KR100762513B1 - 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기 - Google Patents

제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 흡입구로부터 흡입되는 저온, 저압 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온, 고압의 기체 상태로 토출구를 통해 토출하는 압축기; 상기 압축기와 배관으로 연결되어 외부 공기와 열교환하는 실내측 열교환기 및 실외측 열교환기; 상기 실내측 열교환기와 실외측 열교환기 사이에 연결되어 어느 일측에서 이송되어 오는 상온고압의 액체상태 냉매를 저온저압의 액체 상태로 감압하는 팽창기구; 상기 압축기의 토출구 및 흡입구를 상기 실내측 열교환기와 상기 실외측 열교환기로 각각 연결시키는 통로를 가지며 난방시 냉매의 흐름을 바꾸도록 절환되는 사방밸브; 기체상태의 냉매만 상기 압축기로 제공되도록 상기 사방밸브와 상기 압축기 사이에 구비되는 어큐뮬레이터; 및 상기 압축기의 토출구에서 토출되는 고온의 냉매가 상기 실외측 열교환기로 유입되도록 형성한 바이패스 수단을 포함하여 난방운전과 동시에 상기 실외측 열교환기의 제상을 수행하는 것을 특징으로 하는 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기에 관한 것이다.
히트펌프, 바이패스, 모세관

Description

제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기 {Defrost apparatus of heat pump air conditioner}
도 1은 본 발명에 따른 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기의 분사모세관을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기의 시스템 계통도.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
10: 압축기 20: 실내측 열교환기
21: 실내측 송풍기 30: 실외측 열교환기
31: 실외측 송풍기 32: 냉매관
40: 팽창기구 50: 사방밸브
60: 어큐뮬레이터 70: 1차 제상 배관
72: 제 1팽창기구 73: 제 1솔레노이드 밸브
80: 2차 제상 배관 81: 분사모세관
81a: 분사공 82: 제 2팽창기구
83: 제 2솔레노이드 밸브 90: 온도센서
100: 제어부
본 발명은 히트펌프 공기조화기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 난방운전을 수행함과 동시에 제상운전을 수행할 수 있어 압축기의 성능저하를 방지할 수 있고, 이에 따라 난방성능을 개선할 수 있으며, 냉매관 내부에 분사 모세관을 삽입하여 제상작업을 수행함으로써, 짧은 시간 안에 제상작업을 수행할 수 있는 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 히트펌프식 공기조화장치는 사방밸브를 통해 냉매의 순환경로를 역으로 변경시켜 냉방과 난방을 겸할 수 있도록 된 것으로, 이러한 히트펌프식 공기조화장치를 좀 더 자세히 살펴보면, 냉매 가스를 고온ㆍ고압의 상태로 응축 압력까지 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 액체 상태로 응축하면서 열교환이 이루어지는 실외 열교환기와, 상기 실외 열교환기에서 응축된 고온ㆍ고압 상태의 액체 냉매를 교축작용에 의하여 저압상태의 기체 냉매로 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 열교환이 이루어지는 실내 열교환기와, 냉매의 흐름을 전환시키는 사방밸브 및 이물질 등을 여과하며 액체 냉 매가 상기 압축기로 흡입되는 것을 방지하는 액분리기(Accumulator)로 이루어진다.
이러한 히트펌프식 공기조화장치는, 냉매가 순환되는 동안 기체→액체 및 액체→기체로 연속적으로 상태 변화되는 한편, 상기 사방밸브를 통해 난방 및 냉방 운전으로 전환할 수 있게 된다.
한편, 히터펌프식 공기조화장치는 난방모드에서 실외온도가 통상 -2℃ ~ -5℃ 이하로 떨어지게 되면, 상기 실외 열교환기가 착상 혹은 결빙되어, 난방효율이 급격히 저하되는 문제점이 있었다.
종래에는 이러한 문제점을 해결하기 위해, 상기 실외 열교환기에 온도감지센서를 설치하고, 상기 온도감지센서와 제어부를 연결하여, 상기 온도감지센서에서 감지된 온도가 설정온도 이하로 떨어지면 상기 제어부에서 발생된 신호에 의해 상기 사방밸브를 전환시켜 제상모드를 실시하여 왔다.
그러나 전술한 난방 순환에서의 제상구조는 냉매의 순환 사이클을 역으로 순환(냉방 순환)시켜 상기 실외 열교환기의 착상 및 결빙을 제거하므로, 장시간 제상운전을 수행하는 경우 난방 운전을 방해하여 난방효율이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 난방효율을 고려하여 단시간 제상운전을 수행하는 경우, 실외 열교환기의 착상 및 결빙이 완전하게 제거되지 않아 열교환 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제상운전을 수행하는 동안에도 난방효율이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 짧은 시간 안에 제상작업을 수행할 수 있는 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 흡입구로부터 흡입되는 저온, 저압 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온, 고압의 기체 상태로 토출구를 통해 토출하는 압축기; 상기 압축기와 배관으로 연결되어 외부 공기와 열교환하는 실내측 열교환기 및 실외측 열교환기; 상기 실내측 열교환기와 실외측 열교환기 사이에 연결되어 어느 일측에서 이송되어 오는 상온고압의 액체상태 냉매를 저온저압의 액체 상태로 감압하는 팽창기구; 상기 압축기의 토출구 및 흡입구를 상기 실내측 열교환기와 상기 실외측 열교환기로 각각 연결시키는 통로를 가지며 난방시 냉매의 흐름을 바꾸도록 절환되는 사방밸브; 기체상태의 냉매만 상기 압축기로 제공되도록 상기 사방밸브와 상기 압축기 사이에 구비되는 어큐뮬레이터; 및 상기 압축기의 토출구에서 토출되는 고온의 냉매가 상기 실외측 열교환기로 유입되도록 형성한 바이패스 수단을 포함하여 난방운전과 동시에 상기 실외측 열교환기의 제상을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이패스 수단은 상기 압축기와 사방밸브 사이의 배관과 난방시 상기 실외측 열교환기의 입구측 배관을 연결한 1차 제상 배관인 것을 특징으로 한 다.
또한, 상기 바이패스 수단은 상기 압축기와 사방밸브 사이의 배관과 상기 실외측 열교환기를 연결한 2차 제상 배관으로서, 상기 2차 제상 배관은 상기 실외측 열교환기의 냉매관 내부에 삽입되는 분사 모세관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이패스 수단은 상기 1차 제상 배관 및 2차 제상 배관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1차 제상 배관 및 2차 제상 배관은 각각 팽창기구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1차 제상 배관 또는 상기 2차 제상 배관은 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 2차 제상 배관 5개 또는 6개의 분사 모세관으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분사모세관은 다수의 분사공을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 실외측 열교환기의 일측에 온도센서를 더 포함하여 상기 온도센서의 감지결과가 일반 제상온도이면, 1차 제상 배관을 개방하여 실외측 열교환기의 입구측에 고온의 냉매가 유입되도록 하고, 상기 온도센서의 감지결과가 쾌속 제상온도이면, 2차 제상 배관을 개방하여 분사모세관을 통해 실외측 열교환기의 내부로 고온의 냉매가 유입되도록 하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 난방운전을 수행함과 동시에 제상운전을 수행할 수 있어 압축기의 성능저하를 방지할 수 있고, 이에 따라 난방성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 히트펌프 공기조화기의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프 공기조화기의 제상장치를 나타낸 구성도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프 공기조화기는 압축기(10), 실내측 열교환기(20), 실외측 열교환기(30), 팽창기구(40), 사방밸브(50), 어큐뮬레이터(60), 및 바이패스 수단을 포함하여 구성된다.
먼저, 압축기(10)는 흡입구(11)로부터 흡입되는 저온, 저압의 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온, 고압의 기체 상태로 토출구(12)를 통해 토출하는 것이다.
상기 사방밸브(50)는 압축기(10)의 흡입구(11)와 토출구(12)를 실내측 열교환기(20)와 실외측 열교환기(30)로 각각 연결시키는 두 개의 독립된 통로를 가지며 사용자의 선택에 따른 냉방운전과 난방운전의 모드에 따라 냉매의 흐름을 바꾸도록 절환 조작된다.
실내측 열교환기(20)는 실내에 위치되며, 냉방운전 모드에서는 저온저압 액체상태의 냉매를 기체 상태로 증발시키는 증발기 역할을 하고, 난방운전 모드에서는 고온고압 기체상태의 냉매를 상온고압 액체 상태로 응축시키는 응축기의 역할을 하여, 냉매의 엔탈피 변화에 대응하여 주변 공기와 열교환하는 작용을 한다.
실내측 송풍기(21)는 실내측 열교환기(20)의 증발기 또는 응축기로서의 열교환 작용을 촉진시키는 동시에 실내에 필요한 냉풍 또는 온풍을 발생시키도록 작동된다.
팽창기구(40)는 실내측 열교환기(20)와 실외측 열교환기(30) 사이에 연결되어 어느 일측에서 이송되어 오는 상온고압 액체상태의 냉매를 저온저압의 액체 상태로 감압한다.
실외측 열교환기(30)는 상기 실내측 열교환기(20)와는 반대로 실외측에 위치되며, 냉방운전시는 응축기로서, 난방운전시는 증발기로서 주변공기와의 열교환 작용을 한다.
다음으로 실외측 송풍기(31)는 실외측 열교환기(30)의 열교환(응축기 또는 증발기로서의) 작용을 촉진시키도록 작동된다.
어큐뮬레이터(60)는 압축기(10)의 흡입구(11)와 인접하게 구비되며, 실내측 열교환기(20) 또는 실외측 열교환기(30)에서 유입되는 냉매로부터 액체상태의 냉매를 걸러낸 냉매, 즉 기체상태의 냉매만을 상기 압축기(10)로 제공하며, 내부에 수용된 오일을 상기 냉매와 더불어 압축기(10)로 제공하는 것이다.
한편, 바이패스 수단은 상기 압축기(10)에서 토출되는 고온의 냉매가 바로 실외측 열교환기(30)로 유입될 수 있도록 함으로써, 히트펌프 공기조화기의 난방운전을 수행하는 동시에 제상작업을 수행할 수 있도록 한 것이다.
구체적으로, 상기 바이패스 수단은 일측이 상기 압축기(10)와 사방밸브(50)를 연결하는 배관에 연결되고 타측은 상기 실외측 열교환기(30)의 입구측 배관과 연결한 1차 제상 배관(70)으로 구성된다.
또한, 상기 바이패스 수단은 일측이 상기 압축기(10)와 사방밸브(50)를 연결하는 배관에 연결되고 타측은 상기 실외측 열교환기(30)의 입구측 배관과 연결되 며, 상기 실외측 열교환기(30)의 냉매관 내부에 삽입되는 분사모세관(81)을 포함하는 2차 제상 배관(80)으로 구성될 수 있다.
이와 같이, 1차 제상 배관(70) 및 2차 제상 배관(80)을 구비함으로써, 히트펌프의 난방운전시에 실외측 열교환기(30)를 제상하기 위하여 냉매 사이클을 역으로 순환시켜 난방성능의 저하되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 상기 히트펌프 공기조화기의 난방운전시에도 제상운전을 수행하기 위하여 냉매 사이클을 역으로 순환시킬 필요없이 단지 1차 제상 배관(70) 또는 2차 제상 배관(80)을 통하여 압축기(10)로부터 토출되는 고온의 냉매를 직접 실외측 열교환기(30)로 유입되도록 하여 제상작업을 할 수 있는 것이다.
이때, 상기 1차 제상 배관(70) 및 2차 제상 배관(80)은 히트펌프 공기조화기에 동시에 적용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 1차 제상 배관(70) 및 2차 제상 배관(80)은 각각 제 1팽창기구(72) 및 제 2팽창기구(82)를 포함하여 압축기(10)로부터 토출되는 냉매를 감압하여 실외측 열교환기(30)로 유입되도록 하는 것이 바람직하다.
더 바람직하게는, 상기 1차 제상 배관(70) 및 2차 제상 배관(80)은 각각 제 1솔레노이드 밸브(73) 및 제 2솔레노이드 밸브(73)를 포함하여 상기 1차 제상 배관(70) 및 2차 제상 배관(80)이 선택적으로 개폐될 수 있도록 구성한다.
한편, 도 2는 본 발명에 따른 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기의 분사모세관(81)을 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이, 2차 제상 배관(80)에 구비된 분사모세관(81)은 다수의 분사공(81a)이 형성되어 실외측 열교환기(30)의 냉매관 (32) 내부에 깊숙이 삽입되어 냉매관(32) 내부로 고온의 냉매를 분사하는 역할을 한다.
이때, 상기 분사모세관(81)은 실외측 열교환기(30)를 구성하는 냉매관(32) 내부에 고르게 삽입될 수 있도록 5개 내지 6개 정도로 구성되어 실외측 열교환기(30)를 제상하기 위하여 2차 제상 배관(80)을 개방하는 경우, 빠르게 냉매관(32) 내부로 고온의 냉매가 유입되어 제상작업을 수행할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기의 시스템 계통도로서, 실외공기의 온도를 감지하기 위한 온도센서(90)를 구비하여, 제어부(100)는 상기 온도센서(90)로부터 감지된 온도에 따라, 선택적으로 제 1솔레노이드 밸브(73) 또는 제 2솔레노이드 밸브(83)를 개폐하여 제상량이 많지 않은 외기 온도(0℃ ~ 10℃ 정도)인 경우에는 1차 제상 배관(70)을 개방하기 위하여 제 1솔레노이드 밸브(73)에 제어신호를 출력하여 1차 제상 배관(70)이 개방되도록 하여 실외측 열교환기(30)의 입구측으로 압축기(10)로부터 토출되는 고온의 냉매 중 일부를 바이패스시켜 실외측 열교환기(30)의 제상작업을 수행한다.
또한, 제상량이 많은 외기 온도(-5℃ ~ -18℃ 정도)인 경우에는 2차 제상 배관(80)을 개방하기 위하여 제 2솔레노이드 밸브(83)에 제어신호를 출력하여 2차 제상 배관(80)을 개방되도록 하여 실외측 열교환기(30)의 냉매관(32) 내부로 고온의 냉매가 분사모세관(81)을 통해 직접 분사되도록 함으로써, 짧은 시간에 상기 실외측 열교환기(30)의 제상작업을 수행할 수 있는 것이다.
이와 같이, 제상작업을 하기 위하여 냉매 사이클을 난방사이클과 역으로 순환시켜 운전할 필요 없이 제상이 필요한 경우, 난방운전을 수행함과 동시에 1차 제상 배관(70) 또는 2차 제상 배관(80)을 외기 온도에 따라 선택적으로 개폐함으로써, 실외측 열교환기(30)로 고온의 냉매를 유입시켜 제상작업을 할 수 있다.
따라서 종래의 제상운전시 압축기(10)의 성능저하에 따른 난방 효율이 저하되는 문제를 해결하여 난방성능을 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기는 상술한 바와 같이, 난방운전을 수행함과 동시에 제상운전을 수행할 수 있어 압축기의 성능저하를 방지할 수 있고, 이에 따라 난방성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉매관 내부에 분사 모세관을 삽입하여 제상작업을 수행함으로써, 짧은 시간안에 제상작업을 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 흡입구로부터 흡입되는 저온, 저압 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온, 고압의 기체 상태로 토출구를 통해 토출하는 압축기;
    상기 압축기와 배관으로 연결되어 외부 공기와 열교환하는 실내측 열교환기 및 실외측 열교환기;
    상기 실내측 열교환기와 실외측 열교환기 사이에 연결되어 어느 일측에서 이송되어 오는 상온고압의 액체상태 냉매를 저온저압의 액체 상태로 감압하는 팽창기구;
    상기 압축기의 토출구 및 흡입구를 상기 실내측 열교환기와 상기 실외측 열교환기로 각각 연결시키는 통로를 가지며 난방시 냉매의 흐름을 바꾸도록 절환되는 사방밸브;
    기체상태의 냉매만 상기 압축기로 제공되도록 상기 사방밸브와 상기 압축기 사이에 구비되는 어큐뮬레이터; 및
    상기 압축기의 토출구에서 토출되는 고온의 냉매가 상기 실외측 열교환기로 유입되도록 형성한 바이패스 수단을 포함하며,
    상기 바이패스 수단은 상기 압축기와 사방밸브 사이의 배관과 상기 실외측 열교환기를 연결한 2차 제상 배관으로서, 상기 실외측 열교환기의 냉매관 내부에 삽입되는 분사 모세관을 포함하고, 상기 분사 모세관은 다수의 분사공을 포함하여, 난방운전과 동시에 상기 실외측 열교환기의 제상을 수행하는 것을 특징으로 하는 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 바이패스 수단은 일측은 상기 압축기와 사방밸브 사이의 배관과 연결하고, 타측은 상기 실외측 열교환기의 입구측 배관과 연결한 1차 제상 배관인 것을 특징으로 하는 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기.
  3. 삭제
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 바이패스 수단은 상기 1차 제상 배관 및 2차 제상 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 1차 제상 배관 및 2차 제상 배관은 각각 팽창 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 1차 제상 배관 또는 상기 2차 제상 배관은 각각 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 2차 제상 배관은 5개 또는 6개의 분사 모세관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기.
  8. 삭제
  9. 제 4항에 있어서,
    실외측 열교환기의 일측에 온도센서를 더 포함하여 상기 온도센서의 감지결과가 일반 제상온도이면, 1차 제상 배관을 개방하여 실외측 열교환기의 입구측에 고온의 냉매가 유입되도록 하고, 상기 온도센서의 감지결과가 쾌속 제상온도이면, 2차 제상 배관을 개방하여 분사모세관을 통해 실외측 열교환기의 내부로 고온의 냉매가 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 제상장치를 갖는 히트펌프 공기조화기.
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