WO2010128693A1 - 공기조화시스템 - Google Patents

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WO2010128693A1
WO2010128693A1 PCT/KR2009/002356 KR2009002356W WO2010128693A1 WO 2010128693 A1 WO2010128693 A1 WO 2010128693A1 KR 2009002356 W KR2009002356 W KR 2009002356W WO 2010128693 A1 WO2010128693 A1 WO 2010128693A1
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이상헌
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to an air conditioning system, and more particularly, to an air conditioning system including a heating device for heating a refrigerant.
  • an air conditioning system includes a compressor, a four-way valve, an indoor heat exchanger, an outdoor heat exchanger, and the like, which constitute a heat exchange cycle for cooling or heating an interior.
  • the outdoor heat exchanger operates as an evaporator and the indoor heat exchanger operates as an expander. More specifically, the refrigerant heat exchanged with the outdoor air while being evaporated in the outdoor heat exchanger is compressed to high temperature and high pressure in the compressor and condensed in the indoor heat exchanger, thereby heat-exchanging with the indoor air, thereby achieving indoor heating.
  • a heating device for heating the refrigerant evaporated from the outdoor heat exchanger in the heating mode may be provided. This is to transfer the refrigerant to the compressor when the evaporation of the refrigerant is not performed smoothly in the outdoor heat exchanger when the outdoor temperature is significantly low. More specifically, the refrigerant condensed in the indoor heat exchanger is evaporated in the outdoor heat exchanger or heated by the heating device and sucked into the compressor.
  • the outdoor heat exchanger when the refrigerant condensed in the indoor heat exchanger is heated by the heating device, that is, when the refrigerant is not evaporated in the outdoor heat exchanger, the outdoor heat exchanger
  • the refrigerant may be integrated in the interior. Therefore, there is a fear that the refrigerant is insufficient in the heat exchange cycle.
  • An air conditioning system for achieving the above object, a compressor for compressing a refrigerant; An indoor heat exchanger configured to condense the refrigerant discharged from the compressor during a heating operation; An outdoor heat exchanger configured to evaporate the refrigerant condensed in the indoor heat exchanger; A heat exchanger configured to exchange heat between the refrigerant evaporated in the outdoor heat exchanger and sucked into the compressor and a high temperature working fluid; And a heating chamber in which a flow path through which the working fluid delivered to the heat exchange part flows is formed, a heat transfer part in contact with the working fluid flowing through the flow path, two electrodes disposed on the other surface of the heat transfer part, and the other surface of the heat transfer part.
  • a plurality of carbon nanotube heating elements disposed to be spaced apart from each other and connected to both ends of the electrode and having a contact area between the heat transfer part and 50% or more of the contact area between the heat transfer part and a working fluid; and the electrode and the carbon nanotube.
  • a heating device including an insulating member for insulating the heating element; It includes.
  • An air conditioning system includes a compressor for compressing a refrigerant; An indoor heat exchanger configured to condense the refrigerant discharged from the compressor during a heating operation; An outdoor heat exchanger configured to evaporate the refrigerant condensed in the indoor heat exchanger; And a heating chamber in which a flow path through which the coolant flows is formed, a heat transfer part in which one surface is in contact with the coolant flowing in the flow path, two electrodes disposed on the other surface of the heat transfer part, and spaced apart from each other on the other surface of the heat transfer part.
  • a plurality of carbon nanotube heating elements each connected to both ends of the electrode and having a contact area between the heat transfer part and the contact area between the heat transfer part and the refrigerant, and an insulating member that insulates the electrode and the carbon nanotube heating element.
  • Heating apparatus It includes.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an air conditioning system according to the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view schematically showing an outdoor unit constituting the first embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a perspective view showing a heating device constituting the first embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is an exploded perspective view showing a heating device constituting the first embodiment of the present invention.
  • 5 is a graph showing the thermal efficiency according to the type of heater.
  • Fig. 6 is a longitudinal sectional view showing a main portion of a heating apparatus constituting a second embodiment of an air conditioning system according to the present invention.
  • Fig. 7 is a longitudinal sectional view showing the main part of a heating apparatus that constitutes a third embodiment of an air conditioning system according to the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a fourth embodiment of an air conditioning system according to the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an air conditioning system according to the present invention
  • Figure 2 is a perspective view schematically showing an outdoor unit constituting a first embodiment of the present invention.
  • an air conditioning system cools or heats an interior of a room by heat exchange between a refrigerant flowing in a heat exchange cycle, indoor air, and outdoor air.
  • the air conditioning system includes a plurality of indoor units 100, 100 ′, an outdoor unit 200, and a heating device 300.
  • the indoor unit (100, 100 ') is provided with an indoor heat exchanger (110, 110'), respectively.
  • the indoor heat exchangers 110 and 110 ′ operate as condensers in the heating mode and as evaporators in the cooling mode. That is, in the heating mode, the indoor heat exchangers 110 and 110 ′ receive condensed refrigerant from the compressor 220 which will be described later. In the cooling mode, the indoor heat exchangers 110 and 110 ′ receive and evaporate the refrigerant condensed in the outdoor heat exchanger 210 which will be described later.
  • the indoor units 100 and 100 ' are provided with electronic expansion valves 120 and 120' (LEV: Linear Expension Valve), respectively.
  • the electronic expansion valves 120 and 120 'of the indoor units 100 and 100' serve to expand the refrigerant evaporated in the indoor heat exchangers 110 and 110 'in the cooling mode.
  • the electronic expansion valves 120 and 120 'of the indoor units 100 and 100' are opened to allow the refrigerant to pass through in the heating mode.
  • the outdoor unit 200 is provided with an outdoor heat exchanger (210).
  • the outdoor heat exchanger 210 operates as an evaporator in a heating mode and as a condenser in a cooling mode.
  • the outdoor heat exchanger 210 evaporates the refrigerant condensed in the indoor heat exchangers 110 and 110 ′ and transfers the refrigerant to the compressor 220.
  • the outdoor heat exchanger 210 condenses the refrigerant and transfers the refrigerant to the indoor heat exchangers 110 and 110 ′.
  • the outdoor unit 200 is provided with a compressor 220.
  • the compressor 220 compresses the refrigerant and discharges the refrigerant to the indoor heat exchanger 110, 110 ′ or the outdoor heat exchanger 210. More specifically, the compressor 220 compresses the refrigerant in the heating mode and discharges the refrigerant to the indoor heat exchangers 110 and 110 ′, and discharges the refrigerant to the outdoor heat exchanger 210 in the cooling mode.
  • the outdoor unit 200 is provided with an electronic expansion valve (230).
  • the electronic expansion valve 230 of the outdoor unit 200 expands the refrigerant condensed in the indoor heat exchangers 110 and 110 ′ in the heating mode and transfers the refrigerant condensed in the indoor heat exchanger 210.
  • the electromagnetic expansion valve 230 of the outdoor unit 200 is shielded or the opening degree thereof is adjusted.
  • the outdoor unit 200 is provided with a parallel pipe 240 and the check valve 250.
  • the parallel tube 240 is connected in parallel to the refrigerant tube in which the refrigerant delivered to the outdoor heat exchanger 210 flows in the heating mode.
  • the check valve 250 is installed in the parallel pipe 240.
  • the outdoor unit 200 is provided with a four-way valve 260.
  • the four-way valve 260 is installed in the refrigerant pipe through which the refrigerant compressed and discharged by the compressor 220 flows.
  • the four-way valve 260 in the heating mode, the refrigerant compressed by the compressor 220 is discharged to the indoor heat exchanger (110) (110 '), the refrigerant evaporated in the outdoor heat exchanger 210 is Switched to the heating mode to be sucked into the compressor 220.
  • the four-way valve 260 in the cooling mode, the refrigerant compressed by the compressor 220 is discharged to the outdoor heat exchanger 210, the refrigerant condensed in the outdoor heat exchanger 210 is the indoor heat exchange It is switched to the cooling mode to be delivered to the groups 110 and 110 ′.
  • the outdoor unit 200 includes first to third connection pipes 271, 273 and 275.
  • the first connection pipe 271 connects the outdoor heat exchanger 210 and the heating device 300.
  • the second connection pipe 273 connects the refrigerant pipe connecting the indoor heat exchanger 110 and 110 ′ to the outdoor heat exchanger 210 and the heating device 300.
  • the refrigerant connected to the second connection pipe 273 condensed in the indoor heat exchangers 110 and 110 ′ in the heating mode and transferred to the heating device 300 flows.
  • the third connection pipe 275 connects the compressor 220 and the heating device 300. In the third connection pipe 275, a refrigerant heated by the heating device 300 in the heating mode and sucked into the compressor 220 flows.
  • the outdoor unit 200 is provided with first and second valves 281 and 283.
  • the first valve 281 is installed in the first connection pipe 271.
  • the first valve 281 is shielded when the refrigerant is heated using the heating device 300 in the heating mode, and is opened in the cooling mode without using the heating device 300 in the heating mode.
  • the second valve 283 is installed in the second connection pipe 273. The second valve 283 is opened when the refrigerant is heated using the heating device 300 in the heating mode, and is shielded in the cooling mode without using the heating device 300 in the heating mode.
  • the outdoor unit 200 includes a bypass pipe 291 and a third valve 293.
  • the bypass pipe 291 is a refrigerant pipe in which the refrigerant discharged from the compressor 220 in the heating mode and delivered to the indoor heat exchangers 110 and 110 ′ flows and the first connection pipe 271. Connect.
  • the refrigerant compressed by the compressor 220 and discharged to the outdoor heat exchanger 210 flows inside the bypass pipe 291.
  • the third valve 293 is installed in the second bypass pipe 291.
  • the third valve 293 is opened only when the refrigerant accumulated in the outdoor heat exchanger 210 is recirculated into the heat exchange cycle.
  • the heating device 300 serves to heat the refrigerant evaporated in the outdoor heat exchanger 210 in the heating mode.
  • the heating device 300 may be installed at one side of the casing 201 that forms the exterior of the outdoor unit 200.
  • Figure 3 is a perspective view showing a first embodiment of the heating apparatus according to the present invention
  • Figure 4 is an exploded perspective view showing a first embodiment of the present invention.
  • the heating device 300 includes a heating chamber 310, a plurality of heat generating parts, and a heat transfer part 320.
  • the heating device 300, the heating chamber 310, the heat generating portion and the heat transfer portion 320 is configured in the form of one unit.
  • a flow path P through which a refrigerant flows is provided inside the heating chamber 310.
  • the heat generating part generates heat for heating the refrigerant flowing through the flow path P, and the heat transfer part 320 transmits heat of the heat generating part to the refrigerant.
  • the heating chamber 310 includes first to third heating chambers 310, 310 'and 310 ".
  • the first heating chamber 310 Receives the refrigerant by the second connection pipe 273, and the first and second heating chambers 310 and 310 'are connected by the first connection tube Tc1.
  • the heating chamber 310 includes a chamber body 311, a chamber cover 316, and a plurality of sealing members 319.
  • the chamber body 311 and the chamber cover 316 may be formed of a heat resistant synthetic resin material.
  • a heat insulating material for insulating the refrigerant flowing through the flow path (P) may be additionally provided.
  • the chamber body 311 is formed in a polyhedral shape with approximately one surface opened. In addition, a predetermined space is formed inside the chamber body 311 to form the flow path P.
  • a plurality of compartment ribs 312 are provided in the chamber body 311.
  • the partition rib 312 partitions an inner space of the chamber body 311 so that the flow path P is formed in a sand shape as a whole.
  • the partition rib 312 is formed in the chamber main body 311 in the longitudinal direction of the inner side of the chamber main body 311. At this time, one end of the compartment rib 312 is connected to one end in the long side direction of the chamber body 311, the other end of the compartment rib 312 is spaced apart from the other end in the long side direction of the chamber body 311.
  • the flow path P formed in a sand shape by the partition rib 312 includes a plurality of straight sections P1 and connection sections P2.
  • the straight section P1 is elongated in the short side direction of the chamber body 311, and the connection section P2 has one end portion of two straight sections P1 adjacent to each other of the chamber body 311. Connect each other in the long side direction.
  • the two compartment ribs 312 are formed to have a relatively wider width than the remaining compartment ribs 312.
  • the compartment ribs 312 having a relatively wide width among the compartment ribs 312 are referred to as fixed ribs 313.
  • the chamber body 311 is provided with two communication holes (not shown) communicating with both ends of the flow path P, respectively.
  • the communication hole is connected to the drawing tube Ti which receives the refrigerant from the outside or the drawing tube To which delivers the heated refrigerant to the outside, or the first or second connection tube Tc1 and Tc2. Connected.
  • first and second fastening holes 314 and 315 are formed at the edge surface of the chamber body 311 and the fixed rib 313, respectively.
  • the first fastening hole 314 is for fixing the chamber cover 316
  • the second fastening hole 315 is for fixing the heat transfer part 320.
  • the chamber cover 316 is formed in a size and shape that can shield the opened one surface of the chamber body 311.
  • the chamber cover 316 is fastened by a fastener (not shown) in a state in which one edge of the chamber is in close contact with the edge of the chamber body 311.
  • the chamber cover 316 has a first through hole 317 is formed.
  • the first through hole 317 is where the fastener fastened to the first fastening hole 314 passes.
  • the sealing member 319 serves to prevent leakage of the refrigerant flowing through the flow path (P).
  • the sealing member 319 is between the chamber body 311 and the chamber cover 316, more specifically, between the rim surface of the chamber body 311 is in close contact with each other and the rim of one surface of the chamber cover 316 Is located in.
  • the heat transfer part 320 is positioned inside the heating chamber 310, that is, between the chamber body 311 and the chamber cover 316.
  • the heat transfer part 320 serves to transfer the heat of the heat generating part to the refrigerant flowing through the flow path P.
  • the heat transfer part 320 forms the chamber body 311 and the flow path (P). Therefore, the refrigerant flowing through the flow path P comes into contact with one surface of the heat transfer part 320.
  • the heat transfer part 320 is formed of a material having a predetermined heat conductivity, and the heat transfer part 320 is formed to have a size and a shape that can at least shield an internal space of the chamber body 311. . Therefore, in the present embodiment, the heat transfer part 320 is formed in a rectangular metal plate shape.
  • a plurality of second through holes 321 are formed in the heat transfer part 320.
  • the second through hole 321 is a place where a fastener (not shown) fastened to the second fastening hole 315 passes through to fix the heat transfer part 320.
  • the heat generating part is provided on the other surface of the heat transfer part 320 corresponding to one side of the heat transfer part 320 which is in contact with the refrigerant flowing through the flow path P.
  • the heat generating unit includes two electrodes 331, a plurality of carbon nanotube heating elements 333, and an insulating member 335.
  • the electrodes 331 are disposed to be spaced apart from each other on the other surface of the heat transfer part 320.
  • the electrodes 331 are formed long in the long side direction of the heat transfer part 320 and spaced apart from each other in the short side direction of the heat transfer part 320.
  • the carbon nanotube heating element 333 (hereinafter referred to as 'CNT heating element') means a material formed of carbon nanotubes in which hexagons made of six carbons are connected to each other to form a tubular shape. do.
  • the CNT heating elements 333 are formed long in the short side direction of the heat transfer part 320 and spaced apart from each other in the width direction of the heat transfer part 320. In this case, the CNT heating element 333 is disposed in the entire region of the heat transfer part 320 in contact with the refrigerant flowing through the flow path P, except for the region corresponding to the fixed rib 313.
  • the plurality of CNT heating elements 333 are configured to allow the rest of the CNT heating elements 333 to operate normally even if any one or more of the CNT heating elements 333 are disconnected. Both ends of the CNT heating element 333 are connected to the electrodes 331, respectively.
  • the distance between the adjacent CNT heating elements 333 is determined to be equal to or less than a width in the short side direction of the heat transfer part 320 of the CNT heating elements 333.
  • the sum of the areas where the plurality of CNT heating elements 333 contact the heat transfer part 320 is at least 50% of the contact area between the heat transfer part 320 and the refrigerant flowing through the flow path P. Is determined. This is to maximize the heating of the refrigerant flowing through the flow path (P) in the range to prevent the short circuit of the CNT heating element (333).
  • the insulating member 335 serves to insulate the electrode 331 and the CNT heating element 333.
  • the insulating member 335 may be entirely coated or coated on the other surface of the heat transfer part 320 on which the electrode 331 and the CNT heating element 333 are disposed.
  • the heating device 300 includes three bimetals 340 to prevent overheating of the CNT heating element 333.
  • the bimetal 340 cuts off the power applied to the CNT heating element 333 when the temperature of the CNT heating element 333 is greater than or equal to a preset safety temperature.
  • the bimetal 340 is fixed to the mounting bracket 350, the mounting bracket 350 is fixed to the chamber body 311 together with the heat transfer part (320).
  • the installation bracket 350 is provided with a plurality of third through holes 351. The fastener penetrating the third through hole 351 and the second through hole 321 is fastened to the second fastening hole 315.
  • the bimetal 340 substantially senses the temperature inside the heating chamber 310. However, the bimetal 340 may directly detect the temperature of the CNT heating element 333.
  • the electrode 131 may be connected to a single-phase or three-phase input power source according to the output of the CNT heating element 133.
  • the single phase input power may be connected, and when the output of the CNT heating element 133 is higher, the three phase input power may be connected.
  • the electromagnetic expansion valve 230, the first valve 281, and the third valve 293 of the outdoor unit 200 are shielded and the second valve. 283 is opened.
  • the heating unit 320 is operated to heat the refrigerant circulating in the heating device 300. Therefore, the refrigerant flowing through the heat exchange cycle is heated by the heating device 300 and sucked into the compressor 220. And the four-way valve 260 is switched to the heating mode.
  • the refrigerant compressed by the compressor 220 is discharged to the indoor heat exchangers 110 and 110 ′ through the four-way valve 260.
  • the indoor heat exchanger (110) (110 ') is condensed by heat-exchanging the refrigerant received by the room air. Thus the room is heated.
  • the refrigerant condensed in the indoor heat exchangers 110 and 110 ′ passes through the electronic expansion valves 120 and 120 ′ of the open indoor units 100 and 100 ′. ) Is flowed to the heating device 300.
  • the refrigerant flowing through the second connection pipe 273 and delivered to the heating device 300 is expanded by the second valve 283.
  • the refrigerant delivered to the heating device 300 flows inside the heating chamber 310, that is, the flow path P.
  • the refrigerant flowing through the flow path P is sucked into the compressor 220 through the third connection pipe 275.
  • the flow path (P) of the plurality of the heating chamber 310 flows through the connection tube (Tc1) (Tc2).
  • the CNT heating element 333 When the power is applied, the CNT heating element 333 generates heat. The heat of the CNT heating element 333 is transferred to the refrigerant flowing through the flow path P through the heat transfer part 320. That is, the refrigerant flowing through the flow path P is heated by the CNT heating element 333.
  • the CNT heating element 333 is configured to heat the refrigerant flowing in the flow path (P) to the maximum in a range that can prevent a short circuit therebetween. Therefore, the CNT heating element 333 can be used to heat the refrigerant flowing in the flow path P more stably and efficiently.
  • the power applied to the CNT heating element 333 by the bimetal 340 is cut off. Therefore, it is possible to prevent a problem due to overheating of the CNT heating element 333, for example, overheating of the refrigerant flowing through the flow path P, or damage to the heat transfer part 320 or the heating chamber 310.
  • the refrigerant heated by the heating device 300 flows through the third connection pipe 275 and is sucked into the compressor 220 so that the refrigerant circulates the heat exchange cycle.
  • the third valve 293 is shielded, the phenomenon in which the refrigerant compressed by the compressor 220 flows through the bypass pipe 291 and is discharged to the outdoor heat exchanger 210 is prevented.
  • the phenomenon that the refrigerant compressed by the compressor 200 through the parallel pipe 240 by the check valve 250 is discharged to the outdoor heat exchanger 210 is also prevented.
  • 5 is a graph showing the thermal efficiency according to the type of heater.
  • the thermal efficiency of the CNT heating element 333 is relatively higher than that of a PTC heater (Positive Temperature Coefficient) and a sheath heater which are used for heating the refrigerant.
  • a PTC heater Physical Temperature Coefficient
  • a sheath heater which are used for heating the refrigerant.
  • the CNT heating element 333 can be changed in various shapes as compared to the sheath heater.
  • the CNT heating element 333 can easily secure rigidity as compared with the PTC heater. Therefore, it can be said that the CNT heating element 333 has a superior advantage in thermal efficiency and the like compared to conventional general PTC heaters and sheath heaters.
  • the bimetal is composed of three, but is not necessarily limited thereto. That is, the number of bimetals may be determined differently according to the size of the heating chamber.
  • the heating chambers are composed of three and spaced apart from each other in the short side direction, but the number and arrangement directions of the heating chambers are not limited thereto.
  • Fig. 6 is a longitudinal sectional view showing the main part of a heating apparatus constituting the second embodiment of the air conditioning system according to the present invention.
  • the same components as those of the first embodiment of the present invention described above among the components of the present embodiment will be omitted by the reference numerals of FIGS. 3 and 4.
  • a plurality of reinforcing forming parts 323 are provided in the heat transfer part 320.
  • the reinforcement forming part 323 is formed by forming a portion of the heat transfer part 320 to prevent thermal deformation of the heat transfer part 320.
  • the reinforcing forming part 323 is formed by forming a part of the heat transfer part 320 toward the opposite side of the flow path P, that is, the chamber cover 316 instead of the chamber body 311. Therefore, the interference of the refrigerant flowing through the flow path P is minimized by the reinforcing forming part 323, and the contact area with the refrigerant flowing through the flow path P can be relatively increased.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a main portion of a heating apparatus constituting the air conditioning system according to the present invention.
  • the same components as those of the first embodiment of the present invention described above among the components of the present embodiment will be omitted by the reference numerals of FIGS. 3 and 4.
  • a plurality of reinforcing ribs 318 are provided on an inner surface of the chamber cover 316.
  • the reinforcing rib 318 serves to prevent thermal deformation of the heat transfer part 320.
  • the reinforcing rib 318 extends from the inner surface of the chamber cover 316 so that the front end thereof is in close contact with the other surface of the heat transfer part 320.
  • the reinforcing rib 318 is preferably formed at a position corresponding to any one of the compartment ribs 312. Therefore, since the heat transfer part 320 is pressed by the partition ribs 312 and the reinforcement ribs 318 corresponding to each other, heat deformation of the heat transfer part 320 can be prevented more efficiently.
  • FIGS. 8 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of an air conditioning system according to the present invention.
  • the same components as those of the first embodiment of the present invention described above among the components of the present embodiment will be omitted by using the reference numerals of FIGS. 1 to 4.
  • the present embodiment in addition to the heating device 300 for heating the refrigerant, the auxiliary heat exchanger 410, the heat exchanger 430, the heating tube 440, the fluid tank 450, the fluid pipe ( 460 and pump 470.
  • the auxiliary heat exchanger 410 receives a refrigerant circulating a heat exchange cycle.
  • the heating apparatus 300 heats the working fluid stored in the fluid tank 450.
  • the heat exchanger 430 exchanges heat between the refrigerant received by the auxiliary heat exchanger 410 and the working fluid heated by the heating device 300.
  • the heating tube 440 and the fluid tube 460 are places where the refrigerant received by the auxiliary heat exchanger 410 and the working fluid heated by the heating device 300 circulate.
  • the pump 470 serves to pump the fluid stored in the fluid tank 450 to be heated by the heating device 300 to circulate the heat exchange part 430.
  • the heating apparatus 300 constituting the present embodiment may be configured in the same manner as the heating apparatus constituting the first to third embodiments of the present invention described above.
  • the refrigerant is directly heated by the heating device, but in this embodiment, there is a difference in that the working fluid is heated by the heating device 300.
  • the working fluid is water
  • a part of the working fluid heated by the heating device 300 that is, water may be used for hot water supply.
  • the refrigerant is sucked into the compressor while the refrigerant is heated by the refrigerant heater in the heating mode. Therefore, sufficient heating efficiency can be secured.
  • the refrigerant is heated by the carbon nanotube heating element. Therefore, the refrigerant can be heated by the carbon nanotube heating element more efficiently.
  • a heating chamber and a carbon nanotube heating element in which a flow path through which a refrigerant flows are formed are constituted by one unit. Therefore, the configuration of the heating device becomes simpler, and the installation of the heating device becomes easier.
  • the sum of the contact areas of the heat transfer parts in which the plurality of carbon nanotube heating elements come into contact with the refrigerant or the working fluid is determined to be 50% or more of the contact area between the heat transfer parts and the refrigerant or the working fluid.
  • the interval between the carbon nanotube heating elements is determined to be equal to or less than the width of the carbon nanotube heating elements. Therefore, the carbon nanotube heating element can heat the fluid to the maximum in a range capable of preventing thermal deformation of the heat transfer part.
  • the flow path through which the refrigerant or the working fluid flows is formed in an overall shape, and the carbon nanotube heating element is disposed in a direction parallel to the direction in which the refrigerant or the working fluid flows through the flow path. Therefore, the refrigerant or the working fluid flowing through the flow path by the carbon nanotube heating element is made more efficient.
  • the power is selectively applied to the carbon nanotube heating element by bimetal according to whether the carbon nanotube heating element is overheated. Therefore, the fluid can be heated more safely.

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Abstract

본 발명은 공기조화시스템에 관한 것이다. 본 발명에서는, 난방모드에서 실외열교환기에서 증발된 냉매가 탄소나노튜브발열체를 포함하는 가열장치에 의하여 가열된 상태로 압축기로 흡입된다. 따라서 본 발명에 의하면, 보다 안정적으로 효율적인 난방을 수행할 수 있는 이점이 있다.

Description

공기조화시스템
본 발명은 공기조화시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉매의 가열을 위한 가열장치를 포함하는 공기조화시스템에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화시스템은, 실내를 냉방 또는 난방시키기 위하여 열교환사이클을 구성하는 압축기, 사방밸브, 실내열교환기 및 실외열교환기 등을 포함한다. 난방모드에서는, 상기 실외열교환기는 증발기로써 동작하고, 상기 실내열교환기는 팽창기로써 동작한다. 보다 상세하게는, 상기 실외열교환기에서 증발되면서 실외공기와 열교환한 냉매가 상기 압축기에서 고온, 고압으로 압축되어 상기 실내열교환기에서 응축되면서 실내공기와 열교환됨으로써, 실내의 난방이 이루어진다.
한편 난방모드에서 상기 실외열교환기에서 증발된 냉매를 가열하기 위한 가열장치가 구비될 수 있다. 이는 실외의 온도가 현저히 낮은 경우에 상기 실외열교환기에서 냉매의 증발이 원활하게 이루어지지 않는 경우에, 냉매를 가열하여 상기 압축기로 전달하기 위한 것이다. 보다 상세하게는, 상기 실내열교환기에서 응축된 냉매는 상기 실외열교환기에서 증발되거나 상기 가열장치에 의하여 가열되어 상기 압축기로 흡입된다.
그러나 이와 같은 종래 기술에 의한 공기조화시스템에서는, 상기 실내열교환기에서 응축된 냉매가 상기 가열장치에 의하여 가열되는 경우, 즉 상기 실외열교환기에서의 냉매의 증발이 이루어지지 않는 경우에 상기 실외열교환기의 내부에 냉매가 집적될 수 있다. 따라서 열교환사이클에 냉매가 부족하게 될 우려가 발생된다.
본 발명의 목적은, 난방효율이 증진될 수 있도록 구성되는 공기조화시스템을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 공기조화시스템은, 냉매를 압축시키는 압축기; 난방운전시 상기 압축기에서 토출되는 냉매를 응축시키는 실내열교환기; 상기 실내열교환기에서 응축된 냉매를 증발시키는 실외열교환기; 상기 실외열교환기에서 증발되어 상기 압축기로 흡입되는 냉매와 고온의 작동유체를 열교환시키는 열교환부; 및 상기 열교환부로 전달되는 상기 작동유체가 유동되는 유로가 형성되는 가열챔버, 상기 유로를 유동하는 상기 작동유체와 일면이 접촉되는 열전달부, 상기 열전달부의 타면에 배치되는 2개의 전극, 상기 열전달부의 타면에 서로 이격되게 배치되고 상기 전극에 각각 양단부에 연결되며 상기 열전달부와의 접촉면적이 상기 열전달부와 작동유체와의 접촉면적의 50%이상인 다수개의 탄소나노튜브발열체, 및 상기 전극 및 탄소나노튜브발열체를 절연시키는 절연부재를 포함하는 가열장치; 를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 공기조화시스템은, 냉매를 압축시키는 압축기; 난방운전시 상기 압축기에서 토출되는 냉매를 응축시키는 실내열교환기; 상기 실내열교환기에서 응축된 냉매를 증발시키는 실외열교환기; 및 상기 냉매가 유동되는 유로가 형성되는 가열챔버, 상기 유로를 유동하는 상기 냉매와 일면이 접촉되는 열전달부, 상기 열전달부의 타면에 배치되는 2개의 전극, 상기 열전달부의 타면에 서로 이격되게 배치되고 상기 전극에 각각 양단부에 연결되며 상기 열전달부와의 접촉면적이 상기 열전달부와 냉매와의 접촉면적의 50%이상인 다수개의 탄소나노튜브발열체, 및 상기 전극 및 탄소나노튜브발열체를 절연시키는 절연부재를 포함하는 가열장치; 를 포함한다.
본 발명에 의하면, 보다 안정적으로 효율적인 난방을 수행할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 공기조화시스템의 제1실시예를 보인 구성도.
도 2는 본 발명의 제1실시예를 구성하는 실외기를 개략적으로 보인 사시도.
도 3은 본 발명의 제1실시예를 구성하는 가열장치를 보인 사시도.
도 4는 본 발명의 제1실시예를 구성하는 가열장치를 보인 분해사시도.
도 5는 히터의 종류에 따른 열효율을 보인 그래프.
도 6은 본 발명에 의한 공기조화시스템의 제2실시예를 구성하는 가열장치의 요부를 보인 종단면도.
도 7은 본 발명에 의한 공기조화시스템의 제3실시예를 구성하는 가열장치의 요부를 보인 종단면도.
도 8은 본 발명에 의한 공기조화시스템의 제4실시예를 보인 구성도.
이하에서는 본 발명에 의한 공기조화시스템의 제1실시예의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 공기조화시스템의 제1실시예를 보인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예를 구성하는 실외기를 개략적으로 보인 사시도이다.
먼저 도 1을 참조하면, 공기조화시스템은 열교환사이클을 유동하는 냉매와 실내공기 및 실외공기와의 열교환에 의하여 실내를 냉방 또는 난방시킨다. 상기 공기조화시스템은 다수개의 실내기(100)(100'), 실외기(200) 및 가열장치(300)를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 실내기(100)(100')에는 실내열교환기(110)(110')가 각각 구비된다. 상기 실내열교환기(110)(110')는 난방모드에서는 응축기로 동작하고, 냉방모드에서에는 증발기로 동작한다. 즉 난방모드에서는, 상기 실내열교환기(110)(110')가 후술할 압축기(220)에서 압축된 냉매를 전달받아서 응축시킨다. 그리고 냉방모드에서에는, 상기 실내열교환기(110)(110')가 후술할 실외열교환기(210)에서 응축된 냉매를 전달받아서 증발시킨다.
또한 상기 실내기(100)(100')에는 전자팽창밸브(120)(120')(LEV: Linear Expension Valve)가 각각 구비된다. 상기 실내기(100)(100')의 전자팽창밸브(120)(120')는 냉방모드에서 상기 실내열교환기(110)(110')에서 증발된 냉매를 팽창시키는 역할을 한다. 그리고 상기 실내기(100)(100')의 전자팽창밸브(120)(120')는, 난방모드에서는 냉매를 통과시키도록 개방된다.
한편 상기 실외기(200)에는 실외열교환기(210)가 구비된다. 상기 실외열교환기(210)는, 난방모드에서는 증발기로 동작하고, 냉방모드에서에는 응축기로 동작한다. 다시 말하면, 난방모드에서는, 상기 실외열교환기(210)가 상기 실내열교환기(110)(110')에서 응축된 냉매를 증발시켜서 압축기(220)로 전달한다. 냉방모드에서에는, 상기 실외열교환기(210)가 냉매를 응축시켜서 상기 실내열교환기(110)(110')로 전달한다.
그리고 상기 실외기(200)에는 압축기(220)가 구비된다. 상기 압축기(220)는 냉매를 압축시켜서 상기 실내열교환기(110)(110') 또는 실외열교환기(210)로 토출한다. 보다 상세하게는, 상기 압축기(220)는, 난방모드에서는 냉매를 압축시켜서 상기 실내열교환기(110)(110')로 토출하고, 냉방모드에서에는 상기 실외열교환기(210)로 토출한다.
상기 실외기(200)에는 전자팽창밸브(230)가 구비된다. 상기 실외기(200)의 전자팽창밸브(230)는 난방모드에서는 상기 실내열교환기(110)(110')에서 응축된 냉매를 팽창시켜서 상기 실외열교환기(210)로 전달한다. 그리고 냉방모드에서에는, 상기 실외기(200)의 전자팽창밸브(230)가 차폐되거나 그 개도가 조절된다.
또한 상기 실외기(200)에는 병렬관(240) 및 체크밸브(250)가 구비된다. 상기 병렬관(240)은, 난방모드에서 상기 실외열교환기(210)로 전달되는 냉매가 유동되는 냉매관에 병렬로 연결된다. 상기 체크밸브(250)는 상기 병렬관(240)에 설치된다.
그리고 상기 실외기(200)에는 사방밸브(260)가 구비된다. 상기 사방밸브(260)는, 상기 압축기(220)에서 압축되어 토출되는 냉매가 유동되는 냉매관에 설치된다. 상기 사방밸브(260)는, 난방모드에서는, 상기 압축기(220)에서 압축되는 냉매가 상기 실내열교환기(110)(110')로 토출되고, 상기 실외열교환기(210)에서 증발된 냉매가 상기 압축기(220)로 흡입되도록 난방모드로 전환된다. 그리고 상기 사방밸브(260)는, 냉방모드에서에는, 상기 압축기(220)에서 압축되는 냉매가 상기 실외열교환기(210)로 토출되고, 상기 실외열교환기(210)에서 응축된 냉매가 상기 실내열교환기(110)(110')로 전달되도록 냉방모드로 전환된다.
그리고 상기 실외기(200)에는 제1 내지 제3연결배관(271)(273)(275)이 구비된다. 상기 제1연결배관(271)은, 상기 실외열교환기(210)와 가열장치(300)를 연결한다. 상기 제1연결배관(271)에는, 난방모드에서 상기 실외열교환기(210)에서 증발되어 상기 가열장치(300)에 전달되는 냉매가 유동된다. 그리고 상기 제2연결배관(273)은, 상기 실내열교환기(110)(110')와 실외열교환기(210)를 연결하는 냉매관과 상기 가열장치(300)를 연결한다. 상기 제2연결배관(273)에는 난방모드에서 상기 실내열교환기(110)(110')에서 응축되어 상기 가열장치(300)로 전달되는 냉매가 유동된다. 또한 상기 제3연결배관(275)은, 상기 압축기(220)와 가열장치(300)를 연결한다. 상기 제3연결배관(275)에는, 난방모드에서 상기 가열장치(300)에 의하여 가열되어 상기 압축기(220)로 흡입되는 냉매가 유동된다.
또한 상기 실외기(200)에는 제1 및 제2밸브(281)(283)가 구비된다. 상기 제1밸브(281)는 상기 제1연결배관(271)에 설치된다. 상기 제1밸브(281)는, 난방모드에서 상기 가열장치(300)를 사용하여 냉매를 가열하는 경우에는 차폐되고, 난방모드에서 상기 가열장치(300)를 사용하지 않거나 냉방모드에서는 개방된다. 상기 제2밸브(283)는 상기 제2연결배관(273)에 설치된다. 상기 제2밸브(283)는, 난방모드에서 상기 가열장치(300)를 사용하여 냉매를 가열하는 경우에는 개방되고, 난방모드에서 상기 가열장치(300)를 사용하지 않거나 냉방모드에서는 차폐된다.
그리고 상기 실외기(200)에는 바이패스관(291) 및 제3밸브(293)가 구비된다. 상기 바이패스관(291)은, 난방모드에서 상기 압축기(220)에서 토출되어 상기 실내열교환기(110)(110')로 전달되는 냉매가 유동되는 냉매관과 상기 제1연결배관(271)을 연결한다. 상기 바이패스관(291)의 내부에는 상기 압축기(220)에서 압축되어 상기 실외열교환기(210)로 토출되는 냉매가 유동된다. 그리고 상기 제3밸브(293)는 상기 제2바패스관(291)에 설치된다. 상기 제3밸브(293)는 상기 실외열교환기(210)에 집적된 냉매를 열교환사이클의 내부로 재순환시키는 경우에만 개방된다.
상기 가열장치(300)는, 난방모드에서 상기 실외열교환기(210)에서 증발된 냉매를 가열시키는 역할을 한다. 도 2를 참조하면, 상기 가열장치(300)는, 실외기(200)의 외관을 형성하는 케이싱(201)의 내부에 일측에 설치될 수 있다.
다음으로 본 발명에 의한 공기조화시스템의 제1실시예를 구성하는 가열장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 가열장치의 제1실시예를 보인 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예를 보인 분해사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 가열장치(300)는, 가열챔버(310), 다수개의 발열부 및 열전달부(320)를 포함한다. 상기 가열장치(300)는, 상기 가열챔버(310), 발열부 및 열전달부(320)가 1개의 유닛의 형태로 구성된다. 상기 가열챔버(310)의 내부에는 냉매가 유동되는 유로(P)가 구비된다. 그리고 상기 발열부는 상기 유로(P)를 유동하는 상기 냉매의 가열을 위하여 발열하고, 상기 열전달부(320)는 상기 발열부의 열을 상기 냉매에 전달한다.
본 실시예에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가열챔버(310)가 제1 내지 제3가열챔버(310)(310')(310")를 포함한다. 그리고 상기 제1가열챔버(310)는 제2연결배관(273)에 의하여 냉매를 전달받고, 상기 제1 및 제2가열챔버(310)(310')는 제1연결튜브(Tc1)에 의하여 연결된다. 또한 상기 제2 및 제3가열챔버(310')(310")는 제2연결튜브(Tc2)에 의하여 연결되고, 상기 제3가열챔버(310")는 제3연결배관(275)에 의하여 냉매를 전달한다. 이는 상기 가열챔버(310)(310')(310")의 갯수를 필요한 냉매의 가열량에 따라서 조절하기 위함이다.
한편 도 4을 참조하면, 상기 가열챔버(310)는, 챔버본체(311), 챔버커버(316) 및 다수개의 실링부재(319)를 포함한다. 이때 상기 챔버본체(311) 및 챔버커버(316)는, 내열성 합성수지재질로 성형될 수 있다. 또한, 상기 챔버본체(311) 및 챔버커버(316)가 금속재질로 성형되는 경우에는, 상기 유로(P)를 유동하는 냉매의 단열을 위한 단열재가 추가적으로 구비될 수 있다.
상기 챔버본체(311)는 대략 일면이 개구되는 다면체형상으로 형성된다. 그리고 상기 챔버본체(311)의 내부에는 상기 유로(P)의 형성을 위한 소정의 공간이 구비된다.
또한 상기 챔버본체(311)의 내부에는 다수개의 구획리브(312)가 구비된다. 상기 구획리브(312)는, 상기 챔버본체(311)의 내부공간을 구획하여 상기 유로(P)가 전체적으로 사형으로 형성되도록 한다. 보다 상세하게는, 상기 구획리브(312)는, 상기 챔버본체(311)의 내부에 상기 챔버본체(311)의 내부 단변방향으로 길게 형성된다. 이때 상기 구획리브(312)의 일단은 상기 챔버본체(311)의 장변방향 일단에 연결되고, 상기 구획리브(312)의 타단은, 상기 챔버본체(311)의 장변방향 타단에서 이격된다.
한편 상기 구획리브(312)에 의하여 사형으로 형성되는 상기 유로(P)는, 다수개의 직선구간(P1) 및 연결구간(P2)을 포함한다. 상기 직선구간(P1)은 상기 챔버본체(311)의 단변방향으로 길게 형성되고, 상기 연결구간(P2)은, 서로 인접하는 2개의 상기 직선구간(P1)의 일단부를 상기 챔버본체(311)의 장변방향으로 서로 연결한다.
상기 구획리브(312) 중 일부의 구획리브(312), 본 실시예에서는, 2개의 구획리브(312)는 나머지 상기 구획리브(312)에 비하여 상대적으로 넓은 폭을 가지도록 형성된다. 이하에서는 설명의 편의상 상기 구획리브(312) 중 상대적으로 넓은 폭을 가지는 구획리브(312)를 고정리브(313)라 칭한다.
상기 챔버본체(311)에는 상기 유로(P)의 양단부와 연통되는 2개의 연통홀(미도시)이 각각 구비된다. 상기 연통홀은 외부로부터 냉매를 전달받는 상기 인출튜브(Ti) 또는 외부로 가열된 냉매를 전달하는 상기 인출튜브(To)와 연결되거나, 상기 제1 또는 제2연결튜브(Tc1)(Tc2)와 연결된다.
그리고 상기 챔버본체(311)의 테두리면 및 상기 고정리브(313)에는 각각 다수개의 제1 및 제2체결공(314)(315)이 형성된다. 상기 제1체결공(314)은, 상기 챔버커버(316)의 고정을 위한 것이고, 상기 제2체결공(315)은 상기 열전달부(320)의 고정을 위한 것이다.
한편 상기 챔버커버(316)는, 상기 챔버본체(311)의 개구된 일면을 차폐할 수 있는 크기 및 형상으로 형성된다. 그리고 상기 챔버커버(316)는, 그 일면 테두리가 상기 챔버본체(311)의 테두리면에 밀착된 상태에서 체결구(미도시)에 의하여 체결된다. 이를 위하여 상기 챔버커버(316)에는 제1관통공(317)이 형성된다. 상기 제1관통공(317)은, 상기 제1체결공(314)에 체결되는 상기 체결구가 관통하는 곳이다.
상기 실링부재(319)는, 상기 유로(P)를 유동하는 냉매의 누설을 방지하는 역할을 한다. 상기 실링부재(319)는, 상기 챔버본체(311) 및 챔버커버(316) 사이, 보다 상세하게는, 서로 밀착되는 상기 챔버본체(311)의 테두리면 및 상기 챔버커버(316)의 일면 테두리 사이에 위치된다.
그리고 상기 열전달부(320)는, 상기 가열챔버(310)의 내부, 즉 상기 챔버본체(311) 및 챔버커버(316) 사이에 위치된다. 상기 열전달부(320)는, 상기 발열부의 열을 상기 유로(P)를 유동하는 냉매로 전달하는 역할을 한다. 상기 열전달부(320)는 상기 챔버본체(311)와 상기 유로(P)를 형성한다. 따라서 상기 유로(P)를 유동하는 냉매가, 상기 열전달부(320)의 일면과 접촉하게 된다. 이를 위하여 상기 열전달부(320)는, 소정의 열전도성을 가지는 재질로 성형되고, 상기 열전달부(320)는, 적어도 상기 챔버본체(311)의 내부공간을 차폐할 수 있는 크기 및 형상으로 형성된다. 따라서 본 실시예에서는, 상기 열전달부(320)가 장방형의 금속플레이트형상로 형성된다. 또한 상기 열전달부(320)에는 다수개의 제2관통공(321)이 형성된다. 상기 제2관통공(321)은 상기 열전달부(320)의 고정을 위하여 상기 제2체결공(315)에 체결되는 체결구(미도시)가 관통하는 곳이다.
상기 유로(P)를 유동하는 냉매와 접촉되는 상기 열전달부(320)의 일면의 반대측에 해당하는 상기 열전달부(320)의 타면에는 발열부가 구비된다. 본 실시예에서는, 상기 발열부가, 2개의 전극(331), 다수개의 탄소나노튜브발열체(333) 및 절연부재(335)를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 전극(331)은, 상기 열전달부(320)의 타면에 서로 이격되게 배치된다. 본 실시예에서는, 상기 전극(331)이 상기 열전달부(320)의 장변방향으로 길게 형성되어 상기 열전달부(320)의 단변방향으로 서로 이격된다.
그리고 상기 탄소나노튜브발열체(333)(Carbon Nanotube Heating Element: 이하에서는 'CNT발열체'라 칭함)는, 6개의 탄소로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 탄소나노튜브로 형성되는 소재를 의미한다. 상기 CNT발열체(333)는, 상기 열전달부(320)의 단변방향으로 길게 형성되어 상기 열전달부(320)의 폭방향으로 서로 이격된다. 이때 상기 CNT발열체(333)는, 상기 고정리브(313)에 대응하는 영역을 제외한 상기 유로(P)를 유동하는 냉매와 접촉하는 상기 열전달부(320)의 영역에 전체적으로 배치된다. 이와 같이 상기 CNT발열체(333)가 다수개로 구성되는 것은, 상기 CNT발열체(333) 중 어느 하나 또는 그 이상이 단선되더라도 상기 CNT발열체(333)의 나머지는 정상적으로 동작되도록 하기 위함이다. 그리고 상기 CNT발열체(333)는, 그 양단부가 상기 전극(331)에 각각 연결된다. 이때 서로 인접하는 상기 CNT발열체(333)의 간격은, 상기 CNT발열체(333)의 상기 열전달부(320)의 단변방향으로의 폭 이하로 결정된다. 또한 다수개의 상기 CNT발열체(333)가 상기 열전달부(320)와 접촉하는 면적의 합은, 적어도 상기 열전달부(320)와 상기 유로(P)를 유동하는 냉매가 접촉하는 면적의 50% 이상으로 결정된다. 이는 상기 CNT발열체(333)의 단락을 방지하는 범위에서 상기 유로(P)를 유동하는 냉매를 최대로 가열하기 위함이다.
그리고 상기 절연부재(335)는, 상기 전극(331) 및 CNT발열체(333)를 절연시키는 역할을 한다. 예를 들면, 상기 절연부재(335)는, 상기 전극(331) 및 CNT발열체(333)가 배치되는 상기 열전달부(320)의 타면에 전체적으로 도포 또는 코팅될 수 있다.
또한 상기 가열장치(300)는, 상기 CNT발열체(333)의 과열을 방지하기 위하여 3개의 바이메탈(340)을 포함한다. 상기 바이메탈(340)은 상기 CNT발열체(333)의 온도가 기설정된 안전온도 이상이 되면, 상기 CNT발열체(333)로 인가되는 전원을 차단한다. 본 실시예에서는, 상기 바이메탈(340)이 설치브라켓(350)에 고정되고, 상기 설치브라켓(350)이 상기 열전달부(320)와 함께 상기 챔버본체(311)에 고정된다. 이를 위하여 상기 설치브라켓(350)에는 다수개의 제3관통공(351)이 형성된다. 그리고 상기 제3관통공(351) 및 제2관통공(321)을 관통한 상기 체결구가 상기 제2체결공(315)에 체결된다. 본 실시예에서는, 상기 바이메탈(340)이 실질적으로 상기 가열챔버(310)의 내부의 온도를 감지한다. 그러나 상기 바이메탈(340)이, 상기 CNT발열체(333)의 온도를 직접 감지할 수도 있다.
한편 상기 전극(131)에는, 상기 CNT발열체(133)의 출력에 따라서 단상 또는 3상의 입력전원이 연결될 수 있다. 예를 들면, 상기 CNT발열체(133)의 출력이 4KW이하인 경우에는 단상의 입력전원이 연결되고, 그 이상인 경우에는 3상의 입력전원이 연결될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 공기조화시스템의 제1실시예의 작용을 보다 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 가열장치(300)를 사용하는 난방모드에서는, 실외기(200)의 전자팽창밸브(230), 제1밸브(281) 및 제3밸브(293)는 차폐되고, 제2밸브(283)는 개방된다. 그리고 가열부(320)가 동작되어 가열장치(300)를 순환하는 냉매를 가열한다. 따라서 열교환사이클을 유동하는 냉매가 상기 가열장치(300)에 의하여 가열되어 압축기(220)로 흡입된다. 그리고 사방밸브(260)는 난방모드로 전환된다.
보다 상세하게는, 상기 압축기(220)에서 압축된 냉매가 상기 사방밸브(260)를 통하여 실내열교환기(110)(110')로 토출된다. 그리고 상기 실내열교환기(110)(110')가 전달받은 냉매를 실내공기와 열교환시켜서 응축시킨다. 따라서 실내가 난방된다.
다음으로 상기 실내열교환기(110)(110')에서 응축된 냉매는 개방된 실내기(100)(100')의 전자팽창밸브(120)(120')를 통과한 상태에서 제2연결배관(273)을 유동하여 상기 가열장치(300)로 전달된다. 이때 상기 제2연결배관(273)을 유동하여 상기 가열장치(300)로 전달되는 냉매는 상기 제2밸브(283)에 의하여 팽창된다.
한편 상기 가열장치(300)로 전달된 냉매는, 가열챔버(310)의 내부, 즉 유로(P)를 유동한다. 그리고 상기 유로(P)를 유동하는 냉매는 제3연결배관(275)를 통하여 상기 압축기(220)로 흡입된다. 물론, 상기 가열챔버(310)가 다수개로 구성되는 경우에는, 연결튜브(Tc1)(Tc2)를 통하여 다수개의 상기 가열챔버(310)의 유로(P)를 유동하게 된다.
그리고 전원이 인가되면, CNT발열체(333)가 발열한다. 그리고 상기 CNT발열체(333)의 열은, 열전달부(320)를 통하여 상기 유로(P)를 유동하는 냉매에 전달된다. 즉 상기 CNT발열체(333)에 의하여 상기 유로(P)를 유동하는 냉매가 가열되는 것이다.
그런데 본 실시예에서는, 상기 CNT발열체(333)가 상호간의 단락을 방지할 수 있는 범위에서 상기 유로(P)를 유동하는 냉매를 최대로 가열할 수 있도록 구성된다. 따라서 상기 CNT발열체(333)를 사용하여 보다 안정적이고 효율적으로 상기 유로(P)를 유동하는 냉매를 가열할 수 있게 된다.
또한 상기 CNT발열체(333)가 과열되면, 바이메탈(340)에 의하여 상기 CNT발열체(333)로 인가되는 전원이 차단된다. 따라서 상기 CNT발열체(333)의 과열에 의한 문제점, 예를 들면, 상기 유로(P)를 유동하는 냉매의 과열이나 상기 열전달부(320)나 가열챔버(310)의 손상을 방지할 수 있게 된다.
상기 가열장치(300)에 의하여 가열된 냉매가 상기 제3연결배관(275)을 유동하여 상기 압축기(220)로 흡입됨으로써, 냉매가 열교환사이클을 순환하게 되는 것이다. 이때 상기 제3밸브(293)가 차폐된 상태이므로, 상기 압축기(220)에서 압축되는 냉매가 바이패스관(291)을 유동하여 상기 실외열교환기(210)로 토출되는 현상이 방지된다. 또한 체크밸브(250)에 의하여 병렬관(240)을 통하여 상기 압축기(200)에서 압축된 냉매가 상기 실외열교환기(210)로 토출되는 현상도 방지된다.
한편 도 5는 히터의 종류에 따른 열효율을 보인 그래프이다.
도 5를 참조하면, 상기 CNT발열체(333)의 열효율이 냉매의 가열을 위하여 사용되는 가열원인 PTC히터(Positive Temperature Coefficient) 및 시즈히터에 비하여 상대적으로 높음을 알 수 있다. 다시 말하면, 동일한 에너지의 전원이 인가되었을 때, 상기 CNT발열체(333)는 대략 95% 내외의 열효율을 나타내지만, 상기 PTC히터는 대략 55%의 열효율을 나타내고, 상기 시즈히터는 65%의 열효율을 나타낸다.
또한 상기 CNT발열체(333)는, 상기 시즈히터에 비하여 다양한 형상으로의 설계변경이 가능하다. 그리고 상기 CNT발열체(333)는, 상기 PTC히터에 비하여 강성의 확보가 용이하게 된다. 따라서 상기 CNT발열체(333)는, 종래의 일반적인 PTC히터나 시즈히터에 비하여 열효율 등에 있어서 월등한 이점을 갖는다고 할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
상술한 실시예들에서는, 상기 바이메탈이 모두 3개로 구성되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 바이메탈은, 상기 가열챔버의 크기에 따라서 그 개수가 상이하게 결정될 수 있다.
또한 상술한 실시예에서는, 상기 가열챔버가 3개로 구성되고, 서로 단변방향으로 이격되지만, 상기 가열챔버의 개수 및 배열방향은 이에 한정되지 않는다.
이하에서는 본 발명에 의한 공기조화시스템의 제2실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명에 의한 공기조화시스템의 제2실시예를 구성하는 가열장치의 요부를 보인 종단면도이다. 본 실시예의 구성요소 중 상술한 본 발명의 제1실시예의 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 도 3 및 도 4의 도면부호을 원용하여 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에서는, 열전달부(320)에 다수개의 보강포밍부(323)가 구비된다. 상기 보강포밍부(323)는, 상기 열전달부(320)의 열변형을 방지하기 위하여 상기 열전달부(320)의 일부가 포밍되어 형성된다. 이때 상기 보강포밍부(323)는, 유로(P)의 반대측, 즉 챔버본체(311)가 아닌 챔버커버(316)를 향하여 상기 열전달부(320)의 일부가 포밍되어 형성된다. 따라서 상기 보강포밍부(323)에 의하여 상기 유로(P)를 유동하는 냉매의 간섭이 최소화되는 동시에 상기 유로(P)를 유동하는 냉매와의 접촉면적도 상대적으로 증가될 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명에 의한 공기조화시스템의 제3실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명에 의한 공기조화시스템을 구성하는 가열장치의 요부를 보인 종단면도이다. 본 실시예의 구성요소 중 상술한 본 발명의 제1실시예의 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 도 3 및 도 4의 도면부호을 원용하여 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에서는, 챔버커버(316)의 내면에 다수개의 보강리브(318)가 구비된다. 상기 보강리브(318)는 열전달부(320)의 열변형을 방지하는 역할을 한다. 이를 위하여 상기 보강리브(318)는, 상기 챔버커버(316)의 내면에서 연장되어 그 선단이 상기 열전달부(320)의 타면에 밀착된다. 보다 바람직하게는, 상기 보강리브(318)는, 구획리브(312) 중 어느 하나에 대응하는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 따라서 상기 열전달부(320)가 서로 대응하는 상기 구획리브(312) 및 보강리브(318)에 의하여 가압됨으로써, 상기 열전달부(320)의 열변형이 보다 효율적으로 방지될 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명에 의한 공기조화시스템의 제4실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 8은 본 발명에 의한 공기조화시스템의 제4실시예를 보인 구성도이다. 본 실시예의 구성요소 중 상술한 본 발명의 제1실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 도 1 내지 도 4의 도면부호를 원용하여 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 8을 참조하면, 본 실시예는, 냉매의 가열을 위하여 가열장치(300) 이외에 보조열교환기(410), 열교환부(430), 가열관(440), 유체탱크(450), 유체관(460) 및 펌프(470)를 포함한다. 상기 보조열교환기(410)는 열교환사이클을 순환하는 냉매를 전달받는다. 그리고 상기 가열장치(300)는, 상기 유체탱크(450)에 저장된 작동유체를 가열한다. 또한 상기 열교환부(430)는, 상기 보조열교환기(410)가 전달받은 냉매와 상기 가열장치(300)에 의하여 가열된 작동유체를 열교환시킨다. 상기 가열관(440) 및 유체관(460)은 각각 상기 보조열교환기(410)가 전달받은 냉매와 상기 가열장치(300)에 의하여 가열되는 작동유체가 순환하는 곳이다. 따라서 실질적으로, 상기 가열관(440)을 순환하는 냉매와 상기 유체관(460)을 유동하는 작동유체가 상기 열교환부(430)에서 열교환된다. 그리고 상기 펌프(470)는 상기 유체탱크(450)에 저장된 유체가 상기 가열장치(300)에 의하여 가열되어 상기 열교환부(430)를 순환하도록 압송하는 역할을 한다.
한편 본 실시예를 구성하는 상기 가열장치(300)는, 상술한 본 발명의 제1 내지 제3실시예를 구성하는 가열장치와 동일하게 구성될 수 있다. 다만, 본 발명의 제1 내지 제3실시예에서는, 상기 가열장치에 의하여 냉매가 직접 가열되지만, 본 실시예에서는, 상기 가열장치(300)에 의하여 작동유체가 가열되는 차이가 있다. 또한 상기 작동유체가 물인 경우에는, 상기 가열장치(300)에 의하여 가열되는 작동유체, 즉 물의 일부가 급탕을 위하여 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 구성되는 본 발명에 의한 공기조화시스템에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있게 된다.
먼저 본 발명에서는, 난방모드에서 냉매가열장치에 의하여 냉매가 가열된 상태로 압축기로 흡입된다. 따라서 충분한 난방효율을 확보할 수 있게 된다.
그리고 본 발명에서는, 탄소나노튜브발열체에 의하여 냉매가 가열된다. 따라서 보다 효율적으로 상기 탄소나노튜브발열체에 의한 상기 냉매의 가열이 가능해진다.
본 발명에서는, 냉매가 유동하는 유로가 형성되는 가열챔버 및 탄소나노튜브발열체가 하나의 유닛으로 구성된다. 따라서 상기 가열장치의 구성이 보다 간단해짐으로써, 상기 가열장치의 설치가 용이해지게 된다.
또한 본 발명에서는, 필요한 가열량에 따라서 다수개의 상기 가열챔버를 연결하여 사용할 수 있게 된다. 따라서 필요한 가열량에 따른 상기 가열장치의 설계변경이 용이하게 된다.
그리고 본 발명에서는, 다수개의 상기 탄소나노튜브발열체가 상기 냉매 또는 작동유체와 접촉하는 열전달부의 접촉면적의 총합이, 상기 열전달부와 상기 냉매 또는 작동유체와의 접촉면적의 50% 이상으로 결정된다. 또한 상기 탄소나노튜브발열체 사이의 간격은, 상기 탄소나노튜브발열체의 폭 이하로 결정된다. 따라서 상기 열전달부의 열변형을 방지할 수 있는 범위에서 상기 탄소나노튜브발열체가 상기 유체를 최대로 가열할 수 있게 된다.
뿐만 아니라 본 발명에서는, 상기 냉매 또는 작동유체가 유동되는 유로가 전체적으로 사형으로 형성되고, 상기 탄소나노튜브발열체는 상기 냉매 또는 작동유체가 상기 유로를 유동하는 방향에 평행한 방향으로 배치된다. 따라서 상기 탄소나노튜브발열체에 의한 상기 유로를 유동하는 상기 냉매 또는 작동유체의 가열이 보다 효율적으로 이루어지게 된다.
또한 본 발명에서는, 상기 탄소나노튜브발열체의 과열여부에 따라서 바이메탈에 의하여 의하여 상기 탄소나노튜브발열체에 선택적으로 전원이 인가된다. 따라서 보다 안전하게 상기 유체를 가열할 수 있게 된다.

Claims (13)

  1. 냉매를 압축시키는 압축기;
    난방운전시 상기 압축기에서 토출되는 냉매를 응축시키는 실내열교환기;
    상기 실내열교환기에서 응축된 냉매를 증발시키는 실외열교환기;
    상기 실외열교환기에서 증발되어 상기 압축기로 흡입되는 냉매와 고온의 작동유체를 열교환시키는 열교환부; 및
    상기 열교환부로 전달되는 상기 작동유체가 유동되는 유로가 형성되는 가열챔버, 상기 유로를 유동하는 상기 작동유체와 일면이 접촉되는 열전달부, 상기 열전달부의 타면에 배치되는 2개의 전극, 상기 열전달부의 타면에 서로 이격되게 배치되고 상기 전극에 각각 양단부에 연결되며 상기 열전달부와의 접촉면적이 상기 열전달부와 작동유체와의 접촉면적의 50%이상인 다수개의 탄소나노튜브발열체, 및 상기 전극 및 탄소나노튜브발열체를 절연시키는 절연부재를 포함하는 가열장치; 를 포함하는 공기조화시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동유체가 저장되는 저장탱크를 더 포함하고,
    상기 저장탱크에 저장된 상기 작동유체는 상기 가열장치로 전달되어 가열된 상태에서 상기 열교환부로 전달되고, 상기 열교환부에서 상기 냉매와 열교환한 상태에서 상기 저장탱크로 전달되는 공기조화시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 작동유체는 물이고, 상기 가열장치에 의하여 가열되는 물의 일부는 급탕용으로 사용되는 공기조화시스템.
  4. 냉매를 압축시키는 압축기;
    난방운전시 상기 압축기에서 토출되는 냉매를 응축시키는 실내열교환기;
    상기 실내열교환기에서 응축된 냉매를 증발시키는 실외열교환기; 및
    상기 냉매가 유동되는 유로가 형성되는 가열챔버, 상기 유로를 유동하는 상기 냉매와 일면이 접촉되는 열전달부, 상기 열전달부의 타면에 배치되는 2개의 전극, 상기 열전달부의 타면에 서로 이격되게 배치되고 상기 전극에 각각 양단부에 연결되며 상기 열전달부와의 접촉면적이 상기 열전달부와 냉매와의 접촉면적의 50%이상인 다수개의 탄소나노튜브발열체, 및 상기 전극 및 탄소나노튜브발열체를 절연시키는 절연부재를 포함하는 가열장치; 를 포함하는 공기조화시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 유로는, 전체적으로 사형으로 형성되는 공기조화시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 유로는, 서로 평행한 다수개의 직선구간 및 서로 인접하는 상기 직선구간의 일단부를 연결하는 연결구간을 포함하는 공기조화시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브발열체는, 상기 직선구간에 평행한 방향으로 길게 형성되고, 상기 직선구간에 평행한 방향으로의 그 폭 이하의 간격만큼 상기 직선구간에 평행한 방향으로 서로 이격되는 공기조화시스템.
  8. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 가열챔버는,
    일면이 개구되고, 그 내부에 상기 유로가 형성되는 챔버본체; 및
    상기 챔버본체의 개구되는 일면을 차폐하는 챔버커버; 를 포함하는 공기조화시스템.
  9. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 가열챔버에 구비되는 다수개의 구획리브에 의하여 상기 유로가 전체적으로 사형으로 형성되는 공기조화시스템.
  10. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 가열챔버는, 다수개의 연결부재에 의하여 각각에 구비되는 상기 유로가 서로 연결되는 다수개로 구성되는 공기조화시스템.
  11. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 열전달부는 장방형의 플레이트형상으로 형성되는 공기조화시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브발열체는, 상기 열전달부의 장변방향으로 기설정된 간격만큼 서로 이격되도록 상기 열전달부의 단변방향으로 길게 형성되는 공기조화시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    서로 인접하는 상기 탄소나노튜브발열체 사이의 간격은, 상기 열전달부의 장변방향으로의 상기 탄소나노튜브발열체의 폭 이하인 공기조화시스템.
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