KR100624638B1

KR100624638B1 - 히트 펌프 시스템

Info

Publication number: KR100624638B1
Application number: KR1020040107754A
Authority: KR
Inventors: 이태한
Original assignee: 이태한
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-09-21
Also published as: KR20060068839A

Abstract

본 발명은 수액기의 냉매중의 일부를 압축기의 유입측과 연결되는 라인으로 바이패스되도록 하여 압축기의 입구측 저압을 상승시킴으로써 적정한 압축비를 얻어 한냉지역의 경우 외기 온도가 하강한 경우에 압축기의 손상을 방지함과 아울러 난방의 불안정을 해결할 수 있도록 한 히트 펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

히트, 펌프, 시스템

Description

히트 펌프 시스템{A heat pump system}

도 1은 종래 기술을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 의한 히트 펌프 시스템을 나타낸 도면을 나타낸 것으로, 빗금이 쳐진 화살표는 난방 모드(Heating cycle)시 냉매의 흐름 방향을 나타내고, 빗금이 쳐져있지 않은 화살표는 냉방 모드(Cooling cycle)시 냉매의 흐름 방향을 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 압축기

120 : 방향전환수단

130 : 실외측 열교환기

140 : 실내측 열교환기

160 : 수액기

170 : 액분리기

180 : 이중 열교환기

400 : 교축수단

500 : 교축수단

600 : 체크밸브

700 : 체크밸브

900 : 바이패스 수단

본 발명은 히트 펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수액기의 냉매중의 일부를 압축기의 유입측과 연결되는 라인으로 바이패스되도록 하여 압축기의 입구측 저압을 상승시킴으로써 적정한 압축비를 얻어 한냉지역의 경우 외기 온도가 하강한 경우에 압축기의 손상을 방지함과 아울러 난방의 불안정을 해결할 수 있도록 한 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 냉동사이클의 냉매 흐름 방향을 역으로 하게 되면 난방용 히트 펌프를 구성할 수 있는데, 난방시 대기온도가 낮아짐에 따라 비례하여 증발기에서 냉매의 증발효율이 저하되므로서 특히 추운 겨울에는 난방 열량이 부족하기 때문에 이의 개선을 위하여 많은 노력들을 하고 있다.

그 일례로서 대한민국 특허공개특허공버 제2002-0027881호(명칭:히트 펌프 시스템)가 있다.

상기 기술은 도 1에 도시된 바와 같이, 부호 1은 기본 냉매회로(1)로서, 상기 기본 냉매회로(1)는 압축기(2), 4방밸브(3), 제1 열교환기(4), 팽창밸브(5)(6), 제2 열교환기(7) 및 상기 4방밸브(3)를 도관(8a~8d)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브(3)와 압축기(2)를 흡입도관(9)으로 연결하여 형성한 것이다.

부호 10은 수액기겸 액분리기로서, 상기 수액기겸 액분리기(10)는 공지한 것과 같이 수액기(11)에 액분리기(12)를 내장한 것으로서, 상기 수액기(11)는 도관(8c)의 팽창밸브(5)(6) 사이에 연결 설치하고, 상기 액분리기(12)는 흡입도관(9)에 연결 설치함과 동시에 수액기겸 액분리기(10)에 외주에 핀(14)이 설치되고 내부에 증류수, 알코올등의 작동 유체를 진공 충전하여 증발ㆍ응축 사이클을 반복하는 히트 파이프(12)를, 증발부(15)는 수액기(11)에, 응축부(16)는 액분리기(12)에 돌출시켜 설치하여서 된 것이다.

미설명 부호 17,18은 체크밸브이다.

상기와 같은 구성을 갖는 종래 기술은, 한냉지역의 경우 외기 온도가 하강하여 영하권을 유지할 경우 냉매순환량이 적게되어 압축비가 커지면서 압축기의 기계적인 소손과 동시에 난방이 불안정하게 되어 불안정한 시스템이 되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 수액기의 냉매중의 일부를 압축기의 유입측과 연결되는 라인으로 바이패스되도록 하여 압축기의 입구측 저압을 상승시킴으로써 적정한 압축비를 얻어 한냉지역의 경우 외기 온도가 하강한 경우에 압축기의 손상을 방지함과 아울러 난방의 불안정을 해결할 수 있도록 한 히트 펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축기, 실외측 열교환기, 실내측 열교환기, 적어도 하나 이상의 교축수단, 수액기내에 내장된 액분리기로 된 이중 열교환기로 이루어진 냉매순환회로를 갖는 히트 펌프 시스템에 있어서, 상기 냉매순환회로는, 상기 이중 열교환기의 수액기내의 냉매를 상기 액분리기와 상기 압축기를 서로 연결하는 라인으로 바이패스시키는 바이패스수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 히트 펌프 시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 히트 펌프 시스템을 나타낸 도면이다.

본 발명은 압축기(100), 실외측 열교환기(130), 실내측 열교환기(140), 냉매를 팽창시키는 통상의 팽창밸브로 이루어진 적어도 하나 이상의 교축수단(400)(500), 수액기(160)내에 내장된 액분리기(170)로 된 이중 열교환기(180)로 이루어진 냉매순환회로를 갖는 히트 펌프 시스템에 있어서,

상기 냉매순환회로는, 상기 이중 열교환기(180)의 수액기(160)내의 냉매를 상기 액분리기(170)와 상기 압축기(100)를 서로 연결하는 라인으로 바이패스시키는 바이패스수단(900)을 갖는 것이다.

상기 바이패스수단(900)은, 상기 수액기(160)내의 냉매를 상기 액분리기(170)와 상기 압축기(100)를 연결하는 라인으로 바이패스 유동되도록 하는 바이패스라인(910)과, 상기 바이패스 라인(910)내에 유동되는 냉매의 온도를 감지하는 온도감지수단(920)과, 상기 바이패스라인(910)상에 설치되어 상기 온도감지수단(920)에서 감지된 냉매의 온도에 따라 바이패스 라인의 통로를 개폐하는 개폐밸브(930)로 이루어진다.

상기 실외측 열교환기(130)에 인접한 냉매 라인(L5)에 분기되어 상기 수액기(160)에 연결되는 라인(L9)상에 상기 교축수단(400)이 설치되고, 상기 실내측 열교환기(140)에 인접한 냉매 라인(L5)에는 교축수단(500)이 설치된다.

그리고, 상기 교축수단(400)(500)과 병렬 설치되며, 냉매의 흐름 방향을 제한하는 체크밸브(600)(700)를 더 포함한다.

상기와 같은 구성에서 상기 압축기(100)는 냉매를 압축하여 배출하는 역할을 한다.

상기 방향전환수단(120)은 유입포트(120a)가 상기 압축기(100)의 배출포트(101)와 라인(L1)을 매개로 연결되고, 제1, 제2, 제3 포트(121)(122)(123)를 구비하여 냉매의 흐름 방향을 상기 제1, 제2, 제2 포트(121)(122)(123)중 어느 하나로 전환시키는 역할을 한다.

여기서, 상기 방향전환수단(120)으로 4-웨이 밸브가 사용된다.

상기 실외측 열교환기(130)는 제1 포트(131)가 상기 방향전환수단(120)의 제1 포트(121)와 라인(L3)을 매개로 연결되고, 제2 포트(132)가 구비되며, 송풍팬(133)을 구비하고 있다.

상기 실내측 열교환기(140)는 제1 포트(141)가 상기 방향전환수단(120)의 제3 포트(123)에 라인((L4)을 매개로 연결되고, 제2 포트(142)가 구비되며, 송풍팬(143)을 구비하고 있다.

상기 이중 열교환기(180)는 제1 포트(161)와 제2 포트(162)가 구비된 수액기(160)와, 상기 수액기(160)내에 내장됨과 아울러 제1 포트(171)와 제2 포트(172)가 구비된 액분리기(170)로 구성된다.

상기 수액기(160)의 제1 포트(161)는 상기 실외측 열교환기(130)의 제2 포트(132)와 라인(L5)을 매개로 연결되고, 상기 수액기(160)의 제2 포트(162)는 상기 실내측 열교환기(140)의 제2 포트(142)에 라인(L6)을 매개로 연결되며, 상기 액분리기(170)의 제1 포트(171)는 상기 방향전환수단(120)의 제2 포트(122)에 라인(L7)을 매개로 연결되며, 상기 액분리기(170)의 제2 포트(172)는 상기 압축기(100)의 유입포트(102)에 라인(L8)을 매개로 연결된다.

상기 체크밸브(600)는 상기 실외측 열교환기(130)에 인접한 라인(L5) 상에 설치된다.

상기 교축수단(400)은 상기 라인(L5)에 상기 체크밸브(600)와 병렬이 되도록 설치되는 병렬 라인(L9)상에 구비된다.

상기 교축수단(500)은 상기 실내측 열교환기(140)에 인접한 라인(L6)상에 설치된다.

상기 체크밸브(700)는 상기 라인(L6)에 상기 교축수단(500)과 병렬이 되도록 설치되는 병렬 라인(L10)상에 구비된다.

상기 바이패스 수단(900)은 상기 이중 열교환기(180)의 수액기(160)내의 냉매를 상기 액분리기(170)와 상기 압축기(100)를 연결하는 라인(L8)으로 바이패스시키는 역할을 한다.

상기 바이패스 수단(900)은 상기 수액기(160)내의 냉매가 상기 라인(L8)으로 유동되도록 하는 바이패스 라인(BPL)(910)과; 상기 라인(L8)내에 유동되는 냉매의 온도를 감지하는 온도감지수단(920)과; 상기 바이패스 라인(BPL)상에 설치되어 상기 온도감지수다(920)에서 감지된 냉매의 온도에 따라 상기 바이패 라인의 통로를 개폐하는 개폐밸브(930)로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 히트 펌프 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 여름철 냉방모드일때에는 통상의 에어컨 시스템과 같이, 구동수단(미도시)에 의해 압축기(100)가 작동되고, 이 압축기(100)의 작동에 의해 냉매는 고온,고압으로 압축된 다음, 압축기(100)의 배출포트(101)를 통해서 배출된 후, 라인(L1)을 따라 오일 분리기(110)의 유입포트(111)로 유입된다.

이후, 오일 분리기(110)의 유입포트(111)로 유입된 냉매는 오일 분리기(110)의 배출포트(111)를 통해 배출된 후, 라인(L1')을 따라 이송되어 방향전환수단(120)의 유입포트(120a)로 유입된다.

상기 방향전환수단(120)의 유입포트(120a)로 유입된 냉매는 방향전환수단(120)의 유로 전환작용에 의해 제1 포트(121)를 통해 배출된 후, 라인(L3)을 따라 이송되어 실외측 열교환기(130)의 제1 포트(131)로 유입된다.

상기와 같이 실외측 열교환기(130)내로 유입된 냉매는 송풍팬(133)에 의해 강제 송풍되는 주위의 공기와 열교환된 다음, 제2 포트(132)를 통해 배출되며, 이후, 라인(L5)을 따라 유동되어 이중 열교환기(180)를 구성하는 수액기(160)의 제1 포트(161)를 통해 수액기(160)의 내부로 유입된다.

여기서, 상기 실외측 열교환기(130)의 제2 포트(132)를 통해 배출된 냉매는 제1 팽창밸브(400)로 분기 유동될 수 있으나, 냉매의 온도 차이로 인해 제1 팽창밸브(400)가 폐쇄되는 상태가 되기 때문에 상기 제1 팽창밸브(400) 및 병렬 라인(L9)으로 냉매는 유동할 수 없게 된다.

상기 수액기(160)의 내부로 유입된 냉매는 수액기(160)의 제2 포트(162)를 통해 배출된 후, 라인(L6)을 따라 유동된 후, 제2 팽창밸브(500)를 경유하여 실내측 열교환기(140)의 제2 포트(142)내로 유입된다.

상기와 같이, 제2 포트(142)내로 유입된 냉매는 송풍팬(143)에 의해 강제 송풍되는 주위의 공기와 열교환 된 다음 실내측 열교환기(140)의 제1 포트(141)를 통해 배출된다.

이후, 상기 실내측 열교환기(140)의 제1 포트(141)를 통해 배출된 냉매는 라인(L4)을 따라 유동된 후, 방향전환수단(120)의 제3 포트(123)로 유입된다.

상기 제3 포트(123)로 유입된 냉매는 방향전환수단(120)의 유로 전환작용에 의해 제2 포트(122)를 통해 배출된 후, 라인(L7)을 따라 이송된 다음, 이중 열교환기(180)를 구성하는 액분리기(170)의 제1 포트(171)를 통해 액분리기(170)로 유입된다.

상기 액분리기(170)내로 유입된 냉매는 제2 포트(172)를 통해 배출되어 라인(L8)을 따라 유동된 다음, 압축기(100)의 유입포트(102)내로 유입된다.

이때, 상기 수액기(160)를 경유하는 냉매와 액분리기(170)를 경유하는 냉매는 상호 열교환을 하게 된다.

여기서, 냉방모드일때에는 상기 바이패스 수단(900)으로는 냉매가 유동할 수 없게 된다.

이상 살펴본 바와 같이, 냉방모드일때에는 냉매는 상기와 같은 과정을 반복 유동하게 된다.

이제까지는 여름첨 냉방모드에 대하여 설명하였다.

한편, 겨울철 난방을 하고자 하는 경우에는 구동수단(미도시)에 의해 압축기(100)가 작동되고, 이 압축기(100)의 작동에 의해 냉매는 고온, 고압으로 압축된 다음, 압축기(100)의 배출포트(101)를 통해 배출된 후, 라인(L1)을 따라 오일 분리기(110)의 유입포트(111)로 유입된다.

이후, 오일 분리기(1100의 유입포트(111)로 유입된 냉매는 오일 분리기(110)의 배출포트(111)를 통해 배출된 후, 라인(L1')을 따라 이송되어 방향전환수단(120)의 유입포트(120a)로 유입된다.

상기 방향전환수단(120)의 유입포트(120a)로 유입된 냉매는 방향전환수단(120)의 유로 전환작용에 의해 제3 포트(123)를 통해 배출된 후, 라인(L4)을 따라 이송되어 실내측 열교환기(140)의 제1 포트(141)로 유입된다.

상기와 같이 실외측 열교환기(140)로 유입된 냉매는 송풍팬(143)에 의해 강제 송풍되는 주위의 공기와 열교환 된 다음, 제2 포트(142)를 통해 배출되며, 이후, 병렬 라인(L10)을 따라 유동된 다음, 라인(L6)을 따라 계속 유동된다.

여기서, 상기 실내측 열교환기(140)의 제2 포트(142)를 통해 배출된 냉매는 제2 팽창밸브(500)로도 분기 유동될 수 있으나, 이는 냉매의 온도 차이로 인해 제2 팽창밸브(500)로는 유동될 수 없다.

한편, 상기 라인(L6)을 따라 지속적으로 이송되는 냉매는 이중 열교환기(180)를 구성하는 수액기(160)의 제2 포트(162)내로 유입된다.

상기와 같이 제2 포트(162)내로 유입된 냉매는 수액기(160)를 경유하여 수액기(160)의 제1 포트(161)를 통해 배출된 다음, 병렬 라인(L9)을 따라 이송되어 제1 팽창밸브(400)를 지나 실외측 열교환기(130)의 제2 포트(132)로 유입된다.

여기서, 냉매가 수액기(160)의 제1 포트(161)를 통해 배출된 후 라인(L5)을 따라 유동되지 못하는 이유는 상기 라인(L5)상에 체크밸브(600)가 설치되어 있기 때문이다.

이후, 냉매는 상기 실외측 열교환기(130)의 내부를 지나면서 송풍팬(133)에 의해 강제송풍되는 주위의 공기와 열교환 된 후, 실외측 열교환기(130)의 제1 포트(131)를 통해 배출되어 라인(L3)을 따라 방향전환수단(120)의 제1 포트(121)로 유입된다.

상기와 같이 제1 포트(121)로 유입된 냉매는 방향전환수단(120)의 유로 전환작용에 의해 제2 포트(122)를 통해 배출된 후, 라인(L7)을 따라 이송된 다음, 이중 열교환기(180)를 구성하는 액분리기(170)의 제1 포트(171)로 유입된 다음, 액분리기(170)의 내부를 지나 제2 포트(172)를 통해 배출된 후, 라인(L8)을 따라 유동된다.

상기 라인(L8)을 따라 유동된 냉매는 압축기(100)의 유입포트(102)로 복귀된다.

여기서, 상기 액분리기(170)의 내부를 통과하는 냉매와 수액기(160)를 통과 하는 냉매는 상호 열교환된다.

아울러, 난방모드일때에는 바이패스수단(900)을 구성하는 개폐밸브(920)가 개방되어 수액기(160)의 내부를 유동하는 냉매의 일부가 바이패스 라인(910)을 따라 바이패스된 후, 라인(L8)에 합류된다.

즉, 상기 개폐밸브(920)가 개방되는 시점은 상기 바이패스 라인(910)과 라인(L8)이 합류되는 점에 설치된 온도감지수단(930)에 의해 감지된 온도에 따라 결정되는 것이다.

이상 살펴본 바와 같이, 난방모드일때에는 냉매는 상기와 같은 과정을 반복 유동하게 된다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 히트 펌프 시스템은, 본 발명은 히트 펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수액기의 냉매중의 일부를 압축기의 유입측과 연결되는 라인으로 바이패스되도록 하여 압축기의 입구측 저압을 상승시킴으로써 적정한 압축비를 얻어 한냉지역의 경우 외기 온도가 하강한 경우에 압축기의 손상을 방지함과 아울러 난방의 불안정을 해결할 수 있게 된다.

Claims

압축기(100), 실외측 열교환기(130), 실내측 열교환기(140), 적어도 하나 이상의 교축수단(400)(500), 수액기(160)내에 내장된 액분리기(170)로 된 이중 열교환기(180)로 이루어진 냉매순환회로를 갖는 히트 펌프 시스템에 있어서,

상기 냉매순환회로는,

상기 이중 열교환기(180)의 수액기(160)내의 냉매를 상기 액분리기(170)와 상기 압축기(100)를 서로 연결하는 라인으로 바이패스시키는 바이패스수단(900)을 갖는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 바이패스수단(900)은,

상기 수액기(160)내의 냉매를 상기 액분리기(170)와 상기 압축기(100)를 연결하는 라인으로 바이패스 유동되도록 하는 바이패스라인(910)과;

상기 바이패스 라인(910)내에 유동되는 냉매의 온도를 감지하는 온도감지수단(920)과;

상기 바이패스라인(910)상에 설치되어 상기 온도감지수단(920)에서 감지된 냉매의 온도에 따라 바이패스 라인의 통로를 개폐하는 개폐밸브(930)로 이루어진 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 실외측 열교환기(130)에 인접한 냉매 라인(L5)에 분기되어 상기 수액기(160)에 연결되는 라인(L9)상에 상기 교축수단(400)이 설치되고,

상기 실내측 열교환기(140)에 인접한 냉매 라인(L5)에는 교축수단(500)이 설치된 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 교축수단(400)(500)과 병렬 설치되며, 냉매의 흐름 방향을 제한하는 체크밸브(600)(700)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.