KR20090082582A - 가스히트펌프 시스템의 레벨조절장치 - Google Patents

가스히트펌프 시스템의 레벨조절장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스히트펌프 시스템의 액 냉매 레벨조절장치에 관한 것으로서, 가스히트펌프 시스템을 구성하는 기액분리기내의 액 냉매 레벨을 빠르고 정확하게 감지하여 조절가능하도록 한 것이다.
본 발명은, 가스엔진(6)의 구동력에 의해 작동하면서 기액분리기(2)로부터 냉매가스를 받아서 압축하는 압축기(4)와, 상기 압축기(4)에서 공급된 냉매를 열교환하는 제 1열교환기(8)와, 이 제 1열교환기(8)를 거친 냉매가 리시버(14)를 거친 후 팽창밸브(10)를 통과한 다음 열교환시켜서 다시 기액분리기(2)로 보내도록 하는 제 2열교환기 (12)로 이루어진 가스히트펌프 시스템에 있어서,
상기 기액분리기(2)에는 기액분리기(2)내의 액 냉매 레벨을 감지할 수 있도록 하는 레벨센서(20)가 구비되고, 기액분리기(2)내의 액 냉매가 표준레벨보다 높아지는 경우, 기액분리기(2)내의 액 냉매를 리시버(14)로 회수시킬 수 있도록 하는 회수배관(16)이 연결되며, 상기 회수배관(16)에는 액냉매의 회수를 위한 펌프(17)가 구비되며, 상기 레벨센서(20)로부터 받은 감지신호를 통해 상기 펌프(17)를 제어하도록 하는 제어부(40)를 포함하여 구성되는 구조이다.
이러한 구성을 가지는 본 발명은 초음파 레벨센서를 가스히트펌프 시스템의 기액분리기에 설치하여 신속하면서도 정확한 감지를 통해서, 기액분리기에서의 과도한 액냉매가 압축기로 흡입되어 액압축이 발생하므로써 압축기를 손상시키고, 시스템에 악영향을 미치지 못하도록 기액분리기내의 액냉매 레벨을 조절할 수 있다.
가스히트펌프, 압축기, 액냉매, 액압축, 레벨센서, 초음파, 펌프, 제어부

Description

가스히트펌프 시스템의 레벨조절장치{Level Controlling Apparatus of Gas Heat Pump System}
본 발명은, 가스히트펌프 시스템의 레벨조절장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스히트펌프 시스템을 구성하는 기액분리기내의 액냉매 레벨을 빠르고 정확하게 감지하여 조절가능하도록 한 것이다.
일반적으로, 히트 펌프를 이용하여 냉난방 등의 공조 운전을 실행하는 장치는, 실내 열교환기, 압축기, 실외 열교환기, 감압기 등의 요소를 포함하는 냉매 회로를 구비하고 있다. 실내 냉,난방은 냉매가 이 회로를 순환하는 도중에, 실내 열교환기 및 실외 열교환기가 실내의 공기(이하 「실내 공기」라 부름) 및 외기와 각각 열교환을 실행함으로써 실현된다. 또한, 이 냉매 회로에는 실외 열교환기에 의한 냉매의 열 수취(난방 운전시)에만 의존하지 않고, 냉매 그 자체를 직접적으로 가열하기 위한 냉매 가열기가 설치되는 경우도 있다.
그런데, 최근 상술한 냉매 회로 내부에 설치되는 압축기의 동력원으로서, 전동기 대신에 가스 엔진을 이용하는 것이 개발되고 있다. 이 가스 엔진을 이용한 공기 조화 장치는 일반적으로 가스 히트 펌프식 공기 조화 장치(이하, 「GHP」라 약 칭함)라 칭해지고 있다.
다시말해서, 히트펌프 시스템은 저온의 공기, 토양, 물 및 폐열 등과 같은 다양한 열원을 이용하여 유용한 온도 수준의 열에너지를 얻는 시스템으로서, 저온의 열원중 물 및 공기는 그 이용이 편리하고 경제적이기 때문에 히트펌프의 열원으로 많이 이용되고 있다.
이 GHP에 의하면, 비교적 저가인 도시 가스 등을 연료로서 이용할 수 있기 때문에, 전동기를 이용한 압축기를 구비하고 있는 공기 조화 장치 (이하, 「EHP」라 약칭함)에 비해 가동 비용이 저렴하다. 따라서, 사용자에게 있어
서는, 비용 절감이 가능해진다는 이점이 있다.
또한, GHP에 있어서는, 예컨대 난방 운전시에 가스 엔진으로부터 배출되는 고온의 배기 가스나 엔진 냉각수의 열(소위 폐열)을 냉매의 가열원으로서 이용하면, 우수한 난방 효과를 얻는 것이 가능해져, EHP에 비해 에너지의 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 덧붙이면, 이 경우, GHP의 에너지 이용 효율은 EHP와 비교하여 1.2 내지 1.5배 정도 높아진다.
또한, 이러한 기구를 도입하면, 냉매 회로 내부에 있어서, 상술한 바와 같은 냉매 가열기 등의 기기를 특별히 설치할 필요가 없어진다.
이러한 GHP는 열원(LNG, LPG)으로 가스엔진의 동력으로 구동되는 압축기에 의해 냉매를 실내기와 실외기 사이의 냉매배관으로 흐르게하여 액화와 기화를 반복시켜 여름에는 냉방장치로, 겨울에는 난방장치로 이용하는 가스 냉난방 멀티 시스템이며, 냉매가스를 냉매로 하여 압축, 응축, 팽창, 증발을 반복하는 것으로 여름 에는 증발에 의한 흡열로 냉방을 하고, 겨울에는 응축에 의한 방열로 난방을 하는 작동과정을 반복한다.
이러한 히트펌프는 저온 영역에서의 온도조건에서 난방능력을 최대화시킬 수 있도록 액상 및 기상이 혼재된 냉매를 분리시킬 수 있는 기액분리기를 통해 압축기로 기상냉매를 인젝션하도록 하는 시스템의 사용이 늘고 있다.
종래의 예를 들어 설명하면, 일본특허 특개 2003-269806호(이하 " 선행 기술"이라 합니다)에 개시되어 있는 바와 같이, 압축기, 실외 열교환기 및 감압기를 가지는 실외기와, 실내 열교환기 등을 가지는 실내기를 구비하는 공기조화기에 있어서, 압축기로부터 토출되는 냉매를 분기하고, 어큐뮬레이터(accumulator)의 입구관으로 유입되도록 액량 검출회로를 설치하고, 이 액량 검출회로를 흐르는 냉매를 어큐뮬레이터내에 저장되는 액 냉매로 냉각하여 이 냉각되는 온도를 검출하며, 이것에 의해 어큐뮬레이터내의 액 냉매량에 따라 액량 검출회로내의 냉매온도가 저하되기 때문에, 저하되는 냉매온도를 검출하는 것에 의해 어큐뮬레이터내의 액 냉매량을 판정할 수 있도록 된 것이다.
따라서, 검출되는 온도가 소정온도 이하를 검출하는 경우에, 감압기의 개도를 교축하여 제어하므로써, 어큐뮬레이터에 액 냉매가 잔류하지 않게되고, 압축기에서의 액 백을 방지할 수 있다.
이러한 종래의 공기조화기는 액량 검출회로를 별도로 구비하고 있고, 더욱이 어큐뮬레이터의 일측에 동일한 액 냉매 높이를 가지는 액량 검출용기가 연통되도록 마련되어 있는 기계식 검출방법이기 때문에, 그 만큼 제어 응답이 지연되고, 레벨 측정오차가 발생하는 문제점이 있다.
이에 본 발명은, 초음파 레벨센서를 이용하여 가스히트펌프 시스템의 액냉매 레벨을 효과적으로 조절할 수 있도록 하는 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은, 가스엔진의 구동력에 의해 작동하면서 기액분리기로부터 냉매를 받아서 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 공급된 냉매를 열교환하는 제 1열교환기와, 이 제 1열교환기를 거친 냉매가 리시버를 거친 후 팽창밸브를 통과한 다음 열교환시켜서 다시 기액분리기로 보내도록 하는 제 2열교환기로 이루어진 가스히트펌프 시스템에 있어서,
상기 기액분리기에는 기액분리기내의 액 냉매 레벨을 감지할 수 있도록 하는 레벨센서가 구비되고, 기액분리기내의 액 냉매가 표준레벨보다 높아지는 경우, 기액분리기내의 액 냉매를 리시버로 회수시킬 수 있도록 하는 회수배관이 연결되며, 상기 회수배관에는 액냉매의 회수를 위한 펌프가 구비되고, 상기 레벨센서로부터 받은 감지신호를 통해 상기 펌프를 제어하도록 하는 제어부를 포함하여 구성되는 것이다.
상기 레벨센서는 기액분리기의 상부에 설치되는 초음파 레벨센서로 된 구조이다.
상기 제어부는 팽창밸브도 제어가능하도록 된 구조이다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
초음파 레벨센서를 가스히트펌프 시스템의 기액분리기에 설치하여 신속하면서도 정확한 감지를 통해서, 기액분리기에서의 과도한 액냉매가 압축기로 흡입되어 액압축이 발생하므로써 압축기를 손상시키고, 시스템에 악영향을 미치지 못하도록 기액분리기내의 액냉매 레벨을 조절할 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.
첨부된 예시도면 도 1은 본 발명에 따른 가스히트펌프 시스템의 사이클을 설명하기 위한 도면으로서, 도면에 도시된 바와 같이, 기액분리기(2)를 거쳐 압축기(4)에 흡입된 저압의 냉매 가스가 가스엔진(6)의 회전 구동에 의하여 압축되어 고온,고압의 상태로 변한다. 이 고온,고압의 냉매는 제 1열교환기(8)에서 주위에 열을 발산하고 액화된 후 팽창밸브(10)를 거쳐서 팽창하여 저온,저압화 된다. 이후 제 2열교환기(12)에서 주위의 열을 빼앗아 기체 상태로 상변화 후, 기액분리기(2)를 거쳐서 압축과정으로 사이클을 순환한다.
상기 팽창밸브(10)는 통상적으로 전자팽창밸브이다.
본 실시예에서의 가스히트펌프 시스템은, 냉방시 상기 제 1열교환기(8)는 응축기로서 역할을 하고, 제 2열교환기(12)는 증발기로서 역할을 한다.
또한, 난방시에는 반대로 제 1열교환기(8)는 증발기, 제 2열교환기(12)는 응축기로서 역할을 한다.
상기 리시버(14)는 잉여냉매를 저장하는 역할을 하는 것인데, 냉방 또는 난방시, 양이 달라질 수 있으며, 이것은 사이클에 따라서 달라진다. 또한, 찬 액냉매를 기액분리기(2)안으로 보내어서 압축기(4)의 흡입온도를 낮추어 전체적으로 사이클의 고온 이상현상을 해결할 수 있도록 하는 것이다.
여기서, 본 발명은, 상기 기액분리기(2)에 기액분리기(2)내의 액냉매 레벨을 감지할 수 있는 레벨센서(20)를 구비한다.
본 실시예에서 사용되는 상기 레벨센서(20)는 초음파 레벨센서이고, 기액분리기(2)의 상부에 설치된다.
또한, 상기 기액분리기(2)와 리시버(14) 사이의 배관(15)에는 액제어밸브(30)가 구비되고, 또 다른 곳에는 액냉매를 회수하기 위한 회수배관(16)이 구비되고, 이 회수배관(16)에 액냉매의 회수를 위한 펌프(17)가 연결되어 있다.
상기 회수배관(16)은 기액분리기(2)안의 액냉매 수위보다 낮은 위치에 설치함으로써 압력에 의해 액냉매의 회수를 용이하게 하도록 한 것이다.
상기 펌프(17)는 상기 레벨센서(20)로부터 감지한 신호를 받아서 기액분리기(2)안의 냉매액을 리시버(14)로 보낼 수 있도록 제어부(40)에 의해 제어가능하도록 된다.
또한, 상기 제어부(40)는 팽창밸브(10)도 제어하도록 구성될 수 있다.
가스히트펌프 시스템은 일반적으로, 시스템 초기 운전시 또는 실외온도가 너 무 낮을 경우, 액냉매 레벨이 너무 높으면, 압축기(4)의 흡입력에 의하여 액냉매가 압축기(4)의 내부로 흘러 들어갈 수 있기때문에, 이를 방지하기 위해서, 기액분리기(2)내의 액냉매 레벨을 중간 또는 그 이하로 유지하는 것이 바람직하다.
다시말해서, 압축기(4)안으로 액냉매가 유입되면, 액압축이 발생하게 되므로, 압축기(4)의 손상을 초래하고, 심지어는 시스템 전체에 걸쳐서 악영향을 줄 수 있기 때문이다.
따라서, 본 발명은 만일, 증발기로서 역할을 하는 제 2열교환기(12)가 제 기능을 발휘하지 못하는 경우, 즉, 실외기는 1대이면서 실내기는 여러대를 연결하여 구성하는 멀티형 공기조화기인 경우, 실내기용 증발기중 어느 하나의 증발량이 부족한 경우, 과량의 액 냉매가 기액분리기(2)로 모일 수 있고, 그러면 기액분리기(2)내의 레벨이 표준레벨(정상 작동을 위한 레벨높이)보다 높아지게되므로, 이때, 기액분리기(2)의 상단에 설치된 레벨센서(20)가 레벨상태를 감지하여 제어부(40)에 그 감지한 신호를 보내어 펌프(17)를 가동시켜서 기액분리기(2)안의 액냉매를 회수배관(16)을 통해 리시버(14)로 보내므로써 기액분리기(2)안의 레벨상태를 표준레벨로 맞추게된다.
한편, 팽창밸브(10)의 이상으로 액냉매를 제대로 팽창시키지 못하는 경우, 과량의 액냉매가 제 2열교환기(12)안으로 공급되므로써, 그 만큼 기액분리기(2)안으로 공급되는 액냉매량이 증가하게되므로, 이때에도 기액분리기(2)안의 액냉매 레벨상태를 레벨센서(20)가 감지하여 제어부(40)의 제어신호에 의해 펌프(17)가 가동되어서 리시버(14)안으로 과량분의 액냉매가 공급되는 것이다. 이러므로써, 기액분 리기(2)안에 적절한 액냉매 레벨상태를 유지할 수 있는 것이다.
본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명을 설명하였으나, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러가지 변형 및 수정이 가능함은 자명한 사실이다.
도 1은 본 발명에 따른 가스히트 펌프식 실외기 사이클을 설명하기 위한 도면으로서, 기액분리기의 상부에 초음파 레벨센서가 구비된 모습을 나타낸 도면이다.
[도면에 대한 부호설명]
2 : 기액분리기
4 : 압축기
6 : 가스엔진
8 : 제 1열교환기
10 : 팽창밸브
12 : 제 2열교환기
14 : 리시버
15 : 배관
16 : 회수배관
17 : 펌프
20 : 레벨센서
30 : 액제어밸브
40 : 제어부

Claims (3)

  1. 가스엔진(6)의 구동력에 의해 작동하면서 기액분리기(2)로부터 냉매를 받아서 압축하는 압축기(4)와, 상기 압축기(4)에서 공급된 냉매를 열교환하는 제 1열교환기(8)와, 이 제 1열교환기(8)를 거친 냉매가 리시버(14)를 거친 후 팽창밸브(10)를 통과한 다음 열교환시켜서 다시 기액분리기(2)로 보내도록 하는 제 2열교환기 (12)로 이루어진 가스히트펌프 시스템에 있어서,
    상기 기액분리기(2)에는 기액분리기(2)내의 액 냉매 레벨을 감지할 수 있도록 하는 레벨센서(20)가 구비되고, 기액분리기(2)내의 액 냉매가 표준레벨보다 높아지는 경우, 기액분리기(2)내의 액 냉매를 리시버(14)로 회수시킬 수 있도록 회수배관(16)이 연결되며, 상기 회수배관(16)에는 액냉매의 회수를 위한 펌프(17)가 구비되고, 상기 레벨센서(20)로부터 받은 감지신호를 통해 상기 펌프(17)를 제어하도록 하는 제어부(40)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템의 레벨조절장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레벨센서(20)는 기액분리기(2)의 상부에 설치되는 초음파 레벨센서로 된 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템의 레벨조절장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(40)는 팽창밸브(10)도 제어가능하도록 연결된 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템의 레벨조절장치.
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