KR100567416B1

KR100567416B1 - 분리형 환기회수율 조절식 폐열회수겸용 냉난방 공기조화기

Info

Publication number: KR100567416B1
Application number: KR1020040090764A
Authority: KR
Inventors: 박춘경
Original assignee: 주식회사 코벡엔지니어링
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2006-04-03
Also published as: KR200375780Y1

Abstract

본 발명은 공기의 수송, 승압을 담당하는 송풍기와, 실내,실외에서 유입되는 공기의 흐름량 및 상호 절환을 하기 위한 댐퍼 및 제1열교환기로 구성된 제1열교환실과, 실외에 별도로 설치되는 제2열교환기와 배기팬으로 구성된 제2열교환실을 기본 구성으로 한다.

본 발명은 순환하는 실내공기의 일부를 환기량만큼 외부로 배출하는 기능을하는 순환공기량 조절공간(330)이 별도로 설치되며, 상기 순환공기량 조절공간(330)에서 실내공기의 일부를 배기시킴과 동시에 실내공기의 흡입을 돕는 작용을 하는 흡배기 유도 송풍기(120)가 상기 순환 공기량 조절공간(330)에 연통하여 설치된다.

본 발명은 공기조화기 케이스를 복층으로 구성하여 급기 송풍기부분을 열교환기의 상층에 배치하여 송풍실을 별도로 구성하여 설치공간을 축소하는 효과를 갖는다.

실외기, 응축기, 증발기, 송풍기, 댐퍼, 분리

Description

분리형 환기회수율 조절식 폐열회수겸용 냉난방 공기조화기{Separated Type Ventilation Withdrawal Rate Adjustment Waste Heat Withdrawal Combined Cold and Heat Air Conditioner}

도 1은 종래기술에 따른 공기조화기의 부분절개사시도.

도 2는 종래기술의 냉방모드의 작용을 설명하기 위한 개략도.

도 3은 종래기술의 난방모드의 작용을 설명하기 위한 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 분리형 환기회수율 조절식 폐열회수겸용 냉난방 공기 조화기의 실시예를 나타낸 개략도.

도 5는 본 발명 실시예의 부분절개사시도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

100 : 케이스 110 : 제1열교환실

120 : 흡배기 유도 송풍기 130 : 제1댐퍼

140 : 제2댐퍼 150 : 제1열교환기

170 : 필터 180 : 압축기

190 : 4지 역전밸브 191 : 급기덕트

200 : 제2열교환실 210 : 제2열교환기

230 : 배기팬 240 : 외부공기유입구

300 : 실내공기공급실 310 : 제3댐퍼

320 : 급기 송풍기 330 : 순환공기량 조절공간

350 : 송풍실 400 : 덕트

410 : 냉매배관 420 : 송풍실 유입통로

본 발명은 분리형 환기회수율 조절식 폐열회수겸용 냉난방 공기조화기에 관한 것으로 설치공간의 효율적 활용하기 위한 구조 개선에 관한 것이다.

종래의 환기회수율 조절식 폐열회수겸용 냉난방 공기조화기는 히트펌프방식의 냉난방은 물론 실내에서 배기되는 공기의 폐열을 이용하여 응축기나 증발기의 효율을 향상시키고, 그 과정에서 일정비율로 실내공기와 실외공기를 교환함으로써 환기작용을 시키는 것이다.

이러한 종래기술은 도1 내지 도 3에 도시된 대한민국 등록특허 제354132호의 "환기회수율 조절식 폐열회수겸용 냉난방 공기조화기"에 잘 나타나 있다.

상기 대한민국 등록특허 제354132호에 나타난 기술은 일반적으로 실내기(냉 방모드시에는 증발기, 난방모드시에는 응축기)와 실외기(냉방모드시에는 응축기, 난방모드시에는 증발기)를 분리하지 않고 하나의 케이스 안에 내장하도록 한 것으로서, 실외공기와 실내공기를 적절하게 혼합할 수 있는 댐퍼시스템을 갖춘 것이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 상기 종래기술의 구성을 좀더 자세히 설명하면, 단일의 케이스(1)에 제1교환기가 설치된 제1열교환실(20)과, 제2교환기가 설치된 제2열교환실(30)이 일체로 구성되며, 상기 제1열교환실(20)과 제2열교환실(30) 사이에 소정의 공간부가 형성되고, 이 공간부의 중앙부에 공간을 둘로 나누는 격벽(40)과, 이 격벽(40)을 기준으로 일측공간에는 실내측공기흡입챔버(50)와 타측공간에는 실외측흡입공기챔버(60)로 구성되며, 상기 실내와 실외측 공기챔버(50,60)의 양측면에 형성된 댐퍼(52,53,62,63)를 포함하여 구성된다.

상기 제1열교환실(20)에는 실내측토출구(21)와 급기송풍기(22), 증발기로 작용하는 제1열교환기(23), 증발기드레인판(24)과 팽창밸브(25), 공기청정용 필터(26) 등이 설치된다.

상기 제2열교환실(30)에는 실외측토출구(31)와 배기송풍기(32), 응축기로 작용하는 제2열교환기(33), 응축기드레인판(34), 팽창밸브(35)등이 설치된다.

상기 실내측공기흡입챔버(50)에는 건물 실내로부터 연장된 덕트(70)가 연결되는 실내측 공기유입구(51)와, 실내에서 유입되는 공기를 제1열교환실(20)과 제2열교환실(30)로 일정비율로 분할하여 흐르도록 조절하는 제1댐퍼(52) 및 제2댐퍼(53)등이 설치된다.

상기 실외측공기흡입챔버(60)는 외부의 공기를 흡입하는 실외측공기유입구 (61)와, 실외측 공기가 제1열교환실(20)과 제2열교환실(30)로 나누어 일정비율로 분할하여 흐르도록 조절하는 제3댐퍼(62),제4댐퍼(63)와 압축기(64)등이 설치된다.

상기 케이스(1)의 내부 소정 부위에는 온습도검출부(미도시)에 의하여 검출된 신호에 따라 콘트롤러(66)가 냉난방 여부를 결정하여 4지 역전밸브(65)와 댐퍼들의 개방도를 제어한다.

도 2는 상기 종래 환기회수율 조절식 폐열회수겸용 냉난방 공기조화기의 냉방모드시 작용을 설명하는 그림으로서, 실내 공기를 순환시킬 때 30%의 양을 외기와 교체하는 경우를 가정한 것이다.

이 경우에는 제2댐퍼(53)와 제3댐퍼(62)의 개도를 70%정도로 하고, 제1댐퍼(52)와 제4댐퍼(63)의 개도를 30%로 설정한다.

실내외공기들은 일단 공기유입통로(600)로 들어온 후, 제2댐퍼(53)를 통하여 70%의 차가운 실내공기 및 제4댐퍼(63)를 통하여 환기를 위한 30%의 더운실외공기가 제1열교환실(20)로 유입되어 공기혼합공간부(610)에서 섞인 후, 증발기(23)를 통과하면서 열교환 되어 냉각된 후, 실내측공기토출구(21)를 통하여 실내로 공급된다.

또한, 제1댐퍼(52)를 통하여 30%의 차가운 실내공기 및 제3댐퍼(62)를 통하여 70%의 더운 실외공기가 제2열교환실(30)로 유입되어 섞인 후, 응축기(33)를 거치면서 응축열을 흡수한 후, 실외측공기토출구(31)를 통하여 실외로 배출된다.

도 3에 도시된 난방모드에서는 공기의 흐름은 상기 냉방모드와 동일하며, 4지 역전밸브(65)로 냉매흐름을 전환시켜 상기 증발기(23)를 응축기로, 응축기(33) 는 증발기로 전환시켜 난방이 이루어지게 된다.

상기와 같은 종래기술은 응축기와 증발기의 효율을 향상시킬 수 있고, 냉난방과 동시에 환기도 할 수 있다는 장점이 있으나, 다음과 같은 문제점이 있다.

상기 종래 공기조화기는 응축기와 증발기 등의 열교환기는 물론이고 환기, 배기용 송풍기 및 그 밖의 구성 장치들을 모두 하나의 케이스에 일체형으로 구성하기 때문에 장치의 부피가 커져서 커다란 설치 공간을 확보하여야 한다는 문제가 있다.

특히 상기 종래 공기조화기를 보면, 장치를 이루는 주요 구성요소들이 횡방향으로 길게 일렬로 설치되는데, 이러한 구성요소의 배치 설계는 환기를 위하여 순환하는 실내 공기의 일부를 실외공기와 교환하는 작업을 하여야 하므로 부득이한 면이 있다.

하지만 이 경우 공기조화기의 부피가 너무 커지며, 설치 공간의 형상이 장방형으로 길게 확보되어 있어야 하므로, 건축물에 따라서 길이 방향의 충분한 공간이 없는 곳 또는 건물 기둥등의 장애물 등이 있는 곳 등에는 이러한 일체형 공기조화기 설치가 곤란해지는 문제점이 있다.

본 발명은 이와같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로 종래 일체형의 환기 및 폐열회수 겸용 냉난방 공기조화기에서 요구되는 횡방향으로 넓은 공간 면적이 불필요하도록, 구성요소의 배치 구조를 변경하여 좁은 설치 공간을 효율적으로 이용하고자 하는 목적을 갖는다.

이를 위하여 본 발명은 하나의 열교환기를 실외에 배치하면서도 종래기술과 마찬가지로 환기작용을 수행할 수 있는 댐퍼의 설치구조 및 송풍구조를 제공하는 목적을 갖는다.

또한 본 발명은 실내측 송풍기 부분을 복층으로 구성함으로써 장치가 차지하는 면적과 공간을 축소시킬 뿐만 아니라, 종래 유휴공간이었던 장치의 상부공간을 효율적으로 사용하게 하는 또 다른 목적을 갖는다.

본 발명은 공기의 수송, 승압을 담당하는 송풍기와, 실내 및 실외에서 유입되는 공기의 흐름량 및 상호 절환을 하기 위한 댐퍼 및 제1열교환기가 설치된 제1열교환실이 설치된 케이스를 실내측에 설치하고, 실외에는 제2열교환기와 송풍팬이 설치된 제2열교환실을 설치하는 것을 기본 구성으로 한다.

본 발명은 제2열교환기가 실외에 설치됨으로써 순환하는 실내공기의 일부를 환기량만큼 외부로 배출하는 순환공기량 조절공간(330)이 별도로 설치되며, 상기 순환공기량 조절공간(330)에서 실내공기의 일부를 배기시킴과 동시에 실내공기의 흡입을 돕는 작용을 하는 흡배기 유도 송풍팬(120)이 상기 순환 공기량 조절공간(330)에 연통하여 설치된다.

본 발명은 공기조화기 케이스를 복층으로 구성하여 급기 송풍기부분을 열교환기의 상층에 배치하여 송풍실을 별도로 구성하고, 열교환기를 통과한 공기가 열교환실에서 상층의 송풍실로 유도되는 송풍실 유입통로(420)를 형성한 구성을 주요 특징으로 한다.

이와 같은 구성을 특징으로 하는 본 발명을 첨부된 도면 도 4 내지 도 5에 도시된 실시예를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 분리형 환기회수율 조절식 폐열회수겸용 냉난방 공기조화기의 실시예의 개략도이며, 도 5는 실시예의 부분절개사시도이다.

도 4에 도시된 것과 같이 본 발명의 주요구성은 케이스 내부 일측에 순환하는 실내 공기가 유입되는 덕트(400)가 연통된 실내공기 공급실(300)이 설치되고, 상기 실내공기 공급실에는 흡배기 유도 송풍기(120)가 설치된다.

상기 흡배기 유도 송풍기(120)의 송풍구는 순환공기량 조절공간(330)으로 연통된다.

상기 순환공기량 조절공간(330)은 제1열교환실과 격벽(250)에 의하여 구분되고, 상부에는 제3댐퍼(310)가 설치되어 순환하는 실내 공기 중 일부를 실외로 배출하며, 격벽에는 제2댐퍼(140)가 설치되어 제3댐퍼로 배출되지 않은 나머지 순환 공기를 제1열교환실(110)로 이송시키게 된다.

제1열교환실(110)은 제2댐퍼(140)에 의해 순환하는 실내 공기가 유입되는 이 외에, 순환공기량 조절공간(330)에 설치된 제3댐퍼(310)로 배출된 실내 공기량만큼 실외로부터 환기용 공기를 보충하기 위한 제1댐퍼(130)가 설치된다.

이 때 제2댐퍼(140)와 제1댐퍼(130)는 유입되는 공기의 흐름이 서로 교차하도록, 그 설치면이 서로 직교하도록 배치한다. 이에 따라 실내외 공기는 제1열교환기에 다다르기 전에 빠른 속도로 섞여서 균일한 온도를 갖는 혼합공기가 될 수 있다.

또한 제1열교환실(110)에는 제1열교환기(150)와 필터(170), 압축기(180) 및 4지 역전밸브(190) 등의 구성요소가 설치된다.

본 발명에서는 상기 제1열교환실(110) 상부에 형성되고 급기송풍기(320)가 안치되는 송풍실(350)이 설치되며, 상기 송풍실(350)과 제1열교환기(110) 사이에는 송풍실 유입통로(420)에 의하여 공기 유입로가 개방되어있다.

상기 송풍실 유입통로(400)는 케이스의 일측 끝단부, 즉 상층 송풍실과 하층 열교환실의 끝단부의 상하 경계면을 개방하여 형성하는데, 상기 개방된 부분이 열교환기를 넘어 댐퍼쪽으로 개방되면 열교환이 이루어지지 않은 공기가 유입될 수 있으므로 개방된 부분의 한계는 열교환기 후단에서 제한되어야한다.

이와 같은 구조를 취하면 케이스 하단의 열교환실은 열교환기 후방부 공간을 공기가 유동하여 상부 송풍실로 갈수 있는 정도만 형성하면 되므로, 종래처럼 송풍기를 열교환기 후방에 설치한 경우보다 현저하게 설치면적을 줄일 수 있다.

한편 제2열교환실(200)은 제1열교환실(110)이 설치된 케이스와 분리하여 별도의 케이스에 설치하는데, 제2열교환실 내에는 제2열교환기(210)가 장착되고, 제2열교환기에서 열교환 된 공기를 배기하기 위한 배기팬(230)이 설치되며, 상기 제2열교환기(210)는 제1열교환기(150)와 냉매배관(410)이 연결되어 있다.

상기 4지 역전밸브(190)는 냉난방 운전 절환시 냉매 흐름을 조절하는 역할을 하는 것으로 경우에 따라서는 4개의 전자밸브로 대체할 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 분리형 환기회수율 조절식 폐열회수겸용 냉난방 공기조화기의 작용을 냉방모드를 예로 들어 공기의 흐름을 중심으로 설명하면 다음과 같다.

도 4를 참조하면 제1열교환기(110)는 냉방모드에서는 증발기로, 난방모드에서는 응축기로 기능하며, 제2열교환기(210)는 냉방모드에서는 응축기로, 난방모드에서는 증발기로 기능한다.

냉방모드에는 실내로부터 순환되어 온 공기가 덕트(400)를 통해 일단 실내공기공급실(300)로 토출된다.

그런데 본 발명의 실내공기공급실(300)에는 흡배기 유도송풍기(120)가 설치되어 있어서, 상기 흡배기 유도송풍기(120)가 구동되면 강한 힘으로 순환 실내공기를 순환공기량 조절공간(330)으로 불어넣게 된다.

이에 따라 순환공기량 조절공간(330)에는 순환공기가 높은 압력으로 들어차게 되고, 제3댐퍼(310)와 제2댐퍼(140)는 소정의 환기비율에 맞추어 개방되어 있으므로, 순환 공기 중 일부는 제3댐퍼(310)를 통하여 외부로 배출되고, 나머지 공기는 재냉각을 위하여 제2댐퍼(140)를 통과하여 제1열교환실(110)로 유입되는 현상이 자연스럽게 일어난다.

이 때 순환공기의 순환 싸이클당 환기율을 30%로 하면 제3댐퍼(310)와 제2댐퍼(140)의 댐퍼 개방 면적비를 3:7로 맞추어 조절하면 된다.

만일 흡배기 유도송풍기(120)가 설치되어 있지 않으면, 급기송풍기(320)에 의해서만 공기가 흡입되어지는데, 이 경우 케이스(100)내의 공기는 모두 급기송풍기(320)쪽으로 빨려가는 흐름이 생성되고, 따라서 순환공기의 일부를 외부로 배출하여야하는 제3댐퍼(310)에서도 오히려 공기가 빨려 들어오는 힘이 작용하므로 소정의 환기작용을 이룰 수 없다.

제2댐퍼(140)를 통하여 제1열교환실로 유입된 공기는 유입되자마자 제1댐퍼(130)를 통하여 유입되는 실외공기와 뒤섞이게 된다. 이 때 제2댐퍼를 통하여 유입된 공기와 제1댐퍼를 통하여 유입되는 공기의 흐름은 서로 교차하므로 빠른 속도로 혼합되어 균일한 온도의 혼합공기로 된다.

따라서 이 단일온도의 혼합공기가 열교환기를 통과하므로 열교환기 코일의 전면에 걸쳐 고르게 열교환작용이 일어나고, 이에 따라 열교환 효율이 향상된다.

제1댐퍼(130)를 통하여 유입되는 외부공기의 양은 상기 제3댐퍼(310)를 통하여 배출된 순환공기량과 동일하도록 설정되고, 이에 따라 소정의 환기효과를 달성할 수 있게 된다.

상기 혼합공기는 필터(170)를 통과하면서 이물질이 필터링되고, 다시 증발기로 작용하는 제1열교환기(150)를 거치면서 열교환되어 냉각된다.

이 냉각 공기는 송풍실유입통로(420)를 통하여 제1열교환실(110) 상부에 형성된 송풍실(320)에 흡입되고 다시 급기송풍기(320)에 의하여 급기덕트(191)로 실내에 공급하게된다.

실내에서 냉방작용을 마친 공기는 다시 덕트(400)를 통하여 본 공기조화기로 유입되므로 사이클을 이루며 계속 순환하면서 실내를 냉각시키게 된다.

한편 증발기로 작용하는 제1열교환기(150)와 실외에 별도로 설치된 제2열교환실(200)에 설치되며 응축기로 작용하는 제2열교환기(210)는 냉매배관(410)이 연결되어 있다.

따라서 제1열교환기에서 기화된 냉매는 상기 냉매배관을 따라 제2열교환기로 이송된 후, 외부공기에 열을 빼앗겨 응축된 후 다시 제1열교환기로 돌아오는 순환작용을 하게 된다.

이 때 제2열환실에서의 공기흐름은 단순히 배기팬(230)을 작동시키면 이루어 진다. 즉 배기팬을 작동하면 외부공기가 외부공기유입구(240)로 흡입되고, 제2열교환기에서 열교환된 뒤 배기팬을 통하여 다시 외부로 배출되는 것이다.

상기 실시예는 일반적으로 많이 쓰이는 히트펌프식 열교환 방식을 채택하여 냉매 흐름을 전환함으로써, 냉방과 난방을 전환시킨다.

즉 냉매흐름을 4지 역전밸브(190)를 이용하여 절환함으로써, 상기 냉방모드에서의 증발기로 작용하는 제1열교환기(150)가 난방모드에서는 응축기로 작용하게되고, 응축기로 작용하는 제2열교환기(210)는 증발기로 역할이 바뀐다. 그러나 도면의 공기흐름루트의 화살표 방향은 변화하지 않는다.

그런데 본 발명과 같은 공기조화기를 난방장치로 사용하는 경우에는, 혹한기 때 실내기인 응축기(150)가 냉매의 온도 및 증기압이 낮아서 운전초기에는 공기조화기가 충분한 효율을 발휘하지 못하는 경우가 많이 발생한다.

또한, 상기 효율이 떨어진 공기조화기는 원하는 수준으로 효율을 상승시키는데 오랜시간이 소요된다.

이에 따라 실외기인 증발기(210)의 성애가 생성되어 증발기(210)의 효율을 떨어뜨리고, 심하면 장치의 고장을 일으킨다.

따라서 공기조화기의 작동초기에는 제2댐퍼(140)만을 개방하고 외부공기를 유입시키는 제1댐퍼(130)와, 외부로 공기를 배출하는 제3댐퍼(310)의 댐퍼 날개를 닫아서 공기조화기가 일정수준으로 효율이 올라갈 때까지 실내공기만을 순환시켜 공기조화기의 예열시간을 충분히 갖는다.

이 때, 케이스(100) 내부에 온도가 너무 낮은 경우에는 도시되지 않은 전기히터를 케이스 내에 별도로 설치하여 열원을 보충해 줌으로써, 좀 더 빠르게 공기조화기의 예열시간을 단축할 수도 있다.

상기와 같이 제1댐퍼(130)와 제3댐퍼(310)를 닫은 채 일정시간 공기조화기를 작동시키다가 환기와 폐열에너지 회수를 위해서 제1댐퍼(130)와 제3댐퍼(310)를 공기조화기의 사용환경과 환기율을 고려하여 댐퍼 날개의 개방도를 제어하게 되면, 난방 효율이 향상된 공기조화기를 구성할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명 분리형 환기회수율 조절식 폐열회수겸용 냉난방 공기조화기는 케이스(100)에 설치하는 급기송풍기 송풍실(350)의 위치를 상부로 올려 복층으로 구성하고, 열교환 코일의 사이즈가 커서 면적을 많이 차지하는 제2열교환기(210)를 실외에 배치함으로써, 설치면적을 최소화하고, 협소한 스페이스라도 용이하게 설치할 수 있게 된다.

또한 본 발명의 실내측 급기 송풍기 송풍실 부분의 복층 구성은 종래 유휴공간이었던 장치의 상부공간을 효율적으로 사용하게 하는 효과를 갖는다.

또 본 발명의 덕트 및 송풍구조는 제2열교환기를 별도로 외부에 설치한 상태에서, 환기작용을 이룰 수 있는 효과를 달성한다.

Claims

케이스(100) 내부 일측에 순환하는 실내 공기가 유입되는 덕트(400)가 연통된 실내공기 공급실(300)과,

상기 실내공기 공급실(300)에 설치된 흡배기 유도 송풍기(120)와,

상기 흡배기 유도 송풍기(120)의 송풍구와 연통된 순환공기량 조절공간(330)과,

상기 순환공기량 조절공간(330)과 제2댐퍼(140)가 형성된 격벽(250)에 의하여 구분되고 내부에 제1열교환기(150)가 설치된 제1열교환실(110)과,

상기 제1열교환실(110)의 상부에 형성되고 급기송풍기(320)가 안치되는 송풍실(350)과,

상기 케이스(100)와 분리되어 있으며 상기 제1열교환실(110)의 제1열교환기(150)와 냉매배관(410)이 연결된 제2열교환기(210)가 설치된 제2열교환실(200)로 구성되되,

상기 송풍실(350)과 제1열교환실(110) 사이에는 송풍실 유입통로(420)에 의하여 공기 유입로가 개방되며,

상기 송풍실 유입통로(400)는 상층 송풍실(350)과 하층 제1열교환실(110)의 끝단부의 상하 경계면을 개방하여 형성하되, 개방된 부분의 한계는 열교환기 후단에서 제한되어있는 것을 특징으로 하는 분리형 환기회수율 조절식 폐열회수겸용 공기조화기.
제1항에 있어서,

상기 순환공기량 조절공간(330)을 이루는 케이스의 일측면에 순환공기 배출용 제3댐퍼(310)가 형성되어 있고,

상기 제1열교환실(110)에는 상기 격벽(250)에 형성된 제2댐퍼(140)의 설치면과 직교하는 설치면을 갖는 제1댐퍼(130)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 분리형 환기회수율 조절식 폐열회수겸용 공기조화기.