KR100899525B1 - 재활용 열교환을 이용한 냉난방장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 난방시스템 및 냉난방시스템에 관한 것이다. 본 난방시스템은, 냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축하는 압축기; 압축기로부터 유출되는 냉매를 유입 받아 외부 공기와 열교환하여 냉매를 응축시키는 응축기; 및, 응축기로부터 유출되는 냉매를 유입 받아 열교환하여 냉매를 유출하는 재활용 증발기; 재활용 증발기로부터 유출되는 냉매를 유입 받아 외부 공기와 열교환하여 냉매를 유출하는 증발기;를 포함하고, 재활용 증발기와 증발기가 서로 열적으로 결합되어 있다. 이에 의해, 냉난방시 냉매의 순환을 안정화시켜 외기의 영향을 거의 받지 않고 냉난방이 가능하도록 한다.
Figure R1020080007882
냉매사이클, 압축기, 응축기, 증발기, 재활용 증발기,

Description

재활용 열교환을 이용한 냉난방장치{HEATING AND COOLING EQUIPMENT USING RECYCLE HEAT EXCHANGING}
본 발명은 난방시스템 및 냉난방시스템에 관한 것으로서, 압축기로 유입될 냉매를 재사용하도록 함으로써, 난방운전시 외부 공기가 영하 이하로 떨어지면 발생되는 성애를 없애기 위해서 제상운전과정이 필요하게 되는 데 이러한 제상운전과정 없이 계속 난방운전만을 지속하게 할 수 있게 하고, 냉방 운전 및 난방 운전시 흡입되는 냉매의 일정한 온도와 완전히 변환된 기체 상태를 유지시켜 압축기의 부하를 감소시키고, 팬의 용량을 감소시켜 에너지 절감효과를 극대화할 수 있도록 하는 난방시스템 및 냉난방시스템에 관한 것이다.
일반적으로 냉난방시스템은, 냉방운전과 난방운전이 하나의 공조기기에서 이루어질 수 있도록 한 것으로서, 압축기, 응축기, 팽창밸브, 및 증발기를 주요소로 하는 냉매사이클로 구성된다.
난방운전시 냉매사이클이 작동하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
압축기에서 70 내지 100℃의 고온고압으로 압축된 냉매는, 응축기(condensor)로 제공되고, 응축기에서 실내공기와 열교환되어 실내공기의 온도를 상승시킨다. 이때, 응축기를 지나는 냉매는 냉각되어 상온의 기체가 된다. 이러한 상태의 냉매를 액체 상태로 변환시키기 위해 모세관(즉, 팽창밸브) 또는 전자변이 사용되며, 모세관 또는 전자변을 통과하면서 냉매는 저온저압의 액체 상태로 변환한다. 이렇게 변환된 냉매는 증발기로 제공되고, 증발기에서 외부공기와의 열교환을 통해 냉각된 기체 상태의 냉매로 압축기에 제공된다. 증발기의 전방에는 냉매와 외부공기와의 열교환이 원활하도록 상당한 용량과 크기의 팬이 설치되어 사용될 수 있다.
압축기는 액체 상태의 냉매로는 압축되지 않기 때문에 반드시 기체상태의 냉매가 공급되어야 하는데, 만약 액체 냉매가 압축기에 공급되면 압축기는 치명적인 손상을 입게 된다.
한편, 난방운전시에는 모세관 또는 전자변을 통해 상당히 온도가 낮아진 냉매가 증발기로 제공되고, 증발기에서는 -40℃까지 냉매가 냉각되어 기체로 변환되는 증발이 일어나며, 냉각된 냉매는 압축기로 유입된다. 이렇게 증발기를 통과하는 냉매의 온도가 낮다 보니, 온도가 영하로 떨어지게 되면 겨울철 실외에 설치되는 응축기의 표면에 성애가 발생하게 되어 열교환이 원활하게 이루어지지 않아 순환 사이클에 큰 영향을 미친다. 이러한 성애를 제거하기 위해, 난방운전임에도 불구하고, 냉방운전과 마찬가지로, 냉매 사이클(cycle)을 역으로 순환하도록 하는 제상운전을 수행해야 한다. 이렇게 제상운전을 수행하게 되면, 에너지 소모가 클 뿐만 아니라, 제상운전 중에는 실내로 충분한 난방을 제공할 수 없다는 단점이 있다.
또한, 영상 5℃ 이하로 기온이 하강하여 증발기 온도가 영하 15℃ 이하로 떨 어지게 되면 냉매의 증발속도가 현저히 저하되어 순환하는 냉매량이 급격히 감소하여 사이클내 압력이 급감하게 되어 압축기에 큰 무리를 주게 된다.
이에 따라, 난방운전시 압축기에 냉매 순환을 원활하게 하여 부하를 감소시키고, 제상운전을 제거할 수 있으며, 팬의 용량 및 크기를 감소시킬 수 있는 방법을 모색한다면 난방운전시 에너지를 획기적으로 절감할 수 있을 것이다. 또한, 동일한 방법을 냉방운전시에도 적용하는 것이 가능할 것이다.
본 발명의 목적은, 냉매의 증발조건을 획기적으로 개선하여 냉매 순환을 원활하게 하여, 난방시 효율을 극대화시킬 뿐만 아니라 난방시 가동 조건이 열악한 환경에서도 사용이 가능하도록 하고, 난방 운전시 제상 운전을 없애고 또한 압축기의 부하를 감소시키고 증발기에 장착되는 팬의 용량을 감소시킴으로써, 에너지 절감효과를 극대화할 수 있도록 하는 난방시스템 및 냉난방시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축하는 압축기; 상기 압축기로부터 유출되는 냉매를 유입 받아 외부 공기와 열교환하여 상기 냉매를 응축시키는 응축기; 및, 상기 응축기로부터 유출되는 냉매를 유입 받아 열교환하여 냉매를 유출하는 재활용 증발기; 상기 재활용 증발기로부터 유출되는 냉매를 유입 받아 외부 공기와 열교환하여 냉매를 유출하는 증발기;를 포함하고, 상기 증발기가 유출하는 냉매는 상기 압축기로 유입되며, 상기 재활용 증발기의 냉매와 상기 증발기의 냉매는 상호간에 열적교환을 할 수 있도록, 상기 재활용 증발기와 상기 증발기가 서로 열적으로 결합된 것을 특징으로 하는 재활용 열교환을 이용한 난방시스템에 의해 달성될 수 있다.
한편, 상기 재활용 증발기는 냉매의 흐름 경로를 제공하는 제2경로부를 포함하며, 제2경로부는 냉매를 유입받는 제2유입단과 유입받은 냉매를 유출하는 제2유 출단을 가지며, 상기 증발기는 냉매의 흐름 경로를 제공하는 제1경로부를 포함하며, 제1경로부는 냉매를 유입받은 제1유입단과 유입받은 냉매를 유출하는 제1유출단을 가지며, 상기 제2유입단은 상기 응축기와 연결되어 상기 응축기로부터의 냉매를 유입 받으며, 상기 제1유입단은 상기 제2유출단과 연결되어 상기 재활용 증발기부터 유출되는 냉매를 유입받으며, 상기 제1유출단은 상기 압축기와 연결되어 상기 압축기로 냉매를 유출할 수 있다.
또한, 상기 제1경로부와 제2경로부는 상호간에 열적교환을 할 수 있도록 서로 나란하게 배치될 수 있다.
한편, 상기 제1경로부와 상기 제2경로부는 이중관 형태로 형성되어, 상기 제1경로부와 상기 제2경로부 중 어느 하나가 다른 쪽의 내부에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 목적은, 냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축하는 압축기, 난방시 응축기로 작용하고 냉방시 증발기로 작용하는 제1열교환기, 난방시 증발기로 작용하고 냉방시 응축기로 작용하는 제2열교환기, 난방시는 상기 압축기로부터 유출되는 냉매를 상기 제1열교환기 쪽으로 흐르도록 냉매의 흐름을 개폐하고 그리고 상기 제2열교환기로부터 유출된 냉매는 상기 압축기 쪽으로 유입되도록 냉매의 흐름을 개폐하며, 냉방시는 상기 압축기로부터 유출되는 냉매를 상기 제2열교환기 쪽으로 흐르도록 냉매의 흐름을 개폐하고, 상기 제1열교환기로부터 유출되는 냉매는 상기 압축기 쪽으로 유입되도록 냉매의 흐름을 개폐하는 4웨이밸브를 포함하는 냉난방 시스템에 있어서, 상기 제1열교환기로부터 유출되는 냉매를 유입 받아 열교환을 하는 재활용 증발기;를 더 포함하며, 상기 재활용 증발기의 냉매 는 상기 제2열교환기의 냉매와 열교환하도록, 상기 재활용 증발기와 상기 제2열교환기가 열적으로 결합된 것을 특징으로 하는 재활용 열교환을 이용한 냉난방 시스템에 의해 달성될 수 있다.
한편, 상기 재활용 증발기는, 냉매의 흐름 경로를 제공하는 제2경로부를 포함하며, 제2경로부는 냉매를 유입받는 제2유입단과 유입받은 냉매를 유출하는 제2유출단을 가질 수 있다.
또한, 상기 4웨이밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
한편, 냉방시, 상기 제2열교환기로부터 유출되는 냉매를 유입받아 저온 저압의 냉매로 변환시키고, 상기 제1열교환기 쪽으로 냉매를 유출하는 모세관;을 더 포함하며, 상기 제2유입단은 상기 제1열교환기로부터 냉매를 유입 받고, 상기 제2유출단은 유입받은 냉매를 상기 압축기 쪽으로 유출할 수 있다.
또한, 난방시, 상기 재활용 증발기로부터 유출되는 냉매를 유입 받아 저온 저압의 냉매로 변환시키고, 상기 제2열교환기 쪽으로 냉매를 유출하도록 배치되는 모세관;을 더 포함하며, 상기 제2유입단은 상기 제1열교환기로부터 냉매를 유입받고, 상기 제2유출단은 상기 모세관 쪽으로 냉매를 유출할 수 있다.
한편, 상기 재활용 증발기로부터 유출되는 냉매는 상기 4웨이밸브 또는 상기 제2열교환기 쪽으로 냉매가 흐름 소통될 수 있다.
또한, 상기 재활용 증발기로부터 유출되는 냉매와 상기 4웨이밸브간에 냉매가 흐를 수 있도록 경로를 제공하는 제4유로; 상기 재활용 증발기로부터 유출되는 냉매와 상기 제2열교환기간에 냉매가 흐를 수 있도록 경로를 제공하는 제2유로;를 더 포함하며, 난방시에는 상기 제2유로가 흐름 소통되고 제4유로는 흐름 소통되지 않으며, 냉방시에는 제4유로가 흐름 소통되고 상기 제2유로는 흐름 소통되지 않을 수 있다.
한편, 상기 제4유로에는, 냉매 흐름의 소통을 개폐하는 제4밸브; 및
상기 제2유로에는, 냉매 흐름의 소통을 개폐하는 제2밸브;를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제2밸브와 제4밸브를 제어하며, 난방시에는 상기 재활용 증발기로부터 유출되는 냉매가 상기 제2열교환기쪽으로 흐르도록 상기 제2밸브와 제4밸브를 각각 제어하고, 냉방시에는 상기 재활용 증발기로부터 유출되는 냉매가 상기 4웨이밸브로 흐르도록 상기 제2밸브와 상기 4밸브를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제2밸브와 상기 제2열교환기 사이에는 모세관이 위치될 수 있다.
한편, 상기 재활용 증발기와 상기 제1열교환기에 냉매가 흐를 수 있도록 경로를 제공하는 제1유로; 상기 재활용 증발기와 상기 제1열교환기에 냉매가 흐를 수 있도록 경로를 제공하는 제3유로;를 더 포함하며, 난방시에는 상기 제1유로가 흐름 소통되고 제3유로는 흐름 소통되지 않으며, 냉방시에는 제3유로가 흐름 소통되고 상기 제1유로는 흐름 소통되지 않을 수 있다.
또한, 상기 제1유로에는, 냉매의 소통을 개폐하는 제1밸브; 및 상기 제3유로에는, 냉매의 소통을 개폐하는 제3밸브; 를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제1밸브와 제3밸브를 제어하며, 난방시에는 상기 재활용 증발기로 유입되는 냉매가 상기 제1유로를 통해서 유입되도록 상기 제1밸브와 상기 제3밸브를 각각 제어하고, 냉방시에는 상기 재활용 증발기로 유입되는 냉매가 상기 제3유로를 통해서 유입되도록 상기 제1밸브와 상기 제3밸브를 각각 제어할 수 있다.
본 난방시스템 및 냉난방시스템에 따르면, 압축기로 유입될 냉매를 재사용하도록 함으로써, 냉매의 증발조건을 획기적으로 개선하여 냉매 순환을 원활하게 하여, 난방시 효율을 극대화시킬 뿐만 아니라 난방시 가동 조건이 열악한 환경에서도 사용이 가능하도록 하고, 난방 운전시 제상 운전을 없애고 또한 압축기의 부하를 감소시키고 증발기에 장착되는 팬의 용량을 감소시킴으로써, 에너지 절감효과를 극대화할 수 있도록 한다.
본 발명의 냉난방시스템 및 난방시스템은, 난방 또는 냉방시 발생되는 냉매의 잔열을 증발기에서 활용하도록 함으로써, 난방운전시에는 증발기에 성애가 발생하지 않도록 하고, 압축기로 유입되는 냉매의 온도를 거의 일정하게 유지시키도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 난방시스템의 냉매사이클의 구성도이며, 도 1에는 냉매의 흐름을 나타내기 위한 표시들 f1 내지 f14가 표시되어 있다. 상기 난방시스템은 난방장치로도 표현할 수 있으며, 여기에서는 편의상 난방시스템으로만 표현하기로 한다.
본 난방시스템(1)은, 압축기(10), 응축기(20), 재활용 증발기(Recycle Evaporator: 이하, "RE"라고 함)(40), 증발기(50), 및 모세관(60)을 포함하며, RE(40)와 증발기(50)는 열교환을 하도록 열적으로 서로 결합 되어 있다.
여기서, 압축기(10)는 기체 상태의 냉매를 압축하여 토출(또는 유출)하며, 응축기(20)는 압축기(10)가 토출한 냉매을 유입받아 유입한 냉매와 주위 공기 간에 열교환을 시키며, RE(40)는 응축기(20)가 토출하는 냉매의 열을 재활용하기 위해서 증발기(50)의 냉매와 열교환을 하며, 모세관(60)은 RE(40)가 토출하는 냉매를 저온저압의 액체 상태로 변환시키며, 증발기(50)는 모세관(60)이 토출한 냉매를 유입받아서 외부공기와 열교환하며 그리고 상기 RE(40)의 냉매와 열교환을 한다.
RE(40)와 증발기(50)가 열적으로 서로 결합되어 있다는 의미는 상호간에 열을 교환할 수 있는 구조로 서로 배치되거나 구성되어 있음을 의미하며, 이하의 실시예들에서도 같은 의미로 사용된다.
이제 이들 구성요소들에 대하여 보다 상세히 설명한다.
압축기(10)는, 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온고압의 기체냉매를 토출한다. 이때, 기체냉매의 온도는 약 70 내지 100℃에 이른다. 토출된 냉매는 응축기로 제공되는데 통상 냉방시스템에서는 실외기가 응축기로 작용하고 난방 시스템에서는 실내기가 응축기로서 작용한다. 따라서, 압축기(10)가 토출하는 기체냉매는 냉방 시스템에서는 실외기로 제공되고, 난방 시스템에서는 실내기로 제공된다.
상술한 바와 같이 난방시 실내기가 응축기(20)로서 동작하며, 응축기(20)는 압축기(10)가 토출한 고온고압의 기체냉매를 유입받고, 유입받은 냉매를 실내공기와 열교환하면서 실내공기의 온도를 상승시키며, 고온고압의 기체냉매는 약 30 내지 40℃로 온도가 낮아진다. 한편, 온도가 낮아지면서 기체냉매의 일부가 액체 상태로 변환되어 기상과 액상의 냉매가 함께 존재하며, 이렇게 기상과 액상이 함께 존재하는 냉매는 모세관(60)으로 전달될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 압축기(10)와 응축기(20)의 구조는 기존과 동일할 수 있으나, 증발기(50)의 구조는 기존과 상이할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발기(50)는 RE(40)와 열적으로 결합되어 있는 구조이다. 이제, 증발기(50)과 RE(40)가 열적으로 결합된 구조에 대하여 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발기(450)와 RE(440)의 구성도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증발기(550)와 RE(540)의 구성도이고, 그리고 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 증발기(650)와 RE(640)이 구성도이다.
도 4와 도 1을 참조하면, 증발기(450)는 냉매의 이동경로를 제공하는 제1경로부(451)를 포함하며, 제1경로부(451)는 모세관(60)으로부터 냉매를 유입받는 제1유입단(453)과 냉매를 압축기(10) 측으로 유출하는 제1유출단(455)을 포함한다. RE(440)는 제2경로부(441)를 포함하며, 제2경로부(441)는 응축기(20)로부터 냉매를 유입받는 제2유입단(443)과 냉매를 모세관(60) 측으로 유출하는 제2유출단(445)을 포함한다.
도 4를 참조하면 알 수 있듯이, 제1경로부(451)를 따라 이동하는 냉매와 제2경로부(441)를 따라 이동하는 냉매간에 서로 열적 교환이 이루어지도록, 제1경로부(451)와 제2경로부(441)가 서로 열적으로 결합되어 있다.
도 5와 도 1을 참조하면, 증발기(550)는 냉매의 이동 경로를 제공하고 외부의 공기와 열적교환이 이루어지는 제1경로부(551)를 포함하며, 제1경로부(551)는 모세관(60)으로부터 냉매를 유입받는 제1유입단(553)과 냉매를 압축기(10) 측으로 유출하는 제1유출단(555)을 가진다.
RE(540)는 냉매의 이동 경로를 제공하고 열교환이 이루어지는 제2경로부(541)를 포함하며, 제2경로부(541)는 이동응축기(20)로부터 냉매를 유입받는 제2유입단(543)과 냉매를 모세관(60) 측으로 유출하는 제2유출단(545)을 가진다.
도 5를 참조하면 알 수 있듯이, 제1경로부(551)를 따라 이동하는 냉매와 제2경로부(541)를 따라 이동하는 냉매간에 서로 열적 교환이 이루어지도록, 제1경로부(551)와 제2경로부(541)가 서로 열적으로 결합되어 있다. 본 실시예에서, 제1경로부(551)와 제2경로부(541)는, 하나의 관을 두 개의 공간으로 구획함으로써 형성되었다.
도 6과 도 1을 참조하면, 증발기(650)는 냉매의 이동경로를 제공하며 외부 공기와의 열적 교환이 이루어지는 제1경로부(651), 제1경로부(651)는 모세관(60)으로부터 냉매를 유입받는 제1유입단(653)과 냉매를 압축기(10) 측으로 유출하는 제1유출단(655)을 포함한다.
RE(640)는 냉매의 이동경로를 제공하며 열적 교환이 이루어지는 제2경로부(641)를 포함하며, 제2경로부(641)는, 응축기(20)로부터 냉매를 유입받는 제2유입단(643)과 냉매를 모세관(60) 측으로 유출하는 제2유출단(645)을 포함한다.
도 6을 참조하면 알 수 있듯이, 제1경로부(651)를 따라 이동하는 냉매와 제2경로부(641)를 따라 이동하는 냉매간에 서로 열적 교환이 이루어지도록, 제1경로부(651)와 제2경로부(641)가 서로 열적으로 결합되어 있다. 본 실시예에서는, 제2경로부(641)가 제1경로부(651)에 내삽(즉, 이중관의 형태로 형성)되어, 효과적으로 열교환이 이루어질 수 있도록 구성되어 있다.
이렇게 제1경로부와 제2경로부가 상호 열교환하므로, 도시않은 팬의 용량이나 크기가 감소되더라도 충분한 응축효과를 얻을 수 있다. 이에 따라, 팬의 용량이나 크기를 감소시켜 팬의 작동에 소요되는 에너지를 절감할 수 있다.
응축기(20)로부터의 냉매는 제2유입단(443, 543, 643)로 유입되어 제2경로부(441, 541, 641)를 이동하면서 응축된다. 이때, 제2경로부(441, 541, 641)에는 응축기(20)로부터 예를 들면 30 내지 40℃의 냉매가 직접 유입되기 때문에, 이 30 내지 40℃의 냉매로 인하여, 모세관(60)을 통과하여 증발기(50)로 유입된 냉매의 온도가 과도히 저하되지 아니한다. 상술한 바와 같이, 증발기(50)에 유입된 냉매와 RE(40)에 유입된 냉매간에 열교환이 이루어지기 때문이다.
증발기(50)의 냉매는, RE(40)유출된 냉매가 모세관(60)에서 저온저압으로 변환된 것이 증발기(50)로 유입된 것이므로, RE(40)의 냉매보다 상대적으로 저온이다. 따라서, 증발기(50)의 냉매와 RE(40)의 냉매가 열교환하면, 증발기(50)에서 증발하는 냉매를 더 활성화 시켜 냉매의 흐름을 획기적으로 개선할 수 있다.
증발기에서 증발이 이루어질 때 외부의 온도가 영하로 떨어지는 것과 같은 거친 환경에서 외기에 포함되어 있던 수분이 증발기(50)에 달라 붙어 성애가 형성될 수 있는데, 이러한 성애는 외기와의 열교환을 방해하여 냉매의 증발을 막아 냉매 흐름을 원활하게 이루어지지 못하게 하는 근본원인이 된다. 본원 발명에서는 RE(50)에 흐르는 냉매 예를 들면 30 내지 40℃의 냉매가 증발기(50)에 흐르는 냉매와의 열교환을 통하여 증발기(50)에 흐르는 냉매의 온도를 과도히 저하시키지 않으므로, 증발기(50)의 외표면에 성애가 형성되는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 본 발 명에서는 난방운전시 증발기(50)의 외표면에 성애가 생성되지 않으므로, 종래의 난방운전에서의 제상운전을 수행할 필요가 없게 된다.
한편, RE(40)와 증발기(50)의 사이에는 모세관(60)이 설치될 수 있다. 모세관(60)은 RE(40)를 통해 응축되어 유출된 냉매를 저온저압의 액체 상태로 변환시킨다. 모세관(60)을 통과한 냉매는 다시 증발기(50)로 유입되며, 상술한 바와 같이, RE(40)의 냉매와 열교환하여 온도가 올라간다. 이때, 증발기(50)의 냉매는 이미 기체 상태이고, RE(40)와의 열교환시 온도가 올라가므로, 상변화가 일어나지 아니하며, 압축기(10)로 종래보다 높은 온도의 냉매가 제공될 수 있는 것이다.
이러한 구성에 의한 난방시스템(1)이 동작하는 과정을 상세히 살펴본다.
압축기(10)에서 고온고압으로 압축된 70 내지 100℃의 기체냉매는 응축기(20)로 유입되어 실내공기와 열교환된다. 응축기(20)에서 열교환 후 30 내지 40℃의 냉매로 변환되어 RE(40)로 유입된다. RE(40)내의 냉매는 증발기(50)의 냉매와 열교환되어 온도가 소정 저하된 다음, 모세관(60)으로 제공되고, 모세관(60)에서 저온저압의 액체상태로 변환되어 증발기(50)로 유입된다. 증발기(50) 내의 기체 냉매는 상술한 바와 같이 RE(40)와의 열교환으로 인해 온도가 상승하고, 이때, RE(40)내의 냉매는 온도가 하강한다. 증발기(50)로부터 토출(또는 유출)되는 냉매는 압축기(10)로 제공된다.
이와 같이, 본 난방시스템(1)에서는 RE(40)의 냉매와 증발기(50)의 냉매간의 열교환이 이루어지고 이로 인하여 증발기(50)의 냉매의 온도가 종래의 난방시스템에서의 증발기의 냉매의 온도보다 높기 때문에, 성애가 생기지 아니하여 별도의 제 상운전을 수행할 필요가 없다. 또한, 압축기(10)로 제공되는 기체 냉매의 온도가 종래보다 높기 때문에 압축기(10)의 부하를 감소시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉난방시스템에서 난방운전시 냉매가 이동하는 방향을 표시한 냉매사이클의 구성도이다. 상기 냉난방시스템은 냉난방장치로도 표현할 수 있으며, 여기에서는 편의상 냉난방시스템으로만 표현하기로 한다. 도 2에 따른 설명에서 냉매의 유입단과 유출단 등은 난방운전시 냉매가 유입되고 유출되는 것을 기준으로 부여된 명칭이므로, 냉방운전시에는 유입단과 유출단의 역할이 상호 뒤바뀌게 된다.
본 냉난방시스템(101)은, 압축기(110), 냉방시 증발기로 동작하고 난방시 응축기로 동작하는 제1열교환기(120), 모세관(160), 냉방시 응축기로 동작하고 난방시 증발기로 동작하는 제2열교환기(150), 및 제2열교환기(150)와 열교환하는 RE(140)를 포함한다.
본 냉난방시스템(101)은, 냉방운전과 난방운전이 각각 가능하도록 4웨이밸브(115)(4-way valve), 제1 및 제2밸브(125,126), 제3 및 제4밸브(175,176), 제1 내지 제3체크밸브(181,182,183)가 장착되어 있고, 4웨이밸브(115)와, 제1 및 제2밸브(125,126), 제3 및 제4밸브(175,176)의 작동을 제어하기 위해 제어부(Vct)가 마련되어 있다. 여기서, 제1 및 제2밸브(125,126)과, 제3 및 제4밸브(175,176)는 솔레노이드 밸브를 사용하여 구성할 수 있다.
4웨이밸브(115)는, 압축기(110)의 입력단과 출력단 사이에 장착되며, 난방운전시에는 압축기(110)로부터 출력되는 고온고압의 냉매를 응축기로 작용하는 제1열교환기(120)로 전달하도록 제어되고, 냉방운전시에는 응축기로 작용하는 제2열교환기(150)로 전달하도록 제어된다.
한편, RE(140)의 유입단과 제1열교환기(120)의 일단을 연결하는 제1유로(121)와, RE(140)의 유출단과 제2열교환기(150)의 일단을 연결하는 제2유로(122)가 형성되어 있고, 제1밸브(125)는 제1유로(121)에 장착되고, 제2밸브(126)는 제2유로(122)에 장착된다.
여기서 제1 및 제2밸브(125,126)와 제1열교환기(120) 일단 사이에는, 제1유로(121)와 제2유로(122)를 연결하며, 제2유로(122)에서 제1유로(121)를 향한 방향으로만 냉매가 흐르도록 하는 제1체크밸브(181)가 장착되어 있다. 제1체크밸브(181)는, 냉방운전시에만 제2열교환기(150)로부터의 냉매를 제1열교환기(120)로 안내한다.
한편, RE(140)의 유입단과 제1밸브(125) 사이에는 RE(140)와 제1열교환기(120)의 일단을 연결하는 제3유로(171)가 설치되어 있고, RE(140)의 유출단과 압축기(110)는 제4유로(172)에 의해 연결된다.
제3유로(171)와 제4유로(172)에는 냉방운전시 턴온되는 제3 및 제4밸브(175,176)가 각각 장착되어 있다. 여기서, 제4유로(172)와 제3유로(171)에는 제4밸브(176)와 압축기(110) 사이와, 제3밸브(175)와 제1열교환기(120) 타단 사이를 연결하는 제3체크밸브(183)가 장착되어 있다. 압축기(110)에서 제1열교환기(120)를 향한 방향으로만 냉매가 이동하도록 하며, 이에 따라, 난방운전시 압축기(110)로부터의 냉매를 제1열교환기(120)로 안내한다.
한편, RE(140)와 제2열교환기(150) 사이에 설치된 모세관(160)은, 소정 간격을 두고 이격배치된 제1 및 제2모세관(161,162)으로 이루어지며, 제2모세관(162)의 양단을 연결하는 바이패스관에는 제2체크밸브(182)가 장착된다. 제2체크밸브(182)는 RE(150)에서 제1열교환기(120) 방향으로만 냉매가 이동하도록 하며, 이에 따라, 냉방운전시 제2열교환기(150)로부터의 냉매를 제1열교환기(120)로 안내한다.
이러한 구성에 의한 냉난방시스템(101)에서, 난방운전시 냉매가 이동하는 과정을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자가 난방운전을 선택하면, 제어부는 4웨이밸브(115)를 동작시켜 압축기(110)의 유출단과 제1열교환기(120)가 연결되도록 제어하고, 제1 및 제2밸브(125,126)는 턴온시켜 제1유로(121)와 제2유로(122)를 개방하는 한편, 제3 및 제4밸브(175,176)는 턴오프(턴오프시, 도면의 밸브에, "×"로 표시됨)시켜 제3유로(171)와 제4유로(172)를 폐쇄한다.
압축기(110)에서 고온고압으로 압축된 70 내지 100℃의 기체 냉매는, 제3체크밸브(183)를 통해 응축기로 작용하는 제1열교환기(120)로 유입되어 실내공기와 열교환한다. 열교환 후 30 내지 40℃의 냉매로 변환되어 제1유로(121)를 통해 RE(140)로 유입된다. RE(140)내의 냉매는 증발기로써 작용하는 제2열교환기(150)에서 흐르는 냉매와 열교환하여 온도가 소정 저하된 다음, 제1 및 제2모세관(161,162)으로 제공된다. 냉매는 제1 및 제2모세관(161,162)에서 저온저압의 상태로 변환되어 증발기로써 작용하는 제2열교환기(150)로 유입된다. 제2열교환기(150) 내의 냉매는 RE(140)와의 열교환으로 인해 온도가 상승하고, 이때, RE(140)내의 냉매는 온도가 하강한다. 이처럼, 제2열교환기(150)로부터 유출되는 냉매는 RE(140) 내의 냉매와의 열교환을 통하여 온도가 올라간 상태이므로, 제2열 교환기(150)에 성애 같은 것이 형성되지 않는다. 이후, 제2열교환기(150)로부터 유출되는 냉매는 4웨이밸브(115)를 통해 압축기(110)로 제공된다.
본 실시예에서, RE(140)에 흐르는 냉매와 제2열교환기(150)에 흐르는 냉매는 서로 열교환이 이루어질 수 있도록, RE(140)와 제2열교환기(150)는 서로 열적으로 결합되어 있으며, 예를 들면 도 4 내지 도 6과 같은 열적 구조를 취할 수 있다.
도 1을 참조하여 설명한 바와 마찬가지로, 본 냉난방시스템(101)에서 난방운전을 수행할 때는 제상운전이 필요 없으며, 압축기(110)의 부하가 작아지게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉난방시스템에서 냉방운전시 냉매가 이동하는 방향을 표시한 냉매사이클의 구성도이다.
냉방운전이 선택되면, 제어부(Vct)는 4웨이밸브(115)를 동작시켜 압축기(110)의 유출단과 응축기로써 작용하는 제2열교환기(150)가 연결되도록 제어하고, 제1 및 제2밸브(125,126)는 턴오프(턴오프시, 도면의 밸브에, "×"로 표시됨)시켜 제1유로(121)와 제2유로(122)를 폐쇄하는 한편, 제3 및 제4밸브(175,176)는 턴오프시켜 제3유로(171)와 제4유로(172)를 개방한다.
압축기(110)에서 고온고압으로 압축된 냉매는 응축기로써 작용하는 제2열교환기(150)로 제공되고, 제2열교환기(150)에서의 냉매는 외부공기와 열교환되고, RE(140)에 흐르는 냉매와도 열교환되며, 이렇게 열교환된 제2열교환기(150)의 냉매는, 모세관(161)과 제2체크밸브(182) 및 제1체크밸브(181)를 통과한 후 제1열교환기(120)로 제공된다. 이때, 제2체크밸브(182)와 제2모세관(162)이 평행하게 배치되어 있으나, 제2모세관(162)의 관의 직경이 작아 저항이 크기 때문에, 거의 대부분의 냉매가 제1모세관(161)을 통해 제2체크밸브(182)로 전달된다. 제1열교환기(120)에서는 실내공기와 응축된 냉매가 열교환되고, 실내공기는 냉각되고 냉매의 온도는 상승된다. 온도가 상승된 냉매는 제3유로(171)를 통해 RE(140)로 제공된다.
RE(140)의 냉매는 제2열교환기(150)와의 열교환을 통해 온도가 상승하고, 이로써 제2열교환기(150)의 냉매는 온도가 저하된다. RE(140)로부터의 냉매는 제4유로(172)를 따라 압축기(110)로 제공된다. 이에 따라, RE(140)의 내부를 이동하는 냉매와의 열교환에 의해, 응축기로 동작하는 제2열교환기(150)의 냉매는 냉각되어 증발기로 동작하는 제1열교환기(120)로 제공되므로, 냉방효율을 향상시킬 수 있고, RE(140)의 냉매는 온도가 상승되어 압축기(110)로 제공되므로 압축기(110)의 부하를 감소시킬 수 있다.
상술한 실시예들에서, 체크밸브들 대신에 밸브들이 사용될 수 있으며, RE와 증발기 간의 열적 결합 구조는 위의 실시예들의 구조에 한정되지 않으며, 어떤 임의의 구조의 열적 결합구조라도 본원 발명에 사용가능하다. 또한, 밸브들을 제어부(Vct)가 일괄적으로 제어하는 것으로 설명하였지만, 각각의 밸브마다 별도로 제어부가 있어도 무방하며, 전자 제어가 아닌 수동으로 제어하는 방법을 사용하더라도 본원 발명의 범위에 포함됨은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 난방시스템의 냉매사이클 구성도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉난방시스템에서 난방운전시 냉매가 이동하는 방향을 표시한 냉매사이클 구성도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉난방시스템에서 냉방운전시 냉매가 이동하는 방향을 표시한 냉매사이클 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발기(450)와 RE(440)의 구성도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증발기(550)와 RE(540)의 구성도, 그리고
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 증발기(650)와 RE(640)이 구성도이다.

Claims (15)

  1. 삭제
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  5. 냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축하는 압축기, 난방시 응축기로 작용하고 냉방시 증발기로 작용하는 제1열교환기, 난방시 증발기로 작용하고 냉방시 응축기로 작용하는 제2열교환기, 난방시는 상기 압축기로부터 유출되는 냉매를 상기 제1열교환기 쪽으로 흐르도록 냉매의 흐름을 개폐하고 그리고 상기 제2열교환기로부터 유출된 냉매는 상기 압축기 쪽으로 유입되도록 냉매의 흐름을 개폐하며, 냉방시는 상기 압축기로부터 유출되는 냉매를 상기 제2열교환기 쪽으로 흐르도록 냉매의 흐름을 개폐하고, 상기 제1열교환기로부터 유출되는 냉매는 상기 압축기 쪽으로 유입되도록 냉매의 흐름을 개폐하는 4웨이밸브를 포함하는 냉난방 장치에 있어서,
    상기 제1열교환기로부터 유출되는 냉매를 유입 받아 열교환을 하는 재활용 증발기; 와, 상기 4웨이밸브의 개폐를 제어하는 제어부; 와 냉방시, 상기 제2열교환기로부터 유출되는 냉매를 유입받아 저온 저압의 냉매로 변환시키고, 상기 제1열교환기 쪽으로 냉매를 유출하는 모세관;을 더 포함하며,
    상기 재활용 증발기의 냉매는 상기 제2열교환기의 냉매와 열교환하도록, 상기 재활용 증발기와 상기 제2열교환기가 열적으로 결합되고,
    상기 재활용 증발기는, 냉매의 흐름 경로를 제공하는 제2경로부를 포함하며, 상기 제2경로부는 냉매를 유입받는 제2유입단과 유입받은 냉매를 유출하는 제2유출단을 가지며,
    상기 제2유입단은 상기 제1열교환기로부터 냉매를 유입 받고, 상기 제2유출단은 유입받은 냉매를 상기 압축기 쪽으로 유출하는 것을 특징으로 하는 재활용 열교환을 이용한 냉난방 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제5항에 있어서,
    난방시, 상기 모세관은
    상기 재활용 증발기로부터 유출되는 냉매를 유입 받아 저온 저압의 냉매로 변환시키고, 상기 제2열교환기 쪽으로 냉매를 유출하며, 또한 상기 제2유입단은 상기 제1열교환기로부터 냉매를 유입받고, 상기 제2유출단은 상기 모세관 쪽으로 냉매를 유출하는 것을 특징으로 하는 재활용 열교환을 이용한 냉난방 장치.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 재활용 증발기로부터 유출되는 냉매와 상기 4웨이밸브간에 냉매가 흐를 수 있도록 경로를 제공하는 제4유로;
    상기 재활용 증발기로부터 유출되는 냉매와 상기 제2열교환기간에 냉매가 흐를 수 있도록 경로를 제공하는 제2유로;를 더 포함하며
    난방시에는 상기 제2유로가 흐름 소통되고 제4유로는 흐름 소통되지 않으며, 냉방시에는 제4유로가 흐름 소통되고 상기 제2유로는 흐름 소통되지 않는 것을 특징으로 하는 재활용 열교환을 이용한 냉난방 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제4유로에는, 냉매 흐름의 소통을 개폐하는 제4밸브; 및
    상기 제2유로에는, 냉매 흐름의 소통을 개폐하는 제2밸브;를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제2밸브와 제4밸브를 제어하며, 난방시에는 상기 재활용 증발기로부터 유출되는 냉매가 상기 제2열교환기쪽으로 흐르도록 상기 제2밸브와 제4밸브를 각각 제어하고, 냉방시에는 상기 재활용 증발기로부터 유출되는 냉매가 상기 4웨이밸브로 흐르도록 상기 제2밸브와 상기 4밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 재활용 열교환을 이용한 냉난방 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2밸브와 상기 제2열교환기 사이에는 상기 모세관이 위치된 것을 특징으로 하는 재활용 열교환을 이용한 냉난방 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 재활용 증발기와 상기 제1열교환기에 냉매가 흐를 수 있도록 경로를 제공하는 제1유로;
    상기 재활용 증발기와 상기 제1열교환기에 냉매가 흐를 수 있도록 경로를 제공하는 제3유로;를 더 포함하며,
    난방시에는 상기 제1유로가 흐름 소통되고 제3유로는 흐름 소통되지 않으며, 냉방시에는 제3유로가 흐름 소통되고 상기 제1유로는 흐름 소통되지 않는 것을 특징으로 하는 재활용 열교환을 이용한 냉난방 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1유로에는, 냉매의 소통을 개폐하는 제1밸브; 및
    상기 제3유로에는, 냉매의 소통을 개폐하는 제3밸브; 를 더 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 제1밸브와 제3밸브를 제어하며, 난방시에는 상기 재활용 증발기로 유입되는 냉매가 상기 제1유로를 통해서 유입되도록 상기 제1밸브와 상기 제3밸브를 각각 제어하고, 냉방시에는 상기 재활용 증발기로 유입되는 냉매가 상기 제3유로를 통해서 유입되도록 상기 제1밸브와 상기 제3밸브를 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 재활용 열교환을 이용한 냉난방 장치.
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