KR100309455B1 - 히트펌프의냉매절환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프의 냉매 절환장치에 관한 것으로, 본 발명은 양측에 각각 팽창공간이 구비되는 보조 배압용 파이로트 밸브에 결합되어 그 파이로트 밸브의 각 팽창공간과의 연통 여부에 따라 고압측과 저압측으로 구분되면서 압력차에 의해 압축기의 토출구를 실외기 또는 실내기에 구분 연통시켜 냉매의 유동방향을 제어하는 히트펌프의 냉매 절환장치에 있어서, 상기 파이로트 밸브의 각 팽창공간과 모세관으로 개별 연통되어 양측에 가압공간이 분리 형성되는 동시에 압축기의 흡입구/토출구 및 실외기의 입구/출구 그리고 실내기의 입구/출구와 각각 냉매관으로 연통되어 유통공간이 형성되는 밸브실린더와, 상기 밸브실린더의 가압공간과 유통공간에 회전 가능하게 결합되어 파이로트 밸브의 열려진 팽창공간에 연통되는 가압공간의 압력과 이에 반하는 가압공간의 압력차에 의해 회전하면서 유통공간에서의 냉매 유동방향을 전환시키도록 각 냉매관을 서로 연통시키는 냉매절환홈이 구비된 밸브롤러로 이루어짐으로써, 냉난방 운전에 대한 메인 밸브의 절환동작시 직선식보다 상대적으로 마찰저항이 작은 회전식으로 변경하게 되어 상기의 절환동작이 정확하게 이루어져 효율이 향상되는 것은 물론, 정밀가공에 대한 제조공수를 줄여 제작이 용이할 뿐만 아니라 별도의 파이로트 밸브를 생략할 수도 있어 제조원가가 크게 감축되는 효과가 있다.

Description

히트펌프의 냉매 절환장치

본 발명은 히트펌프의 냉매 절환장치에 관한 것으로, 특히 절환동작이 정확하고 제작이 용이하며 정밀가공의 제조공수를 감소시키는데 적합한 히트펌프의 냉매 절환장치에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 냉방전용 및 냉난방겸용의 기종으로 구분된다. 그 중에서 냉난방겸용의 기종을 통상 히트펌프라고 하는데, 이 히트펌프는 냉방시 실내의 열을 실외로 운반하여 실내에 찬 공기를 공급하는 반면 난방시에는 실외의 열을 실내로 운반하여 실내에 따뜻한 공기를 공급하는 것이다.

이러한 히트펌프는 압축기, 실외 열교환기(이하, 실외기로 약칭함), 모세관, 실내 열교환기(이하, 실내기로 약칭함) 외에도 압축기의 토출측에 냉매의 순환로를 실외기 또는 실내기로 절환시키기 위한 4방밸브(또는, 냉매 절환장치라고도 함)가 부가되어 이루어진다.

도 1a 및 도 1b는 종래 냉매 절환장치가 구비된 냉방 및 난방 사이클을 보인 배관도로서 이에 도시된 바와 같이, 종래의 히트펌프는 저온저압의 기체상태인 냉매를 고온고압으로 변화시키는 압축기(1)와, 그 압축기(1)에서 나온 냉매를 액체상태로 응축시키거나 또는 후술할 팽창기구(3)를 거친 2상 냉매를 기체상태로 증발시키는 실외기(2)와, 그 실외기(2) 또는 후술할 실내기(4)에서 응축된 고온고압의 액체냉매를 저온저압의 2상 냉매로 팽창시키는 팽창기구(3)와, 그 팽창기구(3)에 의해 2상 냉매를 기체상태로 증발시키거나 또는 상기 압축기(1)에서 나온 냉매를 액체상태로 응축시키는 실내기(4)와, 상기 압축기(1)와 실외기(2)를 연통시키거나 또는 압축기(1)와 실내기(4)를 연통시키도록 4방밸브로 이루어져 냉/난방을 절환시키는 냉매 절환장치(10)로 구성되어 있다.

상기 냉매 절환장치(10)는 솔레노이드형 파이로트 밸브(PILOT VALVE)가 구비된 왕복동식 4방밸브로서, 그 내부에 개재되는 개폐부재가 양측의 압력차에 의해 직선 왕복운동을 하면서 압축기(1)로부터 토출되는 냉매가스를 실외기(2) 또는 실내기(4)로 유도하였다가 다시 실내기(4) 또는 실외기(2)로부터 반입되는 냉매가스를 압축기(1)로 유도하는 메인 밸브(11)와, 그 메인 밸브(11)의 개폐부재가 직선 왕복운동을 하도록 압력차를 발생시키기 위한 모세관(13,13')으로 상기 메인 밸브(11)와 연통됨과 아울러 솔레노이드 코일에 인가되는 전류에 의해 유도되는 기전력을 이용하여 그 메인 밸브(11)를 실외기(2) 또는 실내기(4)와 연통시키는 파이로트 밸브(12)로 이루어져 있다.

상기 메인 밸브(11)는 압축기(1)의 토출구 및 실외기(2) 및 실내기(4) 그리고 압축기(1)의 흡입구와 각각 연통되는 4방향 밸브실린더(11a)와, 그 밸브실린더 (11a)의 내부에서 양측의 압력차에 의해 직선 왕복운동을 하면서 냉매가스의 유동방향을 조정하는 밸브피스톤(11b)으로 이루어져 있다.

상기 파이로트 밸브(12)는 메인 밸브(11)의 양측단에 각각 연통된 모세관 (13, 13')이 연통됨과 아울러 일측에 솔레노이드 코일(12c)이 감긴 밸브실린더 (12a)와, 그 밸브실린더(12a)의 내부에 미끄러지게 내장되어 상기 솔레노이드 코일 (C)에 전류가 인가되는지 그 여부에 따라 직선운동을 하면서 각 모세관(13, 13')의 출구측을 차별적으로 개폐하여 메인 밸브(11)에 압력차를 발생시키는 밸브피스톤 (12b)으로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 11b-1 및 11b-2은 각각 냉매통공이고, 12d는 스프링이다.

상기와 같은 종래 냉매 절환장치가 구비된 히트펌프는 다음과 같이 동작된다.

먼저, 상기 히트펌프가 냉방에 사용될 때에는 냉매 절환장치의 파이로트 밸브(12)에 전류가 단락(OFF)되어 그 파이로트 밸브(12)의 밸브피스톤(12b)이 스프링 (12d)에 의해 구속되면서 도면의 "A실"을 막는 반면, 도면의 "B실"을 개방하게 된다.

이때, 상기 압축기(1)에 전원이 인가되어 압축 토출되는 냉매가스는 메인 밸브(11)의 밸브실린더(11b)의 입구로 유입되었다가 밸브피스톤(11b)의 냉매통공 (11b-2)을 통해 양측 모세관(13,13')으로 흘러들어가게 되나, 이 두 모세관 중에서 "A실"측의 모세관(13')은 그 출구가 파이로트 밸브(12)의 밸브피스톤(12b)에 의해 닫혀 압력이 유지되는 반면, 맞은편 모세관(13)은 그 출구가 파이로트 밸브(12)에 의해 메인 밸브(11)의 출구측에 연통되어 압력이 강하되므로 두 모세관(13,13')의 입구측에는 압력차가 발생되고, 그 압력차에 의해 메인 밸브(11)의 밸브피스톤 (11b)을 도면의 우측에서 좌측으로 밀어내게 된다.

이렇게, 상기 메인 밸브(11)의 밸브피스톤(11b)이 "A실"측에서 "B실"측으로 밀리면서 압축기(1)의 토출구와 실외기(2)를 연통시키는 반면, 압축기(1)의 흡입구와 실내기(4)를 연통시키게 된다.

이와 같이 상기 압축기(1)의 토출구와 실외기(2)가 연통되는 경우에는, 상기 압축기(1)로부터 토출되는 냉매가스는 응축용 열교환기의 역할을 하는 실외기(2)에서 외부로 열을 방출하면서 액상과 기상의 2상 냉매로 변환되고, 이어서 모세관(3)에서 단열팽창된 이후에 증발용 열교환기의 역할을 하는 실내기(4)로 유입되며, 이 실내기(4)로 유입된 냉매가스는 실내로부터 열을 흡수하면서 증발된 이후에 다시 메인 밸브(11)를 거쳐 압축기(1)의 흡입구측으로 흡입되는데, 이때 냉매가스는 실내기(4)를 거치면서 증발되는 과정에서 실내에 차가운 공기를 공급하게 되는 것이었다.

반대로, 상기 히트펌프가 난방에 사용될 때에는 냉매 절환장치의 파이로트 밸브(12)에 전류가 인가되어 솔레노이드 코일(12c)에 기전력이 유도되고, 그 기전력에 의해 파이로트 밸브(12)의 밸브피스톤(12b)이 스프링(12d)의 탄성력을 이기고 솔레노이드 코일(12c)이 감긴 밸브실린더(12a)의 편측으로 끌려 오게 되어 도면의 "B실"쪽을 여는 반면, 도면의 "A실"쪽을 닫게 된다.

이때, 상기 메인 밸브(11)의 밸브실린더(11a)에 연통된 두 모세관(13,13')의 입구측에 전술한 냉방시와는 반대의 압력차가 발생되고, 그 압력차에 의해 밸브피스톤(11b)이 도면의 좌측에서 우측으로 밀리면서 압축기(1)의 토출구와 실내기(4)를 연통시키는 반면, 압축기(1)의 흡입구와 실외기(2)를 연통시키게 된다.

이렇게 되면, 상기 압축기(1)로부터 토출되는 냉매가스는 전술한 냉방시와는 반대쪽으로 흘러 응축용 열교환기의 역할을 하는 실내기(4)를 거쳐 모세관(3) 그리고 증발기의 역할을 하는 실외기(2) 및 메인 밸브(11)를 통해 압축기(1)로 되돌아 오게 되는데, 이때 상기 실내기(4)에서는 실내로 열을 방출하게 되어 더운 공기를 공급하게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 히트펌프의 냉매 절환장치에 있어서는, 메인 밸브(11)의 밸브피스톤(11b)이 밸브실린더(11a)의 양측 압력차에 의해 직선 왕복운동을 하면서 냉매가스를 절환하도록 하는 것으로, 이는 상기 밸브피스톤(11b)이 밸브실린더(11a)내에서 항상 정밀한 직진도 및 평면도를 유지하여야 냉매의 누설을 방지할 수 있으나, 실제로는 밸브실린더(11a) 및 밸브피스톤(11b)의 정밀한 제작이 난해하여 냉매가스가 누설될 뿐만 아니라, 파이로트 밸브(12)의 작동에 의해 발생되는 차압이 메인 밸브(11)의 밸브피스톤(11b)에 발생되는 마찰 및 관성을 극복하지 못하여 냉매의 정확한 절환이 이루어지지 못하면서 냉방운전 및 난방운전이 정확하게 분리 동작되지 못함에 따라 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 냉매 절환장치는 정밀가공하여야 하는 밸브실린더(11a,12a)와 밸브피스톤(11b,12b)이 각각 구비된 메인 밸브(11)와 파이로트 밸브(12)로 이루어져 정밀한 제조공수가 증가하게 되는 것은 물론, 이로 인해 제조원가가 상승하게 되는 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 히트펌프의 냉매 절환장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 냉방운전 및 난방운전으로의 절환동작이 정확하게 이루어져 효율이 향상될 수 있는 히트펌프의 냉매 절환장치를 제공하려는데 목적이 있다.

또한, 상기 제작이 용이하고 간결하여 정밀가공의 제조공수를 감소시키고 이를 통해 제조원가가 감축되는 히트펌프의 냉매 절환장치를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래 냉매 절환장치가 구비된 히트펌프의 냉방 및 난방시에 대한 각각의 배관도.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 냉매 절환장치의 일실시예가 구비된 히트펌프의 냉방 및 난방시에 대한 각각의 배관도.

도 3은 본 발명 냉매 절환장치의 일실시예를 절개하여 보인 사시도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명 냉매 절환장치의 일실시예를 절개하여 보인 횡단면도 및 종단면도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 의한 냉매 절환장치의 다른 실시예가 구비된 히트펌프의 냉방 및 난방시에 대한 각각의 배관도.

도 6은 본 발명에 의한 냉매 절환장치의 다른 실시예를 절개하여 보인 사시도.

도 7a 및 도 7b는 본 발명 냉매 절환장치의 다른 실시예에 대한 요부를 보인 사시도.

도 8은 도 6의 종단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

110 : 메인 밸브 111 : 밸브실린더

111a : 회동안내부 112 : 밸브롤러

12a,112b : 제1,제2 냉매절환홈 112c : 냉매통공

131,132 : 모세관 120 : 파이로트 밸브

121 : 파이로트 밸브의 밸브실린더 122 : 파이로트 밸브의 밸브피스톤

210 : 밸브실린더 211 : 밸브몸통

212 : 밸브뚜껑 220 : 구동수단

221 : 고정자 221a : 권선코일

222 : 회전자 230 : 밸브디스크

231,232 : 냉매통구 233 : 냉매절환홈

240 : 연결봉 250 : 밸브시트

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 양측에 각각 팽창공간이 구비되는 보조 배압용 파이로트 밸브에 결합되어 그 파이로트 밸브의 각 팽창공간과의 연통 여부에 따라 고압측과 저압측으로 구분되면서 압력차에 의해 압축기의 토출구를 실외기 또는 실내기에 구분 연통시켜 냉매의 유동방향을 제어하는 히트펌프의 냉매 절환장치에 있어서, 상기 파이로트 밸브의 각 팽창공간과 모세관으로 개별 연통되어 양측에 가압공간이 분리 형성되는 동시에 압축기의 흡입구/토출구 및 실외기의 입구/출구 그리고 실내기의 입구/출구와 각각 냉매관으로 연통되어 유통공간이 형성되는 밸브실린더와, 상기 밸브실린더의 가압공간과 유통공간에 회전 가능하게 결합되어 파이로트 밸브의 열려진 팽창공간에 연통되는 가압공간의 압력과 이에 반하는 가압공간의 압력차에 의해 회전하면서 유통공간에서의 냉매 유동방향을 전환시키도록 각 냉매관을 서로 연통시키는 냉매절환홈이 구비된 밸브롤러로 이루어진 것을 특징으로 하는 히트펌프의 냉매 절환장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 히트펌프의 냉매 절환장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 냉매 절환장치의 일실시예가 구비된 히트펌프의 냉방 및 난방시에 대한 각각의 배관도이고, 도 3은 본 발명 냉매 절환장치의 일실시예를 절개하여 보인 사시도이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명 냉매 절환장치의 일실시예를 절개하여 보인 횡단면도 및 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 냉매 절환장치가 구비된 히트펌프는, 전술한 바와 같이 압축기(1), 응축용 열교환기 또는 증발용 열교환기의 역할을 하는 실외기(2), 팽창기구인 모세관(3), 증발용 열교환기 또는 응축용 열교환기의 역할을 하는 실내기(4), 그리고 상기 압축기(1)와 실외기(2)를 연통시키거나 또는 압축기(1)와 실내기(4)를 연통시키도록 4방밸브로 이루어져 냉/난방을 절환시키는 냉매 절환장치(100)로 구성된다.

상기 냉매 절환장치(100)는 솔레노이드형 파이로트 밸브가 구비된 회전식 4방밸브로서, 그 내부에 개재되는 개폐부재가 양측의 압력차에 의해 시계추와 같은 각운동을 하면서 압축기(1)로부터 토출되는 냉매가스를 실외기(2) 또는 실내기(4)로 유도하였다가 다시 실내기(4) 또는 실외기(2)로부터 반입되는 냉매가스를 압축기(1)로 유도하는 메인 밸브(110)와, 그 메인 밸브(110)의 개폐부재가 각운동을 하도록 압력차를 발생시키기 위한 모세관(131,132)으로 상기 메인 밸브(110)의 양측 가압공간(A)(B)과 연통됨과 아울러 솔레노이드 코일에 인가되는 전류에 의해 유도되는 기전력을 이용하여 메인 밸브(110)를 실외기(2) 또는 실내기(4)와 연통시키도록 양측에 팽창공간(미부호)이 구비되는 파이로트 밸브(120)로 이루어진다.

상기 메인 밸브(110)는 압축기(1)의 흡입/토출구 및 실외기(2)의 입/출구 그리고 실내기(4)의 입/출구와 각각 연통됨과 아울러 상기 압축기(1)의 토출구를 통해 토출되는 냉매가스가 고압측과 저압측으로 구분되도록 하는 파이로트 밸브(120)가 연통 설치되는 4방향 밸브실린더(111)와, 그 밸브실린더(111)의 내부가 고압측과 저압측으로 구획되도록 회동 가능하게 설치되어 상기 파이로트 밸브(120)에 의해 냉매가스의 고압측에서 저압측으로 밀려 회동하면서 압축기(1)의 토출구와 실외기(2) 및 압축기(1)의 흡입구와 실내기(4) 또는 반대로 압축기(1)의 토출구와 실내기(4) 및 압축기(1)의 흡입구와 실외기(2)를 구분 연통시키는 밸브롤러(112)를 포함하여 이루어진다.

상기 밸브실린더(111)의 저면 중심에는 압축기(1)의 토출구에서 연장되는 냉매관(미부호)이 연통되고, 그 압축기(1)의 토출구와 연통되는 냉매관(미부호)을 중심으로 양분하였을 때 어느 한쪽에 압축기(1)의 흡입구 및 실외기(2) 그리고 실내기(4)에서 연장되는 각각의 냉매관(미부호)들이 '마름모'형으로 연통되며, 반대쪽에 파이로트 밸브(120)에서 연장되는 복수개의 모세관(131,132)이 대략 90°각도를 이루고 연통된다.

상기 밸브롤러(112)의 저면에는 상기한 각각의 냉매관을 절환 연통시키기 위한 제1, 제2 냉매절환홈(112a, 112b)이 길게 형성된다.

또한, 상기 밸브롤러(112)는 그 외주면이 밸브실린더(111)의 내주면에 항상 미끄럼접촉한 상태에서 회동하는 캠 형상으로 형성되는 것이 바람직한데, 상기 밸브롤러(112)는 그 회동성을 높이기 위하여 압축기(1)의 토출구와 연통되는 지점을 회전중심으로 하여 부채꼴 모양으로 형성되고, 그 밸브롤러(112)의 단반경 외주면이 접하는 밸브실린더(111)의 내주면에는 가압공간(A)(B)을 양분함과 아울러 밸브롤러(112)의 회동을 안내하도록 원호형으로 된 회동안내부(111a)가 돌출 형성된다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 121은 밸브실린더, 122는 밸브피스톤, 112c는 냉매통공이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 냉매 절환장치가 구비된 히트펌프는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 히트펌프가 냉방에 사용될 때에는 냉매 절환장치(100)의 파이로트 밸브(120)에 전류가 단락(OFF)되어 그 파이로트 밸브(120)의 밸브피스톤(122)이 스프링(미부호)에 의해 구속되면서 도면의 "A실"을 막는 반면, 도면의 "B실"을 개방하게 된다.

이때, 상기 압축기(1)에 전원이 인가되어 압축 토출되는 냉매가스는 메인 밸브(110)의 밸브실린더(111)의 입구로 유입되었다가 밸브롤러(112)의 냉매통공 (112c)을 통해 양측 모세관(131,132)으로 흘러들어가게 되나, 이 두 모세관 중에서 "A실"측의 모세관(132)은 그 출구가 파이로트 밸브(120)의 밸브피스톤(122)에 의해 닫혀 압력이 유지되는 반면, 맞은편 모세관(131)은 그 출구가 파이로트 밸브(120)를 통해 압축기(1)의 흡입구에 연통되어 압력이 강하되므로 두 모세관(131,132)의 입구측에는 압력차가 발생되고, 그 압력차에 의해 메인 밸브(110)의 밸브롤러(112)가 도면의 시계방향으로 밀려나게 된다.

이렇게, 상기 메인 밸브(110)의 밸브롤러(112)가 "A실"측에서 "B실"측으로 밀려 회전하면서 압축기(1)의 토출구와 실외기(2)가 제1 냉매절환홈(112a)에 의해 연통되는 반면, 압축기(1)의 흡입구는 실내기(4)의 출구와 제2 냉매절환홈(112b)에 의해 연통된다.

이와 같이 상기 압축기(1)의 토출구와 실외기(2)의 입구가 연통되는 경우에는, 상기 압축기(1)로부터 토출되는 냉매가스는 응축용 열교환기의 역할을 하는 실외기(2)에서 외부로 열을 방출하면서 액상과 기상의 2상 냉매로 변환되고, 이어서 모세관(3)에서 단열팽창된 이후에 증발용 열교환기의 역할을 하는 실내기(4)로 유입되며, 이 실내기(4)로 유입된 냉매가스는 실내로부터 열을 흡수하면서 증발된 이후에 다시 메인 밸브(11)를 거쳐 압축기(1)의 흡입구측으로 흡입되는데, 이때 냉매가스는 실내기(4)를 거치면서 증발되는 과정에서 실내에 차가운 공기를 공급하게 되는 것이었다.

반대로, 상기 히트펌프가 난방에 사용될 때에는 냉매 절환장치의 파이로트 밸브(120)에 전류가 인가되어 솔레노이드 코일(미부호)에 기전력이 유도되고, 그 기전력에 의해 파이로트 밸브(120)의 밸브피스톤(122)이 스프링(미부호)의 탄성력을 이기고 솔레노이드 코일(미부호)이 감긴 밸브실린더(121)의 편측으로 끌려 오게 되어 도면의 "B실"쪽을 여는 반면, 도면의 "A실"쪽을 닫게 된다.

이때, 상기 메인 밸브(110)의 밸브실린더(111)에 연통된 두 모세관(131,132)의 입구측에 전술한 냉방시와는 반대의 압력차가 발생되고, 그 압력차에 의해 밸브롤러(112)가 도면의 반시계방향으로 밀리면서 회전하여 압축기(1)의 토출구와 실내기(4)의 입구가 연통시키는 반면, 압축기(1)의 흡입구와 실외기(2)의 출구가 연통된다.

이렇게 되면, 상기 압축기(1)로부터 토출되는 냉매가스는 전술한 냉방시와는 반대쪽으로 흘러 응축용 열교환기의 역할을 하는 실내기(4)를 거쳐 모세관(3) 그리고 증발기의 역할을 하는 실외기(2) 및 메인 밸브(110)를 통해 압축기(1)로 되돌아 오게 되는데, 이때 상기 실내기(4)에서는 실내로 열을 방출하게 되어 더운 공기를 공급하게 되는 것이다.

본 발명에 의한 히트펌프의 냉매 절환장치에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

전술한 실시예의 냉매 절환장치는 회전식 메인 밸브(110)와, 그 메인 밸브 (110)를 동작시키기 위한 별도의 파이로트 밸브(120)가 구비되는 것이나, 본 실시예의 냉매 절환장치(200)는 별도의 파이로트 밸브가 구비되지 아니하고 전자기력을 직접 구동력으로 하여 회전하면서 냉매를 절환시킬 수 있는 4방향 밸브이다.

즉, 압축기(1)의 흡입, 토출구 및 실외기(2) 그리고 실내기(4)와 각각 연통되는 밸브실린더(210)와, 그 밸브실린더(210)의 내부에 고정자(221) 및 회전자 (222)로 이루어져 인가되는 전원의 극성에 따라 회전자(222)가 정해진 범위내에서 정회동 및 역회동을 하도록 설치되는 구동수단(220)과, 그 구동수단(220)의 회전자 (222)에 일체되어 밸브실린더(210)의 내부에서 회동가능하게 설치됨과 아울러 압축기(1)의 토출구와 실외기(2)의 입구 및 압축기(1)의 흡입구와 실내기(4)의 출구 또는 반대로 압축기(1)의 토출구와 실내기(4)의 입구 및 압축기(1)의 흡입구와 실외기(2)의 출구를 구분 연통시키는 밸브디스크(230)를 포함하여 이루어진다.

상기 밸브실린더(210)는 원통형의 밸브몸통(211)과 밸브뚜껑(212)으로 이루어지는데, 그 중에서 밸브몸통(211)의 일측에는 압축기(1)의 토출구에서 연장되는 냉매관이 연통되고, 상기 밸브몸통(211)의 바닥면에는 실외기(2) 및 실내기(4) 그리고 압축기(1)의 흡입구에 연장되는 냉매관이 동일한 원주상에 연통 설치된다.

상기 구동수단(220)의 고정자(221)는 통상 4개의 권선코일(221a)이 삽입되어 밸브실린더(210)의 밸브뚜껑(211)에 일체로 결합되는 반면, 상기 회전자(222)는 각 권선코일(221a)에 대향되도록 4개의 마그네트(미도시)가 서로 이웃하는 마그네트와 다른 극성을 갖도록 분극되어 밸브몸통(211)의 상단쪽에 승강 및 회전이 가능하도록 설치된다.

상기 밸브디스크(230)는 회전자(222)의 중심에서 수직으로 연장된 연결봉 (240)에 체결되는 것으로, 상기 압축기(1)의 토출구와 연통되는 냉매관과 연통되는 두개의 냉매통구(231, 232)가 통상 120°의 각도를 두고 형성되는데, 이 두개의 냉매통구(231, 232)는 히트펌프의 운전방향에 따라 어느 하나가 압축기(1)의 토출구와 실외기(2)를 연통시키는 역할을 하게 되면 나머지는 폐쇄되고, 반대로 그 나머지 냉매통구가 압축기(1)의 토출구와 실내기(4)를 연통시키는 역할을 하게 되면 다른 하나는 폐쇄된다.

또한, 상기 두개의 냉매통구(231, 232) 사이에는 원호형의 냉매절환홈(233)이 길게 형성되는데, 이 냉매절환홈(233)은 히트펌프의 사이클을 순환한 냉매가스가 실내기(4) 또는 실외기(2)로부터 압축기(1)의 흡입구로 유입되도록 유도하는 역할을 한다.

상기 밸브디스크(230)는 그 저면에 냉매가스의 역류를 방지하기 위한 밸브시트(250)가 일체로 결합되는 것이 바람직하다.

도면중 전술한 실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 냉매 절환장치가 구비된 히트펌프의 동작은 다음과 같다.

즉, 히트펌프가 냉방에 사용될 때에는, 상기 고정자(221)의 코일(221a)에 어느 극성의 전원이 인가되면, 그 코일(221a)에 의해 유도된 자기장이 회전자(222)의 마그네트(미도시)와 같은 극성을 가지게 되는데, 여기서 발생되는 힘은 회전성분과 수직성분으로 나뉘어지게 된다.

이 중에서 회전성분의 힘은 마그네트가 다음번 분극에 가서 정지하게 하여 회전자(222) 및 밸브디스크(230)가 도면의 시계방향으로 회동하는 반면 수직성분의 힘은 밸브디스크(230)와 밸브시트(250) 사이에 수직으로 작용하여 냉매의 누설을 방지하는 힘으로 작용하는데, 이때 상기 압축기(1)의 토출구는 실외기(2)의 입구와 연통되는 반면 압축기(1)의 흡입구는 실내기(4)의 출구와 연통된다.

이와 같이 상기 압축기(1)의 토출구와 실외기(2)가 연통되는 경우에는, 전술한 바와 같이 압축기(1)로부터 토출되는 냉매가스가 응축용 열교환기의 역할을 하는 실외기(2)에서 외부로 열을 방출하면서 액상과 기상의 2상 냉매로 변환되고, 이어서 모세관(3)에서 단열팽창된 이후에 증발용 열교환기의 역할을 하는 실내기(4)로 유입되며, 이 실내기(4)로 유입된 냉매가스는 실내로부터 열을 흡수하면서 증발된 이후에 다시 냉매 절환장치(200)를 거쳐 압축기(1)의 흡입구로 흡입되는데, 이때 냉매가스는 실내기(4)를 거치면서 증발되는 과정에서 실내에 차가운 공기를 공급하게 되는 것이다.

반대로, 상기 히트펌프가 난방에 사용될 때에는, 상기 고정자(221)의 코일 (221a)에 상기와는 반대의 극성을 갖는 전원이 인가되면, 그 코일(221a)에 의해 유도된 자기장에 의해 회전자(222)가 먼저번 분극에 가서 정지하게 하여 회전자(222) 및 밸브디스크(230)가 도면의 반시계방향으로 회동하게 되는데, 이때 상기 압축기 (1)의 토출구는 실내기(4)의 입구와 연통되는 반면 압축기(1)의 흡입구는 실외기 (2)의 출구와 연통된다.

이렇게 되면, 상기 압축기(1)로부터 토출되는 냉매가스는 전술한 냉방시와는 반대쪽으로 흘러 응축용 열교환기의 역할을 하는 실내기(4)를 거쳐 모세관(3) 그리고 증발기의 역할을 하는 실외기(2) 및 냉매 절환장치(200)를 통해 압축기(1)로 되돌아 오게 되는데, 이때 상기 실내기(4)에서는 실내로 열을 방출하게 되어 더운 공기를 공급하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 히트펌프의 냉매 절환장치는, 파이로트 밸브에 의한 압력차에 의해 메인 밸브가 회동하면서 압축기로부터 토출되는 냉매가스를 냉방 또는 난방에 맞게 실외기 또는 실내기로 절환하도록 함으로써, 냉난방 운전에 대한 메인 밸브의 절환동작시 직선식보다 상대적으로 마찰저항이 작은 회전식으로 변경하게 되어 상기의 절환동작이 정확하게 이루어져 효율이 향상되는 것은 물론, 정밀가공에 대한 제조공수를 줄여 제작이 용이할 뿐만 아니라 별도의 파이로트 밸브를 생략할 수도 있어 제조원가가 크게 감축되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 양측에 각각 팽창공간이 구비되는 보조 배압용 파이로트 밸브에 결합되어 그 파이로트 밸브의 각 팽창공간과의 연통 여부에 따라 고압측과 저압측으로 구분되면서 압력차에 의해 압축기의 토출구를 실외기 또는 실내기에 구분 연통시켜 냉매의 유동방향을 제어하는 히트펌프의 냉매 절환장치에 있어서, 상기 파이로트 밸브의 각 팽창공간과 모세관으로 개별 연통되어 양측에 가압공간이 분리 형성되는 동시에 압축기의 흡입구/토출구 및 실외기의 입구/출구 그리고 실내기의 입구/출구와 각각 냉매관으로 연통되어 유통공간이 형성되는 밸브실린더와, 상기 밸브실린더의 가압공간과 유통공간에 회전 가능하게 결합되어 파이로트 밸브의 열려진 팽창공간에 연통되는 가압공간의 압력과 이에 반하는 가압공간의 압력차에 의해 회전하면서 유통공간에서의 냉매 유동방향을 전환시키도록 각 냉매관을 서로 연통시키는 냉매절환홈이 구비된 밸브롤러로 이루어진 것을 특징으로 하는 히트펌프의 냉매 절환장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 밸브실린더의 내주면에는 가압공간을 복수 개로 구획함과 아울러 상기 밸브롤러의 회동을 원활하게 하는 원호형의 회동안내부가 그 밸브롤러의 단반경 외주면이 접하도록 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 냉매 절환장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 냉매절환홈은 압축기의 토출구와 항상 연통되는 동시에 냉방시는 압축기의 토출구와 실외기를 연통시키는 반면 난방시는 압축기의 토출구와 실내기를 연통시키는 제1 냉매절환홈과, 상기 압축기의 흡입구와 항상 연통되는 동시에 냉방시는 압축기의 흡입구와 실내기를 연통시키는 반면 난방시는 압축기의 흡입구와 실외기를 연통시키는 제2 냉매절환홈으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 냉매 절환장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 냉매절환홈의 양측에는 압축기의 토출구로부터 유입되는 냉매가스의 일부를 각각의 가압공간에 연통된 모세관으로 유도하여 그 모세관으로 유입된 냉매가스가 파이로트 밸브로 흘러들어 상기한 복수 개의 가압공간이 고압측과 저압측으로 구분되도록 하는 냉매통공이 가압공간에 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 냉매 절환장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 밸브롤러는 그 외주면이 밸브실린더의 내주면에 항상 미끄럼접촉한 상태에서 회동하도록 캠 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 냉매 절환장치.