KR20120085070A

KR20120085070A - 히트 펌프

Info

Publication number: KR20120085070A
Application number: KR1020110006474A
Authority: KR
Inventors: 윤필현; 사용철
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2012-07-31
Also published as: EP2479517A1; JP5698160B2; JP2012154616A; EP2479517B1; US20120186295A1; KR101249898B1; US9091464B2; CN102607208A

Abstract

본 발명에 따른 히트 펌프는, 복수의 스크롤 압축기를 포함하고, 상기 복수의 스크롤 압축기의 각 내부로 냉매를 인젝션하는 내부 인젝션 유로와, 상기 복수의 스크롤 압축기들 사이로 인젝션하는 중간 인젝션 유로를 별도로 구성하고, 난방 부하에 따라 상기 내부 인젝션 유로와 중간 인젝션 유로를 사용하여 냉매를 인젝션함으로써, 압축기를 추가 설치하지 않고서 다단 압축 효과를 누릴 수 있으며, 냉매의 인젝션을 통해 난방 성능 및 효율이 향상될 수 있다.

Description

히트 펌프{Heat pump}

본 발명은 히트 펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 난방 능력 및 효율이 향상될 수 있는 히트 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발시키는 과정을 수행하여, 실내 공간을 냉방 또는 난방시키는 장치이다. 상기 공기조화기는 실외기에 1대의 실내기가 연결되는 통상적인 공기조화기와, 실외기에 복수개의 실내기가 연결되는 멀티 공기조화기로 구분된다. 상기 공기조화기는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 포함한다. 상기 압축기에서 토출된 냉매는 상기 응축기에서 응축된 후, 상기 팽창밸브에서 팽창된다. 팽창된 냉매는 상기 증발기에서 증발된 후, 상기 압축기로 흡입된다.

냉방 운전과 난방 운전이 가능한 히트 펌프(Heat pump)의 경우, 냉방 운전시에 실외 열교환기가 압축기에서 토출된 고온 고압의 냉매를 실외 공기와 열교환시켜 액상의 냉매로 응축시키는 응축기 역할을 하고, 실내 열교환기는 증발기 역할을 한다. 한편, 상기 공기조화기의 난방운전시에는, 실외 열교환기가 실내 열교환기로부터 회수되는 기체와 액체의 혼합상태인 냉매를 실외 열교환기와 열교환시키며 기체 상태의 냉매로 증발시키는 증발기 역할을 하고, 실내 열교환기는 응축기 역할을 한다.

종래 기술에 따른 히트 펌프의 경우, 한파가 발생하여 실외 온도가 급격히 내려가는 경우나 한랭 지역 등과 같이 저온 난방의 경우, 증발압력이 하락하여 압축기의 흡입밀도가 적어지고 난방에 필요한 질량 유량을 내기가 어려워짐으로써, 난방 성능이 매우 저하될 수 있다. 대용량의 히트 펌프로 교체하거나 새로운 히트 펌프를 추가로 설치할 경우, 설치비가 많이 들고, 설치공간을 확보해야 하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 저온 난방시 난방 능력 감소를 보완하고 효율이 향상될 수 있는 히트 펌프를 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 히트 펌프는, 복수의 스크롤 압축기와, 상기 스크롤 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창하는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발하는 증발기와, 상기 응축기와 증발기 사이에서 분기되어, 상기 응축기에서 나온 냉매 중 일부를 상기 복수의 스크롤 압축기 중 적어도 어느 하나의 내부로 인젝션하는 내부 인젝션 유로와, 상기 응축기와 증발기 사이에서 분기되어, 상기 응축기에서 나온 냉매 중 일부를 상기 복수의 스크롤 압축기들 사이의 유로로 각각 인젝션하는 중간 인젝션 유로와, 난방 부하에 따라 상기 내부 인젝션 유로와 중간 인젝션 유로를 통과하는 냉매량을 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 복수의 스크롤 압축기들은 제 1스크롤 압축기와, 상기 제 1스크롤 압축기와 직렬로 연결되고 상기 제 1스크롤 압축기에서 나온 냉매를 압축시키는 제 2스크롤 압축기를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 내부 인젝션 유로는, 상기 응축기와 증발기 사이를 연결하는 냉매 유로에서 분기되어 상기 응축기에서 나온 냉매 중 일부를 상기 제 1스크롤 압축기내부로 인젝션하는 제 1내부 인젝션 유로와; 상기 냉매 유로에서 분기되어 상기 응축기에서 나온 냉매 중 일부를 상기 제 2스크롤 압축기내부로 인젝션하는 제 2내부 인젝션 유로를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 중간 인젝션 유로는, 상기 냉매 유로에서 분기되어, 상기 응축기에서 나온 냉매 중 일부를 상기 제 1스크롤 압축기와 상기 제 2스크롤 압축기 사이로 인젝션하도록 형성된다.

본 발명에 있어서, 상기 냉매 유로에서 상기 중간 인젝션 유로가 분기되기 이전 위치에 배치된 냉매유로 조절밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 중간 인젝션 유로를 통해 인젝션되는 냉매와 상기 제 1스크롤 압축기에서 토출된 냉매의 압력차가 설정범위내에 들도록 상기 냉매유로 조절밸브의 개방도를 제어한다.

본 발명에 있어서, 상기 제 1내부 인젝션 유로에 배치되어, 상기 제 1내부 인젝션 유로를 통과하는 냉매를 교축하는 제 1내부 인젝션 밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제 1내부 인젝션 유로를 통해 인젝션되는 냉매의 과열도에 따라 상기 제 1내부 인젝션 밸브의 개방도를 제어한다.

본 발명에 있어서, 상기 제 2내부 인젝션 유로에 배치되어, 상기 제 2내부 인젝션 유로를 통과하는 냉매를 교축하는 제 2내부 인젝션 밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제 2내부 인젝션 유로를 통해 인젝션되는 냉매의 과열도에 따라 상기 제 2내부 인젝션 밸브의 개방도를 제어한다.

본 발명에 있어서, 상기 중간 인젝션 유로에 배치되는 중간 인젝션 밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제 2스크롤 압축기의 토출온도에 따라 상기 중간 인젝션 밸브의 개방도를 제어한다.

본 발명에 있어서, 상기 제 1내부 인젝션 유로에 배치되어 냉매를 교축하는 제 1내부 인젝션 밸브와, 상기 제 2내부 인젝션 유로에 배치되어 냉매를 교축하는 제 2내부 인젝션 밸브와, 상기 중간 인젝션 유로에 배치되는 중간 인젝션 밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는, 난방 부하에 따라 상기 제 1, 2내부 인젝션 밸브와 상기 중간 인젝션 밸브 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 개방한다. 또한, 상기 제어부는, 난방 부하의 증가에 따라 상기 제 1내부 인젝션 밸브, 상기 중간 인젝션 밸브, 상기 제 2내부 인젝션 밸브를 차례로 개방한다. 또한, 상기 제어부는, 상기 중간 인젝션 유로를 통해 인젝션되는 냉매와 상기 제 1스크롤 압축기에서 토출된 냉매의 압력차가 설정범위내에 들도록 상기 냉매유로 조절밸브의 개방도를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부는, 상기 제 1내부 인젝션 유로를 통해 인젝션되는 냉매의 과열도에 따라 상기 제 1내부 인젝션 밸브의 개방도를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부는, 상기 제 2내부 인젝션 유로를 통해 인젝션되는 냉매의 과열도에 따라 상기 제 2내부 인젝션 밸브의 개방도를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부는, 상기 제 2스크롤 압축기의 토출온도에 따라 상기 중간 인젝션 밸브의 개방도를 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 히트 펌프는, 제 1스크롤 압축기와; 상기 제 1스크롤 압축기에서 나온 냉매를 압축하는 제 2스크롤 압축기와; 상기 제 2스크롤 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기와; 상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창하는 팽창장치와; 상기 팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발하는 증발기와; 상기 응축기와 증발기 사이에서 분기되어, 상기 응축기에서 나온 냉매 중 일부를 상기 제 1스크롤 압축기의 내부로 인젝션하는 내부 인젝션 유로와; 상기 응축기와 증발기 사이에서 분기되어, 상기 응축기에서 나온 냉매 중 일부를 상기 제 1스크롤 압축기와 제 2스크롤 압축기 사이의 유로로 인젝션하는 중간 인젝션 유로와; 상기 내부 인젝션 유로에 배치되어, 인젝션되는 냉매의 과열도를 제어하는 내부 인젝션 밸브와; 상기 중간 인젝션 유로에 배치되어, 상기 제 2스크롤 압축기의 토출온도를 제어하는 중간 인젝션 밸브와; 상기 중간 인젝션 유로가 분기되기 이전 위치에 배치되어, 인젝션되는 냉매의 압력을 제어하는 냉매유로 조절밸브와; 난방 부하에 따라 상기 내부 인젝션 밸브, 중간 인젝션 밸브, 냉매유로 조절밸브의 개방도를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따른 히트 펌프는, 복수의 스크롤 압축기를 포함하고, 상기 복수의 스크롤 압축기의 각 내부로 냉매를 인젝션하는 내부 인젝션 유로와, 상기 복수의 스크롤 압축기들 사이로 인젝션하는 중간 인젝션 유로를 별도로 구성하고, 난방 부하에 따라 상기 내부 인젝션 유로와 중간 인젝션 유로를 사용하여 냉매를 인젝션함으로써, 다단 압축과 인젝션을 통해 난방 성능 및 효율이 향상될 수 있다.

또한, 복수의 인젝션이 이루어지기 때문에, 인젝션 유량 증가로 인해 난방 능력이 향상될 수 있다.

또한, 2대의 압축기로 4단 압축 효과를 얻을 수 있기 때문에, 한랭지역에서도 압축기의 추가 설치가 필요 없고, 시스템의 사이즈 축소화가 가능하여, 설치 비용 및 설치 공간이 절약될 수 있는 이점이 있다.

또한, 스크롤 압축기의 냉매 주입 구조가 간단하므로, 기존의 스크롤 압축기에 적용이 용이한 이점이 있다.

또한, 복수의 스크롤 압축기 사이로 인젝션하는 중간 인젝션 유로를 포함하고, 상기 중간 인젝션 유로가 분기되기 이전에 냉매유로 조절밸브를 설치함으로써, 인젝션되는 냉매의 압력 조절이 용이하여, 복수의 스크롤 압축기 사이로 냉매의 인젝션이 보다 용이해질 수 있다.

또한, 스크롤 압축기의 내부로 인젝션하는 내부 인젝션 유로상에 내부 인젝션 밸브를 설치함으로써, 인젝션되는 냉매의 과열도를 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프의 구성이 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프의 제어흐름이 도시된 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 히트 펌프의 냉동사이클을 나타낸 몰리에르 선도(mollier diagram, p-h선도)이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프의 난방 부하가 적은 경우 냉매 흐름이 도시된 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 히트 펌프의 냉동 사이클을 나타낸 몰리에르 선도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 펌프의 구성이 도시된 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프의 구성이 도시된 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프의 제어흐름이 도시된 블록도이다. 도 3은 도 1에 도시된 히트 펌프의 냉동사이클을 나타낸 몰리에르 선도(mollier diagram, p-h선도)이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프는, 복수의 스크롤 압축기(10)(12)와, 상기 스크롤 압축기(10)(12)에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기(20)와, 상기 응축기(20)에서 나온 냉매를 팽창하는 팽창장치(40)와, 상기 팽창장치(40)에서 팽창된 냉매를 증발하는 증발기(30)를 포함하고, 상기 응축기(20)와 상기 증발기(30)사이에서 분기되어, 상기 응축기(20)에서 나온 냉매 중 일부를 상기 복수의 스크롤 압축기(10)(12) 중 적어도 어느 하나의 내부로 인젝션하는 내부 인젝션 유로(50)(70)와, 상기 응축기(20)와 상기 증발기(30)사이에서 분기되어, 상기 응축기(20)에서 나온 냉매 중 일부를 상기 복수의 스크롤 압축기(10)(12)들 사이의 유로로 각각 인젝션하는 중간 인젝션 유로(60)를 더 포함한다.

상기 복수의 스크롤 압축기(10)(12)는 제 1스크롤 압축기(10)와, 상기 제 1스크롤 압축기(12)와 직렬로 연결되고 상기 제 1스크롤 압축기(10)에서 나온 냉매를 압축시키는 제 2스크롤 압축기(14)로 구성된다. 이에 한정되지 않고, 상기 복수의 스크롤 압축기는 3대이상의 압축기가 연결되는 것도 물론 가능하다.

상기 제 1스크롤 압축기(10)와 제 2스크롤 압축기(12)는 각각 내부에 선회 스크롤과 고정 스크롤을 포함하고, 상기 선회 스크롤의 선회 운동에 따라 압축실 속의 냉매가 압축된다.

상기 제 1스크롤 압축기(10)와 제 2스크롤 압축기(12)는 각각 상기 내부 인젝션 유로(50)(70)이 연결되도록 연결 포트가 형성될 수 있다.

상기 내부 인젝션 유로(50)(70)는, 상기 응축기(20)와 상기 증발기(30)사이를 연결하는 냉매 유로(22)의 일측에서 분기되어 상기 제 1스크롤 압축기(10)에 연결되는 제 1내부 인젝션 유로(50)와, 상기 냉매 유로(22)의 타측에서 분기되어 상기 제 2스크롤 압축기(12)에 연결되는 제 2내부 인젝션 유로(70)를 포함한다.

본 실시예에서는, 상기 복수의 스크롤 압축기가 2대의 상기 제 1,2스크롤 압축기(10)(12)라고 한정하여 설명하므로, 상기 내부 인젝션 유로(50)(70)로 각각 상기 제 1,2,스크롤 압축기(10)(12)의 내부로 인젝션되는 2개의 유로로 구성된 것으로 한정하여 설명한다.

상기 제 1내부 인젝션 유로(50)는 상기 응축기(20)에서 나온 냉매 중 일부가 상기 제 1스크롤 압축기(10)의 내부로 인젝션되도록 안내한다.

상기 제 2내부 인젝션 유로(60)는 상기 응축기(20)에서 나온 냉매 중 일부가 상기 제 2스크롤 압축기(12)의 내부로 인젝션되도록 안내한다.

상기 제 1내부 인젝션 유로(50)에는 상기 제 1내부 인젝션 유로(50)를 통과하는 냉매를 교축하는 제 1내부 인젝션 밸브(52)가 배치될 수 있다. 상기 제 1내부 인젝션 밸브(52)는 상기 제 1내부 인젝션 유로(50)를 통해 인젝션되는 냉매의 과열도에 따라 개방도가 제어될 수 있다.

상기 제 2내부 인젝션 유로(70)에는 상기 제 2내부 인젝션 유로(70)를 통과하는 냉매를 교축하는 제 2내부 인젝션 밸브(72)가 배치될 수 있다. 상기 제 2내부 인젝션 밸브(72)는 상기 제 2내부 인젝션 유로(50)를 통해 인젝션되는 냉매의 과열도에 따라 개방도가 제어될 수 있다.

상기 냉매 유로(22)에서 상기 제 1내부 인젝션 유로(50)가 분기되는 지점에는 냉매를 기체 상태와 액체 상태로 분리하는 제 1기액 분리기(미도시)가 배치될 수 있다.

상기 냉매 유로(22)에서 상기 제 2내부 인젝션 유로(70)가 분기되는 지점에도 냉매를 기채 상태와 액체 상태로 분리하는 제 2기액 분리기(미도시)가 배치될 수 있다.

상기 실시예에 한정되지 않고, 기액 분리기 대신 이코노마이저 등이 사용되는 것도 물론 가능하다.

상기 중간 인젝션 유로(60)는, 상기 냉매 유로(22)에서 분기되어, 상기 응축기(20)에서 나온 냉매 중 일부가 상기 제 1스크롤 압축기(10)와 상기 제 2스크롤 압축기(20)사이로 인젝션되도록 안내한다.

상기 중간 인젝션 유로(60)에는 상기 중간 인젝션 유로(60)를 통과하는 냉매량을 제어하는 중간 인젝션 밸브(62)가 배치될 수 있다. 상기 중간 인젝션 밸브(62)는 상기 제 2스크롤 압축기(12)의 토출온도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 즉, 상기 중간 인젝션 ㅂ밸브(62)는 상기 제 2스크롤 압축기(12)의 토출온도에 따라 개방도가 제어될 수 있다.

상기 냉매 유로(22)에서 상기 중간 인젝션 유로(60)가 분기되기 이전 위치에는 냉매 유로 조절밸브(80)가 배치된다. 상기 냉매유로 조절밸브(80)는 상기 중간 인젝션 유로를 통해 인젝션되는 냉매와 상기 제 1스크롤 압축기에서 토출된 냉매의 압력차가 설정범위내에 들도록 개방도가 제어될 수 있다.

상기 히트 펌프는 난방 부하에 따라 상기 제 1내부 인젝션 밸브(52), 제 2내부 인젝션 밸브(72), 상기 중간 인젝션 밸브(62), 상기 냉매유로 조절밸브(80)의 개방도를 제어하는 제어부(100)를 더 포함한다.

상기 제어부(100)는 난방 부하에 따라 상기 제 1내부 인젝션 밸브(52), 제 2내부 인젝션 밸브(72), 상기 중간 인젝션 밸브(62) 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 개방할 수 있다.

상기 제어부(100)는 난방 부하의 증가에 따라 상기 제 1내부 인젝션 밸브(52), 상기 중간 인젝션 밸브(62), 상기 제 2내부 인젝션 밸브(72)를 차례로 개방할 수 있다. 즉, 난방 부하가 적을 경우, 상기 제어부(100)는 상기 제 1내부 인젝션 밸브(52)만을 개방시키고, 상기 중간 인젝션 밸브(62)와 상기 제 2내부 인젝션 밸브(72)를 차폐시킬 수 있다. 난방 부하가 증가하면, 상기 제어부(100)는 상기 제 1내부 인젝션 밸브(52)와 상기 중간 인젝션 밸브(62)를 개방하고, 상기 제 2내부 인젝션 밸브(72)는 차폐시킬 수 있다. 난방 부하가 더욱 증가하면, 상기 제어부(100)는 상기 제 1내부 인젝션 밸브(52), 중간 인젝션 밸브(62), 제 2내부 인젝션 밸브(72)를 모두 개방하여, 인젝션 유로를 모두 활용함으로써 난방 부하에 대응하여 난방 능력을 향상시킬 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 히트 펌프의 작동을 살펴보면 다음과 같다.

난방 부하에 따라 상기 제어부(100)는 상기 제 1,2내부 인젝션 유로(50)(70)와 중간 인젝션 유로(60)를 선택적으로 사용할 수 있다.

먼저, 도 1을 참조하면, 실외 온도가 매우 낮아 난방 부하가 클 경우, 상기 제어부(100)는 상기 제 1,2내부 인젝션 유로(50)(70)와 상기 중간 인젝션 유로(60)를 모두 사용할 수 있다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 제 1스크롤 압축기(10)로 흡입되는 냉매(a)는 상기 제 1내부 인젝션 유로(50)를 통해 유입되는 기상 냉매(l)와 합해져서 압축된다. 이 때, 상기 제 1내부 인젝션 유로(50)를 통해 인젝션되는 기상 냉매(l)의 과열도는 상기 제 1내부 인젝션 밸브(52)의 개방도에 따라 제어될 수 있다.

상기 제 1스크롤 압축기(10)에서 압축되어 토출된 냉매(b)는 상기 중간 인젝션 유로(60)를 통해 인젝션되는 냉매(k)와 합해진 후, 상기 제 2스크롤 압축기(12)로 흡입된다.

상기 제 2스크롤 압축기(12)로 흡입된 냉매는 상기 제 2내부 인젝션 유로(70)를 통해 유입된 기상 냉매(j)와 합해져서 압축된다. 이 때, 상기 제 2내부 인젝션 유로(70)를 통해 인젝션되는 기상 냉매(j)의 과열도는 상기 제 2내부 인젝션 밸브(72)의 개방도에 따라 제어될 수 있다.

상기 제 2스크롤 압축기(12)에서 압축되어 토출된 냉매(c)는 상기 응축기(20)를 통과하면서, 응축된다. 난방시 상기 응축기(20)는 실내 열교환기이고, 실내 공기와의 열교환을 통해 실내 공기를 난방시키게 된다.

상기 응축기(20)로 유입된 냉매량은, 상기 증발기(30)에서 상기 제 1스크롤 압축기(10)로 흡입된 냉매량에 상기 제 1내부 인젝션 유로(50)를 통해 인젝션된 냉매량과 상기 중간 인젝션 유로(60)를 통해 인젝션된 냉매량과 상기 제 2내부 인젝션 유로(70)를 통해 인젝션된 냉매량을 합해진 것이다. 상기 응축기(20)로 유입되는 냉매량이 증가됨에 따라 난방 능력 및 효율이 향상될 수 있다.

상기 응축기(20)에서 나온 냉매는 상기 제 2내부 인젝션 밸브(72)와 상기 제 2내부 인젝션 유로(70)를 거쳐 상기 제 2스크롤 압축기(12)의 내부로 인젝션된다.

상기 제어부(100)는 상기 제 2내부 인젝션 밸브(72)의 개방도를 제어하여 인젝션되는 냉매의 과열도를 제어할 수 있다.

상기 응축기(20)에서 나온 냉매 중 상기 제 2내부 인젝션 유로(70)로 인젝션되지 않은 냉매는 상기 중간 인젝션 유로(60)를 통해 상기 제 1스크롤 압축기(10)와 상기 제 2스크롤 압축기(12)사이로 인젝션될 수 있다.

상기 제어부(100)는 상기 냉매유로 조절밸브(80)의 개방도를 제어하여, 상기 중간 인젝션 유로(60)를 통해 인젝션되는 냉매(f)와 상기 제 1스크롤 압축기(10)에서 토출된 냉매(b)의 압력차(Pf-Pb)가 설정 범위내에 들도록 조절할 수 있다. 상기 제 1스크롤 압축기(10)와 상기 제 2스크롤 압축기(12)사이로 냉매를 인젝션하기 위해서는, 상기 중간 인젝션 유로(60)를 통해 인젝션되는 냉매와 상기 제 1스크롤 압축기(10)에서 토출된 냉매의 압력차가 일정하게 제어되어야 한다.

또한, 상기 제어부(100)는 상기 중간 인젝션 밸브(62)의 개방도를 제어하여, 상기 중간 인젝션 유로(60)를 통해 인젝션되는 냉매량과 상기 제 2스크롤 압축기(12)의 토출온도를 제어할 수 있다.

상기 응축기(20)에서 나온 냉매 중 상기 중간 인젝션 유로(60)로 인젝션되지 않은 냉매는, 상기 제 1내부 인젝션 유로(50)를 통해 상기 제 1스크롤 압축기(10)의 내부로 인젝션될 수 있다.

상기 제어부(100)는 상기 제 1내부 인젝션 밸브(52)의 개방도를 제어하여, 상기 제 1내부 인젝션 유로(50)를 통해 인젝션되는 냉매의 과열도를 제어할 수 있다.

상기와 같이, 난방 부하가 클 경우, 상기 제 1,2내부 인젝션 유로(50)(70)와 상기 중간 인젝션 유로(60)를 통해 냉매를 인젝션함으로써, 도 3에 도시된 바와 같이 다단 압축 효과를 얻을 수 있으며, 난방 능력 및 효율이 향상될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프의 난방 부하가 적은 경우 냉매 흐름이 도시된 도면이다. 도 5는 도 4에 도시된 히트 펌프의 냉동 사이클을 나타낸 몰리에르 선도이다.

도 4를 참조하면, 난방 부하가 적을 경우, 상기 제어부(100)는 상기 제 1,2내부 인젝션 유로(50)(70)와 상기 중간 인젝션 유로(60) 중 적어도 어느 하나만을 선택적으로 사용할 수 있다.

본 실시예에서는, 상기 제어부(100)는 상기 제 1내부 인젝션 유로(50)와 상기 중간 인젝션 유로(60)를 사용하고, 상기 제 2내부 인젝션 밸브(72)를 차폐하여 상기 제 2내부 인젝션 유로(70)는 사용하지 않는 경우에 대해 설명한다.

복수의 압축기가 사용되고, 복수의 인젝션이 가능한 경우, 난방 부하가 적어지면 고압측으로의 인젝션을 사용하지 않는 것이 효율면에서 더 바람직하다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 제 2스크롤 압축기(12)의 내부로 인젝션되는 상기 제 2내부 인젝션 유로(70)를 사용하지 않는 것으로 한정하여 설명한다.

상기 제 1스크롤 압축기(10)로 흡입된 냉매(a)는 상기 제 1내부 인젝션 유로(50)를 통해 유입된 냉매(l)와 합해져서 압축된다.

상기 제 2스크롤 압축기(12)로 흡입된 냉매는 상기 제 2스크롤 압축기(12)내에서 압축된 후 토출된다. 이 때, 상기 제 2내부 인젝션 밸브(72)가 차폐되어, 상기 제 2내부 인젝션 유로(70)를 통한 냉매의 인젝션은 이루어지지 않는다.

상기 응축기(20)로 유입된 냉매량은, 상기 증발기(30)에서 상기 제 1스크롤 압축기(10)로 흡입된 냉매량에 상기 제 1내부 인젝션 유로(50)를 통해 인젝션된 냉매량과 상기 중간 인젝션 유로(60)를 통해 인젝션된 냉매량이 합해진 것이다.

상기와 같이, 난방 부하에 따라 상기 제어부(100)가 상기 제 2내부 인젝션 밸브(72)를 선택적으로 개폐할 수 있으므로, 부하에 대한 대응이 용이하다.

또한, 난방 부하에 따라 인젝션 요청이 없을 경우, 상기 제어부(100)는 상기 제 1,2내부 인젝션 밸브(52)(72)를 모두 차폐하고, 상기 중간 인젝션 밸브(62)도 차폐하는 것도 물론 가능하다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 펌프의 구성이 도시된 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 펌프는, 제 1스크롤 압축기(201)와, 상기 제 1스크롤 압축기(201)와 직렬로 연결된 제 2스크롤 압축기(202)와, 상기 제 2스크롤 압축기(202)에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기(203)와, 상기 응축기(203)에서 응축된 냉매를 팽창하는 팽창장치(204)와, 상기 팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발하는 증발기(205)를 포함하고, 상기 응축기(203)에서 나온 냉매 중 일부를 상기 제 1스크롤 압축기(201)와 상기 제 2스크롤 압축기(202)사이로 인젝션하는 중간 인젝션 유로(220)와, 상기 응축기(203)에서 나온 냉매 중 일부를 상기 제 1스크롤 압축기(201)의 내부로 인젝션하는 내부 인젝션 유로(210)를 포함한다. 상기 중간 인젝션 유로(220)와 상기 내부 인젝션 유로(210)가 각 한개씩 형성되는 것 이외의 구성 및 작용은 상기 일 실시예와 동일하므로, 동일 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 내부 인젝션 유로(210)에는 상기 내부 인젝션 유로(210)를 통과하는 냉매를 교축하는 내부 인젝션 밸브(212)가 설치된다.

상기 중간 인젝션 유로(220)에는 상기 중간 인젝션 유로(220)를 통과하는 냉매량을 제어하는 중간 인젝션 밸브(222)가 설치된다.

상기 응축기(203)와 상기 팽창장치(204)를 연결하는 냉매 유로(206)상에는 냉매 유로 조절밸브(230)가 설치된다.

상기와 같이 구성된 히트 펌프는, 상기 제 1스크롤 압축기(201)의 내부로 기상 냉매를 인젝션하고, 상기 제 1스크롤 압축기(201)와 제 2스크롤 압축기(202)사이의 유로로 냉매를 인젝션함으로써, 다단 압축 효과를 얻을 수 있다. 다단 압축이 이루어짐으로써, 압축비가 증대되고 상기 제 2스크롤 압축기(202)의 토출 온도가 낮아지게 되므로, 토출온도 제약에 구애받지 않고, 압축기의 능력 확대가 가능한 이점이 있다.

10: 제 1스크롤 압축기 12: 제 2스크롤 압축기
50: 제 1내부 인젝션 유로 52: 제 1내부 인젝션 밸브
60: 중간 인젝션 유로 62: 중간 인젝션 밸브
70: 제 2내부 인젝션 유로 72: 제 2내부 인젝션 밸브
80: 냉매유로 조절밸브

Claims

복수의 스크롤 압축기와;
상기 스크롤 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기와;
상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창하는 팽창장치와;
상기 팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발하는 증발기와;
상기 응축기와 증발기 사이에서 분기되어, 상기 응축기에서 나온 냉매 중 일부를 상기 복수의 스크롤 압축기 중 적어도 어느 하나의 내부로 인젝션하는 내부 인젝션 유로와;
상기 응축기와 증발기 사이에서 분기되어, 상기 응축기에서 나온 냉매 중 일부를 상기 복수의 스크롤 압축기들 사이의 유로로 각각 인젝션하는 중간 인젝션 유로와;
난방 부하에 따라 상기 내부 인젝션 유로와 중간 인젝션 유로를 통과하는 냉매량을 제어하는 제어부를 포함하는 히트 펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 스크롤 압축기들은 제 1스크롤 압축기와, 상기 제 1스크롤 압축기와 직렬로 연결되고 상기 제 1스크롤 압축기에서 나온 냉매를 압축시키는 제 2스크롤 압축기를 포함하는 히트 펌프.
청구항 2에 있어서,
상기 내부 인젝션 유로는,
상기 응축기와 증발기 사이를 연결하는 냉매 유로에서 분기되어 상기 응축기에서 나온 냉매 중 일부를 상기 제 1스크롤 압축기내부로 인젝션하는 제 1내부 인젝션 유로와;
상기 냉매 유로에서 분기되어 상기 응축기에서 나온 냉매 중 일부를 상기 제 2스크롤 압축기내부로 인젝션하는 제 2내부 인젝션 유로를 포함하는 히트 펌프.
청구항 3에 있어서,
상기 중간 인젝션 유로는,
상기 냉매 유로에서 분기되어, 상기 응축기에서 나온 냉매 중 일부를 상기 제 1스크롤 압축기와 상기 제 2스크롤 압축기 사이로 인젝션하도록 형성된 히트 펌프.
청구항 4에 있어서,
상기 냉매 유로에서 상기 중간 인젝션 유로가 분기되기 이전 위치에 배치된 냉매유로 조절밸브를 더 포함하는 히트 펌프.
청구항 5에 있어서,
상기 제어부는, 상기 중간 인젝션 유로를 통해 인젝션되는 냉매와 상기 제 1스크롤 압축기에서 토출된 냉매의 압력차가 설정범위내에 들도록 상기 냉매유로 조절밸브의 개방도를 제어하는 히트 펌프.
청구항 3에 있어서,
상기 제 1내부 인젝션 유로에 배치되어, 상기 제 1내부 인젝션 유로를 통과하는 냉매를 교축하는 제 1내부 인젝션 밸브를 더 포함하는 히트 펌프.
청구항 7에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제 1내부 인젝션 유로를 통해 인젝션되는 냉매의 과열도에 따라 상기 제 1내부 인젝션 밸브의 개방도를 제어하는 히트 펌프.
청구항 3에 있어서,
상기 제 2내부 인젝션 유로에 배치되어, 상기 제 2내부 인젝션 유로를 통과하는 냉매를 교축하는 제 2내부 인젝션 밸브를 더 포함하는 히트 펌프.
청구항 9에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제 2내부 인젝션 유로를 통해 인젝션되는 냉매의 과열도에 따라 상기 제 2내부 인젝션 밸브의 개방도를 제어하는 히트 펌프.
청구항 4에 있어서,
상기 중간 인젝션 유로에 배치된 중간 인젝션 밸브를 더 포함하는 히트 펌프.
청구항 11에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제 2스크롤 압축기의 토출온도에 따라 상기 중간 인젝션 밸브의 개방도를 제어하는 히트 펌프.
청구항 4에 있어서,
상기 제 1내부 인젝션 유로에 배치되어 냉매를 교축하는 제 1내부 인젝션 밸브와, 상기 제 2내부 인젝션 유로에 배치되어 냉매를 교축하는 제 2내부 인젝션 밸브와, 상기 중간 인젝션 유로에 배치되는 중간 인젝션 밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는, 난방 부하에 따라 상기 제 1, 2내부 인젝션 밸브와 상기 중간 인젝션 밸브 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 개방하는 히트 펌프.
청구항 13에 있어서,
상기 제어부는,
난방 부하의 증가에 따라 상기 제 1내부 인젝션 밸브, 상기 중간 인젝션 밸브, 상기 제 2내부 인젝션 밸브를 차례로 개방하는 히트 펌프.
청구항 13에 있어서,
상기 제어부는, 상기 중간 인젝션 유로를 통해 인젝션되는 냉매와 상기 제 1스크롤 압축기에서 토출된 냉매의 압력차가 설정범위내에 들도록 상기 냉매유로 조절밸브의 개방도를 제어하는 히트 펌프.
청구항 15에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제 1내부 인젝션 유로를 통해 인젝션되는 냉매의 과열도에 따라 상기 제 1내부 인젝션 밸브의 개방도를 제어하는 히트 펌프.
청구항 16 있어서,
상기 제어부는, 상기 제 2내부 인젝션 유로를 통해 인젝션되는 냉매의 과열도에 따라 상기 제 2내부 인젝션 밸브의 개방도를 제어하는 히트 펌프.
청구항 17에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제 2스크롤 압축기의 토출온도에 따라 상기 중간 인젝션 밸브의 개방도를 제어하는 히트 펌프.
제 1스크롤 압축기와;
상기 제 1스크롤 압축기에서 나온 냉매를 압축하는 제 2스크롤 압축기와;
상기 제 2스크롤 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기와;
상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창하는 팽창장치와;
상기 팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발하는 증발기와;
상기 응축기와 증발기 사이에서 분기되어, 상기 응축기에서 나온 냉매 중 일부를 상기 제 1스크롤 압축기의 내부로 인젝션하는 내부 인젝션 유로와;
상기 응축기와 증발기 사이에서 분기되어, 상기 응축기에서 나온 냉매 중 일부를 상기 제 1스크롤 압축기와 제 2스크롤 압축기 사이의 유로로 인젝션하는 중간 인젝션 유로와;
상기 내부 인젝션 유로에 배치되어, 인젝션되는 냉매의 과열도를 제어하는 내부 인젝션 밸브와;
상기 중간 인젝션 유로에 배치되어, 상기 제 2스크롤 압축기의 토출온도를 제어하는 중간 인젝션 밸브와;
상기 중간 인젝션 유로가 분기되기 이전 위치에 배치되어, 인젝션되는 냉매의 압력을 제어하는 냉매유로 조절밸브와;
난방 부하에 따라 상기 내부 인젝션 밸브, 중간 인젝션 밸브, 냉매유로 조절밸브의 개방도를 제어하는 제어부를 포함하는 히트 펌프.
청구항 19에 있어서,
상기 제어부는, 난방 부하에 따라 상기 내부 인젝션 밸브와 상기 중간 인젝션 밸브 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 개방하는 히트 펌프.