KR19990046726A

KR19990046726A - 열전소자를이용한공기조화기

Info

Publication number: KR19990046726A
Application number: KR1019990013880A
Authority: KR
Inventors: 전찬구
Original assignee: 전찬구
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 1999-07-05

Abstract

본 발명은 열전소자를 이용한 공기 조화기에 관한 것으로서, 특히 전류 인가 방향에 따라 한쪽 면에서는 흡열 작용을 하고, 반대쪽 면에는 방열 작용을 하는 열전소자와; 상기 열전소자의 일측면에서 발생되는 저온 또는 고온을 순환수(循環水)를 통해 전달받아 실내로 냉온 또는 열온을 전달할 수 있도록 설치된 실내 열교환 수단과; 상기 열전소자의 타측면에서 발생되는 열온 또는 냉온을 순환수를 통해 전달받아 실외로 열온 또는 냉온을 전달할 수 있도록 설치된 실외 열교환수단과; 상기 실내 열교환수단과 실외 열교환수단의 순환수를 강제 순환시키는 복수개의 펌프와; 상기 열전 소자 및 상기 펌프를 제어하는 제어 수단이 포함되어 구성된 것을 특징으로 함으로서, 본 발명의 공기 조화기는 압축기가 사용되지 않기 때문에 공기 조화기 작동시 진동 및 소음 발생이 최소화됨은 물론 냉매를 사용하지 않으므로 환경 공해를 일으키지 않은 효과가 있고, 특히 반도체 열전소자를 사용하므로 반영구적으로 사용할 수 있고, 열전소자의 전류 흐름을 제어하여 냉방은 물론 난방도 용이하게 실시할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Description

열전소자를 이용한 공기 조화기{Air-conditioner making use of thermo-element}

본 발명은 열전소자를 이용한 공기 조화기에 관한 것으로서, 특히 열전소자에서 발생된 열온과 냉온을 물과 열교환시켜 실내를 난방하거나 냉방시킬 수 있도록 한 열전소자를 이용한 공기 조화기에 관한 것이다.

통상적으로 공기 조화기는 난방기, 냉방기, 청정기 등으로 실내를 냉난방시키거나 공기를 정화할 목적으로 설치되어 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 설치된다.

이와 같은 공기 조화기는 전기 히터나 버너를 이용한 난방용 공기 조화기나 냉매를 이용한 냉방용 공기 조화기가 있으며, 최근에는 냉동 사이클의 냉매 흐름을 반대로 하여 냉방은 물론 난방까지 동시에 구현할 수 있는 히트 펌프식 냉난방용 공기 조화기도 널리 사용되고 있다.

상기한 바와 같은 공기 조화기중 종래 기술의 냉방용 공기 조화기는 냉동 사이클을 구비하고 있는 바, 냉동 사이클은 도 1에 도시된 바와 같이 냉매를 압축하여 고온고압이 되도록 하는 컴프레서(11)와, 상기 컴프레서(11)로부터 공급된 고온고압의 기체냉매를 액화시키는 응축 열교환기(12)와, 상기 응축 열교환기(12)로부터 공급된 액체냉매의 압력을 강하시켜 일부가 기화되도록 하는 팽창 밸브(13)와, 상기 팽창 밸브(13)로부터 공급된 냉매가 기화되도록 하여 주위 공기를 냉각시키는 증발 열교환기(14)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 응축 열교환기(11)와 증발 열교환기(14)에는 열교환 효율이 향상되도록 실외 공기 및 실내 공기를 강제 순환시키는 실외팬(15) 및 실내팬(16)이 구비되어 있다.

또한, 상기 응축 열교환기(11)와 증발 열교환기(14) 사이의 냉매 배관상에는 액체 탱크(17)와 사이드 글라스(18)가 설치되어 있고, 상기 증발 열교환기(14)와 압축기(11) 사이의 냉매 배관상에는 드라이어(19)와 바이패스 밸브(20)가 구비되어 있다.

이와 같은 냉동 사이클의 작동은 컴프레서(11)에서 압축되어진 냉매가 응축 열교환기(12)로 이동되어 응축되는데, 이 응축 열교환기(12)에서는 기체 상태의 냉매가 액체상태로 변화되면서 열을 실외로 방출하게 된다. 그리고, 상기 응축 열교환기(12)에서 나온 냉매는 팽창 밸브(13)를 통과하면서 압력이 강하되는데, 압력강하에 따라 액체 냉매의 일부가 기화되어 팽창 밸브(13)를 흐르는 냉매의 상태는 액체와 기체가 혼합된 2상 상태가 된다. 이와 같이 압력이 떨어진 냉매는 증발 열교환기(14)에서 기화되면서 실내 공기의 열을 흡수하게 된다.

즉, 냉매가 액체상태에서 기체상태로 변화되면서 많은 증발잠열을 필요로 하므로, 증발 열교환기(14)의 표면은 냉각되고 냉각된 증발 열교환기(14) 표면을 지나는 공기도 냉각된다. 따라서, 실내팬(16)에 의해 실내의 더운 공기가 증발 열교환기(14)와 열교환을 하여 냉각된 후 토출되므로, 실내의 온도가 하강된다.

또한, 응축 열교환기(12)의 일측에 설치된 실외팬(15)은 공기를 응축 열교환기(12)쪽으로 송풍하여 냉매의 액화에 따라 가열된 공기를 공기 조화기기 밖으로 배출하고 새로운 공기를 공급하여 응축이 빠르게 일어나도록 한다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술의 냉방용 공기 조화기는 프레온 가스등의 냉매를 사용하게 되므로 환경 오염을 유발할 수 있는 문제점이 있고, 또한 냉매를 강제 순환시키기 위해서는 압축기가 필요하게 되는 바, 이 압축기의 작동으로 소음 발생이 커지게 되는 문제점도 있다.

이와 같은 문제점 때문에 '실용신안 공개번호 1998-01684호'에는 '열전소자를 이용한 저소음 냉온풍장치'가 개재되어 있다.

그러나, 상기 열전소자를 이용한 저소음 냉온풍장치는 열전소자의 양측에 방냉핀 및 방열핀을 구비하여 송풍기를 통해 방냉핀 및 방열핀에 전달된 냉기 및 열기를 송풍하여 실내를 냉방하거나 난방할 수 있도록 구성되어 있으나 송풍 공기와 방냉핀 및 방열핀 사이의 열교환 효율을 높이는 데는 한계가 있기 때문에 보다 효과적인 냉난방을 실현하기 어렵고, 열교환 효율을 높이도록 방냉핀 및 방열핀 구조를 설계하기도 쉽지 않은 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열전소자의 양측에서 열교환된 물을 이용하여 실내를 난방하거나 냉방할 수 있도록 실내 열교환부와 실외 열교환부를 구비함으로써 냉매를 사용하지 않고도 실내를 효과적으로 냉난방시킬 수 있도록 하는 열전소자를 이용한 공기 조화기를 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 열전소자를 이용한 공기 조화기는, 전류 인가 방향에 따라 한쪽 면에는 냉온이 발생되고, 반대쪽 면에는 열온이 발생되는 열전소자와; 상기 열전소자의 일측면에서 발생되는 냉온 또는 열온을 순환수(循環水)를 통해 전달받아 실내로 냉온 또는 열온을 전달할 수 있도록 설치된 실내 열교환수단과; 상기 열전소자의 타측면에서 발생되는 열온 또는 냉온을 순환수를 통해 전달받아 실외로 열온 또는 냉온을 전달할 수 있도록 설치된 실외 열교환수단과; 상기 실내 열교환수단과 실외 열교환수단의 순환수를 강제 순환시키는 복수개의 펌프와; 상기 열전 소자 및 상기 펌프를 제어하는 제어 수단이 포함되어 구성된 것을 특징으로 하여 가능하게 된다.

도 1은 종래 기술에 의한 냉매를 이용한 공기 조화기의 사이클 회로도,

도 2는 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 공기 조화기의 열순환 회로도,

도 3은 본 발명에 따른 공기 조화기에서 제어부의 입출력 블럭도,

도 4는 본 발명에 따른 공기 조화기에서 실내 및 실외기 배치 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

40 : 실내기 45 : 실외기

50 : 열전소자 55 : 단열 부재

60 : 실내 열교환부 70 : 실외 열교환부

61, 71 : 열교환통 63, 73 : 유동관

65, 75 : 열교환기 66, 76 : 송풍팬

68, 78 : 펌프 69, 79 : 기수분리통

90 : 제어부 91, 92, 93, 94, 95 : 온도 센서

96 : 조작부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 열전소자를 이용한 공기 조화기의 열회로 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 공기 조화기의 제어 블록도이며, 도 4는 본 발명에 따른 공기 조화기의 내부 구성도이다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 열회로 구성은, 전류 인가 방향에 따라 한쪽 면에는 냉온이 발생되고, 반대쪽 면에는 열온이 발생되는 열전소자(50)가 구비되고, 이 열전소자(50)의 양측면에는 물을 이용해 상기 열전 소자(50)로부터 발생되는 열온 또는 냉온을 흡수하여 실내로 전달하는 실내 열교환부(60)와, 역시 물을 이용해 냉온 및 열온을 흡수하여 실외로 전달하는 실외 열교환부(70)가 설치된다.

여기서, 상기 열전소자(50)는 반도체 소자와 같은 것으로서, 전류가 정방향으로 흐르게 되면 한쪽 접합면에는 발열 현상이 일어나면서 열온이 발생되고, 반대쪽 접합면에는 흡열 현상이 일어나면서 냉온이 발생된다. 이와 반대로 전류가 역방향으로 흐르게 되면 상기와 반대로 한쪽 접합면에서는 냉온이 발생되고, 반대쪽 접합면에서는 열온이 발생된다.

이와 같은 열전소자(50)의 양측에는 실내 및 실외 열교환부(60)(70)가 설치되어 상기 열전소자(50)에서 발생되는 냉온 또는 열온을 순환수(循環水)를 통해 전달받아 다시 실내로 냉온 또는 열온을 전달할 수 있도록 되어 있다.

즉, 상기 실내 및 실외 열교환부(60)(70)는 상기 열전소자(50)의 양측면에 밀착되어 내부에 순환수가 통과하면서 열교환되도록 설치된 실내 및 실외 열전달통(61)(71)과, 상기 실내 및 실외 열전달통(61)(71)으로부터 순환하는 순환수가 외부와 열교환되는 실내 및 실외 열교환기(65)(75)와, 상기 열전달통(61)(71)과 열교환기(65)(75) 사이에 연결되어 순환수가 유동하는 유동관(63)(73)으로 이루어져 있는 것이다.

따라서, 냉방 작동시에는 상기 실내 열교환부(60)측에 냉온이 전달되고, 실외 열교환부(70)측에는 열온이 전달되며, 난방 작동시에는 상기 실내 열교환부(60)에 열온이 전달되고, 실외 열교환부(70)측에는 냉온이 전달된다.

이와 같은 상기 열교환부(60)(70)의 유동관(63)(73)상에는 순환수를 강제 순환시킬 수 있도록 펌프(68)(78)가 각각 설치되고, 상기 유동관(63)(73) 상에는 순환수 내에 포함된 기체를 분리할 수 있도록 기수 분리통(69)(79)이 구비되어 있다.

여기서, 상기 기수 분리통(69)(79)은 유입구가 유출구보다 상대적으로 높게 설치되어 기체는 통의 상부로 이동하게 되어 순환수만 유동관(63)(73)을 통해 흐르게 되고, 상부에는 순환수를 교환하거나 보충할 수 있도록 주입구 및 마개(69a)(79a)가 설치되어 있다.

그리고, 상기 열전소자(50)의 둘레에는 실내측과 실외측의 양측 공간을 단열하여 냉난방 효율을 향상시킬 수 있도록 단열 부재(55)가 설치된다.

또한, 상기 실내 및 실외 열교환기(60)(70)에는 공기와 열교환이 원활하게 이루어지도록 송풍팬(66)(76)이 각각 구비된다.

한편, 상기한 실내 및 실외 열교환부(60)(70)를 순환하게 매개 액체는 순환수, 즉 물에 한정되지 않고, 열전달통(61)(71)에서 열교환기(65)(75)측으로 열전소자(50)의 열을 전달할 있고, 안정성 있는 액체이면 어느 액체이든 가능할 것이다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 공기 조화기는 도 3에 도시된 바와 같은 제어부(90)를 통해 상기 열전 소자(50)의 전류 흐름, 펌프(68)(78) 및 송풍팬(66)(76)의 작동을 제어하게 된다.

이와 같은 제어부(90)는 실내 온도를 감지하는 실내 온도감지 센서(95)와, 상기 각각의 열교환통(61)(71) 및 열교환기(65)(75)에도 순환수의 온도를 감지하는 온도 감지 센서(91)(92)(93)(94)의 감지 신호를 입력받아 상기 열전 소자(50), 펌프(68)(78), 송풍팬(66)(76) 등을 제어하게 되는 것이다.

그리고, 도 3에서 센서 입력회로는 각각의 온도 센서에서 감지된 온도값을 제어부(90)가 알 수 있는 전기적 데이터 값으로 변환시켜 주는 부분이고, 구동 회로는 상기 제어부(90)의 신호에 따라 상기 열전 소자(50), 펌프(68)(78), 송풍팬(66)(76)을 작동시키는 회로이다.

또한, 조작부(96)는 사용자가 본 발명의 공기 조화기를 온/오프시키거나 세팅 온도 및 시간을 설정하는 부분이며, 필요에 따라 토출 공기의 풍향을 자동 또는 수동으로 조절할 수 있도록 되어 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 공기 조화기는 도 4에 도시된 바와 같이 배치하여 구성할 수 있는 바, 크게 실내기(40)와 실외기(45)로 구분되고, 실내기(40)에는흡입구(42)와 토출구(43)가 형성된 캐비닛(41)의 하측에는 열전 소자(50) 및 열전달통(61)(71), 펌프(68)(78) 조합체가 구비되고, 중간부에는 실내 열교환기(65) 및 기수 분리통(69), 송풍팬(66)이 구비된다.

그리고, 실외기(45)는 상기 실내기(50)측과 유동관(73)으로 연결되고, 내부에는 실외열교환기(75) 및 송풍팬(76), 기수 분리통(79) 및 주입구(79a)가 설치된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 공기 조화기의 작동을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 공기 조화기를 냉방을 위해 작동시키면 제어부(90)에 의해 실내 송풍팬(66)이 구동되면서 실내 공기를 실내 열교환기(65)로 강제 순환시키게 되고, 이때 열교환기 온도 센서(91) 및 실내 온도센서(95)를 통해 실내 공기의 온도를 감지하여 제어부(90)에 입력한다.

상기 제어부(90)에 입력된 실내 공기의 온도가 조작부(96)를 통해 설정한 온도값 이하이면 계속 송풍팬(66)만 가동시키고, 설정한 온도값 이상이면 실내측 펌프(68)와 실외측 펌프(78)를 구동시킨 다음 실외 송풍팬(76)을 가동시킨다.

이와 동시에, 상기 제어부(90)에서는 열전소자(50)측에 전류를 흘려 열전소자를 작동시킨다. 여기서, 공기 조화기가 냉방 운전으로 조작되므로 상기 제어부(90)는 실내 열전달통(61)측에 냉온이 발생되고, 실외 열전달통(71)측에는 열온이 발생되도록 열전소자(50)에 전류를 흐르게 한다.

여기서, 상기 열전소자(50)는 실내 열전달통(61)에는 실내측 순환수로부터 열을 빼앗는 흡열 작용이 일어나면서 냉온을 발생시키게 되고, 실외 열전달통(71)에는 실외측 순환수에 열을 제공하는 방열 작용이 일어나면서 열온을 발생시키게 된다.

따라서, 상기 열전소자(50)가 실내 열교환통(61)내에 있는 순환수로부터 흡열하여 실외 열교환통(71)내에 있는 순환수로 열을 전달하면서 실내 순환수는 차가워지게 되고, 실외 순환수는 온도가 상승하게 된다.

이와 같이 더워진 실외 순환수는 펌프(78)의 구동에 의해 실외 열교환통(71)에서 실외 열교환기(75) 방향으로 유동하게 되고, 기수 분리통(79)을 거쳐 실외열교환기(75)를 통과하면서 외부 공기와 열교환된 후 다시 실외 열교환통(7l)으로 유입된다.

따라서, 상기와 같은 과정을 거치면서 실외 열교환부(70)에서는 실내측의 열기를 흡수하여 실외로 방출하게 되는 것이다. 물론, 상기와 같은 순환하는 실외측 순환수는 상기 기수 분리통(79)을 지나면서 순환수 내부에 포함된 기포가 제거된 다음 실외 열교환기(75)측으로 유동하면서 열교환이 이루어지게 된다.

반대로, 상기 열전소자(50)를 통해 실외 열교환부(70)측으로 열을 방출하여 차가워진 실내 순환수는 펌프(68)의 구동에 의해 실내 열교환기(75)로 유동하게 되고, 실내 송풍팬(66)의 작동으로 강제 유동하는 실내 공기와 실내 열교환기(65)내의 순환수가 상호 열교환되면서 차가워진 공기는 실내로 토출되고, 더워진 순환수는 기수 분리통(69)을 거쳐 다시 실내 열교환통(61)으로 유입되면서 반복 순환하게 된다.

결국, 상기한 바와 같이 열전소자(50)를 통해 실내 공기의 열이 실외 공기로 전달하면서 실내 냉방을 실시하게 된다.

상기와 같은 냉방 작동시에 제어부(90)는 실내측 및 실외측에 설치된 각종 온도 감지 센서(91)(92)(93)(94)(95)를 통해 실내 온도 및 순환수의 온도를 입력받아 이 입력된 온도값에 따라 펌프(68)(78)의 속도와 송풍팬(66)(76)의 속도를 조절하여 최적의 냉방 작동이 이루어지도록 제어하게 된다.

일례로, 실내 온도가 설정치 보다 낮으면 열전소자(50)의 구동을 정지시키는 동시에 실외측 송풍팬(76)과 펌프(78)의 작동은 정지시키고, 실내측 펌프(68)와 송풍팬(66)은 계속 가동시키면서 실내 열교환통 온도센서(61)를 통해 실내측 순환수의 온도가 제어부(90)로 입력된다.

만일 상기 실내 열교환통의 온도 입력값이 실내 온도 센서(95)를 통해 얻은 실내 온도값보다 작으면 계속 구동을 시키고 실내 온도값보다 높으면 펌프(68)의 가동을 중지하고 송풍팬(66)만 가동시킨다. 이때, 실내 온도 센서(95)를 통해 실내 온도 값을 계속 감지하여 설정치 이하이면 다시 실내측 및 실외측의 펌프(68)(78), 송풍팬(66)(76), 그리고 열전소자(50)를 구동하면서 실내를 냉각시킨다.

상기 작동과 반대로 사용자가 조작부(96)를 통해 본 발명의 공기 조화기를 난방 작동 상태로 설정하게 되면, 제어부(90)는 실내 열교환부(60)측에서 방열 작용이 일어나도록 하고, 실외 열교환부(70)측에서는 흡열 작동이 일어나도록 열전소자(50)에 전류를 흘리면서 가동한다.

따라서, 상기 열전소자(50)는 실외 열교환부(70)에서 흡열하여 실내 열교환부(60)로 난방하도록 구동하고, 다른 기기의 작동은 상기한 냉방의 경우와 같은 원리로 작동되면서 실외의 열을 실외 열교환부(70), 열전소자(50), 실내 열교환부(60)를 통해 실내로 전달하여 난방하게 된다.

한편, 도 4는 본 발명의 실내 공기조화기 각 부분 배치 상태의 실시예가 도시된 도면이나 이와 같은 배치 구조에 한정되지 않고 자동차 에어컨 및 여러 종류의 냉장고에도 본 발명의 동작원리에 근거하여 용이하게 적용 실시할 수 있을 것이다.

따라서, 상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명의 열전소자를 이용한 공기 조화기는 압축기가 구비되지 않기 때문에 공기 조화기 작동시 진동 및 소음 발생이 최소화되고, 냉매를 사용하지 않으므로 환경 공해를 일으키지 않은 이점이 있다.

특히, 본 발명은 반도체 열전소자를 사용하므로 반영구적으로 사용할 수 있고, 열전소자의 전류 흐름을 제어하여 냉방은 물론 난방도 용이하게 실시할 수 있는 이점이 있다.

Claims

전류 인가 방향에 따라 한쪽 면에서는 흡열 작용을 하고, 반대쪽 면에는 방열 작용을 하는 열전소자와;

상기 열전소자의 일측면에서 발생되는 저온 또는 고온을 순환수(循環水)를 통해 전달받아 실내로 냉온 또는 열온을 전달할 수 있도록 설치된 실내 열교환수단과;

상기 열전소자의 타측면에서 발생되는 열온 또는 냉온을 순환수를 통해 전달받아 실외로 열온 또는 냉온을 전달할 수 있도록 설치된 실외 열교환수단과;

상기 실내 열교환수단과 실외 열교환수단의 순환수를 강제 순환시키는 복수개의 펌프와;

상기 열전 소자 및 상기 펌프를 제어하는 제어 수단이 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 공기 조화기.
제 1항에 있어서,

상기 실내 및 실외 열교환수단은 상기 열전소자의 양측면에 밀착되어 내부에 순환수가 통과하면서 열교환되도록 설치된 실내 및 실외 열전달통과; 상기 실내 및 실외 열전달통으로부터 순환하는 순환수가 외부와 열교환되는 실내 및 실외 열교환기와; 상기 열전달통과 열교환기 사이에 연결되어 순환수가 유동하는 유동관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 공기 조화기.
제 2 항에 있어서,

상기 실내 및 실외 열교환기에는 외부 공기와 열교환이 원활하게 이루어지도록 상기 제어 수단에 의해 작동되는 송풍팬이 구비된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 공기 조화기.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 열전소자를 이용한 공기 조화기는 실내 온도를 감지하는 실내 온도감지 센서가 포함되고, 상기 각각의 열교환통 및 열교환기에도 순환수의 온도를 감지하는 온도 감지 센서가 각각 설치되어, 감지 신호가 상기 제어 수단에 입력토록 이루어진 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 공기 조화기.
제 2 항에 있어서,

상기 유동관 상에는 내부의 기포를 제거할 수 있도록 기수 분리통이 구비되고, 상기 기수 분리통은 유입구가 유출구보다 상대적으로 높게 설치되는 동시에 상부에 주입구 및 마개가 설치된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 공기 조화기.
제 1 항에 있어서,

상기 열전소자를 이용한 공기 조화기는 상기 열전소자의 둘레에 실내측과 실외측의 양측 공간을 단열할 수 있도록 단열 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 공기 조화기.