KR20060093513A - 전열교환기 및 전열교환기에 의한 공조 시스템 - Google Patents

전열교환기 및 전열교환기에 의한 공조 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전열교환기는 서로 다른 유체의 섞임이 없이 열교환이 수행되도록 하기 위하여 적층되는 다수의 채널; 및 상기 채널 중의 적어도 어느 하나에 제공되어, 채널의 내부를 유동하는 공기와 열교환이 수행되는 냉매관이 포함된다.
본 발명에 의한 전열교환기 및 전열교환기에 의한 공조 시스템에 의해서 사용자가 원하는 환경을 보다 사용자가 원하는 방향으로 적절하게 구성할 수 있는 장점이 있다.
전열교환기, 냉매관, 열교환기

Description

전열교환기 및 전열교환기에 의한 공조 시스템{Air to air heat exchanger and air conditioning system using the same}
도 1은 본 발명에 따른 전열교환기의 사시도.
도 2는 도 1의 "A"부분의 확대도.
도 3은 본 발명에 따른 전열교환기가 사용되는 공조 시스템의 실시예를 설명하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 공조 시스템의 다른 실시예를 설명하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 공조 시스템의 또 다른 실시예를 도시하는 도면.
<도면이 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 전열교환기 2 : 제 1 채널 3 : 제 2 채널
4 : 유입관로 5 : 유출관로 6 : 냉매관
본 발명은 전열교환기에 관한 것으로서, 상세하게는 전열교환기에서 자체적으로 냉매에 의한 열교환이 더 수행됨으로써 열교환 성능이 개선되고, 전열열교환기의 사용상의 편의성이 더욱 개선되는 전열교환기 및 전열교환기에 의한 공조 시 스템에 관한 것이다.
전열교환기는 공기들 간의 열교환이 수행되도록 함으로써, 어느 한 경계영역내에 유지되고 있는 열량이 그대로 보존되는 상태에서 외부공기의 환기작용이 수행되도록 하는 열교환기이다. 전열교환기의 대표적인 예로서는 교차하여 개방되는 양 채널이 적층된 상태에서, 각각의 채널 내부를 유동하는 공기가 서로 간에 열교환이 수행되도록 하는 열교환기가 있다.
그러나, 종래 전열교환기는 일정한 계의 내부온도가 제어가 그대로 유지되도록 하기 위한 기능이 수행될 뿐이다. 그러므로, 계의 내부온도가 사용자가 원하는 상태로 유지되도록 하기 위해서는 별도의 공조 시스템이 계의 내부에 더 부설되어야 하는 단점이 있다.
이와 같이 별도의 공조 시스템이 더 설치되도록 하기 위해서는 관로설비 및 추가설비의 설치를 위해서 추가적인 비용이 많이 소모되는 단점이 있다.
나아가서, 별도의 공조 시스템이 설치되기 위해서는 실내환경이 복잡해지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기되는 문제점을 개선하기 위하여 제안되는 것으로서, 전열교환기와 공조 시스템이 혼합되어 사용자가 더욱 편리하게 공조 환경을 조성할 수 있는 전열교환기 및 전열교환기에 의한 공조 시스템을 제안하는 것을 목적으로 한다.
또한, 전열교환기의 내부구성으로 별도의 냉매배관이 더 구비되도록 함으로써, 설치비용이 줄어들고 실내환경이 개선되고 다양한 환경에 따라서 적절히 공조 환경을 갖출 수 있는 전열교환기 및 전열교환기에 의한 공조 시스템을 제안하는 것을 목적으로 한다.
상기되는 목적을 달성하기 위한 전열교환기는 서로 다른 유체의 섞임이 없이 열교환이 수행되도록 하기 위하여 적층되는 다수의 채널; 및 상기 채널 중의 적어도 어느 하나에 제공되어, 채널의 내부를 유동하는 공기와 열교환이 수행되는 냉매관이 포함된다.
다른 측면에 따른 본 발명의 전열교환기에 의한 공조 시스템은 외계의 공간인 제 1 영역; 사람이 생활하는 제 2 영역; 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역의 경계면에 놓이는 전열교환기; 상기 전열교환기의 적어도 어느 하나의 채널에 제공되는 제 1 열교환기; 상기 제 1 열교환기와 연통되어 냉매의 순환에 의한 다른 열교환이 수행되는 제 2 열교환기; 및 적어도 상기 제 2 열교환기가 놓이는 제 3 영역이 포함된다.
제안되는 바와 같은 구성에 의해서 전열교환기의 사용 및 설치상의 편의성이 한층 더 개선되고, 사용자는 청결한 공기와 함께 원하는 온도의 실내환경을 보다 편리하게 구현할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 이하의 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 본 발명의 사상에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전열교환기의 사시도이고, 도 2는 도 1의 "A"부분의 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전열교환기(1)에는 제 1 방향으로 공기가 연통되는 제 1 채널(2)과, 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 공기가 연통되는 제 2 채널(3)과, 상기 제 1 채널(2)의 내부 공간에 설치되는 냉매관(6)과, 상기 냉매관(6)으로 냉매가 유입되고 유출되도록 하는 유입관로(4) 및 유출관로(5)가 형성된다.
상기 제 1 방향과 제 2 방향은 공기의 유동방향을 설명하는 것으로서, 각각이 직교되는 방향으로 교차형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1 채널(2)과 제 2 채널(3)은 각각의 채널이 교대로 적층형성되는 것이 바람직하다.
도면에 제시되는 바와 같이, 제 1 채널(2)의 내부에 냉매관(6)이 놓이게 됨으로써, 상기 제 1 채널(2) 내부를 유동하는 공기는 냉매관(6)의 영향에 의해서 냉매관의 상태에 따른 열전달을 받게 된다. 예를 들어, 냉매관(6)이 증발기로 동작되는 경우에는 제 1 채널(2)을 따라 유동되는 공기는 냉매관(6)으로 열을 전달하게 되고, 냉매관(6)이 응축기로 동작되는 경우에는 제 1 채널(2)을 따라 유동되는 공기는 냉매관(6)으로부터 열을 흡수하게 된다. 물론, 이때에도 전열교환기의 일반적인 동작과 같이 제 1 채널(2)과 제 2 채널(3)의 공기는 서로 열교환이 수행되어 상호간에 일정량의 열교환이 수행된다.
다만, 상기 제 1 채널(2)의 내부를 유동하는 공기는 냉매관(6)과 열전달이 수행됨과 함께, 제 2 채널(3)과도 열전달이 수행된다. 그러므로, 제 1 채널(2)과 제 2 채널(3)과의 사이에만 열전달이 수행되는 경우와 비교하여 채널(2)(3)간의 열전달효과가 떨어지는 단점은 있을 수 있다. 그러나, 본 발명의 설명에 있어서는 그러한 효과를 무시하고, 상호간에 열전달은 이상적인 상태로 일어나는 것으로 가정한다. 다시 말하면, 제 1 채널(2) 내부의 공기는 냉매관(6)과 열전달이 수행됨과 함께, 제 2 채널(3) 내부의 공기와 열전달이 손실없이 이상적으로 수행되는 것으로 가정한다.
상기되는 설명에 의해서 본 발명에 따른 전열교환기의 동작에 대해서는 충분히 이해될 수 있을 것이고, 이하에서는 그러한 전열교환기가 공조 시스템에 적용되는 경우에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명에서는 상기 제 1 채널(2)은 실내로 유입되는 관로이고, 상기 제 2 채널(3)은 실외로 유출되는 관로인 것을 상정하여 설명을 행하도록 하고, 팬은 각각의 채널(2)(3)에 대해서 할당되어 공기 유동이 강제로 수행되는 것으로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 전열교환기가 사용되는 공조 시스템의 실시예를 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 공조 시스템은 전열교환기의 제 2 채널을 통한 공기가 유출되는 외계영역(B1)과, 전열교환기의 제 1 채널을 통한 공기가 유출되는 사용자가 생활하게 되는 생활영역(B2)와, 공조 시스템이 설치되는 고온영역(B3)으로 그 영역이 구분될 수 있다.
또한, 냉매의 순환에 의한 냉동 시스템의 열교환 동작을 설명하면, 상기 고온영역(B3)에는 압축기(7), 응축기(8), 및 팽창기(9)가 설치되어 있는 상태에서 소 정의 벽에 의해서 생활영역(B2)과 구분되어 있다. 그리고, 상기 전열교환기(1)는 외계영역(B1)과 생활영역(B2)의 경계면에 장착되어 있고, 상기 전열교환기(1) 내부의 제 1 채널(2)에는 냉매관(6)이 삽입되어 있다.
상기 도 3을 참조하여 냉동 시스템과 전열교환기가 각각 동작되는 상태에서 각각의 영역의 열평형상태를 설명한다.
먼저, 냉동 시스템이 동작되는 경우에는 상기 고온영역(B3)의 내부에는 압축기에 의한 일(W)과 냉매에 의한 방열량(Q1)이 응축기(8)에 의해서 더하여진다. 그리고, 생활영역(B2)에는 냉매에 의한 흡열량(-Q1)이 더하여진다. 일반적인 경우에 상기 Q1은 양의 값을 가지는 것으로 상정된다.
또한, 전열교환기(1)가 동작되는 경우에는 전열교환기의 채널(2)(3)간의 열전달에 의해서 열전달이 수행됨에도 불구하고, 생활영역(B2)과 외계영역(B1)의 사이에는 열전달이 일어나는 것이 일반적이다. 그러므로, 전열교환기(1)에 의해서는 외계영역(B1)에는 흡열량(-Q2)가 더해지고, 생활영역(B2)에는 방열량(Q2)이 더하여진다. 상기 Q2는 외계의 실내의 상태에 따라서 양의값 또는 음의값을 임의로 가질 수 있을 것이다. 예를 들어 생활영역(B2)이 외계영역(B1)보다 뜨거운 경우에는 Q2는 음의값을 가질 것이고, 이와 반대인 경우에는 Q2는 양의값을 가질 수 있을 것이다.
상기되는 관계에 의한 각 영역의 열평형상태를 수학식으로 표시하면 하기되는 수학식 1과 같다.
외계영역 = - Q2
생활영역 = Q2 - Q1
고온영역 = W + Q1
예를 들어, 여름과 같은 경우에 생활영역(B2)이 저온상태로 유지되고, 외계영역(B1)이 고온상태이고, 냉동 시스템이 동작되는 경우에는 상기 Q1은 양의값을 가지고, 상기 Q2는 양의값을 가지게 될 것이다. 이 상태에서는 생활영역(B2)은 Q2 - Q1 만큼의 열이 계속해서 더해질 것이고, 고온영역(B3)은 W + Q1만큼의 열이 계속해서 더해질 것이다. 또한, 외계에는 -Q2만큼의 열량이 더해질 것이다.
그리고, 각각의 영역이 구분되어 사용되는 경우에는 고온영역(B3)은 고온으로 유지되는 항온조로서의 역할이 별도로 수행될 수 있고, 생활영역(B2)는 환기가 되는 상태에서 일정한 온도 분위기에서 쾌적한 생활을 할 수 있게 될 것이다. 그리고, 외계영역(B1)에서는 일정한 양의 열이 방출되는 경우가 될 것이다.
한편, 상기 각각의 영역(B1)(B2)(B3)를 구분하는 벽의 연통상황에 따라서 본 발명의 공조 시스템은 사용상태가 달라질 수 있다.
예를 들어, 외계영역(B1)과 고온영역(B3)가 서로 연통되는 상태로 벽이 형성되는 경우에는, 생활영역(B2)의 열평형 상태는 변화가 없는 상태에서 외계영역(B1)과 고온영역(B3)은 합하여진 상태에서 고온외계영역으로 동작될 것이다.
나아가서, 벽의 연통 상태에 따라서 다양한 열평형상태의 변화가 가능하게 될 것임은 자명하다.
상기되는 공조 시스템의 경우에서 만약, 냉동 시스템이 동작되지 아니하는 경우에는 고온영역(B3)는 동작되지 아니하고, 환기만이 수행되는 과정으로 동작될 수도 있다. 그리고, 전열교환기에 의한 공기의 교환을 수행되지 아니한 상태에서 냉동 시스템만이 동작되어 열교환이 수행될 수도 있을 것이다.
설명되는 바와 같이, 본 발명에 따른 공조 시스템은 외계영역(B1)과, 생활영역(B2)와, 고온영역(B3)으로 구분되어 각 상태별로 계의 내부에 대한 공조가 수행될 수 있다. 그러므로, 생활영역(B2)에는 사용자가 적당한 공조 환경에서 생활할 수도 있고, 고온영역(B3)에는 항온조로서 외부와의 열교환이 없는 고온영역이 필요한 고온항온조로서의 기능이 수행되도록 할 수도 있다.
이상의 실시예에서는 상기 냉매관(6)이 제 1 채널(2)의 내부 공간에 형성되어 증발기로서의 역할이 수행되는 것으로 설명되어 있고, 그 상태로 공조 시스템이 운용되는 것으로 설명하고 있다. 이 상태에서 각각의 영역은 서로 다른 공조상태로 운전이 가능한 것은 이미 본 바와 같다. 이하에서는 상기 전열교환기(1)의 내부에 제공되는 냉매관(6)이 응축기로 사용되는 경우에 대해서 설명을 한다.
도 4는 본 발명에 따른 공조 시스템의 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 다른 부분은 도 3에 도시되는 것과 동일하고, 다만 사방변(미도시)과 같은 도시되지 아니한 기구에 의해서 냉매의 동작 방향이 역전되어, 전열교환기(1)의 제 1 채널(2)내부에 부설되는 냉매관(6)이 응축기로 동작되는 것에 있어서만 차이가 있다. 그러므로, 팽창기(9), 압축기(7), 및 증발기(10)가 제공되는 것은 당연히 짐작될 것이다.
이 상태에서 각 영역의 구분에 대해서 설명하면, 먼저 외계영역(B1)에는 Q2 의 열이 더해지고, 생활영역(B2)에는 W+Q1-Q2의 열이 더해진다. 그리고, 냉방영역(B3)에는 -Q1의 열이 더해진다. 이 상태는 겨울에 생활영역이 난방되어야 하는 경우에 사용되는 것으로 설명될 수 있다.
이 때에는 상기 생활영역(B2)은 소정량의 열이 더해지게 되므로 난방생활영역으로 설명될 수 있고, 상기 냉방영역(B3)는 저온항온조로서의 기능이 수행될 수 있을 것이다. 이 경우에도 벽의 연통 상태에 따라서 외계영역(B1)과 냉방영역(B3)이 합하여진 상태로 운전될 수도 있을 것이다.
상기되는 실시예는 전열교환기(1)의 제 1 채널(2)에 냉매관(6)이 부설되는 경우로 설명이 되고 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하고, 제 2 채널(3)의 내부에 냉매관(6)이 삽입되어 있을 수도 있다. 다시 말하면, 외계로 공기가 배출되는 채널에 냉매관(6)이 놓일 수도 있는 것이다.
도 5는 본 발명의 공조 시스템의 또 다른 실시예를 도시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 다른 부분은 도 4에 제시되는 실시예와 동일하고, 다만 제 2 채널(3)의 내부에 냉매관(6)이 부설되는 것에 있어서만 차이가 있다.
본 실시예의 구성을 설명하면, 압축기(7), 증발기(10), 및 팽창기(9)는 냉방영역(B3)에 설치되고, 상기 전열교환기(1)의 제 2 채널(3)에는 냉매관(6)이 형성되어 있다.
이 상태에서 각 영역에 대 열평형상태를 설명하면, 외계영역(B1)에는 W+Q1-Q2의 열이 더해지고, 생활영역(B2)에는 Q2의 열이 더해지고, 냉방영역(B3)에는 -Q1의 열이 더해진다. 이 경우에는 생활영열(B2)는 냉동 시스템에 의한 영향을 받지않 고 환기만이 수행되고, 전열교환기는 생활영역(B2)에 대해서는 환기를 위한 전열교환이 수행될 뿐이고, 강제냉방이 수행되는 역할은 수행되지 않게 되는 것이다. 나아가서, 상기 냉방영역(B3)은 항온냉방조로서의 역할이 수행될 수 있게 되는 것이다.
다만, 이 경우에 생활영역(B2)와 냉방영역(B3)의 벽이 연통되는 경우에는 생활영역(B2)은 냉방생활영역으로서의 기능이 수행될 수 있게 된다. 그리고, 전열교환기는 환기의 기능과 함께 공조 시스템의 실외기로서의 기능이 수행되는 것은 용이하게 짐작될 것이다.
도 5에 제시되는 실시예의 경우에, 냉동 시스템이 역방향으로 운전되는 경우에는 냉방영역(B3)이 온방영역으로 역전되는 것은 용이하게 짐작될 것이다.
설명된 바와 같은 본 발명에 따른 전열교환기는 전열교환기의 내부채널에 냉매관이 부설됨으로써 다양한 기능이 수행되는데, 각각의 전열교환기의 기능은 설명되는 바와 같은 다수의 공조 시스템에 의해서 설명이 된 바가 있다. 이하에서는 그러한 기능에 대해서 상세하게 설명한다.
첫째로, 전열교환기(1)의 제 1 채널(2)에 냉매관(6)이 설치되는 경우(도 3에 의해서 지지되는 경우)에는, 상기 전열교환기(1)는 환기의 기능뿐이 아니라, 공조 시스템의 증발기로서의 역할이 수행되어 냉기를 실내로 공급하게 된다.
둘째로, 비록 전열교환기(1)의 내부에 냉매관이 설치되어 있다고 하더라도, 냉매관을 통하여 냉매가 흐르지 않는 경우에는 단순한 전열교환기(1)로서의 역할이 수행될 수도 있다.
셋째로, 전열교환기(1)의 제 1 채널(2)에 냉매관(6)이 설치되는 경우(도 4에 의해서 지지되는 경우)에는, 상기 전열교환기(1)는 환기의 기능뿐이 아니라, 공조 시스템의 응축기로서의 역할이 수행되어 온기를 실내로 공급하게 된다.
넷째로, 비록 전열교환기(1)의 내부에 냉매관이 설치되어 있다고 하더라도, 전열교환기(1)가 동작되지 아니하는 경우에는 환기의 기능은 수행이 없이 공조 ㅅ스템의 실내기만으로의 역할이 수행될 수도 있다.
다섯째로, 전열교환기(1)의 제 2 채널(3)에 냉매관(6)이 설치되는 경우(도 5에 의해서 지지되는 경우)에는, 상기 전열교환기(1)는 공조 시스템의 실외기로서의 역할이 수행될 수도 있다.
설명되는 바와 같은 본 발명에 따른 전열교환기 및 전열교환기에 의한 공조 시스템에 의해서 사용자가 원하는 환경을 보다 사용자가 원하는 방향으로 적절하게 구성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 공조 시스템을 보다 다양한 상태로 운전할 수 있고, 공조 시스템의 설치의 편의가 개선되는 장점이 있다.
또한, 환기장치와 냉동 시스템이 연계되어 동작이 됨으로써, 설치의 편의와 사용상의 편의와, 구조상의 간단화가 증진되는 장점이 있다.
또한, 다양한 공조 상태로의 변화가 보다 편리하게 구현되는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 서로 다른 유체의 섞임이 없이 열교환이 수행되도록 하기 위하여 적층되는 다수의 채널; 및
    상기 채널 중의 적어도 어느 하나에 제공되어, 채널의 내부를 유동하는 공기와 열교환이 수행되는 냉매관이 포함되는 전열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매관은 증발기로서 동작되는 전열교환기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매관은 응축기로서 동작되는 전열교환기.
  4. 외계의 공간인 제 1 영역;
    사람이 생활하는 제 2 영역;
    상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역의 경계면에 놓이는 전열교환기;
    상기 전열교환기의 적어도 어느 하나의 채널에 제공되는 제 1 열교환기;
    상기 제 1 열교환기와 연통되어 냉매의 순환에 의한 다른 열교환이 수행되는 제 2 열교환기; 및
    적어도 상기 제 2 열교환기가 놓이는 제 3 영역이 포함되는 공조 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기가 설치되는 채널은 상기 제 2 영역으로 공기가 유입되는 채널 또는 상기 제 1 영역으로 공기가 유입되는 채널인 공조 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 영역 및 제 3 영역은 상호간에 연통되는 공조 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 영역 및 제 2 영역은 상호간에 연통되는 공조 시스템.
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