KR100202009B1

KR100202009B1 - 응축수를 이용한 이중효율 에어컨

Info

Publication number: KR100202009B1
Application number: KR1019960056641A
Authority: KR
Inventors: 김우곤
Original assignee: 오상수; 만도기계주식회사
Priority date: 1996-11-22
Filing date: 1996-11-22
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR19980037829A

Abstract

본 발명은 응축수를 이용한 이중효율 에어컨을 개시한다.

본 발명은 실내기내에 증발기와 팽창밸브를 설치하고, 이 증발기의 하부에 응축수를 수집하는 드레인팬을 설치하며, 그 하부에 실내공기를 흡입하는 실내블로어를 설치한다. 그리고, 실외기내에는 압축기와, 압축기에 연결되는 응축기와, 응축기를 방열시키는 실외블로어가 구비되는 응축수를 이용한 이중효율 에어컨에 있어서, 드레인팬에 연결되어 응축수를 증발시키는 진공열교환기는, 응축수가 유입되는 배수관과; 배수관내에 설치되어 드레인팬에 수집되는 응축수의 양에 따라 작동되는 플로우트 스위치와; 플로우트 스위치에 의해 작동되는 진공펌프와; 진공펌프와 플로우트 스위치 사이의 배수관에 설치되고, 진공펌프에 의해 진공상태를 유지하며, 실내공기와 응축수가 내부에서 열교환되는 진공용기와; 진공용기와 튜브의 연결지점에 설치되어 응축수를 진공용기 내부로 분사시키는 노즐밸브로 이루어짐으로서 실내블로어에 흡입되는 실내공기를 1차냉각시키고 증발기에서 2차냉각시킴으로서 냉방효율를 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

응축수를 이용한 이중효율 에어컨

본 발명은 에어컨(air-conditioner)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 에어컨에서 발생되는 응축수를 이용하여 냉방효율을 향상시키는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 냉매사이클을 이용한 에어컨은 압축기(compressor)에서 압축된 냉매를 응축기(condensor)에서 액화시킨 뒤 팽창밸브(expension valve)를 통해 증발기(evaporator)에서 다시 기화시켜 흡수되는 기화열에 의해 실내를 냉각시키는 장치이다.

이러한 에어컨은 날씨가 더운지방이나 계절에 실내를 냉방하기 위해서 사용되는 데, 최근 그 사용영역이 널리 확대되고 있다.

도1에는 이와같은 종래의 에어컨을 나타내고 있다.

실외기(O)내에는 저압의 증기냉매를 고압의 증기냉매로 압축시키는 압축기(CP)가 설치되고, 이 압축기(CP)에 연결된 응축기(CN)에서 고압의 증기냉매를 고압의 액체냉매로 응축시킨다.

그리고, 응축기(CN)의 인접한 위치에 실외블로어(blower;Bo)를 설치하여 냉매가 응축되며 발생하는 열을 방열시킨다.

한편, 실내기(I) 내부에 설치된 팽창밸브(EX)는 실외기(O)의 응축기(CN)와 연결되어 냉매를 저압으로 압력강화시킨다. 이어서, 팽창밸브(EX)에 연결된 증발기(EV)로 유입되는 저압의 증기냉매는 증발기(EV)의 내부를 통과하며 기화되어 저압의 증기냉매로 변화한다.

또한, 실내기(I)내에 설치된 실내블로어(Bi)는 흡입그릴(inlet grille;Gi)를 통해 실내공기를 유입시키고, 이 실내공기는 증발기(EV) 내부에서 기화되는 냉매에 의해 열을 빼앗겨 찬공기로 전환되는 데, 이 때 증발기(EV)의 주위에서 발생되는 응축수는 드레인팬(drain pan;Dp)에 수집된 후 드레인호스(drain hose;Dh)를 통해 외부로 방출된다.

그리고, 찬공기는 실내블로어(Bi)에 의해 토출그릴(outlet grille;Go)을 통해 다시 실내로 송풍된다.

그러나 이러한 종래의 에어컨은 드레인팬에 수집되는 응축수를 전부 버림으로서 에너지 재활용 측면에서 낭비를 초래하였다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 에어컨에서 발생되는 응축수를 버리지 않고 재활용함에 따라 에어컨의 냉방효율을 상승시킬 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 에어컨의 구조를 도시한 개략도

도 2는 본 발명에 따른 에어컨의 구조를 도시한 개략도

도 3은 본 발명에 따른 진공열교환기의 구조를 도시한 개략도

도 4는 도3의 Ⅳ에서 본 저면도

도 5은 도3의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도

도 6a 와 도6b는 도3의 Ⅵ에서의 작동상태를 도시한 부분상세도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

30 : 실외기 32 : 압축기(compressor)

34 : 응축기(condensor)60 : 실내기

65 : 팽창밸브(expension valve)66 : 증발기(evaporator)

68 : 드레인팬(drain pan)80 : 진공열교환기(vacuum heat exchanger)

81 : 플로우트 스위치(float switch)

82 : 배수관83 : 튜브(tube)

84 : 진공용기(vacuum case)85 : 핀(fin)

86 : 진공펌프(vacuum pump)90 : 노즐밸브(nozzle valve)

91 : 니들(needle)92 : 니들로드(needle rod)

93 : 스프링(spring)94 : 압력판

95 : (니들로드의)지지몸체98 : 니들시트(needle seat)

상술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 실내기내에 설치되는 증발기와, 이 증발기의 하부에 설치되어 응축수를 수집하는 드레인팬과, 실내기내에 설치되어 실내공기를 흡입하는 실내블로어와, 증발기에 연결되어 실내기에 설치되는 팽창밸브와, 실외기내에 설치되는 압축기와, 실외기내에 설치되고 압축기에 연결되는 응축기와, 실외기내에 설치되어 응축기를 방열시키는 실외블로어가 구비되는 응축수를 이용한 이중효율 에어컨에 있어서, 드레인팬에 연결되어 응축수를 증발시키는 진공열교환기는, 응축수가 유입되는 배수관과; 배수관내에 설치되어 드레인팬에 수집되는 응축수의 양에 따라 작동되는 플로우트 스위치와; 플로우트 스위치에 의해 작동되는 진공펌프와; 진공펌프와 플로우트 스위치 사이의 배수관에 설치되고, 진공펌프에 의해 진공상태를 유지하며, 실내공기와 응축수가 내부에서 열교환되는 진공용기와; 진공용기와 튜브의 연결지점에 설치되어 응축수를 진공용기 내부로 분사시키는 노즐밸브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도2에서, 실외기(30)내에는 저온저압의 증기냉매를 고온고압의 증기냉매로 압축시키는 압축기(32)가 설치되고, 이 압축기(32)에는 고온고압의 증기냉매를 통과시켜 저온고압의 액체냉매로 액화시키는 응축기(34)가 연결된다.

그리고, 응축기(34)의 인접한 위치에 실외블로어(36)가 설치되어 응축기(34)로 외부공기를 송풍함에 따라, 응축기 내부에서 냉매가 액화되는 것을 촉진시킴과 동시에 응축기 내부에서 냉매가 액화되며 발생되는 열을 외부로 방출시킨다.

한편, 실내기(60) 케이스의 하단부에는 흡입그릴(62)이 형성되고, 실내기(60)케이스의 상단부에는 토출그릴(64)이 형성된다.

실내기(60)의 내부에는 응축기(34)에서 액화되는 저온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 압력강화시키는 팽창밸브(65)가 설치된다.

이러한 팽창밸브(65)에는 저온저압의 액체냉매를 저온저압의 증기냉매로 기화시키는 증발기(66)가 연결되는 데, 이는 경사지게 설치되어 증발기(66) 내부에서 냉매가 기화하면서 증발기(66)의 표면에 형성되는 응축수가 증발기(66)의 하단부로 흐를 수 있도록 한다.

그리고, 증발기(66)의 하단부 인접한 위치에는 드레인팬(68)이 설치되어 증발기(66)의 하단부로 흐르는 응축수를 수집하게 된다.

또한, 드레인팬(68)의 하단부에는 실내블로어(69)가 설치되는 데, 이 실내블로어(69)에 의해 실내공기가 흡입그릴(62)을 통해 실내기(60)의 내부로 흡입되고, 흡입되는 실내공기는 증발기(66)의 주위에서 열을 빼앗기고 찬공기로 변화한다.

이렇게 찬공기로 변화되는 실내공기는 토출그릴(64)을 통해 다시 실내로 송풍됨에 따라 실내가 냉방된다.

한편, 드레인팬(68)의 하단부에는 본 발명의 특징에 따라 진공열교환기(vacuum heat exchanger;80)가 연결되는 데, 이러한 진공열교환기를 도3에 도시하였는 바, 이를 참조하여 설명하면, 드레인팬(68)의 하단부에는 드레인팬(68)에서 수집된 응축수가 유입되는 배수관(82)이 대략 수직방향으로 설치되고, 이에 내부가 선택적으로 진공이 되는 진공용기(vacuum case;84)가 연결되며, 이 진공용기(84)에는 진공용기(84)의 내부를 선택적으로 진공이 되도록 하는 진공펌프(vacuum pump;86)가 연결된다. 그리고 진공펌프(86)의 다른 일단은 외부로 노출시킨다.

이러한 구조를 갖는 진공열교환기를 세분하여 설명하면, 배수관(82)의 내부에는 배수관(82)으로 유입되는 응축수의 양에 따라 부력으로 작동되는 플로우트 스위치(float switch;81)가 설치된다.

그리고, 배수관(82)의 상부에는 응축수의 양이 과도할 경우를 대비하여 응축수가 외부로 배출될 수 있도록 바이패스 호스(bypath hose;70)를 설치한다.

또한, 배수관(82)의 끝부분에는 대략 직육면체인 진공용기(84)가 배수관(82)에 대해 대략 직교하는 방향으로 연결되는 데, 이의 내부에는 실내블로어에 의해 실내기로 흡입되는 실내공기의 흐름방향으로 양단이 개방되는 다수의 튜브(tube;83)가 설치된다.

이렇게 양단이 개방됨에 따라, 실내공기가 다수의 튜브(83)를 통과한 후 진공열교환기(80)의 상부에 설치된 증발기측으로 유입된다.

도4와 도5을 참조하여 이러한 튜브들을 설명한다.

도4에서, 진공용기(80)의 상부와 하부의 대향되는 면을 관통하는 튜브(83)들의 끝단이 테이퍼(taper)짐으로서 실내공기가 튜브(83)들의 내부로 용이하게 유입될 수 있다.

그리고, 튜브(83)들의 내측면에는 도5에서 처럼, 복수의 핀(85)들이 튜브(83)들의 중심방향으로 형성되어 튜브(83)들의 외주면에 분사되는 응축수(W)가 증발하며 실내공기와 열교환되는 것을 촉진시킨다.

한편, 진공용기(84) 내부가 진공펌프(86)에 의해서 선택적으로 진공이 되고, 또한 진공용기(84)가 진공이 됨에 따라, 배수관(82)으로 유입된 응축수가 진공용기(84)의 내부로 분사될 수 있도록 배수관(82)과 진공용기(84)의 연결지점에 도6a과 같은 노즐밸브가 설치된다.

이러한 노즐밸브(nozzle valve;90)는, 배수관(82)과 진공용기(84)의 연결지점에 선택적으로 대면되는 대략 콘모양의 니들(needle;91)이 구비되고, 이 니들(91)의 플레이트(plate)한 면에는 니들(91)를 지지하는 니들로드(needle rod;92)가 형성되며, 이 니들로드(92)에는 스프링(spring;93)이 삽입된다. 또한 니들로드(92)의 끝단에는 진공용기(84)의 내부압력을 전달받을 수 있는 압력판(94)이 형성된다.

그리고, 니들로드(92)에는 스프링(93)과 니들로드(92)를 지지하는 지지몸체(95)가 삽입되는 데, 지지몸체(95)에는 니들로드(92)에 삽입될 수 있도록 관통구멍(96)이 형성되며, 이 관통구멍(96)의 선단. 즉, 압력판(94)과 대면되는 부분에는 스프링(93)을 지지할 수 있는 지지부(97)가 형성된다.

한편, 배수관(82) 내부의 배수관(82)과 진공용기(84)의 연결지점에는 콘 모양으로 형성된 니들(91)의 선단부를 지지할 수 있는 밸브시트(valve seat;98)가 설치된다. 이 밸브시트(98)는 배수관(82)의 직경보다 작은 직경으로 형성되어 배수관(82)과 니들시트(98)의 사이에 형성되는 틈새(99)로 응축수가 통과될 수 있도록 한다.

또한, 배수관(82)과 진공용기(84)의 연결지점에는 콘 모양의 니들(91)이 대면될 수 있도록 밸브페이스(valve face;100)가 형성되는 데, 이는 틈새(99)를 통과한 응축수가 밸브페이스(100)와 니들(91) 사이에 형성되는 통로(101)를 통과하면서 진공용기(84)의 내부로 분사될수 있도록 한다.

이와같은 진공열교환기(90)는, 드레인팬(68)에 수집된 응축수가 배수관(82)으로 유입되어 플로우트 스위치(81)가 작동되면, 진공펌프(86)도 작동하게 되어 진공용기(84)의 내부는 진공상태에 도달한다.

여기서 응축수의 표면으로 가해지는 대기압력이, 진공용기(84)의 내부압력과 니들(91)에 일정압력을 가하여 배수관(82)을 막고 있는 스프링(93)의 탄성력을 합한 것보다 크게 되면, 응축수가 틈새(99)와 통로(101)를 통해 진공용기(84)의 내부로 분사된다.

이 때, 대기압력과 스프링(93)의 탄성력은 고정되어 있으므로 노즐밸브(90)를 개방시킬 수 있는 진공용기의 내부압력은 대략 10mmHg로 유지한다.

그리고, 진공용기(84) 내부로 분사되는 응축수의 양보다 증발기에서 발생되는 응축수의 양이 적게 되면, 배수관(82) 내부의 응축수 표면이 낮아지게 되고, 플로우트 스위치(81)가 작동을 멈추며, 진공펌프(86)도 작동을 멈추게 되어 진공펌프(86)의 공회전을 방지한다.

한편, 진공용기(84)의 내부로 분사된 응축수는 진공용기의 내부압력이 대기압력보다 낮으므로 증발온도가 낮아져 쉽게 증발이 이루어진다. 따라서, 진공용기(84) 내부로 분사된 응축수와 튜브(83)의 외주면에 흡착된 응축수(W)들은 증발잠열을 형성하고, 이 증발잠열은 튜브(83) 내부를 통과하는 실내공기의 잠열을 흡수하여 실내공기가 1차냉각되도록 한다.

이렇게 1차냉각된 실내공기는 드레인팬(68)의 상부에 설치된 증발기(66)에서 2차냉각되어 더욱 찬공기로 변화하고, 실내로 송풍된다.

그리고, 진공용기(84)의 내부에서 증발되고 남은 물질들은 진공펌프(86)에 의해 외부로 배출되는 데, 이 때 응축수의 증발에 의한 진공용기(84) 내부압력이 커지면, 도6b에 도시한 바와 같이, 노즐밸브(90)의 압력판(94)에 일정한 압력을 가하게 되고, 이 내부압력과 스프링(93)에 의한 탄성력이 대기압력보다 커지면, 니들(91)이 밸브페이스(100)와 니들시트(98)에 밀착되어 배수관(82)를 폐쇄시킨다. 따라서 응축수의 분사도 종료된다.

이와같이 본 발명에 따른 응축수를 이용한 이중효율 에어컨에서 발생되는 응축수의 양(G라 가정한다. )은 ( (1-k)*Q ) / q 로 표현할 수 있다. 여기서 k는 현열비이고, Q는 1시간에 대한 에어컨을 열량. 즉, kcal/h의 단위를 갖는 에어컨의 냉방열량이며, q는 응축수의 1킬로그램(kg)에 대한 증발잠열. 즉, kcal/kg의 단위를 갖는 응축수의 증발잠열인데, 응축수의 증발잠열은 일반적으로 539 kcal/kg이다.

이러한 식을 기준으로 본 발명에 따른 에어컨의 냉방열량(Q1)을 10000 kcal/h 그리고 현열비를 0.7 이라 가정하면, 이 때 발생되는 응축수의 양은 한시간동안 5.566 kg 이 된다.

그리고, 증발기(66)에서 발생된 응축수 모두가 진공열교환기(80)에서 실내공기와 열교환이 되었다고 가정하면, 진공열교환기(80)에서의 냉방열량(Q2)은 한시간동안 발생되는 응축수의 양인 5.566kg에 응축수의 증발잠열인 539 kcal/h를 곱하여 3000 kcal/h 의 냉방열량이 추가된다.

따라서, 본 발명에 따른 응축수를 이용한 이중효율 에어컨의 전체냉방열량(Q3)은 Q1과 Q2를 합해 전체 냉방열량은 13000kcal/h가 되어 종래의 에어컨에 비해 냉방효율이 대략 30퍼센트정도 향상된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 응축수를 이용한 이중효율 에어컨은, 응축수를 증발시켜 실내공기를 1차냉각하고, 1차냉각된 실내공기를 증발기에서 2차냉각함으로서 냉방효율을 향상시킴으로서 종래의 제품에 비해 제품의 신뢰성을 크게 향상시킨다.

Claims

실내기내에 설치되는 증발기와, 상기 증발기의 하부에 설치되어 응축수를 수집하는 드레인팬과, 상기 실내기내에 설치되어 실내공기를 흡입하는 실내블로어와, 상기 증발기에 연결되어 상기 실내기에 설치되는 팽창밸브와, 실외기내에 설치되는 압축기와, 상기 실외기내에 설치되고 상기 압축기에 연결되는 응축기와, 상기 실외기내에 설치되어 상기 응축기를 방열시키는 실외블로어가 구비되는 응축수를 이용한 이중효율 에어컨에 있어서,

상기 드레인팬(68)에 연결되어 상기 응축수를 증발시키는 진공열교환기(80)는,

상기 응축수가 유입되는 배수관(82)과;

상기 배수관(82)내에 설치되어 상기 드레인팬(68)에 수집되는 응축수의 양에 따라 작동되는 플로우트 스위치(81)와;

상기 플로우트 스위치(81)에 의해 작동되는 진공펌프(86)와;

상기 진공펌프(86)와 플로우트 스위치(81) 사이의 상기 배수관(82)에 설치되고, 상기 진공펌프(86)에 의해 진공상태를 유지하며, 상기 실내공기와 응축수가 내부에서 열교환되는 진공용기(84)와;

상기 진공용기(84)와 튜브(83)의 연결지점에 설치되어 상기 응축수를 상기 진공용기(84) 내부로 분사시키는 노즐밸브(90)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 응축수를 이용한 이중효율 에어컨.
제 1 항에 있어서,

상기 진공용기(84) 내부에 상기 실내공기가 통과할 수 있는 다수의 튜브(83)가 설치되어 상기 튜브(83)들의 외주면에 분사되는 응축수가 증발함에 따라 상기 실내공기는 흡열되는 것을 특징으로 하는 응축수를 이용한 이중효율 에어컨.
제 2 항에 있어서,

상기 튜브(83)들 내부에 다수의 방열핀(85)을 형성하여 상기 실내공기와 응축수가 원활하게 열교환되는 것을 특징으로 하는 응축수를 이용한 이중효율 에어컨.
제 1 항에 있어서,

상기 배수관(82)의 일부분에 바이패스 호스(70)를 설치하여 상기 배수관(82)에서 넘칠 수 있는 응축수가 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 응축수를 이용한 이중효율 에어컨.