KR20150141005A - 냉매 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 냉매 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축구의 출구측에 배치되어 냉매의 흐름 방향을 제어하는 사방 밸브; 난방 운전 모드에서 냉매를 증발시키는 제 1 열교환기; 난방 운전 모드에서 상기 압축기를 통과한 냉매를 응축시키는 제 2 열교환기; 상기 제 1 열교환기와 상기 제 2 열교환기 사이에 배치되어 냉매를 저온 저압으로 팽창시키는 팽창변; 상기 압축기와, 상기 사방 밸브와, 상기 제 1 및 제 2 열교환기와, 상기 팽창변을 연결하여 냉매가 순환하도록 하는 냉매 배관; 상기 제 2 열교환기에 연결되어, 상기 제 2 열교환기로 유입되는 냉매와 열교환하고, 입수관과 배수관을 포함하는 수배관; 및 상기 수배관으로부터 분지되고, 상기 제 1 열교환기의 하단부 쪽으로 연장되어, 상기 제 1 열교환기의 하단부 영역을 가열하는 가열 배관을 포함할 수 있다.

Description

냉매 시스템{Refrigerant system}
본 발명은 냉매 시스템에 관한 것이다.
냉매 시스템은 냉매가 압축,응축,팽창,증발 과정을 거치는 냉매 사이클을 수행하여, 실내를 냉난방하는 시스템이다.
상기 냉매 시스템은, 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기와, 고온 고압의 기상 냉매를 응축하는 응축기와, 고온 고압의 액상 냉매를 팽창시키는 팽창변과, 저온 저압의 2상 냉매를 증발시키는 증발기로 이루어진다.
여기서, 증발기를 통과하는 냉매를 증발시키기 위한 열교환 매체로서 물이 사용되는 시스템을 특히 칠러(chiller)로 정의될 수 있다. 즉, 상기 증발기를 통과하는 물은 상온보다 낮은 온도로 냉각되고, 냉각된 물은 실내 쪽으로 연장된 배관을 따라 흘러 실내 공기를 냉각시키는데 사용될 수 있다. 그리고, 상기 칠러 중에서 응축기를 통과하는 냉매를 응축시키는 열교환 매체로서 물이 사용되는 시스템을 수냉식 칠러로 정의될 수 있고, 공기가 사용되는 시스템을 공냉식 칠러로 정의될 수 있다. 그리고, 상기 응축기는 실외에 배치되고 상기 증발기는 실내에 배치될 수 있고, 경우에 따라서는 상기 응축기와 증발기가 하나의 모듈로 이루어져 실외에 배치될 수도 있다.
한편, 공냉식 칠러의 경우, 난방 운전시 응축기가 증발기의 기능을 하게 되고 증발기가 응축기의 기능을 수행하게 된다. 그리고, 응축기의 기능을 수행하는 열교환기에서는 냉매와 열교환하는 매체로 물이 사용되고, 열교환을 통하여 온도가 높아진 물은 실내 난방 또는 온수로 사용된다.
반면, 상기 증발기의 기능을 수행하는 열교환기의 표면에는 외기에 포함된 물이 응축되어 맺힌다. 상기 응축수는 상기 열교환기의 하측에 배치된 드레인 팬(drain pan)에 모여서 드레인 팬에 연결된 드레인 파이프를 통해 외부로 배출된다.
그러나, 외기 온도가 결빙 온도보다 낮은 경우, 상기 응축수가 결빙되고, 결빙된 응축수가 드레인 파이프의 입구단을 막아버리게 된다. 그러면, 결빙이 점점 성장하여 열교환기 하단에 닿게 되고, 종국적으로 열교환기 표면까지 결빙되어 열교환 능력이 저하되는 문제를 초래한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안되었다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 냉매 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축구의 출구측에 배치되어 냉매의 흐름 방향을 제어하는 사방 밸브; 난방 운전 모드에서 냉매를 증발시키는 제 1 열교환기; 난방 운전 모드에서 상기 압축기를 통과한 냉매를 응축시키는 제 2 열교환기; 상기 제 1 열교환기와 상기 제 2 열교환기 사이에 배치되어 냉매를 저온 저압으로 팽창시키는 팽창변; 상기 압축기와, 상기 사방 밸브와, 상기 제 1 및 제 2 열교환기와, 상기 팽창변을 연결하여 냉매가 순환하도록 하는 냉매 배관; 상기 제 2 열교환기에 연결되어, 상기 제 2 열교환기로 유입되는 냉매와 열교환하고, 입수관과 배수관을 포함하는 수배관; 및 상기 수배관으로부터 분지되고, 상기 제 1 열교환기의 하단부 쪽으로 연장되어, 상기 제 1 열교환기의 하단부 영역을 가열하는 가열 배관을 포함할 수 있다.
상기 가열 배관은, 상기 배수관의 어느 지점에서 분지되는 공급관과, 상기 공급관의 단부에서 상기 제 1 열교환기의 하단부를 따라 연장되는 순환관 및 상기 순환관의 단부에서 연장되어, 상기 입수관의 어느 지점에서 합지되는 회수관을 포함할 수 있다.
상기 가열 배관은 단일 배관으로 이루어질 수 있다.
또는, 상기 가열 배관은, 상기 공급관과, 상기 순환관 및 상기 회수관으로 정의되는 다수의 배관들이 서로 연결되어 형성될 수 있다.
상기 냉매 시스템은, 상기 공급관의 어느 지점에 배치되는 개폐 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 열교환기는 핀-튜브 타입 열교환기이고, 상기 순환관은 상기 제 1 열교환기의 핀을 관통하여 연장되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 열교환기는 물과 냉매가 열교환하는 판형 열교환기인 것을 특징으로 한다.
상기 냉매 시스템은, 상기 제 1 열교환기의 하측에 놓이는 드레인 팬과, 상기 드레인 팬의 바닥에서 연장되는 드레인 파이프를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 냉매 시스템에 의하면, 드레인 팬으로 집수되는 응축수가 결빙되지 않도록 함으로써, 실외에 설치되는 열교환기의 표면이 결빙되어 열교환 효율을 저하시키는 현상이 개선되는 장점이 있다.
또한, 상기 드레인 팬이 결빙되지 않도록 열을 공급하는 수단으로서 별도의 제상 히터와 같은 부재를 설치하지 않고, 응축기 기능을 하는 열교환기와 열교환하는 물의 일부를 바이패스 시키므로, 냉매 시스템 구축 비용이 절감되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉매 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉매 시스템에 구비되는 열교환기 결빙을 방지하는 구조를 보여주는 도면.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 냉매 시스템에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉매 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉매 시스템(10)은, 압축기(11), 사방 밸브(12), 제 1 열교환기(13), 팽창변(14), 제 2 열교환기(15), 어큐뮬레이터(16) 및 냉매 배관(101)을 포함할 수 있다.
상세히, 상기 냉매 배관(101)은, 상기 압축기(11), 사방 밸브(12), 제 1 열교환기(13), 팽창변(14), 제 2 열교환기(15) 및 상기 어큐뮬레이터(16)를 차례로 연결하는 순환 루프를 형성한다.
또한, 상기 제 2 열교환기(15)에는 냉매와의 열교환을 위한 수배관(17)이 연결된다. 상세히, 상기 수배관(17)은, 상기 제 2 열교환기(15)에 연결되는 입수 배관(171) 및 출수 배관(172)을 포함한다. 상기 입수 배관(171)을 통하여 상기 제 2 열교환기(15)로 유입된 물은 냉매와 섞이지 않고 열교환한 다음 상기 출수 배관(172)을 통하여 배출된다. 그리고, 상기 수배관(17)은 냉난방 유닛(18)으로 연결되어, 실내 냉방 또는 난방을 수행하거나, 샤워 또는 음용을 위한 온수 또는 냉수로 사용될 수 있다. 그리고, 상기 냉난방 유닛(18)은 냉난방을 위한 배관(181)이 배치될 수 있고, 상기 냉난방을 위한 배관(181)의 입출구단은 상기 입수 배관(171)과 출수 배관(172)에 각각 연결되어 순환할 수 있다.
한편, 상기 압축기(11)는 저온 저압의 기상 냉매를 고온 고압의 기상 냉매로 압축하며, 상기 압축기(11)로부터 토출되는 냉매는 상기 사방 밸브(12)를 통과하여 상기 제 1 열교환기(13) 또는 제 2 열교환기(15)로 안내된다. 상세히, 냉방 모드와 난방 모드 중 어느 하나의 운전 모드가 결정되면, 결정된 운전 모드에 따라 상기 사방 밸브(12)의 개도가 조절되어 냉매가 상기 제 1 열교환기(13) 또는 제 2 열교환기(15) 중 어느 한 쪽으로 흐르도록 한다.
더욱 상세히, 난방 모드에서는, 상기 압축기(11)를 통과한 냉매가 상기 제 2 열교환기(15)로 흐르고, 냉방 모드에서는 상기 압축기(11)를 통과한 냉매가 상기 제 1 열교환기로 흐른다. 이하에서는 난방 모드를 예로 들어 설명하도록 한다.
상기 제 2 열교환기(15)로 유입되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 수배관(17)을 통하여 유입되는 물과 열교환하여, 고온 고압의 액상 냉매로 상변화된다. 즉, 상기 제 2 열교환기(15)에서는 냉매로부터 물로 열이 전달되어 냉매를 응축시키므로, 상기 제 2 열교환기(15)는 난방 모드에서 응축기로 기능한다.
상기 제 2 열교환기(15)를 통과한 고온 고압의 액상 냉매는 상기 팽창변(14)을 통과하면서 저온 저압의 2상 냉매로 팽창한다. 그리고, 상기 팽창변(15)을 통과한 냉매는 상기 제 1 열교환기(13)로 유입되고, 상기 제 1 열교환기(13)에서는 공기와 냉매가 열교환한다.
상세히, 상기 제 1 열교환기(13)는 냉매와 공기가 열교환하도록 구성된 핀-튜브 타입 열교환기일 수 있고, 상기 제 1 열교환기는 실외에 설치될 수 있다. 그리고, 공기와 냉매가 원활하게 열교환하도록 하기 위하여 상기 제 1 열교환기(13)에는 송풍팬(131)이 설치될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 열교환기(13)는 난방 모드에서 외부 공기로부터 열을 흡수하여 냉매를 증발시키는 증발기로 기능한다.
한편, 상기 제 1 열교환기(13)를 통과하면서 냉매의 일부는 증발하여 기상 냉매로 상변화된다. 그리고, 상기 제 1 열교환기(13)를 통과한 저온 저압의 냉매는 상기 어큐뮬레이터(16)로 유입된다.
상기 어큐뮬레이터(16)에서는 기상 냉매와 액상 냉매가 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(11) 입구로 유입된다.
이와 같이, 상기 압축기(11)로 유입된 냉매는 상기 냉매 배관(101)을 따라 흐르면서 열교환 및 팽창 과정을 거치면서 순환하게 된다.
한편, 상기 제 1 열교환기(13)는 기온이 낮은 실외에 배치되기 때문에, 난방 운전 과정에서 제 1 열교환기(13)의 표면에 응축수가 맺혀서 얼어붙는 현상이 발생한다. 응축수가 얼어붙으면 상기 제 1 열교환기(13)와 공기의 열교환이 제대로 이루어지지 못하여 기화되는 냉매의 양이 줄어들게 된다. 그 결과, 압축기로 유입되는 기상 냉매의 양이 감소하게 되어 설정된 응축 압력까지 압축되지 못할 뿐 아니라, 응축 압력에 도달하는데 걸리는 시간이 길어진다.
이러한 문제가 발생하지 않도록 하기 위하여 냉매 시스템(10)은 난방 운전을 하면서 주기적으로 제상 운전을 수행하게 된다. 제상 운전은 냉방 운전 모드로 전환하여 상기 제 1 열교환기(13)가 응축기의 기능을 하도록 하여, 제 1 열교환기(13)의 표면에 맺힌 응축수를 증발시키거나, 제 1 열교환기(13)의 표면에 얼어붙은 응축수를 녹여준다. 이와 같이, 제상 운전을 수행하면 난방 효율이 떨어지고, 상기 제 2 열교환기(15)로 유입되는 물의 온도가 떨어지는 문제를 감수해야 한다.
본 발명은 이와 같은 제상 운전을 별도로 수행하지 않고 난방 운전을 계속하면서 제 1 열교환기(13)의 표면이 응축수에 의하여 결빙되는 것을 방지하는 구조를 제공하는 것을 특징으로 한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉매 시스템에 구비되는 열교환기 결빙을 방지하는 구조를 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열교환기 결빙 방지 구조는, 상기 제 2 열교환기(15)에 연결되는 수배관으로부터 분지되는 가열 배관(20)이 상기 제 1 열교환기(13)의 하단부로 연장되어, 상기 제 1 열교환기(13)의 하단부가 항상 영상의 온도로 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상세히, 상기 제 1 열교환기(13)의 하측에는 상기 제 1 열교환기(13)의 표면에 맺힌 응축수를 수집하는 드레인 팬(drain pan)(19)이 구비된다. 그리고, 상기 드레인 팬(19)의 바닥부에는 드레인 파이프(191)가 연장되어, 상기 드레인 팬(19)에 모인 응축수를 배수시킨다.
한편, 상기 제 2 열교환기(15)는 상기 제 1 열교환기(13)의 하측에 배치될 수 있으나, 상기 제 1 열교환기(13)로부터 이격되는 위치에 놓이는 것도 가능하다.
상세히, 상기 제 1 열교환기(13)의 결빙을 막기 위한 상기 가열 배관(20)은, 상기 제 2 열교환기(15)에 연결되는 입수관(171)으로부터 상기 제 1 열교환기(13)의 하단부 쪽으로 연장되는 회수부(203)와, 상기 출수관(172)으로부터 상기 제 1 열교환기(13)의 하단부 쪽으로 연장되는 공급관(201) 및 일단이 상기 공급관(201)에 연결되고 타단이 상기 회수관(203)에 연결되는 순환관(201)을 포함한다. 그리고, 상기 공급관(201)의 어느 지점에는 개폐 밸브(21)가 장착되어, 상기 가열 배관(20)으로의 물유동을 제어할 수 있다. 상기 공급관(201)과, 순환관(202) 및 회수관(203)은 별개의 관들이 서로 연결되는 구조일 수도 있고, 단일관으로 이루어질 수도 있다.
상기 순환관(201)은 상기 제 1 열교환기(13)의 하단부에 적어도 1열 이상이 배치될 수 있고, 상기 제 1 열교환기(13)를 구성하는 냉매 배관과 동일한 형태, 즉 U자 형태로 라운드지게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 순환관(202)이 라운드진 폐루프 형상을 이루는 것은, 상기 제 1 열교환기(13)가 두 개의 열교환 유닛으로 이루어져 있기 때문이며, 도시된 형상에 제한되지는 않는다. 즉, 상기 열교환 유닛의 개수에 따라서 적절한 형상으로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 구성에 의하면, 난방 운전 모드에서, 상기 제 2 열교환기(15)에서 냉매로부터 열을 흡수하여 가열된 물은 상기 출수관(172)을 따라 토출된다. 그리고, 상기 출수관(172)을 따라 토출되는 물의 일부는 상기 공급관(201)을 따라 흘러 상기 순환관(202)으로 흐른다. 그리고, 상기 순환관(20)을 따라 흐르는 물은 상기 제 1 열교환기(13) 하단부로 열을 방출하여 상기 제 1 열교환기(13)의 하단부를 영상의 온도로 유지시킨다. 그리고, 상기 순환관(202)을 따라 흐르는 물은 냉각되어 상기 회수관(203)을 따라 상기 입수관(171)으로 유입된다. 그리고, 상기 입수관(171)에서 합쳐지는 물은 상기 제 2 열교환기(15)로 유입되어 재가열된다. 그리고, 상기 제 1 열교환기(13)의 표면에 응축된 물은 결빙되지 않고 상기 드레인 팬(19)에 집수되고, 상기 드레인 파이프(191)를 따라 외부로 배수된다.
정리하면, 난방 운전 모드에서, 상기 제 2 열교환기(15)를 통과하는 물의 일부는 상기 가열 배관(20)을 따라 흘러 상기 제 1 열교환기(13)의 하단부를 가열한 다음 상기 제 2 열교환기(15)로 되돌아가는 흐름을 반복적으로 수행한다.

Claims (8)

  1. 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축구의 출구측에 배치되어 냉매의 흐름 방향을 제어하는 사방 밸브;
    난방 운전 모드에서 냉매를 증발시키는 제 1 열교환기;
    난방 운전 모드에서 상기 압축기를 통과한 냉매를 응축시키는 제 2 열교환기;
    상기 제 1 열교환기와 상기 제 2 열교환기 사이에 배치되어 냉매를 저온 저압으로 팽창시키는 팽창변;
    상기 압축기와, 상기 사방 밸브와, 상기 제 1 및 제 2 열교환기와, 상기 팽창변을 연결하여 냉매가 순환하도록 하는 냉매 배관;
    상기 제 2 열교환기에 연결되어, 상기 제 2 열교환기로 유입되는 냉매와 열교환하고, 입수관과 배수관을 포함하는 수배관; 및
    상기 수배관으로부터 분지되고, 상기 제 1 열교환기의 하단부 쪽으로 연장되어, 상기 제 1 열교환기의 하단부 영역을 가열하는 가열 배관을 포함하는 냉매 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 배관은,
    상기 배수관의 어느 지점에서 분지되는 공급관과,
    상기 공급관의 단부에서 상기 제 1 열교환기의 하단부를 따라 연장되는 순환관 및
    상기 순환관의 단부에서 연장되어, 상기 입수관의 어느 지점에서 합지되는 회수관을 포함하는 냉매 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가열 배관은 단일 배관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉매 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 가열 배관은, 상기 공급관과, 상기 순환관 및 상기 회수관으로 정의되는 다수의 배관들이 서로 연결되어 형성되는 것을 특징으로 하는 냉매 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 공급관의 어느 지점에 배치되는 개폐 밸브를 더 포함하는 냉매 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기는 핀-튜브 타입 열교환기이고,
    상기 순환관은 상기 제 1 열교환기의 핀을 관통하여 연장되는 것을 특징으로 하는 냉매 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 열교환기는 물과 냉매가 열교환하는 판형 열교환기인 것을 특징으로 하는 냉매 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기의 하측에 놓이는 드레인 팬과,
    상기 드레인 팬의 바닥에서 연장되는 드레인 파이프를 더 포함하는 냉매 시스템.
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KR19980084761A (ko) * 1997-05-26 1998-12-05 오상수 에어컨의 응결수 누수 방지장치
JP2008232508A (ja) * 2007-03-19 2008-10-02 Mitsubishi Electric Corp 給湯器
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