KR20040024242A - 히트펌프 시스템의 전자팽창밸브 - Google Patents

히트펌프 시스템의 전자팽창밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 전자팽창밸브에 관한 것으로서, 서로 다른 용량을 가지는 다수개의 압축기가 채용된 히트펌프 시스템에서 개도값에 따라 냉매 유량을 조절할 수 있는 LEV를 포함하여 구성되는 상기 히트펌프 시스템의 냉방 또는 난방운전시 냉매 배관의 장단 및 냉매가 부족한 경우와 상기 LEV의 개도값이 설정된 최대 개도값과 최소 개도값이사이에서 변화되도록 하는 동시에 냉난방 운전시 실내팬과 실외팬의 동작여부에 개도값을 변화시킬 수 있도록 하고, 냉방 또는 난방부하에 따라 다수개의 압축기에 의해 결정되는 용량이 변화되면 그에 따라 LEV의 개도값을 변화시키고, 특히 LEV의 개도값의 증가분을 감소분에 비하여 작게하여 액냉매의 유입을 방지하여 히트펌프 시스템의 효율을 최적화할 수 있는 효과가 있다.

Description

히트펌프 시스템의 전자팽창밸브{ Linear expansion valve of heat pump system using multi compressors }
본 발명은 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 전자팽창밸브에 관한 것으로서, 특히 다수개의 압축기가 적용되는 히트펌프 시스템의 운전상태에 따라 냉매 유량이 가변되도록 하여 히트펌프 시스템의 효율이 최적화되도록 하는 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 전자팽창밸브에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프는 저온저압의 기체상태인 냉매를 고온고압의 기체상태의 냉매로 변화시키는 압축기와, 상기 압축기에서 변화된 고온고압의 기체상태인 냉매를 중온고압의 액체상태의 냉매로 변화시키는 응축기와, 상기 응축기에서 변화된 중온고압의 액체상태인 냉매를 저온저압의 액체상태의 냉매로 변화시키는 전자팽창밸브와, 저온저압의 액체상태 냉매를 기체상태의 냉매로 변화시키는 증발기 및 냉난방 모드에 따라 냉매의 유로를 바꾸어주는 4방밸브를 포함하여 구성된다.
상기 히트펌프에서 실내 열교환기와 실외 열교환기는 냉난방 모드에 따라 그 역할이 달라지는데, 난방 모드에서는 실내 열교환기가 응축기 역할을 수행하고 실외 열교환기가 증발기 역할을 수행하는데 비하여 냉방 모드에서는 실내 열교환기가 증발기 역할을 수행하고 실외 열교환기가 응축기 역할을 수행하는 것이다.
또한, 최근에는 서로 다른 용량을 가지는 다수개의 압축기를 사용함으로써 냉방 부하 또는 난방 부하에 따라 용량을 가변시킬 수 있도록 하여 냉방 및 난방 효율을 최적화할 수 있도록 하고 있다.
도 1 은 두 개의 압축기를 적용한 히트펌프의 냉방사이클이 도시된 구성도로써, 냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축하는 서로 다른 용량를 가지는 제 1 및 제 2 압축기(11, 12)와, 냉매를 실외 공기와 열교환시켜 중온고압의 액체냉매로 응축시키는 실외 열교환기(14) 및 상기 실외 열교환기측으로 공기를 송풍시키는 실외팬(14a)과, 상기 실외 열교환기(14)를 통과한 냉매를 저온저압의 액체냉매로 감압시키는 전자팽창밸브(Linear Expansion Valve, 이하 LEV라 함)(15)와, 상기 LEV(15)를 통과한 냉매를 실내공기와 열교환시키는 실내 열교환기(16) 및 상기 실내 열교환기(16)측으로 공기를 송풍시키는 실내팬(16a)과, 상기 실내 열교환기(16)를 통과한 냉매(Two-Phase)로부터 액체냉매를 분리하고 기체냉매만 상기 제 1 및 제 2 압축기(11, 12)로 공급하는 어큐뮬레이터(17)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 두 개의 압축기를 채용한 히트펌프 시스템은 상기 제 1 및 제 2 압축기(11, 12)에의 압축된 냉매의 역류을 방지하는 체크밸브(11a, 12a)와, 상기 제 1 및 제 2 압축기(11, 12)를 통과한 냉매의 유로를 절환시켜 열교환기의 역할이 바뀌도록 하는 4방밸브(13)를 더 포함한다.
그러나, 상기와 같은 두 개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템은 서로 다른 용량을 가지는 두 개의 압축기에 의해 결정되는 용량 또는 냉난방 운전 상태에 무관하게 일정한 냉매 유량이 통과하게 되므로 히트펌프 시스템의 운전 효율이 향상되는데 한계가 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 개도값에 따라 냉매 유량이 가변되도록 하는 LEV를 이용하여 다수개의 압축기에 의해 결정되는 용량 또는 냉난방 운전상태에 따라 냉매 유량을 가변시킬 수 있도록 하여 히트펌프 시스템의 효율을 향상시키는 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 LEV를 제공하는데 있다.
도 1 은 두 개의 압축기를 채용한 히터펌프 시스템이 도시된 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 전자팽창밸브의 동작방법이 도시된 순서도이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 LEV의 특징에 따르면, 냉방 또는 난방부하에 따라 용량을 가변시키는 다수개의 압축기와, 개도값에 따라 냉매 배관을 통과하는 냉매 유량을 가변시킬 수 있는 전자팽창밸브를 포함하여 구성되는 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 냉매 배관의 장단에 따라 상기 개도값의 감소 및 액냉매의 유입을 방지할 수 있도록 상기 전자팽창밸브의 개도값이 설정된 최대 개도값과 최소 개도값사이에서 변화되도록 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2 는 본 발명에 따른 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 LEV의 동작방법이 도시된 순서도이다.
본 발명에 따른 히트펌프 시스템은 서로 다른 용량을 가지는 다수개의 압축기(11, 12)와, 냉매를 실외 공기와 열교환시켜 중온고압의 액체냉매로 응축시키는 실외 열교환기(14) 및 상기 실외 열교환기(14)측으로 공기를 송풍시키는 실외팬(14a), 상기 실외 열교환기(14)를 통과한 중온고압의 냉매를 저온저압의 액체냉매로 감압시키는 LEV(15)와, 상기 LEV(15)를 통과한 냉매를 실내공기와 열교환시키는 실내 열교환기(16) 및 상기 실내 열교환기(16)측으로 공기를 송풍시키는 실내팬(16a)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 도 2 에 미설명된 참조번호는 상기 도 1 과 동일한 참조번호를 사용한다.
여기서, 상기 LEV(15)는 설정된 개도값을 가지며 상기 실외 열교환기(14)와 실내 열교환기(16)로 일정한 냉매 유량이 통과되도록 한다.
특히, 상기 LEV(15)는 냉매 배관이 장배관으로 형성된 경우 압력 강하가 발생하여 상기 LEV(15)의 개도값이 감소하게 되고, 냉매가 부족하거나 상기 냉매 배관이 단배관으로 형성되는 경우 목표 과열도에 도달하기 위해 상기 LEV(15)의 개도값이 증가하게 되는데, 이때 상기 개도값이 증가함에 따라 액냉매가 유입되는 경우가 발생하게 된다.
따라서, 상기 냉매 배관이 장배관 또는 단배관으로 형성되거나 냉매가 부족한 경우 상기 LEV(15) 개도값의 감소 또는 액냉매의 유입을 방지하기 위하여 상기 LEV(15)의 개도값이 설정된 최대 개도값과 최소 개도값사이에 변화되도록 하는 것이다.
상기와 같은 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 LEV을 동작방법을 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 따른 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 LEV의 동작방법은 도 2 에 도시된 바와 같이, 먼저, 제 1 단계에서 서로 다른 용량을 가지는 다수개의 압축기(11, 12)가 적용되는 히트펌프 시스템에서 상기 다수개의 압축기(11, 12)가 모두 가동되어 냉방 또는 난방 운전을 수행한다.(S1 참조)
여기서, 상기 다수개의 압축기(11, 12)가 각각 중간 용량과 최소 용량을 가지는 두 개의 압축기로 이루어진 경우 상기 두 개의 압축기가 모두 가동되어 최대 용량으로 상기 냉방 또는 난방 운전이 수행되는 것이다.
제 2 단계는 상기 제 1 단계에서 다수개의 압축기가 동작하는 동안 상기 LEV(15)의 개도값이 설정된 최대 개도값과 최소 개도값사이에 변화되도록 한다.(S2참조)
즉, 냉매 배관이 장배관으로 이루어져 상기 LEV(15)의 개도값이 상기 최소 개도값 이하로 감소하는 것을 방지하는 동시에 상기 냉매 배관이 단배관으로 이루어지거나 냉매 유량을 부족으로 인해 상기 LEV(15)의 개도값이 과도하게 증가하여 액냉매 유입이 방지되도록 최대개도값을 초과하지 않도록 하는 것이다.
제 3 단계는 상기 제 1 단계에서 가동되는 다수개의 압축기(11, 12)가 냉방 또는 난방부하가 감소하는 경우 상기 다수개의 압축기(11, 12)중 일부개가 선택적으로 가동되어 냉방 또는 난방운전이 수행된다.(S3 및 S4 참조)
제 4 단계는 상기 제 3 단계에서 일부개의 압축기가 선택적으로 가동되는 경우 상기 제 2 단계에서 설정된 상기 LEV(15)의 최대 개도값과 최소 개도값에서 설정치만큼 감소된 죄대개도값과 최소개도값사이에서 변화되도록 하여 상기 LEV(15)의 개도값 감소 또는 액냉매 유입을 방지할 수 있도록 하는 것이다.(S15 참조)
한편, 상기 히트펌프 시스템 LEV는 상기 히트펌프 시스템의 냉방운전시 상기 실내팬(14a)의 풍량이 감소하게 되는 경우에도 상기 LEV(15)의 개도값이 설정범위내에서 감소되도록 하여 냉매의 증발이 이루어지지 않고 액냉매가 유입되는 것을 방지한다.
또한, 상기 히트펌프 시스템의 난방운전시 실외 열교환기(14)의 온도가 실외 온도에 비하여 높은 경우 상기 실외 열교환기(14)에 공기를 송풍시키는 실외팬(14a)을 오프시키게 되는 난방 과부하 운전을 수행하게 된다. 특히, 상기 실외팬(14a)이 오프된 경우에도 개도값을 감소시켜 냉매의 증발량 감소로 인한 액냉매 유입을 방지하고 상기 난방과부하 해소시 상기 실외팬(14a)이 온될 경우 빠른 시간내에 목표 과열도에 도달할 수 있도록 상기 개도값을 증가시키게 된다.
그리고, 다수개의 압축기가 적용된 히트펌프 시스템의 경우 상기 다수개의 압축기(11, 12)가 동시에 동작하거나 일부개가 선택적으로 동작하거나 일부개의 압축기가 동작하는 도중 냉방 또는 난방부하가 증가되어 상기 다수개의 압축기(11, 12)가 동시에 동작하게 될 경우 상기 LEV(15)의 개도값을 감소 또는 증가시켜 액냉매의 유입을 방지하는 동시에 목표 과열도에 도달하는 시간을 단축시키게 된다.
이때, 상기 LEV의 개도값의 감소분은 상기 증가분에 비하여 크게 형성되는데, 이는 상기 LEV의 개도값이 증가분이 크게 되면 냉매 유량이 급격히 증가하여 액냉매가 유입되는 것을 방지하기 위함이다.
또한, 상기 최소용량에서 최대용량으로 증가할 경우의 개도값의 증가분은 중간용량에서 최대용량으로 압축기의 용량이 증가하는 개도값의 증가분보다 작게 설정되며, 급격한 냉매 유량의 증가로 인해 액냉매가 유입되는 것을 방지된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 전자팽창밸브는 특히 서로 다른 용량을 가지는 다수개의 압축기가 채용된 히트펌프 시스템에서 개도값에 따라 냉매 유량을 조절할 수 있는 LEV를 포함하여 구성되는 상기 히트펌프 시스템의 냉방 또는 난방운전시 냉매 배관의 장단 및 냉매가 부족한 경우와 상기 LEV의 개도값이 설정된 최대 개도값과 최소 개도값이사이에서 변화되도록 하는 동시에 냉난방 운전시 실내팬과 실외팬의 동작여부에 개도값을 변화시킬 수 있도록 하여 히트펌프 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉방 또는 난방부하에 따라 다수개의 압축기에 의해 결정되는 용량이 변화되면 그에 따라 LEV의 개도값을 변화시키고, 특히 LEV의 개도값의 증가분을 감소분에 비하여 작게하여 액냉매의 유입을 방지하여 히트펌프 시스템의 효율을 최적화하는데 있다.

Claims (6)

  1. 냉방 또는 난방부하에 따라 용량을 가변시키는 다수개의 압축기와; 개도값에 따라 냉매 배관을 통과하는 냉매 유량을 가변시키는 히트펌프 시스템에 있어서,
    상기 냉매 배관의 장단에 따라 상기 전자팽창밸브의 개도값 감소 및 액냉매의 유입이 방지되도록 상기 전자팽창밸브의 개도값이 설정된 최대 개도값과 최소 개도값사이에서 변화되도록 하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 전자팽창밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트펌프 시스템의 전자팽창밸브는 상기 다수개의 압축기에 의해 결정되는 용량이 증가되는 경우 상기 전자팽창밸브의 개도값 증가범위는 상기 압축기에 액냉매가 유입되는 것이 방지되도록 상기 다수개의 압축기에 의해 결정되는 용량이 감소되는 경우 상기 전자팽창밸브의 개도값 감소범위에 비하여 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 전자팽창밸브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트펌프 시스템은 난방운전시 상기 최소 개도값이 상기 최대 개도값보다 작은 설정범위내에서 변화되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 전자팽창밸브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 히트펌프 시스템은 난방과부하 운전시 실내팬을 오프시킬 경우 감소되는 개도값에 비하여 상기 난방과부하 운전 종료시 실내팬이 온될 경우 증가되는 개도값이 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 전자팽창밸브.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 히트펌프 시스템은 냉방운전시 상기 최소 개도값과 최소 개도값이 동일한 설정범위내에서 변화되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 전자팽창밸브.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 히트펌프 시스템은 냉방운전시 실내 풍량이 감소되는 경우 상기 전자팽창밸의 개도값이 감소되는 것을 특징으로 한느 히트펌프 시스템의 전자팽창밸브.
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