KR100241457B1 - 히트펌프용 실외기의 증발온도 보상구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프용 실외기의 증발온도 보상구조에 관한 것으로, 종래에는 실외온도의 하강에 따라 증발온도 역시 하강하게 되고, 그 증발온도의 하강에 따라 압축기로 유입되는 냉매의 밀도가 하강하게 되어 냉매유량이 감소하게 되고, 결국 응축온도도 하강하게 되어 난방능력이 저하되는 문제점이 있었던 바, 본 발명에서는 상기 증발기로부터 녹아 흘러내리는 응축수를 압축기 하측으로 유도하여 가열되도록 함과 아울러 그 가열된 응축수속으로 증발기의 입구배관을 통과시켜 냉매의 증발온도를 일정하게 유지하도록 하기 위한 응축수 고임부를 실외기 케이스의 압축기 하측에 형성하고, 그 실외기 케이스의 일측에는 응축수가 증발기로 역류하는 것을 방지할 수 있는 높이에 응축수 배수구를 형성함으로써, 상기 증발기로 유입되는 냉매의 증발온도가 상승하여 압축기에서의 냉매밀도 증가 및 그에 따른 냉매유량과 난방능력이 향상됨과 아울러, 상기 압축기는 응축수에 의해 냉각되므로 압축기 내부의 모터효율이 상승하게 되어 전체적으로는 히트펌프의 에너지 소비효율이 현저하게 개선되는 효과가 있다.

Description

히트펌프용 실외기의 증발온도 보상구조

본 발명은 히트펌프의 실외기에 관한 것으로, 특히 증발온도를 높여 전체적으로 냉매의 유량을 증가시킴으로써 난방능력을 향상시키고자 하는 히트펌프용 실외기의 증발온도 보상구조에 관한 것이다.

일반적인 냉동사이클은 냉장고나 공기조화기 등에 적용되어 외부로부터 열을 흡수하거나 또는 외부로 열을 방출하여, 식품을 신선하게 보관하기도 하고 실내를 냉/난방시켜 실내환경을 쾌적하게 유지하기도 한다.

이러한 냉동사이클은 저온저압의 기체상태인 냉매를 고온고압의 기체상태 냉매로 변화시키는 압축기와, 그 압축기에서 변화된 고온고압의 기체상태인 냉매를 고온고압의 액체상태의 냉매로 변화시키는 응축기(이하, 응축용 열교환기로 혼용함)와, 그 응축기에서 변화된 고온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 모세관과, 그 모세관에서 변화된 저온저압의 액체상태인 냉매를 기체상태로 변화시키면서 외부의 열을 흡수하는 증발기(이하, 증발용 열교환기와 혼용함)로 구성되는데, 이때 상기 각 구성요소들은 냉매관으로 연결되어 있다.

상기의 냉동사이클을 응용하여 냉/난방을 겸할 수 있는 히트펌프의 냉동사이클은 도 1에 도시된 바와 같다.

즉, 히트펌프용 냉동사이클은 상기 압축기(1)의 출구에 4방향밸브(2)의 일측이 결합되고, 그 4방향밸브(2)의 다른 일측에 응축용 열교환기(이하, 응축기와 혼용함)(3)가 연결되며, 그 응축용 열교환기(3)에 이어 모세관(4)으로 통칭되는 팽창기구가 연결되고, 그 모세관(4)에 이어 증발용 열교환기(이하, 증발기와 혼용함)(5)가 연결되며, 그 증발용 열교환기(5)에 이어 상기 4방향밸브(2)의 또다른 일측에 결합되고, 그 4방향밸브(2)의 또다른 일측에는 어큐뮬레이터(미도시)가 연결되며, 그 어큐뮬레이터는 압축기(1)의 입구에 연결되어 이루어진다.

도면중 미설명 부호인 3a는 실내팬(시로코팬), 5a는 실외팬(축류팬)이다.

상기와 같이 구성된 히트펌프용 냉동사이클에 있어서, 상기 4방향밸브(2)의 방향을 변환시키면서 응축용 열교환기(3)와 증발용 열교환기(5)의 역할을 바꿔 냉방용 또는 난방용으로 사용하게 된다.

즉, 상기 히트펌프용 냉동사이클이 냉방중일 경우에는 실내열교환기가 증발기의 역할을 하게 되는 반면에 난방중일 경우에는 상기 실내열교환기는 응축기의 역할을 하게 되는 것이다. 물론, 이때의 실외열교환기는 냉방중일 경우 응축기의 역할을 하게 되는 반면에 난방중일 경우 증발기의 역할을 하게 된다.

여기서, 상기 히트펌프용 냉동사이클이 난방용으로 사용되는 경우에 대한 냉매흐름의 순서는 다음과 같다.

먼저, 압축기의 작동에 따라 냉매가 압축기(1) - 4방향밸브(2) - 응축기(3) - 모세관(4) - 증발기(5) - 4방향밸브(2) - 어큐뮬레이터(미도시) - 압축기(1)의 순서를 거치면서 진행되어 응축기(3)에서 열교환되는 더운공기를 실내측 시로코팬(3a)이 실내로 토출시켜 난방상태를 유지하게 되는 것이었다.

이러한, 정상상태의 난방사이클에서(외부온도 조건은 7℃정도) 실외에 설치된 증발용 열교환기(5)의 증발온도가 약 0℃에서 1℃정도이나 외부온도가 낮아지게 되면 냉매와 공기의 온도차가 계속 줄어들어 열교환 효율이 감소하게 되고, 특히 난방과정중 실내에 설치된 응축용 열교환기(3)에서 열교환이 이루어지는 동안 실외에 설치된 증발용 열교환기(5)에서도 열교환이 이루어지면서 그 증발용 열교환기(5)의 외표면에 서리가 발생하게 되어 도 2에 도시된 바와 같이, 히트펌프의 성능이 더욱 저하되는 원인이 되어왔다.

이에, 종래에는 상기 4방향밸브(2)를 주기적으로 변경하여 압축기(1)에서 토출되는 고온의 냉매를 증발용 열교환기(5)로 보내 그 냉매의 온도로 증발용 열교환기(5)의 외표면에 형성된 서리를 제거하고, 그 제거된 응축수는 실외기 케이스(미도시)의 일측에 형성된 응축수 배수구(미도시)를 통해 외부로 배출하도록 되어 있었다.

그러나, 일반적으로 냉매는 히트펌프의 난방사이클에 있어서 응축기(3)와 증발기(5)간의 압력차가 거의 일정하게 나타나기 때문에 실외측의 냉매온도가 소정량만큼 떨어지게 되면, 실내측 냉매온도도 그만큼 하강하게 되어 결국 실내로 적정한 온풍을 공급할 수 없게 되는 문제점이 있었다.

일례로, 상기 외부의 온도가 0℃이하로 떨어지게 되면 증발용 열교환기(5)를 흐르는 냉매의 증발온도가 -5℃이하로 떨어지게 됨에 따라 응축용 열교환기(3)로 유입되는 냉매의 응축온도도 41℃정도로 하강하게 되고, 이에 따라 실내로 토출되는 온풍의 온도가 40℃이하가 되어 소비자로 하여금 난방에 대한 불만감을 갖게 하는 것은 물론 팬히터와 같은 별도의 보조 난방기구를 사용하게 되어 비용상승이 발생하게 되는 것이었다.

따라서, 본 발명은 종래의 실외기가 가지는 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 증발용 열교환기내 냉매의 증발온도가 지나치게 하강하는 것을 방지하여 응축용 열교환기내 냉매의 응축온도가 항상 적정온도를 유지하도록 함으로써, 그 응축용 열교환기로부터 토출되는 온풍에 대해 소비자가 항상 만족감을 갖도록 함은 물론 별도의 보조 난방기구 사용을 배제하여 소비자의 비용상승을 방지할 수 있는 히트펌프용 실외기의 증발온도 보상구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 히트펌프에 있어서, 냉동사이클의 구성을 보인 개략도.

도 2는 종래 히트펌프에 있어서, 증발온도에 변화에 따른 T-S선도.

도 3은 본 발명에 의한 히트펌프의 실외기를 개략적으로 보인 종단면도.

도 4는 본 발명에 의한 히트펌프의 실외기에 대한 일례를 확대하여 보인 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 압축기 5 : 증발기

5a : 증발기 입구배관 10 : 실외기 케이스

11 : 응축수 고임홈부 12 : 응축수 배수구

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 압축기 및 팽창용 모세관 그리고 증발기로 구성되는 히트펌프의 난방용 실외기에 있어서, 상기 증발기로부터 녹아 흘러내리는 응축수를 압축기 하측으로 유도하여 가열되도록 함과 아울러 그 가열된 응축수속으로 증발기의 입구배관을 통과시켜 냉매의 증발온도를 일정하게 유지하도록 하기 위한 응축수 고임부를 실외기 케이스의 압축기 하측에 형성하고, 그 실외기 케이스의 일측에는 응축수가 증발기로 역류하는 것을 방지할 수 있는 높이에 응축수 배수구를 형성한 것을 특징으로 하는 히트펌프용 실외기의 증발온도 보상구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 히트펌프용 실외기의 증발온도 보상구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 히트펌프용 실외기는 증발기로부터 녹아 흘러내리는 응축수를 압축기 하측으로 유도하여 가열되도록 함과 아울러 그 가열된 응축수속으로 증발기의 입구배관을 통과시켜 냉매의 증발온도를 일정하게 유지하도록 하기 위한 것으로, 도 3은 이러한 증발온도 보상구조가 구비된 히트펌프의 실외기를 정면에서 보인 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 히트펌프용 실외기는, 그 실외기 케이스(10)가 통상 육면체형으로 형성되어 내부에 압축기(1) 및 팽창용 모세관(미도시) 그리고 증발기(5) 등 냉동사이클장치의 일부가 탑재되는데, 상기 실외기 케이스(10)의 바닥면 일측에는 압축기(1)가 고정 설치되고, 그 압축기(1)의 일측에는 냉매관(미도시)으로 연결되는 증발기(5)가 고정 설치된다.

상기 압축기(1)가 설치되는 실외기 케이스(10)의 바닥면은 증발기(5)가 설치되는 부위보다 낮게 함몰되어 그 증발기(5)의 냉각핀으로부터 녹아 흘러내리는 응축수가 고이도록 응축수 고임홈부(11)가 형성되고, 상기 실외기 케이스(10)의 일측에는 응축수 고임홈부911)의 상단높이가 증발기(5)의 하단높이보다 항상 낮게 되도록 응축수 배수구(12)가 형성된다.

상기 증발기(5)가 설치되는 실외기 케이스(10)의 바닥면(10a)은 녹아 흘러내린 응축수가 용이하게 응축수 고임홈부(11)로 흘러 내려가도록 비스듬하게 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 증발기 입구배관(5a)은 열전달효율을 극대화하기 위하여 응축수 고임홈부(11)에서 압축기(1)의 외부에 수차례 감겨진 다음에 증발기(미도시)에 연결되는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 증발온도 보상구조가 구비된 히트펌프용 실외기에 있어서, 그 냉동사이클장치가 난방용으로 사용될 경우의 일반적인 냉매의 흐름은 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같다.

즉, 압축기의 작동에 따라 냉매가 압축기(1) - 4방향밸브(2) - 응축기(3) - 팽창기구(4) - 증발기(5) - 4방향밸브(2) - 어큐뮬레이터(미도시) - 압축기(1)의 순서를 거치면서 진행되어 응축기(3)에서 열교환되는 더운공기를 실내측 시로코팬(3a)이 실내로 토출시켜 난방상태를 유지하게 되는 것이다.

이러한 과정에서 상기 증발기(5)의 외표면에는 외부와의 온도차에 의한 서리가 발생되고, 그 서리는 냉동사이클의 역순환에 의해 녹게 되며, 그 녹은 응축수는 실외기 케이스(10)의 바닥면으로 흘러내려 다시 압축기(1)가 설치된 응축수 고임홈부(11)로 고이게 된다.

이 응축수 고임홈부(11)로 흘러들어온 응축수는 고온의 압축기(통상 압축기 몸체의 온도는 약 80∼90℃까지 상승하게 된다.)(1)에 의해 약 30∼40℃까지 가열되고, 그 응축수 고임홈부(11)를 통과하는 증발기 입구배관(5a)의 냉매가 응축수로부터 충분한 열을 흡수하게 되어 냉매의 증발온도가 상승하게 되는 것이다.

결국, 상기 증발기(5)로 유입되는 냉매의 증발온도가 상승하게 됨에 따라 그 증발기(5)를 거쳐 압축기(1)로 흘러나가는 냉매의 밀도가 증가하여 냉매의 유량이 증가하게 되고, 이렇게 압축기(1)에서의 냉매밀도가 높아져 압축효율이 향상되므로 히트펌프의 난방능력이 향상되는 반면에, 상기 압축기(1)는 응축수에 의해 냉각되므로 압축기 내부의 모터효율이 상승하게 되어 전체적으로는 히트펌프의 에너지 소비효율(E.E.R)이 현저하게 개선되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 히트펌프용 실외기의 증발온도 보상구조는, 상기 증발기로부터 녹아 흘러내리는 응축수를 압축기 하측으로 유도하여 가열되도록 함과 아울러 그 가열된 응축수속으로 증발기의 입구배관을 통과시켜 냉매의 증발온도를 일정하게 유지하도록 하기 위한 응축수 고임부를 실외기 케이스의 압축기 하측에 형성하고, 그 실외기 케이스의 일측에는 응축수가 증발기로 역류하는 것을 방지할 수 있는 높이에 응축수 배수구를 형성함으로써, 상기 증발기로 유입되는 냉매의 증발온도가 상승하여 압축기에서의 냉매밀도 증가 및 그에 따른 냉매유량과 난방능력이 향상됨과 아울러, 상기 압축기는 응축수에 의해 냉각되므로 압축기 내부의 모터효율이 상승하게 되어 전체적으로는 히트펌프의 에너지 소비효율이 현저하게 개선되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 압축기 및 팽창용 모세관 그리고 증발기로 구성되는 히트펌프의 난방용 실외기에 있어서, 상기 증발기로부터 녹아 흘러내리는 응축수를 압축기 하측으로 유도하여 가열되도록 함과 아울러 그 가열된 응축수속으로 증발기의 입구배관을 통과시켜 냉매의 증발온도를 일정하게 유지하도록 하기 위한 응축수 고임부를 실외기 케이스의 압축기 하측에 형성하고, 그 실외기 케이스의 일측에는 응축수가 증발기로 역류하는 것을 방지할 수 있는 높이에 응축수 배수구를 형성한 것을 특징으로 하는 히트펌프용 실외기의 증발온도 보상구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 응축수 고임부의 내부로 증발기의 입구배관이 수회 통과하도록 증발기의 입구배관을 압축기 주위에 수차례 감아 증발기에 연결시킨 것을 특징으로 하는 히트펌프용 실외기의 증발온도 보상구조.

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