KR100332778B1 - 히트 펌프의 유량 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히트 펌프의 유량 제어장치에 관한 것으로, 본 발명은 압축기와 실내측 열교환기의 사이에 일단이 연결되어 압축기의 토출측에서 토출되는 고온 및 고압의 냉매가 바이패스되는 바이패스관과, 상기 바이패스관에 설치되어 고온 및 고압의 냉매 압력을 중간 정도의 압력으로 감압시키기 위한 감압 기구와, 상기 바이패스관의 타단이 팽창 기구로 부터 공급된 냉매를 실외측 열교환기의 내부로 분배하기 위한 복수개 분기관중 어느 하나의 개폐 수단이 구비된 분기관에 연결되는 분배기로 구성되어, 히트 펌프의 저속 난방 운전시 냉매 순환 유량의 감소로 증발기 역할을 하는 실외기측 열교환기가 상대적으로 커져서 발생하는 증발 온도의 상승에 의한 열량 저하가 방지되도록 분배기를 원활하게 작동시킬 수 있으므로써 냉방 및 난방에 필요한 충분한 열량을 얻을 수 있으며, 고속 난방 운전시에는 증발기 역할을 하는 실외측 열교환기 입구의 복수개 분기관을 모두 사용할 수 있으므로 인해 동일한 성능을 발휘할 수 있고, 별도의 구동원 없이 냉매의 압력을 이용하여 분배기의 냉매량을 효율적으로 조절할 수 있으므로 작동시의 신뢰성을 보장할 수 있게 된다.

Description

히트 펌프의 유량 제어장치{FLOW CONTROL DEVICE FOR HEAT PUMP}
본 발명은 히트 펌프의 유량 분배장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히트 펌프의 저속 난방 운전시 냉매 순환 유량의 감소로 증발기 역할을 하는 실외기측 열교환기가 상대적으로 커져서 발생하는 증발 온도의 상승에 의한 열량 저하가 방지되도록 분배기를 원활하게 작동시킬 수 있도록 한 것이다.
일반적으로, 냉동 사이클은 저온 및 저압의 기체 상태의 냉매를 고온 및 고압의 기체 상태 냉매로 변화시키는 압축기와, 상기 압축기에서 변화된 고온 및 고압의 기체 상태의 냉매를 고온 및 고압의 액체 상태의 냉매로 변화시키면서 내부로 열을 방출하는 응축기와, 상기 응축기에서 변화된 고온 및 고압의 액체 냉매를 저온 및 저압의 액체 냉매로 변화시키는 팽창 기구와, 상기 팽창 기구에서 변화된 저온 및 저압의 액체 상태의 냉매를 기체 상태로 변화시키면서 외부의 열을 흡수하는 증발기로 구성되며, 상기한 각 구성 요소들은 냉매관에 의해 연결된다.
상기한 냉동 사이클은 냉장고나 에어컨 등에 적용되며, 증발기에서 외부의 열을 흡수하는 것과 응축기에서 외부에 열을 방출하는 것을 이용하여 식품을 신선하게 보관하거나 실내를 냉방 및 난방시켜 실내 환경을 쾌적하게 유지하게 된다.
도 1은 상기한 냉동 사이클을 적용한 히트 펌프의 냉동 사이클을 도시한 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이, 히트 펌프의 냉동 사이클은 냉매를 압축하는 압축기(21)에 사방 밸브(22)가 연결되고, 사방 밸브(22)의 일측에는 실외측열교환기(23)가 연결되며, 실외측 열교환기(23)에는 팽창 기구(24)가 연결되고, 팽창 기구(24)에는 실내측 열교환기(25)가 연결되며, 실내측 열교환기(25)에는 상기 사방 밸브(22)의 다른 일측에 연결되고, 상기 사방 밸브(22)의 또다른 일측은 압축기(21)와 연결되며, 상기 실내측 및 실외측 열교환기(25)(23)에는 각각 팽창 기구(24)로 부터 공급되는 냉매를 실내측 및 실외측 열교환기(25)(23)의 각 경로로 분해하여 공급하기 위한 분배기(26)가 설치된다.
또한, 상기 실외측 및 실내측 열교환기(23)(25)의 일측에는 냉방 및 난방 운전시 각각의 실외측 및 실내측 모터(27)(28)의 구동에 의해 회전하는 송풍팬(29) 및 시로코팬(30)이 설치된다.
상기한 바와 같은 히트 펌프의 냉동 사이클은 냉방 및 난방 운전시 상기 사방 밸브(5)의 방향을 절환시키면서 실내 및 실외에 설치되는 실내측 및 실외측 열교환기(25)(23)의 역할을 변환시켜 실내를 냉방 및 난방시키게 된다.
즉, 난방 운전시에는 압축기(21)의 작동에 의해 냉매가 반시계 방향으로 흐름에 따라 압축기(21) → 사방 밸브(22) → 실내측 열교환기(25) → 팽창 기구(24) → 실외측 열교환기(23) → 사방 밸브(22) → 압축기(21)의 순서를 거치면서 진행되는 데, 이때 상기 실내측 열교환기(25)는 응축기의 역할을 하고, 실외측 열교환기(23)는 증발기의 역할을 하면서 실내측 열교환기(25)에서 열교환되는 더운 공기를 실내로 토출시켜 실내를 난방 상태로 유지하게 된다.
그리고, 냉방 운전시에는 사방 밸브(22)의 방향을 절환시켜 냉매의 흐름이 시계 방향으로 진행되는 데, 이때 상기 실내측 열교환기(25)는 증발기의 역할을 하며, 실외측 열교환기(23)는 응축기의 역할을 하면서 실내측 열교환기(25)에서 열교환되는 차가운 공기를 실내로 토출시켜 실내를 냉방 상태로 유지하게 된다.
또한, 도 2는 종래의 분배기를 나타낸 사시도이고, 도 3은 종래의 분배기가 설치된 냉동 사이클을 나타낸 구성도로서, 종래의 분배기(26)는 팽창 기구(24)로 부터 냉매가 유입되는 입구(26a)가 형성되는 분배기 몸체(26b)와, 상기 분배기 몸체(26b)의 상단부에 결합되는 커버(26c)와, 상기 커버(26c)에 설치되어 실내측 및 실외측 열교환기(25)(23)의 각 경로에 연통되는 복수개의 분기관(26d)으로 구성되어 난방 운전시 상기 분배기(26)는 팽창 기구(24)로 부터 공급된 냉매를 증발기 역할을 하는 실외측 열교환기(23)에 균일하게 분배시키므로써 증발 성능을 향상시키지만, 분배기 몸체(26b)의 입구(26a)는 항상 2상 상태(2-Phase State) 이므로 액체 상태에 비하여 속도 성분이 우세하여 특정 경로로 치우치기가 쉽다.
한편, 히트 펌프에서는 압축기(21)의 회전수가 변화하여 유량이 증감함에도 불구하고 난방 운전시 증발기로 사용되는 실외측 열교환기(23)의 크기는 고정되어 있음에 따라서 저속 운전시에는 실외기가 상대적으로 과잉(Over Sized) 설계되어 있고, 고속 운전시에는 과소(Under Sized) 설계되는 결과가 되는 데, 특히 30㎐ 이하 저속 난방 운전시에는 유량이 적어 증발기 역할을 하는 실외측 열교환기(23) 내에서 증발이 빨리 발생하여 실외측 열교환기(23) 전체를 높은 증발 온도로 유지하게 되거나, 균일한 증발 온도로 유지할 수 없는 경우가 발생하게 된다.
종래에는 히트 펌프의 냉동 사이클을 구성하는 압축기(21)의 회전수 변화에 관계없이 분배기(26)는 항상 팽창 기구(24)로 부터 유입된 냉매를 난방 운전시 그대로 증발기 역할을 하는 실외측 열교환기(23)로 공급하므로써 실외측 열교환기(23) 내부의 온도 상승을 유발하고, 냉매가 불균일하게 분배가 되는 경우가 발생하게 되므로 인해 증발 성능의 저하로 인한 냉방 및 난방에 필요한 충분한 열량을 얻을 수가 없어서 제품의 신뢰성을 저하시키게 되는 등의 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 히트 펌프의 저속 난방 운전시 냉매 순환 유량의 감소로 증발기 역할을 하는 실외기측 열교환기가 상대적으로 커져서 발생하는 증발 온도의 상승에 의한 열량 저하가 방지되도록 분배기를 원활하게 작동시킬 수 있도록 하여 냉방 및 난방에 필요한 충분한 열량을 얻을 수 있는 히트 펌프의 유량 분배장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 히트 펌프의 냉동 사이클을 나타낸 구성도
도 2는 종래의 분배기를 나타낸 사시도
도 3은 종래의 분배기가 설치된 냉동 사이클을 나타낸 구성도
도 4는 본 발명에 따른 분배기가 설치된 냉동 사이클을 나타낸 구성도
도 5는 도 4의 분배기를 나타낸 사시도
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 저속 및 고속 운전시 슬라이더의 이동 상태를 각각 나타낸 횡단면도
도 7은 본 발명에 따른 슬라이더를 나타낸 사시도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1; 압축기 2; 실내측 열교환기
3; 바이패스관 4; 감압 기구
5; 실외측 열교환기 6; 팽창 기구
7; 분배기 8,8a; 분기관
9; 고정관 9a;연통공10; 통공
11; 이동 부재 12; 스프링
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 압축기와 실내측 열교환기의 사이와 실외측 열교환기의 유입단에 연결되며 도중에 감압기구가 설치되는 바이패스관과, 상기 실내측 열교환기의 유출단과 실외측 열교환기의 유입단을 연결하는 냉매관의 도중에 유입단이 연결되고 상기 실외측 열교환기의 유입단에 연결되는 제 1 분기관과 상기 실외측 열교환기의 도중에 연결되는 복수의 분기관을 가지는 분배기와, 상기 분배기의 제 1 분기관에 설치되어 저속 및 고속 운전시 감압 기구를 통과한 냉매의 압력에 따라 제 1 분기관과 실외측 열교환기의 유입단 사이를 폐쇄 및 개방시키기 위한 개폐 수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 히트 펌프의 유량 제어장치를 제공한다.
이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 분배기가 설치된 냉동 사이클을 나타낸 구성도이고, 도 5는 도 4의 분배기를 나타낸 사시도이며, 도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 저속 및 고속 운전시 슬라이더의 이동 상태를 각각 나타낸 횡단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 슬라이더를 나타낸 사시도이다.
도 4에 도시한 바와 같이 본 발명이 적용되는 냉동 사이클 장치는 압축기(1)와 실내측 열교환기(2)와 실외측 열교환기(5)가 냉매관(L)에 의하여 연결되어 있으며, 상기 실내측 열교환기(2)와 실외측 열교환기(5)를 연결하는 냉매관(L)의 도중에는 팽창 기구(6)가 설치되어 있다.본 발명에 의하여 인버터 히트 펌프의 냉동 사이클을 구성하는 압축기(1)와 실내측 열교환기(2)의 사이와 실외측 열교환기(2)의 유입단에는 압축기(1)의 토출측에서 토출되는 고온 및 고압의 냉매가 바이패스되는 바이패스관(3)의 연결되고, 바이패스관(3)의 도중에는 고온 및 고압의 냉매 압력을 중간 정도의 압력으로 감압시키기 위한 감압용 모세관으로 된 감압 기구(4)가 설치된다.상기 실내측 열교환기(2)의 유출단과 실외측 열교환기(5)의 유입단을 연결하는 냉매관의 도중과 실외측 열교환기(5) 사이에는 분배기(7)가 설치된다.상기 분배기(7)는 그 유입단이 상기 팽창 기구(6)와 실외측 열교환기(5)를 연결하는 냉매관(L)의 도중에 연결되고, 타단에는 복수개의 분기관(8a,8)가 설치되어 제 1 분기관(8a)는 실외측 열교환기(5)의 유입단에 연결되고, 나머지 분기관(8)들은 실외측 열교환기(5)의 도중에 각각 연결되는 구성으로 되어 있다.또한 상기 제 1 분기관(8a)에는 제 1 분기관(8a)과 실외측 열교환기(5)의 유입단 사이를 개폐하기 위한 개폐 수단이 설치된다.
또한, 상기 개폐 수단은 일단이 폐쇄되고 타단은 개방되며 상기 분배기(7)의 제 1 분기관(8a)에 수직으로 교차되도록 설치되어 상하면에 상기 제 1 분기관(8a)에 연통되는 연통공(9a)이 형성되며 상기 개방단이 바이패스관(3)에 연결되는 고정관(9)과, 상기 고정관(9)의 내부에 이동가능하게 설치되어 제 1 분기관(8a)과 연통되어 있는 상기 연통공(9a)에 대응하는 통공(10)을 가지며 저속 운전시에는 감압기구(4)를 통과한 냉매의 압력에 따라 상기 통공(10)이 연통공(9a)에서 벗어나서 제 1 분기관(8a)과 실외측 열교환기(5)의 유입단 사이를 폐쇄하고 고속 운전시에는 감압기구(4)를 통과한 냉매의 압력에 따라 상기 통공(10)이 연통공(9a)에 일치되어 제 1 분기관(8a)과 실외측 열교환기(5)의 유입단 사이를 개방하는 이동 부재(11)로 구성된다.
그리고, 상기 고정관(9)의 폐쇄단과 이동 부재(11)의 사이에는 저속 운전시 이동 부재(11)가 제 1 분기관(8a)과 실외측 열교환기(5)의 유입단 사이를 폐쇄시키는 위치로 유지되도록 하기 위한 탄성력을 부여하는 스프링(12)이 설치된다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 도 4 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 인버터 히트 펌프는 부하에 따라 냉매 유량을 조절하는 것이 가능하므로 저 부하시에는 저속 운전을 하게 되는 데, 본 발명은 저속 난방 운전시 압축기(1)에서 토출되는 유량이 감소하여 결국은 실외측 열교환기(5)로 흐르는 냉매의 양이 적음에도 불구하고 냉매를 그대로 분배할 경우 발생하는 과도한 증발 온도의 상승을 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 동작은 유량과 압축기(1)의 토출측 압력이 압축기 회전수에 비례하므로 압축기(1)의 회전수가 증가하면, 증가된 유량을 증발기 역할을 하는 실외측 열교환기(5)로 충분히 공급할 수 있고, 상기 압축기(1)의 회전수가 감소하면, 실외측 열교환기(5)의 일부 경로를 제한하여 실외측 열교환기(5)의 일부만 이용하도록 하여 충분히 증발될 수 있도록 하게 된다.
즉, 먼저 상기 압축기(1)의 회전수가 증가하여 약 60 ㎐ 이상의 고속 난방 운전이 진행되면, 압축기(1) 출구의 압력이 상승하여 바이패스관(3)으로 고압의 냉매가 전달됨과 동시에, 고압의 냉매가 감압 기구(4)에서 중간 압력으로 감압되어 분배기(7)의 제 1 분기관(8a)에 제 1 분기관(8a)과 수직으로 교차되도록 설치되어 바이패스관(3)의 타단과 연결되는 고정관(9)으로 냉매가 유입되어 고정관(9) 내부의 이동 부재(11)를 도 6a와 같은 상태에서 좌측 방향으로 밀어주게 되므로 이동 부재(11)의 통공(10)과 분기관(8a)에 연통된 고정관(9)의 연통공(9a)이 도 6b와 같이 연통되므로 상기 분배기(7)로 유입된 냉매를 다른 분기관(8)과 동일한 유량으로 실외측 열교환기(5)로 분배하여 공급할 수 있게 된다.
또한, 상기 압축기(1)의 회전수가 감소하여 약 30 ㎐ 이하의 저속 난방 운전이 진행되면, 압축기(1) 출구의 압력이 감소하여 바이패스관(3)으로 저압의 냉매가 전달됨과 동시에, 저압의 냉매가 감압 기구(4)에서 다시 중간 압력으로 감압되어 분배기(7)의 제 1 분기관(8a)에 제 1분기관(8a)과 수직으로 교차되도록 설치되어 바이패스관(3)의 타단과 연결되는 고정관(9)으로 미미한 압력을 갖는 냉매가 유입되므로 상기 고정관(9)의 폐쇄단과 이동 부재(11)의 사이에 설치된 스프링(12)의 탄성 복원력에 의해 이동 부재(11)가 도 6b와 같은 상태에서 이동하여 도 6a와 같이 이동 부재(11)의 통공(10)과 분기관(8a)에 연통된 고정관(9)의 연통공(9a)이 일치하지 않은 상태로 분기관(8a)이 닫히게 된다.
따라서, 상기 분배기(7)의 다른 분기관(8) 으로만 냉매가 흐르고, 상기 고정관(9)이 설치된 제 1 분기관(8a) 으로는 냉매가 흐르지 않게 되므로 실외측 열교환기(5)를 부분적으로 이용할 수 있게 된다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 히트 펌프의 저속 난방 운전시 냉매 순환 유량의 감소로 증발기 역할을 하는 실외기측 열교환기가 상대적으로 커져서 발생하는 증발 온도의 상승에 의한 열량 저하가 방지되도록 분배기를 원활하게 작동시킬 수 있으므로써 냉방 및 난방에 필요한 충분한 열량을 얻을 수 있으며, 고속 난방 운전시에는 증발기 역할을 하는 실외측 열교환기 입구의 복수개 분기관을 모두 사용할 수 있으므로 인해 동일한 성능을 발휘할 수 있고, 별도의 구동원 없이 냉매의 압력을 이용하여 분배기의 냉매량을 효율적으로 조절할 수 있으므로 작동시의 신뢰성을 보장할 수 있는 등의 많은 장점이 구비된 매우 유용한 발명이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 의해 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (3)

  1. 압축기와 실내측 열교환기의 사이와 실외측 열교환기의 유입단에 연결되며 도중에 감압기구가 설치되는 바이패스관과, 상기 실내측 열교환기의 유출단과 실외측 열교환기의 유입단을 연결하는 냉매관의 도중에 유입단이 연결되고 상기 실외측 열교환기의 유입단에 연결되는 제 1 분기관과 상기 실외측 열교환기의 도중에 연결되는 복수의 분기관을 가지는 분배기와, 상기 분배기의 제 1 분기관에 설치되어 저속 및 고속 운전시 감압 기구를 통과한 냉매의 압력에 따라 제 1 분기관과 실외측 열교환기의 유입단 사이를 폐쇄 및 개방시키기 위한 개폐 수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 히트 펌프의 유량 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 개폐 수단이, 일단은 폐쇄되고 타단은 개방되며 상기 분배기의 제 1 분기관에 수직으로 교차되도록 설치되어 상하면에 상기 제 1 분기관에 연통되는 연통공이 형성되며 상기 개방단이 상기 바이패스관의 타단과 연결되는 고정관과, 상기 고정관의 내부에 이동가능하게 설치되며 제 1 분기관과 연통되어 있는 상기 연통공에 대응하는 통공을 가지며 저속 운전시에는 감압기구를 통과한 냉매의 압력에 따라 상기 통공이 상기 연통공에서 벗어나서 제 1 분기관과 실외측 열교환기의 유입단 사이를 폐쇄하고 고속 운전시에는 감압기구를 통고한 냉매의 압력에 따라 상기 통공이 상기 연통공에 일치되어 제 1 분기관과 실외측 열교환기의 유입단 사이를 개방하는 이동 부재로 구성된 것을 특징으로 하는 히트 펌프의 유량 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 고정관 내부의 폐쇄단과 이동 부재의 사이에는 저속 운전시 이동 부재가 제 1 분기관과 실외측 열교환기의 유입단 사이를 폐쇄시키는 위치로 유지되도록 하기 위한 탄성력을 부여하는 스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 히트 펌프의 유량제어장치.
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