KR100310535B1

KR100310535B1 - 공랭식히트펌프

Info

Publication number: KR100310535B1
Application number: KR1019980037036A
Authority: KR
Inventors: 김양규
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2001-12-17
Also published as: KR20000019106A

Abstract

본 발명은 종래의 공랭식 히트 펌프가 난방 저온 운전시 실외 열교환기에 착상이 생기면 역사이클 운전을 하게 되어 시스템에서 실내로 더운 공기를 토출하지 않게 되므로 실내 온도가 하강되고 난방감 부족으로 인한 소비자의 불만이 커지는 문제점이 있기 때문에;

냉방시에는 응축 수단으로 난방시에는 증발 수단으로 작용하는 실외 열교환기와, 냉방시에는 증발 수단으로 난방시에는 응축 수단으로 작용하는 실내 열교환기와, 응축 수단에 의해 응축된 냉매를 단열 팽창시켜 액체와 기체가 혼합된 2상 냉매가 되도록 하는 팽창 기구를 포함하는 공랭식 히트 펌프에 있어서, 상기 팽창 기구와 상기 실외 열교환기 사이에 설치되고 냉매가 가진 열을 흡수한 후 제상 운전시 실외 열교환기로 흐르는 냉매에 열을 공급하여 실외 열교환기에 형성된 서리를 제거하는 축열 수단이 구비됨으로써;

난방 저온 운전에 따라 실외 열교환기에 착상될 경우 서리 제거를 위하여 역사이클 운전을 하지 않고 난방 운전을 계속하면서 제상하여 제상에 따른 난방력 부족에 의한 소비자의 불만을 해소할 수 있는 공랭식 히트 펌프에 관한 것이다.

Description

공랭식 히트 펌프

본 발명은 냉방과 난방을 동시에 실시할 수 있는 공랭식 히트 펌프에 관한 것으로서, 특히 축열부를 이용하여 실외 열교환기에 형성된 서리를 제거함으로써 실온 저하없이 제상 운전을 실시하도록 하여 착상 조건에서의 사용자의 만족도를 향상시킬 수 있는 공랭식 히트 펌프에 관한 것이다.

종래의 공랭식 히트 펌프는 도 1에 도시된 바와 같이 저온 저압의 기체 상태의 냉매를 고온 고압으로 변화시키는 압축기(11)와, 상기 압축기(11)에서 나온 냉매를 냉방시에는 실외 열교환기(13)로 난방시에는 실내 열교환기(15)로 보내는 사방 밸브(12)와, 고온 고압의 기체 냉매를 액냉매로 응축시키는 응축수단(냉방시 실외 열교환기(13), 난방시 실내 열교환기(15))과, 상기 응축수단에 의해 응축된 액냉매를 고체와 액체가 혼합된 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 팽창 기구(14)와, 외부의 열을 흡수하여 2상 냉매를 기체 상태로 변화시키는 증발수단(냉방시 실내 열교환기(15), 난방시 실외 열교환기(13))과, 상기 실외 열교환기(13)의 측면에 설치되어 열교환기쪽으로 공기를 송풍하여 열교환 효율을 상승시키는 실외 팬(17)과, 상기 실내 열교환기(15)에 설치되어 열교환을 통해 더워지거나 차가워진 공기를 실내로 토출시키는 실내 팬(16)으로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 공랭식 히트 펌프는 사방 밸브의 조작에 따라 따뜻한 공기 또는 시원한 공기를 실내로 토출하여 난방 또는 냉방을 실시하도록 되어 있다.

냉방시에는 압축기(11)에서 발생된 냉매가 실외 열교환기(13)측으로 흐르도록 사방 밸브(12)를 냉방 모드로 조작한다. 히트 펌프를 구동시키면 압축기(11)가 동작되어 저온 저압의 기체 상태에 있는 냉매가 고온 고압으로 변화된다. 압축기(11)에서 나온 냉매는 상기 사방 밸브(12)에 의해 실외 열교환기(13)로 흐르게 되고, 실외 열교환기(13)에서는 기체 상태의 냉매가 방열 작용을 통해 액체 상태의 냉매로 변화된다. 이때, 상기 실외 열교환기(13)의 측면에 설치된 실외 팬(17)은 열교환기측으로 공기를 송풍하여 냉매가 가진 열이 빠르게 방출되도록 한다.

실외 열교환기(13)를 통과하여 고온 고압의 액체 상태가 된 냉매는 팽창 기구(14)를 지나면서 팽창되므로, 팽창 기구를 통과한 냉매는 그 일부가 기화되어 액체와 기체가 혼합된 저온 저압의 2상 형태가 된다. 2상 형태의 냉매는 실내 열교환기(15)로 이동된 후 열교환을 통해 기체 상태로 변화된다. 실내 열교환기(15)에서는 2상 형태의 냉매가 기화되면서 외부의 열을 흡수하여 공기를 냉각시키게 되고, 냉각된 공기는 실내 팬(16)에 의해 실내로 토출되어 실내를 냉방하게 된다. 열교환을 통해 생성된 저온 저압의 기체 상태에 있는 냉매는 상기 압축기(11)로 이동되어 계속 재순환하게 된다.

난방을 하는 경우에는 사방 밸브(12)를 난방 모드로 조작한다. 즉, 압축기(11)에서 발생한 고온 고압의 냉매가 실내 열교환기(15)쪽으로 흐르도록 하여 냉매의 유동 방향을 상기한 냉방 사이클과 반대되는 사이클로 진행시킨다.

히트 펌프를 구동시키면 압축기(11)가 동작되어 저온 저압의 기체 상태에 있는 냉매가 고온 고압으로 변화된다. 압축기(11)에서 나온 냉매는 상기 사방 밸브(12)에 의해 실내 열교환기(15)로 흐르게 되고, 실내 열교환기(15)에서는 기체 상태의 냉매가 방열 작용을 통해 액체 상태의 냉매로 변화된다. 이때, 냉매의 방열 작용에 의해 더워진 공기가 실내 팬(16)에 의해 실내로 토출되어 실내를 난방하게 된다.

실내 열교환기(15)를 통과하여 고온 고압의 액체 상태가 된 냉매는 팽창 기구(14)를 지나면서 팽창되므로, 팽창 기구(14)를 통과한 냉매는 그 일부가 기화되어 액체와 기체가 혼합된 저온 저압의 2상 형태가 된다. 2상 형태의 냉매는 실외 열교환기(13)로 이동된 후 열교환을 통해 기체 상태로 변화된다. 이때, 실외 팬(17)은 열교환기쪽으로 공기를 송풍하여 열교환이 원활하게 이루어지도록 한다. 실외 열교환기(13)에서의 열교환을 통해 생성된 저온 저압의 기체 상태에 있는 냉매는 상기 압축기(11)로 이동되어 계속 재순환하게 된다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 공랭식 히트 펌프는 난방 저온 운전에 따라 실외 열교환기에 착상이 생길 경우 역사이클 운전을 실시해야 하므로 시스템에서 실내로 더운 공기를 토출하지 않게 되어 실내 온도가 하강되고 난방감 부족으로 인한 소비자의 불만이 커지는 문제점이 있다.

즉, 난방 저온 운전시 실외 열교환기(13)의 주변 온도가 낮으므로 실외 열교환기(13)의 외부면에 서리가 부착되는 착상 현상이 생기게 되고, 착상으로 인해 열교환 성능이 약화되므로 이를 제거해야 실외 열교환기(13)가 그 기능을 제대로 발휘할 수 있다. 따라서, 사방 밸브(12)를 냉방 모드로 조작하여 냉매를 역으로 흐르게 함으로써 실외 열교환기(13)에 형성된 서리를 제거하게 된다.

실외 열교환기(13)에 형성된 서리를 제거하기 위한 역사이클 운전을 하는 경우에는 실내 열교환기(15)가 증발기의 역할을 하므로 실내 팬(16)은 정지시켜야 한다. 이는 실내 팬(16)을 작동시킬 경우 냉매의 증발 작용으로 형성된 차가운 바람이 실내로 토출되기 때문이다. 따라서, 제상 운전을 실행하는 경우 실내 팬(16)을 정지시킨 상태에서 운전을 실시하게 된다. 결국, 필요한 열량을 실내로 공급하지 못하게 되므로 실내 온도 및 난방감이 저하되어 소비자의 불만을 사게 된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실제적인 난방을 실행하지 않는 경우에 축열하고 제상 운전시 축열부의 열을 이용하여 실외 열교환기의 서리를 제거함으로써, 제상 운전시 역사이클 운전이 필요치 않아 지속적인 난방을 실시할 수 있는 공랭식 히트 펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 공랭식 히트 펌프가 개략적으로 도시된 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 공랭식 히트 펌프가 개략적으로 도시된 구성도,

도 3은 본 발명의 요부 구성인 축열 수단이 도시된 상세도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 압축기 52 : 사방 밸브

53 : 실외 열교환기 54 : 팽창 기구

55 : 실내 열교환기 56 : 실내 팬

57 : 실외 팬

60 : 축열 수단 61 : 축열부

62 : 제1전자 밸브 63 : 제2전자 밸브

64 : 바이패스 배관 64' : 단열 파이프

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공랭식 히트 펌프는 냉방시에는 응축 수단으로 난방시에는 증발 수단으로 작용하는 실외 열교환기와, 냉방시에는 증발 수단으로 난방시에는 응축 수단으로 작용하는 실내 열교환기와, 응축 수단에 의해 응축된 냉매를 단열 팽창시켜 액체와 기체가 혼합된 2상 냉매가 되도록 하는 팽창 기구를 포함하는 공랭식 히트 펌프에 있어서, 상기 팽창 기구와 상기 실외 열교환기 사이에 설치되고 냉매가 가진 열을 흡수한 후 제상 운전시 실외 열교환기로 흐르는 냉매에 열을 공급하여 실외 열교환기에 형성된 서리를 제거하는 축열 수단이 구비된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 공랭식 히트 펌프는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 저온 저압의 기체 상태의 냉매를 고온 고압으로 변화시키는 압축기(51)와, 상기 압축기(51)에서 나온 냉매를 냉방시에는 실외 열교환기(53)로 난방시에는 실내 열교환기(55)로 보내는 사방 밸브(52)와, 고온 고압의 기체 냉매를 액냉매로 응축시키는 응축수단(냉방시 실외 열교환기(53), 난방시 실내 열교환기(55))과, 상기 응축수단에 의해 응축된 액냉매를 고체와 액체가 혼합된 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 팽창 기구(54)와, 외부의 열을 흡수하여 2상 냉매를 기체 상태로 변화시키는 증발수단(냉방시 실내 열교환기(55), 난방시 실외 열교환기(53))과, 상기 팽창기구(54)와 상기 실외 열교환기(53) 사이에 설치되고 냉매가 가진 열을 흡수한 후 제상 운전시 실외 열교환기(53)로 흐르는 냉매에 열을 공급하여 실외 열교환기(53)에 형성된 서리를 제거하도록 하는 축열 수단(60)과, 상기 실외 열교환기(53)의 측면에 설치되어 열교환기쪽으로 공기를 송풍하여 열교환 효율을 상승시키는 실외 팬(57)과, 상기 실내 열교환기(55)에 설치되어 열교환을 통해 더워지거나 차가워진 공기를 실내로 토출시키는 실내 팬(56)으로 구성된다.

상기 축열 수단(60)은 상기 팽창 기구(54)와 실외 열교환기(53) 사이의 냉매 배관과 병렬로 설치된 바이패스 배관(64)과, 상기 바이패스 배관(64)의 주위에 설치되어 냉매와의 온도차를 이용하여 흡열 또는 방열하는 축열부(61)와, 상기 바이패스 배관(64)에 설치되어 축열부(61)를 지나는 냉매의 흐름을 제어하는 제1전자 밸브(62)와, 상기 바이패스 배관(64)과 병렬로 설치된 냉매 배관에 설치되어 냉매 흐름을 제어하는 제2전자 밸브(63)로 구성된다.

이때, 상기 제1전자 밸브(62)와 제2전자 밸브(63)는 서로 반대되게 작동되고, 상기 축열부(61)는 단열 효과의 향상을 위해 공기와의 접촉부에 단열재를 설치하며, 바이패스 라인을 통한 전도 열전달의 방지를 위해 입출구에 연결된 바이패스 배관(64)의 일부를 플라스틱 파이프와 같은 단열 파이프(64')로 형성한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 공랭식 히트 펌프는 제상 운전시 축열부에 저장된 열을 이용하여 실외 열교환기에 발생된 서리를 제거하게 된다.

본 발명의 공랭식 히트 펌프의 동작은 냉방시에는 축열 수단(60)의 제1전자 밸브(62)를 오프시키고 제2전자밸브(63)를 개방시켜 종래와 동일한 냉매 흐름이 이루어지도록 하고, 일반적인 난방시에도 역시 종래와 동일한 냉매 흐름이 이루어지도록 한다. 다만, 제상 조건에서는 필요에 따라 제1전자 밸브(62)와 제2전자 밸브(63)를 개폐하여 축열 및 제상 운전이 이루어지게 한다.

실외 열교환기에 착상될 가능성이 있는 난방 저온 운전시, 압축기(51)가 오프 조건이 되었을 때 팽창 기구(54)를 전개시켜 고온 고압의 냉매가 배관을 따라 흐르게 한다. 이때, 실내외 팬(56)(57)은 정지 상태를 유지하고 있는데, 정지 상태가 아니면 완전 정지시까지 기다린 후, 실내외 팬(56)(57)이 완전히 정지된 후 팽창 기구(54)를 전개((Fully Opened)한다.

팽창 기구(54)를 전개함과 동시에 제2전자 밸브(63)를 오프시키고 제1전자 밸브(62)를 개방시키며, 사방 밸브(52)를 냉방 모드로 조작하여 압축기(51)의 냉매가 실외 열교환기(53)쪽으로 흐르게 한다. 따라서, 압축기(51)에서 토출된 고온 고압의 냉매는 냉방 사이클과 동일하게 사방 밸브(52)→실외 열교환기(53)→제1전자 밸브(62)→축열부(61)→팽창 기구(54)→실내 열교환기(55)의 경로를 거쳐 다시 압축기(51)로 순환하게 된다. 이때, 상기 실외 열교환기(53) 및 실내 열교환기(55)에서 일부 열교환이 이루어지기는 하지만 대부분의 냉매는 별다른 장애없이 배관을 따라 흐르게 되는데, 이러한 운전을 핫 가스 바이패스(Hot Gas By-Pass) 운전이라 한다.

이 과정에서 고온의 냉매가 축열부(61)를 지날 때 냉매가 가진 열이 축열부(61)의 내부에 있는 축열재(Phase Change Meterial)에 저장된다. 장된 열이 외부로 방출되지 않고 잘 유지되도록 축열부(61)중 공기와 만나는 부분은 단열시키고, 바이패스 라인을 통한 전도 열전달을 방지하기 위해 바이패스 배관(64)의 일부를 플라스틱 파이프와 같은 단열 파이프(64')로 형성하여 축열부(61)의 입출구에 연결한다. 이때, 축열 시간은 제상 운전시 필요한 열량과 축열부(61)의 축열량을 고려하여 설정한다.

제상 운전에 필요한 열량의 축열이 완료되면 사방 밸브(52)를 조작하여 난방 운전 모드로 전환한다. 즉, 제2전자 밸브(63)를 개방하여(물론, 제1밸브(62)는 오프 상태로 변화된다.) 냉매가 주배관을 따라 흐르게 하여 통상적인 난방 운전을 실시한다. 난방 운전 도중 착상 조건에서 외부 열교환기(53)에 서리가 형성되어 제상 운전이 필요하다고 판단되면, 제2전자 밸브(63)를 오프시키고 제1전자 밸브(62)를 개방하여 팽창 기구(54)를 지난 냉매가 축열부(61)가 설치된 바이패스 배관(64)으로 흐르게 한다.

이 과정에서 축열부(61)의 축열재와 냉매는 열교환을 하게 되고, 열교환을 통해 온도가 상승된 냉매는 실외 열교환기(53)로 이동되어 실외 열교환기(53)의 바깥쪽에 착상된 서리를 녹이게 된다. 제상이 완료되었다고 판단되면 제1전자 밸브(62)를 오프시키고 제2전자 밸브(63)를 개방하여 통상의 난방 운전을 계속한다.

이와 같이, 본 발명의 공랭식 히트 펌프는 난방 저온 운전시 실외 열교환기에 착상될 경우 서리 제거를 위하여 역사이클 운전을 하지 않고 난방 운전을 계속하면서 제상하여 제상에 따른 난방력 부족에 의한 소비자의 불만을 해소할 수 있는 이점이 있다.

Claims

냉방시에는 응축 수단으로 난방시에는 증발 수단으로 작용하는 실외 열교환기와, 냉방시에는 증발 수단으로 난방시에는 응축 수단으로 작용하는 실내 열교환기와, 응축 수단에 의해 응축된 냉매를 단열 팽창시켜 액체와 기체가 혼합된 2상 냉매가 되도록 하는 팽창 기구를 포함하는 공랭식 히트 펌프에 있어서,

상기 팽창 기구와 실외 열교환기 사이에 냉매 배관과 병렬로 설치된 바이패스 배관과, 상기 바이패스 배관의 주위에 설치되어 냉매와의 온도차를 이용하여 흡열 또는 방열하는 축열부와, 상기 바이패스 배관에 설치되어 축열부를 지나는 냉매의 흐름을 제어하는 제 1밸브와, 상기 냉매 배관에 설치되어 냉매 흐름을 제어하고 전자적 제어에 의해 상기 제 1밸브와 반대로 작동되는 제 2밸브로 구성된 축열수단이 구비된 것을 특징으로 하는 공랭식 히트 펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 바이패스 배관은 상기 축열부의 입구 전방과 출구 후방이 단열파이프로 형성되는 것을 특징으로 하는 공랭식 히트 펌프.