KR20110076559A - 히트펌프식 냉난방장치 - Google Patents

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KR20110076559A KR1020090133303A KR20090133303A KR20110076559A KR 20110076559 A KR20110076559 A KR 20110076559A KR 1020090133303 A KR1020090133303 A KR 1020090133303A KR 20090133303 A KR20090133303 A KR 20090133303A KR 20110076559 A KR20110076559 A KR 20110076559A
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홍창의
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홍창의
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Abstract

본 발명은 히트펌프식 냉난방장치에 관한 것이다. 본 발명은 압축기(10)의 출구에 연결된 제1메인연결관(11)에 사방향밸브(12)가 설치되어 제2메인연결관(12), 제1보조연결관(14) 그리고 제2보조연결관(15)과 각각 연결되어 냉매를 유동시킨다. 본 발명에서는 제1 및 제2 열교환기(20,40)가 각각 상기 사방향밸브(12)를 통한 냉매의 유동방향에 따라 냉매의 응축 또는 증발을 수행하도록 된다. 그리고 상기 제1열교환기(20)에서는 상기 사방향밸브(12)의 절환상태에 따라 온수 또는 냉수가 발생되어 난방 또는 냉방을 수행할 수 있도록 된다. 한편, 본 발명에서는 외기의 온도가 일정값 이하로 내려갈 때 냉매가 제2열교환기(40)에서 제대로 증발되지 않는 것을 방지하기 위해 별도로 보상열교환기(36)를 사용한다. 상기 보상열교환기(36)는 제1열교환기(20)에서 만들어진 온수가 전달되어 냉매를 증발시키게 된다. 본 발명에서는 하나의 장치를 사용하여 냉방과 난방을 절환하여 수행할 수 있고 외기로부터 열을 받아 동작되는 난방동작에서 제2열교환기(40)에 적상이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있고 장치의 동작이 보다 원활하게 되는 이점이 있다.
Figure P1020090133303
히트펌프, 냉방, 난방, 사이클, 외기

Description

히트펌프식 냉난방장치{Air conditioning apparatus using heat pump}
본 발명은 히트펌프식 냉난방장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외기의 열을 사용하고 열교환기로 전달되는 냉매의 양을 제어하여 열교환기에서 냉매를 증발시키고 사방향밸브를 사용하여 냉매의 흐름을 제어하여 냉난방을 수행하는 히트펌프식 냉난방장치에 관한 것이다.
도 1에는 종래 기술에 의한 히트펌프식 온수발생장치의 구성이 도시되어 있다. 이와 같은 온수발생장치는 찜질방, 목욕탕, 수영장이나 대형건물 등 온수를 많이 사용하는 시설에서 사용되는 것이다.
이에 따르면, 압축기(1), 제1열교환기(3), 팽창밸브(5) 및 제2열교환기(6)의 사이를 연결관(7)을 통해 냉매가 유동하면서 상변화가 발생하면서 냉매의 열을 전달받아 온수가 만들어진다.
즉, 상기 제1열교환기(3)에서는 외부에서 공급된 물이 상기 제1열교환기(3)에서 냉매로부터 열을 전달받아 온수가 되어 상기 제1열교환기(3)에 연결된 온수탱 크(8)로 전달된다. 그리고, 상기 제2열교환기(6)에는 냉매의 증발을 위한 열을 상기 온수탱크(8)의 온수가 사용되어 버려지는 폐온수로부터 공급받도록 한다. 이를 위해 도관(8)이 제2열교환기(6)에 연결되어 있다.
도면부호 2는 냉매중의 오일을 분리하기 위한 유분리기이고, 4는 액체상태의 냉매만이 팽창밸브(5)로 전달될 수 있도록 하는 수액기이다.
이와 같은 종래 기술에서는 압축기(1)에서 압축된 고온고압의 기쳬상태의 작동유체가 제1열교환기(3)로 공급되어 외부에서 전달된 냉수로 열을 전달하여 온수를 만들어 온수탱크(8)로 전달한다. 이때, 상기 냉매는 응축되어 저온고압의 액체상태로 된다.
이와 같이 응축된 냉매는 수액기(4)로 전달되고, 상기 수액기(4)에서 액체상태의 작동유체만이 팽창밸브(5)로 전달되어 제2열교환기에서 증발되기 쉽도록 팽창된다. 이때 상기 냉매는 상대적으로 저온저압의 액체상태로 된다. 상기 팽창된 냉매는 제2열교환기(6)에서 폐온수의 열을 전달받아 증발되어 상대적으로 고온저압의 기체상태로 된다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래 기술에서는 상기 제2열교환기(6)에서 폐온수로부터 열을 공급받아야만 전체 사이클이 동작될 수 있다. 하지만, 상기 폐온수는 언제나 일정한 양이 공급되는 것이 아니어서 항상 필요한 만큼의 열량을 제2열교환기(6)에 공급할 수 없다. 따라서, 사이클의 동작이 원활하지 않게 되는 문제점이 발생한다.
이와 같은 문제점을 해소하기 위해 제2열교환기(6)에서 냉매로 열을 제공하 는 매체로 외기를 사용하기도 한다. 하지만, 외기를 사용하는 경우에도 외기온도가 상대적으로 많이 떨어지면, 제2열교환기(6)에서 냉매로 열공급이 제대로 되지 않아 냉매의 증발이 일어나지 않게 되어 사이클동작이 제대로 되지 않는 문제점이 발생한다.
그리고, 상기 제2열교환기(6)를 통과하는 냉매와 외기 사이에 온도차이가 많이 생기게 되면 외기에 함유되어 있던 수분이 응축되어 제2열교환기(6)의 표면에 얼어붙어 외기의 통과가 어렵게 되면서 제2열교환기(6)의 동작이 제대로 되지 않게 되는 문제점이 발생한다.
또한, 종래 기술에서는 단순히 온수만을 발생시킬 수 있어 난방만이 가능하므로 온수발생장치의 효용성이 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외기로부터 열을 받아 냉매가 증발되는 히트펌프식 냉난방장치에서 외기의 온도가 낮아지면 이를 감지하여 외기와의 열교환을 위해 전달되는 냉매의 양을 조절하여 냉난방장치의 동작이 원활하게 되도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외기로부터 열을 받아 냉매가 증발되는 히트펌프식 냉난방장치에서 외기의 온도가 낮아지는 것에 연동하여 외기와의 열교환을 위한 냉매의 온도를 조절하여 열교환기에 적상이 발생되지 않도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 위와 같이 외기를 열원으로 사용하는 하나의 장치를 사용하여 냉방과 난방을 수행할 수 있도록 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 냉매를 압축하여 상대적으로 고온고압으로 만들어주는 압축기와, 냉매와 물 사이의 열교환을 통해 냉수 또는 온수를 만들어내는 제1열교환기와, 상기 제1열교환기에서 응축된 냉매를 팽창시켜 상대적으로 저온저압상태로 만들어주며 상기 압축기로 전달되는 냉매의 상태를 감지하여 개구도를 조절하는 제1팽창밸브와, 냉매와 외기와의 열교환을 수행하는 제2열교환기와, 상기 제1열교환기를 통과하여 나와 상기 제1팽창밸브로 전달되는 냉매의 일부를 외기의 온도에 따라 전달받아 상기 제1 열교환기에서 만들어진 온수의 일부를 사용하여 냉매를 증발시키는 보상열교환기와, 상기 제2열교환기에서 응축된 냉매를 팽창시켜 상대적으로 저온저압상태로 만들어 상기 제1열교환기로 보내는 제2팽창밸브와, 상기 압축기, 제1열교환기 및 제2열교환기 사이에서 냉매의 유동을 제어하여 냉방 및 난방을 절환하는 사방향밸브를 포함하여 구성된다.
상기 사방향밸브와 상기 제2열교환기는 제1보조연결관에 의해 서로 연결되어 냉매가 유동되고, 상기 사방향밸브와 상기 압축기의 입구사이는 제2보조연결관으로 서로 연결되어 냉매가 유동된다.
상기 제1열교환기와 제1팽창밸브의 사이에는 수액기가 설치되는데, 상기 수액기의 입구와 상기 제2열교환기의 입구 사이를 연결하도록 제3보조연결관이 설치되고, 상기 제3보조연결관에는 제2열교환기에서 수액기로의 냉매의 전달을 제어하는 제3밸브와 제2체크밸브가 구비된다.
상기 수액기의 출구와 상기 제1열교환기의 출구 사이를 제4보조연결관이 연결하는데, 상기 제4보조연결관에는 냉매가 수액기에서 상기 제1열교환기로 유동되는 것은 제어하는 제4밸브와 제1열교환기에서 냉매가 증발되기 좋은 상태로 팽창시키는 상기 제2팽창밸브가 설치된다.
상기 보상열교환기와 상기 제1열교환기의 사이에는, 상기 제1열교환기를 통과하여 나온 냉매중 일부를 보상열교환기로 전달하도록 외기온도가 소정값 이하로 내려가면 개방되는 전자밸브가 설치되고, 상기 전자밸브와 보상열교환기의 사이에는 보상팽창밸브가 구비되어 냉매를 팽창시켜 보상열교환기로 전달한다.
상기 보상열교환기에서 나온 냉매가 일정 압력 이상을 되어 상기 제2열교환기에서 나온 냉매와 혼합되도록 일정 이상의 압력인 경우에만 냉매를 통과시키는 증발압력밸브가 더 구비된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 히트펌프식 냉난방장치에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
먼저, 외기를 열원으로 사용하여 냉매를 증발시키는 히트펌프식 냉난방장치에서, 외기 온도가 일정 이하로 내려가면 외기와 열교환하는 냉매의 양을 줄이고, 나머지 냉매는 온수로부터 열을 받아 증발되도록 하므로, 압축기로 액체상태의 냉매가 들어가는 것이 방지되어 냉난방장치의 동작이 항상 원활하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서는 외기 온도가 일정 이하로 내려가면 외기와 열교환하는 냉매의 온도를 외기와 온도차가 상대적으로 적게 나도록 온도보상제어를 하여 냉매의 온도가 외기의 이슬점온도 이상이 되도록 한다. 따라서, 열교환기에서 적상이 발생하지 않게 되어, 제상운전을 할 필요가 없어 냉난방장치를 계속적으로 동작시킬 수 있게 되는 효과도 있다.
그리고, 본 발명에서는 상기와 같이 외기를 열원으로 사용하면서도 하나의 장치에서 냉방과 난방을 절환하여 할 수 있으므로 장치의 효율성이 높아지는 효과가 있다.
이하 본 발명에 의한 히트펌프식 냉난방장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2에는 본 발명에 의한 히트펌프식 냉난방장치의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 이에 따르면, 본 발명 실시예는 크게 압축기(10), 제1열교환기(20), 제1팽창밸브(30), 보상열교환기(36), 제2열교환기(40) 제2팽창밸브(49)가 다수개의 연결관(11,13,14,15,20',30',36',40')으로 연결되어 구성된다.
상기 압축기(10)는 냉매를 압축하여 상대적으로 고온고압의 기체상태로 만들어주는 것이다. 상기 압축기(10)에서 압축된 냉매는 압축기(10)의 출구에 연결된 제1메인연결관(11)을 통해 배출된다.
상기 제1메인연결관(11)은 타단부는 사방향밸브(12)와 연결된다. 상기 사방향밸브(12)는 그 내부에 4개의 방향으로 유로가 형성되어 있어 냉매를 원하는 방향으로 전달하는 역할을 한다. 상기 사방향밸브(12)에는 총 4개의 연결관이 연결된다. 즉, 상기 제1메인연결관(11), 제2메인연결관(13), 제1보조연결관(14), 제2보조연결관(15)이다.
상기 제2메인연결관(13)은 상기 사방향밸브(12)와 제1열교환기(20)를 연결하고, 상기 제1보조연결관(14)은 상기 사방향밸브(12)와 상기 제2열교환기(40)를 연결한다. 상기 제2보조연결관(15)은 아래에서 설명될 기액분리기(45) 또는 상기 압축기(10)의 입구와 연결된다.
상기 사방향밸브(12)는 상기 제1메인연결관(11)과 제2메인연결관(13) 그리고 제1보조연결관(14)과 제2보조연결관(15)을 연결시키거나, 제1메인연결관(11)과 제1보조연결관(14) 그리고 제2메인연결관(13)과 제2보조연결관(15)을 연결시켜 냉매가 유동되도록 한다.
상기 제1열교환기(20)에서는 냉매와 물이 열교환하여 온수가 만들어진다. 상기 제1열교환기(20)는 제2메인연결관(13)을 통해 냉매를 전달받고, 연결관(20')을 통해 냉매가 배출된다. 상기 제1열교환기(20)에서 상기 냉매와 열교환하는 물은 물유입관(21')을 통해 제1열교환기(20)로 전달되고, 온수관(21")을 통해 배출된다. 상기 제1열교환기(20)는 반드시 온수만을 만드는 것은 아니고, 냉수 또는 냉기를 만들수 있다. 이는 상기 제1열교환기(20)가 증발기로 사용되는 경우이다. 이 경우에는 상기 연결관(20')을 통해 아래에서 설명될 제2팽창밸브(49)에 의해 팽창된 냉매가 공급된다.
상기 제1열교환기(20)에 연결된 연결관(20')은 수액기(22)와 타단부가 연결된다. 상기 수액기(22)는 열교환된 냉매에서 액체상태의 것만을 배출하는 역할을 한다. 상기 수액기(22)에서 배출된 냉매는 연결관(22')을 통해 상기 제1팽창밸브(30)나 제2팽창밸브(49)로 전달된다. 상기 연결관(20')에는 상기 수액기(22)의 입구로의 냉매유동을 제어하는 제1밸브(21)와 제1체크밸브(21c)가 설치된다. 상기 제1체크밸브(21c)는 수액기(22)로만 냉매가 유동되게 한다.
상기 제1팽창밸브(30)는 상기 제1열교환기(20)에서 열교환하고 나온 냉매를 팽창시켜 상기 제2열교환기(40)에서 열교환하기 좋은 상태로 만들게 된다. 여기서 상기 제1팽창밸브(30)는 냉매를 상대적으로 저온저압으로 만들어준다. 상기 제1팽창밸브(30)의 출구에는 연결관(30')이 구비되어 상기 제2열교환기(40)로 냉매를 전달한다. 상기 제1팽창밸브(30)는 상기 압축기(10)로 들어가는 냉매의 온도를 측정하는 감지부(31)의 감지에 따라 그 개구도가 달라져 통과되는 냉매의 양을 조절하게 된다.
상기 제1팽창밸브(30)와 연결된 연결관(22')은 연결관(33')으로 분지되어 전자밸브(33)가 구비된다. 상기 전자밸브(33)는 상기 보상열교환기(36)로 냉매가 전달되는 것을 제어하는 역할을 한다. 상기 전자밸브(33)는 외기의 온도를 감지하여 그 개폐가 이루어지는데, 상기 전자밸브(33)의 개방온도는 온수발생장치의 동작조건에 따라 달라진다. 예를 들면, 우리나라 겨울철의 경우 외기온도가 약 7℃ 정도일 때이다.
상기 전자밸브(33)와 상기 보상열교환기(36)의 사이에는 보상팽창밸브(35)가 설치된다. 상기 보상팽창밸브(35)는 상기 보상열교환기(36)로 전달되는 냉매를 팽창시켜 보상열교환기(36)에서 열교환하기 좋은 상태로 만들어주는 역할을 한다.
상기 보상열교환기(36)는 겨울철과 같이 외기의 온도가 낮아진 경우에 외기로부터 충분한 열을 공급받지 못하여 냉매가 증발되지 않아 액체상태로 상기 압축기(10)로 전달되는 것을 방지한다.
상기 보상열교환기(36)에는 물공급관(50')이 연결되어 외부로부터 소정 온도의 물을 공급한다. 일반적으로 우리나라의 경우 겨울철에 대략 30도 정도의 물을 공급하면 된다. 이를 위해 상기 제1열교환기(20)에서 만들어진 온수를 물공급 관(50')으로 일부 공급하여 사용할 수 있다. 상기 보상열교환기(36)에는 상기 물유입관(21')이 연결되어 상기 보상열교환기(36)를 통과하여 나온 물을 상기 제1열교환기(20)로 전달하게 된다.
상기 보상열교환기(36)에서 냉매는 연결관(36')을 통해 배출된다. 상기 연결관(36')에는 증발압력밸브(37)가 설치되는데, 상기 증발압력밸브(37)는 상기 보상열교환기(36)에서 나온 냉매가 소정의 압력이 되어야만 아래에서 설명될 혼합헤더(42)로 전달될 수 있도록 한다. 즉, 원하는 상태의 냉매만이 상기 혼합헤더(42)로 전달되어 상기 제2열교환기(40)에서 나온 냉매와 혼합될 수 있도록 한다.
상기 증발압력밸브(37)에서 나온 냉매와 제2열교환기(40)에서 나온 냉매는 혼합헤더(42)에서 혼합된다. 상기 혼합헤더(42)의 내부에는 소정의 공간이 형성되어 냉매들이 와류를 발생시키지 않고 혼합되어 압축기(10)측으로 전달될 수 있도록 한다. 도면부호 45는 기액분리기로서 압축기(10)로 기체상태의 냉매만이 전달될 수 있도록 하는 역할을 한다.
한편, 상기 제2열교환기(40)와 상기 수액기(22)의 입구를 제3보조연결관(47)이 연결한다. 상기 제3보조연결관(47)은 상기 제1보조연결관(14)에 의해 상기 제2열교환기(40)로 전달되어 열교환하고 나온 냉매를 상기 수액기(22)로 전달하는 역할을 한다. 상기 제3보조연결관(47)에는 제3밸브(47s)와 제2체크밸브(47c)가 설치되어 있다. 상기 제2체크밸브(47c)는 냉매가 상기 수액기(22)의 입구로만 유동되게 한다.
상기 수액기(22)의 출구와 상기 제1열교환기(20)쪽을 제4보조연결관(48)이 연결한다. 상기 제4보조연결관(48)은 수액기(22)에서 나온 냉매를 제1열교환기(20)로 보내 증발되게 하는 것이다. 상기 제4보조연결관(48)은 응축기로 작용하는 경우의 제1열교환기(20)의 출구에 연결된다. 도면에서는 연결관(20')을 통해 제1열교환기(20)에 연결되도록 하였다. 상기 제4보조연결관(48)에는 제4밸브(48s)와 제2팽창밸브(49)가 설치된다. 상기 제4밸브(48s)는 상기 수액기(22)에서 상기 제2팽창밸브(49)로의 냉매 유동을 제어하는 역할을 한다.
상기 제2팽창밸브(49)는 상기 제1열교환기(20)가 증발기로 사용되는 경우에 냉매의 증발이 원활하게 되도록 하기 위해 냉매를 팽창시키는 역할을 한다.
물공급원(50)은 온수발생장치에서 발생되는 온수를 만들기 위한 물을 공급하는 역할을 한다. 상기 물공급원(50)의 물은 물공급관(50')을 통해 보상열교환기(36)를 거쳐 제1열교환기(20)로 전달된다.
한편, 제1열교환기(20)에서 만들어진 온수는 온수관(21")을 통해 온수탱크(60)로 전달되어 모아진다. 상기 온수탱크(60)에 모아진 온수는 필요시에 사용된다. 상기 온수관(21")과 물공급관(50')은 서로 연결되고 혼합밸브(64)를 통해 그 연통이 제어되는데, 이는 온수관(21")을 통해 전달되는 온수의 일부를 상기 물공급관(50')으로 전달하여 상기 보상열교환기(36)로 전달되는 물의 온도를 일정값 이상으로 만들어주기 위함이다. 도면부호 62는 절수밸브이다.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 히트펌프식 냉난방장치의 동작을 설명한다.
본 발명에서는 상기 압축기(10)에서 나온 냉매를 상기 사방향밸브(12)를 통 해 어느 쪽으로 유동시키느냐에 따라 난방 또는 냉방동작이 이루어진다. 즉 상기 사방향밸브(12)가 제1메인연결관(11)과 제2메인연결관(13)을 서로 연결시키고 상기 제1보조연결관(14)과 제2보조연결관(15)을 서로 연결시킨 경우에는 상기 제1열교환기(20)에서 온수가 발생되어 난방이 이루어지도록 동작된다. 이때, 제3밸브(47s)와 제4밸브(48s)는 폐쇄된 상태이고, 제1밸브(21)와 제2밸브(30s)는 개방된 상태이다. 이와 같은 동작이 이루어지는 것이 도 3에 도시되어 있는데, 냉매의 유동경로가 화살표로 표시되어 있다.
먼저, 도 3을 참고하여 난방이 이루어지는 것을 설명한다. 이때, 상기 사방향밸브(12)는 위에서 설명한 바와 같이 경로를 연결한다. 본 발명 실시예에서 냉매는 이상적으로는 기체상태로 상기 압축기(10)로 들어가 압축되고, 상기 제1열교환기(20)에서 물로 열을 전달하여 온수를 만들어낸다. 따라서, 상기 제1열교환기(20)를 통과한 냉매는 저온고압상태로 된다.
상기 제1열교환기(20)를 나온 냉매는 상기 수액기(22)에서 액체상태의 냉매만이 연결관(22')을 통해 상기 제1팽창밸브(30)로 전달된다. 상기 제1팽창밸브(30)에서는 냉매가 팽창되어 상대적으로 저온저압이고 증발하기 좋은 상태로 되어 상기 제2열교환기(40)로 전달된다.
상기 제2열교환기(40)에서는 외기와 냉매가 서로 열교환하는데, 상기 냉매는 상기 외기로부터 열을 전달받아 증발하게 된다. 상기 제2열교환기(40)에서 증발된 냉매는 제1보조연결관(14)을 통해 사방향밸브(12)로 전달되고, 사방향밸브(12)에서 제2보조연결관(15)을 통해 기액분리기(45)로 전달된다. 상기 기액분리기(45)에서는 기체상태의 냉매만이 상기 압축기(10)로 전달되도록 한다.
하지만, 외기의 온도가 떨어지게 되면, 상기 제2열교환기(40)에서 냉매가 외기로부터 받을 수 있는 열량이 줄어들게 되어, 냉매가 완전히 증발되지 못한다. 즉 냉매의 과열도가 떨어지게 된다.
상기 냉매의 상태는 상기 제2보조연결관(15)에 설치된 상기 감지부(31)가 감지하고, 상기 감지부(31)의 감지값에 의해 상기 제1팽창밸브(30)의 개구도가 작아지게 조절된다. 상기 제1팽창밸브(30)의 개구도가 작아지게 조절되면, 상기 제1팽창밸브(30)를 거쳐 상기 제2열교환기(40)로 전달되는 냉매의 양이 줄어들게 되어, 냉매 전체의 증발을 위해 필요한 열량이 줄어들게 되므로, 외기의 온도가 낮아지더라도 냉매를 충분히 증발시킬 수 있게 된다.
외기의 온도가 낮아져 냉매와 외기의 열교환이 위에서 설명한 바와 같이 되어 냉매가 제대로 증발되지 않게 되면, 상기 제1팽창밸브(30)의 개구도가 작아지게 되어 상기 제2열교환기(40)로 전달되는 냉매의 양이 줄어든다. 따라서, 상기 제2열교환기(40)내의 냉매의 압력은 떨어지게 되고, 압력과 온도는 비례하므로, 냉매의 온도가 떨어지게 되는데, 상기 냉매의 온도가 너무 떨어지게 되면 상기 제2열교환기(40)를 통과하는 외기의 이슬점온도보다 낮게 될 수 있다. 이와 같이 되면 제2열교환기(40)의 표면에 수분이 응결된다. 즉, 적상이 이루어지게 된다.
하지만, 본 발명에서는 외기의 온도가 일정 이하로 내려가면, 상기 전자밸브(33)가 개방되어 상기 팽창밸브(30)의 개구도가 작아져 제2열교환기(40)로 전달되지 못하는 냉매가 상기 보상열교환기(36)로 전달되도록 한다. 이는 상기 제2열교 환기(40)로 전달되는 냉매의 양을 조금 더 많아지게 하여 제2열교환기(40)에서의 냉매의 온도를 약간 높여 외기의 이슬점온도보다 높아지게 하는 것이다. 이와 같이 하면, 적상발생이 방지되어 별도의 제상운전을 할 필요가 없게 된다.
이 과정을 보다 상세히 설명하면, 상기 전자밸브(33)를 통과한 냉매는 상기 보상팽창밸브(35)에서 팽창되어 열교환하기에 좋은 상태로 만들어진다. 그리고, 상기 보상열교환기(36)로 전달된다.
상기 보상열교환기(36)로는 상기 물공급관(50')을 통해 물이 전달된다. 상기 물은 장치의 동작에 필요한 온도로 만들어져 공급되는데, 예를 들면 약 30℃정도이다. 상기 보상열교환기(36)에서는 상기 물로부터 열을 공급받아 냉매가 증발된다. 상기 보상열교환기(36)에서 증발된 냉매는 상기 연결관(36')을 통해 상기 증발압력밸브(37)를 거쳐 상기 혼합헤더(42)로 공급된다. 상기 증발압력밸브(37)는 상기 냉매가 일정 압력 이상이 된 경우에만 상기 혼합헤더(42)로 전달될 수 있도록 한다. 이와 같이 상기 보상열교환기(36)에서 상기 제2열교환기(40)로 전달되지 않은 냉매를 증발시키게 되므로, 전체 장치의 동작에서 냉매의 흐름이 원활하게 되고, 상기 제1열교환기(20)에서 온수의 발생에 필요한 열량을 공급할 수 있게 된다.
그리고, 상기 보상열교환기(36)에서 과열되어 나온 냉매는 상기 혼합헤더(42)에서 상기 제2열교환기(40)를 거쳐 나온 냉매와 혼합된다. 외기온도가 상대적으로 낮은 상태에서 운전이 되는 경우에는, 상기 보상열교환기(36)에서 나온 냉매가 압력 및 온도가 높고 과열된 상태이고, 상기 제2열교환기(40)에서 나온 냉매는 압력 및 온도가 상대적으로 낮고 과열도가 낮은 상태이다. 따라서, 이들이 서로 혼합이 되면, 상기 제2열교환기(40)에서 나온 냉매의 상태보다는 압력 및 온도가 높고 과열도도 높아진 상태가 된다. 따라서, 상기 감지부(31)가 이 냉매의 상태를 감지하게 되면, 상기 팽창밸브(30)의 개구도가 더 커지도록 한다.
즉, 실제로 외기온도에 따른 적합한 개구도보다 약간 더 커지므로 제2열교환기(40)로의 냉매공급은 약간 더 많아지면서, 상기 제2열교환기(40) 내부의 냉매의 압력과 온도가 약간 높아지면서 외기의 이슬점온도보다 높은 온도로 되는 것이다. 따라서, 상기 제2열교환기(40)의 표면에 수분이 응결되는 것이 방지된다.
다음으로, 도 4를 참고하여 냉방운전이 이루어지는 것을 설명한다. 도 4의 상태에서 상기 사방향밸브(12)는 상기 제1메인연결관(110과 제1보조연결관(14)이 서로 연결되게 하고, 상기 제2메인연결관(13)과 제2보조연결관(15)이 서로 연결되도록 한다. 그리고, 제3밸브(47s)와 제4밸브(48s)가 개방된 상태이고, 제1밸브(21)와 제2밸브(30s)는 폐쇄상태이다.
따라서, 상기 압축기(10)에서 나온 냉매는 상기 제1보조연결관(14)을 거쳐 상기 제2열교환기(40)로 들어간다. 따라서, 상기 제2열교환기(40)가 응축기의 역할을 하게 된다. 상기 제2열교환기(40)에서 응축된 냉매는 상기 연결관(30')을 빠져나오게 되는데, 이때, 상기 제2밸브(30s)는 폐쇄상태이고 제3밸브(47s)는 개방상태이므로 제3보조연결관(47)을 따라 냉매가 유동된다.
상기 제3보조연결관(47)에서 상기 제2체크밸브(47c)를 통과하여 냉매가 수액기(22)로 들어간다. 상기 수액기(22)에서 나온 냉매는 상기 제4보조연결관(48)으로 들어가서 상기 제4밸브(48s)를 거쳐 제2팽창밸브(49)에서 팽창되어 제1열교환 기(20)에서 증발하기 좋은 상태로 된다.
상기 제1열교환기(20)로 전달된 냉매는 증발기 역할을 하는 제1열교환기(20)에서 증발되어 냉수를 발생시키게 된다. 상기 제1열교환기(20)를 통과한 냉매는 상기 제2메인연결관(13), 사방향밸브(12) 및 제2보조연결관(15)을 거쳐 기액분리기(45)로 전달되고, 최종적으로 압축기(10)로 전달된다. 상기 압축기(10)로 전달된 냉매는 앞에서 설명된 과정을 반복하게 된다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
도 1은 종래 기술에 의한 온수발생장치의 구성을 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 히트펌프식 냉난방장치의 바람직한 실시예의 구성을 보인 구성도.
도 3은 본 발명 실시예가 난방장치로 사용되는 상태를 보인 동작상태도.
도 4는 본 발명 실시예가 냉방장치로 사용되는 상태를 보인 동작상태도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 압축기 11: 제1메인연결관
12: 사방향밸브 13: 제2메인연결관
14: 제1보조연결관 15: 제2보조연결관
20: 제1열교환기 20': 연결관
21: 제1밸브 21c: 체크밸브
21": 온수관 22: 수액기
22': 연결관 30: 제1팽창밸브
30': 연결관 30s: 제2밸브
33: 전자밸브 35: 보상팽창밸브
36: 보상열교환기 37: 증발압력밸브
40: 제2열교환기 45: 기액분리기
47: 제3보조연결관 47s: 제3밸브
48: 제4보조연결관 48s: 제4밸브
49: 제2팽창밸브 50: 물공급원
60: 온수탱크 62: 절수밸브
64: 혼합밸브

Claims (6)

  1. 냉매를 압축하여 상대적으로 고온고압으로 만들어주는 압축기와,
    냉매와 물 사이의 열교환을 통해 냉수 또는 온수를 만들어내는 제1열교환기와,
    상기 제1열교환기에서 응축된 냉매를 팽창시켜 상대적으로 저온저압상태로 만들어주며 상기 압축기로 전달되는 냉매의 상태를 감지하여 개구도를 조절하는 제1팽창밸브와,
    냉매와 외기와의 열교환을 수행하는 제2열교환기와,
    상기 제1열교환기를 통과하여 나와 상기 제1팽창밸브로 전달되는 냉매의 일부를 외기의 온도에 따라 전달받아 상기 제1열교환기에서 만들어진 온수의 일부를 사용하여 냉매를 증발시키는 보상열교환기와,
    상기 제2열교환기에서 응축된 냉매를 팽창시켜 상대적으로 저온저압상태로 만들어 상기 제1열교환기로 보내는 제2팽창밸브와,
    상기 압축기, 제1열교환기 및 제2열교환기 사이에서 냉매의 유동을 제어하여 냉방 및 난방을 절환하는 사방향밸브를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 히트펌프식 냉난방장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 사방향밸브와 상기 제2열교환기는 제1보조연결관에 의해 서로 연결되어 냉매가 유동되고, 상기 사방향밸브와 상기 압축기의 입구사이는 제2보조연결관으로 서로 연결되어 냉매가 유동됨을 특징으로 하는 히트펌프식 냉난방장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1열교환기와 제1팽창밸브의 사이에는 수액기가 설치되는데, 상기 수액기의 입구와 상기 제2열교환기의 입구 사이를 연결하도록 제3보조연결관이 설치되고, 상기 제3보조연결관에는 제2열교환기에서 수액기로의 냉매의 전달을 제어하는 제3밸브와 제2체크밸브가 구비됨을 특징으로 하는 히트펌프식 냉난방장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 수액기의 출구와 상기 제1열교환기의 출구 사이를 제4보조연결관이 연결하는데, 상기 제4보조연결관에는 냉매가 수액기에서 상기 제1열교환기로 유동되는 것은 제어하는 제4밸브와 제1열교환기에서 냉매가 증발되기 좋은 상태로 팽창시키는 상기 제2팽창밸브가 설치됨을 특징으로 하는 히트펌프식 냉난방장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 보상열교환기와 상기 제 1열교환기의 사이에는, 상기 제1열교환기를 통과하여 나온 냉매중 일부를 보상열교환기로 전달하도록 외기온도가 소정값 이하로 내려가면 개방되는 전자밸브가 설치되고, 상기 전자밸브와 보상열교환기의 사이에는 보상팽창밸브가 구비되어 냉매를 팽창시켜 보상열교환기로 전달함을 특징으로 하는 히트펌프식 냉난방장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 보상열교환기에서 나온 냉매가 일정 압력 이상을 되어 상기 제2열교환기에서 나온 냉매와 혼합되도록 일정 이상의 압력인 경우에만 냉매를 통과시키는 증발압력밸브가 더 구비됨을 특징으로 하는 히트펌프식 냉난방장치.
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