KR200396481Y1 - 압축기를 이용한 히트파이프 제상 고효율 히트펌프 - Google Patents

Abstract

본 고안은 히트파이프를 부착한 히트펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압축기의 일측 내부에 삽입하거나, 외표면에 부착하거나, 또는 토출배관 일측에 부착하여 히트파이프 증발부를 형성하고, 상기 히트파이프를 길게 연장하여 타측은 실외기의 하측면에 부착하여 히트파이프 응축부를 형성하도록 이루어진 압축기를 이용한 히트파이프 제상 고효율 히트펌프에 관한 것이다.

이는 압축기의 내부에 삽입공을 형성하고, 상기 삽입공에 압축기내부의 열을 외부로 방열하기 위하여 히트파이프를 삽입하여 히트파이프 증발부를 형성하며, 타측은 실외기에 부착하여 히트파이프 응축부를 형성함으로써, 압축기의 흡입가스가 냉매 압축시 압축과정중에 발생하는 열 및 모터부의 발열에 의해 과열되는 것을 방지하며, 이로 인해 흡입냉매의 밀도를 높여 주어 단위시간당의 질량 유동률을 증가시켜 냉력을 향상시키고, 압축일에 해당되는 엔탈피의 변화량을 감소시켜 압력을 저감시키며, 실외기의 하측면 또는 외측면에 부착하여 히트파이프 응축부의 응축열을 이용하여 동계시에 실외기 코일에 형성되는 결빙을 미연에 방지하며, 히트펌프의 열효율을 상승시키는 압축기를 이용한 히트파이프 제상 고효율 히트펌프를 제공하는 것이다.

Description

압축기를 이용한 히트파이프 제상 고효율 히트펌프 { Heat Pump with Defrosting Function using Heat Pipe to be attached on the Compressor }

본 고안은 히트파이프를 부착한 히트펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압축기의 일측 내부에 삽입하거나, 외표면에 부착하거나, 또는 토출배관 일측에 부착하여 히트파이프 증발부를 형성하고, 상기 히트파이프를 길게 연장하여 타측은 실외기의 하측면에 부착하여 히트파이프 응축부를 형성하도록 이루어진 압축기를 이용한 히트파이프 제상 고효율 히트펌프에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 히트펌프를 나타낸 개략도로서, 일반적으로 히트펌프식 공기조화기등에 적용되어 외부로부터 열을 흡수하거나 또는 외부로 열을 방출하여 실내를 냉난방시켜 실내환경을 쾌적하게 유지하기도 한다.

이러한 일반적인 히트펌프의 공조사이클을 살펴보면 먼저, 저온저압의 기체냉매는 압축기(1)에서 압축되면서, 고온고압의 기체냉매가 되어 4방변(2)을 통하여 실내기 코일(5)로 이송되고 실내기 코일(5) 에서는 이러한 고온고압의 기체냉매가 고온고압의 액체냉매로 전환된다. 다음, 실내기 코일(5)로부터 이송되는 고온고압의 액체냉매는 팽창밸브(4)를 통과하면서 팽창되어 저온저압의 액체냉매로 전환되어 증발기로 유입되고 실외기 코일(3)로 유입되는 저온저압의 액체냉매는 주위의 열을 흡수하여 증발함으로써 실내공간을 냉각시킨다.

상기 히트펌프의 난방사이클에서 팽창밸브(4)는 고압의 냉매를 저압의 냉매로 팽창시키는 장치로서, 일반적으로 공기조화기에는 팽창밸브(4)가 적용되고 있는 실정이다.

이러한 공기조화기의 압축기의 흡입측에 흡입된 저온,저압의 냉매가스는 압축시 발생하는 열 및 모터부의 발열에 의해 온도가 상승하게 된다. 흡입냉매가스의 초기온도 ts1 이 과열되어 ts2 가 되면 비체적은 Vs1 에서 Vs2 가 되고, 엔트로피의 변화는 S1 에서 S2 로 변하게 된다. 또한, 엔트로피의 변화에 의해 토출가스온도는 각각 단열 압축을 한다고 가정할 경우 td1 과 td2 가 된다.

이때, 흡입가스 온도가 과열되지 않고 그대로 단열 압축을 할 때의 엔탈피 변화는 Δh1 = hd1 - hs1 이 되며, 흡입가스 온도가 과열된 상태로 압축을 할 때의 엔탈피 변화량은 Δh2 = hd2 - hs2 가 된다. 일반적으로 Δh2 는 Δh1 보다 커지게 되어 압축일은 증가하게 된다. 또한, 흡입가스가 과열되어 비체적이 증가함으로써, 단위시간당 압축기의 저압측 흡입실 내로 유입되는 냉매의 질량이 감소하게 되어 냉동능력이 감소하게 되고, 토출가스 온도가 상승하는 구조로 되어 있다.

이러한 문제점은 냉매 흡입가스가 과열되어 비체적이 증가하여 냉동능력이 감소하고, 단위 냉매 유량당의 압축일이 증대하여 압축기의 소요동력이 증가한다.

상기 히트펌프식 공기조화기는 동계시에 실외기 코일의 외주면에 결빙이 형성되어 공기조화기의 효율이 급격히 저하되거나, 심지어는 동작이 중단되는 경우가 발생하게 되는 심각한 문제점을 안고 있는 것이다.

본 고안은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 압축기의 내부에 삽입공을 형성하거나, 압축기의 외표면의 일측에 부착하거나, 압축기 토출배관의 일측에 부착하여 냉매의 열을 외부로 방열하기 위하여 히트파이프를 이용하여 히트파이프 증발부를 형성하고, 타측은 실외기에 부착하여 히트파이프 응축부를 형성함으로써, 압축기의 흡입가스가 냉매 압축시 압축과정중에 발생하는 열 및 모터부의 발열에 의해 과열되는 것을 방지하며, 이로 인해 흡입냉매의 밀도를 높여 주어 단위시간당의 질량 유동률을 증가시켜 냉력을 향상시키고, 압축일에 해당되는 엔탈피의 변화량을 감소시켜 압력을 저감시키며, 실외기의 하측면 또는 외측면에 부착하여 히트파이프 응축부의 응축열을 이용하여 동계시에 실외기 코일에 형성되는 결빙을 미연에 방지하며, 실외기의 열효율을 증가하도록 하는 압축기를 이용한 히트파이프 제상 고효율 히트펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안의 히트펌프의 제1실시예를 도 2에 의하여 설명하면, 압축기(1)의 일측 내부에 히트파이프(6)의 일측부을 삽입 내설하여 히트파이프 증발부(7)를 형성하고, 상기 히트파이프(6)를 길게 연장하여 타측은 실외기코일(3)의 하측면에 부착하여 히트파이프 응축부(8)를 형성하도록 이루어진 것이다.

이는, 밀폐용기로 이루어진 압축기의 내부에 삽입공이 형성되며, 상기 삽입공에 히트 파이프를 관통 삽입하여, 상기 히트파이프의 일단은 밀폐용기의 내부에 장착하여, 히트파이프 증발부(7)를 형성하고, 타단은 길게 연장하여 실외기의 하측면에 부착하도록 하는 것이다.

이로 인하여, 동계시에 실외기 코일(3)에 형성되는 결빙을 무동력으로 제상시키며, 결빙을 미연에 방지하여 히트펌프 작동의 중단을 사전에 방지하며, 히트펌프의 효율을 증가시키는 것이다.

일반적으로, 밀폐형 압축기는 압축부의 윤활을 위해 주입된 오일이 실린더상면까지 충진되어 상태이고, 오일은 고온 분위기하에서 가열되어 뜨거운 상태로 유지되고 다시 오일에 잠겨있는 압축기의 실린더부를 가열하여 흡입 냉매가스가 실린더 벽면을 통하여 열전달되어 가열된다.

따라서, 하부에 저장된 오일을 냉각시켜 주게 되면 실린더의 온도가 저하하게 되고 결과적으로 흡입냉매 가스로의 열전달되는 양도 적어져 흡입냉매가스의 온도 상승이 적어진다.

본 고안에 사용된 히트파이프(6)의 작동원리와 구조를 도 8A 및 도 8B에 의해 설명하면 다음과 같다.

도 8A에 도시한 바와 같이 히트파이프의 작동원리를 보면, 증발부(EVAPORATOR), 단열부(ADRIATIC SECTION), 응축부(CONDENSER)는 반경 방향으로 열이 흡수 또는 방출되는 부분을 나타내며, 각각의 길이는 작동조건에 따라 달라질 수 있다.

도 8B에 도시한 바와 같이 상기 히트파이프의 구조는 안쪽으로 열이 흡수 또는 방출되는 통로(105)와, 상기 통로(105)를 감싸고 있는 모세관(106)내에는 압력에 따라 액체상태의 작동유체를 응축부에서 증발부로 귀환시키는 구동력으로 작용하므로 작동유체의 순환이 이루어지게 되고, 상기 모세관(106)의 외부는 튜브(107)로 둘러싸여 있다.

이와 같은 구성상태에서 열이 상기 증발부에 가해지면, 열전도에 의해 외벽을 통해 내부에 있는 액체상태의 작동유체로 전달된다.

그러면, 평형상태에 있던 작동유체의 액체-증기 경계면에서 증발이 일어나, 경계면이 오목하게 낮아지면서 반달의 곡률반경이 낮아진다.

이 때, 상기 증발부 내부의 증기영역은 새로 발생한 증기량에 의해 국부적인 밀도와 압력이 증가한다.

즉, 온도차에 의해 압력구배가 유발되며 이에 의해 증기는 응축부쪽으로 이동한다.

한편, 상기 응축부의 액체와 벽 외부에 냉각원(HEAT SINK)이 존재하는데, 증발부에서 이동된 증기의 온도가 응축부의 액체와 벽의 온도보다 높은 상태에 있으므로 증기는 열을 방출한 후 액체 상태로 응축된다.

이 때, 상기 응축부의 액체-증기면이 높아지면서 반달의 곡률반경이 커진다.

상기 증발부와 응축부간 액체-증기 경계면에서의 곡률 반경차이가 액체의 표면 장력에 의해 모세관(9) 압력을 유발하는데 이는 라플레스 영(Laplace-Young)의 식으로 다음과 같이 표현된다.

ΔPcap = σ(1/R1 + 1/R2)여기서, ΔPacp 는 모세관 압력, σ는 액체의 표면장력, 그리고 R1 및 R2는 반달면에서 서로 직각 방향으로 잰 곡률반경이다.

이 모세관 압력은 액체 상태의 작동유체를 응축부에서 증발부로 귀환시키는 구동력으로 작용하므로 작동유체의 순환이 이루어지게 된다.

상기 증발부로 귀환된 액체는 다시 위의 과정을 반복하여 그 기능을 수행하게 된다.

도 3은 본 고안에 따른 히트펌프를 나타낸 제2실시예로서, 이를 설명하면, 압축기(1)의 일측내부에 히트파이프(6)의 일측부을 삽입내설하여 히트파이프 증발부(7)를 형성하고, 상기 히트파이프(6)를 길게 연장하여 타측은 실외기 코일(3)의 공기배출방향으로 외측에 부착하여 히트파이프 응축부(8)를 형성하도록 이루어진 것이다.

동계시에 실외기 코일(3)표면에 형성되는 결빙은 주위공기온도가 영하의 온도로 감소됨으로 인하여 발생하는 것이다. 상기 히트파이프 응축부(8)에서 발생되는 방출열은 주위의 낮은 공기온도와 혼합되어 실외기 코일(3)로 공급되며, 이로 인하여 동계시 실외기 코일(3)에 형성되는 결빙현상이 미연에 방지되는 것이다.

도 4는 본 고안에 따른 히트펌프를 나타낸 제3실시예로서, 이를 설명하면, 압축기(1)의 다수면의 내부에 다수개의 히트파이프(6)를 삽입내설하여 히트파이프 증발부(7)를 형성하고, 상기 각각의 히트파이프(6)를 길게 연장하여 타측은 실외기 코일(3)의 하측면에 부착하여 히트파이프 응축부(8)를 형성하도록 이루어진 것이다.

이는 밀폐형 압축기에 다수의 삽입공을 형성하고, 다수의 삽입공에 각각 압축기 내의 열을 외부로 방열시키기 위한 히트파이프(6)를 삽입 설치하는 것이다.

이는 압축기내부의 필요한 장소에 히트파이프(6)를 삽입내설하고 압축기 내부에서 발생되는 열을 외부로 방출할 수 있도록 설치하는 것이다.

도 5는 본 고안에 따른 히트펌프를 나타낸 제4실시예로서, 이를 설명하면,

압축기(1)의 다수면의 내부에 다수개의 히트파이프(6)를 삽입내설하여 히트파이프 증발부(7)를 형성하고, 상기 각각의 히트파이프(6)를 길게 연장하여 타측은 실외기 코일(3)의 공기배출방향으로 외측에 부착하여 히트파이프 응축부(8)를 형성하도록 이루어진 것이다.

이는 다수개의 히트파이프 응축부(8)를 실외기 코일(3)의 내측에 장착하여 더욱 효과적인 열교환능력을 향상시키고자 하는 것이다.

상기 본 고안의 제1실시예 내지 제4실시예에서, 히트파이프의 증발부는 압축기의 내부에 삽입공을 형성하고, 이를 통하여 히트파이프를 내설한 경우이며, 상기 실시예는 히트파이프의 효율을 향상시킬수 있으나, 압축기의 외주연에 삽입공을 형성하여야 하는 어려움이 있는 것이다.

도 6은 본 고안에 따른 공기조화기를 나타낸 제5실시예로서, 일측은 히트파이프 증발부(7)는 압축기(1)의 외주연의 일측에 밀착하여 부착되도록 이루어진 것이며, 타측은 실외기 코일(3)의 하측면에 부착하여 히트파이프 응축부(8)를 형성하도록 이루어진 것이다.

이는 압축기의 내부에 삽입공을 형성하지 않고, 압축기의 외표면에 히트파이프를 밀착하여 부착한 실시예로서, 보다 쉽게 기존 압축기와 히트파이프를 연결한 경우이며, 효율을 증가시키기 위하여 다수개의 히트파이프 증발부(7)를 압축기의 외표면에 부착할 수 있는 것이며, 다른 실시예로서, 히트파이프 응축부(8)는 상기 각각의 히트파이프(6)를 길게 연장하여 타측은 실외기 코일(3)의 공기배출방향으로 외측에 부착하여 히트파이프 응축부(8)를 형성하도록 이루어진 것이다.

도 7은 본 고안에 따른 공기조화기를 나타낸 제6실시예로서, 일측은 히트파이프 증발부(7)는 압축기(1)의 토출배관(9)의 일측에 밀착하여 부착되도록 이루어진 것이며, 타측은 실외기 코일(3)의 하측면에 부착하여 히트파이프 응축부(8)를 형성하도록 이루어진 것이다.

이는 압축기의 토출배관면에 히트파이프를 밀착하여 부착한 실시예로서, 보다 쉽게 기존 압축기와 히트파이프를 연결한 경우이며, 효율을 증가시키기 위하여 다수개의 히트파이프 증발부(7)를 토출배관에 부착할 수 있는 것이며, 다른 실시예로서, 히트파이프 응축부(8)는 상기 각각의 히트파이프(6)를 길게 연장하여 타측은 실외기 코일(3)의 공기배출방향으로 외측에 부착하여 히트파이프 응축부(8)를 형성하도록 이루어진 것이다.

본 고안은 압축기의 내부에 삽입공을 형성하고, 상기 삽입공에 압축기내부의 열을 외부로 방열하기 위하여 히트파이프를 삽입하여 설치하여 히트파이프 증발부를 형성하고, 타단은 실외기 코일의 주위에 위치하는 실시예로서, 이로 인하여, 흡입된 냉매가스의 과열을 방지하여 비체적의 증가를 억제하므로 흡입 냉매가스의 밀도가 증가하여 공조시스템의 성능을 향상시키며, 동계시에 결빙을 미연에 방지하며, 실외기의 열교환능력을 증가시키는 공기조화기를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 히트펌프를 나타낸 개략도,

도 2는 본 고안에 따른 히트펌프를 나타낸 제1실시예,

도 3은 본 고안에 따른 히트펌프를 나타낸 제2실시예,

도 4는 본 고안에 따른 히트펌프를 나타낸 제3실시예,

도 5는 본 고안에 따른 히트펌프를 나타낸 제4실시예,

도 6은 본 고안에 따른 히트펌프를 나타낸 제5실시예,

도 7은 본 고안에 따른 히트펌프를 나타낸 제6실시예,

도 8A는 본 고안에 따른 히트파이프의 단면도,

도 8B는 본 고안에 따른 히트파이프의 측면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1: 압축기 2 : 4방변

3: 실외기 코일 4 : 팽창밸브

5: 실내기 코일 6: 히트파이프

7: 히트파이프 증발부 8: 히트파이프 응축부

9: 토출배관

Claims (4)

1. 히트펌프에 있어서,

   압축기(1)의 일측 내부에 1개 이상의 히트파이프(6)의 일측부를 삽입내설하여 히트파이프 증발부(7)를 형성하고, 상기 히트파이프(6)를 길게 연장하여 타측은 실외기 코일(3)의 하측면에 부착하여 히트파이프 응축부(8)를 형성하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 압축기를 이용한 히트파이프 제상 고효율 히트펌프.
2. 히트펌프에 있어서,

   압축기(1)의 외표면에 1개 이상의 히트파이프(6)를 부착하여 히트파이프 증발부(7)를 형성하고, 상기 각각의 히트파이프(6)를 길게 연장하여 타측은 실외기 코일(3)의 하측면에 부착하여 히트파이프 응축부(8)를 형성하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 압축기를 이용한 히트파이프 제상 고효율 히트펌프.
3. 히트펌프에 있어서,

   압축기(1)의 토출배관(9)의 일측에 1개 이상의 히트파이프(6)를 부착하여 히트파이프 증발부(7)를 형성하고, 상기 각각의 히트파이프(6)를 길게 연장하여 타측은 실외기 코일(3)의 하측면에 부착하여 히트파이프 응축부(8)를 형성하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 압축기를 이용한 히트파이프 제상 고효율 히트펌프.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 히트파이프 응축부(7)는 상기 각각의 히트파이프(6)를 길게 연장하여 타측은 실외기 코일(3)의 공기배출방향으로 외측에 부착하여 히트파이프 응축부(8)를 형성하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 압축기를 이용한 히트파이프 제상 고효율 히트펌프 .