KR20170107212A - 냉각수 리사이클 기능을 가지는 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발기로부터 발생되는 응축수를 회수하여 혼합된 상태로 냉각수의 리사이클 동작을 통해 냉매와 열교환이 이루어지도록 함으로써, 별도의 냉각탑, 냉동기 등의 실외기를 설치하지 않고 실내 냉방이 효과적으로 이루어질 수 있고, 비용 절감 및 설치 공간 활용도를 높일 수 있도록 한 냉각수 리사이클 기능을 가지는 공기조화기에 관한 것이다.
본 발명은 냉매를 압축하여 고온,고압된 상태로 토출시키는 압축기(10)와; 상기 압축기(10)로부터 토출되는 냉매를 이용하여 공기와의 열교환을 통해 공기를 냉각시키는 제 2열교환기(30)와; 상기 제 2열교환기(30)에서 공기와 냉매간의 열교환에 의해 발생되는 응축수를 회수하여 미리 공급된 공급수와 혼합되어 냉각수로서 저장되도록 하면서 리사이클 동작이 이루어지도록 하는 냉각수 리사이클 탱크(60)와;상기 냉각수 리사이클 탱크(60)안의 냉각수가 거치도록 하면서 냉방 운전시 압축기(10)로부터 토출되는 고온,고압의 냉매와 열교환이 이루어지도록 압축기(10)와 냉각수 리사이클 탱크(60)의 사이에 구비되는 제 1열교환기(20)와; 상기 제 1열교환기(20)를 거쳐서 냉각수 리사이클 탱크(60)로 회수되는 냉각수가 제 2열교환기(30)를 거친 냉매와 열교환되도록 구비되는 1차 냉각기(70)와; 상기 1차 냉각기(70)를 거친 냉각수가 통과되면서 제 2열교환기(30)를 거친 냉각공기와 열교환이 이루어지도록 구비되는 2차 냉각기(80)를 포함하는 것이다.

Description

냉각수 리사이클 기능을 가지는 공기조화기{Air Handling Unit with Cooling Water Recycle Function}

본 발명은 냉각수 리사이클 기능을 가지는 공기조화기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 증발기로부터 발생되는 응축수를 회수하여 혼합된 상태로 냉각수의 리사이클 동작을 통해 냉매와 열교환이 이루어지도록 함으로써, 별도의 냉각탑, 냉동기 등의 실외기를 설치하지 않고 실내 냉방이 효과적으로 이루어질 수 있고, 비용 절감 및 설치 공간 활용도를 높일 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 쾌적한 실내 환경을 유지시켜 주기 위하여 사용되는 공기조화기로는 에어컨, 공기청정기, 냉풍기, 가습기 등이 있다.

이들 공기조화기중 냉방장치는 실내의 온도가 비교적 높아서 불쾌감을 주는 경우 실내의 공기를 차갑게 하여 실내 온도를 낮춤으로써 쾌적함을 유지시키고, 가습이나 공기 조화, 공기 청정 등의 기능을 겸하기도 하므로 매우 유용하게 사용된다.

이러한 냉방장치는 냉매를 고온 고압의 상태로 응축 압력까지 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 냉각팬의 송풍에 의한 방열에 의하여 고온 고압의 액상으로 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 고온 고압 상태의 액상 냉매를 교축 작용에 의하여 저온 저압 상태의 기상 냉매로 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매가 증발되면서 공기와 열교환하면서 냉각함과 아울러 상기 압축기로 냉매를 복귀시키는 증발기로 구성된 냉매 순환사이클을 통해 작동하게 된다.

그런데, 종래의 냉방장치는 냉매의 증발 잠열을 이용하여 고온 다습한 압축 공기를 직접 냉각시키는 방식으로 부하의 경중이나 유무에 관계없이 압축기가 항상 운전하게 되어 상당한 에너지 손실이 발생할 뿐만 아니라 냉방효율 면에서도 많은 손실이 발생하게 된다.

또한, 실내 면적이 클수록 이에 비례하여 압축기, 증발기, 응축기 등의 크기도 크게 제작해야 하므로 제조 비용과 설치 비용이 상승하게 되는 문제점이 있었다.

그리고, 실외기(냉각탑 등)를 외부에 별도로 설치해야 하므로 별도의 설치 비용 및 설치 공간이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제 10-1309625호(공고일 : 2013년 09월 25일)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 냉방 운전을 통해 실내를 냉방시키고, 증발기로부터 발생되는 응축수를 회수하여 혼합된 상태의 냉각수를 리사이클 시켜서 냉매와의 열교환이 이루어지도록 함으로써, 비용 절감 및 공간 활용도를 높이도록 한 냉각수 리사이클 기능을 가지는 공기조화기를 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 해결 수단은, 냉매를 압축하여 고온,고압된 상태로 토출시키는 압축기와; 상기 압축기로부터 토출되는 냉매를 이용하여 공기와의 열교환을 통해 공기를 냉각시키는 제 2열교환기와; 상기 제 2열교환기에서 공기와 냉매간의 열교환에 의해 발생되는 응축수를 회수하여 미리 공급된 공급수와 혼합되어 냉각수로서 저장되도록 하면서 리사이클 동작이 이루어지도록 하는 냉각수 리사이클 탱크와; 상기 냉각수 리사이클 탱크안의 냉각수가 거치도록 하면서 냉방 운전시 압축기로부터 토출되는 고온,고압의 냉매와 열교환이 이루어지도록 압축기와 냉각수 리사이클 탱크의 사이에 구비되는 제 1열교환기와; 상기 제 1열교환기를 거쳐서 냉각수 리사이클 탱크로 회수되는 냉각수가 제 2열교환기를 거친 냉매와 열교환되도록 구비되는 1차 냉각기와; 상기 1차 냉각기를 거친 냉각수가 통과되면서 제 2열교환기를 거친 냉각공기와 열교환이 이루어지도록 구비되는 2차 냉각기를 포함하는 것이다.

또한, 본 발명의 해결 수단은, 상기 냉각수 리사이클 탱크의 냉각수가 리사이클 동작이 이루어지도록 제 1열교환기와 연결되는 유로에는 냉각수 펌프가 마련되는 것이다.

이와 같이, 본 발명에 따른 공기조화기는 실내 환경 조건에 맞추어서 냉방이 자동적으로 구현되고, 냉방 운전시, 종래의 수냉식 공기조화기와 같은 사이클로 동작하지만, 종래의 공기조화기와 달리, 응축수를 회수하여 냉각수 리사이클 탱크내에서 공급수와 혼합된 냉각수를 리사이클 동작시켜서 시스템을 구현하여 냉각탑, 냉동기와 같은 실외기가 별도 구비될 필요가 없어, 그 만큼 비용 절감 및 공간 활용도를 높일 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기의 구성을 나타낸 구성도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각수 리사이클 기능을 가지는 공기조화기의 구성을 나타낸 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기(1)는, 냉매를 압축하여 토출시켜서 순환되도록 하는 압축기(10)와, 상기 압축기(10)로부터 토출되는 냉매가 통과되면서 열교환이 이루어지도록 하는 제 1열교환기(20)와, 상기 제 1열교환기(20)를 거친 냉매가 통과되도록 하면서 주변 공기와의 열교환을 통해 주변 공기를 냉각시키는 제 2열교환기(30)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 압축기(10)로부터 토출되는 고온, 고압의 냉매는 냉매라인(11)을 통해 상기 제 1열교환기(20)를 거쳐서 제 2열교환기(30)를 통과하여 다시 압축기(10)로 회수되도록 한다.

본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제 1열교환기(20)는 냉방용 응축기로서 기능을 하고, 제 2열교환기(30)는 증발기로서 기능을 담당한다.

또한, 실내 공기를 흡입하고, 흡입된 실내 공기가 제 2열교환기(30)를 통과하여 다시 실내로 유입되도록 하는 블로워(blower)(50)가 구비될 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 2열교환기(30)는 냉매가 통과되면서 주변 공기를 냉각시키고, 이때 발생되는 응축수는 응축수 회수라인(31)을 통해 회수되도록 하는 냉각수 리사이클 탱크(cooling water recycle tank)(60)가 구비되는데, 상기 냉각수 리사이클 탱크(60)의 내부에는 미리 소정 수위로 공급수가 채워지는데, 상기 제 2열교환기(30)로부터 발생되는 응축수가 응축수 회수라인(31)을 통해 유입되어 혼합되도록 한다.

이러한 냉각수 리사이클 탱크(60) 내부의 공급수는 냉방 운전시, 순환하면서 냉각수 역할을 담당한다.

다시 말해서, 냉각수 리사이클 탱크(60)안의 공급수는 응축수와 혼합되어 냉각수로서 상기 제 1열교환기(20)로 보내져서 압축기(10)로부터 토출되는 고온 고압의 냉매와 열교환이 이루어지도록 한다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기는, 상기 제 1열교환기(20)를 거친 냉각수가 냉매로부터 열원을 얻은 상태로 통과되면서 열교환이 이루어지도록 1차 및 2차 냉각기(70)(80)가 구비된다.

상기 1차 냉각기(70)는 제 2열교환기(30)를 거친 냉매와 제 1열교환기(20)를 거친 냉각수가 열교환되어 1차 냉각이 이루어지도록 제 2열교환기(30)와 압축기(10) 사이에 마련되고, 제 2냉각기(80)는 냉각수가 통과되어 다시 냉각수 리사이클 탱크(60)안으로 회수되는데, 제 2열교환기(30)를 통과하여 냉각된 공기와 열교환이 되면서 2차 냉각이 이루어지도록 제 2열교환기(30)의 냉기가 토출되는 방향으로 구비될 수 있다.

상기 1,2차 냉각기(70)(80)를 통과한 냉각수는 냉각수 리사이클 탱크(60)안으로 모아져서 저장되도록 한다.

상기 냉각수 리사이클 탱크(60)안의 냉각수는 제 1열교환기(20)로 보내지도록 냉각수 리사이클 탱크(60)와 제 1열교환기(20) 사이에 연결된 유로(61)에는 냉각수 펌프(62)가 마련될 수 있다.

또한, 상기 유로(61)에 위치하면서 냉각수 펌프(62)의 전단 위치에는 개폐밸브(63)가 마련되는데, 이러한 개폐밸브(63)로서, 솔레노이드 밸브가 마련되어 개폐동작을 제어하도록 할 수 있다.

상기 냉각수 리사이클 탱크(60)는 소정의 냉각수 수위 이상이 되는 경우, 오버 플로우가 되어서 배출되도록 배출구(60a)가 형성될 수 있다.

또한, 상기 제 2열교환기(30)의 전단 위치에는, 통과하는 냉매를 저온,저압의 액체 상태로 변환시키는 팽창기구(90)가 마련된다.

상기 팽창기구(90)는 모세관 또는 전자팽창밸브, 온도팽창밸브(thermo -expansion valve) 등으로 이루어질 수 있다.

1차 냉각기(70)와 압축기(10)의 사이에는, 압축기(10)로 유입되는 냉매에서 기체와 액체를 분리하도록 하는 어큐뮬레이터(100)(accumulator)가 마련될 수 있다.

도면중 미설명부호 110은 리시버 탱크(receiver tank), 120은 스트레이너(strainer)이다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 냉방 운전시, 압축기(10)의 가동으로 냉매가 고온,고압의 기체 상태로 토출되어서 순환하게 되는데, 고온,고압의 냉매는 냉방을 위해서 냉매라인(11)을 통해 이동하여 제 1열교환기(20)를 거쳐서 제 2열교환기(30)를 통과하게 된다.

상기 냉매는 제 2열교환기(30)를 통과하기 전에, 팽창기구(90)를 통과하면서 저온,저압의 액체 상태로 되어서 제 2열교환기(30)를 거치게되는데, 이때 블로워(50)의 가동으로 실내 공기가 흡입되어서 제 2열교환기(30)를 통과하면서 냉매와 열교환이 이루어진다.

상기 제 2열교환기(30)를 통과하여 공기와의 열교환 작용을 한 냉매는 어큐뮬레이터(100)를 거쳐서 다시 압축기(10)로 회수되면서 하나의 냉매 사이클을 형성한다.

여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 2열교환기(30)에서 흡입공기와의 열교환 작용시, 냉매는 저온,저압의 기체 상태로 변환되어서 흡입 공기를 냉각시키게 된다.

이때, 흡입 공기중의 습기는 제 2열교환기(30)의 열교환 작용에 의해 제 2열교환기(30의 표면에 응축되어서 응축수를 발생시키게 되고, 이와 같이 발생되는 응축수는 응축수 회수라인(31)을 통해 냉각수 리사이클 탱크(60)로 모아진다.

최초 상태에서는 미리 냉각수 리사이클 탱크(60)안에 소정 수위의 공급수를 미리 저장해둔다.

냉각수 펌프(62)의 가동으로 냉각수 리사이클 탱크(60)에 모아진 냉각수(공급수와 응축수의 혼합된 상태)는, 유로(61)를 통해 제 1열교환기(20)를 거쳐서 1,2차 냉각기(70)(80)를 거쳐서 다시 냉각수 리사이클 탱크(60)안으로 회수된다.

여기서, 상기 제 1열교환기(20)에서는 압축기(10)를 통해 토출되는 고온,고압의 냉매가 통과하기 때문에, 유로(61)를 통해 통과하는 냉각수와 고온,고압의 냉매가 열교환이 이루어져서 냉매는 열원을 빼앗겨서 온도가 저하된다.

한편, 고온,고압의 냉매로부터 열원을 얻은 냉각수는 1차 냉각기(70)를 거치는데, 1차 냉각기(70)에서는 증발기인 제 2열교환기(30)를 거친 냉매와 냉각수가 통과하면서 열교환이 이루어져서 냉각수는 1차 냉각되고, 이어서 2차 냉각기(80)를 거치면서 냉각수는 2차로 냉각이 이루어진다.

상기 냉각수는 2차 냉각기(80)를 거치면서 2차 냉각이 이루어지는데, 제 2열교환기(30)로부터 발생되는 냉기가 상기 2차 냉각기(80)를 통과하면서 냉각수와 열교환이 이루어지면서 냉각수의 2차 냉각이 이루어지는 것이다.

이렇게 제 2열교환기(30)로부터 발생된 응축수는 응축수 회수라인(31)을 통해 냉각수 리사이클 탱크(60)로 모아지고, 이러한 응축수와 미리 저장된 공급수가 냉각수 리사이클 탱크(60)안에서 혼합되어 형성되는 냉각수는, 냉각수 펌프(62)를 통해 제 1열교환기(20)를 거치면서 고온,고압의 냉매와 열교환되어 냉매를 냉각시키면서 열원을 얻은 상태로 1,2차 냉각기(70)(80)를 거치면서 소정의 온도로 떨어진 상태에서 다시 냉각수 리사이클 탱크(60)로 회수된다.

다시 말해서, 1,2차 냉각기(70)(80)를 거치면서 냉각수는 사이클을 동작하는데 충분한 온도로 떨어져서 원활한 냉방 운전이 가능하도록 하는 것이다.

따라서, 냉매 사이클측에서는 처음 압축기(10)를 통해 토출시 고온,고압의 상태로 나오는 냉매가, 리사이클 동작을 하는 냉각수에 의해 제 1열교환기(20)를 통해 1차로 냉각이 이루어진 상태로 팽창기구(90) 및 제 2열교환기(30)를 거치도록 함으로써, 보다 효과적인 열교환 능력이 발휘될 수 있는 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 냉방 운전시, 순환하는 냉매와 냉각수 리사이클 탱크(60)로부터 나온 냉각수가 열교환시, 제 2열교환기(30)에서 발생되는 응축수가 냉각수 리사이클 탱크(60)로 응축수 회수라인(31)을 통해 회수되어, 냉각수 리사이클 탱크(60)안의 공급수와 혼합되면서 냉각수의 온도가 떨어지게 된다.

다시 말해서, 제 2열교환기(30)를 통해 발생되는 응축수의 온도는 제 1열교환기(20), 1,2차 냉각기(70)(80)를 거쳐서 냉각수 리사이클 탱크(60)안으로 회수되는 냉각수의 온도보다 낮기 때문에, 제 2열교환기(30)를 통해 발생되는 응축수가 냉각수 리사이클 탱크(60)안으로 유입되어 혼합됨으로써, 냉각수 리사이클 탱크(60)안의 냉각수 온도가 저하된 상태로 다시 리사이클 동작이 이루어지므로, 그 만큼 냉방 성능이 증대될 수 있다.

또한, 냉각수 리사이클 탱크(60)안으로 응축수가 유입되는 만큼 냉각수 리사이클 탱크(60)안의 공급수는 소정의 수위를 넘으면, 오버플로우되어서 배출구(60a)를 통해 배수된다.

이와 같이, 본 발명은 냉각수를 리사이클 시켜서 냉방 능력이 향상되도록 함과 동시에, 종래에 버려지는 응축수를 회수하여 재활용함으로써, 냉각수의 온도가 저하된 상태로 리사이클 되므로 그 만큼 냉방 운전시의 실내 냉방 능력이 향상될 수 있는 것이다.

또한, 본 발명은 실내 환경 조건을 감지(각종 감지센서 등) 및 제어하여 실내 환경 조건에 맞추어서 냉방동작이 자동적으로 구현되고, 냉방 운전시, 종래의 수냉식 공기조화기와 같은 사이클로 동작하지만, 종래의 공기조화기와 달리, 냉각수를 리사이클 동작시켜서 시스템을 구현하여 냉각탑, 냉동기와 같은 실외기가 별도 구비될 필요가 없어, 그 만큼 비용 절감 및 공간 활용도를 높일 수 있는 것이다.

물론, 본 발명은 냉각수 순환시 열교환이 이루어지는 1,2차 냉각기를 마련하기는 하지만, 하나의 실내기로 구성됨으로써, 종래의 냉각탑 또는 냉동기 등과 같은 실외기를 설치하는 것에 비해, 현저하게 비용절감이 이루어지고, 냉각효율도 증대될 수 있다.

이상에서는 첨부도면에 도시된 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명의 바람직한 형태에 대한 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이상과 같은 본 발명의 실시 예는 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 다른 실시가 가능한 것이며, 이러한 변형 및 균등한 다른 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위에 속한다.

1 : 공기조화기
10 : 압축기
11 : 냉매라인
20 : 제 1열교환기
30 : 제 2열교환기
31 : 응축수 회수라인
50 : 블로워
60 : 냉각수 리사이클 탱크
60a : 배출구
61 : 유로
62 : 냉각수 펌프
63 : 솔레노이드 밸브
70 : 1차 냉각기
80 : 2차 냉각기
90 : 팽창기구
100 : 어큐뮬레이터
110 : 리시버 탱크(receiver tank)
120 : 스트레이너

Claims (2)

1. 냉매를 압축하여 고온,고압된 상태로 토출시키는 압축기(10)와;
   상기 압축기(10)로부터 토출되는 냉매를 이용하여 공기와의 열교환을 통해 공기를 냉각시키는 제 2열교환기(30)와;
   상기 제 2열교환기(30)에서 공기와 냉매간의 열교환에 의해 발생되는 응축수를 회수하여 미리 공급된 공급수와 혼합되어 냉각수로서 저장되도록 하면서 리사이클 동작이 이루어지도록 하는 냉각수 리사이클 탱크(60)와;
   상기 냉각수 리사이클 탱크(60)안의 냉각수가 거치도록 하면서 냉방 운전시 압축기(10)로부터 토출되는 고온,고압의 냉매와 열교환이 이루어지도록 압축기(10)와 냉각수 리사이클 탱크(60)의 사이에 구비되는 제 1열교환기(20)와;
   상기 제 1열교환기(20)를 거쳐서 냉각수 리사이클 탱크(60)로 회수되는 냉각수가 제 2열교환기(30)를 거친 냉매와 열교환되도록 구비되는 1차 냉각기(70)와;
   상기 1차 냉각기(70)를 거친 냉각수가 통과되면서 제 2열교환기(30)를 거친 냉각공기와 열교환이 이루어지도록 구비되는 2차 냉각기(80);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 리사이클 기능을 가지는 공기조화기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각수 리사이클 탱크(60)의 냉각수가 리사이클 동작이 이루어지도록 제 1열교환기(20)와 연결되는 유로(61)에는 냉각수 펌프(62)가 마련되는 것을 특징으로 하는 냉각수 리사이클 기능을 가지는 공기조화기.

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