KR100289751B1 - 히트 펌프식 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트 펌프식 공기조화기에 관한 것으로서, 실외열교환기에서 증발된 냉매가스가 압축기에 유입될 때 실내열교환기에서 응축된 냉매액으로 가열 증발시키므로서 대기온도가 낮을 때 난방열량을 양호하게 유지하고 유지비를 절감할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 압축기(1), 변환밸브(2), 실내열교환기(3), 냉방용 감압기구(4), 난방용 감압기구(5), 실외열교환기(6) 및 상기 변환밸브(2)를 직렬로 도관(7)으로 연결하고, 상기 변환밸브(2)와 압축기(1)에 냉매가스 귀환관(8)을 연결함과 동시에 상기 도관(7)의 변환밸브(2) 유입부와 실외열교환기(6)의 유출부 사이를 도관(9)을 연결하여 냉매 회로를 형성하며, 상기 도관(7)의 실내열교환기(3)의 유입부와 냉방용 감압기구(4)의 유출부 사이에 도관(10)을 연결함과 동시에 응축기(11)를 형성하여 그 주위에 온수가열조(12)를 설치하며, 상기 실내열교환기(3)와 난방용 감압기구(5) 사이의 도관(7)에 제 1 열교환기(13)를 설치하고, 상기 실외열교환기(6)와 압축기(1) 사이의 도관(7)을 상기 제 1 열교환기(13) 보다 상부에 위치되게 설치하여 제 2 열교환기(14)를 설치함과 동시에 상기 제 1 및 제 2 열교환기(13)(14)를 밸브(16)가 설치된 연결관(15)으로 연결하여서 증류수, 알콜 등과 같은 작동유체(17)를 진공충전하여서 된 것이다.

Description

히트 펌프식 공기조화기

본 발명은 히트 펌프식 공기조화기에 관한 것이며, 특히 히트 펌프식 공기조화기를 난방용으로 가동할 때 압축기에 유입되는 냉매가스의 증발효율 증대장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 히트 펌프식 공기조화기의 난방회로는 냉방회로를 반대로 하는 방식이므로 난방시 대기온도가 낮아짐에 비례하여 증발기에서 냉매의 증발효율이 저하되므로서 특히 추운 겨울에는 난방열량이 부족하기 때문에 이의 개선을 위하여 많은 노력들을 하고 있다.

그 일례로서 일본국 실용신안 출원공고 소 49-18927 호 공보에는 냉매회로 중에 2 대의 실내열교환기를 설치하여 냉방시에는 그 중 1 대를 증발기로서 작용하게 하여 냉매를 증발시키고 1 대는 폐쇄하며, 난방시에는 2 대의 실내열교환기를 전부 응축기로 작용하도록 하여 실내공기를 가열하는 것을 개시하고 있으며, 일본국 특허 출원공개 소 54-45949 호 공보에는 난방회로 중에 냉매가열기를 설치하여 난방시에 증발기로서 겸용하도록 하여 냉매가스를 실내열교환기에서 응축액화하여 실내를 난방한 다음 난방용 감압기구에서 감압된 냉매액을 냉매가열기에서 증발시키므로서 외기온도가 낮을 때에도 난방능력이 저하되지 않도록 한 것이 개시되어 있다.

그러나 전자의 것은 응축기로 작용하는 2 대의 실내열교환기에서 실내공기를 가열하여 난방할 때 압축기의 열원을 이용하여야 하기 때문에 압축기의 용량을 크게 하여야 하므로 유지비가 많이 들고, 실내에 설치되는 실내열교환기의 부피가 커지므로 실내의 점유면적을 크게 차지하여 실내공간의 활용에 제한을 받게 되는 것이다.

또한 후자의 것은 난방시에 냉매가열기를 증발기로 겸용하도록 되어 있는 바 그 냉매가열기의 구체적인 기술수단이 기재되어 있지 않으나 증발기의 구조상 부피가 작고 설치가 용이한 전열을 이용할 수 밖에 없으므로 유지비가 많이 들 수 밖에 없는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 실외열교환기에서 증발된 냉매가스가 압축기에 유입될 때 실내열교환기에서 응축된 냉매액으로 가열 증발시키므로서 대기온도가 낮을 때 난방열량을 양호하게 유지하고 유지비를 절감할 수 있는 히트 펌프식 공기조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 압축기, 변환밸브, 실내열교환기, 냉방용 감압기구, 난방용 감압기구 및 실내열교환기를 도관과 냉매가스 귀환관으로 연결한 냉매회로에 있어서, 상기 실내열교환기와 난방용 감압기구 사이의 도관에 제 1 열교환기를 설치하고, 상기 실외열교환기와 압축기 사이의 도관을 상기 제 1 열교환기 보다 상부에 위치되게 설치하여 상기 제 1 교환기와 폐회로가 형성되게 제 2 열교환기를 설치함과 동시에 상기 제 1 및 제 2 열교환기에 작동유체를 충전하여서 상기 실내 열교환기에서 응축액화된 냉매액에 의하여 가열된 작동유체가 압축기에 유입되는 냉매가스의 증발을 촉진토록 한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 냉매 회로도.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예의 냉매 회로도.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예의 요부 확대 단면도.

〈 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 〉

1 : 압축기 2 : 변환밸브 3 : 실내열교환기 6 : 실외열교환기 7 : 도관

13 : 제 1 열교환기 14 : 제 2 열교환기 30 : 제 1 열교환기 보조가열수단

31 : 제 3 열교환기 34 : 가열조 39 : 가열수단 40 : 히트 파이프

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 냉매 회로도로서, 압축기(1), 변환밸브(2), 실내열교환기(3), 냉방용 감압기구(4), 난방용 감압기구(5), 실외열교환기(6) 및 상기 변환밸브(2)를 직렬로 도관(7)으로 연결하고, 상기 변환밸브(2)와 압축기(1)에 냉매가스 귀환관(8)을 연결함과 동시에 상기 도관(7)의 변환밸브(2) 유입부와 실외열교환기(6)의 유출부 사이를 도관(9)을 연결하여 냉매회로를 형성하며, 상기 도관(7)의 실내열교환기(3)의 유입부와 냉방용 감압기구(4)의 유출부 사이에 도관(10)을 연결함과 동시에 응축기(11)를 형성하여 그 주위에 온수가열조(12)를 설치하며, 상기 실내열교환기(3)와 난방용 감압기구(5) 사이의 도관(7)에 제 1 열교환기(13)를 설치하고, 상기 실외열교환기(6)와 압축기(1) 사이의 도관(7)을 상기 제 1 열교환기(13) 보다 상부에 위치되게 설치하여 제 2 열교환기(14)를 설치함과 동시에 상기 제 1 및 제 2 열교환기(13)(14)를 밸브(16)가 설치된 연결관(15)으로 연결하여서 증류수, 알콜 등과 같은 작동유체(17)를 진공충전하여서 된 것이다.

미 설명부호 18, 18'는 첵크 밸브이고, 19,19'는 난방 및 온수절환밸브이며, 20,20'는 난방 및 냉방 절환밸브이다.

이상과 같은 본 발명의 제 1 실시예에서 냉매는 난방 또는 온수가열시에는 화살표 실선으로 흐르고, 냉방시에는 화살표 점선으로 흐르게 하며, 난방시에는 밸브(19)(20')는 개방하고 밸브(19')(20)는 폐쇄하며, 온수가열시에는 밸브(19')는 개방하고 밸브(19)는 폐쇄함과 동시에 밸브(20)(20')는 난방시와 동일하게 조작하거나 밸브(19)(19')는 동시에 개방하여 난방과 온수가열을 동시에 실시하는 것이다. 또한 냉방시에는 밸브(20)(19)는 개방하고 밸브(19)(20')는 폐쇄하는 것이다.

따라서 난방시에는 압축기(1)에서 압축된 고온 고압의 냉매가스는 변환밸브(2)를 거쳐 응축기로서 작용하는 실내열교환기(3)에서 응축액화되면서 그 응축열을 방출하여 실내를 난방하거나 온수를 선택적 또는 동시에 가열하고 첵크 밸브(18)를 거쳐 난방용 감압기구(5)에서 감압되어 저온으로 되고 증발기로서 작용하는 실외열교환기(6)에 유입되는 냉매액은 대기를 열원으로 하여 저온저압의 냉매가스가 된 후 변환밸브(2) 및 냉매가스 귀환관(8)을 경유하여 압축기(1)에 유입되는 싸이클을 반복하는 것이다.

상기와 같이 난방 또는 온수가열 회로를 형성할 때 대기온도가 낮아지면 실외열교환기(6)에서의 냉매액의 증발은 대기온도가 낮아지는 것에 비례하여 그 효율이 낮아지기 때문에 난방열량 등이 부족되는 현상이 발생하는 바, 상기와 같이 난방열량 등이 부족될 경우에는 도관(7)에 설치된 제 1 열교환기(13)와 제 2 열교환기(14)를 연결하는 연결관(15)에 설치된 밸브(16)를 개방하고, 실내열교환기(3)에서 응축액화된 고온의 냉매액에 의하여 제 1 열교환기(13)에 충전된 작동유체(17)가 가열 증발되면서 제 2 열교환기(14)로 상승되어 실외열교환기(6)에서 증발되지 못한 저온저압의 냉매가스와 열교환하여 냉매가스를 증발시키고, 냉매가스와 열교환된 작동유체(17)는 응축되어 다시 제 1 열교환기(13)로 하강되어 실내열교환기(13)에서 유출되는 냉매액에 의하여 가열되는 상기한 싸이클을 반복하며, 상기와 같이 제 2 열교환기(14)에서 증발되어 압축기(1)에 유입되는 냉매가스는 그 증발효율이 증대되어 성적계수가 상승되기 때문에 대기온도가 낮은 추운 겨울에도 난방열량의 부족현상이 발생되지 않는 것이다.

한편 냉방시에는 압축기(1)에서 압축된 고온 고압의 냉매가스는 변환밸브(2)와 도관(9)을 거쳐 응축기로 작용하는 실외열교환기(6)에서 응축액화된 후 첵크 밸브(18')를 경유하여 냉방용 감압기구(4)에서 감압되어 저온으로 되고 증발기로 작용하는 실내열교환기(3)에 유입되어 가스화 증발하여 냉방기능을 수행하고 변환밸브(2) 및 냉매가스 귀환관(8)을 경유하여 압축기(1)에 유입되는 싸이클을 반복하는 것이며, 냉방시에는 밸브(20')가 폐쇄되어 있고 연결관(15)에 설치된 밸브(16)는 폐쇄하므로서 제 2 열교환기(14)의 기능은 중단되는 것이다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예의 냉매 회로도이고, 도 3은 본 발명의 제 2 실시예의 요부 확대도로서, 냉매 회로도 및 제 1 및 제 2 열교환기(13)(14)는 제 1 실시예와 동일하나 제 2 열교환기(14)의 하부에 제 1 열교환기 보조가열수단(30)을 부설한 것이다.

상기한 제 1 열교환기 보조가열수단(30)은 제 1 열교환기(13)의 하부에 제 3 열교환기(31)를 설치하여 밸브(32)가 설치된 연결관(33)으로 가열조(34)를 연결하고, 상기 가열조(34)의 하방을 격판(35)으로 구획하여 상부에 작동유체실(36)을 형성하여서 작동유체(37)를 진공 충전하고, 하부에 가열공동(38)을 형성하여 전기, 온수 등을 열원으로 하는 가열수단(39)을 설치하며, 상기 작동유체실(36)에는 히트 파이프(40)를 그 하단이 가열공동(38)에 돌출되게 설치하여서 된 것이다.

상기한 본 발명의 제 2 실시예의 제 1 열교환기 보조가열수단(30)은 대기온도가 많이 낮아지지 않으면 가동하지 않고 밸브(32)도 폐쇄된 상태를 유지하나, 혹한기에 제 1 열교환기(13)만으로서는 압축기(1)에 유입되는 냉매가스의 증발이 불충분하게 될 때에 밸브(32)를 개방하고 가열수단(39)을 작동시키면 가열수단(39)에 의하여 히트 파이프(40)내의 작동유체를 증발시키고 작동유체실(36)에 충전된 작동유체(37)를 증발하므로서 증발된 작동유체가 연결관(33)을 통하여 제 3 열교환기(31)에 이동되어 제 1 열교환기(13)내의 작동유체(17)를 보조가열하여 압축기(1)에 유입되는 냉매가스의 증발효율을 증대시키게 되므로서 혹한기에도 난방열량의 부족현상이 발생되지 않게 되는 것이다.

상기한 밸브(16)(32) 제어는 수동으로 하거나 실외열교환기(6)의 출구 또는 압축기(1)의 유입구 측에 냉매가스의 증발도 등을 감지하는 센서를 설치하여 센서의 출력신호에 의하여 자동으로 제어할 수도 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 난방 또는 온수가열시에 대기온도가 낮아져 난방열량이 부족될 경우에 실내열교환기에서 응축액화된 고온의 냉매액에 의하여 압축기에 유입되는 냉매가스를 증발시켜 그 증발효율을 증대시키므로서 대기온도가 낮을 때에도 별도의 열원에 의하지 않고 난방열량을 양호하게 유지할 수 있고, 구조가 간단하며, 유지비가 절감되는 것이다.

또한 본 발명은 혹한기에 상기 냉매액 만으로서 냉매가스의 증발이 저조하여 난방열량이 부족될 경우에 보조열원을 이용하여 난방열량을 양호하게 유지하며, 보조열원은 혹한기에만 사용하므로서 유지비가 절감되는 것이다.

Claims (3)

1. 압축기, 변환밸브, 실내열교환기, 냉방용 감압기구, 난방용 감압기구 및 실내열교환기를 도관과 냉매가스 귀환관으로 연결한 냉매회로에 있어서, 상기 실내열교환기와 난방용 감압기구 사이의 도관에 제 1 열교환기를 설치하고, 상기 실외열교환기와 압축기 사이의 도관을 상기 제 1 열교환기 보다 상부에 위치되게 설치하여 상기 제 1 교환기와 폐회로가 형성되게 제 2 열교환기를 설치함과 동시에 상기 제 1 및 제 2 열교환기에 작동유체를 충전하여서 상기 실내 열교환기에서 응축액화된 냉매액에 의하여 가열된 작동유체가 압축기에 유입되는 냉매가스의 증발을 촉진토록 한 히트 펌프식 공기조화기.
2. 제1항에 있어서, 제 1 열교환기의 하부에 제 1 열교환기 보조가열수단을 부설한 히트 펌프식 공기조화기.
3. 제2항에 있어서, 보조가열수단은 제 1 열교환기의 하부에 설치한 제 3 열교환기와, 상기 제 3 열교환기의 하부에 밸브가 설치된 연결관으로 연결한 가열조와, 상기 가열조의 하방을 격판으로 구획하여 상하부에 작동유체실과 가열공동을 형성되고 상기 작동유체실에 작동유체를 진공 충전함과 동시에 작동유체실에 하단이 상기 가열공동에 돌출 되게 설치한 히트 파이프 그 하단이 가열공동에 돌출되게 설치하여서 된 히트 펌프식 공기조화기.