KR20100035740A

KR20100035740A - 인덕션 워킹코일과 잠열물질의 상변화를 이용한 실내 냉난방기

Info

Publication number: KR20100035740A
Application number: KR1020080095063A
Authority: KR
Inventors: 최동각
Original assignee: 최동각
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2010-04-07

Abstract

본 발명은 인덕션 워킹코일과 잠열물질의 상변화를 이용한 실내 냉난방기에 관한 것으로서, 복수의 PCM박스 사이에 인덕션 워킹코일을 장착하여 인덕션 워킹코일로 부터 발생하는 열원을 잠열물질의 상변화를 이용하여 난방열로 사용함으로서 난방효율이 극대화 되어지게 되는 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은, 냉매배관(1)이 경유하는 가운데, 송풍팬(21)에 의해 강제 송풍되는 공기와의 열교환이 이루어지는 증발기(20); 내부에 잠열물질(S)이 저장되어져 있는 가운데 상호 일정간격 이격 설치되어져 있는 제1 PCM박스(30) 및 제2 PCM박스(40); 제1 PCM박스(30) 및 제2 PCM박스(40) 사이의 이격된 공간에 설치되어 유도전류에 의한 열원을 전달하는 인덕션워킹코일(50); 제1 PCM박스(30) 내부에 설치되어져 있으며, 냉매배관(1)이 경유되어지는 순간발열박스(60); 인덕션워킹코일(50)에서 발생된 열을 상기 순간발열박스(60)로 전달하기 위해 제1 PCM박스(30)의 하부에 구성된 제1 자성체 플레이트(70); 인덕션워킹코일(50)에서 발생된 열을 상기 제2 PCM 박스(40)내의 잠열물질로 전달하기 위해 제2 PCM박스(40)의 상부에 구성된 제2 자성체 플레이트(80);구성을 이룸을 특징으로 한다.

냉난방, 인덕션 워킹코일, 발열, 자성체, 잠열, 냉매

Description

인덕션 워킹코일과 잠열물질의 상변화를 이용한 실내 냉난방기{A INDOOR AIR CONDITIONER USING INDUCTION WORKING COIL}

본 발명은 냉난방기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실내의 온도변화에 따라 냉방과 난방기능을 수행하는 공기조화장치에서의 난방효율 극대화를 위하여 인덕션 워킹코일이 구비된 냉난방기 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 공기조화장치는 모든 기후조건과 실내환경에 따라서 최적의 온도 및 습도를 유지하기 위한 것으로, 실내공기를 시원하게 하거나 따뜻하게 하는 냉방장치 및 난방장치를 비롯하여, 습도를 적당하게 유지하기 위한 가습장치와, 실내공기를 외부로 배출시키는 환기장치 등이 포함된다.

이 중에서 냉방장치는 액냉매가 증발할 때에 주위 공기와 열교환되어 이를 냉각시키는 작용을 이용하여 실내 공간을 냉방 하는 것으로, 이러한 냉방작용 이외에도, 제습작용을 함께 수행한다. 이러한 기능을 갖는 냉방장치는 냉매를 고온·고압의 가스형태로 압축하는 압축기와, 압축된 고온·고압의 냉매를 액화시키는 열교환기(응축기)와, 팽창 밸브에 의해 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기 및, 상기 증발기를 통과하면서 열교환된 냉각공기를 냉방이 필요한 실내 공간으로 강제 송풍시 키는 블로어와 같은 일반적인 구성을 갖고 있다.

그리고, 난방장치는 추운 겨울철에 실내공간을 따뜻하게 유지하기 위한 것으로서, 따뜻하게 가열된 고온의 물을 순환시키는 방식의 가정용 소형 보일러를 비롯하여, 대형 건물에서 주로 채용하는 것으로서, 가열된 고온의 공기를 덕트를 통해서 실내에 설치되어 있는 팬코일로 공급하여 난방하는 중앙 집중식 난방장치가 있다. 그 밖에도 사무실이나 은행과 같은 장소에서는 실내의 공기를 흡입하여 가열한 다음, 배출함으로써 점차 실내의 공기가 따뜻해지도록 하는 온풍기가 사용되고 있다.

이런 공기조화장치에는 상술한 바와 같은 냉방장치와 난방장치를 겸용으로 사용할 수 있는 냉난방 겸용 공기조화장치가 있다. 이런 냉난방 겸용 공기조화장치는 상술한 바와 같은 압축기와, 열교환기, 팽창밸브, 증발기 및, 블로어와 같은 일반적인 구성에서 냉매의 흐름을 순환 또는 역순환시키므로써 냉방과 난방을 행할 수 있도록 되어 있다.

그러나, 종래의 냉방용 열교환기는 냉방성능을 높이기 위하여, 단일 방향으로 냉매를 유동시키면서 열교환을 하기 때문에, 난방 작동시의 상대적으로 낮은 열교환효율을 갖고 있는 단점이 있다.

이는 냉방시 흐르는 냉매의 사이클을 역으로 전환하여 난방열을 얻는 히트펌프식 난방에 있어서 내부와 외부의 증발기와 응축기가 바뀌어 열교환이 이루어지는데, 외부의 증발기에서 냉매의 열교환이 이루어질 경우에 외기의 온도가 낮을 경우에는 난방의 효율이 현저히 떨어지면서 만족한 효과를 얻지 못하며 증발기로 부터 흡수열이 감소하므로 성애가 형성되어 난방 효율이 낮아지는 단점이 있다.

또한, 증발기에서 충분히 기화하지 못한 냉매가 압축기로 유입 과부하가 발생되어 압축기 고장의 원인이 될 수 있다.

부가적으로, 펠티어효과를 나타내는 열전소자가 적용된 냉난방기의 경우 수냉식과 공냉식의 방열방법을 사용함에 있어 만족할만한 열전달효율을 나타내지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 전원 인가시 인덕션 워킹코일에서 발생하는 전자기의 와전류에 감응 반응하여 저항성분인 자성체에 순간 유도가열로 생긴 발열을 이용하여 냉난방기의 난방효율을 극대화 하는데 목적이 있다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 내부에 채워진 냉매가 순환펌프에 의해 강제 순환되어지도록 순환 사이클을 이루고 있는 냉매배관과, 상기 냉매배관이 경유하는 가운데, 송풍팬에 의해 강제 송풍되는 공기와의 열교환이 이루어지는 증발기와, 내부에 잠열물질이 저장되어져 있는 가운데 상호 일정간격 이격 설치되어져 있는 제1 PCM박스 및 제2 PCM박스와, 상기 제1 PCM박스 및 제2 PCM박스 사이의 이격된 공간에 설치되어 유도전류에 의한 열원을 전달하는 인덕션워킹코일과, 상기 제1 PCM박스 내부에 설치되어져 있으며, 상기 냉매배관이 경유되어지는 순간발열박스와, 상기 인덕션워킹코일에서 발생된 열을 상기 순간발열박스로 전달하기 위해 제1 PCM박스의 하부에 구성된 제1 자성체 플레이트와, 상기 인덕션워킹코일에서 발생된 열을 상기 제2 PCM 박스내의 잠열물질로 전달하기 위해 제2 PCM박스의 상부에 구성된 제2 자성체 플레이트를 포함하는 구성을 이룸을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 냉난방기는, 냉매의 열변환을 위한 매체로 전달되는 온도에 따라 상이 바뀌면서 잠열을 흡수 또는 방출하는 물질인 잠열물질을 복수의 PCM박스에 각각 저장하여 냉매배관이 순차적으로 경유토록 함으로서 열교환 효율을 극대화 할 수 있게 된다.

특히, 복수의 PCM박스 사이에 인덕션 워킹코일을 장착하여 인덕션 워킹코일의 전자유도에 의한 와전류로 부터 발생하는 열원을 난방열로 사용함으로서 전원인가시 신속한 난방효율을 얻을 수 있는 효과를 나타낸다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.

먼저, 본 실시 예에 따른 냉난방기의 전체적인 구성을 살펴보면, 본체 상부에는 경사를 이루는 형태로 핀-튜브 타입의 증발기(20)가 송풍팬(21)과 함께 설치되어져 있으며, 상부에는 제습을 위한 제습 전용팬(2) 및 제올라이트 필터(5)가 각각 구비되어져 있다.

한편, 본체 중단 및 하부에는 내부에 냉열 또는 온열의 예비 열원을 냉매배관(1)에 전달하기 위한 잠열물질(PCM;Phase Change Material)(S) 즉, 상변환물질이 저장되어져 있는 2개의 PCM박스(30,40)가 장착되어져 있다.

그중 상부에 위치하는 제1 PCM박스(30) 내부에는 냉매배관(1)이 경유되어지는 순간 발열박스(60)가 구비되어 난방운전시 난방시작 시간을 단축할 수 있도록 하였으며, 순간 발열박스(60) 외면에는 다수의 방열핀(61)이 크기를 달리하여 돌출 구성되어 냉매배관(1)에 대한 열전달과 함께 잠열물질에 온열을 효과적으로 축열시키도록 되어 있다.

그리고, 하부에 위치하는 제2 PCM박스(40) 내부에는 상부에 냉매배관(1)이 경유되어지며, 하부에는 잠열물질(S)과의 열교환을 위한 별도의 냉매 파이프(100)가 증발효율 향상을 위해 도 3에서와 같이 증발 플레이트(101)를 프레스 가압하여 유로를 형성하고 있는 형태로 구비되어져 있는데, 이러한 냉매 파이프(100)는 제1 PCM박스(30)를 경유토록 하는 경로를 이루고 있으며, 제2 PCM박스(40) 상부에는 방열블럭(80)이 방열핀(81)과 함께 구성되어져 있어 잠열물질(S)과의 열교환과 함께 열저장을 용이하게 이루어질 수 있도록 하였다.

특히, 제1 PCM박스(30)와 제2 PCM박스(40) 사이의 이격된 공간에는 자기를 열로 바꾸어서 유도전류에 의한 열원을 전달하기 위한 인덕션 워킹코일(50;인덕션히터)이 설치되어져 있으며, 제1 PCM박스(30)의 저부 및 제2 PCM박스(40)의 상부에는 각각 인덕션 워킹코일(50)을 보호하기 위한 세라믹 플레이트(90)가 구성되어져 있다.

또한, 제1 PCM박스(30)의 하부와 제2 PCM박스(40)의 상부에는 인덕션 워킹코일(50)에서 전자유도로 발생된 전자기력에 의한 감응와류를 증강시키기 위한 저항성분의 자성체 플레이트(70)가 각각 구성되어져 있다.

상기 잠열물질(S)은 일반적인 유기수화물의 파라핀계, 무기수화물계, 포접 화합물 등이 사용되어짐이 바람직 하다.

한편, 상기 냉매 파이프(100)는 열교환 냉매의 순환 사이클을 이루되, 순환 사이클상에는 도 5에서와 같이 압축기(110)와 열교환기(130;응축 또는 증발 기능), 팽창밸브(120), 증발기 기능을 하여 잠열물질(S)에 열전달 및 예냉을 하는 증발플레이트(101)와 같은 통상의 구조를 이루고 있으며, 순환 경로상에 4웨이밸브(140)를 설치하여 냉방 또는 난방시 냉매의 사이클 순환 방향을 변화시킬 수 있도록 구성하였다.

따라서, 제2 PCM박스(40)의 축냉(냉열 축적)을 위해 압축기(110)에서 열교환 냉매를 고온 고압의 기상 냉매로 압축하고, 그 압축된 기상의 냉매를 열교환기(130; 냉열발생시, 응축기)에서 중온 저압의 액상 냉매로 응축한 후, 그 액상 냉매를 팽창밸브(120)를 거치게 하여 저온 저압의 액상 냉매로 변환시킨 후, 그 액상 냉매를 제2 PCM박스(40) 내의 잠열물질(S)로 공급하는 순환 사이클을 통해 축냉을 위한 냉열의 발생 및 전달이 이루어지는 구조를 이룬다.

또한, 제2 PCM박스(40)의 축열(온열축적)을 위해 4웨이밸브(140)에서 열교환 냉매의 흐름을 역 순환방향으로 전환하여 압축기(110)에서 발생된 고온 고압의 열교환 냉매의 열을 잠열물질(S)로 전달하게 된다. 이때, 앞서 언급된 열교환기(130; 온열 발생시, 증발기)는 열교환을 마친 냉매에 대한 증발 열교환 기능을 수행하게 된다.

그리고, 냉매배관(1)의 순환유로에는 난방 또는 냉방 운전에 따라 냉매에 온열 또는 냉열을 효과적으로 얻고 전달하기 위한 방열블럭(152)이 열전소자(150)와 함께 구비되어져 있으며, 열전소자(150)의 일측에는 방출되는 열원을 인덕션 워킹코일(50)측으로 강제 송풍함으로서 인덕션 워킹코일(50)에 온풍 또는 냉풍을 선택적으로 공급시키기 위한 방열팬(151)이 구성되어져 있다.

도면 중 미설명 부호 3은 응축수 물받이이고, 3'는 고여진 응축수를 배출하기 위한 배출라인이며, 6은 UV램프이고, 160은 냉난방기의 기울어짐을 감지하기 위한 자이로센서(중심센서)를 각각 나타낸다.

이와 같은 구성을 이루는 본 발명 냉.난방기의 동작에 따른 작용효과를 살펴보기로 한다.

먼저, 냉방운전시 저전류로 약하게 예냉이 된 상태에서 송풍팬(12)의 회전력에 의해 캐비닛 내부에서 강제 송풍되는 공기가 증발기(20)를 통과하는 과정에서 열교환이 이루어지게 됨으로 차가운 공기가 실내로 공급되어 냉방을 수행하게 되는데, 상기 증발기(20)에서 열교환을 이룬 저온의 냉매배관(1)을 통해 내부를 순환하는 과정에서 방열 및 냉각이 이루어지게 된다.

즉, 하부의 냉매 파이프(100)에서는 압축기(110)에서 토출된 고온고압의 냉매가 4웨이밸브(140)에서 냉방사이클 방향인 열교환기(130)측으로 안내되어지고, 열교환기(130)에서 응축되어진 후 팽창밸브(120)를 거쳐 저온화 되어진 후 제1 PCM 박스(30)와 제 2PCM박스(40)를 경유 하면서 내부의 잠열물질(S)에 축냉효과를 제공하게 되는 것이다.

따라서, 이와 같이 냉매배관(1)의 냉매는 제1 PCM박스(30)와 제2 PCM박스(40)를 경유하는 과정에서 열교환을 통해 저온 냉각이 이루어지게 됨으로서 냉방운전이 이루어지게 되는 것이다.

한편, 난방운전시에는 본 발명의 인덕션 워킹코일(50)의 동작에 의해 제1 PCM박스(30)와 제2 PCM박스(40)의 순간 발열이 이루어지게 됨으로 보다 효율적이면서 신속한 난방운전이 이루어지게 된다.

즉, 순환펌프(10)의 구동에 의해 냉매가 냉매배관(1)을 따라 순환되어지며, 순환 과정에서 제1 PCM박스(30)와 제2 PCM박스(40)를 순차적으로 경유한 후 추가적으로 열전소자(150)에서 추가적인 냉매 가열이 이루어지게 됨으로 고온 상태가 되어진 냉매는 증발기(20)에서 송풍팬(21)에 의해 공기와의 열교환이 이루어진 후 더운 공기를 실내측으로 공급하게 되어지는 것이다.

특히 이때, 제1 PCM박스(30) 내에 설치되어져 있는 순간 발열박스(60)는 인덕션 워킹코일(50)로 부터 발생한 전자유도에 의한 전자기력은 세라믹 플레이트(90)를 통과하여 저항성분의 자성체 플레이트(70)에 와전류가 생성 됨으로서 생긴 고열에 의해 순간 발열이 이루어지면서 내부를 경유하는 냉매배관(1)에 보다 효과적인 열전달이 이루어짐으로서 난방 시작시간을 단축시킬 수 있게 됨을 알 수 있다.

상기에서 순간 발열이 이루어지는 원리를 좀더 살펴보면, 인덕션 워킹코 일(50)에 고주파전류가 흐르면서 유도전류가 발생하게되고, 이에 따라 상부와 하부에 각각 인접하여 구성되어져 있는 자성체 플레이트(70)는 유도(induction) 전류에 의하여 발생된 열이 전달되어 지면서 제1 PCM박스(30)내의 순간 발열박스(60) 및 제2 PCM박스(40)의 방열블럭(80)에 열 전달이 이루어지게 된다.

그리고 계속하여 냉매배관(1)이 경유되어지는 제2 PCM박스(40) 역시 인덕션 워킹코일(50)에서 발열된 열이 방열블럭(80)의 방열핀(81)을 통해 전달되어진 상태이므로 냉매 가열이 이루어지게 된다.

또한, 하부의 냉매 파이프(100)에서는 압축기(110)에서 토출된 고온고압의 냉매가 4웨이밸브(140)에서 난방사이클 방향인 제2 PCM박스(40) 내의 증발 플레이트(101)측으로 안내되어진 후 잠열물질(S)에 열을 공급한 후 제1 PCM박스(30)에서 다시한번 열을 공급하고, 이후 팽창밸브(120)와 열교환기(130)를 거쳐 압축기(110)로 순환되는 순환경로를 형성하게 된다.

틀히, 이러한 냉.난방기는 미 가동시에는 프로그램 콘트롤에 의해 순환펌프(10)는 작동을 하지 않는 가운데, 제1 PCM박스(30)와 제2 PCM박스(40)의 잠열물질에 심야전력이나 저 전류로 미리 예열 또는 예냉을 시켜 열저장을 함으로서 전원인가시 초기 예열 없이 원하는 온도를 얻을 수 있게 된다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 냉.난방기 구조가 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.

예를 들면, 냉매배관(1)의 전체 순환 경로 중 제2 PCM박스(40)를 경유하는 부분이 도 3에서와 같이 납작하게 눌려진 코일형태가 아니고, 도 4에 도시된 바와 같이 내부게 안내 격벽(7')을 형성하고 있는 냉매배관 플레이트(7)로 구성시킬 수도 있게 된다.

따라서, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다 해야 할 것이다.

도 1은 본 발명 냉난방기의 내부 구성을 나타낸 정단면도.

도 2는 본 발명 냉난방기의 측단면도.

도 3은 제2 PCM박스의 내부 구성도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉매 파이프 구조도.

도 5는 본 발명 냉난방기의 개략적인 냉매 사이클 배관도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 냉매배관 2 : 제습 전용팬

3 : 응축수 물받이 3': 응축수 배출라인

4 : 공기정화필터 5 : 제올라이트 필터

6 : UV램프 7 : 냉매배관 플레이트

10 : 순환펌프 20 : 증발기

21 : 송풍팬 30 : 제1 PCM박스

40 : 제2 PCM박스 50 : 인덕션 워킹코일

60 : 순간 발열박스 61 : 방열핀

70 : 자성체 플레이트 80 : 방열블럭

81 : 방열핀 90 : 세라믹 플레이트

100 : 냉매 파이프 101 : 증발 플레이트

110 : 압축기 120 : 팽창밸브

130 : 열교환기 140 : 4웨이밸브

150 : 열전소자 151 : 방열팬

152 : 방열블럭 160 : 자이로 센서

S : 잠열물질

Claims

내부 유로에 채워진 냉매가 순환펌프(10)의 순환력에 의해 강제 순환되어지면서 순환 사이클을 형성하게 되는 냉매배관(1);

상기 냉매배관(1)이 경유하는 가운데, 송풍팬(21)에 의해 강제 송풍되는 공기와의 열교환이 이루어지는 핀-튜브 타입의 증발기(20);

밀폐되어진 내부공간에 잠열물질(S)이 저장되어져 있는 가운데 상호 일정간격을 유지하도록 이격되어 설치되어져 있는 제1 PCM박스(30) 및 제2 PCM박스(40);

상기 제1 PCM박스(30) 및 제2 PCM박스(40) 사이의 이격된 공간에 설치되며, 전원인가시 전자 유도전류가 발생되어지는 인덕션워킹코일(50);

상기 제1 PCM박스(30)내에서 인덕션워킹코일(50)과 인접한 하단부에 설치되어지되, 외측면에는 다수의 방열핀(61)이 일체로 구비되어져 있으며, 상기 냉매배관(1)이 내부를 관통하여 경유되어지는 순간발열박스(60);

상기 인덕션워킹코일(50)에서 발생된 열을 상기 제1 PCM박스(30) 내의 순간발열박스(60) 및 상기 제2 PCM 박스(40)내의 잠열물질로 전달하기 위해 각각 구성된 자성체 플레이트(70);

상기 제1 PCM박스(30)의 저부 및 제2 PCM박스(40)의 상부에서 인덕션워킹코일(50)을 보호하기 위해 구성된 세라믹 플레이트(90);

를 포함하는 구성을 이룸을 특징으로 하는 인덕션 워킹코일과 잠열물질의 상변화를 이용한 실내 냉난방기.
청구항 1에 있어서,

상기 냉매배관(1)의 순환유로에는 난방 또는 냉방 운전에 따라 냉매에 온열 또는 냉열을 효과적으로 얻고 전달하기 위한 방열블럭(152)이 열전소자(150)와 함꼐 구성되어져 있으며, 열전소자(150)의 일측에는 방출되는 열을 인덕션워킹코이(50)측으로 강제 송풍시키기 위한 방열팬(151)이 구성된 것을 특징으로 하는 인덕션 워킹코일이 구비된 실내 냉난방기.
청구항 1에 있어서,

상기 제2 PCM박스(40) 상부에는 방열블럭(80)이 세라믹 플레이트(90)와 면접된 형태로 장착되어져 있으며, 방열블럭(80) 저부에는 제2 PCM박스(40) 내부의 잠열물질(S)로 열 전달을 위한 다수의 방열핀(81)이 구성된 것을 특징으로 하는 인덕션 워킹코일과 잠열물질의 상변화를 이용한 실내 냉난방기.
청구항 1에 있어서,

상기 제2 PCM박스(40) 하부에는 잠열물질(S)과의 열교환을 위한 별도의 냉매 파이프(100)가 배치되어지되, 상기 냉매 파이프(100)는 열교환 냉매의 순환 사이클을 따라 압축기(110)와 열교환기(130) 그리고 팽창밸브(120)가 각각 장착되어져 있으며;

상기 압축기(110)의 출구측에는 4웨이밸브(140)를 설치하여 냉방 또는 난방 시 압축기(110)에서 토출된 고온고압의 냉매 순환 방향을 선택적으로 변환시킬 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 인덕션 워킹코일과 잠열물질의 상변화를 이용한 실내 냉난방기.