KR19990002755A - 히트펌프의 증발온도 보상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프의 증발온도 보상장치에 관한 것으로, 종래의 난방사이클에 있어서 응축기와 증발용 열교환기 간의 압력차가 거의 일정하게 나타나기 때문에 실외측의 냉매온도가 소정량만큼 떨어지게 되면 실내측 냉매온도도 그만큼 하강하게 되어 결국 실내로 적정한 온풍을 공급할 수 없게 되는 문제점이 있었던 바, 본 발명에서는 상기 증발용 열교환기와 압축기의 입구부에 각각 제1,제2 증발온도 감지센서가 장착되고, 그 제1,제2 증발온도 감지센서의 온도차에 의해 발열량이 제어되는 전기히터가 증발용 열교환기의 출구측에 설치됨과 아울러 외기의 온도에 따라 냉매의 비체적을 증가시킬 수 있는 팽창기구를 설치함으로써, 증발용 열교환기내 냉매의 증발온도 및 상기 압축기로 유입되는 냉매의 비체적이 지나치게 하강하는 것을 방지하여 상기 응축용 열교환기로부터 항상 적정한 온도의 온풍이 실내로 공급되도록 하는 것은 물론 별도의 보조 난방기구 사용을 배제하여 소비자의 비용상승을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

히트펌프의 증발온도 보상장치

본 발명은 히트펌프의 증발온도 보상장치에 관한 것으로, 특히 증발기의 출구부에 전기히터를 설치하는 한편 압축기로 유입되는 냉매의 비체적을 상승시킬 수 있는 모세관을 설치하여 항상 적정한 온도의 온풍이 실내로 공급될 수 있도록 하는 히트펌프의 증발온도 보상장치에 관한 것이다.

일반적인 냉동사이클은 냉장고나 공기조화기 등에 적용되어 외부로부터 열을 흡수하거나 또는 외부로 열을 방출하여, 식품을 신선하게 보관하기도 하고 실내를 냉/난방시켜 실내환경을 쾌적하게 유지하기도 한다.

이러한 냉동사이클은 저온저압의 기체상태인 냉매를 고온고압의 기체상태 냉매로 변화시키는 압축기와, 그 압축기에서 변화된 고온고압의 기체상태인 냉매를 고온고압의 액체상태의 냉매로 변화시키는 응축기(이하, 응축용 열교환기로 혼용함)와, 그 응축기에서 변화된 고온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 모세관과, 그 모세관에서 변화된 저온저압의 액체상태인 냉매를 기체상태로 변화시키면서 외부의 열을 흡수하는 증발기(이하, 증발용 열교환기와 혼용함)로 구성되는데, 이때 상기 각 구성요소들은 냉매관으로 연결되어 있다.

상기의 냉동사이클을 응용하여 냉/난방을 겸할 수 있는 히트펌프의 냉동사이클은 도 1에 도시된 바와 같다.

즉, 히트펌프용 냉동사이클은 상기 압축기(1)의 출구에 4방향밸브(2)의 일측이 결합되고, 그 4방향밸브(2)의 다른 일측에 응축용 열교환기(이하, 응축기와 혼용함)(3)가 연결되며, 그 응축용 열교환기(3)에 이어 모세관(4)으로 통칭되는 팽창기구가 연결되고, 그 모세관(4)에 이어 증발용 열교환기(이하, 증발기와 혼용함)(5)가 연결되며, 그 증발용 열교환기(5)에 이어 상기 4방향밸브(2)의 또다른 일측에 결합되고, 그 4방향밸브(2)의 또다른 일측에는 어큐뮬레이터(미도시)가 연결되며, 그 어큐뮬레이터는 압축기(1)의 입구에 연결되어 이루어진다.

여기서, 상기 팽창기구는 도 2에 도시된 바와 같이 그 길이가 짧은 제1 모세관(4a)에 그 제1 모세관(4a)보다 상대적으로 긴 제2 모세관(4b)이 직렬로 연결되고, 상기 제1 모세관(4a)의 입구부에서 분관되어 제2 모세관(4b)의 입구부에 연결되는 바이패스관(4c)이 병렬로 연통되며, 그 바이패스관(4c)에는 난방운전시 냉매의 역류를 방지하기 위한 체크밸브(4d)가 설치되어 있다.

도면중 미설명 부호인 3a는 실내팬(시로코팬), 5a는 실외팬(축류팬)이다.

상기와 같이 구성된 히트펌프용 냉동사이클에 있어서, 상기 4방향밸브(2)의 방향을 변환시키면서 응축용 열교환기(3)와 증발용 열교환기(5)의 역할을 바꿔 냉방용 또는 난방용으로 사용하게 된다.

즉, 상기 히트펌프용 냉동사이클이 냉방중일 경우에는 실내열교환기가 증발기의 역할을 하게 되는 반면에 난방중일 경우에는 상기 실내열교환기는 응축기의 역할을 하게 되는 것이다. 물론, 이때의 실외열교환기는 냉방중일 경우 응축기의 역할을 하게 되는 반면에 난방중일 경우 증발기의 역할을 하게 된다.

여기서, 상기 히트펌프용 냉동사이클이 난방용으로 사용되는 경우에 대한 냉매흐름의 순서는 다음과 같다.

먼저, 압축기의 작동에 따라 냉매가 압축기(1) - 4방향밸브(2) - 응축기(3) - 모세관(4) - 증발기(5) - 4방향밸브(2) - 어큐뮬레이터(미도시) - 압축기(1)의 순서를 거치면서 진행되어 응축기(3)에서 열교환되는 더운공기를 실내측 시로코팬(3a)이 실내로 토출시켜 난방상태를 유지하게 되는 것이었다.

이때, 외기의 온도에 따른 팽창기구의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

즉, 외기의 온도가 0℃이하로 저하되면 상기 응축용 열교환기(3)를 거친 냉매의 온도 및 압력이 급격하게 하강하기 시작하여 상대적으로 저항이 작은 바이패스관(4c)으로 유입되고, 그 바이패스관(4c)으로 유입된 냉매는 체크밸브(4d)를 밀면서 제1 모세관(4a)을 건너뛰어 제2 모세관(4b)을 거치면서 팽창되어 증발용 열교환기(5)로 유입되는 것이었다.

그러나, 일반적으로 냉매는 히트펌프의 난방사이클에 있어서 응축기(3)와 증발기(5)간의 압력차가 거의 일정하게 나타나기 때문에 실외측의 냉매온도가 소정량만큼 떨어지게 되면 실내측 냉매온도도 그만큼 하강하게 되어 결국 실내로 적정한 온풍을 공급할 수 없게 되는 문제점이 있었다.

일례로, 상기 외부의 온도가 0℃이하로 떨어지게 되면 증발용 열교환기(5)를 흐르는 냉매의 증발온도가 -5℃이하로 떨어지게 됨에 따라 응축용 열교환기(3)로 유입되는 냉매의 응축온도도 41℃정도로 하강하게 되고, 이에 따라 실내로 토출되는 온풍의 온도가 40℃이하가 되어 소비자로 하여금 난방에 대한 불만감을 유발하게 되는 것은 물론 팬히터와 같은 별도의 보조 난방기구를 사용하게 되어 비용상승이 발생하게 되는 것이었다.

또한, 상기와 같은 종래의 팽창기구(4)에서는 응축용 열교환기(3)로부터 분출되는 냉매가 적어도 긴 제2 모세관(4b)을 거치게 되므로, 상기 냉매의 압력이 급격하게 떨어져 증발용 열교환기(5)를 거쳐 압축기(1)로 유입되는 냉매의 비체적도 지나치게 낮아짐으로 인해 히트펌프의 난방효율이 저하되는 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명은 종래의 난방사이클이 가지는 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 주목적은 증발용 열교환기내 냉매의 증발온도가 지나치게 하강하는 것을 방지하여 응축용 열교환기내 냉매의 응축온도가 항상 적정온도를 유지하도록 함으로써, 그 응축용 열교환기로부터 토출되는 온풍에 대해 소비자가 항상 만족감을 갖도록 함은 물론 별도의 보조 난방기구 사용을 배제하여 소비자의 비용상승을 방지할 수 있는 히트펌프의 증발온도 보상장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 응축용 열교환기 및 증발용 열교환기를 거쳐 압축기로 유입되는 냉매의 비체적을 높여줌으로써, 압축기의 압축효율을 상승시키고 이를 통해 냉매의 순환온도를 상승시킬 수 있는 팽창기구를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 히트펌프에 있어서 냉동사이클의 구성을 보인 개략도.

도 2는 종래 히트펌프의 냉동사이클에 있어서, 팽창기구를 보인 개략도.

도 3는 본 발명 히트펌프에 있어서 냉동사이클의 구성을 보인 개략도.

도 4는 본 발명 히트펌프의 냉동사이클에 있어서, 팽창기구를 보인 개략도.

도 5은 본 발명 히트펌프의 냉동사이클에 있어서, 전기히터의 구성을 보인 종단면도.

도 6은 본 발명 히트펌프의 효과를 종래의 히트펌프와 비교하여 보인 P-H선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 압축기 20 : 4방변밸브

30 : 응축용 열교환기 40 : 팽창기구

41,42,47 : 제1,제2,제3 모세관 43,45 : 제1,제2 바이패스관

44 : 체크밸브 46 : 온/오프 밸브

50 : 증발용 열교환기 60 : 전기히터

61 : 냉매관 62 :절연재

63 : 발열선 64 : 단열재

71,72 : 제1,제2 증발온도 감지센서

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 압축기에 이어 4방향밸브의 일측이 연통되고, 그 4방향밸브의 다른 일측이 응축용 열교환기와 연통되며, 그 응축용 열교환기에 이어 팽창기구가 연통되고, 그 팽창기구에 이어 증발용 열교환기가 연통되며, 그 증발용 열교환기에 이어 상기 4방향밸브의 또다른 일측이 연통되고, 그 4방향밸브의 또다른 일측에 이어 압축기가 다시 연통되는 히트펌프의 냉동사이클에 있어서, 상기 증발용 열교환기와 압축기의 입구부에 각각 제1,제2 증발온도 감지센서가 장착되고, 그 제1,제2 증발온도 감지센서의 온도차에 의해 발열량이 제어되는 전기히터가 증발용 열교환기의 출구측에 설치됨을 특징으로 하는 히트펌프의 증발온도 보상장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 히트펌프의 증발온도 보상장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 히트펌프는 증발용 열교환기의 출구측에 외기온도에 따라 인가되는 전력이 변화될 수 있는 전기히터를 설치하여 증발온도를 적정온도로 높여주도록 하는 것과 아울러 팽창기구로 유입되는 냉매의 과팽창을 억제하여 증발온도를 상승시키도록 하는 것으로, 도 3은 이러한 증발온도 보상장치가 구비된 히트펌프의 냉동사이클을 보인 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 히트펌프용 냉동사이클장치는 상기 압축기(10)의 출구에 4방향밸브(20)의 일측이 결합되고, 그 4방향밸브(20)의 다른 일측에 응축용 열교환기(30)가 연결되며, 그 응축용 열교환기(30)에 이어 모세관으로 통칭되는 팽창기구(40)가 연결되고, 그 팽창기구(40)에 이어 증발용 열교환기(50)가 연결되며, 그 증발용 열교환기(50)에 이어 전기히터(60)가 연결되고, 그 전기히터(60)의 출구에 상기 4방향밸브(20)의 또다른 일측에 결합되며, 그 4방향밸브(20)의 또다른 일측에는 어큐뮬레이터(미도시)가 연결되고, 그 어큐뮬레이터(미도시)는 압축기(10)의 입구에 연결되어 이루어진다.

여기서, 상기 팽창장치(40)는 도 4에 도시된 바와 같이 그 길이가 짧은 제1 모세관(41)에 그 제1 모세관보다 상대적으로 긴 제2 모세관(42)이 직렬로 연결되고, 상기 제1 모세관(41)의 입구부에서 분관되어 제2 모세관(42)의 입구부에 연결되는 제1 바이패스관(43)이 병렬로 연통되며, 그 제1 바이패스관(43)에는 난방운전시 냉매의 역류를 방지하기 위한 체크밸브(44)가 직렬로 설치되는데, 이때 응축용 열교환기(30)를 통과한 냉매의 온도 및 압력을 적정수준으로 상승시키기 위한 제2 바이패스관(45)이 상기 제1 바이패스관(43)의 입구 전방측과 제2 모세관(42)의 출구측 사이에 병렬로 설치된다.

상기 제2 바이패스관(45)에는 그 입구부에 소정의 설정온도에 따라 제2 바이패스관(45)을 개폐하는 온/오프 밸브(46)가 설치되는 한편 그 중간부에는 제1 모세관(41)의 길이보다 짧은 제3 모세관(47)이 장착된다.

한편, 상기 증발용 열교환기(50) 및 압축기(10)의 입구에는 각각 제1, 제2 증발온도 감지센서(이하, 제1,제2 센서와 혼용함)(71,72)가 장착되는데, 상기 전기히터에 인가되는 전력량은 상기 제1,제2 센서(71,72)간의 차이에 의해 결정된다.

상기 전기히터는 도 5에 도시된 바와 같이, 압축기(10)와 증발기(50)의 사이를 연통시키는 냉매관(61)의 외주면에 석면 등의 절연재(62)가 도포되고, 그 절연재(62)의 외주면에 코일 등의 발열선(63)이 다수회 권회되며, 그 발열선(63)의 외주면에 단열재(64)가 감싸져 이루어 진다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 31은 실내팬, 51은 실외팬이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 히트펌프의 냉동사이클장치에 있어서, 그 냉동사이클장치가 난방용으로 사용될 경우의 일반적인 냉매의 흐름은 다음과 같다.

즉, 압축기의 작동에 따라 냉매가 압축기(10) - 4방향밸브(20) - 응축기(30) - 팽창기구(40) - 증발기(50) - 전기히터(60) - 4방향밸브(20) - 어큐뮬레이터(미도시) - 압축기(10)의 순서를 거치면서 진행되어 응축기(30)에서 열교환되는 더운공기를 실내측 시로코팬(31)이 실내로 토출시켜 난방상태를 유지하게 되는 것이다.

여기서, 외기의 온도의 저하에 따라 증발용 열교환기(50)에서 증발되는 냉매의 온도가 제1,제2 증발온도 감지센서(71,72)에 설정된 온도차이보다 크게 되면, 상기 전기히터(60)에 전력이 인가되고, 그 인가된 전력에 의해 증발용 열교환기(50)를 통과한 냉매가 가열되어 소정온도까지 상승하게 된다.

이 냉매는 압축기로 유입되기 전에 압축기 입구에 설치된 제2 센서(72)에 의해 다시 감지되어 난방에 적정한 온도까지 상승되었는지를 가늠하는 한편 상기 제1 센서(71)에서 감지되는 냉매의 온도와 비교하면서 상기 전기히터에 인가되는 전력량을 제어하게 되는 것이다.

이러한 과정을 통해 소정온도로 상승된 냉매는 압축기(10)에서 고온고압으로 압축되어 응축용 열교환기(30)로 유입되고, 그 응축용 열교환기(30)로 유입된 냉매는 열교환을 하면서 실내로 더운공기를 공급하게 된다.

한편, 외기의 온도가 급격하게 하강하게 되면 상기 온/오프 밸브(46)가 개방되어 제2 바이패스관(45)을 개방시키게 되는데, 이때 상기 응축용 열교환기(30)를 거친 냉매의 온도 및 압력이 외기의 온도에 따라서 하강하기 시작하여 상대적으로 저항이 가장 작은 제2 바이패스관(45)으로 유입되고, 그 제2 바이패스관(45)으로 유입된 냉매는 제1,제2 모세관(41,42)을 건너뛰어 제3 모세관(47)을 거치면서 팽창되어 증발용 열교환기(50)로 유입된다.

이로써, 상기 제1,제2 모세관(41,42)을 통과할 때보다 훨씬 많은 양의 냉매가 증발용 열교환기(50)를 거쳐 압축기(10)로 유입되므로, 도 6에 도시된 바와 같이 압축기(10)에서 압축되는 냉매의 압력 및 그에 따른 온도가 상승하게 되어 결국 응축용 열교환기(30)로 고온의 냉매가 유입되므로 실내로 공급되는 온풍의 온도가 상승하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 히트펌프의 증발온도 보상장치는, 상기 증발용 열교환기와 압축기의 입구부에 각각 제1,제2 증발온도 감지센서가 장착되고, 그 제1,제2 증발온도 감지센서의 온도차에 의해 발열량이 제어되는 전기히터가 증발용 열교환기의 출구측에 설치됨과 아울러 외기의 온도에 따라 냉매의 비체적을 증가시킬 수 있는 팽창기구를 설치함으로써, 증발용 열교환기내 냉매의 증발온도 및 상기 압축기로 유입되는 냉매의 비체적이 지나치게 하강하는 것을 방지하여 상기 응축용 열교환기로부터 항상 적정한 온도의 온풍이 실내로 공급되도록 하는 것은 물론 별도의 보조 난방기구 사용을 배제하여 소비자의 비용상승을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 압축기에 이어 4방향밸브의 일측이 연통되고, 그 4방향밸브의 다른 일측이 응축용 열교환기와 연통되며, 그 응축용 열교환기에 이어 팽창기구가 연통되고, 그 팽창기구에 이어 증발용 열교환기가 연통되며, 그 증발용 열교환기에 이어 상기 4방향밸브의 또다른 일측이 연통되고, 그 4방향밸브의 또다른 일측에 이어 압축기가 다시 연통되는 히트펌프의 냉동사이클에 있어서, 상기 증발용 열교환기와 압축기의 입구부에 각각 제1,제2 증발온도 감지센서가 장착되고, 그 제1,제2 증발온도 감지센서의 온도차에 의해 발열량이 제어되는 전기히터가 증발용 열교환기의 출구측에 설치됨을 특징으로 하는 히트펌프의 증발온도 보상장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전기히터는 압축기와 증발용 열교환기의 사이를 연통시키는 냉매관의 외주면에 절연재가 도포되고, 그 절연재의 외주면에 발열선이 다수회 권회되며, 그 발열선의 외주면에 단열재가 감싸져 구성됨을 특징으로 하는 히트펌프의 증발온도 보상장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 팽창기구는 제1 모세관에 그 제1 모세관보다 상대적으로 긴 제2 모세관이 직렬로 연결되고, 상기 제1 모세관의 입구부에서 분관되어 제2 모세관의 입구부에 연결되는 한편 중간부위에 냉매의 역류를 방지하는 체크밸브가 구비된 제1 바이패스관이 병렬로 연통되며, 그 제1 바이패스관의 입구 전방측과 제2 모세관의 출구측 사이에는 제2 바이패스관이 병렬로 연결되고, 그 제2 바이패스관의 입구부에 소정의 설정온도에 따라 개폐되는 온/오프 밸브가 설치됨과 아울러 그 중간부에는 상기 제1 모세관의 길이보다 짧은 제3 모세관이 장착되어 구성됨을 특징으로 하는 히트펌프의 증발온도 보상장치.