KR101060511B1

KR101060511B1 - 히트 펌프 시스템

Info

Publication number: KR101060511B1
Application number: KR1020090091478A
Authority: KR
Inventors: 진금수
Original assignee: 진금수
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2011-08-30
Also published as: KR20110034099A

Abstract

본 발명은 히트 펌프 시스템에 관한 것이며, 상세하게는 외기를 열원으로 하는 히트 펌프 시스템의 제상 및 성적계수의 향상에 관한 것으로서, 과냉 응축기의 응축열에 의하여 열매체를 간접 가열하여 과냉 응축기의 파손시 냉매액과 열매체가 혼합되는 것을 방지한 것이다.

본 발명은 압축기(11), 4웨이 밸브(12), 실내 열교환기(13), 냉각용 팽창밸브(14), 가열용 팽창밸브(15), 실외 열교환기(16), 상기 4웨이 밸브(12)를 냉매 도관(17)으로 순서대로 연결하고, 상기 4웨이 밸브(12)와 압축기(11)를 냉매 흡입도관(18)으로 연결한 냉동 사이클(10)과; 상기 냉매 도관(17)의 냉각용 팽창밸브(13)와 가열용 팽창밸브(14) 사이에 과냉 응축기(21)를 설치하고, 상기 과냉 응축기(21)에 흡열 열교환기(22)를 설치함과 아울러 상기 흡열 열교환기(22)에 축열조(23)를 순환 펌프(25) 부설 공급관(24a)과 귀환관(24b)으로 연결하며, 상기 실외 열교환기(16)에 방열 열교환기(26)를 설치하여 상기 귀환관(24b)에 열매체 공급관(27a) 및 열매체 귀환관(27b)으로 연결한 제상수단(20)으로 구성한 것이다.

냉동 사이클, 실내 열교환기, 실외 열교환기, 제상수단, 과냉 응축기, 흡열 열교환기, 축열조, 방열 열교환기

Description

히트 펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM}

본 발명은 히트 펌프 시스템에 관한 것이며, 상세하게는 외기를 열원으로 하는 히트 펌프 시스템의 제상 및 성적계수의 향상에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 히트 펌프 시스템은 압축기, 4웨이 밸브, 실내 열교환기, 팽창밸브, 실외 열교환기 및 상기 4웨이 밸브를 냉매 도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4웨이 밸브와 압축기를 냉매 흡입도관으로 연결하여서, 가열운전시에는 4웨이 밸브를 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매증기가 실내 열교환기 측으로 흐르도록 조작하여서 고 온·고압의 냉매증기를 응축기로 작용하는 실내 열교환기에서 응축하여 그 응축열을 유체와 열교환시킴으로써 온수를 생성하거나 실내공기를 가열하여서 난방 또는 건조기능을 수행하고, 상기 실내 열교환기에서 응축된 고온·고압의 냉매액을 팽창밸브에서 팽창시킨 후 증발기로 작용하는 실외 열교환기에서 공기(외기)를 열원으로 하여 증발시켜 저온·저압의 냉매증기가 되게 한 후 압축기에 흡입되어 상기한 사이클을 반복하는 것이다.

그리고 냉각운전시에는 4웨이 밸브를 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매증기가 실외 열교환기 측으로 흐르도록 조작하여서 고온·고압의 냉매증기를 응축기로 작용하는 실외 열교환기에서 공기를 열원으로 하여 응축시키고, 상기 실외 열교환기에서 응축된 고온·고압의 냉매액을 팽창밸브에서 팽창시킨 후 증발기로 작용하는 실내 열교환기에서 냉매액을 증발시켜 유체에서 증발열을 흡수함으로써 냉수를 생성하거나 실내공기를 냉각하여 냉방 등을 하며, 실내 열교환기에서 증발된 저온·저압의 냉매증기는 압축기에 흡입되어 상기한 사이클을 반복하는 것이다.

상기한 히트 펌프 시스템은 가열운전시에 실외 열교환기에서 외기를 열원으로 하여 냉매액을 증발시킬 때 외기온도가 노점이하로 하강하였을 때에는 실외 열교환기의 표면에 서리가 맺힘으로써 냉매액의 증발이 양호하지 못하여 가열능력이 현저하게 떨어지기 때문에 실외 열교환기의 제상대책을 강구하고 있다.

상기 실외 열교환기의 제상대책 중 실용화된 주지방식은 역사이클 운전방식 즉 실외 열교환기를 응축기로 작용시키는 것이며, 상기 역사이클 운전방식을 채택할 경우 실내 열교환기에 보조 히터를 부설하여 보조 가열운전을 하는 것이다.

그러나 상기한 역사이클 운전방식은 제상후 냉매압의 균압시간이 길고, 또한 제상시 보조 히터를 계속 사용하여야 함으로 전력 소모가 많아서 비경제적일 뿐만 아니라 열량 부족으로 쾌적한 난방이 곤란한 문제점이 있는 것이다.

본 발명의 발명자는 상기한 역사이클 운전 제상방식의 문제점을 해결한 히트 펌프 시스템을 제안하여 특허문헌 1 에 개시되어 있다.

상기한 특허문헌 1 의 히트 펌프 시스템은 압축기, 4웨이 밸브, 실내 열교환 기, 냉각용 팽창밸브, 가열용 팽창밸브, 실외 열교환기 및 상기 4웨이 밸브를 냉매 도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4웨이 밸브와 압축기를 냉매 흡입도관으로 연결한 기본 냉동사이클과; 상기 냉매 도관의 압축기와 4웨이 밸브 사이에 연결한 온수가열회로와; 상기 도관의 냉각용 팽창밸브와 가열용 팽창밸브 사이에 설치하여 열매체를 충전하고, 상기 온수 가열회로에 연결한 가열 열교환기 및 상기 냉매 도관의 냉각용 팽창밸브와 가열용 팽창밸브 사이에 설치한 과냉 응축기를 내장한 축열조와; 상기 축열조에 공급관 및 순환펌프가 설치된 귀환관으로 연결되고 상기 실외 열교환기의 흡입측에 설치한 가열 열교환기로 구성하여서, 가열 운전시 과냉 응축기에서 냉매액이 재응축될 때 그 응축열에 의하여 축열조내의 열매체를 직접 가열 하였다가 외기온이 노점이하로 하강할 경우 상기 가열된 열매체를 실외 열교환기의 흡입측에 설치한 가열 열교환기에 가열 운전의 중단없이 순환시켜 실외 열교환기에 흡입되는 외기를 예열함으로써 실외 열교환기에 서리가 맺히지 않거나 맺힌 서리를 제상토록한 것이다.

특허문헌1 ; KR 10-0486096(B1)

그러나 상기한 특허문헌 1 의 히트 펌프 시스템은 가열운전의 중단없이 실외 열교환기의 제상을 양호하게 함으로써 외기온이 낮을 때에도 성적계수가 향상되는 장점은 있으나, 축열조내에 과냉 응축기를 내장함과 아울러 열매체를 충전하였음으로 운전중단시 과냉 응축기가 동파되거나, 또한 압축기와 실외 열교환기 등의 고압부는 통상적으로 유닛화하는 것임으로 압축기 등이 진동할 때 과냉 응축기의 결합(용접)부분이 파손되어 냉매액과 열매체가 혼합됨으로써 시스템의 고장을 일으키는 다른 문제점을 발견하였다.

본 발명은 상기한 문제점을 시정하여, 과냉 응축기의 응축열에 의하여 열매체를 간접 가열하여 과냉 응축기의 파손시 냉매액과 열매체가 혼합되는 것을 방지한 히트 펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 압축기, 4웨이 밸브, 실내 열교환기, 냉각용 팽창밸브, 가열용 팽창밸브, 실외 열교환기, 상기 4웨이 밸브를 냉매 도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4웨이 밸브와 압축기를 냉매 흡입도관으로 연결한 냉동 사이클과; 상기 냉매 도관의 냉각용 팽창밸브와 가열용 팽창밸브 사이에 과냉 응축기를 설치하고, 상기 과냉 응축기에 흡열 열교환기를 설치함과 아울러 상기 흡열 열교환기에, 축열조를 순환 펌프 부설 공급관과 귀환관으로 연결하며, 상 기 실외 열교환기에 방열 열교환기를 설치하여 상기 귀환관에 열매체 공급관 및 열매체 귀환관으로 연결한 제상수단으로 구성한 것이다.

이상과 같이 본 발명은 과냉 응축기에서 응축되는 냉매액의 재응축열과 흡열 열교환기를 간접 열교환하여 열매체를 가열 시킴으로써 과냉 응축기가 파손될 경우에도 냉매액이 열매체에 혼합되지 않음으로 시스템의 고장을 방지할 수 있게 되어 시스템의 신뢰성을 확보할 수 있고, 가열된 열매체의 보유열을 통상의 가열 운전시에도 실외 열교환기에 추가 공급할 수 있음으로 실외 열교환기에서 냉매액의 증발이 양호하여 성적계수를 향상 할 수 있는 것이다.

도1은 본 발명의 실시예의 구성도로서, 본 발명은 냉동 사이클(10)과 제상수단(20)으로 대별된다.

상기 냉동 사이클(10)은 압축기(11), 4웨이 밸브(12), 실내 열교환기(13), 냉각용 팽창밸브(14), 가열용 팽창밸브(15), 실외 열교환기(16) 및 상기 4웨이 밸브(12)를 냉매 도관(17)으로 순서대로 연결하고, 상기 4웨이 밸브(12)와 압축기(11)를 냉매 흡입도관(18)으로 연결하여서, 가열 운전시는 냉매를 화살표 실선으로, 냉각 운전시는 냉매를 화살표 점선으로 흐르도록 4웨이 밸브(12)를 조직하면 실내 열교환기(13)는 가열 운전시는 응축기로, 냉각 운전시는 증발기로 작용하여 유체(공기 또는 물)를 가열하거나 냉각하고, 한편 실외 열교환기(16)는 가열 운전시는 증발기로, 냉각 운전시는 응축기로 작용하며, 공냉식 또는 수냉식이 사용되는 것이다.

상기 제상수단(20)은 상기 냉매 도관(17)의 냉각용 팽창밸브(14)와 가열용 팽창밸브(15)사이에 과냉 응축기(21)를 설치하고, 상기 과냉 응축기(21)에 흡열 열교환기(22)를 상기 과냉 응축기(21)와 열교환할 수 있게 설치하여 상기 흡열 열교환기(22)에, 열매체를 충전한 축열조(23)를 순환 펌프(25)를 부설한 공급관(24a)과 귀환관(24b)으로 연결하며, 상기 실외 열교한기(16)에 방열 열교환기(26)를 일체로 또는 별개로 설치하여 상기 귀환관(24b)에 열매체 공급관(27a) 및 열매체 귀환관(24b)으로 연결한 것이다.

그리고 상기 열매체 공급관(27a)과, 귀환관(24b)의 상기 열매체 공급관 및 귀환관(27a)(27b)의 연결부 사이에 솔레노이드 밸브(28a)(28b)를 각각 설치하고, 상기 열매체 귀환관(27b)에는 귀환관(24b) 측으로 열리는 체크밸브(29)를 설치하며, 상기 냉매 도관(17)의 실외 열교환기(16)의 출구측에 온도센서(TS1) 또는 압력센서를 설치한 것이다.

상기한 제상수단(20)은 가열 운전 또는 냉각 운전시 실내 열교환기(13) 또는 실외 열교환기(16)에서 응축된 냉매액이 과냉 응축기(21)에서 과냉되면서 그 응축열에 의하여 흡열 열교환기(22)를 순환하는 열매체를 가열하여 축열조(23)에 저장하였다가 가열 운전시 실외 열교환기(16)에서 냉매액의 증발이 저조할 때 가열된 열매체를 방열 열교환기(26)에 순환시킴으로써 실외 열교환기(16)를 제상하거나, 열매체의 보유열을 실외 열교환기(16)에 열전달함으로써 냉매액의 증발을 양호하게 하는 것이다.

상기한 실외 열교환기(16)는 주지된 핀 튜브형(Fin & Tube)으로 형성하고, 그 전열관은 지그재그로 형성하여 수직으로 배치하며, 방열 열교환기(26)의 전열관도 지그재그로 형성하여 상기 실외 열교환기(16)의 전열관 사이 사이에 균등간격으로 배치하여서 실외 열교환기(16)에 균일한 열전달을 할 수 있게 함으로써 냉매액의 증발 효율을 양호하게 한 것이다.

그리고 상기 냉매 흡입도관(18)에 바이패스 도관(41)을 설치하여 상기 바이패스 도관(41)에 상기 축열조(23)에 내장되는 냉매증기 가열 열교환기(42)를 설치하고, 상기 바이패스 도관(41)의 입구측과 상기 냉매 흡입도관(18)의 바이패스 도관(41) 연결부 후방에 솔레노이드 밸브(42a)(42b)를 각각 설치하여 냉매 흡입도관(18)에 설치한 온도센서(TS2)의 출력신호에 의하여 선택적으로 개폐하여, 즉 압축기(11)에 흡입되는 냉매증기의 온도가 낮을 때 솔레노이드 밸브(42b)는 폐쇄하고 솔레노이드 밸브(42a)는 개방하여 압축기(11)에 흡입되는 냉매증기를 냉매증기 가열 열교환기(42)를 경유하여 가열함으로써 압축기(11)에 액백 및 액격이 발생되는 것을 양호하게 방지한 것이다.

이상과 같은 본 발명의 가열운전 및 냉각운전은 종래와 동일하게하며, 상기와 같이 가열운전 또는 냉각운전을 할 때 과냉 응축기(21)에서 냉매액을 과냉하여 그 응축열에 의하여 흡열 열교환기(22)를 순환하는 열매체를 가열하여 축열조(23)에 저장하였다가 상기 냉매 도관(17)의 실외 열교환기(16)의 출구측에 설치한 온도 센서(TS1) 등의 검출신호 즉 외기온이 노점이하로 하강하여 실외 열교환기(16)에 서리가 맺히거나 또는 실외 열교환기(16)에서 냉매액의 증발이 저조할 때 솔레노이드밸브(28b)는 폐쇄하고 솔레노이드 밸브(28a)를 개방하여 흡열 열교환기(22)에서 가열된 열매체를 실외 열교환기(16)에 설치한 방열 열교환기(26)에 순환시킴으로써 실외 열교환기(16)를 제상하거나 냉매액의 증발을 양호하게 한 것이다.

상기와 같이 과냉 응축기(21)에서 생성한 재응축열을 실외 열교환기(16)에 열 전달할 때 그 재응축열을 흡열 열교환기(22)를 매개로 간접 열전달함으로써 과냉 응축기(21)가 파손되어도 냉매액이 열매체에 혼합되지 않게 됨으로써 시스템의 파손을 방지하여 시스템의 신뢰성을 향상하고, 또한 실외 열교환기(16)에서 냉매액의 증발이 양호함으로 성적계수를 향상 시킬 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 냉동 사이클 13 : 실내 열교환기 16: 실외 열교환기

20 : 제상수단 21 : 과냉 응축기 22 : 흡열 열교환기

23 : 축열조 26 : 방열 열교환기

Claims

압축기, 4웨이 밸브, 실내 열교환기, 냉각용 팽창밸브, 가열용 팽창밸브, 실외 열교환기, 상기 4웨이 밸브를 냉매 도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4웨이 밸브와 압축기를 냉매 흡입도관으로 연결한 냉동 사이클과; 상기 냉매 도관의 냉각용 팽창밸브와 가열용 팽창밸브 사이에 과냉 응축기를 설치하고, 상기 과냉 응축기에 흡열 열교환기를 설치함과 아울러 상기 흡열 열교환기에, 축열조를 순환 펌프 부설 공급관과 귀환관으로 연결하며, 상기 실외 열교환기에 방열 열교환기를 설치하여 상기 귀환관에 열매체 공급관 및 열매체 귀환관으로 연결한 제상수단으로 구성한 히트 펌프 시스템
제 1항에 있어서, 실외 열교환기의 전열관과 방열 열교환기의 전열관을 각각 지그재그로 형성하여 핀에 수직으로 배치함과 아울러 방열 열교환기의 전열관을 실외 열교환기의 전열관 사이 사이에 균등간격으로 배치한 히트 펌프 시스템
제 1항에 있어서, 냉매 흡입도관에 바이패스 도관을 설치하여 상기 바이패스도관에 축열조에 내장되는 냉매증기 가열 열교환기를 설치한 히트 펌프 시스템
제 1항에 있어서, 실외 열교환기는 공냉식과 수냉식 중에서 선택되는 히트 펌프 시스템