KR100901726B1 - 에너지절약형 냉난방장치를 갖는 히트펌프식 항온항습기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에너지절약형 냉난방장치를 갖는 히트펌프식 항온항습기에 관한 것으로, 압축기, 실내측 열교환기, 팽창기 및 실외측 열교환기를 갖추어 사용자의 선택에 따라 냉매를 미리 결정된 경로를 따라 순환시키도록 구성된 냉난방장치에 있어서, 냉방을 위한 냉매의 경로는 압축기(10), 실외측 열교환기(40), 팽창기(50) 및 실내측 열교환기(30)를 통해 다시 압축기(10)로 공급되는 순환 사이클을 이루도록 형성되며, 난방을 위한 냉매의 경로는 압축기(10), 실내측 열교환기(30), 보조열원에 의해 열을 발생시키는 보조열교환기(60)의 보조열원코일(64)로부터 열을 공급받는 냉매코일(62) 및 실외측 열교환기(40)를 통해 다시 압축기(10)로 공급되는 순환사이클을 이루도록 형성되고, 난방이 수행될 때 상기 압축기(10)에서 토출된 냉매의 일부가 상기 보조열교환기(60)의 냉매코일(62)을 통과한 냉매와 혼합되도록 공급됨을 특징으로 한다.

난방, 냉매, 열교환, 보조열원, 성에

Description

에너지절약형 냉난방장치를 갖는 히트펌프식 항온항습기{Heat pump type thermo - hygrostat have a Cooling and heating apparatus}

본 발명은 항온항습기의 난방이 수행될 때 팽창기에서 배출된 저온저압의 액상냉매가 실외측 열교환기와 별도로 구비되는 보조열원으로부터 열을 공급받아 증발하여 실외측 열교환기에서 성에가 발생되는 것을 방지하여 열전달 기능을 향상시켜 난방이 제대로 수행되게 한 에너지절약형 냉난방장치를 구비한 히트펌프식 항온항습기에 관한 것이다.

일반적으로 항온항습기는 외기 온/습도 변화에 관계없이 실내의 온/습도 조건을 항상 일정하게 유지, 제어하는 장치인 것으로, 온/습도에 민감한 전산시스템이나 전산실, 통신실, 정밀측정실, 문서보관실, 지적서고 등 전산시스템장치의 장애발생을 방지하기 위하여 이러한 실내는 일정한 온/습도의 범위를 유지하는 것이 중요하며, 또한 반도체, 전자, 제약, 화학, 섬유, 제지, 펄프 등의 각종 산업제조분야에서 생산제품의 품질을 향상시키고 제품의 불량률을 방지하기 위하여 제품의 특성에 따라 생산 공장 내부를 일정한 온/습도의 범위로 유지하는 것이 중요하다.

일반적으로 종래의 항온항습기는 냉각기능으로 일반적인 압축냉동장치가 구성되어 있고 하절기에 온도보상 및 제습기능을 위하여 전기히터방식의 재열기가 구성되어 있으며, 동절기에는 실내의 적정한 습도유지를 위해 전기히터방식의 전극봉식 가습기로 구성되어 있다.

항온항습기의 사계절 운전가동상태로 보면 중간기(봄, 가을)에는 외기부하가 떨어져 냉각용량이 감소한 상태에서 냉각기능만 가동되고 운전가동비율이 적어 에너지소비가 적게 소요되며, 하절기(여름)에는 냉각기능으로 인한 외기의 잠열부하와 제습부하의 증가로 에너지소모가 많이 소요된다.

그리고 동절기(겨울)에는 영하의 외기조건으로 인하여 외기부하가 현격하게 증가하므로 가습기능 및 난방기능으로 운전가동 되는데, 난방기능으로 전기히터방식의 재열기가 가동되고 가습기능으로 전기히터방식의 가습기가 가동되어 전기에너지 소비가 현격하게 증가하여 최대의 에너지가 소비된다.

이러한 종래의 항온항습기의 단점은 우선 에너지소비가 많이 소비되어 유지관리비가 상승되는 문제점을 유발하며, 또한 전기히터방식의 전극봉식 가습기는 전기히터의 표면온도가 높아 수질속의 광물질이 변하여 스케일이 발생하여 히터가 소손되어 빈번한 서비스가 이루어져야 하고 전기합선으로 인한 위험이 상당부분 내포하고 있으며 이러한 이유로 인하여 내구성이 떨어져 동절기만 지나면 교체되는 악순환이 계속되고 있는 실정이다

일반적으로 냉매가 상변화하면서 열을 흡수하거나 배출하는 성질을 이용하여 선택된 영역 또는 물 등의 열매체의 온도를 조절하도록 구성된 냉난방장치는, 실내측 열교환기, 실외측 열교환기, 저온저압의 냉매를 흡입하고 단열상태에서 압축하여 고온고압의 냉매로 토출시키는 압축기, 고온고압의 냉매를 단열상태에서 팽창시켜 저온저압의 냉매로 배출하는 팽창기, 냉매가 소정 경로로 순환될 수 있도록 상기 실내측 열교환기, 실외측 열교환기, 압축기 및 팽창기를 연결하는 배관류, 미리 선택된 소정 위치에 설치되어 냉매의 온도 및 압력 등을 감지하는 센서류, 냉매의 유량을 조절하거나 냉매의 경로를 변화시키도록 설치되는 밸브류 및 상기 압축기와 센서류 등에 전원을 공급하고 이들 센서류로부터 정보를 제공받아 압축기 등의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 냉난방장치는 사용자의 선택에 의해 냉방 또는 난방을 수행하는바, 사용자가 냉방을 선택하면 냉매는 증발→압축→응축→팽창→증발의 과정(냉동사이클)을 순환하며, 사용자가 난방을 선택하면 냉매는 증발→팽창→응축→압축→증발(히트펌프사이클)의 과정을 순환한다.

보다 상세하게 설명하면, 냉방의 경우, 저온저압의 액상냉매가 실내측 열교환기를 통과할 때 주변의 열을 빼앗으면서 증발하여 압축기로 배출되며, 압축기로 유입된 저온저압의 기상냉매는 고온고압의 기상 냉매로 압축되어 토출된다. 계속하여, 고온고압의 기상냉매가 실외측 열교환기를 통과할 때 주변에 열을 배출하면서 응축하여 팽창기로 배출되며, 팽창기로 유입된 고온고압의 액상냉매는 저온저압의 액상냉매로 팽창되어 배출되고, 이렇게 팽창기에서 배출된 저온저압의 액상냉매가 다시 실내측 열교환기로 유입되는 순환 사이클을 이룬다.

다음에, 난방의 경우, 고온고압의 기상냉매가 실내측 열교환기를 통과할 때 주변에 열을 배출하면서 응축하여 팽창기로 배출되며, 팽창기로 유입된 고온고압의 액상냉매는 저온 저압의 액상 냉매로 팽창되어 배출된다. 계속하여, 저온저압의 액상냉매가 실외측 열교환기를 통과할 때 주변의 열을 빼앗으면서 증발하여 압축기로 배출되며, 압축기로 유입된 저온저압의 기상냉매는 고온고압의 기상냉매로 압축되어 토출되고, 이렇게 압축기에서 토출된 고온고압의 기상냉매가 다시 실내측 열교환기로 유입되는 순환 사이클을 이룬다.

이와 같은 구조의 냉난방장치는 냉매의 순환 방향을 바꾸는 간단한 구성에 의해 실내측 열교환기가 응축기 또는 증발기의 기능을 수행하는 매우 경제적인 방식이다.

그럼에도 불구하고 이러한 냉난방장치가 널리 보급되지 않았던 이유는 실외측 열교환기가 위치되는 실외의 겨울철 온도 변화가 심하기 때문인데, 겨울철 난방이 수행되는 경우, 실외측 열교환기에서 열을 흡수할 때 대기로부터 열을 공급받기 때문에 공기 중의 수분이 실외측 열교환기의 표면에 얼어붙어 성에가 발생된다. 이렇게 실외측 열교환기에 성에가 발생되면 열전달 기능을 저하시켜 난방이 제대로 수행되지 않는 문제점을 갖는다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 난방이 수행될 때 팽창기에서 배출된 저온저압의 액상냉매가 실외측 열교환기와 별도로 구비되는 보조열원으로부터 열을 공급받아 증발하여 실외측 열교환기에서 성에가 발생되는 것을 방지함으로써, 난방효율을 향상시키도록 한 에너지절약형 냉난방장치를 구비한 히트펌프식 항온항습기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 발명은, 실내의 온도 조건을 항상 일정하게 유지, 제어하는 압축기, 실내측 열교환기, 팽창기 및 실외측 열교환기를 갖추어 사용자의 선택에 따라 냉매를 미리 결정된 경로를 따라 순환시키도록 하는 냉난방장치를 갖는 히트펌프식 항온항습기에 있어서,
냉방을 위한 냉매의 경로는 압축기(10), 실외측 열교환기(40), 팽창기(50) 및 실내측 열교환기(30)를 통해 다시 압축기(10)로 공급되는 순환 사이클을 이루도록 형성되며, 난방을 위한 냉매의 경로는 압축기(10), 실내측 열교환기(30), 보조열원에 의해 열을 발생시키는 보조열교환기(60)의 보조열원코일(64)로부터 열을 공급받는 냉매코일(62) 및 실외측 열교환기(40)를 통해 다시 압축기(10)로 공급되는 순환사이클을 이루도록 형성되고, 난방이 수행될 때 상기 압축기(10)에서 토출된 냉매의 일부가 상기 보조열교환기(60)의 냉매코일(62)을 통과한 냉매와 혼합되어 실외측 열교환기(40)로 공급되고, 상기 실외측 열교환기(40)에서 배출된 냉매는 상기 팽창기(50)를 통과하는 냉매와 간접 열교환된 후 열교환기(80)의 제1 코일(82)을 통해 압축기(10)에 공급되며, 상기 실내측 열교환기(30)에서 배출된 냉매는 상기 열교환기(80)의 제1 코일(82)을 통과하는 냉매와 간접 열교환되도록 제2코일(84)을 통과한 후 팽창기(50)에 공급되고, 상기 냉매코일(62)에서 배출된 냉매의 온도·압력이 미리 설정된 값보다 크면, 상기 실외측 열교환기(40)로 유입되던 냉매가 제3 및 제4 연결배관(93,94)을 통하여 팽창기(50)로 들어가 그 팽창기(50)에서 열 교환된 후 열교환기(80)의 제1 코일(82)을 통해 압축기(10)에 공급됨을 특징으로 하는 에너지절약형 냉난방장치를 갖는 히트펌프식 항온항습기 마련함에 의한다.

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상술한 바와 같은 본 발명에 따른 에너지절약형 냉난방장치를 갖는 히트펌프식 항온항습기에 의하면, 팽창기에서 배출된 저온저압의 냉매가 보조열원코일에서 발생된 열을 흡수하면서 1차로 증발한 후 실외측 열교환기에서 실외 공기의 열을 흡수하면서 2차로 증발함으로써 공기 중의 수분이 실외측 열교환기의 표면에 얼어붙어 성에가 발생하는 것을 방지하고 열전달 기능을 유지시켜 난방이 최적의 상태에서 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 압축기에서 토출된 고온고압의 냉매 중 일부가 보조열교환기를 통과한 냉매와 혼합되게 함으로써 차가운 냉매에 의해 실외측 열교환기의 표면에서 성에가 발생하는 것을 방지하는데 매우 효과적이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명의 항온항습기는 통상의 것으로서, 실내의 습도를 조절하는 가습기가 있고, 또 실내의 온도 및 습도를 감지하는 각각의 센서가 있으며, 그 각 센서들의 감지에 따라 해당 장치(냉난방장치. 가습기)를 작동시키는 제어부가 있는데, 그들의 구체적인 설명은 생략하기로 하고, 하기에서는 본 발명의 요지인 히트펌프식 항온항습기에서의 에너지절약형 냉난방장치에 대하여 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 히트펌프식 항온항습기 냉난방장치를 나타낸 회로도이다.

압축기(10)는 흡입배관(12)을 통해 흡입된 저온저압의 냉매를 단열상태에서 고온고압의 냉매로 압축하여 토출배관(14)을 통해 토출시키며, 상기 토출배관(14)에는 냉매의 상태, 즉 온도 및/또는 압력을 감지하여 그 값에 대응하는 전기적인 신호를 발생시켜 미도시된 제어부에 전송하도록 구성된 제1 센서(16)가 설치된다.

사방변(20)은 사용자의 선택에 의해 상기 흡입배관(12)과 토출배관(14)을 제1 배관(22)과 제2 배관(24)에 연결시킨다. 이때, 상기 사방변(20)은 사용자가 냉방을 선택하면 흡입배관(12)과 제2 배관(24) 및 토출배관(14)과 제1 배관(22)을 각각 연결시키도록 냉매유로를 형성시키며(도2 참조), 사용자가 난방을 선택하면 흡입배관(12)과 제1 배관(22) 및 토출배관(14)과 제2 배관(24)을 각각 연결시키도록 냉매유로를 형성시킨다(도3 및 도4 참조).

실내측 열교환기(30)는 냉방이 선택되면 저온저압의 액체 냉매가 유입되어 주변의 열을 흡수하면서 증발하여 저온저압의 기체 냉매로 배출시키며, 난방이 선택되면 고온고압의 기체 냉매가 유입되어 주변에 열을 배출하면서 응축하여 고온고압의 액체 냉매로 배출시키는 기능을 한다.

상기 실내측 열교환기(30)는 냉매의 유입 및 배출을 위한 제1 실내배관(34)과 제2 실내배관(36)을 가지며, 상기 제2 실내배관(36)은 제2 배관(24)을 통해 사방변(20)에 연결된다. 상기 실내측 열교환기(30)는 모터(31)에 의해 회전되는 팬(32)에 의해 실내 공기가 통과하면서 실내측 열교환기(30)의 냉매와 열교환되는 구조를 갖거나, 실내측 열교환기(30)의 냉매와 간접 열교환되도록 물을 순환시키는 수배관(70)이 설치될 수 있다.

그리고, 상기 제1 실내배관(34)은 실내입구배관(39)과 제2 코일입구배관(87)에 연결되는바, 상기 실내입구배관(39)은 냉매유로를 개폐시키기 위한 밸브(39a)를 갖추어 팽창기(50)의 팽창기출구배관(54)에 연결되며, 제2 코일입구배관(87)은 냉매유로를 개폐시키기 위한 밸브(87a)를 갖추어 열교환기(80)의 제2 코일(84)에 연결된다.

상기 열교환기(80)는 서로 간접 열교환하는 제1 코일(82)과 제2 코일(84)을 갖는다. 상기 제1 코일(82)은 제1 코일입구배관(85)을 통해 냉매를 공급받고, 상기 제1 배관(22)에 연결되며 냉매유로를 개폐시키는 밸브(86a)를 갖는 제1 코일출구배관(86)을 통해 냉매를 배출시킨다. 상기 제2 코일(84)은 상기 제2 코일입구배관(87)을 통해 냉매를 공급받고, 냉매유로를 개폐시키는 밸브(88a)를 갖는 제2 코 일출구배관(88)을 통해 냉매를 배출시킨다.

상기 팽창기(50)는 모세관 구조를 가지며 상기 제2 코일출구배관(88)을 통해 냉매를 공급받는 팽창기입구배관(52)과 냉매를 배출시키는 팽창기출구배관(54)을 갖는다.

상기 팽창기출구배관(54)은 냉방 또는 난방의 선택에 따라 냉매를 상기 실내입구배관(39)을 통해 배출시키거나 보조열교환기(60)의 냉매코일(62)에 연결된 보조입구배관(68)을 통해 배출시키도록 연결된다. 또한, 상기 팽창기출구배관(54)은 상기 압축기(10)에서 토출된 냉매의 상태에 따라 일부의 냉매를 압축기(10)의 흡입배관(12)으로 공급하도록 연결된 바이패스배관(56)을 갖는다. 이때, 상기 보조입구배관(68)은 냉매유로를 개폐시키기 위한 밸브(68a)를 가지며, 상기 바이패스배관(56)은 냉매유로의 개폐 및 그 개도를 조절하기 위한 유량조절밸브(56a)를 갖는다.

상기 보조열교환기(60)는 냉매가 통과되는 냉매코일(62)과, 이 냉매코일(62)을 통과하는 냉매에 열을 가하도록 구성된 보조열원코일(64)을 갖는다. 이때, 상기 보조열원코일(64)은 태양열, 폐열, 전기 등으로 열을 발생시키는 다양한 형태의 보조열원에 의해 저온저압의 액상냉매를 증발시킬 수 있는 구조를 가질 수 있다. 마찬가지로, 냉매코일(62)을 통해 흐르는 냉매에 열을 가하기 위한 구성도 보조열원에 적합하도록 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 냉매코일(62)은 상기 보조입구배관(68)을 통해 유입되어 보조열원코일(64)에서 생성된 열에 의해 증발된 냉매를 배출시키기 위한 보조출구배 관(69)을 가지며, 상기 보조출구배관(69)에는 냉매의 상태, 즉 온도 및/또는 압력을 감지하여 그 값에 대응하는 전기적인 신호를 발생시켜 미도시된 제어부에 전송하도록 구성된 제2 센서(66)가 설치된다.

실외측 열교환기(40)는 냉방이 선택되면 고온고압의 기체 냉매가 유입되어 주변에 열을 배출하면서 응축하여 고온고압의 액체 냉매로 배출시키며, 난방이 선택되면 저온저압의 액체 냉매가 유입되어 주변의 열을 흡수하면서 증발하여 저온저압의 기체 냉매로 배출시키는 기능을 한다.

상기 실외측 열교환기(40)는 냉매의 유입 및 배출을 위한 실외입구배관(44)과 실외출구배관(46)을 갖는다. 그리고, 실외측 열교환기(40)는 모터(41)에 의해 회전되는 팬(42)에 의해 실외 공기가 통과하면서 실외측 열교환기(40)의 냉매와 열교환되는 구조를 갖는다.

상기 실외입구배관(44)은 제1 실외입구분지관(48) 또는 제2 실외입구분지관(49)을 통해 냉매를 공급받도록 연결되며, 상기 제1 실외입구분지관(48)은 냉매유로를 개폐시키는 밸브(48a)를 갖추어 상기 제1 배관(22)과 제1 코일출구배관(86)의 연결부위에 접속되며, 상기 제2 실외입구분지관(49)은 냉매유로를 개폐시키는 밸브(49a)를 갖추어 제1 연결배관(91)과 제2 연결배관(92)에 연결된다.

또한, 상기 제1 연결배관(91)은 냉매유로의 개폐 및 그 개도를 조절하기 위한 유량조절밸브(91a)를 갖추어 상기 제2 배관(24)과 제2 실내배관(36)의 연결부위에 접속되며, 상기 제2 연결배관(92)은 상기 보조열교환기(60)의 보조출구배관(69)에 연결된다.

상기 실외출구배관(46)은 밸브(95a)를 갖는 제5 연결배관(95) 또는 밸브(96a)를 갖는 제6 연결배관(96)을 통해 냉매를 배출시키도록 연결되며, 상기 제5 연결배관(95)은 제4 연결배관(94)을 통해 팽창기(50)를 통과하는 냉매와 열교환하도록 연결되며, 이렇게 제4 연결배관(94)을 통해 팽창기(50)를 통과하는 냉매와 열교환한 냉매는 상기 제1 코일입구배관(85)을 통해 열교환기(80)의 제1 코일(82)에 공급되도록 구성된다.

또한, 상기 보조출구배관(69)과 제2 연결배관(92)의 연결부위 및 상기 제4 연결배관(94)과 제5 연결배관(95)의 연결부위가 밸브(93a)를 갖춘 제3 연결배관(93)에 의해 연결된 구성을 갖는다.

그리고, 미도시된 상기 제어부는 압축기, 미리 선택된 소정 위치에 설치되어 냉매의 온도 및 압력 등을 감지하는 센서류, 냉매의 유량을 조절하거나 냉매의 경로를 변화시키도록 설치되는 밸브류 및 모터 등에 전원을 공급하고 이들 센서류로부터 정보를 제공받아 압축기, 밸브류 및 모터 등의 동작을 제어하도록 미리 프로그래밍된다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 냉난방장치는 사용자의 선택에 따라 냉방 또는 난방을 수행하도록 작동된다.
먼저, 사용자가 냉방을 선택하면, 도2에 도시된 것처럼, 사방변(20)이 동작하여 흡입배관(12)과 제2 배관(24) 및 토출배관(14)과 제1 배관(22)을 각각 연결시키도록 냉매유로를 형성시킨다.
압축기(10)로 공급되어 압축된 후 토출된 냉매는 토출배관(14), 사방변(20)을 통해 제1 배관(22)으로 공급된다.
계속하여, 상기 제1 배관(22)의 냉매는 제1 실외입구분지관(48)과 실외입구배관(44)을 통해 실외측 열교환기(40)로 공급된다. 이와 같은 냉매의 경로 형성을 위하여, 제1 실외입구분지관(48)의 밸브(48a)는 개방되고 제1 코일출구배관(86)의 밸브(86a)와 제2 실외입구분지관(49)의 밸브(49a)는 폐쇄된다.
상기 실외측 열교환기(40)로 공급된 고온고압의 기체 냉매는 실외의 공기에 열을 방출하면서 응축되어 실외출구배관(46)을 통해 고온고압의 액체 냉매로 배출된다.
계속하여, 상기 실외축구배관(46)의 냉매는 제6 연결배관(96)과 팽창기입구배관(52)을 통해 팽창기(50)로 공급된다. 이와 같은 냉매의 경로 형성을 위하여, 제6 연결배관(96)의 밸브(96a)는 개방되고 제5 연결배관(95)의 밸브(95a)와 제2 코일출구배관(88)의 밸브(88a)는 폐쇄된다.
상기 팽창기(50)에 공급된 냉매는 저온저압으로 팽창하여 팽창기출구배관(54), 실내입구배관(39) 및 제1 실내배관(34)을 통해 실내측 열교환기(30)로 공급된다. 이와 같은 냉매의 경로 형성을 위하여, 실내입구배관(39)의 밸브(39a)는 개방되고 보조입구배관(68)의 밸브(68a), 제2 코일입구배관(87)의 밸브(87a)는 폐쇄된다. 이때, 상기 팽창기출구배관(54)과 압축기(10)의 흡입배관(12)을 연결시키도록 구성된 바이패스배관(56)의 유량조절밸브(56a)는 닫혀진 상태이며, 상기 압축기(10)에서 토출된 냉매의 온도 및/또는 압력이 미리 설정된 온도 및/또는 압력에 비하여 크게 형성될 때 상기 유량조절밸브(56a)가 약간 열려 팽창기(50)에서 배출된 저온저압의 냉매를 압축기(10)에 공급함으로써 압축기(10)가 과열에 의해 손상되는 것을 방지함은 물론 냉매사이클을 보다 안정적으로 운용할 수 있다.
상기 실내측 열교환기(30)에 공급된 냉매는 실내 공기 및/또는 수배관을 따라 순환하는 물로부터 열을 흡수하면서 증발되어 제2 실내배관(36)을 통해 배출된다.
계속하여, 상기 제2 실내배관(36)의 냉매는 제2 배관(24), 사방변(20) 및 흡입배관(12)을 통해 다시 압축기(10)로 공급되는 순환사이클을 이룬다. 이때, 제1 연결배관(91)의 유량조절밸브(91a)는 폐쇄된 상태이다.
다음, 사용자가 난방을 선택하면, 도3에 도시된 것처럼, 사방변(20)이 동작하여 흡입배관(12)과 제1 배관(22) 및 토출배관(14)과 제2 배관(24)을 각각 연결시키도록 냉매유로를 형성시킨다
압축기(10)로 공급되어 압축된 후 토출배관(14)을 통해 토출된 냉매는 사방변(20)을 통해 제2 배관(24)으로 공급된다.
상기 제2 배관(24)의 냉매는 제2 실내배관(36)을 통해 실내측 열교환기(30)에 공급된다. 이때, 제1 연결배관(91)의 유량조절밸브(91a)를 약간 개방시켜 제2 배관(24)의 냉매중 일부, 예컨대 약 10% 정도의 냉매를 제1 연결배관(91)으로 흘려보낸다.
상기 실내측 열교환기(30)에 공급된 고온고압의 기체 냉매는 실내 공기 및/또는 수배관을 따라 순환하는 물에 열을 배출하면서 응축되어 제1 실내배관(34)을 통해 배출된다.
그리고, 상기 제1 실내배관(34)의 냉매는 제2 코일입구배관(87)을 통해 열교환기(80)의 제2 코일(84)에 공급되어 제1 코일(82)의 냉매와 열교환한 후 제2 코일출구배관(88)을 통해 배출된다. 이때, 제2 코일입구배관(87)의 밸브(87a)는 개방되고 실내입구배관(39)의 밸브(39a)는 폐쇄된다.
계속하여, 상기 제2 코일출구배관(88)의 냉매는 팽창기입구배관(52)을 통해 팽창기(50)로 공급되어 팽창된 후 팽창기출구배관(54)을 통해 배출된다. 이때, 제2 코일출구배관(88)의 밸브(88a)는 개방되고, 제6 연결배관(96)의 밸브(96a)는 폐쇄된다.
상기 팽창기출구배관(54)의 냉매는 보조입구배관(68)을 통해 보조열교환기(60)의 냉매코일(62)에 공급된다. 이때, 상기 보조입구배관(68)의 밸브(68a)는 개방된다. 그리고, 상기 팽창기출구배관(54)과 압축기(10)의 흡입배관(12)을 연결시키도록 구성된 바이패스배관(56)의 유량조절밸브(56a)는 닫혀진 상태이며, 상기 압축기(10)에서 토출된 냉매의 온도 및/또는 압력이 미리 설정된 온도 및/또는 압력에 비하여 크게 형성될 때 상기 유량조절밸브(56a)가 약간 열려 팽창기(50)에서 배출된 저온저압의 냉매를 압축기(10)에 공급함으로써 압축기(10)가 과열에 의해 손상되는 것을 방지함은 물론 냉매사이클을 보다 안정적으로 운용할 수 있음은 상기 냉방의 경우와 같다.
상기 보조열교환기(60)의 냉매코일(62)에 공급된 냉매는 보조열원코일(64)에서 발생된 열을 받아 증발하며, 보조출구배관(69)을 통해 배출되어 제2 연결배관(92)에 공급된다. 이때, 제3 연결배관(93)의 밸브(93a)는 폐쇄된다.
계속하여, 상기 제2 연결배관(92)의 냉매는 상기 제1 연결배관(91)의 냉매와 혼합되어 제2 실외입구분지관(49)과 실외입구배관(44)을 통해 실외측 열교환기(40)에 공급된다. 이때, 제2 실외입구분지관(49)의 밸브(49a)는 개방되고 제1 실외입구분지관(48)의 밸브(48a)는 폐쇄된다.
상기 실외측 열교환기(40)에 공급된 저온저압의 냉매는 실외 공기의 열을 흡수하면서 증발되어 실외출구배관(46)을 통해 배출된다.
또한, 상기 실외출구배관(46)의 냉매는 제5 연결배관(95)과 제4 연결배관(94)을 통해 팽창기(50)를 통과하는 냉매와 간접 열교환되어진 후 제1 코일입구배관(85)을 통해 열교환기(80)의 제1 코일(82)에 공급된다. 이때, 제5 연결배관(95)의 밸브(95a)는 개방되고, 제3 및 제6 연결배관(93)(96)의 밸브(93a)(96a)는 폐쇄된다.
상기 열교환기(80)의 제1 코일(82)에 공급된 냉매는 제2 코일(84)의 냉매와 간접 열교환되어진 후 제1 코일출구배관(86), 제1 배관(22) 및 흡입배관(12)을 통해 다시 압축기(10)로 공급되는 순환사이클을 이룬다. 이때, 제1 코일출구배관(86)의 밸브(86a)는 개방된다.
이러한 난방이 겨울철의 저온 환경에서 수행될 때, 팽창기에서 배출된 저온저압의 냉매가 보조열원코일에서 발생된 열을 흡수하면서 1차로 증발한 후 실외측 열교환기에서 실외 공기의 열을 흡수하면서 2차로 증발하기 때문에, 팽창기에서 배출된 저온저압의 냉매가 실외측 열교환기에서만 열을 흡수하면서 증발하는 구조에 비하여 공기 중의 수분이 실외측 열교환기의 표면에 얼어붙어 성에가 발생될 가능성을 대폭 감소시키는 효과를 갖는다.
또한, 압축기에서 토출된 고온고압의 냉매 중 일부가 보조열교환기를 통과한 냉매와 혼합됨으로써 차가운 냉매에 의해 실외측 열교환기의 표면에서 성에가 발생하는 것을 방지하는데 매우 효과적이다.
특히, 보조열원코일(64)에서 충분한 열량을 공급할 수 있는 경우, 그 열량에 의해 팽창기(50)에서 배출되어 냉매코일(62)로 공급된 저온저압 액체 냉매가 충분히 증발되고, 이 상태는 보조출구배관(69)에 설치된 제2 센서(66)에서 측정될 수 있다.
이렇게 제2 센서(66)에서 측정된 냉매의 상태가 충분히 증발된 것으로 판단된 경우, 폐쇄되어 있던 제3 연결배관(93)의 밸브(93a)를 개방시키고, 개방되어 있던 제2 실외입구분지관(49)의 밸브(49a)와 제5 연결배관(95)의 밸브(95a)를 폐쇄시키면, 도4에 도시된 것처럼, 냉매코일(62)에서 배출된 냉매와 제1 연결배관(91)의 냉매가 혼합된 후 실외측 열교환기(40)를 통과하지 않고 직접 제3 연결배관(93), 제4 연결배관(94)을 통하여 팽창기(50)로 들어가 간접 열 교환된 후 제1 코일입구배관(85)을 통해 열교환기(80)의 제1 코일(82)에 공급되게 할 수 있다.

이렇게 냉매 경로를 형성시킨 경우, 냉매가 차가운 실외의 환경에 노출된 실외측 열교환기(40)를 통과하지 않기 때문에 성에를 발생시킬 염려가 없으며, 팬(42)을 회전시키기 위한 모터(41)의 가동도 불필요하다.

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도1은 본 발명의 히트펌프식 항온항습기 냉난방장치를 나타낸 회로도이고,

도2는 본 발명의 히트펌프식 항온항습기 냉난방장치가 냉방으로 작동하는 경우의 냉매 경로를 설명하기 위한 회로도이며,

도3은 본 발명의 히트펌프식 항온항습기 냉난방장치가 난방으로 작동하는 경우의 냉매 경로를 설명하기 위한 회로도이도,

도4는 도3의 상태에서 나타날 수 있는 냉매 경로의 변형 예를 나타낸 회로도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10 : 압축기 16 : 제1 센서

20 : 사방변 30 : 실내측 열교환기

31 : 모터 32 : 팬

40 : 실외측 열교환기 41 : 모터

42 : 팬 50 : 팽창기

60 : 보조열교환기 62 : 냉매코일

64 : 보조열원코일 66 : 제2 센서

70 : 수배관 80 : 열교환기

82 : 제1 코일 84 : 제2 코일

Claims (1)

1. 실내의 온도 조건을 항상 일정하게 유지, 제어하는 압축기, 실내측 열교환기, 팽창기 및 실외측 열교환기를 갖추어 사용자의 선택에 따라 냉매를 미리 결정된 경로를 따라 순환시키도록 하는 냉난방장치를 갖는 히트펌프식 항온항습기에 있어서,

   냉방을 위한 냉매의 경로는 압축기(10), 실외측 열교환기(40), 팽창기(50) 및 실내측 열교환기(30)를 통해 다시 압축기(10)로 공급되는 순환 사이클을 이루도록 형성되며, 난방을 위한 냉매의 경로는 압축기(10), 실내측 열교환기(30), 보조열원에 의해 열을 발생시키는 보조열교환기(60)의 보조열원코일(64)로부터 열을 공급받는 냉매코일(62) 및 실외측 열교환기(40)를 통해 다시 압축기(10)로 공급되는 순환사이클을 이루도록 형성되고, 난방이 수행될 때 상기 압축기(10)에서 토출된 냉매의 일부가 상기 보조열교환기(60)의 냉매코일(62)을 통과한 냉매와 혼합되어 실외측 열교환기(40)로 공급되고, 상기 실외측 열교환기(40)에서 배출된 냉매는 상기 팽창기(50)를 통과하는 냉매와 간접 열교환된 후 열교환기(80)의 제1 코일(82)을 통해 압축기(10)에 공급되며, 상기 실내측 열교환기(30)에서 배출된 냉매는 상기 열교환기(80)의 제1 코일(82)을 통과하는 냉매와 간접 열교환되도록 제2코일(84)을 통과한 후 팽창기(50)에 공급되고, 상기 냉매코일(62)에서 배출된 냉매의 온도·압력이 미리 설정된 값보다 크면, 상기 실외측 열교환기(40)로 유입되던 냉매가 제3 및 제4 연결배관(93,94)을 통하여 팽창기(50)로 들어가 그 팽창기(50)에서 열 교환된 후 열교환기(80)의 제1 코일(82)을 통해 압축기(10)에 공급됨을 특징으로 하는 에너지절약형 냉난방장치를 갖는 히트펌프식 항온항습기.

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