KR101369808B1

KR101369808B1 - 정압기를 구비한 히트펌프

Info

Publication number: KR101369808B1
Application number: KR1020130045014A
Authority: KR
Inventors: 이영국
Original assignee: 이영국
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2014-03-25

Abstract

본 발명은 실내외 온도의 변화 등에 의해 발생하는 히트펌프내 냉매압의 변화를 개선하여 냉난방 효율을 증진시킬 수 있는 정압기를 구비한 히트펌프를 제공한다. 이를 통해 기존에 히트펌프를 구성하는 압축기(20), 응축기(30), 팽창기(40), 증발기(50) 등의 요소들 사이에, 설계치를 벗어난 냉매 압력이 히트펌프로 가해질 시 압축기(20)의 운행이 중단되는 등 히트펌프의 효율이 저하되는 문제점을 효과적으로 방지할 수 있는 정압기(80)를 설치하여 새로운 형태의 정압기를 구비한 히트펌프(10)를 제공하고자 한다. 즉, 기존 히트펌프의 구성요소인 압축기(20), 응축기(30), 팽창기(40), 증발기(50)가 상시 작동할 수 있도록 하고, 그를 통해 히트펌프를 작동시키기 위한 전력의 소비를 최소화함은 물론이고 히트펌프의 효율 향상을 가져올 수 있다.

Description

정압기를 구비한 히트펌프{Heat Pump equipped with a Constant Pressure Maintenance Unit}

본 발명은 정압기를 구비한 히트펌프에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 실내외 온도의 변화 등에 의해 발생하는 히트펌프내 냉매압의 변화를 개선하여 냉난방 효율을 증진시킬 수 있는 정압기를 구비한 히트펌프에 관한 것이다.

열은 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 성질이 있는데, 히트펌프는 반대로 낮은 온도에서 높은 온도로 열을 끌어올린다 하여 붙여진 이름이다. 초기에는 냉장고, 에어컨과 같이 압축된 냉매를 증발시켜 주위의 열을 빼앗는 용도로 개발되었으나, 지금은 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하는 냉방장치 또는 고온의 열원을 저온으로 전달하는 난방장치 및 냉난방 겸용장치를 포괄하는 의미로 사용되고 있다.

히트펌프의 구성은 압축기, 증발기, 응축기, 팽창밸브 등으로 이루어진 것이 보편적이다.

현재 대부분의 히트펌프는 냉방과 난방을 겸용하는 구조로 되어있는 것이 보편적인데, 공기열원식의 경우 외부 온도가 일정기온 이하가 되면 성능이 떨어지고, 기계적 손상도 발생해 작동이 원활하지 않게 되는 단점이 있다.

이러한 히트펌프기는 최근 기후변화로 인한 실내외 온도의 변동에 대응할 수 있는 적극적인 수단의 하나로 널리 보급되고 사용되고 있다. 특히, 히트펌프를 이용한 멀티에어컨 등이 널리 보급으로 인해 냉매의 압력 제어에 많은 어려움을 겪고 있는 상황이다.

즉, 기존의 히트펌프의 경우 실내외 온도 및 환경의 변화에 맞추어 냉매의 압력을 적절히 조절하지 못하였고, 그로 인해 히프펌프의 운전능력 저하 및 운전 불가능 상태로의 전환 요인이 발행하였고 이를 개선할 필요가 요구되고 있다.

이와 같은 히트펌프의 문제점을 해결하기 위해 대한민국 공개특허공보 특1998-027426호 "다실 냉난방기의 냉매제어장치"는 주위 온도조건에 의해 냉매온도가 상승하면서 압축기에 과부하가 걸릴 경우 저압의 냉매를 바이패스시켜 실외열교환기의 온도를 감소시킴으로써 압축기 운전정지를 방지하여 지속적으로 냉방을 실행하고 난방공조시 공조모드를 절환시키지 않은 상태에서 고압의 냉매를 실외열교환기로 바이패스시켜 제상모드를 수행하도록 함으로써 사방변 절환에 따른 소음방지 및 제상중 냉기 토출을 방지할 수 있는 다실 냉난방기의 냉매제어장치에 관한 것으로, 적어도 하나 이상의 공조장소에 설치되는 실내기를 가지며, 이의 각 실내기에 실외기를 통과하여 열교환을 이루고 압축기에 의해 강제적으로 순환되며, 그 순환이 사방변에 의해 정.역으로 전환되어 공조장소를 선택공조모드에 따라 냉/난방 상태로 공조시키는 다중 냉/난방겸용 냉각싸이클에 있어서, 다중 냉방공조시에 압축기의 과부하현상을 방지하기 위해 실외열교환기의 흡입측 냉매보다 저압의 냉매를 실외열교환기에서 열교환되게 바이패스시키는 정압바이패스수단과, 난방공조가 진행되고 있은 상태에서 제상기능을 수행할 수 있도록 실외교환기의 흡입측 냉매보다 고압의 냉매를 실외열교환기에서 열교환되게 바이패스시키는 제상바이패스수단으로 구성되는 기술을 제안한다.

또한, 대한민국 공개특허공보 특1998-027612호 "히트 펌프식 멀티에어콘의 난방시 전자팽창변 개도 제어장치 및 방법"은 히트 펌프식 멀티에어콘의 난방시 전자팽창변 개도 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 종래에는 감압기구가 캐필러리 튜브이기때문에 인버터 압축기를 사용할 경우 냉매 토출량이 가변도리 때 대응이 어렵고, 각 실내 열교환기들의 부하가 다른 경우 각 실내 열교환기에 냉매 유량을 적절히 공급할 수 없는 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 인버터 압축기와 사방변 사이에 설치되어 고온 고압의 냉매로부터 오일과 냉매를 분리하고 오일은 상기 인버터 압축기로 유입토록 하는 오일 분리기와 상기 오일 분리기부터 전달받은 냉매의 응축압력을 감지하고 이 감지한 응축압력에 비례하는 응축온도를 구하는 압력센서와 상기 압력센서의 응축온도와 각 실내 열교환기의 출구측 냉매온도의 차이인 과냉도를 구하고 이 과냉도에 따라 각 실내 열교환기에 연결되어 개도를 조절하여 실외 열교환기로의 냉매 공급을 조절하는 전자팽창변을 이용하여 개도를 조절함으로써 인버터 압축기의 운전주파수가 바뀌어도 냉매 순환량은 최적의 사이클 발란스를 이루어 성능과 효율이 좋아지고, 각각 실내 열교환기들간의 부하가 달라질 경우에도 각 실내 열교환기들로의 냉매 유량을 적절히 공급할 수 있는 기술을 제안하고 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0098267호 "과부하시 성능 개선을 위한 공기조화기 및 그 제어 방법"은 실외 온도의 상승 등에 의해 공기조화기가 과부하 상태에 있을 때 그 냉방 성능을 개선할 수 있는 과부하시 성능 개선을 위한 공기조화기 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 상기 제어 방법은, 실외 열교환기를 통과한 냉매의 응축 압력(Pd)이 설정압(α) 보다 큰 것으로 감지되면, 운전되고 있는 제 1 압축기 및 제 2 압축기 중 한 대의 압축기를 정지시킴으로써 응축 압력(Pd)을 낮추는 제 1 단계와, 압축기의 정지 시간이 설정 시간(β)을 경과하면, 정지된 압축기를 다시 운전시키는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하여 과부하 시, 기본적인 냉방 능력을 갖추면서도 동시에 응축 압력을 낮출 수 있는 기술을 제안하고 있다.

그러나 이와 같은 종래 기술에 따른 히트펌프의 냉매압력 제어기술은 몇 가지 개선해야 할 문제점을 가진다.

기존 히트펌프의 경우, 실외열교환기가 외기로 인해 성능이 저하된 경우 냉매의 압력을 조절하여주는 방법이 아니라 실외열교환기가 제 기능을 확보할 수 있도록 실외열교환기에 저온저압의 기체 냉매를 바이패스시키는 방법 및 전자팽창변을 통한 냉매량의 조절을 제시하고 있다.

그러나 이러한 방법은 히트펌프를 구성하는 요소들 사이에 설계치를 벗어난 냉매의 압력이 지속적으로 가해짐으로 인하여 발생하는 응축기의 과부하, 냉매의 증발 불량, 압축기측 흡입배관으로 인입되어야 할 냉매의 액화 등을 해결할 수 없어 히트펌프의 냉난방 효율이 감소한다.

특히 이러한 현상은 외기가 고온일시 설계 용량 이상의 냉매가 응축기로 유입되고, 응축기는 냉매의 냉각이 불량한 상태로 냉매를 팽창기로 통과할 수 있으며, 이로 인해 냉매가 증발기에서 원활하게 증발되지 않음으로 발생한 액체상태의 냉매가 압축기에 유입되어 압축기의 소손을 가져올 수 있는 문제점이 있다.

또한, 외기가 저온상태에서는 낮은 외부온도로 인해 압축기의 저압입력배관이 냉매 압력의 부족상태 또는 진공상태가 된다. 그로 인해 압축기에는 냉매의 부족 현상이 발생한다. 이는 응축기 내부에 투입되는 냉매 부족현상을 유발하게 되고 그로 인해 응축기에서의 열교환량이 줄어들어 난방에 원활히 진행되지 않는 문제점이 있다.

또한, 히트펌프의 압력 조절을 위해 다수의 압축기를 구비하고 그 중 일부의 압축기를 ON/OFF 시킴으로써 압력을 조절할 경우 히트펌프의 비용 및 설치공간상의 문제점이 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로, 히트펌프를 구성하는 압축기, 응축기, 팽창기, 증발기 등의 요소들 사이에서 외부 기온 변화에 따라 냉매압이 변동되어 설계치를 벗어난 냉매압이 응축기로 공급될 시 발생하는 히트펌프의 성능저하를 방지하고자 하는 정압기를 구비한 히트펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 하계의 고온 기온에서 히트펌프가 운전될 시 발생되는 히트펌프의 응축 불량 및 과부하로 인한 히트펌프의 성능저하 및 압축기의 소손 등의 문제점을 해결하고자 한다. 즉, 외기가 고온일시 설계 용량 이상의 냉매가 응축기로 유입되는 현상을 방지하기 위해 압축기에서 응축기로 투입되는 고온고압의 냉매의 압력이 일정범위 이상일시 냉매의 일부를 보관함으로써 응축기에 전달되는 냉매압을 효율적으로 조절가능하게 하고 그를 통해 응축기에서 팽창기, 팽창기에서 증발기를 통해 다시 압축기로 전달되는 냉매압을 적절히 조절할 수 있도록 하는 정압기를 구비한 히트펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 동계의 외부기온의 저온현상시 응축기 및 증발기의 냉매압과 온도저하로 인한 냉동사이클의 불량을 초래하는 냉매회수 및 압력부족으로 인한 압축기의 소손과 히트펌프가 운전/정지를 반복하는 것을 효과적으로 방지하고자 한다. 즉, 외기가 저온일시 낮은 외부온도로 인해 과냉각된 냉매의 온도를 상승시켜 압축기로 흡입되는 냉매의 온도와 압력을 상승시키고, 이를 통해 압축기에서 효율적으로 압축을 수행함으로써 냉매의 응축열량을 높임과 동시에 저온시 발생하는 압축기의 운전/정지가 반복되는 현상을 방지할 수 있으며 냉동사이클의 정상적인 운전을 가능하게 할 수 있도록 하는 정압기를 구비한 히트펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 한 대의 압축기 만으로 압축기, 응축기, 팽창기, 증발기를 순환하는 냉매의 압력을 효과적으로 조절가능하도록 하는 정압기를 구비한 히트펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 기체 상태의 냉매를 압축 운동에 의해 고온고압의 기체상태의 냉매로 변화하게 하는 압축기(20), 압축기(20)로부터 고온고압의 기체상태의 냉매를 공급하여 액체상태의 냉매로 변화하게 하는 응축기(30), 응축기(30)로부터 액체상태의 냉매를 공급받아 압력을 낮추어 증발이 용이한 상태의 냉매로 변화하게 하는 팽창기(40), 팽창기(40)로부터 증발이 용이한 상태의 냉매를 공급받아 냉매의 증발을 수행하는 증발기(50), 압축기(20)에서 응축기(30)로 흐르는 냉매의 바이패스가 가능하고, 증발기(50)에서 압축기(20)로 흐르는 냉매의 바이패스가 가능하도록 설치되는 정압기(80)를 포함하되, 정압기(80)는 압축기(20)에서 발생하는 냉매의 압력이 응축기(30)에 설정된 냉매의 압력 범위를 벗어날 때 압축기(20)에서 응축기(30)로 공급되는 냉매의 일부를 저장하고, 증발기(50)에서 압축기(20)로 공급되는 냉매의 압력이 부족할 때 저장된 냉매를 압축기(20)로 보충하여 압축기(20)의 작용에 적합한 압력을 유지시킬 수 있는 정압기를 구비한 히트펌프(10)를 제공한다.

이와 같은 본 발명에 따른 정압기를 구비한 히트펌프(10)에서 정압기(80)는 압축기(20)에서 응축기(30)를 통해 인입되는 냉매의 일부가 수용되는 내부회로(86)를 구비하되, 내부회로(86)는 냉매의 수용과정 중 온도의 하강으로 액체와 기체상태가 혼합된 상태의 냉매를 저장하는 제 1 냉매저장부(82) 및 제 1 냉매저장부(82)와 이웃하여 위치하며 제 1 냉매저장부(82)의 기체와 액채가 혼합된 상태의 냉매 중 기체상태의 냉매가 저장되는 제 2 냉매저장부(84)를 형성한다.

이와 같은 본발명에 따른 정압기를 구비한 히트펌프(10)에는 제 1 냉매저장부(82) 및 제 2 냉매저장부(84)로 구성된 내부회로(86)의 외곽에 형성되며, 외기로부터의 단열을 통해 내부회로(86)에 보관된 냉매의 온도 및 압력을 일정하게 유지시키기 위한 외부회로(88)를 구비하되, 내부회로(86)와 외부회로(88)의 사이에는 증발기(50)를 통해 압축기(20)로 전해지는 저온저압 냉매의 일부를 수용할 수 있는 제 3 냉매저장부(100)를 형성한다.

이와 같은 본발명에 따른 정압기를 구비한 히트펌프(10)는 압축기(20)와 응축기(30)를 연결하는 제 1 고압배관(60), 응축기(30)와 팽창기(40)를 연결하는 제 2 고압배관(62), 팽창기와 증발기(50)를 연결하는 제 1 저압배관(70), 증발기(50)와 압축기(20)를 연결하는 제 2 저압배관(72), 제 1 고압배관(60)과 상기 정압기(80)를 연결하는 제 1 연결관(110), 정압기(80)와 상기 제 2 저압배관(72)을 연결하는 제 2 연결관(120)을 구비하되, 제 1 연결관(110)은 정압기(80)의 제 3 냉매저장부(100)를 통해 제 1 냉매저장부(82)와 접속되고, 제 2 연결관(120)은 제 2 냉매저장부(84) 및 제 3 냉매저장부(100)를 통해 상기 압축기(20)와 접속된다.

이와 같은 본발명에 따른 정압기를 구비한 히트펌프(10)는 제 1 냉매저장부(82)와 제 2 냉매저장부(84) 사이에 설치되어 제 1 냉매저장부(82)의 기체상태의 냉매를 제 2 냉매저장부(84)로 이동할 수 있도록 하는 제 3 밸브(90)를 형성한다.

본 발명에 의한 정압기를 구비한 히트펌프(10)에 따르면, 외기가 고온일시 설계 용량 이상의 냉매가 응축기(30)로 유입되는 현상을 방지하기 위해, 압축기(20)에서 응축기(30)로 투입되는 고온고압의 냉매의 압력이 일정범위 이상일시 냉매의 일부를 저장함으로써 응축기(30)에 전달되는 냉매압을 조절가능하게 하고 그를 통해 응축기(30)에서 팽창기(40), 팽창기(40)에서 증발기(50)를 통해 다시 압축기(20)로 전달되는 냉매압을 적절히 조절할 수 있다. 이를 통해 하계 히트펌프 운전시 발생할 수 있는 히트펌프의 응축불량과 과부하로 인한 히트펌프의 성능저하 및 압축기의 소손 등의 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 외기가 저온일시 낮은 외부온도로 인해 제 2 저압배관(72)의 기체상태의 냉매 중 일부가 액체 상태로 상변화를 거치게 되고, 그로 인한 제 2 저압배관(72) 압력저하를 방지할 수 있도록 제 2 저압배관(72)의 온도를 상승시켜 냉매가 기체 상태로 유지될 수 있도록 할 수 있다. 이를 통해 압축기(20)는 효율적인 압축을 수행할 수 있게 되었다. 즉, 외기가 저온일시 히트펌프의 운전으로 발생할 수 있는 냉매압과 냉매온도 부족으로 인한 압축기(20)의 소손 및 히트펌프의 운전/정지를 반복하는 문제를 해결할 수 있다.

또한, 압축기(20)로 일정한 압력과 온도의 냉매의 공급이 원활해짐에 따라 기존 히트펌프에서 압축된 냉매의 온도보다 10도씨이상 높은 온도를 가진 냉매를 응축기로 공급할 수 있어 응축열량 또한 높일 수 있다.

또한, 한 대의 압축기(20)만으로 압축기(20), 응축기(30), 팽창기(40), 증발기(50)를 순환하는 냉매의 압력을 조절가능하여 히트펌프의 원가상승을 방지함과 동시에 설치를 위해 필요한 공간을 최소화시킬 수 있다.

즉, 이러한 것들을 통해 히트펌프의 구성요소인 압축기(20), 응축기(30), 팽창기(40), 증발기(50)가 상시 작동할 수 있도록 하고, 그를 통해 히트펌프를 작동시키기 위한 전력의 소비를 최소화함은 물론이고 히트펌프의 효율 향상을 가져올 수 있다.

도 1은 본 발명의 기술 사상에 따른 정압기를 구비한 히트펌프의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정압기를 구비한 히트펌프의 구성도이다.

도 1은 본 발명의 기술 사상에 따른 정압기를 구비한 히트펌프(10)의 구성도이다.

도 1일 참조하면, 본 발명에 따른 정압기를 구비한 히트펌프(10)는 압축기(20), 응축기(30), 팽창기(40), 증발기(50)를 구비한 기존 히트펌프 시스템에서 정압기(80)를 더 구비한다. 정압기(80)는 압축기(20)와 응축기(30) 및 증발기(50)와 압축기(20)의 사이에 설치된다.

이때, 본 발명에 따른 정압기를 구비한 히트펌프(10)에서 정압기(80)는 압축기(20)에서 발생한 고온고압의 기체 상태의 냉매가 응축기(30)로 이동시, 외기의 영향 등으로 인한 압축기(20)의 이상 작동으로 응축기(30)의 설계용량보다 큰 용량의 냉매가 압축기(20)에서 응축기(30)로 이동할 경우 응축기(30)에 설정된 냉매압력 범위를 벗어난 잉여 냉매를 저장하여 응축기(30)의 과부하를 방지하고 냉매의 원활한 흐름을 확보한다.

아울러, 외기의 상승으로 인한 응축기(30)의 응축능력 저하시 압축기(20)에서 발생한 일정량의 냉매 중 일부를 정압기(80)에 저장하여 응축기(30)의 과부하를 방지하고 냉매의 원활한 흐름을 확보한다.

또한, 증발기(50)에서 압축기(20)로 이동되는 저온저압의 기체상태의 냉매는 외기의 영향으로 인한 팽창기(40) 또는 증발기(50)의 성능저하 및 오작동이 발생할 경우 기체 냉매의 일부가 액화되어질 수 있는데, 이와 같은 경우 압축기(20)는 응축기(30)로 보내기 위한 필요량만큼의 기체 냉매를 확보할 수 없게 된다. 이와 같은 경우, 정압기(80)는 정압기(80)에 보관된 기체냉매를 압축기(20)로 이동시켜 압축기(20)가 압축해야할 충분한 양의 냉매를 확보할 수 있도록 할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 정압기를 구비한 히트펌프(10)에 따르면 압축기(20), 응축기(30), 팽창기, 증발기(50)를 포함하는 기존의 히트펌프 시스템에 정압기(80)를 더 구비함으로써 히트펌프내를 구성하는 압축기(20), 응축기(30), 팽창기 및 증발기(50) 내에서의 냉매의 압력을 적절히 조절 가능할 수 있다. 이를 통해, 응축기(30)의 과부하로 인한 냉난방 효율의 저하를 사전에 방지할 수 있으며, 완전히 기체상태로 상변화 되지 못한 냉매가 압축기(20)로 유입되거나 냉매의 압력이 부족한 상태로 압축기(20)로 냉매가 전달되어 발생할 수 있는 압축기(20)의 소손 및 냉난방 효율 저하와 관련된 문제를 해결하여 히트펌프의 냉난방 효율을 증대시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 2에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면에서 종래기술로부터 용이하게 확인할 수 있는 압축기(20), 응축기(30), 팽창기(40), 증발기(50)와 관련된 기술, 압축기(20), 응축기(30), 팽창기(40), 증발기(50)를 결합시키기 위한 히트펌프의 기본 구성 및 사용방법 등 등 통상 본 발명에 적용되는 분야의 종사자들 및 그들이 관련분야의 종사자들을 통해 통상적으로 알 수 있는 부분들의 도시 및 상세한 설명은 생략하고, 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시 및 설명하였다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정압기를 구비한 히트펌프(10)의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정압기를 구비한 히트펌프(10)는 압축기(20), 응축기(30), 팽창기(40), 증발기(50)를 구비한 기존 히트펌프 시스템에서 정압기(80)를 더 구비한다.

정압기(80)는 상기 압축기(20)와 응축기(30)를 연결하는 제 1 고압배관(60), 증발기(50)와 압축기(20)를 연결하는 제 2 저압배관(72)과 연결되어 설치된다.

여기서 제 1 고압배관(60)과 정압기(80)는 제 1 고압배관(60)에서 연결된 제 1 연결관(110)을 통해 연결된다.

제 1 연결관(110)의 일단에는 압축기(20)에서 생성되는 고온고압의 냉매의 압력을 측정하여 냉매가 제 1 연결관(110)을 통해 정압기(80)로 유입이 필요할 때 개방되고 유입이 필요하지 않을 경우 폐쇄되는 제 1 밸브(112)가 더 구비된다. 즉, 제 1 밸브(112)의 개폐를 통해 압축기(20)에서 응축기(30)로 보내지는 냉매의 압력을 일정하게 유지시켜 히트펌프의 안정성을 확보함과 동시에 효율을 증대시킬 수 있다.

여기서 전술한 제 1 밸브(112) 및 후술하는 제 2 밸브(122)와 제 3 밸브(90)는 배관내 냉매의 압력을 측정하는 센서부의 작동에 의해 얻어진 배관내 냉매의 압력에 대한 측정값을 제어부가 인식 및 판단하여 밸브의 개폐에 대한 명령을 전달함으로써 자동으로 밸브가 개폐될 수 있다.

여기서 정압기(80)는 내부회로(86)와 외부회로(88)로 구성된다. 내부회로(86)는 제 1 냉매저장부(82)와 제 2 냉매저장부(84)로 구성된다.

제 1 냉매저장부(82)에는 제 1 연결관(110)을 통해 인입된 냉매가 정압기(80)내에 형성된 후술하는 제 3 냉매저장부(100)를 경유함으로써, 고온고압의 기체 상태 냉매가 온도변화를 통한 상변화를 거쳐 중온을 갖는 액체상태의 냉매 및 기체상태의 냉매가 혼합되어 존재하게 되며, 액체 상태의 냉매는 제 1 냉매저장부(82)의 하부에 저장된다.

또한, 제 1 냉매저장부(82)에 저장된 액체 상태의 냉매 중 일부 또는 전부는 제 1 냉매저장부(82) 내에서 증발을 통해 기체 상태로 상변화되는데, 이렇게 발생된 기체상태의 냉매는 제 1 냉매저장부(82)의 상부에 저장된다.

제 2 냉매저장부(84)는 제 1 냉매저장부(82)에 인접하여 형성된다.

또한, 제 2 냉매저장부(84)의 내측에는 제 1 냉매저장부(82)에서 인입된 기체 상태의 냉매가 저장된다. 여기서 제 2 냉매저장부(84)에 보관된 냉매는 제 1 냉매저장부(82)로부터 기체상태의 냉매가 지속적으로 공급됨으로 인해 제 2 저온배관(72)내에서 기체 상태로 존재하는 냉매보다 높은 온도와 압력을 유지하게 된다.

그러한 중에 압축기(20)로 투입되는 냉매의 압력이 하강하여 압축기(20)가 필요한 냉매의 압력이 부족하게 될 시, 제 2 연결관(120) 일단에 구비된 제 2 밸브(122)가 개방되고, 제 2 냉매저장부(84)에 존재하는 상대적으로 높은 온도와 압력을 갖는 냉매가 상대적으로 낮은 온도와 압력을 갖는 제 2 저온배관(72)으로 온도 및 압력차에 의해 자연스럽게 기체 상태로 투입되도록 하여, 압축기(20)가 적당한 압력의 냉매를 계속하여 공급받을 수 있도록 한다.

제 1 냉매저장부(82)와 제 2 냉매저장부(84) 사이에는 제 1 냉매저장부(82)의 압력 상승을 감지하여 제 1 냉매저장부(82)의 상부에 형성된 기체상태의 냉매를 제 2 냉매저장부(84)로 이동시킬 수 있는 제 3 밸브(90)가 구성된다. 이때, 제 3 밸브(90)를 통한 기체의 흐름은 제 2 냉매저장부(84)가 제 2 저압배관(72)보다 높은 압력을 가질 수 있도록 제 1 냉매저장부(82)에서 제 2 냉매저장부(84)로의 단일경로로 형성되는 것이 바람직하다.

외부회로(88)는 내부회로(86)의 외곽에 형성되며, 외기의 침입으로부터 내부 회로를 보호하는 단열기능을 통해 내부회로(86)에 보관된 냉매의 온도 및 압력을 일정하게 유지시킨다.

여기서 내부회로(86)와 외부회로(88)의 사이에는 제 2 저온배관(72)에서 연장된 제 3 연결관(130)이 형성되고, 제 3 연결관(130)에서 방출된 냉매는 제 3 냉매저장부(100)내에 저장되게 된다.

제 3 냉매저장부(100)는 제 2 저압배관(72)에서 유입된 저온의 냉매 기체로 인해 저온상태를 유지하는 것이 아니라, 전술한 바와 같이 고온상태의 냉매의 이동경로인 제 1 연결관(110)이 저온저압 상태의 냉매를 보관하는 제 3 냉매저장부(100)를 통과함으로써 중온상태를 유지할 수 있다.

상기 제 3 냉매저장부(100)의 냉매가 중온상태를 유지함으로써, 증발기(50)로부터 압축기(20)로 유입되는 냉매가 차가운 외기로 인하여 액체 상태로 상변화될 경우, 액체 상태를 다시 기체 상태로 상변화시키는 역할을 수행할 수 있다. 이를 통해 제 2 저압배관(72)을 통해 압축기(20)로 유입되는 냉매의 압력을 일정하게 유지시킬 수 있는 효과가 있다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정압기를 구비한 히트펌프를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

10 : 냉매의 압력조절장치를 구비한 히트펌프
20 : 압축기 30 : 응축기
40 : 팽창기 50 : 증발기
60 : 제 1 고압배관 62 : 제 2 고압배관
70 : 제 1 저압배관 72 : 제 2 저압배관
80 : 정압기 82 : 제 1 냉매저장부
84 : 제 2 냉매저장부 86 : 내부회로
88 : 외부회로 90 : 제 3 밸브
100 : 제 3 냉매저장부 110 : 제 1 연결관
112 : 제 1 밸브 120 : 제 2 연결관
122 : 제 2 밸브 130 : 제 3 연결관

Claims

기체 상태의 냉매를 압축 운동에 의해 고온고압의 기체상태의 냉매로 변화하게 하는 압축기(20)와;
상기 압축기(20)로부터 고온고압의 기체상태의 냉매를 공급받아 액체상태의 냉매로 변화하게 하는 응축기(30)와;
상기 응축기(30)로부터 액체상태의 냉매를 공급받아 압력을 낮추어 증발이 용이한 상태의 냉매로 변화하게 하는 팽창기(40)와:
상기 팽창기(40)로부터 증발이 용이한 상태의 냉매를 공급받아 냉매의 증발을 수행하는 증발기(50)와;
상기 압축기(20)에서 상기 응축기(30)로 흐르는 냉매의 바이패스가 가능하고, 상기 증발기(50)에서 상기 압축기(20)로 흐르는 냉매의 바이패스가 가능하도록 설치되는 정압기(80)를 포함하되;
상기 정압기(80)는 상기 압축기(20)에서 발생하는 냉매의 압력이 응축기(30)에 설정된 냉매의 압력 범위를 벗어날 때 상기 압축기(20)에서 응축기(30)로 공급되는 냉매의 일부를 저장하고, 상기 증발기(50)에서 상기 압축기(20)로 공급되는 냉매의 압력이 부족할 때 저장된 냉매를 압축기(20)로 보충하여 압축기(20)의 작용에 적합한 압력을 유지시키는 것을 특징으로 하는 정압기를 구비한 히트펌프(10).
제 1 항에 있어서, 상기 정압기(80)는,
상기 압축기(20)에서 응축기(30)를 통해 인입되는 냉매의 일부가 수용되는 내부회로(86)를 구비하되,
상기 내부회로(86)는 냉매의 수용과정 중 온도의 하강으로 액체와 기체상태가 혼합된 상태의 냉매를 저장하는 제 1 냉매저장부(82) 및 상기 제 1 냉매저장부(82)와 이웃하여 위치하며 상기 제 1 냉매저장부(82)의 기체와 액채가 혼합된 상태의 냉매 중 기체상태의 냉매가 저장되는 제 2 냉매저장부(84)를 구비하는 것을 특징으로 하는 정압기를 구비한 히트펌프(10).
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 냉매저장부(82) 및 상기 제 2 냉매저장부(84) 로 구성된 내부회로(86)의 외곽에 형성되며, 외기로부터의 단열을 통해 상기 내부회로(86)에 보관된 냉매의 온도 및 압력을 일정하게 유지시키기 위한 외부회로(88)를 구비하되, 상기 내부회로(86)와 상기 외부회로(88)의 사이에는 증발기(50)를 통해 압축기(20)로 전해지는 저온저압 냉매의 일부를 수용할 수 있는 제 3 냉매저장부(100)를 구성하는 것을 특징으로 하는 정압기를 구비한 히트펌프(10).
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 압축기(20)와 응축기(30)를 연결하는 제 1 고압배관(60),
상기 응축기(30)와 상기 팽창기(40)를 연결하는 제 2 고압배관(62),
상기 팽창기와 상기 증발기(50)를 연결하는 제 1 저압배관(70),
상기 증발기(50)와 상기 압축기(20)를 연결하는 제 2 저압배관(72),
상기 제 1 고압배관(60)과 상기 정압기(80)를 연결하는 제 1 연결관(110),
상기 정압기(80)와 상기 제 2 저압배관(72)을 연결하는 제 2 연결관(120)을 구비하되,
상기 제 1 연결관(110)은 상기 정압기(80)의 제 3 냉매저장부(100)를 통해 상기 제 1 냉매저장부(82)와 접속되고,
상기 제 2 연결관(120)은 상기 제 2 냉매저장부(84) 및 제 3 냉매저장부(100)를 통해 상기 압축기(20)와 접속되는 것을 특징으로 하는 정압기를 구비한 히트펌프(10).
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 냉매저장부(82)와 상기 제 2 냉매저장부(84) 사이에 설치되어 제 1 냉매저장부(82)의 기체상태의 냉매를 제 2 냉매저장부(84)로 이동할 수 있도록 하는 제 3 밸브(90)를 구비하는 것을 특징으로 하는 정압기를 구비한 히트펌프(10).