KR200375016Y1 - 히트펌프식 냉난방설비의 기화장치 - Google Patents

히트펌프식 냉난방설비의 기화장치 Download PDF

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KR200375016Y1 KR20-2004-0033033U KR20040033033U KR200375016Y1 KR 200375016 Y1 KR200375016 Y1 KR 200375016Y1 KR 20040033033 U KR20040033033 U KR 20040033033U KR 200375016 Y1 KR200375016 Y1 KR 200375016Y1
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Abstract

히트펌프식 냉난방설비의 기화장치가 제공된다. 제공된 히트펌프식 냉난방설비의 기화장치는 외부로부터 밀폐되며 소정 열전달유체가 내부에 충진되는 외통과, 외통으로부터 밀폐되도록 외통의 내부에 설치되며 냉매가 저장되도록 소정크기의 공간이 마련된 내통과, 외통 내부에 설치되며 외통에 충진된 열전달유체를 가열하는 히터와, 히터에 의해 가열된 열전달유체가 내통을 경유하도록 내통을 관통하여 외통의 일측과 타측을 연결하는 열전달배관과, 내통으로 냉매가 공급되도록 내통에 연결된 냉매공급관 및, 내통에 연결되며 내통에 공급된 냉매 중 기체상태의 냉매만이 외부로 공급되도록 냉매유입홀이 내통의 상부에 마련된 냉매배출관을 포함한다. 따라서, 제공된 히트펌프식 냉난방설비의 기화장치에 따르면, 겨울철 등에 있어서 완전히 기화되지 못한 액체 상태의 냉매를 모두 기화시켜 압축기로 공급하기 때문에 액체 상태의 냉매가 유입됨에 따라 압축기가 고장나게 되는 문제를 미연에 방지할 수 있다.

Description

히트펌프식 냉난방설비의 기화장치{Vaporizing apparatus of heat pump type air conditioning equipment}
본 고안은 히트펌프식 냉난방설비의 기화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 완전히 기화되지 못한 냉매를 모두 기화시켜서 외부로 배출하는 히트펌프식 냉난방설비의 기화장치에 관한 것이다.
일반적으로, 히트펌프란 열을 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 이동시킬 수 있는 장치를 의미한다.
이와 같은 히트펌프는 열을 흡수하고 방열하는 원리에 따라 압축식, 화학식, 흡수식, 흡착식 등으로 분류되는데, 이 중 가장 많이 사용되는 형식은 압축식 히트펌프이다.
구체적으로, 압축식 히트펌프는 통상 에어콘이라 불리우는 냉방장치의 역사이클로 구성된다. 즉, 냉방전용의 에어콘은 실내에 설치된 실내기의 열교환기에서 열을 흡수하여 실외에 설치된 실외기의 열교환기를 이용하여 열을 방열시키는 원리인데 반해 히트펌프는 에어콘과는 반대로 실외기의 열교환기에서 열을 흡수하여 실내에 설치된 실내기의 열교환기를 이용하여 열을 방열시키는 원리이다.
도 1에는 종래 히트펌프식 냉난방설비의 난방사이클이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 종래 히트펌프식 냉난방설비(10)는 크게 저온부 열교환기인 증발기(16)와 압축기(11) 및, 고온부 열교환기인 응축기(13)와 팽창밸브(14)의 4개요소로 구성되며, 작동유체인 냉매는 이들 요소들을 따라 증발, 압축, 응축, 팽창의 변화를 계속하면서 순환한다.
구체적으로, 저온저압의 습증기상태인 냉매는 증발기(16)에서 기화되면서 그 주변에서 증발잠열을 흡수하여 증발된 저온저압의 건조포화증기상태의 냉매로 배출된다.
이후, 증발기(16)에서 배출된 저온저압의 건조포화증기상태의 냉매는 압축기(11)에서 단열압축하여 고온고압의 과열증기상태의 냉매로 되어 응축기(13)로 유입된다.
계속해서, 응축기(13)로 유입된 고온고압의 과열증기상태의 냉매는 응축잠열을 방출시키며 고온고압의 포화액체상태의 냉매로 되어 팽창밸브(15)로 유입된다.
이후, 고온고압의 포화액체상태의 냉매는 팽창밸브(15)에서 등엔탈피 팽창을 하고 저온저압의 습증기상태의 냉매로 되어 다시 증발기(16)로 유입되는 것이다.
이때, 저온부 열교환기인 증발기(16)는 실외에 설치되며, 고온부 열교환기인 응축기(13)는 실내에 설치된다. 따라서, 증발기(16)는 실외 곧, 증발기(16)의 주변공기 등으로부터 열을 흡수하게 되며, 응축기(13)는 실내 곧, 응축기(13)의 주변으로 열을 방출하여 실내를 따뜻하게 하는 것이다.
그러나, 이와 같은 히트펌프식 냉난방설비(10)는 실외의 주변공기 등으로부터 열을 흡수하여 실내를 따뜻하게 하기 때문에 겨울철과 같이 실외온도가 비교적 낮은 경우에는 증발기(16)가 그 주변공기 등으로부터 열을 제대로 흡수하지 못하게 되는 단점이 있다. 이와 같은 이유는 실외의 낮은 온도로 인하여 증발기(16)에 성에가 형성되어 증발기(16)의 열전달을 방해하기 때문인데, 이 경우 증발기(16)에서 완전히 기화되지 못한 액체 냉매는 종종 압축기(11)로 유입되기도 한다. 이에, 종래 히트펌프식 냉난방설비(10)의 압축기(11)는 이러한 액체 냉매의 유입으로 인하여 과부하에 걸려 작동되지 않거나 파손되어지는 문제가 발생된다.
따라서, 종래에는 이와 같은 문제점을 해소하고자 증발기(16)와 압축기(11)의 사이에 액체 냉매의 회수가 가능한 액분리기(17)를 설치하였다. 하지만, 이와 같은 액분리기(17)는 압축기로 유입되는 액체 냉매를 전부 회수하지 못하기 때문에 상기와 같은 압축기(11)의 과부하 문제나 파손되어지는 문제는 계속 발생되어지게 된다.
따라서, 본 고안은 이와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로써, 본 고안의 목적은 액체 냉매의 유입으로 인하여 압축기가 고장나는 것을 미연에 방지할 수 있는 히트펌프식 냉난방설비의 기화장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 히트펌프식 냉난방설비의 일예를 도시한 난방사이클 흐름도,
도 2는 본 고안에 따른 히트펌프식 냉난방설비의 기화장치의 일실시예를 도시한 일부절개 사시도,
도 3은 도 2의 기화장치가 사용되는 히트펌프식 냉난방설비의 난방사이클의 일실시예를 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기화장치 110 : 외통
114 : 히터 116 : 열전달유체
117 : 열전달배관 131 : 냉매공급관
132 : 냉매배출관 133 : 냉매유입홀
136 : 액체상태의 냉매 137 : 기체상태의 냉매
이와 같은 목적을 구현하기 위한 본 고안 히트펌프식 냉난방설비의 기화장치는 외부로부터 밀폐되며 소정 열전달유체가 내부에 충진되는 외통과, 외통으로부터 밀폐되도록 외통의 내부에 설치되며 냉매가 저장되도록 소정크기의 공간이 마련된 내통과, 외통 내부에 설치되며 외통에 충진된 열전달유체를 가열하는 히터와, 히터에 의해 가열된 열전달유체가 내통을 경유하도록 내통을 관통하여 외통의 일측과 타측을 연결하는 열전달배관과, 내통으로 냉매가 공급되도록 내통에 연결된 냉매공급관 및, 내통에 연결되며 내통에 공급된 냉매 중 기체상태의 냉매만이 외부로 공급되도록 냉매유입홀이 내통의 상부에 마련된 냉매배출관을 포함한다.
이때, 상기 열전달배관은 열전달배관 내부에 충진된 열전달유체의 열이 내통에 저장된 냉매에 전달되도록 열전도성 재질로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 열전달배관에는 열전달배관의 열을 내통에 저장된 냉매에 전달하도록 액 열교환수단이 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 액 열교환수단은 다수의 방열판을 포함함이 바람직하다. 그리고, 이때의 방열판은 알루미늄재질로 형성됨이 바람직하다.
한편, 상기 냉매공급관은 증발기로부터 냉매를 공급받도록 증발기의 냉매배출구 측에 연결됨이 바람직하고, 상기 냉매배출관은 압축기로 냉매를 공급하도록 압축기의 냉매유입구 측에 연결됨이 바람직하다.
이하, 도 2와 도 3을 참조하여 본 고안에 따른 기화장치의 일실시예 및 이 기화장치가 사용되는 히트펌프식 냉난방설비의 난방사이클을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 고안에 따른 히트펌프식 냉난방설비의 기화장치의 일실시예를 도시한 일부절개 사시도이고, 도 3은 도 2의 기화장치가 사용되는 히트펌프식 냉난방설비의 난방사이클의 일실시예를 도시한 흐름도이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 고안에 따른 기화장치(100)는 소정 열전달유체(116)가 내부에 충진되는 외통(110), 외통(110)의 내부에 설치되며 냉매(136,137)가 저장되는 내통(130), 외통(110) 내부에 설치되며 외통(110)에 충진된 열전달유체(116)를 가열하는 히터(114), 히터(114)에 의해 가열된 열전달유체(116)가 내통(130)을 경유하도록 내통(130)을 관통하는 열전달배관(117), 내통(130)으로 냉매(136,137)가 공급되도록 내통(130)에 연결된 냉매공급관(131), 내통(130)으로 공급된 냉매(136,137) 중 기체상태의 냉매(137)만이 외부로 공급되도록 내통(130)에 연결된 냉매배출관(132), 열전달배관(117)의 열을 냉매(136)에 전달하도록 열전달배관(117)에 결합된 액 열교환수단(135)및, 열전달유체(116)의 온도를 검출하도록 외통(110)에 설치된 온도센서(115)를 포함한다.
보다 구체적으로 설명하면, 외통(110)은 내부에 열전달유체(116)가 충진되도록 중공의 원통 타입으로 형성되며, 외부로부터 밀폐되도록 형성된다. 이때, 열전달유체(116)는 열전달성이 높은 유체이면 다양한 액체나 다양한 기체 등이 사용가능하다. 예를 들면, 열전달유체(116)는 증류수나 부동액 또는 증류수와 부동액이 상호 일정비율로 혼합된 혼합액 등이 사용될 수 있다.
내통(130)은 액체 또는 기체상태의 냉매(136,137)가 저장되도록 소정크기의 공간이 마련된 중공의 원통 타입으로 형성되며, 외통(110)으로부터 밀폐되도록 형성된다. 이때, 내통(130)의 외경은 외통(110)의 내경보다 다소 적은 크기로 형성됨이 바람직하다. 따라서, 외통(110)의 내부에 충진되는 열전달유체(116)는 이 외통(110)의 내주면과 내통(130)의 외주면 사이에 개재되는 것이다.
히터(114)는 외통(110)에 충진된 열전달유체(116)를 가열하는 역할을 하는 바, 외부로부터 전원 등이 공급되면, 이 전원 등을 통하여 열전달유체(116)를 히팅할 수 있는 수단이면 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, 히터(114)는 할로겐 램프나 발열 코일 등으로 구현될 수 있다.
열전달배관(117)은 히터(114)에 의해 가열된 열전달유체(116)가 내통(130)을 경유하도록 내통(130) 내부를 관통하여 외통(110)의 일측과 타측을 연결하는 역할을 한다. 따라서, 외통(110)에 충진된 열전달유체(116)의 열은 이 열전달배관(117)으로 인하여 내통(130)에 저장된 냉매(136)에 전달되어지는 것이다. 이때, 열전달배관(117)은 배관(117) 내부에 충진된 열전달유체(116)의 열이 내통(130)에 저장된 냉매(136)에 보다 잘 전달되도록 알루미늄이나 구리 등의 열전도성 재질로 형성될 수 있다.
냉매공급관(131)은 내통(130) 내부로 냉매(136,137)가 공급되도록 하는 역할을 하는 바, 저온저압의 냉매(136,137)가 배출되는 증발기에 연결됨이 바람직하다. 따라서, 증발기에서 배출되는 냉매가 기체상태의 냉매(137)일 경우 이 기체상태의 냉매(137)는 바로 냉매배출관(132)을 통해 외부로 바로 배출되어지고, 증발기에서 배출되는 냉매가 액체상태의 냉매(136)일 경우 이 액체상태의 냉매(136)는 바로 내통(130)의 밑면으로부터 저장되는 것이다.
냉매배출관(132)은 내통(130)에 연결되되 기체상태의 냉매(137)만이 냉매배출관(132)을 통해 외부로 공급되도록 냉매(137)가 유입되는 냉매유입홀(133)이 내통(130)의 상부에 마련된다. 따라서, 냉매공급관(131)을 통해 내통(130)으로 공급된 냉매 중 기체상태의 냉매(137)의 경우, 이 냉매유입홀(133)을 통해 외부로 공급되어지게 되는 것이다. 이때, 냉매배출관(132)은 저온저압의 냉매(136,137)를 단열압축시켜 고온고압상태로 변환시켜주는 압축기에 연결됨이 바람직하다. 따라서, 압축기에는 이 냉매배출관(132)을 통하여 기체상태의 냉매(137)만이 공급되는 것이다.
액 열교환수단(135)은 열전달배관(117)의 열을 냉매(136)에 전달하여 냉매(136)의 열과 열전달배관(117)의 열을 상호 교환하는 수단으로, 열을 빠르게 전달할 수 있는 수단이면 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, 액 열교환수단(135)은 열전도성이 좋은 알루미늄재질이며 얇은 두께로 형성된 다수의 방열판으로 구현될 수 있다. 따라서, 내통(130)에 저장된 냉매(136)는 이 방열판으로 인하여 열전달배관(117)과 상호 빠르게 열전달할 수 있는 것이다. 이때, 액 열교환수단(135) 및 냉매배출관(117)은 액체 상태의 냉매(136)가 저장되는 부분인 내통(130)의 밑면부분까지 연장형성됨이 바람직하다.
한편, 온도센서(115)는 외통(110)에 충진된 열전달유체(116)의 온도를 검출하는 역할을 한다. 따라서, 히트펌프식 냉난방설비의 제어부는 이 온도센서(115) 및 히터(114)를 이용하여 열전달유체(116)의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 것이다.
이하, 상술한 기화장치(100)가 사용되는 히트펌프식 냉난방설비(200)의 난방사이클을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3을 참조하여 구성을 설명하면, 본 고안 기화장치(100)가 사용되는 히트펌프식 냉난방설비(200)의 난방사이클은 크게 냉매(137)를 고온고압으로 단열압축시켜 강제순환시키는 압축기(210)와, 압축기(210)에서 압축된 냉매(136,137)가 실내 열교환기인 응축기(230)로 보내지도록 선택적으로 개폐되는 사방밸브(220)와, 사방밸브(220)를 빠져나온 고온고압의 압축냉매(137)를 실내공기와 서로 열교환시키는 응축기(230)와, 응축기(230)를 빠져나온 냉매(136)를 단열팽창(등엔탈피 팽창)시키는 팽창밸브(240)와, 팽창밸브(240)를 거친 저온저압의 냉매(136)를 실외공기와 서로 열교환시켜 증발시키는 실외 열교환기 곧, 증발기(250)와, 증발기(250)에서 증발되어 사방밸브(220)를 거쳐 유입되는 저온저압의 냉매(136,137)를 히터(114)와 열전달유체(116)와 액 열교환수단(135) 등을 통하여 모두 기화시켜 압축기(210)로 제공하는 본 고안 기화장치(100) 및, 히트펌프식 냉난방설비(200)를 전반적으로 제어하는 제어부(260)로 구성된다. 이때, 응축기(230)와 증발기(250) 사이에는 냉매(136)의 흐름을 제어하거나 냉매(136)를 필터링해주는 필터 드라이어(245) 등이 더 포함될 수 있다.
이하, 본 고안 기화장치(100)가 사용되는 히트펌프식 냉난방설비(200)의 난방사이클 흐름을 구체적으로 설명하기로 한다.
우선, 압축기(210)에 의해 단열압축된 고온고압의 과열증기상태인 기체 냉매(137)는 사방밸브(220)를 거쳐 실내 열교환기인 응축기(230)로 유입된다.
이후, 응축기(230)로 유입된 고온고압의 과열증기상태인 냉매(137)는 응축잠열을 방출시키며 실내를 따뜻하게 함과 동시에 고온고압의 포화액체상태인 냉매(136)로 응축된다.
이후, 응축된 고온고압의 포화액체상태인 냉매(136)는 체크밸브(235)를 거쳐 냉매(136) 내에 함유된 불순물 및 수분을 제거하는 필터 드라이어(245)를 통과한 다음 팽창밸브(240)로 유입된다.
계속해서, 팽창밸브(240)로 유입된 냉매(136)는 팽창밸브(240)에서 등엔탈피 팽창을 하여 습증기상태(액체)로 과냉된 후 실외 열교환기인 증발기(250)로 유입된다.
이후, 증발기(250)로 유입된 액체 냉매(136)는 증발기(250)에서 기화되면서 그 주변의 실외공기로부터 증발잠열을 흡수하여 저온저압의 기체(137) 또는 액체(136)와 기체(137)가 혼합된 형태로 된 다음 사방밸브(220)를 거쳐 본 고안 기화장치(100)의 냉매공급관(131)으로 유입된다.
이후, 냉매공급관(131)으로 유입된 냉매(136,137) 중 기체 냉매(137)는 내통(130)의 상부에 마련된 냉매유입홀(133)과 냉매배출관(132)을 통하여 곧바로 압축기(210)로 유입되고, 냉매공급관(131)으로 유입된 냉매(136,137) 중 액체 냉매(136)는 내통(130)의 밑면으로부터 저장된다.
이후, 제어부(260)는 열전달유체(116)의 온도를 검출한 다음 열전달유체(116)의 온도가 미리 정해진 기준온도 보다 낮을 경우, 히터(114)를 구동하여 열전달유체(116)를 가열한다. 이에, 외통(110)에 충진된 열전달유체(116) 뿐만 아니라 내통(130)을 관통하는 열전달배관(117)의 내부에 충진된 열전달유체(116)도 히터(114)의 가열에 의해 미리 정해진 기준온도로 가열된다. 이에 따라 열전달유체(116)가 충진된 열전달배관(117) 및 열전달배관(117)에 연결된 액 열교환수단(135) 또한 이 열전달유체(116)와 함께 가열되는데, 이 가열된 열은 내통(130)의 밑면으로부터 저장된 냉매(136)와 상호 열교환된다. 따라서, 내통(130)의 밑면으로부터 저장된 냉매(136)는 이 열교환으로 인하여 기화되어 내통(130)의 상부에 마련된 냉매유입홀(133)과 냉매배출관(132)을 통하여 곧바로 압축기(210)로 유입된다. 이에, 히트펌프를 이용한 난방의 제 1사이클은 완료되는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 히트펌프식 냉난방설비의 기화장치는 겨울철 등에 있어서 완전히 기화되지 못한 액체 상태의 냉매를 모두 기화시켜 압축기로 공급(제공)하기 때문에 종래와 같이 액체 상태의 냉매가 유입됨에 따라 압축기가 고장나게 되는 문제를 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 압축기의 성능을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 외부로부터 밀폐되며 소정 열전달유체가 내부에 충진되는 외통;
    상기 외통으로부터 밀폐되도록 상기 외통의 내부에 설치되며 냉매가 저장되도록 소정크기의 공간이 마련된 내통;
    상기 외통 내부에 설치되며 상기 외통에 충진된 열전달유체를 가열하는 히터;
    상기 히터에 의해 가열된 열전달유체가 상기 내통을 경유하도록 상기 내통을 관통하여 상기 외통의 일측과 타측을 연결하는 열전달배관;
    상기 내통으로 냉매가 공급되도록 상기 내통에 연결된 냉매공급관; 및,
    상기 내통에 연결되며 상기 내통에 공급된 냉매 중 기체상태의 냉매만이 외부로 공급되도록 냉매유입홀이 상기 내통의 상부에 마련된 냉매배출관을 포함한 것을 특징으로 하는 히트펌프식 냉난방설비의 기화장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 열전달배관은 상기 열전달배관 내부에 충진된 열전달유체의 열이 상기 내통에 저장된 냉매에 전달되도록 열전도성 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 히트펌프식 냉난방설비의 기화장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 열전달배관에는 상기 열전달배관의 열을 상기 내통에 저장된 냉매에 전달하도록 액 열교환수단이 결합된 것을 특징으로 하는 히프펌프식냉난방설비의 기화장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 액 열교환수단은 다수의 방열판을 포함한 것을 특징으로 하는 히트펌프식 냉난방설비의 기화장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 방열판은 알루미늄재질로 형성된 것을 특징으로 하는 히트펌프식 냉난방설비의 기화장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉매공급관은 증발기로부터 냉매를 공급받도록 상기 증발기의 냉매배출구 측에 연결되고, 상기 냉매배출관은 압축기로 냉매를 공급하도록 상기 압축기의 냉매유입구 측에 연결된 것을 특징으로 하는 히트펌프식 냉난방설비의 기화장치.
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