KR100493493B1 - 냉동 사이클 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동 사이클에 관한 것이며, 상세하게는 외기를 열원으로 이용하는 히트 펌프식 냉동 사이클에 관한 것으로서, 성적계수가 저하되지 않고, 압축기의 신뢰성을 확보하며, 생산원가를 절감하며, 가열 운전시 외기온도가 낮을 경우에 실외 열교환기에서 냉매액의 증발을 양호하게 하고, 냉각 운전시 외기온도가 높을 경우에도 실외 열교환기에서 냉매증기의 응축을 양호하게 한 것이다.

본 발명은 압축기(11)의 토출도관(12)과 수액기(13) 사이에 제 1 도관(14)과 제 2 도관(15)을 병렬 연결하여 제 1 도관(14)에 실내 열교환기(16)와 냉각용 감압기구(18)를, 제 2 도관(15)에 실외 열교환기(17)와 가열용 감압기구(19)를 설치하고, 상기 제 1 및 제 2 도관(14)(15)의 토출도관(12) 연결부 근처에 제 1 흡입 분기도관(21) 및 제 2 흡입 분기도관(22)을 연결하여 흡입도관(20)에 연결한 기본 냉동 사이클(10)과; 상기 제 1 도관(14)의 실내 열교환기(16)와 수액기(13) 사이에 설치하여 재응축 열교환기(131)를 내장하고 열매체(132)를 충전한 축열조(130)와, 상기 토출도관(12)의 제 2 도관(15) 연결부 전방과 수액기(13) 사이에 도관(231)으로 연결한 제상용 응축기(230)와, 상기 축열조(130)에 순환펌프(332) 부설 공급관(331)과 귀환관(333)으로 연결되고 상기 실외 열교환기(17)의 흡입측에 설치한 열교환기(330)와, 상기 공급관(331)에 제상용 응축기(230)와 열교환관계를 유지하도록 설치한 열매체 가열 열교환기(334)를 구비한 흡기 온도 조절수단(30)으로 구성한 것이다.

Description

냉동 사이클 {REFRIGERATION CYCLE}

본 발명은 냉동 사이클에 관한 것이며, 상세하게는 외기를 열원으로 이용하는 히트 펌프식 냉동 사이클에 관한 것이다.

전형적인 냉동 사이클은 도 3에 도시한 바와 같이 압축기(50), 4방밸브(51), 실내 열교환기(52), 냉각용 및 가열용 감압기구(53)(54), 실외 열교환기(55) 및 상기 4방밸브(51)를 도관(56)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브(51)와 압축기(50)를 흡입도관(57)으로 연결한 것이다.

미설명부호 58, 59는 체크 밸브이다.

상기한 냉동 사이클은 가열 운전시에는 4방밸브(51)를 냉매가 화살표 실선으로 흐르도록 조작하여 압축기(50)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기를 응축기로 작용하는 실내 열교환기(52)에 유입 응축시켜서 그 응축열에 의하여 물, 공기 등의 유체를 가열하여 난방, 건조 등의 기능을 수행하고, 상기 실내 열교환기(52)에서 응축된 고온·고압의 냉매액은 체크 밸브(58)를 경유하여 가열용 감압기구(54)에서 팽창시킨 후 실외 열교환기(55)에 유입되어 외기에 의하여 증발되고, 상기 실외 열교환기(35)에서 증발된 저온·저압의 냉매증기는 압축기(50)에 흡입되어 재압축되는 사이클을 반복하는 것이다.

그리고 냉각 운전시에는 4방밸브(51)를 냉매가 화살표 점선으로 흐르도록 조작하여 압축기(50)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기를 응축기로 작용하는 실외 열교환기(55)에 유입하여 외기에 의하여 응축하고, 상기 실외 열교환기(55)에서 응축된 고온·고압의 냉매액은 체크 밸브(59)를 경유하여 냉각용 감압기구(53)에서 팽창시킨 후 실내 열교환기(52)에 유입되어 그 주위의 유체에서 열을 흡수하여 증발하면서 냉각기능을 수행하고, 상기 실내 열교환기(52)에서 증발된 저온·저압의 냉매증기는 압축기(30)에 흡입되어 재압축되는 사이클을 반복하는 것이다.

한편 상기한 냉동 사이클은 가열 운전시에 실외 열교환기에서 외기를 열원으로 하여 냉매액이 증발될 때 외기온도가 낮을 때에는 실외 열교환기의 표면에 서리가 맺힘으로써 전열성능이 저하되어 수열량이 감소하기 때문에 압축기에 흡입되는 냉매증기의 온도가 높아져서 체적효율 및 압축효율이 감소되고, 그 결과 압축기의 소비동력이 증가하고 성적계수가 저하되어 가열능력이 현저하게 떨어져서 심하면 가열작용불능 상태에 이르는 것이다.

또한 실외 열교환기의 전열성능이 저하되면 실외 열교환기에서 냉매액이 완전히 증발하지 못하고 압축기에 습증기 상태로 흡입됨으로 압축기에 액백(liquid back)이 일어나 압축기의 밸브를 손상시키는 원인이 되고, 액 압축으로 인한 액격(liquid hammer)이 발생하여서 상기 액격이 원인이 되어 압축기의 결정적인 손상을 일으킬 수도 있음으로 증발기로 작용하는 실외 열교환기에서의 냉매액의 증발촉진 즉 실외 열교환기의 제상기술에 대하여 많은 노력을 하고 있다.

그 일례로서 일본국 특허 출원공고 소 55-5017 호 공보에는 실외측 열교환기를 복수개 설치하여 냉방시에 상기 복수개의 실외측 열교환기를 동시에 응축기로 작용하게 하고 난방시에 증발기로 작용하게 하는 제 1 사이클과, 압축기로부터 실내측 열교환기에 흐르는 고온·고압의 냉매증기의 일부를 분류시켜 상기 복수개의 실외 열교환기에 직접 도입하여 상기 실외 열교환기의 일방을 응축기로 타방을 증발기로서 교대로 작용시키는 제 2 사이클을 절환하는 유로 절환장치를 구비한 히트 펌프식 냉·난방장치가 개시되어 있다.

그러나 상기한 냉동 사이클은 압축기(50)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기를 실내 열교환기(52) 또는 실외 열교환기(55) 측으로 그 순환을 전환하기 위하여 4방밸브(51)를 사용하고 있는 바, 상기 4방밸브(51)의 토출 또는 흡입유로는 통상적으로 도관(56)(57)보다 그 단면적이 작기 때문에 냉매가 4방밸브(51)를 경유할 때 교축변화(throttling)를 일으키고, 냉매가 교축변화를 일으키면 팽창함으로써 압력 및 온도가 낮아지게 되기 때문에 상기 압력 및 온도가 낮아진 냉매증기가 응축기로 작용하는 실내 열교환기(52)에 공급되면 응축기의 방열량이 작아짐으로써 성적계수가 저하되는 것이다.

그리고 흡입도관(57)의 단면적은, 실외 열교환기(52) 또는 실내 열교환기(55)에서 증발된 냉매증기의 밀도가 작기 때문에 압축기의 체적효율을 증대하기 위하여 통상적으로 도관(56) 및 4방밸브(51)의 흡입포트보다 그 단면적이 큰 것을 사용하고 있음으로 가열 또는 냉각 운전시에 실외 열교환기(52) 또는 실내 열교환기(55)에서 증발된 냉매증기가 4방밸브(51)를 경유하여 압축기(50)에 흡입될 때 그 토출포트를 경유하는 고온·고압의 냉매증기에 의하여 가열되고 흡입도관(57)에서 팽창하여 압축기(50)에 과열도가 큰 과열증기가 흡입되는 경우가 발생하는 것이다.

상기와 같이 압축기에 과열도가 큰 과열증기가 흡입되면 압축후 냉매증기의 온도가 더욱 높아짐으로써 응축기로 작용하는 실내 또는 실외 열교환기(52)(55)의 용량을 증대하여야 하고, 압축기가 과열됨으로 별도의 냉각수단을 강구하여야 할 뿐 아니라 성적계수가 저하되는 것이다.

또한 상기 4방밸브(51)는 통상적으로 전기 제어식이 사용되며, 대용량의 것 즉 냉매 순환량이 큰 냉동 사이클에 사용되는 4방밸브(예 1인치 이상의 것)는 구입이 용이하지 않을 뿐아니라 구입이 가능하다하여도 고가이어서 생산원가가 높아지는 문제점이 있는 것이다.

그리고 실외 열교환기의 제상수단인 상기한 일본국 특허 출원공고 소 55-5017 호는 난방시에 외기온도가 저하하여 실외측 열교환기에 서리가 맺혔을 때 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매증기의 일부를 분류하여 실외 열교환기의 제상운전을 하기 때문에 압축기의 용량을 크게 하여야 함으로써 설비비와 유지비가 많이 들며, 제상운전시에는 가열능력이 현저하게 저하되는 것이다.

또한 상기 냉동 사이클은 냉각 운전시에 외기온이 높아짐에 비례하여 실외 열교환기에서 응축되는 고온·고압의 냉매증기와 외기의 온도차가 작아짐으로써 냉매증기의 응축이 불완전하여 불포화액이 됨에 따라 냉각부하가 감소되는 경우 등에는 실내 열교환기에서 냉매액의 증발이 완전하게 되지 못하기 때문에 성적계수가 저하되고 습냉매증기가 압축기에 흡입됨으로써 상기 가열 운전시와 같이 압축기에 액백과 액격이 발생하여 압축기의 손상을 일으키는 문제점이 발생하는 것이다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여, 성적계수가 저하되지 않고, 압축기의 신뢰성을 확보하며, 생산원가를 절감할 수 있는 냉동 사이클을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 가열 운전시 외기온도가 낮을 경우에 실외 열교환기에서 냉매액의 증발을 양호하게 하고, 냉각 운전시 외기온도가 높을 경우에도 실외 열교환기에서 냉매증기의 응축을 양호하게 한 냉동 사이클을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 압축기의 토출도관과 수액기 사이에 제 1 도관과 제 2 도관을 병렬 연결하여 제 1 도관에 실내 열교환기와 냉각용 감압기구를, 제 2 도관에 실외 열교환기와 가열용 감압기구를 설치하고, 상기 제 1 및 제 2 도관의 토출도관 연결부 근처에 제 1 흡입 분기도관 및 제 2 흡입 분기도관을 연결하여 흡입도관에 연결한 기본 냉동 사이클과; 상기 제 1 도관의 실내 열교환기와 수액기 사이에 설치하여 재응축 열교환기를 내장하고 열매체를 충전한 축열조와, 상기 토출도관의 제 2 도관 연결부 전방과 수액기 사이에 도관으로 연결한 제상용 응축기와, 상기 축열조에 순환펌프 부설 공급관과 귀환관으로 연결되고 상기 실외 열교환기의 흡입측에 설치한 열교환기와, 상기 공급관에 제상용 응축기와 열교환관계를 유지하도록 설치한 열매체 가열 열교환기를 구비한 흡기 온도 조절수단으로 구성한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 구성도로서, 10은 기본 냉동 사이클로서, 상기 기본 냉동 사이클(10)은 압축기(11)의 토출도관(12)과 수액기(13) 사이에 제 1 도관(14)과 제 2 도관(15)을 병렬 연결하여 제 1 도관(14)에 실내 열교환기(16)와 냉각용 감압기구(18)를, 제 2 도관(15)에 실외 열교환기(17)와 가열용 감압기구(19)를 설치하고, 압축기(11)의 흡입도관(20)과 상기 제 1 및 제 2 도관(14)(15)의 토출도관(12) 연결부 근처에 제 1 흡입 분기도관(21) 및 제 2 흡입 분기도관(22)을 연결하며, 상기 제 1 및 제 2 도관(14)(15)의 토출도관(12) 연결부 근처〔제 1 및 제 2 흡입 분기도관(21)(22) 연결부에서 토출도관(12)에 가까운 위치〕와, 제 1 및 제 2 흡입 분기도관(21)(22)에 솔레노이드 밸브(23)(24)(25)(26)를 설치하여서 된 것이며, 상기 솔레노이드 밸브(23)(24)(25)(26)는 후술하는 가열 및 냉각운전 절환 스위치(41)에 의하여 제어되며, 솔레노이드 밸브(23)(24)가 개방되면 가열 사이클이 형성되고, 솔레노이드 밸브(25)(26)가 개방되면 냉각 사이클이 형성되는 것이다.

30은 흡기 온도 조절수단으로서, 상기 흡기 온도 조절수단(30)은 축열조(130), 제상용 응축기(230), 열교환기(330), 열매체 가열 열교환기(334)로 대별되며, 실외 열교환기(17)에 흡입되는 외기의 온도를 예열 또는 냉각하는 것이다.

상기 축열조(130)는 상기 제 1 도관(14)에 설치하는 실내 열교환기(16)와 수액기(13) 사이에 설치하여 제 1 도관(14)의 실내 열교환기(16)와 수액기(13) 사이에 설치한 재응축 열교환기(131)를 내장함과 동시에 열매체(132)를 충전하여 실내 또는 실외 열교환기(16)(17)에서 응축된 냉매액을 재응축 열교환기(131)에서 재응축시켜 그 재응축열의 일부를 열매체(132)에 방열하여 열매체(132)를 가열 저장토록 한 것이다.

그리고 상기 축열조(130)에는 잠열 축열재 등의 축열체(133)를 내장하여 상기 재응축 열교환기(131)에서 냉매액이 재응축될 때 방열되는 재응축열의 일부를 축열 저장함으로써 축열 지속시간을 길게 하고, 또한 히터(134)를 부설하여 축열조(130)의 동파를 예방함과 동시에 가동 초기에 열매체(132)를 가열할 수도 있도록 한 것이다.

또한 상기 흡입도관(20)에는 제 1 및 제 2 흡열 열교환기(135)(136)를 병렬 연결하여 제 1 흡열 열교환기(135)는 축열조(130)의 내부에 설치하고, 제 2 흡열 열교환기(136)는 축열조(130)의 외부에 위치되게 설치함과 동시에 제 1 및 제 2 흡열 열교환기(135)(136)의 입구에 솔레노이드 밸브(137)(138)를 설치하고, 상기 흡입도관(20)에 온도센서(27)를 설치하여 그 검출신호에 의하여 압축기(11)에 흡입되는 냉매증기의 온도가 설정치(예 12℃)이하일 경우에는 솔레노이드 밸브(137)를, 설정치 이상일 때에는 솔레노이드 밸브(138)를 선택적으로 개방하여 열매체(132)의 보유열에 의하여 압축기(11)에 흡입되는 냉매증기를 적정온도로 가열하는 것이다.

또한 상기 재응축 열교환기(131)의 외주에는 증류수, 알콜 등의 작동유체를 진공 충전한 히트 파이프(139)의 증발부(140)를 포위시켜 설치하고, 상기 증발부(140)에 연결관(141)으로 연결되는 응축부(142)를 축열조(130)의 외부에 위치되게 설치하여 상기 응축부(142)에 제 2 흡열 열교환기(136)를 내장함으로써 압축기(11)에 흡입되는 냉매증기를 가열할 때 그 상승온도를 낮게 조절할 수 있도록 한 것이다.

상기 제상용 응축기(230)는 상기 토출도관(12)의 제 2 도관(15) 연결부 전방(입구)과 수액기(13) 사이에 도관(231)을 연결하여 상기 도관(231)에 설치하고, 상기 도관(231)의 토출도관(12) 연결부에 솔레노이드 밸브(232)를 설치하여 축열조(130)에 충전한 열매체(132)의 온도가 설정치(예 40℃) 이하일 때 축열조(130)에 설치한 온도센서(143)의 출력신호에 의하여 개방하고 냉각 운전시에는 폐쇄하는 것이며, 상기 제상용 응축기(230)는 가열 운전시에 솔레노이드 밸브(232)가 개방되어 압축기(11)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기를 흐르게 하여 응축될 때 그 응축열을 후술하는 열매체 가열 열교환기(334)를 흐르는 열매체에 방열하여 가열하도록 하고, 제상용 응축기(230)에서 응축된 냉매액은 수액기(13)를 경유하여 실외 열교환기(17)에 유입 증발되도록 한 것이다.

상기 열교환기(330)는 상기 실외 열교환기(17)의 흡입측에 설치하여 상기 축열조(130)와 순환펌프(332)를 부설한 공급관(331)과 귀환관(333)으로 연결하고, 상기 공급관(331)에 상기 제상용 응축기(230)와 열교환관계를 유지하는 열매체 가열 열교환기(334)를 설치하여서, 상기 열매체 가열 열교환기(334)에서 축열조(130)에 축열 저장된 열매체를 재가열한 후 열교환기(330)에 순환시켜 그 보유열을 실외 열교환기(17)의 흡입부 주위에 방열함으로써 실외 열교환기(17)에 흡입되는 외기를 예열하거나 실외 열교환기(17)에 부착된 서리를 제상토록 한 것이다.

그리고 상기 귀환관(333)에는 상기 열교환기(330)를 바이패스하는 바이패스 도관(335)을 연결하여 상기 귀환관(333)의 바이패스 도관(335)의 분기부와 바이패스 도관(335)의 입구에 솔레노이드 밸브(336)(337)를 설치하여서, 솔레노이드 밸브(336)는 가열 운전시 후술하는 타이머(47)에 의하여 일정주기(외기온에 따라 조정)로 개폐하여 축열조(130)내에 축열 저장되고 열매체 가열 열교환기(334)에서 재가열된 열매체를 열교환기(330)에 순환시키고, 타이머(47)의 비작동시에는 솔레노이드 밸브(337)가 개방되어 열매체 가열 열교환기(334)에서 가열된 열매체를 바이패스 도관(335)으로 바이패스시켜 축열조(130)에 저장하며, 열매체의 온도가 설정치 이상일 때에는 온도센서(143)의 출력신호에 의하여 솔레노이드 밸브(337)는 폐쇄되는 것이다.

한편 냉각 운전시에는 솔레노이드 밸브(336)만을 항상 개방하여 축열조(130)에 가열 저장되고 외기온도보다 낮은 온도(20℃ 정도)의 열매체를 열교환기(330)에 순환시켜 실외 열교환기(17)의 흡입부 주위의 외기를 냉각함으로써 실외 열교환기(17)에서 고온·고압의 냉매증기의 응축을 양호하게 한 것이다.

또한 상기한 축열조(130)에 설치한 온도센서(143)는 그 출력신호에 의하여 상기한 솔레노이드 밸브(232)(337) 이외에 순환펌프(332)도 제어하는 것이다.

도 2는 본 발명의 실시에의 제어회로도로서, 41은 가열 및 냉각운전 절환 스위치로서, 상기 절환 스위치(41)는 가열접점(a)은 릴레이(42)를, 냉각접점(b)은 릴레이(43)를 통하여 각각 전원의 단자(N)에 접속하고, 또 다른 접점(c)은 전원의 다른 단자(R)에 접속한 것이다.

45는 실내 온도 조절기로서, 상기 실내온도 조절기(45)는 그 b접점(45b)과 릴레이 a접점(42a)을 직렬 접속하고, 상기 b접점(45b)에 압축기 접촉기(11'), 실내 열교환기 팬(16') 및 실외 열교환기 팬(17')을 병렬 접속하여 전원의 양단자(R,N)에 접속하며, a접점(45a)은 상기 b접점(45b)과 공통접속함과 동시에 릴레이 a접점(43a)을 직렬 접속한 것이다.

또한 릴레이 a접점(42a)은 병렬 연결된 솔레노이드 밸브(23)(24)에 직렬 접속하여 전원의 양단자 (R,N)에 접속하고, 릴레이 a접점(43a)은 병렬 연결된 솔레노이드 밸브(25)(26)에 직렬 접속하여 전원의 양단자(R,N)에 접속한 것이다.

27은 온도센서로서, 상기 온도센서(27)는 흡입도관(20)에 설치하여 그 a접점(a')은 솔레노이드 밸브(137)를, 그 b접점(b')은 솔레노이드 밸브(138)를 통하여 각각 전원의 양단자(R,N)에 접속한 것이다.

46은 실외 온도센서로서, 상기 실외 온도센서는 실외 열교환기(17)의 흡입부 주위에 설치하여 그 b접점[실외 온도가 설정치(예 5℃) 이상으로 될 때 비접속되는 접점], 릴레이 a접점(42a) 및 타이머(47)를 직렬 접속하여 전원의 양단자(R,N)에 접속한 것이다.

상기 타이머(47)의 타이머 제 2 a접점(47c)에는 축열조(130)에 설치한 온도센서(143) 및 솔레노이드 밸브(232)를 직렬 접속하여 상기 타이머(47)에 병렬 접속함과 동시에 상기 솔레노이드 밸브(232)에는 보조 릴레이(44)를 병렬 접속한 것이다.

그리고 타이머 b접점(47b), 보조릴레이 a접점(44a), 순환펌프 접속기(순환펌프의 구동시에 접속되는 a접점)(332') 및 솔레노이드 밸브(337)를 직렬 접속하여 상기 타이머(47)에 병렬 접속하고, 타이머 제 1 a접점(47a), 보조릴레이 a접점(44a) 및 솔레노이드 밸브(336)는 직렬 접속하여서 상기 타이머(47)에 병렬 접속한 것이다.

또한 솔레노이드 밸브(336)의 일단과 전원의 단자((R) 사이에 릴레이 a접점(43a)과 압축기 접촉기(11')를 직렬 접속한 것이다.

한편 순환펌프(332)에는 릴레이 a접점(43a) 및 압축기 접촉기(11')와, 보조릴레이 a접점(44a) 및 압축기 접촉기(11')를 각각 직렬 접속한 것이다.

상기 타이머(47)는 타이머 제 1 a접점(47a), 타이머 b접점(47b) 및 타이머 제 2 a접점(47c)을 포함하고, 상기 타이머 제 1 a접점(47a)의 구동기간은 타이머 제 2 a접점(47c)의 구동기간보다 짧으며, 타이머(47)는 예를 들어 1시간을 구동설정기간으로 설정할 경우 타이머 제 1 a접점(47a)의 구동기간을 5분이라 할 때 타이머 b접점(47b)의 구동기간은 55분이 되며, 또한 타이머 제 2 a접점(47c)의 구동기간은 타이머 제 1 a접점(47a)의 구동기간인 5분보다 긴 예를 들면 20분으로 설정하는 것이다.

미설명부호 28, 29는 체크 밸브이다.

이상과 같은 본 발명은 가열 운전시에 절환 스위치(41)를 가열접점(a)에 접속하면 릴레이(42)가 가동됨과 동시에 릴레이 a접점(42a)이 접속되고, 온도센서(27)에 의하여 솔레노이드 밸브(137)(138) 중 어느 하나가 개방되며, 상기 상태에서 피가열유체는 설정온도보다 낮은 상태임으로 릴레이 a접점(42a)과 실내 온도 조절기(45)의 b접점(45b)이 접속됨으로써, 압축기 접촉기(11'), 실내 열교환기 팬(16') 및 실외 열교환기 팬(17')은 작동되고, 또한 솔레노이드 밸브(23)(24)는 개방상태를 유지하는 것이다.

그러므로 압축기(1)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기는 토출도관(12)으로 토출하여 화살표 실선과 같이 응축기로 작용하는 실내 열교환기(16)에 유입 응축시켜서 그 응축열에 의하여 물, 공기 등의 유체를 가열하여 가열기능을 수행하고, 상기 실내 열교환기(16)에서 응축된 고온·고압의 냉매액은 체크 밸브(28), 재응축 열교환기(131), 수액기(13) 및 제 2 도관(15)을 경유하여 가열용 감압기구(19)에서 팽창시킨 후 실외 열교환기(17)에서 외기에 의하여 증발하고, 상기 실외 열교환기(17)에서 증발된 저온·저압의 냉매증기는 제 1 흡입 분기도관(21)과 흡열 열교환기(135)(136) 중 어느 하나와, 흡입도관(20)을 경유하여 압축기(1)에 흡입되어 상기한 사이클을 반복하는 것이다.

그리고 냉각 운전시에는 절환 스위치(41)를 냉각접점(b)에 접속하면 릴레이(43)가 동작됨과 동시에 릴레이 a접점(43a)이 접속되고, 온도센서(27)에 의하여 솔레노이드 밸브(137)(138) 중 어느 하나가 개방되며, 피냉각유체는 설정온도보다 높은 상태임으로 실내 온도 조절기(45)의 a접점(45a)이 접속됨으로써, 압축기 접촉기(11'), 실내 열교환기 팬(16') 및 실외 열교환기 팬(17')이 작동되고, 또한 솔레노이드 밸브(25)(26)는 개방상태를 유지하는 것이다.

그러므로 압축기(1)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기는 토출도관(12)으로 토출하여 화살표 점선과 같이 응축기로 작용하는 실외 열교환기(17)에 유입하여 외기에 의하여 응축되고, 상기 실외 열교환기(17)에서 응축된 냉매액은 체크 밸브(29), 수액기(13), 재응축 열교환기(131) 및 제 1 도관(14)을 경유하여 냉각용 감압기구(18)에서 팽창된 후 실내 열교환기(16)에서 그 주위의 유체(물, 공기)에서 열을 흡수하여 증발하면서 냉각기능을 수행하며, 상기 실내 열교환기(16)에서 증발된 저온·저압의 냉매증기는 제 2 흡입 분기도관(22)과 흡열 열교환기(135)(136)중 어느 하나와, 흡입도관(20)을 경유하여 압축기(1)에 흡입되어 상기한 사이클을 반복하는 것이다.

상기한 실시예는 압축기(11)에서 토출되는 냉매증기가 실내 또는 실외 열교환기(16)(17)에 유입될 때 토출도관(12)에 병렬 연결한 제 1 또는 제 2 도관(14)(15)을 경유하고, 실내 또는 실외 열교환기(16)(17)에서 증발된 냉매증기가 제 1 또는 제 2 흡입 분기도관(21)(22)을 경유하여 압축기(11)에 흡입되며, 상기도관(14)(15)(21)(22)에 솔레노이드 밸브(23)(24)(25)(26)를 설치하여서 냉매의 순환 유로를 각각 별개로 함과 동시에 거의 직선화하였기 때문에 가열 운전시 실내 열교환기(16)의 방열량이 저하되지 않음으로 성적계수가 저하되지 않고, 또한 실내 또는 실외 열교환기(16)(17)에서 증발된 냉매증기가 압축기(11)에 흡입될 때 팽창이 억제됨으로써 과열도가 크지 않은 과열증기가 압축기에 흡입됨으로써 응축기로 작용하는 열교환기의 용량을 크게 하지 않아도 되고, 압축기의 과열이 방지되며, 압축기에 별도의 냉각수단도 설치할 필요가 없는 것이다.

또한 종래 고가인 4방밸브를 사용하지 않고 저렴한 솔레노이드 밸브를 사용할 수 있음으로 생산원가를 절감할 수 있는 것이다.

상기와 같이 가열 또는 냉각 운전시에 축열조(130)에 내장된 재응축 열교환기(131)에서 냉매액이 재응축되어 과냉되고 그 재응축열의 방열에 의하여 히트 파이프(139)의 증발부(140)내의 작동유체와 열매체(132)가 가열되며, 가열된 열매체(132)는 축열체(133)에 축열 저장된 상태를 유지하면서 열매체는 일정온도(예 20℃ 미만)를 유지하게 되는 것이다.

상기한 상태에서 가열 운전시에 외기온도가 설정치 예를 들어 5℃ 이하가 되면 실외 온도센서(46)가 접속되고, 릴레이 a접점(42a)이 접속되어 있음으로 타이머(47)가 작동함과 동시에 타이머 제 1 a접점(47a) 및 타이머 제 2 a접점(47c)이 접속되며, 축열조(130)에 설치한 온도센서(143)는 열매체(132)의 온도가 설정치 이하 온도(예 20℃)를 유지함으로써 출력신호는 중단되기 때문에 보조 릴레이(44) 및 솔레노이드 밸브(232)가 개방됨과 동시에 보조 릴레이 a접점(44a)이 접속됨으로 솔레노이드 밸브(336)가 개방되고, 또한 보조 릴레이 a접점(44a)의 접속에 의하여 압축기 접촉기(11')가 작동됨으로써 순환펌프(332)가 구동되는 것이다.

그러므로 압축기(11)에서 토출되는 고온·고압의 냉매증기의 일부가 도관(231)으로 흐르고 제상용 열교환기(230)에서 응축되면서 수액기(13)에 유입되어 가열 사이클에 합류하고, 한편 고온·고압의 냉매증기가 제상용 열교환기(230)에서 응축될 때의 응축열의 방열에 의하여 열매체 가열 열교환기(334)를 흐르는 열매체(132)는 가열되어 순환펌프(332)에 의하여 열교환기(330), 귀환관(333), 축열조(130), 공급관(331)을 경유하는 순환회로가 형성되면서 축열조(130)에는 높은 온도(40℃ 이상)의 열매체가 저장되는 것이다.

상기와 같이 축열조(131)에 높은 온도의 열매체가 저장됨과 동시에 설정된 타이머(47)의 작동시간에 따라 솔레노이드 밸브(337)는 폐쇄되고 솔레노이드 밸브(336)는 개방되어 있음으로 높은 온도의 열매체가 열교환기(330)로 순환될 때 실외 열교환기(17)의 흡입부 주위의 외기를 예열하고 상기 예열된 외기가 실외 열교환기에 공급됨으로써 외기 온도가 낮을 때에도 실외 열교환기(17)에 서리가 맺히지 않거나 맺힌 서리를 제상하기 때문에 냉매액의 증발이 양호하게 되는 것이다.

그리고 타이머(47)의 설정시간이 경과하면 타이머 제 1 a접점(47a)은 비접속되고 타이머 b접점(47b)이 접속되며 타이머 제 2 a접점(47c)은 접속상태를 유지하며, 솔레노이드 밸브(336)는 폐쇄됨과 동시에 솔레노이드 밸브(337)는 개방됨으로써, 제상용 열교환기(230)에서의 냉매증기의 응축에 의한 응축열은 계속 방열되어 축열조(130)내의 열매체(132)는 열매체 가열 열교환기(334)에서 계속 가열상태를 유지함과 동시에 가열된 열매체는 바이패스 도관(335)을 순환하는 순환회로를 형성하여서 축열조(131) 내에는 높은 온도로 가열된 열매체가 축열체(133)에 축열되면서 저장되는 것이다.

상기와 같이 축열조(130)에 열매체가 축열 저장되다가 열매체가 설정온도가 되면 온도센서(143) 출력신호는 중단되어 솔레노이드 밸브(232)는 폐쇄되고 보조 릴레이(44)는 비구동상태로 되며, 보조 릴레이 a접점(44a)이 비접속 상태로 됨으로써, 순환펌프(332)는 구동이 정지되고 솔레노이드 밸브(337)도 폐쇄되어 가열운전시 실외 열교환기(17)의 흡입부 주위의 외기 예열기능은 타이머(47)의 설정시간 도달시까지 정지되는 것이다.

또한 상기 실외 열교환기(17)의 흡입부 주위의 외기 예열기능은 실외 온도센서(46)의 설정온도 이상시에는 a접점이 접속됨으로 그 기능은 중단되는 것이다.

한편 상기한 냉각 운전시에는 릴레이 a접점(43a)은 접속되어 있음으로 순환펌프(332)는 구동되고, 솔레노이드 밸브(336)는 개방상태를 유지하는 바, 축열조(130)에 저장된 외기 온도보다 낮은 열매체가 공급관(331), 열매체 가열 열교환기(334)[솔레노이드 밸브(232)가 폐쇄되어 있음으로 냉매증기의 공급이 중단되어 가열기능은 수행하지 않음]를 경유하여 열교환기(330)를 순환할 때 실외 열교환기(17)의 흡입부 주위의 외기와 열교환하여 외기를 냉각한 후 귀환관(333)을 통하여 축열조(130)를 순환하는 순환회로가 형성되어 실외 열교환기(17)의 흡입부 주위의 외기를 냉각함으로써 실외 열교환기(17)에서 고온·고압의 냉매증기가 응축될 때 외기와 냉매증기의 온도차를 크게 함으로써 냉매증기의 응축이 양호하게 되는 것이다.

상기와 같이 실외 열교환기(17)의 흡입부 주위의 외기의 냉각운전시 열교환기(330)의 흡열에 의하여 축열조(130) 내의 열매체(132)의 온도가 일부 상승하지만 그 상승된 온도는 외기보다 낮고, 또한 압축기(1)에 흡입되는 냉매증기의 온도가 설정치(예 12℃) 이하일 때에는 후술하는 바와 같이 제 1 흡열 열교환기(135)를 경유하면서 열매체(132)의 보유열을 흡열함으로써 열매체는 냉각되기 때문에 실외 열교환기(17)에서 냉매증기의 응축이 양호하게 되는 것이다

그리고 실외 열교환기(17)에서 냉매액의 응축이 양호하지 못하여 불포화액이 되는 경우에도 재응축 열교환기(131)를 경유하면서 재응축 되기 때문에 실내 열교환기(16)에서 냉매액의 증발은 양호하게 되는 것이다.

한편 상기와 같이 실외 열교환기(17)의 흡입부 주위의 외기의 냉각운전을 할 때 외기온도가 예컨대 25℃ 미만일 경우 등에는 실내 열교환기(16)에서 냉매증기의 증발이 양호하여서 그 냉매증기가 제 2 흡열 열교환기(136)를 경유하게 되면 축열조(130)의 열매체가 열교환기(330)를 순환할 때 그 상승온도의 냉각이 불가능한 현상이 발생하며, 이 경우를 고려하여 릴레이 a접점(43a)에 직렬 접속되는 압축기 접촉기(11')의 a접점의 일단에 설정치(예 25℃) 이하일 때 비접촉되는 실외 온도센서(미도시)를 부설하여 상기 실외 열교환기(17)의 흡입부 주위의 외기 냉각운전기능을 정지하는 것이 바람직하다.

그리고 상기한 가열 또는 냉각 운전시에 실외 열교환기(17) 또는 실내 열교환기(16)에서 증발된 저온·저압의 냉매증기가 압축기(11)에 흡입될 때 예를 들어 12℃ 이하일 경우에는 흡입도관(20)에 설치한 온도센서(27)의 출력신호에 의하여 솔레노이드 밸브(137)를 개방시킴으로써 압축기(11)에 흡입되는 습냉매증기는 제 1 흡열 열교환기(135)를 경유하면서 열매체(132)의 보유열에 의하여 가열되어 높은 온도로 승온되고, 12℃ 이상일 경우에는 솔레노이드 밸브(138)가 개방되어 습냉매증기는 제 2 흡열 열교환기(136)를 경유하며 상기 제 2 흡열 열교환기(136)는 히트 파이프(139)의 증발부(140)에 충전한 작동유체가 재응축 열교환기(131)에서 냉매액이 재응축되는 재응축열에 의하여 가열된 후 연결관(141)을 경유하여 응축부(142)로 상승되어 응축될 때의 응축열만에 의하여 가열되어서 습냉매증기는 작은 온도만 승온됨으로써 압축기(11)에는 항상 적정온도의 건포화 또는 과열 증기만 흡입되기 때문에 압축기의 액백 및 액격이 발생하지 않게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매증기가 실내 또는 실외 열교환기에 유입될 때와 실내 또는 실외 열교환기에서 증발된 냉매증기가 압축기에 흡입될 때 냉매의 순환 유로를 각각 별개로 함과 동시에 거의 직선화함으로써 성적계수가 저하되지 않고, 또한 실내 또는 실외 열교환기에서 증발된 냉매증기가 압축기에 흡입될 때 팽창을 억제함으로써 압축기에 흡입되는 냉매증기의 과열도가 크지 않게 되고 압축기의 과열이 방지되어 신뢰성을 확보할 수 있고, 통상의 압축기를 이용할 수 있음과 동시에 고가의 4방밸브를 사용하지 않음으로 생산원가를 절감할 수 있는 것이다.

그리고 축열조, 제상용 응축기, 열교환기, 열매체 가열 열교환기를 구비한 실외 열교환기의 흡기 온도 조절수단에 의하여 가열 운전시 외기온도가 낮을 때 실외 열교환기의 흡입부 주위의 외기를 예열하여 실외 열교환기에서 냉매액의 증발을 양호하게 하고, 냉각 운전시 실외 열교환기의 흡입부 주위의 외기를 냉각함으로써 실외 열교환기에서 냉매증기의 응축을 양호하게 하였음으로 항상 성적계수를 양호하게 유지할 수 있는 것이다.

또한 실외 열교환기 또는 실내 열교환기에서 증발된 저온·저압의 습냉매증기를 제 1 및 제 2 흡열 열교환기를 선택적으로 경유하도록 하여 압축기에는 항상 적정온도의 건포화 또는 과열증기만 흡입되기 때문에 압축기의 액백 및 액격이 발생되지 않아 압축기의 신뢰성을 향상할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 구성도.

도 2는 본 발명의 실시예의 제어회로도.

도 3은 전형적인 냉동 사이클의 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

10 : 기본 냉동 사이클 11 : 압축기 13 : 수액기

16 : 실내 열교환기 17 : 실외 열교환기

14, 15 : 제 1 및 제 2 도관 20 : 흡입도관

21, 22 : 제 1 및 제 2 흡입 분기도관

30 : 흡기 온도 조절수단

130 : 축열조 131 : 재응축 열교환기

230 : 제상용 응축기 330 : 열교환기

334 : 열매체 가열 열교환기

Claims (4)

1. 압축기의 토출도관과 수액기 사이에 제 1 도관과 제 2 도관을 병렬 연결하여 제 1 도관에 실내 열교환기와 냉각용 감압기구를, 제 2 도관에 실외 열교환기와 가열용 감압기구를 설치하고, 상기 제 1 및 제 2 도관의 토출도관 연결부 근처에 제 1 흡입 분기도관 및 제 2 흡입 분기도관을 연결하여 흡입도관에 연결한 기본 냉동 사이클과; 상기 제 1 도관의 실내 열교환기와 수액기 사이에 설치하여 재응축 열교환기를 내장하고 열매체를 충전한 축열조와, 상기 토출도관의 제 2 도관 연결부 전방과 수액기 사이에 도관으로 연결한 제상용 응축기와, 상기 축열조에 순환펌프 부설 공급관과 귀환관으로 연결되고 상기 실외 열교환기의 흡입측에 설치한 열교환기와, 상기 공급관에 제상용 응축기와 열교환관계를 유지하도록 설치한 열매체 가열 열교환기를 구비한 흡기 온도 조절수단으로 구성한 냉동 사이클.
2. 제 1 항에 있어서, 축열조에 축열체를 내장함과 동시에 히터를 부설한 냉동 사이클.
3. 제 1 항에 있어서, 흡입도관에 제 1 및 제 2 흡열 열교환기를 병렬 연결하여 제 1 흡열 열교환기는 축열조에 내장하고 제 2 흡열 열교환기는 축열조의 외부에 위치되게 한 냉동 사이클.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 재응축 열교환기는 히트 파이프의 증발부로 포위하고, 상기 증발부에 연결관으로 응축부를 축열조 외부에 노출되게 연결하여 상기 응축부에 제 2 흡열 열교환기를 내장한 냉동 사이클.