KR100309066B1 - 공기조화기의실외기가필요없는냉.난방장치및그방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동사이클을 이용하여 실내를 냉,난방토록 하여 냉,난방에 따른 효율을 항상시키면서도 이에 따른 실외기를 사용치 않음으로써 실외기로 인한 환경 및 소음공해를 줄이도록 함과 동시에 제조성 및 설치성, 그리고 사용에 따른 편리성 및 호환성 등을 향상시키도록 하는 공기조화기의 실외기가 필요없는 냉.난방장치 및 그 방법에 관한 것이다.

이는 냉,난방기의 본체내에 냉동사이클의 제1열교환기에 보조열교환기를 갖추어 송풍팬으로서 외부공기와 열교환을 이루도록 하는 제1열교환수단과, 냉동사이클의 제2열교환기 및 보조열교환기를 송풍팬으로서 실내공기와 열교환을 이루어 실내를 냉,난방토록 하는 제2열교환수단과, 그리고 상기 제1 및 제2열교환수단으로 외부공기를 유입되게 함과 동시에 열교환된 공기를 실내 또는 실외로 배출안내토록 하는 공기순환수단으로 구성된 것이다.

Description

공기조화기의 실외기가 필요없는 냉.난방장치 및 그 방법

본 발명은 공기조화기의 실외기가 필요없는 냉.난방장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 냉동사이클을 이용하여 실내를 냉,난방토록 하여 냉,난방에 따른 효율을 항상시키면서도 이에 따른 실외기를 사용치 않음으로써 실외기로 인한 환경 및 소음공해를 줄이도록 함과 동시에 제조성 및 설치성, 그리고 사용에 따른 편리성 및 호환성 등을 향상시키도록 하는 것이다.

일반적으로 공기조화기는 냉동사이클을 이용하여 실내를 냉,난방토록 하는 것으로, 이러한 공기조화기에 사용되는 냉동사이클의 원리를 살펴보면, 이는 첨부된 도면의 도1에서 보는 바와 같다.

상기 냉동사이클은 압축-응축-팽창-증발의 과정을 연속적으로 행함으로써 냉방을 이루도록 하는 것으로, 즉 압축기(1)에서는 냉매를 압축하여 고온,고압의 기체상태로 토출시키고, 상기 압축기(1)에서 토출되는 기체상태의 냉매를 응축기(2)에서는 상온과 열교환시켜 액체상태로 변환시킨 후 모세관(3)을 통과시키게 된다.

상기 모세관(3)을 통과하는 응축된 냉매는 저온, 저압의 기체상태로 변환됨과 동시에 이와 연결된 증발기(4)를 통하여 실내의 공기와 열교환을 이룸으로써 냉방을 이루게 되는 것이고, 이와 같이 증발기(4)를 통과하는 동안 실내의 열교환된 냉매는 다시 압축기(1)로 유입되어 전술한 일련의 과정을 연속 반복하게 되는 것이었다.

따라서, 이와 같이 작용되는 냉동사이클는 증발기(4)를 실내기로 설치함과 동시에 응축기(2)는 실외기로 설치함으로써 통상에서와 같이 실내를 냉방토록 하는 것이나, 근래에는 상기한 냉동사이클을 역방향으로 순환시킴으로써 응축기에서 응축될 시 발생되는 열원을 이용하여 난방을 이루도록 하는 냉,난방의 겸용으로 사용토록 하는 냉,난방장치도 많이 제안되고 있다.

이는 첨부된 도면의 도2에서 보는 바와 같이 기존의 냉동사이클을 냉방모드 및 난방모드에 따라 정.역방향으로 선택하여 순환시키도록 하는 것으로서, 기존 냉동사이클의 응축기(2) 및 증발기(4)에 따른 열교환기와 압축기(1)의 사이에 냉매의 흐름을 제어토록 하는 사방향밸브(5)를 구비함과 동시에 별도의 또다른 모세관(6) 및 역지변(7) 등을 구비하여서 이루어지는 것이다.

따라서, 냉방모드에서는 사방향밸브(5)의 작동에 의해 전술한 바와 같은 작용을 하게 됨으로써 냉방을 이루게 되는 것이고, 이와는 반대로 난방모드에서는 사방향밸브(5)의 작동에 의해 냉매사이클이 역방향으로 작용하게 됨으로써 난방을 이루게 된다.

이때, 실외기로 설치되는 응축기(2)와 실내기로 설치되는 증발기(4)는 서로 기능을 달리 함으로써 즉, 압축기(1)에서 고온으로 압축되는 냉매가 실내기의 열교환기를 통과하는 동안 실내의 공기와 열교환됨으로써 이의 열원에 의해 난방을 이루게 되는 것이었다.

그러나, 이와 같은 종래의 냉,난방장치에 있어서는 냉동사이클을 이용하여 냉,난방을 선택적으로 행할 수 있는 장점은 가질지라도 냉동사이클의 구조적인 특성상 실외기를 건물의 외부에 설치하여야만 하는 것이 필연적으로 요구되고 있는 것이었다.

따라서, 이와 같이 실외기를 외부에 설치함에 따라 우선, 건물의 외부에 실외기를 설치할 수 있는 공간을 확보하여야 하는 어려움이 야기되었을 뿐만 아니라 건물의 구조상 실외기를 설치할 수 있는 공간에서는 냉,난방장치를 설치할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 실외기가 건물의 외부로 노출됨에 따라 외관이 좋지 못할 뿐만 아니라 난방 가동시에는 실외기가 증발기의 기능을 함에 따라 기온이 낮은 외기 온도에 민감한 반응을 보이게 됨으로써 효율이 저하되는 문제점이 있다.

그리고, 실외기를 건물의 외부에 설치하기 위하여서는 냉매배관은 물론 이에 따른 단열재, 전선, 각종 고정부재 등이 부수적으로 필요하게 됨으로써 부품수의 증가로 인한 제조비용은 물론 시공비용이 많이 소요되는 문제점이 있고, 더욱이 전문가가 아니면 설치는 물론 이동이 불가능한 등의 문제점이 있는 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 여러 가지 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은 냉동사이클을 이용하여 실내의 냉,난방을 선택적으로 행할 수 있도록 하면서도 냉,난방기의 본체내에 실내,외기에 따른 제1 및 제2열교환기를 동시에 설치할 수 있도록 함으로써 별도의 실외기가 필요치 않는 공기조화기의 냉.난방장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 냉,난방기의 본체내에 냉동사이클의 응축기 및 증발기에 따른 제1 및 제2열교환기를 가지는 각 열교환실을 구분하여 설치함과 동시에 상기 열교환실에는 각각의 송풍팬을 구비하고, 또한, 상기 각 열교환실에는 외부와 연결되는 공기닥트를 구비하여서 냉,난방에 따라 원활한 열교환으로 냉,난방을 선택적으로 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 일반적인 냉동사이클의 구성도

도 2는 종래의 냉.난방 겸용으로 사용되는 냉.난방사이클의 구성도

도 3은 본 발명이 적용되는 냉동사이클의 구성도

도 4는 본 발명이 적용되는 냉.난방기의 개략적인 구성도

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 냉.난방기의 개략적인 구성도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100:본체 10:제1열교환실

20:제2열교환실 11:제1열교환기

12,22:보조열교환기 13,23:송풍팬

14,24:공기닥트 15,25:공기유입구

16:배출구 17:연통

18,19:모세관 26:토출구

27:공기유입구 28:사방향밸브

29:역지밸브 31;분리기

본 발명은 압축-응축-팽창-증발의 과정을 연속적으로 수행토록 하는 냉동사이클을 이용하여 냉,난방을 이루도록 하는 것으로, 즉 본 발명은 하나의 냉,난방기 본체내에 냉동사이클에 따른 응축기와 증발기의 기능을 선택적으로 수행토록 하는 제1열교환수단 및 제2열교환수단으로 구성하고, 상기 각 열교환수단에는 외부의 공기를 유입시킴과 동시에 열교환된 공조공기를 실내,외로 토출시키도록 하는 공기순환수단을 갖추어 구성함으로써 실내,외기의 구분없이 하나의 냉,난방기 본체만으로 냉,난방의 기능을 수행토록 하는 것으로 특징지워 지는 것이다.

즉, 본 발명은 냉,난방기의 본체내에 응축기 및 증발기에 따른 각 열교환기를 설치토록 하는 제1 및 제2열교환실을 구비하되, 이들을 상.하, 또는 좌.우로 구획하여 설치하고, 상기 제1 및 제2열교환실내의 각열교환기에는 보조열교환기를 구비하여 열교환효율을 향상시키면서도 외부공기를 각 열교환기를 통하여 열교환시키도록 하는 송풍팬을 구비하는 것이다.

또한, 상기 각 열교환실에는 외부의 공기를 유입시켜 원활한 열교환이 이루어지도록 하는 공기유입닥트를 구비함과 동시에 열교환된 공조공기를 실내로 토출시키도록 하는 토출그릴를 갖추어 구성되는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면의 도3 이하에서는 본 발명이 적용되는 냉.난방기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내고 있으며, 이의 도면중 부호 100은 본 발명에 관한 냉,난방기의 본체를 표시하고 있다.

상기 본체(100)는 통상의 냉,난방기와 같이 함체형상으로 구비되면서도 그 내부에는 구획벽(101)에 의해 상.하 구획되는 제1열교환실(10) 및 제2열교환실(20)로 구성된다.

상기 제1열교환실(10)내에는 냉동사이클에 따른 제1열교환기(11) 및 이의 제1열교환기(11)와 연결되는 보조열교환기(12)가 구비됨과 동시에, 상기 열교환기(11)(12)의 하부에는 외부공기를 순환시켜 강제적으로 열교환토록 하는 송풍팬(13)이 갖추어 구성되며, 그 후면상에는 열교환된 공기를 외부로 배출시키도록 하는 배출구(16)가 구비된다.

또한, 상기 제2열교환실(20)의 내부에는 냉동사이클에 따른 제2열교환기(21)가 구비됨과 동시에 이의 제2열교환기(21)에는 별도의 보조열교환기(22)가 구비되고, 이들의 하부에는 외부공기를 유입시켜 강제 열교환토록 하는 송풍팬(23)이 갖추어 구성된다.

이때, 상기 각 보조열교환기(12)(22)는 열교환의 효율을 향상시키도록 하는 것으로 배관을 절곡구비한 모세관으로 형성하여 사용할 수 있을 것이다.

그리고, 상기 본체(100)의 후방에는 제1열교환실(10) 및 제2열교환실(20)과 연결되어 외부의 공기를 각각 유입시키도록 하는 공기닥트(14)(24)가 구비됨과 동시에 이의 공기닥트(14)(21)에는 각각 공기유입구(15)(25)가 구비되어 건물의 외부와 연결된다.

이때, 상기 공기유입구(15)(25)는 별도의 연통(17)이 체결되어 건물의 외부와 연결됨으로써 건물 외부의 공기, 즉 상온의 공기가 원활히 유입되도록 하는 것이며, 이는 중심부가 구획되는 하나의 원통형 관체로 구성되는 것이다.

또한, 상기 제2열교환실(20)의 전면, 즉 본체(100)의 전면상에는 상기 제2열교환실(20)에서 열교환되는 공조공기를 실내로 토출시키도록 하는 토출그릴(26)이 구비되는 것이다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서 상기 각열교환실(10)(20)로 외부의 공기를 유입시켜 순환되도록 하는 공기순환수단을 달리한 것으로, 이는 첨부된 도면의 도5 에서 보는 바와 같이 제2열교환실(20)의 후방에 별도의 공기유입구(27)를 직접 구비할 수도 있을 것이다.

그리고, 첨부된 도면의 도3 에서는 본 발명에 따른 냉동사이클을 나타내고 있으며, 이러한 냉동사이클은 전술한 본 발명의 본체(100)내에 설치되어 압축기에서 압축되는 냉매를 정,역전 방향으로 순환시킴으로써 냉,난방을 이루게 된다.

상기 본 발명에 따른 냉동사이클은 냉매를 고온고압으로 압축토록 하는 압축기(30)와, 상기 압축기(30)에서 압축된 냉매를 열교환시키도록 하는 제1열교환기(11) 및 제2열교환기(21)와, 상기 열교환기(11)(21)에 각가 연결되어 이들의 열교환 성능을 배가시키도록 하는 보조열교환기(12)(22)로 구성된다.

또한, 상기 열교환기들에 공기를 강제 송풍토록 함으로써 열교환을 이루도록 하는 송풍팬(13)(23)과, 상기 열교환기(11)(21)에서 열교환되어 응축된 냉매를 저온저압의 액체상태로 변환시키도록 하는 모세관(18)(19)과, 상기 냉동사이클에서 냉매의 순환을 정,역방향으로 제어토록 하는 사방향밸브(28)와, 그리고 역지밸브(29) 및 분리기(31) 등으로 구성되어 있는 것이다.

따라서, 이와 같이 구성되는 본 발명의 작용은 이미 전술한 바와도 같이 냉매사이클을 이용하여 실내의 냉,난방을 이루도록 하는 것으로, 먼저 냉방모드시의 냉매 및 공기의 흐름을 살펴보면 다음과 같다.

즉, 냉방시의 냉매순환과정은 첨부된 도면의 도3 에서 보는 바와 같이 압축기(30)의 작동에 의해 고온고압으로 압축되는 냉매가스는 사방향밸브(28)에 의해 실선의 화살표방향을 따라 토출되어 보조열교환기(12) 및 제1열교환기(11)를 거치는 동안 충분한 열교환을 하게 된다.

이러한 열교환수단은 제1열교환기(11)가 통상의 냉동사이클에서 응축기의 기능을 수행하게 되는 것이며, 이와 같이 상온과 열교환을 이루어 액체상태로 변환된 냉매는 역지밸브(29)를 거쳐 모세관(18)를 통과하게 된다.

이같이 모세관(18)을 통과하는 순간 팽창되어져 저온저압의 기체상태로 변환되면서 보조열교환기(22) 및 제2열교환기(21)를 거쳐 열교환되고 다시 압축기(30)로 순환되는 것을 반복하게 된다.

한편, 상기와 같이 냉동사이클이 순환되는 동안의 공기흐룸도는 첨부된 도면의 도4 에서 보는 바와 같이 하부송풍팬(13)의 송풍력에 의해 건물외부의 공기가 연통(17)과 공기유입구(15), 그리고 공기닥트(14)를 거쳐 제1열교환실(10)내로 유입되고, 이의 유입공기는 보조열교환기(12) 및 제1열교환기(11)를 통과하면서 이들 열교환기와 충분한 열교환을 이룬 후, 그 후방의 배출구(16)를 거쳐서 건물외부로 토출되는 것이다.

이와 동시에 상부송풍팬(23)이 작동됨에 의해 외부의 공기는 역시 연통(17)과 공기유입구(25), 그리고 공기닥트(24)를 거쳐 제2열교환실(20)내로 유입되고, 이와 같이 유입되는 외부의 공기는 제2열교환실(20)내의 보조열교환기(22) 및 제2열교환기(21)를 통과하는 동안 충분한 열교환을 이룸으로써 냉각된 공조공기로 변환되어져 그 전면의 토출구(26)를 통해 실내로 토출되어 지는 것이다.

이러한 작동이 연속 반복됨으로써 실내를 냉방하게 되는 것이며, 이때 상기 공기유입구(25)를 실내와 연결함으로써 실내공기를 계속해서 순환하여 냉각시킬 수 있음은 당연하다 할 것이다.

이와는 반대로, 난방모드시에는 전술한 냉동사이클이 역방향으로 작용하게 되는 것으로, 즉, 사방향밸브(28)가 전술한 반대로 작동됨으로써 압축기(30)에서 압축되는 고온고압의 냉매가스는 점선으로 이루어진 화살표방향을 따라 제2열교환기(21) 및 보조열교환기(22)을 거쳐 열교환된다.

이때, 상기 제2열교환기(21)는 전술한 냉방모드에서 증발기의 기능을 수행하였으나 여기서는 냉매의 흐름이 바뀌게 됨으로써 냉동사이클의 응축기 기능을 수행하게 된다.

이와 같이 제2열교환기(21) 및 보조열교환기(22)를 거치는 동안 냉매는 고온고압의 액체상태로 변환되어져 토출되어지는 것이며, 순환되는 냉매는 역지밸브(29)에 의해 차단되면서 그 방향이 분리기(31) 및 제2모세관(19)으로 통과되어 저온저압의 기체상태로 변환됨과 동시에 제1열교환기(11) 및 보조열교환기(12)를 거치는 동안 충분히 열교환된 후 압축기(30)로 순환되는 것을 반복하게 되는 것이다.

이때, 상기 제1열교환기(11)는 냉방모드에서 응축기의 기능을 수행하였으나 여기서는 증발기의 기능을 수행하게 된다.

따라서, 이와 같이 난방모드시에도 공기의 흐름도는 동일한 것으로, 즉 하부송풍팬(13)에 의해 외부의 공기가 제2열교환실(10)내로 유입되어 제1열교환기(11) 및 보조열교환기(12)와 열교환되면서 냉각된 공기는 배출구(16)를 통해 건물 외부로 배출된다.

이와 동시에 제2송풍팬(23)에 의해 제2열교환실(20)내로 유입되는 외부공기는 고온고압의 냉매가 통과되는 제2열교환기(21) 및 보조열교환기(22)와 충분히 열교환을 이루게 됨으로써 따뜻한 공기로 변환되어져 그 전면의 토출구(26)를 통하여 실내로 송풍되는 것이다.

그러므로, 실내를 난방할 수가 있게 되는 것이며, 이러한 일련의 작동들은 모두 미도시된 일반적인 콘트롤러에 의해 제어됨으로써 간단한 조작만으로 냉.난방에 따른 운전이 가능하게 되는 것이다.

이상, 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 냉동사이클만을 이용하여 실내의 냉방과 난방을 선택적으로 행할 수 있음과 동시에 실외기를 사용하지 않음으로써 실외기의 설치에 따른 공간이 불필요하게 되어 생활공간의 침해를 방지할 수가 있게 되는 것이다.

즉, 건물의 외부에 실외기가 설치되지 않음으로서 우선 외관이 좋아질 뿐만 아니라 실외기를 통하여 토출되는 더운바람으로 인한 주위환경과 소음공해 등을 방지하게 되는 효과를 가지게 된다.

또한, 실외기의 제조에 따른 제조성 및 생산성이 좋아질 뿐만 아니라 부대적인 부품이 소요되지 않음으로써 제조원가를 절감시키게 되는 효과와 더불어 설치도 간편해지는 등의 효과도 가지게 되는 것이다.

Claims (5)

1. 냉동사이클을 정, 역방향으로 순환시켜 실내를 냉, 난방토록 하는 냉,난방기의 본체내에 냉동사이클의 제1열교환기와 냉동사이클의 제2열교환기 및 상기 제1 및 제2열교환수단으로 외부공기를 유입되게 함과 동시에 열교환된 공기를 실내 또는 실외로 배출안내토록 하는 공기순환수단으로 구성되는 냉, 난방기에 있어서, 상기 제1열교환실(10)내에는 냉동사이클의 냉매가 순환되어 외부공기와 열교환을 이루도록 하는 제1열교환기(11)와, 상기 제1열교환기(11)와 연결된 보조열교환기(12)와, 상기 열교환기(11)(12)의 일측에 구비되고 외부공기를 유입순환시키도록 하는 송풍팬(13)을 갖추고, 상기 제2열교환실(20)내에는 냉동사이클의 냉매가 순환되어 외부공기와 열교환을 이루도록 하는 제2열교환기(21)와, 상기 제2열교환기(21)와 연결된 보조열교환기(22)와, 상기 열교환기(21)(22)의 일측면에 구비되고 외부공기를 유입시켜 실내측으로 토출시키도록 하는 송풍팬 (23)을 갖추어서 구성됨을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기가 필요없는 냉,난방장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1열교환실(10) 및 제2열교환실(20)의 공기닥트(14) (24)에 구비되는 공기유입구(15)(25)를 하나의 공기유입구로 구성하여 연통(17)에 의해 외부로 배관연결토록 구성함을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기가 필요없는 냉.난방장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2열교환실(20)의 후방에 별도의 공기유입구(27)를 구비하여 연통(17)에 의해 건물외부로 배관 연결토록 구성함을 특징으로 하는 공기 조화기의 실외기가 필요없는 냉.난방장치.
4. 냉,난방기의 본체내에 냉동사이클의 제1열교환기 및 제2열교환기를 두 개의 열교환실내에 구획되게 구비함과 동시에, 이들 열교환기에 별도의 보조열교환기를 연결구비하여 각각의 송풍팬으로 외부공기 및 실내공기를 실내,외로 각각 순환시켜 실내를 선택적으로 냉,난방토록 하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기가 필요없는 냉.난방방법.
5. 제4항에 있어서, 냉동사이클의 제1열교환기(11) 및 제2열교환기(21)에 별도의 보조열교환기(12)(22)와 송풍팬(13)(23)을 구비하고, 사방향밸드(28)에 의해 정.역방향으로 순환되는 냉매에 의해 냉,난방이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 공기조화기의 실외기가 필요없는 냉.난방방법.