KR100479801B1

KR100479801B1 - 난방효율이 향상되는 히트펌프식 냉/난방장치 및 상기히트펌프식 냉/난방장치를 포함하는 공기조화기

Info

Publication number: KR100479801B1
Application number: KR10-2002-0048156A
Authority: KR
Inventors: 황선호
Original assignee: 종합건축사사무소세림(주)
Priority date: 2002-08-14
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2005-03-30
Also published as: KR20040015972A

Abstract

본 발명은 고온냉매가 흐르는 온(溫)라디에이터와 저온냉매가 흐르는 냉(冷)라디에이터를 인접/배치하고 그 주변에 팬을 설치함으로서, 상기 온(溫)라디에이터 주변의 가열된 외기가 상기 팬의 흡입작용 또는 송풍작용에 의해 상기 냉(冷)라디에이터의 표면을 거쳐 나오도록 하여 주변 온도가 극히 낮은 경우에도 높은 난방효율을 얻을 수 있도록 한 히트펌프식 냉/난방장치에 관한 것이다.

이상과 같은 본 발명의 히트펌프식 냉/난방장치는, 액분리기/컴프레서/열교환기/응축부/팽창변을 갖는 냉/난방장치에 있어서, 상기 응축부가 온(溫)라디에이터와 냉(冷)라디에이터의 2부분으로 분리되어 인접/설치되고 상기 온(溫)라디에이터 쪽에서 냉(冷)라디에이터 쪽으로 외기가 유동되게 하는 팬(fan)이 상기 응축부에 추가로 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 공기조화기는, 상술한 히트펌프식 냉/난방장치의 열교환기에서 배출되는 순환수를 통상 구조의 실내기에 작동유체로 공급함으로서 상기 작동유체에 의하여 실내의 냉/난방이 수행됨을 특징으로 한다.

Description

난방효율이 향상되는 히트펌프식 냉/난방장치 및 상기 히트펌프식 냉/난방장치를 포함하는 공기조화기{Air Cooling/Heating System and Air Conditioner}

본 발명은 냉/난방장치의 응축부를 고온냉매가 흐르는 온(溫)라디에이터와 저온냉매가 흐르는 냉(冷)라디에이터의 2부분으로 분할한 후 상기 온(溫)라디에이터와 냉(冷)라디에이터를 인접/배치하고 그 주변에 흡입팬 또는 송풍팬 등의 공기유동수단을 설치함으로서, 온(溫)라디에이터 주변의 가열공기가 냉(冷)라디에이터 의 표면을 가열하도록 하여 동절기에도 우수한 난방효율을 나타낼 수 있는 히트펌프식 냉/난방장치에 관한 것이다.

일반적으로 열은 고온영역에서 저온영역으로 전달되는 것이 상식이지만, 외부 일(W)이나 에너지가 계(system)에 가해지면, 저온영역으로부터 고온영역으로 열이 펌핑되어 저온영역은 더욱 저온이 되고 고온영역은 더욱 고온이 될 수 있다.

이러한 열 펌핑 현상을 이용하여 실내의 냉/난방을 행하는 것이 히트펌프식 냉/난방장치인데, 대개의 경우 압축기/응축기/팽창변 등의 구성요소를 포함하며 각 구성요소는 냉매순환용 배관으로 연결되어 있다.

상술한 히트펌프식 냉/난방장치의 예로는 특허공개번호 제 2001-88744 호에 개시된 것을 비롯한 수 백 건의 특허가 국내에 출원된 바 있다.

하지만, 종래의 히트펌프식 냉/난방장치는, 실외에 설치된 1 기의 응축기에서 고온냉매와 저온냉매에 대한 응축 작용이 모두 수행되기 때문에, 외기의 온도가 영하 5도 이하로 내려 간 상태에서 난방운전을 하는 경우 상기 응축기로 유입된 저온냉매의 냉각으로 인해 응축기가 동파되거나 압축비가 낮아져 난방 효율이 현저히 나빠지는 단점이 있었다.

한편, 2기의 응축기를 이용하여 외부온도가 영하로 내려간 경우에도 난방효율이 저하되지 않도록 한 사례가 실용신안등록번호 제 281266호에 개시된 바 있다.

그러나, 동 공보에 기재된 히트펌프식 냉/난방장치는 팽창변과 압축기(컴프레서)가 공통으로 사용될 수 있도록 2개의 냉/난방장치를 병렬연결 한 구성이어서 여전히 외부온도에 따른 난방효율의 변화가 심하며, 특히 장치구성이 종래보다 더욱 복잡해지고 그 규모가 커진 것에 비해 냉/난방효율의 상승 효과는 그다지 높지 않다는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 종래 히트펌프식 냉/난방장치의 응축부를 고온냉매가 흐르는 온(溫)라디에이터와 저온냉매가 흐르는 냉(冷)라디에이터로 분리 형성하되 2 개의 라디에이터가 서로 인접하도록 배치하고 그 주변에 흡입 팬이나 송풍 팬등의 외기유동수단을 설치함으로서, 주변 온도가 설정온도 이하로 떨어진 경우 외기유동수단이 작동하여 온(溫)라디에이터 주변의 따뜻한 외기가 냉(冷)라디에이터의 표면을 지나면서 가열하도록 한 히트펌프식 냉/난방장치를 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 공기조화기의 실내기에서 작동유체로 사용하던 CFC와 같은 불소화합물을 상기 히트펌프식 냉/난방장치에서 생산된 고온 또는 저온의 순환수로 대체함으로서, 냉/난방의 쾌적도를 향상한 공기조화기를 제공함에 목적이 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 히트펌프식 냉/난방장치는, 응축부가 2개의 라디에이터로 각각 분할되어 인접/설치되고 추가로 그 주변에 공기유동수단이 설치된 것을 특징으로 한다.

여기서, 본 발명의 히트펌프식 냉/난방장치는, 액분리기/컴프레서/열교환기/ 팽창변 등과 같은 종래의 기본구성요소를 포함하는 것은 물론, 기타 언급되지 않은 종래의 구성요소들을 필요에 따라 포함할 수 있다.

a) 상기 구성요소 중 액분리기(ACCUMULATOR)는, 종래와 마찬가지로 기(氣)-액(液) 혼합상의 냉매를 액상냉매와 기상냉매로 분리하여 액상냉매는 저장하고 기상냉매는 하기의 컴프레서(압축기) 쪽으로 배출한다.

여기서, 상기 액분리기로 유입되는 액상냉매에는 기름이 혼입된 경우가 많은데 이 기름은 공지의 유분리기에서 먼저 분리되어 컴프레서 쪽으로 배출될 수도 있지만 기름회수공을 가진 흡입관이 액분리기에 설치된 경우 상기 흡입관을 통해 컴프레서 쪽으로 배출될 수도 있다.

b) 상기 구성요소 중 컴프레서는, 상기 액분리기에서 배출된 저온-저압의 기상냉매를 받아 들여 고온-고압의 액상냉매로 압축하며 냉매에 순환력을 부여한다.

상기 컴프레서로 ① 왕복동식 ② 회전식 ③ 스크롤식이 사용될 수 있다.

c) 상기 열교환기는, 냉매가 흐르는 캐필러리 튜브(capillary tube)를 입수구/배수구가 형성된 워터재킷에 수밀상태로 관통시켜 제작될 수 있다.

상기 입수구/배수구에는 종래 공기조화기용 실내기의 냉/난방용 모세관 또는 실내 바닥에 깔린 난방관의 인-렛 및 아웃-렛이 수밀상태로 배관될 수 있다.

또한, 실내의 냉/난방에 제공된 순환수가 계속해서 원활히 순환되도록, 워터재킷과 난방관 등으로 이루어진 순환수 배관라인에 펌프가 추가로 설치될 수 있다.

따라서, 상기 열교환기의 캐필러리 튜브에 상대적으로 높은 온도의 고온냉매 가 흐를 경우에는 상기 캐필러리 튜브에 접촉하는 순환수의 온도가 승온되어 실내 에서 난방이 행해지며, 반대로 캐필러리 튜브에 저온냉매가 흐를 경우에는 순환수의 온도가 감온되어 실내에서 냉방이 행해지게 된다.

d) 상기 구성요소 중 응축부는 본 발명의 히트펌프식 냉/난방장치를 종래와 구별짓는 가장 특징적인 구성요소로서, 서로 인접하여 설치된 온(溫)라디에이터 및 냉(冷)라디에이터와 그 주변에 설치된 외기유동수단을 포함한다.

상기 온(溫)라디에이터에는 난방운전 시 상대적으로 높은 온도의 고온냉매가 유입되고, 냉방운전 시 상대적으로 낮은 온도의 저온냉매가 유입된다.

이에 대해, 상기 냉(冷)라디에이터에는 상기 온라디에이터에서 배출된 상대적으로 높은 온도의 고온냉매가 난방운전 시에만 유입된다.

한편, 상기 외기유동수단으로는 통상 구조의 흡입 팬 또는 송풍 팬이 채용가능하며, 상기 외기유동수단의 작동에 의해서 상기 온(溫)라디에이터 주변의 가열공기가 냉(冷)라디에이터 쪽으로 유동되어 냉(冷)라디에이터의 표면이 상당한 수준까지 가열된다.

따라서, 외기 온도가 영하로 떨어진 경우에도 냉(冷)라디에이터가 동파되는 일은 없으며, 난방운전 시 컴프레서에서의 압축비가 높아짐으로 난방 효율이 향상된다.

e) 상기 구성요소 중 팽창변은, 온(溫)라디에이터를 거쳐 나온 저온의 액상냉매를 저온의 기상냉매로 상변화시키는 장치로서 종래의 히트펌프식 냉/난방장치에서 사용하던 것과 구조 및 작용이 같다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트펌프식 냉/난방장치의 구성 및 작용을 첨부도면에 의거하여 설명한다.

여기서, 본 발명의 기술적 사상은 특허청구범위와 도면에 한정되지 않고 당업자에게 자명하거나 용이한 변형예까지도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

바람직한 실시예

첨부된 도1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 개략적인 구성도로서, 실선은 난방운전시 냉매가 순환되는 배관을 표시하며, 점선은 냉방운전시 냉매가 순환되는 배관을 표시한다. 따라서, 실선과 점선이 모두 표시된 부분은 공통으로 사용할 수 있는 배관을 나타낸다.

도면에서 보듯이, 본 발명의 히트펌프식 냉/난방장치는, 종래와 마찬가지로 컴프레서(100)/열교환기(200)/응축부/팽창변(500)/액분리기(600) 및 상기 구성요소 사이를 연결한 배관으로 이루어져 있으며, 특히 응축부는 온(溫)라디에이터(300)와 냉(冷)라디에이터(400) 및 팬(700)으로 이루어져 있다.

뿐만 아니라, 상기 배관 중 일부에는 전자밸브(V1∼V6, SV)와 체크밸브(CV1, CV2)가 각각 설치되어 있어, 전자밸브의 개폐여부에 따라 냉매의 흐름방향이 전환되거나 원치 않는 방향으로 냉매가 역류되는 것을 방지하고 있다.

또한, 본 발명의 온(溫)라디에이터(300)와 팽창변(500) 사이를 연결하는 배관에는 상기 온(溫)라디에이터에서 가까운 지점부터 시작하여 차례로 레시버(810), 드라이어(820), 유리관(830), 전자밸브(SV)가 적당한 간격을 두고 설치되어 있는데 , 본 실시예에서는 이들 구성요소로서 종래의 냉/난방장치에서 사용되던 것과 같은 것을 사용하였다.

한편, 본 실시예의 히트펌프식 냉/난방장치는 다음과 같은 과정을 통해 순환수의 온도를 승온시키며 승온된 순환수는 실내기에 제공되어 실내 난방을 행하게 된다.

먼저, 컴프레서(100)에서 고온-고압으로 압축된 고온냉매는 상기 컴프레서와 열교환기(200) 사이의 배관을 통해 열교환기(200) 쪽으로 흐른다. 이때, 컴프레서와 열교환기 사이의 배관에 설치된 밸브(V1)는 개방되며, 컴프레서와 온(溫)라디에이터(300) 사이의 배관에 설치된 밸브(V4)는 폐쇄된다. 따라서, 컴프레서에서 배출된 고온냉매는 전부 열교환기 쪽으로 흐른다.

상기 열교환기(200) 쪽으로 흘러 간 고온냉매는, 열교환기를 거쳐 나가는 실내기의 순환수와 열교환되어 냉각된 상태로 온(溫)라디에이터(300) 쪽으로 배출되고, 이 때 열교환기에서 고온냉매와의 열교환으로 승온된 순환수는 도시하지 않은 순환펌프의 순환펌핑에 의해 실내기의 인-렛으로 흘러 들어 실내 난방을 행한 후 다시 실내기의 아웃-렛을 통해 열교환기(200) 쪽으로 흘러 든다.

한편, 열교환기(200)에서 감온된 상태로 배출되는 고온냉매는, 상기 열교환기와 온(溫)라디에이터 사이의 배관에 설치된 밸브(V2)/체크밸브(CV1)를 통해 온(溫)라디에이터 쪽으로 흘러 든다.

상기 온(溫)라디에이터로 흘러 든 고온냉매는 온(溫)라디에이터의 내부를 지 나는 동안 차가운 외기와 열교환되어 더욱 감온되며, 레시버(810)→드라이어(820)→유리관(830)→밸브(SV)를 거쳐 팽창변(500) 쪽으로 유출된다.

여기서, 상기 드라이어(820)는 냉매에 포함된 수분을 흡수/제거하여 냉매가 팽창변을 통과할 때 얼어서 막히는 것을 방지하며, 상기 유리관(830)은 배관을 따라 흐르는 냉매의 상태를 육안으로 확인할 수 있도록 하며, 밸브(SV)는 냉매가 역류하는 것을 방지한다.

이상의 과정을 통해 상기 팽창변(500)에 유입된 냉매는, 팽창변의 교축작용에 의해 저온-저압의 냉매로 변한 후 냉(冷)라디에이터(400)와 액분리기(600)를 거쳐 컴프레서(100)에 다시 유입된다. 이때, 냉(冷)라디에이터(400)와 액분리기(600) 사이의 배관에 설치된 밸브(V3)는 개방된다.

한편, 외기온도가 영하 5도 이하로 떨어진 경우, 냉(冷)라디에이터(400)를 지나는 냉매는 과냉되어 컴프레서에서 제대로 압축되지 않게 되며 그 결과 난방효율이 현저히 악화된다.

이때, 외기유동수단(700)을 작동하면, 온(溫)라디에이터(300) 주위의 가열공기가 냉(冷)라디에이터(400) 쪽으로 송풍되어 냉(冷)라디에이터(400)의 (외)표면이 가열된다. 따라서, 냉(冷)라디에이터(400)를 지나는 냉매의 온도가 승온되어 더욱 많은 양의 냉매가 기상냉매로 상변화하게 되고 결국은 컴프레서에서의 압축비가 상승되어 난방효율이 우수해진다.

즉, 종래의 히트펌프식 냉/난방장치는 팽창변을 거쳐 나온 저온의 냉매가 1기의 응축부(또는 라디에이터)를 지나면서 더욱 낮은 온도로 응축된 후 컴프레서에 재유입되기 때문에 컴프레서에서의 압축비가 대단히 낮아져 난방효율이 현저히 나빴지만, 본 실시예의 경우에는 팽창변 전·후에 각각 1기씩의 라디에이터를 설치하여 외기온도가 극히 낮을 때 상대적으로 높은 온도의 라디에이터로부터 상대적으로 낮은 온도의 라디에이터 쪽으로 송풍하여 낮은 온도의 라디에이터를 가열해 줌으로서 컴프레서에서의 압축비를 상승시켜 난방효율을 향상시키게 되었다.

이하에서는 본 실시예에 따른 히트펌프식 냉/난방장치의 냉방과정을 도면에 의거하여 설명한다.

먼저, 컴프레서(100)에서 배출된 고온냉매는 밸브(V4)를 통해 온(溫)라디에이터(300)로 유입된다. 이때, 컴프레서와 열교환기 사이의 배관에 설치된 밸브(V1)는 폐쇄된다.

상기 온(溫)라디에이터(300)로 유입된 고온냉매는 온(溫)라디에이터의 내부를 지나면서 상대적으로 낮은 온도의 외기와 열교환되어 온도가 하락하게 되며, 레시버(810)→드라이어(820)→유리관(830)→밸브(SV)를 거쳐 팽창변(500) 쪽으로 유출된다.

상기 팽창변으로 흘러 들어 온 감온상태의 고온냉매는 이곳에서 팽창하여 저온냉매로 변하게 되고, 밸브(V5)와 체크밸브(CV2)를 경유하여 열교환기(200) 쪽으로 유출된다.

상기 열교환기(200)에 유입된 저온냉매는 순환수와의 열교환에 의해 온도가 상승되며 밸브(V6)를 통해 액분리기(600) 쪽으로 배출된다.

이후, 액분리기에서 배출된 기상냉매는 상기 컴프레서(100) 쪽으로 다시 유출되어 상기의 과정을 반복해서 수행하게 된다.

한편, 상기 열교환기에서 저온냉매와 열교환되어 온도가 낮아진 저온의 순환수는 실내기에 제공되어 냉방을 행하게 된다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 주로 실외에 설치되는 본 발명의 히트펌프식 냉/난방장치는, 팽창변 전·후에 각각 온(溫)라디에이터와 냉(冷)라디에이터를 설치하되 상기 2개의 라디에이터가 서로 인접하도록 배치한 다음 그 주변에 외기유동수단을 추가로 설치함으로서, 냉/난방장치의 주변온도가 설정온도(예를 들면, 영하 5도) 이하로 떨어져 난방효율이 나빠진 경우 상기 외기유동수단을 작동하여 온(溫)라디에이터 주변의 따뜻한 외기로 냉(冷)라디에이터의 표면을 가열할 수 있다.

따라서, 냉(冷)라디에이터를 거쳐 컴프레서에 재유입되는 냉매의 압축비를 높일 수 있고, 결국 난방효율이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 열교환기에서 생성된 고온/저온의 순환수를 통상 구조의 공기조화기용 실내기에 제공할 경우, CFC와 같은 불소화합물을 사용하지 않고도 더욱 우수한 효율로 실내에 대한 냉/난방을 수행할 수 있다.

도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트펌프식 냉/난방장치의 개략 구성도이다.

[도면 부호의 설명]

100...컴프레서, 200...열교환기,

300...온(溫)라디에이터, 400...냉(冷)라디에이터,

500...팽창변, 600...액분리기.

Claims

액분리기와 컴프레서와 열교환기와 응축부와 팽창변을 갖는 냉/난방장치에 있어서,

상기 응축부는

난방운전 시 상대적으로 높은 온도의 고온냉매가 유입되고, 냉방운전 시 상대적으로 낮은 온도의 저온냉매가 유입되는 온(溫)라디에이터와;

난방운전 시에만 상기 온라디에이터에서 배출된 상대적으로 높은 온도의 고온냉매가 유입되는 냉(冷)라디에이터와;

상기 온(溫)라디에이터에서 냉(冷)라디에이터 쪽으로 외기를 유동시키는 외기유동수단; 을 포함하여 구성된 난방효율이 향상되는 히트펌프식 냉/난방장치.
제 1항에 있어서,

상기 히트펌프식 냉/난방장치는

난방운전 시, 상대적으로 높은 온도의 고온냉매가 컴프레서→열교환기→온(溫)라디에이터→팽창변→냉라디에이터→액분리기→컴프레서의 순서로 흐르도록 배관된 것을 특징으로 하는 난방효율이 향상되는 히트펌프식 냉/난방장치.
제 1항에 있어서,

상기 히트펌프식 냉/난방장치는

냉방운전 시, 상대적으로 낮은 온도의 저온냉매가 컴프레서→온라디에이터→팽창밸브→열교환기→액분리기→컴프레서의 순서로 흐르도록 배관된 것을 특징으로 하는 난방효율이 향상되는 히트펌프식 냉/난방장치.
제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 기재된 히트펌프식 냉/난방장치의 열교환기에서 배출되는 순환수를 통상 구조의 공기조화용 실내기에 작동유체로 공급하여 실내의 냉/난방을 수행함을 특징으로 하는 공기조화기.