KR100343808B1 - 히트 펌프식 공기조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히트 펌프식 공기조화기에 관한 것이며, 상세하게는 히트 펌프식 공기조화기의 난방 운전시에 압축기에 유입되는 냉매의 증발 촉진장치에 관한 것으로서, 난방 운전시에 외기 온도가 낮을 때 무비용(無費用) 열원에 의하여 냉매의 증발을 촉진시키므로서 난방열량을 양호하게 유지할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 압축기(1), 4방밸브(2), 실내열교환기(3), 냉방용 갑압기구(4), 난방용 감압기구(5), 실외열교환기(6) 및 상기 4방밸브(2)를 순서대로 제 1 도관(7)으로 직열 연결하고, 상기 4방밸브(2)와 압축기(1)를 귀환관(8)으로 연결하여 난방 운전시에 화살표 실선으로 냉매를 순환시키고, 상기 제 1 도관(7)의 4방밸브(2) 입구측과 난방 운전시의 실외열교환기(6)의 출구측 사이에 제 2 도관(9)을 연결하여 냉방 운전시에 화살표 가상선으로 냉매를 순환시키는 냉매 회로를 구비하고, 상기 실외열교환기(6)의 외기흡입측과 무비용 열원인 태양열 집열기(10)에 히트 파이프군(11)의 응축부(13)와 증발부(14)를 배치하여서 난방시에 외기온이 낮을 경우에 무비용 열원에 의하여 히트 파이프군의 증발부를 가열하여 히트 파이프에 충전된 작동유체를 증발시킨 후 응축부에서 방열시켜 실외열교환기에 공급토록 한 것이다.

Description

히트 펌프식 공기조화기 {HEAT PUMP TYPE AIR CONDITIONER}
본 발명은 히트 펌프식 공기조화기에 관한 것이며, 상세하게는 히트 펌프식 공기조화기의 난방 운전시에 압축기에 유입되는 냉매의 증발 촉진장치에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 히트 펌프식 공기조화기의 난방 회로는 냉방 회로를 반대로 운전하는 방식이고, 외기의 공기를 열원으로 이용하는 것이므로 난방 운전시에 외기 온도가 낮아짐에 비례하여 증발기에서의 냉매의 증발효율이 저하되므로서 외기 온도가 낮을 때 난방열량이 부족하기 때문에 이의개선을 위하여 많은 연구를 하고 있다.
그 일예로서 일본국 실용신안출원공고 소 49-18927 호 공보에는 냉매 회로중에 실외열교환기와 2대의 실내열교환기를 설치하여 냉방 운전시에는 상기 실내열교환기중 1대를 증발기로서 작용하게 하여 냉매를 증발시키고 1대는 폐쇄하며, 난방 운전시에는 실외열교환기를 증발기로 작용하게 함과 동시에 2대의 실내열교환기를 전부 응축기로 작용하도록 하여 실내공기를 가열하는 공기조화기가 개시되어 있으며, 일본국 특허출원공개 소 54-45949 호 공보에는 난방 회로중에 냉매 가열기를 설치하여 난방 운전시에만 증발기의 기능을 수행토록 하여 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매가스를 실내열교환기에서 응축 액화하여 실내를 난방한 다음 냉매액을 냉매 가열기에서 강제적으로 증발시키므로서 난방능력이 저하되지 않도록 한 냉·난방장치가 개시되어 있다.
그러나 전자의 것은 난방시 응축기로 작용하는 2대의 실내열교환기에서 실내공기를 가열할 때 압축기의 열원을 이용하여야 하기 때문에 압축기의 용량을 크게 하여야 하므로 설비비 및 유지비가 많이 들고, 실내에 2대의 실내열교환기를 설치하여야 하므로 실내의 점유면적을 많이 차지하여 실내공간의 활용에 제한을 받게 되며, 또한 난방 운전시 외기온이 낮을 경우에 실외열교환기에 서리가 맺혀서 전열효율이 저하되기 때문에 냉매의 증발효율이 저하되어 열량부족현상이 발생되는 것이다.
또한 후자의 것은 난방 운전시에 냉매를 냉매 가열기에서 강제적으로 증발시키므로 난방능력이 저하되지 않고 제상의 필요성이 없는 것이라고 개시되어 있으나 그 냉매 가열기의 구체적인 기술수단이 기재되어 있지 않은 바, 상기 냉매 가열기는 냉매 회로의 구성상 부피가 작고 설치가 용이한 전열을 이용하여 가열하는 것으로 추정할 수밖에 없으므로 유지비가 많이 들 수밖에 없는 문제점이 있는 것이다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여, 난방 운전시에 외기 온도가 낮을 때 무비용(無費用) 열원에 의하여 냉매의 증발을 촉진시키므로서 난방열량을 양호하게 유지할 수 있는 히트 펌프식 공기조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 압축기, 4방밸브, 실내열교환기, 냉·난방용 감압기구, 실외열교환기 및 상기 4방밸브를 순서대로 제 1 도관으로 직열 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 귀환관으로 연결함과 동시에 상기 제 1 도관의 4방밸브 입구측과 난방 운전시의 실외열교환기 출구측 사이에 제 2 도관을 연결한 냉매 회로를 구비하고, 상기 실외열교환기의 외기흡입측과 무비용 열원에 히트 파이프의 응축부와 증발부를 배치한 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 배치 계통도.
도 2는 도 1의 A-A 선 확대 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 히트 파이프군의 측면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예의 배치 계통도.
<도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명>
1: 압축기 3: 실내열교환기 6: 실외열교환기 10: 태양열 집열기
11: 히트 파이프군 12: 히트 파이프 13: 응축부 14: 증발부
20: 폐열 배출관
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 배치 계통도이고, 도 2는 도 1의 A-A 선 확대 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 히트 파이프군의 측면도로서, 압축기(1), 4방밸브(2), 실내열교환기(3), 냉방용 갑압기구(4), 난방용 감압기구(5), 실외열교환기(6) 및 상기 4방밸브(2)를 순서대로 제 1 도관(7)으로 직열 연결하고,상기 4방밸브(2)와 압축기(1)를 귀환관(8)으로 연결하여 난방 운전시에 화살표 실선으로 냉매를 순환시키고, 상기 제 1 도관(7)의 4방밸브(2) 입구측과 난방 운전시의 실외열교환기(6)의 출구측 사이에 제 2 도관(9)을 연결하여 냉방 운전시에 화살표 가상선으로 냉매를 순환시키는 냉매 회로를 구비하고, 상기 실외열교환기(6)의 외기흡입측과 무비용 열원인 태양열 집열기(10)에 히트 파이프군(11)의 응축부(13)와 증발부(14)를 배치하여서 된 것이다.
상기한 히트 파이프군(11)은 직선상의 히트 파이프(12) 내부에 증류수, 알콜, 액체 암모니아 등의 작동유체를 진공 충전하고, 응축부(13)에 핀(130)을 설치함과 동시에 고정편(120)으로 평행하게 배치한 것이며, 상기한 히트 파이프군(11)은 직선형 히트 파이프(12) 뿐만 아니고 루프형 히트 파이프를 사용할 수도 있고, 또한 히트 파이프군(11)은 실외열교환기(6)의 흡입측 1면에만 배치한 것을 도시하였으나 실외열교환기(6)의 흡입측 3면에 배치할 수도 있는 것이다.
상기한 태양열 집열기(10)는 전열판(101)에 히트 파이프군(11)의 증발부(14)를 설치함과 동시에 전열판(101)의 상면에 유리, 합성수지 등의 태양열 집열 커버(102)를 설치하고, 상기 전열판(101)의 후면에는 단열재(104)를 피복한 밀폐용기(103)를 설치하여 잠열 또는 현열 축열재(105)를 내장하여서 된 것이다.
미설명부호 15, 16은 첵크 밸브이고, 17, 18은 절환 밸브이며, 19, 20은 팬이다.
이상과 같은 본 발명의 제 1 실시예의 난방 운전시에는 절환밸브(17)는 개방하고 절환밸브(18)는 폐쇄함과 동시에 4방밸브(2)를 실선과 같이 조작하면압축기(1)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 4방밸브(2)를 경유하여 응축기로 작용하는 실외열교환기(3)에서 응축 액화되면서 그 응축열을 실내에 방출하여 실내를 난방하고, 첵크 밸브(15)를 지나 난방용 감압기구(5)에서 감압된 후 증발기로서 작용하는 실외열교환기(6)에 유입하여 외기 공기를 열원으로 하여 저온·저압의 냉매가스가 된 후 4방밸브(2) 및 귀환관(8)을 경유하여 압축기(1)에 유입되는 싸이클이 형성되는 것이다.
상기와 같은 싸이클을 형성하면서 난방할 때 외기 온도가 낮아지면 실외열교환기(6)에서의 냉매액의 증발은 외기 온도가 낮아짐에 비례하여 그 증발효율이 낮아져서 난방열량의 부족현상 발생하는 바, 상기와 같이 난방열량이 부족할 경우에는 히트 파이프군(11)에 설치된 밸브(미도시)를 개방하거나 태양열 집열기(10)의 태양열 집열 커버(102)에 설치된 태양열 차단 커버(미도시)를 제거하고 태양열에 의하여 히트 파이프군(11)의 증발부(14)를 가열하여서 히트 파이프(12)의 내부에 충전한 작동유체를 증발시키고 증발된 작동유체가 응축부(13)로 상승하여 응축되면서 증발부(14)로 하강하는 싸이클을 반복할 때 상기 응축부(13)에서 방열되는 응축열에 의하여 응축부(13) 주위의 외기를 예열한 후 팬(20)에 의하여 실외열교환기(6)에 공급되어서 제상을 함과 동시에 실외열교환기(6)에서 증발되는 냉매액의 증발을 촉진하게 됨으로 난방능력을 양호하게 유지할 수 있는 것이다.
그리고 상기와 같이 히트 파이프군(11)에서 태양열을 흡열하여 증발부(14)를 가열할 때 증발부(14)의 후면에 설치한 밀폐용기(103)에 내장된 축열재(105)에 축열되며, 축열재(104)에 축열된 열은 태양열이 조사되지 않는 우천시 또는 야간 등에 증발부(14)측으로 방열되어 작동유체를 증발시키므로 우천시 등에도 난방능력이 저하되지 않게 되는 것이다.
한편 냉방 운전시에는 절환 밸브(17)는 폐쇄하고 절환 밸브(18)를 개방함과 동시에 4방밸브(2)를 가성선과 같이 조작하면 압축기(1)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 4방밸브(2)와 제 2 도관(9)을 경유하여 응축기로 작용하는 실외열교환기(6)에서 응축 액화된 후 첵크 밸브(16)를 지나 냉방용 감압기구(4)에서 감압되어 증발기로 작용하는 실내열교환기(3)에 유입하여 증발될 때 그 증발열에 의하여 실내를 냉방하고, 냉방기능을 수행한 냉매가스는 4방밸브(2) 및 귀환관(8)을 경유하여 압축기(1)에 유입되는 싸이클이 형성되며, 상기와 같이 냉방할 때 히트 파이프군(11)의 기능은 정지하는 것이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예의 배치 계통도로서, 제 1 실시예와 동일한 기술수단은 동일한 부호를 부여하고 구체적인 설명은 생략하며, 제 2 실시예에서 제 1 실시예와 다른 점은 히트 파이프군(11)의 증발부(14)에 핀(140)을 설치하고, 상기 증발부(14)를 난방하는 장소에 설치된 폐열 배출관(20) 예를 들면 각종 산업설비 등의 연도, 목욕탕 또는 양어장 등의 폐온수 방류관에 설치하여서 된 것이며, 상기 폐열 배출관(20)은 주배출관에 바이패스시켜 설치하고 그 유입부에 밸브(미도시)를 설치하여서 밸브를 조작하거나 히트 파이프군(11)에 밸브를 설치하여 외기 온도가 낮을 때에만 증발부(14)를 가열하는 것이다.
또한 증발부(14)는 상기 폐열 배출관(20)이외에 난방하는 실내에 배치시켜서 실내열을 이용할 수도 있는 것이다.
이상과 같은 본 발명의 제 2 실시예는 제 1 실시예와 같이 실내를 난방 또는 냉방하며, 난방시 외기 온도가 낮아질 경우 무비용 열원인 태양열, 폐열 등에 의하여 히트 파이프군(11)의 증발부(14)를 가열하여 증발된 작동유체가 응축부(13)에서 응축될 때 그 응축열을 실외열교환기(6)에 공급하므로서 비용을 들이지 않고 제상을 함과 동시에 난방능력을 양호하게 유지할 수 있는 것이다.
이상과 같이 본 발명은 히트 펌프식 공기조화기 냉매 회로의 실외열교환기와 열원 사이에 히트 파이프군의 응축부와 증발부를 배치하여서 난방시 외기온이 저하되었을 경우 상기 응축부에서 방열되는 응축열로 실외열교환기에 공급되는 열원인 외기의 공기를 예열하여 실외열교환기를 제상함과 동시에 냉매의 증발을 촉진시키기 때문에 난방능력을 양호하게 유지할 수 있고, 또한 히트 파이프군의 증발부의 가열 열원은 태양열 또는 폐열 등을 이용하므로서 공기조화기의 유지비가 절감되어 경제적으로 사용할 수 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 압축기, 4방밸브, 실내열교환기, 냉·난방용 감압기구, 실외열교환기 및 상기 4방밸브를 순서대로 제 1 도관으로 직열 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 귀환관으로 연결함과 동시에 상기 제 1 도관의 4방밸브 입구측과 난방 운전시의 실외열교환기 출구측 사이에 제 2 도관을 연결한 냉매 회로를 구비하고, 상기 실외열교환기의 외기흡입측과 무비용 열원에 히트 파이프군의 응축부와 증발부를 배치한 것을 특징으로 한 히트 펌프식 공기조화기.
  2. 제1항에 있어서, 무비용 열원은 태양열 집열기, 산업설비의 연도 폐열, 목욕탕 폐온수, 양어장 폐온수 중에서 선택되는 히트 펌프식 공기조화기.
  3. 제2항에 있어서, 태양열 집열기는 그 후면에 밀폐용기를 설치하여 축열재를 내장한 히트 펌프식 공기조환기.
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