KR20070018420A

KR20070018420A - 태양열을 이용한 공기조화 시스템 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20070018420A
Application number: KR1020050073102A
Authority: KR
Inventors: 이원희
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2007-02-14

Abstract

본 발명의 태양열을 이용한 공기조화 시스템은 태양열 집열판에 수거된 열이 전열수단에 의해 히트 펌프식 공기조화기의 냉매를 가열하는데 사용되므로, 별도의 외부 전력 없이, 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

공기조화 시스템, 히트 펌프식 공기조화기, 태양열 집열판, 전열 열교환기, 실외 열교환기

Description

태양열을 이용한 공기조화 시스템 및 그 제어 방법{Air conditioner and Control method of the same}

도 1은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 공기조화 시스템 제 1 실시예의 일부 절결 분해 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 태양열 집열판의 열이 실외 열교환기의 입구로 흡입되는 냉매로 직접 회수될 때의 개략 구성도,

도 3은 도 2에 도시된 태양열 집열판의 열이 축열조로 축적될 때의 개략 구성도,

도 4는 도 2에 도시된 축열조의 열이 실외 열교환기의 입구로 흡입되는 냉매로 회수될 때의 개략 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 공기조화 시스템 제 2 실시예의 개략 구성도,

도 6은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 공기조화 시스템 제 3 실시예의 개략 구성도,

도 7은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 공기조화 시스템 제 4 실시예의 개략 구성도,

도 8은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 공기조화 시스템의 제어 방법 일실 시예가 도시된 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

2: 압축기 4: 사방밸브

6: 실외 열교환기 8: 팽창기구

10; 실내 열교환기 20: 히트 펌프식 공기조화기

30: 태양열 집열판 32: 전열 열교환기

34: 태양열 회수 유로 42: 축열조

43: 태양열 축열 유로 50: 축열 회수 유로

76: 제어부 I: 실내기

O: 실외기

본 발명은 태양열을 이용한 공기조화 시스템에 관한 것으로서, 특히 태양열을 이용하여 실외 열교환기나 압축기로 유입되는 냉매를 가열하거나 실외 열교환기나 압축기를 직접 가열하는 태양열을 이용한 공기조화 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 사용자에게 보다 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내를 냉방시키거나 난방시키는 것으로서, 압축기와 사방 밸브와 실외 열교환기(응축기 혹은 증발기)와 팽창 기구와 실내 열교환기(증발기 혹은 응축기)로 이루 어진 냉매의 냉동사이클이 장착되고 , 크게 분리형과 일체형으로 구분된다.

상기한 분리형과 일체형은 기능적으로는 같지만 분리형은 실내기에 실내 열교환기와, 실내 팬 및 실내팬 모터 등을 설치하고 실외기에 실외 열교환기와, 압축기와, 실외 팬 및 실외팬 모터 등을 설치하여 서로 분리된 실내기와 실외기를 냉매 배관으로 연결시킨 것이고, 일체형은 압축기와 사방 밸브와 실외 열교환기와 팽창 기구와 실내 열교환기 등을 하나의 섀시 내에 장착하고 창 등에 걸어서 설치하거나 실외에 설치하고 실내와 덕트로 연결한 것이다.

상기와 같은 공기조화기는 냉방 운전시, 압축기에서 압축된 냉매가 사방 밸브, 실외 열교환기(응축기), 팽창기구, 실내 열교환기(증발기), 사방밸브, 압축기 순으로 순환되면서, 실내 열교환기가 실내의 공기를 빼앗아 실내를 냉방시키고, 난방 운전시 압축기에서 압축된 냉매가 사방 밸브, 실내 열교환기(증발기), 팽창기구, 실내 열교환기(응축기), 사방밸브, 압축기 순으로 순환되면서 실내 열교환기가 실내로 열을 방출하여 실내를 난방시킨다.

그러나, 종래 기술에 따른 공기조화기는 난방 운전시 실외 온도가 영하 15° 내지 영하 5°이하이면, 실외 열교환기의 증발 온도가 너무 낮아져서, 압축기로 액냉매가 유입될 수 있고, 실외 열교환기의 착상이 과다하여 난방 능력을 제대로 발휘하지 못하게 되며, 그에 따라 쾌적성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 종래 기술에 따른 공기조화기는 난방 운전시, 실외 열교환기에 착상된 서리를 제거하기 위해, 냉매의 흐름을 냉방 운전으로 절환하거나 압축기에서 압축된 냉매를 바이패스 시켜 실외 열교환기로 흐르도록 하는 제상 운전 등을 실시하게 되나, 잦은 제상 운전의 실시로 인해 난방이 지속적으로 유지되지 못하고, 전체적으로 난방 능력이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 종래 기술에 따른 공기조화기는 상기 압축기가 저온에서 장시간 방치되면, 압축기의 기동이 실패하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양열을 이용하여 실외 열교환기의 착상을 지연시키고 난방 성능을 향상시키는 태양열을 이용한 공기조화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 제상 시간 혹은 횟수를 최소화하여 쾌적한 난방을 제공하는 태양열을 이용한 공기조화 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 압축기의 기동이 용이하여 신뢰성이 향상된 태양열을 이용한 공기조화 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 태양열을 이용한 공기조화 시스템은 압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 팽창기구, 실내 열교환기를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기와; 태양열을 집열하는 태양열 집열판과; 상기 태양열 집열판에 집열된 열이 상기 히트 펌프식 공기조화기의 냉매를 가열하도록 설치된 전열수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양열 집열판은 상기 히트 펌프식 공기조화기의 실외기 샤시의 전부 혹은 일부를 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전열수단은 상기 히트 펌프식 공기조화기의 난방 운전시, 상기 태양열 집열판에 집열된 열이 상기 실외 열교환기로 유입되는 냉매를 가열할 수 있도록 회수시키는 전열 열교환기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전열수단은 상기 히트 펌프식 공기조화기의 난방 운전시, 상기 태양열 집열판에 집열된 열이 상기 압축기로 유입되는 냉매를 가열할 수 있도록 회수시키는 전열 열교환기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전열 열교환기는 열매체가 상기 태양열 집열판과 전열 열교환기를 순환할 수 있도록 상기 태양열 집열판과 열매체 순환 유로로 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전열 열교환기는 냉매가 통과하는 냉매 유로와 열 회수 유로가 접하도록 구분된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전열수단은 상기 태양열 집열판의 열을 축적하여 상기 히트 펌프식 공기조화기의 냉매로 회수시키는 축열조를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 태양열을 이용한 공기조화 시스템은 압축기, 사방 밸브, 실내 열교환기, 팽창기구, 실외 열교환기를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기와; 태양열을 집열하는 태양열 집열판과; 상기 태양열 집열판에 집열된 열이 상기 실외 열교환기를 가열하도록 설치된 전열수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 태양열을 이용한 공기조화 시스템은 압축기, 사방 밸브, 실내 열교환기, 팽창기구, 실외 열교환기를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기와; 태양열을 집열하는 태양열 집열판과; 상기 태양열 집열판에 집열된 열이 상기 압축기를 가열하도록 설치된 전열수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 태양열을 이용한 공기조화 시스템의 제어 방법은 히트 펌프식 공기조화기의 운전 정지 중에, 압축기의 정지 시간을 카운트하는 제 1 단계와; 상기 히트 펌프식 공기조화기의 난방 운전 명령이 입력되면, 상기 제 1 단계에서 카운된 압축기의 정지 시간을 설정 시간과 비교하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계의 비교 결과, 압축기의 정지 시간이 설정 시간 이상이면, 태양열 집열판에 집열된 열을 압축기로 회수시키는 제 3 단계와; 상기 제 3 단계의 이후에, 상기 압축기를 기동하는 제 4 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 공기조화 시스템 제 1 실시예의 일부 절결 분해 사시도이다.

본 실시예에 의한 태양열을 이용한 공기조화 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(2), 사방 밸브(4), 실외 열교환기(6), 팽창기구(8), 실내 열교환기(10)를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기(20)와; 태양열을 집열하는 태양열 집열판(30)과; 상기 태양열 집열판(30)에 집열된 열이 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)의 냉매를 가열하도록 설치된 전열수단(31)을 포함하여 구성된다.

상기 히트 펌프식 공기조화기(20)는 실내기(I)와 실외기(O)가 분리된 분리형으로 구성되는 것도 가능하고, 실내기(I)와 실외기(O)가 일체로 이루어진 일체형으로 구성되는 것도 가능하며, 이하 분리형으로 구성된 것으로 한정하여 설명한다.

상기 실내기(I)에는 상기 실내 열교환기(10)가 설치됨과 아울러, 실내의 공기를 상기 실내 열교환기(10)로 송풍시키는 실내 송풍기(11)가 장착된다.

상기 실외기(O)에는 압축기(2), 사방 밸브(4), 실외 열교환기(6), 팽창기구(8)가 설치됨과 아울러, 실외의 공기를 실외의 공기를 상기 실외 열교환기(6)로 송풍시키는 실외 송풍기(12)가 설치된다.

상기 압축기(2)는 냉매가 흡입되는 흡입 배관에 상기 압축기(2)로 흡입되는 냉매 중 액 냉매가 축적되는 어큐물레이터(3)가 설치된다.

상기 사방 밸브(4)는 공기조화기의 냉방 운전시, 상기 압축기(2)에서 압축된 고온 고압의 기체 냉매를 실외 열교환기(6,응축기)로 유도하고, 공기조화기의 난방 운전시, 상기 압축기(2)에서 압축된 고온 고압의 기체 냉매를 상기 실내 열교환기(10,응축기)로 유도하는 것으로서, 상기 압축기(2), 실내 열교환기(10), 실외 열교환기(6), 어큐물레이터(3)와 냉매 배관으로 연결된다.

상기 태양열 집열판(30)은 실외기(O)의 외관을 형성하는 샤시(14)의 상측 또는 옆에 설치되는 것도 가능하고, 상기 샤시(14)의 전부 혹은 일부를 구성하는 것도 가능하며, 이하, 샤시(14)의 일부 특히, 상면부를 구성하는 것으로 한정하여 설명한다.

즉, 실외기(O)는 상기 샤시(14)의 상면이 개방되고, 상기 태양열 집열판(30) 이 상기 샤시(14)의 개방된 상면에 덮도록 설치된다.

상기 전열수단(31)은 태양열 집열판(30)의 열을 전도 방식에 의해 냉매로 직접 전달하는 것도 가능하고, 열을 운반할 수 있는 부동액이나 물 등의 열매체(이하, ‘열매체’라 칭함)가 태양열 집열판(30)과 냉매를 가열할 수 있도록 설치된 전열 열교환기(32) 사이를 순환하면서, 태양열 집열판(30)에 집열된 열을 냉매로 간접 전달하는 것도 가능하며, 이하 간접적으로 전달하는 것으로 한정하여 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 태양열 집열판의 열이 실외 열교환기의 입구로 흡입되는 냉매로 직접 회수될 때의 개략 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 태양열 집열판의 열이 축열조로 축적될 때의 개략 구성도이며, 도 4는 도 2에 도시된 축열조의 열이 실외 열교환기의 입구로 흡입되는 냉매로 회수될 때의 개략 구성도이다.

상기 태양열 집열판(30)은 태양 에너지를 열로 변화하는 장치로서, 빛이 태양열 집열판(30)의 내부로 들어오면, 내부에서 적외선으로 바뀌고, 이 적외선은 투명창을 투과하지 못하여 내부에서 가열된다.

상기 태양열 집열판(30)에는 그 내부의 열을 흡수하였다가 상기 전열수단(31)으로 전달하는 열매체가 통과한다.

상기 전열수단(31)은 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)의 난방 운전시, 상기 실외 열교환기(6)로 유입되는 냉매가 상기 태양열 집열판(30)에 집열된 열에 의해 가열될 수 있도록 태양열 집열판(30)에 집열된 열을 상기 실외 열교환기(6)로 유입 되는 냉매로 전달하는 전열 열교환기(32)를 포함하여 구성된다.

상기 전열 열교환기(32)는 열매체가 상기 태양열 집열판(30)과 전열 열교환기(32)를 순환할 수 있도록 상기 태양열 집열판(30)과 태양열 회수 유로(34)로 연결된다.

상기 태양열 회수 유로(34)는 상기 태양열 집열판(30)의 내부에 형성된 집열판 유로(35)와, 상기 전열 열교환기(32)의 내부에 형성된 열교환기 유로(36)와, 상기 집열판 유로(35)를 통과한 열매체를 상기 열교환기 유로(36)로 안내하는 공급 유로(37)와, 상기 열교환기 유로(36)를 통과한 열매체를 상기 집열판 유로(36)로 안내하는 복귀 유로(38)로 구성된다.

상기 태양열 회수 유로(34)에는 열매체를 순환 펌핑시키는 열매체 순환 펌프(39)가 설치되는 바, 상기 열매체 순환 펌프는 복귀 유로(38)에 설치됨이 바람직하다.

또한, 상기 전열 열교환기(32)는 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)의 난방 운전시, 상기 실외 열교환기(6)로 유입되는 냉매가 통과하는 냉매 유로(40)가 형성된다.

상기 전열 열교환기(32)는 상기 냉매 유로(40)가 상기 팽창기구(8)와 실외 열교환기(6)를 연결하는 냉매배관(7)과 통하도록 형성되어, 간단한 구조로 실외 열교환기(6)로 유입되는 냉매를 가열하는 것이 가능하다.

한편, 상기 전열 열교환기(32)는 상기 냉매 유로(40)가 상기 냉매배관(7)에서 별도로 분기된 바이패스 배관(9)과 통하도록 형성되고, 상기 냉매 배관(7) 혹은 바이패스 배관(9) 상에 냉방/난방 운전, 실외 온도 등에 따라 냉매의 유로를 조절하는 냉매 조절 밸브(7a)(7b)가 설치되면, 난방 운전이고 실외 온도가 저온이면, 냉매가 상기 전열 열교환기(32)를 통과하면서 가열되게 되고, 난방 운전임과 아울러 실외 온도가 고온이거나 냉방 운전이면, 냉매가 상기 전열 열교환기(32)를 통과하지 않도록 하여, 냉매가 상기 전열 열교환기(32)를 통과할 때 발생될 수 있는 유동 손실을 최소화할 수 있게 된다.

여기서, 상기 냉매 조절 밸브(7a)(7b)는 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 난방 운전임과 아울러 실외 온도가 저온이면, 상기 팽창기구(7a)에서 팽창된 냉매가 상기 전열 열교환기(32)를 통과하면서 가열된 후 실외 열교환기(6)로 유입되도록 냉매의 유로를 바이패스 배관(9)으로 안내(태양열 회수 모드)한다.

한편, 상기 냉매 조절 밸브(7a)(7b)는 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 난방 운전임과 아울러 실외 온도가 고온이면, 상기 팽창기구(7a)에서 팽창된 냉매가 상기 전열 열교환기(32)를 통과하지 않고, 상기 실외 열교환기(6)로 유입되도록 냉매의 유로를 냉매 배관(7)으로 안내(태양열 비회수 모드)하거나 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)의 냉방 운전이면, 상기 실외 열교환기(6)에서 응축된 냉매가 상기 전열 열교환기(32)를 통과하지 않고, 상기 팽창기구(8)로 유입되도록 냉매의 유로를 냉매 배관(7)으로 안내(태양열 비회수 모드)한다.

이하, 상기 전열 열교환기(32)는 상기 냉매 유로(40)가 상기 냉매배관(7)에서 별도로 분기된 바이패스 배관(9)과 통하도록 형성된 것으로 한정하여 설명한다.

또한, 상기 전열 열교환기(32)는 상기 태양열 회수 유로(34)의 일부(36)와 냉매 유로(40)가 내외 형성된 이중관 열교환기로 구성되는 것도 가능하고, 열매체가 통과하는 쉘과, 상기 쉘 내부에 설치되어 냉매가 통과하는 적어도 하나의 튜브로 이루어진 셀 앤드 튜브 열교환기로 구성되는 것도 가능하며, 기타 플레이트 열교환기로 구성되는 것도 가능함은 물론이다.

한편, 상기 전열수단(31)은 상기 태양열 집열판(30)의 열을 축적하였다가 상기 히트 펌프식 공기조화기의 냉매로 회수시키는 축열조(42)를 더 포함하여 구성된다.

상기 축열조(42)는 태양열 집열판(30)에 태양열이 집열될 때(예를 들면, 낮시간대), 상기 태양열 집열판(30)에 집열된 열을 축적해두었다가, 태양열이 집열이 되지 않을 때(예를 들면, 밤시간대), 축적되었던 열을 히트 펌프식 공기조화기(20)의 냉매로 회수시키는 것으로서, 상기 태양열 집열판(30)에 상기 태양열 회수 유로(34)와 다른 별도의 태양열 회수 유로로 연결되어, 태양열 집열판(30)에 집열된 열을 태양열 회수 유로(34)와 독립적으로 축적하는 것도 가능하고, 상기 태양열 회수 유로(34)에 연결되어 상기 태양열 회수 유로(34)로 회수되는 열 중의 일부 혹은 전부를 축적하는 것도 가능하며, 이하, 상기 태양열 집열판(30)의 내부 구성이 간단하도록 상기 태양열 회수 유로(34)에 별도의 태양열 축열 유로(43)로 연결되어 태양열 회수 유로(34)를 통해 전달되는 열을 축적하는 것으로 한정하여 설명한다.

상기 태양열 축열 유로(43)는 상기 축열조(42)의 내부에 형성되어 축열조(42)를 가열하는 축열조 가열 유로(44)와, 상기 축열조 가열 유로(44)와 상기 태양열 회수 유로(34)의 공급 유로(37)를 연결하는 태양열 저장 유로(45)와, 상기 축열 조 가열 유로(44)와 상기 태양열 회수 유로(34)의 복귀 유로(38)를 연결하는 태양열 복귀 유로(46)를 포함하여 구성된다.

상기 축열조(42)는 축적된 열을 상기 전열 열교환기(32) 이외의 압축기(2) 등으로 회수시키는 것도 가능하고, 상기 전열 열교환기(32)로 회수시키는 것도 가능하며, 이하 구조가 간단하도록 상기 전열 열교환기(32)로 회수하는 것으로 한정하여 설명한다.

또한, 상기 축열조(42)는 축적된 열을 상기 전열 열교환기(32)로 회수시키는 축열 회수 유로(50)가 상기 태양열 회수 유로(34)와 별도로 연결되는 것도 가능하고, 상기 태양열 회수 유로(34)에 연결되는 것도 가능하다.

이하, 상기 축열 회수 유로(50)는 상기 전열 열교환기(32)의 내부 구성이 간단하도록 상기 태양열 회수 유로(34)에 연결되어 태양열 회수 유로(34)의 일부를 겸하는 것으로 한정하여 설명한다.

상기 축열 회수 유로(50)는 축열조(42)의 내부에 형성되어 축열조(42)의 열에 의해 가열되는 축열조 회수 유로(51)와, 상기 축열조 회수 유로(51)를 통과한 열매체를 상기 태양열 회수 유로(34)의 공급 유로(37)로 안내하는 축열조 공급 유로(52)와, 상기 태양열 회수 유로(34)의 열교환기 유로(36)를 통과한 열매체가 상기 축열조 회수 유로(51)로 복귀되도록 안내하는 축열조 복귀 유로(53)로 구성된다.

상기 축열 회수 유로(50)에는 열매체를 순환되도록 펌핑시키는 제 2 열매체 순환 펌프(54)가 설치되는 바, 상기 제 2 열매체 순환 펌프(54)는 축열조 공급 유 로(52)와 축열조 복귀 유로(53) 중 일측에 설치된다.

한편, 상기 전열수단(31)은 상기 태양열 집열판(30)에서 가열된 열매체가 상기 태양열 회수 유로(34)의 공급 유로(37)를 통해 전열 상기 전열 열교환기(32)로 공급/차단될 수 있도록, 상기 태양열 회수 유로(34)의 공급 유로(37)를 개폐하는 제 1 개폐 밸브(30)와, 상기 태양열 집열판(30)에서 가열된 열매체가 상기 태양열 저장 유로(45)를 통해 상기 축열조(42)로 공급/차단될 수 있도록, 상기 태양열 저장 유로(45)를 개폐하는 제 2 개폐 밸브(62)를 더 포함하여 구성된다.

상기 제 1 개폐 밸브(30)는 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 난방이고, 실외 온도가 저온(예를 들면, 영하 15°∼영하 5°)이면 온(이하, 전열 열교환기 공급 모드)되어, 열매체의 열이 전열 열교환기(32)로 전달되게 하고, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 난방이고, 실외 온도가 고온이면 오프(전열 열교환기 차단 모드)되어 열매체의 열이 전열 열교환기(32)로 전달되지 않게 한다.

상기 제 2 개폐 밸브(30)는 상기 제 1 개폐 밸브(30)와 반대로, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 난방이고, 실외 온도가 저온(예를 들면, 영하 15°∼영하 5°)이면 온(이하, 축열조 차단 모드) 되어, 열매체의 열이 축열조(42)로 전달되지 않게 하고, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 난방이고, 실외 온도가 고온이면 오프(축열조 공급 모드)되어 열매체의 열이 축열조(42)로 전달되게 한다.

또한, 상기 전열 수단(31)은 상기 태양열 회수 유로(34)의 공급 유로(37)의 열매체와, 상기 축열 회수 유로(50)의 축열조 공급 유로(52)의 열매체 중 어느 하나가 상기 태양열 회수 유로(34)의 열교환기 유로(36)로 공급/차단될 수 있도록 상 기 태양열 회수 유로(34)의 공급 유로(37)와 상기 축열 회수 유로(50)의 축열조 공급 유로(52)의 연결부에 설치된 제 1 삼방변(64)과, 상기 태양열 회수 유로(34)의 열교환기 유로(36)를 통과한 열매체가 상기 태양열 회수 유로(34)의 복귀 유로(38)와 상기 축열 회수 유로(50)의 축열조 복귀 유로(53) 중 어느 하나로 공급/차단될 수 있도록 상기 태양열 회수 유로(34)의 복귀 유로(38)와 상기 축열 회수 유로(50)의 축열조 복귀 유로(53)의 연결부에 설치된 제 2 삼방변(66)을 더 포함하여 구성된다.

상기 제 1 삼방변(64)와 제 2 삼방변(66)은 열매체가 상기 태양열 집열판(30)과 전열 열교환기(32)를 순환하도록 축열조 공급 유로(52)와 축열조 복귀 유로(53)를 밀폐하는 축열조 밀폐 모드와, 열매체가 상기 축열조(42)와 전열 열교환기(32)를 순환하도록 축열조 공급 유로(52)와 축열조 복귀 유로(53)를 개방하는 축열조 개방 모드를 갖는다.

참조 부호 70은 실외 온도를 감지하는 실외 온도 센서이다.

참조 부호 72는 태양열 집열판(30)의 작동 즉, 태양열의 집열 여부를 감지하는 태양열 집열판 센서로서, 예를 들면, 태양열 집열판(30)의 온도를 감지하는 온도 센서로 이루어진다.

참조 부호 74는 실외 온도 센서(72)와 태양열 집열판 센서(74)의 감지 결과에 따라 상기 전열 수단의 각종 펌프나 밸브들을 제어하는 제어부이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 난방 운전이고, 실외 온도가 저온이며, 태양열 집열판(30)에 태양열이 집열되면, 상기 제어부(74)는 상기 열매체 순환 펌프(39)를 구동시키고, 상기 제 1 개폐 밸브(60)를 전열 열교환기 공급 모드로 제어함과 아울러 상기 제 2 개폐 밸브(62)를 축열조 차단 모드로 제어하며, 상기 제 1 삼방변(64) 및 제 2 삼방변(66)을 축열조 밀폐 모드로 제어한다.

상기 열매체 순환 펌프(39)의 구동시, 열매체(실선)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 태양열 집열판(30)의 내부인 상기 집열판 유로(35)를 통과하면서 상기 태양열 집열판(30) 내부의 열에 의해 가열되고, 이후 상기 공급 유로(37)를 지나 상기 전열 열교환기(32)의 열교환기 유로(36)를 통과하면서 상기 전열 열교환기(32)의 냉매 유로(40)로 열을 전달하며, 상기 복귀 유로(38)를 통과하여 상기 태양열 집열판(30)으로 순환되며, 이후 상기의 순환을 반복하면서, 상기 전열 열교환기(32)의 냉매 유로(40)를 계속하여 가열한다.

그리고, 상기 제어부(76)는 상기 사방 밸브(4)를 난방 모드로 제어하고, 상기 압축기(2)를 구동하며, 상기 열매체 조절 밸브(7a)(7b)를 태양열 회수 모드로 제어한다.

상기 사방 밸브(4)가 난방 모드로 제어되고, 상기 압축기(2)가 구동되며, 상기 열매체 조절 밸브(7a)(7b)가 태양열 회수 모드로 제어되면, 상기 압축기(2)에서 압축된 냉매(점선)는 상기 사방 밸브(4), 실내 열교환기(10), 팽창기구(8)를 차례로 통과하고, 상기 전열 열교환기(32)의 냉매 유로(40)를 통과하면서 상기 태양열 집열판(30)에서 회수된 열에 의해 가열되며, 이후, 상기 실외 열교환기(6)로 유입 된다.

상기 실외 열교환기(6)로 유입된 가열된 냉매는 상기 실외 열교환기(6)의 증발 온도를 상승시킴과 아울러 실외 열교환기(6)의 착상을 방지하고, 상기 실외 열교환기(6)를 통과하면서 증발된 후, 사방밸브(4), 어큐물레이터(3)를 차례로 통과하여 상기 압축기(2)로 순환된다.

한편, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 난방 운전이고, 실외 온도가 고온이며, 태양열 집열판(30)에 태양열이 집열되면, 상기 제어부(74)는 상기 열매체 순환 펌프(39)를 구동시키고, 상기 제 1 개폐 밸브(60)를 전열 열교환기 차단 모드로 제어함과 아울러 상기 제 2 개폐 밸브(62)를 축열조 공급 모드로 제어하며, 상기 제 1 삼방변(64) 및 제 2 삼방변(66)을 축열조 밀폐 모드로 제어한다.

상기 열매체 순환 펌프(39)의 구동시, 열매체는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 태양열 집열판(30)의 내부인 상기 집열판 유로(35)를 통과하면서 상기 태양열 집열판(30) 내부의 열에 의해 가열되고, 이후 상기 공급 유로(37)의 일부와 상기 태양열 저장 유로(45)를 지나 상기 축열조(42)의 축열조 가열 유로(44)를 통과하면서 상기 축열조(42)의 내부로 열을 전달하며, 상기 태양열 복귀 유로(46)와 복귀 유로(38)의 일부를 통과하여 상기 태양열 집열판(30)으로 순환되며, 이후 상기의 순환을 반복하면서, 상기 축열조(42)를 계속하여 가열한다.

그리고, 상기 제어부(76)는 상기 사방 밸브(4)를 난방 모드로 제어하고, 상기 압축기(2)를 구동하며, 상기 열매체 조절 밸브(7a)(7b)를 태양열 비회수 모드로 제어한다.

상기 사방 밸브(4)가 난방 모드로 제어되고, 상기 압축기(2)가 구동되며, 상기 열매체 조절 밸브(7a)(7b)가 태양열 비회수 모드로 제어되면, 상기 압축기(2)에서 압축된 냉매는 상기 사방 밸브(4), 실내 열교환기(10), 팽창기구(8), 냉매 배관(7)을 차례로 통과하여 상기 실외 열교환기(6)로 유입된다.

이때, 상기 실외 열교환기(6)는 실외 온도가 고온이므로, 증발 온도가 과도하게 낮지 않게 되고, 서리가 과다 착상되지 않게 되며, 상기 실외 열교환기(6)로 유입된 냉매는 증발되면서 상기 실외 열교환기(6)를 통과하여, 사방 밸브(4), 어큐물레이터(3)를 차례로 통과한 후 상기 압축기(2)로 순환된다.

반면에, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 난방 운전이고, 실외 온도가 저온이며, 태양열 집열판(30)에 태양열이 집열되지 않으면, 상기 제어부(74)는 상기 제 2 열매체 순환 펌프(54)를 구동시키고, 상기 제 1 삼방변(64) 및 제 2 삼방변(66)을 축열조 개방 모드로 제어한다.

상기 제 2 열매체 순환 펌프(54)의 구동시, 열매체는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 축열조(42)의 내부인 상기 축열조 회수 유로(51)를 통과하면서 상기 축열조(42) 내부의 열에 의해 가열되고, 이후, 상기 축열조 공급 유로(52)와 상기 공급 유로(37)의 일부를 지나 상기 전열 열교환기(32)의 열교환기 유로(36)를 통과하면서 상기 전열 열교환기(32)의 냉매 유로(40)로 열을 전달하며, 상기 복귀 유로(38)의 일부와 상기 축열조 복귀 유로(53)를 통과하여 상기 축열조(42)로 순환되며, 이 후 상기의 순환을 반복하면서, 상기 전열 열교환기(32)의 냉매 유로(40)를 계속하여 가열한다.

상기 사방 밸브(4)가 난방 모드로 제어되고, 상기 압축기(2)가 구동되며, 상기 열매체 조절 밸브(7a)(7b)가 태양열 회수 모드로 제어되면, 상기 압축기(2)에서 압축된 냉매는 상기 사방 밸브(4), 실내 열교환기(10), 팽창기구(8)를 차례로 통과하고, 상기 전열 열교환기(32)의 냉매 유로(40)를 통과하면서 상기 축열조(42)에서 회수된 열에 의해 가열되며, 이후, 상기 실외 열교환기(6)로 유입된다.

한편, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 냉방 운전이면, 상기 제어부(76)는 상기 사방 밸브(4)를 냉방 모드로 제어하고, 상기 압축기(2)를 구동하며, 상기 열매체 조절 밸브(7a)(7b)를 태양열 비회수 모드로 제어한다.

상기 사방 밸브(4)가 냉방 모드로 제어되고, 상기 압축기(2)가 구동되며, 상기 열매체 조절 밸브(7a)(7b)가 태양열 비회수 모드로 제어되면, 상기 압축기(2)에 서 압축된 냉매는 상기 사방밸브(4), 실외 열교환기(6), 냉매배관(7), 팽창기구(8), 실내 열교환기(10), 사방밸브(4), 어큐물레이터(3)를 지나 상기 압축기(2)로 순환된다.

도 5는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 공기조화 시스템 제 2 실시예의 개략 구성도이다.

본 실시예에 따른 태양열을 이용한 공기조화 시스템은 도 5에 도시된 바와 같이, 히트 펌프식 공기조화기(20)의 난방 운전시, 상기 태양열 집열판(30)에 집열된 열이 압축기(2)로 유입되는 냉매를 가열할 수 있도록 회수시키는 전열 열교환기(32)를 포함하여 구성되고, 상기 전열 열교환기(32) 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제 1 실시예와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 전열 열교환기(32)는 상기 실외 열교환기(6)와 사방 밸브(4) 사이의 냉매배관(6a)과, 상기 사방 밸브(4)와 어큐물레이터(3)의 냉매배관(4a)과, 상기 어큐물레이터(3)와 압축기(2) 사이의 냉매배관(3a) 중 어느 하나와 바이패스 배관(9′)으로 연결되는 바, 그 내부에느 본 발명 제 1 실시예와 같이 상기 바이패스 배관(9′)과 통하는 냉매 유로(40)와, 열매체가 통과하는 열교환기 유로(36)가 형성된다.

이하, 설명의 편의를 위해 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 사방 밸브(4)와 어큐물레이터(3)의 냉매배관(4a)에 상기 바이패스 배관(9′)이 연결되는 것으로 한정하여 설명한다.

한편, 본 실시예에 따른 태양열을 이용한 공기조화 시스템은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 냉매 배관(4a) 혹은 바이패스 배관(9′) 상에는 냉방/난방 운전, 실외 온도 등에 따라 냉매의 유로를 조절하는 냉매 조절 밸브(7a′)(7b′)가 설치되면, 난방 운전이고 실외 온도가 저온이면, 냉매가 상기 전열 열교환기(32)를 통과하면서 가열되게 되고, 난방 운전임과 아울러 실외 온도가 고온이거나 냉방 운전이면, 냉매가 상기 전열 열교환기(32)를 통과하지 않도록 하여, 냉매가 상기 전열 열교환기(32)를 통과할 때 발생될 수 있는 유동 손실을 최소화할 수 있게 된다.

여기서, 상기 냉매 조절 밸브(7a′)(7b′)는 본 발명 제 1 실시예의 태양열을 이용한 공기조화 시스템과 동일한 모드를 갖는다.

즉, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 난방 운전임과 아울러 실외 온도가 저온이면, 상기 사방 밸브(4)를 통과한 냉매가 상기 전열 열교환기(32)를 통과하면서 가열된 후 어큐물레이터(3)로 유입되도록 냉매의 유로를 바이패스 배관(9′)으로 안내하고, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 난방 운전임과 아울러 실외 온도가 고온이거나 냉방 운전이면, 상기 사방 밸브(4)를 통과한 냉매가 상기 전열 열교환기(32)를 통과하지 않고, 상기 어큐물레이터(3)로 유입되도록 냉매의 유로를 냉매 배관(4a)으로 안내한다.

본 실시예에 따른 태양열을 이용한 공기 조화 시스템은 상기 히트 펌프식 공기조화기의 난방 운전시, 상기 실외 열교환기(6)에서 증발된 냉매가 태양열 집열판(30)에서 회수된 열에 의해 가열되어 재차 증발된 후, 압축기(2)로 유입되므로, 증발 온도를 상승시킴과 아울러 압축기(2)로의 액 냉매의 유입을 최소화할 수 있는 이점이 있고, 동일 능력 대비 압축기(2)의 소비 전력을 최소화할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 공기조화 시스템 제 3 실시예의 개략 구성도이다.

본 실시예에 따른 태양열을 이용한 공기조화 시스템은 도 6에 도시된 바와 같이, 전열수단(31′)이 태양열 집열판(30)에 집열된 열이 실외 열교환기(6)를 직접 가열하도록 설치된 전열 열교환기(32′)로 구성되고, 상기 전열 열교환기(32′) 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제 1 실시예의 태양열을 이용한 공기조화 시스템과 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 전열 열교환기(32′)는 상기 실외 열교환기(6)와 접촉되게 설치되고, 열매체가 통과하는 열교환기 유로(36′)가 구비된다.

상기 전열 열교환기(30′)는 내부에 상기 열교환기 유로(36′)가 형성된 튜부와, 상기 냉매배관의 열전달을 촉진시키는 핀으로 구성되는 핀-튜브 타입으로 구성되는 것도 가능하고, 기타 다양한 타입의 열교환기 중 어느 하나로 구성되는 것도 가능함은 물론이다.

본 실시예에 따른 태양열을 이용한 공기 조화 시스템은 실외 온도가 실외 열교환기(6)의 착상 조건(영하 15°∼영하 5°)일 때, 태양열 집열판(30) 또는 축열조(42)의 열이 상기 실외 열교환기(6)로 직접 전달되어, 실외 열교환기(6)의 서리 착상을 방지함과 아울러 기 생성된 서리를 제거한다.

도 7은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 공기 조화 시스템 제 4 실시예의 개략 구성도이다.

본 실시예에 따른 태양열을 이용한 공기 조화 시스템은 도 7에 도시된 바와 같이, 전열수단(31″)이 태양열 집열판(30)에 집열된 열이 압축기(2)를 직접 가열하도록 설치된 전열 열교환기(32″)로 구성된다.

상기 전열 열교환기(32″)는 상기 압축기(2)와 접촉되게 설치되고, 열매체가 통과하는 열교환기 유로(36″)가 구비된다.

상기 열교환기 유로(36″)는 상기 압축기(2)의 외주면에 감기거나 상기 압축기(2)를 관통하는 냉매배관에 의해 형성된다.

본 실시예에 따른 태양열을 이용한 공기 조화 시스템은 태양열을 압축기(2)로 회수시키는 태양열 집열판(30), 축열조(42) 등의 구성이 본 발명 제 1 실시예의 태양열을 이용한 공기 조화 시스템과 동일하고, 그 회수 시기 혹은 조건이 본 발명 제 1 실시예의 태양열을 이용한 공기 조화 시스템과 상이하며, 이하 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 공기 조화 시스템의 제어 방법 일실시예가 도시된 순서도이다.

먼저, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)의 운전 정지 중에 에 도시된 바와 같이, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 운전 정지되면, 그 운전 정지 중에, 압축기(2)의 정지 시간을 카운트한다.(S1)(S2)

상기 히트 펌프식 공기조화기(20)의 운전 정지 중에, 난방 운전 명령이 입력되면, 상기 카운된 압축기의 정지 시간(t)을 설정 시간(T)과 비교한다.(S3)(S4)

비교 결과, 압축기의 정지 시간(t)이 설정 시간(T) 이상이면, 태양열 집열판(30)에 집열된 열을 압축기(2)로 회수시킨다.

이때, 상기 열의 회수는 본 발명 제 1 실시예의 태양열을 이용한 공기조화 시스템과 같이, 상기 태양열 집열판(30)이 현재 작동 중이면, 예를 들어 태양열 집열판(30)의 열이 설정 온도 이상이면, 열매체가 상기 태양열 집열판(30)과 전열 열교환기(32)를 순환하도록 열매체 순환 펌프(39) 및 각종 밸브(60)(62)(64)(66)를 제어한다.(S5)(S6)

상기와 같은 태양열 집열판(30)의 열의 회수에 의해, 상기 압축기(2)는 점차 가열되고, 상기 압축기(2)는 실외의 온도가 저온(예를 들면, 영하 10°)이더라도, 그 기동이 가능한 상태가 된다.

상기와 같은 태양열 집열판(30)의 열의 회수가 개시된 이후 설정 시간이 경과하거나, 상기 압축기(2)의 온도가 상기 압축기(2)의 기동 설정 온도에 이르면, 상기와 같은 열의 회수를 중단하고, 상기 압축기(2)를 기동시킨다.(S7)(S8)(S9)

반면에, 상기 태양열 집열판(30)이 현재 작동 중이지 않으면, 열매체가 상기 축열조(42)와 전열 열교환기(32)를 순환하도록 제 2 열매체 순환 펌프(54) 및 각종 밸브(60)(62)(64)(66)를 제어한다.(S5)(S10)

이후, 상기와 같은 축열조(42)의 열의 회수에 의해, 상기 압축기(2)는 상기 태양열 집열판(30)에 의해 가열되는 경우처럼, 점차 가열되고, 상기 압축기(2)는 실외의 온도가 저온(예를 들면, 영하 10°)이더라도, 그 기동이 가능한 상태가 된다.

상기와 같은 축열조(42) 열의 회수가 개시된 이후 설정 시간이 경과하거나, 상기 압축기(2)의 온도가 상기 압축기(2)의 기동 설정 온도에 이르면, 상기와 같은 열의 회수를 중단하고, 상기 압축기(2)를 기동시킨다.(S11)(S12)(S13)

한편, 본 발명의 상기의 실시예들에 한정되지 않고, 열이 회수/축열되는 유로 등이 상기의 실시예들과 달리 구성되는 것도 가능하고, 이 발명이 속하는 기술적 범주 내에서 그 다양한 실시가 가능함은 물론이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 태양열을 이용한 공기조화 시스템은 태양열 집열판에 수거된 열이 히트 펌프식 공기조화기의 냉매를 가열하는데 사용되므로, 별도의 외부 전력 없이, 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 태양열을 이용한 공기조화 시스템은 태양열 집열판에 수거된 열이 실외 열교환기로 유입되는 냉매로 전달되므로, 실외 열교환기의 착상을 방지할 수 있고, 실외 열교환기의 서리를 제거할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 태양열을 이용한 공기조화 시스템은 태양열 집열판에 수거된 열이 압축기로 유입되는 냉매로 전달되어, 실외 열교환기에서 증발된 냉매를 재 차 증발할 수 있으므로, 난방 성능이 향상되고, 압축기로의 액냉매 유입을 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 태양열을 이용한 공기조화 시스템은 태양열 집열판에 수거된 열이 실외 열교환기에 설치된 전열 열교환기로 전달되므로, 간단한 구조로 실외 열교환기의 증발 온도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 실외 열교환기의 착상을 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 태양열을 이용한 공기조화 시스템은 태양열 집열판에 수거된 열이 압축기에 설치된 전열 열교환기로 전달되므로, 간단한 구조로 압축기를 가열할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 태양열을 이용한 공기조화 시스템은 태양열 집열판이 실외기 샤시의 전부 혹은 일부를 구성하므로, 태양열 집열판의 크기 만큼 실외기 샤시의 비용을 저감할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 태양열을 이용한 공기조화 시스템은 태양열 집열판의 열을 축적하였다가 상기 히트 펌프식 공기조화기의 냉매로 회수시키는 축열조를 포함하여 구성되어, 태양열이 회수되지 않는 밤 시간대에도 실외 열교환기의 착상을 방지할 수 있고, 난방 성능을 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 태양열을 이용한 공기조화 시스템의 제어 방법은 실외 온도 등이 압축기의 기동이 곤란한 조건일 때, 압축기의 정지 시간이 길었으면, 태양열 집열판에서 회수된 혹은 축열조에 회수되었던 열을 압축기로 전달하여 압축기를 가열하므로, 별도의 외부 전력 없이 압축기가 원활하게 재기동 할 수 있는 이점이 있 다.

Claims

압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 팽창기구, 실내 열교환기를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기와;

태양열을 집열하는 태양열 집열판과;

상기 태양열 집열판에 집열된 열이 상기 히트 펌프식 공기조화기의 냉매를 가열하도록 설치된 전열수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 공기조화 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 태양열 집열판은 상기 히트 펌프식 공기조화기의 실외기 샤시의 전부 혹은 일부를 구성하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 공기조화 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 전열수단은 상기 히트 펌프식 공기조화기의 난방 운전시, 상기 태양열 집열판에 집열된 열이 상기 실외 열교환기로 유입되는 냉매를 가열할 수 있도록 회수시키는 전열 열교환기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 공기조화 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 전열수단은 상기 히트 펌프식 공기조화기의 난방 운전시, 상기 태양열 집열판에 집열된 열이 상기 압축기로 유입되는 냉매를 가열할 수 있도록 회수시키는 전열 열교환기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 공기조화 시스템.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 전열 열교환기는 열매체가 상기 태양열 집열판과 전열 열교환기를 순환할 수 있도록 상기 태양열 집열판과 열 회수 유로로 연결된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 공기조화 시스템.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 전열 열교환기는 냉매가 통과하는 냉매 유로와 열매체가 순환되는 열 회수 유로가 접하도록 구분된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 공기조화 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 전열수단은 상기 태양열 집열판의 열을 축적하였다가 상기 히트 펌프식 공기조화기의 냉매로 회수시키는 축열조를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 공기조화 시스템.
압축기, 사방 밸브, 실내 열교환기, 팽창기구, 실외 열교환기를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기와;

태양열을 집열하는 태양열 집열판과;

상기 태양열 집열판에 집열된 열이 상기 실외 열교환기를 가열하도록 설치된 전열수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 공기조화 시스템.
압축기, 사방 밸브, 실내 열교환기, 팽창기구, 실외 열교환기를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기와;

태양열을 집열하는 태양열 집열판과;

상기 태양열 집열판에 집열된 열이 상기 압축기를 가열하도록 설치된 전열수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 공기조화 시스템.
히트 펌프식 공기조화기의 운전 정지 중에, 압축기의 정지 시간을 카운트하는 제 1 단계와;

상기 히트 펌프식 공기조화기의 난방 운전 명령이 입력되면, 상기 제 1 단계에서 카운된 압축기의 정지 시간을 설정 시간과 비교하는 제 2 단계와;

상기 제 2 단계의 비교 결과, 압축기의 정지 시간이 설정 시간 이상이면, 태양열 집열판에 집열된 열을 압축기로 회수시키는 제 3 단계와;

상기 제 3 단계의 이후에, 상기 압축기를 기동하는 제 4 단계를 포함하여 구 성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 공기조화 시스템의 제어 방법.