KR100429207B1 - 수소저장합금을 이용한 냉난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉난방장치에 관한 것으로써, 통상적인 냉매를 사용하지 않고 수소와 수소저장합금간의 상관 관계를 이용하여 실외기가 필요없는 냉난방장치를 제공하고자 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 수소저장합금과 수소와의 반응에 따른 흡열 및 발열 작용을 이용하여 주위 공기를 냉각 혹은, 가열하는 한 쌍의 반응기(111)(112)와; 일단은 어느 한 반응기에 연결되고, 타단은 다른 한 반응기에 연결되어 수소의 유동 통로 역할을 수행하는 수소 유로관(120); 상기 수소 유로관에 설치되어 각 반응기로의 선택적인 수소 압송을 수행하는 펌핑수단(130); 실외 혹은, 실내로부터 공기의 흡입 및 토출 유동을 안내하는 공기 유로관; 상기 공기 유로관을 통해 유동하는 공기를 강제 송풍하는 송풍 수단(150); 각 반응기가 위치된 각각의 공간을 구획하며, 상기 공기 유로관을 통해 유입 및 배출되는 공기의 유동 방향이 선택적으로 상기 각 반응기를 거쳐 실내 혹은 실외를 향하도록 결정하는 공기 유동 안내 수단(160); 상기 각 구성부분의 외관을 이루면서 외부 환경으로부터 상기 각 구성부분을 보호하는 하우징(170):을 포함하는 냉난방장치가 제공된다.

Description

수소저장합금을 이용한 냉난방장치{heating and cooling device for hydrogen storage alloys}

본 발명은 본 발명은 냉난방장치에 관한 것으로써, 특히 수소와 수소저장합금간의 상관 관계를 이용하여 흡/발열을 수행함으로써 주변 공기를 냉각 혹은, 가열시키통한 냉기 혹은, 온기를 생성하여 실외기가 필요없는 냉난방장치를 제공하고자 한 것이다.

일반적으로 수소저장합금(Hydrogen Storage Alloy)은 수소가 흡착될 경우 발열반응을 일으키고, 수소가 방출될 경우 흡열반응을 일으키는 특성을 지님과 더불어 수소를 저장할 수 있는 용량이 크다는 특성을 이용하여 히트 펌프(heat pump)나 수소 저장기기(hydrogen storage devices) 등의 응용분야에 사용이 가능한 것으로 알려졌다.

그러나, 종래에는 전술한 수소저장합금을 이용한 제품으로의 적용이 단순히개념적으로만 제시되었을 뿐 이러한 수소저장합금의 특성을 고려하여 구체적인 시스템의 구현은 이루어진 바가 없다.

이는, 수소저장합금을 이용한 제품의 형상을 구현하기 위해서는 이 제품을 이루는 각 구성부분과의 상관관계를 적절히 이용하여 그 배치를 이루어야만 최적의 효율을 얻을 수 있지만 그렇지 못하였음으로 인해 과도한 비용이 발생되거나 제품 자체의 크기가 비대할 수 밖에 없음에 따라 큰 호응은 얻지 못하고 있기 때문이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 통상의 냉난방 기능을 수행하는 제품에 수소저장합금을 이용한 기술을 적용하여 전체적인 시스템의 단순화가 이루어질 수 있도록 한 냉난방장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 및 도 2 는 본 발명의 제1실시예에 따른 수소저장합금을 이용한 냉난방장치의 구성도

도 3 은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉난방장치의 공기 유동 안내 수단을 나타낸 사시도

도 4 및 도 5 는 본 발명의 제2실시예에 따른 수소저장합금을 이용한 냉난방장치의 구성도

도 6 및 도 7 은 본 발명의 제3실시예에 따른 수소저장합금을 이용한 냉난방장치의 구성도

도 8 은 본 발명 냉난방장치를 구성하는 회전수단의 다른 형태를 나타낸 사시도

도 9 및 도 10 은 본 발명의 제4실시예에 따른 수소 저장합금을 이용한 냉난방장치의 구성도

도 11 은 본 발명의 제4실시예에 따른 냉난방장치의 공기 유동 안내 수단을 나타낸 사시도

도 12 는 도 9의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도

도 13 은 도 9의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

111, 112. 반응기 120, 수소 유로관

130. 펌핑 수단 150. 송풍 수단

160. 공기 유동 안내 수단 170. 하우징

181, 182, 183, 184. 유로 개폐 밸브

190. 쉬라우드

상기한 목적 달성을 위한 본 발명의 형태에 따르면 수소의 흡탈착에 의해 흡열반응 및 발열반응을 교대로 수행하면서 주위 공기를 냉각 혹은, 가열하는 수소저장합금이 용기화되어 이루어진 한 쌍의 반응기와; 일단은 어느 한 반응기에 연결되고, 타단은 다른 한 반응기에 연결되어 수소의 유동을 안내하는 수소 유로관; 상기 수소 유로관에 설치되어 각 반응기로의 선택적인 수소 압송을 수행하는 펌핑수단; 실외 혹은, 실내로부터 공기의 흡입 및 토출 유동을 안내하는 공기 유로관; 상기 공기 유로관를 통해 유동하는 공기를 강제 송풍하는 송풍 수단; 각 반응기 및 각 송풍 수단이 위치된 각각의 공간을 선택적으로 구획하며, 상기 공기 유로관를 통해유입 및 배출되는 공기의 유동 방향이 선택적으로 상기 각 반응기를 거쳐 실내 혹은 실외를 향하도록 결정하는 공기 유동 안내 수단; 상기 각 구성부분의 외관을 이루면서 외부 환경으로부터 상기 각 구성부분을 보호하는 하우징:을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치를 제시한다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 13을 참조하여 본 발명에 따른 각 실시예를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명 수소저장합금을 이용한 냉난방장치의 제1실시예는 도시된 도 1 및 도 2와 같이 크게 한 쌍의 반응기(111)(112)와, 수소가 유동하는 수소 유로관(120)과, 수소를 강제 압송하기 위한 압송력을 발생시키는 펌핑 수단(130)과, 공기의 유동을 안내하는 공기 유로관과, 상기 공기를 강제 송풍하는 송풍 수단(150)과, 공기 유동 안내 수단(160)과, 전술한 각 구성부분의 외관을 이루는 하우징(170)과, 각 구성부분의 동작 제어를 수행하는 마이컴(도시는 생략함)을 포함하여 구성된다.

상기 본 발명 냉난방장치를 구성하는 각 반응기(111)(112)는 수소의 흡탈착에 의해 흡열반응 및 발열반응을 교대로 수행하면서 주위 공기를 냉각 혹은, 가열하는 수소저장합금을 용기화하여 통상적인 냉난방장치의 열교환기를 이루도록 구성되며, 하우징(170) 내의 공간상에 상호 대향된 상태로써 설치된다.

상기 본 발명 냉난방장치를 구성하는 수소 유로관(120)은 그 일단을 어느 한 반응기(111)에 연결하고, 타단은 다른 한 반응기(112)에 연결되어 각 반응기 간의 수소 유동 통로의 역할을 수행하도록 구성된다.

상기 본 발명 냉난방장치를 구성하는 펌핑 수단(130)은 상기 수소 유로관(120)에 설치되어 어느 한 반응기(111) 내에 위치된 수소를 다른 한 반응기(112)로 강제 펌핑함으로써 압송하는 역할을 수행하도록 구성되며, 통상적인 컴프레셔(compressor) 등과 같은 압축기로 구성될 수 있다.

상기 본 발명 냉난방장치를 구성하는 공기 유로관은 실내로부터 흡입되는 흡입 공기의 유동을 안내하는 한 쌍의 실내측 공기 흡입 유로관(이하, “제1 실내측 공기 흡입 유로관” 및 “제2 실내측 공기 흡입 유로관”라 한다)(141)(142)과, 실외로부터 흡입되는 흡입 공기의 유동을 안내하는 한 쌍의 실외측 공기 흡입 유로관(이하, “제1 실외측 공기 흡입 유로관” 및 “제2 실외측 공기 흡입 유로관”라 한다)(143)(144)과, 상기 각 공기 흡입 유로관(141)(142)(143)(144)를 통해 하우징(170) 내로 흡입된 공기가 실내 혹은, 실외로 배출되도록 배출 공기의 유동을 안내하는 실내측 공기 토출 유로관(145) 및 실외측 공기 토출 유로관(146)으로 구성된다.

이 때, 상기 각각의 실내측 공기 흡입 유로관(141)(142) 혹은, 실외측 공기 흡입 유로관(143)(144)은 단일관을 분지하여 구성할 수도 있고, 각각 개별화된 관으로써 구성할 수도 있다.

그리고, 상기에서 각 공기 흡입 유로관(141)(142)(143)(144)은 하우징(170)의 외측에 그 일단을 연통하여 실내 혹은, 실외로부터 공기가 흡입될 수 있도록 하고, 그 타단은 각 반응기(111)(112)가 위치된 공간에 연통되도록 설치함으로써 상기 흡입된 공기가 각 반응기(111)(112)를 통과할 수 있도록 한다.

이와 함께, 각 공기 토출 유로관(145)(146)은 상기 각 반응기(111)(112)를 통과하면서 열교환된 공기를 하우징(170))의 외부인 실내 혹은, 실외측으로 안내하도록 설치한다.

상기 본 발명 냉난방장치를 구성하는 송풍 수단(150)은 실내측 공기 토출 유로관(145)의 공기 유입측과, 실외측 공기 토출 유로관(146)의 공기 유입측이 형성된 공간상에 각각 설치하여 상기 공기를 강제로 송풍시키는 역할을 수행하도록 구성된다.

이와 같은 송풍 수단(150)은 통상적인 축류팬 혹은, 시로코(sirocco fan)과 같은 횡류팬 등이 될 수 있고, 전술한 바와 같은 위치가 아닌 각 공기 흡입 유로관(141)(142)(143)(144)과 각 반응기(111)(112) 사이에 각각 설치할 수도 있다.

상기 본 발명 냉난방장치를 구성하는 공기 유동 안내수단(160)은 도시한 도 3과 같이 전체적으로 원통형을 이루면서 양측면이 각 반응기(111)(112)가 위치된 측을 향하여 개구된 드럼부(161)와, 상기 드럼부를 선택적으로 회전시키기 위한 회전 수단(162)을 포함하여 구성된다.

이 때, 상기 드럼부(161)의 내부에는 그 중앙을 기준하여 양 단의 내부 공간을 상호 구획하는 격판(163)이 설치되고, 상기 각 공간이 위치되는 둘레면의 소정 부위에는 드럼부(161) 내의 해당 공간으로 유입된 공기를 실내측 공기 토출 유로관(145) 혹은, 실외측 공기 토출 유로관(146)으로 배출하기 위한 토출공(164a)(164b)이 상호 반대 방향을 향하도록 각각 형성된다. 이러한드럼부(161)는 각 반응기(111)(112) 및 실내/실외측 공기 토출 유로관(145)(146)이 위치된 각각의 공간 사이에 설치되어 상기 각 공간을 선택적으로 구획하고, 각 공기 흡입 유로관(141)(142)(143)(144)을 통해 유입되어 특정 반응기를 통과한 열교환된 공기가 이 반응기의 직교된 방향에 위치된 각 공기 토출 유로관(145)(146)을 향하여 선택적으로 토출되도록 유도하는 역할을 수행한다.

그리고, 상기 회전 수단(162)은 브라켓(165)에 의해 하우징(170) 내에 고정되며, 드럼부(161)를 구성하는 격판(163)의 중앙에 축결합되어 구동력을 전달하기 위한 모터로 구성된다.

하기에서는 상기한 바와 같이 구성된 본 발명 냉난방장치의 동작 과정 중 실내의 냉방을 위한 냉방 운전시의 동작 과정을 그 설치 구성에 입각하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

우선, 마이컴(도시는 생략함)의 제어에 의해 펌핑 수단(130)의 구동이 이루어지면, 수소 유로관(120)의 내부는 상기 펌핑 수단(130)의 구동에 따른 압송력이 발생된다.

이렇게 발생된 압송력은 어느 한 반응기(이하, “제1반응기”라 한다)(111) 내에 있는 수소를 다른 한 반응기(이하, “제2반응기”라 한다)(112)로 압송하게 되고, 이 과정에서 상기 제1반응기(111)의 수소저장합금은 수소의 방출에 따른 흡열 반응을 수행함과 더불어 제2반응기(112)의 수소저장합금은 수소의 유입에 따른 발열 반응을 수행하게 된다.

이와 함께 각 송풍 수단(150) 역시 마이컴의 제어에 의한 구동을 수행하면서실내 및 실외 공기를 강제 송풍시켜 각 반응기(111)(112)를 통과하도록 함으로써 열교환이 이루어지도록 한다.

또한, 이 때에는 공기 유동 안내 수단(160)을 구성하는 드럼부(161)가 마이컴의 제어를 받는 회전 수단(162)의 구동에 의해 회전하면서 도시한 도 1과 같이 제1반응기(111)가 위치된 측의 공간상에 형성된 토출공(이하, “제1토출공”이라 한다)(164a)은 실내측 공기 토출 유로관(145)을 향하게 되고, 제2반응기(112)가 위치된 측의 공간상에 형성된 토출공(이하, “제2토출공”이라 한다)(164b)은 실외측 공기 토출 유로관(146)을 향하게 된다.

이에 따라 각 공기 흡입 유로관(141)(142)(143)(144) 중 제1 실내측 공기 흡입 유로관(141) 및 제1 실외측 공기 흡입 유로관(143)을 통해 흡입된 실내 및 실외의 공기가 제1반응기(111)를 통과하면서 열교환하여 냉각되고, 이 냉각된 공기는 드럼부(162)의 제1토출공(164a)을 통해 실내측 공기 토출 유로관(145)으로 배출된다.

이와 함께 제2 실내측 공기 흡입 유로관(142) 및 제2 실외측 공기 흡입 유로관(144)을 통해 흡입된 실내 및 실외의 공기는 제2반응기(112)를 통과하면서 열교환하여 가열되고, 이 가열된 공기는 드럼부(161)의 제2토출공(164b)을 통해 실외측 공기 토출 유로관(146)으로 배출된다.

이 상태에서 소정의 설정 시간이 지나면 마이컴은 드럼부(161)의 회전 수단(162)을 제어하여 도시한 도 2와 같이 상기 드럼부(161)를 180°회전시킴과 함께 펌핑 수단(130)을 제어하여 제2반응기(112) 내에 있는 수소를 흡입한 후 제1반응기(111)로 압송한다.

이에 제1반응기(111)의 수소저장합금은 수소 유입에 따른 발열 반응을 수행하게 되고, 제2반응기(112)의 수소저장합금은 수소 방출에 따른 흡열 반응을 수행하게 되며, 제1 실내측 공기 흡입 유로관(141) 및 제1 실외측 공기 흡입 유로관(143)을 통해 흡입된 실내 및 실외 공기는 제1반응기(111)를 통과하면서 열교환하여 가열됨과 더불어 제2 실내측 공기 흡입 유로관(142) 및 제2 실외측 공기 흡입 유로관(144)을 통해 흡입된 실내 및 실외 공기는 제2반응기(112)를 통과하면서 열교환하여 냉각된다.

또한, 이 때에는 공기 유동 안내 수단(160)을 구성하는 드럼부(161)가 회전 수단(162)의 구동에 의해 회전하면서 제1토출공(164a)은 실외측 공기 토출 유로관(146)을 향하게 됨과 더불어 제2토출공(164b)은 실내측 공기 토출 유로관(146)을 향하게 됨으로써, 제1반응기(111)를 통과한 가열 공기는 상기 제1토출공(164a)을 통과하여 실외측 공기 토출 유로관(146)을 통해 실외로 배출되고, 제2반응기(112)를 통과한 냉각 공기는 상기 제2토출공(164b)을 통과하여 실내측 공기 토출 유로관(145)을 통해 실내로 배출된다.

전술한 바와 같은 과정 중 마이컴의 제어에 의해 펌핑력의 반전이 수행됨과 더불어 드럼부(161)의 회전이 수행되는 소정의 시간이라 함은 제1반응기(111) 혹은, 제2반응기(112) 내에 있는 수소가 대부분 방출되어 흡열반응의 수행이 점차 약화될 때까지의 시간을 말하지만, 각 반응기(111)(112)를 구성하는 수소저장합금이 과도한 발열로 인해 수명이 저하될 수 있음을 고려하여 상기 각 반응기(111)(112)의 과도한 발열이 이루어지기 전까지의 시간동안만 수행되도록 함이 보다 바람직하다.

그리고, 상기한 각 과정은 사용자에 의한 동작 중단 명령이 있기 전까지 반복적으로 수행되며, 이 과정에 의해 실내는 계속하여 냉방된 상태를 이루게 된다.

만일, 실내의 난방을 위한 동작을 수행하고자 사용자에 의한 난방 운전의 선택이 이루어지면 마이컴은 여타의 구성부분에 대한 제어는 동일하게 수행하되, 드럼부(161)에 형성된 각 토출공(164a)(164b)의 방향만을 냉방 운전시와는 반대로 위치되도록 제어하거나 혹은, 각 반응기(111)(112) 간을 유동하는 수소의 압송 방향을 전술한 냉방 운전시와는 반대를 이루도록 펌핑 수단(130)을 제어함으로써 수행하면 됨에 따라 보다 구체적인 동작 설명은 생략하도록 한다.

한편, 본 발명의 제2실시예에서는 냉방효율 혹은, 난방효율을 보다 향상시킬 수 있도록 실내의 공기는 계속하여 실내만을 유동하도록 하고, 실외의 공기는 실외만을 유동하도록 구성함을 제시한다.

이는, 도 4 및 도 5와 같이 각 공기 흡입 유로관(141)(142)(143)(144)의 내측에 해당 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 유로 개폐 밸브(181)(182)(183)(184)를 각각 설치함으로써 가능하다.

즉, 도시한 도 4와 같이 냉방 운전시 제1반응기(111)를 통해 흡열 반응이 진행될 경우 제1 실내측 공기 흡입 유로관(141) 및 제2 실외측 공기 흡입 유로관(144) 내에 설치된 각 유로 개폐 밸브(181)(184)는 개방된 상태를, 제1 실외측 공기 흡입 유로관(143) 및 제2 실내측 공기 흡입 유로관(142) 내에 설치된 각유로 개폐 밸브(183)(182)는 폐쇄된 상태를 이루도록 제어한다.

반면, 도시한 도 5와 같이 제2반응기(112)를 통해 흡열 반응이 진행될 경우 제1 실내측 공기 흡입 유로관(141) 및 제2 실외측 공기 흡입 유로관(144) 내에 설치된 각 유로 개폐 밸브(181)(184)는 폐쇄된 상태를, 제1 실외측 공기 흡입 유로관(143) 및 제2 실내측 공기 흡입 유로관(142) 내에 설치된 각 유로 개폐 밸브(183)(182)는 개방된 상태를 이루도록 제어함으로써 냉각 공기는 계속하여 냉각된 상태를 이루면서 실내로 토출되어 실내의 냉방 효율 향상이 이루어질 수 있는 것이다.

뿐만 아니라, 각 반응기(111)(112)와 드럼부(161)의 모서리측 둘레면 사이에는 쉬라우드(190)를 더 설치함으로써 상기 반응기(111)(112)가 위치된 공간 및 드럼부(161)가 위치된 공간 사이에 발생되는 소정의 틈새를 폐쇄토록하여 유동하는 공기의 유출을 방지할 수 있도록 함이 보다 바람직하다.

한편, 본 발명의 제3실시예는 공기 유동 안내 수단(260)을 도시한 도 6 및 도 7과 같이 두 개의 드럼부(261a)(261b)로 구성하고, 이 각각의 드럼부(261a)(261b)를 동시에 회전시키기 위해 양축 모터를 그 회전 수단(262)으로써 구성한 것을 제시한다.

이 때, 상기 각 드럼부(261a)(261b)는 일측면이 어느 한 반응기(111)(112)를 향하여 개구됨과 더불어 타측면은 폐쇄된 원통형을 이루면서 형성되고, 둘레면 소정 부위에는 그 내부로 유입된 공기를 배출하기 위한 토출공(264a)(264b)이 각각 형성되어 이루어진다.

그리고, 상기 회전 수단(262)은 각 드럼부(261a)(261b)의 사이에서 브라켓(265)에 의해 고정되고, 상기 각 드럼부(261a)(261b)의 폐쇄된 일측면에 각각 축결합된 상태로써 설치된다.

이와 같은 구성은 회전 수단인 모터의 설치가 보다 편리하게 이루어질 수 있도록 한 구성으로써 성능과는 큰 관계가 없고, 그 동작 과정은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같으며, 이는 기 전술한 일 실시예에서의 공기 유동 안내 수단과 동일하게 수행됨에 따라 그 상세한 동작 설명은 생략한다.

하지만, 상기 회전 수단은 전술한 바와 같은 본 발명 제1실시예 내지 제3실시예와 같은 구성으로만 형성되는 것은 아니며, 도시한 도 8과 같이 드럼부(361)의 외측(혹은, 내측) 둘레면 소정부위에 기어홈(361a)을 형성하고, 모터(362)의 축(362a)은 상기 기어홈(361a)과 기어 결합함으로써 기어 구동을 이용하여 상기 드럼부(361)를 회전토록 구성할 수도 있음은 이해 가능하다. 그리고, 이러한 기어 구동은 모터의 위치를 필요한 곳에 설치할 수 있게 됨으로써 구성상의 편리성이 향상될 수 있는 잇점이 있다.

한편, 본 발명의 제4실시예는 기 전술한 여타의 실시예를 구성하는 별도의 각 공기 흡입 유로관을 제거하고, 상기 공기 흡입 유로관을 각 공기 토출 유로관에 일체화시킨 구성으로써 창문형 공기 조화기 등과 같은 형상의 구조에 적합하게 적용할 수 있도록 한 구성을 제시한다.

이를 위해 본 발명은 도시한 도 9 및 도 10과 같이 하우징(470)을 양단이 개구됨과 더불어 그 내측에는 구획판(471)을 이용하여 상측 및 하측 등의 두 층으로구획한 구조로써 형성하고, 상기 하우징의 개구된 양단은 각각 실내 혹은, 실외와 연통되도록 위치시킨다.

이 때, 하우징(470)의 양단 중 실내를 향하여 연통된 일단의 상부층 혹은, 하부층은 실내측 공기 토출부(441) 및 실내측 공기 흡입부(442)로 설정하고, 타단의 상부층 혹은, 하부층은 실외측 공기 토출부(443) 및 실외측 공기 흡입부(444)로 설정하며, 각 공기 토출부(441)(443) 상에는 하우징(470) 내의 공기 유동이 실내 혹은, 실외를 향하여 토출되도록 송풍력을 전달하는 송풍 수단(450)을 각각 설치한다.

그러나, 반드시 상기한 구조로만 구성되어야 하는 것이 아니라 상기 각 공기 토출부(441)(443)와 각 공기 흡입부(442)(444)는 송풍 수단(450)의 설치 위치 및 송풍력 전달 방향에 따라 그 반대로 설정될 수도 있다.

그리고, 하우징(470) 내의 각 부분 중 개구된 양단과는 수직한 방향인 하우징 내의 측부에는 한 쌍의 방응기(411)(412)를 각각 대향 설치하고, 상기 각 반응기(411)(412)가 위치되는 하우징(470) 내의 측부 소정 공간은 상기 하우징의 하부층 및 상부층이 상호 연통되도록 소정의 연통 공간으로 형성한다.

이와 함께, 상기 하우징(470) 내의 중앙부분인 각 반응기(411)(412)의 사이에는 상기 각 반응기 상호간의 공간을 폐쇄하면서 그 축방향이 상기 각 반응기(411)(412)를 향하도록 드럼부(461)를 설치한다.

이 때, 상기 드럼부(461)의 내측에는 도시한 도 11과 같이 도면상 횡방향을 따라 형성된 격판(463) 이외에도 그 축방향을 따라 별도의 격판(466)을 추가하여설치한다. 상기한 별도의 격판(466)은 드럼부(461)가 하우징(470) 내에 설치되었을 경우 상기 하우징의 구획판(471)과 동일한 높이에 대응된 상태로써 위치되도록 하며, 드럼부(461)에 형성된 각 토출공(464a)(464b)의 중앙부분을 기준하여 드럼부(461)의 내부가 상기 별도의 격판(466)을 기준으로하여 양측으로 구획되도록 설치한다.

그리고, 상기 드럼부(461)는 그 외측(혹은, 내측) 둘레면 소정부위에 기어홈(461a)을 형성하여 기어 구동으로써 회전되도록 구성하며, 이 때 상기 기어 구동을 위한 모터(462)는 드럼부(461)의 외측부 중 상기 드럼부의 회전에 간섭을 주지않는 하우징(470) 내의 모서리 부위에 고정 설치한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 제4실시예의 냉난방장치에 대한 동작 과정 중 냉방운전시의 동작 과정에 대하여 간략히 설명하면 하기와 같다.

우선, 마이컴의 제어에 의한 펌핑 수단(130)의 구동에 의해 어느 한 반응기(이하, “제1반응기”라 한다)(411) 내에 있는 수소가 다른 한 반응기(이하, “제2반응기”라 한다)(412)로 압송되면 상기 제1반응기(411)의 수소저장합금은 수소의 방출에 따른 흡열 반응을 수행함과 더불어 제2반응기(412)의 수소저장합금은 수소의 유입에 따른 발열 반응을 수행하게 된다.

또한, 이 때에는 드럼부(461)가 마이컴의 제어를 받는 모터(462)의 구동에 의해 회전하면서 제1반응기(411)가 위치된 측의 공간상에 형성된 토출공(이하, “제1토출공”이라 한다)(464a)의 하부는 실내측 공기 흡입부(442)와 연통된 상태를 이룸과 함께 상기 제1토출공(464a)의 상부는 실내측 공기 토출부(441)와 연통된 상태를 이루고, 제2반응기(412)가 위치된 측의 공간상에 형성된 토출공(이하, “제2토출공”이라 한다)(464b)의 하부는 실외측 공기 흡입부(444)와 연통된 상태를 이룸과 함께 상기 제2토출공(464b)의 상부는 실외측 공기 토출부(443)와 연통된 상태를 이룬다.

이와 함께 각 송풍 수단(150) 역시 마이컴의 제어에 의한 구동을 수행하면서 실내측 공기 흡입부(442)를 통해 실내 공기를 흡입한 후 실내측 공기 토출부(441)를 통해 상기 흡입된 실내 공기를 토출시키고, 실외측 공기 흡입부(444)를 통해 실외 공기를 흡입한 후 실외측 공기 토출부(443)를 통해 상기 흡입된 실외 공기를 토출시킨다.

이 때, 상기 실내측 공기 흡입부(442)를 통해 하우징(470) 내로 흡입되는 공기는 제1토출공(464a) 중 도면상 세로격판(466)의 하부측에 위치되는 개구 부위를 통해 드럼부(461)의 내측으로 유입되고, 그 측부에 위치된 제1반응기(411)를 통과하면서 열교환하여 냉각되며, 이 상태로 하우징(470) 내의 상층으로 유동하여 다시 상기 드럼부(461)의 내측으로 유입되고, 제1토출공(464a) 중 도면상 세로격판(466의 상부측에 위치된 개구 부위를 통해 드럼부(461)의 외측으로 토출된 후 송풍 수단(450)을 거쳐 실내측 공기 토출부(441)를 통해 실내로 토출된다.

반면, 실외측 공기 흡입부(444)를 통해 하우징(470) 내로 흡입된 공기는 제2토출공(464b) 중 도면상 세로격판(466)의 하부측에 위치된 개구 부위를 통해 드럼부(461)의 내측으로 유입되고, 그 측부에 위치된 제2반응기(412)를 통과하면서 열교환하여 가열되며, 이 상태로 하우징(470) 내의 상층으로 유동하여 다시 상기 드럼부(461의 내측으로 유입되고, 제2토출공(464b) 중 도면상 세로격판(466)의 상부측에 위치된 개구 부위를 통해 드럼부(461)의 외측으로 토출된 후 송풍 수단(450)을 거쳐 실외측 공기 토출부(443)를 통해 실외로 토출된다.

이 상태에서 소정의 설정 시간이 지나면 마이컴은 드럼부(461)를 회전시키는 모터(462)을 제어하여 도시한 도 10와 같이 상기 드럼부(461)를 180°회전시킴과 함께 제2반응기(412) 내에 있는 수소가 제1반응기(411)로 압송되도록 제어한다.

이에 따라, 제1반응기(411)를 통과하며 열교환된 가열 공기는 드럼부(461)의 제1토출공(464a) 중 세로격판(466)의 상부측에 위치된 개구 부위를 통해 실외측 공기 토출부(443)로 유출되어 실외로 토출되고, 제2반응기(412)를 통과하며 열교환된 냉각 공기는 드럼부(461)의 제2토출공(464b) 중 세로격판(466)의 상부측에 위치된 개구 부위를 통해 실내측 공기 토출부(441)로 유출되어 실내로 토출된다.

전술한 과정은 동작의 중단을 위한 명령이 마이콤을 통해 전달되기 전까지 반복하여 수행됨으로써 실내는 지속적으로 냉방됨이 가능하다.

한편, 전술한 바와 같은 각 실시예의 발명은 굳이 냉난방장치에만 적용될 수 있는 것은 아니며, 히트 펌트나 냉각기 등의 적용도 가능한 유용한 발명이라 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 냉난방장치는 단순히 각 공기 유로관을 형성하는 배관만을 실내 혹은, 실외에 설치함으로써 기존의 냉난방장치를 구성하는 실외기가 별도로 필요하지 않음에 따라 전체적인 시스템의 단순화가 이루어질수 있게 된 효과가 있다.

또한, 본 발명의 냉난방장치는 수소와 수소저장합금간의 상관 관계를 이용함으로써 빠른 흡열 반응 및 빠른 발열 반응에 따른 공기의 냉각과 가열이 가능함으로써 냉난방 효율을 향상시킬 수 있게 된 효과가 있다.

Claims (19)

1. 수소저장합금과 수소와의 반응에 따른 흡열 및 발열 작용을 이용하여 주위 공기를 냉각 혹은, 가열하도록 고정된 한 쌍의 반응기와;

   일단은 어느 한 반응기에 연결되고, 타단은 다른 한 반응기에 연결되어 수소의 유동 통로 역할을 수행하는 수소 유로관;

   상기 수소 유로관에 설치되어 각 반응기로의 선택적인 수소 압송을 수행하는 펌핑수단;

   실외 혹은, 실내로부터 공기의 흡입 및 토출 유동을 안내하는 공기 유로관;

   상기 공기 유로관을 통해 유동하는 공기를 강제 송풍하는 송풍 수단;

   각 반응기가 위치된 각각의 공간을 구획하며, 상기 공기 유로관을 통해 유입 및 배출되는 공기의 유동 방향이 선택적으로 상기 각 반응기를 거쳐 실내 혹은 실외를 향하도록 동작되는 공기 유동 안내 수단;

   상기 각 구성부분의 외관을 이루면서 외부 환경으로부터 상기 각 구성부분을 보호하는 하우징:을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   각 반응기는 하우징 내의 소정 공간 상에 상호 대향된 상태로 설치되고,

   공기 유동 안내 수단은 상기 각 반응기와 실내 혹은, 실외측으로의 공기 토출이 수행되는 각 공기 유로관 사이에 설치됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   공기 유로관은

   실외 공기를 흡입하여 각 반응기를 통과하도록 그 유동을 안내하는 한 쌍의 실외측 공기 흡입 유로관과,

   실내 공기를 흡입하여 각 반응기를 통과하도록 그 유동을 안내하는 한 쌍의 실내측 공기 흡입 유로관과,

   상기 각 반응기를 통과한 공기가 실외로 토출되도록 그 유동을 안내하는 실외측 공기 토출 유로관과,

   상기 각 반응기를 통과한 공기가 실내로 토출되도록 그 유동을 안내하는 실내측 공기 토출 유로관이 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   한 쌍의 실외측 공기 흡입 유로관 혹은, 한 쌍의 실내측 공기 흡입 유로관은

   단일관을 분지하여 형성한 공기 유로관임을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   송풍 수단은 실외측 공기 토출 유로관과 실내측 공기 토출 유로관이 위치된 측에 각각 설치됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
6. 제 3 항에 있어서,

   송풍 수단은 각 공기 흡입 유로관과 각 반응기 사이에 각각 설치됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
7. 제 3 항에 있어서,

   각 공기 유로관의 내부에 해당 유로의 선택적인 개폐를 위한 유로 개폐 밸브가 설치됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   공기 유동 안내 수단은

   양측면이 개구된 원통형을 이루고, 상기 각 개구된 부위는 각 반응기가 위치된 측을 향하도록 설치되며, 그 내측에는 중앙측을 기준하여 양 단의 공간을 상호 구획하는 격판이 설치되고, 상기 각 공간이 위치되는 둘레면의 소정 부위에는 해당 공간으로 유입된 공기를 배출하기 위한 토출공이 상호 반대 방향을 향하도록 형성된 드럼부;

   상기 드럼부를 선택적으로 회전시켜 상기 드럼부의 각 토출공이 실내측 혹은실외측을 교대로 향하도록 위치시키는 회전 수단;

   상기 회전 수단이 하우징 내에 고정되도록 지지하는 브라켓:을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   회전 수단은 구동력을 전달하기 위한 모터로 구성하고, 이 모터는 격판의 중앙에 축결합하여서 됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
10. 제 8 항에 있어서,

    회전 수단은 구동력을 전달하기 위한 모터로 구성하고, 상기 모터의 축과 이 축에 결합되는 드럼부의 소정 부위에는 기어 결합되도록 형성하여, 상호간의 구동력 전달이 기어 구동에 의해 수행되도록 설치함을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
11. 제 1 항에 있어서,

    공기 유동 안내 수단은

    일측면이 어느 한 반응기를 향하여 개구됨과 더불어 타측면은 폐쇄된 원통형을 이루고, 둘레면의 소정 부위에는 그 내부로 유입된 공기를 배출하기 위한 토출공이 각각 형성된 한 쌍의 드럼부;

    상기 각 드럼부를 선택적으로 회전시켜 상기 각 드럼부의 각 토출공이 실내측 혹은 실외측을 향하도록 교대로 위치시키는 회전 수단;

    상기 회전 수단이 하우징 내에 고정되도록 지지하는 브라켓:을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    회전 수단은 각 드럼부 사이에 위치된 상태로써 상기 각 드럼부의 폐쇄된 일측면에 축결합되어 구동력을 전달하는 양축 모터로 구성됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
13. 제 11 항에 있어서,

    회전 수단은 구동력을 전달하기 위한 모터로 구성하고, 상기 모터의 축과 이 축에 결합되는 드럼부의 소정 부위에는 기어 결합되도록 형성하여, 상호간의 구동력 전달이 기어 구동에 의해 수행되도록 설치함을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
14. 제 8 항 또는 제 11 항에 있어서,

    각 반응기와 드럼부의 개구된 부위 사이에는 상호간에 발생되는 간격을 폐쇄하는 쉬라우드가 더 포함되어 형성됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
15. 양단이 실내 혹은, 실외를 향하여 개구되고, 그 내부는 상부 및 하부 공간으로 상호 구획된 하우징;

    상기 하우징의 개구된 양단과는 수직한 방향인 하우징 내의 양 측부에 상호 대향된 상태로 고정 설치되어 수소저장합금과 수소와의 반응에 따른 흡열 및 발열 작용을 이용하여 주위 공기를 냉각 혹은, 가열하는 한 쌍의 반응기와;

    일단은 어느 한 반응기에 연결되고, 타단은 다른 한 반응기에 연결되어 수소의 유동 통로 역할을 수행하는 수소 유로관;

    상기 수소 유로관에 설치되어 각 반응기로의 선택적인 수소 압송을 수행하는 펌핑수단;

    상기 하우징의 양단인 실내 및 실외와 연통된 개구 부위에 각각 설치되어 상기 실내 및 실외 공기를 강제 송풍하는 송풍 수단;

    각 반응기 및 하우징 내의 양단 사이에 설치되어 상기한 각각의 공간을 선택적으로 개방 혹은, 폐쇄하여 공기의 유동 방향이 선택적으로 상기 각 반응기를 거쳐 실내 혹은 실외를 향하도록 결정하는 공기 유동 안내 수단:을 포함하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
16. 제 15 항에 있어서,

    송풍 수단은 하우징의 개구된 부위 중 실내 혹은 실외측으로의 공기 토출이 이루어지는 부위에 각각 설치됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
17. 제 15 항에 있어서,

    공기 유동 안내 수단은

    양측면이 개구된 원통형을 이루고, 상기 각 개구된 부위는 각 반응기가 위치된 측을 향하도록 설치되며, 그 내측 중앙부분에는 양 단간의 공간을 상호 구획하는 격판이 설치되고, 상기 각 공간이 위치되는 둘레면의 소정 부위에는 해당 공간으로의 공기 유입 혹은, 토출을 위한 한 쌍의 통공이 상호 반대 방향을 향하도록 형성되며, 상기 격판에 의해 구획된 양 단의 공간을 각 통공의 중앙을 기준으로 축방향을 따라 상측 및 하측 공간으로 구획하는 세로격판이 설치된 드럼부;

    상기 드럼부를 선택적으로 회전시켜 상기 드럼부의 각 토출공이 하우징의 개구된 양단을 교대로 향하도록 위치시키는 회전 수단;

    상기 회전 수단을 하우징 내에 고정하는 브라켓:을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
18. 제 15 항에 있어서,

    회전 수단은 구동력을 전달하기 위한 모터로 구성하고, 상기 모터의 축과 이 축에 결합되는 드럼부의 소정 부위에는 기어 결합되도록 형성하여, 상호간의 구동력 전달이 기어 구동에 의해 수행되도록 설치함을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.
19. 제 15 항에 있어서,

    각 반응기와 드럼부의 개구된 부위 사이에는 상호간에 발생되는 간격을 폐쇄하는 쉬라우드가 더 포함되어 형성됨을 특징으로 하는 수소저장합금을 이용한 냉난방장치.