KR20100110967A

KR20100110967A - 자체 냉매 순환 히터펌프

Info

Publication number: KR20100110967A
Application number: KR1020090029280A
Authority: KR
Inventors: 이진선
Original assignee: 이진선
Priority date: 2009-04-06
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2010-10-14
Also published as: KR101041423B1

Abstract

본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프는, 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(110), 압축기(110)의 일측에 연결되어 압축기(110)에서 압축된 냉매에서 유분을 제거하는 유분리기, 유분리기의 일측에 연결되어 유분리기로부터 공급된 냉매를 상이한 방향으로 분기시키는 4방밸브(130), 상기 4방밸브(130)의 제1방향에 연결된 제1냉매유로(R1), 상기 제1냉매유로(R1)의 일측에 연결된 제1열교환기(141), 상기 제1열교환기(141)의 일측에 연결된 제4팽창밸브(340) 및 제4체크밸브(240), 상기 제4팽창밸브(340) 및 제4체크밸브(240)에 연결된 제3냉매유로(R3), 상기 제3냉매유로(R3)의 일측에 연결된 제2열교환기(142), 상기 제3냉매유로(R3)의 다른 일측에 연결된 실내기(150), 상기 제2열교환기(142)의 일측에 연결된 제2냉매유로(R2)로서, 상기 제2냉매유로(R2)의 다른 일측은 상기 4방밸브(130)의 제2방향에 연결되는 제2냉매유로(R2), 상기 실내기(150)의 일측에 연결된 제4냉매유로(R4)로서, 상기 제4냉매유로(R4)의 다른 일측은 상기 4방밸브(130)의 상기 제2방향에 연결되는 제4냉매유로(R4), 상기 제2열교환기(142)와 열교환을 행하는 물을 공급하기 위한 제1물저장탱크(161), 상기 제3냉매유로(R3)를 통해 제2열교환기(142)로 냉매가 이동되는 경로에 설치되는 제2팽창밸브(320) 및, 상기 제3냉매유로(R3)와 상기 제1열교환기(141) 사이에 설치되는 제1팽창밸브(310)를 포함하며; 상기 제1열교환기(141)에는 고온의 냉매와 저온의 냉매가 각각 따로 유입되어, 상기 제1열교환기(141) 내에서 상기 고온의 냉매와 저온의 냉매 간에 자체적으로 상호 열교환이 일어나도록 하는 것을 특징으로 한다.

자체 냉매 순환 히터펌프(100), 제1열교환기(141), 제2열교환기(142), 제3열교환기(143).

Description

자체 냉매 순환 히터펌프{Self cooling circle heat pump}

본 발명은 냉매를 열교환기 내에서 자체적으로 순환시키는 자체 냉매 순환 방식을 채용한 히터펌프에 관한 것으로, 열교환기를 통과한 냉매의 일부는 냉난방을 위해 사용되고 나머지 일부는 그 열교환기에 재유입시켜 열교환기에 최초로 유입되는 냉매와 상호 열교환을 행함으로써 열교환 효율을 대폭 향상시킨 히터펌프에 관한 것이다.

통상적으로 히트펌프란 열을 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 이동시키거나 온도가 높은 곳에서 온도가 낮은 곳으로 이동시키는 장치를 말하는데, 히트펌프의 작동 메카니즘은 냉난방기와 유사한데, 저온열을 사용할 목적으로 제작되는 경우에는 냉동기가 되고, 고온열을 사용할 목적으로 제작되는 경우에는 난방기가 된다.

히트펌프 사이클의 기본적인 구성요소는 압축기, 고온부 열 교환기인 제1열교환기(141), 팽창밸브, 저온부 열 교환기인 제2열교환기의 4개 요소로 구분되며 냉매는 압축, 응축, 팽창, 증발의 변화를 계속하면서 순환한다.

상기의 히트펌프의 원리를 이용하여 목욕탕이나 공장 등에서 사용하는 온수 를 생성할 수 있는 히트펌프식 가열장치는 상기 고온부 열 교환기에 외부로부터 유입된 물과 냉매를 열 교환시켜 온수를 얻을 수 있고 이를 이용하여 난방기능도 수행할 수 있다.

이러한 원리를 이용한 히트펌프식 가열장치는 냉매의 열에너지로 외부로부터 유입된 물을 가열시키고, 외부 공기로부터 열에너지를 공급받아 상기 냉매를 증발시켜 사이클을 순환하도록 되어 있다.

근래에 들어 유가의 폭등 폭락에 따라 난방용으로 사용되고 있는 보일러의 유지비용이 일정하게 유지되지 않고 보일러의 사용에 대한 불안감이 급격히 증가하는 추세에 있다. 그래서, 비교적 유지비가 적은 전기를 이용하여 냉난방 및 냉온수를 할 수 있는 장치에 대한 관심이 증가하고 있으며, 이러한 관심에 부응할 수 있는 유력한 장치 중의 하나가 히트펌프식 가열장치라고 할 수 있다.

한편, 종래의 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치의 메카니즘은 공기를 열원으로 활용하는 공기열원방식과 물을 열원으로 활용하는 수열원방식을 채용하고 있다. 그러나, 이러한 종래의 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치는 공기를 냉각시키는 실외기나 물을 냉각시키기 위한 대형 냉각탑 등이 필수적으로 필요하며 그 크기가 크다는데 실용적이지 못하다는 문제점이 있다.

또한, 여름철에는 발생하지 않던 문제점들이 겨울철로 접어들면서 이러한 열원들을 통해 냉매가 증발하기에 충분한 열에너지가 공급되지 못하여 통상 말하는 냉동사이클의 성적계수가 떨어져 동작이 잘 되지 않는 경우가 있다

이러한 문제점을 해결하기 위한 시도가 종래에도 행해졌었는데, 상기 열에너 지의 공급을 추가적인 전기히터 등을 이용하여 공급하기도 하였으나, 이러한 전기히터의 추가적인 구성은 히터펌프의 구성을 복잡하게 하고 에너지 효율문제에서도 저조하게 되는 문제점이 여전히 존재하고 있다.

따라서, 종래의 히터펌프를 이용한 냉난방기는 외부 열에너지를 얻기 위하여 일반적으로 실외기 및 냉각탑이 필수적으로 요구되며 겨울철에는 전기히터를 추가로 설치하여 운용해야 하는 문제점에 대한 해결방식이 필요하게 되었다.

그러므로, 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프는 열교환기를 통과한 냉매의 일부를 열교환기로 재유입시키는 구성을 취함으로써 실외기나 대형 냉각탑이 필요없고, 겨울철에도 전기히터 등의 추가적인 구성이 필요없는 히터펌프를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프는 여름철에도 냉방을 하면서도 동시에 온수도 사용할 수 있는 히터펌프를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)는, 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(110), 압축기(110)의 일측에 연결되어 압축기(110)에서 압축된 냉매에서 유분을 제거하는 유분리기(120), 유분리기(120)의 일측에 연결되어 유분리기(120)로부터 공급된 냉매를 상이한 방향으로 분기시키는 4방밸브(130), 상기 4방밸브(130)의 제1방향에 연결된 제1냉매유로(R1), 상기 제1냉매유로(R1)의 일측에 연결된 제1열교환기(141), 상기 제1열교환기(141)의 일측에 연결된 제4팽창밸브(340) 및 제4체크밸브(240), 상기 제4팽창밸브(340) 및 제4체크밸브(240)에 연결된 제3냉매유로(R3), 상기 제3냉매유로(R3)의 일측에 연결된 제2열교환기(142), 상기 제3냉매유로(R3)의 다른 일측에 연결된 실내기(150), 상기 제2열교환기(142)의 일측에 연결된 제2냉매유로(R2)로서, 상기 제2냉매유로(R2)의 다른 일측은 상기 4방밸브(130)의 제2방향에 연결되는 제2냉매유로(R2), 상기 실내기(150)의 일측에 연결된 제4냉매유로(R4)로서, 상기 제4냉매유로(R4)의 다른 일측은 상기 4방밸브(130)의 상기 제2방향에 연결되는 제4냉매유로(R4), 상기 제2열교환기(142)와 열교환을 행하는 물을 공급하기 위한 제1물저장탱크(161), 상기 제3냉매유로(R3)와 상기 실내기(150) 사이에 설치되는 제3체크밸브(230)와 제3팽창밸브(330), 상기 제3냉매유로(R3)와 상기 제2열교환기(142) 사이에 설치되는 제2체크밸브(220)와 제2팽창밸브(320) 및, 상기 제3냉매유로(R3)와 상기 제1열교환기(141) 사이에 설치되는 제1팽창밸브(310)를 포함하며; 상기 제1열교환기(141)에는 고온의 냉매와 저온의 냉매가 각각 따로 유입되어, 상기 제1열교환기(141) 내에서 상기 고온의 냉매와 저온의 냉매 간에 자체적으로 상호 열교환이 일어나도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)는, 상기 제1팽창밸브(310)와 병렬로 설치되는 제3열교환기(143) 및, 상기 제1팽창밸브(310)와 상기 제3열교환기(143) 중 일 방향으로 냉매를 보내기 위하여 냉매방향을 전환하기 위한 전자3방밸브(190)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)는, 상기 제3열교환기(143)에는 제2물저장탱크(162)가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)는, 상기 실내기(150)와 상기 제4냉매유로(R4) 사이에 설치되는 전자밸브(191)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)는, 상기 제2열교환기(142)에는 제1물저장탱크(162)와 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)는, 상기 제1열교환기(141)에서는 저온의 냉매와 고온의 냉매 자체 사이에 상호열교환을 행하며, 상기 제2열교환기(142)에서는 냉매와 제1물저장탱크(161)에 저수된 물 사이에 상호열교환을 행하며, 상기 제3열교환기(143)에서는 냉매와 제2물저장탱크(162)에 저수된 물 사이에 상호열교환을 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)는 열교환기를 통과한 냉매의 일부를 열교환기로 재유입시키는 구성을 취함으로써 실외기나 대형 냉각탑이 필요없고, 겨울철에도 전기히터 등의 추가적인 구성이 필요없는 히터펌프를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)는 여름철에도 냉방을 하면서도 동시에 온수도 사용할 수 있는 히터펌프를 제공할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양하게 변경할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다

본 발명의 도면은 총 4개로 구성되어 있는데, 도 1은 본 발명의 바람직한 실 시예에 따른 히터펌프의 구성도이고, 도 2는 상기 히터펌프의 냉방 운전시의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이고, 도 3은 난방을 목적으로 운전하는 경우에 냉매의 흐름을 보여주는 도면이며, 도 4는 온수만을 얻을 목적으로 운전하는 경우의 냉매의 흐름을 보여주는 도면이다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히터펌프의 구성을 설명한다.

본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)를 도1 내지 도4를 참조하여 설명하며, 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)는 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(110)를 포함하며, 상기 압축기(110)의 일측에는 압축기(110)에서 압축된 냉매 중에 포함된 유분을 제거하는 유분리기(120)가 연결되어 있다. 또한, 상기 유분리기(120)의 일측에 연결되어 유분리기(120)로부터 공급된 냉매를 상이한 방향으로 분기시키는 4방밸브(130), 상기 4방밸브(130)의 제1방향에 연결된 제1냉매유로(R1), 상기 제1냉매유로(R1)의 일측에 연결된 제1열교환기(141), 상기 제1열교환기(141)의 일측에 연결된 제4팽창밸브(340) 및 제4체크밸브(240)를 포함한다. 제4팽창밸브(340)와 제4체크밸브(240)는 병렬로 연결되어 있는데, 냉매가 제1열교환기(141)로부터 유출되는 경우, 유출된 냉매를 제3냉매유로(R3)를 통해 실내기(150)와 제2팽창밸브(320)로 보내며, 이때 제4체크밸브(240)를 통하여 냉매가 흘러가고, 제4체크밸브(240)는 제1열교환기(141) 내부로 냉매를 유입시킬 때 이용된다. 또한, 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)는, 상기 제4팽창밸브(340) 및 제4체크밸브(240)에 연결된 제3냉매유로(R3), 상기 제3냉매유로(R3)의 일측과 제2냉매유로(R2)의 일측에 연결된 제2열교환기(142), 상기 제3냉매유로(R3)의 다른 일측과 제4냉매유로(R4)의 일측에 연결된 실내기(150), 상기 제2열교환기(142)의 일측에 연결된 제2냉매유로(R2)로서, 상기 제2냉매유로(R2)의 다른 일측은 상기 4방밸브(130)의 제2방향에 연결되는 제2냉매유로(R2), 상기 실내기(150)의 일측에 연결된 제4냉매유로(R4)로서, 상기 제4냉매유로(R4)의 다른 일측은 상기 4방밸브(130)의 상기 제2방향에 연결되는 제4냉매유로(R4), 상기 제2열교환기(142)와 열교환을 행하는 물을 공급하기 위한 제1물저장탱크(161), 상기 제3냉매유로(R3)를 통해 제2열교환기(142)로 냉매가 이동되는 경로에 설치되는 제2팽창밸브(320) 및, 상기 제3냉매유로(R3)와 상기 제1열교환기(141) 사이에 설치되는 제1팽창밸브(310)를 포함한다.

상기 유분리기(120)의 출구측 냉매유로에는 4방밸브(130)가 설치되어 있다. 상기 4방밸브(130)는 4방향의 유로 중 특정 2방향으로 냉매의 유동이 가능하도록 선택적으로 냉매의 흐름의 방향을 선택할 수 있게 하는 장치이다. 통상적으로 냉동 사이클과 히트펌프 사이클의 경우에 냉매의 흐름을 바꾸어 주도록 하기 위해 설치되어 있다. 본 실시예에서 상기 4방밸브(130)는 압축기(110)에서 배출된 냉매를 후술하는 제1열교환기(141)로 흐르게 하는 유로 또는 후술하는 제2열교환기(142)로 흐르게 하는 유로를 선택적으로 개방할 수 있도록 하기 위한 장치이다. 상기 4방밸브(130)는 제어장치(미도시)에 의한 전자적인 신호로 냉매의 유동방향을 바꾸는 것이다.

상기 제1열교환기(141)는 4방밸브(130)와 제1냉매유로(R1)에 의해 연결되어 있다. 상기 제1열교환기(141)는 4방밸브(130)로부터 유입된 냉매의 열 교환이 이루어지는 곳이다. 상기 제1열교환기(141)에서 열 교환된 냉매의 일부는 제3냉매유로(R3)를 통해서 제2열교환기(142)로 유입되도록 되어 있다.

한편, 상기 제1열교환기(141)에서 열 교환된 냉매의 다른 일부는 제3냉매유로(R3)에서 분기 되어 상기 제1팽창밸브(310)에서 팽창된 후 제1열교환기(141)에 재유입된다. 상기 제1열교환기(141)에서는 제1냉매유로(R1)로 유입된 냉매와 상기 제1팽창밸브(310)를 통과한 냉매 간에 열 교환이 이루어진다. 즉, 제1냉매유로(R1)를 통해 제1열교환기(141)로 유입되는고온의 냉매와 제1팽창밸브(310)를 통해 유입되는 저온의 냉매 간에 열 교환이 이루어지게된다.

상기 제2열교환기(142)는 4방밸브(130)와 제2냉매유로(R2)에 의해 연결되어 있다. 제2열교환기(142)로 유입된 냉매는 외부의 열전달 매체와 열 교환이 이루어진 후 상기 4방밸브(130)로 유입되도록 제2냉매유로(R2)가 배치되어 있다.

상기 제2열교환기(142)로 유입되는 냉매 유로 상에는 냉매의 팽창을 위한 제2전자팽창밸브가 구비되어 있다. 더 구체적으로 상기 제2열교환기(142)로 유입되는 냉매의 온도를 낮추기 위하여 제2팽창밸브(320)가 상기 제3냉매유로(R3)상에 마련되어 있다.

한편, 상기 제2열교환기(142)로부터 상기 제2팽창밸브(320)쪽으로 냉매가 흐르는 경우에 불필요한 냉매의 팽창을 방지하기 위하여 제2체크밸브(220)가 상기 제2팽창밸브(320)와 병렬적으로 배치되어 있다. 상기 제2열교환기(142)는 냉매와 외부의 열전달 매체간에 열 교환이 이루어지는 곳이다. 상기 외부의 열전달 매체는 물이다. 이러한 물은 제1저장탱크에 저장된다.

상기 실내기(150)는 상기 제1열교환기(141)와 제2열교환기(142)에 유로에 의해 냉매가 순환하도록 연결되며, 그 유로를 통과하는 냉매와 외부의 공기 사이에 열 교환이 이루어지도록 하기 위해 마련된 것이다. 상기 실내기(150)는 일종의 열 교환기로서 일정한 실내공간에 설치되어 그 실내공간의 공기로부터 열을 빼앗거나 그 공기에 열을 전달함으로써 냉방 또는 난방의 목적을 달성하게 한다. 상기 실내기(150)로 유입되는 냉매 유로 상에는 냉매의 팽창을 위한 제3팽창밸브(330)가 구비되어 있다. 상기 제3팽창밸브(330)는 상술한 제1팽창밸브(310), 제2팽창밸브(320)와 유사한 목적으로 설치된 것으로서 상기 실내기(150)로 유입되는 냉매의 온도를 낮추기 위해 마련된 것이다. 한편, 상기 실내기(150)가 난방을 목적으로 사용되는 경우에는 상기 실내기(150)로부터 상기 제3팽창밸브(330)로 냉매가 흐르게 되는데 이 경우에는 상기 제3팽창밸브(330)의 역할이 불필요하므로 냉매의 흐름을 상기 제3팽창밸브(330)로부터 우회시키기 위하여 그 제3팽창밸브(330)와 병렬적으로 설치된 제3체크밸브(230)가 배치되어 있다. 상기 실내기(150)와 제4냉매유로(R4)간에 냉매의 흐름을 필요에 따라 개폐할 수 있도록 하기 위하여 전자밸브(191)가 마련되어 있다.

한편, 상기 제1팽창밸브(310)와 병렬로 제2물저장탱크(162)가 설치되고, 상기 제1팽창밸브(310)와 상기 제2물저장탱크(162) 중 일 방향으로 냉매를 보내기 위하여 냉매방향을 전환하기 위한 전자3방밸브(190) 설치될 수 있는데, 이는 후술하는 냉방을 하면서 동시에 온수를 공급하기 위하여 설치되는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)는 제3열교환기(143)가 추가로 포함될 수 있는데, 상기 제3열교환기(143)는 제1열교환기(141)와 제2열교환기(142) 사이에 설치된다. 제1열교환기(141)에서 유출된 냉매는 제4체크밸브(240)를 통과한 다음 전자3방밸브(190)에 이르러 후술하는 "냉방과 동시에 온수를 공급"하고자 하는 경우 제1팽창밸브(310)을 거치지 않고 제3 열교환기(143)로 전송된다. 여기서 전자3방밸브(190)는 일방향으로 유입된 냉매를 선택적으로 제어하여 다른 2개의 방향 중 특정한 1방향으로만 냉매를 보낼 수 있도록 하는 장치를 의미한다. 제3열교환기(143)에서 냉매와 제2물저장탱크(162)에 저장되어 있던 물과 상호 열교환을 행하고 제3열교환기(143)에서 유출된 냉매는 제1열교환기(141)에 유입되는 구성으로 되어있다.

또한, 제1체크밸브 내지 제4체크밸브는 일방향으로만 냉매를 흘릴 수 있도록 구성된 밸브를 의미한다.

이하, 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)가 냉방만을 목적으로 작동하는 경우 및 냉방과 동시에 온수를 공급하기 위한 목적으로 작동되는 경우와, 난방과 온수를 공급할 목적으로 작동되는 경우와, 온수만을 공급할 목적으로 작동되는 경우에 대하여 상세히 설명하고자 한다.

먼저, 도 2를 참고하여 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)가 냉방만을 목적으로 작동하는 경우와, 냉방과 동시에 온수를 공급하기 위한 목적으로 작동되는 경우를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 압축기(110)에서는 기체를 고온고압으로 압축시킨다. 그 뒤 고온고압 으로 압축된 기체상태의 냉매는 유분리기(120)에 유입되는데, 이 유분리기(120)에서는 기체속에 포함된 유분을 제거시켜 순수한 기체 상태의 냉매만을 통과시킨다. 만약 유분이 포함된 기체가 열교환기로 유입되면 그 효율이 떨어지기 때문이다. 이처럼 유분이 제거된 냉매는 기체 상태로 4방밸브(130)에 유입된다. 여기서 상기 4방밸브(130)는 4방향으로 분기되어 있는 밸브로서 특정한 2방향으로 냉매를 전달할 수 있는 밸브를 의미한다. 상기 4방밸브(130)로 유입된 냉매는 제1유로(R1)를 거쳐 제1열교환기(141)에 유입된다. 상기 제1열교환기(141)를 통과한 냉매는 제4체크밸브(240)를 통과하게 되는데, 제4체크밸브(240)를 통과한 냉매 중 일부는 제3유로(R3)를 통해 제1팽창밸브(310)를 통과하고 냉매의 나머지 중 일부는 실내기(150)로 유입되도록 제3팽창밸브(330)를 통과하게 되고, 냉매의 나머지 중 일부는 제2열교환기(142)로 유입되도록 제2팽창밸브(320)을 통과하게 된다. 먼저, 제3유로(R3)를 통과하여 제1팽창밸브(310)를 통과하는 냉매의 흐름에 관하여 설명하면, 제1팽창밸브(310)를 통과한 냉매는 온도가 낮아지고 온도가 낮아진 상태의 냉매는 다시 제1열교환기(141)로 유입된다. 이때 제1냉매유로(R1)를 통해 제1열교환기(141)로 유입되고 있는 고온고압의 냉매와 자체적으로 상호 열교환이 일어나게 된다. 즉, 다시 말하면, 제1열교환기(141)로 유입되는 고온의 냉매와 제1열교환기(141)에 또 다른 경로로 유입되는 저온의 냉매 간 즉, 온도차를 갖는 냉매들 간에 차체적으로 상호 열교환이 이루어지게 되는 것이다. 이렇게 되면 제1냉매유로(R1)을 통해 제1열교환기(141)로 유입된 냉매는 제1열교환기(141)를 빠져 나올때 그 냉매의 온도가 낮아지게 된다. 이 냉매는 다시 제4 체크밸브를 통과하게 되고 제4 체크밸브를 통 과한 저온의 냉매의 일부는 제1팽창밸브(310)를 거쳐 더욱더 저온이 되어 다시 제1열교환기(141)로 유입되어 제1열교환기(141)로 유입된 냉매와 자체적으로 열 교환이 일어나게 되는 것이다. 이 결과 상기 제1팽창밸브(310)를 통과한 냉매는 저온의 기체상태로 제4냉매유로(R4)를 통해 4방밸브(130)를 거쳐 기액분리기(170)에서 액체성분이 제거된 후 압축기(110)로 재유입된다.

한편, 제1열교환기(141)를 통과한 냉매의 일부는 제3팽창밸브(330)로 유입되는데, 제3팽창밸브(330)를 통과한 냉매의 온도는 더 낮아져서 실내기(150)로 유입된다. 실내기(150)에 유입된 저온의 냉매는 실내기(150)를 통과하면서 실내의 공기(즉 냉방하고자 하는 공간의 공기)로부터 열을 빼앗아 기체상태가 되고, 실내의 공기는 열을 빼앗기게 되므로 차가운 공기가 되어 실내기(150)팬을 통해 냉방하고자 하는 공간에 공급되게 된다. 한편, 실내기(150)를 통과하면서 기체상태로된 냉매는 제4냉매유로(R4)를 통해 4방밸브(130)로 공급되며 4방밸브(130)에서는 공급된 냉매를 기액분리기(170)로 유입되도록 하여 기체와 액체를 분리한 후 냉매를 다시 압축기(110)로 유입시키게 된다.

이처럼, 실내기(150)는 냉매의 증발기 역할을 함으로써 실내 공기로부터 열을 빼앗아 냉방기(에어컨)의 작용을 하게 된다.

또한, 제1열교환기(141)를 통과하여 제4체크밸브(240)를 거쳐 제3냉매유로(R3)를 통과하는 냉매의 일부는 제2팽창밸브(320)로 유입된다. 제2팽창밸브(320)로 유입된 냉매는 제2팽창밸브(320)를 통과하면서 온도가 더 낮아진다. 이렇게 온도가 낮아진 냉매는 제2열교환기(142)에 공급되는데, 제2열교환기(142)는 제1물저 장탱크(161)로부터 공급된 물과 상호 열교환을 행하게 된다. 이러한 열교환에 의해 제2열교환기(142)에서 유출되는 냉매는 제1물저장탱크(161)로부터 공급된 물의 열을 빼앗아 기체상태가 된 후 4방밸브(130)로 유입된다. 4방밸브(130)로 유입된 냉매는 기액분리기(170)로 유입되고, 이 기액분리기(170)에서는 기체와 액체를 분리하고 이러한 냉매를 다시 압축기(110)에 유입시키게 된다. 이러한 사이클에서 제2열교환기(142)와 열교환을 행한 제1물저장탱크(161)의 물은 온도가 저하되어 냉각됨으로써 냉수가 얻어지게 되고 그 냉수는 제2물저장탱크(162)에 저장된 후 물유출관(181)을 통해 냉방하고자 하는 공간을 냉방하면서 열을 빼앗아 온도가 올라간 물이 된후 물유입관(182)을 통해 다시 제2물저장탱크(162)에 저장된다. 또한, 냉수를 사용하여 소비하는 경우에는 소비된 양만큼 물공급관(183)을 통해 재공급할 수 있도록 물공급관(183)을 구비하고 있다.

한편, 여름철에 냉방을 수행하면서 동시에 온수를 필요로 하는 경우도 있기 때문에, 냉방과 동시에 온수공급을 가능하도록 하는 구성에 대하여 계속해서 설명한다.

냉방을 목적으로 사용될 때의 구조와 대부분 동일하기 때문에 4방밸브(130)를 거쳐 제1냉매유로(R1)를 통해 제1열교환기(141)로 유입되는 구성에 대해서는 설명을 생략한다. 제1열교환기(141)로 유입되어 제4체크밸브(240)를 통과한 냉매를 제1팽창밸브(310)로 보내지 않고 제1팽창밸브(310) 앞부분에 있는 전자3방밸브(190)를 이용하여 제3열교환기(143)에만 유입시키는 구조를 추가로 구성할 수 있다. 제3열교환기(143)는 제2물저장탱크(162)로부터 공급된 물과 열교환을 하여 온 수를 발생시키는 역할을 한다. 이러한 온수는 여름철 냉방기를 사용하면서도 동시에 얻을 수 있는데, 이는 여름철에도 온수가 필요하기 때문이다. 상기 제3열교환기(143)를 통과하면서 온도가 낮아진 냉매는, 상술한 제1팽창밸브(310)를 통과하여 제1열교환기(141)로 유입되는 구성과 동일하게 제1열교환기(141)로 유입되어 제1냉매유로(R1)를 거쳐 제1열교환기(141)로 유입되는 냉매간에 자체적으로 상호 열교환을 하고 제4냉매유로(R4)를 통해 4방밸브(130)로 유입되고 4방밸브(130)를 거쳐 기액분리기(170)에 유입되며 기액분리기(170)를 거쳐 다시 압축기(110)로 유입되게 된다.

이상, 상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)가 냉방을 목적으로 사용되는 경우와, 냉방을 행하면서 동시에 온수를 공급할 수 있도록 하는 구성에 대하여 설명하였다.

계속해서, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)가 난방을 목적으로 운전되는 경우에 대하여 설명한다.

상술한 바와 같이, 압축기(110)에서 고온고압으로 압축된 기체상태의 냉매가 유분리기(120)에 유입되어 냉매로부터 유분을 제거하게 된다. 따라서 유분리기(120)를 통과한 냉매는 유분이 제거된 상태로서 4방밸브(130)를 거쳐 제4냉매유로(R4)를 통하여 제1열교환기(141)에 유입된다. 이때, 제4냉매유로(R4)를 통과한 냉매의 일부는 제1열교환기(141) 외에 실내기(150)로도 분기되어 유입되며, 상기 냉매는 제2냉매유로(R2)를 거쳐 제2열교환기(142)로도 분기되어 유입된다.

먼저, 제1열교환기(141)로 유입되는 구성에 대하여 설명하며, 제1열교환 기(141)로 유입된 냉매는 제1체크밸브(210)를 거쳐 제4 팽창밸브에서 온도가 낮아져 제1열교환기(141)로 재유입된다. 이때, 제4냉매유로(R4)를 거쳐 제1열교환기(141)로 유입되는 고온고압의 냉매와 열교환이 일어나게 된다. 이에 의해, 제1열교환기(141)를 통과한 냉매는 열을 빼앗겨 저온의 기체상태로 제1체크밸브(210)를 통과하게 되고 제1체크밸브(210)를 통과한 냉매는 분기 되어 그 일부는 다시 제4팽창밸브(340)를 통과하면서 온도가 더 낮아진다. 제4팽창밸브(340)를 통과한 냉매는 다시 제1열교환기(141)로 유입된다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 제4냉매유로(R4)를 통해 제1열교환기(141)로 유입된 냉매와 상호 열 교환이 일어난다. 즉, 냉매 간에 자체적으로 열 교환이 이루어지는 것이다. 이러한 결과 상기 제4팽창밸브(340)를 통과하여 제1열교환기(141)를 통과한 냉매는 저온의 기체상태가 되고 제1냉매유로(R1)를 따라 4방밸브(130)에 이르게 된다. 3방밸브에서는 기액분리기(170)로 냉매를 전달하고 전달된 냉매는 기액분리기(170)에서 액체성분을 제거한 뒤, 다시 압축기(110)로 유입되는 순환구조를 갖게된다.

한편, 제2냉매유로(R2)를 통하여 제2열교환기(142)로 유입된 고온고압의 냉매는, 제2열교환기(142)를 통과하면서 제1물저장탱크(161)로부터 유입된 물과 열 교환을 하여 그 물의 온도를 상승시키고 냉매의 온도는 낮아진다. 그리고 제2열교환기(142)를 통과한 냉매는 제2체크밸브(220)를 통과하여 제1체크밸브(210)로부터 유입되는 냉매와 혼합된다. 이렇게 혼합된 냉매는 제3냉매유로(R3)를 거쳐 제4팽창밸브(340)를 통과하면서 더욱 저온저압이 되고, 이 저온저압의 냉매는 제1열교환기(141)에 유입되고 제1열교환기(141)를 통과하면서 냉매의 자체 열 교환에 의해 저온의 기체상태로 변한 뒤 제1냉매유로(R1)를 통하여 4방밸브(130)와, 기액분리기(170)를 거쳐 결국은 압축기(110)로 재유입되는 사이클을 갖는다.

한편, 제2열교환기(142)에서 고온고압의 냉매로부터 열을 빼앗아 고온으로된 온수는 제1물저장탱크(161)에 저장된 후 물유출관(181)을 통하여 난방을 행하고자 하는 공간에 공급함으로써 난방을 행한 뒤 물유출관(181)을 통하여 제1물저장탱크(161)로 재유입된다.

이때, 난방과 동시에 온수가 필요하면 유출관의 일부에 수도꼭지(미도시)를 장착하여 온수를 사용할 수 있고 소비된 온수만큼은 물공급관(183)을 통해 물을 보충함으로써 제1물저장탱크(161)의 물 수위를 일정하게 유지할 수 있게 된다.

한편, 4방뱅브를 통과한 냉매 중 제4냉매유로(R4)를 통하여 실내기(150)로 분기되어 유입된 고온고압의 냉매는 전자밸브(191)를 통하여 실내기(150)에 공급되며, 실내기(150)에서는 고온고압의 냉매와 난방을 하고자 하는 공간의 공기(실내공기)간에 열교환을 함으로써, 그 실내공간에 난방을 행한다. 실내기(150)를 통과하면서 온도가 낮아진 냉매는 제3체크밸브(230)를 통과하여 제3냉매유로(R3)를 거쳐 제4팽창밸브(340)로 공급되고 제4팽창밸브(340)를 통과한 냉매는 제1열교환기(141)에서 기체상태로 변경된다. 이렇게 변경된 기체상태의 냉매는 제1냉매유로(R1)를 통하여 4방밸브(130)와 기액분리기(170)를 거쳐 압축기(110)에 유입된다.

이상, 본 발명의 일실시예에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)가 난방과 온수를 공급할 목적으로 사용되는 경우에 대하여 설명하였다.

계속해서, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)가 온수 공급만을 목적으로 운전되는 경우에 대하여 설명한다.

압축기(110)에서는 냉매를 고온고압으로 만들고, 고온고압으로 압축된 기체 상태의 냉매는 유분리기(120)에 유입디어 냉매에서 유분이 제거된다. 유분이 제게된 상태의 냉매는 제2냉매유로(R2)를 통과하여 제2열교환기(142)로 유입되고, 동시에 4방밸브(130)를 통과한 다음 제4냉매유로(R4)를 통하여 제1열교환기(141)에 유입된다. 이때, 제4냉매유로(R4)를 통과하는 냉매는 실내기(150)에는 유입되지 않는데 이는 실내기(150)측으로 연결된 유로 상의 전자밸브(191)에 의해 차단되기 때문이다.

먼저, 제1열교환기(141)측으로 유입된 냉매의 경로에 대하여 설명하면, 제1열교환기(141)를 통과한 냉매는 열을 빼앗겨 저온의 기체상태로 상기 제1체크밸브(210)를 통과한다. 제1체크밸브(210)를 통과한 냉매는 제3냉매유로(R3)를 통해 제4팽창밸브(340)를 통과하면서 온도가 더 낮아진다. 제4팽창밸브(340)를 통과한 냉매는 제1열교환기(141)로 유입되는데, 이때 제4냉매유로(R4)를 통해 제1열교환기(141)로 유입된 고온고압의 냉매와 열 교환이 일어난다. 즉 냉매 간에 자체 열 교환이 이루어지는 것이다. 이러한 결과 제4팽창밸브(340)를 통과하여 제1열교환기(141)를 통과한 냉매는 저온의 기체상태가 되어 제1냉매유로(R1)를 따라 4방밸브(130)를 거쳐 기액분리기(170)에서 액체성분이 제거된 후 압축기(110)로 유입된다.

한편, 제2냉매유로(R2)를 거쳐 제2열교환기(142)를 통과한 냉매는 제1물저장탱크(161)로부터 유입된 물과 열 교환을 하여 그 물의 온도는 상승시키고 냉매의 온도는 낮아진다. 제2열교환기(142)를 통과하면서 열을 빼앗긴 냉매는 제2체크밸브(220)를 통과한 후 제1체크밸브(210)를 거쳐 유입된 냉매와 혼합되어 제3냉매유로(R3)를 통해 제4팽창밸브(340)를 거치게 된다. 제4팽창밸브(340)를 통과한 냉매는 더욱더 저온저압이 되어 제1열교환기(141)를 통과하면서 냉매간 자체 열 교환이 이루어지게 됨으로써 저온의 기체상태로 변한 뒤 제1냉매유로(R1)를 통하여 4방밸브(130)를 거쳐 기액분리기(170)에 유입된다. 기액분리기(170)에서는 기체와 액체를 분리하여 다시 압축기(110)에 공급하게 되는 것이다.

한편, 제2열교환기(142)를 통과하면서 고온고압의 냉매로부터 열을 빼앗아 온도가 상승한 온수는 제1물저장탱크(161)에 저장되어 유출관을 통하여 필요한 곳에 온수를 공급하게 되는 것이다. 공급된 온수만큼 물공급관(183)을 통해 물을 보충함으로써 제1물저장탱크(161)의 수위를 일정하게 조절할 수 있게 된다.

이상, 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)가 온수만을 공급할 목적으로 사용되는 경우에 대하여 상세히 설명하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)는 냉방만을 목적으로 운전하는 경우, 냉방을 실시하면서 동시에 온수를 공급하는 경우, 난방과 온수를 동시에 공급하는 경우, 온수만을 공급하는 경우에 있어서, 그 운전 과정에서 공통으로 제1열교환기(141)에서는 고온의 냉매를 유입시키고 또 다른 측에서는 저온의 냉매를 유입시켜 고온 냉매와 저온 냉매간의 냉매의 자체 순환에 따른 열교환이 일어나는 것을 알 수 있다. 따라서, 제1열교환기(141)에 유입되는 냉매의 상태는 계절에 따른 외부의 환경, 즉 계절에 따라 외부의 기온이 높아지거나 낮아 지는 상태에 영향을 받지 않고 히터펌프의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, 제1열교환기(141)에서는 냉매간 자체 열 교환 시켜 증발기로서의 역할이 수행되므로 구조가 볼잡하지 않고 별도의 냉각탑이나 전기히터 등과 같은 추가의 시설을 구비하지 않아도 되므로 구조적으로 간단한 효과와 이에 따른 제조비용이 절감할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에서, 제1물저장탱크(161)와 제2물저장탱크(162)에 연결된 물유입관(182) 물유출관(181) 등에 순환펌프, 개폐용밸브 등에 대하여서는 기술하지 않았지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자들에게는 이러한 구성을 부가하거나 변경하는 것은 용이하므로 본 발명의 목적을 달성할 수 있을 것이다.

지금까지, 본 발명에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프(100)에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프의 구조를 개략적을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프가 냉방을 목적으로 운전되는 경우와, 냉방을 하면서 동시에 온수를 공급할 목적으로 운전되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프가 난방과 온수를 공급할 목적으로 운전되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 자체 냉매 순환 히터펌프가 온수만을 공급할 목적으로 운전되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 자체 냉매 순환 히터펌프 110: 압축기

120: 유분리기 130: 4방밸브

141: 제1열교환기 142: 제2열교환기

143: 제3열교환기 150: 실내기

161: 제1물저장탱크 162: 제2물저장탱크

170: 기액분리기 181: 물유출관

182: 물유입관 183: 물공급관

190: 전자3방밸브 191: 전자밸브

210: 제1체크밸브 220: 제2체크밸브

230: 제3체크밸브 240: 제4체크밸브

310: 제1팽창밸브 320: 제2팽창밸브

330: 제3팽창밸브 340: 제4팽창밸브

R1: 제1냉매유로 R2: 제2냉매유로

R3: 제3냉매유로 R4: 제4냉매유로

Claims

냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기,

압축기의 일측에 연결되어 압축기에서 압축된 냉매에서 유분을 제거하는 유분리기,

유분리기의 일측에 연결되어 유분리기로부터 공급된 냉매를 상이한 방향으로 분기시키는 4방밸브,

상기 4방밸브의 제1방향에 연결된 제1냉매유로,

상기 제1냉매유로의 일측에 연결된 제1열교환기,

상기 제1열교환기의 일측에 연결된 제4팽창밸브 및 제4체크밸브,

상기 제4팽창밸브 및 제4체크밸브에 연결된 제3냉매유로,

상기 제3냉매유로의 일측에 연결된 제2열교환기,

상기 제3냉매유로의 다른 일측에 연결된 실내기,

상기 제2열교환기의 일측에 연결된 제2냉매유로로서, 상기 제2냉매유로의 다른 일측은 상기 4방밸브의 제2방향에 연결되는 제2냉매유로,

상기 실내기의 일측에 연결된 제4냉매유로로서, 상기 제4냉매유로의 다른 일측은 상기 4방밸브의 상기 제2방향에 연결되는 제4냉매유로,

상기 제2열교환기와 열교환을 행하는 물을 공급하기 위한 제1물저장탱크,

상기 제3냉매유로와 상기 실내기 사이에 설치되는 제3체크밸브와 제3팽창밸브,

상기 제3냉매유로와 상기 제2열교환기 사이에 설치되는 제2체크밸브와 제2팽창밸브 및,

상기 제3냉매유로와 상기 제1열교환기 사이에 설치되는 제1팽창밸브를 포함하며;

상기 제1열교환기에는 고온의 냉매와 저온의 냉매가 각각 따로 유입되어, 상기 제1열교환기 내에서 상기 고온의 냉매와 저온의 냉매 간에 자체적으로 상호 열교환이 일어나도록 하는 것을 특징으로 하는, 자체 냉매 순환 히터펌프.
제1항에 있어서,

상기 제1팽창밸브와 병렬로 설치되는 제3열교환기 및,

상기 제1팽창밸브와 상기 제3열교환기 중 일 방향으로 냉매를 보내기 위하여 냉매방향을 전환하기 위한 전자3방밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 자체 냉매 순환 히터펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제3열교환기는 제2물저장탱크가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 자체 냉매 순환 히터펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 실내기와 상기 제4냉매유로 사이에 설치되는 전자밸브를 추가로 포함하 는 것을 특징으로 하는, 자체 냉매 순환 히터펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제2열교환기는 제1물저장탱크와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 자체 냉매 순환 히터펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1열교환기는 저온의 냉매와 고온의 냉매 자체 사이에 상호열교환을 행하며,

상기 제2열교환기는 냉매와 제1물저장탱크에 저수된 물 사이에 상호열교환을 행하며,

상기 제3열교환기는 냉매와 제2물저장탱크에 저수된 물 사이에 상호열교환을 행하는 것을 특징으로 하는, 자체 냉매 순환 히터펌프.