KR0156386B1 - 히트펌프 제상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공조기 히트 펌프에서 난방운전중 변화밸브의 절환을 거치지 않고 실외기 측에 착상된 프로스트(FROST)를 제상시켜 주기 위하여 실내, 외열교환기, 압축기, 팽창밸브로되는 히트펌프의 제상운전을 위하여 최소한 냉매의 흐름을 난방운전과 같은 사이클로 유지하여 제상운전을 수행하는 가운데 그 냉매를 제상용으로 바꿔주기 위해 팽창밸브측에 마련된 제상용 모세관(10)과, 상기 제상용 모세관측으로 냉매가 흐르도록 유도하고 그의 개폐는 팽창밸브에서 단속되는 2방변을 팽창밸브(5)측에 부가한 것을 특징으로 하는 히트펌프 제상장치를 제공함으로서 난방복귀 대기시간을 줄일 수 있고 밸브 수명 연장과 절환 소음을 줄여주는 한편 쾌적한 운전상태를 유지할 수 있다.

Description

히트펌프 제상장치

제1도는 일반적인 히트 펌프 사이클 흐름도.

제2도는 본 발명의 실시예 따른 히트 펌프 사이클 흐름도.

제3도는 본 발명의 실시예에 의한 제상 사이클의 몰리에르 선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 압축기 2 : 변환밸브

3 : 실내측 열교환기 4 : 실외측 열교환기

5 : 팽창밸브 6 : 난방 모세관

7 : 냉, 난방 모세관 8 : 첵밸브

10 : 제상용 모세관 11 : 2방변

본 발명은 공조기 히트 펌프에서 운전중 변환밸브의 절환을 거치지 않고 실외측에 착상된 프로스트(FROST)를 제상시켜 주기 위한 제상장치에 관한 것이다.

일반적으로 히트펌프는 제1도와 같이 냉매 압축을 위한 압축기(1), 냉매의 흐름 방향을 바꿔주는 변환밸브(2), 실내공간에 자리잡는 실내측 열교환기(3) 및 바깥쪽에 위치하는 실외측 열교환기(4), 상기 실내, 외측 열교환기(3)(4) 사이에 위치하는 난방 모세관(6) 및 여기에 접속된 냉, 난방 모세관(7), 그리고 냉매의 흐름을 한쪽방향으로 흐르게 하는 첵밸브(8)로 되는 팽창밸브(5), 그리고 연결배관용 밸브(9)체들의 구성으로 된다.

위의 히트펌프는 일정한 사이클을 운전모드에 따라 냉매의 흐름으로 바꿔준다.

제1도에서 난방 A: 제상/냉방 B: 일 때 난방 A:의 경우 압축기(1)로부터 토출된 냉매는 변환밸브(2)에 의해 실내측 열교환기(3)로 이동하고 통과된 기액상의 냉매는 1차로 난방 모세관(6)을 통과한 후 다시 냉반방 모세관(7)을 경유하여 실외측 열교환기(4)를 통과하고, 이 통과된 냉매는 변환밸브(2)로 안내되어 다시 압축기(1)로 들어가는 형태의 흐름을 보인다.

냉방 B: 일 때는 압축기(1)에서 토출되는 냉매는 변환밸브(2)를 거쳐 실외측 열교환기(4) 쪽으로 이동하여 냉, 난방 모세관(7)을 통과하고 이 냉매는 난방 모세관(6)으로 흐르지 않고 첵밸브(8)로 유도되어 실내측 열교환기(3)로 이동한 후 변환밸브(2)를 거쳐 다시 압축기(1)로 유입되는 냉매 흐름과정을 갖게 된다.

또한 제상운전일 때 냉매의 흐름은 전기 냉방운전과 동일한 사이클의 흐름을 갖는다.

한편 히트펌프에 있어서 냉/난방 운전 모드는 정해진 운전사이클에 따라 수행되지만 난방 운전중 외기온도가 급속히 저하될 경우 실외측 열교환기(4)쪽에 온도차에 의한 착상현상이 나타난다.

착상현상은 간헐적으로 나타나지만 열교환 효율을 저하시키고 정상가동에 지장을 초래하여 제상을 필요로 한다.

제1도에서 보여주는 운전사이클에서의 제상방법은 난방운전중 실외기에 착상현상이 발생될 경우 변환밸브(2)를 절환하여 냉매흐름을 냉방 운전 일때와 동일하게 바꿔줌으로서 실외측 열교환기(4)에 응축열을 발생시키고 이와 동시에 실내, 외측 열교환기(3)(4) 팬을 정지시켜 실외측 열교환기(4)에 착상된 프로스트를 제상시키는 결과를 얻게 되지만 난방운전 중이던 사이클이 냉방 사이클로 급변됨에 따라 실내측은 저온, 저압의 냉매에 의해 실내교환기(3)의 온도가 강하되는 현상을 동반한다.

이러한 종래의 히트펌프 사이클에 의한 제상방법에 있어서 냉매흐름이 난방에서 제상운전으로 바뀔 경우 실내측은 저온, 저압의 냉매에 의해 실내 열교환기의 온도를 강하시켜 난방복귀후 실내 열교환기의 온도강화가 서멀메스(THERMALMASS)로 작용하여 난방으로서의 복귀를 그만큼 지연시킨다.

또한 제상 및 난방복귀시 모두 변환밸브(2)를 절환해야 하므로 절환소음이 발생되고 잦은 변환밸브(2)의 절환으로 인해 변환밸브(2)의 수명단축과, 제상이 끝난후 난방복귀시 냉매 밸런스를 위해 압축기(1)의 가동을 정지시키고 냉매의 흐름을 안정화 시킨후 가동시키는 가동대기 시간을 필요로하여 그 만큼 난방운전이 늦어지고 실내온도가 떨어져 쾌적한 난방을 기대할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 제상이 끝난후 난방 복귀시 운전 복귀에 따르는 대기시간을 없애도록 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 변환밸브의 수명을 연장시켜 주는데 있다.

이러한 목적들은 실내, 외측열교환기, 압축기, 팽창밸브로 되는 히트펌프의 재상운전을 위해 최소한 냉매의 흐름을 난방운전과 같은 사이클에서 수행하는 가운데 제상운전을 동시 진행시키기 위하여 그 냉매를 제상용으로 바꿔주기 위해 마련된 제상용 모세관, 상기 제상용 모세관 측으로 냉매가 흐르도록 유도하고 그의 개폐는 팽창장치에서 단속되는 2방변을 팽창밸브측에 부가한 히트펌프 제상장치를 제공함으로서 달성된다.

본 발명의 실시예의 제2도 같이 압축기(1), 냉매흐름절환용 변환밸브(2), 실내, 외측열교환기(3)(4), 난방모세관(6) 및 첵밸브(8) 그리고 냉, 난방 모세관(7)으로 되는 팽창밸브(5)측에 제상운전을 위하여 최소한 냉매의 흐름을 난방운전과 같은 사이클에서 수행되도록 하고 그 냉매를 제상용으로 바꿔주기 위해 제상용 모세관(10)을 설치한다.

또한 상기 제상용 모세관(10) 측으로 냉매가 흐르도록 유도하고 그의 개폐는 팽창밸브(5)에서 단속되는 2방변(11)을 팽창밸브(5)측에 설치한 것을 구성상의 특징으로 하지만 상기 각 모세관(6)(7)(10) 및 첵밸브(8)로 되는 팽창밸브(5)에 2방변(11)을 통합하여 전자 팽창밸브로 구성할 구 있다.

또한 상기 제상용 모세관(10) 내경은 난방 모세관(6) 내경보다 크고 길이는 더 짧게 유지한다.

제2도에서 표현된 본 발명의 실시예와 같은 히트 펌프 사이클 흐름은 난방운전중 실외온도의 열교환기(4)에 착상현상이 발생하여 제상운전이 필요할 때 냉매의 흐름 절환을 위한 변환밸브(2)의 절환을 거치지 않고 그대로 난방운전을 수행하면서 제상운전의 동시진행이 이루어진다.

보통의 제상방법은 난방운전에서 냉방모드를 바꿔줌으로서 소기의 제상효과를 얻는 것이었으나 냉매흐름 급변에 의한 냉매 밸런스 유지문제, 기구적작동부에 가해지는 충격 및 작동손실의 문제점이 지적되었다.

이는 난방운전에 맞춰진 열사이클을 냉방운전으로 예고없이 절환하게 됨으로서 나타나는 현상이다.

한편 제2도의 열사이클 흐름에서 난방A: 제상B: C:냉방인 냉매흐름 일때의 열사이클을 보면 난방 A의 경우 압축기-변환밸브-실내측 열교환기-팽창밸브(난방 모세관-냉난방 모세관)-실외측 열교환기-변화밸브-압축기로 흐르는 보통의 열사이클과 같고, 제상B: 일 때 압축기-변환밸브 -실내측 열교환기-팽창밸브(제상용 모세관)-2방변-실외측 열교환기-변환밸브-압축기로 되어 상기 난방A의 사이클에 비추어 보면 팽창밸브(5)에서 난방 모세관(6) 쪽으로 냉매가 흐르지 않고 제상용 모세관(10)쪽으로 냉매가 유입되어 실외측 열교환기(4)를 제상시키고, 냉방C일 때, 압축기-변환밸브-실외측 열교환기-팽창밸브(냉방모세관-첵밸브)-실내측 열교환기-변환밸브-압축기로 되어 보통의 열사이클과 같고 상기 난방A, 제상B운전과는 반대의 흐름을 갖는다.

따라서 보통의 히트펌프 사이클과 비교하면 난방, 냉방이 같고 새로운 제상 운전 도입이 있는데 보통의 열사이클이 갖는 제상방법은 제상운전을 특별히 규정하지 않고 다만 냉방으로의 전환을 의미하지만 제2도의 열사이클을 보면 제상운전이 정해져 있다.

이것은 난방운전과 같은 상태에서 수행되도록 맞춰져 있는데 제상운전을 위한 몇가지의 새로운 장치가 부가된다.

즉, 보통이 열사이클에서 팽창밸브(5)에 제상용 모세관(10)과 ON/OFF 개폐밸브인 2방면(11)을 배치하는 것으로 만족된다.

이때 재상용 모세관(10)의 내경은 팽창밸브(5)측 난방 모세관(6)내경보다는 더늘이는 줄여서 제상운전일때에 한해서 최소한 첵밸브(8)쪽이나 난방 모세관(6), 냉, 난방 모세관(7)쪽으로 흐르지 않게 한다.

또한 제상운전의 첫 시작점은 ON/OFF 2 방변(11)의 작동과 실외팬의 OFF로 개시되며, 난방운전으로부터의 복귀는 단지 2방변(11)의 차단과 실외팬을 가동시키면 냉매의 흐름이 그대로 난방사이클로 절환되므로 난방복귀에 따르는 소요시간과 열손실을 최소화할수 있고 제상운전이 난방운전과 냉매흐름이 같기 때문에 실내 열교환기팬을 미소풍랸을 흘리므로서 동시에 난방도 겸할 수 있다.

여기서 쓰여지는 2방변(11)은 각모세관(6)(7)(10)과 첵밸브(8)를 통합하여 전자적으로 제어되는 전자 팽창밸므구조화 하여도 무난하다.

제3도는 제상운전시 열사이클의 냉매흐름에 따른 몰리에르선도로서 난방이나 냉방과는 다르게 사이클내부에는 냉매가 가스상태로 존재한다.

여기서 S : 포화영역(Saturation Area), G : 가스영역(Gas Area) a: 압축기 b: 실내열교환기 c: 제상용 모세관 d: 실외열교환기일 때, 제상운전은 가스영역에서 그림과 같이 a-b-c-d방향으로 냉매 흐름이 진행된다.

또한 실내열교환기(3)와 실외열교환기(4) 모두가 열을 빼앗기는 사이클림을 알수 있고, 난방복귀시 곧바로 냉매의 정상적인 흐름을 유지하여 서멀메스 현상을 없애주면서도 빠르게 난방복귀가 진행될 수 있는 상태에 있다.

이와같이 본 발명은 제상운전시 난방에서 냉방운전으로 바꿔주기 위해 변환밸브를 절환하는 보통의 제상방법과는 달리 변환밸브의 절환을 거치지 않음으로서 밸브수명 연장과 절환에 따르는 소음을 줄일 수 있고 제상이 끝난 후 난방으로 복귀 대기시간을 줄여주는 한편 제상운전중 압축기의 가동을 유지하여 난방효율을 증대시킨다.

또한 제상운전중에서도 실내기의 온도는 실내온도보다 상승하므로 난방운전을 동시에 수행하는 결과를 얻어 운용면에서 쾌적한 운전상태를 유지할 수 있다.

Claims (2)

1. 실내, 외측열교환기, 압축기, 팽창밸브로되는 히트펌프의 재상운전을 위해 최소한 냉매의 흐름을 난방운전과 같은 사이클로 유지하여 재상운전을 수행하는 가운데 그 냉매를 제상용으로 바꿔주기 위해 팽창밸브측에 마련된 제상용 모세관과, 상기 제상용 모세관 측으로 냉매가 흐르도록 유도하고 그의 개폐는 팽창밸브에서 단속되는 2방변을 팽창밸브측에 부가한 것을 특징으로 하는 히트펌프 제상장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제상용 모세관 내경은 난방모세관 내경보다 상대적으로 크고 길이는 더 짧게 한 히트펌프 제상장치.