KR100568248B1

KR100568248B1 - 히트펌프 및 히트펌프용 기액분리기

Info

Publication number: KR100568248B1
Application number: KR1020030102153A
Authority: KR
Inventors: 하종권; 정규하
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2003-12-31
Publication date: 2006-04-05
Also published as: KR20050069753A

Abstract

본 발명은 기액분리기를 통해 분리된 기상냉매를 압축기로 제공할 수 있는 인젝션(injection) 시스템을 통해 난방 기능을 보다 효율적으로 구현할 수 있도록 히트펌프 및 히트펌프용 기액분리기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 히트펌프는, 실내열교환기와; 실내열교환기와 연결되며, 제1팽창밸브가 구비되어 있는 제1냉매관과; 제1냉매관과 연결되는 기액분리기와; 기액분리기와 연결되며, 제2팽창밸브가 구비되어 있는 제2냉매관과; 제2냉매관과 연결되는 실외열교환기와; 기액분리기와 인접하게 설치되는 복수의 압축기와; 기액분리기 및 복수의 압축기에 연결되는 제3냉매관을 포함하며, 제3냉매관은 복수의 압축기와 동일한 수로 설치되어, 복수의 압축기 각각에 개별적으로 연결되는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 열교환기의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 냉매순환량을 상대적으로 증가시켜 저온영역에서의 능력 향상은 물론이고 고효율 운전이 가능하다는 장점이 있다.

열교환기, 냉매관, 기액분리기, 압축기, 유량조절밸브, 냉매

Description

히트펌프 및 히트펌프용 기액분리기 {HEAT PUMP AND VAPOUR LIQUID SEPARATOR FOR HEAT PUMP}

도 1은 종래의 히트펌프 구조를 개략적으로 도시한 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 구조의 제1실시예를 개략적으로 도시한 구성도이고,

도 3은 본 발명에 따른 히트펌프 구조의 제2실시예를 개략적으로 도시한 구성도이고,

도 4는 본 발명에 따른 히트펌프 구조의 제3실시예를 개략적으로 도시한 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

20 : 실내열교환기 30 : 제1냉매관

32 : 제1팽창밸브 34 : 제1분지관

40 : 기액분리기 50 : 제2냉매관

52 : 제2팽창밸브 54 : 제2분지관

60 : 외부열교환기 70a,70b : 압축기

80a,80b : 제3냉매관 90 : 유량조절밸브

본 발명은 히트펌프 및 히트펌프용 기액분리기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기액분리기를 통해 분리된 기상냉매를 압축기로 제공할 수 있는 인젝션 시스템을 통해 난방 기능을 보다 효율적으로 구현할 수 있는 히트펌프 및 히트펌프용 기액분리기에 관한 것이다.

일반적으로, 히트펌프(Heat Pump)는 저온의 공기, 토양, 물 및 폐열 등과 같은 다양한 열원을 이용하여 유용한 온도 수준의 열에너지를 얻는 시스템이다. 이들 저온의 열원 중 물 및 공기는 그 이용이 편리하고 경제적이기 때문에 히트펌프의 열원으로 많이 이용되고 있다.

이러한 히트펌프는 저온영역에서의 온도조건에서 난방능력을 최대화시킬 수 있도록 액상 및 기상이 혼재된 냉매를 분리시킬 수 있는 기액분리기를 통해 압축기로 기상냉매를 인젝션(injection) 할 수 있는 인젝션 시스템의 사용이 점점 늘어나고 있다.

종래의 히트펌프는 도 1에 도시된 바와 같이, 난방시 실내열교환기(1)를 거쳐 제1팽창밸브(2)에 의해 감압된 중간압의 냉매가 제1냉매관(3)을 통해 기액분리기(4)로 유입된다. 이렇게 유입된 냉매는 기액분리기(4) 내에서 액상 및 기상으로 분리된 후 액상냉매는 제2냉매관(5)을 따라 제2팽창밸브(6)로 유입되어 재 감압된 후 실외열교환기(7)로 유입되고, 기상냉매는 분지된 제3냉매관(8)을 통해 압축기(9a,9b)로 각각 인젝션되는 구조를 지니고 있다.

따라서, 히트펌프는 제1냉매관(3)의 냉매유로 상에 설치된 제1팽창밸브(2)를 통해 1차 감압된 냉매를 기액분리기(4)에서 액상 및 기상으로 각각 분리하여 액상냉매는 기존 사이클 라인으로 순환시키고, 기상냉매는 제3냉매관(8)을 통해 압축기(9a,9b)로 분사되어 저온 영역, 특히 -10℃ 이하의 온도에서도 원하는 능력을 충분히 발휘할 수 있게 된다. 이 때, 제3냉매관(8)을 통해 압축기(9a,9b)로 분사되는 기상냉매의 분사량은 기액분리기(4)와 압축기(9a,9b)의 압력차에 의해 결정된다.

그러나 상기와 같은 구조를 지닌 히트펌프는 압축기가 하나만 사용될 경우(미도시)에는 하나의 냉매관을 통해 기상냉매를 압축기에 제공함으로써 그 효율성 측면에서 별다른 문제가 발생되지 않지만, 압축기(9a,9b)가 두 개 이상 사용될 경우에는 제3냉매관(8)을 분지하여 압축기(9a,9b) 각각에 기상냉매를 분배하게 된다. 따라서, 압축기(9a,9b) 각각에 충분한 양의 기상냉매를 균일하게 제공하는 데 한계가 있다.

또한, 인젝션 시스템은 최대한 많은 양의 기상냉매를 압축기(9a,9b)로 인젝션하면 그 성능이 증가되는 사이클이므로, 분지된 제3냉매관(8)을 통해 기상냉매를 복수의 압축기(9a,9b)에 제공할 경우에는 그 만큼 냉매순환량이 줄어들어 효율성이 저하되는 결과를 초래한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 복수의 압축기 사용시 그 내부로 인젝션되는 기상냉매를 균일하게 제공할 수 있을 뿐 아니라 그 순환량을 증가시킬 수 있는 히트펌프 및 히트펌프용 기액분리기를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 실내열교환기와; 상기 실내열교환기와 연결되며, 제1팽창밸브가 구비되어 있는 제1냉매관과; 상기 제1냉매관과 연결되며, 상기 제1냉매관을 통해 유입된 냉매를 액상 및 기상으로 분리시키는 기액분리기와; 상기 기액분리기와 연결되어 상기 기액분리기 내에서 분리된 액상냉매가 배출되며, 제2팽창밸브가 구비되어 있는 제2냉매관과; 상기 제2냉매관과 연결되는 외부열교환기와; 상기 기액분리기와 인접하게 설치되는 복수의 압축기와; 상기 기액분리기 및 상기 복수의 압축기에 연결되며, 상기 기액분리기 내에서 분리된 기상냉매를 상기 복수의 압축기로 제공하는 제3냉매관을 포함하며,

상기 제3냉매관은 상기 복수의 압축기와 동일한 수로 설치되어, 상기 복수의 압축기 각각에 개별적으로 연결되는 데 그 특징이 있다.

상기 제3냉매관에 설치되는 유량조절밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 기액분리기는 상기 복수의 압축기 수에 따라 복수개로 구분 형성되고, 상기 제1,2,3냉매관은 상기 복수개로 구분된 기액분리기 각각에 마련되어 상기 실내·실외열교환기 및 상기 복수의 압축기에 연결되는 것이 바람직하다.

상기 제1,2냉매관은 분지관에 의해 분지되어, 상기 복수개로 구분된 기액분리기 각각에 연결되는 것이 바람직하다.

상기 제1,2냉매관 중 적어도 어느 하나에 설치되는 유량조절밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 복수의 압축기가 구비되어 있는 히트펌프에 사용되는 기액분리기에 있어서, 기액분리기는 복수의 압축기의 수에 따라 복수개로 분할 형성되어 있으며, 기액분리기로부터 분리된 기상냉매를 복수의 압축기에 각각 분사되도록 분할된 각각의 기액분리기에 연결되어 있는 복수의 제3냉매관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 복수의 제3냉매관 중 적어도 어느 하나에는 유량조절밸브가 제공되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 구조의 제1실시예를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 히트펌프 구조의 제2실시예를 개략적으로 도시한 구성도이다. 이하에서는 압축기가 2개 설치된 경우를 일 예로 들어 설명하기로 한 다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프는 실내열교환기(20)와; 실내열교환기(20)와 연결되며, 냉매유로 상에 제1팽창밸브(32)가 구비되어 있는 제1냉매관(30)과; 제1냉매관(30)과 연결되는 기액분리기(40)와; 기액분리기(40)와 연결되어 기액분리기(40) 내에서 분리된 액상냉매가 배출되며, 냉매유로 상에 제2팽창밸브(52)가 구비되어 있는 제2냉매관(50)과; 제2냉매관(50)과 연결되는 실외열교환기(60)와; 기액분리기(40)와 인접하게 설치되는 복수의 압축기(70a,70b)와; 기액분리기(40) 및 복수의 압축기(70a,70b)에 연결되며, 기액분리기(40) 내에서 분리된 기상냉매를 복수의 압축기(70a,70b)로 제공하는 제3냉매관(80a,80b)을 포함하여 구성된다.

실내열교환기(20)는 압축기(70a,70b)에서 변화된 고온고압의 기상냉매를 전달받아 고온고압의 액상냉매로 변환시키면서 외부로 열을 방출하며, 실외열교환기(60)는 제2냉매관(50)에 설치되어 있는 제2팽창밸브(52)를 거쳐 재 감압된 냉매를 기상냉매로 변화시키면서 외부의 열을 흡수하는 역할을 수행한다. 여기서, 실외열교환기(60)에서 토출된 냉매는 4방 밸프 또는 전환밸브(미도시)를 거쳐 압축기(70a, 70b)로 전달된다.

실내열교환기(20) 및 실외열교환기(60)의 일측에는 송풍팬(미도시)이 장착되는 것이 바람직하다.

제1냉매관(30)의 제1팽창밸브(32)는 실내열교환기(20)에서 변화된 고온고압의 액상냉매를 감압하여 중간압의 냉매로 변화시키며, 제2냉매관(50)의 제2팽창밸브(52)도 제1팽창밸브(32)와 마찬가지로 기액분리기(40)에서 분리된 액상냉매를 재 감압하여 중간압의 냉매로 변화시키는 역할을 수행한다.

제1,2팽창밸브(32,52)는 냉매를 적정 상태로 감압시킬 수 있는 공지된 형태의 것을 선택적으로 적용할 수 있지만, 전자팽창밸브(EEV)를 사용하는 것이 바람직하다.

압축기(70a,70b)는 전원이 인가되면 작동하여 기액분리기(40)로부터 제공된 저온저압의 기상냉매를 압축하여 고온고압의 기상냉매로 변화시키며, 여러 조건을 감안하여 2개 정도를 설치하는 것이 바람직하나 필요에 따라 그 설치개수는 적절히 조절 가능하다.

기액분리기(40)는 제1냉매관(30)을 통해 유입된 냉매를 액상 및 기상으로 분리시키는 역할을 수행하며, 분리된 기상냉매를 복수의 압축기(70a,70b)로 공급하는 제3냉매관(80a,80b)은 복수의 압축기(70a,70b)와 동일한 수로 설치되어 복수의 압축기(70a,70b) 각각에 개별적으로 연결된다. 따라서, 압축기(70a,70b)로 제공되는 기상냉매를 균일하게 분배할 수 있을 뿐 아니라 최대한 많은 양의 기상냉매를 압축기(80a,80b)로 제공 가능하게 됨으로써 냉매순환량을 증가시킬 수 있다. 즉, 하나의 압축기를 사용할 때와 동일한 양의 기상냉매를 복수의 압축기(70a,70b) 각각에 제공할 수 있다.

그리고 제3냉매관(80a,80b)을 통해 기액분리기(40)로부터 압축기(70a,70b)로 분사되는 기상냉매의 분사량은 기액분리기(40) 및 압축기(70a,70b)의 압력차에 의해 결정된다.

제3냉매관(80a,80b) 중 적어도 어느 하나에는 도 3에 도시된 바와 같이 압축기(70a,70b)로 공급되는 기상냉매의 양을 적절히 조절할 수 있는 유량조절밸브(90) 가 설치되어, 가변형 압축기 운전에 적극적으로 대응할 수 있도록 하였다. 유량조절밸브(90)로는 솔레노이드밸브를 비롯한 여러 종류의 것을 선택적으로 적용할 수 있다.

이상에서 설명한 히트펌프의 작동상태를 간단히 살펴보면 하기와 같다.

실내열교환기(20)에서 변환된 고온고압의 액상냉매는 제1냉매관(30)을 통과하면서 제1팽창밸브(32)에 의해 중간압으로 감압된 상태로 기액분리기(40)로 유입된다.

그리고 기액분리기(40) 내에서 분리된 기상냉매는 압축기(70a,70b)와의 압력차에 의하여 제3냉매관(80a,80b)을 통해 압축기(70a,70b)로 각각 유입되고, 기액분리기(40) 내의 액상냉매는 제2냉매관(50)을 통해 제2팽창밸브(52)로 유입되어 중간압으로 재 감압되어 실외열교환기(60)로 유입된다.

도 4은 본 발명에 따른 히트펌프 구조의 제3실시예를 개략적으로 도시한 구성도로서, 압축기가 2개 설치된 경우를 일 예로 들어 설명하기로 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프는 기액분리기(40)가 압축기(70a,70b) 수에 따라 제1기액분리기(40a) 및 제2기액분리기(40b)로 구분 형성되고, 제1,2냉매관(30,50) 및 제3냉매관(80a,80b)은 제1,2기액분리기(40a,40b) 각각에 마련되어 실내·실외열교환기(20,60) 및 복수의 압축기(70a,70b)에 연결되어 있다.

제1,2냉매관(30,50)은 실내열교환기(20) 및 실외열교환기(60)과 연결되는 부분은 하나의 관으로 형성되고, 이러한 하나의 관이 분지관(34,54)에 의해 어느 일정 지점에서 분지되어, 제1,2기액분리기(40a,40b) 각각에 연결되는 것이 바람직하다. 필요에 따라 제1,2냉매관(30,50)은 실내열교환기(20) 및 실외열교환기(60) 각각에 직접 연결하여 사용할 수도 있다.

제1,2냉매관(30,50) 및 제3냉매관(80a,80b) 중 적어도 어느 하나에는 유량조절밸브(90)가 마련되어, 여러 운전 조건을 감안하여 순환되는 냉매의 유량을 적절히 조절할 수 있도록 되어 있다.

한편, 상기에서 설명한 부분 외에는 제1,2실시예와 동일하여 그 자세한 설명은 생략하기로 하며, 미설명 참조번호 32, 52는 제1,2팽창밸브를 각각 도시한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기액분리기로부터 인젝션되는 기상냉매를 복수의 압축기 각각에 충분히 제공할 수 있을 뿐 아니라 부하에 따라 그 양을 적절하게 조절할 수 있다.

따라서, 열교환기의 성능을 향상시킬 수 있으며, 냉매순환량을 상대적으로 증가시켜 저온영역에서의 능력 향상은 물론이고 고효율 운전이 가능하다는 장점이 있다.

Claims

실내열교환기와;

상기 실내열교환기와 연결되며, 제1팽창밸브가 구비되어 있는 제1냉매관과;

상기 제1냉매관과 연결되며, 상기 제1냉매관을 통해 유입된 냉매를 액상 및 기상으로 분리시키는 기액분리기와;

상기 기액분리기와 연결되어 상기 기액분리기 내에서 분리된 액상냉매가 배출되며, 제2팽창밸브가 구비되어 있는 제2냉매관과;

상기 제2냉매관과 연결되는 실외열교환기와;

상기 기액분리기와 인접하게 설치되는 복수의 압축기와;

상기 기액분리기 및 상기 복수의 압축기에 연결되며, 상기 기액분리기 내에서 분리된 기상냉매를 상기 복수의 압축기로 제공하는 제3냉매관과;

상기 제3냉매관은 상기 복수의 압축기와 동일한 수로 설치되어, 상기 복수의 압축기 각각에 개별적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
제1항에 있어서,

상기 제3냉매관에 설치되는 유량조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 기액분리기는 상기 복수의 압축기 수에 따라 복수개로 구분 형성되고,

상기 제1,2,3냉매관은 상기 복수개로 구분된 기액분리기 각각에 마련되어, 상기 실내·실외열교환기 및 상기 복수의 압축기에 연결되는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
제3항에 있어서,

상기 제1,2냉매관은 분지관에 의해 분지되어, 상기 복수개로 구분된 기액분리기 각각에 연결되는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
제4항에 있어서,

상기 제1,2냉매관 중 적어도 어느 하나에 설치되는 유량조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
복수의 압축기가 구비되어 있는 히트펌프에 사용되는 기액분리기에 있어서,

상기 복수의 압축기의 내부로 인젝션되는 기상냉매를 균일하게 제공할 수 있으며, 상기 기상냉매의 순환량을 증가시킬 수 있도록 상기 기액분리기로부터 분리된 상기 기상냉매를 상기 복수의 압축기에 각각 분사하도록 독립적으로 설치되는 복수의 제3냉매관이 구비된 것을 특징으로 하는 히트펌프용 기액분리기.
제6항에 있어서,

상기 기액분리기는 상기 복수의 압축기 수에 따라 복수개로 분할 형성되고,

상기 복수의 제3냉매관은 상기 분할된 상기 각각의 기액분리기에 연결되는 것을 특징으로 하는 히트펌프용 기액분리기.
제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 복수의 제3냉매관 중 적어도 어느 하나에는 유량조절밸브가 제공되는 것을 특징으로 하는 히트펌프용 기액분리기.