KR20040033083A - Heat Pump With Heat Pipe Type Indoor Heat Exchanger and Heat Exchange Method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열펌프의 성능을 향상시키기 위해서 사용하는 내부열교환기의 열교환 성능을 극대화시킬 수 있는 히트파이프형 내부열교환기를 갖는 열펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump having a heat pipe type internal heat exchanger that can maximize the heat exchange performance of the internal heat exchanger used to improve the performance of the heat pump.
일반적으로 열펌프는 냉방장치의 역사이클로서, 실외기의 열교환기(증발기)에서 열을 흡수하여 실내에 설치된 실내기의 열교환기(응축기)를 이용하여 열을 방열시키는 원리이므로 난방시 대기온도가 낮아짐에 비례하여 증발기에서 냉매의 증발효율이 저하됨으로써 특히 추운 겨울에는 난방열량이 부족하기 때문에 이의 개선을 위하여 많은 노력들을 하고 있다.In general, the heat pump is a reverse cycle of the air conditioner, which absorbs heat from the heat exchanger (evaporator) of the outdoor unit and radiates heat using the heat exchanger (condenser) of the indoor unit installed indoors. As the evaporation efficiency of the refrigerant in the evaporator decreases in proportion, heating energy is insufficient, especially in cold winters, so many efforts have been made to improve this.
실외기(증발기)를 통과한 저온, 저압의 냉매와 실내기(응축기)를 통과한 고온, 고압의 냉매를 도 1과 같이 열교환시키면 열펌프의 성능이 향상된다는 사실은 널리 알려져 있다. 따라서 내부열교환기의 열교환 능력을 향상시킬수록 열펌프의 성능은 향상되기 때문에 이를 위해 다양한 형상의 내부열교환기가 개발되어 사용 중에 있다.It is widely known that the performance of a heat pump is improved by heat exchange between a low temperature, low pressure refrigerant passing through an outdoor unit (evaporator) and a high temperature and high pressure refrigerant passing through an indoor unit (condenser) as shown in FIG. 1. Therefore, since the performance of the heat pump is improved as the heat exchange capacity of the internal heat exchanger is improved, various shapes of internal heat exchangers have been developed and used.
일반적으로 사용되는 내부열교환기의 형상은 대한민국 실용신안등록 제20-0259324호와 특허공개 제2002-0024537호에 기술된 바와 같이 두 개의 작은 관을 사용하여 만든 이중관형 열교환기이거나 쉘-튜브형 열교환기이다. 그러나 이러한 형상의 열교환기는 습도 변화없이 공기의 온도만 변화시키는 현열교환을 하며, 현열교환을 하는 열교환기 중에서도 열전달계수가 좋지 않은 형식의 열교환기이기 때문에 열교환 능력이 우수하지 못한 문제점이 있다.The commonly used internal heat exchanger is a double tube heat exchanger or shell-tube heat exchanger made using two small tubes as described in Korean Utility Model Registration No. 20-0259324 and Patent Publication No. 2002-0024537. . However, the heat exchanger of such a shape has a sensible heat exchange that changes only the temperature of the air without changing the humidity, and there is a problem in that the heat exchange ability is not excellent because the heat exchanger has a poor heat transfer coefficient among the heat exchangers for sensible heat exchange.
또한, 미국 특허 제6,050,102호는 열펌프의 성능을 향상시키기 위해서 응축기를 통과한 고온냉매와 증발기를 통과한 저온냉매를 열교환시키기 위해 열교환기를 사용하였으며, 전체 시스템 구조와 열교환기의 상세도는 도 4에 도시된 바와 같이 내부 열교환을 위해서 제 1열교환기(13), 제 2열교환기(14), 그리고 보조가열장치(30)를 사용했으며 보조가열장치에 히트파이프(40)가 포함되어 있다. 상기 히트파이프를 작동시키기 위해서 전기식 가열장치(39)를 사용하였다. 이렇게 전기로 작동되는 히트파이프 및 제 1열교환기와 제 2열교환기를 사용하여 고온냉매와 저온냉매를 열교환하기 때문에 시스템이 복잡하고 별도의 에너지가 요구되는 문제점이 있다.In addition, US Pat. No. 6,050,102 used a heat exchanger to heat exchange the high temperature refrigerant passing through the condenser and the low temperature refrigerant passing through the evaporator in order to improve the performance of the heat pump. As shown in FIG. 1, the first heat exchanger 13, the second heat exchanger 14, and the auxiliary heating device 30 are used for the internal heat exchange, and the heat pipe 40 is included in the auxiliary heating device. An electric heating device 39 was used to operate the heat pipe. Since the heat pipe and the first heat exchanger and the second heat exchanger that are electrically operated as described above exchange heat and cool refrigerant, the system is complicated and requires additional energy.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 내부열교환기로 히트파이프를 이용함으로써 두 유체간의 열교환을 잠열을 이용하여 극대화시킬 수 있는 히트파이프형 내부열교환기를 갖는 열펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a heat pump having a heat pipe type internal heat exchanger that can maximize the heat exchange between the two fluids by using latent heat by using a heat pipe as an internal heat exchanger. .
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실외기를 통해 나오는 기체냉매가 통과하는 상부케이스와 실내기를 통해 나오는 액체냉매가 통과하는 하부케이스로 구성되며, 상기 상부케이스와 상기 하부케이스를 히트파이프로 연결하여 열교환시키는 내부열교환기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises an upper case through which the gas refrigerant passing through the outdoor unit and a lower case through which the liquid refrigerant passing through the indoor unit passes, connecting the upper case and the lower case with a heat pipe. It provides an internal heat exchanger for heat exchange.
본 발명은 실외기를 통과한 저온저압의 냉매와 실내기를 통과한 고온고압의 냉매를 상기 내부열교환기의 히트파이프를 통해 열교환시키는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for heat exchange between a low temperature low pressure refrigerant passing through an outdoor unit and a high temperature high pressure refrigerant passing through an indoor unit through a heat pipe of the internal heat exchanger.
도 1은 종래의 열펌프 시스템의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a conventional heat pump system.
도 2는 본 발명의 열펌프 시스템의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a heat pump system of the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 열교환 방식의 작동원리에 대한 개략도이다.Figure 3 is a schematic diagram of the operating principle of the heat exchange method using a heat pipe according to the present invention.
도 4는 히트파이프를 이용한 본 발명의 내부열교환기의 작동원리에 대한 상세도이다.Figure 4 is a detailed view of the operating principle of the internal heat exchanger of the present invention using a heat pipe.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
2 : 내부열교환기 4 : 상부케이스2: internal heat exchanger 4: upper case
6 : 하부케이스 8 : 응축부6: lower case 8: condensation unit
10 : 증발부 12 : 히트파이프10: evaporator 12: heat pipe
14 : 단열재 16 : 압축기14 insulation 16 compressor
18 : 사방밸브 20 : 실내기18: four-way valve 20: indoor unit
22 : 실외기 24, 24' : 모세관22: outdoor unit 24, 24 ': capillary tube
26, 26' : 체크밸브 28 : 도관26, 26 ': check valve 28: conduit
본 발명은 냉매를 증발시키는 실외기, 냉매를 압축시키는 압축기, 압축된 고온고압의 냉매를 응축시키는 실내기, 실외기를 통과한 저온저압의 기체냉매와 실내기를 통과한 고온고압의 액체냉매를 열교환시키는 내부열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열펌프를 제공한다.The present invention provides an internal heat exchanger for exchanging an outdoor unit for evaporating a refrigerant, a compressor for compressing a refrigerant, an indoor unit for condensing a compressed high temperature and high pressure refrigerant, a low temperature low pressure gas refrigerant passing through an outdoor unit, and a high temperature high pressure liquid refrigerant passing through an indoor unit. It provides a heat pump comprising a group.
이에 따라 본 발명은 실외기를 통과한 저온의 기체냉매를 내부열교환기의 상부케이스, 즉 응축부로 흐르게 하고 실내기를 통과한 고온의 액체냉매를 내부열교환기의 하부케이스, 즉 증발부로 유동시켜 내부열교환기의 히트파이프에 의해 열교환하게 한다.Accordingly, in the present invention, the low-temperature gas refrigerant passing through the outdoor unit flows to the upper case of the internal heat exchanger, that is, the condensation unit, and the high temperature liquid refrigerant passing through the indoor unit flows to the lower case of the internal heat exchanger, that is, the evaporator, to heat pipe of the internal heat exchanger. Heat exchange by
본 발명에서 잠열(Latent Heat)이란 물질이 온도·압력의 변화를 보이지 않고 평형을 유지하면서 한 상(相)에서 다른 상으로 전이할 때 흡수 또는 발생하는 열을 말한다.In the present invention, latent heat refers to heat absorbed or generated when a substance transitions from one phase to another while maintaining equilibrium without changing temperature and pressure.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 열펌프 시스템의 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 열교환 방식의 작동원리에 대한 개략도이며, 도 4는 히트파이프를이용한 본 발명의 내부열교환기의 작동원리에 대한 상세도로서 함께 설명한다.Figure 2 is a schematic diagram of the heat pump system of the present invention, Figure 3 is a schematic diagram of the operating principle of the heat exchange method using a heat pipe according to the present invention, Figure 4 is an operating principle of the internal heat exchanger of the present invention using a heat pipe. It demonstrates together as a detailed figure.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 히트파이프형 내부열교환기를 갖는 열펌프는 냉매를 압축하는 압축기(16), 사방밸브(18), 압축된 냉매를 응축하는 실내기(20), 압축된 냉매를 감압하는 모세관(24)(24'), 냉매를 증발시키는 실외기(22), 실내기(20)를 통과한 액체냉매와 실외기(22)를 통과한 기체냉매를 상호 열교환하는 내부열교환기(2)로 구성된다.3 and 4, the heat pump having a heat pipe type internal heat exchanger of the present invention includes a compressor 16 for compressing a refrigerant, a four-way valve 18, an indoor unit 20 for condensing the compressed refrigerant, Capillary tubes 24 and 24 'for depressurizing the compressed refrigerant, an outdoor unit 22 for evaporating the refrigerant, and an internal heat exchanger for mutual heat exchange between the liquid refrigerant passing through the indoor unit 20 and the gas refrigerant passing through the outdoor unit 22 ( It consists of 2).
상기 압축기(16), 사방밸브(18), 실내기(20), 모세관(24)(24'), 실외기(22) 및 상기 내부열교환기(2)를 도관(28)으로 연결하여 냉매가스가 순차적으로 순환하도록 폐회로를 형성하며, 상기 모세관(24)과 모세관(24') 사이의 도관(28)에는 내부열교환기(2)의 하부케이스(6)를 설치하고, 상기 실외기(22)와 압축기(16) 사이의 도관(28)에는 상기 하부케이스(6) 보다 상부에 위치되게 내부열교환기(2)의 상부케이스(4)를 설치함과 동시에 상기 상부케이스(4) 및 하부케이스(6)를 히트파이프(12)로 연결한다.The compressor 16, the four-way valve 18, the indoor unit 20, the capillary tube 24, 24 ′, the outdoor unit 22, and the internal heat exchanger 2 are connected to the conduit 28 so that the refrigerant gas is sequentially A closed circuit is formed to circulate, and a lower case 6 of the internal heat exchanger 2 is installed in the conduit 28 between the capillary tube 24 and the capillary tube 24 ', and the outdoor unit 22 and the compressor 16 are installed. In the conduit 28 between the upper case 4 of the internal heat exchanger 2 so as to be located above the lower case 6, and at the same time, the upper case 4 and the lower case 6 are connected to the heat pipe ( 12).
본 발명의 상기 내부열교환기(2)는 밀폐용기 형태의 케이싱으로 이루어지며, 상기 실외기(22)를 통해 나오는 기체냉매가 통과하는 상부케이스(4)와 상기 실내기(20)를 통해 나오는 액체냉매가 통과하는 하부케이스(6)로 구성되며, 상기 상부케이스(4)의 내부에는 히트파이프로된 응축부(8)가 형성되어 있으며, 상기 하부케이스(6)의 내부에는 히트파이프로된 증발부(10)가 형성되어 있고, 상기 상부케이스(4)와 상기 하부케이스(6)는 히트파이프(12)로 연결된다.The internal heat exchanger (2) of the present invention is made of a casing in the form of a sealed container, and the upper case (4) through which the gas refrigerant passing through the outdoor unit (22) and the liquid refrigerant passing through the indoor unit (20) pass through. Consists of a lower case (6), the inside of the upper case 4 is formed with a heat pipe condensation unit 8, the inside of the lower case (6) evaporation unit 10 by heat pipe ) Is formed, and the upper case 4 and the lower case 6 are connected by a heat pipe 12.
상기 히트파이프(12)는 상기 증발부(10)와 응축부(8)를 제외한 표면은 열손실이 일어나지 않도록 전도성이 낮은 단열재(14)로 단열처리한다.The heat pipe 12 is thermally insulated with a heat insulating material 14 having low conductivity so that heat loss does not occur except for the evaporation part 10 and the condensation part 8.
이상과 같은 본 발명의 실시예에서 냉매는 난방 또는 온수가열시에는 화살표 방향으로 흐르게 하고, 냉방시에는 반대방향으로 흐르게 한다.In the embodiment of the present invention as described above, the refrigerant flows in the direction of the arrow when heating or hot water heating, and in the opposite direction when cooling.
따라서, 난방시에는 압축기(16)에서 압축된 고온고압의 냉매가스는 사방밸브(18)를 거쳐 응축기로서 작용하는 실내기(20)에서 응축액화되면서 그 응축열을 방출하여 실내를 난방하거나 온수를 선택적 또는 동시에 가열하고 체크밸브(26)를 거쳐 모세관(24)에서 감압되어 저온으로 되고 증발기로서 작용하는 실외기(22)에 유입되는 냉매액은 대기를 열원으로 하여 저온저압의 냉매가스가 된 후 사방밸브(18)를 경유하여 압축기(16)에 유입되는 싸이클을 반복하는 것이다.Therefore, at the time of heating, the refrigerant gas of the high temperature and high pressure compressed by the compressor 16 is condensed and liquefied in the indoor unit 20 acting as a condenser via the four-way valve 18 to discharge the heat of condensation to heat the room or to select hot water. At the same time, the refrigerant liquid, which is heated and decompressed in the capillary tube 24 through the check valve 26, becomes a low temperature and flows into the outdoor unit 22 serving as an evaporator, becomes a refrigerant gas of low temperature and low pressure using the atmosphere as a heat source, It is to repeat the cycle flowing into the compressor 16 via 18).
상기와 같이 난방 또는 온수가열 회로를 형성할 때 대기온도가 낮아지면 실외기(22)에서의 냉매액의 증발은 대기온도가 낮아지는 것에 비례하여 그 효율이 낮아지기 때문에 난방열량 등이 부족해지는 현상이 발생하는 바, 상기와 같이 난방열량 등이 부족해질 경우에는 실내기(20)에서 응축액화된 고온의 냉매액은 내부열교환기(2)의 하부케이스(6)의 증발부(10)에 의해 가열 증발되면서 기체상태로 상부케이스(4)로 상승되며, 이 때 실내기(20)를 통과한 고온의 액체는 증발잠열 에너지만큼 에너지를 잃어 온도가 하강한다. 또한, 기체상태의 작동유체는 상부케이스(4)의 응축부(8)에서 실외기(22)를 통과한 저온의 유체에 열을 방출하고 응축수가 되어 하부케이스(6)의 증발부(10)로 하강되어 실내기(20)에서 유출되는 냉매액에 의하여 가열되는 상기 싸이클을 반복한다.When forming the heating or hot water heating circuit as described above, if the atmospheric temperature is lowered, the evaporation of the refrigerant liquid in the outdoor unit 22 is insufficient in proportion to the lowering of the atmospheric temperature. When the heating calorie is insufficient as described above, the high temperature refrigerant liquid condensed in the indoor unit 20 is heated and evaporated by the evaporator 10 of the lower case 6 of the internal heat exchanger 2. As the state rises to the upper case 4, at this time, the high-temperature liquid passing through the indoor unit 20 loses energy by the latent heat of evaporation and the temperature drops. In addition, the gas working fluid discharges heat from the condensation part 8 of the upper case 4 to the low temperature fluid passing through the outdoor unit 22 and becomes condensed water to the evaporation part 10 of the lower case 6. The cycle is lowered and heated by the refrigerant liquid flowing out of the indoor unit 20.
상기와 같이 상부케이스(4)에서 증발되어 압축기(16)에 유입되는 냉매가스는 그 증발효율이 증대되어 성적계수가 상승되기 때문에 대기온도가 낮은 추운 겨울에도 난방열량의 부족현상이 발생되지 않는 것이다.As described above, the refrigerant gas evaporated from the upper case 4 and introduced into the compressor 16 has an increased evaporation efficiency and a higher coefficient of grade, so that a lack of heating calories does not occur even in a cold winter at low atmospheric temperature. .
한편, 냉방시에는 압축기(16)에서 압축된 고온 고압의 냉매가스는 사방밸브(18)를 거쳐 응축기로 작용하는 실내기(20)에서 응축액화된 후 모세관(24)에서 감압되어 저온으로 되고 증발기로 작용하는 실외기(22)에 유입되어 증발하여 냉방기능을 수행하고 사방밸브(18)를 경유하여 압축기(16)에 유입되는 싸이클을 반복하는 것이며, 냉방시에는 실내열교환기의 기능은 중단되는 것이다.On the other hand, at the time of cooling, the refrigerant gas of the high temperature and high pressure compressed by the compressor 16 is condensed in the indoor unit 20 acting as a condenser via the four-way valve 18, and then depressurized in the capillary tube 24 to become a low temperature, The air flows into the working outdoor unit 22, evaporates to perform a cooling function, and repeats a cycle flowing into the compressor 16 via the four-way valve 18, and during cooling, the function of the indoor heat exchanger is stopped.
이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.From the above description, those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. In this regard, the embodiments described above are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the appended claims and their equivalents, rather than the detailed description, are included in the scope of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 히트파이프형 내부열교환기를 갖는 열펌프는 잠열을 이용하여 저온유체와 고온유체 사이의 열전달을 수행하므로 전열성능이 기존의 이중관 방식의 내부열교환기보다 우수하고, 따라서 내부열교환기의 크기를 작게 제작할 수 있으며, 또한 두 유체간의 온도차가 적을 경우에도 효과적으로 열을 전달할 수 있는 효과가 있다.As described above, the heat pump having the heat pipe type internal heat exchanger of the present invention performs heat transfer between the low temperature fluid and the high temperature fluid by using latent heat, so that the heat transfer performance is superior to that of the conventional double pipe type internal heat exchanger, and thus the internal heat exchanger. The size of the can be made small, and even if the temperature difference between the two fluids is effective to transfer heat effectively.
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KR1020020061973A KR20040033083A (en) | 2002-10-11 | 2002-10-11 | Heat Pump With Heat Pipe Type Indoor Heat Exchanger and Heat Exchange Method |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
KR100860389B1 (en) * | 2007-07-06 | 2008-09-26 | 대한공조(주) | High pressure refrigerants system apparatus |
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2002
- 2002-10-11 KR KR1020020061973A patent/KR20040033083A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100860389B1 (en) * | 2007-07-06 | 2008-09-26 | 대한공조(주) | High pressure refrigerants system apparatus |
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Legal Events
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |