KR101216532B1

KR101216532B1 - 히트펌프형 냉,난방장치

Info

Publication number: KR101216532B1
Application number: KR1020120009421A
Authority: KR
Inventors: 김홍운
Original assignee: 김홍운; 주식회사 그린에너텍
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2012-12-31
Anticipated expiration: 2032-01-31

Abstract

본 발명은 압축기와 응축기 또는 증발기 역활을 수행하는 제1열교환기 및 팽창변의 역활을 수행하는 모세관유니트, 선택적으로 동작하여 증발기 또는 응축기 역활을 수행하는 제2,3열교환기가 케이싱의 내측에 일체로 구비되는 구성으로 실외기가 필요 없어 설치가 용이하게 됨은 물론 냉매에 의해 동파 등의 염려가 없는 히트펌프형 냉,난방장치에 관한 것이다.

Description

히트펌프형 냉,난방장치{a Heat Pump Air Conditioner without an outside-equipment}

본 발명은 압축기와, 응축기 또는 증발기 역활을 수행하는 제1열교환기 및 팽창변의 역활을 수행하는 모세관유니트, 선택적으로 동작하여 증발기 또는 응축기 역활을 수행하는 제2,3열교환기가 케이싱의 내측에 일체로 구비되는 구성으로 실외기가 필요 없어 설치가 용이하게 됨은 물론 냉매에 의해 동파 등의 염려가 없는 히트펌프형 냉,난방장치에 관한 것이다.

히트 펌프는 에어컨의 냉각 사이클에서 냉매의 흐름을 정방향 및 역방향으로 순환시킴으로써 냉방(冷房)과 난방(煖房)을 겸할 수 있는 공기 조절장치의 하나로써 특히 계절에 구애받지 않고 사용할 수 있는 장점에 따라 점차적으로 그 사용영역이 확대되고 있다.

일반적인 히트펌프에 있어서 공냉식 실외측 열교환기가 갖는 열교환 온도범위인 상온 이하로 냉각시킬 수 없는 한계성을 극복하기 위하여 상기 실외측 열교환기의 열교환방식을 수냉식으로 제작하여 사용한 종래의 수냉식 히트펌프를 이용한 냉난방장치가 사용되고 있다.

이와같은 기술과 관련되어 등록특허 제862277호에 히트펌프식 난방기용 복합증발장치의 기술이 제시되고 있으며 그 구성은 도1과 같이, 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 냉매를 급송하는 압축기(1)와, 상기 압축기(1)로부터 1차냉매라인을 경유 고온고압상태로 공급된 냉매를 고압의 액상으로 전환하면서 난방에 필요한 열을 팬(2)으로 발산시키는 방열기(3)와, 상기 방열기(3)로부터 상기 압축기(1)에 이르는 회수냉매라인 중에 냉매의 팽창변(4)을 포함하고, 상기 방열기(3)로부터 상기 압축기(1)에 이르는 회수냉매라인 중에 냉매의 팽창변(4)을 포함하는 복합증발기(5)를 설치하여 이루어진다.

그리고, 상기 복합증발기(5)는 밀폐된 몸체(50)의 내부에 상기 방열기(3)의 연결 냉매라인의 끝부분인 잠열냉매관(52)이 경유하도록 내장 설치하고 상기 몸체(50) 외부로 관통되어 나온 잠열냉매관(52)의 끝부분에는 팽창변 역할을 수행하는 모세관(4)을 설치하며 상기 모세관(4)의 끝부분에는 상기 몸체(50)의 내측으로 길게 연장된 냉매기화관(54)을 아래 끝부분이 개방된 상태로 결합 설치하여 기화된 냉매가스가 큰 체적의 증발기 상부로 급속히 확산 증발되도록 하여 흡수 냉열 발생을 최대한 억제하며 냉매출구(56)를 통하여 압축기(1)로 회수되도록 구성된다.

그러나, 상기와 같은 복합증발장치는, 냉매가 충진되는 복합증발기(5)를 구비하여야 하여 장치가 증가함은 물론 사용되는 냉매의 량이 증가하게 되는 단점이 있는 것이다.

또한, 팽창변(4)이 정형화 되어 필요로 하는 열량의 구현이 힘들게 되어 냉방 및 난방으로 사용시 효율이 저하되는 문제점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 냉매가 관로상을 유동하면서 열교환에 따른 온도편차를 최소화 하는 구성으로 제작이 간편하게 이루어 질 수 있도록 하고, 실외기를 없애 설치가 용이하면서 실외설치에 의한 동파나 냉매의 유동불량에 따른 문제점을 해결할 수 있도록 하며, 운전조건에 따라 압축기에서 공급되는 냉매의 상태 조절이 가능토록 하고, 컴팩트한 배치가 가능토록 되어 설치면적을 최소화 할 수 있도록 하는 히트펌프형 냉,난방장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 실내에 설치되는 케이싱의 내측에 압축기, 상기 압축기에 연결되어 냉매를 응축기 또는 증발기측으로 공급하는 사방변, 상기 사방연에 연결되면서 응축기 또는 증발기의 역활을 수행하는 제1열교환기, 제1,2열교환기 사이에 연결되면서 팽창변의 역활을 수행하는 단위모세관의 연결구조로 이루어진 모세관유니트, 상기 사방변 또는 모세관유니트에 연결되어 증발기 또는 응축기의 역활을 수행하는 제2,3열교환기가 일체로 각각 구비되는 구성으로 이루어진 히트펌프형 냉,난방장치를 제공한다.

그리고, 본 발명의 모세관유니트는, 복수의 단위모세관과 복수의 가변모세관의 연결구조로 이루어지며, 상기 가변모세관에는 첵밸브가 구비되는 히트펌프형 냉,난방장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 모세관유니트는, 복수의 단위모세관과 복수의 가변모세관의 연결구조로 이루어지며, 하나의 가변모세관에는 첵밸브가 다른 하나의 가변모세관에는 전자변이 구비되는 히트펌프형 냉,난방장치를 제공한다.

더하여, 본 발명의 제2열교환기는, 첵밸브를 갖는 연결관과 양단에 첵밸브를 구비하면서 방열핀을 갖는 순환관이 연결되고,

상기 제3열교환기는, 첵밸브를 갖는 연결관과 양단에 첵밸브 및 전자변을 구비하면서 방열핀을 갖는 순환관이 연결되는 구성으로 이루어진 히트펌프형 냉,난방장치를 제공한다.

계속하여, 상기 제2,3열교환기는 열전달 면적을 증가토록 나선상으로 배치되면서 방열핀이 연결되고, 일측에 환기팬이 구비되는 구성으로 이루어진 히트펌프형 냉,난방장치를 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 냉매가 관로상을 유동할 때 열교환에 따른 온도편차를 최소화하면서 제작이 간편하게 이루어지고, 실외기를 없애 설치가 용이하면서 동파나 냉매의 유동불량에 따른 문제점을 해결하며, 운전조건에 따라 압축기에서 공급되는 냉매의 상태 조절이 가능하고, 컴팩트한 배치가 가능하여 설치면적을 최소화 하는 효과가 있는 것이다.

도1은 종래의 히트펌프를 도시한 회로도이다.
도2는 본 발명에 따른 냉,난방기를 도시한 회로도이다.
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉,난방기를 도시한 회로도이다.
도4 내지 도6은 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉,난방기를 도시한 회로도이다.
도7은 본 발명에 따른 냉,난방기를 도시한 측면도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 냉,난방기를 도시한 회로도이고, 도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉,난방기를 도시한 회로도이며, 도4 내지 도6은 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉,난방기를 도시한 회로도이고, 도7은 본 발명에 따른 냉,난방기를 도시한 측면도이다.

본 발명은, 실내에 설치되는 케이싱(100)의 내측에 압축기(110), 상기 압축기(110)에 연결되어 냉매를 응축기 또는 증발기측으로 공급하는 제1사방변(130), 상기 제1사방변(130)에 연결되면서 응축기 또는 증발기의 역활을 수행하는 1열교환기(150), 상기 제1열교환기와 하기의 제2열교환기 사이에 연결되어 팽창변의 역활을 수행하도록 단위모세관의 연결구조로 이루어진 모세관유니트(170), 상기 제1사방변(130)에 연결되어 증발기 또는 응축기의 역활을 수행하는 제3열교환기(190), 상기 제3열교환기(190)의 일측에 연결되어 증발기 또는 응축기의 역활을 수행하는 제2열교환기(180)가 일체로 각각 구비된다.

그리고, 상기 모세관유니트(170)는, 복수의 단위모세관(175)과 복수의 가변모세관(177)의 연결구조로 이루어진다.

이때, 상기 가변모세관(177)에는 첵밸브(C)가 구비된다.

또한, 상기 가변모세관(177)은, 하나의 가변모세관에는 첵밸브(C)가 다른 하나의 가변모세관에는 전자변(S)이 구비된다.

더하여, 상기 제2열교환기(180)는, 첵밸브(C)를 갖는 제1연결관(181)과 양단에 첵밸브(C)를 구비하면서 제1방열핀(185a)을 갖는 제1순환관(185)이 연결구조로 이루어 진다.

또한, 상기 제3열교환기(190)는, 첵밸브(C)를 갖는 제2연결관(191)과 양단에 첵밸브(C) 및 전자변(S)을 구비하면서 제2방열핀(195a)을 갖는 제2순환관(195)이 연결되는 구성으로 이루어진다.

계속하여, 상기 제2,3열교환기(180)(190)는 열전달 면적을 증가토록 나선상으로 배치되면서 일측에 제1,2송풍팬(189)(199)이 각각 구비되는 구성으로 이루어진다.

또한, 상기 제2열교환기(180)의 일측에 히터(250)가 더 설치되어 제상효과를 구현토록 설치된다.

그리고, 상기 제1열교환기 역시 송풍팬(미도시)이 구비된다.

한편, 도4 내지 도6에서와 같이 상기 제3열교환기(190)의 전단에 제1보조열교환기(300) 또는 제2보조열교환기(400)가 적어도 하나 이상 연결된다.

이때, 상기 제1보조열교환기(300)는, 공랭식구조로서 제2,3사방변(311)(313)을 통하여 연결되는 제1코일(330)의 일측에 제3송풍팬(350)이 설치되며, 상기 제3송풍팬(350)의 일측에 제1폐열회수코일(370)이 구비되어 압축기(110)의 전단에 열을 전달토록 설치된다.

또한, 상기 제2보조열교환기(400)는, 수냉식구조로서 제4,5사방변(411)(413)을 통하여 연결되는 제2코일(430)이 이중관 형상으로 수조(450)의 열전달코일(455)에 열전달이 이루어 지도록 설치되며, 상기 수조(450)에 제2폐열회수코일(470)이 구비되어 압축기(110)의 전단에 열을 전달토록 설치된다.

이때, 상기 제1,2보조열교환기(300)(400)가 연결되는 바이패스관로(500)가 구비되며, 상기 제2순환관(195)으로의 역류를 방지토록 첵밸브(C)가 구비되는 구성으로 이루어 진다.

다른 한편, 도7에서와 같이, 상기 제1,2,3열교환기는 케이싱(100)의 전,후면에 유입및 유출공을 갖는 복수의 분할공간이 격리판(101)을 통하여 케이싱(100)의 내측면에 분리설치하고, 상기 분할공간에 제1열교환유니트(150), 제2,3열교환유니트(180)(190)가 구분되어 각각 배치되는 구성으로 이루어진다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명한다.

도2 및 도3에서 도시한 바와같이 본 발명의 냉,난방기는, 압축기(110)의 동작에 의해 고온고압으로 압축되는 냉매가 제1열교환기(150)에 공급될 때 송풍팬에 의해 더운공기를 공급하는 난방기의 역활을 수행한다.

그리고, 상기 제1열교환기(150)를 통과한 공기는 모세관유니트(170)로 향하게 되고, 상기 모세관유니트(170)에서는 순차로 연결되는 복수의 단위모세관(175) 및 가변모세관(177)을 통과하면서 열량을 외부로 방출하여 팽창변의 역활을 수행한다.

더하여, 상기 모세관유니트(170)는, 복수의 단위모세관(175) 또는 가변모세관(177)이 구비되어 원하는 조건에 따라 그 통과를 조절토록 함으로써 원하는 압력과 온도 변화를 가져오게 된다.

즉, 본 발명의 모세관유니트(170)는, 필수적으로 통과하는 단위모세관(175)과 전자변(S)을 통과가 허락되는 가변모세관(177)을 통과하면서 충분한 팽창을 수행하게 된다.

또한, 상기 모세관유니트(170)를 통과하면서 저온저압으로 변화한 냉매는 제2열교환기(180)에 공급되어 다시 한번 열교환 한 후 사방변(130)을 통하여 압축기(110)에 공급토록 된다.

이때, 상기 제2열교환유니트(180)는, 첵밸브(C)를 갖는 제1연결관(181)과 양단에 전자변(S)및 첵밸브(C)를 구비하면서 제1방열핀(185a)을 갖는 제1순환관(185)이 연결구조로 이루어 져 전자변의 동작시 제1순환관(185)으로 냉매가 흐르면서 제1송풍팬(189)의 동작시 열교환이 이루어진다.

한편, 냉방시 냉매의 흐름은 먼저 압축기(110)에서 공급되는 냉매가 사방변(130)을 통과한 후 제3열교환기(190)에 공급되어 열교환되면서 중온중압으로 변하게 된다.

이때, 상기 제3열교환유니트(190)는, 첵밸브(C)를 갖는 제2연결관(191)과 양단에 첵밸브(C)를 구비하면서 제2방열핀(195a)을 갖는 제2순환관(195)이 연결구조로 이루어 져 제2순환관(195)으로 냉매가 흐르면서 제2송풍팬(199)의 동작시 열교환이 이루어진다.

그리고, 상기 제3열교환기(190)를 통과한 냉매는 제2열교환기(180)에 구비되는 전자변(S)의 동작에 의해 제1순환관(185) 측으로 흐르지 않고 모세관유니트(170) 측으로 향하게 된다.

이때, 상기 모세관유니트(170)는, 복수의 가변모세관(177)및 단위모세관(175)이 순차로 연결되어 구비되어 원하는 조건에 따라 그 통과를 조절토록 함으로써 원하는 압력과 온도 변화를 가져오게 된다.

즉, 본 발명의 모세관유니트(170)는, 복수의 가변모세관(177)을 선택적으로 통과한 후 단위모세관(175)을 모두 통과하는 구성으로 원하는 팽창효과를 수행하게 된다.

이상과 같이 모세관유니트(170)에서 팽창된 저온저압의 냉매는 제1열교환기(130)에 공급된 후 송풍팬이 동작할 때 찬 공기를 외부에 공급하는 냉방기의 역활을 수행한다.

그리고, 상기 제1열교환기(130)를 통과한 냉매는 사방변(130)을 통하여 압축기(110)에 공급되는 순환과정을 수행토록 한다.

이상과 같이 본 발명은 응축및 증발에 의해 난방 및 냉방기의 역화를 수행하는 제1열교환기(130)와 응축 및 증발의 역활을 선택적으로 수행하는 제2,3열교환기(180)(190) 및 제1열교환기에서 공급되거나 제1열교환기로 향하는 냉매를 선택적으로 통과하는 복수의 모세관을 통하여 냉매가 팽창하는 구성으로 냉매에 의해 외부에 열량을 공급하거나 외부로 부터 열량을 흡수하는 구성을 통하여 냉방 및 난방의 사이클을 이루도록 한다.

한편, 도4 내지 도6에서와 같이 상기 제3열교환기(190)의 전단에 제1보조열교환기(300) 또는 제2보조열교환기(400)가 적어도 하나 이상 연결되는 구성으로 냉방으로 사용시 실외에 위치하는 제1보조열교환기(300)를 통한 공랙시 또는 상수도등의 관로나 수조와 연결되어 수냉식 구조를 갖는 제2보조열교환기(400)를 통하여 열교환토록 한다.

이때, 상기 제1보조열교환기(300)는, 공랭식구조로서 제2,3사방변(311)(313)을 통하여 연결되는 제1코일(330)의 일측에 제3송풍팬(350)이 설치되는 구성으로 제1코일에 냉매가 흐를 때 공기에 의해 열교환 된 후 압축기 측으로 공급토록 된다.

그리고, 상기 제1보조열교환기(300)는 양단이 제2,3사방변을 통하여 개폐되는 구성으로 난방으로 사용시 실외측에 위치하는 제1보조열교환기(300)로의 냉매흐름을 차단하여 제상등의 과정이 필요 없게 된다.

또한, 상기 제2보조열교환기(400)는, 수냉식구조로서 제4,5사방변(411)(413)을 통하여 연결되는 제2코일(430)이 이중관 형상으로 수조(450)의 열전달코일(455)에 열전달이 이루어 지도록 설치되어 냉매의 열을 수조나 상수도의 물과 열교환하여 냉각토록 설치된다.

이때, 상기 제1,2보조열교환기(300)(400)가 연결되는 바이패스관로(500)가 구비되어 제1,2보조열교환기에서 열교환이 완료된 냉매가 별도의 열교환을 위한 제2순환관(195)로 흐르지 않고 압축기측으로 향하도록 한다.

100...케이싱 110...압축기
130...사방변 150...제1열교환기
170...모세관유니트 177...가변모세관
195...제2순환관

Claims

압축기(110),
상기 압축기(110)에 연결되어 냉매를 응축기 또는 증발기측으로 공급하는 사방변(130),
상기 사방변(130)에 연결되면서 응축기 또는 증발기의 역활을 수행하는 1열교환기(150),
상기 제1열교환기와 하기의 제2열교환기 사이에 연결되어 팽창변의 역활을 수행하도록 복수의 단위모세관의 연결구조로 이루어진 모세관유니트(170),
상기 사방변(130)에 연결되어 증발기 또는 응축기의 역활을 수행하는 제3열교환기(190),
상기 제3열교환기(190)와 모세관유니트(170) 사이에 연결되어 증발기 또는 응축기의 역활을 수행하는 제2열교환기(180)가 연결되어 폐회로를 이루어도록 설치되고,
상기 제2열교환기(180)는, 첵밸브(C)를 갖는 제1연결관(181)과 양단에 첵밸브(C)를 구비하면서 제1방열핀(185a)을 갖는 제1순환관(185)이 연결구조로 이루어 지고,
상기 제3열교환기(190)는, 첵밸브(C)를 갖는 제2연결관(191)과 양단에 첵밸브(C) 및 전자변(S)을 구비하면서 제2방열핀(195a)을 갖는 제2순환관(195)이 연결되는 구성으로 이루어지는 히트펌프형 냉,난방장치
제1항에 있어서, 상기 압축기와 사방변, 제1,2,3열교환기는 케이싱(100)의 내측에 일체로 구비되는 것을 특징으로 하는 히트펌프형 냉,난방장치
제1항에 있어서, 상기 모세관유니트(170)는, 복수의 단위모세관(175)과 복수의 가변모세관(177)의 연결구조로 이루어지며,
상기 가변모세관(177)에는 첵밸브(C)가 구비되는 것을 특징으로 하는 히트펌프형 냉,난방장치
제3항에 있어서, 상기 가변모세관(177)은, 하나의 가변모세관에는 첵밸브(C)가 다른 하나의 가변모세관에는 전자변(S)이 구비되는 것을 특징으로 하는 히트펌프형 냉,난방장치
제1항에 있어서, 상기 제2,3열교환기(180)(190)는 열전달 면적을 증가토록 나선상으로 배치되면서 일측에 제1,2송풍팬(189)(199)이 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 히트펌프형 냉,난방장치
제1항에 있어서, 상기 제3열교환기(190)의 전단에 제1보조열교환기(300) 또는 제2보조열교환기(400)가 적어도 하나 이상 연결되는 것을 특징으로 하는 히트펌프형 냉,난방장치
제6항에 있어서, 상기 제1보조열교환기(300)는, 공랭식구조로서 제2,3사방변(311)(313)을 통하여 연결되는 제1코일(330)의 일측에 제3송풍팬(350)이 설치되며,
상기 제2보조열교환기(400)는, 수냉식구조로서 제4,5사방변(411)(413)을 통하여 연결되는 제2코일(430)이 이중관 형상으로 수조(450)의 열전달코일(455)에 열전달이 이루어 지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 히트펌프형 냉,난방장치
제7항에 있어서, 상기 제1,2보조열교환기(300)(400)가 연결되는 바이패스관로(500)가 각각 구비되며, 상기 제2순환관(195)으로의 역류를 방지토록 첵밸브(C)가 구비되는 것을 특징으로 하는 히트펌프형 냉,난방장치
제1항에 있어서, 상기 제2열교환기(180)는, 히터(250)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 히트펌프형 냉,난방장치
제1항에 있어서, 상기 제1,2,3열교환기는 케이싱의 전,후면에 유입및 유출공을 갖는 복수의 분할공간이 격리판을 통하여 케이싱의 내측면에 분리설치하고, 상기 분할공간에 제1열교환유니트, 제2,3열교환유니트가 각각 배치되는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 히트펌프형 냉,난방장치