KR0171308B1 - 난방 저온 성능을 개선한 히트펌프 공기조화기 - Google Patents

Abstract

압축기, 응축기, 팽창기구, 증발기를 구비한 히트펌프 공기조화기에 있어서, 압축기의 주위에 설치되어 압축기의 방출열을 상변화물질을 이용하여 흡수저장하는 흡수기와, 실외열교환기의 전단에 설치되어 상기 흡수기의 열을 증발기의 흡입공기와 열교환시키어 흡입공기의 온도를 상승시키는 전열교환부를 구비한 히트펌프 공기조화기.

Description

난방 저온 성능을 개선한 히트펌프 공기조화기

제1도는 종래의 히트펌프 공기조화기의 실외기의 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 히트펌프 공기조화기의 실외기의 구성도.

제3도는 본 발명에 따른 히트파이프 열교환기의 구성도.

제4도는 본 발명에 따른 히트파이프의 내부를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 압축기 2 : 팬

3 : 실외열교환기(증발기) 4 : 모세관

10 : 열교환기 11 : 히프파이프

13 : 핀 15 : 단열제

16 : 동관 17 : 메시

18 : 액상매질 19 : 기상매질

20 : 흡수기

본 발명은 히트펌프 공기조화기에 관한 것으로, 특히 압축기의 방출열을 이용하여 실외열교환기의 흡입공기온도를 상승시키어 난방운전시 저압과 냉매순환량을 증가 시켜 정격 난방능력을 향상하도록 한 히트펌프 공기조화기에 관한 것이다.

종래의 히트펌프 공기조화기는 제1도에 도시된 바와 같이, 난방운전시에는 압축기(1)에서 토출된 고온 고압의 냉매가 실내 열교환기(응축기: 미도시)를 지나면서 방열하여 응축되어 과냉액이 되고, 이 과냉액이 팽창기구(4)를 지나면서 감압이 일어나 저온저압의 저건도 냉매가 실외열교환기(3, 증발기)를 통과하면서 팬(2)에 의해 흡입된 공기중의 열을 흡열하여 증발이 일어나 과열된 상태로 압축기(1)에 흡입되는 순환을 반복한다.

그런데, 실외온도가 영상일 경우에는 예를들면, 실외온도가 7℃일 경우 냉매의 증발온도가 0℃∼2℃가 되나, 실외온도가 영하일 경우 예를들면 -5℃일 경우 냉매의 증발온도가 -12℃로 떨어지게 되고, 따라서 실내열교환기의 온도, 즉 응축온도도 떨어지게 되어 전체적인 사이클이 제5도에 도시된 바와 같이 밑으로 쳐지게 된다.

응축온도가 낮으면 난방열량이 떨어지게 되어 정격조건 (실내21℃, 실외7℃)의 공기온도에서 보다 능력이 70% 정도밖에 나오지 않는다. 또한 압축기 흡입비체적이 증발온도가 낮을수록 커지고 냉매비체적이 증가하면, 밀도는 비체적의 역수이므로 압축기 흡입 냉매질량은 직접적으로 감소하게 된다. 이러한 원인으로 사이클 전체 냉매 순환량 감소하게 되어 -5℃외기온일 경우 능력이 정격능력에 비해 60∼70%정도 밖에 나오지 않는다. 냉매 순환량에 직접적으로 저하를 가져온다.

이와 같이 실시온도가 낮을 경우 증발온도가 저하하고, 이로인하여 응축온도가 저하하고, 또 증발온도의 저하에 따른 압축기 흡입냉매의 비체적이 증가하여 사이클 냉매순환량이 감소하게되어 난방능력이 감소되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 난방운전시 압축기의 방출열을 이용하여 실외열교환기의 흡입공기온도를 상승시키고 실외열교환기의 증발온도를 증가시켜 실내열교환기의 응축온도를 상승시키고, 결과적으로 압축기 흡입냉매 비체적을 감소시키므로써 사이클 냉매순환량을 증가시키어 난방능력을 향상할 수 있는 히트펌프 공기조화기의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 히트펌프 공기조화기는, 압축기, 응축기, 팽창기구, 증발기를 구비한 히트펌프 공기조화기에 있어서, 압축기의 주위에 설치되어 압축기의 방출열을 상변화물질을 이용하여 흡수저장하는 흡수기와, 실외열교환기의 전단에 설치되어 상기 흡수기의 열을 증발기의 흡입공기와 열교환시키어 흡입공기의 온도를 상승시키는 전열교환부를 구비한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면에 의거하여 본 발명의 히트펌프 공기조화기를 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명의 히트펌프 공기조화기의 실외기를 나타낸 것으로, 압축기(1)의 주위에 압축기의 방출열을 상변화물질(PHASE CHANGE MATERIAL)로 흡수저장하는 열흡수기(20)가 설치되고, 증발기(3)의 전단에 열흡수기(20)의 열을 증발기 흡입공기로 열교환시키는 히트파이프(11)와 핀(13)으로 구성된 전열교환기(10)이 설치되어 있다.

상기 흡수기(10)의 상변화물질은 열을 흡수하면 융해되어 열을 저장하게 된다.

상기 전열교환기(20)는 상기 흡수기(10)와 연결되어 증발기(3)의 전단까지 연장되어 있는 히트파이프(11)와, 히트파이프(11)의 증발기전단부분에 설치된 열교환핀(13)을 구비한다.

이하, 본 발명의 히트펌프 공기조화기의 작용을 설명한다.

압축기(1)가 운전중에 고온이 (약 70℃∼100℃)되며, 이 고온의 열을 압축기의 주위에 설치된 흡수기(20)의 상변화물질이 흡수하면 융해(고체→액체)되어 열을 일단 저장하고, 이 저장된 열이 히트파이프(11)를 통해 전달되어 증발기의 전단부의 히트파이프(11)와 핀(13)에서 흡입공기와 열교환되어 흡입공기온도를 올리는 역할을 수행하게 한다.

제4도는 이러한 히트파이프의 내부와 동작 원리를 보여준다.

히트파이프(11)의 외부는 동관(16)으로 구성되고 막혀있고, 동관(16)의 바로 안쪽에 메시(17)가 설치되어 있어 그 내부에는 매질(R-22, 암모니아등)이 들어있다. 즉 메시의 안쪽에는 액상매질(18)이, 메시의 바깥쪽 즉 동관의 안쪽에는 기상의 매질(19)이 있다.

히트파이프(11)는 크게 3 부분으로 나뉘는데, 액상의 매질(18)이 기화하면서 열을 흡수하는 증발구역, 단순히 매질의 운동만이 수행되고 단열재(15)로 둘러싸인 단열구역, 기상의 매질(19)이 응축하면서 열을 방출하는 응축구역으로 나뉘며, 응축된 액상매질(18)은 응축구역에서 증발구역으로 모세관 효과에 의해 메시의 안쪽을 타고 증발구역으로 유입된다.

즉, 흡수기의 열이 히트파이프(11)의 액상의 매질(18)이 기화하면서 열을 흡수하는 증발구역에서 흡수되어 히트파이프(11)의 매질의 운동만이 수행되고 단열재(15)로 둘러싸인 단열구역을 통해 증발기의 전단으로 유동되어 히트파이프(11)의 기상의 매질(19)이 응축하면서 열을 방출하는 응축구역에서 흡입공기와 열교환되어 흡입공기의 온도가 상승하게 되는 것이다.

이러한 히트파이프의 열전달은 순식간에 이루어지며 열전달효율이 거의 100%에 가깝다(구리의 약200배의 열전달 계수를 갖는다).

그리하여, 제5도에 도시된 바와 같이, p-h선이 종래의 경우에 비하여 위로 상승되는 효과에 의해 응축온도의 증가와 압축기 흡입 비체적의 감소로 사이클 냉매 순환량의 증가로 이어져 난방능력의 직접적인 상승효과를 낸다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 압축기의 방출열을 이용하여 실외열교환기의 흡입공기온도를 상승시키어 증발온도와 응축온도를 상승시키고, 증발온도상승에 따라 압축기 흡입냉매비체적을 감소시키어 사이클의 냉매순환량을 증대시킴으로서 난방능력을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 압축기, 응축기, 팽창기구, 증발기를 구비한 히트펌프 공기조화기에 있어서, 압축기의 주위에 설치되어 압축기의 방출열을 상변화물질을 이용하여 흡수저장하는 흡수기와, 실외열교환기의 전단에 설치되어 상기 흡수기의 열을 증발기의 흡입공기와 열교환시키어 흡입공기의 온도를 상승시키는 전열교환부를 구비한 것을 특징으로 하는 히트펌프 공기조화기.
2. 제1항에 있어서, 상기 상변화물질은 압축기의 방출열에 의해 융해되는 물질인 것을 특징으로 하는 히트펌프 공기조화기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전열교환기는 상기 흡수기와 연결되어 실외열교환기의 전단까지 연장된 히트파이프와, 상기 히트파이프의 실외열교환기의 부분에 설치된 전열핀을 구비한 것을 특징으로 하는 히트펌프 공기조화기.
4. 제3항에 있어서, 상기 히트파이프는 내면에 메시가 설치된 동관으로 구성되고, 메시와 동관사이에는 액상의 매질이 존재하고, 동관의 중심부인 메시의 안쪽에는 기상의 매질이 존재하고, 액상의 매질이 모세관현상을 이용하여 파이프내를 이동하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 공기조화기.