KR101270623B1

KR101270623B1 - 히트 펌프

Info

Publication number: KR101270623B1
Application number: KR1020090109892A
Authority: KR
Inventors: 고영환; 류병진; 이응열; 김범석
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2013-06-03
Also published as: KR20110053077A

Abstract

본 발명에 따른 히트 펌프는 제 1, 2 로터리 압축부가 갖는 트윈 로터리 압축기와; 상기 트윈 로터리 압축기에서 압축된 냉매가 응축되는 응축기와; 상기 응축기에서 응축된 냉매가 팽창되는 제 1 팽창기구와; 상기 제 1 팽창기구에서 팽창된 냉매 중 액 냉매와 기상 냉매가 분리되는 기액 분리기와; 상기 기액 분리기에서 분리된 액상 냉매가 팽창되는 제 2 팽창기구와; 상기 제 2 팽창기구에서 팽창된 냉매가 증발되는 증발기와; 상기 기액 분리기에서 분리된 기상 냉매가 팽창되는 제 3 팽창기구와; 상기 증발기에서 증발된 냉매가 상기 제 1,2 로터리 압축부에서 모두 압축되거나, 상기 증발기에서 압축된 냉매가 상기 제 1 로터리 압축부에서 압축되고 상기 제 3 팽창기구에서 팽창된 냉매가 제 2 로터리 압축부에서 압축되게 상기 제 3 팽창기구와 증발기와 트윈 로터리 압축기를 연결하는 연결 유로를 포함하여, 2 스테이지 인버터 압축기를 사용하지 않고 충분한 난방 능력을 얻을 수 있고, 저온 조건시 냉매 가스가 인젝션되어 난방 성능이 향상되는 이점이 있다.

히트 펌프, 트윈 로터리 압축기, 기액분리기, 팽창기구, 연결 유로

Description

히트 펌프{Air conditioner}

본 발명은 히트 펌프에 관한 것으로서, 특히 트윈 로터리 압축기를 갖는 히트 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 히트 펌프는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방장치이다.

히트 펌프는 압축기와 응축기와 팽창기구와 증발기를 포함하고, 최근에는 냉매로 물을 가열하여 실내의 바닥을 난방하는 추세이다.

그러나, 종래 기술에 따른 히트 펌프는 실외 기온이 낮은 시기나 실외 평균 기온이 낮은 지역 예를 들면 한랭 지역의 경우, 난방 성능이 실외 기온에 대응되지 못하고, 특히 증발기가 저온시 결빙될 경우 난방이 거의 되지 않거나 잦은 제상 운전으로 성능이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 트윈 로터리 압축기로 냉매 가스를 인젝션 시키는 히트 펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 일반 부하와 가스 인젝션 부하에 따라 냉매 흐름이 가변되는 히트 펌프를 제공하는데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 히트 펌프는 제 1, 2 로터리 압축부가 갖는 트윈 로터리 압축기와; 상기 트윈 로터리 압축기에서 압축된 냉매가 응축되는 응축기와; 상기 응축기에서 응축된 냉매가 팽창되는 제 1 팽창기구와; 상기 제 1 팽창기구에서 팽창된 냉매 중 액 냉매와 기상 냉매가 분리되는 기액 분리기와; 상기 기액 분리기에서 분리된 액상 냉매가 팽창되는 제 2 팽창기구와; 상기 제 2 팽창기구에서 팽창된 냉매가 증발되는 증발기와; 상기 기액 분리기에서 분리된 기상 냉매가 팽창되는 제 3 팽창기구와; 상기 증발기에서 증발된 냉매가 상기 제 1,2 로터리 압축부에서 모두 압축되거나, 상기 증발기에서 압축된 냉매가 상기 제 1 로터리 압축부에서 압축되고 상기 제 3 팽창기구에서 팽창된 냉매가 제 2 로터리 압축부에서 압축되게 상기 제 3 팽창기구와 증발기와 트윈 로터리 압축기를 연결하는 연결 유로를 포함한다.

상기 연결 유로는 상기 제 1 로터 압축부의 흡입부와 상기 증발기를 연결하는 제 1 연결 유로와; 상기 제 2 로터 압축부의 흡입부와 제 3 팽창기구를 연결하는 제 2 연결 유로와; 상기 제 1 연결 유로를 통과하는 냉매가 상기 제 2 연결 유 로를 통해 상기 제 2 로터 압축부의 흡입부로 흡입되게 상기 제 1 연결 유로와 상기 제 2 연결 유로를 연결하는 제 3 연결 유로를 포함한다.

상기 제 1 연결 유로는 상기 제 1 로터리 압축부의 흡입부로 흡입되는 냉매 중 액냉매가 축적되는 제 1 어큐물레이터를 포함하고, 상기 제 2 연결 유로는 상기 제 2 로터리 압축부의 흡입부로 흡입되는 냉매 중 액냉매가 축적되는 제 2 어큐물레이터를 포함하며, 상기 제 3 연결 유로는 상기 제 1 어큐물레이터의 입구와 상기 제 2 어큐물레이터를 연결하는 히트 펌프.

상기 제 3 연결 유로는 상기 제 2 어큐물레이터로 유입된 냉매가 상기 제 1 어큐물레이터의 입구로 흡입되는 것을 막는 체크 밸브가 설치된다.

상기 히트 펌프는 운전 모드에 따라 상기 제 3 팽창기구를 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는 일반 운전 모드시 상기 제 3 팽창기구를 밀폐시키고, 가스 인젝션 운전 모드시 상기 제 3 팽창기구를 개방시킨다.

상기 히트 펌프는 부하를 감지하는 부하 감지 센서를 포함한다. 상기 제어부는 상기 부하 감지 센서에서 감지된 부하가 설정치 이상이면, 상기 가스 인젝션 운전 모드를 실시한다. 상기 제어부는 상기 부하 감지 센서에서 감지된 부하가 설정치 미만이면, 상기 일반 운전 모드를 실시한다.

상기 응축기는 냉매와 물을 열교환시키는 수냉매 열교환기이다. 상기 히트 펌프는 상기 응축기에서 가열된 물에 의해 실내를 난방시키는 난방 유닛을 더 포함한다. 상기 히트 펌프는 상기 응축기에서 가열된 물을 급탕에 이용하는 급탕 유닛 을 더 포함한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 히트 펌프는 저온 조건과 같이 난방 능력이 크게 요구되는 경우 가스 인젝션이 가능하므로 실외 기온이 낮은 시기나 실외 평균 기온이 낮은 지역의 경우, 난방 성능이 향상되는 이점이 있다.

또한, 2 스테이지 인버터 압축기를 사용하지 않고, 트윈 로터리 압축기가 2 스테이지 인버터 압축기와 동일한 성능을 낼 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 개략 구성도이다.

본 실시예에 따른 히트 펌프는 도 1에 도시된 바와 같이, 냉동 사이클 유닛(1)과, 급탕 유닛(2)과, 난방 유닛(3)을 포함한다.

냉동 사이클 유닛(1)은 제 1,2 로터리 압축부(4)(5)를 갖는 트윈 로터리 압축기(6)와, 트윈 로터리 압축기(6)에서 압축된 냉매가 응축되는 응축기(8)와, 응축기(8)에서 응축된 냉매가 팽창되는 제 1 팽창기구(10)와, 제 1 팽창기구(10)에서 팽창된 냉매 중 액 냉매와 기상 냉매가 분리되는 기액 분리기(12)와, 기액 분리기(12)에서 분리된 액상 냉매가 팽창되는 제 2 팽창기구(14)와, 제 2 팽창기구(14)에서 팽창된 냉매가 증발되는 증발기(16)와, 기액 분리기(12)에서 분리된 기상 냉 매가 팽창되는 제 3 팽창기구(18)와, 증발기(16)에서 증발된 냉매가 제 1,2 로터리 압축부(4)(5)에서 모두 압축되거나, 증발기(16)에서 압축된 냉매가 제 1 로터리 압축부(4)에서 압축되고 제 3 팽창기구(18)에서 팽창된 냉매가 제 2 로터리 압축부(5)에서 압축되게 제 3 팽창기구(18)와 증발기(16)와 트윈 로터리 압축기(6)를 연결하는 연결 유로(20)를 포함한다.

냉동 사이클 유닛(1)은 냉방용으로 설치되는 것도 가능하고, 난방용으로 설치되는 것도 가능하며, 냉/난방 겸용으로 설치되는 것도 가능하다.

냉동 사이클 유닛(1)은 실내 공기가 응축기(8)와 증발기(16) 중 하나로 송풍된 후 실내로 다시 토출되어, 응축기(8)에 의해 가열된 실내 공기가 실내를 난방시키거나 증발기(16)에 의해 냉각된 실내 공기가 실내를 냉방시키는 것이 가능하다.

냉동 사이클 유닛(1)은 응축기(8)와 증발기(16) 중 하나가 냉매와 물이 열교환되는 수냉매 열교환기로 구성됨과 아울러 수배관이 연결되고, 수배관이 실내 공기와 실외 공기의 혼합 공기가 냉각/가열 코일을 통과하는 냉각/가열 코일에 연결되며, 냉각/가열 코일에 의해 냉각 또는 가열된 혼합 공기가 실내로 토출되어 실내를 냉방시키거나 난방시키는 것이 가능하다.

냉동 사이클 유닛(1)은 응축기(8)와 증발기(16) 중 하나가 냉매와 물이 열교환되는 수냉매 열교환기로 구성됨과 아울러 수배관이 연결되고, 수배관이 급탕 유닛과, 냉/난방 유닛에 연결되어 실내의 냉/난방이나 급탕에 이용되는 것이 가능하다.

냉동 사이클 유닛(1)은 냉방용으로 설치되는 경우 증발기(16)가 수냉매 열교 환기로 구성됨과 아울러 수배관이 냉방 유닛에 연결되어 냉매가 물을 냉각시키고 냉각된 물이 냉방 유닛으로 유입되어 실내를 냉방시키고, 난방용으로 설치되는 경우 응축기(8)가 수냉매 열교환기로 구성됨과 아울러 수배관이 연결되어 급탕 유닛과 난방 유닛에 연결되어 냉매가 물을 가열시키고 가열된 물이 급탕 유닛과 냉방 유닛으로 유입되어 급탕에 이용되고 실내를 난방시킨다.

이하, 냉동 사이클 유닛(1)은 응축기(8)가 수냉매 열교환기로 구성되고, 응축기(8)에서 가열된 물이 실내의 난방이나 급탕에 직접 이용되거나 실내의 난방이나 급탕의 열원으로 이용되는 것으로 설명한다.

냉동 사이클 유닛(1)은 하나의 유닛으로 구성되는 것도 가능하고, 실내기(I)와 실외기(O)로 구성되는 것도 가능하며, 이하 실내기(I)와 실외기(O)로 구성되는 것으로 설명한다.

냉동 사이클 유닛(1)은 트윈 로터리 압축기(6)와 제 1 팽창기구(10)와, 기액 분리기(12)와, 제 2 팽창기구(16)와 제 3 팽창기구(18)와, 연결 유로(20)가 실내기(O)에 설치되고, 응축기(8)가 실내기(I)에 설치된다.

트윈 로터리 압축기(6)는 응축기(8)와 압축기 토출배관(7)으로 연결된다.

트윈 로터리 압축기(6)는 2개의 입구부와 하나의 출구부를 갖고, 2개의 입구부가 연결 유로(20)와 연결되며, 하나의 출구부가 압축기 토출배관(7)과 연결된다.

트윈 로터리 압축기(6)는 하나의 모터부가 제 1,2 로터리 압축부(4)(5)를 함께 압축하는 바, 케이스 내부에 제 1,2 로터리 압축부(4)(5)가 상하 배치되고, 하나의 모터부에 연결된 회전축이 제 1 로터리 압축부(4)와 제 2 로터리 압축부(5)에 관통되게 배치된다.

트윈 로터리 압축기(6)는 제 1 로터리 압축부(4)와 제 2 로터리 압축부(5) 각각이 입구부와 연결되는 압축실을 각각 갖고, 모터부의 회전축에는 제 1 로터리 압축부(4)의 압축실을 압축시키는 제 1 캠축과, 제 2 로터리 압축부(5)의 압축실을 압축시키는 제 2 캠축이 연결된다.

트윈 로터리 압축기(6)는 제 1 로터리 압축부(4)에서 압축된 냉매와 제 2 로터리 압축부(5)에서 압축된 냉매가 케이스 내부에서 합쳐진 후 하나의 출구부를 통해 압축기 토출배관(7)으로 토출된다.

응축기(8)는 제 1 팽창기구(10)와 응축기-제 1 팽창기구 연결배관(9)으로 연결된다.

응축기(8)는 냉매와 물이 열교환되는 수냉매 열교환기로 구성되고, 냉매가 통과하면서 방열되는 방열 유로와, 물이 통과하면서 흡열되는 흡열 유로를 갖으며, 방열 유로와 흡열 유로의 사이에는 열을 전달하는 열전달부재가 설치된다.

응축기(8)에는 급탕 유닛(2) 및 난방 유닛(3)과 폐회로를 형성하는 온수 순환 유로가 연결되고, 온수 순환 유로에 대해서는 후술하여 상세히 설명한다.

제 1 팽창기구(10)는 기액 분리기(12)와 제 1 팽창기구-기액 분리기 연결배관(11)으로 연결된다.

기액 분리기(12)는 제 2 팽창기구(14)와 액상 배관(13)으로 연결된다.

제 2 팽창기구(14)는 증발기(16)와 제 2 팽창기구-증발기 연결배관(15)으로 연결된다.

증발기(16)는 실외 공기를 증발기(16)로 송풍시켜 냉매가 실외 공기에 의해 증발되는 공랭식 열교환기로 구성되고, 냉동 사이클 유닛(1)은 실외 공기를 증발기(16)로 송풍시키는 실외팬(21)을 더 포함한다.

증발기(16)는 연결유로(20)에 의해 트윈 로터리 압축기(6)와 연결된다.

제 3 팽창기구(18)는 기액 분리기(12)와 기상 배관(19)으로 연결된다.

연결 유로(20)는 제 1 로터 로터리 압축부(4)의 흡입부와 증발기(16)를 연결하는 제 1 연결 유로(22)와, 제 2 로터 로터리 압축부(5)의 흡입부와 제 3 팽창기구(18)를 연결하는 제 2 연결 유로(24)와, 제 1 연결 유로(22)를 통과하는 냉매가 제 2 연결 유로(24)를 통해 제 2 로터 로터리 압축부(5)의 흡입부로 흡입되게 제 1 연결 유로(22)와 상기 제 2 연결 유로(24)를 연결하는 제 3 연결 유로(26)를 포함한다.

한편, 응축기(8)에 연결된 온수 순환 유로(28)는 응축기(8)에서 가열된 온수가 급탕 유닛(2)과 난방 유닛(3) 중 적어도 하나를 통과한 후 응축기(8)로 회수되게 응축기(8)와 급탕 유닛(2)과 난방 유닛(3)을 연결하게 구성된다.

온수 순환 유로(28)는 실내기(I) 내부에 위치하는 실내기 배관(29)과, 온수가 급탕 유닛(2)을 통과하는 급탕 배관(30)과, 온수가 난방 유닛(3)을 통과하는 난방 배관(31)과, 실내기 배관(29)을 급탕 배관(30) 및 난방 배관(31)에 연결하는 연결 배관(32)을 포함한다.

연결 배관(32)에는 온수를 급탕 배관(30)과 난방 배관(31) 중 적어도 하나로 안내하는 온수 조절밸브(33)가 설치되고, 급탕 배관(30)과 난방 배관(31)은 연결배 관(32)을 통해 온수 조절밸브(33)에 연결된다.

이하, 실내기(I)와, 급탕 유닛(2)과, 난방 유닛(3)에 대해 상세히 설명한다.

실내기(I)는 실내기 배관(29)을 통과하는 물의 흐름을 감지하는 플로우 스위치(34)와, 실내기 배관(29) 중 플로우 스위치(34)와 이격된 위치에 설치된 팽창탱크(35)와, 실내기 배관(29)이 연결되고 내부에 보조 히터(36)가 설치된 집수 탱크(37)와, 실내기 배관(29)에 설치되어 물이 순환되게 펌핑시키는 순환 펌프(38)가 설치된다.

팽창 탱크(35)는 응축기(8)를 통과하면서 가열된 물의 부피가 적정 수준이상으로 팽창되었을 때 이를 흡수하는 일종의 완충기로서, 그 내부에는 질소가 충전됨과 아울러 물의 부피에 대응하여 움직이는 다이어플램이 설치된다.

집수 탱크(37)는 물이 집수되는 것으로서, 제상 운전이나 응축기(8)의 열량이 요구되는 열량에 미치지 못하는 경우 보조 히터(36)가 선택적으로 작동된다.

워터 펌프(38)는 물이 실내기(I)와 급탕 유닛(2)과 난방 유닛(3)을 순환되게 하는 것으로서, 실내기 배관(29) 중 집수 탱크(37)의 이후에 설치된다.

급탕 유닛(2)은 응축기(8)에서 가열된 물에 의해 온수를 공급하는 것으로서, 사용자가 세면, 목욕 또는 설거지 등에 필요한 온수를 공급하게 설치된다.

급탕 유닛(2)은 물이 담겨지는 급탕 탱크(41)와, 급탕 탱크(41)에 설치된 급탕용 보조 히터(42)를 포함한다.

급탕 탱크(41)에는 냉수가 급탕 탱크(41)로 급수되는 냉수 입수부(43)와, 급탕 탱크(41)의 온수가 출수되는 온수가 출수되는 온수 출수부(44)가 연결된다.

급탕 탱크(41)에는 급탕 배관(30)이 설치되어 급탕 탱크(41) 내의 물을 가열한다.

온수 출수부(44)에는 샤워기와 같은 온수 출수기구(45)가 연결된다.

온수 출수부(44)에는 온수 출수기구(45)로 냉수가 출수될 수 있게 냉수 입수부(46)가 연결된다.

난방 유닛(3)은 실내의 바닥을 난방시키는 바닥 난방 유닛(51)과, 실내의 공기를 난방시키는 공기 난방 유닛(52)을 포함한다.

바닥 난방 유닛(51)은 실내 바닥에 미앤더라인(meander line)으로 매설될 수 있다.

공기 난방 유닛(52)은 팬 코일 유닛(Fan coil unit) 또는 라디에이터(Radiator) 등으로 구성될 수 있다.

난방 배관(31)에는 온수를 바닥 난방 유닛(51)과 공기 난방 유닛(52) 중 적어도 하나로 안내하는 난방 온수 조절밸브(53)(54)가 설치되고, 바닥 난방 유닛(51)은 난방 온수 조절밸브(53)(54)와 공기 난방 배관(55)로 연결되며, 바닥 난방 유닛(52)은 난방 온수 조절밸브(53)(54)와 바닥 난방 배관(56)으로 연결된다.

순환 펌프(36)의 구동시, 온수 조절밸브(33)가 급탕 모드이면, 응축기(8)에서 가열된 물은 실내기 배관(29)과 연결 배관(32)을 차례로 통과하여 급탕 배관(30)으로 유입되고, 급탕 탱크(41) 내의 물을 가열시킨 후 연결 배관(32)과 실내기 배관(29)을 차례로 통과하여 응축기(8)로 회수된다.

순환 펌프(36)의 구동시, 온수 조절밸브(33)가 난방 모드이면, 응축기(8)에 서 가열된 물은 실내기 배관(29)과 연결 배관(32)을 차례로 통과하여 난방 배관(31)으로 유입되고, 바닥 난방 유닛(51)과 공기 난방 유닛(52) 중 적어도 하나를 가열시킨 후 난방 배관(31)과 연결 배관(32)과 실내기 배관(29)을 차례로 통과하여 응축기(8)로 회수된다.

이때, 난방 온수 조절밸브(55)(56)가 공기 난방 모드이면, 온수는 공기 난방 배관(55)과 공기 난방 유닛(52)과 공기 난방 배관(55) 차례로 통과하여 난방 배관(31)으로 출수되고, 바닥 난방 모드이면, 온수는 바닥 난방 배관(56)과 바닥 난방 유닛(51)과 바닥 난방 배관(56) 차례로 통과하여 난방 배관(31)으로 출수된다.

도 2는 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 냉동 사이클 유닛이 확대 도시된 구성도이다.

제 1 연결 유로(22)는 제 1 로터리 압축부(4)의 흡입부(4′)로 흡입되는 냉매 중 액냉매가 축적되는 제 1 어큐물레이터(23)를 포함한다.

제 1 연결 유로(22)는 증발기(16)와 제 1 어큐물레이터(23)를 연결하는 제 1 어큐물레이터 입구배관(22A)과, 제 1 어큐물레이터(23)와 제 1 로터리 압축부(4)의 흡입부(4′)를 연결하는 제 1 어큐물레이터 출구배관(22B)를 포함한다.

제 2 연결 유로(24)는 제 2 로터 로터리 압축부(5)의 흡입부로 흡입되는 냉매 중 액냉매가 축적되는 제 2 어큐물레이터(25)를 포함한다.

제 2 어큐물레이터(25)는 제 3 팽창기구(18)에서 팽창된 냉매 가스가 트윈 로터리 압축기(6)으로 인젝션될 때 발생될 수 있는 액유입을 방지한다.

제 2 연결 유로(24)는 제 3 팽창기구(18)와 제 2 어큐물레이터(25)를 연결하는 제 2 어큐물레이터 입구배관(24A)와, 제 2 어큐물레이터(25)와 제 2 로터리 압축부(5)의 흡입부(5′)를 연결하는 제 2 어큐물레이터 출구배관(24B)을 포함한다.

제 3 연결 유로(26)는 제 1 어큐물레이터(23)의 입구와 제 2 어큐물레이터(25)를 연결한다.

제 3 연결 유로(26)는 제 2 어큐물레이터(25)로 유입된 냉매가 제 1 어큐물레이터(25)의 입구로 흡입되는 것을 막는 체크 밸브(27)가 설치된다.

체크 밸브(27)는 후술하는 일반 운전 모드에서 가스 인젝션 운전 모드로 변경될 때, 제 1 연결 유로(22)의 급격한 압력 강하를 방지한다.

제 3 연결 유로(26)는 제 1 어큐물레이터(23)의 입구인 제 1 어큐물레이터 입구배관(22A)과 체크 밸브(27)를 연결하는 체크 밸브 흡입 배관(26A)와, 체크 밸브(27)와 제 2 어큐물레이터(25)를 연결하는 체크 밸브 토출 배관(26B)을 포함한다.

도 3은 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 제어 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예가 일반 운전 모드일때의 냉매 흐름이 도시된 주요부 확대도이며, 도 5는 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예가 가스 인젝션 모드일때의 냉매 흐름이 도시된 주요부 확대도이고, 도 6은 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 가스 인젝션 모드시의 P-H선도이다.

본 실시예에 따른 히트 펌프는 히트 펌프의 운전/정지 등의 각종 명령을 입 력하는 조작부(100)와, 히트 펌프의 부하를 감지하는 부하 감지 센서(110)와, 조작부(100)의 조작과 부하 감지 센서(110)의 감지 결과에 따라 트윈 로터리 압축기(6)와 제 1 팽창기구(10)와 제 2 팽창기구(14)와 제 3 팽창기구(18)와 실외팬(21) 등을 제어하는 제어부(120)를 더 포함한다.

부하 감지 센서(110)는 급탕 유닛(2)과 난방 유닛(3)의 부하를 감지하는 온수 온도 센서를 포함한다.

온수 온도 센서는 급탕 유닛(2)과 난방 유닛(3) 중 적어도 하나와 응축기(8)를 순환하는 온수의 온도를 감지하도록 온수 순환 유로(28) 일측에 설치된다.

온수 온도 센서는 급탕 유닛(2)과 난방 유닛(3) 중 적어도 하나에서 냉각된 후 응축기(8)로 회수되는 온수를 감지하게 설치되고, 실내기 배관(29)에 설치되는 것이 바람직하다.

부하 감지 센서(110)는 실외의 저온 여부를 감지하는 실외 온도 센서를 포함한다.

실외 온도 센서는 증발기(16)를 향해 송풍되는 실외 공기의 온도를 감지하도록 증발기(16)에 설치된다.

제어부(120)는 부하 감지 센서(110)에서 감지된 부하가 설정치 이상이면, 도 5에 도시된 바와 같이, 가스 인젝션 운전 모드를 실시하고, 부하 감지 센서에서 감지된 부하가 설정치 미만이면, 도 4에 도시된 바와 같이, 일반 운전 모드를 실시한다.

제어부(120)는 일반 운전 모드/가스 인젝션 운전 모드에 따라 제 3 팽창기 구(18)를 제어하는 바, 일반 운전 모드시 제 3 팽창기구(18)를 밀폐시키고, 가스 인젝션 운전 모드시 제 3 팽창기구(18)를 개방시킨다.

제어부(120)는 온수 온도 센서에서 감지된 온수의 온도가 설정온도 미만이면, 부하가 설정치 이상인 것으로 판단하여 히트 펌프를 가스 인젝션 모드로 운전하고, 온수 온도 센서에서 감지된 온수의 온도가 설정 온도 이상이면, 부하가 설정치 미만인 것으로 판단하여 히트 펌프를 일반 운전 모드로 운전하는 것이 가능하다.

제어부(120)는 실외 온도 센서에서 감지된 실외 온도가 설정온도 이하이면, 부하가 설정치 이상인 것으로 판단하여 히트 펌프를 가스 인젝션 모드로 운전하고, 실외 온도 센서에서 감지된 실외 온도가 설정온도 초과이면, 부하가 설정치 미만인 것으로 판단하여 히트 펌프를 일반 운전 모드로 운전하는 것이 가능하다.

이하, 도 4를 참조하여 일반 운전 모드에 대해 상세히 설명한다.

제어부(120)는 일반 운전 모드시, 트윈 로터리 압축기(6)와 실외팬(21)을 구동시키고, 제 1 팽창기구(10)와 제 2 팽창기구(14)를 개방하고, 제 3 팽창기구(18)를 밀폐한다.

제어부(120)는 제 1 팽창기구(10)를 풀 오픈시키고, 제 2 팽창기구(14)가 냉매를 팽창시키게 제 2 팽창기구(14)를 설정 개도로 개도 조절한다. 이때, 제어부(120)는 트윈 로터리 압축기(6)의 흡입과열도가 설정과열도(예를들면, 5℃)에 이르게 제 2 팽창기구(14)의 개도를 제어한다.

상기와 같은 제어시, 냉매는 도 4에 도시된 바와 같이, 트윈 로터리 압축기(6)에서 냉매가 압축되어 압축기 토출배관(7)로 토출되고, 이후 응축기(8)에서 응축되며 물을 가열한다.

응축기(8)에서 응축된 냉매는 제 1 팽창기구(10)와 오일 분리기(12)를 차례로 통과한 후 제 2 팽창기구(14)에서 팽창되고, 증발기(16)로 유동되어 실외 팬(21)에서 송풍되는 실외 공기에 의해 증발되며, 이후 제 1 연결 유로(22)로 유동된다.

제 1 연결 유로(22)로 유동된 냉매는 일부가 제 1 어큐물레이터(23)를 통과하면서 액냉매가 제 1 어큐물레이터(23)에 남고 기상 냉매가 제 1 로터리 압축부(4)로 흡입되어 압축된다.

제 1 연결 유로(22)로 유동된 냉매 중 나머지는 제 3 연결 유로(26)및 체크밸브(27)를 통과하여 제 2 어큐물레이터(25)로 유동되고, 제 2 어큐물레이터(25)로 유동된 냉매 중 액냉매는 제 2 어큐물레이터(25)에 남으며, 제 2 어큐물레이터(25)로 유동된 냉매 중 기상 냉매는 제 2 로터리 압축부(5)로 흡입되어 압축된다.

제 1 로터리 압축부(4)와 제 2 로터리 압축부(5)에서 압축된 냉매는 트윈 로터리 압축기(6) 내부에서 합쳐지고, 압축기 토출 배관(7)으로 토출된다.

상기와 같은 운전시, 냉매는 압축,응축,팽창,증발의 과정을 거치면서 응축기(8)에서 응축되어 물을 가열하고, 증발기(16)에서 실외 공기에 의해 증발된다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 가스 인젝션 운전 모드에 대해 상세히 설명 한다.

제어부(120)는 가스 인젝션 운전 모드시, 트윈 로터리 압축기(6)와 실외팬(21)을 구동시키고, 제 1 팽창기구(10)와 제 2 팽창기구(14)와 제 3 팽창기구(18)를 개방한다.

제어부(120)는 제 1,2 로터리 압축부(4)(5)로 흡입되는 냉매의 압력이 증발기(16)의 증발압 보다 낮고, 응축기(8)의 응축압보다 높은 중간압이 되게 제 1 팽창기구(10)의 개도와 제 3 부스터 팽창기구(18)의 개도를 제어한다. 이때, 제어부(120)는 트윈 로터리 압축기(6)의 흡입과열도가 설정과열도(예를들면, 5℃)에 이르게 제 2 팽창기구(14)의 개도를 제어한다.

상기와 같은 제어시, 냉매는 도 5에 도시된 바와 같이, 트윈 로터리 압축기(6)에서 냉매가 압축되어 압축기 토출배관(7)으로 토출되고, 이후 응축기(8)에서 응축되며 물을 가열한다.

응축기(8)에서 응축된 냉매는 제 1 팽창기구(10)에서 증발압과 응축압 사이의 중간압으로 팽창되고, 이후 기액분리기(12)로 유동된다.

냉매는 기액분리기(12)의 내부에서 액냉매와 기상 냉매가 분리되고, 기상 냉매는 제 3 팽창기구(18)로 유동되어 제 3 팽창기구(18)에서 팽창되고, 이후 제 2 연결 유로(24) 및 제 2 어큐물레이터(25)를 통과하며, 제 2 로터리 압축부(5)로 가스 인젝션 되어 제 2 로터리 압축부(5)에서 압축된다.

이때, 제 2 어큐물레이터(25)로 유입된 냉매는 액냉매가 제 2 어큐물레이터(25) 내부에 남고, 기상 냉매만이 제 2 로터리 압축부(5)로 인젝션되어 압축된 다.

한편, 기액분리기(12)의 기상 냉매와 분리된 액냉매는 제 2 팽창기구(14)로 유동되어 제 2 팽창기구(14)에서 팽창되고, 이후 증발기(16)에서 증발되며, 제 1 연결 유로(22)로 유동된다. 제 1 연결 유로(22)로 유동된 냉매는 액냉매가 제 1 로터리 압축부(4)에 남고, 액냉매와 분리된 기상 냉매만이 제 1 로터리 압축부(4)에서 압축된다.

제 1 로터리 압축부(4)와 제 2 로터리 압축부(5)에서 압축된 냉매는 일반 운전 모드와 같이, 트윈 로터리 압축기(6) 내부에서 합쳐지고, 압축기 토출 배관(7)으로 토출된다.

한편, 냉매가 제 2 로터리 압축부(5)로 가스 인젝션되지 않는 경우, 냉매는 통상적인 압축,응축,팽창,증발 과정을 거치면서 도 6에 점선으로 도시된 바와 같이, a->b′->c′->f′->a의 과정이 진행된다.

반면에, 상기와 같이 냉매가 증발기(16)와 제 2 팽창기구(14)를 바이패스하면서 제 2 로터리 압축부(5)로 가스 인젝션 되는 경우, 냉매는 압축,응축,팽창,팽창,증발 과정을 거치면서 도 6에 실선으로 도시된 바와 같이, a->b->c->d->e->f->a의 과정으로 진행되고, 제 1 팽창기구(10)에서 팽창된 냉매 중 일부가 팽창, 압축 과정을 거치면서 도 6의 d->g->h->b의 과정으로 진행되며, 가스 냉매가 제 2 로터리 압축부(5)로 인젝션 되지 않는 경우 보다 전체적으로 효율이 상승되면서 압축일이 감소된다.

즉, 트윈 로터리 압축기(6)로 공급되는 전체 소비전력은 감소되고, 특히 실 외가 저온인 저온 난방 능력이 향상된다.

도 1은 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 개략 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 냉동 사이클 유닛이 확대 도시된 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 제어 블록도,

도 4는 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예가 일반 운전 모드일때의 냉매 흐름이 도시된 주요부 확대도,

도 5는 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예가 가스 인젝션 모드일때의 냉매 흐름이 도시된 주요부 확대도,

도 6은 본 발명에 따른 히트 펌프 일실시예의 가스 인젝션 모드시의 P-H선도이다.

Claims

제 1, 2 로터리 압축부가 갖는 트윈 로터리 압축기와;

상기 트윈 로터리 압축기에서 압축된 냉매가 응축되는 응축기와;

상기 응축기에서 응축된 냉매가 팽창되는 제 1 팽창기구와;

상기 제 1 팽창기구에서 팽창된 냉매 중 액 냉매와 기상 냉매가 분리되는 기액 분리기와;

상기 기액 분리기에서 분리된 액상 냉매가 팽창되는 제 2 팽창기구와;

상기 제 2 팽창기구에서 팽창된 냉매가 증발되는 증발기와;

상기 기액 분리기에서 분리된 기상 냉매가 팽창되는 제 3 팽창기구와;

상기 증발기에서 증발된 냉매가 상기 제 1,2 로터리 압축부에서 모두 압축되거나, 상기 증발기에서 압축된 냉매가 상기 제 1 로터리 압축부에서 압축되고 상기 제 3 팽창기구에서 팽창된 냉매가 제 2 로터리 압축부에서 압축되게 상기 제 3 팽창기구와 증발기와 트윈 로터리 압축기를 연결하는 연결 유로를 포함하는 히트 펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 연결 유로는 상기 제 1 로터 압축부의 흡입부와 상기 증발기를 연결하는 제 1 연결 유로와;

상기 제 2 로터 압축부의 흡입부와 제 3 팽창기구를 연결하는 제 2 연결 유 로와;

상기 제 1 연결 유로를 통과하는 냉매가 상기 제 2 연결 유로를 통해 상기 제 2 로터 압축부의 흡입부로 흡입되게 상기 제 1 연결 유로와 상기 제 2 연결 유로를 연결하는 제 3 연결 유로를 포함하는 히트 펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 연결 유로는 상기 제 1 로터리 압축부의 흡입부로 흡입되는 냉매 중 액냉매가 축적되는 제 1 어큐물레이터를 포함하고,

상기 제 2 연결 유로는 상기 제 2 로터리 압축부의 흡입부로 흡입되는 냉매 중 액냉매가 축적되는 제 2 어큐물레이터를 포함하며,

상기 제 3 연결 유로는 상기 제 1 어큐물레이터의 입구와 상기 제 2 어큐물레이터를 연결하는 히트 펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 제 3 연결 유로는 상기 제 2 어큐물레이터로 유입된 냉매가 상기 제 1 어큐물레이터의 입구로 흡입되는 것을 막는 체크 밸브가 설치된 히트 펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 히트 펌프는 운전 모드에 따라 상기 제 3 팽창기구를 제어하는 제어부를 포함하는 히트 펌프.
제 5 항에 있어서,

상기 제어부는 일반 운전 모드시 상기 제 3 팽창기구를 밀폐시키고, 가스 인젝션 운전 모드시 상기 제 3 팽창기구를 개방시키는 히트 펌프.
제 6 항에 있어서,

상기 히트 펌프는 부하를 감지하는 부하 감지 센서를 포함하고,

상기 제어부는 상기 부하 감지 센서에서 감지된 부하가 설정치 이상이면, 상기 가스 인젝션 운전 모드를 실시하는 히트 펌프
제 7 항에 있어서,

상기 제어부는 상기 부하 감지 센서에서 감지된 부하가 설정치 미만이면, 상기 일반 운전 모드를 실시하는 히트 펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 응축기는 냉매와 물을 열교환시키는 수냉매 열교환기이고,

상기 히트 펌프는 상기 응축기에서 가열된 물에 의해 실내를 난방시키는 난방 유닛을 더 포함하는 히트 펌프.
제 9 항에 있어서,

상기 히트 펌프는 상기 응축기에서 가열된 물에 의해 온수를 공급하는 급탕 유닛을 더 포함하는 히트 펌프.