KR200396781Y1 - 씨오피를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용환기장치 - Google Patents

Abstract

응축기와 증발기 역할을 하는 제1 및 제2 열교환기, 모세관 및 압축기를 구비하여 냉난방이 가능한 환기장치에 있어서, 공기가 통과하기 위한 제1 및 제2 유로를 가지며 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 사이에 열을 전달하기 위한 현열전달부와, 상기 현열전달부의 제1 유로로 실외공기가 유입되어 실내로 토출되도록 하기 위한 제1 토출구와, 상기 현열전달부의 제2 유로로 실내공기가 유입되어 실외로 토출되도록 하기 위한 제2 토출구를 가지며, 상기 현열전달부를 수용하기 위한 공간이 형성된 본체를 포함하며, 상기 제1 열교환기는 상기 제2 토출구의 내측에 설치되며, 상기 제2 열교환기는 상기 제1 토출구의 내측에 설치되는 환기장치가 제공된다.

Description

씨오피를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치{Ventilation apparatus with structure for improvement of COP}

본 고안은 씨오피(이하, 'COP'라 함;Coefficient of Performance)를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치로서, 보다 상세하게는 히트펌프의 냉난방 동작시 실내와 실외의 온도차에 따른 현열을 이용하여 히트 펌프의 COP를 향상시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치에 관한 것이다.

최근 생활수준의 향상에 따른 환기장치는 단지 실외공기를 실내로 주입하는 것뿐만 아니라, 냉난방의 작용이 겸비된 환기시스템이 개발되고 있다.

이와 관련하여 종래의 환기시스템을 개략적으로 도면을 참조하면서 설명하기로 한다.

도 1은 종래 히트펌프구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 히트펌프구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치는 실내외 공기가 유출입할 수 있는 환기장치본체(110)와, 냉매의 가역팽창변화를 이용한 히트펌프장치로 이루어진다. 본체(110)는 실내로 공기가 유입되도록 하기 위한 제1 토출구(111a)와 제1 흡입구(111b)를 갖는 흡입부(111)와 실외로 공기를 유출하기 위한 제2 흡입구(112a)와 제2 토출구(112b)를 갖는 배기부(112)를 구비하며, 흡입부(111)의 일내측에는 히트펌프장치(130)의 실내열교환기(137)와 팬(138)이 구비된다. 실내열교환기(137)는 압축기(131), 실외열교환기(132), 팽창밸브(135) 및 모세관(136) 순으로 순차적으로 냉매파이프(133)에 의해 연결된다. 도면에서 참조번호 134는 실외기 팬이다.

이러한 종래 히프펌프구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치에 있어서 냉방시의 작용에 대하여 도 1과 도 2a를 참조하면서 설명하기로 한다. 도 2a는 종래 히트펌프구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치에 있어서 냉방시의 온도, 엔탈피 및 압력의 관계를 나타낸 다이어그램이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 환기장치의 냉방시 압축기(131)에 의해 고온고압으로 압축된 기상의 냉매는 실외열교환기(132)에 의해 실외의 공기와 열교환되어 저온고압의 압축된 액상의 냉매로 되며, 그 후 모세관(136)을 통과하면서 저온저압의 액상 냉매상태로 되어 실내열교환기(137)로 유입된다. 이와 같이 실내열교환기(137)로 유입된 냉매는 실내로 유입되는 공기로부터 열을 흡수하면서 압축기(131)로 이동된다. 이 때 도 2a에 도시된 바와 같이, 증발기 역할을 하는 실내열교환기(137)와 응축기의 역할을 하는 실외열교환기(132)의 냉매온도는 대략적으로 5℃와 45℃이다. 이와 같이, 종래 히트펌프구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치는 실내열교환기와 실외열교환기 사이에 있어서 상대적으로 낮은 COP를 갖는 싸이클의 형태를 가지게 된다.

한편 종래 히프펌프구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치에 있어서 난방시의 작용에 대하여 도 1과 도 2b를 참조하면서 설명하기로 한다. 도 2b는 종래 히트펌프구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치에 있어서 난방시의 온도, 엔탈피 및 압력의 관계를 나타낸 다이어그램이다.

도 1과 도 2a에 도시된 바와 같이, 종래 환기장치의 난방시는 냉방시와 반대의 싸이클로 동작하게 된다. 이 때 도 2b에 도시된 바와 같이, 응축기 역할을 하는 실내열교환기(137)와 증발기의 역할을 하는 실외열교환기(132)의 냉매온도는 대략적으로 30℃와 -15℃이다. 이와 같이, 종래 히트펌프구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치는 실내열교환기와 실외열교환기 사이에 있어서 상대적으로 낮은 COP를 갖는 싸이클의 형태를 가지게 된다.

전술한 바와 같이 종래 히트펌프구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치는 낮은 COP를 가짐으로써 냉난방의 에너지소모가 큰 문제점을 가지고 있다.

또한, 겨울철에는 실외의 공기 온도가 증발기의 설계온도를 보다 낮아 실외열교환기에서 결로 현상이 발생되는 문제점이 있다. 이러한 결로 현상은 냉매의 순환을 원활하게 하지 못하여 압축기의 공회전을 일으킴으로써 압축기의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.

또한, 실외열교환기의 결로를 방지하기 위하여 종래에는 반복적인 동작이 계속이루어지도록 하거나 실외열교환기에 열을 공급하기 위한 부가적인 장치가 실외기에 결합되기도 한다. 이 경우 계속적으로 인위적인 에너지 공급이 필요할 뿐만 아니라 구조의 복잡성으로 인하여 제조단가를 높이는 문제점이 있다.

따라서 본 고안의 목적은 냉난방의 싸이클 동작시 실내의 현열을 이용하여 상대적으로 COP를 높임으로써 냉난방의 에너지소모를 절감할 수 있는 환기장치를 제공하는 것이다.

또한 본 고안의 다른 목적은 겨울철에 발생될 수 있는 실외열교환기의 결로를 방지할 수 있는 환기장치를 제공하는 것이다.

또한 본 고안의 또 다른 목적은 냉난방의 에너지를 감소시킴과 동시에 냉매의 결로를 방지할 수 있도록 하기 위한 단순 구조를 가짐으로써 제조단가를 절감할 수 있는 환기장치를 제공하는 것이다.

본 고안에 의하면, 응축기와 증발기 역할을 하는 제1 및 제2 열교환기, 모세관 및 압축기를 구비하여 냉난방이 가능한 환기장치에 있어서, 공기가 통과하기 위한 제1 및 제2 유로를 가지며 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 사이에 열을 전달하기 위한 현열전달부와, 상기 현열전달부의 제1 유로로 실외공기가 유입되어 실내로 토출되도록 하기 위한 제1 토출구와, 상기 현열전달부의 제2 유로로 실내공기가 유입되어 실외로 토출되도록 하기 위한 제2 토출구를 가지며, 상기 현열전달부를 수용하기 위한 공간이 형성된 본체를 포함하며, 상기 제1 열교환기는 상기 제2 토출구의 내측에 설치되며, 상기 제2 열교환기는 상기 제1 토출구의 내측에 설치되는 환기장치가 제공된다.

이 때, 상기 현열전달부는 복수개의 격벽을 가지며 제1 방향으로 연장된 제1 유로, 복수개의 격벽을 가지며 제2 방향으로 연장된 제2 유로, 및 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 사이에 열전도를 위한 열전달면을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 방향과 제2 방향은 서로 수직인 것이 바람직하다.

또한, 상기 열전달면은 알루미늄으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 COP를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

*도 3과 도 4는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 COP를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치의 개략도로서 각각 냉방시의 냉매흐름도와 난방시의 냉매흐름도이며, 도 5는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 COP를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치의 현열전달부를 나타낸 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 COP를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치는 실외로부터 공기를 유입하기 위한 통로와 실내로부터 공기를 유출하기 위한 통로를 가진 환기장치본체(10), 환기장치본체(10) 내부의 중앙에서 유출입되는 실내외 공기의 현열이 전달되기 위한 현열전달부(20), 및 현열전달부(20)의 현열을 전달받아 열교환에 의해 냉난방하기 위한 히트펌프장치(30)를 구비한다.

환기장치본체(10)는 실내로 공기를 토출하기 위한 제1 토출구(11a), 제1 토출구(11a)로 공기를 실외로부터 유입하기 위한 제1 흡입구(11b), 실내로부터 공기를 유입하기 위한 제2 흡입구(12a), 및 제2 흡입구(12a)로부터 유입된 공기를 실외로 토출하기 위한 제2 토출구(12b)를 구비하며, 그 중앙부위에 실내와 실외의 공기가 혼합되지 않으면서 교차되어 이동하기 위한 공간이 내부에 형성되어 있다.

현열전달부(20)는 환기장치본체(10)의 중앙 내부에 위치하며, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수개의 격벽(21)들이 종방향으로 배열되어 공기의 유로(流路)를 형성하는 제1 유로(22)와, 상기 제1 유로(22)에 수직한 방향으로 공기의 유로를 형성하기 위하여 복수개의 격벽(23)들이 횡방향으로 격벽(21)과 층을 달리하여 형성된 제2 유로(24), 및 상기 제1 유로(22)와 상기 제2 유로(24) 사이에 열전도도가 높은 알루미늄재질의 열전달면(25)을 구비한다.

히트펌프장치(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 압축기(31), 제1 열교환기(32), 팽창밸브(35), 모세관(36) 및 제2 열교환기(37)가 냉매파이프(33)를 매개하여 순차적으로 연결되어 있다. 여기서, 제1 열교환기(32)는 환기장치본체(10)의 제2 토출구(12b) 측의 내측에 설치되며, 제2 열교환기(37)는 환기장치본체(10)의 제1 토출구(11a) 측의 내측에 설치되며, 제1 열교환기(32)와 제2 열교환기(37) 옆에는 각각 제1 열교환팬(34)과 제2 열교환팬(38)이 각 모터(미도시)들에 결합된다.

본 고안의 바람직한 실시예에 따른 COP를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치의 냉방시의 동작에 대하여 도 3과 도 6a를 참조하면서 설명하기로 한다.

도 6a는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 COP를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치에 있어서 냉방시의 온도, 엔탈피 및 압력의 관계를 나타낸 다이어그램이다.

도 3과 도 6a에 도시된 바와 같이, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 COP를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치에 의하면, 냉방시 압축기(31)로부터 고온고압으로 압축된 기상의 냉매는 제1 열교환기(32)에서 실외로 유출되기 위한 공기로 열을 방출하여 액상의 저온고압의 액상 냉매로 전환된다. 이 때 제1 열교환기(32)의 전단은 실내에서 대략 18℃로 냉방되어 순환된 후 제2 흡입구(12a)로부터 현열전달부(20)의 제1 유로(22)를 통과하여 토출되는 저온, 예를 들면 대략 23℃인 환기장치본체(10)의 제2 토출구(12b; 대략 23℃의 온도로 실내공기가 토출됨) 내측에 구비되기 때문에, 대략 30℃의 주변온도를 갖는 실외에 노출되었을 때의 응축온도, 예를 들면 대략 45℃보다 낮은 응축온도, 예를 들면 대략 30℃의 온도로 냉매의 응축온도를 설정할 수 있다.

즉, 종래에는 제1 열교환기가 고온, 예를 들면 30℃의 온도를 갖는 실외에 구비되었기 때문에 제1 열교환기의 응축온도를 상대적으로 높은 온도, 예를 들면 45℃로 설정하였으나, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 환기장치의 제1 열교환기(32)는 저온, 예를 들면 23℃의 온도를 갖는 냉난방 겸용 환기장치본체(10)의 제2 토출구(12b)의 내측에 구비되기 때문에 제1 열교환기(32)의 응축온도를 상대적으로 낮은 온도, 예를 들면 30℃로 설정할 수 있다.

이와 같이 제1 열교환기(32)의 응축온도를 낮춤으로서 냉방싸이클의 COP를 증가시켜 냉방에 따른 에너지를 절감할 수 있다.

그 후, 제1 열교환기(32)에서 저온고압으로 응축된 액상의 냉매는 팽창밸브(35)와 모세관(36)을 거치면서 저온저압의 액상 냉매로 된 후 제2 열교환기(37)로 유입된다. 이 때 제2 열교환기(37)는 증발기로서 역할을 하며, 제1 흡입구(11b)로부터 유입된 실외공기를 냉각시켜 제1 토출구(11a)의 외부인 실내로 제2 열교환팬(38)의 구동에 의해 냉각공기를 유입시킨다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 COP를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치의 난방시의 동작에 대하여 도 4와 도 6b를 참조하면서 설명하기로 한다.

도 6b는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 COP를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치에 있어서 난방시의 온도, 엔탈피 및 압력의 관계를 나타낸 다이어그램이다.

도 4와 도 6b에 도시된 바와 같이, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 COP를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치에 의하면, 난방시 압축기(31)로부터 고온고압으로 압축된 기상의 냉매는 제2 열교환기(37)에서 제1 흡입구(11b)로부터 현열전달부(20)의 제2 유로(24)를 통과하여 실내로 유입되기 위한 공기로 열을 방출하여 액상의 저온고압의 액상 냉매로 전환된다.

그 후, 제2 열교환기(37)에서 저온고압으로 응축된 액상의 냉매는 모세관(36)과 팽창밸브(35)를 거치면서 저온저압의 액상 냉매로 된 후 제1 열교환기(32)로 유입된다. 이 때 제1 열교환기(32)는 증발기로서 역할을 한다.

이 때 제1 열교환기(32)의 전단은 실내에서 대략 25℃로 난방되어 순환된 후 제2 흡입구(12a)로부터 현열전달부(20)의 제1 유로(22)를 통과하여 토출되는 고온(다시 말하면, 겨울철 실외온도보다 상대적으로 고온), 예를 들면 대략 23℃인 환기장치본체(10)의 제2 토출구(12b; 대략 23℃의 온도로 실내공기가 토출됨) 내측에 구비되기 때문에, 대략 -10℃의 겨울철 주변온도를 갖는 실외에 노출되었을 때의 증발온도, 예를 들면 대략 -15℃보다 높은 증발온도, 예를 들면 대략 5℃의 온도로 냉매의 증발온도를 설정할 수 있다.

이 과정에서 제1 열교환기(32)의 주위 온도가 상대적으로 종래보다 높은 이유에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

예를 들면 25℃로 제2 열교환기(37)에 의하여 난방된 실내공기는, 실내에서 순환되어 제2 흡입구(12a)로 흡입된 후 현열전달부(20)의 제1 유로(22)를 통과할 때, 현열전달부(20)의 열전달면(25)을 통해 제2 유로(24)를 통과하여 제2 열교환기(37)로 진입하는 공기로 일부 에너지를 전달해 줌으로써 대략 23℃(겨울철 실외온도보다 상대적으로 높은 온도)로 제1 열교환기(32)에 도달한다. 이와 같이 제1 열교환기(32)에 진입하는 공기의 온도는 겨울철 실외의 온도보다 상대적으로 높게 된다.

따라서 종래에는 제1 열교환기가 겨울철에는 저온, 예를 들면 -10℃의 온도를 갖는 실외에 구비되었기 때문에 제1 열교환기의 증발온도를 상대적으로 낮은 온도, 예를 들면 -15℃로 설정하였으나, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 환기장치의 제1 열교환기(32)는 고온, 예를 들면 23℃의 온도를 갖는 냉난방 겸용 환기장치본체(10)의 제2 토출구(12b)의 내측에 구비되기 때문에 제1 열교환기(32)의 증발온도를 상대적으로 높은 온도, 예를 들면 5℃로 설정할 수 있다.

이와 같이 제1 열교환기(32)의 증발온도를 높임으로써 난방싸이클의 COP를 증가시켜 난방에 따른 에너지를 절감할 수 있다.

더욱이 실외로 퇴출되는 공기의 현열중 일부를 현열전달부(20)의 열전달면(25)을 통해 실내로 진입시킴으로써 난방에 따른 에너지를 절감할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 고안에 의하면 실내의 현열을 이용하여 제1 및 제2 열교환기의 응축온도를 낮추고 증발온도를 높임으로써 냉난방 싸이클의 COP를 개선하여 냉난방의 에너지를 절감시킬 수 있다.

또한, 실외로 퇴출되는 공기의 현열중 일부를 현열전달부의 열전달면을 통해 실내로 진입시킴으로써 난방에너지를 보다 절감할 수 있다.

또한, 겨울철에 증발기역할을 하는 제1 열교환기는 실내에서 퇴출되는 현열을 함유한 공기 중에 놓이게 됨으로써 제1 열교환기의 결로를 방지할 수 있다.

또한, 제1 열교환기의 결로방지에 따른 압축기의 공회전을 방지하여 히트펌프의 수명을 연장할 수 있다.

도 1은 종래 히트펌프구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치의 개략도이다.

도 2a는 종래 히트펌프구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치에 있어서 냉방시의 온도, 엔탈피 및 압력의 관계를 나타낸 다이어그램이다.

도 2b는 종래 히트펌프구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치에 있어서 난방시의 온도, 엔탈피 및 압력의 관계를 나타낸 다이어그램이다.

도 3은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 COP를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치의 개략도로서 냉방시의 냉매흐름도이다.

도 4는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 COP를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치의 개략도로서 난방시의 냉매흐름도이다.

도 5는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 COP를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치의 현열전달부를 나타낸 사시도이다.

도 6a는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 COP를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치에 있어서 냉방시의 온도, 엔탈피 및 압력의 관계를 나타낸 다이어그램이다.

도 6b는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 COP를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치에 있어서 난방시의 온도, 엔탈피 및 압력의 관계를 나타낸 다이어그램이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 환기장치본체 11a: 제1 토출구

11b: 제1 흡입구 12a: 제2 흡입구

12b: 제2 토출구 20: 현열전달부

21, 23: 격벽 22, 24: 유로

25: 열전달면 30: 히트펌프장치

31: 압축기 32: 제1 열교환기

33: 냉매파이프 34: 제1 열교환팬

35: 팽창밸브 36: 모세관

37: 제2 열교환기 38: 제2 열교환팬

40: 벽

Claims (4)

1. 응축기와 증발기 역할을 하는 제1 및 제2 열교환기, 모세관 및 압축기를 구비하여 냉난방이 가능한 냉난방 겸용 환기장치에 있어서,

   공기가 통과하기 위한 제1 및 제2 유로를 가지며 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 사이에 열을 전달하기 위한 현열전달부와;

   상기 현열전달부의 제1 유로로 실외공기가 유입되어 실내로 토출되도록 하기 위한 제1 토출구와, 상기 현열전달부의 제2 유로로 실내공기가 유입되어 실외로 토출되도록 하기 위한 제2 토출구를 가지며, 상기 현열전달부를 수용하기 위한 공간이 형성된 본체;를 포함하며,

   상기 제1 열교환기는 상기 제2 토출구의 내측에 설치되며, 상기 제2 열교환기는 상기 제1 토출구의 내측에 설치되는 것을 특징으로 하는 씨오피를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 현열전달부는 복수개의 격벽을 가지며 제1 방향으로 연장된 제1 유로, 복수개의 격벽을 가지며 제2 방향으로 연장된 제2 유로, 및 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 사이에 열전도를 위한 열전달면을 구비하는 것을 특징으로 하는 씨오피를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 방향과 제2 방향은 서로 수직인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 씨오피를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 열전달면은 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 씨오피를 개선시키기 위한 구조를 갖는 냉난방 겸용 환기장치.