KR20050104202A - 히트펌프형 공조시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프형 공조시스템및 그 제어방법에 관한 것이다.

이는특히, 응축기코일과 증발기코일이 실내에 동시 설치되는 열교환기; 상기 열교환기에 냉매를 공급하도록 실내 또는 실외에 선택적으로 설치되는 압축기; 상기 압축기에서 응축기코일및 증발기코일에 폐회로를 통하여 냉매를 공급하도록 제1공급관및 제2공급관으로 분기되며, 상기 제1,2공급관의 소정위치에 개폐밸브가 각각 구비되고, 상기 냉매의 흐름방향을 따른 밸브의 후방에 바이패스관이 개재되는 팽창밸브가 각각 설치되는 공급배관; 상기 열교환기 코일의 냉매를 배출하는 제1,2배출관으로 구성되어 그 일단이 압축기에 연결되며, 일측에 개폐밸브가 각각 구비되는 배출배관;및, 상기 개폐밸브및 바이패스관의 개폐를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공조시스템의 제어방법을 제공한다.

이에따라서, 냉,난방이 신속하게 이루어 지고, 제습 동작이 가능토록 되며, 하나의 압축기에 의해 난방및 냉방을 동시에 만족시키도록 하고, 열을 재사용 하여 열손실을 최소화 하는 것이다.

Description

히트펌프형 공조시스템 및 그 제어방법{an air harmony system with heatpump and controlling methoe thereof}

본 발명은 히트펌프형 공조시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각각 냉방과 난방기능을 하는 응축기와 증발기 코일을 실내에 각각 배치하고, 상기 코일에 냉매를 공급하는 배관을 연결함은 물론 그 개폐를 조절하여 냉방및 난방을 동시에 수행하여 제습효과를 가져옴은 물론 제습시에 재열을 위한 별도의 히터가 불필요 한 히트펌프형 공조시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 히트 펌프 사이클(heat pump cycle)은 냉난방 겸용 공기조화시스템에 적용되는 것으로, 여름과 겨울철에 4-Way 밸브를 통해 냉매가 흐르는 방향을 전환시켜 하나의 유닛으로 냉방과 난방 양쪽을 할 수 있도록 설계되어 있다.

이러한 히트 펌프 사이클은, 구동모터를 가동하여 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기가 내장되는 실외측 유닛과, 실내에 배치되면서 실외측과 냉매관을 통해 폐회로로 연결된 실내측 유닛으로 이루어 지며, 실외측 유닛에는 압축기, 열교환기, 팽창장치및 밸브등이 내장되며, 실내측 유닛에는 열교환기와 열교환된 공기를 실내측으로 강제 송풍시키기 위한 팬등이 설치된다.

이 때, 실외 열교환기와 실내 열교환기는 냉방 또는 난방 운전에 따라 밸브의 방향을 조절하여 응축기 또는 증발기 역할을 바꾸어 수행한다.

그러나, 상기 히트펌프는 운전 중에 압축기로 액냉매가 유입되어 구동모터 등이 손상을 입게되고, 운전 시 실내 열교환기에서의 성에 발생으로 전반적인 난방 사이클 효율저하를 가져오는 단점이 있는 것이다.

이러한 단점을 보완하기 위한 히트펌프 사이클이 공개특허공보 특2002-90952호에 개시되어 있으며 그 구성은 도1에서와 같이, 실외측 유닛(A)의 팽창장치(50L)(50R)는 냉방운전 시 팬(41)을 구비하는 실외 열교환기(40)를 통해 유입되는 냉매를 감압하도록 일방향 체크밸브(51)가 배치된 제1모세관과, 난방운전시 상기 실내측유닛(B)의 실내 열교환기(10)를 통해 유입되는 냉매를 감압하도록 일방향 체크밸브(52)가 배치된 제2모세관을 포함하여 구성되며,

상기 제1모세관과 제2모세관 사이에는 난방 운전 시 응축된 고압냉매를 외기를 통해 과냉각시키기도록 하면서 일측에 팬(61)을 갖는 과냉각 열교환기(60)가 배치되며, 상기 실외측 유닛(B)의 열교환기(10) 일측에 팬(11)이 구비되고, 상기 열교환기(10)(40)에는 압축기(20)에서 고온고압으로 압축된 냉매가 밸브(30)를 통하여 공급되는 구성으로 이루어 진다.

그러나, 상기와 같은 히트 펌프 싸이클은, 냉방과 난방이 동시에 이루어지지 못하여 제습등의 목적을 위해서는 별도의 히터를 구비하여야 하며, 실외측유닛(A)에 열교환기에 모두 배치되어 외기에 의해 과냉각 되거나 과열되어 오히려 압축기의 효율을 저하시키는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 별도의 히터가 필요없는 절전형 냉난방 공조기술을 제공하고, 실내온도 조건을 항온으로 조절할수 있도록 하며, 1대의 압축기로 냉난방을 동시에 수행할수 있도록 함은 물론 선택적인 냉방및 난방이 가능하도록 하고, 주위의 온도 조건에 상관없이 최적의 운전상태를 유지하도록 하며, 절전형 이면서 화재를 방지하도록 하는 히트펌프형 냉난방 공조시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 복수의 코일이 분리설치되는 열교환기;

상기 코일에 연결되어 냉매를 투입하도록 분기설치되면서 밸브를 각각 구비되고, 밸브의 후방에 바이패스관이 개재되는 팽창밸브를 연결설치하는 공급배관;

상기 코일에 연결되어 냉매를 배출하도록 분기설치되면서 밸브를 각각 구비하는 배출배관;

상기 제1영역에 연결되는 제2배관 배출관에 연결되며 일측에 밸브를 갖는 순차공급관;

상기 공급배관을 상호 연결하도록 설치되는 연결관;

상기 밸브및 바이패스관을 제어하는 콘트롤러;및,

상기 제1,2,4배관과 연결되어 냉매를 순환시키도록 설치되는 압축기를 포함하는 히트펌프형 공조시스템을 제공한다.

또한, 응축기코일과 증발기코일을 실내유닛에 설치한후 실외유닛인 압축기를 통하여 공급되는 냉매의 흐름이 응축기코일에서 증발기코일로 향하도록 설치하고, 상기 증발기코일로 향하는 냉매의 유동로 중에 팽창밸브를 설치하며, 상기 증발기코일과 압축기를 연결하여 폐회로를 형성하도록 하는 히트펌프형 공조시스템의 제어방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2에서와 같은 본 발명은 열교환기(100)와 압축기(600)및 상기 열교환기(100)와 압축기(600)사이에 밀폐관로를 형성하도록 설치된 공급배관(200), 배출배관(300)및 순차공급관(400), 연결관(500)으로 이루어진다.

상기 열교환기(100)는, 증발기코일(110)과 응축기코일(130)이 분리 설치된다.

상기 열교환기(100)의 코일에 연결되는 공급배관(200)는, 상기 코일에 냉매를 공급하는 제1공급관(210)및 제2공급관(230)으로 분기되며, 상기 제1,2공급관(210)(230)의 소정위치에 개폐밸브(213)(233)가 각각 구비된다.

그리고, 상기 냉매의 흐름방향을 따라 밸브의 후방에 바이패스관(215)(235)이 개재되는 팽창밸브(217)(237)이 연결 설치된다.

상기 열교환기(100)의 코일에 연결되는 배출배관(300)은, 상기 코일의 냉매를 배출하는 제1배출관(310)및 제2배출관(330)으로 구성되어 그 일단이 연결되며, 일측에 개폐밸브(313)(333)가 각각 구비된다.

상기 응축기코일(130)에 연결되어 냉매를 공급하도록 순차공급관(400)이 설치되고, 상기 순차공급관(400)을 통하여 공급되는 냉매가 응축기코일(130)을 순환한후 증발기 코일(110)에 공급되도록 제2공급관(230)과 연결되는 연결관(500)이 더 구비된다.

또한, 상기 순차공급관(400)과 연결관(500)의 일측에 개폐밸브(413)(513)가 더 구비되는 구성으로 이루어 진다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도2에서와 같이, 제습모드에 본 발명의 히트펌프를 사용할 경우 먼저 개폐밸브(213)(313)(233)을 차단한다.

이어서, 압축기(600)에서 고온고압으로 압축된 냉매(GAS)를 순차공급관(400)을 통하여 응축기코일(130)에 전달한다.

그리고, 상기 응축기코일(130)을 통하여 유동되는 고온,고압의 냉매는 주변으로 열을 방출하여 실내의 온도를 상승시킨다.

계속하여, 상기 응축기코일(130)을 통과하면서 주변에 열을 전달하고 저온, 고압상태를 유지하는 냉매(LIQUID)는 상기 응축기코일(130)과 연결되는 연결관(500)을 통하여 증발기코일(110)에 전달된다.

이때, 상기 연결관(500)의 관로상에는 팽창밸브(237)가 구비되어 응축기코일(130)을 통과한 저온,고압의 냉매를 저온,저압의 냉매로 변화시켜 증발기코일(110)에 유동시킨다.

또한, 상기 증발기코일(110)을 유동하는 냉매는 주변과의 열교환 즉 주위의 공기를 냉각시키는 열교환을 통하여 저온,저압의 기체상태로 된후 그 일측에 연결되는 제2배출관(330)을 통하여 압축기(600)에 전달되고, 상기 압축기(600)에서 저온,저압의 기체상태 냉매를 다시금 가압하여 상기와 같은 싸이클을 반복수행하게 된다.

상기와 같은 구성에 의해 실내에 설치되는 증발기코일(110)과 응측기코일(130)을 통하여 냉각과 난방이 동시에 수행되어 제습효과를 가져옴은 물론 재열기능이 신속하게 이루어 진다.

또한, 하나의 압축기에 의해 난방과 냉방을 동시에 수행하여 압축기를 구동하기 위한 전력의 손실을 최소화 하고, 냉방및 난방의 온도조절시 종래와 같이 운전을 정지시켜 자연상태의 조건에 의해 온도를 보상하도록 하는 방식이 아니라 난방과 냉방량을 조절하는 방식으로 정확한 항온 조절이 가능토록 된다.

난방의 경우

상기 개폐밸브(413)(513)을 닫은 상태에서 압축기(600)에 고온,고압으로 유지되는 기체상태의 냉매를 공급배관(300)을 통하여 응축기코일(130)과 증발기코일(110)에 각각 공급하고, 이때 상기 냉매는 제1공급관(310)및 제2공급관(330)을 통하여 고온,고압의 상태로 곧바로 전달된다.

냉방의 경우

상기 개폐밸브(413)(513)을 닫은 상태에서 압축기(600)에 고온,고압으로 유지되는 액체상태의 냉매를 공급배관(200)을 통하여 응축기코일(130)과 증발기코일(110)에 각각 공급하고, 이때 상기 냉매는 제1공급관(210)및 제2공급관(230)에 설치되는 팽창밸브((217)(237)을 통하여 저온, 저압의 상태로 공급된다.

한편, 본 발명의 히트펌프 제어방법은, 먼저 응축기코일과 증발기코일을 실내유닛에 설치한후 실외유닛에는 압축기를 설치하고, 상기 압축기와 증발기및 응축기코일이 폐회로를 형성하도록 한다.

이어서, 상기 압축기에서 공급되는 고압,고압의 냉매가 흐름이 응축기코일에서 증발기코일및 압축기를 순차로 향하도록 하고, 먼저 응축기코일에서 열교환하면서 저온,고압의 기체상태 냉매로 변환다.

그리고, 상기 냉매는 증발기코일로 향하는데 그 유동경로 중에 팽창밸브를 설치하여 응축기코일을 통과한 저온,고압의 액체상태 냉매를 저온,저압상태의 액체상태 냉매로 변환시킨다.

계속하여, 상기 팽창밸브를 통과한 냉매는 증발기코일로 향하도록 하여 실내에 열교환되면서 저온,저압의 기체상태 냉매로 되고, 상기 냉매를 압축기로 다시 순환시켜 연속적인 싸이클을 형성하게 되는 것이다.

[실험예]

각각 가로 3.0m 세로4.4m 높이2.8m 인 동일조건의 챔버내측에 본 발명의 히터와 일반적인 전기히터를 설치하고 그 성능을 상호 비교, 분석하였다.

이때, 상기 챔버는 벽체및 지붕이 일반 주택의 열관류율과 거의 유사한 값을 갖도록 하고, 외벽은 적별돌로 되어 있으며, 남쪽에는 각각 1.5m ×1.5m의 창이 설치되어 있다.

상기와 같은 실험예에서 본 발명은 도3에서와 같이 동력원인 전기의 소모가 전기히터(E1)에 비하여 본 발명의 히트펌프(E2)가 현저히 감소되는 것을 알수 있는 것입니다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 응축기와 증발기코일을 실내유닛에 동시에 설치하여 별도의 히터가 필요없는 절전형 냉난방 공조기술을 제공하고, 냉방과 난방을 동시에 수행하여 실내온도 조건을 항온으로 조절하며, 냉난방을 동시에 수행함은 물론 선택적인 냉방및 난방이 가능하고, 주위의 온도 조건에 상관없이 최적의 운전상태를 유지하며, 제습운전시 온도보상을 기존에 히터를 사용하였으나 실내응축기 사용으로 인한 절전 및 화재예방 효과가 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명 하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀 두고자 한다.

도1은 종래의 히트 펌프 사이클의 냉매흐름을 도시한 사시도 이다.

도2는 본 발명에 따른 냉난방 공조시스템을 도시한 사시도 이다.

도3은 본 발명에 따른 공조시스템과 히터의 사용에 따른 전력사용량을 도시한 그래프도 이다.

*발명의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100...열교환기 130...응축기코일

200...공급배관 215...바이패스관

217...팽창밸브 300...배출배관

400...순차공급관 500...연결관

Claims (5)

1. 응축기코일과 증발기코일이 실내에 동시 설치되는 열교환기;

   상기 열교환기에 냉매를 공급하도록 실내 또는 실외에 선택적으로 설치되는 압축기;

   상기 압축기에서 응축기코일및 증발기코일에 폐회로를 통하여 냉매를 공급하도록 제1공급관및 제2공급관으로 분기되며, 상기 제1,2공급관의 소정위치에 개폐밸브가 각각 구비되고, 상기 냉매의 흐름방향을 따른 밸브의 후방에 바이패스관이 개재되는 팽창밸브가 각각 설치되는 공급배관;

   상기 열교환기 코일의 냉매를 배출하는 제1,2배출관으로 구성되어 그 일단이 압축기에 연결되며, 일측에 개폐밸브가 각각 구비되는 배출배관;및,

   상기 개폐밸브및 바이패스관의 개폐를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 히트펌프형 공조시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1배출관은 응축기코일에 압축기로 부터 냉매가 역방향으로 공급되도록 순차공급관이 더 연결되고, 상기 냉매가 응축기코일을 순환한후 증발기 코일에 공급되도록 제1,2공급관 사이에 연결관이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 히트펌프형 공조시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 순차공급관과 연결관에 개폐밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 히트펌프형 공조시스템.
4. 응축기코일과 증발기코일이 실내에 동시 설치되는 열교환기;

   상기 열교환기에 냉매를 공급하도록 실내 또는 실외에 선택적으로 설치되는 압축기;

   상기 압축기에서 응축기코일및 증발기코일에 폐회로를 통하여 냉매를 공급하도록 제1공급관및 제2공급관으로 분기되며, 상기 제1,2공급관의 소정위치에 개폐밸브가 각각 구비되고, 상기 냉매의 흐름방향을 따른 밸브의 후방에 바이패스관이 개재되는 팽창밸브가 각각 설치되는 공급배관;

   상기 열교환기 코일의 냉매를 배출하는 제1,2배출관으로 구성되어 그 일단이 압축기에 연결되며, 일측에 개폐밸브가 각각 구비되는 배출배관;

   양단이 제1배출관에 압축기에 연결되는 순차공급관; 상기 순차공급관에 의해 공급되는 냉매가 응축기코일을 순환한후 증발기 코일에 곧바로 공급되도록 제1,2공급관 사이에 구비되는 연결관;및,

   상기 개폐밸브및 바이패스관의 개폐를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 히트펌프형 공조시스템.
5. 응축기코일과 증발기코일을 실내유닛에 설치한후 실외유닛인 압축기를 통하여 공급되는 냉매의 흐름이 응축기코일에서 증발기코일로 향하도록 설치하고, 상기 증발기코일로 향하는 냉매의 유동로 중에 팽창밸브를 설치하며, 상기 증발기코일과 압축기를 연결하여 폐회로를 형성하는 히트펌프형 냉난방 공조시스템의 제어방법.