KR20030093376A - 냉동 사이클 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉동 사이클에 관한 것이며, 상세하게는 히트 펌프식 냉동 사이클에 관한 것으로서, 가열운전 또는 냉각운전시 모든 열교환기에 냉매가 하향순환되도록 하여 압축기의 신뢰성을 향상하고, 성능을 균일하게 유지할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 압축기(2), 4방 밸브(3), 실내 열교환기(4), 감압기구(5)(6), 실외 열교환기(7) 및 상기 4방 밸브(3)를 도관(8a)(8b)(8c)(8d)(8e)(8f)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방 밸브(3)와 압축기(2)를 흡입도관(9)으로 연결한 기본 냉동 사이클(1)과; 상기 도관(8b)과 도관(8c) 및 상기 도관(8f)과 도관(8e)에 각각 연결한 제 1 바이패스 도관(20(20')과; 상기 도관(8b)의 제 1 바이패스 도관(20)의 연결부와 실내 열교환기(4)의 사이와, 상기 도관(8d)의 감압기구(5) 인접위치 및 상기 도관(8f)의 제 1 바이패스 도관(20')의 연결부와 실외 열교환기(7)의 사이와, 상기 도관(8d)의 감압기구(6) 인접위치에 각각 연결한 제 2 바이패스 도관(21)(21')과; 상기 도관(8b)의 제 1 바이패스 도관(20)의 연결부와 제 2 바이패스 도관(21)의 연결부 사이 및 상기 도관(8f)의 제 1 바이패스 도관(20')의 연결부와 제 2 바이패스 도관(21')의 연결부 사이에 각각 설치한 솔레노이드 밸브(22)(22')와; 상기 제 1 바이패스 도관(20)(20')에 각각 설치한 솔레노이드 밸브(23)(23')로 구성한 것이다.

Description

냉동 사이클 {REFRIGERATION CYCLE}
본 발명은 냉동 사이클에 관한 것이며, 상세하게는 히트 펌프식 냉동 사이클에 관한 것이다.
종래의 히트 펌프식 냉동 사이클은 도 2에 도시한 바와 같이, 기본 냉동 사이클(1)을 압축기(2), 4방 밸브(3), 실내 열교환기(4), 감압기구(5)(6), 실외 열교환기(7) 및 상기 4방 밸브(3)를 도관(8a)(8b)(8c)(8d)(8e)(8f)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방 밸브(3)와 압축기(2)를 흡입도관(9)으로 연결하여서 상기 실내 열교환기(4)를 가열운전시에는 응축기로, 냉각운전시에는 증발기로 작용하게 하고,상기 실외 열교환기(7)는 가열운전시에는 증발기로, 냉각운전시에는 응축기로 작용하게 한 것이다.
미설명부호 10,10' 는 체크 밸브이고, 11은 유분리기이다.
상기한 히트 펌프식 냉동 사이클은 가열운전시에는 4방 밸브(3)를 냉매가 실선으로 순환하도록 조작하고 압축기(2)를 구동하면, 압축기(2)에서 압축된 고온ㆍ고압의 냉매증기는 유분리기(11)에서 오일이 분리된 후 응축기로 작용하는 실내 열교환기(4)에 유입되어 외기 또는 물에 의하여 응축되고 냉매증기가 응축될 때의 응축열에 의하여 외기를 가열하거나 온수를 생성하여 난방 또는 급탕용 등으로 사용하고, 상기 실내 열교환기(4)에서 응축된 고온ㆍ고압의 냉매액은 체크 밸브(10)를 경유하여 감압기구(6)에서 팽창된 다음 실외 열교환기(7)에 유입되어 외기 등에 의하여 증발하여 저온ㆍ저압의 냉매증기로 되고 압축기(2)에 흡입되어서 재압축되는 사이클을 반복하는 것이다.
한편 냉각운전시에는 4방 밸브(3)를 냉매가 점선으로 순환하도록 조작하고 압축기(2)를 구동하면, 압축기(2)에서 압축된 고온ㆍ고압의 냉매증기는 유분리기 (11)에서 오일이 분리된 후 응축기로 작용하는 실외 열교환기(7)에 유입되어 외기 또는 냉각수에 의하여 응축되고, 상기 실외 열교환기(7)에서 응축된 고온ㆍ고압의 냉매액은 체크 밸브(10')를 경유하여 감압기구(5)에서 팽창된 다음 실내 열교환기(4)에 유입되어 증발될 때 실내 공기 또는 물에서 증발열을 흡수함으로써 냉방을 하거나 냉수를 생성하여 필요한 용도에 사용하고, 상기 실내 열교환기(4)에서 증발된 저온ㆍ저압의 냉매증기는 압축기(2)에 흡입되어 재압축되는 사이클을 반복하는 것이다.
그리고 상기한 냉동 사이클은 가열운전 또는 냉각운전시에 실내 열교환기(4) 또는 실외 열교환기(7) 중의 어느 열교환기는 냉매가 상향순환하고 다른 열교환기는 냉매가 하향순환하는 바, 즉 가열운전시에는 실내 열교환기(4)는 냉매가 상향순환되고 실외 열교환기(7)는 냉매가 하향순환되며, 냉각운전시에는 실외 열교환기(7)는 냉매가 상향순환되고 실내 열교환기(4)는 냉매가 하향순환되는 것이다.
또한 상기한 열교환기는 핀 튜브형이 주종을 이루고 있고, 상기한 핀 튜브형 열교환기는 다수의 냉매도관(튜브)이 지그재그로 수평으로 형성되어 있음으로 상기한 핀 튜브형 열교환기 또는 냉매도관이 수평으로 형성된 다른 열교환기에 냉매가 상향순환되는 경우에는 냉매가 열교환기에 정체되는 현상 즉 반만액식 열교환기 또는 만액식 열교환기가 형성되는 것이다.
그러나 상기한 도 2의 냉동 사이클은 운전을 중단하면 냉매가 가열운전시는 실내 열교환기(4)에, 냉각운전시는 실외 열교환기(7)에 냉매액 상태로 정체되어 있다가 종전의 운전상태 즉 가열운전 중단 후 냉각운전을 하거나 냉각운전 중단 후 가열운전을 할 때에 즉 모드 변환 운전 초기에 열교환기에 정체된 다량의 냉매액이 오일이 혼합된 상태로 압축기(2)에 흡입되기 때문에 특히 외기온이 낮을 때에 압축기(2)에서 액백(liquid back)과 액격(liquid hammer)이 발생하여 밸브 등의 손상에 의하여 압축기의 신뢰성을 상실할 염려가 있으며, 또한 냉매액이 압축기에 다량 흡입됨으로 계절에 따라 냉매의 충전량을 적절하게 유지하기가 곤란함으로 계절에 따라 성능에 차이가 나는 것이다.
또한 상기한 모드 변환 운전 초기에 압축기(2)에서 냉매액이 압축되어 실내 열교환기(4) 또는 실외 열교환기(7)로 유입될 때 압축기(2)와 4방 밸브(3) 사이에 설치한 유분리기(11)에서 오일을 분리한다 하여도 응축기로 작용하는 열교환기에 오일이 포함된 냉매증기가 유입되기 때문에 응축기의 전열을 방해함으로 냉매증기의 응축에 장애를 주고, 팽창 밸브에서는 냉매액이 동결될 염려가 있으며, 오일이 동결되면 팽창밸브의 기능이 저하되는 것이다. 그리고 증발기로 작용하는 열교환기의 전열면에 유막을 형성하여 증발온도가 상승됨으로 성능이 감소되는 문제점 등이 발생하는 것이다.
본 발명은 상기한 문제점을 시정하여, 가열운전 또는 냉각운전시 모든 열교환기에 냉매가 하향순환되도록 하여 압축기의 신뢰성을 향상하고, 성능을 균일하게 유지할 수 있는 냉동 사이클을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 압축기, 4방 밸브, 실내 열교환기, 감압기구(5)(6), 실외 열교환기 및 상기 4방 밸브를 도관(8a)(8b)(8c)(8d)(8e) (8f)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방 밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결한 기본 냉동 사이클과; 상기 도관(8b)과 도관(8c) 및 상기 도관(8f)과 도관(8e)에 각각 연결한 제 1 바이패스 도관(20(20')과; 상기 도관(8b)의 제 1 바이패스 도관(20)의 연결부와 실내 열교환기의 사이와, 상기 도관(8d)의 감압기구(5) 인접위치 및 상기 도관(8f)의 제 1 바이패스 도관(20')의 연결부와 실외 열교환기의 사이와, 상기 도관(8d)의 감압기구(6) 인접위치에 각각 연결한 제 2 바이패스 도관(21)(21')과; 상기 도관(8b)의 제 1 바이패스 도관(20)의 연결부와 제 2 바이패스 도관(21)의 연결부 사이 및 상기 도관(8f)의 제 1 바이패스 도관(20')의 연결부와 제 2 바이패스 도관(21')의 연결부 사이에 각각 설치한 솔레노이드 밸브(22)(22')와; 상기 제 1 바이패스 도관(20)(20')에 각각 설치한 솔레노이드 밸브(23)(23')로 구성한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예의 사이클도.
도 2는 종래의 것의 사이클도.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
2 : 압축기 4 : 실내 열교환기 7 : 실외 열교환기
20,20' : 제 1 바이패스 도관 21,21' : 제 2 바이패스 도관
22,22',23,23' : 솔레노이드 밸브
도 1은 본 발명의 실시예의 냉동 사이클도로서, 1은 기본 냉동 사이클로서, 상기 기본 냉동 사이클(1)은 압축기(2), 4방 밸브(3), 실내 열교환기(4), 감압기구 (5)(6), 실외 열교환기(7) 및 상기 4방 밸브(3)를 도관(8a)(8b)(8c)(8d)(8e)(8f)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방 밸브(3)와 압축기(2)를 흡입도관(9)으로 연결한 것으로서 종래의 것과 동일한 기능을 하는 것이다.
20,20'는 제 1 바이패스 도관으로서, 상기 바이패스 도관(20)은 상기 도관(8b)과 도관(8c)에 연결하고, 상기 바이패스 도관(20')은 상기 도관(8f)과 도관(8e)에 연결한 것이다.
21,21' 는 제 2 바이패스 도관으로서, 상기 제 2 바이패스 도관(21)은 상기 도관(8b)의 제 1 바이패스 도관(20)의 연결부와 실내 열교환기(4)의 사이와, 상기 도관(8d)의 감압기구(5) 인접위치에 연결하고, 상기 제 2 바이패스 도관(21')은 상기 도관(8f)의 제 1 바이패스 도관(20')의 연결부와 실외 열교환기(7)의 사이와, 상기 도관(8d)의 감압기구(6) 인접위치에 연결한 것이다.
22,22' 는 솔레노이드 밸브로서, 상기 솔레노이드 밸브(22)는 상기 도관(8b)의 제 1 바이패스 도관(20)의 연결부와 제 2 바이패스 도관(21)의 연결부 사이에 설치하고, 상기 솔레노이드 밸브(22')는 상기 도관(8f)의 제 1 바이패스 도관(20')의 연결부와 제 2 바이패스 도관(21')의 연결부 사이에 설치한 것이다.
23,23' 도 솔레노이드 밸브로서, 상기 솔레노이드 밸브(23)(23')는 상기 제 1 바이패스 도관(20)(20')에 각각 설치한 것이다.
상기한 솔레노이드 밸브(22),(22'),(23),(23')는 4방 밸브(3)와 연동하여 개폐되는 것인바, 4방 밸브(4)를 냉매가 실선 방향으로 순환하도록 조작하면 솔레노이드 밸브(23)(22')는 개방되고, 솔레노이드 밸브(22)(23')는 폐쇄되며, 4방 밸브(4)를 냉매가 점선 방향으로 순환하도록 조작하면 솔레노이드 밸브(23')(22)는 개방되고 솔레노이드 밸브(22')(23)는 폐쇄되는 것이다.
미설명부호 11은 유분리기이고, 24,24',25,25',26,26' 는 체크 밸브이다.
이상과 같은 본 발명은 가열운전시에는 4방 밸브(3)를 냉매가 실선으로 순환하도록 조작하여 솔레노이드 밸브(23)(22')는 개방하고 솔레노이드 밸브(22)(23')는 폐쇄한 후 압축기(2)를 구동하면, 압축기(20에서 압축된 고온ㆍ고압의 냉매증기는 도관(8b) 및 제 1 바이패스 도관(20)을 경유하여 응축기로 작용하는 실내 열교환기(4)에 유입되어 외기 또는 물에 의하여 응축되고, 냉매증기가 응축될 때의 응축열에 의하여 외기를 가열하거나 온수를 생성하여 난방ㆍ급탕용 등으로 사용하고, 상기와 같이 실내 열교환기(4)에서 냉매증기가 응축될 때 냉매증기는 실내 열교환기(4)에 하향유입됨으로 건식응축기 상태로 운전되는 것이다.
그리고 상기 실내 열교환기(4)에서 응축된 고온ㆍ고압의 냉매액은 제 2 바이패스 도관(21) 및 도관(8d)을 경유하여 감압기구(6)에서 팽창된 후 실외 열교환기(7)에 하향유입되어 외기 등에 의하여 건식증발기 상태로 증발하여 저온ㆍ저압의 냉매증기로 되고 압축기(2)에 흡입되어서 재압축되는 사이클을 반복하는 것이다.
한편 냉각운전시에는 4방 밸브(3)를 냉매가 점선으로 순환하도록 조작하여 솔레노이드 밸브(23')(22)는 개방하고 솔레노이드 밸브(22')(23)는 폐쇄한 후 압축기를 구동하면, 압축기(2)에서 압축된 고온ㆍ고압의 냉매증기는 도관(8f) 및 제 1 바이패스 도관(20')을 경유하여 응축기로 작용하는 실외 열교환기(7)에 유입되어 외기 또는 냉각수에 의하여 응축되며, 상기와 같이 실외 열교환기(7)에서 냉매증기가 응축될 때 냉매증기는 실외 열교환기(7)에 하향유입됨으로 건식응축기 상태로 운전되는 것이다.
그리고 실외 열교환기(7)에서 응축된 고온ㆍ고압의 냉매액은 제 2 바이패스 도관(21') 및 도관(8d)를 경유하여 감압기구(5)에서 팽창된 후 실내 열교환기(4)에 하향유입되어 건식증발기 상태로 증발하며 이때 실내 공기 또는 물에서 증발열을 흡수함으로써 냉방을 하거나 냉수를 생성하여 필요한 용도에 사용하고, 실내 열교환기(4)에서 건식증발기 상태로 증발된 저온ㆍ저압의 냉매증기는 압축기(2)에 흡입되어서 재압축되는 사이클을 반복하는 것이다.
본 발명은 상기와 같이 실내 열교환기(4) 또는 실외 열교환기(7)가 응축기 또는 증발기로 작용할 때 모든 열교환기에 냉매증기 또는 냉매액이 하향유입 순환되어 건식응축기 또는 건식증발기 상태로 운전됨으로써 운전모드 변환 초기에 압축기(2)에 많은 양의 냉매액이 흡입되지 않기 때문에 압축기에서 액백과 액격이 발생되지 않고, 계절에 따라 냉매의 적정 충전량을 유지하며, 실내 열교환기(4) 및 실외 열교환기(7)에 오일이 포함되지 않는 냉매증기 또는 냉매액이 공급되어 전열을 방해하지 않기 때문에 성능저하가 발생되지 않는 것이다.
이상과 같이 본 발명은 기본 냉동 사이클에 제 1 및 제 2 바이패스 도관을 연결하고, 상기 제 1 및 제 2 바이패스 도관을 솔레노이드 밸브에 의하여 제어하여 실내 열교환기와 실외 열교환기에 냉매를 하향유입 순환되도록 하여서 건식응축기 또는 건식증발기 상태로 운전되도록 함으로써 운전모드 변환 초기에 압축기에 많은 양의 냉매가 흡입되지 않기 때문에 압축기의 신뢰성을 향상하고, 성능을 균일하게 유지함과 동시에 성능저하가 방지되어 효율을 증대할 수 있는 것이다.

Claims (1)

  1. 압축기, 4방 밸브, 실내 열교환기, 감압기구(5)(6), 실외 열교환기 및 상기 4방 밸브를 도관(8a)(8b)(8c)(8d)(8e)(8f)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방 밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결한 기본 냉동 사이클과; 상기 도관(8b)과 도관(8c) 및 상기 도관(8f)과 도관(8e)에 각각 연결한 제 1 바이패스 도관(20(20')과; 상기 도관(8b)의 제 1 바이패스 도관(20)의 연결부와 실내 열교환기의 사이와, 상기 도관(8d)의 감압기구(5) 인접위치 및 상기 도관(8f)의 제 1 바이패스 도관(20')의 연결부와 실외 열교환기의 사이와, 상기 도관(8d)의 감압기구(6) 인접위치에 각각 연결한 제 2 바이패스 도관(21)(21')과; 상기 도관(8b)의 제 1 바이패스 도관(20)의 연결부와 제 2 바이패스 도관(21)의 연결부 사이 및 상기 도관(8f)의 제 1 바이패스 도관(20')의 연결부와 제 2 바이패스 도관(21')의 연결부 사이에 각각 설치한 솔레노이드 밸브(22)(22')와; 상기 제 1 바이패스 도관(20)(20')에 각각 설치한 솔레노이드 밸브(23)(23')로 구성한 냉동 사이클.
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