KR100547671B1 - 히트펌프 사이클의 열교환 효율 개선구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프 사이클에서 압축기의 토출측에 연결되는 제 1냉매관 상에 확장탱크를 구비하여 내부에 고온의 냉매 유동량을 증가시키고, 이 확장탱크 내부에 상대적으로 저온의 냉매를 유동하는 배관을 지그재그 형상이나 코일 형상으로 형성하여 고온의 냉매와 열교환함으로써 열교환 성능을 향상시키고자 한 히트펌프 사이클의 열교환 효율 개선구조에 관한 것이다.

히트펌프, 열교환부재, 확장탱크

Description

히트펌프 사이클의 열교환 효율 개선구조{heat pump cycle of heat exchanging}

도 1은 종래 히트펌프 사이클의 개략도.

도 2a 및 도 2b는 종래 히트펌프 사이클의 냉매 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 히트펌프 사이클의 난방시 냉매의 흐름을 보인 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 히트펌프 사이클의 냉방시 냉매의 흐름을 보인 개략도.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 사이클의 열교환 구조를 보인 내부도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트펌프 사이클의 열교환 구조를 보인 내부도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

101,102,103,104,105: 제 1,2,3,4,5냉매관

106,107: 제 1,2바이패스관

11,111: 압축기 12,112: 실외 열교환기

13,113: 실내 열교환기 120: 열교환부재

121: 확장탱크

122a,123a,124a,125a: 제 1,2,3,4유입구

122b,123b,124b,125b: 제 1,2,3,4배출구

126: 열교환관

본 발명은 히트펌프 사이클의 열교환 효율 개선구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히트펌프 사이클에서 압축기의 토출측에 연결되는 제 1냉매관 상에 확장탱크를 구비하여 내부에 고온의 냉매 유동량을 증가시키고, 이 확장탱크 내부에 상대적으로 저온의 냉매를 유동하는 배관을 지그재그 형상이나 코일 형상으로 형성하여 고온의 냉매와 열교환함으로써 열교환 성능을 향상시키고자 한 히트펌프 사이클의 열교환 효율 개선구조에 관한 것이다.

히트 펌프는 에어컨의 냉각 사이클(cooling cycle)에서 냉매의 흐름을 역전환(逆轉換)시킴으로써 냉방(冷房)과 난방(煖房)을 겸할 수 있는 공기 조절장치의 하나로써 특히 계절에 구애받지 않고 사용할 수 있는 장점에 따라 점차적으로 그 사용영역이 확대되고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 히트펌프 사이클은 냉매를 압축시키는 압축기(11)와, 상기 압축기(11)와 배관으로 연결되어 냉방시에는 응축기로 작용하 고 난방시에는 증발기로 작용하는 실외 열교환기(12)와, 상기 압축기(11)와 배관으로 연결되어 냉방시에는 증발기로 작용하고 난방시에는 응축기로 작용하는 실내 열교환기(13)와, 상기 압축기(11)에서 나오는 고온고압의 냉매를 냉방시에는 실외 열교환기(12)로 공급하고 난방시에는 실내 열교환기(13)로 공급하는 사방밸브(14)와, 상기 실외 열교환기(12)의 하측에 설치되어 난방시 실외 열교환기(12)의 응축수가 결빙되는 것을 방지하는 과냉각기(16)와, 실외측에 설치되어 응축된 냉매를 팽창시킴으로서 2상냉매로 만드는 팽창밸브(15)로 구성되어 있다.

여기서, 상기 팽창밸브(15)는 실외 열교환기(12)와 과냉각기(16)를 연결하는 배관에 설치되며, 과냉각기(16)와 실내 열교환기(13)를 연결하는 배관에는 과냉각기(16)로부터의 냉매흐름을 차단하는 체크밸브(17)가 설치되어 있다.

따라서, 상기 팽창밸브(15)를 통과한 냉매가 체크밸브(17)를 거치지 않고 실내 열교환기(13)측으로 공급될 수 있도록 두 배관 사이에는 바이패스관이 연결되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 히트펌프 사이클은 냉방 또는 난방의 선택에 따라 사방밸브(14)가 압축기(11)에서 나온 고온, 고압의 냉매를 실내 열교환기(13) 또는 실외 열교환기(12)로 보냄으로써 실내를 냉방하거나 난방하게 된다.

즉, 냉방시에 냉매는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 압축기(11)→사방밸브(14)→실외 열교환기(12)→팽창밸브(15)→실내 열교환기(13)→압축기(11)의 순환경로를 거치면서 냉방을 이루게 된다.

그리고, 난방시에 냉매는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 압축기(11)→사방밸 브(14)→실내 열교환기(13)→체크밸브(17)→과냉각기(16),팽창밸브(15)→실외 열교환기(12)→압축기(11)의 순환경로를 거치면서 난방을 이루게 된다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 히트펌프 사이클은 난방시 외기온도가 점점 낮아지면 난방부하가 커져 에너지 소모가 많아지고 제품 성능 차이에 따라 -5℃ 내지 -10℃ 부근에서부터는 외기로부터 냉매의 상변화에 따른 증발잠열을 충분히 흡수하지 못하여 급격한 효율저하현상이 발생하며, 과부하 운전으로 인한 소음발생이 크고, 실외기 압축기에서의 압축비가 커져 투입되는 운전에너지에 비해 실내에서 얻는 열량이 상대적으로 적은 비효율적 현상인 한계치 운전에 이르는 문제점이 있었다.

그리고, 종래의 히트펌프 사이클은 고온의 냉매를 유동시키는 냉매관 주위에 상대적으로 저온의 냉매를 유동시키는 냉매관을 근접시키거나 부착시킴으로써 상호 열교환되도록 구조였으나, 접촉면적의 한계로 인해 충분한 열교환이 이루어지지 않는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 히트펌프 사이클 상의 압축기 토출측과 연결되는 냉매관 상에 확장탱크를 별도로 구비하여 냉매의 유동량을 증가시키고, 이 확장탱크 내부로 상대적으로 저온의 냉매를 유동시키는 냉매관을 통과시키면서, 이 통과되는 냉매관을 굴절시켜 고온의 냉매관과의 접촉면적을 증가시킴에 따라 열교환이 향상되도록 한 히트펌프 사이클의 열교 환 효율 개선구조를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 히트펌프 사이클의 열교환 효율 개선구조는 열교환부재를 제 1,2,3,4냉매관의 직경보다 크게 형성된 확장탱크와, 상기 확장탱크의 상부에 형성되어 압축기의 토출측에 연장되는 제 1냉매관과 연결되며 고온의 냉매를 유입시키는 제 1유입구와, 상기 확장탱크의 하부에 형성되어 실내 열교환기와 연결되는 제 1냉매관과 접속되며 제 1유입구를 통해 유입된 냉매를 확장탱크의 내부에서 열교환 후 배출하는 제 1배출구와, 상기 실내 열교환기와 팽창관 및 액분리기 각각과 연결되는 제 2,3,4냉매관과 연결되어 난방시 확장탱크 내부로 냉매를 유입하기 위해 확장탱크 상부에 형성된 제 2,3,4유입구와, 상기 제 2,3,4유입구를 통해 각각 유입된 냉매를 확장탱크 내부와 열교환한 후 배출하기 위해 확장탱크의 하부에 형성된 제 2,3,4배출구와, 상기 확장탱크의 내부에서 제 2유입구와 제 2배출구, 제 3유입구와 제 3배출구 및 제 4유입구와 제 4배출구 각각을 연결하여 제 2,3,4냉매관을 유동하는 냉매를 확장탱크 내부의 고온 상태인 냉매와 열교환하기 위한 열교환관으로 구성함과 아울러 상기 열교환관 각각을 확장탱크 내부에서 상·하 방향으로 지그재그 형상 또는 코일 형상으로 형성하여 확장탱크 내부를 유동하는 고온 상태인 냉매와의 접촉면적을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 히트펌프 사이클의 난방시 냉매의 흐름을 보인 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 히트펌프 사이클의 냉방시 냉매의 흐름을 보인 개략도이다.

그리고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 사이클의 열교환 구조를 보인 내부도이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트펌프 사이클의 열교환 구조를 보인 내부도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 사이클은 압축기(111), 사방밸브(114), 열교환부재(120), 실내 열교환기(113), 팽창관(115), 과냉각기(116), 실외 열교환기(112) 및 액분리기(117)로 크게 구성된다.

난방시의 냉매 흐름 위주로 구성요소를 설명하면, 상기 압축기(111)는 냉매를 압축하여 고온 고압 상태로 변환하는 기능을 수행한다.

그리고, 상기 사방밸브(114)는 압축기(111)의 출구측과 제 1냉매관(101)으로 연결되며, 냉매를 난방시 열교환부재(120) 방향으로, 냉방시 실외 열교환기(112) 방향으로 흐름을 전환시킨다.

상기 열교환부재(120)는 제 1냉매관(101) 상에 형성된다.

즉, 상기 열교환부재(120)는 압축기(111)의 토출측에 연장되는 제 1냉매관(101) 및 난방시 실내 열교환기(113)로 냉매를 유입시키도록 안내하는 제 1냉매관(101)을 연결한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 열교환부재(120)는 확장탱크(121)와, 제 1,2,3,4유입구(122a,123a,124a,125a)와, 제 1,2,3,4배출구(122b,123b,124b,125b) 및 열교환관(126)으로 이루어진다.

상기 확장탱크(121)는 제 1냉매관(101) 사이에서 이를 연결하며, 제 1냉매관(101)의 직경보다 훨씬 크게 형성된다.

그래서, 상기 확장탱크(121)는 제 1냉매관(101)을 따라 이동하는 고온의 냉매를 꽉 채워 유동하며 내부에서 잔류되는 시간을 증가시키게 된다.

그리고, 상기 제 1유입구(122a)는 확장탱크(121)의 상부에 형성되며, 제 1냉매관(101)과 연결되어 난방시 고온의 냉매를 확장탱크(121) 내부로 안내함과 아울러 냉방시 확장탱크(121)의 내부에서 유동하며 열교환된 냉매를 토출한다.

또한, 상기 제 1배출구(122b)는 확장탱크(121)의 하부에 형성되어 제 1냉매관(101)과 연결됨으로써 확장탱크(121) 내부를 유동하며 열교환된 냉매를 난방시 실내 열교환기(113)로 안내함과 아울러 냉방시 실내 열교환기(113)에서 토출되는 냉매를 확장탱크(121) 내부로 유입한다.

상기 제 2유입구(123a)는 제 1유입구(122a)를 형성한 확장탱크(121)의 상부에 형성된다.

그래서, 상기 제 2유입구(123a)는 난방시 실내 열교환기(113)의 냉매 토출측 및 냉방시 실내 열교환기(113) 쪽으로 향하는 냉매를 안내하는 제 2냉매관(102)과 연결된다.

그리고, 상기 제 2배출구(123b)는 제 1배출구(122b)를 형성한 확장탱크(121)의 하부에 형성된다.

이때, 상기 제 2유입구(123a)와 제 2배출구(123b)는 열교환관(126)으로 연결 되며, 상기 열교환관(126)은 확장탱크(121) 내부에 형성된다.

상기 열교환관(126)은 난방시 제 2유입구(123a)를 통해 실내 열교환기(113)를 통과한 응축된 냉매를 유입하여 유동시키며 확장탱크(121) 내부에 가득 찬 고온의 냉매와 열교환하도록 하고, 제 2배출구(123b)를 통해 냉매를 팽창관(115) 방향으로 안내한다.

또한, 상기 제 3유입구(124a)는 제 1유입구(122a)를 형성한 확장탱크(121)의 상부에 형성되고, 상기 제 3배출구(124b)는 제 1배출구(122b)를 형성한 확장탱크(121)의 하부에 형성된다.

그리고, 상기 제 3유입구(124a)와 제 3배출구(124b)는 확장탱크(121) 내부에서 열교환관(126)으로 연속되게 연결된다.

이때, 상기 열교환관(126)은 난방시 팽창관(115)을 통해 팽창되며 저온 저압 상태로 변한 냉매를 제 3유입구(124a)를 통해 유동을 안내하며 고온 상태인 확장탱크(121) 내부의 냉매와 열교환 후 소정 온도를 보상한 상태에서 제 3배출구(124b)를 통해 과냉각기(116)로 안내한다.

한편, 상기 제 4유입구(125a)는 제 1유입구(122a)를 구비한 확장탱크(121)의 상부에 형성되고, 제 4배출구(125b)는 제 1배출구(122b)를 구비한 확장탱크(121)의 하부에 형성된다.

상기 제 4유입구(125a)와 제 4배출구(125b)는 확장탱크(121) 내부에서 열교환관(126)으로 연속되게 연결된다.

그래서, 상기 열교환관(126)은 난방시 액분리기(117)에서 액냉매를 분리한 기상의 냉매를 제 4유입구(125a)를 통해 유입하여 확장탱크(121) 내부의 냉매와 열교환 후 제 4배출구(125b)를 통해 압축기(111)로 냉매를 안내한다.

한편, 상기 열교환관(126)은 확장탱크(121) 내부에서 상·하 방향으로 연속되게 지그재그 형상으로 배열되어 확장탱크(121) 내부에 가득찬 고온의 냉매와 열교환하는 면적을 증가시킨다.

이때, 상기 제 1유입구(122a) 및 제 1배출구(122b)는 제 1냉매관(101)을 연결하고, 제 2유입구(123a) 및 제 2배출구(123b)는 제 2냉매관(102)을, 제 3유입구(124a) 및 제 3배출구(124b)는 제 3냉매관(103)을, 제 4유입구(125a) 및 제 4배출구(125b)는 제 4냉매관(104)을 연결한다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 열교환부재(120)의 열교환관(126)은 상술한 연결관계와 동일하며, 확장탱크(121)의 내부에서 코일 형상으로 감겨 확장탱크(121) 내부의 고온 냉매와 열교환함으로써 열교환관(126) 각각의 내부를 유동하는 냉매가 온도 보상되며 상승되게 한다.

이때, 상기 제 2,3,4유입구(123a,124a,125a)와 제 2,3,4배출구(123b,124b,125b) 각각을 연결하는 열교환관(126)은 두 가닥 이상으로 형성되어 확장탱크(121) 내부의 냉매와의 접촉면적을 극대화하는 것이 가장 바람직하다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 실내 열교환기(113)는 난방운전시 고온 고압의 냉매를 응축시키며 액체 상태로 변환하는 응축기 역할을 하고, 냉방운전시 냉매를 증발시키며 저온 저압 상태인 액상(液狀)과 기상(氣狀)으로 공존하는 냉매로 변환하는 증발기 역할을 하며 방출 또는 흡수에 의하여 열교환을 수행한다.

상기 실내 열교환기(113)는 제 2냉매관(102)을 통해 상술한 구조의 열교환부재(120) 및 팽창관(115)과 순서대로 연결된다.

이때, 상기 제 2냉매관(102)은 열교환부재(120)를 관통하며 팽창관(115)에 연결된다.

그래서, 상기 제 2냉매관(102)은 내부를 흐르는 응축되며 저온 상태로 변환 냉매를 열교환부재(120) 내부에 저장된 고온의 냉매와 열교환한다.

즉, 상기 제 2냉매관(102) 내부의 냉매는 열교환부재(120)를 통과하면서 온도가 상승된다.

그리고, 상기 열교환부재(120)는 팽창관(115)과 과냉각기(116)를 연결하는 제 3냉매관(103)을 통과시킨다.

상기 팽창관(115)과 열교환부재(120)가 제 3냉매관(103)의 일부로 연결됨으로써 팽창관(115)을 통과한 저온 저압 상태인 냉매를 열교환부재(120) 내부의 고온 냉매와 열교환함으로써 제 3냉매관(103) 내부의 냉매 온도를 보상한다.

그리고, 상기 제 3냉매관(103)은 열교환부재(120)를 통과하여 과냉각기(116)와 연결된다.

상기 과냉각기(116)는 난방시 실외 열교환기(112)의 응축수가 결빙되는 것을 방지한다.

그리고, 냉방시 상기 실외 열교환기(112)를 통과하면서 응축되며 2상 냉매로 변환된 냉매는 삼방밸브(116a)의 제어로 과냉각기(116)를 통과하지 않고 제 3냉매관(103)을 통해 열교환부재(120)로 유입된다.

상기 과냉각기(116)는 실외 열교환기(112)로 직접적으로 연결되어 있다.

그래서, 상기 과냉각기(116)를 통과한 냉매는 실외 열교환기(112)를 거쳐 제 5냉매관(105)으로 안내된다.

상기 제 5냉매관(105)은 난방시 실외 열교환기(112)를 통과하면서 증발되며 액상과 기상의 2상 냉매 또는 냉방시 응축된 냉매를 사방밸브(114)를 통해 액분리기(117)로 안내한다.

상기 액분리기(117)는 난방시 실외 열교환기(112)를 통과한 냉매가 액상과 기상의 2 상 냉매로 상변화된 상태에서 액상의 냉매를 걸러내어 기상의 냉매만 압축기(111)로 보내는 역할을 한다.

그리고, 상기 액분리기(117)에서 토출되는 기상의 냉매는 제 4냉매관(104)을 통해 열교환부재(120) 및 압축기(111)로 순서대로 연결된다.

상기 제 4냉매관(104)은 열교환부재(120) 내부를 관통함으로써 저온인 기상의 냉매를 열교환부재(120) 내부의 고온인 냉매과 열교환 함으로써 압축기(111)로 유입되는 냉매의 온도를 높여 압축기(111)의 과부하를 방지한다.

한편, 상기 팽창관(115)은 액분리기(117)의 내부에 삽입되게 설치됨으로써 상호 냉매간에 열교환되고, 간단한 구조를 취한다.

한편, 상기 압축기(111)의 유입측에 해당하는 제 4냉매관(104)과 압축기(111)의 토출측에 해당하는 제 1냉매관(101)은 제 1바이패스관(106)으로 연결된다.

그리고, 상기 압축기(111)의 유입측에 해당하는 제 4냉매관(104)과 난방시 실내 열교환기(113)의 토출측에 해당하는 제 2냉매관(102)은 제 2바이패스관(107) 으로 연결된다.

상기 제 1바이패스관(106) 상에는 제 1바이패스 밸브(106a)가 구비되고, 제 2바이패스관(107) 상에는 제 2바이패스 밸브(107a)가 구비된다.

상기 제 1,2바이패스관(106,107)은 난방시 외부의 저온시 압축기(111)로 유입되는 냉매와 상대적으로 높은 온도의 냉매를 열교환함으로써 온도 보상을 통해 압축기(111)의 과부하를 방지하기 위함이다.

즉, 상기 압축기(111)로 유입되는 냉매의 온도에 따라 고온 상태인 냉매를 유동시키는 제 1냉매관(101)과 연결되는 제 1바이패스관(106)의 제 1바이패스 밸브(106a)가 개방되거나 또는 제 1냉매관(101)의 냉매보다 상대적으로 낮은 온도를 유동시키는 제 2냉매관(102)과 연결되는 제 2바이패스관(107)의 제 2바이패스 밸브(107a)가 개방되면서 압축기(111)로 유입되는 냉매의 온도를 일정치까지 상승시킨다.

한편, 상기 제 1냉매관(101)을 잇는 열교환부재(120)는 상부에 연결되는 제 1냉매관(101)과 하부에 연결되는 제 1냉매관(101)을 일직선상에 위치하지 않도록 함으로써 제 1냉매관(101)을 통해 유입되는 냉매가 열교환부재(120) 내부에 머무르는 시간을 증가시킨다.

상술한 본 발명에 따른 히트펌프 사이클의 냉매 흐름을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 난방모드시에는 냉매가 압축기(111)→사방밸브(114)→제 1냉매관(101)→제 1유입구(122a)→열교환부재(120)→제 1배출구 (122b)→제 1냉매관(101)→실내 열교환기(113)→제 2냉매관(102)→제 2유입구(123a)→열교환부재(120)→제 2배출구(123b)→제 2냉매관(102)→팽창관(115)→제 3냉매관(103)→제 3유입구(124a)→열교환부재(120)→제 3배출구(124b)→제 3냉매관(103)→과냉각기(116)→삼방밸브(116a)→실외 열교환기(112)→제 5냉매관(105)→사방밸브(114)→제 5냉매관(105)→액분리기(117)→제 4냉매관(104)→제 4유입구(125a)→열교환부재(120)→제 4배출구(125b)→제 4냉매관(104)→압축기(111)의 순환경로를 거치게 된다.

즉, 상기 사방밸브(114)가 압축기(111)에서 나온 고온 고압의 냉매를 제 1냉매관(101)을 통해 열교환부재(120)로 공급하며 열교환부재(120) 내부를 고온 상태로 유지한다.

그리고, 상기 열교환부재(120)에서 열교환하며 일부 열을 빼앗긴 냉매는 다시 제 1냉매관(101)을 실내 열교환기(113)에 공급된다.

상기 실내 열교환기(113)는 냉방시 응축기의 역할을 하므로, 고온 고압의 냉매가 응축되면서 실내 공기를 가열하여 실내를 난방한다.

상기 실내 열교환기(113)에서 응축된 냉매는 열교환부재(120)를 관통하는 제 2냉매관(102)을 따라 이동하면서 열교환부재(120) 내부에서 고온 상태인 냉매와 열교환된 후 팽창관(115)으로 유입된다.

상기 팽창관(115)에서 팽창되며 저온 저압상태인 냉매는 열교환부재(120)를 관통하는 제 3냉매관(103)을 따라 이동하면서 열교환부재(120)의 고온 상태인 냉매와 열교환하며 열을 빼앗아오며 소정 온도 보상을 받게 된다.

그리고, 상기 제 3냉매관(103)을 따라 이동하는 냉매는 과냉각기(116)로 공급된다.

상기 과냉각기(116)로 공급된 액냉매는 주위공기와 열교환을 하며 과냉각되면서 실외 열교환기(112)에서 응축된 응축수가 결빙되지 않게 된다.

즉, 상기 과냉각기(116)는 난방시 응축기의 역할을 수행하여 열을 발산함으로써 응축수의 결빙으로 실외 열교환기(112)의 효율이 저하되는 것을 방지한다.

상기 과냉각기(116)에서 과냉된 냉매는 삼방밸브(116a)를 통해 증발기의 역할을 수행하는 실외 열교환기(112)에서 기화되며 2상으로 상변화한다.

상기 실외 열교환기(112)에서 액상의 기상의 2상 냉매로 상변화한 냉매는 제 5냉매관(105)을 통해 사방밸브(114)를 거쳐 액분리기(117)로 유입된다.

상기 액분리기(117)는 액상의 냉매를 저장하면서 기상의 냉매만 유동시키는 역할을 한다.

상기 액분리기(117)를 거친 기상의 냉매는 열교환부재(120)를 관통한 제 4냉매관(104)을 따라 이동하면서 열교환부재(120) 내부에서 열을 빼앗아 온도가 상승하게 된다.

그래서, 상기 액분리기(117)와 열교환부재(120)를 통과한 냉매는 제 4냉매관(104)을 따라 압축기(111)로 유입됨으로써 열교환부재(120)를 통해 온도를 보상받음으로써 압축기(111)의 과부하를 방지한다.

이때, 상기 압축기(111)로 유입되는 냉매의 온도가 일정치 이하일 경우 제 1바이패스관(106)을 개방하여 압축기(111)에서 토출되는 고온 상태인 냉매를 바이패 스 시키거나 또는 제 2바이패스관(107)을 개방하여 실내 열교환기(113)에서 토출되는 냉매를 바이패스 시킨다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 냉방모드시에는 냉매가 압축기(111)→사방밸브(114)→제 5냉매관(105)→실외 열교환기(112)→삼방밸브(116a)→제 3냉매관(103)→제 3배출구(124b)→열교환부재(120)→제 3유입구(124a)→제 3냉매관(103)→팽창관(115)→제 2냉매관(102)→제 2배출구(123b)→열교환부재(120)→제 2유입구(123a)→제 2냉매관(102)→실내 열교환기(113)→제 1냉매관(101)→제 1배출구(122b)→열교환부재(120)→제 1유입구(122a)→제 1냉매관(101)→사방밸브(114)→제 5냉매관(105)→액분리기(117)→제 4냉매관(104)→제 4유입구(125a)→열교환부재(120)→제 4배출구(125b)→압축기(111)의 순환경로를 거치면서 냉방을 이루게 된다.

즉, 상기 사방밸브(114)가 압축기(111)에서 나온 고온 고압 상태의 냉매를 제 5냉매관(105)을 통해 실외 열교환기(112)로 공급하게 된다.

냉방시 응축기의 역할을 하는 실외 열교환기(112)는 고온 고압의 냉매를 냉각시켜 액체 상태로 응축시키게 되고, 응축된 냉매는 삼방밸브(116a)를 통해 열교환부재(120)에 관통되는 제 3냉매관(103)을 따라 이동하게 된다.

상기 제 3냉매관(103) 내부의 냉매는 열교환부재(120)에서 열교환 된 후 팽창관(115)으로 이동한다.

상기 팽창관(115)은 액냉매의 일부를 기화시켜 기체와 액체가 혼합된 2상 상태의 냉매로 상변화시킨다.

상기 팽창관(115)을 거친 냉매는 열교환부재(120)를 관통하는 제 2냉매관(102)을 통해 실내 열교환기(113)로 이동한다.

상기 실내 열교환기(113)는 냉방시 증발기의 역할을 하여 냉매를 기화시키면서 실내를 냉방하게 되고, 기화된 냉매는 제 1냉매관(101)을 따라 이동한다.

상기 제 1냉매관(101)과 제 1냉매관(101) 사이에는 열교환부재(120)가 구비되어 기화된 냉매를 일부 저장하게 된다.

상기 제 1냉매관(101)은 열교환부재(120)의 냉매와 제 2냉매관(102) 및 제 3냉매관(103) 내부의 냉매와 열교환 한 후 사방밸브(114)를 거쳐 제 5냉매관(105)을 따라 액분리기(117)로 이동한다.

상기 액분리기(117)는 냉매 중의 액냉매를 걸러내고 기상의 냉매를 배출하며, 제 4냉매관(104)은 열교환부재(120)에 관통되게 형성되어 액분리기(117)에서 토출된 냉매를 열교환한 후 압축기(111)로 안내한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 히트펌프 사이클의 열교환 효율 개선구조에 의하면, 압축기에서 토출되는 고온 고압의 냉매를 일부 저장하는 열교환부재를 구비하고, 이 열교환부재에 난방시 실내 열교환기의 토출측과 연결되는 열교환관과 팽창관의 토출측과 연결되는 열교환관 및 액분리기의 토출측과 연결되는 열교환관을 내부에서 지그재그 형상 또는 코일 형상으로 구비함으로써 고온인 냉매와의 접촉면적을 증가시켜 열교환관 내부를 흐르는 냉매의 온도를 보상함에 따라 난방시 압축기로 유입되는 냉매 온도를 상승시켜 압축기의 과부하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 압축기에서 나오는 고온·고압의 냉매를 냉방시에 실외 열교환기로 공급하고 난방시에 제 1냉매관을 통해 실내 열교환기로 공급하는 사방밸브와, 상기 실내 열교환기를 거치며 응축된 냉매를 제 2냉매관을 통해 공급받아 2상 냉매로 만드는 팽창관과, 상기 팽창관과 제 3냉매관으로 연결되어 난방시 상기 실외 열교환기의 응축수가 결빙되는 것을 방지하는 과냉각기와, 상기 압축기의 유입측과 제 4냉매관으로 연결되어 상기 압축기로의 유입 전에 액상의 냉매를 분리하는 액분리기 및 상기 제 1냉매관 상에 구비되어 상기 제 2,3,4냉매관과 열교환하는 열교환부재로 이루어진 히트펌프 사이클에 있어서,

   상기 열교환부재는 상기 제 1,2,3,4냉매관의 직경보다 크게 형성된 확장탱크와;

   상기 확장탱크의 상부에 형성되어 상기 압축기의 토출측에 연장되는 상기 제 1냉매관과 연결되며 고온의 냉매를 유입시키는 제 1유입구와;

   상기 확장탱크의 하부에 형성되어 상기 실내 열교환기와 연결되는 상기 제 1냉매관과 접속되며 상기 제 1유입구를 통해 유입된 냉매를 상기 확장탱크의 내부에서 열교환 후 배출하는 제 1배출구와;

   상기 실내 열교환기와 팽창관 및 액분리기 각각과 연결되는 상기 제 2,3,4냉매관과 연결되어 난방시 상기 확장탱크 내부로 냉매를 유입하기 위해 상기 확장탱크 상부에 형성된 제 2,3,4유입구와;

   상기 제 2,3,4유입구를 통해 각각 유입된 냉매를 상기 확장탱크 내부와 열교환한 후 배출하기 위해 상기 확장탱크의 하부에 형성된 제 2,3,4배출구와;

   상기 확장탱크의 내부에서 상기 제 2유입구와 제 2배출구, 제 3유입구와 제 3배출구 및 제 4유입구와 제 4배출구 각각을 연결하여 상기 제 2,3,4냉매관을 유동하는 냉매를 상기 확장탱크 내부의 고온 상태인 냉매와 열교환하기 위한 열교환관으로 구성되고;

   상기 열교환관 각각은 상기 확장탱크 내부에서 상·하 방향으로 지그재그 형상으로 형성되어 상기 확장탱크 내부를 유동하는 고온 상태인 냉매와의 접촉면적을 증가시키는 것을 특징으로 하는 히트펌프 사이클의 열교환 효율 개선구조.
2. 압축기에서 나오는 고온·고압의 냉매를 냉방시에 실외 열교환기로 공급하고 난방시에 제 1냉매관을 통해 실내 열교환기로 공급하는 사방밸브와, 상기 실내 열교환기를 거치며 응축된 냉매를 제 2냉매관을 통해 공급받아 2상 냉매로 만드는 팽창관과, 상기 팽창관과 제 3냉매관으로 연결되어 난방시 상기 실외 열교환기의 응축수가 결빙되는 것을 방지하는 과냉각기와, 상기 압축기의 유입측과 제 4냉매관으로 연결되어 상기 압축기로의 유입 전에 액상의 냉매를 분리하는 액분리기 및 상기 제 1냉매관 상에 구비되어 상기 제 2,3,4냉매관과 열교환하는 열교환부재로 이루어진 히트펌프 사이클에 있어서,

   상기 열교환부재는 상기 제 1,2,3,4냉매관의 직경보다 크게 형성된 확장탱크 와;

   상기 확장탱크의 상부에 형성되어 상기 압축기의 토출측에 연장되는 상기 제 1냉매관과 연결되며 고온의 냉매를 유입시키는 제 1유입구와;

   상기 확장탱크의 하부에 형성되어 상기 실내 열교환기와 연결되는 상기 제 1냉매관과 접속되며 상기 제 1유입구를 통해 유입된 냉매를 상기 확장탱크의 내부에서 열교환 후 배출하는 제 1배출구와;

   상기 실내 열교환기와 팽창관 및 액분리기 각각과 연결되는 상기 제 2,3,4냉매관과 연결되어 난방시 상기 확장탱크 내부로 냉매를 유입하기 위해 상기 확장탱크 상부에 형성된 제 2,3,4유입구와;

   상기 제 2,3,4유입구를 통해 각각 유입된 냉매를 상기 확장탱크 내부와 열교환한 후 배출하기 위해 상기 확장탱크의 하부에 형성된 제 2,3,4배출구와;

   상기 확장탱크의 내부에서 상기 제 2유입구와 제 2배출구, 제 3유입구와 제 3배출구 및 제 4유입구와 제 4배출구 각각을 연결하여 상기 제 2,3,4냉매관을 유동하는 냉매를 상기 확장탱크 내부의 고온 상태인 냉매와 열교환하기 위한 열교환관으로 구성되고;

   상기 열교환관 각각은 상기 확장탱크 내부에서 코일 형상으로 감겨 상기 확장탱크 내부를 유동하는 고온 상태인 냉매와의 접촉면적을 증가시키는 것을 특징으로 하는 히트펌프 사이클의 열교환 효율 개선구조.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 열교환관 각각은 두 가닥 이상으로 형성되어 확장탱크(121) 내부 냉매와의 접촉면적을 극대화하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 사이클의 열교환 효율 개선구조.

Images