KR200265904Y1 - 실외기 일체형 냉난방기의 열교환 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 실외기 일체형 냉난방기의 열교환 장치에 관한 것이다.

본 고안은 제1열교환기(3)가 분리된 공간 내에 상부열교환기(30)와 하부열교환기(31)로 분리되어 배치되고, 상기 상부열교환기(30)와 하부열교환기(31)는 또한 각각의 상부좌측열교환기(30a), 상부우측열교환기(30b), 하부우측열교환기(31a), 하부좌측열교환기(31b)로 분리되고, 응축수에 의한 냉각수단을 구비하여 제1열교환기(3)와 제2열교환기(5)에서 발생되는 응축수를 선별적으로 분사되게 하여 한편의 열교환기는 공냉식으로 냉각되고, 다른 한편의 열교환기는 수냉·공냉 혼합식으로 열교환이 되게 하는 것이다.

Description

실외기 일체형 냉난방기의 열교환 장치{heating exchange system of out door machine unification air conditioner}

본 고안은 에어컨디셔너, 냉난방 겸용기 등과 같은 공기조화설비에 설치되는 열교환기에 관한 것으로, 특히 열교환기를 부분적으로 분리시키고 열교환에 의하여 자연적으로 발생하는 응축수를 열교환에 사용되게 함으로써 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 실외기 일체형 냉난방기의 열교환 장치에 관한 것이다.

냉난방기의 열교환기는 냉각 매체에 의한 방법에 따라 수냉식, 공냉식, 그리고 수냉식과 공냉식이 상호 보완적으로 작용하는 혼합식이 있다.

수냉식은 열교환에 사용된 물이 순환펌프에 의하여 계속하여 반복 순환되면서 응축수의 수온이 상승하여 응축효율이 떨어지게 되고 무었보다도 습기에 의한 장치의 부식이 큰 문제가 되고 있다.

공냉식 열교환기는 냉각용 송풍팬을 이용하게 되며, 응축기의 상부에 하나의 송풍팬이 설치되는데, 이러한 구조에서는 공기 흐름상의 유체역학적 특성에 의하여 대략 송풍팬의 외주연이 형성하는 원주상의 범위에 해당하는 응축기의 면적에 대하여는 일정한 송풍량이 작용하게 되지만, 그 바깥쪽으로 벗어날수록 공기 흐름이 풍속이 점차 미약하게 되어 응축 효율이 저하되는 문제점이 있다. 이를 구체적으로 설명하면 도 1에서 보는 바와 같이 응축기(100)상부에 송풍팬(200)이 설치될 때 통상적으로는 응축기의 면적(W)보다는 송풍팬(200)의 둘레가 형성하는 범위에 해당하는 원주상의 임의의 면적(D)이 작아지게 되는데, 이때 송풍기(200)의 원주상 면적(D)에 해당하는 응축기의 임의의 면적(W')에서 상부는 송풍팬(200)의 흡입력에 의한 공기의 흐름이 비교적 일정하게 작용하게 되지만, 하부에서는 공기의 흐름이 적어지고, 바깥쪽 공간(S)(S')에서는 더욱 공기의 흐름 속도가 감소되고, 특히 공간(S)보다 공간(S')에서는 현저하게 공기의 흐름이 없어지게 되는 유체역학적 특성에 의하여 불균일한 공기 흐름에 의하여 응축기의 일부분에서만 열교환이 이루어지게 된다. 이러한 공기의 흐름과 관련한 송풍량의 변동은 실제로 열교환기 내부에서 이동하는 냉각 공기가 냉각핀이나 열교환기 배관의 저항을 받게 되면서 공기가 흐르는 속도가 더욱 떨어져서 냉각 전열면적이 적어져서 열교환 효율이 낮아지는 원인이 되고 있다. 이러한 이유로 순수한 공냉식을 이용한 냉난방기의 열교환 장치는 불가능한 것으로 여겨지고 있으며, 공냉식을 채택하는 경우에는 보조적 열교환 수단으로서 열교환 과정 중에 자연적으로 발생하는 응축수를 분사펌프, 또는 초음파에 의하여 분사하여 공냉식과 수냉식을 혼합한 형태의 열교환 방식 구조가 알려져 있다.

이와 같이 공기와 물의 비산 입자를 이용한 혼합 방식에 의한 열교환 방법은 그 이전의 순수한 수냉식 열교환기, 즉 종래의 수냉식 에어컨에서 열교환에 사용된 물이 계속하여 반복 순환되면서 응축수의 수온이 상승하여 응축효율이 떨어지지만 자연발생적으로 생기는 응축수를 이용하여 열교환에 사용한후 배출시킴으로서 응축효율의 향상을 기대할 수 있고, 응축수를 자동적으로 처리하여 편리하게 사용할 수 있으나, 혼합식 열교환기에 있어서 응축수를 증발시키는 것은 열교환을 주된 목적으로 하는 것이 아니고, 장치 내에서 응축수를 용이하게 처리하기 위한 수단으로 선택되는 것이며, 열교환의 본질적인 수행은 공냉식에 의하여 가능하게 됨으로서 상술한 유체역학적 특성에 기인하는 구조적 문제점이 항상 내재되어 있다.

본 고안은 열교환기를 냉난방기 본체 내에서 좌우측으로 분산 배치하여 지역적으로 분할된 열교환이 가능하게 하고, 분산된 열교환기에 지역적 열교환을 담당할 송풍팬을 분산된 각각의 열교환기에 대응하도록 설치하여 열교환기의 전역에서 고른 열교환이 이루어지게 하는 것이다.

도 1은 종래 응축기에서의 공기 유동 상태를 나타낸 도면

도 2는 본 고안이 적용되는 냉난방기 시스템의 개략도

도 3은 본 고안의 시스템 계통도

도 4는 본 고안의 분해 입체도

도 5는 본 고안의 개략적 정면도

도 6은 본 고안의 다른 실시예의 시스템 계통도

도 7은 본 고안 송풍기의 단면도

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 압축기의 흡입관과 토출관이 사방밸브를 경유하여 제1열교환기와 제2열교환기가 응축기와 증발기의 역할을 선택적으로 수행하여 냉난방이 구현되고, 상기 제1, 제2열교환기에서 발생되는 응축수를 수조에 회수하여 열교환에 사용하며, 제1열교환기의 좌우측에 송풍팬이 설치되는 실외기 일체형 냉난방기를 형성함에 있어서, 상기 제1열교환기가 적어도 두개의 열교환기로 분리되어 격판에 의하여 분리되는 공간에 각각 배치되고, 상기 분리된 두개의 열교환기는 각각 좌우측에 대향하도록 적정한 거리를 두고 두개의 열교환기로 다시 분리되어 배치되며, 상기 좌우측으로 분리되는 각각의 열교환기에 대하여 송풍기가 개별적으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 고안의 배치 구조는 열교환기가 상하좌우로 하여 적어도 4개로 분리되는 것을 의미하는 것으로, 동일한 냉난방 조건으로 하는 종래의 일체형 열교환기와 비교할 때 열교환기가 분리되어 열교환에 사용되는 공기의 흐름이 원활하고, 이렇게 분리된 각각의 열교환기를 담당하는 송풍기가 하나의 열교환기에 대하여 각각 설치됨으로서 단위 면적당 열교환 효율이 향상된다.

송풍기는 송풍 날개의 형상이 일반적인 방사형 구조로 되는 것을 사용할 수도 있지만, 시로코 팬을 설치하는 것이 보다 바람직하다. 상기 시로코 팬은 분리되는 각각의 열교환기에 대응하여 설치된다. 즉 분리된 열교환기가 4개로 구성된다면 시로코 팬도 4개가 구성되는 것이다. 이러한 시로코 팬은 냉난방기의 내부 공간을 효율적으로 사용하면서 설치 공간을 감소시키기 위하여, 즉, 시로코 팬 및 배출 송풍관이 차지하는 면적을 감소시키기 위하여 어느 한쪽 방향에서 수직 방향으로 놓여지는 적어도 2개의 시로코 팬을 하나의 케이스 내부에 직렬로 설치하여 두개의 열교환기에서 열교환에 사용된 공기가 하나의 배출 송풍관을 통하여 배출되게 할 수 있다.

본 고안은 냉난방기를 가동하는 과정에서 자연적으로 발생하는 응축수를 자체적으로 처리하기 위한 수단이 구비되는데, 이는 종래의 시스템과 같이 응축수가 합류되는 수조에 분사펌프가 구비되고, 분사노즐을 구비하는 응축수 공급 파이프를 수조로부터 열교환기에 설치하여서 된다. 또한 의도하는 바에 따라서는 모아진 응축수를 초음파에 의하여 분사시키는 구조가 채택될 수도 있다.

이러한 본 고안의 열교환기는 송풍팬이 열교환기의 열교환을 직접적으로 수행하는 공냉식 열교환기를 기본적으로 채택하는 것이며, 여기에 더하여 응축수를 이용한 수냉식 열교환기가 포함되는 공 ·수냉식 겸용의 열교환기가 제공될 수 있음을 의미하는 것이다. 또한 제1열교환기가 격판에 의하여 분리되는 공간에서 적어도 두개의 열교환기로 분리되므로, 응축수 분사가 어느 한쪽의 공간에 분리되어 설치되는 열교환기에 대하여 이루어 지게 한다면 한쪽편은 공냉식 전용의 열교환기가 될 수 있고, 다른 한쪽편은 공냉식과 수냉식을 겸용으로 하는 열교환기가 구성되어 분사되는 응축수에 의하여 장치가 부식되는 부위를 최소화 할 수 있다.

상기 구조를 보다 구체적이고 간략하게 설명하면, 제1열교환기가 분리된 공간 내에 상부열교환기와 하부열교환기로 분리되어 배치되고, 상기 상부열교환기와 하부열교환기는 또한 각각의 좌우측열교환기로 분리되어, 제1열교환기와 제2열교환기에서 발생되는 응축수가 분사되는 분사노즐이 상부좌측열교환기와 상부우측열교환기 사이의 공간상에서 놓여져서 상부열교환기가 수냉 및 공냉 혼합식으로 열교환이 되고, 하부열교환기가 공냉식으로 열교환이 되게 하는 것이다.

상기한 본 고안이 구체화 되는 실시예를 첨부된 도면에 의하여 설명한다.

도 2는 본 고안이 적용되는 통상적인 냉난방 장치의 개략도를 나타내고 있다. 이 도면에서 보는 바와 같이 냉난방 장치는 압축기(1), 사방밸브(2), 제1열교환기(3), 팽창밸브(4) 및 제2열교환기(5)로 구성된다. 압축기(1)의 토출관(6)과 흡입관(7)은 사방밸브(2)에 접속되고, 상기 사방밸브(2)의 한쪽 포트는 제1열교환기(3)에 접속되고, 다른 한쪽의 포트는 제2열교환기(5)에 접속되어 있다.

상기 냉난방기는 냉방 모드일 경우 압축기(1)→토출관(6)→사방밸브(2)→제1열교환기(3)→팽창밸브(4)→제2열교환기(5)→사방밸브(2)→흡입관(7)압축기(1)에 이르는 순환 사이클로 작동하고, 난방 모드일 경우에는 사방밸브(2)의 개폐 유로가 변경되어 압축기(1)→토출관(6)→사방밸브(2)→제2열교환기(5)→팽창밸브(4)→제1열교환기(3)→사방밸브(2)→흡입관(7)→압축기(1)에 이르는 역순환 사이클로 작동한다.

여기에서 제1열교환기(3)는 본 고안이 의도하는 바에 따라 다음과 같은 구성을 가진다.

도 3은 본 고안에 의한 제1열교환기(3)의 실시예를 나타내고 있다.

이 도면에서 참조되는 바와 같이 제1열교환기(3)는 먼저 상부열교환기(30)와 하부열교환기(31)로 구분되어 구성된다.

제1열교환기(3)가 상부열교환기(30)와 하부열교환기(31)로 분리되는 것은 목적상 일체형 열교환기가 분리되는 것으로, 이들 열교환기는 서로 연결되어 하나의 순환 사이클을 형성한다.

상부 열교환기(30)는 일정한 거리를 두고 다시 상부좌측열교환기(30a)와 상부우측열교환기(30b)로 분리된다.

하부 열교환기(31)는 일정한 거리를 두고 다시 하부좌측열교환기(31a)와 하부우측열교환기(31b)로 분리된다.

이러한 제1열교환기(3)의 바깥쪽으로는 송풍기(8)(9)가 각각 설치된다.

상부열교환기(30)를 구성하는 각각의 상부좌측열교환기(30a)와, 상부우측열교환기(30b)와, 하부좌측열교환기(31a)와, 하부우측열교환기(31b), 그리고 제2열교환기(5)는 각각 응축수 받이(10)(11)(10a)(11b)(12)가 형성되어 있고, 상기 응축수 받이(10)(11)(10a)(11b)(12)는 드레인관(13)을 통하여 수조(14)에 연결된다.

수조(14)는 분사펌프(15)를 구비하여 모아진 응축수를 배출시킬 수 있으며, 분사펌프(15)에는 분사노즐(16)을 구비하는 응축수 공급 파이프(17)가 연결되어 응축수가 배출된다. 또한 공지된 수위감지센서, 예를들면 감지센서, 플로우트 스위치 등을 구비하여 일정 수위가 되면 드레인관(13)의 전자밸브를 개폐하거나 분사펌프(15)의 작동을 제어할 수 있다.

분사노즐(16)은 상부좌측열교환기(30a)와 상부우측열교환기(30b) 사이의 공간 상부에 위치하여 상부열교환기(30)에 응축수를 분사한다.

송풍기(8)(9)는 각각 두개의 시로코 팬(8a)(8b)(9a)(9b)이 직렬로 형성된다.

즉, 도 4에서 보는 바와 같이 송풍기(8)는 두개의 시로코팬(8a)(8b)이 하나의 케이스(18)에 의하여 형성되고, 송풍기(9)도 같은 방식으로 두개의 시로코 팬(9a)(9b)이 하나의 케이스(19)에 직렬로 형성된다.

송풍기(8)(9)의 배출관은 하나의 배출송풍관(20)에 접속되어 열교환에 사용된 공기가 합류되어 배출된다.

도 5는 본 고안이 적용되는 냉난방기의 내부를 개략적으로 보인 정면도이다.

이 도면을 참조하면 냉난방기의 본체를 구성하는 케이스(20)내의 하부에는 압축기(1)가 설치되고, 압축기(1)의 좌우측으로 하부열교환기(31)의 하부좌측열교환기(31a)와 하부우측열교환기(31b)가 설치되며, 그 윗쪽으로 상부열교환기(30)의 상부좌측열교환기(30a)와 상부우측열교환기(30b)가 적정한 거리를 두고 설치된다.

이러한 상부열교환기(30)와 하부열교환기(31)는 격판(21)에 의하여 분리되는 서로 다른 공간에 위치하고 있으며, 서로 연결되어 하나의 순환 사이클을 형성한다.

이와 같은 본 고안은 통상적인 냉난방기와 같이 냉매의 역순환에 의하여 냉난방이 이루어지는데, 냉방 모드에서는 제1열교환기(3)가 응축기가 되고, 제2열교환기(5)는 증발기가 되며, 난방 모드에서는 제2열교환기(5)가 응축기가 되고, 제1열교환기(3)는 증발기가 된다. 따라서 난방은 압축기(1)에서 토출되는 고온 고압의 냉매가 사방밸브(2)에 의하여 제2열교환기(5)로 보내져서 응축되면서 고온의 열을 발산시킴으로서 그 열이 실내로 공급되어 난방이 되고, 팽창밸브(4)를 통과한 냉매는 제1열교환기(3)에서 저온 저압의 상태로 증발된 다음 사방밸브(2)를 통하여 압축기(1)로 흡입되는 순환 사이클에 의하여 구현되고, 냉방은 사방밸브(2)의 유로가변경되도록 제어되어 압축기(1)에서 토출되는 고온 고압의 냉매가 사방밸브(2)를 통하여 제1열교환기(3)로 보내져서 응축된 다음 팽창밸브(4)를 통하여 저온 저압의 상태로 제2열교환기(5)에서 증발이 되면서 냉기를 발산시킴으로서 그 냉기가 실내로 공급되어 냉방이 구현된다.

이러한 냉난방 과정에서 열교환에 따른 온도차에 의하여 제1열교환기(3)의 상부열교환기(30)와 제2열교환기(5)에서 자연적으로 발생하는 응축수는, 응축수 받이(10)(11)(12)에 1차로 모아진 다음 수조(14)에 합류하게 되고, 일정 이상의 수위가 되면 분사펌프(15)에 의하여 배출되어 분사노즐(16)에서 작은 물 입자 상태로 분사되며, 송풍기(8)(9)의 흡입력으로 제1열교환기(3) 내부를 통과하면서 열교환에 사용된 다음 실외로 배출된다.

도 6은 본 고안의 다른 실시예를 나타낸 것으로 , 상부열교환기(30)와 하부열교환기(31)에 대하여 각각의 송풍기(8a')(8b')(9a')(9b')가 설치되고, 앞서 설명한 실시예의 분사 노즐을 설치하지 아니하고 수조(14a)에 초음파 진동자(50)를 설치하여 초음파에 의하여 발생하는 증기에 의하여 하부열교환기(31) 공냉식과 수냉식 겸용으로 열교환이 되게 하고 상부 열교환기(30)는 공냉식으로 열교환이 되게 하는 것이다.

본 고안은 열교환기를 상하부 및 좌우측으로 분리하여 열교환 지역을 구분시켜주고, 각각의 송풍기에 의하여 열교환이 이루어 지게 하면서 열교환기에서 자연적으로 발생하는 응축수를 분할된 열교환기의 일부에 분사하여 수분에 의한 장치의부식을 최소화하면서 응축수를 별도로 처리하여야 하는 사용상의 불편함을 해소할 수 있으며, 공냉식과 수냉식의 복합적인 작용에 의하여 열교환 효과를 증진시키는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 압축기의 흡입관과 토출관이 사방밸브를 경유하여 제1열교환기와 제2열교환기가 응축기와 증발기의 역할을 선택적으로 수행하여 냉난방이 구현되고, 상기 제1, 제2열교환기에서 발생되는 응축수를 수조에 회수하여 열교환에 사용하며, 제1열교환기의 좌우측에 송풍팬이 설치되는 실외기 일체형 냉난방기를 형성함에 있어서,

   제1열교환기가 적어도 두개의 열교환기로 분리되어 격판에 의하여 분리되는 공간에 각각 배치되고, 상기 분리된 두개의 열교환기는 각각 좌우측에 대향하도록 적정한 거리를 두고 두개의 열교환기로 다시 분리되어 배치되며, 상기 좌우측으로 분리되는 각각의 열교환기에 대하여 송풍기가 개별적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 실외기 일체형 냉난방기의 열교환 장치.
2. 제 1 항에 있어서 송풍기가 어느 한쪽 방향에서 수직 방향으로 놓여지는 적어도 2개의 시로코 팬으로 되어, 하나의 케이스 내부에 직렬로 설치되는 것을 특징으로 하는 실외기 일체형 냉난방기의 열교환 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 제1열교환기(3)가 분리된 공간 내에 상부열교환기(30)와 하부열교환기(31)로 분리되어 배치되고, 상기 상부열교환기(30)는 상부좌측열교환기(30a)와 상부우측열교환기(30b)로 분리되고, 상기 하부열교환기(31)는 하부좌측열교환기(31a)와 하부좌측열교환기(31b)로 분리되는 것을 특징으로 하는 실외기 일체형 냉난방기의 열교환 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상부열교환기(30)와 하부 열교환기(31)가 격판(22)에 의하여 분리되는 서로 다른 공간에 배치되고, 어느 한쪽의 열교환기가 응축수에 의한 냉각수단을 구비하여 한쪽의 열교환기는 공냉식으로 열교환이 되고, 다른 한쪽의 열교환기는 공냉식과 수냉식을 겸용하여 열교환이 되는 것을 특징으로 하는 실외기 일체형 냉난방기의 열교환 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 응축수에 의한 냉각수단이 응축수가 모아지는 수조로부터 분사펌프와 분사노즐에 의하여 응축수를 분사하는 것을 특징으로 하는 실외기 일체형 냉난방기의 열교환 장치.
6. 제 4 항에 있어서, 응축수에 의한 냉각수단이 응축수가 모아지는 수조로부터 초음파 진동자에 의하여 증기를 발생시키는 것을 특징으로 하는 실외기 일체형 냉난방기의 열교환 장치.