KR20240008038A - 공기조화기 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 공기조화기는, 하우징; 송풍팬; 서로 상반되게 발열하거나 흡열하는 제1면과 제2면을 구비하는 펠티어소자; 상기 제1면과 접촉되도록 배치되어, 상기 제1면과 공기를 열교환시키는 제1열교환기; 상기 제2면과 접촉되도록 배치되고 수도관과 연결되어, 상기 제2면과 상기 수도관으로부터 공급되는 물을 열교환시키는 제2열교환기를 포함하므로, 수돗물을 활용하는 수냉 열교환기를 사용하여 펠티어소자의 성능을 향상시키면서도, 수도관의 압력을 활용하므로 별도의 냉각수 펌프를 구비할 필요가 없도록하고, 또한, 수도관으로 열교환된 물을 배출하여 별도 실외기를 구비할 필요가 없도록 함으로써, 실외기 설치가 어려운 공간에서도 공기조화기를 사용할 수 있도록 한다.
Description
본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수돗물을 활용하여 펠티어소자의 일면을 수냉시킬 수 있는 펠티어 방식 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는, 옥내의 난방, 냉방, 제습 등 공기를 조절하고 순환시키기 위해 사용하는 장치이다. 공기조화기는, 옥내의 공기를 조절하는 실내기와, 실내기가 옥내의 공기로부터 전달받은 열 내지 냉기를 외부로 방출하는 실외기, 냉매를 고온 고압으로 토출하여 순환시키는 압축기 등을 구비하는 것이 일반적이다.
그러나, 상술한 냉매의 순환을 이용하는 공기조화기는, 프레온 가스등의 냉매를 사용하게 되므로 환경 오염을 유발할 수 있고, 압축기의 작동으로 소음 및 진동이 발생하는 문제점이 있다. 이에, 압축기와 냉매를 이용하는 방식과 달리, 펠티어소자(열전소자)를 이용하는 방식, 즉 펠티어 방식의 공기조화기가 대두되고 있다.
전류를 흘려주면 전도성 물질 여러 층의 양끝에 온도차이가 지속되는 현상이 발생하는데, 이를 펠티어 효과라하며, 펠티어 효과를 이용하여 일면이 발열 또는 흡열하면 타면이 흡열 또는 발열하는 소자를 펠티어 소자(또는 열전소자)라 한다.
종래 펠티어 방식 공기조화기는, KR 공개실용신안공보 제20-1998-0016834호(1998.06.25)와 유사하게, 펠티어소자에 전류를 공급하여 냉기와 열기 중 하나를 선택적으로 외부로 송풍하여 휴대용 온냉풍기를 구현할 수 있었으나,
펠티어소자의 일면에서 열기 또는 냉기를 발산하여 실내로 공급하면서도, 펠티어소자의 타면에서 발생하는 냉기 또는 열기 또한 하우징의 반대편을 통해 실내로 토출되어, 실내 공간의 전체적인 냉난방에는 무용하다는 한계가 있었다.
이를 개선하기 위해 종래 펠티어 방식 공기조화기는, KR 공개특허공보 제10-1999-0046726호(1999.07.05)와 유사하게, 펠티어소자 양면 각각의 열기 또는 냉기를 순환수를 통해 각각 실내 열교환기와 실외 열교환기로 전달하는 방식을 사용하고 있었다.
그러나, 종래 펠티어 방식 공기조화기는, 실외 열교환기에서 공냉 방식을 이용함에 따라, 일정 수준 이상의 실내 냉방 성능이 요구될 경우에는 펠티어소자의 실외측면이 과열되어 효율이 떨어지거나 소자가 파괴되는 문제점이 있었다.
또한, 종래 펠티어 방식 공기조화기는, 실외기를 필요로하므로, 창문 등이 없어 실외와의 연통이 어려운 실내 공간에서는 사용이 불가능하다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 냉난방 성능 및 안정성이 향상된 펠티어 방식 공기조화기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 실외기를 구비할 필요가 없는 펠티어 방식 공기조화기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 설치 공간의 환경에 구애받지 않고 설치가 가능한 펠티어 방식 공기조화기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 수냉 열교환기를 사용하면서도 냉각수 펌프를 구비하지 않을 수 있는 펠티어 방식 공기조화기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 경제성이 향상된 펠티어 방식 공기조화기를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 흡입구, 토출구, 및 내부 공간이 형성된 하우징; 상기 하우징의 내부로 공기를 흡입하여 외부로 토출시키는 송풍팬; 상기 하우징의 내부 공간에 배치되고, 전원이 공급되면 서로 상반되게 발열하거나 흡열하는 제1면과 제2면을 구비하는 펠티어소자; 상기 제1면과 접촉되도록 상기 하우징의 내부 공간에 배치되어, 상기 제1면과 상기 내부 공간을 통과하는 공기를 열교환시키는 제1열교환기; 상기 제2면과 접촉되도록 상기 하우징의 내부 공간에 배치되고 수도관과 연결되어, 상기 제2면과 상기 수도관으로부터 공급되는 물을 열교환시키는 제2열교환기를 포함한다.
따라서, 펠티어소자의 방열에 저온의 수돗물을 사용하여, 펠티어 방식 공기조화기의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 열교환된 물을 수도관으로 배출하여 별도의 실외기를 구비할 필요가 없도록 함으로써, 옥내에서 실외기와의 연결이 어려운 공간에서도 공기조화기를 사용할 수 있도록하여 공기조화기의 적용성을 극대화할 수 있다.
또한, 수도관 내 유동하는 물의 압력을 활용하므로, 펌프를 구비할 필요가 없어 공기조화기를 소형화할 수 있고, 소음 및 진동으로부터 자유로워질 수 있다.
또한, 공냉 열교환기의 전기 소비량 대비 저렴한 수돗물을 펠티어소자의 방열에 사용하여, 펠티어 방식 공기조화기의 경제성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 예를 들어, 상기 제1열교환기는 상기 제1면과 접촉되는 베이스와 상기 베이스로부터 돌출되고 서로 이격된 복수개의 핀을 포함할 수 있다. 상기 송풍팬은 상기 핀과 상기 토출구 사이에 배치될 수 있다. 상기 펠티어소자는 P형 반도체 소자와 N형 반도체 소자, 상기 P형 반도체 소자의 일단에 연결된 제1전극, N형 반도체 소자의 일단에 연결된 제2전극, 및 상기 제1, 2전극과 대향되게 배치되어 상기 P형 반도체 소자의 타단과 상기 N형 반도체 소자의 타단을 연결하는 제3전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 공기조화기는 상기 제1전극 및 제2전극으로 전압을 인가하는 전원을 포함할 수 있다. 상기 펠티어소자는 상기 제1전극 및 제2전극이 상기 제1면과 접촉되고, 상기 제3전극이 상기 제2면과 접촉될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기에서, 상기 수도관은 수도계량기와 보일러를 연결하는 메인배관을 포함하고, 상기 공기조화기는 상기 메인배관으로부터 분지되어 상기 제2열교환기와 연결되는 급수바이패스배관을 포함할 수 있다. 상기 공기조화기는 상기 급수바이패스배관을 개폐하는 급수바이패스밸브를 더 포함할 수 있다.
따라서, 급수바이패스배관을 통해 수도관으로부터 제2열교환기로 수돗물을 공급받을 수 있다. 또한, 방열이 필요하지 않을 경우에는 제2열교환기로 유입되는 수돗물을 차단하여, 수도의 불필요한 압력손실을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 공기조화기는 상기 제2열교환기와 상기 보일러를 연결하는 배수배관을 더 포함할 수 있다. 상기 수도관은 상기 보일러와 수전을 연결하는 수전온배관을 더 포함하고, 상기 공기조화기는 상기 배수배관으로부터 분지되어 상기 수전온배관으로 합지되는 배수바이패스배관을 더 포함할 수 있다. 상기 공기조화기는 상기 배수배관 중 상기 배수바이패스배관이 분지되는 부위에 배치되어 상기 제2열교환기로부터 토출되는 물이 상기 보일러 또는 수전온배관으로 선택적으로 공급되도록하는 배수바이패스밸브를 더 포함할 수 있다.
따라서, 배수바이패스밸브가 보일러측으로 개방될 경우, 펠티어소자에서 방열된 열을 시스템 내 급탕에 활용함으로써 급탕 비용을 절감할 수 있다. 또는, 배수바이패스밸브가 수전온배관측으로 개방될 경우, 급탕 비용을 절감함과 동시에, 수돗물의 유동 경로를 단축하여 압력손실을 저감시킬 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 수도관을 유동하는 저온의 냉수를 제2열교환기로 공급하여 펠티어소자의 일면과 열교환시킴으로써, 해당 일면이 방열부로서 기능할 경우(즉, 공기조화기의 냉방 모드시)에는 효과적으로 방열할 수 있도록하고, 해당 일면이 흡열부로서 기능할 경우(즉, 공기조화기의 난방 모드시)에는 제상(defrosting)되도록 하여, 펠티어 방식 공기조화기의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 제2열교환기가 수도관으로부터 물을 공급받아 펠티어소자의 일면과 열교환시킨 뒤 수도관으로 열교환된 물을 배출하여 별도의 실외기를 구비할 필요가 없도록 함으로써, 옥내에서 실외기와의 연결이 어려운 공간, 예를 들어 창문이 없는 욕실 또는 주방과 같은 옥내 공간에서도 공기조화기를 사용할 수 있도록하여 펠티어 방식 공기조화기의 적용성을 극대화할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 수냉 열교환기에 일반적으로 수반되는 냉각수 펌프를 구비할 필요 없이 수도관 내 유동하는 물의 압력을 활용하여 제2열교환기를 작동시키므로, 펠티어 방식 공기조화기를 소형화할 수 있고, 소음 및 진동으로부터 자유로워질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 동일 출력상 요구되는 공냉 열교환기의 전기 소비량 대비 저렴한 수돗물을 펠티어소자의 방열에 사용하여, 펠티어 방식 공기조화기의 경제성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 급수바이패스배관에 배치된 급수바이패스밸브를 제어하여 수도관으로부터 제2열교환기로 수돗물을 공급받거나 받지 않을 수 있으므로, 방열이 필요하지 않을 경우에는 제2열교환기로 유입되는 수돗물을 차단하여, 수도의 불필요한 압력손실을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 배수바이패스밸브를 제어하여 제2열교환기에서 가열되어 토출되는 물을 보일러 또는 수전으로 선택적으로 공급할 수 있으므로, 펠티어소자에서 방열된 열을 급탕에 활용함으로써 급탕 비용을 절감할 수 있으며, 토출되는 물을 곧바로 수전으로 유동시켜 수돗물의 압력손실을 저감시킬 수도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 투과사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제1 종단면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제2 종단면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제2열교환기 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기의 투과사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기가 설치된 옥내 수배관도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기가 설치된 옥내 수배관도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기조화기가 설치된 옥내 수배관도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제1 종단면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제2 종단면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제2열교환기 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기의 투과사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기가 설치된 옥내 수배관도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기가 설치된 옥내 수배관도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기조화기가 설치된 옥내 수배관도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것들의 존재, 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용될 수 있다.
이하 도 1 내지 도 4를 참조하여 실시예에 따른 공기조화기(1)의 구성에 대해 설명한다. 도 2는 정면에서 바라본 공기조화기 내부의 종단면 모식도이다. 도 3은 측면에서 바라본 공기조화기 내부의 종단면 모식도이다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(1)는, 하우징(2), 송풍팬(4), 펠티어소자(6), 제1열교환기(8), 제2열교환기(10)를 포함한다.
하우징(2)은, 공기가 출입되도록 개구되는 흡입구(2a)와 토출구(2b)가 형성된다. 하우징(2)은, 공기조화기(1)의 내부 공간을 형성할 수 있다.
하우징(2)은 내부에 수용되는 부품의 크기에 맞춰 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2열교환기(10)가 수용되는 하부는 직육면체의 형상으로 형성되고, 제1열교환기(8) 및 송풍팬(4)이 수용되는 상부는 사다리꼴의 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 공기조화기(1)의 부피를 컴패트하게 할 수 있다.
흡입구(2a)와 토출구(2b)는, 공기 유동 경로의 최적화를 위하여, 서로 대향되도록 형성될 수 있다.
토출구(2b)는 수평면에 대하여 소정의 경사를 형성할 수 있다. 공기조화기(1)의 설치 높이 및 목적을 고려하여, 토출구(2b)를 기울여 형성하고, 기울어진 토출구(2b)와 평행하게 송풍팬(4)을 배치함으로써, 토출풍이 직접풍이거나 간접풍이 되도록 할 수 있다. (도 5 참조)
예를 들어, 공기조화기(1)가 옥내 주방 공간의 싱크대에 사용될 경우, 싱크대의 수전과 마주본 체 수전을 사용하는 사용자의 전면으로 직접풍이 도달하도록, 사용자의 허리 즈음에 높이하는 싱크대의 상면에 대하여 송풍팬(4)이 약 45도 상방으로 기울어져 형성될 수 있다.
예를 들어, 공기조화기(1)가 욕실 내 습도를 조절하기 위한 제습기로서 사용될 경우, 욕실 내 사용자에게 냉풍이 직접 도달하지 않도록, 송풍팬(4)이 욕실의 천장면을 향하여 기울어져 형성될 수 있다.
즉, 용도에 따라 적절한 송풍 각도를 확보할 수 있도록 송풍팬(4)을 기울여 형성할 수 있다.
송풍팬(4)은 하우징(2)의 내부로 공기를 흡입하여 외부로 토출시킨다. 송풍팬(4)은, 하우징(2) 내부에 배치되고, 흡입구(2a)로부터 토출구(2b)로의 공기의 유동을 형성한다.
송풍팬(4)은 흡입구(2a) 및 토출구(2b) 사이에 배치될 수 있다. 송풍팬(4)은 후술할 핀(8b)과 토출구(2b) 사이에 배치될 수 있다. 또는, 송풍팬(4)은 토출구(2b)에 배치될 수도 있다. 따라서 송풍팬(4)은, 토출구(2b)를 통해 제1열교환기(8)에서 열교환된 공기를 토출할 수 있다.
송풍팬(4)은 축류팬일 수 있다. 송풍팬(4)은 토출구(2b)의 면적에 대응되도록 복수개가 배치될 수 있다.
펠티어소자(6)는 하우징(2)의 내부 공간에 배치되고, 전원이 공급되면 서로 상반되게 발열하거나 흡열하는 제1면(6c)과 제2면(6d)을 구비한다.
펠티어소자(6)는, 펠티어 효과를 활용하는 열전소자(Thermoelectric Module)일 수 있다.
제1면(6c)과 제2면(6d)은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 제1면(6c)과 제2면(6d)은, 직류 전원(DC)의 공급 방향에 따라 각각 방열면과 흡열면 중 하나로 기능할 수 있다. 제1면(6c)과 제2면(6d)은 열전도성이 높고 절연성인 재질일 수 있다. 따라서, 제1면(6c)과 제2면(6d)은 후술할 제1열교환기(8) 및 제2열교환기(10)로 각각 열 또는 냉기를 전달하면서도, 제1열교환기(8) 및 제2열교환기(10)가 통전되는 것을 방지할 수 있다.
펠티어소자(6)는 서로 이격되어 배치되는 P형 반도체 소자(6ba)와 N형 반도체 소자(6bb)를 포함할 수 있다. 펠티어소자(6)는 P형 반도체 소자(6ba)의 일단에 연결된 제1전극(6aa), N형 반도체 소자(6bb)의 일단에 연결된 제2전극(6ab), 및 제1, 2전극과 대향되게 배치되어 P형 반도체 소자(6ba)의 타단과 N형 반도체 소자(6bb)의 타단에 연결되는 제3전극(6ac)을 포함할 수 있다.
제1전극(6aa) 및 제2전극(6ab)이 제1면(6c)과 접촉될 수 있고, 제3전극(6ac)이 제2면(6d)과 접촉될 수 있다.
전원(미도시)은, 제1전극(6aa) 및 제2전극(6ab)으로 전압을 인가할 수 있다. 전원은 직류 전원일 수 있다. 이때, 직류 전원의 방향에 따라 제1면(6c)과 제2면(6d) 중 방열면과 흡열면은 뒤바뀔 수 있다. 전압이 인가됨에 따라 제1전극(6aa) 및 제2전극(6ab)에서 열 또는 냉기가 형성되어 제1면(6c)으로 전달될 수 있다. 전압이 인가됨에 따라 제3전극(6ac)에서 냉기 또는 열이 형성되어 제2면(6d)으로 전달될 수 있다.
예를 들어, 전원이 제1전극(6aa)에 양전압을 인가하고 제2전극(6ab)에 음전압을 인가할 수 있다. 이 경우, 제1전극(6aa)에서는 정공이 생성될 수 있다. 생성된 정공은 제1전극(6aa)과 연결된 P형 반도체 소자(6ba)로 공급될 수 있다. P형 반도체 소자(6ba)로 공급된 정공은 제3전극(6ac)으로 공급될 수 있다. 또한, 제2전극(6ab)에서는 전자가 생성될 수 있다. 생성된 전자는 제2전극(6ab)과 연결된 N형 반도체 소자(6bb)로 공급될 수 있다. N형 반도체 소자(6bb)로 공급된 전자는 제3전극(6ac)으로 공급될 수 있다.
제3전극(6ac)에서는 정공과 전자가 만나 발열 현상을 일으킬 수 있다. 제1전극(6aa)으로부터 P형 반도체 소자(6ba)로 이동하는 정공을 따라 열이 이동하면서, 제1전극(6aa)은 흡열 현상을 일으킬 수 있다. 제2전극(6ab)으로부터 N형 반도체 소자(6bb)로 이동하는 전자를 따라 열이 이동하면서, 제2전극(6ab)은 흡열 현상을 일으킬 수 있다. 제3전극(6ac)에서 생성된 열은 제2면(6d)으로 전달될 수 있다. 제1전극(6aa) 및 제2전극(6ab)에서 생성된 냉기는 제1면(6c)으로 전달될 수 있다.
제1면(6c)으로 전달된 냉기는 후술할 제1열교환기(8) 및 송풍팬(4)에 의해, 공기조화기(1)가 설치된 공간으로 송풍될 수 있다. 제2면(6d)으로 전달된 열은 후술할 제2열교환기(10)에 의해 수도관(100)으로 방열될 수 있다. 이러한 상태를 공기조화기(1)의 냉방모드로 지칭할 수 있다.
반대로 예를 들어, 전원이 제1전극(6aa)에 음전압을 인가하고 제2전극(6ab)에 양전압을 인가할 수 있다. 이 경우, 제3전극(6ac)에서는 전자와 정공이 각각 형성되어, 정공은 P형 반도체 소자(6ba)를 통해 제1전극(6aa)으로 공급될 수 있고, 전자는 N형 반도체 소자(6bb)를 통해 제2전극(6ab)으로 공급될 수 있다. 제1전극(6aa)으로 공급된 정공은 제1전극(6aa)의 전자와 결합하여 발열 현상을 일으킬 수 있다. 제2전극(6ab)으로 공급된 전자는 제2전극(6ab)의 정공과 결합하여 발열 현상을 일으킬 수 있다. 제3전극(6ac)으로부터 탈출하는 정공과 전자를 따라 열이 이동하면서, 제3전극(6ac)은 흡열 현상을 일으킬 수 있다. 제1전극(6aa) 및 제2전극(6ab)에서 생성된 열은 제1면(6c)으로 전달될 수 있다. 제3전극(6ac)에서 생성된 냉기는 제2면(6d)으로 전달될 수 있다.
제1면(6c)으로 전달된 열은 후술할 제1열교환기(8) 및 송풍팬(4)에 의해, 공기조화기(1)가 설치된 공간으로 송풍될 수 있다. 제2면(6d)으로 전달된 냉기는 후술할 제2열교환기(10)에 의해 수도관(100)으로 방냉될 수 있다. 이러한 상태를 공기조화기(1)의 난방모드로 지칭할 수 있다.
공기조화기(1)의 필요 용량에 따라 펠티어소자(6)의 용량은 용이하게 확장될 수 있다. 예를 들어, 구분을 위하여 상술한 P형 반도체 소자(6ba) 및 N형 반도체 소자(6bb)를 제1 P형 반도체 소자(6ba) 및 제1 N형 반도체 소자(6bb)로 지칭할 경우, 펠티어소자(6)에는 제2 N형 반도체 소자(6bc), 제2 P형 반도체 소자(6bd), 제3 P형 반도체 소자(6be),제3 N형 반도체 소자(6bf)가 추가로 배치될 수 있다.
나아가, 제1,2,3전극(6aa,6ab,6ac)이 배치된 것과 같은 방식으로 제4,5,6,7전극이 추가로 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 N형 반도체 소자(6bc)의 일단은 제2전극(6ab)에 연결될 수 있다. 제2 P형 반도체 소자(6bd)의 일단은 제4전극(6ad)에 연결될 수 있다. 제2 N형 반도체 소자(6bc)의 타단과 제2 P형 반도체 소자(6bd)의 타단은 제5전극(6ae)에 연결될 수 있다. 제3 P형 반도체 소자(6be)의 일단은 제4전극(6ad)에 연결될 수 있다. 제3 N형 반도체 소자(6bf)의 일단은 제6전극(6af)에 연결될 수 있다. 제3 P형 반도체 소자(6be)의 타단과 제3 N형 반도체 소자(6bf)의 타단은 제7전극(6ag)에 연결될 수 있다.
제4전극(6ad) 및 제6전극(6af)은 제1면(6c)과 접촉될 수 있다. 제5전극(6ae) 및 제7전극(6ag)은 제2면(6d)과 접촉될 수 있다.
제1전극(6aa) 및 제6전극(6af)에 각각 양전압 또는 음전압을 인가함으로써, 상술한 냉방모드 또는 난방모드를 실시할 수 있다.
한편, 제1면(6c)과 제2면(6d) 사이의 공간 중 전극과 반도체 소자 외의 부위는 절연성 및 단열성이 우수한 수지(미도시)로 체워질 수 있다. 따라서, 제1면(6c)과 제2면(6d) 사이에 열교환이 되는 것을 방지할 수 있다.
제1열교환기(8)는, 제1면(6c)과 접촉되도록 하우징(2)의 내부 공간에 배치되어, 제1면(6c)과 내부 공간을 통과하는 공기를 열교환시킨다. 제1열교환기(8)는, 공냉식 열교환기로 이해될 수 있다. 제1열교환기(8)는, 특정한 형태의 열교환기로 제한되지 않으며, 제1면(6c)과 공기를 열교환시킬 수 있는 어떤 형태의 열교환기라도 제1열교환기(8)로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1열교환기(8)는, 펠티어소자(6)의 방열에 널리 사용되는 복수개의 핀(8b)이 형성되는 히트싱크일 수도 있다.
구체적으로, 제1열교환기(8)는 제1면(6c)과 접촉되는 베이스(8a)와 베이스(8a)로부터 돌출되고 서로 이격된 복수개의 핀(8b)을 포함할 수 있다. 베이스(8a)는, 제1면(6c)에 대응되는 너비를 갖는 판(Plate)일 수 있다. 복수개의 핀(8b)은, 베이스(8a)로부터 각각 수직으로 돌출될 수 있다.
베이스(8a)와 복수개의 핀(8b)은 높은 열전도성을 지닌 재질일 수 있다. 베이스(8a)와 복수개의 핀(8b)은 일체로 형성될 수 있다. 복수개의 핀(8b) 각각의 양면은 공기 유동 방향과 나란하게 배치되어 공기를 가이드할 수 있다. 복수개의 핀(8b)의 전후단부는 흡입구(2a) 및/또는 토출구(2b)의 경사에 대응되는 경사를 형성할 수 있다. 따라서, 공기의 유동을 더욱 원활히 가이드할 수 있다. 제1면(6c)에서 생성된 열 또는 냉기는 베이스(8a) 및 핀(8b)으로 전달되어, 핀(8b) 사이를 유동하는 공기로 전달될 수 있다.
제2열교환기(10)는, 제2면(6d)과 접촉되도록 하우징(2)의 내부 공간에 배치되고 수도관(100)과 연결되어, 제2면(6d)과 수도관(100)으로부터 공급되는 물을 열교환시킨다. 제2열교환기(10)는, 수냉식 열교환기로 이해될 수 있다.
제2열교환기(10)는, 수냉식 열교환기의 범위 내에서 특정한 형태로 제한되지 않으며, 제2면(6d)과 수돗물을 열교환시킬 수 있는 어떤 형태라도 제2열교환기(10)로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제2열교환기(10)는, 열전도성이 높은 금속성의 수관멘틀(10b) 및 수관멘틀(10b)에 관입된 수관(10a)으로 이루어진 형태의 수냉식 열교환기일 수 있다. (도 4 참조)
제2열교환기(10)의 수관멘틀(10b)의 일면은 제2면(6d)과 접촉될 수 있다. 수관멘틀(10b)의 일면은, 제2면(6d)과 같거나 더 넓은 면적을 갖도록 형성될 수 있다. 수관멘틀(10b)은, 직육면체 형태일 수 있다. 수관(10a)은, 수관멘틀(10b)과의 열교환면을 최대화하기위하여 수관멘틀(10b) 내에서 복수회 구부러져 형성될 수 있다. 수관(10a)은, 수도관(100)과 연결될 수 있다. 수관(10a)은, 일단(10aa)을 통해 수도관(100)으로부터 수돗물을 공급받아 열교환시킨 뒤 타단(10ab)을 통해 열교환된 수돗물을 배출시킬 수 있다. 제2열교환기(10)(즉, 수관(10a)의 일단(10aa) 및 타단(10ab))과 연결되는 수도관(100)에 관한 사항은 후술하도록 한다.
공기조화기(1)가 냉풍기로서 기능할 때, 흡열부(즉, 제1면(6c))의 냉각 성능은 방열부(즉, 제2면(6d))의 온도에 따라 좌우되기 때문에, 방열부의 온도가 과열되지 않도록 적절히 냉각해주는 것이 중요하다. 또한, 공기조화기(1)가 온풍기로서 기능할 때, 방열부(즉, 제1면(6c))의 방열 성능은 흡열부(즉, 제2면(6d))에 생성되는 서리에 의해 저하될 수 있기 때문에, 흡열부에 제상(Defrosting)을 유지하는 것이 중요하다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(1)는, 수도관(100)을 유동하는 저온의 냉수를 제2열교환기(10)로 공급하여 펠티어소자(6)의 일면과 열교환시킴으로써, 해당 일면이 방열부로서 기능할 경우(즉, 공기조화기(1)의 냉방 모드시)에는 효과적으로 방열할 수 있도록하고, 해당 일면이 흡열부로서 기능할 경우(즉, 공기조화기(1)의 난방 모드시)에는 제상(defrosting)되도록 하여, 펠티어 방식 공기조화기(1)의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(1)는, 제2열교환기(10)가 수도관(100)으로부터 물을 공급받아 펠티어소자(6)의 일면과 열교환시킨 뒤 수도관(100)으로 열교환된 물을 배출하여 별도의 실외기를 구비할 필요가 없도록 함으로써, 옥내에서 실외기와의 연결이 어려운 공간, 예를 들어 창문이 없는 욕실 또는 주방과 같은 옥내 공간에서도 공기조화기(1)를 사용할 수 있도록하여 펠티어 방식 공기조화기(1)의 적용성을 극대화할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(1)는, 수냉 열교환기에 일반적으로 수반되는 냉각수 펌프를 구비할 필요 없이 수도관(100) 내 유동하는 물의 압력을 활용하여 제2열교환기(10)를 작동시키므로, 펠티어 방식 공기조화기(1)를 소형화할 수 있고, 소음 및 진동으로부터 자유로워질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(1)는, 동일 출력상 요구되는 공냉 열교환기의 전기 소비량 대비 저렴한 수돗물을 펠티어소자(6)의 방열에 사용하여, 펠티어 방식 공기조화기(1)의 경제성을 향상시킬 수 있다.
이하 도 4 내지 도 6, 특히 도 6을 참조하여 실시예에 따른 수도관(100) 및 공기조화기(1)의 연결 관계에 대해 설명한다.
제2열교환기(10)(Second Heat Exchanger, 2nd HEX)가 연결되는 수도관(100)은, 바람직하게는, 상수도관일 수 있다. 하수도관과 연결될 경우, 하수의 이물 등이 열교환기 내에 체적될 우려가 있기 때문이다. 이하에서는 설명상 편의를 위하여 옥내 상수도관에 본 발명의 공기조화기(1)가 연결되는 경우를 예로 들어 설명하도록 한다. 그러나, 본 기술 사상의 핵심은 이에 제한되지 않으며, 어떠한 종류의 수도관에라도 연결되어 활용될 수 있음은 당연하다.
수도관(100)은 수도계량기(30)(Water Meter, WM)와 보일러(40)(Boiler)를 연결하는 메인배관(50)을 포함할 수 있다. 외부로부터 건물의 수도계량기(30)로 공급된 냉수는, 메인배관(50)을 통하여 보일러(40)로 공급될 수 있다. 보일러(40)는, 냉수를 가열하여 온수를 옥내에 공급할 수 있다. 수전냉배관(56)은, 메인배관(50)으로부터 분지되어 수전(20)(Faucet)(예를 들어, 옥내 부엌의 싱크대)과 연결될 수 있다. 수전(20)이 냉수를 사용할 경우, 메인배관(50)을 유동하던 냉수는 수전냉배관(56)을 타고 수전(20)으로 공급될 수 있다. 수전온배관(58)은, 보일러(40)와 수전(20)을 연결할 수 있다. 수전(20)이 온수를 사용할 경우, 수전온배관(58)을 통해 보일러(40)로부터 수전(20)으로 온수가 공급될 수 있다.
도 6에 도시된 바 외, 옥내 복수개의 수전이 메인배관(50)과 보일러(40)에 병렬적으로 연결될 수 있음은 당연하다. 또한, 수전의 종류에 따라 온수의 공급을 필요로하지 않을 경우, 보일러(40)와 별도로 연결되지 않을 수도 있음은 당연하다.
급수바이패스배관(52)은, 메인배관(50)으로부터 분지되어 제2열교환기(10)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 급수바이패스배관(52)은, 메인배관(50)으로부터 분지되어 제2열교환기(10)의 수관(10a)의 일단(10aa)에 연결될 수 있다.
급수바이패스밸브(54)는, 급수바이패스배관(52)을 개폐할 수 있다. 급수바이패스밸브(54)는, 급수바이패스배관(52)에 배치될 수 있다. 급수바이패스밸브(54)가 개방될 경우, 메인배관(50)을 흐르던 냉수는 급수바이패스배관(52)을 통해 제2열교환기(10)의 수관(10a)으로 공급될 수 있다.
배수배관(60)은, 제2열교환기(10)와 보일러(40)를 연결할 수 있다. 배수배관(60)은, 제2열교환기(10)의 수관(10a)의 타단(10ab)과 보일러(40)를 연결할 수 있다. 배수바이패스배관(62)은, 배수배관(60)으로부터 분지되어 수전온배관(58)으로 합지될 수 있다.
배수바이패스밸브(64)는, 배수배관(60) 중 배수바이패스배관(62)이 분지되는 부위에 배치되어 제2열교환기(10)로부터 토출되는 물이 보일러(40) 또는 수전온배관(58)으로 선택적으로 공급되도록할 수 있다. 배수바이패스밸브(64)가 보일러(40)측으로 개방될 경우, 제2열교환기(10)의 수관(10a)으로부터 토출되는 물(이하, 제2면(6d)과의 열교환에 의해 가열되어 온수를 의미할 수 있다)은 배수배관(60)을 통해 보일러(40)로 공급될 수 있다. 배수바이패스밸브(64)가 수전온배관(58)측으로 개방될 경우, 제2열교환기(10)의 수관(10a)으로부터 토출되는 물은 배수배관(60) 및 배수바이패스배관(62)을 통해 수전온배관(58)을 거쳐 수전(20)으로 직접 공급될 수 있다.
제어기(미도시)는, 공기조화기(1) 및 수전(20)의 작동 여부에 따라 급수바이패스밸브(54) 및 배수바이패스밸브(64)를 제어할 수 있다. 예를 들어 제어기는, 공기조화기(1)의 작동시 급수바이패스밸브(54)를 개방하고, 미작동시 급수바이패스밸브(54)를 폐쇄할 수 있다. 예를 들어 제어기는, 수전(20)에서 온수의 사용시 배수바이패스밸브(64)를 수전온배관(58)측으로 개방하고, 그 외의 경우에는 배수바이패스밸브(64)를 보일러(40)측으로 개방할 수 있다.
제어기는, 펠티어소자(6) 및 송풍팬(4)으로 전기를 공급할 수도 있다. 제어기는, 펠티어소자(6) 및 송풍팬(4)에서 요구하는 적절한 형태로 전류,전압을 변환할 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 펠티어소자(6)에 소정 방향을 갖는 직류 전류를 인가할 수 있다.
이때, 제어기는, 펠티어소자(6)로 공급되는 직류 전류의 방향을 변환하여, 공기조화기(1)의 냉난방 여부를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기는, 제1면(6c)이 흡열하고 제2면(6d)이 방열하도록 직류를 인가하여 공기조화기(1)를 냉방 모드로 운전할 수 있다. 예를 들어, 제어기는, 제1면(6c)이 방열하고 제2면(6d)이 흡열하도록 직류를 인가하여 공기조화기(1)를 난방 모드로 운전할 수 있다.
제어기는, 외부의 전력 계통과 전기적으로 연결될 수 있다. 제어기는, 공기조화기(1)의 하우징(2) 내부에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(1)는, 급수바이패스배관(52)에 배치된 급수바이패스밸브(54)를 제어하여 수도관(100)으로부터 제2열교환기(10)로 수돗물을 공급받거나 받지 않을 수 있으므로, 방열이 필요하지 않을 경우에는 제2열교환기(10)로 유입되는 수돗물을 차단하여, 수도의 불필요한 압력손실을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(1)는, 배수바이패스밸브(64)를 제어하여 제2열교환기(10)에서 가열되어 토출되는 물을 보일러(40) 또는 수전(20)으로 선택적으로 공급할 수 있으므로, 펠티어소자(6)에서 방열된 열을 급탕에 활용함으로써 급탕 비용을 절감할 수 있으며, 토출되는 물을 곧바로 수전(20)으로 유동시켜 수돗물의 압력손실을 저감시킬 수도 있다.
옥내에서 공기조화기(1)가 설치되는 공간은, 창문 등이 구비되어 실외와 실내가 연통되는 공간 뿐 아니라, 창문 등이 구비되어 있지 않아 실외와의 연통이 어려운 공간을 의미할 수 있다. 예를 들어, 창문이 없는 화장실 또는 창문이 없는 주방일 수 있다.
따라서, 수도관(100)으로부터 물을 공급받아 펠티어소자(6)의 한 면과 열교환시킨 뒤 수도관(100)으로 열교환된 물을 배출하여 별도의 실외기를 구비할 필요가 없도록 함으로써, 옥내에서 실외기와의 연결이 어려운 공간에서도 공기조화기(1)를 사용할 수 있도록 하여 공기조화기(1)의 적용성을 극대화할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상이 수도관(100) 및 제2열교환기(10)의 배관 구성 방법에 의해 제한되는 것은 아니다. 제2열교환기(10)가 수도관(100)과 연결되는 방식은, 상술한 바에 제한되지 않으며, 공기조화기(1)가 설치되는 장소의 배관 상황, 공기조화기(1)의 설치 목적 등에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
예를 들어, 도 7과 같이, 보일러(40)에서 가열된 온수가 제2열교환기(10)의 수관(10a)으로 공급되도록 급수바이패스배관(52)을 설계할 수도 있다. 이때, 수도관(100)의 온수를 제2열교환기(10)로 공급하여 펠티어소자(6)의 일면(즉, 제2면(6d))과 열교환시킴으로써, 해당 일면이 흡열부로서 기능할 경우(즉, 공기조화기(1)의 난방 모드시) 제백 효과에 의하여 펠티어 방식 공기조화기(1)의 난방 성능을 향상시킬 수 있다.
또는, 예를 들어, 제2열교환기(10)의 수관(10a)의 일단(10aa) (즉, 유입구)은, 옥내 하수도관(100)을 유동하는 물의 온도 및 공기조화기(1)의 용도 등을 고려하여, 옥내 상수도관(100)이 아닌 옥내 하수도관(100)과 연결될 수도 있다.
또는, 예를 들어, 제2열교환기(10)의 수관(10a)의 타단(10ab) (즉, 토출구(2b))은, 배수배관(60)과 연결되지 않은 체 실내 공간으로 물을 토출하도록 실내 공간으로 노출되어, 실내 공간 내 구비된 하수구로 토출된 물이 배수되도록 할 수도 있다. 이 경우, 배수배관(60) 및 배수바이패스밸브(64) 등을 구비할 필요가 없어져 배관 설치의 편의를 향상시킬 수 있다.
또는, 예를 들어, 도 8과 같이, 공기조화기(1)는 옥내에서 소정의 수전(20)과 인접하게 설치될 수 있다. 예를 들어, 수전(20)과 공기조화기(1)를 일체형으로 설계할 수도 있다. (도 5 참조) 이때, 급수바이패스배관(52)은 메인배관(50)이 아닌 수전냉배관(56)으로부터 분지되고, 배수배관(60)은 수전온배관(58)으로 합지될 수 있다. 일반적으로 옥내 수전(20)과 수도관(100)의 연결부는 벽체나 바닥에 매설되지 않고 실내 공간으로 노출되도록 시공되므로, 이러한 연결부로부터 공기조화기(1)를 인접하게 설치하여 제2열교환기(10)와 수도관(100)의 연결을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 수도관(100)과 수전(20)이 연결된 부분을 해체하고, 삼방분지배관을 수도관(100)과 수전(20) 사이에 연결하여 손쉽게 제2열교환기(10)의 유로를 확보할 수 있다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
Claims (12)
- 흡입구, 토출구, 및 내부 공간이 형성된 하우징;
상기 하우징의 내부로 공기를 흡입하여 외부로 토출시키는 송풍팬;
상기 하우징의 내부 공간에 배치되고, 전원이 공급되면 서로 상반되게 발열하거나 흡열하는 제1면과 제2면을 구비하는 펠티어소자;
상기 제1면과 접촉되도록 상기 하우징의 내부 공간에 배치되어, 상기 제1면과 상기 내부 공간을 통과하는 공기를 열교환시키는 제1열교환기;
상기 제2면과 접촉되도록 상기 하우징의 내부 공간에 배치되고 수도관과 연결되어, 상기 제2면과 상기 수도관으로부터 공급되는 물을 열교환시키는 제2열교환기를 포함하는 공기조화기. - 제1항에 있어서,
상기 제1열교환기는 상기 제1면과 접촉되는 베이스와 상기 베이스로부터 돌출되고 서로 이격된 복수개의 핀을 포함하는 공기조화기. - 제2항에 있어서,
상기 송풍팬은 상기 핀과 상기 토출구 사이에 배치되는 공기조화기. - 제1항에 있어서,
상기 펠티어소자는 P형 반도체 소자와 N형 반도체 소자, 상기 P형 반도체 소자의 일단에 연결된 제1전극, N형 반도체 소자의 일단에 연결된 제2전극, 및 상기 제1, 2전극과 대향되게 배치되어 상기 P형 반도체 소자의 타단과 상기 N형 반도체 소자의 타단을 연결하는 제3전극을 포함하는 공기조화기. - 제4항에 있어서,
상기 공기조화기는 상기 제1전극 및 제2전극으로 전압을 인가하는 전원을 포함하는 공기조화기. - 제5항에 있어서,
상기 펠티어소자는 상기 제1전극 및 제2전극이 상기 제1면과 접촉되고, 상기 제3전극이 상기 제2면과 접촉되는 공기조화기. - 제1항에 있어서,
상기 수도관은 수도계량기와 보일러를 연결하는 메인배관을 포함하고,
상기 공기조화기는 상기 메인배관으로부터 분지되어 상기 제2열교환기와 연결되는 급수바이패스배관을 포함하는 공기조화기. - 제7항에 있어서,
상기 공기조화기는 상기 급수바이패스배관을 개폐하는 급수바이패스밸브를 더 포함하는 공기조화기. - 제8항에 있어서,
상기 공기조화기는 상기 제2열교환기와 상기 보일러를 연결하는 배수배관을 더 포함하는 공기조화기. - 제9항에 있어서,
상기 수도관은 상기 보일러와 수전을 연결하는 수전온배관을 더 포함하고,
상기 공기조화기는 상기 배수배관으로부터 분지되어 상기 수전온배관으로 합지되는 배수바이패스배관을 더 포함하는 공기조화기. - 제10항에 있어서,
상기 공기조화기는 상기 배수배관 중 상기 배수바이패스배관이 분지되는 부위에 배치되어 상기 제2열교환기로부터 토출되는 물이 상기 보일러 또는 수전온배관으로 선택적으로 공급되도록하는 배수바이패스밸브를 더 포함하는 공기조화기. - 제11항에 있어서,
상기 공기조화기는 상기 공기조화기 및 상기 수전의 작동 여부에 따라 급수바이패스밸브 및 배수바이패스밸브를 제어하는 제어기를 더 포함하는 공기조화기.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220084888A KR20240008038A (ko) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 공기조화기 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220084888A KR20240008038A (ko) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 공기조화기 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240008038A true KR20240008038A (ko) | 2024-01-18 |
Family
ID=89716251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220084888A KR20240008038A (ko) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 공기조화기 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240008038A (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980016834U (ko) | 1996-09-18 | 1998-06-25 | 오점열 | 열전소자를 이용한 저소음 냉온풍장치 |
| KR19990046726A (ko) | 1999-04-19 | 1999-07-05 | 전찬구 | 열전소자를이용한공기조화기 |
-
2022
- 2022-07-11 KR KR1020220084888A patent/KR20240008038A/ko unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980016834U (ko) | 1996-09-18 | 1998-06-25 | 오점열 | 열전소자를 이용한 저소음 냉온풍장치 |
| KR19990046726A (ko) | 1999-04-19 | 1999-07-05 | 전찬구 | 열전소자를이용한공기조화기 |
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