KR200366254Y1 - 복수의 사이클을 가진 열펌프시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열펌프시스템에 관한 것으로, 특히 증발기(25), 압축기(C), 응축기(23), 및 각각 다른 팽창계수를 가지고 응축기(23)와 증발기(25) 사이에 병렬로 연결된 복수개의 팽창관(N1-Nn)으로 구성된 팽창기(26)를 구비하여 복수개의 사이클을 가지게 되고, 컨트롤러(27)가 외기온도 감지센서(So)와 실내온도 감지센서(Si)에서 각각 검출한 외기온도와 실내온도에 따라 상기 복수개의 팽창관(N1-Nn)중에서 선택된 어느 하나의 팽창관(N1-Nn)이 시스템에 연결되게 냉매방향제어밸브(22)를 제어하는 것이다. 본 고안은 하나의 시스템에서 외부온도조건에 따라 최적의 사이클을 선택적으로 운영할 수 있으므로 시스템의 효율을 극대화시킬 수 있다.

Description

복수의 사이클을 가진 열펌프시스템{ Heatpump system with a plurality of cycles}

본 고안은 열펌프시스템에 관한 것으로, 특히 복수의 사이클을 가지는 압축식 열펌프시스템에 관한 것이다.

통상 열펌프시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 저온부 열교환기인 증발기(5), 압축기(C), 응축기(3), 팽창기(4)의 4개 요소를 포함하여 냉방장치로 사용할 경우에는 냉매가 압축기(C), 응축기(3), 팽창기(4), 증발기(5)를 순환하는 과정중에 증발기(5)에서 냉매가 실내의 열을 흡수함으로써 실내를 냉방하게 되고, 반대로 난방장치로 사용될 경우에는 냉매가 압축기(C), 증발기(5), 팽창기(4) 및 응축기(3)를 순차적으로 거치는 도중에 응축기(3)에서 응축되면서 방출하는 응축잠열로써 실내를 난방하게 되는 것이다.

그런데 상기한 바와 같은 종래의 열펌프시스템은 냉방 및 난방 겸용으로 사용되어야 하는 특성상 외부열원이 일정한 조건에 있을 경우에 맞추어 설계되어 있다. 따라서 외기온도가 -10℃ 이하로 내려가는 혹한기나 외기온도가 35℃이상으로 상승하는 혹서기의 경우에는 여러가지 작동장애를 일으킨다.

즉, 난방장치로 사용되는 경우 외기온도가 매우 낮은 혹한기에 실외에 설치된 증발기측 온도가 낮아서 증발기에서 흡수하는 흡수열이 감소하면서 난방성능이 급격히 저하되고, 증발기가 결빙되어 열전달을 방해한다. 이 경우 증발기에서 기화되지 못한 액상의 냉매가 압축기로 유입되어 압축기에 과부하를 발생시킴으로써 압축기를 파손시키는 문제를 발생시키고, 반면에 냉방장치로 사용하는 경우 외기온도가 매우 높은 혹서기에는 과열증기가 압축기에 유입되어 압축효율을 저하시키고 압축기의 수명을 단축시키며, 증발기에 프레쉬가스가 유입되어 증발기의 기능을 저하시키는문제가 있었다.

이에 본 고안은 상기한 종래 열펌프시스템이 가진 단점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 하나의 시스템에 복수의 사이클을 구비하여 외부열원의 조건에 대응하여 시스템의 효율을 최적으로 유지하며, 외부열원의 온도가 매우 높거나 매우 낮은 극한 조건에서도 시스템이 장애를 일으키지 않고 작동할 수 있는 열펌프시스템을 제공함에 목적이 있다.

도 1은 종래 열펌프시스템의 개략도,

도 2는 본 고안에 따른 열펌프시스템가 난방장치로 사용되는 경우의 개략도,

도 3은 본 고안에 따른 열펌프시스템가 냉방장치로 사용되는 경우의 개략도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

C: 압축기 22: 냉매 방향제어밸브

22: 응축기 24: 방향절환밸브

25: 증발기 26: 팽창기

N1,N2,..,Nn: 팽창관 So: 외기온도 감지센서

Si: 실내온도 감지센서 27: 컨트롤러

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은 증발기, 압축기, 응축기, 팽창기와, 압축기에서 압축된 냉매를 증발기, 팽창기, 응축기의 순서로 또는 응축기, 팽창기, 증발기의 순서로 순환하도록 방향절환하는 냉매방향제어밸브를 포함한 열펌프시스템에 있어서,

상기 팽창기는 각각 다른 팽창계수를 가지고, 응축기와 증발기사이에 병렬로 연결된 복수개의 팽창관으로 구성되고, 외기온도를 감지하는 외기온도 감지센서와, 실내온도를 감지하는 실내온도 감지센서와, 상기 외기온도 감지센서와 실내온도 감지센서에서 각각 검출한 외기온도와 실내온도에 따라 상기 복수개의 팽창관중 어느 하나의 팽창관이 시스템에 연결되게 상기 냉매방향제어밸브를 제어하는 컨트롤러를 더 포함한 구성으로 된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 고안은 하나의 시스템에 복수개의 사이클이 구비되어 외부온도조건에 따라 최적의 사이클이 선택적으로 운용됨으로써 시스템의구성은 간단하면서 다양한 외부조건에 대응하여 시스템효율을 최적으로 유지할 수 있다.

이하, 본 고안에 따른 열펌프시스템의 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

도 2는 본 고안의 열펌프시스템이 난방장치로 사용되는 예에 대한 개략적인 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 냉매는 압축기(C)에서 고온ㆍ고압의 증기상태로 압축되고, 상기 압축기(C)에서 압축된 고온ㆍ고압의 냉매는 방향제어밸브(22)를 거쳐 응축기(23)로 유입되어 실내공기와 열교환하면서 열을 방출하고 응축된다. 상기 응축기(23)에서 응축된 냉매는 팽창기(26)를 거치면서 저온ㆍ저압상태로 팽창한 다음 증발기(25)로 유입되고, 증발기(25)에서 외기로부터 열을 흡수하여 기화된 후 다시 압축기(C)로 유입된다.

상기 팽창기(26)는 응축기(23)와 증발기(25)사이에 병렬로 연결된 복수개의 팽창관(N1-Nn)으로 구성되고, 이들 복수개의 팽창관(N1-Nn)은 전자제어 방향절환밸브(24)가 제어하는 방향에 따라 상기 응축기(23)에 택일적으로 연결되고, 상기 전자제어 방향절환밸브(24)는 외기온도와 실내온도에 따라 컨트롤러(27)가 출력하는 제어신호에 따라 절환작동하여 냉매의 흐름방향을 제어한다.

실내에는 실내온도를 감지하는 실내온도 감지센서(Si)와 외기온도를 검출하는 외기온도 감지센서(So)가 각각 실내 및 실외에 구비되고, 실내온도 감지센서(Si)와 외기온도 감지센서(So)에서 각각 검출한 실내온도와 외기온도를 컨트롤러(27)에 제공한다.

상기 컨트롤러(27)는 여러가지 범위로 구분된 온도범위를 미리 설정하여 두고외부온도 감지센서(So)에서 검출한 외기온도를 상기한 바와 같이 미리 설정한 온도범위와 비교하여 외기온도가 속하는 온도범위를 판별하고, 이렇게 결정된 온도범위에 대응하는 팽창계수를 가진 팽창관(N1-Nn)이 응축기(23)와 연결되게 상기 전자제어 방향절환밸브(24)에 제어신호를 인가한다. 상기 방향절환밸브(24)는 컨트롤러(27)의 제어신호에 따라 선택된 하나의 팽창관(N1-Nn)이 응축기(23)와 증발기(25)를 연결하에 제어한다.

상기한 바와 같이 난방장치로 사용되는 본 고안의 열펌프시스템은 외기온도가 변화하는 경우 그 외기온도의 변화에 따라 팽창기(26)에서의 냉매 팽창계수를 가변시킴으로써 증발기(25)로 유입되는 냉매를 최적조건으로 유지시킬 수 있으므로 열펌프시스템의 성능을 높일 수 있다. 특히 외기온도가 영하 10℃이하로 유지되는 혹한기에는 냉매를 팽창계수가 최대로 큰 팽창관(Nn)을 통하여 팽창시켜 증발기(25)로 유입되게 제어함으로써 증발기(25)에서 액상냉매가 발생하여 압축기(C)로 유입되는 현상을 방지하게 된다.

한편, 도 3은 본 고안의 열펌프시스템이 냉방장치로 사용되는 경우에 대한 시스템 구성도이다.

본 고안에 따른 냉방장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 냉매를 난방장치의 냉매순환방향과 역방향으로 순환시킴으로써 이루어지는데, 냉매는 압축기(C)에서 고온ㆍ고압의 증기상태로 압축되고, 압축기(C)에서 압축된 고온ㆍ고압의 냉매는 방향제어밸브(22)를 거쳐 실외에 배치된 응축기(25: 난방장치에서는 증발기에 해당한다)로 유입되어 실외로 열을 방출하고 응축된다. 상기 응축기(25)에서 응축된 냉매는 전자제어 방향절환밸브(24)에서 방향제어되어 팽창기(26)를 거치면서 저온ㆍ저압상태로 팽창한 다음 실내에 배치된 증발기(23: 난방장치에서는 응축기에 해당한다)로 유입되고, 증발기(23)에서는 실내로부터 열을 흡수하여 기화된 후 다시 압축기(C)로 유입된다. 상기 증발기(23)는 냉매를 증발시키는 도중에 실내로부터 열을 흡수함으로써 실내를 냉방하게 되는 것이다.

냉방장치에서도 상기 팽창기(26)는 응축기(25)와 증발기(23)사이에 병렬로 연결된 복수개의 팽창관(N1-Nn)으로 구성되고, 이들 복수개의 팽창관(N1-Nn)은 전자제어 방향절환밸브(24)가 제어하는 방향에 따라 상기 응축기(25)에 택일적으로 연결되고, 상기 전자제어 방향절환밸브(24)는 외기온도와 실내온도(Si)에 따라 컨트롤러(27)가 출력하는 제어신호에 따라 절환작동하여 냉매의 흐름방향을 제어한다.

실내에는 실내온도를 감지하는 실내온도 감지센서(Si)와 외기온도를 검출하는 외기온도 감지센서(So)가 각각 실내 및 실외에 구비되고, 실내온도 감지센서(Si)와 외기온도 감지센서(So)에서 각각 검출한 실내온도와 외기온도를 컨트롤러(27)에 제공한다.

이경우에도 상기 컨트롤러(27)는 여러가지 범위로 세분된 온도범위를 미리설정하여 두고서 외부온도 감지센서(So)에서 검출한 외기온도를 상기한 바와 같이 미리 설정한 온도범위와 비교하여 외기온도가 속하는 온도범위를 판별하고, 이렇게 판별된 외기온도의 온도범위에 대응하는 팽창계수를 가진 팽창관(N1-Nn)이 응축기(23)와 연결되게 상기 전자제어 방향절환밸브(24)에 제어신호를 인가한다. 상기 방향절환밸브(24)는 컨트롤러(27)의 제어신호에 따라 선택된 하나의 팽창관(N1-Nn)을 통하여 응축기(23)와 증발기(25)를 연결한다.

예컨대 외기온도가 35℃이상으로 유지되는 혹서기의 경우 냉매를 작은 팽창계수를 가진 팽창관(N1)을 통과시킴으로써 증발기(25)에서 과도한 증발이 일어나지 않게 하고, 나아가 과열증기가 압축기로 유입되지 않도록 함으로써 냉방효율을 향상시킨다.

이상과 같이 본 고안에 따른 열펌프시스템을 이용한 냉방장치의 경우에도 외기온도가 변화하는 경우 그 외기온도의 변화에 따라 냉매의 팽창계수를 가변시킴으로써 증발기(25)로 유입되는 냉매가 최적조건을 가질 수 있어 열펌프시스템의 성능을 높일 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 고안에 따른 열펌프시스템은 복수개의 팽창관만으로 간단히 복수개의 사이클을 가진 시스템을 이룰 수 있어 구조가 간단하고, 외부온도조건에 따라 그 조건에 최적의 사이클로 운전할 수 있어 시스템의 효율을 극대화할 수 있으며, 극한조건에서 냉매의 과냉 또는 과열에 의한 시스템장애를 방지할 수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 증발기(25), 압축기(C), 응축기(23), 팽창기(26)와, 압축기(C)에서 압축된 냉매를 증발기(25), 팽창기(26), 응축기(23)의 순서로 또는 응축기(23), 팽창기(26), 증발기(25)의 순서로 순환하도록 방향절환하는 냉매방향제어밸브(22)를 포함한 열펌프시스템에 있어서,

   상기 팽창기(26)는 각각 다른 팽창계수를 가지고, 응축기(23)와 증발기(25)사이에 병렬로 연결된 복수개의 팽창관(N1-Nn)으로 구성되어 복수개의 병렬사이클을 구성하고, 외기온도를 감지하는 외기온도 감지센서(So)와, 실내온도를 감지하는 실내온도 감지센서(Si)와, 상기 외기온도 감지센서(So)와 실내온도 감지센서(Si)에서 각각 검출한 외기온도와 실내온도에 따라 상기 복수개의 팽창관(N1-Nn)이 상기 응축기(23)와 증발기(25) 사이에 선택적으로 연결되게 상기 냉매방향제어밸브(22)를 제어하는 컨트롤러(27)를 더 포함한 것을 특징으로 하는 복수개의 사이클을 구비한 열펌프시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러(27)는 여러가지 범위로 구분된 온도범위를 미리 설정하여 두고서 외부온도 감지센서(So)에서 검출한 외기온도를 미리 설정한 온도범위와 비교하여 외기온도가 속하는 온도범위를 판별하고, 이렇게 결정된 온도범위에 대응하는 팽창계수를 가진 팽창관(N1-Nn)이 응축기(23)와 연결되게 상기 전자제어 방향절환밸브(24)에 제어신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 복수개의 사이클을 구비한 열펌프시스템.