KR101220923B1 - 히트펌프형 공조기 - Google Patents

히트펌프형 공조기 Download PDF

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Abstract

히트펌프형 공조기에 설치되어 겨울철 및 여름철에 히트펌프의 열교환 효율 및 공조 효율을 향상시킴과 동시에, 그 구조를 매우 컴펙트하고 다양한 시공 환경에 대응되게 설치 가능하도록 구현된 히트펌프형 공조기가 개시된다. 히트펌프형 공조기는 옥내에 설치되어 실내 공기와 열교환 되는 제1 열교환기를 구비하여 냉방 또는 난방을 선택적으로 수행하는 히트펌프형 공조기에 설치되는 것으로서, 상기 제1 열교환기 측으로 외기를 도입하기 위한 외기유입 덕트 및 상기 제1 열교환기 측에서 공기를 외부로 배출하기 위한 공조배기 덕트를 포함하고, 상기 공조배기 덕트 상에 설치되어 공조배기 덕트의 내부를 유동하는 배출 공기와 열교환 되는 제2 열교환기를 포함한다. 따라서, 여름철 이상 기온 또는 겨울철 혹한기에도 계절에 관계없이 안정된 냉난방의 공조 부하를 얻을 수 있고, 겨울철 혹한기에도 공조의 보조가열기인 전기히터를 사용하지 않고도 안정된 난방열량을 얻을 수 있으며, 여름철 이상기온에도 압축기의 이상 고압과 이상 과열 현상을 방지할 수 있다.

Description

히트펌프형 공조기{HEAT-PUMP TYPE AIR CONDITIONER}
본 발명은 히트펌프형 공조기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히트펌프 시스템으로 이루어진 공조기에 구비되어 응축기 또는 증발기의 기능을 수행하는 히트펌프형 공조기에 관한 것이다.
일반적으로, 공조기는 냉방 시스템 및 난방 시스템을 포함한다. 이 중에서 히트펌프형 공조기는 단일의 냉매 사이클을 이용하여 냉매의 유동 방향을 전환함으로써 냉방과 난방을 선택적으로 수행하도록 구성된 것이다.
종래의 히트펌프형 공조기는 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 제1 열교환기와, 교축 작용에 의해 냉매를 팽창시키는 팽창밸브 및 제2 열교환기를 구비한다. 상기 2개의 열교환기는 제1 열교환기 및 제2 열교환기로 구성되는바, 제1 열교환기는 실내 측에 배치되어 실내 공기와 열교환 하며, 제2 열교환기는 실외 측에 배치되어 실외 공기와 열교환 된다.
따라서, 냉매의 유동 방향에 따라 냉방 모드가 가동되는 경우, 제1 열교환기는 냉방용 열교환기인 증발기의 기능을 수행하고 제2 열교환기는 응축기의 기능을 수행한다. 아울러, 반대로 난방 모드가 가동되는 경우, 제1 열교환기는 난방용 열교환기인 응축기의 기능을 수행하고 제2 열교환기는 증발기의 기능을 수행하게 되는 것이다.
하지만, 종래의 히트펌프형 공조기는 실외기의 기능을 하는 제2 열교환기가 냉매와 외부 공기가 열교환될 수 있도록 건물의 외측에 설치되기 때문에, 외기 온도의 영향을 많이 받는 문제점이 있었다.
즉, 겨울철의 난방 운전 시, 제2 열교환기가 증발기의 역할을 하게 되어 외부 공기에서 증발열을 흡수하여 증발을 하게 되는데, 겨울철에는 증발에 필요한 흡수열량이 부족해서 난방 성능이 저하되는 문제점이 있다. 이에 따라, 난방 공조의 보조 열원으로 전기 히터를 장착해야 하므로 과다한 전력 소모를 일으키는 문제점이 발생한다.
또한, 여름철의 냉방 운전 시, 제2 열교환기가 응축기의 역할을 하게 되어 응축열을 외부에 방출함과 아울러 자신은 응축하게 되는데, 여름철에는 외부 공기 온도가 높기 때문에 열교환기의 응축면적을 넓게 설계해야 하며, 응축 압력이 상승되어 이상 고압으로 압축 소요동력이 증가하는 등의 문제점이 발생한다.
아울러, 최근에는 초기투자비가 적고 설비가 간단하여 개보수현장의 수방식을 대체하는 건물이나 신규로 설치하는 곳에 히트펌프형 공조기가 널리 사용되고 있으나, 2개의 열교환기를 모두 공조기 내부에 설치하는 경우 공조기 전체의 길이를 증가시키고 이로 인해 설치 공간상의 제약이 많이 따르는 문제점이 있으며, 실외기 기능을 하는 열교환기가 옥외에 설치되는 경우 기계와 배관이 옥상이나 건물 외부에 노출되어 미관이 떨어지며 냉매 배관이 길어져 공조 성능이 저하될 뿐 아니라 시공시 배관 등의 소모가 많고 유지보수가 어렵다는 문제점이 있다.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 히트펌프형 공조기에 설치되어 겨울철 및 여름철에 히트펌프의 열교환 효율 및 공조 효율을 향상시킴과 동시에, 그 구조를 매우 컴펙트하고 다양한 시공 환경에 대응되게 설치 가능하도록 구현된 히트펌프형 공조기를 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명에 따른 히트펌프형 공조기는 옥내에 설치되어 실내 공기와 열교환 되는 제1 열교환기를 구비하여 냉방 또는 난방을 선택적으로 수행하는 히트펌프형 공조기에 설치되는 것으로서, 상기 제1 열교환기 측으로 외기를 도입하기 위한 외기유입 덕트 및 상기 제1 열교환기 측에서 공기를 외부로 배출하기 위한 공조배기 덕트를 포함하고, 상기 공조배기 덕트 상에 설치되어 공조배기 덕트의 내부를 유동하는 배출 공기와 열교환 되며 옥내에 배치되는 제2 열교환기를 포함한다.
본 발명에 따른 히트펌프형 공조기는 여름철 이상 기온 또는 겨울철 혹한기에도 계절에 관계없이 안정된 냉난방의 공조 부하를 얻을 수 있고, 겨울철 혹한기에도 공조의 보조가열기인 전기히터를 사용하지 않고도 안정된 난방열량을 얻을 수 있으며, 여름철 이상기온에도 압축기의 이상 고압과 이상 과열 현상을 방지할 수 있는 매우 유용한 발명이다.
또한, 본 발명에 따른 히트펌프형 공조기는 공조기의 구조 변형을 수행하지 않고도 히트펌프형 공조기를 구현할 수 있고, 기존의 공조 덕트 라인의 추가없이 라인을 활용할 수 있어 비용적으로도 유리하며, 옥상이나 건물 외부로 장치가 노출되지 않아 외관적으로도 매우 미려한 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프형 공조기가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프형 공조기를 도시한 배면 사시도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프형 공조기를 도시한 측면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프형 공조기의 내부를 도시한 정면 사시도이며,
도 5는 도 3의 변형 예에 따른 히트펌프형 공조기를 도시한 배면 사시도이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 히트펌프형 공조기의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프형 공조기가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프형 공조기를 도시한 배면 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프형 공조기를 도시한 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프형 공조기의 내부를 도시한 정면 사시도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 공조부(100)는 제1 열교환기(10)를 구비한다. 제1 열교환기(10)는 옥내에 설치되어 실내 공기와 열교환 됨으로써, 냉방 또는 난방을 선택적으로 수행한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프형 공조기는 공조부(100)의 배기 덕트 상에 라디에이터부(200)가 설치되는 것을 특징으로 한다. 더욱 상세하게는, 공조부(100)의 공조 과정에서 발생되어 덕트 라인을 통해 옥외로 배출되던 배기열을 덕트 라인 상에 라디에이터부(200)를 설치하여 활용한 것이다.
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상기 히트펌프형 공조기는 외기유입 덕트(20)와, 공조배기 덕트(30) 및 제2 열교환기(40)를 구비하며, 제2 열교환기(40)가 공조배기 덕트(30) 상에 설치된다. 외기유입 덕트(20)는 제1 열교환기(10) 측으로 외기를 도입하기 위한 것이며, 공조배기 덕트(30)는 제1 열교환기(10) 측에서 외기를 외부로 배출하기 위한 것이다. 제2 열교환기(40)는 공조배기 덕트(30) 상에 설치되어, 공조배기 덕트(30)의 내부를 유동하는 배출 공기와 열교환 된다.
이 경우, 공조부(100)는 공조 케이스(11)의 내부에 제1 열교환기(10)가 설치되고, 일 측에 공조리턴구(14)와 타 측에 공조급기구(15)가 형성되며, 혼합담파(16)가 구비된다. 아울러, 공조 케이스(11)의 내부에는 송풍장치(12)(13)가 구비된다.
아울러, 라디에이터부(200)는 상단 프레임(201) 및 하단 프레임(202)으로 구성된다. 하단 프레임(202)은 상단 프레임(201)의 하부에 배치되며 상단 프레임(201)과 일체로 형성되어 있다.
상단 프레임(201)에는 흡입구(220)와, 제2 열교환기(40)와, 토출구(210) 및 토출 팬(230)이 구비된다. 흡입구(220)는 상기 공조배기 덕트(30)를 유동하는 배출 공기를 유입하기 위한 것으로서, 공조배기 덕트(30)에 플랜지(216)를 통해 체결될 수 있다.
제2 열교환기(40)는 다수의 튜브 및 방열핀 구조로 이루어진 것으로서, 내부를 유동하는 냉매와 공조배기 덕트(30)의 내부를 유동하는 온기 또는 냉기를 열교환시킨다. 제2 열교환기(40)는 공조배기 덕트(30)의 내부를 유동하는 배출 공기의 유동 방향에 대해 경사지게 설치된다.
토출구(210)는 상기 제2 열교환기(40)를 통과한 배출 공기를 배출하기 위한 것이다. 상단 프레임(201)에 형성되는 토출구(210)는 상기 배출 공기의 유동 방향에 대해 수평 방향으로 또는 수직 방향으로 선택적으로 토출 가능하도록 이루어진다. 즉, 도 5는 도 3의 변형 예에 따른 히트펌프형 공조기를 도시한 배면 사시도로서, 도 5에 도시된 것처럼 토출구(210)는 상단 프레임(201)의 상면에 형성될 수 있다. 결국, 토출구(210)는 2개가 형성되어 설치 구조에 따라 적절히 개방 방향을 채택할 수 있다.
토출 팬(230)은 단일 개로 이루어져, 배기의 풍량이 부족할 때에만 가동되어 풍량을 보충하는 기능을 수행하는 것이 바람직하다.토출 팬(230)은 토출구(210) 측에 배치되는 것이 바람직하며, 흡입구(220) 측에 설치되는 것도 가능하다.
하단 프레임(202)은 상기 상단 프레임(201)과 일체로 형성되어 컴프레셔 기계실로 사용되는 것으로서, 내부에 압축기(90)와, 팽창밸브와, 방향전환밸브가 구성된다.
아울러, 상기 외기유입 덕트(20)와 상기 공조배기 덕트(30)의 사이에는 외기유입 덕트(20)와 공조배기 덕트(30)를 서로 연결하는 바이패스 덕트(60)가 더 구비된다. 또한, 상기 공조배기 덕트(30)에 차압센서(S)가 설치되며, 차압센서(S)의 감지신호를 받아 일정한 풍량을 조절하는 볼륨담파(70)가 바이패스 덕트(60) 내부에 설치된다.
정리하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프형 공조기는 공조기의 배기를 활용하는 것으로서, 공조배기 덕트(30)와 연결할 수 있는 하나의 흡입구(220)와 두 개의 토출구(210)로 구성된다. 배기 토출 방향이 수평 방향일 때에는 수평 방향 토출구에 공조배기 덕트(30)를 연결하며, 배기 토출 방향이 수직 방향일 때에는 수직 방향 토출구에 공조배기 덕트(30)를 연결한다. 따라서, 덕트 설비의 구조에 적절하게 배기 토출 방향을 자유로이 변경 가능하다.
또한, 하단 프레임(202)에는 압축기(90) 등의 컴프레셔 기계실 구성을 구비하고, 상단 프레임(201)에는 제2 열교환기(40), 토출 팬(230) 등을 구비한다. 상단 프레임(201)과 하단 프레임(202)은 일체로 형성되어 단일품으로 이루어지며, 시공 시 비교적 용이하게 설치 작업을 수행함과 아울러 시공수를 줄여 단가를 낮출 수 있는 등의 장점이 있다.
또한, 공조기(100)에서 E.A담파(31)를 통해서 배기되는 공기는 공조배기 덕트(30)의 유로를 따라 열교환 장치(200)의 흡입구(220)로 유입되고 제2 열교환기(40)와 열교환 한 후 토출구(210)를 통해 옥외로 배출된다.
이 경우, 배기의 풍량이 부족할 때에는 공조배기 덕트(30) 내부에 설치된 차압센서(S)에 의해 볼륨담파(70)의 개도가 조절되고, 토출 팬(230)이 가동되면서 바이패스 덕트(60)를 따라 외기가 도입되며, 도입된 외기는 E.A담파(31) 측 공조배기와 혼합 공기 상태로 열교환 장치(200)의 흡입구(220)로 유입된 후 제2 열교환기(40)와 열교환하여 토출구(210)를 통해 옥외로 배출된다.
결국, 옥외형 실외기를 적용할 경우 혹한기나 혹서기에 공조기의 운전 중 냉동 사이클이 안정적이지 못하고 불안한 단점을 보완하여, 본 발명은 공조배기를 활용하여 라디에이터부(200)에서 열교환을 시킴으로 응축 온도와 증발 온도가 안정되며, 이로 인해 공조의 운전 중 냉동 사이클의 안정과 냉난방의 공조 효율이 향상될 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 히트펌프형 공조기는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 제1 열교환기 11 : 공조 케이스
12,13 : 송풍 장치 14 : 공조리턴구
15 : 공조급기구 16 : 혼합담파
S : 차압센서 20 : 외기유입 덕트
30 : 공조배기 덕트 40 : 제2 열교환기
60 : 바이패스 덕트 70 : 볼륨담파
90 : 압축기 100 : 공조부
200 : 라디에이터부 201 : 상단 프레임
202 : 하단 프레임 210 : 토출구
216 : 플랜지 220 : 흡입구
230 : 토출 팬

Claims (4)

  1. 옥내에 설치되어 실내 공기와 열교환 되는 제1 열교환기(10)를 구비하여 냉방 또는 난방을 선택적으로 수행하는 공조부(100)와, 상기 제1 열교환기(10) 측으로 외기를 도입하기 위한 외기유입 덕트(20)와, 상기 제1 열교환기(10) 측에서 공기를 외부로 배출하기 위한 공조배기 덕트(30)와, 다수의 튜브 및 방열핀 구조로 이루어져 상기 제1 열교환기(10)를 통과한 냉매의 방열 기능을 수행하는 제2 열교환기(40)를 갖는 라디에이터부(200)를 포함하는 히트펌프형 공조기에 있어서,
    상기 제2 열교환기(40)는 상기 공조배기 덕트(30) 상에 설치되어 상기 공조배기 덕트(30)의 내부를 유동하는 배출 공기와 열교환 되고,
    상기 라디에이터부(200)는: 상기 공조배기 덕트(30)를 유동하는 배출 공기를 유입하기 위한 흡입구(220), 상기 제2 열교환기(40), 상기 제2 열교환기(40)를 통과한 배출 공기를 배출하기 위한 토출구(210) 및 토출 팬(230)이 내부에 구성된 상단 프레임(201)과; 압축기, 팽창밸브, 방향전환밸브가 내부에 구성된 하단 프레임(202)을 포함하며, 상기 상단 프레임(201)과 하단 프레임(202)은 일체로 형성되어 하나의 모듈을 이루고, 상기 상단 프레임(201)의 내부 공간과 하단 프레임(202)의 내부 공간은 격벽에 의해 구획되며,
    상기 제2 열교환기(40)는 상기 공조배기 덕트(30)의 내부를 유동하는 배출 공기의 유동 방향에 대해 경사지게 설치되며, 상기 상단 프레임(201)에 형성되는 토출구(210)는 다수개로 이루어져 상기 배출 공기의 유동 방향에 대해 수평 방향으로 또는 수직 방향으로 선택적으로 토출 가능하고,
    상기 외기유입 덕트(20)와 상기 공조배기 덕트(30)의 사이를 연결하는 바이패스 덕트(60)가 더 구비되고, 상기 공조배기 덕트(30)에 차압센서가 설치되며, 상기 차압센서의 감지신호를 받아 일정한 풍량을 조절하는 볼륨담파(70)가 상기 바이패스 덕트(60) 내부에 설치되며,
    상기 제2 열교환기(40)는 옥내에 배치되는 것을 특징으로 하는 히트펌프형 공조기.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20030028959A (ko) * 2001-10-04 2003-04-11 이진국 폐열회수식 냉난방 겸용 공기조화기
KR100642365B1 (ko) * 2005-08-22 2006-11-03 엘지전자 주식회사 덕트형 공기조화기의 실내기
KR20090004365A (ko) * 2007-12-05 2009-01-12 백상기 냉난방 공기조화기

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