KR100389267B1 - 공기 조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 조화기에 관한 것이며, 상세하게는 히트 펌프를 이용한 공기조화기에 관한 것으로서, 구조가 간단하며 별도의 열원을 사용하지 않고 외기온이 낮을 때에도 난방(건조포함)능력을 양호하게 유지할 수 있고, 난방시에 대류난방 및 복사난방을 겸용하므로서 쾌적한 난방을 할 수 있도록 하며, 난방 또는 냉방(냉장포함)운전시에 항상 온수도 생성할 수 있도록한 것이다.

본 발명은 압축기(2), 4방밸브(3), 실내 열교환기(4), 팽창밸브(5)(6), 실외 열교환기(7) 및 상기 4방밸브(3)를 도관(8a~8d)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브(3)와 압축기(2)를 흡입도관(9)으로 연결한 기본 냉매회로(1)와; 상기 도관 (8a)에 설치한 온수 가열회로(10)와; 상기 도관(8c)에 설치한 가열 열교환기(12)와, 상기 흡입도관(9)에 설치한 흡열 열교환기(13) 및 상기 온수 가열회로(10)에 연결한 제 2 가열 열교환기(13)를 내장한 축열조(11)로 구성한 것이다.

Description

공기 조화기 {AIR CONDITIONER}

본 발명은 공기 조화기에 관한 것이며, 상세하게는 히트 펌프를 이용한 공기 조화기에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 히트 펌프를 이용한 공기 조화기는 압축기, 4방밸브, 실내 열교환기, 팽창밸브, 실외 열교환기 및 상기 4방밸브를 도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결하여서 된 것이다.

상기한 공기 조화기는 난방운전시에는 4방밸브를 냉매가 실내 열교환기 측으로 흐르도록 조작하여 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매가스를 응축기로 작용하는 실내 열교환기에 흐르도록 하여 그 응축열을 실내공기와 열교환시키므로서 공기 조화실내를 난방하고, 실내 열교환기에서 응축된 고온·고압의 냉매액을 팽창밸브에서 팽창시킨 후 증발기로 작용하는 실외 열교환기에서 외기를 열원으로 하여 증발시켜 저온·저압의 냉매가스가 되게 한 후 압축기에 흡입되는 사이클을 반복하는 것이다.

그리고 냉방운전시에는 4방밸브를 냉매가 실외 열교환기 측으로 흐르도록 조작하여 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매가스를 응축기로 작용하는 실외 열교환기에서 응축시키고, 실외 열교환기에서 응축된 고온·고압의 냉매액을 팽창밸브에서 팽창시킨 후 증발기로 작용하는 실내 열교환기에서 실내공기의 열을 흡수하여 증발될 때 그 증발열에 의하여 실내공기를 냉각하여 냉방을 한 후 저온·저압의 냉매가스가 압축기에 흡입되는 사이클을 반복하는 것이다.

한편, 히트 펌프를 이용한 공기 조화기는 난방운전시에 실외 열교환기에서 외기를 열원으로 하여 냉매액이 증발될 때 외기온도가 5℃이하로 낮아질 때에는 냉매액의 증발이 양호하지 못하여 가열능력이 현저하게 떨어지고, 압축기에 액격(liquid back) 등이 발생하여 밸브 등의 손상 염려가 있기 때문에 압축기에 흡입되는 냉매가스의 증발 촉진에 많은 노력을 하고 있다.

그 일례로서 일본국 실용신안 출원공고 소 49­18927 호 공보에는 냉매회로 중에 2 대의 실내 열교환기를 설치하여 냉방운전시에는 그 중 1 대를 증발기로서 작용하게 하여 냉매를 증발시키고 1 대는 폐쇄하며, 난방운전시에는 2 대의 실내 열교환기를 전부 응축기로 작용하도록 하여 실내공기를 가열하는 것을 개시하고 있으며, 일본국 특허 출원공개 소 54­45949 호 공보에는 난방회로 중에 냉매가열기를 설치하여 난방운전시에 증발기로서 겸용하도록 하여 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매가스를 실내 열교환기에서 응축 액화하여 실내를 난방한 다음 난방용 감압기구에서 감압된 냉매액을 냉매가열기에서 증발시키므로서 외기온도가 낮을 때에도 난방능력이 저하되지 않도록 한 것이 개시되어 있으며, 또한 본 발명의 발명자는 압축기, 4방밸브, 실내 열교환기, 냉방용 감압기구, 난방용 감압기구 및 실외 열교환기를 제 1 도관과 냉매가스 흡입관으로 연결한 냉매회로에 있어서, 상기 제 1 도관의 상기 실내 열교환기와 난방용 감압기구 사이에 설치한 제 1 열교환기와, 상기 제 1 도관의 상기 실외 열교환기와 4방밸브 사이에 상기 제 1 열교환기보다 상방에 위치되게 설치되며 상기 제 1 열교환기와 밸브가 설치된 연결관으로 폐회로가 형성되게 연결한 제 2 열교환기를 구비함과 동시에 상기 제 1 및 제 2 열교환기에 작동유체를 충전하여서 상기 실내 열교환기에서 응축 액화된 냉매액을 열원으로 하여 압축기에 흡입되는 냉매액 및 냉매가스의 증발을 촉진토록 한 것을 특허 제 289,751 호로 제안한 바 있다.

그러나 상기한 일본국 실용신안 출원공고 소 49­18927 호는 난방시에 2 대의 실내 열교환기를 응축기로 작용하도록 하여 실내공기를 가열함으로서 난방능력이 저하되는 것을 방지하고 있지만 이는 압축기의 열원을 이용하여 부 열교환기에서 응축열을 추가 생성하여야 하기 때문에 압축기의 용량을 크게 하여야 함으로 설비비와 유지비가 많이 들고, 실내에 설치되는 실내 열교환기의 부피가 커지므로 실내의 점유면적을 많이 차지하여 실내공간의 활용에 제한을 받게 되며, 상기한 일본국 특허출원 공개 소 54­45945 호는 난방운전시에 냉매가열기를 증발기로 겸용하도록 되어 있지만 그 냉매가열기의 구체적인 기술수단이 기재되어 있지 않은 바, 증발기의 구조상 부피가 작고 설치가 용이한 전열을 이용할 수밖에 없으므로 유지비가 많이 들 수밖에 없는 것이다. 그리고 상기한 본 발명자의 선특허도 혹한기에는 보조가열수단을 이용하여야 하므로 구조가 복잡하고 유지비가 많이 드는 문제점이 있게되는 것이다.

그뿐아니라 상기한 것들은 난방시에 대류난방에만 의존함으로 기류가 거주자에 직접 닿게 되어 쾌적한 난방을 할 수 없는 것이다. 그리고 본 발명자의 선특허는 난방과 동시에 온수를 생성하기 위하여 온수가열조를 실내 열교환기를 바이패스시켜 설치하였으나, 온수는 난방시에만 생성할 수 있고 냉방시에는 불가능하며, 온수의 가열효율도 낮은 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 구조가 간단하며 별도의 열원을 사용하지 않고 외기온이 5℃ 이하로 낮아질 때에도 난방(건조포함)능력을 양호하게 유지할 수 있도록 한 공기 조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 난방시에 대류난방 및 복사난방을 겸용하므로서 쾌적한 난방을 할 수 있고, 난방 또는 냉방(냉장포함)운전시에 항상 온수도 생성할 수 있는 공기 조화기를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 압축기(2), 4방밸브(3), 실내 열교환기(4), 팽창밸브(5)(6), 실외 열교환기(7) 및 상기 4방밸브(3)를 도관(8a~8d)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브(3)와 압축기(2)를 흡입도관(9)으로 연결한 기본 냉매회로(1)와; 상기 도관(8a)에 설치한 온수 가열회로(10)와; 상기 도관(8C)에 설치한 가열 열교환기(12)와, 상기 흡입도관(9)에 설치한 흡열 열교환기(13) 및 상기 온수 가열회로(10)에 연결한 제 2 가열 열교환기(14)를 내장한 축열조(11)로 구성한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 냉매회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

2 : 압축기 3 : 4방밸브 4, 7 : 실내 및 실외 열교환기

10 : 온수 가열회로 11 : 축열조 12 : 가열 열교환기

13 : 흡열 열교환기 14 : 제 2 가열 열교환기 104 : 복사열 발생수단

도 1은 본 발명의 실시예의 냉매회로도로서, 부호 1은 기본 냉매회로로서, 상기 기본 냉매회로(1)는 압축기(2), 4방밸브(3), 실내 열교환기(4), 팽창밸브(5) (6), 실외 열교환기(7) 및 상기 4방밸브(3)를 도관(8a~8d)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브(3)와 압축기(2)를 흡입도관(9)으로 연결한 것으로서, 상기 실내 열교환기(4)는 냉·난방하려는 실내, 피건조물 또는 피냉장물을 건조 또는 냉장하려는 공기 조화실에 설치하여 응축기 및 증발기로서 작용하도록 한 것이다.

10은 온수 가열회로로서, 상기 온수 가열회로(10)는 도관(8a)에 냉매 바이패스관(101)을 연결하여 열교환기(102)를 설치하고, 상기 열교환기(102)와 열교환관계를 가진 온수 열교환기(103)를 일측에, 타측에 공기 조화실의 바닥에 매설하는 방열코일 또는 라디에이터 등의 복사열 발생수단(104)을 순환펌프(106)가 설치된 온수 순환관(105)으로 연결하며, 상기 온수 순환관(105)에는 급수관(107)및 온수 공급관(108)을 연결한 것으로서, 상기 열교환기(102)에서 냉매의 응축열에 의하여 온수 열교환기(103)에서 생성된 온수를 복사열 발생수단(104)에 순환시켜서 복사난방을 하거나 목욕용 또는 급탕용 온수로 사용할 수 있도록 한 것이다.

11은 축열조로서, 상기 축열조(11)는 밀폐구조의 용기 내부에 통상의 축열재를 내장하며, 상기 도관(8c)의 팽창밸브(6) 입구측에 가열 열교환기(12)를, 상기흡입도관(9)에 흡열 열교환기(13)을 설치함과 동시에 상기 온수 순환관(105)에 온수 바이패스관(109)을 연결하고 상기 온수 바이패스관(109)에 제 2 가열 열교환기 (14)를 설치하여 상기 열교환기(12)(13)(14)를 내장한 것이다.

미설명부호 15 내지 19는 밸브이며, 20 및 21은 체크 밸브이다.

다음 작동을 기능별로 설명한다.

1. 냉난방 및 온수 가열운전

본 발명에 있어서 난방(건조포함) 또는 냉방(냉장포함)운전시에는 밸브(15)만을 개방한 후 난방운전시에는 4방밸브(3)를 냉매가 화살표 실선으로 흐르도록 조작하고, 냉방운전시에는 4방밸브(3)를 냉매가 화살표 점선으로 흐르도록 조작하여 난방시에는 실내 열교환기(4)를 응축기로 작용하도록 하여 그 응축열에 의하여 공기 조화실을 대류난방하고, 냉방시에는 실내 열교환기(4)를 증발기로 작용하도록 하여 그 증발열에 의하여 공기 조화실을 냉방하는 것은 종래의 것과 동일한 것이다.

상기와 같이 난방운전을 할 때 밸브(16)를 개방하면 압축기(1)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 바이패스관(101)을 흐르면서 열교환기(102)와 열교환관계에 있는 온수 열교환기(103)를 흐르는 급수를 가열하고 가열된 온수는 순환펌프 (106)에 의하여 복사열 발생수단(104)을 순환하면서 복사열을 방출하여 실내를 복사난방하게 되는 것이므로 즉 실내를 난방할 때 통상의 대류난방을 함과 동시에 복사난방을 함으로서 실내의 상하 온도차가 없게 되는 것이다.

상기와 같이 실내를 대류난방 및 복사난방을 겸할 때 밸브(16)의 개방도를크게 하여 바이패스관(101)을 흐르는 냉매가스량을 중대함으로서 복사열 발생수단 (104)에서의 복사열을 증대하고, 실내 열교환기(4)를 흐르는 냉매가스량을 감소하여 실내 열교환기(4)에서의 방열량을 감소함과 동시에 팬(미도시)의 회전수를 감소시키면 소음이 감소되고 기류가 거주자의 피부에 닿게 되는 양이 적게 되어 쾌적한 난방을 할 수 있는 것이다. 그뿐아니라 상기와 같이 난방운전을 할 때 밸브(19)를 개방하고 온수 순환관 (105)에 급수를 하여 온수 열교환기(103)에서 가열된 온수를 온수 공급관 (108)을 통하여 목욕용 및 급탕용에 사용할 수 있는 것이다.

그리고 상기와 같이 냉방운전을 할 때 난방운전시와 동일하게 급수가 가열되므로서 냉방과 동시에 온수를 사용할 수 있으며, 이때 열교환기(102)는 실외 열교환기(7)와 함께 응축기의 기능을 함으로서 냉매가스의 응축이 양호하기 때문에 냉방효율을 증대할 수 있게 된다.

또한 바이패스관(101)은 도관(8a)의 압축기(2)와 4방밸브(3) 사이에 연결함으로서 압축기(2)에서 토출되는 고온·고압의 냉매가스에 의하여 온수를 가열할 수 있기 때문에 온수 가열효율이 양호하고, 종래 4방밸브 후방에 온수가열조를 설치한 것에 비하여 배관을 단순화 할 수 있는 것이다.

2. 증발촉진운전

상기 1과 같은 난방운전시에 외기온이 5℃이하로 하강하면 응축기로 작용하는 실내 열교환기(4)에서 냉각된 고온·고압의 냉매액이 도관(8c)에 설치한 가열 열교환기(12)를 경유할 때 축열조(11)에 내장된 축열재에 응축열을 방출함으로서 그 응축열을 축열재에 축열 저장함과 동시에 가열 열교환기(12)에서의 방열에 의하여 실외 열교환기(7)에 유입되는 냉매액의 온도를 낮추므로서 실외 열교환기(7)에서 냉매액의 증발을 양호하게 할 수 있고, 한편 증발기로 작용하는 실외 열교환기(7)에서 외기를 열원으로 하여 냉매액이 증발될 때 증발이 양호하지 못한 습포화 냉매가스는 4방밸브(3)를 통하여 흡기 도관(9)에 설치한 흡열 열교환기(13)를 경유하여 압축기(2)에 흡입되면서 축열조(11)에 내장한 축열재에 축열된 열에 의하여 가열되어 재증발한 후 압축기(2)에 흡입됨으로서 압축기(2)에 흡입되는 냉매가스는 건포화 또는 과열 냉매가스 상태로 흡입되는 것이다.

그리고 상기한 증발촉진운전시에 가열 열교환기(12)의 응축열만으로서 압축기(2)에 흡입되는 냉매가스가 건포화 또는 과열화되지 않거나 외기온이 더욱더 하강하였을 경우에는 온수 바이패스관(109)에 설치한 밸브(17)를 개방하고 온수 순환관 (105)에 설치한 밸브(18)를 폐쇄한 후 온수 가열회로(10)를 작동시키면 온수 열교환기(103)에서 생성된 온수는 온수 바이패스관(109)를 흐르면서 제 2 가열 열교환기(14)에서 축열재와 열교환하여 축열재에 추가 축열됨으로서 축열량이 대폭 증대되기 때문에 흡입도관(9)을 흐르는 습포화 냉매가스는 건포화 또는 과열 냉매가스가 되어 압축기(2)에 흡입됨으로서 외기온이 더욱 더 낮을 때에도 가열능력을 양호하게 유지할 수 있고 압축기(2)의 습압축이 방지되어 신뢰성을 확보할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 기본 냉매회로에 가열 열교환기, 흡열 열교환기 및 제 2 가열 열교환기를 내장한 축열조를 설치하여 압축기에 흡입되는 습포화 냉매가스를 건포화 또는 과열화할 수 있기 때문에 외기온이 낮을 때에도 간단한 구조와 별도의 열원을 사용하지 않고 가열능력을 양호하게 유지할 수 있고, 압축기의 습압축이 방지되어 신뢰성을 확보할 수 있는 것이다.

또한 기본 냉매회로에 온수 가열회로를 설치하여 대류난방과 복사난방을 동시에 실시할 수 있음으로 소음이 감소되고 기류가 거주자에게 닿는 양을 작게 할 수 있어서 쾌적한 난방을 할 수 있으며, 냉·난방시에 항상 온수를 생성하여 사용할 수 있으므로 편의성이 증진되는 것이다.

Claims (4)

1. 압축기(2), 4방밸브(3), 실내 열교환기(4), 팽창밸브(5)(6), 실외 열교환기 (7) 및 상기 4방밸브(3)를 도관(8a~8d)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브(3)와 압축기(2)를 흡입도관(9)으로 연결한 기본 냉매회로(1)와; 상기 도관(8a)에 설치한 온수 가열회로(10)와; 상기 도관(8C)에 설치한 가열 열교환기(12)와, 상기 흡입도관(9)에 설치한 흡열 열교환기(13) 및 상기 온수 가열회로(10)에 연결한 제 2 가열 열교환기(13)를 내장한 축열조(11)로 구성한 공기 조화기.
2. 제 1 항에 있어서, 온수 가열회로(10)는 도관(8a)에 냉매 바이패스관(101)을 연결하여 열교환기(102)를 설치하고, 상기 열교환기(102)와 열교환관계를 가진 온수 열교환기(103)를 일측에, 타측에 공기 조화실에 설치되는 복사열 발생수단(104)을 온수 순환관(105)으로 연결한 공기 조화기.
3. 제 2 항에 있어서, 복사열 발생수단(104)은 방바닥에 매설하는 방열코일 또는 라디에이터 중에서 선택되는 공기 조화기.
4. 제 2 항에 있어서, 온수 순환관(105)에 급수관(107) 및 온수 공급관(108)을 연결한 공기 조화기.