KR100662127B1 - 축열식 공기조화 장치 - Google Patents

축열식 공기조화 장치 Download PDF

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KR100662127B1
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윤영진
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채경식
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 축열판이 다수개의 단열부재로 적층되어 형성되는 축열식 공기조화 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 축열식 공기조화 장치는, 열교환이 일어나는 실외열교환기(120)와, 냉매를 압축하는 압축기(110)가 구비되는 실외유니트(100)와; 열교환이 일어나는 실내열교환기(420)가 구비되는 실내유니트(400)와; 에너지를 저장하는 축열물질(물)이 담겨지는 축열조(310)와, 상기 축열조(310) 내부에서 열교환이 일어나는 축열교환기(320)가 구비되어 에너지를 저장하는 축열유니트(300)와; 운전조건에 따라 냉매의 흐름을 제어하는 기능유니트(200)를 포함하는 구성을 가지며; 상기 축열조(310)는 다수개의 단열부재가 적층된 축열판(312)에 의해서 외관이 형성됨을 특징으로 한다. 이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 축열식 공기조화 장치에 의하면, 축열조의 중량이 가벼워 취급이 용이하며, 제조원가가 감소하는 이점이 있다.
공기조화, 축열조, 단열부재, 적층, 공기층

Description

축열식 공기조화 장치{thermal storage air-conditioner}
도 1은 종래 축열식 공기조화 장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 축열식 공기조화 장치의 사용 상태를 보인 건물 조감도.
도 3은 본 발명에 의한 축열식 공기조화 장치의 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 축열식 공기조화 장치의 요부를 구성하는 축열조의 외관 구성을 보인 사시도.
도 5a는 본 발명의 일 실시예가 채용된 축열조의 내부 구성을 보인 부분 단면도.
도 5b는 본 발명의 다른 실시예가 채용된 축열조의 내부 구성을 보인 부분 단면도.
도 6a는 본 발명 실시예가 '축열모드'로 사용되는 경우의 냉매 흐름을 보인 구성도.
도 6b는 본 발명 실시예가 '축열냉방모드'로 사용되는 경우의 냉매 흐름을 보인 구성도.
도 6c는 본 발명 실시예가 '직접냉방모드'로 사용되는 경우의 냉매 흐름을 보인 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100. 실외유니트 110. 압축기
120. 실외열교환기 130. 어큐뮬레이터
140. 사방밸브 150. 실외팽창장치
200. 기능유니트 210. 보조유로
212. 보조열교환기 214. 보조펌프
216. 제1밸브 218. 제2밸브
220. 기능저압연결부 222. 기능고압연결부
240. 액유로 244. 드라이어
246. 액펌프 248. 리시버
250. 고압축열연결부 252. 제5밸브
300. 축열유니트 310. 축열조
312. 축열판 314. 제1단열층
316. 방수층 316'. 공기층
318. 제2단열층 320. 축열교환기
322. 제1축열교환기 324. 제2축열교환기
330. 제1축열팽창장치 332. 제2축열팽창장치
400. 실내유니트 410. 실내고압유로
412. 실내저압유로 420. 실내열교환기
430. 실내팽창장치 450. 분배헤드
본 발명은 공기조화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축열물질이 수용되는 축열조가 다수개의 단열부재로 적층된 축열판에 의해서 형성됨으로써 단열 기능이 향상되는 축열식 공기조화 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 공기조화 장치로는 실내의 더운 공기를 흡입하여 저온의 냉매로 열교환한 후 이를 실내로 토출하는 반복작용에 의해 실내를 냉방시키거나, 반대작용에 의해 실내를 난방시키는 냉/난방 시스템이 주로 사용되며, 이러한 공기조화 장치는 압축기-응축기-팽창장치-증발기로 이루어져 일련의 사이클을 형성한다.
그리고 근래에는 전기료 절감 등을 위하여, 야간(전력 사용이 적을 때)에 제빙한 얼음을 주간(전력 사용이 많을 때)에 응축열원으로 이용하여 실내를 냉방하는 축열식 공기조화 장치가 사용되기도 한다.
도 1에는 종래의 축열식 공기조화 장치의 일례가 도시되어 있다.
이에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하는 압축기(1)와, 압축기(1)에 의해 압축되어 유동하는 냉매가 열교환을 일으키는 실외열교환기(2) 등이 구비되는 실외유니트(3)가 일측에 구비된다.
그리고 상기 실외유니트(3)의 일측에는 에너지를 일시적으로 저장하는 축열유니트(10)가 구비된다. 상기 축열유니트(10)는 축열물질이 내부에 저장되는 사각박스 형상의 축열조(11)와, 상기 축열조(11) 내부의 물을 순환시키는 물펌프(12), 그리고 상기 물과 냉매의 열교환이 일어나는 열교환기(13) 및 액냉매의 유동을 강제하는 냉매액펌프(14) 등이 구비된다.
상기 축열조(11)는 내부에 저장된 축열물질에 의해서 부식되지 않도록 내부에는 스테인레스강판이 사용되며, 상기 스테인레스강판의 외면에는 축열물질이 축열조 외부의 공기와 열교환하지 않도록 단열재(미도시)가 구비됨이 일반적이다.
한편, 상기 축열유니트(10)의 일측에는 하나 이상의 실내유니트(20)가 설치되는데, 이러한 실내유니트(20)에는 열교환이 일어나는 실내열교환기(21)와, 상기 실내열교환기(21)로 유입되는 냉매를 팽창시키는 실내팽창장치(22)가 구성된다.
상기와 같은 구성을 가지는 종래의 축열식 공기조화 장치는, 야간에는 상기 축열유니트(10)의 축열조(11) 내부에 얼음이 얼도록 한 다음, 전력 소모가 많은 주간(예로, 13:00 ~ 16:00시)에 상기 축열조(11)에 제빙된 얼음을 이용하여 실내 냉방을 수행한다.
이때에는 상기 압축기(1)는 정지하고, 상기 냉매액펌프(14)를 이용하여 냉매를 순환시킨다. 따라서 이때의 냉동사이클은, 상기 냉매액펌프(14)에 의해 냉매가 공급되어, 상기 실내팽창장치(22)를 거쳐 증발기 역할을 하는 상기 실내열교환기(21)에서 열교환이 일어난다. 즉 상기 실내열교환기(21)에서는 실내공간의 열을 흡수하게 되므로, 실내는 냉방 가능하게 된다.
상기 실내열교환기(21)에서 열을 흡수한 냉매는 상기 열교환기(13)로 유동하여, 상기 축열조(11) 내부에 결빙된 얼음과 열교환함으로써 다시 차가운 상태의 냉매가 된다. 그리고 이러한 차가운 냉매가 상기 냉매액펌프(14)로 이동하여 사이클 을 완성하게 된다.
한편, 상기 열교환기(13)에는 상기 축열조(11)의 일단이 연결되어 있으며, 이러한 열교환기(13)에는 상기 물펌프(12)에 의해 상기 축열조(11) 내부의 냉수가 공급되어 순환된다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, 상기와 같은 종래기술에 의한 축열식 공기조화 장치에서, 상기 축열조(11)는 저장된 축열물질에 의해서 부식하지 않도록 내부에는 스테인레스강판이 사용되며, 상기 스테인레스강판의 외면에는 축열물질이 축열조(11) 외부의 공기와 열교환하지 않도록 단열재(미도시)가 구비된다.
따라서, 상기 축열조(11)는 큰 중량을 가지게 되어, 운반 및 조립이 난해해지는 문제점이 있다.
또한, 스테인레스강판은 비용이 고가이므로 제조원가 상승을 야기하게 되어 바람직하지 못하다.
뿐만 아니라, 상기 축열조(11) 외면에 구비된 단열재는 단일층으로 구성되어 단열성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 축열조가 다수개 단열부재의 적층으로 형성되도록 함으로써, 단열성이 향상되고 중량 감소로 인한 운반 및 조립성의 향상되도록 하는 축열식 공기조화 장치를 제공하는 것에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 축열식 공기조화 장치는, 열교환이 일어나는 실외열교환기와, 냉매를 압축하는 압축기가 구비되는 실외유니트와;
열교환이 일어나는 실내열교환기가 구비되는 실내유니트와;
에너지를 저장하는 축열물질(물)이 담겨지는 축열조와, 상기 축열조 내부에서 열교환이 일어나는 축열교환기가 구비되어 에너지를 저장하는 축열유니트와;
운전조건에 따라 냉매의 흐름을 제어하는 기능유니트를 포함하는 구성을 가지며;
상기 축열조는 다수개의 단열부재가 적층된 축열판에 의해서 외관이 형성됨을 특징으로 한다.
상기 축열판은, 상기 축열조의 내부면을 형성하며, 유리섬유강화플라스틱(FRP)으로 성형되어 상기 축열물질이 담겨지는 제1단열층과; 상기 내부층 외측에 폴리우레탄(PU) 재질로 형성되어 상기 축열물질이 외부로 누수되지 않도록 하는 방수층과; 상기 방수층 외측에 유리섬유강화플라스틱(FRP)으로 성형되어 상기 축열조의 외면을 형성하며, 상기 축열물질과 외부 공기 사이의 열교환을 차단하는 제2단열층을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 축열판은, 상기 축열조의 내부면을 형성하며, 유리섬유강화플라스틱(FRP)으로 성형되어 상기 축열물질이 담겨지는 제1단열층과; 상기 제1단열층 외측에 유리섬유강화플라스틱(FRP)으로 성형되어 상기 축열조의 외관을 형성하며, 상기 축열물질과 외부 공기 사이의 열교환을 규제하는 제2단열층을 포함하는 구성을 가지며, 상기 제1단열층과 제2단열층은 이격 설치됨을 특징으로 한다.
상기 제1단열층은 8mm이상의 두께를 가지도록 구성됨을 특징으로 한다.
상기 제2단열층은 3mm이상의 두께를 가지도록 구성됨을 특징으로 한다.
상기 방수층은 50mm이상의 두께를 가지도록 구성됨을 특징으로 한다.
상기 제1단열층과 제2단열층은 50mm이상 이격됨을 특징으로 한다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면 중량이 감소되어 운반 및 조립이 용이하며, 제조원가가 절감되는 이점이 있다.
이하 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 2에는 본 발명에 의한 축열식 공기조화 장치의 사용 상태를 보인 건물 조감도가 도시되어 있다.
이에 도시된 바와 같이, 건물의 외측에는 본 발명을 구성하는 실외유니트(100) 및 기능유니트(200) 그리고 축열유니트(300)가 각각 별개로 설치되며, 이러한 각각의 유니트는 건물의 내부에 설치되는 실내유니트(400)와 연결된다.
상기 실내유니트(400)는 하나 또는 다수개가 구비되며, 실내의 각 공간마다 다양한 형태의 실내유니트(400)가 각각 설치되어 개별적으로 또는 일체로 작동한다. 따라서, 건물 내부에는 상기와 같은 다수의 실내유니트(400)로 냉매를 분배하는 분배헤드(450)가 내장되기도 한다.
도 3 에는 본 발명에 의한 축열식 공기조화 장치의 구성도가 도시되어 있다.
이에 도시된 바와 같이, 상기 실외유니트(100)에는 냉매를 압축하는 압축기(110)와, 냉매와 주위 공기와 열교환이 일어나도록 하는 실외열교환기(120) 등이 구비된다.
상기 압축기(110)는 냉매를 압축하여 고온고압이 되도록 하는 것으로, 하나 또는 다수개가 구비된다. 즉, 하나의 압축기(110)가 설치되어 냉매를 압축하는 외에, 정속운전을 하는 정속압축기와 가변속 열펌프(Variable Speed Heat Pump)인 인버터압축기가 쌍으로 설치되어 부하에 따라 작동되도록 설치되기도 한다.
상기 압축기(110)의 일측에는 어큐뮬레이터(130)가 설치된다. 상기 어큐뮬레이터(130)는 상기 압축기(110)로 유입되는 냉매 중 액체 냉매를 축적하여 기체 냉매만이 상기 압축기(110)로 유입되도록 한다.
보다 상세하게는 상기 어큐뮬레이터(130) 내부로 유입된 냉매 중 미처 증발되지 못하고 액상으로 남아있는 냉매는 기상의 냉매보다 상대적으로 무겁기 때문에 어큐뮬레이터(130)의 하부에 저장되고, 상부의 기체상태 냉매만 상기 압축기(110)로 유입된다.
이와 같이, 상기 어큐뮬레이터(130)에 의해 기체 냉매와 액체 냉매를 분리하는 이유는, 냉매 중 기체로 증발되지 못하고 액상으로 남아있는 냉매가 상기 압축기(110)에 직접적으로 유입되면, 냉매를 고온,고압의 기체상태 냉매로 압축시키는 압축기(110)에 부하가 증가되어 압축기(110)의 손상을 가져오기 때문이다.
상기 실외유니트(100)에는 사방밸브(140)가 구비된다. 상기 사방밸브(140)에는 다수의 배관이 연통되게 연결 설치된다. 상기 사방밸브(140)는 냉,난방 운전에 따라 냉매의 흐름 방향을 바꾸어 주도록 배설되는 것으로, 각각의 포트는 압축기(110)의 출구, 어큐뮬레이터(130)의 입구, 실외열교환기(120) 그리고 기능유니트(200) 또는 실내유니트(400)에 각각 연결 설치된다.
상기 실외열교환기(120)의 출구측에는 상기 실외열교환기(120)를 통과한 냉매의 이동량을 제어하는 실외팽창장치(150)가 더 구비된다.
그리고 상기 실외유니트(100)는 상기 기능유니트(200)와 결합된다. 따라서 상기 사방밸브(140)와 연결되는 배관에는 실외저압연결부(160)가 형성되고, 상기 실외팽창장치(150)의 일측에는 실외고압연결부(162)가 형성된다.
물론 상기 실외유니트(100)가 상기 실내유니트(400)에 직접 연결되는 것도 가능하다. 즉, 상기 실외저압연결부(160)는 아래에서 설명할 실내저압유로(412)와 연결되고, 상기 실외고압연결부(162)는 아래에서 설명할 실내고압유로(410)와 연결되도록 하는 것도 가능하다.
상기 기능유니트(200)는 상기 실외유니트(100)의 일측에 설치되며, 운전조건에 따라 냉매의 흐름을 제어하게 된다.
상기 기능유니트(200)에는 냉매를 안내하는 보조유로(210)가 형성되며, 이러한 보조유로(210)에는 열교환이 일어나는 보조열교환기(212)와, 상기 보조열교환기(212)의 일측에 설치되어 냉매의 유동을 강제하는 보조펌프(214)가 구비된다.
상기 보조열교환기(212)는 상기 실외열교환기(120)와 같이 냉매와 외부 공기와의 사이에서 열교환이 일어나도록 하는 것으로, 상기 축열유니트(300)가 사용되는 경우에 선택적으로 작동된다. 즉, 상기 축열유니트(300)에 저장된 에너지를 사 용하는 경우에 상기 실내유니트(400)의 용량 또는 요구온도에 따라 필요한 경우에만 사용된다.
상기 보조펌프(214)는 상기 보조유로(210) 및 보조열교환기(212)로 냉매가 유입되도록 냉매의 흐름을 강제하고, 냉매를 압축하는 역할을 한다. 그리고 상기 보조열교환기(212)와 보조펌프(214) 사이에는 제1사방밸브(215)가 설치된다.
상기 보조유로(210)의 양단에는 제1밸브(216)와 제2밸브(218)가 각각 설치되어, 상기 보조유로(210)를 개폐한다.
상기 기능유니트(200)의 일단은 상기 실외유니트(100)와 서로 연통되게 연결된다. 보다 상세하게는 상기 기능유니트(200)의 일단에 형성되는 기능저압연결부(220)는 상기 실외유니트(100)의 실외저압연결부(160)와 연결되고, 상기 기능유니트(200)의 기능고압연결부(222)는 상기 실외유니트(100)의 실외고압연결부(162)와 각각 연결된다.
상기 기능유니트(200)에는 제3밸브(224)와 제4밸브(226)가 각각 설치된다. 상기 제3밸브(224)와 제4밸브(226) 사이에는 액유로(240)가 분지되어 형성된다. 즉, 상기 액유로(240)의 양단에 상기 제3밸브(224)와 제4밸브(226)가 각각 구비되어 냉매의 흐름을 제어하게 된다. 상기 제3밸브(224)는 상기 기능고압연결부(222)에 연결 설치된다.
상기 액유로(240)는 상기 축열유니트(300)를 이용하여 공기조화 장치가 가동되는 경우에 상기 축열유니트(300)로부터 유동되는 냉매를 안내하는 통로가 된다. 그리고 이러한 액유로(240)의 입구와 출구측은 제2사방밸브(242)에 의해 유로가 제 어되도록 구성된다.
상기 액유로(240)에는 드라이어(244)가 설치된다. 상기 드라이어(244)는 상기 액유로(240)를 유동하는 냉매중의 수분을 제거하기 위한 것이다.
상기 드라이어(244)의 일측에는 액펌프(246)가 설치된다. 상기 액펌프(246)는 상기 액유로(240)를 유동하는 냉매의 흐름을 강제하는 것으로, 특히 상기 축열유니트(300)에 의해 공기조화 장치가 가동되는 경우에 냉매의 유동을 강제하게 된다.
상기 액펌프(246)의 일측에는 리시버(248)가 설치된다. 상기 리시버(248)는 기체 냉매와 액체 냉매를 분리하는 것이다.
보다 상세하게는, 상기 리시버(248)는 상기 실외유니트(100)로부터 유동되어 오는 냉매 중 잉여냉매를 저장함과 동시에 액체 냉매만이 유동되도록 한다. 즉 '축열모드'시에는 상기 축열유니트(300)로 액체 냉매만이 전달되도록 한다.
상기 제4밸브(226)의 일측에는 고압축열연결부(250)가 형성된다. 따라서, 이러한 고압축열연결부(250)에는 상기 축열유니트(300)의 배관 일단이 연결 설치된다.
한편, 상기 기능유니트(200)에는 제5밸브(252)가 더 설치되며, 이러한 제5밸브(252)에서는 아래에서 설명할 실내유니트(400)의 실내고압유로(410)가 분지되어 연결된다.
상기 기능유니트(200)는 상기 실내유니트(400)와도 연결된다. 따라서 이러한 기능유니트(200)의 일단에는 실내저압연결부(260)와 실내고압연결부(262)가 각각 형성된다.
상기 실내저압연결부(260)는 냉방운전시 상대적으로 저압 냉매가 유동되는 실내유니트(400)의 배관과 연결되는 부분이며, 상기 실내고압연결부(262)는 냉방운전시 상대적으로 고압 냉매가 유동되는 실내유니트(400)의 배관과 연결되는 부분이다.
상기 실내저압연결부(260)의 일측에는 상기 실내유니트(400)와 상기 기능유니트(200) 사이를 유동하는 냉매를 선택적으로 차단하기 위한 차폐밸브(270)가 더 설치된다.
그리고 상기 기능유니트(200)에는 상기 축열유니트(300)로부터 냉매가 유입되는데, 이러한 축열유니트(300)로부터 유입되는 냉매는 상기 제2밸브(218)와 연결되어 있는 저압축열연결부(272)를 통해 기능유니트(200)로 유동하게 된다.
상기 축열유니트(300)는 상기 기능유니트(200)에 연결 설치되며, 상기 축열유니트(300)와 기능유니트(200) 사이의 냉매 흐름은 상기 제2밸브(218)와 상기 제4밸브(226)에 의해 제어된다.
상기 축열유니트(300)에는 내부에 축열물질이 저장되는 축열조(310)가 구비된다. 따라서 상기 축열조(310) 내부에 저장되는 축열물질이 가열되거나 냉각되어 열량을 저장하게 된다. 상기 축열조(310) 내부에 저장되는 축열물질은 (열)에너지를 축적하는 것으로, 비중이 높은 물(H2O) 등으로 이루어짐이 바람직하다.
상기 축열조(310)에는 축열교환기(320)가 설치된다. 상기 축열교환기(320)는 2개가 구비되며, 내부를 유동하는 냉매와 외부의 축열물질 사이에서 열교환이 일어나도록 한다. 즉 상기 축열교환기(320)는 제1축열교환기(322)와 제2축열교환기(324)로 이루어지며, 이러한 축열교환기(320) 내부의 냉매 온도에 따라 상기 축열조(310)에 저장된 축열물질이 데워지거나 차가워지게 된다.
상기 제1축열교환기(322)의 일측에는 제1축열팽창장치(330)가 설치되고, 상기 제2축열교환기(324) 일측에는 제2축열팽창장치(332)가 설치된다. 상기 제1축열팽창장치(330)와 제2축열팽창장치(332)는 상기 축열유니트(300)로 유입되는 냉매량을 조절하고, 냉매가 팽창에 의해 저온저압으로 되도록 한다.
상기 제1축열팽창장치(330)와 제2축열팽창장치(332)로는 엘이브이(LEV:linear expansion valve)라고도 불리는 전자팽창밸브나 솔레노이드밸브 등 다양한 밸브가 사용될 수 있다.
따라서 이러한 제1축열팽창장치(330)와 제2축열팽창장치(332)는 '축열모드'시 상기 실외열교환기(120)에서 응축된 냉매를 단열적으로 팽창하여 냉매의 온도와 압력을 떨어뜨리거나, 부하에 알맞은 냉매량을 축열교환기(320)로 보내주는 역할을 하게 된다.
상기 제1축열팽창장치(330)와 제2축열팽창장치(332)는 밸브의 개도를 조정하여 감압된 냉매 토출량을 능동적으로 조절할 수 있도록 구성됨이 보다 바람직하다.
상기 실내유니트(400)는 상기 기능유니트(200)에 연결된다. 보다 상세하게는 상기 기능유니트(200)의 실내고압연결부(262)는 실내유니트(400)의 실내고압유로(410)와 연결되고, 상기 기능유니트(200)의 실내저압연결부(260)는 실내유니트 (400)의 실내저압유로(412)와 연결된다.
상기 실내유니트(400)는 열교환이 일어나는 실내열교환기(420)와, 냉매를 팽창시키고 냉매량을 조절하는 실내팽창장치(430) 등으로 이루어진다.
상기 실내유니트(400)는 하나 또는 두개 이상 구비되며, 각각 실내공간의 냉방 또는 난방에 적합한 용량을 가진다.
상기 실내팽창장치(430)는 상기 제1축열팽창장치(330)와 제2축열팽창장치(332)와 같이 전자팽창장치(LEV)로 이루어진다. 따라서, 이러한 실내팽창장치(430)는 '직접냉방모드'시 상기 실외열교환기(120)에서 응축된 냉매를 단열적으로 팽창하여 냉매의 온도와 압력을 떨어뜨리며, 부하에 알맞은 냉매량을 상기 실내열교환기(420)로 보내주는 역할을 하게 된다.
도 4에는 본 발명에 의한 축열식 공기조화 장치의 요부를 구성하는 축열조의 외관 구성을 보인 사시도가 도시되어 있다.
이에 도시된 바와 같이, 상기 축열조(310)는 전체적으로 내부가 빈 사각박스 형상을 가지며, 비어있는 내부에는 상기한 축열물질이 담겨지게 된다.
그리고, 상기 축열조(310)는 다수개의 축열판(312)이 서로 결합되어 사각박스형상을 이루게된다. 즉, 상기 축열판(312)은 사각평판 형상으로 구비되며, 상기 축열판(312)의 단부가 서로 연결되어 분리가 규제됨으로서 상기 축열조(310)의 외관을 형성하게 된다.
상기 축열조(310)의 좌우측면 외관을 형성하는 축열판(312)에는 냉매가 유동되는 냉매배관(312')이 관통 설치된다. 상기 냉매배관(312')은 축열조(310) 내부의 축열물질에 담겨있는 상기 축열교환기(320)와 연통됨으로써 상기 축열교환기(320) 내부의 냉매는 상기 축열조(310)의 외부로 유동 가능하게 된다.
그리고, 상기 축열판(312)은 방수 및 단열이 가능하도록 구성된다. 즉, 상기 축열조(310) 내부에는 축열물질(물)이 저장되므로, 이러한 축열물질(물)이 누설되지 않는 재질로 이루어져야 하며, 상기 축열물질에 저장된 에너지(열)가 상기 축열조(310) 외부의 공기와 열교환하지 않도록 단열성을 가진 재질로 구성되어야 한다.
이하에서는 상기 축열판(312)의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 5a에는 본 발명의 일 실시예가 채용된 축열조의 내부 구성을 보인 부분 단면도가 도시되어 있다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 상기 축열판(312)는 다수개의 단열부재가 적층되어 형성된다. 보다 상세하게는 상기 축열조(310)의 내부면을 형성하는 제1단열층(314)과, 상기 제1단열층(314) 외측에 형성되어 상기 축열물질이 외부로 누수되지 않도록 하는 방수층(316)과, 상기 축열조(310)의 외관을 형성하는 제2단열층(318)을 포함하여 구성된다.
상기 제1단열층(314)는 유리섬유강화플라스틱(FRP, fiber glass reinforced plastic)을 8mm이상의 두께로 성형하여 내부가 빈 직육면체 형상으로 형상화함으로써 내부에 상기 축열물질이 수용된다.
상기 유리섬유강화플라스틱은 유리섬유를 주보강재로하여 불포화폴리에스테르수지를 함침 가공한 복합 구조재로서 알루미늄보다 가볍고 철보다 강한 내식, 내 열성을 지니고 있으므로, 다양한 산업분야에서 사용되고 있는 재료이다.
또한, 유리섬유강화플라스틱은 보온, 보냉성이 우수하고 열변형율이 낮으며, 소재(素材) 자체의 열전도율(熱傳導率)이 작으므로 물탱크 제조에 널리 사용되고 있다.
따라서, 상기 축열물질에 저장된 에너지(열)은 상기 제1단열층(314)이 가진 보온성에 의해서 외부와의 열교환이 규제되어 상기 축열물질의 온도 변화는 쉽게 일어나지 않게 된다.
한편, 상기 제1단열층(314)의 외면, 보다 상세하게는 상기 제1단열층(314)과 제2단열층(318) 사이에는 폴리우레탄(PU)으로 성형된 방수층(316)이 구비된다. 상기 방수층(316)은 전술한 바와 같이, 상기 축열조(310) 내부에 담긴 축열물질이 외부로 누수되지 않도록 하기 위한 구성으로 50mm이상의 두께로 형성된다.
즉, 상기 폴리우레탄은 우레탄 결합으로 이루어진 고분자 화합물을 일컫는 것으로, 내오존성 및 내마모성이 높고 방수 능력이 뛰어나 타이어 제조에 사용되어 지고 있다. 또한 상기 폴리우레탄 역시 상기 제1단열층(314)과 마찬가지로 단열 기능을 가진다.
따라서, 상기 제1단열층(314) 내부의 축열물질은 상기 방수층(316)에 의해서 누수가 규제된 상태로 급격한 온도 변화를 격지 않게 된다.
상기 방수층(316) 외면에는 상기 제1단열층(314)과 동일한 재질 즉, 유리섬유강화플라스틱으로 성형된 제2단열층(318)이 형성된다. 상기 제2단열층(318)은 상기 제1단열층(314) 및 방수층(316)과 같이 상기 축열물질의 단열을 위한 또 다른 구성으로, 3mm 이상의 두께를 가짐으로써 상기 축열물질과 외부 공기 사이의 열교환을 규제하게 된다.
따라서, 상기 축열조(310) 내부에 수용된 축열물질은 상기 제1단열층(314), 제2단열층(318) 및 방수층(316)에 의해서 외부와 단열되어 급격한 온도 변화가 규제될 수 있게 된다.
그리고 도시되진 않았지만, 상기 제1단열층(314)의 내면과 상기 제2단열층(318)의 외면에는 코팅층이 형성됨으로써 유리섬유가 제1단열층(314) 및 제2단열층(318)으로부터 용해되어 분리되지 않도록 함은 자명하다.
도 5b는 본 발명의 다른 실시예가 채용된 축열조(310)의 내부 구성을 보인 부분 단면도가 도시되어 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 축열판(312)의 내부에는 공기층(316')이 형성될 수도 있다. 즉, 상기 제1단열층(314)과 제2단열층(318)은 전술한 일 실시예와 동일한 재질 및 두께로 성형되어 상기 축열물질의 단열 기능을 수행하며, 상기 제1단열층(314)과 제2단열층(318)이 상기 방수층(316)의 두께와 대응되는 거리(50mm 이상)로 이격 설치되어 내부에 공기가 수용됨으로써 공기층(316')이 형성된다.
따라서, 상기 제1단열층(314) 내부에 수용된 축열물질은 상기 공기층(316') 내부에 존재하는 공기에 의해서 상기 축열조(310) 외부 공기와의 열교환이 규제되어 급격한 온도 변화는 일어나지 않게 된다.
이하 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명 실시예가 채용된 축열식 공기조화 장치의 작용을 냉방을 위한 경우를 예로 들어 설명한다.
먼저 도 6a를 참조하여 본 발명에 의한 축열식 공기조화 장치가 '축열모드'로 동작하는 경우를 살펴본다.
'축열모드'는 야간에, 즉 전력사용량이 적은 시간대에 미리 상기 축열유니트(300)에 에너지를 저장하고자 하는 것으로, 구체적으로는 상기 축열유니트(300)의 축열조(310) 내부에 저장되는 축열물질을 상변화(축열물질이 물인 경우에는 제빙)시키고자 하는 것이다.
이때에는 상기 실외유니트(100)와 기능유니트(200) 및 축열유니트(300)가 작동된다. 즉 이때에는 상기 기능유니트(200)에는 상기 실외유니트(100)와 상기 축열유니트(300)가 서로 연통되고, 상기 실내유니트(400)로는 냉매의 유동이 차단된다.
보다 상세하게는 상기 차폐밸브(270)와 상기 제5밸브(252)에 의해 냉매의 유동이 차단되어 상기 실내유니트(400)와 상기 기능유니트(200) 사이에는 냉매 유동이 중단된다.
따라서 상기 압축기(110)의 작용에 의해 냉매는 고압으로 압축되어 화살표로 도시된 바와 같이, 상기 사방밸브(140)를 거쳐 상기 실외열교환기(120)로 유입된다.
상기 실외열교환기(120)는 일반적으로 실외에 설치되어 있으므로, 이러한 실외열교환기(120) 내부를 유동하는 냉매는 건물 외부의 공기와 열교환을 일으킨다.
이때에는 '축열모드'이므로 상기 실외열교환기(120) 내부의 냉매는 외부로 열을 빼앗기게 된다. 즉 상기 실외열교환기(120)는 응축기로 작용하므로, 냉매는 외부공기와의 열교환을 통해 냉각되어 액냉매(물론, 완전한 액냉매는 아님)가 된 다.
상기 실외열교환기(120)로부터 배출되는 냉매는 상기 실외팽창장치(150)를 통과하여, 상기 기능유니트(200)로 유입된다.
상기 기능유니트(200)로 유입된 냉매는 다시 상기 축열유니트(300)로 유입된다. 즉, 상기 제3밸브(224)와 제4밸브(226)에 의해 상기 액유로(240)는 차단되어 있으므로, 상기 기능유니트(200)로 유입된 냉매는 상기 고압축열연결부(250)를 통해 바로 상기 축열유니트(300)로 흘러가게 된다.
상기 축열유니트(300)로 유입된 냉매는 2갈래로 나뉘어져, 상기 제1축열팽창장치(330)와 제2축열팽창장치(332)를 통과한다. 상기 제1축열팽창장치(330)와 제2축열팽창장치(332)를 통과하는 냉매는 팽창에 의해 상대적으로 저온 저압의 냉매가 되며, 보다 바람직하게는 냉매의 온도는 영하의 온도가 된다.
상기 제1축열팽창장치(330)와 제2축열팽창장치(332)를 통과한 냉매는 상기 제1축열교환기(322)와 제2축열교환기(324)를 거치면서 열교환을 하게 된다. 이때 상기 제1축열교환기(322)와 제2축열교환기(324)는 증발기의 역할을 하여, 상기 축열조(310) 내부에 저장되어 있는 축열물질의 온도를 낮추게 되어 결국, 상기 축열조(310) 내부의 축열물질이 상변화(제빙)된다. 즉 상기 축열조(310) 내부의 축열물질은 온도가 저하되어 축열교환기(320) 주변부터 점차 상변화(결빙)된다.
보다 상세하게는 , 상기 축열물질에 에너지가 저장되어 점점 냉각되면, 상기 축열물질은 축열조(310) 외부 기온보다 현저하게 낮아지게 되며, 이때 상기 축열판(312)의 일 실시예를 구성하는 제1단열층(314)과 방수층(316) 및 제2단열층(318)에 의해서 축열물질은 축열조(310)의 외부 공기와 열교환이 규제되어 열손실은 최소화된다.
또한, 상기 축열판(312)이 다른 실시예로 적용됐을 시에 즉, 상기 제1단열층(314)과 제2단열층(318) 사이에 상기한 공기층(316')이 형성되어 상기 축열조(310)가 내부의 축열물질은 축열조 외부의(310) 공기와 열교환되어 상기 축열조(310) 내부에서 안전하게 보관 가능하게 된다.
이러한 과정중에 상기 실외유니트(100)와 기능유니트(200) 및 축열유니트(300)가 작동된다. 즉 이때에는 상기 기능유니트(200)에는 상기 실외유니트(100)와 상기 축열유니트(300)가 서로 연통되고, 상기 실내유니트(400)로는 냉매의 유동이 차단된다.
상기 축열교환기(320)를 통과하면서 열을 빼앗긴 냉매는 증발에 의해 기체상태가 되고, 이러한 냉매는 상기 저압축열연결부(272)를 통해 상기 기능유니트(200)로 유입된다. 이때 상기 제2밸브(218)는 상기 보조유로(210)로 냉매가 유동하지 않도록 차단한다.
상기 기능유니트(200)로 유입된 냉매는 상기 기능저압연결부(220)와 실외저압연결부(160)를 통해 상기 실외유니트(100)로 유입된다. 상기 실외유니트(100)로 유입된 냉매는 상기 사방밸브(140)를 거쳐 상기 어큐뮬레이터(130)로 안내된다.
상기 어큐뮬레이터(130)에서는 액체 상태의 냉매가 걸러진다. 따라서 상기 압축기(110)로는 기체 상태의 냉매만이 유입된다.
이와 같은 과정에 의해 '축열모드'의 사이클이 완성되며, 이러한 '축열모드' 에 의해 상기 축열유니트(300) 내부의 축열조(310)에는 상변화가 진행된다(축열물질이 물인 경우에는 얼음이 얼게 된다).
도 6b에는 '축열냉방모드'일 때의 냉매 유동 상태가 도시되어 있다. 즉 상기와 같은 '축열모드'에 의해 저장된 에너지를 이용하여 실내를 냉방하는 과정이 도시되어 있다.
'축열냉방모드'는 주간, 즉 전력사용량이 많은 낮시간대에 주로 사용되는 방법으로, 야간에 저장된 에너지를 이용하여 냉방을 실시하는 것이다.
이때 상기 기능유니트(200)와 축열유니트(300) 및 실내유니트(400)를 통해서는 냉매가 유동하게 되며, 상기 실외유니트(100)에서의 냉매 유동은 정지된다. 즉 상기 제1밸브(216)와 제3밸브(224)에 의해 상기 실외유니트(100)로의 냉매 유동은 차단된다.
먼저, 상기 고압축열연결부(250)를 통해 상기 기능유니트(200)로 유입되는 냉매부터 살펴본다.
이때, 상기 제3밸브(224)와 제4밸브(226)에 의해 상기 액유로(240)가 개방된다. 따라서, 상기 축열유니트(300)로부터 상기 기능유니트(200)로 유입되는 냉매는 상기 액유로(240)를 통해 유동하게 된다.
상기 액유로(240) 내부를 유동하는 냉매는 상기 액펌프(246)에 의해 흐름이 강제된다. 따라서 상기 액유로(240)를 흐르는 냉매는 상기 리시버(248)와 액펌프(246)를 통과하면서 수분과 기체 냉매가 제거된다.
보다 상세히 살펴보면, 상기 리시버(248)에서는 기체 냉매가 걸러지고, 상기 드라이어(244)에서는 냉매속의 수분이 제거된다.
따라서, 상기 액유로(240)를 통과한 액체 냉매는 상기 제2사방밸브(242)와 제3밸브(224) 그리고 제5밸브(252)를 차례로 거친 다음, 상기 실내고압연결부(262)를 통해 상기 실내유니트(400)로 유입된다.
상기 실내유니트(400)는 다수개가 구비되어 있으므로, 상기 기능유니트(200)로부터 공급되는 냉매는 각각의 실내유니트(400)로 분배된다. 상기 실내유니트(400)로 유입된 냉매는 상기 다수의 실내팽창장치(430)를 통과한다.
상기 실내팽창장치(430)를 통과하는 냉매는 저압으로 되어 상기 실내열교환기(420)로 유입되며, 이러한 실내열교환기(420)에서는 열교환이 일어난다. 즉 상기 실내열교환기(420) 내부를 유동하는 냉매와 실내공간의 공기 사이에 열교환이 일어나게 되며, 이때 상기 실내열교환기(420)는 증발기의 역할을 하게 되므로, 상기 냉매는 실내 공기의 열을 빼앗게 된다.
이와 같이 상기 실내열교환기(420)를 통과하면서 냉매는 증발하여 기체 상태로 되고, 실내공간은 열을 빼앗겨 냉방된다.
상기 실내열교환기(420)에서 토출되는 냉매는 상기 실내저압유로(412)에 의해 안내되어 상기 실내저압연결부(260)를 통해 상기 기능유니트(200)로 유입된다. 이때 상기 차폐밸브(270)는 개방되어 있으며, 상기 제1밸브(216)는 냉매가 상기 실외유니트(100)로 유입되지 않도록 차단한다.
따라서 상기 기능유니트(200)로 유입된 냉매는 상기 보조유로(210)를 통해 유동된다. 상기 보조유로(210)로 유입되는 냉매는 상기 보조펌프(214)에 의해 흐름 이 강제되고, 상기 보조열교환기(212)로 유입된다.
상기 보조열교환기(212)는 소형의 열교환기로 이루어져, 응축기의 역할을 한다. 따라서 상기 보조열교환기(212)를 통과하는 냉매는 상기 보조열교환기(212)에 의해 온도가 떨어지게 된다.
상기 보조열교환기(212)를 통과한 냉매는 상기 저압축열연결부(272)를 통해 상기 축열유니트(300)로 유입된다. 상기 축열유니트(300)로 유입된 냉매는 상기 축열교환기(320)를 통과한다.
상기 축열교환기(320)에서는 열교환이 일어난다. 즉 상기 축열교환기(320) 내부의 냉매와 상기 축열조(310) 내부의 축열물질(얼음) 사이에서 열교환이 일어난다. 따라서 상기 축열조(310) 내부의 축열물질(얼음)은 상기 축열교환기(320) 내부의 냉매로부터 열을 빼앗아 녹게 되며, 이러한 과정에 의해 상기 축열교환기(320) 내부를 통과한 냉매는 저온이 된다.
상기 축열교환기(320)에서 토출되는 냉매는 상기 고압축열연결부(250)를 통해 상기 기능유니트(200)로 유입된다.
상기와 같은 과정에 의해 '축열 냉방모드'의 사이클이 완료되며, 실내의 냉방이 이루어진다.
도 6c는 일반적인 냉방모드가 도시되어 있다. 즉 상기 축열유니트(300)가 사용되지 않는 일반적인 공기조화 장치에 의해 실내의 냉방이 이루어지는 '직접냉방모드'가 도시되어 있다.
상기 압축기(110)의 작동에 의해 고압의 냉매가 상기 사방밸브(140)를 거쳐 상기 실외열교환기(120)로 유입된다. 상기 실외열교환기(120)는 응축기의 역할을 하게 되므로, 실외의 공기에 열을 빼앗겨 냉매는 저온의 액냉매가 된다.
상기 실외열교환기(120)를 통과한 냉매는 상기 실외팽창장치(150)를 거쳐, 상기 기능유니트(200)로 유입된다.
상기 기능유니트(200)로 유입된 냉매는 상기 실내유니트(400)로 바로 흘러가게 된다. 즉, 상기 제3밸브(224)와 제5밸브(252)에 의해 상기 축열유니트(300)로의 냉매 유입은 차단된다. 따라서, 상기 기능유니트(200)로 유입된 냉매는 상기 제5밸브(252)를 거쳐 상기 실내고압연결부(262)를 통해 상기 실내유니트(400)로 유입된다.
상기 실내유니트(400)는 다수개가 구비되어 있으므로, 상기 기능유니트(200)로부터 공급되는 냉매는 각각의 실내유니트(400)로 분배된다. 상기 실내유니트(400)로 유입된 냉매는 상기 다수의 실내팽창장치(430)를 통과한다.
상기 실내팽창장치(430)를 통과하는 냉매는 저압으로 되어 상기 실내열교환기(420)로 유입되며, 이러한 실내열교환기(420)에서는 열교환이 일어난다. 즉 상기 실내열교환기(420) 내부를 유동하는 냉매와 실내공간의 공기 사이에 열교환이 일어나게 되며, 이때 상기 실내열교환기(420)는 증발기의 역할을 하게 되므로, 상기 냉매는 실내 공기의 열을 빼앗게 된다.
이와 같이 상기 실내열교환기(420)를 통과하면서 냉매는 증발하여 기체 상태로 되고, 실내공간은 열을 빼앗겨 냉방된다. 이는 상기에서 설명한 '축열냉방모드'시의 실내유니트(400)에서의 작용과 동일하다.
상기 실내열교환기(420)에서 토출되는 냉매는 상기 실내저압유로(412)에 의해 안내되어 상기 실내저압연결부(260)를 통해 상기 기능유니트(200)로 유입된다.
이때 상기 차폐밸브(270)는 개방되어 있으며, 상기 제1밸브(216)는 냉매가 상기 보조유로(210)로 흘러가지 않도록 차단한다. 따라서 상기 기능유니트(200)로 유입된 냉매는 상기 기능저압연결부(220)와 실외저압연결부(160)를 통해 상기 실외유니트(100)로 유입된다.
상기 실외유니트(100)로 유입된 냉매는 상기 사방밸브(140)를 거쳐 상기 어큐뮬레이터(130)로 안내된다. 상기 어큐뮬레이터(130)에서는 액체 상태의 냉매가 걸러진다. 따라서 상기 압축기(110)로는 기체 상태의 냉매만이 유입된다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
예를 들어 본 발명의 실시예에서는 공기층이 축열조의 벽면에만 형성되도록 구성하였으나, 필요에 따라서는 축열조의 바닥면 및 상면에도 역시 형성되도록 구성할 수도 있음은 물론이다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의한 축열식 공기조화 장치는, 축열물질이 수용되는 축열조가 다수개 단열부재의 적층으로 구성된다.
따라서, 중량이 감소되어 운반이 용이하고 조립성이 향상되는 이점이 있다.
또한, 단열성 및 방수 기능이 향상되어 축열물질의 누설이 방지되는 한편, 축열물질과 외부 공기의 열교환이 방지된다.
결국, 본 발명에 의하면, 축열식 공기조화 장치의 성능이 향상되는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 열교환이 일어나는 실외열교환기와, 냉매를 압축하는 압축기가 구비되는 실외유니트와;
    열교환이 일어나는 실내열교환기가 구비되는 실내유니트와;
    에너지를 저장하는 축열물질(물)이 담겨지는 축열조와, 상기 축열조 내부에서 열교환이 일어나는 축열교환기가 구비되어 에너지를 저장하는 축열유니트와;
    운전조건에 따라 냉매의 흐름을 제어하는 기능유니트를 포함하는 구성을 가지며;
    상기 축열조는 다수개의 단열부재가 적층된 축열판에 의해서 외관이 형성됨을 특징으로 하는 축열식 공기조화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 축열판은,
    상기 축열조의 내부면을 형성하며, 유리섬유강화플라스틱(FRP)으로 성형되어 상기 축열물질이 담겨지는 제1단열층과;
    상기 내부층 외측에 폴리우레탄(PU) 재질로 형성되어 상기 축열물질이 외부로 누수되지 않도록 하는 방수층과;
    상기 방수층 외측에 유리섬유강화플라스틱(FRP)으로 성형되어 상기 축열조의 외면을 형성하며, 상기 축열물질과 외부 공기 사이의 열교환을 차단하는 제2단열층을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 축열식 공기조화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 축열판은,
    상기 축열조의 내부면을 형성하며, 유리섬유강화플라스틱(FRP)으로 성형되어 상기 축열물질이 담겨지는 제1단열층과;
    상기 제1단열층 외측에 유리섬유강화플라스틱(FRP)으로 성형되어 상기 축열조의 외관을 형성하며, 상기 축열물질과 외부 공기 사이의 열교환을 규제하는 제2단열층을 포함하는 구성을 가지며,
    상기 제1단열층과 제2단열층은 이격 설치됨을 특징으로 하는 축열식 공기조화 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제1단열층은 8mm이상의 두께를 가지도록 구성됨을 특징으로 하는 축열식 공기조화 장치.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제2단열층은 3mm이상의 두께를 가지도록 구성됨을 특징으로 하는 축열식 공기조화 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 방수층은 50mm이상의 두께를 가지도록 구성됨을 특징으로 하는 축열식 공기조화 장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 제1단열층과 제2단열층은 50mm이상 이격됨을 특징으 로 하는 축열식 공기조화 장치.
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