KR100588846B1 - 히트펌프 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡입구로부터 흡입되는 저온,저압의 기체상태의 냉매를 압축하여 고온,고압의 기체상태로 토출구를 통해 토출하는 압축기와, 상기 압축기와 배관으로 연결되어 외기와 열교환하는 실내측 열교환기 및 실외측 열교환기와, 상기 압축기의 토출구 및 흡입구를 상기 실내측 열교환기와 상기 실외측 열교환기로 각각 연결시키는 통로를 가지며, 난방시 냉매의 흐름을 바꾸도록 절환되는 사방밸브와, 기체상태의 냉매만 상기 압축기로 제공되도록 상기 사방밸브와 상기 압축기 사이에 구비되는 어큐뮬레이터와, 상기 실내측 열교환기와 실외측 열교환기 사이에 구비되어 냉매를 일시저장하는 리시버탱크를 포함하는 히트펌프사이클을 가진 히트펌프 공기조화기에 있어서, 상기 히트펌프사이클이 난방모드일 경우, 상기 리시버탱크에 수용된 냉매에서 발생한 불응축 가스를 상기 어큐뮬레이터로 유입시켜 상기 압축기의 흡입압력과 흡입온도를 상승시키도록 상기 리시버탱크와 상기 어큐뮬레이터의 입구측을 연결하는 가스공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

히트펌프공기조화기,어큐뮬레이터,압축기,리시버탱크,어큐뮬레이터.

Description

히트펌프 공기조화기{Heat pump air-conditioner}

도 1은 일반적인 히트펌프 공기조화기의 구조를 개략적으로 도시한 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 공기조화기의 구조를 개략적으로 도시한 구성도이다.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

1; 압축기 2; 사방밸브

3; 실내측 열교환기 4,7; 송풍기

5; 팽창밸브 6; 실외측 열교환기

8; 리시버탱크 9; 어큐뮬레이터

10; 오일세퍼레이터 100; 가스공급부

120; 체크밸브 130; 개폐밸브

140; 모세관 150; 제어부

160; 센서 200; 히트펌프 사이클

301,302; 경로

본 발명은 히트펌프 공기조화기(heat pump air-conditioner)에 관한 것이다.

일반적으로, 열은 고온측에서 저온측으로는 자연히 이동하지만 저온측에서 고온측으로 열을 이동시키려면 외부에서 어떤 작용을 가하여야 한다. 이것이 히트펌프의 작용이다.

히트펌프 공기조화기는 냉매의 압축-응축-감압-증발로 이루어지는 냉동사이클로 이행되는 열에 대한 운반 메커니즘(mechanism)을 가역적으로 사용하여 냉방과 난방을 겸하는 것이다.

종래의 냉난방 겸용 히트펌프 공기조화기 구성은 도 1과 같이 압축기(1), 사방밸브(2), 실내측 열교환기(3) 및 그의 송풍기(4), 팽창밸브(5), 실외측 열교환기(6) 및 그의 송풍기(7), 어큐뮬레이터(accumulator: 9), 오일세퍼레이터(oil separator: 10), 리시버탱크(receiver tank: 8)을 포함하는 히트펌프 사이클(200)을 가진다.

먼저, 압축기(1)는 흡입구(1b)와 토출구(1a)를 가지며 흡입구(1b)로부터 흡입되는 저온저압(低溫低壓) 기체상태의 냉매(冷媒)를 압축하여 고온고압(高溫高壓) 기체상태로 토출구(1a)을 통해 토출해 낸다.

사방밸브(2)는 압축기(1)의 토출구(1a)와 흡입구(1b)를 실내측 열교환기(3)와 실외측 열교환기(6)로 각각 연결시키는 두 개의 독립된 통로(2a,2b)를 가지며 사용자의 선택에 따른 냉방운전과 난방운전의 모드(mode)에 따라 냉매의 흐름을 바꾸도록 절환 조작된다.

실내측 열교환기(3)는 실내에 위치되며, 냉방운전 모드에서는 저온저압 액체상태의 냉매를 기체상태로 증발시키는 증발기(evaporator)역할을 하고, 난방운전 모드에서는 고온고압 기체상태의 냉매를 상온(常溫)고압 액체상태로 응축시키는 응축기(condenser)의 역할을 하여, 냉매의 엔탈피(enthalpy) 변화에 대응하여 주변 공기와 열교환하는 작용을 한다.

실내측 송풍기(4)는 실내측 열교환기(3)의 증발기 또는 응축기로서의 열교환 작용을 촉진시키는 동시에 실내에 필요한 냉풍 또는 온풍을 발생시키도록 작동된다.

팽창밸브(5)는 실내측 열교환기(3)와 실외측 열교환기(6)에 인접하도록 구비되어 어느 일측에서 이송되어 오는 상온고압 액체상태 냉매를 저온저압의 액체상태로 감압하는 모세관(capillary)이다.

실외측 열교환기(6)는 상기 실내측 열교환기(3)와는 반대로 실외측에 위치되며, 냉방운전시는 응축기로서, 난방운전시는 증발기로서 주변공기와의 열교환 작용을 한다.

다음으로 실외측 송풍기(7)는 실외측 열교환기(6)의 열교환(응축기 또는 증발기로서의) 작용을 촉진시키도록 작동된다.

어큐뮬레이터(9)는 상기 실내측 열교환기(3) 또는 실외측 열교환기(6)에서 유입되는 냉매로부터 액체상태의 냉매를 걸러낸 냉매, 즉 기체상태의 냉매만을 상기 압축기(1)로 제공하며, 내부에 수용된 오일을 상기 냉매와 더불어 압축기(1)로 제공하는 것이다.

오일세퍼레이터(10)는 상기 압축기(1)로부터 배출되는 냉매로부터 오일을 분리하는 것이다.

리시버탱크(8)는 상기 실내측 열교환기(3)와 실외측 열교환기(6) 사이에 구비되어 상기 열교환기(3,6)들로 유입되는 냉매를 일시저장하는 것이다. 통상 상기 리시버탱크(8)의 내부에는 냉매와 더불어 불응축 가스가 수용되게 된다.

도 1에 있어서, 화살표는 냉매의 흐름을 표시하는데, 실선은 냉방운전시를 표현하고, 점선은 난방운전시의 각 냉매 흐름을 나타낸다.

냉방운전과 난방운전 모드는 사용자의 선택에 따른 사방밸브(2)의 절환으로 바뀌며 그때 냉매의 흐름도 바뀌게 된다.

도 1의 상태는 사방밸브(2)가 냉방운전 모드로 절환된 경우이다.

즉, 냉방운전 모드에서 냉매는 어큐뮬레이터(9)로부터 압축기(1)로 유입된 후, 다시 압축기(1)에서 토출되어 사방밸브(2)를 경유하여 실외측 열교환기(6)로 이송되고, 실외측 열교환기(6)로부터 팽창밸브(5) 및 리시버탱크(8)를 통해 실내측 열교환기(3)로 이송된 후 압축기(1)로 흡입된다. 난방운전 모드로 바뀌면 냉매의 흐름은 냉방운전시와 거꾸로(점선 화살표 방향으로) 된다.

난방운전 모드에 있어서, 실외측 열교환기(6)로 유입되는 냉매는 액체상태이다. 액체상태의 냉매가 기체상태로 증발하는데 필요한 열은 외부의 공기로부터 취해진다.

따라서 외부의 온도가 낮아지면 증발작용이 원활하지 않게 되고 이에 따라 실내측 열교환기로 유입되는 냉매에는 액체 성분이 증가하게 되어 난방능력이 크게 저하된다. 특히, 동절기에 -15℃이하로 떨어지는 일수가 많은 중북부 지방에서는 실외측 열교환기의 증발성능이 뛰어나야 한다.

하지만, 통상 냉매가 R22인 일반적인 히트펌프 공기조화기는 0℃이하인 저온 상태에서 과냉되면서 심한 경우에는 실외측 열교환기가 결빙되고 압축기가 손상되어 난방운전이 거의 불가능한 상태가 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 압축기로 유입되는 냉매의 압력 및 온도를 향상시켜 난방성능을 개선할 수 있는 히트펌프 공기조화기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 흡입구로부터 흡입되는 저온,저압의 기체상태의 냉매를 압축하여 고온,고압의 기체상태로 토출구를 통해 토출하는 압축기와, 상기 압축기와 배관으로 연결되어 외기와 열교환하는 실내측 열교환기 및 실외측 열교환기와, 상기 압축기의 토출구 및 흡입구를 상기 실내측 열교환기와 상기 실외측 열교환기로 각각 연결시키는 통로를 가지며 난방시 냉매의 흐름을 바꾸도록 절환되는 사방밸브와, 기체상태의 냉매만 상기 압축기로 제공되도록 상기 사방밸브와 상기 압축기 사이에 구비되는 어큐뮬레이터와, 상기 실내측 열교환기와 실외측 열교환기 사이에 구비되어 냉매를 일시저장하는 리시버탱크를 포함하는 히트펌프사이클을 가지는 히트펌프 공기조화기에 있어서, 상기 히트펌프사이클이 난방모드일 경우, 상기 리시버탱크에 수용된 냉매에서 발생한 불응축 가스를 상기 어큐뮬레이터로 유입시켜 상기 압축기의 흡입압력과 흡입온도를 상승시키도록 상기 리시버탱크와 상기 어큐뮬레이터의 입구측을 연결하는 가스공급부를 포함하며, 상기 가스공급부는 상기 리시버탱크에서 유출되는 불응축 가스의 역류를 방지하는 체크밸브와, 상기 체크밸브로부터 제공된 불응축 가스를 상기 어큐뮬레이터로 유입시키거나 차단시키는 개폐밸브와, 상기 개폐밸브로부터 제공된 불응축 가스의 압력을 조절하는 모세관을 포함하며, 상기 어큐뮬레이터의 입구측에 냉매의 온도를 감지하는 센서를 구비하고, 상기 센서로부터 온도정보를 제공받아 기설정된 온도와 비교하여 상기 개폐밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 공기조화기를 제공한다.

삭제

상기 개폐밸브, 센서, 및 제어부는 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 히트펌프 공기조화기에 관한 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명에서 히트펌프 공기조화기의 히트펌프 사이클을 구성하는 압축기, 실내측 열교환기 및 실외측 열교환기, 팽창밸브, 사방밸브, 압축기, 리시버탱크, 어큐뮬레이터, 및 오일세퍼레이터 등에 대한 상세한 설명은 상기 '발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술'에 이미 상세하게 기재되어 있으므로 그 기능 및 작용에 관한 설명은 여기서 생략하고, 하기의 설명에는 본 발명과 밀접한 관련이 있는 구성요소를 위주로 설명될 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 공기조화기의 구조를 개략적으로 도시한 구 성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프 공기조화기는 압축기(1), 사방밸브(2), 실내측 열교환기(3) 및 송풍기(4), 한 쌍의 팽창밸브(5), 실외측 열교환기(6) 및 송풍기(7), 어큐뮬레이터(9), 리시버탱크(8), 오일세퍼레이터(10)로 이루어지는 히트펌프사이클(200)과, 가스공급부(100)를 포함한다. 상기 히트펌프사이클(200)의 구성요소에 대해서는 이미 종래기술에서 상세하게 기술하고 있으므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.

상기 가스공급부(100)는 히트펌프사이클(200)이 난방모드일 경우, 리시버탱크(8)에 수용된 냉매에서 발생한 불응축 가스를 어큐뮬레이터(9)로 유입시켜 압축기(1)의 흡입압력과 흡입온도를 상승시키도록 리시버탱크(8)의 상부와 어큐뮬레이터(9)의 입구측을 연결하는 것이다.

실시예에서, 상기 가스공급부(100)는 체크밸브(120), 개폐밸브(130), 모세관(140), 센서(160), 및 제어부(150)로 구성된다.

먼저, 체크밸브(120)는 리시버탱크(8)로부터 유출된 불응축 가스의 역류를 방지한다.

그리고, 개폐밸브(130)는 체크밸브(120)로부터 제공된 불응축 가스를 상기 어큐뮬레이터(9)로 유입시키거나 차단시킨다. 이러한 개폐밸브(130)는 자동제어식인 것이 바람직하다.

모세관(140)은 개폐밸브(130)로부터 제공된 불응축 가스의 압력을 조절한다. 즉, 모세관(140)은 개폐밸브(130)가 개방되었을 경우, 과도한 압력으로 냉매가 순 간적으로 어큐뮬레이터(9)에 유입되면서 어큐뮬레이터(9)뿐만 아니라 압축기(1)가 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다.

센서(160)는 상기 어큐뮬레이터(9)의 입구측에 구비되고, 상기 실내측 또는 실외측 열교환기(3,6)로부터 사방밸브(2)를 거쳐 어큐뮬레이터(9)로 유입되는 냉매의 온도를 감지한다. 이 센서(160)는 온도감지센서임이 바람직하며, 어큐뮬레이터(9)의 입구측에 하나 이상 구비되어도 무방하다.

제어부(150)는 센서(160)로부터 온도정보를 제공받아 기설정된 온도와 비교하여 상기 개폐밸브(130)의 개폐를 제어한다. 이러한 제어부(150)는 개폐밸브(130) 및 센서(160)와 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 가스공급부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 리시버탱크(8)로부터 어큐뮬레이터(9)의 입구측을 연결하는 경로(301)로부터 분기되어 상기 오일세퍼레이터(10)의 출구측에 연결되는 경로(302)를 더 가진다.

이 분기된 경로(302)는 개폐밸브(130)가 폐쇄되었을 경우, 상기 리시버탱크(8)로부터 불응축 가스가 상기 실외측 열교환기(6)으로 냉매와 더불어 이송되지 않게 하고, 불응축 가스가 지속적으로 오일세퍼레이터(10)의 출구측으로 빠져나가게 하기 위함이다.

본 발명에 따른 히트펌프 공기조화기에서 난방모드시의 냉매흐름은 도 2에 점선으로 도시된 바와 같다.

먼저, 냉매는 압축기(1)의 토출구(1a)에서 토출된 후, 오일세퍼레이터(10)를 지나 사방밸브(2)로 유입된다. 이 사방밸브(2)로 유입된 냉매는 실내측 열교환기 (3)로 이송되고, 이 실내측 열교환기(3)로 이송된 냉매는 팽창밸브(5)를 거쳐 리시버탱크(8)에 유입된다. 이 리시버탱크(8)의 내부에는 냉매와 더불어 불응축 가스가 공존하게 된다. 상기 리시버탱크(8)에서 유출된 냉매는 다시 팽창밸브(5)를 지나 실외측 열교환기(6)로 유입된다. 이 후, 실외측 열교환기(6)에서 배출된 냉매는 다시 사방밸브(2)를 지나 어큐뮬레이터(9)로 유입된다. 이 어큐뮬레이터(9)에서 배출되는 냉매는 압축기(1)의 유입구(1b)를 통해 압축기(1) 내부로 유입되고, 다시 상기와 같은 과정을 지속적으로 반복하게 된다.

하지만, 상기 실외측 열교환기(6)으로부터 상기 어큐뮬레이터(9)로 유입되는 냉매의 온도가 극히 낮을 경우, 즉 과냉일 경우에는 가스공급부(100)의 개폐밸브(130)가 개방되게 된다.

즉, 센서(160)로부터 어큐뮬레이터(9)의 입구측을 지나는 냉매 온도정보를 지속적으로 제공받던 제어부(150)가 기설정된 온도보다 센서(160)로부터 제공된 온도정보가 낮다는 결과가 산출되면, 제어부(150)는 개폐밸브(130)을 개방시키게 된다.

이 개폐밸브의 개방으로 리시브탱크(8)로부터 제공되는 불응축 가스가 모세관(140)을 지나 어큐뮬레이터(9)의 입구측으로 유입된다.

이와 같이, 불응축 가스가 어큐뮬레이터(9)로 유입되므로써, 히트펌프사이클(200)이 난방모드일 경우, 상기 압축기(1)의 흡입압력과 흡입온도를 동시에 상승시킬 수가 있다.

본 발명에 따른 히트펌프 공기조화기는, 통상의 히트펌프사이클에 리시버탱크로부터 불응축 가스를 어큐뮬레이터로 제공하는 가스공급부를 구비하므로써, 압축기의 흡입압력과 흡입온도를 동시에 상승시키기 때문에, 실외측 열교환기의 결빙을 방지하고, 압축기의 손상을 방지하며, 공기조화기 전체의 난방효율을 상승시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 흡입구로부터 흡입되는 저온,저압의 기체상태의 냉매를 압축하여 고온,고압의 기체상태로 토출구를 통해 토출하는 압축기와, 상기 압축기와 배관으로 연결되어 외기와 열교환하는 실내측 열교환기 및 실외측 열교환기와, 상기 압축기의 토출구 및 흡입구를 상기 실내측 열교환기와 상기 실외측 열교환기로 각각 연결시키는 통로를 가지며 난방시 냉매의 흐름을 바꾸도록 절환되는 사방밸브와, 기체상태의 냉매만 상기 압축기로 제공되도록 상기 사방밸브와 상기 압축기 사이에 구비되는 어큐뮬레이터와, 상기 실내측 열교환기와 실외측 열교환기 사이에 구비되어 냉매를 일시저장하는 리시버탱크를 포함하는 히트펌프사이클을 가지는 히트펌프 공기조화기에 있어서,

   상기 히트펌프사이클이 난방모드일 경우, 상기 리시버탱크에 수용된 냉매에서 발생한 불응축 가스를 상기 어큐뮬레이터로 유입시켜 상기 압축기의 흡입압력과 흡입온도를 상승시키도록 상기 리시버탱크와 상기 어큐뮬레이터의 입구측을 연결하는 가스공급부를 포함하며,

   상기 가스공급부는 상기 리시버탱크에서 유출되는 불응축 가스의 역류를 방지하는 체크밸브와, 상기 체크밸브로부터 제공된 불응축 가스를 상기 어큐뮬레이터로 유입시키거나 차단시키는 개폐밸브와, 상기 개폐밸브로부터 제공된 불응축 가스의 압력을 조절하는 모세관을 포함하며, 상기 어큐뮬레이터의 입구측에 냉매의 온도를 감지하는 센서를 구비하고, 상기 센서로부터 온도정보를 제공받아 기설정된 온도와 비교하여 상기 개폐밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 공기조화기.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 개폐밸브, 센서, 및 제어부는 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 공기조화기.

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