KR200234394Y1 - 히트펌프 냉난방기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 실내기와 실외기로 구분 구성되어 있으며, 난방시 실외기는 과냉각기를 통과한 중온고압의 액체 냉매를 팽창시켜 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 팽창부(D)와, 상기 팽창부(D)에서 이송된 저온저압의 냉매를 모세관을 통하여 증발시켜 흡수되는 증발잠열을 얻어 저온저압의 기체로 변화시키는 증발부(A)와, 상기 증발부(A)에서 이송된 저온저압의 기체에 포함된 액체를 분리시키는 액분리기 (Accumulator)(6)와, 상기 저온저압의 기체를 압축시켜 고온 고압의 기체로 변화시키는 압축기(B)로 구성되어 있으며,

실내기는 상기 압축기(B)에서 이송된 고온고압의 기체냉매를 응축시켜 응축잠열을 실내에 제공하는 응축부(C)로 구성되어 있고, 상기 실외기의 압축부(B)를 나온 고온고압의 기체냉매관 일부를 바이패스(By-pass)하여 상기 증발기의 증발부 밑을 통과하게 한 후, 상기 팽창부(D)의 입구쪽 중온고압의 본(Main)액체 냉매관에 연결시켜 구성된 히트펌프 냉난방기에 관한 것이다.

Description

히트펌프 냉난방기{The heating and unheated system with heat pump}

본 고안은 히트펌프 냉난방기에 관한 것으로서, 상세히 설명하면,난방운전중 순환되는 냉매의 압력과 온도를 최적의 상태로 유지시켜 정상적인 난방운전을 가능케 하기 위한 히트펌프 냉난방기에 관한 것이다.

현재까지 냉매를 직접 이용한 냉난방기에 있어 기존(국내ㆍ외)의 히트펌프 냉난방 방식에는 전기 이용 압축기 구동방식(정속형, pole change형, 인버터형)과 가스, 경유 및 등유등을 연료로 하는 엔진구동형 압축방식이 출시되어 사용되고 있다.

국내등록특허공보 등록번호 제248719호에는 냉매를 압축하여 실내측 열교환기를 포함하는 냉매사이클에 냉매를 강제 순환시키는 압축기와, 사방변과, 팽창변과, 수액기와, 액분리기와, 상기 수액기와 액분리기를 연결하는 바이패스배관과, 상기 바이패스배관에 설치된 냉매제어수단과 히터로 구성된 냉난방기 사이클이 공개되어 있으며,

국내등록실용신안공보 등록번호 제189287호에는 공기를 유도하는 팬과, 고온부와, 상기 고온부를 거친 냉매가 유동하는 저온부와, 냉매유로관으로 구성된 냉난방기의 실외기에 있어서 실외측 열교환기는 고온부 상단에 저온부를 위치시켜 고정하고, 고온부 전방 또는 후방에 공기 유동을 차단하는 차단막이 형성된 냉난방의 실외기가 기술되어 있고,

국내공개특허공보 공개번호 제2000-24793호에는 실외기가 없는 냉난방기의 경우 (일명: 창문형이며,정속형 ON/OFF착탈식)모세관을 통과하여 압축기로 흡입되는 저압축 라인에 전기가열선 또는 응축기에서 응축기 팬에 의하여 발생한 응측열풍, 또는 응축기를 구성하는 고압측라인에서 분기되어 연장되는 고압라인을 압축기에 연결되는 저압축라인의 외주를 회류하여 열교환이 이루어지도록 하여 냉매가스의 과냉각을 방지하는 실외기가 없는 냉난방기의 저압 냉매 온도상승장치가 기재되어 있으며,

국내등록실용신안공보 등록번호 제130652호에는 열파이프의 냉난방기 내부측 외부에 흡수액 및 응축냉매를 접촉시킨 증발부와, 반대측을 냉난방기 밖으로 연결하여 공기를 이용하여 흡수열 및 응축열을 냉각시키는 작동매체가 봉입된 열파이프를 냉난방기 측면으로부터 삽입하고 냉난방기에 삽입되지 않은 열파이프 외측에 접촉 면적이 넓도록 냉각핀을 배설하고, 상기 냉각핀과 옆파이프를 흡입되는 냉각 공기로 냉각시키는 열파이프를 이용한 소형 흡수식 냉난방기가 공개되어 있으나,

상기와 같은 종래의 기술들과 현재 출시된 제품은 난방 운전시 외기 온도가 점점 낮아지면 난방부하(주로 압축기 및 엔진부하)가 커져 에너지(전기, 가스, 유류 등)소모가 많아지고, 전기구동압축방식의 경우 정속형은(220V, 1Φ,60HZ) 0℃~-3℃부근에서, pole change(220V, 1Φ,60HZ)형은 -2℃ ~ -4℃부근에서, 인버터형 (220V 또는 380V, 3Φ, 30HZ~130HZ)은 -10℃ 부근에서 압축기에 과부하 [일부 액체상태의 냉매(저온저압의 기체와 액체)가 압축기에 유입]가 걸려 효율이 급격히 떨어지고, 가스 및 유류 엔진구동 압축방식의 경우 외기온도 -15℃부근에서 압축기에 과부하가 걸리고 -20℃부근에서는 위험한 상태(외기온도 저하시 전기 인버터형과 동일상태)에 도달한다.

또한 난방 운전시 외기온도가 0℃ ~ -5℃ 부근에서 빈번히 실외기 열교환기 증발부에 서리가 발생(저온냉매와 외기의 접촉으로 인한 결로현상으로 발생하는 수증기가 얼어 붙음)하며, 흡수되는 잠열을 막아, 이를 제거하는 제상운전이 별도 필요하다.

이를 위해, 전기구동 압축방식의 경우, 압축기를 나온 고온고압 상태의 기체 프레온의 관일부를 바이패스(By-pass) 하여 실외기 열교환기 증발부 밑을 통과하여 방출되는 응축잠열로 서리를 제거한 후, 액분리기(Accumulator)에 연결하였으나, 액분리기쪽과의 냉매압력 및 온도차이 때문에 제상운전목적을 달성후 제상운전을 중단하여야 하며, 본(main)운전과 제상운전을 동시에 병행하여 운전을 할 수 없고, 착 운전시 또는 본(main)운전 중 빈번이 5-10분 정도 별도로 본(main)운전을 중단하고 제상운전을 행하여야하는 단점이 있어 왔으며, 가스 엔진구동 압축방식의 경우는 고온의 가스엔진배열(배기가스, 냉각수열)을 By-pass하여 실외기 열교환기 증발부를 통과시켜 서리도 제거하고 실외기 증발부의 흡수잠열로 훌륭히 사용하고 있으나 -15℃ 부근에서부터는 효율이 급격히 저하되는 문제점(외기온도 저하시 냉매의 상변화가 확실하게 되지 않아 불안전하기 때문에)이 있어 왔다.

또한 최근에는 디지털 회로를 이용한 Drive Control unit를 채택한 전기인버터형 냉난방기와 가스엔진 구동형 냉난방기는 외기온도 변화에 따른 자동제어기술로 전기, 가스 등 에너지 소모를 최소화하면서 기기의 수명을 연장시켜 왔으나, 난방시 위의 한계를 극복하지 못하여 겨울철 외기온도가 낮과 밤 영하(0℃)를 지나 -10℃ 밑으로 빈번이 떨어지는 (2000년 12월, 2001년 1~2월의 경우 서울 최저온도 -23℃)우리 나라의 경우, 냉방운전이 중단되는 등 결함이 노출되어 사용에 곤란한 문제점이 있어 왔다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 고안은 난방운전시 외기 온도 -20℃ 이하에서도 정상 운전되며, 저주파(30HZ~90HZ)범위 및 낮은 엔진회전수(rpm) 범위 이내에서 운전하여 에너지를 더욱 절약할 수 있는 히트펌프 냉난방기를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

도1 종래의 냉난방기 난방싸이클 흐름도

도2 본 고안의 히트펌프냉난방기 난방싸이클 흐름도

도3 본 고안의 히트펌프냉난방기 전기이용 인버터 히트펌프 싸이클구성도

도4 본 고안의 냉난방기 가스 및 경유, 등유엔진 히트 펌프싸이클 구성도

도5 본 고안의 실외기 증발부와 압축기 입구사이의 배관 히팅코일

처리 상세도

도6 본 고안의 실외기 증발부와 압축기 입구사이의 전기히팅파이프

배관 상세도

도7 냉난방시의 랭킨사이클 기본선도

도8 냉난방시의 랭킨사이클 T-S 선도

도9 냉난방시의 랭킨사이클 P-h 선도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

드라이브제어 유니트(1), 전자팽창밸브(2), 냉매보충리시버탱크 (3), 과냉각기(4), 실외열교환기(5), 온도센서(8,13,15,16), 사방밸브(7), 인버터압축기 (9), 실내열교환기(10), 실내온도센서(11), 실외온도센서(12), 액분리기(6), 압축기구동엔진(17), 알루미늄핀(20), 전기코일(21), 보온덮개(22), 정온 또는 변온관 (23), 증발부(A), 압축기(B), 응축부(C), 팽창부(D)

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 난방시 실외기는 과냉각기를 통과한 중온고압의 액체 냉매를 팽창시켜 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 팽창부(D)와, 상기 팽창부(D)에서 이송된 저온저압의 냉매를 모세관을 통하여 증발시켜 흡수되는 증발잠열을 얻어 저온저압의 기체로 변화시키는 증발부(A)와, 상기 증발부(A)에서 이송된 저온저압의 기체에 포함된 액체를 분리시키는 액분리기 (Accumulator)(6)와, 상기 저온저압의 기체를 압축시켜 고온 고압의 기체로 변화시키는 압축기(B)로 구성되어 있으며, 실내기는 상기 압축기(B)에서 이송된 고온고압의 기체냉매를 응축시켜 응축잠열을 실내에 제공하는 응축부(C)로 구성되어 있고, 상기 실외기의 압축부(B)를 나온 고온고압의 기체냉매관 일부를 바이패스(By-pass)하여 상기 증발기의 증발부 밑을 통과하게 한 후, 상기 팽창부(D)의 입구쪽 중온고압의 본(Main)액체 냉매관에 연결시켜 구성된 히트펌프 냉난방기에 관한 것이다.

여기에 사용되는 냉매는 프레온가스 R22, R407C는 표준상태(대기압)의 기압하에서는 온도 -40℃~-44℃부근에서, 압력 15㎏f/㎠ 정도에서는 40℃~44℃ 부근에서 약 56kcal의 잠열을 흡수(액체→기체로)또는 방출(기체→액체로)한다. 따라서 외기온도가 아무리 떨어진다 하더라도 냉매의 각 운전사이클 위치에서 마치 여자(女子)와 같은 성질을 가진 민감한 냉매의 상변화를 최적의 상태(100% 상변화)로 유지시켜주기만 하면 된다.

이러한 냉매의 특성을 이용하여 지금까지 냉동, 냉방시의 경우는 고압상태(약 2.5Kg/㎠ ~ 25Kg/㎠) 의 운전 중에도 기술의 발달로 정상적으로 사용되고 있으나, 난방시에는 상기 앞부분에서 기술한 바와 같이 영하의 한계온도에 도달하면 결함이 노출되어 사용에 곤란한 문제점이 대두되고 있다.

본 고안의 난방운전중 실외의 온도가 영하 10℃이하로 내려가면, 실외기의 팽창부(D)를 통과한 저온저압의 액체 냉매가 실외온도의 영향으로 증발부(A)에서 냉매를 증발시켜 액체를 모두 기체화하는 과정에서 충분한 증발잠열을 얻는 증발공정을 수행 할 수 없으며, 증발되어 기화되었다 할 지라도 기체중 액체가 함유되어있어 비록 액분리기에서 일부 액체를 분리한다 할지라도 액체를 전부 회수하지 못한 관계로 압축부(B)의 압축기가 정상작업을 수행 할 수 없으며, 액체가 과잉이 되면 압축부하가 크게 걸려 압축기에 무리가 가서 심지어는 파손되는 현상이 일어나므로, 다음과 같이 종래의 냉난방기 배관 시스템을 개량하였다.

첫 째, 증발부(A)와, 증발부(A)에서부터 압축기(B)까지의 라인을 가열시켜, 잔류액체가 없도록 모두 기화시키고, 기체를 더 가열하여 압축부(B)에서 압축시 압축효율을 극대화 하기 위하여, 본 고안에서는 증발부(A)의 알루미늄핀(20) 및 냉매관과, 상기 증발부를 통과하여 압축기로 흡입되는 저온 저압의 냉매기체 라인에 전기히팅코일(21)(열선: 정온선 또는 변온선)로 감거나 파이프 속에 내장하였고,

둘째, 증발부(A)와, 상기 증발부(A)에서부터 압축부(B)까지의 냉매 파이프라인을 전기히팅관으로 배관하여 제어기에서 온도를 콘트롤 하도록 하였으며,

셋째 압축부(B)를 통과한 고온고압의 기체냉매를 분기(바이패스)시켜 증발부(A)의 하부를 간접가열시켜 서리도 제거하고, 증발잠열을 공급하며, 팽창부(D) 입구의 중온고압 액체라인에 연결시키면, 상기 고온고압의 기체냉매가 상기 증발부(A)의 하부를 통과하는 과정에서 팽창부(D)의 입구 중온고압의 액체와 비슷한 성상으로 변하므로 팽창부(D)의 입구 중온고압액체라인에 연결시켜 구성된 히트펌프 냉난방기인 것이다.

상기와 같은 세가지 방법은 개별적으로 하거나 병행해서 적용이 가능하나, 가장 이상적인 방법은 상기 세가지 방법이 모두 적용하였을 경우이며, 첫째방법과둘째방법만 적용하거나, 첫째방법과 세 번째방법만을 적용하거나 또는 두 번째방법과 세 번째방법만 적용하더라도 종래의 방법보다 월등한 효과를 나타내었음을 확인하였다.

상기와 같은 본 고안은 특히 기존 출시된 방식의 전기 인버터 압축기의 경우는 모타 콘트롤 인버터회로(디지털회로)의 주파수 변동범위 30 ~ 130HZ 범위의 운전에서, 그리고 가스엔진 구동형 또는 경유, 등유등의 엔진 구동형 압축기의 경우에는 엔진rpm(GHP)의 경우 800 ~ 2,200rpm 회전수 범위의 운전에서 사용자(소비자)가 급속난방을 위하여 전기 인버터 냉난방기의 경우는 고주파(100HZ이상)로 전기 정속형, 전기 폴체인지(Pole Change)형의 경우는 압축기 모타 최대 rpm으로, 가스 엔진구동형, 또는 경유, 등유등의 엔진 구동형의 경우는 엔진 최대 rpm으로 운전명령을 주었을 때 압축기 입구의 냉매온도를 너무 높이면 전기인버터 구동형의 경우는 압축기 및 압축기 모터가 가스, 등유, 경유등의 엔진구동형의 경유는 압축기가 고열로 파손될 우려가 있고 압축기 출구 압력이 너무 높아 이상고압(26Kg/㎠이상)현상이 발생되어 냉매 배관이 파손될 위험이 있으므로 압축기 입구의 냉매 온도가 15℃이상 높아지지 않도록 열선또는 열파이프관으로 흡수잠열 공급시 주의를 요한다.

그럼에도 불구하고, 에너지(전기, 가스, 경유, 등유등)절감 및 난방효과 증대 그리고 냉난방기의 시스템 구성품들의 수명을 연장 시키기 위하여 압축기 입구의 냉매 온도를 15℃이상으로 높일 경우 사용자(소비자)가 급속 난방을 위해 최대치 운전명령을 주었을 때, 전기 인버터형 냉난방기의 경우는 주파수범위 30 ~130HZ 의 운전범위에서 압축기 입구의 온도상승에 따른 위험요소(이상고압 발생)가 발생하지 않도록 인버터 컨트롤(디지털회로)와, 압축기 전후 온도 및 압력센서를 연동케하여 고주파 운전 최대치를 압축기 입구 냉매 온도상승과 비례하여 저주파 HZ운전쪽으로 점점 낮출수 있도록 하여야 하고 전기정속형, 전기 폴체인지(Pole Change)형, (가스, 경유, 등유 엔진구동형) 냉난방기의 경우는 압축기 모타 및 엔진 rpm을 자동콘트롤 제어기와 압축기 전후 온도 및 압력센서를 연동케하여 rpm운전 최대치를 압 축기 입구 냉매온도 상승과 비례하여 저속 rpm운전 쪽으로 점점 낮추도록 해야한다.

이 경우에도 압축기 입구 냉매온도는 압축기 및 압축기 모타, 냉매 배관의 파손방지를 위하여 20℃이상 높이지 말아야 한다.

본 고안은 디지털제어를 이용한 것으로서, 각 라인의 일정구간마다 온도 및 압력센서를 설치하여, 냉매의 온도 및 압력을 정상적으로 작동되도록 세팅하여 작동시키며, 비정상적인 냉매의 온도 및 압력에 관한 신호가 수신되면, 그 부근의 장치를 정지시키거나, 냉매의 온도 및 압력을 낮추도록 제작한 것이다.

상기와 같은 원리는 디지털제어에 관한 기술의 발달로 당 분야에서는 통상의 기술이므로 구체적인 원리와 작동상태등을 본 고안에서는 생략하기로 하였다.

이하 도면을 참고하여 본 고안을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1 종래의 냉난방기 난방싸이클 흐름도, 도2 본 고안의 냉난방기 난방싸이클 흐름도, 도3 본 고안의 히트펌프냉난방기 전기이용 인버터 히트펌프 싸이클구성도, 도4 본 고안의 냉난방기 가스 및 경유, 등유엔진 히트 펌프싸이클 구성도, 도5 본 고안의 실외기 증발부와 압축기 입구사이의 배관 히팅코일 처리 상세도, 도6 본 고안의 실외기 증발부와 압축기 입구사이의 히팅파이프 배관 상세도, 도7 냉난방시의 랭킨사이클 기본선도, 도8 냉난방시의 랭킨사이클 T-S 선도, 도9 냉난방시의 랭킨사이클 P-h 선도를 도시한 것이며, 드라이브제어 유니트(1), 전자팽창밸브(2), 냉매보충리시버탱크 (3), 과냉각기(4), 실외열교환기(5), 온도센서 (8,13,15,16), 사방밸브(7), 인버터압축기(9), 실내열교환기(10), 실내온도센서 (11), 실외온도센서(12), 액분리기(6), 압축기구동엔진(17), 알루미늄핀(20), 전기코일(21), 보온덮개(22), 정온 또는 변온관(23), 증발부(A), 압축기(B), 응축부 (C), 팽창부(D)를 나타낸 것 임을 알 수 있다.

본 고안의 구성을 살펴보면 도2에 도시된 바와 같이 실내기와 실외기로 구분되어 있으며, 난방시 실외기는 과냉각기(4)를 통과한 중온고압의 액체 냉매를 팽창시켜 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 팽창부(D)와, 상기 팽창부(D)에서 이송된 저온저압의 냉매를 미세 모세관을 이용하여 증발시켜 흡수되는 증발잠열을 얻어 저온저압의 기체로 변화시키는 증발부(A)와, 상기 증발부(A)에서 이송된 저온저압의 기체에 포함된 액체를 분리시키는 액분리기(6)와, 상기 저온저압의 기체를 압축시켜 고온고압의 기체로 변화시키는 압축기(B)로 구성되어 있으며,

실내기는 상기 압축기(B)에서 이송된 고온고압의 기체를 응축시켜 응축잠열을 실내에 제공하는 응축부(C)로 구성되어 있으며,

상기 실외기의 압축부(B)를 통과한 고온고압의 기체냉매관 일부를 바이패스 하여 상기 증발기(A)의 증발관의 밑을 통과하게 한 후, 상기 팽창부(D)의 입구쪽, 즉 중온고압의 본(main)액체 냉매관에 연결시켜 구성된 장치인 것이다.

상기에서 압력이 걸려있는 상태의 실외기의 열교환기 증발부(A)와, 상기 실외기 증발부(A)에서 압축기(B) 입구사이의 냉매관(액분리기(6)포함)은 전기히팅코일(21)(열선:정온선,또는 변온선)로 증발부는 냉방시 응축방열을 방해하지 않도록 조밀하게 증발기 출구에서 압축기(B) 입구까지는 총총히 감거나 파이프 속 내장하였고 배관을 보온덮개(22)로 처리하였고, 증발부(A)의 알루미늄핀(20)에도 전기코일이 형성되어 있다.(도5참조)

실외기 열교환기 증발부(A)를 통과한 바이패스(By-pass)냉매관을 실외기쪽 팽창부(D) 밸브 이전 Main관에 연결(체크밸브 사용)하여 난방효과를 높혔다. (도2 참조)(이 때, 약간의 온도와 압력차이가 발생한다면 실외기 증발부를 지난 냉매관과 팽창밸브 연결관 사이를 열선으로 처리하여 액상의 고압중온 상태의 Main관 액체 냉매와의 미세온도와 압력 차이를 조절할 수 있다)

상기 전기히팅코일(21)은 정온선과 변온선 모두 사용할 수 있으며, 정온선은 외기온도 센서 및 압축기 입구의 저온측 냉매 온도센서와 연동하여 자동으로 On-Off 또는 자동 비례 제어를 하도록 하여야 하며, 개별 작동 가능하고, 변화되는 변온선은 외기온도 센서 및 압축기 입구의 저온측 냉매온도 센서와 인버터회로(디지털 회로)에 서로 연동되도록 하여 외기온도 변화 및 주파수(HZ)변동, 압축기 입구의 저온측 냉매온도 센서 작동에 대처하여 작동할 수 있도록 하였다.

단, 여름철 냉방시 응축잠열 방출효과를 저하시키므로 증발부(A)는 조밀하게 처리하고 그 외는 세밀하게 처리(감거나 파이프 속 내장)한다.

냉매의 특성은 갑자기 운전 중 이상고압현상이 발생하므로 외기온도 변화를 고려하여 구간의 열온도범위는 압축기 입구 냉매온도를 15℃ 이상 높이지 않도록 주의 하여야 한다.

정온선은 전기구동방식(정속형, pole change 형, 인버터형)과 가스, 경유, 등유 등의 엔진구동형 모두에 적용한다.

도6에 도시된바와 같이 실외기 열교환기 증발부와 압축기 사이의 저온저압 액체상태의 냉매라인(액분리기 포함)파이프 재질을 일부 또는 전부 전기히팅 파이프재질로 사용하여 외기온도센서, 압축기 입구 저온측 냉매온도센서, 디지털 회로 (인버터회로) 등과 서로 연동하여, 필요에 따라 ON-OFF 또는 비례제어 또는 인버터(디지털)제어 방식과 접목 사용하는 것으로서, 여름철 냉방 전환시 응축잠열 방출에 있어 효율이 많이 저하되는 재질은 불가(중발부에 한함, 단, 증발기와 압축기 사이 약 1m는 냉방저하와 상관 없음)하며, 구간의 열 온도범위는 압축기 입구 냉매온도를 15℃ 이상 높이지 않으며, 각종센서와 연동할 수 있도록 한다. 상기와 같은 방법은 필요에 따라 개별 또는 병행하여 시스템을 구성할 수 있다.

도7에 도시된 바와 같이 냉난방시의 랭킨사이클 기본선도를 도시한 것이며,도8 냉난방시의 랭킨사이클 T-S 선도 및 도9 냉난방시의 랭킨사이클 P-h 선도에 나타난 바와 같이 종래의 제품에 비해 빗금친 부분 만큼의 난방효과 증대를 도시한 것이다.

보다 구체적으로 설명하면 도8는 냉난방시의 랭킨사이클 T-S 선도로서 QL의 낮은 온도에서 열을 흡수하여 QH의 높은 온도에서 방출하며, 1-4구간은 증발, 1-2구간은 압축, 2-3구간은 응축, 3-4구간은 팽창을 나타낸 것이며, 상기 그래프의 곡선 외측은 과냉액체 또는 과포화기체이며, 내부는 액체와 기체 혼합된 상태로서 종래의 1,2,3,4범위 내의 열효율을 1~1`, 2`~2범위 만큼 면적의 난방효과 증대를 나타낸 것이며,

도9는 냉난방시의 랭킨사이클 P-h 선도로서 QL의 낮은 온도에서 열을 흡수하여 QH의 높은 온도에서 방출하며, 1-4구간은 증발, 1-2구간은 압축, 2-3구간은 응축, 3-4구간은 팽창을 나타낸 것이며, 상기 그래프의 곡선 외측은 과냉액체 또는 과포화기체이며, 내부는 액체와 기체 혼합된 상태로서 종래의 1,2,3,4범위 내의 열효율을 1~1`, 2`~2범위 만큼 면적의 난방효과 증대를 나타낸 것이다.

본 고안의 작동방법을 설명하면, 난방시 실외기는 중온고압의 액체 냉매를 팽창시켜 저온저압의 액으로 변화시키는 팽창부(D)와, 상기 팽창부(D)에서 이송된 저온저압의 냉매를 증발시켜 증발잠열을 얻어 저온저압의 기체로 변화시키는 증발부(A)와, 상기 증발부(A)에서 이송된 저온저압의 기체에 포함된 액체를 분리시키는 액분리기(6)와, 상기 저온저압의 기체를 압축시켜 고온 저압의 기체로 변화시키는 압축기(B)로 구성되어 있으며, 실내기는 상기 압축기(B)에서 이송된 고온고압의 기체를 응축시켜 증발잠열을 실내에 제공하는 응축부(C)로 구성되어 있으며,

상기 실외기의 압축부(B)를 나온 고온고압의 기체냉매관 일부를 바이패스하여 상기 증발기의 증발관의 밑을 통과하게 한 후, 상기 팽창부(D)의 입구 즉 중온고압의 액체 냉매관에 연결시켜 구성된 장치인 것이다.

상기에서 압력이 걸려있는 상태의 실외기의 열교환기 증발부(A)와, 상기 실외기 증발부(A)에서 압축기(B) 입구사이의 냉매관(액분리기(6)포함)은 전기히팅코일(21)(열선:정온선, 변온선)로 감거나 파이프 속 내장하였고,(도5참조)

실외기 열교환기 증발부(A)를 통과한 냉매관을 실외기쪽 팽창부(D) 밸브 이전 Main관에 연결(체크밸브 사용)하여 난방효과를 높혔다. (도2 참조)(이 때, 약간의 온도와 압력차이가 발생한다면 실외기 증발부를 지난 냉매관과 팽창밸브 연결관 사이를 열선으로 처리하여 액상의 고압중온 상태의 Main관 액체 냉매와의 미세온도와 압력 차이를 조절할 수 있다)

상기 전기히팅코일(21)은 정온선과 변온선 모두 사용할 수 있으며, 정온선은 외기온도 센서 및 압축기 입구의 저온측 냉매 온도센서와 연동하여 자동 On-Off 또는 자동 비례 제어를 하도록 하여 개별 작동 가능하게 하였고, 변화되는 변온선은 외기온도 센서 및 압축기 입구의 저온측 냉매온도 센서와 디지털 회로에 서로 연동되도록 하여 외기온도 변화 및 주파수(HZ)변동, 압축기 입구의 저온측 냉매온도 센서 작동에 대처하여 작동 할 수 있도록 하였다.

단, 여름철 냉방시 응축잠열 방출효과를 저하시키므로 증발부(A)는 조밀하게하고 그 외는 세밀하게 처리(감거나 파이프 속 내장)하였다.

상기와 같은 본 고안은 제상운전과 본(Main)운전을 동시에 하여 종래의 빈번한 제상운전으로 본(Main)운전을 5~10분 정도 중단하는 단점을 보완하는 히트펌프 냉난방기인 것이다.

상기와 같은 본 고안은 증발부(A)와, 증발부(A)에서부터 압축기(B)까지의 라인을

①전기코일로 가열시켜, 잔류액체가 없도록 모두 기화시키거나, 서리도 제거하고, 증발잠열을 공급하며,

②증발부(A)와, 상기 증발부(A)에서부터 압축부(B)까지의 냉매 파이프라인을 통상의 전기히팅관으로 배관하여 제어기에서 온도를 콘트롤하여, 상기①과 같은 효과를 얻고,

③압축부(B)를 통과한 고온고압의 기체냉매를 분기(바이패스)시켜 증발부(A)의 하부를 간접가열시켜 ①과 같은 효과를 얻고, 팽창부(D) 입구의 중온고압 액체(Main) 라인에 연결시키는 배관구조로 변경했으며, 증발부 및 압축구 입구 까지의 잠열 공급방법은 필요에 따라 ①, ②, 및 ③방법을 개별 또는 병행하여 시스템을 구성할 수 있으며, 상기와 같은 방법을 개별 또는 병행하여 운용할 경우 별도의 제상운전이 불필요하며, 시스템을 보완하여 난방운전시 외기 온도 -20℃ 이하에서도 제상운전없이 정상 운전되며, 기존의 고안품보다 저속운전범위에서 운전하여 에너지를 절약할 수 있으며,

상기 열선 또는 열파이프 또는 바이패스관을 이용하여 외기온도 하강시 실외기 증발부에서 충분히 흡수치 못한 부족한 증발잠열을 공급하고, 나아가 보다 많은 열을 더 공급하여 난방효과를 극대화 함과 동시에 운전에너지(가스, 전기, 유류등)를 크게 절약하는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 실내기와 실외기로 구분되어 구성되어 있으며, 난방시 실외기는 과냉각기를 통과한 중온고압의 액체 냉매를 팽창시켜 저온저압의 액으로 변화시키는 팽창부(D)와, 상기 팽창부(D)에서 이송된 저온저압의 냉매를 모세관을 통하여 증발시켜 외기로부터 증발잠열(56Kcal)을 얻어 저온저압의 기체로 변화시키는 증발부(A)와, 상기 증발부(A)에서 이송된 저온저압의 기체에 포함된 액체를 분리시키는 액분리기(6)와, 상기 저온저압의 기체를 압축시켜 고온 고압의 기체로 변화시키는 압축기(B)로 구성되어 있으며, 실내기는 상기 압축기(B)에서 이송된 고온고압의 기체를 응축시켜 응축잠열을 외부에 제공하는 응축부(C)로 구성된 히트펌프 냉난방기에 있어서,

   상기 실외기의 증발부(A)와, 상기 증발부(A)에서 압축기(B) 입구사이의 냉매관(액분리기(6)포함)은 전기히팅코일(21)(열선:정온선, 변온선)로 감거나 파이프 속에 내장시켰으며, 증발부(A)와, 상기 증발부(A)에서 압축부(B)까지의 냉매 파이프라인을 전기히팅관(파이프)인 정온 또는 변온관(23)으로 배관하여 제어기에서 온도를 콘트롤 하도록 하였으며, 압축부(B)를 나온 고온고압의 기체냉매관 일부에 분기(바이패스관을 연장)시켜 상기 증발부(A)의 증발기의 하부를 통과하게 하여 증발부(A)에 흡수되는 잠열을 제공하고, 상기 팽창부(D)의 입구 즉 중온고압의 액체 냉매관에 연결시켜 구성됨을 특징으로하는 히트펌프냉난방기.