KR20060055700A - 열사이폰 원리를 이용한 자연순환식 및 증기압축식으로작동되는 냉방기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열사이폰 원리를 이용하여 응축기를 상부에 설치하고, 증발기를 하부에 설치하여 실내외 온도 편차가 일정치 이상이면 응축기에서 응축, 액화된 냉매가 증발기로 이송되어 실내부를 냉각시키고, 실내외 온도 편차가 일정치 이하이면 증기압축식 냉매 사이클로 작동되는 열사이폰 원리를 이용한 자연순환식 및 증기압축식으로 작동되는 냉방기를 개시한다.

이를 위하여 본 발명은 냉방기의 내측 상부에 응축기를 설치하고, 하부에 증발기를 설치하여 실내외 온도차가 28℃ 이상이면 응축기에서 증발기로 연결된 제1배관의 제1솔레노이드 밸브를 개방하고, 이와 동일한 제2배관의 제2솔레노이드 밸브를 폐쇄시키며, 증발기에서 압축기로 연결된 제3배관의 제5솔레노이드 밸브를 개방하고, 이와 동일한 제4배관의 제4솔레노이드 밸브를 폐쇄시켜 응축기에서 응축, 액화된 냉매가 증발기로 이송된 후 응축기로 순환되는 구성으로 이루어지고, 실내외 온도가 28℃ 이하이면 제1배관의 제1솔레노이드 밸브를 폐쇄하고, 제3배관의 제5솔레노이드 밸브를 폐쇄하며, 제2배관의 제2솔레노이드 밸브 및 제4배관의 제4솔레노이드 밸브를 개방시켜 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기로 냉매가 순환되는 구성으로 이루어진다.

이에 따라, 본 발명은 기온차가 심한 동절기에는 응축기에서 증발기로 냉매가 자연 순환됨으로써 압축기를 구동시키지 않게 되어 전력의 소비를 줄일 수 있고, 압축기의 구동에 따른 진동이 발생하지 않으며, 냉방기의 가동시간 감소로 인 한 수명을 연장하는 효과를 얻을 수 있게 된다.

냉방기, 응축기, 증발기, 솔레노이드 밸브, 온도센서

Description

열사이폰 원리를 이용한 자연순환식 및 증기압축식으로 작동되는 냉방기{Natural Circulation and Vapor Condensing Type Air Conditioning Apparatus Using Thermosyphon Principle}

도 1은 본 발명의 열사이폰 원리를 이용한 자연순환식 및 증기압축식으로 작동되는 냉방기를 나타낸 구성도이고,

도 2는 본 발명의 열사이폰 원리를 이용한 자연순환식 및 증기압축식으로 작동되는 냉방기의 원리도이며,

도 3은 본 발명 냉방기의 다른 실시예를 나타낸 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 압축기 20: 응축기

21: 수액기 22: 제1배관

23: 제2배관 24: 응축기팬

25: 드라이 필터 30: 팽창밸브

40: 증발기 41: 제3배관

42: 제4배관 43: 증발기팬

T1: 내부온도센서 T2: 외부온도센서

SV1,SV2,SV3,SV4,SV5: 제1,2,3,4,5솔레노이드 밸브

본 발명은 열사이폰 원리를 이용한 자연순환식 및 증기압축식으로 작동되는 냉방기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실내온도와 실외온도의 온도 편차가 일정한 온도 이상으로 벌어지면 열사이폰을 이용한 자연순환식으로 작동시켜 통신기기, 통신장비 등을 냉각시키고, 실내온도와 실외온도 편차가 일정한 온도 이하로 좁혀지게 되면 통상의 증기압축식으로 작동되어 실내발생열 등을 냉각시키는 자연순환식 및 증기압축식으로 작동 가능한 냉방기에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 냉장고, 냉방장치 등에 설치되는 증기압축식 냉동장치는 냉매인 프레온 가스, R134a, R22 등을 저압의 증발기로부터 흡입하여 그 압력을 응축 압력까지 압축기에서 높여 고온·고압의 냉매 가스를 냉각, 응축시키는 응축기로 이송되고, 이러한 냉매 가스는 팽창밸브를 통과하여 저온·저압의 상태로 증발기에 이송된다.

증발기에서는 그 내부의 온도를 저하시킨 후 압축기로 이송되어 계속적으로 순환하게 된다.

이러한 냉방장치는 냉장고 뿐만 아니라 다수의 전자부품으로부터 열이 발생되는 전자통신장비 및 전산실, 기타 년중 냉방이 필요한 곳에 설치되어 전자부품이 허용하는 최대 허용온도 및 실내허용온도를 초과하지 못하도록 설치되어진다.

상기 전자통신장비들은 고속 및 고밀도화 추세에 따라 사용되는 부품의 단위 면적당 발열량이 점차 증대되고 있으므로 내부의 열부하가 크게 증대되고 있고, 전자부품의 최대 허용온도인 70℃를 넘지 않도록 냉방장치인 냉방기가 설치되고 있다.

또한, 통신용 함체는 외부의 습기 및 먼지의 유입 등을 방지하기 위하여 함체의 내부 및 외부를 서로 분리하여 밀폐시키고 있으며, 일반적인 냉방장치로서 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기로 이루어지고, 외부의 온도에 관계없이 여름철 뿐만 아니라 겨울철에도 작동되어진다.

이러한 냉방기는 외부의 온도가 저하되는 겨울철에도 압축기를 계속적으로 작동시켜 내부 온도를 저하시키므로 전력의 비용 부담이 크고, 연속 가동으로 그 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 실내온도와 실외온도 편차가 일정치 이상이 되면 자연순환식으로 작동되고, 함체의 실내온도와 실외온도 편차가 일정치 이하이면 증기압축식으로 작동되는 열사이폰을 이용한 자연순환식 및 증기압축식으로 작동되는 냉방기를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 냉매를 고압으로 압축시키는 압축기와, 압축기에서 이송된 냉매를 응축시키는 응축기와, 응축기에서 응축된 냉매를 저온, 저압으로 전환하는 팽창밸브와, 내부에서 발열된 열을 흡수하여 냉각시키는 증발기로 이루어지고, 상기 응축기와 증발기를 연결하는 제2배관 및 증발기에 서 압축기를 연결하는 제4배관이 연결된 냉방기에 있어서, 상기 냉방기의 상부에 고정 설치된 응축기와 냉방기의 하부에 설치되어 응축기와의 높이차가 60㎝ 이상인 증발기를 연결하고 자연순환식으로 작동시에 제어 유닛으로 개방되는 제1솔레노이드 밸브를 소정위치에 설치한 제1배관과, 상기 하부의 증발기와 상부의 응축기를 연결하고 자연순환식으로 작동시에 제어 유닛으로 개방되는 제5솔레노이드 밸브를 소정위치에 설치한 제3배관과, 상기 제2배관에 설치되어 증기압축식으로 작동시에 개방되는 제2솔레노이드 밸브와, 상기 제4배관에 설치되어 증기압축식으로 작동시에 개방되는 제4솔레노이드 밸브를 구비하여 캐비넷의 실내 온도를 측정하는 내부온도센서와 실외 온도를 측정하는 외부온도센서의 온도 측정에 의하여 실내외 온도 편차가 28℃ 이상이면 제어 유닛에 의해 제1솔레노이드 밸브와 제5솔레노이드 밸브를 개방시켜 자연순환식으로 작동되는 열사이폰 원리를 이용한 자연순환식 및 증기압축식으로 작동되는 냉방기를 제안한다.

상기 증발기와 압축기 사이에 설치된 제4솔레노이드 밸브에 병렬로 모세관과 제3솔레노이드 밸브를 설치한 열사이폰 원리를 이용한 자연순환식 및 증기압축식으로 작동되는 냉방기를 제안한다.

이와 같은 본 발명은 실내외의 온도차가 심한 겨울철에 실내외 온도가 28℃ 이상이면 응축기에서 외기에 의해 응축된 냉매가 증발기로 이송된 후 응축기로 순환되면서 내부의 온도를 저하시키고, 압축기를 작동시키지 않음으로써 압축기 작동에 소요되는 전력을 절감함은 물론 압축기의 수명을 연장시키게 되는 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도시된 바와 같이 본 발명은 기체 상태의 냉매를 고압으로 압축하는 압축기(10)를 냉방기(1)의 하부에 설치하고, 그 상부에 압축기(10)에서 압송된 냉매로부터 열을 방출시켜 냉매를 저온의 액상으로 상변화시키는 응축기(20)를 설치하며, 그 하부에는 냉매를 보충하는 수액기(21)를 연결하고, 냉방기(1) 내부에서 발생된 열을 흡수하면서 액체 상태에서 기체 상태로 상변화되는 증발기(40)를 냉방기(1)의 하부에 설치하며, 상기 응축기(20)와 증발기(40) 사이에는 증기압축식으로 작동될 때 작동하는 팽창밸브(30)를 연결한다.

상기 응축기(20)에서 증발기(40)로 연결되는 배관은 하나의 배관에서 2개의 배관으로 분기되어지고, 이러한 2개의 배관 중에서 제1배관(22)에는 자연순환식으로 작동시에 개방되는 제1솔레노이드 밸브(SV1)를 설치하고, 제2배관(23)에는 증기압축식으로 작동시에 개방되는 제2솔레노이드 밸브(SV2)와 팽창밸브(30)를 설치한다.

또한, 증발기(40)에서 압축기(10)와 응축기(20)로 연결되는 배관은 하나의 배관에서 2개의 배관으로 분기되어지고, 이러한 2개의 배관 중에서 제3배관(41)은 증발기(40)에서 응축기(20)로 연결되며, 그 배관 상에 자연순환식으로 작동시에 개방되는 제5솔레노이드 밸브(SV5)를 설치하고, 증발기(40)에서 압축기(10)로 연결되는 제4배관(42)에는 제4솔레노이드 밸브(SV4)를 설치한다.

아울러, 본 발명의 다른 실시예로써 도3에 보인 바와 같이, 증발기(40)와 압축기(10) 사이에 연결되는 제4배관(42)에는 자연순환식에서 증기압축식으로 전환 초기에 한시적으로 개방되어 액상 냉매가 이송되는 제3솔레노이드 밸브(SV3)를 모 세관(44)에 설치한다.

아울러 응축기(20)에는 증발기(40)에서 압송되는 기체 상태인 냉매의 열 방출이 원활하게 이루어짐은 물론 냉방기(1)의 내부에 잔존하는 열원을 방출되게 하는 응축기팬(24)을 응축기(20)의 전면 또는 응축기(20)에 적절한 위치에 설치한다.

또한, 증발기(40)에도 응축기(20)에서와 같이 증발기(40)의 전면 또는 적절한 위치에 증발기팬(43)을 설치하며, 냉방기(1)의 내부 소정 위치에는 캐비넷(1) 내부의 온도를 측정하는 내부온도센서(T1)를 설치하고, 외부 소정 위치에는 캐비넷(1) 외부의 온도를 측정하는 외부온도센서(T2)를 설치한다.

상기의 응축기팬(24)과 증발기팬(43)은 자연순환식으로 작동되거나 증기압축식으로 작동시에 모두 작동되어 응축기(20)와 증발기(40)의 효율을 크게 높이며, 냉매를 보충하는 수액기(21)의 하부에는 냉매를 세정하는 드라이 필터(25)를 설치한다.

본 발명은 실내외의 온도차가 28℃ 이상인 경우 온도감지센서에 의하여 냉방기가 자연순환식으로 자동전환된다. 이를 위하여 응축기(20)의 냉매는 증발기(40)로 자연 낙하가 원활하게 이루어지도록 응축기(20)와 증발기(40)의 설치 위치를 60㎝ 이상의 높이를 유지시켜 자연순환력을 크게 한다.

이에 따라 응축기(20)에서 외기의 찬 공기가 응축기팬(24)으로 흡입되어 냉각되므로 냉매가 응축되어 하부 증발기(40)로 유입되고, 냉방기(1) 내부의 열기가 증발기(40)를 통과하면서 냉매를 증발시켜 상승하므로 응축기(20)에 도달하고 전기한 바와 같이 외기의 찬 공기로 냉각되어 응축되면서 하강되는 전술한 바의 과정을 반복한다.

이와 같이 본 발명의 작동을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 응축기(20)에서 응축된 액체가 증발기(40)로 쉽게 흐르도록 냉매의 유로 방향을 위에서 아래 방향으로 배치하고, 본 발명에서는 냉매를 HFC계열의 R-134a를 사용하는 것이 바람직하나, 이러한 냉매는 오존을 파괴하지 않는 R-11, R-12, R-113, R-114, R-22 등의 냉매를 사용하는 것도 무방하다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 냉방기는 제어 유닛에서 냉방기(1) 내부에 설치된 내부온도센서(T1)와 외부온도센서(T2)의 온도차를 비교하여 실내외 온도차가 28℃ 이상이면 제1솔레노이드 밸브(SV1)와 제5솔레노이드 밸브(SV5)를 개방시키고, 나머지 제2,4솔레노이드 밸브(SV2,SV4)를 폐쇄시킨다.

이와 같은 상태에서 증발기(40)의 냉매는 압축기(10)를 거치지 않고, 바로 응축기(20)로 이송된 냉매는 차가운 외기의 대류에 의하여 냉각되고, 냉각된 냉매는 응축된 저온, 저압의 상태로 냉매의 비중이 증가하게 되어 응축기(20)에서 수액기(21)를 거쳐 개방된 제1솔레노이드 밸브(SV1)를 통과하여 증발기(40)로 유입된다.

증발기(40)로 유입된 냉매는 내부의 더운 공기로부터 열을 흡수하여 비등 증발하게 되고, 이러한 증발 잠열에 의해 내부의 실내공기는 냉각되어진다. 증발기(40)에서 증발한 냉매는 가스 상태로써 제3배관(41)의 개방된 제5솔레노이드 밸브(SV5)를 통과하여 응축기(20)로 유입되는 순환과정이 이루어지게 된다.

이와 같이, 자연순환식으로 냉매가 순환되다가 캐비넷 실내외의 온도차가 28 ℃ 이하가 되면 제어 유닛은 제1솔레노이드 밸브(SV1)와 제5솔레노이드 밸브(SV5)를 폐쇄시킴과 동시에 제2,4솔레노이드 밸브(SV2,SV4)를 개방시키게 된다.

이에 따라 증발기(40)의 냉매는 제4솔레노이드 밸브(SV4)를 통해 압축기(10)로 이송되어 압축기(10)에서 고온, 고압의 냉매로 압축되며, 압축된 냉매는 제3배관(41)을 따라 응축기(20)로 압송되어 응축기(20)에서 응축된다.

응축된 냉매는 수액기(21)을 거쳐 제2배관(23)의 제2솔레노이드 밸브(SV2)를 통과하여 팽창밸브(30)로 이송되고, 팽창밸브(30)에서 교축되어 저온, 저압으로 증발기(40)에 이송된다.

증발기(40)에 이송된 냉매는 내부의 열을 흡수하여 증발 잠열로 내부를 냉각시킨 후 압축기(10)로 보내져 순환된다.

더불어, 응축기(20)에 설치된 응축기팬(24)은 외부의 공기를 응축기(20)로 유입되게 하고, 또한, 증발기팬(43)은 내부의 공기를 순환시키며, 자연순환식으로 작동되거나 증기압축식으로 작동될 때 응축기팬(24)과 증발기팬(43) 모두 실내 부하에 따라 풍량을 자동으로 비례 조절하여 응축기(20)와 증발기(40)의 효율을 향상시킴은 물론이다.

아울러, 본 발명에서는 도3으로 보인 바와 같이 제4솔레노이드 밸브(SV4)의 양단에 모세관(44) 및 제3솔레노이드 밸브(SV3)를 설치할 수도 있다. 이러한 실시예에서는 자연순환식으로 순환되다가 내,외부 온도 편차가 줄어들어 증기압축식으로 작동방식이 전환될 때 압축 액체 상태의 냉매가 압축기(10)에 그대로 유입되면 압축기(10)가 과부하로 손상될 우려가 높으므로, 전환 초기에는 한시적으로 제3솔 레노이드 밸브(SV3)를 개방하고 제4솔레노이드 밸브(SV4)를 닫아 액상 냉매가 모세관(44)을 통과하면서 증발되도록 하여 압축기(10)가 무리하지 않고 작동가능하게 하고 잠시 후 제3솔레노이드 밸브(SV3)를 닫고 제4솔레노이드 밸브(SV4)를 열어 정상적인 증기압축식 작동이 가능하도록 할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 통신기기, 통신기기실, 전산실 등 년중 냉방부하가 발생하는 장소에서 기온차가 심한 동절기에 온도차가 28℃ 이상이면 냉방장치의 냉매가 자연순환됨으로써 압축기를 작동시키는 전력의 소비를 감소시키고, 더불어 압축기가 작동하지 않게 됨으로써 냉방기의 수명 연장효과 및 소음·진동의 감소를 얻을 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 냉매를 고압으로 압축시키는 압축기와, 압축기에서 이송된 냉매를 응축, 액화시키는 응축기와, 응축기에서 액화된 냉매를 저온, 저압으로 전환하는 팽창밸브와, 내부에서 발열된 열을 흡수하여 냉각시키는 증발기로 이루어지고, 상기 응축기와 증발기를 연결하는 제2배관 및 증발기에서 압축기를 연결하는 제4배관이 연결된 냉방기에 있어서,

   상기 캐비넷의 상부에 고정 설치된 응축기와 캐비넷의 하부에 고정 설치되어 응축기와의 높이차가 70㎝ 이상인 증발기를 연결하고 자연순환식으로 작동시에 제어 유닛으로 개방되는 제1솔레노이드 밸브를 소정위치에 설치한 제1배관과,

   상기 하부의 증발기와 상부의 응축기를 연결하고 자연순환식으로 작동시에 제어 유닛으로 개방되는 제5솔레노이드 밸브를 소정위치에 설치한 제3배관과,

   상기 제2배관에 설치되어 증기압축식으로 작동시에 개방되는 제2솔레노이드 밸브와,

   상기 제4배관에 설치되어 증기압축식으로 작동시에 개방되는 제4솔레노이드 밸브를 구비하여 캐비넷의 실내 온도를 측정하는 내부온도센서와 실외 온도를 측정하는 외부온도센서의 온도 측정에 의하여 실내외 온도 편차가 28℃ 이상이면 제어 유닛에 의해 제1솔레노이드 밸브와 제5솔레노이드 밸브를 개방시켜 자연순환식으로 작동되는 것을 특징으로 하는 열사이폰 원리를 이용한 자연순환식 및 증기압축식으로 작동되는 냉방기.
2. 청구항1에 있어서,

   상기 증발기와 압축기 사이에 설치된 제4솔레노이드 밸브에 병렬로 모세관과 제3솔레노이드 밸브를 설치하여서 됨을 특징으로 하는 열사이폰 원리를 이용한 자연순환식 및 증기압축식으로 작동되는 냉방기.

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