KR100328413B1

KR100328413B1 - 축열,축냉식 냉,난방기

Info

Publication number: KR100328413B1
Application number: KR1019990012810A
Authority: KR
Inventors: 박상근
Original assignee: 한완수; 한성에너텍 주식회사
Priority date: 1999-04-12
Filing date: 1999-04-12
Publication date: 2002-03-12
Also published as: KR20000065998A

Abstract

본 발명은 축열,축냉식 냉난방기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단수개의 열교환탱크로 냉원과 열원을 구비시켜, 계절에 따라 선택적으로 냉,난방을 행함에 따라 사용효율 및 공간활용효율의 확충효과와 함께 특히 축열,축냉방식을 적용하여 심야전기를 사용함에 따라 소비전력비또한 절감할 수 있는 축열,축냉식 냉난방기에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 축열, 축냉방식으로 냉방기와 난방기를 접목시켜 계절에 따라 선택적인 냉,난방을 행하도록함에 따라 사용효율 및 공간활용효율이 증대되도록함은 물론 특히 값이 저렴한 심야전기를 사용하므로서 소비전력비를 절감할 수 있는 축열,축냉식 냉난방기를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로는;

열교환수가 충진되며 히터봉과 냉매코일이 설치되는 열교환실과 이 열교환실과 연통되는 외부공급관이 구성되는 열교환탱크와, 상기 외부공급관과 연결되어 순환모터와 개폐밸브에 의해 난방수를 순환을 제어하며 실내난방을 행하는 실내난방라인과, 상기 외부공급관에 연결되는 열교환기와 송풍팬으로 구성되며 순환모터와 개폐밸브에 의해 상기 열교환기로의 냉방수 순환을 제어하며 실내냉방을 행하게 되는 실내기와, 냉매공급파이프와 귀환파이프로 냉매제어부가 형성되어 냉매공급라인과, 상기 냉매공급라인에 의해 냉매코일과 연결되어 냉매를 공급하며 냉매저장조가 내설되는 실외기와, 각 개폐밸브 및 순환모터와 냉매제어부를 전기적으로 제어하는콘트롤박스로 구성되는 축열,축냉식 냉난방기를 구비하므로서 달성된다.

Description

축열,축냉식 냉,난방기{REGENERATIVE HEAT AND COOLING EXCHANGER}

일반적으로, 가정 및 중,소규모의 건물에서는 겨울철 실내난방을 위해 난방기가 사용되고 있는바, 이와같은 난방기는 크게 연료를 연소하여 그 연소열을 이용한 난방기와 전기를 이용한 난방기로 나뉘어지며, 여기서 전기를 이용한 난방기에는 심야전기를 이용한 축열식난방기를 그 대표적인 예로 들 수 있다.

이에, 상기한 축열식 난방기는 일정시간동안 비축한 열로서 실내난방을 행하는 기기로서, 이는 대개가 심야전력을 이용해 열교환탱크내로 설치된 전기히터봉을 작동시키므로서 그만큼 연료를 사용하는 난방기의 사용이 억제할 수 있어, 연료의 절감에 따른 경제성 향상과 함께 연료의 연소에서 야기되는 대기오염을 방지할 수 있는 것이며, 특히 축열수단으로 사용되는 전기히터봉을 작동시키기 위해 심야전기를 주로 사용함에 따라 전력사용비또한 대폭적으로 절감할 수 있어, 에너지절약에도 기여할 수 있는 것이었다.

한편, 여름철 실내 난방수단으로 사용되고 있는 냉방기의 대표적인 일례로는에어컨과 공기정화기를 들 수 있는데,

이는 냉매가 액체상태에서 기체상태로 변할 때 주위로 부터 열을 빼앗는 이치를 적용한 것으로, 에어컨의 경우, 실내에 설치되어 팬에 의해 찬공기를 배출하는 실내기와 열교환이 이루어지는 실외기가 상호 연결되는 개별식 설치구조를 갖는 것이고, 공조기의 경우에는 열교환에 의해 얻어지는 찬공기를 송풍구를 통해 배분하는 중앙식구조를 갖는 것이며, 이와같은 에어컨과 공조기는 많은 부분에 전기장치(온도조절기 및 송풍팬 등)가 적용되므로 냉매와 전력을 동시에 공급해야 하는 것이었다.

하지만, 상기와 같은 종래 난방기와 냉방기는 여름철과 겨울철 실내 냉,난방을 행하기 위해 건물의 내,외부로 분리,설치되는 것으로, 이와같이 별도로 설치되는 냉방기와 난방기가 차지하는 공간으로 인해 그만큼 실내공간(주거공간과 같은 활용공간)이 축소되는 문제점을 갖는 것이었으며, 특히, 냉방기와 난방기를 별도로 구입,설치해야함에 따라 사용자에게 이중적인 경제적 부담을 주는 것이었다.

또 다르게, 상기 냉방기는 전체적인 전력소비율이 높은 여름철, 특히 오후시간에 가장 많이 사용되므로, 그 사용에 따른 소비전력비 손실이 상당한 것이었다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와같이 분리구성되는 종래 난방기와 냉방기에 의해 야기되는 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로,

열교환수가 충진되며 히터봉과 냉매코일이 설치되는 열교환실과 이 열교환실과 연통되는 외부공급관이 구성되는 열교환탱크와, 상기 외부공급관과 연결되어 순환모터와 개폐밸브에 의해 난방수를 순환을 제어하며 실내난방을 행하는 실내난방라인과, 상기 외부공급관에 연결되는 열교환기와 송풍팬으로 구성되며 순환모터와 개폐밸브에 의해 상기 열교환기로의 냉방수 순환을 제어하며 실내냉방을 행하게 되는 실내기와, 냉매공급파이프와 귀환파이프로 냉매제어부가 형성되어 냉매공급라인과, 상기 냉매공급라인에 의해 냉매코일과 연결되어 냉매를 공급하며 냉매저장조가 내설되는 실외기와, 각 개폐밸브 및 순환모터와 냉매제어부를 전기적으로 제어하여 계절에 따라 난방라인과 냉방라인을 선택적으로 작동시키는 콘트롤박스로 이루어지는 축열,축냉식 냉난방기를 구비하므로서 달성된다.

도 1은 본 발명에 따른 축열, 축냉식 냉난방기의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 냉난방기에 있어, 냉방기의 사용상태도

도 3은 본 발명에 따른 냉난방기에 있어, 냉방기에서 난방기로의 교체상태를 나타낸 상태도

도 4는 본 발명에 따른 냉난방기에 있어, 냉방기의 사용상태도

도 5는 본 발명에 따른 냉난방기에 있어, 냉방기의 또 다른 실시예를 보인 상태도

<도면주요부위에 대한 부호의 설명>

1 : 냉난방기 2 : 열교환탱크 3 : 실내난방라인

4 : 실내기 5 : 냉매공급라인 6,6' : 실외기

7 : 콘트롤박스 21 : 히터봉 22,22' : 냉매코일

23 : 외부공급관 31 : 난방수공급파이프 32 : 난방수귀환파이프

41 : 송풍관 42 : 열교환기 43 : 냉방수공급파이프

44 : 냉방수귀환파이프 51 : 냉매공급파이프 52 : 냉매귀환파이프

53,53' : 냉매제어부 61 : 응축기 62 : 액체냉매저장조

63 : 팬 64 : 압축기 321,431 : 순환모터

322,432 : 개폐밸브 531 : 제 1 개폐밸브 532 : 압력스위치

533 : 제 2 개폐밸브 W : 열교환수 W' : 난방수

W' : 냉방수 C : 외부케이스 S : 온도감지센서

T : 단열재 R :외부케이스

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 축열, 축냉식 냉난방기의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 냉난방기에 있어, 냉방기의 사용상태도이며, 도 3은 본 발명에 따른 냉난방기에 있어, 냉방기에서 난방기로의 교체상태를 나타낸 상태도이고, 도 4는 본 발명에 따른 냉난방기에 있어, 냉방기의 사용상태도이며, 도 5는 본 발명에 따른냉난방기에 있어, 냉방기의 또 다른 실시예를 보인 상태도이다.

이에 도시된 바와같이 도형체를 취하는 열교환탱크(2)는 히터봉(21)과 냉매코일(22)이 설치되는 열교환실(R)과 외부공급관(23)이 구성되고, 실내난방라인(3)은 순환모터(321)를 갖는 난방수귀환파이프(32)와 공급파이프(31)가 상기 외부공급관(23)과 관연결되며, 실내기(4)는 송풍팬과 코일형태를 취하며 냉방수공급,귀환파이프(43,44)에 의해 열교환탱크(2)의 외부공급관(23)과 연결되는 열교환기(42)로 구성되고, 냉매공급라인(5)은 제 1개폐밸브(531)를 갖는 냉매공급파이프(51)와 압력스위치(532)와 연결되는 제 2개폐밸브(533)를 갖는 냉매귀환파이프(52)으로 형성되며, 실외기(6)는 응축기(61)과 액체냉매저장조(62)가 구성된다.

여기서, 상기 열교환탱크(2)는 열교환수(W)의 충진공간인 열교환실(R)이 보온보냉을 위해 단열재(T)로 감싸여지며 사각형체를 취하는 외부케이스(C)의 내부로 수용되므로서 구성되는 것으로,

상기 열교환실(R)의 내부로는 도 1에 도시된 바와같이 외부전원에 의해 발열되는 히터봉(21)이 하부로 관삽되고, 열교환면의 확대를 위해 코일형태로서 구성되는 냉매코일(22)이 중앙부로 설치고정되며, 상기 외부케이스(C)의 중앙 일측으로는 상기 열교환실(R)로 삽설되는 온도감지센서(S)가 형성되는 것인데,

이때, 상기 외부공급관(23)은 전술한 바와같이 열교환수(W)가 충진되는 열교환실(R)의 내부와 연통되도록 상,하부에 각,각 한쌍으로 관삽되는 파이프로서, 이러한 외부공급관(23)은 후술하는 냉,난방수공급,귀환파이프(31,32,43,44)가 관연결되는 것이다.

또한, 상기 실내난방라인(3)은 난방수(W')의 순환에 의해 실내를 난방하는 라인으로서, 이와같은 실내난방라인으로 난방수(W')를 공급하는 난방수공급파이프(31)는 도 1에 도시된 바와같이 전술한 열교환실(R)의 상부측으로 관삽되는 외부공급관(23)과 관연결되는 것이고, 타측 끝단으로 관연결되는 난방수귀환파이프(32)는 열교환기(42)의 하부측 공급관(23)과 관열결되는 것인데,

이때, 상기 난방수귀환파이프(32)로는 강제 순환모터(321)와 파이프(32)내부의 난방수(W') 흐름을 단속할 수 있도록 개폐밸브(322)인 솔레노이드 밸브를 구성함이 바람직하다.

또한, 상기 실내기(4)는 열교환기(42)와 송풍팬(41)이 필터를 갖는 케이스에 내설되어 실내 벽면에 설치고정되는 것으로서, 상기 송풍팬(41)은 열교환기(42)의 배면으로 설치고정되어 열교환기(42)에 의한 열교환으로 얻어지는 냉풍을 실내로 강제송풍하는 것인데,

여기서, 상기 열교환기(42)는 열교환면의 확대를 위해 코일형태 또는 다수겹의 판상체로 구성되는 것으로서, 이와같은 열교환기(42)의 입구로는 상기 열교환실(R)의 하부측 공급관(23)과 관연결되는 냉방수공급파이프(43)가 관연결되는 것이며, 출구는 열교환실(R)의 상부측 공급관(23)과 연결되는 냉방수귀환파이프(44)이 관연결되는 것으로,

이와같이 냉방수공급파이프(43)를 열교환실(R)의 하부측 공급관(23)과 연결함은 후술하게 될 냉매코일(22)에 의해 저온으로 변환되는 열교환수(W)의 온도가 하부에서 가장 저온으로 분포되므로 이러한 저온의 열교환수(W)를 열교환기로 공급하기 위함이다.

이때, 상기 냉방수공급파이프(43)로는 냉방수의 순환 및 개폐를 단속할 수 있도록 순환모터(431)와 개폐밸브((432)솔레노이드 밸브)를 구성함이 바람직하다.

또한, 상기 실외기(6)는 통상의 그것과 상이함이 없이 압축기(64)와 코일형태의 응축기(61)와 팬(63)과 액체냉매저장조(62)가 케이스내부로 설치되므로서 구성되는 것이고, 상기 냉매공급라인(5)은 도 1에 도시된 바와같이 전술한 열교환탱크(2)의 냉매코일(22)과 실외기(6)의 액체냉매저장조(62) 및 압축기(64)를 연결하는 냉매공급,귀환파이프(51,52)와 냉매제어부(53)로 형성되는 것인데,

여기서, 상기 냉매공급파이프(51)는 전술한 냉매코일(22)의 입구와 실외기(6)의 액체냉매저장조(62)의 출구를 관연결하는 것이고, 귀환파이프(52)는 냉매코일(22)의 출구와 압축기(64)의 입구를 관연결하는 것이며, 상기 냉매제어부(53)는 냉매공급파이프(51)의 임의의 지점으로 제 1 개폐밸브(511)인 솔레노이드 밸브를 구성시키고, 냉매귀환파이프(52)로는 압력변화를 감지하여 그 감지값을 전기적인 신호로 보내는 압력스위치(532)와 이 압력스위치(532)와 연결되는 제 2 개폐밸브(533)인 솔레노이드 밸브를 임의의 지점에 구성시키므로서 형성되는 것이다.

이때, 상기 압력스위치(532)는 냉매귀환파이프(52)의 내부압력이 0.1kg/cm²이하로 저하되면, 이를 감지함과 동시에 귀환파이프(52)의 제 2 개폐밸브(533)가 닫힌상태로 위치변환되도록 전기적인 신호를 보내주는 역활을 수행하게 된다.

이에, 상기와 같은 구성을 같는 본 발명에 따른 냉난방기(1)의 결합상태와이에따른 각 구성요소간의 상호 작용에 대하여 살펴보면;

우선, 전술한 각 솔레노이드밸브와 순환모터를 전기적으로 제어하기 위해 온/오프스위치와 제어회로가 구비되는 콘트롤박스(7)를 상기 열교환탱크(2)의 외부케이스(C) 또는 사용자가 조작하기 편리한 임의의 위치로 구성시켜, 상기 냉방수공급라인과 난방수 귀환라인으로 구성되는 각 순환모터(321,431) 및 개폐밸브((322,432)솔레노이드밸브)와 상기 냉매제어부(53)의 제 1,2 개폐밸브(531,533) 및 압력스위치(532)와 온도감지센서(S)를 전기적으로 연결하고, 또한 상기 실내,외기 (4,6)및 히터봉(21)으로 전원(심야전력)을 공급하기 위해 외부전원라인을 전기적으로 연결한 상태에서,

콘트롤박스(7)의 조작으로 여름철 실내냉방을 위해 냉방라인을 가동시키게 되면;

도 2에 도시된 바와같이 심야전력에 의해 가동되는 실외기(6)는 응축기(61)코일을 통해 고압 액체로 된 냉매(프레온-22 등)를 냉매공급파이프(51)를 통해 냉매코일(22)로 전달하며, 이에따라 열교환실(R)로 충진된 열교환수(W)와의 열교환을 행하게 되는데,

이와같이 열교환이 이루어진 열교환수(W)는 냉방수(W')로서 5-7℃의 저온으로 온도변화된 후, 열교환탱크(2)의 하부로 관연결된 냉방수공급파이프(43)의 순환모터(431)작동에 의해 실내기(4)의 열교환기(42)로 강제공급되어, 열교환기(42)에서 재차 열교환이 이루어지게 되고,

이때, 열교환기(42)의 방냉에 의해 차가워진 공기를 송풍팬(41)에 의해 실내로 강제송풍하므로서 실내냉방을 행하게 되며, 열교환기(42)를 통한 방냉에 의해 13-14℃로 온도변화된 냉방수(W')는 열교환탱크(2)의 상부로 관연결된 냉방수귀환라인(44)을 통해 열교환실(R)로 귀환하게 되는 것이다.

또한, 열교환수((W)냉방수)와 열교환을 마친 냉매는 저압 기체로 압력변화된 후 냉매귀환파이프(52)를 통해 실외기(6)의 압축실로 귀환하여 고압으로 재냉각된 후 냉매코일(22)로 공급되는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 냉난방기에 의한 실내냉방은 실외기(6)를 통해 공급되는 냉매와 열교환탱크(2)로 충진된 열교환수(W)가 1차적인 열교환을 행하게 한 후, 이에따라 얻어지는 저온의 냉방수(W')를 실내기(4)의 열교환기(42)를 통해 2차적으로 열교환시키므로서 냉풍을 실내로 공급하는 것이며,

이와같은 실내냉방은 보냉처리된 열교환탱크(2)로 충진되는 열교환수((W)냉방수)를 심야시간대에 열교환시키므로서 그 소비전력을 절감할 수 있는 것이다.

한편, 겨울철 본 발명의 냉난방기(1)로 실내난방을 행할 경우에는, 우선적으로 냉매코일(22)에 충진되어져 있는 냉매를 실외기(6)의 냉매저장조(62)로 드레인시켜, 열교환탱크(2)의 열교환수(W)가 고온으로 가열됨에 따라 야기되는 냉매의 폭발위험성을 배제시켜야 하는데,

이와같은 냉매의 드레인은 고압으로 공급되며 저압으로 귀환하는 냉매를 냉매제어부(53)에 의해 차단하므로서 이루어지는 것으로서,

이는 도 3에 도시된 바와같이 콘트롤박스(7)를 조작하여 냉매공급파이프(51)로 구성된 제 1 개폐밸브(531)를 닫힌위치로 놓은 후, 냉매귀환파이프(52)를 통해냉매코일(22)내부의 기체상태 냉매를 실외기(6)의 액체냉매저장조(62)로 액체화된 상태로서 드레인시키게 되며,

이때, 냉매귀환파이프(52)에서 감지되는 냉매의 평균압력이 폭발위험성이 배제되는 압력인 0.1kg/cm²가 되면, 압력스위치(532)에 의해 제 2 개폐밸브(533)가 닫힌위치로 변환되어 냉매코일(22)로의 냉매공급,귀환을 완전 차단한 후, 실외기(6)의 전원공급을 차단하므로서 이루어지는 것이다.

이후에는 콘트롤박스(7)의 조작으로 냉방수공급파이프(43)의 개폐밸브(432)를 닫힌 위치로 변환시켜, 본 발명에 따른 냉난방기(1)를 난방기로 사용할 경우 냉방라인으로 난방수(W')가 순환되는 것을 차단함이 바람직하다.

따라서, 상기와 같이 냉매를 드레인시킨 후에는 심야시간대에 심야전기를 히터봉으로 공급하여 열교환수(W)를 가열하게 되는 것인데,

열교환수(W)가 일정온도(60-90℃)에 도달하면 열교환수(W)는 난방수(W')로써, 도 4에 도시된 바와같이 열교환탱크(2)의 상부측으로 관연결된 난방수공급파이프(31)를 통해 난방라인(3)으로 공급되어 실내난방을 행하게 되고,

이후, 난방을 마친 난방수(W')는 순환모터(321)가 구비되는 난방수귀환파이프(32)를 통해 열교환탱크(2)의 하부측으로 귀환되어 히터봉(21)에 의해 재가열되며, 이와같은 일련의 과정을 되풀이하므로서 적정한 실내온도를 유지하게 된다.

이때, 상기 난방수귀환파이프(32)로 구성되는 개폐밸브(322)는 여름철 본 발명에 따른 냉,난방기(1)를 냉방기로 사용할 경우 난방라인으로 냉방수(W')가 순환되는 것을 차단하도록 닫힌위치에 놓이게 된다.

한편, 본 발명에 따른 축열식 냉난방기(1)에 있어, 실내냉방시 사용되는 냉매코일(22,22') 및 실외기(6,6')는 도 5에 도시된 바와같이 복수개로 설치하여 열교환탱크(2)의 용량, 즉 열교환탱크(2)로 충진되어지는 열교환수(W)의 유량을 증대시키므로서 이에따라 실내기(4)를 복수개로 사용하거나 대용량으로 공조기에도 사용할 수 있는 것이며, 이와같이 복수개로 설치되는 냉매코일(22,22')과 실외기(6,6')를 연결하는 각 냉매공급라인으로는 전술한 냉매제어부(53,53')가 구성되는 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 축열,축냉식 냉난방기는 종래 각각의 기기로서 설치사용된 난방기와 냉방기를 단수개의 열교환탱크에 축열,축냉방식을 적용하여 일체로 구성시켜, 계절에 따라 선택적인 냉난방을 행할 수 있으므로서, 사용효율과 공간활용효율이 증대되는 효과와 함께 값이 저렴한 심야전기를 사용하므로서 소비전력비를 절감할 수 있는 효과를 갖는 것으로 생산자 및 사용자 모두에게 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

열교환수(W)가 충진되며 히터봉(21)과 냉매코일(22)이 설치되는 열교환실(R)과 이 열교환실(R)과 연통되는 외부공급관(23)이 구성되는 열교환탱크(2)와, 상기 외부공급관(23)과 연결되어 순환모터(321)와 개폐밸브(322)에 의해 난방수(W')를 순환을 제어하며 실내난방을 행하는 실내난방라인(3)과, 상기 외부공급관(23)에 연결되는 열교환기(42)와 송풍팬(41)으로 구성되며 순환모터(431)와 개폐밸브(432)에 의해 상기 열교환기(42)로의 냉방수(W')순환을 제어하며 실내냉방을 행하게 되는 실내기(4)와, 냉매제어부(53)를 갖는 냉매공급파이프(51)와 귀환파이프(52)로 구성되는 냉매공급라인(5)과, 상기 냉매공급라인(5)에 의해 냉매코일(22)과 연결되어 냉매를 공급하며 냉매저장조(62)가 내설되는 실외기(6)와, 각 개폐밸브(322,432) 및 순환모터(321,431)와 냉매제어부(53)를 전기적으로 제어하여 계절에 따라 난방라인과 냉방라인을 선택적으로 작동시키는 콘트롤박스(7)로 이루어지는 축열,축냉식 냉난방기
제 1항에 있어서, 냉매코일(22)로 충진된 냉매를 냉매저장조(62)로 드레인시키는 수단인 냉매제어부(53)는 냉매공급파이프(51)로 형성되는 제 1 개폐밸브(531)와 냉매귀환파이프(52)로 형성되며 압력스위치(532)와 전기적으로 연결되는 제 2 개폐밸브(533)로 구성됨을 특징으로 하는 축열,축냉식 냉난방기
제 1항에 있어서, 실외기(6)와 이 실외기(6)와 연결되는 냉매코일(22)이 복수개로 설치됨을 특징으로 하는 냉난방기