KR101162735B1 - 로타리형 열교환유니트와 히트펌프를 구비한 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 공기조화기는 환기시에 외부로 배출되는 실내공기와 실내로 유입되는 외부공기 사이의 열교환 효율을 높일 수 있고, 외부로 배출되기 위해 열교환 소자로 이동되는 실내공기를 이용하여 히트펌프의 작동효율을 높일 수 있으며, 실내 냉방시 증발기에서 발생하는 응결수를 이용하여 응축기를 냉각시킬 수 있고, 압축기의 습압축을 방지할 수 있다는 효과를 가진다.

공기조화기, 환기, 히트펌프, 열교환, 난방, 냉방, 온수

Description

로타리형 열교환유니트와 히트펌프를 구비한 공기조화기{Air conditioner having heat exchange unit of rotary type and heat pump}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 환기시에 외부로 배출되는 실내공기와 실내로 유입되는 외부공기 사이의 열교환 효율을 높일 수 있고, 외부로 배출되기 위해 열교환 소자로 이동되는 실내공기를 이용하여 히트펌프의 작동효율을 높일 수 있으며, 실내 냉방시 증발기에서 발생하는 응결수를 이용하여 응축기를 냉각시킬 수 있고, 압축기의 습압축을 방지할 수 있는 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로, 공기조화기는 일정한 공간을 인간이 활동하기에 알맞은 온도, 습도, 기류(氣流) 분포로 조절하고, 동시에 공기 속의 먼지 등을 제거하는 장치이다.

상기 공기조화기는 오염된 실내공기를 외부로 배출하고 신선한 외부공기를 실내로 유입시키는, 이 과정에서 실내공기와 외부공기 사이에 열교환이 이루어지도록 한다.

도 1a와 도 1b는 상기 열교환을 위해서 사용되는 열교환유니트이다.

상기 열교환유니트(10)는 열전도성 재질로 이루어진 다수의 평판이 적층된 것으로서, 실내공기가 이동하는 제1 유로(11)와, 외부공기가 이동하는 제2 유로(12)를 구비한다. 제1 유로(11)를 통하여 이동되는 실내공기는 화살표(15) 방향으로 이동되고, 제2 유로(12)를 통하여 이동되는 외부공기는 화살표(16) 방향으로 이동된다. 제1 유로(11)와 제2 유로(12)는 교대로 위치하기 때문에 제1 유로(11)를 통해서 이동하는 실내공기와 제2 유로(12)를 통해서 이동하는 외부공기 사이에는 열교환이 이루어진다.

그러나, 상기 열교환 유니트(10)는 열교환 효율이 약 70%-75%로서 낮고, 열교환 환기가 아닌 일반 환기는 불가능하다는 문제점을 가지고 있다. 또한, 상기 열교환유니트(10)는 실내공기와 외부공기에 대한 필터링 기능을 할 수 없다는 문제점도 가지고 있다. 아울러, 상기 열교환유니트(10)는 1000CMH(Cubic Meter per Hour) 이상의 대용량에서는 열교환 효율이 급격히 감소하기 때문에 적용될 수 없다는 문제점을 가지고 있다.

한편, 히트펌프는 압축기, 응축기, 증발기를 구비하는 장치로서, 실내의 냉,난방을 위해서 널리 사용되고 있다. 그런데, 겨울철에 히트펌프가 실내 난방을 위해서 사용되는 경우에 실외에 설치된 증발기가 과냉하여 서리가 발생할 수 있다. 증발기에 서리가 발생하면 냉매의 증발이 잘 이루어지지 못하기 때문에 습압축이 발생하여 압축기가 손상될 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 상기 증발기 주위에 증발기를 가열할 수 있는 별도의 히터를 설치하기도 하지만 그 설치 비용과 유지 관리 비용이 소요된다 는 문제점이 있다.

한편, 여름철에 히트펌프가 실내 냉방을 위해서 사용되는 경우에 실외에 설치된 응축기가 과열될 수 있다. 응축기가 과열되면 냉매의 응축이 잘 이루어지지 못하는 문제점이 발생한다.

본 발명은 히트펌프와 열교환유니트(70)를 결합함으로써 환기시에 외부로 배출되는 실내공기와 실내로 유입되는 외부공기 사이의 열교환 효율을 높일 수 있는 동시에 열효율을 높일 수 있고, 압축기의 습압축을 방지할 수 있는 공기조화기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 외부로 배출되기 위해 열교환 소자로 이동되는 실내공기를 이용하여 히트펌프의 작동효율을 높일 수 있는 공기조화기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 실내 냉방시 증발기에서 발생하는 응결수를 이용하여 응축기를 냉각시킬 수 있는 공기조화기를 제공하는데 있다.

삭제

본 발명에 따른 공기조화기는 실내 난방을 위해서 사용될 수 있는데, 이 경우에 상기 공기조화기는, 실내로 유입되는 외부공기(OA)와 외부로 배출되는 실내공기(RA) 사이에 열교환을 이루기 위한 열교환 유니트; 및, 외부공기(OA)가 실내공기(RA)와 열교환 유니트에서 열교환한 후 배출되는 급기(SA)를 가열하는 응축기;를 구비하고, 응축기는 냉매의 응축열을 이용하여 실내로 공급되는 급기(SA)를 가열하며, 열교환유니트는, 내부에 밀폐된 공간을 형성하는 프레임; 상기 공간에 설치되고, 소정 속도로 회전하는 휠; 휠에 설치된 열교환소자; 및, 상기 공간을 실내공기(RA)가 열교환 소자를 통하여 이동하는 제1 구역과 외부공기(OA)가 열교환 소자를 통하여 이동하는 제2 구역으로 구획할 수 있도록 설치되되, 제1 구역과 제2 구역 사이에는 공기가 이동하지 못하도록 하는 구획수단;을 포함하고, 실내공기(RA)의 통과에 의해서 가열된 제1 구역의 열교환소자가 휠의 회전에 의해서 제2 구역으로 이동하면 제2 구역의 열교환소자를 통과하는 외부공기를 가열한다.

한편, 실내 냉방을 위해서 사용되는 경우에 본 발명에 따른 공기조화기는, 실내로 유입되는 외부공기(OA)와 외부로 배출되는 실내공기(RA) 사이에 열교환을 이루기 위한 열교환 유니트; 및, 외부공기(OA)가 실내공기(RA)와 열교환 유니트에서 열교환한 후 배출되는 급기(SA)를 냉각하는 증발기;를 구비하고, 증발기는 냉매가 증발하면서 실내로 공급되는 급기(SA)를 냉각하며, 열교환유니트는, 내부에 밀폐된 공간을 형성하는 프레임; 상기 공간에 설치되고, 소정 속도로 회전하는 휠; 휠에 설치된 열교환소자; 및, 상기 공간을 실내공기(RA)가 열교환 소자를 통하여 이동하는 제1 구역과 외부공기(OA)가 열교환 소자를 통하여 이동하는 제2 구역으로 구획할 수 있도록 설치되되, 제1 구역과 제2 구역 사이에는 공기가 이동하지 못하도록 하는 구획수단;을 포함하고, 실내공기(RA)의 통과에 의해서 냉각된 제1 구역의 열교환소자가 휠의 회전에 의해서 제2 구역으로 이동하면 제2 구역의 열교환소자를 통과하는 외부공기가 냉각된다.

바람직하게, 실내 난방시에 상기 공기조화기는 열교환유니트로 공급되는 실내공기(RA)로부터 열전달을 받는 증발기를 구비한다.

바람직하게, 실내 냉방시에 상기 공기조화기는 열교환유니트로 공급되는 실내공기(RA)와 열교환을 하는 응축기를 구비한다.

여기에서, 증발기와 응축기는 히트펌프를 구성하는 요소이고, 응축기와 상기 히트펌프의 압축기 사이에는 냉매의 열을 냉수에 전달하여 온수를 만드는 열전달 수단이 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 실내 냉방시에 본 발명에 따른 공기조화기는 실내공기와 증발기의 온도 차이로 인해서 증발기에 응축된 응결수를 응축기로 공급하여 응축기의 온도를 낮출 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 공기조화기는 증발기로부터 배출된 냉매의 상태에 따라 상기 냉매를 압축기로 바로 보내거나 상기 냉매를 응축기로부터 배출된 냉매와 열교환한 후 압축기로 보낼 수 있다.

한편, 상기 열교환소자는 공기가 통과될 수 있는 작은 공극이 서로 연결된, 열보유성 재료로 이루어진 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 공기조화기는 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 히트펌프와 열교환유니트(70)를 결합함으로써 환기시에 외부로 배출되는 실내공기와 실내로 유입되는 외부공기 사이의 열교환 효율을 높일 수 있는 동시에 열효율을 높일 수 있고, 압축기의 습압축을 방지할 수 있다.

둘째, 외부로 배출되기 위해 열교환 소자로 이동되는 실내공기를 이용하여 히트펌프의 작동효율을 높일 수 있다.

셋째, 실내 냉방시 증발기에서 발생하는 응결수를 이용하여 응축기를 냉각시킬 수 있다.

삭제

이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기조화기가 난방 및 온수공급을 위해서 작동되는 것을 보여주는 구성도이다.

도면을 참조하면, 공기조화기는 히트펌프와, 열전달 수단(20)과, 열교환유니트(70)를 구비한다. 히트펌프는 압축기(30)와, 제1 열교환기(35)와, 제2 열교환기(40)를 구비한다.

압축기(30)는 냉매를 압축하여 고온, 고압으로 만든 후, 사방밸브(33)를 경 유하여 열전달 수단(20)으로 보낸다. 열전달 수단(20)에서 상기 냉매는 나선형상의 파이프(21)를 통과하면서 상기 파이프(21) 둘레에 채워진 냉수를 가열한다. 상기 냉수는 탱크(22)와 열전달 수단(20)을 순환하면서 가열되어 온수로 된다.

열전달 수단(20)을 경유한 냉매는 실내에 위치한 제1 열교환기(35)로 이동한다. 실내 난방을 위해 사용되는 경우에는 제1 열교환기(35)가 응축기로서 작동한다. 제1 열교환기(35)에서는 고온, 고압의 냉매가 응축열 발생하면서 저온, 고압의 냉매로 응축된다. 열교환유니트(70)로부터 배출된 급기(SA)가 상기 응축열에 의해서 가열되기 때문에 실내가 난방된다. 미설명 참조부호 36은 급기(SA)를 실내로 배출하기 위한 팬을 나타낸다.

제1 열교환기(즉, 응축기(35))로부터 배출된 저온, 고압의 냉매는 수액분리기(50)로 이동되거나, 압축기(30)와 연결된 배관(31)으로 이동된다.

수액분리기(50)에서 상기 냉매는 제2 열교환기(40)로부터 배출된 저온 저압의 냉매와 열교환을 하는데, 이 점은 아래에서 설명된다. 실내 난방을 위해 사용되는 경우에는 제2 열교환기(40)가 증발기로서 작동한다. 한편, 상기 배관(31)으로 이동된 냉매는 제2 열교환기(40)로부터 배출된 냉매와 합쳐져서 압축기(30)로 유입되거나, 또는 제2 열교환기(40)로부터 배출된 후 수액분리기(50)를 경유한 냉매와 합쳐져서 압축기(30)로 유입된다.

수액분리기(50)를 경유한 냉매는 제2 열교환기(40)로 이동되어 기화된다. 제2 열교환기(40)에서 상기 냉매는 주위의 열을 빼앗아 기화되는데, 열교환유니트(70)로 이동되는 실내공기(RA)가 제2 열교환기(40)와 열교환을 하기 때문에 제2 열교환기(40)는 실내공기(RA)가 가진 열에 의해서 가열된다. 따라서, 제2 열교환기(40)에서의 냉매 증발이 효과적으로 이루어질 수 있다. 상기 열교환은 팬(미도시)을 이용하여 실내공기(RA)의 일부를 제2 열교환기(40)쪽으로 공급함으로써 이루어질 수 있다. 팬을 이용하는 상기 방법에 대한 대안으로서 상기 열교환은 제2 열교환기(40)를 실내공기(RA)의 이동경로에 설치하거나 상기 이동경로에 근접하게 설치하여 실내공기(RA)의 열이 제2 열교환기(40)로 이동되도록 함으로써 이루어질 수 있다.

상기 열교환은 제2 열교환기(40)가 실외에 설치된 경우에 겨울철에 제2 열교환기(40)가 과냉하여 제2 열교환기(40) 둘레에 서리가 발생하는 것을 방지한다. 만약, 제2 열교환기(40) 둘레에 발생한 서리가 발생하면 제2 열교환기(40)와 주위와의 열교환이 차단되기 때문에 냉매 기화가 잘 이루어지지 못하게 되고 냉매 기화가 잘 이루어지지 못하면 압축기(30)에서 습압축이 일어나서 압축기(30)가 손상될 수 있다. 한편, 미설명 참조부호 41은 팽창밸브를 나타낸다.

제2 열교환기(40) 즉, 증발기(40)로부터 배출된 저온 저압의 냉매는 그 상태에 따라 삼방밸브(42)에 의해서 곧바로 압축기(30)로 이동하거나 수액분리기(50)로 이동한다. 즉, 저온 저압의 상기 냉매에 액체가 포함되어 있으면 수액분리기(50)로 이동하고, 액체가 포함되어 있지 않다면 곧바로 압축기(30)로 이동한다. 따라서, 삼방밸브(42)는 냉매의 온도 및 압력에 따라 그 작동이 조절되는 것이 바람직하다. 이 경우에는 냉매의 온도 및 압력을 감지하는 센서(미도시)와, 상기 온도 및 압력에 따라 삼방밸브(42)의 작동을 제어하는 제어부가 구비되어야 한다.

수액분리기(50)로 이동된 저온 저압의 냉매는 제1 열교환기(즉, 응축기(35))로부터 배출된 저온 고압의 냉매와 열교환을 하기 때문에 저온 저압의 냉매에 포함된 액체가 기화된다. 수액분리기(50)에서 저온 고압의 상기 냉매와 저온 저압의 상기 냉매는 서로 다른 배관 속에서 이동되기 때문에 서로 섞이지 않고 열전달만이 일어나게 된다. 상기 배관은 열전도성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 수액분리기(50)를 경유한 저온 저압의 냉매는 압축기(30)로 이동한다.

한편, 도 3a는 로타리형 열교환유니트의 휠과 열교환소자를 보여주는 사시도이고, 도 3b는 상기 열교환유니트를 보여주는 단면도이며. 도 3c는 상기 열교환유니트를 보여주는 정면도이다.

열교환유니트(70)는 내부에 밀폐된 공간을 형성하는 프레임(71)과, 상기 공간에 설치된 휠(wheel)(72)과, 휠(72)에 설치된 열교환소자(73)와, 상기 공간을 제1 구역(I)과 제2 구역(II)으로 구획하는 구획수단을 포함한다. 비록, 도면에는 도시되지 않았지만 열교환유니트(70)는 열교환소자(73)를 덮는, 그물 형상의 스크린을 더 구비할 수 있다.

프레임(71)은 실내공기(RA)가 유입되는 제1 유입구(78a)와, 실내공기가 외부로 배출되는 배기구(78b)와, 외부공기가 유입되는 제2 유입구(79a) 및, 급기(SA)가 실내로 배출되는 급기구(79b)를 구비한다. 상기 급기(SA)는 외부공기(OA)가 실내공기(RA)와 열교환한 후 실내로 공급되는 공기이다.

휠(72)은 소정 두께(D)를 가지는데, 구동모터(미도시)에 의해서 소정 속도로 회전된다. 구동모터 축(75a)의 구동력은 벨트(75b)에 의해서 휠(72)의 축(72a)에 전달된다. 휠(72)은 다수의 부분으로 구획되고 상기 각 부분은 소정 각도를 이루도록 배치되는 것이 바람직한데, 상기 각 부분에는 열전달 소자(73)가 설치된다. 휠(72)과 프레임(71) 사이의 틈은 실링부재(76)에 의해서 실링된다. 실링부재(76)는 공기(RA)(OA)가 열교환소자(73)를 통해서만 이동하도록 한다. 한편, 구동모터의 구동력이 벨트(75b)에 의해서 휠(72)의 축(72a)에 전달될 수도 있지만, 구동모터가 축(72a)에 직결되도록 설치되어 구동력을 축(72a)에 직접 전달할 수도 있다.

휠(72)은 구획수단에 의해서 실내공기(RA)가 이동하는 구역과 외부공기(OA)가 이동하는 구역으로 나누어진다. 바람직하게, 휠(72)은 구획수단에 의해서 실내공기(RA)가 이동하는 제1 구역(I)과, 외부공기(OA)가 이동하는 제2 구역(II)으로 나누어진다.

구획수단은 제1,2,3 가이드부(74a)(74b)(74c)를 구비하는데, 제1,2,3 가이드부(74a)(74b)(74c)는 함께 협력하여 그 내부에 제1 구역(I)을 형성한다. 제1,2,3 가이드부(74a)(74b)(74c)의 바깥쪽은 제2 구역(II)을 이룬다. 제1 구역(I)은 제2 구역(II)으로부터 분리되기 때문에 제1 구역(I)의 실내공기(RA)와 제2 구역(II)의 외부공기(OA)는 서로 섞이지 않는다.

제1 가이드부(74a)는 실내공기(RA)가 유입되는 유입로를 형성하고, 제2 가이드부(74b)는 제1 가이드부(74a)의 반대편에서 열교환소자(73)를 통과한 실내공기(RA)를 수용하며, 제3 가이드부(74c)는 열교환소자(73)를 통과한 실내공기(RA)가 배출되는 배출로를 형성한다. 상기 배출로에는 배출용 팬(77)이 설치되는데, 배출용 팬(77)은 유입로에 설치되거나 유입로 및 배출로 모두에 설치될 수도 있다. 한 편, 도 3b에서 외부공기(OA) 또는 급기(SA)를 위한 팬은 그 도시가 생략되었다.

열교환 소자(73)는 휠(72)에 설치된다. 휠(72)에 설치된 열교환소자(73)는 제1 구역(I)에 위치하는 경우에 실내공기(RA)에 의해 가열되는데 휠(72)의 회전에 의해서 상기 열교환소자(73)가 제2 구역(II)에 위치하게 되면 외부공기(OA)에 의해서 냉각된다. 상기 가열과 냉각은 휠(72)의 회전에 의해서 반복된다. 한편, 실내를 냉방하는 경우에는 제1 구역(I)에 위치한 열교환소자(73)는 실내공기(RA)에 의해서 냉각되고, 휠(72)의 회전에 의해서 상기 열교환소자(73)가 제2 구역(II)으로 이동되면 외부공기(OA)를 냉각시킨다.

바람직하게, 열교환소자(73)는 작은 공극이 서로 연결되어 공기가 통과할 수 있는, 열보유성 재료로 이루어진다. 열교환소자(73)는 필라멘트, 섬유, 스테이플, 와이어 또는 직물재료, 금속철사와 같은 천연재료 또는 인조재료(폴리에스테르 및 나일론) 중의 하나 또는 그 이상으로부터 제조될 수도 있다. 시중에서 용이하게 구입할 수 있는 열교환소자(73)로는 RANDOM MATRIX MEDIA(상품명)가 있다.

열교환소자(73)는, 전술한 바와 같이, 휠(72)이 회전하는 동안에 실내공기(RA)와 외부공기(OA) 사이에 열전달을 한다. 한편, 휠(72)이 회전하지 않는 경우에는 실내공기(RA)와 외부공기(OA) 사이에 열교환이 이루어지지 않는, 일반적인 환기가 이루어질 수 있다.

이러한 구성을 가지는 열교환유니트(70)는 통상 90% 이상의 열교환 효율을 가지는데, 이것은 열교환유니트(도 1의 10)의 열교환 효율인 70%-75% 보다 매우 높은 것이다.

한편, 열교환소자(73)는 먼지 등을 제거하는 필터 역할도 할 수 있다. 예를 들어, 외부공기(OA)에 포함된 먼지, 꽃가루 등은 열교환소자(73)를 통과하지 못하고 외부공기 유입구(79a) 쪽의 열교환소자(73) 측면에 걸리게 되는데, 이러한 먼지, 꽃가루 등은 실내공기(RA)가 배출되는 동안에 상기 측면으로부터 분리되어 외부로 배출될 수 있다.

도 4a는 상기 공기조화기에서 실내공기(RA) 및 외부공기(OA)가 이동하는 경로를 보여주는 정면도이고, 도 4b는 상기 공기조화기에서 실내공기(RA) 및 외부공기(OA)가 이동하는 경로를 보여주는 평면도이다.

실내 난방을 위해서 공기조화기가 작동하는 경우에 실내공기(RA)는 제1 유입구(78a)를 통하여 유입된 후, 열교환유니트(70)에서 외부공기(OA)와 열교환하여 냉각된 다음, 배기구(78b)를 통하여 외부로 배출된다. 실내공기(RA)는 제1 유입구(78a)를 통하여 유입된 후 열교환유니트(70)에 유입되기 전에 제2 열교환기(40) 즉, 증발기(40)와 열교환을 하는데, 상기 열교환에 의해서 제2 열교환기(40)가 어느 정도 가열되기 때문에 제2 열교환기(40)의 과냉과 서리를 방지할 수 있다. 한편, 팬(미도시)을 이용하여 실내공기(RA) 중의 일부를 제2 열교환기(40) 쪽으로 송풍함으로써 제2 열교환기(40)를 가열할 수도 있다.

실내 난방을 위해서 공기조화기가 작동하는 경우에 외부공기(OA)는 제2 유입구(79a)를 통하여 유입된 후, 열교환유니트(70)에서 실내공기(RA)와 열교환하여 가열되어 급기(SA)로 된다. 급기(SA)는 제1 열교환기(35) 즉, 응축기(35) 쪽으로 배출되는데, 제1 열교환기(35) 쪽으로 배출된 급기(SA)는 제1 열교환기(35)의 응축열 에 의해서 가열된 후 배기용 팬(36)에 의해서 급기구(79b)를 통하여 실내로 배출된다.

한편, 실내 냉방을 위해서 공기조화기가 작동하는 경우에는 제1 유입구(78a)를 통하여 유입된 실내공기(RA)는 제2 열교환기(40) 즉, 응축기(40)와 열교환을 하고, 열교환유니트(70)로부터 배출된 급기(SA)는 제1 열교환기(35) 즉, 증발기(35)와 열교환을 하여 냉각된다.

실내 냉방시에 상기 응축기(40)는 실내공기(RA)의 냉기를 이용하여 응축열을 어느 정도 해소할 수 있기 때문에 여름철에 응축기(40)가 과열되는 것을 방지할 수 있다. 응축기(40)와 실내공기(RA)의 상기 열교환은 실내공기(RA)의 일부를 팬(미도시)을 이용하여 응축기(40)로 송풍하거나 실내공기(RA)가 응축기(40)를 경유하도록 함으로써 이루어질 수 있다.

도 4a와 도 4b는 본 발명의 기술적 사상이 구현되는 일 실시예에 불과하고, 히트펌프의 제1 열교환기(35)를 이용하여 급기(SA)를 가열 또는 냉각시키고 외부로 배출되는 실내공기(RA)와 실내로 유입되는 외부공기(OA) 사이에 로타리형 열교환유니트(70)에 의한 열교환이 이루어지는 경우라면 본 발명의 범위에 포함된다.

한편, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기조화기가 냉방 및 온수공급을 위해서 작동되는 것을 보여주는 구성도이다. 실내 난방을 위해서 상기 공기조화기가 작동되는 경우에는 제1 열교환기(35)가 응축기로서 작동하고 제2 열교환기(40)가 증발기로서 작동하지만, 실내 냉방을 위해서 공기조화기가 작동하는 경우에는 제1 열교환기(35)가 증발기로서 작동하고 제2 열교환기(40)가 응축기로서 작 동한다.

압축기(30)에서 배출된 고온 고압의 냉매는 사방밸브(33)를 경유하여 열전달 수단(20)으로 이동한다. 열전달 수단(20)으로 이동된 냉매는 냉수를 가열한 후, 제2 열교환기(40) 즉, 응축기(40)로 이동하여 응축되어 저온 고압의 냉매가 된다. 제2 열교환기(40)는 실내공기(RA)에 의해서 어느 정도 냉각되는 것이 바람직한데, 이것은 상기 냉각에 의해서 응축이 잘 이루어질 수 있기 때문이다. 실내공기(RA)와의 이와 같은 열교환은 실내공기(RA)의 일부를 팬을 이용하여 제2 열교환기(40)쪽으로 송풍함으로써 이루어질 수 있다.

저온 저압의 상기 냉매는 제1 열교환기(35)로 이동하거나 압축기(30)와 연결된 배관(31)으로 이동된다. 제1 열교환기(35)에서 상기 냉매가 증발하면서 주위의 열을 빼앗기 때문에 열교환유니트(70)로부터 배출되는 급기(SA)를 냉각할 수 있다. 제1 열교환기(35)에 의해서 냉각된 급기(SA)는 배기용 팬(36)에 의해서 실내로 공급된다.

한편, 제1 열교환기(35)와 실내의 온도차에 의해서 제1 열교환기(35)에는 응결수가 발생할 수 있는데, 상기 응결수는 제2 열교환기(40)와 연결된 배관(37)을 통해서 제2 열교환기(40)로 보내진다. 상기 응결수는 제2 열교환기(40)를 냉각시키는 데 사용될 수 있다.

제1 열교환기(35)로부터 배출된 냉매는 압축기(30)로 이동된다. 이 때, 압축기(30)로 이동되는 도중에 배관(31)을 통하여 이동된 저온 고압의 냉매와 합쳐질 수도 있는데, 이것은 제1 열교환기(35)로부터 배출된 냉매의 온도를 올려서 히트펌 프의 작동효율을 높이기 위해서이다.

도 6은 상기 공기조화기가 온수는 공급하지 않고 실내 난방만을 위해서 작동되는 것을 보여주는 구성도이다.

압축기(30)로부터 공급된 냉매는 제1 열교환기(35)에서 응축됨으로써 실내를 난방한다. 제1 열교환기(35)에서 배출된 냉매는 제2 열교환기(40)에서 기화된 후, 사방밸브(33)와 삼방밸브(42)를 경유하여 압축기(30)에 유입된다. 이 때, 상기 냉매는 압축기(30)에 유입되기 전에 제1 열교환기(35)로부터 배출된 냉매와 합쳐져서 압축기(30)에 유입될 수도 있다.

도 7은 상기 공기조화기가 온수를 공급하지 않고 실내 냉방만을 위해서 작동되는 것을 보여주는 구성도이다.

압축기(30)로부터 공급된 냉매는 제2 열교환기(40)에서 응축된 후 제1 열교환기(35)에서 증발된다. 상기 증발에 의해서 실내 냉방이 이루어진다. 제1 열교환기(35)에서 배출된 냉매는 사방밸브(33)와 삼방밸브(42)를 경유하여 압축기(30)에 유입된다. 이 때, 상기 냉매는 압축기(30)에 유입되기 전에 제2 열교환기(40)로부터 배출된 냉매와 합쳐져서 압축기(30)에 유입될 수도 있다.

도 8은 상기 공기조화기가 환기 및 온수공급을 위해서 작동되는 것을 보여주는 구성도이다. 즉, 도 8은 실내 난방 및 실내 냉방은 이루어지지 않고 온수공급 및 실내 환기만이 이루어지는 경우를 보여준다. 이 경우에는 실내에 배치된 제1 열교환기(35)는 작동하지 않고, 휠(72)은 회전하지 않는다.

압축기(30)로부터 배출된 고온 고압의 냉매는 열전달 수단(20)에서 냉수를 가열하여 온수를 만든다. 열전달 수단(20)을 경유한 냉매는 수액 분리기(50)를 경유하여 제2 열교환기(40)로 이동한다.

이 때, 제2 열교환기(40)는 병렬로 배치된 적어도 두 개의 코일을 구비하는데, 상기 복수의 코일 중에서 어느 하나의 코일에서는 냉매 응축이 이루어지고 상기 복수의 코일 중에서 나머지 어느 하나의 코일에서는 냉매 증발이 이루어진다. 상기 코일들에서 냉매의 유입구와 배출구를 서로 바꾸면 증발기로서 작동하던 것이 응축기로 작동하거나, 응축기로서 작동하던 것이 증발기로서 작동하게 되는데, 이러한 점은 당업자에게 이미 공지인 사실이므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.

제2 열교환기(40)로 이동된 냉매는 응축되고 증발된 후 사방밸브(33)와 삼방밸브(42)를 경유하여 압축기(30)로 유입된다. 이 때, 제2 열교환기(40)로부터 배출된 냉매의 상태에 따라 수액분리기(50)를 경유할 수도 있는데, 이것은 열전달 수단(20)으로부터 배출된 냉매와 열교환하도록 함으로써 상기 냉매를 가열하기 위해서이다.

도 9는 상기 공기조화기가 환기 및 온수공급을 위해서 작동되는 것을 보여주는 구성도이다. 즉, 도 9는 실내 난방 및 실내 냉방은 이루어지지 않고 온수공급 및 실내 환기만이 이루어지는 경우를 보여준다. 이 경우에 실내에 배치된 제1 열교환기(35)는 작동하지 않고 휠(72)이 회전하지 않는 것은 도 8의 경우와 같다.

압축기(30)로부터 배출된 냉매는 열전달 수단(20)에서 냉수를 가열하여 온수를 만든 후, 제2 열교환기(40)에서 응축 및 증발된다. 제2 열교환기(40)에서 응축 및 증발이 일어나기 위한 구조는 전술한 바 있으므로 여기서는 설명을 생략하기로 한다. 상기 응축 및 증발된 냉매는 사방밸브(33)와 삼방밸브(42)를 경유하여 압축기(30)로 유입되거나, 수액분리기(50)를 경유하여 압축기(30)로 유입된다.

도 1a는 종래기술에 따른 열교환유니트를 보여주는 사시도.

도 1b는 도 1a의 A-A' 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기조화기가 난방 및 온수공급을 위해서 작동되는 것을 보여주는 구성도.

도 3a는 도 2의 공기조화기에 구비된 열교환유니트의 휠과 열교환소자를 보여주는 사시도.

도 3b는 도 2의 공기조화기에 구비된 열교환유니트를 보여주는 단면도.

도 3c는 도 2의 공기조화기에 구비된 열교환유니트를 보여주는 정면도.

도 4a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기조화기에서 실내공기 및 외부공기가 이동하는 경로를 보여주는 정면도.

도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기조화기에서 실내공기 및 외부공기가 이동하는 경로를 보여주는 평면도.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기조화기가 냉방 및 온수공급을 위해서 작동되는 것을 보여주는 구성도.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기조화기가 난방을 위해서 작동되는 것을 보여주는 구성도.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기조화기가 냉방을 위해서 작동되는 것을 보여주는 구성도.

도 8 및 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기조화기가 환기 및 온 수공급을 위해서 작동되는 것을 보여주는 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 열교환 수단 30 : 압축기

35 : 제1 열교환기 40 : 제2 열교환기

50 : 수액 분리기 70 : 열교환 유니트

Claims (8)

1. 실내로 유입되는 외부공기(OA)와 외부로 배출되는 실내공기(RA) 사이에 열교환을 이루기 위한 열교환 유니트; 및,

   외부공기(OA)가 실내공기(RA)와 열교환 유니트에서 열교환한 후 배출되는 급기(SA)를 가열하는 응축기;를 구비하고,

   응축기는 냉매의 응축열을 이용하여 급기(SA)를 가열하며,

   열교환유니트는,

   내부에 밀폐된 공간을 형성하는 프레임;

   상기 공간에 설치되고, 소정 속도로 회전하는 휠;

   휠에 설치된 열교환소자; 및,

   상기 공간을 실내공기(RA)가 열교환 소자를 통하여 이동하는 제1 구역과 외부공기(OA)가 열교환 소자를 통하여 이동하는 제2 구역으로 구획할 수 있도록 설치되되, 제1 구역과 제2 구역 사이에는 공기가 이동하지 못하도록 하는 구획수단;을 포함하고,

   실내공기(RA)의 통과에 의해서 가열된 제1 구역의 열교환소자가 휠의 회전에 의해서 제2 구역으로 이동하면 제2 구역의 열교환소자를 통과하는 외부공기를 가열하며,

   증발기로부터 배출된 냉매의 상태에 따라 상기 냉매를 압축기로 바로 보내거나 상기 냉매를 응축기로부터 배출된 냉매와 열교환한 후 압축기로 보내고,

   상기 압축기, 응축기, 증발기는 히트펌프를 구성하는 요소인 것을 특징으로 하는 공기조화기.
2. 실내로 유입되는 외부공기(OA)와 외부로 배출되는 실내공기(RA) 사이에 열교환을 이루기 위한 열교환 유니트; 및,

   외부공기(OA)가 실내공기(RA)와 열교환 유니트에서 열교환한 후 배출되는 급기(SA)를 냉각하는 증발기;를 구비하고,

   증발기는 냉매가 증발하면서 급기(SA)를 냉각하며,

   열교환유니트는,

   내부에 밀폐된 공간을 형성하는 프레임;

   상기 공간에 설치되고, 소정 속도로 회전하는 휠;

   휠에 설치된 열교환소자; 및,

   상기 공간을 실내공기(RA)가 열교환 소자를 통하여 이동하는 제1 구역과 외부공기(OA)가 열교환 소자를 통하여 이동하는 제2 구역으로 구획할 수 있도록 설치되되, 제1 구역과 제2 구역 사이에는 공기가 이동하지 못하도록 하는 구획수단;을 포함하고,

   실내공기(RA)의 통과에 의해서 냉각된 제1 구역의 열교환소자가 휠의 회전에 의해서 제2 구역으로 이동하면 제2 구역의 열교환소자를 통과하는 외부공기가 냉각되며,

   증발기로부터 배출된 냉매의 상태에 따라 상기 냉매를 압축기로 바로 보내거나 상기 냉매를 응축기로부터 배출된 냉매와 열교환한 후 압축기로 보내고,

   상기 압축기, 응축기, 증발기는 히트펌프를 구성하는 요소인 것을 특징으로 하는 공기조화기.
3. 제1항에 있어서,

   열교환유니트로 공급되는 실내공기(RA)로부터 열전달을 받는 증발기를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
4. 제2항에 있어서,

   열교환유니트로 공급되는 실내공기(RA)와 열교환을 하는 응축기를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   응축기와 상기 히트펌프의 압축기 사이에는 냉매의 열을 냉수에 전달하여 온수를 만드는 열전달 수단이 구비된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
6. 제2항 또는 제4항에 있어서,

   실내공기와 증발기의 온도 차이로 인해서 증발기 주위에 응축된 응결수를 응축기로 공급하여 응축기의 온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
7. 삭제
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   열교환소자는 공기가 통과될 수 있는 작은 공극이 서로 연결된, 열보유성 재 료로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기조화기.

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