KR20080088863A - 응축기 없는 냉방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 응축기 없는 냉방장치에 관한 것으로, 압축과정에서 발생되던 고열에 의해 냉매가 과도하게 가열되던 현상을 제거한 새로운 형태의 구성에 의해 응축기가 필요치 않으며 더욱 개선된 냉방효과를 기대할 수 있는 것이다.

이러한 본 발명은, 서로 쌍을 이루어 냉매의 흡입과 압출을 교번하여 수행하면서 냉매를 순환시키되, 자체의 열 발생을 억제하기 위해 냉매의 흡입과 압출을 위한 힘을 외부로부터 제공받는 제1압출부재 및 제2압출부재, 제1압출부재와 제2압출부재와 별도의 개체로 분리되어 냉매의 흡입과 압출을 위해 필요한 힘을 제1압출부재 및 제2압출부재에 제공하는 동력제공수단, 제1압출부재로부터 압출되는 냉매를 압력강하시키는 제1팽창밸브, 제2압출부재로부터 압출되는 냉매를 압력강하시키는 제2팽창밸브, 제1팽창밸브에서 압력강하된 저온저압의 액체상태인 냉매를 증발시켜 제2압출부재로 내보내는 제1증발기, 제2팽창밸브에서 압력강하된 저온저압의 액체상태인 냉매를 증발시켜 제1압출부재로 내보내는 제2증발기, 제1증발기를 거치지 않고 제1팽창밸브와 제2압출부재를 연결하여, 제1팽창밸브를 통과한 저온저압의 액체상태인 냉매 중 일부를 제1증발기를 거치지 않고 제2압출부재로 우회시켜 제1증발기를 나온 증기상태인 냉매의 액화를 돕도록 한 제1우회라인, 제2증발기를 거치지 않고 제2팽창밸브와 제1압출부재를 연결하여, 제2팽창밸브를 통과한 저온저압의 액체상태인 냉매 중 일부를 제2증발기를 거치지 않고 제1압출부재로 우회시켜 제2증발기를 나온 증기상태인 냉매의 액화를 돕도록 한 제2우회라인을 포함하여 구 성된다.

냉방장치, 우회라인, 응축기

Description

응축기 없는 냉방장치{COOLING APPARATUS WITHOUT CONDENSER}

도 1은 종래기술에 의한 냉방장치의 개략적인 구성을 보여주는 구성도.

도 2는 종래기술에 의한 냉방장치의 냉방사이클을 보여주는 참조도.

도 3은 제1실시예에 의한 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도

도 4내지 도 8은 제1실시예에 따른 본 발명의 동작을 설명하기 위한 일련의 참조도.

도 9는 제1실시예에 따른 본 발명의 냉방사이클을 보여주는 참조도.

도 10은 변형된 제1실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도.

도 11은 제2실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도.

도 12는 제3실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

110,120,210,220 : 압출부재 111,121,211,221 : 실린더

113,123,213,223 : 피스톤 115,125 : 다이어프램

131 : 모터 133 : 피니언

135,137 : 랙 140,150 : 팽창밸브

160,170 : 증발기 L30,L40 : 우회라인

본 발명은 냉방장치에 관한 것으로, 특히 전통적인 방식을 탈피한 새로운 형태의 냉방사이클에 의해 압축과정에서 발생되던 열을 배제할 수 있게 되어 냉방효과를 비약적으로 높이는 데 적당한 응축기 없는 냉방장치에 관한 것이다.

일반적으로, 냉방장치라 함은 압축기(compressor)에서 압축된 냉매를 응축기(condenser)에서 액화시킨 뒤 팽창밸브(expansion valve)를 통해 증발기(evaporator)에서 다시 기화시켜, 이때 흡수되는 기화열에 의해 실내를 냉각시키는 장치를 일컫는다.

이와 같은 냉방장치에서는 냉매를 응축시킬 때 응축기에서 발생하는 열을 얼마나 효과적으로 제거하는가가 에어컨 전체의 성능과 냉방용량을 좌우하게 된다.

따라서, 응축기를 효과적으로 냉각시키기 위해 다양한 방식 및 방법들이 개발되고 있으며, 상기 응축기를 냉각시키기 위한 방식으로는 공냉식과 수냉식, 또는 공냉식과 수냉식을 혼합한 형태인 혼합식이 대표적으로 알려져 있다.

이에, 도 1은 종래기술에 의한 냉방장치의 개략적인 구성을 보여주는 구성도이고, 도 2는 종래기술에 의한 냉방장치의 냉방사이클을 보여주는 참조도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 냉방장치는 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(11), 냉매를 고압의 액체냉매로 액화시키는 응축기(12), 액체냉매를 저압의 액 체냉매로 압력강하시키는 팽창밸브(13), 압력강하된 저압의 액체냉매를 기화시키는 증발기(14)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성에 의하면 상기 압축기(11), 응축기(12), 팽창밸브(13) 및 증발기(14)에서 냉매의 압축-응축-팽창-증발과정이 반복되어 진행되고, 이때 상기 증발기에서 냉매가 증발될 때 기화열에 해당하는 열을 흡수하면서 실내를 냉방하게 된다.

이와 같은 종래의 냉방장치에서는 압축기(11) 자체에서 고열이 발생되는 관계로 냉매가 압축기(11)를 지나면서 약 70 내지 80℃ 정도의 고온 상태가 된다. 따라서 이같은 고온 상태의 냉매를 냉각하기 위해 응축기(12)를 필수적으로 구비하고 있으며 상기 응축기(12)를 얼마나 냉각시키는가에 따라 전체 냉방성능이 좌우되었다.

그러나 종래의 냉방장치는 압축기(11) 자체에서 발생되는 고열로 인해 냉매가 과도하게 과열되는 관계로 이를 냉각하기 위한 응축기(12)를 필수적으로 구비해야만 하는 전통적인 틀에서 벗어날 수 없었다. 참고로 상기 압축기(11)에서 열이 발생하는 이유는 압축과정에서 생겨나는 열과 압축기(11)의 운동으로 인한 열인데 후자의 것이 압축기(11)에서 고열을 야기하는 주된 원인으로 작용하였다.

또한, 종래 냉방장치의 전통적인 구조로는 냉매가 압축기(11)를 통과하면서 고온 상태가 되는 관계로 전체의 냉방성능을 끌어올리는 데 큰 제약으로 작용하였다. 따라서 종래 냉방장치의 전통적인 틀에서 벗어난 새로운 냉방사이클을 갖는 제품을 개발하는 것이 절실히 요구되었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 전통적인 방식을 탈피한 새로운 형태의 냉방사이클을 갖는 응축기 없는 냉방장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 응축기 없는 냉방장치는, 서로 쌍을 이루어 냉매의 흡입과 압출을 교번하여 수행하면서 냉매를 순환시키되, 자체의 열 발생을 억제하기 위해 냉매의 흡입과 압출을 위한 힘을 외부로부터 제공받는 제1압출부재 및 제2압출부재와, 상기 제1압출부재와 제2압출부재와 별도의 개체로 분리되어 냉매의 흡입과 압출을 위해 필요한 힘을 상기 제1압출부재 및 제2압출부재에 제공하는 동력제공수단과, 상기 제1압출부재로부터 압출되는 냉매를 압력강하시키는 제1팽창밸브와, 상기 제2압출부재로부터 압출되는 냉매를 압력강하시키는 제2팽창밸브와, 상기 제1팽창밸브에서 압력강하된 저온저압의 액체상태인 냉매를 증발시켜 상기 제2압출부재로 내보내는 제1증발기와, 상기 제2팽창밸브에서 압력강하된 저온저압의 액체상태인 냉매를 증발시켜 상기 제1압출부재로 내보내는 제2증발기와, 상기 제1증발기를 거치지 않고 상기 제1팽창밸브와 제2압출부재를 연결하여, 상기 제1팽창밸브를 통과한 저온저압의 액체상태인 냉매 중 일부를 상기 제1증발기를 거치지 않고 상기 제2압출부재로 우회시켜 상기 제1증발기를 나온 증기상태인 냉매의 액화를 돕도록 한 제1우회라인과, 상기 제2증발기를 거치지 않고 상기 제2팽창밸브와 제1압출부재를 연결하여, 상기 제2팽창밸브를 통과한 저온저압의 액체상태인 냉매 중 일부를 상기 제2증발기를 거치지 않고 상기 제1압출부재로 우회시켜 상기 제2증발기를 나온 증기상태인 냉매의 액화를 돕도록 한 제2우회라인을 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1압출부재 및 제2압출부재는 각각, 냉매의 유입구와 유출구를 구비한 중공의 실린더와, 상기 실린더 내부에서 진퇴하면서 냉매를 압출하고 흡입하는 피스톤을 포함하고, 상기 동력제공수단은 상기 피스톤을 진퇴시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 실린더 내부에는 피스톤의 동작에 따라 신축되면서 흡입된 냉매를 격리하여 수용하는 다이어프램이 더 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 동력제공수단은 모터와, 상기 모터의 샤프트에 결합되어 회전하는 피니언과, 상기 피니언과 치합되어 직선왕복운동하면서 상기 피스톤을 진퇴시키는 랙을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 랙은 상기 피니언의 반대편에서 치합된 2개 한 쌍으로 구비되어 상기 피니언의 회전시 서로 반대방향으로 진퇴 동작하면서 상기 제1압출부재 및 제2압출부재의 피스톤을 교번하여 진퇴시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 동력제공수단은 상기 실린더에 질소 또는 공기와 같은 작동유체를 주입하고 흡입하여 피스톤을 진출시키고 후퇴시키는 컴프레서인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 컴프레서에 부족한 작동유체를 보충하는 저장탱크를 더 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 본 발명의 냉방장치는, 냉매를 저온고압으로 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 나온 저온고압의 냉매를 저온저압으로 압력강하시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 압력강하된 저온저압의 액체상태인 냉매를 증발시켜 상기 압축기로 내보내는 증발기와, 상기 증발기를 거치지 않고 상기 팽창밸브와 압축기를 연결하여, 상기 팽창밸브를 통과한 저온저압의 액체상태인 냉매 중 일부를 상기 증발기를 거치지 않고 상기 압축기로 우회시켜 상기 증발기를 나온 증기상태인 냉매의 액화를 돕도록 한 우회라인을 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 할 수 있다.

한편, 본 발명은 냉매를 저온고압으로 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 나온 저온고압의 냉매를 저온저압으로 압력강하시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 압력강하된 저온저압의 액체상태인 냉매를 증발시켜 상기 압축기로 내보내는 증발기와, 상기 증발기를 거치지 않고 상기 팽창밸브와 압축기를 연결하여, 상기 팽창밸브를 통과한 저온저압의 액체상태인 냉매 중 일부를 상기 증발기를 거치지 않고 상기 압축기로 우회시키는 것을 기술적 구성상의 켜 상기 증발기를 나온 증기상태인 냉매의 액화를 돕도록 한 우회라인을 포함하여 구성되는 것을 기술적 구성상의 특징으로 한다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

[제1실시예]

본 발명에 의한 응축기 없는 냉방장치는 압축과정에서 발생되던 고열에 의해 냉매가 과도하게 가열되던 현상이 없는 새로운 형태의 구성에 의해 고온의 냉매를 냉각하기 위한 응축기가 더 이상 필요치 않으며 더욱 개선된 냉방효과를 기대할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 의한 응축기 없는 냉방장치의 구성을 설명한다.

도 3은 제1실시예에 의한 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

도시된 바와 같이 제1실시예에 의한 본 발명의 냉방장치는 서로 교번하여 냉매를 압출하고 흡입하는 한 쌍의 압출부재(110,120)를 구비하고 있고, 별개의 개체로 구비된 동력제공수단(130)에 의해 상기 압출부재(110,120)가 냉매를 압출할 수 있는 힘을 제공한다는 점에서 독특한 구성을 갖는다. 본 발명은 이같이 냉매와 직접 접촉하여 작용하는 부위(압출부재(110,120)에 해당)와 고열이 발생되는 동력발생 부위(동력제공수단(130)에 해당)를 분리한 독특한 구성에 의해 종전처럼 냉매가 70 내지 80℃에 이르는 고온으로 과도하게 가열되던 문제를 완전히 해소하게 된다.

이에 따라 고온의 냉매를 냉각하기 위한 용도로 구비되어 냉방효과를 좌우하던 응축기를 더 이상 필요치 않게 되었으며, 기존의 전통적인 냉방사이클을 탈피하게 응축과정이 없는 새로운 냉방사이클을 구성하게 된다. 아래에서는 본 발명의 주요 구성요소들을 중심으로 본 발명의 구성을 상세히 설명하도록 한다.

제1실시예에 따른 본 발명의 냉방장치는 제1압출부재(110) 및 제2압출부재(120), 동력제공수단(130), 제1팽창밸브(140) 및 제2팽창밸브(150), 제1증발기(160) 및 제2증발기(170), 제1우회라인(L30) 및 제2우회라인(L40)을 주요 구성요 소로 포함하고 있다.

상기 제1압출부재(110) 및 제2압출부재(120)는 서로 쌍을 이루어 냉매의 흡입과 압출을 교번하여 수행하면서 냉매를 순환시킨다. 즉, 상기 제1압출부재(110)가 냉매를 압출할 때는 이에 대응하여 상기 제2압출부재(120)가 냉매를 흡입하고, 상기 제2압출부재(110)가 냉매를 흡입할 때는 상기 제2압출부재(130)가 냉매를 압출하면서 냉매를 순환시킨다. 이처럼 상기 제1압출부재(110)와 제2압출부재(120)가 교번하여 동작하도록 설치되면 냉매를 중단없이 순환시킬 수 있게 된다.

상기 제1압출부재(110)와 제2압출부재(120)는 제1순환라인(L10)과 제2순환라인(L20)에 의해 연결된다. 이로써 상기 제1압출부재(110)에서 압출된 냉매는 상기 제1순환라인(L10)을 따라 이동하고 제2압출부재(120)에서 압출된 냉매는 상기 제2순환라인(L20)을 따라 이동하게 된다. 하지만 상기 제1압출부재(110) 및 제2압출부재(120)는 종래의 압축기와는 달리 고열 발생의 우려가 있던 부위가 별도의 개체인 동력제공수단(130)으로 분리된다. 따라서 순환하는 냉매가 상기 제1압출부재(110) 및 제2압출부재(120)를 지나더라도 종전처럼 고온으로 가열되는 일은 일어나지 않는다.

상기 제1압출부재(110) 및 제2압출부재(120)의 구체적인 구성을 살펴보면, 각각 실린더(111,121)와 상기 실린더(111,121)에서 진퇴 가능하게 설치된 피스톤(113,123)과, 다이어프램(115,125)으로 비교적 간단하게 이루어진다.

상기 실린더(111,121)는 피스톤(113,123)이 진퇴하면서 냉매를 흡입하고 압출할 수 있도록 내부공간을 갖는 원통형의 형태를 갖고, 냉매가 유입되는 유입 구(111B,121B)와 냉매가 유출되는 유출구(111A,121A)를 구비한다.

상기 피스톤(113,123)은 상기 실린더(111,121) 내부에서 진퇴하도록 설치되며, 진출시 상기 유출구(111A,121A)를 통해 냉매를 실린더(111,121)로부터 압출하여 내보내고, 후퇴시 상기 유입구(111B,121B)를 통해 냉매를 실린더(111,121)로 흡입하여 들인다. 상기 피스톤(113,123)은 랙(135,137)의 끝단과 결합되어 있으며 모터(131)에서 제공되는 동력을 랙(135,137)을 통해 전달받아 동작한다.

상기 다이어프램(115,125)은 상기 실린더(111,121) 내부에서 유입구(111B) 및 유출구(111A)가 구비된 위치에 설치되어 실린더(111,121) 내부로 흡입되는 냉매를 수용하였다가 내보낸다. 이때 상기 다이어프램(115,125)은 실린더(111,121) 내부에 흡입되는 냉매가 불필요하게 누설되거나, 작동유체의 사용시 이들과 불필요하게 혼합되지 않도록 차단하는 역할을 한다(작동유체와 관련해서는 후술될 제2실시예 참조). 이를 위해 상기 다이어프램(115,125)은 피스톤(113,123)에 결합되어 함께 움직이면서 피스톤(113,123)의 후퇴시 신장 또는 팽창되어 냉매를 수용하게 되고, 진출시 축소되어 냉매를 내보낸다.

상기 동력제공수단(130)은 상기 피스톤(113,123)을 진퇴시키기 위한 힘을 제공하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 동력제공수단은 모터(131)와, 상기 모터(131)의 샤프트에 결합되어 회전하는 피니언(133)과, 상기 피니언(133)과 치합되어 직선왕복운동하면서 상기 피스톤(113,123)을 진퇴시키는 랙(135,137)을 포함한다. 여기서 상기 랙(135,137)은 상기 피니언(133)의 반대편에서 각각 치합된 2개 한 쌍으로 구비된다. 이같은 구성에 의하면 상기 피니언(133)이 회전할 때 상기 한 쌍의 랙(135,137)이 서로 반대방향으로 진퇴하게 되어 상기 제1압출부재(110) 및 제2압출부재(120)에 구비된 피스톤(113,123)을 자연스럽게 교번하여 진퇴시킬 수 있게 된다. 제1실시예에 따르면 2개 한 쌍의 랙(135,137)과 그 사이에 설치되는 비교적 커다란 직경의 피니언(133)을 구비해야 한다. 이같은 구성은 제1압출부재(110)와 제2압출부재(120)가 나란히 세워진 상태가 되고 다이어프램(115,125)도 눕혀지지 않고 세워진 상태가 되어 중력에 의해 형태가 왜곡되는 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

상기 제1팽창밸브(140)는 제1순환라인(L10)상에 설치되어 상기 제1압출부재(110)에서 압출되어 나오는 냉매를 압력강하시키는 역할을 한다. 상기 제1팽창밸브(140)를 통과한 냉매는 저온고압의 액체상태에서 저온저압의 액체상태가 된다. 이때 제1팽창밸브(140)를 통과한 직후의 냉매의 온도는 영하권으로 내려가서 본 발명에 따른 냉방사이클 중 가장 낮은 수준의 온도가 된다.

상기 제2팽창밸브(150)는 상기 제1팽창밸브(140)와 마찬가지로 제2순환라인(L20)상에 설치되어 제2압출부재(120)에서 압출되어 나오는 냉매를 압력강하시키는 역할을 한다. 상기 제2팽창밸브(150)를 통과한 냉매 역시 제1팽창밸브(140)과 마찬가지로 저온고압의 액체상태에서 저온저압의 액체상태가 된다.

상기 제1증발기(160)는 상기 제1순환라인(L10)상에 설치되어 상기 제1팽창밸브(140)를 통과하면서 압력강하된 냉매를 저온저압의 액체 및 증기상태로 증발시키는 역할을 한다.

상기 제2증발기(170)는 제1증발기(160)와 마찬가지로 상기 제2순환라인(L20) 상에 설치되어 상기 제2팽창밸브(150)를 통과하면서 압력강하된 냉매를 저온저압의 액체 및 증기로 증발시키는 역할을 한다. 상기 제1증발기(160) 및 제2증발기(170)는 냉매의 온도 수준이 같으므로 하나의 덩어리로 구성하는 것이 바람직하다. 단, 서로간에 냉매의 흐름방향은 반대이므로 냉매가 혼합되지 않도록 서로 독립을 유지한다.

상기 제1우회라인(L30)은 상기 제1증발기(160)를 거치지 않고 제1팽창밸브(140)와 제2압출부재(120)를 연결한다. 이로써 상기 제1우회라인(L30)은 제1팽창밸브(140)를 통과한 직후의 냉매 중 일부를 제1증발기(160)를 거치지 않고 제2압출부재(120)로 우회시키는 역할을 하게 된다. 이는 상기 제1팽창밸브(140)를 통과한 저온저압의 액체상태인 냉매를 제2압출부재(120)로 보내어서 제1증발기(160)로부터 유입되는 냉매의 액화를 돕는다. 참고로 상기 제1팽창밸브(140)를 통과한 냉매의 온도는 영하 2 내지 3℃ 정도이며, 제1증발기(160)를 통과한 냉매의 온도는 영상 11℃ 정도이다. 따라서 상기 제1증발기(160)를 통과한 직후의 냉매가 보다 저온인 제1팽창밸브(140)를 통과한 냉매와 만나게 되면 제2압출부재(120) 내에서는 고압상태에서 약 11℃ 정도인 액체상태의 냉매가 된다. 물론, 이때 제1팽창밸브(140)에서 분기되는 냉매의 양을 조절하면 상기와 같이 원하는 상태의 냉매를 만들 수 있다.

마찬가지로 상기 제2우회라인(L40) 역시 상기 제2증발기(170)를 거치지 않고 제2팽창밸브(150)와 제1압출부재(110)를 연결한다. 이로써 상기 제2우회라인(L40)은 제2팽창밸브(150)를 통과한 직후의 냉매 중 일부를 제2증발기(170)를 거치지 않고 제1압출부재(110)로 우회시키는 역할을 하게 된다. 이 역시 상기 제2팽창밸 브(150)를 통과한 저온저압의 액체상태인 냉매를 제1압출부재(110)로 보내어서 제2증발기(170)로부터 유입되는 냉매의 액화를 돕는다.

이처럼 상기 우회라인(L30,L40)이 구비되어 팽창밸브(140,150)를 통과한 저온의 냉매 중 일부를 증발기(160,170)를 통과한 냉매의 액화를 위한 용도로 사용하게 되면 종래에 필수적으로 구비되던 응축기를 구비하지 않아도 냉매를 액화할 수 있게 되는 것이다. 이처럼 팽창밸브를 통과한 냉매 중 일부를 증발기를 통과한 냉매의 액화를 위해 사용하게 되면 고열에 의해 냉매를 액화시키는 종래 압축기로부터 자유로워질 수 있게 된다. 즉, 본 발명과 같이 냉매를 순환시키기 위해 냉매에 직접 작용하는 부위와 고열이 발생되는 부위를 분리하는 구성이 가능해지는 것은 물론, 굳이 고온의 열을 발생하는 압축기를 고집하여 사용하지 않아도 된다.

참고로 본 발명의 실시예에서는 교번하여 동작하는 두개의 압출부재(110,120)를 구비한 것으로 하였지만, 교번하여 동작하는 두 개의 압출부재(110,120) 대신 스크롤 압축기, 회전식 압축기, 왕복동 압축기와 같이 하나만으로도 중단 없이 냉매를 순환시킬 수 있는 압축기로 대체하고 상기 우회라인(L30,L40) 중 하나만 구비하는 구성을 취할 수도 있다. 단, 이 경우에 있어서는 상기 압출부재(110,120)를 대체하는 압축기는 고열을 발생하지 않는 개선된 형태의 압축기라야만 한다. 그러면 응축기를 제외한 새로운 형태의 냉방장치가 가능해지는 것이다. 이에 대해서는 차후 제3실시예를 통해 상세히 설명하기로 한다.

또한, 본 발명의 순환라인(L10,L20)과 우회라인(L30,L40)에는 냉매의 원활한 흐름을 위한 복수의 체크밸브(C10,C20,C30,C40)가 설치된다. 즉, 상기 제1압출부 재(110)가 냉매를 압출할 때 냉매가 제2순환라인(L20)으로 흐르는 것을 막는 제2체크밸브(C20)와 제2우회라인(L40)으로 흐르는 것을 막는 제4체크밸브(C40)가 설치된다. 또한, 상기 제2압출부재(120)가 냉매를 압출할 때 냉매가 제1순환라인(L10)으로 흐르는 것을 막는 제1체크밸브(C10)와 제1우회라인(L30)으로 흐르는 것을 막는 제3체크밸브(C30)가 설치된다.

이처럼 본 발명의 냉방장치에서는 압축과정에서 상온저압의 액체 및 증기상태인 냉매를 고온고압의 증기로 만드는 것이 아니라 저온고압의 액체로 만들어서 응축기 없는 냉방장치를 가능하게 한다. 이는 냉매를 70 내지 80℃ 정도의 고온으로 만드는 전통적인 압축기와는 달리 냉매를 가열하지 않는 압출부재(110,120)의 설치와 증발기(160,170)에서 나온 냉매를 액화하는 우회라인(L30,L40)이 있기 때문에 가능한 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 응축기 없는 냉방장치의 동작을 첨부한 도 4 내지 도 9를 중심으로 설명하면 다음과 같다. 도 4내지 도 8은 제1실시예에 따른 본 발명의 동작을 설명하기 위한 일련의 참조도이고, 도 9는 제1실시예에 따른 본 발명의 냉방사이클을 보여주는 참조도이다.

먼저, 도 4는 본 발명에 의한 냉방장치의 동작 전 상태를 보여주고 있다. 여기서 제1압출부재(110)의 피스톤(113)은 후퇴한 상태에 있으며 실린더(111) 내부에서 신장 또는 팽창된 다이어프램(115)에는 냉매(R)가 수용된 상태로 가득 차 있다.

상기와 같은 초기상태에서 모터(131)가 작동하여 모터(131) 샤프트에 결합된 피니언(133)이 회전하면 도 5와 같이 후퇴한 상태에 있던 제1랙(135)이 진출하고 제2랙(137)은 반대로 후퇴하기 시작한다.

이로써 제1압출부재(110)의 다이어프램(115)에 수용되어 있던 냉매(R)는 실린더(111)의 유출구(111A)로 빠져나와 제1순환라인(L10)을 따라 제2압출부재(120) 쪽으로 이동하면서 제1팽창밸브(140)와 제1증발기(160)를 차례로 통과하게 된다(냉매(R)의 흐름방향 11-12-13-15 참조). 이때 냉매가 제2순환라인(L20)으로 흐르는 것을 제2체크밸브(C20)가 막고, 냉매가 제2우회라인(L40)으로 흐르는 것을 제4체크밸브(C40)가 막는다.

상기 과정에서 제1압출부재(110)를 통과한 직후의 냉매(R)는 제1팽창밸브(140)와의 사이 구간에서 압축되면서 저온고압의 액체상태로 상기 제1팽창밸브(140)를 지나게 된다. 이때 냉매(R)가 제1팽창밸브(140)에 들어가지 직전 온도는 대략 영상 11℃ 정도이며, 냉매(R)가 제1팽창밸브(140)를 지난 상태에서는 저온저압의 액체상태가 된다. 이때 온도는 영하 2 내지 3℃ 정도가 되어 냉방사이클 중 최저의 온도가 된다. 그리고 냉매는 제1증발기(160)을 통과하면서 외부(실내)의 열을 흡수하여 실내를 냉방시키고 나서 저온저압의 액체 및 증기상태가 된다. 이때 온도는 대략 영상 11℃ 정도에 이른다. 이후 제1증발기(160)를 지난 냉매(R)는 저온저압의 액체 및 증기상태로 제2압출부재(120)에 흡입되어 실린더(121) 내의 다이어프램(125)에 수용된다.

이와 동시에 상기 제1팽창밸브(140)를 통과한 냉매(R) 중 일부는 제1우회라인(L30)에 의해 상기 제1증발기(160)를 거치지 않고 저온저압의 액체상태에서 상기 제2압출부재(120)에 곧바로 흡입된다(냉매 흐름방향 21-22 참조).

이로써 상기 제1팽창밸브(140)를 통과한 직후의 냉매 중 일부가 상기 제1증발기(160)를 거친 냉매(R)와 혼합된다. 그러면 상기 제1증발기(160)를 거친 저온저압의 액체 및 증기상태의 냉매(R)의 온도가 낮아지면서 대부분 액체상태로 변한다 (이후 냉매(R)는 상기 제2압출부재(110)와 제2팽창밸브(140) 사이에서 압축되면서 더욱 액체상태로 변한다).

이후, 도 6과 같이 상기 제1압출부재(110)의 다이어프램(115)에 있던 대부분의 냉매(R)가 압출되어 상기 제2압출부재(120)이 다이어프램(125)에 흡입된 상태가 된다. 이같은 상태에서 이번에는 모터(131)의 샤프트가 반대방향으로 회전한다. 그러면 진출해 있던 제1랙(135)은 후퇴하고 후퇴해 있던 제2랙(137)은 진출하기 시작한다. 이로서 진출하는 제2랙(137)에 의해 상기 제2압출부재(120)의 피스톤(123)이 함께 진출하면서 다이어프램(125)에 수용되어 있던 냉매(R)가 실린더(121)의 유출구(121A)로 빠져나온다. 그리고 제2순환라인(L20)을 따라 제1압출부재(110) 쪽으로 이동하면서 제2팽창밸브(150)와 제2증발기(170)를 차례로 통과하게 된다(냉매(R) 흐름방향 31-32-33-34 참조). 이때 냉매(R)가 제1순환라인(L10)으로 흐르는 것을 제1체크밸브(C10)가 막고, 제1우회라인(L30)으로 흐르는 것을 막는 제3체크밸브(C30)가 막는다.

상기 과정에서 제2압출부재(120)를 통과한 직후의 냉매(R)는 제2팽창밸브(150)와의 사이 구간에서 압축되면서 저온고압의 액체상태로 상기 제2팽창밸브(150)를 지나게 된다. 이때 냉매(R)가 제2팽창밸브(150)에 들어가기 직전 온도는 대략 영상 11℃ 정도이며, 냉매(R)가 제2팽창밸브(150)를 지난 상태에서는 저온저압의 액체상태가 된다. 이때 온도는 영하 2 내지 3℃ 정도가 되어 냉방사이클 중 최저의 온도가 된다. 그리고 냉매(R)는 제2증발기(170)를 통과하면서 외부(실내)의 열을 흡수하여 실내를 냉방시키고 나서 저온저압의 액체 및 증기상태가 된다. 이때 온도는 영상 11℃ 정도에 이르게 된다. 이후 제2증발기(170)를 지난 냉매(R)는 저온저압의 액체 및 증기상태로 제1압출부재(110)에 흡입되어 실린더(111) 내의 다이어프램(115)에 수용된다.

한편 상기 제2팽창밸브(150)를 통과한 냉매(R) 중 일부는 제2우회라인(L40)에 의해 상기 제1증발기(160)를 거치지 않고 저온저압의 액체상태로 곧바로 상기 제2압출부재(120)에 흡입된다(냉매 흐름방향 41-42 참조).

이로써 상기 제2팽창밸브(150)를 통과한 냉매(R)가 곧바로 상기 제1압출부재(110)에서 제2증발기(170)를 거친 냉매(R)와 혼합된다. 그러면 상기 제2증발기(170)를 거친 저온저압의 액체 및 증기상태의 냉매(R)가 온도가 낮아지면서 대부분 액체상태로 변한다(이후 냉매는 상기 제1압출부재(110)와 제1팽창밸브(140) 사이에서 압축되면서 더욱 액체상태로 변한다).

이와 같은 본 발명의 냉방장치에 의한 냉방사이클을 요약하면 도 9에서 볼 수 있듯이 제1압출부재(110) 및 제2압출부재(120)에 의해 냉매를 저온고압의 액체상태로 만드는 압축과정과, 제1팽창밸브(140) 및 제2팽창밸브(150)에 의해 냉매를 저온저압의 액체상태로 만드는 팽창과정과, 제1증발기(160) 및 제2증발기(170)에 의해 냉매를 저온저압의 액체 및 증기상태로 만드는 증발과정으로 이루어진다.

이같은 본 발명에 의한 냉방장치는 전통적인 냉방사이클로 작동되는 냉방장치와 비교하면 압출부재(110,120)에서 냉매를 거의 가열하지 않기 때문에 고온의 냉매를 냉각하기 위한 응축기가 완전히 제외되었다. 본 발명의 경우 이처럼 응축기를 제외시켰음에도 불구하고 냉매를 액체상태로 만들기 위해 우회라인(L30,L40)을 사용하기 때문에 냉매는 이미 압출부재(110,120)에서부터 액체상태로 존재하며 압출부재(110,120)과 팽창밸브(140,150) 사이에서 압축되면서 더욱 액체상태로 되어 증발기(160,170)에 유입된다.

도 10은 변형된 제1실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

도시된 바와 같이 변형된 제1실시예에서는 동력제공수단(130')이 모터(131'), 피니언(133'), 랙(135')으로 구성되는 점에서는 거의 다르지 않지만 좌우로 왕복운동하는 하나의 랙(135')만을 구비하고 있다는 점과 상기 랙(135')의 양단 쪽에 제1압출부재(110')와 제2압출부재(120')를 위치시킨 점에서 차이가 있다.

이같은 구성에 따르면 하나의 랙(135')만을 구비하면 되고 작은 피니언(133')을 사용하기 때문에 더욱 단순해진 구성을 갖는다는 장점이 있다. 하지만 상기 제1압출부재(110') 및 제2압출부재(120')를 서로 대향하는 방향으로 눕혀 설치해야 하기 때문에 자칫 제1압출부재(110') 및 제2압출부재(120')에 속한 다이어프램이 왜곡되는 문제발생의 우려가 있다. 또한, 변형전과 변형후에는 압출부재들(110,120,110',120')이 배치된 형태가 달라 제품 전체의 레이아웃에서 차이가 있다. 따라서 이같은 장, 단점과 차이점을 신중하게 고려한 후 상황에 맞게 변형된 구성을 적용할 수 있을 것이다.

계속해서, 제2실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명한다.

[제2실시예]

도 11은 제2실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

도시된 바와 같이, 제2실시예에 의한 본 발명은 동력제공수단의 경우 실린더(210,221)에 질소나 공기와 같은 작동유체를 주입하여 피스톤(213,223)을 진출시키고, 흡입하여 피스톤(213,223)을 후퇴시키는 컴프레서(180)로 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 컴프레서(180)를 동력제공수단으로 구비하는 경우, 상기 컴프레서(180)의 토출측은 제1유체유입라인(L50) 및 제2유체유입라인(L60)에 의해 제1압출부재(210) 및 제2압출부재(220)의 실린더(211,221) 유체유입구(211C,221C)와 연결된다. 또한 상기 컴프레서(180)의 흡입측은 제1유체유출라인(L70) 및 제2유체유출라인(L80)에 의해 제1압출부재(210) 및 제2압출부재(220)의 실린더(211,221) 유체유출구(211D,221D)과 연결된다(단, 제2실시예에서는 실린더(211,221)의 형태가 제1실시예와는 달리 작동유체가 주입되어 피스톤(213,323)을 작동시킬 수 있도록 밀폐된 구조를 갖는다).

여기서, 상기 제1유체유입라인(L50) 및 제2유체유입라인(L60), 상기 제1유체유출라인(L70) 및 제2유체유출라인(L80)상에는 각각 솔레노이드 밸브(V10,V20,V30,V40)가 설치된다. 이로써 제1압출부재(210)에 작동유체를 주입하여 피스톤(213)을 진출시킬 때에는 제1솔레노이드 밸브(V10) 및 제4솔레노이드 밸브(V40)를 개방하고, 제2솔레노이드 밸브(V20) 및 제3솔레노이드 밸브(V30)는 폐쇄한다. 반대로 제2압출부재(220)에 작동유체를 주입하여 피스톤(223)을 진출시킬 때에는 제1솔레노이드 밸브(V10) 및 제4솔레노이드 밸브(V40)를 폐쇄하고, 제2솔레노이드 밸브(V20) 및 제3솔레노이드 밸브(C30)는 개방한다.

상기 컴프레서(180)에 작동유체가 부족하게 되면 이를 보충할 수 있는 작동유체용 저장탱크(190)가 더 구비된다. 상기 저장탱크(190)는 상기 컴프레서(180)와 연결라인(L90)에 의해 연결된다.

이처럼 제2실시예에 따른 본 발명은 압출부재(210,220)의 피스톤(213,223)을 움직이기 위한 동력제공수단으로 모터를 중심으로 구성된 제1실시예와는 달리 공기나 질소와 같은 작동유체를 사용하는 컴프레서(180)를 중심으로 구성되었다.

계속해서, 제3실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명한다.

[제3실시예]

도 12는 제3실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

도시된 바와 같이, 제3실시예에 따른 본 발명은 앞선 제1실시예 및 제2실시예와는 달리 교번하여 동작하는 두 개의 압출부재(110,120) 대신 냉매를 저온고압으로 압축하는 하나의 압축기(310)를 구비하는 데 특징이 있다. 여기서 상기 압축기(310)는 스크롤 압축기, 회전식 압축기, 왕복동 압축기과 같이 하나만으로도 중단 없이 냉매를 순환시킬 수 있는 통상의 압축기와 유사하지만 고열을 발생하지 않 는 개선된 형태의 압축기(310)라야만 한다. 제3실시예에 따른 전체 구성을 살펴보면 다음과 같다.

제3실시예에 따른 본 발명은 냉매를 저온고압으로 압축하는 하나의 압축기(310)와, 팽창밸브(340)와 증발기(360)와 우회라인(L31)을 포함하여 구성된다.

상기 압축기(310)은 앞서 언급된 바와 같이 스크롤 압축기, 회전식 압축기, 왕복동 압축기와 같이 하나만으로도 중단 없이 냉매를 순환시킬 수 있는 통상의 압축기와 유사하지만 고열을 발생하지 않는 개선된 형태의 압축기(310)이기 때문에 냉매를 증발시키기 않고 저온고압의 액체상태로 내보낼 수 있다. 상기 압축기(310)에는 순환라인(L31)과 연결된 유출구(311A)와 유입구(311B)가 구비된다.

상기 팽창밸브(340)는 상기 압축기(310)로부터 나온 저온고압의 냉매를 저온저압으로 압력강하시키게 된다.

상기 증발기(360)는 상기 팽창밸브(340)에서 압력강하된 저온저압의 액체상태인 냉매를 증발시켜 상기 압축기(310)로 내보낸다.

상기 우회라인(L31)은 상기 증발기(360)를 거치지 않고 상기 팽창밸브(340)와 압축기(310)를 연결하여, 상기 팽창밸브(340)를 통과한 저온저압의 액체상태인 냉매 중 일부를 상기 증발기(360)를 거치지 않고 상기 압축기(310)로 우회시켜 상기 증발기(360)를 나온 증기상태인 냉매의 액화를 돕는 역할을 한다. 이처럼 우회라인(L31)이 설치되면 응축기가 없는 경우라도 상기 압축기(310)로부터 나오는 냉매의 상태를 액체상태로 만들어 증발기(360)로 보낼 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 즉, 본 발명의 냉방장치는 에어컨, 공기조화기, 냉장고를 위해 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 냉방장치는 압축과정에서 발생되던 고열에 의해 냉매가 과도하게 가열되던 현상을 제거하여 응축기가 더 이상 필요치 않다.

또한, 본 발명은 압축, 응축, 팽창, 증발 과정으로 전통적인 냉방사이클을 탈피하여 압축, 팽창, 증발 과정으로 이루어진 새로운 냉방사이클에 의해 작동되는 냉방장치를 구현한다.

또한, 본 발명은 냉방사이클에서 가장 저온인 팽창밸브에서 나온 직후의 냉매를 이용하여 증발기에서 나온 냉매를 액화시킴으로써 응축기가 없어도 냉매의 액화를 실현한다.

또한, 본 발명은 응축기나 압축기를 냉각하기 위한 부담이 없기 때문에 구성이 간단하고 실외기 없는 포터블 에어컨을 구현하는데 매우 용이하다.

또한, 본 발명은 하나의 압축기를 이용하여 응축기가 없는 냉방사이클을 만드는 것이 가능하게 된다.

Claims (8)

1. 서로 쌍을 이루어 냉매의 흡입과 압출을 교번하여 수행하면서 냉매를 순환시키되, 자체의 열 발생을 억제하기 위해 냉매의 흡입과 압출을 위한 힘을 외부로부터 제공받는 제1압출부재 및 제2압출부재와;

   상기 제1압출부재와 제2압출부재와 별도의 개체로 분리되어 냉매의 흡입과 압출을 위해 필요한 힘을 상기 제1압출부재 및 제2압출부재에 제공하는 동력제공수단과;

   상기 제1압출부재로부터 압출되는 냉매를 압력강하시키는 제1팽창밸브와;

   상기 제2압출부재로부터 압출되는 냉매를 압력강하시키는 제2팽창밸브와;

   상기 제1팽창밸브에서 압력강하된 저온저압의 액체상태인 냉매를 증발시켜 상기 제2압출부재로 내보내는 제1증발기와;

   상기 제2팽창밸브에서 압력강하된 저온저압의 액체상태인 냉매를 증발시켜 상기 제1압출부재로 내보내는 제2증발기와;

   상기 제1증발기를 거치지 않고 상기 제1팽창밸브와 제2압출부재를 연결하여, 상기 제1팽창밸브를 통과한 저온저압의 액체상태인 냉매 중 일부를 상기 제1증발기를 거치지 않고 상기 제2압출부재로 우회시켜 상기 제1증발기를 나온 증기상태인 냉매의 액화를 돕도록 한 제1우회라인과;

   상기 제2증발기를 거치지 않고 상기 제2팽창밸브와 제1압출부재를 연결하여, 상기 제2팽창밸브를 통과한 저온저압의 액체상태인 냉매 중 일부를 상기 제2증발기 를 거치지 않고 상기 제1압출부재로 우회시켜 상기 제2증발기를 나온 증기상태인 냉매의 액화를 돕도록 한 제2우회라인을 포함하여 구성되는 응축기 없는 냉방장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1압출부재 및 제2압출부재는 각각, 냉매의 유입구와 유출구를 구비한 중공의 실린더와, 상기 실린더 내부에서 진퇴하면서 냉매를 압출하고 흡입하는 피스톤을 포함하고,

   상기 동력제공수단은 상기 피스톤을 진퇴시키는 것을 특징으로 하는 응축기 없는 냉방장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 실린더 내부에는 피스톤의 동작에 따라 신축되면서 흡입된 냉매를 격리하여 수용하는 다이어프램이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 응축기 없는 냉방장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 동력제공수단은 모터와, 상기 모터의 샤프트에 결합되어 회전하는 피니언과, 상기 피니언과 치합되어 직선왕복운동하면서 상기 피스톤을 진퇴시키는 랙을 포함하는 것을 특징으로 하는 응축기 없는 냉방장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 랙은 상기 피니언의 반대편에서 치합된 2개 한 쌍으로 구비되어 상기 피니언의 회전시 서로 반대방향으로 진퇴 동작하면서 상기 제1압출부재 및 제2압출부재의 피스톤을 교번하여 진퇴시키는 것을 특징으로 하는 응축기 없는 냉방장치.
6. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 동력제공수단은 상기 실린더에 질소 또는 공기와 같은 작동유체를 주입하고 흡입하여 피스톤을 진출시키고 후퇴시키는 컴프레서인 것을 특징으로 하는 응축기 없는 냉방장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 컴프레서에 부족한 작동유체를 보충하는 저장탱크를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 응축기 없는 냉방장치.
8. 냉매를 저온고압으로 압축하는 압축기와;

   상기 압축기로부터 나온 저온고압의 냉매를 저온저압으로 압력강하시키는 팽창밸브와;

   상기 팽창밸브에서 압력강하된 저온저압의 액체상태인 냉매를 증발시켜 상기 압축기로 내보내는 증발기와;

   상기 증발기를 거치지 않고 상기 팽창밸브와 압축기를 연결하여, 상기 팽창 밸브를 통과한 저온저압의 액체상태인 냉매 중 일부를 상기 증발기를 거치지 않고 상기 압축기로 우회시켜 상기 증발기를 나온 증기상태인 냉매의 액화를 돕도록 한 우회라인을 포함하여 구성되는 응축기 없는 냉방장치.

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