KR20240060265A - 혼합냉각 열교환기를 이용한 발열소자 냉각장치를 가지는 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기를 제어할 때 열을 발생하는 제어기판의 발열소자(예; IGBT)의 냉각을 운전환경에 따라 공기냉각과 냉매냉각을 조합하여 수행하는 한편, 냉매 부족현상과 응축효과감소 현상을 최소화할 수 있도록 하는 혼합냉각 열교환기를 이용한 발열소자 냉각장치를 가지는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 공기조화기에서, 실외기(2)는, 내부공간이, 격벽(5)에 의해 실외 열교환기(30) 및 실외기 팬(40)이 배치되는 송풍실(R1)과, 압축기(10) 및 제어모듈(80)이 배치되는 기계실(R2)로 구획되고; 상기 제어모듈(80)은, 상기 압축기(10)를 제어하는 발열소자(86)의 일면이 상기 격벽(5)을 관통하여 상기 송풍실(R1)로 노출되도록 설치되며; 상기 격벽(5)의 상기 송풍실(R1) 쪽의 면에는, 상기 발열소자(86)의 노출면에 접촉하여 발열소자(86)를 냉각시키기 위한 혼합냉각 열교환기(100)가 설치되며; 상기 혼합냉각 열교환기(100)는 상기 발열소자(86)에 냉매열을 전달하기 위한 냉매순환튜브(120)를 구비하며; 상기 냉매순환튜브(120)에는 상기 실외 열교환기(30)를 이루는 열교환코일의 중간 부분으로부터 열교환코일을 연장 연결하여, 상기 실외 열교환기(30)의 열교환코일을 통과하는 도중의 냉매가 상기 냉매순환튜브(120)를 경유한 후 다시 실외 열교환기(30)로의 열교환코일로 되돌아가 상기 실외 열교환기(30)에 본래 주어진 냉매 사이클을 마저 수행하도록 구성된다.

Description

혼합냉각 열교환기를 이용한 발열소자 냉각장치를 가지는 공기조화기{Air conditioner having a device for cooling a heat generating element using a mixed cooling heat exchanger}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압축기를 제어할 때 열을 발생하는 제어기판의 발열소자(예; IGBT)의 냉각을 운전환경에 따라 공기냉각과 냉매냉각을 조합하여 수행하는 한편, 냉매 부족현상과 응축효과감소 현상을 최소화할 수 있도록 하는 혼합냉각 열교환기를 이용한 발열소자 냉각장치를 가지는 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로 냉난방 공기조화기는, 냉매를 압축→응축→팽창→증발시키는 일련의 냉매 사이클을 냉방 모드나 난방 모드로 수행하여 실내의 냉방이나 난방을 도모하는 장치이다.

공기조화기는, 응축기를 가지는 열방출부와 증발기를 가지는 열흡수부가 별개로 설치되는 분리형 공기조화기가 일반적으로 사용된다. 이때, 열방출부는 실외에 설치되므로 통상 '실외기'라 하고, 열흡수부는 공조필요공간, 즉 실내에 설치되므로 '실내기'라고 한다.

실외기는, 냉매를 압축하는 압축기와, 냉방운전시 압축된 고온 고압의 냉매를 액체로 응축하는 실외 열교환기(응축기)와, 응축기에 외기를 송풍하는 실외기 팬과, 응축기에서 응축된 냉매를 팽창시켜 저온 저압의 냉매로 만들어 실내 열교환기(증발기)로 보내는 팽창밸브와, 실외 열교환기에 공기를 송풍하는 실외기 팬, 냉매의 흐름 방향을 제어하는 사방밸브를 구비한다.

실내기는, 냉방운전시 상기 응축기에서 응축된 냉매를 증발시키는 실내 열교환기(증발기)와, 상기 실내 열교환기에 실내 공기를 송풍하는 실내기 팬을 구비한다.

실내기와 실외기는 냉매 배관에 의해 연결된다.

예를 들어, 여름철에 통상적인 냉방 사이클을 수행하는 경우, 압축기의 출구 배관의 4방 밸브를 냉방 운전 모드로 전환함으로써, 실내 열교환기는 증발기로 작용하도록 하고 실외 열교환기는 응축기로 작용하도록 하여, 저온 저압의 액체상태의 냉매가 실내 열교환기를 통과하면서 증발되는 과정을 통해 실내공기의 열을 빼앗아 온도를 낮춘다.

그리고 겨울철에 통상적인 난방 사이클을 수행하는 경우, 사방밸브를 난방 운전 모드로 전환하여 냉매의 역사이클을 수행함으로써, 실내 열교환기는 응축기로 작용하도록 하고 실외 열교환기는 증발기로 작용하도록 하여, 고온 고압의 가스상태의 냉매가 실내 열교환기에서 응축되는 과정을 통해 실내공기에 열을 전달하여 온도를 높인다.

이러한 공기조화기에서, 실내 온도에 따라 압축기의 속도를 조절하여 전력 소모를 줄이고 냉, 난방 출력을 최적화하기 위해 인버터를 장착한 인버터 압축기 방식의 공기조화기를 채용하는 예가 증가하고 있다.

이에 따라, 인버터 압축기를 사용한 공기조화기는, 설정 온도에 더욱 신속하게 도달할 수 있을 뿐만 아니라 미세 단위로 온도 조절이 가능하다.

인버터 압축기를 사용하는 공기조화기에는, 인버터 압축기의 제어를 위해 고속 스위칭 소자인 IGBT(Insulated gate bipolar mode transistor, 절연 게이트 양극성 트랜지스터)가 사용된다.

IGBT는, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)를 게이트부에 짜 넣은 접합형 트랜지스터로서, 대전력의 고속 스위칭이 가능한 반도체 소자이다.

이러한 IGBT는 압축기를 제어하기 위한 제어기판에 실장 되는데, 스위칭 동작이 반복됨에 따라 발열이 심해져 반도체 소자의 성능이 저하되기 때문에 적절한 냉각(방열)을 해주어야 한다. 이하, IGBT와 같이 발열을 동반하는 반도체 소자를 '발열소자'라고 통칭한다.

인버터 압축기의 제어를 위한 제어기판에 실장된 발열소자를 강제 냉각(방열)시키기 위한 종래 예가, 특허문헌 1 내지 4를 위시하여 다양하게 제안되어 있다.

특허문헌 1 내지 4를 포함한 종래의 발열소자 강제 냉각방법으로서는, 발열소자에 히트싱크를 접촉시켜 설치하고, 실외 열교환기의 실외기 팬에서 발생한 풍량을 히트싱크로 통과시켜 공기에 의해 냉각을 하거나, 발열소자 방열부를 실외 열교환기(응축기)의 하류 측 냉매 관로나 그 분기 관로에 설치하여 실외 열교환기(응축기)를 통과한 냉매의 냉각열을 이용하여 냉각하는 방법이 알려졌다.

그러나 히트싱크에 의한 공냉 방식은, 공기열을 이용하기 때문에, 기온이 높은 지역에서는 냉각효과가 낮다는 단점이 있다.

또한, 실외 열교환기(응축기)를 통과한 냉매의 냉각열을 이용하는 방법에서는, 응축이 완료된 냉매가 방열부를 경유하도록 하는 것이기 때문에, 응축이 완료된 냉매가 발열소자를 냉각하면서 흡수한 열을 그대로 간직한 채 팽창밸브로 가기 때문에, 냉매의 응축효과가 감소하고(즉, 응축이 부족해지고), 그로 인하여 팽창밸브에서의 냉매 팽창효과도 감소하게 되며, 결국에는 시스템 효율이 감소할 수밖에 없다.

또한, 실외 열교환기(응축기)를 통과한 냉매의 냉각열을 이용하는 방법에서는, 시스템 운전 초기에 열교환기의 냉매 관로에 냉매량이 부족하거나 또는 냉매 회로 내의 자연누출로 인하여 냉매량이 부족할 경우에, 발열소자 냉각성능이 부족해지고, 그에 따라 발열소자의 능력이 저하되어 압축기에 충분한 전력을 공급하지 못해 시스템 성능이 감소할 수밖에 없다.

대한민국 공개특허공보 제10-2019-0091065호(2019.08.05) 대한민국 등록특허공보 제10-1774109호(2017.08.28) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0144480호(2014.12.19.) 대한민국 등록특허공보 제10-0941604호(2010.02.03.)

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 발열소자의 냉각을 위해 냉매를 사용할 때 응축효과 감소현상을 최소화하여 시스템 효율 저하를 방지할 수 있도록 하는 것에 있다.

이와 함께, 본 발명의 다른 목적은, 발열소자의 냉각을 운전환경에 따라 공기냉각과 냉매냉각을 조합하여 수행할 수 있도록 구성함으로써, 에너지 절감과 최적의 냉각효과를 얻을 수 있도록 하는 것에 있다.

이와 함께, 본 발명의 또 다른 목적은, 혼합냉각 열교환기의 구조를 공기냉각 효과를 극대화할 수 있도록 하는 것에 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 혼합냉각 열교환기를 이용한 발열소자 냉각장치를 가지는 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 냉매를 실외공기와 열교환시키는 실외 열교환기(30) 및 실외기 팬(40)과, 상기 압축기(10)의 구동 및 냉매순환 사이클을 제어하는 제어모듈(80)을 포함하는 실외기(2); 그리고 냉매를 실내공기와 열교환시키는 실내 열교환기(60) 및 실내기 팬(70)을 포함하는 실내기(4); 를 구비하며,

상기 실외기(2)는, 내부공간이, 격벽(5)에 의해 상기 실외 열교환기(30) 및 실외기 팬(40)이 배치되는 송풍실(R1)과, 상기 압축기(10) 및 제어모듈(80)이 배치되는 기계실(R2)로 구획되고; 상기 제어모듈(80)은, 상기 압축기(10)를 제어하는 발열소자(86)의 일면이 상기 격벽(5)을 관통하여 상기 송풍실(R1)로 노출되도록 설치되며; 상기 격벽(5)의 상기 송풍실(R1) 쪽의 면에는, 상기 발열소자(86)의 노출면에 접촉하여 발열소자(86)를 냉각시키기 위한 혼합냉각 열교환기(100)가 설치되며; 상기 혼합냉각 열교환기(100)는 상기 발열소자(86)에 냉매열을 전달하기 위한 냉매순환튜브(120)를 구비하며; 상기 냉매순환튜브(120)에는 상기 실외 열교환기(30)를 이루는 열교환코일의 중간 부분으로부터 열교환코일을 연장 연결하여, 상기 실외 열교환기(30)의 열교환코일을 통과하는 도중의 냉매가 상기 냉매순환튜브(120)를 경유한 후 다시 실외 열교환기(30)로의 열교환코일로 되돌아가 상기 실외 열교환기(30)에 본래 주어진 냉매 사이클을 마저 수행하도록 구성된다.

본 발명에 따른 공기조화기에서, 상기 실외 열교환기(30)는, 냉매가 흐르는 열교환코일의 도중에서 연장, 인출되어 상기 냉매순환튜브(120)의 일측에 접속되는 제1연장관(32)과, 상기 냉매순환튜브(120)의 타측에 접속되어 상기 열교환코일로 연장되는 제2연장관(34)을 구비하며, 상기 실외 열교환기(30)의 열교환코일을 완전히 통과하기 전의 냉매가 상기 제1연장관(32) 또는 제2연장관(34)을 통해 나와 상기 냉매순환튜브(120)를 경유한 후 상기 실외 열교환기(30)의 열교환코일로 다시 들어가서 상기 실외 열교환기(30)에 본래 주어진 냉매 사이클을 마저 수행하도록 구성된다.

본 발명에 따른 공기조화기에서, 상기 실외 열교환기(30)를 이루는 열교환코일이 복수의 독립된 냉매순환군집단위를 형성하는 복수의 열교환 번들(30-1, , , 30-n)로 이루어지고; 상기 실외 열교환기(30)의 상류와 하류에는 상기 복수의 열교환 번들(30-1 ~ 30-n)마다 독립적으로 냉매를 분배하거나 복수의 열교환 번들(30-1 ~ 30-n)에서 독립적으로 나오는 냉매를 수집하는 제1열교환기 헤더(300) 및 제2열교환기 헤더(350)가 구비되며; 상기 혼합냉각 열교환기(100)로 연결되는 상기 제1연장관(32) 및 제2연장관(34)은, 상기 복수의 열교환 번들(30-1, , , 30-n) 중 어느 하나의 열교환코일의 도중에 형성된다.

본 발명에 따른 공기조화기에서, 상기 제1연장관(32) 또는 제2연장관(34)에는 상기 혼합냉각 열교환기(100)로의 냉매 흐름을 제어하는 제1전자제어밸브(V32)가 설치되고; 상기 제1전자제어밸브(V32)의 전단에는 상기 제1연장관(32)과 제2연장관(34)을 직접 연결하여 냉매가 상기 혼합냉각 열교환기(100)를 우회하도록 하는 우회관로(36) 및 상기 우회관로(36)로의 냉매 흐름을 제어하는 제2전자제어밸브(V36)가 설치된다.

본 발명에 따른 공기조화기에서, 상기 혼합냉각 열교환기(100)는, 상기 실외기 팬(40)에 의해 송풍되는 공기의 열을 받아 상기 발열소자(86)에 전도하기 위한 냉각핀(150)을 더 포함하며, 상기 실외기 팬(40)의 송풍에 의한 공기냉각과 함께 상기 냉매순환튜브(120)의 냉매 순환에 의한 냉매냉각을 병행할 수 있도록 구성된다.

본 발명에 따른 공기조화기에서, 상기 혼합냉각 열교환기(100)는, 상기 발열소자(86)의 노출면에 접촉하는 방열판(110); 상기 발열소자(86) 반대편에서 상기 방열판(110)에 접촉하는 상기 냉매순환튜브(120); 상기 발열소자(86) 반대편에서 상기 냉매순환튜브(120)에 접촉하며, 상기 실외기 팬(40)에 의해 송풍되는 공기의 열을 받아 냉매순환튜브(120)에 전도하는 냉각핀(150); 을 포함한다.

본 발명에 따른 공기조화기에서, 상기 냉매순환튜브(120)는, 한쪽 면이 상기 방열판(110)에 접촉하고 반대쪽 면이 상기 냉각핀(150)에 접촉하는 제1냉매순환튜브(122)와, 상기 제1냉매순환튜브(122) 반대측에서 상기 냉각핀(150)에 접촉하는 제2냉매순환튜브(124)로 이루어지고; 상기 제1냉매순환튜브(122) 및 제2냉매순환튜브(124)의 냉매통로 양단에는, 상기 실외 열교환기(30)의 열교환코일로부터 연장되는 제1연장관(32)과 제2연장관(34)이 접속되는 제1헤더(141) 및 제2헤더(142)가 구비된다.

본 발명에 따른 공기조화기에서, 상기 냉각핀(150)의 공기 유동방향은 실외기 팬(40)의 송풍방향과 동일하게 설정되고; 상기 냉매순환튜브(120)는, 알루미늄 플레이트에 미세한 냉매 유동 채널을 형성한 마이크로채널 열교환기로 이루어진다.

본 발명에 따른 공기조화기에 의하면, 발열소자의 냉각을 위해 냉매를 사용할 때 응축효과 감소현상을 최소화하여 시스템 효율 저하를 방지할 수 있다.

또한, 발열소자의 냉각을 운전환경에 따라 공기냉각과 냉매냉각을 조합하여 수행할 수 있도록 구성함으로써, 에너지 절감과 최적의 냉각효과를 얻을 수 있다.

즉, 본 발명은, 혼합냉각 열교환기(100)에 사용되는 냉매를 실외 열교환기(30)의 열교환코일의 도중에서 인출함으로써, 실외 열교환기(30)의 모든 열교환코일을 완전히 통과하기 전의 냉매를 이용함으로써, 발열소자(86)를 냉각시킨 후에 되돌아온 냉매가, 다시 실외 열교환기(30)의 열교환코일로 복귀하여 실외 열교환기(30)에 본래 주어진 냉매 사이클(응축과정)을 마저 거치도록 하고 있다.

따라서, 실외 열교환기(30)를 흐르는 냉매로 발열소자(86)를 냉각시키더라도 응축효과 감소가 제거 내지 극소화됨으로써 응축효과 감소로 인한 팽창효과의 감소로 이어지지 않으며, 이에 냉매 사이클의 효율이 떨어지지 않게 된다.

또한, 본 발명에서는 발열소자의 냉매냉각에 의한 응축효과 저하를 더욱 확실하게 줄이기 위해, 실외 열교환기(30)를 이루는 열교환코일을 복수의 독립된 냉매순환군집단위를 형성하는 복수의 독립된 열교환 번들(30-1, , , 30-n)로 구성하고, 복수의 독립된 열교환 번들(30-1, , , 30-n) 중 어느 하나의 열교환코일의 중간 부분을 연장, 인출하여 상기 혼합냉각 열교환기(100)에 연결함으로써, 혼합냉각 열교환기(100)에는, 열교환 번들(30-1 ~ 30-n) 중 어느 하나의 열교환 번들을 흐르는 냉매만이 이용되고, 나머지의 열교환 번들을 흐르는 냉매는 정상적인 열교환 과정을 거치므로, 발열소자(86)를 냉각시킴에 따른 열교환 효과 저하가 거의 발생하지 않게 된다.

또한, 제어모듈(80)의 발열소자(86)를 송풍실(R1) 쪽으로 노출시키고, 노출된 발열소자(86)의 면에 혼합냉각 열교환기(100)를 접촉시켜 설치함으로써, 송풍실(R1)의 실외기 팬(40)에 의해 송풍되는 외부공기에 의해서도 발열소자(86)를 냉각시키는 공기냉각을 수행할 수 있다. 따라서 발열소자(86)의 온도에 따라 공기냉각과 혼합냉각을 선택함으로써 에[너지 소모를 졸일 수 있고, 혼합냉각을 수행할 경우에는 적은 에너지를 들여 발열소자(86) 냉각효과를 극대화할 수가 있다.

도 1은, 본 발명에 따른 공기조화기의 냉매 회로도이다.
도 2는, 도 1의 발열소자 냉각회로 부분의 확대도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 공기조화기를 난방 운전 모드로 작동할 때의 냉매 흐름을 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 공기조화기의 실외기 및 혼합냉각 열교환기를 나타내는 사시도이다.
도 5는, 도 4를 다른 방향에서 바라본 도면이다.
도 6은, 도 5의 상부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 7은, 본 발명에 따른 실외 열교환기와 혼합냉각 열교환기의 연결관계를 보여주는 주요부 사시도이다.
도 8은, 본 발명에 따른 제어모듈을 설명하기 위한 분리 사시도이다.
도 9는, 도 8의 조립 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 발명에 따른 혼합냉각 열교환기의 구성을 보여주는 분리 사시도이다.
도 11은, 본 발명에 따른 혼합냉각 열교환기의 구성을 보여주는 측면도이다.
도 12는, 본 발명에 따른 혼합냉각 열교환기와 제어모듈의 결합상태를 보여주는 도면이다.
도 13은, 본 발명에 따른 혼합냉각 열교환기를 이용한 발열소자 냉각장치를 가지는 공기조화기의 제어블록들을 보인 도면이다.
도 14는, 본 발명에 따른 혼합냉각 제어 과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 혼합냉각 열교환기를 이용한 발열소자 냉각장치를 가지는 공기조화기의 구체적인 실시 예를 설명한다.

이하의 설명 및 청구범위에서, 압축기(10)는 인버터 압축기를 말하고, 발열소자(86)는 앞에서 설명한 고속 스위칭 소자인 IGBT(Insulated gate bipolar mode transistor, 절연 게이트 양극성 트랜지스터)를 말한다.

도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 공기조화기의 구성을 나타내는 것으로서, 도 1에는 전체 냉매 회로도(냉방 운전 시의 냉매 흐름 방향을 표시함)가 도시되어 있고, 도 2에는 발열소자 냉각회로 부분의 확대도가 도시되어 있으며, 도 3에는 난방 운전 시의 냉매 흐름 방향을 표시한 회로도가 도시되어 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 공기조화기는, 저온, 저압의 기체 냉매를 압축하여 고온, 고압의 기체 냉매로 만드는 압축기(10)와, 압축기(10)로부터 나온 고온, 고압의 기체 냉매를 외기에 의해 냉각하여 고온, 고압의 액체 냉매로 응축하는 응축기인 실외 열교환기(난방시에는 증발기로 작용함)(30)와, 실외 열교환기(30)를 통해 응축된 고온, 고압의 액체 냉매를 감압 교축 작용을 이용하여 저온, 저압의 액체 냉매로 단열팽창시켜서 냉매를 증발하기 쉬운 저온, 저압의 액체 냉매로 팽창시키는 전자 팽창밸브(50)와, 전자 팽창밸브(50)를 통과한 저온, 저압의 액체 냉매를 저온, 저압의 기체 냉매로 증발시키며, 이때 발생하는 증발 잠열에 의해 주위 공기의 열을 흡수하여 차갑게 냉각시키는 증발기인 실내 열교환기(난방시에는 응축기로 작용함)(40)를 포함하는 냉매 사이클 회로를 구비한다.

또한, 외부 공기를 상기 실외 열교환기(30)에 강제 흡입시켜 실외 열교환기(30)에 응축열을 전달하는 실외기 팬(40), 실내 공기를 흡입하여 실내 열교환기(60)에 강제로 통과시킴으로써 차갑게 냉각된 공기를 다시 실내로 송풍하는 실내기 팬(70)을 구비한다.

또한, 실내 열교환기(60)와 압축기(10) 사이의 냉매배관 상에는, 액분리기(12)가 설치된다. 액분리기(12)는, 실내 열교환기(60)(증발기)에서 증발되어 압축기(10)의 흡입구로 유입되는 저온, 저압의 기체 냉매 중에 혼합되어 있을 수 있는 미증발된 액체 냉매를 분리, 저장시켜 압축기(10) 내부에서 냉매가 액 압축되는 것을 방지하여 압축기(10)를 보호하는 역할을 한다.

또한, 압축기(10)를 나온 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 사방밸브(20)를 더 포함한다.

예를 들어, 냉방 운전 시(정 사이클 수행 시), 사방밸브(20)는 압축기(10)를 나온 냉매가 실외 열교환기(30)를 향하도록 전환된다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 증발기의 역할을 하는 실내 열교환기(60)를 나온 냉매는 액분리기(12)를 거쳐 압축기(10)로 들어가 압축된 후 사방밸브(20)를 통해 응축기의 역할을 하는 실외 열교환기(30)로 유도된다.

난방 운전 시(역 사이클 수행 시), 사방밸브(20)는 압축기(10)를 나온 냉매가 실내 열교환기(60)를 향하도록 전환된다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 증발기의 역할을 하는 실외 열교환기(30)를 나온 냉매는 액분리기(12)를 거쳐 압축기(10)로 들어가 압축된 후 사방밸브(20)를 통해 응축기의 역할을 하는 실내 열교환기(60)로 유도된다.

여기서, 압축기(10), 액분리기(12), 사방밸브(20) 및 실외 열교환기(30)는 실외기(2)에 설치되고, 실내 열교환기(60) 및 실내기 팬(70)은 실내기(4)에 설치된다.

한편, 본 발명에서 전자 팽창밸브(50)는 실외기(2)에 설치된다.

또한, 냉매 배관에는, 유지 보수 시 냉매 배관(4)을 차단하기 위한 서비스 밸브(V1, V2, V3, V4)등이 설치될 수 있다.

본 발명에 따라, 실외기(2)에서 압축기(10)를 제어하기 위한 제어모듈(80)의 발열소자를 냉각하기 위한 혼합냉각 열교환기(100)가 제어모듈(80)의 발열소자에 접촉하여 설치된다.

혼합냉각 열교환기(100)는, 제어모듈(80)의 발열소자를 냉매냉각과 더불어 공기냉각을 시키기 위한 것이다.

본 발명에서는, 발열소자의 냉매냉각을 위해 실외 열교환기(30)의 열교환코일을 흐르는 도중의 냉매를 인출하여 혼합냉각 열교환기(100)를 경유하게 하여 발열소자를 냉각시키며, 발열소자 냉각 후 다시 실외 열교환기(30)의 열교환 코일로 되돌리는 구성을 가진다.

이를 위해, 실외 열교환기(30) 도중의 열교환코일을 연장, 인출하여 상기 혼합냉각 열교환기(100)에 연결한다.

즉, 실외 열교환기(30)의 열교환코일의 도중에서 제1연장관(32)이 연장, 인출되어 혼합냉각 열교환기(100)의 일측에 접속되고, 혼합냉각 열교환기(100)의 타측에는 제2연장관(34)에 접속되며, 이 제2연장관(34)은 다시 실외 열교환기(30)의 열교환코일에 연결된다.

따라서, 실외 열교환기(30)의 열교환코일을 지나면서 응축된 냉매가 실외 열교환기(30)의 모든 열교환코일을 완전히 통과하기 전에 제1연장관(32)으로 인출되고, 이어서 혼합냉각 열교환기(100)를 통과하면서 제어모듈(80)의 발열소자의 냉각시킨 후, 다시 제2연장관(34)을 통해 실외 열교환기(30)의 열교환코일로 들어간다.

즉, 혼합냉각 열교환기(100)를 통과하는 냉매가 발열소자를 냉각하는 과정에서 발열소자로부터 열량을 전달받더라도, 다시 실외 열교환기(30)로 돌아가서 실외 열교환기(30)에 본래 주어진 냉매 사이클(응축과정)을 마저 거친다.

따라서, 냉매는 실외 열교환기(30)의 나머지 열교환코일을 통과하는 과정에서 발열소자의 냉각에 의해 생긴 응축효과 감소분이 상쇄되어 발열소자를 냉각하기 이전의 응축상태로 회복되며, 실외 열교환기(30)의 열교환코일을 완전히 통과했을 때에는 실외 열교환기(30)에서 본래 기대하는 응축상태를 유지하여 전자 팽창밸브(50)로 갈 수 있게 된다.

이에 따라 실외 열교환기(30)를 흐르는 냉매로 발열소자를 냉각시키더라도 응축효과 감소가 제거 내지 극소화됨으로써 응축효과 감소로 인한 팽창효과의 감소로 이어지지 않으며, 이에 냉매 사이클의 효율이 떨어지지 않게 된다.

종래에는, 실외 열교환기(30)를 완전히 통과한 냉매, 즉 응축이 완료된 냉매를 이용하여 발열소자의 냉매냉각을 수행했기 때문에, 발열소자로부터 받은 열량을 냉매가 그대로 간직한 채 팽창밸브로 가게 되어, 냉매 응축효과 감소로 인해 냉매 팽창효과도 감소하며, 그에 따라 냉매 사이클의 효율이 떨어질 수밖에 없었다.

또한, 본 발명에서는 발열소자의 냉매냉각에 의한 응축효과 저하를 더욱 확실하게 줄이기 위해, 실외 열교환기(30)를 이루는 열교환코일을 복수의 독립된 냉매순환군집단위를 형성하는 복수의 독립된 열교환 번들(30-1, , , 30-n)로 구성한다. 그리고 복수의 독립된 열교환 번들(30-1, , , 30-n) 중 어느 하나의 열교환코일의 중간 부분을 연장, 인출하여 상기 혼합냉각 열교환기(100)에 연결한다.

상기 실외 열교환기(30)의 상류와 하류에는 제1열교환기 헤더(300) 및 제2열교환기 헤더(350)가 구비된다.

제1열교환기 헤더(300) 및 제2열교환기 헤더(350)는, 상기 복수의 열교환 번들(30-1 ~ 30-n)마다 독립적으로 냉매를 분배하거나 복수의 열교환 번들(30-1 ~ 30-n)에서 독립적으로 나오는 냉매를 수집한다.

제1연장관(32) 및 제2연장관(34)은, 이러한 복수의 열교환 번들(30-1, , , 30-n) 중 어느 하나의 열교환코일의 도중에서 연장, 인출되어 상기 혼합냉각 열교환기(100)에 연결된다.

복수의 독립된 열교환 번들(30-1, , , 30-n)은, 도 1 내지 도 3에 예시된 실시형태에서는, 4개의 독립된 열교환 번들(30-1, 30-2, 30-3, 30-4)로 이루어지고, 제1연장관(32) 및 제2연장관(34)은 냉방운전 시 냉매 흐름 방향을 기준으로 최하류 부분에 위치하는 4번째의 열교환 번들(30-4)로부터 연장, 인출된 구성을 가진다.

복수의 독립된 열교환 번들(30-1, , , 30-n)의 개수나 제1연장관(32) 및 제2연장관(34)을 연장, 인출할 열교환 번들의 선택은 실외 열교환기(30)의 열교환 특성이나 규모, 또는 냉매관과 혼합냉각 열교환기(100)의 연결의 용이성 등에 따라 자유롭게 선택할 수 있다.

실외 열교환기(30)의 상류와 하류에는, 제1열교환기 헤더(300) 및 제2열교환기 헤더(350)가 구비된다. 제1열교환기 헤더(300) 및 제2열교환기 헤더(350)는, 상기 복수의 열교환 번들(30-1 ~ 30-n)마다 독립적으로 냉매를 분배하거나 복수의 열교환 번들(30-1 ~ 30-n)에서 독립적으로 나오는 냉매를 수집하는 역할을 한다.

따라서, 제1열교환기 헤더(300)로부터 독립적인 냉매 분배관(311, 321, 331, 341)이 연장되어 각각의 열교환 번들(30-1, 30-2, 30-3, 30-4)의 입구 측에 접속된다. 그리고 각각의 열교환 번들(30-1, 30-2, 30-3, 30-4)의 출구 측으로부터 냉매 수집관(312, 322, 332, 342)이 연장되어 제2열교환기 헤더(350)에 접속된다.

도 2에 상세하게 도시된 바와 같이, 제1연장관(32) 또는 제2연장관(34)에는 제1전자제어밸브(V32)가 설치된다. 제1전자제어밸브(V32)는, 혼합냉각 열교환기(100)로의 냉매 흐름을 제어한다.

그리고 제1전자제어밸브(V32)의 전단에는 우회관로(36)가 구비된다. 우회관로(36)는, 제1연장관(32)과 제2연장관(34)을 직접 연결하는 냉매관으로서, 실외 열교환기(30)의 냉매가 혼합냉각 열교환기(100)를 거치지 않고 우회하도록 한다.

상기 우회관로(36)에는, 냉매 흐름을 제어하는 제2전자제어밸브(V36)가 설치된다.

제1전자제어밸브(V32)와 제2전자제어밸브(V36)는 선택적으로 개폐된다.

따라서, 제1전자제어밸브(V32)가 열리고 제2전자제어밸브(V36)가 닫히면, 실외 열교환기(30)의 열교환코일을 지나는 냉매는 제1연장관(32)을 통해 나와 혼합냉각 열교환기(100)를 경유하고, 혼합냉각 열교환기(100)에서 제2연장관(34)을 통해 열교환코일로 복귀한다. 이렇게 하여 제어모듈(80)의 발열소자를 냉매 냉각시킬 수 있다.

반대로, 제1전자제어밸브(V32)가 닫히고 제2전자제어밸브(V36)가 열리면, 실외 열교환기(30)의 열교환코일을 지나는 냉매는 제1연장관(32)을 통해 나와 곧바로 우회관로(36)를 통해 제2연장관(34)으로 들어가 열교환코일로 복귀한다.

다음으로, 도 4 내지 도 7은, 상기 구성을 가지는 실외기(2)의 실제 형태 및 구성을 나타내는 것으로서, 도 4에는 실외기(2) 및 혼합냉각 열교환기(100)를 나타내는 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4를 다른 방향에서 바라본 도면이 도시되어 있으며, 도 6에는 도 5의 상부 확대도가 도시되어 있고, 도 7에는 실외 열교환기(30)와 혼합냉각 열교환기(100)의 연결관계를 보여주는 주요부 사시도가 도시되어 있다.

먼저, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 실외기(2)는, 그것의 내부공간이 격벽(5)에 의해 송풍실(R1)과 기계실(R2)로 나누어져 있다.

송풍실(R1)에는, 실외 열교환기(30) 및 실외기 팬(40)이 배치된다.

기계실(R2)에는, 압축기(10)를 포함하는 냉매 사이클 기기들이 배치된다. 냉매 사이클 기기들로서는, 압축기(10), 액분리기(12), 사방밸브(20), 그리고 제어모듈(80)이 배치된다.

제어모듈(80)은, 상기 압축기(10)를 제어하는 발열소자(도 10 및 도 11에서 '86' 참조)의 일면이 격벽(5)을 관통하여 송풍실(R1)로 노출되도록 설치된다.

혼합냉각 열교환기(100)는 송풍실(R1)에 배치되는 한편, 송풍실(R1)로 노출되어 있는 발열소자의 일면에 접촉하도록 설치된다. 따라서 송풍실(R1)의 실외기 팬(40)에 의해 송풍되는 공기에 의해 혼합냉각 열교환기(100) 및 발열소자를 냉각할 수 있게 된다. 그러므로 혼합냉각 열교환기(100)는 실외기 팬(40)에 의한 공기냉각에 더하여 냉매냉각으로 발열소자의 온도를 낮출 수 있다.

도 4 내지 도 6에서, 실외 열교환기(30)의 열교환코일로부터 연장, 인출된 제1연장관(32)은 혼합냉각 열교환기(100)의 아래쪽 냉매 출입구 부분에 접속되고, 제2연장관(34)은 위쪽의 냉매 출입구 부분에 접속된다.

도 7을 참조하면, 혼합냉각 열교환기(100)는 냉매순환튜브(120)를 구비하며, 이에 실외 열교환기(30)를 통과하는 도중의 냉매가 냉매순환튜브(120)를 통과하고, 그때의 냉매의 열이 발열소자(86)에 전도됨으로써 발열소자(86)로부터 열을 빼앗아 냉각시킨다.

제1연장관(32)과 제2연장관(34)의 접속과 냉매의 분배를 용이하게 하기 위해, 냉매순환튜브(120)의 아래쪽 냉매 출입구 부분과 위쪽 냉매 출입구 부분에는 제1헤더(141) 및 제2헤더(142)가 설치된다. 냉매순환튜브(120)에는 냉매가 도면상 아래에서 위로 흐르거나(냉방 운전 시) 위에서 아래로 흐른다(난방 운전 시).

따라서, 냉방 운전 시, 냉매는 제1연장관(32)으로부터 제1헤더(141)로 유입된 후 냉매순환튜브(120)의 냉매 채널을 따라 위로 흘러 제2헤더(142)로 나가며, 제2헤더(142)에서 제2연장관(34)을 통해 실외 열교환기(30)로 되돌아간다.

난방 운전 시, 냉매는 제2연장관(34)으로부터 제2헤더(142)로 유입된 후 냉매순환튜브(120)의 냉매 채널을 따라 아래로 흘러 제1헤더(141)로 나가며, 제1헤더(141)에서 제1연장관(32)을 통해 실외 열교환기(30)로 되돌아간다.

도 7을 참조하면, 혼합냉각 열교환기(100)의 냉매순환튜브(120)는, 2열의 제1냉매순환튜브(122)와 제2냉매순환튜브(124)로 구성하고, 제1냉매순환튜브(122)와 제2냉매순환튜브(124) 사이에 냉각핀(150)을 설치하여 구성할 수 있다.

냉각핀(150)은, 실외기 팬(40)에 의해 송풍되는 공기의 열을 냉매순환튜브(120)에 전달하여 냉매순환튜브(120)를 냉각시킨다. 냉각핀(150)으로부터 냉매순환튜브(120)가 받은 열은 발열소자(86)에 전도된다.

이렇게 하여, 실외기 팬(40)의 송풍에 의한 공기냉각과 함께 냉매순환튜브(120)의 냉매 순환에 의한 냉매냉각을 병행할 수 있게 된다.

다음으로, 도 8 내지 도 9는 본 발명에 따른 제어모듈(80)을 설명하기 위한 것으로서, 도 8에는 분리 사시도가 도시되어 있고, 도 9에는 조립 상태 사시도가 도시되어 있다.

도 8 내지 도 9를 참조하면, 제어모듈(80)은, 격벽(5)에 장착되는 커버(81)와, 커버(81)에 장착되는 제어기판(85)을 구비한다.

제어기판(85)에는, 압축기(10), 사방밸브(20), 전자 팽창밸브(50), 각종 서비스 밸브(V1, V2, V3, V4), 전자제어밸브(V32, V36), 그리고 각 센서 등을 제어하는 제어부로서 컨트롤러 등을 포함하는 것이다.

또한, 압축기(10)의 제어를 위한 고속 스위칭 소자(IGBT)인 발열소자(86)가 실장되어 있다. 발열소자(86)는 제어기판(85)으로부터 돌출된 상태로 실장되어 있다.

커버(81)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 송풍실(R1)과 기계실(R2)를 나누는 격벽(5)에 설치되는 것으로, 격벽(5)의 송풍실(R1) 면에 밀착하여 장착된다.

격벽(5)에는 상기 제어기판(85)이 통과 가능한 크기의 개구가 형성되어, 제어기판(85)이 장착된 커버(81)를 송풍실(R1) 쪽에서 격벽(5)에 밀착하여 장착하면, 제어기판(85)은 기계실(R2)에 위치하게 되고, 커버(81)의 외측면은 송풍실(R1)에 위치하게 된다.

커버(81)에는, 발열소자(86)가 삽입되는 개구(82)가 형성되어 있어, 제어기판(85)을 커버(81)의 배면에 밀착하여 장착하면, 발열소자(86)가 개구(82)에 삽입되어 그것의 일면(표면)이 송풍실(R1) 쪽으로 노출된다.

혼합냉각 열교환기(100)는, 위와 같이 송풍실(R1) 쪽으로 노출된 발열소자(86)의 표면에 밀착하여 장착된다.

다음으로, 도 10 내지 도 12는 혼합냉각 열교환기(100)와 제어모듈(80)의 상관관계 및 혼합냉각 열교환기(100)의 세부 구성을 나타내는 것으로서, 도 10에는 혼합냉각 열교환기(100)의 세부 구성을 보여주는 분리 사시도가 도시되어 있고, 도 11에는 혼합냉각 열교환기(100)의 측면도가 도시되어 있으며, 도 12에는 혼합냉각 열교환기(100)와 제어모듈(80)의 설치상태를 나타내는 측단면가 도시되어 있다.

도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 혼합냉각 열교환기(100)는, 상기 냉매순환튜브(120) 및 냉각핀(150)에 더하여, 방열판(110)을 더 구비할 수 있다.

방열판(110)은, 발열소자(86)의 노출면에 접촉하여 발열소자(86)에 발생한 열을 흡수하여 냉매순환튜브(120)에 전도한다.

방열판(110)은, 열전도도가 우수한 알루미늄 소재로 구성하는 것이 바람직하다.

냉각핀(cooling fin)(150)은, 냉매순환튜브(120)의 제1냉매순환튜브(122)와 제2냉매순환튜브(124) 사이에 설치되어, 양쪽 면이 제1냉매순환튜브(122)와 제2냉매순환튜브(124)에 접촉한다.

제1헤더(141) 및 제2헤더(142)에는, 두 냉매순환튜브(122, 124)가 연통하도록 접속되어 냉매가 유입, 유출될 수 있도록 한다.

냉각핀(150)은, 방열판(110)과 마찬가지로, 열전도도가 우수한 알루미늄 소재로 구성하는 것이 바람직하다.

냉각핀(150)은, 앞에서 설명한 바와 같이, 발열소자(86) 반대편에서 냉매순환튜브(120)에 접촉하며, 실외기 팬(40)에 의해 송풍되는 공기의 열을 받아 냉매순환튜브(120)에 전도한다.

냉각핀(150)은, 공기가 유동하는 통로가 실외기 팬(40)의 송풍 방향과 나란하게 배치된다.

본 발명에 따른 냉매순환튜브(120), 즉, 제1냉매순환튜브(122) 및 제2냉매순환튜브(124)는, 알루미늄 플레이트에 미세한 냉매 유동 채널을 형성한 이른바 '마이크로채널 열교환기(MCHE, Micro-Channel Heat Exchanger)'로 구성하는 것이 바람직하다. 마이크로채널 열교환기는 냉매의 열교환면적을 극대화할 수 있어 효율이 높다. 일반적인 열교환기는, 실외 열교환기(30)와 같이, 동관의 표면에 알루미늄 핀(fin)을 형성(부착)한 형태이다.

이와 같이, 혼합냉각 열교환기(100)를 알루미늄 방열판(110), 마이크로채널 타입의 알루미늄 튜브로 이루어진 제1냉매순환튜브(122), 알루미늄 냉각핀(150), 마이크로채널 타입의 알루미늄 튜브로 이루어진 제1냉매순환튜브(124)를 차례로 적층한 형태로 구성함으로써, 열교환 성능을 극대화할 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 커버(81)의 개구(82)를 통해 송풍실(R1)로 노출된 발열소자(86)의 표면에, 혼합냉각 열교환기(100)가 접촉하여 설치된다. 구체적으로는, 혼합냉각 열교환기(100)의 방열판(110)이 발열소자(86)의 노출면에 접촉되고, 이어서 방열판(110), 제1냉매순환튜브(122), 냉각핀(150) 및 제2냉매순환튜브(124)가 차례로 적층 된다.

다음으로, 도 13에는 본 발명에 따른 혼합냉각 열교환기를 이용한 발열소자 냉각장치를 가지는 공기조화기의 제어블록들을 보인 도면이 도시되어 있다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 공기조화기는, 발열소자(86)의 온도를 측정하는 IGBT 온도 센서(210)를 포함할 수 있다. IGBT 온도 센서(210)는 발열소자(86)의 온도를 실시간을 검출하고, 그 검출신호를 제어부(200)에 전송하는 역할을 한다.

그밖에, 외기 온도 센서(212), 실내 온도 센서(214) 및 실내 습도 센서(216)를 구비할 수 있다.

제어부(200)는, 상기 각 센서들(210, 212, 214, 216)로부터 검출신호를 입력받아, 압축기(10), 사방밸브(20), 실외기 팬(40), 전자제어 팽창밸브(50), 실내기 팬(70), 제1전자제어밸브(V32), 제2전자제어밸브(V36) 등을 구동하여 공기조화기의 전반적인 제어 동작을 수행한다.

다음으로, 도 14에는 본 발명에 따른 혼합냉각 제어 과정의 한 형태를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 앞에서 설명한 도 1 내지 도 13을 함께 참조한다. 이하의 설명에서, 제어의 주체는 제어부(200)이다.

본 발명은, IGBT 온도 센서(210)에서 검출되는 발열소자(86)의 온도에 따라 제1전자제어밸브(V32)와 제2전자제어밸브(V36)를 선택적으로 개폐하여, 공기냉각을 수행하거나 혼합냉각(공기냉각 + 냉매냉각)을 수행할 수 있다.

(공기냉각)

도 1 내지 도 3 및 도 14를 참조하면, IGBT 온도 센서(210)부터 인가되는 발열소자(86)의 온도가 기준온도 미만(예; 60℃ 미만)인 경우에는 실외기 팬(40)의 송풍만을 이용하여 공기냉각만 수행한다.

실외기 팬(40)으로부터 송풍되는 공기는 실외 열교환기(30)를 냉각시키는 한편, 혼합냉각 열교환기(100)의 냉각핀(150)을 통과하면서 냉각핀(150)에 공기열을 전달한다.

냉각핀(150)에 전달된 공기 열은 제1냉매순환튜브(122)와 방열판(110)을 통해 발열소자(86)에 전도되어 발열소자(86)에서 발생한 열을 빼앗는다.

이때, 제2전자제어밸브(V36)는 닫고 제1전자제어밸브(V32)를 열어, 냉매가 혼합냉각 열교환기(100)의 냉매순환튜브(120)로 들어가지 못하고 우회관로(36)를 통해 곧바로 실외 열교환기(30)의 열교환코일로 복귀하도록 한다.

구체적으로, 실외 열교환기(30)의 열교환코일을 흐르는 냉매는, 제1연장관(32)을 통해 나온 후 곧바로 우회관로(36)와 제2전자제어밸브(V36)를 통해 제2연장관(34)으로 나가서 실외 열교환기(30)의 열교환코일로 복귀한다.

(혼합냉각)

IGBT 온도 센서(210)부터 인가되는 발열소자(86)의 온도가 기준온도 이상(예; 60℃ 이상)인 경우에는 실외기 팬(40)의 송풍에 의한 공기냉각과 더불어 냉매에 의한 냉매냉각을 수행한다.

실외기 팬(40)으로부터 송풍되는 공기는 실외 열교환기(30)를 냉각시키는 한편, 혼합냉각 열교환기(100)의 냉각핀(150)을 통과하면서 냉각핀(150)에 공기 열을 전달한다.

이와 함께, 제1전자제어밸브(V32)는 닫고 제2전자제어밸브(V36)를 연다.

그러면, 실외 열교환기(30)의 열교환코일을 지나는 냉매가 제1연장관(32)을 통해 나와 혼합냉각 열교환기(100)의 냉매순환튜브(120)를 지나게 된다.

냉매순환튜브(120)는 냉매의 흐름에 의해 그것의 표면 온도가 낮아지게 되고, 그것이 방열판(110)을 통해 발열소자(86)에 전도되어 발열소자(86)에서 발생한 열을 빼앗아 냉각시키게 된다.

냉매순환튜브(120)를 냉각시키고 나온 냉매는, 제2연장관(34)을 통해 실외 열교환기(30)의 열교환코일로 복귀한다.

본 발명은, 제1연장관(32)과 제2연장관(34)이 실외 열교환기(30)의 열교환코일의 도중에서 연장, 인출되어 실외 열교환기(30)의 모든 열교환코일을 완전히 통과하기 전의 냉매를 이용하는 것이다.

따라서, 발열소자(86)를 냉각시킨 후에 되돌아온 냉매는, 다시 실외 열교환기(30)의 열교환코일로 복귀하여 실외 열교환기(30)에 본래 주어진 냉매 사이클(응축과정)을 마저 거치게 된다.

이에, 냉매는 실외 열교환기(30)의 나머지 열교환코일을 더 통과하는 과정에서 발열소자(86)의 냉각에 의해 생긴 응축효과 감소분이 상쇄되어 발열소자(86)를 냉각하기 이전의 응축상태로 회복될 수 있으며, 이에 따라 실외 열교환기(30)의 열교환코일을 완전히 통과했을 때에는 실외 열교환기(30)에서 본래 기대하는 응축상태를 유지하여 전자 팽창밸브(50)로 갈 수 있게 된다.

이에 따라 실외 열교환기(30)를 흐르는 냉매로 발열소자(86)를 냉각시키더라도 응축효과 감소가 제거 내지 극소화됨으로써 응축효과 감소로 인한 팽창효과의 감소로 이어지지 않으며, 이에 냉매 사이클의 효율이 떨어지지 않게 된다.

또한, 본 발명에서는 발열소자의 냉매냉각에 의한 응축효과 저하를 더욱 확실하게 줄이기 위해, 실외 열교환기(30)를 이루는 열교환코일을 복수의 독립된 냉매순환군집단위를 형성하는 복수의 독립된 열교환 번들(30-1, , , 30-n)로 구성하였다. 그리고 복수의 독립된 열교환 번들(30-1, , , 30-n) 중 어느 하나의 열교환코일의 중간 부분을 연장, 인출하여 상기 혼합냉각 열교환기(100)에 연결하였다.

따라서, 혼합냉각 열교환기(100)에는, 열교환 번들(30-1 ~ 30-n) 중 제1연장관(32) 및 제2연장관(34)이 인출된 어느 하나의 열교환 번들(예; 제4열교환 번들(30-4))을 흐르는 냉매만이 이용되고, 나머지의 열교환 번들(예; 제1-3열교환 번들(30-1 ~ 30-3))을 흐르는 냉매는 정상적인 열교환 과정을 거치므로, 발열소자(86)를 냉각시킴에 따른 열교환 효과 저하가 거의 발생하지 않게 된다.

다음으로, 도 1 및 도 3을 참조하여, 냉방운전과 난방운전 상태를 설명한다.

(냉방운전)

냉방운전 시 제어부(200)는 사방밸브(20)를 도 1과 같은 상태로 전환한다.

이에, 실내 열교환기(60)(증발기)를 나온 저온, 저압의 기체 냉매는 압축기(10)에서 고온, 고압의 기체 냉매로 압축된다.

압축기(10)로부터 나온 고온, 고압의 기체 냉매는 사방밸브(20)를 통해 실외 열교환기(30)(응축기)로 들어간다.

실외 열교환기(30)를 통과하는 냉매는, 실외기 팬(40)에 의해 송풍되는 외부공기에 의해 냉각되어 고온(중온), 고압의 액체 냉매로 응축된다.

실외 열교환기(30)를 나온 고온(중온), 고압의 액체 냉매는 전자 팽창밸브(50)를 통해 저온, 저압의 액체 냉매로 만들어진다.

전자 팽창밸브(50)에서 저온, 저압으로 팽창되어 증발하기 쉬운 상태가 된 냉매는 실내 열교환기(60)(증발기)를 통과하면서 저온, 저압의 기체 냉매로 증발되며, 이때 발생하는 증발 잠열에 의해 주위 공기의 열을 흡수하여 차갑게 냉각시킨다.

실내기 팬(70)은 실내 열교환기(60)를 통과하면서 온도가 낮아진 실내공기를 흡입하여 다시 실내로 송풍하여 실내 온도를 낮추게(냉방) 된다.

이러한 냉방과정에서 혼합냉각을 수행하면, 실외 열교환기(30)를 통과하는 냉매는, 제1연장관(32)을 통해 나와 혼합냉각 열교환기(100)의 제1헤더(141)에 모이고, 제1헤더(141)에서 냉매순환튜브(120)의 마이크로 채널로 분배되어 흐른다.

냉매순환튜브(120)의 마이크로 채널을 나온 냉매는 제2헤더(142)를 통해 제2연장관(34)을 경유하여 다시 실외 열교환기(30)의 열교환코일로 복귀한다.

(난방운전)

난방운전 시 제어부(200)는 사방밸브(20)를 도 3과 같은 상태로 전환한다.

이에, 냉매는 도 1의 반대방향으로 흐르게 된다.

따라서 압축기(10)에서 고온, 고압의 기체로 압축된 냉매는 사방밸브(20)를 통해 실내 열교환기(60)(응축기)로 들어간다.

실내 열교환기(60)를 통과하는 냉매는, 실내기 팬(70)에 의해 송풍되는 실내공기에 의해 열을 전달하여 실내를 난방하게 되며, 이러한 과정에서 냉매는 고온(중온), 고압의 액체 냉매로 응축된다.

실내 열교환기(60)를 나온 고온(중온), 고압의 액체 냉매는 전자 팽창밸브(50)를 통해 저온, 저압의 액체 냉매로 만들어진다.

전자 팽창밸브(50)에서 저온, 저압으로 팽창되어 증발하기 쉬운 상태가 된 냉매는 실외 열교환기(30)(증발기)를 통과하면서 실외기 팬(40)에 의해 송풍되는 공기에 의해 저온, 저압의 기체 냉매로 증발되어 압축기에서 압축할 수 있는 상태로 변화된다.

이러한 난방과정에서 혼합냉각을 수행하면, 실외 열교환기(30)(증발기)를 통과하는 냉매는, 제2연장관(34)을 통해 나와 혼합냉각 열교환기(100)의 제2헤더(142)에 모이고, 제2헤더(142)에서 냉매순환튜브(120)의 마이크로 채널로 분배되어 흐른다.

냉매순환튜브(120)의 마이크로 채널을 나온 냉매는 제1헤더(141)를 통해 제1연장관(32)을 경유하여 다시 실외 열교환기(30)의 열교환코일로 복귀한다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

2: 실외기
4: 실내기
5: 격벽
5a: 개구
10: 압축기
12: 액분리기
20: 사방밸브
30: 실외 열교환기
30-1: 제1열교환 번들
30-2: 제2열교환 번들
30-3: 제3열교환 번들
30-4: 제4열교환 번들
32: 제1연장관
34: 제2연장관
36: 우회관로
V32: 제1전자제어밸브
V36: 제2전자제어밸브
40: 실외기 팬
50: 전자 팽창밸브
60: 실내 열교환기
70: 실내기 팬
80: 제어모듈
81: 커버
82: 개구
85: 제어기판
86: 발열소자
100: 혼합냉각 열교환기
110: 방열판
120: 냉매순환튜브
122: 제1냉매순환튜브
124: 제2냉매순환튜브
141: 제1헤더
142: 제2헤더
150: 냉각핀
200: 제어부
210: IGBT 온도 센서
300: 제1열교환기 헤더
350: 제2열교환기 헤더
V1, V2, V3, V4: 서비스 밸브

Claims (8)

1. 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 냉매를 실외공기와 열교환시키는 실외 열교환기(30) 및 실외기 팬(40)과, 상기 압축기(10)의 구동 및 냉매순환 사이클을 제어하는 제어모듈(80)을 포함하는 실외기(2); 및
   냉매를 실내공기와 열교환시키는 실내 열교환기(60) 및 실내기 팬(70)을 포함하는 실내기(4); 를 구비하며,
   상기 실외기(2)는, 내부공간이, 격벽(5)에 의해 상기 실외 열교환기(30) 및 실외기 팬(40)이 배치되는 송풍실(R1)과, 상기 압축기(10) 및 제어모듈(80)이 배치되는 기계실(R2)로 구획되고,
   상기 제어모듈(80)은, 상기 압축기(10)를 제어하는 발열소자(86)의 일면이 상기 격벽(5)을 관통하여 상기 송풍실(R1)로 노출되도록 설치되며,
   상기 격벽(5)의 상기 송풍실(R1) 쪽의 면에는, 상기 발열소자(86)의 노출면에 접촉하여 발열소자(86)를 냉각시키기 위한 혼합냉각 열교환기(100)가 설치되며,
   상기 혼합냉각 열교환기(100)는 상기 발열소자(86)에 냉매열을 전달하기 위한 냉매순환튜브(120)를 구비하며,
   상기 냉매순환튜브(120)에는 상기 실외 열교환기(30)를 이루는 열교환코일의 중간 부분으로부터 열교환코일을 연장 연결하여, 상기 실외 열교환기(30)의 열교환코일을 통과하는 도중의 냉매가 상기 냉매순환튜브(120)를 경유한 후 다시 실외 열교환기(30)로의 열교환코일로 되돌아가 상기 실외 열교환기(30)에 본래 주어진 냉매 사이클을 마저 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 혼합냉각 열교환기를 이용한 발열소자 냉각장치를 가지는 공기조화기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 실외 열교환기(30)는,
   냉매가 흐르는 열교환코일의 도중에서 연장, 인출되어 상기 냉매순환튜브(120)의 일측에 접속되는 제1연장관(32)과,
   상기 냉매순환튜브(120)의 타측에 접속되어 상기 열교환코일로 연장되는 제2연장관(34)을 구비하며,
   상기 실외 열교환기(30)의 열교환코일을 완전히 통과하기 전의 냉매가 상기 제1연장관(32) 또는 제2연장관(34)을 통해 나와 상기 냉매순환튜브(120)를 경유한 후 상기 실외 열교환기(30)의 열교환코일로 다시 들어가서 상기 실외 열교환기(30)에 본래 주어진 냉매 사이클을 마저 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 혼합냉각 열교환기를 이용한 발열소자 냉각장치를 가지는 공기조화기.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 실외 열교환기(30)를 이루는 열교환코일이 복수의 독립된 냉매순환군집단위를 형성하는 복수의 독립된 열교환 번들(30-1, , , 30-n)로 이루어지고,
   상기 실외 열교환기(30)의 상류와 하류에는 상기 복수의 열교환 번들(30-1 ~ 30-n)마다 독립적으로 냉매를 분배하거나 복수의 열교환 번들(30-1 ~ 30-n)에서 독립적으로 나오는 냉매를 수집하는 제1열교환기 헤더(300) 및 제2열교환기 헤더(350)가 구비되며,
   상기 혼합냉각 열교환기(100)로 연결되는 상기 제1연장관(32) 및 제2연장관(34)은, 상기 복수의 열교환 번들(30-1, , , 30-n) 중 어느 하나의 열교환코일의 도중에 형성되는 것을 특징으로 하는 혼합냉각 열교환기를 이용한 발열소자 냉각장치를 가지는 공기조화기.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1연장관(32) 또는 제2연장관(34)에는 상기 혼합냉각 열교환기(100)로의 냉매 흐름을 제어하는 제1전자제어밸브(V32)가 설치되고,
   상기 제1전자제어밸브(V32)의 전단에는 상기 제1연장관(32)과 제2연장관(34)을 직접 연결하여 냉매가 상기 혼합냉각 열교환기(100)를 우회하도록 하는 우회관로(36) 및 상기 우회관로(36)로의 냉매 흐름을 제어하는 제2전자제어밸브(V36)가 설치되는 것을 특징으로 하는 혼합냉각 열교환기를 이용한 발열소자 냉각장치를 가지는 공기조화기.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 혼합냉각 열교환기(100)는,
   상기 실외기 팬(40)에 의해 송풍되는 공기의 열을 받아 상기 발열소자(86)에 전도하기 위한 냉각핀(150)을 더 포함하며, 상기 실외기 팬(40)의 송풍에 의한 공기냉각과 함께 상기 냉매순환튜브(120)의 냉매 순환에 의한 냉매냉각을 병행할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 혼합냉각 열교환기를 이용한 발열소자 냉각장치를 가지는 공기조화기.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 혼합냉각 열교환기(100)는,
   상기 발열소자(86)의 노출면에 접촉하는 방열판(110);
   상기 발열소자(86) 반대편에서 상기 방열판(110)에 접촉하는 상기 냉매순환튜브(120);
   상기 발열소자(86) 반대편에서 상기 냉매순환튜브(120)에 접촉하며, 상기 실외기 팬(40)에 의해 송풍되는 공기의 열을 받아 냉매순환튜브(120)에 전도하는 냉각핀(150); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합냉각 열교환기를 이용한 발열소자 냉각장치를 가지는 공기조화기.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 냉매순환튜브(120)는, 한쪽 면이 상기 방열판(110)에 접촉하고 반대쪽 면이 상기 냉각핀(150)에 접촉하는 제1냉매순환튜브(122)와, 상기 제1냉매순환튜브(122) 반대측에서 상기 냉각핀(150)에 접촉하는 제2냉매순환튜브(124)로 이루어지고,
   상기 제1냉매순환튜브(122) 및 제2냉매순환튜브(124)의 냉매통로 양단에는, 상기 실외 열교환기(30)의 열교환코일로부터 연장되는 제1연장관(32)과 제2연장관(34)이 접속되는 제1헤더(141) 및 제2헤더(142)가 구비되는 것을 특징으로 하는 혼합냉각 열교환기를 이용한 발열소자 냉각장치를 가지는 공기조화기.
   
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 냉각핀(150)의 공기 유동방향은 실외기 팬(40)의 송풍방향과 동일하게 설정되고,
   상기 냉매순환튜브(120)는, 알루미늄 플레이트에 미세한 냉매 유동 채널을 형성한 마이크로채널 열교환기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 혼합냉각 열교환기를 이용한 발열소자 냉각장치를 가지는 공기조화기.

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