KR101172679B1 - 공기조화기의 실외기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기조화기의 실외기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기조화기 실외기에 설치되는 전기소자의 방열구조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 공기조화기의 실외기는 압축기와; 상기 압축기로 유입되는 냉매 중의 액냉매를 걸러내기 위한 어큐뮬레이터와; 실외기의 구동제어를 위한 제어회로를 구성하는 전기소자와; 상기 전기소자에서 발생되는 열을 상기 어큐뮬레이터로 방열하는 열전달물질을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 공기조화기의 실외기는 저온의 열원인 어큐뮬레이터를 이용함과 동시에 공기에 비하여 방열효율이 좋은 열전달물질을 사용하기 때문에 전기소자를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
공기조화기, 실외기, 전기소자, 히트싱크, 열전달물질, 부동액, 히트파이프.

Description

공기조화기의 실외기{OUTDOOR UNIT OF AIR CONDITIONER}
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 공기조화기 실외기의 내부 구조를 도시한 정면도.
도2는 도1의 실시예에 따른 공기조화기의 히트싱크 설치구조를 도시한 도면.
도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 공기조화기 실외기의 내부 구조를 도시한 정면도.
도4는 도3의 실시예에 따른 공기조화기의 전기소자 방열구조를 도시한 도면.
도5는 본 발명의 제3실시예에 따른 공기조화기 실외기의 내부 구조를 도시한 정면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 하우징 21, 121: 압축기
22: 열교환기 24,124,224: 어큐뮬레이터
31,131: PCB기판 32,132,232: 전기소자
33,133: 히트싱크 34,134: 파이프
35: 펌프 140: 방열부재
250: 히트파이프
본 발명은 공기조화기의 실외기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기조화기 실외기에 설치되는 전기소자의 방열구조에 관한 것이다.
공기조화기는 냉동사이클을 이용하여 실내 공간을 냉방 또는 난방하는 장치로서, 그 실외기에는 일반적으로 냉매를 압축하기 위한 압축기와, 실외공기를 이용하여 냉매를 열교환시키기 위한 열교환기 및 실외기의 구동제어를 위한 PCB기판(Printed Circuit Board, 인쇄회로기판) 등이 내장된다. 그리고 PCB기판에는 제어회로를 구성하는 각종 전기소자들이 마련된다.
이 전기소자들은 동작 시에 발열 현상이 수반되는데, 특히 인버터 회로에 사용되는 IGBT(Insulated gate bipolar transistor, 절연 게이트 양극성 트랜지스터), IPM(Intelligent Power Module) 같은 소자들은 발열량이 매우 많아, 이들을 효과적으로 냉각시키지 못 할 경우 제어의 오류가 유발되고, 부품의 손상을 가져올 위험이 있다. 따라서 실외기 내부에는 이 전기소자들을 방열시키기 위한 구조가 구비된다.
종래에는 전기소자의 방열을 위하여 일본 특개평05-187724호에 기재된 바와 같이, 전기소자에 방열핀이 구비된 히트싱크를 부착하고 이 히트싱크를 냉동사이클의 냉매를 이용하여 냉각하거나, 일본 실개평06-69627호에 기재된 바와 같이, 히트 싱크 하부에 어큐뮬레이터를 설치하고, 어큐뮬레이터 주위의 차가운 공기가 히트싱크 측으로 안내되도록 공기 유로판을 설치하여 어큐뮬레이터에 의해 냉각된 공기로 히트싱크를 방열시켰다.
그런데 이와 같이 냉동사이클의 냉매를 이용하여 히트싱크를 방열시킬 경우 히트싱크를 경유하는 냉매는 냉동사이클에 대한 손실이 되므로 냉동사이클의 효율을 떨어뜨리는 문제가 있었으며, 어큐뮬레이터 주위의 차가운 공기를 이용하여 히트싱크를 방열시킬 경우는 공기유로판을 열교환기 전방에 설치하기 때문에 열교환기를 지나 외부로 토출되는 공기의 흐름을 방해하여 열교환기에서의 열교환효율을 떨어뜨리는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전기소자의 방열이 용이하고 전체적인 냉동사이클의 효율이 높은 공기조화기의 실외기를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기의 실외기는 압축기와; 상기 압축기로 유입되는 냉매 중의 액냉매를 걸러내기 위한 어큐뮬레이터와; 실외기의 구동제어를 위한 제어회로를 구성하는 전기소자와; 상기 전기소자에서 발생되는 열을 상기 어큐뮬레이터로 방열하는 열전달물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공기조화기의 실외기는 상기 전기소자에서 발생되는 열을 흡수하 여 상기 열전달물질에 전달하는 히트싱크와, 상기 열전달물질을 상기 히트싱크 측으로부터 상기 어큐뮬레이터 측으로 순환시키기 위한 유로를 형성하는 파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트싱크는 그 내부에 상기 열전달물질이 흐르도록 중공된 탱크형상으로 마련된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트싱크는 상기 전기소자에 접촉하여 설치되며, 상기 흡열탱크와 상기 전기부품 사이에는 열전달을 용이하게 하기 위한 전열그리스가 도포된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파이프는 상기 어큐뮬레이터의 둘레를 휘감도록 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공기조화기는 상기 열전달물질의 순환을 위한 유동력을 발생시키는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전달물질은 부동액인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전달물질은 자연대류에 의해 순환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공기조화기의 실외기는 상기 어큐뮬레이터에 설치되며 상기 열전달물질이 그 내부에 흐르도록 중공된 탱크형상의 방열부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전달물질의 순환이 원활하도록 상기 히트싱크의 열중심은 상기 발열부재의 열중심보다 높게 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트싱크와 상기 발열부재는 상하방향으로 길게 설치된 것을 특 징으로 한다.
또한, 상기 히트싱크의 열중심은 상기 발열부재의 열중심보다 10cm이상 높게 설치된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기의 실외기는 압축기와; 상기 압축기로 유입되는 냉매 중의 액냉매를 걸러내기 위한 어큐뮬레이터와; 실외기의 구동제어를 위한 제어회로를 구성하는 전기소자와; 상기 전기소자에서 발생되는 열을 상기 어큐뮬레이터로 방열하기 위한 히트파이프를 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 상기 히트파이프의 가열부는 상기 전기부품 측에 설치되고, 상기 히트파이프의 응축부는 상기 어큐뮬레이터 측에 설치되는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 공기조화기의 실외기를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1 및 도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 공기조화기의 실외기를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 공기조화기의 실외기는 외관을 이루는 하우징(10)과, 하우징(10) 내에 설치되어 냉매를 압축하는 압축기(21) 및 냉매를 실외공기와 열교환시키기는 열교환기(22)를 구비한다.
하우징(10) 내부는 파티션(11)에 의해 구획되어 열교환기(22)가 설치되는 열교환실(12)과, 압축기(21)가 설치되는 압축실(13)로 구분된다. 열교환기(22)의 전방에는 실외공기를 흡입하기 위한 유동력을 발생시키는 팬(23)이 설치되며 열교환 실(12)을 이루는 하우징(10)에는 공기가 흡입될 수 있도록 다수의 통공(10a)이 형성된다.
압축실(13)에는 실내기(미도시)로부터 유입되는 냉매 중의 액냉매를 걸러내어 기체상태의 냉매만을 압축기(21)로 전달하기 위한 어큐뮬레이터(24)가 설치된다. 이 어큐뮬레이터(24)에는 냉동사이클 상의 증발기(미도시)에서 증발된 차가운 냉매가 유입되기 때문에 그 온도가 섭씨20도 이하로 낮게 유지되는 것이 일반적이다.
열교환실(12)의 일측 상부에는 실외기의 구동제어를 위한 PCB기판(31)이 마련되며, 이 PCB기판(31)에는 제어회로를 구성하는 다수의 전기소자(32)가 구비되는데, 이 전기소자(32)를 냉각시키기 위한 방열구조는 다음과 같다.
전기소자(32)의 하측에는 내부가 빈 탱크형상의 히트싱크(33)가 구비된다. 히트싱크(33)의 상면은 전기소자(32)에 접촉되어 있어 전기소자(32)에서 발생하는 열을 흡수한다. 히트싱크(33)와 전기소자(32)의 접촉부위에는 열전달을 용이하게 하기 위하여 전열그리스를 도포하게 되는데, 전열그리스는 히트싱크(33)와 전기소자(32)의 접촉을 긴밀하게 유지하는 작용을 한다. 히트싱크(33)는 알루미늄과 같이 열전도율이 큰 소재로 제조하는 것이 바람직하다.
히트싱크(33)와 어큐뮬레이터(24)는 일련의 순환유로를 구성하는 파이프(34)에 의해 연결되며, 이 파이프(34)를 따라 연전달물질이 순환되면서 히트싱크(33)의 열을 어큐뮬레이터(24) 측으로 방열시키게 된다. 열전달물질로는 자동차 엔진의 냉각수에 주입하는 부동액과 같은 용액을 사용하게 된다.
히트싱크(33) 내부를 지나는 열전달물질은 전기소자(32)에서 발생된 열을 흡수하여 고온이 되며, 이 고온의 열전달물질은 파이프(34)를 따라 순환하면서 어큐뮬레이터(24)에 이 열을 방출하게 된다. 어큐뮬레이터(24)와 파이프(34)간의 접촉면적이 넓어지도록 파이프(34)는 어큐뮬레이터(24)의 둘레를 다수 번 휘감도록 설치된다. 그리고 파이프(34)의 중도에는 열전달물질을 순환시키기 위한 유동력을 발생시키는 펌프(35)가 설치된다.
히트싱크(33)의 온도는 다음식에 의해서 산출될 수 있다.
T w =T m +q/h --- (a)
T m =T in +Q/(C p m) --- (b)
m=p?u m cA --- (c)
h=(λ/De)?Nu --- (d)
(여기서, T m : 혼합평균온도, T in : 입구온도, Q : 발열량, C p : 저압비열, m ; 질량유량, p: 밀도, u m : 속도, A : 면적, h : 열전달율, λ: 열전도율, De : 등가직경, Nu : Nusselt수, T w : 벽온도, q : 열유속)
식(d) 로부터 동일한 Nusselt수의 경우 공기에 비하여 물의 열전달율이 약20배정도 임을 알 수 있고, 식(b) 로부터 질량유량이 동일한 경우 공기에 비하여 물의 온도 상승이 1/4 밖에 되지 않음을 의미한다. 즉, 이러한 결과는 부동액과 같은 열전달물질을 사용하여 히트싱크(33)를 방열시키는 것이 공기를 이용하는 것보다 방열효율면에서 훨씬 우수하다는 것을 의미한다.
도3 및 도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 공기조화기의 실외기를 도시한 것으로, 상기 제1실시예에 따른 공기조화기의 실외기와 대체로 동일하나 열전달물질을 자연대류에 의해 순환시킬 수 있도록 구성한 점에서 차이가 있다.
본 실시예에 따른 공기조화기 실외기의 기본적인 구성은 제1실시예와 동일하므로 이하에서는 전기소자(132)의 방열구조에 대하여만 설명한다.
실외기의 구동을 제어하기 위한 PCB기판(131)은 압축기(121)가 설치되는 압축실(113)의 일측에 상하로 설치되며, PCB기판(131)의 전기소자(132)에 부착되는 히트싱크(133) 역시 PCB기판(131)과 나란하게 상하로 설치된다. 히트싱크(133)는 제1실시예에서와 마찬가지로 그 내부에 열전달물질이 지날 수 있도록 중공된 형상으로 만들어진다. 어큐뮬레이터(124)의 외측에도 중공된 형상의 방열부재(140)가 부착되며, 방열부재(140) 역시 어큐뮬레이터(124)의 외측에 상하로 길게 설치된다. 히트싱크(133)와 방열부재(140)는 열전달물질을 순환시키기 위한 폐유로를 형성하는 파이프(134)에 의해 연결된다.
히트싱크(133)에서는 전기소자(132)에서 발생하는 열로 인해 열전달물질이 가열되어 부피가 팽창하면서 부력에 의해 상승하는 상승력이 발생하고, 방열부재(140)에서는 열전달물질이 어큐뮬레이터(124)로 열을 방열하면서 냉각되어 부피가 수축하면서 하강하는 하강력이 유발된다. 이러한 상승력과 하강력은 열전달물질을 순환시키는 원동력이 되어 열전달물질이 히트싱크(133)와 방열부재(140)를 순환하 면서 전기소자(132)를 냉각시키게 된다.
한편 히트싱크(133)에서 그 입구와 출구 온도의 중간 온도가 되는 지점을 히트싱크(133)의 열중심(A)이라 하고, 마찬가지로 방열부재(140)에서도 그 입구와 출구 온도의 중간 온도가 되는 지점을 방열부재(140)의 열중심(B)이라 하는데, 열전달물질이 원활하게 순환되기 위해서는 히트싱크(133)의 열중심(A)이 방열부재(140)의 열중심(B)보다 10cm이상 높게 설치되는 것이 바람직하다.
도5는 본 발명의 제3실시예에 따른 공기조화기의 실외기를 도시한 것으로, 상기 제1 및 제2실시예와 달리 열전달물질을 순환시키기 위한 별도의 파이프구조를 구비하지 않고, 전기소자(232)와 어큐뮬레이터(224)를 직접 연결하는 히트파이프(250)를 사용한 점에 그 특징이 있다.
히트파이프(250)란 열을 효율적으로 전달하기 위한 파이프로서, 전열관(傳熱管)이라고도 하는데, 내부를 배기한 파이프로 작은 구멍이 많이 뚫려 있는 안쪽에 휘발성 액체를 가득 넣은 것이다. 이 파이프의 한 끝에 열을 가하면 액체는 증발하여 열에너지를 가지면서 다른 끝으로 이동한다. 파이프의 다른 끝에서는 방열이 일어나면서 기화되었던 것이 다시 응축되면서 액체로 변하고 본래의 위치로 돌아가는 구조로 되어 있다. 통상적으로 본체는 구리, 스테인리스강, 세라믹스, 텅스텐 등이 사용되고, 내벽은 다공질의 파이버가 사용되며, 내부의 휘발성 물질로는 메탈올, 아세톤, 물, 수은 등이 사용된다.
이러한 히트파이프(250)에서 내부의 휘발성액체가 가열되는 가열부는 전기소 자(232)에 부착되며, 히트파이프(250)의 휘발성액체가 액화되는 응축부는 어큐뮬레이터(224)에 부착됨으로써 전기소자(232)에서 발생되는 열을 어큐뮬레이터(224) 측으로 쉽게 방열할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 공기조화기는 저온의 열원인 어큐뮬레이터를 이용함과 동시에 공기에 비하여 방열효율이 좋은 열전달물질을 사용하기 때문에 전기소자를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 종래 냉동사이클의 냉매를 이용하여 히트싱크를 방열하던 방식과는 달리 별도의 열전달 물질을 이용하여 저온의 어큐뮬레이터 측으로 방열하기 때문에 냉동사이클의 효율저하를 방지할 수 있다.
또한, 종래에 어큐뮬레이터 주위의 공기를 이용하여 히트싱크를 방열하던 방식과는 달리 열전달 물질을 이용하여 어큐뮬레이터로 직접방열하므로, 어큐뮬레이터 주위의 공기를 안내하는 공기유로판 등이 불필요하고 따라서 열교환기를 지나는 공기의 유동을 방해하지 않기 때문에 열교환기의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (14)

  1. 압축기와; 상기 압축기로 유입되는 냉매 중의 액냉매를 걸러내기 위한 어큐뮬레이터와; 실외기의 구동제어를 위한 제어회로를 구성하는 전기소자와; 상기 전기소자에서 발생되는 열을 흡수하는 히트싱크와; 상기 히트싱크와 상기 어큐뮬레이터 사이에 연결되어 순환유로를 형성하는 파이프와; 상기 파이프내에 수용되어 상기 전기소자에서 발생되는 열을 상기 어큐뮬레이터의 냉매로 방열하는 열전달물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 히트싱크는 그 내부에 상기 열전달물질이 흐르도록 중공된 탱크형상으로 마련된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 히트싱크는 상기 전기소자에 접촉하여 설치되며, 상기 히트싱크와 상기 전기소자 사이에는 열전달을 용이하게 하기 위한 전열그리스가 도포된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 파이프는 상기 어큐뮬레이터의 둘레를 휘감도록 설치된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공기조화기는 상기 열전달물질의 순환을 위한 유동력을 발생시키는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열전달물질은 부동액인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열전달물질은 자연대류에 의해 순환되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 공기조화기의 실외기는 상기 어큐뮬레이터에 설치되며 상기 열전달물질이 그 내부에 흐르도록 중공된 탱크형상의 방열부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열전달물질의 순환이 원활하도록 상기 히트싱크의 열중심은 상기 방열부재의 열중심보다 높게 설치된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 히트싱크와 상기 방열부재는 상하방향으로 길게 설치된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 히트싱크의 열중심은 상기 방열부재의 열중심보다 10cm이상 높게 설치된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기.
  13. 압축기와; 상기 압축기로 유입되는 냉매 중의 액냉매를 걸러내기 위한 어큐뮬레이터와; 실외기의 구동제어를 위한 제어회로를 구성하는 전기소자와; 상기 어큐뮬레이터와 상기 전기소자 사이에 설치되어 상기 전기소자에서 발생되는 열을 상기 어큐뮬레이터로 방열하기 위한 히트파이프를 포함하며, 상기 히트파이프의 가열부는 상기 전기소자 측에 설치되고, 상기 히트파이프의 응축부는 상기 어큐뮬레이터 측에 설치되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기.
  14. 삭제
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