KR100733399B1 - 하이브리드 절전형 제습장치 - Google Patents

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Abstract

냉각, 냉각제습이나 가열된 공기를 실내로 공급하는 하이브리드 절전형 제습장치가 개시된다. 하이브리드 절전형 제습장치는 실외 열교환기, 다수의 증발기, 압축기, 실외 열교환기, 냉매탱크, 실외 열교환기 및 실내로 열 변환된 공기를 공급하는 송풍기를 포함하고, 냉매유동 제어수단에 의해 냉각운전, 냉각제습운전, 가열운전됨으로써, 실내로 냉각되거나 제습되고, 가열된 공기를 공급할 수 있는 이점을 제공한다.
증발기, 압축기, 열교환기, 냉매탱크, 송풍기

Description

하이브리드 절전형 제습장치{APPARATUS OF HYBRID POWER SAVING TYPE FOR DEHUMIDIFYING}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 절전형 제습장치를 나타낸 계통도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 절전형 제습장치의 운전모드를 나타낸 도표이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
100: 압축기 110: 실외 열교환기
120: 증발기 130: 실내 열교환기
140: 송풍기 150: 냉매유동 제어수단
160: 팬 165: 제1 냉매탱크
170: 제2 냉매탱크 175: 분기탱크
177: 필터 181: 제1 밸브
182: 제2 밸브 183: 제3 밸브
184: 제4 밸브 185: 제5 밸브
186: 제6 밸브 191: 팽창밸브
195: 모세관
본 발명은 하이브리드 절전형 제습장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실내의 작업환경에 맞게 공기를 열 변환하여 공급하는 하이브리드 절전형 제습장치에 관한 것이다.
일반적으로, 열은 그 자체로 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 이동이 불가능하며, 열의 이동에는 반드시 일이 소요된다. 펌프가 물을 낮은 위치에서 높은 위치로 퍼서 올리는 기계라는 의미와 마찬가지로, 열펌프란 열을 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 이동시킬 수 있는 장치를 의미한다.
열펌프 사이클의 구성과 작동방법은 냉동기와 같으며 단지 저온열의 사용을 목적으로 하는 경우에는 냉동기, 고온열의 사용을 목적으로 하는 경우에는 열펌프(Heat Pump)가 되는 것이다.
또한, 열펌프는 열을 흡수하고 방열하는 원리의 구분에 따라 압축식, 화학식, 흡수식, 흡착식 등으로 분류되며, 그 중 가정용으로 많이 적용되는 형식은 압축식 열펌프이다.
여기서, 압축식 열펌프는 에어컨이라 불리우는 냉방장치의 역사이클로 생각하면 된다. 즉, 냉방전용의 에어컨은 실내에 설치된 실내기의 열교환기에서 열을 흡수하여 실외에 설치된 실외기의 열교환기를 이용함으로써 실내의 열을 외부로 방열시키는 원리이며, 열펌프는 반대로 실외기의 열교환기에서 열을 흡수하여 실내에 설치된 실내기의 열교환기를 이용함으로써 실외에서 흡수한 열을 실내로 방열시키는 원리이다.
이때, 압축식 열펌프 사이클의 기본적인 구성요소는 저온부 열교환기인 증발기, 압축기, 고온부 열교환기인 응축기, 팽창변의 4개 요소로 구분되며 작동유체인 냉매는 증발, 압축, 응축, 팽창의 변화를 계속하면서 순환한다. 저온저압의 습증기상태의 냉매는 증발기에서 증발되면서 주변에서 증발잠열을 흡수하며 증발된 저온저압의 건조포화증기상태의 냉매로 배출된다. 증발기에서 배출된 저온저압의 건조포화증기상태의 냉매는 압축기에서 단열 압축되어 고온고압의 과열증기상태의 냉매로 되어 응축기로 유입된다.
여기서, 응축기로 유입된 고온고압의 과열증기상태의 냉매는 응축잠열을 방출시키며 고온고압의 포화액체상태의 냉매로 되어 팽창변으로 유입된다. 고온고압의 포화액체상태의 냉매는 팽창변에서 등엔탈피 팽창을 하고 저온저압의 습증기상태의 냉매로 증발기로 유입된다.
일반적으로, 저온부 열교환기인 증발기는 실외에 설치되며, 고온부 열교환기인 응축기 실내에 설치된다. 저온부 증발기는 실외에 설치되어 주변에서 열을 흡수하게 되며(열원이라 하며 가정용으로는 공기가 일반적으로 많이 적용된다), 고온부 응축기는 실내에 설치되어 주변으로 열을 방출(히트싱크라 하며 공기가 일반적으로 많이 적용된다)하여 난방에 사용하게 된다.
그리고, 열펌프 및 냉동기가 조합됨으로써 실내공기의 온도 및 습도를 조절할 수 있는 공기조화장치를 구성할 수 있다.
그러나, 종래의 공기조화장치는 에너지 효율이 좋지 못하고, 실내로 유입되는 공기에서 습기를 제대로 제거하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 에너지 효율이 높고 공기에서 제습이 제대로 이루어지는 이점을 지닌 공기조화장치를 제공함이 목적이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 절전형 제습장치의 구성은 냉매가 유입되어 압축되는 압축기와, 상기 압축기의 냉매가 유입되고, 팬에 의해 외기와 열 교환을 이루는 실외 열교환기와, 상기 실외 열교환기를 거친 냉매가 유동되면서 팽창되는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브를 거친 냉매가 유입됨으로써 실내로 유동되는 공기를 냉각시키는 다수의 증발기와, 상기 증발기의 일측에 배치되고, 상기 증발기에 의해 냉각된 공기에서 습기를 제거하기 위해 상기 압축기 및 소정의 모세관을 지난 냉매나, 상기 증발기를 지나 실내로 유입되는 공기를 가열하기 위해 상기 실외 열교환기에서 외기의 열을 흡수하고 상기 압축기 및 상기 모세관을 지난 냉매를 선택적으로 공급받는 실내 열교환기와, 상기 증발기나 상기 실내 열교환기에 의해 열 변환된 공기를 실내로 공급하는 송풍기 및 상기 실외 열교환기에서 상기 팬에 의해 냉각되고 상기 팽창밸브에 의해 팽창된 냉매를 상기 증발기로 공급함으로써 냉각된 공기를 상기 송풍기에 의해 실내로 공급하는 냉각운전, 상기 압축기에서 상기 모세관을 거친 상기 냉매를 상기 실내 열교환기로 공급함으로써 상기 증발기를 거친 공기에서 습기가 제거된 공기를 상기 송풍기에 의해 실내로 공급하는 제습운전, 상기 실외 열교환기에서 상기 팬에 의해 외기의 열을 흡수한 냉매를 상기 압축기를 거쳐 상기 실내 열교환기로 공급함으로써 상기 실내 열교환기에 의해 가열된 공기를 상기 송풍기에 의해 실내로 공급하는 가열운전 중 적어도 하나 이상 수행하기 위한 냉매유동 제어수단을 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 하이브리드 절전형 제습장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 하기 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 단지 예시로 제시하는 것이며, 본 기술 사상을 통해 구현되는 다양한 실시예가 있을 수 있다.
실시예
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 절전형 제습장치를 나타낸 계통도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 절전형 제습장치의 운전모드를 나타낸 도표이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 하이브리드 절전형 제습장치는 냉매가 유입되어 압축되는 압축기(100)와, 압축기(100)의 냉매가 유입되고, 팬(160)에 의해 외기와 열 교환을 이루는 실외 열교환기(110)와, 실외 열교환기(110)를 거친 냉매가 유동되면서 팽창되는 팽창밸브(191, 192)와, 팽창밸브(191)를 거친 냉매가 유입됨으로써 실내로 유동되는 공기를 냉각시키는 다수의 증발기(120)와, 증발기(120)의 일측에 배치되고, 증발기(120)에 의해 냉각된 공기에서 습기를 제거하기 위해 압축기(100) 및 모세관(195)을 지난 냉매나, 증발기(120)를 지나 실내로 유입되는 공기를 가열하기 위해 실외 열교환기(110)에서 외기의 열을 흡수하고 압축기(100) 및 모세관(195)을 지난 냉매를 선택적으로 공급받는 실내 열교환기(130)와, 증발기(120)나 실내 열교환기(130)에 의해 열 변환된 공기를 실내로 공급하는 송풍기(140)를 포함한다.
이때, 실외 열교환기(110), 다수의 증발기(120), 압축기(100), 실내 열교환기(130) 및 실외 열교환기의 냉매유동은 냉매유동 제어수단(150)에 의해 제어되는데, 냉매유동 제어수단(150)은 실외 열교환기(110)에서 팬(160)에 의해 냉각되고 팽창밸브(191)에 의해 팽창된 냉매를 증발기(120)로 공급함으로써 냉각된 공기를 송풍기(140)에 의해 실내로 공급하는 냉각운전, 압축기(100)에서 모세관(195)을 거 친 냉매를 실내 열교환기(130)로 공급함으로써 증발기(120)를 거친 공기에서 습기를 제거하여 송풍기(140)에 의해 실내로 공급하는 제습운전, 실외 열교환기(110)에서 팬(160)에 의해 외기의 열을 흡수한 냉매를 압축기(100)를 거쳐 실내 열교환기(130)로 공급함으로써 실내 열교환기(130)에 의해 가열된 공기를 송풍기(140)에 의해 실내로 공급하는 가열운전 중 적어도 하나 이상 수행하게 된다.
여기서, 실외 열교환기(110)는 냉각운전 및 제습운전인 경우 냉동 사이클의 응축기로 사용되는데, 압축기(100)와 실외 열교환기(110)를 연결하는 관에는 모세관(196)이 구비되어 있으며, 압축기(100)와 모세관(196)을 거친 고온고압의 냉매는 실외 열교환기(110)를 지나면서 팬(160)에 의해 냉각된 후 팽창밸브(191)를 거쳐 증발기(120)로 유동된다.
그리고, 제습운전은 압축기(100)에 의해 가압된 냉매가 실내 열교환기(130)에 연결된 모세관(195)을 통과하여 일정압력으로 압축되고, 응축기로 가동되는 실내 열교환기(130)에서 열을 방출하여 이루어지는데, 증발기(120)를 지나면서 냉각되어 형성된 공기 중의 수분은 실내 열교환기(130)를 지나면서 제거된다.
이때, 증발기(120)는 다단계로 실내로 연결된 통로에 배치되는데, 증발기(120)는 실내로 유입되는 공기를 다단계로 냉각시킴으로써 실내로 유입되는 온도의 냉각효율을 높인다.
또한, 실외 열교환기(110)는 가열운전인 경우 냉동 사이클의 증발기로 가동되고, 실내 열교환기(130)는 응축기로 가동되는데, 실외 열교환기(110)를 통과하는 냉매는 외부에서 열을 흡수하고, 실내 열교환기(130)를 통과하는 냉매는 통과하는 공기에 열을 방출함으로써 실내 열교환기(130)를 통과하면서 공기는 가열되고 송풍기(140)에 의해 실내로 유입된다.
그리고, 압축기(100)의 일측에는 압축기(100)에 저장된 냉매를 공급하고, 실외 열교환기(110)에서 외기의 열을 흡수한 냉매 또는 증발기(120)에서 유출된 냉매가 유입되는 제1 냉매탱크(165) 및 실외 열교환기(110)에서 외기로 열을 방출한 냉매 및 실내 열교환기(130)에서 실내로 유동되는 공기로 열을 방출한 냉매를 공급받고, 증발기(120)나 실외 열교환기(110)로 외기의 열을 흡수하기 위한 냉매를 공급하는 제2 냉매탱크(170)가 구비된다.
여기서, 제1 냉매탱크(165)는 증발기(120)에서 냉매가 유입되고 압축기(100)로 냉매를 공급하는데, 증발기(120)와 압축기(100) 사이에 냉매가 저장될 수 있는 공간을 제공하여 압축기(100)의 가동에 의한 냉매의 유동저항을 관에서 줄임으로써 압축기(100)의 가동효율을 증가시킨다.
또한, 제2 냉매탱크(170)는 실외 열교환기(110)나 실내 열교환기(130)를 거치면서 압력이 저하된 냉매가 유입되어 저장되는 버퍼공간으로서, 냉매는 그 내부에서 증발기(120)나 다시 실외 열교환기(110)로 유동하기 위한 일정압력으로 형성될 수 있다.
또한, 제1 냉매탱크(165)와 실외 열교환기(110) 사이에는 실외 열교환기(110)로 유동하는 냉매를 고온으로 형성하는 모세관(196)이 구비되고, 압축기(100)의 일측에는 압축기(100)와 관에 의해 연결되고, 실외 열교환기(110)및 실내 열교환기(130)와 관에 의해 연결된 분기탱크(175)가 연결된다.
그리고, 증발기(120)와 실내 열교환기(130)는 실내의 공기가 순환되거나 실외 공기를 실내로 투입하기 위한 통로에 배치되고, 통로에는 먼지를 제거하는 착탈식 필터(177)가 구비됨으로써 필터(177)의 교환이 용이하고, 실내로 청정한 공기를 공급할 수 있다.
또한, 냉매유동 제어수단(150)은 실내로 유입되는 공기의 습도 및 온도를 측정하는 센서(155, 156)를 구비함으로써, 실내로 원하는 공기의 습도 및 온도를 맞추기 위해 증발기(120) 및 실내 열교환기(130)를 통과하는 냉매의 유동을 제어할 수 있다.
한편, 냉매유동 제어수단(150)은 압축기(100)와 외부 열교환기를 연결한 관에 배치되어 냉매의 유동을 개폐하는 제1 밸브(181)와, 외부 열교환기와 증발기(120)를 연결한 관에 배치되어 냉매의 유동을 개폐하는 제2 밸브(182)와, 압축기(100)와 실내 열교환기(130)를 연결하는 관에 배치되어 냉매의 유동을 개폐하는 제3 밸브(183)와, 실내 열교환기(130)와 실외 열교환기(110)를 연결하고 제2 냉매탱크에 연결된 관에 구비되어 냉매의 유동을 개폐하는 제4 밸브(184)와, 제4 밸브(184)와 실외 열교환기(110)를 연결하는 관에 배치되어 냉매의 유동을 개폐하는 제5 밸브(185) 및 제5 밸브(185)에서 실외 열교환기(110)로 유입되어 외기의 열을 흡수한 냉매의 유동을 제어하기 위해 실외 열교환기(110)와 압축기(100)를 연결하는 관에 배치된 제6 밸브(186)를 포함한다.
이하, 일 실시예에 따른 하이브리드 절전형 제습장치의 작동과정을 살펴본다.
먼저, 냉각운전의 경우, 냉매유동 제어수단(150)에 의해 제1 및 2 밸브(181, 182)만 개방되고 다른 밸브(183, 184, 185, 186)는 차단되는데, 제1 냉매탱크(165)의 냉매는 압축기(100)로 유입되고, 압축기(100)에서 가압된 냉매는 모세관(196)과 제1 밸브(181)를 거쳐 실외 열교환기(110)로 유입되며, 실외 열교환기(110)의 팬(160)에 의해 냉각되어 외기로 열을 방출 한 후, 제2 냉매탱크(170)로 유동된다.
이후, 냉매는 제2 냉매탱크(170)에서 제2 밸브(182)를 지나 다수의 증발기(120)로 유입됨으로써, 증발기(120)를 통과하는 공기를 냉각시키는데, 증발기(120)를 통과한 공기는 송풍기(140)에 의해 실내로 유입되고 실내는 냉방된다.
여기서, 다수의 증발기(120)는 통과하는 공기에 연속해서 열을 흡수함으로써 공기의 냉각효율을 개선한다.
또한, 냉각제습운전의 경우, 제1 및 제2 밸브(181, 182)와 더불어 제3 및 4 밸브(183, 184)가 냉매유동 제어수단(150)에 의해 개방되는 것으로서, 냉각운전에 대해 제습운전이 더해지는 것이며, 증발기(120)의 하류에 배치되는 실내 열교환기(130)로 압축기(100)의 냉매가 공급된다.
즉, 제1 냉매탱크(165)의 냉매는 압축기(100)에서 압축되어 실외 열교환기(110)를 지나 제2 냉매탱크(170)를 거쳐 증발기(120)를 통과하며, 압축기(100)에서 가압된 후 분배탱크(175)에서 분기되어 모세관(195)을 지나 제3 밸브(183)를 거쳐 실외 열교환기(110)로 유동되는데, 모세관(195)을 거쳐 가온된 냉매는 증발기(120)를 지나면서 냉각된 공기 중에 수분을 증발시켜 제거하고, 수분이 증발된 건조한 공기는 송풍기(140)에 의해 실내로 유입된다.
마지막으로, 가열운전의 경우, 제1 및 제2 밸브(181, 182)가 닫히고 다른 밸브가 개방되는 것으로서, 제3 및 4 밸브(183, 184)와 제5 및 6밸브(185, 186)가 개방되는데, 실외 열교환기(110)는 압축기(100)에 의해 가압되어 모세관(195)과 실내 열교환기(130)를 지나 제2 냉매탱크(170)로 유입된 냉매를 제5 밸브(185)의 개방으로 공급받는다.
이때, 실외 열교환기(110)는 유동하는 냉매에 외기의 열이 흡수되는 냉동 사이클의 증발기로 가동되는데, 실외 열교환기(110)에서 열을 흡수한 냉매는 제6 밸브(186)를 지나 제1 냉매탱크(165)로 유입되고, 제1 냉매탱크(165)를 지나 압축기(100)의 가압에 의해 분배탱크(175) 및 모세관(195)을 지난 후, 제3 밸브(183)를 거쳐 실내 열교환기(130)를 지나면서 공기 중에 열을 방출하고, 다시 제4 밸브(184)를 거쳐 제2 냉매탱크(170)로 유입되며, 제2 냉매탱크(170)의 냉매는 제5 밸브(185) 및 제5 밸브(185)에 연결된 모세관(197)과 팽창밸브(193)를 통과하여 실외 열교환기(110)로 유동된다.
여기서, 실내 열교환기(130)는 실외 열교환기(110)에서 열을 흡수한 냉매가 통과하고, 냉매는 송풍기(140)에 의해 통과하는 공기에 열을 방출함으로써, 공기는 가열된 후 송풍기(140)에 의해 흡입되어 실내로 유입되며, 실내의 온도는 상승된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 하이브리드 절전형 제습장치는 다수의 증발기에 의해 실내로 온도는 유입되는 공기의 냉각효율이 상승되어 에너지 효율이 높으며, 냉각, 냉각제습 및 가열운전을 선택할 수 있으므로 실내의 온도를 다양하게 조절 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 냉매가 유입되어 압축되는 압축기;
    상기 압축기의 냉매가 유입되고, 팬에 의해 외기와 열 교환을 이루는 실외 열교환기;
    상기 실외 열교환기를 거친 냉매가 유동되면서 팽창되는 팽창밸브;
    상기 팽창밸브를 거친 냉매가 유입됨으로써 실내로 유동되는 공기를 냉각시키는 다수의 증발기;
    상기 증발기의 일측에 배치되고, 상기 증발기에 의해 냉각된 공기에서 습기를 제거하기 위해 상기 압축기 및 소정의 모세관을 지난 냉매나, 상기 증발기를 지나 실내로 유입되는 공기를 가열하기 위해 상기 실외 열교환기에서 외기의 열을 흡수하고 상기 압축기 및 상기 모세관을 지난 냉매를 선택적으로 공급받는 실내 열교환기;
    상기 증발기나 상기 실내 열교환기에 의해 열 변환된 공기를 실내로 공급하는 송풍기; 및
    상기 실외 열교환기에서 상기 팬에 의해 냉각되고 상기 팽창밸브에 의해 팽창된 냉매를 상기 증발기로 공급함으로써 냉각된 공기를 상기 송풍기에 의해 실내로 공급하는 냉각운전, 상기 압축기에서 상기 모세관을 거친 상기 냉매를 상기 실내 열교환기로 공급함으로써 상기 증발기를 거친 공기에서 습기가 제거된 공기를 상기 송풍기에 의해 실내로 공급하는 제습운전, 상기 실외 열교환기에서 상기 팬에 의해 외기의 열을 흡수한 냉매를 상기 압축기를 거쳐 상기 실내 열교환기로 공급함으로써 상기 실내 열교환기에 의해 가열된 공기를 상기 송풍기에 의해 실내로 공급하는 가열운전 중 적어도 하나 이상 수행하기 위한 냉매유동 제어수단을 포함하는 하이브리드 절전형 제습장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기의 일측에는 상기 압축기에 저장된 냉매를 공급하고, 상기 실외 열교환기에서 외기의 열을 흡수한 냉매 또는 상기 증발기에서 유출된 냉매가 유입되는 제1 냉매탱크; 및
    상기 실외 열교환기에서 외기로 열을 방출한 냉매 및 상기 실내 열교환기에서 실내로 유동되는 공기로 열을 방출한 냉매를 공급받고, 상기 증발기나 상기 실외 열교환기로 외기의 열을 흡수하기 위한 냉매를 공급하는 제2 냉매탱크가 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 절전형 제습장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 냉매탱크와 상기 실외 열교환기 사이에는 모세관이 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 절전형 제습장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발기와 상기 실내 열교환기는 실내의 공기가 순환되거나 실외 공기를 실내로 투입하는 통로에 배치되고, 상기 통로에는 먼지를 제거하는 착탈식 필터가 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 절전형 제습장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매유동 제어수단은 실내로 유입되는 공기의 습도 및 온도를 측정하는 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 절전형 제습장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매유동 제어수단은 상기 압축기와 상기 외부 열교환기를 연결한 관에 배치되어 냉매의 유동을 개폐하는 제1 밸브;
    상기 외부 열교환기와 상기 증발기를 연결한 관에 배치되어 냉매의 유동을 개폐하는 제2 밸브;
    상기 압축기와 상기 실내 열교환기를 연결하는 관에 배치되어 냉매의 유동을 개폐하는 제3 밸브;
    상기 실내 열교환기와 상기 실외 열교환기를 연결하는 관에 배치되어 냉매의 유동을 개폐하는 제4 밸브;
    상기 제4 밸브와 상기 실외 열교환기를 연결하는 관에 배치되어 냉매의 유동을 개폐하는 제5 밸브; 및
    상기 제 5 밸브에서 상기 실외 열교환기로 유입되어 외기의 열을 흡수한 냉매의 유동을 제어하기 위해 상기 실외 열교환기와 상기 압축기를 연결하는 관에 배치된 제6 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 절전형 제습장치.
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