KR100665744B1

KR100665744B1 - 히트펌프식 공조기의 냉난방 시스템

Info

Publication number: KR100665744B1
Application number: KR1020050135558A
Authority: KR
Inventors: 진동식; 김석균
Original assignee: 위니아만도 주식회사
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2007-01-10

Abstract

본 발명은 단일형 또는 멀티형 히트펌프에 있어 냉방운전시 및 난방운전시 모두 냉매의 흐름을 제어하여 과냉각하도록 과냉각기를 지나도록 함으로써 냉각효율을 높이고자 한 히트펌프식 공조기의 냉난방 시스템에 관한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 압축기, 사방변, 실내측 열교환기, 실외측 열교환기, 실외기에 형성된 과냉각기를 구비하여 냉난방 겸용으로 사용되는 히트펌프식 공조기의 냉난방 시스템에 있어서,

난방용팽창밸브와 냉방용팽창밸브 그리고 제1,제2체크밸브로 이루어진 냉매흐름절환부재를 구비하여,

난방시에는 실내측 열교환기를 거친 냉매가 제1체크밸브를 거쳐 과냉각기로 유입되고, 상기 과냉각기를 통과한 후, 난방용 팽창밸브를 통해 실외측 열교환기로 흐르고,

냉방시에는 실외측 열교환기를 거친 냉매가 제2체크밸브를 거쳐 과냉각기로 유입되고, 상기 과냉각기를 통과한 후, 냉방용 팽창밸브를 거쳐 실내측 열교환기로 흐르도록 하는 히트펌프식 공조기의 냉난방 시스템을 제공한다.

히트펌프, 에어컨, 실외측 열교환기, 과냉각기, 냉매흐름절환부재

Description

히트펌프식 공조기의 냉난방 시스템{heat-pump air-conditioner}

도 1은 종래 단일형 히트펌프식 공조기의 냉난방 사이클을 보인 계통도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단일형 히트펌프식 공조기의 냉난방 사이클을 보인 계통도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티형 히트펌프식 공조기의 냉난방 사이클을 보인 계통도.

도 4는 본 발명의 히트펌프식 공조기에 설치된 냉매흐름절환부재에 의해 냉매의 과냉각률을 보인 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1,101: 실내측 열교환기 2,102: 실외측 열교환기

8,18: 과냉각기 150, 150' : 냉매흐름절환부재

152 : 냉방용팽창밸브 154 : 제1체크밸브

156 : 난방용팽창밸브 158 : 제2체크밸브

본 발명은 히트펌프식 공조기의 냉난방 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하 게는 히트펌프에 있어 냉방운전시 및 난방운전시 모두 냉매의 흐름을 제어하여 과냉각하도록 과냉각기를 지나도록 함으로써 냉각효율을 높이고자 한 히트펌프식 공조기의 냉난방 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 냉동 사이클은 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 구성되어, 증발기가 고온부의 열을 흡수하여 응축기가 저온부로 열을 방출한다.

따라서, 상기 증발기가 고온부의 열을 흡수하는 것을 이용하면 에어컨 또는 냉장고와 같은 냉방기기를 구성할 수 있고, 응축기가 저온부로 열을 방출 것을 이용하면 난방기기(히트펌프)로 이용될 수 있다.

또한, 상기 증발기와 응축기는 일종의 열교환기이므로 압축기, 증발기, 응축기 및 팽창밸브을 구성하고, 냉매의 흐름을 선택적으로 바꾸어주면 냉방운전과 난방운전를 하나의 장치(이하 "히트펌프"라 함)로 구현할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 히트펌프식 공조기는 냉매를 압축하는 압축기(3)와, 상기 압축기(3)로부터 압축된 냉매를 액냉매 상태로 응축하기 위한 실내측 열교환기(1)(또는 실외측 열교환기(2))와, 상기 실내측 열교환기(1)(실외측 열교환기(2))를 통해 응축된 액냉매를 2상의 냉매(기상+액상)로 팽창시키는 냉방용 팽창밸브(7)(또는 난방용 팽창밸브(6))과, 상기 냉방용 팽창밸브(7)(또는 난방용 팽창밸브(6))에 의해 감압된 냉매로 하여금 냉매액을 과냉각시키기 위한 과냉각기(8)와, 상기 냉방용 팽창밸브(7)을 통해 팽창된 2상 냉매를 기상 냉매로 증발시키는 실외측 열교환기(2)(또는 실내측 열교환기(1))와, 전원의 인가 유무에 따라 상기 압축기(1)로부터 압축된 냉매를 실내측 열교환기(1) 또는 실외측 열교환기(2)측 으로 보내기 위한 사방변(4)으로 구성된다.

또한, 상기 실내측 열교환기(1) 및 실외측 열교환기(2)에는 실내 토출팬(9) 및 실외 토출팬(10)을 구비하여 공기를 실내측 열교환기(1) 또는 실외측 열교환기(2)측으로 강제 유입시키도록 한다.

이와 같이 구성된 상태에서 히트펌프식 공조기의 운전이 난방모드일 경우에는 냉매가 압축기(3)로 유입되어 압축되고, 이때의 사방변(4)은 실내측 열교환기(1) 방향으로 통해 있으므로 상기 압축기(3)로부터 압축된 냉매는 실내측 열교환기(1)로 유입되어 액냉매 상태로 응축되며, 상기 실내측 열교환기(1)로부터 응축된 액냉매는 실내측 분배기(13)와 냉방용 팽창밸브(7)을 거쳐 과냉각기(8)를 통과하면서 과냉각된다.

이때, 상기 냉방용 팽창밸브(7)과 난방용 팽창밸브(6)은 실내측 열교환기(1) 또는 실외측 열교환기(2)의 증발시 과열도를 가지고 제어하게 된다.

즉, 냉방운전시에 난방용 팽창밸브(6)은 완전히 닫히고, 냉방용 팽창밸브(7)은 실내측 열교환기(1)의 증발온도와 출구온도를 이용하여 과열도도 제어하게 된다.

반대로, 난방운전시에 냉방용 팽창밸브(7)은 완전히 열리고, 난방용 팽창밸브(6)은 실외측 열교환기(2)의 증발온도와 출구온도로써 제어를 수행하게 된다.

그리고, 과냉각된 냉매는 난방용 팽창밸브(6)을 통과하면서 감압된 상태로 실외측 분배기(12)를 거쳐 실외측 열교환기(2)로 유입되어 기상으로 증발되고, 다시 압축기(3)로 유입되어 상기와 같은 과정이 반복된다.

이때, 상기 실내 토출팬(9)에 의해 실내측 열교환기(1)로 강제 유입된 실내의 찬 공기는 실내측 열교환기(1)를 유동하는 냉매로부터 응축열을 흡수하여 다시 실내로 토출, 난방을 실시하게 되고, 실외 토출팬(10)에 의해 실외측 열교환기(2)로 강제 유입된 실외의 공기는 실외측 열교환기(2)를 유동하는 냉매에 그 열을 빼앗겨 온도가 강하된 상태로 다시 실외로 토출된다.

또한, 히트펌프식 공조기의 운전이 냉방모드일 경우에는 사방변(4)이 실외측 열교환기(2)측으로 개방되며, 냉매가 압축기(3) →실외측 열교환기(2) →실외측 분배기(12) →체크밸브(11) →과냉각기(8) →냉방용 팽창밸브(7) →실내측 분배기(13) →실내측 열교환기(1) 순으로 순환하면서 냉방을 실시하며, 상기와 같은 과정을 반복 수행하게 된다.

그러나, 이와 같이 히트펌프식 공조기에서 과냉각기가 과냉각기로서의 역할을 제대로 수행하기 위해서는 모세관을 통과하기 이전에 과냉각기를 거쳐야 하는데 종래에는 일방향(냉방모드)에서만 과냉각의 효과를 얻을 수 있는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 히트펌프식 공조기에서 냉 ·난방 모드에 관계없이 항상 냉매를 과냉각기로 안내하도록 냉매흐름절환부재를 구비함으로써 냉매의 냉각 효율을 증가시킬 수 있도록 하기 위한 히트펌프식 공조기의 냉난방 시스템을 제공함을 그 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 압축기, 사방변, 실내측 열교환기, 실외측 열교환기, 난방용 팽창밸브, 냉방용 팽창밸브, 실외기에 형성된 과냉각기를 구비하여 냉난방 겸용으로 사용되는 히트펌프식 공조기의 냉난방 시스템에 있어서,

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

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프식 공조기의 냉난방 사이클을 보인 계통도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트펌프식 공조기의 냉난방 사이클을 보인 계통도이며, 도 4는 본 발명의 히트펌프식 공조기에 설치된 냉매흐름절환부재에 의해 냉매의 과냉각률을 보인 그래프이다.

본 발명에서 공지된 구성요소에 대해서는 상세한 기능을 언급하지 않는다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프식 공조기의 냉난방 시스템은 압축기(103), 사방변(104), 실내측 열교환기(101), 실외측 열교환기(102), 실외기에 형성된 과냉각기(108)를 구비하여 냉난방 겸용으로 사용되는 히트펌프식 공 조기의 냉난방 시스템에 있어서, 실내측 열교환기(101)와 과냉각기(108)와 실외측 열교환기(102) 사이의 냉매의 흐름을 제어하기 위한 냉매흐름절환부재(150)를 구비하고 있다.

상기 냉매흐름절환부재(150)는 냉방시의 냉매의 흐름과 난방시의 냉매의 흐름을 구별하여 항상 과냉각기로 유입되는 냉매가 감압되지 않은 상태가 될 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 냉매흐름절환부재는 냉방용팽창밸브(152)와 난방용팽창밸브(156)와 제1체크밸브(154)와 제2체크밸브(154)로 구성되는데, 도 3에 도시된 바와 같이 냉방용팽창밸브(152)는 냉방용솔레노이드밸브(152')와 냉방용모세관(152'')으로 대체될 수 있으며, 난방용팽창밸브(156)는 난방용솔레노이드밸브(156')와 난방용모세관(156'')으로 대체될 수 있으며, 그 작용과 효과는 동일한 것이므로, 이하에서는 도 2의 구성을 기준으로 설명한다.

난방시의 냉매의 흐름을 기준으로 각각의 구성요소의 연결관계를 살펴본다.

실내측 열교환기(101)의 출구단은 양측으로 분기되어 일측은 제1체크밸브(154)를 거쳐 과냉각기(108)의 입구부로 연결되어 있으며, 타측은 냉방용팽창밸브(152)으로 연결되어 있고, 상기 과냉각기(108)의 출구부는 양측으로 분기되어 일측은 상기 냉방용팽창밸브(152)을 거쳐 실내측 열교환기(101)의 출구단에 연결되어 있고, 타측은 난방용 팽창밸브(156)으로 연결되어 있으며, 상기 난방용 팽창밸브(156)의 출구측은 다시 양측으로 분기되어 일측은 제2체크밸브(158)를 거쳐 과냉각기(108) 입구단으로 연결되어 있으며, 타측은 실외측 열교환기(102)의 입구단으로 연결되어 있다.

이러한 연결구조는 냉방용팽창밸브(152)과 난방용팽창밸브(156)을 개폐함으로써 냉매의 경로를 변경할 수 있다. 예를 들어 난방시에는 난방용팽창밸브(156)을 개방하고, 냉방용팽창밸브(152)을 폐쇄하며 냉방시에는 반대로 냉방용팽창밸브(152)을 개방하고, 난방용팽창밸브(156)을 폐쇄한다.

우선, 난방시의 냉매의 흐름을 기준으로 살펴본다.

난방시에는 실내측 열교환기(101)가 응축기의 역할을 수행하고, 실외측 열교환기(102)가 증발기의 역할을 수행하는 것으로, 실내측 열교환기(101)를 거친 냉매는 제1체크밸브(154)를 거쳐 과냉각기(108)로 유입되고, 상기 과냉각기(108)를 통과한 후, 난방용 팽창밸브(156)를 통해 실외측 열교환기(102)로 흐르게 되므로, 과냉각기(108)에서 과냉각효과를 얻을 수 있다.

냉방시에는 실내측 열교환기(101)가 증발기의 역할을 수행하고, 실외측 열교환기(102)는 응축기의 역할을 수행하는 것으로, 실외측 열교환기(102)를 거친 냉매는 제2체크밸브(158)를 거쳐 과냉각기(108)로 유입되고, 상기 과냉각기(108)를 통과한 후, 냉방용 팽창밸브(152)를 거쳐 증발기인 실내측 열교환기(101)로 흐르게 되는 것으로, 마찬가지로 과냉각기(108)에서 과냉각효과를 얻을 수 있게 된다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 히트펌프식 공조기는 냉매흐름절환부재를 구비하여 냉매를 항상 과냉각 시킬수 있도록 함으로써 그래프 상에서 과냉각을 나타내는 면적이 증가됨을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 히트펌프식 공조기의 냉난방 시스템에 의하면, 공조기의 냉매 사이클에 냉매흐름절환부재를 두어 냉방 및 난방 모드시 항상 과냉각기에서 과냉각 효과를 얻을 수 있도록 하여 냉각 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

압축기, 사방변, 실내측 열교환기, 실외측 열교환기, 실외기에 형성된 과냉각기를 구비하여 냉난방 겸용으로 사용되는 히트펌프식 공조기의 냉난방 시스템에 있어서,

난방용팽창밸브와 냉방용팽창밸브 그리고 제1,제2체크밸브로 이루어진 냉매흐름절환부재를 구비하여,

난방시에는 실내측 열교환기를 거친 냉매가 제1체크밸브를 거쳐 과냉각기로 유입되고, 상기 과냉각기를 통과한 후, 난방용 팽창밸브를 통해 실외측 열교환기로 흐르고,

냉방시에는 실외측 열교환기를 거친 냉매가 제2체크밸브를 거쳐 과냉각기로 유입되고, 상기 과냉각기를 통과한 후, 냉방용 팽창밸브를 거쳐 실내측 열교환기로 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 공조기의 냉난방 시스템.
압축기, 사방변, 실내측 열교환기, 실외측 열교환기, 실외기에 형성된 과냉각기를 구비하여 냉난방 겸용으로 사용되는 히트펌프식 공조기의 냉난방 시스템에 있어서,

난방용솔레노이드밸브와 난방용모세관, 그리고 냉방용솔레노이드밸브와 냉방용 모세관, 그리고 제1,제2체크밸브로 이루어진 냉매흐름절환부재를 구비하여,

난방시에는 실내측 열교환기를 거친 냉매가 제1체크밸브를 거쳐 과냉각기로 유입되고, 상기 과냉각기를 통과한 후, 난방용솔레노이드밸브와 난방용모세관을 통해 실외측 열교환기로 흐르고,

냉방시에는 실외측 열교환기를 거친 냉매가 제2체크밸브를 거쳐 과냉각기로 유입되고, 상기 과냉각기를 통과한 후, 냉방용솔레노이드밸브와 냉방용모세관을 거쳐 실내측 열교환기로 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 공조기의 냉난방 시스템.