KR100291107B1 - 냉난방기의 저압 냉매 온도 상승 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉난방기의 저압 냉매 온도 상승 장치에 관한 것이다.

본 발명은 실외기가 없는 냉난방기를 형성함에 있어서, 모세관을 통과하여 압축기로 흡입되는 저압측 라인에 전기 가열선, 또는 응축기에서 응축기 팬에 의하여 발생한 응축 열풍, 또는 응축기를 구성하는 고압측 라인에서 분기되어 연장되는 고압 라인을 압축기에 연결되는 저압측 라인의 외주를 회류하여 열교환이 이루어지게 하여 흡입되는 냉매 가스의 과냉각을 방지하는 것이다.

Description

냉난방기의 저압 냉매 온도 상승 장치

본 발명은 냉난방기의 압축 능률을 향상시키기 위하여 압측기로 흡입되는 냉매 가스의 온도를 상승시켜주기 위한 냉난방기의 저압 냉매 온도 상승 장치에 관한 것이다.

종래의 냉·온풍기는 석유 및 전기 에너지를 이용하여 가동하는 것으로 기본적인 구성은 실외기가 건물 외부에 배치되는데, 이러한 종래의 냉·온풍기에서 석유를 연료로 사용하는 경우에는 연료비의 지출이 과다하고 취급에 주의를 요하며 집진 설비가 되어 있어도 불완전 연소에 의한 환경 오염을 완벽하게 방지할 수 없다. 또한 전기 에너지를 이용하는 경우에 압축기의 열을 이용하지만 우리나라의 날씨 특성상 실외의 온도가 5℃ 이하로 내려 갈 때에는 실외에 설치된 실외기에서 차가운 기온 때문에 냉각되어 프레온 가스를 가열시키지 못하므로 압축기가 냉각되어 사용할 수 없게 된다.

종래 냉난방 장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로 본원 출원인에 의하여 선출원된 1998년 특허출원 제40379호 「냉난방 장치」 가 제안된 바 있다. 이러한 냉난방 장치는 압축기가 실내에서 가동되므로 압축기가 냉각되는 일이 없게 한 것으로, 그 기술적인 특징은 압축기, 응축기, 모세관, 증발기를 구비하는 통상의 공조 시스템을 형성함에 있어서, 응축기에서 나오는 액 냉매를 모세관을 통하여 교축시키지 아니하고 증발기로 공급하기 위한 액 냉매 공급수단과, 상기 액 냉매 공급수단에 의하여 증발기로 공급된 액 냉매가 압축기에 흡입될 수 있도록 증발기를 통과한 액 냉매를 교축시키기 위한 또하나의 모세관을 형성하여 액 냉매가 응축기와 증발기 사이의 모세관으로 유입되어 증발기로부터 압축기로 사이클을 형성할 때에 증발기의 저온·저압으로 냉풍이 발생되고, 액 냉매가 응축기에서 증발기로 직접 유입되어 증발기와 압축기 사이의 모세관에서 교축하게 될 때에 증발기에서의 고온·고압으로 온풍이 발생되게 하면서 이러한 난방시에는 응축기에서 응축팬으로 발생하여 실외로 배출되던 약 55℃의 응축열을 파이프를 통하여 증발기로 공급함으로서 증발기 및 응축기를 동시에 열 프레온 가스 교환기로 사용하여 증발기에서 발생하는 약 30℃의 응축열과 합류되게 하여 실내로 공급되게 하는 것이다.

상기한 냉난방 장치는 실외기가 없이 하나의 시스템에서 냉방과 난방을 선택적으로 가동할 수 있다는 점에서 유용하다.

공기조화 기기를 포함하는 냉난방 장치에서 압축기의 기능은 모세관을 통하여 증발되어 저온 저압 상태로 된 증기를 시스템에서 재활용할 수 있도록 하며, 모세관의 작용과 함께 증발 압력을 조정하고 온도를 가감하게 된다.

압축기에서 냉매를 압축하는 정도는 압축에 의한 온도 상승이 응축기에서 사용되는 냉각수나 공기의 온도 보다 훨씬 높은 온도로 상승시켜야 고온 고압의 기체가 액화할 수 있게 된다.

모세관에서 교축되어 압축기로 흡입되는 증기 냉매는 저온 저압의 상태이며, 언제나 포화상태에 있는 것은 아니다. 따라서 흡입되는 냉매 가스는 약 3∼5℃ 정도 과열되어 압축기로 흡입되는 것이 오히려 냉동기의 효율을 향상시키게 된다.

프레온의 경우에는 압축기의 흡입 온도가 다소 과열되어도 토출 온도 상승이 압축기를 소손시킬 만큼 높은 온도가 되지 않으므로 흡입 온도를 다소 과열시킬 필요가 있다.

본 발명은 실외기가 없이 냉방과 난방 능력을 보유하는 냉난방기에서 압축기 흡입 가스의 온도를 상승시키는 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 압축기, 응축기, 제1모세관에 이르는 고압측 라인과, 상기 제1모세관으로부터 증발기와 압축기로 이어지는 저압측 라인을 구비하는 통상의 냉동 사이클을 형성하면서, 응축열을 난방에 사용하기 위하여 액 냉매를 증발기로 공급할 수 있도록 밸브를 구비하여 고압측 라인과 저압측 라인을 연결하는 또 하나의 고압측 라인과, 상기 고압측 라인을 통하여 증발기를 통과한 액 냉매를 기화시키기 위하여 증발기와 압축기 사이에 밸브와 제2모세관을 구비하고, 하나의 밸브를 구비하여 제2모세관 앞에 놓여진 밸브 직전과 제2모세관 직후에 접속되는 바이 패스(by-pass)관을 구비하는 냉난방기를 형성함에 있어서, 압축기에 흡입되는 냉매 가스를 가열시킬 수 있도록 응축기의 응축 열풍을 압축기에 연결되는 저압측 라인으로 공급하여 열교환이 이루어지게 하는 것이다.

본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명한다.

본 발명은 먼저 기본적인 공조시스템으로써 압축기(1), 응축기(2), 제1모세관(3), 증발기(4), 냉각수 펌프(5), 제1고압측라인(6)과 저압측라인(7)으로 사이클을 이루는 공지된 시스템으로부터 다음과 같은 장치들이 부가되어 완성된다.

즉 제1고압측라인(6)은 난방을 실현하기 위하여 응축기(2)와 제1모세관(3) 사이에서 액 냉매를 차단시키기 위한 제1밸브(8)가 설치되어 있고, 상기 제1밸브(8)에 의하여 액 냉매가 차단되었을 때에 냉방을 실현하기 위하여 액 냉매를 증발기(4)로 공급할 수 있도록 응축기(2)와 증발기(4) 사이에 제2밸브(9)를 구비하는 제2고압측라인(10)이 형성되어 있다.

제1고압측라인(6)과 제2고압측 라인(10)은 응축기(2)의 출구쪽으로 부터 분기되는 형태로 되며, 제2고압측라인(10)의 단부는 제1모세관(3)과 증발기(4) 사이의 라인과 접속된다.

응축기(2)는 공지의 구성과 같이 냉각수 펌프(5)에 의하여 액 냉매가 응축되며, 응축된 응축열은 배출구(11)를 통하여 외부로 배출된다.

배출구(11)로 배출되는 응축열은 통상적인 냉방모드에서는 외부로 배출되지만, 배출구(11)가 증발기(4)와 연결관(12)으로 연결되어 응축액이 제1모세관(3)을 통과하지 않고 제2밸브(9)를 통하여 증발기(4)로 유입되는 난방 모드에서는 응축열이 배출구(11)와 연결관(12)을 통하여 증발기(4)로 공급되어 증발기(4)에서의 응축열과 합류할 수 있게 된다.

저압측라인(7)은 온방을 실현하기 위하여 증발기(4)로부터 압축기(1)로 유입되는 냉매를 차단할 수 있도록 제3밸브(14)가 제2모세관(15) 직전에 형성되어 있고, 냉방을 실현하기 위하여 제4밸브(16)가 형성된 바이패스관(17)이 제3밸브(14)의 직전과 제2모세관(15) 직후에 접속되어 있다.

제3밸브(14)는 난방 모드에서 제4밸브(16)가 닫혀져 있을 때에 열려져서 응축기(2)로부터 증발기(4)로 유입되어 사용된 액냉매가 유입되는 고압측라인을 형성하게 된다.

제4밸브(16)는 냉방 모드에서 제3밸브(14)가 닫혀져 있을 때에 열려져서 증발기(4)와 압축기(1) 사이에서 저압측 라인을 형성하게 된다.

제2모세관(15)은 난방 모드에서 제3밸브(14)를 통하여 압축기(1)쪽으로 유입되는 액 냉매가 팽창되어 기화되게 함으로서 압축기(1)에서 압축될 수 있게 한다.

바이패스관(17)으로부터 압축기(1)의 흡입 라인 직전에는 본 발명의 핵심적인 구성이 되는 열교환기(30)가 설치되어 응축기(2)에서 응축기팬(20)에 의하여 발생한 응축 열풍을 압축기(1)에 연결되는 저압측 라인으로 공급함으로서 흡입되는 냉매의 온도를 상승시킬 수 있게 되어 있다.

열교환기(30)는 배출구(11)에 형성되는 연결관(12)에서 삼방변(21)으로 분기되는 연결관(12a)을 수용하여서 되고, 열교환기(30)에서 배출되는 쪽은 제5밸브(22)가 형성되는 분기관(23)이 연결관(12)에 접속되어 열교환에 사용된 온풍이 증발기(4)쪽에 합류되게 하고, 배출되는 쪽에는 제6밸브(26)를 구비하여 배출되게 하는 것이다.

도면에서 부호 19는 응축기(2)에서 액 냉매를 응축시키고 난방에 제공될 응축열을 발생시키는 응축기 팬이고, 부호 20은 증발기(4)에서 냉풍과 온풍을 발생시키기 위한 증발기 팬이다.

이와 같이 구성되는 본 발명이 작동되는 상태를 구체적으로 살펴본다.

먼저 통상적인 냉방이 구현되는 상태를 살펴본다.

냉방 모드는 제1밸브(8)와 제4밸브(16)가 열리고, 제2밸브(9)와 제3밸브(14)는 닫히는 상태에 놓여지게 되며, 응축열이 배출되는 응축기(2)의 배출구(11)는 실외로 노출되어 있는 상태에 있다. 즉 연결관(12)을 배출구(11)와 분리시켜 놓는다.

이와 같은 상태에서 압축기(1)가 구동하여 일정이상의 응축 액화 압력으로 냉매가스를 압축하여 토출하면 응축기(2)에서는 고온 고압의 냉매 가스가 액화되어 고온 고압의 액체 상태가 된다.

이러한 액 냉매는 제2밸브(9)가 닫혀있고 제1밸브(8)가 열려있으므로 제2고압측라인(10)으로 유입되지 않고 제1고압측라인(6)으로 유입된다.

제1고압측라인(6)의 액 냉매는 제1모세관(3)에서 팽창하면서 압력이 강하하여 증발기(4)에 유입된 다음 증발되어 기화된다.

이때 증발기 팬(20)에 의하여 냉풍이 발생되어 냉방이 구현된다.

증발기(4)에서 기화되어 저온 저압 상태가 된 기체 냉매는 제3밸브(14)는 닫혀있고, 제4밸브(16)가 열려있으므로 바이패스관(17)을 통하여 압축기(1)로 흡입된다.

난방 모드는 제2밸브(10)와 제3밸브(14)가 열리고, 제1밸브(8)와 제4밸브(16)가 닫히는 상태에 놓여지게 되며, 연결관(12)을 배출구(11)와 접속하여 증발기(4)로 연결되게 한다.

이와 같은 상태에서 압축기(1)가 구동하여 일정 이상의 응축 액화 압력으로 냉매가스를 압축하여 토출하면 응축기(2)에서는 고온 고압의 냉매 가스가 액화되어 고온 고압의 액체 상태가 된다.

이러한 액 냉매는 제1밸브(8)가 닫혀있으므로 제1고압측라인(6)으로 유입되지 않고 제2고압측라인(10)으로 유입된다.

제2고압측라인(10)의 액 냉매는 감압되지 않은 상태에서 증발기(4)에 유입되어 2차로 응축된다.

이때 증발기(4)는 모세관을 통과하지 아니한 고온 고압의 액 냉매가 가지고 있는 열을 빼았기게 되는 열교환이 이루어지게 되며, 이때 응축기(2)의 배출구(11)로 배출되는 응축열은 연결관(12)을 통하여 증발기(4)로 공급되어 증발기에서 발생하는 응축열과 합류하여 난방에 필요한 온도를 제공하고, 응축액은 제2모세관(15)을 통과하면서 기화되어 압축기(1)로 흡입된다.

본 발명의 열교환기(30)는 냉방 모드에서 삼방변(21)에 의하여 배출구(11)와 연결관(12a)이 연결되면서 제5밸브(22)는 닫히고 제6밸브(6)는 열려서 열교환기(30)를 통해서 열교환에 사용된 응축열이 실외로 배출되게 하거나, 난방 모드일 때에는 제6밸브(6)가 닫히고 제5밸브(22)가 열려서 응축열이 증발기(4)쪽으로 공급되어 증발기(4)에서 발생하는 온풍에 합류된다.

이와 같이 본 발명은 냉방 모드에서 제2모세관(15)을 통과하면서 증발되어 압축기로 흡입되는 냉매는 열교환기(30)에 의하여 온도가 상승되어 제2모세관(15)을 통과하면서 완전히 기화되지 못한 액냉매를 기화시켜 주고, 흡입 냉매의 과냉각을 방지하여 압축기(1)의 압축 능률을 향상시켜서 전반적인 냉방 효과를 향상시키게 된다.

본 발명의 장치도.

이상에서 살펴 본 바와 같은 본 발명은 실외기가 없는 냉난방기에서 응축열을 이용하여 압축기로 흡입되는 냉매 가스의 온도를 적절하게 상승시켜 줌으로서 모세관 통과 후 급격한 냉각에 의한 흡입 가스의 과냉각을 방지하고, 모세관을 통과 하면서 완전히 기화되지 않은 상태로 존재할 수 있는 액 냉매를 완전히 기화시키게 되어 압축기의 압축 효율을 높여서 냉난방기의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 통상의 냉동 사이클을 형성하면서 응축열을 난방에 사용하기 위하여 응축기(2)의 액 냉매를 증발기(4)로 직접 공급하면서 응축기(2)의 응축열을 증발기(4)로 공급하는 연결관(12)이 형성되고, 압축기 흡입 직전에 바이패스관(17)과 제2모세관(15)을 구비하는 냉난방기를 형성함에 있어서, 연결관(12)에서 삼방변(21)으로 분기되는 연결관(12a)을 형성하여 상기 연결관(12a)이 압축기(1) 흡입직전의 저압측라인(7)에 근접 설치되는 열교환기(30)를 형성하고, 상기 열교환기(30)에서 배출되는 쪽은 제6밸브(6)를 구비하여 배출되게 하면서, 상기 제6밸브(6) 직전에 제5밸브(22)가 형성되는 분기관(23)을 연결관(12)에 접속하여 열교환에 사용된 온풍이 증발기(4)쪽에 합류되게 하는 것을 특징으로 하는 냉난방기의 저압 냉매 온도 상승 장치.