되며 열교환중 생성된 응축수를 집수하는 드레인 팬을 포함하는 천장형 공기조화기에 있어서, 안정화되도록 토출되는 공기유동을 분할하여 안정화시키기 위하여 토출 가이드가 상기 리어 가이드 및 스태빌라이저 사이를 가로질러 설치되는 것을 특징으로 하는 천장형 공기조화기를 제공한다.

여기서 실제적으로 상기 토출 가이드는 상기 송풍팬과 소정간격을 가지며 상기 리어 가이드 및 스태빌라이저사이의 토출영역의 시작점으로부터 하방향으로 소정길이로 연장되는 판형부재가 된다.

그리고 상기 토출 가이드는 상기 토출구의 양측벽에 인접한 송풍팬의 단위팬의 경계와 일렬로 각각 설치되며 바람직하게는 상기 설치된 토출 가이드들과 상기 토출구의 양측벽 사이에 토출 가이드가 추가로 설치된다.

한편, 상기 토출 가이드의 송풍기에 대한 간격은 15mm 이상 상기 토출 가이드의 연장길이는 90mm 이상인 것이 바람직하며, 또한 상기 토출 가이드의 송풍기에 대한 간격이 16mm 이상 상기 토출 가이드의 연장길이가 95mm 이상인 것이 더욱 바람직하다.

이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.

본 발명에 있어서, 상기 천장형 공기조화기의 실외기는 분리형 공기조화기의 일반적인 실외기와 동일한 구조를 가지므로 상세한 설명을 생략하며, 이하 상기 천장형 공기조화기의 실내기 구조를 첨부된 도면을 참조하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 천장형 공기조화기의 실내기를 나타내는 측단면도이며, 도 2는 본 발명에 따른 천장형 공기조화기의 실내기를 나타내는 저면 단면도이다.

상기 천장형 공기조화기의 실내기는 전체적으로 천장 내부에 설치되는 케이스(10), 상기 케이스(10)의 내부 일측에 설치되며 실내공기를 강제 흡입 및 토출하는 송풍팬(20) 그리고 상기 케이스(10)의 내부 타측에 설치되며 상기 송풍팬(20)에 의해 흡입된 실내공기를 냉각시키는 열교환기(30)로 이루어진다. 또한, 상기 천장형 공기조화기의 실내기는 상기 열교환기(30)의 하단에는 설치되며 열교환 과정 중에 생성된 응축수를 집수하기 위해 상면이 개방된 박스형태를 갖는 드레인 팬(drain pan)(40)을 포함한다.

먼저 상기 케이스(10)는 상자형태(즉, 카세트 형태(cassette))를 가지며, 기본적으로 내부의 송풍팬(20)나 열교환기(30)와 같은 구성부들을 보호한다. 그리고 상기 케이스는 이의 저면에 형성되며 실내와 각각 연통되는 흡입구(11) 및 토출구(12)를 포함한다. 보다 상세하게는, 상기 흡입구(11)는 열교환기(30)와 인접하며, 상기 토출구(12)는 송풍팬(20)과 인접한다. 또한, 상기 케이스(10)의 외부에는 제어장치부(도시안됨)가 부착되며, 그 내부에는 외부 입력에 따라 상기 송풍기(20) 및 열교환기(30)등의 작동을 제어하는 제어기 및 관련부품들이 위치된다.

상기 송풍팬(20)은 본 발명에 있어서 횡류팬(cross-flow fan)이 되며, 상기 횡류팬은 축방향으로의 흡입흐름이 없는 대신 팬의 축에 수직한 평면 내에서 공기를 흡입 및 토출시킨다. 이러한 특성을 갖는 횡류팬은 일반적으로 고정압 대풍량을 생산할 수 있으며 축방향으로 고른 흐름이 발생되기 때문에 공기조화기, 특히 본 발명과 같은 천장형 공기조화기에 유리하다.

보다 상세하게는, 상기 횡류형 송풍팬(20)은, 상기 송풍팬(20)의 상세한 도시를 위해 열교환기(20)등의 일부 구성요소가 생략된 도 2에 도시된 바와 같이, 전체적으로 회전가능하도록 구동축에 의해 일측에 설치된 모터(24)에 직결된다. 또한 상기 송풍팬(20)은 환형의 경계판(21a)을 개재하여 직렬로 연결된 다수개의 단위팬(21)으로 구성된다. 그리고 각각의 단위팬(21)은 한쌍의 경계판(21a)과 상기 경계판들(21a)사이에서 이의 원주방향으로 배열되는 다수개의 블레이드(21b)를 포함한다. 또한 상기 송풍팬(20)은 횡류팬의 특성상 토출되는 공기를 안내하는 구조인 리어 가이드(rear guide)(22) 및 스태빌라이저(stabilizer)(23)를 포함한다. 여기서 상기 리어 가이드(22)는 상기 송풍팬(20)의 외각 후방에 설치되는 판형 부재이며, 토출되는 공기를 토출구(12)까지 안내하도록 소정 곡률에 따라 만곡되어 상기 토출구(12)까지 연장된다. 또한 상기 스태빌라이저(23)는 상기 송풍팬(20)의 외각 하부에 축방향을 따라 설치되는 판형 부재이다. 그리고 상기 스태빌라이저(23)는 상기 송풍팬(20)의 내부 및 주변영역에 발생하는 와류를 안정화시키고 상기 리어 가이드(22)와 함께 토출되는 공기를 위해 상기 토출구(12)까지 연장되는 유로를 형성한다.

상기 열교환기(30)는 실외기에 구비된 압축기 및 응축기와 냉매관으로 연결되어 냉동사이클을 구성하는 증발기로서, 냉매관을 지나는 저온저압의 액냉매가 열교환 핀 사이를 지나는 실내공기의 열을 빼앗아 기화하면서 실내공기를 냉각시키게 된다. 또한 상기 열교환기(30)는 바람직하게는 전열면적을 증가시키기 위하여 본 발명에 있어서 도 1에 도시된 바와 같이 상기 흡입구(11)측으로 경사지게 설치된다. 여기서 상기 열교환기(30)가 지나치게 경사지는 경우, 응축수가 자중에 의해상기 열교환기(30)로부터 상기 드레인 팬(40) 외부로 낙하될 수 있다. 따라서 수평면에 대한 상기 열교환기(30)의 경사각도(θ)는 열교환기(30)에서의 응축수 유동성을 고려하여 약 50°-60°로 설정되는 것이 바람직하다.

끝으로, 상기 드레인 팬(40)은 작동중 계속적으로 발생되는 응축수를 배출하기 위하여 일측에 연결되어 외부와 연통되는 배수관(도시안됨)을 포함한다. 또한, 상기 배수관에는 도시되진 않았으나 드레인 팬(40)내부의 응축수를 외부로 강제 배출하는 배수펌프가 연결된다.

한편, 상기 흡입구(11)에는 공기중의 이물질의 유입을 방지하기 위하여 필터가 설치되는 것이 일반적이며, 공기 조화기를 장기간 사용함에 따라 상기 흡입구 필터에 부착되는 여러 가지 이물질로 인하여 유동저항이 증가하게 된다. 그리고 상기 흡입구(11)에서의 유동저항이 증가함에 따라 송풍팬(20)에 걸리는 부하 또한 계속적으로 증가되어 상기 송풍팬(20)의 비정상적인 작동이 유발된다. 여기서 흡입구(11)의 저항이 없는 경우에도 토출구(12)의 양 측벽면 부근에서 상기 양 측벽면과의 마찰등으로 인한 저항에 의해 유속이 감소되며 또한 유동압력 또한 감소된다. 이때, 앞서 설명된 바와 같이 장기간 사용으로 인해 흡입구(11)의 유동저항이 증가되면, 송풍팬(20)에서의 부하 증가로 인해 토출구(12)에서의 공기유동은 상당하게 불안정하게 되며, 도 3a에 도시된 바와 같이, 토출구(12)의 양 측벽 부근 영역에서 부분적인 부압(負壓)(-P)이 발생된다. 즉, 이러한 부압 발생으로 인해 토출구(12)의 양 측벽면에서 역류가 크게 발생하여 토출된 주변공기의 재 흡입이 이루어진다. 그리고 재 흡입으로 인해 토출구(12)의 내부압력이 증가되면 흡입되었던공기가 다시 토출되는 현상이 반복적으로 발생되게 된다. 따라서 일차적으로 토출구(12)에서 역류에 의해 유동간섭 및 저항이 발생되며 소음 또한 발생된다. 부가적으로 반복적인 흡입 및 토출로 인해 유동저항 및 소음 레벨이 주기적으로 변동하게 되며 이는 송풍팬(20)의 부하증가 및 토출 성능저하를 심화시킨다.

이와 같은 제반 현상들을 방지하기 위하여 본 발명에 따른 공기 조화기는 상기 리어 가이드(22) 및 스태빌라이저(23) 사이를 가로질러 설치되는 토출 가이드(25)를 더 포함하여 이루어진다. 상기 토출 가이드(25)는 도 1에 도시된 바와 같이 판형부재로서 상기 리어 가이드(22) 및 스태빌라이저(23)사이에 형성되는 토출영역의 시작점으로부터 하방향으로 소정길이(D)로 연장된다. 그리고 상기 토출 가이드(25)의 양측은 토출영역을 분할할 수 있도록 각각 상기 리어 가이드(22) 및 스태빌라이저(23)와 맞닿도록 연장되며 특히 상기 토출 가이드(25)의 상부는 상기 송풍팬(20)의 회전을 방해하지 않도록 이에 대해 소정 간격(d)을 갖도록 형성된다. 또한 설치 위치에 있어서, 상기 토출 가이드(25)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 토출구(12)의 양 측벽에 인접하는 송풍팬(12) 양 끝단 단위팬(21)의 경계판(21a)과 일렬로 설치되는 것이 바람직하다. 상기 경계판(21a)의 후방은 직접적으로 공기가 토출되는 영역이 아니므로 상기 토출 가이드(25)의 설치로 인한 유동저항의 증가가 최소화될 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 상기 유동안정화 효과를 크게하기 위하여 상기 설치된 토출 가이드들(24)과 상기 토출구의 양측벽 사이에 새로운 토출 가이드(25)가 추가로 설치될 수 있다.

또한, 상기 토출 가이드(25)가 좁은 토출 영역내에 위치되는 만큼 기하학적특성이 자체 성능에 큰 영향을 미치며 특히, 앞서 언급된 상기 토출 가이드(24)의 연장길이(D) 및 송풍팬(20)과의 간격(d)이 중요한 요소가 된다. 이러한 연장길이(D) 및 간격(d)은 실제 실험을 통해 최적화 될 수 있으며 도 4는 최적값 산출을 위해 고려된 실험결과를 나타낸다.

도 4에서, 상기 연장길이(D) 및 간격(d)에 대한 소음발생 구간 및 소음크기의 변동을 반영하는 소음 산포발생 구간이 각각 측정되었으며 서로 비교를 위해 하나의 그래프내에 중첩되어졌다. 도시된 바와 같이, 상기 간격(d)이 15mm 이상, 상기 연장길이(D)가 90mm 이상일 때 대체적으로 소음 발생 및 소음 산포 발생이 없는 것으로 나타난다. 또한 상기 간각(d)이 16mm이상 상기 연장길이(D)가 95mm이상이면 소음 발생 및 산포발생이 없으므로 가장 바람직하다고 볼 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 천장형 공기조화기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 상기 모터(24)에 의해 상기 송풍팬(20)이 회전하게 되면, 송풍팬(20) 내부에 와류가 생성되며, 이 와류에 의해 공기의 강제 유동이 발생한다. 보다 상세하게는, 회전중 상기 송풍팬(20)의 전방(도면상 우측)에 저압영역이 형성되며 후방(도면상 좌측)에 고압영역이 형성된다. 즉, 공기는 상기 저압영역을 통해 송풍팬(20)의 내부로 흡입된 후 회전하는 와류가 되어 리어가이드(22) 및 스태빌라이저(23)의 안내를 받으면서 고압영역을 통해 토출된다. 이와 같은, 송풍팬(20)의 작용에 의해 상기 케이스(10)의 저면에 형성된 흡입구(11)를 통해 강제 흡입된 실내공기는 열교환기(30)를 지나면서 냉각되며, 이후 소정거리를 유동하여상기 송풍팬(20)을 거쳐 최종적으로 토출구(12)를 통해 소정의 실내공간에 투입됨으로써 냉방시키게 된다.

여기서 본 발명에 따라 앞서 설명된 토출 가이드(25)는 상기 리어 가이드(22) 및 스태빌라이저(23)에 의해 형성되는 토출영역 및 토출구(12)를 양 끝단에서 분할함으로서 이들 양 끝단 영역이 실질적으로 독립적인 유동영역이 되게 한다. 즉, 상기 토출 가이드(24)는 도 3b에 도시된 바와 같이 토출되는 전체 공기유동을 분할함으로서 경계층을 형성시켜 상기 양 측벽 부근에서의 공기 유동이 중앙부에 연속적이 아닌 독자적으로 형성되게 한다. 따라서, 상기 안정화된 유동이 형성됨에 따라 이 부근의 유동압력분포가 균일화되어 역류발생이 방지될 뿐만 아니라 유동저항 및 소음발생이 방지된다.

상기에서 몇몇의 실시예가 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등범위내의 모든 실시예는 본 발명의 범주내에 포함된다.

본 발명에 따른 천장형 공기조화기의 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 토출 가이드가 토출구 양측벽 부근에 설치됨으로서 토출되는 공기 유동이 분할되고 경계층이 형성되며 이에 따라 상기 양측벽 인근에서 안정화되고 독자적인 공기 유동이 형성된다. 따라서, 역류발생이 방지됨으로서 유동저항 및소음발생 및 이들의 주기적 변동이 방지되며 결과적으로 본 발명의 공기 조화기의 전체 성능을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 천장내부에 설치되며, 실내와 연통되도록 저면에 형성되는 흡입구 및 토출구를 갖는 케이스;

   상기 케이스내부에 상기 토출구와 인접하게 설치되고 토출되는 공기를 위한 유로를 형성하는 리어 가이드 및 스태빌라이저를 포함하여 실내공기를 흡입 및 토출하는 송풍팬;

   상기 케이스내부에 상기 흡입구와 인접하게 설치되어 흡입된 실내공기를 냉각시키는 열교환기; 그리고

   상기 열교환기 하단에 설치되며 열교환중 생성된 응축수를 집수하는 드레인 팬을 포함하는 천장형 공기조화기에 있어서,

   안정화되도록 토출되는 공기유동을 분할하여 안정화시키기 위하여 토출 가이드가 상기 리어 가이드 및 스태빌라이저 사이를 가로질러 설치되는 것을 특징으로 하는 천장형 공기조화기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 토출 가이드가 상기 송풍팬과 소정간격을 가지며 상기 리어 가이드 및 스태빌라이저사이의 토출영역의 시작점으로부터 하방향으로 소정길이로 연장되는 판형부재인 것을 특징으로 하는 천장형 공기조화기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 토출 가이드가 상기 토출구의 양측벽에 인접한 송풍팬의 단위팬의 경계와 일렬로 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 천장형 공기조화기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 설치된 토출 가이드들과 상기 토출구의 양측벽 사이에 토출 가이드가 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 천장형 공기 조화기.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 토출 가이드의 송풍기에 대한 간격이 15mm 이상인 것을 특징으로 하는 천장형 공기조화기.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 토출 가이드의 송풍기에 대한 간격이 16mm 이상인 것을 특징으로 하는 천장형 공기조화기.
7. 제 2 항에 있어서,

   상기 토출 가이드의 연장길이가 90mm 이상인 것을 특징으로 하는 천장형 공기 조화기.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 토출 가이드의 연장길이가 95mm 이상인 것을 특징으로 하는 천장형 공기 조화기.