KR100541247B1

KR100541247B1 - 공기흐름전환식 공기조화기

Info

Publication number: KR100541247B1
Application number: KR20030074345A
Authority: KR
Inventors: 윤명혁
Original assignee: 주식회사 유천공조엔지니어링
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2003-10-23
Publication date: 2006-01-11
Also published as: WO2004046617A3; AU2003279584A1; KR20050077041A; AU2003279584A8; KR20040044099A; WO2004046617A2

Abstract

본 발명은 냉난방효율이 우수하면서도 설치공간을 절약할 수 있는 새로운 구조의 공기흐름전환식 공기조화기에 대한 것이다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 제1 열교환기(111)가 설치된 제1 열교환실(110)과, 제2 열교환기(121)가 설치된 제2 열교환실(120)과, 상기 제1 열교환기(111)와 제2 열교환기(121)를 연결하는 냉매회로를 포함하는 공기조화기에 있어서, 상기 각각의 열교환실(110,120) 내의 각각의 열교환기(111,121)의 일측에는 이들 열교환기(111,121)를 통과한 실내 또는 실외공기를 토출하는 제1 및 제2 토출구(114,124)와 이에 연결된 송풍기(112,122)가 구비되고, 이들 열교환기(111,121)를 중심으로 토출구(114,124)의 반대쪽에는 실내공기 또는 실외공기를 열교환실(110,120)로 유입시키는 제1 및 제2 유입구(115,125)가 구비되며, 상기 제1 및 제2 유입구(115,125) 또는 이에 연결되는 덕트상에는 유입공기의 흐름방향을 제1 열교환실(110)과 제2 열교환실(120)로 상호 절환하거나 흐름량을 조절하는 댐퍼(116,117,126,127)가 구비된 것을 특징으로 한는 공기흐름전환식 공기조화기가 제공된다.

Description

공기흐름전환식 공기조화기 {Air flow switching type air conditioner}

도 1은 종래의 공기조화기의 예시도

도 2는 본 발명의 일 실시예의 구성도

도 3 내지 도 6은 상기 실시예의 냉난방 작동상태도

도 7은 본 발명의 다른 실시예의 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100. 케이스 110,120. 열교환실

111,121. 열교환기 112,122. 송풍기

114,124. 토출구 115,125. 유입구

116,117,126,127. 댐퍼

본 발명은 공기흐름전환식 공기조화기에 대한 것으로서, 좀 더 상세히는 냉난방효율이 우수하면서도 설치공간을 절약할 수 있는 새로운 구조의 공기흐름전환식 공기조화기에 대한 것이다.

종래에 실내공기와 실외공기의 흐름방향을 응축기와 증발기로 선택적으로 절환하거나 실내공기와 실외공기를 적절한 비율로 혼합하여 응축기와 증발기로 나누어 흐르도록 하는 공기흐름전환식 공기조화기가 소개된 바 있다. 이러한 공기흐름전환을 통해서, 또는 여기에 사방밸브를 통한 냉매흐름전환방법을 결합함으로써, 단일의 응축기와 증발기를 구비한 공기조화기를 냉방과 난방을 겸할 수 있도록 하거나, 외부로 배출되는 실외공기로부터의 폐열을 실외기에서 회수하기도 하여 냉난방효율을 높이거나, 실내공기의 환기효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 공기흐름전환식 공기조화기의 예를 보여주는 것인데, 도시된 바와 같이, 케이스(1)에는 실내공기 토출구(11)와 실내공기 흡입구(12) 및 실외공기 토출구(13)와 실외공기 흡입구(14)가 서로 대향하는 위치에 형성된다. 상기 실내공기 토출구(11)와 실외공기 토출구(13)는 격벽(25)에 의해 상호 구획되고, 상기 실내공기 흡입구(12)와 실외공기 흡입구(14)는 격벽(26)에 의해 상호 구획된다. 그리고, 이들 토출구(11,13) 및 흡입구(12,14) 사이에는 각각 댐퍼(31∼38)에 의해 구획되는 열교환실(20)이 형성된다. 이 열교환실(20)은 다시 수평배치된 격판(21)에 의해 상하로 구획되어 상부열교환실(22)에는 증발기(2)가 배치되고, 하부열교환실(23)에는 응축기(3)가 배치된다.

실내공기 토출구(11)와 실외공기 토출구(13) 내에는 각각 송풍기(10a)와 송풍기(10b)가 배치된다. 번호 4는 압축기이고 번호 5는 팽창밸브이다. 이들은 냉매관(9)에 접속되어 통상적인 냉동사이클을 형성한다. 그리고, 실내외공기 흡입구(12,14)와 이에 면하는 댐퍼(33,34,35,36) 사이에는 필터(15)가 배치된다.

이러한 공기조화기의 냉방모드에서는 실내공기루트와 증발기(2) 사이에 형성된 댐퍼(31,33)와 실외공기루트와 응축기(3) 사이에 형성된 댐퍼(36,38)를 개방하고, 나머지 댐퍼(32,34,35,37)를 닫으면, 실내공기가 증발기(2)를 거치면서 냉각되어 실내로 흐르고, 실외공기는 응축기(3)를 거치면서 가열되어 외부로 배출되어 실내의 냉방이 이루어진다. 또한, 난방모드에서는 전술한 것과 반대로, 실내공기루트와 응축기(3) 사이에 형성된 댐퍼(32,34)와 실외공기루트와 증발기(2) 사이에 형성된 댐퍼(35,37)을 개방하고, 나머지 댐퍼(31,33,36,38)를 닫으면, 실내공기는 응축기(3)를 거쳐서 가열되어 실내로 흐르고, 외부공기는 증발기(2)를 거치면서 외부로 배출되어 실내의 난방이 이루어진다.

그리고, 상기 댐퍼들(32,34,35,37)의 개방도를 적절히 조절하여 실외공기와 실내공기를 적절하게 혼합함으로써, 실내공기를 환기시킬 수 있고, 냉방모드에서의 실외측 응축기의 효율을 증대하거나 난방모드에서의 실외측 증발기의 증발효율을 증대시킴으로써 폐열회수를 통한 냉난방효율의 증대효과를 얻을 수 있다.

그런데, 종래의 이러한 공기조화기는 일단 케이스 내부로 유입된 실내 또는 실외공기가 댐퍼에 의해 방향이나 풍량이 조절되는 구조를 취함으로써 열교환기의 배치가 다소 복잡하여 제작이 번거롭고 설치면적을 많이 요하는 문제점이 있다. 아울러, 이들 댐퍼들이 열교환기에 근접배치된 상태에서 개개의 댐퍼가 이들 열교환기의 열교환 면적의 일부와만 겹치도록 배치되어, 자연스러운 공기흐름 상태에서 각각의 댐퍼를 거친 공기가 이들 열교환기의 열교환 면적의 일부만을 접촉하면서 통과하기 때문에 열교환 면적에 데드스페이스가 생겨서 열교환효율이 상대적으로 저하되는 문제점이 있었다. 만일 이를 막기 위해 댐퍼와 열교환기의 간격을 크게 하면 그만큼 장치의 부피가 커지는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 공기흐름전환식 공기조화기의 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 본 발명은 장치의 구성이 간단하여 제작이 용이하고 제작코스트가 절감되면서도 설치스페이스를 줄일 수 있는 새로운 구조의 공기흐름전환식 공기조화기를 제공하고자 하는 것이다.

또한 본 발명은 열교환기를 흐르는 공기의 흐름이 원활하면서 흐르는 공기가 열교환기의 열교환 면적에 균일하게 충분히 접촉됨으로써 열교환 효율이 우수한 새로운 구조의 공기흐름전환식 공기조화기를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 제1 열교환기(111)가 설치된 제1 열교환실(110)과, 제2 열교환기(121)가 설치된 제2 열교환실(120)과, 상기 제1 열교환기(111)와 제2 열교환기(121)를 연결하는 냉매관과 압축기 및 팽창밸브 또는 캐필러리튜브로 이루어진 냉매회로를 포함하는 공기조화기에 있어서, 상기 각각의 열교환실(110,120) 내의 각각의 열교환기(111,121)의 일측에는 이들 열교환기(111,121)를 통과한 실내 또는 실외공기를 토출하는 제1 및 제2 토출구(114,124)와 이에 연결된 송풍기(112,122)가 구비되고, 이들 열교환기(111,121)를 중심으로 토출구(114,124)의 반대쪽에는 실내공기 또는 실외공기를 열교환실(110,120)로 유입시키는 제1 및 제2 유입구(115,125)가 구비되며, 상기 제1 및 제2 유입구(115,125) 또는 이에 연결되는 덕트상에는 유입공기의 흐름방향을 제1 열교환실(110)과 제2 열교환실(120)로 상호 절환하거나 흐름량을 조절하는 댐퍼(116,117,126,127)가 구비된 것을 특징으로 한는 공기흐름전환식 공기조화기가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제1 열교환실(110)과 제2 열교환실(120)은 단일의 케이스(100) 내의 중앙부에 배치된 격벽(102)에 의하여 구획되며, 상기 제1 및 제2 유입구(115,125)는 각각의 열교환실(110,120)에 동시에 개방되도록 상기 격벽(102)에 인접하여 케이스(100)의 중앙부에 배치되고 상기 제1 및 제2 토출구(114,124)는 각각의 열교환기(111,121)보다 외측의 케이스(100)에 배치된 것을 특징으로 하는 공기흐름전환식 공기조화기가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 열교환실(110)과 제2 열교환실(120)은 단일의 케이스(100) 내에서 격벽(102)에 의해 구획되며, 상기 제1 및 제2 유입구(115,125)는 각각의 열교환실(110,120)에 동시에 개방되도록 격벽(102)의 길이방향 일측의 케이스에 배치되고, 상기 제1 및 제2 토출구(114,124)는 격벽(102)의 길이방향 타측의 케이스에 배치된 것을 특징으로 하는 공기흐름전환식 공기조화기가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 열교환실(110)과 제2 열교환실(120) 중 어느 하나의 폭이 상대적으로 더 작게 구성된 것을 특징으로 하는 공기흐름전환식 공기조화기가 제공된다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예의 구성도이고 도 3 내지 도 6은 각각 냉방모도와 난방모도의 작동상태도이다. 도시된 바와 같이, 단일의 케이스(100)의 중앙부에 횡방향 격벽(102)이 배치되고, 이 격벽(102)을 중심으로 양측에 제1 열교환실(110)과 제2 열교환실(120)이 구성된다. 제1 열교환실(110)과 제2 열교환실(120)에는 각각 제1 열교환기(111)와 제2 열교환기(121)가 배치된다. 그리고, 압축기(104)와 팽창밸브(105) 및 사방밸브(108)를 포함하고 냉매관(109)이 이들을 연결한다. 또한, 각각의 열교환실(110,120)에는 중앙의 격벽(102)에 인접하는 케이스(110)의 상 부벽 및 측벽에 각각 실내공기가 유입되는 제1 유입구(115)와 실외공기가 유입하는 제2 유입구(125)가 격벽(102)의 양측에 걸쳐지도록 구비된다. 따라서, 제1 유입구(115)와 제2 유입구(125)는 제1 열교환실(110)과 제2 열교환실(120)에 동시에 개방된다.

그리고, 열교환기(111,121)를 중심으로 유입구(115,125)의 반대쪽, 즉 케이스(100)의 외측 또는 양 단부의 각각의 열교환실(110,120)에 제1 및 제2 토출구(114,124)와 이에 접속된 송풍기(112,122)가 구비된다. 이들 토출구(114,124)는 열교환기(111,121)를 거친 실내 및 실외공기를 실내 또는 실외로 배출한다. 그리고, 상기 제1 유입구(115)와 제2 유입구(125)에는 이들을 개폐하거나 유입되는 공기흐름량을 조절하는 댐퍼(116,117,126,127)가 각각 구비된다. 도시된 실시예에서는 이들 댐퍼가 유입구 자체에 설치된 것으로 도시되었으나, 이들 유입구 연결되는 덕트에 설치될 수도 있음은 물론이다.

도면중 미설명 부호 106은 공기정화용 필터이고, 107은 재열기이다.

이러한 구성에 따른 작동을 설명하면, 냉방모드에서는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 사방밸브(108)가 제1 열교환기(111)는 증발기로 기능하고 제2 열교환기(121)는 응축기로 기능하도록 설정되고, 댐퍼(116,117,126,127)은 적절하게 조절되어 실내공기는 제1 유입구(115)를 통해 제1 열교환실(110)의 제1열교환기(111)를 거쳐서 냉각된 후 제1 토출구(114)로 배출되고, 실외공기는 제2 유입구(125)를 통해 제2 열교환실(120)의 제2열교환기(121)를 거쳐서 가열된 후 제2 토출구(124)로 배출됨으로써 냉방작동이 수행된다. 한편 난방모드에서는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 사방밸브(108)가 반대방향으로 설정되어 제1 열교환기(111)가 응축기로 기능하고 제2 열교환기(121)가 증발기로 기능하도록 되어, 실내공기는 제1 열교환기(111)에서 가열되고 실외공기는 제2 열교환기(121)에서 냉각되어 난방작동이 수행된다. 그러나 실내공기의 환기나 폐열회수 또는 냉난방 효율 개선을 위해, 실내 및 실외공기가 서로 적정비율로 혼합되어 흐를 수 있도록 댐퍼의 개방도가 적절히 조절된다. 예를 들면 실내공기와 실외공기를 30% 정도 서로 혼합되도록 댐퍼의 개방도를 설정하면, 30%의 실내공기를 환기할 수 있으며, 폐열회수를 통해 응축효율 또는 증발효율을 높일 수 있다.

도시된 실시예에서는 사방밸브(108)를 사용하여 냉매의 흐름을 전환시킴으로써 냉난방을 전환하는 방식을 예시하고 있으나, 본 발명은 이러한 냉매흐름방식 이외에도 순전히 공기흐름전환에 의해서만 냉난방을 전환하는 공기조화기에도 적용될 수 있다. 이를 위한 한가지 방법으로는 제1 및 제2 토출구를 실내 또는 실외로 상호 절환하여 유도하도록 케이스(100)외부에 적절한 덕트시스템을 구성하면 된다.

도 7는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도시된 바와 같이 두 개의 열교환실(110,120)을 병렬로 배치한 것이다. 이 실시예에 따르면, 단일의 케이스(100) 내에 종방향으로 배치된 격벽(102)에 의해 제1 열교환실(110)과 제2 열교환실(120)이 구획되고, 각각의 열교환실(110,120)에서 격벽(102)의 길이방향 일측단에는 제1 유입구(115)와 제2 유입구(125)가 각각의 열교환실(110,120)에 동시에 개방되도록 서로 인접되어 배치되고, 격벽(102)의 길이방향 타측단에는 제1 토출구(114)와 제2 토출구(124)가 서로 인접배치된 형태를 취한다. 이러한 구성에 따라 제1 열교환실(110)과 제2 열교환실(120)의 각각의 유입구(115,125)로 도입된 실내 또는 실외공기는 대체로 평행하기 흘러서 각각의 열교환기(111,121)를 거친 후에 송풍기(112,122)를 통해 각각의 토출구(114,124)로 배출된다.

한편, 히트펌프의 구조상 난방작동시에는 저온인 실외로부터 열을 흡수하여야 하고, 냉방작동시에는 고온인 실외로 열을 방출해야 하므로, 실외측 열교환기의 부하나 용량이 실내측 열교환기의 부하나 용량보다 상대적으로 클 것이 요구된다. 따라서 장치의 최적화를 위해서는 실외측 열교환기(120)의 용량을 크게 하고 실내측 열교환기(110)의 용량을 상대적으로 작게 할 필요가 있다. 따라서, 도 7에 도시된 실시예는 단순한 육면체 구조의 단일의 케이스(100)에 각각의 열교환실(110,120)을 병렬로 배치하여 그 폭을 달리함으로써, 장치의 최적화설계를 도모하면서도 장치 전체의 구조를 단순하고 균형있는 장방형 형태로 제작함으로써 설치스페이스를 줄이면서 제작코스트를 절감하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 각각의 열교환실의 내부에 열교환기를 중심으로 실내외 공기 유입구(115,125)와 실내외 공기 토출구(114,124)를 대향 배치하고, 서로 인접배치된 유입구(115,125)에는 공기흐름의 방향을 절환하거나 흐름량을 조절하는 댐퍼(116,117,126,127)를 구비함으로써, 케이스 내로 유입된 실내외 공기가 열교환기에 접촉되기 전까지 원활히 흐르거나 혼합되어 열교환기에 전체 열교환면적에 충분하고 균일하게 접촉됨으로써 양호한 열교환 효율을 달성할 수 있고, 아울러 전체적으로 장치의 구조가 단순해지고 부피가 줄어 제작코스트가 절감되고 설치스페이스를 절약할 수 있다.

또한, 열교환실이 병렬로 배치되어 실내외 공기가 서로 평행하게 흐르는 경우에는 실내외 공기흐름이 더욱 원활하게 흘러서 열교환기 전체 면적에 균등하게 접촉될 수 있고, 또한, 상대적으로 열교환부하가 적은 실내측 열교환실의 폭을 상대적으로 작게 하면서 장치 전체를 균형있는 장방형으로 제작할 수 있어서, 최적화설계에 더욱 유리하다.

Claims

제1 열교환기(111)가 설치된 제1 열교환실(110)과, 제2 열교환기(121)가 설치된 제2 열교환실(120)과, 상기 제1 열교환기(111)와 제2 열교환기(121)를 연결하는 냉매관과 압축기 및 팽창밸브 또는 캐필러리튜브로 이루어진 냉매회로를 포함하는 공기조화기에 있어서, 상기 각각의 열교환실(110,120) 내의 각각의 열교환기(111,121)의 일측에는 이들 열교환기(111,121)를 통과한 실내 또는 실외공기를 토출하는 제1 및 제2 토출구(114,124)와 이에 연결된 송풍기(112,122)가 구비되고, 이들 열교환기(111,121)를 중심으로 토출구(114,124)의 반대쪽에는 실내공기 또는 실외공기를 열교환실(110,120)로 유입시키는 제1 및 제2 유입구(115,125)가 구비되며, 상기 제1 및 제2 유입구(115,125) 또는 이에 연결되는 덕트상에는 유입공기의 흐름방향을 제1 열교환실(110)과 제2 열교환실(120)로 상호 절환하거나 흐름량을 조절하는 댐퍼(116,117,126,127)가 구비되며, 상기 제1 열교환실(110)과 제2 열교환실(120)은 단일의 케이스(100) 내에서 격벽(102)에 의해 구획되고, 상기 제1 및 제2 유입구(115,125)는 각각의 열교환실(110,120)에 동시에 개방되도록 격벽(102)의 길이방향 일측의 케이스에 배치되며, 상기 제1 및 제2 토출구(114,124)는 격벽(102)의 길이방향 타측의 케이스에 배치된 것을 특징으로 하는 공기흐름전환식 공기조화기
제 1 항에 있어서, 상기 제1 열교환실(110)과 제2 열교환실(120) 중 어느 하나의 폭이 상대적으로 더 작게 구성된 것을 특징으로 하는 공기흐름전환식 공기조화기.
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