KR100954459B1

KR100954459B1 - 사방변 밸브

Info

Publication number: KR100954459B1
Application number: KR1020090068283A
Authority: KR
Inventors: 전창덕
Original assignee: 충주대학교 산학협력단; (주)헤스코
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2010-05-03

Abstract

사방변 밸브가 제공된다. 외부로부터 유입된 유체가 유입된 후 유출가능한 제 1 및 제 2 유로를 내부에 구비한 몸체를 포함하는 사방변 밸브로서, 상기 제 1 유로는 외부로부터 제 1 유체가 유입되는 제 1 유입구 및 상기 유체가 선택적으로 유출되는 제 1 및 제 2 유출구를 포함하고, 상기 제 2 유로는 외부로부터 제 2 유체가 선택적으로 유입되는 제 2 및 제 3 유입구 및 상기 제 2 유체가 유출되는 제 3 유출구를 포함하고, 상기 제 1 유로의 상기 제 1 및 제 2 유출구에는 각각 제 1 및 제 2 유로 개폐 밸브가 설치되며, 상기 제 2 유로의 상기 제 2 및 제 3 유입구에는 각각 제 3 및 제 4 유로 개폐 밸브가 설치되는, 사방변 밸브는 조립과 분리가 용이하여, 기존의 사방변 밸브보다 내구성이 우수하고 유지 및 보수가 용이하기 때문에 히트펌프 등과 같이 사방변 밸브를 사용하는 장치의 가격 경쟁력을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

사방변, 밸브, 솔레노이드, 조립,

Description

사방변 밸브{4-way reversing valve}

본 발명은 사방변 밸브에 관한 것으로, 보다 상세히, 냉방 및 난방 부하에 따라 냉매의 유로방향을 변경시킬 수 있는 히트펌프용 사방변 밸브에 관한 것이다.

히트펌프는 하나의 장치로 난방과 냉방을 할 수 있는 장치로 냉방 시는 압축기에서 토출된 고온 고압의 냉매는 실외기로, 실내기를 통과한 저온 저압의 냉매는 압축기로 유입되며, 난방 시는 압축기에서 토출된 냉매는 실내기로, 실외기를 통과한 냉매는 압축기로 유입되어야 하는데 사방변 밸브를 사용하여 이러한 냉매의 흐름 방향을 전환시켜 준다.

도 1a 및 1b에는 종래의 히트펌프의 일 예가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 압축기(10)에서 토출된 고온 고압의 냉매는 사방변 밸브(20)의 작동에 따라 냉방 시에는 실외기(30)로, 난방 시에는 실내기(40)로 보내지며 압축기로 유입되는 냉매 또한 사방변 밸브(20)의 작동에 따라 냉방 시에는 실내기(40)로부터, 난방 시에는 실외기(30)로부터 유입된다.

도 2는 히트펌프 난방 작동 시, 종래의 사방변 밸브의 냉매 흐름을 보인 계통도이다. 코일(45)에 통전이 되지 않으면 스프링(50) 힘에 의해 파일럿 밸브(60) 의 파일럿 밸브 우실(70) 통로는 막히고, 좌실(70′) 통로는 열린다. 이로 인해 압축기(10)로부터 토출된 고압의 냉매는 우측 피스톤(80)에 작용하고 좌측 피스톤(80′)에는 저압이 걸려 슬라이드 밸브(90)가 좌측으로 이동해 고온 고압의 냉매는 실내기 방향으로, 저온 저압의 냉매는 실외기 방향으로 흘러 난방 가동이 된다.

반대로 코일(45)에 통전이 되면 파일럿 밸브(60)가 우측으로 당겨져 밸브 우실(70) 통로는 열리고, 좌실(70′) 통로는 열려, 고온 고압의 냉매는 실외기 방향으로, 저온 저압의 냉매는 실내기 방향으로 흘러 냉방 가동이 된다.

이렇듯 종래의 사방변 밸브는 내부 구조가 복잡하여 사방변 밸브 전문 생산업체에서만 제조가 가능하며, 완전 밀폐형이기 때문에 내부 부품에 고장이 발생하였을 경우 수리가 불가능한 문제점을 가지고 있다. 특히 동 배관 용접 시 발생한 산화피막 등 이물질이 슬라이딩 면에 침착이 되면 슬라이딩 밸브(90)가 중간에 멈춰서는 경우가 종종 발생한다. 또한 중앙에 있는 압축기 냉매 흡입 연결관은 압축기 토출 연결관과 실내기(또는 실외기) 연결관 사이에 위치해 있기 때문에 히트펌프에 사방변 밸브를 용접하여 설치하는 경우 용접 작업이 용이하지 않는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 생산 공정이 매우 단순하여 별도의 사방변 밸브 제조 장비 없이도 저가에 생산이 가능하며, 유로 개폐 밸브가 외부에 노출되어 있어 기존 사방변 밸브에 비해 유지, 보수, 교체가 월등히 우수하고, 히트펌프 시스템과 연결하는 연결관의 배치가 용접에 용이하도록 구비된 사방변 밸브 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 외부로부터 유입된 유체가 유입된 후 유출가능한 제 1 및 제 2 유로를 내부에 구비한 몸체를 포함하는 사방변 밸브로서, 상기 제 1 유로는 외부로부터 제 1 유체가 유입되는 제 1 유입구 및 상기 유체가 선택적으로 유출되는 제 1 및 제 2 유출구를 포함하고, 상기 제 2 유로는 외부로부터 제 2 유체가 선택적으로 유입되는 제 2 및 제 3 유입구 및 상기 제 2 유체가 유출되는 제 3 유출구를 포함하고, 상기 제 1 유로의 상기 제 1 및 제 2 유출구에는 각각 제 1 및 제 2 유로 개폐 밸브가 설치되며, 상기 제 2 유로의 상기 제 2 및 제 3 유입구에는 각각 제 3 및 제 4 유로 개폐 밸브가 설치되는, 사방변 밸브가 제공된다.

이 때, 상기 제 1 내지 제 4 유로 개폐 밸브는 상기 몸체로부터 분리가능하게 형성되는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 제 1 내지 제 4 유로 개폐 밸브는 스톱 밸브, 단속 밸브, 유로 개폐 밸브 및 나비 밸브 중 어느 하나일 수 있다.

한편, 상기 몸체는 육면체 형상으로 이루어지며, 상기 제 1 유로 및 상기 제 2 유로는 상기 몸체 내부에서 상하로 나란하게 T자 형상으로 배열될 수 있다.

이 때, 상기 몸체는 플라스틱 또는 금속 재질로 이루어질 수 있다.

한편, 사방변 밸브는 상기 제 1 유출구에 연결되는 제 1 유출관 및 상기 제 2 유입구에 연결되는 제 2 유입관에 일단부측이 동시에 유체소통가능하게 연결되는 제 1 도관; 및 상기 제 2 유출구에 연결되는 제 2 유출관 및 상기 제 3 유입구에 연결되는 제 3 유입관에 일단부측이 동시에 유체소통가능하게 연결되는 제 2 도관을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기와 같은 구성을 갖는 사방변 밸브를 구비한 히트 펌프로서, 상기 제 1 유입구를 통하여 상기 제 1 유로로 고온 고압의 냉매를 유입시키고 상기 제 3 유출구를 통하여 나온 냉매를 압축하는 압축기; 상기 제 1 유로의 상기 제 1 유출구 및 상기 제 2 유로의 상기 제 2 유출구와 유체소통가능하게 연결된 실내기; 상기 제 1 유로의 상기 제 2 유출구 및 상기 제 2 유로의 상기 제 3 유입구와 유체소통가능하게 연결된 실외기; 상기 실외기 및 상기 실내기를 연결하는 연결 도관; 및 상기 연결 도관에 설치된 팽창 밸브 및 체크 밸브를 포함하는, 히트 펌프가 제공된다.

이 때, 상기 히트 펌프는 상기 제 3 유출구를 통하여 나온 냉매를 저장한 후 상기 압축기에 상기 냉매를 공급하는 어큐뮬레이터를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 히트 펌프는 일단부가 상기 제 1 유출구에 연결되는 제 1 유출관 및 상기 제 2 유입구에 연결되는 제 2 유입관에 동시에 유체소통가능하게 연결되고, 타단부가 상기 실내기에 유체 소통가능하게 연결되는 제 1 도관; 및 일단부가 상기 제 2 유출구에 연결되는 제 2 유출관 및 상기 제 3 유입구에 연결되는 제 3 유입관이 동시에 유체소통가능하게 연결되고, 타단부가 상기 실외기에 유체 소통가능하게 연결된 제 2 도관을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 상기와 같은 구성을 갖는 히트 펌프의 작동 방법으로서, 상기 제 1 및 제 4 유로 개폐 밸브를 닫고, 상기 제 2 및 제 3 유로 개폐 밸브를 개방함으로써 냉방 모드를 작동시킬 수 있다.

이 때, 상기 히트펌프는 상기 제 1 및 제 4 유로 개폐 밸브를 개방하고, 상기 제 2 및 제 3 유로 개폐 밸브를 닫음으로써 난방 모드를 작동시킬 수 있다.

본 발명에 의한 사방변 밸브는 쉽게 제작할 수 있는 블록 형태의 몸체와 쉽게 구입할 수 있는 밸브를 사용하여 저가의 제작비용으로도 완벽하게 기존의 사방변 밸브 기능을 수행할 수 있으며, 기존의 사방변 밸브보다 내구성이 우수하고 유지 및 보수가 용이하여 히트펌프 등과 같이 사방변 밸브를 사용하는 장치의 가격 경쟁력을 비약적으로 향상시킬 수 있는 것이다.

도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브의 구성을 설명하기 위한 구성도이다. 도 3b는 도 3a에서 A 부분의 단면도로서, 몸체 내부의 유로의 형태를 도시한 도면이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브(100)는, 외부로부터 유입된 유체가 유입된 후 유출가능한 제 1 유로(I) 및 제 2 유로(II)를 내부에 구비한 몸체(102)를 포함한다.

상기 몸체(102)는 정육면체 또는 직육면체와 같은 육면체 형상으로 이루어지며, 플라스틱 또는 금속 재질로 이루어진다. 본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브의 몸체(102)는 육면체 형상의 플라스틱 또는 금속 재질로 이루어짐으로써, 형태가 단순하고 제조가 간단하므로, 사방변 밸브의 제조 비용이 절감될 수 있다.

상기 제 1 유로(I)에는 외부로부터 제 1 유체가 유입되는 제 1 유입구(130) 및 상기 유체가 선택적으로 유출되는 제 1 및 제 2 유출구(110, 120)가 형성된다. 본 실시예에서 제 1 유체는 압축기로부터 유출된 고온 고압의 냉매이다.

이 때, 제 1 유입구(130)는 도 3a에서 볼 때 좌측면 상부에 위치되며, 제 1 유출구(110)는 우측면 상부에 위치되고, 제 2 유출구(120)는 전방 측면 상부에 위치된다.

본 실시예에 따르면, 외부로부터 몸체(102) 내부로 제 1 유입구(130)를 통하여 제 1 유체가 유입되며, 제 1 유입구(130)를 통하여 제 1 유로(I)로 유입된 유체는 제 1 유출구(110) 또는 제 2 유출구(120)를 통하여 몸체 외부로 유출된다.

상기 제 2 유로(II)에는 외부로부터 제 2 유체가 선택적으로 유입되는 제 2 및 제 3 유입구(140, 150) 및 상기 제 2 유체가 유출되는 제 3 유출구(160)가 형성된다. 이 때, 제 2 유체는 실내기(40) 또는 실외기(30)를 통과한 후 몸체 내부로 유입되는 냉매이다.

이 때, 제 2 유입구(140)는 도 3a에서 볼 때 우측면 하부에 위치되며, 제 3 유입구(150)는, 전방 측면 하부에 위치된다. 또한 제 3 유출구(160)는 좌측면 하부에 위치된다.

본 실시예에 따르면, 외부로부터 몸체 내부로 제 2 유입구(140) 또는 제 3 유입구(150) 중 어느 하나를 통해 유입된 제 2 유체는 제 3 유출구(160)를 통하여 몸체(102) 외부로 유출된다.

본 실시예에 따르면, 도 3b에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 제 1 유로(I) 및 제 2 유로(II)는 상기 몸체 내부에 T자 형상으로 이루어지도록 형성된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 유로(I)의 상기 제 1 및 제 2 유출구(110, 120)에는 각각 제 1 및 제 2 유로 개폐 밸브(170, 190)가 설치된다. 또한, 상기 제 2 유로(II)의 상기 제 2 및 제 3 유입구(150)에는 각각 제 3 및 제 4 유로 개폐 밸브(230, 250)가 설치된다. 이 때, 상기 제 1 내지 제 4 유로 개폐 밸브(170, 190, 230, 250)는 제 1 유출구(110) 및 제 2 유출구(120), 그리고, 제 2 유입구(140) 및 제 3 유입구(150)를 개폐하기 위한 밸브이다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 사방변 밸브의 몸체(102)의 정면에는 제2 유로 개폐 밸브(190)의 연결관(200)과 제4 유로 개폐 밸브(250)의 연결관(260)에 각각 연결되는 제 2 유출구(120)와 제 3 유입구(150)가 형성되며, 몸체(102)의 우측면에는 제1 유로 개폐 밸브(170)의 연결관(180)과 제3 유로 개폐 밸브(230)의 연결관(240)에 각각 연결되는 제 1 유출구(110)와 제 2 유입구(140)가 형성되고, 몸 체(102)의 좌측면에는 압축기 토출 라인(304)과 압축기 흡입 라인(303)에 각각 연결되는 제 1 유입구(130)와 제 3 유출구(160)가 형성된다.

그러나, 이는 일 실시예에 불과한 것이며, 몸체의 형태 및 몸체 내부에 형성되는 유로의 형상 및 유입구 및 유출구의 위치는 앞서 설명한 실시예에 제한되지 않는다.

본 실시예에 따르면, 제 1 내지 제 4 유로 개폐 밸브(170, 190, 230, 250)는 솔레노이드 밸브를 이용하여 구성된다. 이에 따라, 제 1 내지 제 4 유로 개폐 밸브(170, 190, 230, 250)는 전기가 통전됨에 따라 유입구 또는 유출구를 개방 또는 폐쇄하도록 형성된다.

한편, 본 실시예에서는 솔레노이드 밸브를 사용하였으나, 이와 같이 유입구 또는 유출구를 개방하거나 폐쇄할 수 있는 밸브라면 어떠한 밸브가 사용되는 것도 가능하다. 본 실시예에 따른 사방변 밸브에 사용될 수 있는 밸브로서, 예를 들어, 스톱 밸브, 단속 밸브, 유로 개폐 밸브 및 나비 밸브 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에 따른 사방변 밸브에 사용될 수 있는 제 1 내지 제 4 유로 개폐 밸브는 이미 공지되어 상용화된 밸브를 이용하거나, 혹은 본 발명의 사방변 밸브를 위하여 특별하게 제작된 형태의 밸브를 사용하는 것도 가능하다.

한편, 상기 제 1 내지 제 4 유로 개폐 밸브(170, 190, 230, 250)는 상기 몸체로부터 분리가능하게 형성되는 것이 바람직하다. 이를 위하여 제 1 내지 제 4 유로 개폐 밸브(170, 190, 230, 250)의 연결관은 각각 예를 들어, 나사 결합과 같은 기계적인 결합 방법에 의하여 몸체에 결합될 수 있다. 또는 상기 제 1 내지 제 4 유로 개폐 밸브(170, 190, 230, 250)는 용접에 의하여 몸체에 일체로 결합될 수도 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브는 히트 펌프에 설치되어, 히트 펌프가 냉방 모드 및 난방 모드로 작동될 수 있도록 구성된다. 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브를 구비한 히트 펌프의 개략도이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브(100)가 설치된 히트 펌프(1)는, 압축기(10), 실외기(30), 실내기(40) 및 어큐뮬레이터를 포함한다.

압축기(10)는 사방변 밸브(100)의 상기 제 1 유입구(130)를 통하여 상기 제 1 유로(I)로 고온 고압의 냉매를 유입시키고 상기 제 3 유출구(160)를 통하여 나온 냉매를 압축하도록 형성된다. 실내기(40)는 상기 제 1 유로(I)의 상기 제 1 유출구(110) 및 상기 제 2 유로(II)의 상기 제 2 유입구(140)와 유체소통가능하게 연결된다. 실외기(30)는 상기 제 1 유로(I)의 상기 제 2 유출구(120) 및 상기 제 2 유로(II)의 상기 제 3 유입구(150)와 유체소통가능하게 연결된다. 상기 실외기(30) 및 상기 실내기(40)는 연결 도관(306)에 의하여 연결되며, 상기 연결 도관에는 팽창 밸브(60) 및 체크 밸브(50)가 설치된다.

또한, 상기 히트 펌프(1)에는 상기 제 3 유출구(160)를 통하여 나온 냉매를 저장한 후 상기 압축기(10)에 상기 냉매를 공급하는 어큐뮬레이터가 설치된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브(100)에 있어서, 사방변 밸브(100)의 제 1 유출구(110) 및 제 2 유입구(140)는 제 1 도관(301)과 연결되며, 제 2 유출구(120) 및 제 3 유입구(150)는 제 2 도관(302)과 연결된다.

보다 상세히, 도 4 b를 참조하면, 상기 제 1 도관(301)은, 상기 제 1 유출구(110)에 연결되는 제 1 유출관(182) 및 상기 제 2 유입구(140)에 연결되는 제 2 유입관(242)에 일단부 측이 동시에 유체소통가능하게 연결된다. 또한, 상기 제 1 도관(301)의 타단부는 실내기(40)에 유체소통가능하게 연결된다.

한편, 제 2 도관(302)은 상기 제 2 유출구(120)에 연결되는 제 2 유출관(202) 및 상기 제 3 유입구(150)에 연결되는 제 3 유입관(262)에 일단부측이 동시에 유체소통가능하게 연결된다. 또한 상기 제 2 도관(302)의 타단부는 실외기(30)에 유체소통가능하게 연결된다.

이와 같이 사방변 밸브가 제 1 도관(301) 및 제 2 도관(302)에 연결됨으로써 히트 펌프(1)가 냉방 모드 및 난방모드에 따라 가동될 때 제 1 유로 및 제 2 유로 내부에서의 유체의 흐름이 서로 달라질 수 있게 된다.

보다 상세히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사방변 밸브(100)에서 상기 제 1 및 제 4 유로 개폐 밸브(170, 250)를 닫고, 상기 제 2 및 제 3 유로 개폐 밸브(190, 230)를 개방함으로써 냉방 모드를 작동시킨다. 이 때, 냉방 모드란 실내기를 통하여 차가운 공기를 실내에 공급함으로써 실내를 냉방 상태로 유지하기 위한 모드이다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 4 유로 개폐 밸브(170, 250)를 개방하고, 상기 제 2 및 제 3 유로 개폐 밸브(190, 230)를 닫음으 로써 난방 모드를 작동시킨다. 이 때, 난방 모드란 실내기를 통하여 더운 공기를 실내에 공급함으로써 실내를 난방 상태로 유지하기 위한 모드이다.

이하 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프의 냉방 모드 및 난방 모드시 작동에 대하여 설명한다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브(100)가 포함된 히트 펌프(1)의 개략도이다. 도 4b는 도 4a에서 사방변 밸브 내부를 유동하는 유체의 흐름을 도시한 사시도이다. 도 5는 냉방 모드에서 사방변 밸브 내부를 유동하는 유체의 흐름을 보다 상세히 설명하기 위한 정면도이다. 도 6a 및 도6b에는 도 5에서 제 1 유로의 단면(B) 및 제 2 유로의 단면(C)이 도시되어 있다.

도 4a 내지 6b를 참조하여 냉방 모드로 작동 시 본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브(100)를 포함하는 히트 펌프(1)에 대하여 설명하면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 히트 펌프의 압축기(10)에서 토출된 고온 고압의 냉매는 압축기 토출라인(304)를 지나 제 1 유입관(210)을 따라 몸체(102)에 유입된 후 전기가 통전되어 개방 상태가 된 제2 유로 개폐 밸브(190)와 제 2 유출관(200)을 따라 실외기(30)로 흐른다.

실외기(30)를 지난 냉매는 연결 도관(306)을 지나는 동안 체크 밸브(50) 및 팽창 밸브(60)를 지나 실내기(40)로 유입된다. 냉매는 실내기(40)를 지나는 동안 저온 저압의 냉매가 된다.

또한 실내기(40)를 거친 저온, 저압의 냉매는 전기가 통전되어 개방 상태가 된 제3 유로 개폐 밸브(230)와 제 2 유입관(240)을 거쳐 몸체(102)에 유입된 후 제 3 유출관(220)을 따라 압축기 흡입라인(303)으로 흘러간다.

이 때, 도 4b에 도시된 바와 같이 냉방 모드로 작동 시에는 제 1 유로 개폐 밸브(170)는 전기가 통전되지 않아 닫힌 상태로 유지되고 제2 유로 개폐 밸브(190)는 전기가 통전되어 열린 상태로 유지된다.

이에 따라 압축기에서 토출된 고온 고압의 냉매는 제 1 유입관(210)을 통해 몸체(102)으로 유입되어 실외기(30) 방향으로 흐른다.

이와 동시에 실내기(40)를 통해 제3 유로 개폐 밸브(230)로 유입된 저온, 저압의 냉매는 제 3 유출관(220)을 거쳐 압축기 흡입라인(303)으로 흘러 들어간다.

이와 같이 작동됨으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브(100)는 히트 펌프 상에서 냉방 모드에 필요한 사방변 밸브의 기능을 완벽히 수행한다.

상기와 같은 방법으로 냉방 모드에서 작동가능한 히트 펌프는 사방변 밸브의 개폐 밸브의 개폐 상태를 조절함으로써 난방 모드로 작동가능하다.

이하 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브를 포함하는 히트 펌프의 난방 모드 하에서의 작동에 대하여 설명한다.

도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브가 포함된 히트 펌프의 개략도로서, 난방 모드에서 작동하는 히트 펌프의 구성도이다. 도 7b는 도 7a에서 사방변 밸브 내부를 유동하는 유체의 흐름을 도시한 사시도이다. 도 8은 난방 모드에서 사방변 밸브 내부를 유동하는 유체의 흐름을 보다 상세히 설명하기 위한 정면도로서, 도 9a 및 도9b에는 도 8에서 제 1 유로의 단면 (D) 및 제 2 유로의 단면(E)이 도시되어 있다.

도 7a 내지 도 9b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브를 포함하는 히트 펌프(1)는, 난방 모드로 작동 시 도시된 바와 같이 압축기(10)에서 토출된 고온 고압의 냉매가 제 1 유입관(210)을 따라 몸체(102)에 유입된 후 전기가 통전되어 개방 상태가 된 제1 유로 개폐 밸브(170)와 제 1 유출관(180)을 따라 실내기(40)로 흐른다. 실내기(40)를 지난 냉매는 연결 도관(306)을 지나는 동안 체크 밸브(50) 및 팽창 밸브(60)를 지나 실외기(30)로 유입된다. 냉매는 실외기를 지나는 동안 저온 저압의 냉매가 된다.

또한 실외기(30)를 거친 저온, 저압의 냉매는 전기가 통전되어 개방 상태가 된 제4 유로 개폐 밸브(250)와 제 3 유입관(260)을 거쳐 몸체(102)에 유입된 후 제 3 유출관(220)을 따라 압축기 흡입 라인(303)으로 흘러간다. 도 8은 히트펌프가 난방 모드로 작동 시 냉매의 흐름을 본 발명에 따른 사방변 밸브의 정면에서 도시한 그림이다.

난방 모드로 작동 시에 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이, 제1 유로 개폐 밸브(170)는 전기가 통전되어 열린 상태로 유지되고 제2 유로 개폐 밸브(190)는 전기가 통전되지 않아 닫힌 상태로 유지된다.

이 때문에 압축기(10)에서 토출된 고온 고압의 냉매는 제 1 유입관(210)을 통해 몸체(102)로 유입되어 실내기(40)로 흐른다.

동시에 실외기(30)를 통해 제4 유로 개폐 밸브(250)로 유입된 저온, 저압의 냉매는 제 3 유출관(220)을 거쳐 압축기 흡입 라인(303)으로 흘러 난방 모드에서 필요한 사방변 밸브의 기능을 완벽히 수행한다.

즉, 냉방 모드 및 난방 모드에서 제 1 도관 및 제 2 도관 내부를 유동하는 냉매의 방향은 서로 반대이다. 즉, 냉방 모드에서는 제 1 유입구(130)를 통하여 제 1 유로(I)로 유입된 냉매가 제 2 유출구(120)를 통하여 실외기(30)로 배출되고, 실외기(30)로부터 실내기(40)로 이송된 냉매는 제 2 유입구(140)를 통하여 제 2 유로(II)로 유입된 후 제 3 유출구(160)로 배출되어 다시 압축기로 유입된다.

그러나, 난방 모드에서는 제 1 유입구(130)를 통하여 제 1 유로(I)로 유입된 냉매가 제 3 유출구(160)를 통하여 실내기(40)로 배출되고, 실내기(40)로부터 실외기(30)로 이송된 냉매는 제 3 유입구(150)를 통하여 제 2 유로(II)로 유입된 후 제 3 유출구(160)로 배출된 후 압축기(10)로 유입된다.

이와 같이 밸브의 개폐를 통하여 이송되는 냉매의 흐름 방향을 제어함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브를 포함하는 히트 펌프는 냉방 및 난방을 원활하게 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브(100)는 정육면체 형상의 몸체에 결합되는 4개의 밸브를 이용하여 간편하고 용이하게 조립이 간단하기 때문에, 히트 펌프에 설치가 간단하다. 또한 사방변 밸브의 제작비가 적게 들고, 그 제어 방법이 간단하므로, 히트 펌프를 제작시 비용을 절감시키고, 제작이 용이한 장점을 갖는다. 또한 사방변 밸브의 수리 및 유지 보수가 간단하다는 장점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브가 사용되는 예로서, 본 실시예에서는 히트 펌프를 예를 들어 설명하였으나, 본 발명에 따른 사방변 밸브는 유로의 흐름을 변경하여야 하는 경우에는 어떠한 장치에도 사용될 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 사방변 밸브는 두 개의 3방변(3-way valve) 밸브로도 사용가능하며, 이에 따라 두 개의 3방변 밸브를 사용해야 하는 장치에 사용될 수도 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시 예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허 청구 범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

도 1a 및 1b는 일반적인 히트펌프의 냉방 및 난방 시 냉매 흐름을 도시한 개략도,

도 2는 종래 히트펌프 사방변 밸브의 난방 작동 시 냉매 흐름 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 사방변 밸브의 구성을 설명하기 위한 전체구성도,

도 4a는 본 발명에 따른 사방변 밸브를 포함하는 히트 펌프의 구성도로서 냉방 모드 하에서의 유체 흐름을 도시한 도면,

도 4b는 냉방 모드로 작동 시 사방변 밸브에서 냉매의 유동 방향을 도시한 흐름도,

도 5는 본 발명에 따른 사방변 밸브가 냉방 모드로 작동 시 냉매의 흐름을 설명하기 위한 사방변 밸브 정면도,

도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 사방변 밸브가 냉방 모드로 작동 시 유로에서 냉매의 흐름을 도시한 단면도,

도 7a은 본 발명에 따른 사방변 밸브가 난방 모드로 작동 시 히트 펌프를 도시한 도면으로서, 난방 모드 하에서 유체 흐름을 도시한 도면,

도 7b는 도 7a에서 사방변 밸브를 지나는 냉매의 흐름을 설명하기 위한 사방변 밸브의 정면도,

도 8은 본 발명에 따른 사방변 밸브가 난방 모드로 작동할 때, 냉매의 흐름을 나타낸 정면도 및

도 9a 및 9b는 도 8의 유로 내를 흐르는 냉매 흐름을 도시한 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 히트 펌프 100: 사방변 밸브

102 : 몸체 110 : 제 1 유출구

120 : 제 2 유출구 130 : 제 1 유입구

140 : 제 2 유입구 150 : 제 3 유입구

160 : 제 3 유출구 170 : 제1 유로 개폐 밸브

180 : 제 1 유출관 190 : 제2 유로 개폐 밸브

200 : 제 2 유출관 210 : 제 1 유입관

220 : 제 3 유출관 230 : 제3 유로 개폐 밸브

240 : 제 2 유입관 250 : 제4 유로 개폐 밸브

260 : 제 3 유입관

Claims

히트 펌프의 냉매 흐름을 전환하기 위한 히트 펌프용 사방변 밸브에 있어서,

외부로부터 유체가 유입된 후 유출가능한 제 1 및 제 2 유로를 내부에 구비한 몸체를 포함하고,

상기 제 1 유로는 외부로부터 제 1 유체가 유입되는 제 1 유입구 및 상기 유체가 선택적으로 유출되는 제 1 및 제 2 유출구를 포함하고,

상기 제 2 유로는 외부로부터 제 2 유체가 선택적으로 유입되는 제 2 및 제 3 유입구 및 상기 제 2 유체가 유출되는 제 3 유출구를 포함하고,

상기 제 1 유로의 상기 제 1 및 제 2 유출구에는 각각 제 1 및 제 2 유로 개폐 밸브가 설치되며, 상기 제 2 유로의 상기 제 2 및 제 3 유입구에는 각각 제 3 및 제 4 유로 개폐 밸브가 설치되는, 히트 펌프용 사방변 밸브.
제 1항에 있어서,

상기 제 1 내지 제 4 유로 개폐 밸브는 상기 몸체로부터 분리가능하게 형성되는, 히트 펌프용 사방변 밸브.
제 2항에 있어서,

상기 제 1 내지 제 4 유로 개폐 밸브는 스톱 밸브, 단속 밸브, 유로 개폐 밸브 및 나비 밸브 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 히트 펌프용 사방변 밸브.
제 1항에 있어서,

상기 몸체는 육면체 형상으로 이루어지며,

상기 제 1 유로 및 상기 제 2 유로는 상기 몸체 내부에서 상하로 나란하게 T자 형상으로 배열되는, 히트 펌프용 사방변 밸브.
제 1항에 있어서,

상기 몸체는 플라스틱 또는 금속 재질로 이루어지는, 히트 펌프용 사방변 밸브.
제 1항에 있어서,

상기 제 1 유출구에 연결되는 제 1 유출관 및 상기 제 2 유입구에 연결되는 제 2 유입관에 일단부측이 동시에 유체소통가능하게 연결되는 제 1 도관; 및

상기 제 2 유출구에 연결되는 제 2 유출관 및 상기 제 3 유입구에 연결되는 제 3 유입관에 일단부측이 동시에 유체소통가능하게 연결되는 제 2 도관을 포함하는, 히트 펌프용 사방변 밸브.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 히트 펌프용 사방변 밸브를 구비한 히트 펌프로서,

상기 제 1 유입구를 통하여 상기 제 1 유로로 고온 고압의 냉매를 유입시키고 상기 제 3 유출구를 통하여 나온 냉매를 압축하는 압축기;

상기 제 1 유로의 상기 제 1 유출구 및 상기 제 2 유로의 상기 제 2 유출구와 유체소통가능하게 연결된 실내기;

상기 제 1 유로의 상기 제 2 유출구 및 상기 제 2 유로의 상기 제 3 유입구와 유체소통가능하게 연결된 실외기;

상기 실외기 및 상기 실내기를 연결하는 연결 도관; 및

상기 연결 도관에 설치된 팽창 밸브 및 체크 밸브를 포함하는, 히트 펌프.
제 7항에 있어서,

상기 제 3 유출구를 통하여 나온 냉매를 저장한 후 상기 압축기에 상기 냉매를 공급하는 어큐뮬레이터를 더 포함하는, 히트 펌프.
제 7항에 있어서,

일단부가 상기 제 1 유출구에 연결되는 제 1 유출관 및 상기 제 2 유입구에 연결되는 제 2 유입관에 동시에 유체소통가능하게 연결되고, 타단부가 상기 실내기에 유체 소통가능하게 연결되는 제 1 도관; 및

일단부가 상기 제 2 유출구에 연결되는 제 2 유출관 및 상기 제 3 유입구에 연결되는 제 3 유입관이 동시에 유체소통가능하게 연결되고, 타단부가 상기 실외기에 유체 소통가능하게 연결된 제 2 도관을 포함하는, 히트 펌프.
제 7항에 따른 히트 펌프의 작동 방법으로서,

상기 제 1 및 제 4 유로 개폐 밸브를 닫고, 상기 제 2 및 제 3 유로 개폐 밸브를 개방함으로써 냉방 모드를 작동시키는 것을 특징으로 하는 히트 펌프의 작동 방법.
제 7항에 따른 히트 펌프의 작동 방법으로서,

상기 제 1 및 제 4 유로 개폐 밸브를 개방하고, 상기 제 2 및 제 3 유로 개폐 밸브를 닫음으로써 난방 모드를 작동시키는 것을 특징으로 하는 히트 펌프의 작동 방법.