KR20100058062A - Air-conditioning system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 볼텍스튜브를 이용하여 냉매를 사용하지 않고도 냉방과 난방을 동시에 가능케하는 냉난방 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling and heating system that enables cooling and heating at the same time without using a refrigerant by using a vortex tube.
건강에 대한 관심이 높아지고 기술이 발전함에 따라 공조장치기술 역시 세밀해지고 있다. 종래의 공조장치는 크게 난방을 위한 시스템과 냉방을 위한 시스템으로 구분되었다. With increasing interest in health and the development of technology, air conditioning technology is also becoming more sophisticated. Conventional air conditioners are largely divided into a system for heating and a system for cooling.
공조장치의 경우 쉽게 접할 수 있는 예로는 실내의 냉난방을 들 수 있고, 차량의 냉난방을 들 수 있다. 이 중 차량에는 가장 보편적으로 냉방장치와 난방장치가 모두 장착된다. 차량의 난방시스템은 엔진에서 발생되는 폐열을 제거하는 냉각수를 실내로 이송하고 열교환기를 통하여 차실의 난방을 이루게 된다. 한편, 차량의 난방시스템은 냉매를 이용하여 압축기, 응축기, 증발기, 팽창밸브를 통하여 차실의 냉방을 이루게 된다. 이러한 냉방시스템의 경우 압축기의 가동을 위하여 엔진의 구동력을 이용한다.In the case of the air conditioning apparatus, an example that can be easily encountered may include indoor heating and cooling, and heating and cooling of a vehicle. Most commonly, vehicles are equipped with both air conditioning and heating systems. The heating system of the vehicle transfers the coolant to remove the waste heat generated from the engine to the room and heats the cabin through the heat exchanger. On the other hand, the heating system of the vehicle uses the refrigerant to achieve cooling of the vehicle cabin through the compressor, condenser, evaporator, expansion valve. In such a cooling system, the driving force of the engine is used to operate the compressor.
그러나 종래의 이러한 냉난방 시스템은 냉방시스템과 난방시스템이 분리되어 있어 부품의 공유가 일어나기 힘들었으며 제조원가가 높은 단점이 있었다. 또한, 냉매를 이용한 냉방시스템의 경우 그 냉매가 환경오염의 주범이 되고 있어 나날이 강도가 높아지는 법규를 만족시키기 어려운 문제가 있었다.However, such a conventional heating and cooling system is difficult to share the parts because the cooling system and the heating system is separated, there was a disadvantage that the manufacturing cost is high. In addition, in the case of a cooling system using a refrigerant, the refrigerant is the main culprit of environmental pollution, and thus there is a problem that it is difficult to satisfy the law that the intensity increases day by day.
또한, 냉방시스템의 경우 압축기의 구동을 위해 엔진의 구동력을 이용해야 하므로 엔진의 구동력 손실이 발생되어 차량의 연비가 저하되는 문제가 있었다.In addition, in the case of a cooling system, since the driving force of the engine must be used for driving the compressor, there is a problem in that the driving force loss of the engine is generated and the fuel economy of the vehicle is lowered.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안될 것이다.The matters described as the background art are only for the purpose of enhancing the understanding of the background of the present invention, and should not be taken as acknowledging that they correspond to the related arts already known to those skilled in the art.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 냉방과 난방 시스템을 혼합하고, 냉매가 아닌 일반적인 공기 등의 기체를 이용하여 냉난방을 동시에 할 수 있는 냉난방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a cooling and heating system capable of simultaneously heating and cooling a mixture of cooling and heating systems and using a gas such as general air instead of a refrigerant.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉난방 시스템은, 순환기체 압축기; 상기 순환기체 압축기로부터 압축된 순환기체를 받아 온기와 냉기로 분리하여 각각 온기배출구 및 냉기배출구를 통해 배출하는 볼텍스튜브; 상기 볼텍스튜브로부터 배출되는 온기 및 냉기의 배출량과 온도차를 조절하기 위해 온기배출구의 개방량을 조절할 수 있도록 마련된 밸브수단; 상기 볼텍스튜브의 온기배출구 및 냉기배출구와 각각 연결된 온풍열교환기 및 냉풍열교환기가 구비된 열교환실; 상기 열교환실로 바람을 불어넣는 블로워; 상기 온풍열교환기 및 냉풍열교환기를 통과한 순환기체를 모아 순환기체 압축기로 보내는 순환기체 축적부; 및 설정온도와 측정온도를 입력받고 양 온도의 높낮이 및 온도차이의 크기에 따라 순환기체 압축기의 가동 및 밸브수단의 개방량을 제어하는 제어부;를 포함한다.Air conditioning system according to the present invention for achieving the above object, the circulation gas compressor; A vortex tube that receives the circulated gas compressed from the circulating gas compressor and separates it into hot and cold air and discharges it through the hot air discharge port and the cold air discharge port, respectively; Valve means provided to adjust an amount of opening of the hot air outlet so as to control the discharge and the temperature difference between the hot and cold air discharged from the vortex tube; A heat exchange chamber provided with a hot air heat exchanger and a cold air heat exchanger respectively connected to the hot air outlet and the cold air outlet of the vortex tube; A blower that blows air into the heat exchange chamber; A circulating gas accumulating unit collecting the circulating gas passing through the hot air heat exchanger and the cold air heat exchanger and sending the collected circulating gas to a circulating gas compressor; And a control unit for receiving the set temperature and the measured temperature and controlling the operation of the circulating gas compressor and the opening amount of the valve means according to the height of the two temperatures and the magnitude of the temperature difference.
상기 볼텍스튜브로부터 배출된 온기 및 냉기는 각각 별개의 온기경로 및 냉기경로를 따라 이송되어 순환기체 축적부에 수집되고, 온풍열교환기 및 냉풍열교환기는 열교환실을 통과하는 각각의 온기경로 및 냉기경로 상에 연결될 수 있다.The hot and cold air discharged from the vortex tube are transported along separate hot and cold air paths and collected in the circulation gas accumulator, and the hot air heat exchanger and the cold air heat exchanger are respectively on the hot and cold air paths passing through the heat exchange chamber. Can be connected to.
상기 제어부는 설정온도와 측정온도의 온도차이가 커질수록 순환기체 압축기 의 압축량이 증대되도록 할 수 있다.The controller may allow the compression amount of the circulating gas compressor to increase as the temperature difference between the set temperature and the measured temperature increases.
상기 제어부는 설정온도가 높아질수록 밸브수단의 개방량이 증대되도록 할 수 있다.The control unit may increase the opening amount of the valve means as the set temperature increases.
상기 제어부는, 설정온도와 측정온도의 온도차이가 일정 값 이상일 경우 순환기체 압축기의 압축량이 증대되도록 하고 일정 값 이하일 경우 순환기체 압축기의 압축량이 감소되도록 하며, 측정온도보다 설정온도가 높을 경우 밸브수단의 개방량이 증대되도록 하고 낮을 경우 밸브수단의 개방량이 감소되도록 할 수 있다.The controller may be configured to increase the compression amount of the circulating gas compressor when the temperature difference between the set temperature and the measured temperature is greater than or equal to a predetermined value, and to reduce the compression amount of the circulating gas compressor when it is less than or equal to the predetermined value. The opening amount of the valve means can be increased and the opening amount of the valve means can be reduced when the opening amount is low.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 냉난방 시스템에 따르면, 냉방과 난방이 하나의 시스템에서 이루어져 부품의 공유가 가능하고 제조원가가 절감된다.According to the cooling and heating system having the structure as described above, the cooling and heating is made in one system to share the parts and reduce the manufacturing cost.
냉매가 아닌 기체를 이용한 냉방이 가능하여 환경오염의 우려가 사라지고, 유지보수 비용이 감소된다.Cooling using gases other than refrigerants eliminates the risk of environmental pollution and reduces maintenance costs.
냉방 시스템의 가동시 엔진의 구동력 손실이 감소되어 차량의 연비가 상승된다.When the cooling system is running, the driving force loss of the engine is reduced, thereby increasing the fuel economy of the vehicle.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 냉난방 시스템에 대하여 살펴본다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings looks at the air-conditioning system according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방 시스템을 나타낸 구성도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방 시스템은, 순환기체 압축기(100); 상기 순환기체 압축기(100)로부터 압축된 순환기체를 받아 온기와 냉기로 분리하여 각각 온기배출 구(320) 및 냉기배출구(340)를 통해 배출하는 볼텍스튜브(300); 상기 볼텍스튜브(300)로부터 배출되는 온기 및 냉기의 배출량과 온도차를 조절하기 위해 온기배출구(320)의 개방량을 조절할 수 있도록 마련된 밸브수단(500); 상기 볼텍스튜브(300)의 온기배출구(320) 및 냉기배출구(340)와 각각 연결된 온풍열교환기(720) 및 냉풍열교환기(740)가 구비된 열교환실(700); 상기 열교환실(700)로 바람을 불어넣는 블로워(200); 상기 온풍열교환기(720) 및 냉풍열교환기(740)를 통과한 순환기체를 모아 순환기체 압축기(100)로 보내는 순환기체 축적부(400); 및 설정온도와 측정온도를 입력받고 양 온도의 높낮이 및 온도차이의 크기에 따라 순환기체 압축기(100)의 가동 및 밸브수단(500)의 개방량을 제어하는 제어부(800);를 포함한다. 이러한 시스템이 대표적으로 적용되는 기술분야는 자동차이므로, 이하에서는 차량에 적용되는 실시예를 살펴본다.1 is a block diagram showing a cooling and heating system according to an embodiment of the present invention. Air conditioning system according to an embodiment of the present invention, the circulation gas compressor (100); A
차량의 공조장치 구성은 엔진룸(E)에 장착되는 부분과 실내(R)에 장착되는 부분으로 구성된다. 엔진룸(E)에는 순환기체 압축기(100)와 순환기체 축적부(400) 및 볼텍스튜브(300)가 장착된다. 실내(R)에는 블로워(200)와 제어부(800) 및 열교환실(700)이 장착될 수 있다.The air conditioner configuration of the vehicle includes a part mounted in the engine room E and a part mounted in the room R. The engine room E is equipped with a circulating
순환기체 압축기(100)는 순환기체 축적부(400)로부터 순환기체를 전달받아 압축을 실행한다. 그 순환기체 압축기(100)의 압축량은 제어부(800)로부터 결정된다.The circulating
압축된 순환기체는 볼텍스튜브(300)의 입구로 전달되어 온기와 냉기로 구분된다. 볼텍스튜브(300)의 상세 구성은 도 2에서 살펴본다. 볼텍스튜브(300)에는 각 각 반대방향으로 온기배출구(320) 및 냉기배출구(340)가 형성되어 있다. 또한 온기배출구(320)에는 밸브수단(500)이 구비된다. 밸브수단(500)의 개방량은 제어부(800)에서 제어하는데, 온기배출구(320)의 밸브수단(500)에서 개방량을 증대시킬 경우 배출되는 온기가 증대되고 냉기는 감소된다. 밸브수단(500)의 개방량을 감소시킬 경우 배출되는 온기는 감소되고 냉기가 증대된다.The compressed circulation gas is delivered to the inlet of the
볼텍스튜브(300)로부터 배출된 온기와 냉기는 각각 온기경로(620) 및 냉기경로(640)를 통하여 분리된 상태로 순환된다. 온기경로(620)와 냉기경로(640)는 열교환실(700)로 들어가고 열교환실(700) 내부의 온풍열교환기(720) 및 냉풍열교환기(740)로 각각 연결된다. 또한 열교환실(700)에는 블로워(200)가 연결된다. 블로워(200)는 외기를 열교환실(700) 내부로 불어넣고, 열교환실(700)에서 외기와 각각의 열교환기(720,740)를 흐르는 온기 또는 냉기가 열교환을 이루게 된다. 온풍열교환기(720)와 냉풍열교환기(740)를 흐르는 온기와 냉기의 양 및 온도를 조절할 경우 블로워(200)로부터 공급된 외기의 온도가 열교환을 통하여 적절하게 조절된다. 열교환실(700)에서 열교환이 이루어진 외기는 실내로 유입되어 실내공기의 온도를 높이거나 낮추게 되는 것이다.The hot and cold air discharged from the
열교환실(700)에서 나온 온기경로(620)와 냉기경로(640)는 연장되어 각각 순환기체 축적부(air accumulator,400)로 모아진다. 순환기체 축적부(400)는 온기와 냉기를 혼합하여 일정한 온도를 갖는 하나의 순환기체를 만든다. 순환기체 축적부(400)는 일정한 온도를 갖는 순환기체를 생성하고 그 순환기체를 순환기체 압축기(100)에 일정한 압력으로 공급함으로써 순환기체 압축기(100)의 과부하와 고장을 방지한다. 또한, 그러한 순환기체 축적부(400)에는 여과 필터를 장착하여 순환기체 압축기(100)에 전달되는 기체의 불순물을 제거하도록 할 수도 있다.The
상기한 냉난방 시스템의 경우 순환기체를 이용하여 내부에서 압축기(100), 볼텍스튜브(300), 열교환기(720,740), 축적기(400)를 순환하도록 하여 냉방과 난방의 동시조절이 가능하고, 냉매를 이용하지 않아 환경적인 측면에서 안정적이다. 또한, 냉기경로(640)와 온기경로(620)를 분리하여 열교환을 이루도록 함으로써 난방과 냉방의 독립적인 조절이 가능하고 변화되는 설정온도에 민감하게 반응할 수 있는 것이다. In the case of the air-conditioning system, the
한편, 순환기체 축적부(400)를 통하여 압축기(100)에 순환기체가 공급되는바, 일정한 온도와 일정한 압력을 갖는 순환기체가 공급되어 압축기(100)가 효율적으로 작동하고, 그 고장이 방지되는 것이다.On the other hand, the circulating gas is supplied to the
제어부(800)는 차량의 실내에 마련된 조작패널로부터 설정온도를 입력받고 실내에서 측정된 실내온도인 측정온도를 입력받는다. 도시된 실시예에서는 조작패널에 제어부(800)가 일체로 구비된 경우를 나타낸다. 제어부(800)는 설정온도와 측정온도를 입력받고, 양 온도의 높낮이 및 온도차이의 크기에 따라 순환기체 압축기(100)의 가동 및 밸브수단(500)의 개방량을 제어한다. 구체적으로 제어부(800)는 설정온도와 측정온도의 온도차이가 커질수록 순환기체 압축기(100)의 압축량이 증대되도록 하고, 설정온도가 높아질수록 밸브수단(500)의 개방량이 증대되도록 한다. 순환기체 압축기(100)의 압축량이 높아질수록 볼텍스튜브(300)에 입력되는 순환기체의 압력이 증대되며, 이는 단순히 온기와 냉기의 토출량을 증대시킬 뿐만 아 니라 온기와 냉기의 온도차이를 증대시키기 때문이다. 또한, 밸브수단(500)의 개방량을 높일 경우 토출되는 온기의 양이 증대되고 냉기의 양이 감소되기 때문이다. 따라서 제어부(800)가 순환기체 압축기(100)의 압축량과 밸브수단(500)의 개방량을 조절할 경우 온기와 냉기의 온도차이 및 그 토출되는 양의 차이를 조절할 수 있게 되는 것이다.The
바람직한 실시예로써 제어부(800)는, 설정온도와 측정온도의 온도차이가 일정 값 이상일 경우 순환기체 압축기(100)의 압축량이 증대되도록 하고 일정 값 이하일 경우 순환기체 압축기(100)의 압축량이 감소되도록 하며, 측정온도보다 설정온도가 높을 경우 밸브수단(500)의 개방량이 증대되도록 하고 낮을 경우 밸브수단(500)의 개방량이 감소되도록 한다. 설정온도와 측정온도의 온도차이가 크다면 순환기체 압축기(100)의 압축량을 증대시켜 온기와 냉기의 온도차이를 증대시켜 원하는 온도에 빨리 도달할 수 있도록 하는 것이다. 또한, 순환기체 압축기(100)의 압축량을 조절하여 엔진의 구동력이 많이 필요한 경우와 적게 필요한 경우를 구분하고 엔진의 불필요한 구동을 방지하여 연료효율을 증대시킬 수 있게 되는 것이다.As a preferred embodiment, the
또한, 설정온도와 측정온도의 온도를 비교하여 냉방상황인지 또는 난방상황인지를 판단하고 밸브수단(500)을 조절하여 냉기 또는 온기의 토출량을 증대시키도록 하는 것이다.In addition, by comparing the temperature of the set temperature and the measured temperature to determine whether the cooling or heating conditions, and by adjusting the valve means 500 to increase the discharge amount of cold or warm air.
이하에서는 도 2를 참고하여 볼텍스튜브의 구성 및 작동원리를 살펴본다. 볼텍스튜브(300)는 튜브형상으로 형성되고 하나의 입구와 두 개의 출구로 구성될 수 있다. 입구(360)를 통하여 압축공기가 접선 방향으로 들어가고 내부의 회전실(310) 에서 강한 소용돌이가 형성된다. 소용돌이는 온기배출구(320)를 향하여 나아가고 그 소용돌이의 내부로는 역으로 소용돌이가 형성되며 냉기배출구(340) 측으로 나아간다. 내부의 역 소용돌이는 외부의 소용돌이로 에너지를 전달하며 온도가 떨어지고 외부의 소용돌이는 그 에너지를 받아 온도가 증대되는 것이다. 이로써 온기배출구(320)에는 온기가 배출되고 냉기배출구(340)에는 냉기가 배출되는 것이다. 이러한 볼텍스튜브(300)와 순환기체를 이용하여 냉방과 난방을 동시에 구현할 수 있는 것이다.Hereinafter, with reference to Figure 2 looks at the configuration and operation principle of the vortex tube. The
도 3은 이러한 냉난방 시스템의 순서도이다. 먼저 제어부에 설정온도와 측정온도가 입력된다(S120,S140). 제어부는 양 온도의 온도차이를 파악하고 그 온도차이가 3℃ 이상일 경우 순환기체 압축기의 압축량을 증대시키고 3℃ 이하일 경우 순환기체 압축기의 압축량을 감소시킨다(S200,S220,S240). 또한, 설정온도가 측정온도보다 높을 경우에는 밸브수단의 개방량을 증대시켜 온기의 배출량을 늘린다(S300,S320). 설정온도가 측정온도보다 낮을 경우에는 밸브수단의 개방량을 감소시킨다(S300,S340). 물론 밸브수단의 개방량 조절이나 순환기체 압축기의 압축량 조절은 구체적인 상황에 따라 세부적으로 정하여둘 수 있다.3 is a flowchart of such an air conditioning system. First, the set temperature and the measured temperature are input to the control unit (S120, S140). The controller detects the temperature difference between the two temperatures and increases the compression amount of the circulating gas compressor when the temperature difference is 3 ° C. or higher and decreases the compression amount of the circulating gas compressor when the temperature difference is 3 ° C. or less (S200, S220, S240). In addition, when the set temperature is higher than the measured temperature, the amount of opening of the valve means is increased to increase the discharge of warmth (S300 and S320). When the set temperature is lower than the measured temperature, the opening amount of the valve means is reduced (S300, S340). Of course, the opening amount control of the valve means or the compression amount control of the circulating gas compressor can be determined in detail according to a specific situation.
설정온도와 측정온도의 온도가 같아질 경우는 압축기의 가동을 중지한다(S500,S520). 이 상태에서 블로워를 계속적으로 가동할지 여부는 사용자의 입력에 따라 달라지도록 할 수 있다. 설정온도와 측정온도의 온도가 같지 않다면 계속적으로 순환기체 압축기와 밸브수단을 제어함으로써 두 온도가 근접하도록 유도한다.If the set temperature is equal to the measured temperature, the compressor is stopped (S500, S520). Whether or not to continue to operate the blower in this state can be made depending on the user input. If the temperature between the set temperature and the measured temperature is not the same, the two temperatures are brought close to each other by continuously controlling the circulating gas compressor and the valve means.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims It will be apparent to those of ordinary skill in the art.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a cooling and heating system according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 냉난방 시스템의 볼텍스튜브의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of the vortex tube of the air conditioning and heating system shown in FIG.
도 3은 도 1에 도시된 냉난방 시스템의 작동 순서도이다.3 is a flowchart illustrating an operation of the air conditioning system shown in FIG. 1.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 순환기체 압축기 200 : 블로워 100: circulating gas compressor 200: blower
300 : 볼텍스튜브 320 : 온기배출구 300: Vortex tube 320: warmth outlet
340 : 냉기배출구 400 : 순환기체 축적부 340: cold air outlet 400: circulating gas storage unit
500 : 밸브수단 620 : 온기경로 500: valve means 620: warmth path
640 : 냉기경로 700 : 열교환실 640: cold path 700: heat exchange chamber
720 : 온풍열교환기 740 : 냉풍열교환기 720: hot air heat exchanger 740: cold air heat exchanger
800 : 제어부800: control unit
Claims (5)
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