KR100676308B1

KR100676308B1 - 히트펌프의 제상 보호회로

Info

Publication number: KR100676308B1
Application number: KR1020050017989A
Authority: KR
Inventors: 류재식
Original assignee: 류재식
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2007-02-01
Also published as: KR20060096796A

Abstract

본 발명은 히트펌프에 있어서, 히트 펌프가 냉방 시 응축기로 동작하고, 난방 시 정상모드에서는 증발기, 제상모드에서는 응축기로 동작하는 실외기; 실외기에 설치되고, 내부로 외기를 흡입하여 배출하기 위한 팬을 동작시키는 팬모터; 실외기의 내부에 설치되고, 기준 압력이 미리 설정되어 있어 실외기 내부의 공기 압력이 기준 압력 이하인가를 감지하여 기준압력 이하일 경우에는 전기적인 신호를 발생시키는 압력센서; 실외기 외부 표면의 일측에 설치되고, 기준 온도가 미리 설정되어 있어 상기 실외기 표면의 온도를 감지하여 기준온도 이상일 경우에는 전기적인 신호를 발생시키는 온도센서; 압력센서에서 발생되는 전기적인 신호에 의하여 개방되고, 온도센서에서 발생되는 전기적인 신호에 의하여 폐쇄되는 솔레노이드 밸브(SV); 및 실외기 외부 하단의 일측에 설치되고, 상기 실외기가 가열 동작 시 상기 실외기 표면의 해동수가 실외기 하단부에서 재결빙되지 않도록 영하의 기온에서는 항시 전원이 인가되어 발열 동작하는 히터로 구성되어, 겨울철에 실외기의 기준압력을 감지함으로써 제상 모드로 전환하여 고온고압의 가스가 실외기로 유입됨에 따라 적상을 제거하고, 압력 및 온도를 감지하여 정상 모드로 전환함으로써 매우 안정적이고 고신뢰도의 성능과 열효율 측면에서 매우 경제적인 시스템을 구축한다.

Description

히트펌프의 제상 보호회로 {A defrost protection circuit of heat pump}

도 1은 종래 기술에 따른 히트펌프의 회로 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 히트펌프의 회로 구성도이다.

*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, V: 팽창밸브

SV1~SV7, SV: 솔레노이드 밸브 110, 110': 수액기 및 액분리기

120: 실내기 130: 압축기

140: 유분리기 150:사방제어변

160: 실외기 161: 팬모터

162: 압력센서 163: 온도센서

164: 히터

본 발명은 히트펌프의 제상 보호회로에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실외기에 압력센서와 온도센서를 더 설치함으로써 외부 기상변화와 무관하게 제상모드와 정상모드의 전환시점을 온도 및 압력에 의하여 자동으로 제어하는 제상 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 저온저압상태의 혼합냉매로 팽창시키는 팽창밸브(V1, V2)와, 그리고 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발 잠열을 이용하여 송풍기에 의하여 송풍되는 공기 또는 순환되는 물을 열교환에 의하여 냉각함과 아울러 압축기로 냉매가스를 복귀시키는 증발기(30, 35)로 이루어진다.

상기에서 제 1 열교환기(15)는 응축기에 해당하여 응축기로 동작하고, 제 2 열교환기(30)는 증발기에 해당하여 증발기로 동작한다.

그밖에 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 설치한다.

종래에는 실외기를 증발기로 사용할 경우 겨울철의 온도가 급격히 저온 상태로 되어 증발기에 서리가 착상이 되면 착상된 서리를 녹이기 위한 제상시점을 인식할 수 없다. 따라서 일정시간 동안 제상타이머를 동작시킴으로써 강제적으로 제상이 이루어졌고 현재 사용 중인 장비로는 자동화가 불가능 하다.

일정시간 제상시간제어에 의하여 발생되는 문제로는 급격한 냉매증발압력저하로 액상냉매가 압축기에 유입되어 압축기의 파손을 초래함에 따라 압축기의 파손을 방지하기 위하여 제상시간을 많이 설정하여 히트펌프를 보호하였으나 실제 소비전력대비 효율이 매우 떨어지며 외기 온도 변화에 대응능력이 떨어져 항시 위험하고 비효율적이다.

본 발명은, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 겨울철에 실외기를 증발기로 사용할 경우 냉매의 증발 온도가 빙점온도 이하가 되어 증발기에서 방출되는 공기 압력을 압력센서를 통해 감지하여 감지한 압력이 기준 압력 이하이면 제상 모드로 전환되어 고온고압의 가스가 실외기로 유입됨에 따라 실외기 코일 표면에 착상되어 있는 적상이 제거되고, 제상이 종료되는 시 점에 실외기 내부의 공기 압력 및 코일 표면의 온도를 감지하여, 공기 압력이 기준 압력 이하가 아니고 온도는 기준온도 이상일 경우 정상 모드로 전환하도록 제어하는 제상 보호회로를 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 실외기 외부 하단에 히터를 더 설치함으로써 영하의 기온에서 실외기 외부에서 녹은 응결수가 재결빙되는 것을 방지할 수 있는 제상 보호회로를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한, 기술적인 수단은 히트펌프에 있어서, 히트 펌프가 냉방 시 응축기로 동작하고, 난방 시 정상모드에서는 증발기, 제상모드에서는 응축기로 동작하는 실외기; 실외기에 설치되고, 내부로 외기를 흡입하여 배출하기 위한 팬을 동작시키는 팬모터; 실외기의 내부에 설치되고, 기준 압력이 미리 설정되어 있어 실외기 내부의 압력이 기준 압력 이하인가를 감지하여 기준압력 이하일 경우에는 전기적인 신호를 발생시키는 압력센서; 실외기 코일 외부 표면의 일측에 설치되고, 기준 온도가 미리 설정되어 있어 상기 실외기 코일 표면의 온도를 감지하여 기준온도 이상일 경우에는 전기적인 신호를 발생시키는 온도센서; 압력센서에서 발생되는 전기적인 신호에 의하여 개방되고, 온도센서에서 발생되는 전기적인 신호에 의하여 폐쇄되는 솔레노이드 밸브(SV); 및 실외기 외부 하단의 일측에 설치되고, 상기 실외기가 가열 동작 시 상기 실외기 표면의 응결수가 실외기 하단부에서 재결빙되지 않도록 영하의 기온에서는 항시 전원이 인가되어 발열 동작하는 히터로 구성된다.

본 발명에 의하면, 실외기에 실외기 내부의 공기 압력을 감지하는 압력센서와 실외기 코일 표면의 온도를 감지하는 온도센서를 더 설치함으로써, 난방 시 정상 모드일 경우에 실외기 내부의 공기 압력이 기준 압력 이하이면 제상 모드로 전환되어 고온고압의 가스가 실외기로 유입됨에 따라 실외기 표면의 적상을 제거할 수 있으며, 제상모드일 경우에 실외기 내부의 압력이 기준 압력 이하가 아니고 감지한 코일의 온도가 기준온도 이상이면 정상 모드로 전환하도록 제어함으로써 매우 안정적이고 고신뢰도의 성능과 열효율 측면에서 매우 경제적이다.

또한, 본 발명은 실외기 외부 하단에 히터를 더 설치함으로써 영하의 기온에서 실외기 외부에서 녹은 응결수가 재결빙되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 히트 펌프의 회로 구성도로 수액기 및 액분리기(110, 110'), 실내기(120), 압축기(130), 유분리기(140), 사방제어변(150), 팽창밸브(V), 실외기(160)는 팬모터(161), 압력센서(162), 온도센서(163), 히터(164) 및 솔레노이드밸브(SV)가 더 구비된다.

상기에서 수액기 및 액분리기(110, 110'), 실내기(120), 압축기(130), 유분리기(140), 사방제어변(150) 및 팽창밸브(V)는 공지의 기술을 사용하는 것으로 간략하게 설명하면 다음과 같다.

압축기(130)는 히트펌프의 냉매가스를 고온고압의 상태로 응축 압력까지 압축하는 것으로 그 사용 목적에 따라 왕복동식, 크랭크식, 사판식, 워블 플레이트 식, 로터리식, 스크롤식 등 다양한 형태의 압축기가 적용될 수 있고, 응축기는 압축기에서 압축되어 배출되는 고온고압의 가스를 방열시킴으로써 고압의 액상 냉매로 응축하며, 팽창밸브(V)는 응축기에서 응축된 고압 상태의 액상 냉매를 교축작용에 의하여 저온저압상태의 혼합냉매로 팽창시키고, 증발기는 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발 잠열을 이용하여 송풍기(161)에 의하여 송풍되는 공기는 열교환에 의하여 냉각되고, 증발기 내부의 혼합 냉매는 증발하여 증기 상태로 압축기에 복귀되며, 유분리기(140)는 압축기(130)의 토출 측에 설치되어, 냉매와 오일을 분리하고 분리된 오일을 압축기로 배출한다.

상기에서 응축기와 증발기에 대해 설명하면 다음과 같다.

냉방 작동 시 실내기(120)는 증발기로 작용하여 실내기로 유입되는 저온저압의 혼합 상태 냉매가 실내 측 공기와 접촉하여 흐르는 동안 실내의 열을 흡수하여 기체 상태로 증발되는 과정에 의해 실내의 냉방이 이루어지게 되고, 난방 작동 시에는 실내기(120)가 응축기로 작용하게 되어 실내기로 유입되는 고온고압의 기체 상태 냉매가 실내 측 공기와 접촉하여 흐르는 동안 실내 측으로 열을 방출하며 응축되는 과정에 의해 실내의 난방이 이루어지게 된다.

반면, 실외기(160)는 냉방 시에는 응축기로 작용하여 실외기로 유입되는 고온의 기체 상태 냉매가 이보다 상대적으로 온도가 낮은 외기와 열교환하여 응축되는 과정을 통해 실내에서 흡수된 열을 실외로 방출하는 역할을 하게 되고, 난방 시에는 증발기 역할을 하여 실외기로 유입되는 저온저압의 혼합 상태 냉매가 외기와 열교환하여 증발하는 과정을 통해 외기의 열을 흡수하게 된다. 즉 실외기는 냉방 시에는 실내의 열을 외부로 방출하고 난방 시에는 실외의 열을 흡수하는 역할을 한다.

또한, 여름철 냉방 시 정상 모드에서 실외기(160)는 압축기(130)에서 압축되어 배출되는 고온고압 가스를 방열시킴으로써 고압의 액상 냉매로 응축하고, 겨울철 난방 시에 실외기(160)는 팽창밸브(V)에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발 잠열을 이용하여 팬모터(161)에 의하여 송풍되는 공기 또는 순환되는 물을 열교환에 의하여 냉각함과 아울러 압축기(130)로 냉매가스를 복귀시킨다.

아울러, 액체 상태의 냉매를 저장하고 응축기에서 응축한 액을 일시 저장하며 증발기 내에서 소요되는 만큼의 냉매 액만을 팽창밸브로 배출하는 수액기 및 액분리기(110, 110')와, 압축기로 가스만 흡입시킴으로써 압축기를 보호하고 가동 시 증발기내의 액이 교란되는 것을 방지하는 액분리기(110, 110')가 더 구비된다.

또한, 난방이나 냉방 선택 시 냉매의 흐름 방향을 바꾸어 주는 사방제어변이 더 구비된다.

본 발명에서의 실외기(160)는 팬모터(161), 압력센서(162), 온도센서(163), 히터(164) 및 솔레노이드밸브(SV)가 더 구비되며, 아울러 실외기는 냉방 시 응축기로 동작하고, 난방 시 정상모드에서는 증발기, 제상모드에서는 응축기로 동작하며, 각 구성을 설명하면 다음과 같다.

실외기(160)가 겨울철 난방 시에 정상모드 동작을 하면, 냉매의 증발온도가 빙점 온도 이하가 되어 실외기(160) 외부의 표면에 서리가 착상되어 이것이 누적되면 증발기(160) 내부의 공기압이 코일의 착상으로 인한 공기 저항으로 정상 상태의 공기압보다 낮아지게 된다. 이때 미리 기준 압력이 설정되어 있는 압력센서(162)는 실외기(160) 내부의 공기 압력을 감지하여 미리 설정된 기준 압력과 비교 분석하고, 감지한 압력이 기준 압력보다 낮으면 압력센서(162)로부터 발생되는 전기적인 신호에 의하여 솔레노이드 밸브(SV)가 개방됨으로써 제상모드로 전환되어 실외기(160)는 응축기의 기능으로 변하고, 고온고압의 가스가 실외기(160) 내부에 적정량이 공급되어 가열시킴으로써 실외기(160) 외부 표면에 착상된 서리를 녹이며, 녹은 서리는 실외기(160) 하단부로 흘러 고이게 된다.

압력센서(162)를 통해 감지한 실외기(160)의 압력이 미리 설정된 기준 압력 이상이 되어도 실외기(160) 외부 일측에 설치한 온도센서(163)에서 감지한 온도가 기준온도 이하이면 실외기(160)에는 고온고압의 가스가 계속 공급된다.

즉, 실외기(160) 코일 표면 일측에 설치한 온도센서(163)는 서리를 완벽하게 제거하기 위해 설치한 것으로, 기준 온도가 미리 설정되어 있어 실외기(160) 코일 표면의 온도를 감지하고, 미리 설정된 기준 온도와 비교하여 기준 온도 이상이면, 온도센서(163)로부터 발생되는 전기적인 신호에 의하여 솔레노이드 밸브(SV)가 폐쇄됨으로써 정상모드 동작으로 전환되어 실외기(160)는 증발기 기능으로 변환된다.

아울러, 실외기(160) 하단에 설치되어 있는 히터(164)는 실외기(160) 외부에 착상되어 있는 서리가 녹아서 생성된 응결수가 재결빙되지 않도록 신속하게 배출시키며, 또한 히터(164)는 영하의 기온에서는 항시 전원이 인가되어 발열 동작한다.

그밖에 팬모터(161)는 팬을 회전시킴으로써 외부 공기와 열교환하고, 압력센서는 압력스위치와 풍력스위치 중 어느 하나를 선택하여 대체 사용하는 것이 가 능하다.

난방 시 히트펌프의 정상모드 동작은 다음과 같다.

압축기(130)->유분리기(140)->사방제어변a(150a)->사방제어변d(150d)->실내기(120)->흐름제어유니트f(170f)->수액기 및 액분리기(110)->팽창밸브(V)->흐름제어유니트g(170g)->실외기(160)->사방제어변b(150b)->사방제어변c(150c)->수액기 및 액분리기(110')->압축기(130)

제상모드 동작은 다음과 같다.

압축기(130)->유분리기(140)->솔레노이드밸브(SV)->실외기(160)->사방제어변b(150b)->사방제어변c(150c)->수액기 및 액분리기(110')->압축기(130)

냉방시 히트펌프의 정상모드 동작은 다음과 같다.

압축기(130)->유분리기(140)->사방제어변a(150a)->사방제어변b(150b)->실외기(160)->흐름제어유니트(15h)->수액기 및 액분리기(110)->팽창밸브(V)->흐름제어유니트(15e)->실내기(120)->사방제어변d(150d)->사방제어변c(150c)->수액기 및 액분리기(110')->압축기(130)

아울러, 수액기 및 액분리기의 두가지의 기능을 갖도록 제작된 수액기 및 액분리기(110)는 수액기 및 액분리기(110)에서 팽창밸브(V)로 가스가 이동할 경우에는 수액기로 동작하고, 수액기 및 액분리기(110)에서 압축기로 가스가 이동할 경우에는 액분리기 동작한다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자 라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 실외기에 실외기 내부의 공기 압력을 감지하는 압력센서와 실외기 코일 표면의 온도를 감지하는 온도센서를 더 설치함으로써, 난방 시 정상 모드일 경우에 실외기 내부의 공기 압력이 기준 압력 이하이면 제상 모드로 전환되어 고온고압의 가스가 실외기로 유입됨에 따라 실외기 표면의 적상을 제거할 수 있으며, 제상모드일 경우에 실외기 내부의 압력이 기준 압력 이하가 아니고 감지한 코일의 온도가 기준온도이면 정상 모드로 전환하도록 제어함으로써 매우 안정적이고 고신뢰도의 성능과 열효율 측면에서 매우 경제적인 가치를 갖는다.

또한, 본 발명은 실외기 외부 하단에 히터를 더 설치함으로써 영하의 기온에서 제상으로 인해 생성된 응결수가 재결빙되는 것을 방지할 수 있다.

Claims

히트펌프에 있어서,

난방 시 상기 히트 펌프가 정상모드일 경우에는 증발기로 동작하고, 제상모드일 경우에는 응축기로 동작하며, 냉방 시 응축기로 동작하는 실외기;

상기 실외기에 설치되고, 내부로 외기를 흡입하여 배출하기 위한 팬을 동작시키는 팬모터;

상기 실외기의 내부에 설치되고, 기준 압력이 미리 설정되어 있어 상기 실외기 내부의 공기 압력이 기준 압력 이하인가를 감지하여 기준압력 이하일 경우에는 전기적인 신호를 발생시키는 압력센서;

상기 실외기 코일 표면의 일측에 설치되고, 기준 온도가 미리 설정되어 있어 상기 실외기 표면의 온도를 감지하여 기준온도 이상일 경우에는 전기적인 신호를 발생시키는 온도센서;

상기 압력센서에서 발생되는 전기적인 신호에 의하여 개방되고, 상기 온도센서에서 발생되는 전기적인 신호에 의하여 폐쇄되는 솔레노이드 밸브(SV); 및

상기 실외기 외부 하단의 일측에 설치되고, 상기 실외기가 제상모드 동작 시 상기 제상으로 인해 생성된 응결수가 실외기 하단부에서 재결빙되지 않도록 영하의 기온에서는 항시 전원이 인가되어 발열 동작하는 히터;가 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제상 보호회로.
제 1항에 있어서, 상기 압력센서는

풍력스위치 및 압력스위치 어느 하나를 선택하여 사용가능 한 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제상 보호회로.
제 1항에 있어서,

상기 실외기 내부의 압력이 기준 압력 이하가 아닌 동시에 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도가 기준온도 이상일 경우 정상모드 동작으로 전환되는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제상 보호회로.