KR20120054321A - 히트 펌프 - Google Patents

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KR20120054321A
KR20120054321A KR1020100115643A KR20100115643A KR20120054321A KR 20120054321 A KR20120054321 A KR 20120054321A KR 1020100115643 A KR1020100115643 A KR 1020100115643A KR 20100115643 A KR20100115643 A KR 20100115643A KR 20120054321 A KR20120054321 A KR 20120054321A
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coated
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heat exchanger
water
repellent coating
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KR1020100115643A
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김주혁
김홍성
이한춘
이상열
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 히트 펌프는 냉매를 압축하는 압축기와; 냉매가 실외 공기와 열교환되는 실외 열교환기를 포함하고, 실외 열교환기는 냉매가 통과하는 냉매튜브와, 냉매튜브가 결합된 적어도 하나의 핀(Fin)을 포함하며, 핀은 일면에 발수 코팅재가 코팅되고, 타면에 친수 코팅재가 코팅되며, 공기와 접촉되는 면적 중 발수 코팅재가 코팅된 면적이 친수 코팅재가 코팅된 면적 보다 넓게 코팅되어, 난방 운전시 충분한 난방 용량을 확보할 수 있고, 난방운전 시간을 길게 하면서, 제상운전시간을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

Description

히트 펌프{Heat pump}
본 발명은 히트 펌프에 관한 것으로서, 특히 실외 공기와 냉매가 열교환되는 실외 열교환기에 친수 코팅과 발수 코팅이 함께 행해진 히트 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 히트 펌프는 압축기와 응축 열교환기와 팽창기구와 증발 열교환기를 포함하여 실내를 냉방 또는 난방하거나 급탕에 이용되는 기기이다.
최근에는 열교환기의 핀에 발수코팅층을 형성하여 부식을 방지하거나
열교환기의 핀에 친수코팅층을 형성하여 응축수의 배출을 용이하게 하는 기술이 개발되고 있다.
등록특허공보 10-0349944(2002년08월12일)
본 발명은 난방운전시간을 길게 확보할 수 있고 난방능력을 향상시킬 수 있는 실외 열교환기를 갖는 히트 펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 히트 펌프는 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 냉매가 실외 공기와 열교환되는 실외 열교환기를 포함하고, 상기 실외 열교환기는 냉매가 통과하는 냉매튜브와, 상기 냉매튜브가 결합된 적어도 하나의 핀(Fin)을 포함하며, 상기 핀은 일면에 발수 코팅재가 코팅되고, 타면에 친수 코팅재가 코팅되며, 공기와 접촉되는 면적 중 발수 코팅재가 코팅된 면적이 친수 코팅재가 코팅된 면적 보다 넓다.
상기 핀은 상기 냉매튜브와 접촉되게 절곡된 칼라(collar)를 포함하고, 상기 칼라는 상기 냉매튜브를 향하는 면의 반대면에 상기 발수 코팅재가 코팅될 수 있다.
상기 핀은 상기 냉매튜브를 향하는 면에 상기 친수 코팅재가 코팅될 수 있다.
상기 핀은 상기 발수 코팅재가 코팅된 면적이 상기 공기와 접촉되는 면적의 0.5배 초과 0.6배 미만일 수 있다.
본 발명에 따른 공기조화기는 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 냉매가 실외 공기와 열교환되는 실외 열교환기를 포함하고, 상기 실외 열교환기는 냉매가 통과하는 냉매튜브와, 상기 냉매튜브가 결합되고 알루미늄 재질로 이루어진 복수개의 핀(Fin)을 포함하며, 상기 핀은 일면에 발수 코팅재가 코팅되고, 타면에 친수 코팅재가 코팅되며, 공기와 접촉되는 면적 중 발수 코팅재가 코팅된 면적이 친수 코팅재가 코팅된 면적 보다 넓다.
상기 복수개의 핀 중 어느 하나에 코팅된 친수 코팅재는 상기 복수개의 핀 중 다른 하나에 코팅된 발수 코팅재와 서로 마주볼 수 있다.
상기 핀은 상기 냉매튜브와 접촉되게 절곡된 칼라(collar)를 포함하고,상기 칼라는 상기 냉매튜브를 향하는 면에 상기 친수 코팅재가 코팅되고, 반대면에 상기 발수 코팅재가 코팅될 수 있다.
상기 핀은 상기 발수 코팅재가 코팅된 면적이 상기 공기와 접촉되는 면적의 0.5배 초과 0.6배 미만일 수 있다.
상기 친수 코팅재는 친수 코팅재 표면에 생성되는 응축수의 접촉각이 0° 초과 30°미만일 수 있다.
상기 발수 코팅재는 발수 코팅재 표면에 생성되는 응축수의 접촉각이 90° 초과 150°미만일 수 있다.
본 발명은 발수코팅재와 친수코팅재가 함께 코팅되고 공기와 접촉되는 면적 중 발수코팅재가 코팅된 면적이 친수코팅재가 코팅된 면적보다 넓어, 난방 운전시 충분한 난방 용량을 확보할 수 있는 이점이 있다.
또한, 칼라 중에서 공기와 접촉하는 면에 발수 코팅재가 코팅되어 서리가 칼라에 집중되는 것을 최소화할 수 있고, 신속한 제상이 가능한 이점이 있다.
또한, 난방운전 시간을 길게 하면서, 제상운전시간을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 실외 열교환기 주요부 확대도,
도 3은 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 친수코팅과 발수코팅 비율에 따른 난방운전시간이 개략적으로 도시된 도,
도 4는 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 친수코팅과 발수코팅의 비율에 따른 제상운전시간이 개략적으로 도시된 도,
도 5는 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 발수 코팅된 핀에 생성된 응축수가 확대 도시된 측면도,
도 6은 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 친수 코팅된 핀에 생성된 응축수가 확대 도시된 측면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 구성도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 히트 펌프는 냉매를 압축하는 압축기(2)와, 냉매가 실외 공기와 열교환되는 실외 열교환기(4)를 포함한다.
실외 열교환기(4)는 냉매가 실외팬(5)에 의해 유동되는 실외 공기와 열교환되게 하여 냉매를 응축시키거나 증발시킨다.
히트 펌프는 냉매가 실내 공기와 열교환되거나 부동액이나 물 등의 액상 열매체와 열교환되는 실내 열교환기(6)를 포함할 수 있다.
히트 펌프는 히트 펌프식 공기조화기 또는 히트 펌프식 급탕장치로 구성될 수 있다. 히트 펌프식 공기조화기의 경우, 실내 공기는 실내 열교환기(6)에서 냉매와 열교환된 후 실내로 토출되어 실내 온도를 변화시킬 수 있다. 히트 펌프식 급탕장치의 경우, 물이나 부동액 등의 액상 열매체는 실내 열교환기(6)에서 냉매와 열교환된 후 급탕에 이용될 수 있다.
실내 열교환기(6)는 히트 펌프식 공기조화기의 경우 냉매가 통과하는 냉매 튜브와, 냉매 튜브에 결합된 적어도 하나의 핀을 포함하는 핀-튜브 열교환기로 이루어져, 실내 공기가 핀-튜브 열교환기와 접촉되어 냉매와 열교환된다.
실내 열교환기(6)는 실내팬(7)에 의해 유동되는 실내 공기와 그 내부를 통과하는 냉매를 열교환시켜 냉매를 응축시키거나 증발시킨다.
실내 열교환기(6)는 히트 펌프식 급탕장치의 경우 냉매가 통과하는 제 1 유로와, 액상 열매체가 통과하는 제 2 유로가 형성되고, 제 1 유로의 냉매와 제 2 유로의 액상 열매체가 열전달부재를 사이에 두고 열교환되는 이중관 열교환기나 판형 열교환기나 쉘-튜브형 열교환기로 이루어지며, 액 상 열매체가 제 2 유로를 통과하면서 열전달부재를 통해 냉매와 열교환된다.
실내 열교환기(6)는 액상 열매체가 담겨지는 저수조(또는 급탕조, 미도시)와 액상 열매체 순환 유로로 연결될 수 있고, 저수조(또는 급탕조)에서 유동된 액상 열매체가 실내 열교환기(6)의 제 2 유로를 통과하면서 냉매를 증발시키거나 응축시킨다.
히트 펌프는 실내 열교환기(6)와 실외 열교환기(4)의 사이에 설치되어 냉매를 팽창시키는 팽창기구(8)를 포함한다.
히트 펌프는 냉매가 압축기(2)와 실외 열교환기(4)와 팽창기구(8)와 실내 열교환기(6) 순서로 순환되게 하거나, 압축기(2)와 실내 열교환기(6)와 팽창기구(8)와 실외 열교환기(4) 순서로 순환되게 하는 유로 절환부(10)를 더 포함한다.
유로 절환부(10)는 하나의 사방밸브가 냉매의 유동 방향을 전환시키는 것이 가능하고, 복수개의 개폐밸브가 냉매의 유동 방향을 전환시키는 것도 가능하며, 이하 하나의 사방밸브가 냉매의 유동 방향을 전환시키는 것으로 설명한다.
히트 펌프는 압축기(2)와 실외 열교환기(4)와 실외팬(5)과 팽창기구(8)와 유로 절환부(10)가 실외기(O)에 설치될 수 있고, 실내 열교환기(6)와 실내팬(7)이 실내기(I)에 설치될 수 있다.
히트 펌프는 냉방운전과 난방운전을 포함하거나, 냉방운전과 난방운전과 제상운전을 포함하거나, 난방운전과 제상운전을 포함할 수 있다.
냉방운전은 실내 열교환기(6)가 액상 열매체나 실내 공기를 냉각시키는 운전으로서, 압축기(2)에서 압축된 냉매가 실외 열교환기(4)로 유동되고, 이후 팽창기구(8)와 실내 열교환기(6)를 순차적으로 통과한 후 압축기(2)로 회수되는 운전이다.
난방운전은 실내 열교환기(6)가 액상 열매체나 실내 공기를 가열시키는 운전으로서, 압축기(2)에서 압축된 냉매가 실내 열교환기(6)로 유동되고, 이후 팽창기구(8)와 실외 열교환기(4)를 순차적으로 통과한 후 압축기(2)로 회수되는 운전이다.
제상운전은 압축기(2)에서 압축된 냉매가 실외 열교환기(4)로 유동되어 실외 열교환기(4)에 생성된 서리를 제상시키는 운전으로서, 냉방운전시와 같이 압축기(2)에서 압축된 냉매가 실외 열교환기(4)로 유동되고, 이후 팽창기구(8)와 실내 열교환기(6)를 순차적으로 통과한 후 압축기(2)로 회수되는 것이 가능하다.
제상운전은 압축기(2)에서 압축된 냉매의 일부가 실외 열교환기(4)의 일부 유로를 통과하면서 실외 열교환기(4)를 부분적으로 제상시키고, 압축기(2)에서 압축된 냉매의 나머지가 실내 열교환기(6)와 팽창기구(8)를 순차적으로 통과한 후 실외 열교환기(4)의 나머지 유로를 통과한 후 압축기(2)로 회수되는 것도 가능하다.
히트 펌프는 난방 운전의 도중에 제상 조건이 되면, 제상 운전을 실시하고, 이후 제상 완료 조건이 되면, 다시 난방 운전으로 복귀될 수 있다.
제상 조건은 히트 펌프가 난방 운전으로 운전된 시간의 적산 시간과, 실외 온도나 흡입 과열도 등의 각종 조건이 제상 설정조건에 도달되는 조건이 될 수 있고, 제상 완료 조건은 제상 운전으로 운전된 시간과, 실외 온도나 흡입 과열도 등의 각종 조건이 제상완료 설정조건에 도달되는 조건이 될 수 있다.
히트 펌프는 난방 운전시 유로절환부(10)가 압축기(2)에서 압축된 냉매를 실외 열교환기(4)로 유동시키고, 제상 조건이 되면 유로절환부(10)가 압축기(2)에서 압축된 냉매를 실내 열교환기(6)로 유동시키며, 이후 난방 운전으로 복귀될 때 유로절환부(10)가 압축기(2)에서 압축된 냉매를 실외 열교환기(4)로 유동시킨다.
도 2는 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 실외 열교환기 주요부 확대 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 친수코팅과 발수코팅 비율에 따른 난방운전시간이 개략적으로 도시된 도이며, 도 4는 도 3은 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 친수코팅과 발수코팅의 비율에 따른 제상운전시간이 개략적으로 도시된 도이다.
실외 열교환기(4)는 냉매가 통과하는 냉매 튜브(12)와, 냉매 튜브(14)에 결합된 적어도 하나의 핀(14)을 포함하는 핀-튜브 열교환기로 이루어져, 실외 공기가 적어도 하나의 핀(14)과 냉매 튜브(12)를 통해 냉매가 열교환된다.
실외 열교환기(4)는 핀(14)에 발수 코팅재(16)와 친수 코팅재(18)가 함께 코팅된다.
핀(14)은 일면에 발수 코팅재(16)가 코팅되고, 타면(즉, 발수코팅재가 코팅된 면의 반대면)에 친수 코팅재(18)가 코팅된다.
실외 열교환기(4)는 핀(14)에 발수 코팅재(16)를 코팅할 경우, 핀(14) 표면의 서리 성장이 지연되고, 난방운전 시간은 길게 된다.
실외 열교환기(4)는 핀(14)에 친수 코팅재(18)를 코팅할 경우, 제상운전의 도중에 녹은 서리가 빠르게 배출되고, 제상운전 시간은 짧게 된다.
핀(14)은 친수 코팅재(16)와 발수 코팅재(18)가 서리의 성장을 지연시키고 착상된 서리를 최단 시간내에 제상시켜 배출할 수 있게 코팅되는 것이 바람직하다.
히트 펌프는 핀(14) 중에서 공기와 접촉되는 면적(즉, 전체 공기측 열전달 면적) 중에서 발수 코팅재(16)가 코팅된 면적(즉, 발수코팅 공기측 열전달 면적)의 비율에 따라 도 3 에 도시된 바와 같이, 난방 운전시간이 변화될 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 제상 운전시간이 변화될 수 있다.
히트 펌프는 도 3 및 도 4를 참고하면, 난방 운전시간을 충분히 길게 하면서 제상 운전시간을 상대적으로 짧게 하기 위해 발수 코팅재(16)가 코팅된 면적이 친수 코팅재(18)가 코팅된 면적 보다 넓게 하는 것이 바람직하고, 특히, 발수 코팅재(16)가 코팅된 면적이 공기와 접촉되는 면적의 0.5배 초과 0.6배 미만인 것이 가장 바람직하다.
발수 코팅재(16)가 코팅된 면적이 공기와 접촉되는 면적의 0.5배 이하인 경우, 난방운전시간이 너무 짧고, 발수 코팅재(16)가 코팅된 면적이 공기와 접촉되는 면적의 0.6배 이상인 경우, 난방운전시간이 길게 되나 제상 운전시간도 길게 되며, 발수 코팅재(16)가 코팅된 면적은 공기와 접촉되는 면적의 0.5배 초과 0.6배 미만인 것이 가장 바람직하다.
핀(14)은 냉매 튜브(12)와 비접촉되는 판체부(22)와, 판체부(22)에서 대략 중공 원통 형상으로 돌출되게 절곡된 칼라(24)를 포함한다.
핀(14)은 칼라(24,collar)가 냉매 튜브(12)와 접촉되게 판체부(22)에서 절곡된다.
핀(14)은 칼라(24)가 냉매 튜브(14)를 향하는 면(A, 칼라의 내주면 또는 칼라 냉매 튜브 접촉면)과, 칼라(22) 중 냉매 튜브(14)를 향하는 면(A)의 반대면(B, 칼라의 외주면 또는 칼라 공기 접촉면)을 갖고, 판체부(24)가 칼라(24)의 냉매 튜브를 향하는 면(A)에서 직교하는 연장되는 면(C: 칼라 냉매튜브 접촉면의 연장면)과, 반대면(B)에서 직교하게 연장되는 면(D: 칼라 공기 접촉면의 연장면)을 갖을 수 있다.
핀(14)은 칼라(22) 중 냉매 튜브(14)를 향하는 면(A)에 친수 코팅재(18)가 코팅되고, 칼라(22) 중 반대면(B)에 발수 코팅재(16)가 코팅되며, 판체부(24) 중 칼라(24)의 냉매 튜브를 향하는 면(A)에서 직교하게 연장되는 면(C)에 친수 코팅재(18)가 코팅되고, 판체부(24) 중 반대면(B)에서 직교하게 연장된 면(D)에 발수 코팅재(16)가 코팅되는 것이 바람직하다.
실외 열교환기(4)는 핀(14)의 복수개가 냉매 튜브(12)의 길이 방향으로 이격되게 냉매 튜브(12)에 연결되는 것이 바람직하고, 복수개의 핀(14)은 칼라(22)가 도 2에 도시된 바와 같이, 동일 방향으로 돌출되게 연결되며, 발수코팅재(16)와 친수코팅재(18)는 공기(Air) 유동과 직교하는 방향으로 친수코팅재(18)-> 발수코팅재(16)-> 친수코팅재(18)->발수코팅재(16)의 순서로 위치되는 것이 바람직하다.
즉, 복수개의 핀(14) 중 어느 하나에 코팅된 친수 코팅재(18)는 복수개의 핀(14) 중 다른 하나에 코팅된 발수 코팅재(16)와 서로 마주보게 위치되고, 핀(14)과 핀(14) 사이의 응축수는 친수코팅재(18)를 따라 신속하게 배출된다.
도 5는 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 발수 코팅된 핀에 생성된 응축수가 확대 도시된 측면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 친수 코팅된 핀에 생성된 응축수가 확대 도시된 측면도이다.
실외 열교환기(4)는 핀(14)을 구리 재질 보다 저가인 알루미늄 재질로 성형하는 것이 바람직하다. 핀(14)의 알루미늄 재질은 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
발수 코팅재(16)와 친수 코팅재(18)는 알루미늄 재질의 핀(14)에 코팅될 경우 내구성 조건을 만족하기 위해 발수 코팅재(16)가 발수 코팅재(16) 표면에 생성되는 응축수(W)의 접촉각(A°)이 90° 초과 150°미만인 조건에 부합하고, 친수 코팅재(18)가 친수 코팅재(18) 표면에 생성되는 응축수(W)의 접촉각(B°)이 0° 초과 30°미만인 조건에 부합하는 것이 바람직하다.
4: 실외 열교환기 12: 냉매 튜브
14: 핀 16: 발수 코팅
18: 친수 코팅 22: 판체부
24: 칼라

Claims (10)

  1. 냉매를 압축하는 압축기와;
    상기 냉매가 실외 공기와 열교환되는 실외 열교환기를 포함하고,
    상기 실외 열교환기는 냉매가 통과하는 냉매튜브와, 상기 냉매튜브가 결합된 적어도 하나의 핀(Fin)을 포함하며,
    상기 핀은 일면에 발수 코팅재가 코팅되고, 타면에 친수 코팅재가 코팅되며, 공기와 접촉되는 면적 중 발수 코팅재가 코팅된 면적이 친수 코팅재가 코팅된 면적 보다 넓은 히트 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 핀은 상기 냉매튜브와 접촉되게 절곡된 칼라(collar)를 포함하고,
    상기 칼라는 상기 냉매튜브를 향하는 면의 반대면에 상기 발수 코팅재가 코팅된 히트 펌프.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 핀은 상기 냉매튜브를 향하는 면에 상기 친수 코팅재가 코팅된 히트 펌프.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 핀은 상기 발수 코팅재가 코팅된 면적이 상기 공기와 접촉되는 면적의 0.5배 초과 0.6배 미만인 히트 펌프.
  5. 냉매를 압축하는 압축기와;
    상기 냉매가 실외 공기와 열교환되는 실외 열교환기를 포함하고,
    상기 실외 열교환기는 냉매가 통과하는 냉매튜브와, 상기 냉매튜브가 결합되고 알루미늄 재질로 이루어진 복수개의 핀(Fin)을 포함하며,
    상기 핀은 일면에 발수 코팅재가 코팅되고, 타면에 친수 코팅재가 코팅되며, 공기와 접촉되는 면적 중 발수 코팅재가 코팅된 면적이 친수 코팅재가 코팅된 면적 보다 넓은 히트 펌프.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수개의 핀 중 어느 하나에 코팅된 친수 코팅재는 상기 복수개의 핀 중 다른 하나에 코팅된 발수 코팅재와 서로 마주보는 히트 펌프.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 핀은 상기 냉매튜브와 접촉되게 절곡된 칼라(collar)를 포함하고,
    상기 칼라는 상기 냉매튜브를 향하는 면에 상기 친수 코팅재가 코팅되고, 상기 냉매튜브를 향하는 면의 반대면에 상기 발수 코팅재가 코팅된 히트 펌프.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핀은 상기 발수 코팅재가 코팅된 면적이 상기 공기와 접촉되는 면적의 0.5배 초과 0.6배 미만인 히트 펌프.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 친수 코팅재는 친수 코팅재 표면에 생성되는 응축수의 접촉각이 0° 초과 30°미만인 히트 펌프.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 발수 코팅재는 발수 코팅재 표면에 생성되는 응축수의 접촉각이 90° 초과 150°미만인 히트 펌프.
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