KR20060053572A - 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 난방시 압축기가 본래의 기능을 충분히 발휘할 수 있도록 함으로써 별도의 전기히터 없이 순수한 난방사이클에 의해서만도 높은 수준의 난방성능을 구현하고, 냉방시에는 인근에 직렬 배치된 흡입팬과 배기팬의 상호 보완적인 작용에 의해 응축실 내 전구간에서 공기의 흐름을 원활히 함으로써 높은 수준의 냉방성능을 구현할 수 있도록 한 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기에 관한 것이다.

이같은 본 발명은 공기 유입구와 공기 유출구가 각각 형성된 케이싱과, 냉매를 압축하는 압축기와, 냉방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하고 난방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하는 제 1열교환기와, 고압의 액체냉매를 저압의 액체냉매로 압력강하시키는 팽창밸브와, 냉방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하고 난방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하는 제 2열교환기와, 난방시 압축기로 유입되는 냉매를 가열하는 가열수단과, 공기 유입구로부터 실외공기를 제 1열교환기 표면에 접촉시키면서 흡입하여 토출하는 흡입팬과, 흡입팬의 토출측에 직렬로 설치되어 흡입팬으로부터 토출되는 공기를 공기 유출구로 배출하는 배기팬을 포함하여 구성된다.

냉난방기, 에어컨, 일체형, 컴팩트

Description

냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기{Out door machine unifying type air-cooling and heating apparatus raising the cooling and heating capacity}

도 1은 종래 기술에 따른 냉난방장치의 구성도.

도 2는 제 1실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도.

도 3은 제 1실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위하여 배면을 부분 절개한 사시도.

도 4는 제 1실시예에 따른 본 발명의 전면을 개방한 정면도.

도 5는 제 1실시예에 따른 본 발명에 의한 가열수단의 판형 열교환기를 보여주는 사시도.

도 6은 제 1실시예 따른 본 발명의 냉방시 동작을 설명하기 위한 구성도.

도 7은 제 1실시예 따른 본 발명의 난방시 동작을 설명하기 위한 구성도.

도 8은 제 2실시예에 따른 본 발명의 배면이 개방된 배면도.

도 9는 제 3실시예에 따른 본 발명의 배면이 개방된 배면도.

도 10은 제 4실시예에 따른 본 발명의 배면이 개방된 배면도.

도 11은 제 5실시예에 따른 본 발명의 배면이 개방된 배면도.

도 12는 제 6실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

110 : 케이싱 111 : 응축실

112 : 증발실 113 : 공기 유입구

114 : 공기 유출구 115 : 사방밸브

120 : 압축기 130,230,330,430,530 : 제 1열교환기

140 : 팽창밸브 150 : 제 2열교환기

160,660 : 가열수단 161 : 난방용 압축기

163 : 판형 열교환기 164 : 난방용 팽창밸브

165 : 난방용 증발기 170 : 축류팬

180 : 원심팬 190 : 배출관

본 발명은 실외기 일체형 냉난방기에 관한 것으로, 특히 난방시 압축기가 본래의 기능을 효과적으로 발휘할 수 있도록 함으로써 별도의 전기히터 없이 난방사이클에 의해서만도 높은 수준의 난방성능을 구현하는 것은 물론, 냉방시에는 인근에 직렬 배치된 흡입팬과 배기팬의 상호 보완적인 작용에 의해 응축실 내 전구간에서 공기의 흐름을 더욱 원활히 함으로써 냉방성능을 비약적으로 향상시키는 데 적당하도록 한 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기에 관한 것이다.

일반적으로, 냉난방장치는 압축기와 응축기의 역할을 교대로 수행하는 2개의 열교환기에 의해 냉방과 난방을 선택적으로 실현하는 장치이다.

여기서, 상기 냉난방장치는 구비되는 제 1열교환기와 제 2열교환기가 각각 응측기와 증발기의 역할을 교대로 수행하고, 압축-응축-팽창-증발의 연속적인 과정을 갖는 냉난방 사이클에 따라 냉매가 순환 또는 역순환되면서 냉방 및 난방을 실현하게 되는 것이다.

이와 같은 냉난방장치는 냉방시에는 상기 제 1열교환기를 얼마나 효과적으로 냉각하는가에 따라 냉방성능이 좌우되고, 난방시에는 상기 제 1열교환기를 얼마나 효과적으로 가열하는가에 따라 난방성능이 좌우된다고 할 수 있다.

또한 기본적으로는 압축-응축-팽창-증발의 연속적인 과정을 갖는 냉난방 사이클이 얼마나 제대로 이루어지는가에 따라 냉난방성능이 크게 달라진다.

이에, 도 1은 종래 기술에 따른 냉난방장치의 구성도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 냉난방장치는 압축기(12), 냉방시 응축기 역할을 하고 난방시 증발기 역할을 하는 제 1열교환기(13), 팽창밸브(14), 냉방시 증발기 역할을 하고 난방시 응축기 역할을 하는 제 2열교환기(15), 및 냉매의 방향을 전환하는 사방밸브(16)를 포함하여 구성되어, 압축-응축-팽창-증발의 연속적인 과정을 진행시켜 나가면서 냉방 및 난방을 선택적으로 구현할 수 있었다.

그러나, 종래의 냉난방장치는 난방시 순수한 난방사이클만을 사용하여 실내 전체를 난방시키지 못하고 자체 내에 대용량의 전기히터를 별도로 설치하여 이를 가동시켜야만 하였다.

이러한 문제는 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(12)가 제 기능을 발휘하지 못하면서 그 뒤에 이어지는 응축-팽창-증발의 연속적인 과정도 원활하게 이루어지지 못하는 데 기인하였다.

즉, 상기 압축기(12)가 제 기능을 발휘하려면 유입되는 냉매가 대략 15[℃] 이상의 온도가 되어야 하나 실제 난방이 필요한 동절기에는 증발과정을 거친 직후 압축기(12)로 유입되는 냉매의 온도가 영하로까지 떨어지게 된다. 더욱이, 이같은 문제는 기온이 낮을수록 더욱 심해지면서 압축기(12)가 과냉각되어 거의 제 기능을 발휘할 수 없었다.

따라서, 종래의 기술로는 동절기 난방시 대형 전기히터를 동작시켜 가동하는 것이 불가피하였으며, 이로 인해 전기 소비량은 급격히 증가하게 되는 등 문제점이 초래되었다.

한편, 냉방시에는 원심팬(17)에 의하여 실내로부터 응축실(11) 내로 공기가 흡입되고, 상기 응축실(11) 내로 흡입된 공기는 상기 제 1열교환기(13)의 표면에 접촉되면서 열교환을 수행하게 된다. 이렇게 열교환이 수행된 공기는 다시 원심팬(17)에 의해 실외로 배출된다.

그러나, 이같은 종래의 구성에 따르면 제한된 설치공간에서 충분한 크기의 제 1열교환기(13)를 설치하는 데 한계가 있었다. 더욱이, 공기의 저항이 상대적으로 작게 걸리는 제 1열교환기(13)와 응축실(11) 내측벽 사이로 대부분의 공기가 흐르는 관계로 공기 중 상당량이 열교환을 위해 제 1열교환기(13) 표면에 접촉되지 못한 채로 배출되는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 종래의 냉난방기는 흡입되어 흐르는 공기가 응축실(11)의 내측벽에 접하면서 마찰저항을 받고, 제 1열교환기(13)의 냉각핀 사이를 통과하면서도 마찰저항을 받아 전체적으로 상당한 부하가 걸렸다. 하지만 종래의 기술로는 이같은 부하를 극복하면서 응축실(11) 내 전구간에서 원활한 공기의 흐름을 보장받을 수가 없었다.

결국, 종래 기술에 의한 냉난방기는 상기와 같은 문제들이 복합적으로 작용하여 냉방 및 난방성능이 현격하게 떨어지는 것이 불가피하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 난방시 압축기가 본래의 성능을 충분히 발휘토록 함으로써 높은 수준의 난방성능을 구현할 수 있도록 한 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 냉방시 응축실 내 전 구간에서 공기의 흐름을 비약적으로 향상시켜 높은 수준의 냉방성능을 구현할 수 있도록 한 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기는, 실외공기가 유입 및 유출되는 공기 유입구와 공기 유출구가 각각 형성된 케이싱과, 냉매를 압축하는 압축기와, 냉방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하고, 난방 시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하는 제 1열교환기와, 고압의 액체냉매를 저압의 액체냉매로 압력강하시키는 팽창밸브와, 냉방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하고, 난방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하는 제 2열교환기와, 난방시 상기 압축기로 유입되는 냉매를 가열하는 가열수단과, 상기 공기 유입구로부터 실외공기를 제 1열교환기 표면에 접촉시키면서 흡입하여 토출하는 흡입팬과, 상기 흡입팬의 토출측에 직렬로 설치되어 상기 흡입팬으로부터 토출되는 공기를 상기 공기 유출구로 배출하는 배기팬을 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 가열수단은 상기 제 1열교환기로부터 압축기로 유입되는 저온의 냉매를 경유시키면서 보다 고온의 열교환용 유체를 사용하여 가열하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 가열수단은, 상기 열교환용 유체 및 냉매가 흐르는 유로들이 형성된 얇은 금속판이 다수 적층되어, 고온의 열교환용 유체와 저온의 냉매가 상기 유로들을 따라 흐르면서 열교환되는 판형 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 가열수단은, 열교환용 유체를 순환시키면서 압축, 가열하는 난방용 압축기와, 압축, 가열된 열교환용 유체를 받아 고압의 액체상태로 전환하는 한편, 상기 제 1열교환기로부터 압축기로 유입되는 냉매를 경유시키면서 상기 열교환용 유체와 열교환시키는 난방용 응축기와, 고압의 액체상태인 열교환용 유체를 압 력강하시키는 난방용 팽창밸브와, 상기 난방용 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체상태인 열교환용 유체를 기화시키는 난방용 증발기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 난방용 응축기는, 상기 열교환용 유체 및 냉매가 흐르는 유로들이 형성된 얇은 금속판이 다수 적층되어, 고온의 열교환용 유체와 저온의 냉매가 유로를 따라 흐르면서 열교환되는 판형 열교환기인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 배기팬과 상기 공기 유출구를 연결하는 배출관을 더욱 포함하고, 상기 배출관의 내부에는 길이방향으로 상기 난방용 증발기가 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 열교환용 유체는 프레온인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 흡입팬 및 배기팬은 각각 축류팬 및 원심팬인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 축류팬 및 원심팬은 인접하여 나란히 설치되고, 상기 원심팬의 토출측과 상기 공기 유출구를 연결하는 배출관을 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 원심팬은 상기 축류팬보다 고속으로 회전하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 케이싱은 제 1열교환기가 설치되는 응축실 및, 상기 응축실과는 격리되어 내부에 제 2열교환기가 설치되는 증발실이 형성되고, 상기 응축실로 유입 및 유출되는 공기 유입구와 공기 유출구가 각각 상부에 형성되며, 상기 제 1열교환 기는 상기 공기 유입구를 통해 흡입되는 대부분의 공기가 상기 제 1열교환기 표면에 접촉하여 통과되도록 상기 응축실 공간을 질러 그 측변이 상기 응축실 내측벽에 인접되게 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 1열교환기는 상기 응축실을 수평하게 가로질러 설치되는 역브이자형 제 1열교환기인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 1열교환기는 상면과 측면을 갖는 "ㄱ"자 형상으로 형성되고 그 상면과 측면이 각각 상기 흡입팬의 상측과 흡입측 주변을 감싸도록 설치되는 "ㄱ"자형인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 1열교환기는 상기 흡입팬 주변을 감싸도록 상변과 하변이 각각 상기 응축실의 좌우 일측벽 및 바닥에 인접되고, 양측변은 상기 응축실의 전후 측벽에 인접되게 설치되는 곡면형인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 1열교환기는 상기 응축실을 수평하게 가로질러 설치되는 평판형인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 1열교환기는 상기 응축실에 비스듬히 경사지게 설치되는 경사평판형인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 증발실은 상기 케이싱 상부 전측에 박스형 용기가 부착되어 형성되고, 상기 응축실은 상기 케이싱의 상부 후측 및 하부에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기는 제 1열교환기 및 제 2열교환기가 하나의 케이싱 내에 설치되는 일체형 제품으로 컴팩트한 작은 부피의 외형을 가지며, 실내에서 이동 및 설치가 간단하고 용이하다. 하지만, 본 발명은 작은 부피를 갖는 제품임에도 불구하고 냉방 및 난방시 냉난방 성능을 비약적으로 높일 수 있게 된다.

이를 위해 본 발명은, 냉난방시 실외에서 흡입되는 공기가 응축실 내에서 마찰접촉에도 불구하고 부하를 극복하면서 원활하게 흐를 수 있도록 구성된다. 또한, 난방시에는 대형의 전기히터 없이 순수하게 난방사이클로만 높은 수준의 난방성능을 발휘할 수 있도록 구성된다.

이에 본 발명의 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기의 구성을 상세히 설명한다.

도 2는 제 1실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도이고, 도 3은 제 1실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위하여 배면을 부분 절개한 사시도이며, 도 4는 제 1실시예에 따른 본 발명의 전면을 개방한 정면도이며, 도 5는 제 1실시예에 따른 본 발명에 의한 가열수단의 판형 열교환기를 보여주는 사시도이다.

먼저 도 2를 참조로 보면, 제 1실시예에 따른 본 발명은 냉방 및 난방을 구현하기 위해 압축기(120)에 의해 냉매를 순환시키는 주된 사이클과, 난방시 상기 압축기(120)를 가열할 목적으로 열교환용 유체를 순환시키는 소규모 난방용 사이클 의 이중 사이클 구조를 갖는 것임을 알 수 있다.

상기와 같은 이중 사이클 구조를 갖는 본 발명은 케이싱(110), 압축기(120), 제 1열교환기(130), 팽창밸브(140), 제 2열교환기(150), 가열수단(160), 흡입팬인 축류팬(170) 및 배기팬인 원심팬(180)을 포함하여 구성된다

먼저, 상기 케이싱(110)은 제 1열교환기(130)가 설치된 응축실(111)과, 상기 응축실(111)과는 공기가 유통되지 않도록 격리되어 제 2열교환기(150)가 설치되는 증발실(112)로 형성된다. 이 중 상기 증발실(112)은 상기 케이싱(110) 상부 전측에 간단하게 박스형 용기가 부착되어 형성되고, 상기 응축실(111)은 상기 케이싱(110)의 상부 후측 및 하부를 차지하여 하나의 공간으로 형성된다. 이같은 구성에 따르면 상기 증발실(112)이 차지하는 부피는 최소화한 대신 상기 응축실(111)의 부피는 더욱 확보하는 효과가 있다. 한편, 상기 케이싱(110)의 응축실(111) 후측벽 상부에는 실외공기가 응축실(111) 내로 유입 및 유출 가능하도록 공기 유입구(113) 및 공기 유출구(114)가 인근에 나란히 형성된다. 이같이 공기 유입구(113) 및 공기 유출구(114)가 응축실(111) 후측벽 상부에 나란히 형성되면 건물에 형성된 창문과 대략 같은 높이를 갖게 된다. 따라서, 상기 공기 유입구(113) 및 공기 유출구(114)와 실외를 연결하는 연결배관들을 간결하게 드리울 수 있게 된다.

상기 압축기(120)는 상기 케이싱(110)의 하부에 설치되고, 순환하는 냉매를 고온, 고압으로 압축한다. 상기 압축기(120)는 상온의 환경에서 작동되는 냉방시뿐만 아니라 저온의 환경에서 작동되는 난방시에도 상기 가열수단(160)의 도움을 받아 제 성능을 발휘하면서 냉매를 압축시키게 된다. 난방시 상기 압축기(120)를 보 조하는 상기 가열수단(160)에 대해서는 차후에 상세히 설명하기로 한다.

상기 제 1열교환기(130)는 상기 압축기(120) 및 팽창밸브(140) 사이에 연결되어 냉방시 압축기(120)에서 압축된 냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 한다. 또한, 난방시에는 팽창밸브(140)에서 압력강화된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하게 된다. 상기 제 1열교환기(130)는 상기 응축실(111)을 수평하게 가로질러 설치되는 역브이자형으로 형성된다. 이로써, 넓은 표면적을 갖는 상기 제 1열교환기(130)가 응축실(111) 내에서 공기 유입구(113)와 축류팬(170) 사이를 빈틈없이 가로막게 된다. 따라서, 상기 응축실(111)로 흡입되는 거의 모든 공기가 상기 축류팬(170)에 흡입되기 직전에 상기 제 1열교환기(3) 표면에 접촉되어진다. 이같은 형태를 갖는 제 1열교환기(130)는 응축실(111) 내로 흡입되는 거의 모든 공기와 접촉하면서 효과적으로 열교환하게 된다.

상기 팽창밸브(140)는 상기 제 1열교환기(130) 및 제 2열교환기(150) 사이에 연결되어 고압의 액체냉매를 저압의 액체냉매로 압력강하시키게 된다.

상기 제 2열교환기(150)는 상기 팽창밸브(140) 및 압축기(120)와 연결되어 냉방시 팽창밸브(140)에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 한다. 또한, 난방시에는 압축기(120)에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하게 된다.

상기 가열수단(160)은 냉방시에는 작동하지 않고 난방시에만 작동하면서 상기 압축기(120)로 유입되는 저온의 냉매를 적정온도로 가열하는 역할을 수행하게 된다. 이는 동절기 난방운전시 압축기(120)로 유입되는 냉매의 온도가 영하로까지 떨어질 정도로 낮아지면서 압축기(120)가 과냉각되어 제 기능을 거의 발휘하지 못하기 때문이다. 하지만 상기 가열수단(160)이 압축기(120)로 유입되는 냉매를 가열하여 온도를 높이게 되면 상기 압축기(120)는 본래의 기능을 충분히 수행할 수 있게 된다. 이에 따라 난방사이클이 원활하게 이루어지면서 종래와 달리 별도의 대형 전기히터를 구비하지 않고서도 실내를 충분히 난방시킬 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 가열수단(160)은, 난방용 압축기(161)와, 난방용 응축기인 판형 열교환기(163)와, 난방용 팽창밸브(164)와, 난방용 증발기(165)를 포함하여 구성된다. 상기 가열수단(160)은 각 구성요소들에 의해 난방시에만 작동되는 소규모의 냉동사이클을 이루어 열교환용 액체인 프레온을 순환시키게 된다. 이 과정에서 상기 판형 열교환기(163)에서 발생되는 응축열을 사용하여 상기 압축기(120)로 유입되는 저온의 냉매를 가열하게 된다.

이를 위해, 상기 난방용 압축기(161)는, 열교환용 유체인 프레온을 순환시키면서 압축, 가열한다. 물론, 상기 프레온은 현재의 기술로 볼 때 냉매 역할을 해야 하는 열교환용 유체로서 가장 바람직한 편에 속하는 유체이기는 하나 상기와 동일한 역할을 하는 것이라면 다른 유체를 사용하는 데 제한되지 않는다. 여기서, 상기 난방용 압축기(161)는 실내난방이 아닌 단순히 압축기(120)를 가열하는 수준으로 프레온을 압축, 가열하는 정도의 성능만 발휘하면 되기 때문에 상기 압축기(120)와는 달리 별도의 가열이 없어도 충분하다.

상기 판형 열교환기(163)는, 상기 난방용 압축기(161)로부터 압축, 가열된 프레온을 받아 고압의 액체상태로 전환하는 한편, 상기 제 1열교환기(130)로부터 압축기(120)로 유입되는 냉매를 별도로 형성된 경로를 통해 경유시키면서 고온의 프레온과 열교환시킨다. 여기서, 상기 판형 열교환기(163)가 냉매를 가열하여 끌어올리고자 하는 설정온도는 상기 압축기(120)가 압축기(120)로서의 기능을 충분히 발휘하는 데 지장을 주지 않는 온도로서 통상 15[℃] 내외가 된다. 이는 상기 압축기(120)의 종류 및 주변 여건에 따라 차이가 있을 수 있다. 물론, 상기 압축기(120)로 유입되는 냉매의 온도가 영하까지 떨어지지 않는다면 과냉각에 의해 압축기(120)가 거의 작동을 못하는 상태는 막을 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 판형 열교환기(163)는 일차적으로는 냉매의 온도를 영상으로 끌어올려 압축기(120)의 과냉각 현상을 막고, 바람직하게는 적정온도라 할 수 있는 15[℃] 내외 이상으로 냉매의 온도를 끌어올리고자 한다.

상기 판형 열교환기(163)는 상기 프레온 및 냉매가 각각 별도로 흐르도록 유로들이 형성된 얇은 금속판이 다수 적층되어 형성된다. 상기 판형 열교환기(163)의 유로들은 열교환용 유체인 프레온이 각각 유입되고 유출되는 프레온의 유입측(163a), 유출측(163b)과, 냉매가 유입되고 유출되는 냉매의 유입측(163c), 유출측(163d)을 갖는다. 여기서, 프레온 유입측(163a)은 난방용 압축기(161)의 유출측과 연결되며 냉매 유출측(163d)은 압축기(120)의 냉매 유입측과 연결되는 것을 볼 수 있다.

이러한 판형 열교환기(163)는 두 종류 이상의 유체를 열교환시키기 위한 것으로 이미 다른 분야에서는 브레이징 타입 등의 우수한 제품이 다양하게 개발되어 시판되고 있는 공지기술에 해당된다. 따라서 구성상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 난방용 팽창밸브(164)는 상기 판형 열교환기(163)와 난방용 증발기(165) 사이에 설치되어 고압의 액체상태인 프레온을 압력강하시키게 된다.

상기 난방용 증발기(165)는 상기 원심팬(180)과 상기 공기 유출구(114)를 연결하는 배출관(190) 내부에 길이방향으로 설치된다. 따라서 상기 난방용 증발기(165)로부터 발생되는 냉기가 실내에 유입되어 난방효과를 감소시키지 않고 외부에 그대로 방출된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 가열수단(160)은 열교환용 유체인 프레온을 순환시키는 별도의 냉동사이클을 운용함으로써 압축기(120)로 유입되는 냉매를 지속적으로 가열하게 된다.

상기 축류팬(170,Axial fan)은 상기 공기 유입구(113)로부터 실외공기를 제 1열교환기(130)의 표면에 접촉시키면서 흡입하여 토출하게 된다. 여기서 상기 축류팬(170)은 프로펠러 팬(Propeller Fan) 타입을 염두한 것으로서, 저압으로 다량의 풍량이 요구될 때 적합한 특성을 갖는다. 따라서, 그 특성상 제 1열교환기(130)를 사이에 두고 공기 유입구(113)의 반대편에 설치되어 보다 많은 공기를 흡입하여 끌어당기는 역할을 담당케 하는 것이 적당하다. 특히, 상기 축류팬(170)은 공기 접촉에 따른 마찰 등으로 부하 발생시에 급격하게 성능이 저하되지 않는 안정특성을 가지고 있다. 따라서, 상기 축류팬(170)은 흐르는 공기가 상기 응축실(111)의 내측벽 및 제 1열교환기(130) 표면에 마찰 접촉되면서 발생하는 부하에 대하여 급격한 성능 저하 없이 안정된 성능을 유지하면서 충분한 양의 공기를 흡입하게 된다.

상기 원심팬(180,Centrifugal fan)은 상기 축류팬(170)의 토출측에 나란히 설치되어 상기 축류팬(170)으로부터 토출되는 공기를 상기 공기 유출구(114)로 배출하게 된다. 여기서, 상기 원심팬(180)은 시로코팬(Sirocco Fan)으로 알려진 다익팬(Multiblade Fan) 타입을 염두한 것으로, 설치면적이 작고 풍압 150[mmAq] 이하의 저압에서 공기의 유동상태가 매우 원활하며 불쾌한 소음, 진동이 없어서 극히 정숙한 운전 특성을 갖는다. 특히, 상기 원심팬(180)은 부하에 대하여 급격하게 성능이 저하되는 단점이 있지만 작은 공간에서 공기의 배출방향을 원하는 곳으로 전환하기가 용이하다. 따라서 상기 원심팬(180)은 상기 축류팬(170)이 부하를 극복하면서 흡입하여 토출한 공기를 공기 유출구(114)를 통해 배출하는 데 적합하다.

상기와 같은 축류팬(170)과 원심팬(180)의 특성을 잘 살리면 공기의 흐름이 매우 원활하게 되고, 더 넓은 면적에서 제 1열교환기(130)와 공기의 접촉이 이루어진다. 이같은 효과를 극대화하기 위해서는 상기 축류팬(170)은 원심팬(180)의 흡입면적보다 더 큰 것을 구비하는 것은 물론, 나아가 상기 제 1열교환기(130)의 폭까지 고려하여 큰 폭의 날개를 가진 것을 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 회전속도에 있어서는 상기 원심팬(180)의 회전속도가 상기 축류팬(170)의 회전속도보다 커야 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명과 관련하여 제 1열교환기(130)를 냉각하기 위한 공기의 흐름을 중심으로 설명한다.

먼저, 본 발명의 냉난방기가 작동하게 되면 축류팬(170)의 회전에 따른 흡입 력으로 실외공기가 응축실(111) 상부 후측벽에 형성된 공기 유입구(113)를 통해 응축실(111)로 흡입된다. 이렇게 응축실(111) 내로 흡입된 공기는 계속해서 축류팬(170)에 의한 흡입력의 영향을 받으면서 응축실(111) 상부에서 제 1열교환기(130)가 있는 하부를 향해 흐르게 된다.

이때 흐르는 공기는 응축실(111) 상부의 협소한 공간을 지나지만 상기 증발실(112)의 경사진 후면을 타고 내려오면서 넓게 퍼지게 된다. 이후, 응축실(111) 공간을 가로질러 제 1열교환기(130) 표면에 접촉되어 더욱 넓게 퍼지면서 제 1열교환기(130)를 통과하게 된다.

이로써, 흡입된 공기가 제 1열교환기(130) 표면에 충분한 면적으로 접촉되면서 제 1열교환기(130)와 활발히 열교환하게 된다.

여기서, 상기 응축실(111)은 공기의 원활한 흐름을 보존하는 통로 역할을 하고, 상기 제 1열교환기(130)는 이러한 응축실(111) 공간을 가로질러 설치되어 있다. 따라서 흡입되는 거의 모든 공기가 제 1열교환기(130) 표면에 충분한 넓이로 접촉되면서 열교환하게 되는 것이다.

또한, 상기 축류팬(170)은 흐르는 공기가 응축실(111)의 내측벽과 제 1열교환기(130) 표면을 통과할 때 마찰접촉으로 발생되는 부하를 극복하고 큰 성능저하 없이 많은 양의 공기를 흡입하여 끌어당기게 된다.

또한, 상기 축류팬(170)이 부하를 극복하고 흡입하여 토출한 공기를 이번에는 원심팬(180)이 흡입하여 방향을 전환해주고 상기 축류팬(170)보다 고속으로 회전하면서 공기를 토출하게 된다.

그러면, 배출관(190)을 통해 공기가 고속으로 토출되고, 이어 공기 유출구(114)로부터 실외로 연결되는 연결배관을 통해 공기가 실외로 최종 배출된다. 이때, 상기 배출관(190) 내부에 길이방향으로 설치된 난방용 증발기(165)에서 발생되는 냉기도 공기와 함께 실외로 배출된다.

한편, 제 1실시예에 따른 본 발명의 동작을 냉방 및 난방사이클을 중심으로 설명하면 다음과 같다.

이에, 도 6은 제 1실시예에 따른 본 발명의 냉방시 동작을 설명하기 위한 구성도이고, 도 7은 제 1실시예에 따른 본 발명의 난방시 동작을 설명하기 위한 구성도이다.

우선, 도 6을 참조한 본 발명의 냉방시에는 제 1열교환기(130) 및 제 2열교환기(150)가 각각 응축기 및 증발기의 역할을 수행하며, 냉매는 도시된 화살표(1-2-3-4-5-6)와 같이 압축기(120), 제 1열교환기(130), 팽창밸브(140), 제 2열교환기(150) 및 압축기(120) 순으로 순환되면서 압축-응축-팽창-증발의 연속적인 냉방사이클 과정을 거치게 된다. 이때, 상기 가열수단(160)은 가동되지 않는다.

도 7을 참조한 난방시에는 상기 제 1열교환기(130) 및 제 2열교환기(150)가 각각 증발기 및 응축기의 역할을 수행하며, 도시된 화살표(11-12-13-14-15-16)와 같이 사방밸브(115)에 의해 흐름방향이 전환되는 냉매가 압축기(120), 제 2열교환기(150), 팽창밸브(140), 제 1열교환기(130), 가열수단(160) 및 압축기(120)의 순으로 역순환되면서 압축-응축-팽창-증발-가열의 연속적인 난방사이클 과정을 거치게 된다.

이때 가열수단(160)이 작동되면서 가열수단(160) 내부에서는 난방용 압축기(161), 난방용 응축기인 판형 열교환기(163), 난방용 팽창밸브(164), 난방용 증발기(165) 및 다시 난방용 압축기(161) 순으로 프레온이 순환되면서 압축-응축-팽창-증발의 연속적인 냉각사이클 과정이 일어난다. 이처럼 상기 가열수단(160)에서 냉각사이클이 이루어지면서 상기 난방용 응축기(130)에서는 고온의 응축열이 지속적으로 발생된다.

여기서, 상기 난방용 응축기는 판형 열교환기(163)로서 상기 압축기(120)로 유입되는 저온의 냉매가 경유토록 구성되어 있다. 따라서 판형 열교환기(163)에서 발생되는 응축열에 의해 상기 압축기(120)로 유입되는 저온의 냉매가 가열되어 온도가 높아지게 된다.

따라서, 상기 판형 열교환기(163)에서 응축열을 받고 온도가 상승된 냉매는 적정온도 상태로 압축기(120)에 유입되며, 상기 압축기(120)는 적정온도의 냉매를 받으면서 본래의 기능을 충분히 발휘할 수 있게 된다.

결과적으로 상기 압축기(120)가 제 기능을 충분히 발휘하면서 압축과정을 원활하게 수행함에 따라 이어지는 응축-팽창-증발의 연속과정도 차질 없이 이루어져서 난방사이클에 의해서만도 실내를 충분히 난방할 수 있게 된다. 물론, 실내난방을 위한 별도의 전기히터는 더 이상 필요 없게 된다.

본 발명은 상기 제 1열교환기의 형태가 변형되는 다양한 실시예가 가능하며, 이하에서는 몇 가지 다른 실시예들을 설명한다.

도 8은 제 2실시예에 따른 본 발명의 배면이 개방된 배면도이다.

도시된 바와 같이, 제 2실시예에 따른 본 발명은 제 1열교환기(230)가 상면과 측면을 갖는 "ㄱ"형상으로 형성되고, 그 상면과 측면이 각각 상기 축류팬(170)의 상측 및 흡입측 주변을 감싸도록 설치된다.

이같은 제 1열교환기(230)의 구성으로 제 1실시예와 마찬가지로 응축실(111) 내로 흡입되는 거의 모든 공기가 원활하게 흐르면서 제 1열교환기(230) 표면에 최대한 접촉하게 되어 높은 열교환 효과를 기대할 수 있게 된다.

도 9는 제 3실시예에 따른 본 발명의 배면이 개방된 배면도이다.

도시된 바와 같이, 제 3실시예에서는 축류팬(170) 주변을 감싸는 곡면형 제 1열교환기(330)가 설치된다. 여기서, 상기 곡면형 제 1열교환기(330)는 상변과 하변이 각각 상기 응축실(111)의 우측벽 및 바닥에 인접되게 설치된다.

이로써, 응축실(111) 내에 넓은 표면적을 갖는 제 1열교환기(330)를 확보하면서 흡입되는 거의 모든 공기가 상기 제 1열교환기(330) 표면과 접촉하여 충분히 열교환할 수 있게 된다.

이러한 제 3실시예에 따른 구성 역시 제 1실시예와 마찬가지로 넓은 열교환 면적을 확보함과 동시에 곡선지게 형성된 제 1열교환기(330) 형상에 의해 공기가 균일하게 퍼지면서 접촉하게 된다.

도 10은 제 4실시예에 따른 본 발명의 배면이 개방된 배면도이다.

도시된 바와 같이, 제 4실시예에서는 평판형 제 1열교환기(430)가 응축실(111) 공간을 수평하게 가로질러 그 측변이 상기 응축실(111) 내측벽에 인접되게 설치된다.

여기서, 상기 제 1열교환기(430)의 측변 중 일부는 상기 배출관(190)이 하부에서 상부로 지나가는 관계로 응축실(111) 내측벽 대신에 배출관(190)에 인접되고, 필요하다면 상기 응축실(111) 내측벽에서 이격되어 설치되는 것도 가능하다. 그러나 제 1열교환기(430) 측변의 대부분은 상기 응축실(111) 내측벽에 인접되게 설치된다.

도 11은 제 5실시예에 따른 본 발명의 배면이 개방된 배면도이다.

도시된 바와 같이, 제 5실시예에서는 제 1열교환기(530)가 응축실(111)에 비스듬히 경사진 경사평판형으로 설치된다.

이로써, 응축실(111) 내에 넓은 표면적을 갖는 제 1열교환기(530)를 확보하면서 흡입되는 거의 모든 공기가 상기 제 1열교환기(530) 표면과 접촉하여 열교환할 수 있게 된다.

이러한, 제 5실시에서는 제 4실시예와 비교하여 비스듬히 경사지게 설치되는 제 1열교환기(530)의 구성에 의해 더 넓은 열교환 면적을 확보할 수 있게 된다.

도 12는 제 6실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

도시된 바와 같이, 제 6실시예에 따른 본 발명은 케이싱(110), 압축기(120), 제 1열교환기(130), 팽창밸브(140), 제 2열교환기(150)를 비롯하여 가열수단(660)을 포함하여 구성된다.

여기서, 제 6실시예에 따른 본 발명은 상기 케이싱(110), 압축기(120), 제 1열교환기(130), 팽창밸브(140)의 경우 그 구성에서 제 1실시예와 거의 같으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 그러나, 상기 가열수단(660)의 경우 제 1실시예와 구별되는 구성을 갖는다.

즉, 상기 가열수단(660)은 난방용 압축기(661)와, 판형 열교환기(663)로 구성된다. 상기 난방용 압축기(661)는 열교환용 유체를 받아들여 압축, 가열하고, 가열된 고온의 열교환용 유체를 상기 판형 열교환기(663)로 보낸다. 그러면 상기 판형 열교환기(663)에서는 고온 상태로 보내어진 열교환용 유체가 상기 압축기(120)로 유입되는 저온의 냉매를 가열하여 적정온도로 상승시키게 되는 것이다. 이후, 상기 열교환용 유체는 외부로 배출된다. 여기서, 상기 열교환용 유체는 공기를 비롯하여 상수도로부터 공급받을 수 있는 수돗물과 같이 다양한 근원으로부터 공급받을 수 있다.

또한, 상기 가열수단(660)에는 상기 난방용 압축기(661)로 유입되는 열교환용 유체를 가열하기 위하여 전기히터와 같은 보조 가열수단(662)이 더욱 구비될 수 있다. 이처럼 상기 보조 가열수단(662)이 구비되면 상기 난방용 압축기(661)의 성능은 더욱 높아지고 상기 판형 열교환기(663)에 유입되는 열교환용 유체의 온도는 높아져서 저온의 냉매를 더욱 신속하게 가열할 수 있다.

이처럼 제 6실시예에 따른 본 발명은 상기 압축기(120)로 유입되는 저온의 냉매를 가열하기 위하여 구비되는 가열수단(660)이 제 1실시예와 달리 냉각사이클을 이루지 않는 다양한 형태로도 구성될 수 있음을 보여준다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나. 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위 의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기는, 난방시, 자체에 별도의 대형 전기히터를 설치하지 않고서도 높은 수준의 난방성능을 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 난방시, 전기히터 없이 본래의 난방사이클을 적극 활용함으로써 향후 전기소비량를 현저히 감축시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 작은 부피를 갖는 제품에서 보다 넓은 표면적의 응축기를 확보함과 동시에 응축실로 흡입되는 거의 모든 공기를 확보된 응축기 표면에 충분히 접촉시킬 수 있으므로 뛰어난 냉방성능을 기대할 수 있다.

또한, 본 발명은 실외로부터 공기를 흡입하고, 이를 다시 실외로 배출하기 때문에 창문 틈새 등으로 실외공기가 유입되면서 냉방효율이 저하되는 현상이 발생하지 않는다.

또한, 본 발명은 인근에 나란히 직렬 배치되는 흡입팬 및 배기팬의 상호 보완적인 작용에 의해 응축실 내 전구간에서 원활한 공기의 흐름을 보장받게 되어 냉방성능이 비약적으로 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같이 우수한 냉난방 효과를 가지면서도 컴팩트한 제품을 구현하는 데 적당하다.

Claims (17)

1. 실외공기가 유입 및 유출되는 공기 유입구와 공기 유출구가 각각 형성된 케이싱과;

   냉매를 압축하는 압축기와;

   냉방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하고, 난방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하는 제 1열교환기와;

   고압의 액체냉매를 저압의 액체냉매로 압력강하시키는 팽창밸브와;

   냉방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하고, 난방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하는 제 2열교환기와;

   난방시 상기 압축기로 유입되는 냉매를 가열하는 가열수단과;

   상기 공기 유입구로부터 실외공기를 제 1열교환기 표면에 접촉시키면서 흡입하여 토출하는 흡입팬과;

   상기 흡입팬의 토출측에 직렬로 설치되어 상기 흡입팬으로부터 토출되는 공기를 상기 공기 유출구로 배출하는 배기팬을 포함하여 구성되는 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가열수단은 상기 제 1열교환기로부터 압축기로 유입되는 저온의 냉매를 경유시키면서 보다 고온의 열교환용 유체를 사용하여 가열하는 것을 특징으로 하는 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 가열수단은, 상기 열교환용 유체 및 냉매가 흐르는 유로들이 형성된 얇은 금속판이 다수 적층되어, 고온의 열교환용 유체와 저온의 냉매가 상기 유로들을 따라 흐르면서 열교환되는 판형 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.
4. 제 2항에 있어서, 상기 가열수단은,

   열교환용 유체를 순환시키면서 압축, 가열하는 난방용 압축기와;

   압축, 가열된 열교환용 유체를 받아 고압의 액체상태로 전환하는 한편, 상기 제 1열교환기로부터 압축기로 유입되는 냉매를 경유시키면서 상기 열교환용 유체와 열교환시키는 난방용 응축기와;

   고압의 액체상태인 열교환용 유체를 압력강하시키는 난방용 팽창밸브와;

   상기 난방용 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체상태인 열교환용 유체를 기화시키는 난방용 증발기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 난방용 응축기는, 상기 열교환용 유체 및 냉매가 흐르는 유로들이 형성된 얇은 금속판이 다수 적층되어, 고온의 열교환용 유체와 저온의 냉매가 상기 유로들을 따라 흐르면서 열교환되는 판형 열교환기인 것을 특징으로 하는 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 배기팬의 토출측과 상기 공기 유출구를 연결하는 배출관을 더욱 포함하고, 상기 배출관의 내부에는 길이방향으로 상기 난방용 증발기가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.
7. 제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 열교환용 유체는 프레온인 것을 특징으로 하는 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 흡입팬 및 배기팬은 각각 축류팬 및 원심팬인 것을 특징으로 하는 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 원심팬의 토출측과 상기 공기 유출구를 연결하는 배출관을 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 원심팬은 상기 축류팬보다 고속으로 회전하는 것을 특징으로 하는 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 케이싱은 제 1열교환기가 설치되는 응축실 및, 상기 응축실과는 격리되어 내부에 제 2열교환기가 설치되는 증발실이 형성되고, 상기 공기 유입구와 공기 유출구가 각각 상기 응측실 상부에 형성되며,

    상기 제 1열교환기는 상기 공기 유입구를 통해 흡입되는 대부분의 공기가 상기 제 1열교환기 표면에 접촉하여 통과되도록 상기 응축실 공간을 질러 그 측변이 상기 응축실 내측벽에 인접되게 설치되는 것을 특징으로 하는 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 제 1열교환기는 상기 응축실을 수평하게 가로질러 설치되는 역브이자형인 것을 특징으로 하는 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.
13. 제 11항에 있어서,

    상기 제 1열교환기는 상면과 측면을 갖는 "ㄱ"자 형상으로 형성되고 그 상면과 측면이 각각 상기 흡입팬의 상측과 흡입측 주변을 감싸도록 설치되는 "ㄱ"자형인 것을 특징으로 하는 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.
14. 제 11항에 있어서,

    상기 제 1열교환기는 상기 흡입팬 주변을 감싸도록 상변과 하변이 각각 상기 응축실의 좌우 일측벽 및 바닥에 인접되고, 양측변은 상기 응축실의 전후 측벽에 인접되게 설치되는 곡면형인 것을 특징으로 하는 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.
15. 제 11항에 있어서,

    상기 제 1열교환기는 상기 응축실을 수평하게 가로질러 설치되는 평판형인 것을 특징으로 하는 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.
16. 제 11항에 있어서,

    상기 제 1열교환기는 상기 응축실에 비스듬히 경사지게 설치되는 경사평판형인 것을 특징으로 하는 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.
17. 제 11항에 있어서,

    상기 증발실은 상기 케이싱 상부 전측에 박스형 용기가 부착되어 형성되고, 상기 응축실은 상기 케이싱의 상부 후측 및 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 냉난방 성능을 높인 실외기 일체형 냉난방기.

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