KR101512655B1 - 실내온도 제어시스템 및 이를 이용한 냉난방 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내온도 제어시스템에 관한 것으로서, 항온장치 칠러 및 열교환기를 통해 계절에 구애 받지 아니하고 실내의 온도를 쾌적하게 유지할 수 있는 제어시스템 및 이를 이용하여 간편하게 냉방 또는 난방하는 방법에 관한 것이다.
보다 더 구체적으로 본 발명에 의하면, 실내에 설치되며, 실내 공기와 냉각제간 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기(30) 및 실외에 설치되며, 상기 열교환기에 소정 온도의 냉각제를 공급·순환시키는 칠러(Chiller)(20)를 포함하되, 상기 칠러(20)는, 상기 냉각제와 냉매가스간 열교환으로 냉각제의 온도를 저감하는 증발기(1); 상기 냉각제와 열교환을 마친 냉매가스를 압축하여 액화하는 냉동회로부(2); 상기 액화된 냉매 가스를 분사하여 증발기에 순환 공급하는 팽창 밸브(6); 상기 증발기로부터 냉매가스와 열교환을 마친 냉각제를 저장하는 냉각제 탱크(7); 및 상기 냉각제 탱크에 저장된 냉각제를 배출하도록 펌핑 구동하여 상기 열교환기(30)에 냉각제를 공급하는 펌프(9);를 구비하는 것을 특징으로 하는 실내온도제어 시스템을 제공한다.

Description

실내온도 제어시스템 및 이를 이용한 냉난방 방법{Indoor Temperature Control System and Cooling／Heating Method Thereof}

본 발명은 실내온도 제어시스템에 관한 것으로서, 항온장치 칠러 및 열교환기를 통해 계절에 구애 받지 아니하고 실내의 온도를 쾌적하게 유지할 수 있는 제어시스템 및 이를 이용하여 간편하게 냉방 또는 난방하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 주택과 같은 주거공간 또는 사무실이나 공장과 같은 작업공간에서는 여름철 냉방과 겨울철 난방이 쾌적한 생활 환경의 주된 요인으로 떠오르고 있으며, 최근 인구의 증가에 따른 주거공간의 확산과 산업개발에 따른 공장부지 및 사무실의 증가로 인하여 냉난방에 소요되는 에너지의 수요가 급격히 증가하고 있는 실정이다.

하절기 냉방과 관련하여, 기온이 올라가는 경우 일반적으로 에어컨(Air Conditioner)을 작동시켜 냉방을 하며, 상기 에어컨은 공기를 냉각시킨 후 냉각된 공기를 주거공간 내부에서 강제 순환시킴으로써 냉방을 가능하게 한다.

또한, 동절기 난방과 관련하여, 기온이 내려가는 경우 일반적으로 보일러를 작동시켜 난방을 하는데, 상기 보일러는 주거 공간의 바닥에 매설된 난방 파이프로 뜨거운 물을 흐르게 함으로써 그 바닥을 가열시켜 난방을 가능하게 한다.

이와 같은 종래의 에어컨을 이용한 냉방 방식의 경우, 냉방을 위해 많은 전력이 소모되어 주거 공간 등의 면적에 따라 냉방 비용이 기하급수적으로 증가하는 단점이 있었고, 순환되는 냉각 공기는 매우 건조한 상태가 되기 때문에, 장시간 에어컨을 사용할 경우 인체에 유해한 냉방병을 유발시키는 문제점이 있었다.

또한 종래기술의 경우 냉방은 에어컨을 이용하여 수행하고, 난방은 보일러를 이용하여 수행되므로, 짧은 시간 내에 냉난방 기능을 바꾸어 동작하는 것이 어려웠으며, 냉난방을 위하여 에어컨 및 보일러를 함께 설치하여야 하므로 냉난방 시스템의 설치 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

따라서, 설치가 간편하고 비용이 저렴한 냉난방 시스템으로도 전력 소모가 적어 에너지 효율이 증대되며, 인체에 영향이 적고 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있는 실내온도 제어시스템 및 냉난방 방법이 요구되고 있다.

* 선행기술문헌: 대한민국 공개특허공보제10-2008-0093564호

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 계절에 관계없이 항상 실내온도를 쾌적하게 유지할 수 있으며, 그 설치가 간편하고 시스템 구축비용이 저감되는 실내온도 제어시스템 및 이를 이용한 냉난방 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 실내 공기와 순환되는 냉각제간 자연적인 대류현상을 통해 열교환하여 실내온도를 유지하여, 냉각된 공기 또는 가열된 공기의 일방적인 주입에 의한 냉난방 시 발생할 수 있는 인체의 질환을 예방하고 에너지 효율을 높일 수 있는 실내온도 제어시스템 및 이를 이용한 냉난방 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 실내에 설치되며, 실내 공기와 냉각제간 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기(30) 및 실외에 설치되며, 상기 열교환기에 소정 온도의 냉각제를 공급·순환시키는 칠러(Chiller)(20)를 포함하되, 상기 칠러(20)는, 상기 냉각제와 냉매가스간 열교환으로 냉각제의 온도를 저감하는 증발기(1); 상기 냉각제와 열교환을 마친 냉매가스를 압축하여 액화하는 냉동회로부(2); 상기 액화된 냉매 가스를 분사하여 증발기에 순환 공급하는 팽창 밸브(6); 상기 증발기로부터 냉매가스와 열교환을 마친 냉각제를 저장하는 냉각제 탱크(7); 및 상기 냉각제 탱크에 저장된 냉각제를 배출하도록 펌핑 구동하여 상기 열교환기(30)에 냉각제를 공급하는 펌프(9);를 구비하는 것을 특징으로 하는 실내온도제어 시스템을 제공한다.

본 발명에서 상기 냉동회로부(2)는 상기 냉매가스를 소정의 압력으로 압축하는 압축기(3) 및 상기 압축기에 의해 압축된 냉매가스를 액화하는 응축기(4)로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 냉동회로부(2)와 팽창 밸브(6)간 냉매 가스의 주입을 제어하는 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)(13)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 펌프(9)를 통해 배출되는 냉각제를 소정 온도로 가열하는 히터(Heater)(10)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 펌프(9)의 펌핑 구동에 의해 열교환기(30)로 공급되는 냉각제의 온도를 감지하는 온도센서(11)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 온도센서(11)로부터 감지된 냉각제 온도를 전송 받아 설정 온도에 부합하도록 히터(10) 및 냉동회로부(2)를 제어하는 온도제어기(12)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 온도센서(11)는 실내에 설치되고, 상기 온도제어기(12)는 실외에 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 펌프(9)의 펌핑 구동에 의해 열교환기(30)로 공급되는 냉각제의 유량을 조절하는 냉각제 공급밸브(13) 및 상기 열교환기(30)로부터 회수되는 냉각제의 유량을 조절하여 회수하는 냉각제 회수밸브(14)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 냉각제 공급밸브(13) 및 냉각제 회수밸브(14)와, 솔레노이드 밸브(5)의 개폐 정도는 온도제어기(12)에 의해 제어되는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 온도제어기(12)를 통해 냉각제의 온도를 상승시키거나 하강시킨 후, 냉각제를 열교환기(30)로 공급·순환시켜 열교환기(30)가 설치된 실내를 난방 또는 냉방시키는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 실내를 냉방하는 경우, 냉동회로부(2)의 구동을 온(ON)하고 히터(10)의 구동을 오프(OFF)하여, 상기 냉각제의 온도를 7 내지 13℃의 범위로 조절하여 상기 열교환기(30)에 공급하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 실내를 난방하는 경우, 냉동회로부(2)의 구동을 오프(OFF)하고 히터(10)의 구동을 온(ON)하여,상기 냉각제의 온도를 40 내지 60℃의 범위로 조절하여 상기 열교환기(30)에 공급하는 것이 바람직하다.

전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 의하면, (a1) 온도제어기(12)를 통해 냉동회로부의 구동을 오프(OFF)하고, 히터(10)의 구동을 온(ON) 하는 단계; (b1) 펌프(9)에 의해 냉각제 탱크(7)에 저장된 냉각제를 배출하도록 펌핑 구동하는 단계; (c1) 히터(10)를 통해 상기 냉각제의 온도를 조절하여 열교환기(30)에 공급하는 단계; (d1) 상기 열교환기(30)에서 실내 공기와 냉각제간 열교환이 이루어지는 단계; (e1) 상기 실내 공기와 열교환된 냉각제를 회수하여 냉각제 탱크(7) 저장하는 단계; 및 (f1) 상기 (b1) 단계 내지 (e1)단계를 반복적으로 수행하는 단계;를 포함하는 실내온도제어 시스템을 이용한 난방 방법을 제공한다.

또한 본 발명에 의하면, (a2) 온도제어기(12)를 통해 냉동회로부의 구동을 온(ON)하고, 히터(10)의 구동을 오프(OFF) 하는 단계; (b2) 펌프(9)에 의해 냉각제 탱크(7)에 저장된 냉각제를 배출하도록 펌핑 구동하여 냉각제를 열교환기(30)에 공급하는 단계; (c2) 상기 열교환기(30)에서 실내 공기와 냉각제간 열교환이 이루어지는 단계; (d2) 상기 실내 공기와 열교환된 냉각제를 회수하여 증발기(1)를 통해 냉매가스와 열교환 후 냉각제 탱크(7)에 저장하는 단계; 및 (e2) 상기 (b2) 단계 내지 (d2)단계를 반복적으로 수행하는 단계;를 포함하는 실내온도제어 시스템을 이용한 냉방 방법을 제공한다.

본 발명에 의한 실내온도 제어시스템 및 이를 이용한 냉난방방법에 의하면, 계절에 관계없이 항상 실내온도를 쾌적하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 칠러 및 열교환기 외에 별도의 에어컨디셔너(Air Conditioner) 또는 보일러 등이 필요하지 않으므로, 그 설치가 간편하고 시스템 구축비용이 저감되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 실내 공기와 순환되는 냉각제간 열교환 후, 실내 공기의 자연적인 대류현상을 통해 실내온도를 유지하므로, 냉각된 공기 또는 가열된 공기의 일방적인 주입에 의한 냉난방 시 발생할 수 있는 안구 건조증, 코점막 건조증, 알레르기성 비염, 감기, 각종 기관지염, 두통 등의 질환을 예방하고 에너지 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실내온도 제어시스템의 열교환기 및 칠러의 설치 위치 및 연결관계를 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실내온도 제어시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실내온도 제어시스템의 상세구성도.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 실내온도 제어시스템을 이용한 난방 방법의 순서도.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 실내온도 제어시스템을 이용한 냉방 방법의 순서도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

전술한 바대로 종래의 냉방 방식은 하절기에는 에어컨을 이용하여 냉각된 공기로 실내온도를 저온으로 유지하며, 동절기에는 보일러의 가열된 온수를 이용하여 실내 공기의 온도를 상승케 하여 실내온도를 제어해 오는 방식을 취하고 있어서, 설치 비용이 고가이고, 자연친화적 방식이 아니어서 인체에 질환을 유발할 위험이 있었으며, 그 전력 소모가 많아 에너지 효율이 낮은 단점이 있었다.

이에 본 발명은 기존의 에어컨과 보일러로 구별된 냉방시스템 및 난방시스템을 하나의 시스템으로 통합하기 위하여 칠러(20)와 열교환기(30)를 이용하여 실내의 온도를 4계절 항상 일정한 쾌적한 온도로 유지시킬 수 있는 제어 시스템을 고안 하였다.

본 발명은 기존의 에어컨에 의한 바람을 생성하지 않으므로 소음이 발생하지 아니하고, 냉각된 공기가 직접 인체에 닿지 않아 자연 친화적이고 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있으며, 자연 냉각방식으로 실내 공기를 대류현상으로 차갑게 함으로써 에너지 효율이 좋은 장점이 있다. 또한, 냉방시스템 및 난방시스템을 각각 별도로 설치할 필요없이 하나의 냉난방 시스템으로 구성될 수 있으므로, 그 설치가 간단하고 설치 비용이 저감될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실내온도 제어시스템의 열교환기 및 칠러의 설치 위치 및 연결관계를 나타낸 예시도이다.

본 발명은 실외에 설치되는 항온장치의 일종인 칠러(chiller)(20)의 냉각제를 소정의 온도에 맞도록 제어한 후, 펌프(9)에 의해 실내에 설치된 열교환기(30)로 보내어 그 냉각제와 실내 공기와 열교환 후, 다시 냉각제를 칠러(20) 내부로 귀환시켜 재차 냉각제의 온도를 조절하여 순환시킴으로써 실내공기의 온도를 일정하게 제어하는 시스템이다.

즉, 본 발명은 실내 공기의 온도를 일정하게 유지하기 위해 냉각제의 온도를 제어하여 순환·공급하는 항온장치인 칠러(20)와 그 냉각제와 실내 공기간 열교환을 이루게 하는 열교환기(30)로 구성될 수 있으며, 상기 칠러(20)와 열교환기(30)는 냉각제 공급/회수 파이프로 연결되되, 냉각제 순환용에 적합한 펌프(9)를 통해 배출되는 냉각제에 의해 피냉각장치 또는 가열장치인 열교환기(30)를 냉각 또는 가열시키게 된다.

도 1에서 볼 수 있듯이, 본 발명은 주거공간 또는 사무공간인 실내에 열교환기(30)를 배치하고, 보일러실 등의 실외에 칠러(20)를 배치하여, ① 하절기에는 7∼13℃의 냉각제를 열교환기(30)로 순환 공급하여 냉방을 하고, ② 동절기에는 40∼60℃의 냉각제를 열교환기(30)로 순환 공급하여 약 17∼23℃정도로 유지하여 난방을 지속할 수 있다. 이와 같이 본 발명은 하절기, 동절기는 물론 사계절 모두 하나의 시스템으로 실내온도를 일정히 유지할 수 있는 점에 착안하여 고안되었다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실내온도 제어시스템의 구성도이다.

본 발명의 실내온도 제어시스템은 크게 냉매회로부(40)와 냉각제 순환부(50)로 나뉘어질 수 있으며, 상기 냉매회로부(40)는 증발기(1), 압축기(3) 및 응축기(4)를 포함하는 냉동회로부(2), 솔레노이드 밸브(5) 및 팽창 밸브(6)를 포함하여 구성될 수 있고, 상기 냉각제 순환부(50)는 냉각제 탱크(7), 펌프(9), 온도센서(11) 및 스트레이너(15)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 냉매회로부(40)는 냉매 가스를 압축하고 액화시킨 후 팽창 밸브(6)를 통해 증발기(1)에 공급하여 열교환기(30)를 통해 실내 공기와 열교환을 마쳐 온도가 상승된 냉각제의 온도를 떨어뜨리는 기능을 수행하고, 상기 냉각제 순환부(50)는 냉각제 탱크(7)에 저장되는 냉각제가 배출되도록 펌핑 구동하여 이를 열교환기(30)에 공급한 후, 실내 공기와 열교환을 마친 냉각제를 회수하여 다시 냉각제 탱크(7)에 저장한 후 이를 순환시키는 기능을 수행한다.

상기 증발기(1)로 입력되는 냉각제는 솔레노이드 밸브(5)를 개방하고, 팽창밸브(6)에 의해 분사되는 액화 냉매가스와 열교환하여 기화될 수 있으며, 상기 냉매가스는 냉동회로부(2)에 의해 재차 압축, 응축 액화되어 증발기(1)로 순환 공급되게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실내온도 제어시스템의 상세구성도이다.

본 발명의 실내온도 제어시스템은, 실내에 설치되며, 실내 공기와 냉각제간 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기(30) 및 실외에 설치되며, 상기 열교환기에 소정 온도의 냉각제를 공급·순환시키는 칠러(Chiller)(20)를 포함하되, 상기 칠러(20)는, 상기 냉각제와 냉매가스간 열교환으로 냉각제의 온도를 저감하는 증발기(1)와, 상기 냉각제와 열교환을 마친 냉매가스를 압축하여 액화하는 냉동회로부(2)와, 상기 액화된 냉매 가스를 분사하여 증발기에 순환 공급하는 팽창 밸브(6)와, 상기 증발기로부터 냉매가스와 열교환을 마친 냉각제를 저장하는 냉각제 탱크(7) 및 상기 냉각제 탱크에 저장된 냉각제를 배출하도록 펌핑 구동하여 상기 열교환기(30)에 냉각제를 공급하는 펌프(9)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 냉각제는 물(H₂O)를 이용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 아니하고 발명의 필요에 따라 에틸렌글리콜(ethylene glycol)과 같은 순수물의 혼합물이나 공지의 불소화액을 이용하는 것도 가능하다.

상기 증발기(1)는 열교환기(30)로부터 회수되는 냉각제를 솔레노이드 밸브(13)의 개방 및 팽창밸브(6)의 분사에 의해 유입되는 냉매가스와 열교환으로 기화시키는 기능을 수행한다. 상기 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)(13)는 냉동회로부(2)와 팽창 밸브(6) 사이에 위치하여 그 개폐로서 증발기(1)로의 냉매 가스의 주입을 제어할 수 있다.

본 발명에서 상기 냉매 가스는 이산화탄소, 암모니아, 염화메틸, 프레온, 할로겐, 플루오르화탄소계 물질 또는 이들의 혼합물이나, HFC 계열의 R134a, R23, R404a, A407, R507 등이 이용될 수 있을 것이다.

상기 냉동회로부(2)는 상기 증발기(1)에 의해 열교환된 냉매가스를 소정의 압력으로 압축하는 압축기(3)와, 상기 압축기(3)에 의해 압축된 냉매가스를 액화하는 응축기(4)를 포함할 수 있으며, 이와 같이 액화된 냉매가스는 팽창 밸브(6)에 의해 분사되어 증발기(1)로 순환공급되게 된다.

상기 응축기(4)는 공랭식 응축기를 적용할 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 발명의 필요에 따라 수랭식 응축기를 적용하는 것도 가능할 것이다.

한편, 증발기(1)를 통과하여 다시 저온으로 감온된 냉각제는 냉각제 탱크(7)에 저장되는데, 저온의 냉각제는 펌프(9)에 의한 펌핑 구동으로 배출되어 다시 열교환기(30)에 공급되게 되는데, 저온으로 액화된 냉각제는 히터(10)를 통해 소정 온도로 가열되어 공급될 수 있다.

즉 상기 히터(10)는 동절기 난방을 위해 냉각제의 온도를 상승시켜 열교환기(30)에 공급하는 기능을 수행하고, 이에 비해 하절기의 냉방을 위해서는 상기 히터(10)를 끄고 냉매회로부(40)에 의해 냉각제의 온도를 저온으로 유지하여 열교환기(30)에 공급하게 된다.

이와 같이 본 발명을 이용한 냉방 또는 난방을 위해 열교환기(30)로 공급되는 냉각제의 온도를 감지하는 온도센서(11) 및 온도센서(11)로부터 감지된 냉각제 온도를 전송 받아 사용자가 요구하는 온도에 부합하도록 히터(10)를 제어하는 온도제어기(12)를 구비할 수 있다.

또한, 상기 온도센서(11)는 실내에 설치되고, 온도제어기(12)는 실외에 설치될 수 있는데, 실내의 열교환기(30) 부근에 온도센서(11)를 설치하고, 이를 모니터링하여 실외에 칠러(20)에 부착되거나 칠러(20) 부근에 형성되는 온도제어기(12)를 통해 실내 온도를 제어하게 된다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 온도센서(11) 또는 온도제어기(12)는 발명의 필요에 따라 실내외를 가리지 않고 편리한 장소에 설치되는 것도 가능할 것이다.

한편, 본 발명은 상기 펌프(9)의 펌핑 구동에 의해 열교환기(30)로 공급되는 냉각제의 유량을 조절하는 냉각제 공급밸브(13) 및 상기 열교환기(30)로부터 회수되는 냉각제의 유량을 조절하여 회수하는 냉각제 회수밸브(14)를 구비할 수 있다. 이는 열교환기(30)로 공급되는 냉각제의 유량을 조절하여 실내 온도를 사용자가 요구하는 온도로 맞추는데 조력하기 위함이다.

이를 위해 상기 냉각제 공급밸브(13) 및 냉각제 회수밸브(14)와 더불어 솔레노이드 밸브(5)의 개폐 정도를 온도제어기(12)가 제어하게 된다.

본 발명의 냉난방 구동방식과 관련하여, 상기 온도제어기(12)를 통해 냉각제의 온도를 상승시키거나 하강시키는데, 난방 시에는 온도제어기(12)가 히터(10)를 제어하여 냉각제를 소정 온도로 가열하게 되며, 냉방 시에는 온도제어기(12)가 냉동회로부(2)의 구동 및 솔레노이드 밸브(5)의 개폐 정도를 제어하여 증발기(1)로 유입되는 냉매 가스의 양을 조절하여 보다 더 저온의 냉각제를 생성할 수 있을 것이다.

이에 더불어 상기 온도제어기(12)가 냉각제 공급밸브(13) 및 냉각제 회수밸브(14)의 개폐정도를 조절하여 열교환기(30)에 유입되는 냉각제의 유량 조절로 실내 온도를 조절할 수 있음은 물론이다.

이와 같이 본 발명에서는 온도제어기(12)에 의해 냉각제의 온도 및 그 유입유량을 결정할 수 있으므로, 설정 온도에 맞게 냉각제의 온도 및 유량을 조절하여 열교환기(30)로 공급·순환시켜 냉방 또는 난방을 간편하게 구현할 수 있다.

예컨대, 냉방이 필요한 하절기에는 실내온도가 주위 온도보다 낮은 온도(약 17∼23℃)로 유지해야 하므로 본 발명의 냉각 제어를 구동하여야 하는 바, 냉동회로부(2)의 구동을 온(ON)하고 히터(10)의 구동을 오프(OFF)하여, 상기 냉각제의 온도를 7 내지 13℃의 범위로 조절하여 상기 열교환기(30)에 공급하는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명으로 냉방시스템을 구현함에 있어서는, 히터(10)를 오프(OFF)하여 냉각제의 가열을 방지하고, 냉동회로부(2)를 지속적으로 가동하여 냉매를 순환시켜 냉각제의 온도를 떨어뜨려 냉각제 탱크(7)에 보관한 후, 냉각제 공급밸브(13) 및 냉각제 회수밸브(14)의 개방 정도를 결정하여 냉각제의 유량을 조절하여 실내의 열교환기(30)로 이송함으로써 냉각제와 실내공기간 대류에 의해 실내온도를 낮추는 방식으로 구현될 수 있다.

이것은 기존의 에어컨에 의한 바람을 일으키지 않고 자연냉각 방식으로 실내의 공기를 대류현상으로 냉각시킴으로써 냉각시간이 다소 소요될 수 있으나, 실내 공기가 대류에 의해 열이 낮은 온도에서 높은 곳으로 자연이동이 되므로 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있으며, 많은 전력을 소모하지 않아 우수한 에너지 효율을 보장할 수 있다.

이에 비해, 난방이 필요한 동절기에는 실내온도를 주위온도보다 높은 온도로 유지해야 하므로 냉동회로부(2)는 구동이 오프(OFF)되고, 히터(10)의 구동만 온(ON)되어 냉각제의 온도를 상승시켜 펌프(9)에 의해 열교환기(30)로 이송하여 실내 공기와의 열교환으로 실내 온도를 높이는 구조로 구현될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 의한 난방의 경우, 상기 냉각제의 온도를 40 내지 60℃의 범위로 조절하여 상기 열교환기(30)에 공급하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에서는 냉동회로부(2) 및 히터(10)의 구동을 모두 온(ON)하더라도 적절한 냉난방이 가능한데, 예를 들면, 냉매회로부(40)의 냉매 가스가 압축기(3), 응축기(4), 팽창밸브(6) 및 증발기(1)를 순환하여 냉각제의 냉각 사이클을 수행하는 가운데, 온도제어기(12)에서 온도센서(11)에 의한 냉각제 감지온도를 전송받아 온도를 판단한 후 설정온도에 맞도록 히터(8)를 구동하여 실내 온도를 설정할 수도 있을 것이다. 이와 같은 방식은 솔레노이드 밸브(5) 또는 냉각제 공급밸브(13)의 조정만으로 냉각제의 온도가 신속하게 올라가지 않는 경우 유용하게 이용될 수 있을 것이다.

한편, 열교환기(30)는 발명의 필요에 따라 실내 공기 접촉면의 일정 영역을 커버하는 덮개(미도시)를 구비하여 실내 온도를 부수적으로 조정할 수도 있을 것이다. 상기 덮개는 전력에 의해 자동적으로 개폐되되 온도제어기(12)의 제어에 의해 동작이 가능하도록 구현될 수 있다.

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 실내온도 제어시스템을 이용한 난방 방법의 순서도이다.

본 발명의 실내온도 제어시스템을 이용한 난방 방식은, 칠러(20)에서 냉각제의 온도를 상승시킨 후, 냉각제 순환용 펌프에 의해 냉각제를 열교환기(30)로 공급, 순환시켜 실내공기와의 열교환으로 실내 온도를 상승시킨 후 일정하게 유지하는 방식으로 구현된다.

이를 위해 먼저, 온도제어기(12)를 통해 냉동회로부의 구동을 오프(OFF)하고, 히터(10)의 구동을 온(ON)하게 된다(S11). 또한, S11단계에서는 솔레노이드 밸브(5)를 폐쇄하여 증발기(1)로 냉매가스의 유입을 방지할 수도 있을 것이다. 즉, S11단계는 냉매회로부(40)의 구동을 멈춰 냉각제 순환부(50)의 구동만을 가능하게 하기 위한 정지작업이라고 할 수 있다.

이후, 펌프(9)에 의해 냉각제 탱크(7)에 저장된 냉각제를 배출하도록 펌핑 구동한 후(S12), 히터(10)가 배출된 냉각제를 가열하여 설정 온도로 조절 후 열교환기(30)에 공급하게 된다(S13). 위 S13단계 수행 시에는 냉각제 공급밸브(13)의 개방 정도를 확장하여 급속 난방을 구현할 수도 있을 것이다.

이어서, 상기 열교환기(30)에서 실내 공기와 냉각제간 열교환이 이루어지게 되는데(S14), 온도제어기(12)에 의해 제어되는 열교환기(30)의 덮개(미도시)에 의해 실내 공기와의 접촉면적을 조절할 수도 있다.

이후, 상기 실내 공기와 열교환된 냉각제를 회수하여 냉각제 탱크(7) 저장하게 되는데(S15), 이후에도 난방을 지속할 것이라면, 위 S12단계 내지 S15단계를 반복적으로 밟게 된다.

도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 실내온도 제어시스템을 이용한 냉방 방법의 순서도이다.

본 발명의 실내온도 제어시스템을 이용한 냉방 방식은, 칠러(20)에서 냉각제의 온도를 하강시킨 후, 냉각제 순환용 펌프에 의해 냉각제를 열교환기(30)로 공급, 순환시켜 실내공기와의 열교환으로 실내 온도를 하강시킨 후 일정하게 유지하는 방식으로 구현된다.

이를 위해 먼저, 온도제어기(12)를 통해 냉동회로부의 구동을 온(ON)하고, 히터(10)의 구동을 오프(OFF) 하는 단계를 거친다(S21). 즉 히터(10)의 냉각제 가열을 배제하고 냉매회로부(40)를 계속적으로 구동하여 냉매가스의 냉각 사이클을 지속하여 증발기(1)로 유입되는 냉각제의 온도를 하강시킨다.

이어서, 펌프(9)에 의해 냉각제 탱크(7)에 저장된 냉각제를 배출하도록 펌핑 구동하여 냉각제를 열교환기(30)에 공급하는 단계를 거친다(S22). 이 때, 온도제어기(12)에 의해 냉각제 공급밸브(13)의 개방을 확대하여 냉각제의 유량을 늘림으로써 실내 온도를 더욱 더 낮출 수 있을 것이다.

이후, 상기 열교환기(30)에서 실내 공기와 냉각제간 열교환이 이루어지며(S23), 상기 실내 공기와 열교환된 냉각제를 회수하여 증발기(1)를 통해 냉매가스와 열교환 후 냉각제 탱크(7)에 저장하는 단계(S24)가 순차적으로 진행된다.

상기 S24단계 이후에도 냉방을 지속할 경우에는 상기 S22단계 내지 S24단계를 반복적으로 수행하게 된다.

이와 같이 본 발명에서는 별도의 냉방시스템 및 난방시스템을 각각 구축하지 않고도 칠러(20)와 열교환기(30)를 이용하여 하나의 시스템으로 냉방 및 난방을 구현할 수 있으며, 에너지 효율이 우수하고 자연친화적으로 쾌적한 실내 환경을 보장하는 실내온도 제어시스템 및 이를 이용한 냉난방 방법을 제공할 수 있는 장점이 있다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1: 증발기 2: 냉동회로부
3: 압축기 4: 응축기
5: 솔레노이드 밸브 6: 팽창밸브
7: 냉각제 탱크 8: 레벨스위치
9: 펌프 10: 히터
11: 온도센서 12: 온도제어기
13: 냉각제 공급밸브 14: 냉각제 귀환밸브
15: 스트레이너 20: 칠러
30: 열교환기 40: 냉매회로부
50: 냉각제 순환부

Claims (14)

1. 실내에 설치되며, 실내 공기와 냉각제간 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기(30) 및 실외에 설치되며, 상기 열교환기에 소정 온도의 냉각제를 공급·순환시키는 칠러(Chiller)(20)를 포함하되, 상기 칠러(20)는,
   상기 냉각제와 냉매가스간 열교환으로 냉각제의 온도를 저감하는 증발기(1);
   상기 냉각제와 열교환을 마친 냉매가스를 압축하여 액화하는 냉동회로부(2);
   상기 액화된 냉매 가스를 분사하여 증발기에 순환 공급하는 팽창 밸브(6);
   상기 증발기로부터 냉매가스와 열교환을 마친 냉각제를 저장하는 냉각제 탱크(7);
   상기 냉각제 탱크에 저장된 냉각제를 배출하도록 펌핑 구동하여 상기 열교환기(30)에 냉각제를 공급하는 펌프(9);
   상기 펌프(9)의 펌핑 구동에 의해 열교환기(30)로 공급되는 냉각제의 유량을 조절하는 냉각제 공급밸브(13); 및
   상기 열교환기(30)로부터 회수되는 냉각제의 유량을 조절하여 회수하는 냉각제 회수밸브(14);
   를 구비하는 것을 특징으로 하는 실내온도제어 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 냉동회로부(2)는,
   상기 냉매가스를 소정의 압력으로 압축하는 압축기(3); 및
   상기 압축기에 의해 압축된 냉매가스를 액화하는 응축기(4);
   로 형성되는 것을 특징으로 하는 실내온도제어 시스템.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 냉동회로부(2)와 팽창 밸브(6) 사이에 냉매 가스의 유입을 제어하는 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)(13)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 실내온도제어 시스템.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 펌프(9)를 통해 배출되는 냉각제를 소정 온도로 가열하는 히터(Heater)(10)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 실내온도제어 시스템.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 펌프(9)의 펌핑 구동에 의해 열교환기(30)로 공급되는 냉각제의 온도를 감지하는 온도센서(11)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 실내온도제어 시스템.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 온도센서(11)로부터 감지된 냉각제 온도를 전송 받아 설정 온도에 부합하도록 히터(10) 및 냉동회로부(2)를 제어하는 온도제어기(12)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 실내온도제어 시스템.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 온도센서(11)는 실내에 설치되고, 상기 온도제어기(12)는 실외에 설치되는 것을 특징으로 하는 실내온도제어 시스템.
8. 삭제
9. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각제 공급밸브(13) 및 냉각제 회수밸브(14)와, 솔레노이드 밸브(5)의 개폐 정도는 온도제어기(12)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 실내온도제어 시스템.
10. 제 6항에 있어서,
    상기 온도제어기(12)를 통해 냉각제의 온도를 상승시키거나 하강시킨 후, 냉각제를 열교환기(30)로 공급·순환시켜 열교환기(30)가 설치된 실내를 난방 또는 냉방시키는 것을 특징으로 하는 실내온도제어 시스템.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 실내를 냉방하는 경우, 냉동회로부(2)의 구동을 온(ON)하고 히터(10)의 구동을 오프(OFF)하여, 상기 냉각제의 온도를 7 내지 13℃의 범위로 조절하여 상기 열교환기(30)에 공급하는 것을 특징으로 하는 실내온도제어 시스템.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 실내를 난방하는 경우, 냉동회로부(2)의 구동을 오프(OFF)하고 히터(10)의 구동을 온(ON)하여, 상기 냉각제의 온도를 40 내지 60℃의 범위로 조절하여 상기 열교환기(30)에 공급하는 것을 특징으로 하는 실내온도제어 시스템.
13. (a1) 온도제어기(12)를 통해 냉동회로부의 구동을 오프(OFF)하고, 히터(10)의 구동을 온(ON) 하는 단계;
    (b1) 펌프(9)에 의해 냉각제 탱크(7)에 저장된 냉각제를 배출하도록 펌핑 구동하는 단계;
    (c1) 히터(10)를 통해 상기 냉각제의 온도를 조절하여 열교환기(30)에 공급하는 단계;
    (d1) 상기 열교환기(30)에서 실내 공기와 냉각제간 열교환이 이루어지는 단계;
    (e1) 상기 실내 공기와 열교환된 냉각제를 회수하여 냉각제 탱크(7) 저장하는 단계; 및
    (f1) 상기 (b1) 단계 내지 (e1)단계를 반복적으로 수행하는 단계;
    를 포함하는 실내온도제어 시스템을 이용한 난방 방법.
14. (a2) 온도제어기(12)를 통해 냉동회로부의 구동을 온(ON)하고, 히터(10)의 구동을 오프(OFF) 하는 단계;
    (b2) 펌프(9)에 의해 냉각제 탱크(7)에 저장된 냉각제를 배출하도록 펌핑 구동하여 냉각제를 열교환기(30)에 공급하는 단계;
    (c2) 상기 열교환기(30)에서 실내 공기와 냉각제간 열교환이 이루어지는 단계;
    (d2) 상기 실내 공기와 열교환된 냉각제를 회수하여 증발기(1)를 통해 냉매가스와 열교환 후 냉각제 탱크(7)에 저장하는 단계; 및
    (e2) 상기 (b2) 단계 내지 (d2)단계를 반복적으로 수행하는 단계;
    를 포함하는 실내온도제어 시스템을 이용한 냉방 방법.

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