KR20070102207A - 하이브리드 에어컨디셔너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 에어컨디셔너에 관한 것으로, 액상냉매를 생성하는 순간냉각기와, 상기 순간냉각기에서 생성되는 저온상태의 액상냉매가 순환되어, 소요되는 밀폐공간의 냉방을 실시하는 액상냉매용 에어컨 및 상기 순간냉각기와 상기 액상냉매용 에어컨을 연결하는 연결유로를 포함하여 축사 또는 원예 및 화훼 농장 등에서 동,식물을 대량으로 사육 또는 재배하는 설비에서 효율적으로 냉,난방을 실시할 수 있는 효과가 있다.

순간냉각기, 액상냉매, 냉동사이클

Description

하이브리드 에어컨디셔너{Hybrid airconditioner}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 에어컨디셔너의 구성도.

도 2는 도 1에 적용된 순간냉각기의 구성도.

도 3은 도 2에 적용된 순간냉각용 증발기의 일 실시예를 도시한 정면도.

도 4는 본 발명에 의한 열교환기와 송풍팬의 사시도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 하이브리드 에어컨디셔너의 구성도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 ; 순간냉각기

110 ; 압축기

120 ; 응축기 130 ; 팽창변

140 ; 순간냉각용 증발기

142 ; 냉매케이스 144 ; 액상냉매유로

146 ; 냉매유로

200 ; 액상냉매용 에어컨

210,230 ; 제1,2 탱크 220 ; 열교환기

240 ; 송풍팬 250,260 ; 제1,2 펌프

310,320 ; 연결유로

본 발명은 하이브리드 에어컨디셔너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉난방 효율을 극대화시키면서 설치 및 유지관리 비용을 절감하고 화재의 위험을 예방하며 환경오염을 방지하도록 한 하이브리드 에어컨디셔너에 관한 것이다.

일반적으로 냉동기술은 냉매를 압축과 팽창의 반복에 의한 증발열에 의하여 냉동시키는 것으로 증기압축 냉동기가 주종을 이루고 있으며, 최근 에너지 절약 추세에 발맞추기 위하여 흡수식 냉동기 등이 많이 사용되고 있다. 이러한 일반적인 냉동기술 이외에 특수한 방법을 이용하는 냉동기술이 최근의 첨단산업의 발달과 더불어 국내외적으로 개발, 적용되고 있으며 점차적으로 범위가 확대되고 있다.

냉동공조기술은 인공적으로 온도, 습도, 기류, 청정도를 실내에 있는 사람 또는 물품, 기계류에 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 기술이며 일반 공조와 산업용 공조로 구분된다. 현재 냉동공조산업 분야는 공기조화설비, 냉동설비, 위생설비, 건축환경설비, 플랜트설비 등 각종 기계 설비를 설계, 제조, 시공, 관리하는 산업분야로서 기계, 전자, 전기, 화학, 화공, 섬유, 건축설비, 식품, 제약, 우주항공 등 모든 현대산업 분야의 응용, 환경기기로서 거의 모든 생산공정 환경에 필수적으로 활용되어 산업에 적용되고 있으며, 냉동식품, 제약 등 각종제품의 저장, 유통, 전시 등의 상업용 및 냉장고, 가정용 에어컨, 자동차용 에어컨으로도 이용되고 있는 현재 문명의 촉망을 받고 있는 산업 분야이다.

최근의 냉동공조산업은 고성능화, 소형화, 에너지 절약화, 저소음화, 환경 친화적인 기술개발을 통하여 각종 산업환경에 그 응용범위가 확대되어 가고 있는 현대 문명생활 및 고도 산업기술 환경의 필수품으로서 그 중요성이 높아지고 있으며, 또한 사무자동화에 따른 인텔리전트 빌딩의 출현에 의한 건축설비의 급속한 발전과 첨단전자 반도체 산업의 생산공정, 유전공학 발전으로 인한 Bio-technology 관련시설 등 고도의 청정조건을 요구하는 실내환경에 대한 수요도 확대되고 있으며 자동차 분야에서도 고성능, 고효율의 저소음 냉동공조 공급이 절실히 요구되고 있다

냉동사이클은 최초의 상태로 돌아오는 과정중에 냉동작용을 하는 사이클을 말한다. 냉동장치에 있어서 냉매는 팽창밸브를 통하면서 저압으로 된 후 증발기에 들어가고, 증발기에서는 액체냉매가 증발잠열을 취하여 증발하게 된다. 그리고 증발된 냉매증기는 외부로부터의 일, 즉, 압축기에서 외부로부터 일을 받아 냉매증기를 압축하여 고온고압으로 된다. 압축된 고압의 증기가 응축기로 보내어지며 여기서 응축열을 방출하고 응축하게 된다. 응축액은 다시 팽창밸브로 들어가는 사이클을 형성하게 된다. 냉매는 냉동장치에서 연속적으로 액체로 되기도 하고 기체상태로 되기도 하면서 끊임없이 순환한다.

냉동사이클은 압축과정, 응축과정, 팽창과정, 증발과정으로 나누어지며 이들 각각의 과정에는 ①압축기 ②응축기 ③팽창밸브 ④증발기의 4가지 주요한 기기가 있으며, 에어컨을 분석해보면 이들 4가지 주요한 기기를 배관(동관)으로 연결해서 그 내부에 냉매를 충진하여 이들의 흐름을 원활히 통제하기 위해 전자제어기를 장 착한 것이라고 할 수 있다.

현재 냉동사이클에서 냉매(冷媒 Refrigerants)는 암모니아, 플루오르화 염화탄화수소계 냉매(프레온), 공비(共沸)혼합냉매, 염화메틸 등이 널리 사용되고 있으며, 이 중 프레온은 오존층 파괴의 주범으로 사용이 금지되고 있다. 즉, 종래의 냉매는 환경을 파괴하거나 오염시키는 물질이 대부분이기 때문에 특히 대형화를 필요로하는 제품은 비례적으로 많은 양의 냉매 사용으로 인해 환경 오염에 대한 대처 방안이 시급하게 요청된다. 이러한 문제의식에서 각 기업과 연구소에서 개발되고 있는 대체 냉매 또는 혼합 냉매는 냉매의 특성에 따른 지속적인 연구성과를 필요로 하고, 아울러 개발된 냉매에 따른 기존 제품의 설계변경이 따라야 하는 문제가 있다.

또한, 종래 냉매로 사용되는 물질들은 일반인들이 용이하게 취급하기 어려운 물질이기 때문에 제품의 고장발생시 수리 및 유지보수에 대한 상당한 시간과 비용을 요구하게 된다. 따라서 제품의 원상회복을 위해서 막대한 손실을 초래할 수 밖에 없는 취약한 구조를 개선하지 못하고 있는 상태이다.

이와 같은 문제점에 착안하여 안출한 본 발명의 목적은 환경 보호에 이바지하면서 동시에 기존 냉동사이클에 사용되는 냉매 물질을 최대한 이용할 수 있도록 한 하이브리드 액상 에어컨디셔너를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 일반인들이 용이하게 관리할 수 있도록 하여 최소의 비용과 노력에 의해 응급처치가 가능하도록 한 하이브리드 액상 에어컨디셔너를 제 공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 액상냉매를 생성하는 순간냉각기; 상기 순간냉각기에서 생성되는 저온상태의 액상냉매가 순환되어, 소요되는 밀폐공간의 냉방을 실시하는 액상냉매용 에어컨; 및 상기 순간냉각기와 상기 액상냉매용 에어컨을 연결하는 연결유로;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 순간냉각기는 압축기와, 상기 압축기에서 고온고압으로 압축된 가스를 액화시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 액체를 저온저압의 상태로 팽창시키는 팽창변 및 상기 팽창변에서 공급되는 냉매가스에 의해 통과하는 대상물질을 열교환하는 순간냉각용 증발기를 포함한다.

상기 순간냉각용 증발기는 냉매가 통과하는 냉매케이스와, 상기 냉매케이스의 내측에서 최장 길이를 갖고 지그재그 형상으로 설치되어 대상물질이 통과하면서 상기 냉매와 열교환되는 대상물질유로를 포함한다.

상기 액상냉매용 에어컨은 상기 순간냉각용 증발기에서 생성된 저온의 액상냉매를 사용하여 상기 밀폐공간에서 소요되는 찬공기를 열교환시키는 열교환기와, 상기 열교환기에 의해 열교환된 찬공기를 실내로 토출하는 송풍팬을 포함한다.

상기 순간냉각기와 상기 액상냉매용 에어컨 사이에 액상냉매가 집수되는 탱크가 구비되는데, 이때, 상기 탱크는 상기 순간냉각기에서 생성된 저온상태의 액상냉매가 집수되는 제1 탱크와, 상기 열교환기에서 열교환된 고온상태의 액상냉매가 집수되는 제2 탱크를 포함한다.

또한, 상기 제1 탱크에서 상기 액상냉매용 에어컨으로 액상냉매를 공급하기 위한 제1 펌프와, 상기 액상냉매용 에어컨에서 제2 탱크로 액상냉매를 회수하기 위한 제2 펌프를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 열교환기는 상기 송풍팬이 설치되는 팬쉬라우드의 개구부에 설치되며, 상기 열교환기는 판넬 타입으로 형성되어 상기 팬쉬라우드의 개구부 일측에 구비된 힌지부에 의해 개폐가능하게 설치된다.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에서는 일반적으로 냉동사이클에 사용되는 냉매인 암모니아, 플루오르화 염화탄화수소계 냉매(프레온), 공비(共沸)혼합냉매, 염화메틸 등을 모두 "냉매"로 지칭한다. 그리고, 환경에 악영향을 끼치지 않으면서 일반인이 취급하기 용이한 물질, 이를테면 물, 알코올, 부동액 등을 이용하여 냉동사이클에 적용하도록 하며 이를 "액상냉매"로 지칭한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 액상 에어컨디셔는 통상적인 냉매를 이용하여 저온상태의 환경에 무해한 액상냉매를 생성시키는 냉동사이클과, 이러한 냉동사이클에 의해 생성된 액상냉매를 사용하여 냉방효율을 극대화시키도록 구성된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 구성도로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 액상냉매를 단시간 내에서 생성시키는 순간냉각기(100)와, 상기 순간냉각기(100)에 서 생성된 액상냉매를 이용하여 실내의 온도를 저하시키는 액상냉매용 에어컨 으로 구성된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 순간냉각기의 구성도로서, 상기 순간냉각기(100)는 압축기(110)와, 상기 압축기에서 고온고압으로 압축된 가스를 액화시키는 응축기(120)와, 상기 응축기에서 응축된 액체를 저온저압의 상태로 팽창시키는 팽창변(130) 및 상기 팽창변에서 공급되는 냉매가스에 의해 통과하는 대상물질을 열교환하는 증발기(140) 등으로 구성된다. 이때, 상기 증발기는 순간적으로 단시간 내에 통과하는 대상물질을 냉각시키기 위하여 순간냉각용 증발기(140)가 사용된다.

상기 순간냉각용 증발기(140)는 단시간 내에 지속적으로 액상냉매를 생성할 수 있도록 하기 위하여 도 3에 도시한 바와 같이, 냉매가 통과하는 냉매케이스(142)와, 상기 냉매케이스(142)의 내부에 설치되어 액상냉매가 통과하면서 상기 냉매와 열교환되는 액상냉매유로(144)를 포함하게 된다.

상기 냉매케이스(142)의 내부 공간중에서 상기 액상냉매유로(144)의 공간을 제외한 나머지 공간은 모두 냉매의 유로로 이용될 수 있다. 그러나 상기 냉매의 유로 체적이 과도하게 큰 경우, 일예로 1:6의 비율을 상회하는 경우에는 냉매케이스(142)가 과도한 냉매의 압력에 의해 팽창되어 파손의 염려가 있다.

경우에 따라서는 상기 냉매의 유로와 액상냉매유로(144)를 상호 2중관 타입으로 형성할 수도 있다. 그러나, 이러한 2중관 타입은 실제 설비시에 어려움이 있다.

따라서 본 발명의 실시예에서는 도 3에 도시한 바와 같이, 액상냉매유로(144)를 형성하는 관을 전체적으로 주름관 타입으로 형성하여 관이 절곡되는 부위를 자유자재로 휘어지는 것이 바람직하다. 또는 관의 양단부에서 절곡되는 부분만을 주름관으로 형성하는 것도 무방하다.

또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 액상냉매유로를 이루는 관의 외주면에는 열교환핀을 구비하거나, 관의 적용시 스파이럴관을 사용함으로써 열교환 면적을 극대화시키는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명의 일 실시예는 순간냉각기(100)와 상기 액상냉매용 에어컨(200) 사이에 연결유로(310)(320)가 마련된다.

이때, 상기 연결유로중 연결유로(310)에는 상기 순간냉각기(100)에서 생성된 액상냉매를 수납하는 제1 탱크(210)가 설치된다. 그리고 상기 제1 탱크(210)에는 저온상태의 액상냉매를 이용하여 실내공기를 열교환시키는 열교환기(220)가 연결설치된다. 또한, 상기 열교환기(220)와 상기 순간냉각기(100) 사이에는 연결유로(320)에 의해 연결되며, 상기 연결유로(320)에는 열교환된 고온상태의 액상냉매를 회수하는 제 2 탱크(230)가 설치된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상기 열교환기(220)에는 열교환되는 실내공기를 실내로 토출하는 송풍팬(240)이 구비된다. 상기 열교환기(220)는 상기 송풍팬(240)이 설치되는 팬쉬라우드(242)의 개구부(244)에 설치되며, 상기 열교환기(220)는 판넬 타입으로 형성되어 상기 팬쉬라우드의 개구부 일측에 구비된 힌지부(246)에 의해 개폐가능하게 설치된다.

상기 제1 탱크(210)와 상기 열교환기(220) 사이에는 제1 펌프(250)가 설치되고, 상기 열교환기(220)와 상기 제2 탱크(230) 사이에는 제2 펌프(260)가 설치된다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 에어컨디셔너의 작용을 설명한다.

순간냉각기(100)에서 생성되는 액상냉매는 제1 탱크(210)로 집수된다. 상기 제1 탱크(210)로 집수되는 액상냉매는 연결유로(310)에 의해 소요되는 밀폐공간에 설치된 열교환기(220)로 공급된다. 이때, 연결유로(310)들의 길이는 필요에 따라 길이를 증대시킬 수 있다. 이는 연결유로(310)의 재질을 통상적인 동배관을 사용하지 않고 플랙시블한 PVC 관을 사용하기 때문이다. 따라서 연결배관의 설치가 간편하고 설치비용이 저렴하다. 아울러 본 발명에 사용되는 액상냉매는 물, 알콜, 부동액과 같이 누수가 발생되더라도 환경오염이 방지되고 설치과정에서 동배관재가 아니기 때문에 용접을 배제하게 되어 화재를 예방할 수 있다.

열교환기(220)로 공급되는 저온상태의 액상냉매는 본 발명에 송풍팬(240)에 의하여 실내로 토출되므로 밀폐된 실내공간의 공기를 냉방시키게 된다.

상기 열교환기(220)를 통과하면서 열교환된 고온상태의 액상냉매는 연결유로(320)를 통해 제2 탱크(230)로 회수된다. 그리고 연속적인 냉방작업을 실시하는 경우에 순간냉각기(100)로 순환되어 다시 액상냉매의 냉각이 실시된다.

또한, 상기 제1,2 탱크(210)(230)를 모두 구비하지 않고 하나의 탱크만을 설 치할 수 있다. 이러한 경우에는 액상냉매의 순환모터를 1개 사요아여 순환모터에 의해 탱크에서 순간냉각용 증발기로 액상냉매를 공급하고, 증발기를 통과한 액상냉매를 곧바로 실내에 설치된 열교환기에 전달하며 열교환기에 부착된 송풍팬에 의해 냉기를 공급하게 되고 열교환된 액상냉매는 다시 탱크로 회수된다. 이러한 구조는 1개의 액상냉매용 탱크와 순환모터인 펌프만을 사용하게 되므로 구조가 간단해지고 제조비용을 절감하는 이점이 있다.

이상과 같은 본 발명의 실시예에서는 주로 냉방을 실시하는 에어컨디셔너에 대하여 설명하였으나, 도 5에 도시한 바와 같이, 온수보일러 등과 같은 순간냉온기(400)를 구비하는 경우에는 전체 시스템은 냉방과 난방을 선택적으로 실시할 수 있게 된다. 이는 상술한 일 실시예에서 설명한 바에 의해 논리적으로 설명가능하다. 이때, 열교환기 및 송풍팬과 제1,2 탱크 및 연결유로 등에 의해서 구성요건을 만족할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 하이브리드 에어컨디셔너는 일반적인 소형 냉방기기에 의하여 냉방효과를 효율적으로 실시하기 위한 대형 냉방기기를 필요로 하는 설비나 장소에 적합하다. 즉, 축사(畜舍)와 같이 다수의 동물을 집단사육하거나, 원예농장 또는 화훼단지와 같이 다량의 식물체를 재배하는 공간을 유지하기 위해서는 일반적인 소형 냉방기기는 비용과 더불어 관리의 큰 어려움이 있다.

일예로 축산 농가의 경우에는 집단사육되는 동물의 분뇨발생으로 인해 여러 종류의 휘발성 유기화합물이 발생된다. 따라서 암모니아와 같은 부식성 가스의 발생으로 일반적인 냉방기기에서 사용되는 동파이프 또는 금속성 파이프를 가지고는 내식성을 확보할 수 없게 되어 제품의 경제성이 떨어진다. 또한, 고압의 냉매가 실내기로 순환되는 과정에서 발생될 수 있는 제반 문제를 해소할 수 있는 숙련된 기술자를 필요로 하는 문제가 있으며, 인화성이 높은 바닥재를 일반적으로 사용하기 때문에 실내,외기를 연결하는 동파이프의 용접작업시 화재의 위험성으로부터 항시 노출된 상태이다.

이와 같은 여러가지 문제점을 동시에 해결할 수 있는 것이 본 발명의 효과라고 할 수 있다. 첫째, 본 발명은 실내기와 실외기 사이에 액상냉매가 순환하는 구조이므로 고압의 가스를 배제하게 된다. 둘째, 실내기와 실외기의 연결유로를 설치가 가편하고 비용이 저렴한 PVC 또는 액셀파이프를 사용하게 되어 용접을 배제함으로써 설비시 화재의 위험성이 없다. 셋째, 설비의 유지관리를 위해 별도의 숙련기술자를 배치하지 않아도 되므로 인건비를 절감할 수 있다. 넷째, 적은 비용으로도 대용량화가 가능하며 비열이 높은 액상냉매를 사용하므로 순환경로상에서 열손실이 최소화되어 열교환 효율을 극대화시키는 효과가 있다. 그리고 여름철에는 본 발명에 의한 열교환기에 의하여 제습효과가 탁월해지는 이점이 있다.

또한, 원예농장 또는 화훼농장의 경우에는 혹서기 또는 혹한기의 관리가 어렵다. 이는 에너지 관리와 관련되는 문제로서 특히 실내기에서 발생되는 공기가 식물과 직접 접촉되는 경우에 식물생장에 악영향을 줄 수 있기 때문이다. 본 발명에서는 상세하게 설명하지는 않았으나 토출되는 공기의 온도조절하거나, 토출방향으 로 전환시키는 것에 의하여 이러한 문제점을 해결하도록 하며, 상술한 바와 같은 축사에서의 문제점과 유사하게 발생되는 문제점들을 동시에 해소할 수 있게 된다.

Claims (8)

1. 액상냉매를 생성하는 순간냉각기;

   상기 순간냉각기에서 생성되는 저온상태의 액상냉매가 순환되어, 소요되는 밀폐공간의 냉방을 실시하는 액상냉매용 에어컨; 및

   상기 순간냉각기와 상기 액상냉매용 에어컨을 연결하는 연결유로;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 하이브리드 에어컨디셔너.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 순간냉각기는

   압축기와, 상기 압축기에서 고온고압으로 압축된 가스를 액화시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 액체를 저온저압의 상태로 팽창시키는 팽창변 및 상기 팽창변에서 공급되는 냉매가스에 의해 통과하는 대상물질을 열교환하는 순간냉각용 증발기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에어컨디셔너.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 순간냉각용 증발기는

   냉매가 통과하는 냉매케이스와, 상기 냉매케이스의 내측에서 최장 길이를 갖고 지그재그 형상으로 설치되어 대상물질이 통과하면서 상기 냉매와 열교환되는 대상물질유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에어컨디셔너.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 액상냉매용 에어컨은

   상기 순간냉각용 증발기에서 생성된 저온의 액상냉매를 사용하여 상기 밀폐공간에서 소요되는 찬공기를 열교환시키는 열교환기와, 상기 열교환기에 의해 열교환된 찬공기를 실내로 토출하는 송풍팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에어컨디셔너.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 열교환기는 상기 송풍팬이 설치되는 팬쉬라우드의 개구부에 설치되며, 상기 열교환기는 판넬 타입으로 형성되어 상기 팬쉬라우드의 개구부 일측에 구비된 힌지부에 의해 개폐가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 하이브리드 에어컨디셔너.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 순간냉각기와 상기 액상냉매용 에어컨 사이에 액상냉매가 집수되는 탱크가 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에어컨디셔너.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 탱크는 상기 순간냉각기에서 생성된 저온상태의 액상냉매가 집수되는 제1 탱크와, 상기 열교환기에서 열교환된 고온상태의 액상냉매가 집수되는 제2 탱 크를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에어컨디셔너.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제1 탱크에서 상기 액상냉매용 에어컨으로 액상냉매를 공급하기 위한 제1 펌프와, 상기 액상냉매용 에어컨에서 제2 탱크로 액상냉매를 회수하기 위한 제2 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에어컨디셔너.

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