KR100876285B1 - 가스히트펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스히트펌프 시스템에 관한 것으로, 어큐뮬레이터와 이젝터 사이에 배관을 연결하고, 압축기로부터 발생되는 고압 토출냉매의 일부를 이젝터로 공급하여 어큐뮬레이터의 액냉매 수위가 상승할때, 발생하는 액압축 현상을 방지하도록 한 것이다.

본 발명은 압축기와, 냉난방 모드로 대응하여 냉매의 흐름을 전환시키는 4방밸브와, 응축기 및 증발기와, 응축기와 증발기사이에 위치하면서 냉매를 감압,팽창하는 팽창밸브와, 액냉매를 분리하는 기능을 하는 어큐뮬레이터로 이루어지는 가스히트펌프 시스템에 있어서, 상기 압축기를 통과한 고압의 냉매가 응축기로 흐르는 도중에 기동시 또는 저부하 운전시 개방되어 이젝터로 유입되도록 하는 배관과,

상기 배관상에 구비되는 바이패스밸브와, 상기 어큐뮬레이터와 상기 이젝터 사이에 연결되어 어큐뮬레이터안에 액냉매를 상기 이젝터로 다시 보내어 순환되도록 하는 배관과, 상기 어큐뮬레이터에 구비되어서 액냉매가 배관을 통해 배출되도록 개폐되는 플로팅밸브로 이루어진 구조이다.

이러한 구조를 가지는 본 발명은 별도의 유량조절밸브를 구비할 필요가 없고, 이젝터를 선택적으로 사용할 수 있으며, 이젝터의 고압부와 저압부간의 압력차이가 커서 저압부에서 끌어올릴 수 있는 액냉매량이 많고 그에따라 종래에 비하여 작은 직경의 배관으로 구성할 수 있고, 복수의 체크밸브를 사용하지 않아도 되므로, 그 만큼 장치가 단순화되는 효과가 있다.

가스히트펌프, 액압축, 방지, 바이패스, 밸브, 체크밸브, 증발기, 응축기, 팽창밸브, 압축기, 어큐뮬레이터

Description

가스히트펌프 시스템{Gas Heat Pump System}

본 발명은 가스히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 어큐뮬레이터와 이젝터 사이에 배관을 연결하고, 압축기로부터 발생되는 고압소스의 일부를 이젝터로 공급하여 어큐뮬레이터의 액냉매 수위가 상승하는 것을 방지하여 액압축 현상이 발생하지 않도록 한 것이다.

일반적으로, 가스히트펌프 시스템과 같은 공기조화장치에 있어서 압축기를 보호할 목적으로 압축기의 흡입구 앞에 어큐뮬레이터를 설치하고, 냉매의 기액을 분리하여 냉매증기를 압축기가 흡입하도록 한다.

종래의 공기조화장치의 일례를 보면, 일본공개특허 특개 제 2004-309029호 (이하 "선행특허"라 함)(명칭 : 냉동사이클장치)에 개시되어 있는데, 도면을 참조하여 설명한다.

참고로, 도면을 참조하여 선행특허를 설명함에 있어서 선행특허 공보대로 부호를 부여하지 않고 설명의 편의상 별도 부호를 부여하여 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(10)와, 냉난방 모드로 대응하여 냉매의 흐름을 전환시키는 4방밸브(12)와, 응축기(14) 및 증발기(16)와, 감압팽창수단인 팽 창밸브(18) 및 이젝터(20)와, 팽창밸브(18)와 이젝터(20)에 흐르는 냉매의 방향을 동일방향으로 하기 위한 체크밸브(22)(24)(26)(28)와, 액냉매분리수단인 어큐뮬레이터((30)와, 어큐뮬레이터(30)로부터 이젝터(20)로 흐르는 냉매의 유량을 조절하는 유량조절밸브(32)로서 구성한다.

또한, 상기 어큐뮬레이터(30)로부터 냉매를 공급받을 수 있도록 연결된 배관(압축기(10)의 입구측과 연결되는 배관)과 압축기(10)로부터 압축된 냉매가 배출될때의 배관(압축기(10)의 출구측에 연결되는 배관)사이를 연결하는 배관에 바이패스밸브(11)(선행특허의 공보에는 기재되어 있지 않음)가 설치되어서 압축기(10)의 기준용량 이하의 저부하 운전시, 압축기(10)의 고압측과 저압측을 연결하여 저부하 운전이 가능하도록 한다.

상기 바이패스밸브(11)는 일반적인 공기조화장치에 기본적으로 설치되어 있다.

또한, 상기 이젝터(20)는 노즐(20a), 혼합부(20b), 디퓨저(20c)로 이루어져 있고, 노즐(20a)에서 냉매는 감압가속되며, 혼합부(20b)로 압력을 회복시켜서 디퓨저(20c)로 감속하여 소정의 정압까지 압력을 회복한다.

또한, 어큐뮬레이터(30)에는 위치를 달리하는 액면검지센서(40)(42)가 갖추어져 있다. 상기 한쪽 액면검지센서(40)는 냉매리턴입구(44)보다 소정의 높이만큼 높은 위치로 설치하고, 유량조절밸브(32)를 제어하므로써, 액면검지센서(40)의 출력에 대응하여 냉매위에 부유하는 냉동기유를 피드백시키지 않기때문에, 냉동기유가 증발기로 되돌아가서 증발기의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 다른쪽 액면검지센서(42)는 냉매리턴입구(44)보다 소정 높이만큼 낮은 위치에 설치되어서 확실하게 냉매만을 증발기(16)로 되돌리도록 된 구조이다.

이러한 구성을 가지는 종래의 공기조화장치는 예를 들어 냉방운전시, 압축기(10)로부터 토출되는 고압의 냉매증기가 사방밸브(12)를 지나서 응축기(14)에 유입되어 응축되면 액냉매가 된다. 그런 다음에, 체크밸브(22)를 거쳐서 팽창밸브(18)를 지나 이젝터(20)를 통과하고, 이어서 체크밸브(26)를 지나서 증발기(16)로 유입된다.

상기 팽창밸브(18) 및 이젝터(20)를 통과하는 과정에서, 액냉매는 감압팽창하고, 기액 2상 상태로 된다. 따라서, 증발기(16)에서 증발하여 다시 4방밸브(12)를 거친 다음 어큐뮬레이터(30)안으로 유입된다. 냉매증기는 다시 압축기(10)로 피드백된다.

이러한 종래의 공기조화장치인 냉동사이클장치는 상기 어큐뮬레이터(30)에 구비된 액면검지센서(40)(42)와는 별도로 유량조절밸브(32)가 필요하다. 더욱이 종래의 장치는 항상 이젝터(20)를 통해서 구동되도록 되어 있어 이젝터(20)가 필요없는 경우에도 항상 이젝터(20)로 인한 추가적인 압력손실을 가지는 문제점이 있다.

또한, 이젝터는 고압의 압력소스를 입력받아서, 저압부에서 유체를 끌어올리는 수단으로서, 고압소스부와 저압부의 압력차이가 커야지만, 저압부에서 유체를 끌어올릴 수 있는데, 종래의 선행특허는 고압의 압력소스는 감압팽창밸브를 항상 지나게 되므로, 저압부와의 압력차이가 거의 없어 효과가 미미한 것이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해서 발명된 것으로서, 불필요한 구성요소를 제거할 수 있어 장치가 단순화되고, 이젝터를 선택적으로 사용할 수 있어 추가적인 압력손실을 줄일 수 있어, 경제적으로 장치를 구성할 수 있으며, 액압축 현상을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 압축기와, 냉난방 모드로 대응하여 냉매의 흐름을 전환시키는 4방밸브와, 응축기 및 증발기와, 응축기와 증발기사이에 위치하면서 냉매를 감압,팽창하는 팽창밸브와, 액냉매를 분리하는 기능을 하는 어큐뮬레이터로 이루어지는 가스히트펌프 시스템에 있어서,

상기 압축기를 통과한 고압의 냉매가 응축기로 흐르는 도중에 기동시 또는 저부하 운전시 개방되어 이젝터로 유입되도록 하는 배관과,

상기 배관상에 구비되는 바이패스밸브와,

상기 어큐뮬레이터와 상기 이젝터 사이에 연결되어 어큐뮬레이터안에 액냉매를 상기 이젝터로 다시 보내어 순환되도록 하는 배관과,

상기 어큐뮬레이터에 구비되어서 액냉매가 배관을 통해 배출되도록 개폐되는 플로팅밸브로 이루어진 구조이다.

상기 어큐뮬레이터와 이젝터사이에 형성되는 배관에는 상기 바이패스밸브가 잠금상태일때, 액냉매가 역류하는 것을 방지하도록 하는 체크밸브가 구비될 수 있 다.

이와 같이 본 발명은 종래와 달리 별도의 유량조절밸브를 구비할 필요가 없고, 이젝터를 선택적으로 사용할 수 있으며, 압축기에의 액압축 현상을 사전에 방지할 수 있고, 복수의 체크밸브를 사용하지 않아도 되므로, 그 만큼 장치가 단순화되는 효과가 있다.

또한, 압축기의 토출측의 온도와 흡입측의 온도차가 작아지면, 바이패스밸브를 개방하여 액냉매의 수위를 적절히 조절할 수 있고, 기동시 또는 저부하운전시에도 액압축현상의 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.

상기 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략하며, 새로운 구성요소에 대해서는 새로운 구성요소를 부여하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 가스히트펌프 시스템을 도시한 계통도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 압축기(10)와, 냉난방 모드로 대응하여 냉매의 흐름을 전환시키는 4방밸브(12)와, 응축기(14) 및 증발기(16)와, 응축기(14)와 증발기(16)사이에 위치하면서 냉매를 감압,팽창하는 팽창밸브(18)와, 액냉매를 분 리하는 기능을 하는 어큐뮬레이터(30)로 이루어지고,

상기 압축기(10)를 통과한 고압의 냉매가 응축기(14)로 흐르는 도중에 기동시 또는 저부하 운전시 개방되어 이젝터(20)로 유입되도록 하는 배관(50)과, 이 배관(50)상에 구비되는 바이패스밸브(51)가 갖추어진다.

본 발명의 실시예에서, 상기 저부하 운전조건은 실외기 대비 실내기의 가동율이 30%이하인 경우이다.

또한, 상기 어큐뮬레이터(30)와 이젝터(20)사이에 형성되어 어큐뮬레이터(30)안의 액냉매를 이젝터(20)로 보내도록 하는 배관(60)이 구비되고, 상기 배관(60)에는 상기 바이패스밸브(51)가 잠금상태일때, 액냉매가 역류하는 것을 방지하도록 하는 체크밸브(61)를 구비한 구조이다.

또한, 상기 어큐뮬레이터(30)의 일측면에는 배관(60)을 통해 이젝터(20)로 액냉매가 배출되어 증발기(16)로 공급되도록 개폐되는 플로팅밸브(70)가 구비되어 있다.

이러한 구성을 가지는 본 발명은 통상의 가스히트펌프 시스템으로서 가동되는 과정에서, 기동시 또는 저부하운전시에는 이젝터(20)를 이용하여 시스템을 구동시키고, 그외의 평상시에는 이젝터(20)를 사용하지 않고 통상의 사이클로 작동시킨다.

여기서, 기동시는 아직 사이클이 제대로 형성되지 않은 상태에서 압축기(10)가 기동되어 액냉매가 압축기(10)쪽으로 흘러들러오게 되는 것이다.

또한, 저부하운전시에는 실내기(증발기)쪽의 부하가 적은 상태로 운전되어 미처 증발되지 못한 냉매들이 어큐뮬레이터(30)에 쌓이게 되어서 다시 압축기(10)쪽으로 흘러들어가는 액압축 현상이 발생할 수 있는 것이다.

따라서, 기동시에는 실내기의 용량에 관계없이 항상 이젝터(20)를 이용하여 액냉매를 회수해야 한다.

기동시 또는 저부하 운전시에 어큐뮬레이터(30)의 액냉매 수위가 올라가는데, 이때 플로팅밸브(70)를 개방하여 배관(60)을 통해 체크밸브(61)를 통과하여 이젝터(20)안으로 액냉매를 공급한다.

예를 들어 멀티시스템인 경우, 즉 실외기 1대에 복수의 실내기를 설치하여 사용할때에, 예를들어 실내기중 1대만 가동시키는 상태일때 저부하운전조건이 된다. 저부하 운전조건은 실외기 용량 대비 가동 실내기의 용량비율이 30%이하인 경우를 의미하는 것이다.

다시 말해서, 실외기가 1대이고, 실내기가 10대인 멀티시스템인 경우에, 실내기 10대중 3대 이하로 가동하는 경우를 말하는 것이다.

이러한 저부하 운전시에는 압축기(10)의 가동시, 압축기(10)의 압축일에 의해 순환되는 냉매량이 실내기인 증발기(16)의 가동용량보다 크기때문에, 공급되는 액냉매 모두가 증발되지 못하고 그 일부가 다시 어큐뮬레이터(30)에 쌓이게 되고, 그에따라 쌓이는 액냉매에 의해 압축기(10)로 넘어가는 액압축현상이 발생할 수 있는데, 본 발명은 어큐뮬레이터(30)안의 소정높이에 플로팅밸브(70)가 설치되어 있어 플로팅밸브(70)의 설치높이보다 높게 액냉매의 수위가 올라오는 경우에, 플로팅 밸브(70)가 개방되어서 배관(60)을 통해 이젝터(20)로 배출된다.

이때, 플로팅밸브(70)의 개방만으로 배관(60)을 통해 액냉매가 이동할 수 없으므로, 본 발명에서는 압축기(10)로부터 받은 고압소스를 이용하여 바이패스밸브(51)를 개방하여 배관(50)을 통해 이젝터(20)안으로 고압의 냉매가스를 공급한다. 그러면, 상기 배관(60)을 통해 액냉매가 이젝터(20)안으로 유입될 수 있는 것이다. 이렇게 유입된 액냉매는 증발기(16)로 공급되어 증발작용을 하면서 다시 순환되어 액냉매가 어큐뮬레이터(30)안에 과도하게 쌓이지 않도록 하는 것이다.

만일, 압축기(10)를 가동시킬때, 본 발명에 따른 배관(50) 및 바이패스밸브(51)가 설치되지 않은 경우에는 저부하 운전시보다 더 큰 압축일을 가지고 시스템을 가동시키므로, 압축기(10)가 정지하거나 증발기(16)가 증발량이 적어져서 액냉매가 많아지는 상태로 다시 어큐뮬레이터(30)안으로 유입되어 액냉매의 수위가 높아져서 압축기(10)로 넘어가게 되는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 바이패스밸브(51)의 개방에 의해서 액냉매의 수위가 적절히 조절되므로, 기동시 또는 저부하 운전시 유용하게 사용할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명은 상기 이젝터(20)를 통해서 증발기(16)로 돌아가는 액냉매의 양을 바이패스밸브(51) 및 플로팅밸브(70)에 의해 조절될 수 있다.

또한, 상기 배관(60)에는 체크밸브(61)가 구비되어서, 바이패스밸브(51)의 잠금시 냉매의 역류를 방지할 수 있는 것이다.

본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러가지 변형 및 수정이 가능함은 자명한 사실이다.

도 1은 종래의 가스히트펌프 시스템을 개략적으로 도시한 계통도이다.

도 2는 본 발명에 따른 가스히트펌프 시스템을 도시한 계통도이다.

[도면의 부호설명]

10 : 압축기

12 : 4방밸브

14 : 응축기

16 : 증발기

18 : 팽창밸브

20 : 이젝터(ejector)

30 : 어큐뮬레이터(accumulator)

50 : 배관

51 : 바이패스밸브(bypass valve)

60 : 배관

61 : 체크밸브

70 : 플로팅밸브(floating valve)

Claims (2)

1. 압축기(10)와, 냉난방 모드로 대응하여 냉매의 흐름을 전환시키는 4방밸브(12)와, 응축기(14) 및 증발기(16)와, 응축기(14)와 증발기(16)사이에 위치하면서 냉매를 감압,팽창하는 팽창밸브(18)와, 액냉매를 분리하는 기능을 하는 어큐뮬레이터(30)로 이루어지는 가스히트펌프 시스템에 있어서,

   상기 압축기(10)를 통과한 고압의 냉매가 응축기(14)로 흐르는 도중에 기동시 또는 저부하 운전시 개방되어 이젝터(20)로 유입되도록 하는 배관(50)과,

   상기 배관(50)상에 구비되는 바이패스밸브(51)와,

   상기 어큐뮬레이터(30)와 상기 이젝터(20) 사이에 연결되어 어큐뮬레이터(30)안에 액냉매를 상기 이젝터(20)로 다시 보내어 순환되도록 하는 배관(60)과,

   상기 어큐뮬레이터(30)에 구비되어서 액냉매가 배관(60)을 통해 배출되도록 개폐되는 플로팅밸브(70)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 어큐뮬레이터(30)와 이젝터(20)사이에 형성되는 배관(60)에는 상기 바이패스밸브(51)가 잠금상태일때, 액냉매가 역류하는 것을 방지하도록 하는 체크밸 브(61)가 구비될 수 있는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템.

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