KR20080021998A - 스크롤 팽창기를 이용한 폐열회수형 공기조화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스트롤 팽창기를 이용한 공기조화장치에 관한 것으로서, 급기덕트와 배기덕트를 갖는 케비닛; 송풍팬; 급기덕트와 연통되는 다수의 급기통로와 배기덕트와 연통되는 다수의 배기통로를 갖는 폐열교환기; 압축기; 급기덕트를 횡단하도록 설치되는 제1열교환기; 배기덕트를 횡단하도록 설치되는 제2열교환기; 제1열교환기와 제2열교환기를 연결하는 배관 상에 설치되는 회전축을 갖는 스크롤 팽창기; 스크롤 팽창기의 회전축과 연동하도록 장착되는 발전기; 및 축전지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트롤 팽창기를 이용한 폐열회수형 공기조화장치를 제공함으로써, 스크롤 팽창기가 등-엔트로피 팽창을 통해 냉매를 팽창시킴에 따라 향상된 냉동성능을 갖도록 함과 더불어 냉매의 유동을 이용하여 전력을 생산하고, 이렇게 생산된 전력을 공기조화장치를 구성하는 부품 중 전동형 구성부품에 선택적으로 공급될 수 있도록 함으로써, 에너지소비효율을 극대화하는 효과를 얻을 수 있도록 한다.

케비닛, 스크롤 팽창기, 발전기, 축전지, 사방밸브

Description

스크롤 팽창기를 이용한 폐열회수형 공기조화장치{Waste Heat Recovery type Air Conditioner using Scroll Expender}

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 공기조화장치를 도시한 개략적 구성도,

도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 폐열회수형 공기조화장치를 도시한 개략적 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

5: 급기덕트 10: 케비닛

15: 배기덕트 20, 120, 180: 송풍팬

30: 폐열교환기 40, 190: 압축기

70, 140: 스크롤 팽창기 80, 160: 발전기

90, 170: 축전지 95, 150: 사방밸브

110: 실내열교환기 130: 실외열교환기

본 발명은 공기조화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉난방사이클이 작동하는 과정에서 필연적으로 발생하는 냉매의 유동을 이용하여 전력을 생산하고 생산된 전력을 자체의 운전에 사용하여 에너지소비효율을 극대화한 폐열회수형 공기조화장치에 관한 것이다.

공기조화장치는 사람이 생활하는 주택이나 사무실 등과 같은 실내공간의 공기를 사람의 생활에 적합하게 조화시키는 장치이다.

일반적으로, 공기조화장치는 실내기와 실외기로 구분된 형태로 구성되어 실내공간에 설치되는 실내기를 통해 실내공기를 적절한 온도와 습도를 갖도록 조화시키는 타입이 있으며, 이와 같은 타입의 공기조화장치는 외부공기를 유입하여 실내공간에 공급하는 것이 아님에 따라 장시간 연속해서 사용하는 경우에는 창문을 여는 등의 방법을 통해 환기를 시켜줘야만 한다.

한편, 공기조화장치는 직접적으로 또는 유입덕트 등과 같은 배관을 통해 외부공기를 유입하여 사람의 생활에 적합한 온도와 습도를 갖도록 조화시킨 다음, 목적공간에 공급덕트 등과 같은 별도의 배관을 통해 공급하는 한편, 실내공간으로부터 회수덕트 등과 같은 별도의 배관을 통해 흡입한 공기를 외부공간으로 배출하여, 지속적으로 신선한 외부공기가 실내공간으로 공급될수 있도록 하고 사람의 호흡 등으로 인해 오염된 목적공간의 실내공기를 외부공간으로 배출될 수 있도록 하는 타입이 있으며, 이와 같은 타입의 공기조화장치는 별도로 환기시킬 필요가 없는 대신 외부공기와 실내공기 간의 온도차가 상당한 경우에는 냉방 또는 난방의 위한 에너지소비효율이 현저히 저하되는 문제가 있다. 이와 같은 타입의 공기조화장치는 외부공간에서 유입되는 공기와 실내공간에서 배출되는 공기가 공기조화장치 내부에서 간접적으로 교차하여 서로 간의 열 교환이 일어나도록 하는 폐열회수형 공기조화장치로 진보하여 에너지소비효율의 개선하고자 하고 있다.

그러나, 에너지의 가격상승과 더불어 소비자의 욕구가 갈수록 고도화됨에 따라 에너지효율 향상에 대한 기대가 상존하는 가운데, 공기조화장치의 에너지소비효율을 개선하기 위한 많은 연구가 지속적으로 이루어지고 있음에도, 대부분 공기조화장치를 구성하는 개별부품의 에너지소비효율개선에 의존하는 수준을 넘지 못하는 문제점이 있는 실정이다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명한 것으로서,

본 발명의 목적은 냉난방사이클이 작동하는 과정에서 필연적으로 발생하는 냉매의 유동을 이용하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 자체의 운전에 사용하도록 함으로써 에너지소비효율을 극대화시킨 폐열회수형 공기조화장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명은,

급기덕트와 배기덕트를 갖는 케비닛과; 급기덕트와 배기덕트 각각의 출구 측에 설치되는 한 쌍의 송풍팬; 케비닛 내부의 급기덕트와 배기덕트가 교차하는 위치에 설치되며, 급기덕트와 연통되는 다수의 급기통로와 배기덕트와 연통되는 다수의 배기통로를 갖는 폐열교환기와; 냉매를 압축하는 압축기와; 급기덕트를 횡단하도록 설치되는 제1열교환기와; 배기덕트를 횡단하도록 설치되는 제2열교환기; 제1열교환기와 제2열교환기를 연결하는 배관 상에 설치되는 회전축을 갖는 스크롤 팽창기와; 스크롤 팽창기의 회전축과 연동하도록 장착되는 발전기; 및 발전기에서 생산된 전력을 축전하기 위한 축전지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기를 이용한 폐열회수형 공기조화장치를 제공한다.

그리고, 상기 축전지의 축전량을 감지하는 축전량 감지수단; 및 상기 축전지의 축전량에 따라 하나 이상의 전동형 구성부품에 외부전원 또는 상기 축전지로부터 전력이 선택적으로 공급될 수 있도록 하는 스위칭수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부되는 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 공기조화장치를 도시한 개략적 구성도이다.

본 발명의 제 1 실시 예에 따른 공기조화장치는 실내기(100)와 실외기(200)로 구분되고 서로 배관과 배선으로 연결되어 냉매가 순환하고 전력이 공급될 수 있 도록 한 것이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 실내기(100)는 냉방운전모드에서 증발기의 역할을 수행하고 난방운전모드에서 응축기의 역할을 수행하는 실내열교환기(110)와, 공기를 실내기 본체 내부로 유입하고 실내열교환기(110)에 의해 조화된 공기를 실내공간으로 배출하기 위한 동력을 제공하는 송풍팬(120)을 포함한다. 여기서, 송풍팬(120)을 구동하는 송풍모터(미도시)는 낮은 소비전력의 브러시리스 직류모터( Brushless Direct Current Motor; 이하, BLDC 모터)를 사용하는 것이 바람직하다.

실외기(200)는 기체상태의 냉매를 압축하는 압축기(190)와, 냉방운전모드에서 응축기의 역할을 수행하고 난방운전모드에서 증발기의 역할을 수행하는 실외열교환기(130)와, 실외열교환기(130)에서의 열교환을 촉진하는 송풍팬(180)을 기본적으로 포함하며, 냉각사이클에서 고압의 액체상태 냉매를 저압의 미스트 형태로 팽창시키는 팽창수단으로서 실외열교환기(130)와 실내열교환기(110)를 연결하는 배관 상에 설치되는 회전축을 갖는 스크롤 팽창기(140)와, 스크롤 팽창기(140)의 회전축과 연동하도록 장착되는 발전기(160), 및 발전기(160)에서 생산된 전력을 축전하기 위한 축전지(170)를 포함한다. 또한, 냉방운전모드 또는 난방운전모드로 전환하기 위하여 냉매의 순환방향을 전환할 수 있는 사방밸브(150)를 포함한다.

더불어, 축전지(170)의 축전량을 감지하는 축전량 감지수단으로 감지센서(미도시)가 장착될 수 있으며, 축전지(170)의 축전량에 따라 하나 이상의 전동형 구성부품에 외부전원 또는 상기 축전지로부터 전력이 선택적으로 공급될 수 있도록 하는 스위칭수단(미도시)이 포함될 수 있다. 감지센서는 감지한 축전량 정보를 스위 칭수단에 직접 전달하거나 마이컴(미도시)을 통해 전달하게 되며, 스위칭수단은 자체적으로 또는 마이컴에 의해 제어되는 별도의 스위칭부재가 사용되거나 마이컴이 스위칭수단의 역할을 또한 수행하는 형태로 제공될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 공기조화장치는, 압축기(190)의 구동에 의해 고압상태에서 응축된 냉매가 스크롤 팽창기(140)를 통과하면서 회전축을 회전시키고, 회전축과 연동되는 발전기(160)에 의해 전력을 생산하며, 생산된 전력을 축전지(170)에 축전하게 된다. 축전지(170)의 축전량이 설정된 값 이상에 도달하면, 예를 들어, 송풍기나 램프류 등의 전동형 구성부품에 스위칭수단을 통해 자가발전에 의한 전력이 공급될 수 있도록 함으로써, 에너지소비효율을 극대화할 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 스크롤 팽창기를 이용한 폐열회수형 공기조화장치를 도시한 개략적 구성도이다.

본 발명의 제 2 실시 예에 따른 공기조화장치는 일반적인 폐열회수 환기장치에 냉난방기능을 부가한 형태의 것이다. 즉, 외부공기와 내부공기를 환기시키기 위한 환기부와, 환기과정에서 목적공간에 요구하는 적절한 상태로 공급되는 공기를 조화시키기 위한 히트펌프부로 구분될 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 환기부는 각각의 양단부에 형성되는 출구(3)(17)와 입구(5)(13)를 통해 외부공기를 유입하여 실내공간으로 공급하는 통로가 되는 급기덕트(5)와 실내공기를 유입하여 외부공간으로 배출하는 통로가 되는 배기덕 트(15)를 갖는 케비닛(10)과, 급기덕트(5)와 배기덕트(15)의 출구 측에 각각 설치되는 한 쌍의 송풍팬(20)과, 케비닛(10) 내부의 급기덕트(5)와 배기덕트(15)가 교차하는 위치에 설치되며 급기덕트(5)와 연통되는 다수의 급기통로(미도시)와 배기덕트(15)와 연통되는 다수의 배기통로(미도시)를 갖는 폐열교환기(30)를 포함한다. 여기서, 송풍팬(20)을 구동하는 송풍모터는 낮은 소비전력의 BLDC 모터를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 히트펌프부는 기체상태의 냉매를 압축하는 압축기(40)와, 냉방운전모드에서 증발기의 역할을 수행하고 난방운전모드에서 응축기의 역할을 수행하는 것으로서 급기덕트(5)를 횡단하도록 폐열교환기(30)의 급기통로 출구 측에 장착되는 제1열교환기(60)와, 냉방운전모드에서 응축기의 역할을 수행하고 난방운전모드에서 증발기의 역할을 수행하는 것으로서 배기덕트(15)를 횡단하도록 폐열교환기(30)의 배기통로 출구 측에 장착되는 제2열교환기(50)와, 냉각사이클에서 고압의 액체상태 냉매를 저압의 미스트 형태로 팽창시키는 팽창수단으로서 제1열교환기(60)와 제2열교환기(50)를 연결하는 배관 상에 설치되는 회전축을 갖는 스크롤 팽창기(70)와, 스크롤 팽창기(70)의 회전축과 연동하도록 장착되는 발전기(80), 및 발전기(80)에서 생산된 전력을 축전하기 위한 축전지(90)를 포함한다. 또한, 냉방운전모드 또는 난방운전모드로 전환하기 위하여 냉매의 순환방향을 전환할 수 있는 사방밸브(95)를 포함한다.

더불어, 축전지(90)의 축전량을 감지하는 축전량 감지수단으로 감지센서(미도시)가 장착될 수 있으며, 축전지(90)의 축전량에 따라 하나 이상의 전동형 구성 부품에 외부전원 또는 상기 축전지로부터 전력이 선택적으로 공급될 수 있도록 하는 스위칭수단(미도시)이 포함될 수 있다. 감지센서는 감지한 축전량 정보를 스위칭수단에 직접 전달하거나 마이컴(미도시)을 통해 전달하게 되며, 스위칭수단은 자체적으로 또는 마이컴에 의해 제어되는 별도의 스위칭부재가 사용되거나 마이컴이 스위칭수단의 역할을 또한 수행하는 형태로 제공될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 스크롤 팽창기를 이용한 폐열회수형 공기조화장치는, 압축기(40)의 구동에 의해 고압상태에서 응축된 냉매가 스크롤 팽창기(70)를 통과하면서 회전축을 회전시키고, 회전축과 연동되는 발전기(80)에 의해 전력을 생산하며, 생산된 전력을 축전지(90)에 축전하게 된다. 축전지(90)의 축전량이 설정된 값 이상에 도달하면, 예를 들어, 급기덕트(5)와 배기덕트(15)에 각각 설치되는 송풍기(20)나 램프류 등의 전동형 구성부품에 스위칭수단을 통해 자가발전에 의한 전력이 공급될 수 있도록 함으로써, 에너지소비효율을 극대화할 수 있도록 한다.

이상과 같은 본 발명에 따른 스크롤 팽창기를 이용한 폐열회수형 공기조화장치를 제공함으로써, 냉각사이클에서 고압의 액체상태 냉매를 저압의 미스트 형태로 팽창시키는 팽창수단으로서 스크롤 팽창기의 사용을 통해, 종래기술에서 일반적으로 팽창수단으로 사용되던 전자팽창밸브나 모세관을 이용한 방식이 등-엔탈피 팽창을 통해 냉매를 팽창시키는 반면, 스크롤 팽창기는 등-엔트로피 팽창을 통해 냉매 를 팽창시킴에 따라 더욱 향상된 냉동성능을 갖도록 한다. 또한, 냉매의 팽창과정에서 발생하는 필연적인 냉매의 유동을 이용하여 회전축을 회전시키는 스크롤 팽창기를 사용하고, 스크롤 팽창기의 회전축과 연동되는 발전기로 전력을 생산하고, 이렇게 생산된 전력을 축전지에 축전하여, 공기조화장치를 구성하는 부품 중 전동형 구성부품에 선택적으로 공급될 수 있도록 함으로써, 에너지소비효율을 극대화시키는 효과를 얻을 수 있도록 한다.

Claims (2)

1. 급기덕트와 배기덕트를 갖는 케비닛;

   상기 급기덕트와 상기 배기덕트 각각의 출구 측에 설치되는 한 쌍의 송풍팬;

   상기 케비닛 내부의 상기 급기덕트와 상기 배기덕트가 교차하는 위치에 설치되며, 상기 급기덕트와 연통되는 다수의 급기통로와 상기 배기덕트와 연통되는 다수의 배기통로를 갖는 폐열교환기;

   냉매를 압축하는 압축기;

   상기 급기덕트를 횡단하도록 설치되는 제1열교환기;

   상기 배기덕트를 횡단하도록 설치되는 제2열교환기;

   상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기를 연결하는 배관 상에 설치되는 회전축을 갖는 스크롤 팽창기;

   상기 스크롤 팽창기의 회전축과 연동하도록 장착되는 발전기; 및

   상기 발전기에서 생산된 전력을 축전하기 위한 축전지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기를 이용한 폐열회수형 공기조화장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 축전지의 축전량을 감지하는 축전량 감지수단; 및

   상기 축전지의 축전량에 따라 하나 이상의 전동형 구성부품에 외부전원 또는 상기 축전지로부터 전력이 선택적으로 공급될 수 있도록 하는 스위칭수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기를 이용한 폐열회수형 공기조화장치.

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