KR100769058B1 - 히트 펌프 시스템용 실외 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트 펌프 시스템용 실외 열교환기에 관한 것이며, 상세하게는 실외 열교환기의 열원으로 공기를 이용하는 히트펌프식 냉ㆍ난방시스템의 실외 열교환기에 관한 것으로서, 구조를 단순화하고, 제상이 신속하고 양호하며, 냉매증기의 응축을 양호하게 한 것이다.

본 발명은 케이싱(10)에 냉매용 전열관(11)과 브라인용 전열관(12)을 지그재그로 형성하여 교대로 수직으로 배치하고, 상기 냉매용 전열관(11)과 브라인용 전열관(12)의 각 입구 및 출구에 입구 및 출구헤더(13a)(13b)(14a)(14b)를 설치하며, 상기 냉매용 및 브라인용 전열관(11)(12)에 다수의 핀(15)을 수직으로 설치하고, 팬(16)은 가열운전시에는 압입팬으로 구동토록 한 것이다.

냉매용 전열관, 브라인용 전열관, 핀, 팬, 검지수단

Description

히트 펌프 시스템용 실외 열교환기 {OUTDOOR HEAT EXCHANGER FOR HEAT PUMP}

도 1은 본 발명의 실시예의 일부 절단 사시도

도 2는 본 발명의 실시예의 단면도

< 도면의 주요부분에 대한 부호설명 >

11 : 냉매용 전열관 12 : 브라인용 전열관 15 : 핀

16 : 팬 18 : 검지수단

본 발명은 히트 펌프 시스템용 실외 열교환기에 관한 것이며, 상세하게는 실외 열교환기의 열원으로 공기를 이용하는 히트펌프식 냉ㆍ난방시스템의 실외 열교환기에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 히트 펌프 시스템은 압축기, 4방밸브, 실내 열교환기, 팽창밸브, 실외 열교환기 및 상기 4방밸브를 도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결하여서, 가열운전시에는 4방밸브를 압축기에서 압축된 고온ㆍ고압의 냉매증기가 실내 열교환기 측으로 흐르도록 조작하여 고온ㆍ고압의 냉매증기를 응축기로 작용하는 실내 열교환기에서 응축하여 그 응축열을 유체와 열교환시킴으로써 온수를 생성하거나 실내공기를 가열하여서 난방 또는 건조기능을 수행하고, 상기 실내 열교환기에서 응축된 고온ㆍ고압의 냉매액을 팽창밸브에서 팽창시킨 후 증발기로 작용하는 실외 열교환기에서 공기(외기)를 열원으로 하여 증발시켜 저온ㆍ저압의 냉매증기가 되게 한 후 압축기에 흡입되어 상기한 사이클을 반복하는 것이다.

그리고 냉각운전시에는 4방밸브를 압축기에서 압축된 고온ㆍ고압의 냉매증기가 실외 열교환기 측으로 흐르도록 조작하여 고온ㆍ고압의 냉매증기를 응축기로 작용하는 실외 열교환기에서 공기를 열원으로 하여 응축시키고, 상기 실외 열교환기에서 응축된 고온ㆍ고압의 냉매액을 팽창밸브에서 팽창시킨 후 증발기로 작용하는 실내 열교환기에서 냉매액을 증발시켜 유체에서 증발열을 흡수함으로써 냉수를 생성하거나 실내공기를 냉각하여 냉방 등을 하며, 실내 열교환기에서 증발된 저온ㆍ저압의 냉매증기는 압축기에 흡입되어 상기한 사이클을 반복하는 것이다.

상기한 히트 펌프 시스템은 가열운전시에 실외 열교환기에서 외기를 열원으로 하여 냉매액을 증발시킬 때 외기온도가 낮을 때에는 실외 열교환기의 표면에 서리가 맺힘으로써 냉매액의 증발이 양호하지 못하여 가열능력이 현저하게 떨어지고 있으며, 상기한 히트 펌프 시스템의 가열능력 저하를 해결하는 것이 히트 펌프 시스템의 중요 연구개발방향이 되고 있다.

그리고 냉각운전시에 외기온이 높을 때에는 실외 열교환기에서 응축되는 냉매증기와 외기와의 온도차가 작아짐으로써 냉매증기의 응축이 불완전하게 됨에 따라 냉각부하가 감소되는 경우 등에는 실내 열교환기에서 냉매액의 증발이 완전하게 되지 못하기 때문에 습냉매증기 상태로 압축기에 흡입됨으로써 액백(liquid back)이 발생하여 압축기의 밸브를 손상시키는 원인이 되며, 액압축으로 인한 액격(liquid hammer)이 발생하여 압축기가 손상되는 경우가 있을 뿐 아니라 성적계수가 저하되는 것임으로 이 또한 해결되어야할 과제이다.

상기한 요구에 부응하기 위한 히트 펌프 시스템이 특허 제 486095 호 공보에 개시되어 있는바, 상기 히트 펌프 시스템은 압축기, 4방밸브, 실내 열교환기, 냉각용 팽창밸브, 가열용 팽창밸브, 실외 열교환기 및 상기 4방밸브를 도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결한 기본냉동회로와; 상기 도관의 압축기와 4방밸브 사이에 연결한 온수가열회로와; 상기 도관의 냉각용 팽창밸브와 가열용 팽창밸브 사이에 설치하여 열매체를 충전하고, 잠열축열재와 상기 온수가열회로에 연결한 가열 열교환기 및 상기 도관의 냉각용 팽창밸브와 가열용 팽창밸브 사이에 설치한 재응축 열교환기를 내장한 축열조와; 상기 축열조에 공급관 및 순환펌프가 설치된 귀환관으로 연결되고, 상기 실외 열교환기의 흡입측에 설치한 열교환기로 구성하여서, 가열운전시 외기온이 낮을 경우에도 실외 열교환기에서 냉매액의 증발을 양호하게 하고, 냉각운전시 외기온이 높을 경우에도 실외 열교환기에서 냉매증기의 응축을 양호하게 하여 성적계수를 증대할 수 있도록 한 것이다.

그러나 상기한 히트 펌프 시스템의 제상 및 흡기냉각구조는 온수가열회로, 축열조 및 실외 열교환기의 흡입측에 설치한 열매체 순환용 열교환기를 구비하여야 함으로 구조가 복잡하고, 축열조에 냉매도관에 형성한 재응축 열교환기를 내장함으로 혹한시 등에 축열조가 동파되면 재응축 열교환기가 파손되어 열매체와 냉매가 혼합되어 주위가 청결하지 못하고, 환경오염을 일으키며, 수리비가 많이 소요되고 있다.

또한 열매체 순환용 열교환기는 실외 열교환기의 흡입측에 설치되어 있음으로 가열운전시 핀(fin) 사이에 생성된 서리의 제상이 양호하지 못할 뿐 아니라 제상시간이 오래 걸리고, 또한 냉각운전시 열매체 순환용 열교환기에서 냉각된 공기가 실외 열교환기의 핀을 통과할 때 재가열됨으로 냉매증기의 응축이 양호하지 못한 것이다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여, 구조를 단순화하고, 제상이 신속하고 양호하며, 냉매증기의 응축을 양호하게 한 히트 펌프용 실외 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 케이싱에 냉매용 전열관과 브라인용 전열관을 각각 지그재그로 형성하여 교대로 수직으로 배치하고, 상기 냉매용 및 브라인용 전열관에 다수의 핀을 수직으로 설치하며, 팬은 가열운전시에는 압입팬으로 구동토록 한 것이다.

본 발명은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 케이싱(10)에 냉매용 전열관(11)과 브라인용 전열관(12)을 지그재그로 형성하여 교대로 수직으로 즉 냉매용 전열관(11) 사이사이에 브라인용 전열관(12)을 수직으로 배치하고, 상기 냉매용 전열 관(11)과 브라인용 전열관(12)의 각 입구 및 출구에 입구 및 출구헤더(13a)(13b) (14a)(14b)를 설치하며, 상기 냉매용 및 브라인용 전열관(11)(12)에 다수의 일체형 핀(15)을 수직으로 설치하며, 팬(16)은 가열운전시에는 압입팬으로 구동토록하고, 냉각운전시에는 종래와 같이 흡입팬으로 구동토록 한 것이다.

그리고 상기 케이싱(10) 등에는 온도센서, 결로센서 등의 검지수단(18) 또는 타이머를 설치하여 브라인용 전열관(12)에 브라인(온수 또는 저온ㆍ저압의 냉매증기, 냉수 등)을 공급하는 순환펌프 또는 밸브를 제어하며, 상기 검지수단(18) 중 가열운전용은 팬 슈라우드(17)에 마이크로 스위치(19)를 설치하고, 팬 슈라우드(17)의 내부의 상기 마이크로 스위치(19)의 인접위치에 레버(20)의 일단을 힌지 결합함과 동시에 타단에 웨이트(21)를 나사 결합하여서, 핀(15) 사이에 결로가 발생되면 케이싱(10) 내의 압력이 상승함에 따라 레버(20)의 타단이 상승하여 마이크로 스위치(19)를 접속토록함으로써 상기 순환펌프를 구동하거나 밸브를 개방하여 브라인용 전열관(12)에 온수를 순환토록함으로써 제상시간을 신속하게 맞출수 있고, 또한 웨이트(21)의 위치조절만으로 제상시간의 조절도 간편하게 할 수 있는 것이다.

상기 냉매용 전열관(11)의 입구 및 출구헤더(13a)(13b)에는 기본냉동회로의 냉매도관을 연결하고, 브라인용 전열관(12)의 입구 및 출구헤더(14a)(14b)에는 보일러에서 발생한 온수, 기본냉동회로의 흡기도관 또는 수도관 등을 연결하여 외기온이 낮을 때에는 온수를, 외기온이 높을 때에는 냉수 또는 저온ㆍ저압의 냉매증기를 공급하는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 외기온도가 낮을 때에 결로가 발생되면 검지수단(18) 의 출력신호에 의하여 순환펌프가 구동되거나 밸브가 개방되어 브라인용 전열관(12)에 온수를 순환하여 그 보유열을 핀(15) 및 냉매용 전열관(11)에 열전달하여 제상을 하는바, 상기와 같이 제상을 실시할 때 초기에는 팬(16)의 구동을 중단하고 일정시간 경과후 팬(16)을 압입팬으로 구동하여 외기를 핀(15)사이로 압입하면 그 압입력과 중력에 의하여 응축수가 신속하게 핀(16)에서 분리 하강됨으로 제상이 신속하고 양호하게 되는 것이며, 제상이 완료되면 검지수단(18)의 출력신호가 중단됨으로 브라인 전열관(12)의 기능은 중단되는 것이다.

그리고 냉각운전시 외기온이 높을 때에는 브라인용 전열관(12)에 냉수 또는 저온ㆍ저압의 냉매증기를 순환시켜 핀(15)과 냉매용 전열관(11)을 냉각함으로써 냉매용 전열관(11)을 순환하는 냉매증기의 응축을 균일하고 양호하게 할 수 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같이 냉매용 전열관(11) 사이사이에 브라인용 전열관(12)을 배치함으로써 구조가 간단하고 히트 펌프 시스템 설치장소에서 쉽게 구할 수 있는 온수 또는 냉수 등을 브라인으로 이용할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 냉매용 전열관 사이사이에 브라인 전열관을 배치하고, 상기 냉매용 및 브라인용 전열관에 다수의 핀을 수직으로 설치하여서, 상기 브라인용 전열관에 온수 또는 냉수 등의 브라인을 순환시켜 가열운전시 외기온이 낮을 때 제상을 양호하게 하며, 냉각운전시 외기온이 높을 때 냉매증기의 응축을 양호하게 함으로써 실외 열교환기의 성능을 최대로 발휘할 수 있고, 특히 가열운전시 에는 팬을 압입팬으로 구동하여 그 압입력과 중력에 의하여 응축수를 분리 하강시킴으로써 제상을 더욱더 신속하게 할 수 있는 것이다.

또한 냉매용 전열관 사이사이에 브라인용 전열관을 배치함으로써 구조가 간단하고, 히트 펌프 시스템 설치장소에서 쉽게 구할 수 있는 온수 또는 냉수 등을 브라인으로 이용함으로써 유지관리가 간편하게 되는 것이다.

Claims (3)

1. 케이싱에 냉매용 전열관과 브라인용 전열관을 각각 지그재그로 형성하여 교대로 수직으로 배치하고, 상기 냉매용 및 브라인용 전열관에 다수의 핀을 수직으로 설치하며, 팬은 가열운전시에는 압입팬으로 구동토록 한 히트 펌프 시스템용 실외 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서, 팬의 팬 슈라우드에 검지수단을 부설한 히트 펌프 시스템용 실외 열교환기.
3. 제 2 항에 있어서, 검지수단은 팬 슈라우드에 마이크로 스위치를 설치하고, 팬 슈라우드의 내부의 상기 마이크로 스위치의 인접위치에 레버의 일단을 힌지 결합함과 동시에 타단에 웨이트를 나사 결합하여서 된 히트 펌프 시스템용 실외 열교환기.

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