KR101061768B1

KR101061768B1 - 히트 펌프 시스템의 수액기

Info

Publication number: KR101061768B1
Application number: KR1020040026955A
Authority: KR
Inventors: 이준강; 임연우
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2011-09-05
Also published as: KR20050102161A

Abstract

본 발명의 목적은 수액기의 내부에 엔진을 냉각시키는 냉각수를 통과시켜 저온,저압 상태의 냉매와 열교환되도록 함으로써, 이 냉매를 가열하여 오일의 점도를 낮추어 압축기의 내부로 액냉매가 유입되지 않음과 아울러 적정량의 오일이 압축기내로 원활하게 유입되어 압축기의 내구성을 그대로 유지하여 수명을 연장시킬 수 있도록 하고, 부가적으로, 종래 별도로 분리된 개별 부품인 내부 열교환기와 수액기를 하나의 부품으로 일체화함으로써 각종 부품의 설치 공간을 축소시켜 히트 펌프 시스템을 구성하는 다른 부품들의 설치에 공간적 제약을 받지 않도록 할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수액기는, 상부에 저압측 냉매 유입구가 형성되며, 내부에 수용 공간부를 갖는 수액기 본체와; 상기 수액기 본체내에 채워진 저압측 냉매중 기체 상태의 냉매가 유입되는 상기 수액기 본체의 상부에 위치한 유입부와, 상기 유입부에 유입된 냉매를 상기 수액기 본체의 외부로 배출되는 유출부를 구비하며, 일측에 오일이 유입되는 오일 리턴홀을 갖는 저압측 냉매 유동관과; 상기 수액기 본체내의 저압측 냉매와 열교환되도록 냉각수 유입구와 냉각수 유출구를 구비하며, 상기 수액기 본체의 내부에 배치되는 냉각수 유동관을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

수액기, 냉매, 냉각수, 열교환

Description

히트 펌프 시스템의 수액기{A receiver drier of heat pump system}

도 1은 일반적인 냉난방 시스템의 구성을 나타낸 도면.

도 2는 도 1의 시스템의 구성중 수액기의 내부 구성을 나타낸 단면도.

도 3은 종래 기술에서 온도에 따른 오일의 점도 변화를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 구성을 나타낸 도면.

도 5는 도 4에 도시된 수액기의 내부 구성을 도시한 일부 절결 사시도.

도 6은 도 5에 도시된 수액기의 내부 구성중 냉각수 유동관의 횡단면도.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 구성을 나타낸 도면.

도 8은 도 7에 도시된 수액기의 내부 구성을 도시한 일부 절결 사시도.

도 9는 도 8에 도시된 수액기의 구성중 냉각수 유동관의 횡단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 압축기

101 : 배출라인

110 : 제1 삼방밸브

111a : 라인

120 : 실외측 열교환기

121 : 출구 라인

140 : 수액기

141 : 저압측 냉매 유입구

142 : 냉매비산 플레이트

143 : 저압측 냉매 유동관

143a : 유입부

143b : 유출부

143c : 오일 리턴홀

144 : 냉각수 유동관

145 : 파이프

146 : 격벽

150 : 팽창밸브

160 : 실내측 열교환기

161 : 연결 라인

162 : 연결라인

162-1 : 제1 분기라인

163 : 제2 분기라인

164 : 제3 분기라인

165 : 연결 라인

166 : 연결 라인

200 : 제2 삼방밸브

300 : 내부 열교환기

400 : 냉각수 열교환기

500 : 엔진

501 : 폐순환 라인

본 발명은 히트 펌프 시스템의 수액기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수액기의 내부에 엔진을 냉각시키는 냉각수를 통과시켜 저온,저압 상태의 냉매와 열교환되도록 함으로써, 이 냉매를 가열하여 오일의 점도를 낮추어 압축기의 내부로 액냉매가 유입되지 않음과 아울러 적정량의 오일이 압축기내로 원활하게 유입되어 압축기의 내구성을 그대로 유지하여 수명을 연장시킬 수 있도록 하고, 부가적으로, 종래 별도로 분리된 개별 부품인 내부 열교환기와 수액기를 하나의 부품으로 일체화함으로써 각종 부품의 설치 공간을 축소시켜 히트 펌프 시스템을 구성하는 다른 부품들의 설치에 공간적 제약을 받지 않도록 할 수 있도록 한 히트 펌프 시스템의 수액기에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 냉동사이클의 냉매 흐름 방향을 역으로 하면, 난방용 히트 펌프를 구성할 수 있다.

도 1에는 상기와 같은 냉난방 겸용 공기조화장치의 냉동사이클이 도시되어 있는 바, 이를 간단히 살펴보면 다음과 같다.

도면에서 참조부호 1은 압축기, 2는 4웨이 밸브, 3은 실내열교환기, 4는 실외열교환기, 5 및 5'는 리시버 드라이어, 6 및 6'은 제1 및 제2 팽창밸브, 그리고 참조부호 7 및 7'은 제1 및 제2 체크밸브이며, 부호 10은 수액기(Accumulator)이다.

또한, 도면에서 검은색 화살표는 냉방모드시의 냉매 흐름을, 흰색 화살표는 난방모드시 냉매 흐름을 각각 표시한다.

상기 압축기(1)는 흡입구(1a)와 토출구(1b)를 가지며, 흡입구(1a)를 통하여 흡입되는 저온저압의 기체상태 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 토출구(1b)로 토출해 낸다.

상기 4웨이 밸브(2)는 압축기(1)의 흡입구(1a)와 토출구(1b)를 실내열교환기(3)와 실외열교환기(4)로 각각 연결시키는 두 개의 독립된 통로(2a)(2b)를 가지며, 사용자의 선택에 따른 냉방운전과 난방운전 모드에 따라 냉매의 흐름 방향을 바꾸도록 절환 조작된다.

상기 실내열교환기(3)는 실내에 위치되며, 냉방운전 모드에서는 저온저압의 액체상태 냉매를 기체상태로 증발시키는 역할을 하고, 난방운전 모드에서는 고온고압의 기체상태 냉매를 상온고압의 액체상태로 응축시키는 역할을 하며, 냉매의 엔탈피 변화에 대응하여 주변공기와 열교환하는 작용을 한다.

상기 실외열교환기(4)는 상기 실내열교환기(3)와는 반대로 실외에 위치되며, 냉방운전 모드에서는 응축기로서, 그리고, 난방운전 모드에서는 증발기로서 주변공기와 열교환하는 작용을 한다.

상기 제1 및 제2 리시버 드라이어(5)(5')는 실내 또는 실외열교환기(3 또는 4)로부터 배출되는 냉매를 받아 냉매에 포함된 수분과 각종 불순물을 걸러낸 후 배출하며, 제1 및 제2 팽창밸브(6)(6')는 상기 제1 또는 제2 리시버 드라이어(5 또는 5')로부터 배출되는 상온고압의 액체상태 냉매를 저온저압의 이상(two-phase) 상태로 감압함과 아울러 냉매의 유량을 조절하는 역할을 한다.

이들 제1 및 제2 리시버 드라이어(5)(5')와 제1 및 제2 팽창밸브(6)(6')는 메인 냉매관(8)의 실내/실외열교환기(3)(4) 사이에서 분기 형성되는 제1 및 제2 분기관(9)(9')상에 배치되는데, 제1 분기관(9)에는 제1 리시버 드라이어(5), 제1 팽창밸브(6) 및 제1 체크밸브(7)가 순차적으로 배치되고, 제2 분기관(9')에는 제2 리시버 드라이어(5'), 제2 팽창밸브(6') 및 제2 체크밸브(7')가 순차적으로 배치된다.

여기서, 상기 제1 체크밸브(7)는 난방모드에서 냉매가 제1 분기관(9)으로 역류하는 것을 방지하며, 상기 제2 체크밸브(7')는 난방모드에서 냉매가 제2 분기관(9')으로 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다.

이에 따라 냉/난방모드에서 냉매가 해당되는 순환로를 따라 순환하면서 요구되는 작용을 하게 된다.

즉, 냉방모드시 냉매는 압축기(1),4웨이 밸브(2), 실외열교환기(4), 제1 분기관(9)의 제1 리시버 드라이어(5), 제1 팽창밸브(6), 제1 체크밸브(7), 실내열교 환기(3) 및 4웨이밸브(2)를 거쳐 압축기(1)로 유입되는 경로를 순환하면서 실내를 냉방하게 된다.

반대로 난방모드시에는 냉매가 압축기(1),4웨이밸브(2), 실내열교환기(3), 제2분기관(9')의 제2 리시버 드라이어(5'), 제2 팽창밸브(6'), 제2 체크밸브(7'), 실외열교환기(4) 및 4웨이 밸브(2)를 거쳐 압축기(1)로 유입되는 경로를 순환하면서 실내를 난방하게 된다.

이때, 냉방모드에서는 제2 체크밸브(7')에 의해 냉매가 제2 분기관(9')으로 역류하지 않게 되며, 난방모드에서는 제1 체크밸브(7)에 의해 냉매가 제1 분기관(9)으로 역류하지 않게 된다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 히트 펌프 시스템의 구성중 수액기(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상부에 냉매 유입구(10a)를 가지는 기액분리통(11)과, 상기 냉매 유입구(10a)로부터 유입되는 냉매를 비산시킴으로써 기액분리하도록 냉매 유입구(10a)에 인접 설치되는 기액분리 플레이트(12)와, 입구(13a)측이 상기 기액분리통(11)의 내부에 배치되고 출구(13b)측이 이 기액분리통(11)의 외부로 돌출되며 하단부에 오일 리턴홀(13c)이 설치된 대략 U자 형상의 냉매가스 배출관(13)으로 구성되어 있다.

여기서, 도시하지는 않았지만, 오일 리턴홀(13c)의 둘레에는 필터가 설치되어 있고, 상기 기액분리통(11)의 외주면에는 전기히터 등의 가열수단이 설치되어 있다.

따라서, 냉매 유입구(10a)를 통하여 기액분리통(11)의 내부로 냉매가 유입되 면 냉매가 기액분리 플레이트(12)에 부딪혀 아래로 낙하하여 기액분리통(11)의 바닥에 고인다.

오일의 비중보다 액냉매(14)의 비중이 낮기 때문에 액냉매(14)는 오일의 상부에 고인다.

한편, 기액분리 플레이트(12)에 부딪혀 비산되는 냉매가스는 압축기(1)의 작동에 따른 부압에 의해 냉매가스 배출관(13)의 입구(13a)측으로 유입되어 압축기(1)쪽으로 배출되며, 이때 미도시된 상기 전기히터 등의 가열수단에 의해 냉매는 가스상태로 바뀌어 압축기(1)쪽으로 배출된다.

그리고, 상기 기액분리통(11)의 바닥에 고인 오일은 오일 리턴홀(13c)을 통하여 냉매가스 배출관(13)으로 유입되어 압축기(1)쪽으로 배출되어 압축기(1)에서 냉매가스와는 별도로 바이패스 되어 압축기(1) 내부로 공급된 후, 압축기의 윤활에 사용된다.

그러나, 종래 기술은 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 난방 모드시 냉매와 함께 흐르는 오일의 회수가 원활하지 못하여 압축기(1)의 내구성이 저하되어 수명이 저하되는 문제점이 있었다.

이를 좀더 상세하게 설명하면, 에어컨 모드인 냉방 모드에서는 수액기(10)의 오일 리턴홀(13c)이 적당히 커서 액체 냉매가 같이 흘러도 실내 열교환기(3)가 제 역할을 충분히 하므로 액냉매가 실내 열교환기(3)에서 증발하여 압축기(1)로 유입되는 문제가 발생되지 않지만, 난방 모드에는 실내 열교환기(3)가 단지 압축기(1) 전단에서 통로 역할만할 뿐 열교환기로서 역할을 충분히 수행하지 못하여 액상 냉 매가 그대로 압축기(1)내로 유입되는 문제점이 발생되었다.

이를 해결하기 위해 오일 리턴홀(13c)을 작게하면 충분한 오일이 압축기로 회수되지 못하여 압축기(1)의 내구성이 저하되어 수명 저하의 문제점이 있는 것이다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 냉방 모드에서는 냉매온도가 약 0℃(도) 이상인 반면, 난방 모드에서는 수액기(10)의 냉매온도가 일례로 -20℃(도) 정도로 냉방 모드에 비해 상당히 낮아지므로 이에 따라 오일의 점도가 휠씬 증가하게 된다.

이로 인해, 수액기(10)의 오일이 압축기(1)측으로 충분히 공급되지 않아 압축기의 내구성을 저하시켜 수명을 단축시키게 된다.

즉, 수액기(10)의 오일 리턴홀(13c)이 작을 경우에는 증가된 점도로 인해 오일이 빠져나가지 못하게 되어 결국에는 압축기(10)의 내구성을 저하시켜 수명을 단축시키게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 수액기의 내부에 엔진을 냉각시키는 냉각수를 통과시켜 저온,저압 상태의 냉매와 열교환되도록 함으로써, 이 냉매를 가열하여 오일의 점도를 낮추어 압축기의 내부로 액냉매가 유입되지 않음과 아울러 적정량의 오일이 압축기내로 원활하게 유입되어 압축기의 내구성을 그대로 유지하여 수명을 연장시킬 수 있도록 하고, 부가적으로, 종래 별도로 분리된 개별 부품인 내부 열교환기와 수액기를 하나의 부품으로 일체화함으로써 각종 부품의 설치 공간을 축소시켜 히트 펌프 시스템을 구성하는 다른 부품들의 설 치에 공간적 제약을 받지 않도록 할 수 있도록 한 히트 펌프 시스템의수액기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하, 본 발명의 히트 펌프 시스템의 수액기의 바람직한 제1 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 수액기의 내부 구성을 도시한 일부 절결 사시도이며, 도 6은 도 5에 도시된 수액기의 내부 구성중 냉각수 유동관의 횡단면도이며, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 구성을 나타낸 도면이며, 도 8은 도 7에 도시된 수액기의 내부 구성을 도시한 일부 절결 사시도이며, 도 9는 도 8에 도시된 일체형 타입의 수액기와 내부 열교환기의 구성중 냉각수 유동관의 횡단면도이다.

본 발명이 적용되는 히트 펌프 시스템은 도 4에 도시된 바와 같이, 압축기(100)와, 제1 방향전환수단과, 실외측 열교환기(120)와, 수액기(140)와, 팽창밸브(150)와, 실내측 열교환기(160)와, 제2 방향전환수단과, 내부열교환기(300)와, 냉각수 열교환기(400)를 포함하여 이루어진다.

상기와 같이 구성된 히트 펌프 시스템의 구성요소의 연결관계를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 압축기(100)는 열교환매체를 압축하여 배출하는 역할을 한다.

상기 압축기(100)의 배출라인(101)에는 유로 방향을 적어도 2방향 이상 선택적으로 전환하는 제1 방향전환수단이 연결된다.

상기 제1 방향전환수단은 본 발명에서 바람직하게 제1 삼방밸브(110)를 사용하였으며, 이 제1 삼방밸브(110)의 제2 포트(112)에는 라인(111a)을 매개로 실외측 열교환기(120)가 연결된다.

여기서, 상기 압축기(100)의 배출라인(101)은 제1 삼방밸브(110)의 제1 포트(111)에 연결된다.

상기 실외측 열교환기(120)의 출구 라인(121)은 상기 실내측 열교환기(160)와 냉각수 열교환기(400)를 연결하는 연결 라인(161)에 분기 접속되어 이 연결 라인(161)으로 상기 실외측 열교환기(120)에서 배출된 고압측 냉매가 분기 유동된다.

즉, 상기 연결라인(161)은 분기점으로부터 실내측 열교환기(160)로 연결되는 연결라인(161a)과, 상기 분기점으로부터 냉각수 열교환기(400)로 연결되는 연결라인(161b)으로 이루어진다.

한편, 상기 실내측 열교환기(160)와 제1 방향전환수단을 구성하는 제1 삼방밸브(110)의 제2 포트(113)와 연결하는 연결 라인(162)상에서 분기된 제1 분기라인(162-1)이 연장 형성되고, 이 제1 분기라인(162-1)은 제2 방향전환수단을 구성하는 제2 삼방밸브(200)의 제1 포트(201)에 연결된다.

상기 제2 삼방밸브(200)의 제2 포트(202)에는 상기 냉각수 열교환기(400)로 연결되는 제2 분기라인(163)이 설치된다.

그리고, 상기 제2 삼방밸브(200)의 제3 포트(203)에는 상기 수액기(140)의 입구(141)측과 연결되는 제3 분기라인(164)이 접속 연결된다.

상기 실외측 열교환기(120)의 출구 라인(121)상에는 내부 열교환기(300)가 설치되며, 상기 수액기(140)의 출구측과 상기 내부 열교환기(300)의 입구측은 연결 라인(165)을 매개로 연결되며, 상기 내부 열교환기(300)의 출구측은 압축기(100)의 입구측과 연결 라인(166)을 매개로 연결된다.

한편, 상기 냉각수 열교환기(400)와 엔진(500) 및 상기 수액기(140)에는 이들을 연결하여 냉각수가 유동되는 폐순환 라인(501)이 설치된다.

상기와 같이 구성된 히트 펌프 시스템의 구성중 수액기의 구성을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 수액기는 수액기 본체(140)와, 저압측 냉매 유동관(143)과, 냉각수 유동관(144)을 포함하여 이루어진다.

상기 수액기 본체(140)는 상부에 저압측 냉매 유입구(141)가 형성되며, 내부에 수용 공간부를 통체 형상으로 이루어진다.

여기서, 상기 저압측 냉매 유입구(141)는 전술한 제2 분기라인(164)과 연결된다.

상기 저압측 냉매 유동관(143)은, 상기 수액기 본체(140)내에 채워진 저압측 냉매중 기체 상태의 냉매가 유입되는 상기 수액기 본체의 상부에 위치한 유입부(143a)와, 상기 유입부에 유입된 냉매를 상기 수액기 본체의 외부로 배출되는 유출부(143b)를 구비하며, 일측에 오일이 유입되는 오일 리턴홀(143c)을 갖는 것으로 구성된다.

좀더 상세하게는 상기 냉매비산 플레이트(142)에서 비산된 냉매가 유입되는 유입부(143a)가 상기 냉매비산 플레이트(142)의 하측에 위치되고, 유출부(143b)가 수액기 본체(140)의 상측 외부로 돌출되게 설치되며, 상기 저압측 냉매 유동관(143)의 하단부에 오일 리턴홀(143c)이 형성된다.

여기서, 상기 유출부(143b)는 상기 연결라인(165)에 연결된다.

상기 냉각수 유동관(144)은, 상기 수액기 본체(140)의 상부 외부로 냉각수 유입구(144a)와 냉각수 유출구(144b)가 돌출 형성되고, 나머지는 상기 수액기 본체(140)의 내부에 배치된다.

상기 냉각수 유입구(144a)는 상기 폐순환 라인(501)의 배출측과 연결되며, 상기 냉각수 유출측(144b)은 상기 폐순환 라인(501)의 유입측과 연결된다.

한편, 본 발명은 상기 수액기 본체(140)의 내부에 상기 저압측 냉매 유입구(141)의 하부에 배치되어 상기 저압측 냉매를 수액기 본체(140)의 하측으로 비산시키는 냉매비산 플레이트(142)를 더 구비할 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 여름철 냉방모드일때에는 통상의 에어컨 시스템과 같이 엔진(E)의 구동에 의해 압축기(100)가 작동되고, 이 압축기(100)의 작동에 의해 냉매는 고온ㆍ고압으로 압축되어 배출라인(101)을 따라 압송된 후, 제1 삼방밸브(110)의 제1 포트(111)를 통해 유입된 다음 제2 포트(112)를 통해 라인(111a)을 따라 실외측 열교환기(120)로 유동된다.

여기서, 상기 제1 삼방밸브(110)는 제1 포트(111)와 제2 포트(112)가 서로 연통하도록 유로 방향이 전환되어 있음과 아울러 제1 포트(111)와 제3 포트(113)가 서로 연통하지 못하도록 유로가 차단되어 있고, 제2 포트(111)와 제3 포트(113) 역시 서로 연통하지 못하도록 유로가 차단되어 있는 상태이다.

한편, 실외측 열교환기(120)를 통과하여 응축된 냉매는 내부 열교환기(300)를 경유하여 출구 라인(121)을 따라 유동된 후, 일부는 연결라인(161a)을 따라 팽창밸브(150)를 지나 저온ㆍ저압으로 팽창된 다음, 실내측 열교환기(160)에서 주위의 열을 흡수하여 냉방 성능을 발휘하게 된다.

이후, 실내측 열교환기(160)를 통과한 냉매는 연결라인(162)을 따라 유동된 후, 이 연결라인(162)에 분기된 제1 분기라인(162-1)으로 분기 유동된 다음, 제2 방향전환수단인 제2 삼방밸브(200)의 제1 포트(201)로 유입된다.

상기 제2 삼방밸브(200)로 유입된 냉매는 제3 포트(203)로 방향 전환이 된 후, 제3 분기라인(164)을 따라 유동되어 수액기(140)의 저압측 냉매 유입구(141)로 유입된다.

여기서, 상기 제2 삼방밸브(200)는 제1 포트(201)와 제3 포트(203)가 서로 연통하도록 유로 방향이 전환되어 있음과 아울러 제1 포트(201)와 제2 포트(202)가 서로 연통하지 못하도록 유로가 차단되어 있고, 제2 포트(202)와 제3 포트(203) 역시 서로 연통하지 못하도록 유로가 차단되어 있는 상태이다.

그리고, 상기 제1 분기라인(162-1)이 분기되는 분기점으로부터의 연결 라인(162)의 후측으로도 냉매가 유동되기는 하나, 이 냉매는 제1 삼방밸브(110)의 폐쇄된 제3 포트(113)에 막혀 더 이상 유동되지 못하는 상태가 된다.

상기 수액기(140)의 저압측 냉매 유입구(141)로 유입된 냉매는 도 5에 도시된 바와 같이, 수액기 본체(140)내로 낙하되어 냉매비산 플레이트(142)에 의해 비산된 후, 수액기 본체(140)의 하부에 점차적으로 채워지게 된다.

상기 수액기 본체(140)내에 채워지는 냉매의 양이 증가하여 저압측 냉매 유동관(143)의 유입부(143a)까지의 수위를 초과하게 되면, 냉매는 상기 입구부(143a)로 유입된 후, 상기 유동관(143)을 따라 하강한 후 다시 상승하여 유출부(143b)를 통해 배출된다.

상기 유출부(143b)를 통해 배출된 냉매는 연결 라인(165)을 따라 이동한 다음 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 열교환기(300)를 경유하여 연결 라인(166)을 따라 이동하여 압축기(100)로 복귀된다.

여기서, 상기 내부 열교환기(300)에는 실외측 열교환기(120)에서 보내어지는 고온ㆍ고압 상태의 냉매와 수액기(140)에서 보내지어지는 냉매를 서로 열교환시키게 된다.

한편, 실외측 열교환기(120)를 통과하여 응축된 냉매는 내부 열교환기(300)를 경유하여 출구 라인(121)을 따라 유동된 후, 연결라인(161a)이 이외에도 연결 라인(161b)으로도 분기 유동되는데, 이 분기 유동된 냉매는 냉각수 열교환기(400)를 경유하여 제2 분기라인(163)을 따라 제2 삼방밸브(200)의 폐쇄된 제2 포트(202)의 전까지 유동된다.

즉, 연결라인(161b)에서 제2 삼방밸브(200)의 제2 포트(202)까지의 제2 분기라인(163) 구간의 냉매는 흐르지 못하고 정체되어 있는 상태가 된다.

한편, 상기 냉각수 열교환기(400)에는 엔진(500)을 경유하는 고온의 냉각수가 폐순환 라인(501)을 따라 도 5에 도시된 바와 같이, 수액기(140)의 냉각수 유동관(144)의 유입구(144a)를 통해 유입된 후, 유출구(144b)를 통해 폐순환 라인(501)을 따라 유동하게 된다.

여기서, 수액기 본체(140)의 내부에서는 냉각수 유동관(144)을 경유하는 고온의 냉각수와, 수액기 본체(140)의 내부에 채워진 저온 저압 상태의 냉매가 열교환되어 결국에는 냉각수의 온도를 일정치 이하로 낮추어줄 수 있는 열교환 작용이 일어나게 된다.

그리고, 상기 저온, 저압 상태의 냉매는 상기 고온의 냉각수와 열교환되는 과정에서 가열되어 오일의 점도가 낮추어지기 때문에 오일 리턴홀(143c)의 크기를 작게하여도 이 홀(143c)을 통해 오일이 충분히 빠져 나갈 수 있게 되며, 이로 인해 압축기(100)의 내구성을 향상시켜 수명을 연장시켜 줄수 있게 된다.

이제까지의 설명은 여름철 냉방 모드에 대하여 설명하였다.

한편, 겨울철 초기 차량 운행시 난방을 하고자 하는 경우 또는 최고 난방이 필요한 경우에 엔진(E)의 구동에 의해 압축기(100)가 작동되고, 이 압축기(100)의 작동에 의해 냉매는 고온ㆍ고압으로 압축되어 배출라인(101)을 따라 압송된 후, 제1 삼방밸브(110)의 제1 포트(111)로 유입된 다음 제3 포트(113)를 통해 연결라인(162)을 따라 실내측 열교환기(160)로 유입된다.

여기서, 상기 연결라인(162)상에는 제1 분기라인(162-1)이 분기되어 있는데, 이 제1 분기라인(162-1)으로도 냉매가 유동할 수 있다.

그러나, 상기 제2 삼방밸브(200)는 제2 포트(202)와 제3 포트(203)가 서로 연통하도록 유로 방향이 전환되어 있음과 아울러 제1 포트(201)와 제3 포트(203)가 서로 연통하지 못하도록 유로가 차단되어 있고, 제1 포트(201)와 제2 포트(202) 역시 서로 연통하지 못하도록 유로가 차단되어 있는 상태이기 때문에 상기 제1 분기라인(162-1)내에는 냉매가 정체되어 있는 상태가 된다.

그리고, 상기 제1 삼방밸브(110)는 제1 포트(111)와 제3 포트(113)가 서로 연통하도록 유로 방향이 전환되어 있음과 아울러 제1 포트(111)와 제2 포트(112)가 서로 연통하지 못하도록 유로가 차단되어 있고, 제2 포트(111)와 제3 포트(113) 역시 서로 연통하지 못하도록 유로가 차단되어 있는 상태이다.

한편, 상기 실내측 열교환기(160)를 통과하는 고온ㆍ고압의 냉매는 외부로부터 들어오는 차가운 공기와 열교환되어 실내로 따뜻한 공기가 공급되도록 주위의 공기를 상승시킨다.

다음으로, 상기 실내측 열교환기(160)를 통과한 냉매는 연결라인(161a)을 따 라 온도가 감소된 후 팽창밸브(150)를 경유하여 교축된 후, 연결라인(161b)을 따라 유동되면서 냉각수 열교환기(400)로 유입된다.

여기서, 상기 팽창밸브(150)를 경유하여 교축된 냉매중의 일부는 출구라인(121)과 내부 열교환기(300) 및 실외측 열교환기(120)로도 유동되나, 상기 제1 삼방밸브(110)의 제2 포트(112)가 폐쇄되어 있는 상태이기 때문에 출구라인(121)과 내부 열교환기(300) 및 실외측 열교환기(120)의 구간에 있는 냉매는 정체 상태가 된다.

상기 냉각수 열교환기(400)를 통과하는 냉매는 저온 상태이기 때문에 폐순환 라인(501)을 따라 유동되는 엔진(500)의 고온 냉각수와 1차 열교환된다.

이후, 상기 냉각수 열교환기(400)를 통과한 냉매는 제2 분기라인(163)을 따라 유동되면서 상기 제2 삼방밸브(200)의 제2 포트(202)로 유입된다.

상기 제2 포트(202)로 유입된 냉매는 제3 포트(203)를 통해 배출된 후, 제3 분기라인(164)을 따라 유동되어 수액기(140)의 저압측 냉매 유입구(141)내로 유입된다.

상기 수액기(140)의 저압측 냉매 유입구(141)내로 유입된 냉매는 도 5에 도시된 바와 같이, 수액기 본체(140)내로 낙하되어 냉매비산 플레이트(142)에 의해 비산된 후, 수액기 본체(140)의 하부에 점차적으로 채워지게 된다.

상기 수액기 본체(140)내에 채워지는 냉매의 양이 증가하여 저압측 냉매 유동관(143)의 유입부(143a)까지의 수위를 초과하게 되면, 냉매는 상기 유입부(143a)로 유입된 후, 상기 유동관(143)을 따라 하강한 후 다시 상승하여 유출부(143b)를 통해 배출된다.

상기 유출부(143b)를 통해 배출된 냉매는 연결라인(165)을 따라 이동한 다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 열교환기(300)를 경유하여 연결 라인(166)을 따라 이동하여 압축기(100)로 복귀된다.

한편, 상기 냉각수 열교환기(400)에는 엔진(500)을 경유하는 고온의 냉각수가 폐순환 라인(501)을 따라 도 5에 도시된 바와 같이, 수액기 본체(140)의 냉각수 유동관(144)의 유입구(144a)를 통해 유입된 후, 유출구(144b)를 통해 폐순환 라인(501)을 따라 유동하게 된다.

여기서, 상기 수액기 본체(140)의 내부에서는 냉각수 유동관(144)을 경유하는 상기 1차 냉각된 냉각수와, 수액기 본체(140)의 내부에 채워진 저온 저압 상태의 냉매가 열교환되어 결국에는 냉각수의 온도를 일정치 이하로 낮추어줄 수 있는 열교환작용이 일어난다.

따라서, 폐순환 라인(501)을 따라 유동되는 냉각수는 엔진(500)을 냉각하기에 적당한 온도로 감소되는 것이다.

이제까지의 설명은 수액기(140)와 내부 열교환기(400)가 서로 분리된 경우에 대한 본 발명을 설명하였다.

이하부터는 내부 열교환기 기능이 함께 구비된 수액기(140)를 갖는 히트 펌프 시스템에 대해 설명하기로 한다.

즉, 내부 열교환기 기능과 수액기(140)를 하나의 부품으로 일체화하게 되면 조립능력을 향상시킴과 아울러 설치 공간을 축소시켜 히트 펌프 시스템을 구성하는 다른 부품들의 설치에 공간적 제약을 받지 않게 된다.

히트 펌프 시스템은 도 7에 도시된 바와 같이, 압축기(100)와, 제1 방향전환수단과, 실외측 열교환기(120)와, 수액기(140)와, 팽창밸브(150)와, 실내측 열교환기(160)와, 제2 방향전환수단과, 냉각수 열교환기(400)를 포함하여 이루어진다.

상기와 같은 구성을 갖는 히트 펌프 시스템의 구성요소의 연결관계를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 실외측 열교환기(120)의 출구 라인(121)은 수액기(140)를 구성요소인 고압측 냉매 유동수단을 구성하는 파이프(145)의 입구(145a)에 연결됨과 아울러 상 기 파이프(145)의 출구(145b)에 연결된 후, 실내측 열교환기(160)와 냉각수 열교환기(400)를 연결하는 연결 라인(161)에 분기 접속되어 이 연결 라인(161)으로 상기 실외측 열교환기(120)에서 배출된 고압측 냉매가 분기 유동된다.

상기 연결라인(161)은 분기점으로부터 실내측 열교환기(160)로 연결되는 연결라인(161a)과, 상기 분기점으로부터 냉각수 열교환기(400)로 연결되는 연결라인(161b)으로 이루어진다.

상기 수액기(141)의 유출부(143b)는 연결 라인(166)을 매개로 압축기(100)의 입구측과 연결된다.

상기 폐순환 라인(501)의 일측은 상기 수액기(140)를 구성하는 냉각수 유동관(144)의 냉각수 유입구(144a)와 연결되고, 상기 폐순환 라인(501)의 타측은 상기 냉각수 유동관(144)의 냉각수 유출구(144b)와 연결된다.

상기와 같이 구성된 히트 펌프 시스템의 구성중 수액기의 구성을 도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

여기서, 도 8 및 도 9에 도시된 수액기의 구성은 전술한 도 5 및 6에 도시된 수액기의 구조에서 상기 냉각수 유동관(144)의 내부에는 고압측 냉매가 유동하도록 고압측 냉매 유동수단이 더 구비된 것이다.
고압측 냉매 유동수단은 수액기 본체의 내부에 배치되는 냉각수 유동관(144)의 내부에 배치되어, 실외측 열교환기(120)에서 보내어지는 고온,고압 상태의 냉매와 저온,저압 상태의 냉매를 열교환시킨다. 따라서, 내부 열교환기 기능과 수액기(140)를 하나의 부품으로 일체화할 수 있어, 조립능력을 향상시킴과 아울러 설치 공간을 축소시켜 히트 펌프 시스템을 구성하는 다른 부품들의 설치에 공간적 제약을 받지 않게 된다.

상기 고압측 냉매 유동수단은 파이프(145) 형상으로 형성되어 상기 냉각수 유동관(144)의 내부에 배치되되, 상기 냉각수 유동관(144)의 내면과 상기 파이프(145)의 외면 사이에는 중공부가 형성된다.

상기 파이프(145)의 외면과 상기 냉각수 유동관(144)의 내면 사이의 중공부또는 공간에는 다수개의 격벽(146)에 의해 분리된다.

그리고, 도 5 및 도 8에 도시된 상기 냉각수 유동관(144)중 상기 수액기 본체(140)의 내부에 수용된 부분은 코일 형상으로 권선되게 형성된다.

여기서, 상기 제1 삼방밸브(110)는 제1 포트(112)와 제2 포트(112)가 서로 연통하도록 유로 방향이 전환되어 있음과 아울러 제1 포트(111)와 제3 포트(113)가 서로 연통하지 못하도록 유로가 차단되어 있고, 제2 포트(111)와 제3 포트(113) 역시 서로 연통하지 못하도록 유로가 차단되어 있는 상태이다.

한편, 실외측 열교환기(120)를 통과하여 응축된 냉매는 출구 라인(121)을 따라 유동된 후, 도 4에 도시된 바와 같이, 수액기(140)의 구성중 하나인 고압측 냉매 유동수단인 파이프(145)의 입구(145a)측을 통해 유동된 다음, 그 출구(145b)측을 통해 배출되어 연결라인(161a)을 따라 팽창밸브(150)를 경유하게 되며, 이 팽창밸브(150)를 경유하면서 냉매는 저온,저압으로 팽창된 다음, 실내측 열교환기(160)에서 주위의 열을 흡수하여 냉방 성능을 발휘하게 된다.

여기서, 상기 실외측 열교환기(120)를 통과하여 응축된 냉매는 수액기(140)를 경유한 다음, 연결라인(161a) 이외에도 연결라인(161b)으로도 분기 유동되는데, 이 분기 유동된 냉매는 냉각수 열교환기(400)를 경유하여 제2 분기라인(163)을 따라 제2 삼방밸브(200)의 폐쇄된 제2 포트(202)의 전까지 유동하게 된다.

이후, 실내측 열교환기(160)를 통과한 냉매는 연결라인(162)을 따라 유동된후, 이 연결라인(162)에 분기된 제1 분기라인(162-1)으로 분기 유동된 다음, 제2 방향전환수단인 제2 삼방밸브(200)의 제1 포트(201)로 유입된다.

그리고, 제1 분기라인(162-1)이 분기되는 분기점으로부터 연결 라인(162)의 후측으로도 냉매가 유동되기는 하나, 이 냉매는 제1 삼방밸브(110)의 폐쇄된 제3 포트(113)에 막혀 더 이상 유동되지 못하는 정체 상태가 된다.

이후, 상기 수액기(140)의 저압측 냉매 유입구(141)로 유입된 냉매는 도 8에 도시된 바와 같이, 수액기 본체(140)내로 낙하되어 냉매비산 플레이트(142)에 의해 비산된 후, 수액기 본체(140)의 하부에 점차적으로 채워지게 된다.

상기 수액기 본체(140)내에 채워지는 냉매의 양이 증가하여 저압측 냉매 유동관(143)의 유입부(143a)까지의 수위를 초과하게 되면, 냉매는 상기 유입부(143a)로 유입된 후, 상기 유동관(143)을 따라 하강한 후, 다시 상승하여 유출부(143b)를 통해 배출된다.

상기 유출부(143b)를 통해 배출된 냉매는 연결라인(166)을 따라 이동한 다음 도 4에 도시된 바와 같이, 압축기(100)로 복귀하게 된다.

여기서, 수액기 본체(140)의 내부에서는 냉각수 유동관(144)을 경유하는 고온의 냉각수와, 수액기 본체(140)의 내부에 채워진 저온 저압 상태의 냉매가 열교환되어 결국에는 냉각수의 온도를 일정치 이하로 낮추어줄 수 있는 열교환작용이 일어나게 된다.

이제까지의 설명은 여름철 냉방 모드에 대하여 설명하였다.

한편, 겨울철 초기 차량 운행시 난방을 하고자 하는 경우 또는 최고 난방이 필요한 경우에 엔진(500)의 구동에 의해 압축기(100)가 작동되고, 이 압축기(100)의 작동에 의해 냉매는 고온ㆍ고압으로 압축되어 배출라인(101)을 따라 압송된 후, 제1 삼방밸브(110)의 제1 포트(111)로 유입된 다음 제3 포트(113)를 통해 연결라인(162)을 따라 실내측 열교환기(160)로 유입된다.

그러나, 상기 제2 삼방밸브(200)는 제2 포트(202)와 제3 포트(203)가 서로 연통하도록 유로 방향이 전환되어 있음과 아울러 제1 포트(201)와 제3 포트(203)가 서로 연통하지 못하도록 유로가 차단되어 있고, 제1 포트(201)와 제2 포트(202) 역 시 서로 연통하지 못하도록 유로가 차단되어 있는 상태이기 때문에 상기 제1 분기라인(162-1)내에는 냉매가 정체되어 있는 상태가 된다.

다음으로, 상기 실내측 열교환기(160)를 통과한 냉매는 연결라인(161a)을 따라 온도가 감소된 후 팽창밸브(150)를 경유하여 교축된 후, 연결라인(161b)을 따라 유동되면서 냉각수 열교환기(400)로 유입된다.

여기서, 상기 팽창밸브(150)를 경유하여 교축된 냉매중의 일부는 출구라인(121)과 수액기(140) 및 실외측 열교환기(120)로도 유동되나, 상기 제1 삼방밸브(110)의 제2 포트(112)가 폐쇄되어 있는 상태이기 때문에 출구라인(121)과 수액기(140) 및 실외측 열교환기(120)의 구간에 있는 냉매는 정체 상태가 된다.

상기 수액기(140)의 저압측 냉매 유입구(141)내로 유입된 냉매는 도 8에 도시된 바와 같이, 수액기 본체(140)내로 낙하되어 냉매비산 플레이트(142)에 의해 비산된 후, 수액기 본체(140)의 하부에 점차적으로 채워지게 된다.

상기 수액기 본체(140)내에 채워지는 냉매의 양이 증가하여 저압측 냉매 유동관(143)의 유입부(143a)까지의 수위를 초가하게 되면, 냉매는 상기 유입부(143a)로 유입된 후, 상기 유동관(143)을 따라 하강된 다음 다시 상승하여 유출부(143b)를 통해 배출된다.

상기 유출부(143b)를 통해 배출된 냉매는 연결라인(166)을 따라 이동한 다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 압축기(100)로 복귀된다.

한편, 상기 냉각수 열교환기(400)에는 엔진(500)을 경유하는 고온의 냉각수가 폐순환 라인(501)을 따라 도 8에 도시된 바와 같이, 수액기 본체(140)의 냉각수 유동관(145)의 유입구(145a)를 통해 유입된 후, 유출구(144b)를 통해 폐순환 라인(501)을 따라 유동된다.

여기서, 상기 수액기 본체(140)의 내부에서는 냉각수 유동관(144)을 경유하는 상기 1차 냉각된 냉각수와, 수액기 본체(140)의 내부에 채워진 저온 저압 상태의 냉매와 열교환되어 결국에는 냉각수의 온도를 일정치 이하로 낮추어줄 수 있는 열교환작용이 일어난다.

한편, 본 발명에는 도시하지는 않았지만, 도 7에 도시된 히트 펌프 시스템의 수액기의 구성을 다음과 같이 구성할수도 있음은 물론이다.

즉, 고압 상태의 냉매가 유입되어 배출되는 고압냉매 이동통로를 중앙에 배치하고, 최외곽측에 냉각수가 통과하는 냉각수 이동통로를 배치하며, 상기 고압냉매 이동통로와 냉각수 이동통로 사이에 저압냉매 이동통로를 배치하되, 상기 세 개의 이동통로를 서로 구획되게 독립적으로 동심원상으로 형성한 단일체로 된 수액기를 구성한다.

상기와 같이 단일체의 내부에 세 개의 이동통로를 동심원상으로 형성함으로써, 상기 저압냉매 이동통로를 통과하는 저온, 저압 상태의 냉매는 상기 냉각수 이동통로를 통과하는 고온의 냉각수와 열교환되는 과정에서 가열되어 오일의 점도가 낮추어지기 때문에 오일 리턴홀의 크기를 작게하여도 이 홀을 통해 오일이 충분히 빠져 나갈 수 있게 되며, 이로 인해 압축기의 내구성을 향상시켜 수명을 연장시켜 줄수 있게 된다.

한편, 상기와 같은 타입으로 수액기의 구성 이외에도 상하부에 냉각수 유입 구와 냉각수 유출구를 갖는 냉각수 저장통과, 상기 냉각수 저장통의 내부에 설치되어 고압냉매 이동통로와 저압냉매 이동통로가 이중관 타입으로 된 냉매이동관을 구성한다.

그리고, 상기 냉매이동관의 최외측에 저압냉매 이동통로를 배치하여 이 저압 상태의 냉각수는 상기 냉각수 저장통내에 있는 냉각수와 열교환되는 과정에서 가열되어 오일의 점도가 낮추어지기 때문에 오일 리턴홀의 크기를 작게하여도 이 홀을 통해 오일이 충분히 빠져 나갈 수 있게 되며, 이로 인해 압축기의 내구성을 향상시켜 수명을 연장시켜 줄수 있게 된다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 수액기의 내부에 엔진을 냉각시키는 냉각수를 통과시켜 저온,저압 상태의 냉매와 열교환되도록 함으로써, 이 냉매를 가열하여 오일의 점도를 낮추어 압축기의 내부로 액냉매가 유입되지 않음과 아울러 적정량의 오일이 압축기내로 원활하게 유입되어 압축기의 내구성을 그대로 유지하여 수명을 연장시킬 수 있도록 하고, 부가적으로, 종래 별도로 분리된 개별 부품인 내부 열교환기와 수액기를 하나의 부품으로 일체화함으로써 각종 부품의 설치 공간을 축소시켜 히트 펌프 시스템을 구성하는 다른 부품들의 설치에 공간적 제약을 받지 않도록 할 수 있다.

Claims

상부에 저압측 냉매 유입구(141)가 형성되며, 내부에 수용 공간부를 갖는 수액기 본체(140)와;

상기 수액기 본체(140)내에 채워진 저압측 냉매중 기체 상태의 냉매가 유입되도록 상기 수액기 본체의 상부에 위치한 유입부(143a)와, 상기 유입부에 유입된 냉매를 상기 수액기 본체의 외부로 배출하는 유출부(143b)를 구비하며, 일측에 오일이 유입되는 오일 리턴홀(143c)을 갖는 저압측 냉매 유동관(143)과;

상기 수액기 본체(140)내의 저압측 냉매와 열교환되도록 냉각수 유입구(144a)와 냉각수 유출구(144b)를 구비하며, 상기 수액기 본체(140)의 내부에 배치되는 냉각수 유동관(144)을 포함하여 이루어지며,

상기 냉각수 유동관(144)의 내부에는 고압측 냉매가 유동하도록 고압측 냉매유동수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템의 수액기.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 고압측 냉매 유동수단은 상기 냉각수 유동관(144)의 내부에 배치된 파이프(145)인 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템의 수액기.
제 3 항에 있어서,

상기 파이프(145)의 외면과 상기 냉각수 유동관(144)의 내면 사이에 형성된 공간에는 다수의 격벽(146)이 더 형성된 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템의 수액기.
제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수액기 본체(140)의 내부에 수용된 냉각수 유동관(144)은 코일 형상으로 권선된 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템의 수액기.
제 1 항에 있어서,

상기 수액기 본체(140)의 내부에는 상기 저압측 냉매 유입구(141)의 하부에 배치되어 상기 저압측 냉매를 수액기 본체(140)의 하측으로 비산시키는 냉매비산 플레이트(142)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 히터 펌프 시스템의 수액기.