KR20070022211A - 열 펌프용 유체 다이오드 팽창 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 열 펌프용 팽창 장치는 장치를 통과하는 유동 방향에 따라 냉매 유동에 대해 상이한 저항을 갖는 유동 저항 장치를 포함한다. 유동 저항 장치는 가동 부품을 갖지 않으므로, 종래의 가동식 피스톤의 손상, 마모 및 오염의 문제를 피할 수 있다. 유동 저항 장치는 유체가 팽창 장치를 통해 유동할 때 유체가 유동해야 하는 고정된 장애물이다.

열 펌프, 팽창 장치, 유동 저항 장치, 압축기, 유체 통로

Description

열 펌프용 유체 다이오드 팽창 장치{FLUID DIODE EXPANSION DEVICE FOR HEAT PUMPS}

본 발명은 열 펌프용 팽창 장치에 관한 것이다.

열 펌프는 압축기, 실내 열 교환기, 실외 열 교환기, 팽창 장치 및 냉방 모드와 난방 모드 사이에서 작동을 절환하기 위한 4방향 리버싱 밸브를 채용한다. 열 펌프는 팽창 장치를 활용하는데, 팽창 장치를 관통하는 냉매 유동은 고온고압에서 저온저압으로 팽창한다. 열 펌프가 냉방 작동 모드인지 난방 작동 모드인지에 따라 적절한 시스템 작동을 위해 팽창 장치의 다양한 크기 한정이 요구된다. 시스템이 냉방 모드 또는 난방 모드에서 작동할 때, 팽창 장치를 관통하는 냉매의 유동 방향은 역전된다.

단일 팽창 장치를 갖는 종래의 열 펌프 시스템은 제1 방향으로 이동하는 가동성 피스톤을 사용하는데, 반대되는 제2 방향으로 이동할 때보다 유동 저항이 더 크다. 제1 방향은 난방 모드에 상응하고, 제2 방향은 냉방 모드에 상응한다. 피스톤은 마모되기 쉬워서, 예기치 않은 큰 공차 및 오염물에 의해 시스템의 작동 및 신뢰성에 악영향을 미칠 수 있다. 또한, 현재의 열 펌프 시스템은 R410A 및 POE오일과 같은 대체 냉매를 사용한다. R410A 냉매를 사용하는 시스템은 과거에 시스템 내에 채용되던 통상적인 R22 및 R134A보다 더 높은 압력 차에서 작동한다. 이는 팽창 장치 마모 및 윤활에 악영향을 끼치며, 과도한 작동 상태 동안 더 높은 부하를 야기한다.

따라서, 열 펌프 시스템용 팽창 장치로, 마모 및 신뢰성 문제를 일으키기 쉽지 않은 신뢰성 있는 저가의 단일 팽창 장치가 요구된다.

본 발명에 따른 열 펌프 팽창 장치는 유동 저항 장치를 포함하는데, 유동 저항 장치는 이 장치를 통한 유동 방향에 따라 유동에 대해 상이한 저항을 갖는다. 유동 저항 장치는 제1 및 제2 유체 통로에 대해 고정되거나 견고하게 장착되어, 종래의 가동식 피스톤의 마모 문제를 방지한다. 본 발명의 여러 예에서 유체 유동 저항 장치는 팽창 장치를 통해 유동할 때 냉매가 유동해야만 하는 고정된 장애물이다. 유동 저항 장치는 냉매가 일방향으로 유동할 때 낮은 저항 계수를 갖고, 냉매가 반대 방향으로 유동할 때는 높은 저항 계수를 갖는 특징부를 일측상에 갖는다.

따라서, 본 발명은 마모되지 않고 신뢰성을 떨어뜨리지 않는 신뢰성 있는 저가의 팽창 장치를 제공한다.

본 발명의 이러한 그리고 다른 특징은 이하의 명세서 및 도면과, 도면의 간단한 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다.

도1은 본 발명의 팽창 장치를 갖는 열 펌프의 개략도이다.

도2는 본 발명의 팽창 장치의 제1 예의 단면도이다.

도3은 본 발명의 팽창 장치의 제2 예의 단면도이다.

도4은 본 발명의 팽창 장치의 제3 예의 단면도이다.

도5은 본 발명의 팽창 장치의 제4 예의 단면도이다.

냉방 및 난방 모드 모두로 작동할 수 있는 본 발명에 따른 열 펌프(10)가 도1에 개략적으로 도시되어 있다. 열 펌프(10)는 압축기(12)를 포함한다. 압축기(12)는 배출 포트(14)를 통해 냉매를 전달하고 냉매는 흡입 포트(16)를 통해 압축기로 복귀한다.

냉매는 공지된 바와 같이 요구되는 작동 모드에 따라 원하는 방식으로 냉매 유동을 지향시키도록 난방 위치와 냉방 위치 사이에서 절환될 수 있는 4방향 밸브(18)를 통해 이동한다. 밸브(18)가 냉방 위치에 위치되면 냉매는 배출 포트(17)로부터 밸브(18)를 통해 실외 열 교환기(20)로 유동하여, 압축된 냉매로부터의 열이 공기와 같은 2차 유체에 배출된다. 냉매는 실외 열 교환기(20)로부터 본 발명에 따른 팽창 장치(22)의 제1 유체 통로(26)를 통해 유동한다. 이 순방향으로 유동할 때 냉매가 제1 유체 통로에서 제2 유체 통로(28)로 이동함에 따라 냉매가 팽창하여 압력과 온도가 감소된다. 팽창된 냉매는 실내 열 교환기(24)를 통해 유동하여 다른 2차 유체로부터 열을 받아들이고 실내에 냉각 공기를 공급한다. 냉매는 실내 교환기(24)로부터 밸브(18)를 통해 흡입 포트(16)로 복귀한다.

밸브(18)가 난방 위치에 위치되면 냉매는 배출 포트(14)로부터 밸브(18)를 통해 실내 열 교환기(24)로 유동하여, 실내에 열을 배출한다. 냉매는 실내 열 교 환기(24)로부터 제2 유체 통로(28)를 통해 팽창 장치(22)로 유동한다. 냉매는 이 역방향으로 제2 유체 통로(28)로부터 팽창 장치(22)를 통해 제1 유체 통로(26)로 유동하기 때문에, 냉매 유동은 순방향에 비해 이 방향에서 더욱 제한된다. 냉매는 제1 유체 통로(26)로부터 실외 열 교환기(20)를 통해 4방향 밸브(18)로 유동하고, 밸브(18)를 통해 흡입 포트(16)로 복귀한다.

본 발명에 따른 팽창 장치의 여러 가지 예가 도2 내지 도6에 도시되어 있다. 본 발명에 따른 팽창 장치(22)는 제1 유체 통로(26)와 제2 유체 통로(28) 사이에 배치된 유동 저항 장치(30)를 포함한다. 종래의 가동식 피스톤과 달리, 유동 저항 장치(30)는 유체 통로(26, 28)에 대해 고정되어 있어서, 손상, 마모 또는 오염되기 쉬운 임의의 요소를 갖지 않는다. 유동 저항 장치(30)는 핀에 의해 지지되는 것으로 개략적으로 도시되어 있다. 유동 저항 장치(30)는 냉매가 역방향 또는 난방 방향으로 유동할 때보다 순방향 또는 냉방 방향으로 유동할 때 낮은 유체 저항을 가져서 유체 다이오드로서 작용한다. 이런 가변 유체 저항은 일방향으로는 유체 저항을 증가시키고 다른 방향으로는 유체 저항을 감소시키는 유동 저항 장치(30)의 양측 상에서의 상이한 특성을 제공함으로써 달성된다.

도2를 참조하면, 유동 저항 장치(30)는 제2 유체 통로(28)와 대면하는 가시형 단부(32)를 포함한다. 냉매가 순방향 또는 냉방 방향으로 유동할 때, 냉매는 유동 저항 장치(30)의 매끄러운 표면 둘레로 유동하여 통로(26, 28) 사이의 유동 저항 장치(30)의 배치는 저항을 거의 발생시키지 않는다. 그러나, 냉매가 역방향 또는 난방 방향으로 유동할 때, 냉매는 유체 유동에 대해 매우 높은 저항을 발생시 키는 가시형 단부(32)로 유동한다.

유동 저항 장치(30)로써 경사 유체 통로(34)를 사용하는 본 발명의 다른 실시예가 도3에 도시되어 있다. 경사 유체 통로(34)는 냉방 방향으로 유동하는 냉매가 경사 유체 통로(34)를 무시하고 제2 유체 통로(28)로 바로 유동하도록 배치된다. 그러나, 냉매가 난방 방향으로 유동할 때, 냉매는 제2 유체 통로(28)에 대한 배향으로 인해 더욱 쉽게 경사 유체 통로(34)로 유동한다. 제2 유체 통로(28)로부터 경사 유체 통로(34)의 입구로의 유체 유동은 제2 유체 통로(28)와 경사 유체 통로(34)의 개구벽 사이의 벽의 얕은 각도로 인해 더욱 잘 유지된다. 냉매는 제2 유체 통로(28)로부터 제1 유체 통로(26)로 유동하는 냉매의 유동으로 복귀 지향되는 방식으로 난류를 생성하면서 경사 유체 통로(34)를 빠져나오고, 냉방 방향으로의 냉매 유동에 비해 증가된 유동 저항을 발생시킨다.

도4 및 도5를 참조하면, 유동 저항 장치(30)는 도2에 도시된 것과 유사하게 유체 통로(26, 28) 사이에 배치된다. 도4에 도시된 바와 같이 유동 저항 장치(30)는 개방면 반구(38)이고, 도5에 도시된 유동 저항 장치(30)는 유체 통로(26, 28) 사이에 배치된 C형 채널(40)이다. 냉매가 냉방 방향으로 유동할 때는, 유동 저항 장치(30)의 매끄러운 곡면은 비교적 낮은 저항 계수를 갖는다. 그러나, 냉매가 유동 저항 장치(30)의 컵형 영역으로 난방 방향으로 유동할 때는, 비교적 큰 저항 계수가 발생하여 난방 방향으로 유동 저항을 증가시킨다.

유동 저항은 다양한 용어를 사용하여 표현될 수 있다는 것은 명백하다. 예컨대, 유동 저항은 저항 계수로 표현될 수 있다. 유동 저항은 난류 또는 층류 유 동의 상대적인 정도로 표현될 수도 있다. 어느 경우에는, 냉매 유동의 방향에 기초한 유동 저항의 변경은 고정된 유동 저항 장치를 사용함으로써 달성된다.

본 발명의 양호한 실시예가 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 범주 내에서 수정예가 가능하다는 것을 알 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 범주 및 요지를 결정하는데는 이하의 청구항이 고려되어야 한다.

본 발명에 따르면, 마모되지 않고 신뢰성이 우수한 저가의 열 펌프용 팽창 장치가 제공한다.

Claims (7)

1. 냉매 시스템으로 작용하는 열 펌프이며,

   제1 및 제2 열 교환기에 연결된 압축기와,

   상기 제1 및 제2 열 교환기 사이에 연결되는 팽창 장치를 포함하고,

   상기 팽창 장치는 제1 및 제2 유체 통로 사이에서 거기에 고정식으로 배열된 유동 저항 장치를 포함하고, 상기 유동 저항 장치는 유체가 제1 방향으로 유동할 때 제1 유체 저항을 제공하고 유체가 반대로 제2 방향으로 유동할 때 제1 저항보다 큰 제2 유체 저항을 제공하는 열 펌프.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방향으로 유체 유동을 각각 제공하는 난방 위치와 냉방 위치 사이에서 이동 가능한 4방향 리버싱 밸브를 포함하는 열 펌프.
3. 제1항에 있어서, 상기 유동 저항 장치는 상이한 기하 형상의 제1 및 제2 측을 갖는 본체를 포함하는 열 펌프.
4. 제3항에 있어서, 상기 제2 측은 가시형 면을 포함하는 열 펌프.
5. 제3항에 있어서, 상기 제2 측은 개방면 반구인 열 펌프.
6. 제3항에 있어서, 상기 유동 저항 장치는 개방면에 의해 제공된 제2 측을 갖는 C형 채널인 열 펌프.
7. 제1항에 있어서, 상기 유동 저항 장치는 우회 경사 유체 통로인 열 펌프.

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