KR101838635B1 - 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치 - Google Patents

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heat exchanging
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박한샘
정호종
김병수
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치에 관한 것으로서, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매가 유입되고, 일 단으로 상대적으로 온도가 높은 고온의 냉매가 토출되고, 타 단으로 상대적으로 온도가 낮은 저온의 냉매가 토출되는 볼텍스 튜브; 상기 저온의 냉매가 유체와 열교환되는 제1열교환부 및 상기 고온의 냉매가 상기 유체와 열교환되는 제2열교환부를 구비한 열교환부; 상기 열교환부를 경유한 냉매가 감압 팽창되는 팽창장치; 및 상기 팽창장치를 경유한 냉매가 증발되는 증발기;를 구비하여 구성된다. 이에 의해, 볼텍스 튜브에서 토출된 고온냉매 및 저온냉매를 각각 열교환되게 하여 에너지 손실 발생을 억제할 수 있다.

Description

볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치{REFRIGERATION CYCLE APPARATUS WITH VORTEX TUBE}
본 발명은, 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 냉동사이클 장치는, 냉매를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매가 방열되는 응축기, 상기 응축기를 경유한 냉매가 감압 팽창되는 팽창장치 및 상기 팽창장치를 경유한 냉매가 잠열을 흡수하여 증발되는 증발기를 구비한다.
한편, 볼텍스 튜브는, 내부로 유입되는 유체를 서로 다른 온도의 유체로 분리하여 토출할 수 있는 기구이다.
상기 볼텍스 튜브는, 대략 파이프 형상을 구비하며, 일 측에 유체가 유입되는 유입부가 형성되고, 상기 유입부의 일 측에는 고온의 유체가 토출되는 고온출구가 구비되고, 상기 유입부의 타 측에는 저온의 유체가 토출되는 저온출구가 형성된다.
일부에는 이러한 볼텍스 튜브를 이용하여 압축된 공기를 상대적으로 온도가 높은 고온의 공기와 상대적으로 온도가 낮은 저온의 공기로 분리하여 공기조화에 이용하는 공기조화시스템이 제안되어 있다.
또 다른 일부에는 상기 볼텍스 튜브에 냉동사이클의 냉매가 유입되게 하여 상기 볼텍스 튜브에서 온도가 상승되어 토출되는 고온의 냉매를 난방에 활용하는 방안이 제안되어 있다.
그런데, 이러한 종래의 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치에 있어서는, 볼텍스 튜브를 통과한 냉매 중 일부(일 측)만 사용하기 때문에 타 측 냉매의 에너지 손실이 발생될 수 있다.
또한, 통상의 냉매는, 압력이 낮아지는 경우 포화온도도 함께 낮아지기 때문에 열교환과정에서 열 전달량이 작아지게 될 수 있다.
또한, 볼텍스 튜브의 내부에서 2상(two phases) 상태의 냉매가 발생할 수 있으며, 2상 냉매가 발생되는 경우 볼텍스 튜브의 성능이 저하될 수 있다.
KR 10-2016-0107749 A (2016.09.19. 공개) KR 10-2012-0131403 A (2012.12.05.공개) KR 10-1229802 B1 (2013.02.05.공고)
따라서, 본 발명은, 볼텍스 튜브를 통과한 유체의 에너지 손실 발생을 억제할 수 있는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 동일한 압축기 운전상태에서 토출된 냉매의 온도보다 더 높은 온도의 냉매를 이용하여 더 높은 온도의 물을 공급할 수 있는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 서로 다른 온도의 물을 공급할 수 있는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매가 유입되고, 일 단으로 상대적으로 온도가 높은 고온의 냉매가 토출되고, 타 단으로 상대적으로 온도가 낮은 저온의 냉매가 토출되는 볼텍스 튜브; 상기 저온의 냉매가 유체와 열교환되는 제1열교환부 및 상기 고온의 냉매가 상기 유체와 열교환되는 제2열교환부를 구비한 열교환부; 상기 열교환부를 경유한 냉매가 감압 팽창되는 팽창장치; 및 상기 팽창장치를 경유한 냉매가 증발되는 증발기;를 포함하는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치를 제공한다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제2열교환부를 경유한 냉매와 상기 저온의 냉매가 합류되는 합류부를 더 구비하여 구성된다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 제1열교환부 및 제2열교환부와 물이 열교환되게 형성되어 온수를 공급하는 온수공급유닛;을 더 구비하여 구성된다.
본 발명과 관련된 일예에 따르면, 상기 온수공급유닛은, 내부에 수용공간이 형성되고 상기 제1열교환부 및 제2열교환부가 수용되는 케이스; 상기 케이스의 일 측에 물이 유입될 수 있게 형성되는 유입부; 및 상기 케이스의 타 측에 물이 유출될 수 있게 형성되는 유출부;를 구비하여 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 온수공급유닛은, 내부에 상기 제1열교환부가 수용되는 제1케이스, 상기 제1케이스에 물이 유입 및 유출될 수 있게 형성되는 유입부 및 유출부를 구비한 제1온수공급유닛; 및 내부에 상기 제2열교환부가 수용되는 제2케이스, 상기 제2케이스의 내부에 물이 유입 및 유출될 수 있게 형성되는 유입부 및 유출부를 구비한 제2온수공급유닛;을 구비하여 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 온수공급유닛은, 내부에 상기 제1열교환부가 수용되는 제1케이스, 내부에 상기 제2열교환부가 수용되는 제2케이스, 상기 제1케이스와 제2케이스를 연통시키는 연통관, 상기 제1케이스에 물이 유입될 수 있게 형성되는 유입부 및 상기 제2케이스의 물이 유출될 수 있게 형성되는 유출부를 구비하여 구성된다.
상기 연통관에는, 상기 제1케이스의 물이 외부로 유출될 수 있게 분기관이 구비된다.
상기 연통관에는 상기 제1케이스의 물이 상기 제2케이스 및 상기 분기관 중 어느 하나로 이동될 수 있게 유로를 절환하는 유로절환밸브가 구비된다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 냉매는 이산화탄소로 구성된다.
그리고, 상기 압축기는 상기 냉매를 초임계 상태로 압축하여 토출할 수 있게 형성된다.
한편, 본 발명의 또 따른 분야에 따르면, 냉매를 초임계 상태로 압축하여 토출하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매가 유입되고, 일 단으로 상대적으로 온도가 높은 고온의 냉매가 토출되고, 타 단으로 상대적으로 온도가 낮은 저온의 냉매가 토출되는 볼텍스 튜브; 상기 저온의 냉매가 열교환되는 제1열교환부 및 상기 고온의 냉매가 열교환되는 제2열교환부를 구비한 열교환부; 상기 제2열교환부를 경유한 냉매와 상기 볼텍스 튜브에서 유출된 저온의 냉매가 합류되는 합류부; 상기 제1열교환부 및 제2열교환부와 물이 열교환되게 형성되어 온수를 공급하는 온수공급유닛; 상기 열교환부를 경유한 냉매가 감압 팽창되는 팽창장치; 및 상기 팽창장치를 경유한 냉매가 증발되는 증발기;를 포함하는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치가 제공된다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 온수공급유닛은, 서로 다른 온도의 온수가 각각 유출되는 제1유출부 및 제2유출부를 구비하여 구성된다.
한편, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 냉매를 초임계상태로 압축하여 토출하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매가 유입되고, 일 단으로 상대적으로 온도가 높은 고온의 냉매가 토출되고, 타 단으로 상대적으로 온도가 낮은 저온의 냉매가 토출되는 볼텍스 튜브; 상기 저온의 냉매가 열교환되는 제1열교환부 및 상기 고온의 냉매가 열교환되는 제2열교환부를 구비한 열교환부; 상기 제2열교환부를 경유한 냉매와 상기 볼텍스 튜브에서 유출된 저온의 냉매가 합류되는 합류부; 상기 제1열교환부 및 제2열교환부와 공기가 열교환되게 형성되어 온풍을 공급하는 난방유닛; 상기 열교환부를 경유한 냉매가 감압 팽창되는 팽창장치; 및 상기 팽창장치를 경유한 냉매가 증발되는 증발기;를 포함하는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치가 제공된다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 난방유닛은, 공기의 이동 경로를 형성하는 덕트; 및 상기 덕트의 내부의 공기 이동을 촉진시키는 송풍팬;을 구비하여 구성된다.
상기 제1열교환부 및 제2열교환부는 상기 덕트의 내부에 공기의 이동방향을 따라 상기 제1열교환부가 상기 제2열교환부의 상류측에 배치되게 구성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 볼텍스 튜브를 통과한 서로 다른 온도의 냉매가 각각 열교환되도록 함으로써, 냉매의 에너지 손실 발생을 억제할 수 있다.
또한, 압축기에서 압축된 냉매의 온도보다 더 높은 온도의 냉매를 이용하여 온수를 공급함으로써, 상대적으로 더 높은 온도의 온수를 공급할 수 있다.
또한, 제1열교환부 및 제2열교환부와 물이 각각 열교환되게 구성함으로써, 서로 다른 온도의 온수를 공급할 수 있다.
또한, 볼텍스 튜브에 유입되는 냉매를 초임계 상태로 압축되게 하여 임계영역보다 큰 압력으로 팽창되도록 함으로써, 2상 상태의 냉매 발생을 억제할 수 있다. 이에 의해, 2상 상태의 냉매 발생에 기인한 운전 효율 저하를 억제할 수 있다.
또한, 볼텍스 튜브의 저온 출구로부터 토출된 냉매 및 고온 출구로부터 토출된 냉매를 각각 물 또는 공기와 각각 열교환되게 하여, 온수 공급 또는 난방 공급에 모두 이용함으로써, 에너지 손실 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치의 구성도,
도 2는 도 1의 볼텍스 튜브의 사시도,
도 3은 도 1의 볼텍스 튜브의 작용을 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 1의 냉동사이클 장치의 압력-엔탈피 선도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치의 구성도,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치의 구성도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치의 구성도,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명한다. 본 명세서는, 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치는, 냉매를 압축하는 압축기(110); 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매가 유입되고, 일 단으로 상대적으로 온도가 높은 고온의 냉매가 토출되고, 타 단으로 상대적으로 온도가 낮은 저온의 냉매가 토출되는 볼텍스 튜브(130); 상기 저온의 냉매가 유체와 열교환되는 제1열교환부(151) 및 상기 고온의 냉매가 상기 유체와 열교환되는 제2열교환부(161)를 구비한 열교환부(150); 상기 열교환부(150)를 경유한 냉매가 감압 팽창되는 팽창장치(180); 및 상기 팽창장치(180)를 경유한 냉매가 증발되는 증발기(190);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 압축기(110)는, 예를 들면, 냉매를 초임계 상태로 압축하게 구성될 수 있다.
상기 냉매는 이산화탄소일 수 있다.
상기 압축기(110)의 토출측에는 볼텍스 튜브(130)가 구비될 수 있다.
상기 볼텍스 튜브(130)는, 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 유체(냉매)의 수용공간이 형성된 관 형상의 바디(131)를 구비할 수 있다.
상기 볼텍스 튜브(130)에는, 예를 들면, 냉매가 상기 바디(131)의 축방향에 수직하게 유입될 수 유입구(133)가 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 유입구(133)는 내부로 유입되는 냉매가 상기 바디(131)의 내경면에 수직(접선)방향으로 유입되어 상기 바디(131)의 내경면을 따라 회전되게 구성될 수 있다.
이에 의해, 상기 바디(131)의 내부에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 고온의 볼텍스 및 저온의 볼텍스가 각각 형성될 수 있다.
상기 바디(131)의 일 단부에는 상기 고온의 볼텍스(고온냉매)가 유출되는 고온출구(135)가 형성될 수 있다.
상기 바디(131)의 타 단부에는 상기 저온의 볼텍스(저온냉매)가 유출되는 저온출구(137)가 형성될 수 있다.
상기 고온출구(135)는, 예를 들면, 상기 유입구(133)로부터 상대적으로 멀리 이격되어 형성될 수 있다.
상기 저온출구(137)는 상기 유입구(133)에 상대적으로 가까이 배치되게 형성될 수 있다.
상기 고온출구(135)에는, 예를 들면, 고온냉매의 유량을 조절할 수 있게 유량조절밸브(141)가 구비될 수 있다.
상기 유량조절밸브(141)는 상기 볼텍스 튜브(130)의 바디(131)에 대해 상대 회전되게 구성될 수 있다.
상기 유량조절밸브(141)는, 예를 들면, 상기 볼텍스 튜브(130)(바디(131))의 축선방향을 따라 상대 이동되면서 상기 고온냉매의 유동단면적을 조절하는 조절부재(143)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 조절부재(143)는, 예를 들면, 삼각 단면 형상을 구비할 수 있다.
여기서, 상기 압축기(110)는 상기 볼텍스 튜브(130)의 고온출구(135) 및 저온출구(137)를 통해 각각 감압되어 토출된 고온냉매 및 저온냉매가 각각 임계압력 이상의 압력을 가질 수 있는 정도로 높은 초임계 압력으로 냉매를 압축할 수 있게 구성될 수 있다.
이에 의해, 상기 볼텍스 튜브(130)의 내부에서 2상 냉매가 발생되는 현상이 억제될 수 있다.
또한, 2상 냉매 발생에 기인한 볼텍스 튜브(130)의 성능 저하를 억제할 수 있다.
상기 압축기(110)의 흡입측에는 냉매가 잠열을 흡수하여 증발되는 증발기(190)가 연결될 수 있다.
상기 증발기(190)의 일 측에는 냉매가 감압 및 팽창되는 팽창장치(180)가 구비될 수 있다.
한편, 상기 볼텍스 튜브(130)의 저온출구(137)에는 제1열교환부(151)가 연결될 수 있다.
상기 제1열교환부(151)는, 예를 들면, 내부에 냉매의 유로가 형성된 복수의 직관부(153) 및 상기 직관부(153)를 연통되게 연결하는 연결부(155)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 볼텍스 튜브(130)의 고온출구(135)에는 제2열교환부(161)가 연결될 수 있다.
상기 제2열교환부(161)는, 예를 들면, 내부에 냉매의 유로가 형성된 복수의 직관부(163) 및 상기 직관부(163)를 서로 연통되게 연결하는 연결부(165)를 구비하여 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1열교환부(151) 및 제2열교환부(161)가 각각 복수의 직관부 및 연결부를 구비하게 구성된 경우를 예시하고 있으나, 이는 예시일 뿐이고, 상기 제1열교환부(151) 및 제2열교환부(161)는 직선 파이프를 코일 형상 또는 나선 형상으로 복수 회 권회되게 하여 구성될 수도 있다.
상기 제2열교환부(161)의 유출측 또는 상기 제1열교환부(151)의 유입측에는 상기 볼텍스 튜브(130)의 저온출구(137)로부터 유출된 저온냉매가 상기 제2열교환부(161)를 경유한 냉매와 합류될 수 있게 합류부(170)가 형성될 수 있다.
상기 합류부(170)는, 예를 들면, 상기 제1열교환부(151)와 연결되는 제1연결부(172a), 제2열교환부(161)와 연결되는 제2연결부(172b) 및 상기 저온출구(137)와 연결되는 제3연결부(172c)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 합류부(170)는, 본 실시예에서, "T" 형상으로 구현된 경우를 예시하고 있으나, "Y" 형상으로 구현될 수도 있다.
한편, 본 실시예의 냉동사이클 장치는, 상기 제1열교환부(151) 및 제2열교환부(161)가 각각 물과 열교환되어 온수를 공급하는 온수공급유닛(210a)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 온수공급유닛(210a)은, 예를 들면, 내부에 상기 제1열교환부(151)가 수용되는 제1케이스(221), 내부에 상기 제2열교환부(161)가 수용되는 제2케이스(231), 상기 제1케이스(221)와 제2케이스(231)를 연통시키는 연통관(241), 상기 제1케이스(221)에 물이 유입될 수 있게 형성되는 유입부(225) 및 상기 제2케이스(231)의 물이 유출될 수 있게 형성되는 유출부(236)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1케이스(221)의 일 측에는 물이 유입될 수 있게 유입부(225)가 형성될 수 있다.
상기 유입부(225)에는 유로를 개폐하는 유입부개폐밸브(227)가 구비될 수 있다.
상기 제2케이스(231)의 일 측에는 물(온수)이 유출될 수 있게 유출부(236)가 형성될 수 있다.
상기 유출부(236)에는 상기 유출부(236)의 유로를 개폐할 수 있게 유출부개폐밸브(238)가 구비될 수 있다.
한편, 상기 제1케이스(221)와 제2케이스(231) 사이에는 상기 제1케이스(221)와 제2케이스(231)를 상호 연통시키는 연통관(241)이 구비될 수 있다.
여기서, 상기 온수공급유닛(210a)은, 예를 들면, 운전이 개시되면 상기 유입부개폐밸브(227) 및 상기 유출부개폐밸브(238)가 모두 개방되어 상기 유입부(225)를 통해 유입된 물이 상기 제1열교환부(151) 및 제2열교환부(161)와 순차적으로 열교환되어 온도가 상승된 후 상기 유출부(236)를 통해 외부로 유출되게 구성될 수 있다.
또한, 상기 온수공급유닛(210a)은, 예를 들면, 상기 제1케이스(221) 및 제2케이스(231)의 내부에 미리 설정된 양(설정수위)의 물이 저장되고, 상기 유출부개폐밸브(238)의 개방에 의해 요구 수량이 유출되면 상기 유입부개폐밸브(227)가 개방되어 상기 제1케이스(221) 및 제2케이스(231)의 내부에 유출된 수량에 대응되는 수량이 보충되게 구성될 수도 있다.
이러한 구성에 의하여, 운전이 개시되고 상기 증발기(190)를 경유한 저온 저압의 냉매는 예를 들면 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다(①). 상기 압축기(110)로 흡입된 냉매는 초임계 상태로 압축되어 토출될 수 있다(②).
상기 압축기(110)에서 초임계 상태로 토출된 냉매는 상기 볼텍스 튜브(130)의 유입구(133)를 통해 내부로 유입될 수 있다.
상기 볼텍스 튜브(130)의 내부로 유입된 냉매는 고속으로 선회하면서 감압되어 고온의 볼텍스 및 저온의 볼텍스로 각각 분리될 수 있다.
여기서, 상기 고온의 볼텍스 및 저온의 볼텍스는 모두 임계 압력 이상의 압력을 가지므로, 상기 볼텍스 튜브(130)의 내부에서는 2상 냉매 발생이 억제될 수 있다.
이에 의해, 본 실시예의 냉동사이클 장치는 상기 볼텍스 튜브(130)의 2상 냉매 발생에 기인한 성능 저하가 억제될 수 있다.
상기 고온의 볼텍스(고온냉매)는 상기 고온출구(135)를 통해 외부로 토출될 수 있다(③).
상기 저온의 볼텍스(저온냉매)는 상기 저온출구(137)를 통해 외부로 토출될 수 있다(④).
한편, 운전이 개시되면 상기 유입부개폐밸브(227) 및 유출부개폐밸브(238)가 각각 개방될 수 있다.
상기 저온출구(137)로 유출된 저온냉매는 상기 제1열교환부(151)로 유입될 수 있다.
상기 제1열교환부(151)로 유입된 저온냉매는 상기 제1케이스(221)의 내부의 물과 열교환되어 냉각될 수 있다.
상기 제1케이스(221)의 내부에서 저온냉매와 열교환되어 온도가 상승된 물은 상기 연통관(241)을 통해 상기 제2케이스(231)의 내부로 유입될 수 있다.
상기 고온출구(135)로 유출된 고온냉매는 상기 제2열교환부(161)로 유입될 수 있다.
상기 제2열교환부(161)로 유입된 냉매는 상기 제2케이스(231)의 내부의 물과 열교환되어 냉각될 수 있다.
상기 제2케이스(231)의 내부의 물은 상기 고온냉매와 열교환되어 온도가 더욱 상승될 수 있다.
상기 제2열교환부(161)에서 냉각된 고온냉매는 상기 합류부(170)에서 상기 저온출구(137)를 통해 유출된 저온냉매와 합류될 수 있다.
상기 합류부(170)에서 합류된 고온냉매 및 저온냉매는 상기 제1열교환부(151)로 유입될 수 있다.
상기 제1열교환부(151)로 유입된 냉매는 열교환되어 냉각될 수 있다(⑤)
상기 제1열교환부(151)에서 열교환되어 냉각된 냉매는 상기 팽창장치(180)를 경유하면서 감압 및 팽창될 수 있다(⑥).
상기 팽창장치(180)를 경유한 냉매는 상기 증발기(190)로 유입되고, 상기 증발기(190)의 내부에서 주위의 잠열을 흡수하여 증발되어 상기 증발기(190)에서 유출될 수 있다(①).
상기 증발기(190)를 경유한 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입되어 초임계 상태로 압축되어 토출되고, 상기 볼텍스 튜브(130)의 내부로 유입되어 고온냉매 및 저온냉매로 각각 분리되어 토출되는 과정을 반복하면서 물의 온도를 상승시키는 온수공급기능을 수행할 수 있다.
한편, 온수공급유닛(210b)은, 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 내부에 상기 제1열교환부(151)가 수용되는 제1케이스(221), 상기 제1케이스(221)에 물이 유입 및 유출될 수 있게 형성되는 유입부(225) 및 유출부(226)를 구비한 제1온수공급유닛(220); 및 내부에 상기 제2열교환부(161)가 수용되는 제2케이스(231), 상기 제2케이스(231)의 내부에 물이 유입 및 유출될 수 있게 형성되는 유입부(236) 및 유출부(236)를 구비한 제2온수공급유닛(230);을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1케이스(221)의 유입부(225)에는 유입부개폐밸브(227)이 구비되고, 상기 제1케이스(221)의 유출부(226)에는 유출부개폐밸브(228)이 구비될 수 있다.
상기 제2케이스(231)의 유입부(235)에는 유입부개폐밸브(237)이 구비되고, 상기 제2케이스(231)의 유출부(236)에는 유출부개폐밸브(238)이 구비될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 상기 제1온수공급유닛(220)에 의해 상대적으로 온도가 낮은 온수가 공급될 수 있다.
또한, 상기 제2온수공급유닛(230)에 의해 상대적으로 온도가 높은 온수가 공급될 수 있다.
한편, 온수공급유닛(210a)은, 예를 들면 도 6에 도시된 바와 같이, 내부에 상기 제1열교환부(151)가 수용되는 제1케이스(221), 내부에 상기 제2열교환부(161)가 수용되는 제2케이스(231), 상기 제1케이스(221)와 제2케이스(231)를 연통시키는 연통관(241), 상기 제1케이스(221)에 물이 유입될 수 있게 형성되는 유입부(225) 및 상기 제2케이스(231)의 물이 유출될 수 있게 형성되는 유출부(236)를 구비하고, 상기 연통관(241)에는, 상기 제1케이스(221)의 물이 외부로 유출될 수 있게 분기관(243)이 구비되게 구성될 수 있다.
상기 유입부(225)에는 유입부개폐밸브(227)가 구비될 수 있다.
상기 유출부(236)에는 유출부개폐밸브(238)가 구비될 수 있다.
상기 연통관(241)에는 상기 제1케이스(221)의 물이 상기 제2케이스(231) 및 상기 분기관(243) 중 어느 하나로 이동될 수 있게 유로를 절환하는 유로절환밸브(245)가 구비될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 연통관(241)에 유로절환밸브가구비된 경우를 예시하고 있으나, 이는 예시일 뿐이고, 상기 분기관(243)을 개폐하는 분기관개폐밸브 및 상기 제2케이스(231)의 유입측을 개폐하는 개폐밸브를 구비하여 구성될 수도 있다.
이러한 구성에 의하면, 상대적으로 높은 고온의 온수를 공급하고자 할 때는, 상기 유입부개폐밸브(227) 및 유출부개폐밸브(238)가 각각 개방되고, 상기 유로절환밸브(245)는 상기 분기관(243)을 차단하고, 상기 제2케이스(231)의 유입측 유로를 개방하게 작동될 수 있다.
또한, 상대적으로 낮은 온도의 온수를 공급하고자 할 때는, 상기 유입부개폐밸브(227)가 개방되고, 상기 유로절환밸브(245)는 상기 제2케이스(231)의 유입부측 유로를 차단하고, 상기 분기관(243)이 개방되게 작동될 수 있다.
또한, 서로 다른 온도의 온수를 동시에 공급하고자 할 때는, 상기 유입부개폐밸브(227) 및 유출부개폐밸브(238)가 각각 개방되고, 상기 유로절환밸브(245)는 상기 제2케이스(231)의 유입부측 유로를 차단하고, 상기 분기관(243)이 개방되게 작동될 수 있다.
한편, 온수공급유닛(210c)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 내부에 수용공간이 형성되고 상기 제1열교환부(151) 및 제2열교환부(161)가 수용되는 케이스(251); 상기 케이스(251)의 일 측에 물이 유입될 수 있게 형성되는 유입부(225); 및 상기 케이스(251)의 타 측에 물이 유출될 수 있게 형성되는 유출부(236);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 유입부(225)에는 상기 유입부(225)의 유로를 개폐하는 유입부개폐밸브(227)가 구비될 수 있다.
상기 유출부(236)에는 상기 유출부(236)의 유로를 개폐하는 유출부개폐밸브(238)가 구비될 수 있다.
상기 유출부(236)는 상기 케이스(251)의 상하방향을 따라 상기 유입부(225)의 상측에 배치될 수 있다.
상기 제2열교환부(161)는 상기 케이스(251)의 상하방향을 따라 상기 제1열교환부(151)의 상측에 구비될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 유입부(225)를 통해 유입된 물은 상기 케이스(251)의 내부 하부영역에서 상기 제1열교환부(151)와 열교환되어 온도가 상승되고, 상기 케이스(251)의 내부 상부영역에서 상기 제2열교환부(161)와 열교환되어 온도가 더욱 상승된 후 상기 유출부(236)를 통해 상기 케이스(251)의 외부로 유출될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치는, 냉매를 초임계상태로 압축하여 토출하는 압축기(110); 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매가 유입되고, 일 단으로 상대적으로 온도가 높은 고온의 냉매가 토출되고, 타 단으로 상대적으로 온도가 낮은 저온의 냉매가 토출되는 볼텍스 튜브(130); 상기 저온의 냉매가 열교환되는 제1열교환부(151) 및 상기 고온의 냉매가 열교환되는 제2열교환부(161)를 구비한 열교환부(150); 상기 제2열교환부(161)를 경유한 냉매와 상기 볼텍스 튜브(130)에서 유출된 저온의 냉매가 합류되는 합류부(170); 상기 제1열교환부(151) 및 제2열교환부(161)와 공기가 열교환되게 형성되어 온풍을 공급하는 난방유닛(270); 상기 열교환부(150)를 경유한 냉매가 감압 팽창되는 팽창장치(180); 및 상기 팽창장치(180)를 경유한 냉매가 증발되는 증발기(190);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 난방유닛(270)은, 공기의 이동 경로를 형성하는 덕트(271)를 구비할 수 있다.
상기 덕트(271)는 난방하고자 하는 실내와 연통되게 구성될 수 있다.
상기 덕트(271)의 내부에는 공기의 이동을 촉진시키는 송풍팬(275)이 구비될 수 있다.
상기 덕트(271)의 내부에는 제1열교환부(151) 및 제2열교환부(161)가 구비될 수 있다.
상기 덕트(271)의 내부의 공기의 이동방향을 따라 상기 제1열교환부(151)는 상기 제2열교환부(161)의 상류측에 구비될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 운전이 개시되어 상기 압축기(110) 구동되면, 상기 압축기(110)는 냉매를 초임계 상태로 압축하여 토출할 수 있다. 상기 압축기(110)에서 토출된 냉매는 상기 볼텍스 튜브(130)로 유입되고, 고온냉매 및 저온냉매로 각각 토출될 수 있다.
운전이 개시되면 상기 송풍팬(275)이 회전을 개시하고, 상기 덕트(271)의 내부의 공기가 상기 송풍팬(275)의 상류측에서 하류측으로 이동될 수 있다.
상기 덕트(271)의 내부의 공기는 상류측에 배치된 제1열교환부(151)와 먼저 열교환되어 온도가 상승되고, 하류측으로 이동되어 상기 제2열교환부(161)와 열교환되어 온도가 더욱 상승될 수 있다.
상기 제2열교환부(161)를 통과하면서 온도가 상승된 공기는 상기 실내로 토출될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.
110: 압축기 130 : 볼텍스 튜브
131: 바디 133 : 유입구
135 : 고온출구 137 : 저온출구
150 : 열교환부 151 : 제1열교환부
161 : 제2열교환부 170 : 합류부
180 : 팽창장치 190 : 증발기
210a,210b,210c : 온수공급유닛
220: 제1온수공급유닛 221 : 제1케이스
225,235 : 유입부 227,237 : 유입부개폐밸브
226,236 : 유출부 228,238 : 유출부개폐밸브
230 : 제2온수공급유닛 231: 제2케이스
241: 연통관 243 : 분기관
245: 유로절환밸브 251 : 케이스
270: 난방유닛 271 : 덕트
275: 송풍팬

Claims (13)

  1. 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 냉매가 유입되고, 일 단으로 상대적으로 온도가 높은 고온의 냉매가 토출되고, 타 단으로 상대적으로 온도가 낮은 저온의 냉매가 토출되는 볼텍스 튜브;
    제1열교환부와, 상기 고온의 냉매가 유체와 열교환되는 제2열교환부를 구비한 열교환부;
    상기 열교환부를 경유한 냉매가 감압 팽창되는 팽창장치;
    상기 팽창장치를 경유한 냉매가 증발되는 증발기; 및
    상기 제2열교환부를 경유한 냉매와 상기 볼텍스 튜브에서 토출되는 저온의 냉매가 합류되는 합류부를 포함하며,
    상기 제1열교환부는 상기 합류부에 의해 합류된 냉매가 상기 유체와 열교환되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1열교환부 및 제2열교환부이 물과 열교환되게 형성되어 온수를 공급하는 온수공급유닛;을 더 포함하는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 온수공급유닛은, 내부에 수용공간이 형성되고 상기 제1열교환부 및 제2열교환부가 수용되는 케이스; 상기 케이스의 일 측에 물이 유입될 수 있게 형성되는 유입부; 및 상기 케이스의 타 측에 물이 유출될 수 있게 형성되는 유출부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 온수공급유닛은, 내부에 상기 제1열교환부가 수용되는 제1케이스, 상기 제1케이스에 물이 유입 및 유출될 수 있게 형성되는 유입부 및 유출부를 구비한 제1온수공급유닛; 및 내부에 상기 제2열교환부가 수용되는 제2케이스, 상기 제2케이스의 내부에 물이 유입 및 유출될 수 있게 형성되는 유입부 및 유출부를 구비한 제2온수공급유닛;을 구비하는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 온수공급유닛은, 내부에 상기 제1열교환부가 수용되는 제1케이스, 내부에 상기 제2열교환부가 수용되는 제2케이스, 상기 제1케이스와 제2케이스를 연통시키는 연통관, 상기 제1케이스에 물이 유입될 수 있게 형성되는 유입부 및 상기 제2케이스의 물이 유출될 수 있게 형성되는 유출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연통관에는, 상기 제1케이스의 물이 외부로 유출될 수 있게 분기관이 구비되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연통관에는 상기 제1케이스의 물이 상기 제2케이스 및 상기 분기관 중 어느 하나로 이동될 수 있게 유로를 절환하는 유로절환밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치.
  9. 제1항, 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매는 이산화탄소이고,
    상기 압축기는 상기 냉매를 초임계 상태로 압축하여 토출할 수 있게 형성되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치.
  10. 냉매를 초임계 상태로 압축하여 토출하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 냉매가 유입되고, 일 단으로 상대적으로 온도가 높은 고온의 냉매가 토출되고, 타 단으로 상대적으로 온도가 낮은 저온의 냉매가 토출되는 볼텍스 튜브;
    제1열교환부와, 상기 고온의 냉매가 열교환되는 제2열교환부를 구비한 열교환부;
    상기 제2열교환부를 경유한 냉매와 상기 볼텍스 튜브에서 유출된 저온의 냉매가 합류되는 합류부;
    상기 제1열교환부 및 제2열교환부와 물이 열교환되게 형성되어 온수를 공급하는 온수공급유닛;
    상기 열교환부를 경유한 냉매가 감압 팽창되는 팽창장치; 및
    상기 팽창장치를 경유한 냉매가 증발되는 증발기;를 포함하며,
    상기 제1열교환부는 상기 합류부에 의해 합류된 냉매가 상기 물과 열교환되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 온수공급유닛은, 서로 다른 온도의 온수가 각각 유출되는 제1유출부 및 제2유출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치.
  12. 냉매를 초임계상태로 압축하여 토출하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 냉매가 유입되고, 일 단으로 상대적으로 온도가 높은 고온의 냉매가 토출되고, 타 단으로 상대적으로 온도가 낮은 저온의 냉매가 토출되는 볼텍스 튜브;
    제1열교환부와, 상기 고온의 냉매가 열교환되는 제2열교환부를 구비한 열교환부;
    상기 제2열교환부를 경유한 냉매와 상기 볼텍스 튜브에서 유출된 저온의 냉매가 합류되는 합류부;
    상기 제1열교환부 및 제2열교환부와 공기가 열교환되게 형성되어 온풍을 공급하는 난방유닛;
    상기 열교환부를 경유한 냉매가 감압 팽창되는 팽창장치; 및
    상기 팽창장치를 경유한 냉매가 증발되는 증발기;를 포함하며,
    상기 제1열교환부는 상기 합류부에 의해 합류된 냉매가 상기 공기와 열교환되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 난방유닛은, 공기의 이동 경로를 형성하는 덕트; 및 상기 덕트의 내부의 공기 이동을 촉진시키는 송풍팬;을 구비하고,
    상기 제1열교환부 및 제2열교환부는 상기 덕트의 내부에 공기의 이동방향을 따라 상기 제1열교환부가 상기 제2열교환부의 상류측에 배치되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 구비한 냉동사이클 장치.
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