KR20070102047A

KR20070102047A - 고속제상 히트펌프

Info

Publication number: KR20070102047A
Application number: KR1020060033676A
Authority: KR
Inventors: 박춘경
Original assignee: 주식회사 코벡엔지니어링
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2007-10-18
Also published as: JP2009533645A; KR100788302B1; JP4923103B2; CN101421567A; WO2007119980A1; US20090277207A1; US8006506B2; EP2005082A1; CN101421567B

Abstract

본 발명은 고속제상기를 장착한 고효율의 히트펌프에 관한 것이다. 본발명은 압축기(11), 사방밸브(21), 실내측 열교환기(12), 팽창밸브(23,24), 실외측 열교환기(13)가 폐루프를 형성하고 사방밸브(21)에 의해 냉매의 순환방향을 전환시킴으로서 냉방 및 난방을 수행하는 히트펌프에 있어서, 상기 압축기(11)와 사방밸브(21) 사이에 삼방 밸브(22)가 설치되고, 바이패스 관(31)의 일단이 상기 삼방 밸브(22)에 연결되며, 바이패스 관(31)의 다른 일단이 실외측 열교환기(13)의 입구와 팽창밸브(24)의 사이에 연결되어 있고, 상기 삼방 밸브(22)의 제어에 의해 압축기로부터 토출된 핫가스 전부를 실외측 열교환기(13)로 공급하는 것이 가능한 고속제상 히트펌프에 관한 것으로, 상기의 구성에 의해 본 발명은 핫가스의 100% 바이패스가 가능하고 고속제상이 가능하게 되어 난방운전을 정지하지 않거나 냉방운전을 하지 않고도 고속으로 실외기에 발생하는 적상을 제거하는 효과가 있고, 히트펌프의 열효율이 증가하게 되었다.

핫가스, 제상, 히트펌프, 열교환기

Description

고속제상 히트펌프{HIGH SPEED DEFROSTING HEAT PUMP}

도 1은 종래의 핫가스 바이패스 방식의 제상 운전 개념도

도 2는 본 발명의 실시예 1의 핫가스 바이패스 방식 제상 운전 상태도

도 3은 본 발명의 실시예 2의 핫가스 바이패스 방식 제상 운전 상태도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 압축기 12 : 실내측 열교환기

13 : 실외측 열교환기 14, 15 : 가스 전용 헤더

16 : 분배기 17, 18 : 액 전용 헤더

21 : 사방밸브 22: 삼방밸브

23, 24 : 팽창밸브 25,26,27,28 : 체크밸브

31 : 바이패스 관 32, 33 : 분배튜브

41 : 실내기측 블로워 42 : 실외기측 블로워

43 : 수액기

본 발명은 압축기(11), 사방밸브(21), 실내측 열교환기(12), 팽창밸브(23,24), 실외측 열교환기(13)가 폐루프를 형성하고 사방밸브(21)에 의해 냉매의 순환방향을 전환시킴으로서 냉방 및 난방을 수행하는 히트펌프에 있어서, 고속제상장치를 장착한 고효율의 히트펌프에 관한 것이다.

일반적으로 히트 펌프를 난방용으로 사용하는 경우의 냉매 순환 사이클은, 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기와, 압축기에서 토출된 고온고압의 냉매를 실내에서 방열에 의해 액상으로 응축하는 응축기, 응축기에서 나온 액상의 냉매를 교축작용에 의해 저압의 냉매로 팽창시키는 팽창밸브, 교축된 냉매가 실외에서 흡열에 의해 기체상태로 증발시키는 증발기로 폐루프를 이루며 순환되는 구성을 가지고 있다.

또한, 잘 알려진 바와 같이, 히트펌프는 상기의 사이클을 역사이클로 순환시켜 냉동 사이클로 사용할 수 있어서, 사방밸브를 사용하는 단일의 장치로 냉방과 난방을 선택하여 운전할 수 있으므로, 한정된 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 장점이 있기 때문에, 최근 들어 보급이 증가되는 추세이다.

이러한 히트펌프는 겨울철 난방운전중에 증발기 역할을 하는 실외측 열교환기의 표면온도가 외부공기의 노점온도보다 낮게 운전이 되면서 열교환기 표면에 적 상(서리)이 발생하여, 누적시 공기 흐름을 방해하고 외기와 냉매와의 열교환을 방해하여, 히트펌프의 성능을 저하시킨다.

또한, 증발 압력 저하에 따른 압축기 흡입 냉매의 비체적이 커져서 압축효율저하와 토출온도의 과다상승으로 압축기의 손상을 일으킬 수 있다.

이러한 현상을 방지하기 위해 어느 일정한 조건이나 시간이 되면 서리를 제거하는 제상운전을 해야 한다. 이러한 제상의 방식의 일종으로 핫가스 바이패스 방식이 있다.

상기의 핫가스 바이패스 방식을 이용한 종래의 기술(등록실용신안 제 20-0284796호)을 도 1에 도시하였는데 그 개략적 구성을 설명하면 다음과 같다.

압축기(11)의 토출라인은 사방밸브(21)를 지나 응축기인 실내측 열교환기(12)에 연결되고, 응축기(12)의 냉매 출구측에 증발기인 실외측 열교환기(13)가 연결되며, 실외측 열교환기(13)의 출구측은 압축기(11)의 냉매 유입구에 연결된다.

상기의 실내측 열교환기(12)와 실외측 열교환기(13) 사이에는 실내측 열교환기에서 나온 고온고압의 액상 냉매를 저압상태의 냉매로 팽창시켜 증발이 용이하도록 교축작용을 하는 팽창밸브(4)가 설치되고, 팽창밸브(4)의 입구측에는 액상 냉매만을 팽창밸브로 공급하기 위한 수액기(43)가 설치된다.

제상운전을 위해 압축기(11)의 토출구와 사방밸브(21) 사이에 바이패스 관(31)의 일단을 연결하고, 실외측 열교환기(13)와 팽창밸브(4) 사이에 바이패스 관(31)의 타단을 연결하고 있으며, 핫가스 제어밸브(3)로 제어하게 되어 있다. 또 한 사방밸브(21)와 실내측 열교환기(12) 사이와, 수액기(43)와 팽창밸브(4) 사이에는 각각 제어밸브(1,2)를 설치하여 냉매 유로를 단속하는 구조로 되어 있다.

상기의 사이클의 제상과정을 설명하면, 실내측 열교환기(12)측 제어밸브(1,2)를 닫고, 핫가스 제어밸브(3)를 연 상태로 소정의 시간 제상 운전을하면 고온 고압 상태의 핫가스가 실외측 열교환기(13)로 유입되어 온도가 상승하므로 실외측 열교환기(13) 외부에 형성되어 있는 서리나 얼음을 녹이게 된다. 제상 완료 후 제어밸브(1,2)는 열고, 핫가스 제어밸브(3)는 닫은 상태로 정상운전하게 되면 정상적인 히트펌프사이클로 회귀된다.

그런데 이러한 종래 기술은 다음과 같은 문제점들이 있었다.

첫째, 상기 종래기술과 같은 히트펌프는 난방운전시 실외측 열교환기(13), 즉 증발기 내부에는 완전히 기화하지 않은 액상의 냉매가 어느 정도 존재하게 되며, 이 액상의 냉매는 중력에 의해 증발기 하부튜브에 고이게 되는데, 그 양이 증발기 튜브 체적의 20%정도까지 이르게 된다.

그런데 상기 종래의 핫가스 바이패스 방식의 경우는 단일 관로를 사용하여 핫가스를 증발기로 유입시키게 되므로, 이 경우 압축기에서 토출되는 핫가스를 100% 증발기로 바이패스 시켜도 증발기 하부튜브에 고여 있는 액상 냉매는 핫가스와 접촉하는 윗부분에서만 어느 정도 증발될 뿐, 핫가스와 접촉하지 못하는 아래쪽은 증발하지 못하고 액체 상태로 계속 있게 되며, 결국 핫가스는 증발기 튜브 일부에서만 잔존 냉매와 열교환을 이룬 후 압축기로 다시 순환하는 셈이 된다.

통상의 경우에는 제상 운전시 증발기로부터 압축기(11)로 다시 순환 유입되는 핫가스는 증발기에 잔존해 있던 냉매와 충분한 열교환을 이룸으로써 온도가 낮아져야 하며 이에 따라 압력도 저하된 상태가 되어야 한다.

그러나 위에서 설명한 것처럼 100% 증발기로 바이패스시킨 고온 고압 상태의 핫가스는 증발기 일부에서만 잔존 냉매와 열교환되므로 열교환이 충분히 이루어지지 않아 온도가 필요한 만큼 떨어지지 않게 되고, 그 만큼 압력의 저하도 일어나지 않게 된다.

결국 증발기에서 배출되어 다시 압축기로 순환 유입되는 핫가스는 적정 압력을 초과한 상태에 있으므로, 압축기(11)로 재압축하게 되면 과도한 고압이 발생하여 압축기에 충격을 주게 되므로 고장의 원인이 된다.

이러한 이유로 종래의 핫가스 바이패스 방식에서는 이론적으로는 100%의 핫가스를 바이패스 시킬 수 있었지만 실제로는 장치의 안정성 측면에서 20-30%의 핫가스만을 바이패스 하여야 하였으며, 이는 필연적으로 제상 효율의 저하라는 문제점을 수반하는 것이었다.

둘째, 앞서 설명한 바와 같이 압축기에서 토출되는 핫가스의 20-30%만을 바이패스하는 종래 기술은 제상 효율이 낮기 때문에 제상을 완전하게 하려면 오랜 시간 제상 운전을 하여야 하였다.

적상 정도에 따라 차이는 있지만 종래 기술에서는 완전 제상까지 통상 5-10분 이상이 소요되는데, 이렇게 제상 운전을 하는 동안에는 난방운전이 중단되므로 실내온도가 적정수준 아래로 지나치게 떨어지는 또 다른 문제가 발생하므로, 적정 실내온도의 유지를 위해서는 완전 제상을 이루지 못한 상태에서 부득이 다시 난방운전을 하여야 한다.

따라서 실외측 열교환기(13)의 하부튜브에 쌓여 있던 액상 냉매는 완전히 기화되지 못하며, 이에 따라 이 하부 튜브 외부 표면에 형성되어 있는 서리나 얼음도 완전히 제거되지 못하고 일정량이 여전히 남아 있게 된다.

이렇게 실외측 열교환기(13) 하부튜브의 말단에 적상이 계속 유지되어 있는 상태에서 불완전한 제상과정을 반복하게 되면 적상은 계속 누적되어 형성되며, 결국에는 누적된 적상이 열교환기의 튜브 사이를 막아 공기 흐름을 폐쇄하게 되므로 난방불능상태에 이르게 되는 문제점이 발생한다.

셋째, 위에서 설명한 바와 같이 종래의 핫가스 바이패스 방식에서 액상 냉매가 실외측 열교환기(13)의 하부튜브에 계속해서 쌓여 있는 상태에서는 실외측 열교환기(13)과 실내측 열교환기(12) 사이에 냉매량의 차이가 발생하게 되는데, 이 상태에서 제상운전을 종료하고 난방운전으로 복귀하여 재기동하게 되면, 실외측 열교환기(13)의 냉매가 액 상태로 압축기(11)로 유입되는 문제가 발생하게 되고, 이에 따라 압축기(11)에서는 액 압축 현상이 일어나므로 압축기에 무리가 가서 쉽게 고장을 일으키게 된다.

본 발명은 제상 운전시 100%의 핫가스 바이패스를 가능하게 함으로써 고속 제상이 가능할 뿐만 아니라, 이러한 고속 제상을 통하여 제상운전에 따른 난방중단시간을 최소화할 수 있는 히트펌프를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

보다 구체적으로 본 발명은 핫가스 바이패스 방식의 제상 운전시 실외측 열교환기(13) 튜브 전체에 거쳐 고르게 핫가스를 공급하여 실외측 열교환기(13) 튜브 내부에 존재하는 액상 냉매를 짧은 시간에 완전히 기화시키고, 실외측 열교환기(13)에서 열교환된 후 압축기(11)로 재유입되는 핫가스가 적정 온도와 압력을 갖도록 하는 히트펌프 구성을 제공하고자 하는 것이다.

이하에서는 도 2, 도 3을 참고하여 본 발명의 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예 1의 핫가스 바이패스 방식 제상 운전 상태를 도시한 것이며, 도 3은 본 발명의 실시예 2에 대한 것이다.

실시예 1과 실시예 2에 도시되어 있는 바와 같이 본 발명은 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(11)와, 압축기(11)에서 토출된 고온고압의 냉매를 실내에서 방열에 의해 액상으로 응축하는 응축기인 실내측 열교환기(12), 응축기에서 나온 액상의 냉매를 교축작용에 의해 저압의 냉매로 팽창시키는 팽창밸브(23,24), 교축된 냉매가 실외에서 흡열에 의해 기체상태로 증발시키는 증발기인 실외측 열교환 기(13)로 폐루프를 이루는 구성을 기본으로 하여. 사방밸브(21)가 압축기(11)와 실내측 열교환기(12) 사이에 장착되고, 수액기(43), 실내측 블로워(41), 실외측 블로워(42) 등이 설치되는 구성을 갖는다.

특히 본 발명은 제상을 위한 핫가스 바이패스 방식을 구성함에 있어서, 압축기(11)와 사방밸브(21) 사이의 냉매관로 상에 삼방밸브(22)를 하나만 설치하며, 바이패스관(31)은 상기의 삼방밸브(22)로 부터 분기시켜 팽창밸브(24)와 실외측 열교환기(13) 사이에 연결시키는 구성상의 특징이 있다.

이에 따라 본 발명은 삼방밸브 하나만 제어하면 핫가스를 바이패스시켜 제상 운전과 난방 운전을 자유롭게 전환할 수 있는데, 이는 상기 도 1에 도시된 종래 히트펌프가 압축기에서 응축기로 가는 냉매관로와 바이패스관로 상에 제어밸브(1) 및 (2) 그리고 핫가스 제어밸브(3)를 각각 설치한 후 이 세 개의 밸브를 교차로 열고 닫아야만 핫 가스를 바이패스 시킬 수 있었던 것에 비하여, 그 제어 조작의 용이성과 제어의 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있는 것이다.

이하 도 2의 실시예 1에 나타난 특징적 구성을 살펴본다.

실시예 1은 실내측 열교환기(12)와 팽창밸브(23) 사이 및 실외측 열교환기(13)와 팽창밸브(24) 사이에 각각 분배기(16)를 설치한 것이다.

상기 한 쌍의 분배기(16)는 각각 다수의 분배튜브(32,33)가 분지되어 있는데, 이 분배튜브들이 열교환기의 열교환 튜브 단부에 하나씩 결합되며, 분배기(16)의 분배튜브(32,33)가 분지되는 쪽의 반대편으로는 냉매관이 결합되어, 한 쌍의 분 배기(16)는 이 냉매관에 의하여 서로 연결되어진다.

이때 분배기들을 연결하는 냉매관 상에는 팽창밸브(23,24)와 한 쌍의 체크밸브(25,26)가 차례로 설치된다.

상기에서 한 쌍의 분배기(16)를 연결하고 있는 냉매관은 분배기와 팽창밸브(23,24) 사이에서 각각 분지되는데, 분지된 냉매관들에는 서로 마주보는 방향으로 한 쌍의 체크밸브(27,28)를 설치한 후 서로 연결시킨다.

또한 냉매관 상에 설치된 체크밸브(27)와 체크밸브(28)의 사이 및 체크밸브(25)와 체크밸브(26)의 사이에서 각각 다시 냉매관을 분지시키며 각각 수액기(43)로 연결시킨다.

도 3에 도시된 실시예 2는 본 발명의 가장 바람직한 실시형태로서 다음과 같은 구성상 특징을 갖는다.

실시예 2의 경우, 상기 실내측 열교환기(12)와 상기 실외측 열교환기(13) 각각의 냉매입구와 출구에 각각 가스 전용 헤더(14,15)와 액 전용 헤더(17,18)를 설치하고, 실내측 열교환기의 냉매 출구측 액 전용 헤더(17)와 실외측 열교환기의 냉매 입구측 액 전용 헤더(18)를 별도의 냉매관으로 연결시키는 구성에 특징이 있다.

그리고 이렇게 액 전용 헤더(17,18)들을 연결하는 냉매관에는 체크밸브(25,26)를 달아 실내측 열교환기의 냉매 출구측의 액전용 헤더(17)와 실외측 열교환기의 냉매 입구측 헤더(18) 서로 간에 냉매가 직접적으로 흐르지는 못하게 되어있다.

또한 실시예 2에서도 실시예 1과 마찬가지로 실내측 열교환기(12)와 팽창밸브(23) 사이 및 실외측 열교환기(13)와 팽창밸브(24) 사이에 각각 분배기(16)가 설치되는데, 이때 한 쌍의 분배기(16)에서 분지된 다수의 분배튜브(32,33)는 액 전용 헤더(17,18)로 연결시키지 않으며 실시예 1처럼 열교환기의 열교환 튜브 단부로 각각 연결시키게 된다.

또한 한 쌍의 분배기(16)의 분배튜브(32,33)가 분지되는 쪽의 반대편으로 결합되어 있는 냉매관으로 연결되어 있으며, 이 냉매관 상에는 팽창밸브(23,24)와 한 쌍의 체크밸브(27,28)가 차례로 설치된다.

이와 같이 냉매관 상에 설치된 체크밸브(25)와 체크밸브(26)의 사이 및 체크밸브(25)와 체크밸브(26)의 사이에서 각각 다시 냉매관을 분지시키는데, 이렇게 분지된 냉매관은 각각 수액기(43)로 연결되어 진다.

이하에서는 상기의 실시예들의 구성에 따라 본 발명의 제상 운전 과정을 도 2, 도 3을 참고로 하여 살펴본다.

우선 도 2의 실시예 1에서 실외측 열교환기(13)에 적상이 발생하게 되는 겨울철 난방운전을 하는 경우의 냉매의 흐름을 살펴본다.

압축기(11)에서 고온고압으로 된 냉매는 사방밸브(21)를 거쳐 응축기인 실내 열교환기(12)로 향한다. 실내 열교환기의 입구측 가스 전용 헤더(14)를 통해 열교환기의 열교환 튜브로 인입된 냉매는 열교환 튜브에서 실내공기와 열교환하여 응축 된다.

응축된 냉매는 분배튜브(32)를 통해 분배기로 이송되어 합쳐져서 체크밸브(27), 수액기(43), 체크밸브(26), 실외기측 팽창밸브(24)를 차례로 거쳐 증발기인 실외측 열교환기(13)로 향한다.

실외측 열교환기(13)로 향한 냉매는 먼저 분배기(16)로 들어가서 다수의 분배튜브(33)로 나누어진 후, 실외측 열교환기(13)의 열교환 튜브로 분배되어 들어간다. 이 때 상기 분배기의 다수의 분배튜브(33)가 상기 열교환기의 열교환 튜브 각각의 단부에 대응하여 결합되어 있기 때문에 냉매도 열교환기 전체에 거쳐 고르게 들어가게 된다.

실외기측 열교환기(13)의 열교환 튜브에서 실외 공기와 열교환하여 증발한 냉매는 실외측 열교환기의 출구측 헤더(15)를 통해 나와서 사방밸브(21)를 거쳐 압축기(11)로 다시 들어가게 되는 폐루프를 형성한다.

참고로 도 2에서 사방밸브(21)를 조절하여 냉방운전을 하는 경우에는, 압축기(11)에서 토출된 냉매는 사방밸브(21)를 통해 응축기인 실외측 열교환기(13)를 거쳐 분배기(16)으로 모인 후, 체크밸브(28), 수액기(43), 체크밸브(25), 실내측 팽창밸브(23)를 거쳐 분배기(16)에서 분배되어 증발기인 실내측 열교환기(12)로 유입되고 실내공기와 열교환하여 증발된 후 압축기(11)로 향하는 폐루프를 형성한다.

본 발명에서 상기의 난방운전중에 실외측 열교환기(13)에 적상이 발생한 경우 핫가스를 바이패스시켜 제상 운전을 하는 과정은 다음과 같다.

우선 압축기(11) 토출구 전방에 설치된 삼방밸브(22)를 절환하여 실내측 열교환기(12)로 가는 냉매(핫가스)의 유로을 막고 바이패스관(31) 쪽으로 유로를 개방한다. 이때 본 발명에서는 압축기(11)에서 토출된 핫가스를 100%까지 바이패스관(31)으로 보낼 수 있다.

토출된 핫가스는 바이패스관(31)을 따라 실외측 팽창밸브(24)와 실외측 열교환기의 분배기(16) 사이로 냉매관으로 들어가게 되며 상기의 분배기(16), 분배튜브(33), 실외측 열교환기(13)의 열교환 튜브를 차례로 통과한 후 다시 압축기(11)로 향하는 폐루프를 형성하게 된다.

이때 삼방밸브(22)가 실내측 열교환기(12)를 향해서는 닫혀 있어서 냉매가 순환되지 못하기 때문에, 실내측 열교환기 방향으로는 핫가스가 흐르지 못한다.

본 발명에서는 핫가스가 단일 관로를 따라 실외측 열교환기(13)로 유입되지 않고 상기의 분배기(16)를 거쳐 다수의 분배튜브(33)로 나누어진 후 실외측 열교환기(13)의 열교환 튜브의 상하 전체에 거쳐 고르게 유입되는 것이 특징이다.

따라서 종래 핫가스 바이패스 방식과 같이 실외측 열교환기(13)의 하부튜브에 고여 있는 액상 냉매 윗부분에서만 핫가스와 접촉하여 기화되고, 핫가스와 접촉하지 못하는 아래쪽은 기화하지 못하는 현상을 해소 할 수 있다.

다시 말해 본 발명에서는 분배기(16)의 분배튜브(33)를 이용하여 실외측 열교환기(13)의 가장 아래쪽 하부튜브까지 핫가스가 직접 공급하므로 실외측 열교환기(13)의 내부에 남아 있던 액상 냉매를 증발시켜 제거하게 되고, 적상부의 열교환 튜브와도 손쉽게 열교환이 이루어지므로, 열교환기 전체에 거쳐 핫가스의 열교환작용이 고르게 그리고 동시에 일어나게 되는 것이다.

그리고 이러한 과정에서 종래기술과 달리 본 발명은 핫가스를 100% 바이시키더라도 잔존 냉매와 충분한 열교환을 하는 것이 가능해져서 적정 온도로 핫가스의 온도가 낮아지게 되며, 이에 따라 실외측 열교환기(13)에서 상기의 열교환을 마치고 나오는 핫가스의 압력도 적정한 수준으로 떨어지게 된다.

상기의 제상운전을 위한 삼방밸브(22)의 유로 절환을 제어하는 기술은 공지의 기술수단을 사용하며, 통상 30~100초 이내의 제상운전을 하고 다시 난방을 하도록 제어하되, 과다적상시에는 20-30초 간격으로 연속적으로 삼방밸브(22)의 방향을 절환하여 난방을 실시하면 된다.

이 경우에도 상기한 바처럼 난방운전의 중단은 불과 20-30초에 불과하므로 실내에서 사람이 거의 난방의 중단을 알기 어렵고, 계속해서 난방이 이루어지는 것으로 느끼게 되는 효과가 있다.

그리고 본 발명의 경우 적상량이 많지 않거나 고속제상이 필요로 하지 않는 경우에는 삼방밸브(22)의 유로 개방도를 제어에 의해서, 핫가스를 100% 바이패스 하지 않고 일부만 바이패스할 수도 있다.

다음은 도 3의 실시예 2에서 실외측 열교환기(13)에 적상이 발생하게 되는 겨울철 난방운전을 하는 경우의 냉매의 흐름을 살펴본다.

압축기(11)에서 고온고압으로 된 냉매는 사방밸브(21)를 거쳐 응축기인 실내측 열교환기(12)로 향한다. 실내측 열교환기의 입구측 가스 전용 헤더(14)를 통해 열교환기의 열교환 튜브로 인입된 냉매는 열교환 튜브에서 실내공기와의 열교환으로 냉매는 응축된다.

응측된 냉매는 실내측 열교환기(12)의 액 전용 헤더(17)를 통해 체크밸브(25), 수액기(43), 체크밸브(28), 실외측 팽창밸브(24)를 차례로 거쳐 실외측 열교환기(13)로 향하게 된다.

실외측 열교환기(13)로 향한 냉매는 먼저 분배기(16)로 들어가서 다수의 분배튜브(33)로 나누어진 후, 실외측 열교환기(13)의 열교환 튜브로 분배되어 들어간다.

이때 상기 분배기의 다수의 분배튜브(33)는 액 전용 헤더(18)를 거치지 않고 상기 실외측 열교환기(13)의 열교환 튜브 각각의 단부에 대응하여 결합되어 있으며, 이에 따라 냉매는 열교환기 전체에 거쳐 고르게 들어가게 된다.

분배기의 분배튜브(33)에 의해 실외측 열교환기(13)의 열교환튜브로 이동된 냉매는 실외공기와 열교환 후 증발되어 압축기(11)로 돌아가게 되는 폐루프를 형성한다.

참고로 도 3에서 사방밸브(21)를 조절하여 냉방운전을 하는 경우에는, 압축기(11)에서 토출된 냉매는 사방밸브(21)를 통해 응축기인 실외측 열교환기(13)의 열교환 튜브를 거쳐 실외공기와 열교환하여 응축되고, 실외측 열교환기의 액 전용 헤더(18)를 거쳐 나가게 된다.

열교환기를 나간 냉매는 체크밸브(26), 수액기(43), 체크밸브(27), 실내측 팽창밸브(23)를 거쳐 분배기에서 분배되어 증발기인 실내측 열교환기(12)에서 실내공기와 열교환하여 증발된 후 압축기(11)로 향하여 폐루프를 형성한다.

도 3의 실시예 2에서 제상운전을 하는 경우는 실시예 2와 마찬가지로 삼방밸브(22)를 절환하여 핫가스를 바이패스시켜 실시하는 방식과 기본적으로 동일하다.

실시예 2의 경우, 각각의 열교환기에 액 전용 헤더(17.18)가 부착되어 있는데, 냉·난방시 팽창밸브(23,24)를 통과하여 상기 열교환기로 유입되는 냉매와 제상시 삼방밸브(22)를 통해 공급되는 핫가스가 상기 분배기(16)의 분배튜브(32,33)를 통해 각각의 열교환 튜브(33)로 분배되어 유입되도록 하고, 열교환기를 통해 팽창밸브측으로 유출되는 냉매는 상기 액 전용 헤더(17,18)를 통해 유출되도록 구성되어 있는 점이 실시예 1과 차이가 있다.

즉 실시예 2에서 팽창밸브(23,24)를 통과하여 열교환기(12,13)로 향하는 냉매는 고르게 열교환 튜브로 분배되고, 열교환기를 나온 냉매는 분배튜브(32,33)의 좁은 관로를 통과하지 않고 바로 팽창밸브(23,24)로 향하도록 할 수 있게 되어 있다.

그 이유는 열교환기를 통과한 냉매가 분배튜브의 좁은 관로를 통과할 경우 관로저항이 발생하기 때문에 분배튜브를 거치지 않고 바로 액 전용 헤더(17,18)를 통하여 냉매를 유출시키도록 한 것이다.

따라서 액 전용 헤더(17,18)를 설치한 실시예 2는 실시예 1보다 관로저항이 감소하여 냉매의 흐름이 원활하여지므로, 히트펌프의 열효율이 더 높아지게 된다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 핫가스를 100% 바이패스시켜 제상운전을 실시할 수 있으며, 종래 히트펌프의 난방운전시 증발기 하부튜브에 고여 있는 액상 냉매 때문에 발생하였던 증발기 하부의 불완전한 제상 문제도 해결하였다.

앞서 설명한 것처럼 본 발명은 제상운전시에 고온고압의 핫가스를 100% 바이패스시켜 열교환기 외부의 적상뿐 아니라 내부 잔존냉매, 특히 하부튜브의 냉매액을 증발시키기 때문에 많은 열교환 및 압력강하가 일어나게 된다.

따라서 열교환기에서 열교환 후 압축기(11)로 들어가는 핫가스의 온도 및 압력이 앞서 설명한 종래기술에서 핫가스를 100% 바이패스시키는 경우에 비해 상대적으로 낮아지게 되는데, 본 발명에 의한 시운전 결과 제상운전에 의해 저압압력은 4-6KPa 정도로 안정되었고, 고압압력도 10-15KPa 정도로 안정되었다.

결국 본 발명은 종래 기술에서 핫가스를 100% 바이패스 시킬 때 발생하였던 압축기에 가해지는 과도한 부하나 고압 충격 때문에 고장이 자주 발생하던 문제를 최소화시킬 수 있게 된다

또한 본 발명은 핫가스를 100% 바이패스시켜 제상운전을 할 수 있게 됨으로 써, 실외측 열교환기(13)에 충분한 열량을 짧은 시간에 공급할 수 있게 되므로 열교환기 외부의 적상을 고속으로 제거할 수 있게 되는 효과가 있다.

앞서 설명한 종래 기술의 경우 핫가스의 20-30%만을 바이패스하는데 불과하여 적어도 5~10분 이상의 제상운전이 필요하였는데, 본 발명은 통상 30~100초 정도면 제상이 완전하게 이루어지게 되므로, 제상운전에 따른 난방운전 중지시간이 짧아 실내온도의 저하를 최소화할 수 있다..

그리고 본 발명의 핫가스 바이패스 방식에서는 실외측 열교환기(13)의 하부 튜브에 쌓여 있는 액상 냉매를 제상운전시 완전히 제거하게 되므로 실외측 열교환기(13)과 실내측 열교환기(12) 사이에 냉매량의 차이가 발생하지 않으며, 이에 따라 종래기술처럼 제상운전을 종료하고 난방운전으로 복귀하여 재기동할 때 실외측 열교환기(13)의 냉매가 액 상태로 압축기(11)로 유입되는 문제는 발생하지 않아 압축기의 손상을 막을 수 있는 효과가 있게 된다.

또한 본 발명은 핫가스를 바이패스시키기 위한 제어밸브로 삼방밸브 하나만 을 채택하고 있어서, 종래기술처럼 여러 개의 제어 밸브를 사용하는 것보다 제어가 간단하고 제어 작동의 신뢰성을 얻을 수 있으며, 장치가 간단해지고 이에 따라 고장요인이 감소하며, 유지보수의 편의를 도모할 수 있게 된다.

Claims

압축기(11), 사방밸브(21), 실내측 열교환기(12), 팽창밸브(23,24), 실외측 열교환기(13)의 순서로 폐루프를 형성하여 냉매가 순환하되, 사방밸브(21)에 의해 냉매의 순환방향을 전환시킴으로서 냉방 및 난방운전을 할 수 있도록 구성된 히트펌프에 있어서,

상기 압축기(11)와 사방밸브(21) 사이의 냉매관로 상에 삼방밸브(22)를 설치하고,

상기 삼방밸브(22)로 부터 분지하여 팽창밸브(24)와 실외측 열교환기(13) 사이의 냉매관로 상에 연결되는 바이패스관(31)을 설치하여,

상기 압축기(11)로부터 토출된 핫가스를 삼방밸브(22)의 제어에 의해 바이패스관(31)을 통하여 실외측 열교환기로 유입되도록 구성한 것을 특징으로 하는 고속제상 히트펌프.
제 1항에 있어서,

상기 실내측 열교환기(12)와 팽창밸브(23) 사이 및 상기 실외측 열교환기(13)와 팽창밸브(24) 사이에 각각 분배기(16)가 설치되어 한 쌍을 이루며.

상기 분배기(16)는 일측으로 냉매관이 결합되어 있아 상기 한 쌍의 분배기(16)가 이 냉매관에 의하여 서로 연결되어 지며

상기 분배기(16)는 타측으로는 다수의 분배튜브(32,33)가 결합되어 있으며, 상기 다수의 분배튜브(32,33)가 상기 실내측 열교환기(12) 및 상기 실외측 열교환기(13)의 열교환 튜브 각각의 단부로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 고속제상 히트펌프.
제 2항에 있어서,

상기 한 쌍의 분배기(16)를 서로 연결하는 냉매관 상에는 팽창밸브(23,24)와 한 쌍의 체크밸브(25,26)가 설치되고,

상기 한 쌍의 분배기(16)를 연결하고 있는 냉매관은 한 쌍의 분배기(16)와 팽창밸브(23,24) 사이에서 각각 분지시키고,

상기 분지된 냉매관들에는 한 쌍의 체크밸브(27,28)를 설치한 후 서로 연결시키며,

상기 체크밸브(27)와 체크밸브(28)의 사이 및 체크밸브(25)와 체크밸브(26)의 사이의 냉매관에서 각각 다시 냉매관을 분지시켜 각각 수액기(43)로 연결시킨 것을 특징으로 하는 고속제상 히트펌프.
제 2항에 있어서,

상기 실내측 열교환기(12)와 상기 실외측 열교환기(13) 각각의 냉매입구와 출구에 각각 가스 전용 헤더(14,15)와 액 전용 헤더(17,18)를 설치하고,

실내측 열교환기의 냉매 출구측 액 전용 헤더(17)와 실외측 열교환기의 냉매 입구측 액 전용 헤더(18)를 별도의 냉매관으로 연결시키되,

상기 액 전용 헤더(17,18)들을 연결하는 냉매관에는 체크밸브(25,26)를 설치하여 실내측 열교환기의 냉매 출구측의 액전용 헤더(17)와 실외측 열교환기의 냉매 입구측 헤더(18) 서로 간에 냉매가 직접적으로 흐르지는 못하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고속제상 히트펌프.
제 4항에 있어서,

상기 실내측 열교환기(12)와 팽창밸브(23) 사이 및 실외측 열교환기(13)와 팽창밸브(24) 사이에 설치된 한 쌍의 분배기(16)에서 분지된 다수의 분배튜브(32,33)가 액 전용 헤더(17,18)로 연결되지 않고 실내측 열교환기(12) 및 실외측 열교환기의 열교환 튜브 단부로 각각 연결시키는 것을 특징으로 하는 고속제상 히트펌프.
제 5항에 있어서,

상기 한 쌍의 분배기(16)는 분배튜브(32,33)가 분지되는 쪽의 반대편으로 결합되어 있는 팽창밸브(23,24)와 체크밸브(27,28)가 설치된 냉매관으로 연결되되,

체크밸브(27)와 체크밸브(28)의 사이 및 체크밸브(25)와 체크밸브(26)의 사이의 냉매관에서 각각 다시 냉매관을 분지시켜 각각 수액기(43)로 연결시킨 것을 특징으로 하는 고속제상 히트펌프.