KR20110105179A - 이슬맺힘 방지장치가 포함된 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

Abstract

난방 운전 시 외기 온도가 낮아지는 경우에도 증발기에 이슬맺힘 또는 성에의 착상이 발생하지 않아 제상운전이 필요하지 않을 뿐만 아니라 난방효율을 향상시키는 히트펌프 시스템이 개시된다. 이를 위하여 열교환기와 인접하고 응축기와 팽창밸브를 연결하는 순환배관과 인접하도록 설치되는 내부배관, 상기 응축기에서 배출되어 팽창밸브로 유동되는 냉매와 상기 내부배관의 내부를 순환하도록 유동되는 열교환매체가 상호 열교환되도록 하는 열교환기로 이루어진 이슬맺힘 방지장치를 포함하는 히트펌프 시스템을 제공한다. 본 발명에 의하면, 외기 온도가 저하되는 경우에도 증발기에 이슬이 맺히거나 성에가 착상되는 현상을 미연에 방지할 수 있다. 그리고 실내외 기온차가 극심한 겨울철에도 별도의 보조가열기 없이 응축기로부터 발생된 기화열을 이용하여 증발기의 표면에 제상작업을 수행할 수 있다.

Description

이슬맺힘 방지장치가 포함된 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법{HEAT PUMP SYSTEM HAVING DEW-FALL PREVENTION DEVICE AND METHOD FOR CONTROL THEREOF}

본 발명은 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 난방 운전 시 외기 온도가 낮아지는 경우에도 증발기에 이슬맺힘 또는 성에의 착상이 발생하지 않아 제상운전이 필요하지 않을 뿐만 아니라 난방효율을 향상시키는 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 히트펌프 시스템의 냉매 순환 사이클은 냉매가스를 고온고압의 상태로 응축 압력까지 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 공랭식의 경우 공기에 의한 방열에 의하여 액상으로 응축하는 실외열교환기와, 상기 실외열교환기에서 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매를 교축작용에 의하여 저압상태의 기상냉매로 팽창시키는 팽창밸브와, 그리고 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발 잠열을 이용하여 송풍기에 의하여 송풍되는 공기를 열교환에 의하여 냉각함과 아울러 상기 압축기로 냉매가스를 복귀시키는 실내열교환기로 이루어진다.

이러한 히트펌프 시스템은 냉매 순환 사이클 동안 상기 냉매가 기체→액체 및 액체→기체로 연속적으로 상태변화하며, 난방 및 냉방 운전의 전환을 사방변으로 전환하는 시스템으로 히트펌프류는 난방열원으로서 고온의 열원을 만드는 시스템이다.

도 1은 종래 히트펌프 사이클 실외기의 냉매순환구조를 개략적으로 도시한 구성도이며, 도 2는 종래 히트펌프 사이클 실외기의 배관구조를 나타내는 도이다.

도시된 바와 같이, 종래 히트펌프 사이클의 실외기는 내부에 냉매가 흐르면서 열교환되도록 주름지게 구비된 냉매관(10), 상기 냉매관(10) 외주에 구비되어 열전달 면적을 증대시키는 방열핀(20), 및 상기 냉매관(10)의 입,출구에 각각 연결되어 냉매를 순환시키는 냉매유입관(31)과 냉매유출관(32)으로 구성된다. 여기서, 압축기, 어큐뮬레이터, 사방밸브 등의 구성은 일반적인 구성이므로 생략한다.

한편, 통상 히트펌프 시스템은 난방모드에서 실외온도가 -5℃이하로 내려가게 되면 실외열교환기가 얼어붙게 되므로, 실내난방 능력이 현저히 떨어지게 되는 문제점이 있었다. 이러한 이유로, 히트펌프 시스템은 난방모드 중에 실외열교환기가 얼지 않도록 일정 주기로 사이클을 역으로 전환시키는 제상모드를 반드시 실시하게 된다. 이 경우, 제상모드 시 압축기에서 토출된 냉매가 냉매유입관(31)으로 유입되고, 이후 주름진 냉매관(10)을 통과하면서 열교환된 후 냉매유출관(32)을 통해 다시 실내열교환기로 순환하면서 제상기능을 수행하게 된다.

이와 같이, 종래의 히트펌프 시스템은 실외열교환기에 발생된 성에를 제거하기 위해 히트펌프의 운전을 중단하고 전기제상(Electric defrost) 혹은 고압냉매제상(Hot gas defrost)등의 방법을 사용하고 있다. 이러한 제상방법은 모두 제상작업을 하기 위해 히트펌프 운전을 정지하는 등 정상적 운전을 불가능하게 하기 때문에 연속적이고 안정적인 운전이 불가능하며, 운전효율이 나빠지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 제 1 목적은 겨울철에도 별도의 보조가열기 없이 응축기를 통과한 냉매를 이용하여 증발기에 대한 제상이 가능하게 되어 상기 증발기에 이슬맺힘이나 성에가 착상되는 것을 방지할 수 있는 이슬맺힘 방지장치가 포함된 히트펌프 시스템을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 제 2 목적은 상기 히트펌프 시스템을 제어하여 증발기에 형성된 이슬이나 성에를 제거할 수 있는 히트펌프 시스템의 제어방법을 제공하는데 있다.

상술한 본 발명의 제 1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 압축기, 상기 압축기에 연결된 응축기, 상기 응축기에 연결된 팽창밸브, 상기 팽창밸브에 연결된 증발기를 포함하여 이루어지는 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 증발기와 인접하고 및 상기 응축기와 팽창밸브를 연결하는 순환배관과 인접하도록 설치되는 내부배관; 상기 응축기에서 배출되어 팽창밸브로 유동되는 냉매와 상기 내부배관의 내부를 순환하도록 유동되는 열교환매체가 상호 열교환되도록 하는 열교환기; 상기 내부배관에 설치되어 열교환매체를 내부배관을 따라 순환시키는 열교환매체 유동수단; 및 상기 열교환매체 유동수단에 전기적으로 연결되어 외부의 조작에 따라 열교환매체 유동수단을 작동시키는 제어부로 이루어진 이슬맺힘 방지장치를 포함하는 히트펌프 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명의 제 2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 난방 운전에 따라 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 작동시키는 단계; 상기 증발기의 내부압력을 차압센서로 측정하고, 상기 내부압력을 제어부로 분석하여 상기 내부압력이 기 설정된 압력 이상이면 상기 응축기에 설치된 1차 응축열 교환수단을 정지시키는 단계; 상기 응축기를 통과한 냉매를 응축기와 팽창밸브 사이에 설치된 열교환기로 유동시키는 단계; 및 상기 내부배관 내부의 열교환매체를 상기 열교환기와 증발기 사이로 순환시키는 단계를 포함하는 히트펌프 시스템의 제어방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 외기 온도가 저하되는 경우에도 증발기에 이슬이 맺히거나 성에가 착상되는 현상을 미연에 방지할 수 있다. 이에 따라, 공기 중에 수분이 많은 지역에서도 히트펌프 시스템을 사용할 수 있다.

그리고 본 발명은 실내외 기온차가 극심한 겨울철에도 별도의 보조가열기 없이 응축기로부터 발생된 응축열을 이용하여 증발기의 표면에 제상작업을 수행할 수 있다. 이에 따라, 별도의 제상작업을 수행함에 따라 난방효율이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 운전소요비용의 절감효과를 극대화할 수 있다.

도 1은 종래의 히트펌프 시스템의 사이클을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 종래의 히트펌프 시스템의 증발기의 배관을 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발기와 내부배관을 나타내는 도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 의한 이슬맺힘 방지장치가 포함된 히트펌프 시스템(이하, '히트펌프 시스템'이라 한다.)을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 히트펌프 시스템은 기체상태의 냉매를 압축기(100)로 고압 압축한 후 상기 고압의 냉매를 선택적으로 정·역방향 순환가동시킴으로써 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 반복 수행하도록 냉동사이클장치로서, 압축기(100)와, 응축기(200)와, 팽창밸브(300)와, 증발기(400), 및 이슬맺힘 방지장치(500)를 포함한다. 이때, 압축기(100)와 응축기(200)와 팽창밸브(300), 및 증발기(400)는 순환배관(P)을 통해 연결된다. 여기서, 순환배관으로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 배관이라면 어떠한 배관을 사용하여도 무방하다.

한편, 순환배관(P)의 일측에는 상기 순환배관(P)을 통해 냉매를 순환시키는 순환펌프(600)가 설치될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명한다.

먼저 본 발명의 일실시예에 의한 히트펌프 시스템은 압축기(100)를 포함한다.

상기 압축기(100)는 흡열작용을 의해 냉매를 고온고압의 상태로 압축하여 응축기(200)로 배출하는 것으로서, 압축기(100)에 의하여 생성된 냉매 증기는 실린더 내에서 압축된다.

필요에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 압축기(100)의 입구 측에는 기수분리기(accumulator, 110)가 순환배관으로 연결될 수 있다. 여기서, 상기 기수분리기(110)는 냉매가 압축기(100)에 유입되기 전에 냉매를 기체와 액체로 분리시킨 뒤, 기체만을 압축기(100)에 이송시키는 역할을 수행한다.

그리고 본 발명에 따른 히트펌프 시스템은 응축기(200)를 포함한다.

상기 응축기(200)는 상기 압축기(100)에서 압축된 냉매 증기를 물 또는 공기 등의 2차 유체로 냉각하여 액상으로 응축하는 것으로서, 냉매 증기는 응축하면서 발생된 기화열 중 일부 기화열(이하, '1차 응축열'이라 한다.)을 팬 등의 1차 응축열 교환수단(미도시)을 통해 실내 공기나 물 등의 2차 유체에 전달한다.

이에 따라, 제1열교환기(200)를 통과하는 냉매는 실내 공기나 물 등의 2차 유체에 1차 응축열을 제공함으로, 상기 기화열 중 1차 응축열을 제외한 일부 기화열(이하, '2차 응축열'이라 한다.)을 가진다.

보다 구체적으로, 상기 응축기(200)는 팬에 의해 실내 공기가 통과하면서 응축기(200)를 통과하는 냉매와 열교환되는 구조를 갖거나, 응축기(200)의 냉매와 간접 열교환되도록 물을 순환시키는 수배관이 설치될 수 있다.

한편, 상기 응축기(200)는 냉방 운전 시 냉매를 증발시키는 증발기의 역할을 한다. 즉, 본 발명에 따른 히트펌프 시스템은 냉방 또는 난방의 경우에 따라 각각 냉매의 순환방향이 역전된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 의한 히트펌프 시스템은 팽창밸브(300)를 포함한다.

상기 팽창밸브(300)는 상기 응축기(200)에서 응축된 액상 냉매를 증발하기 쉬운 상태로 만드는 장치로서, 상기 액상 냉매를 스로틀링(throttling) 과정을 거치게 하여 증발하기 쉬운 상태까지 감압시킨다. 이에 따라, 응축기(200)로부터 배출된 액상 냉매는 저온, 저압상태의 액상 냉매로 팽창된다.

상기 팽창밸브(300)는 스로틀 밸브의 일종이며, 감압 작용과 냉매의 유량 제어 작용의 두 가지 기능을 가지고 있다.

상기 팽창밸브(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 냉방 운전 시 응축기 역할을 수행하는 증발기(400)에서 응축된 액상 냉매가 유입되는 제1팽창밸브(310)와 난방 운전 시 응축기(200)에서 응축된 액상 냉매가 유입되는 제2팽창밸브(320)로 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 팽창밸브(310)는 냉방 운전 시 사용되는 것으로써, 응축기(200)의 입구 측에 관으로 연결되어 상기 증발기(400)를 통해 이송된 냉매를 팽창시켜 상기 응축기(200)에 유입시킨다. 이때, 상기 제1팽창밸브(310)의 양측으로 관 내부를 개폐하는 솔레노이드 밸브와 체크밸브가 설치되며, 상기 제1팽창밸브(310)가 설치된 관에는 바이패스 관이 더 설치된다. 여기서, 바이패스 관은 일단부에 체크밸브가 설치되어 역방향으로 이송되는 냉매를 차단하는 동시에 제1팽창밸브(310)를 사용하지 않을 때 냉매가 이송되도록 한다. 그리고 제2팽창밸브(320)는 난방 운전 시 사용되는 것으로써, 증발기(400)의 입구 측에 관으로 연결되어 상기 응축기(200)를 통해 이송된 냉매를 팽창시켜 상기 증발기(400)에 유입시킨다. 이때, 상기 제2팽창밸브(320)의 양측으로 관 내부를 개폐하는 솔레노이드 밸브와 체크밸브가 설치되며, 제2팽창밸브(320)가 설치된 관에는 바이패스 관이 더 설치된다. 여기서, 상기 바이패스 관은 일단부에 체크밸브가 설치되어 역방향으로 이송되는 냉매를 차단하는 동시에 제2팽창밸브(320)를 사용하지 않을 때 냉매가 이송되도록 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 응축기(200)와 제2팽창밸브(320)의 사이 및 상기 증발기(400)와 제1팽창밸브(310)의 사이에는 수액기(receiver, 800)가 설치될 수 있다. 다시 말해, 수액기(800)는 냉동 사이클에서 냉매의 흐름상 팽창밸브(310, 320)를 통과하기 전에 설치한다.

구체적으로, 상기 수액기(800)는 응축기(200)와 증발기(400)를 통해 유입된 냉매를 내부에 일시 저장하면서 부족한 냉매를 보충해주고, 상기 수액기(800)의 내부에서 일시 저장하면서 보충 및 냉매만을 분리하여 팽창밸브(310, 320)에 이송시키는 일종의 안전장치 역할을 수행한다. 따라서, 수액기(800)의 사용은 냉동 사이클의 위험도를 줄여준다. 이러한 수액기(800)는 대부분의 저압측 부자형이나 팽창밸브형 냉매 조절장치가 있는 냉동 장치에 사용된다.

아울러, 본 발명의 일실시예에 의한 히트펌프 시스템은 증발기(400)를 포함한다.

상기 증발기(400)는 상기 팽창밸브(300)에서 팽창된 저온저압 상태의 액상 냉매를 흡열 작용을 하여 저온저압 상태의 기상 냉매로 증발시키며, 상기 냉매를 압축기(100)로 복귀시키는 역할을 수행한다. 이때, 증발기(400)의 내부에 있는 냉매는 주위로부터 증발에 필요한 잠열을 흡수하여 연속적으로 증발한다. 따라서, 증발기(400) 속에는 냉매 액체와 냉매 증기가 공존한다.

상기 증발기(400)는 냉방 운전 시 압축기(100)를 통해 이송된 고온고압의 냉매증기를 실외의 외기와 열교환시키는 응축기의 역할을 수행한다.

선택적으로, 본 발명의 일실시예에 의한 히트펌프 시스템은 분기관(900)을 더 포함할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 수액기(800)의 출구 측과 기수분리기(110) 사이에 연결된 관의 일단부에는 상기 관보다 관경이 작은 분기관(900)이 분기 형성되고, 상기 분기관(900)의 타측은 압축기(100)의 입구 측에 연결된 관의 일단부에 연결된다. 이때, 분기관(900)의 일단부에는 상기 분기관(900)의 내부를 제어부의 신호에 의해 개폐하도록 솔레노이드 밸브(910)가 더 설치된다.

여기서, 상기 분기관(900)의 역할은 냉방 운전 시 이송되는 냉매의 소정량을 분기시켜 과부하를 방지하는 안전장치이고, 난방 운전 시 증발기(400)에 많은 양의 냉매가 유입되어 결빙이 빠르게 진행되는 것을 방지하는 안전장치이다.

게다가, 본 발명의 일실시예에 의한 히트펌프 시스템은 이슬맺힘 방지장치(500)를 포함한다.

상기 이슬맺힘 방지장치(500)는 외기 온도가 저하되어도 증발기(400)의 표면에 이슬이 맺히거나 성에의 착상이 발생되지 않도록 응축기(200)로부터 발생되는 응축열을 상기 증발기(400)로 제공하는 것으로서, 열교환기(510)와 내부배관(520)과 열교환매체 유동수단(530) 및 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.

도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 내부배관(520)은 증발기(400)와 인접하도록 설치되며, 상기 응축기(200)와 팽창밸브(300)를 연결하는 순환배관(P)과 인접하도록 설치되는 것으로서, 응축기(200)를 통과한 냉매로부터 2차 응축열을 흡수한 열교환매체의 이동경로를 제공한다. 다시 말해, 내부배관(520)은 열교환매체가 응축기(200)와 열교환기(510) 사이를 순환할 수 있도록 형성된다. 여기서, 상기 열교환매체로는 물에 다른 물질을 섞어서 0℃ 이하의 온도에서도 얼지 않도록 만든 부동액인 브라인을 사용한다. 상기 브라인으로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 브라인이라면 어떠한 브라인을 사용하여도 무방하다.

상기 열교환기(510)는 응축기(200)에서 배출되어 팽창밸브(300)로 유동되는 냉매와 상기 내부배관(520)의 내부를 순환하도록 유동되는 열교환매체가 상호 열교환되도록 하는 것으로서, 이러한 목적을 달성할 수 있는 열교환기라면 어떠한 열교환기를 사용하여도 무방하다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 열교환기(510)는 서로 간접 열교환하는 제1코일(미도시)과 제2코일(미도시)을 갖는다. 여기서, 상기 제1코일은 응축기(200)에 연결된 순환배관(P)을 통해 냉매를 공급받고, 팽창밸브(300)로 냉매를 배출시킨다. 그리고 제2코일은 내부배관(520)을 통해 열교환매체를 공급받고, 상기 내부배관(520)으로 열교환매체를 배출시킨다.

상기 열교환매체 유동수단(530)은 도 4에 도시된 바와 같이 내부배관(520)에 설치되어 상기 내부배관(520)을 따라 열교환매체를 순환시키는 것으로서, 순환펌프 등을 사용할 수 있다.

상기 제어부는 열교환매체 유동수단(530)에 전기적으로 연결되어 외부의 조작에 따라 열교환매체 유동수단(530)을 작동시키는 것이다.

필요에 따라, 이슬맺힘 방지장치(500)는 외기 온도를 측정할 수 있도록 설치되고, 상기 제어부에 전기적으로 연결되며, 측정된 온도를 제어부에 제공하는 온도센서(미도시)가 구비될 수 있다. 그리고 본 발명은 증발기(400)의 내부 압력을 측정할 수 있도록 설치되고, 상기 제어부에 전기적으로 연결되며, 측정된 압력을 제어부에 제공하는 차압센서(미도시)가 구비될 수 있다.

이때, 제어부는 온도센서로부터 측정된 온도를 제공받고, 상기 차압센서로부터 측정된 압력을 제공받으며, 온도 및 압력을 분석하여 상기 내부배관(520) 내부의 열교환매체를 유동시킨다. 그리고 제어부는 차압센서로부터 입력된 압력이 기 설정된 압력 이상으로 분석되면 1차 응축열 교환수단을 정지시킨다.

또한, 제어부는 전술한 각 장치 및 온도센서와 전기적으로 연결되며, 전원수단을 통해 작동명령이 입력되면 상기 압축기(100), 응축기(200), 열교환기(510), 팽창밸브(300), 증발기(400)를 동작시키는 동시에 순환펌프(600)를 작동시킨다. 그리고 제어부는 온도센서로부터 외기 온도가 입력되면 설정된 내용에 따라 열교환매체 유동수단(530)를 작동시킨다.

이에 따라, 냉매는 순환배관(P)을 따라 순환되고, 압축기(100), 응축기(200), 열교환기(510), 팽창밸브(300), 증발기(400)를 통과하며, 열교환매체는 내부배관(520)을 따라 열교환기(510)와 증발기(400) 사이를 순환한다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 온도센서를 통해 제어부로 입력된 외기 온도가 약 0℃ 이하로 분석되거나 차압센서를 통해 제어부로 입력된 압력이 기준압력과 비교하여 기준압력보다 약 10% 이상 증가된 것으로 분석되면, 상기 제어부는 열교환매체 유동수단(530)를 작동시켜 내부배관(520)의 내부에 존재하는 열교환매체를 열교환기(510)와 증발기(400) 사이로 순환시킨다.

이에 따라, 열교환매체는 열교환기(510)를 통해 냉매로부터 응축열을 흡수하고 상기 응축열을 증발기(400)의 표면에 제공하여 성에를 효과적으로 제거한다. 이와 같은 작동으로 기후조건이 불리한 경우에도 히트펌프 시스템은 그 운전이 가능하게 된다. 여기서, 기준압력은 증발기(400)의 표면에 성에가 착상되지 않는 상태에서 측정된 증발기(400) 내부의 압력을 의미한다.

즉, 이슬맺힘 방지장치(500)와 증발기(400)가 병행작동하면, 상기 증발기(400)에서 냉매의 증발작용 시 증발기(400) 표면과 외기 온도와의 차가 큼으로 인해 발생되는 이슬맺힘과 성에 착상을 차단하거나 최소화 할 수 있다.

따라서, 본 발명은 증발기(400)의 표면에 생성된 이슬이나 성에를 제거하기 위한 별도의 제상작업이 필요하지 않으며, 이에 따라 히트펌프 시스템의 운전이 중단되지 않으므로, 우수한 난방효율을 제공한다.

전술한 구성요소를 갖는 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 난방 사이클을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 압축기(100)로 공급되어 압축된 후 응축기(200)를 향하여 배출된 냉매는 순환배관(P)을 따라 응축기(200)에 공급된다.

그 다음, 상기 응축기(200)에 공급된 고온고압의 기체 상태인 냉매는 실내 공기 및/또는 수배관을 따라 순환하는 물에 열을 배출하면서 응축되어 열교환기(510)를 향하여 배출된다. 즉, 압축기(100)로부터 배출된 고온고압의 냉매는 응축기(200)를 지나는 도중에 공기 또는 물과 열교환되면서 응축되며, 이것에 의해 실내는 난방이 이루어진다.

그 다음, 응축기(200)로부터 배출된 냉매는 상기 응축기(200)와 열교환기(510)의 사이에 설치된 순환배관(P)을 따라 상기 열교환기(510)의 제1코일에 공급되어 제2코일의 열교환매체와 열교환한 다음 팽창밸브(300)를 향하여 배출된다.

그 다음, 상기 열교환기(510)를 통과한 냉매는 열교환기(510)와 팽창밸브(300) 사이에 설치된 순환배관(P)을 따라 상기 팽창밸브(300)로 공급되어 팽창된 후 증발기(400)를 향하여 배출된다.

상기 팽창밸브(300)를 통과한 냉매는 팽창밸브(300)와 증발기(400) 사이에 설치된 순환배관(P)을 따라 상기 증발기(400)로 공급되어 실외 공기의 열을 흡수하면서 증발된 후 압축기(100)를 향하여 배출된다.

이때, 내부배관(520)을 순환하는 열교환매체는 증발기(400)와 간접적으로 열교환되어진 후 내부배관(520)을 따라 열교환기(510)의 제2코일에 공급된다.

상기 열교환기(510)의 제2코일에 공급된 열교환매체는 제1코일의 냉매와 간접 열교환되어진 후 내부배관(520)을 통해 다시 증발기(400)로 공급되는 순환사이클을 이룬다.

다만, 증발기(400)는 외기 온도가 약 0℃ 이하로 떨어지고, 증발기(400)를 통과하는 공기의 온도가 노점온도 이하로 강하되면, 상기 증발기(400)의 표면에 이슬이 맺히거나 성에가 착상되므로, 온도센서에서 측정된 증발기(400) 표면온도 또는 외기 온도가 제어부에 설정된 온도, 예를 들어 약 0℃ 이상인 것으로 판단된 경우, 제어부는 열교환매체 유동수단(530)를 정지시켜 내부배관(520)을 순환되는 열교환매체를 유동을 정지시킨다.

이와 같이, 이슬맺힘 방지장치(500)를 히트펌프 시스템에 형성시킨 경우, 열교환매체가 응축기(200)를 통과한 냉매로부터 응축열을 흡수하여 차가운 실외의 환경에 노출된 증발기(400)의 표면에 제공하기 때문에 상기 표면에는 이슬맺힘이나 성에가 발생될 염려가 없다.

다시 말해, 본 발명에서 난방 운전 시 냉매의 흐름은 종래와 동일하지만, 상기 응축기(200)를 통과한 냉매로부터 응축열 일부를 흡수한 열교환매체가 내부배관(520)을 따라 열교환기(510)와 증발기(400)를 순환하는 구성은 종래와 다르며, 이 과정을 통해 상기 증발기(400)의 표면에 이슬이 맺히거나 성에가 착상되는 것이 방지된다.

한편, 본 발명은 증발기에 착상된 성에를 제거하기 위한 히트펌프 시스템의 제어방법을 제공한다.

본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 제어방법은 먼저, 난방 운전에 따라 압축기(100), 응축기(200), 팽창밸브(300), 증발기(400)를 작동시킨다(단계 S10). 이어서, 상기 증발기(400)의 내부압력을 측정하고, 상기 내부압력이 소정 압력 이상이면 1차 응축열 교환수단을 정지시킨다(단계 S20). 이어서, 상기 응축기(200)를 통과한 냉매를 열교환기(510)로 유동시키고(단계 S30), 열교환매체를 상기 열교환기(510)와 증발기(400) 사이로 순환시킨다(단계 S40).

이를 각 단계별로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 실시예에서는 난방 운전에 따라 압축기(100), 응축기(200), 팽창밸브(300), 증발기(400)를 제어부로 작동시킨다(단계 S10).

외부의 조작에 따라 히트펌프 시스템의 온(ON)버튼이 클릭되면, 제어부는 순환배관(P)의 일측에 설치된 순환펌프(600)와 압축기(100), 응축기(200), 팽창밸브(300), 증발기(400)를 작동시켜, 냉매가 순차적으로 압축기(100), 응축기(200), 팽창밸브(300), 증발기(400)를 순환하도록 한다.

이어서, 상기 증발기(400)의 내부압력을 차압센서로 측정하고, 상기 내부압력을 제어부로 분석하여 상기 내부압력이 기 설정된 압력 이상이면 상기 응축기(200)에 설치된 1차 응축열 교환수단을 정지시킨다(단계 S20).

상기 차압센서는 증발기(400)의 내부압력을 지속적으로 측정하고, 측정된 내부압력을 제어부로 전송한다. 그리고 제어부는 차압센서로부터 입력된 내부압력이 기 설정된 압력 이상으로 분석되면, 1차 응축열 교환수단에 정지신호를 송신하여 상기 1차 응축열 교환수단을 정지시킨다.

이와 같이, 1차 응축열 교환수단을 정지시키면 물, 공기 등의 2차 유체가 순환되지 않게 되므로, 결국 응축기(200)를 통해 응축된 냉매는 2차 유체로 1차 응축열을 배출할 수 없게 된다. 따라서, 응축기(200)를 통과한 냉매는 1차 응축열 및 2차 응축열을 갖게 된다.

그 다음, 상기 응축기(200)를 통과한 냉매를 응축기(200)와 팽창밸브(300) 사이에 설치된 열교환기(510)로 유동시킨다(단계 S30).

상기 응축기(200)로부터 배출된 냉매는 상기 응축기(200)와 열교환기(510)의 사이에 설치된 순환배관(P)을 따라 상기 열교환기(510)의 제1코일에 공급되어 제2코일의 열교환매체와 열교환한 다음 팽창밸브(300)를 향하여 배출된다.

다시 말해, 상기 열교환매체는 냉매로부터 1차 응축열 및 2차 응축열을 흡수하게 된다.

마지막으로, 상기 내부배관(520) 내부의 열교환매체를 상기 열교환기(510)와 증발기(400) 사이로 순환시킨다(단계 S40).

이때, 1차 응축열 및 2차 응축열을 흡수한 열교환매체는 증발기(400)와 간접 열교환을 통해 증발기(400)에 1차 응축열 및 2차 응축열을 제공할 수 있게 되므로, 2차 응축열만을 흡수한 열교환매체보다 증발기(400)에 높은 열량을 제공할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 이슬맺힘 방지장치(500)를 통해 증발기(400)의 표면에 이슬이 맺히거나 성에가 착상되는 것을 미연에 방지할 수 있게 된다. 또한, 온도센서를 통해 증발기(400)의 표면에 제공된 2차 응축열만으로 이슬맺힘이나 성에의 착상이 방지되지 않는 경우가 발생되어도 차압센서로부터 측정된 내부압력을 분석한 제어부를 통해 1차 응축열 교환수단을 정지시킴으로써, 증발기(400)의 표면에 1차 응축열 및 2차 응축열을 제공하여 증발기(400)의 표면에 형성된 이슬이나 성에를 제거할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 압축기 110 : 기수분리기
200 : 응축기 300 : 팽창밸브
310 : 제1팽창밸브 320 : 제2팽창밸브
400 : 증발기 500 : 이슬맺힘 방지장치
510 : 열교환기 520 : 내부배관
530 : 열교환매체 유동수단 600 : 순환펌프
800 : 수액기 900 : 분기관
910 : 솔레노이드 밸브 P : 순환배관

Claims (5)

1. 압축기, 상기 압축기에 연결된 응축기, 상기 응축기에 연결된 팽창밸브, 상기 팽창밸브에 연결된 증발기를 포함하여 이루어지는 히트펌프 시스템에 있어서,
   상기 증발기와 인접하고 및 상기 응축기와 팽창밸브를 연결하는 순환배관과 인접하도록 설치되는 내부배관;
   상기 응축기에서 배출되어 팽창밸브로 유동되는 냉매와 상기 내부배관의 내부를 순환하도록 유동되는 열교환매체가 상호 열교환되도록 하는 열교환기;
   상기 내부배관에 설치되어 열교환매체를 내부배관을 따라 순환시키는 열교환매체 유동수단; 및
   상기 열교환매체 유동수단에 전기적으로 연결되어 외부의 조작에 따라 열교환매체 유동수단을 작동시키는 제어부;
   로 이루어진 이슬맺힘 방지장치를 포함하는 히트펌프 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 이슬맺힘 방지장치는
   외기 온도를 측정할 수 있도록 설치되어 측정된 온도를 제어부에 제공하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 증발기의 내부 압력을 측정할 수 있도록 증발기에 설치되어 측정된 압력을 제어부로 제공하는 차압센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부는
   상기 차압센서로부터 입력된 압력이 기준압력의 10% 이상 증가된 것으로 분석되면, 열교환매체 유동수단을 작동시키는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
5. 난방 운전에 따라 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 작동시키는 단계;
   상기 증발기의 내부압력을 차압센서로 측정하고, 상기 내부압력을 제어부로 분석하여 상기 내부압력이 기 설정된 압력 이상이면 상기 응축기에 설치된 1차 응축열 교환수단을 정지시키는 단계;
   상기 응축기를 통과한 냉매를 응축기와 팽창밸브 사이에 설치된 열교환기로 유동시키는 단계; 및
   상기 내부배관 내부의 열교환매체를 상기 열교환기와 증발기 사이로 순환시키는 단계;
   를 포함하는 히트펌프 시스템의 제어방법.

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