KR20200004117A

KR20200004117A - 고효율 냉각장치

Info

Publication number: KR20200004117A
Application number: KR1020180077172A
Authority: KR
Inventors: 홍진광
Original assignee: 주식회사 포시
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2020-01-13

Abstract

본 발명은 열교환매체가 순환될 수 있도록 상하로 대향 배치되는 제 1,2헤더탱크와, 상기 각 헤더탱크의 사이에 병렬 결합되는 제 1열교환튜브와, 상기 제 1열교환튜브의 사이에 결합되는 냉각핀으로 구성된 냉각유닛을 갖는 고효율 냉각장치에 관한 것으로, 이를 위해 제 1헤더탱크에 내장되어 열교환매체를 냉각시키는 제 1에바코일;과, 상기 냉각유닛의 표면에 흐르는 응축수를 공급받아 저장하는 응축수저장탱크;와, 상기 응축수저장탱크에 저장된 응축수에 수장되어 수냉되는 콘덴서; 및 상기 제 1에바코일과 분기되어 연설되고 상기 응축수저장탱크의 공간 상에 배치되어 응축수를 냉각시키는 제 2에바코일;을 포함하여 이루어지되, 상기 제 1에바코일을 열교환매체와 접촉시킴으로써, 제 1열교환튜브의 표면에 결로나 설빙되는 것을 방지하고, 더불어 규모의 크기를 최소화하면서 열교환효율을 극대화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

고효율 냉각장치{HIGH EFFICIENCY COOLING SYSTEM}

본 발명은 고효율 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에바코일(증발기)을 열교환매체와 직접 접촉시켜 에바코일의 길이를 최소화하면서 냉각유닛의 규모 크기를 최소화할 수 있는 한편, 콘덴서(응축기)를 냉각유닛의 표면에서 발생되는 응축수를 사용하여 냉각시킬 수 있도록 구성된 고효율 냉각장치에 관한 것이다.

계절별 온도 차이가 큰 환경에서 기온이 높은 시기인 여름철에는 냉방을 통해 쾌적한 실내환경의 조성과 원활한 활동이 이루어지도록 한다. 즉 에어컨으로 대표되는 냉방장치를 운영하게 되며, 생활 및 업무공간의 원활한 냉방을 위해서는 일정 규격 이상의 장치가 요구된다.

이때 냉방면적 대비 큰 규격의 냉방장치를 사용할 경우 과도한 전력소모가 발생하며 특히 가정에서는 전력요금의 누진제 적용으로 많은 부담을 주게 됨에 따라 전력소모를 줄이면서도 냉방효율을 높일 수 있는 다양한 방안이 마련되고 있다.

하지만 기존의 냉동기는 에바코일의 표면온도가 0℃ 이상 4 내지 8℃ 수준임을 감안할 때 냉방 효율이 낮은 문제점이 있었다.

또한 에바코일이 공기와 직접 접촉되어 열교환됨으로써, 에바코일의 길이가 길어지고, 이에 따라 장치의 규모가 커지는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허 제2004-0008302호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은, 에바코일을 냉각유닛 내의 열전달매체와 직접적으로 접촉시켜 냉각효율을 상승시키고, 더불어 에바코일과 접촉된 열전달매체로 인해 열교환튜브 상에 결로나 설빙을 방지하여 열교환효율을 극대화시킬 수 있는 고효율 냉각장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 제 2목적은, 에바코일(증발기)을 열교환매체와 직접 접촉시켜 에바코일의 길이를 최소화하면서 냉각유닛의 규모 크기를 최소화할 수 있는 한편, 콘덴서(응축기)를 냉각유닛의 표면에서 발생되는 응축수를 사용하여 냉각시킬 수 있도록 구성된 고효율 냉각장치를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 제 1발명은 열교환매체가 순환될 수 있도록 상하로 대향 배치되는 제 1,2헤더탱크와, 상기 각 헤더탱크의 사이에 병렬 결합되는 제 1열교환튜브와, 상기 제 1열교환튜브의 사이에 결합되는 냉각핀으로 구성된 냉각유닛을 갖는 고효율 냉각장치에 관한 것으로, 이를 위해 제 1헤더탱크에 내장되어 열교환매체를 냉각시키는 제 1에바코일;과, 상기 냉각유닛의 표면에 흐르는 응축수를 공급받아 저장하는 응축수저장탱크;와, 상기 응축수저장탱크에 저장된 응축수에 수장되어 수냉되는 콘덴서; 및 상기 제 1에바코일과 분기되어 연설되고 상기 응축수저장탱크의 공간 상에 배치되어 응축수를 냉각시키는 제 2에바코일;을 포함하여 이루어지되, 상기 제 1에바코일을 열교환매체와 접촉시킴으로써, 제 1열교환튜브의 표면에 결로나 설빙되는 것을 방지하고, 더불어 규모의 크기를 최소화하면서 열교환효율을 극대화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

제 2발명은, 제 1발명에서, 상기 냉각유닛의 하부 측벽에는 응축수를 안내하는 경사판이 더 결합되고, 상기 경사판은 응축수저장탱크의 상부면에 연설되되, 상기 응축수저장탱크의 상부에는 응축수를 유입시키는 다수의 타공구가 형성되고, 내부에는 열손실을 방지하기 위해 타공구를 통해 유입되는 응축수를 안내하는 레버린스(labyrinth)타입의 안내판이 다수 배치되는 것을 특징으로 한다.

제 3발명은, 제 1발명에서, 상기 응축수저장탱크에는 응축수의 수위를 감지하는 수위조절센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

제 4발명은, 제 1발명에서, 상기 제 1,2헤더탱크의 가장자리에는 냉각핀이 연결되지 않는 제 2열교환튜브가 배치되고, 상기 제 2열교환튜브의 양측에는 외부와 열교환을 방지하기 위한 방풍플레이트가 더 결합되는 것을 특징으로 한다.

제 5발명은, 제 3발명에서, 상기 응축수저장탱크는 응축수의 수위를 조절하기 위해 배출관이 연결되되, 상기 배출관에는 수위조절센서에 의해 개폐되는 솔레노이드밸브가 장착되는 것을 특징으로 한다.

제 6발명은, 제1발명에서, 상기 제 1,2헤더탱크 사이를 연결하여 열교환매체를 고속으로 순환하도록 순환펌프가 장착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고효율 냉각장치에 따르면, 에바코일의 표면온도는 -30 내지 -20℃ 수준임을 감안할 때 표면에 결로나 설빙으로 인해 어느 순간부터 냉방 효율이 급속이 저하되는 일반 냉방장치와 달리, 에바코일을 열전달매체와 직접 접촉시킴으로써, 열교환매체의 온도를 0℃ ~ 3℃로 안정화시키고, 이에 따라 열교환튜브의 표면에 결로나 설빙을 방지할 수 있어 고효율 냉각장치를 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한 에바코일(증발기)을 열교환매체와 직접 접촉시켜 에바코일의 길이를 최소화하면서 냉각유닛의 규모 크기를 최소화할 수 있는 한편, 콘덴서(응축기)를 냉각유닛의 표면에서 발생되는 응축수를 사용하여 수냉시킬 수 있어 냉방장치의 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고효율 냉각장치의 전개도,
도 2는 본 발명에 따른 고효율 냉각장치의 측면구성도,
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 고효율 냉각장치의 작동도,
도 5는 본 발명에 따른 고효율 냉각장치에 순환펌프가 설치된 전개도이다.

이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도 1은 본 발명에 따른 고효율 냉각장치의 전개도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고효율 냉각장치의 측면구성도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 에바코일을 냉각유닛 내의 열전달매체와 직접적으로 접촉시켜 냉각효율을 극대화시키고, 더불어 에바코일과 접촉된 열전달매체로 인해 열교환튜브 상에 결로나 설빙을 방지하여 열교환효율을 극대화시킬 수 있는 고효율 냉각장치(100)에 관한 것이다.

또한 본 발명은 에바코일(증발기)을 열교환매체와 접촉시킴으로써 에바코일의 길이를 최소화하면서 냉각유닛의 규모 크기를 최소화할 수 있는 한편, 콘덴서(응축기)를 냉각유닛의 표면에서 발생되는 응축수를 사용하여 냉각시키되, 상기 응축수는 별도로 분기된 에바코일와 간접 접촉시켜 고효율의 냉각장치를 구현할 수 있는 특징이 있다.

본 발명의 고효율 냉각장치(100)는 열교환매체가 순환될 수 있도록 상하로 대향 배치되는 제 1,2헤더탱크(11,12)와, 상기 각 헤더탱크(11,12)의 사이에 병렬 결합되는 제 1열교환튜브(13)와, 상기 제 1열교환튜브(13)의 사이에 결합되는 냉각핀(15)으로 구성된 냉각유닛을 포함한다.

이 때 송풍팬(50)을 제 1열교환튜브(13)의 전면에 위치하여 제 1열교환튜브(13)로부터 발산되는 냉기를 통해 실내로 냉풍을 공급하게 구성된다.

아울러 냉각유닛(10)의 2개의 헤더탱크(11,12) 중 상부에 위치하는 제 1헤더탱크(11)의 내부에는 제 1에바코일(20)이 내장되어 열교환매체를 직접적으로 냉각시킬 수 있게 구성된다.

이러한 구성은 제 1에바코일(20)을 열교환매체와 직접적으로 접촉시켜 길이를 최소화하면서 냉각효율을 증대시켜, 결국 냉각유닛(10) 크기의 규모를 최소화할 수 있는 구조가 마련된다.

여기서 제 1에바코일(20)의 표면온도는 -30 내지 -20℃ 수준임을 감안할 때 표면에 결로나 설빙으로 인해 어느 순간부터 냉방 효율이 급속이 저하되는 일반 냉방장치와 달리, 제 1에바코일(20)을 열전달매체와 직접 접촉시킴으로써, 열교환매체의 온도를 0℃ ~ 3℃로 안정화시키고, 이에 따라 제 1열교환튜브(13)의 표면에 결로나 설빙을 방지할 수 있어 고효율 냉각장치(100)를 구현할 수 있는 구조가 마련된다.

이에 따라 실내공간으로 송풍되는 공기 온도가 10 내지 14℃ 수준임을 감안할 때, 제 1열교환튜브(13)에서 발산되는 냉기로 원활한 냉방이 이루어질 수 있게 된다.

아울러 상기 냉각유닛(10)은 상기 제 1,2헤더탱크(11,12)의 가장자리에 냉각핀(15)이 연결되지 않는 제 2열교환튜브(14)가 배치되고, 상기 제 2열교환튜브(14)의 양측에는 송풍되는 바람과의 접촉을 방지하기 위한 방풍플레이트(16)가 더 결합되어 구성된다.

이러한 구성은 온도가 상승된 제 2헤더탱크(12) 내의 열교환매체가 제 2열교환튜브(14)를 따라 대류현상에 의해 순환될 수 있도록 한 구성이다.

이는 제 1헤더탱크(11)에서 냉각된 열교환매체는 부피가 작아져 밀도가 커짐에 따라 제 1열교환튜브(13)를 따라 하강하고, 제 2헤더탱크(12) 내의 열교환매체는 온도가 상승하여 부피가 팽창하는 바, 대류현상에 의해 제 2열교환튜브(14)로 상승되어 순환될 수 있도록 한 구성이다.

아울러 상기 냉각유닛(10)의 표면에 흐르는 응축수를 공급받아 저장하는 것이 응축수저장탱크(30)이다.

상기 응축수저장탱크(30)는 냉각유닛(10)과 별도로 마련되며, 상기 냉각유닛(10)의 하부 측벽에 응축수를 안내하는 경사판(17)과 연설된다.

이 때 상기 응축수저장탱크(30)의 상부에는 응축수를 유입시키는 다수의 타공구(31)가 형성되고, 내부에는 열손실을 방지하기 위해 타공구(31)를 통해 유입되는 응축수를 안내하는 레버린스(labyrinth)타입의 안내판(32)이 다수 배치되는 구성이다.

아울러 응축수저장탱크(30)에 저장된 응축수에 수장되어 강제 수냉되는 것이 콘덴서(응축기)(40)이다.

이 때 상기 응축수저장탱크(30)의 공간 상에는 유입되는 응축수와, 증발되는 응축수를 냉각시키기 위해 제 1에바코일(20)에서 분기되어 연설되는 제 2에바코일(21)이 내장된다.

이에 따라 콘덴서(40)에 의해 응축수의 온도가 상승되는 것을 방지할 수 있어, 상기 콘덴서(40)를 항시적으로 냉각시키고, 이는 저전력으로도 효과적인 냉방을 수행할 수 있어 고효율의 냉각장치를 구현할 수 있는 구조가 마련된다.

한편 응축수저장탱크(30)는 응축수의 수위를 감지하는 수위조절센서(33)가 구비되며, 이러한 수위조절센서(33)를 통해 응축수의 수위를 일정수위로 조절할 수 있는 구조가 마련된다.

이 때 응축수저장탱크(30)는 응축수 수위를 조절하기 위한 배출관(34)이 연결되며, 상기 배출관(34)에는 수위조절센서(33)에 의해 개폐되는 솔레노이드밸브(35)가 장착되어 구성된다.

또한 상기 응축수저장탱크(30)는 초기 가동시 응축수가 없을 경우, 별도의 외부 유입관(36)을 연결시켜 수돗물을 공급할 수 있게 구성할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 고효율 냉각장치의 작동에 관하여 간단히 설명하기로 한다.

도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 고효율 냉각장치의 작동도이다.

본 발명에 따른 고효율 냉각장치를 설명하기에 앞서, 계통 내 냉매의 순환경로는 제 1,2에바코일(20,21)->압축기(60)->콘덴서(40)->팽창밸브(70)를 따라 순환되는 것을 자명하다.

도 3과 같이, 냉각유닛(10)은 냉각작용이 이루어지는 제 1에바코일(20)이 제 1헤더탱크(11)의 내측에 설치되어 수용된 열전달매체의 냉기를 뺏고, 냉각된 열전달매체가 대류 현상에 의해 제 1열교환튜브(13)와, 제 2헤더탱크(12) 및 제 2열교환튜브(14)를 거쳐 순환된다.

이 때 송풍되는 공기는 제 1열교환튜브(13)에서 발산되는 냉기로 인해 냉풍이 발생된다.

그리고 제 1열교환튜브(13)를 통과한 열교환매체는 온도가 상승되어 제 2헤더탱크(12)로 유입되는 바, 온도가 상승된 열교환매체는 방풍플레이트(16)에 의해 송풍되는 바람과의 간섭을 피해 제 2열교환튜브(14)로 상승되어 제 1헤더탱크(11)로 순환된다.

아울러 도 4와 같이, 냉각유닛(10)의 표면, 즉 제 1열교환튜브(13)와 냉각핀(15)의 표면에 응결된 응축수는 경사판(17)을 통해 응축수저장탱크(30)로 유입된다.

이 때 응축수의 유입은 응축수저장탱크(30)의 표면에 타공된 타공구(31)로 유입되며, 타공구(31)로 유입된 응축수는 레버린스(labyrinth)타입의 안내판(32)를 따라 내부로 유입된다.

응축수저장탱크(30)에 저장된 응축수에는 콘덴서(40)가 수장되어 있어, 상기 콘덴서(40)를 수냉시킨다.

이에 따라 콘덴서(40) 내의 냉매는 기체에서 빠르게 액화되고, 액화된 냉매는 팽창밸브(70)를 통과하여 저온저압으로 감압된 냉매가 제 1,2에바코일(20,21)로 공급된다.

상기 제 2에바코일(21)은 응축수저장탱크(30)의 공간 상에는 설치되어 유입되는 응축수와, 증발되는 응축수를 실시간 냉각시켜 콘덴서(40)에 의해 응축수의 온도가 상승되는 것을 방지한다.

이에 따라 수장된 콘덴서(40)를 항시적으로 냉각시키고, 이는 저전력으로도 효과적인 냉방을 수행할 수 있어 고효율의 냉각장치를 구현할 수 있는 구조가 마련된다.

한편 응축수의 유입이 많아져 응축수저장탱크(30) 내에 응축수의 수위가 높아지면, 수위조절센서(33)가 이를 감지하여 응축수의 수위를 일정수위로 조절할 수 있게 된다. 이는 배출관(34)에 연결된 솔레노이드밸브(35)를 통해 배출관(34)을 자동 개방시켜 가능하다.

한편, 본 발명을 난방기를 겸용할 경우, 상기 제 2헤더탱크(12)에는 히터(미도시)를 내장시켜 구성할 수 있음은 물론이다.

또한 본 발명은 가정용 냉방장치, 산업용 냉방장치, 자동차공조기에 적용될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 고효율 냉각장치에 순환펌프가 설치된 전개도이다.

본 발명에서는 앞서 언급한 바와 같이 기본적으로 대류를 통해 냉기의 전달이 이루어질 수 있으나 필요에 따라 상기 제 1헤더탱크(11) 및 제 2헤더탱크(12) 사이에 순환펌프(80)를 설치하여 제 1에바코일(20)의 냉기를 제 1열교환튜브(13)로 고속으로 순환시킬 수 있다. 이는 구동 초기 빠른 냉기 확산을 위한 조치로 임시 활용될 수 있으며 제 2헤더탱크(12)의 열교환매체를 흡입하여 제 1헤더탱크(11)로 공급하는 방식으로 순환펌프(80)를 설치함으로 구현 가능하다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10: 냉각유닛 11: 제 1헤더탱크 12: 제 2헤더탱크
13: 제 1열교환튜브 14: 제 2열교환튜브
15: 냉각핀 16: 방풍플레이트
17: 경사판
20: 제 1에바코일 21: 제 2에바코일
30: 응축수저장탱크 31: 타공구 32: 안내판
33: 수위조절센서 34: 배출관
35: 솔레노이드밸브 36: 유입관
40: 콘덴서
50: 송풍팬
60: 압축기
70: 팽창밸브
80: 순환펌프
100: 고효율 냉각장치

Claims

열교환매체가 순환될 수 있도록 상하로 대향 배치되는 제 1,2헤더탱크(11,12)와, 상기 각 헤더탱크(11,12)의 사이에 병렬 결합되는 제 1열교환튜브(13)와, 상기 제 1열교환튜브(13)의 사이에 결합되는 냉각핀(15)으로 구성된 냉각유닛(10)을 갖는 냉각장치에 있어서,
제 1헤더탱크(11)에 내장되어 열교환매체를 냉각시키는 제 1에바코일(20);
상기 냉각유닛(10)의 표면에 흐르는 응축수를 공급받아 저장하는 응축수저장탱크(30);
상기 응축수저장탱크(30)에 저장된 응축수에 수장되어 수냉되는 콘덴서(40); 및
상기 제 1에바코일(20)과 분기되어 연설되고 상기 응축수저장탱크(30)의 공간 상에 배치되어 응축수를 냉각시키는 제 2에바코일(21);을 포함하여 이루어지되,
상기 제 1에바코일(20)을 열교환매체와 접촉시킴으로써, 제 1열교환튜브(13)의 표면에 결로나 설빙되는 것을 방지하고, 더불어 규모의 크기를 최소화하면서 열교환효율을 극대화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 고효율 냉각장치.
제 1항에 있어서,
상기 냉각유닛(10)의 하부 측벽에는 응축수를 안내하는 경사판(17)이 더 결합되고, 상기 경사판(17)은 응축수저장탱크(30)의 상부면에 연설되되,
상기 응축수저장탱크(30)의 상부에는 응축수를 유입시키는 다수의 타공구(31)가 형성되고, 내부에는 열손실을 방지하기 위해 타공구(31)를 통해 유입되는 응축수를 안내하는 레버린스(labyrinth)타입의 안내판(32)이 다수 배치되는 것을 특징으로 하는 고효율 냉각장치.
제 1항에 있어서,
상기 응축수저장탱크(30)에는 응축수의 수위를 감지하는 수위조절센서(33)를 더 포함하는 특징으로 하는 고효율 냉각장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1,2헤더탱크(11,12)의 가장자리에는 냉각핀(15)이 연결되지 않는 제 2열교환튜브(14)가 배치되고,
상기 제 2열교환튜브(14)의 양측에는 외부와 열교환을 방지하기 위한 방풍플레이트(16)가 더 결합되는 것을 특징으로 하는 고효율 냉각장치.
제 3항에 있어서,
상기 응축수저장탱크(30)는 응축수의 수위를 조절하기 위해 배출관(34)이 연결되되, 상기 배출관(34)에는 수위조절센서(33)에 의해 개폐되는 솔레노이드밸브(35)가 장착되는 것을 특징으로 하는 고효율 냉각장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1,2헤더탱크(11,12) 사이를 연결하여 열교환매체를 고속으로 순환하도록 순환펌프(80)가 장착되는 것을 특징으로 하는 고효율 냉각장치.