KR20030036526A - 공기조화기에 있어서의 냉, 난방시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실외기나 보조열원을 부설하지 않고 압축기로부터 토출되는 냉매를 사방밸브에 의해 응축기 또는 증발기의 기능을 수행하는 열교환기에 의해 냉방 또는 난방을 행할 수 있도록 구성된 공기조화기에 있어서의 냉, 난방시스템에 관한 것이다. 본 발명은 냉매를 고온·고압의 상태로 변환시키는 압축기와, 상기 압축기로부터의 냉매를 냉방 또는 난방모드에 따라 절환시키는 사방밸브와, 상기 사방밸브의 유로에 연결되어 응축기 또는 증발기로의 기능을 수행하는 제1 내지 제3 열교환기와, 상기 제2 및 제3 열교환기를 연결하는 유로를 가지며 각 유로를 개폐하도록 병렬로 결합된 제1 및 제2 솔레노이드 밸브와, 상기 제1 및 제2 솔레노이드 밸브의 각 유로에 결합되어 고온·고압상태의 냉매를 저온·저압상태의 냉매로 변환시키는 제1 및 제2 팽창밸브와, 상기 제2 및 제3 열교환기에 연결된 유로에 순환펌프 및 유량조절밸브가 각각 장착되어 있으며, 상기 제2 및 제3 열교환기로 냉각수를 제공하여 순환시키기 위한 물탱크와, 상기 제1 열교환기의 유로에 연결되어 냉방모드시에 발생하는 응결수를 저장하며, 이 응결수의 만수상태를 감지하기 위하여 수위레벨센서가 구비된 드레인 탱크로 이루어져 있다.

Description

공기조화기에 있어서의 냉, 난방시스템{Cooling and heating system of air conditioner}
본 발명은 공기조화기에 있어서의 냉, 난방시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 별도의 실외기나 보조열원을 부설하지 않고 압축기로부터 토출되어 흐르는 냉매(冷媒)를 사방밸브에 의해 응축기 또는 증발기의 기능을 선택적으로 수행하는 열교환기를 통하여 실내로 방출되도록 함으로써, 냉방 또는 난방을 행할 수 있도록 구성된 공기조화기에 있어서의 냉, 난방시스템에 관한 것이다.
일반적으로 사용되고 있는 냉, 난방 겸용의 공기조화기는, 냉방시에 실내의 열을 실외로 운반하여 실내에 찬 공기를 제공하는 반면에, 난방시에는 실외의 열을 실내로 운반하여 따뜻한 공기를 제공하도록 이루어져 있다.
이러한 기능을 수행하기 위한 공기조화기로서는, 예컨대 국내 등록특허 제0224271호(1999.7.13 등록) 공보 등에서와 같이 다수의 기술이 알려져 있다. 즉 이 공보에 개시되어 있는 공기조화기는, 냉매가스를 압축하여 고온·고압상태로 변환시키는 압축기와, 이 압축기에는 냉방 및 난방모드에 따라 절환되는 사방밸브가 마련되어 있고, 각각의 송풍팬에 의해 열교환을 행하여 응축기 및 증발기로서 기능하는 실내, 외 열교환기와, 이들 사이에 설치되어 상기 고온·고압의 냉매를 저온·저압상태로 감압시키는 팽창밸브를 구비하고 있다.
따라서, 냉방모드시에는 압축기로부터 토출되는 고온·고압의 냉매가스가 사방밸브에 의해 응축기로서 작용하는 실외 열교환기로 흐르게 되고 송풍팬의 작동에 의해 고온·고압의 액체상태로 된 냉매는 팽창밸브를 거쳐 저온·저압의 상태로 되어 증발기로서 작용하는 실내 열교환기로 유입되고, 송풍팬의 작동에 의해 냉풍이 발생되어 실내에 냉방을 행할 수 있게 되며, 다시 저온·저압의 기체냉매는 사방밸브를 통해 압축기로 흡입되도록 하여 냉방 순환사이클을 이루게 된다.
또한, 난방모드시에는 상술한 바와 반대로 압축기로부터 토출되는 냉매가스가 사방밸브에 의해 응축기로서 작용하는 실내 열교환기로 흐르게 되고 송풍팬에 의해 열교환을 행함으로써 실내에 난방을 행할 수 있게 되며, 상기 냉매는 팽창밸브를 거쳐 감압되고 증발기로서 작용하는 실외 열교환기로 유입되어 송풍팬에 의해 열교환을 행하여 냉매는 증발되고 다시 사방밸브를 통해 압축기로 흡입되도록 하여 난방 순환사이클을 이루게 된다.
그런데, 상술한 바와 같은 종래기술에 있어서는, 통상 실내기와 실외기를 별도로 제작하기 때문에 제작단가를 상승시키게 됨은 물론, 이들을 서로 연결하기 위한 배관작업을 필요로 하게 되며, 설치상의 공간적인 제약을 받게 된다.
더구나, 겨울철의 외부 온도가 0℃이하로 떨어지게 되면 실외기의 표면에 외기중의 수분이 응결(凝結)되는 현상이 발생하여 난방효율이 급격히 저하하게 되므로, 가스나 전기 등에 의해 작동하는 보조열원을 설치하여 제상운전(除霜運轉)을행한 후에 난방 순환사이클을 가동시켜야 하는 문제가 있다.
근래에 이르러, 이러한 문제들을 감안하여 실외기를 필요로 하지 않고 냉, 난방기능을 수행할 수 있는 냉, 난방시스템들이 많이 개발되고 있으며, 이러한 기술로서는, 예를 들어 국내 등록특허 제307262호(2001.8.20 등록) 공보에 개시된 것이 알려져 있다.
이 기술은, 냉, 난방기를 구성하는 케이스 내부에 설치된 응축기 상에 물분사판을 설치하여 별도의 물펌프에 의해 물탱크로부터 공급되는 냉각수를 제공할 수 있도록 하고, 상기 케이스의 상측에는 응축기를 냉각시킨 공기가 배출되도록 하기 위한 응축기팬이 설치되어 있다.
따라서, 상기 압축기로부터 토출되는 냉매가 응축기를 통과하는 과정에서 발생하는 상당한 열을 냉각수와 공기에 의해 냉각시킨 후, 증발기를 순환하면서 증발팬에 의해 냉방작용이 이루어지는 것이며, 또한 난방시에는 상기 물탱크를 작동시키지 않는 상태에서 응축기에서 발생한 열을 실내로 송풍하여 난방작용이 이루어지도록 하고 있다.
그러나, 이와 같이 구성된 종래기술에 있어서는, 케이스 내에 장착되어 있는 물탱크로부터 물분사판을 통하여 응축기에 냉각수가 뿌려짐과 동시에 다시 물탱크로 순환되도록 구성되어 있기 때문에, 정숙운전을 요하는 기기 내에서 발생하는 소음을 회피할 수 없음은 물론, 냉각효율이 상당히 떨어진다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제들을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 1대의 공냉식 열교환기와 물탱크로부터 공급되는 냉각수를 적절량 순환시킬 수 있도록 2대의 수냉식 열교환기로 구성하여, 별도의 실외기나 보조열원을 부설하지 않음은 물론, 2단계에 걸친 증발 및 응축작용에 의해 그 능력을 극대화시킬 수 있도록 한 공기조화기에 있어서의 냉, 난방시스템을 제공하는데 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 공기조화기에 있어서의 냉, 난방시스템을 개략적으로 나타낸 정면도 및 측면도,
도 2는 상기 냉, 난방시스템에 있어서의 냉방모드시의 냉매흐름을 설명하기 위한 배관도,
도 3은 상기 냉, 난방시스템에 있어서의 난방모드시의 냉매흐름을 설명하기 위한 배관도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10: 냉, 난방기 11: 케이스
12: 압축기 13: 사방밸브
14: 제1 열교환기 15: 제2 열교환기
16: 제3 열교환기 17: 송풍팬
18a,18b: 제1 및 제2 솔레노이드 밸브 19a,19b: 제1 및 제2 팽창밸브
20: 물탱크 21: 순환펌프
22: 유량조절밸브 23: 수위레벨센서
24: 드레인 탱크
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 압축기로부터 토출되어 유로를 따라 흐르는 냉매를 사방밸브에 의해 응축기 또는 증발기의 기능을 선택적으로 수행하는 각각의 열교환기 측으로 절환하며, 이 열교환된 공기를 송풍팬에 의해 실내로 방출하여 냉방 또는 난방을 행하는 공기조화기에 있어서의 냉, 난방시스템에 있어서, 냉매를 고온·고압의 상태로 변환시키는 압축기와, 상기 압축기로부터의 냉매를 냉방 또는 난방모드에 따라 절환시키는 사방밸브와, 상기 사방밸브의 한쪽 유로에 연결되어 응축기 또는 증발기로의 기능을 수행하도록 직렬로 결합된 제1 및 제2 열교환기와, 상기 사방밸브의 다른쪽 유로에 연결되어 응축기 또는 증발기로의 기능을 수행하는 제3 열교환기와, 상기 제2 및 제3 열교환기를 연결하는 유로를 가짐과 동시에 각 유로를 개폐하도록 서로 병렬로 결합된 제1 및 제2 솔레노이드 밸브와, 상기 제1 및 제2 솔레노이드 밸브의 각 유로에 결합되어고온·고압상태의 냉매를 저온·저압상태의 냉매로 변환시키는 제1 및 제2 팽창밸브와, 상기 제2 및 제3 열교환기에 연결된 유로에 순환펌프 및 유량조절밸브가 각각 장착되어 있으며, 상기 제2 및 제3 열교환기로 냉각수를 제공하여 순환시키기 위한 물탱크와, 상기 제1 열교환기와 유로에 의해 연결되어 냉방모드시에 발생하는 응결수를 저장하며, 이 응결수의 만수상태를 감지하기 위하여 수위레벨센서가 구비된 드레인 탱크로 이루어져 있다.
여기에서, 상기 제1 내지 제3 열교환기는, 냉방모드시에 공냉식 및 수냉식의 2단 증발기와 수냉식 응축기로서 작용하며, 난방모드시에 공냉식 및 수냉식의 2단 응축기와 수냉식 증발기로서 작용하도록 구성되어 있고, 또한 상기 제1 열교환기는 그 후단부에 설치된 송풍팬에 의해 냉, 난방모드에 따라 냉풍 및 온풍을 제공하며, 제2 열교환기 및 제3 열교환기로 흐르는 냉각수에 의해 응축 및 증발시의 열원을 제어할 수 있도록 구성되어 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.
먼저, 도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 공기조화기에 있어서의 냉, 난방시스템을 개략적으로 나타낸 정면도 및 측면도로서, 냉, 난방기(10)를 구성하는 케이스(11) 내의 하단부에 냉매를 고온·고압의 상태로 변환시키는 압축기(12)가 설치되어 있고, 이 압축기(12)의 상단부에는 냉매를 냉방 또는 난방모드에 따라 절환시키는 사방밸브(13)가 마련되어 있다.
또한, 상기 사방밸브(13)의 한쪽 유로에는 응축기 또는 증발기로의 기능을수행하도록 직렬로 결합된 제1 및 제2 열교환기(14,15)가 연결되어 있고, 이 사방밸브(13)의 다른쪽 유로에는 응축기 또는 증발기로의 기능을 수행하는 제3 열교환기(16)가 연결되어 있다.
여기에서, 상기 제1 내지 제3 열교환기(14,15,16)는, 냉방모드시에 공냉식 및 수냉식의 2단 증발기와 수냉식 응축기로서 작용하며, 난방모드시에 공냉식 및 수냉식의 2단 응축기와 수냉식 증발기로서 작용하도록 구성되어 있다.
또한, 상기 제1 열교환기(14)는 그 후단부에 설치된 송풍팬(17)에 의해 냉, 난방모드에 따라 냉풍 및 온풍을 제공하며, 제2 열교환기(15) 및 제3 열교환기(16)로 흐르는 냉각수에 의해 응축 및 증발시에 필요로 하는 열원을 제어할 수 있도록 구성되어 있다.
그리고, 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제2 및 제3 열교환기(15,16)는 이들을 서로 연결하는 유로를 가짐과 동시에, 각 유로를 개폐하도록 서로 병렬로 결합된 제1 및 제2 솔레노이드 밸브(18a,18b)를 구비하고 있으며, 이 제1 및 제2 솔레노이드 밸브(18a,18b)에는 각 유로에 결합되어 고온·고압상태의 냉매를 저온·저압상태의 냉매로 변환시키는 제1 및 제2 팽창밸브(19a,19b)가 마련되어 있다.
한편, 상기 제2 및 제3 열교환기(15,16)에는 냉각수를 제공하여 순환시키기 위한 물탱크(20)가 연결되어 있고, 제2 및 제3 열교환기(15,16)의 사이에는 순환펌프(21)가 장착되어 있으며, 상기 제3 열교환기(16)와 물탱크(20)의 사이에는 유량조절밸브(22)가 장착되어 있다.
또한, 상기 케이스(11)의 저면에는 제1 열교환기(14)와 유로에 의해 연결되어 냉방모드시에 발생하는 응결수를 저장할 수 있는 동시에, 만수상태를 감지하는 수위레벨센서(23)에 의해 경보를 발할 수 있도록 구성된 드레인 탱크(24)가 착탈이 가능하도록 설치되어 있다.
상술한 바와 같이 구성된 공기조화기에 있어서의 냉, 난방시스템에 대한 작용 관계를 설명하면 다음과 같다.
우선, 냉방모드인 경우에는, 도 2에서 도시하는 바와 같이 제1 솔레노이드 밸브(18a)는 닫혀져 있고 제2 솔레노이드 밸브(18b)가 열려져 있는 상태에서, 제3 열교환기(16)는 응축기로서 작용하여 사방밸브(13)를 통하여 압축기(12)의 토출측과 연결되고, 제1 및 제2 열교환기(14,15)는 증발기로서 작용하여 사방밸브(13)를 통하여 압축기(12)의 흡입측과 연결되어 상기 제1 열교환기(14)의 후단부에 설치된 송풍팬(17)에 의해 실내에 냉방을 행할 수 있도록 되어 있다.
즉, 압축기(12)로부터 토출된 고온·고압의 냉매가스가 사방밸브(13)를 통하여 제3 열교환기(16) 측으로 보내짐과 동시에 순환펌프(21)의 작동에 의해 물탱크 (20)로부터 순환되는 냉각수의 작용으로 액화되어 고온·고압의 액체상태로 된다.
이러한 액체냉매는 열려져 있는 제2 솔레노이드 밸브(18b)를 통하여 제2 팽창밸브(19b)를 지나면서 팽창하여 압력이 강하된 상태로 제2 열교환기(15)와 제1 열교환기(14)로 유입됨과 동시에 2단 증발되어 기화하게 된다.
따라서, 상기 제1 열교환기(14)의 후단부에 설치된 송풍팬(17)에 의해 냉풍이 발생됨에 따라 실내에 냉방을 행하게 되며, 제2 열교환기(15)와 제1 열교환기 (14)에서 기화된 저온·저압상태의 기체냉매는 사방밸브(13)를 통하여 다시 압축기 (12)로 흡입됨으로써 냉방 순환사이클을 이루게 된다.
그리고, 상기 제1 열교환기(14)에서 발생되는 응결수는 케이스(11)의 저면에 마련되어 있는 드레인 탱크(24) 내로 저장되며, 이 드레인 탱크(24)에 구비된 수위레벨센서(23)에 의해 상기 응결수의 만수상태를 감지하여 경보를 발하게 되고, 이 때에는 시스템의 가동이 자동 중단되므로 드레인 탱크(24) 내의 응결수를 버린 후에 다시 시스템을 가동시키게 된다.
다음에, 난방모드인 경우에는, 도 3에서 도시하는 바와 같이 제1 솔레노이드 밸브(18a)는 열려져 있고 제2 솔레노이드 밸브(18b)가 닫혀져 있는 상태에서, 제1 열교환기(14)와 제2 열교환기(15)는 응축기로서 작용하여 사방밸브(13)를 통하여 압축기(12)의 토출측과 연결되고, 제3 열교환기(16)는 증발기로서 작용하여 사방밸브(13)를 통하여 압축기(12)의 흡입측과 연결되어 상기 제1 열교환기(14)의 후단부에 설치된 송풍팬(17)에 의해 실내에 난방을 행할 수 있도록 되어 있다.
즉, 압축기(12)로부터 토출된 고온·고압의 냉매가스가 사방밸브(13)를 통하여 제1 열교환기(14)와 제2 열교환기(15) 측으로 순차적으로 보내짐과 동시에 순환펌프(21)의 작동에 의해 물탱크(20)로부터 순환되는 냉각수 또는 송풍팬(17)의 작용으로 액화되어 고온·고압의 액체상태로 되고 송풍팬(17)에 의해 온풍이 발생됨에 따라 난방을 구현할 수 있게 된다.
이러한 액체냉매는 열려져 있는 제1 솔레노이드 밸브(18a)를 통하여 제1 팽창밸브(19a)를 지나면서 팽창하여 압력이 강하된 상태로 제3 열교환기(16)로 유입됨과 동시에 증발되어 기화하게 된다.
또한, 제3 열교환기(16)에서 기화된 저온·저압상태의 기체냉매는 사방밸브 (13)를 통하여 다시 압축기(12)로 흡입됨으로써 난방 순환사이클을 이루게 된다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 공기조화기에 있어서의 냉, 난방시스템에 의하면, 1대의 공냉식 열교환기와 물탱크로부터 공급되는 냉각수를 적절량 순환시킬 수 있는 2대의 수냉식 열교환기로 구성하여, 별도의 실외기나 보조열원을 부설하지 않음은 물론, 2단계에 걸친 증발 및 응축작용에 의해 그 능력을 극대화시킬 수 있게 된다.
즉, 공냉식 열교환기로부터 실제 필요로 하는 냉풍이나 온풍을 얻을 수 있게 되며, 수냉식 열교환기는 응축 및 증발시에 필요로 하는 열원을 공급하는 역할을 하는 것으로서, 냉, 난방시에 발생되는 열원을 외부로 배기시키지 않고 내부적으로 냉각수의 순환을 통해 증발시킬 수 있으므로, 자체적인 열평형을 이루게 되어 발생되는 열원에 대한 별도의 배기가 불필요하게 된다.
특히, 냉방의 경우, 냉방용 팽창밸브의 수냉식 증발기 후단의 과열도를 낮게 설정하여 공냉식 증발기에서 2차 증발온도가 낮게 설정되도록 한다는 점에서 기존의 냉, 난방시스템과는 상당한 차이가 있다.

Claims (3)

  1. 압축기로부터 토출되어 유로를 따라 흐르는 냉매를 사방밸브에 의해 응축기 또는 증발기의 기능을 선택적으로 수행하는 각각의 열교환기 측으로 절환하며, 이 열교환된 공기를 송풍팬에 의해 실내로 방출하여 냉방 또는 난방을 행하는 공기조화기에 있어서의 냉, 난방시스템에 있어서,
    냉매를 고온·고압의 상태로 변환시키는 압축기(12)와,
    상기 압축기(12)로부터의 냉매를 냉방 또는 난방모드에 따라 절환시키는 사방밸브(13)와,
    상기 사방밸브(13)의 한쪽 유로에 연결되어 응축기 또는 증발기로의 기능을 수행하도록 직렬로 결합된 제1 및 제2 열교환기(14,15)와,
    상기 사방밸브(13)의 다른쪽 유로에 연결되어 응축기 또는 증발기로의 기능을 수행하는 제3 열교환기(16)와,
    상기 제2 및 제3 열교환기(15,16)를 연결하는 유로를 가짐과 동시에 각 유로를 개폐하도록 서로 병렬로 결합된 제1 및 제2 솔레노이드 밸브(18a,18b)와,
    상기 제1 및 제2 솔레노이드 밸브(18a,18b)의 각 유로에 결합되어 고온·고압상태의 냉매를 저온·저압상태의 냉매로 변환시키는 제1 및 제2 팽창밸브(19a, 19b)와,
    상기 제2 및 제3 열교환기(15,16)에 연결된 유로에 순환펌프(21) 및 유량조절밸브(22)가 각각 장착되어 있으며, 상기 제2 및 제3 열교환기(15,16)로 냉각수를제공하여 순환시키기 위한 물탱크(20)와,
    상기 제1 열교환기(14)와 유로에 의해 연결되어 냉방모드시에 발생하는 응결수를 저장하며, 이 응결수의 만수상태를 감지하기 위하여 수위레벨센서(23)가 구비된 드레인 탱크(24)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 공기조화기에 있어서의 냉, 난방시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 열교환기(14,15,16)는, 냉방모드시에 공냉식 및 수냉식의 2단 증발기와 수냉식 응축기로서 작용하며, 난방모드시에 공냉식 및 수냉식의 2단 응축기와 수냉식 증발기로서 작용하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공기조화기에 있어서의 냉, 난방시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 열교환기(14)는 그 후단부에 설치된 송풍팬(17)에 의해 냉, 난방모드에 따라 냉풍 및 온풍을 제공하며, 제2 열교환기 (15) 및 제3 열교환기(16)로 흐르는 냉각수에 의해 응축 및 증발시의 열원을 제어할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공기조화기에 있어서의 냉, 난방시스템.
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