KR101485061B1

KR101485061B1 - 중고압 열을 팽창시켜 제상 기능을 갖는 히트펌프용 냉, 난방장치

Info

Publication number: KR101485061B1
Application number: KR1020140115194A
Authority: KR
Inventors: 윤정희
Original assignee: 윤정희
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2015-01-21

Abstract

본 발명은 중고압 열을 팽창시켜 제상 기능을 갖는 히트펌프용 냉, 난방장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중고압 열을 팽창밸브에서 팽창시키어 저온시 결빙될 때 이러한 결빙을 해소하기 위하여 중고압(온도)을 일정한 간격으로 공급함으로써 제상을 수행할 수 있도록 하는 중고압 열을 팽창시켜 제상 기능을 갖는 히트펌프용 냉, 난방장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 물탱크(10)에서 입수구(21)와 출수구(22)가 연결된 판열교환기(20)를 설치하며, 상기 판열교환기(20)의 입수구(21) 방향과 연결되는 열교환 배관(23)이 어쿰 열교환기(30)와; 상기 어쿰 열교환기(30)에 연결되며 체크밸브(33)를 설치한 제1관(32)이 연결되며 제5관(45)과 제3관(43)이 연결되는 이중 열교환기(60)와; 상기 이중 열교환기(60)와 연결된 중고압 배관(61)이 연결되는 증발기(50)와; 상기 증발기(50)와 연결된 제2관(42)이 분배기(41)에서 제4관(44)으로 연결되며 보상히터(60)를 통과하여 판열교환기(20)의 출수구(22) 방향으로 연결되는 제4관(44)으로 이루어지고, 상기 제1관(32)에 연결되며 냉방 팽창밸브(35)를 설치하여 열교환 배관(23)에 연결하는 제7관(34)과; 상기 어쿰 열교환기(30)와 같이 설치한 액열기(31)에서 콤푸레샤(40)로 연결되는 제6관(46)으로 이루어진 히트펌프용 냉, 난방장치에 있어서,
상기 중고압 배관(61)이 연결되는 1단 코일(51)과 제2관(42)이 연결되는 2단 코일(52)로 이루어지는 증발기(50)와;
상기 1단 코일(51)에 연결되며 팽창밸브(56)와 체크밸브(57)를 설치하며 2단 코일(52)에 연결되는 팽창관(53)과;
상기 팽창관(53)을 가로질러 설치하며 난방용 솔레노이드밸브(58)를 설치하여 제상현상을 방지하는 제상관(54)과;
상기 팽창관(53)에서 팽창밸브(56)의 전방과 체크밸브(57)의 후방에 설치하는 냉각 순환관(55)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

중고압 열을 팽창시켜 제상 기능을 갖는 히트펌프용 냉, 난방장치{Heat to the cold inflation pressure used for heat pump having a defrost function, heating}

본 발명은 중고압 열을 팽창시켜 제상 기능을 갖는 히트펌프용 냉, 난방장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중고압 열을 팽창밸브에서 팽창시키어 저온시 결빙될 때 이러한 결빙을 해소하기 위하여 중고압(온도)을 일정한 간격으로 공급함으로써 제상을 수행할 수 있도록 하는 중고압 열을 팽창시켜 제상 기능을 갖는 히트펌프용 냉, 난방장치에 관한 것이다.

히트펌프는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용하여 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방 장치를 의미한다.

히트 펌프는 냉동사이클과 동일한 구성을 가지는데, 일반적으로, 냉동사이클은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기로 이루어져 증발기에서 냉매가 비등하면서 열을 외부에서 흡수하고, 비등한 냉매가스는 압축기에서 고온고압의 가스로 압축되어 응축기로 보내어지며, 상기 응축기에서 외부로 열을 방출하여 고압의 냉매가스는 응축 액화되어 저온 고압의 액체상태로 이르게 된다. 상기와 같이 응축된 냉매는 팽창밸브를 통하여 교축(Throttling) 팽창되면서 일부 냉매 액은 증발을 하고, 이 잠열의 흡수를 통하여 냉매 액은 더욱 차가워진 저온 저압의 액상, 기상이 공존하는 이상상태가 되어 증발기를 통하여 비등을 하게 된다. 이와 같이 냉동사이클은 열을 흡수하는 부분과 방출하는 부분을 동시에 가지며, 열을 증발기에서 흡수하여 응축기에서 배열시키는 즉 열을 이송하는 펌프로 볼 수가 있다.

히트 펌프는 이와 같은 냉동 사이클에서 응축기 및 증발기를 기능이 전환 가능한 열교환기로 구성하여, 예컨대 난방시에 응축기 기능을 열교환기가 냉방시에는 증발기 기능을 하도록 함으로써, 냉난방을 동시에 구현할 수 있도록 하고 있다.

더욱 구체적으로, 전원이 인가되면 압축기 냉매가 유입되어 압축되고, 상기 압축기로부터 압축된 고온 고압의 냉매는 실내 열교환기로 유입되어 액상 및 기상의 2상 상태로 변하게 되고, 계속적인 열교환에 의해서 실내 열교환기 출구에서는 액상으로 변하게 된다.

이때, 실내공기는 실내팬의 회전에 의해 실내 열교환기로 유입되어 고온고압의 냉매와 열교환을 하고, 온도가 올라간 상태에서 실내로 토출되어 난방을 실시하게 된다.

상기 실내 열교환기로부터 응축된 액 냉매는 팽창밸브를 통과하면서 압력과 온도가 급격히 떨어져 2상 상태의 냉매로 변해 실외 열교환기로 유입된다.

상기 실외 열교환기로 유입된 2상 상태의 냉매는 실외공기와의 열교환을 실시하면서 기상상태의 냉매가스로 증발되고, 다시 압축기로 유입되어 사이클이 반복된다.

이와 같이 히트펌프의 난방운전시는 압축기로부터 나온 냉매가 실내 열교환기로 유입되지만 냉방 운전시는 4방 변에 의해 냉매의 유로가 변하여 반대로 압축기로부터 나온 냉매가 실외 열교환기로 먼저 유입된다.

이때, 상기 실외 열교환기에서의 열교환작용은 흡입된 실외공기로부터 열을 흡수하는 것으로, 실외온도 7oC 이상, 실외온도 5℃ 이하에서 실외공기의 온도가 약 7℃라면 실외 열교환기의 온도는 약 1 ∼ 2℃인 상태에서 사이클이 형성되고, 실외공기가 더 내려가서 4 ∼ 5℃이하가 되면 실외 열교환기의 온도도 실외공기를 따라 내려가면서 사이클이 형성되므로 실외 열교환기의 온도는 0℃ 이하로 내려가게 된다.

이에 따라, 실외공기의 온도가 4 ∼ 5℃ 이하(이를 착상조건이라 함)가 되면 실외 열교환기의 외벽 위에는 착상이 발생하고, 이 서리층은 공기와 냉매 사이에서 열전달을 방해하는 열저항체로 작용할 뿐만 아니라 실외 열교환기를 통과하는 실외공기의 유로를 가로막아 공기의 시스템 저항을 증가시키므로 실외 열교환기 내로 유입되는 풍량을 감소시켜 실외 열교환기의 공기측 열전달 계수가 감소하고, 실외 열교환기에서의 열전달량의 감소로 이어지게 된다.

상기한 문제를 해결하기 위한 방법으로 냉매를 난방운전시와 반대방향으로 유동하게 하는 제상운전을 실시하게 된다.

종래의 제상운전은 실외 열교환기 온도를 운전시간에 따라 감지하여 제상운전 시점을 결정하게 되는데, 난방운전 시간이 특정시간(예를 들어 40분) 경과 후 특정온도(예를 들어 -9℃) 이하이면 제상운전을 수행하고, 그 온도 이하가 아니면 계속 난방운전을 수행하게 되는 것이다.

그러나 이러한 종래의 히트펌프는 외기온이 낮은 경우는 증발온도가 -10℃ 이하로 내려갈 수 있기 때문에 실외 열교환기에 착상이 발생되지 않더라고 불필요한 제상운전을 수행하게 되고, 또한 난방운전중 실내를 환기시키기 위해 창문을 열어 놓으면 실내 열교환기의 응축온도가 저하되어 증발온도도 저하하게 된다. 이

때도 역시 증발온도가 특정온도보다 낮아지게 되면 필요없는 제상운전을 하게 된다.

이와 같이, 실외 열교환기에 서리가 어느 정도 있는지를 정확하게 판단할 수 없기 때문에 불필요한 제상운전을 하게 되어 난방 쾌적감을 떨어뜨리고(제상운전 동안은 역사이클 운전을 하게 되어 난방이 안됨), 에너지 손실이 유발되는 문제점이 있었다.

문헌 1. 특허공개번호 제2003-0003811호(2003. 01. 14. 공개) 문헌 2. 실용신안등록번호 제0396481호(2005. 09. 14. 등록) 문헌 3. 특허등록번호 제0256371호(2000. 02. 22. 등록) 문헌 4. 특허등록번호 제0194105호(1999. 02. 08. 등록)

따라서 본 발명은 이러한 종래의 결점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 해결과제는, 증발기를 통하여 공급되는 팽창관에서 팽창이 일어나도록 하고, 팽창관을 가로지르는 제상관에 설치하는 전자변을 일정한 간격으로 개방하여 중고압(온도)을 공급하여 어는 현상을 방지하는 제상 기능을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 물탱크에서 입수구와 출수구가 연결된 판열교환기를 설치하며, 상기 판열교환기의 입수구 방향과 연결되는 열교환 배관이 어쿰 열교환기와; 상기 어쿰 열교환기에 연결되며 체크밸브를 설치한 제1관이 연결되며 제5관과 제3관이 연결되는 이중 열교환기와; 상기 이중 열교환기와 연결된 중고압 배관이 연결되는 증발기와; 상기 증발기와 연결된 제2관이 분배기에서 제4관으로 연결되며 보상히터를 통과하여 판열교환기의 출수구 방향으로 연결되는 제4관으로 이루어지고, 상기 제1관에 연결되며 냉방 팽창밸브를 설치하여 열교환 배관에 연결하는 제7관과; 상기 어쿰 열교환기와 같이 설치한 액열기에서 콤푸레샤로 연결되는 제6관으로 이루어진 히트펌프용 냉, 난방장치에 있어서,

상기 중고압 배관이 연결되는 1단 코일과 제2관이 연결되는 2단 코일로 이루어지는 증발기와;

상기 1단 코일에 연결되며 팽창밸브와 체크밸브를 설치하며 2단 코일에 연결되는 팽창관과;

상기 팽창관을 가로질러 설치하며 난방용 솔레노이드밸브를 설치하여 제상현상을 방지하는 제상관과;

상기 팽창관에서 팽창밸브의 전방과 체크밸브의 후방에 설치하는 냉각 순환관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 증발기를 통하여 공급된 공급되는 팽창관에서 팽창이 일어나도록 하고, 팽창관의 온도가 낮아져 성애가 발생하게 되므로 팽창관을 가로지르는 제상관에 전자변을 설치하여 일정한 간격으로 개방되도록 하고, 전자변이 개방되는 경우 중고압(온도)을 공급하여 팽창관에서 어는 현상을 방지하는 제상 기능을 통해 전력 소비에 대한 부담이 없이 제상이 가능하며 냉방 손실을 방지하는 효과를 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 설치상태 회로도
도 2 는 본 발명의 냉방 라인을 표시한 상태의 회로도
도 3 은 본 발명의 난방 라인을 표시한 상태의 회로도
도 4 는 본 발명의 주요 부분에 대한 요부확대 회로도

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부시킨 도면에 따라서 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 설치상태 회로도이고, 도 2는 본 발명의 냉방 라인을 표시한 상태의 회로도, 도 3은 본 발명의 난방 라인을 표시한 상태의 회로도, 도 4는 본 발명의 주요 부분에 대한 요부확대 회로도를 나타낸 것이다.

물탱크(10)와 각각 배관이 연결되는 입수구(21)와 출수구(22)를 설치하는 판 열교환기(20)에서 상기 입구수(21)와 연결되는 열교환 배관(23)이 어쿰 열교환기(30) 및 액열기(31)를 통과하며 열교환이 이루어지도록 하고, 상기 어쿰 열교환기(30)를 통과한 제1관(32)은 이중 열교환기(60)를 통하여 중고압 배관(61)으로 증발기(50)의 2단 코일(52)에 연결되는 것이다.

상기 증발기(50)는 1단 코일(51)과 2단 코일(52)이 각각 설치되어 상기 1단 코일(51)에서 팽창관(53)이 2단 코일(52)에 연결되고, 상기 팽창관(53)에는 팽창밸브(56)와 체크밸브(57)가 설치되어 있으며, 상기 팽창관(53)을 가로질러 제상관(54)이 연결된 후 상기 제상관(54)에는 난방용 솔레노이드밸브(58)를 설치하는 것이다.

상기 팽창관(53)은 체크밸브(47)를 지난 위치와 팽창밸브(56)에 이르기 이전의 위치에 냉각 순환관(55)을 연결하여 냉, 난방이 별도의 라인을 통하여 이루어지도록 설치하는 것이다.

외부에 독립되게 설치하는 콤푸레샤(40)는 제6관(46)으로 액열기(31)에 연결되며, 제6관(46)에는 트라이너(47)가 설치되는 것이다.

상기 콤푸레샤(40)와 연결되는 분배기(41)는 제2관(42)이 증발기(50)의 2단코일(52)에 연결되며, 상기 분배기(41)에서 제3관(43)이 이중 열교환기(40)에 연결되고, 상기 이중 열교환기(40)에서는 제5관(45)이 액열기(31)에 연결되는 것이다.

상기 분배기(41)에 연결된 제4관(44)은 보상히터(60)를 통과한 후 출수구(22)와 연결되는 판열교환기(20)에 연결되는 것이며, 상기 체크밸브(33)와 이중 열교환기(40)의 사이에서 제1관(32)에 연결되는 제7관(34)은 냉방 팽창밸브(35)가 설치된 후 열교환 배관(23)에 연결되는 것이다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 냉방과 난방을 동시에 수행할 수 있으며, 물탱크(10)로부터 파이프가 설치되는 패널 형태나 매트 형태에 연결되어 그 기능을 수행하는 것이다.

냉방을 위해서는 물탱크(10)와 연결된 출수구(22)와 판열교환기(20)를 통과하여 제4관(44)으로 분배기(41)에 공급되어 제2관(42)을 통하여 증발기(50)의 2단 코일(52)에서 열교환이 이루어진 후 팽창관(53)으로 공급되는 과정에서 체크밸브(57)가 닫혀진 상태이므로 냉각 순환관(55)으로 공급되어 1단 코일(52)을 통과하면서 열교환이 이루어지고, 상기 1단 코일(52)에서 중고압 배관(61)을 통하여 이중 열교환기(60)에 전달된 후 저온 냉매를 통하여 온도를 전달받아 제1관(32)에서 제7관(34)으로 이동하여 팽창밸브(35)를 통과한 후 열교환 배관(23)에서 판열교환기(20)의 입수구(21)에서 물탱크(10)에 설정된 소정의 온도가 냉각된 냉각수가 공급되어 도시하지 않은 배관을 통하여 냉방이 이루어지도록 하는 것이다.

이러한 냉방 기술은 통상적인 히트펌프를 통하여 설정 온도로 냉각한 냉방이 이루어지도록 함으로써 판넬 또는 매트에 무더위를 식혀주는 기능을 수행할 수 있는 것이다.

난방을 수행하는 경우에는 물탱크(10)를 통하여 입수구(21)로 공급되는 온수를 판열교환기(20)를 통하여 열교환 배관(23)에서 어쿰 열교환기(30)로 공급되면 저온의 냉매를 중고압으로 열교환이 이루어지도록 하는 것이며, 어쿰 열교환기(30)에서 열교환이 이루어진 온수는 체크밸브(33)의 개방을 통하여 제1관(32)에서 이중 열교환기(40)에 공급된다.

상기 이중 열교환기(40)에서는 중고압 열을 썩션 저온 냉매를 통한 온도를 전달하여 이중 열교환이 이루어지도록 한 후 중고압 배관(41)을 통하여 증발기(50)의 1단 코일(51)에 공급되어 증발이 1차로 이루어진 후 팽창관(53)을 통하여 2단 코일(52)로 공급되는 것이다.

상기 팽창관(53)을 통과하는 온수는 체크밸브(57)가 개방되어 있으므로 팽창밸브(56)를 통과하면서 중고압 열이 팽창되어 증발기(50)의 2단 코일(52)에 전달되어 제2관(42)으로 공급되도록 하는 것이다.

여기서, 팽창관(53)을 통과하는 중고압 열은 팽창밸브(56)를 통과하면서 서서히 팽창이 이루어지게 되고, 어느 정도의 시간이 경과하면 제상관(54)에 설치한 난방용 솔레노이드밸브(58)를 일정한 시간 동안 개방하게 되며, 난방용 솔레노이드밸브(58)가 개방되면 중고압 열이 팽창밸브(56) 방향으로 공급되지 않고 제상관(54)으로 이동하여 2단 코일(52)로 공급되므로 팽창관(53)에서 발생하는 제상현상을 팽창으로 버려지는 열과 중고압 열을 함께 이용하여 제상을 수행하는 것이다.

즉, 종래에는 1단으로 증발이 이루어지면서 난방수를 소정의 온도로 열교환에 의해 공급하는 경우 제상현상이 발생하여 외부 기온이 영하 15℃ 이하로 내려가게 되면 얼어버려 사용하는 것이 불가능하였다.

그러나 본 발명은 1단 코일(51)과 2단 코일(52)을 설치하여 1단 코일(51)에서 중고압 열을 전달하여 팽창관(53)에서 팽창이 이루어지게 되고, 팽창한 후 버려지는 중고압 열과 공기열을 모두 이용하여 난방용 소레노이드밸브(58)를 소정의 간격으로 개방시켜 소정의 시간 동안 공급함으로써 제상을 수행하는 것이다.

본 발명을 이용한 실험결과 영하 25℃ 에서도 제상을 수행하여 콤푸레샤(30)의 사용에 문제가 없고 배관이 어는 현상을 방지할 수 있었다.

상기 2단 코일(52)을 통과한 난방수는 제2관(42)을 통하여 분배기(41)에 공급된 후 제4관(44)에 설치한 보상히터(60)로부터 낮은 온도를 보상하는 방법으로 난방수의 열교환을 수행한 후 판열교환기(20)의 출수구(22)를 통하여 물탱크(10)로 공급하여 난방이 이루어지도록 하는 것이다.

본 발명은 히트펌프를 이용하여 냉, 난방을 수행하는 통상적인 1단 코일을 사용하는 경우 발생하는 제상현상의 문제점을 해결하여, 코일을 2단으로 사용하며 팽창관에 설치하는 제상관의 난방 솔레노이드를 일정한 간격으로 구동시켜 팽창 후 버려지는 중고압 열과, 공기열을 이용하여 공급하는 과정에서 제상을 수행할 수 있도록 하는 매우 유용한 발명을 제공하는 것이다.

10 : 물탱크 20 : 판열교환기
21 : 입수구 22 : 출수구
23 : 열교환 배관 30 : 어쿰 열교환기
31 : 액열기 32 : 제1관
33, 57 : 체크밸브 34 : 제7관
35 : 냉방 팽창밸브 40 : 콤푸레샤
41 : 분배기 42 : 제2관
43 : 제3관 44 : 제4관
45 : 제5관 46 : 제6관
47 : 트라이너 50 : 증발기
51 : 1단 코일 52 : 2단 코일
53 : 팽창관 54 : 제상관
55 : 냉각 순환관 56 : 팽창밸브
58 : 난방용 솔레노이드밸브 60 : 보상히터

Claims

물탱크(10)에서 입수구(21)와 출수구(22)가 연결된 판열교환기(20)를 설치하며, 상기 판열교환기(20)의 입수구(21) 방향과 연결되는 열교환 배관(23)이 어쿰 열교환기(30)와; 상기 어쿰 열교환기(30)에 연결되며 체크밸브(33)를 설치한 제1관(32)이 연결되며 제5관(45)과 제3관(43)이 연결되는 이중 열교환기(60)와; 상기 이중 열교환기(60)와 연결된 중고압 배관(61)이 연결되는 증발기(50)와; 상기 증발기(50)와 연결된 제2관(42)이 분배기(41)에서 제4관(44)으로 연결되며 보상히터(60)를 통과하여 판열교환기(20)의 출수구(22) 방향으로 연결되는 제4관(44)으로 이루어지고, 상기 제1관(32)에 연결되며 냉방 팽창밸브(35)를 설치하여 열교환 배관(23)에 연결하는 제7관(34)과; 상기 어쿰 열교환기(30)와 같이 설치한 액열기(31)에서 콤푸레샤(40)로 연결되는 제6관(46)으로 이루어진 히트펌프용 냉, 난방장치에 있어서,
상기 중고압 배관(61)이 연결되는 1단 코일(51)과 제2관(42)이 연결되는 2단 코일(52)로 이루어지는 증발기(50)와;
상기 1단 코일(51)에 연결되며 팽창밸브(56)와 체크밸브(57)를 설치하며 2단 코일(52)에 연결되는 팽창관(53)과;
상기 팽창관(53)을 가로질러 설치하며 난방용 솔레노이드밸브(58)를 설치하여 제상현상을 방지하는 제상관(54)과;
상기 팽창관(53)에서 팽창밸브(56)의 전방과 체크밸브(57)의 후방에 설치하는 냉각 순환관(55)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중고압 열을 팽창시켜 제상 기능을 갖는 히트펌프용 냉, 난방장치.
제 1항에 있어서,
상기 팽창관(53)은 1단 코일(51)과 연결되며 냉각 순환관(55)이 연결된 이전 위치와 체크밸브(57)의 이후 위치에 연결되는 제상관(54)에 난방용 솔레노이드밸브(58)를 설치하여 일정한 간격으로 개방하여 제상을 수행하는 것을 특징으로 하는 중고압 열을 팽창시켜 제상 기능을 갖는 히트펌프용 냉, 난방장치.