KR20150134676A - 히트 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1냉매가 제1압축기와, 사방밸브와, 제1열교환기와, 제2열교환기와, 제1팽창기구와, 제3열교환기와, 사방밸브와, 제1압축기 순서로 순환되는 제1사이클장치와; 제2냉매가 제2압축기와, 제4열교환기와, 제2팽창기구와, 제2열교환기와, 제2압축기로 순서로 순환되며, 제2열교환기는 제1냉매와 제2냉매를 열교환시키는 제2사이클장치와; 실외공기가 제4열교환기와 제3열교환기의 순서로 통과하게 실외공기를 송풍시키는 실외팬을 포함하여, 제2열교환기의 구조를 간단하게 하면서 히트펌프가 실내를 연속적으로 난방할 수 있는 이점이 있다.

Description

히트 펌프{Heat pump}
본 발명은 히트 펌프에 관한 것으로서, 특히 연속난방이 가능한 히트 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방장치이다.
히트펌프는 압축기와 실외열교환기와 팽창기구와 실내열교환기를 포함할 수 있고, 실내를 냉방 또는 난방할 수 있다.
히트펌프는 냉방 운전시 실외열교환기가 응축기로 기능하고 실내열교환기가 증발기로 기능할 수 있고, 난방 운전시 실내열교환기가 응축기로 기능하고 실외열교환기가 증발기로 기능할 수 있다.
히트펌프는 압축기의 구동시 실외열교환기의 표면에 공기 중의 수분이 응축되어 응축수가 생성될 수 있고, 생성된 물은 저온의 주변 공기에 의해 냉각되어 실외열교환기 표면에 착상될 수 있고, 이 경우 실외열교환기는 냉매와 공기의 열교환이 원활하지 않아 성능이 떨어질 수 있다.
히트펌프는 착상지연이나 제상을 위한 일예로, 히트펌프의 운전 중에 압축기의 구동을 정지시키고 실외열교환기 주변에 별도로 설치된 제상히터로 실외열교환기를 가열하는 것이 가능하다.
히트펌프는 착상지연이나 제상을 위한 다른 예로, 난방운전 도중에 난방운전을 정지하고, 히트펌프를 냉방모드로 운전되어, 실외열교환기 표면의 결빙을 제거하는 제상운전을 별도로 실시하고, 실외열교환기의 제상이 완료되면, 제상운전을 완료하고 다시 난방운전으로 복귀되는 것이 가능하다.
히트펌프는 착상지연이나 제상을 위한 또 다른 예로, 실외열교환기의 일부 유로로 팽창기구에 의해 팽창된 저온의 냉매가 통과할 때, 실외열교환기의 나머지 유로로 고온의 냉매가 통과하여, 실외열교환기를 부분적으로 제상하는 것도 가능하다.
종래 기술에 따른 히트 펌프는 별도의 제상히터가 필요하거나 난방운전이 일시적으로 중단되어 연속적으로 난방되지 못하거나 열교환기의 부분 제상을 위한 유로 구조가 복잡한 문제점이 있다.
본 발명은 고효율로 연속 난방운전될 수 있는 히트펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 히트펌프는 제1냉매가 제1압축기와, 사방밸브와, 제1열교환기와, 제2열교환기와, 제1팽창기구와, 제3열교환기와, 상기 사방밸브와, 상기 제1압축기 순서로 순환되는 제1사이클장치와; 제2냉매가 제2압축기와, 제4열교환기와, 제2팽창기구와, 상기 제2열교환기와, 상기 제2압축기로 순서로 순환되며, 상기 제2열교환기는 상기 제1냉매와 제2냉매를 열교환시키는 제2사이클장치와; 실외공기가 상기 제4열교환기와 제3열교환기의 순서로 통과하게 실외공기를 송풍시키는 실외팬을 포함한다.
상기 제1열교환기로 실내공기를 송풍시키는 실내팬을 더 포함할 수 있고, 상기 제2열교환기는 상기 제1냉매가 통과하는 제1냉매유로와 상기 제2냉매가 통과하면서 상기 제1냉매와 열교환되는 제2냉매유로를 갖을 수 있다. 상기 제2열교환기는 제2냉매 입구 및 제2냉매 출구가 각각 형성되고 내부에 이너 공간이 형성되어 상기 제2냉매가 통과하는 아우터 바디와, 상기 이너 공간에 배치되는 나선관부가 형성되고 상기 아우터 바디를 관통하며 상기 제1냉매가 통과하는 이너 튜브를 포함할 수 있다.
본 발명의 히트펌프는 제1냉매가 제1압축기와, 사방밸브와, 제1열교환기와, 제2열교환기와, 제1팽창기구와, 제3열교환기와 상기 사방밸브와 상기 제1압축기 순서로 순환되는 제1사이클장치와; 제2냉매가 제2압축기와, 제4열교환기와, 제2팽창기구와, 상기 제1열교환기와 상기 제2압축기로 순서로 순환되며, 상기 제1열교환기는 상기 제1냉매와 제2냉매를 열교환시키는 제2사이클장치와; 실외공기를 상기 제4열교환기와 제3열교환기의 순서로 통과하게 실외공기를 송풍시키는 실외팬을 포함한다.
상기 제2열교환기로 실내공기를 송풍시키는 실내팬을 더 포함할 수 있고, 상기 제1열교환기는 상기 제1냉매가 통과하는 제1냉매유로와 상기 제2냉매가 통과하면서 상기 제1냉매와 열교환되는 제2냉매유로를 갖을 수 있다. 상기 제1열교환기는 제2냉매 입구 및 제2냉매 출구가 각각 형성되고 내부에 이너 공간이 형성되어 상기 제2냉매가 통과하는 아우터 바디와, 상기 이너 공간에 배치되는 나선관부가 형성되고 상기 아우터 바디를 관통하며 상기 제1냉매가 통과하는 이너 튜브를 포함할 수 있다.
상기 제4열교환기와 상기 제3열교환기는 적어도 일부가 서로 마주보게 배치될 수 있다.
상기 실외팬, 제1압축기, 제4열교환기와, 제3열교환기는 실외기에 배치될 수 있다.
상기 실외기는 실외공기가 상기 실외기 내부로 흡입되는 실외공기 흡입구가 형성된 실외공기 흡입바디를 더 포함하고, 상기 제 4 열교환기는 적어도 일부가 상기 실외공기 흡입구를 마주볼 수 있다.
상기 실외기는 실외공기가 상기 실외기 내부로 흡입되는 실외공기 흡입구가 형성된 실외공기 흡입바디를 더 포함하고, 상기 제 4 열교환기는 적어도 일부가 상기 실외공기 흡입구와 상기 제 3 열교환기 사이에 배치될 수 있다.
상기 실외기는 기계실과 열교환실을 구획하는 베리어를 포함할 수 있고, 상기 제1압축기, 제2압축기는 상기 기계실에 배치될 수 있으며, 상기 제4열교환기와, 제3열교환기는 상기 열교환실에 배치될 수 있다.
본 발명은 실외공기와 열교환되는 실외열교환기를 고효율로 착상 지연하거나 제상시키면서 동시에 실내를 연속적으로 난방할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프 제1실시예의 난방운전시 냉매 흐름이 도시된 도,
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 제1실시예의 냉방운전시 냉매 흐름이 도시된 도,
도 3은 본 발명에 따른 히트펌프 제1실시예의 실외기 내부가 도시된 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 히트펌프 제1실시예의 제2열교환기 내부가 도시된 도,
도 5는 본 발명에 따른 히트펌프 제2실시예의 난방운전시 냉매 흐름이 도시된 도,
도 6은 본 발명에 따른 히트펌프 제2실시예의 냉방운전시 냉매 흐름이 도시된 도,
도 7은 본 발명에 따른 히트펌프 제2실시예의 제1열교환기 내부가 도시된 도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프 제1실시예의 난방운전시 냉매 흐름이 도시된 도이고, 도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 제1실시예의 냉방운전시 냉매 흐름이 도시된 도이며, 도 3은 본 발명에 따른 히트펌프 제1실시예의 실외기 내부가 도시된 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 히트펌프 제1실시예의 제2열교환기 내부가 도시된 도이다.
본 실시예의 히트펌프는 제1냉매가 순환되는 제1사이클장치(2)와, 제1사이클장치(2)의 제1냉매와 열교환되는 제2냉매가 순환되는 제2사이클장치(4)를 포함한다.
제1사이클장치(2)는 제1압축기(10)와, 사방밸브(20)와, 제1열교환기(30)와, 제2열교환기(40)와, 제1팽창기구(50)와, 제3열교환기(60)를 포함하는 냉동사이클장치일 수 있다.
제1사이클장치(2)는 제1냉매가 제1압축기(10)와, 사방밸브(20)와, 제1열교환기(30)와, 제2열교환기(40)와, 제1팽창기구(50)와, 제3열교환기(60)와, 사방밸브(20)와, 제1압축기(10) 순서로 순환될 수 있고, 제1냉매는 제1열교환기(30)에서 응축될 수 있으며, 제3열교환기(60)에서 증발될 수 있다. 이 경우, 제1사이클장치(2)는 난방운전일 수 있고, 제1열교환기(30)는 실내를 난방시키는 난방용 열교환기로 기능하거나, 급탕을 생성하는 급탕 열교환기로 기능할 수 있다.
제1사이클장치(2)는 제1냉매가 제1압축기(10)와, 사방밸브(20)와, 제3열교환기(60)와, 제1팽창기구(50)와, 제2열교환기(40)와, 제1열교환기(30)와, 사방밸브(20)와, 제1압축기(10) 순서로 순환될 수 있고, 제1냉매는 제3열교환기(60)에서 응축될 수 있고, 제1열교환기(30)에서 증발될 수 있다. 이 경우, 제1사이클장치(2)는 냉방운전일 수 있고, 제1열교환기(30)는 실내를 냉방시키는 냉방용 열교환기로 기능하거나, 냉수를 생성하는 냉각 열교환기로 기능할 수 있다.
제1압축기(10)는 제1냉매를 흡입하여 압축한 후 토출할 수 잇다.
제1압축기(10)에는 제1냉매가 제1압축기(10)로 흡입되는 제1압축기 흡입라인(11)이 연결될 수 있다. 제1압축기 흡입라인(11)은 일단이 제1압축기(10)에 연결될 수 있고, 타단이 사방밸브(20)에 연결될 수 있다. 사방밸브(20)는 제1압축기 흡입라인(11)으로 제1냉매를 안내할 수 있고, 제1압축기 흡입라인(11)으로 유동된 제1냉매는 제1압축기(10)로 흡입되어 제1압축기(10)에서 압축될 수 있다. 제1압축기 흡입라인(11)에는 제1냉매 중 액냉매가 담겨지는 어큐물레이터가 설치될 수 있다.
제1압축기(10)에는 압축된 제1냉매가 토출되는 제1압축기 토출라인(12)이 연결될 수 있다. 제1압축기 토출라인(12)은 일단이 제1압축기(10)에 연결될 수 있고, 타단이 사방밸브(20)에 연결될 수 있다. 제1압축기(10)는 제1압축기 토출라인(12)으로 제1냉매를 토출할 수 있고, 제1압축기 토출라인(12)으로 토출된 제1냉매는 사방밸브(20)로 유입되어 사방밸브(20)에 의해 안내될 수 있다. 제1압축기 토출라인(12)에는 토출된 제1냉매에 혼합된 오일을 분리하는 오일분리기가 설치될 수 있다. 제1압축기 토출라인(12)에는 제1냉매가 압축기(10)로 역류되는 것을 막는 체크밸브가 설치될 수 있다.
사방밸브(20)는 냉방운전과 난방운전을 절환하는 냉난방 절환밸브로 일 수 있다. 사방밸브(20)는 제1열교환기(30)와 사방밸브-제1열교환기 연결라인(21)으로 연결될 수 있다. 사방밸브(20)는 제3열교환기(60)와 사방밸브-제3열교환기 연결라인(22)으로 연결될 수 있다.
사방밸브(20)는 난방운전시, 제1압축기 토출라인(12)으로 토출된 냉매를 사방밸브-제1열교환기 연결라인(21)으로 안내함과 아울러 제3열교환기(60)에서 유동된 냉매를 제1압축기 흡입라인(11)으로 안내할 수 있다.
사방밸브(20)는 냉방운전시, 제1압축기 토출라인(12)으로 토출된 냉매를 사방밸브-제3열교환기 연결라인(22)으로 안내함과 아울러 제1열교환기(30)에서 유동된 냉매를 제1압축기 흡입라인(11)으로 안내할 수 있다.
제1열교환기(30)는 제1냉매를 공기와 열교환시키는 냉매-공기 열교환기일 수 있다. 제1열교환기(30)는 실내공기(Ai)를 제1냉매와 열교환기는 실내 열교환기일 수 있다. 제1열교환기(30)는 물을 가열하는 냉매-물 열교환기로 구성될 수 있다. 제1열교환기(30)는 수배관이 연결될 경우, 급탕에 이용되는 물을 가열하는 급탕열교환기일 수 있다.
히트펌프는 실내기(I)와 실외기(O)를 갖고 실내를 공조시키는 분리형 공기조화기로 구성될 수 있고, 제1열교환기(30)는 실내기(I)에 배치될 수 있다. 히트펌프는 제1열교환기(30)로 실내공기(Ai)를 송풍시키는 실내팬(180)을 더 포함할 수 있다. 제1열교환기(30)와 실내팬(180)은 함께 실내기(I)에 배치될 수 있고, 실내팬(180)의 구동시, 실내공기(Ai)는 실내기(I)로 흡입되어 제1열교환기(30)와 열교환된 후 실내로 다시 토출될 수 있다.
제1열교환기(30)는 히트펌프의 난방운전시 제1압축기(10)에서 압축된 냉매가 실내공기(Ai)와 열교환되어 증발되는 응축기일 수 있고 히트펌프의 냉방운전시, 제1팽창기구(50)에 의해 팽창된 제1냉매가 실내공기(Ai)와 열교환되어 증발되는 증발기일 수 있다. 제1열교환기(30)는 제1냉매를 공기와 열교환되는 냉매-공기 열교환기로 구성될 수 있다. 제1열교환기(30)는 제1냉매가 통과하는 냉매튜브와, 냉매튜브에 설치된 핀을 포함하는 핀-튜브형 열교환기로 구성될 수 있다.
제1열교환기(30)는 제2열교환기(40)와 제1열교환기-제2열교환기 연결라인(31)으로 연결될 수 있다. 제1열교환기-제2열교환기 연결라인(31)은 제2열교환기(40)의 후술하는 제1냉매유로(41)와 연결될 수 있다.
제2열교환기(40)는 제1냉매와 제2냉매를 열교환시킬 수 있다. 제2열교환기(40)는 히트펌프의 난방운전시 제1냉매의 열을 흡열하여 제2사이클장치(4)로 전달하는 케스케이드 열교환기일 수 있다. 제2열교환기(40)는 제1사이클장치(2)의 냉매와 제2사이클장치(4)의 냉매를 열교환시키는 냉매-냉매 열교환기로 구성될 수 있다. 제2열교환기(40)는 제1냉매가 통과하는 제1냉매유로(41)와 제2냉매가 통과하면서 제1냉매와 열교환되는 제2냉매유로(42)를 갖을 수 있다. 제2열교환기(40)는 제1냉매와 제2냉매가 열전달부재를 사이에 두고 열교환되는 이중관 열교환기나 판형 열교환기로 구성될 수 있다.
제2열교환기(40)는 제1팽창기구(50)와 제2열교환기-제1팽창기구 연결라인(43)으로 연결될 수 있다. 제2열교환기-제1팽창기구 연결라인(43)은 제2열교환기(40)의 제1냉매유로(41)와 연결될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제2열교환기(40)는 제2냉매 입구(44) 및 제2냉매 출구(45)가 각각 형성되고 내부에 이너 공간(46)이 형성되어 제2냉매가 통과하는 아우터 바디(47)와, 이너 공간(46)에 배치되는 나선관부(48)가 형성되고 아우터 바디를 관통하며 제1냉매가 통과하는 이너 튜브(49)를 포함할 수 있다.
제2열교환기(40)는 이너 튜브(49)에 제1냉매가 통과하는 제1유로(41)가 형성될 수 있고, 제2냉매입구(44)와 이너튜브(49)와 아우터 바디(47)의 사이 및 제2냉매 출구(45)에 제2냉매가 통과하는 제2유로(42)가 형성될 수 있다.
제1팽창기구(50)는 제2열교환기(40)와 제3열교환기(60) 사이에서 제1냉매를 팽창시킬 수 있다. 제1팽창기구(50)는 캐필러리 튜브나 전자팽창밸브로 구성될 수 있다. 제1팽창기구(50)는 제3열교환기(60)와 제1팽창기구-제3열교환기 연결라인(51)으로 연결될 수 있다.
제3열교환기(60)는 히트펌프의 난방운전시 제1팽창기구(50)에 의해 팽창된 제1냉매가 실외공기(Ao)와 열교환되어 증발되는 증발기일 수 있고, 히트펌프의 냉방운전시, 제1압축기(10)에서 압축된 제1냉매가 실외공기(Ao)와 열교환되어 응축되는 응축기일 수 있다. 제3열교환기(60)는 제1냉매를 공기와 열교환시키는 냉매-공기 열교환기로 구성될 수 있다. 제3열교환기(60)는 실외공기(Ao)를 제1냉매와 열교환기는 실외 열교환기일 수 있다. 제3열교환기(60)는 제1냉매가 통과하는 냉매튜브와, 냉매튜브에 설치된 핀을 포함하는 핀-튜브형 열교환기로 구성될 수 있다.
제1사이클장치(2)는 히트펌프의 난방운전시, 제1압축기(10)에서 제1냉매가 토출되고, 제1냉매가 제1열교환기(20)를 통과하면서 실외공기(Ao)와 열교환되어 응축되며, 이후 제2열교환기(30)를 통과할 수 있다. 제2열교환기(30)를 통과한 제1냉매는 제1팽창기구(50)에 의해 팽창될 수 있고, 이후 제3열교환기(60)를 통과하면서 실외공기(Ao)와 열교환되어 증발될 수 있다. 제3열교환기(60)를 통과한 냉매는 제1압축기(10)로 흡입될 수 있다. 즉, 제1열교환기(20)는 실내공기(Ai)를 난방시키는 난방용 열교환기로 기능할 수 있다.
제1사이클장치(2)는 히트펌프의 냉방운전시, 제1압축기(10)에서 제1냉매가 토출되고, 제1냉매가 제3열교환기(60)를 통과하면서 실외공기(Ao)와 열교환되어 응축되고, 제1팽창기구(50)에 의해 팽창되며, 제2열교환기(30)를 통과한 후 제1열교환기(20)로 유동될 수 있다. 제1열교환기(20)로 유동된 제1냉매는 제1열교환기(20)를 통과하면서 실내공기(Ai)와 열교환되어 증발되고, 제1압축기(10)로 흡입될 수 있다. 즉, 제1열교환기(20)는 실내공기(Ai)를 냉방시키는 냉방용 열교환기로 기능할 수 있다. 제1사이클장치(2)는 히트펌프의 냉방운전시 제2사이클장치(4)이 운전되지 않을 수 있고, 제1냉매는 제2열교환기(40)를 통과할 때, 열교환이 최소화되면서 제2열교환기(40)을 통과할 수 있다.
제2사이클장치(4)는 제2압축기(110)와, 제4열교환기(120)와, 제2팽창기구(130)와, 제2열교환기(40)를 포함하는 냉동사이클장치일 수 있다.
제2사이클장치(4)는 제2냉매가 제2압축기(110)와, 제4열교환기(120)와, 제2팽창기구(130)와, 제2열교환기(40)와, 제2압축기(110)로 순서로 순환될 수 있다. 제2사이클장치(4)는 제1사이클장치(2)의 난방운전시, 제1사이클장치(2)의 열을 흡열하는 고압사이클장치일 수 있다.
제2압축기(110)는 제2냉매를 흡입하여 압축한 후 토출할 수 잇다. 제2압축기(110)에는 제2냉매가 제2압축기(110)로 흡입되는 제2압축기 흡입라인(111)이 연결될 수 있다. 제1압축기 흡입라인(111)은 일단이 제2압축기(110)에 연결될 수 있고, 타단이 제2열교환기(40)에 연결될 수 있다. 제2압축기 흡입라인(111)은 제2열교환기(40)의 제2냉매유로(42)와 연결될 수 있다. 제2열교환기(40)를 통과한 제2냉매는 제2압축기 흡입라인(111)을 통해 제2압축기(110)로 유입될 수 있고, 제2압축기(110)에서 압축될 수 있다. 제2압축기 흡입라인(111)에는 제1냉매 중 액냉매가 담겨지는 어큐물레이터가 설치될 수 있다.
제2압축기(110)에는 압축된 제2냉매가 토출되는 제2압축기 토출라인(112)이 연결될 수 있다. 제2압축기 토출라인(112)은 일단이 제2압축기(110)에 연결될 수 있고, 타단이 제4열교환기(120)에 연결될 수 있다. 제2압축기(110)는 제2압축기 토출라인(112)으로 제2냉매를 토출할 수 있고, 제2압축기 토출라인(112)으로 토출된 제1냉매는 제4열교환기(120)로 안내될 수 있다. 제2압축기 토출라인(112)에는 토출된 제2냉매에 혼합된 오일을 분리하는 오일분리기가 설치될 수 있다.
제4열교환기(120)는 히트펌프의 난방운전시 제3열교환기(60)를 향해 유동되는 실외공기(Ao)를 가열하는 예열기일 수 있다. 제4열교환기(120)는 제2냉매를 실외공기(Ao)와 열교환기는 냉매-물 열교환기로 구성될 수 있다. 제4열교환기(120)는 실외공기(Ao)의 유동방향으로 제3열교환기(60) 이전에 배치될 수 있고, 실외공기(Ao)는 제4열교환기(120)를 통과하면서 가열된 상태로 제3열교환기(60)로 유동될 수 있다. 제4열교환기(120)에 의해 가열된 실외공기(Ao)는 제3열교환기(60)를 승온시킬 수 있고, 제3열교환기(60)의 착상을 지연시키거나 제3열교환기(60)를 제상시킬 수 있다. 제4열교환기(120)는 제2냉매가 실외공기(Ao)와 열교환되는 응축기일 수 있다. 제4열교환기(120)는 제2팽창기구(130)와 제4열교환기-제2팽창기구 연결라인(121)으로 연결될 수 있고, 제4열교환기(120)를 통과하면서 응축된 제2냉매는 제4열교환기-제2팽창기구 연결라인(121)을 통해 제2팽창기구(130)로 안내될 수 있다.
제2팽창기구(130)는 제4열교환기120)와 제2열교환기(40) 사이에서 제2냉매를 팽창시킬 수 있다. 제2팽창기구(130)는 제4열교환기(120)에서 응축된 냉매를 팽창시킬 수 있다. 제2팽창기구(130)는 캐필러리 튜브나 전자팽창밸브로 구성될 수 있다. 제2팽창기구(130)는 제2열교환기(40)와 제2팽창기구-제2열교환기 연결라인(131)으로 연결될 수 있다. 제2팽창기구-제2열교환기 연결라인(131)은 제2열교환기(40)의 제2냉매유로(42)와 연결될 수 있다.
제2사이클장치(4)는 제2열교환기(40)를 통해 제1사이클장치(2)와 연결된 케스케이드 사이클일 수 있고, 제1사이클장치(2)와 제2열교환기(40)를 공유할 수 있다. 제2사이클장치(4)는 제2열교환기(40)에서 흡열된 열을 제3열교환기(60)를 향해 유동되는 실외공기(Ao)를 가열할 수 있다.
제1사이클장치(4)는 히트펌프의 난방운전시, 제2압축기(110)에서 제2냉매가 토출되고, 제2냉매는 제4열교환기(120)를 통과하면서 실외공기(Ao)와 열교환되어 응축되고, 이후 제2팽창기구(130)에 의해 팽창될 수 있다. 제2팽창기구(130)에 의해 팽창된 냉매는 제2열교환기(40)의 제2냉매유로(42)를 통과하면서 제1냉매의 열을 흡열하면서 증발될 수 있다. 제2열교환기(40)의 제2냉매유로(42)에서 증발된 냉매는 제2압축기(110)로 흡입될 수 있다.
제2사이클장치(4)는 히트펌프의 냉방운전시, 제2압축기(110)가 정지일 수 있고, 제2냉매는 히트펌프의 냉방운전시 제2사이클장치(4)를 순환하지 않을 수 있다.
히트펌프는 실외공기(Ao)가 제4열교환기(120)와 제3열교환기(60)의 순서로 통과하게 실외공기(Ao)를 송풍시키는 실외팬(190)을 포함한다.
히트펌프의 난방운전시, 실외공기(Ao)는 제4열교환기(120)를 1차적으로 통과하면서 제2냉매의 열을 흡열할 수 있고, 이후 제3열교환기(60)를 2차적으로 통과할 수 있다. 제4열교환기(120)에 의해 승온된 후 제3열교환기(60)로 공급된 실외공기(Ao)는 제3열교환기(60)를 통과하면서 제3열교환기(60)를 승온시킬 수 있고, 제3열교환기(60)의 착상을 지연시키거나 제3열교환기(60)를 착상시킬 수 있다.
제4열교환기(120)와, 제3열교환기(60)와, 실외팬(190)은, 실외공기(Ao) 유동방향으로 제4열교환기(120)와, 제3열교환기(60)와, 실외팬(190) 순서로 배치될 수 있고, 실외팬(190)의 구동시, 실외공기(Ao)는 제4열교환기(120)와, 제3열교환기(60)를 순차적으로 통과한 후 실외로 배기될 수 있다.
제4열교환기(120)와 제3열교환기(60)는 적어도 일부가 서로 마주보게 배치될 수 있다.
히트펌프는 실외기(O)를 포함할 수 있고, 제1압축기(10)와, 제3열교환기(60)와, 제4열교환기(120)와, 실외팬(190)은 실외기(O)에 배치될 수 있다. 제4열교환기(120)는 제3열교환기(60)와 근접하게 배치되는 것이 바람직하고, 제3열교환기(60)와 함께 실외기(O)에 배치되는 것이 바람직하다.
히트펌프는 하나의 실외기(O)를 포함하는 것이 가능하고, 이 경우, 제1압축기(10)와, 사방밸브(20)와, 제2열교환기(40)와, 제1팽창기구(50)와, 제3열교환기(60)와, 제2압축기(110)와, 제4열교환기(120)와, 제2팽창기구(130)는 실외기(O)에 함께 배치될 수 있다.
히트펌프는 복수개의 실외기를 포함하는 것이 가능하고, 이 경우, 제1압축기(10)와, 제3열교환기(60)와, 제4열교환기(120)와, 실외팬(190)은 복수개의 실외기 중 제1실외기에 함께 배치되고, 사방밸브(20)와, 제2열교환기(40)와, 제1팽창기구(50)와, 제2압축기(110)와, 제2팽창기구(130)는 제1실외기에 함께 배치되거나 제1실외기와 구분되는 제2실외기에 배치되는 것이 가능함은 물론이다.
이하, 하나의 실외기(O)가 구비되고, 하나의 실외기(O)에 제1압축기(10)와, 사방밸브(20)와, 제2열교환기(40)와, 제1팽창기구(50)와, 제3열교환기(60)와, 제2압축기(110)와, 제4열교환기(120)와, 제2팽창기구(130)가 모두 배치되는 예를 들어 설명한다.
실외기(O)는 실외공기(Ao)가 실외기(O) 내부로 흡입되는 실외공기 흡입구(200)가 형성된 실외공기 흡입바디(202)를 더 포함할 수 있다. 실외기(O)는 외관을 형성하는 실외기 케이스(204)를 포함할 수 있다. 실외공기 흡입바디(202)는 실외기 케이스(204)의 일부로 구성되는 것도 가능하고, 실외기 케이스(204)와 별도로 구성되어 실외기 케이스(204)에 결합되는 것이 가능하다. 실외공기 흡입바디(202)는 실외공기(Ao)가 통과하는 실외 흡입그릴을 포함하는 것도 가능함은 물론이다.
실외기(O)는 제4열교환기(120)와 제3열교환기(60)를 순차적으로 통과한 실외공기(Ao)가 실외기(O) 외부로 토출되는 실외공기 토출구(206)가 형성될 수 있다. 실외기(O)는 실외공기 토출구(207)가 형성된 실외공기 토출바디(208)을 포함할 수 있다. 실외공기 토출바디(208)는 실외기 케이스(204)의 일부로 구성되는 것도 가능하고, 실외기 케이스(204)와 별도로 구성되어 실외기 케이스(204)에 결합되는 것이 가능하다. 실외공기 흡입바디(202)는 실외공기(Ao)가 통과하는 실외 토출그릴을 포함하는 것도 가능함은 물론이다.
제 4 열교환기(120)는 적어도 일부가 실외공기 흡입구(200)를 마주볼 수 있다. 제 4 열교환기(120)는 적어도 일부가 실외공기 흡입구(200)와 제 3 열교환기(60) 사이에 배치될 수 있다.
실외기(O)는 기계실(210)과 열교환실(212)을 구획하는 베리어(214)를 포함할 수 있다. 베리어(214)는 실외기 케이스(204)의 내부에 배치될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 제1압축기(10), 제2압축기(110)는 기계실(210)에 배치될 수 있다. 실외기(O)는 실외기(O)에 설치된 각종 전장부품을 제어하는 실외기 제어부를 더 포함할 수 있고, 실외기 제어부는 제1압축기(10)와 제2압축기(110)를 제어할 수 있다. 즉, 히트 펌프는 하나의 실외기 제어부가 제1사이클장치(2)의 제1압축기(10)와, 제2사이클장치(4)의 제2압축기(110)를 모두 제어할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 제4열교환기(120)와, 제3열교환기(60)는 열교환실(212)에 배치될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 사방밸브(20)와, 제2열교환기(40)와, 제1팽창기구(50)와, 제2팽창기구(130)는 기계실(210) 또는 열교환기(212)에 배치될 수 있다.
히트펌프는 실내기(I)의 부하에 따라 제1압축기(10)가 구동,정지될 수 있다. 히트펌프는 실내기(I)의 서모 온(Thermo ON)시 구동될 수 있고, 실내기(I)의 서모 오프(Thermo OFF)시 정지될 수 있다.
히트펌프는 제3열교환기(60)의 제상조건 또는 착상조건에 따라 제2압축기(110)가 구동,정지될 수 있다. 제2압축기(110)는 소비전력을 최소화할 수 있도록 제3열교환기(60)의 제상조건 또는 착상조건시 구동되고, 그렇지 않은 경우 정지되는 것이 바람직하다.
히트펌프는 제1압축기(10)가 구동되어 실내기(I)가 실내를 난방하는 도중에, 제3열교환기(60)가 제상조건이 되거나 착상조건이 될 수 있고, 제2압축기(110)는 제1압축기(10)가 기동된 후 설정시간(제1설정시간) 동안 구동되지 않고 대기하는 것이 바람직하다. 즉, 제2압축기(110)는 제1압축기(10)의 기동 후 설정시간(제1설정시간)이 경과된 이후에 기동 가능할 수 있고, 제2압축기(110)의 불필요한 구동을 최소화할 수 있다.
한편, 제1압축기(10)는 실내기(I)의 서모 온,오프에 따라, 구동,정지될 수 있는데, 제2압축기(110)가 구동 중인 동안 실내기(I)가 서모 오프되면, 제2압축기(110)가 제1압축기(10) 보다 먼저 정지될 수 있다. 즉, 제1압축기(10)는 제2압축기(110)의 정지 후 설정시간(제2설정시간)이 경과된 이후에 정지될 수 있다.
이하, 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 히트펌프가 난방운전이고, 제2열교환기(30)가 비착상조건일 경우, 제1압축기(10)는 구동이고, 제2압축기(110)는 정지이며, 실내팬(180)과 실외팬(190)은 구동일 수 있다. 여기서, 난방운전은 실내기(I)가 설치된 실내의 온도가 서모 온 온도 이하인 운전일 수 있고, 실내기(I)가 설치된 실내의 온도가 서모 오프 온도 초과일 경우, 히트펌프는 난방운전 아닐 수 있다.
제1압축기(10)의 구동시, 제1압축기(10)에서는 제1냉매가 토출될 수 있고, 제1압축기(10)에서 토출된 제1냉매는 사방밸브(20)에 의해 제1열교환기(30)를 통과하면서 실내공기(Ai)와 열교환되어 응축될 수 있다. 제1열교환기(30)에서 응축된 제1냉매는 제2열교환기(40)를 통과한 후 제1팽창기구(50)로 유동되어 제1팽창기구(50)에 의해 팽창될 수 있다. 제1팽창기구(50)에 의해 팽창된 제1냉매는 제3열교환기(60)를 통과하면서 실외공기(Ao)와 열교환되어 증발될 수 있다. 제3열교환기(60)에서 증발된 제1냉매는 사방밸브(20)에 의해 압축기(10)로 흡입될 수 있다.
상기와 같은 제1압축기(10)의 구동시, 제2사이클장치(4)는 제2압축기(110)가 정지이므로, 제2냉매가 순환 유동되지 않을 수 있고, 히트펌프는 제1사이클장치(2) 단독으로 실내를 난방시킬 수 있다.
한편, 상기와 같은 히트펌프의 난방운전시, 제3열교환기(60)는 실외공기(Ao)와 열교환되면서 착상조건이 되거나 제상조건이 될 수 있다. 여기서, 착상조건은 제3열교환기(60)에 서리가 착상될 조건이고, 제상조건은 제3열교환기(60)에 서리가 기착상되어 제3열교환기(60)가 제상되어야 할 조건이다.
히트펌프는 난방운전의 도중에 제상 난방운전으로 전환될 수 있고, 이러한 제상 난방운전시, 제2사이클장치(4)가 제1사이클장치(2)와 함께 운전될 수 있다.
제1압축기(10)의 구동 중, 제2압축기(110)는 구동될 수 있고, 제2압축기(110)의 구동 중, 제2냉매는 제2사이클장치(4)를 순환할 수 있다. 제2압축기(110)의 구동시, 제2압축기(110)에서는 제2냉매가 토출될 수 있고, 제2압축기(110)에서 토출된 제2냉매는 제4열교환기(40)를 통과하면서 제4열교환기(40)를 통과하는 실외공기(Ao)와 열교환되어 응축될 수 있다. 제4열교환기(40)에 의해 응축된 제2냉매는 제2팽창기구(130)로 유동되어 제2팽창기구(130)에 의해 팽창될 수 있고, 제2열교환기(40)로 유동될 수 있다. 제2열교환기(40)로 유동된 제2냉매는 제2유로(42)를 통과하면서 제1유로(41)를 통과하는 제1냉매의 열을 흡열할 수 있고, 제2냉매는 제2유로(42)를 통과하면서 증발될 수 있다. 제2열교환기(40)에서 증발된 제2냉매는 제2압축기(110)로 흡입될 수 있다.
상기와 같은 제2압축기(110)의 구동시, 제2사이클장치는 제2열교환기(40)에서 흡열한 열량을 제4열교환기(120)로 전달될 수 있고, 이렇게 전달된 열은 제3열교환기(60)를 향해 유동되는 실외공기(Ao)를 승온시킬 수 있고, 제4열교환기(120)에 의해 승온된 후 제3열교환기(60)로 유동되는 승온된 실외공기(Ao)는 제3열교환기(60)를 가열할 수 있고, 제3열교환기(60)의 착상은 지연되거나 제3열교환기(60)에 착상된 서리는 제상될 수 있다.
상기와 같은 착상 지연이나 제상에 대해 좀 더 상세히 설명하면, 건구온도가 2℃이고, 습구온도1℃이고, 습도가 84%인 실외공기(Ao)가 제4열교환기(120)로 유입될 경우, 실외공기(Ao)는 제4열교환기(120)를 통과하면서 제2냉매와 열교환되어 건구온도가 5℃이고, 습구온도2.7℃이며, 습도가 68%일 수 있다. 이와 같이 건구온도 및 습구온도가 상승되고, 습도가 낮아진 실외공기(Ao)는 제3열교환기(60)로 유동되어 제3열교환기(60)를 통과할 수 있고, 제3열교환기(60)를 통과하면서 제1냉매와 열교환될 수 있다. 제3열교환기(60)를 통과하면서 제1냉매와 열교환된 실외공기(Ao)는 건구온도가 -0.7℃이고, 습구온도가 -1.0℃이고, 습도가 94%일 수 있다. 히트펌프는 건구온도가 2℃이고, 습구온도1℃이며, 습도가 84%인 실외공기(Ao)가 제3열교환기(60)로 직접 유입될 경우 보다 제3열교환기(60)의 착상을 지연시키거나 제3열교환기(60)에 착상된 서리를 제상할 수 있고, 히트펌프는 난방운전이 끊김 없이 계속되면서 보다 효율적인 난방운전을 할 수 있다.
한편, 히트펌프의 냉방운전시, 제1압축기(10)는 구동이고, 제2압축기(110)는 정지이며, 실내팬(180)과 실외팬(190)은 구동될 수 있다.
여기서, 히트펌프의 냉방운전은 실내기(I)가 설치된 실내의 온도가 서모 온 온도 이상인 운전일 수 있고, 실내기(I)가 설치된 실내의 온도가 서모 오프 온도 미만일 경우, 히트펌프는 냉방운전 아닐 수 있다.
제1압축기(10)의 구동시, 제1압축기(10)에서는 제1냉매가 토출될 수 있고, 제1압축기(10)에서 토출된 제1냉매는 사방밸브(20)에 의해 제3열교환기(60)를 통과하면서 실외공기(Ao)와 열교환되어 응축될 수 있다. 제3열교환기(60)에서 응축된 제1냉매는 제1팽창기구(50)로 유동되어 제1팽창기구(50)에 의해 팽창될 수 있다. 제1팽창기구(50)에 의해 팽창된 제1냉매는 제2열교환기(40)를 열교환없이 통과할 수 있고, 제1열교환기(30)로 유동되어 실내공기(Ai)와 열교환되어 증발될 수 있다. 제1열교환기(60)에서 증발된 제1냉매는 사방밸브(20)에 의해 압축기(10)로 흡입될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 히트펌프 제2실시예의 난방운전시 냉매 흐름이 도시된 도이고, 도 6은 본 발명에 따른 히트펌프 제2실시예의 냉방운전시 냉매 흐름이 도시된 도이며, 도 7은 본 발명에 따른 히트펌프 제2실시예의 제1열교환기 내부가 도시된 도이다.
본 실시예는 제1냉매가 제1압축기(10)와, 사방밸브(20)와, 제1열교환기(30')와, 제2열교환기(40')와, 제1팽창기구(50)와, 제3열교환기(60)와 사방밸브(20)와 제1압축기(10) 순서로 순환되는 제1사이클장치(2')과; 제2냉매가 제2압축기(110)와, 제4열교환기(120)와, 제2팽창기구(130)와, 제2열교환기(30')와 제2압축기(110)로 순서로 순환되며, 제1열교환기(30')가 제1냉매와 제2냉매를 열교환시키는 제2사이클장치(4)와; 실외공기(Ao)를 제4열교환기(120)와 제3열교환기(60)의 순서로 통과하게 실외공기(Ao)를 송풍시키는 실외팬(190)을 포함할 수 있다. 본 실시예는 제2열교환기(40')로 실내공기(Ai)를 송풍시키는 실내팬(180)을 더 포함할 수 있다.
본 실시예는 제1열교환기(30')가 제1냉매와 제2냉매를 열교환시키는 케스케이드 열교환기일 수 있고, 제2열교환기(40')가 실내 공기와 열교환되는 실내 열교환기일 수 있으며, 제1열교환기(30') 및 제2열교환기(40') 이외의 기타 구성 및 작용이 본 발명 제1실시예와 동일하거나 유사하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제1열교환기(30')는 본 발명 제1실시예의 제2실내기(40)와 기능 및 구조가 동일하거나 유사할 수 있다. 제1열교환기(30')는 실내기(I)가 아닌 실외기(O)에 설치될 수 있다.
제1열교환기(30')는 제1냉매가 통과하는 제1냉매유로(31')와 제2냉매가 통과하면서 제1냉매와 열교환되는 제2냉매유로(32')를 갖을 수 있다.
제1열교환기(30')는 사방밸브(20)와 사방밸브-제1열교환기 연결라인(21')으로 연결될 수 있다. 사방밸브-제1열교환기 연결라인(21')은 일단이 사방밸브(20)에 연결될 수 있고, 타단이 제1열교환기(30')의 제1유로(31')에 연결될 수 있다.
제1열교환기(30')는 제2열교환기(40')와 제1열교환기-제2열교환기 연결라인(33')으로 연결될 수 있다. 제1열교환기-제2열교환기 연결라인(33')은 일단이 제1냉매유로(31')에 연결될 수 있고, 타단이 제2열교환기(40')에 연결될 수 있다.
제1열교환기(30')는 제1냉매와 제2냉매가 열전달부재를 사이에 두고 열교환되는 이중관 열교환기나 판형 열교환기로 구성될 수 있다.
제1열교환기(30')는 제2냉매 입구(34) 및 제2냉매 출구(35)가 각각 형성되고 내부에 이너 공간(36)이 형성되어 제2냉매가 통과하는 아우터 바디(37)와, 이너 공간(36)에 배치되는 나선관부(38)가 형성되고 아우터 바디(37)를 관통하며 제1냉매가 통과하는 이너 튜브(39)를 포함한다.
제1열교환기(30')는 이너 튜브(39')에 제1냉매가 통과하는 제1유로(31')가 형성될 수 있고, 제2냉매입구(34')와 이너튜브(39')와 아우터 바디(37')의 사이 및 제2냉매 출구(35')에 제2냉매가 통과하는 제2유로(32')가 형성될 수 있다.
제2열교환기(40')는 실외기(O)가 아닌 실내기(I)에 설치될 수 있다. 제2열교환기(40')는 실내팬(180)과 함게 실내기(I)에 설치될 수 있다.
제2열교환기(40')는 제1팽창기구(50)와 제2열교환기-제1팽창기구 연결라인(43')로 연결될 수 있다.
본 실시예는 제1압축기(10) 및 제2압축기(110)의 구동시, 제1사이클장치(2')의 제1압축기(10)에서 압축된 고온고압의 제1냉매가 갖는 열이 제1열교환기(30')에서 제2냉매로 전달될 수 있고, 제2사이클장치(4)은 이렇게 흡열한 열을 제4열교환기(120)로 전달할 수 있으며, 제4열교환기(120)는 제3열교환기(60)를 향해 유동되는 실외공기(Ao)를 승온시켜 제3열교환기(60)의 착상을 지연시키거나 기착상된 서리를 제상할 수 있다.
본 실시예는 본 발명 일실시예의 경우 보다 고온의 열이 제2냉동사이클장치(4)로 흡열될 수 있고, 제4열교환기(120)는 본 발명 일실시예의 경우 보다 실외공기(Ao)를 고온으로 승온시키는 것이 가능하며, 제3열교환기(60)를 신속하게 제상시키거나 착상 지연시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않고, 이 발명이 속하는 기술적 범주 내에서 그 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
2: 제1사이클장치 4: 제2사이클장치
10: 제1압축기 20: 사방밸브
30,30': 제1열교환기 31': 제1유로
32': 제2유로 40,40': 제2열교환기
41: 제1유로 42: 제2유로
50: 제1팽창기구 60: 제3열교환기
110: 제2압축기 120: 제4열교환기
130: 제2팽창기구 180: 실내팬
190: 실외팬 I: 실내기
O: 실외기

Claims (11)

  1. 제1냉매가 제1압축기와, 사방밸브와, 제1열교환기와, 제2열교환기와, 제1팽창기구와, 제3열교환기와, 상기 사방밸브와, 상기 제1압축기 순서로 순환되는 제1사이클장치와;
    제2냉매가 제2압축기와, 제4열교환기와, 제2팽창기구와, 상기 제2열교환기와, 상기 제2압축기로 순서로 순환되며, 상기 제2열교환기는 상기 제1냉매와 제2냉매를 열교환시키는 제2사이클장치와;
    실외공기가 상기 제4열교환기와 제3열교환기의 순서로 통과하게 실외공기를 송풍시키는 실외팬을 포함하는 히트펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1열교환기로 실내공기를 송풍시키는 실내팬을 더 포함하고,
    상기 제2열교환기는 상기 제1냉매가 통과하는 제1냉매유로와 상기 제2냉매가 통과하면서 상기 제1냉매와 열교환되는 제2냉매유로를 갖는 히트펌프.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2열교환기는
    제2냉매 입구 및 제2냉매 출구가 각각 형성되고 내부에 이너 공간이 형성되어 상기 제2냉매가 통과하는 아우터 바디와,
    상기 이너 공간에 배치되는 나선관부가 형성되고 상기 아우터 바디를 관통하며 상기 제1냉매가 통과하는 이너 튜브를 포함하는 히트펌프.
  4. 제1냉매가 제1압축기와, 사방밸브와, 제1열교환기와, 제2열교환기와, 제1팽창기구와, 제3열교환기와 상기 사방밸브와 상기 제1압축기 순서로 순환되는 제1사이클장치와;
    제2냉매가 제2압축기와, 제4열교환기와, 제2팽창기구와, 상기 제1열교환기와 상기 제2압축기로 순서로 순환되며, 상기 제1열교환기는 상기 제1냉매와 제2냉매를 열교환시키는 제2사이클장치와;
    실외공기를 상기 제4열교환기와 제3열교환기의 순서로 통과하게 실외공기를 송풍시키는 실외팬을 포함하는 히트펌프.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2열교환기로 실내공기를 송풍시키는 실내팬을 더 포함하고,
    상기 제1열교환기는 상기 제1냉매가 통과하는 제1냉매유로와 상기 제2냉매가 통과하면서 상기 제1냉매와 열교환되는 제2냉매유로를 갖는 히트펌프.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1열교환기는
    제2냉매 입구 및 제2냉매 출구가 각각 형성되고 내부에 이너 공간이 형성되어 상기 제2냉매가 통과하는 아우터 바디와,
    상기 이너 공간에 배치되는 나선관부가 형성되고 상기 아우터 바디를 관통하며 상기 제1냉매가 통과하는 이너 튜브를 포함하는 히트펌프.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제4열교환기와 상기 제3열교환기는 적어도 일부가 서로 마주보게 배치된 히트펌프.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실외팬, 제1압축기, 제4열교환기와, 제3열교환기는 실외기에 배치된 히트펌프.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 실외기는 실외공기가 상기 실외기 내부로 흡입되는 실외공기 흡입구가 형성된 실외공기 흡입바디를 더 포함하고,
    상기 제 4 열교환기는 적어도 일부가 상기 실외공기 흡입구를 마주보는 히트펌프.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 실외기는 실외공기가 상기 실외기 내부로 흡입되는 실외공기 흡입구가 형성된 실외공기 흡입바디를 더 포함하고,
    상기 제 4 열교환기는 적어도 일부가 상기 실외공기 흡입구와 상기 제 3 열교환기 사이에 배치되는 히트펌프.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 실외기는 기계실과 열교환실을 구획하는 베리어를 포함하고,
    상기 제1압축기, 제2압축기는 상기 기계실에 배치되고,
    상기 제4열교환기와, 제3열교환기는 상기 열교환실에 배치되는 히트펌프.
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