KR100795352B1 - 지하공기를 이용한 냉난방장치 - Google Patents

지하공기를 이용한 냉난방장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지하공기를 이용한 냉난방장치에 관한 것으로서, 하나의 사이클을 이루면서 냉방은 물론 난방이 되도록 실내기인 제1열교환기와 실외기인 제2열교환기에 사방밸브를 통해 압축기가 연결되고 팽창밸브가 연결되는 히트펌프가 구비되며, 상기 히트펌프의 실내기인 제1열교환기는 냉난방을 하고자하는 건축물 내에 설치되며, 상기 제1열교환기에는 지하공기흡입닥트를, 상기 제2열교환기에는 연결닥트를 마련하고 이들 닥트에는 외기의 영향을 받지 않는 자갈층, 송이석등으로 형성된 다공질층에 이르기까지 매설된 지하공기흡입관이 연결됨을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 히트펌프의 실내기 및 실외기인 제1, 제2열교환기에 지하공기흡입관이 직접 연결됨으로써 외기의 영향이 최소화를 꾀하면서 냉방시엔 실내기 및 실외기에 시원한 지하공기를 공급하고 난방시엔 실내기 및 실외기에 따뜻한 지하공기를 공급함으로써 히트펌프의 압축기 가동시간을 최소로 줄이고 히트펌프의 전력소모 또한 최소화시킬 수 있는 것이다.
냉난방장치, 열교환기, 지하공기, 지하공기흡입관,

Description

지하공기를 이용한 냉난방장치{air-conditioning and heating equipment by using underground air}
도 1은 본 발명에 따른 일 실시 예의 지하공기를 이용한 냉난방장치를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 다른 실시 예의 지하공기를 이용한 냉난방장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 히트펌프 11: 제1열교환기
11a: 제1송풍팬 12: 제2열교환기
12a: 제2송풍팬 13: 압축기
14: 사방밸브 15: 팽창밸브
20: 건축물 21: 송풍닥트
22: 리턴닥트 23: 지하공기흡입닥트
25: 지하공기흡입관 26: 연결닥트
26a: 유입조절닥트
본 발명은 지하공기를 이용한 냉난방장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 히트펌프를 가동하여 냉난방할 때 실내기와 실외기가 가동되면 외기의 영향을 받지 않는 자갈층, 송이석등으로 형성된 다공질층에 존재하는 지하공기를 흡입하여 열 교환함으로써 겨울철엔 따뜻하고 여름철엔 시원한 지하공기를 이용하여 계절에 따라 자연적으로 절대습도를 높이거나 낮추어 가습 또는 제습은 물론, 이에 더하여 외기영향이 거의 없어 가동시간과 전력소모를 줄여 사계절 내내 효율이 향상된 냉난방을 실시할 수 있는 지하공기를 이용한 냉난방장치에 관한 것이다.
일반적으로, 건축물에는 사계절(四季節)내내 쾌적한 분위기에서 생활할 수 있도록 히트펌프를 이용하여 필요에 따라 냉방과 난방을 위한 다수의 냉난방장치가 개발되어 있다.
이러한 냉난방장치 중에서 공개특허공보 제2000-63299호의 지열을 이용한 냉난방장치에는, 대지 내에 포함된 지열과 지하수 또는 개방된 수역에 존재하는 일정한 온도의 지열을 순환시키는 지열교환기와; 상기 지열교환기에 의해 지상으로 끌어올려진 지열을 순환시키는 냉/난방 사이클과; 상기 난방 사이클과 연설되어 실내의 온수를 가열하는 실내용 온수 사이클을 포함한 것이다.
상기와 같은 구성은 기존의 냉난방장치와 호환되지 않는 별도의 지열을 이용한 전용 냉난방 열 교환시스템을 구축함으로 인해 설치비용이 많이 든다는 문제점이 있었다. 다시 말해서, 지열을 이용하기 위한 파이프 또는 구조물의 매설에 많은 어려움이 있고 이로 인한 시설비용이 들기 때문에 오히려 일반적인 냉난방기를 사용하는 것보다 경제성이 떨어지기 때문이다.
그리고 등록특허공보 제10-0628466호에 제시된 지하 공기층을 이용한 냉난방설비에 있어서, 화산회토 지형을 천공, 매설하여 지하공간까지 연장 형성하여 다공상의 암석층으로부터 지하 공기를 흡입하기 위한 흡입관과, 상기 흡입관을 통해 지하공기를 흡입ㅇ송풍할 수 있도록 내측에 송풍기가 내재된 송풍관과, 상기 송풍관에 내재된 송풍기로부터 송풍된 지하공기를 시설물내로 유도하기 위한 유도관과, 상기 송풍관내에 히터를 내장한 것이다.
그러나 상기의 등록특허에 있어서는 흡입관과 연결된 송풍관의 송풍기를 가동시킴으로써 지하 다공질층의 지하공기를 흡입하여 단순히 시설물내로 강제 송풍하는 것이어서 초기시설투자 비용 및 운용비용을 절감할 수 있다할 것이나, 흡입관과 유도관에 알맞은 송풍관을 마련하여 이에 알맞은 송풍기를 별도로 주문제작하여 마련하여야 하고 여기에 히터 또한 별도로 제작하여 설치하여야 한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 연구 개발한 것으로서, 그 목적은 히트펌프의 실내기 및 실외기인 열교환기에 지하공기흡입관을 연결하되 지하공기흡입관이 외기의 영향을 받지 않는 자갈층, 송이석등으로 형성된 다공질층에 이르기까지 매설함으로써 겨울철엔 외기에 비해 상대적으로 따뜻하고 여름철엔 외기에 비해 상대적으로 시원한 지하공기를 이용하여 계절에 따라 자연적으로 절대습도를 높이거나 낮추어 가습 또는 제습이 이뤄지면서 냉난방이 이뤄지도록 한 지하공기를 이용한 냉난방장치를 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 히트펌프의 실내기 및 실외기인 열교환기에 지하공기흡입관이 직접 연결됨으로써 외기의 영향이 최소화를 꾀하면서 냉방시엔 실내기 및 실외기에 시원한 지하공기를 공급하고 난방시엔 실내기 및 실외기에 따뜻한 지하공기를 공급함으로써 히트펌프의 압축기 가동시간을 최소로 줄일 수 있고 이로 인하여 히트펌프의 전력소모 또한 최소화시킬 수 있도록 한 지하공기를 이용한 냉난방장치를 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 실내기 및 실외기인 열교환기의 송풍팬을 그대로 활용함으로써 지하공기흡입관이나 실내기 및 실외기인 열교환기와 연결되는 흡입연결관에 송풍기가 필요 없어 그 설치가 용이하도록 한 지하공기를 이용한 냉난방장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지하공기를 이용한 냉난방장치는 하나의 사이클을 이루면서 냉방은 물론 난방이 되도록 실내기인 제1열교환기와 실외기인 제2열교환기에 사방밸브를 통해 압축기가 연결되고 팽창밸브가 연결되어 있는 히트펌프가 구비되며, 상기 제1열교환기에는 냉난방을 하고자하는 건축물 내에 설치되며, 상기 히트펌프의 실내기인 제1열교환기에는 지하공기흡입닥트가 구비 되되 상기 지하공기흡입닥트에는 외기의 영향을 받지 않는 자갈층, 송이석등으로 형성된 다공질층에 이르기까지 지하공기흡입관이 매설된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 냉난방장치에서 히트펌프의 실외기인 제2열교환기에는 지하공기를 흡입하여 이용할 수 있도록 유입조절댐퍼를 갖는 지하공기흡입닥트가 지하공기흡입관에 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 냉난방장치에서 상기 제1열교환기는 건축물의 외부에 마련되며, 상기 제1열교환기에서 건축물에 이르기까지 송풍닥트로 연결되고 상기 건축물에서 히트펌프의 실내기인 제1열교환기에 이르기까지 리턴닥트가 연결되며, 이 리턴닥트에는 귀환풍량과 배기풍량을 조절하기 위한 귀환 혹은 배기 조절댐퍼를 설치함이 바람직하다.
본 발명의 냉난방장치에서 건축물에는 히트펌프의 실내기인 제1열교환기에 설치된 송풍팬이 작동되면 개방되어 배기되고 정지되면 닫히도록 환기구가 마련되되 이 환기구는 수평배기구와 이 수평배기구에 힌지를 통해 수직으로 단순이 매달려있는 댐퍼로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 지하공기를 이용한 냉난방장치를 첨부도면에 의거 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 지하공기를 이용한 냉난방장치의 바람직한 일실시예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 냉난방장치에서 히트펌프(10)는 하나의 사이클을 이루면서 냉방은 물론 난방을 수행하는 것이며, 실내기인 제1열교환 기(11)와 실외기인 제2열교환기(12)가 마련되고 상기 제1, 제2열교환기(11,12) 사이에는 압축기(13)가 마련되되 이 압축기(13)에서 토출되는 냉매흐름을 전환하기 위한 사방밸브(14)가 마련되고 응축된 냉매를 팽창 기화시키기 위한 팽창밸브(15)가 마련되어 있다.
상기 히트펌프(10)의 실내기인 제1열교환기(11)는 냉난방을 하고자하는 건축물(20) 내에 설치되어 있고, 상기 제1열교환기(11)에는 지하공기흡입닥트(23)가 구비되되 상기 지하공기흡입닥트(23)에는 외기의 영향을 받지 않는 자갈층, 송이석등으로 형성된 다공질층에 이르기까지 매설된 지하공기흡입관(25)이 연결되어있다. 또한 상기 지하공기흡입닥트(23)에는 제1, 제2열교환기(11,12)이 택일적으로 가동되더라도 안정적인 지하공기의 흐름을 제어할 수 있도록 유입조절댐퍼를 마련할 수도 있다.
그리고 상기 히트펌프(10)의 실외기인 제2열교환기(12)에는 지하공기를 흡입하여 이용할 수 있도록 유입조절댐퍼(26a)를 갖는 연결닥트(26)가 지하공기흡입관(25)에 연결되어있다.
상기 건축물(20)에는 히트펌프(10)의 실내기인 제1열교환기(11)에 설치된 송풍팬(11a)이 작동되면 개방되어 배기되고 정지되면 닫히는 환기구(30)가 마련되어 있으며, 이 환기구(30)는 수평배기구(31)와 이 수평배기구(31)의 끝단에 힌지(32)를 통해 수직으로 단순이 매달려있는 댐퍼(33)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 지하공기를 이용한 냉난방장치는, 습도가 낮고 온도가 낮은 겨울철엔 난방을 해야 한다. 이와 같이 히트펌프(10)를 난방 으로 선택하면, 사방밸브(14)는 냉매가 압축기(13)에서 사방밸브(14)를 통해 실내기인 제1열교환기(11)로 공급되도록 연결되며, 따라서 냉매는 압축기(13)→실내기인 제1열교환기(11)→팽창밸브(15)→실외기인 제2열교환기(12)→압축기(13)로 순환되는 사이클을 이룬다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 냉매가 압축기(13)에 의해 압축되면서 고온고압으로 압축된 후 응축기기능을 하는 실내기인 제1열교환기(11)에서 발산을 하며, 이와 동시에 지하공기흡입닥트(23)의 유입조절댐퍼(23a)를 개방시키면서 제1열교환기(11)의 제1송풍팬(11a)이 가동되므로 지하공기흡입관(25)을 통해 지하공기가 흡입되게 되고, 이 지하공기가 제1열교환기(11)를 통과하는 동안 가열되어진 후 건축물로 송풍된다. 따라서 건축물(20) 내의 공기(기온 0~10℃)는 따뜻해져 난방을 수행한다.
이때, 지하공기는 14~16℃이고 상대습도가 100%정도인 지하의 자갈층에 있는 것이어서 외기보다 상대적으로 따뜻하며, 이렇게 외기보다 상대적으로 따뜻한 지하공기가 제1열교환기(11)에 공급되므로 소정의 난방온도로 용이하게 높일 수 있고 히트펌프(10)의 부하를 최소화할 수 있다.
그리고 상기 제1열교환기(11)에서 열을 발산한 냉매는 팽창밸브(15)를 거쳐 증발기기능을 하는 실외기인 제2열교환기(12)에서 저온 저압으로 됨과 동시에 외부의 열을 흡수한 후 사방밸브(14)를 통해 압축기(13)로 인입되고, 이 압축기(13)에서 다시 고온고압으로 압축된 후 실내기인 제1열교환기(11)로 계속하여 공급되므로 하나의 사이클을 이루고 순환된다.
이때, 제2열교환기(12)의 온도가 설정온도보다 낮으면 제2열교환기(12)에 설치된 제2송풍팬(12a)이 가동되게 되면서 연결닥트(26)의 유입조절댐퍼(26a)를 개방시키므로 지하공기흡입관(25)을 통해 지하공기가 흡입되게 되고, 이 지하공기가 제2열교환기(12)를 통과하는 동안 제2열교환기(12)를 가열한 후 외부로 배출된다.
상기 지하공기는 14~16℃이고 상대습도가 100%정도인 지하의 자갈층에 있는 것이어서 외기보다 상대적으로 따뜻하며, 이렇게 외기보다 상대적으로 따뜻한 지하공기로 용이하게 고온저압의 냉매로 증발시킬 수 있어 별도의 열원이 필요 없고 이로 인하여 히트펌프(10)의 부하를 최소화할 수 있는 것이다.
이와 같이 난방을 계속하여 이루어지는 동안에는, 건축물(20) 내로 인입되는 공기에 의해 자연적으로 환기구(30)의 댐퍼(33)가 힌지(32)를 중심으로 하여 개방될 수 있으므로 건축물(20) 내의 공기가 배기되어 환기가 이루어진다.
그리고 온도가 높고 다습한 여름철엔 히트펌프를 냉방기로 전환시켜 가동시킨다. 이렇게 히트펌프(10)를 냉방으로 전환 선택하면, 사방밸브(14)는 냉매가 압축기(13)에서 사방밸브(14)를 통해 실외기인 제2열교환기(12)로 공급되도록 연결되며, 따라서 냉매는 압축기(13)→실외기인 제2열교환기(12)→팽창밸브(15)→실내기인 제1열교환기(11)→사방밸브(14)→압축기(13)로 순환되는 사이클을 이룬다.
상기와 같은 사이클로 순환되는 냉매는 압축기(13)에 의해 압축되면서 고온고압으로 압축된 후 사방밸브(14)에 의해 응축기기능을 하는 실내기인 제2열교환기(12)에서 발산을 하며, 이와 동시에 연결닥트(26)의 유입조절댐퍼(26a)가 개방되고 제2열교환기(12)의 제2송풍팬(12a) 또한 가동되므로 지하공기흡입관(25)을 통해 지하공기가 흡입되게 되고, 이 지하공기가 제2열교환기(12)를 통과하는 동안 제2열교환기(12)의 열을 빼앗아가 냉각시킨 후 외부로 배출되게 된다.
이렇게 제2열교환기(12)에서 저온고압의 냉매는 팽창밸브(15)에서 팽창된 후 실내기인 제1열교환기(11)에서 저온저압으로 되면서 제1열교환기(11) 주위의 열을 빼앗아 냉각시키는 상태에서 제1열교환기(11)에 설치된 제1송풍팬(11a)이 가동되므로 제1열교환기(11) 주위의 찬공기가 건축물(20) 내의 공기를 차게 냉각시키고 온도에 따른 절대습도를 낮추므로 생활에 쾌적한 환경을 유지시켜준다.
이와 같이 냉방을 하는 동안, 상기 지하공기흡입닥트(23)에는 항시 14~16℃정도이고 상대습도가 100%정도인 지하의 자갈층에 있는 지하공기가 지하공기흡입관(23)을 통해 히트펌프(10)의 제1열교환기(11)로 흡입되어진 후 건축물(20)로 공급되게 된다.
이렇게 외기보다 상대적으로 차가운 지하공기가 제1열교환기(11)에 공급되므로 소정의 냉각온도로 용이하게 낮출 수 있고 히트펌프(10)에서 전력소모 및 소음, 진동이 가장 큰 압축기의 부하를 최소화할 수 있다. 결국 건축물(20) 내부의 온도를 쉽게 낮출 수 있는 것인바 히트펌프(10)의 가동시간을 최소화할 수 있다.
그리고 상기 제1열교환기(11)에서 주위의 열을 흡수한 냉매는 사방밸브(14)를 거쳐 압축기(13)에서 고온고압으로 압축된 후, 다시 사방밸브(14)를 거쳐 실외기인 제2열교환기(12)에서 방열하여 저온고압으로 되며, 제2열교환기(12)에서 팽창밸브(15)를 거쳐 실내기인 제1열교환기(11)로 계속하여 공급되므로 하나의 사이클을 이루고 순환된다.
이때, 제2열교환기(12)의 온도가 설정온도보다 높으면 제2열교환기(12)에 설치된 제2송풍팬(12a)이 가동되게 되면서 연결닥트(26)의 유입조절댐퍼(26a)를 개방시키므로 지하공기흡입관(25)을 통해 지하공기가 흡입되게 되고, 이 지하공기가 제2열교환기(12)를 통과하는 동안 제2열교환기(12)를 가열한 후 외부로 배출된다. 상기 지하공기는 14~16℃이고 상대습도가 100%정도인 지하의 자갈층에 있는 것이어서 외기보다 상대적으로 차가우며, 이렇게 외기보다 상대적으로 차가운 지하공기가 제2열교환기(12)에 공급되므로 소정의 냉각온도로 용이하게 저온고압의 냉매로 응축시킬 수 있어 별도의 열원이 필요 없고 이로 인하여 히트펌프(10)의 부하를 최소화할 수 있는 것이다.
이와 같이 냉방시에도 건축물(20) 내의 공기를 히트펌프(10)의 제1열교환기(11)로 회수하고 그 나머지는 외부로 배출하는 것은 물론 그 조절은 위에서 언급한 바와 동일하므로 그 구체적인 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예의 냉난방장치를 개략적으로 나타낸 구성도로서, 제1열교환기(11)를 건축물(20)의 외부에 마련한 경우이다. 여기서는, 상기 제1열교환기(11)에서 건축물(20)에 이르기까지 송풍닥트(21)가 연결되고 상기 건축물(20)에서 히트펌프(10)의 실내기인 제1열교환기(11)에 이르기까지 리턴닥트(22)가 연결되어있으며, 상기 리턴닥트(22)에는 귀환풍량과 배기풍량을 조절하기 위한 귀환 혹은 배기 조절댐퍼(22a,22b)와 환풍기(22c)가 설치된 것을 제외하고는 본 발명의 일실시예와 동일하게 구성되어있다.
상기와 같이 구성된 다른 실시예의 냉난방장치는 히트펌프(10)를 가동하여 냉방과 난방이 이뤄지는 과정은 동일하므로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 단지, 건축물(20) 내부의 공기를 환기시키고자 하는 경우에, 리턴닥트(22)의 환풍기(22c)를 가동시키면 리턴닥트(22)를 통해 순환 내지 배출되게 되며, 일부의 공기를 히트펌프(10)의 제1열교환기(11)로 회수하여 송풍닥트(21)를 통해 건축물(20) 내부로 순환시키고 그 나머지는 외부로 배출할 수 있다.
이때, 상기 히트펌프(10)의 제1열교환기(11)로 회수하고 그 나머지는 외부로 배출하는 양은 리턴닥트(22)의 귀환 혹은 배기조절댐퍼(2a,22b)를 적절하게 조절하면서 지하공기흡입닥트(23)의 유입조절댐퍼(23a)를 조절하여 지하공기의 유입풍량 또한 조절하면 된다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명의 지하공기를 이용한 냉난방장치는 히트펌프의 실내기 및 실외기인 제1, 제2열교환기에 지하공기흡입관을 연결하되 지하공기흡입관이 외기의 영향을 받지 않는 자갈층, 송이석등으로 형성된 다공질층에 이르기까지 매설함으로써 겨울철엔 외기에 비해 상대적으로 따뜻하고 여름철엔 외기에 비해 상대적으로 시원한 지하공기를 이용하여 계절에 따라 자연적으로 절대습도를 높이거나 낮추어 가습 또는 제습이 이뤄지면서 냉난방이 이뤄지는 유용한 발명이다.
또한 본 발명은 히트펌프의 실내기 및 실외기인 제1, 제2열교환기에 지하공기흡입관이 직접 연결됨으로써 외기의 영향이 최소화를 꾀하면서 냉방시엔 실내기 및 실외기에 시원한 지하공기를 공급하고 난방시엔 실내기 및 실외기에 따뜻한 지하공기를 공급함으로써 히트펌프의 압축기 가동시간을 최소로 줄일 수 있고 이로 인하여 히트펌프의 전력소모 또한 최소화시킬 수 있다.
또한 본 발명은 실내기 및 실외기인 제1, 제2열교환기의 제1, 제2송풍팬을 그대로 활용함으로써 지하공기흡입관이나 실내기 및 실외기인 열교환기와 연결되는 흡입연결관에 송풍기가 필요 없어 그 설치가 용이하게 되는 특유의 효과를 갖는다.

Claims (4)

  1. 삭제
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  3. 하나의 사이클을 이루면서 냉방은 물론 난방이 되도록 실내기인 제1열교환기와 실외기인 제2열교환기에 사방밸브를 통해 압축기가 연결되고 팽창밸브가 연결되어 있는 히트펌프가 구비되며, 상기 히트펌프의 실내기인 제1열교환기는 냉난방을 하고자하는 건축물 내에 설치되며, 상기 히트펌프의 실내기인 제1열교환기는 지하공기흡입닥트가 연결되고 이 지하공기흡입닥트에는 외기의 영향을 받지 않는 자갈층, 송이석으로 형성된 다공질층에 이르기까지 매설된 지하공기흡입관이 연결되어 있는 지하공기를 이용한 냉난방장치에 있어서,
    상기 건축물에는 히트펌프의 실내기인 제1열교환기에 설치된 송풍팬이 작동되면 개방되어 배기되고 정지되면 닫히도록 환기구가 마련되며, 이 환기구는 수평배기구와 이 수평배기구에 힌지를 통해 수직으로 단순이 매달려있는 댐퍼로 구성된 것을 특징으로 하는 지하공기를 이용한 냉난방장치.
  4. 삭제
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