KR200378705Y1 - 냉매 기화 물리에너지를 활용한 회생발전장치가 부가된에어컨디셔너. - Google Patents

냉매 기화 물리에너지를 활용한 회생발전장치가 부가된에어컨디셔너. Download PDF

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Abstract

본 고안은 에어컨디셔너(일명 에어콘)의 냉동사이클 과정에서 냉매가 액체에서 기체로 상태변화를 할 때 기체가 지닌 물리에너지로 터빈(31)을 회전시켜 회생발전하는 장치가 부가된 에어컨디셔너에 관한 것이다.
생활수준이 높아지고 밀폐된 고층빌딩이 증가하면서 생활공간 또는 첨단기기가 설치된 공간에 에어컨디셔너가 많이 설치되고 있다. 그러나 이러한 에어컨디셔너는 사용하기에 유용하지만 전력소모가 많은 단점이 있다. 본 고안에서는 에어컨디셔너의 냉동사이클에 있어서 냉매가 증발기(11)에서 액체에서 기체로 상태변화를 하면서 냉매부피가 팽창하고 이 기체가 물리적에너지를 가진 점을 이용하여 증발기(11)와 압축기(14) 사이의 배관에 터빈(31)을 삽입하고 이 터빈(31)축에 발전기(32)를 연결하여 기체상태로 팽창된 냉매가 지닌 물리에너지로 터빈을 회전시켜 발전한 회생전력을 전원(21)과 연결되도록 하여 에어컨디셔너에서 소모하는 전력을 절약시키도록 하였다.
날이 갈수록 많이 보급되는 에어컨디셔너를 감안하면 회생전력에 의한 소비전력 절약 량은 매우 클 것으로 판단되며 기체 내부에 포함된 에너지를 터빈구동 운동에너지로 감소시켜 응축기의 열도 감소시키는 두 가지 장점을 누릴 수 있다.

Description

냉매 기화 물리에너지를 활용한 회생발전장치가 부가된 에어컨디셔너.{omitted}
생활수준이 높아지고 밀폐된 고층빌딩이 증가하면서 생활공간 또는 첨단기기가 설치된 공간에 에어컨디셔너가 많이 설치되고 있다. 그러나 이러한 에어컨디셔너는 사용하기에 유용하지만 전력소모가 많은 단점이 있다. 에어컨디셔너(일명 에어콘)에는 냉방공간(16)의 열을 외부로 이동시키기 위하여 냉동사이클이 적용되고 있다.
냉방공간(16)에는 증발기(11)가 설치되며 여기에서 액체상태 냉매는 기체상태로 상태변화를 하며 부피가 팽창한다. 이 기체는 흡수한 기화열에너지 뿐 만 아니라 운동에너지도 가지고 있으나 지금까지의 에어컨디셔너는 이 기체가 압축기(14)로 바로 입력되도록 하여 운동에너지를 회수하지 못하고 있다. 본 고안자는 냉매 기화 물리에너지를 활용한 회생발전장치가 부가된 냉장·냉동기를 고안한 바 있다.
본 고안은 기존의 에어컨디셔너 냉동사이클 과정에서 냉방공간(16)에 설치되는 증발기(11)에서 액체상태 냉매가 기체상태 냉매로 상태변화를 하면서 발생 하는 부피 팽창에 의한 운동에너지를 회수하도록 냉동사이클의 구조를 변경시킨다.
그리고 이 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 압축기구동모터(15)의 입력전력의 일부로 사용하도록 하는 회생발전 전기회로를 고안한다. 이렇게 기체상태의 냉매가 지닌 운동에너지를 회수하여 발전함으로써 전원(21)으로부터 입력전력의 사용량을 획기적으로 줄이는 전기절약형 에어컨디셔너를 구현한다.
도1은 기존의 에어컨디셔너의 냉동사이클 설명도이다.
도2는 모터·발전기 직렬연결 시스템 회생발전 설명도이다. 전원(21)에서 전기가 가해지면 모터는 구동을 하고, 모터 축에 연결된 발전기는 발전을 한다. 발전된 회생발전전력(PG)(24)은 전원(21)으로부터 유입되는 입력전력(Pin)(22)와 합쳐져서 모터구동전력(PM)(23)이 된다. 이 시스템에서 궁극적으로 전원에서 소비되는 전력인 입력전력(Pin)(22)은 모터구동전력(PM)(23)과 회생발전전력(PG)(24)의 차가 된다.
도3은 본 고안에 의한 냉매 기화 물리에너지를 활용한 회생발전장치가 부가된 에어컨디셔너 설명도이다. 본 고안에서 냉동사이클은 압축기(14), 응축기(13), 팽창벨브(또는 모세관)(12), 증발기(11), 터빈(31), 다시 압축기(14)로 폐회로를 구성한다. 터빈(31) 축에는 발전기(32)가 연결된다. 압축기(14)는 기체상태의 냉매를 압축하고, 응축기(13)에서는 압축된 냉매가 열을 발산하면서 액체가 되고, 액체상태의 냉매는 팽창벨브(또는 모세관)(12)를 통과하면서 기체상태로 변화를 일으키며 부피가 팽창하기 시작한다. 팽창벨브(또는 모세관)(12)를 빠져나온 냉매는 팽창벨브(또는 모세관)(12)와 연결된 증발기(11)에서 냉방공간(16)으로부터 기화열을 흡수하면서 기체가 된다. 증발기(11)를 지나온 기체는 터빈(31)을 회전시키고 압축기(14)로 다시 들어가 압축되면서 냉동사이클의 한 사이클을 종료한다. 터빈 축에 연결된 발전기(32)에서는 전기가 생산된다. 생산된 전기가 전원과 병렬운전이 가능한 교류이면 전력은 회생 발전전력출력선로(33)를 통하여 전원(21)의 전력과 합쳐져서 모터구동입력전력선로(34)를 통하여 압축기구동모터(15)를 구동시켜 냉매를 압축하도록 한다. 기체상태 냉매 운동에너지로부터 발전기(32)를 통해 생산된 전력을 압축기구동모터(15)의 사용전력 일부로 사용함으로써 에어컨디셔너의 사용전력을 절약할 수 있다.
도4는 발전기(32)에서 생산한 전력을 전원(21)과 병렬운전 가능하도록 병렬운전보조시스템(41)이 추가된 에어컨디셔너의 설명도이다. 발전기(32)에서 생산한 전력이 직류이거나 품질을 나타내는 전압, 주파수 등이 전원(21)의 것과 상이할 수 있다. 이러한 발전기에서 생산된 전력이 병렬 운전보조시스템(41)을 통하여 전원(21)과 병렬운전이 가능하도록 할 수 있다. 또한 발전기(32)가 생산한 전력을 다른 설비의 전원으로 사용하거나, 냉장·냉동기에 부속된 압축기 이외의 다른 전기설비(예; 팬, 조명기구 등)에 전원(21)과 분리된 독립전원으로 사용하는 것도 본 고안의 범위에 포함된다.
도5는 냉동사이클을 이용한 난방용 에어컨디셔너 설명도이다. 응축기(13)를 난방공간(51)에 설치하여 기체상태의 냉매가 압축된 후 방출하는 열을 활용하여 난방하는 것이 난방용 에어컨디셔너이다. 이 난방용 에어컨디셔너의 냉동사이클에 터빈(31)을 삽입하여 회생발전을 하는 것도 본 고안의 범위에 포함된다.
창문밀폐형 고층빌딩의 증가, 첨단전자장비의 증가, 생활수준 향상 등의 이유로 생활주변에는 다양한 종류의 많은 가정용 또는 산업용 에어컨디셔너가 사용되고 있다. 에어컨디셔너는 사용하기에 매우 유용하지만 사용되는 전력은 매우 많아서 그 효용이 반감되고 있다. 냉동사이클 과정에서 기체로 상태변화 한 냉매의 운동에너지를 터빈(31)과 연결된 발전기(32)에서 전기에너지로 변환시킨 후 이 전기를 압축기구동모터(15)의 입력전력의 일부로 활용함으로써 전원(21)으로부터 유입되는 사용전력을 대폭 절감시킬 수 있다. 또한 냉동사이클 과정에서 터빈을 돌린 기체상태의 냉매는 운동 에너지를 상당부분 상실하였으므로 압축기(14)에서 압축되고 난 후 응축기(13)에서 배출하는 열을 감소시켜 냉장·냉동기 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 기존의 에어컨디셔너 설명도이다.
도 2는 모터·발전기 직렬연결 시스템의 회생발전전력 설명도이다.
도 3은 본 고안의 회생발전장치가 부가된 에어컨디셔너 설명도이다.
도 4는 병렬운전 보조시스템이 추가된 에어컨디셔너 설명도이다.
도 5는 냉동사이클을 이용한 난방용 에어컨디셔너 설명도이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
11 : 증발기 12 : 팽창벨브(또는 모세관)
13 : 응축기 14 : 압축기
15 : 압축기 구동 모터 16 : 냉방공간
21 : 전원 22 : 입력전력
23 : 모터 구동전력 24 : 회생발전전력
31 : 터빈 32 : 발전기
33 : 회생발전전력 출력선로 34 : 모터구동 입력전력 선로
41 : 병렬운전보조시스템 51 : 난방공간

Claims (2)

  1. 증발기(11), 터빈(31), 압축기(14), 응축기(13), 팽창벨브(또는 모세관)(12), 다시 증발기(11)로 순환되도록 순서를 이루며 관으로 연결되는 냉동사이클과; 터빈(31) 축에 붙어 있는 발전기(32)와; 발전기(32) 생산전력을 압축기구동모터(15)의 입력전력의 일부로 사용하기 위하여 전원(21)과 병렬로 연결되는 전기회로를 특징으로 하는 냉매 기화 물리에너지를 활용한 회생발전장치가 부가된 에어컨디셔너.
  2. 제1항에 있어서, 발전기(32) 생산전력을 전원(21)과 병렬운전이 가능하도록 발전기 출력단자와 직렬로 연결되는 병렬운전보조시스템(41)을 특징으로 하는 냉매기화 물리에너지를 활용한 회생발전장치가 부가된 에어컨디셔너.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100863992B1 (ko) 2007-05-31 2008-10-17 양인철 냉동 및 냉방장치
KR101033326B1 (ko) 2008-11-18 2011-05-09 현대자동차주식회사 대형차량의 자가발전용 냉각장치
KR102569431B1 (ko) 2022-10-31 2023-08-21 최성철 바닥 냉난방 시스템

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