KR20050038256A - 제습 겸용 냉난방기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제습겸용 냉난방기에 관한 것으로서, 냉매의 열변환을 위한 매체로 전달되는 온도에 따라 상이 바뀌면서 잠열을 흡수 또는 방출하는 물질인 상변환물질을 이용하고, 열교환을 위한 소자로 펠티어작용을 하는 열전소자를 적용함으로서 냉,온 변환속도가 빠르고 제습효과가 탁월하도록 하기위한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명의 냉난방기는 냉매 순환용 배관(15)과의 열교환을 위해 내부에 상변환물질이 저장되어져 있는 PCM박스(13,14)가 설치되고; 상기 PCM박스(13,14)내의 상변환물질을 예열 또는 예냉시키기 위한 수단으로, 전력 인가시 양면에서 방열과 냉각이 각각 발생하는 열전소자(23,24)와, 상기 열전소자(23,24)의 일측에서 발생된 열을 전달하기 위한 열전판(25,26)이 구성되며; 상기 PCM박스(13,14)의 내부에는 열전소자(40)의 내측에서 발생된 열을 상변환물질로 전달하기 위한 열전달판(41)과, 상기 열전소자(40)의 외측으로는 증발기(11)에서 열교환을 이룬 냉매 순환용 배관(15)이 통과되는 방열블럭(42) 및 방열팬(44)이 구성되고; 상기 증발기(11)에서 발생된 응축수를 건조시켜 제습하기 위한 제습수단이 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

제습 겸용 냉난방기{COLD AND HEAT DEVICE FOR COMBINED DEHUMIDIFY}
본 발명은 냉난방기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실내의 온도변화에 따라 냉방과 난방기능을 수행하는 공기조화장치의 효율을 극대화함과 함께 동작중 장치 내부에서 발생되는 습기에 대해 탁월한 제습력을 갖는 냉난방기 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 공기조화장치는 모든 기후조건과 실내환경에 따라서 최적의 온도 및 습도를 유지하기 위한 것으로, 실내공기를 시원하게 하거나 따뜻하게 하는 냉방장치 및 난방장치를 비롯하여, 습도를 적당하게 유지하기 위한 가습장치와, 실내공기를 외부로 배출시키는 환기장치 등이 포함된다.
이중에서 냉방장치는 액냉매가 증발할 때에 주위 공기와 열교환되어 이를 냉각시키는 작용을 이용하여 실내 공간을 냉방하는 것으로, 이러한 냉방작용 이외에도, 제습작용을 함께 수행한다. 이러한 기능을 갖는 냉방장치는 냉매를 고온·고압의 가스형태로 압축하는 압축기와, 압축된 고온·고압의 냉매를 액화시키는 열교환기와, 팽창 밸브에 의해 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기 및, 상기 증발기를 통과하면서 열교환된 냉각공기를 냉방이 필요한 실내 공간으로 강제 송풍시키는 블로어와 같은 일반적인 구성을 갖고 있다.
그리고, 난방장치는 추운 겨울철에 실내공간을 따뜻하게 유지하기 위한 것으로서, 따뜻하게 가열된 고온의 물을 순환시키는 방식의 가정용 소형 보일러를 비롯하여, 대형 건물에서 주로 채용하는 것으로서, 가열된 고온의 공기를 덕트를 통해서 실내에 설치되어 있는 팬코일로 공급하여 난방하는 중앙 집중식 난방장치가 있다. 그 밖에도 사무실이나 은행과 같은 장소에서는 실내의 공기를 흡인하여 가열한 다음, 배출함으로써 점차 실내의 공기가 따뜻해지도록 하는 온풍기가 사용되고 있다.
이런 공기조화장치에는 상술한 바와 같은 냉방장치와 난방장치를 겸용으로 사용할 수 있는 냉난방 겸용 공기조화장치가 있다. 이런 냉난방 겸용 공기조화장치는 상술한 바와 같은 압축기와, 열교환기와, 증발기 및, 블로어와 같은 일반적인 구성에서 냉매의 흐름을 순환 또는 역순환시키므로써 냉방과 난방을 행할 수 있도록 되어 있다.
그러나, 종래의 냉방용 열교환기는 냉방성능을 높이기 위하여, 단일 방향으로 냉매를 유동시키면서 열교환을 하기 때문에, 난방 작동시의 상대적으로 낮은 열교환효율을 갖고 있는 단점이 있다.
또한, 종래의 난방용 열교환기는 난방성능을 높이기 위하여, 양방향으로 냉매를 유동시키면서 열교환을 하기 때문에, 냉방 작동시의 상대적으로 낮은 열교환효율을 갖고 있는 단점이 있다.
부가적으로, 펠티어효과를 나타내는 열전소자가 적용된 냉난방기의 경우 수냉식과 공냉식의 방열방법을 사용함에 있어 만족할만한 열전달효율을 나타내지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 냉난방기에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 잠열물질을 이용하여 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 동시에 실내에서 발생하는 악취 및 미생물 제거를 통해 보다 쾌적하고 효과적인 냉난방이 이루어질 수 있도록 하며, 이와함께 실내 제습능력이 강화된 냉난방기를 구현할 수 있도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적은, 송풍팬에 의해 강제 송풍되는 공기와의 열교환이 이루어지는 증발기와, 상기 증발기를 통과하는 냉매 순환용 배관이 순환사이클을 이루며 구비된 통상의 냉난방기에 있어서: 상기 냉난방기에는 냉매 순환용 배관과의 열교환을 위해 내부에 상변환물질이 저장되어져 있는 PCM박스가 설치되고; 상기 PCM박스내의 상변환물질을 예열 또는 예냉시키기 위한 수단으로, 전력 인가시 양면에서 방열과 냉각이 각각 발생하는 열전소자와, 상기 열전소자의 일측에서 발생된 열을 상변환물질로 전달하기 위한 열전판이 구성되며; 상기 PCM박스의 일측 내부에는 열전소자의 내측에서 발생된 열을 상변환물질로 전달하기 위한 열전달판과, 상기 열전소자의 외측으로는 증발기에서 열교환을 이룬 냉매 순환용 배관이 통과되는 방열블럭 및 외주면을 따라 방열핀이 형성되어져 있는 방열팬이 구성되고; 상기 증발기에서 발생된 응축수를 건조시켜 제습하기 위한 제습수단이 구성된 것;을 특징으로 하는 제습 겸용 냉난방기를 통해 이룰 수 있게된다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.
먼저, 본 실시예에 따른 냉난방기의 전체적인 구성을 살펴보면, 도 1 및 도 2에서와 같이 본체를 이루는 캐비닛(10)의 상부에는 경사를 이루는 형태로 핀-튜브타입의 증발기(11)와 함께 내측에는 강제 송풍을 위한 송풍팬(12)이 설치되었고, 내부에 상변환물질(PCM:Phase Change Material)이 저장되어져 있는 2개의 PCM박스(13,14)가 장치 중단과 하단에 각각 장착되었는데, 상기 PCM박스(13,14)에는 냉매 순환용 배관(15)이 통과되어지며, 외부공기가 유입되는 후단측에는 나노광촉매필터와 항균필터로 이루어진 공기정화필터(16) 및 UV광 발산을 위한 자외선램프(17)가 설치되었다.
여기에서 상기 상변환물질(무기수화물, 파라핀계통 유기물, 포접화합물 등)에 대해 좀더 살펴보면 미항공우주국(NASA)에서 우주개발의 일환으로서 우주의 열악한 환경으로 부터 우주인과 기기 등을 보호할 목적으로 개발된 신개념의 물질로서 대량의 열을 흡수,저장, 방출하는 기능을 가진 물질로서 잠열저장물질이라고도 한다. 즉, 어떠한 순물질 또는 혼합/화학 물질이 고>액>기체(또는 기>액>고체) 상태로 될 때(상변화) 열을 흡수하거나 방출하는데, 이때 발생하는 열을 잠열이라고 하며, 이러한 잠열은 상변화가 일어나지 않고 온도가 변했을 때 흡수ㆍ저장ㆍ방출에 매우 효과적으로 알려져 있다.
한편, 2개의 PCM박스(13,14) 사이에는 도 3에 도시된바와 같이 방열팬(20)을 중심으로 발열열 또는 냉각열을 방열시키는 방열핀(21,22)과, 직류전류의 공급시 양측 세라믹판에서 냉각과 발열이 발생하는 열전소자(23,24), 그리고 PCM박스(13,14)내에 장입되어 상변환물질을 예열 또는 예냉시키는 열전판(25,26)이 각각 대칭형태로 설치되었으며, 그 일측에는 상부의 응축수물받이(27)로 부터 드레인관(28)을 통해 안내된 응축수를 제습하기 위해 내부에 제올라이트와 실리카겔이 스크린망에 의해 층층이 쌓여진 다단의 층상구조로 구비된 제습통(29)이 장착되되, 상기 제습통(29)은 드라이어팬(31)이 구비된 드라이박스(30)와 건조관(32)으로 연통되고, 드라이박스(30) 하단에는 수분증발판(34) 및 PTC(Positive Temperature Coefficient)소자로 이루어진 건조히터부(33)가 구성되어져 있다.
그리고, 내부에 상변환물질이 저장되어져 있는 상부 PCM박스(13) 내에는 도 4에서와 같이 열전소자(40)에서 발생된 열을 상변환물질로 전달하기 위한 열전달판(41)과, 외측으로 방열블럭(42) 및 외주면을 따라 방열핀(43)이 형성되어져 있는 방열팬(44)이 구성되었으며, PCM박스(13,14)내를 통과하는 냉매순환용 배관(15)은 B부 단면에서와 같이 내경을 직사각형상으로 압착시킨 압착부(15a)를 형성시키거나 도 5와 같이 일정 체적을 이루는 평판부(15b)를 형성하여 냉매의 팽창효과와 함께 열교환효율을 향상시키도록 하였다. 상기 드라이어팬(31)은 난방동작시는 내부의 더운공기를 방열핀(43)측으로 공급하는 역할을 수행하게 된다.
이와 동일한 구성으로 열전소자(40')와 방열블럭(42'), 방열핀(43,)방열팬(44), 열전달판(미도시)가 하부 PCM박스(14)에도 구성된다.
한편, 캐비닛(10)의 내부 벽면에는 자외선에 의해 활성화되는 광촉매코팅이 이루어지며, 바퀴에는 본체의 쓰러짐을 방지하기 위한 자이로센서를 장착함이 바람직하다.
도면중 미설명부호 18은 냉매 순환용 배관내로 냉매를 순환시키기 위한 순환펌프이고, 19는 제습전용팬을 나타낸다.
이와같은 구성을 이루고 있는 본 고안 냉.난방기의 냉방작동에 따른 동작상태를 일예로 살펴보기로 한다.
송풍팬(12)의 회전력에 의해 캐비닛(10) 내부에서 강제 송풍되는 공기가 증발기(11)를 통과하는 과정에서 열교환이 이루어지게 됨으로 차가운 공기가 실내로 공급되어 냉방을 수행하게 되는데, 상기 증발기(11)에서 열교환을 이룬 저온의 냉매는 순환용 배관(15)을 통해 내부를 순환하는 과정에서 방열 및 냉각이 이루어지게 된다.
즉, 배관(15)이 하부로 연장경로상에 설치된 방열블럭(42,42')을 거치면서 저온의 냉매가 열전소자(40)에 열판측에 의해 열을 전달받은 방열블럭(42,42')을 식혀줌과 함께 방열팬(44,44')에 의해 방열이 이루어진 후, 하부 PCM박스(14)와 상부 PCM박스(13)를 거쳐 재 상승하면서 저온화가 이루어져 다시 증발기(11)를 순환하는 냉각 사이클을 이루게 된다.
특히, 상기 냉매 순환과정에서 PCM박스(13,14) 내에서는 배관(15)이 납작하게 가압되어진 압착부(15a)를 이루고 있어 냉매가 흐르는 공간이 감소되기 때문에 순환펌프(18)압력으로 고압, 팽창이 일어나 냉매가 이송되므로 빠른 열교환이 이루어질 수 있게된다.
한편, 제습통(29)과 함께 구비되어져 있는 열전소자(23,24)는 심야시간대의 예열시 작동하는 것으로, 직류전원이 인가되면 양측 세라믹판이 냉각 및 발열되어 냉각측에 의해 상하측 PCM박스(13,14)내의 상변환물질이 열전판(25,26)에 의해 점차 저온상태를 이루게 된다.
이와함께 각 PCM박스(13,14)의 측면에 삽입 설치되어진 열전달판(41)에 의해 열전소자(40)의 일면에서 발생되는 냉각열이 전달되어 상변환물질의 효율적인 냉각이 이루어지게 된다.
그리고 냉방시 액화현상으로 인해 증발기(11)에서 발생되어 낙하된 응축수는 응축수물받이(27)에 모여져 일부분은 증발이 되고 나머지 응축수는 드레인관(28)을 통해 제습통(29)으로 안내되고, 안내된 응축수는 제습통(29) 내에 층상으로 구비되어져 있는 제올라이트와 실리카겔에 의해 수분이 소멸된다.
이와함께, 방열팬(20)이 동작됨에 따라 상,하 열전소자(23,24)의 발열측에서 발생된 열원은 방열핀(21)을 통해 방출되어 제습통(29)을 건조시키게 되며, 응축수의 양이 많은 경우에는 건조관(32)을 타고 드라이박스(30)내로 유입된다. 드라이박스(30)은 자동온도조절을 하므로 주변온도에 따라 발열량이 상대적으로 증감하는 센서방식인 가변저항방식의 PTC소자로 이루어진 건조히터부(33)를 적용하여 수분증발판(34)에서 응축수를 열로인해 증발시키게 된다. 여기서 PTC소자는 저압과 고압에서 모두 정상적으로 사용할 수 있으며 붉은빛을 내지않아(전기저항선은 붉게 변하며 빛을낸다) 화재의 위험이 없고, 산소를 태우지 않아 실내의 산소 부족현상이 발생하지 않게된다.
한편, 캐비닛(10) 내로 흡입되는 외부공기는 후면에 구성된 공기정화필터(16)에 의해 정화처리가 이루어지게 되는데, 상기 공기정화필터(16)는 나노광촉매필터를 적용함으로서 자외선램프(17)의 UV광을 받으면 전자와 정공이 발생하여 공기중의 산소, 물과 반응을 일으켜 활성산소를 발생시키게 된다.
특히, 나노광촉매필터는 시간이 지나면서 효력이 떨어지는 일반항균제와는 달리 효과가 지속적으로 나타나게 되며, 실내의 밀폐된 공간에서 발생하는 악취 및 미생물균 등이 표면의 연속적인 산화 환원반응에 의해서 분해되고 악취의 원인부터 제거하므로 적은양으로도 악취제거가 가능하며 촉매작용으로 공기정화를 하므로 반영구적으로 사용하므로 쾌적한 냉.난방을 수행할 수 있게되는 것이다.
이상에서 살펴본 바와같은 본 발명의 냉난방기는, 냉매의 열변환을 위한 매체로 전달되는 온도에 따라 상이 바뀌면서 잠열을 흡수 또는 방출하는 물질인 상변환물질을 복수의 저장소(PCM박스)에 각각 저장하여 냉매관이 경유토록 하고, 열교환을 위한 소자로 펠티어작용을 하는 열전소자를 적용함으로서 냉,온 변환속도가 빠르고 온도조절이 용이하게 이루어져 냉,난방 효율을 한층 향상시키는 효과를 나타낸다.
또한, 증발과정에서 액화현상으로 발생된 내부 응축수를 PTC소자를 적용하여 건조시킴으로서 증발 및 제습과정을 수행하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있게된다.
도 1은 본 발명 냉난방기의 내부구성을 나타낸 정단면도.
도 2는 본 발명 냉난방기의 내부구성 측면도.
도 3은 본 발명 냉난방기의 요부 분해 사시도.
도 4는 본 발명 냉난방기의 제습수단을 이루는 부품 분해도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PCM박스내 평판부 형상도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 캐비닛 11 : 증발기
12 : 송풍팬 13,14 : PCM박스
15 : 냉매순환용 배관 16 : 공기정화필터
17 : 자외선램프 18 : 순환펌프
19 : 제습전용팬 20 : 방열팬
21,22 : 방열핀 23,24 : 열전소자
25,26 : 열전판 27 : 응축수물받이
28 : 드레인관 29 : 제습통
30 : 드라이박스 31 : 드라이어팬
32 : 건조관 33 : 건조히터부
34 : 수분증발판 40 : 열전소자
41 : 열전달판 42 : 방열블럭
43 : 방열핀 44 : 방열팬

Claims (4)

  1. 송풍팬(12)에 의해 강제 송풍되는 공기와의 열교환이 이루어지는 증발기(11)와, 상기 증발기(11)를 통과하는 냉매 순환용 배관(15)이 순환사이클을 이루며 구비된 통상의 냉난방기에 있어서:
    상기 냉난방기에는 냉매 순환용 배관(15)과의 열교환을 위해 내부에 상변환물질이 저장되어져 있는 PCM박스(13,14)가 설치되고;
    상기 PCM박스(13,14)내의 상변환물질을 예열 또는 예냉시키기 위한 수단으로, 전력 인가시 양면에서 방열과 냉각이 각각 발생하는 열전소자(23,24)와, 상기 열전소자(23,24)의 일측에서 발생된 열을 상변환물질로 전달하기 위한 열전판(25,26)이 구성되며;
    상기 PCM박스(13,14)의 일측 내부에는 열전소자(40)의 내측에서 발생된 열을 상변환물질로 전달하기 위한 열전달판(41)과, 상기 열전소자(40)의 외측으로는 증발기(11)에서 열교환을 이룬 냉매 순환용 배관(15)이 통과되는 방열블럭(42) 및 외주면을 따라 방열핀(43)이 형성되어져 있는 방열팬(44)이 구성되고;
    상기 증발기(11)에서 발생된 응축수를 건조시켜 제습하기 위한 제습수단이 구성된 것;을 특징으로 하는 제습 겸용 냉난방기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제습수단은, 응축수물받이(27)로 부터 드레인관(28)을 통해 안내된 응축수를 제습하기 위해 내부에 제올라이트와 실리카겔이 스크린망에 의해 층층이 쌓여진 다단의 층상구조로 구비된 제습통(29)이 장착되되, 상기 제습통(29)은 드라이어팬(31)이 구비된 드라이박스(30)와 건조관(32)으로 연통되고, 상기 드라이박스(30) 하단에는 상기 건조관(32)을 통해 유입된 응축수가 보관되는 수분증발판(34) 및 상기 수분증발판(34) 가온을 위해 PTC소자로 이루어진 건조히터부(33)가 구성된 것을 특징으로 하는 제습 겸용 냉난방기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 열전소자(23,24)의 타측에는 방열핀(21,22)이 접촉 구비되고, 상기 방열핀(21,22)에서 방출되는 건조열을 제습통(29)측으로 이동시키기 위한 방열팬(20)이 설치된 것을 특징으로 하는 제습 겸용 냉난방기
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉매순환용 배관(15)은 PCM박스(13,14) 내에서 상변환물질과의 열교환효율 향상을 위해 단면이 직사각형태로 가압되어진 압착부(15a)를 형성하는 것을 특징으로 하는 제습 겸용 냉난방기.
KR10-2003-0073507A 2003-10-21 2003-10-21 제습 겸용 냉난방기 KR100512040B1 (ko)

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