KR20050101082A - 난방성능을 높인 냉난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 난방성능을 높인 냉난방장치에 관한 것으로, 본 발명은 냉매를 압축하는 압축기, 냉방시 응축기 역할을 하고 난방시 증발기 역할을 하는 제 1열교환기, 고압의 액체냉매를 저압의 액체냉매로 압력강하시키는 팽창밸브, 냉방시 증발기 역할을 하고 난방시 응축기 역할을 하는 제 2열교환기, 난방시 상기 압축기로 유입되는 냉매를 가열하는 가열수단을 포함하여 구성되어, 냉매를 고온, 고압으로 압축하여 순환시키는 압축기 본래의 기능을 난방시에도 효과적으로 발휘할 수 있도록 함으로써 자체 내에 별도의 전기히터를 설치하지 않고서도 높은 수준의 난방성능을 구현할 수 있게 되는 것이다.

Description

난방성능을 높인 냉난방장치{Air-cooling and heating apparatus raising the heating capacity}

본 발명은 난방성능을 높인 냉난방장치에 관한 것으로, 특히 냉매를 고온, 고압으로 압축하여 순환시키는 압축기 본래의 기능을 난방시에도 효과적으로 발휘할 수 있도록 함으로써 자체 내에 별도의 전기히터를 설치하지 않고서도 높은 수준의 난방성능을 구현하는 데 적당하도록 한 난방성능을 높인 냉난방장치에 관한 것이다.

일반적으로, 냉난방장치는 압축기와 응축기의 역할을 교대로 수행하는 2개의 열교환기에 의해 냉방과 난방을 선택적으로 실현하는 장치이다.

여기서, 상기 냉난방장치는 구비되는 제 1열교환기와 제 2열교환기가 각각 응측기와 증발기의 역할을 교대로 수행하고, 압축-응축-팽창-증발의 연속적인 과정을 갖는 냉난방 사이클에 따라 냉매가 순환 또는 역순환되면서 냉방 및 난방을 실현하게 되는 것이다.

이와 같은 냉난방장치는 냉방시에는 상기 제 1열교환기를 얼마나 효과적으로 냉각하는가에 따라 냉방성능이 좌우되고, 난방시에는 상기 제 1열교환기를 얼마나 효과적으로 가열하는가에 따라 난방성능이 좌우된다고 할 수 있다.

또한 기본적으로는 압축-응축-팽창-증발의 연속적인 과정을 갖는 냉난방 사이클이 얼마나 제대로 이루어지는가에 따라 냉난방성능이 크게 달라지게 된다.

이에, 도 1은 종래 기술에 따른 냉난방장치의 구성도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 냉난방장치는 압축기(101), 냉방시 응축기 역할을 하고 난방시 증발기 역할을 하는 제 1열교환기(103), 팽창밸브(105), 냉방시 증발기 역할을 하고 난방시 응축기 역할을 하는 제 2열교환기(107)를 포함하여 구성되어 압축-응축-팽창-증발의 연속적인 과정을 진행시켜 나가면서 냉방 및 난방을 선택적으로 구현할 수 있었다.

그러나, 종래의 냉난방장치는 난방시 실내 전체를 난방시킬 수 있을 정도의 충분한 난방성능을 구현할 수 없었으며, 따라서 불가피하게 자체 내에 대용량의 전기히터를 별도로 설치하고 이를 통해 실내를 난방시켜야만 하는 문제점이 있었다.

이는, 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(101)가 제 기능을 발휘하여 압축과정이 원활히 이루어져야만이 그 뒤에 이어지는 응축-팽창-증발의 연속적인 과정도 원활하게 이루어져 난방이 실현되는데도 불구하고 압축기(101)가 거의 제 기능을 발휘하지 못하였기 때문이었다.

이러한 문제는, 상기 압축기(101)로 유입되는 냉매가 대략 15[℃] 이상의 온도이어야만 압축기(101)가 제 기능을 충분히 발휘하면서 냉매를 고온, 고압으로 압축할 수 있으나, 실제로 난방이 필요한 동절기에는 압축기(101)가 실외에 설치되든 실내에 설치되든 증발과정을 거친 직후 압축기(101)로 유입되는 냉매의 온도가 영하로까지 떨어져 과냉각되는 등 압축기가 통상적으로 제 기능을 활발하게 발휘하기 위해 필요한 온도인 15[℃] 보다 훨씬 낮게 형성되는 데서 기인하였다.

더욱이, 이같은 문제는 기온이 낮을수록 심해지고 난방성능은 급격히 떨어져서, 일정 수준의 난방성능을 구현하기 위해서는 대형 전기히터를 자체에 별도로 설치해야 하였으며, 이로 인해 전기 소비량은 급격히 중가하게 되는 심각한 문제점이 필연적으로 초래되었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 난방시 압축기가 본래의 성능을 충분히 발휘토록 함으로서 높은 수준의 난방성능을 구현할 수 있도록 한 난방성능을 높인 냉난방장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 난방성능을 높인 냉난방기는, 냉매를 압축하는 압축기와, 냉방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하고, 난방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하는 제 1열교환기와, 고압의 액체냉매를 저압의 액체냉매로 압력강하시키는 팽창밸브와, 냉방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하고, 난방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하는 제 2열교환기와, 난방시 상기 압축기로 유입되는 냉매를 가열하는 가열수단을 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 가열수단은 열교환용 유체를 공급받아 이를 압축기로 유입되는 냉매와 열교환시키는 것이 바람직하다,

또한, 상기 가열수단은, 상기 압축기의 냉매 유입측에 설치되며, 상기 압축기로 유입되는 냉매 및 공급받은 열교환용 유체가 각각 흐르는 유로들이 형성된 얇은 금속판이 다수 적층되어, 상기 냉매와 열교환용 유체를 열교환시키는 판형 열교환기를 포함하여 구성되는 것일 수 있다.

또한, 상기 판형 열교환기의 열교환용 유체 유입측에는 유입되는 열교환용 유체를 접촉하여 가열하는 전기코일이 더욱 설치될 수 있다.

또한, 상기 가열수단은, 상기 판형 열교환기의 열교환용 유체 유입측에 설치되어, 열교환용 유체를 유입하여 압축, 가열하고, 이를 상기 판형 열교환기에 공급하는 열교환용 압축기가 더욱 구비될 수 있다.

또한, 상기 열교환용 압축기의 유입측에는 유입되는 열교환용 유체를 접촉하여 가열하는 전기코일이 더욱 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가열수단은 열교환용 유체로서 공기를 사용하는 것일 수 있다.

또한, 상기 가열수단의 최초 공기 유입측에는 공기를 수집하기 위하여 상광하협의 내주면을 갖는 깔때기형 수집컵이 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 판형 열교환기는 상수도와 연결되고, 열교환용 유체로서 수돗물을 공급받는 것일 수 있다.

여기서, 상기 판형 열교환기의 열교환용 유체 유입측에 설치되어, 유입되는 열교환용 유체를 가열하는 전기코일을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가열수단은, 열교환용 유체를 순환시키면서 압축, 가열하는 열교환용 압축기와, 압축, 가열된 열교환용 유체를 받아 고압의 액체상태로 전환하는 한편, 상기 제 1열교환기로부터 압축기로 유입되는 냉매가 경유하는 열교환용 응축기와, 고압의 액체상태인 열교환용 유체를 압력강하시키는 열교환용 팽창밸브와, 상기 열교환용 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체상태인 열교환용 유체를 기화시키는 열교환용 증발기를 포함하여 구성되어, 상기 열교환용 응축기에서 고온의 열교환용 유체와 저온의 냉매가 열교환되는 것일 수 있다.

또한, 상기 열교환용 응축기는, 상기 열교환용 유체 및 냉매가 흐르는 유로들이 형성된 얇은 금속판이 다수 적층되어, 고온의 열교환용 유체와 저온의 냉매가 유로를 따라 흐르면서 열교환되는 판형 열교환기인 것이 바람직하다.

또한, 난방시 상기 열교환용 증발기로부터 방출되는 열기와 상기 제 2열교환기로부터 방출되는 열기가 동시에 송풍될 수 있도록, 상기 열교환용 증발기는 상기 제 2열교환기와 나란히 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열교환용 유체는 프레온인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 냉매를 압축하는 압축기와, 냉방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하고, 난방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하는 제 1열교환기와, 고압의 액체냉매를 저압의 액체냉매로 압력강하시키는 팽창밸브와, 냉방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하고, 난방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하는 제 2열교환기와, 난방시 상기 압축기로 유입되는 냉매를 가열하는 가열수단을 포함하여 구성되고,

상기 가열수단은, 열교환용 유체로서 공기를 유입하여 압축, 가열하는 열교환용 압축기와, 상기 압축기 및 열교환용 압축기 중간에 연결 설치되며, 상기 압축기로 유입되는 냉매 및 열교환용 압축기로부터 유출되는 공기가 흐르는 유로들이 형성된 얇은 금속판이 다수 적층되어, 상기 냉매와 열교환용 유체를 열교환시키는 판형 열교환기와, 상기 열교환용 압축기의 유입측에 설치되고 유입되는 공기를 수집하기 위하여 상광하협의 내주면을 갖는 깔때기형 수집컵과, 상기 수집컵 내측에 설치되고 압축기에 유입되는 공기를 접촉하여 가열하는 전기코일이 구비되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명은, 냉매를 압축하는 압축기와, 냉방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하고, 난방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하는 제 1열교환기와, 고압의 액체냉매를 저압의 액체냉매로 압력강하시키는 팽창밸브와, 냉방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하고, 난방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하는 제 2열교환기와, 난방시 상기 압축기로 유입되는 냉매를 가열하는 가열수단을 포함하여 구성되고,

상기 가열수단은, 열교환용 유체인 프레온을 순환시키면서 압축, 가열하는 열교환용 압축기와, 압축, 가열된 열교환용 유체를 받아 고압의 액체상태로 전환하는 한편 상기 제 1열교환기로부터 압축기로 유입되는 냉매가 경유되면서 고온의 열교환용 유체와 저온의 냉매가 열교환되도록 상기 열교환용 유체 및 냉매가 흐르는 유로들이 형성된 얇은 금속판이 다수 적층되어 고온의 열교환용 유체와 저온의 냉매가 유로를 따라 흐르는 판형 열교환기인 열교환용 응축기와, 고압의 액체상태인 열교환용 유체를 압력강하시키는 열교환용 팽창밸브와, 방출되는 열기가 상기 제 2열교환기로부터 방출되는 열기와 동시에 송풍될 수 있도록 상기 제 2열교환기와 나란히 배치되고, 상기 열교환용 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체상태인 열교환용 유체를 기화시키는 열교환용 증발기를 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 할 수 있다.난방성능을 높인 냉난방장치.

이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 난방성능을 높인 냉난방기는 냉방운전시 뿐만 아니라 실내 및 실외온도가 낮은 동절기에 행해지는 난방운전시에도 압축기가 본래의 성능을 충분히 발휘하도록 하여, 상기 압축기에 의한 압축과정을 시작으로 이루어지는 난방사이클을 보다 적극적으로 활용함으로서 높은 수준의 난방성능을 구현할 수 있도록 구성된다.

이로써, 자체 내에 대형 전기히터를 설치하지 않아도 실내를 충분한 정도까지 난방할 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 상세히 설명하며, 먼저 제 1실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명한다.

도 2는 제 1실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도이고, 도 3은 제 1실시예에 따른 본 발명에 의한 가열수단의 열교환용 압축기 및 전기코일을 보여주는 입면도이며, 도 4는 제 1실시예에 따른 본 발명에 의한 가열수단의 판형 열교환기를 보여주는 입면도이다.

도시된 바와 같이, 제 1실시예에 따른 본 발명은 케이싱(1), 압축기(2), 제 1열교환기(3), 팽창밸브(4), 제 2열교환기(5)를 비롯하여 열교환용 압축기(61)와 판형 열교환기(64)로 이루어진 가열수단(6)을 포함하여 구성된다.

본 발명은 상기 가열수단(6)을 구비함으로서 난방시 압축기(2)에 유입되는 저온의 냉매를 적정온도로 가열하는 것을 기술적 요부로 구성되며, 이를 중심으로 본 발명의 구성을 설명하기로 한다.

먼저, 상기 케이싱(1)은 하부에는 흡기구와 배기구를 갖는 기계실(11)이 형성되고, 상부에는 상기 기계실(11)과 격리된 송풍실(13)이 형성된다.

여기서, 상기 기계실(11)에는 상기 압축기(2), 제 1열교환기(3), 가열수단(6)인 열교환용 압축기(61) 및 판형 열교환기(64)가 설치되고, 상기 송풍실(13)에는 상기 제 2열교환기(5) 및 팽창밸브(4)가 설치된다. 여기서 상기 팽창밸브(4)는 상기 기계실(11)에 설치되어도 무방하다.

또한, 상기 송풍실(13)에는 송풍기(15)가 설치되며, 상기 송풍기(15)는 상기 송풍실(13)로 실내공기를 흡입하여 상기 제 2열교환기(5)와 열교환되게 한 후, 이를 다시 실내로 송풍시킴으로서 실내 냉방 또는 난방을 위한 냉기 또는 온기를 제공하게 된다.

상기 압축기(2)는, 통상적으로 상당한 하중을 갖는 관계로 상기 기계실(11) 저면부에 안정되게 설치되며, 냉매를 고온, 고압으로 압축하면서 순환시키는 중요한 역할을 수행한다.

이러한 압축기(2)의 역할은 냉방운전시나 난방운전시에 동일하게 수행되어야 하지만 동절기에 수행되는 난방운전시에는 압축기(2)로 유입되는 냉매의 온도가 적정온도보다 훨씬 낮아지게 되어 압축기(2) 스스로는 본래의 기능을 충분히 발휘하지 못하게 된다.

심지어는 냉매의 온도가 영하로까지 떨어져 압축기(2)가 과냉각되면서 제 기능을 거의 발휘하지 못하는 경우가 많았다.

하지만, 본 발명에 따른 압축기(2)는 냉매를 가열하는 상기 가열수단(6)의 도움을 받아 본래의 기능을 충분히 수행할 수 있게 되며, 결과적으로 정상적인 난방사이클이 원활하게 이루어지면서 자체에 별도의 대형 전기히터를 구비하지 않고서도 실내를 충분히 난방시킬 수 있게 되는 것이다.

상기 제 1열교환기(3)는, 상기 기계실(11) 내에 설치되고, 냉방시에는 상기 압축기(2)에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 수행한다.

또한, 상기 제 1열교환기는 난방시에는 증발기 역할을 하도록 전환되어 상기 팽창밸브(4)에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키게 된다.

여기서, 응축기 역할이라 함은 압축기(2)에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 통상적인 응축기의 역할을 일컬으며, 증발기 역할이라 함은 팽창밸브(4)에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 통상적인 증발기의 역할을 일컫는다. 물론 이러한 구성요소들은 그 기능 및 역할에 있어서 일반적으로 알려진 기능 및 역할을 중심으로 어느 정도 변화된 범위의 기능 및 역할도 제한 없이 포함한다.

상기 팽창밸브(4)는, 상기 제 1열교환기(3)와 제 2열교환기(5)를 연결하는 중간에 위치하며, 통상 상기 송풍실(13) 내 적절한 곳에 설치된다.

이로써, 상기 팽창밸브(4)는 응축기 역할을 하는 상기 제 1열교환기(3) 또는 상기 제 2열교환기(5)로부터 고압의 액체냉매를 받아 저압의 액체냉매로 압력강하시키는 역할을 수행하게 된다.

상기 제 2열교환기(5)는, 상기 송풍실(13) 내에 설치되고, 냉방시에는 상기 팽창밸브(4)에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 수행하게 된다.

또한, 상기 제 2열교환기(5)는 난방시에는 응축기 역할을 하도록 전환되어 상기 압축기(2)에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하게 된다.

상기 가열수단(6)은 냉방시에는 작동하지 않고 난방시에만 작동하게 되며, 열교환용 압축기(61)와 판형 열교환기(64)로 구성되어 상기 압축기(2)로 유입되는 저온의 냉매를 설정된 적정온도로 가열하는 역할을 수행하게 된다.

이 중 상기 열교환용 압축기(61)는 유체를 고온, 고압으로 압축하기 위한 것으로 로터리식 압축기를 포함하여 다양한 종류의 압축기 가운데 적절한 종류의 것으로 선택하여 상기 기계실(11) 저면에 설치하면 된다.

여기서, 상기 열교환용 유체로서는 공기가 사용되며, 상기 기계실(11) 위치에 따라 실외기 일체형인 경우 실내공기가 적합하고 실외기 분리형인 경우 실외공기가 적합하다.

또한, 상기 열교환용 유체로서 공기만이 아니라, 쉽게 구할 수 있고 가열이 용이하며 가열시 안정된 특성을 갖는 것이라면 다른 종류의 유체를 사용하는 데 제한되지 않는다.

또한 도 3을 참조할 수 있듯이, 열교환용 유체로 사용되는 공기를 원활하게 수집하여 흡입하기 위하여 열교환용 압축기(61)의 공기 유입측(64a)에는 상광하협의 깔때기 형상을 갖는 수집컵(62)이 설치된다.

또한, 상기 수집컵(62)의 내측에는 흡입되는 공기와 넓게 접촉하면서 공기를 가열하는 전기코일(63)이 더욱 설치된다.

이는, 상기 열교환용 압축기(61)의 경우에도 압축기(2)와 마찬가지로 흡입되는 공기가 소정 이상의 온도에 도달하여야만 본래의 기능을 충분히 발휘할 수 있기 때문이다.

더 나아가 상기 전기코일(63)이 설치되면 설치된 전기코일(63)의 온도조절을 통해 상기 압축기(2)로 유입되는 냉매의 온도를 설정된 수치로 정밀하게 제어하기가 용이하기 때문이다. 이를 위해, 상기 압축기(2)의 냉매 유입측(64a) 배관에는 도시되지 않은 온도 측정센서가 설치되며, 측정된 온도에 따라 미리 설정된 온도로 냉매의 온도가 맞추어지도록 상기 전기코일(63)의 가열온도를 제어하는 제어부가 설치됨은 물론이다.

상기 가열수단(6)이 냉매를 가열하여 끌어올리고자 하는 설정온도는 상기 압축기(2)가 압축기(2)로서의 기능을 충분히 발휘하는 데 방해가 되지 않는 온도로서 통상 15[℃] 내외에서 형성되며, 압축기(2)의 종류 및 주변 여건에 따라 차이가 있을 수 있다.

물론, 상기 압축기(2)로 유입되는 냉매의 온도가 영하까지 떨어지지 않는다면 과냉각에 의해 압축기(2)가 거의 작동을 못하는 상태는 막을 수 있으므로, 본 발명은 일차적으로는 냉매의 온도를 영상으로 끌어올려 과냉각 현상을 막고, 바람직하게는 적정온도라 할 수 있는 15[℃] 내외 이상으로 끌어올리고자 한다.

한편, 상기 판형 열교환기(64)는 열교환용 압축기(61)와 압축기(2) 중간에 연결 설치되며, 두 종류 이상의 유체 즉, 열교환용 압축기(61)에서 고온으로 압축된 공기와 압축기(2)로 유입되기 전에 저온 상태인 냉매가 흐르면서 상호간에 열교환될 수 있도록 유로들이 형성된 얇은 금속판들이 다수 적층되어 구성된다.

상기 판형 열교환기(64)는 도 4를 참조하면, 열교환용 유체인 공기가 각각 유입되고 유출되는 공기의 유입측(64a), 유출측(64b)과, 냉매가 유입되고 유출되는 냉매의 유입측(64c), 유출측(64d)을 갖는다. 여기서, 공기 유입측(64a)은 열교환용 압축기(61)의 유출측(64a)과 연결되어 공유되며 냉매 유출측(64d)은 압축기(2)의 냉매 유입측(64d)과 연결되어 공유된다.

이러한 판형 열교환기(64)는 두 종류 이상의 유체를 열교환시키기 위한 것으로 이미 브레이징 타입 등의 우수한 제품이 다양하게 개발되어 시판되고 있는 공지기술에 해당된다. 따라서 구성상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이처럼 상기 판형 열교환기(64)가 설치되면 열교환용 압축기(61)에 의해 고온으로 가열된 공기와 압축기(2)에 유입되는 저온의 냉매를 원활하게 열교환시키면서 상기 압축기(2)에 유입되는 냉매의 온도를 적정온도로 상승시킬 수 있게 된다.

이같이 본 발명에서는 상기 가열수단(6)이 구비됨으로서 압축기(2)가 본래의 기능을 충분히 발휘하는 데 필요한 온도의 냉매를 지속적으로 공급할 수 있게 된다.

이로써, 상기 압축기(2)가 제 기능을 충분히 발휘하면서 냉매가 고온 고압으로 압축되어 내보내어진다. 이후 상기 압축기(2)로부터 제 2열교환기(5)에 도달하는 냉매의 온도가 보다 높게 형성되면서, 실내로 송풍되지 위해 제 2열교환기(5) 표면에 접촉되는 공기에 보다 풍부한 열량을 제공할 수 있게 되는 것이다.

여기서 만일, 외부 기온이 높아 공급받는 공기의 온도가 영상이고, 냉매의 온도가 크게 낮지 않다면, 공기를 가열하기 위한 상기 열교환용 압축기(61) 없이 판형 열교환기(61)만으로도 가열수단(6)을 구성할 수 있다.

도 5는 냉방시 제 1실시예에 따른 본 발명의 동작을 설명하기 위한 구성도이고, 도 6은 난방시 제 1실시예에 따른 본 발명의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 난방성능을 높인 냉난방장치는 냉방 및 난방운전이 모두 가능하다.

우선, 도 5를 참조한 본 발명의 냉방시에는 제 1열교환기(3) 및 제 2열교환기(5)가 각각 응축기 및 증발기의 역할을 수행하며, 냉매는 도시된 화살표(1-2-3-4-5-6)와 같이 압축기(2), 제 1열교환기(3), 팽창밸브(4), 제 2열교환기(5) 및 압축기(2) 순으로 순환되면서 압축-응축-팽창-증발의 연속적인 냉방사이클 과정을 거치게 된다. 이때, 상기 가열수단(6)은 작동하지 않는다.

한편, 도 6을 참조한 난방시에는 상기 제 1열교환기(3) 및 제 2열교환기(5)가 각각 증발기 및 응축기의 역할을 수행하며, 가열수단(6)이 작동되면서 도시된 화살표(11-12-13-14-15-16)와 같이 사방밸브(17)에 의해 흐름방향이 전환된 냉매가 압축기(2), 제 2열교환기(5), 팽창밸브(4), 제 1열교환기(3), 가열수단(6) 및 압축기(2)의 순으로 역순환되면서 압축-응축-팽창-증발-가열의 연속적인 난방사이클 과정을 거치게 된다.

이 중 가열수단(6)에 의해 이루어지는 냉매의 가열과정을 공기의 흐름을 중심으로 설명하면, 먼저, 상기 열교환용 압축기(61)가 작동되면 강력한 흡입력이 발생되어 열교환용 유체인 공기가 상기 열교환용 압축기(61)로 흡입되기 시작한다.

이때 공기는 상기 열교환용 압축기(61)의 공기 유입측(a)에 설치된 수집컵(62)을 통해 열교환용 압축기(61)로 흡입되며, 상기 수집컵(62) 내측에 설치된 전기코일(63)에 접하면서 공기의 특성상 빠른 속도로 가열되어 소정 온도로 상승된다.

이후 온도가 상승된 공기는 열교환용 압축기(61)를 통해 고온 고압의 상태로 압축된 상태가 되어 판형 열교환기(64)에 제공된다.

계속해서 상기 판형 열교환기(64)에 유입된 고온의 공기는 판형 열교환기(64) 내부에 마련된 유로를 흐르게 되며, 또 다른 유로를 통해 흐르는 저온의 냉매와 열교환하게 된다.

이로써, 상기 판형 열교환기(64) 내부에서는 고온의 공기가 온도가 낮아지는 대신 저온의 냉매는 온도가 높아지게 된다.

이후 열교환되어 온도가 낮아진 공기는 판형 열교환기(64)의 공기 유출측(a')으로 유출되어 실외로 배출된다.

이와 같이 가열수단(6)에 의한 가열과정을 통해 온도가 상승된 냉매는 적정온도 상태로 압축기(2)에 유입되며, 적정온도의 냉매를 공급받은 압축기(2)는 본래의 기능을 충분히 발휘할 수 있게 된다.

결과적으로 압축기(2)가 제 기능을 충분히 발휘하면서 압축과정을 원활하게 수행함에 따라 이어지는 응축-팽창-증발의 연속과정도 차질 없이 원활하게 이루어져서 별도의 대형 전기히터를 자체에 설치할 필요 없이 난방사이클에 의해서만도 실내를 충분히 난방할 수 있게 된다.

이처럼, 본 발명에서는 난방운전시 압축기(2)로 유입되기 직전의 냉매가 가열수단(6)에 의해 가열되어 적정온도가 되며, 이로써 실내 및 실외온도가 낮은 동절기에도 압축기(2)가 본래의 기능을 제대로 발휘할 수 있게 되는 것이다.

도 7은 변형 실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

도시된 바와 같이 변형 실시예에 따른 본 발명은 실외기 분리형 제품을 위해 기계실(11')을 분리한 것으로, 케이싱(1')이 송풍실(13')용과 기계실(11')용으로 분리되는 특징적 구성을 갖는다.

여기서, 상기 송풍실(13')에는 제 2열교환기(5)가 설치되고, 상기 기계실(11')에는 압축기(2), 제 1열교환기(3), 팽창밸브(4), 열교환용 압축기(61)와 판형 열교환기(64)로 구성되는 가열수단(6)이 설치된다.

이 같은 구성은 전술된 실시예와 비교하여 사방밸브(17) 및 팽창밸브(4)의 설치위치만이 선택적으로 약간 변형되었을 뿐 거의 다르지 않으며 난방시 동작에서도 마찬가지로 다르지 않다. 그러므로 변형된 실시예의 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 8은 또 다른 변형 실시예에 따른 본 발명의 구성도이고, 도 9는 또 다른 변형 실시예에 따른 본 발명에 의한 전기코일을 설명하기 위한 참조도이다.

도시된 바와 같이, 또 다른 변형 실시예에 의한 본 발명은 열교환용 유체로서 공기 대신 수돗물을 사용할 수 있도록 가열수단이 변형된 특징적 구성을 갖는다.

즉, 상기 가열수단은 실시예와는 달리 열교환용 압축기(61) 없이 판형 열교환기(64)와 전기코일(65)만으로 구성되며, 판형 열교환기(64)의 열교환용 유체 유입측(64a)에는 상수도(110)가 연결되어 수돗물(b)이 공급된다.

여기서 상기 판형 열교환기(64)는, 압축기(2)의 냉매 유입측에 설치되며, 전술된 실시예와 마찬가지로 상기 압축기(2)로 유입되는 냉매 및 열교환용 유체가 흐르는 각각의 유로들이 형성된 얇은 금속판이 다수 적층된 구성으로 상기 냉매 및 열교환용 유체인 수돗물(b)를 열교환시키게 된다.

상기 전기코일(65)은 수돗물(b)과 더 넓게 접촉되도록 도 9와 같이 상수도(110)로부터 상기 판형 열교환기(64)에 연결되는 유체 유입측(64a) 배관 내부 혹은 외부를 휘감으면서 설치된다.

이로써, 상기 상수도(110)로부터 공급되는 수돗물(b)을 전기코일(65)에 의해 고온으로 가열하고 이를 상기 판형 열교환기(64)를 통해 열교환시켜 저온의 냉매를 적정온도로 가열할 수 있게 된다. 한편, 상기 열교환에 사용된 수돗물(b')은 외부로 배출된다.

만일, 상수도(110)로부터 공급되는 수돗물(b)이 온수라면 바람직한 데 이는 전기코일(65)의 가열온도를 많이 높이지 않아도 수돗물을 적정온도에 이르게 할 수 있어 전기소비를 줄일 수 있기 때문이다.

게속해서, 제 2실시예에 따른 본 발명의 구성을 살세히 설명한다. 단, 유사하거나 같은 기능을 갖는 중복된 구성요소들에 대해서는 제 1실시예와 같은 도면부호로 표기하기로 한다.

도 10은 제 2실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도이고, 도 11은 도 10의 가열수단을 추출하여 분리한 구성도이다.

도시된 바와 같이, 제 2실시예에 따른 본 발명은 케이싱(1), 압축기(2), 제 1열교환기(3), 팽창밸브(4), 제 2열교환기(5)를 비롯하여 가열수단(6)을 포함하여 구성된다.

여기서, 제 2실시예에 따른 본 발명은 상기 케이싱(1), 압축기(2), 제 1열교환기(3), 팽창밸브(4)의 경우 그 구성에서 제 1실시예와 거의 같으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

그러나, 상기 가열수단(6)의 경우 제 1실시예와 구별되는 독특한 구성을 가지며, 이하에서는 이를 중심으로 설명하기로 한다.

상기 가열수단(6)은, 열교환용 압축기(61)와, 열교환용 응축기인 판형 열교환기(64)와, 열교환용 팽창밸브(66)와, 열교환용 증발기(68)를 포함하여 구성되어, 자체적으로 소규모의 냉동사이클을 형성하는 가운데, 상기 열교환용 응축기인 판형 열교환기(64)에서 발생되는 응축열을 사용하여 압축기(2)로 유입되는 저온의 냉매를 가열하게 된다.

이를 위해, 상기 열교환용 압축기(61)는, 열교환용 유체로서 프레온을 순환시키면서 압축, 가열한다. 물론, 상기 프레온은 냉매작용을 해야하는 열교환용 유체로서 적절한 유체이지만, 상기 프레온 뿐만 아니라 냉동사이클을 형성하는 데 적절한 것이라면 다른 유체를 사용하는 데 제한되지 않는다.

여기서, 상기 열교환용 압축기(61)는 난방사이클에 의해 작동되는 압축기(2)와는 달리 냉동사이클에 의하여 작동하면서 상온 이상의 증기상태인 프레온을 받기 때문에 유입되는 프레온을 가열하지 않아도 원활하게 작동된다.

상기 판형 열교환기(64)는 상기 열교환용 압축기(61)로부터 압축, 가열된 프레온을 받아 고압의 액체상태로 전환하는 한편, 상기 제 1열교환기(3)로부터 압축기로 유입되는 냉매를 동시에 받아, 고온의 프레온과 저온의 냉매가 열교환되게 한다.

이를 위해, 상기 열교환용 응축기인 판형 열교환기(64)는 상기 프레온 및 냉매가 흐르는 유로들이 형성된 얇은 금속판이 다수 적층되어 형성되며, 고온의 프레온과 저온의 냉매가 유로를 따라 흐르면서 활발하게 열교환된다. 이러한 판형 열교환기(64)의 구성은 실시예에서와 대동소이하고, 전술된 것처럼 공지의 기술에 해당되므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 열교환용 팽창밸브(66)는 판형 열교환기(64)와 열교환용 증발기(68) 사이에 설치되어 고압의 액체상태인 프레온을 압력강하시키게 된다.

상기 열교환용 증발기(68)는 증발과정에서 방출된 증발열이 역시 상기 제 2열교환기(5)의 증발과정에서 방출된 증발열과 함께 하나의 송풍팬(15)에 의해 동시에 송풍될 수 있도록 상기 제 2열교환기(5)와 나란히 배치된다. 이로써 실내난방 효과를 더욱 높일 수 있게 된다.

이와 같이, 제 2실시예에 따른 본 발명은 난방운전시, 열교환용 유체인 프레온을 순환시키면서 별도의 냉동사이클을 형성하는 가열수단을 구비하는 독특한 이중 사이클구조에 의해 난방성능을 비약적으로 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나. 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 난방성능을 높인 냉난방장치는, 자체에 별도의 대형 전기히터를 사용하지 않고서도 높은 수준의 난방성능을 구현할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 대형의 전기히터를 사용하지 않고 본래의 난방사이클을 적극적으로 활용함으로 향후 전기소비량를 현저히 감축시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 실외기 일체형 및 실외기 분리형 제품 모두에 적용 가능하다.

도 1은 종래 기술에 따른 냉난방장치의 구성도.

도 2는 제 1실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도.

도 3은 제 1실시예에 따른 본 발명에 의한 가열수단의 열교환용 압축기 및 전기코일을 보여주는 입면도.

도 4는 제 1실시예에 따른 본 발명에 의한 가열수단의 판형 열교환기를 보여주는 입면도.

도 5는 냉방시 제 1실시예에 따른 본 발명의 동작을 설명하기 위한 구성도.

도 6은 난방시 제 1실시예에 따른 본 발명의 동작을 설명하기 위한 구성도.

도 7은 변형 실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도.

도 8은 또 다른 변형 실시예에 의한 본 발명의 구성도.

도 9는 또 다른 변형 실시예에 따른 본 발명에 사용되는 전기코일을 설명하기 위한 참조도.

도 10은 제 2실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도.

도 11은 도 10의 가열수단을 추출하여 분리한 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 케이싱 2 : 압축기

3 : 제 1열교환기 4 : 팽창밸브

5 : 제 2열교환기 6 : 가열수단

Claims (16)

1. 냉매를 압축하는 압축기와;

   냉방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하고, 난방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하는 제 1열교환기와;

   고압의 액체냉매를 저압의 액체냉매로 압력강하시키는 팽창밸브와;

   냉방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하고, 난방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하는 제 2열교환기와;

   난방시 상기 압축기로 유입되는 냉매를 가열하는 가열수단을 포함하여 구성되는 난방성능을 높인 냉난방장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가열수단은 열교환용 유체를 공급받아 이를 압축기로 유입되는 냉매와 열교환시키는 것을 특징으로 하는 난방성능을 높인 냉난방장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 가열수단은,

   상기 압축기의 냉매 유입측에 설치되며, 상기 압축기로 유입되는 냉매 및 공급받은 열교환용 유체가 각각 흐르는 유로들이 형성된 얇은 금속판이 다수 적층되어, 상기 냉매와 열교환용 유체를 열교환시키는 판형 열교환기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 난방성능을 높인 냉난방장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 판형 열교환기의 열교환용 유체 유입측에는 유입되는 열교환용 유체를 접촉하여 가열하는 전기코일이 더욱 설치되는 것을 특징으로 하는 난방성능을 높인 냉난방장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 가열수단은, 상기 판형 열교환기의 열교환용 유체 유입측에 설치되어, 열교환용 유체를 유입하여 압축, 가열하고, 이를 상기 판형 열교환기에 공급하는 열교환용 압축기가 더욱 구비되는 것을 특징으로 하는 난방성능을 높인 냉난방장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 열교환용 압축기의 유입측에는 유입되는 열교환용 유체를 접촉하여 가열하는 전기코일이 더욱 설치되는 것을 특징으로 하는 난방성능을 높인 냉난방장치.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 가열수단은 열교환용 유체로서 공기를 사용하는 것을 특징으로 하는 난방성능을 높인 냉난방장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 가열수단의 최초 공기 유입측에는 공기를 수집하기 위하여 상광하협의 내주면을 갖는 깔때기형 수집컵이 설치되는 것을 특징으로 하는 난방성능을 높인 냉난방장치.
9. 제 3항에 있어서,

   상기 판형 열교환기는 상수도와 연결되고, 열교환용 유체로서 수돗물을 공급받는 것을 특징으로 하는 난방성능을 높인 냉난방장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 판형 열교환기의 열교환용 유체 유입측에 설치되어, 유입되는 열교환용 유체를 가열하는 전기코일을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 난방성능을 높인 냉난방장치.
11. 제 2항에 있어서,

    상기 가열수단은, 열교환용 유체를 순환시키면서 압축, 가열하는 열교환용 압축기와;

    압축, 가열된 열교환용 유체를 받아 고압의 액체상태로 전환하는 한편, 상기 제 1열교환기로부터 압축기로 유입되는 냉매가 경유하는 열교환용 응축기와;

    고압의 액체상태인 열교환용 유체를 압력강하시키는 열교환용 팽창밸브와;

    상기 열교환용 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체상태인 열교환용 유체를 기화시키는 열교환용 증발기를 포함하여 구성되어,

    상기 열교환용 응축기에서 고온의 열교환용 유체와 저온의 냉매가 열교환되는 것을 특징으로 하는 난방성능을 높인 냉난방장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 열교환용 응축기는, 상기 열교환용 유체 및 냉매가 흐르는 유로들이 형성된 얇은 금속판이 다수 적층되어, 고온의 열교환용 유체와 저온의 냉매가 유로를 따라 흐르면서 열교환되는 판형 열교환기인 것을 특징으로 하는 난방성능을 높인 냉난방장치.
13. 제 11항에 있어서,

    난방시 상기 열교환용 증발기로부터 방출되는 열기와 상기 제 2열교환기로부터 방출되는 열기가 동시에 송풍될 수 있도록, 상기 열교환용 증발기는 상기 제 2열교환기와 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 닌방성능을 높인 냉난방장치.
14. 제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 열교환용 유체는 프레온인 것을 특징으로 하는 난방성능을 높인 냉난방장치.
15. 냉매를 압축하는 압축기와;

    냉방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하고, 난방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하는 제 1열교환기와;

    고압의 액체냉매를 저압의 액체냉매로 압력강하시키는 팽창밸브와;

    냉방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하고, 난방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하는 제 2열교환기와;

    난방시 상기 압축기로 유입되는 냉매를 가열하는 가열수단을 포함하여 구성되고,

    상기 가열수단은, 열교환용 유체로서 공기를 유입하여 압축, 가열하는 열교환용 압축기와, 상기 압축기 및 열교환용 압축기 중간에 연결 설치되며, 상기 압축기로 유입되는 냉매 및 열교환용 압축기로부터 유출되는 공기가 흐르는 유로들이 형성된 얇은 금속판이 다수 적층되어, 상기 냉매와 열교환용 유체를 열교환시키는 판형 열교환기와, 상기 열교환용 압축기의 유입측에 설치되고 유입되는 공기를 수집하기 위하여 상광하협의 내주면을 갖는 깔때기형 수집컵과, 상기 수집컵 내측에 설치되고 압축기에 유입되는 공기를 접촉하여 가열하는 전기코일이 구비되는 것을 특징으로 하는 난방성능을 높인 냉난방장치.
16. 냉매를 압축하는 압축기와;

    냉방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하고, 난방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하는 제 1열교환기와;

    고압의 액체냉매를 저압의 액체냉매로 압력강하시키는 팽창밸브와;

    냉방시 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기 역할을 하고, 난방시 압축기에서 압축된 증기냉매를 고압의 액체냉매로 전환하는 응축기 역할을 하는 제 2열교환기와;

    난방시 상기 압축기로 유입되는 냉매를 가열하는 가열수단을 포함하여 구성되고,

    상기 가열수단은, 열교환용 유체인 프레온을 순환시키면서 압축, 가열하는 열교환용 압축기와, 압축, 가열된 열교환용 유체를 받아 고압의 액체상태로 전환하는 한편 상기 제 1열교환기로부터 압축기로 유입되는 냉매가 경유되면서 고온의 열교환용 유체와 저온의 냉매가 열교환되도록 상기 열교환용 유체 및 냉매가 흐르는 유로들이 형성된 얇은 금속판이 다수 적층되어 고온의 열교환용 유체와 저온의 냉매가 유로를 따라 흐르는 판형 열교환기인 열교환용 응축기와, 고압의 액체상태인 열교환용 유체를 압력강하시키는 열교환용 팽창밸브와, 방출되는 열기가 상기 제 2열교환기로부터 방출되는 열기와 동시에 송풍될 수 있도록 상기 제 2열교환기와 나란히 배치되고, 상기 열교환용 팽창밸브에서 압력강하된 저압의 액체상태인 열교환용 유체를 기화시키는 열교환용 증발기를 포함하여 구성되는 난방성능을 높인 냉난방장치.