KR100458467B1 - 응축수 결빙을 이용한 공기 조화기 - Google Patents

응축수 결빙을 이용한 공기 조화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 응축수 결빙을 이용한 공기 조화기로서, 냉매를 고온 고압의 가스로 변환하는 압축기; 외기를 냉매와 열교환하여 냉기로 변환시키되, 그 하부에 제 1배관이 내재되고 상부에는 제 2배관이 내재된 열교환기; 상기 열교환기 하면에 구비되어 응축수의 집수 공간을 제공하는 물받이; 상기 열교환기에 구비된 제 1배관 및 제 2배관에 각각 연결되되, 제 1배관에는 상기 물받이에 집수된 응축수가 결빙되도록 냉매량을 인입하고, 제 2배관에는 상기 물받이에 집수된 응축수가 액상을 유지하도록 냉매량을 인입하는 용량이 서로 다른 두 개의 팽창밸브; 상기 열교환기의 일측에 구비되어 열교환기에 의해 생성된 냉기를 실내로 배출시키거나 물받이에 결빙된 응축수의 냉기를 실내로 배출시키는 팬; 및 상기 물받이의 응축수가 결빙되거나 응축수가 액상을 유지함에 따라 상기 두 개의 팽창밸브 중 어느 하나가 가동되도록 제어하고, 물받이에 집수된 응축수가 결빙되었을 시 상기 압축기의 가동을 오프시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

응축수 결빙을 이용한 공기 조화기{Air conditioner for using freezing of condensed water}
본 발명은 구체적으로 응축수 결빙(結氷)을 이용한 공기 조화기에 관한 것이다.
일반적으로 공기 조화기는 압축기(compressor), 응축기(condenser), 팽창밸브(expansion valve), 열교환기(evaporator; 증발기) 등으로 구성되며, 분리형 공기 조화기의 경우에는 열교환기가 구비된 실내기와, 압축기, 응축기 및 팽창밸브가 구비된 실외기로 이루어진다.
특히, 분리형 공기조화기에서 실내기의 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 케이스, 팬(6), 공기흡입구(8,12), 열교환기(12,16) 등으로 이루어진다.
우선, 케이스는 전면판넬(2)과 후면판넬(4)이 결합하여 이루어지며 대체로 사각형상을 갖는다. 상기 케이스 내부 공간에는 팬(6)이 구비된다.
그리고, 케이스를 구성하는 전면판넬(2)에는 제 1공기흡입구(8)가 형성된 전면그릴(10)이 구비되고, 전면판넬(2)의 상측에는 제 2공기흡입구(12)가 형성된다.
또한 전면판넬(10)의 내측으로 제 1열교환기(16)가 구비되며, 후면판넬(4)의 내측으로 제 2열교환기(18)가 구비된다.
상기 케이스 내부에 수용된 제 1열교환기(16) 및 제 2열교환기(18)와 전면그릴(10) 사이에는 먼지 등의 이물질을 거르는 필터(20)가 결합되고, 제 1열교환기(16)및 제 2열교환기(18)의 끝단에는 응축수를 집수하도록 물받이(22,24)가 각각 구비된다.
상기 전면판넬(2)의 하측에는 열교환된 공기를 실내로 배출할 수 있도록 토출구(26)가 형성되고, 토출구(26) 주위에는 토출되는 공기의 방향을 바꾸도록 상하풍향 조절수단(28) 및 좌우풍향 조절수단(30)이 구비된다.
종래 실내기의 동작은, 제 1 및 제 2열교환기(16,18)가 팬(6)에 의해 케이스 내부로 유입되는 공기와 열교환하여 냉기를 생성하며, 생성된 냉기를 팬(6)의 회전력으로 토출구(26)를 통해 다시 실내에 배출한다.
하지만, 종래의 공기조화기는 상기 물받이에 집수된 응축수를 재활용없이 그냥 폐기시키는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 공기 조화기는 온(on)상태에서 냉매를 순환시키기 위해 압축기 등의 구성요소가 연속해서 동작하기 때문에 에너지 소모가 많은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 응축수의 결빙(結氷)을 이용하여 에너지 소모를 줄일 수 있는 공기조화기를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 공기조화기의 측단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 응축수 결빙을 이용한 공기조화기의 회로도이며,
도 3은 본 발명에 따른 응축수 결빙을 이용한 공기조화기의 실내기를 도시한 측면도이다.
-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-
1; 실내기 2; 전면판넬
4; 후면판넬 6; 팬
8; 제 1공기흡입구 10; 전면그릴
12; 제 2공기흡입구 16; 제 1열교환기
18; 제 2열교환기 20; 필터
22, 24; 물받이 26; 토출구
28; 상하풍향 조절수단 30; 좌우풍향 조절수단
32; 압축기 34; 응축기
36; 제 1팽창밸브 38; 제 2팽창밸브
40; 센서 42; 제어부
43; 제 1배관 44; 제 2배관
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 냉매를 고온 고압의 가스로 변환하는 압축기; 외기를 냉매와 열교환하여 냉기로 변환시키되, 그 하부에 제 1배관이 내재되고 상부에는 제 2배관이 내재된 열교환기; 상기 열교환기 하면에구비되어 응축수의 집수 공간을 제공하는 물받이; 상기 열교환기에 구비된 제 1배관 및 제 2배관에 각각 연결되되, 제 1배관에는 상기 물받이에 집수된 응축수가 결빙되도록 냉매량을 인입하고, 제 2배관에는 상기 물받이에 집수된 응축수가 액상을 유지하도록 냉매량을 인입하는 용량이 서로 다른 두 개의 팽창밸브; 상기 열교환기의 일측에 구비되어 열교환기에 의해 생성된 냉기를 실내로 배출시키거나 물받이에 결빙된 응축수의 냉기를 실내로 배출시키는 팬; 및 상기 물받이의 응축수가 결빙되거나 응축수가 액상을 유지함에 따라 상기 두 개의 팽창밸브 중 어느 하나가 가동되도록 제어하고, 물받이에 집수된 응축수가 결빙되었을 시 상기 압축기의 가동을 오프시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 응축수 결빙을 이용한 공기 조화기를 제공한다.
아울러, 상기 제 1배관과 연결된 팽창밸브는 제 1배관으로 유입되는 냉매의 온도가 0℃에서 1℃사이가 유지되도록 냉매량을 조절하고, 상기 제 2배관과 연결된 팽창밸브는 제 2배관으로 유입되는 냉매의 온도가 8℃에서 10℃사이가 유지되도록 냉매량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 물받이에 집수된 응축수의 결빙상태 또는 응축수의 액상 유지상태를 감지하기 위해 물받이 내부의 온도를 감지하는 적어도 하나 이상의 센서와 연결된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 응축수 결빙을 이용한 공기 조화기의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 응축수 결빙을 이용한 공기조화기의 회로도이며, 도3은 본 발명에 따른 응축수 결빙을 이용한 공기조화기의 실내기를 도시한 측면도이다.
본 발명의 구성은 도 2에 도시된 바와 같이, 압축기(compressor; 32), 응축기(condenser; 34), 팽창밸브(expansion valve; 36,38), 열교환기(evaporator; 16,18) 및 팬(6) 등으로 구성되며, 실시예로 분리형 공기 조화기의 경우에는 열교환기(16,18), 팬(6) 및 제어부(42)가 구비된 실내기와, 압축기(32), 응축기(34) 및 팽창밸브(36,38)가 구비된 실외기로 이루어진다.
여기서, 상기 압축기(32)에서 배출되는 냉매는 응축기(34), 다수개의 팽창밸브(36,38), 열교환기(16,18)를 거쳐 다시 압축기(32)로 유입되는 순환구조를 가지며, 상기 구성요소들은 서로 배관으로 연결되어 있다.
구체적으로, 압축기(32)는 냉매를 고온 고압의 가스로 변환하는 장치이고, 응축기(34)는 고온고압의 가스를 액화하는 장치이며, 팽창밸브(36,38)는 열교환이 용이하도록 저온 저압으로 냉매를 분무상태로 팽창시킴과 아울러, 그 냉매의 팽창정도를 조절하는 장치이고, 열교환기(16,18)는 팬(6)에 의해 유입되는 외기와 열교환기에 내재된 배관 상의 차가운 냉매를 서로 열교환하여 냉기를 생성하는 장치이다.
이 들 팽창밸브(36,38)는 압축기(32)와 열교환기(16,18) 사이에 구비되고, 도면에는 도시되어 있지 않지만 상기 제 1팽창밸브(36) 및 제 2팽창밸브(38)은 각각 모세관을 통해 감온통과 연결된다.
일반적으로 감온통은 열교환기의 배출측 배관에 구비되어 내부에 수용된 가스가 열에 의해 팽창 또는 수축되는 것에 의해 팽창밸브의 개방 정도를 조절한다.
본 발명의 실시예는 분리형 공기조화기로서 실외기에 팽창밸브들(36,38)은 실내기에 구비된 열교환기(16,18)와 연결된다.
분리형 공기조화기의 구성 및 작용은 다양한 문헌들을 통해 이미 널리 공지되어 있으므로, 본 실시예에 대한 설명에서 본 발명의 주요 부분인 실내기의 팬(6), 열교환기(12,16)의 배관(43,44), 물받이(22,24), 센서(40) 및 제어부(42) 등의 구성 및 작용에 대해서만 상세하게 설명한다.
우선, 팬(6)은 전면판넬(2)과 후면판넬(4)이 결합하여 이루어진 케이스 내에 구비된다.
팬(6)은 전면그릴(10)에 형성된 제 1공기흡입구(8) 및 제 2공기흡입구(12)를 통해 케이스 내부로 공기를 흡입하고, 열교환기(16,18)에서 생성된 냉기 또는 물받이(22,24)에 결빙된 응축수의 냉기를 토출구(26)로 배출하는 역할을 한다.
열교환기(16,18)는 케이스를 구성하는 전면판넬(2)과 후면판넬(4)의 내측을 따라 형성된다. 상기 열교환기(16,18)는 제 1 및 제 2열교환기(16,18)로 이루어지며, 전면판넬(10)의 측으로 제 1열교환기(16)가 구비되며, 후면판넬(4)의 측으로는 제 2열교환기(18)가 구비된다.
특히, 본 발명의 실시예에서 열교환기(16,18)에 내재된 배관(43,44)과 팽창밸브(36,38)는 각기 2개씩 구비된다.
상기 열교환기(16,18)의 배관(43,44)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 물받이(22,24)에 근접하도록 열교환기(16,18)의 하부에 구비되며, 상기 두 개의 팽창밸브(36,38) 중 용량이 큰 제 1팽창밸브(36)와 연결되는 제 1배관(43)과, 상기 제 1배관(43)의 상단에 구비되어 수회 굴절형성되되, 상기 두 개의 팽창밸브 (36,38)중 용량이 상대적으로 작은 제 2팽창밸브(38)와 연결되는 제 2배관(44)으로 이루어진다.
상기 제 1팽창밸브(36)는 열교환기(16,18)의 제 1배관(43)으로 주입되는 냉매의 온도가 약 0℃에서 1℃ 사이로 냉매량을 조절할 수 있게 그 용량이 제한되며, 제 2팽창밸브(38)는 열교환기(16,18)의 제 2배관(44)으로 주입되는 냉매의 온도가 약 8℃에서 10℃ 사이로 냉매량을 조절할 수 있게 그 용량이 제한된다.
상기 케이스 내부에 수용된 제 1열교환기(16) 및 제 2열교환기(18)와, 전면그릴(10) 사이 공간에는 먼지와 같은 이물질을 거르는 필터(20)가 구비되고, 제 1열교환기(16)및 제 2열교환기(18)의 끝단에는 응축수를 집수하도록 물받이(22,24)가 각각 구비된다. 물받이(22,24) 내부 또는 외부에는 센서(40)가 구비되며, 이 센서는 제어부(42)와 전기적으로 연결된다.
본 발명에서 또한 물받이(22,24)는 제 1 및 제 2열교환기(16,18)의 하단에 구비된 제 1배관(43)과 최대한 가깝게 설치되며, 이렇게 물받이(22,24)와 제 1 및 제 2열교환기(16,18)를 가깝게 설치하는 것은 제 1 및 제 2열교환기(16,18)의 제 1배관(43)의 내부를 흐르는 차가운 냉매의 온도를 열손실없이 물받이(22,24)에 집수된 응축수에 전달하기 위함이다.
상기 센서(40)는 공기조화기의 가동으로 물받이(22,24) 내부에 수집된 응축수의 온도를 수시로 감지하는 것이며, 센서(40)에서 감지된 온도는 제어부(42)에수시로 제공된다.
그리고 제어부(42)는 센서(40)에서 정보를 받아 응축수의 온도를 인지하고, 그 온도에 따라 압축기(32)를 오프시키거나, 상기 제 1 및 제 2팽창밸브(36,38)들 중 어느 하나에 냉매가 유입되도록 제어한다.
실내기의 토출구(26) 주위에는, 토출되는 공기의 방향을 바꾸도록 상하풍향 조절수단(28) 및 좌우풍향 조절수단(30)이 구비된다.
본 발명의 동작은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 압축기(32), 응축기(34), 팽창밸브(36,38), 열교환기(16,18)의 구성요소를 냉매가 순환하면서 팬(6)의 동작에 의해 냉기가 실내로 배출된다.
이렇게 공기조화기가 정상적으로 가동할 시에는 제 1팽창밸브(36)로 냉매가 유입되며, 열교환기(16,18) 끝단에 구비된 물받이(22,24)의 응축수는 액체상태를 유지한다.
여기서, 제 1팽창밸브(36)는 상기 열교환기(16,18)의 제 1배관(43)으로 주입되는 냉매의 온도가 약 0℃에서 1℃ 사이가 되도록 냉매량을 조절하는 것이기 때문에, 냉매의 온도에 의해 물받이(22,24)에 집수된 액체상태의 응축수는 시간이 흐름에 따라 온도가 점점 낮아져 결국 결빙상태가 된다.
상기 제 1팽창밸브(36)에 의해 물받이(22,24)에 집수된 응축수가 결빙되면, 물받이(22,24)의 온도는 센서(40)가 감지하고, 감지된 온도는 전기적 신호로서 제어부(42)에 인가된다.
상기 센서(40)로부터 신호를 받은 제어부(42)는 우선 압축기(32)를 오프시키고, 물받이(22,24)에 결빙된 응축수의 냉기를 팬(6)을 가동하므로써 실내에 지속적으로 냉기를 토출시킨다.
이렇게 물받이(22,24)에 집수된 응축수를 결빙시켜 공기조화기의 압축기(32) 가동을 주기적으로 오프시킨다면, 종래의 공기조화기에서 지속적으로 온 상태를 유지하는 압축기에 비해 전력소모를 현저히 줄일 수 있다.
한편, 또 다른 실시예로 센서(40)가 물받이(22,24)에 집수된 응축수가 결빙된 신호를 제어부(42)에 제공하면, 상기 제어부(42)는 압축기(32)를 지속적으로 온 상태를 유지하고, 제 2팽창밸브(38)가 가동되도록 제어한다.
상기 제어부(42)에 의해 제 2팽창밸브(38)가 가동되는 것은, 상기 제 2팽창밸브(38)가 열교환기(16,18)의 제 2배관(44)으로 주입되는 냉매의 온도가 약 9℃에서 11℃ 사이로 냉매량을 조절할 수 있게 그 용량이 제한되어 있기 때문에 제 1팽창밸브(36)로 냉매가 유입되는 것 보다 훨씬 압축기(32) 등의 구성요소에 미치는 부하를 감소시킬 수 있고, 결빙된 응축수의 냉기와 열교환기(16,18)에서 생성되는 소량의 냉기를 동시에 실내에 토출하므로서, 실내를 더욱 더 쾌적하게 유지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 물받이에 집수된 응축수(凝縮水)가 결빙(結氷)되면, 공기조화기에서 냉각수를 순환시키지 않고도 결빙된 응축수의 차가운 온도를 이용하여 실내에 냉기를 배출할 수 있으므로, 종래에 비해 압축기의 가동회수(稼動回數)를 현저히 줄여 에너지 효율을 극대화 시키는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 냉매를 고온 고압의 가스로 변환하는 압축기;
    외기를 냉매와 열교환하여 냉기로 변환시키되, 그 하부에 제 1배관이 내재되고 상부에는 제 2배관이 내재된 열교환기;
    상기 열교환기 하면에 구비되어 응축수의 집수 공간을 제공하는 물받이;
    상기 열교환기에 구비된 제 1배관 및 제 2배관에 각각 연결되되, 제 1배관에는 상기 물받이에 집수된 응축수가 결빙되도록 냉매량을 인입하고, 제 2배관에는 상기 물받이에 집수된 응축수가 액상을 유지하도록 냉매량을 인입하는 용량이 서로 다른 두 개의 팽창밸브;
    상기 열교환기의 일측에 구비되어 열교환기에 의해 생성된 냉기를 실내로 배출시키거나 물받이에 결빙된 응축수의 냉기를 실내로 배출시키는 팬; 및
    상기 물받이의 응축수가 결빙되거나 응축수가 액상을 유지함에 따라 상기 두 개의 팽창밸브 중 어느 하나가 가동되도록 제어하고, 물받이에 집수된 응축수가 결빙되었을 시 상기 압축기의 가동을 오프시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 응축수 결빙을 이용한 공기 조화기.
  2. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1배관과 연결된 팽창밸브는 제 1배관으로 유입되는 냉매의 온도가 0℃에서 1℃사이가 유지되도록 냉매량을 조절하고, 상기 제 2배관과 연결된 팽창밸브는 제 2배관으로 유입되는 냉매의 온도가 8℃에서 10℃사이가 유지되도록 냉매량을 조절하는 것을 특징으로 하는 응축수 결빙을 이용한 공기 조화기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는 물받이에 집수된 응축수의 결빙상태 또는 응축수의 액상 유지상태를 감지하기 위해 물받이 내부의 온도를 감지하는 적어도 하나 이상의 센서와 연결된 것을 특징으로 하는 응축수 결빙을 이용한 공기 조화기.
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