KR101971450B1

KR101971450B1 - 응축기

Info

Publication number: KR101971450B1
Application number: KR1020190025515A
Authority: KR
Inventors: 김광욱; 양용진
Original assignee: 김광욱; 양용진
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2019-04-23

Abstract

본 발명은 열전소자(Peltier component)를 이용하여 냉매를 응축시키는 응축기 모듈을 포함하는 응축기에 관한 것으로서, 각각 기체상태의 냉매가 유입되는 유입구와 액체상태의 냉매가 유출되는 유출구가 형성되는 열교환실을 갖는 다수의 응축기 모듈과; 외부와 연결되는 냉매유입관을 통해 기체상태의 냉매가 유입되고, 다수의 냉매분배관을 통해 상기 다수의 응축기 모듈의 각 열교환실로 상기 기체상태의 냉매를 공급하는 냉매분배실과; 상기 다수의 응축기 모듈의 각 열교환실과 각각 연결되는 다수의 냉매수집관을 통해 상기 액체상태의 냉매가 유입되고, 외부와 연결되는 냉매배출관을 통해 상기 유입된 액체상태의 냉매를 유출시키는 냉매수집실을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 기존의 공랭식 내지 수랭식 응축기와 달리 열전소자를 이용하여 냉매를 응축시키는 방식으로서 컴팩트한 구성의 실내용 응축기를 구현할 수 있다.

Description

응축기{CONDENSER}

본 발명은 에어컨 등에 적용되어 냉매를 응축시키는데 사용되는 응축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전소자(Peltier component)를 이용하여 냉매를 응축시키는 응축기에 관한 것이다.

일반적으로 에어컨의 일 구성요소인 응축기는 기체상태의 냉매가 통과하는 전열관을 공기(공랭식)나 냉각수(수랭식)로 식혀줌으로써 전열관 속 냉매의 열을 흡수하여 액체상태로 상변화를 일으키는 장치이다.

종래의 공랭식 응축기(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 전열관(11)과 방열핀(12)의 결합으로 이루어지며 별도의 팬(fan)이 추가로 설치되는 구성이다. 통상적으로 에어컨의 실외기를 구성하며 상기 전열관(11)이 실내기 측으로 연장되어 전체 시스템을 이루게 되므로 실내기와 독립적으로 설치된다는 것이 큰 단점이다.

종래의 수랭식 응축기(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 전열관(21)이 담긴 냉각조(22)에 냉각수가 유입 및 유출되면서 전열관(21)의 열을 흡수해가는 방식이다. 실내기와 별도로 냉각조(22)를 구성함과 동시에 냉각수를 계속 공급해주어야 하므로 불편하다는 단점이 있다.

[선행기술문헌] 특허공개 제10-2004-0080300호 (공개일자: 2004.09.18.)

특허공개 제10-2011-0001174호 (공개일자: 2011.01.06.)

따라서, 본 발명의 목적은 기존의 공랭식 내지 수랭식 응축기와 달리 열전소자를 이용하여 냉매를 응축시키는 방식을 채용하여 컴팩트한 구성을 달성함으로써 실내에 설치될 수 있는 응축기를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 각각 기체상태의 냉매가 유입되는 유입구와 액체상태의 냉매가 유출되는 유출구가 형성되는 열교환실을 갖는 다수의 응축기 모듈과; 외부와 연결되는 냉매유입관을 통해 기체상태의 냉매가 유입되고, 다수의 냉매분배관을 통해 상기 다수의 응축기 모듈의 각 열교환실로 상기 기체상태의 냉매를 공급하는 냉매분배실; 및 상기 다수의 응축기 모듈의 각 열교환실과 각각 연결되는 다수의 냉매수집관을 통해 상기 액체상태의 냉매가 유입되고, 외부와 연결되는 냉매배출관을 통해 상기 유입된 액체상태의 냉매를 유출시키는 냉매수집실을 포함하는 응축기로서, 상기 응축기 모듈은, 상기 열교환실의 내부공간에 설치되는 열교환 매체와; 상기 열교환실의 외측 벽면에 부착되어 상기 열교환 매체에 냉기를 제공함으로써 상기 기체상태의 냉매를 응축시켜 상기 액체상태의 냉매로 전환시키는 열전소자; 및 상기 열전소자의 표면에 부착되어 상기 열전소자로부터 발생되는 열기를 방열시키기 위한 방열핀을 포함하고, 상기 열교환 매체는 다수의 원통 형상의 냉각봉과; 상기 냉각봉의 내주면에 면접촉하도록 삽입되고, 축방향으로 일단부면이 상기 열전소자에 대응하여 상기 열교환실의 내측 벽면에 면접촉되는 다수의 원통 형상의 냉각코어를 포함하며, 상기 냉각코어의 원통면 표면에는 다수의 관통공이 형성되되, 상기 다수의 관통공은 상기 일단부면에 이웃하고 서로 사이 간격이 좁게 분포되는 다수의 하측 관통공과, 상기 다수의 하측 관통공에 대하여 상기 일단부면의 반대편에 형성되되 서로 사이 간격이 넓게 분포되는 복수의 상측 관통공을 포함하는 것을 특징으로 하는 응축기를 제공한다.

여기서, 상기 다수의 열교환실은 2개씩 또는 3개 이상씩 조를 이루어 그 중 첫번째 열교환실만이 상기 냉매분배관을 통해 상기 냉매분배실과 연결되고, 나머지 열교환실은 상기 첫번째 열교환실로부터 순차로 연결되는 냉매전달관을 통해 부분적으로 냉각된 냉매를 유입받아 냉각 및 전달하고, 상기 나머지 열교환실 중 마지막 열교환실만이 상기 냉매수집관을 통해 상기 냉매수집실과 연결되어 상기 액체상태의 냉매를 상기 냉매수집실로 유출시키도록 하는 구성을 취할 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 응축기에 의하면 열전소자를 이용하여 기체상태의 냉매를 액체상태로 응축시키는 특유의 구조를 통해 전체적으로 컴팩트한 구성의 실내용 응축기를 달성할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 공랭식 응축기의 개략도,
도 2는 종래기술에 따른 수랭식 응축기의 개략도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 응축기의 정단면도,
도 4는 도 3의 응축기의 평면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 응축기 모듈의 사시도,
도 6은 도 5의 응축기 모듈의 측면도,
도 7은 도 5의 응축기 모듈의 분해사시도,
도 8은 도 5의 응축기 모듈의 일 구성요소인 열교환실의 일단부를 절개하여 개방된 모습의 사시도,
도 9는 도 8의 열교환실 내부에 설치되는 열교환봉의 분해사시도,
도 10은 도 8의 열교환실 내부에 삽입되는 메쉬망을 준비하는 모습을 도시한 사시도,
도 11은 도 10의 메쉬망이 도 8의 열교환실 내부에 삽입된 모습을 도시한 평면도,
도 12는 도 3의 응축기의 변형례를 도시한 부분 개략도이다.

본 발명의 실시예에 따른 응축기(100)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상층에 배치되는 냉매분배실(110), 중간층에 배치되는 다수의 열교환실(120) 및 각 열교환실(120)에 순차로 부착되는 열전소자(130), 방열핀(140) 및 방열팬(150), 하층에 배치되는 냉매수집실(160)을 포함한다.

냉매분배실(110)은 상면 중앙부를 통해 외부와 연결되는 냉매유입관(101)을 통해 기체상태의 냉매가 유입된다.

냉매분배실(110)에 유입된 기체상태의 냉매는 다시 좌우 아래방향으로 연결되는 다수의 냉매분배관(102)을 통해 다수의 열교환실(120)로 각각 유입된다.

열교환실(120)은 도 8에 도시된 바와 같이 상기 냉매분배관(102)과 연결되는 상측의 유입구(도면 미도시, 122의 반대편에 형성됨)를 통해 기체상태의 냉매가 유입되고, 내부공간에 설치되는 다수의 열교환봉(190)을 통과하는 과정에서 상기 기체상태의 냉매는 상기 열교환봉(190)의 표면에 응축되어 액체상태로 전환되어 아래로 떨어져 고이게 된다.

액체상태의 냉매는 열교환실(120)의 하단면에 형성되는 유출구(122)를 통해 배출된다.

각각의 열교환봉(190)은 도 9에 도시된 바와 같이 냉각봉(191)과 그 내주면에접촉하도록 삽입되는 냉각코어(192)로 구성되며, 냉각코어(192)의 축방향으로 일단부면(192a, 도 9에서는 하단면)으로부터 냉기가 유입되어 축방향으로 전달되고 외주면에 면접촉된 냉각봉(191)으로 상기 냉기를 전달한다. 냉각코어(192)의 원통면 표면에는 다수의 관통공(192b)이 형성됨으로써 냉각봉(191)에 대한 냉각효과가 일단부면(192a)에만 집중되지 않고 냉각봉(191) 전체에 걸쳐 골고루 분포되게 한다.

특히, 도 9에서 냉각봉(191)의 상단부에까지 냉기가 제대로 전달되도록 하기 위해서는 다수의 관통공(192b)은 축방향으로 상하 2층으로 형성하되, 상측의 관통공(192b-1) 사이의 간격은 넓게 하고, 하측의 관통공(192b-2) 사이의 간격은 좁게 하여, 하측에서는 두께가 얇은 창살(192c)에 의해 (상대적으로 낮은 온도의 냉기는) 좁은 접촉면을 통해 열전도가 (적게) 이루어지게 하고, 상측에서는 두께가 넓은 창살(192d)에 의해 (상대적으로 높은 온도의 냉기는) 넓은 접촉면을 통해 열전도가 (많이) 이루어지게 한다.

냉각코어(192)의 일단부면(192a)은 도 8에 도시된 바와 같이 열교환실(120)의 원통부(123)의 내측에 위치하는 플랜지부(124)의 내측 표면에 면접촉된 상태로 부착된다.

플랜지부(124)의 반대측 표면에는 다수의 열교환봉(190)의 위치에 대응하여 도 7에 도시된 바와 같이 열전소자(130)가 면접촉된 상태로 부착된다.

도 3, 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 얇은 두께의 사각판 형상을 갖는 열전소자(130)의 일측 표면, 즉 냉기를 방출하는 일측면은 상기 냉각코어(도 9의 192)의 일단부면(192a)에 대응하여 플랜지부(124)의 외측(도 7에서는 하측) 표면에 면접촉한다. 이에 따라, 열전소자(130)에서 발생되는 냉기는 플랜지부(124)를 매개로 하여 내측의 열교환봉(190)의 일단부면(192a)으로 전달된다.

원통으로 형성되는 각각의 열교환실(120)은 그 외측 표면을 덮는 일정 두께의 한쪽이 막힌 원통인 단열커버(180)에 의해 냉기가 표면을 통해 유실되는 것을 방지한다.

방열핀(140)은 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 열전소자(130)의 타측 표면, 즉 열기를 방출하는 표면에 부착되어 이로부터 발생되는 열기를 케이스(도 3의 170) 내부의 대기중으로 방열시킨다.

방열팬(150)은 마운팅 브래킷(151)을 매개로 방열핀(140)에 설치되어 방열핀(140)으로부터 방열되는 열기를 대기중으로 분산시켜준다. 분산되는 열기는 케이스(170)의 일측에 형성되는 루버창(도 3의 171)을 통해 외부로 방출한다. 본 실시예에서 방열팬(150)은 각 열교환실(120)마다 설치되고 있으나, 다른 실시예에서는 케이스(170)의 내측 표면에 도는 루버창(171) 측에 1 또는 2 이상으로 설치될 수도 있다. 또 다른 실시예에서 방열팬(150)은 구성되지 않을 수도 있으며, 이 경우 방열핀(140)으로부터 방열되는 열기는 금속 케이스(170)에 전달되어 외부 대기로 전열될 수 있다.

본 실시예에서는 방열핀(140) 또한 열교환실(120)마다 설치되고 있으나, 다른 실시예에서는 기다란 1개의 방열핀(140)이 2개 이상의 열교환실(120)에 걸쳐 동시에 부착될 수도 있다. 예를 들면, 도 4에서 나란히 이웃한 2개의 방열핀(140-1, 140-2)이 하나의 몸체로 이루어지는 것이다.

냉매수집실(160)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기한 다수의 열교환실(120)의 유출구(도 5의 122)와 각각 연결되는 다수의 냉매수집관(103)을 통해 액체상태의 냉매가 유입된다. 유입된 액체상태의 냉매는 냉매수집실(160)의 하단면을 통해 연결되는 냉매배출관(104)을 통해 외부로 유출시킨다.

한편, 상기에서는 각 열교환실(120)은 유입되는 기체상태의 냉매를 액체상태의 냉매로 응축시켜 바로 냉매수집관(103)을 통해 냉매수집실(160)로 유출시키는 것으로 설명되었으나, 본 발명은 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며 2 이상의 열교환실(120)이 서로 연결됨으로써 연속적인 응축과정이 이루어지도록 한 다음 액체상태로 된 냉매를 유출시키는 방식을 취할 수도 있다.

이를테면, 도 12에 도시된 바와 같이 2개의 열교환실(120-1, 120-2)이 한 조를 이루어 그중 우측의 것을 첫번째 열교환실(120-1)로 하여 이를 통해서만 냉매분배실(110)이 냉매분배관(102')으로 연결되는 것이다. 그리고, 첫번째 열교환실(120-1)의 하단으로부터 연결되는 냉매전달관(105)을 통해 이웃한 두번째 열교환실(120-2)로 냉매가 전달되도록 한다. 이에 따라, 2차에 걸쳐 응축이 이루어지게 디는 냉매는 두번째 열교환실(120-2)의 하단으로부터만 연결되는 냉매수집관(103')을 통해 냉매수집실(160)로 흘러들어가게 된다.

한편, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기에서 설명된 열교환실(120) 및 이에 삽입 설치되는 다수의 열교환봉(190), 열전소자(130), 방열핀(140), 방열팬(150) 그리고 단열커버(180)는 본 발명의 실시예에 따른 응축기 모듈(200)을 구성한다. 이러한 응축기 모듈(200)은 열전소자(130)를 이용하여 냉매를 응축시키는 응축기의 핵심모듈이 된다.

응축기 모듈(200)의 응축효과를 극대화시키기 위해, 도 10에 도시된 바와 같은 SUS 재질의 메쉬망(210)을 말아 도 11에 도시된 바와 같이 열교환실(120)의 내측 공간에 삽입하여 다수의 열교환봉(190)의 사이에(도면에서는 내측과 외측에 각각) 개재시킬 수 있다. 이러한 메쉬망(210)은 냉매가 응축되기 위한 표면을 확장하여 제공함으로써 더욱 빠른 열교환을 통해 냉매의 응축속도를 향상시키는데 기여할 수 있다.

한편, 이상에서 설명된 응축기(100)는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예에 불과하며 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위는 후술하는 특허청구범위 및 그 균등범위에 의해 정하여진다.

100: 응축기 101: 냉매유입관
102: 냉매분배관 103: 냉매수집관
104: 냉매배출관 105: 냉매전달관
110: 냉매분배실 120: 열교환실
122: 유출구 123: 원통부
124: 플랜지부 130: 열전소자
140: 방열핀 150: 방열팬
160: 냉매수집실 170: 케이스
171: 루버창 180: 단열커버
190: 열교환봉 191: 냉각봉
192: 냉각코어 192a: 일단부면
192b: 관통공 192c,d: 창살
200: 응축기 모듈 210: 메쉬망

Claims

각각 기체상태의 냉매가 유입되는 유입구와 액체상태의 냉매가 유출되는 유출구가 형성되는 열교환실을 갖는 다수의 응축기 모듈과;
외부와 연결되는 냉매유입관을 통해 기체상태의 냉매가 유입되고, 다수의 냉매분배관을 통해 상기 다수의 응축기 모듈의 각 열교환실로 상기 기체상태의 냉매를 공급하는 냉매분배실; 및
상기 다수의 응축기 모듈의 각 열교환실과 각각 연결되는 다수의 냉매수집관을 통해 상기 액체상태의 냉매가 유입되고, 외부와 연결되는 냉매배출관을 통해 상기 유입된 액체상태의 냉매를 유출시키는 냉매수집실을 포함하는 응축기로서,
상기 응축기 모듈은,
상기 열교환실의 내부공간에 설치되는 열교환 매체와; 상기 열교환실의 외측 벽면에 부착되어 상기 열교환 매체에 냉기를 제공함으로써 상기 기체상태의 냉매를 응축시켜 상기 액체상태의 냉매로 전환시키는 열전소자; 및 상기 열전소자의 표면에 부착되어 상기 열전소자로부터 발생되는 열기를 방열시키기 위한 방열핀을 포함하고,
상기 열교환 매체는 다수의 원통 형상의 냉각봉과; 상기 냉각봉의 내주면에 면접촉하도록 삽입되고, 축방향으로 일단부면이 상기 열전소자에 대응하여 상기 열교환실의 내측 벽면에 면접촉되는 다수의 원통 형상의 냉각코어를 포함하며,
상기 냉각코어의 원통면 표면에는 다수의 관통공이 형성되되, 상기 다수의 관통공은 상기 일단부면에 이웃하고 서로 사이 간격이 좁게 분포되는 다수의 하측 관통공과, 상기 다수의 하측 관통공에 대하여 상기 일단부면의 반대편에 형성되되 서로 사이 간격이 넓게 분포되는 복수의 상측 관통공을 포함하는 것을 특징으로 하는 응축기.
제1항에 있어서,
상기 다수의 열교환실은 2개씩 또는 3개 이상씩 조를 이루어 그 중 첫번째 열교환실만이 상기 냉매분배관을 통해 상기 냉매분배실과 연결되고, 나머지 열교환실은 상기 첫번째 열교환실로부터 순차로 연결되는 냉매전달관을 통해 부분적으로 냉각된 냉매를 유입받아 냉각 및 전달하고, 상기 나머지 열교환실 중 마지막 열교환실만이 상기 냉매수집관을 통해 상기 냉매수집실과 연결되어 상기 액체상태의 냉매를 상기 냉매수집실로 유출시키는 것을 특징으로 하는 응축기.