KR20040003628A - 히트 펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉방 또는 난방 작동되는 히트 펌프 시스템에 관한 것으로서, 특히 냉방 작동시 실외 열교환기 입구 측의 온도를 낮춰주고, 난방 작동시 압축기 입구 측의 온도를 높여줌으로 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 히트 펌프 시스템은 냉방 작동시 어큐뮬레이터와 실외 열교환기 입구 사이에 열교환 작용이 일어나도록 설치된 예열수단에 의해 상기 실외 열교환기 입구 측의 온도를 낮추어줌으로 압축기의 소요 동력을 절감시킬 뿐 아니라 실내 열교환기의 열교환 효율을 높일 수 있고, 난방 작동시 어큐뮬레이터와 압축기 사이에 열교환 작용이 일어나도록 설치된 예열수단에 의해 상기 압축기 입구 측의 온도를 높여줌으로 시스템 전체의 온도를 높여 주어 실외 열교환기에 착상을 방지할 뿐 아니라 실내 열교환기 및 실외 열교환기의 열교환 효율을 높일 수 있다.

Description

히트 펌프 시스템 { The heat pump system }

본 발명은 냉방 또는 난방 작동되는 히트 펌프 시스템에 관한 것으로서, 특히 냉방 작동시 실외 열교환기 입구 측의 온도를 낮춰주고, 난방 작동시 압축기 입구 측의 온도를 높여줌으로 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 히트 펌프 시스템은 냉방 작동시 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 따라 냉매가 순환되는 장치로써, 냉/난방 작동시 냉매의 유로를 바꾸어주는 4방 밸브가 더 포함된다.

즉, 히트 펌프 시스템은 냉방 작동시 실외 열교환기가 응축기 역할을 수행하고, 실내 열교환기가 증발기 역할을 수행하여 실내 측으로 차가운 공기를 토출시키는 반면, 난방 작동시 실외 열교환기가 증발기 역할을 수행하고, 실내 열교환기가 응축기 역할을 수행하여 실내 측으로 따뜻한 공기를 토출시킨다.

도 1은 종래 기술에 따른 히트 펌프 시스템의 냉방 작동 상태가 도시된 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 히트 펌프 시스템의 난방 작동 상태가 도시된 구성도이다.

종래의 히트 펌프 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 냉방 작동시 냉매를 고온 고압의 기체 냉매로 압축시키는 압축기(2)와, 상기 압축기(2)에서 압축된 냉매를 실외 공기와 열교환시켜 중온 고압의 액체 냉매로 응축시키는 실외 열교환기(4)와, 상기 실외 열교환기(4)에서 응축된 냉매를 저온 저압의 액체 또는 기체 상태냉매로 감압시키는 팽창밸브(6)와, 상기 팽창밸브(6)에서 감압된 냉매를 실내 공기와 열교환시켜 저온 저압의 기체 냉매로 열교환시키는 실내 열교환기(8)로 이루어진다.

아울러, 상기 압축기(2)의 입구 측에는 상기 압축기(2) 측으로 액체 냉매가 유입되는 것을 방지하기 위하여 상기 실내 열교환기(8)를 통과한 냉매 중 액체 냉매를 기체 냉매로 상변화시키는 어큐뮬레이터(10)가 설치된다.

이때, 상기 실외 열교환기(4)는 응축기 역할을 수행하고, 상기 실내 열교환기(8)는 증발기 역할을 수행한다.

물론, 상기 압축기(2)와 실외 열교환기(4) 및 실내 열교환기(8) 사이에는 냉매의 흐름을 변경할 수 있는 4방밸브(12)가 설치된다.

따라서, 히트 펌프 시스템이 난방 작동될 경우 도 2에 도시된 바와 같이 냉매는 상기 4방밸브(12)에 의해 흐름이 절환되어 압축기(2), 실내 열교환기(8), 팽창밸브(6), 실외 열교환기(4)를 따라 흐르게 된다.

이때, 상기 실외 열교환기(4)는 증발기 역할을 수행하고, 상기 실내 열교환기는 응축기 역할을 수행한다.

그러나, 종래의 기술에 따른 히트 펌프 시스템은 냉방 작동시 실외 공기의 온도가 높으면 사이클 전체의 온도가 올라가기 때문에 실내 열교환기(8)의 열교환 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 종래 기술에 다른 히트 펌프 시스템은 난방 작동시 실외 공기의 온도가 낮으면 사이클의 전체 온도가 낮아지기 때문에 실외 열교환기(4)에 서리가 착상될 뿐 아니라 실내 열교환기(8)와 실외 열교환기(4)의 열교환 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉방 작동시 실외 열교환기 입구 측의 온도를 낮추어줌으로 사이클 전체의 온도를 낮추어주고, 난방 작동시 압축기 입구 측의 온도를 높여줌으로 사이클 전체의 온도를 높여주어 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 히트 펌프 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 히트 펌프 시스템의 냉방 작동 상태가 도시된 구성도,

도 2는 종래 기술에 따른 히트 펌프 시스템의 난방 작동 상태가 도시된 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 냉방시 히트 펌프 시스템의 일예가 도시된 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 난방시 히트 펌프 시스템의 다른 일예가 도시된 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

52 : 압축기 54 : 실외 열교환기

56 : 팽창밸브 58 : 실내 열교환기

60 : 어큐뮬레이터 62 : 4방밸브

64 : 히트 파이프

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 히트 펌프 시스템은 압축기, 실외 열교환기, 팽창밸브, 실내 열교환기 및 어큐뮬레이터를 따라 냉매가 순환되는 히트 펌프 시스템에 있어서, 상기 어큐뮬레이터와 실외 열교환기 입구 사이에 설치되어 냉방 작동시 상기 어큐뮬레이터와 실외 열교환기 입구 사이에 열교환 작용이 일어나도록 하여 상기 실외 열교환기 입구 측의 온도를 낮추어주는 해열수단이 더 포함된다.

또한, 본 발명에 따른 히트 펌프 시스템은 압축기, 실외 열교환기, 팽창밸브, 실내 열교환기 및 어큐뮬레이터를 따라 냉매가 순환되는 히트 펌프 시스템에있어서, 상기 어큐뮬레이터와 압축기 사이에 설치되어 난방 작동시 상기 압축기와 어큐뮬레이터 사이에 열교환 작용이 일어나도록 하여 상기 압축기의 입구 측의 온도를 높여주는 예열수단이 더 포함된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 냉방시 히트 펌프 시스템의 일예가 도시된 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 난방시 히트 펌프 시스템의 다른 일예가 도시된 구성도이다.

상기 본 발명에 따른 히트 펌프 시스템의 일예는 도 3에 도시된 바와 같이 냉방 작동시 냉매를 고온 고압의 기체 냉매로 압축하는 압축기(52)와, 상기 압축기(52)에서 압축된 냉매를 중온 고압의 액체 냉매로 응축하는 실외 열교환기(54)와, 상기 실외 열교환기(54)에서 응축된 냉매를 저온 저압의 기체 또는 액체 냉매로 감압시키는 팽창밸브(56)와, 상기 팽창밸브(56)에서 감압된 냉매를 저온 저압의 기체 냉매로 증발시키는 실내 열교환기(58)와, 상기 실내 열교환기(58)를 통과한 냉매 중 액체 냉매가 상기 압축기(52) 측으로 유입되는 것을 방지하기 위하여 상기 압축기(52)의 입구 측에 설치되어 액체 냉매를 기체 냉매로 변화시키는 어큐뮬레이터(60)로 구성된다.

아울러, 상기 어큐뮬레이터(60)와 실외 열교환기(54) 입구 사이에는 냉방 작동시 상기 어큐뮬레이터(60)와 실외 열교환기(54) 입구 사이에 열교환 작용이 일어나도록 하여 상기 실외 열교환기(54) 입구 측의 온도를 낮추어주는 해열수단이 설치되고, 상기 압축기(52)와 실외 열교환기(54) 및 실내 열교환기(58) 사이에는 냉방 또는 난방 작동에 따라 냉매의 흐름을 절환시킬 수 있는 4방밸브(62)가 설치된다.

여기서, 상기 해열수단은 상기 어큐뮬레이터(60)와 실외 열교환기(54) 입구 측에 걸쳐 설치된 히트 파이프(64)인 것으로 상기 히트 파이프(64)는 일측이 상기 어큐뮬레이터(60) 내부에 코일 형상으로 설치되고, 타측이 상기 실외 열교환기(54) 입구 외둘레를 감싸도록 코일 형상으로 설치된다.

즉, 상기 히트 파이프(64)는 일측이 상대적으로 저온의 냉매가 흐르는 어큐뮬레이터(60)에 설치되고, 타측이 상대적으로 고온의 냉매가 흐르는 실외 열교환기(54)의 입구 측에 설치됨으로 상기 히트 파이프(64) 내부에 작동 유체가 이동되면서 어큐뮬레이터(60)와 실외 열교환기(54) 입구 측 사이에 열교환 작용을 일으켜 상기 실외 열교환기(54) 입구 측의 온도를 낮춰준다.

물론, 냉방 작동시 상기 실외 열교환기(54)는 응축기 역할을 수행하고, 상기 실내 열교환기(58)는 증발기 역할을 수행한다.

반면, 본 발명에 따른 히트 펌프 시스템의 다른 일예는 도 4에 도시된 바와 같이 난방 작동시 냉매가 압축기(72), 실내 열교환기(78), 팽창밸브(76), 실외 열교환기(74), 어큐뮬레이터(80)를 따라 순환되도록 구성되고, 상기 어큐뮬레이터(80)와 압축기(72) 사이에는 난방 작동시 상기 어큐뮬레이터(80)와 압축기(72) 사이에 열교환 작용이 일어나도록 하여 상기 압축기(72) 입구 측의 온도를 높여주는 예열수단이 설치된다.

그리고, 상기 압축기(72)와 실외 열교환기(74) 및 실내 열교환기(78) 사이에는 냉방 또는 난방 작동에 따라 냉매의 흐름을 절환시킬 수 있는 4방밸브(82)가 설치된다.

물론, 난방시 상기 실내 열교환기(78)는 응축기 역할을 수행하고, 실외 열교환기(74)는 증발기 역할을 수행한다.

여기서, 상기 예열수단은 상기 어큐뮬레이터(80)와 압축기(72) 사이에 설치된 히트 파이프(84)인 것으로 상기 히트 파이프(84)는 일측이 상기 압축기(72)의 외둘레를 감싸도록 코일 형상으로 설치되고, 타측이 상기 어큐뮬레이터(80) 내부에 코일 형상으로 설치된다.

즉, 상기 히트 파이프(84)는 일측이 상대적으로 저온의 냉매가 흐르는 어큐뮬레이터(80) 내부에 설치되고, 타측이 상대적으로 고온의 냉매가 흐르는 압축기(72) 외둘레에 설치됨으로 상기 히트 파이프(84) 내부에 작동 유체가 이동되면서 어큐뮬레이터(80)와 압축기(72) 사이에 열교환 작용을 일으켜 상기 압축기(72) 입구 측의 온도를 높여준다.

상기와 같이 냉방 작동시 히트 펌프 시스템의 일예가 작동되는 상태를 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이 압축기(52)가 작동되어 냉매가 압축되어 고온 고압 기체 냉매가 되고, 상기 압축기(52)에서 압축된 냉매는 실외 열교환기(54)를 통과하면서 실외 공기와 열교환되어 중온 고압의 액체 냉매로 응축되며, 상기 실외 열교환기(54)에서 응축된 냉매는 팽창밸브(56)를 통과하면서 감압되어 저온 저압의 액체 또는 기체 2상의 냉매가 되고, 상기 팽창밸브(56)를 통과한 냉매는 실내 열교환기(58)를 통과하면서 실내 공기와 열교환되어 저온 저압의 기체 냉매로 증발된다.

이때, 상기 실내 공기는 상기 실내 열교환기(58)를 통과하면서 냉매와 열교환되어 차가워진 뒤, 실내 측으로 다시 토출된다.

다음, 상기 실내 열교환기(58)를 통과하면서 기화되지 못한 일부의 냉매는 어큐뮬레이터(60)를 지나면서 완전히 기화되어 상기 압축기(52) 측으로 다시 유입되어 순환하게 된다.

상기와 같이 냉매가 순환됨과 아울러 상기 어큐뮬레이터(60)와 실외 열교환기(54) 입구 사이에 설치된 히트 파이프(64)는 내부의 작동 유체가 상대적으로 고온인 실외 열교환기(58) 입구 측으로부터 상대적으로 저온인 어큐뮬레이터(60) 측으로 이동되면서 상기 실외 열교환기(58) 입구 측의 온도를 낮춰주고, 상기 압축기(52) 입구 측의 온도를 높여준다.

물론, 상기 히트 파이프(64)에 의해 상기 압축기(52) 입구 측의 온도가 높아짐에 따라 냉매의 비체적이 커지게 되어 순환되는 냉매 유량이 줄어드는 것을 방지하기 위하여 상기 팽창밸브(56)의 개도량이 커지도록 제어된다.

따라서, 상기 압축기(52) 입구 측의 온도가 높아지는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라 순환되는 냉매 유량이 늘어나게 되고, 상기 실외 열교환기(54)의 온도가 낮아짐으로 압축기(52)의 소요 동력이 저감될 뿐 아니라 사이클 전체의 냉매 온도가 낮아짐으로 실내 열교환기의 열교환 효율을 높일 수 있다.

반면, 상기와 같이 난방 작동시 히트 펌프 시스템의 다른 일예가 작동되는 상태를 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이 압축기(72)가 작동되어 냉매가 압축되어 고온 고압 기체 냉매가 되고, 상기 압축기(72)에서 압축된 냉매는 실내 열교환기(78)를 통과하면서 실내 공기와 열교환되어 중온 고압의 액체 냉매로 응축되며, 상기 실내 열교환기(78)에서 응축된 냉매는 팽창밸브(76)를 통과하면서 감압되어 저온 저압의 액체 또는 기체 2상의 냉매가 되고, 상기 팽창밸브(76)를 통과한 냉매는 실외 열교환기(74)를 통과하면서 실외 공기와 열교환되어 저온 저압의 기체 냉매로 증발된다.

이때, 상기 실내 공기는 상기 실내 열교환기(78)를 통과하면서 냉매와 열교환되어 따뜻해진 뒤, 실내 측으로 다시 토출된다.

다음, 상기 실외 열교환기(74)를 통과하면서 기화되지 못한 일부의 냉매는 어큐뮬레이터(80)를 지나면서 완전히 기화되어 상기 압축기(72) 측으로 다시 유입되어 순환하게 된다.

상기와 같이 냉매가 순환됨과 아울러 상기 어큐뮬레이터(80)와 압축기(72) 사이에 설치된 히트 파이프(84)는 내부의 작동 유체가 상대적으로 고온인 압축기(72) 측으로부터 상대적으로 저온인 어큐뮬레이터(80) 측으로 이동되면서 상기 어큐뮬레이터(80)가 설치된 상기 압축기(72) 입구 측의 온도를 높여준다.

따라서, 상기 압축기(72)를 지나 실내 열교환기(78) 측으로 유입되는 냉매의온도가 높아짐으로 실내 공기와 실내 열교환기(78) 사이의 열교환 효율이 높아질 뿐 아니라 전체 사이클의 냉매 온도가 높아짐으로 실외 온도가 낮더라도 상기 실외 열교환기(74)의 착상이 방지되어 실외 공기와 실외 열교환기(74) 사이의 열교환 효율이 높아진다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 히트 펌프 시스템은 냉방시 어큐뮬레이터와 실외 열교환기 입구 사이에 설치된 히트 파이프에 의해 실외 열교환기 입구의 온도가 낮아지고 냉매 유량이 늘어나기 때문에 전체 사이클의 온도를 낮출 수 있어 실내 열교환기의 열교환 효율을 높일 수 있고, 압축기의 소요 동력을 저감시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 히트 펌프 시스템은 난방시 어큐뮬레이터와 압축기 사이에 설치된 히트 파이프에 의해 어큐뮬레이터가 설치된 압축기의 입구 온도를 높어줌으로 전체 사이클의 온도를 높여주기 때문에 실내 열교환기의 열교환 효율을 높여줄 뿐 아니라 실외 열교환기의 착상을 방지하여 실외 열교환기의 열교환 효율을 높여줄 수 있는 이점이 있다.

Claims (7)

1. 압축기, 실외 열교환기, 팽창밸브, 실내 열교환기 및 어큐뮬레이터를 따라 냉매가 순환되는 히트 펌프 시스템에 있어서,

   상기 어큐뮬레이터와 실외 열교환기 입구 사이에 설치되어 냉방 작동시 상기 어큐뮬레이터와 실외 열교환기 입구 사이에 열교환 작용이 일어나도록 하여 상기 실외 열교환기 입구 측의 온도를 낮추어주는 해열수단이 더 포함된 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 해열수단은 상기 어큐뮬레이터와 실외 열교환기 입구 측에 걸쳐 설치된 히트 파이프인 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 히트 파이프는 상기 어큐뮬레이터 측에 설치된 부분이 상기 어큐뮬레이터 내부에 코일 형상으로 설치된 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
4. 압축기, 실내 열교환기, 팽창밸브, 실외 열교환기 및 어큐뮬레이터를 따라 냉매가 순환되는 히트 펌프 시스템에 있어서,

   상기 어큐뮬레이터와 압축기 사이에 설치되어 난방 작동시 상기 압축기와 어큐뮬레이터 사이에 열교환 작용이 일어나도록 하여 상기 압축기의 입구 측의 온도를 높여주는 예열수단이 더 포함된 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 예열수단은 상기 어큐뮬레이터와 압축기 사이에 설치된 히트 파이프인 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 히트 파이프는 상기 어큐뮬레이터 측에 설치된 부분이 상기 어큐뮬레이터 내부에 코일 형상으로 설치된 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 히트 파이프는 상기 압축기 측에 설치된 부분이 상기 압축기의 외둘레를 감싸도록 코일 형상으로 설치된 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.