KR20050093645A

KR20050093645A - 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클

Info

Publication number: KR20050093645A
Application number: KR1020040027541A
Authority: KR
Inventors: 홍종희
Original assignee: 중앙냉동기 주식회사
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2005-09-23

Abstract

본 발명에 따른 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클은 압축기와 실내열교환기 사이에 고압측보조히터를 설치하여, 압축기로부터 토출되는 고온고압의 기체냉매를 가열하여 실내열교환기로 제공함으로써 실외온도가 비교적 저온인 겨울철일 경우에도 난방성능을 증대시킴과 동시에, 실외열교환기와 압축기 사이에 저압측보조히터를 설치하여, 실외열교환기에서의 불충분한 증발잠열로 인해 액체 상태를 포함하는 저압측 냉매를 가열하여 완전 기화시켜 압축기로 다시 제공함으로써 압축기의 고장을 방지함을 물론 압축기의 온도를 증가시켜 그 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클{HEATING CYCLE OF A HEAT PUMP-TYPE HEATING AND COOLING DEVICE}

본 발명은 저온측의 열을 흡수하여 고온측으로 끌어올리는 히트펌프를 이용하여 1대의 장치로 난방 및 냉방을 선택적으로 행할 수 있는, 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클에 관한 것이다.

일반적으로, 히트펌프식 냉난방장치는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 기본 구성요소로 하여, 이들을 순환하는 프레온과 같은 냉매가 액체에서 기체로, 기체에서 액체로 변화될 경우에 수수되는 잠열을 이용한다.

도 1은 종래의 히트펌프식 냉난방장치(200)의 난방사이클 흐름도를 도시한다.

도 1에 도시되는 바와 같이, 종래의 히트펌프식 냉난방장치(200)의 난방사이클은 냉매를 고온고압으로 압축시켜 강제순환시키는 압축기(210)와, 상기 압축기(210)에서 압축된 냉매가 실내열교환기(230)로 보내지도록 선택적으로 개폐되는 사방밸브(220)와, 상기 사방밸브(220)를 거쳐 유입되는 고온고압의 냉매를 실내공기와 서로 열교환시키는 실내열교환기(230)와, 상기 실내열교환기(230)에서 응축된 후 수액기(240)를 거쳐 운반된 냉매를 단열팽창시키는 팽창밸브(250)와, 상기 팽창밸브(250)를 거친 저온저압의 냉매를 실외공기와 서로 열교환시키는 실외열교환기(260)와, 상기 실외열교환기(260)로부터 증발되어 상기 사방밸브(220)를 거쳐 유입되는 냉매에서 액체냉매를 분리하여 기체냉매만 또 다시 압축기(210)로 제공하는 액분리기(270)를 포함한다.

이러한 구조의 종래의 히트펌프식 냉난방장치(200)의 난방사이클은 압축기(210)에서 고온고압으로 압축되어 토출된 냉매가 사방밸브(220)를 거쳐 실내열교환기(230)에서 실내공기로 열을 방출함과 동시에 고압의 과냉액으로 응축되고, 고압의 과냉액으로 응축된 냉매는 수액기(240)를 거쳐 팽창밸브(250)에서 저온저압의 냉매로 단열팽창되어 저온저압의 냉매로 팽창되며, 이렇게 저온저압의 냉매로 단열팽창된 냉매는 실외열교환기(260)에서 실외공기로부터 열을 흡수하여 증발한 후 저온의 기체로 되고, 이렇게 저온기체로 된 냉매는 액분리기(270)로 유입되어 배관상에서 발생한 액냉매와 기체냉매가 분리된 후 기체냉매만 압축기(210)로 유입되어 다시 고온고압으로 압축되어 토출되는 사이클을 가지게 된다.

그러나 상술한 바와 같은 종래의 히트펌프식 냉난방장치(200)의 난방사이클에서는, 실외온도가 비교적 저온인 겨울철일 경우에 압축기(210)에 의해 냉매를 고온고압의 기체로 상변화시킴에 있어 고온으로 증가시키는 데 한계가 존재함에 따라 난방성능이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 실외온도가 비교적 저온인 겨울철에는 실외열교환기(260)를 관류하는 저온냉매와 실외공기의 접촉에 인한 결로현상으로 발생하는 수증기가 실외열교환기(260) 상에 얼어붙어 저온저압의 액체냉매의 증발잠열흡수를 방해할 뿐만 아니라 실외온도 자체도 낮아, 상기 실외열교환기(260)로 유입되는 저온저압의 액체냉매가 실외공기로부터 충분한 증발잠열을 흡수하지 못해 완전히 증발기화될 수 없는 관계로 액체 상태의 냉매가 압축기로 유입될 수 밖에 없으며, 액분리기(270)가 설치된다 하더라도 액체냉매를 전부 회수하지는 못하는 관계로 압축기(210) 내로의 액체냉매의 유입을 차단할 수 없으므로, 압축기(210)에 무리가 가서 심지어는 파손될 수 있을 뿐만 아니라, 실외에 노출된 압축기(210)도 저온으로 떨어짐에 의해 압축성능이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 실외온도가 비교적 저온인 겨울철일 경우에도 난방성능을 최대로 유지할 수 있고, 특히 실외열교환기를 통과하는 저온저압의 액체냉매가 실외공기로부터 충분한 증발잠열을 흡수하지 못해 액체 상태의 냉매를 포함할지라도 이에 따른 압축기의 고장을 방지할 수 있으며, 공간활용을 최적화할 수 있는 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클을 제공하는 과제를 기초로 한다.

상기 과제는 압축기와 실내열교환기 사이에 고압측보조히터를 설치하여, 압축기로부터 토출되는 고온고압의 기체냉매를 가열하여 실내열교환기로 제공함으로써 난방성능을 증대시킴과 동시에, 실외열교환기와 압축기 사이에 저압측보조히터를 설치하여, 실외열교환기에서의 불충분한 증발잠열로 인해 액체 상태를 포함하는 저압측 냉매를 가열하여 완전기화시켜 압축기로 제공함으로써 압축기의 고장을 방지함을 물론 압축기의 온도를 증가시켜 그 성능을 더욱 향상시킬 수 있는, 본 발명에 따른 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클에 의해 해결된다.

여기서, 상기 실내열교환기는 벽결이형 또는 패키지형 냉난방기에 내장됨으로써, 공간활용을 최적화시키는 것이 바람직하다.

이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명에 따른 히트펌프식 냉난방장치의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프식 냉난방장치(1)의 난방사이클의 흐름도를 도시한다.

도 2a 및 도 2b에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프식 냉난방장치(1)의 난방사이클은 냉매를 고온고압으로 압축시켜 강제순환시키는 압축기(10)와, 상기 압축기(10)로부터 유입되는 냉매를 실내열교환기(40)로 제공하는 사방밸브(20)와, 상기 사방밸브(20)로부터 유입되는 냉매를 실내공기와 열교환시키는 실내열교환기(40)와, 상기 실내열교환기(40)로부터 유입되는 냉매를 단열팽창시키는 난방용팽창밸브(50)와, 상기 난방용팽창밸브(50)로부터 유입되는 냉매를 실외공기와 열교환시켜 증발시키는 실외열교환기(60)와, 상기 실외열교환기(60)에서 증발되어 사방밸브를 거쳐 유입되는 저압측 냉매를 가열하여 완전 기화시켜 상기 압축기(10)로 다시 제공하는 저압측보조히터(70, 70')를 포함한다.

또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프식 냉난방장치(1)는 상기 압축기(10), 사방밸브(20), 저압측보조히터(70, 70')의 작동 등을 제어하는 제어기(80)를 포함하는 것이 바람직하다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트펌프식 냉난방장치(1')의 난방사이클의 흐름도를 도시한다.

도 3a 및 도 3b에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트펌프식 냉난방장치(1')의 난방사이클은 냉매를 고온고압으로 압축시켜 강제순환시키는 압축기(10)와, 상기 압축기(10)로부터 유입되는 냉매를 실내열교환기(40)로 제공하는 사방밸브(20)와, 상기 사방밸브(20)로부터 유입되는 냉매를 실내열교환기(40)로의 유입직전에 가열하는 고압측보조히터(30)와, 상기 고압측보조히터(30)로부터 유입되는 냉매를 실내공기와 열교환시키는 실내열교환기(40)와, 상기 실내열교환기(40)로부터 유입되는 냉매를 단열팽창시키는 난방용팽창밸브(50)와, 상기 난방용팽창밸브(50)로부터 유입되는 냉매를 실외공기와 서로 열교환시켜 증발시키는 실외열교환기(60)와, 상기 실외열교환기(60)에서 증발되어 사방밸브를 거쳐 유입되는 저압측 냉매를 가열하여 완전 기화시켜 상기 압축기(10)로 다시 제공하는 저압측보조히터(70, 70')를 포함한다.

또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트펌프식 냉난방장치(1')는 상기 압축기(10), 사방밸브(20), 고압측 및 저압측보조히터(30, 70 및 70') 등의 작동을 제어하는 제어기(80)를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 압축기(10)는 저압측보조히터(70, 70')를 통해 가열되어 유입되는 저압측 냉매를 고온고압으로 압축하여 사방밸브(20)로 제공함으로써 냉매 자체에 강제순환력을 제공하는 역할을 한다.

상기 압축기(10)에 연결되는 사방밸브(20)는 난방 또는 냉방운전에 따라 냉매의 흐름방향을 전환시키는 일종의 방향전환밸브로서, 난방시에는 상기 압축기(10)에 의해 고온고압으로 압축된 냉매를 직접 실내열교환기(40)로 제공하거나(도 2a 및 도 2b 참조) 또는 고압측보조히터(30)를 거쳐 실내열교환기(40)로 제공(도 3a 또는 도 3b 참조)할 뿐만 아니라, 상기 실외열교환기(60)로부터 유입되는 냉매를 저압측보조히터(70, 70')를 거쳐 압축기(10)로 제공하며, 냉방시에는 상기 압축기(10)에 의해 고온고압으로 압축된 냉매를 저압측보조히터(70, 70')를 거쳐 실외열교환기(60)로 제공할 뿐만 아니라 상기 실내열교환기(40)로부터 직접 유입되는 냉매 또는 고압측보조히터(30)를 거쳐 유입되는 냉매를 압축기(10)로 제공하는 역할을 한다.

도 3a 및 도 3b에 도시되는 바와 같이, 상기 사방밸브(20)와 실내열교환기(40) 사이에는 고압측보조히터(30)가 설치될 수 있는데, 상기 고압측보조히터(30)는 상기 사방밸브(20)로부터 토출되는 고온고압의 냉매를 상기 실내열교환기(40)로의 유입직전에 가열함으로써, 실내열교환기(40)의 난방성능을 더욱 증대시키는 역할을 한다.

도 4는 상기 고압측보조히터(30)의 일 실시예의 개략구조도를 도시한다.

도 4에 도시되는 바와 같이, 상기 고압측보조히터(30)는 진공상태에서 열전달매체가 소정의 높이로 충진된 밀폐용기(31)와, 상기 밀폐용기(31)의 상부를 통해 내부로 연장되어 상기 열전달매체을 가열하는 전열체(33)와, 상기 압축기(10)로부터 상기 밀폐용기(31) 내로 유입되어 상기 열전달매체 내로 침수된 후 상기 실내열교환기(40)로 유입되는 냉매관(35)과, 상기 열전달매체의 온도를 검출하여 상기 제어기(80)로 전달하는 온도센서(37)를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 밀폐용기(31)는 전열체(33)에 고압의 전류가 인가되더라도 견딜 수 있도록, 그리고 추운 겨울에도 얼지 않도록, 진공상태에서 증류수 및 부동액이 8:2의 비율로 혼합되어 형성되는 열전달매체가 소정의 높이까지 충진되는 것이 바람직하며, 예를 들어 히트파이프로 구성되는 상기 전열체(33)는 밀폐용기(31)의 상단에 고정된 상태로 상기 열전달매체 내로 침수되어 상기 열전달매체를 소정의 온도로 가열함으로써 상기 냉매관(35) 내의 냉매를 간접적으로 가열하며, 상기 온도센서(37)는 상기 열전달매체의 온도를 항상 검출하여 제어기(80)로 전달함으로써 상기 열전달매체의 온도가 소정의 온도 이하로 떨어질 경우에 전열체(33)의 발열을 위한 제어입력신호를 발생하게 하는 역할을 한다.

또한, 상기 고압측보조히터(30)는 상기 전열체(33)의 이상고압을 차단하는 바이메탈센서(38)를 구비함으로써 안전사고 및 고장발생이 방지될 수 있는 것이 바람직하다.

상기 사방밸브(20)의 출구측(도 2a 및 도 2b 참조) 또는 상기 고압측보조히터(30)의 출구측(도 3a 및 도 3b)에는 실내열교환기(40)가 연결되는데, 이 실내열교환기(40)는 사방밸브(20)로부터 직접 또는 상기 고압측보조히터(30)를 거쳐 유입되는 고온고압의 냉매를 실내공기와 서로 열교환시킴으로써 실제적으로 실내난방을 행하는 것으로, 공간활용을 위해 벽걸이형 및 패키지형 냉난방기에 내장되는 것이 바람직하다. 여기서 상기 실내열교환기(40)는 고온고압의 냉매를 실내공기와의 열교환을 통해 응축시키는 일종의 응축기의 역할을 하게 된다.

상기 실내열교환기(40)의 출구측에는 분기관로가 형성되어 다시 합쳐지는데, 상기 분기관로의 일측에는 난방시 상기 실내열교환기(40)를 빠져나온 냉매를 바이패스시켜 실외열교환기(60)로 향하는 방향으로만 흐르게 하는 체크밸브(101)가 구비되고, 상기 분기관로의 타측에는 냉방시 실외열교환기(60)로부터 실내열교환기(40)로 유입되는 냉매에 함유된 불순물 및 수분을 제거하는 필터드라이어(103)와, 상기 냉매를 단열팽창시키는 냉방용팽창밸브(90)가 설치된다.

상기 실내열교환기(40)를 빠져나와 체크밸브(101)를 거친 비교적 고온의 응축냉매(고압측 냉매)는 실외열교환기(60)로 직접 유입될 수도 있고(도 2a 및 도 3a 참조), 실시예에 따라서는 저압측보조히터(70')를 거쳐 실외열교환기(60)로 유입될 수 도 있는데(도 2b 및 도 3b 참조), 이 경우에는 상기 저압측보조히터(70') 내에서 상기 고압측 냉매가 보유하는 열을 상기 실외열교환기(60)로부터 사방밸브(20)를 거쳐 저압측보조히터(70') 내로 유입되는 저압측 냉매로 전달함으로써, 겨울철과 같이 실외온도가 매우 낮을 경우에 상기 실외열교환기(60)에서의 불충분한 증발잠열로 인해 액체 상태를 포함하는 저압측 냉매를 저압측보조히터(70')와 함께 가열하여 완전 기화된 상태로 압축기(10)로 제공되도록 하는 역할을 한다.

여기서, 상기 체크밸브(101)를 통과한 후 난방용팽창밸브(50)로 직접 유입(도 2a 및 도 3a 참조)되거나, 또는 저압측보조히터(70')를 거쳐 난방용팽창밸브(50)로 유입(도 2b 및 도 3b 참조)되는 관로상에는 유량계(105)가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 실외열교환기(60)의 입구측에는 분기관로가 형성되어 다시 합쳐지는데, 상기 분기관로의 일측에는 난방시 실내열교환기(40)로부터 실외열교환기(60)로 유입되는 냉매에 함유된 불순물 및 수분을 제거하는 필터드라이어(107)와, 상기 냉매를 단열팽창시키는 난방용팽창밸브(50)가 설치되고, 상기 분기관로의 타측에는 냉방시 상기 실외열교환기(60)를 빠져나온 냉매를 바이패스시켜 실내열교환기(40)로 향하는 방향으로만 흐르게 하는 체크밸브(109)가 설치된다.

여기서, 상기 난방용팽창밸브(50)는 상기 실내열교환기(40)를 빠져나와 실외열교환기(60)로 직접 유입(도 2a 및 도 3a 참조)되는 냉매 또는 상기 실내열교환기(40)를 빠져나와 저압측보조히터(70')를 거쳐 실외열교환기(60)로 유입(도 2b 및 도 3b 참조)되는 냉매를 단열팽창시켜 실외온도 이하의 저온 및 저압이 되도록 하는 역할을 한다.

상기 난방용팽창밸브(50)의 출구측에는 실외열교환기(60)가 연결되는데, 이 실외열교환기(60)는 상기 난방용팽창밸브(50)를 빠져나온 저온저압의 냉매를 실외공기와 서로 열교환시킴으로써 상기 냉매가 실외공기로부터 열을 흡수하여 기화되도록 하는 역할을 한다. 여기서 상기 실외열교환기(60)는 일종의 증발기의 역할을 하게 된다

상기 실외열교환기(60)를 빠져나온 저압측 냉매는 사방밸브(20)를 거쳐 저압측보조히터(70, 70')로 또 다시 유입되는데, 상기 저압측보조히터(70, 70')는 상기 저압측 냉매를 가열하여 완전기화시켜 상기 압축기(10)로 제공함으로써, 겨울철과 같이 실외온도가 매우 낮을 경우에 상기 실외열교환기(60)에서의 불충분한 증발잠열로 인해 액체 상태를 포함하는 저압측 냉매로 인한 압축기(10)의 고장을 방지함을 물론 압축기(10)의 온도를 증가시켜 그 성능을 더욱 향상시키는 역할을 한다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 히트펌프식 냉난방장치(1)에 있어서, 저압측보조히터(70, 70')의 개략구조도를 도시한다.

도 5a에 도시되는 바와 같이, 저압측보조히터(70)의 제 1 실시예는 진공상태에서 열전달매체가 소정의 높이로 충진된 밀폐용기(71)와, 상기 밀폐용기(71)의 상부를 통해 내부로 연장되어 상기 열전달매체를 가열하는 전열체(73)와, 상기 실외열교환기(60)로부터 사방밸브(20)를 거쳐 상기 밀폐용기(71) 내로 유입되어 상기 열전달매체 내로 침수된 후 상기 압축기(10)로 유입되는 저압측냉매관(77)과, 상기 열전달매체의 온도를 검출하여 상기 제어기(80)로 전달하는 온도센서(79)를 포함함으로써, 상기 저압측냉매관(77)을 흐르는 고압측 냉매를 전열체(73)에 의해 간접적으로 가열하는 것이 바람직하다.

도 5b에 도시되는 바와 같이, 저압측보조히터(70')의 제 2 실시예는 진공상태에서 열전달매체가 소정의 높이로 충진된 밀폐용기(71)와, 상기 밀폐용기(71)의 상부를 통해 내부로 연장되어 상기 열전달매체를 가열하는 전열체(73)와, 상기 실내열교환기(40)로부터 상기 밀폐용기(71) 내로 유입되어 상기 열전달매체 내로 침수된 후 상기 난방용팽창밸브(50)로 유입되는 고압측냉매관(75)과, 상기 실외열교환기(60)로부터 사방밸브(20)를 거쳐 상기 밀폐용기(71) 내로 유입되어 상기 열전달매체 내로 침수된 후 상기 압축기(10)로 유입되는 저압측냉매관(77)과, 상기 열전달매체의 온도를 검출하여 상기 제어기(80)로 전달하는 온도센서(79)를 포함함으로써, 상기 저압측냉매관(77)을 흐르는 저압측 냉매를 상기 고압측냉매관(75)과 전열체(73)에 의해 간접적으로 가열하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 밀폐용기(71)는 저압측보조히터(70, 70')의 케이싱을 형성하는 것으로, 전열체(73)에 고압의 전류가 인가되더라도 견딜 수 있도록, 그리고 추운 겨울에도 얼지 않도록 진공상태에서 증류수 및 부동액이 8:2의 비율로 혼합되어 형성되는 열전달매체가 소정의 높이까지 충진되는 것이 바람직하다.

상기 전열체(73)는 예를 들어 히트파이프로 구성됨으로써 밀폐용기(71) 내의 열전달매체를 가열하는 것으로, 밀폐용기(71)의 상단에 고정된 상태로 상기 열전달매체 내로 침수되어 상기 열전달매체를 소정의 온도로 가열함으로써 상기 저압측냉매관(77) 내를 흐르는 저압측 냉매를 간접적으로 가열한다.

상기 고압측냉매관(75)은 고압측 냉매가 흐르는 관로로서, 실내열교환기(40)로부터 상기 밀폐용기(71) 내로 유입되어 상기 열전달매체 내로 침수된 후 상기 난방용팽창밸브(50)로 유입됨으로써, 고압측 냉매가 보유하는 잠열을 열전달매체로 전달하여 결과적으로 전열체(73)와 함께 저압측냉매관(77)을 흐르는 고압측 냉매를 가열하여 완전기화시키는 역할을 한다.

상기 저압측냉매관(77)은 저압측 냉매가 흐르는 관로로서, 상기 실외열교환기(60)로부터 사방밸브(20)를 거쳐 상기 밀폐용기(71) 내로 유입되어 상기 열전달매체 내로 침수된 후 상기 압축기(10)로 유입됨으로써, 상기 저압측냉매관(77)을 흐르는 저압측 냉매는 상기 저압측보조히터(70, 70') 내에서 전열체(73)에 의해 가열(도 2a 및 도 3a 참조)되는 열전달매체에 의해, 또는 전열체(73) 및 고압측냉매관(75)에 의해 가열(도 2b 및 도 3b 참조)되는 열전달매체에 의해 완전 기화되어 압축기(10)로 제공된다.

상기 온도센서(79)는 상기 열전달매체의 온도를 항상 검출하여 제어기(80)로 전달함으로써 상기 열전달매체의 온도가 소정의 온도 이하로 떨어질 경우에 전열체(73)의 발열을 위한 제어입력신호를 발생하게 하는 역할을 한다.

상기 저압측보조히터(70, 70')는 상기 전열체(73)의 이상고압을 차단하는 바이메탈센서(78)를 구비함으로써, 안전사고 및 고장발생이 방지될 수 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 히트펌프식 냉난방장치(1, 1')에서는 상기 저압측보조히터(70, 70') 및 압축기(10) 사이에 액분리기(도시되지 않음)가 설치될 필요가 없지만, 실시예에 따라서는 상기 압축기(10)로의 완전한 기체냉매의 유입을 위해 액분리기가 설치될 수도 있다.

상기 압축기(10), 사방밸브(20), 고압측 및 저압측보조히터(30, 70 및 70') 등의 작동은 제어기(80)에 의해 전체적으로 제어되는데, 이러한 제어기(80)는 상기 압축기(10)의 작동여부, 냉난방에 따른 사방밸브(20)의 방향전환, 온도센서(37, 79)의 입력신호에 의한 전열체(33, 73)의 발열여부 등을 포함하여, 본 발명에 따른 히트펌프식 냉난방장치(1, 1')의 전체작동을 제어한다.

본 발명에 따른 히트펌프식 냉난방장치(1, 1')의 난방사이클은 크게 실외열교환기(60)에서의 불충분한 증발잠열로 인해 액체 상태를 포함하는 저압측 냉매를 가열하여 완전 기화시켜 압축기(10)로 제공하는 저압측보조히터(70, 70')만을 구비하는 제 1 실시예와, 상기 저압측보조히터(70, 70') 뿐만 아니라 사방밸브(20)로부터 실내열교환기(40)로 유입되는 고압측 냉매를 실내열교환기(40)로의 유입직전에 가열하는 고압측보조히터(30)를 구비하는 제 2 실시예로 구분될 수 있으며, 각각의 실시예들은 또한 전열체(73)의 발열에 의해 상기 저압측 냉매를 간접가열하는 저압측보조히터(70)를 구비하는지 전열체(73)의 발열 뿐만 아니라 고압측 냉매의 잠열에 의해 상기 저압측 냉매를 간접가열하는 저압측보조히터(70')를 구비하는지에 따라 세분될 수 있다.

이하, 도 2a 내지 도 3b를 참조하여, 본 발명에 따른 히트펌프식 냉난방장치(1, 1')의 난방사이클의 작동에 대해 설명한다:

압축기(10)로부터 토출된 고온고압의 기체냉매는 사방밸브(20)를 거쳐 실내열교환기(40)로 직접 유입(도 2a 및 도 2b 참조)되거나, 또는 고압측보조히터(30) 내에서 재차 가열된 후 실내열교환기(40)로 유입(도 3a 및 도 3b 참조)되고, 상기 실내열교환기(40)로 유입된 냉매는 실내열교환기(40)를 관류하면서 실내공기로 열을 전달하여 난방작용을 행함과 동시에 고온의 액체로 응축되며, 이렇게 응축된 고온의 액체냉매(고압측 냉매)는 체크밸브(101)를 거쳐 난방용팽창밸브(50)로 직접 유입(도 2a 및 도 3a 참조)되거나 또는 저압측보조히터(70')로 유입되어 열전달매체를 통해 상기 저압측냉매관(77) 내의 저온저압의 기체냉매(저압측 냉매)로 열을 전달한 후 난방용팽창밸브(50)로 유입(도 2b 또는 도 3b 참조)되고, 상기 난방용팽창밸브(50)를 거치면서 단열팽창되어 실외공기의 온도 이하로 과냉된다.

이렇게 과냉된 액체냉매는 실외열교환기(60)로 유입되어 실외공기로부터 열을 흡수하여 저온저압의 기체로 되고, 이 저온저압의 기체냉매(저압측 냉매)는 사방밸브(20)를 거쳐 저압측보조히터(70, 70') 내에서 가열되어 완전 기화된 상태로 압축기(10)로 유입됨으로써 난방 1사이클을 완료한다.

따라서, 본 발명에 따른 히트펌프식 냉난방장치(1, 1')의 난방사이클에서는 상기 압축기(10)와 실내열교환기(40) 사이에 고압측보조히터(30)를 설치하여, 압축기(10)로부터 토출되는 고온고압의 기체냉매를 실내열교환기로의 유입 직전에 가열하여 제공함으로써 난방성능을 증대되고, 상기 실외열교환기(60)와 압축기(10) 사이에 저압측보조히터(70, 70')를 설치하여, 실외열교환기(60)에서의 불충분한 증발잠열로 인해 액체 상태를 포함하는 저압측 냉매를 완전 기화시켜 압축기(10)로 제공함으로써 압축기(10)의 고장을 방지함을 물론 압축기(10)의 자체의 온도를 증가시켜 그 성능을 더욱 향상시키게 된다.

본 발명에 따른 히트펌프식 냉난방장치(1, 1')는 여름철 냉방을 위해서도 사용될 수 있는데, 이 경우에 저압측 냉매는 비교적 더운 실외공기에 의해 완전 기화될 수 있으므로 상기 고압측보조히터(30) 및 저압측보조히터(70, 70')는 작동되지 않는 것이 바람직하므로, 본 발명에 따른 히트펌프식 냉난방장치(1, 1')의 냉방사이클은 종래의 히트펌프식 냉난방장치의 냉방사이클과 거의 유사하다.

본 발명에 따른 히트펌프식 냉난방장치(1, 1')의 냉방사이클을 설명하면 다음과 같다:

압축기(10)로부터 토출된 고온고압의 기체냉매는 사방밸브(20)를 거쳐 실외열교환기(60)로 유입되어 외부공기로 열을 전달한 후 고온고압의 액체로 응축되고, 이렇게 응축된 냉매는 체크밸브(109)를 거쳐 냉방용팽창밸브(90)에서 단열팽창되어 실내온도 이하의 과냉된다.

이렇게 과냉된 액체냉매는 실내열교환기(40)에서 실내공기로부터 열을 흡수하면서 냉방작용을 함과 동시에 저온저압의 기체로 되고, 이 저온저압의 기체냉매는 사방밸브(20)를 거쳐 압축기(10)로 유입되는 동안 비교적 고온의 외부공기에 의해 완전 기화된 상태로 압축기(10)로 유입됨으로써 냉방 1사이클을 완료한다.

따라서, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클은 압축기로부터 토출되는 고온고압의 기체냉매를 고압측보조히터로 가열하여 실내열교환기로 제공함으로써 난방성능을 증대시킴과 동시에, 실외열교환기에서의 불충분한 증발잠열로 인해 액체 상태를 포함하는 저압측 냉매를 실내열교환기를 빠져나온 고압측 냉매로부터의 열전달과 저압측보조히터에 의한 가열에 의해, 또는 저압측보조히터만에 의한 가열에 의해 완전 기화시켜 압축기에 제공함으로써 압축기의 고장을 방지함은 물론, 압축기의 온도를 증가시켜 그 성능을 더욱 향상시킬 수 있으며, 특히 벽걸이형 또는 패키지형 낸난방기에 있어 공간활용을 최적화시키는 탁월한 효과가 있다.

도 1은 종래의 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클 흐름도.

도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클의 일 실시예의 흐름도.

도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클의 또 다른 실시예의 흐름도.

도 3a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트펌프식 냉난방장치의 냉방사이클의 일 실시예의 흐름도.

도 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클의 또 다른 실시예의 흐름도.

도 4는 본 발명에 따른 히트펌프식 냉난방장치에 있어서, 고압측보조히터의 개략구조도.

도 5a는 본 발명에 따른 히트펌프식 냉난방장치에 있어서, 저압측보조히터의 제 1 실시예의 개략구조도.

도 5b는 본 발명에 따른 히트펌프식 냉난방장치에 있어서, 저압측보조히터의 제 2 실시예의 개략구조도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1, 1' : 히트펌프식 냉난방장치

10 : 압축기

20 : 사방밸브

30 : 고압측보조히터

40 : 실내열교환기

50 : 난방용팽창밸브

60 : 실외열교환기

70, 70' : 저압측보조히터

80 : 제어기

200 : 종래의 히트펌프식 냉난방장치

Claims

냉매를 고온고압으로 압축시켜 강제순환시키는 압축기;

상기 압축기로부터 유입되는 냉매를 실내열교환기로 제공하는 사방밸브;

상기 사방밸브로부터 유입되는 냉매를 실내공기와 열교환시키는 실내열교환기;

상기 실내열교환기로부터 유입되는 냉매를 단열팽창시키는 난방용팽창밸브;

상기 난방용팽창밸브로부터 유입되는 냉매를 실외공기와 열교환시켜 증발시키는 실외열교환기;

상기 실외열교환기에서 증발되어 사방밸브를 거쳐 유입되는 저압측 냉매를 가열하여 완전 기화시켜 상기 압축기로 다시 제공하는 저압측보조히터를 포함하는, 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클.
제 1 항에 있어서,

상기 압축기, 사방밸브, 저압측보조히터의 작동을 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클.
냉매를 고온고압으로 압축시켜 강제순환시키는 압축기;

상기 압축기로부터 유입되는 냉매를 실내열교환기로 제공하는 사방밸브;

상기 사방밸브로부터 유입되는 냉매를 실내열교환기로의 유입직전에 가열하는 고압측보조히터;

상기 고압측보조히터로부터 유입되는 냉매를 실내공기와 열교환시키는 실내열교환기;

상기 실내열교환기로부터 유입되는 냉매를 단열팽창시키는 난방용팽창밸브;

상기 난방용팽창밸브로부터 유입되는 냉매를 실외공기와 서로 열교환시켜 증발시키는 실외열교환기;

상기 실외열교환기에서 증발되어 사방밸브를 거쳐 유입되는 저압측 냉매를 가열하여 완전 기화시켜 상기 압축기로 다시 제공하는 저압측보조히터를 포함하는, 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클.
제 3 항에 있어서,

상기 압축기, 사방밸브, 고압측 및 저압측보조히터의 작동을 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 저압측보조히터는 진공상태에서 열전달매체가 소정의 높이로 충진된 밀폐용기와, 상기 밀폐용기의 상부를 통해 내부로 연장되어 상기 열전달매체를 가열하는 전열체와, 상기 실외열교환기로부터 사방밸브를 거쳐 상기 밀폐용기 내로 유입되어 상기 열전달매체 내로 침수된 후 상기 압축기로 유입되는 저압측냉매관과, 상기 열전달매체의 온도를 검출하여 상기 제어기로 전달하는 온도센서와, 상기 전열체의 이상고압을 차단하는 바이메탈센서를 포함함으로써, 상기 저압측냉매관을 흐르는 저압측 냉매를 전열체에 의해 간접적으로 가열하는 것을 특징으로 하는, 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클.
제 5 항에 있어서,

상기 열전달매체는 증류수 및 부동액이 8:2의 비율로 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 저압측보조히터는 진공상태에서 열전달매체가 소정의 높이로 충진된 밀폐용기와, 상기 밀폐용기의 상부를 통해 내부로 연장되어 상기 열전달매체를 가열하는 전열체와, 상기 실내열교환기로부터 상기 밀폐용기 내로 유입되어 상기 열전달매체 내로 침수된 후 상기 난방용팽창밸브로 유입되는 고압측냉매관과, 상기 실외열교환기로부터 사방밸브를 거쳐 상기 밀폐용기 내로 유입되어 상기 열전달매체 내로 침수된 후 상기 압축기로 유입되는 저압측냉매관과, 상기 열전달매체의 온도를 검출하여 상기 제어기로 전달하는 온도센서와, 상기 전열체의 이상고압을 차단하는 바이메탈센서를 포함함으로써, 상기 저압측냉매관을 흐르는 저압측 냉매를 상기 고압측냉매관과 전열체에 의해 간접적으로 가열하는 것을 특징으로 하는, 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클.
제 7 항에 있어서,

상기 열전달매체는 증류수 및 부동액이 8:2의 비율로 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 고압측보조히터는 진공상태에서 열전달매체가 소정의 높이로 충진된 밀폐용기와, 상기 밀폐용기의 상부를 통해 내부로 연장되어 상기 열전달매체를 가열하는 전열체와, 상기 압축기로부터 상기 밀폐용기 내로 유입되어 상기 열전달매체 내로 침수된 후 상기 실내열교환기로 유입되는 냉매관과, 상기 열전달매체의 온도를 검출하여 상기 제어기로 전달하는 온도센서와, 전열체의 이상고압을 차단하는 바이메탈센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는를 포함함으로써, 상기 냉매관을 흐르는 고압측 냉매를 전열체에 의해 간접적으로 가열하는 것을 특징으로 하는, 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클.
제 9 항에 있어서,

상기 열전달매체는 증류수 및 부동액이 8:2의 비율로 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 실내열교환기는 벽걸이형 및 패키지형 냉난방기에 내장되는 것을 특징으로 하는, 히트펌프식 냉난방장치의 난방사이클.