KR20050058711A - 히트 펌프식 공기조화기의 실외 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서리의 착상을 최대한 지연시켜 제상작동에 의한 공기조화기의 효율저하를 개선한 히트 펌프식 공기조화기의 실외 열교환기에 관한 것이다.

본 발명은 냉매관에 핀이 복수개 배치된 제 1 열교환부와; 상기 제 1 열교환부의 후방에 배치되어 냉매관에 핀이 복수개 배치된 제 2 열교환부를 포함하여 구성된 공기조화기의 실외 열교환기에 있어서,

상기 제 1 열교환부와 제 2 열교환부는 상기 냉매관이 상기 핀에서 공기 흡입구측의 전방 혹은 후방으로 편심되게 형성되어 핀 외부의 응축수 착상을 최대한 지연시켜 그에 따라 열교환 효율이 저하되는 것을 최소화한 히트 펌프식 공기조화기의 실외 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

히트 펌프식 공기조화기의 실외 열교환기{ A condenser of heat pump air conditioner}

본 발명은 응축수의 착상을 최대한 지연시켜 제상작동에 의한 열교환기 성능저하를 최소화한 히트 펌프식 공기조화기의 실외 열교환기에 관한 것으로서, 특히 응축수가 집중적으로 착상되는 부위의 구조를 개선하여 응축수의 착상에 의한 공기조화기의 효율 저하를 최소화할 수 있는 히트 펌프식 공기조화기의 실외 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 히트 펌프식 공기조화기는 여름에는 냉방기로 사용되고 겨울에는 난방기로 사용되는 냉난방기기로서, 실내 열교환기와 실내 팬 및 모터 등이 포함된 실내기와, 압축기와 실외 열교환기와 실외 팬 및 모터 등이 포함된 실외기로 이루어진다.

도 9는 일반적인 히트 펌프식 공기조화기가 난방기로 운전될 때의 주요부 개략도이고, 도 10은 종래 기술에 따른 히트 펌프식 공기조화기의 실외 열교환기가 도시된 사시도이다.

일반적인 히트 펌프식 공기조화기는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 저온 저압의 기체 상태의 냉매를 고온 고압으로 변화시키는 압축기(11)와, 상기 압축기(11)에서 나온 냉매를 냉방시에는 실외 열교환기(13)로 난방시에는 실내 열교환기(15)로 보내는 사방 밸브(12)와, 고온 고압의 기체 냉매를 액냉매로 응축시키는 응축수단(냉방시 실외 열교환기(13), 난방시 실내 열교환기(15))과, 상기 응축수단에 의해 응축된 액냉매를 기체와 액체가 혼합된 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 팽창 기구(14)와, 외부의 열을 흡수하여 2상 냉매를 기체 상태로 변화시키는 증발수단(냉방시 실내 열교환기(15), 난방시 실외 열교환기(13)와, 상기 실외 열교환기(13)의 근방에 설치되어 열교환기쪽으로 공기를 송풍하여 열교환 효율을 상승시키는 실외 팬(17) 및 모터(18)와, 상기 실내 열교환기(15)의 근방에 설치되어 열교환을 통해 더워지거나 차가워진 공기를 실내로 토출시키는 실내 팬(19) 및 모터(20)로 구성된다.

상기 실외 열교환기(13)는 냉매가 흐르는 구리재질의 냉매관(23)과, 상기 냉매관(23)에 차례로 결합되고 알루미늄이 주성분으로 이루어지며 슬릿이나 루버가 형성된 복수개의 핀(24)(26)으로 구성되고, 열교환 효율을 높이고자 실외측 공기 흡입구와 향하게 형성된 제 1열교환부(21)와, 실외팬(17)과 대향되는 제 2 열교환부(22)의 복열구조로 배치된다.

상기와 같은 히트 펌프식 공기조화기는 겨울철 난방기로 작동될 때, 실외의 온도가 7℃ 정도이면 실외 열교환기(13)의 표면에 서리가 착상되지 않아야 하고, 실외의 온도가 2℃ 정도이면 운전시 약 1 시간 정도 서리가 착상되는 중에도 운전이 가능해야 하며 그 이후 약 10분 동안 제상운전에 들어가게 된다.

이러한 제상운전은 상기 사방밸브(12)를 절환하는 것에 의해 냉매의 흐름을 냉방 운전시와 같이 변경하고, 상기 압축기(11)에서 토출되는 고온의 냉매 증기가 실외 열교환기(13)로 유입되도록 하여 실외 열교환기(13)에 착상된 서리를 제거 한 후, 다시 난방 운전 상태로 절환시켜 실내에 난방을 하게 된다.

이때, 상기 실외 열교환기(13)는 도 11에 도시된 바와 같이, 온도 차이에 의한 응축수의 착상이 진행되는데, 이러한 현상은 실외 공기와 실외 열교환기(13)의 열교환이 시작되는 제 1 열교환부(21)측 핀(24)의 전연부(24a)에 집중되게 된다.

또한, 종래 기술에 따른 히트 펌프식 공기조화기의 실외 열교환기(13)는 상기 전연부(24a)의 면적이 작아서 착상의 집중이 더해지게 된다.

이러한 전연부(24a)의 착상집중은 열저항이 시간적으로 증대하고, 착상에 의해 실외 열교환기(13)의 기하 형상이 변화하여 상기 실외 열교환기(13)의 열교환량 저하를 일으켜 제상운전을 해야할 시간 간격이 더 짧아지게 되는 문제점이 있다.

또한, 상기 전연부(24a)의 착상을 제거하기 위해 난방 운전 도중에 약 10분 동안 냉방 운전으로 절환하게 되는 제상운전 간격이 짧아지게 되면, 실내에 따뜻한 바람이 나오다가 차가운 바람이 나오게 되어 사용자에게 불쾌함을 줄 수 있을 뿐만 아니라 히트 펌프식 공기조화기의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 응축수의 착상을 최대한 지연시켜 효율성을 높인 공기조화기의 실외 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 공기조화기의 실외 열교환기는 냉매관에 핀이 복수개 배치된 제 1 열교환부와; 상기 제 1 열교환부의 후방에 배치되어 냉매관에 핀이 복수개 배치된 제 2 열교환부를 포함하여 구성된 공기조화기의 실외 열교환기에 있어서,

상기 제 1 열교환부와 제 2 열교환부는 상기 냉매관이 상기 핀에서 공기 흡입구측의 전방 혹은 후방으로 편심되게 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 히트 펌프식 공기조화기 일실시예의 내부 구조가 도시된 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 히트 펌프식 공기조화기가 난방기로 운전될 때 냉매의 흐름이 도시된 개략도이다.

본 실시예에 따른 히트 펌프식 공기조화기는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 창문 또는 벽면에 장착되어 일부가 실내를 향하고 반대편이 실외를 향하는 캐비닛(52)과, 상기 캐비닛(52)의 저면에 배치된 베이스 팬(54)을 포함하고, 상기 캐비닛(52)의 내부는 중앙에 배치된 격판(56)에 의해 실내측(A)과 실외측(B)으로 구획되며, 상기 베이스 팬(54)은 실내측(A)으로 떨어진 응축수를 실외측(B)으로 안내하는 유로 구조를 갖는다.

상기 실외측 공간(B)에는 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(58)와, 상기 압축기(58)에서 나온 냉매를 주변 공기와의 열교환으로 액체 상태로 증발시키는 실외 열교환기(60)와, 양축 모터(70)에 의해 회전되는 실외팬(74)으로 구성되고, 실내측 공간(A)는 열교환으로 기체 상태로 응축시키면서 외부의 열을 흡수하는 실내 열교환기(78)와, 상기 양축 모터(70)에 의해 회전되면서 실내의 공기를 실내측 공간(A)으로 강제 송풍시키는 실내팬(80)이 배치된다.

본 실시예에 따른 히트 펌프식 공기조화기는 도 3에 도시된 바와 같이, 저온 저압의 기체 상태의 냉매를 고온 고압으로 변화시키는 압축기(58)와, 상기 압축기(58)에서 나온 냉매를 냉방시에는 실외 열교환기(60)로 난방시에는 실내 열교환기(78)로 보내는 사방 밸브(53)와, 고온 고압의 기체 냉매를 액냉매로 응축시키는 응축수단(냉방시 실외 열교환기(60), 난방시 실내 열교환기(78))과, 상기 응축수단에 의해 응축된 액냉매를 기체와 액체가 혼합된 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 팽창 기구(55)와, 외부의 열을 흡수하여 2상 냉매를 기체 상태로 변화시키는 증발수단(냉방시 실내 열교환기(78), 난방시 실외 열교환기(60)와, 상기 실외 열교환기(60)의 근방에 설치되어 열교환기쪽으로 공기를 송풍하여 열교환 효율을 상승시키는 실외 팬(74) 및 모터(70)와, 상기 실내 열교환기(78)의 근방에 설치되어 열교환을 통해 더워지거나 차가워진 공기를 실내로 토출시키는 실내 팬(80) 및 모터(70) 등으로 구성된다.

상기 실외 열교환기(60)는 도 4에 도시된 바와 같이, 공기 흡입구측에 설치된 제 1 열교환부(62)와, 상기 제 1 열교환부(62)와 평행하게 배치된 제 2 열교환부(66)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제 1, 2 열교환부(62)(66)는 각각 냉매가 흐르는 구리재질의 냉매관(63)과, 상기 냉매관(63)에 공기 흐름 방향과 나란하게 결합되고 알루미늄이 주성분으로 이루어져 주변을 지나는 공기와의 열전달을 촉진시키는 핀(64)(68)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 제 1,2 열교환부(62)(66)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 실외 열교환기(60)의 증발작용에 의해 형성된 응축수의 착상을 최대한 지연시켜 난방작동 시간을 연장하도록 각각의 냉매관(63)을 기준으로 전면에 배치된 핀(64)(68)의 전연부(65a) 면적을 증대시킨 편심핀(65)으로 구성되게 된다. (이하, 제 1,2 열교환부에 적용된 핀(64)(68)은 편심핀(65)이나 원활한 구별을 위해 그대로 표기함)

여기서, 상기 편심핀(65)은 핀(64)(68)의 전연부(65a) 면적을 확장하도록 핀(64)(68)의 자체 크기를 확장하고 냉매관(63)은 공기 흡입 측으로부터 반대방향쪽으로 쏠리도록 배치하게 된다.

또한, 상기 제 1 열교환부의 (64)는 응축수의 원활한 흘러내림을 위해 평평한 핀(64)으로 구성된다.

한편, 상기 제 2 열교환부(66)는 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 냉매와 주변 공기의 열전달을 보다 촉진할 수 있도록 냉매관(63)에 슬릿(67)이 형성되거나 루버(69)가 돌출된 핀(68)이 복수개 배치된다.

또한, 상기 제 1 열교환부(62)의 핀(64) 간격은 제 2 열교환부(66)의 핀(68) 간격보다 큰 1.3∼1.5배로 이루어져, 제 1 열교환부(62)의 복수개의 핀(64)이 응축수와 접촉할 수 있는 면적을 최소하면서 제 1 열교환부(62)의 복수개의 핀(64)이 주변 공기와 충분하게 열전달되게 한다.

즉, 상기 제 1 열교환부(62)의 핀(64) 간격이 너무 작게되면 복수개의 핀(64)이 응축수가 접촉하는 면적이 커져서 응축수의 착상될 수 있는 공간의 면적 또한 증가하게 되고, 핀(64) 간격이 너무 크게되면 복수개의 핀(64)과 주변 공기와의 열전달 면적이 너무 작아져서 제 1 열교환부(62)의 열교환 성능이 떨어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 공기 조화기를 작동시키면 압축기(58)에서 고온 고압으로 압축된 냉매는 사방밸브(53)에 의해 상기 실내 열교환기(78)로 유입되고, 상기 실내 열교환기(78)를 지나면서 실내측에서 흡입된 공기와의 열교환으로 액화됨으로서, 방출된 열에 의해 난방작용을 수행하게 된다. 이러한 냉매는 팽창기구(55)를 지나면서 저압으로 변화되고, 상기 실외 열교환기(60)에서 외기와의 열교환에 의해 증발되어 상기 사방밸브(53)를 통해 다시 상기 압축기(58)로 유입된다.

이때, 상기 실외 열교환기(60)로 흡입되는 실외공기는 상기 실외 열교환기(60) 제 1 열교환부(62)와 열교환을 하게되고, 상기 제 1 열교환부(62)의 편심핀(65)에 형성된 응축수는 그 착상이 시작되며, 상기 편심핀(65)의 전연부(65a)의 면적이 확장으로 인해 전연부(65a)의 착상집중이 해소되게 된다.

이로 인해, 열교환 성능을 저하 시키는 제상작동을 실시해야 하는 간격이 더 길어지게 되고, 제상작동에 대한 시간이 줄어들어 히트 펌프식 공기조화기의 효율이 향상된다.

또한, 상기 실외 열교환기(60)로 흡입되는 실외공기는 상기 실외 열교환기(60)의 제 2 열교환부(66)의 핀(68)을 통과하면서 슬릿(67)이나 루버(69)에 의해 열전달이 촉진되고, 상기 실외 열교환기(60)의 그 열교환 성능은 향상된다.

도 7은 본 발명에 따른 공기조화기 다른 실시예의 사시도이다.

본 실시예에 따른 공기조화기는 도 7에 도시된 바와 같이, 실내측의 공기를 흡입하여 냉매와 열교환한 후 실내로 다시 토출시키도록 송풍기 및 실내 열교환기가 내장된 실내기(90)와, 상기 실내기(90)에서 열교환된 냉매를 실외의 공기를 이용하여 열교환시키도록 송풍기와 실외 열교환기가 내장된 실외기(92)와, 상기 실내기(90)와 실외기(92)를 연결하는 배관(94)을 포함하여 구성된다.

도 8은 본 발명에 따른 공기조화기 다른 실시예의 응축기가 도시된 사시도이다.

본 실시예의 응축기(96)는 본 발명의 일실시예와 같이 제 1 열교환부(98)와 제 2 열교환부(104)의 2열 구조로 배치되고, 제 1 열 응축부(98)의 핀(99)은 루버나 슬릿이 형성되지 않은 플레인 형상이고 상기 제 2 열 응축부(104)의 핀(105)보다 1.3∼1.5배의 간격을 두고 배치된다.

한편, 제 2 열 응축부(104)의 핀(105)은 슬릿이나 루버가 형성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 히트 펌프식 공기조화기의 실외 열교환기는 응축수가 접촉하는 제 1 열교환부의 냉매관이 일측으로 편심되어 핀의 전연부를 확장하여 응축수의 착상을 억제하므로 히트 펌프식 공기조화기의 효율을 향상시키는 이점이 있다.

또한, 제 1열교환부와 평행한 제 2 열교환부는 냉매관에 슬릿이 형성되거나 루버가 돌출된 핀이 배치되어 주변 공기와의 열전달을 촉진시켜 열교환 성능이 우수한 이점이 있다.

또, 상기 제 1 열교환부의 핀 간격은 제 2 열교환부의 핀 간격보다 큰 1.3∼1.5배로 이루어져, 제 1 열교환부의 복수개의 핀이 응축수와 접촉할 수 있는 면적을 최소화하면서 제 1 열교환부의 복수개의 핀이 주변 공기와 충분하게 열전달되도록 하는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 히트 펌프식 공기조화기 일실시예의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 히트 펌프식 공기조화기 일실시예의 내부 구조가 도시된 평면도,

도 3은 본 발명에 따른 히트 펌프식 공기조화기가 난방기로 운전될 때 냉매의 흐름이 도시된 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 히트 펌프식 공기조화기 일실시예의 실외 열교환기가 도시된 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 실외 열교환기의 제 1 열교환부가 도시된 확대 측면도,

도 6a는 본 발명에 따른 실외 열교환기의 제 2 열교환부 일예가 도시된 확대 측면도이다.

도 6b는 본 발명에 따른 실외 열교환기의 제 2 열교환부 다른 예가 도시된 확대 측면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 공기조화기 다른 실시예의 사시도,

도 8은 본 발명에 따른 공기조화기 다른 실시예의 실외 열교환기가 도시된 사시도,

도 9는 종래 기술에 따른 히트 펌프식 공기조화기가 난방기로 운전될 때 냉매의 흐름을 도시한 개략도,

도 10은 종래 기술에 따른 히트 펌프식 공기조화기의 실외 열교환기가 도시된 사시도,

도 11은 종래 기술에 따른 실외 열교환기의 열교환부가 도시된 확대측면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

60: 실외 열교환기 62: 제 1 열교환부

63: 냉매관 64: 핀

65: 편심핀 65a: 전연부

66: 제 2 열교환부 67: 슬릿

68: 핀 69: 루버

Claims (9)

1. 냉매관에 핀이 복수개 배치된 제 1 열교환부와;

   상기 제 1 열교환부의 후방에 배치되어 냉매관에 핀이 복수개 배치된 제 2 열교환부를 포함하여 구성된 공기조화기의 실외 열교환기에 있어서,

   상기 제 1 열교환부와 제 2 열교환부는 상기 냉매관이 상기 핀에서 공기 흡입구측의 전방 혹은 후방으로 편심되게 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 핀은 냉매관이 공기 흡입구측의 후방으로 편심되도록 배치된 편심핀인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외 열교환기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 편심핀은 제 1 열교환부에 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외 열교환기.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 편심핀은 제 2 열교환부에 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외 열교환기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 열교환부의 핀은 플레인 형상인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외 열교환기.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 열교환부의 핀은 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외 열교환기.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 열교환부의 핀은 루버가 돌출된 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 실외 열교환기.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 열교환부의 핀 간격은 제 2 열교환부의 핀 간격보다 큰 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외 열교환기.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 제 1 열교환부의 핀 간격은 제 2 열교환부의 핀 간격의 1.3∼1.5배인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외 열교환기.