KR20020073964A - 히트 펌프식 냉·난방장치 - Google Patents

히트 펌프식 냉·난방장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 히트 펌프식 냉·난방장치에 관한 것이며, 상세하게는 히트 펌프 시스템에 복사난방 수단을 결합한 히트 펌프식 냉·난방장치에 관한 것으로서, 난방시 쾌적한 난방을 할 수 있고, 실외열교환기의 제상을 편리하게 함과 동시에 성적계수를 양호하게 유지할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 압축기(2), 4방밸브(3), 실내열교환기(4), 냉·난방용 감압기구 (5)(6), 실외열교환기(7) 및 상기 4방밸브(3)를 도관(8)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브(3)와 압축기(2)를 흡입도관(8')으로 연결한 기본 냉매회로 (1)에 있어서, 상기 압축기(2)와 4방밸브(3) 사이의 도관(8)에 바이패스도관(11)을 연결하여 설치한 응축기(10)와, 상기 응축기(10)와 열교환관계를 유지하는 제 1 흡열 열교환기(13) 및 방열코일(14)을 설치한 복사난방회로(12)와, 상기 방열코일(14)의 출구측에 제 1 및 제 2 도관(18)(18')을 병열연결하여 각각 설치한 제 1 및 제 2 가열열교환기(17)(17')와, 상기 제 1 가열열교환기(17)와 열교환관계를 유지하는 제 2 흡열열교환기(20) 및 상기 실외열교환기(7)에 근접 설치되는 제상 교환기(21)를 설치한 제상회로(19)와, 상기 흡입도관(8')에 상기 제 2 가열열교환기(17')와 열교환관계를 유지하도록 설치한 냉매증기 가열열교환기(24)로 구성한 것이다.

Description

히트 펌프식 냉·난방장치 {HEAT PUMP TYPE AIR CONDITIONING APPARATUS}
본 발명은 히트 펌프식 냉·난방장치에 관한 것이며, 상세하게는 히트 펌프 시스템에 복사난방 수단을 결합한 히트 펌프식 냉·난방장치에 관한 것이다.
히트 펌프식 냉·난방장치는 도 1에서 참조되는 바와 같이 압축기(2), 4방밸브(3), 실내열교환기(4), 냉방용 감압기구(5), 난방용 감압기구(6), 실외열교환기 (7) 및 상기 4방밸브(3)를 도관(8)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브(3)와 압축기(1)를 흡입도관(8')으로 연결하여서 기본 냉매회로(1)를 형성한 것이다.
상기한 냉·난방장치는 난방시에는 4방밸브(3)를 냉매가 실선 방향으로 흐르도록 조작하면 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기는 응축기로 작용하는 실내열교환기(4)에서 응축되고 그 응축열을 실내공기에 전달하여 대류난방기능을 수행하고, 실내열교환기(4)에서 응축된 고온·고압의 냉매액은 난방용 감압기구(6)에서 팽창된 후 증발기로 작용하는 실외열교환기(7)에서 외기의 열원에 의하여 증발되어 저온·저압의 냉매증기로 된 후 흡입도관(8')을 경유하여 압축기(1)에 흡입되고, 냉방시에는 4방밸브(3)를 냉매가 점선 방향으로 흐르도록 조작하면 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기는 응축기로 작용하는 실외열교환기(7)에서 응축되고 실외열교환기(7)에서 응축된 고온·고압의 냉매액은 냉방용 감압기구(5)에서 팽창된 후 증발기로 작용하는 실내열교환기(4)에서 증발되면서 그 증발열에 의하여 실내공기의 열을 흡수하여 냉방기능을 수행하고 저온·저압의 냉매증기로 된 후 압축기(2)에 흡입되는 것이다.
그리고 상기한 기본 냉매회로는 난방시에 실외열교환기(7)에서 외기의 열원에 의하여 냉매액을 증발시킬 때 외기온이 5℃ 이하가 되면 실외열교환기(7)에 서리가 맺침으로 증발효율이 저조하여 난방효율이 저하되는 현상이 발생하기 때문에 난방효율의 저하를 방지하기 위하여 제상수단을 강구하고 있으며, 그 제상수단이 일본국 실용신안출원공고 소 47­17124 호 공보 및 일본국 특허출원공고 소 55­5017 호 공보에 개시되어 있는 바, 전자의 것은 기본 냉매회로의 실내열교환기 유입측과 난방용 감압기구 유입측 사이의 도관에 실외열교환기에 근접되는 보조열교환기를 설치하여서 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매증기의 일부를 보조열교환기에 도입하여 그 응축열을 실외열교환기에 방열하며, 후자의 것은 기본 냉매회로에 2개의 실외열교환기를 설치하고, 상기 실외열교환기와 압축기 사이의 도관에 유로 절환장치를 설치함과 동시에 상기 유로 절환장치에 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매증기의 일부를 도입하여 제상시에 실외열교환기 중 1개는 응축기로 1개는 증발기로 작용하도록 한 것이다.
한편 우리 나라 주택의 전통적인 난방은 구들난방에 의한 복사난방방식이었으나 산업사회가 진전됨에 따라 방바닥에 난방코일을 설치한 온수 복사난방방식을 널리 채용하고 있다.
그러나 상기한 히트 펌프식 냉·난방장치는 실내열교환기(4)를 냉방 및 난방기능에 겸용하도록 되어 있음으로 난방은 대류난방방식이기 때문에 복사난방방식인 구들난방 또는 온수난방방식에 비하여 실내 상하의 온도차가 크고, 소음이 심하며, 기류가 거주자의 피부에 닿게 되어 쾌적감이 떨어지게 되는 것이다.
또한 상기한 제상수단은 제상시에 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매증기의 일부를 보조열교환기 또는 실외열교환기에 도입하기 때문에 실내열교환기의 난방능력이 저하되는 문제점이 있는 것이다.
본 발명자는 상기한 냉·난방장치의 문제점을 시정하기 위하여, 기본 냉매회로의 압축기(2)와 4방밸브(3) 사이에 복사열 발생수단이 설치된 온수 가열회로를 설치하여 난방시에 대류난방과 복사난방을 겸용한 히트 펌프식 냉·난방장치를2000년 특허출원 제 24499 호로 출원한 바 있다.
그러나 상기한 선출원은 난방시 소음의 방지 및 쾌적감 향상을 위하여 복사열 발생수단을 주로 운전할 때 히트 펌프 사이클의 성적계수가 저하되고 또한 별도의 제상수단을 강구하여야 하는 번잡성이 있게 되는 것이다.
본 발명은 상기한 선출원의 문제점을 시정하여, 난방시 쾌적한 난방을 할 수 있고, 실외열교환기의 제상을 편리하게 함과 동시에 성적계수를 양호하게 유지할 수 있는 히트 펌프식 냉·난방장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 압축기, 4방밸브, 실내열교환기, 냉·난방용 감압기구, 실외열교환기 및 상기 4방밸브를 도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결한 기본 냉매회로에 있어서, 상기 압축기와 4방밸브 사이의 도관에 바이패스도관을 연결하여 설치한 응축기와, 상기 응축기와 열교환관계를 유지하는 제 1 흡열열교환기 및 방열코일을 설치한 복사난방회로와, 상기 방열코일의 출구측에 제 1 및 제 2 도관을 병열연결하여 각각 설치한 제 1 및 제 2 가열열교환기와, 상기 제 1 가열열교환기와 열교환관계를 유지하는 제 2 흡열열교환기 및 상기 실외열교환기에 근접 설치되는 제상열교환기를 설치한 제상회로와, 상기 흡입도관에 상기 제 2 가열열교환기와 열교환관계를 유지하도록 설치한 냉매증기 가열열교환기로 구성한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예의 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
1 : 기본 냉매회로2 : 압축기3 : 4방밸브
4 : 실내열교환기6 : 실외열교환기10 : 응축기
11 : 바이패스도관12 : 복사난방회로
13, 20 : 제 1 및 제 2 흡열열교환기
17, 17' : 제 1 및 제 2 가열열교환기19 : 제상회로
21 : 제상열교환기24 : 냉매증기 가열열교환기
도 1은 본 발명의 실시예의 구성도로서, 1은 기본 냉매회로로서, 상기 기본 냉매회로(1)는 압축기(2), 4방밸브(3), 실내열교환기(4), 냉방용 감압기구(5), 난방용 감압기구(6), 실외열교환기(7) 및 상기 4방밸브(3)를 도관(8)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브(3)와 압축기(2)를 흡입도관(8')으로 연결하여 실내열교환기(4)를 난방시에는 응축기로 작용하게 하고, 냉방시에는 증발기로 작용하게 한 것이다.
10은 응축기로서, 상기 응축기(10)는 상기 압축기(2)와 4방밸브(3) 사이의 도관(8)에 바이패스도관(11)을 연결하여 상기 바이패스도관(11)에 설치한 것이다.
12는 복사난방회로로서, 상기 복사난방회로(12)는 상기 응축기(10)와 열교환관계를 유지하는 제 1 흡열열교환기(13)와 난방하려는 바닥에 매설하는 방열코일 (14) 및 순환펌프(15)를 순환도관(16)으로 폐회로가 형성되게 연결하고, 상기 복사난방회로(12)에는 물, 브라인, 광유 등의 열매체를 충전하여 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기가 응축기(10)에서 응축될 때의 응축열의 방열에 의하여 열매체를 가열한 후 방열코일(14)에서 방열시킴으로서 바닥을 복사난방하는 것이다.
17, 17'는 제 1 및 제 2 가열열교환기로서, 상기 제 1 및 제 2 가열 열교환기(17)(17')는 상기 순환도관(16)의 방열코일(14) 출구측에 제 1 및 제 2 도관(18)(18')을 병열 연결하여 제 1 및 제 2 도관(18)(18')에 설치한 것이다.
19는 제상회로로서, 상기 제상회로(19)는 상기 제 1 가열열교환기(17)와 열교환관계를 유지하는 제 2 흡열열교환기(20)와 상기 실외열교환기(7)에 근접 설치되는 제상열교환기(21) 및 순환펌프(20)를 순환도관(23)으로 폐회로가 형성되게 연결하며, 제상회로(19)에 물 등의 열매체를 충전하여서 실외열교환기(7)에 서리가 맺쳤을 때 제 1 가열열교환기(17)의 방열에 의하여 열매체를 가열하여 제상열교환기(21) 주위의 외기를 가열한 후 실외열교환기(7)에 공급하여 실외열교환기(7)를 제상하도록 한 것이다.
24는 냉매증기 가열열교환기로서, 상기 냉매증기 가열열교환기(24)는 상기 흡입도관(8')에 상기 제 2 가열열교환기(17')와 열교환관계를 유지하도록 설치하여 제 2 가열열교환기(17')의 방열에 의하여 압축기(2)에 흡입되는 냉매증기를 건포화 또는 과열증기화 하는 것이다.
그리고 상기한 제 1 도관(18)의 제 1 가열열교환기(17)의 흡입측에 솔레노이드밸브(25)를 설치하고, 실외열교환기(7)에 서리센서(미도시)를 설치하여 상기 순환펌프(22)와 솔레노이드밸브(25)를 개폐하여 제상회로(19)를 간헐적으로 작동시키도록 한 것이다.
미설명부호 26, 27, 28은 밸브이고, 29, 30은 첵크밸브이며, 31. 32는 팬이다.
이상과 같은 본 발명은 밸브(26)는 개방하고 밸브(27)는 폐쇄한 후 난방운전시에는 4방밸브(3)를 냉매가 실선으로 흐르도록 조작하고 압축기(2)를 구동하면 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기는 응축기로 작용하는 실내열교환기(4)에서 응축됨으로 그 응축열에 의하여 실내를 대류난방하고, 실내열교환기(4)에서 응축된 고온·고압의 냉매액은 첵크밸브(29)를 경유하여 난방용 감압기구(6)에서 팽창된 후 증발기로 작용하는 실외열교환기(7)에서 외기열을 흡열하여 증발된 후 4방밸브(3), 흡입도관(8')을 경유하여 압축기(2)에 흡입되는 사이클을 화살표 실선과 같이 반복하는 것이다.
한편 냉방운전시에는 4방밸브(3)를 냉매가 점선으로 흐르도록 조작하면 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기는 응축기로 작용하는 실외열교환기(7)에서 외기열에 의하여 응축되고 첵크밸브(30)를 경유하여 냉방용 감압기구(5)에서 팽창된 후 증발기로 작용하는 실내열교환기(4)에서 냉매액이 증발될 때 그 증발열에 의하여 실내의 열을 뺏어 실내를 냉방하고, 4방밸브(3), 흡입도관(8')을 경유하여 압축기 (2)에 흡입되는 사이클을 화살표 점선과 같이 반복하는 것이다.
상기와 같이 대류 난방운전을 할 때 밸브(27)(28)를 개방하면 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기는 바이패스도관(11)으로도 흐르면서 응축기(10)에서 응축되고 그 응축열에 의하여 복사난방회로(12)의 제 1 흡열열교환기(13)를 흐르는 열매체가 가열됨으로 순환펌프(15)의 구동에 의하여 가열된 열매체를 방열코일(14)에서 방열시킴으로써 실내열교환기(4)로서 대류난방을 함과 동시에 복사난방을 할 수 있고, 상기와 같이 대류난방과 복사난방을 겸하면 실내의 소음을 경감함과 동시에 쾌적한 난방을 할 수 있으며, 그리고 밸브(26)를 폐쇄하면 복사난방을 주로할 수 있음으로 실내의 소음을 거의 제거할 수 있기 때문에 더욱더 쾌적한 난방을 할 수 있는 것이다.
그리고 상기와 같이 복사난방을 할 때 방열코일(14)에서 방열된 열매체는 방열코일(14)의 출구측의 제 2 도관(18')에 설치한 제 2 가열열교환기(17')에서 냉매증기 가열열교환기(24)에 재 방열하여 흡입도관(8')을 경유하여 압축기(2)에 흡입되는 냉매액이 포함된 냉매증기를 가열하여서 건포화 또는 과열증기화 할 수 있고, 또한 제 2 가열열교환기(17')에서 방열을 하면 바닥의 축열량이 커서 방열코일(14)에서의 방열이 저조할 경우에도 제 1 흡열열교환기(13)의 출구측과 입구측의 온도차를 크게 할 수 있기 때문에 응축기(10)에서 냉매증기의 응축이 양호하게 되어 성적계수를 양호하게 유지하거나 증대할 수 있는 것이다.
그리고 상기와 같이 대류난방과 복사난방을 겸할 때 외기온이 5℃ 미만이 되면 실외열교환기(7)에 서리가 맺치기 시작하여 전열효율이 저하됨에 따라 실외열교환기 (7)에서 냉매액의 증발이 저조하여 성적계수가 저조한 현상이 발생함으로 이때에는 실외열교환기(7)에 설치한 서리센서의 서리두께 검지에 의하여 서리두께가 일정 이상이 되면 서리센서의 출력신호에 의하여 솔레노이드밸브(25)를 개방함으로써 제 1 도관(18)으로 열매체를 흐르게 하여 제 1 가열열교환기(17)에서 제 2 흡열열교환기 (20)에 방열함과 동시에 순환펌프(22)를 구동하면 제 2 흡열열교환기(20)에서 가열된 열매체의 보유열이 실외열교환기(7)에 근접 설치된 제상열교환기(21)에서 외기에 방열되어 가열되며, 상기와 같이 가열된 외기가 팬(31)에 의하여 실외 열교환기(7)에 공급되기 때문에 실외열교환기(7)에 맺친 서리가 제상되어서 실외열교환기 (7)에서의 냉매액의 증발을 양호하게 유지하여 성적계수가 저하됨을 방지하는 것이다. 또한 혹한기에는 밸브(28)의 폐쇄도를 조절하여 제 1 도관(18)으로 흐르는 열매체의 량을 증대하여서 양호하게 제상을 하며, 실외열교환기(7)의 제상이 완료되면 서리센서의 출력신호는 정지하는 것임으로 제상회로(19)는 작동하지 않게 되는 것이다.
이상과 같이 본 발명은 기본 냉매회로에 복사난방회로를 설치하여 대류난방과 복사난방을 겸함으로써 실내소음을 경감함과 동시에 쾌적한 난방을 할 수 있고, 또한 복사난방회로에 제 1 및 제 2 가열열교환기를 설치하여 제 1 가열열교환기와 실외열교환기에 제상회로를 설치하여서 실외열교환기를 제상함으로써 외기온이 낮을 때에 실외열교환기에서 냉매액의 증발효율을 증대하고, 제 2 가열열교환기에 냉매증기 가열열교환기를 설치하여 압축기에 흡입되는 냉매액이 포함된 냉매증기를 건포화 또는 과열증기화 할 수 있음으로 제상을 편리하게 함과 동시에 성적계수를 양호하게 유지할 수 있는 것이다.

Claims (1)

  1. 압축기, 4방밸브, 실내열교환기, 냉·난방용 감압기구, 실외열교환기 및 상기 4방밸브를 도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결한 기본 냉매회로에 있어서, 상기 압축기와 4방밸브 사이의 도관에 바이패스도관을 연결하여 설치한 응축기와, 상기 응축기와 열교환관계를 유지하는 제 1 흡열열교환기 및 방열코일을 설치한 복사난방회로와, 상기 방열코일의 출구측에 제 1 및 제 2 도관을 병열연결하여 각각 설치한 제 1 및 제 2 가열열교환기와, 상기 제 1 가열열교환기와 열교환관계를 유지하는 제 2 흡열열교환기 및 상기 실외열교환기에 근접 설치되는 제상열교환기를 설치한 제상회로와, 상기 흡입도관에 상기 제 2 가열열교환기와 열교환관계를 유지하도록 설치한 냉매증기 가열열교환기로 구성한 히트 펌프식 냉·난방장치.
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