KR101990392B1 - 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템 - Google Patents

시설원예용 연속난방 공기조화 시스템 Download PDF

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고광수
김종우
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제주대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템에 관한 것으로, 축열조, 압축기와 응축기 사이 냉매 순환배관에 배치된 축열 열교환기, 상기 축열 열교환기를 경유하며 유입단과 배출단이 상기 축열조와 연결되어 있고 상기 축열조의 열매체가 유동할 수 있는 축열배관, 상기 축열배관의 유입단에 위치한 제1 제상 삼방밸브(three way valve), 상기 축열배관의 배출단에 위치한 제2 제상 삼방밸브(three way valve), 상기 응축기와 연결된 제1 난방 열교환기와 이웃하게 배치되어 있는 제상 열교환기 및 상기 제상 열교환기를 경유하며 유입단이 상기 제1 제상 삼방밸브와 연결되어 있고 배출단이 상기 제2 제상 삼방밸브와 연결된 제상배관을 포함하며, 상기 축열배관을 유동하는 열매체는 상기 축열 열교환기에서 상기 냉매 순환배관을 유동하는 냉매와 열교환 한다.

Description

시설원예용 연속난방 공기조화 시스템{Continuous heating Air Conditioner system for green house}
본 발명은 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템에 관한 것이다.
공기조화기는 냉방운전 시 압축기에서 압축된 냉매는 실외열교환기로 유입되며, 실외열교환기에서 응축된 냉매는 실내열교환기를 지나며 실내공기와 열교환하여 실내공기를 냉각시키게 된다.
공기조화기는 난방운전 시 압축기에서 압축된 냉매는 실내열교환기로 유입되어 실내공기와 열교환되어 응축된 후 실외열교환기를 통과하며 증발되어 다시 압축기로 유입된다. 실외열교환기를 통과하는 냉매에 의해 실외열교환기 주위공기의 상대습도가 상승되어 공기 중 수분이 실외열교환기 표면에 응결되어 성에가 발생하는 결빙현상이 나타난다.
난방운전 중 성에를 제거하기 위해 제상원전을 실시하게 된다. 제상운전은 압축기에서 압축된 고온고압의 냉매는, 실외열교환기로 유입되어 실외열교환기 표면에 발생된 성에를 녹이게 된다. 그러나 제상운전은 난방운전을 종료한 상태에서 실시하므로 실내 온도가 하강하게 된다. 그러나 제상 시 압축기에서 공급되는 냉매를 이용해야 했다.
등록특허 제10-0764707호 (2007.10.01.)
본 발명은 압축기의 토출단 열을 축열조에 저장하고, 저장된 열을 이용하여 제상을 실시하는 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템을 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템은, 축열조, 압축기와 응축기 사이 냉매 순환배관에 배치된 축열 열교환기, 상기 축열 열교환기를 경유하며 유입단과 배출단이 상기 축열조와 연결되어 있고 상기 축열조의 열매체가 유동할 수 있는 축열배관, 상기 축열배관의 유입단에 위치한 제1 제상 삼방밸브(three way valve), 상기 축열배관의 배출단에 위치한 제2 제상 삼방밸브(three way valve), 상기 응축기와 연결된 제1 난방 열교환기와 이웃하게 배치되어 있는 제상 열교환기 및 상기 제상 열교환기를 경유하며 유입단이 상기 제1 제상 삼방밸브와 연결되어 있고 배출단이 상기 제2 제상 삼방밸브와 연결된 제상배관을 포함하며, 상기 축열배관을 유동하는 열매체는 상기 축열 열교환기에서 상기 냉매 순환배관을 유동하는 냉매와 열교환한다.
삭제
상기 열 전달부는 히트 파이프일 수 있다.
상기 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템은, 상기 제1 난방 열교환기와 상기 응축기 사이에는 팽창밸브가 배치되어 있으며, 상기 제1 난방 열교환기와 상기 팽창밸브 사이 냉매 순환배관에 배치된 제1 난방 삼방밸브(three way valve), 상기 제1 난방 열교환기와 상기 압축기 사이 냉매 순환배관에 배치된 제2 난방 삼방밸브(three way valve) 및 유입단이 상기 제1 난방 삼방밸브와 연결되어 있고 배출단이 상기 제2 난방 삼방밸브와 연결된 제2 난방 열교환기를 더 포함할 수 있으며, 상기 축열배관을 유동하는 열매체는 상기 제1 제상 삼방밸브와 상기 제2 제상 삼방밸브 제어로 상기 제상배관을 따라 유동하여 상기 제상 열교환기에서 상기 적어도 하나의 열 전달부에 의해 상기 제1 난방 열교환기와 열교환할 수 있고, 상기 제상 열교환기와 상기 제1 난방 열교환기 열교환 시 상기 제1 난방 삼방밸브와 상기 제2 난방 삼방밸브 제어로 상기 냉매 순환배관을 유동하는 상기 냉매는 상기 제2 난방 열교환기로 유동할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제상운전이 시작되면 제1 제상 삼방밸브와 제2 제상 삼방밸브의 제어로 축열조의 열매체가 제상 열교환기 방향으로 유동하며, 이때 성에가 발생한 제1 난방 열교환기는 정지하고 제2 난방 열교환기가 작동하게 된다. 이렇게 함으로써 제상운전 시에도 시설원예내부에는 계속적으로 난방을 실시할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, P-h선도에서 ② - ③구간의 열이 과열도가 높아 열 손실이 발생하는 것을 알 수 있다. 압축기에서 토출된 ② - ③구간의 열을 축열조에 저장하였다가 제상이 필요한 시기가 되면 저장된 열을 제상 열교환기로 보내어 제상을 실시하게 된다. 이에 제상에 따른 에너지 소비를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템을 나타낸 개략도.
도 2는 도 1의 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템 열펌프사이클 P-h선도.
도 3은 도 1의 제상 열교환기와 제1 난방 열교환기의 연결상태를 나타낸 개략도.
도 4는 도 1의 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템의 난방운전 상태를 나타낸 개략도.
도 5는 도 1의 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템의 제상운전 상태를 나타낸 개략도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템에 대하여 [도 1] 내지 [도 3]을 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템을 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1의 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템 열펌프사이클 P-h선도이며, 도 3은 도 1의 제상 열교환기와 제1 난방 열교환기의 연결상태를 나타낸 개략도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템(1)은 축열조(20), 축열 열교환기(30), 축열배관(31), 제1 제상 삼방밸브(31a), 제2 제상 삼방밸브(31b), 제상 열교환기(40) 및 제상배관(50)을 포함한다. 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템(1)은 압축기(11), 응축기(12), 팽창밸브(13), 제1 난방 열교환기(14a), 제2 난방 열교환기(14b), 제1 난방 삼방밸브(15a), 제2 난방 삼방밸브(15b) 및 냉매 순환배관(16)을 더 포함할 수 있으며 압축기(11) 토출단의 열을 축열조(20)에 저장하고, 저장된 열로 제상을 실시한다.
본 실시예에 따른 제상 열교환기(40), 제1 난방 열교환기(14a)는 외기에서 열원을 공급받는 열원전용 덕트(도시하지 않음)에 배치되어 있다. 그리고 제2 난방 열교환기(14b) 및 응축기(12)는 온실, 실내 등으로 난방을 공급하는 난방전용 덕트(도시하지 않음)에 배치되어 있다. 난방전용 덕트의 내부와 열원전용 덕트의 내부는 서로 구획되어 있다.
압축기(11), 응축기(12), 팽창밸브(13), 제1 난방 열교환기(14a)는 냉매 순환배관(16)으로 연결되어 있다. 제1 난방 열교환기(14a)는 팽창밸브(13)와 압축기(11) 사이에 위치하여 냉매 순환배관(16)과 연결되어 있다. 이에 압축기(11)에서 압축된 냉매는 냉매 순환배관(16)을 따라 유동하여 응축기(12), 팽창밸브(13), 제1 난방 열교환기(14a), 압축기(11)를 순환할 수 있다. 압축기(11) 토출단의 냉매의 압력과 온도는 응축기에서 토출되는 냉매의 압력 및 온도와 차이가 발생한다. 이에 [도면 2]에 도시한 바와 같이 ② - ③구간 열이 과열도가 높아 열 손실이 발생하는 것을 알 수 있다. 이에, 압축기(11)에서 토출된 ② - ③구간 열을 저장하여 제상운전 시 사용한다.
제1 난방 삼방밸브(15a)는 제1 난방 열교환기(14a)와 팽창밸브(13)를 연결하는 냉매 순환배관(16)에 결합되어 있으며, 제2 난방 삼방밸브(15b)는 제1 난방 열교환기(14a)와 압축기(11)를 연결하는 냉매 순환배관(16)에 결합되어 있다.
제1 난방 삼방밸브(15a)는 난방운전 시 냉매 순환관(16)을 유동하는 냉매가 제1 난방 열교환기(14a) 방향으로 유동하도록 제어한다. 그러나 제1 난방 삼방밸브(15a)는 제상운전 시 냉매 순환관(16)을 유동하는 냉매가 제2 난방 열교환기(14b) 방향으로 유동하도록 제어한다. 제2 난방 삼방밸브(15b)는 제1 난방 열교환기(14a) 또는 제2 난방 열교환기(14b)를 유동한 냉매가 압축기(11) 방향으로 유동하도록 제어한다.
본 실시예에 따른 압축기(11), 응축기(12), 팽창밸브(13), 제1 난방 열교환기(14a), 제2 난방 열교환기(14b), 제1 난방 삼방밸브(15a) 및 제2 난방 삼방밸브(15b)의 세부적인 구성은 공지된 열펌프의 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기(열교환기), 삼방밸브와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
축열 열교환기(30)는 압축기(11)의 토출단과 이웃하여 압축기(11)와 응축기(12)를 연결하는 냉매 순환배관(16)에 배치되어 있다. 이에 냉매 순환배관(16)을 유동하는 냉매는 축열 열교환기(30) 내부를 유동할 수 있다. 축열 열교환기(30)는 프리히터(pre-heater) 구조로 형성되어 있다.
축열조(20) 내부에는 열매체가 수용될 수 있고 축열배관(31)으로 축열 열교환기(30)와 연결되어 있다.
축열배관(31)의 유입단과 배출단은 축열조(20)와 연결되어 있고 축열 열교환기(30)를 경유한다. 축열배관(31)에는 축열조(20)의 열매체를 유동시키는 펌프(21)가 배치되어 있다. 펌프(21)의 작동으로 축열조(20)의 열매체는 축열배관(31)을 통해 축열 열교환기(30)를 유동한 후 축열조(20) 내부로 유입될 수 있다. 열매체는 축열 열교환기(30)를 유동할 때 냉매 순환배관(16)을 유동하는 냉매와 열교환할 수 있다. 냉매의 온도가 열매체의 온도보다 높으므로 냉매의 열은 열매체로 이동할 수 있고, 온도가 상승된 열매체는 축열조(20)에 저장될 수 있다. 이에 압축기(11)에서 토출된 냉매의 열은 열매체를 통해 축열조(20) 저장될 수 있다.
제1 제상 삼방밸브(31a)는 축열배관(31)의 유입단에 배치되어 있으며, 제2 제상 삼방밸브(31b)는 축열배관(31)의 배출단에 배치되어 있다. 제1 제상 삼방밸브(31a)에는 제상배관(50)의 유입단이 연결되어 있고 제2 제상 삼방밸브(31b)에는 제상배관(50)의 배출단이 연결되어 있다.
난방운전 시 제1 제상 삼방밸브(31a)는 열매체가 축열 열교환기(30) 방향으로 유동하도록 제어하고, 제상운전 시 제1 제상 삼방밸브(31a)는 열매체가 제상배관(50)의 유입단 방향으로 유동하도록 제어한다. 제2 제상 삼방밸브(31b)는 제상 운전 시 축열배관(31)을 유동한 열매체가 축열조(20) 방향으로 유동하도록 제어한다.
제상 열교환기(40)는 제상본체(41) 및 열 전달부(42)를 포함하며 축열조(20)의 열매체 열을 이용하여 제1 난방 열교환기(14a)에 착상된 성에를 제거할 수 있다.
[도 3]을 참고하면, 제상본체(41)는 제1 난방 열교환기(14a)와 이웃하게 배치되어 있고 유입구(412) 및 토출구(413)를 가지며 내부에 유동공간(411)이 형성되어 있다. 유입구(412)에는 제1 제상 삼방밸브(31a)와 연결된 제상배관(50)이 결합되어 있고, 배출구(413)에는 제2 제상 삼방밸브(31b)와 연결된 제상배관(50)이 결합되어 있다.
제1 제상 삼방밸브(31a) 제어로 축열조(20) 열매체는 제상배관(50)을 통해 제상본체(41) 내부를 유동한 후 배출구(413)를 통해 배출될 수 있다.
열 전달부(42)는 내부에 열매체가 수용된 히트 파이프(heat pipe)로 형성되어 있다. 열 전달부(42)는 제상본체(41)를 따라 배열되어 있다. 배열된 열 전달부(42)들의 간격은 제1 난방 열교환기(14a)의 핀 튜브 규격에 따라 달라질 수 있다.
열 전달부(42) 일측은 제상본체(41)와 연결되어 유동공간(411)에 위치하고 타측은 제1 난방 열교환기(14a)의 핀 튜브 내부로 삽입되어 있다. 유동공간(411) 열매체의 열은 열 전달부(42)의 열매체를 통해 제1 난방 열교환기(14a)로 전달되어 제1 난방 열교환기(14a)에 착상된 성에를 제거할 수 있다. 위 설명에서 열 전달부(42)를 히트 파이프로 설명하였지만, 열 전달부(42)는 유동공간(411) 냉매 열을 제2 난방 열교환기(14b)로 전달할 수 있는 것이라면 다양한 것이 적용될 수 있다.
다음은 [도 4] 및 [도 5]를 참고하여 위에서 설명한 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템의 작용에 대하여 설명한다.
먼저, [도 3]을 참고하여 난방운전에 대해서 설명한다.
난방운전 시 제1 난방 삼방밸브(15a)는 냉매가 제1 난방 열교환기(14a) 방향으로 유동하도록 제어하고, 제2 난방 삼방밸브(15b)는 제1 난방 열교환기(14a)를 유동한 냉매가 압축기(11) 방향으로 유동하도록 제어한다.
그리고 제1 제상 삼방밸브(31a)는 축열조(20)의 열매체가 축열 열교환기(30) 방향으로 유동하도록 제어하고 제2 제상 삼방밸브(31b)는 축열 열교환기(30)를 유동한 열매체가 축열조(20)로 유동하도록 제어한다.
압축기(11) 작동으로 냉매는 응축기(12), 팽창밸브(13), 제1 난방 열교환기(14a)를 유동한다. 냉매가 제1 난방 열교환기(14a)를 유동할 때 난방전용 덕트에 위치한 응축기(12)는 난방전용 덕트를 유동하는 공기의 온도를 높인다.
그리고 압축기(11)에서 토출되는 냉매는 축열 열교환기(30)를 유동하면서 펌프(21) 작동으로 축열배관(31)을 유동하는 열매체와 열교환하게 된다. 냉매의 열이 열매체로 이동하게 되면서 열매체의 온도는 상승할 수 있다. 온도가 상승한 열매체는 축열조(20)에 저장될 수 있다.
한편, 난방운전 중 외기에서 열원을 공급받는 열원전용 덕트의 공기 중 수분이 제1 난방 열교환기(14a)에 부착되는 착상현상이 발생하여 제1 난방 열교환기(14a)의 표면에 성에가 형성된다.
다음으로 [도 5]를 참고하여 제상운전에 대해서 설명한다.
제상운전 시 제1 난방 삼방밸브(15a)는 냉매가 제2 난방 열교환기(14b) 방향으로 유동하도록 제어하고, 제2 난방 삼방밸브(15b)는 제2 난방 열교환기(14b)를 유동한 냉매가 압축기(11) 방향으로 유동하도록 제어한다.
그리고 제1 제상 삼방밸브(31a)는 축열조(20)의 열매체가 제상 열교환기(40) 방향으로 유동하도록 제어하고 제2 제상 삼방밸브(31b)는 제상 열교환기(40)를 유동한 열매체가 축열조(20)로 유동하도록 제어한다.
압축기(11) 작동으로 냉매는 응축기(12), 팽창밸브(13), 제2 난방 열교환기(14b)를 유동하며 냉매가 제2 난방 열교환기(14b)를 유동할 때 난방전용 덕트에 위치한 응축기(12)는 난방전용 덕트를 유동하는 공기의 온도를 높인다. 이에 난방운전은 응축기(12)를 경유한 냉매가 제1 난방 열교환기(14a)를 유동하지 않아도 제2 난방 열교환기(14b)를 통해 진행될 수 있다.
그리고 냉매의 열을 저장하고 있는 축열조(20) 열매체는 펌프(21)의 작동으로 제1 제상 삼방밸브(31a) 제어로 제상배관(50)을 통해 제상 열교환기(40)를 유동할 수 있다.
여기서, 열매체는 제상본체(41)의 유동공간(411)으로 유입될 수 있다. 유동공간(411) 열매체 열은 열 전달부(42)의 열매체로 전달될 수 있고, 열 전달부(42)의 열매체 열은 제1 난방 열교환기(14a) 내부로 전달된다. 이에 제1 난방 열교환기(14a)에 착상된 성에는 전달된 열매체의 열에 의해 제상된다. 여기서 열 전달부(42)의 일부분이 제1 난방 열교환기(14a) 내부로 삽입되어 있어 제1 난방 열교환기(14a) 내부에서 열이 발생되므로 제상효율이 높아질 수 있다.
따라서, 제상운전이 시작되면 제1 제상 삼방밸브(31a)와 제2 제상 삼방밸브(31b)의 제어로 축열조(20)의 열매체가 제상 열교환기(40) 방향으로 유동하며, 이때 성에가 발생한 제1 난방 열교환기는 정지하고 제2 난방 열교환기가 작동하게 된다. 이렇게 함으로써 제상운전 시에도 시설원예내부에는 계속적으로 난방을 실시할 수 있다.
본 실시예에서 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템 정상운전 흐름도를 살펴보면 [도 2]의 P-h선도에서 ② - ③구간의 열이 과열도가 높아 열 손실이 발생하는 것을 알 수 있다. 압축기에서 토출된 ② - ③구간의 열을 축열조에 저장하였다가 제상이 필요한 시기가 되면 저장된 열을 제상 열교환기로 보내어 제상을 실시하게 된다. 이에 제상에 따른 에너지 소비를 최소화할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템
11: 압축기 12: 응축기
13: 팽창밸브 14a: 제1 난방 열교환기
14b: 제2 난방 열교환기 15a: 제1 난방 삼방밸브
15b: 제2 난방 삼방밸브 16: 냉매 순환배관
20: 축열조 21: 펌프
30: 축열 열교환기 31: 축열배관
31a: 제1 제상 삼방밸브 31b: 제2 제상 삼방밸브
40: 제상 열교환기 41: 제상본체
411: 유동공간 412: 유입구
413: 배출구 42: 열 전달부
50: 제상배관

Claims (4)

  1. 축열조,
    압축기와 응축기를 연결하는 냉매 순환배관과 연결된 축열 열교환기,
    상기 축열 열교환기를 경유하며 유입단과 배출단이 상기 축열조와 연결되어 있고 상기 축열조의 열매체가 유동할 수 있는 축열배관,
    상기 축열배관의 유입단에 위치한 제1 제상 삼방밸브(three way valve),
    상기 축열배관의 배출단에 위치한 제2 제상 삼방밸브(three way valve),
    팽창밸브와 압축기를 연결하는 냉매 순환관에 배치된 제1 난방 열교환기와 연결되어 있는 제상 열교환기 및
    상기 제상 열교환기를 경유하며 유입단이 상기 제1 제상 삼방밸브와 연결되어 있고 배출단이 상기 제2 제상 삼방밸브와 연결된 제상배관
    을 포함하며,
    상기 축열배관을 유동하는 열매체는 상기 축열 열교환기에서 상기 냉매 순환배관을 유동하는 냉매와 열교환하고,
    상기 제상 열교환기는,
    상기 제1 제상 삼방밸브를 통해 상기 축열배관의 유입단과 연결된 유입구와 상기 제2 제상 삼방밸브를 통해 상기 축열배관의 배출단과 연결된 토출구를 가지며 상기 열매체의 유동공간을 갖는 제상본체 및
    일측이 상기 제상본체와 연결되어 상기 유동공간에 위치하고, 타측은 상기 제1 난방 열교환기의 핀 튜브 내부로 삽입되어 있으며, 상기 유동공간의 열매체 열을 상기 제1 난방 열교환기로 전달하는 적어도 하나의 열 전달부
    를 포함하며,
    상기 제1 난방 열교환기로 전달된 상기 열매체 열은 상기 제1 난방 열교환기 착상된 성에를 제거하는
    시설원예용 연속난방 공기조화 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 열 전달부는 히트 파이프인 시설원예용 연속난방 공기조화 시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 난방 열교환기와 상기 응축기 사이에는 팽창밸브가 배치되어 있으며, 상기 제1 난방 열교환기와 상기 팽창밸브 사이 냉매 순환배관에 배치된 제1 난방 삼방밸브(three way valve),
    상기 제1 난방 열교환기와 상기 압축기 사이 냉매 순환배관에 배치된 제2 난방 삼방밸브(three way valve) 및
    유입단이 상기 제1 난방 삼방밸브와 연결되어 있고 배출단이 상기 제2 난방 삼방밸브와 연결된 제2 난방 열교환기
    를 더 포함하며,
    상기 축열배관을 유동하는 열매체는 상기 제1 제상 삼방밸브와 상기 제2 제상 삼방밸브 제어로 상기 제상배관을 따라 유동하여 상기 제상 열교환기에서 상기 적어도 하나의 열 전달부에 의해 상기 제1 난방 열교환기와 열교환 할 수 있으며,
    상기 제상 열교환기와 상기 제1 난방 열교환기 열교환 시 상기 제1 난방 삼방밸브와 상기 제2 난방 삼방밸브 제어로 상기 냉매 순환배관을 유동하는 상기 냉매는 상기 제2 난방 열교환기로 유동하는
    시설원예용 연속난방 공기조화 시스템.
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