KR200246268Y1 - 냉난방기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 크게 실외기(A)와 실내기(C)로 구분, 구성되어 있으며, 냉난방시 주요 구성 기기로, 실외기는 중온고압의 액체냉매를 단열 팽창시켜 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 1단 고압팽창밸브(D1) 및 2단 저압팽창밸브(D2)와, 상기 2단저압팽창밸브(D2)와 압축기(B)에서 이송된 냉매를 증발 또는 응축하여, 흡수 또는 방출되는 잠열로 냉매를 기체 또는 액체로 상변화시키는 실외열교환기(A)와 열교환기(A, C)를 통과한 냉매 기체를 압축시켜 고온고압의 기체로 변화시키는 압축기(B)로 구성되어 있으며, 실내기는 2단저압팽창밸브(D3)와, 상기 2단저압팽창밸브(D3) 또는 상기 압축기(B)에서 이송된 냉매를 증발 또는 응축시켜 잠열을 실내에 제공 또는 빼앗는 실내 열교환기(C)로 구성되었으며, 또한 난방시, 실외기 열교환기(A)를 포함한 압축기(B) 입구 까지의 냉매배관을 전기 열선 또는 전기 히팅 배관처리했으며, 상기 실외기 압축기(B)를 나온 일부 고온고압의 기체 냉매 바이패스(By-Pass)관을 복합하여 구성한 냉난방기에 관한 것이다.

Description

냉난방기{The apparatus for heating and unheated system}

본 고안은 난방기와 냉방기가 혼합된 냉난방기에 관한 것으로서, 간단히 설명하면, 냉난방운전 중 순환되는 냉매의 압력과 온도를 최적의 상태로 변화시켜 정상적인 냉난방운전을 가능케 하기 위한 난방기와 냉방기가 혼합된 냉난방기에 관한 것이다.

현재까지 냉매를 직접 이용한 냉난방기에 있어 기존(국내ㆍ외)의 히트펌프 냉난방 방식에는 전기 이용 압축기 구동방식(정속형, 폴체인지(pole change)형, 인버터형)과 가스, 경유 및 등유 등을 연료로 하는 엔진구동형 압축방식이 출시되어 사용되고 있다.

국내등록특허공보 등록번호 제248719호에는 냉매를 압축하여 실내측 열교환기를 포함하는 냉매싸이클에 냉매를 강제 순환시키는 압축기와, 사방변과, 팽창변과, 수액기와, 액 분리기와, 상기 수액기와 액 분리기를 연결하는 바이패스 배관과, 상기 바이패스 배관에 설치된 냉매제어수단과 히터로 구성된 냉난방기 싸이클이 공개되어 있으며,

국내공개특허공보 공개번호 제99-14403호에는 제1실린더의 흡기구가 어배퍼레이터에 연결되고 제1실린더의 배기구는 제2실린더의 흡기구에 연결되며 제2실린더의 배기구는 컨덴서에 연결되는 방식으로 서로 연통되면서 점진적으로 감소되는 압축실 체적을 갖게되어 냉매를 다단계적으로 압축시키는 냉방기 또는 냉동기용 컴프레서가 기재되어 있고,

동 공보 공개번호 제98-24625호에는 요지온도경사형 다단냉각기에 있어서, 연직상방으로 개구를 가지고, 한제를 수납하며, 소정공간을 가지는 2중벽에 의하여 구성되고 외부냉각통에서 제1의 냉각공정이 이루어지며, 상기 외부냉각통 내의 실질적인 동축상에 설치된 수직관로에서 제2의 냉각공정이 이루어지고, 상기 수직관로에 관통된 내부냉각통에서 제3의 냉각공정이 이루어지는 온도경사형 다단냉각기가 공개되어 있으며,

국내공개특허공보 공개번호 제2000-24793호에는 실외기가 없는 냉난방기의 경우 (일명: 창문형이며,정속형 ON/OFF착탈식)모세관을 통과하여 압축기로 흡입되는 저압축 라인에 전기가열선 또는 응축기에서 응축기 팬에 의하여 발생한 응측열풍, 또는 응축기를 구성하는 고압측 라인에서 분기되어 연장되는 고압라인을 압축기에 연결되는 저압축라인의 외주를 회류하여 열교환이 이루어지도록 하여 냉매가스의 과냉각을 방지하는 실외기가 없는 냉난방기의 저압 냉매 온도상승장치가 기재되어 있고,

국내등록실용신안공보 등록번호 제130652호에는 열파이프의 냉난방기 내부측 외부에 흡수액 및 응축냉매를 접촉시킨 증발부와, 반대측을 냉난방기 밖으로 연결하여 공기를 이용하여 흡수열 및 응축열을 냉각시키는 작동매체가 봉입된 열파이프를 냉난방기 측면으로부터 삽입하고 냉난방기에 삽입되지 않은 열파이프 외측에 접촉 면적이 넓도록 냉각핀을 배설하고, 상기 냉각핀과 옆파이프를 흡입되는 냉각 공기로 냉각시키는 열 파이프를 이용한 소형 흡수식 냉난방기가 공개되어 있으며,

동 공보 공개번호 제2000-32356호에는 하나의 콤프레서를 사용하고, 제1, 제2, 3냉매를 포함하는 혼합냉매를 순차적으로 증발시켜 증발기에서 제3냉매의 증발에 의해 초저온을 발생시키며, 증발된 기화가스는 다시 콤프레서로 회수하는 초저온 다단 냉동장치가 기재되어 있으나,

상기와 같은 종래의 기술들과 현재 출시된 제품은 난방 운전시 외기 온도가 점점 낮아지면 외기로부터 흡수하는 열량이 적어져 주로 압축기의 압축열에 의존하게 되고, 결국 난방부하(주로 압축기)가 커져(압축기의 고통전담) 에너지(전기, 가스, 유류 등)소모가 많아지고, 전기구동압축방식의 경우 정속형은(220V, 1Φ,60HZ) 0℃~-3℃부근에서, 폴체인지(pole change)(220V, 1Φ,60HZ)형은 -2℃ ~ -4℃부근에서, 인버터형 (220V 또는 380V, 3Φ, 30HZ~130HZ)은 -10℃ 부근에서 압축기에 과부하 [일부 액체 상태의 냉매(저온저압의 기체와 액체)가 압축기에 유입]가 걸려 효율이 급격히 떨어지고, 외기 온도가 점점 더 하강하면 압축기가 위험상태에 이르며, 가스 및 유류 엔진구동 압축방식의 경우 외기 온도 -15℃부근에서 압축기에 과부하가 걸리고 -20℃부근에서는 위험한 상태(외기온도 저하 시 전기 인버터형과 동일상태)에 도달한다.

또한 난방 운전시 외기온도가 0℃ ~ -5℃ 부근에서 빈번히 실외기 열교환기 증발부에 서리가 발생(저온의 냉매 증발부와 외기의 접촉으로 인한 결로현상으로 발생하는 수증기가 얼어 붙음)하며, 흡수되는 잠열을 막아, 이를 제거하는 제상운전이 별도 필요하다.

이를 위해, 전기구동 압축방식의 경우, 압축기를 나온 고온고압 상태의 기체 냉매관 일부를 바이패스(By-pass) 하여 실외기 열교환기 증발부 밑을 통과하여 방출되는 응축잠열로 서리를 제거한 후, 액분리기(Accumulator)에 연결하였으나, 액분리기쪽과의 냉매압력 및 온도차이 때문에 제상운전목적을 달성 후 본(main) 운전을 위해 제상운전을 중단하여야 하며, 본(main)운전과 제상운전을 동시에 병행하여 운전을 할 수 없고, 착 운전시 또는 본(main)운전 중 빈번이 반복하여 5-10분 정도 별도로 본(main)운전을 중단하고 제상운전을 행하여야하는 단점이 있어 왔으며,

가스 엔진구동 압축방식의 경우는 고온의 가스엔진배열(배기가스, 냉각수열)을 바이패스(By-pass)하여 실외기 열교환기 증발부를 통과시켜 서리도 제거하고, 흡수잠열도 공급하며, 훌륭히 사용하고 있으나 -15℃ 부근에서부터는 효율이 급격히 저하되는 문제점(외기온도 저하시 냉매의 상변화가 확실하게 되지 않아 불안전하기 때문에)이 있어 왔다.

또한 최근에는 디지털 회로를 이용한 드라이브 콘트롤 유니트(Drive Control unit)를 채택한 전기인버터형 냉난방기와 가스엔진 구동형 냉난방기는 외기온도 및 실내온도 변화에 따른 운전부하 증감의 조절을 자동제어기술로 전기, 가스 등 에너지 소모를 최소화하면서 냉난방 운전하여 냉난방효과도 높이고, 기기의 수명을 연장시켜 왔으나, 난방시 위의 한계를 극복하지 못하여 겨울철 외기온도가 낮과 밤 영하(0℃)를 지나 -10℃ 밑으로 빈번이 떨어지는 (2000년 12월, 2001년 1~2월의 경우 서울 최저온도 -23℃)우리 나라의 경우, 난방운전이 중단되는 등 결함이 노출되어 사용에 곤란한 문제점이 있어 왔다.

냉방 운전시에는 저온측인 실내온도가 영상(대부분 18℃이상)에서 작동되므로 대기압 상태(1Kg/㎠)에서 온도 -40℃~-44℃ 부근에서 기화되는 냉매(R22, R407C 기준)특성상 저온측에서 열을 빼앗아 고온측에 버리는 데 있어서, 저온측 온도가 냉매의 상변화 한계치 위에 항상 있으므로, 저온측으로부터 열을 많이 흡수하여 압축기에서 전담하는 압축 부하가 적어 종래의 기술들은 큰 문제점 없이 발전되어 현재까지 운용되고 있다.

그러나 실제 냉방시 실내의 설정온도에 도달하는 냉방속도에는 한계가 있고 실내 최저저온 설정온도에도 냉방부하가 커지는 문제로 인한 한계가 있으며, 실내온도 과냉각시 압축기에 부하가 증가하고, 운전 소비에너지도 크게 증가하는 등 운전효율과 냉방속도에 있어 한계가 있는 단점이 있어왔다.

이를 개선하기 위해, 난방시는 외기온도 하강시 상기 증발과정(A)에서 보다 많은 열을 공급하고 서리도 제거하기 위해 증발부(A) 및 증발부(A)와, 압축기(B)사이의 냉매라인을 전기열선 및 열 배관 처리하는 방법과 압축기(B)출구의 고온고압 냉매가스를 일부 바이패스(By-Pass)하여 증발부(A)밑을 통과하게 한 후 액분리기(6)로 연결한 기존의 제상운전용 냉매관을 액분리기(6)로 연결하지 않고 1단고압팽창밸브(D1) 전 단계의 본(Main) 냉매관에 연결시키는 방법을 기출원(출원번호:10-2001-14021)한 바 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 고안은 난방운전시 외기 온도 -30℃ 이하에서도 정상운전 되며, 전기인버형 타입(Type)의 경우 저주파(30HZ~90HZ)범위 에서, 가스 및 유류엔진 타입(type)의 경우 낮은 회전수(rpm) 범위에서 경제 운전하며, 냉방시에도 경제운전과 동시에 실내의 설정온도 도달속도를 빠르게 하고 최저 설정온도 한계범위도 넓혀, 냉난방시 모두 빠른 속도로 실내 설정온도에 도달 후 곧바로 기존의 인버터(디지털)회로를 이용한 저속운전으로 전환케하여 냉, 난방 동시 에너지를 대폭 절약하고, 쾌속 냉난방하는 냉방기와 난방기가 혼합된 냉난방기을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

도1 종래의 냉난방기 난방싸이클 흐름도

도2 종래의 냉난방기 냉방싸이클 흐름도

도3 본 고안의 고효율 난방싸이클 흐름도

도4 본 고안의 고효율냉방싸이클 흐름도

도5 본 고안의 고효율 냉난방기 전기이용 인버터 히트펌프 싸이클 구성도

도6 본 고안의 고효율 냉난방기 가스 및 경유, 등유엔진 히트

펌프싸이클 구성도

도7 실외기 증발부를 포함한 압축기 입구사이의 배관 히팅코일 처리 상세도

도8 실외기 증발부와 압축기 입구사이의 전기히팅 파이프배관 상세도

도9 본 고안의 다단팽창밸브 배관 상세 구성도

도10 냉난방시의 랭킨싸이클 기본선도

도11 본 고안의 난방시 랭킨싸이클 T-S 선도

도12 본 고안의 난방시의 랭킨싸이클 P-h 선도

도13 본 고안의 냉방시 랭킨싸이클 T-S 선도

도14 본 고안의 냉방시 랭킨싸이클 P-h 선도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

드라이브제어 유니트(1), 전자팽창밸브(2,2',2''), 냉매보충리시버탱크 (3), 과냉각기(4), 실외열교환기(5), 액분리기(6), 온도센서(8,13,15,16), 사방밸브(7), 인버터압축기 (9), 실내열교환기(10), 실내온도센서(11), 실외온도센서 (12), 소음기(14), 압축기구동엔진(17), 알루미늄핀(20), 전기코일(21), 보온덮개 (22), 히팅관(23), 제1 및 제2 분기관(25,26), 실외기증발(응축)부(A), 압축기(B), 실내기응축(증발)부(C), 다단팽창부(D1,D2,D3), 삼방밸브(a,b,c,d), 2단저압팽창밸브(D2,D3), 1단고압팽창밸브(D1),

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 모두 실외기와 실내기로 구분 구성되어 있으며, 냉난방겸용시의 주요구성은,

1. 상기 실외기는 중온고압의 액체냉매를 단열팽창시켜 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 도9의 1단고압팽창밸브(D1) 및 삼방밸브(a,b)를 이용한 (가)측 2단저압팽창밸브(D2)와, 상기 2단저압팽창밸브(D2)와 압축기(B)에서 이송된 냉매를 증발또는 응축하여, 흡수 또는 방출되는 잠열로 냉매를 기체 또는 액체로 상변화시키는 실외기증발(응축)부(A)와, 상기 실외기증발(응축)부(A) 및 실내기응축(증발)부(C)를 통과한 냉매기체를 압축하여 고온고압의 기체로 변화시키는 압축기(B)와 상기 압축기(B)를 나온 고온고압의 냉매기체를 냉방 또는 난방운전으로 운전방향을 전환케 하는 사방밸브(7)로 구성되었으며,

상기 실내기는 도9의 삼방밸브(c,d)를 이용한 (나)측 2단저압팽창밸브(D3)와, 상기 압축기(B) 또는 2단저압팽창밸브(D3)에서 이송된 냉매를 응축 또는 증발시켜 잠열을 실내에 제공 또는 흡수하는 실내기응축(증발)부(C)로 구성되어 있으며, 상기 2단저압팽창밸브 (D3)는 하나(One)의 냉난방싸이클에서 실내기가 2대 이상의 멀티형 타입(type)이면 각각의 실내기, 실내기입구 또는 분기점 전의 본(main)관에 설치 구성되고,

상기 증발 및 응축부 면적을 10~20% 증대시킨 실외기증발(응축)부 및 실내기응축(증발)부(A,C)와, 난방시에만 사용되는[실외기열교환기(A)포함한 압축기(B)입구까지의 냉매 배관에 감거나 파이프 속에 내장시켜 제상작용도 하고, 열도 공급하는] 전기히팅코일(21) 및 히팅관(23)과, 압축부(B)를 나온 고온고압의 기체냉매관 일부를 분기(바이패스관을 연장)시켜 상기 증발부(A)의 증발기의 하부를 통과하게 하여 증발부(A)에 발생하는 서리도 제거하고, 흡수되는 잠열도 공급한 후, 상기 1단고압팽창밸브(D1)의 전에 즉 중온고압의 액체 냉매관에 연결되는 분기관(바이패스관)으로 구성된 냉난방기에 관한 것이다.

본 고안은 사방밸브(7)를 이용한 냉난방시 실외기는 중온고압의 액체 냉매를 1단, 2단 팽창시켜 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 1단고압팽창밸브(D1) 및 2단저압팽창밸브(D2)와, 상기 2단저압팽창밸브(D2)와 압축기(B)에서 이송된 냉매를 모세관을 통하여 증발 또는 응축시켜 흡수 또는 방출되는 잠열로 냉매를 상변화 시키는 실외기증발(응축)부(A,C)[난방시에는 실외기증발(응축)부(A)가, 냉방시에는 실내기응축(증발)부(C)가 증발부역할을 함]와, 실외기와 실내기에서 이송된 저온저압의 기체를 압축시켜 고온 고압의 기체로 변화시키는 압축기(B)로 구성되어 있으며, 실내기는 2단저압팽창밸브(D3)와, 상기 압축기(B) 및 팽창밸브(D1,D3)에서 이송된 냉매를 응축 또는 증발시켜 응축잠열을 실내에 제공 또는 흡수하는 실내기응축(증발)부(A,C)[냉방시에는 실외기증발(응축)부(A)가, 난방시에는 실내기응축(증발)부 (C)가 응축부로 변환되는 것임]로 구성[상기 2단저압팽창밸브(D3)는 실내기가 2대 이상의 멀티형 타입(Type)이면 각각의 실내기, 실내기입구 또는 분기점 전의 본(main)관에 설치]된 난방기와 냉방기가 혼합된 냉난방기에 관한 것이다.

2. 냉난방겸용시[(나)쪽 밸브장치(c,d,D3) 및 배관만을 이용할 때]의 주요구성은

상기 실외기는 중온고압의 액체냉매를 단열팽창시켜 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 1단고압팽창밸브(D1)와, 상기 1단고압팽창밸브(D1)와 압축기(B)에서 이송된 냉매를 증발 또는 응축하여, 흡수 또는 방출되는 잠열로 냉매를 기체 또는 액체로 상변화시키는 실외기증발(응축)부(A)와, 상기 실외기증발(응축)부(A) 및 실내기응축(증발)부(C)를 통과한 냉매기체를 압축하여 고온고압의 기체로 변화시키는 압축기(B)와, 압축기(B)를 나온 고온고압의 냉매기체를 냉방 또는 난방운전으로 방향을 전환케 하는 사방밸브(7)로 구성되어 있으며,

상기 실내기는 (나)쪽 2단저압팽창밸브(D3) 및 삼방밸브(c,d)와, 상기 2단저압팽창밸브(D3) 또는 압축기(B)에서 이송된 냉매를 증발 또는 응축시켜 잠열을 실내에 흡수 또는 제공하는 실내기(응축)증발부(C)로 구성되어 있다. 이때 도면의 본(main) 직관을 제외한 (가)쪽 2단저압팽창밸브(D2) 및 삼방밸브(a,b), 분기관(25)은 불필요하며, 그외의 구성은 상기 1과 동일하다.

3. 냉난방 겸용시[(가)쪽 밸브장치(a,b,D2) 및 배관만을 이용할 때]의 주요 구성은 상기 실외기는 중온고압의 액체냉매를 단열팽창시켜 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 1단고압팽창밸브(D1) 및 (가)쪽 2단저압팽창밸브(D2) 및 삼방밸브(a,b)와, 상기 팽창밸브(D2)와 압축기(B)에서 이송 된 냉매를 증발 또는 응축하여, 흡수 또는 방출되는 잠열로 냉매를 기체 또는 액체를 상변화시키는 실외기증발(응축)부(A)와, 상기 실외기증발(응축)부(A) 및 실내기응축(증발)부(C)를 통과한 냉매기체를 압축하여 고온고압의 기체로 변화시키는 압축기(B)와, 압축기(B)나온 고온고압의 냉매기체를 냉방 또는 난방운전으로 방향을 전환케하는 사방밸브(7)로 구성되어 있으며, 상기 실내기는 상기 1단고압팽창밸브(D1) 또는 압축기(B)에서 이송된 냉매를 증발 또는 응축시켜 잠열을 실내에서 흡수 또는 제공하는 실내기응축(증발)부(C)로 구성되어 있다.

이때, 도면의 본(main) 직관을 제외한 (나)쪽 2단저압팽창밸브(D3), 삼방밸브 (c,d), 분기관(26)은 불필요하며, 그외의 구성은 상기 1과 동일하다

4. 냉방전용시의 주요구성은

실내기는 (나)측 2단저압팽창밸브(D3)와, 2단저압팽창밸브(D3)에서 나온 저온저압의 냉매액을 증발시켜 기체로 만드는 실내기응축(증발)부(C)로 구성되어 있으며, 2단저압팽창밸브(D3)는 항시 냉매의 흐름이 한 방향이므로 냉매 메인(Main)직관에 1단고압팽창밸브(D1)형상으로 설치하며, 도면의 사방밸브(7)와, 삼방밸브 (a,b,c,d), 2단저압팽창밸브(D2) 및 분기관(25,26), 전기히팅코일(21), 히팅 관(23), 바이패스 (By-Pass)관은 불필요하며, 그 외의 구성은 상기 1과 동일하다. 그리고, 제어기(1)는 기존의 디지털 회로를 이용한 인버터 제어로 한다.

한편 상기에서 설치장소의 기후환경 등으로 필요에 따라, 1단고압팽창밸브 (D1)만을 이용하는 냉방전용싸이클의 경우는 1단고압팽창밸브 (D1)를 실내기 내외부에 설치하고, 도9의 2단저압팽창밸브(D2,D3) 장치 및 분기관(25,26)이 필요 없으며, 사방밸브(7), 전기히팅코일(21), 히팅관(23), 삼방밸브(a,b,c,d), 바이패스관은 불필요하며, 그외의 구성은 상기1과 동일하며 제어기(1)는 기존의 디지털회로를 이용한 인버터 제어로 한다.

5. 난방전용시의 주요구성은,

상기 실외기는 난방시 중온고압의 액체냉매를 단열팽창시켜 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 1단고압팽창밸브(D1) 및 (가)측 2단저압팽창밸브(D2)와, 상기 삼방밸브(a,b)와, 상기 팽창밸브(D1,D2)에서 이송된 저온저압의 액체냉매를 증발시켜 저온저압의 기체냉매로 상변화시키는 실외기증발(응축)부(A)와 상기 실외기증발(응축)부(A)에서 나온 저온저압의 기체냉매를 압축시켜 고온고압의 기체냉매로 만드는 압축기(B)로 구성되며, 2단저압팽창밸브(D2)는 냉매의 흐름이 항시 한 방향이므로 냉매 메인(Main)직관에 1단고압팽창밸브(D1)형상으로 설치하며, 실내기는 압축기 (B)를 나온 고온고압의 기체냉매를 응축시켜 실내에 열을 방출하는 실내기응축(증발)부(C)로 구성되어 있으며, 도면의 사방밸브(7)와, 2단저압팽창밸브(D3) 및 분기관(25,26), 삼방밸브(a,b,c,d)는 불필요하며, 그외의 구성은 상기 1과 동일하고, 제어기(1)는 기존의 디지털 회로를 이용한 인버터 제어로 한다.

한편 상기에서 설치장소의 기후환경 등으로 필요에 따라 1단고압팽창밸브 (D1)만을 이용하는 난방전용싸이클의 경우는 도9의 2단저압팽창밸브장치(D2,D3) 및 분기관(25,26)이 필요 없으며, 사방밸브(7), 삼방밸브(a,b,c,d)는 불필요하며, 그외의 구성은 상기1과 동일하며, 제어기(1)는 기존의 디지탈회로를 이용하는 인버터 제어로 한다.

본 고안에서 사용되는 냉매는 프레온가스 R22, R407C는 표준상태(대기압)의 기압 하에서는 온도 -40℃ ~ -44℃부근에서, 압력 15㎏f/㎠ 정도에서는 40℃~44℃ 부근에서 약 56kcal의 잠열을 흡수(액체→기체로)또는 방출(기체→액체로)한다. 따라서 외기 온도가 아무리 떨어진다 하더라도 냉매의 각 운전싸이클 위치에서 민감한냉매의 상 변화를 최적의 상태(100% 상 변화)로 유지시켜주기만 하면 된다.

이러한 냉매의 특성을 이용하여 지금까지 냉동, 냉방시의 경우는 고압상태(약 2.5Kg/㎠ ~ 25Kg/㎠) 의 운전 중에도 기술의 발달로 정상적으로 사용되고 있으나, 난방 시에는 종래의 기술들은 상기 앞부분에서 기술한 바와 같이 영하의 한계온도에 도달하면 결함이 노출되어 사용에 곤란한 문제점이 있어 기출원된 출원 내용에 개선장치 및 방법을 제시하였다.

본 고안은 난방뿐만 아니라 냉방시스템을 동시에 개선한 것으로 난방운전 시에는 실외의 온도가 영하 10℃이하로 내려가면, 실외기의 팽창부(D)를 통과한 저온저압의 액체 냉매가 외기온도가 낮아 증발부(A)에서 냉매를 증발시켜 액체를 모두 기체화하는 과정에서 충분한 증발잠열을 얻는 증발공정을 수행 할 수 없으며, 증발되어 기화되었다 하더라도 기체 중 액체가 함유되어 있어 비록 액 분리기에서 일부 액체를 분리한다 해도 액체를 전부 회수하지 못한 관계로 압축부(B)의 압축기가 정상작업을 수행 할 수 없으며, 액체가 과잉이 되면 압축기가 파손되는 등의 현상이 일어나므로, 다음과 같이 종래의 냉난방기 배관 시스템을 개량하였다.

난방운전시,

첫째, 증발부(A)와, 증발부(A)에서부터 압축기(B)까지의 라인을 가열시켜, 잔류액체가 없도록 모두 기화시키고, 기체를 더 가열하여 압축부(B)에서 압축 시 압축효율을 극대화하기 위하여, 본 고안에서는 증발부(A)의 알루미늄핀(20) 및 냉매관과, 상기 증발부를 통과하여 압축기로 흡입되는 저온 저압의 냉매기체 라인에 전기히팅코일(21)(열선: 정온선 또는 변온선)로 감거나 파이프 속에 내장하였고,

둘째, 증발부(A)와, 상기 증발부(A)에서부터 압축부(B)까지의 냉매 파이프라인을 전기히팅 관으로 배관하여 제어기에서 온도를 컨트롤하도록 하였으며,

셋째 압축부(B)를 통과한 고온고압의 기체냉매를 분기(바이패스)시켜 증발부 (A)의 하부를 간접가열시켜 서리도 제거하고, 증발잠열을 공급하며, 팽창부(D) 이전의 본(Main)관 중온고압 액체라인에 연결시키면, 상기 고온고압의 기체냉매가 상기 증발부(A)의 하부를 통과하는 과정에서 팽창부(D) 이전의 중온고압의 액체와 비슷한 성상으로 변하므로 팽창부(D) 이전의 중온고압액체라인에 연결시켜 구성된 히트펌프 냉난방기이다.

본 고안은 사방밸브(7)를 이용한 냉난방시 상기 실내외기 열교환기 증발부(A,C)를 나온 중온 고압의 냉매액을 1단, 2단 단열팽창시킨 방법으로 난방시의 경우, 최대 게이지압 기준 2.5㎏/㎠G 까지 팽창시켜 싸이클 배관 내 냉매(R-22기준)온도를 -26℃(R407C는 -28℃)까지 하강시켜 외기온도 -25℃(R407C는 -27℃)에도 액체냉매가 실외기 증발부(A)에서 상변화에 필요한 증발잠열(약 56kcal)을 흡수하고 모두 기화되도록 개선하여, 상기 실외기 증발부(A)에 별도의 히팅보조장치 없이 정상 운전되도록 하였다. 또한 상기 압축기(B)에서 소비되는 에너지(전기, 가스, 경유, 등유)를 절약도 하고, 외기온도 하강으로 실외기 열교환기 증발부(A)에서 흡수되는 열량이 감소함에 따라, 압축기가 더 많은 압축일을 하게 되어 증가하는 압축부하에 따른 압축기의 고통도 덜어주기 위해 외기온도 영상 3℃~6℃부근부터 기 출원한 히팅코일 및 히팅파이프를 상기 증발부(A)와 증발부(A)에서 압축기 사이 냉매배관에 병행운용하면 외기온도가 -25℃(R407C는 -27℃)이하로 점점 하강할 시에도 증발부(A)의 부족한 흡수잠열을 보충하여 증발부(A)가 압축기(B)의 증가하는 부하가 없도록 더 많은 열을 공급하여 압축기(B)에 무리가 가지 않고 정상운전이 되도록 하였으며,

외기온도 변화에 따라 히팅코일 및 히팅 파이프의 온도 콘트롤(control) 제어기 조정범위 내에서 연동케하여 압축기 입구의 냉매기체를 과포화상태로(이 경우 냉매온도 15℃를 넘지 않도록 한다)만들어 쾌속난방과 동시에 에너지를 크게 절약할 수 있도록 하였다.

한편, 냉방시에는 실외기열교환기(면적: 10%~20% 더 증대할 수 있도록 개선)응축부(A)에서 고온의 외기에 열을 방출하고 나온 중온 고압의 액체 냉매를 1단, 2단 단열팽창시켜 종래의 기술(1단 팽창)보다 팽창밸브를 나온 냉매를 더욱 저온저압으로 만들어 상기 실내기 열교환기(면적: 10%~20% 더 증대할 수 있도록 개선)의 증발부(C)에서 실내의 열량을 더욱 많이 흡수하여, 짧은 시간 내 실내 온도가 설정온도에 도달케 되어 종래의 기술보다 쾌속냉방이 되며, 설정 온도 도달 후 저속 경제운전을 하게 하여 종래의 냉방기 또는 냉난방기보다 고효율 운전과 동시에 에너지를 크게 절약할 수 있도록 하였다[냉방시는 히팅코일 및 히팅파이프가 필요 없으므로 자동차단하고, 압축부(B)를 통과한 고온고압의 기체냉매를 분기(바이패스)시켜 증발부(A)의 하부를 지나 1단고압팽창밸브(D1) 이전의 중온고압 액체라인에 연결시켜 구성된 분기관(바이패스관)은 자동으로 차단됨].

본 고안의 적용범위는 디지탈(Digital)회로 제어기를 채택하는 전기인버터형 압축기 타입(Type)의 냉난방기, 냉방기, 난방기와 가스, 경유 및 등유 엔진 구동형 압축기 타입(Type)의 냉난방기, 냉방기, 난방기 모두에 적용한다.

본 고안은 하나의 냉난방, 냉방, 난방전용 싸이클에서 실외기 하나에 실내기 하나(1:1형), 또는 하나의 냉난방, 냉방, 난방전용싸이클에서 실외기측을 냉매배관을 분기하여 압축기를 포함한 실외기를 2개 이상으로 병렬로 구성(다단압축이 아님)하거나, 압축기만을 2개 이상으로 병렬구성(다단압축이 아님)할 수 있으며, 실내기측 또한 각각의 실내기를 냉매배관 분기하여 2개 이상으로 구성하는 멀티형 장치이며, 각각의 실외기 및 실내기를 순열조합식으로 구성하여 사용하는 장치인 것이다.

본 고안은 디지털 회로를 채택한 콘트롤러(Controller)를 이용한 것으로 냉난방, 냉방, 난방시 각 라인의 필요지점에 온도 및 압력 센서를 설치하고 연동하며, 실내온도센서, 실외온도센서와도 연동되며, 각종밸브(팽창밸브, 사방밸브, 삼방밸브, 자동 개폐밸브 등) 및 냉매의 온도, 압력이 정상적으로 작동 및 유지되도록 세팅하여 비정상적인 냉매의 온도 및 압력에 관한 신호가 콘트롤러(Controller)에 수신되면, 그 부근의 에러체크가 되도록 한 것이다.

상기와 같은 원리는 디지털기술의 발달로 당 분야에서는 통상의 기술이므로 구체적인 원리와 작동상태는 본 고안에서는 생략하기로 하였다.

본 고안의 1,2단 다단팽창방법은 냉난방 혼용 싸이클이나, 냉방, 난방전용 싸이클 기기에 있어서, 기존의 압축기(B)와 실외기증발(응축)부 및 실내기응축(증발)부(A,C), 팽창부(D)의 상호작용을 개선하여 압축기가 전담하는 고통(압축부하)을 줄여주어 압축기의 수명을 오래가게 하고, 고급 재질의 압축기를 이용하지 않고도, 기존 재질의 압축기로 정상운전이 되도록 기존의 실내외열교환기 및 배관부분 또는 팽창부(D)를 보완하여 개량한 고안인 것이다.

이하 도면을 참고하여 본 고안을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1 종래의 냉난방기 난방싸이클 흐름도, 도2 종래의 냉난방기 냉방싸이클 흐름도, 도3 본 고안의 고효율 난방싸이클 흐름도, 도4 본 고안의 고효율냉방싸이클 흐름도, 도5 본 고안의 고효율 냉난방기 전기이용 인버터 히트펌프 싸이클 구성도, 도6 본 고안의 고효율 냉난방기 가스 및 경유, 등유엔진 히트 펌프싸이클 구성도, 도7 실외기 증발부를 포함한 압축기 입구사이의 배관 히팅코일 처리 상세도, 도8 실외기 증발부와 압축기 입구사이의 전기히팅 파이프배관 상세도, 도9 본 고안의 다단팽창밸브 배관 상세 구성도, 도10 냉난방시의 랭킨싸이클 기본선도, 도11 본 고안의 난방시 랭킨싸이클 T-S 선도, 도12 본 고안의 난방시의 랭킨싸이클 P-h 선도, 도13 본 고안의 냉방시 랭킨싸이클 T-S 선도, 도14 본 고안의 냉방시 랭킨싸이클 P-h 선도를 도시한 것이며, 드라이브제어 유니트(1), 전자팽창밸브 (2,2',2''), 냉매보충리시버탱크(3), 과냉각기(4), 실외열교환기(5), 액분리기(6), 온도센서(8,13,15,16), 사방밸브(7), 인버터압축기 (9), 실내열교환기(10), 실내온도센서(11), 실외온도센서(12), 소음기(14), 압축기구동엔진(17), 알루미늄핀(20), 전기코일(21), 보온덮개(22), 히팅관 (23), 제1 및 제2 분기관(25,26), 실외기증발(응축)부(A), 압축기(B), 실내기응축(증발)부(C), 다단팽창부(D1,D2,D3), 삼방밸브(a,b,c,d), 2단저압팽창밸브(D2,D3), 1단고압팽창밸브(D1)를 나타낸 것임을 알 수 있다.

본 고안의 구성을 살펴보면, 도3, 도4에 도시된 바와 같이 크게 실내기와 실외기로 구분 구성되어 있으며,

냉방 또는 난방시 주요 구성기기로 실외기는 중온 고압의 액체냉매를 단열팽창시켜 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 1단고압팽창밸브(D1) 및 2단저압팽창밸브(D2)와 상기 1,2단팽창밸브와 압축기(B)에서 이송된 냉매를 증발 또는 응축하여, 흡수 또는 방출되는 잠열로 냉매를 기체 또는 액체로 변화시키는 실외기증발(응축)부(A)와,

실외기증발(응축)부(A) 및 실내기응축(증발)부(C)를 통과한 냉매기체를 압축시켜 고온고압의 기체로 변화시키는 압축기(B)로 구성되어 있으며, 실내기는 상기 2단저압팽창밸브(D3)와, 상기 2단저압팽창밸브(D3) 또는 압축기(B)에서 이송된 냉매를 증발 또는 응축시켜 잠열을 실내에 제공 또는 빼앗는 실내기응축(증발)부(C)로 구성되었으며,

또한, 난방시 기 출원한 고안 내용인 실외기증발부(A)와, 실외증발부(A)에서 압축기(B) 입구까지 배관을 감거나, 내장시킨 도7의 전기히팅코일(21) 및 도8의 히팅관(23)과, 상기 실외기 압축기(B)를 나온 일부 고온고압의 기체 냉매 바이패스(By-Pass)관을 실외증발부(A)의 하부를 거쳐 1단고압팽창밸브(D1)의 전까지 연장하여 1단고압팽창밸브(D1) 이전의 본(Main)관에 연결된 분기관(바이패스관)으로 복합 구성된 냉난방기인 것이다.

상기에서 다단팽창부(D1,D2,D3)는 도9에 나타난 바와 같이 메인(Main)관에 간격을 두고 형성된 두 개의 (가), (나)측 제1,제2분기관(25,26)과, 상기 두 개의 (가), (나)측 제1,제2분기관(25,26)은 직경이 메인(main)관과 동일하고, D1은 1단고압 팽창밸브이며, a,b,c,d,는 삼방밸브, D2,D3는 2단저압팽창밸브로 구성되어 있음을 알 수 있다.

도5는 본 고안의 고효율 냉난방기 전기이용 인버터 히트펌프 싸이클 구성도로서, 냉난방겸용 싸이클이며, 냉난방 운전전환은 사방밸브(7)를 통한 냉매의 방향전환으로 이루어지며, 냉난방시 냉매의 흐름은, 냉방시 전기인버터 압축기(9)를 나온 냉매가 사방밸브(7)를 거쳐 실외열교환기로 들어가 열교환이 된 다음 팽창밸브로 이동하며 삼방밸브를 이용하여 1단고압팽창밸브(2)(D1)와, 2단저압팽창밸브 (2'')(D3)를 통과하여 실내 열교환기(10)[(실내기응축(증발)부(C)로 실내증발부 역할로 전환]로 들어가 열교환이 된 다음, 사방밸브(7)를 거쳐 압축기(B)(9)로 들어가 한 싸이클이 완성되며, 도5의 부호(8,11,12,13,15,16)는 온도센서이고 제어기(드라이브제어유니트)(1)에서 콘트롤된다.

난방시에는 상기 싸이클의 역순으로 진행되어 난방되는 것이며,

냉방전용일 경우 사방밸브(7)와 2단저압팽창밸브(2`)(D2) 및 삼방밸브(a,b)가 불필요하며, 난방전용일 경우 사방밸브(7)와 2단저압팽창밸브(2'')(D3) 및 삼방밸브(c,d)가 불필요하다.

상기 도5는 인버터제어 전기모터를 이용하여 압축기(9)를 압축시키는 것이며, 상기 도6은 가스나, 경유등 유류를 사용하는 가스 및 유류엔진을 이용하여 압축기(9)를 구동시키는 것으로서 도6에서는 압축기(9)에 가스 및 유류엔진(17)을 이용한 압축기 구동장치를 나타낸 것이며, 이하 냉난방싸이클은 상기 도5의 냉난방싸이클과 동일한 것이다.

다음으로 압축기(B)와 실내외기증발(응축)부(A,C) 및 다단팽창밸브 (D1,D2,D3)에서 하는 역할과 일량(AW), 열량(QH,QL)의 관계를 도면(도10,도11,도12,도13,도14)을 참고하여 이해하기 쉽게 기술하고자 한다.

압축기(B)는 전동기 및 엔진이 소비한 에너지(전기,가스, 경유, 등유 등)로 압축일(AW)을 하게 되고, 냉매를 압축하여, 압축일량(AW)을 압축열량(Q)으로 바꾼다(1kw당 약 860kcal, 1HP당 약 632Kcal). 냉매를 매개로 바뀐 열량(Q)을 이용하여 냉난방 싸이클이 운전되는 것이다.

그러므로 압축기(B)의 역할을 통하여 냉난방이 이루어지고, 냉난방시 모두 저온측에서 열을 흡수하여 고온측에 방출하므로 냉방싸이클 구성 기기 모두 각각 제 역할을 해야 정상 운전이 되는 것이다.

특히, 실내외기증발(응축)부(A,C)와 팽창부(D)에서 제 역할을 다 할 때 압축기(B)에 큰 부하를 주지 않고 정상운전할 수 있는 것이다.

난방시(I)와 냉방시(Ⅱ)를 구분하여 본 고안을 기술하고 한다.

Ⅰ. 난방시는,

겨울철 온도가 낮은 외기에서 열량(QL)을 흡수하여 실내에 열량(QH)을 방출한다. 이때 실외기 열교환부 증발부(A)에서 열량(QL)을 많이 흡수하면 압축기가 압축일(AW)을 적게 하고도 실내에 열량(QH)을 정상적으로 공급한다. 또 실외기 열교환기 증발부(A)에서 열량(QL)을 적게 흡수하면 압축기가 정상적인 열량(QH)을 실내에 공급해야 하므로 그 만큼 압축일(AW)을 많이 하게 되는 것이다.

그러므로 외기온도의 변화는 압축부하에 직결되어 있어 지금까지 종래의 기술들은 외기온도 -10℃~20℃를 극복하지 못하여 왔다. 이는 냉매의 특성과 관계되는데 냉매(R22기준)는 대기압하 -41℃부근에서 열을 흡수 또는 방출하고 상변화(기체 ↔액체)를 한다.

냉매(R22)의 상변화점을 살펴보면, 대기압(1㎏/㎠)기준으로 -10℃일 때에는 약 5.3㎏/㎠의 압력에서, -15℃일 때는 약 4.4㎏/㎠의 압력에서, -20℃일 때는 약 3.5㎏/㎠의 압력에서, -26℃일 때 약 2.5㎏/㎠의 압력에서 상변화를 한다. (R407C는 상변화 점의 온도, 압력이 R22의 상변화점, 온도, 압력보다 약 10%아래에 있다)

냉매를 이용한 냉동싸이클에 있어 싸이클 배관내의 압력은 외부 대기압과 차단되어 있으므로 최대범위 -26℃, 2.5㎏/㎠G(G:게이지압)까지 운전할 수 있다. 이때 최소압력 범위를 2.5㎏/㎠G로 제한한 이유는 실외기 열교환기 증발부(A)의 모세관에서 저온의 냉매액을 분무하여 기체로 만들 수 있는 최소한의 압력이기 때문이다.

그러면, 종래의 기술들은 냉매(R-22)를 이용한 난방 운전시 -25℃에서 정상적으로 싸이클 운전을 했어야 했다. 그러나 -10℃~ -20℃부근을 극복하지 못하고 있다. 종래의 기술은 압축기의 최대 부하시 외기온도 -26℃에서도 정상운전이 되야 하나, 압축기 수명이 짧고, 과부하 상태로 운전하다보면 1단 단열팽창 방법으로 실외기증발부(A)입구의 압력을 2.5㎏/㎠G까지 끌어내릴 수 없게 된다. 그리하여 압축기 부하와 1단 단열팽창방법의 한계 때문에 -10℃~20℃부근의 한계를 극복하지 못하고 있었다.

고안내용을 기술하면,

① 실외기증발(응축)부(A) 및 실내기응축(증발)부(C)의 면적을 10~20% 늘린데 대하여 :

난방시는 실외기증발부(A)에서 보다 많은 열량을 흡수하고 압축기의 압축부하가 증가하지 않는 상태에서 압축하여 실내기 응축부(C)에서 흡수한 열량만큼을 방출하는 효과가 있다. 이 경우 전기 히팅코일(21) 및 히팅관(23)을 병행하여 사용할 경우, 1단 단열팽창으로도 종래의 냉난방기보다 난방 증대 면적이 크게 증대하고 난방속도도 빠르게 하여 실내 설정온도에 도달하면 저속 경제 운전으로 전환하여 에너지를 더 절감할 수 있도록 하였다.

이 고안은 외기온도가 -10℃이하로 하강할 시에 기존의 기술은 높은 부하의 무리한 운전으로 압축기(B)를 나온 아주 높은 고온 고압의 기체가 실내기응축부(C)를 거쳐, 팽창부(D)에서 1단 단열팽창을 하여도 냉매의 온도와 압력이 -26℃, 2.5㎏/㎠G부근까지 떨어지지 않는 한계를 아주 쉽게 극복하고 정상적인 운전의 압축및 팽창으로 적정온도와 압력에 도달하여 실외기증발부(A)에서 외기온도가 -10℃를 지나 -25℃까지 하강하여도 외기로부터 흡수한 열과, 열선 및 히팅관(23)에서 공급한 열로 정상난방운전 할 수 있다. 이 고안의 난방증대면적은 종래의 면적과 도11, 도12의 1,2단 단열팽창 고안 사이의 중간정도 면적이다.

이 고안은 1,2단 단열팽창 방법보다 효율 및 에너지소비, 난방증대 면적은 작으나, 물품 제작비가 적게 드는 장점이 있다.

본 고안은 냉난방혼용싸이클의 난방시와, 난방전용 싸이클 모두에 적용된다.

②팽창부(D)를 1,2단 단열팽창하는데 대하여 :

본 고안은 전기히팅코일(21) 및 히팅관(23)을 이용하지 않고도 실외기증발기 (A)입구의 냉매 온도와 압력을 -26℃, 2.5㎏/㎠까지 떨어뜨려 외기온도 -25℃에서도 충분한 증발잠열을 얻어 정상난방 운전을 할 수 있으며, 실외기증발(응축)부 및 실내기응축(증발)부(A,C)면적을 10~20%증대하면 더욱 고효율 운전을 하고, 전기코일(21) 및 히팅관(23)을 병행 운용하면, 압축기(B)에 큰 부하없이 고효율 고속 난방 후, 실내의 설정 온도에 도달하면 곧 바로 디지탈회로를 이용한 인버터제어기 (1)와 연동하여 저속경제운전으로 전환, 에너지를 가장 절감할 수 있는 고안이다. 이 고안은 외기온도 -30℃이하에서도 정상운전된다.

이 고안의 난방증대면적은 도11, 도12에 도시하였다.

이 고안은 냉난방혼용 싸이클의 난방시와 난방전용싸이클 모두에 적용된다.

Ⅱ. 냉방시는 사방밸브(7)를 이용하여 냉매흐름의 방향이 바뀌고, 냉매를 매개로 실내에서 열량(QL)을 흡수하여 실외에 방출(QH)한다.

여름철 냉방운전시에는 실외기열교환기와 실내기 열교환기가 난방시와 역할이 바뀌며(증발 ↔응축), 실내의 낮은 온도에서 열을 흡수하여 고온의 외기에 방출하나 실내외 공기가 모두 영상의 온도이기 때문에 실내기증발부(C)에서 열을 잘흡수하여 냉매의 상변화에 별다른 지장이 없어 종래의 기술들도 훌륭히 냉방운전을 해오고 있다. 그러나, 냉방효율과 냉방속도 및 운전 에너지소비에 있어서는 개선할 부분이 많이 있어 본 고안에서 개선한 내용을 기술하면,

① 실외기증발(응축)부(A) 및 실내기응축(증발)부(C)의 면적을 10~20% 늘렸다.

이는 실내에서 보다 많은 열량을 흡수하여 압축부하 증가없이 실외에 방출하므로 냉방효율도 높아지고 실내 설정온도에 도달하는 냉방속도도 빠르며, 설정온도 도달 후 저속경제 운전을 하면 운전에너지도 절약되는 고안이다.

상기 고안은 냉난방 혼용 싸이클의 냉방시와 냉방전용싸이클 모두에 적용된다.

② 팽창부(D)를 1,2단 단열팽창하는데 대하여 :

실외기응축부(A)를 나온 중온고압의 액체 냉매를 1,2단 단열 팽창시켜 저온저압의 냉매액으로 만들어 실내기증발부(C)에서 종래기술 보다 더 많은 열량을 흡수하여 압축기 저부하 운전으로 열량을 실외에 방출하여 고효율, 에너지 저소비운전, 쾌속냉방이 되며, 실내설정온도 도달 후 인버터(디지탈)제어기(1)를 연동하여 저속 경제운전으로 전환한다.

상기 고안은 냉난방혼용 싸이클의 냉방시와 냉방전용 싸이클 모두에 적용된다.

본 고안은 도13, 도14에 도시한 바와 같이 종래의 기술보다 냉방증대 면적을 넓혔다.

도10은 냉난방시의 랭킨싸이클 기본선도를 도시한 것이며, 도11, 도13은 냉난방시의 랭킨싸이클 T-S 선도 및 도12, 도14는 냉난방시의 랭킨싸이클 P-h를 도시한 것이며, 선도에 나타난 바와 같이 종래 고안에 비해 강조된 부분만큼의 냉난방면적 증대를 도시한 것이다.

보다 구체적으로 설명하면 도11은 난방시의 랭킨싸이클 T-S 선도로서 QL의 낮은 온도에서 열을 흡수하여 QH의 높은 온도에서 방출하며, 7-8구간은 증발, 8-1''구간은 히팅처리, 1''-2''는 압축, 2''-3구간은 응축, 3-5구간은 1단팽창, 6-7구간은 2단 팽창을 나타낸 것이며, 상기 그래프의 곡선 외측은 과냉액체 또는 과포화기체이며, 내부는 액체와 기체 혼합된 상태로서 종래의 1,2,3,4범위 내의 난방면적을 본 고안에서는 1'',2'',3,5,6,7,8 만큼 난방면적을 넓혔다.

도12는 난방시의 랭킨싸이클 P-h 선도로서 QL의 낮은 온도에서 열을 흡수하여 QH의 높은 온도에서 방출하며, 7-8구간은 증발, 8-1''구간은 히팅처리, 1''-2''구간은 압축, 2''-3구간은 응축, 3-5구간은 1단 팽창, 6-7구간은 2단 팽창을 나타낸 것이며, 상기 그래프의 곡선 외측은 과냉액체 또는 과포화기체이며, 내부는 액체와 기체 혼합된 상태로서 종래의 1,2,3,4범위 내의 난방면적을 본 고안에서는 1'',2'',3,5,6,7,8 만큼 난방면적을 넓혔다.

본 고안의 작동방법을 설명하면, 먼저 냉방 또는 난방운전 방향전환은 상기 사방밸브(7)를 통하여 전환되며, 겨울철 난방시는 기 출원한 고안인 전기 히팅코일 (21), 전기 히팅관(23)과 본 고안의 1,2단 팽창밸브와는 별개로 또는 병행하여 사용하는 것으로 병행사용시 효과가 증대되며 실내외기 열교환기 면적을 10%~20%넓혀 흡,방출 열량이 많도록 했다. 여름철 냉방시는 기존의 제품보다 냉방효과가 월등한 1,2단 다단팽창밸브의 작동을 통하여 냉방토록 하였다.

팽창밸브는 전동식선형팽창전자밸브(LEV: Linear Expansion Valve)를 사용한다.

팽창밸브의 역할에 대하여 설명하면, 실외기증발(응축)부 및 실내기응축 (증발)부(A,C)를 나온 냉매가 중온고압의 액체 상태로 팽창밸브에 이르게 된다. 이때 팽창밸브가 최대한 온도와 압력을 떨어뜨려야(제한압력 : 2.5㎏/㎠G) 실내외의 온도 상황에 따라 많은 열량을 흡수하는데, 종래의 1단 팽창으로는 온도와 압력을 하락시키는 한계치와 그를 위한 압축기(B)의 압축부하증대의 결점이 있어 왔다. 그러면 본 고안의 다단팽창밸브(D1,D2,D3)의 구성 및 작동 방법을 도9를 참고하여 설명하면, D1은 1단고압팽창밸브이며, D2는 난방시 작동하는 2단저압팽창밸브, D3는 냉방시 작동하는 2단저압팽창밸브이며, a,b,c,d는 삼방밸브이다.

본 고안을 고효율냉난방기 전체구성과 관련하여 작동방법을 설명함에 있어 설치장소의 기후환경 등으로 필요에 따라,

1, 냉난방 동시 겸용의 냉난방기에 있어 2단팽창 방법을 냉난방시 모두 사용한 경우 작동방법을,

2, 냉난방 동시 겸용의 냉난방기에 있어 2단팽창 방법을 냉방시에만 사용한 경우의 작동방법을,

3. 냉난방 동시 겸용의 냉난방기에 있어 2단팽창 방법을 난방시에만 사용한 경우의 작동방법을,

4, 냉방전용싸이클(냉방기)에서 2단팽창 방법을 사용한 경우의 작동방법을,

5, 난방전용싸이클(난방기)에서 2단팽창 방법을 사용한 경우의 작동방법을 삼방밸브와 팽창밸브를 고효율냉난방기 시스템작동과 함께 냉방시와 난방시로 구분하여 설명하겠다.

1, 2단팽창 방법을 냉난방 겸용시 모두 사용한 경우:

여름철 냉방시 도9의 (가)쪽은 삼방밸브(a,b)를 이용하여 항시 직관으로 냉매가 흐르도록 하고, (나)쪽은 삼방밸브(c,d)를 이용하여 항시 2단저압팽창변(D3)으로 냉매가 흐르도록 한다. 그리고 전기코일(21) 및 히팅관(23)과 바이패스분기관을 차단하며, 실내온도가 설정온도에 도달하면 곧 바로 인버터(디지탈)제어기(1)로 저속경제운전에 들어간다.

난방시는 도9의 (가)쪽은 삼방밸브(a,b)를 이용하여 항시 2단저압팽창변(D2)으로 냉매가 흐르도록 하고, (나)쪽은 삼방밸브(c,d)를 이용하여 항시 직관으로 냉매가 흐르도록 하며, 냉, 난방시 모두 1,2단 다단팽창으로 냉, 난방 효과를 극대화하며 그리고, 전기코일(21) 및 히팅관(23)과 바이패스을 병행 이용하여 난방한다.

2. 냉난방 겸용 싸이클에 있어 냉방시에만 2단팽창방법을 사용한 경우:

냉방시 도9의 (나)쪽은 삼방밸브(c,d)를 이용하여 항시 2단저압팽창변(D3)으로 냉매가 흐르도록 하고, (가)쪽의 삼방밸브(a,b)와 2단저압팽창변(D2) 및 분기관 (25)은 불필요하며, 1,2단 다단팽창을 하여 냉방을 하고, 그리고 전기코일(21) 및 히팅관(23)과 분기관(By-pass)은 여름철에 자동차단하며, 그 외의 작동방법은 상기 1과 동일하다.

난방시는 도9의 (나)쪽은 삼방밸브(c,d)를 이용하여 항시 직관으로 냉매가 흐르도록 하고, 1단고압팽창밸브(D1)를 이용하여 난방하고, 전기코일(21) 및 히팅관(23)과 바이패스(By-pass) 분기관 을 이용하며, 그 외의 작동방법은 상기1과 동일하다.

3. 냉난방겸용 싸이클에 있어 난방시에만 2단팽창방법을 사용한 경우

냉방시는 1단고압팽창밸브(D1)를 이용하여 냉방을 하며, (가)쪽은 삼방밸브 (a,b)를 이용하여 항시 직관으로 냉매가 흐르도록 하고, 그리고 전기코일(21)과 히팅관(23) 및 바이패스(by-Pass) 분기관은 자동차단하며, 그 외의 작동방법은 상기 1과 동일하다.

난방시는 1,2단 다단팽창으로 난방하며, (가)쪽은 삼방밸브(a,b)를 이용하여 항시 2단저압팽창변(D2)으로 냉매가 흐르도록 하고, (나)쪽의 삼방밸브(c,d)와 2단저압팽창변(D3) 및 분기관(26)은 불필요하며, 그 외의 작동방법은 상기 1과 동일하다.

4. 냉방전용싸이클(냉방기)에서 2단팽창 방법을 사용하는 경우:

냉방전용싸이클에 있어서는 냉매의 흐름이 한 방향이므로 Main(직관)관 만을 사용하고, 상기 삼방밸브(a,b,c,d)와 2단저압팽창변(D2) 및 분기관(25,26)이 불필요하며, 냉매 Main(직관)관에 2단저압팽창밸브(D3)를 1단고압팽창밸브(D1)형상으로 설치하고 1,2단팽창밸브(D1,D3)를 작동하여 실내온도가 설정온도에 도달하면 기존의 디지탈(인버터)회로를 이용한 제어기(1)로 제어하여 1~2분후 곧 바로 저속경제운전에 들어간다.

그리고 도면의 사방밸브(7)와, 전기코일(21), 히팅관(23), 분기관(바이패스관)은 불필요하며 그 외의 작동방법은 상기1과 동일하다.

한편 상기에서 설치장소의 기후환경 등으로 필요에 따라 1단고압팽창밸브 (D1)만을 이용하는 냉방전용싸이클의 경우는 도9의 2단팽창밸브(D2,D3) 및 분기관 (25,26)이 필요 없으며, 사방밸브(7), 전기코일(21), 히팅관(23), 삼방밸브 (a,b,c,d), 분기관(바이패스)은 불필요하다.

그외의 작동방법은 상기와 동일하며 시스템 콘트롤 제어는 기존의 디지털회로를 이용한 인버터제어기(1)로 작동한다.

5. 난방전용싸이클(난방기)에서 2단팽창 방법을 사용하는 경우 :

난방전용 싸이클에 있어서는 냉매의 흐름이 한 방향이므로 Main(직관)관 만을 사용하고 삼방밸브(a,b,c,d)와, 2단저압팽창밸브(D3) 및 분기관(25,26), 사방밸브 (7)가 불필요하고, 냉매메인관에 2단저압팽창밸브(D2)를 1단고압팽창밸브(D1)의 형상으로 설치하고, 1,2단팽창밸브(D1,D2)를 작동하여 실내온도가 설정온도에 도달하면 기존의 디지탈(인버터)회로를 이용한 제어기(1)로 제어하여 1~2분 후 곧바로 저속 경제운전에 들어간다. 그 외의 작동방법은 상기1과 동일하다.

한편 상기에서 설치장소의 기후환경등으로 필요에 따라 1단고압팽창밸브(D1)만을 이용하는 난방전용 싸이클의 경우는 도9의 2단팽창밸브(D2,D3) 및 분기관 (25,26)이 필요 없으며, 사방밸브(7), 삼방밸브(a,b,c,d)는 불필요하다.

그 외의 작동방법은 상기와 동일하며, 시스템 컨트롤제어는 기존의 디지털회로를 이용한 인버터 제어기(1)로 작동한다

본 고안의 1,2단 팽창밸브 작동운전에 있어서 겨울철 난방시는 본 (main)운전전에 전기코일(21) 및 히팅관(23)을 이용하여, 실외증발부(A)에 발생하는 서리를 미리 제거하고 작동케 하는 것이 효과적이다.

본 고안의 1,2단팽창밸브 또는 삼방밸브(a,b,c,d) 작동 제어기(controller)는 Digital회로(인버터회로)를 채택한 제어기로 작동하도록 한다. 1단팽창밸브 또는 1,2단 팽창밸브, 삼방밸브, 차단밸브는 디지탈(Digital)회로 제어기에서 서로 연동된다.

본 고안의 고효율 냉난방기를 이용한 냉, 난방방법을 설명하면,

냉난방시 또는 냉방전용시 또는 난방전용시 압축기의 압축부하를 상승시키지 않으며, 실외기증발(응축)부 및 실내기응축(증발)부(A,C)에서 보다 많은 열량을 흡, 방출하기 위해,

① 실외기증발(응축)부 또는 실내기응축(증발)부(A,C)를 나온 중온고압의 액체 냉매를 1단 고압단열팽창 후 다시 2단 저압단열팽창 시켜, 실내외증발부(A,C)입구의 냉매온도를 실내외 저온측 공기온도보다 훨씬 낮춰, 실내외증발(A,C)부의 흡수잠열을 극대화시켰고,

② 실외기증발(응축)부 및 실내기응축(증발)부(A)의 면적은 10~20%늘려 흡수 또는 방출되는 열량(QL,QH)을 증대하였으며,

③난방운전시, 실외기증발부(A)와, 실외기증발부(A)에서 압축기 입구까지를 전기코일(21) 및 히팅관(23)으로 히팅 처리한 것을 병행이용하여 압축기(B) 입구의 냉매기체를 적정한 과포화기체로 만들어 압축기(B)의 압축부하 감소는 물론, 압축기(B) 수명도 연장하고, 특히 팽창부(D)의 1,2단 팽창시 온도와 압력을 적정상태로 유지시키게 하였다.

이와 같은 냉난방싸이클 개선은 냉난방시의 효율증대는 물론 실내의 설정온도까지 쾌속 냉난방 됨과 동시에 싸이클 작동 소비에너지(전기, 가스, 유류)를 크게 절약함을 특징으로 하는 냉난방기인 것이다.

상기와 같은 본 고안은 냉난방시 팽창부를 1단고압단열팽창 후 다시 2단저압단열팽창시켜 난방운전시는 외기온도 -25℃에서도 별도의 보조장치없이 단독운전되고 냉방운전시는 더욱 크게 냉방효과를 늘렸으며,

또한 실내외기 열교환기 면적을 10~20% 증대시켜, 방출열량을 증대시켰고, 전기 가열선 및 히팅관을 병행하여 사용하면 냉난방 동시 또는 냉방시 또는 난방시에 도면 도11, 도13 랭킨싸이클 T-S 선도 및 도 12, 도 14 랭킨 싸이클 P-h 선도에 강조된 냉난방증대 면적상승의 효과가 있는 것이다.

본 고안은 특히 난방시 외기온도 -30℃이하에서도 기존의 압축기를 개량하지 않고도 사용할 수 있도록 하였으며, 냉, 난방 동시 압축기에 압축부하를 증가시키지 않고 정상운전되며, 실내의 설정온도까지 쾌속냉난방 후, 곧바로 디지탈(Digital)인버터 회로를 이용한 저속경제운전으로 전환하여 압축기의 수명연장은 물론, 흡방출 열량을 크게 증대하여 냉난방효과를 극대화함과 동시에 운전에너지(전기, 가스, 유류)를 크게 절약하는 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 냉난방기에 있어서, 실외기와 실내기로 구분되며,

   상기 실외기는 중온고압의 액체냉매를 단열팽창시켜 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 1단고압팽창밸브(D1) 및 2단저압팽창밸브(D2)와, 상기 2단저압팽창밸브 (D2)와 압축기(B)에서 이송된 냉매를 증발 또는 응축하여, 흡수 또는 방출되는 잠열로 냉매를 기체 또는 액체로 상변화시키는 실외기증발(응축)부(A)와, 상기 실외기증발(응축)부(A) 및 실내기응축(증발)부(C)를 통과한 냉매기체를 압축하여 고온고압의 기체로 변화시키는 압축기(B)와 상기 압축기(B)를 나온 고온고압의 냉매기체를 냉방 또는 난방운전방향 전환케 하는 사방밸브(7)로 구성되었으며, 상기 실내기는 2단저압팽창밸브(D3)와, 상기 압축기(B) 및 2단저압팽창밸브(D3)에서 이송된 냉매를 응축 또는 증발시켜 잠열을 실내에 제공 또는 흡수하는 실내기응축(증발)부 (C)로 구성되었고, 상기 증발 및 응축부 면적을 10~20% 증대시킨 실외기 증발(응축)부(A) 및 실내기 응축(증발)부(C)와, 난방시에만 사용되는 전기히팅코일(21) 및 히팅관(23)과, 압축부(B)를 나온 고온고압의 기체냉매관 일부를 분기(바이패스관을 연장)시켜 상기 증발부(A)의 증발기의 하부를 통과하게 하여 증발부(A)에 제상작용도 하고, 흡수되는 잠열도 공급한 후, 상기 1단고압팽창밸브(D1)의 전에 즉, 중온고압의 액체 냉매관에 연결(체크밸브 이용)되는 분기관(바이패스관)과, 상기 장치들을 제어하는 인버터(디지털)제어기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 냉난방기.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 다단팽창부(D1,D2,D3)는 기존의 디지털회로를 이용한 인버터 제어기(1)로 제어되며, 메인(main)관에 간격을 두고 형성되며 직경이 메인(main)관과 동일한 두 개의 제1,제2분기관(25,26)과, 상기 두 개의 제1,제2분기관(25,26)사이 메인관에 설치된 1단고압팽창변(D1)과, 상기 두 개의 제1,제2분기관 (25,26)에 각각 형성된 2단저압팽창변(D2,D3)과, 상기 제1분기관(25)의 일측에 형성된 삼방밸브(a)와, 상기 제1분기관(25)의 또 다른 일측에 형성된 삼방밸브(b)와, 상기 제2분기관(26)의 일측에 형성된 삼방밸브(c)와, 상기 제2분기관(26)의 또 다른 일측에 형성된 삼방밸브(d)로 구성됨을 특징으로 하는 냉난방기.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 2단저압팽창밸브(D3)는 실내기가 2대 이상의 멀티형 타입(Type)이면 각각의 실내기 또는 실내기 입구 또는 분기점 이전의 본(Main)관에 설치토록 구성 됨을 특징으로 하는 냉난방기.