KR20100037445A

KR20100037445A - 공기 조화 시스템

Info

Publication number: KR20100037445A
Application number: KR1020080096779A
Authority: KR
Inventors: 윤필현
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2010-04-09

Abstract

본 발명의 공기 조화 시스템은 압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 팽창기구, 실내 열교환기를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기, 태양열을 집열하고, 물이 유동하면서 집열된 열을 흡수하는 흡열유로가 형성되는 태양열 집열판, 상기 흡열유로와 물순환유로로 연결되는 방열유로, 상기 압축기로 유입되는 냉매를 바이패스시키는 바이패스유로와 연결되는 냉매유로를 포함하는 열교환기, 상기 물순환유로에 설치되어 유동하는 물의 열을 흡수하는 축열조 및 상기 흡열유로로 냉수를 공급하는 냉수유로와 흡열유로에서 열을 흡수한 온수를 온수공급처로 공급하는 온수유로를 포함하는 급탕유로를 포함한다. 따라서 외부전력 없이 태양열을 이용하여 공기조화기의 난방운전시 실외열교환기에서 증발된 냉매를 재차 증발하여 압축기로 액냉매의 유입을 최소화하고, 냉방운전시 태양열을 이용하여 급탕에 필요한 온수를 공급하는 이점이 있다.

공기 조화 시스템, 열교환기, 태양열 집열판, 냉매유로, 급탕유로, 축열조

Description

공기 조화 시스템{Air-Conditioning system}

본 발명은 태양열 집열판을 이용하여 집열된 태양열을 이용하여 공기조화기의 난방운전시 냉매를 가열하여 난방력을 강화하고, 공기조화기의 냉방운전시 태양열을 이용하여 급탕에 필요한 온수를 공급하는 이점이 있다.

일반적으로 공기조화기는 사용자에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 실내를 냉방시키거나 난방시키는 것으로서, 압축기와 사방밸브와 실외 열교환기와 팽창기구와 실내 열교환기로 이루어진 냉매의 냉동사이클로 이루어진다.

상기와 같은 공기조화기는 냉방 운전시, 압축기에서 압축된 냉매가 사방 밸브, 실외 열교환기(응축기), 팽창기구, 실내 열교환기(증발기), 사방밸브, 압축기 순으로 순환하면서 실내 열교환기가 실내 공기의 열을 빼앗아 실내를 냉방시킨다. 그리고 난방 운전시 압축기에서 압축된 냉매가 사방밸브, 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.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 실외 열교환기에서 증발된 냉매가 압축기로 유입되기 전에 태양열을 이용하여 재차 가열하여 압축기로 액냉매가 유입되는 것을 최소화할 수 있는 공기 조화 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 공기조화기의 냉방운전시 태양열을 이용하여 외부의 온수 요구처에 온수를 공급하는 공기 조화 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 축열조를 두어 낮시간에 태양열을 축열하고, 태양열을 이용할 수 없는 밤시간에 축열조에 축적된 열을 이용하여 난방운전시 냉매를 가열하거나, 냉방운전시 외부 온수 요구처로 온수를 공급하는 공기 조화 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 태양열을 이용하여 실외 열교환기의 착상을 지연시키고 난방 성능을 향상시키는 태양열을 이용한 공기조화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 공기 조화 시스템은 압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 팽창기구, 실내 열교환기를 포함하는 공기조화기, 태양열을 집열하고, 물이 유동하면서 집열된 열을 흡수하는 흡열유로가 형성되는 태양열 집열판, 상기 흡열유로와 물순환유로로 연결되는 방열유로와, 상기 압축기로 유입되는 냉매를 바이패스시키는 바이패스유로와 연결되는 냉매유로를 포함하는 열교 환기 및 상기 흡열유로로 냉수를 공급하는 냉수유로와 흡열유로에서 열을 흡수한 온수를 온수공급처로 공급하는 온수유로를 포함하는 급탕유로를 포함한다.

그리고 상기 물순환유로에 설치되며, 상기 물순환유로를 유동하는 물의 열을 축적하는 축열조를 더 포함한다. 또한 상기 물순환유로에는 물을 순환시키는 제1펌프가 설치되고, 상기 냉수유로에는 냉수를 상기 흡열유로로 공급하는 제2펌프가 설치되고, 상기 온수유로에는 온수를 외부 온수 공급처로 유동시키는 제3펌프가 설치되고, 상기 온수유로에는 유동하는 온수를 가열하는 히터가 설치된다.

한편, 상기 냉수유로에는 제1밸브가 설치되고, 상기 온수유로에는 제2밸브가 설치된다. 그리고 외부의 온수 요구가 있는 경우, 상기 제1밸브 및 제2밸브를 개방하고, 외부에 온수 요구가 없는 경우, 상기 제1밸브 및 제2밸브를 폐쇄하는 제어부를 더 포함한다.

그리고 공기 조화 시스템은 압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 팽창기구, 실내 열교환기를 포함하는 공기조화기, 태양열을 집열하고, 물이 유동하면서 집열된 열을 흡수하는 흡열유로가 형성되는 태양열 집열판, 상기 흡열유로와 물순환유로로 연결되는 방열유로와, 상기 실외열교환기로 유입되는 냉매를 바이패스시키는 바이패스유로와 연결되는 냉매유로를 포함하는 열교환기 및 상기 흡열유로로 냉수를 공급하는 냉수유로와 흡열유로에서 열을 흡수한 온수를 온수공급처로 공급하는 온수유로를 포함하는 급탕유로를 포함할 수 있다. 그리고 상기 물순환유로에 설치되어 유동하는 물의 열을 흡수하는 축열조를 더 포함할 수 있다.

또한 공기 조화 시스템은 압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 팽창기구, 실 내 열교환기를 포함하는 공기조화기, 태양열을 집열하고, 물이 유동하면서 집열된 열을 흡수하는 흡열유로가 형성되는 태양열 집열판, 상기 흡열유로와 물순환유로로 연결되는 방열유로, 상기 압축기로 유입되는 냉매를 바이패스시키는 바이패스유로와 연결되는 냉매유로를 포함하는 열교환기, 상기 물순환유로에 설치되어 유동하는 물의 열을 흡수하는 축열조 및 상기 축열조로 냉수를 공급하는 냉수유로와 축열조에서 열을 흡수한 온수를 온수공급처로 공급하는 온수유로를 포함할 수 있다.

상기의 구성을 가지는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 태양열 집열판에 수거된 열을 이용하여 실외 열교환기에서 1차 증발된 냉매를 압축기로 유입되기 전에 재차 가열하여 압축기로 액냉매의 유입을 최소화하는 이점이 있다.

둘째, 태양열 집열판에 수거된 열을 이용하여 외부의 온수 요구처에온수를 공급할 수 있다. 따라서 난방운전시 태양열을 이용하여 공기조화기의 냉매를 가열하면서 온수 요구처에 온수를 공급할 수 있다. 그리고 냉방운전시에는 난방운전시 냉매를 가열하는데 이용하는 열을 온수를 만드는데 이용할 수 있다는 이점이 있다.

셋째, 태양열 집열판의 열을 축열조에 축적하였다가 태양열이 회수되지 않는 밤 시간대에도 냉매를 가열하거나, 외부에 온수를 공급할 수 있다는 이점이 있다.

넷째, 태양열 집열판에 수거된 열이 공기조화기의 난방 운전시 실외열교환 기로 유입되는 냉매를 가열하는데 사용된다. 따라서 별도의 외부 전력 없이, 실외 열교환기의 착상을 방지할 수 있고, 실외열교환기에서 냉매의 증발을 용이하게 할 수 있다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 공기 조화 시스템의 난방시 외부 온수 요구가 없는 경우의 냉매 및 물의 흐름이 도시된 구성도이다.

도 1을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 공기 조화 시스템의 전체적인 구성을 설명한다. 공기 조화 시스템은 공기조화기, 태양열 집열판(60), 열교환기(30) 및 급탕유로(71)을 포함한다.

공기조화기는 실내기(I)와 실외기(20)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(4)와 팽창기구(2)가 설치됨과 아울러, 실내의 공기를 상기 실내 열교환기(4)로 송풍시키는 실내 송풍기(미도시)가 장착된다.

상기 실외기(20)에는 압축기(24), 사방 밸브(23), 실외 열교환기(22), 팽창기구(21)가 설치됨과 아울러, 실외의 공기를 실외의 공기를 상기 실외 열교환기(22)로 송풍시키는 실외 송풍기(미도시)가 설치된다.

압축기(24)는 유입되는 냉매를 압축하면서 냉매가 냉방사이클을 순환할 수 있도록 순환력을 부여한다. 그리고 후술하는 사방밸브(23)과 압축기(24)는 냉매배관(28)으로 연결된다. 그리고 냉매배관(28)에는 유입되는 냉매 중 액냉매가 축적되는 어큐뮬레이터(25)가 설치된다.

한편, 본 발명에서 냉매배관(28)에는 유동하는 냉매를 바이패스시켜 후술하는 열교환기(30)에서 열교환시키는 바이패스유로(32)가 설치된다. 바이패스유로(32)는 압축기(24)의 입구단 또는 어큐뮬레이터(25)의 입구단에 연결될 수 있으나, 본 실시예에서는 어큐뮬레이터(25)의 입구단에 연결된다. 그리고 바이패스유로(32)는 후술하는 열교환기(30)의 냉매유로(31)와 연결된다.

바이패스유로(32)는 어큐뮬레이터(25)로 유입되는 냉매를 냉매유로(31)로 유동시키는 바이패스유출유보(32a)와 냉매유로(31)에서 열교환된 냉매를 다시 어큐뮬레이터(25)로 유입시키는 바이패스유입유로(32b)를 포함한다. 냉매배관(28) 중 바이패스유출유로(32a)와 바이패스유입유로(32b)가 연결되는 사이의 냉매배관에는 냉매가 바이패스유로(32)를 유동하는 경우 냉매가 냉매배관(28)을 통화하지 않도록 하는 밸브(27)가 설치된다. 그리고 바이패스유입유로(32a)와 바이패스유출유로(32b)에는 냉매가 바이패스 되지 않는 경우 냉매가 바이패스유로(32)로 유동하지 않도록 하는 밸브(26)가 각각 설치된다.

따라서 후술하는 난방운전시 냉매의 가열을 위해서 냉매를 바이패스유로(32)로 유동시키는 경우, 냉매배관(28)의 밸브(27)는 닫히고 바이패스유로(32)의 밸브(26)은 열린다. 그리고 냉방운전시 냉매를 가열하지 않는 경우 냉매배관(28)의 밸브는 열리고 바이패스유로(32)의 밸브(26)는 닫힌다.

그리고 상기 밸브(26,27)의 개폐의 제어는 실외기(20)에 설치된 별도의 제어부(미도시)가 제어를 할 수도 있고, 후술하는 제1밸브(82)와 제2밸브(84)를 제어하는 제어부(미도시)가 같이 제어를 할 수도 있다.

또한 상기 바이패스유로(32)에 위치하는 밸브(26)는 열교환기(30) 측에 위치할 수도 있고, 실외기(20)내에 위치할 수도 있다.

사방 밸브(23)는 공기조화기의 난방운전시 실외열교환기(22,증발기)에서 증발된 냉매를 어규뮬레이터(25)로 유도하고, 압축기(24)에서 압축된 냉매를 실내 열교환기(4)로 유도한다. 그리고 후술하는 공기조화기의 냉방운전시 실내열교환기(4,증발기)에서 증발된 냉매를 어큐뮬레이터(25)로 유도하고, 압축기(24)에서 압축된 고온 고압의 기체 냉매를 실외 열교환기(22,응축기)로 유도한다. 즉 상기 압축기(24), 실내 열교환기(4), 실외 열교환기(22), 어큐뮬레이터(25)와 냉매 배관으로 연결된다.

실외 열교환기(22)는 유동하는 냉매와 상기 실외 송풍기에 의해 유입되는 실외공기를 열교환을 시킨다. 난방운전시 실내 열교환기(4)에서 응축된 냉매를 증발시키고, 냉방운전시 압축기(24)에서 압축된 냉매를 응축시킨다.

팽창기구(2,21) 냉매가 열교환기를 통과하면서 증발되기 전에 냉매를 팽창시키고, LEV등의 전자 팽창밸브로 이루어진다. 팽창기구(2,21)는 하나로 구성되어 냉방운전시와 난방운전시 각각 냉매를 팽창시키는 것도 가능하다. 하지만 본 실시예에서는 난방운전시 실외 열교환기(22)로 유입되는 냉매를 팽창시키는 실외 팽창밸 브(21)과 냉방운전시 실내 열교환기(4)로 유입되는 냉매를 팽창시키는 실내 팽창밸브(2)로 이루어진다.

실내 열교환기(4) 유동하는 냉매와 상기 실내 송풍기에 의해 유입되는 실내공기를 열교환을 시킨다. 냉방운전시 실외 열교환기(4)에서 응축된 냉매를 증발시키고, 난방운전시 압축기(24)에서 압축된 냉매를 응축시킨다.

태양열 집열판(60) 태양에너지를 열로 변환을 한다. 즉 태양에 의한 빛에너지를 흡수하여 열로 변환을 한다. 그리고 본 실시예의 태양열 집열판는 물이 유동하면서 변환된 열에너지를 흡수하는 흡열유로(61)가 형성된다. 흡열유로(61)에서 열을 흡수한 물은 후술하는 물순환유로(34)를 통하여 방열유로에서 방열을 하거나, 온수유로(84)를 통하여 외부 온수 요구처에 온수로 제공된다.

열교환기(30)는 방열유로(33)와 냉매유로(31)를 포함하고, 방열유로(33)을 유동하는 물과 냉매유로(31)를 유동하는 냉매를 열교환시킨다. 방열유로(33)는 태양열 집열판(60)의 흡열유로(61)와 물순환유로(34)로 연결된다. 그리고 냉매유로(31)는 상기 설명한 바와 같이 냉매배관(28)과 바이패스유로(32)로 연결된다.

물순환유로(34)는 흡열유로(61)에서 열을 흡수한 물을 방열유로(33)로 유동시키는 물공급유로(34a)와 방열유로(33)에서 열을 방열한 물을 다시 흡열유로(61)로 유동시키는 물회수유로(34b)를 포함한다. 즉 물은 물순환유로(34)를 통하여 흡열유로(61)와 방열유로(33)을 순환하면서 열을 흡수 및 방열하게 된다. 한편, 물순환유로에는 상기 물을 순환시키기 위한 제1펌프(86)가 설치될 수 있다.

한편, 물순환유로(34)에는 유동하는 물의 열을 축적하는 축열조(40)가 설 치될 수 있다. 한편, 냉방운전시에 공기조화기의 냉매가 바이패스유로(32)로 유입되지 않으므로 방열유로(33)에서 열교환이 없고, 흡열유로에서 열을 흡수한 물은 축열조에 열을 방열하고 축열조(40)에는 열을 축적되게 된다. 그리고 축열조(40)는 방열유로(33)와 직렬로 연결되는 바, 방열유로(33)에서 열교환이 있는 경우에도 과공급되는 열은 축열조(40)에 축적이 될 수 있다. 따라서 축열조(40)은 물공급유로(34a)와 물회수유로(34b)에 설치될 수 있으나, 본 실시예에서는 물공급유로(34a)에 설치된다.

급탕유로(71)는 흡열유로(61)로 냉수를 공급하는 냉수유로(71a)와 흡열유로(61)에서 열을 흡수한 온수를 외부 온수 요구처에 공급하는 온수유로(71b)를 포함한다.

냉수유로(71a)는 외부의 온수 요구가 있는 경우, 냉수를 흡열유로(61)로 유동시킨다. 따라서 외부에 온수 요구가 있는 경우 냉수를 흡열유로(61)로 유동시키는 제2펌프(88)가 설치된다. 그리고 외부의 온수 요구가 없는 경우 냉수의 공급을 막을 수 있는 제1밸브(82)가 설치된다.

온수유로(71b)는 외부에 온수 요구가 있는 경우, 냉수유로(71a)를 통하여 흡열유로(61)로 유입되어 열을 흡수한 온수를 외부의 온수 요구처로 공급을 한다. 따라서 외부에 온수요구가 있는 경우 흡열유로(61)에서 방출된 온수를 온수유로(71b)로 유동시킬 수 있는 제3펌프(89)가 설치된다. 그리고 외부의 온수요구가 없는 경우 흡열유로(61)에서 방출된 온수가 온수유로(71b)로 유입되지 않도록 하는 제2밸브(84)가 설치된다. 그리고 흡열유로(61)에서 방출된 온수의 온도가 사용자가 요구하는 온수의 온도에 못 미치는 경우 흡열유로(61)에서 방출된 온수를 추가적으로 가열하는 보조히터(50)가 구비될 수 있다.

그리고 본 실시예의 공기 조화 시스템은 외부의 온수요구가 있는 경우 제1밸브(82)와 제2밸브(84)를 개방시켜서 냉수 및 온수를 공급하고, 외부의 온수 요구가 없는 경우 제1밸브(82) 및 제2밸브(84)를 폐쇄하는 제어부(미도시)를 더 포함한다. 따라서 외부에 온수 요구가 있는 경우 냉수유로(71a)를 통하여 냉수를 흡열유로(61)로 공급하고, 흡열유로(61)에서 방출된 온수를 온수유로(71b)를 통하여 외부 온수 요구처로 공급한다. 그리고 외부 온수요구가 없는 경우 흡열유로(61)에서 열을 흡수한 온수가 물순환유로(34)를 순환할 수 있도록 한다.

이하 본 실시예의 공기조화기의 냉방/난방 운전에 따른 냉매 및 물의 흐름을 설명한다.

도1을 참조하여, 본 실시예에서 공기조화기가 난방운전이고, 외부의 온수 요구가 없는 경우를 설명한다.

외부의 온수 요구가 없는 경우, 제어부(미도시)는 냉수유로(71a)와 온수유로(71b)의 밸브는 닫힌다. 또한 제1펌프(86)은 작동하고, 제2펌프(88)와 제3펌프(89)는 작동되지 않는다. 따라서 제1펌프(86)에 의해 물은 흡열유로(61), 물순환유로(34) 및 방열유로(33)을 순환한다. 그리고 흡열유로(61)에서 흡수한 열을 축열조(40)와 방열유로(33)를 통하여 방열을 한다. 즉 이 경우 축열조(40)에는 열이 축적되게 된다.

한편, 난방운전시 실내열교환기(4)는 응축기, 실외열교환기(22)는 증발기 의 역할을 한다. 그리고 냉매배관(28)의 밸브(27)은 닫히고, 바이패스유로(32)의 밸브(26)는 열린다. 따라서 실외 열교환기(22)에서 실외공기와 열교환에 의해서 증발된 냉매는 사방밸브(23)를 통과한 후 바이패스유입유로(32a)를 통하여 냉매유로(31)로 유입된다. 냉매유로(31)를 유동하면서 방열유로(33)을 유동하는 온수와 열교환에 의해서 재차 가열되어 증발되게 된다. 따라서 낮은 실외 기온으로 인하여 실외 열교환기(22)에서 증발되지 못한 액냉매를 재차 가열하여 증발시켜서 압축기(24)로 액냉매의 유입을 방지할 수 있다.

그리고 바이패스유출유로(32b)를 통하여 어규뮬레이터(27)로 유입된다. 그리고 압축기(24), 사방밸브(23)를 통하여 실내 열교환기(4)에서 실내공기와 열교환하면서 응축되고, 실내에 따뜻한 공기를 제공한다. 그리고 실내 팽창밸브(2)를 통과하고, 실외 팽창밸브(21)에서 팽창된 후 실외 열교환기(22)에서 증발되게 된다.

한편, 밤이나 기상상태가 좋지 않아서 태양열 집열판(60)을 통하여 열을 생성할 수 없는 경우 상기 냉매 및 물의 흐름은 동일하다. 다만 이 경우 태양열 집열판(60)의 흡열유로(61)을 통하여 열을 공급받는 것이 아니라 축열조(40)에 축적된 열을 이용하여 방열유로(33)에 열을 공급하게 된다.

도2는 본 실시예의 공기조화기가 난방운전이고, 외부에 온수요구가 있는 경우 냉매 및 물의 흐름를 나타내는 구성도이다. 도2를 참조하여 공기조화기가 난방운전이고, 외부에 온수요구가 있는 경우의 냉매 및 물의 흐름을 설명한다.

외부의 온수 요구가 있는 경우, 그리고 냉수유로(71a)와 온수유로(71b)의 밸브(82,84)는 열린다. 또한 제1펌프(86), 제2펌프(88) 및 제3펌프(89)는 작동을 하게 된다.

제1펌프(86)에 의해 물은 흡열유로(61), 물순환유로(34) 및 방열유로(33)을 순환한다. 그리고 흡열유로(61)에서 흡수한 열을 축열조(40)와 방열유로(33)를 통하여 방열을 한다.

그리고 제2펌프(88)에 의해 냉수유로(71a)를 통하여 냉수가 유입되고, 유입된 냉수는 흡열유로(61)를 유동하면서 열을 흡수한다. 그리고 흡열유로(61)에서 나온 물의 일부는 제3펌프(89)에 의해서 온수유로(71b)를 통하여 외부 요구처로 공급된다. 여기서 흡열유로(61)에서 배출되는 온수의 온도가 사용자가 요구하는 온수의 온도보다 낮은 경우 보조히터(50)에서 온수를 추가 가열할 수 있다.

그리고 온수유로(71b)로 유출되지 않은 나머지 물은 제1펌프(86)에 의해서 흡열유로(61), 물순환유로(34) 및 방열유로(33)을 순환한다. 그리고 흡열유로(61)에서 흡수한 열을 축열조(40)와 방열유로(33)를 통하여 방열을 한다.

한편, 밤이나 기상상태가 좋지 않아서 태양열 집열판(60)을 통하여 열을 생성할 수 없는 경우 상기 냉매 및 물의 흐름은 동일하다. 다만 이 경우 태양열 집열판(60)의 흡열유로(61)을 통하여 열을 공급받는 것이 아니라 축열조(40)에 축적된 열을 이용하여 방열유로(33)로 열을 공급하게 된다. 그리고 냉수유로(71a)로 유입된 물은 축열조(40)에서 나온 물과 합쳐져서 온도가 상승된 후, 일부는 제3펌프(89)에 의해서 온수유로로 공급되고, 이 과정에서 보조히터(50)에서 추가 가열이 되어 외부 온수 요구처에 공급된다. 그리고 온수유로(71b)로 유출되지 않은 물은 물순환유로(34)를 통하여 축열조(40)로 유입되어 다시 열을 흡수하고, 냉수유 로(71a)로 유입된 냉수와 합쳐지게 된다.

도3는 본 실시예의 공기조화기가 냉방운전이고, 외부에 온수요구가 있는 경우 냉매 및 물의 흐름를 나타내는 구성도이다. 도3를 참조하여 공기조화기가 냉방운전이고, 외부에 온수요구가 있는 경우의 냉매 및 물의 흐름을 설명한다.

냉방운전시 실내열교환기(4)는 증발기, 실외열교환기(22)는 응축기의 역할을 한다. 그리고 냉매배관(28)의 밸브(27)은 열리고, 바이패스유로(32)의 밸브(26)는 닫힌다. 따라서 실내열교환기(4)에서 증발된 냉매는 사방밸브(23) 및 냉매배관(28)을 통하여 어큐뮬레이터(25)로 유입된다. 그리고 압축기(24)에서 압축된 후, 사방밸브(23)를 통하여 실외 열교환기(22)에서 응축된다. 그리고 실외 팽창밸브(21)를 통과하고, 실내 팽창밸브(2)에서 팽창된 후, 다시 실내 열교환기(4)에서 열교환된 후, 상기 과정을 순환하게 된다. 즉 냉방운전시 냉매는 바이패스유로(32)를 통과하지 않고, 열교환기(30)에서 열교환이 없게 된다.

외부 온수 유로가 있는 경우 물의 흐름은 상기 도2의 난방운전시외부 온수요구가 있는 경우와 동일한 바, 이하 차이점을 설명한다. 냉방운전시 외부 온수 요구가 있는 경우는 난방운전시 외부 온수요구가 있는 경우와 달리 열교환기(30)의 방열유로(33)에서 물이 열을 방열하지 않기 때문에 흡열유로(61)에서 열을 흡수한 물은 물순환유로(34)를 유동하는 과정에서 축열조(40)에서만 열을 방열하게 된다.

한편, 밤이나 기상상태가 좋지 않아서 태양열 집열판(60)을 통하여 열을 생성할 수 없는 경우 상기 냉매 및 물의 흐름은 동일하다. 다만 이 경우 태양열 집열판(60)의 흡열유로(61)을 통하여 열을 공급받는 것이 아니라 축열조(40)에 축적 된 열을 이용하여 외부에 온수를 공급하게 된다. 구체적으로 냉수유로(71a)로 유입된 물은 축열조(40)에서 나온 물과 합쳐져서 온도가 상승된 후, 일부는 제3펌프(89)에 의해서 온수유로로 공급되고, 이 과정에서 보조히터(50)에서 추가 가열이 되어 외부 온수 요구처에 공급된다. 그리고 나머지는 물순환유로(34)를 통하여 축열조(40)로 유입되어 다시 열을 흡수하고, 냉수유로(71a)로 유입된 냉수와 합쳐지게 된다.

도4는 본 실시예의 공기조화기가 냉방운전이고, 외부에 온수요구가 없는 경우 냉매 및 물의 흐름를 나타내는 구성도이다. 도4를 참조하여 공기조화기가 냉방운전이고, 외부에 온수요구가 없는 경우의 냉매 및 물의 흐름을 설명한다.

냉매의 흐름은 도3의 냉방운전시 냉매의 흐름과 동일하다.

외부 온수 요구가 없는 경우, 제어부(미도시)에 의해서 냉수유로(71a)와 온수유로(71b)의 밸브(82,84)는 닫힌다. 또한 제1펌프(86)은 작동하고, 제2펌프(88)와 제3펌프(89)는 작동되지 않는다. 따라서 제1펌프(86)에 의해 물은 흡열유로(61), 물순환유로(34) 및 방열유로(33)을 순환한다. 그리고 흡열유로(61)에서 흡수한 열을 축열조(40)를 통하여 방열을 한다. 상기 설명한 바와 같이 냉방운전시 냉매가 바이패스유로(32)로 유동을 하지 않기 때문에 열교환기(30)의 방열유로(33)에서 열을 방열하지 않고 축열조(40)에서만 열을 방열하게 된다. 즉 축열조(40)에 열이 축적이 되게 된다.

제2실시예

도5은 본 발명의 제2실시예에 따른 공기 조화 시스템의 냉매 및 물의 흐름을 나타내는 구성도이다.

도5을 참조하면, 본 실시예에서는 바이패스유로(32')는 사방밸브(23)과 실외 열교환기(22)를 연결하는 냉매배관(28')에 설치된다.

따라서 제1실시예와 달리 제2실시예에서의 바이패스유로(32')는 실외 열교환기(22)로 유입되는 냉매를 바이패스시켜 열교환기(30)에서 가열을 하게 된다. 따라서 공기조화기의 난방운전시 실외 온도가 저온인 경우 실외 열교환기의 증발온도가 너무 낮아져서 냉매의 증발이 잘 안된 문제점을 해결할 수 있게 된다. 그리고 가열된 냉매가 실외 열교환기(22)로 유입되어 실외 열교환기(22)의 착상을 방지할 수 있고, 서리를 제거할 수 있는 이점이 있다.

이하 공기 조화 시스템의 다른 구성은 제1실시예와 동일하다. 그리고 냉방운전 및 난방운전, 외부 온수 요구가 있는 경우 및 외부 온수 요구가 없는 경우, 태양열 집열판(60)의 열을 이용하지 않고 축열조(40)의 열을 이용하여 냉매를 가열 및 온수를 제공하는 경우의 냉매 및 물의 흐름 역시 제1실시예와 동일하다.

제3실시예

도6은 본 발명의 제3실시예에서의 냉매 및 물의 흐름을 나타내는 구성도이다. 도6을 참조하여, 본 발명의 제3실시예의 공기 조화 시스템의 구성과 냉매 및 물의 흐름을 상기 설명한 제1실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.

제1실시예에서는 급탕유로(71)가 태양열 집열판(60)의 흡열유로(61)에 연 결된다. 하지만 본 실시예에서의 급탕유로(71')는 축열조(40)에 연결된다. 즉 냉수유로(71a')와 온수유로(71b')는 축열조(40)에 연결되어 축열조(40)의 열을 이용하여 외부 온수 요구처에 온수를 공급한다. 그리고 제1실시예와 달리 본 실시예에서는 급탕유로(71')에 제2펌프(88)만 설치된다. 본 실시예에서는 냉수유로(71a')에 설치되었으나, 온수유로(71b')에 설치될 수도 있다. 이하 다른 구성은 제1실시예와 동일하다.

난방운전시 본 실시예에서는 물은 흡열유로(61)에서 열을 흡수하고, 물순환유로(34)를 통하여 축열조(40)과 방열유로(33)에 열을 방열하게 된다. 그리고 냉방운전시는 축열조(40)에 열을 방열하게 된다. 즉 제1실시예와 달리 물이 물순환유로(34)만을 계속 순환을 하게 된다. 따라서 본 실시예서는 물 대신 열효율이 좋은 다른 열매체가 순환을 하면서 흡열 및 방열을 할 수도 있다.

그리고 제1실시예에서는 외부에 온수를 공급하는데 필요한 열을 흡열유로(61)에서 흡수한 열이나 축열조(40)에 축적된 열을 이용하여 공급하였다. 하지만 본 실시예에서는 축열조(40)에 급탕유로(71')가 연결되어 있기 때문에 축열조(40)의 열만을 이용하여 외부에 온수를 공급하게 된다.

즉 축열조(40)가 방열유로(33)와 직렬로 연결되어 열을 흡수하기 때문에 공기조화기의 냉, 난방에 상관없이 축열조(40)는 열을 흡수한다. 그리고 냉방 및 난방, 태양열 집열판(60)에서의 열에너지 생성여부에 상관없이 외부에 온수를 공급할 수 있다.

이러한 본 발명의 범위는 상기한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당 업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 공기 조화 시스템의 난방시 외부 온수 요구가 없는 경우의 냉매 및 물의 흐름이 도시된 구성도;

도 2은 본 발명의 제1실시예에 공기 조화 시스템의 난방시 외부 온수 요구가 있는 경우의 냉매 및 물의 흐름이 도시된 구성도;

도 3은 본 발명의 제1실시예에 공기 조화 시스템의 냉방시 외부 온수 요구가 있는 경우의 냉매 및 물의 흐름이 도시된 구성도;

도 4은 본 발명의 제1실시예에 공기 조화 시스템의 냉방시 외부 온수 요구가 없는 경우의 냉매 및 물의 흐름이 도시된 구성도;

도5은 본 발명의 제2실시예에 따른 공기 조화 시스템의 냉매 및 물의 흐름을 나타내는 구성도;

도6은 본 발명의 제3실시예에서의 공기 조화 시스템의 냉매 및 물의 흐름을 나타내는 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2: 실내 팽창 밸브 4: 실내 열교환기

20: 실외기 21: 실외 팽창 밸브

22: 실외 열교환기 23: 사방밸브

24: 압축기 25: 어규뮬레이터

26,27: 밸브 28: 냉매배관

30: 열교환기 31: 냉매유로

32: 냉매유로 33: 방열유로

34: 물순환유로 40: 축열조

50: 보조히터 60: 태양열 집열판

61: 흡열유로 71: 급탕유로

71a: 냉수유로 71b: 온수유로

82: 제1밸브 84: 제2밸브

86: 제1펌프 88: 제2펌프

89: 제3펌프

Claims

압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 팽창기구, 실내 열교환기를 포함하는 공기조화기;

태양열을 집열하고, 물이 유동하면서 집열된 열을 흡수하는 흡열유로가 형성되는 태양열 집열판;

상기 흡열유로와 물순환유로로 연결되는 방열유로와, 상기 압축기로 유입되는 냉매를 바이패스시키는 바이패스유로와 연결되는 냉매유로를 포함하는 열교환기; 및

상기 흡열유로로 냉수를 공급하는 냉수유로와 흡열유로에서 열을 흡수한 온수를 온수공급처로 공급하는 온수유로를 포함하는 급탕유로;

를 포함하는 공기 조화 시스템.
청구항1에 있어서,

상기 물순환유로에 설치되며, 상기 물순환유로를 유동하는 물의 열을 축적하는 축열조를 더 포함하는 공기 조화 시스템.
청구항1에 있어서,

상기 물순환유로에는 물을 순환시키는 제1펌프가 설치되고, 상기 냉수유로에는 냉수를 상기 흡열유로로 공급하는 제2펌프가 설치되고, 상기 온수유로에는 온수를 외부 온수 공급처로 유동시키는 제3펌프가 설치되는 공기 조화 시스템.
청구항1에 있어서,

상기 온수유로에는 유동하는 온수를 가열하는 보조 히터가 설치된 공기 조화 시스템.
청구항1에 있어서,

상기 냉수유로에는 제1밸브가 설치되고, 상기 온수유로에는 제2밸브가 설치되는 공기 조화 시스템.
청구항5에 있어서,

외부의 온수 요구가 있는 경우, 상기 제1밸브 및 제2밸브를 개방하고,

외부에 온수 요구가 없는 경우, 상기 제1밸브 및 제2밸브를 폐쇄하는 제어부를 더 포함하는 공기 조화 시스템.
압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 팽창기구, 실내 열교환기를 포함하는 공기조화기;

태양열을 집열하고, 물이 유동하면서 집열된 열을 흡수하는 흡열유로가 형성되는 태양열 집열판;

상기 흡열유로와 물순환유로로 연결되는 방열유로와, 상기 실외열교환기로 유입되는 냉매를 바이패스시키는 바이패스유로와 연결되는 냉매유로를 포함하는 열교환기;

상기 흡열유로로 냉수를 공급하는 냉수유로와 흡열유로에서 열을 흡수한 온수를 온수공급처로 공급하는 온수유로를 포함하는 급탕유로;

를 포함하는 공기 조화 시스템.
청구항7에 있어서,

상기 물순환유로에 설치되어 유동하는 물의 열을 흡수하는 축열조를 더 포함하는 공기 조화 시스템.
압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 팽창기구, 실내 열교환기를 포함하는 공기조화기;

태양열을 집열하고, 물이 유동하면서 집열된 열을 흡수하는 흡열유로가 형성되는 태양열 집열판;

상기 흡열유로와 물순환유로로 연결되는 방열유로, 상기 압축기로 유입되는 냉매를 바이패스시키는 바이패스유로와 연결되는 냉매유로를 포함하는 열교환기;

상기 물순환유로에 설치되어 유동하는 물의 열을 흡수하는 축열조;

상기 축열조로 냉수를 공급하는 냉수유로와 축열조에서 열을 흡수한 온수를 온수공급처로 공급하는 온수유로를 포함하는 급탕유로;

를 포함하는 공기 조화 시스템.