KR20140082171A - 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치에 따르면, 영하 15 에서도 난방능력의 증대 및 효율의 증대되고, 저온에서도 안정적인 난방운전 가능하여 히트펌프 활용지역의 확대된다. 또한, 온수의 온도를 기존 60에서 65 향상시켜 생산하여 축열 및 난방효과의 증대되고, 하절기 및 동절기 부하 최대시, 운전을 원격제어 하여 전력부하를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치는 냉매액 주입기구, 과부하 제어기구, 냉매 유입구/냉매 유출구/서브 주입구를 구비하여 과부하 제어기구의 중간 열교환기와 연결되는 압축기가 냉매시스템 상에 설치됨에 따라, 냉매나 압축기의 과열이나 냉매의 이상 고압 등으로 냉매회로에 과부하가 걸릴 시 냉매액 주입기구에 의해 어큐뮬레이터(accumulator)에 수용된 냉매액의 기화가 유도되거나, 과부하 제어기구에 의해 냉매의 과부하 압력이 제어되거나, 과부 제어기구를 통과하는 냉매의 일부가 압축기에 추가적으로 주입되면서 냉매시스템의 안정성과 성능 향상이 도모되는 효과가 있다.
Description
본 발명은 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 과열을 방지하기 위하여 저압배관라인에 단순하게 액냉매를 분사시켜 과열을 방지하는 인젝션(Injection) 방식에서 일부의 액냉매를 고압냉매가 흐르는 별도의 열교환기에서 증발시켜 서브 쿨링(Sub cooling)을 시킴으로써 능력을 향상시키고, 증발되어 중압상태의 냉매를 중압의 흡입구조를 갖고 있는 압축기를 적용하여 능력의 손실없이 냉매사이클을 안정화시킬 수 있도록 하는 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치에 관한 것이다.
세계 각국에서는 에너지 소비를 절감하기 위한 많은 노력이 시도되고 있으며, 최근에는 석유 등의 에너지 가격 상승으로 관심이 더욱더 고조되고 있다. 향후 에너지 소비량은 중국, 인도 등의 개발도상국에서 에너지 집중적인 산업화가 진행되면서 더욱 증가할 것으로 예상되고 있다.
공기열원 히트펌프는 냉매가스의 특성을 이용하여 낮은 온도에 있는 열을 높은 온도의 열로 이송하는 과정에서 고온수를 만드는 기기이다. 이와 같은 공기열원 히트펌프는 냉매가 증발기에서 외부로부터 열을 흡수하여 증발하고 저온저압의 가스 상태가 되어 압축기로 흡입되며, 압축기에서 냉매가 압축되면서 고온고압의 상태가 응축기로 전달되며, 응축기에서는 열을 방출하면서 냉매는 액화되고, 고압 액화된 냉매는 팽창밸브에서 감압되어 저온저압 액화상태의 냉매가 되어 증발기로 들어가는 시스템으로 이러한 사이클을 반복하면서 저온의 열을 회수하고 압축기 동력을 부가하여 필요한 고온의 열을 생산이용한다.
히트 펌프(HEAT PUMP)의 특징은 유체이동을 위한 펌프처럼 최소한 전기에너지를 사용하는 압축기를 이용하여 저온부분에서 고온으로의 열에너지의 이동과 에너지의 효율성으로서 고효율로 원하는 온도대의 열로 변환 이동 시킬 수 있으며, 특히 공기열원의 히트펌프는 대기에서 흡수한 열을 열원으로 이용하는 것으로 공조용 히트펌프의 대부분을 점하고 있다.
한편, 열교환기와 관련한 기술로는 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0945176호 "내부 열교환기", 등록번호 제10-0701799호 "열교환기", 등록번호 제10-0236873호 "열교환기 및 공기조절장치", 공개특허공보 공개번호 제10-2005-0098732호 "냉동장치용 공조시스템의 열교환기 구조", 공개번호 제10-2003-0042710호 "공조장치의 열교환기", 공개번호 제10-2001-0053979호 "냉동기용 열교환기 및 이를 이용한 냉동기 장치", 공개번호 제10-2000-0007705호 "냉동시스템용 열교환기" 등이 제안되어 있다.
그리고, 냉매시스템과 관련한 기술로는 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0441006호 "냉매 가열장치를 갖춘 공기조화시스템", 등록번호 제10-0436474호 "냉매시스템의 냉매순환로의 세척 및 건조방법 및 그 장치", 공개특허공보 공개번호 제10-2010-0035987호 "냉매시스템" 등이 제안되어 있다.
한편, HEAT PUMP가 최근 유럽 및 일본 등에서 각광을 받게 된 주된 요인은 HEAT PUMP의 고효율성이 부각되어 지구 온난화 가스인 CO2의 증가로 인한 기후변화 대책과 그에 따른 에너지소비와 국제규약 제약 등에 효율적인 대응이 가능하다는 IEA(국제에너지기구) 및 ETP(에너지기술전망) 보고서에 근거, 이에 각국에서는 HEAT PUMP의 효율과 에너지 절감량 등을 정량화하기 위한 EER, SEER등의 국제규격 및 동향에 대한 변경에 따라 신규 제정 움직임이 커지고 있다.
따라서, 공기열원 HEAT PUMP는 화석연료의 고갈 및 가격상승, CO2 배출저감을 통한 지구온난화 해소 등의 절대적으로 필요한 친환경 에너지를 사용 효율화할 수 있는 시스템이며, 전기에너지를 효율적으로 사용하여 냉난방은 물론 온수생산이 가능한 시스템으로 에너지 사용 기술의 대변화가 이루어지는 적용기술로서 냉난방 및 온수시스템 전반적으로 대체 산업의 적용 가능한 기술이다.
본 발명은 이와 같은 필요성에 따라 제안된 것으로, 과열을 방지하기 위하여 저압배관라인에 단순하게 액냉매를 분사시켜 과열을 방지하는 인젝션(Injection) 방식에서 일부의 액냉매를 고압냉매가 흐르는 별도의 열교환기에서 증발시켜 서브 쿨링(Sub cooling)을 시킴으로써 능력을 향상시키고, 증발되어 중압상태의 냉매를 중압의 흡입구조를 갖고 있는 압축기를 적용하여 능력의 손실없이 냉매사이클을 안정화시킬 수 있도록 하는 새로운 형태의 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 안정화 정도와 아울러 서브 쿨링량은 전자팽창밸브를 적용하여 그 정도를 자동 조정하게 시스템을 개발하여 과열조건 및 저온조건에서의 능력향상 및 안정도 향상을 도모함과 아울러, 예상치 못한 극한조건에 대비하여 바이패스(By-pass) 라인을 확보하여 4계절 전천후 사용가능한 새로운 형태의 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 압축기로 냉매 기체를 공급하는 어큐뮬레이터(accumulator)에 수용된 냉매액이 냉매 기체가 통과하는 압축기 흡입관로 상으로 주입되어 기화되도록 하는 냉매액 주입기구의 제공으로, 냉매액의 기화열 흡수에 의해 압축기나 냉매의 과열이 방지되면서 시스템의 안정성이 향상될 수 있는 새로운 형태의 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치를 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 냉매회로를 유동하는 냉매의 과부하 압력이 제어되도록 하는 과부하 제어기구가 냉매액 주입기구와 함께 냉매시스템에 구비되도록 함에 따라, 시스템의 안정성과 성능이 더욱 향상될 수 있는 새로운 형태의 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치를 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 냉매회로의 과부하시 냉매회로를 유동하는 냉매 중의 일부가 압축기에 추가적으로 주입될 수 있는 구성의 제공으로 시스템의 안정과 효율이 동시에 유지될 수 있도록 하는 새로운 형태의 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치는 일부의 액냉매를 고압냉매가 흐르는 별도의 열교환기에서 증발시켜 서브 쿨링(Sub cooling)을 시킴으로써 능력을 향상시키고, 증발되어 중압상태의 냉매를 중압의 흡입구조를 갖고 있는 압축기를 적용하여 능력의 손실없이 냉매사이클을 안정화시킬 수 있도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치에서 상기 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치에서 서브 쿨링량은 전자팽창밸브를 적용하여 그 정도를 자동 조정하여 과열조건 및 저온조건에서의 능력향상 및 안정도 향상을 도모하고, 예상치 못한 극한조건에 대비하여 바이패스(By-pass) 라인을 확보하여 4계절 전천후 사용가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명의 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치는 냉매가 고온, 고압으로 압축되는 압축기와; 상기 압축기와 연결되고, 정해진 경로를 따른 냉매의 유동을 유도하여 공기조화 기능을 수행하게 되는 냉매회로와; 상기 냉매회로와 연결되어 냉매를 전달받게 되고, 전달되는 냉매로부터 냉매액와 냉매 기체를 분리하여 냉매 기체가 상기 압축기로 전달되도록 하는 어큐뮬레이터 및; 일단부가 상기 어큐뮬레이터에 연결되어 냉매액을 전달받고, 타단부가 상기 어큐뮬레이터와 압축기를 연결하는 압축기 흡입관로에 연결되며, 상기 압축기 흡입관로 상으로 냉매액을 주입하여 냉매액의 기화를 유도하게 되는 냉매액 주입기구를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치에서 상기 냉매액 주입기구에서 상기 어큐뮬레이터와 압축기 흡입관로 사이에 형성되는 냉매액 공급관로와; 상기 냉매액 공급관로에 설치되어 상기 냉매액 공급관로를 개폐시키고, 개방 동작에 따라 냉매액을 상기 압축기 흡입관로 상으로 주입시키는 냉매액 주입밸브(injection valve)를 구비할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치에서 상기 냉매액 주입기구에서 상기 냉매회로는, 입력포트, 제1출력포트, 제2출력포트, 제3출력포트를 가지되, 상기 입력포트가 상기 압축기와 연결되어 냉매를 전달받게 되는 4방향 밸브와; 상기 4방향 밸브의 제1출력포트에 연결되고, 냉매의 열교환이 이루어지는 제1열교환기와; 상기 제1열교환기에 병렬 연결되는 제1팽창장치와 제1체크밸브로 이루어지는 제1유동제어기구와; 상기 제1유동제어기구에 연결되고, 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 과부하 압력을 제어하게 되는 과부하 제어기구와; 상기 과부하 제어기구에 병렬 연결되는 제2팽창장치와 제2체크밸브로 이루어지는 제2유동제어기구와; 상기 제2유동제어기구와 상기 4방향 밸브의 제2출력포트에 연결되고, 냉매의 열교환이 이루어지는 제2열교환기를 포함하고, 상기 어큐뮬레이터는 상기 4방향 밸브의 제3출력포트에 연결되어 냉매를 전달받게 될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치에 따르면, 영하 15 에서도 난방능력의 증대 및 효율의 증대되고, 저온에서도 안정적인 난방운전 가능하여 히트펌프 활용지역의 확대된다. 또한, 온수의 온도를 기존 60에서 65 향상시켜 생산하여 축열 및 난방효과의 증대되고, 하절기 및 동절기 부하 최대시, 운전을 원격제어 하여 전력부하를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치는 냉매액 주입기구, 과부하 제어기구, 냉매 유입구/냉매 유출구/서브 주입구를 구비하여 과부하 제어기구의 중간 열교환기와 연결되는 압축기가 냉매시스템 상에 설치됨에 따라, 냉매나 압축기의 과열이나 냉매의 이상 고압 등으로 냉매회로에 과부하가 걸릴 시 냉매액 주입기구에 의해 어큐뮬레이터(accumulator)에 수용된 냉매액의 기화가 유도되거나, 과부하 제어기구에 의해 냉매의 과부하 압력이 제어되거나, 과부 제어기구를 통과하는 냉매의 일부가 압축기에 추가적으로 주입되면서 냉매시스템의 안정성과 성능 향상이 도모되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치의 구성도;
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 칠러(chiller)의 구성도;
도 4는 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치를 보여주기 위한 도면;
도 5는 냉매회로를 유동하는 냉매의 일부가 주입되는 압축기를 가진 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치를 보여주기 위한 도면;
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치를 보여주기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 칠러(chiller)의 구성도;
도 4는 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치를 보여주기 위한 도면;
도 5는 냉매회로를 유동하는 냉매의 일부가 주입되는 압축기를 가진 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치를 보여주기 위한 도면;
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치를 보여주기 위한 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치의 구성도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 칠러(chiller)의 구성도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치는 공기열원 HEAT PUMP에서 가지고 있는 한랭지(저온)에서의 기술적인 문제점을 Sub cooling 및 Injection 장치를 활용하여 전력 소비량을 감소시킬 수 있는 방안으로 자연냉매 HFC를 이용한 공기열원 HEAT PUMP(AIR - WATER : AWHP) 방식이다.
이와 같은 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치는 현재 과열을 방지하기 위하여 저압배관라인에 단순하게 액냉매를 분사시켜 과열을 방지하는 Injection 방식에서 일부의 액냉매를 고압냉매가 흐르는 별도의 열교환기에서 증발시켜 Sub cooling을 시켜 능력을 향상시키고, 증발되어 중압상태의 냉매를 중압의 흡입구조를 갖고 있는 압축기를 국내 최초로 적용하여 능력의 손실 없이 냉매사이클을 안정화시킨다.
그리고, 상기의 안정화 정도와 아울러 Sub cooling 량은 전자팽창밸브를 적용하여 그 정도를 자동 조정하게 시스템을 개발하여 과열조건 및 저온조건에서의 능력향상 및 안정도 향상을 추구함과 예상치 못한 극한조건에 대비하여 By-pass 라인을 확보하여 4계절 전천후 기기로 활용할 수 있도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치는 공기가 갖고 있는 열을 냉난방 및 온수로 사용할 수 있도록 물로 열을 이동시키는 히트펌프 기술(AIR TO WATER 방식 : AWHP)을 활용하여 에너지 효율을 증폭시켜 에너지 사용량을 획기적으로 절감할 수 있도록 한다. 공기열원 히트펌프 유닛은 냉동사이클로 이루어져 있으며, 단순 냉방 사이클(AIR TO AIR 방식)로 구성된 냉동기의 경우 사용온도 범위가 20~35에서 사용되고 있어서 운전시 그 온도변화가 15 정도이나, 냉난방 또는 온수 생산시에는 영하 15에서 영상 35까지 운전범위가 확대되어 온도변화의 폭이 50이상으로 확대시켜 사용범위를 확대하도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치는 운전범위(20~35)에서 작동되어 안정성 확보 및 HEAT PUMP에서 기술적으로 가장 문제가 되고 있는 저온에서의 성능 확대기술이 절대적으로 필요한 상황으로 Injection type 압축기를 사용하여 최적화 사이클을 구성 저온에서의 성능향상 및 COP 향상, 신냉매인 HFC 계열 냉매를 사용한 친환경 냉난방 시스템으로서 기존형보다 높은 온수를 생산할 수 있는 고온수 시스템이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 4 내지 도 6에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 냉매회로, 냉매시스템, 히프펌프, 공기조화기, 냉매, 압축기 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
도 4는 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치를 보여주기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치(100)는 압축기(10), 냉매회로(20), 어큐뮬레이터(30) 및, 냉매액 주입기구(40)를 포함하여 이루어지는 것으로, 이와 같은 냉매시스템(100)은 히트펌프 시스템에 적용되어 냉난방 기능을 수행할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치(100)는 냉각, 가열, 가습, 습기제거 등의 공기조화 기능을 수행하는 다양한 열교환 시스템에 적용될 수 있음은 물론이다.
압축기(10)는 냉매가 고온, 고압으로 압축되는 것으로, 이와 같은 압축기(10)는 저압 상태의 냉매 기체를 가압하여 고온, 고압의 냉매 기체를 생성시킨 후, 이를 외부로 토출시키게 된다.
냉매회로(20)는 압축기(10)와 연결되어 냉매를 전달받아 유동시키게 된다. 이와 같은 냉매회로(20)는 정해진 경로를 따른 냉매의 유동을 유도하게 되는데, 냉매는 냉매회로(20)를 유동하면서 냉난방, 냉각, 가열, 가습, 습기제거 등의 공기조화 기능을 수행하게 된다. 이를 위하여 냉매회로(20)는 응축기나 증발기와 같은 열교환기(22)(26), 팽창밸브나 체크밸브와 같은 유동제어기구(23)(25), 과부하 제어기구(24) 등을 구비할 수 있다.
어큐뮬레이터(accumulator)(30)는 압축기(10)와 냉매회로(20) 사이에 설치되는 것으로, 냉매회로(20)와 연결되어 냉매를 전달받게 된다. 이와 같은 어큐뮬레이터(30)는 기수분리기로 사용될 수 있는데, 이에 따라, 냉매회로(20)로부터 전달되는 냉매는 어큐뮬레이터(30)에서 냉매액와 냉매 기체로 분리된다. 분리된 냉매 기체는 어큐뮬레이터(30)와 연결된 압축기(10)로 전달되고, 분리된 냉매액은 어큐뮬레이터(30)에 수용될 수 있다. 이와 같이 어큐뮬레이터(30)는 냉매액을 수용하는 수액기(liquid receiver)의 기능도 동시에 수행할 수 있다.
냉매액 주입기구(40)는 어큐뮬레이터(30)와 압축기(10)를 연결하는 압축기 흡입관로(31) 상으로 냉매액을 주입하기 위한 기구이다. 냉매액 주입기구(40)의 일단부는 어큐뮬레이터(30)에 연결되어 어큐뮬레이터(30)에 수용된 냉매액을 전달받게 되고, 냉매액 주입기구(40)의 타단부는 압축기 흡입관로(31)에 연결되어 압축기 흡입관로(31) 상으로 냉매액을 주입하게 된다. 이와 같이 압축기 흡입관로(31) 상으로 냉매액이 주입되면 압축기 흡입관로(31)를 일정속도로 통과하는 냉매 기체에 의해 냉매액이 기화되고, 기화하는 냉매액의 기화열 흡수에 의해 압축기(10)나 냉매의 과열이 방지된다.
여기서, 냉매액 주입기구(40)는 냉매시스템(100)의 운전조건이나 운전상태에 따라 그 작동이 제어된다. 이를 위하여 냉매시스템(100)의 과부하 여부, 냉매회로(20)를 유동하는 냉매의 과열 여부, 냉매회로(20)를 유동하는 냉매의 이상 고압 여부를 검출하는 압력계, 온도계, 압력센서, 온도센서 등의 센서가 냉매시스템(100)에 설치될 수 있다. 그리고, 냉매시스템(100)은 컨트롤러를 통해 냉매액 주입기구(40)의 작동을 제어하게 되는데, 냉매시스템(100)이 과부하 상태에 있거나, 냉매가 과열 상태에 있거나, 냉매가 이상 고압 상태에 있을 경우 냉매액 주입기구(40)가 작동하게 된다. 물론, 냉매액 주입기구(40)는 냉매시스템(100)의 정상 운전시에도 작동할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치(100)는 냉매액 주입기구(40)가 구비되어 어큐뮬레이터(30)에 수용된 냉매액이 기화되면서 압축기(10)로 유도됨에 따라, 냉매시스템(100)의 과열이나 과부하가 방지되어 시스템의 안정성이 향상될 뿐만 아니라, 냉매의 원활한 공급에 의해 압축기(10)의 성능과 효율도 향상되어 냉매시스템(100)의 전체 효율도 향상된다.
도 5는 냉매회로를 유동하는 냉매의 일부가 주입되는 압축기를 가진 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치를 보여주기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치(100)는 냉매회로(20)를 유동하는 냉매로부터 일부 냉매를 분리하여 압축기(10)로 주입할 수 있다. 이를 위하여 압축기(10)는 어큐뮬레이터(30)와 연결되어 냉매 기체를 전달받게 되는 냉매 유입구(11)와, 냉매회로(20)와 연결되어 고온, 고압으로 압축된 냉매를 배출하게 되는 냉매 유출구(12) 이외에 서브 주입구(13)를 더 구비할 수 있다. 서브 주입구(13)는 냉매회로(20)와 연결되어 냉매회로(20)로부터 냉매를 전달받아 압축기(10) 내부로 주입하게 된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치(100)는 압축기(10)의 서브 주입구(13)와 냉매회로(20)가 서로 연결되면서 냉매회로(20)의 냉매 일부가 압축기(10)로 주입됨에 따라, 과부하 상태에 있는 냉매회로(20)의 부하가 감소되면서 냉매회로(20)가 안정화되고, 이와 더불어 압축기(10)로의 냉매 공급이 원활하게 이루어짐에 따라 압축기(10)의 성능 저하가 방지되면서 압축기(10)의 성능 향상이 도모될 수 있게 된다. 이로써 냉매시스템(100)의 전체 효율도 유지되면서 전체 효율 향상도 도모될 수 있게 된다. 여기서, 냉매회로(20)로부터 압축기(10)로의 냉매 주입은 냉매시스템(100)의 운전조건이나 운전상태에 따라 그 작동이 제어되는데, 냉매시스템(100)이 과부하 상태에 있거나, 냉매가 과열 상태에 있거나, 냉매가 이상 고압 상태에 있을 경우 냉매회로(20)로부터 압축기(10)로의 냉매 주입이 수행되게 된다. 물론, 냉매회로(20)로부터 압축기(10)로의 냉매 주입은 냉매시스템(100)의 정상 운전시에도 수행될 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치를 보여주기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치(100)는 히트펌프 시스템에 적용된 것으로, 냉난방 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉매시스템(100)은 어큐뮬레이터(30)를 통해 냉매가 압축기(10)로 유입되도록 하는데, 어큐뮬레이터(30)와 압축기(10)를 연결하는 압축기 흡입관로(31) 상에는 어큐뮬레이터(30)와 연결된 냉매액 주입기구(40)가 설치된다. 그리고, 압축기(10)에서 고온, 고압으로 압축된 냉매는 냉매회로(20)를 정해진 경로로 유동하면서 냉난방 기능을 수행하게 된다. 여기서, 어큐뮬레이터(30)는 4방향 밸브(21)의 제3출력포트(214)에 연결되어 냉매를 전달받게 된다. 이와 같은 어큐뮬레이터(30)는 기수분리기로서 냉매를 냉매 기체와 냉매액으로 분리하고, 냉매 기체만이 압축기(10)로 유입되도록 한다. 또한, 어큐뮬레이터(30)는 수액기로서 분리된 냉매액을 수용하여 저장하게 된다.
냉매액 주입기구(40)는 냉매액 공급관로(41)와 냉매액 주입밸브(injection valve)(42)로 이루어지는데, 냉매액 공급관로(41)는 어큐뮬레이터(30)와 압축기 흡입관로(31) 사이에 형성되는 관로로서 어큐뮬레이터(30)의 냉매액 수용공간과 압축기 흡입관로(31)를 연결시켜 냉매액이 압축기 흡입관로(31) 상으로 주입될 수 있도록 한다.
냉매액 주입밸브(42)는 냉매액 공급관로(41)에 설치되는 것으로, 냉매액 공급관로(41)를 개폐시키게 된다. 이와 같은 냉매액 주입밸브(42)의 개방 동작에 따라 냉매액이 압축기 흡입관로(31) 상으로 주입된다. 압축기 흡입관로(31)로 주입되는 냉매액은 일정속도로 유동하는 냉매 기체에 의해 기화되면서 주위의 열을 기화열로서 흡수하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압축기(10)는 냉매 유입구(11), 냉매 유출구(12), 서브 주입구(13)를 가진다. 냉매 유입구(11)는 어큐뮬레이터(30)와 연결되어 냉매 기체를 전달받게 되는 것이고, 냉매 유출구(12)는 냉매회로(20)와 연결되어 고온, 고압으로 압축된 냉매 기체를 배출하게 되는 것이다. 서브 주입구(13)는 냉매회로(20)와 연결되어 냉매회로(20)로부터 냉매의 일부를 전달받아 압축기(10) 내부로 주입하게 되는 것이다. 여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압축기(10)는 서브 주입구(13)가 과부하 제어기구(24)와 연결되어 과부하 제어기구(24)로부터 냉매의 일부를 전달받게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉매회로(20)는 4방향 밸브(21), 제1열교환기(22), 제1유동제어기구(23), 과부하 제어기구(24), 제2유동제어기구(25), 제2열교환기(26)를 포함하여 이루어진다.
4방향 밸브(21)는 하나의 입력포트(211)와 3개의 출력포트{제1출력포트(212), 제2출력포트(213), 제3출력포트(214)}를 가지는 밸브로서, 입력포트(211)에 연결된 압축기(10)로부터 냉매를 전달받게 된다.
제1열교환기(22)는 냉매의 열교환이 이루어지는 것으로, 4방향 밸브(21)의 제1출력포트(212)에 연결된다. 이와 같은 제1열교환기(22)는 냉매시스템(100)의 난방 운전시 4방향 밸브(21)로부터 전달되는 고온, 고압의 냉매 기체를 냉매액으로 응축하는 응축기로 사용되고, 냉매시스템(100)의 냉방 운전시 냉매액을 냉매 기체로 증발시켜 4방향 밸브(21)로 전달하는 증발기로 사용된다. 응축기로 사용되는 제1열교환기(22)는 냉매를 방열시키면서 별도의 열교환 매체를 가열하여 난방 기능을 수행하게 되고, 증발기로 사용되는 제1열교환기(22)는 냉매의 증발에 따른 기화열의 흡수로 별도의 열교환 매체를 냉각하여 냉방 기능을 수행하게 된다. 여기서, 제1열교환기(22)를 통과하는 냉매는 유동방향을 달리하면서 난방 기능과 냉방 기능을 각각 수행하게 된다.
제1유동제어기구(23)는 제1열교환기(22)와 과부하 제어기구(24) 사이에 설치되어 냉매의 유동을 제어하는 기구이다. 이와 같은 제1유동제어기구(23)는 제1열교환기(22)에 병렬 연결되는 제1팽창장치(231)와 제1체크밸브(232)로 이루어지는데, 제1팽창장치(231)는 제1열교환기(22)와 과부하 제어기구(24)를 연결하는 관로 상에 별도로 구비되는 제1바이패스관(231)에 설치된다. 여기서, 냉매시스템(100)의 냉방 운전시 냉매는 제1바이패스관(233)을 통해 제1팽창장치(231)를 통과하면서 팽창되고, 냉매시스템(100)의 난방 운전시 냉매는 제1체크밸브(232)를 통과한다. 제1팽창장치(231)로는 팽창밸브가 사용될 수 있다.
과부하 제어기구(24)는 제1유동제어기구(23)와 제2유동제어기구(25) 사이에 설치되는 것으로, 냉매가 과열되거나, 냉매가 이상 고압 상태에 있거나, 냉매회로(20)에 과부하가 걸릴 시 작동하는데, 압축기(10)에서 토출되는 냉매의 과부하 압력을 제어하여 냉매의 온도나 압력을 낮추거나, 냉매회로(20)의 부하를 낮추게 된다. 이와 같은 과부하 제어기구(24)는 분기관(241), 중간 열교환기(242), 제3팽창장치(243), 관로개폐용 밸브(244)를 구비하여 이루어진다.
분기관(241)은 제1유동제어기구(23)에 연결되는 것으로, 분기관(241)은 한쌍의 관로(241a)(241b)로 이루어져 각각의 관로(241a)(241b)가 분리되어 독립적으로 중간 열교환기(242)와 연결된다.
중간 열교환기(242)는 냉각시스템(100)의 난방 운전시 분기관(241)으로부터 냉매를 분리되게 전달받아 분리되어 유동하는 냉매 간 열교환이 이루어지도록 하는 것이다. 여기서, 냉각시스템(100)의 냉방 운전시에는 제2유동제어기구(25)로부터 전달되는 냉매가 중간 열교환기(242)를 그대로 통과하여 냉매의 열교환이 수행되지 않는다. 여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중간 열교환기(242)는 제1냉매튜브(242a), 제2냉매튜브(242b), 열교환부(242c)로 이루어지는데, 제1냉매튜브(242a)는 분기관(241)을 이루는 타측 관로(241b)와 제2유동제어기구(25)를 연결하는 것이고, 제2냉매튜브(242b)은 분기관(241)을 이루는 일측 관로(241a)와 연결되는 것이며, 열교환부(242c)는 제1냉매튜브(242a)와 제2냉매튜브 사이에서 열교환이 이루어지도록 하는 부위이다.
제3팽창장치(243)와 관로개폐용 밸브(244)는 분기관(241)을 이루는 일측 관로(241a) 상에 설치되어 중간 열교환기(242)에 병렬 연결되는 것으로, 제3팽창장치(243)는 분기관(241)의 일측 관로(241a)에 추가적으로 구비되는 제3바이패스관(245)에 설치되어 제3바이패스관(245)을 통과하는 냉매를 팽창시키게 되고, 관로개폐용 밸브(244)는 온오프 동작에 따라 분기관(241)의 일측 관로(241a)를 개폐시키게 된다. 여기서 제3팽창장치(243)는 팽창밸브가 사용된다.
상기와 같이 구성되는 과부하 제어기구(24)는 냉매시스템(100)의 난방 운전시 제1유동제어기구(23)로부터 전달되는 냉매가 분리되어 분기관(241)의 일측 관로(241a)와 타측 관로(241b)를 통과하도록 한다. 일측 관로(241a)를 통과하는 냉매는 제3팽창장치(243)나 관로개폐용 밸브(244)를 거쳐 중간 열교환기(242)의 제2냉매튜브(242b)로 전달되고, 타측 관로(241b)를 통과하는 냉매는 중간 열교환기(242)의 제1냉매튜브(242a)로 전달된다. 여기서, 냉매의 과열이나 이상 고압, 냉매회로(20)의 과부하시 제3팽창장치(243)가 작동하여 냉매의 팽창이 유도된다. 이와 같이 팽창되는 냉매는 압력이나 온도가 저하되고, 냉매회로(20)의 부하를 낮추게 된다. 그리고, 상기와 같이 팽창되어 압력이나 온도가 저하된 냉매가 제2냉매튜브(242b)를 통과하면서 제1냉매튜브(242a)를 통과하는 냉매와 열교환하게 되는데, 이로써 제1냉매튜브(242a)를 통과하여 제2유동제어기구(25)로 전달되는 냉매의 압력이나 온도도 저하되고, 냉매회로(20)의 부하도 낮추어진다. 물론, 냉매시스템(100)의 정상 운전시에도 과부하 제어기구(24)가 제3팽창장치(243)가 작동될 수 있다. 여기서, 중간 열교환기(242)의 제2냉매튜브(242b)는 압축기(10)의 서브 주입구(13)와 연결되어 중간 열교환기(242)의 제2냉매튜브(242b)를 통과하는 냉매가 압축기(10) 내부로 주입될 수 있도록 한다. 중간 열교환기(242)와 압축기(10)는 냉매 주입관로(246)를 통해 서로 연결된다.
제2유동제어기구(25)는 과부하 제어기구(24)와 제2열교환기(26) 사이에 설치되어 냉매의 유동을 제어하는 기구이다. 이와 같은 제2유동제어기구(25)는 제2열교환기(26)에 병렬 연결되는 제2팽창장치(251)와 제2체크밸브(252)로 이루어지는데, 제2팽창장치(251)는 제2열교환기(26)와 과부하 제어기구(24)를 연결하는 관로 상에 별도로 구비되는 제2바이패스관(253)에 설치된다. 여기서, 냉매시스템(100)의 난방 운전시 냉매는 제2바이패스관(253)을 통해 제2팽창장치(251)를 통과하면서 팽창되고, 냉매시스템(100)의 냉방 운전시 냉매는 제2체크밸브(252)를 통과한다. 제2팽창장치(251)로는 팽창밸브가 사용될 수 있다.
제2열교환기(26)는 냉매의 열교환이 이루어지는 것으로, 4방향 밸브(21)의 제2출력포트(213)에 연결된다. 이와 같은 제2열교환기(26)는 냉매시스템(100)의 냉방 운전시 4방향 밸브(21)로부터 전달되는 고온, 고압의 냉매 기체를 냉매액으로 응축하는 응축기로 사용되고, 냉매시스템(100)의 난방 운전시 제2유동제어기구(25)를 통해 전달되는 냉매액을 냉매 기체로 증발시켜 4방향 밸브(21)로 전달하는 증발기로 사용된다. 여기서, 제2열교환기(26)는 실외기로서 외기(外氣)와 접촉하도록 설치될 수 있는데, 송풍팬(261)을 제2열교환기(26) 부근에 설치하여 제2열교환기(26)와 외기 간 열교환이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10 : 압축기 11 : 냉매 유입구
12 : 냉매 유출구 13 : 서브 주입구
20 : 냉매회로 21 : 4방향 밸브
211 : 입력포트 212 : 제1출력포트
213 : 제2출력포트 214 : 제3출력포트
22 : 제1열교환기 23 : 제1유동제어기구
231 : 제1팽창장치 232 : 제1체크밸브
233 : 제1바이패스관 24 : 과부하 제어기구
241 : 분기관 241a : 일측 관로
241b : 타측 관로 242 : 중간 열교환기
242a : 제1냉매튜브 242b : 제2냉매튜브
242c : 열교환부 243 : 제3팽창장치
244 : 관로개폐용 밸브 245 : 제3바이패스관
246 : 냉매 주입관로 25 : 제2유동제어기구
251 : 제2팽창장치 252 : 제2체크밸브
253 : 제2바이패스관 26 : 제2열교환기
261 : 송풍팬 30 : 어큐뮬레이터
31 : 압축기 흡입관로 40 : 냉매액 주입기구
41 : 냉매액 공급관로 100 : 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치
12 : 냉매 유출구 13 : 서브 주입구
20 : 냉매회로 21 : 4방향 밸브
211 : 입력포트 212 : 제1출력포트
213 : 제2출력포트 214 : 제3출력포트
22 : 제1열교환기 23 : 제1유동제어기구
231 : 제1팽창장치 232 : 제1체크밸브
233 : 제1바이패스관 24 : 과부하 제어기구
241 : 분기관 241a : 일측 관로
241b : 타측 관로 242 : 중간 열교환기
242a : 제1냉매튜브 242b : 제2냉매튜브
242c : 열교환부 243 : 제3팽창장치
244 : 관로개폐용 밸브 245 : 제3바이패스관
246 : 냉매 주입관로 25 : 제2유동제어기구
251 : 제2팽창장치 252 : 제2체크밸브
253 : 제2바이패스관 26 : 제2열교환기
261 : 송풍팬 30 : 어큐뮬레이터
31 : 압축기 흡입관로 40 : 냉매액 주입기구
41 : 냉매액 공급관로 100 : 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치
Claims (5)
- 일부의 액냉매를 고압냉매가 흐르는 별도의 열교환기에서 증발시켜 서브 쿨링(Sub cooling)을 시킴으로써 능력을 향상시키고, 증발되어 중압상태의 냉매를 중압의 흡입구조를 갖고 있는 압축기를 적용하여 능력의 손실없이 냉매사이클을 안정화시킬 수 있도록 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치에서 서브 쿨링량은 전자팽창밸브를 적용하여 그 정도를 자동 조정하여 과열조건 및 저온조건에서의 능력향상 및 안정도 향상을 도모하고, 예상치 못한 극한조건에 대비하여 바이패스(By-pass) 라인을 확보하여 4계절 전천후 사용가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치.
- 냉매가 고온, 고압으로 압축되는 압축기와;
상기 압축기와 연결되고, 정해진 경로를 따른 냉매의 유동을 유도하여 공기조화 기능을 수행하게 되는 냉매회로와;
상기 냉매회로와 연결되어 냉매를 전달받게 되고, 전달되는 냉매로부터 냉매액와 냉매 기체를 분리하여 냉매 기체가 상기 압축기로 전달되도록 하는 어큐뮬레이터 및;
일단부가 상기 어큐뮬레이터에 연결되어 냉매액을 전달받고, 타단부가 상기 어큐뮬레이터와 압축기를 연결하는 압축기 흡입관로에 연결되며, 상기 압축기 흡입관로 상으로 냉매액을 주입하여 냉매액의 기화를 유도하게 되는 냉매액 주입기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치.
- 제3 항에 있어서,
상기 냉매액 주입기구는 상기 어큐뮬레이터와 압축기 흡입관로 사이에 형성되는 냉매액 공급관로와;
상기 냉매액 공급관로에 설치되어 상기 냉매액 공급관로를 개폐시키고, 개방 동작에 따라 냉매액을 상기 압축기 흡입관로 상으로 주입시키는 냉매액 주입밸브(injection valve)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치.
- 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
상기 냉매회로는,
입력포트, 제1출력포트, 제2출력포트, 제3출력포트를 가지되, 상기 입력포트가 상기 압축기와 연결되어 냉매를 전달받게 되는 4방향 밸브와;
상기 4방향 밸브의 제1출력포트에 연결되고, 냉매의 열교환이 이루어지는 제1열교환기와;
상기 제1열교환기에 병렬 연결되는 제1팽창장치와 제1체크밸브로 이루어지는 제1유동제어기구와;
상기 제1유동제어기구에 연결되고, 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 과부하 압력을 제어하게 되는 과부하 제어기구와;
상기 과부하 제어기구에 병렬 연결되는 제2팽창장치와 제2체크밸브로 이루어지는 제2유동제어기구와;
상기 제2유동제어기구와 상기 4방향 밸브의 제2출력포트에 연결되고, 냉매의 열교환이 이루어지는 제2열교환기를 포함하고,
상기 어큐뮬레이터는 상기 4방향 밸브의 제3출력포트에 연결되어 냉매를 전달받게 되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120151730A KR20140082171A (ko) | 2012-12-24 | 2012-12-24 | 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120151730A KR20140082171A (ko) | 2012-12-24 | 2012-12-24 | 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140082171A true KR20140082171A (ko) | 2014-07-02 |
Family
ID=51733159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120151730A KR20140082171A (ko) | 2012-12-24 | 2012-12-24 | 에너지 절감을 위한 고효율 공기열원 히트펌프용 냉난방 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20140082171A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180129176A (ko) * | 2017-05-25 | 2018-12-05 | 엘지전자 주식회사 | 제상 장치 및 이를 구비하는 냉장고 |
-
2012
- 2012-12-24 KR KR1020120151730A patent/KR20140082171A/ko not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|---|
| KR20180129176A (ko) * | 2017-05-25 | 2018-12-05 | 엘지전자 주식회사 | 제상 장치 및 이를 구비하는 냉장고 |
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