WO2014092288A1 - 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치 - Google Patents
이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치 Download PDFInfo
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Definitions
- Korean Utility Model Registration No. 20-0207468 also proposes methods for heat exchange between the air passing between the intake duct and the exhaust duct.
- the main body is preferably further provided with at least one mixing control member for controlling the amount of the inside and outside air to be mixed in the mixing space.
- the main body includes a first compartment in which the indoor side heat exchange unit is formed, a mixing space, and a second compartment in which the outdoor side heat exchange unit is formed in parallel, and divides the first compartment, the mixing space, and the second compartment. It can be made by including two partitions.
- FIG. 10 is a view showing another embodiment of the heating ventilator main body having a leakage function using a binary cycle heat pump of the present invention.
- the first cycle 100 and the second cycle 200 is a modular system in which independent flows are formed, respectively, the refrigerant circulating in the first cycle 100 is the first refrigerant, the second cycle 200
- the refrigerant circulating is defined as the second refrigerant to be used.
- the refrigerant circulating in the first cycle 100 and the second cycle 200 may perform a cycle in which a predetermined flow occurs while the phase changes while compressing, expanding, and exchanging heat while moving along a predetermined flow path to function as a heat pump. do.
- the first refrigerant flowing through the internal air heat exchanger 10 flows into the liquid at low temperature and low pressure through the first expansion valve 121 and flows in and out of one side of the heat exchanger 20 to absorb heat and thereby absorb the first compressor 110. Is entered again.
- the heat exchanger 20 is operated as an evaporator.
- first cycle and the second cycle further include the dry (120a, 220a) and the liquid level gauges (120b, 220b) on the path of the refrigerant flowing into the first expansion valve 121 and the second expansion valve 221, respectively. It can be provided.
- first cycle 100 and the second cycle 200 will be described based on a flow path that is a pipe through which flow is circulated.
- the first compressor 110 starts a compression operation, and the first refrigerant compressed by the first compressor 110 passes through the first heating passage 161 to the internal air heat exchanger 10. In and out of the furnace, heat is released to the bet circulating in the room.
- the second refrigerant cooled by the heat exchange unit 20 flows through the second heating passage 262 and flows into the outside air heat exchanger 30 in a liquid state of low temperature and low pressure through the second expansion valve 221.
- the outside air heat exchanger (30) absorbs the heat of the outside air, changes to a gas of high temperature and low pressure, and is reduced back to the second compressor (210) via the third heating channel (263).
- the temperature is somewhat higher.
- By introducing more air into the mixing space in the room may have the advantage of further improving the performance of the heating acceleration.
- the first cycle may have a cooling cycle and the second cycle may have an endothermic cycle. Note that this is defined and used.
- the heating cycle of the first cycle 100 includes a first heating passage 161 communicating with the internal air heat exchanger 10 from an output side of the first compressor 110 and the internal air heat exchanger 10.
- the first heating passage 162 communicates with one side of the expansion valve 121 and the heat exchange part 20, and the third communication part communicates with the input side of the first compressor 110 from one side of the heat exchange part 20.
- the heating cycle 163, and the cooling cycle of the first cycle 100 is branched from the second heating passage 162 to communicate with the input side of the internal air heat exchanger 10, the first compressor 110 Branched from the first branch passage 171 and a part of the first heating passage 161 on the output side of the first compressor 110 to communicate with the output side of the first compressor 110 and one side of the heat exchange unit 20.
- the can be made with three branch flow path 173 is the same as that of the basic concept.
- the first cycle 100 includes the flow path as described above, the first branch flow path 171 and the third heating flow path 163 join adjacent to the first compressor 110, and the second branch flow path 172 and the second heating passage 162 and adjacent to the heat exchange unit 20, and the third branch flow passage is adjacent to the first heating passage 161 and the heat-resistant heat exchanger (10).
- the operation of the second compressor 210 is started, and the operation of the second compressor 210 may be simultaneously performed with the first compressor 110 or at a time interval.
- the operation of the second compressor 210 may be simultaneously performed with the first compressor 110 or at a time interval.
- the operation when the initial operation is started, the operation may be performed in such a manner that the temperature of the first refrigerant is first raised and the temperature of the second refrigerant is sequentially raised.
- the second refrigerant cooled by the heat exchange unit 20 flows through the second heating passage 262 and flows into the outside air heat exchanger 30 in a liquid state of low temperature and low pressure through the second expansion valve 221.
- the outside air heat exchanger (30) absorbs the heat of the outside air, changes to a gas of high temperature and low pressure, and is reduced back to the second compressor (210) via the third heating channel (263).
- the heating passage 40 passes through the process of transferring the temperature to the first cycle 100 by utilizing the temperature transmitted to the members disposed on the outdoor side by the second cycle 200 and increasing the temperature again. In the end, the heating temperature can be obtained more efficiently.
- the second refrigerant of the high temperature low pressure state flowing the other side of the heat exchange part 20 is reduced to the second compressor 210 again through the first endothermic flow path 271 and is returned to the second air compressor 210 at the high temperature and high pressure again. Flows into.
- the refrigeration heat exchanger 10 serves to transfer the heat of the room to the first refrigerant in reverse to the heating cycle, so that the refrigeration heat exchanger 10 may function as an evaporator of the first refrigerant.
- FIG. 9 is a view showing an embodiment of a heating ventilator main body having a leakage function using a binary cycle heat pump of the present invention.
- the concentration of carbon dioxide in the room when the concentration of carbon dioxide in the room is increased, it means that the acidity of the room is increased under a predetermined condition, and in order to control this, the outside air may be mixed to perform a function of ventilation, and the mixing control member 1050 described above. By controlling the opening degree of), the amount of carbon dioxide in the room can be controlled.
- the indoor heat exchanger 10 provided in the indoor side heat exchanger 1025 may control an indoor temperature by absorbing or radiating heat from the air mixed in the mixing space 1056, and the outdoor side heat exchanger 1026.
- the outside air heat exchanger (30) provided in the heat dissipation or endotherm with the mixed air discharged to the outside during the cooling or heating process can maximize the efficiency of heating and cooling.
- the first compartment 1041, the second compartment 1042, and the mixing space 1055 may be arranged to be spaced apart from each other by a predetermined interval. That is, the first compartment 1041, the second compartment 1042, and the mixing space 1055 are formed adjacent to the inside of the housing 1040 forming the exterior, and arranged in parallel to each other makes the members more compact. There is an advantage to deploy.
- the partition wall (not shown) is formed of two rectangular-shaped plates that divide the space inside the housing 1040 into three, and thus, the first compartment 1041 and the mixing space ( 1055 and the second compartment 1042 may form an approximately rectangular parallelepiped space.
- the shape of the housing 1040 and the arrangement or the shape of the partition wall are not necessarily limited thereto.
- the outside air inlet 1062 and the inside air inlet 1061 of the mixing unit 1059 respectively introduce the outside and the inside into the mixing space 1055, and the inflow amount is respectively the second mixing control member. 1052 and the first mixing control member 1051 can be adjusted.
- the temperature of the mixed air from the mixing space 1055 is controlled, and in the outdoor air heat exchanger 30 disposed in the second compartment 1042, mixed air. By absorbing or releasing the heat of the waste heat can be recovered.
- waste heat may be understood to include both positive and negative temperatures.
- the mixing control member 1051 has a bracket portion 1053 having an outer circumferential surface substantially corresponding to the shape of the inner circumferential surface of the mixing space 1055 and both sides of the bracket portion 1053 are supported in the vertical direction.
- a plurality of rotatable opening and closing portions 1054 are included.
- the opening and closing part 1054 has a substantially rectangular blade shape, and when rotated and disposed in the vertical direction, the outer circumferential surfaces are in close contact with each other to close the flow path, and when disposed in the horizontal direction, the open and close paths are spaced apart from each other. . Therefore, according to the degree of rotation of the opening and closing part 1054, it is possible to simply adjust the amount of outside air or bet introduced into the mixing space 1055.
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Abstract
본 발명은 냉매의 유동을 이원화하여 가동할 수 있는 환기장치에 관한 것으로, 제1냉매가 순환되는 제1사이클, 제2냉매가 순환되는 제2사이클, 제1냉매와 제2냉매가 각각 일측과 타측으로 분리되어 유동되고 상호간에 열교환이 이루어지는 열교환부 및 실내외의 공기가 혼합되는 혼합공간과, 상기 혼합공간으로 외기를 유입하는 외기유입부와, 상기 혼합공간으로 내기를 유입하는 내기유입부와, 상기 혼합공간으로부터의 혼합공기를 온도조절하여 실내측으로 배출하며 상기 내기열교환기가 구비되는 실내측열교환부와, 상기 혼합공간으로부터의 혼합공기를 열교환하여 실외측으로 배출하며 상기 외기열교환기가 구비되는 실외측열교환부를 구비하는 본체를 포함하고, 상기 제2사이클에서 상기 혼합공간으로부터 배출되는 공기의 열이 상기 실외측열교환부에서 흡수되고 제2냉매가 가온되어 상기 열교환부를 통하여 상기 제1사이클에 전달되면, 상기 제1사이클에서 제1냉매가 가온되어 상기 실내측열교환부에서 상기 혼합공간으로부터 실내로 배출되는 공기에 열을 전달하는 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치를 제공한다.
Description
본 발명은 환기장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 난방 운전시의 고효율 운전이 가능하도록 구성되어 공기의 유동을 개선하고, 냉매의 유동을 이원화하여 가동할 수 있으며, 난방운전의 가동시 설정 온도에의 도달 시간이 비약적으로 단축될 수 있고, 전력의 절약이 가능한 냉난방장치에 관한 것이다.
근래에 건물의 환기장치에 냉난방 장치, 특히 히트펌프를 결합하려는 노력이 다양하게 이루어지고 있다.
환기장치란 송풍기를 이용하여 오염된 실내 공기를 외부로 배출하고 실외공기를 실내에 유입시키거나 실내의 공기를 필터링하여 재순환시키는 방식으로 가동된다. 이러한 환기 장치는 실내 온도에 변화를 가능한 주지 않으면서 실내외 공기를 교환하거나 순환시켜 실내 공기의 청정상태를 유지하는 데 목적이 있으므로, 공기 교환 속도나 단위시간당 공기 교환량은 실내 온도에 큰 변화를 주지 않는 범위로 제한되어야 한다.
특히, 실내난방이 이루어지는 겨울철에는 이러한 기능의 요청은 더욱 증대된다. 그런데, 이러한 환기장치의 경우 구조적 기능적인 한계로 인하여 실내의 온도를 유지하는 데에는 한계가 있다. 이를 고려하여 한국등록실용신안 제20-0207468호 는 흡기덕트 및 배기덕트 사이를 통과하는 공기간에 열교환이 이루어지도록 하는 방법들을 제안하기도 한다.
이러한 열교환을 위하여 히트펌프를 사용하는 경우가 있고, 히트펌프는 열을 흡수하는 부분과 방출하는 부분을 동시에 가지며, 열을 증발기에서 흡수하여 응축기로 전달하는 역할을 하게 된다.
도 1과 도 2는 종래 기술에 따른 히트펌프의 작동을 나타낸 것으로, 도 1은 냉방시의 냉매의 흐름을 표시하고, 도 2는 난방시의 냉매의 흐름을 표시한다.
종래 기술에 따른 히트펌프의 작동은 냉방시를 기준으로 도 1을 참고하여 설명하면, 냉매를 고온 고압의 기체상태로 압축시키는 압축기(2)와, 상기 압축기(2)에서 압축된 냉매를 중온 고압의 액체냉매로 응축시키는 실외 열교환기(4)와, 상기 실외 열교환기(4)에서 응축된 냉매를 저온 저압의 냉매로 감압시키는 팽창밸브(6)와, 상기 전자팽창밸브(6)에서 감압된 냉매를 저온 저압의 기체상태로 증발시키는 실내 열교환기(8)와, 상기 압축기(2)에 연결되어 냉/난방시 냉매의 흐름을 절환시켜주는 밸브(9)로 구성된다.
상기와 같은 히트펌프의 냉방 작동이 이루어지는 경우, 냉매는 압축기(2), 실외 열교환기(4), 전자 팽창밸브(6), 실내 열교환기(8)를 따라 순환되며, 상기 실외 열교환기(4)와 실내 열교환기(8)는 각각 응축기와 증발기 역할을 수행한다.
난방의 경우를 도 2를 참고하여 살펴보면, 밸브(9)에 의해 냉매 흐름이 절환되어 난방작동되고 냉매는 압축기(2), 실내 열교환기(8), 전자 팽창밸브(6) 및 실외 열교환기(4)를 따라 순환되며, 상기 실내 열교환기(8)와 실외 열교환기(4)는 각각 응축기와 증발기 역할을 수행한다.
그런데, 이러한 종래기술의 히트펌프를 이용하는 환기시스템은 단일의 사이클을 이용하여 냉매를 통하여 소정의 장소에 열교환함으로써 온도를 조절하게 되는데, 난방을 위하여 고온의 열이 필요하나 특히 외부 기온이 극히 낮은 경우에는 난방효율이 극도로 저하되는 문제가 있다.
또한, 외부와 내부의 온도차가 큰 경우는 냉난방장치에서 과도한 전력의 소모가 이루어져 최근 급격한 전력소모에 따른 블랙아웃의 위험성의 한 요인이 되는 사회적인 문제로까지 이어지고 있다.
또한, 외기와 내기의 사이의 접촉에 따른 바람직하지 않은 열교환으로 인하여 온도의 조절의 효율성이 더욱 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 공기의 유동을 개선하고, 냉매의 흐름을 이원화함으로써 고효율 운전이 가능하도록 구성되는 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 난방의 개시에 따른 설정온도에의 도달 시간을 현저히 단축할 수 있으면서도 소모 전력의 저감이 가능하며, 효율성과 내구성이 보장될 수 있는 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 실내의 온도는 물론 이산화탄소 및 산소의 비율을 적절하게 조절함으로써 쾌적한 공기를 제공할 수 있는 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은, 제1냉매가 순환되는 제1사이클, 제2냉매가 순환되는 제2사이클, 제1냉매와 제2냉매가 각각 일측과 타측으로 분리되어 유동되고 상호간에 열교환이 이루어지는 열교환부 및 실내외의 공기가 혼합되는 혼합공간과, 상기 혼합공간으로 외기를 유입하는 외기유입부와, 상기 혼합공간으로 내기를 유입하는 내기유입부와, 상기 혼합공간으로부터의 혼합공기를 온도조절하여 실내측으로 배출하며 상기 내기열교환기가 구비되는 실내측열교환부와, 상기 혼합공간으로부터의 혼합공기를 열교환하여 실외측으로 배출하며 상기 외기열교환기가 구비되는 실외측열교환부를 구비하는 본체를 포함하고, 상기 제2사이클에서 상기 혼합공간으로부터 배출되는 공기의 열이 상기 실외측열교환부에서 흡수되고 제2냉매가 가온되어 상기 열교환부를 통하여 상기 제1사이클에 전달되면, 상기 제1사이클에서 제1냉매가 가온되어 상기 실내측열교환부에서 상기 혼합공간으로부터 실내로 배출되는 공기에 열을 전달하는 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치를 제공한다. 따라서, 실내외 공기의 혼합되어 배출되는 열을 통하여 내기 온도의 상승의 성능이 비약적으로 증가될 수 있다.
상기 본체는, 상기 혼합공간에서 혼합되는 내기와 외기의 양을 조절하는 하나 이상의 혼합조절부재를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 혼합조절부재는, 상기 혼합공간으로 유입되는 외기의 양을 조절함으로써 실내의 이산화탄소와 산소의 양을 조절될 수 있다.
상기 혼합조절부재는, 상기 혼합공간으로 유입되는 내기와 외기의 양을 각각 조절하도록 상기 혼합공간의 상기 내기유입부와 외기유입부에 인접하여 각각 배치되는 것이 바람직하다.
상기 혼합조절부재는, 상기 혼합공간으로부터 배출되는 내기와 외기의 양을 조절하도록 상기 혼합공간과 상기 실내측열교환부 및 실외측열교환부의 연통로에 추가적으로 배치될 수 있다.
난방작동의 개시시 상기 혼합공간으로 유입되는 내기의 양이 외기의 양보다 더 많도록 내기유입부측에 인접되는 혼합조절부재의 개도가 외기유입부측에 인접되는 혼합조절부재의 개도보다 더 크게 이루어질 수 있다.
상기 본체는, 상기 실내측열교환부가 형성되는 제1격실과, 혼합공간과, 실외측열교환부가 형성되는 제2격실이 순차적으로 병렬로 배치되고, 상기 제1격실, 혼합공간 및 제2격실을 구획하는 두 개의 격벽을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 제1사이클에 구비되고, 제1압축기의 출력측으로부터 내기열교환기으로 연통되는 제1난방유로와, 내기열교환기로부터 제1팽창밸브 및 열교환부의 일측에 연통되는 제2난방유로와, 열교환부의 일측으로부터 제1압축기의 입력측에 연통되는 제3난방유로로 이루어지며 제1냉매가 유동되는 난방사이클 및 제2사이클에 구비되고, 제2압축기의 출력측으로부터 열교환부의 타측에 연통되는 제1가온유로와, 열교환부의 타측으로부터 제2팽창밸브 및 외기열교환기에 연통되는 제2가온유로와, 외기열교환기로부터 제2압축기의 입력측에 연통되는 제3가온유로로 이루어지며 제2냉매가 유동되는 가온사이클을 포함하고, 난방운전시, 제1사이클의 난방사이클과 제2사이클의 가온사이클이 가동되어 외기열교환기에서 제2냉매가 흡수한 열을 가온하여 열교환부를 통하여 제1냉매에 전달하고 제1냉매가 가온되어 내기열교환기에서 내기에 열전달하며, 상기 내기열교환기와 열교환되는 내기의 유동과 상기 외기열교환기에서 열교환되는 외기의 유동의 유로 및 상기 제1냉매와 제2냉매의 유로는 각각 분리되어 형성될 수 있다. 따라서, 이원사이클을 통하여 내기의 온도를 효과적으로 조절할 수 있고, 내외기의 혼합량을 조절함으로써 이원사이클의 작동성능과 효율이 향상된다.
또한, 난방운전의 개시단계에서 제1냉매가 제2냉매보다 먼저 온도가 상승되는 것이 바람직하다.
또한, 난방운전의 개시단계에서 상기 혼합공간으로 유입되는 내기의 양이 외기의 양보다 더 많은 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 개념에 따른 상기한 본 발명의 개념에 따른 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치에 따라, 실내 온도의 상승의 속도가 비약적으로 증가될 수 있으며 소요되는 전력이 현저히 저감될 수 있어 환기장치의 효율성이 극대화될 수 있는 이점이 있다. 즉, 내기와 외기를 필요에 따라 혼합량을 조절하면서 실외측의 열교환기에 충분한 열을 공급함으로써 효율을 상승하면서 폐열을 흡수할 수 있음은 물론, 이원사이클을 통한 열의 2차적 가온 과정을 통하여 환기 및 가온의 기능은 더욱 극대화될 수 있는 효과가 있다.
또한, 실내의 이산화탄소량과 산소량의 농도비율을 적절하게 센싱하고 조절할 수 있도록 함으로써 쾌적한 환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 종래기술의 히트펌프의 작동을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 기본적인 개념에 따른 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치의 냉매의 흐름을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 추가적인 개념에 따른 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치의 유로를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 추가적인 개념에 따른 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치의 난방시의 냉매의 유동을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 추가적인 개념에 따른 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치의 냉방시의 냉매의 유동을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치 본체의 일실시예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치 본체의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치 본체에 적용되는 혼합조절부재의 실시예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치를 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 기본적인 개념에 따른 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치의 구성을 나타내는 도면이다.
누설이란, 환기장치에 있어서 외기와 내기의 실외측 또는 실외측으로의 완전한 독립적인 순환이 아닌 혼합에 의한 일부 공기량의 배출 또는 소모를 의미하는 것으로서 본 발명의 개념에서는 환기장치의 외기와 내기의 유동로가 각각 실내 및/또는 실외측으로부터 실외 및/또는 실내측으로 직접적으로 흡입 및 토출이 이루어지는 것이 아닌 그 유입량의 일부 또는 전부가 혼합된 이후에 토출이 이루어지는 구성들을 제시하고, 상기 혼합되는 공기의 양이 조절될 수 있는 개념을 추가적으로 제시하는바, 상기된 누설의 개념은 실내의 공기와 실외의 공기가 일부 상호간의 혼합이 이루어져 타측으로 배출되는 것은 물론, 혼합량의 조절이 이루어지는 경우 혼합이 이루어지지 않는 상태까지 포함되는 것으로 이해될 수 있음에 유의하여야 한다.
본 발명의 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치는 기본적으로, 외기 및 내기를 흡입하여 실내측으로 토출하는 경로상에 배치되어 열교환하는 내기열교환기(10)와, 상기 내기열교환기(10)와 연통되고 냉매가 유동하는 소정의 배관인 유로가 형성되는 제1사이클(100)과, 상기 제1사이클(100)에 열교환부(20)를 매개로 열전달하는 제2사이클(200)과, 상기 제2사이클(200)의 유로의 일부를 구성하고 내기 및 외기를 흡입하여 실외측으로 토출하는 경로상에 배치되어 열교환하는 외기열교환기(30)로 이루어지되, 상기 내기와 외기는 일차적으로 혼합공간으로 유입된다.
상기 제1사이클(100)과 제2사이클(200)은 각각 독립적으로 냉매가 유동되는 사이클로서, 후술할 바와 같이 환기장치의 난방동작시 제2사이클(200)에서 흡수되는 외기의 열을 열교환부(20)를 통하여 제1사이클(100)로 전달하고, 상기 제1사이클(100)에서 가온되는 냉매의 열을 내기열교환기(10)를 통하여 실내로 유입되는 내기에 전달하는 2단의 사이클로서 구성된다.
따라서, 종래의 기술의 단일의 사이클로 이루어지는 경우와 달리 외부 기온이 낮은 경우에도 난방의 효율성이 더욱 향상되는 이점이 있다. 특히, 환기장치에 있어서, 종래의 경우 하나의 히트펌프로 구성되어 있고 공기의 순환 및 열교환기의 주변환경에 따라 난방의 효율이 급격히 저하되는 문제가 해소될 수 있음에 유의하여야 한다.
여기서, 제1사이클(100) 및 제2사이클(200)은 각각 독립적인 유동이 형성되는 모듈화된 시스템으로서, 제1사이클(100)을 순환하는 냉매는 제1냉매로, 제2사이클(200)을 순환하는 냉매는 제2냉매로 정의하여 사용하도록 한다. 상기 제1사이클(100) 및 제2사이클(200)을 순환하는 냉매는 소정의 유로를 따라 이동하는 과정에서 압축, 팽창 및 열교환을 하면서 상변화하면서 소정의 유동이 이루어지는 사이클을 히트펌프로서 기능하도록 한다.
본 발명의 개념에서는 제1사이클(100)이 직접적인 난방의 기능을 하고, 제2사이클(200)이 이에 열전달하는 기능을 수행하는데, 여기서 난방이 이루어질 때 제2사이클(200)에서 외기열교환기(30)의 열을 흡수하여 가온하고 이를 열교환부(20)를 매개로 하여 제1사이클(100)로 전달하며, 상기 제1사이클(100)에서 열전달받아 가온된 냉매는 내기열교환기(10)를 매개로 흡입되는 외기에 최종적으로 열전달하는 사이클을 이루게 된다.
즉, 본 발명의 기본적인 개념에서는 제1사이클(100)과 제2사이클(200)의 이원화된 사이클이 독립적으로 동작하면서, 간단한 방식으로서 난방의 효율이 극대화된 시스템을 제공하게 되는 것이다.
상기 제1사이클(100)의 구성을 더욱 상세하게 설명하면, 제1냉매를 압축하는 제1압축기(110)와, 상기 제1압축기(110)의 출구 및 내기열교환기(10)와 연통되는 제1팽창밸브(121)와, 상기 제1팽창밸브(121)의 출구와 일측이 연통되는 내기열교환기(10)로 이루어진다.
여기서 각각의 열교환기 또는 열교환부(10, 20, 30)는 서로 다른 시스템 사이의 열전달하는 기능을 하는바, 각각 독립적으로 연통될 수 있는 독립적인 배관을 가지게 된다. 상기 열교환부(20)는 냉매 간의 열전달의 효율성을 고려하여 판형 열교환기(plate type heat exchanger)가 사용되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 열교환기(10, 30)들은 후술될 바와 같이 응축기 또는 증발기로서 기능을 각각 수행하게 되는바 건식 증발기, 만액식 증발기, 반만액식 증발기, 냉매액 강제순환식 증발기 등 다양한 형식의 열교환 배관을 의미하여 본 발명의 설명의 유형에 한정되는 것은 아님에 유의하여야 한다.
제1사이클(100)은 실내의 내기의 직접 가열을 위하여 냉매가 순환하게 되는데, 제1압축기(110)가 가동하게 되면, 압축된 제1냉매는 내기열교환기(10)로 연통되는 유로를 통하여 유입 및 유출되고, 여기서 실내를 순환하는 내기를 가열하면서 열을 방출하여 저온 고압의 액으로 유동된다. 이때, 난방시의 내기열교환기(10)는 냉매의 응축기로 작동하게 된다.
상기 내기열교환기(10)를 유동한 제1냉매는 제1팽창밸브(121)를 거쳐서 저온 저압의 액으로 유동되고 열교환부(20)의 일측으로 유출입되면서 열을 흡수하여 제1압축기(110)로 다시 입력된다. 여기서 상기 열교환부(20)는 증발기로 작동하게 된다.
또한, 제2사이클(200)은, 제2압축기(210)와, 상기 제2압축기(210)의 출력측과 연결되고 상기 제1사이클(100)과 열교환이 이루어지는 열교환부(20)와, 상기 열교환부(20)의 타측과 연결되어 저온상태로 유동되는 제2냉매를 팽창시키는 제2팽창밸브(221)와, 상기 제2팽창밸브(221)와 연결되어 외기와 제2냉매의 열교환이 이루어지는 외기열교환기(30)로 이루어진다.
상기 제2사이클(200)은 열교환부(20)를 통하여 제1냉매에 가온을 하는 역할을 하기 위하여 제2냉매가 순환하게 되는데, 제2압축기(210)가 가동하게 되면, 압축된 제2냉매는 열교환부(20)로 연통되는 유로를 통하여 타측으로 유입 및 유출되고, 열교환부(20)의 일측으로 유동되는 제1냉매를 가열하면서 열을 방출하여 저온 고압의 액으로 유동된다. 이때, 난방시의 열교환부(20)는 제2사이클(200)의 응축기로 작동하게 된다.
상기 열교환부(20)를 유동한 제2냉매는 제2팽창밸브(221)를 거쳐서 저온 저압의 액으로 유동되고 외기열교환기(30)로 유출입되면서 열을 흡수하여 제2압축기(210)로 다시 입력된다. 이러한 경우 상기 제2사이클(200)은 외기의 열을 통하여 제2냉매를 가열하고 이를 순수하게 냉매간의 열전달을 통하여 제1냉매에 열전달하기 때문에 종래의 단일사이클의 히트펌프로 이루어진 경우에 비하여 난방효율이 극대화될 수 있는 것이다.
또한, 상기 제1사이클과 제2사이클은 각각 제1팽창밸브(121)와 제2팽창밸브(221)로 유입되는 냉매의 경로상에 드라이(120a, 220a)와 액면계(120b, 220b)를 더 구비할 수 있다.
드라이(120a, 220a)는, 증발기로부터의 잔존 액상 냉매를 방지하기 위한 것으로, 압축기로 액상의 냉매가 유입되는 것을 방지함으로써 냉매장치들의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 액면계(120b, 220b)는 냉매의 액면 위치를 지시하는 장치로서, 게이지글라스, 플로트식 또는 정압식 등의 다양한 액면위치 표시 방식이 선택적으로 적용될 수 있다.
또한, 상기 제2압축기(210)로부터 열교환부(20)로 이어지는 제2냉매의 유로 상에는 유분리기(220e)가 추가적으로 배치될 수 있는데, 상기 유분리기(220e)는 압축기 토출관에 취부되어 토출가스 내에 포함된 오일성분을 분리하여 열교환부(20)로 오일이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 유분리기(220e)는 제1사이클에 적용될 수도 있음은 물론이다.
또한, 상기 외기열교환기(30)로부터 제2압축기(210)로 이어지는 경로상에는 액분리기(220d)가 더 배치될 수 있고, 상기 액분리기(220d)는 흡입가스 중에 액이 혼합된 경우 액냉매를 분리하여 압축기로 기화된 상태의 냉매만을 유입할 수 있도록 하는 것이며, 이러한 액분리기(220d)는 제1사이클에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
또한, 상기 열교환부(20)로부터 제2팽창밸브(221)로 이어지는 냉매의 유로 상에는 수액기(220c)가 더 배치될 수 있고, 상기 수액기(220c)는 응축기로 작용하는 열교환부(20)의 고온고압의 냉매액을 일시 저장하는 기능을 수행하게 된다.
이하, 상기 제1사이클(100)과 제2사이클(200)을 유동이 순환되는 배관인 유로를 기준으로 설명하도록 한다.
상기한 제1사이클(100)은 상기 제1압축기(110)의 출력측으로부터 내기열교환기(10)으로 연통되는 제1난방유로(161)와, 상기 내기열교환기(10)로부터 상기 제1팽창밸브(121) 및 상기 열교환부(20)의 일측에 연통되는 제2난방유로(162)와, 상기 열교환부(20)의 일측으로부터 상기 제1압축기(110)의 입력측에 연통되는 제3난방유로(163)로 이루어진다.
또한, 상기한 제2사이클(200)은 제2압축기(210)의 출력측으로부터 열교환부(20)의 타측에 연통되는 제1가온유로(261)와, 상기 열교환부(20)의 타측으로부터 상기 제2팽창밸브(221) 및 상기 외기열교환기(30)에 연통되는 제2가온유로(262)와, 상기 외기열교환기(30)로부터 상기 제2압축기(210)의 입력측에 연통되는 제3가온유로(263)로 이루어진다.
도 4는 본 발명의 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치의 난방이 작동되는 과정을 도시한 도면이다.
제1사이클이 동작하기 시작하면, 제1압축기(110)가 압축운전을 개시하고, 제1압축기(110)에서 압축된 제1냉매는 제1난방유로(161)를 거쳐 내기열교환기(10)로 유입 및 유출되어 실내에서 순환되는 내기에 열을 방출하게 된다.
내기열교환기(10)에서 열교환이 이루어진 제1냉매는 저온 고압의 액체 상태로 제2난방유로(162)를 유동하여 제1팽창밸브(121)에 입력되고, 다시 저온 저압의 액체 상태로 변하여 열교환부(20)에서 제2사이클(200)의 제2냉매로부터 열을 전달받아 고온 저압 상태로 제3난방유로(163)를 거쳐 다시 제1압축기(110)로 입력된다. 상기 과정에서 열교환부(20)는 제1냉매의 증발기로서 기능할 수 있다.
한편, 제2사이클(200)에서는 제2압축기(210)의 가동이 개시되는데, 상기 제2압축기(210)의 가동은 제1압축기(110)와 동시에 이루어지거나 시간 간격을 두고 이루어질 수도 있음은 물론이다.
여기서, 최초 가동이 개시되면 제1냉매의 온도가 먼저 상승되고 제2냉매의 온도가 순차적으로 온도가 상승되는 방식으로 작동이 이루어질 수 있다.
상기 제2압축기(210)의 가동이 개시되면, 소정의 전자밸브를 개방하여 가온사이클의 유로가 연통되고, 제2압축기(210)에서 압축된 고온의 제2냉매는 제1가온유로(261)를 따라 열교환부(20)의 타측으로 입력되어 일측에서 유동되는 제1냉매에 열을 공급하게 된다.
상기 열교환부(20)를 거쳐 저온화된 제2냉매는 제2가온유로(262)를 유동하여 제2팽창밸브(221)를 거쳐 저온 저압의 액체 상태로 외기열교환기(30)로 유입되고, 외기열교환기(30)에서 외기의 열을 흡수하여 고온 저압의 가스로 변화되어 제3가온유로(263)를 거쳐 제2압축기(210)로 다시 환원된다.
상기와 같은 난방의 과정에서 제2사이클(200)에 의해 실외측에 배치되는 부재들에 전달되는 온도를 활용하여 제1사이클(100)에 전달하고 다시 고온화하는 과정을 거침으로써 난방유로(40)에서는 최종적으로 난방이 가능한 온도를 더욱 효율적으로 획득할 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 난방을 위한 제1사이클(100)과 제2사이클(200)이 별도로 독립된 유로를 가지면서 별도의 히트펌프로서 기능하고 열교환부(20)을 통하여서만 열의 전달이 이루어지므로 난방의 효율이 극대화될 수 있다.
한편, 본 발명의 개념에 따른 가온 환기장치의 경우 내기열교환기(10)와 외기열교환기(30)의 위치를 각각 실외로 실내측으로 변경함으로써 냉방의 기능을 획득할 수도 있다.
또한, 본 발명에서는 후술될 바와 같이 독립된 유로로 내기와 외기의 순환 경로가 이루어지는 것이 아니라, 일차적으로 혼합공간을 통하여 외기와 내기가 유입이 이루어지고 난 이후에 실내측의 경로와 실외측의 경로로 분리되어 각각 토출될 수 있다.
상기 혼합공간을 통하여 유입 또는 유출되는 내기 또는 외기의 양은 소정의 혼합량조절부재를 통하여 제어될 수 있는바, 이와 관련하여서는 후술하도록 한다.
상기와 같은 개념에 따라, 예를 들면 난방 가동의 초기단계에서 외기열교환기(30)의 외부 온도가 극히 낮아 가온을 위한 제2사이클(200)의 동작이 원활하지 않은 경우 어느 정도 기온이 더 높은 실내으이 공기를 혼합공간으로 더 많이 유입되도록 함으로써 난방 가속의 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 이점을 가질 수 있다.
또한, 상기 혼합조절부재의 배치에 따라 실외공기의 유입을 완전하게 차단하도록 할 수 있음은 물론이다.
상기에서는 난방의 경우를 설명하였는데, 이러한 경우 냉방의 필요성이 존재하게 되면 열교환기(10, 30)들 및 배관들을 고정지지하는 하우징(도 9의 1100) 전체의 배치상태가 변경될 필요성이 존재하고, 이를 해소하기 위하여 냉매의 유동을 제어함으로써 동일한 배치상태에서 냉난방의 기능을 동시에 수행할 수 있는 환기장치의 개념을 추가적으로 제시하도록 한다.
도 5는 본 발명의 추가적인 개념에 따른 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치의 배치를 나타내는 도면이다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 추가적인 개념에서도 제1사이클(100)이 제1냉매를 압축하는 제1압축기(110)와, 상기 제1압축기(110)의 출구 및 내기열교환기(10)와 연통되는 제1팽창밸브(121)와, 상기 제1팽창밸브(121)의 출구와 일측이 연통되는 내기열교환기(10)로 이루어지는 난방사이클을 구비한다.
상기된 난방사이클의 유로 및 동작은 상기에서 설명된 바와 중복되는 사항은 생략하도록 한다. 여기서, 본 발명의 추가적인 개념에서는 제1사이클의 난방모드를 난방사이클로, 제2사이클의 가온모드를 가온사이클로 정의한 차이가 있다.
또한, 제2사이클(200)의 제2압축기(210)와, 상기 제2압축기(210)의 출력측과 연결되고 상기 제1사이클(100)과 열교환이 이루어지는 열교환부(20)와, 상기 열교환부(20)의 타측과 연결되어 저온상태로 유동되는 제2냉매를 팽창시키는 제2팽창밸브(221)와, 상기 제2팽창밸브(221)와 연결되어 외기와 제2냉매의 열교환이 이루어지는 외기열교환기(30)로 이루어지는 가온사이클을 구비한다.
또한, 상기 제1사이클과 제2사이클은 각각 제1팽창밸브(121)와 제2팽창밸브(221)로 유입되는 냉매의 경로상에 드3라이(120a, 220a)와 액면계(120b, 220b) 및 상기 제2압축기(210)로부터 열교환부(20)로 이어지는 제2냉매의 유로 상에 유분리기(220e)와, 상기 외기열교환기(30)로부터 제2압축기(210)로 이어지는 경로상에는 액분리기(220d)가 더 배치될 수 있다.
상기된 난방사이클과 가온사이클의 동작은 본 발명의 기본적인 개념에서 설명된 바와 같으나, 아래에 설명될 바와 같이 제1사이클이 냉방사이클을 구비하고 제2사이클이 흡열사이클을 구비할 수 있으므로 이와 같이 사이클이 정의되어 사용되는 것임에 유의하여야 한다.
따라서, 본 발명의 추가적인 개념에 따른 냉방의 작동에 관하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.
이 경우는 내기열교환기(10)가 증발기로서 작동되어야 하므로, 역으로 제1사이클(100)의 냉방사이클에서 배출되는 내기의 열을 전달받아 가온하고 이를 열교환부(20)를 매개로 흡열사이클에 전달하고 가온하여 외기열교환기(30)에서 열을 배출하도록 한다.
즉, 본 발명의 추가적인 개념에서는 제1사이클(100)과 제2사이클(200)의 이원화된 사이클이 독립적으로 동작하면서, 각각 난방사이클과 냉방사이클 및 가온사이클과 흡열사이클을 구비함으로써 열전달의 과정을 절환하도록 하여 간단한 방식으로서 냉난방의 효율이 극대화된 시스템을 제공하게 되는 것이다.
여기서, 제1사이클(100)의 냉방사이클은 난방사이클과 내기열교환기(10), 열교환부(20) 및 제1압축기(110)를 공유하게 되는데, 냉방사이클은 제1냉매를 압축하는 제1압축기(110)와, 상기 제1압축기(110)의 출구와 타측에서 연통되는 열교환부(20)와, 상기 열교환부(20)의 일측과 연통되는 제3팽창밸브(122)와, 상기 제3팽창밸브(122)의 출구 및 상기 제1압축기(110)의 입력측과 연결되는 내기열교환기(10)로 이루어진다.
제1사이클(100)의 냉방사이클은 제2사이클(200)에서 외기열교환기(30)로의 열의 배출을 위하여 난방사이클과 역방향으로 열을 전달하게 되는데, 제1압축기(110)가 가동하게 되면, 압축된 제1냉매는 열교환부(20)의 일측으로 입력되어 제2사이클(200)의 제2냉매에 열을 방출하고 제3팽창밸브(122)를 통과하여 저온 저압의 기체로 출력된다.
상기 제3팽창밸브(122)에서 출력된 제1냉매는 내기열교환기(10)에 입력되어 내기열교환기(10)의 외부에 유동되는 흡입 내기의 열을 흡수하여 고온 저압 상태로 출력되고 다시 제1압축기(110)로 입력되면서 순환하는 것이다.
한편, 제2사이클(200)의 흡열사이클은 가온사이클과 열교환부(20), 외기열교환기(30) 및 제2압축기(210)를 공유하게 되는데, 흡열사이클은 제2냉매를 압축하는 제2압축기(210)와, 상기 제2압축기(210)의 출구와 연통되는 외기열교환기(30)와, 상기 외기열교환기(30)와 연결되는 제4팽창밸브(222)와, 상기 제4팽창밸브(222)와 연통되고 타측의 출력측이 상기 제2압축기(210)와 연결되는 열교환부(20)로 이루어진다.
제2사이클(200)의 흡열사이클은 열을 가온사이클과 역방향으로 전달하게 되는데, 제2압축기(210)가 가동하게 되면, 압축된 제2냉매는 고온 고압의 상태로 외기열교환기(30)에 입력되어 외기열교환기(30)를 통과하는 외기에 열을 방출하고, 제4팽창밸브(222)를 통과하여 저온 저압의 기체로 출력된다.
상기 제4팽창밸브(222)에서 출력된 제2냉매는 열교환부(20)의 타측에 입력되어 열교환부(20)의 일측으로 유동되는 제1사이클(100)의 제1냉매로부터 열을 공급받아 고온 저압 상태로 출력되어 다시 제2압축기(210)로 입력되면서 순환하는 것이다.
상기된 제1사이클(100)의 난방사이클과 냉방사이클 및 제2사이클(200)의 가온사이클과 흡열사이클은 각각 일부의 유로를 공유하게 되는데, 상기 유로들은 각각 합류점 및/또는 분기점의 유동방향의 제어를 위하여 하나 이상의 밸브를 구비할 수 있다.
상기 밸브들은 유체의 유동 개폐 또는 방향의 절환의 기능을 구비하는 유동의 제어장치라면 다양한 장치들이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치는 마이컴을 구비하고, 상기 마이컴으로부터의 제어신호를 통하여 밸브나 압축기 등과 같은 장치들을 제어할 수 있는 제어부(미도시)를 더 구비할 수 있는데, 상기 밸브는 상기 제어부에 의하여 전기신호로 제어될 수 있도록 전자밸브로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 상기 제1사이클(100)과 제2사이클(200)을 유동이 순환되는 배관인 유로를 기준으로 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 추가적인 개념에 따른 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치를 도시한 도면으로, 냉매의 유동 유로를 나타낸다.
상기한 제1사이클(100)의 난방사이클은 상기 제1압축기(110)의 출력측으로부터 내기열교환기(10)으로 연통되는 제1난방유로(161)와, 상기 내기열교환기(10)로부터 상기 제1팽창밸브(121) 및 상기 열교환부(20)의 일측에 연통되는 제2난방유로(162)와, 상기 열교환부(20)의 일측으로부터 상기 제1압축기(110)의 입력측에 연통되는 제3난방유로(163)로 이루어진고, 상기 제1사이클(100)의 냉방사이클은 상기 제2난방유로(162)로부터 분기되어 내기열교환기(10) 상기 제1압축기(110)의 입력측을 연통하는 제1분기유로(171)와, 상기 제1압축기(110)의 출력측의 제1난방유로(161)의 일부에서 분기되고 제1압축기(110)의 출력측과 상기 열교환부(20)의 일측을 연통하는 제2분기유로(172)와, 상기 제3난방유로(163)의 일부에서 분기되고 상기 열교환부(20)의 일측과 상기 제3팽창밸브(122)를 연통하는 제3분기유로(173)로 이루어질 수 있음은 기본적인 개념의 경우와 동일하다.
상기 제1사이클(100)이 상기한 바와 같은 유로를 구비함에 따라, 제1분기유로(171)와 제3난방유로(163)가 제1압축기(110)에 인접되어 합류하고, 제2분기유로(172)와 제2난방유로(162)와 열교환부(20)에 인접되어 합류하며, 제3분기유로가 제1난방유로(161)와 내기열교환기(10)에 인접되어 합류된다.
이와 같은 합류지점에서는 저온 저압상태의 냉매와 고온 고압상태의 냉매가 난방모드 또는 냉방모드의 선택적인 가동에 따라 혼입될 가능성이 존재하고, 이를 제거하기 위하여 역류방지수단(미도시)이 추가로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1사이클(100)의 난방사이클과 냉방사이클의 유동을 제어하기 위하여 복수의 밸브들이 유로상에 배치될 수 있다.
또한, 상기한 제2사이클(200)의 가온사이클은 제2압축기(210)의 출력측으로부터 열교환부(20)의 타측에 연통되는 제1가온유로(261)와, 상기 열교환부(20)의 타측으로부터 상기 제2팽창밸브(221) 및 상기 외기열교환기(30)에 연통되는 제2가온유로(262)와, 상기 외기열교환기(30)로부터 상기 제2압축기(210)의 입력측에 연통되는 제3가온유로(263)로 이루어진다.
또한, 상기 제2사이클(200)의 흡열사이클은 상기 제2가온유로(262)의 일부에서 분기되고 상기 열교환부(20)의 타측과 상기 제2압축기(210)의 입력측을 연통하는 제1흡열유로(271)와, 상기 제2압축기(210)의 출력측의 제1가온유로(261)의 일부에서 분기되고 제2압축기(210)의 출력측과 상기 외기열교환기(30)를 연통하는 제2흡열유로(272)와, 상기 제2가온유로(262)의 제2팽창밸브(221)와 외기열교환기(30)의 경로 사이에서 분기되고 상기 외기열교환기(30)로부터 제4팽창밸브(222) 및 상기 열교환부(20)의 타측을 연통하는 제3흡열유로(273)로 이루어진다.
상기 제2사이클(100)이 상기한 바와 같은 유로를 구비함에 따라, 도면에 도시된 바와 같이 제1흡열유로(271)가 제3가온유로(263)와 제2압축기(210)의 입력측에서 합류되고, 제3흡열유로(273)가 제1가온유로(261)와 열교환부(20)의 타측에서 합류된다.
상술한 제1사이클(100)에서와 마찬가지로 이와 같은 합류지점에서는 저온 저압상태의 냉매와 고온 고압상태의 냉매가 가온모드 또는 흡열모드의 선택적인 가동에 따라 혼입될 가능성이 존재하고, 이를 제거하기 위하여 역류방지수단이 배치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 추가적인 개념에 따른 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치의 난방이 작동되는 과정을 도시한 도면이다.
난방사이클이 동작하기 시작하면, 제1압축기(110)가 압축운전을 개시하고, 제1압축기(110)에서 압축된 제1냉매는 제1난방유로(161)를 거쳐 내기열교환기(10)로 유입 및 유출되어 실내에서 순환되는 내기에 열을 방출하게 된다.
내기열교환기(10)에서 열교환이 이루어진 제1냉매는 저온 고압의 액체 상태로 제2난방유로(162)를 유동하여 제1팽창밸브(121)에 입력되고, 다시 저온 저압의 액체 상태로 변하여 열교환부(20)에서 제2사이클(200)의 제2냉매로부터 열을 전달받아 고온 저압 상태로 제3난방유로(163)를 거쳐 다시 제1압축기(110)로 입력된다. 상기 과정에서 열교환부(20)는 제1냉매의 증발기로서 기능하게 된다.
한편, 제2사이클(200)의 가온사이클에서는 제2압축기(210)의 가동이 개시되는데, 상기 제2압축기(210)의 가동은 제1압축기(110)와 동시에 이루어지거나 시간 간격을 두고 이루어질 수도 있음은 물론이다.
여기서, 최초 가동이 개시되면 제1냉매의 온도가 먼저 상승되고 제2냉매의 온도가 순차적으로 온도가 상승되는 방식으로 작동이 이루어질 수 있다.
상기 제2압축기(210)의 가동이 개시되면, 소정의 전자밸브를 개방하여 가온사이클의 유로가 연통되고, 제2압축기(210)에서 압축된 고온의 제2냉매는 제1가온유로(261)를 따라 열교환부(20)의 타측으로 입력되어 일측에서 유동되는 제1냉매에 열을 공급하게 된다.
상기 열교환부(20)를 거쳐 저온화된 제2냉매는 제2가온유로(262)를 유동하여 제2팽창밸브(221)를 거쳐 저온 저압의 액체 상태로 외기열교환기(30)로 유입되고, 외기열교환기(30)에서 외기의 열을 흡수하여 고온 저압의 가스로 변화되어 제3가온유로(263)를 거쳐 제2압축기(210)로 다시 환원된다.
상기와 같은 난방의 과정에서 제2사이클(200)에 의해 실외측에 배치되는 부재들에 전달되는 온도를 활용하여 제1사이클(100)에 전달하고 다시 고온화하는 과정을 거침으로써 난방유로(40)에서는 최종적으로 난방이 가능한 온도를 더욱 효율적으로 획득할 수 있게 된다.
또한, 도 8은 본 발명의 추가적인 개념에 따른 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치의 냉방의 예를 도시한 도면이다.
이러한 냉방사이클은 난방사이클과 가온사이클에 형성되는 냉매 부재들이 다시 활용되어 열을 역방향으로 전달하게 된다.
흡열사이클에서 제2압축기(210)의 압축동작이 개시되면, 냉방사이클의 유로가 소정의 전자제어밸브를 통하여 개방될 수 있다. 제2압축기(210)에 의하여 압축된 고온 고압상태의 제2냉매는 제2흡열유로(272)를 유동하여 외기열교환기(30)를 거치면서 열방출을 하게 되는데, 이때 상기 외기열교환기(30)는 제2냉매의 응축기로서 기능하게 된다.
상기 외기열교환기(30)를 유동한 제2냉매는 제3흡열유로(273)를 거쳐 저온 저압의 상태로 열교환부(20)의 타측으로 유입되는데, 상기 열교환부(20)는 제1사이클(100)의 열을 제1냉매로부터 제2냉매로 전달하는 기능을 하게 된다. 즉, 제1사이클(100)의 입장에서는 상기 열교환부(20)가 난방시에 증발기로 작동한 반면 흡열사이클에서는 응축기로 작동하게 됨에 유의하여야 한다.
상기 열교환부(20)의 타측을 유동한 고온 저압상태의 제2냉매는 제1흡열유로(271)를 거쳐 다시 제2압축기(210)로 환원되어 다시 고온 고압의 상태로 외기열교환기(30)로 유동된다.
냉방사이클의 제1압축기(110)가 가동되면 제1냉매는 고온 고압의 상태로 제2분기유로(172)를 유동하여 열교환부(20)의 일측으로 입력되어 흡열사이클에 열전달을 하게 되고, 상기 열교환부(20)로부터 출력된 저온 고압상태의 냉매는 제3분기유로(173)를 유동하여 제1팽창밸브(121)를 거치면서 저압 상태로 내기열교환기(10)로 입력된다.
상기 내기열교환기(10)는 난방사이클과는 역으로 실내의 열을 제1냉매에 전달하는 역할을 하게 되는데, 따라서 내기열교환기(10)는 제1냉매의 증발기로서 기능할 수 있다.
이렇게 내기열교환기(10)로부터 흡열한 제1냉매는 제1분기유로(171)를 유동하여 다시 제1압축기(110)로 환원되어 고온 고압의 상태로 열교환부(20)로 입력되면서 열을 방출하고, 이러한 열방출의 효율은 제2사이클의 흡열사이클에 의하여 극대화될 수 있다.
여기서, 본 발명의 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치에서 열전달의 과정을 다시 한 번 살펴보면, 실내의 열을 흡수한 제1냉매를 냉방사이클의 히트펌프를 유동하여 제2냉매로 전달하고, 이러한 제2냉매의 열은 외기열교환기(30)에서 방출되어 냉방의 효율성이 향상되는 것이다.
한편, 본 발명의 추가적인 개념에서는 하나의 사이클에서 난방과 냉방 및 가온과 흡열사이클이 함께 이루어지기 때문에 일부의 유로에서 저온 저압의 냉매와 고온 고압의 냉매가 혼입될 가능성이 존재한다. 이러한 현상은 유로의 합류지점에서 발생할 수 있고 특히 압축기(110, 210) 및 팽창밸브(121, 221)로 혼입되는 경우 충격이 발생하거나 장치의 효율저하가 발생할 우려가 있다.
따라서, 상기한 바와 같이 유로들의 합류점에서 역류방지장치가 더 구비될 수 있다. 이러한 역류방지장치는 압축기(110, 210)로의 냉매의 역류 또는 팽창밸브(121, 122, 221, 222)로의 냉매의 역류를 방지하여 작동의 효율성 및 내구성을 보장할 수 있게 된다. 이러한 역류방지장치는 유로를 선택적으로 개폐하는 일종의 절환밸브로 이루어질 수도 있지만, 소정의 버퍼 및 선택유로로서 기능하는 장치로 이루어질 수도 있다.
도 9는 본 발명의 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치 본체의 일실시예를 나타내는 도면이다.
상기된 본 발명의 실시예들이 적용되는 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치의 본체(1000)는, 실내외의 공기가 혼합되는 혼합공간(1056)과, 상기 혼합공간(1056)으로 외기를 유입하는 외기유입부(1064)와, 상기 혼합공간(1056)으로 내기를 유입하는 내기유입부(1063)와, 상기 혼합공간(1056)으로부터의 혼합공기를 온도조절하여 실내측으로 배출하는 실내측열교환부(1025)와, 상기 혼합공간(1056)으로부터의 혼합공기를 열교환하여 실외측으로 배출하는 실외측열교환부(1026)로 이루어진다.
상기 혼합공간(1056)은 외기유입부(1064)로부터 유입되는 외기와 내기유입부(1063)로부터 유입되는 내기를 혼합하여 실내외로 배출하는 역할을 하는데, 상기한 내기유입부(1063), 외기유입부(1064), 실내측열교환부(1025) 및 실외측열교환부(1026)가 배치되는 방향 및 형상은 반드시 도면에 도시된 사항에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일실시예에서는 외기를 바로 실내로 유입시키거나 내기를 바로 실외로 배출시키지 않고, 혼합공간(1056)의 개념을 제공함으로써 일차적으로 혼합의 과정을 거치게 되는데 일반적으로 실내외의 이산화탄소와 산소량의 차이를 적절하게 조절할 수 있는 이점을 가진다. 이러한 이산화탄소량의 조절은 pH농도의 조절로 이어질 수 있다. 따라서, 상기 혼합의 조절개념을 위하여 혼합공간(1056)에는 혼합조절부재(1050)가 배치될 수 있다.
상기 혼합조절부재(1050)는 혼합공간(1056)으로 유입되는 외기와 내기의 양을 조절함으로써 실내측열교환부(1025)를 통하여 실내로 유입되기 전에 산소와 이산화탄소의 양을 조절할 수 있도록 하는 것이다.
상기 혼합조절부재(50)의 배치의 예로써 내기유입부(1063), 외기유입부(1064), 실내측열교환부(1025) 및 실외측열교환부(1026)는 각각 혼합공간(1056)에서 양측의 전후방으로 형성되어 분기되는 독립적인 격실의 형상을 가질 수 있고, 상기 혼합공간(1056)과 내기유입부(1063), 외기유입부(1064), 실내측열교환부(1025) 및 실외측열교환부(1026)의 연결부에 각각의 유입 또는 유출량을 조절할 수 있는 혼합조절부재들이 개별적으로 배치될 수 있다. 이러한 경우 내외기의 혼합랴량이 조절될 수 있음은 물론, 완전히 실내의 공기만을 순환시키거나, 실내의 공기를 실외로 배출하는 방향으로만 작동하거나, 실외의 공기를 실내로 완전히 유입시키는 방향으로만 작동되도록 조절이 이루어질 수 있다.
상기 혼합조절부재(1050)는 유로의 개폐 및 개도의 조절이 가능한 장치라면 다양한 유로의 개폐조절수단이 사용될 수 있다. 상기 혼합조절부재(1050)는 도 11과 관련하여 후술하도록 한다.
실외 및 실내를 수직으로 연장하는 방향을 종방향으로 정의할 때, 도 9에 나타난 일실시예에서는 상기 혼합조절부재(1050)가 혼합공간(1056)의 내부에서 횡방향으로 배치될 수 있다.
즉, 상기 혼합조절부재(1050)는 완전히 유로를 폐쇄하는 경우 혼합공간(1056)의 전후방을 구획하는 일종의 격벽으로서 기능할 수 있는데, 이때에는 내기유입부(1063)로부터 유입되는 내기가 다시 실내측열교환부(1025)에서 온도조절 과정만을 거쳐 환원되고, 외기유입부(64)로부터 유입되는 외기는 혼합조절부재(1050)의 전방측에서 다시 실외측열교환부(1026)를 거쳐 배출된다. 또한, 혼합공간(1056)이 완전히 개방되는 경우에는 외기와 내기의 혼합률은 최대가 될 수 있다.
예를 들어, 실내의 이산화탄소의 농도가 상승하는 경우에는 소정 조건에서 실내의 산도가 증가하게 됨을 의미하고 이를 조절하기 위하여 외기를 혼합하여 환기의 기능을 수행할 수 있고, 상기한 혼합조절부재(1050)의 개도를 조절함으로써 실내의 이산화탄소 량을 조절할 수 있게 되는 것이다.
한편, 도 9의 개념에서 상기 실내측열교환부(1025)와 실외측열교환부(1026)는 각각 열교환기(10, 30)를 구비할 수 있다.
상기 실내측열교환부(1025)에 구비되는 내기열교환기(10)는 상기 혼합공간(1056)에서 혼합된 공기로부터 흡열하거나 방열하는 방식으로 실내의 온도를 조절할 수 있는데, 상기 실외측열교환부(1026)에 구비되는 외기열교환기(30)는 상기 냉방이나 난방의 과정에서 실외로 배출되는 혼합공기로 방열하거나 흡열하여 냉난방의 효율을 극대화시킬 수 있다.
즉, 상기된 바와 같은 난방사이클이 구동되는 경우에는 상기 내기열교환기(10)에서 내부의 냉매가 저온 및 저압상태로 유동하여 혼합공기로부터 흡열함으로써 실내의 공기를 낮추고, 외기열교환기(30)에서는 외부로 배출되는 혼합공기에 열을 방출하여 냉매의 온도를 낮춤으로써 내기열교환기(10)에서 상기 온도를 활용할 수 있도록 한다. 따라서, 히트펌프가 냉난방을 위하여 소요되는 에너지가 저감될 수 있다.
특히 이원사이클이 적용되는 경우 혼합되어 각각 배출되는 내기와 외기의 열을 활용할 수 있는 이점이 있고, 난방사이클의 작동시 외부의 기온이 극히 낮은 경우 상기 혼합조절부재(1050)의 개도를 조절하여 외기측의 온도를 조절함으로써 초기 가동 성능이 향상될 수 있는 이점을 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치의 다른 실시예에 따른 본체를 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가온 환기장치는, 각각 두 개 이상의 열교환기(10, 30) 및 송풍수단(31, 32)을 포함하여 배치되고, 상호 인접되어 병렬로 배치되는 실내측열교환부(1010)와 실외측열교환부(1020) 및 상기 실내측열교환부(1010)와 실외측열교환부(1020)의 사이에 개재되는 공간인 혼합부(1059)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 열교환기(10, 30)는 다양한 방식의 열교환수단이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 내부의 냉매와 그 외부에 유동되는 공기의 상호 열교환을 통하여 공기의 온도를 조절하는 방식으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 열교환기는 히트펌프의 이원 사이클을 사용함으로써 효율이 극대화될 수 있음은 상기된 바와 같다.
송풍수단(1031, 1032)은 공기의 유동을 발생시키는 장치라면 가온 환기장치에 선택적으로 사용될 수 있다. 이러한 송풍수단은 두 개 이상이 배치될 수 있고, 실내측열교환부(1010)와 실외측열교환부(1020)에서 각각 반대방향의 유동을 발생시킨다. 즉, 실내측열교환부(1010)는 혼합공기를 실내측으로 유입시키도록 하며, 실외측열교환부(1020)는 혼합공기를 실외측으로 배출시키도록 하면서 환기의 기능을 가지게 되는 것이다. 한편, 상기 송풍수단은 외기와 내기를 혼합공간으로 유입할 수 있는 동력을 제공하게 된다.
상기 혼합부(1059)는 내부에서 외기 및 내기가 혼합될 수 있는 공간인 혼합공간(1055)이 형성되고, 상기 혼합공간(1055)의 실외측에는 제2혼합조절부재(1052)가 배치되고, 혼합공간(1055)의 실내측에는 제1혼합조절부재(1051)가 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 혼합조절부재(1051, 1052)들은 소정의 유로를 개폐하거나 개도를 조정하도록 기능하는바, 제2혼합조절부재(1052)와 제1혼합조절부재(1051)가 완전히 개방되는 경우에는 외기유입부(1062)에 실외측에서 유입된 외기와 내기유입부(1061)에 실내측에서 유입된 외기가 혼합공간(1055)으로 완전하게 유입될 수 있다.
또한, 제1혼합조절부재(1051)가 개방되고 제2혼합조절부재(1052)가 폐쇄되는 경우에는 혼합공간(1055)에 외기의 유입이 차단되고 실내의 공기만이 순환될 수 있다.
따라서, 실내측열교환부(1010)와 실외측열교환부(1020)로 유입되는 공기는 혼합공간(1055)으로부터 제공되는 혼합공기로 이루어지게 된다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치는 실외의 외기와 실내의 내기를 유입하여 혼합하는 혼합공간(1055), 상기 혼합공간(1055)으로부터의 혼합공기가 실내로 유입되면서 온도가 조절되는 제1격실(1041), 상기 혼합공기가 실외로 배출되면서 온도가 조절되는 제2격실(1042), 상기 제1격실(1041)의 내부에 배치되고 혼합공기와 1차로 열교환하는 내기열교환기(10) 상기 제1격실(1041)의 내측에 배치되고 혼합공기를 실내로 유입시키는 흡입측송풍수단(1031), 상기 제2격실(1042)의 외측에 배치되고 혼합공기와 열교환하는 외기열교환기(30), 상기 제2격실(1042)의 외측에 배치되고 혼합공기를 실외로 배출시키는 배출측송풍수단(1032), 상기 혼합공간(1055)의 전후방측에 배치되어 유입되는 내기와 외기의 양을 조절하는 제1혼합조절부재(1051) 및 제2혼합조절부재(1052)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 흡입측송풍수단(1031)은 제1격실(1041)의 가장 내측에 배치되고, 배출측송풍수단(1032)은 제2격실(1042)의 가장 외측에 배치될 수 있는데, 이때 상기 송풍수단(1031, 1032)들은 공기의 유동을 발생시키면서 열교환기(10, 30)의 외면에서의 내부에 유동되는 냉매와 외면에 유동되는 공기 사이에서 더욱 효율적으로 열교환시킬 수 있는 이점을 가진다.
상기 제1격실(1041), 제2격실(1042) 및 혼합공간(1055)은 상호 간에 소정 간격 이격되어 배치될 수도 있으나, 배치상태를 고려하여 하나의 모듈로서 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제1격실(1041), 제2격실(1042) 및 혼합공간(1055)은 외관을 형성하는 하우징(1040)의 내부에 인접되어 형성되고, 상호 병렬로 배치되는 것이 부재들을 더욱 컴팩트하게 배치할 수 있는 이점이 있다.
구체적으로, 상기 하우징(1040)은 전후방이 관통된 중공의 형상으로 이루어지고, 바람직하게는 제1격실(1041), 혼합공간(1055) 및 제2격실(1042)의 구획을 정확하게 하면서도 공간적인 이점을 위하여 단면이 장방형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1격실(1041), 혼합공간(1055) 및 제2격실(1042)은 각각 직육면 형상으로 이루어지고 양측방향으로 순차적으로 배치되되, 상기 제1격실(1041)과 제2격실(1042)의 폭보다 상기 혼합공간(1055)의 폭이 더 작은 것이 공기유동의 흐름 및 상기 혼합조절부재에 의한 공기량의 조절 관점에서 바람직하다.
상기 제1격실(1041), 혼합공간(1055) 및 제2격실(1042)은 상기 하우징(1040)의 내부에서 공간을 좌우로 구획하는 한 쌍의 격벽에 의하여 구분될 수 있다.
한편, 상기 혼합부(1059)는 혼합공간으로 유입되는 유출되는 내외기의 경로에 대한 최소한 총 4개의 개구를 구비할 수 있는데, 도면에서는 외기유입부(1062)와 내기유입부(1061)만이 도시되고, 혼합조절부재가 각각 상기 유입부들 측에만 배치되는 사항이 설명되었다. 그러나, 상기 혼합조절부재는 상기 혼합공간의 유출부 즉, 혼합부(1059)와 제1격실(1041) 및 제2격실(1042)의 연통부에 유출량의 조절부재로서 추가적으로 배치될 수 있고, 이러한 경우 유입 또는 유출되는 내외기의 양을 완전하게 조절할 수 있는 이점을 가질 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이 상기 격벽(참조번호 미표시)은 하우징(1040)의 내부의 공간을 3개로 구획하는 2개의 장방 형상의 판으로 이루어지고 이에 따라 상기 제1격실(1041), 혼합공간(1055) 및 제2격실(1042)은 대략 직육면체 형상의 균등한 공간을 이룰 수 있다. 다만, 상기 하우징(1040)의 형상 및 격벽의 배치 또는 형상은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 배치상태에 따라 상기 혼합부(1059)의 외기유입부(1062)와 내기유입부(1061)에서는 각각 외기와 내기를 혼합공간(1055)으로 유입시키고, 상기 유입되는 양은 각각 제2혼합조절부재(1052) 및 제1혼합조절부재(1051)에 의하여 조정될 수 있다. 상기 제1격실(1041)에 배치되는 내기열교환기(10)에서는 상기 혼합공간(1055)으로부터의 혼합공기를 온도조절하고, 제2격실(1042)에 배치되는 외기열교환기(30)에서는 혼합공기의 열을 흡수하거나 방출함으로써 폐열을 회수하는 역할을 할 수 있도록 한다. 여기서 폐열이란 양의 온도 및 음의 온도를 모두 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 즉, 난방사이클이 작동되는 동안에는 내기열교환기(10)가 응축기로 작동하여 혼합공기의 온도를 높이면서 실내로 유입시키지만, 외기열교환기(30)는 증발기로 작동하면서 상기된 가온사이클의 경우와 같이 외부의 열 또는 배출되는 실내의 공기의 열을 흡수할 수 있다. 이러한 개념에 따라 바람직하지 않게 외부로 버려지는 폐열을 다시 난방의 사이클을 구성하는 데 활용할 수 있게 된다.
도 11은 본 발명의 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치의 혼합조절부재를 도시한 도면이다.
상기한 바와 같이 혼합조절부재는 소정의 유로를 개폐하고 개도를 조정할 수 있는 다양한 수단이 사용될 수 있는데, 본 발명의 일실시예에서는 복수의 블레이드로 이루어지는 혼합조절부재가 설명된다.
구체적으로, 혼합조절부재(1051)는 외주면이 상기 혼합공간(1055)의 내주면의 형상에 대략 대응되는 형상으로 이루어지는 브라켓부(1053)와, 상기 브라켓부(1053)에 양측이 지지되고 상하방향으로 회동 가능한 복수의 개폐부(1054)를 포함하여 이루어진다.
상기 개폐부(1054)는 대략 장방형의 블레이드 형상으로 이루어지고, 회동하여 수직방향으로 배치되는 경우 상호 외주면이 밀착되어 유로를 폐쇄하고, 수평방향으로 배치되는 경우에는 상호 외주면이 이격되어 유로를 개방하게 된다. 따라서, 상기 개폐부(1054)의 회동의 정도에 따라 간단하게 혼합공간(1055)으로 유입되는 외기 또는 내기의 양을 조절할 수 있게 되는 것이다.
이때, 상기 개폐부(1054)는 구동부(1071)에 의하여 개폐가 조절될 수 있고, 상기 구동부(1071)는 모터나 피에조장치 등 다양한 구동수단이 사용될 수 있다. 또한, 상기 구동부(1071)와 개폐부(1054)의 동력을 연결하는 동력 연결수단은 체인이나 기어 등 다양한 동력전달수단이 선택적으로 사용될 수 있음은 물론이다.
상기한 개폐부(1054)는 소정의 제어부(1070)를 통하여 수동으로 조절되거나 자동적으로 조절될 수 있는데, 실내와 실외의 공기를 혼합하는 양을 조절함으로써 실내의 이산화탄소량을 조절하는 본 발명의 개념에 따라 실내측에는 이산화탄소량을 검출하는 검출부(1080)가 더 구비될 수 있다.
상기 제어부(1070)는 상기 검출부(1080)의 검출신호를 입력받아 상기 혼합조절부재(1051)에 개도를 조정할 수 있도록 구동부(1071)에 제어신호를 출력하게 된다.
상기 검출부(1080)는 외부의 이온의 변화에 따라 반도체소자의 소스와 드레인 사이의 전류 값의 변화를 감지하여 산도를 측정하는 반도체소자 pH센서(ISFET)나 유리전극의 전위차를 사용하여 산도를 측정하는 유리전극식 pH센서 등 다양한 산도 센서가 선택되어 사용될 수 있음은 물론, 직접 이산화탄소 센서로서 이루어질 수도 있다. 또한, 상기 검출부(1080)는 산소농도센서로 대체될 수도 있음은 물론이다.
상기 검출부(1080)는 실내측의 선택된 공간에 배치될 수 있는데, 혼합부(1059)의 내기유입부(1061)의 내부 또는 이에 인접되어 형성되는 것이 농도의 균일하고 정확한 측정을 위하여 바람직하다.
본 발명의 개념에 따른 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치의 본체의 구성에서, 상기된 구조를 가짐에 따라 난방시에 외부의 열을 활용하는 외기열교환부(30)의 특성상 외부의 기온이 급격히 낮은 경우 실내의 유동의 일부 또는 전부를 상기 혼합부(1059)에 의하여 유출시킬 수 있고 이는 결국 내기 열의 외기열교환부(30)에의 제공을 의미한다.
또한, 상기된 개념에서는 필요에 따라 실내의 이산화탄소량과 산소량을 적절하게 조절할 수 있으므로 환기장치로서 사람이 활동할 수 있는 가장 쾌적한 조건을 제공할 수 있는 것이다.
다만, 상기 본체(1000)는 내부에서 외기와 내기가 각각 흡입 및 토출되고 열교환될 수 있는 소정의 공간을 구비하고, 외기와 내기의 경로가 상호간에 분리되어 이원사이클에 의하여 열교환이 이루어질 수도 있음은 물론이다.
상기된 본 발명의 개념에 따른 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치에서 바람직하게는, 운전의 초기단계의 경우는 실내측열교환부(1010)에서의 송풍량이 실외측열교환부(1020)보다 더 크게 이루어질 수 있고, 운전의 가동시간이 경과되면서 송풍량을 균등하게 맞추는 방식으로 순차적으로 이원사이클의 동작을 제어할 수도 있다. 다만, 이러한 동작의 구성은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 본체(1000)는 공기환기시의 난방 및/또는 냉방의 가동 및 온도의 조절을 위한 컨트롤러(미도시)를 더 구비할 수 있는데, 상기 컨트롤러는 조작의 간편함을 위하여 터치패널이 구비되는 디스플레이장치로서 이루어질 수 있다. 이러한 컨트롤러에는 실내의 온도, 설정 온도, 냉난방운전의 선택 버튼, 상기 송풍기들의 송풍 강도 조절버튼, 수동조작의 버튼 등이 디스플레이 및 조작될 수 있다. 또한, 상기 컨트롤러에는 제1사이클의 난방사이클 및 냉방사이클과 제2사이클의 가온사이클과 흡열사이클에서의 냉매의 압력과 온도를 추가적으로 표시할 수도 있음은 물론이다.
상기한 본 발명의 개념에 따른 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치에 따라, 실내 온도의 상승의 속도가 비약적으로 증가될 수 있으며 소요되는 전력이 현저히 저감될 수 있어 환기장치의 효율성이 극대화될 수 있는 이점이 있다.
즉, 내기와 외기를 필요에 따라 혼합량을 조절하면서 실외측의 열교환기에 충분한 열을 공급함으로써 효율을 상승하면서 폐열을 흡수할 수 있음은 물론, 이원사이클을 통한 열의 2차적 가온 과정을 통하여 환기 및 가온의 기능은 더욱 극대화될 수 있는 것이다.
또한, 실내의 이산화탄소량과 산소량의 농도비율을 적절하게 센싱하고 조절할 수 있도록 함으로써 쾌적한 환경을 제공할 수 있는 이점이 있다.
이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
Claims (10)
- 제1냉매가 순환되는 제1사이클(100);제2냉매가 순환되는 제2사이클(200);제1냉매와 제2냉매가 각각 일측과 타측으로 분리되어 유동되고 상호간에 열교환이 이루어지는 열교환부(20); 및실내외의 공기가 혼합되는 혼합공간과, 상기 혼합공간으로 외기를 유입하는 외기유입부와, 상기 혼합공간으로 내기를 유입하는 내기유입부와, 상기 혼합공간으로부터의 혼합공기를 온도조절하여 실내측으로 배출하며 상기 내기열교환기가 구비되는 실내측열교환부와, 상기 혼합공간으로부터의 혼합공기를 열교환하여 실외측으로 배출하며 상기 외기열교환기가 구비되는 실외측열교환부를 구비하는 본체;를 포함하고,상기 제2사이클(200)에서 상기 혼합공간으로부터 배출되는 공기의 열이 상기 실외측열교환부에서 흡수되고 제2냉매가 가온되어 상기 열교환부(20)를 통하여 상기 제1사이클(100)에 전달되면, 상기 제1사이클(100)에서 제1냉매가 가온되어 상기 실내측열교환부에서 상기 혼합공간으로부터 실내로 배출되는 공기에 열을 전달하는 것을 특징으로 하는 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치.
- 제1항에 있어서,상기 본체는, 상기 혼합공간에서 혼합되는 내기와 외기의 양을 조절하는 하나 이상의 혼합조절부재를 더 구비하는 것을 톡징으로 하는 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치.
- 제2항에 있어서,상기 혼합조절부재는, 상기 혼합공간으로 유입되는 외기의 양을 조절함으로써 실내의 이산화탄소와 산소의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치.
- 제2항에 있어서,상기 혼합조절부재는, 상기 혼합공간으로 유입되는 내기와 외기의 양을 각각 조절하도록 상기 혼합공간의 상기 내기유입부와 외기유입부에 인접하여 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치.
- 제4항에 있어서,상기 혼합조절부재는, 상기 혼합공간으로부터 배출되는 내기와 외기의 양을 조절하도록 상기 혼합공간과 상기 실내측열교환부 및 실외측열교환부의 연통로에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치.
- 제4항에 있어서,난방운전의 개시단계에서, 상기 혼합공간으로 유입되는 내기의 양이 외기의 양보다 더 많도록 내기유입부측에 인접되는 혼합조절부재의 개도가 외기유입부측에 인접되는 혼합조절부재의 개도보다 더 크게 이루어지는 것을 특징으로 하는 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치.
- 제1항에 있어서,상기 본체는,상기 실내측열교환부가 형성되는 제1격실과, 혼합공간과, 실외측열교환부가 형성되는 제2격실이 순차적으로 병렬로 배치되고,상기 제1격실, 혼합공간 및 제2격실을 구획하는 두 개의 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치.
- 제1항에 있어서,제1사이클에 구비되고, 제1압축기(110)의 출력측으로부터 내기열교환기(10)으로 연통되는 제1난방유로(161)와, 내기열교환기(10)로부터 제1팽창밸브(121) 및 열교환부(20)의 일측에 연통되는 제2난방유로(162)와, 열교환부(20)의 일측으로부터 제1압축기(110)의 입력측에 연통되는 제3난방유로(163)로 이루어지며 제1냉매가 유동되는 난방사이클; 및제2사이클에 구비되고, 제2압축기(210)의 출력측으로부터 열교환부(20)의 타측에 연통되는 제1가온유로(261)와, 열교환부(20)의 타측으로부터 제2팽창밸브(221) 및 외기열교환기(30)에 연통되는 제2가온유로(262)와, 외기열교환기(30)로부터 제2압축기(210)의 입력측에 연통되는 제3가온유로(263)로 이루어지며 제2냉매가 유동되는 가온사이클;을 포함하고,난방운전시, 제1사이클(100)의 난방사이클과 제2사이클(200)의 가온사이클이 가동되어 외기열교환기(30)에서 제2냉매가 흡수한 열을 가온하여 열교환부(20)를 통하여 제1냉매에 전달하고 제1냉매가 가온되어 내기열교환기(10)에서 내기에 열전달하며, 상기 내기열교환기(10)와 열교환되는 내기의 유동과 상기 외기열교환기(30)에서 열교환되는 외기의 유동의 유로 및 상기 제1냉매와 제2냉매의 유로는 각각 분리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치.
- 제8항에 있어서,난방운전의 개시단계에서 제1냉매가 제2냉매보다 먼저 온도가 상승되는 것을 특징으로 하는 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치.
- 제9항에 있어서,난방운전의 개시단계에서 상기 혼합공간으로 유입되는 내기의 양이 외기의 양보다 더 많은 것을 특징으로 하는 이원사이클 히트펌프를 이용한 누설기능을 갖는 가온 환기장치.
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