KR100812777B1 - 냉·난방 분리 동작형 히트 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1실내 열교환기, 상기 제1실내 열교환기와 병렬로 연결되는 제2실내 열교환기, 상기 제2실내 열교환기의 입구 또는 출구 측 배관 중 적어도 한 곳에 설치되는 전자밸브, 및 상기 열교환기에서 발생하는 냉기 또는 열기를 실내 측으로 각각 송풍하는 제1, 제2송풍 팬을 구비한 실내기와; 냉매를 압축하는 압축기, 냉매를 냉각하는 실외 열교환기, 상기 실외 열교환기와 상기 복수의 실내 열교환기들을 연결하는 배관에 설치되는 제1모세관, 상기 제1모세관과 병렬로 설치되는 제2모세관, 상기 제1모세관과 직렬로 연결되고 상기 제2모세관과 병렬로 설치되며 상기 실외 열교환기에서 상기 실내기 방향으로 냉매가 순환되도록 제어하는 체크밸브, 상기 압축기와 상기 실외 열교환기 그리고 상기 복수의 실내 열교환기를 연결하고 냉매의 순환방향을 제어하는 사방밸브, 및 상기 실외 열교환기를 냉각하는 냉각 팬을 구비한 실외기를 포함하고, 상기 전자밸브는 냉방 운전 시에는 개방되고, 난방 운전 시에는 폐쇄되는 것을 특징으로 한다.
히트 펌프

Description

냉·난방 분리 동작형 히트 펌프{HEAT PUMP SYSTEM}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉·난방 분리 동작형 히트 펌프의 구성도이고,
도 2는 도 1에 도시된 구성도에 냉방 운전 시의 냉매 순환 방향을 표시한 것이고,
도 3은 도 1에 도시된 구성도에 난방 운전 시의 냉매 순환 방향을 표시한 것이고,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 히트 펌프의 구성도이다.
(도면의 부호에 대한 설명)
10: 히트 펌프 100: 실내기
110: 제1실내 열교환기 120: 제2실내 열교환기
130: 전자밸브 140: 제1송풍 팬
150: 제2송풍 팬 160: 분배기
200: 실외기 210: 압축기
220: 실외 열교환기 230: 제1모세관
232: 제2모세관 240: 체크밸브
250: 사방밸브 260: 냉각 팬
본 발명은 냉방 및 난방이 모두 가능한 히트 펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 난방운전 시, 고온의 열기를 발생할 수 있고 실외 열교환기의 성에 발생 현상을 억제하는 냉·난방 분리 동작형 히트 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 히트 펌프는 압축기, 실외 열교환기, 모세관, 실내 열교환기, 및 사방밸브로 구성된다. 이와 같이 이루어진 종래 히트 펌프는 압축기에서 압축된 냉매의 순환 방향을 선택적으로 변경하여, 더운 여름 철에는 냉방 운전하고, 추운 겨울 철에는 난방 운전을 한다.
한편, 우리나라는 여름과 겨울이 뚜렷하다. 때문에, 히트 펌프의 냉방 운전 시에는 더운 실외에 고온의 열을 발산해야 하고, 난방 운전 시에는 추운 실외에서 열을 흡수해야 한다. 그런데, 우리나라는 추운 겨울의 실외온도가 영하 이하로 떨어지는 날이 많으므로, 히트 펌프의 난방 운전이 효과적으로 이루어지기 어렵다.
특히, 종래 히트 펌프는 냉방 운전과 난방 운전에 따라 구분이 없이 동일한 크기의 실내 열교환기를 사용하므로, 난방 운전 시 실내 열교환기를 통해 냉매의 열이 다량으로 빠져나가 실외 열교환기에서 성에가 빈번히 발생하고, 이로 인해 실외 열교환기의 성능이 떨어지는 문제점이 있다.
아울러, 종래 히트 펌프는 위와 같은 문제점으로 인하여, 추운 겨울철에는 실내의 온도를 쉽게 올리지 못해 난방 장치로서의 기능이 떨어지는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 난방 운전 시, 고온의 열을 발생시킬 수 있고, 실외 열교환기의 성에 발생 현상을 억제할 수 있는 냉·난방 분리 동작형 히트 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉·난방 분리 동작형 히트 펌프는, 냉기 또는 열기를 발산하는 제1실내 열교환기, 상기 제1실내 열교환기와 병렬로 연결되는 제2실내 열교환기, 상기 제2실내 열교환기의 입구 또는 출구 측 배관 중 적어도 한 곳에 설치되는 전자밸브, 및 상기 제1실내 열교환기 및 제2실내 열교환기에서 발생하는 냉기 또는 열기를 실내 측으로 각각 송풍하는 제1, 제2송풍 팬을 구비한 실내기와; 냉매를 압축하는 압축기, 냉매를 냉각하는 실외 열교환기, 상기 실외 열교환기와 상기 복수의 실내 열교환기들을 연결하는 배관에 설치되는 제1모세관, 상기 제1모세관과 병렬로 설치되는 제2모세관, 상기 제1모세관과 직렬로 연결되고 상기 제2모세관과 병렬로 설치되며 상기 실외 열교환기에서 상기 실내기 방향으로 냉매가 순환되도록 제어하는 체크밸브, 상기 압축기와 상기 실외 열교환기 그리고 상기 복수의 실내 열교환기를 연결하고 냉매의 순환방향을 제어하는 사방밸브, 및 상기 실외 열교환기를 냉각하는 냉각 팬을 구비한 실외기를 포함하고, 상기 전자밸브는 냉방 운전 시에는 개방되고, 난방 운전 시에는 폐쇄되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제2모세관의 관 지름은 상기 제1모세관의 관 지름보다 작은 것이 좋다.
또한, 상기 제1실내 열교환기는 상기 제2실내 열교환기의 열교환 표면적보다 작은 열교환 표면적을 갖는 것이 좋다.
또한, 상기 제1송풍 팬은 상기 제2송풍 팬의 송풍용량보다 작은 것이 좋다.
또한, 상기 제1실내 열교환기와 상기 제2실내 열교환기가 연결되는 분기점에는 상기 제1실내 열교환기 및 상기 제2실내 열교환기로 소통되는 냉매량을 조절하는 분배기가 더 설치되는 것이 좋다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉·난방 분리 동작형 히트 펌프의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 구성도에 냉방 운전 시의 냉매 순환 방향을 표시한 것이고, 도 3은 도 1에 도시된 구성도에 난방 운전 시의 냉매 순환 방향을 표시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 히트 펌프(10)는 크게 실내기(100)와 실외기(200)로 구성된다.
실내기(100)는 냉방 또는 난방 대상 공간에 설치되는 부분으로서 제1실내 열교환기(110), 제2실내 열교환기(120), 전자밸브(130), 제1송풍 팬(140), 및 제2송풍 팬(150)을 포함한다.
그리고, 실외기(200)는 냉방 또는 난방 대상 공간의 외측(주로 건물의 외부 공간이나 야외)에 설치되는 부분으로서 압축기(210), 실외 열교환기(220), 제1모세관(230), 제2모세관(232), 체크밸브(240), 사방밸브(250), 및 냉각 팬(260)을 포함한다.
이와 같이 구성된 실내기(100)와 실외기(200)는 분리결합이 용이한 연결배관(300)을 매개로 연결된다.
다음에서는 실내기(100)와 실외기(200)에 구비된 구성요소를 상세히 살펴보겠다.
제1실내 열교환기(110)는 압축기(210) 및 제1모세관(230)과 연결되고, 제2실내 열교환기(120)는 제1실내 열교환기(110)에 병렬로 연결된다. 따라서, 압축기(210)에서 압축된 냉매는 사방밸브(250)의 동작에 따라 직접 또는 모세관(230)을 통과한 후 제1실내 열교환기(110)와 제2실내 열교환기(120)로 분배되어 공급되고, 제1실내 열교환기(110)와 제2실내 열교환기(120)를 경유하여 다시 압축기(210)로 순환된다.
위와 같은 냉매의 순환 구조에서, 전자밸브(130)는 제2실내 열교환기(120)로 공급되는 냉매의 출입을 제어하고, 사방밸브(250)는 냉매의 순환방향을 제어한다.
제1모세관(230)이 설치된 배관에는 체크밸브(240)가 설치되고, 제2모세관(232)이 제1모세관(230) 및 체크밸브(240)와 병렬형태로 설치된다. 체크밸브(240)는 냉매가 항상 동일 방향(실외 열교환기(220)에서 실내 열교환기(110, 120) 방향, 즉 냉방 운전시의 냉매 순환 방향)으로 제1모세관(230)을 통과하게 하고, 제2모세관(232)은 체크밸브(240)의 제어 방향에 대하여 역방향(즉, 난방 운전 시의 냉매 순환방향)으로 흐르는 냉매를 팽창시키는 구실을 한다.
한편, 제2모세관(232)의 관 지름은 제1모세관(230)의 관 지름보다 작은 것이 좋다. 이는 제2모세관(232)의 관 지름을 제1모세관(230)보다 작게 하면, 소량의 냉매가 순환하는 난방 운전 시의 냉매 팽창효율을 높일 수 있기 때문이다.
다음에서는 본 실시예에 따른 히트 펌프(10)의 냉방 운전과 난방 운전 시의 냉매 순환을 토대로 각 구성요소의 동작을 살펴보겠다. 먼저, 냉방 운전 시의 냉매 순환 방향을 살펴보겠다.
히트 펌프(10)가 냉방 운전으로 작동하면, 사방밸브(250)는 도 2에 도시된 바와 같이 압축기(210)의 출구 측과 실외 열교환기(220)가 소통되고 압축기(210)의 입구 측과 실내 열교환기(110, 120)가 소통되게 개방되고, 전자밸브(130)는 개방된다.
따라서, 압축기(210)에서 압축된 냉매는 실외 열교환기(220)와 제1모세관(230)을 거쳐 저온·저압상태로 변환된 뒤 제1실내 열교환기(110)와 제2실내 열교환기(120)로 각각 공급된다.
제1실내 열교환기(110)와 제2실내 열교환기(120)로 공급된 냉매의 냉기는 송풍 팬(140, 150)에 의해 실내로 분사되어 실내를 냉각하고, 실외 열교환기(220)에 공급된 냉기의 열기는 냉각 팬(260)에 의해 실외로 빠져나간다.
한편, 냉방 운전 시 냉매는 제2모세관(232)을 통해서도 실내 열교환기(110, 120)에 공급되나, 제2모세관(232)의 관 지름이 앞서 설명한 바와 같이 제1모세관(230)에 비해 작으므로, 대부분의 냉매는 제1모세관(230)과 체크밸브(240)를 통해 실내 열교환기(110, 120)로 공급된다.
위와 같이 냉방 운전 시의 본 발명은 2개의 실내 열교환기(110, 120)를 통해 냉매의 냉기를 실내로 공급하므로, 종래와 동일 또는 종래보다 우수한 냉방 효과를 발휘할 수 있다.
다음에서는 난방 운전 시의 냉매 순환 방향을 살펴보겠다.
히트 펌프(10)가 난방 운전으로 작동하면, 사방밸브(250)는 압축기(210)의 출구 측과 실내 열교환기(110, 120)가 소통되고 압축기(210)의 입구 측과 실외 열교환기(220)가 소통되게 개방되고, 전자밸브(130)는 폐쇄되며, 냉각 팬(260)과 제2소풍 팬(150)은 동작하지 않는다.
따라서, 압축기(210)에서 압축된 고온의 냉매는 제1실내 열교환기(110)와 제2실내 열교환기(120)로 공급된다. 그러나, 제2실내 열교환기(120) 측은 전자밸브(130)가 폐쇄되어 있으므로, 냉매가 어느 정도 공급되어 제2실내 열교환기(120)의 내부를 채운 후에는 더 이상 공급되지 않는다.
따라서, 대부분의 고온의 냉매는 제1실내 열교환기(110)를 지나면서 실내를 가열한 후 제2모세관(232)과 실외 열교환기(220)를 거쳐 압축기(210)로 순환한다. 참고로, 제1실내 열교환기(110)와 제1모세관(230)의 사이에는 앞서 설명한 바와 같 이 냉매를 냉방 순환 방향으로만 흐르도록 제어하는 체크밸브(240)가 설치되어 있으므로, 냉매가 제1모세관(230)을 통과하지 못한다.
위와 같이 구성된 본 발명은 실내를 난방하는 제1실내 열교환기(110)의 열교환면적과 제1송풍 팬(140)의 송풍용량이 압축기(210)의 용량에 비해 작으므로, 압축기(210)에서 압축된 냉매가 고온의 상태로 제1실내 열교환기(110)를 통과하면서 실내를 가열할 수 있으며, 남은 열을 실외 열교환기(220)로 전달할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 별도로 압축기(210)와 실외 열교환기(220)를 연결하는 배관을 설치하지 않아도, 고온의 냉매가 실외 열교환기(220)로 공급되는 효과를 얻을 수 있으므로, 실외 열교환기(220)에서 성에가 발생하는 것을 억제하고, 압축기(210) 효율의 증대를 꾀할 수 있으며, 이를 통해 고온의 냉매를 제1실내 열교환기(110)로 공급하여, 실내의 온도를 쉽게 상승시킬 수 있다.
다음에서는 본 발명의 다른 실시예를 살펴보겠다. 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 히트 펌프의 구성도이다. 참고로, 제1실시예와 동일한 구성요소들은 동일한 도면부호를 사용하며, 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 히트 펌프(10a)는 제1실시예의 히트 펌프(10)에 분배기(160)를 더 구비하고, 제1실내 열교환기(110)와 제1송풍 팬(140)의 열교환면적 및 송풍용량을 제2실내 열교환기(120)와 제2송풍 팬(150)보다 축소한 형태이다. 그러나, 제1실내 열교환기(110)와 제2실내 열교환기(120)를 합한 열교환면적과, 제1송풍 팬(140)과 제2송풍 팬(150)을 합한 송풍용량은 제1실시예와 동일하다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 냉방 작동 시의 냉방 용량은 제1실시예와 동일하면서, 난방 작동 시의 난방온도를 제1실시예보다 높일 수 있다. 즉, 본 실시예는 제2실내 열교환기(120)보다 열교환면적이 작은 제1실내 열교환기(110)에 고온의 냉매가 집중되므로, 제1실내 열교환기(110)에서 높은 온도를 얻을 수 있다.
한편, 분배기(160)는 냉방 운전 시 제1실내 열교환기(110)와 제2실내 열교환기(120)의 크기에 맞게 냉매를 분할 공급하는 구실을 한다.
상기한 바와 같이 본 발명은 난방 운전 시, 실내 열교환기의 온도를 종래보다 높게 올릴 수 있으며, 실외 열교환기에서 성에가 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 냉기 또는 열기를 발산하는 제1실내 열교환기, 상기 제1실내 열교환기와 병렬로 연결되는 제2실내 열교환기, 상기 제2실내 열교환기의 입구 또는 출구 측 배관 중 적어도 한 곳에 설치되는 전자밸브, 및 상기 제1실내 열교환기 및 제2실내 열교환기에서 발생하는 냉기 또는 열기를 실내 측으로 각각 송풍하는 제1, 제2송풍 팬을 구비한 실내기와;
    냉매를 압축하는 압축기, 냉매를 냉각하는 실외 열교환기, 상기 실외 열교환기와 상기 복수의 실내 열교환기들을 연결하는 배관에 설치되는 제1모세관, 상기 제1모세관과 병렬로 설치되는 제2모세관, 상기 제1모세관과 직렬로 연결되고 상기 제2모세관과 병렬로 설치되며 상기 실외 열교환기에서 상기 실내기 방향으로 냉매가 순환되도록 제어하는 체크밸브, 상기 압축기와 상기 실외 열교환기 그리고 상기 복수의 실내 열교환기를 연결하고 냉매의 순환방향을 제어하는 사방밸브, 및 상기 실외 열교환기를 냉각하는 냉각 팬을 구비한 실외기를 포함하고,
    상기 전자밸브는 냉방 운전 시에는 개방되고, 난방 운전 시에는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 냉·난방 분리 동작형 히트 펌프.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2모세관의 관 지름은 상기 제1모세관의 관 지름보다 작은 것을 특징으로 하는 냉·난방 분리 동작형 히트 펌프.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1실내 열교환기는 상기 제2실내 열교환기의 열교환 표면적보다 작은 열교환 표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 냉·난방 분리 동작형 히트 펌프.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1송풍 팬은 상기 제2송풍 팬의 송풍용량보다 작은 것을 특징으로 하는 냉·난방 분리 동작형 히트 펌프.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1실내 열교환기와 상기 제2실내 열교환기가 연결되는 분기점에는 상기 제1실내 열교환기 및 상기 제2실내 열교환기로 소통되는 냉매량을 조절하는 분배기가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 냉·난방 분리 동작형 히트 펌프.
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