KR100389271B1

KR100389271B1 - 히트 펌프 장치

Info

Publication number: KR100389271B1
Application number: KR10-2001-0013942A
Authority: KR
Inventors: 진금수
Original assignee: 진금수
Priority date: 2001-03-17
Filing date: 2001-03-17
Publication date: 2003-06-27
Also published as: US6668569B1; KR20020073963A

Abstract

본 발명은 히트 펌프 장치에 관한 것이며, 상세하게는 히트 펌프의 압축비 조절장치에 관한 것으로서, 압축기의 신뢰성을 확보하고 성적계수를 균일하게 유지할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 압축기(2), 4방밸브(3), 실내열교환기(4), 냉각용 팽창밸브(5), 가열용 팽창밸브(6), 실외열교환기(7) 및 상기 4방밸브(3)를 도관(8a~8d)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브(3)와 압축기(2)를 흡입도관으로 연결한 기본 냉매회로 (1)에 있어서, 상기 도관(8c)의 냉각용 팽창밸브(5)와 가열용 팽창밸브(6) 사이 및 흡입관(8')에 바이패스도관(10)을 연결하여 상기 바이패스도관(10)에 설치한 냉매액 탱크(9)와, 상기 바이패스도관(10)의 냉매액 탱크(9) 입구측과 출구측에 각각 설치한 압력조절밸브(11) 및 솔레노이드밸브(12)와, 상기 도관(8b)과 도관(8d) 사이에 제 2 바이패스도관(16)을 연결하여 상기 제 2 바이패스도관(16)과 상기 바이패스도관(10)의 압력조절밸브(11) 출구측에서 분기된 분기관(14) 사이에 연결되고 상기 냉매액 탱크(9)에 내장된 다수의 모세관(13)으로 구성한 것이다.

Description

히트 펌프 장치 {HEAT PUMP APPARATUS}

본 발명은 히트 펌프 장치에 관한 것이며, 상세하게는 히트 펌프의 압축비 조절장치에 관한 것이다.

히트 펌프장치는 역 카르노사이클로 작동하며 상기 사이클의 기본 냉매 회로(1)는 도 1에서 참조되는바와 같이 압축기(2), 4방밸브(3), 실내열교환기(4), 냉각용 팽창밸브(5), 가열 팽창밸브(6), 실외열교환기(7) 및 상기 4방밸브(3)를 도관(8a~8d)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브(3)와 압축기(1)를 흡입도관(8')으로 연결하여서 된 것이다.

상기한 히트 펌프 장치는 가열시에는 4방밸브(3)를 냉매가 실선 방향으로 흐르도록 조작하면 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기는 응축기로 작용하는 실내열교환기(4)에서 응축되고 그 응축열을 공기, 물 등의 유체와 열교환하여 실내난방, 온수생성, 건조기능 등을 수행하고, 실내열교환기(4)에서 응축된 고온·고압의 냉매액은 가열용 팽창밸브(6)에서 팽창된 후 증발기로 작용하는 실외열교환기 (7)에서 외기의 열원에 의하여 증발되어 저온·저압의 냉매증기로 된 후 흡입 도관(8')을 경유하여 압축기(1)에 흡입되고, 냉각시에는 4방밸브(3)를 냉매가 점선방향으로 흐르도록 조작하면 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기는 응축기로 작용하는 실외열교환기(7)에서 응축되고 실외열교환기(7)에서 응축된 고온·고압의 냉매액은 냉각용 팽창밸브(5)에서 팽창된 후 증발기로 작용하는 실내 열교환기 (4)에서 증발되면서 그 증발열에 의하여 유체와 열교환하여 냉각기능을 수행하고 저온·저압의 냉매증기로 된 후 압축기(2)에 흡입되는 것이다.

한편 상기한 히트 펌프 장치는 가열운전시는 응축기로 작용하는 실내 열교환기(4)에서 냉매가 방출한 열량이 클수록 성적계수가 커지고, 냉각운전시에는 증발기로 작용하는 실내열교환기(4)에서 냉매가 흡수한 열량이 클수록 성적계수가 커지는 것인바, 가열운전시에 성적계수를 크게 하기 위하여 응축기로 작용하는 실내열교환기(4)에서 냉매의 방출 열량을 증대하면 압축기에서 냉매의 토출 온도가 높아지고 또한 외기온이 저하하면 외기온이 저하됨에 비례하여 증발기로 작용하는 실외열교환기 (6)의 수열량이 작아져서 압축기(1)의 압축비가 커지게 되는 것이다. 한편 냉각운전시에 외기온이 높을 때에는 응축기로 작용하는 실외열교환기(7)에서의냉매의 응축이 완전히 이루어지지 않을 경우에는 응축 온도와 증발 온도차가 커지게 됨으로써 압축기의 압축비가 커지게 되는 것이다.

상기와 같이 압축기의 압축비가 커지게 되면 압축후 냉매의 온도가 높아져서 압축기가 과열되고 윤활유가 열화되어 압축기의 신뢰성이 저하될 뿐아니라 체적효율 및 압축효율이 저하되는 등의 현상이 발생되어 성적계수가 작아지기 때문에 이를 방지하기 위하여 통상적으로 압축기에 고압 보호 스위치를 부설하거나 인버터식 압축기를 채용하여 압축기의 회전수를 저회전으로 하여 압축비를 조절하고 있다.

그러나 상기한 압축비 조절방식은 외기온이 5℃ 이상일 경우에는 압축비의 조절이 양호하고, 성적계수가 많이 작아지지는 않으나 외기온이 5℃ 이하의 가열운전시에는 실외열교환기(7)의 근접위치에 설치되는 제상수단을 작동시킨다하여도 실외열교환기(7)에 서리가 맺치는 것을 완전히 방지하지는 못하며, 특히 혹한기에는 서리의 맺침량이 많아지기 때문에 실외열교환기(7)에서 냉매액의 증발효율이 저하되고 심하면 운전불능현상이 초래되는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 시정하여, 압축기의 신뢰성을 확보하고 성적계수를 균일하게 유지할 수 있는 히트 펌프 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 압축기, 4방밸브, 실내열교환기, 냉각용 팽창밸브, 가열용 팽창밸브, 실외열교환기 및 상기 4방밸브를 도관(8a~8d)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결한 기본 냉매회로에 있어서, 상기 도관(8c)의 냉각용 팽창밸브와 가열용 팽창밸브 사이 및 흡입관에 바이패스도관을 연결하여 상기 바이패스도관에 설치한 냉매액 탱크와, 상기 바이패스도관의 냉매액 탱크 입구측과 출구측에 각각 설치한 압력조절밸브 및 솔레노이드밸브와, 상기 도관(8b)과 도관(8d) 사이에 제 2 바이패스도관을 연결하여 상기 제 2 바이패스도관과 상기 바이패스도관의 압력조절밸브 출구측에서 분기된 분기관 사이에 연결되고 상기 냉매액 탱크에 내장된 다수의 모세관으로 구성한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

1 : 기본 냉매회로 2 : 압축기 3 : 4방밸브

4 : 실내열교환기 7 : 실외열교환기 9 : 냉매액 탱크

10 : 바이패스도관 11 : 압력조절밸브 12 : 솔레노이드밸브

13 : 모세관 14 : 분기관 16 : 제 2 바이패스도관

도 1은 본 발명의 실시예의 구성도로서, 1은 기본 냉매회로로서, 상기 기본 냉매회로(1)는 압축기(2), 4방밸브(3), 실내열교환기(4), 냉각용 팽창밸브(5), 가열용 팽창밸브(6), 실외열교환기(7) 및 상기 4방밸브(3)를 도관(8a~8d)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브(3)와 압축기(2)를 흡입도관(8')으로 연결하여서 실내열교환기(4)를 가열시에는 응축기로, 냉각시에는 증발기로 작용하도록 하고, 실외열교환기 (7)를 가열시에는 증발기로, 냉각시에는 응축기로 작용하도록 한 것이다.

또한 상기 실내열교환기(4) 및 실외열교환기(7)의 열교환 유체는 물 또는 공기를 선택적으로 사용하거나 물 및 공기를 함께 사용하는 것이다.

9는 냉매액 탱크로서, 상기 냉매액 탱크(9)는 상기 도관(8c)의 냉각용 팽창밸브(5)와 가열용 팽창밸브(6) 사이 및 흡입관(8')에 바이패스도관(10)을 연결하여 설치한 것이고, 상기 바이패스도관(10)의 냉매액 탱크(9) 출구측은 모세관으로 형성한 것이다.

11, 12는 압력조절밸브 및 솔레노이드밸브로서, 상기 압력조절밸브(11) 및솔레노이드밸브(12)는 상기 바이패스도관(10)의 냉매액 탱크(9) 입구측과 출구측에 각각 설치한 것이다.

13은 모세관으로서, 상기 모세관(13)은 상기 냉매액 탱크(9)에 내장하여 그 입구는 상기 바이패스도관(10)의 압력조절밸브(11) 출구측에 분기된 분기관(14)에 출구는 상기 도관(8b)과 도관(8d)사이에 연결된 제 2 바이패스도관(16)에 연결하여서된 것이며, 상기 분기관(14)에는 팽창밸브(15)를 설치할 수 있는 것이다.

그리고 상기 바이패스도관(10)의 압력조절밸브(11) 입구측에는 압력(온도)센서(17)를 설치하여 그 출력 신호에 의하여 상기 압력조절밸브(11) 및 솔레노이드밸브(12)를 선택적으로 개폐하며, 바이패스도관(10)에 가하여지는 압력이 설정압력(예로서, 냉매로서 R-22를 사용하고, 가열운전시 18~21㎏/㎠) 이상일 경우 압력조절밸브(11)는 개방하고 솔레노이드밸브(12)는 폐쇄하며, 설정압력 이하시에는 상기와 반대로 개폐하는 것이다.

미설명부호 18, 19, 20, 21 은 첵크밸브이다.

이상과 같은 본 발명은 가열운전시에는 4방밸브(3)를 냉매가 실선 방향으로 흐르도록 조작하면 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기는 응축기로 작용하는 실내열교환기(4)에서 응축되고 그 응축열을 물 또는/및 공기와 열교환하여 실내 난방, 온수생성, 건조기능 등을 수행하고, 실내열교환기(4)에서 응축된 고온·고압의 냉매액은 가열용 팽창밸브(6)에서 팽창된 후 증발기로 작용하는 실외열교환기 (7)에서 외기의 열원에 의하여 증발되어 저온·저압의 냉매증기로된 후 흡입도관 (8')을 경유하여 압축기(2)에 흡입되는 사이클을 화살표 실선과 같이 반복하고,냉각운전시에는 4방밸브(3)를 냉매가 점선방향으로 흐르도록 조작하면 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기는 응축기로 작용하는 실외열교환기(7)에서 응축되고 실외열교환기환기(7)에서 응축된 고온·고압의 냉매액은 냉각용 팽창밸브(5)에서 팽창된 후 증발기로 작용하는 실내열교환기(4)에서 증발되면서 그 증발열에 의하여 물 또는/및 공기와 열교환하여 냉각기능을 수행하고 저온·저압의 냉매증기로된 후 흡입도관(8')을 경유하여 압축기(2)에 흡입되는 사이클을 화살표 점선과 같이 반복하는 것이다.

상기와 같은 사이클에 의하여 가열 및 냉각운전을 할 때 증발기로 작용하는 실외열교환기(7)의 수열량이 작거나 응축기로 작용하는 실외열교환기(7)에서 냉매증기의 응축이 완전히 이루어지지 않는 등의 이유에 의하여 압축기(2)의 압축비가 커지게 되면 도관(8c)을 흐르는 냉매액의 압력이 높아지고 그 압력이 설정압력 이상이 되면 바이패스도관(10)의 압력조절밸브(11) 입구측에 설치한 압력센서(17)가 그 압력을 입력받아 압력조절밸브(11) 및 솔레노이드밸브(12)에 출력신호를 보내고 상기 출력신호를 받은 압력조절밸브(11)는 개방되고 개방되어 있던 솔레노이드밸브(12)는 폐쇄되는 것이다.

상기와 같이 압력조절밸브(11)가 개방되면 도관(8c)을 흐르는 냉매액의 일부 는 바이패스도관(10)을 경유하여 냉매액 탱크(9)에 유입되고 일부는 분기관(14)을 경유하여 모세관(13)에서 감압·팽창되면서 상기 냉매액 탱크(9)에 유입된 냉매액과 열교환하여 모세관(13)을 경유하는 냉매액은 냉매증기로되고 냉매액 탱크(9)에 유입된 냉매액은 냉각된 후 냉매증기는 가열운전시에는 제 2 바이패스도관(16) 및첵크밸브(20)〈첵크밸브(21)는 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기의 압력에 의하여 폐쇄됨〉를 경유하여 실외열교환기(7)에서 증발된 냉매증기와 함께 도관 (8d)을 경유하여 압축기(2)에 흡입되고, 냉각운전시에는 제 2 바이패스도관 (16) 및 첵크밸브(21)를 경유하여 실내열교환기(4)에서 증발된 냉매증기와 함께 도관(8b)을 경유하여 압축기(2)에 흡입되어 압축기(2)의 압축비를 저하시키는 것이다.

한편 상기와 같이 압축기(2)의 압축비가 저하되고 도관(8c)을 흐르는 냉매의 압력이 설정압력 이하로 복귀하면 압력센서(17)의 출력신호가 정지됨에 따라 압력조절밸브(11)는 폐쇄되고 솔레노이드밸브(12)는 개방되어 냉매액 탱크(9)내에서 냉각된 냉매액은 바이패스도관(10)에 형성한 모세관에 의하여 팽창된 후 흡입도관(8')을 경유하는 냉매증기와 혼합되어 압축기(2)에 흡입되는 것이다.

그리고 상기와 같이 압축기(2)의 압축비를 저하시킬 때 모세관(13)만으로 냉매액을 감압·팽창하였으나 모세관(13)만으로 감압·팽창이 충분하지 않을 때에는 분기관(14)에 설치한 팽창밸브(15)를 추가 조절하여 그 과열도를 조절하면 냉매액의 증발을 양호하게 할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 실내열교환기와 실외열교환기 사이에 냉매액 탱크를 바이패스시켜 설치하고, 냉매액 탱크에 모세관을 내장하여 모세관에서 증발된 냉매증기는 증발기로 작용하는 열교환기의 출구도관에 합류시키고, 냉매액 탱크에서 냉각된 냉매액은 팽창시킨 후 흡입도관에 합류시켜 압축기에 흡입되게 하여 설정 압력이상의 운전시에 압축기의 압축비를 설정치로 조절할 수 있게 하였기 때문에 압축기의 신뢰성을 확보할 수 있고, 특히 가열운전시의 혹한기에도 압축기의 효율이 양호하여 성적계수를 균일하게 유지할 수 있는 것이다.

Claims

압축기, 4방밸브, 실내열교환기, 냉각용 팽창밸브, 가열용 팽창밸브, 실외열교환기 및 상기 4방밸브를 도관(8a~8d)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결한 기본 냉매회로에 있어서, 상기 도관(8c)의 냉각용 팽창밸브와 가열용 팽창밸브 사이 및 흡입관에 바이패스도관을 연결하여 상기 바이패스도관에 설치한 냉매액 탱크와, 상기 바이패스도관의 냉매액 탱크 입구측과 출구측에 각각 설치한 압력조절밸브 및 솔레노이드밸브와, 상기 도관(8b)과 도관(8d) 사이에 제 2 바이패스도관을 연결하여 상기 제 2 바이패스도관과 상기 바이패스도관의 압력조절밸브 출구측에서 분기된 분기관 사이에 연결되고 상기 냉매액 탱크에 내장된 다수의 모세관으로 구성한 히트 펌프 장치.
제 1 항에 있어서, 실내열교환기의 열교환 유체는 물 또는 공기 중에서 선택되는 히트 펌프 장치.
제 1 항에 있어서, 실내열교환기의 열교환 유체는 물 및 공기인 히트 펌프 장치.
제 1 항에 있어서, 분기관에 팽창밸브를 설치한 히트 펌프 장치.
제 1 항에 있어서, 바이패스도관의 냉매액 탱크 출구측을 모세관으로 형성한 히트 펌프 장치.