KR20200007367A - 복사 대류형 냉난방기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기에 관한 것으로, 외관을 이루는 본체 하우징, 본체 하우징의 일측으로 도킹되어 히터봉들 및 냉매관의 조합 고정과 함께, 복사열을 방출하는 요철형 방열판, 및 상기 냉매관들과 연결된 전자식 팽창밸브로부터 압력이 제어된 냉매를 활용하여 전력을 생성하고, 생성된 전력을 이용하여 전력 부하를 보충함과 동시 전력을 복사 히터로 이용하는 히트펌프를 포함하는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기를 제공하고자 한다.

Description

발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기{Heating-Cooling Device using this pump and Heat Pump with generator}
본 발명은 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실내 공기에 관한 냉난방을 구현함과 동시 냉난방을 통해 얻은 전력을 복사 히터나 실외기 가동에 활용할 수 있는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기에 관한 것이다.
전 세계적으로 생활환경과 산업이 지속적으로 발전함에 따라 에너지 사용량이 지속적으로 증가하고 있는 추세이다. 대한민국은 특히 에너지 수입 의존도가 높고 기후 특성상 여름과 겨울 전력소비량이 매우 높다.
국내 부문별 온실가스 배출량은 산업(50.1%), 건축물(25.2%), 교통(17.6%), 기타(7.1%) 순으로 건축물의 비중이 산업부분 다음으로 높기 때문에 건축물의 온실가스 절감의 노력이 절실히 요구되고 있다.
국내 건물에너지의 사용패턴에 따르면 전체 건물에너지 소비량 중 난방 및 냉방은 공동주택의 경우 59%, 업무시설의 경우 61%로 매우 높은 비중을 차지하게 되는데, 이러한 건물 냉난방 에너지의 절감 시 에너지 절감뿐만 아니라 온실가스의 배출량 절감에도 이바지할 수 있을 것이다.
전기 누진세는 에너지 절감차원에서 기간별 에너지 사용량을 기준으로 일정량 이상 전기에너지를 사용 시 전기 사용료에 누진세가 붙게 되는데, 하지만 갑작스러운 폭염, 혹한 등의 이상기후로 인한 전기 사용량이 급격히 증가하여 전기요금 폭탄을 맞는 경우를 주변에서 쉽게 볼 수 있으며, 이로 인해 설치된 냉난방기기를 활용하지 못하는 사례도 매우 흔하다.
기존에는 냉방을 위한 가전제품으로 에어컨이 그 기능을 담당하였으며, 난방을 위한 가전제품으로 전기히터나 난방기 등이 그 기능을 담당하여 왔다. 이처럼 냉방과 난방은 하나의 가전제품이 아닌 각각 독립된 에어컨과 전기히터와 같은 별도의 두 가전제품으로 그 역할을 담당하여온 관계로, 소비자들은 여름철 냉방을 위해 에어컨을 구매해야 하고, 겨울철 난방을 위해서는 전기히터나 난방기를 구매해야 하는 가전제품의 이중적 소비 부담을 지니고 있었다.
특히, 기존의 히트펌프 시스템은 외부 열원에서 열을 추출하여 급탕, 난방 등을 수행하는 초점을 맞춘 가전제품이다. 하지만 우리나라의 경우 겨울철 외기온도가 영하권이기 때문에 히트펌프를 통한 열에너지 추출에 소비되는 에너지의 양이 다량 소비될 뿐만 아니라 실내 난방 부하를 충당하기 어려워 예컨대 전기 히터와 같은 난방기를 이용하여 난방부하를 충당하고 있는 실정이다.
기존의 난방기는 실내에 난방을 제공하는 용도로 활용되고 있으며, 이러한 기존 난방기에는 보일러 방식, 온풍기 방식, 및 적외선 히터 방식으로 분류될 수 있는데, 보일러 방식의 경우 전체 난방에는 적합하나 시공이 필요하며 가스 공급 없는 곳에는 적용이 어렵다.
온풍기 방식은 온도 불균형이 발생되며 효율이 낮고 바람에 의한 건조, 소음, 먼지 등으로 인한 스트레스를 유발할 수 있으며, 적외선 히터는 야외에서도 열 손실 없이 전달된다는 홍보 광고와는 달리 열기가 부족하다.
이러한 기존의 난방기나 냉방기는 실내 공기를 데우거나 차게 하는 용도로 국한되어 있을 뿐, 실내의 공기를 정화할 수 없으며, 실내 공기의 환기를 위해 창문을 열고 싶지만 대기의 공기질이 좋지 않은 관계로 환기조차 못하고 있는 실정이다.
또한, 기존에는 난방기, 냉방기, 공기정화기를 각각 독립적인 제품으로 사용되고 있기 때문에 실내의 냉난방 및 공기정화를 위해서는 이들 난방기, 냉방기, 공기정화기를 개별적으로 모두 구매하여 사용해야 하는 관계로, 구매 비용 부담 및 유지 비용이 증가하는 문제가 있었다.
한편, 복사열 히터를 활용한 가전제품들이 열풍기보다 에너지 난방절감 효과가 30%가량 높기 때문에 시장에서 사랑을 받으며, 에너지를 많이 소모하는 열풍기의 자리를 대체해가고 있다.
만일 기존 복사열 히터를 기존 대비 10% 이상(기존 열풍기 대비 40%) 개선할 수 있다면, 겨울철 에너지 과잉소비를 줄이고자 하는 국가적 정책과 부합하며, 소비자들 역시 비용적인 부분에서 절감할 수 있기에 국가와 개인 모두에게 중요한 기술요소가 될 것이라 본다.
복사 히터는 방열판 전체가 방사에 참여하도록 전도가 잘 이루어져야 하고 표면에서 열복사성이 높아야 한다. 그러나 열전도성과 열복사성은 서로 상반되는 특징을 가지므로 열전도성과 열복사성을 동시에 높게 구성하는 것은 매우 어려운 일이다. 그러므로 복사열의 개선을 위해서는 재료 전도율은 유지한 체 복사를 위한 조치가 필요한다.
일반적으로 많이 사용되고 있는 평판형의 전열장치에서는 내부의 발열선에서 발생된 열이 전열장치의 표면으로 전달되고 전열장치의 표면에서 열이 외부로 방사되게 된다. 이 경우 전열장치의 표면은 알루미늄이나 스테인레스강 등의 금속재질의 기판을 많이 사용하게 되는데 금속재질의 기판은 열의 전도는 용이하게 되지만 열이 금속의 표면으로부터 바깥으로 방사되는 복사특성에는 좋지 않게 나타난다. 따라서 금속기판의 표면으로부터 열을 잘 방사시키기 위하여 고방사율의 재료를 금속기판의 표면에 코팅하게 되면 열이 잘 방사되어 좋은 특성의 전열장치로 사용할 수 있을 것이다.
복사 히터가 점차 확대되고 있으나, 기술적인 한계에 봉착한 체 새로운 수요 창출을 위한 디자인 차별화 등을 전략으로 삼고 있다. 그러나 히터의 효율성을 높이기 위해서 필요한 표면온도의 증대, 열선 방출률을 높이기 위한 개선 등은 기술적 한계로 인하여 막혀 있는 상황이다.
복사 방출율을 개선하기 위한 세라믹 소재 쪽의 노력이 많이 진행되어 왔고, 열 전도율 개선을 위한 노력 또한 진행되어 왔으나, 열에 대한 광학적인 접근을 통한 해당 문제점을 개선했다거나, 해당 문제를 해결한 사례는 현재 전무한 상태이다.(일부 소재 특성에서 저온 영역에서만 재료적 개선만이 보고 되는 실정)
무엇보다 궁극적으로는 기존의 난방기는 실내 공기에 난방을 제공함에 있어 히터펌프 시스템에서 야기되는 실내 난방 부하의 충당 부족분을 보충하는 용도로 활용되고 있는 점에 그 문제점을 지적하고 있다.
한편, 하기 선행기술문헌에 개시된 특허문헌들은 히터 난방기와 관련된 기술들이 개시된 것을 참고할 수 있다.
특허문헌 001 : 출원번호 제10-2015-0147396호 특허문헌 002 : 출원번호 제10-2011-0009951호 특허문헌 003 : 출원번호 제10-2010-0090108호 특허문헌 004 : 출원번호 제10-2010-0053680호 특허문헌 005 : 출원번호 제10-2012-0088547호 특허문헌 006 : 출원번호 제10-2013-0027252호 특허문헌 007 : 출원번호 제10-2013-0109893호 특허문헌 008 : 출원번호 제10-2015-0050169호 특허문헌 009 : 출원번호 제10-2010-0037686호
전술된 문제점들을 해소하기 위한 본 발명은, 실내 공기에 관한 냉난방 제공시 발전기 내장 히트펌프를 이용한 전력 생산과 함께, 이러한 전력을 복사 히터나 실외기의 가동에 활용할 수 있는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기를 제공하고자 함에 그 목적을 두고 있다.
전술된 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, 외관을 이루는 본체 하우징, 본체 하우징의 일측으로 도킹되어 히터봉들 및 냉매관의 조합 고정이 이루어지며, 복사열을 방출하는 요철형 방열판, 및 상기 냉매관과 연결된 전자식 팽창밸브로부터 압력이 제어된 냉매를 활용하여 전력을 생성하고, 생성된 전력을 이용하여 전력 부하를 보충함과 동시 전력을 복사 히터로 이용하는 히트펌프를 포함하는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기에 일 특징이 있다.
상기 본체 하우징 내부에는 열교환부, 토출판, 살균필터, 집진필터, 및 단열판이 고정 설치되어 있는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기에 일 특징이 있다.
상기 방열판은 개별 반달형부재의 내주 중앙에서 내부를 향해 돌출되는 형태로 히터봉을 압착 고정하기 위한 U자형 압착부재, 상기 방열판의 좌우편 끝단에서 서로 마주보는 대향 구조로 형성되어 와이어 스프링의 걸림을 이루게 하는 복수의 걸림팁, 상기 걸림팁들의 인접 부위에서 내부 방향으로 각각 돌출되며 마주보는 형태로 이루어져 냉매관이 삽입 고정되는 복수의 삽입구, 및 상기 삽입구들의 인접 부위에서 내부 방향으로 각각 돌출되며 마주보는 형태로 이루어져 상기 방열판과 상기 본체 하우징 간의 결합 접촉점을 최소화하여 열 전도로 인한 휨 변화를 방지하는 복수의 보강팁을 더 포함하는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기에 일 특징이 있다.
상기 히트펌프는, 터빈 발전기를 더 포함하되, 냉난방 사용시 실외기의 액분리기에서는 먼지 및 이물질 등을 필터로부터 분리하고 기화되지 않은 액체 저압가스를 분리하여 압축기를 보호한 후, 압축기에서는 열을 함유한 상기의 저압가스를 고온고압의 가스로 압축시킨 후, 전자식 팽창밸브를 거친 상기의 고온고압 가스는 저압 SVC 밸브를 통하여 실내기의 응축기로 공급된 후, 실내기의 응축기는 상기의 고온고압의 가스를 방열시켜 고온고압의 액체로 상태 변화시킨 후, 고압 SVC 밸브를 통하여 실외기의 모세관을 통과하면서 상기의 고온고압의 액체는 고압액(중고온)에서 저압액(저온)으로 변화된 후, 증발기에서는 상기의 저압액이 통과되면서 실외팬의 구성으로 상기 저압액의 주변 열을 흡수하여 증발시킴에 따라 상기 저압액은 저압가스(중저온)로 변화되어 다시 액분리기를 거쳐 압축기로 회귀되는 사이클 주기를 갖는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기에 일 특징이 있다.
본체 하우징의 내부에 설치된 열교환부와 방열판의 사이로 단열판이 설치되는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기에 일 특징이 있다.
상기 히트펌프는 냉매 공조를 위한 구성품들로서, 가변압축기, 가스쿨러, 열교환기, 터빈이 접목된 전자식 팽창밸브, 증발기, 및 공조제어기로 구성되되, 냉매관을 거친 냉매는 냉매의 종류와 관계없이 상기 터빈이 접목된 전자식 팽창밸브에 의해 냉매의 압력 조절 제어에 따른 냉매 사이클의 최적화를 도모함과 동시 냉매 방출에 따른 터빈의 회전체 회전을 통한 전력 생산이 이루어지고, 상기 냉매는 이산화탄소 및 신냉매를 포함하는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기에 일 특징이 있다.
상기 히트펌프의 난방 사이클 제어를 위한 제어부가 더 구비되고, 상기 제어부는 냉매 사이클을 통해 발생하는 전력의 출력을 일정하게 유도하는 스위칭 레귤레이터(swithcing regulator)를 이용하는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기에 일 특징이 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 주변의 열에너지를 이용한 복사 히터의 활용 과정에서 냉난방 부하가 증대될 경우 난방 제공 과정에서 생성된 전력을 난방 부하의 부족분 열에너지로 활용 가능함에 따라, 기존의 전기 및 연소 기반 난방기기에 비해 소비 전력대비 냉난방 에너지가 높아 소비 전력을 낮출 수 있으며, 이는 곧 전기 요금의 부담을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 히트펌프 사이클에서 팽창장치의 대체 또는 팽창장치의 하단에 터빈을 추가하여 발전을 수행할 수 있는 관계로 보조난방기기인 전기히터나 실외기의 가동에 소모되는 소비 전력 충당 시 히트펌프의 난방 효율을 현저히 개선할 수 있을 뿐만 아니라 에너지의 절감 효과도 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기존의 히트펌프 냉난방 시스템에서 야기되는 전력 부하을 절감시킬 수 있으며, 이와 함께 실내 공기에 관한 정화 및 살균도 함께 제공할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 본 발명에 의하면, 방열판의 본체 하우징 도킹이 가능하고, 방열판 의 고온 혹은 저온 유지 방식 및 증발기의 핀을 단열/반사 및 단열층으로 활용할 수 있으며, 집진필터나 DBD 살균필터를 사용함으로 증발기나 팬 주변으로 야기될 수 있는 곰팡이 서식이나 공기 중 유해균을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기에 대한 일례의 개념적 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 냉난방기의 내부 구성품들을 분리하여 보이기 위한 일례의 개념적 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 방열판의 구조를 파악하기 위한 일례의 도면,
도 4는 도 3에 도시된 방열판의 구조를 더욱 상세히 도시한 일례의 도면,
도 5는 도 1에 도시된 냉난방기의 본체 하우징 내부로 구성된 일례의 구성품들을 보이기 위한 본체 하우징의 측 방향을 절개한 일례의 개념 도면,
도 6은 본체 하우징 내부에 구성된 구성품들을 통한 온풍 및 냉풍의 효율 구조를 파악하기 위한 일례의 개념도,
도 7은 본체 하우징 내부에 구성된 구성품들을 통한 온풍 및 냉풍의 효율 구조를 파악하기 위한 다른 일례의 개념도,
도 8은 도 6 및 7에 도시된 살균필터의 구성을 개념적으로 도시한 일례의 도면,
도 9는 냉난방기의 운전 과정에서 터빈 발전기를 통한 전력 생성을 보이기 위한 일례의 개념도,
도 10은 본 발명의 냉난방기와 기존 것을 비교한 실내 온도와 체감 온도 간의 차이를 나타내기 위한 일례의 그래프,
도 11은 본 발명의 냉난방기와 기존 것을 난방 운전시킨 경우 복사에 의한 체온의 온도 변화를 나타내기 위한 일례의 열 감지 촬영 사진,
도 12는 본 발명에서의 발전기 내장 히트펌프에 관한 이산화탄소(CO2) 공조를 위한 일례의 구성품들을 도시한 도면,
도 13은 본 발명에서의 발전기 내장 히트펌프의 난방 사이클의 원리를 나타내기 위한 일례의 도면,
도 14는 본 발명에서의 발전기 내장 히트펌프의 냉매 회로를 도시한 일례의 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기는 이하 첨부된 도면을 참조할 수 있되, 도면에 제한되지 않는 기술적 사상으로 이해되어야 할 것이며, 본 발명의 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기에 대한 도면은 본 발명의 이해를 돕고자 개념적으로 도시된 관계로, 본 발명이 도면에 의해 국한되어 해석될 필요가 없을 것이다.
더욱이, 본 발명의 냉난방기에 있어 개별적 구성 요소(구성품)에 대한 구체적인 상호 결합 관계는 본 발명의 기술적 사상을 한정할 수 없으며, 개별 구성 요소(구성품) 자체에 본 발명의 기술적 의미가 있으므로, 이들 개별 구성 요소(구성품)들 간의 상호 결합 관계는 구체적으로 설명되지 않았음을 밝혀둔다.
아울러, 본 발명에 관한 설명의 이해를 돕기 위해 첨부된 도면에서는 히트펌프 및 히트펌프를 구성하는 구성 요소(구성품)들의 각 부호는 미표기되었으나, 이들에 대한 용어의 명칭으로는 명확히 기재되어 있음을 밝혀둔다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기에 대해 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기는 도 1에 도시된 바와 같이 외관을 이루는 본체 하우징(100)과 상기 본체 하우징(100)의 일측에 도킹되는 방열판(110)으로 구성될 수 있다.
상기 본체 하우징(100)은 방열판(110)의 도킹 타측 부위가 벽에 부착되어 고정될 수 있으며, 방열판(110)의 도킹 및 그 타측 부위의 사이로는 온풍 혹은 냉풍을 실내로 공급할 수 있고, 상부 부위는 곡선형의 커버 부위로서 그 내부로 온풍 혹은 냉풍을 선회 유도할 수 있다.
상기 방열판(110)은 반달 형 형태가 다수로 형성된 요철형 구조인바, 이러한 상기 방열판(110)은 도 3과 같이 그 내부에 히터봉(H) 및 냉매관(R)이 고정될 수 있는 구조로 이루어져 있다.
본 발명의 발전기 내장 히트펌프를 이용한 복사 대류형 냉난방기는 특히 도 2 및 5와 같이 본체 하우징(100)을 기준으로 일측에 방열판(110)이 도킹되되, 상기 본체 하우징(100)의 내부로 열교환부(130) 및 토출판(140)들로 구성될 수 있으며, 상기 열교환부(130)는 예컨대 증발기(131) 및 팬(132)으로 구성되되, 상기 증발기(131)가 상기 팬(132)의 외측에서 상기 팬(132)을 에워싸는 구조로 배치될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 복사 대류형 냉난방기는 도 6 및 7과 같이 집진필터(F) 및 살균필터(AF) 및 단열판(I)이 더 구비될 수 있으며, 상기 집진필터(F)는 상기 증발기(131)의 상 방향에 배치될 수 있으며, 상기 살균필터(AF)는 상기 팬(132)의 회전 방향 인접한 위치에 배치될 수 있다.
온풍과 냉풍은 상기 집진필터(F)를 거친 후 증발기(131) 및 팬(132)을 우회하며 살균필터(AF)를 통과한 상태에서 단열판(I)의 하단 부위를 지나 토출판(140)을 통해 실내로 공급될 수 있다.
본 발명의 냉난방기는 사용 목적 및 사용 장소에 따라 천정형, 벽걸이형, 및 스탠드형 타입의 종류들로 구성될 수도 있다.
상기 방열판(110)은 도 3 및 4와 같이 반달형부재의 구조가 다수로 형성되어 있는 요철형 판 형태로서, 그 내부로 히터봉(H) 및 냉매관(R)이 고정 설치될 수 있다.
즉, 상기 방열판(110)은 U자형 압착부재(111), 걸림팁(112)(112'), 삽입구(114)(114'), 및 보강팁(113)(113')들로 구성될 수 있는데, 상기 U자형 압착부재(111)는 개별 반달 형 부재의 내주 중앙에서 내부를 향해 돌출되는 형태이며, 상기 걸림팁(112)(112')들은 방열판(110)의 좌우편 끝단에서 서로 마주보는 대향 구조로 형성되는 형태이고, 상기 삽입구(114)(114')들은 상기 걸림팁(112)(112')의 인접 부위에서 내부 방향으로 각각 돌출되는 형태이며, 상기 보강팁(113)(113')들은 상기 삽입구(114)(114')들의 인접 부위에서 내부 방향으로 각각 돌출되는 형태이다.
특히, 상기 U자형 압착부재(111)는 히터봉(H)을 압착 고정하는 용도로서 히터봉(H)의 결합 고정성을 제공하며, 상기 걸림팁(112)(112')들에는 와이어 스프링(미도시)의 걸림이 이루어지는 용도로서 상기 방열판(110)과 상기 본체 하우징(100) 간의 결합 접촉점을 최소화하여 열 전도로 인한 휨 변화를 방지할 수 있다.
또한, 상기 삽입구(114)(114')들에는 냉매관(R)이 삽입되어 고정되는데, 이러한 냉매관(R)에는 예컨대 이산화탄소(CO2 ; R744)가 냉매로 유입되어 사용될 수 있으며, 상기 보강팁(113)(113')들은 본체 하우징(100)의 일측으로 도킹되는 방열판(110)의 와이어 스프링에 의한 슬라이드 결합에 대한 유연성을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 방열판(110)의 와이어 스프링에 의한 슬라이드 결합 과정에서 와이어스프링의 탈거도 규제할 수 있다.
물론, 상기 냉매관(R)에 유입되는 냉매는 이산화탄소(CO2 ; R744)로 한정되지 아니하며 경우에 따라 신냉매(R410a, R1234yf, 기타 따위)들을 포함할 수 있다. 본 발명에서의 냉매관(R)에 활용되는 냉매는 Low GWP(Global Warming Potential, 지구온난화지수) 적용 수준에 만족하는 친환경 냉매로서 예컨대 자연냉매(이산화탄소, 암모니아 등)와 탄화수소계 냉매(이소부탄 등), HFO(Hydrofluoro-olefin)계 신냉매(R1234yf, R1234ze, R1233zd, R1336mzz 등), 및 신냉매(R410a 등)을 활용할 수 있다.
상기 히터봉(H)을 통하여 발생되는 원적외선은 방열판(110)을 통하여 방열되는데, 이러한 원적외선은 생육광선으로서 히터봉(H)를 통하여 방사되는 관계로 바람에 의한 피부건조, 먼지날림, 불빛에 의한 거슬림을 주지 않는다.
즉, 원적외선은 방열판(110)을 통하여 복사열로 제공되기 때문에 대류성 열과 달리 공기를 데우기보다 대상에게 직접 열을 전달하는 관계로, 에너지 절감율이 30~70%에 이를 수 있다.
특히, 방열판(110)은 열변환코팅(Anti-Reflection Coating, AR)의 형성에 따라 복사열의 방열 비율이 현저히 개선되어 열의 고효율 효과를 기대할 수 있으며, 더군다나, 상기 히터봉(H)은 대류열의 리싸이클링이 가능한 관계로 열 에너지의 이용 효율도 개선되어 에너지의 절감까지 기대할 수 있다.
이러한 방열판(110)에 형성되는 열변환코팅(Anti-Reflection Coating, AR)은 그 두께의 오차를 줄이기 위하여 스프레이 식으로 방열판(110)에 도포되는 방식으로 형성될 수도 있는데, 유리필름으로서 자외선, 가시광선, 적외선 중 자외선은 99% 차단, 적외선은 90~99% 차단, 가시광선은 선택적인 투과가 가능하다.
열변환코팅(Anti-Reflection Coating, AR) 코팅 전 투과율은 90%, 즉, 전면에서의 반사가 4%, 후면에서의 반사가 4%, 및 흡수 2%일 수 있으며, AR 코팅 후 투과율(개선)은 96% 즉, 전면에서의 반사가 1%, 후면에서의 반사가 1%, 및 흡수 2%일 수 있다. 즉, 광학적 무반사 혹은 투과 증진 코팅을 통해 히터봉(H) 열선의 스펙트럼 방출 효율을 증진할 수 있는 것이다.
이러한 열변환코팅(Anti-Reflection Coating)은 무코팅 및 세라믹코팅에 비해 방열판(110) 표면으로의 반사열은 상대적으로 적으면서 실내 공기층으로의 복사열은 상대적으로 많은 장점을 지니고 있다.
이러한 열변환코팅은 MTMS(Methyltrimethoxysilane), GPTMS(3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane) 간의 혼합물에 에탄올을 첨가한 다음 1시간 동안 교반하는 제1 교반단계를 거친 후, 여기에 촉매제(Catalyst)를 투여한 다음 10분 동안 교반하는 제2 교반단계를 거친 후, 여기에 물(H20)를 첨가하여 12시간 동안 교반하는 제3 교반단계를 거친 후, 여기에 Organic modifer PDMS(polydimethylsiloxane)를 첨가하여 1시간 동안 교반하는 단계를 거친 후에 수득될 수 있다.
즉, 유기실란과 증류수의 혼합물에 알코올을 첨가한 다음 교반하는 제1 교반단계를 거친 후, 여기에 산과 가교제를 첨가한 다음 교반하는 제2 교반단계를 거쳐 유기 실리콘의 물질로 수득될 수 있다.
이러한 특징을 갖는 방열판(110)은 근처에서 발생하는 대류 상승열의 재활용과 함께 기존 온풍기와의 차이점으로서 높은 위치의 열원을 활용할 수 있으며, 체감 온도까지 상승 발열 시간이 복사방식으로 이루어져 더 빠를 수 있고, 특히 복사열을 상승 대류열과 함께 사용자에게 전달할 수 있다.
한편, 상기 본체 하우징(100)의 내부에 설치되는 열교환부(130)는 상기 방열판(110)과의 온도차가 심하므로 상기 열교환부(130)와 상기 방열판(110)의 사이로 냉기 및 온기를 차단할 수 있는 단열판(I)이 도 6 및 7과 같이 더 구성될 수 있다. 상기 단열판(I)의 본체 하우징(100)에 관한 결합 관계는 구체적으로 설명되거나 도면에 도시되지 않았음을 밝혀 둔다.
상기 단열판(I)은 복합단열판으로 구성될 수 있으며, 3mm 두께의 폴리플로필렌 중공합(pp copolymer) 수지에 부직포를 열융착 후 단열재를 합지한 것으로 내수성 및 결로방지에 우수하며 결로발생에 따른 곰팡이 방지 효과가 우수하다.
이러한 상기 단열판(I)은 복합단열판으로서 예컨대 표면판, 중공층, 접착제, 및 단열재로 구성되는바, 상기 표면판은 친환경 폴리프로피렌과 비할로겐 성분의 난연재 배합으로 구성되는데, 플라베니아 중공층의 표면으로서 0.5 ~ 1mm의 무기질 접착제를 도포하여 표면판의 강도 및 내화성능(불연)을 증대시킬 수 있다.
상기 중공층은 범용 플라스틱 중 친환경 플라스틱인 pp를 주성분으로 하여 3mm 내지 10mm의 속이 빈 판으로 결로방지에 탁월하고 수분흡수가 현저히 저하되어 결로에 따른 곰팡이 서식을 방지할 수 있다. 즉, 상기 중공층은 내외측 온도의 완층으로 결로에 저항할 수 있다.
상기 접착제는 톨루엔이나 신너가 전혀 투입되지 않은 무용제형의 열경화성 우레탄 접착제로 접착하여 열경화성으로 단열판(I)의 변형을 방지할 수 있으며, 상기 단열재(I)는 압출법 및 비드법으로 제조된 단열재로 구성될 수 있다.
따라서, 이러한 상기 단열판(I)은 본체 하우징(100) 내부로 발생하는 온기 및 냉기의 극명한 온도차를 차단할 수 있기 때문에 본체 하우징(100) 내에서의 온기나 냉기의 단일 기류 형성 구조가 가능할 수 있으며 이로 인한 열교환부(130)의 도킹도 가능하다. 물론, 상기 열교환부(130)의 도킹은 상기 단열판(I)의 구성뿐만 아니라, 본체 하우징(100)과 방열판(110)의 상호 간 결합구조에도 일조할 수 있다.
본체 하우징(100)과 방열판(110)의 상호 결합구조는 상호 간에 슬라이드 방식의 결합 구조로서 본체 하우징(100)과 방열판(110)의 양단 부위로 걸림 가능한 와이어스프링(미도시)의 구비로 본체 하우징(100)과 방열판(110)의 상호 간 결합접촉점을 최소화할 수 있고, 이는 결국 열 전도성의 최소화로 방열판(110)의 휨 현상도 방지할 수 있다.
다시 말해, 방열판(110)이 구성된 본체 하우징(100)에 에어컨과 같은 상기 열교환부(130)의 도킹에 있어 본체 하우징(100)에 대한 불균형에 의한 열적 변형을 방지하는 차원에서 방열판(110)과 본체 하우징(100)의 결합에 와이어 스프링(미도시)의 이용으로 방열판(110)과 본체 하우징(100)의 결합 접촉점의 최소화에 따라 열 전달의 최소화 및 방열판(110)과 본체 하우징(100)의 변형 방지가 가능하다.
이처럼, 본체 하우징(100)에는 열교환부(130)와 방열판(110)의 공존 설치에 따라 무풍식 냉난방이 가능하며, 살균필터(AF)를 포함할 뿐만 아니라 집진필터(F)도 포함되어 설치될 수 있다. 상기 열교환부(130)는 예컨대 증발기(131) 및 팬(132)으로 구성될 수 있다.
더욱이, 기존 방식의 경우 단열재 혹은 여러 장의 알루미늄 반사판을 사용하는 반면, 본 발명의 본체 하우징(100)에서는 증발기(131)의 핀을 단열/반사 및 후열 흡수용 단열층으로 활용할 수 있으며, 팬(132)을 활용한 핀의 저온열/고온열을 토출할 수 있다. 즉, 핀 히터 혹은 통칭 PTC 히터로 작동되는 것을 의미한다.
이러한 본체 하우징(100)은 실내의 난방 시에는 실내 공기를 활용한 대류열의 흡입과 토출과 함께 복사열로서 난방을 구현할 수 있으며, 실내의 냉방 시에는 대류열을 흡입하여 실외로 배출하며 무풍형 냉방에 따른 실내의 냉방을 구현할 수 있다.
즉, 본체 하우징(100)을 통한 실내 난방 시, 방열판(110)에 압착 고정된 히터봉(H)에 의해 발생되는 원적외선을 통한 온기는 본체 하우징(100)의 내부를 선회하는 대류열과 합류하여 토출판(140)을 통해 실내로 공급되는바, 이 과정에서 실내 공기의 대류열은 열교환부(130)의 팬(132)을 통해 본체 하우징(100)의 상단 곡선 부위 방향으로 유입되는 과정에서 온기와 합류하여 실내에 공급되는 관계로 난방을 위한 열적 에너지를 절감할 수 있다.
또한, 히터봉(H)을 통하여 발생되는 원적외선은 방열판(110)을 통하여 방열되는 과정에서 방열판(110)을 통하여 실내에 복사열로 제공되기 때문에 공기를 데우기보다 대상물에게 직접 열을 전달하는 방식인 관계로 난방을 위한 에너지 절감율이 탁월할 수 있다.
물론, 이러한 실내의 난방 과정에서 온기는 단열판(I)의 일면을 타고 토출판(140)으로 이동하기 때문에 증발기(131)로부터 미치는 온도 하강 영향을 피할 수 있으며, 살균필터(AF) 및 집진필터(F)를 모두 경유하는 관계로 온기의 실내 공급 과정에서 실내 공기에 함유된 멸균 및 집진을 통한 공기의 살균 및 정화 효과도 월등하다.
한편, 본체 하우징(100)을 통한 실내 냉방 시, 방열판(110)에 삽입 고정된 냉매관(R)으로부터 증발기(131)로 이동하는 냉매의 이동 과정에서 상기 증발기(131)는 전자식 팽창밸브에 의해 팽창된 액냉매의 증발에 의한 열흡수로 실내 공기와 같은 유체를 냉각하는 방식으로 실내에 냉기를 공급할 수 있다.
물론, 상기 냉매관(R)에 유입되어 이동되는 냉매는 예컨대 이산화탄소(CO2 ; R744), 신냉매(R410a, R1234yf, 기타 따위)들을 활용할 수 있으며, 냉기는 단열판(I)의 타면을 타고 토출판(140)으로 이동하기 때문에 히터봉(H)으로부터 미치는 온도 상승 영향을 피할 수 있으며, 살균필터(AF) 및 집진필터(F)를 모두 경유하는 관계로 냉기의 실내 공급 과정에서 실내 공기에 함유된 멸균 및 집진을 통한 공기의 살균 및 정화 효과도 월등하다.
무풍 난방과 냉방에 있어 여름에는 무풍 복사냉방 에어컨, 겨울에는 무풍 복사난방으로 바람이 신체에 직접 닿지 않아 쾌적함을 유지할 수 있으며, 전기 요금도 절감될 수 있다.
무풍이란 바람의 미세 흐름으로 정의될 수 있는바, 미국 냉공조학회는 콜드드래프트(Cold Draft, 차가운 공기 흐름에 의한 원하지 않는 몸의 냉각)가 없는 초속 0.15m/s 이하의 바람을 '스틸 에어(Still air, 정체된 공기)'로 규정하고 있기 때문이다.
한편, 살균필터(AF)는 이온발생장치로서 이온본체, 음이온출력부, 양이온출력부, 및 전원입력부로 구성될 수 있다.
이온발생장치로부터 뿜어나오는 음이온과 양이온을 통하여 공기 정화와 살균 작용을 단번에 해결할 수 있으며, 따라서 추운 겨울철에서도 환기를 할 필요 없이 이온발생장치를 통하여 실내 공기에 대한 공기 정화 및 살균 작용을 이룰 수 있다.
이러한 이온발생장치는 DBD 플라즈마 상태로 실내의 공기 속 유해균들이나 바이러스 등을 살균하여 공기를 정화할 수 있다. 겨울철에는 실내에 독감(부유바이러스)이 분포될 수 있으며, 여름철에는 실내에 곰팡이(부유세균)가 분포될 수 있다.
따라서, 이러한 실내 공기에 함유된 각종 유해균의 제거는 DBD 플라즈마를 통하여 구현될 수 있는 것이다. 여기서, DBD는 Dielectric Barrier Discharge의 약어 명칭으로서 유전체장벽방전(DBD)의 용어로도 일컫는다.
이러한 DBD 플라즈마는 플랙시블한 PCB 형태로서 도 8과 같이 전력전극(Powered electrode), 유전체(Dielectric), 및 접지전극(Ground electrode)로 구성될 수 있는데, 기존 방식의 플라즈마와의 기술적인 차이에 있어 기존 플라즈마는 집진 필터로 이루어져 집진 필터 주변으로 곰팡이가 자주 낄 수 있으며 오존도 많이 발생되는 문제가 있는 반면, DBD 플라즈마는 토출부에 대한 바이러스 및 세균도 제거될 수 있으며, 4kV 미만 영역으로 작동될 수 있고, 라디칼 형성과 함께 오존이 소량으로 발생되어 기존 플라즈마에서 야기되는 문제들을 해소할 수 있다는 장점이 있다.
즉, 상기 DBD 플라즈마는 X 전극, 그 하부에 구성되는 유전체(Dielectric), 그 하부에서 소정의 격자형으로 구성되는 Y 전극, 및 상기 격자형의 공간에서 플라즈마 상태가 되어 피처리물(예컨대, 실내 공기)의 통과에 따른 공기 정화를 이룰 수 있다.
공기 살균은 상기의 DBD 플라즈마의 이용뿐만 아니라 방열판(110)의 방열판 열을 통해서도 가능한데, 즉 방열판(110)은 고온으로 유지될 수 있는 관계로 공기의 살균 효과에 탁월하다.
* 방열판(110)의 고온 살균 효과
시험 균주 : Bacillus stearotherm ophilus(ATCC 7953)
배양 조건(온도) : 55℃, (사용배지) : Nutrient Agar, Nutrient Broth
멸균온도 노출시간 결과 멸균유무
120℃ 10분 G 비멸균
120℃ 20분 NG 멸균
120℃ 30분 NG 멸균
130℃ 10분 NG 멸균
130℃ 15분 NG 멸균
130℃ 30분 NG 멸균
G : Growth(증식), NG : No Growth(사멸)
상기 표 1에서도 알 수 있듯이, 균주는 멸균온도의 상승과 노출시간이 길어질수록 멸균율이 높다는 것을 의미한다. 이처럼, 균의 살균은 고온과 노출시간과 밀접한 관련성이 있으므로, 방열판(110)인 방열판의 가열살균법을 통한 멸균이 가능하다.
가열살균법이란 온도가 증가함에 따라 세포내용물의 부피증가로 세포막이 터지거나, 단백질, 핵산 등이 변성되어 기능을 상실함으로써 물질대사가 불가능해지며, 온도 촉매로 각종 화학 반응이 진행되어 세포 내 생화학 반응이 통제되지 못할 정도로 무질서해짐으로써 살균 효과가 나타나는 것을 의미한다.
방열판(110)의 고온은 열 산화 촉매 등에 활용하여 VOC 제거에도 활용될 수 있는데, 접촉 시간이 짧으나 고온 접촉으로 인해 바이러스/세균 등의 단백질 변화가 유도될 수 있다. 플라즈마 방전전압 인하 가능하며 이는 오존이 저감될 수 있다. 방열판(110)은 300 ~ 400℃의 온도를 유지할 수 있다.
한편, 방열판(110)에 열교환부(130)의 도킹에 있어 온풍 및 냉풍의 열 효율을 위해, 도 6 및 도 7의 도면과 같이, 단열판(I)을 기준으로 'ㄴ' 구조와 같은 꺾임 구조의 증발기(131)와 상기 증발기의 꺾임 안쪽으로 팬(132)이 배치되는 구조로 구성되는 점과, 상기 증발기(131)의 꺾임 부위가 상기 단열판(I)의 상단 부위나 하단 부위에 위치되는 구조로 배치되어 온기나 냉기의 유입을 방해하지 않아 공기의 흐름 효율성이 향상된다.
즉, 방열판(110)에서 생성된 열기나 열교환부(130)에서 생성된 냉/온기는 도 6과 같이 단열판(I)의 상단 부위 유입구를 통하여 유입되면서 집진필터(F) 및 증발기(131)를 거친 후 팬(132)을 우회하며 살균필터(AF)를 통과한 상태에서 단열판(I)의 하단 부위 토출판(140) 방향으로 배출될 수도 있다.
또한, 방열판(110)에서 생성된 열기나 열교환부(130)에서 생성된 냉/온기는 도 7과 같이 단열판(I)의 하단 부위 유입구를 통하여 유입되면서 집진필터(F) 및 증발기(131)를 거친 후 팬(132)을 우회하며 살균필터(AF)를 통과한 상태에서 단열판(I)의 하단 부위 토출판(140) 방향으로 배출될 수도 있다.
이처럼, 도면 6과 7에 도시된 바와 같이, 예컨대 방열판(110)에 발생되는 열기의 유입은 방열판(110)의 후열을 차단할 수 있으면서 열교환부(130)를 잘 통과할 수 있는 구조이다.
한편, 본 발명의 냉난방기 가동 시 발전기 내장 히트펌프와 연결되어 냉난방 을 제공함과 동시 예컨대 도 9와 같은 터빈 발전기를 통하여 전력을 생성할 수도 있다. 발전기 내장 히트펌프는 자연의 열원(공기, 지열, 태양열) 등의 열원으로부터 열에너지를 추출하여 냉난방에 활용하는 시스템으로 연소과정을 거의 수반하지 않기 때문에 지구온실가스의 주범인 온실가스의 배출을 억제하는 친환경적인 시스템이며 연소 방식에 비해 높은 열효율을 가져 에너지절감과 CO2 배출을 절감할 수 있다.
기존의 히트펌프는 외기 공기의 열원에서 열에너지를 추출하여 난방하는 시스템으로 외부 열원을 얻기 어려운 가정에 적합하지만, 우리나라의 겨울철 외기온도는 영하권이기 때문에 추출된 열에너지만으로 난방용량을 충당이 어려워 보조난방기기인 히터를 통해 난방용량을 충당하고 있는 실정에 있다.
히트펌프 자체는 효율적인 시스템이지만 시스템 규모에 비해 난방용량 충당의 어려움은 소비자의 불편을 초래할 뿐만 아니라 히트펌프 시장 규모 확장의 치명적인 문제이다.
이러한 문제를 해결하기 위한 목적으로 현재 시중의 히트펌프 난방 시스템 상품들은 부족한 난방용량을 보조난방기기인 전기히터를 통해 충족시키고 있는 실정이다.
이는 실질적으로 난방에 투입되는 전기에너지 소비량을 증가시키는 요인으로 작용하여 히트펌프 시스템의 장점을 퇴색시키는 효과로 작용할 수 있고, 히트펌프 사이클은 크게 압축기, 증발기, 가스쿨러, 팽창장치로 구성될 수 있다.
하이브리드 히트펌프의 난방 시스템은 히트펌프 사이클에서 팽창장치(예컨대 전자식 팽창밸브)의 대체 또는 팽창장치(예컨대 전자식 팽창밸브) 하단에 도면 12와 같은 터빈을 추가하여 발전을 수행 시 보조난방기기인 전기히터나 실외기의 가동에 소모되는 소비 전력을 충당 시 히트펌프 난방 시스템의 효율을 개선할 뿐만 아니라 에너지 절감을 수행할 수 있을 것이다.
히트펌프의 시스템은 기존의 히트펌프 난방시스템의 단점인 보조난방기기의 전력부하를 절감시키는 장점으로 냉난방기의 가동을 통해 발전기로부터 얻어진 전력을 이용하여 전력 부하를 보충할 수 있다.
기존의 히트펌프 난방 시스템은 급탕 또는 실내 공기의 가열을 통한 난방을 수행하지만, 본 발명의 히트펌프에서는 냉난방기의 가동 과정으로부터 얻은 전력을 복사 히터 작동에 활용할 수 있다.
난방 시 복사열 전달은 인체의 온열 만족감을 증대시켜 실내 온도가 비록 낮더라도 보다 만족스러운 온열 만족감을 형성하도록 하여 과한 실내 난방을 예방하는데 이바지할 수 있다.
예컨대, 이산화탄소(CO2) 냉매는 자연 속에 존재하는 천연냉매로 독성이 없어 인체에 무해하며 온실효과에 영향을 주는 지구온난화지수(Global Warming Potential ; GWP)가 1로써 기존 냉매에 비해 친환경적이며, 기존 히트펌프 시스템에 사용되는 냉매에 비해 증기 밀도가 크기 때문에 체적 냉난방 용량이 크며 작동 유체의 유량이 적게 소요될 수 있다.
특히, 히트펌프는 저온의 열원을 고온으로 이동시켜 냉난방, 제습에 활용되며 활용되는 전력 대비 다량의 열에너지를 생성하기 때문에 히트펌프를 재생에너지 기기로 인정하고 있다.
본 발명에서의 히트펌프는 도 12와 같이 이산화탄소(CO2) 공조를 위한 일례의 구성품들로서, 가변압축기, 가스쿨러, 내부 열교환기, 전자식 팽창밸브, 증발기, 공조제어기들로 구성될 수 있으며, 이산화탄소(CO2) 공조를 위한 냉매 회로는 도 14와 같이 제1 열교환기를 갖는 제1 압축기, 제2 열교환기와 제3 열교환기 및 반밀폐형 왕복구동식 압축기를 갖는 제2 압축기로 이루어질 수 있다.
전자식 팽창밸브(EEV ; Electronic Expansion Valve)는 상술된 냉난방기의 냉매관(R)으로부터 공급되는 이산화탄소(CO2) 냉매를 방출하는 과정에서 고온가스로 방출하게 되는데, 이는 도 12와 같이 전자식 팽창밸브(EEV ; Electronic Expansion Valve)에 접목된 터빈의 회전체가 회전되는 방식으로 고온가스를 방출하게 된다.
또한, 전자식 팽창밸브(EEV ; Electronic Expansion Valve)는 터빈과 접목되어 있는 관계로, 상기의 이산화탄소 냉매가스뿐만 아니라 다른 종류의 냉매가스 사용시에도 이들 냉매가스들의 방출에 대한 압력을 전자식으로 조절 제어하며 최적의 냉매가스 사이클 운용이 가능하며, 더욱이 터빈의 회전체 회전을 통한 냉매가스의 방출로 터빈은 전력을 생산할 수 있고, 이러한 전력은 복사 히터나 실외기의 가동에 활용되는 특징이 있다.
본 발명에서의 히트펌프는 도 13과 같이 난방 사용시 그 사이클의 원리로서 실외기의 액분리기에서는 먼지 및 이물질 등을 필터로부터 분리하고 기화되지 않은 액체 저압가스를 분리하여 압축기를 보호한다.
이후 압축기에서는 열을 함유한 상기의 저압가스를 고온고압의 가스로 압축시킨다. 이후 4 방변을 거친 상기의 고온고압 가스는 저압 SVC 밸브를 통하여 실내기의 응축기로 공급된다.
이후 실내기의 응축기는 상기의 고온고압의 가스를 방열시켜 고온고압의 액체로 상태 변화시킨 다음, 고압 SVC 밸브를 통하여 실외기의 모세관을 통과하면서 고압액(중고온)이 저압액(저온)으로 변화된 후, 증발기를 통과하게 된다.
증발기에서는 상기의 저압액이 통과되면서 실외팬의 구성으로 상기 저압액의 주변 열을 흡수하여 증발시킴에 따라 상기의 저압액은 저압가스(중저온)로 변화되어 다시 액분리기를 거쳐 압축기로 회기된다.
이처럼, 본 발명에서의 냉난방기는 가동 과정에서 냉매관(R)에 유입된 이산화탄소(CO2) 냉매가 전자식 팽창밸브(EEV ; Electronic expansion valve)를 거치며 방출되는 과정에서 히트펌프의 난방 사이클 원리를 근거로 터빈 발전기에서 전력 생산이 가능하고, 이러한 전력은 기존 히트펌프 난방시스템의 단점인 보조난방기기의 전력부하를 절감시키는 용도로 활용되어 전력 부하를 보충할 수 있으며, 에너지의 절감 효과까지 기대할 수 있다.
아울러, 상술된 히트펌프의 난방 사이클 제어를 위한 제어부도 더 구비될 수 있으며, 이러한 상기 제어부는 발전기 내장 히트펌프를 통한 냉매 사이클에 의해 발생하는 전력의 출력을 일정하게 유도하는 역할을 기대할 수 있으며, 이를 위해 상기 제어부는 스위칭 레귤레이터(switching regulator)의 사용이 바람직하다.
특히, 예컨대 이산화탄소(CO2) 냉매는 친환경 냉매이지만 임계압력이 기존의 상용냉매에 비해 높기 때문에 히트펌프 시스템의 누설 및 시스템 구성요소의 내구성은 고려되어야 할 것이며, 상용냉매 히트펌프 시스템에 비해 안전성 개선이 요구되는 것은 당연하다.
더불어, 기존의 히트펌프 사이클에서 전력생산을 수행하기 위해 발전용 터빈이 적용된 바 없으나, 본 발명에서는 예컨대 이산화탄소 냉매를 이용한 히트펌프에 터빈 발전기가 적용되어 냉난방기의 가동 과정에서도 전력 생산이 가능한 점에 그 특징이 있으며, 물론 히트펌프에 터빈 발전기의 적용에 시스템의 최적화는 당연하다.
특히, 터빈은 예컨대 1차원 터빈공력/ 터빈의 성능을 예측하고 고압력 대응 씰링 및 초임계영역까지 증가된 압력을 기밀하게 씰링할 수 있도록 제작될 필요성은 당연하다. 이를 위해 터빈 발전기는 tuberin 씰이 적용될 수 있다. tuberin은 더욱이 열에 응고되는 성질을 갖기 때문에 터빈 발전기의 씰링 소재로 최적화될 수 있다.
더욱이, 발전기에 요구되는 커플링에 적용되는 베어링은 앵귤러 컨텍터 볼 베어링(angular contact ball bearing) 사용이 적합한데, 이는 앵귤러 컨텍터 볼 베어링이 접촉각을 갖는 래디얼 하중과 한 방향의 액시얼하중 또는 합성하중을 받는 경우에 적합하기 때문이다.
증발기는 방습을 고려한 단열 소재 적용이 요구되며, 내부 열을 외부로 방출하기 위해 효율적일 수 있도록 열 방출 홀들을 형성하는 구조로 설계됨은 당연하고, 습기 흡수가 일어나지 않는 알루미늄 소재에 고온 적외선 영역의 열반사 코팅이 적용될 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명에 의한 냉난방기와 기존의 냉난방기를 이용한 실험에 있어, 도면 10과 같이 기존(B)의 냉난방기에 의한 난방 송풍에 의해 실내 온도가 변화하기 쉽지만 본 발명(A)의 냉난방기는 실내 온도가 안정되어 있으며, 온도 변화에 따른 몸에 부담과 불편함이 적은 공간을 창출할 수 있다.
본 발명(A)의 냉난방기는 난방 운전에서 바람을 일으키지 않는 자연 대류 방식으로 복사하여 기존(B)의 냉난방기에 비해 실내 온도와 체감 온도와의 차이가 적은 것을 알 수 있다. 이는 하기 표 2를 참고할 수 있다.
단위는 ℃, 체감 온도 차이는 체감 온도 - 실내 온도(실제 온도보다 체감 온도가 높거나 낮은지를 나타내는), 수치는 도면 10의 평균이고, 측정된 온도와 사람이 피부로 느끼는 온도 감각에 차이가 있으며, 체감 온도는 일반적으로 더운 추운으로 표현되는 몸의 온도에 대한 감각에 대한 환경 조건을 고려하여 수량으로 나타낸 것임
본 발명(A) 기존(B)
실내 온도 23.8 24.1
체감 온도 23.8 23.4
체감 온도 차이 0 -0.7
복사에 의한 체온 변화
도면 11에서도 알 수 있듯이, 거의 같은 거리에 앉아 본 발명(A)의 냉난방기와 기존(B)의 냉난방기를 난방 운전시킨 경우, 본 발명(A)의 냉난방기는 복사의 효과로서 직접 몸이 따뜻해지는 효과로 데워진 공기를 통해 몸이 따뜻해져 기존(B) 냉난방기에 비해 몸의 표면 온도가 빨리 상승하는 것을 알 수 있다.
또한, 냉방 운전시 복사로 몸의 열을 빼앗아 상쾌함이 증대되는데, 즉 본 발명(A)에서는 공기의 온도보다 사물의 온도가 높은 반면, 기존(B)에서는 공기의 온도보다 사물의 온도가 낮았다.
난방 운전시 열이동의 원리가 작용하여 발끝까지 따스하게 되는데, 즉 본 발명(A)에서는 공기의 온도보다 사물의 온도가 낮은 반면, 기존(B)에는 공기의 온도보다 사물의 온도가 높았다.
이와 같이, 본 발명의 냉난방기는 기존 기술들과 차별화되는 제품으로서 복사 시스템을 에어컨에 결합시킴으로 작은 공간에서도 적용 가능하며, 복사판과 에어컨의 공조가 하나의 냉난방기 안에서 구현될 수 있고, 히프펌프에 냉매 터빈을 사용하여 전력을 생산하고 이러한 전력을 복사 히터나 실외기의 가동에 소모되는 소비 전력으로 활용할 수 있는 장점을 갖는다.
본체 하우징(100) 방열판(110)
열교환부(130) 살균필터(AF)
집진필터(F) 히트펌프

Claims (7)

  1. 외관을 이루는 본체 하우징;
    본체 하우징의 일측으로 도킹되어 히터봉들 및 냉매관의 조합 고정이 이루어지며, 복사열을 방출하는 요철형 방열판; 및
    상기 냉매관과 연결된 전자식 팽창밸브로부터 압력이 제어된 냉매를 활용하여 전력을 생성하고, 생성된 전력을 이용하여 전력 부하를 보충함과 동시 전력을 복사 히터로 이용하는 히트펌프;
    를 포함하는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체 하우징 내부에는 열교환부, 토출판, 살균필터, 집진필터, 및 단열판이 고정 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방열판은 개별 반달형부재의 내주 중앙에서 내부를 향해 돌출되는 형태로 히터봉을 압착 고정하기 위한 U자형 압착부재;
    상기 방열판의 좌우편 끝단에서 서로 마주보는 대향 구조로 형성되어 와이어 스프링의 걸림을 이루게 하는 복수의 걸림팁;
    상기 걸림팁들의 인접 부위에서 내부 방향으로 각각 돌출되며 마주보는 형태로 이루어져 냉매관이 삽입 고정되는 복수의 삽입구; 및
    상기 삽입구들의 인접 부위에서 내부 방향으로 각각 돌출되며 마주보는 형태로 이루어져 상기 방열판과 상기 본체 하우징 간의 결합 접촉점을 최소화하여 열 전도로 인한 휨 변화를 방지하는 복수의 보강팁;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 히트펌프는, 터빈 발전기를 더 포함하되,
    난방 사용시 실외기의 액분리기에서는 먼지 및 이물질 등을 필터로부터 분리하고 기화되지 않은 액체 저압가스를 분리하여 압축기를 보호한 후,
    압축기에서는 열을 함유한 상기의 저압가스를 고온고압의 가스로 압축시킨 후,
    전자식 팽창밸브를 거친 상기의 고온고압 가스는 저압 SVC 밸브를 통하여 실내기의 응축기로 공급된 후,
    실내기의 응축기는 상기의 고온고압의 가스를 방열시켜 고온고압의 액체로 상태 변화시킨 후,
    고압 SVC 밸브를 통하여 실외기의 모세관을 통과하면서 상기의 고온고압의 액체가 고압액(중고온)에서 저압액(저온)으로 변화된 후,
    증발기에서는 상기의 저압액이 통과되면서 실외팬의 구성으로 상기 저압액의 주변 열을 흡수하여 증발시킴에 따라 상기 저압액은 저압가스(중저온)로 변화되어 다시 액분리기를 거쳐 압축기로 회귀되는 사이클 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기.
  5. 제2항에 있어서,
    본체 하우징의 내부에 설치된 열교환부와 방열판의 사이로 단열판이 설치되는 것을 특징으로 하는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 히트펌프는 냉매 공조를 위한 구성품들로서, 가변압축기, 가스쿨러, 열교환기, 터빈이 접목된 전자식 팽창밸브, 증발기, 및 공조제어기로 구성되되,
    냉매관을 거친 냉매는 냉매의 종류와 관계없이 상기 터빈이 접목된 전자식 팽창밸브에 의해 냉매의 압력 조절 제어에 따른 냉매 사이클의 최적화를 도모함과 동시 냉매 방출에 따른 터빈의 회전체 회전을 통한 전력 생산이 이루어지고;
    상기 냉매는 이산화탄소 및 신냉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 히트펌프의 난방 사이클 제어를 위한 제어부가 더 구비되고, 상기 제어부는 냉매 사이클을 통해 발생하는 전력의 출력을 일정하게 유도하는 스위칭 레귤레이터(switching regulator)를 이용하는 것을 특징으로 하는 발전기 내장 히트펌프 및 이를 이용한 복사 대류형 냉난방기.
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