KR0136767B1 - 마이크로웨이브를 이용한 냉매가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 예를들어 공기조화기 따위의 냉난방장치에 있어서, 순화냉매를 가열하기 위한 에너지원으로 마이크로웨이브를 이용토록 함으로써 냉매가열장치 구성을 간단화함은 물론, 사용의 편리성 및 안전성을 도모할 수 있는 마이크로웨이브를 이용한 냉매가열장치에 관한 것으로써, 압축기, 실외열교환기, 팽창밸브, 실내열교환기 순으로 냉매가 순환되면서 실내냉방기능을 수행하고, 압축기, 실내열교환기, 팽창밸브, 냉매가열장치, 실외열교환기 순으로 냉매가 순환되면서 실내난방기능을 수행하는 냉난방 장치에 있어서, 상기 냉매가열장치는 마이크로컴퓨터와, 이 마이크로컴퓨터의 출력레벨신호에 따라 온오프 되는 트랜지스터 및 릴레이와, 릴레이의 접속여부에 따라 외부로부터의 AC전원을 고압으로 변압한후 배압 정류하는 고압발생부와, 고압발생부에 의해 배압정류된 전압을 구동용 전압으로 인가받아 마이크로웨이브를 발생하는 마그네트론과, 마그네트론의 구동에 의해 발생된 마이크로웨이브를 냉매순환용 배관에 접촉시키는 통로인 도파관으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로웨이브를 이용한 냉매가열장치

제1도는 일반적인 냉난방 장치의 냉난방 원리도.

제2도는 본 발명의 냉매가열용 마이크로웨이브 발생회로도.

제3도는 본 발명의 도파관과 냉매배관의 연결부위의 구조도.

제4도는 본 발명의 냉매가열장치가 접속된 냉난방장치의 전체적인 제어블록도.

제5도는 본 발명의 냉매가열장치에 의한 전체적인 냉난방 동작순서를 도시한 플로우챠트.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1:마이크로컴퓨터2:트랜지스터

3:릴레이4:고압발생부

5:마그네트론6:도파관

100:냉매가열장치

본 발명은 예를들어 공기 조화기 따위의 냉난방장치에 있어서, 배관내 순환냉매를 가열하기 위한 에너지원으로 마이크로웨이브를 이용토록 함으로써 냉매가열장치 구성을 간단화함은 물론, 사용의 편리성 및 안전성을 도모할 수 있는 마이크로웨이브를 이용한 냉매가열장치에 관한 것이다.

일반적인 냉매가열식 냉난방장치는 제1도에 도시한 바와 같은 냉매싸이클도를 참조하여 설명하면 먼저, 냉방운전의 경우, 냉매가 팽창밸브(14)를 통하면서 저온저압으로 되며, 이때의 냉매는 완전한 액도 아니고 완전한 증기도 아닌 상태이다.

이와같은 저온 저압의 냉매는 실내열교환기(12)에 유입된 후 주위로 부터 증발열을 빼앗아 증발하게 되며, 이는 냉매의 온도와 압력이 변하지 않고 실내열교환기(12) 주위의 물품이나 공기로부터 열을 빼앗아 점차 증발하는 것이다.

상기 증발된 냉매증기는 압축기(10)에서 외부로부터 일을 받아 고온고압으로 압축되고, 이후 실외열교환기(15)에 유입되어 상온의 냉각수 또는 공기에 의해 열교환됨으로써 고온고압의 액체냉매로 변화되면서 응축열을 외부로 방출한다.

즉, 실외팬(16)의 구동에 의해 응축열이 외부로 방출되는 것이며, 응축액은 재차 최초상태로 되돌아와서 팽창밸브(14)에 유입된 후 상술한 바와 같은 냉매온도 및 압력변환동작을 거치면서 실내냉방기능을 수행하는 싸이클을 연속반복하게 된다.

한편, 난방운전의 경우에는 압축기(10)에 의해 고온고압으로 압축된 냉매는 실내열교환기(12)에 유입되어 증발된다.

이후, 상기 증발된 저온저압의 냉매는 팽창밸브(14)를 통하면서 저온저압의 액체도 아니고 증기도 아닌 상태로 압축기(10)에 유입되는데, 이때 냉매가열장치(100)의 동작에 의해 배관이 가열된다.

이에 따라, 상기 저온저압상태의 냉매가 냉매가열장치(100)에 의해 소정온도로 가열되어 압축기(10)에 유입된후 고온고압으로 압축되고(기화되고), 이 기화된 냉매가 재차 실내열교환기(12) 및 팽창밸브(14)에 유입되어 상술한 바와 같은 냉매온도 및 압력변환동작을 수행함으로써 실내난방기능을 수행하는 싸이클을 연속 반복하게 된다.

이때, 상기 냉매가열장치(100)는 배관내를 순환하는 냉매가 소정온도를 유지할 수 있도록 가열하는 동작을 수행한다.

그런데, 일반적인 냉매가열식 냉난방장치는, 냉매가열을 위한 에너지원으로 석유 및 전기 또는 가스 및 전기를 이용함으로써 전체적인 장치의 구성이 매우 복잡한 주요인이 되어 왔다.

즉, 상기 냉매가열 에너지원으로 석유 및 전기를 사용할 경우를 예로 들면, 버너, 이그나이터, 전자펌프, 연료저장통 등 비교적 대형 구성장치가 추가되어야 함으로써 원가상승에 일조함은 물론, 장치의 이상발생시 그 수리가 용이하지 않는 등의 불합리한 점이 있었던 것이다.

또한, 본래 충진되었던 냉매가열용 연료가 일정량 이상 소모되면 재차 보충해 주어야 하는 번거로움도 있었을뿐만 아니라, 기계식 장치구성에 따라 미세한 진동에도 소음이 발생되는 등의 많은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로써, 마이크로웨이브를 순환냉매 가열 에너지원으로 이용함으로써 가열장치 구성을 간단화함과 동시에 냉난방장치 사용의 편리성 및 안전성 향상에 기여할 수 있는 냉매가열장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축기, 실외열교환기, 팽창밸브, 실내열교환기 순으로 냉매가 순환되면서 실내냉방기능을 수행하고, 압축기, 실내열교환기, 팽창밸브, 냉매가열장치, 실외열교환기 순으로 냉매가 순환되면서 실내난방기능을 수행하는 냉난방 장치에 있어서, 상기 냉매가열장치는 마이크로컴퓨터와, 이 마이크로컴퓨터의 출력레벨신호에 따라 온오프 되는 트랜지스터 및 릴레이와, 릴레이의 접속여부에 따라 외부로 부터의 AC전원을 고압으로 변압한 후 배압 정류하는 고압발생부와, 고압발생부에 의해 배압정류된 전압을 구동용 전압으로 인가받아 마이크로웨이브를 발생하는 마그네트론과, 마그네트론의 구동에 의해 발생된 마이크로 웨이브를 냉매순환용 배관에 접촉시키는 통로인 도파관으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명의 냉매가열용 마이크로웨이브 발생회로도, 제3도는 본 발명의 도파관과 냉매배관의 연결부위의 구조도, 제4도는 본 발명의 냉매가열장치가 접속된 냉난방장치의 전체적인 제어블록도, 제5도는 본 발명의 냉매가열장치에 의한 전체적인 냉난방 동작순서를 도시한 플로우챠트이다.

제2도 내지 제4도에 있어서, 마이크로컴퓨터(1)는 본 발명의 마이크로웨이브를 이용하여 냉매를 가열하는 전체적인 동작이 행해질 수 있도록 초기 신호를 발생함과 동시에 총괄적인 냉난방기능을 수행토록 제어하는 것으로써, 키조작부(도시하지 않음)의 조작이 행해지면 내부에 설정 입력된 프로그램에 의해 필요한 신호를 출력하는 것이다.

트랜지스터(2)는 마이크로컴퓨터(1)에서 출력되는 레벨신호에 따라 온·오프되는 것으로써 NPN형이고, 릴레이(3)는 상기 트랜지스터(2)가 온·오프됨에 따라 접속 또는 차단되는 것으로써 상기 트랜지스터(2)의 콜렉터측에 코일(L)과 스위치(SW)로써 구성된다.

고압발생부(4)는 릴레이(3)의 접속여부에 따라 외부로부터의 AC전원(220V, 60Hz)을 입력받아 1, 2차측 권선수에 따라 고압변환하고, 이 고압변환된 전압을 배압 및 정류하는 것으로써, 1차측에 AC전원을 입력받아 상호유도작용에 의해 2차측에 고압을 유기하는 고압트랜스(4a)와, 상기 고압트랜스(4a)에 의해 유기된 고압을 후술하는 마이네트론(5) 구동용 전압이 되도록 배압 및 정류하는 고압콘덴서(4b) 및 고압다이오드(4c)로 구성된다.

마이네트론(5)은 상기 고압콘덴서(4b) 및 고압다이오드(4c)에 의해 배압 정류된 구동용 전압을 인가받아 마이크로웨이브를 발생하는 것잊다.

도파관(6)은 마이네트론(5)의 구동에 의해 발생된 냉매가열용 마이크로웨이브를 냉난방용 냉매가 순환되는 배관(7)에 손실없이 전달하는 것으로써 제3도에 도시한 바와 같이, 동파이프로 된 소정직경을 갖는 배관(7)과 도파관(6)의 출구가 연결되는 부분(8)의 배관직경은 그 이외 다른 배관부분의 직경에 비해 작은 직경이 되도록 한다.

이는 도파관(6)을 통해 배관(7)에 접촉되는 마이크로웨이브에 의한 발생열을 이용한 배관(7)내 냉매가열효과를 극대화하기 위함이다.

또한, 상기 배관(7)뿐만 아니라 도파관(6)도 열효율을 향상시키기 위하여 전체배관(7)중 직경이 작은 배관부분 즉, 도파관(6)과 배관(7)의 연결부분(8)에 해당하는 도파관(6)의 출구도 마이크로웨이브가 집중될 수 있도록 적당한 형상으로 설계하는 것이 중요하다.

이때, 무조건 도파관(6)의 출구를 작게하는 것을 지양하고 마그네트론(5)에 의해 발생된 마이크로웨이브에 의한 열을 이용하여 최대한 단시간 내에 배관(7)을 가열시킬수 있고, 또한, 도파관(6)의 출구부분이 상기 열을 감당할 수 있을 정도가 적당하다.

또한, 상기 도파관(6)의 형상설계는 시뮬레이숀장비를 이용하며, 마이크로웨이브를 일정구역에 집중시킬 경우 발생할 수 있는 냉매배관파열 등의 문제점은 마그네트론(5)에 인가되는 구동용 전압을 조정하면 해결이 가능하므로 냉매배관(7)에 손상이 기지않을 정도의 범위내에서 적당하게 전압을 설정한다.

다음에 제5도를 위주로 제1도 내지 제4도를 참조하여 본 발명의 마이크로웨이브를 이용한 냉매가열원리를 상세히 설명한다.

본 발명의 마이크로웨이브를 이용한 냉매가열원리는 편의상 난방운전일 경우를 예로 들어 설명한다.

이에 따라, 운전개시후 스텝S1에서 난방운전 여부를 판별해서 난방운전으로 세팅되었을 경우(Yes일 경우)에는 스텝S2에서 마이크로컴퓨터(1)의 제어에 의해 이방밸브(17)는 폐쇄시키는 반면에 사방밸브(11)를 개방시켜서 일단, 압축기(10), 팽창밸브(14), 실외열교환기(15)로 이루어지는 실외기 배관내의 냉매가 실내기 배관내로 전부 유입되도록 한다.

이로써, 난방운전상태가 되는 것이다.

이어서, 스텝S3에서는 상기 실외기에서 실내기로의 냉매 회수가 완료되었는지의 여부를 마이크로컴퓨터(1)에 의해 판별하며, 회수완료되지 않았을 경우(No일 경우)에는 이방밸브(7) 폐쇄 및 사방밸브(11) 개방상태를 계속 유지시켜서 순환냉매를 회수완료토록한 후, 회수완료여부를 재차 판별토록 하고, 냉매회수가 완료되었을 경우(Yes일 경우)에는 스텝S4로 나아가서 마이크로컴퓨터(1)는 상기 이방밸브(17)를 개방시킴으로써 냉난방 제어장치가 완전히 난방제어동작을 수행할 수 있는 초기조건을 마련한다.

상기 이방밸브(17)가 개방됨으로써 냉매가 냉매가열장치(100)를 통과하게 되어(도파관과 배관이 연결되었으므로) 난방동작상태가 준비되었으므로 스텝S5 내지 스텝S7에서는 마이크로컴퓨터(1)가 하이레벨신호를 출력하여 저항(R)을 통해서 트랜지스터(2)를 온 시킴으로써 릴레이(3)가 접속되어 외부교류전압(220V, 60Hz)이 고압트랜스(4a)의 1차측에 인가되도록 한다.

이에 따라, 스텝S8에서는 상기 고압트랜스(4a)의 2차측에는 트랜스권선비에 따른 고압이 유기되고, 이 고압은 고압다이오드(4c) 및 고압콘덴서(4b)에 의해 배압정류된 후 마그네트론(5)에 구동용 전압으로 인가된다.

이후, 스텝S9에서는 상기 구동용 전압을 인가받은 마그네트론(5)의 구동에 의해 소정주파수 대역을 갖는 마이크로웨이브가 발생되고, 이 마이크로웨이브가 도파관(6)을 통해서 냉매가 순환되는 배관(7)에 접촉되면서 그 자체의 발생열에 의해 배관(7)내의 냉매를 가열시킨다.

이미 상술한 바와 같이 도파관(6)의 마이크로웨이브 출구부분과 이 출구부분에 연결되는 배관(7)은 최단시간내에 일정량의 냉매에 의한 가열이 극대화되도록 구조가 설계되어 있으므로 단시간내에 설정난방온도로 도달될 수 있도록 냉매가 가열된다.

즉, 계속 마이크로웨이브가 배관(7)에 접촉되는 상태에서 냉매가 연결부분(8)을 지나는 순간 급격하게 가열되는 것이다.

기화원리에 따라 상기 가열된 냉매가 기화되고, 이 기화냉매가 실내열교환기(12)에 유입되면 열교환되어 고온고압의 액체냉매로 변화되면서 열을 발생하고, 이 열이 실내팬(13)의 구동에 따라 실내로 방열됨으로써 실내난방동작이 행해진다.

이때, 상기 실내열교환기(12)에 의해 방열된 후 응축되어 액화된 냉매는 팽창밸브(4)를 경유해서 냉매가열장치(100)에 의해 발생된 마이크로웨이브에 의해 재차가열되면서 압축기(10)에 유입된다.

이와같은 난방 싸이클을 연속반복하는 것이다.

한편, 스텝S1에서 난방운전으로 세팅되지 않았을 경우(No일 경우)에는 스텝S14로 나아가서 마이크로컴퓨터(1)가 이방밸브(17)는 폐쇄시키는 반면에 사방밸브(11)는 개방시켜서 냉매순환경로를 변환시킴으로써 실내냉방기능을 수행할 수 있도록 한다.

이에 따라, 스텝S15에서는 압축기(10)에 의해 냉매를 고온고압으로 압축하고, 스텝S16에서는 실외열교환기(15)에 의해 고온고압의 액냉매로 변환시키면서 발생된 응축열을 외부로 방출한다.

이후, 스텝S17 및 스텝S18에서 상기 응축액은 팽창밸브(14)를 통하면서 저온저압의 액화냉매로 변환된 후 실내열교환기(12)에 유입되어 주위의 열을 빼앗는 방식으로 실내를 냉각시키는 기능을 수행한다.

이와 같은 본 발명의 냉매가열장치에 의하면, 냉매가열장치를 간단화하여 사용의 편리성 및 안전성을 도모할 수 있는 뛰어난 잇점이 있는 것이다.

Claims (2)

1. 냉매를 순환시켜 실내냉/난방기능을 수행하도록 냉매가열장치가 구비된 공기조화기에 있어서, 상기 냉매가열장치는 냉매가열제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터와, 상기 마이크로컴퓨터의 출력레벨신호에 따라 턴온 / 오프 되는 트랜지스터와 상기 트랜지스터가 스위칭동작됨에 따라 여자되어 스위치접점이 온 / 오프되는 릴레이와, 상기 릴레이의 스위칭 동작에 따라 외부로부터 공급되는 AC전원을 고압으로 변압한 후 배압 정류하는 고전압발생부와, 상기 고전압발생부에서 발생된 고전압을 인가받아 마이크로웨이브를 발생하는 마그네트론과, 상기 마그네트론의 구동에 의해 발생된 마이크로웨이브를 냉매순환용 배관으로 유도하여 가열시키는 도파관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉매가열장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 도파관과 접촉되는 가열되는 냉매순환배관의 직경은 다른 부분의 냉매순환배관의 직경보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉매가열장치.