KR102352262B1 - 실외기가 필요없는 냉난방장치 - Google Patents

실외기가 필요없는 냉난방장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유입되는 기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기; 제1배관에 의해 상기 압축기의 고압측에 연결되는 것으로서 고온 고압의 냉매를 증발시키기 위한 증발기; 제2배관에 상기 증발기와 병렬적으로 설치되는 것으로서 응축작용을 위한 응축기; 제5배관에 의해 상기 응축기의 후단에 연결되는 것으로서 냉매의 단열팽창을 위한 팽창밸브; 냉방운전시 상기 증발기를 통과한 냉매가 상기 응축기로 유도되도록 일단은 상기 제1배관에 연결되고 타단은 상기 응축기에 연결되는 제1회수관; 일단은 상기 팽창밸브의 출력측에 연결되고 타단은 상기 증발기에 연결되는 제3배관; 일단은 제3배관에 연결되고 타단은 제2배관에 연결되는 제2회수관; 일단은 상기 제3배관에 연결되고 타단은 상기 응축기를 거쳐 상기 압축기의 저압측에 연결되는 제4배관을 포함하되; 상기 응축기는 상기 제2배관을 통과하는 냉매와 상기 제4배관을 관류하는 냉매와의 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

실외기가 필요없는 냉난방장치{Air-conditioner Using Refrigeration Cycle Without Outdoor Unit}
본 발명은 냉난방장치에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 컴프레서의 입구측에 열교환기를 설치함으로써 실외기가 필요 없게 하며 냉난방운전을 수행할 수 있는 냉난방장치에 관한 것이다.
통상 에어컨이라 칭하는 공기조화장치는 실내의 온도를 낮추기 위한 기계장치로서 냉동사이클을 기반으로 하고 있다.
냉동사이클은 ‘압축→응축→팽창→증발’이라는 4개의 과정이 반복 순환되는 사이클이다. 냉동사이클에 사용되는 냉매(冷媒)는 액체→기체 및 기체→ 액체로의 상변화를 겪게 된다. 액상의 냉매는 증발 과정에서 기체로 변화하며, 압축 과정에서 기상의 냉매는 상온하에서 액화하기 쉬운 상태로 된다. 응축 과정에서 냉매는 기체에서 액체가 된다. 팽창 과정에서 액상의 냉매는 증발하기 쉬운 상태로 된다.
에어컨은 무더운 날 실내온도를 낮추어 쾌적하게 하기 위하여 널리 사용되는 것으로서 실외에 열을 방출하기 위한 실외기를 필수로 한다. 실외기에서는 냉매가 증발하는 과정이 일어난다. 실외기에서는 열이 발생하게 되므로 실외에 설치되는 것이 일반적이다.
그러나 에어컨을 설치할 때 실외기를 설치하는 것은 매우 불편하다. 실외까지의 거리가 멀거나, 실외에 실외기를 설치하기가 위험하거나, 실외까지 배관을 연결하기가 어려운 등 여러 어려운 상황이 있을 수 있다.
에어컨의 실외기의 개선에 관한 여러 노력은 있었지만, 실외에 설치되어 왔던 실외기를 설치하지 않는 구성은 보기 어려웠다.
대한민국 등록특허 제10-0795568호 대한민국 등록특허 제10-0512244호
위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은 실외기를 실외에 설치하지 않아도 무방한 일체형 공기조화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 좀 더 구체적으로는 냉방 및 난방기능을 겸비하는 냉난방장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적은, 유입되는 기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기; 제1배관에 의해 상기 압축기의 고압측에 연결되는 것으로서 고온 고압의 냉매를 증발시키기 위한 증발기; 제2배관에 상기 증발기와 병렬적으로 설치되는 것으로서 응축작용을 위한 응축기; 제5배관에 의해 상기 응축기의 후단에 연결되는 것으로서 냉매의 단열팽창을 위한 팽창밸브; 냉방운전시 상기 증발기를 통과한 냉매가 상기 응축기로 유도되도록 일단은 상기 제1배관에 연결되고 타단은 상기 응축기에 연결되는 제1회수관; 일단은 상기 팽창밸브의 출력측에 연결되고 타단은 상기 증발기에 연결되는 제3배관; 일단은 제3배관에 연결되고 타단은 제2배관에 연결되는 제2회수관; 일단은 상기 제3배관에 연결되고 타단은 상기 응축기를 거쳐 상기 압축기의 저압측에 연결되는 제4배관; 및 상기 1,2,3,4배관과 제1,2회수관을 통한 냉매의 흐름방향을 변경시키기 위한 복수 개의 밸브를 포함하되;
상기 응축기는 상기 제2배관을 통과하는 냉매와 상기 제4배관을 관류하는 냉매와의 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 실외기가 필요없는 냉난방장치에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 응축기의 후단에는 건조도를 높이기 위한 수액기가 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 응축기는 일단은 제2배관에 연결되고 타단은 제5배관에 연결되는 열교환관을 포함하며; 상기 제4배관은 2중관의 형태가 되도록 상기 열교환관 내부에 인입 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면,
냉방운전시에는 상기 압축기의 고압측에서 배출되는 고온고압의 냉매는 상기 응축기로 공급되도록 하며; 상기 팽창밸브에서 배출되는 냉매는 상기 증발기로 공급되어 상기 증발기에서 증발작용이 일어나도록 하며;
난방운전시에는 상기 압축기의 고압측에서 배출되는 고온고압의 냉매는 상기 증발기로 공급되고; 상기 팽창밸브에서 배출되는 냉매는 상기 응축기로 공급되어 상기 응축기에서 증발작용이 일어나도록 함으로써; 냉동사이클을 기반으로 하여 냉난방 운전을 선택할 수 있게 된다.
위와 같은 구성에 의하면, 압축기의 고압측에서 배출되는 고온고압 상태의 냉매와, 증발기를 통과하여 압축기의 저압측으로 유입되는 저온저압 상태의 냉매를 서로 열교환함으로써 실외기의 설치를 필요로 하지 않게 할 수 있는 냉난방장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 실외기를 필요로 하지 않는 냉난방장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 실외기를 필요로 하지 않는 냉난방장치의 냉방운전할 때의 냉매 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 실외기를 필요로 하지 않는 냉난방장치의 난방운전할 때의 냉매 흐름도이다.
이하, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 도 1을 참조하여 기본적인 구성을 설명하겠으며, 도 2와 도 3을 참조하여 작용을 설명하기로 한다.
압축기(10)는 유입되는 저온저압 상태의 기체 냉매를 단열압축하여 액체화되기 쉬운 상태가 되도록 한다. 증발기(20)는 고온 고압의 냉매를 증발시키기 위한 것으로서 압축기(10)의 출력측에 연결된 제1배관(11)에 연결된다. 제1밸브(61)가 제1배관(11)에 설치되어 냉매의 유입을 제한하도록 한다.
제1밸브(61)의 전방에 제2배관(12)이 설치된다. 제2배관(12)의 일단은 제1배관(11)에 연결되고 타단은 응축기(50)에 연결된다. 응축기(50)가 증발기(20)와 병렬적으로 제1배관(11)에 설치된다. 응축기(50)는 기체 상태의 냉매를 응축시켜 액체로 상변화시키기 위한 것이다. 일반적으로 종래의 에어컨에 있어서는 실외기에 응축기가 설치된다.
냉매의 단열팽창을 위한 팽창밸브(30)가 응축기(50)의 후단에 설치된다.
제3배관(21)이 증발기(20)와 팽창밸브(30) 사이에 연결된다. 제4배관(22)이 제3배관(21)과 압축기(10) 사이에 연결된다. 제4배관은 압축기(10)의 저압측에 연결된다. 제1회수관(13)이 제1배관(11)과 제4배관 사이에 연결되어 있다. 제1회수관(13)의 일단은 제1밸브(61)의 후방에 연결되며, 타단은 제4배관(22)에 연결된다.
응축기(50)의 후단에는 건조도를 높이기 위한 수액기(40)가 설치된다. 팽창밸브(30)와 수액기(40) 사이에는 제5배관(31)이 연결된다.
본 발명의 특징에 의하면 응축기(50)는 제2배관(12)으로부터 전달되는 고온고압의 냉매와 압축기(10)의 저압측으로 유입되는 저온저압의 냉매 간의 열교환이 이루어지도록 하고 있다.
응축기(50)는 제4배관(22)이 열교환관(14) 내부를 통과하도록 2중관의 구성을 가질 수 있다. 열교환관(14)의 일단에는 제2배관(12)이 연결되고, 열교환관(14)의 타단은 수액기(40)를 거쳐 팽창밸브(30)에 연결된다.
한편 제2회수관(15)이 제3배관(21)과 제2배관(12) 사이에 연결된다.
본 발명에 의하면 냉매의 흐름 방향을 변경시켜 냉방기 또는 난방기로 선택하여 사용할 수 있도록 하기 위한 밸브들이 설치된다.
전술한 바와 같이 제1밸브(61)는 제1배관(11)에 설치되어 압축기(10)에서 나온 고온고압의 냉매를 증발기(20) 또는 응축기(50) 중 어느 한곳으로 유도한다.
제2밸브(62)가 제2배관(12) 상에 설치되어 유로를 선택적으로 차단하도록 한다. 제2밸브(62)는 제1밸브(61)와 연동하여 고온고압의 냉매를 증발기(20) 또는 응축기(50) 중 어느 한곳으로 유도한다.
제3밸브(63)가 제1회수관(13) 상에 설치되고, 제4밸브(64)가 제2회수관(15)의 중간에 설치된다. 제5밸브(65)가 제3배관(21) 상에 설치되고, 제6밸브(66)가 제4배관(22) 상에 설치된다. 이들 복수 개의 밸브는 냉매의 흐름 방향을 변경시키기 위하여 마련된다. 각 밸브의 작용은 이하 시스템의 동작설명을 통해 설명하기로 한다.
이하, 도 2와 도 3을 참조로 작용을 설명한다. 도 2는 냉방운전시의 냉매의 흐름을 표시한 것이고, 도 3은 난방운전시의 냉매의 흐름을 표시한 것이다.
먼저 도 2를 참조하여 냉방운전시의 동작상태를 설명한다. 열매체의 흐름 방향이 화살표로 표시되어 있다.
우선 밸브의 온오프 상태를 설명한다. 제1밸브(61), 제4밸브(64), 및 제6밸브(66)는 닫힌다. 제2밸브(62), 제3밸브(63), 및 제5밸브(65)는 개방된다.
압축기(10)의 고압측(10a)에서 배출되는 고온고압의 열매체, 즉 냉매는 제1배관(11)을 관류하다가 제2배관(12)으로 유입되어 응축기(50)로 흐른다. 응축기(50)의 열교환관(14)을 거치면서 열교환을 통해 열을 배출한다.
응축기(50)를 통과한 냉매는 수액기(40)와 팽창밸브(30)를 거쳐 증발기(20)로 유입된다. 이 증발기(20)를 거치면서 주위와의 열교환을 하여 열을 흡수한다. 즉 증발기(20)는 에어컨의 실내기에 해당하는 부분으로서 송풍팬이 설치될 수 있다.
증발기(20)를 통과하면서 열을 얻은 냉매는 제1회수관(13)과 제4배관(22)을 통해 응축기(50)로 유입된다. 냉매는 응축기(50)에 구비된 열교환관(14) 내부를 관류하는 냉매와 대향류 열교환을 한 후 압축기의 저압측(10b)으로 유입되어 압축되고 이로써 하나의 사이클을 완성한다. 증발기(20)에는 일반 에어컨의 실내기와 마찬가지로 실내공기와의 열교환을 촉진하기 위한 송풍팬(미도시됨)이 설치될 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 난방운전시 사이클의 작동상태를 설명한다. 열매체의 흐름 방향이 화살표로 표시된다.
각 밸브의 개방조건은 냉방운전과 정반대로 되어 있다. 즉 제1밸브(61), 제4밸브(64), 및 제6밸브(66)는 개방된 상태가 된다. 그리고 제2밸브(62), 제3밸브(63), 및 제5밸브(65)는 닫힌 상태가 된다.
본 발명에 의한 실외기가 필요없는 냉난방장치가 난방운전을 할 때도 마찬가지로 냉동사이클이 이용되는데, 냉방운전을 할 때와는 다른 방향으로 냉매가 운전된다. 특히 냉방운전에 있어서의 증발기가 응축기가 되고, 응축기가 증발기로 바뀐다. 그래서 증발기(20)에서는 응축작용이 일어나고, 응축기(50)에서는 증발작용이 일어나게 된다. 운전과정을 설명하면 다음과 같다.
압축기(10)의 고압측(10a)에서 배출되는 고온고압의 열매체는 제1배관(11)을 통하여 증발기(20)로 유입된다. 전술한 바와 같이 증발기(20)는 실내기에 해당하는 부분이며 송풍기(미도시됨)를 구비한다. 그러므로 증발기(20)를 통과하는 열매체는 주변 온도를 높이는 난방기능을 수행하고 제2회수관(15)을 통해 제2배관(12)으로 유입된다. 제2배관(12)으로 유입된 열매체는 응축기(50)의 열교환관(14)을 통과하면서 열교환을 겪는다.
응축기(50)를 통과한 열매체는 수액기(40), 팽창밸브(30), 및 제4배관(22)을 거쳐 응축기(50)로 회수된다. 열매체는 응축기(50)를 통과하면서 열교환하여 온도와 압력이 낮아진 상태에서 압축기의 저압측(10b)으로 유입되고 이로써 하나의 역방향으로 운전되는 하나의 냉동사이클이 완성된다.
고온고압의 냉매가 증발기(20)를 통과하는 과정에서 실내에 고온의 온도가 열전달되며, 팽창밸브(30)을 통해 단열팽창된 냉매는 온도가 낮아진 상태에서 응축기(50)로 유입되어 열교환을 통해 증발작용을 거치게 된다.
이상에서 설명된 것들은 본 발명의 기술적 사상에 의거한 몇가지 예시에 불과하다. 당업자는 청구범위를 통해 표현되는 본 발명의 기술적 사상의 범위를 넘지 않는 선에서 예시된 바를 활용하여 다양한 변형실시를 할 수 있을 것이다. 예를 들어 위에 설명된 모든 실시예들은 당업자에 의해 자유롭게 조합되어 실시될 수 있으며 어떠한 조합이든지 본 발명의 권리범위에 포함된다고 해석되어야 한다.
10 : 압축기 11 : 제1배관
12 : 제2배관 13 : 제1회수관
14 : 열교환관 15 : 제2회수관
20 : 증발기 21 : 제3배관
22 : 제4배관 30 : 팽창밸브
31 : 제5배관 40 : 수액기
50 : 응축기 61 : 제1밸브
62 : 제2밸브 63 : 제3밸브
64 : 제4밸브 65 : 제5밸브
66 : 제6밸브

Claims (4)

  1. 유입되는 기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기; 제1배관에 의해 상기 압축기의 고압측에 연결되는 것으로서 고온 고압의 냉매를 증발시키기 위한 증발기; 제2배관에 상기 증발기와 병렬적으로 설치되는 것으로서 응축작용을 위한 응축기; 제5배관에 의해 상기 응축기의 후단에 연결되는 것으로서 냉매의 단열팽창을 위한 팽창밸브; 냉방운전시 상기 증발기를 통과한 냉매가 상기 응축기로 유도되도록 일단은 상기 제1배관에 연결되고 타단은 상기 응축기에 연결되는 제1회수관; 일단은 상기 팽창밸브의 출력측에 연결되고 타단은 상기 증발기에 연결되는 제3배관; 일단은 제3배관에 연결되고 타단은 제2배관에 연결되는 제2회수관; 일단은 상기 제3배관에 연결되고 타단은 상기 응축기를 거쳐 상기 압축기의 저압측에 연결되는 제4배관;
    상기 1,2,3,4배관과 제1,2회수관을 통한 냉매의 흐름방향을 변경시키기 위한 복수 개의 밸브를 포함하되;
    상기 응축기는 상기 제2배관을 통과하는 냉매와 상기 제4배관을 관류하는 냉매와의 사이에 열교환이 이루어지도록 하고,
    상기 응축기는 일단은 상기 제2배관에 연결되고 타단은 상기 제5배관에 연결되는 열교환관(14)을 포함하며;
    상기 제4배관(22)은 2중관의 형태가 되도록 상기 열교환관(14) 내부에 인입 설치되는 것을 특징으로 하는 실외기가 필요없는 냉난방장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 응축기와 팽창밸브 사이에는 건조도를 높이기 위한 수액기가 설치되는 것을 특징으로 하는 실외기가 필요없는 냉난방장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    냉방운전시에는 상기 압축기의 고압측에서 배출되는 고온고압의 냉매는 상기 응축기로 공급되도록 하며; 상기 팽창밸브에서 배출되는 냉매는 상기 증발기로 공급되어 상기 증발기에서 증발작용이 일어나도록 하며;
    난방운전시에는 상기 압축기의 고압측에서 배출되는 고온고압의 냉매는 상기 증발기로 공급되고; 상기 팽창밸브에서 배출되는 냉매는 상기 응축기로 공급되어 상기 응축기에서 증발작용이 일어나도록 함으로써;
    냉동사이클을 기반으로 하여 냉난방 운전을 선택할 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 실외기가 필요없는 냉난방장치.
KR1020210069730A 2021-05-31 2021-05-31 실외기가 필요없는 냉난방장치 KR102352262B1 (ko)

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