KR102528077B1 - 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치 - Google Patents

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Abstract

히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치가 개시된다. 개시된 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치는, 냉매를 고온고압의 냉매로 압축시키는 압축기; 상기 압축기로 유입되는 액냉매를 분리하는 액분리기; 실외기에 구성되어 외기와 열교환하며 냉방모드 및 저온제습모드시 응축기 로 기능을 수행하고 난방모드시 증발기로 기능을 수행하는 실외 열교환코일부; 저온저압의 냉매로 변화시키는 냉방용 팽창밸브; 실내기에 마련되어 송풍기에 의해 실내로 공급되는 급기와 열교환하며 난방모드시 응축기로 기능을 수행하고 냉방모드, 저온제습모드 및 고온제습모드시 증발기로 기능을 수행하는 제1실내 열교환코일부; 냉매를 저온저압의 냉매로 변화시키는 난방용 팽창밸브; 상기 압축기를 통과하고 나온 냉매를 난방 사이클 또는 냉방 사이클로 전환시키기 위한 사방밸브; 실내기에 마련되고, 송풍기에 의해 실내로 공급되는 급기와 열교환하며 고온제습모드시 응축기 기능을 수행하는 제2실내 열교환코일부;를 포함하며, 상기 제1실내 열교환코일부와 제2실내 열교환코일부는 각각 복수개로 구성되고 서로 교번하여 배치되도록 구성되어 고온제습모드시 증발과 응축이 순차적으로 복수회 반복되어 제습이 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치{Air conditioning and dehumidification system using heat pump}
본 발명은 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존 냉동사이클에서 사용하던 방식에서 제습의 효율을 높임으로써, 과일, 채소, 특용작물 등의 농작물 재배시설에 기술적용시 적절한 제습 및 온도조절하여 최적의 재배조건을 충족시켜 고품질의 과일을 재배하게 해줄 수 있는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프(heat pump)란 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방장치로, 구동 방식에 따라 전기식과 엔진식으로 구분되는데, 현재 대부분이 냉방과 난방을 겸용하는 구조로 되어 있다.
이러한 히트펌프 냉난장방치는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 그리고 증발기를 포함하여 냉방 사이클을 구성하되, 4방밸브 또는 전자밸브를 이용하여 응축기가 증발기로, 증발기가 응축기로 상호 역작용 하여 냉방 및 난방을 실시하는 것이다.
이러한 히트펌프를 이용한 냉난방장치는 다양한 시설의 냉난방용으로 사용되고 있으며, 과일, 채소, 특용작물 등의 농작물 재배시설에도 적용하여 재배온도를 적절하게 제어하여 재배조건을 최적화하기 위한 용도로 사용되고 있다.
하지만, 기존의 히트펌프를 이용한 냉난방장치는 습도조절기능이 취약하여 온도 조절 뿐 아니라 습도 조절에 민감에 농작물 재배시설에 적용할 경우, 별도의 제습기를 추가 설치하는 아쉬움이 있었다.
이러한 문제를 해결하고자 등록특허 10-1231978호에는 냉난방 및 제습을 할 수 있는 제습기로서, 실내기 유닛의 실내기 코일을 제1코일과 제2코일로 구성하고, 별도의 실외기 코일이 장착된 실외기 유닛을 구비하여 제습이 필요한 경구 실내기 제1코일을 응축기, 제2코일을 증발기로 작동시켜 공기중의 수분을 제거함으로써 실내 공간을 제습할 수 있는 제습기가 개시되어 있습니다.
하지만, 이러한 제습난방장치는 제습모드시 실내기 제1코일이 응축기로, 실내기 제2코일은 증발기 기능을 수행하여 제습작용을 수행하지만, 단지 실내공기가 제1코일과 제2코일을 한번씩만 지나면서 제습과 재열이 진행되기 때문에 제습효과가 만족할 만한 수준이 아니었다.
또한, 이러한 기존 제습난방장치는 기존이 낮은 동절기에 냉매 응축현상으로 인한 냉매 부족 현상과, 기온이 높은 하절기에는 냉매 포화 현상이 발생하여 냉난방, 제습기능에 대한 효율성이 떨어지고, 이로 인해 하절기에는 추가로 에어컨을 가동해야 하고 동절기에는 전열기 및 온풍기를 따로 가동하므로 번거롭고 장비 설치비가 많이 들는 문제가 있었다.
등록특허 10-1231978호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 창안된 것으로서, 기존 냉동사이클에서 사용하던 방식에서 제습효율을 향상시킬 수 있고, 응축기를 거친 냉매와 증발기를 거친 냉매를 열교환하여 응축기를 거친 냉매의 액화도를 높여 증발기 팽창성능을 증가시킴은 물론 증발기를 거친 냉매의 기화도를 높여 액 압축으로 인한 압축기의 파손을 방지하여 성능을 향상시킬 수 있는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치를 제공하는데 목적이 있다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함됨은 물론이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치는, 냉매를 고온고압의 냉매로 압축시키는 압축기; 상기 압축기로 유입되는 액냉매를 분리하는 액분리기; 실외기에 구성되어 외기와 열교환하며 냉방모드 및 저온제습모드시 응축기 로 기능을 수행하고 난방모드시 증발기로 기능을 수행하는 실외 열교환코일부; 저온저압의 냉매로 변화시키는 냉방용 팽창밸브; 실내기에 마련되어 송풍기에 의해 실내로 공급되는 급기와 열교환하며 난방모드시 응축기로 기능을 수행하고 냉방모드, 저온제습모드 및 고온제습모드시 증발기로 기능을 수행하는 제1실내 열교환코일부; 냉매를 저온저압의 냉매로 변화시키는 난방용 팽창밸브; 상기 압축기를 통과하고 나온 냉매를 난방 사이클 또는 냉방 사이클로 전환시키기 위한 사방밸브; 실내기에 마련되고, 송풍기에 의해 실내로 공급되는 급기와 열교환하며 고온제습모드시 응축기 기능을 수행하는 제2실내 열교환코일부;를 포함하며, 상기 제1실내 열교환코일부와 제2실내 열교환코일부는 각각 복수개로 구성되고 서로 교번하여 배치되도록 구성되어 고온제습모드시 증발과 응축이 순차적으로 복수회 반복되어 제습이 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 응축기를 거쳐 액화된 냉매와 상기 증발기를 거쳐 기화된 냉매를 열교환하도록 구성되며 상기 응축기를 거친 냉매의 액화도를 높여서 증발기 팽창성능을 향상시키는 사이클 열교환기가 구성될 수 있다.
상기 사이클 열교환기는 이중관형 열교환기 또는 판형 열교환기로 이루어진 전열교환기로 구성될 수 있다.
냉매가 저장되며, 냉동사이클의 냉매부족시 냉매를 보충하고, 냉동사이클의 냉매포화시 냉매를 회수저장하는 냉매저장탱크가 구성되고, 상기 냉매저장탱크와 상기 액분리기를 연결하는 연결유로상에 구성되어 냉동사이클의 냉매부족시 상기 냉매저장탱크 내의 냉매를 상기 액분리기로 공급되도록 하는 냉매 보충용 전자밸브와, 상기 압축기와 액분리기를 연결하는 유로와 상기 냉매저장탱크를 연결하는 유로 상에 구성되어 냉동사이클의 냉매포화시 냉매를 회수하는 냉매 회수용 전자밸브가 구성될 수 있다.
상기 냉방용 팽창밸브는 제1냉방용 팽창밸브와 제2냉방용 팽창밸브로 구성되고, 상기 제1냉방용 팽창밸브와 제2냉방용 팽창밸브 각각에 공급되는 냉매의 흐름을 제어하는 제1공급제어밸브와 제2공급제어밸브가 구성되며, 냉방모드시, 상기 제2공급제어밸브는 차단하고, 상기 제1공급제어밸브만을 개방하여 냉매가 상기 제1냉방용 팽창밸브만을 거쳐 팽창되어 상기 제1실내 열교환코일부에 공급되도록 구성되고, 저온제습모드 및 고온제습모드시, 상기 제1공급제어밸브와 제2공급제어밸브를 모두 개방하여 냉매가 상기 제1냉방용 팽창밸브와 제2냉방용 팽창밸브 모두를 통해 팽창되어 상기 제1실내 열교환코일부에 공급되어지도록 구성될 수 있다.
상기한 바에 따르면, 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치는, 기존 냉동사이클에 비해 제습효율을 향상시킬 수 있고, 냉동사이클 내에 사이클 열교환기를 구성하여 응축기를 통과한 응축 냉매의 액화도를 높여 증발기 팽창성능을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 증발기를 통과한 냉매의 기화도 향상 및 온도 상승을 통해 압축기의 파손을 방지하여 전체적인 장치수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 동절기나 하절기의 냉매부족이나 냉매포화현상을 방지하고 냉동사이클이 최적의 냉매량으로 작동하도록 함으로써 냉난방 및 제습장치의 안정적이고 효율적인 가동을 달성할 수 있다.
또한, 이러한 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치는 과일, 채소, 특용작물 등의 농작물 재배시설에 유용하게 이용될 수 있으며, 이를 통해 과일의 품질 향상을 높이고 에너지 효율을 높여서 농가의 수익을 높일 수 있을 것이다.
더불어, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치의 계통도이고,
도 2는 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치에 대한 냉방모드를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치에 대한 난방모드를 설명하기 위한 도면이고,
도 4은 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치에 대한 고온제습모드를 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 도 3은 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치에 대한 저온제습모드를 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치에서 실내기에 마련된 실내 열교환코일부의 일 형태를 나타낸 도면이고,
도 7은 본 발명의 실내기에 마련된 실내 열교환코일부의 배치형태를 개략적으로 나타낸 측단면이고,
도 8은 실내 열교환 코일부의 형태 예시도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성 요소들이 이 같은 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시 예들은 그것의 상보적인 실시 예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시 예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만, 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치의 계통도이고, 도 2는 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치에 대한 냉방모드를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치에 대한 난방모드를 설명하기 위한 도면이고, 도 4은 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치에 대한 고온제습모드를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 3은 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치에 대한 저온제습모드를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치는, 냉매를 고온고압의 냉매로 압축시키는 압축기(A)와, 압축기(A)로 유입되는 액냉매를 분리하는 액분리기(D1)와, 실외기(120)에 구성되어 외기와 열교환하며 냉방모드 및 저온제습모드시 응축기로 기능을 수행하고 난방모드시 증발기로 기능을 수행하는 실외 열교환코일부(122)와, 저온저압의 냉매로 변화시키는 냉방용 팽창밸브(o2,o3)와, 실내기에 마련되어 송풍기에 의해 실내로 공급되는 급기와 열교환하며 난방모드시 응축기로 기능을 수행하고 냉방모드, 저온제습모드 및 고온제습모드시 증발기로 기능을 수행하는 제1실내 열교환코일부(112)와, 냉매를 저온저압의 냉매로 변화시키는 난방용 팽창밸브(o1)와, 압축기(A)를 통과하고 나온 냉매를 난방 사이클 또는 냉방 사이클로 전환시키기 위한 사방밸브(e3)와, 실내기(110)에 마련되고, 실내기의 송풍기에 의해 실내로 공급되는 급기와 열교환하며 고온제습모드시 응축기 기능을 수행하는 제2실내 열교환코일부(114)를 포함하고, 이러한 구성들은 다수의 유로 및 밸브를 통해 연결되고, 제어부가 이들을 통합 제어하여 냉방사이클, 난방사이클, 제습사이클을 구성하여 실내기가 설치된 실내의 냉난방, 제습을 수행하도록 구성된다.
이하에서는 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치에 의한 냉방모드, 난방모드, 고온제습모드, 저온제습모드의 작동상태에 대해 설명한다.
1. 냉방모드
도 2를 참조하면, 압축기(A)는 흡수된 저온저압의 냉매가스를 응축이 용이하도록 고온고압의 냉매가스로 압축하고, 이 압축된 냉매가스는 사방밸브(e3)를 통해 응축기 기능을 수행하는 실외 열교환코일부(122)로 공급되어 응축되고, 응축된 냉매액은 냉방용 팽창밸브(o2)를 거쳐 저온저압 냉매액이 되며, 냉방용 팽창밸브(o2)를 통과한 저온저압 냉매액은 증발기 기능을 수행하는 제1실내 열교환코일부(112)를 거치면서 증발하여 실내 주변 열을 흡수하면서 실내 냉방이 이루어게 되며, 제1실내 열교환코일부(112)를 거친 저온저압 냉매가스는 사방밸브(e3)를 거쳐 압축기(A)로 흡입되면서 냉동사이클이 이루어지게 된다.
2. 난방모드
도 3을 참조하면, 난방모드는 상기 냉방모드에 대해 냉매가 역방향으로 순환하면서 난방 사이클을 통해 실내 난방이 이루어지게 된다.
압축기(A)에서 압축된 고온고압 냉매가스는 사방밸브(e3)를 통해 응축기 기능을 수행하는 실내 제1열교환코일부(112)를 거치면서 실내 공기와 열교환하여 실내 난방이 이루어지고, 응축된 냉매액은 난방용 팽창밸브(o1)를 거쳐 저온저압 냉매액이 되며, 난방용 팽창밸브(o1)를 통과한 저온저압 냉매액은 증발기 기능을 수행하는 실외 열교환코일부(122)를 거치면서 증발하며, 실외 열교환코일부(122)를 거친 저온저압 냉매가스는 사방밸브(e3)를 거쳐 압축기(A)로 흡입되면서 난방사이클이 이루어지게 된다.
3. 고온제습모드
도 4를 참조하면, 냉방모드에서는 실외 열교환코일부(122)가 응축기로서 기능하고, 제1실내 열교환코일부(112)가 증발기로서 기능을 수행하여 냉방사이클을 구성하는 것이었으나, 고온제습모드는 제1실내 열교환코일부(112)는 증발기로서 기능을 수행하고 제2실내 열교환코일부(114)는 응축기로서 기능을 수행하며, 실내의 공기가 제1실내 열교환코일부(112) 및 제2실내 열교환코일부(114)를 거치면서 실내제습을 수행한다.
압축기(A)에서 압축된 고온고압 냉매가스는 사방밸브(e3) 및 삼방밸브(v3)를 통해 응축기로서 기능하는 제2실내 열교환코일부(114)로 공급되어 응축되고, 응축된 냉매액은 냉방용 팽창밸브(o2)를 거쳐 저온저압 냉매액이 되며, 냉방용 팽창밸브(o2)를 통과한 저온저압 냉매액은 증발기 기능을 수행하는 제1실내열교환코일부(112)를 거치면서 증발한 후, 저온저압 냉매가스가 되어 사방밸브(e3)를 거쳐 압축기(A)로 흡입되면서 제습사이클이 이루어지게 된다. 이때, 실내기(110)에 마련된 송풍기에 의해 실내공기가 실내기(110)로 급기되고, 급기된 공기는 증발기 기능을 수행하는 제1실내 열교환코일부(112)를 지나면서 공기중의 수분이 응결되어 수분이 제거되고, 건조된 공기는 응축기 기능을 수행하는 제2실내열교환코일부(114)를 거치면서 열을 흡수하여 온도가 상승한 상태로 실내로 배출된다.
4. 저온제습모드
도 5를 참조하면, 압축기(A)는 흡수된 저온저압의 냉매가스를 응축이 용이하도록 고온고압의 냉매가스로 압축하고, 이 압축된 냉매가스는 사방밸브(e3)를 통해 응축기 기능을 수행하는 실외 열교환코일부(122)로 공급되어 응축되고, 응축된 냉매액은 냉방용 팽창밸브(o2)를 거쳐 저온저압 냉매액이 되며, 냉방용 팽창밸브(o2)를 통과한 저온저압 냉매액은 증발기 기능을 수행하는 제1실내 열교환코일부(112)를 거치면서 증발하며, 제1실내 열교환코일부(112)를 거친 저온저압 냉매가스는 사방밸브(e3)를 거쳐 압축기(A)로 흡입되면서 냉동사이클이 이루어지게 된다. 이때, 실내기(110) 측에 마련된 송풍기에 의해 실내로부터 급기된 실내 공기는 증발기 기능을 수행하는 제1실내 열교환코일부(112)를 거치면서 열교환하여 냉각되고, 공기중의 수분이 응결되어 제거됨으로써 실내공기의 저온제습이 이루어지게 된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에서는 고온제습모드시 제1실내 열교환코일부(112)와 제2실내 열교환코일부(114)에 의한 제습성능을 향상시키도록 제1실내 열교환코일부(112)와 제2실내 열교환코일부(114)가 각각 복수개로 구성되고, 서로 교번하여 배치되도록 구성될 수 있다.
도 8과 같이, 제1실내 열교환코일부(112) 및 제2실내 열교환코일부(114) 각각은 지그재그 형상으로 된 열교환관으로 이루어지며, 복수로 구성된 제1실내 열교환코일부(112)들은 서로 연속적으로 이어지도록 직렬로 연결되게 구성되며, 마찬가지로 복수로 구성된 제2실내 열교환코일부(114)들은 서로 연속적으로 이어지도록 직렬로 연결되게 구성된다. 즉, 앞뒤로 마주보도록 이웃하는 2개의 제1실내 열교환코일부(112)는 연결되어지도록 구성되고, 앞뒤로 마주보도록 이웃하는 제2실내 열교환코일부(114)도 연결되어지도록 구성된다.
이와 같이 제1실내 열교환코일부(112) 및 제2실내 열교환코일부(114)는 각각 복수개로 구성되고, 서로 교번하게 배치됨으로써 실내기에 마련된 송풍기에 의해 외부공기가 실내기로 급기되고, 급기된 공기는 교번하게 배치되는 복수의 제1실내 열교환코일부(112) 및 제2실내 열교환코일부(114)를 순차적으로 반복하여 지나면서 제습효과가 향상될 수 있다.
즉, 고온제습모드시 증발기로서 기능하여 급기된 공기를 냉각하면서 공기 중의 수분을 응축 제거하는 제1실내 열교환코일부(112)와 압축기로서 기능하여 수분이 제거된 냉각 공기를 온도 상승시키는 제2실내 열교환코일부(112)가 순차적으로 교번하여 복수개가 구성되어 있기 때문에 증발-응축-증발-응축-증발-응축을 여러번 반복하여 대기 순환 방식으로 제습의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명은 응축기를 거쳐 액화된 냉매액과 증발기를 거쳐 기화된 냉매를 열교환하는 사이클 열교환기(c)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
사이클 열교환기(c)는 이중관형 열교환기 또는 판형 열교환기로 이루어진 전열교환기로 이루어질 수 있다. 본 실시 예에서 사이클 열교환기(c)는 판형 열교환기로 이루어진다.
사방밸브(e3)와 액분리기(D1)를 연결하는 유로(101)상에 사이클 열교환기(c)에 마련된 제1인포트와 제1아웃포트가 연결되도록 구성되어 증발기를 통해 기화된 냉매가 사이클 열교환기(c)를 거쳐 지나가도록 구성되고, 실외 열교환코일부(122)와 제1실내 열교환코일부(112)를 연결하는 유로(102)상에 사이클 열교환기(c)에 마련된 제2인포트와 제2아웃포트가 연결되도록 구성되어 응축기를 통해 응축되어 액화된 냉매액이 열교환기(c)를 거쳐 지나도록 구성된다.
냉방모드 및 저온제습모드일 때는 실외 열교환코일부(122), 난방모드일 때는 제1실내 열교환코일부(112), 고온제습모드일 때는 제2실내 열교환코일부(114)가 응축기로서 기능하게 되는데, 이렇게 각 수행모드에서 응축기로서 기능하는 구성요소를 지나 응축되어 액화된 냉매액은 사이클 열교환기(c)를 거쳐 지나게 된다.
또한, 낸방모드, 고온제습모드, 저온제습모드일 때는 제1실내 열교환코일부(112), 난방모드일 때는 실외 열교환코일부(122)가 증발기로서 기능하게 되는데, 이렇게 각 수행모드에서 증발기로서 기능하는 구성요소를 지나 기화된 냉매가스는 사이클 열교환기(c)를 거쳐 지나가게 된다.
이렇게 사이클 열교환기(c)는 응축기에서 응축하고 나온 냉매액과 증발기에서 증발하고 나온 냉매가스가 열교환하여 냉매액에 포함된 후레시 가스가 응축되어 냉매액이 100% 액화됨으로써 증발기의 팽창성능, 증발성능이 증가될 수 있다.
구체적으로, 압축기(A)에서 압축된 고온고압의 냉매가스는 응축기에서 응축을 시켜도 약 30%의 응축이 안된 후레시 가스가 남아 있게 되는데, 사이클 열교환기(c)를 통해 응축기에서 응축되어 후레시 가스가 포함된 25℃~30℃의 냉매액과 증발기에서 증발된 -10℃ ~ - 15℃의 냉매가스가 열교환함으로써, 냉매액에 포함되어 있는 후레시 가스가 액화되어 냉매액이 100% 액화되고 이에 증발기 팽창성능을 증가시킬 수 있다. 또한, 사이클 열교환기(c)는 증발기에서 증발된 -10℃ ~ - 15℃의 냉매가스와 응축기에서 응축된 25℃~30℃의 냉매액을 열교환하여 증발기에서 증발되었지만 냉매가스에 남아 있는 냉매액을 기체화하고 냉매가스의 온도를 0℃~10℃로 올려 줌으로써 압축기(A)가 액 압축으로 인해 파손되는 것을 방지하고 압축기(A)의 냉매압축성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 낮은 기온의 동절기에 냉매 응축에 의한 냉매 부족 현상과 하절기의 높은 온도로 인한 냉매 포화 현상을 막기 위해 냉매 저장 탱크(d3)와 냉매 보충용 전자밸브(h2), 냉매 회수용 전자밸브(h3)가 구성될 수 있다.
냉매저장탱크(d3)는 냉매가 저장되며 냉동사이클의 냉매부족시 냉매를 보충하고 냉동사이클의 냉매포화시 냉매를 회수저장하는 구성요소이다.
냉매저장탱크(d3)와 액분리기(D1)를 연결하는 연결유로(104)상에 냉매보충용 전자밸브(h2)가 구성되며, 냉매보충용 전자밸브(h2)는 냉동사이클의 냉매부족시 개방되어 냉매저장탱크(d3) 내의 냉매를 액분리기(D1) 측으로 공급하여 냉동사이클로 냉매 보충하도록 구성된다.
또한, 압축기(A)와 액분리기(D1)를 연결하는 유로(105)와 냉매저장탱크(d3)를 연결하는 유로(106)상에는 냉매회수용 전자밸브(h3)가 구성되며, 냉매회수용 전자밸브(h3)는 냉동사이클의 냉매포화시 개방되어 액분리기(D1)에서 압축기(A)로 흡입되는 냉매의 일부가 냉매저장탱크(d3)로 회수되도록 구성된다.
본 발명은 냉동사이클을 이루는 유로 내의 냉매부족, 냉매포화(냉매과잉) 등을 감지하기 위한 별도의 냉매량 감지센서가 구성될 수 있고, 제어부는 이 냉매량 감지센서를 통해 냉동사이클의 냉매량을 체크하여 최적의 냉매량으로 냉동사이클(냉방모드, 난방모드, 고온제습모드, 저온제습모드 포함)이 작동할 수 있도록 냉매보충용 전자밸브(h2)와 냉매회수용 전자밸브(h3)를 제어하도록 구성될 수 있다. 아울러, 별도의 냉매량 감지센서를 구성하지 않더라도 제어부는 설정된 냉방, 난방 온도와 실제 측정되는 냉방, 난방 실측 온도를 통해 냉매부족이나 냉매포화 등의 이상상태를 감지하고 이를 통해 냉매보충용 전자밸브(h2)와 냉매회수용 전자밸브(h3)를 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 냉방용 팽창밸브를 제1냉방용 팽창밸브(o2)와 제2냉방용 팽창밸브(o3)로 구성하여 냉방모드시에는 냉매가 제1냉방용 팽창밸브(o2)만을 통해 팽창이 이루어져 제1실내 열교환코일부(112)에 공급되도록 하고, 저온제습모드 및 고온제습모드시에는 냉매가 제1냉방용 팽창밸브(o2)와 제2냉방용 팽창밸브(o3) 모두를 통해 팽창되어 제1실내 열교환코일부(112)에 공급되도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 제1냉방용 팽창밸브(o2)와 제2냉방용 팽창밸브(o3) 각각에 냉매를 공급하는 유로상에는 냉매의 흐름을 제어하는 제1공급제어밸브(h6)와 제2공급제어밸브(h5)가 구성되며, 제어부에 의해 제어되도록 구성된다.
냉방모드시, 제1공급제어밸브(h6)만이 개방되어 냉매가 제1냉방용 팽창밸브(o2)만을 거쳐 제1실내 열교환코일부(112)에 공급되도록 구성되고, 저온제습모드 및 고온제습모드시에는 제1공급제어밸브(h6)와 제2공급제어밸브(h5)가 모두 개방되어 냉매가 제1냉방용 팽창밸브(o2)와 제2냉방용 팽창밸브(o3)에 병렬로 거치면서 팽창되어 제1실내 열교환코일부(112)에 공급되도록 구성된다.
냉방용 팽창밸브는 통상 응축기를 거쳐 응축된 냉매를 팽창시켜 낮은 압력과 낮은 온도를 갖는 냉매액과 냉매가스의 냉매혼합매체가 되게 하여 증발기에 공급하는 구성요소이다.
본 발명은 냉방모드에서 냉매가 제1냉방용 팽창밸브(o2)만을 거치게 하는 것에 비해 저온제습모드 및 고온제습모드에서 냉매가 제1냉방용 팽창밸브(o2)와 제2냉방용 팽창밸브(o3)를 모두 거치게 하여 냉방모드 보다 냉매의 팽창에 의한 기화도를 낮게하고 더 많은 냉매액이 포함된 냉매혼합매체를 제1실내 열교환코일부(112)에 공급할 수 있다.
이렇게 본 발명의 저온제습모드 및 고온제습모드에서는 냉방모드에 비해 더 많은 냉매액이 포함된 냉매혼합매체가 제1실내 열교환코일부(112)에 공급되어 냉방모드 보다 제1실내 열교환코일부(112)를 더 빠르게 지나가게 하여 냉방 모드에 비해 냉방성능은 다 낮추면서 제습성능을 더 높게 하여 더 효과적인 제습이 이루어지도록 할 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직할 실시 예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물도 본 발명의 범주에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
110...실내기
112...제1실내 열교환코일부
114...제2실내 열교환코일부
120...실외기
122...실외 열교환코일부
A...압축기
D1...액분리기
c...사이클 열교환기
e3...사방밸브
d3...냉매저장탱크
o1...난방용 팽창밸브
o2,o3...냉방용 팽창밸브
v3...삼방변
h2...냉매 보충용 전자밸브
h3...냉매 회수용 전자밸브
h6...제1공급제어밸브
h5...제2공급제어밸브
F1...양방향 드라이어
F2...저압필터
u...유분리기
g1,g2...역지변
h4...인젝션
I...고저압제어
k1,k2...볼밸브

Claims (5)

  1. 냉매를 고온고압의 냉매로 압축시키는 압축기(A);
    상기 압축기로 유입되는 액냉매를 분리하는 액분리기(D1);
    실외기에 구성되어 외기와 열교환하며 냉방모드 및 저온제습모드시 응축기로 기능을 수행하고 난방모드시 증발기로 기능을 수행하는 실외 열교환코일부(122);
    저온저압의 냉매로 변화시키는 냉방용 팽창밸브(o2,o3);
    실내기에 마련되어 송풍기에 의해 실내로 공급되는 급기와 열교환하며 난방모드시 응축기로 기능을 수행하고 냉방모드, 저온제습모드 및 고온제습모드시 증발기로 기능을 수행하는 제1실내 열교환코일부(112);
    냉매를 저온저압의 냉매로 변화시키는 난방용 팽창밸브(o1);
    상기 압축기를 통과하고 나온 냉매를 난방 사이클 또는 냉방 사이클로 전환시키기 위한 사방밸브(e3);
    실내기에 마련되고, 송풍기에 의해 실내로 공급되는 급기와 열교환하며 고온제습모드시 응축기 기능을 수행하는 제2실내 열교환코일부(114);를 포함하며,
    상기 제1실내 열교환코일부와 제2실내 열교환코일부는 각각 복수개로 구성되고, 복수의 제1실내 열교환코일부와 제2실내 열교환코일부가 복수회 교번하여 배치되도록 구성되어 고온제습모드시 증발과 응축이 순차적으로 복수회 반복되어 제습이 이루어지도록 구성되며,
    상기 응축기를 거쳐 액화된 냉매와 상기 증발기를 거쳐 기화된 냉매를 열교환하도록 구성되며 상기 응축기를 거친 냉매의 액화도를 높여서 증발기 팽창성능을 향상시키는 사이클 열교환기가 구성되며,
    상기 냉방용 팽창밸브는 제1냉방용 팽창밸브(o2)와 제2냉방용 팽창밸브(o3)로 구성되고,
    상기 제1냉방용 팽창밸브와 제2냉방용 팽창밸브 각각에 공급되는 냉매의 흐름을 제어하는 제1공급제어밸브(h6)와 제2공급제어밸브(h5)가 구성되며,
    냉방모드시, 상기 제2공급제어밸브(h5)는 차단하고, 상기 제1공급제어밸브(h6)만을 개방하여 냉매가 상기 제1냉방용 팽창밸브만을 거쳐 팽창되어 상기 제1실내 열교환코일부에 공급되도록 구성되고,
    저온제습모드 및 고온제습모드시, 상기 제1공급제어밸브(h6)와 제2공급제어밸브(h5)를 모두 개방하여 냉매가 상기 제1냉방용 팽창밸브와 제2냉방용 팽창밸브 모두를 통해 팽창되어 상기 제1실내 열교환코일부에 공급되어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 사이클 열교환기는 이중관형 열교환기 또는 판형 열교환기로 이루어진 전열교환기로 구성되는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    냉매가 저장되며, 냉동사이클의 냉매부족시 냉매를 보충하고, 냉동사이클의 냉매포화시 냉매를 회수저장하는 냉매저장탱크(d3)가 구성되고,
    상기 냉매저장탱크와 상기 액분리기를 연결하는 연결유로상에 구성되어 냉동사이클의 냉매부족시 상기 냉매저장탱크 내의 냉매를 상기 액분리기로 공급되도록 하는 냉매 보충용 전자밸브(h2)와, 상기 압축기와 액분리기를 연결하는 유로와 상기 냉매저장탱크를 연결하는 유로 상에 구성되어 냉동사이클의 냉매포화시 냉매를 회수하는 냉매 회수용 전자밸브(h3)가 구성된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 제습장치.
  5. 삭제
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