KR100805247B1 - 수냉 히트 펌프식 공조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수냉 히트 펌프식 공조기에 관한 것으로서, 케이싱(1)과 케이싱(1)에 대해서 병렬로 취출·수납 자유로운 복수의 수냉 히트 펌프 유니트(2)와를 구비하고, 수냉 히트 펌프 유니트(2)가 복수의 압축기(3)와 복수의 압축기(3)에 공용되는 공기 열교환기(4) 및 수열교환기(5)와 감압 기구와 이들을 설치하는 프레임(7)을 적어도 구비하고, 공기 열교환기(4)의 공기 입구면측에 두어 복수의 압축기(3)를 상하로 나누어 배치되고, 수열교환기(5)의 열원수 출입구를 케이싱(1)에 내설한 열원수 도입관(10)과 열원수 배출관(11)에 접속·분리 자유롭게 구성하는 기술을 제공한다.

Description

수냉 히트 펌프식 공조기{WATER·COOLED HEAT PUMP TYPE AIR CONDITIONER}

도 1은 본 발명의 수냉 히트 펌프식 공조기의 하나의 실시예를 나타내는 측면도이다.

도 2는 수냉 히트 펌프 유니트의 간략 사시도이다.

도 3은 수냉 히트 펌프식 공조기 전체의 간략 사시도이다.

도 4는 수냉 히트 펌프 유니트의 간략 설명도이다.

도 5는 공기 열교환기의 단면도이다.

도 6은 수냉 히트 펌프식 공조기의 다른 실시예를 나타내는 측면도이다.

도 7은 수냉 히트 펌프식 공조기의 다른 실시예를 나타내는 측면도이다.

도 8은 수냉 히트 펌프식 공조기를 이용한 사용예를 나타내는 간략 설명도이다.

본 발명은 수냉 히트 펌프식 공조기에 관한 것이다.

일본국 특개 2005 -226922 호 공보(Japanese Patent Application Laid Open No. 2005-226922) 및 일본국 특개평 10 - 232000 호 공보(Japanese Patent Application Laid Open No. 10·232000 (1998))과 같은 압축기와 급기측의 공기 열교환기(Heat exchanger by air) 및 열원측의 수열교환기(Heat exchanger by water)를 일체로 구비한 수냉 히트 펌프식 공조기에서는 대풍량으로 큰힘을 얻으려고 하면 아무래도 대형화되기가 쉽다.

그 때문에 제작에 어려움이 있고 설치 장소로의 반입·반출이나, 냉매 회로의 현장에서의 보수등이 곤란하게 된다. 또, 열원기(Equipment for heat source)로 온도 조정된 열원수(Water for heat source)가 흐르는 열원수 회로(Circuitof water for heat source)의 수로를 복수로 나누어 각각의 수로에 냉온수 코일식 공조기(Hot/cold water coil type air conditioner)를 접속한 공조 시스템에서는 각 수로에 대해서 병렬로 열원수를 흘리고 있다. 그 때문에 열원수가 많이 필요해, 열원기나 열원수 회로의 배관지름이나 펌프 용량이 커지고 설비 코스트나 열원기등의 운전 코스트가 비싸지는 문제가 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 케이싱과 상기 케이싱에 대해서 병렬로 수취·수납 자유로운 복수의 수냉 히트 펌프 유니트를 구비하고 상기 수냉 히트 펌프 유니트가, 순환 냉매(Circulating refrigerant)를 압축하는 복수의 압축기와 상기 복수의 압축기에 공용되는 급기측의 공기 열교환기 및 열원측의 수열교환기와 순환 냉매를 팽창시키는 감압 기구와 이들을 설치하는 프레임을 적어도 갖고, 상기 공기 열교환기의 공기 입구면측에 두어 복수의 상기 압축기를 상하로 나누어 배치해, 상측의 상기 압축기 아래에 상측 드레인 팬(Drain pan)을 설치함과 동시에 하 측의 상기 압축기와 상기 공기 열교환기와 상기 수열교환기 아래에 하측 드레인 팬을 설치해 상기 수열교환기를 상기 케이싱내에 설치한 열원수 도입관과 열원수 배출관에 접속·분리 자유롭게 구성한 것을 가장 주요한 특징으로 한다.

본 발명의 제1관점에서는 공기 열교환기와 수열교환기를 복수의 압축기에 공용해 부품수를 줄이고 또한 수열교환기나 압축기를 2단으로 나누어 배치하고 있으므로 수냉 히트 펌프 유니트가 컴팩트하게 되어, 대풍량·큰능력을 얻으면서 공조기도 소형화할 수 있어 제작이 용이해진다. 또한 수냉 히트 펌프 유니트가 모듈화 되어 있으므로, 히트 펌프의 수리, 교체, 냉매 회수 작업등의 보수를 신속하고 용이하게 실시할 수 있어 수고가 들지 않는다. 만일 1개의 수냉 히트 펌프 유니트가 고장이 나도 나머지의 유니트로 공조기를 응급적으로 운전할 수도 있다. 임의의 수냉 히트 펌프 유니트를 개별적으로 운전·정지하는 것만으로 능력 조정할 수 있어 제어가 용이하다. 또한 수냉 히트 펌프 유니트만 교환함으로써 리뉴얼시의 코스트 다운도 도모할 수 있다.

본 발명의 제2 관점에서는 공조기를 블럭으로 나누어 모듈화 되어 있으므로, 설치 장소로의 반입·반출이 용이하고 설치 작업등을 신속히 실시할 수 있다. 팬 블럭(Fan block)과 복수의 히트 펌프 블럭(Heat pump block)으로 케이싱을 구성했을 경우 공기 열교환기에 의한 여러 차례의 공기 냉각으로 저온 공기를 공급함으로써 소풍량화 할 수 있다. 따라서 공기 반송용 덕트지름을 축소 할 수 있고 송풍 동력이 대폭 삭감되고 에너지 절약이 된다. 또, 외조기(Outdoor air conditioner)로서 이용하는 경우는 여러 차례의 공기 냉각으로 강력 제습함으로써 실내기(Circulation air conditioner)의 부담을 경감할 수 있어 실내기의 대수 삭감이나 복사공조(Air conditioning by radiation)가 가능해지고, 실내의 공조 환경이 양호해진다. 사계 및 하루 중 야간의 부하 변동에 대해 복수 단계로 적응 운전할 수 있어 에너지 절약이 된다.

본 발명의 제3 관점에서는 공조기를 블럭으로 나누어 모듈화되어 있으므로, 설치 장소로의 반입·반출이 용이하여 설치 작업등을 신속히 실시할 수 있다. 냉온수 코일 및 수냉 히트 펌프 유니트의 공기 열교환기에 의한 2단계의 공기 냉각으로 저온 공기를 공급함으로써 소풍량화 할 수 있다. 따라서 공기 반송용 덕트지름을 축소할 수 있어 송풍 동력이 대폭 삭감되고 에너지 절약이 된다. 또, 외조기로서 이용하는 경우는 2단계의 공기 냉각으로 강력 제습함으로써 실내기의 부담을 경감할 수 있어 실내기의 대수 삭감이나 방사상 공조가 가능해져, 실내의 공조 환경이 양호해진다. 사계 및 하루 중 야간의 부하 변동에 대해 복수 단계로 적응 운전할 수 있어 에너지 절약이 된다.

본 발명의 제4 관점에서는 1 개의 상류측 수로로부터 열원수를 분류시켜 복수 라인의 하류측 수로에 흘리고 있으므로 분류시키지 않고 복수의 수로에 병렬로 열원수를 흘리는 경우와 비교해 수량이 1 수로분 만큼(1/수로수)으로 끝나고, 열원기나 열원수 회로의 배관지름이나 펌프 용량이 작아지기 때문에, 설비 코스트나 열원기 등의 운전 코스트를 저감 할 수 있다. 예를 들어 열원수 회로의 상류측 수로에 1 대 또는 복수대의 냉온수 코일식 공조기를 접속하고 하류측 수로에 1 대 또는 복수대의 수냉 히트 펌프식 공조기를 접속함으로써, 열원수 회로의 출입구의 수온차가 15~20 ℃ 이상이 되어 열원수의 에너지를 대신하는 평가함수로 알려져 있는 엑서지 효율(Exergy emciency)이 높아져, 소수량화하고, 열원기의 효율화, 펌프 동력의 삭감, 배관 공사의 대폭 합리화를 도모할 수 있다.

본 발명의 제5 관점에서는 고풍속으로 사용해도 압력 손실이 증가하지 않고 한편 열교환 능력도 저하하지 않기 때문에 소형의 공기 열교환기를 사용성과 공조기를 큰폭으로 컴팩트화 할 수 있다. 또, 통상 풍속에서는 압력 손실이 감소해 열교환 효율이 향상 하므로 소형의 송풍기를 이용하는 것이 가능하고 소음 저감을 도모할 수 있다.

이들의 발명의 목적과 신규 특징은 다음의 상세한 설명을 첨부 도면과 대조해 보면 더욱 완전히 명료해질 것이다.

도 1에서 도 4는 본 발명의 수냉 히트 펌프식 공조기의 하나의 실시예를 나타내고 있고 이 공조기는, 케이싱(1)과 케이싱(1)에 대해서 병렬(백색 화살표로 나타내는 송풍 방향에 대해서 횡병렬)로 취출·수납 자유 또한 탈착 자유롭게 설치되는 복수의 수냉 히트 펌프 유니트(2)를 구비하고 있다. 케이싱(1)은 적어도 팬블럭 (A)과 히트펌프블럭(B)을 접속 분리 자유롭게 설치해 구성하고, 히트 펌프 블럭 (B)에 취출·수납이 자유로운 복수의 수냉 히트 펌프 유니트(2)를 설치한다. 도 1 그리고 도 3에서는 케이싱(1)은, 필터(18)를 내설한 필터블럭(D)과 히트 펌프 블럭 (B)과 송풍기(17)를 내설 한 팬블럭(A)을 접속 분리 자유롭게 설치하여 구성하고 있다.

수냉 히트 펌프 유니트(2)는 순환 냉매에 대해서 증발·압축·응축·팽창의 공정순서를 반복하고, 이 순환 냉매와 열교환하는 공기나 열원수 등에 대해 냉매 증발 공정으로 흡열을 냉매 응축 공정으로 방열을 각각 실시하는 것으로, 순환 냉매를 압축하는 복수의 압축기(3)와 이 복수의 압축기(3)에 공용됨과 동시에 순환 냉매의 증발 공정과 응축 공정으로서 서로 다른 공정을 실시하는 급기측의 공기 열교환기(4) 및 열원측의 수열교환기(5)와 순환 냉매를 팽창시키는 팽창판 등의 감압 기구(6)와 공기 열교환기(4) 및 수열교환기(5)의 증발 공정과 응축 공정을 절환하는 밸브 등의 절환기구(19)와 이들을 설치하는 프레임(7)을 적어도 갖고 공기 열교환기(4), 수열교환기(5), 압축기(3), 감압기구(6) 및 절환기구(19) 등을 냉매가 순환하도록 배관 접속되어 있다. 22는 가온기이다. 또한 도시 생략 하지만, 수냉 히트 펌프 유니트(2)에 재열기를 설치하는 것도 자유롭다.

이 공기 열교환기(4)의 공기 입구면측에 두어 복수(도 1, 2 그리고 4에서는 2 개)의 압축기(3)를 상하로 나누어 배치하고, 상측의 압축기(3) 아래에 프레임 보강 겸용의 상측 드레인 팬(8)을 수평 형상으로 설치함과 동시에 하측의 압축기(3)와 공기 열교환기(4)와 하측의 수열교환기(5)의 아래에 프레임 보강 겸용의 하측 드레인 팬(9)을 수평 형상으로 설치해 수열교환기(5)의 열원수 접속구를 케이싱(1)에 내설한 열원수 도입관(10)과 열원수 배출관(11)에 접속·분리 자유롭게 구성한다. 공기 열교환기(4)의 핀 튜브(16)는 압력손실이 적은 타원관(도 5 참조)으로 하는 것이 바람직하지만 원형관이라도 좋다. 공기 열교환기(4)는 핀을 복수의 압축기(3)의 냉매 순환 회로의 핀 튜브(16)로 공용해 완성된다. 수열교환기(5)는 플레이트식 열교환기로 하여 복수의 압축기(3)의 냉매 순환 회로로 공용하고 수열교환기(5) 내에서 열원수 유통로와 복수의 냉매 유통로를 서로 열교환 자유롭게 설치하여 완성된다. 이 플레이트식 열교환기는, 예를 들어 몇 매의 전열판(Heat exchanger plate, 플레이트)를 겹쳐 그 전열판과 전열판의 사이를 열원수와 2개의 냉매가 교대로 흘러 서로 열교환하도록 구성한다.

케이싱(1)(히트 펌프 블럭(B))에는 수냉 히트 펌프 유니트(2)를 출입시키는 개구부를 형성해 이 개구부를 탈착 또는 개폐 자유로운 외장판으로 덮고, 수냉 히트 펌프 유니트(2)를 출입하기 위한 슬라이드기구를 설치한다. 도 3에서는 조립이나 보수 작업이 용이하도록 복수의 수냉 히트 펌프 유니트(2)를 측쪽으로부터 차례로 밀어넣어 수납하는 구조로 하고 있지만 그 이외의 방향으로부터 수납 가능하게 구성하는 것도 자유롭다. 슬라이드 기구는 도시 생략 하지만, 예를 들면 프레임(7)에 차바퀴를 복수 설치해 이 차바퀴를 주행 안내하는 레일을 케이싱(1)(히트 펌프 블럭 (B))에 설치해 구성하면 좋고 그 구성은 변경 자유롭다. 또, 상술한 이외의 구성으로 수냉 히트 펌프 유니트(2)를 취출·수납 자유롭게 설치하는 것도 자유롭다. 케이싱(1)에는 공기 수입구와 급기구를 형성해, 덕트 등을 개입시켜 옥외나 옥내와 연통 연결하고, 공기 열교환기(4)로 공조용 공기를 냉각 또는 가열해 냉방 운전과 난방 운전을 절환 자유롭게 실시해 피공조 공간(Air conditioned space)에 급기해 공조한다. 또한 도 6과 같이 적어도 팬 블럭(A)과 복수의 히트 펌프 블럭(B)을 접속 분리 자유롭게 설치해 케이싱(1)을 구성하면, 복수의 히트 펌프 블럭(B)의 공기 열교환기(4)에 의한 여러 차례의 공기 냉각으로 저온 공기를 공급해 소풍량화할 수 있다. 또, 외조기로서 이용하는 경우는 여러 차례의 공기 냉각으로 강력 제습할 수가 있다.

도 7은 적어도 팬 블럭(A)과 히트 펌프 블럭(B)과 코일 블럭(C)을를 접속 분리 자유롭게 설치해 케이싱(1)을 구성하고, 코일 블럭(C)에 수냉 히트 펌프 유니트(2)와 열원수를 공용하는 냉온수 코일(12)을 설치한 실시예로 그 외의 구성은 상기 실시예와 같다. 이 경우는 냉온수 코일(12) 및 수냉 히트 펌프 유니트(2)의 공기 열교환기(4)에 의한 복수회의 공기 냉각으로 저온 공기를 공급해, 소풍량화할 수 있다. 또, 외조기로서 이용하는 경우는 복수회의 공기 냉각으로 강력 제습할 수가 있다. 이와 같이, 접속 분리 자유로운 팬 블럭(A)과 복수의 히트 펌프 블럭(B)과 코일 블럭(C)을 적어도 갖추어 이들로부터 선택한 블럭을 접속해 케이싱(1)을 구성하면, 소정의 블럭을 선택해 편성하는 것만으로 도 1,6 그리고 7의 실시 예와 같은 다른 기능을 갖춘 공조기를 용이하게 제작 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 공조기를 이용한 시스템예를 나타내고 상류측 수로(13)로부터 분기해 흐르는 복수의 하류측 수로(14)를 구비한 열원수 회로(15) 가운데 하류측 수로(14)에만 하나 또는 복수의 케이싱(1)의 열원수 출입구를 접속한 것으로, 상류측 수로(13)의 수량에 대해서 하류측 수로(14)의 수량이 (1/수로수)씩 되도록 하고 열원수 회로(15)의 출입구의 수온차가 15 ℃~30 ℃가 되도록 구성해, 열원기(21)의 운전 효율을 좋게 해 에너지 절약화를 도모한다. 상류측 수로(13)에는 1 대 또는 복수대의 냉온수 코일식 공조기(20)를 접속한다. 냉온수 코일식 공조기(20)에는 에어 핸들링 유니트나 팬 코일 유니트 등 각종의 것이 적용된다. 열원수 회로(15)의 열원수는 열원기(21)로 온도 조정되어 송수 펌프에서 화살표 방향으로 보내져 순환한다. 열원기(21)는 예를 들어 온수용의 보일러와 냉수용의 냉각탑 또는 칠러(Chiller) 등과 도시 생략의 절환 기구에 의해 열원수를 온수와 냉수로 절환 자유롭게 하여 구성한다.

이 시스템에 있어서 모든 공조기로 냉방 운전하는 경우 열원수로서 예를 들면 7 ℃의 냉수를 흘리는 것으로 상류측 수로(13)에서는 냉온수 코일식 공조기(20)의 냉온수 코일에 의해 열원수가 예를 들면 7 ℃에서 12 ℃로 온도 상승(수온차 5 ℃)한다. 이때 상류측 수로(13)의 수량에 대해서 각 하류측 수로(14)의 수량이 1/2씩 되므로 공조 운전에 의해 상류측 수로(13)와 하류측 수로(14, 14)가 각각 같은 열량을 필요로 하는 경우, 상류측 수로(13)의 수온차에 대해서 각 하류측 수로(14)의 수온차가 2 배가 되기 때문에, 하류측 수로 (14, 14)에서는 수냉 히트 펌프 유니트(2)에 의해 열원수가 예를 들면 12 ℃로부터 22 ℃로 온도 상승(수온차 10 ℃)하고, 열원수 회로(15)의 출입구의 수온차가 15 ℃가 된다. 열원기(21)로 돌아간 열원수는 온도 조정되어 열원수 회로(15)를 순환한다.

동일하게 난방 운전하는 경우는 열원수로서 예를 들면 45 ℃의 온수를 흘리는 것으로, 상류측 수로(13)에서는 냉온수 코일식 공조기(20)의 냉온수 코일에 의해 열원수가 예를 들면 4 5 ℃에서 40 ℃로 온도 강하(수온차 5 ℃)하고, 하류측 수로(14, 14)에서는 수냉 히트 펌프 유니트(2)에 의해 열원수가 예를 들면 40 ℃로부터 30 ℃로 온도 강하(수온차 10℃)하고, 열원수 회로(15)의 출입구의 수온차가 15 ℃가 된다. 이 열원수 회로(15)의 출입구의 수온차의 증감, 설정 변경은 자유롭지만(예를 들면 40 ℃이하) 열원기(21)의 운전 효율면으로부터 15 ℃~30 ℃가 바람직하다.

또한 상류측 수로(13)와 하류측 수로(14)의 양쪽 모두에 1 또는 복수의 케이싱(1)의 열원수 출입구를 접속하는 것도 자유로워 하류측 수로(14)의 수의 증감은 자유롭다. 또, 수로마다 설치하는 공조기의 종류를 바꿔 넣거나 하는 것도 자유롭다. 상류측 수로(13) 내, 하류측 수로(14) 내는 다이렉트 리턴방식(Direct return type), 리버스 리턴 방식(Reverse return type)이나 이들의 병용 방식 등 각종의 방식으로 변경 자유롭다. 또, 수냉 히트 펌프 유니트(2), 압축기(3), 히트 펌프 블럭(B) 및 코일 블럭(C)의 수의 증감은 자유롭다.

이상, 발명의 상세한 설명란에 있어서 말한 실시의 형태는 어디까지나 본 발명의 기술적 내용을 분명히 하는 의도한 것으로서, 본 발명은 이러한 구체적인 예에만 한정하여 협의로 해석되는 것은 아니고, 본 발명의 정신과 청구의 범위에 말하는 범위내에서 여러 가지 변경해 실시할 수가 있는 것이다.

Claims (5)

1. 케이싱과 상기 케이싱에 대해서 병렬로 취출·수납 자유로운 복수의 수냉 히트 펌프 유니트를 구비하고, 상기 수냉 히트 펌프 유니트가 순환 냉매를 압축하는 복수의 압축기와,

   상기 복수의 압축기에 공용되는 급기측의 공기 열교환기 및 열원측의 수열교환기와 순환 냉매를 팽창시키는 감압 기구와 이들을 설치하는 프레임을 적어도 갖고, 상기 공기 열교환기의 공기 입구면측에 복수의 상기 압축기를 상하로 나누어 배치하고, 상측의 상기 압축기 아래에 상측의 드레인 팬을 설치함과 동시에 하측의 상기 압축기와 상기 공기열교환기와 상기 수열교환기 아래에 하측 드레인 팬을 설치하고, 상기 수열교환기를 상기 케이싱에 내설한 열원수 도입관과 열원수 배출관에 접속·분리 자유롭게 구성한 것을 특징으로 하는 수냉 히트 펌프식 공조기.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 케이싱은 적어도 팬 블럭과 하나 또는 복수의 히트 펌프 블럭을 접속 분리 자유롭게 설치해 구성되고, 상기 히트 펌프 블럭에 상기 복수의 수냉 히트 펌프 유니트를 설치한 것을 특징으로 하는 수냉 히트 펌프식 공조기.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 케이싱은 적어도 팬 블럭과 히트 펌프 블럭과 코일 블럭을 접속 분리 자유롭게 설치해 구성되고, 상기 히트 펌프 블럭에 상기 복수의 수냉 히트 펌프 유니트를 설치함과 동시에 상기 코일 블럭에 상기 수냉 히트 펌프 유니트와 열원수를 공용하는 냉온수 코일을 설치한 것을 특징으로 하는 수냉 히트 펌프식 공조기.
4. 청구항 1 , 2 또는 3 에 있어서,

   상기 케이싱이 1 또는 복수개 구비되고, 상기 케이싱은 열원수 출입구를 갖고, 상기 열원수 출입구는 상류측 수로로부터 분기해 흐르는 복수의 하류측 수로를 구비한 열원수 회로 가운데 상기 하류측 수로에만 또는 상기 상류측 수로와 상기 하류측 수로의 양쪽 모두에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 수냉 히트 펌프식 공조기.
5. 청구항 1 , 2 또는 3 에 있어서,

   상기 공기 열교환기는 핀 튜브를 갖고, 상기 핀 튜브는 타원관인 것을 특징으로 하는 수냉 히트 펌프식 공조기.

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