KR200400067Y1 - 히트파이프가 내장된 냉,난방을 겸한 실외기 없는공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 실외기가 필요없는 자체 냉각식 이동형 공기조화기에 있어서, 그 공기조화기의 냉매 흐름 방향을 전환하는 밸브와 별도의 가열히터 및 보조히터를 장착하여 이에 의해 공지된 바와 같은 냉방장치로 사용되게 함은 물론 필요에 따라 난방장치로의 사용도 가능케 한 냉,난방을 겸한 실외기 없는 공기조화기에 대한 것으로, 특히 전기한 바와 같은 보조히터를 히트파이프를 사용하여 제작함으로서, 저전력의 발열 에너지만으로도 큰 발열효과를 얻을 수 있어 소비전력을 크게 낮출 수 있게 되므로 매우 경제적인 효과가 있는 히트파이프가 내장된 냉,난방을 겸한 실외기 없는 공기조화기에 대한 것이다.

Description

히트파이프가 내장된 냉,난방을 겸한 실외기 없는 공기조화기 {Multi air conditioner without outdoor unit}

본 고안은 실외기가 필요없는 자체 냉각식 이동형 공기조화기에 있어서, 그 공기조화기의 냉매 흐름 방향을 전환하는 밸브와 별도의 가열히터 및 보조히터를 장착하여 이에 의해 공지된 바와 같은 냉방장치로 사용되게 함은 물론 필요에 따라 난방장치로의 사용도 가능케 한 냉,난방을 겸한 실외기 없는 공기조화기에 대한 것으로, 특히 상기한 난방작동의 전환시 그 응축부에 해당하는 열교환부에 내장되는 보조히터를 히트파이프로 변경하여 그 히트파이프에 의한 열효율을 극대화를 도모하여 보다 저비용의 운용전력에 따른 경제적인 특징을 갖게 한 히트파이프가 내장된 냉,난방을 겸한 실외기 없는 공기조화기에 대한 것이다.

에어컨디셔너(Air conditioner;이하, 공기조화기)는 통상적으로 하절기 실내의 냉방을 위해 사용하는 것으로 냉기를 실내에 공급하므로 이에 의해 실내온도를 하강시키는 역할을 하는 것이다.

일반적인 공기조화기에 있어, 통상적으로 지칭되는 에어컨은 실내에 위치하는 증발수단 및 송풍수단, 실외에 위치하는 응축수단으로 분리되고, 이러한 각각의 수단은 실내기와 실외기로 약칭되어 불리워지고 있는 것이다.

또한, 동절기에 사용되는 온풍기는 석유를 태워 이를 통해 발생하는 고열의 열기를 실내로 내뿜어 온도조절하는 것으로서, 에어컨과 온풍기를 개별적으로 구매하여 사용하는 것이 일반화되어 있고, 경우에 따라서는 에어컨과 온풍기의 기능이 함께 내재된 냉,난방장치를 사용하는 경우도 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 일반적인 공기조화기는 에어콘과 온풍기로 각각 구분되어 있으므로 반드시 두개를 모두 구매한 상태에서 사용하여야 하므로 실내공간을 매우 넓게 차지하므로 공간효율성이 크게 떨어지는 것이며, 냉난방장치가 함께 내재되어 있는 공기조화기라 할지라도 실내기와 함께 실외기 및 연료탱크 등을 구비하여야 하므로 공간의 침해는 물론 그 부피가 매우 큰 단점이 있는 것이다.

또한, 상기한 온풍기의 경우에는 소음이 크고 매연이 발생하므로 일반 가정에서 사용할 수 없는 것이며, 연료탱크에 수시로 연료를 보충해주어야 하는 번거로움이 있는 것이다.

따라서, 본 고안 출원인에 의해 안출되어 등록된 실용신안등록 제379764호와 같이, 본체의 내부에 4-way 방향전환밸브 및 가열히터, 보조히터를 각각 부가 장착하여 이를 냉방장치 또는 난방장치로 전환하여 사용할 수 있게 한 실외기 없는 공기조화기를 제안함으로서,

하절기에는 실외기 없는 에어컨으로 사용할 수 있게 하고, 동절기에는 그 냉매의 순환방향을 전환하여 온풍기로 사용할 수 있게 하여, 냉난방의 용이한 전환을 통해 효율적인 실내 온도의 조절이 가능하면서도 별도의 냉방장치 또는 난방장치가 각각 내재되는 것이 아니라 하나의 순환시스템을 이용하여 냉방 및 난방을 유도하므로 그 크기가 현저히 축소되어 공간활용도가 매우 뛰어나며, 연료나 외부의 에너지를 부가적으로 사용하는 것이 아니라 응축기 및 증발기의 발열 에너지를 이용하여 냉,난방하므로 매우 획기적인 특성을 갖는 냉,난방을 겸한 실외기 없는 공기조화기를 제안한 바 있다.

그러나, 상기한 보조히터는 난방시에 사용되는 것으로, 그 보조히터는 전원이 인가되어 그 발열체가 고온으로 발열하는 원리를 갖고 있어 과도한 전력의 소모가 발생하는 문제점이 있어, 매우 비경제적인 것이다.

본 고안은 전기한 바와 같은 문제점을 제거코자 안출된 것으로서, 전기한 바와 같은 보조히터를 히트파이프를 사용하여 제작함으로서, 저전력의 발열 에너지만으로도 큰 발열효과를 얻을 수 있어 소비전력을 크게 낮출 수 있게 되므로 매우 경제적인 효과가 있는 히트파이프가 내장된 냉,난방을 겸한 실외기 없는 공기조화기를 제공함에 본 고안의 목적이 있는 것이다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 공기조화기의 전체구성도이다.

함체상의 본체(100) 내측에 냉매배출관(2)과 냉매회수관(3)을 갖는 콤프레셔(1)를 형성하고, 그 냉매배출관(2)과 냉매회수관(3)의 단부는 별도의 4-way밸브(4)에 연결되게 하되, 상기 4-way밸브(4)로부터 인출된 하나의 분기관(5)은 본체(100)의 상측에 지그재그상의 제1열교환부(20)를 형성하여 그 단부가 모세관(6)에 연결되게 하고, 또다른 분기관(5')은 본체(100)의 내측 하부에 구획된 별도의 분할케이스(101) 내에 지그재그상으로 된 RF콘덴서부(21)와 제2열교환부(22)를 연속형성하여 그 단부가 상기 모세관(6)의 타단에 연결되게 하며,

본체(100)의 하단에 위치하고 그 내부에 가열히터(16)가 내장된 물탱크(10)에는, RF콘덴서부(21)와 제2열교환부(22)의 사이에 위치하고 상측에 분산판(15)이 형성된 분사노즐(12)로 펌프(11)에 의해 물을 공급하는 물공급관(13)과 상기 분할케이스(101)의 바닥면과 연결된 물회수관(14)이 각각 형성되며,

상기 분할케이스(101)의 내부 상측에는 본체(100)의 외측으로 돌출되는 배기구(102)를 갖는 블로워(103)를 내장하고, 그 분할케이스(101)의 하부 일측에는 본체(100) 외부로부터 유입된 흡기관(104)을 형성하여 이루진 공지의 냉,난방을 겸한 실외기 없는 공기조화기에 있어서,

상기한 제1열교환부(20)에는 별도의 히트파이프(23)를 장착하여 난방시 열효율이 보다 향상되게 구성한 것이다.

이상과 같은 본 고안 냉,난방을 겸한 실외기 없는 공기조화기의 작용을 첨부도면에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안에 따른 공기조화기는 냉방 또는 난방시 그 냉매의 흐름을 전환시키고 별도의 히터를 가변 작동시킴으로서 하나의 열교환사이클만으로도 냉방 및 난방을 가능케 하는 것으로서,

먼저, 냉방시의 작동과정을 살펴보면,

외부로부터 전원을 인가받아 그 공기조화기에 전원을 공급하면, 콤프레셔(1)가 작동하면서 냉매를 순환시키는 것인데, 냉매배출관(2)을 따라 배출되어진 냉매는 4-way밸브(4)에 이르러 그 밸브로부터 인출되는 하나의 분기관(5')이 본체(100) 내측의 분할케이스(101)로 유도되는 것이며, 그 분기관(5')은 분할케이스(101)의 상측에서 지그재그상의 RF콘덴서부(21)를 형성하고, 이어 그 하측으로 지그재그상의 제2열교환부(22)를 형성하게 되는 것이다.

이때, 상기한 제2열교환부(22)에서는 그 분기관(5')의 단부가 모세관(6)의 일측과 연결되어 있으므로, 콤프레셔(1)를 통한 냉매의 압축작용에 의해 그 제2열교환부(22)에서는 상기 냉매가 압축 및 액화되면서 그 분기관(5')에는 고열이 발생하게 되는데, 이때의 제2열교환부는 냉각사이클의 응축부가 되는 것이다.

따라서, 이렇게 고열이 발생하는 분기관(5')을 적절히 식혀주므로서 보다 냉각된 상태의 냉매에 의해 찬바람이 발생하게 되는 것인데, 본 고안에서는 주지한 바와 같이 그 분기관(5')의 냉각촉매제로서 냉각수를 사용하는 것이므로 본체(100) 하부에 장착된 물탱크(10)로부터 펌프(11)를 이용하여 물공급관(13)을 통해 제2열교환부(22)의 상측에 형성된 분사노즐(12)로 그 냉각수가 고압으로 토출되게 하되, 그 분사노즐(12)의 상측에는 별도의 분산판(15)이 형성되어 있어 고압으로 토출되는 냉각수가 그 분산판(15)에 의해 미세한 포말상태로 변하면서 그 제2열교환부(22)의 분기관(5')을 빠르고 효율적으로 냉각시키는 것이다.

이렇게 냉각되어진 상태의 냉매는 모세관(6)을 통해 또다른 분기관(5)으로 유입되는 것인데, 모세관(6)을 통과한 냉매는 보다 확장 내경을 갖는 분기관(5)으로 고압 토출되면서 액화상태의 냉매가 기화되며 주변을 열을 흡수하게 되고 흡수되는 열에 의해 그 분기관(5)은 급속하게 냉각되는 것인데, 이러한 분기관(5)이 지그재그상으로 본체(100)의 상측에 형성된 상태는 제1열교환부(20)가 되는 것이며, 냉방상태의 제1열교환부(20)는 냉각사이클에 있어서 증발기가 되는 것이다.

또한, 상기한 바와 같이 제1열교환부를 형성한 분기관(5)은 다시 4-way밸브(4)로 연결되어 그 밸브연결에 따라 냉매회수관(3)을 통해 콤프레셔(1)로 순환하게 되는 것이다.

따라서, 상기한 바와 같이 냉각되어진 제1열교환부(20)는 별도의 송풍팬(도면에는 미도시함)에 의해 제1열교환부(20)의 냉각된 공기를 실내로 토출하면 이에 의해 차가워진 공기가 배출되면서 냉방장치로 사용할 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기한 분사노즐(12)을 통해 배출되어진 냉각수는 고열의 제2열교환부(22)에서 증발되며 상승하게 되는데, 이러한 증기는 역시 고온이 발생하고 있는 RF콘덴서부(21)에 이르러 복수개의 방열핀에 의해 증발되는 것이며, 이러한 증발공기는 별도의 블로워(103)를 이용하여 배기구(102)를 통해 실외로 배출시켜 그 본체(100)의 자체 온도가 상승하는 것을 방지함은 물론 고온의 공기를 배출함으로서 제2열교환부(22)의 냉각효율을 향상시키는 작용을 하게 되는 것이다.

또한, 분사노즐(12)로부터 토출되어 낙하하는 냉각수는 그 분할케이스(101)의 저면에 형성된 물회수관(14)을 통해 다시 물탱크(10)의 내부로 회수되는 것이며, 회수된 물은 다시 펌프(11)를 통해 물공급관(13)으로 고압 송출되어 그 분사노즐(12)로 공급되는 것이다.

따라서, 상기한 바와 같이 배기구(102)를 통해 배출되는 공기만큼의 새로운 공기가 흡기관(104)을 통해 다시 그 분할케이스(101)의 내부로 유입되므로 늘 새로운 공기로 순환되면서 제2열교환부(22)를 공기에 의해 재차 냉각시키는 작용을 하게 되므로 그 열효율이 보다 뛰어난 것이다.

또한, 상기 물탱크(10)의 내부에 내장된 가열히터(16)는 작동하지 않는 상태이며, 제1열교환부(20) 내부에 위치한 히트파이프(23) 역시 전원이 인가되지 않아 작동하지 않는 상태인 것이다.

이어서, 난방으로 전환시의 작동과정을 살펴보면,

전원의 공급과 함께 콤프레서(1)가 작동하게 되고 이와 동시에 물탱크(10) 내부의 가열히터(16)와 제1열교환부(20) 내부의 히트파이프(23)에 전원이 인가되어 발열하게 되는 것인데,

상기 콤프레셔(1)의 작동에 의해 냉매배출관(2)으로 고압의 냉매가 배출되면, 그 냉매배출관(2)은 4-way밸브(4)에 이르러 그 밸브의 전환에 의해 분기관(5)을 통해 제1열교환부(20)로 냉매가 유도되도록 하는 것인데, 이때의 제1열교환부(20)에서는 모세관(6)에 의해 그 냉매가 고압으로 압축되면서 액화되는 것이며 이러한 과정에서 고열이 발생하게 되는 것이므로 이때의 제1열교환부(20)는 냉각사이클에 있어서의 응축기 역할을 하게 되는 것이다.

이렇게 고열이 발생하는 제1열교환부(20)로부터 액화된 냉매는 모세관(6)을 통해 또다른 분기관(5')으로 토출되면서 기화되는 것이며, 그 분기관(5')은 제2열교환부(22)를 형성하고 있으므로 기화과정에서 주변열을 흡수하는 제2열교환부(22)는 차갑게 냉각되는 것으로서, 이때의 제2열교환부(22)는 냉각사이클에 있어 증발기가 되는 것이다.

이때, 그 냉각상태의 제2열교환부(22)를 가열시켜야 에너지의 순환이 일어나게 되는 것이므로, 이때의 분사노즐(12)은 그 물탱크(10) 내부의 가열히터(16)를 통해 고온으로 가열된 상태의 온수를 토출시켜 냉각상태의 제2열교환부(22)를 가열시키게 되는 것이다.

이렇게 온수에 의해 가열되어진 냉매는 RF콘덴서부(21)를 통해 4-way밸브(4)로 다시 유입되는 것이며, 그 밸브의 연결전환에 따라 그 냉매는 냉매회수관(3)으로 유도되어 콤프레셔(1)로 순환되는 것이다.

따라서, 상기한 가열히터(16)를 통한 온수의 배출에 의해 그 제2열교환부(22)를 가열하므로 냉매의 압축과정에서 그 응축기의 발열온도는 더욱 상승하게 되는 것이며, 이와 함께 작동하는 히트파이프(23)를 통해 더욱 고온의 공기가 형성되므로 별도의 송풍팬(도면에는 미도시함)으로부터 그 공기를 실내로 토출하면 효과적인 난방이 이루어지는 것이다.

여기에서 상기한 히트파이프(23)는, 주지된 바와 같이, 밀폐용기 내부의 작동유체가 연속적으로 기-액체간의 상변화 과정을 통하여 용기 양단 사이에 열을 전달하는 장치로 잠열(latent heat)을 이용하여 열을 이동시킴으로서, 단일상의 작동유체를 이용하는 통상적인 열전달 기기에 비해 매우 큰 열전달 성능을 발휘하는 것으로서, 가열에 의해 히트파이프 내부의 액체가 기화되면서 발생하는 고열을 이용하는 것이다.

이러한 히트파이프는 우주선의 방열용으로 1942년 미국의 제너럴모터스사에서 제작되었으나 실용화된 것은 1963년경부터이다.

히트파이프는 현재 알려진 재료 중 가장 열전도가 좋은 이송장치로 알려져 있으며 열파이프, 열관 또는 초열전도체(super conductivity)라고도 표현되기도 한다. 히트파이프는 내부의 밀폐공간에서 순환하는 작동유체가 연속적으로 액체-기체간의 상변화를 수행할 때 동반하는 잠열을 이용하여 열을 이동시킴으로서 단일 상의 작동유체를 이용하는 통상적인 열전달기기에 비해 매우 큰 연전달 성능을 발휘하며 양질의 열전도체로 알려진 은이나 구리의 수백배에 해당하는 열전도 성능을 발휘한다.

현재 이러한 히트파이프를 이용한 제품으로는 열수송, 가열, 냉각, 온도, 열류의 제어목적으로 건축난방용, 바닥재, 노트북 등에 사용되고 있는 것이다.

또한, 상기한 바와 같은 난방 상태에서는 블로워(103)를 작동시키지 않아야 하는 것으로서, 고온으로 가열하여야 하는 제2열교환부(22)의 온기를 실외로 배출시켜 열손실을 떨어트리지 않게 하기 위한 것이며, 마찬가지로 실외로부터 공기의 유입도 발생하지 않게 되는 것이므로, 난방시에는 그 물탱크(10) 내부의 물손실이 거의 없어 새롭게 보충수를 채워주어야 하는 번거로움이 없는 것이다.

따라서, 계절의 변화나 사용목적에 따라 하나의 공기조화기를 이용하여 냉방 및 난방으로 전환하여 사용할 수 있음은 물론 열효율이 매우 뛰어나 매우 경제적인 것이다.

이상과 같은 본 고안 히트파이프를 내장한 냉,난방을 겸한 실외기 없는 공기조화기는, 저전력의 발열 에너지만으로도 큰 발열효과를 얻을 수 있어 소비전력을 크게 낮출 수 있게 되므로 매우 경제적인 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 공기조화기의 전체구성도

도 2는 본 고안에 따른 공지조화기의 냉방시 작동도

도 3은 본 고안에 따른 공기조화기의 난방시 작동도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 콤프레셔 2 : 냉매배출관

3 : 냉매회수관 4 : 4-way밸브

5,5' : 분기관 6 : 모세관

10 : 물탱크 11 : 펌프

12 : 분사노즐 13 : 물공급관

14 : 물회수관 15 : 분산판

16 : 가열히터 17 : 물보충관

18 : 부구

20 : 제1열교환부 21 : RF콘덴서부

22 : 제2열교환부 23 : 히트파이프

24 : 에어필터 25 : 방열핀

100 : 본체 101 : 분할케이스

102 : 배기구 103 : 블로워

104 : 흡기관

Claims (1)

1. 함체상의 본체(100) 내측에 냉매배출관(2)과 냉매회수관(3)을 갖는 콤프레셔(1)를 형성하고, 그 냉매배출관(2)과 냉매회수관(3)의 단부는 별도의 4-way밸브(4)에 연결되게 하되, 상기 4-way밸브(4)로부터 인출된 하나의 분기관(5)은 본체(100)의 상측에 지그재그상의 제1열교환부(20)를 형성하여 그 단부가 모세관(6)에 연결되게 하고, 또다른 분기관(5')은 본체(100)의 내측 하부에 구획된 별도의 분할케이스(101) 내에 지그재그상으로 된 RF콘덴서부(21)와 제2열교환부(22)를 연속형성하여 그 단부가 상기 모세관(6)의 타단에 연결되게 하며,

   본체(100)의 하단에 위치하고 그 내부에 가열히터(16)가 내장된 물탱크(10)에는, RF콘덴서부(21)와 제2열교환부(22)의 사이에 위치하고 상측에 분산판(15)이 형성된 분사노즐(12)로 펌프(11)에 의해 물을 공급하는 물공급관(13)과 상기 분할케이스(101)의 바닥면과 연결된 물회수관(14)이 각각 형성되며,

   상기 분할케이스(101)의 내부 상측에는 본체(100)의 외측으로 돌출되는 배기구(102)를 갖는 블로워(103)를 내장하고, 그 분할케이스(101)의 하부 일측에는 본체(100) 외부로부터 유입된 흡기관(104)을 형성하여 이루진 공지의 냉,난방을 겸한 실외기 없는 공기조화기에 있어서,

   상기한 제1열교환부(20)에는 별도의 히트파이프(23)를 장착하여 난방시 열효율이 보다 향상되게 구성하여 됨을 특징으로 하는 히트파이프가 내장된 냉,난방을 겸한 실외기 없는 공기조화기