KR100676307B1 - 히트펌프의 압축기 보호회로 - Google Patents

히트펌프의 압축기 보호회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 히트펌프에 있어서, 오일이 기준 레벨 이상임을 감지하는 오일레벨센서와, 오일의 온도를 감지하는 온도센서와, 온도 센서가 감지한 온도가 일정온도 이하일 경우 전원이 공급되어 발열 동작하는 히터를 더 구비하여 히터가 발열 동작할 경우에는 온도가 상승하여 오일과 냉매가스를 분리, 증발시킴으로써 분리된 순수 오일만 배출하는 유분리기; 유분리기 내의 오일레벨센서가 감지한 오일 레벨이 일정 레벨 이상일 경우 전원이 공급됨으로써 개방되고, 전원이 공급되지 않을 경우에는 폐쇄되는 솔레노이드 밸브; 솔레노이드 밸브가 개방될 경우 유분리기에서 분리된 오일만 유입되는 압축기; 솔레노이드 밸브의 개방 지연 시간이 미리 설정되어 있는 제 1 제어기; 압축기가 재가동할 경우에는 제 1 제어기에서 지시한 지연시간 동안 솔레노이드밸브의 개방을 지연시키는 타이머; 및 유분리기 내의 온도센서에서 감지한 온도 데이터가 전송되고, 미리 설정된 일정온도가 저장되어 있어 설정된 일정 온도와 감지한 온도를 비교 분석하여 감지한 온도가 일정온도 이하일 경우에는 히터에 동작 전원을 공급하는 제 2 제어기로 구성되어, 압축기의 토출구 측에 설치된 유분리기에서 압축기가 정지한 경우 오일과 가스가 용해되어 있는 상태로 압축기에 유입되는 것을 방지하여 압축기의 재가동 시 급격한 오일의 비등으로 인하여 압축기 내의 오일 부족현상 등으로 인한 부작용을 방지 할 수 있다.

Description

히트펌프의 압축기 보호회로 {A compressor protection circuit of heat pump}
도 1은 종래 기술에 따른 히트펌프의 회로 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프의 회로 구성도이며,
도 3은 본 발명에 따른 유분리기 내부의 블록구성도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 제 1 수액기 및 액분리기 15: 제 1 열교환기
20: 필터 25: 제 2 수액기 및 액분리기
30: 제 2 열교환기 35: 실외기
40: 제 3 액분리기 45: 유분리기
50: 압축기 V1, V2: 팽창밸브
SV1~SV7: 솔레노이드 밸브 110: 유분리기
112: 오일레벨센서 114: 온도센서
116: 히터 120: 제 8 솔레노이드 밸브
130: 압축기 140: 제 1 제어기
150: 타이머 160: 제 2 제어기
본 발명은 히트펌프의 압축기 보호회로에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 외부 온도가 영하의 기온으로 급격히 떨어질 경우 압축기 토출구에 설치되어 있는 유분리기 내부의 가스와 오일의 온도도 하강하여, 압축기의 토출구 배관 및 유분리기 내의 가스가 액화됨에 따라 유분리기로 액화된 냉매가 몰려 오일과 용해되어 압축기로 유입되어 압축기를 재가동할 경우 압축기로 유입된 냉매와 오일로 인해 압축기가 파손되는 것을 방지하기 위하여 유분리기 내에 안전장치 즉, 오일레벨센서, 온도센서 및 히터를 더 설치함으로써 유분리기에서 분리된 순수 오일만 압축기에 배출시킴으로써 히트펌프의 압축기를 사계절 내내 안정적으로 사용 가능하게 하는 압축기 보호회로에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프의 냉매 순환 사이클은, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매가스를 고온고압의 상태로 응축 압력까지 압축하는 압축기(50)와, 압축기에서 압축된 냉매를 냉각팬의 송풍에 의한 방열에 의하여 액상으로 응축하는 응축기(15, 35)와, 응축기에서 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매를 교축작용에 의하여 저압상태의 혼합냉매로 팽창시키는 팽창밸브(V1, V2)와, 그리고 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발 잠열을 이용하여 송풍기에 의하여 송풍되는 공기를 열교환에 의하여 냉각함과 아울러 압축기로 냉매가스를 복귀시키는 증발기(30, 35)로 이루어진다.
그밖에 솔레노이드 밸브(SV1~SV7)와, 증발기와 압축기 사이의 흡입배관에 설치하여 흡입 가스 중에 냉매액이 흡입되었을 때 냉매액을 분리시켜 압축기로의 리퀴드백(Liquid back)을 방지하여 압축기로 가스만 흡입시킴으로써 압축기를 보호하고 가동 시 증발기내의 액이 교란되는 것을 방지하는 액분리기(10, 25, 40)와, 액체 상태의 냉매를 저장하고 응축기에서 응축한 액을 일시 저장하며 증발기 내에서 소요되는 만큼의 냉매만을 팽창밸브로 배출하는 수액기(10, 25) 및 압축기(50) 내부로 과도한 액이 유입되어 압축기가 손상되는 것을 방지하기 위하여 액분리기(25)와 압축기(50) 사이에는 이물질을 제거하기 위한 필터(20)를 더 설치하고, 상기에서 제 1 열교환기(15)는 응축기로 동작하고, 제 2 열교환기(30)는 증발기로 동작하며, 실외기(35)는 겨울철 난방 시 실내 측에서 정상모드에서는 증발기, 제상모드에서는 응축기로 동작한다.
이러한 히트 펌프는 고온의 열원을 생성시키기 어렵고, 고온의 열원을 생성시킨다 해도 간헐적으로 소량만을 생성하였다. 따라서 겨울철의 외부온도 저하 시에는 그 성능이 급격히 저하되어 열원온도의 저하가 발생하고, 증발 압력 및 압축기 흡입 냉매의 비체적이 커지고 압축기의 토출 압력과의 비인 압력비가 커져서 압축효율이 저하되며 과다한 토출 온도의 상승으로 압축기의 소손을 일으키는 원인이 된다. 또 높은 열원온도를 만들기 위하여 응축기의 압력이 높은 고온 고압으로 운전되므로 압축기의 과부하를 일으켜 소손의 원인이 된다.
또한, 외부 온도가 영하로 급격히 떨어진 상태에서 히트펌프가 정지되어있을 때, 압축기의 토출구에 설치되어 있는 유분리기가 낮은 외기 영향으로 유분리기 및 유분리기 내부의 가스와 오일의 온도도 하강하게 되어, 압축기의 토출측 배관 및 유분리기 내의 가스가 액화됨에 따라 관로상의 저단부라 할 수 있는 유분리기로 액화된 냉매가 몰려 오일과 용해됨으로써 기존의 회수장치구조상 액화된 냉매와 오일이 압축기로 유입되어 압축기의 재가동 시에 압축기를 파손시키는 등의 심각한 현상이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 유분리기 내에 압축기 보호회로 즉, 오일레벨센서, 온도센서 및 히터를 더 설치함으로써, 외부 온도가 영하로 급격히 떨어진 상태에서 히트펌프가 정지되어있을 때, 압축기의 토출구에 설치되어 있는 유분리기가 낮은 외기 영향으로 유뷴리기 및 유분리기 내부의 가스와 오일의 온도도 하강하게 되어, 압축기의 토출측 배관 및 유분리기 내의 가스가 액화됨에 따라 관로상의 저단부라 할 수 있는 유분리기로 액화된 냉매가 몰려 오일과 용해됨으로써 기존의 회수장치구조상 액화된 냉매와 오일이 압축기로 유입되어 압축기의 재가동 시에 발생하는 급격한 오일 비등(즉, 오일 퍼밍(forming))에 의한 심각한 상황을 미연에 방지할 수 있고, 이에 따라 압축기가 가동하면 유분리기에서 분리된 순수 오일만 압축기에 유입됨으로써 사계절 안정적으로 사용 가능한 히트펌프를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 기술적인 수단은 히트펌프에 있어서, 오일의 기준 레벨이 미리 설정되어 있어 오일이 기준 레벨 이상임을 감지 하는 오일레벨센서와, 오일의 온도를 감지하는 온도센서와, 온도 센서가 감지한 온도가 일정온도 이하일 경우 전원이 공급되어 발열 동작하는 히터를 더 구비하여 히터가 발열 동작할 경우에는 온도가 상승하여 오일과 냉매가스를 분리시켜 증발시킴으로써 오일과 냉매가 동시에 배출되는 것을 방지하는 유분리기; 유분리기 내의 오일레벨센서가 감지한 오일 레벨이 일정 레벨 이상일 경우 전원이 공급됨으로써 개방되고, 전원이 공급되지 않을 경우에는 폐쇄되는 솔레노이드 밸브; 솔레노이드 밸브가 개방될 경우 유분리기에서 분리된 순수 오일만 유입되는 압축기; 솔레노이드 밸브의 개폐 시간을 제어하는 제 1 제어기; 압축기가 재가동할 경우에는 제 1 제어기에서 지시한 지연시간 동안 솔레노이드밸브의 개방을 지연시키는 타이머; 및 유분리기 내의 온도센서에서 감지한 온도 데이터가 전송되고, 미리 설정된 일정온도가 저장되어 있어 설정된 일정 온도와 감지한 온도를 비교 분석하여 일정온도 이하일 경우에는 히터에 동작 전원을 공급하고, 일정 온도 이상일 경우에는 상기 히터에 공급되는 전원을 차단하는 제 2 제어기로 구성된다.
본 발명에 의하면, 유분리기 내에 오일레벨센서, 온도센서 및 히터를 더 설치함으로써, 영하권의 기온에서 압축기가 동작하지 않을 때 압축기의 토출구 측에 설치된 유분리기가 낮은 외기 영향으로 내부의 가스와 오일의 온도도 하강하여 압축기의 토출구 측 배관 및 유분리기 내의 가스가 액화됨에 따라 유분리기로 액화된 냉매가 몰려 오일과 용해되어 액화된 냉매와 오일이 압축기로 유입되는 것을 방지하여 압축기의 재가동 시 급격한 오일의 비등으로 인하여 압축기 내의 오일 부족현상 등으로 인한 부작용을 방지 할 수 있어 보다 안정적이다.
또한, 압축기의 전원이 단락되고, 유분리기 내 온도가 일정온도 이하일 경우에는 유분리기 내 히터의 전원이 자동으로 공급되고, 즉 압축기의 전원이 단락되어도 제 2 제어기에 의하여 오일의 일정 온도가 유지되도록 히터의 전원을 제어함으로써 압축기의 파손을 미리 방지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 히트 펌프의 회로 구성도로 제 1 수액기 및 액분리기(10), 제 1 열교환기(15), 필터(20), 제 2 수액기 및 액분리기(25), 제 2 열교환기(30), 실외기(35), 제 3 액분리기(40), 유분리기(110), 제 8 솔레노이드밸브(120), 압축기(130), 제 1 제어기(140), 타이머(150), 제 2 제어기(160), 복수 개의 솔레노이드밸브(SV1~ SV7), 및 팽창밸브(V1, V2)로 구성되어 있고, 도 3은 본 발명에 따른 히트 펌프에 포함된 유분리기 내부의 블록구성도로 오일레벨센서(112), 온도센서(114) 및 히터(116)가 더 구비되어 있으며, 도 3을 참조하여 도 2를 설명한다.
상기에서 제 1 수액기 및 액분리기(10), 제 1 열교환기(15), 필터(20), 제 2 수액기 및 액분리기(25), 제 2 열교환기(30), 실외기(35), 제 3 액분리기(40), 복수의 솔레노이드밸브(SV1~SV7) 및 팽창밸브(V1, V2)는 공지의 기술을 사용하는 것으로 간략하게 설명하면 다음과 같다.
압축기(130)는 히트펌프의 냉매가스를 고온고압의 상태로 응축 압력까지 압축하는 것으로 그 사용목적에 따라 왕복동식, 크랭크식, 사판식, 워블 플레이트식, 로터리식, 스크롤식 등 다양한 형태의 압축기가 적용될 수 있고, 응축기(15, 35)는 압축기에서 압축되어 배출되는 냉매가스를 방열(즉, 물 또는 공기)시킴으로써 고온고압의 액상 냉매로 응축하며, 팽창밸브(V1, V2)는 응축기에서 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매를 교축작용에 의하여 저압상태의 혼합냉매로 팽창시키고, 증발기(30, 35)는 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발 잠열을 이용하여 송풍기(미도시)에 의하여 송풍되는 물 또는 공기가 열교환에 의하여 냉각 및 냉매 액을 증기로 증발함과 아울러 압축기(130)로 냉매가스를 복귀시킨다.
상기에서 제 1 열교환기(15)는 응축기로 동작하고, 제 2 열교환기(30)는 증발기로 동작하며, 실외기(35)는 겨울철 난방 시 정상모드에서는 증발기, 제상모드에서는 응축기로 동작한다.
또한, 증발기와 압축기 사이의 흡입배관에 설치하여 흡입 가스 중에 냉매액이 흡입되었을 때 냉매액을 분리시켜 압축기로의 리퀴드백(Liquid back)을 방지하여 압축기로 가스만 흡입시킴으로써 압축기를 보호하고, 가동 시 증발기내의 액이 교란되는 것을 방지하는 액분리기(10, 25, 40)와, 액체 상태의 냉매를 저장하고 응축기에서 응축한 액을 일시 저장하며 증발기 내에서 소요되는 만큼의 냉매만을 팽창밸브로 배출하는 수액기(10, 25) 및 압축기(130) 내부로 과도한 액이 유입되어 압축기가 손상되는 것을 방지하기 위하여 액분리기(25)와 압축기(130) 사이에는 이물질을 제거하기 위한 필터(20)가 더 설치된다.
아울러 제 1 수액기 및 액분리기(10)는 액상 냉매만을 팽창밸브(V1, V2)로 공급하기 위하여 팽창밸브의 입력단에 설치되고, 제 1 수액기 및 액분리기(10)는 냉동사이클의 부하변동에 대응하여 냉매를 일시 저장함과 아울러 액냉매에 함유된 미 응축 냉매나 불 응축가스를 분리하는 작용을 한다.
유분리기(110)는 압축기(130)의 토출구 측에 설치되고, 히터(116)가 발열동작 하면 유분리기(110) 내의 유체 온도가 상승하고, 이에 따라 가스와 오일을 분리하여 분리한 순수 오일만 제 8 솔레노이드밸브(120)를 통해 압축기(130)로 배출시킨다.
상기의 유분리기(110)는 내부에 오일레벨센서(112), 온도센서(114) 및 히터(116)를 더 구비한다. 즉, 유분리기(110) 내부의 오일레벨센서(112)는 오일의 기준레벨이 미리 설정되어 있어 오일의 레벨이 미리 설정된 기준 레벨의 이상인가를 감지하여 기준 레벨 이상일 경우 솔레노이드 동작전원을 공급하고, 온도센서(114)는 PT100을 사용하며 오일의 온도를 감지하여 감지한 온도 신호를 제 2 제어기에 전송하며, 히터(116)는 제 2 제어기에서 지시된 제어 신호에 상응하여 전원이 공급 또는 차단된다.
즉, 제 2 제어기(160)는 오일의 일정 온도가 미리 설정되어 있어, 온도 센서(114)에서 감지한 온도가 전송되면 미리 설정된 일정온도와 비교 분석하여 감지한 온도가 설정된 일정 온도 이하일 경우에는 히터(116)가 동작하도록 히터(116)에 전원 공급을 지시하고, 감지한 온도가 설정된 일정온도 이상일 경우에는 히터(116)가 동작하지 않도록 히터(116)에 공급되는 전원 차단을 지시한다. 만약 유분리기(110) 내 오일의 온도가 일정온도 이하이더라도 유분리기(110) 내에 오일이 없으면 히터(116)는 동작하지 않는다.
따라서 제 2 제어기(160)는 유분리기(110) 내 히터(116)의 동작 전원을 제어 하고, 제 2 제어기(160)의 지시에 따라 히터(116)에 전원이 공급되면 히터는 발열 동작하여 유분리기(110) 내 유체의 온도가 상승하고, 유체의 온도가 상승함에 따라 냉매가 급격히 증발됨으로써 분리된 순수(100%) 오일만 압축기(130)로 배출된다.
아울러 유분리기(110) 내의 히터(116)는 유분리기 내 유체 온도가 일정 온도 이하일 경우에 자동으로 전원이 공급된다.
또한, 제 8 솔레노이드 밸브(120)는 유분리기(110) 내의 오일레벨센서(112)에서 감지된 오일의 레벨이 기준 레벨 이상이면 전원이 공급됨으로써 개방되어 유분리기(110)에서 분리된 순수 오일을 압축기로 유입시키고, 오일의 레벨이 기준 레벨 미만이면 전원이 공급되지 않아 폐쇄됨으로써 유분리기에서 분리된 오일이 압축기로 유입되는 것을 차단한다.
상기에서 제 8 솔레노이드 밸브(120)는 오일레벨 센서(112)가 감지한 오일의 레벨이 기준 레벨 이상일 경우 동작전원이 공급되어 작동되나, 오일의 레벨이 기준 레벌 이상이더라도 제 1 제어기(140)에서 지시한 솔레노이드(120) 개방 지연 시간이 경과하지 않으면 솔레노이드 밸브(120)는 개방되지 않는다.
즉, 제 1 제어기(140)는 압축기의 재가동 시에 전원이 인가되어 일정시간 동안 가동될 때까지 솔레노이드 밸브(120)가 개방되어 유분리기에서 분리된 오일과 냉매가 혼합된 상태로 유입되는 것을 방지하기 위해 솔레노이드밸브가 일정시간동안 개방되지 않도록 제어한다. 즉, 개방 지연 시간동안에 압축기는 정상 동작함으로써 유분리기 내의 온도는 자연적으로 상승되어 유분기내의 오일에 잔존하던 냉매는 증발 분리된다.
따라서, 제 1 제어기는 제 8 솔레노이드밸브(120)의 개방 지연 시간이 미리 설정되어 있어, 압축기가 재가동 할 때 미리 설정된 개방 지연 시간 동안 솔레노이드 밸브(120)의 개방을 지연하도록 타이머(150)로 제어 신호를 보내면 타이머(150)는 제 1 제어기(140)의 제어 신호에 상응하는 소정의 지연시간 동안 제 8 솔레노이드 밸브(120)의 개방을 지연시킨다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 유분리기 내에 오일레벨센서, 온도센서 및 히터를 더 설치함으로써, 영하권의 기온에서 압축기가 동작하지 않을 때 압축기의 토출구 측에 설치된 유분리기가 낮은 외기 영향으로 내부의 가스와 오일의 온도도 하강하여 압축기의 토출구 측 배관 및 유분리기 내의 가스가 액화됨에 따라 유분리기로 액화된 냉매가 몰려 오일과 용해되어 액화된 냉매와 오일이 압축기로 유입되는 것을 방지하여 압축기의 재가동 시 급격한 가스의 비등으로 인하여 압축기 내의 오일 부족현상 등으로 인한 부작용을 방지 할 수 있어 보다 안정적이다.
또한, 유분리기 내 온도센서가 일정온도 이하일 경우에 압축기의 전원이 단락되어도 유분리기 내 히터는 전원이 자동으로 공급됨으로써 유분리기 내부의 냉매와 오일을 최대한 혼합되지 않도록 한다.

Claims (3)

  1. 히트펌프에 있어서,
    오일의 기준 레벨이 미리 설정되어 있어 상기 오일이 기준 레벨 이상임을 감지하는 오일레벨센서와, 상기 오일의 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 온도 센서가 감지한 온도가 일정온도 이하일 경우 전원이 공급되어 발열 동작하는 히터를 더 구비하여 상기 히터가 발열 동작할 경우에는 온도가 상승하여 오일과 냉매가스를 분리시켜 증발시킴으로써 분리된 순수 오일만 배출하는 유분리기;
    상기 유분리기 내의 오일레벨센서가 감지한 오일 레벨이 일정 레벨 이상일 경우 전원이 공급됨으로써 개방되고, 전원이 공급되지 않을 경우에는 폐쇄되는 제 8 솔레노이드 밸브(120);
    상기 제 8 솔레노이드 밸브(120)가 개방될 경우에는 상기 유분리기에서 분리된 순수 오일만 유입되는 압축기;
    상기 솔레노이드 밸브(120)의 개방 지연 시간이 미리 설정되어 있어, 상기 지연시간 동안 개방 지연 제어를 지시하는 제 1 제어기;
    상기 압축기가 재가동 시 상기 제 1 제어기에서 지시한 지연시간 동안 제 8 솔레노이드밸브(120)의 개방을 지연시키는 타이머(150); 및
    상기 유분리기 내의 상기 온도센서에서 감지한 온도 데이터가 전송되고, 미리 설정된 일정온도가 저장되어 있어 설정된 일정 온도와 감지한 온도를 비교 분석하여 감지한 온도가 일정온도 이하일 경우에는 상기 히터에 동작 전원을 공급하고, 일정 온도 이상일 경우에는 상기 히터에 공급되는 전원을 차단하는 제 2 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 압축기 보호회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 히터는
    상기 압축기의 전원이 단락되고, 상기 온도센서에 의해 감지된 상기 유분리기 내의 유체의 온도가 일정 온도 이하일 경우에 전원이 자동으로 공급되는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 압축기 보호회로.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 8 솔레노이드 밸브(120)는
    상기 오일 레벨 센서가 감지한 오일의 레벨이 기준 레벨 이상이더라도 상기 제 1제어부에서 지시한 개방 지연 시간이 경과하지 않으면 개방되지 않는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 압축기 보호회로.
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