KR20180035353A

KR20180035353A - 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 에너지절약형 자동제어 시스템

Info

Publication number: KR20180035353A
Application number: KR1020160125302A
Authority: KR
Inventors: 윤재동
Original assignee: 윤재동
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2018-04-06
Also published as: KR101983667B1

Abstract

본 발명은 냉난방을 위한 유체를 실내기의 요구량에 따라 비례제어함으로써 에너지 절약을 도모할 수 있으며, 특히 열교환기의 저유량 운전이 가능하여 불필요한 에너지 소모를 방지할 수 있는 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템에 관한 것으로, 냉기 또는 열기를 건물 내부에 제공하는 복수의 실내기; 상기 실내기에서 회수되는 유체를 냉매 또는 열매와 열교환시키면서 냉각시키거나 가열하여 상기 실내기로 공급하는 냉난방열교환기; 상기 실내기에서 요구되는 유체의 유량을 측정하는 유량측정기; 및 상기 유량측정기에서 측정된 유체의 유량에 따라 상기 냉난방열교환기로 공급되는 유체의 유량을 제어하는 유량컨트롤러;를 포함하며, 상기 냉난방열교환기는, 각각 복수 개로 분할구성되면서 병렬연결되어 상기 유량컨트롤러의 제어에 의해 유체를 공급하고, 상기 실내기에서 요구되는 유체의 유량에 따라 상기 복수 개 중 전부 또는 일부가 작동하면서 유체의 유량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템{COOLING AND HEATING MANAGEMENT SYSTEM WITH LOW FLUX REFRIGERATOR AND LOW FLUX CONTROLLING OF COOL AND HEATING FLUID}

본 발명은 냉난방 관리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉난방을 위한 유체를 실내기의 요구량에 따라 비례제어함으로써 에너지 절약을 도모할 수 있으며, 특히 열교환기의 저유량 운전이 가능하여 불필요한 에너지 소모를 방지할 수 있는 저유량 냉동기와 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 건물에는 냉난방을 위한 장비 즉, 보일러, 칠러, 실내기(FCU), 공조유닛(AHU) 등의 장비가 설치되어 있다.

상기와 같은 냉난방 장비를 관리하는 기존의 방식은 단순히 배관상 가장 먼 곳에 압력센서를 설치하여 1차측(공급측)과 2차측(회수측)의 압력차를 이용하여 순환펌프의 회전수를 제어하는 방식이었으나, 관로상 설치되어 있는 팽창탱크, 차압밸브, 에어포켓 등에 의해 실질적으로 제어가 되지 않아 순환펌프는 항상 부하에 관계없이 100%의 유량을 전송함으로써 과유량에 의한 과차압 형성과 불필요한 에너지를 소모하는 문제점이 있다.

또한, 기존방식은 유체를 단속하는 제어변의 개도제어를 통해서만 냉난방장비에서 공급되는 유체를 단속하였기 때문에 실질적으로 유체를 전송하는 냉난방장비나 열원설비의 에너지소모를 초래하는 문제점이 있으며, 냉난방장비에 소모되는 에너지의 소모량을 인지만 할 뿐 컨트롤할 수 없기 때문에 에너지의 낭비가 발생하는 문제점이 있다.

예컨대, 대한민국 등록특허공보 제10-1151480호에 개시된 에너지 관리 시스템 역시 댐퍼의 개구율을 통해 냉난방을 제어할 뿐 냉난방기의 운전출력이나 유체의 유량을 비례제어하지 않기 때문에 에너지 절감에 한계가 있다.

한편, 냉난방 장비 중 칠러(chiller)는 유체를 냉각시켜 냉수를 공조기나 냉수수요처로 공급하는 것으로, 냉매가 순환되는 압축기와 응축기, 팽창기 및 증발기의 냉동기를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 칠러는 증발기에서 냉매의 증발열을 통해 유체를 냉각시키고, 냉각된 유체를 순환펌프로 펌핑하여 공조기나 냉수 수요처로 순환 공급한다.

이러한 칠러는 공조장비의 부분부하와 관계없이 냉수 또는 온수유량이 항상 과하게 운송되면서 과유량으로 운전되어 왔다.

여기서, 기존 냉난방 장비에 사용되는 냉동기와 순환펌프는 고부하에서 운전이 가능하나 저부하에서는 부하에 맞는 운전이 불가능하다.

즉, 냉동기는 고부하 및 저부하에서 부하에 맞는 운전이 가능하나, 순환펌프는 유체의 저유량 운전시에 동파가 발생할 우려가 있기 때문에 동파방지를 위하여 저유량 운전이 이루어지지 않는 실정이다.

구체적으로, 칠러는 복수의 전열관들로 유체를 관류시키면서 냉매와 열교환시키는데, 순환펌프의 저부하 운전에서는 유체가 전열관들에 균일하게 흐르지 못하기 때문에 동파가 발생하게 된다.

이에 따라, 현재까지의 칠러는 냉동기의 부하가 50% 이하일 경우에도 순환펌프의 부하를 60% 이상으로 운전시킴으로써 동파를 예방하고 있으며, 저유량 제어의 불가로 인한 불필요한 에너지가 낭비되고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1151480호 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0097367호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 칠러 또는 보일러의 운전부하를 실내기에서 요구되는 유체의 유량에 따라 비례제어함으로써 에너지 절약을 도모할 수 있는 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템을 제공하는 것이 그 목적이다.

구체적으로, 본 발명은 실내기에서 회수된 유체와 열교환이 이루어지는 칠러나 보일러를 복수 조의 열교환기 및 유체공급펌프로 분할형성하여 실내기의 요구 유량에 따라 일부 조만을 작동시킴으로써 유체의 공급유량과 운전부하를 비례제어할 수 있는 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템을 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 냉매 또는 열매와 열교환이 이루어지는 전열파이프들에 유체를 균일하게 분배하여 공급함으로써 순환펌프의 저유량 운전상황에서도 동파를 방지할 수 있는 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템를 제공하는 것이 그 목적이다.

구체적으로, 본 발명은 유체를 와류상태로 분배하여 전열파이프들에 작용하는 동압을 감소시킴으로써 각 전열관에 관류하는 유체의 유량을 균일하게 분배할 수 있는 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템를 제공하는 것이 그 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템은, 냉기 또는 열기를 건물 내부에 제공하는 복수의 실내기; 상기 실내기에서 회수되는 유체를 냉매 또는 열매와 열교환시키면서 냉각시키거나 가열하여 상기 실내기로 공급하는 냉난방열교환기; 상기 실내기에서 요구되는 유체의 유량을 측정하는 유량측정기; 및 상기 유량측정기에서 측정된 유체의 유량에 따라 상기 냉난방열교환기로 공급되는 유체의 유량을 제어하는 유량컨트롤러;를 포함하며, 상기 냉난방열교환기는, 복수 개로 분할구성되면서 병렬연결되어 상기 유량컨트롤러의 제어에 의해 유체를 공급하고, 상기 실내기에서 요구되는 유체의 유량에 따라 상기 복수 개 중 전부 또는 일부가 작동하면서 유체의 유량을 제어할 수 있다.

구체적으로, 상기 칠러 및 보일러는, 냉매 또는 열매가 공급되면서 상기 실내기에 연결되어 상기 실내기로 공급되는 유체를 냉매 또는 열매와 열교환시켜서 공급하고, 복수를 이루면서 서로 병렬연결되는 복수의 열교환기; 및 상기 복수의 열교환기 각각에 구비되어 상기 열교환기와 함께 한 조를 이루고, 상기 유량컨트롤러의 제어에 의해 작동하면서 상기 열교환기의 유체를 펌핑하여 상기 실내기로 공급하는 복수의 유체공급펌프;를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 유량컨트롤러는, 상기 유량측정기에서 인가되는 유량에 따라 상기 유체공급펌프들의 작동 수량을 결정하여 작동시킬 수 있다.

또한, 상기 유량측정기는, 상기 실내기로 공급되는 유체의 공급측과, 상기 실내기에서 회수되는 유체의 회수측에 각각 설치되어 유체의 압력을 각각 계측하는 복수의 압력센서; 및 상기 압력센서들에 의해 계측된 유체압력들의 차를 연산하여 상기 유량컨트롤러에 제공하는 연산기;를 포함하여 구성될 수 있다.

예컨대, 상기 열교환기는, 냉매 또는 열매가 통과하는 공간을 가지며, 양단부가 개구된 본체; 상기 본체의 길이방향을 따라 복수로 내장되어 유체의 이동경로를 이루면서 유체와 냉매를 열교환시키는 복수의 전열관; 상기 본체의 일측을 차폐하면서 상기 전열관들의 일단부에 연결되고, 유체가 공급 및 배출되는 공급구 및 배출구가 각각 구비되어 상기 공급구를 통해 공급되는 유체를 상기 복수의 전열관 중 절반의 전열관에 공급하며, 나머지 전열관을 통해 리턴되는 유체를 상기 배출구로 배출하는 유체출입커버; 상기 본체의 타측을 차폐하면서 상기 전열관들의 타단부에 연결되고, 상기 절반의 전열관으로 공급된 유체를 상기 나머지 절반의 전열관으로 리턴시키는 리턴커버; 및 상기 유체출입커버의 공급구를 통해 공급되는 유체 또는 상기 리턴커버에 의해 리턴하는 유체를 전열관들 각각으로 와류상태로 분배하는 디스트리뷰터;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 유체출입커버는, 상기 절반의 전열관들에 대응하는 관경을 이루면서 상기 본체의 일측에 설치되고, 상기 공급구가 형성되어 유체의 공급라인에 연결되는 원통형의 공급포트; 및 상기 공급포트와 분리된 상태로 상기 나머지 전열관들에 대응하는 관경을 이루면서 상기 본체의 일측에 설치되고, 상기 배출구가 형성되어 유체의 배출라인에 연결되는 원통형의 배출포트;를 포함하며, 상기 디스트리뷰터는, 상기 공급포트의 내주면을 따라 스크루형태를 이루는 안내홈 또는 안내날개로 이루어져 유체에 와류를 발생시키면서 상기 절반의 전열관들에 와류상태로 분배하는 와류가이드;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 디스트리뷰터는, 상기 공급포트에 대응하는 상기 절반의 전열관들의 단부를 이루고, 상기 공급포트의 외곽에서 중심을 향해 내경이 좁아지면서 함몰되는 형태로 형성되어 와류의 연장부위를 제공하는 가이드 연장홈;을 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 리턴커버는, 상기 절반의 전열관들에 대응하는 관경을 이루면서 상기 본체의 타측에 설치되는 원통형의 제1 포트; 상기 제1 포트와 분리된 상태로 상기 나머지 전열관들에 대응하는 관경을 이루면서 상기 본체의 타측에 설치되는 원통형의 제2 포트; 및 상기 제1 포트 및 상기 제2 포트를 연결하는 연결관;을 포함하고, 상기 디스트리뷰터는, 상기 제1 포트와 상기 연결관 및 상기 제2 포트의 내주면을 따라 스크루형태를 이루는 안내홈 또는 안내날개로 이루어져 상기 나머지 전열관으로 리턴되는 유체에 와류를 발생시키면서 상기 나머지 전열관들에 와류상태로 분배하는 리턴 와류가이드;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 디스트리뷰터는, 상기 제2 포트에 대응하는 상기 나머지 전열관들의 단부를 이루고, 상기 제2 포트의 외곽에서 중심을 향해 내경이 좁아지면서 함몰되는 형태로 형성되어 와류의 연장부위 제공하는 리턴가이드 연장홈;을 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템에 따르면, 냉난방열교환기가 복수 조를 이루는 열교환기 및 유체공급펌프로 구성되어 유량컨트롤러의 제어를 통해 작동하면서 실내기의 요구유량에 따라 일부 조만이 작동함에 따라 유체의 공급유량과 함께 냉난방 장비의 운전부하 또한 비례제어될 수 있으므로 에너지가 절감될 수 있다.

또한, 본 발명은 실내기로 공급 및 회수되는 유체들의 압력 차를 압력센서로 감지한 후 연산기로 연산하여 산출하므로 실내기의 요구 유량이 정확하게 감지될 수 있다.

특히, 본 발명은 냉매 또는 열매와의 열교환을 위하여 전열관에 공급되는 유체가 디스트리뷰터에 의해 와류상태로 분배됨에 따라 유체가 일부분의 전열관에 치우침이 없이 균일하게 분배될 수 있으므로 순환펌프의 저유량 운전조건에서도 특히 동절기에 동파없이 유체가 순환할 수 있다.

구체적으로, 본 발명은 유체출입커버를 구성하는 원통형의 공급포트의 내주면에 와류가이드가 형성되므로 유체가 원활하게 와류를 일으키면서 전열관들로 안내될 수 있다.

또한, 본 발명은 전열관들의 단부에 내경이 좁아지는 형태로 함몰형성된 가이드 연장홈이 형성됨에 따라 와류가이드가 소용돌이 형태로 연장될 수 있으므로 유체가 더욱 원활하게 와류를 일으킬 수 있다.

이에 더하여, 본 발명은 리턴커버를 구성하는 원통형의 제1 포트와 연결관 및 제2 포트의 내주면에 리턴 와류가이드가 형성되므로 유체가 리턴할 경우에도 와류상태로 균일하게 분배되면서 동파가 방지될 수 있다.

더욱이, 본 발명은 제2 포트에 대응하는 전열관들의 단부에 내경이 좁아지는 형태로 함몰형성된 리턴가이드 연장홈이 형성됨에 따라 리턴 와류가이드 또한 소용돌이 형태로 연장될 수 있으므로 리턴하는 유체가 더욱 원활하게 와류를 일으킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템의 전체구성을 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 열교환기를 나타내는 종단면도.
도 3은 도 2에 도시된 열교환기의 유체출입커버를 나타내는 부분 확대단면도.
도 4는 도 2에 도시된 열교환기의 유체리턴커버를 나타내는 부분 확대단면도.

이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 실내기(10), 칠러(20), 보일러, 유량측정기(30) 및 유량컨트롤러(40)를 포함하여 구성될 수 있다.

실내기(10)는 사용자의 설정에 따른 운전모드에 따라 냉난방열교환기(20)에서 공급되는 유체와의 열교환을 통해 냉기 또는 열기를 건물 내부에 공급하는 구성요소이다.

이러한 실내기(10)는 예컨대, 팬코일유닛이나 항온항습기 또는 에어컨디셔너와 같은 공기조화기로 구성될 수 있으며, 복수로 구성되어 실내에 제각기 설치된다.

여기서, 실내기(10)는 냉난방열교환기(20)에서 공급되는 유체를 공기와 열교환시키면서 냉난방에 따른 냉기 또는 열기를 대류식으로 실내에 제공할 수 있으며, 이와 달리 냉난방열교환기(20)에서 공급되는 유체의 냉기 또는 열기를 복사식으로 직접 실내에 제공할 수도 있다.

냉난방열교환기(20)는 냉매나 열매를 통해 유체를 냉각 또는 가열하여 실내기(10)로 공급하는 장치이다.

구체적으로, 냉난방열교환기(20)는 냉방기능을 수행할 경우, 냉동사이클에서 제공되는 냉매의 증발열을 통해 유체를 냉각시켜 실내기(10)로 공급한다.

즉, 냉난방열교환기(20)는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 이루어지는 냉동사이클의 증발기를 구성하면서 냉매의 증발열과 유체를 열교환시켜서 유체를 냉각시킨다.

여기서, 본 발명의 냉난방열교환기(20)에 의해 냉각되는 유체는 예컨대 물이 적용되어 냉수를 공급할 수 있다.

한편, 냉난방열교환기(20)는 난방기능을 수행할 경우에는 실내기(10)에서 회수되는 유체를 열매와 열교환시키면서 실내기(10)로 공급되는 유체를 가열한다. 이 경우, 냉난방열교환기(20)는 미도시된 가열설비에서 공급되는 열매를 통해 유체를 가열하여 실내기(10)로 공급한다.

여기서, 냉난방열교환기(20)는 서로 분리된 상태로 구성되어 열매 또는 냉매가 각각 분리된 상태로 공급되면서 유체와 각각 열교환할 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 열매 또는 냉매가 선택적으로 공급되면서 유체와 열교환할 수도 있다.

이러한 냉난방열교환기(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 복수를 이루는 열교환기(21) 및 유체공급펌프(22)를 포함하여 구성될 수 있다.

열교환기(21)는 복수를 이루면서 서로 병렬연결되어 실내기(10)에서 회수되는 유체를 열매체공급라인(40)의 냉매 또는 열매와 열교환시킨 후 다시 실내기(10)로 공급한다.

여기서, 열교환기(21)는 열매체공급라인(40)과 병렬연결될 수 있으며, 열매체공급라인(40)에는 단속밸브(41)가 각각 구비되어 냉매 또는 열매의 공급에 제어될 수 있다.

유체공급펌프(22)는 도 1에 도시된 바와 같이 복수로 구성되어 열교환기(21)와 한 조를 이루며, 후술되는 유량컨트롤러(40)에 의해 작동하면서 실내기(10)에서 회수되는 유체를 펌핑하여 열교환기(21)로 순환시킨 후 실내기(10)로 공급한다.

이러한 유체공급펌프(22)는 실내기의 요구유량에 따라 작동수량이 제어된다.

유량측정기(30)는 실내기에서 요구되는 유체의 유량을 측정하는 구성요소로서, 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 압력센서(31) 및 미도시된 연산기를 포함하여 구성될 수 있다.

압력센서(31)는 실내기(10)로 공급 및 회수되는 유체의 압력을 계측하여 실시간으로 제공하는 부재로써, 도 1에 도시된 바와 같이 각각의 실내기(10)에 연결되는 공급측과 회수측에 유체의 압력을 감지하여 제공한다.

미도시된 연산기는 압력센서(31)에서 계측된 유체압력들의 차를 연산하여 유량컨트롤러(40)에 제공한다.

이러한 연산기는 유량컨트롤러(40)가 구비된 서버에 탑재될 수 있다.

유량컨트롤러(40)는 유량측정기(30)의 계측값을 통해 냉난방열교환기(20)의 부하나 유체공급펌프(22)의 작동 및 출력을 실시간으로 제어하면서 유체의 유량을 제어하는 구성요소이다.

즉, 유량컨트롤러(40)는 유량측정기(30)에서 측정된 실내기(10)의 요구유량에 따라 유체공급펌프(22)들의 작동수량을 결정하여 작동시킨다.

이에 따라, 유체공급펌프(22)는 실내기(10)의 요구수량이 적을 경우에는 적은 수량이 작동하므로 부하가 비례제어되어 기존에 비해 에너지가 절감될 수 있다.

한편, 유량컨트롤러(40)는 유체공급펌프(22)들의 작동수량을 제어하면서 유체공급펌프(22) 각각의 출력을 인버터제어할 수도 있다. 즉, 유체공급펌프(22)는 실내기(10)의 요구유량에 따라 출력이 인버터제어되면서 유체를 펌핑할 수 있다.

또한, 유량컨트롤러(40)는 유체의 관로에 설치되는 미도시된 복합밸브를 통해 유량을 측정하여 냉난방열교환기(20)의 부하나 유체공급펌프(22)의 작동을 제어할 수도 있다.

복합밸브는 정유량기능과 유량계기능 및 연산기능을 갖는 밸브로서 유체의 온도차나 압력차를 측정하여 유량 및 열량을 연산하면서 유체의 온도변화량을 조절할 수 있다. 또한, 복합밸브는 실내기(10)의 요구유량을 측정하여 밸브의 개도조절을 통해 유량을 제어할 수 있다.

본 발명의 냉난방열교환기(20)를 구성하는 열교환기(21)는 구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이 본체(100), 전열관(300), 유체출입커버(400), 리턴커버(500) 및 디스트리뷰터(600)를 포함하여 구성될 수 있다.

본체(100)는 냉동사이클에서 공급되는 냉매 또는 가열설비에서 공급되는 열매와 유체공급펌프(22)에서 공급되는 유체의 열교환공간을 제공하는 구성요소이다.

이러한 본체(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 양단부가 개구된 원통형을 이루면서 후술되는 전열관(300)들이 길이방향을 따라 내장되어 유체가 관류하고, 전열관(300)들에 직교하는 방향으로 냉매가 관류하면서 열교환 공간을 이룬다.

여기서, 본체(100)는 도시된 바와 달리 복수구성되면서 냉매의 이동방향으로 직렬상태로 배치될 수도 있다.

전열관(300)은 도 2에 도시된 바와 같이 본체(100)의 길이방향을 따라 복수로 설치되어 유체의 이동경로를 제공하면서 유체를 냉매와 열교환시킨다.

여기서, 전열관(300)은 복수로 구성되어 절반의 전열관들(310)이 본체(100)의 내에서 유체의 공급관로를 이루고, 나머지 전열관들(320)이 유체의 리턴관로를 이루면서 유체와 냉매를 열교환시킨다.

즉, 유체는 절반의 전열관들(310)을 통해 본체(100)에 공급되어 냉매와 열교환하고, 나머지 전열관들(320)을 통해 리턴하여 냉매와 열교환한 후 본체(100)에서 배출된다.

유체출입커버(400)는 본체(100)의 일측을 차폐하면서 유체의 공급 및 배출 부위를 이루는 구성요소로서, 도 2에 도시된 바와 같이 공급구(411) 및 배출구(421)가 형성되어 유체를 본체(100)의 전열관으로 출입시킨다.

즉, 유체출입커버(400)는 공급구(411)를 통해 전술한 절반의 전열관들(310)에 유체를 공급하고, 나머지 전열관들(320)로 리턴하는 유체를 배출구(421)로 배출한다.

여기서, 유체출입커버(400)는 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이 공급포트(410) 및 배출포트(420)를 포함하여 구성될 수 있다.

공급포트(410)는 도 3에 도시된 바와 같이 공급구(411)가 형성된 원통형의 부재로서, 절반의 전열관들(310)에 대응하는 관경으로 형성되어 유체의 공급라인에서 유체공급펌프(22)에 의해 펌핑된 유체를 절반의 전열관들(310)에 안내한다.

한편, 공급포트(410)는 도시된 바와 달리 공급구(411)로 이어지는 내주면이 돔형태로 형성되어 공급구(411)에서 공급되는 유체를 내주면을 따라 절반의 전열관들(310)로 안내할 수도 있다.

배출포트(420)는 도 3에 도시된 바와 같이 배출구(421)가 형성된 원통형의 부재로서 공급포트(410)와 분리된 상태로 설치되며, 나머지 전열관들(320)에 대응하는 관경으로 형성되어 나머지 전열관들(320)로 리턴하는 유체를 배출구(421)로 배출시킨다.

리턴커버(500)는 도 2에 도시된 바와 같이 본체(100)의 타측을 차폐하면서 절반의 전열관들(310)들로 공급되어 냉매와 열교환된 유체를 나머지 전열관들(320)로 리턴시키는 구성요소이다.

이러한 리턴커버(500)는 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 포트(510), 제2 포트(520) 및 연결관(530)을 포함하여 구성될 수 있다.

제1 포트(510)는 도 4에 도시된 바와 같이 절반의 전열관들(310)에 대응하는 원통형으로 설치되어 절반의 전열관들(310)에서 배출되는 유체의 배출구를 이룬다.

제2 포트(520)는 제1 포트(510)와 분리구성되고, 나머지 전열관들(320)에 대응하는 원통형으로 설치되어 나머지 전열관들(320)로 리턴되는 유체의 입구를 이룬다.

연결관(530)은 도 4에 도시된 바와 같이 'U'자 형태로 절곡형성되어 제1 포트(510)와 제2 포트(520)를 연결한다.

종합하면, 유체는 공급포트(410)의 공급구(411)를 통해 절반의 전열관들(310)로 공급된 후, 제1 포트(510)와 연결관(530) 및 제2 포트(520)를 통해 나머지 전열관들(320)로 리턴하면서 냉매와 열교환된 후, 배출포트(420)의 배출구(411)로 배출된다.

디스트리뷰터(600)는 절반의 전열관들(310)로 공급되는 유체 또는 나머지 전열관들(320)로 리턴하는 유체를 전열관 각각으로 분배하면서 와류상태로 분배함으로써 유체의 균일한 분배를 도모하는 구성요소이다.

즉, 디스트리뷰터(600)는 유체를 전열관(300)들 각각에 균일하게 분배하여 흐름을 지속시킴으로써 유체공급펌프(22)의 저부하 운전 상황에서도 동파를 방지하는 구성요소이다.

이러한 디스트리뷰터(600)는 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이 공급포트(410)의 내주면에 형성되어 유체를 와류상태로 안내하는 와류가이드(610)로 구성될 수 있다.

와류가이드(610)는 도 3에 도시된 바와 같이 날개형태로 돌출되면서 공급포트(410)의 내주면을 따라 스크루형태로 형성되어 공급구(411)로 공급된 유체에 와류를 발생시키며, 이에 따라 유체는 와류가이드(610)를 따라 와류상태로 안내되면서 절반의 전열관들(310)로 각각 분배된다.

여기서, 와류가이드(610)는 날개형태가 아닌 홈형태를 이루면서 공급포트(410)의 내주면을 따라 스크루형태로 형성될 수도 있다.

한편, 디스트리뷰터(600)는 도 3에 도시된 바와 같이 가이드 연장홈(620)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

가이드 연장홈(620)은 와류가이드(610)에 의해 발생한 와류의 연장부위를 제공하는 구성요소이다.

구체적으로, 가이드 연장홈(620)은 도 3에 도시된 바와 같이 절반의 전열관들(310)의 단부를 구성하고, 공급포트(410)의 외곽에서 중심을 향해 내경이 좁아지면서 함몰되는 홈형태로 형성된다.

즉, 가이드 연장홈(620)은 중심을 향해 내경이 점점 좁아지는 홈을 이루기 때문에 유체에 발생한 와류를 연장시킨다.

이에 따라, 유체는 와류가이드(610)에 의해 와류를 일으키면서 가이드되는 동시에 가이드 연장홈(620)에 의해 와류상태가 지속되므로 절반의 전열관들(310)로 와류상태로 균일하게 분배된다.

또한, 디스트리뷰터(600)는 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이 제1 포트(510)와 연결관(530) 및 제2 포트(520)의 내주면에 형성되어 유체를 와류상태로 안내하는 리턴 와류가이드(630)로 구성될 수 있다.

리턴 와류가이드(630)는 도 4에 도시된 바와 같이 날개형태로 돌출되면서 제1 포트(510)와 연결관(530) 및 제2 포트(520)의 내주면을 따라 스크루형태로 형성되어 절반의 전열관들(310)에서 배출된 유체에 와류를 발생시키며, 이에 따라 유체는 리턴 와류가이드(630)를 따라 와류상태로 안내되면서 나머지 전열관들(320)로 각각 분배된다.

여기서, 리턴 와류가이드(630)는 날개형태가 아닌 홈형태를 이루면서 제1 포트(510)와 연결관(530) 및 제2 포트(520)의 내주면을 따라 스크루형태로 형성될 수도 있다.

한편, 디스트리뷰터(600)는 도 4에 도시된 바와 같이 리턴가이드 연장홈(640)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

리턴가이드 연장홈(640)은 리턴 와류가이드(630)에 의해 발생한 와류의 연장부위를 제공하는 구성요소이다.

구체적으로, 리턴가이드 연장홈(640)은 도 4에 도시된 바와 같이 나머지 전열관들(320)의 단부를 구성하고, 제2 포트(520)의 외곽에서 중심을 향해 내경이 좁아지면서 함몰되는 홈형태로 형성된다.

즉, 리턴가이드 연장홈(640)은 중심을 향해 내경이 점점 좁아지는 홈을 이루기 때문에 유체에 발생한 와류를 연장시킨다.

이에 따라, 유체는 리턴 와류가이드(630)에 의해 와류를 일으키면서 가이드되는 동시에 리턴가이드 연장홈(640)에 의해 와류상태가 지속되므로 나머지 전열관들(320)로 와류상태로 균일하게 분배된다.

상기와 같은 구성요소를 포함하는 본 발명에 따른 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템의 작동 및 작용을 설명한다.

유량컨트롤러(40)는 유량측정기(30)를 통해 측정된 실내기(10)의 요구유량에 따라 유체공급펌프(22)의 작동수량 및 출력을 제어한다.

유체공급펌프(22)는 유량컨트롤러(40)에 따라 작동하면서 실내기(10)에서 회수된 유체를 본체(100)로 공급한다.

유체는 유체공급펌프(22)에 의해 펌핑되어 절반의 전열관들(310)에 공급되어 냉매와의 열교환을 통해 냉각된 후, 다시 나머지 전열관들(320)로 리턴하면서 냉매와 열교환되어 사용처로 공급된다.

이때, 유체는 공급포트(410)의 공급구(411)로 유입된 후 와류가이드(610) 및 가이드 연장홈(620)에 의해 와류를 일으키면서 절반의 전열관들(310)에 공급됨에 따라 전열관들(310) 각각으로 균일하게 분배되어 공급된다.

또한, 유체는 절반의 전열관들(310)에서 배출된 후 리턴 와류가이드(630) 및 리턴가이드 연장홈(640)에 의해 와류를 일으키면서 나머지 전열관들(320)로 공급됨에 따라 나머지 전열관들(320) 각각으로 균일하게 분배되어 냉매에 의해 냉각된 후 배출포트(420)의 배출구(421)를 통해 배출되어 실내기(10)로 공급된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 에너지 관리시스템에 의하면, 냉난방열교환기(20)가 복수 조를 이루는 열교환기(21) 및 유체공급펌프(22)로 구성되어 유량컨트롤러(40)의 제어를 통해 작동하면서 실내기(10)의 요구유량에 따라 일부 조만이 작동함에 따라 유체의 공급유량과 함께 냉난방 장비의 운전부하 또한 비례제어될 수 있으므로 에너지가 절감될 수 있다.

이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 예로 들어 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

10 : 실내기
20 : 냉난방열교환기
21 : 열교환기 22 : 유체공급펌프
30 : 유량측정기
31 : 압력센서
40 : 유량컨트롤러
100 : 본체
300 : 전열관
310 : 절반의 전열관들 320 : 나머지 전열관들
400 : 유체출입커버
410 : 공급포트 411 : 공급구
420 : 배출포트 421 : 배출구
500 : 리턴커버
510 : 제1 포트 520 : 제2 포트
530 : 연결관
600 : 디스트리뷰터
610 : 와류가이드 620 : 가이드 연장홈
630 : 리턴 와류가이드 640 : 리턴가이드 연장홈

Claims

냉기 또는 열기를 건물 내부에 제공하는 복수의 실내기;
상기 실내기에서 회수되는 유체를 냉매 또는 열매와 열교환시키면서 냉각시키거나 가열하여 상기 실내기로 공급하는 냉난방열교환기;
상기 실내기에서 요구되는 유체의 유량을 측정하는 유량측정기; 및
상기 유량측정기에서 측정된 유체의 유량에 따라 상기 냉난방열교환기로 공급되는 유체의 유량을 제어하는 유량컨트롤러;를 포함하며,
상기 냉난방열교환기는,
복수 개로 분할구성되면서 병렬연결되어 상기 유량컨트롤러의 제어에 의해 유체를 공급하고, 상기 실내기에서 요구되는 유체의 유량에 따라 상기 복수 개 중 전부 또는 일부가 작동하면서 유체의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 냉난방열교환기는,
냉매 또는 열매가 공급되면서 상기 실내기에 연결되어 상기 실내기로 공급되는 유체를 냉매 또는 열매와 열교환시켜서 공급하고, 복수를 이루면서 서로 병렬연결되는 복수의 열교환기; 및
상기 복수의 열교환기 각각에 구비되어 상기 열교환기와 함께 한 조를 이루고, 상기 유량컨트롤러의 제어에 의해 작동하면서 상기 열교환기의 유체를 펌핑하여 상기 실내기로 공급하는 복수의 유체공급펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 유량컨트롤러는,
상기 유량측정기에서 인가되는 유량에 따라 상기 유체공급펌프들의 작동 수량을 결정하여 작동시키는 것을 특징으로 하는 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 유량측정기는,
상기 실내기로 공급되는 유체의 공급측과, 상기 실내기에서 회수되는 유체의 회수측에 각각 설치되어 유체의 압력을 각각 계측하는 복수의 압력센서; 및
상기 압력센서들에 의해 계측된 유체압력들의 차를 연산하여 상기 유량컨트롤러에 제공하는 연산기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 열교환기는,
냉매 또는 열매가 통과하는 공간을 가지며, 양단부가 개구된 본체;
상기 본체의 길이방향을 따라 복수로 내장되어 유체의 이동경로를 이루면서 유체와 냉매를 열교환시키는 복수의 전열관;
상기 본체의 일측을 차폐하면서 상기 전열관들의 일단부에 연결되고, 유체가 공급 및 배출되는 공급구 및 배출구가 각각 구비되어 상기 공급구를 통해 공급되는 유체를 상기 복수의 전열관 중 절반의 전열관에 공급하며, 나머지 전열관을 통해 리턴되는 유체를 상기 배출구로 배출하는 유체출입커버;
상기 본체의 타측을 차폐하면서 상기 전열관들의 타단부에 연결되고, 상기 절반의 전열관으로 공급된 유체를 상기 나머지 절반의 전열관으로 리턴시키는 리턴커버; 및
상기 유체출입커버의 공급구를 통해 공급되는 유체 또는 상기 리턴커버에 의해 리턴하는 유체를 전열관들 각각으로 와류상태로 분배하는 디스트리뷰터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 유체출입커버는,
상기 절반의 전열관들에 대응하는 관경을 이루면서 상기 본체의 일측에 설치되고, 상기 공급구가 형성되어 유체의 공급라인에 연결되는 원통형의 공급포트; 및
상기 공급포트와 분리된 상태로 상기 나머지 전열관들에 대응하는 관경을 이루면서 상기 본체의 일측에 설치되고, 상기 배출구가 형성되어 유체의 배출라인에 연결되는 원통형의 배출포트;를 포함하며,
상기 디스트리뷰터는,
상기 공급포트의 내주면을 따라 스크루형태를 이루는 안내홈 또는 안내날개로 이루어져 유체에 와류를 발생시키면서 상기 절반의 전열관들에 와류상태로 분배하는 와류가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 디스트리뷰터는,
상기 공급포트에 대응하는 상기 절반의 전열관들의 단부를 이루고, 상기 공급포트의 외곽에서 중심을 향해 내경이 좁아지면서 함몰되는 형태로 형성되어 와류의 연장부위를 제공하는 가이드 연장홈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 리턴커버는,
상기 절반의 전열관들에 대응하는 관경을 이루면서 상기 본체의 타측에 설치되는 원통형의 제1 포트;
상기 제1 포트와 분리된 상태로 상기 나머지 전열관들에 대응하는 관경을 이루면서 상기 본체의 타측에 설치되는 원통형의 제2 포트; 및
상기 제1 포트 및 상기 제2 포트를 연결하는 연결관;을 포함하고,
상기 디스트리뷰터는,
상기 제1 포트와 상기 연결관 및 상기 제2 포트의 내주면을 따라 스크루형태를 이루는 안내홈 또는 안내날개로 이루어져 상기 나머지 전열관으로 리턴되는 유체에 와류를 발생시키면서 상기 나머지 전열관들에 와류상태로 분배하는 리턴 와류가이드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저유량 냉동기와 냉난방 유체의 저유량 제어를 이용한 냉난방 관리 시스템.