KR19980017695A

KR19980017695A - 히트 펌프의 적상 방지장치

Info

Publication number: KR19980017695A
Application number: KR1019960037511A
Authority: KR
Inventors: 황윤제
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1996-08-31
Filing date: 1996-08-31
Publication date: 1998-06-05
Also published as: KR100186526B1; JP3118199B2; JPH1089817A; US5839292A

Abstract

본 발명은 히트 펌프의 난방 운전중에 증발기에 서리가 발생해도 냉방 운전으로의 절환없이 연속 난방운전을 하면서 제상을 할 수 있고, 증발기를 세분화하여 단계적 또는 주기적으로 제상이 이루어지므로 증발기의 기능을 그대로 유지하면서 제상할 수 있는 효과가 있으며, 난방 저온 운전시 항상 발생하는 서리에 의한 히트 펌프의 운전 효율 저하를 근본적으로 방지하여 연속 운전을 할 수 있으므로 인해 계절난방 성능을 대폭 향상시킬 수 있는 등의 많은 장점이 구비된 것이다.

이를 위해, 본 발명은 증발기(1)의 상, 하부 제상시 냉매의 상태에 따라 절환되는 절환 밸브(3)와, 상기 절환 밸브(3)와 압축기(9) 출구측의 사이에 설치되며 제상 운전시 개방되어 고압의 기체 상태 냉매를 일부 증발기(1)로 직접 공급하기 위한 바이패스관(10)과, 상기 압축기(9) 출구측의 바이패스관(10)에 설치되어 적상 운전시 바이패스관(10)을 개방 및 폐쇄시키기 위해 작동하는 온/오프 밸브(11)와, 상기 바이패스관(10)에 설치되어 바이패스관(10)을 통과하는 냉매를 적절한 압력과 온도를 갖는 냉매로 전환키기 위한 보조 모세관(12)으로 구성된 히트 펌프의 적상 방지장치이다.

Description

히프 펌프의 적상 방지장치

본 발명은 히트 펌프의 적상 방지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히트 펌프의 난방 운전중에 증발기에 발생하는 서리를 신속하게 제거할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 히트 펌프는 여름철 냉방 운전과 함께 겨울철 난방 운전이 가능한 기기로서, 증발기에 발생하는 서리는 열교환기의 표면 온도가 외기의 온도 및 습도에 의해 결정되는 공기의 이슬점 온도보다 낮고, 0℃ 이하이면 발생하게 되는데, 상기 조건과 실험 결과를 종합하면 외기의 온도가 5℃ 이하이며, 습도 65% 이상에서 서리 발생의 가능성은 현저하게 증가하므로 이에 대한 대책이 필요하다.

도 1은 종래 히트 펌프의 난방 운전사이클을 나타낸 구성도로서, 압축기(9)에서 나온 고온 고압의 냉매는 4방향 밸브(14)를 거쳐 실내기로 통로가 절환되어 응축기(15)로 보내지고, 응축후의 냉매는 모세관(8)을 지나면서 감압되어 실외측인 증발기(1)에서 증발을 하게 되며, 이때 모터(16)의 구동에 의해 송풍팬(17)이 회전함에 따라 공기를 공급하게 되고, 증발후의 냉매는 다시 상기 압축기(9)로 유입되는 과정을 반복하면서 실내측에 난방을 수행하게 된다.

그러나, 전술한 바와같이 종래에는 외기의 온도가 0℃ 이하이고, 공급 공기의 이슬점 온도가 냉매 온도보다 낮으면 증발기(1)의 표면에 서리가 발생하게 되는데, 발생된 서리는 공기중의 습도에 따라 다르지만, 수십분 후에 얼음으로 변하여 송풍팬(17)에 의해 공급되는 공기를 차단시키므로 증발 기능을 상실하게 되며, 증발이 발생되지 않으면 냉매의 질량 유량이 감소하여 고압측(응축기측)의 압력이 하강하게 되고, 압력의 감소는 응축 온도의 하강을 초래하여 난방에 필요한 만큼의 열량을 얻지 못하게 된다.

따라서, 부득이 냉방 사이클로 절환하여 서리를 제거한 후 다시 난방 사이클로 바꿔 난방 운전을 해야 함에 따라 냉방 절환시 일시적으로 난방기의 기능을 상실하므로 사용자 불만의 원인을 초래하게 되는 등의 많은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 히트 펌프의 난방 운전중에 증발기에 서리가 발생해도 냉방 운전으로의 절환없이 연속 난방운전을 하면서 제상 기능을 수행할 수 있도록 하여 히트 펌프의 운전 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 히트 펌프의 적상 방지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 증발기의 상, 하부 제상시 냉매의 상태에 따라 절환되는 절환 밸브와, 상기 절환 밸브와 압축기 출구측의 사이에 설치되며 제상 운전시 개방되어 고압의 기체 상태 냉매를 일부 증발기로 직접 공급하기 위한 바이패스관과, 상기 압축기 출구측의 바이패스관에 설치되어 적상 운전시 바이패스관을 개방 및 폐쇄시키기 위해 작동하는 온/오프 밸브와, 상기 바이패스관에 설치되어 바이패스관을 통과하는 냉매를 적절한 압력과 온도를 갖는 냉매로 전환시키기 위한 보조 모세관으로 구성된 히트 펌프의 적상 방지장치이다.

도 1은 종래 히트 펌프의 난방 운전사이클을 나타낸 구성도

도 2는 본 발명에 다른 난방 운전사이클을 나타낸 구성도

도 3은 본 발명에 따른 난방 운전시의 P-h선도

도 4는 본 발명에 따른 동작 상태를 나타낸 구성도로서,

도 4a는 증발기의 상부 제상시의 상태도

도 4b는 증발기의 하부 제상시 상태도

도 5는 본 발명에 따른 절환 밸브의 동작 상태를 나타낸 사시도로서,

도 5a는 증발기의 상부 제상시 상태도

도 5b는 증발기의 하부 제상시 상태도

도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 구성도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1:증발기2:절환판

3:절환 밸브4:재1입구관

5:제2입구관6:제1출구관

7:제2출구관8:모세간

9:압축기10:바이패스관

11:온/오프 밸브12:보조 모세관

13:첵크 밸브

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 난방 운전사이클을 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 난방 운전시의 P-h 선도이며, 도 4는 본 발명에 따른 동작 상태를 나타낸 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 절환 밸브의 동작 상태를 나타낸 사시도로서, 본 발명에 따른 난방 운전사이클의 증발기(1) 일측에 증발기(1)의 상, 하부 제상시 냉매의 상태에 따라 90°각도로 회전되는 절환판(2)이 내장된 절환 밸브(3)가 설치되고, 절환 밸브(3)의 양측에는 각각 제1, 2 입구 및 출구관(4)(5)(6)(7)이 설치되어 제1, 2 출구관(6)(7)은 상기 증발기(1) 입구측의 상, 하부에 연결되며, 상기 제2입구관(5)은 모세관(8)과 연결된다.

또한, 절환 밸브(3)의 제1입구관(4)과 압축기(9) 출구측의 사이에는 제상 운전시 개방되어 고압의 기체 상태 냉매를 일부 증발기(1)로 직접 공급하기 위한 바이패스(By-Pass)과(10)이 설치되고, 상기 압축기(9) 출구측의 바이패스관(10)에는 적상 운전시 바이패스관(10)을 개방 및 폐쇄시키기 위해 작동하는 온/오프 밸브(11)가 설치된다.

그리고, 바이패스관(10)에는 바이패스관(10)을 통과하는 냉매를 적절한 압력과 온도를 갖는 낭매를 전환시키기 위한 보조 모세관(12)이 설치되고, 증발기(1)의 출구측에는 바이패스관(10)을 통과한 냉매의 온도가 모세관(8)을 통과한 냉매의 온도보다 높아 증발기(1)로 역류되는 현상을 방지하기 위한 첵크 밸브(13)가 설치되어 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명은 도 2 내지 도 5에 나타낸 바와같이, 난방 운전사이클의 압축기(9)에서 압축된 냉매는 증발기(1) 일측에 설치되어 증발기(1)의 상, 하부 제상시 냉매의 상태에 따라 90°각도로 회전되는 절환판(2)이 내장된 절환 밸브(3(의 제1입구관(4) 및 압축기(9) 출구측의 사이에 설치되며, 제상 운전시 개방되어 고압의 기체 상태 냉매를 일부 증발기(1)로 직접 공급하기 위한 바이패스관(10)에 설치되어 있는 온/오프 밸브(11)가 온 되어 있으면 냉매가 상기 바이패스관(10)을 기체 상태로 통과하여 보조 모세관(12)을 지나 적절한 압력과 온도를 갖는 냉매로 바뀌어 절환 밸브(3)의 제1입구관(4)으로 유입된다.

또한, 대부분의 냉매는 압축기(9)에서 나와 응축기(14)를 통과하여 모세관(8)을 거쳐 팽창되어 절환 밸브(3)의 제2입구관(5)으로 유입됨에 따라 절환 밸브(3)에서 다시 만나게 된다.

이때, 절환 밸브(3)의 제1입구관(4)을 통해 유입되는 냉매는 온도가 약간 높은 기체 상태의 냉매이고, 제2입구관(5)을 통해 유입되는 냉매는 온도가 낮은 이상(two-phase) 상태의 냉매인데 이처럼 상태가 다른 두 냉매는 서로 섞이지 않고 절환 밸브(3)로 들어가 도5a에 나타낸 바와같이 상부 제상시 고온 기체 상태의 냉매는 절환 밸브(3)의 제1출구관(6)으로 나가며, 이상 상태의 냉매는 제2출구관(7)으로 나가게 된다.

또한, 도5b에 나타낸 바와같이 하부 제상시 고온 기체는 제2출구관(7)으로 나가고, 이상 냉매는 제1출구관(6)으로 나가게 되는데, 이때 이와같은 경로의 변경은 절환 밸브(3)에 내장되어 있는 절환판(2)이 90°각도로 회전함에 따라 주기적으로 상, 하부 제상 운전을 가능하게 한다.

즉, 본 발명의 가장 중요한 기능은 도 4a 및 도4b에 나타낸 바와같이 상부 및 하부 제상을 외기 온도 등의 운전 조건에 따라 주기적으로 교대 운전한다는 것으로, 열교환기의 적상은 표면에 고르게 분포되므로 상, 하부 중 아무곳이나 먼저 제상하고 나머지를 후에 제상하는 과정을 반복하면 적상을 지연시킬 수 있을 뿐만 아니라 근본적으로 방지할 수 있게 된다.

한편, 압축기(9) 출구측의 바이패스관(10)에 설치된 온/오프 밸브(11)는 적상 운전 범위가 아닌 일반 난방 운전시에는 오프로 설정되어 바이패스관 (10)을 폐쇄시키고, 적상 운전 범위에 들어오면 온/오프 밸브(11)가 작동하여 바이패스관(10)을 개방시키므로써 냉매가 통과할 수 있게 해준다.

이때, 바이패스관(10)에 설치된 보조 모세관(12)은 절환 밸브(3)의 제1입구관(4)에 적절한 압력을 유지시켜주는 역할을 하게 되고, 제1입구관(4)은 항상 0℃ 이상이며, 증발 성능을 저해하지 않을 정도인 0~5℃ 정도의 온도에 해당하는 포화 압력을 갖도록 해주어야 한다.

또한, 증발기(1)의 출구측에는 첵크 밸브(13)가 설치되므로 바이패스관(10)을 통과한 냉매의 온도가 모세관(8)을 통과한 냉매의 온도보다 높아 증발기(1)로 역류되는 현상을 방지할 수 있게 해 준다.

또한, 도 3은 본 발명에 따른 난방 운전시의 P-h 선도로서, 본 발명의 주사이클과 바이패스 사이클 구성시 냉매가 겪는 경로인데, 바이패스 사이클은 압축기(9) 출구의 고온 고압 기체가 그대로 팽창하면서 온도 및 압력이 강하하고, 증발기(1)의 입구에서 출구로 열교환하는 동안 온도가 하강하는 과정을 나타낸 것이다.

한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 구성도로서, 3Path인 증발기의 경우인데, 적상 운전조건에서 운전중 서리가 발생하면 온/오프 밸브(11)가 온되어 바이패스관(10)이 개방되고, 먼저 증발기(1)의 최상부(1a)를 제상하게 되는데, 이때 증발기(1)의 중앙부(1b) 및 하부(1c)는 그대로 증발 기능을 수행하게 된다.

그 다음, 2분 후 절환 밸브(3)가 내부 절호나판(2)의 90°회전에 의해 자동 절환되어 중앙부(1b)를 제상하게 되는데, 이때에는 최상부(1a) 및 하부(1c)는 그대로 증발 기능을 수해하게 되며, 2분 후 다시 상지 절환 밸브(3)가 자동 절환되어 하부(1c)를 제상하게 되는데, 이때에는 최상부(1a) 및 중앙부(1b)는 증발 기능을 수행하는 일련의 주기적인 사이클을 형성하여 난방 운전을 수행할 수 있게 된다

이상에서와 같이, 본 발명은 히트 펌프의 난방 운전중에 증발기(1)에 서리가 발생해도 냉방 운전으로의 절환없이 연속 난방운전을 하면서 제상을 할 수 있고, 증발기(1)를 세분화하여 단계적 또는 주기적으로 제상이 이루어지므로 증발기(1)의 기능을 그대로 유지하면서 제상할 수 있는 효과가 있으며, 난방 저온 운전시 항상 발생하는 서리에 의한 히트 펌프의 운전 효율 저하를 근본적으로 방지하여 연속 운전을 할 수 있으므로 인해 계절난방성능(SEER)을 대폭 향상시킬 수 있는 등의 많은 장점이 구비된 매우 유용한 발명이다.

Claims

증발기의 상, 하부 제상시 냉매의 상태에 따라 절환되는 절환 밸브와,

상기 절환 밸브와 압축기 출구측의 사이에 설치되며 제상 운전시 개방되어 고압의 기체 상태 냉매를 일부 증발기로 직접 공급하기 위한 바이패스관과,

상기 압축기 출구측의 바이패스관에 설치되어 적상 운전시 바이패스관을 개방 및 폐쇄시키기 위해 작동하는 온/오프 밸브와,

상기 바이패스관에 설치되는 바이패스관을 통과하는 냉매를 적절한 압력과 온도를 갖는 냉매로 전환시키기 위한 보조 모세관으로 구성된 것을 특징으로 하는 히트 펌프의 적상 방지장치.
제1항에 있어서,

상기 절환 밸브가 2개 이상의 경로로 냉매의 상태에 따라 분지될 수 있도록 내부에 90°각도로 회전되는 절환판이 설치된 히트 펌프의 적상 방지장치.
제1항에 있어서,

상기 절환 밸브의 양측에는 각각 제1, 2 입구 및 출구관이 설치되어 제1, 2 출구관은 증발기 입구측의 상, 하부에 연결되고, 제2입구관은 모세관과 연결되며, 제1입구관은 압축기의 출구측과 연결되어 있는 바이패스관에 연결된 히트 펌프의 적상 방지장치.
제1항에 있어서,

상기 증발기의 출구측에는 바이패스관을 통과한 냉매의 온도가 모세관을 통과한 냉매의 온도보다 높아 증발기로 역류되는 현상을 방지하기 위한 첵크 밸브가 설치된 히트 펌프의 적상 방지장치.