KR101210314B1 - 직교류와 대향류 방식을 이용한 냉,난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내기내 공기가 순환되는 구간에 직교류와 대향류 방식으로 상호 보완적으로 공기의 열교환이 이루어져 냉,난방 효율을 극대화함과 아울러 전력소비를 감소시킬 수 있는 직교류와 대향류 방식을 이용한 냉,난방장치에 관한 것이다.

Description

직교류와 대향류 방식을 이용한 냉,난방장치{Indoor unit cooling and heating structure}

본 발명은 냉,난방장치에 관한 것으로, 더 상세히는 냉,난방장치의 구조를 개선하여, 냉,난방 효율을 극대화함과 아울러 전력소비를 줄일 수 있는 직교류와 대향류 방식을 이용한 냉,난방장치에 관한 것이다.

일반적으로 냉,난방장치는 압출기토출가스의 온도가 응축온도에 비해 고온임에도 불구하고 고온의 토출가스온도를 제대로 활용하지 못하여 높은 응축온도에 기인한 토출공기온도만을 활용하고 있는 실정이다. 일예로 후레온-22의 경우에 증발온도를 -5℃, 흡입증기의 과열온도를 10℃, 응축온도를 55℃로 할 경우 토출가스온도는 약 92℃에 이른다. 그러나 종래기술은 토출공기 온도를 50℃ 이상으로 형성하기 어렵다. 이처럼 토출가스온도 약 92℃에서 응축온도 55℃까지의 과열증기구역의 엔탈피는 10kcal/kg 으로 과냉각도를 5℃로 하였을 경우 나타나는 응축열량 47kcal/kg의 21%이며 토출가스온도가 약 92℃에 이른다. 이와 같이, 종래기술은 이 조건을 충분히 활용하지 못하여 토출공기온도를 50℃ 이상으로 형성하는 것이 어려운 실정이다. 그리고 증발기나 응축기내에서 냉매의 흐름 방향이 바뀌게 되면, 코일 내부에서 냉매의 흐름 방향도 역으로 바뀌게 되어, 공기와 냉매가 동일한 방향(순류)으로 열교환이 이루어져 냉,난방 효율을 극대화하기 어려운 문제점이 있었다.

도 1은 종래의 코일의 형태를 도시한 것으로, 코일은 수평열이 수직으로 직렬의 형태로 연결되어 코일 내부 냉매의 흐름은 아래로 향하거나 위로 향하는 구조로 이루어진다.

도 2는 냉방사이클로 가정했을 때도 도 1 형태의 수평관이 수직의 형태로 직렬형태의 구조가 여러 라인의 분배관에서 분배되는 구조이다.

도 3에 도시된 바와 같이 냉매와 공기는 직교류의 형태로 교차하며 열교환을 행하고도 도 2와 반대로 냉매의 흐름방향이 바뀌어서 난방사이클을 형성한다. 이 경우에도 냉방사이클과 마찬가로로 냉매는 수직이동하고 공기는 수평이동하며 직교류의 형태로 교차하며 열교환이 이루어진다.

상기에서 설명한 바와 같이, 압축기도출가스의 온도는 응축온도보다 많이 높으며 토출에서 응축온도까지 이르는 과열증기구역의 열량이 응축열량의 약20%이나 되기 때문에 응축기 코일을 통과하는 공기의 온도는 높은 토출가스온도의 열량이 직접 닿는 부분과 과열증기구역을 통과하여 응축온도에 이르러 온도변화 없이 잠열의 형태로 열을 방출하는 부분과는 통과하는 공기의 온도가 다르게 된다. 이에 코일을 통과하는 공기의 온도가 과열증기상태의 코일을 통과하는 공기의 온도는 응축온도보다 높고 잠열 상태의 코일을 통과하는 공기의 온도는 응축온도보다 낮아서 높은 온도의 공기와 낮은 온도의 공기가 믹서되어 중간형태의 토출공기온도를 형성하게 된다.

이는 종래기술의 문제점으로 압축기토출가스의 온도가 응축온도보다 높지만 상기 코일 내부를 통과하는 냉매의 흐름 방향과 코일 외부를 통과하는 공기의 흐름 방향이 냉매는 수직으로 공기는 수평으로 흐르게 되기 때문에 토출공기의 온도를 응축온도 이상으로는 형성할 수 없어 압축기의 일량이 증가함과 아울러 응축열량이 감소되어 냉방능력이 감소되는 문제점이 있었다.

본인이 선출원한 특허등록 제10-543232호 '압축기 일량을 감소시킬 수 있는 코일 구조, 이 코일을 이용한 히트펌프시스템' 은 코일의 내부를 통과하는 냉매와 코일의 외표면을 흐르는 공기간의 열교환이 역류의 형태로 대향류를 형성하는 구조로서, 상기 코일은 세워서 정면에서 보았을 때 코일의 외표면을 통과하는 공기는 좌측에서 우측 또는 우측에서 좌측으로 수평이동하는 상태에서 코일 내부의 냉매는 공기와의 흐름방향이 반대로 역류의 형태로 우측에서 좌측으로 또는 좌측에서 우측으로 이동하는 대향류를 형성하는 것을 특징으로 한다. 상기의 기술에서 대향류 방식은 열기를 공급하는 난방효율은 극대화할 수 있지만, 이 대향류 방식에서 역방향으로 냉매가 순환되는 경우에는 과열증기구역이 좁게 형성됨에 따라 냉방효율을 극대화하기 어려운 문제점이 내재되었다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 실내기내 공기가 순환되는 구간에 직교류와 대향류 방식으로 상호 보완적으로 공기의 열교환이 이루어져 냉,난방 효율을 극대화함과 아울러 전력소비를 감소시킬 수 있는 직교류와 대향류 방식을 이용한 냉,난방장치를 제공한다.

상기의 과제를 해소하기 위한 본 발명의 직교류와 대향류 방식을 이용한 냉,난방장치는 실외기와 실내기로 이루어진 냉,난방장치에 있어서, 상기 실내기에는 실외기에 연결되는 팽창변과; 상기 팽창변에 연통되며, 수평상태에서 공기와 냉매의 흐름이 직교류 방식으로 열교환시키는 제1실내응축부와; 상기 제1실내응축부에 연결되며, 수직상태에서 공기와 냉매의 흐름이 대향류 방식으로 열교환시키는 제2실내응축부로 구성된다.

따라서, 본 발명의 직교류와 대향류 방식을 이용한 냉,난방장치는 실내기내 공기가 순환되는 구간에 직교류 방식의 제1실내응축부 및 대향류 방식의 제2실내응축부를 설치하여, 냉,난방 효율을 극대화함과 아울러 전력소비를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실내기 냉,난방장치를 보인 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 냉방장치를 보인 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 난방장치를 보인 개략도.

이하, 첨부한 도면을 이용하여 본 발명을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 냉,난방장치는 크게 실내기(30)와, 이 실내기(30)에 연결되는 실외기(10)로 이루어진다.

도 1내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉,난방장치를 보인 것으로, 상기 실외기(10)는 내부에 압축기(11)가 구비되고, 이 압축기(11)의 토출측에 연결되는 제1배관라인(18)이 설치되고, 이 압축기(11)의 흡입측에 연결되는 제2배관라인(20)이 설치되며, 상기 제1,2배관라인(18,20)에 각각 연결되는 사방밸브(80)가 구비되고, 이 사방밸브(80)에 각각 연결되는 제1,3냉매배관(12,17)이 설치되며, 상기 제1냉매배관(12)에 연결되게 실외기 코일(13)이 장착되고, 이 실외기 코일(13)에 공기를 냉각시키는 실외기 송풍기(14)와, 이 실외기 코일(13)에 제2냉매배관(15)이 연결되며, 이 제2냉매배관(15)의 일정구간에 전자밸브(16)가 장착되며, 상기 압축기(11)에 연결되게 제3냉매배관(17)이 설치된다.

상기 사방밸브(80)는 통상적인 구조로 구체적인 설명하지 않으며, 이에 상응하는 다양한 구조를 갖는 밸브가 적용됨은 물론이다.

상기 실내기(30)는 도면상에 개략적으로 표현하였지만 실내기몸체(31)와, 이 실내기몸체(31)에 공기를 순환되는 공기통로(34)가 구비되고, 이 공기통로(34)측에 설치되는 제1,2실내응축부(40,50)가 설치되며, 상기 제1,2실내응축부(40,50)측으로 공기를 강제로 유입,배출을 유도하는 실내기 송풍기(60)와, 전체적인 동작을 콘트롤하는 제어부(도면상에 도시하지 않음)로 이루어진다. 그리고 상기 제1실내응축부(40)에 연결되는 상기 제2냉매배관(15)에 팽창변(70)이 장착된다.

상기 실내기몸체(31)에는 공기가 유입되는 유입구(32) 및 공기가 배출시키는 베출구(33)가 구비되고, 상기 유입구(32)와 베출구(33) 사이에 공기통로(34)가 구비된다.

상기 제1실내응축부(40)는 하측 공기통로(34)측에 소정각도로 경사지게 설치되는 것이 바람직하며, 상기 실내기(30)의 공기통로(34)측 하부에 경사지게 설치되는 고정판(41)과, 이 고정판(41)의 내측에 유입되는 공기와 반대방향으로 냉매가 순환되도록 하는 각각의 직교류 코일(42)과, 상기 고정판(41)의 일측에 구비됨과 아울러 상기 직교류 코일(42)과 실외기(10)의 제2냉매배관(15) 사이에 설치되는 제1분배기(43)와, 상기 고정판(41)의 타측에 구비됨과 아울러 상기 직교류 코일(42)에 연결되는 제2분배기(45)로 이루어진다.

상기 제1분배기(43)와 직교류 코일(42) 사이에 개별적으로 공급관(44)이 연결된다.

상기 직교류 코일(42)은 유입구(32)측으로 수평방향으로 유입되는 공기의 흐름방향과 반대로 냉매가 흐르도록 설치된다.

상기 제2실내응축부(50)는 공기통로(34)측에 수직되게 설치되는 지지판(51)과, 이 지지판(51)내에 구비되는 각각의 대향류 코일(52)과, 상기 지지판(51)의 상측에 배치되며, 상기 대향류 코일(52)에 연결되는 제3분배기(53)로 구비되며, 상기 지지판(51)의 하측에 배치되며, 상기 대향류 코일(52)에 연통되는 제4분배기(54)로 이루어진다.

상기 대향류 코일(52)은 제1실내응축부(40)를 통과한 공기가 수직방향으로 흐름이 변경되는데, 이때 상기 지지판(51)에 공기의 흐름방향과 반대로 냉매가 흐르도록 설치된다.

상기와 같이, 본 발명의 직교류와 대향류 방식을 이용한 냉,난방장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 냉방사이클에 대해 설명하면, 상기 압축기(11)에서 토출된 냉매가스는 제1배관라인(18)을 통과하여 상기 사방밸브(80)에 의해 상기 제1냉매배관(12)을 거쳐 상기 실외기 코일(13)에서 실외기 송풍기(14)의 송풍에 의해 실외공기로 냉각이 되어 응축액화된다. 이어서 상기 전자밸브(16)가 열려지고, 이때 상기 전자밸브(16)를 통과하여 상기 제2냉매배관(15)을 따라서 상기 실외기(10)에서 실내기(30)로 이동하여 팽창변(70)에 의해 교축팽창하여 감압이 이루어지고 상기 제1,2실내응축부(40,50)의 코일(42,52)에서 송풍기(60)의 송풍에 의해 실내공기와 열교환을 수행하며 증발하여 상기 제3냉매배관(17)을 따라 상기 사방밸브(80)를 거쳐 상기 제2배관라인(20)을 따라서 상기 실외기(10)의 압축기(11)로 흡입되어 상기 압축기(11)의 압축에 의해 순환하는 사이클을 형성하며 냉방운전을 하여 실내에 있는 열을 실외로 방출하는 사이클을 형성한다.

이와 같이, 상기 제1,2실내응축부(40,50)를 통과하는 냉매가스에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 실내기 송풍기(60)의 송풍에 의해 상기 실내기몸체(31)의 유입구(32)측을 통해 공기통로(34)로 유입되는데, 먼저 상기 유입구(32)측을 통과한 공기는 수평방향으로 유입되면, 냉매가스가 상기 제1실내응축부(40)의 제1분배기(43)에 의해 각각의 공급관(44)에 연결된 상기 직교류 코일(42)에 개별적으로 공급되어지고, 이 직교류 코일(42)을 따라 순환되는 냉매가스는 공기의 흐름과 반대방향으로 흐르게 되어 1차적으로 직교류 방식으로 냉각이 이루어진다. 이어서 상기 직교류 코일(42)을 통과한 냉매가스가 상기 제2분배기(45)에 모여져 이 제2분배기(45)에 연결된 연결관(46)을 거쳐 제3분배기(53)에 모여지고, 이어 상기 제3분배기(53)에 각각 연결된 상기 대향류 코일(52)로 공급되어져 이 대향류 코일(52)의 하부에서 상부로 냉매가스가 이동되게 구비되며, 이때 1차 냉각된 공기는 상기 송풍기(60)에 의해 하부에서 상부로 이동하게 되면서 상기 대향류 코일(52)에 의해 2차 냉각이 이루어진다. 그리고 상기 대향류 코일(52)을 거친 냉매가스는 상기 제4분배기(54)에 모여지고 이어 상기 제3냉매배관(17)과 사방밸브(80)를 통해 압축기(11)측으로 이동된다.

이처럼 냉방시 상기 제1실내응축부(40)에 의해 1차 열교환이 이루어지고, 2차 열교환이 진행되어 냉방효율을 극대화할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 난방사이클을 설명하면, 상기 압축기(11)에서 토출된 냉매가스는 제1배관라인(18)을 통과하여 상기 사방밸브(80)에 의해 상기 제3냉매배관(17)의 반대방향으로 이동되는데, 상기 제3냉매배관(17)을 통해 실내기(30)로 유입되어 직교류와 대향류 코일(52)에서 상기 송풍기(60)의 송풍에 의해 실내공기와 열교환을 의해 실내로 열을 방출하며 응축액화하여 난방운전을 행하고, 상기 제2냉매배관(15)을 따라 실내기(30)에서 실외기(10)로 이동된다. 이어 상기 실외기(10)의 실외기 코일(13)을 통과하여 상기 제1냉매배관(12)측으로 이동되고, 이어서 상기 제1배관라인(12)을 통과하여 상기 사방밸브(80)에 의해 상기 제2배관라인(20)측으로 거쳐 상기 압축기(11)측으로 흡입되어 상기 압축기(11)에 의해 재순환되는 사이클을 형성하며 난방운전을 행하여 실외에 있는 열을 실내로 방출하는 것이다.

이와 같이, 상기 제1,2실내응축부(40,50)를 통과하는 냉매가스에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 실내기 송풍기(60)의 송풍에 의해 상기 실내기몸체(31)의 유입구(32)측을 통해 공기통로(34)로 유입된다. 이때 상기 유입구(32)측을 통과한 공기는 수평방향으로 유입되면, 냉매가스가 상기 제2실내응축부(50)의 제3분배기(53)에 의해 각각의 상기 대향류 코일(52)에 개별적으로 공급되어지고, 이 대향류 코일(52)을 따라 순환되는 냉매가스는 하부에서 상부로 흐름는 공기와 반대방향으로 흐르게 되어 1차적으로 대향류 방식으로 열교환이 이루어진다. 이어서 상기 대향류 코일(52)을 통과한 냉매가스가 상기 제4분배기(54)에 모여져 이 제4분배기(54)에 연결된 연결관(46)을 거쳐 제2분배기(45)에 모여지고, 이어 상기 제2분배기(45)에 각각 연결된 상기 직교류 코일(42)로 공급되어져 이 직교류 코일(42)의 우측에서 좌측로 냉매가스가 이동되게 구비되며, 상기 직교류 코일(42)에 의해 2차열교환이 이루어진다. 그리고 상기 직교류 코일(42)을 거친 냉매가스는 각각의 공급관(44)을 거쳐 상기 제1분배기(43)를 통해 상기 제3냉매배관(17)측으로 이동된다.

이처럼, 난방시 상기 제1실내응축부(40)의 직교류 코일(42)과 공기의 흐름이 동일한 방향으로 열교환이 이루어지는 순류(공기와 냉매가스가 동일한 방향으로 열교환되는)이 발생되어 열교환이 떨어지는 단점을 상기 제2실내응축부(50)의 대향류 코일(52)에 의해 보안한 것으로 열교환 효율을 극대화함과 아울러 전력소비를 줄일 수 있는 것이다.

10: 실외기 11: 압축기
30: 실내기 40: 제1실내응축부
50: 제2실내응축부 60: 송풍기
70: 팽창변 80: 사방밸브

Claims (3)

1. 실외기와 실내기로 이루어진 냉,난방장치에 있어서,
   상기 실내기(30)에는 실외기(10)에 연결되는 팽창변(70)과;
   상기 팽창변(70)에 연통되며, 수평상태에서 공기와 냉매의 흐름이 직교류 방식으로 열교환시키는 제1실내응축부(40)와;
   상기 제1실내응축부(40)에 연결되며, 수직상태에서 공기와 냉매의 흐름이 대향류 방식으로 열교환시키는 제2실내응축부(50)로 이루어지며,
   상기 제1실내응축부(40)는 실내기(30)의 공기통로(34)측에 설치되는 고정판(41)과, 이 고정판(41)의 내측에 유입되는 공기와 반대방향으로 냉매가 순환되도록 하는 각각의 직교류 코일(42)과, 상기 고정판(41)의 일측에 구비됨과 아울러 상기 직교류 코일(42)과 실외기(10)의 제2냉매배관(15) 사이에 설치되는 제1분배기(43)와, 상기 고정판(41)의 타측에 구비됨과 아울러 상기 직교류 코일(42)에 연결되는 제2분배기(45)로 이루어진 것을 특징으로 하는 직교류와 대향류 방식을 이용한 냉,난방장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2실내응축부(50)는 공기통로(34)측에 수평되게 설치되는 지지판(51)과, 이 지지판(51)내에 구비되며 유입된 공기와 반대방향으로 냉매가 순환되도록 하는 각각의 대향류 코일(52)과, 이 지지판(51)의 하측에 배치되며 대향류 코일(52)에 연통되는 제3분배기(53)와, 상기 지지판(51)의 상측에 배치되며, 상기 대향류 코일(52)에 연결되는 제4분배기(54)로 이루어진 것을 특징으로 하는 직교류와 대향류 방식을 이용한 냉,난방장치.

Images