KR100287859B1

KR100287859B1 - 히트펌프 및 그 운전방법

Info

Publication number: KR100287859B1
Application number: KR1019980018353A
Authority: KR
Inventors: 이장호
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1998-05-21
Filing date: 1998-05-21
Publication date: 2001-05-02
Also published as: KR19990085744A

Abstract

본 발명은 히프펌프에 관한 것으로서, 난방정지시에는 냉매를 실내열교환기가 설치되어 있는 고온부 및 실외열교환기가 설치되어 있는 저온부에 각각 가두어 두도록 하여 압축기 내의 오일에 용해되는 액냉매의 양을 대폭 줄임과 함께 상기 난방정지 후 다시 난방운전을 행할 때는 압축기에서 압축되어 토출되는 냉매의 열을 이용해 상기 압축기를 신속하게 가열시켜 주도록 하여 압축기 내부의 오일에 용해되어 있는 액냉매의 증발을 촉진시킴에 따라 압축기의 예열운전시간이 단축되도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 압축기(101)의 출구측과 사방변(102)이 제1연결관(103)에 의해 연결되고, 상기 사방변(102)과 실내열교환기(104)가 제2연결관(105)에 의해 연결되며, 상기 실내열교환기(104)와 실외열교환기(106)가 제3연결관(107)에 의해 연결되고, 상기 실외열교환기(106)와 사방변(102)이 제4연결관(108)에 의해 연결되며, 상기 사방변(102)과 압축기(101)의 입구측이 제5연결관(109)에 의해 연결되고, 제1연결관(103)과 제5연결관(109)이 바이페스관(110)에 의해 연결되며, 상기 실내열교환기(104)의 근접부에 실내팬(111)이 설치됨과 함께 실외열교환기(106)의 근접부에 실외팬(112)이 설치된 것에 있어서, 상기 바이페스관(110) 연결부분과 사방변(102) 사이의 제1연결관(103)에 제1연결관 관로개폐부재를 설치하고, 상기 바이페스관(110) 연결부분과 사방변(102) 사이의 제5연결관(109)에는 제5연결관 관로개폐부재를 설치하여 난방운전이 정지될 경우나 파워가 오프될 경우에는 상기 제1연결관 관로개폐부재가 제1연결관(103)의 관로를 폐쇄시켜 줌과 함께 제5연결관 관로개폐부재가 제5연결관(109)의 관로를 폐쇄시켜 주도록 한 것이다.

Description

히트펌프 및 그 운전방법

본 발명은 히트펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저온 조건에서 난방을 행하다가 난방이 정지되었거나 여려가지 요인에 의해 파워가 오프되었을 경우 많은량의 냉매가 압축기로 되돌아가지 않도록 함에 따라 다시 난방을 행할 때 예열운전시간이 단축되도록 한 것이다.

일반적으로 히트펌프(Heat Pump)는 냉방 및 난방이 선택적으로 이루어짐이 가능하도록 한 공기조화기로서, 상기 냉방 및 난방모드의 선택시 냉매의 흐름이 서로 역방향으로 행하여 지면서 상기 선택된 모드에 따라 냉방이 행하여 지거나 난방이 행하여 진다.

이러한 히트펌프의 종래 싸이클 구성은 압축기(1)의 출구측과 사방변(2)이 제1연결관(3)에 의해 연결되어 있고, 상기 사방변(2)과 실내열교환기(4)가 제2연결관(5)에 의해 연결되어 있으며, 상기 실내열교환기(4)와 실외열교환기(6)가 제3연결관(7)에 의해 연결되어 있고, 상기 실외열교환기(6)와 사방변(2)이 제4연결관(8)에 의해 열결되어 있으며, 상기 사방변(2)과 압축기(1)의 입구측이 제5연결관(9)에 의해 연결되어 있고, 상기 제1연결관(3)과 제5연결관(9)이 바이페스관(10)에 의해 연결되어 있으며, 상기 실내열교환기(4)의 근접부에는 실내열교환기 쪽으로 바람을 불어주도록 실내팬(11)이 설치되어 있고, 상기 실외열교환기(4)의 근접부에는 실외열교환기 쪽으로 바람을 불어주도록 실외팬(12)이 설치되어 있다.

또한 상기 제1연결관(3)의 바이페스관(10) 연결부분과 사방변(2) 사이에는 역지변(13)이 설치되어 있고, 상기 제3연결관(7)에는 팽창변(14)이 설치되어 있으며, 상기 제5연결관(9)에는 기액분리기(15)가 설치되어 있고, 상기 바이페스관(10)에는 전자변(16)이 설치되어 있다.

이와같이 구성된 종래 히트펌프에 의해 냉방과 난방이 행하여 지는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

스톱모드가 선택된 상태(파워는 온되어 있지만 냉방모드나 난방모드가 선택되지 않은 상태)에서는 압축기(1)는 정지상태에 있고, 사방변(2)의 관로상태는 제1도의 실선과 같이 바뀌어져 있으며, 실내팬(11)과 실외팬(12)은 정지상태에 있고, 바이페스관(10)에 설치된 전자변(16)은 닫혀있다.

상기한 스톱상태에서 냉방모드를 선택하면 콘트롤러의 제어신호를 받아 압축기(1)가 작동하여 저온,저압의 기체냉매를 고온,고압의 기체냉매로 압축하고, 사방변(2)의 관로방향은 도 1의 실선과 같이 그대로 있게 되며, 바이페스관(10)에 설치된 전자변(16)은 콘트롤러의 제어신호를 받아 닫힘과 함께 제3연결관(7)에 설치된 팽창변(14)은 콘트롤러의 제어신호를 받아 열리므로 상기 압축기(1)에 의해 압축된 냉매가 제1연결관(3)을 통해 사방변(2)으로 들어간 다음 계속해서 제4연결관(8)을 통해 실외열교환기(6)로 들어가 고온,고압의 액체냉매로 응축되면서 외부로 열을 발산하게 된다.

상기 실외열교환기(6)에 의해 응축된 고온,고압의 액체냉매는 제3연결관(7)에 설치된 팽창변(14)을 통과하면서 온도와 압력이 급격히 떨어진 저온,저압의 2상냉매(액체와 기체의 혼합냉매)로 바뀐 다음 계속해서 실내열교환기(4)로 들어가 기체상태로 증발되면서 외부의 열을 흡수하게 되고, 상기 실내열교환기를 통과한 저온,저압의 기체냉매는 제2연결관(5)을 통해 사방변(2)으로 들어간 다음 계속해서 제5연결관(9)을 통해 다시 압축기(1)로 들어가 고온,고압의 기체냉매로 압축되는 냉방싸이클을 이루는데, 상기 저온,저압의 기체냉매가 제5연결관(9)을 통해 압축기(1)로 들어가는 과정에서 기액분리기(15)를 통과하게 되므로 기체냉매에 포함된 소량의 액냉매가 상기 기액분리기에 의해 분리됨은 이해 가능하다.

한편 상기한 냉방싸이클 동작시 실내열교환기(4)의 근접부에 설치된 실내팬(11) 및 실외열교환기(6)의 근접부에 설치된 실외팬(12)이 각각 콘트롤러의 제어신호를 받아 회전하면서 바람을 발생시키는데, 이때 상기 실외팬(12)에 의해 발생된 바람은 실외열교환기(6)를 지나면서 더운 공기로 바뀌어 진 다음 계속해서 외부로 배출되고, 상기 실내팬(11)에 의해 발생된 바람은 실내열교환기(4)를 지나면서 열교환되어 찬공기로 바뀌어 진 다음 계속해서 실내로 배출되므로 상기 실내가 찬공기에 의해 냉방이 되는 것이다.

또한 사용자가 스톱상태에서 난방모드를 선택하면 압축기(1)가 콘트롤러의 제어신호를 받아 작동하여 저온,저압의 기체냉매를 고온,고압의 기체냉매로 압축하고, 사방변(2)의 관로방향은 도 1의 일점쇄선과 같이 바뀌게 되며, 바이페스관(10)에 설치된 전자변(16)은 콘트롤러의 제어신호를 받아 열림과 함께 제3연결관(7)에 설치된 팽창변(14)은 콘트롤러의 제어신호를 받아 열리므로 상기 압축기(1)에 의해 압축된 고온,고압의 기체냉매중 대부분의 냉매는 제1연결관(3)→전자변(16)이 설치된 바이페스관(10)→기액분리기(15)가 설치된 제5연결관(9)을 연속적으로 통해 바이페스되어 다시 압축기(1)로 들어가는 순환작용을 행함과 함께, 상기 압축기(1)에 의해 압축된 고온,고압의 기체냉매중 일부의 냉매는 역지변(13)이 설치된 제1연결관(3)을 통해 사방변(2)으로 들어간 다음 계속해서 제2연결관(5)을 통해 실내열교환기(4)→팽창변(14)이 설치된 제3연결관(7)을 통해 실외열교환기(6)→제4연결관(8)을 통해 사방변(2)→기액분리기(15)가 설치된 제5연결관(9)을 통해 압축기(1)로 들어가는 순환작용을 행한다.

상기한 작용이 일정시간 동안 행하여 지면 바이페스관(10)에 설치된 전자변(16)이 콘트롤러의 제어신호를 받아 닫히므로 이때부터는 상기 압축기(1)에 의해 압축된 고온,고압의 기체냉매가 역지변(13)이 설치된 제1연결관(3)을 통해 사방변(2)으로 들어간 다음 계속해서 제2연결관(5)을 통해 실내열교환기(4)로 들어가 고온,고압의 액체냉매로 응축되면서 외부로 열을 발산하게 된다.

상기 실내열교환기(4)에 의해 응축된 고온,고압의 액체냉매는 제3연결관(7)에 설치된 팽창변(14)을 통과하면서 온도와 압력이 급격히 떨어진 저온,저압의 2상냉매(액체와 기체의 혼합냉매)로 바뀐 다음 계속해서 실외열교환기(6)로 들어가 기체상태로 증발되면서 외부의 열을 흡수하게 되고, 상기 실외열교환기를 통과한 저온,저압의 기체냉매는 계속해서 제4연결관(8)을 통해 사방변(2)으로 들어간 다음 제5연결관(9)을 통해 다시 압축기(1)로 들어가 고온,고압의 기체냉매로 압축되는 난방싸이클을 이루는데, 상기 저온,저압의 기체냉매가 제5연결관(9)을 통해 압축기(1)로 들어가는 과정에서 기액분리기(15)를 통과하게 되므로 기체냉매에 포함된 소량의 액냉매가 상기 기액분리기(15)에 의해 분리됨은 이해 가능하다.

한편 상기한 난방싸이클 동작시 실내열교환기(4)의 근접부에 설치된 실내팬(11) 및 실외열교환기(6)의 근접부에 설치된 실외팬(12)이 각각 콘트롤러의 제어신호를 받아 회전하면서 바람을 발생시키는데, 이때 상기 실외팬(12)에 의해 발생된 바람은 실외열교환기(6)를 지나면서 찬 공기로 바뀌어 진 다음 계속해서 외부로 배출되고, 상기 실내팬(11)에 의해 발생된 바람은 실내열교환기(4)를 지나면서 열교환되어 더운공기로 바뀌어 진 다음 계속해서 실내로 배출되므로 상기 실내가 더운공기에 의해 난방이 되는 것이다.

이상에서와 같은 난방운전시 초기상태에서 압축기(1)에 의해 압축된 고온,고압의 기체냉매를 곧바로 정상적인 싸이클로 순환시키지 않고 일정시간 동안 바이페스시켜 상기 고온,고압의 기체냉매가 압축기(1)로 다시 되돌아 가도록 하는 것은, 난방운전이 통상 겨울철에 이루어지고 있는 관계로 인하여 외기의 낮은 온도로 인해 상기 압축기(1)내의 냉매가 오일중에 용해되어 액상태에 있음을 감안할 때 상기 용해된 오일중의 액냉매를 고온에 의해 가급적 신속히 증발시켜 난방모드 선택에 따른 초기 기동시 오일거품의 형성 방지에 의한 냉매부족 현상이 발생되지 않도록 하기 위함인데, 이는 상기 난방모드 선택에 따른 초기 기동시에 냉매부족 현상이 발생되지 않으면 압축기(1)의 토출량이 증가되어 난방싸이클이 정상상태로 신속히 도달되기 때문이다.

한편 난방운전이 행하여 지는 도중 난방정지모드가 선택되면 압축기(1)의 작동은 콘트롤러의 제어신호에 의해 중단되고, 제3연결관(7)에 설치된 팽창변(14)은 콘트롤러의 제어신호에 의해 닫히므로 이때부터는 냉매가 실외열교환기(6)로 흘러들어가지 못함과 함께 제1연결관(3)에 설치되어 있는 역지변(13)에 의해 다시 압축기(1)로 역류되지 못함에 따라 결국 냉매는 상기 역지변(13)에서 팽창변(14) 사이의 고온부에 그대로 머물러 있게 되는데, 이는 압축기(1)의 정지시 상기 압축기 내로 들어가 오일에 용해되어 쌓이는 액냉매의 양을 줄여줌에 따라 난방운전이 다시 행하여 질 때 난방운전상태가 정상상태로 신속하게 도달되도록 하기 위함이다.

그럼 여기서 종래 히트 펌프의 난방운전에 따른 저압특성 및 고압특성을 도 2에 의해 참고적으로 설명하면 다음과 같다.

난방모드가 선택되어 압축기(1)가 콘트롤러의 제어신호를 받아 작동하면 초기에는 흡입력에 의해 저압이 하강하다가 바이페스관(10)에 설치된 전자변(16)이 열릴 경우에는 일부의 냉매만이 압축기(1)로 바이페스 됨에 따라 천천히 다시 상승하고, 이후 전자변(16)이 다시 닫히면서 정상적인 난방이 행하여 질 경우에는 다시 천천히 하강하여 안정된 평형 상태를 유지하는 저압 특성을 나타내게 된다.

또한 난방모드가 선택되어 압축기(1)가 콘트롤러의 제어신호를 받아 작동하면 초기에는 토출력에 의해 고압이 상승하다가 바이페스관(10)에 설치된 전자변(16)이 열릴 경우에는 일부의 냉매만이 압축기(1)로 바이페스 됨에 따라 상승이 완만해 지고, 이후 전자변(16)이 다시 닫히면서 정상적인 난방이 행하여 질 경우에는 다시 상승하여 안정된 평형 상태를 유지하는 고압 특성을 나타내게 된다.

따라서 상기의 종래 히트펌프의 저압 및 고압특성에 의하면, 안정된 평행상태를 유지하기 까지 걸리는 시간이 매우 길어진 상태임을 알 수 있다.

그러나 종래 이와같은 히트펌프는 난방정지모드가 선택된 상태에서 만약 파워가 오프되었을 경우에는 상기 파워 오프시 사방변(2)의 관로방향이 도 1의 실선과 같이 냉방상태로 바뀌게 됨을 감안할 때 난방 정시상태에서 역지변(13)과 팽창변(14) 사이의 고온부에 머물러 있던 냉매가 압축기(1) 쪽으로 흘러들어 가므로 이후 다시 파워를 온시켜 난방모드를 선택하게 되면 상기 압축기 내로 들어가 오일에 용해되어 있는 액냉매의 양이 늘어난 상태임에 따라 실제로 난방이 행하여 질 때 운전상태가 정상상태로 신속하게 도달되지 못하는 문제점이 있었다.

또한 난방정지 상태에서 파워가 오프되지 않았을 경우에도 압축기(1)로 흘러들어가지 않고 관로에 그대로 머물러 있는 냉매의 량은 역지변(13)과 팽창변(14) 사이의 고온부에 한정되므로 다시 난방이 행하여 질 때 상기한 정상상태로의 운전이 신속하게 이루어지지 못하는 문제점은 여전히 남아있게 된다.

그리고 겨울철에 난방을 행할 때 압축기(1)가 통상 실외에 위치되어 있는 관계로 인하여 신속히 가열되지 못함에 따라 상기 압축기 내에서 액냉매의 증발이 늦어지므로 실제로 난방을 행할 때 난방 예열운전시간이 길어짐에 따라 정상적인 난방이 행하여질 때까지 걸리는 시간이 길어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 난방정지시에는 냉매를 실내열교환기가 설치되어 있는 고온부 및 실외열교환기가 설치되어 있는 저온부에 각각 가두어 두도록 하여 압축기 내의 오일에 용해되는 액냉매의 양을 대폭 줄임과 함께 상기 난방정지 후 다시 난방운전을 행할 때는 압축기에서 압축되어 토출되는 냉매의 열을 이용해 상기 압축기를 신속하게 가열시켜 주도록 하여 압축기 내부의 오일에 용해되어 있는 액냉매의 증발을 촉진시킴에 따라 압축기의 예열운전시간이 단축되도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 형태에 따르면, 압축기의 출구측과 사방변이 제1연결관에 의해 연결되고, 상기 사방변과 실내열교환기가 제2연결관에 의해 연결되며, 상기 실내열교환기와 실외열교환기가 제3연결관에 의해 연결되고, 상기 실외열교환기와 사방변이 제4연결관에 의해 연결되며, 상기 사방변과 압축기의 입구측이 제5연결관에 의해 연결되고, 제1연결관과 제5연결관이 바이페스관에 의해 연결되며, 상기 실내열교환기의 근접부에 실내팬이 설치됨과 함께 실외열교환기의 근접부에 실외팬이 설치된 것에 있어서, 상기 바이페스관 연결부분과 사방변 사이의 제1연결관에 제1연결관 관로개폐부재를 설치하고, 상기 바이페스관 연결부분과 사방변 사이의 제5연결관에는 제5연결관 관로개폐부재를 설치하여 난방운전이 정지될 경우나 파워가 오프될 경우에는 상기 제1연결관 관로개폐부재가 제1연결관의 관로를 폐쇄시켜 줌과 함께 제5연결관 관로개폐부재가 제5연결관의 관로를 폐쇄시켜 주도록 한 히트펌프가 제공된다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 다른 형태에 따르면, 냉방모드 선택시 압축기에 의해 압축된 냉매가 사방변을 통해 실외열교환기와 실내열교환기를 연속적으로 지난 다음 다시 사방변을 통해 압축기로 들어가도록 하고, 난방모드 선택시에는 압축기에 의해 압축된 모든냉매가 일정시간 동안 일단 바이페스되어 곧바로 압축기로 되돌아간 다음 일정시간 경과후 계속해서 사방변을 통해 실내열교환기와 실외열교환기를 연속적으로 지난 다음 다시 사방변을 통해 압축기로 들어가도록 하며, 난방정지모드시에는 압축기에 의해 압축된 냉매가 실내열교환기쪽인 고온부와 실외열교환기쪽인 저온부에 각각 머물러 있도록 한 히트펌프의 운전방법이 제공된다.

도 1은 종래 히트펌프를 나타낸 싸이클 구성도

도 2는 종래 히트펌프의 저압 및 고압특성을 나타낸 그래프선도

도 3는 본 발명 히트펌프를 나타낸 싸이클 구성도

도 4는 본 발명 히트펌프의 저압 및 고압특성을 나타낸 그래프선도

도 5는 도 3의 "A"부분을 나타낸 상세도

도 6은 도 5의 B-B선 단면도

도 7은 도 3의 "A"부분을 다른 실시예로 나타낸 상세도

도 8은 도 3의 "A"부분을 또다른 실시예로 나타낸 상세도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101. 압축기 102. 사방변

103. 제1연결관 104. 실내열교환기

105. 제2연결관 106. 실외열교환기

107. 제3연결관 108. 제4연결관

109. 제5연결관 110. 바이페스관

111. 실내팬 112. 실외팬

113. 제1전자변 115. 냉매탱크

116. 제2전자변 118. 제3전자변

119. 단열재 120. 압축기 온도센서

121. 열교환기 온도센서 122. 보조관

123. 분지관 124. 합지관

이하 본 발명을 일 실시예로 도시한 첨부된 도 3 내지 도 6을 참고로 하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 3은 본 발명 히트펌프를 나타낸 싸이클 구성도이고, 도 4는 본 발명 히트펌프의 저압 및 고압특성을 나타낸 그래프선도이며, 도 5는 도 3의 "A"부분을 나타낸 상세도이고, 도 6은 도 5의 B-B선 단면도로서, 본 발명은 압축기(101)의 출구측과 사방변(102)을 제1연결관(103)에 의해 연결하고, 상기 사방변(102)과 실내열교환기(104)를 제2연결관(105)에 의해 연결하며, 상기 실내열교환기(104)와 실외열교환기(106)를 제3연결관(107)에 의해 연결하고, 상기 실외열교환기(106)와 사방변(102)을 제4연결관(108)에 의해 열결하며, 상기 사방변(102)과 압축기(101)의 입구측을 제5연결관(109)에 의해 연결하고, 상기 제1연결관(103)과 제5연결관(109)을 바이페스관(110)에 의해 연결하며, 상기 실내열교환기(104)의 근접부에는 실내팬(111)을 설치함과 함께 실외열교환기(106)의 근접부에는 실외팬(112)을 설치한다.

또한 상기 제1연결관(103)에는 바이페스관(110) 연결부분과 사방변(102) 사이에 위치된 상태로 제1전자변(113)을 설치하고, 상기 제3연결관(107)에는 팽창변(114)을 설치함과 함께 액냉매를 모아두는 냉매탱크(115)를 설치하며, 상기 제5연결관(109)에는 바이페스관(110) 연결부분과 사방변(102) 사이에 위치된 상태로 제2전자변(116)을 설치함과 함께 바이페스관(110) 연결부분과 압축기(101) 사이에 위치된 상태로 기액분리기(117)를 설치하고, 상기 바이페스관(110)에는 제3전자변(118)을 설치한다.

그리고 제1연결관(103)의 압축기측 부분을 일정길이만큼 상기 압축기(101)의 외측둘레면에 접촉시켜 상기 제1연결관(103)을 통해 토출되는 냉매의 열이 압축기(101)로 전달되도록 하고, 상기 압축기의 외측둘레면에는 제1연결관(103)을 감싼상태로 단열재(119)를 설치하여 상기 제1연결관(103)의 압축기(101) 접촉부분이 단열재(119)에 의해 보온되도록 하며, 상기 압축기(101)의 상부에는 난방모드 선택시 압축기의 온도를 감지하여 콘트롤러로 보내주도록 압축기 온도센서(120)를 설치하고, 실내열교환기(104)에는 난방모드 선택시 콘트롤러가 상기 실내열교환기의 온도에 따라 실내팬(111)의 회전을 제어하도록 열교환기 온도센서(121)를 설치한다.

이와같이 구성된 본 발명 히트펌프에 의해 냉방과 난방이 행하여 지는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

스톱모드가 선택된 상태(파워는 온되어 있지만 냉방모드나 난방모드가 선택되지 않은 상태)에서는 압축기(101)는 정지상태에 있고, 사방변(102)의 관로상태는 제3도의 실선과 같은 상태로 되어 있으며, 실내팬(111)과 실외팬(112)은 정지상태에 있고, 제1연결관(103)에 설치된 제1전자변(113) 및 제5연결관(109)에 설치된 제2전자변(116)은 각각 닫혀있으며, 제3연결관(107)에 설치된 팽창변(114) 및 바이페스관(110)에 설치된 제3전자변(118)은 각각 닫혀있다.

상기한 스톱상태에서 냉방모드를 선택하면 콘트롤러의 제어신호를 받아 압축기(101)가 작동하여 저온,저압의 기체냉매를 고온,고압의 기체냉매로 압축하고, 사방변(102)의 관로방향은 도 1의 실선과 같이 그대로 있게 되며, 제1연결관(103)에 설치된 제1전자변(113) 및 제5연결관(109)에 설치된 제2전자변(116)은 콘트롤러의 제어신호를 받아 열리고, 제3연결관(107)에 설치된 팽창변(114)은 콘트롤러의 제어신호를 받아 열리므로 상기 압축기(101)에 의해 압축된 냉매가 제1연결관(103)을 통해 사방변(102)으로 들어간 다음 계속해서 제4연결관(108)을 통해 실외열교환기(106)로 들어가 고온,고압의 액체냉매로 응축되면서 외부로 열을 발산하게 된다.

상기 실외열교환기(106)에 의해 응축된 고온,고압의 액체냉매는 제3연결관(107)에 설치된 팽창변(114)을 통과하면서 온도와 압력이 급격히 떨어진 저온,저압의 2상냉매(액체와 기체의 혼합냉매)로 바뀐 다음 계속해서 실내열교환기(104)로 들어가 기체상태로 증발되면서 외부의 열을 흡수하게 되고, 상기 실내열교환기를 통과한 저온,저압의 기체냉매는 제2연결관(105)을 통해 사방변(102)으로 들어간 다음 계속해서 제5연결관(109)을 통해 다시 압축기(101)로 들어가 고온,고압의 기체냉매로 압축되는 냉방싸이클을 이루는데, 상기 실외열교환기(106)에 의해 바뀌어진 고온,고압의 액체냉매가 제3연결관(107)을 통해 실내열교환기(104)로 들어가는 과정에서는 냉매탱크(115)를 지나게 되므로 액냉매가 상기 냉매탱크에 보관됨은 이해 가능함과 함께 실내열교환기(104)에 의해 바뀌어진 저온,저압의 기체냉매가 제5연결관(109)을 통해 압축기(101)로 들어가는 과정에서는 기액분리기(117)를 지나게 되므로 기체냉매에 포함된 소량의 액냉매가 상기 기액분리기에 의해 분리됨은 이해 가능하다.

한편 상기한 냉방싸이클 동작시 실내열교환기(104)의 근접부에 설치된 실내팬(111) 및 실외열교환기(106)의 근접부에 설치된 실외팬(112)이 각각 콘트롤러의 제어신호를 받아 회전하면서 바람을 발생시키는데, 이때 상기 실외팬(112)에 의해 발생된 바람은 실외열교환기(106)를 지나면서 더운 공기로 바뀌어 진 다음 계속해서 외부로 배출되고, 상기 실내팬(111)에 의해 발생된 바람은 실내열교환기(104)를 지나면서 열교환되어 찬공기로 바뀌어 진 다음 계속해서 실내로 배출되므로 상기 실내가 찬공기에 의해 냉방이 되는 것이다.

또한 사용자가 스톱상태에서 난방모드를 선택하면 압축기(101)가 콘트롤러의 제어신호를 받아 작동하여 저온,저압의 기체냉매를 고온,고압의 기체냉매로 압축하고, 사방변(102)의 관로방향은 도 3의 일점쇄선과 같이 바뀌게 되며, 제1연결관(103)에 설치된 제1전자변(113) 및 제5연결관(109)에 설치된 제2전자변(116)은 콘트롤러의 제어신호를 받아 각각 닫히게 되고, 바이페스관(110)에 설치된 제3전자변(118) 및 제3연결관(107)에 설치된 팽창변(114)은 콘트롤러의 제어신호를 받아 각각 열리므로 상기 압축기(101)에 의해 압축된 고온,고압의 기체냉매는 제1연결관(103)→제3전자변(118)이 설치된 바이페스관(110)→기액분리기(117)가 설치된 제5연결관(109)을 연속적으로 통해 바이페스되어 다시 압축기(101)로 들어가는 순환작용을 행한다.

상기한 작용이 일정시간 행하여 지는 동안 압축기(101)의 상부에 설치된 압축기 온도센서(120)가 상기 압축기(101)의 온도를 센싱하여 그 센싱값을 콘트롤러로 계속해서 보내주는데, 이때 센싱된 압축기의 온도가 기 입력된 기준온도에 도달되면 제1연결관(103)에 설치된 제1전자변(113) 및 제5연결관(109)에 설치된 제2전자변(116)이 각각 콘트롤러의 제어신호를 받아 열리고, 바이페스관(110)에 설치된 제3전자변(118)이 콘트롤러의 제어신호를 받아 닫히므로 이때부터는 상기 압축기(101)에 의해 압축된 고온,고압의 기체냉매가 제1연결관(103)을 통해 사방변(102)으로 들어간 다음 계속해서 제2연결관(105)을 통해 실내열교환기(104)로 들어가 고온,고압의 액체냉매로 응축되면서 외부로 열을 발산하게 된다.

상기 실내열교환기(104)에 의해 응축된 고온,고압의 액체냉매는 제3연결관(107)에 설치된 팽창변(114)을 통과하면서 온도와 압력이 급격히 떨어진 저온,저압의 2상냉매(액체와 기체의 혼합냉매)로 바뀐 다음 계속해서 실외열교환기(106)로 들어가 기체상태로 증발되면서 외부의 열을 흡수하게 되고, 상기 실외열교환기를 통과한 저온,저압의 기체냉매는 계속해서 제4연결관(108)을 통해 사방변(102)으로 들어간 다음 제5연결관(109)을 통해 다시 압축기(101)로 들어가 고온,고압의 기체냉매로 압축되는 난방싸이클을 이루는데, 상기 팽창변(114)에 의해 바뀌어진 저온,저압의 2상냉매가 제3연결관(107)을 통해 실내열교환기(104)로 들어가는 과정에서는 냉매탱크(115)를 지나게 되므로 액냉매의 일부가 상기 냉매탱크에 보관됨은 이해 가능함과 함께 실외열교환기(106)에 의해 바뀌어진 저온,저압의 기체냉매가 제5연결관(109)을 통해 압축기(101)로 들어가는 과정에서는 기액분리기(117)를 지나게 되므로 기체냉매에 포함된 소량의 액냉매가 상기 기액분리기에 의해 분리됨은 이해 가능하다.

한편 상기한 난방사이클 동작시 실내열교환기(104)의 근접부에 설치된 실내팬(111) 및 실외열교환기(106)의 근접부에 설치된 실외팬(112)이 각각 콘트롤러의 제어신호를 받아 회전하면서 바람을 발생시키는데, 이때 상기 실외팬(112)에 의해 발생된 바람은 실외열교환기(106)를 지나면서 찬 공기로 바뀌어 진 다음 계속해서 외부로 배출되고, 상기 실내팬(111)에 의해 발생된 바람은 실내열교환기(104)를 지나면서 열교환되어 더운공기로 바뀌어 진 다음 계속해서 실내로 배출되므로 상기 실내가 더운공기에 의해 난방이 되는 것이다.

상기한 작용에서 압축기(101)의 온도가 일정온도 이상으로 되어 제1전자변(113)과 제2전자변(116)이 열림에 따라 정상적인 싸이클로 난방이 행하여 질 때 실내열교환기(104)에 설치된 열교환기 온도센서(121)가 상기 실내열교환기(104)의 온도를 감지하여 콘트롤러로 보내주고 상기 콘트롤러는 감지된 온도값이 기 입력된 온도값 이상일 경우에만 실내팬(111)을 회전시켜 주므로 결국 상기 실내팬의 회전은 실내열교환기(104)의 온도가 일정온도 이상으로 올라간 상태에서만 회전되는데, 이는 실내열교환기가 어느정도 뜨거워지지 않은 상태에서 실내팬(111)이 회전할 경우 찬바람이 실내로 토출되므로 이를 미연에 방지하고자 하기 위함이다.

이상에서와 같은 난방운전시 초기상태에서 압축기(101)에 의해 압축된 고온,고압의 기체냉매를 곧바로 정상적인 싸이클로 순환시키지 않고 일정시간 동안 바이페스시켜 상기 고온,고압의 기체냉매가 압축기(101)로 다시 되돌아 가도록 하는 것은, 난방운전이 통상 겨울철에 이루어지고 있는 관계로 인하여 외기의 낮은 온도로 인해 상기 압축기(101)내의 냉매가 오일중에 용해되어 액상태로 있음을 감안할 때 상기 용해된 오일중의 액냉매를 고온에 의해 가급적 신속히 증발시켜 난방모드 선택에 따른 초기 기동시 오일거품의 형성 방지에 의한 냉매부족 현상이 발생되지 않도록 하기 위함인데, 이는 상기 난방모드 선택에 따른 초기 기동시에 냉매부족 현상이 발생되지 않으면 압축기(101)의 토출량이 증가되어 난방싸이클이 정상상태로 신속히 도달되기 때문이다.

상기한 과정, 즉 난방운전 초기 과정에서 압축기(101)에 의해 압축된 고온,고압의 기체 냉매가 정상적인 상태로 순환되지 않고 바이페스될 때는 제1연결관(103)의 압축기측 부분이 일정길이만큼 상기 압축기(101)의 외측둘레면에 접촉되어 있음을 감안할 때 고온의 냉매열이 그대로 압축기에 전달되므로 상기 압축기는 내부열과 외부열에 의해 신속히 가열됨은 이해 가능하고, 이에따라 난방초기 운전시 압축기 온도센서(120)에 의해 센싱된 압축기(101)의 온도가 신속히 설정온도에 도달되어 콘트롤러의 제어에 의한 정상상태로의 난방운전이 신속히 이루어지는데, 상기 압축기(101)의 외측둘레에는 압축기(101)에 접촉되어 있는 제1연결관(103) 부분을 감싼상태로 단열재(119)가 설치되어 있으므로 더욱 더 고온의 냉매열이 압축기(101)에 전달되고, 이 경우에는 난방초기 운전시 압축기 온도센서(120)에 의해 센싱된 압축기(101)의 온도가 더욱 신속히 설정온도에 도달되는 것이다.

본 발명 일 실시예에서는 도 5에 도시된 바와같이 제1연결관(103)의 압축기측 부분을 일정길이 만큼 상기 압축기(101)의 외측둘레면에 접촉시키기 위해, 상기 제1연결관(103)을 압축기(101)에 원주방향으로 수회정도 감았지만 이에 한정될 필요는 없고 도 7의 다른 실시예와 같이 제1연결관(103)을 수직으로 수회절곡시켜 상기 수직절곡된 부분을 압축기(101)의 외측둘레면에 빙둘러 접촉시켜도 되고, 또한 도 8의 또다른 실시예와 같이 별도로 마련된 다수개의 보조관(122)을 각각 압축기(101)에 감아 상기 각 보조관(122)의 입구측을 분지관(123)을 이용해 제1연결관(103)의 압축기(101)쪽과 연결함과 함께 각 분지관(123)의 출구측을 합지관(124)을 이용해 제1연결관(103)의 사방변(102)쪽과 연결하여도 된다.

한편 난방운전이 행하여 지는 도중 난방정지모드가 되면 압축기(101)의 작동은 콘트롤러의 제어신호에 의해 중단되고, 제1연결관(103)에 설치된 제1전자변(113) 및 제5연결관(109)에 설치된 제2전자변(116)은 콘트롤러의 제어신호를 받아 닫히며, 제3연결관(107)에 설치된 팽창변(114)은 콘트롤러의 제어신호를 받아 닫히므로 이때부터는 냉매가 제1전자변(113)에서 팽창변(114) 사이의 고온부 및 제2전자변(116)에서 팽창변(114) 사이의 저온부에 그대로 머물러 있게 되는데, 이는 압축기(101)의 정지시 상기 압축기 내로 들어가 오일에 용해되어 쌓이는 액냉매의 양을 줄여 난방운전이 다시 행하여 질 때 운전상태가 정상상태로 신속하게 도달되도록 하기 위함이다.

상기 난방정지 상태에서 사용자의 부주의나 필요에 의해 파워를 오프시켰을 경우에는 사방변(102)의 관로가 다시 도 3의 실선과 같이 바뀌게 되는데, 이 경우에는 제1연결관(103)에 설치된 제1전자변(113) 및 제5연결관(109)에 설치된 제2전자변(116)이 각각 닫혀 있음에 따라 고온부 및 저온부에 머물러 있던 냉매가 다시 압축기(101)로 역류되는 현상은 발생되지 않는다.

그럼 여기서 본 발명 히트 펌프의 난방운전에 따른 저압특성 및 고압특성을 도 4에 의해 참고적으로 설명하면 다음과 같다.

난방모드가 선택되어 압축기(101)가 콘트롤러의 제어신호를 받아 작동하면 초기에는 흡입력에 의해 저압이 하강하다가 바이페스관(110)에 설치된 제3전자변(118)은 열리고 제1연결관(103)에 설치된 제1전자변(113) 및 제5연결관(109)에 설치된 제2전자변(116)은 닫힌상태를 그대로 유지하므로 이 경우에는 모든 냉매가 압축기(101)로 바이페스 됨에 따라 어느 정도 다시 상승하고, 이후 제3전자변(118)이 다시 닫히고 제1전자변(113) 및 제2전자변(116)이 열리면서 정상적인 난방이 행하여 질 경우에는 다시 신속히 하강하여 안정된 평형 상태를 유지하는 저압 특성을 나타내게 된다.

또한 난방모드가 선택되어 압축기(101)가 콘트롤러의 제어신호를 받아 작동하면 초기에는 토출력에 의해 고압이 상승하다가 바이페스관(110)에 설치된 제3전자변(118)은 열리고 제1연결관(103)에 설치된 제1전자변(113) 및 제5연결관(109)에 설치된 제2전자변(116)은 닫힌상태를 그대로 유지하므로 이 경우에는 모든 냉매가 압축기(101)로 바이페스 됨에 따라 상기 고압의 상승이 급격해 지고, 이후 제3전자변(118)이 다시 닫히고 제1전자변(113) 및 제2전자변(116)이 열리면서 정상적으로 난방이 행하여 질 경우에는 다시 약간 하강하여 안정된 평형 상태를 유지하는 고압 특성을 나타내게 된다.

따라서 상기 본 발명 히트펌프의 저압 및 고압특성에 의하면, 안정된 평행상태를 유지하기 까지 걸리는 시간이 종래에 비해 매우 짧아짐을 알 수 있다.

이상에서 설명된 바와같이 본 발명은 난방이 행하여 지다가 난방정지가 선택되었을 경우나 난방정지 후 여러요인에 의해 파워가 오프되었을 경우에는 제1전자변(113)이 제1연결관(103)의 관로를 폐쇄시켜 주고, 제2전자변(116)이 제5연결관(109)의 관로를 폐쇄시켜 주므로 많은량의 냉매가 압축기(101)로 흘러들어가지 않고 제1전자변(103)과 팽창변(114) 사이의 고온부 및 제3전자변(118)과 팽창변(114) 사이의 저온부에 그대로 머물러 있게 됨에 따라 상기 압축기(101) 내의 오일에 용해된 냉매량이 적게되어 다시 난방이 행하여 질 때 정상상태로의 난방운전이 신속하게 이루어지는 효과가 있다.

또한 난방모드 선택시 압축기(101)에 의해 압축되는 초기 냉매열을 이용해 상기 압축기를 가열시켜 주므로 특히 겨울철 난방을 행할 때 상기 압축기가 실외에 위치되어 있더라도 압축기(101) 내의 액냉매 증발이 신속하게 일어남에 따라 난방 예열운전시간이 짧아져 이 또한 정상적인 난방운전이 신속하게 이루어지는 요인으로 작용하는 효과가 있다.

그리고 본 발명은 난방운전시 실내열교환기(104)의 온도가 일정온도 이상으로 올라가지 않을 경우에는 실내팬(111)이 회전하지 않으므로 난방초기에 찬바람이 토출되는 문제가 없게되는 효과도 있다.

Claims

압축기의 출구측과 사방변이 제1연결관에 의해 연결되고, 상기 사방변과 실내열교환기가 제2연결관에 의해 연결되며, 상기 실내열교환기와 실외열교환기가 제3연결관에 의해 연결되고, 상기 실외열교환기와 사방변이 제4연결관에 의해 열결되며, 상기 사방변과 압축기의 입구측이 제5연결관에 의해 연결되고, 제1연결관과 제5연결관이 바이페스관에 의해 연결되며, 상기 실내열교환기의 근접부에 실내팬이 설치됨과 함께 실외열교환기의 근접부에 실외팬이 설치된 것에 있어서, 상기 바이페스관 연결부분과 사방변 사이의 제1연결관에 제1연결관 관로개폐부재를 설치하고, 상기 바이페스관 연결부분과 사방변 사이의 제5연결관에는 제5연결관 관로개폐부재를 설치하여 난방운전이 정지될 경우나 파워가 오프될 경우에는 상기 제1연결관 관로개폐부재가 제1연결관의 관로를 폐쇄시켜 줌과 함께 제5연결관 관로개폐부재가 제5연결관의 관로를 폐쇄시켜 주도록 함을 특징으로 하는 히트펌프.
제 1 항에 있어서,

압축기에 압축기 온도센서를 설치하여 난방모드 선택시 상기 압축기 온도센서의 감지에 의한 압축기의 온도가 일정온도 이상일 경우에만 콘트롤러의 제어에 의해 제1연결관 관로개폐부재가 제1연결관의 관로를 개방하여 줌과 동시에 제5연결관 관로개폐부재가 제5연결관의 관로를 개방하여 줌에 따라 정상적인 상태로 난방이 행하여 지도록 함을 특징으로 하는 히트펌프.
제 1 항에 있어서,

실내열교환기와 실외열교환기를 연결하는 제3연결관에 액냉매를 보관하는 냉매탱크를 설치하여서 됨을 특징으로 하는 히트펌프.
제 1 항에 있어서,

실내열교환기에 열교환기 온도센서를 설치하여 난방모드 선택시 상기 열교환기 온도센서의 감지에 의한 열교환기의 온도가 일정온도 이상일 경우에만 콘트롤러의 제어에 의해 실내팬이 회전하도록 함을 특징으로 하는 히트펌프.
제 1 항에 있어서,

압축기에 의해 압축되어 제1연결관을 통해 토출되는 고온의 냉매열을 상기 압축기에 직접 전달시켜 상기 압축기가 냉매열에 의해 가열되도록 함을 특징으로 하는 히트펌프.
제 5 항에 있어서,

제1연결관을 압축기의 외측둘레면에 원주방향으로 수회정도 감음에 따라 상기 제1연결관을 통해 토출되는 고온의 냉매열이 압축기에 직접 전달되도록 함을 특징으로 하는 히트펌프.
제 5 항에 있어서,

제1연결관을 수직상태로 수회절곡시켜 상기 수직절곡된 부분을 압축기에 빙둘러 접촉시킴에 따라 상기 제1연결관을 통해 토출되는 냉매열이 압축기에 직접 전달되도록 함을 특징으로 하는 히트펌프.
제 5 항에 있어서,

제1연결관과 별도로 마련된 다수개의 보조관을 각각 압축기의 외측둘레면에 원주방향으로 감아 상기 각 보조관의 입구측을 분지관을 이용해 제1연결관의 압축기쪽과 연결함과 함께 각 보조관의 출구측을 합지관을 이용해 제1연결관의 사방변쪽과 연결함에 따라 상기 제1연결관을 통해 토출되는 냉매가 각 보조관을 흐르는 과정에서 냉매열이 압축기에 직접 전달되도록 함을 특징으로 하는 히트펌프.
제 6항 내지 제 8 항중 어느 한항에 있어서,

압축기의 외측둘레면을 감싸도록 단열재를 설치하여 압축기에 접촉되어 있는 제1연결관 및 각 보조관이 상기 단열재에 의해 보온되도록 함을 특징으로 하는 히트펌프.
냉방모드 선택시 압축기에 의해 압축된 냉매가 사방변을 통해 실외열교환기와 실내열교환기를 연속적으로 지난 다음 다시 사방변을 통해 압축기로 들어가도록 하고, 난방모드 선택시에는 압축기에 의해 압축된 모든냉매가 일정시간 동안 일단 바이페스되어 곧바로 압축기로 되돌아간 다음 일정시간 경과후 계속해서 사방변을 통해 실내열교환기와 실외열교환기를 연속적으로 지난 다음 다시 사방변을 통해 압축기로 들어가도록 하며, 난방정지모드시에는 압축기에 의해 압축된 냉매가 실내열교환기쪽인 고온부와 실외열교환기쪽인 저온부에 각각 머물러 있도록 한 것을 특징으로 하는 히트펌프의 운전방법.