KR20190005475A - A high performance heat pump having variable capacity refrigerant storage means - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a heat pump and, more specifically, relates to a heat pump which has a variable capacity refrigerant storage means to individually control entrance pressure and exit pressure of a compressor at the same time. According to the present invention, the heat pump using refrigerant comprises a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, wherein refrigerant is circulated through a sealed refrigerant line. The heat pump has a refrigerant storage means that is connected to the refrigerant line, stores a portion of the refrigerant, and controls a circulation amount of the refrigerant circulating in the refrigerant line. The exit pressure of the compressor is controlled by the circulation amount of the refrigerant, wherein the circulation amount is controlled by the refrigerant storage means.

Description

가변용량 냉매 저장수단을 구비한 고효율 히트 펌프{ A high performance heat pump having variable capacity refrigerant storage means} A high performance heat pump having variable capacity refrigerant storage means,

본 발명은 히트 펌프에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 압축기의 입구압력 및 출구압력을 개별적으로 동시에 조절할 수 있는 히트 펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump. And more particularly, to a heat pump capable of individually controlling the inlet pressure and the outlet pressure of the compressor at the same time.

히트 펌프는 열원으로부터 "히터싱크"라 불리는 목적지로 열을 전달하는 장치이다. 히트 펌프는 차가운 공간에서 열을 흡수하고, 따뜻한 공간에서 열을 방출한다. 즉, 히트 펌프에서는 자연적인 열전달 방향의 반대방향으로 열에너지 전달이 이루어진다. 이를 위해 히트 펌프는 소량의 외부에너지를 사용하여, 열원에서 히트싱크로 에너지를 전송하는 작업을 수행한다. A heat pump is a device that transfers heat from a heat source to a destination called a "heater sink". A heat pump absorbs heat in a cold space and releases heat in a warm space. That is, the heat pump transmits thermal energy in the opposite direction of the natural heat transfer direction. To do this, the heat pump uses a small amount of external energy to transfer energy from the heat source to the heat sink.

에어컨과 냉장고가 히트 펌프의 대표적인 예이다. 그리고, 일정 공간을 난방 또는 냉방 하는 공조장치 (HVAC : Heating Ventialating and Air Conditioning)도 히트 펌프이다. 그리고 히트 펌프를 사용하는 기기로는 냉수/온수를 제공하는 정수기, 건조기, 세탁기, 자판기 등이 있다. Air conditioners and refrigerators are typical examples of heat pumps. Also, a heating ventilation and air conditioning (HVAC) system for heating or cooling a certain space is also a heat pump. The equipment using the heat pump includes a water purifier, a dryer, a washing machine, and a vending machine which provide cold / hot water.

이하, 도1 및 도2 를 참고하여 ( 도1 에서 냉매가 시계 반대방향으로 순환하는 ) 냉방 모드로 동작하는 (증기 압축식) 히트 펌프에 대하여 설명한다. Hereinafter, a heat pump (vapor compression type) operating in a cooling mode (refrigerant circulating in a counterclockwise direction in FIG. 1) will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

증기 압축 냉동사이클을 수행하기 위하여, 압축기(C)는 기체상태의 냉매를 압축한다. In order to perform the vapor compression refrigeration cycle, the compressor (C) compresses the gaseous refrigerant.

압축된 고온 고압의 냉매 증기는 응축기 구실을 하는 외부 열교환기 (HXO)에서 상대적으로 온도가 낮은 외부에다가 열을 버린다. 이때, 기체 상태의 냉매는 잠열을 방출하여 액체상태로 상전이를 하며, 이상적인 히트 펌프의 경우 응축기에서는 상전이만 이루어지므로 냉매의 온도와 압력은 변하지 않는다. The compressed high-temperature and high-pressure refrigerant vapor discards heat to the outside of the relatively low temperature in an external heat exchanger (HXO) serving as a condenser. At this time, the gaseous refrigerant discharges latent heat to make a phase transition to a liquid state. In the ideal heat pump, only the phase change occurs in the condenser, so the temperature and pressure of the refrigerant do not change.

외부 열교환기(HXO)를 나온 액체 냉매는 팽창밸브(EV)를 통과하면서 감압 된다. 이상적인 히트 펌프에서 팽창밸브(EV) 입구 엔탈피와 출구 엔탈피는 같으며, 같은 엔탈피를 가지기 위해서 감압 된 냉매의 온도는 감소한다.The liquid refrigerant exiting the external heat exchanger (HXO) is decompressed while passing through the expansion valve (EV). In an ideal heat pump, the inlet enthalpy and outlet enthalpy of the expansion valve (EV) are the same, and the temperature of the decompressed refrigerant decreases to have the same enthalpy.

저온상태가 된 액체 냉매는 증발기 역할을 수행하는 내부 열교환기(HXI)를 통과하면서 열을 흡수하여 기체로 된다.The low-temperature liquid refrigerant passes through the internal heat exchanger (HXI), which functions as an evaporator, and absorbs heat to become a gas.

증발기를 통과한 기체 냉매는 다시 압축기(C)로 들어가 위의 사이클을 반복한다.The gas refrigerant passing through the evaporator enters the compressor (C) again and repeats the above cycle.

도2 는 p-h 선도로 응축기는 60 ℃, 증발기는 0 ℃ 로 설계한 차량용 에어컨 예이다. 외기 온도는 30 ℃, 냉방 설정 온도는 20 ℃ 라고 가정하면, 응축기인 외부 열교환기(HXO)에서 60 ℃ 의 기체 냉매는 30 ℃ 인 실외로 열을 방출하여 60 ℃ 의 액체 냉매가 된다. 그리고 증발기인 내부 열교환기(HXI) 에서 0 ℃ 액체 냉매는 ( 상기 설정 온도 보다 높은 실내 공기로부터 열을 흡수하여 ) 0 ℃ 의 기체 냉매가 된다. 이상적인 히트 펌프의 경우 응축기, 증발기 및 배관에서 압력의 변화는 없다고 가정한다. 따라서 압축기 입구압력 및 출구압력은 냉매온도라고 보아도 된다. Fig. 2 is an example of a vehicle air conditioner in which the condenser is designed to be 60 DEG C and the evaporator is designed to be 0 DEG C in the p-h line. Assuming that the outside air temperature is 30 ° C and the cooling setting temperature is 20 ° C, the gas refrigerant at 60 ° C in the external heat exchanger (HXO) as the condenser releases heat to the outdoor at 30 ° C to become the liquid refrigerant at 60 ° C. In the internal heat exchanger (HXI), which is an evaporator, the 0 ° C liquid refrigerant becomes 0 ° C gas refrigerant (absorbs heat from the room air above the set temperature). For an ideal heat pump it is assumed that there is no change in pressure in the condenser, evaporator and piping. Therefore, the compressor inlet pressure and the outlet pressure may be regarded as the refrigerant temperature.

이하 종래기술의 문제점을 설명한다.The problems of the prior art will be described below.

문제점 1) 압축기(C)의 입구압력 및 출구압력을 개별적으로 동시에 조절할 수 없는 문제점이 있다. 즉, 압축기나 팽창밸브를 조정하여 압축기(C)의 입구압력을 낮추면 출구압력이 높아진다. 반대로 압축기(C) 입구압력을 높이면 출구압력이 낮아진다. 따라서 외기 온도가 바뀌면, 열교환기에서 열교환이 적절히 잘 이루어지는, 외기 보다 소정의 값이 높은 압축기 출구압력(냉매온도) 및 내기 보다 소정의 값이 낮은 압축기 입구압력(냉매온도)을 개별적으로 동시에 조절할 수 없으므로 에너지 소비가 큰 문제점이 있다.Problem 1) There is a problem that the inlet pressure and the outlet pressure of the compressor (C) can not be individually adjusted simultaneously. That is, when the compressor or the expansion valve is adjusted to lower the inlet pressure of the compressor (C), the outlet pressure is increased. On the other hand, increasing the inlet pressure of the compressor (C) lowers the outlet pressure. Accordingly, when the outside air temperature is changed, the compressor outlet pressure (refrigerant temperature) having a predetermined value higher than the outside air and the compressor inlet pressure (refrigerant temperature) having a predetermined value lower than the inside air, in which heat exchange is appropriately performed in the heat exchanger, There is a problem of energy consumption.

문제점 2) 일반적으로 자동차는 설정 온도를 맞추기 위하여, 엔진 열 또는 별도의 히터를 사용하여 높은 온도의 공기를 만들고, 증발기에서 열교환 된 낮은 온도의 공기와 혼합하여 설정된 냉방온도를 달성한다. 따라서, 공기를 혼합하지 않을 때보다 에너지 낭비가 많은 문제점이 있다. Problem 2) Generally, the automobile mixes with the low-temperature air heat exchanged in the evaporator to achieve the set cooling temperature by using the engine heat or the separate heater to make the high temperature air in order to set the set temperature. Therefore, energy is wasted more than when air is not mixed.

출원번호 KR 10-2006-0107825Application No. KR 10-2006-0107825 출원번호 KR 10-2010-0038007Application No. KR 10-2010-0038007 출원번호 KR 10-2013-0084665 (US 9,372,015 B2)Application No. KR 10-2013-0084665 (US 9,372,015 B2) 출원번호 KR 10-2014-0008064Application No. KR 10-2014-0008064 출원번호 KR 10-2015-0157868Application No. KR 10-2015-0157868 출원번호 KR 10-2015-0060594Application No. KR 10-2015-0060594 출원번호 KR 10-2016-7026168 (US 2017/0010030 A1)Application No. KR 10-2016-7026168 (US 2017/0010030 A1) 출원번호 KR 10-2016-7026740 (US 2016/0370044 A1)Application No. KR 10-2016-7026740 (US 2016/0370044 A1) 출원번호 KR 10-2016-706346 (PCT/FR2014/052983)Application No. KR 10-2016-706346 (PCT / FR2014 / 052983) DE 102013003015 A1DE 102013003015 A1 US 2015/0323225 A1US 2015/0323225 A1 US 2015/0266358 A1US 2015/0266358 A1

본 발명의 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출한 것이다. 즉, 압축기의 입구압력 및 출구압력을 개별적으로 동시에 조절할 수 있는 히트 펌프를 제공하는 데 있다.The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art. That is, it is an object of the present invention to provide a heat pump capable of individually controlling the inlet pressure and the outlet pressure of the compressor simultaneously.

이를 위해, 본 발명에 따른 냉매를 사용하는 히트 펌프는, 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 구비하며, 밀폐된 냉매라인을 통해 냉매가 순환되는 히트펌프이며, 상기 냉매라인에 연결되고 상기 냉매의 일부를 저장하여, 상기 냉매라인에 순환되는 상기 냉매의 순환량을 조절하는 냉매 저장수단을 포함하고, 상기 압축기의 출구압력은, 상기 냉매 저장수단에 의해 조절된 상기 냉매의 순환량에 의해 조절되는 것; 을 특징으로 한다.To this end, a heat pump using a refrigerant according to the present invention is a heat pump having a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, and circulating the refrigerant through a hermetically sealed refrigerant line. The heat pump is connected to the refrigerant line, And a refrigerant storage means for storing a portion of the refrigerant and controlling the amount of circulation of the refrigerant circulated in the refrigerant line, wherein the outlet pressure of the compressor is controlled by a circulation amount of the refrigerant controlled by the refrigerant storage means; .

이때, 상기 냉매 저장수단은, 상기 팽창밸브와 상기 압축기의 출구 사이에 설치되는 것; 이 바람직하다.At this time, the refrigerant storage means is installed between the outlet of the compressor and the expansion valve; .

또한, 상기 냉매 저장수단은, 상기 냉매를 저장하는 내부공간이 형성된 실린더; 상기 내부공간의 일측과 타측을 분할하는 내벽; 및 상기 내부공간에서 상기 내벽을 왕복 운동시키는 운동수단을 포함하고, 일측 내부공간에는 타측보다 고밀도의 냉매가 저장되고, 타측 내부공간에는 일측보다 저밀도의 냉매가 저장되는 것; 이 바람직하다.The refrigerant storage means may include: a cylinder having an internal space for storing the refrigerant; An inner wall dividing one side and the other side of the inner space; And a moving means for reciprocating the inner wall in the inner space, wherein one side of the inner space has a higher density of refrigerant than the other side and a lower density of refrigerant is stored in the other side of the inner space; .

또한, 상기 운동수단은, 상기 내부공간의 일측으로 상기 냉매를 이송하는 펌프를 포함하는 것; 이 바람직하다.Further, the moving means may include a pump for transferring the refrigerant to one side of the internal space; .

또한, 상기 운동수단은, 상기 내벽을 왕복운동 시키는 피스톤을 포함하는 것; 이 바람직하다.Further, the moving means may include a piston reciprocating the inner wall; .

또한, 상기 압축기의 입구압력은, 상기 팽창밸브에 의해 조절되며, 상기 압축기의 입구압력 및 출구압력이 개별적으로 조절되는 것; 이 바람직하다.Also, the inlet pressure of the compressor is regulated by the expansion valve, and the inlet and outlet pressures of the compressor are individually regulated; .

또한, 상기 냉매저장수단은 상기 냉매를 저장하는 내부공간; 상기 내부공간과 응축기 출구 ( 또는 응축기 입구 중 어느 하나 ) 사이에 설치된 냉매 유입밸브; 및 상기 내부공간과 증발기 입구 ( 또는 증발기 출구 중 어느 하나 ) 사이에 설치된 냉매 유출밸브를 포함하는 것; 이 바람직하다.The refrigerant storage means may include an internal space for storing the refrigerant; A refrigerant inflow valve disposed between the internal space and the condenser outlet (or any one of the condenser inlets); And a refrigerant outflow valve installed between the inner space and the evaporator inlet (or one of the evaporator outlets); .

한편, 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기가 밀폐된 냉매라인을 통해 연결되며, 상기 냉매라인에 연결되어 냉매의 순환량을 조절하는 냉매 저장수단을 포함하는 히트펌프의 제어방법에 있어서, 상기 응축기의 목표온도를 설정하는 단계; 상기 팽창밸브와 상기 증발기를 조절하여, 상기 압축기의 입구압력을 제어하는 단계; 및 상기 냉매 저장수단이 저장하는 상기 냉매의 양을 조절하여, 상기 압축기의 출구압력을 제어하는 단계를 포함하는 것; 을 특징으로 한다.A control method of a heat pump including a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator connected through a closed refrigerant line and connected to the refrigerant line to control a circulation amount of the refrigerant, Setting a temperature; Controlling the expansion valve and the evaporator to control an inlet pressure of the compressor; And controlling the amount of the refrigerant stored by the refrigerant storage means to control an outlet pressure of the compressor; .

또한, 상기 냉매 저장수단은, 상기 팽창밸브와 상기 압축기의 출구 사이에 설치된 것; 을 특징으로 한다.The refrigerant storage means may be disposed between the expansion valve and the outlet of the compressor; .

또한, 상기 냉매 저장수단은, 상기 냉매를 저장하는 내부공간이 형성된 실린더; 상기 내부공간의 일측과 타측을 분할하는 내벽; 및 상기 내부공간에서 상기 내벽을 왕복 운동시키는 운동수단을 포함하고, 일측 내부공간에는 타측보다 고밀도의 냉매가 저장되고, 타측 내부공간에는 일측보다 저밀도의 냉매가 저장되는 것; 을 특징으로 한다.The refrigerant storage means may include: a cylinder having an internal space for storing the refrigerant; An inner wall dividing one side and the other side of the inner space; And a moving means for reciprocating the inner wall in the inner space, wherein one side of the inner space has a higher density of refrigerant than the other side and a lower density of refrigerant is stored in the other side of the inner space; .

또한, 상기 운동수단은, 상기 내부공간의 일측으로 상기 냉매를 이송하는 펌프를 포함하는 것; 을 특징으로 한다.Further, the moving means may include a pump for transferring the refrigerant to one side of the internal space; .

또한, 상기 운동수단은, 또한, 상기 내벽을 왕복운동 시키는 피스톤을 포함하는 것; 을 특징으로 한다.The moving means may further comprise a piston reciprocating the inner wall; .

또한, 상기 압축기의 입구압력은, 상기 팽창밸브에 의해 조절되며, 상기 압축기의 입구압력 및 출구압력이 개별적으로 조절되는 것을 특징으로 한다.Further, the inlet pressure of the compressor is controlled by the expansion valve, and the inlet pressure and the outlet pressure of the compressor are individually adjusted.

또한, 상기 냉매저장수단은 상기 냉매를 저장하는 내부공간; 상기 내부공간과 응축기 출구 ( 또는 응축기 입구 중 어느 하나 ) 사이에 설치된 냉매 유입밸브; 및 상기 내부공간과 증발기 입구 (또는 증발기 출구 중 어느 하나 ) 사이에 설치된 냉매 유출밸브를 포함하는 것; 을 특징으로 한다.
The refrigerant storage means may include an internal space for storing the refrigerant; A refrigerant inflow valve disposed between the internal space and the condenser outlet (or any one of the condenser inlets); And a refrigerant outflow valve installed between the inner space and the evaporator inlet (or one of the evaporator outlets); .

이상과 같은 본 발명에 따른 가변용량 냉매 저장수단을 구비한 히트 펌프에 의하면, 압축기의 입구압력 및 출구압력을 개별적으로 동시에 조절할 수 있는 히트 펌프 제공되는 효과가 있다.According to the heat pump having the variable capacity refrigerant storage unit according to the present invention, it is possible to provide a heat pump capable of individually controlling the inlet pressure and the outlet pressure of the compressor simultaneously.

도1 은 종래기술에 의한 히트 펌프의 일 예이다.
도2 는 종래기술에 의한 p-h 선도의 일 예이다.
도3 은 본 발명에 의한 히트 펌프의 일 예이다.
도4 는 본 발명에 의한 p-h 선도의 일 예이다.
도5 는 본 발명에 의한 또 다른 p-h 선도의 일 예이다.
도6 은 본 발명에 의한 히트 펌프의 또 다른 일 예이다.
도7 은 본 발명에 의한 히트 펌프의 또 다른 일 예이다.
1 is an example of a conventional heat pump.
2 is an example of a ph diagram according to the prior art.
3 is an example of a heat pump according to the present invention.
4 is an example of a ph diagram according to the present invention.
5 is an example of another ph diagram according to the present invention.
6 is another example of the heat pump according to the present invention.
7 is another example of the heat pump according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때 첨부된 도면에서 동일한 구성요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same components are denoted by the same reference numerals as possible in the accompanying drawings.

또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석해서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지구성 및 기능에 대한 상세한 설명을 생략한다.In addition, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and should be construed in accordance with the technical concept of the present invention. Further, the detailed description of known configurations and functions that may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention will be omitted.

이하 설명의 편의상, 특별한 언급이 없는 한 이상적인 히트 펌프를 사용하여 설명한다.For convenience of explanation, an ideal heat pump will be used unless otherwise specified.

본 발명의 핵심 개념은 히트 펌프에서, 가변용량 냉매 저장수단을 구비하고, 순환되는 냉매의 양을 조절하여, 압축기의 입구압력 및 출구압력을 개별적으로 동시에 조절할 수 있게 하는 것이다.A key concept of the present invention is to provide a variable displacement refrigerant storage means in a heat pump and to adjust the amount of circulating refrigerant so that the inlet and outlet pressures of the compressor can be adjusted simultaneously and individually.

이하, 도3 을 참고하여 본 발명에 따른 히트 펌프의 바람직한 일 실시예 (에어컨 냉방 모드) 를 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the heat pump (air conditioning cooling mode) according to the present invention will be described with reference to FIG.

도3a 및 도3b 에서 히트 펌프 구성을 살펴보면, 기체상태의 냉매를 압축하는 압축기(C1); 고온 고압의 기체 냉매를 열교환 시켜 액체로 만드는 응축기(HXO, 외부 열교환기); 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(EV); 팽창된 냉매를 열교환 시켜 기체로 만드는 증발기(HXI, 내부 열교환기); 및 고압의 냉매를 저장하는 가변용량 냉매 저장수단(RS)을 포함하여 구성된다. 도3 에서 가변용량 냉매 저장장치(RS)는 응축기(HXO) 출구와 팽창밸브(EX) 입구 사이에 배치되어 있다. 3a and 3b, the heat pump includes a compressor C1 for compressing refrigerant in a gaseous state; A condenser (HXO, external heat exchanger) that converts gas refrigerant of high temperature and high pressure into heat by exchanging heat; An expansion valve (EV) for expanding the refrigerant; An evaporator (HXI, internal heat exchanger) that converts the expanded refrigerant into heat by exchanging heat; And variable capacity refrigerant storage means (RS) for storing high-pressure refrigerant. 3, the variable capacity refrigerant storage device RS is disposed between the condenser (HXO) outlet and the expansion valve (EX) inlet.

도3a 와 도3b 에서 압축기(C1)는 단위 시간당 동일한 량의 냉매를 압축하고, 팽창밸브(EV)의 개도는 같다고 가정하면, 상기 압축기(C1)의 출구압력은 상기 냉매 저장수단(RS)에 저장된 냉매량에 의하여 결정된다. 즉, 상기 가변용량 냉매 저장수단(RS)에, 도3a 와 같이 적은 양의 냉매를 저장하면 압축기(C1)의 출구압력은 높아지고, 도3b 와 같이 많은 양의 냉매를 저장하면 압축기(C1)의 출구압력은 낮아진다.3A and 3B, the compressor C1 compresses the same amount of refrigerant per unit time, and assuming that the opening degree of the expansion valve EV is the same, the outlet pressure of the compressor C1 is supplied to the refrigerant storage means RS It is determined by the amount of refrigerant stored. That is, if a small amount of refrigerant is stored in the variable capacity refrigerant storage means RS as shown in FIG. 3A, the outlet pressure of the compressor C1 is increased. When a large amount of refrigerant is stored as shown in FIG. 3B, The outlet pressure is lowered.

이상의 설명을 요약하면, 압축기(C1)의 출구압력은 고압의 냉매를 저장하는 가변용량 냉매 저장수단(RS)에 저장된 냉매량에 의하여 조절된다. 이때, 냉매 저장수단(RS)은 고압 라인, 즉 압축기(C1) 출구와 팽창밸브(EX) 입구 사이, 임의의 위치에 배치될 수 있음은 당연하다. 그리고, 상기 냉매 저장수단(RS)은 압축기 내부에 배치되거나, 열교환기인 응축기에 부착되어 한 몸체를 형성할 수 있음은 당연하다.In summary, the outlet pressure of the compressor (C1) is controlled by the amount of refrigerant stored in the variable capacity refrigerant storage means (RS) storing the high pressure refrigerant. It is to be understood that the refrigerant storage means RS may be disposed at any position between the high pressure line, that is, between the outlet of the compressor C1 and the inlet of the expansion valve EX. The refrigerant storage means RS may be disposed inside the compressor or attached to a condenser as a heat exchanger to form a body.

이하, 압축기(C1)의 입구압력은 조절하는 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method of adjusting the inlet pressure of the compressor C1 will be described.

압축기(C1)의 입구압력은 팽창밸브(EX) 또는 압축기(C1)의 동작에 의하여 조절된다. 더욱 상세하게는, 팽창밸브(EX)의 개도를 줄이면 팽창밸브를 통과하는 냉매량이 줄기 때문에 압축기(C1)의 입구압력은 낮아진다. 반대도 개도를 늘리면 압축기(C1)의 입구압력은 높아진다. The inlet pressure of the compressor (C1) is regulated by the operation of the expansion valve (EX) or the compressor (C1). More specifically, when the opening degree of the expansion valve EX is reduced, the amount of refrigerant passing through the expansion valve is reduced, so that the inlet pressure of the compressor C1 is lowered. Increasing the degree of opening also increases the inlet pressure of the compressor C1.

그리고, 압축기(C1)가 단위 시간당 압축하는 냉매량이 많아지면, 압축기(C1)의 입구압력은 낮아지고, 반대로 단위 시간당 압축하는 냉매량이 적어지면 압축기(C1)의 입구압력은 높아진다.When the amount of refrigerant compressed by the compressor C1 per unit time increases, the inlet pressure of the compressor C1 decreases. Conversely, when the amount of refrigerant compressed per unit time decreases, the inlet pressure of the compressor C1 increases.

이상, 히트 펌프에서, 가변용량 냉매 저장수단을 구비하고, 순환되는 냉매의 양을 조절하여, 압축기의 입구압력 및 출구압력을 개별적으로 동시에 조절하는 방법에 대하여 상세히 설명하였다.As described above, in the heat pump, a method of adjusting the inlet pressure and the outlet pressure of the compressor individually by adjusting the amount of the circulating refrigerant and having variable-capacity refrigerant storage means has been described in detail.

이하 도4 를 참조하여 본 발명의 일 실시예(에어컨 냉방 모드)를 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention (an air conditioning mode) will be described with reference to FIG.

냉동사이클 (1) - (2) - (3) -(4) 는 종래의 기술에 의한 p-h 선도이고, 냉동사이클 (1a)-(2)-(3)-(4a) 는 본 발명에 의한 p-h 선도이다. The refrigeration cycles (1) - (2) - (3) - (4) are ph diagrams according to the prior art, and the refrigeration cycles (1a) - (2) - (3) - (4a) It is leading.

종래의 히트 펌프에서 팽창밸브의 개도를 늘리면, 압축기의 입구압력은 높아진다. 즉 냉동사이클 (4)-(1) 이 냉동사이클(4a)-(1a)로 된다. 도4 에서는, 증발기 온도가 0 ℃ 에서 10 ℃ 로 높아진다. 여기 까지는 종래의 기술과 같다.When the opening degree of the expansion valve is increased in the conventional heat pump, the inlet pressure of the compressor becomes high. That is, the refrigeration cycle (4) - (1) becomes the refrigeration cycle (4a) - (1a). In Fig. 4, the evaporator temperature rises from 0 占 폚 to 10 占 폚. This is the same as the conventional technique.

종래기술에서는, 팽창밸브(EX)의 개도를 늘리면 압축기 출구압력이 낮아지기 때문에 냉동사이클 (2)-(3) 을 유지하지 못한다. (이하에서 더욱 상세히 설명하겠지만, 압축기 출구압력이 소정의 값보다 낮아지면, 응축기와 외기의 온도 차가 낮아져서 열교환 효율이 낮아지고, 액체로 압축된 냉매에서 기체 냉매가 포함될 수도 있으므로 히트 펌프 의 성능계수가 낮아진다.) In the prior art, when the opening degree of the expansion valve EX is increased, the refrigerant cycle (2) - (3) is not maintained because the compressor outlet pressure is lowered. (As will be described in more detail below, if the compressor outlet pressure is lower than a predetermined value, the temperature difference between the condenser and the outside air is lowered to lower the heat exchange efficiency and the gas refrigerant may be contained in the refrigerant compressed by the liquid. Lower.)

반면에 본 발명에서는 가변용량 냉매 저장수단(RS)에 저장된 냉매량을 줄여서, 냉동사이클에서 순환되는 냉매량을 증가시킬 수 있다. 즉, 냉매가 순환하는 고압 라인의 냉매량을 증가시켜면 압축기(C1)의 출구압력이 높아지고, 이로써 냉동사이클 (2)-(3) 을 유지할 수 있다. 결론적으로, ( 고압 라인에 배치된 ) 가변용량 냉매 저장수단(RS)에 저장되는 냉매량을 변경하면, 압축기 출구압력을 조절할 수 있다.On the other hand, in the present invention, it is possible to reduce the amount of refrigerant stored in the variable capacity refrigerant storage means (RS), thereby increasing the amount of refrigerant circulated in the refrigeration cycle. That is, if the amount of refrigerant in the high-pressure line through which the refrigerant circulates is increased, the outlet pressure of the compressor (C1) is increased, thereby maintaining the refrigerating cycles (2) - (3). Consequently, by changing the amount of refrigerant stored in the variable capacity refrigerant storage means (disposed in the high pressure line), the compressor outlet pressure can be adjusted.

이상, 압축기 입구압력과 압축기 출구압력을 개별적으로 동시에 조절하는 방법에 대하여 설명하였다. 도4 에서 냉동사이클 (2)-(3) 은 압축기(C1) 출구압력으로 결정되고, 냉동사이클 (4a)-(1a) 는 압축기(C1) 입구압력으로 결정된다. As described above, the method of individually controlling the compressor inlet pressure and the compressor outlet pressure simultaneously has been described. In Fig. 4, the refrigeration cycles (2) - (3) are determined by the outlet pressure of the compressor (C1), and the refrigeration cycles (4a) - (1a) are determined by the inlet pressure of the compressor (C1).

냉매의 압력과 냉매의 포화증기 온도는 비례하기 때문에, p-h 선도에서 압축기(C1)의 출구압력은 응축기 온도를 대표한다. (실제 히트 펌프의 응축기에서는 등온등압 상전이가 아니고, 감온감압 상전이를 하기 때문에 "대표"라고 표현함.) 따라서, 응축기 온도가 외기 온도보다 소정의 높은 값 (예, 15 ℃ ) 이 되도록 압축기(C1)의 출구압력을 조절한다면, 압축기에서 소비되는 에너지를 줄일 수 있다. Since the pressure of the refrigerant and the saturated vapor temperature of the refrigerant are proportional, the outlet pressure of the compressor (C1) in the p-h diagram represents the condenser temperature. (It is expressed as "representative" because the actual depressurization of the heat pump is not a isothermal isothermal phase transition but a depressurization depressurization phase.) Therefore, the compressor C1 is controlled so that the condenser temperature becomes a predetermined higher value ), The energy consumed by the compressor can be reduced.

도5 에서 본 발명에 의한 냉동사이클 (1b)-(2b)-(3b)-(4b) 는 외기 온도가 35 ℃ 일때, 냉방 설정 온도를 25 ℃, 그리고 열교환에 적합한 온도 차를 15 ℃ 로 설정하고, 과열도 및 과냉도가 적절히 제어된다고 가정한 경우의 p-h 선도이다. 5, the refrigeration cycle (1b) - (2b) - (3b) - (4b) according to the present invention sets the cooling set temperature to 25 ° C and the temperature difference suitable for heat exchange to 15 ° C when the outside air temperature is 35 ° C And it is assumed that the superheating degree and the supercooling degree are appropriately controlled.

종래의 냉동사이클 (1)-(2)-(3)-(4) 와 비교해 보면, 압축기가 수행한 일(열에너지)은 (1)-(2) 에서 (1b)-(2b)로 감소하였고, 증발기에서 교환한 열에너지는 (4)-(1) 에서 (4b)-(1b)로 증가하였다. 반면에, 응축기에서 교환한 열에너지는 (2)-(3) 에서 (2b)-(3b)로 증가하였다. Compared with the conventional refrigeration cycles (1) - (2) - (3) - (4), the work performed by the compressor (heat energy) decreased from (1) - (2) to (1b) - , The heat energy exchanged by the evaporator increased from (4) - (1) to (4b) - (1b). On the other hand, the heat energy exchanged by the condenser increased from (2) - (3) to (2b) - (3b).

도5 에서 종래보다, 압축기에서 감소한 엔탈피와 응축기에서 증가한 엔탈피가 같다고 보면, 증발기에서 엔탈피가 증가하므로 본 발명에 따른 히트 펌프의 성능계수는 개선된다(차량인 경우는 연비가 개선됨). 특히, 차량에서 히트 펌프를 냉방 모드로 운전하는 경우는, 별도의 난방장치를 사용하지 않고도 냉방설정 온도를 달성할 수 있으므로 차량의 연비가 더욱 개선된다.5, when the enthalpy decreased in the compressor is equal to the enthalpy increased in the condenser, the enthalpy increases in the evaporator, so that the coefficient of performance of the heat pump according to the present invention is improved (fuel economy is improved in the case of a vehicle). Particularly, when the heat pump is operated in the cooling mode in the vehicle, the cooling set temperature can be achieved without using a separate heating device, so that the fuel economy of the vehicle is further improved.

구제적인 수치를 사용하여서 설명하면, 도5 에서 냉매는 R134a 이고, 과열도 및 과냉도가 각각 5 ℃ 인 경우, 종래의 냉동사이클 (1)-(2)-(3)-(4) 는 성능계수가 2.25 이고, 본 발명에 의한 냉동사이클 (1b)-(2b)-(3b)-(4b) 는 성능계수가 3.97 이다. 따라서, 성능계수는 종래보다 76 % ( = 3.97 / 2.25 * 100) 개선된다.5, when the superheat degree and the subcooling degree are respectively 5 ° C, the conventional refrigeration cycles (1) - (2) - (3) - (4) The coefficient is 2.25, and the performance coefficient of the refrigeration cycles (1b) - (2b) - (3b) - (4b) according to the present invention is 3.97. Therefore, the performance coefficient is improved by 76% (= 3.97 / 2.25 * 100) from the conventional one.

이하 도6 를 참조하여 본 발명의 일 실시예(에어컨 냉방 모드)를 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention (an air conditioner cooling mode) will be described with reference to FIG.

도6 을 참조하여, 히트 펌프 구성을 살펴보면, 기체상태의 냉매를 압축하는 압축기(C1); 냉매의 순환 방향을 변경하여 사방변(V4c); 고온 고압의 기체 냉매를 열교환 시켜 액체로 만드는 응축기(HXO, 외부 열교환기); 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(EV); 팽창된 냉매를 열교환 시켜 기체로 만드는 증발기(HXI, 내부 열교환기); 및 고압 냉매가 흐르는 고압 라인에 설치된 가변용량 냉매 저장수단(RS1) 및 가변용량 냉매 저장수단(RS2)을 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 6, the structure of the heat pump includes a compressor (C1) for compressing the gaseous refrigerant; By changing the circulation direction of the refrigerant, the four sides (V4c); A condenser (HXO, external heat exchanger) that converts gas refrigerant of high temperature and high pressure into heat by exchanging heat; An expansion valve (EV) for expanding the refrigerant; An evaporator (HXI, internal heat exchanger) that converts the expanded refrigerant into heat by exchanging heat; And variable capacity refrigerant storage means (RS1) and variable capacity refrigerant storage means (RS2) provided in a high pressure line through which high pressure refrigerant flows.

가변용량 냉매 저장수단(RS1)은 냉매를 저장하는 방(Ra) 내지 방(Rb) 및 [ 상기 냉매를 저장하는 방(Ra) 및 방 (Rb)의 체적을 조절하는 ] 피스톤 (PR1)을 포함하여 구성된다. 도6 에서 상기 방(Ra)은 상기 응축기(HXO)의 출구와 연결되어 액체상태의 냉매가 저장되고, 상기 방(Rb)은 상기 응축기(HXO)의 입구와 연결되어 기체상태의 냉매가 저장된다. The variable capacity refrigerant storage means RS1 includes a chamber PR1 for storing the refrigerant and a chamber PR1 for controlling the volume of the chamber Rb and the chamber Rb for storing the refrigerant. . 6, the room Ra is connected to the outlet of the condenser HXO to store the liquid refrigerant, and the room Rb is connected to the inlet of the condenser HXO to store gaseous refrigerant .

이상적인 히트 펌프 응축기에서는 등온등압 상변환이 일어나므로, 냉매를 저장하는 방 (Ra) 및 방(Rb)의 압력이 같다. 상기 두 방에 같은 냉매가 저장되지만, 한쪽은 액체이고 다른 한쪽은 기체이므로 피스톤(PR1)을 움직여서 상기 두 방의 체적비를 변경하면 냉매 저장수단(RS1)에 저장되는 냉매량도 변경되므로 가변용량을 구현 할 수 있다. 그리고, 상기 두 방(Ra)(Rb)의 체적비를 변경하면, 실제 냉매 이동경로의 체적은 변동이 없지만, 상기 체적내에 존재하는 냉매량이 달라지기 때문에, 압축기(C1)의 출구압력이 변동된다.In an ideal heat pump condenser, the isothermal pressure-phase transformation occurs, so that the pressures of the chambers Ra and Rb to store the refrigerant are the same. Since the same refrigerant is stored in the two rooms, one of them is a liquid and the other is a gas, the amount of refrigerant stored in the refrigerant storage means RS1 is changed by changing the volume ratio of the two rooms by moving the piston PR1. . When the volume ratio of the two chambers Ra and Rb is changed, the volume of the actual refrigerant movement path does not change, but the amount of refrigerant existing in the volume is varied, so that the outlet pressure of the compressor C1 is varied.

장점으로는, 상기 두 방(Ra)(Rb)의 압력이 같으므로 매우 적은 에너지로 피스톤(PR1) 을 이동시켜서 냉매저장량을 변경시킬 수 있다. 이때, 피스톤은 액체 냉매가 저장된 방(Ra)에 배치하는 것이 냉매 누설 방지 측면에서 바람직하다. 만약, 상기 냉매저장수단(RS1)이 고압라인과 저압라인에 걸쳐서 설치되면, 상기 피스톤(PR1)을 압축기(C1)이 생성한 압력를 거슬러서 이동시킬 때도 있으므로 이는 비효율 적이다.    Advantageously, since the pressures of the two chambers Ra and Rb are the same, the refrigerant storage amount can be changed by moving the piston PR1 with very little energy. At this time, it is preferable that the piston is disposed in the room Ra in which the liquid refrigerant is stored, in terms of preventing refrigerant leakage. If the refrigerant storage means RS1 is installed over the high-pressure line and the low-pressure line, the piston PR1 may be moved against the pressure generated by the compressor C1, which is inefficient.

도6 에서, 압축기(C1) 출구에 배치된 가변용량 냉매 저장수단(RS2)은 냉매를 저장하는 방(Rc) 및 상기 방 (Rc)의 체적을 조절하는 피스톤 (PR2)를 포함하여 구성된다. 상기 냉매 저장수단(RS2)에는 기체상태의 냉매가 저장되고, 피스톤(PR2)을 이동시켜 냉매 저장량을 변경시킬 수 있다. 이때, 방(Rc)과 외기 사이에는 고압이 존재하기 때문에, 저장되는 냉매량을 줄이는 데는 상기 냉매 저장수단(RS1) 보다 상대적으로 많은 에너지가 소비된다. 한편, 상기 가변용량 냉매 저장수단(RS2)을 상기 압축기(C1) 내부에 배치하여 일체형 제품으로 만들 수 있음은 당연하다.6, the variable capacity refrigerant storage means RS2 disposed at the outlet of the compressor C1 comprises a room Rc for storing refrigerant and a piston PR2 for controlling the volume of the room Rc. The refrigerant storage means RS2 stores the gaseous refrigerant, and moves the piston PR2 to change the refrigerant storage amount. At this time, since there is a high pressure between the room Rc and the outside air, relatively more energy is consumed than the refrigerant storage means RS1 to reduce the amount of stored refrigerant. On the other hand, it is natural that the variable-capacity refrigerant storage means (RS2) may be disposed inside the compressor (C1) to make an integral product.

본 실시예에서는 ( 2 개의 냉매 저장 방을 가지는 ) 가변용량 냉매 저장수단(RS1)이 응축기(HXO)의 입구와 출구에 연결되어 한쪽 저장 방(Ra)에는 액체 냉매가 저장되고, 다른 저장 방(Rb)에는 기체 냉매가 저장되었다. 한편, 한쪽 저장 방(Ra)에는 상대적으로 습도가 높은 기체 냉매가 저장되고, 다른 저장 방(Rb)에는 상대적으로 습도가 낮은 기체 냉매가 저장되어도 가변용량으로 냉매를 저장할 수 있음은 당연하다. 이때에도, 상기 두 방(Ra)(Rb)의 체적비를 변경하면, 실제 냉매 이동경로의 체적은 변동이 없지만, 상기 체적내에 존재하는 냉매량이 달라지기 때문에, 압축기(C1) 출구압력이 변동된다. 한편 상기 가변용량 냉매 저장수단을 응축기와 일체형으로 제작할 수 있음은 당연하다. In this embodiment, the variable capacity refrigerant storage means RS1 (having two refrigerant storage chambers) is connected to the inlet and the outlet of the condenser HXO, liquid refrigerant is stored in one storage chamber Ra, Rb) contained gaseous refrigerant. On the other hand, it is natural that the refrigerant can be stored in a variable capacity even if gas refrigerant having relatively high humidity is stored in one storage chamber (Ra) and gas refrigerant having relatively low humidity is stored in the other storage room (Rb). At this time, if the volume ratio of the two chambers (Ra) and (Rb) is changed, the volume of the actual refrigerant movement path does not change, but the amount of refrigerant existing in the volume changes. It is a matter of course that the variable-capacity refrigerant storage means can be manufactured integrally with the condenser.

도6 에서, 가변용량 냉매 저장수단(RS1) 내지 (RS2)는 고압으로 압축된 냉매가 흐르는 고압 라인에 배치되었다. 한편, 팽창밸브를 통과한 저압 냉매가 흐르는 저압 라인에 본 발명에 따른 가변용량 냉매 저장수단이 배치되어도, 본 발명이 추구하는 압축기의 출구압력과 입구압력을 개별적으로 동시에 제어할 수 있음은 당연하다. In FIG. 6, the variable capacity refrigerant storage means (RS1) to (RS2) are disposed in a high pressure line through which refrigerant compressed at a high pressure flows. It is needless to say that even if the variable-capacity refrigerant storage means according to the present invention is arranged in the low-pressure line through which the low-pressure refrigerant passes through the expansion valve, the outlet pressure and the inlet pressure of the compressor pursued by the present invention can be controlled simultaneously .

도7 은 냉매저장량을 피스톤이 아닌 냉매 이송 펌프로 조절하는 히트 펌프의 예이다. 가변용량 냉매 저장수단(RS3)은 냉매를 저장하는 2 개의 방, 즉 방(Ra) 내지 방(Rb), 냉매 이송 펌프(P1) 및 냉매 유로 변경 수단인 사방변(V4p)을 포함하여 구성된다. 일측 냉매저장방 체적이 증가하면, 타측 냉매저장방 체적은 감소하는 것이 특징이다.7 is an example of a heat pump for controlling the refrigerant storage amount by a refrigerant transfer pump, not by a piston. The variable capacity refrigerant storage means RS3 comprises two rooms for storing the refrigerant, that is, a room (Ra) to a room (Rb), a refrigerant transfer pump (P1) and a four way valve (V4p) . When the volume of one side refrigerant storage is increased, the volume of the other side refrigerant storage volume is reduced.

도7 과 같이 사방변(V4p)이 설정 [ 즉 냉매 이송 펌프(P1)의 출구가 냉매 저장 방(Ra) 에 연결되고, 냉매 이송 펌프(P1)의 입구가 응축기(HXO) 출구와 연결 ] 되고, 냉매 이송 펌프(P1)가 냉매를 이송하면 냉매 저장 방(Ra)에 냉매 저장량이 늘어나고, 압축기(C1)의 출구압력은 낮아진다.(That is, the outlet of the refrigerant transfer pump P1 is connected to the refrigerant storage chamber Ra and the inlet of the refrigerant transfer pump P1 is connected to the outlet of the condenser HXO) , When the refrigerant transfer pump (P1) transfers the refrigerant, the refrigerant storage amount in the refrigerant storage room (Ra) increases and the outlet pressure of the compressor (C1) decreases.

반면에, 도7 에서 사방변(V4p)이 90도 회전하여 설정 [ 즉 냉매 이송 펌프(P1)의 출구가 응축기(HXO) 출구와 연결되고, 냉매 이송 펌프(P1)의 입구가 냉매 저장 방(Ra) 에 연결 ] 되고, 냉매 이송 펌프(P1)가 냉매를 이송하면 냉매 저장 방(Ra)에 냉매 저장량이 줄어들고, 압축기(C1)의 출구압력은 높아진다. On the other hand, in FIG. 7, the four sides V4p are rotated 90 degrees so that the outlet of the refrigerant transfer pump P1 is connected to the outlet of the condenser HXO and the inlet of the refrigerant transfer pump P1 is connected to the refrigerant storage chamber Ra), and when the refrigerant transfer pump (P1) transfers the refrigerant, the refrigerant storage amount in the refrigerant storage chamber (Ra) is reduced and the outlet pressure of the compressor (C1) is increased.

본 실시예는 ( 냉매를 사용하는 ) 히트 펌프를 냉방(냉동 포함) 모드로 작동시키는 방법의 일 실시예이다.This embodiment is an embodiment of a method of operating a heat pump (using refrigerant) in a cooling (including freezing) mode.

이하 도6 을 참조하여 설명한다. 도6 에 도시된 히트 펌프의 구성은 실시예 3에서 상세히 설명하였으므로 생략한다.This will be described below with reference to FIG. The configuration of the heat pump shown in Fig. 6 has been described in detail in the third embodiment, and therefore will not be described.

본 발명에 따른 히트펌프는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기가 밀폐된 냉매라인을 통해 연결되며, 냉매라인에 연결되어 냉매의 순환량을 조절하는 냉매 저장수단을 포함한다. The heat pump according to the present invention includes a refrigerant storage unit connected to a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator through a hermetically sealed refrigerant line, and connected to a refrigerant line to control a circulation amount of the refrigerant.

상기의 히트펌프에 대한 제어방법은, 증발기의 목표온도를 설정하는 단계, 팽창밸브와 증발기를 조절하여, 압축기의 입구압력을 제어하는 단계, 응축기의 목표온도를 설정하는 단계 및 냉매 저장수단이 저장하는 냉매의 양을 조절하여, 압축기의 출구압력을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 여기에, 증발기의 과열도를 제어하는 단계 및/또는 응축기의 과냉도를 제어하는 단계가 추가로 포함될 수 있다.The control method for the heat pump includes the steps of setting a target temperature of the evaporator, controlling the expansion valve and the evaporator, controlling the inlet pressure of the compressor, setting the target temperature of the condenser, And adjusting the amount of the refrigerant to control the outlet pressure of the compressor. Here, the step of controlling the superheating degree of the evaporator and / or the step of controlling the supercooling degree of the condenser may be further included.

이하에서는 본 발명에 따른 히트펌프의 제어방법을 예시적으로 설명한다
Hereinafter, a method of controlling the heat pump according to the present invention will be described as an example

1) 증발기 목표온도는 공식(1) 또는 공식(2)로 구하는 것이 바람직하다.1) It is desirable to obtain the evaporator target temperature by formula (1) or formula (2).

증발기 목표온도 = 내기온도 - Td ----- (수식1)     Evaporator target temperature = Emission temperature - Td - - - (Equation 1)

증발기 목표온도 = 냉방(냉동)설정온도 - Td ----- (수식2)     Evaporator target temperature = cooling (freezing) set temperature - Td - - - (Equation 2)

여기서, Td 는 0 보다 큰 소정의 상수임 ( 예, 15.0 )   Where Td is a predetermined constant greater than 0 (e.g., 15.0)

상기 (수식1)로 구한 증발기 목표온도는 내기온도에 따라서 가변되고, 상기 (수식2)로 구한 증발기 목표온도는 고정된 값을 가진다.    The evaporator target temperature obtained by the above equation (1) varies according to the inside temperature, and the evaporator target temperature obtained by the formula (2) has a fixed value.

압축기 입구압력 목표값은, 상기 목표온도를 사용하여 냉매 압력-온도 차트에서 찾는다. 그리고, 현재 냉방부하 크기는 온도차(=내기온도 - 증발기 목표온도) 와 냉방공간의 크기를 사용하여 구하는 것이 바람직하다. The compressor inlet pressure target value is found in the refrigerant pressure-temperature chart using the target temperature. It is preferable that the current cooling load magnitude is obtained by using the temperature difference (= the inside temperature - the target temperature of the evaporator) and the size of the cooling space.

이 때, 내기온도는 냉방 하고자 하는 공간의 온도로서, 히트펌프가 건물에 설치되는 경우에는 실내온도를 의미하고, 히트펌프가 차량에 설치되는 경우에는 차량 내부온도를 의미할 수 있다.
In this case, the indoor temperature is the temperature of the space to be cooled, and it means the room temperature when the heat pump is installed in the building, and the internal temperature of the vehicle when the heat pump is installed in the vehicle.

2) 압축기(C1) 입구압력은 팽창밸브(EV)와 압축기(C1)를 조절하여 제어한다. 2) The inlet pressure of the compressor (C1) is controlled by adjusting the expansion valve (EV) and the compressor (C1).

이하에서 구체적 수치를 사용하여 이해하기 쉽게 설명하기 위하여, (가정1) 증발기(HXI) 목표온도는 16 ℃ 이고, (가정2) 증발기(HXI) 내부 [ 보다 엄밀하게는 팽장밸브(EV) 출구에서 압축기(C1) 입구 사이 ] 에 냉매입자( "질량" 또는 "분자" 등으로 설명할 수 있으나, 설명의 편의상 "입자"라고 표기함 ) 가 400 개 존재하면, 증발기(HXI) 내부 압력 [ 즉, 압축기(C1) 입구압력 ] 은 4 기압 이고, (가정3) 사용하는 냉매의 압력-온도 차트에서 4 기압에 대응하는 온도는 16 ℃ 라고 가정한다.(Assumption 1) The evaporator (HXI) target temperature is 16 占 폚, and (hypothesis 2) the evaporator (HXI) inside the evaporator (more precisely at the exit of the expansion valve (Hereinafter referred to as " particles "for ease of description) exist in the refrigerant particles (between the inlet of the compressor C1) The inlet pressure of the compressor (C1)] is 4 atm, and (assume 3) the temperature corresponding to 4 atmospheric pressure in the pressure-temperature chart of the refrigerant used is assumed to be 16 deg.

여기서, 상기 압축기(C1) 입구압력을 4 기압이 되도록 하는 팽창밸브(EV) 및 압축기(C1)의 구동조건은 많이 존재한다. 현재 증발기(HXI) 내부에 냉매입자가 400 개 존재하는 상태에서, [ 팽창밸브(EV)를 통하여 ] 증발기(HXI)로 유입되는 냉매량과 [ 압축기(C1)를 통하여 ] 증발기(HXI)에서 유출되는 냉매량이 같아지도록 한다면, 증발기(HXI) 내부 압력은 항상 4 기압이 된다. 즉 증발기(HXI) 온도는 항상 16 ℃ 가 된다.Here, there are many driving conditions of the expansion valve (EV) and the compressor (C1) for setting the inlet pressure of the compressor (C1) to 4 atm. The amount of refrigerant flowing into the evaporator HXI (via the expansion valve EV) and the amount of refrigerant flowing out of the evaporator HXI (via the compressor C1) are calculated in the state where 400 refrigerant particles exist in the present evaporator HXI If the amount of refrigerant is equalized, the pressure inside the evaporator (HXI) is always 4 atm. That is, the evaporator (HXI) temperature is always 16 ° C.

그러므로 상기 (가정1) 내지 (가정3)에 따르면, 증발기(HXI) 내부에 400 개의 냉매입자가 존재하게 하면서, 냉방부하가 크면 단위 시간당 증발기를 통과하는 냉매량을 많게 하고, 냉방부하가 작으면 단위 시간당 증발기를 통과하는 냉매량을 적게 하는 방법으로 히트 펌프를 구동하는 것이 바람직하다. 이것은 특히, 히트 펌프의 냉방풍량이 자동조정 모드인 경우 바람직하다.Therefore, according to (Assumption 1) to (Assumption 3), 400 refrigerant particles are present in the evaporator HXI, while when the cooling load is large, the amount of refrigerant passing through the evaporator per unit time is increased, It is preferable to drive the heat pump by a method of reducing the amount of refrigerant passing through the evaporator per hour. This is particularly preferable when the cooling air volume of the heat pump is in the automatic adjustment mode.

전기자동차와는 달리 엔진자동차는 보통 압축기가 자동차 엔진으로 구동된다. 그리고 차량 운행중에 엔진 회전속도(RPM)는 수시로 변하기 때문에, 압축기의 압축속도도 같이 수시로 변한다. 본 발명에 따르면 단위시간당 압축기를 통과하는 냉매량이 일정한 것이 바람직하므로, 엔진 회전속도가 높아지면 일회 압축 냉매량은 작아지고, 엔진 회전속도가 낮아지면 일회 압축 냉매량은 많아지는 것이 바람직하다.Unlike an electric car, an engine car is usually driven by a car engine. Since the engine rotation speed (RPM) changes from time to time during vehicle operation, the compression speed of the compressor also varies from time to time. According to the present invention, it is preferable that the amount of refrigerant passing through the compressor per unit time is constant. Therefore, it is preferable that the amount of compressed refrigerant once decreases as the engine rotation speed increases, and the amount of compressed refrigerant once increases as the engine rotation speed decreases.

3) 과열도는 수식(3)으로 구하는 것이 특히 바람직하다.3) The degree of superheat is particularly preferably obtained by the formula (3).

과열도 = 실측온도 - 이론온도 ----- (수식3)Overheat = actual temperature - theoretical temperature - - - (Equation 3)

여기서, 실측온도는 증발기(HXI) 출구에서 측정된 냉매온도이다. 그리고, 이론온도는 사용 냉매의 압력-온도 차트에서 구한 것이다. 이때, 압력은 실측온도 측정부위에서 획득된 것을 사용한다.
Here, the measured temperature is the refrigerant temperature measured at the outlet of the evaporator (HXI). The theoretical temperature is obtained from the pressure-temperature chart of the refrigerant used. At this time, the pressure obtained from the measured temperature measurement site is used.

3-1) 냉방풍량이 자동조정 모드인 경우: 단위 시간당 증발기(HXI)를 통과하는 냉매량은 냉동부하에 의하여 결정 [ 스텝2) 참조 ] 하고, 과열도는 증발기 팬(FNI)의 속도로 결정하는 것이 바람직하다.3-1) When the cooling air flow rate is in the automatic adjustment mode: The amount of refrigerant passing through the evaporator (HXI) per unit time is determined by the refrigeration load (see step 2), and the superheat degree is determined by the speed of the evaporator fan .

더욱 상세하게 설명하면, 과열도가 높으면 내기에서 증발기(HXI)로 공급되는 열을 줄여서 [ 즉, 증발기 팬(FXI) 속도를 낮추어서 ] 과열도를 낮추고, 과열도가 낮으면 내기에서 증발기(HXI)로 공급되는 열을 증가시켜 [ 즉, 증발기 팬(FXI) 속도를 높여서 ] 과열도를 높이는 것이다. 본 방법을 실물로 구현하는데 있어서, 과열도가 목표로 하는 과열도와 차가 작고, 각 부속품의 한계로 인하여 팽창밸브(EV) 개도 또는 압축기(C1) 조절로 증발기 팬(FXI) 보다 더욱 미세하게 또는 쉽게 과열도를 조절할 수 있다면, 과열도는 팽창밸브 또는 압축기로 제어하는 것이 바람직하다. 이때 압축기(C1) 입구압력은 목표압력과 대략 같을 것이다.
More specifically, if the superheating degree is high, the heat supplied to the evaporator (HXI) is reduced (ie, the evaporator fan (FXI) is lowered) to reduce the superheat degree. If the superheat degree is low, (I.e., increasing the evaporator fan (FXI) rate) to increase the superheat. In actual implementation of this method, the superheat degree has a target superheat degree and difference, and because of the limitation of each accessory, the expansion valve (EV) opening or the compressor (C1) control finer or easier than the evaporator fan If the superheat degree can be controlled, it is preferable to control the superheat degree with an expansion valve or a compressor. At this time, the inlet pressure of the compressor (C1) will be approximately equal to the target pressure.

3-2) 냉방풍량이 수동조정 모드인 경우: 풍량 즉 증발기 팬(FXI) 속도는 이미 수동으로 설정되어 있다. 그르므로, 과열도는 순환 냉매량으로 제어하는 것이 바람직하다.3-2) When the cooling air flow rate is in the manual adjustment mode: The air flow rate, ie the evaporator fan (FXI) speed, is already set manually. Therefore, it is preferable to control the degree of superheat to the amount of circulating refrigerant.

더욱 상세하게 설명하면, 이는 단위 시간당 증발기(HXI)를 통과하는 냉매량이 적절한 수준보다 낮으면 냉기가 적게 공급되어서 과열도는 증가하고, 적절한 수준보다 높으면 냉기가 많이 공급되어서 과열도는 감소한다. 따라서 단위 시간당 증발기(HXI)를 통과하는 냉매량 조절로 과열도를 제어하는 것이 바람직하다.More specifically, if the amount of refrigerant passing through the evaporator (HXI) per unit time is lower than a proper level, the amount of cool air is reduced and the degree of superheat increases. If the amount of coolant is higher than a proper level, Therefore, it is preferable to control the degree of superheat by controlling the amount of refrigerant passing through the evaporator (HXI) per unit time.

여기서, 단위 시간당 증발기(HXI)를 통과하는 냉매량은 팽창밸브(EV)와 압축기(C1)로 제어하는 것이 바람직하다. 이때, 증발기(HXI) 내부에 존재하는 냉매입자 수에 의하여 증발기(HXI) 온도 및 압축기(C1) 입구압력이 결정됨은 당연하다. 그리고, 압축기(C1) 입구압력 변동없이 과열도 제어가 이루어짐은 당연하다.Here, the amount of refrigerant passing through the evaporator HXI per unit time is preferably controlled by the expansion valve EV and the compressor C1. At this time, it is natural that the temperature of the evaporator (HXI) and the inlet pressure of the compressor (C1) are determined by the number of refrigerant particles present in the evaporator (HXI). It is a matter of course that the superheat degree is controlled without changing the inlet pressure of the compressor C1.

본 방법을 실물로 구현하는데 있어서, 과열도가 목표로 하는 과열도와 차가 작고, 각 부속품의 한계로 인하여 증발기 팬(FXI)이 팽창밸브(EV) 개도 또는 압축기(C1) 보다 더욱 미세하게 또는 쉽게 과열도를 조절할 수 있다면, 과열도는 증발기 팬(FXI)으로 제어하는 것이 바람직하다. 이때 압축기(C1) 입구압력은 목표압력과 대략 같을 것이다.
In actual implementation of this method, the superheat degree of the superheat degree is small and the difference is small, and because of the limitation of each accessory, the evaporator fan FXI is more finely or easily superheated than the expansion valve (EV) If it is possible to control the degree of superheat, it is preferable to control the superheat degree with the evaporator fan FXI. At this time, the inlet pressure of the compressor (C1) will be approximately equal to the target pressure.

4) 압축기(C1) 출구압력은 가변용량 냉매저장수단으로 조절한다. 앞선 실시예들에서 출구압력 조절하는 방법에 대하여 상세히 설명하였으므로, 출구압력 조절방법에 대한 설명은 생략한다.4) The outlet pressure of the compressor (C1) is controlled by the variable capacity refrigerant storage means. Since the method of adjusting the outlet pressure in the above embodiments has been described in detail, the description of the method of adjusting the outlet pressure is omitted.

기본적으로, 응축기(HXO)의 온도는 외기로 열 방출이 쉽도록, 외기온도보다 소정의 값만큼 높은 것이 바람직하다. ( 응축기 목표온도 설정 - 케이스 1 ) 그리고 과냉도는 응축기 팬(FNO)의 속도로 조정하는 것이 바람직하다.Basically, the temperature of the condenser (HXO) is preferably higher than the outside temperature by a predetermined value so as to facilitate the release of heat to the outside air. (Condenser target temperature setting - case 1) and the supercooling degree is preferably adjusted by the speed of the condenser fan (FNO).

[ 스텝 2) 및 스텝 3) 에 의하여 ] 단위 시간당 히트 펌프를 순환하는 냉매량이 결정되므로, 압축기(C1) 출구압력을 선정하면 응축기(HXO)에서 방열하여야 할 열량을 계산할 수 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 단위 시간당 순환 냉매량과 압축기(C1) 출구압력을 사용하여, 사용냉매의 압력-온도 차트에서 구한 온도로부터 냉매를 기체에서 액체로 상전이 시키기 위한 방열부하량을 구할 수 있다. The amount of refrigerant circulating through the heat pump per unit time is determined by [step 2) and step 3). Therefore, by selecting the outlet pressure of the compressor (C1), the amount of heat to be dissipated in the condenser (HXO) can be calculated. More specifically, by using the circulating refrigerant amount per unit time and the outlet pressure of the compressor (C1), it is possible to obtain the heat radiation load for causing the phase transition of the refrigerant from the gas to the liquid from the temperature obtained from the pressure-temperature chart of the refrigerant used.

전술된 본 발명의 실시예들에 의하면, 압축기(C1) 출구압력은 입구압력 변동 없이 조절이 가능하다. 그리고, 압축기(C1) 입구압력 및 출구압력, 상기 계산된 방열부하량, [ 상기 방열부하량을 열교환 하기 위한 ] 응축기 팬(FNO) 풍량 [ 자동차의 경우, 차량속도를 고려한 응축기 팬(FNO) 풍량 ] 으로부터, 상기 방열부하량을 처리하는 데 소비되는 에너지가 계산할 수 있다. 따라서, 압축기(C1) 출구압력을 다양하게 적용하여 소비되는 에너지를 계산하고, 그 중에 가장 에너지 소비가 작은 압축기(C1) 출구압력 [ 즉, 응축기(HXO) 온도 ] 을 선정하는 것이 바람직하다. ( 응축기 목표온도 설정 -케이스 2 )
According to the embodiments of the present invention described above, the outlet pressure of the compressor (C1) is adjustable without fluctuating the inlet pressure. Then, from the compressor C1 inlet pressure and outlet pressure, the calculated heat radiation load amount, the condenser fan FNO air volume [for the heat exchange with the heat radiation load amount] (the FNO air volume considering the vehicle speed in the case of an automobile) , The energy consumed to process the heat radiation load can be calculated. Therefore, it is preferable to calculate the energy consumed by variously applying the outlet pressure of the compressor (C1), and to select the outlet pressure of the compressor (C1) having the smallest energy consumption (that is, the condenser (HXO) temperature). (Condenser target temperature setting - Case 2)

5) 과냉도는 (수식4)로 구하는 것이 특히 바람직하다.5) It is particularly preferable to obtain the subcooling degree by (formula 4).

과냉도 = 실측온도 - 이론온도 ----- (수식4)Subcooling = measured temperature - theoretical temperature - - - (Equation 4)

여기서, 실측온도는 응축기(HXO) 출구에서 측정된 냉매온도이다. 그리고, 이론온도는 사용하는 냉매의 압력-온도 차트에서 구한 것이다. 이때, 압력은 실측온도 측정부위에서 획득된 것을 사용한다.Here, the actual temperature is the refrigerant temperature measured at the outlet of the condenser (HXO). The theoretical temperature is obtained from the pressure-temperature chart of the refrigerant used. At this time, the pressure obtained from the measured temperature measurement site is used.

히트 펌프 성능계수를 높이기 위하여 과냉도는 적절한 값으로 제어되는 것이 바람직하다. 외기 습도, 자연 바람의 풍속 등의 원인으로 과냉도가 변동할 수 있다. 이때 과냉도는 응축기 팬(FNO)의 속도로 조절되는 바람직하다. 즉, 압축기(C1) 출구압력 변동없이 과열도 제어가 가능하다. 그리고, 응축기 팬(FNO)의 속도가 한계값 근처에 있을 경우는, 상기 과냉도를 압축기(C1) 출구압력으로 조절할 수 있음은 당연하다. In order to increase the heat pump performance coefficient, the subcooling degree is preferably controlled to an appropriate value. The degree of supercooling may fluctuate due to external humidity, wind speed of natural wind, etc. The subcooling is preferably controlled at the speed of the condenser fan (FNO). That is, the superheat degree can be controlled without fluctuating the outlet pressure of the compressor (C1). If the speed of the condenser fan FNO is near the limit value, it is of course possible to adjust the subcooling degree to the outlet pressure of the compressor C1.

이상의 설명한 히트 펌프 제어절차는 다수의 경우를 포함하는 절차이기 때문에, 실제 히트 펌프 구현에서는 선택적으로 몇몇 스텝을 선택할 수 있다. 그리고, 앞서 설명한 제어 절차는 고정된 순서가 아니고, 다른 순서로 구현하여도 구동 가능함은 당연하다. Since the heat pump control procedure described above is a procedure involving multiple cases, some steps may alternatively be selected in an actual heat pump implementation. It should be noted that the above-described control procedure is not a fixed order but can be implemented even if implemented in a different order.

이상 본 발명의 히트 펌프 구동 방법에 대한 일 실시예를 상세히 설명하였다.
One embodiment of the heat pump driving method of the present invention has been described in detail above.

이하 도8 를 참조하여 본 발명의 일 실시예(에어컨 냉방 모드)를 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention (air conditioning cooling mode) will be described with reference to FIG.

먼저 히트 펌프 구성을 살펴보면, 기체상태의 냉매를 압축하는 압축기(C1); 고온 고압의 기체 냉매를 열교환 시켜 액체로 만드는 응축기(HXO, 외부 열교환기); 냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브(EV1); 팽창된 냉매를 열교환 시켜 기체로 만드는 증발기(HXI, 내부 열교환기); 및 고압의 냉매를 저장하는 가변용량 냉매 저장수단(RS4) 과 상기 냉매 저장수단(RS4)으로 냉매를 유입시키는 냉매 유입밸브(V1) 과 상기 냉매 저장수단(RS4)에서 냉매를 유출 시키는 제2 팽창밸브(EV2)을(이하, "냉매 유출밸브" 라고도 칭함) 포함하여 구성된다. 여기서 냉매 유입밸브(V1)의 일측은 응축기(HXO) 출구와 연결되고, 냉매 유출밸브(EV2)의 일측은 증발기(HXI) 입구와 연결된다. First, the structure of the heat pump includes a compressor (C1) for compressing the gaseous refrigerant; A condenser (HXO, external heat exchanger) that converts gas refrigerant of high temperature and high pressure into heat by exchanging heat; A first expansion valve (EV1) for expanding the refrigerant; An evaporator (HXI, internal heat exchanger) that converts the expanded refrigerant into heat by exchanging heat; And a second expansion device (RS2) for discharging the refrigerant from the refrigerant storage means (RS4). The refrigerant storage device (RS4) includes a variable capacity refrigerant storage means (RS4) And a valve EV2 (hereinafter also referred to as "refrigerant outlet valve"). One side of the refrigerant inlet valve V1 is connected to the outlet of the condenser HXO and one side of the refrigerant outlet valve EV2 is connected to the inlet of the evaporator HXI.

이하 바람직한 구동방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a preferable driving method will be described.

먼저 냉매 저장수단(RS4)으로 냉매를 유입시키는 밸브(V1)를 완전히 잠그고, 냉매를 유출 시키는 제2 팽창밸브(EV2)를 완전히 열고, 압축기(C1)을 운전한다. 그러면 압축기 출구에서 제1 팽창밸브(EV1) 입구까지는 고압 냉매라인이 형성되고, 압축기(C1) 입구에서 냉매 저장수단(RS4) 까지는 저압 냉매라인이 형성된다. 이때, 상기 냉매 저장수단(RS4)에는 (과장하여 말하면) 저장된 냉매가 없음은 당연하다.First the valve V1 for introducing the refrigerant into the refrigerant storage means RS4 is completely closed and the second expansion valve EV2 for discharging the refrigerant is fully opened and the compressor C1 is operated. Then, a high-pressure refrigerant line is formed from the compressor outlet to the inlet of the first expansion valve EV1, and a low-pressure refrigerant line is formed from the inlet of the compressor C1 to the refrigerant storage means RS4. At this time, it is natural that there is no refrigerant stored in the refrigerant storage means RS4 (exaggeratively).

통상 냉방 부하가 큰 경우에는 압축기(C1)이 단위시간당 냉매를 많이 압축하기 때문에, 압축기(C1) 출구 압력이 높게 형성되는 경우가 많다. 이때, 외기 온도가 낮으면, 압축기(C1)의 출구 압력 및 응축기(HXO) 온도를 적정 수준으로 낮추는 것이 바람직하다. 예를 들자면, 불을 많이 사용하는 주방, 사람이 많이 모이는 장소 그리고 한 낮에 창문을 닫고 고속으로 달리는 자동차 안과 같이 냉방 부하가 크고,In general, when the cooling load is large, the compressor (C1) compresses a lot of refrigerant per unit time, so that the outlet pressure of the compressor (C1) is often high. At this time, if the outside air temperature is low, it is desirable to lower the outlet pressure of the compressor (C1) and the condenser (HXO) temperature to an appropriate level. For example, there is a large load of cooling, such as a fire-intensive kitchen, a crowded place, and a car running at high speed with a window closed during the day,

외기 온도가 20 ℃ 와 같이 낮은 경우는, 압축기 출구 압력 및 응축기(HXO) 온도를 적정 수준으로 낮추는 것이 바람직하다.When the outside air temperature is as low as 20 占 폚, it is desirable to lower the compressor outlet pressure and the condenser (HXO) temperature to an appropriate level.

냉매 저장수단(RS4)에 냉매를 저장하는 바람직한 순서는, 1) 냉매 저장수단 (RS4)에서 냉매를 유출 시키는 제2 팽창밸브(EV2)를 완전히 잠그고 [ 이때 상기 냉매 저장수단(RS4) 내부는 저압임 ], 2) 냉매 유입밸브(V1)를 소정의 값만큼, 또는 서서히 열어서 응축기(HXO)에서 응축된 액체상태의 고압 냉매를 상기 냉매저장수단 (RS4)로 유입시킨다. 그러면, 상기 냉매저장수단(RS4) 내부는 서서히 고압으로 된다.The preferred order of storing the refrigerant in the refrigerant storage means RS4 is as follows: 1) The second expansion valve EV2 for discharging the refrigerant from the refrigerant storage means RS4 is fully closed (the inside of the refrigerant storage means RS4) 2) The refrigerant inlet valve V1 is opened by a predetermined value or gradually so that the liquid refrigerant condensed in the condenser HXO flows into the refrigerant storage means RS4. Then, the inside of the refrigerant storage means RS4 gradually becomes high pressure.

이때, 상기 냉매 유입밸브(V1)을 서서히 여는것은 고압라인에서 냉매가 유출되어 고압라인의 압력이 급격히 낮아지면, 냉매가 액체상태에서 기체상태로 변할 수 있기 때문이다.At this time, the refrigerant inlet valve (V1) is slowly opened because the refrigerant flows from the high-pressure line and the pressure of the high-pressure line is rapidly lowered, so that the refrigerant can change from the liquid state to the gas state.

3) 압축기(C1)의 출구 압력 및 응축기(HXO) 온도가 적정 수준으로 낮추어 지면, 상기 냉매 저장수단(RS4)으로 냉매를 유입시키는 밸브(V1)를 완전히 잠근다. 즉 외기 온도가 일정한 수준으로 계속 유지될 때는, 상기 밸브(V1) 및 제2 팽창밸브(EV2)는 잠금상태를 유지하는 것이 특징이다. [ 참고, 밸브(V1) 입구압력 >= 냉매저장수단 (RS4) 내부압력 >= 제2 팽창밸브(EV2) 출구 압력 ]3) When the outlet pressure of the compressor C1 and the temperature of the condenser HXO are lowered to an appropriate level, the valve V1 for introducing the refrigerant into the refrigerant storage means RS4 is fully closed. That is, when the outside air temperature is maintained at a constant level, the valve (V1) and the second expansion valve (EV2) are kept in a locked state. [Reference, inlet pressure of valve (V1) > = internal pressure of refrigerant storage means (RS4) > = outlet pressure of the second expansion valve (EV2)

그리고, 본 발명에 따른 히트 펌프가 동작 중에 외기 온도가 높아져서, 압축기 출구압력 및 응축기 온도를 높이는 것이 필요할 수도 있다. 이때는 4) 냉매 저장수단(RS4)에 냉매를 유출 시키는 제2 팽창밸브(EV2)를 소정의 값만큼, 또는 서서히 연다. 그러면, 압축기(C1)이 저압상태의 냉매를 흡입하여 고압상태의 냉매를 토출하기 때문에, 5) 상기 냉매 저장수단(RS4)에 고압으로 저장된 냉매는 상기 제2 팽창밸브(EV2)를 통과하여 저압인 증발기(HXI, 실내열교환기) 의 입구로 이동하게 된다. 6) 새로이 저압라인에 보충된 냉매는 압축기(C1)에 의하여 고압라인으로 이동하게 되고, 7) 저압라인이 냉매 보충 전과 동일한 압력이되면, 결국 압축기(C1)의 출구 압력 및 응축기(HXO) 온도는 높아지게 된다.In addition, it may be necessary to increase the compressor outlet pressure and the condenser temperature as the outside air temperature becomes high during operation of the heat pump according to the present invention. In this case, 4) the second expansion valve EV2 for discharging the refrigerant to the refrigerant storage means RS4 is opened by a predetermined value or gradually. 5) The refrigerant stored in the refrigerant storage means RS4 at a high pressure passes through the second expansion valve EV2, and is discharged to the low-pressure To the inlet of the evaporator (HXI, indoor heat exchanger). 6) The refrigerant replenished to the low pressure line is moved to the high pressure line by the compressor C1. 7) When the low pressure line becomes the same pressure as before the refrigerant replenishment, the outlet pressure of the compressor C1 and the condenser HXO temperature .

이때, 상기 냉매 저장수단(RS4)는 기체-액체 분리기 형태로 제작되는 것이 바람직하다. 이는 냉매 저장장치(RS4)에 저장된 액체와 기체가 같이 존재하면, 기체부터 유출되도록 하기 위함이다. 그리고, 냉매저장수단(RS4)은 팽창밸브(EV1) 와 증발기(HXI)가 설치된 실내기에 설치되는 것이 바람직하다.At this time, the refrigerant storage means RS4 is preferably formed in the form of a gas-liquid separator. This is to allow the liquid and the gas stored in the refrigerant storage device RS4 to flow out from the gas. The refrigerant storage means RS4 is preferably installed in an indoor unit provided with an expansion valve EV1 and an evaporator HXI.

냉매 유출밸브(EV2) 로 팽창밸브(EV2)를 사용하는 이유는 냉매저장수단(RS4)에 저장된 냉매의 열에너지를 사용하고자 함이다. 한편, 증발기 용량이 크거나, 압축기 이전이 기체-액체 분리기가 설치된 경우에는 냉매 유출밸브를 ( 팽창밸브가 아닌 ) 냉매 유입밸브와 같은 종류의 밸브를 사용할 수도 있음은 당연하다.
The reason why the expansion valve EV2 is used as the refrigerant outflow valve EV2 is to use the thermal energy of the refrigerant stored in the refrigerant storage means RS4. On the other hand, it is of course also possible to use a refrigerant outlet valve as a refrigerant inlet valve (other than an expansion valve) if the evaporator capacity is large or the compressor is equipped with a gas-liquid separator.

이하 도9 를 참조하여, 본 실시예의 변형에 대하여 설명한다.A modification of this embodiment will be described below with reference to Fig.

도8 과 도9 의 차이점은 냉매저장수단에서 유출되는 냉매가 히트펌프 시스템에 도입되는 지점이 다른것이다. 즉, 도8 히트펌프에서 냉매저장수단(RS4)에 저장된 냉매가 증발기(HXI) 입구 쪽으로 도입되다. 반면에, 도9 히트펌프에서 냉매저장수단(RS5)에 저장된 냉매는 증발기(HXI) 출구 쪽으로 도입되었다. 그리고 도입된 냉매와 증발기(HXI)를 통과한 냉매는 기체-액체 분리기(VLS)를 거쳐서 압축기(C1)의 입력측으로 이동한다.8 and 9 differ from each other in that the refrigerant flowing out of the refrigerant storage means is introduced into the heat pump system. That is, the refrigerant stored in the refrigerant storage means RS4 in the heat pump of FIG. 8 is introduced to the inlet of the evaporator (HXI). On the other hand, the refrigerant stored in the refrigerant storage means RS5 in the heat pump of Fig. 9 is introduced to the outlet of the evaporator (HXI). The refrigerant passing through the introduced refrigerant and the evaporator HXI moves to the input side of the compressor C1 via the gas-liquid separator VLS.

도9 히트펌프는 압축기(C1)와 응축기(HXO)가 설치된 실외기에 배치되는 것이 바람직하다. 도9 히트펌프는 본 발명에 따른 냉매저장수단(RS5)의 물리적 크기가 큰 경우에 적합하다. 더욱 상세하게는, 히트펌프 설계상 냉매저장수단(RS5)에 저장해야할 냉매량이 많은 경우는 상기 냉매저장수단(RS5)의 물리적 크기는 크게되고, 그 크기가 실내기 내부에 설치하기에 부적합한 경우에, 도9 히트펌프가 바람직하다. It is preferable that the heat pump is disposed in an outdoor unit provided with a compressor (C1) and a condenser (HXO). The heat pump of FIG. 9 is suitable when the physical size of the refrigerant storage means RS5 according to the present invention is large. More specifically, when the amount of refrigerant to be stored in the refrigerant storage means (RS5) is large due to the design of the heat pump, the physical size of the refrigerant storage means (RS5) becomes large. When the size of the refrigerant storage means (RS5) 9 heat pump is preferable.

한편, 본 발명의 냉매저장수단의 일 용도는, 외기 온도가 바뀌면, 적절한 응축기 온도를 설정하기 위하여, 압축기의 출구압력을 변경하는 것이다. 그러므로,외기 온도가 변동하지 않으면, 냉매 저장량의 변동은 빈번하지 않는 경우가 많다. 따라서, 저장된 냉매의 열에너지를 증발기에서 사용하지 못하여도, 열에너지 손실은 크지 않을 것이다.On the other hand, an application of the refrigerant storage means of the present invention is to change the outlet pressure of the compressor in order to set an appropriate condenser temperature when the outside air temperature changes. Therefore, if the outside air temperature does not fluctuate, fluctuations in the refrigerant storage amount are often not frequent. Therefore, even if the heat energy of the stored refrigerant can not be used in the evaporator, the heat energy loss will not be large.

또한 일반적으로, 해가 뜨고 짐에 따라 외기 온도가 서서히 변경되므로, 냉매 저장량도 서서히 변경되는 것이 바람직할 것이다. 외기가 오도가 서서히 올라가는 경우 바람직한 일 제어는, 냉매 유출밸브(V2)를 간헐적으로 조금 열고 빨리 닫아서, 순환되는 냉매량을 늘리고, 그 결과 압축기 출구 압력을 높이는 것이다. 이때 냉매 유입밸브(V1)은 완전히 닫혀 있어야 함은 당연하다. In general, it is preferable that the refrigerant storage amount is also gradually changed since the ambient temperature gradually changes as the solution rises. One preferable control when the outside air gradually goes up is to intermittently open and close the refrigerant outlet valve V2 slightly to increase the amount of circulating refrigerant, thereby increasing the compressor outlet pressure. At this time, it is natural that the refrigerant inlet valve V1 should be completely closed.

그리고 외기 온도가 서서히 내려가는 경우 바람직한 일 제어는, 냉매 유입밸브(V1)를 간헐적으로 조금 열고 빨리 닫아서, 순환되는 냉매량을 줄이고, 그 결과 압축기 출구 압력을 낮추는 것이다. 이때 냉매 유출밸브(V2)은 완전히 닫혀 있어야 함은 당연하다.And, in the case where the outside air temperature gradually decreases, a preferable control is to intermittently open and close the refrigerant inlet valve V1 slightly at a small interval, thereby reducing the amount of circulating refrigerant, thereby lowering the compressor outlet pressure. At this time, it is natural that the refrigerant outlet valve V2 should be completely closed.

이상의 설명에서, 냉매유입밸브(V1)의 일측은 응축기(HXO) 출구와 연결되었다. 냉매 유입밸브(V1)의 일측이 응축기(HXO) 입구와 연결되어도, 본 발명의 사상을 벗어나지 않음은 당연하다. 즉, 냉매저장수단에 (고압의) 냉매를 저장할 수 있고, 그 결과 압축기 출구 압력이 조절된다.
In the above description, one side of the refrigerant inflow valve V1 is connected to the outlet of the condenser (HXO). It goes without saying that even if one side of the refrigerant inflow valve V1 is connected to the inlet of the condenser HXO, it does not depart from the spirit of the present invention. That is, it is possible to store (at a high pressure) refrigerant in the refrigerant storage means, and as a result, the compressor outlet pressure is regulated.

이상 본 발명의에 바람직한 제5 실시예를 상세히 설명하였다.
The fifth preferred embodiment of the present invention has been described in detail.

당업자가 본 발명을 실시할 때, 본 발명에서 설명한 압축기의 입구압력과 출구압력은 과열도 및 과냉도 계산할때 사용한 증발기 출구압력 및 응축기 출구압력으로 대체할 수 있음은 당연하다.
It will be appreciated by those skilled in the art that the inlet and outlet pressures of the compressors described in this invention can be replaced by the evaporator outlet pressure and the condenser outlet pressure used to calculate superheat and subcooling.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였다.The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above.

본 발명에서는, 히트 펌프를 냉방 모드로 운전하는 경우에 대하여 상세히 설명하였으나, 난방 모드에서도 본 발명의 개념을 응용하여 사용할 수 있음은 당연하다. 즉, 압축기 입구압력 및 출구압력을 개별적으로 각각 조절하여서, 열교환기인 응축기 및 기화기의 온도를 열교환에 사용되는 공기(수조인 경우는 "액체", 넓은 개념의 용어로는 "매질") 보다 소정의 값만큼 높게 또는 낮게 설정하는 것이 가능하다. 이로써, 열교환 매질과 최적 온도차로 열교환이 가능하므로 에너지 절약형 히트 펌프가 개시된다.In the present invention, the case where the heat pump is operated in the cooling mode has been described in detail, but it is natural that the concept of the present invention can be applied even in the heating mode. That is, the compressor inlet pressure and the outlet pressure are individually adjusted so that the temperature of the condenser and the vaporizer, which are heat exchangers, is lower than the temperature of the air used for heat exchange ("liquid" in the case of a water tank, "medium" It is possible to set it as high or low as the value Thus, an energy-saving heat pump is provided, since heat exchange can be performed with an optimum temperature difference with the heat exchange medium.

본 발명의 실시예에서는 각각 하나의 압축기, 실외 열교환기, 실내 열교환기 및 팽창밸브로 설명하였으나 복수개로 본 발명이 구현될 수 있음은 당업자에게는 당연하다.In the embodiments of the present invention, the compressor, the outdoor heat exchanger, the indoor heat exchanger, and the expansion valve have been described as one compressor, but it is obvious to those skilled in the art that a plurality of the present invention can be implemented.

이상, 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 살펴보았으나 이는 예시에 불과하며, 본 기술 분야의 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형된 실시예가 가능함을 이해하여야 할 것이다. 그러므로, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술내용을 쉽게 설명하고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Therefore, the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are merely illustrative of the technical contents of the present invention and are intended to illustrate specific examples of the present invention in order to facilitate understanding of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention.

이상과 같은 본 발명에 따른 가변용량 냉매 저장수단을 구비한 히트 펌프에 의하면, 압축기의 입구압력 및 출구압력을 개별적으로 동시에 조절할 수 있어서, 열교환 매질과 최적 온도차로 열교환이 가능하므로 에너지 절약형 히트 펌프가 제공되는 효과가 있으므로 산업상 이용 가능성이 매우 높다. According to the heat pump having the variable-capacity refrigerant storage means according to the present invention, the inlet pressure and the outlet pressure of the compressor can be individually adjusted simultaneously, and heat exchange can be performed with the optimum temperature difference with the heat exchange medium. There is an effect that is provided, and the possibility of industrial use is very high.

특히 전기 자동차를 포함하는 자동차 산업에서, 히트 펌프가 냉방 모드로 동작할 경우 별도의 히터를 가동하지 않아도 되어 차량의 연비가 개선되므로 산업상 이용 가능성이 매우 높다. Particularly, in the automobile industry including an electric vehicle, when the heat pump operates in the cooling mode, the heater is not required to be operated, and the fuel efficiency of the vehicle is improved, so that the possibility of industrial use is very high.

HXO 외부 열교환기
HXI 내부 열교환기
EV, EV1, EV2 팽창밸브
C, C1 압축기
RS, RS1, RS2, RS3 ,RS4, RS5 가변용량 냉매 저장수단
PR1, PR2 피스톤
Ra, Rb, Rc 냉매 저장 방
V4c, V4c 사방변
P1 냉매 이송 펌프
FNI, FNO 열교환기 팬
V1, V2 밸브
HXO external heat exchanger
HXI internal heat exchanger
EV, EV1, EV2 expansion valve
C, C1 compressor
RS, RS1, RS2, RS3, RS4, RS5 variable capacity refrigerant storage means
PR1, PR2 piston
Ra, Rb, Rc refrigerant storage room
V4c, V4c four sides
P1 refrigerant transfer pump
FNI, FNO Heat Exchanger Fans
V1 and V2 valves

Claims (14)

압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 구비하며, 밀폐된 냉매라인을 통해 냉매가 순환되는 히트펌프에 있어서,
상기 냉매라인에 연결되고 상기 냉매의 일부를 저장하여, 상기 냉매라인에 순환되는 상기 냉매의 순환량을 조절하는 냉매 저장수단을 포함하고,
상기 압축기의 출구압력은, 상기 냉매 저장수단에 의해 조절된 상기 냉매의 순환량에 의해 조절되는 히트펌프.
A heat pump comprising a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, wherein the refrigerant is circulated through a closed refrigerant line,
And refrigerant storage means connected to the refrigerant line for storing a part of the refrigerant and controlling the amount of circulation of the refrigerant circulated in the refrigerant line,
Wherein the outlet pressure of the compressor is regulated by the amount of circulation of the refrigerant controlled by the refrigerant storage means.
제1항에 있어서, 상기 냉매 저장수단은,
상기 팽창밸브와 상기 압축기의 출구 사이에 설치되는 히트펌프.
The refrigerating device according to claim 1,
And a heat pump installed between the expansion valve and the outlet of the compressor.
제1항에 있어서, 상기 냉매 저장수단은,
상기 냉매를 저장하는 내부공간이 형성된 실린더;
상기 내부공간의 일측과 타측을 분할하는 내벽; 및
상기 내부공간에서 상기 내벽을 왕복 운동시키는 운동수단을 포함하고,
일측 내부공간에는 타측보다 고밀도의 냉매가 저장되고, 타측 내부공간에는 일측보다 저밀도의 냉매가 저장되는 히트펌프.
The refrigerating device according to claim 1,
A cylinder having an internal space for storing the refrigerant;
An inner wall dividing one side and the other side of the inner space; And
And movement means for reciprocating the inner wall in the inner space,
Wherein the one inner space has a higher density of refrigerant than the other, and the other inner space has lower density refrigerant than the other.
제3항에 있어서, 상기 운동수단은,
상기 내부공간의 일측으로 상기 냉매를 이송하는 펌프를 포함하는 히트펌프.
4. The apparatus according to claim 3,
And a pump for transferring the refrigerant to one side of the internal space.
제3항에 있어서, 상기 운동수단은,
상기 내벽을 왕복운동 시키는 피스톤을 포함하는 히트펌프.
4. The apparatus according to claim 3,
And a piston reciprocating the inner wall.
제1항에 있어서,
상기 압축기의 입구압력은, 상기 팽창밸브에 의해 조절되며,
상기 압축기의 입구압력 및 출구압력이 개별적으로 조절되는 히트펌프.
The method according to claim 1,
The inlet pressure of the compressor being regulated by the expansion valve,
Wherein the inlet pressure and the outlet pressure of the compressor are individually adjusted.
제1항에 있어서, 상기 냉매저장수단은
상기 냉매를 저장하는 내부공간;
상기 내부공간과 응축기 출구( 또는 응축기 입구 중 어느 하나 ) 사이에 설치된 냉매 유입밸브; 및
상기 내부공간과 증발기 입구 ( 또는 증발기 출구 중 어느 하나 ) 사이에 설치된 냉매 유출밸브를 포함하는 히트펌프.
The refrigeration system of claim 1, wherein the refrigerant storage means
An inner space for storing the refrigerant;
A refrigerant inflow valve disposed between the internal space and the condenser outlet (or any one of the condenser inlets); And
And a refrigerant outflow valve installed between the inner space and the evaporator inlet (or any one of the evaporator outlets).
압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기가 밀폐된 냉매라인을 통해 연결되며, 상기 냉매라인에 연결되어 냉매의 순환량을 조절하는 냉매 저장수단을 포함하는 히트펌프의 제어방법에 있어서,
상기 응축기의 목표온도를 설정하는 단계;
상기 팽창밸브와 상기 증발기를 조절하여, 상기 압축기의 입구압력을 제어하는 단계; 및
상기 냉매 저장수단이 저장하는 상기 냉매의 양을 조절하여, 상기 압축기의 출구압력을 제어하는 단계를 포함하는 히트펌프 제어방법.
A method of controlling a heat pump including a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator connected through a closed refrigerant line and connected to the refrigerant line to control a circulation amount of the refrigerant,
Setting a target temperature of the condenser;
Controlling the expansion valve and the evaporator to control an inlet pressure of the compressor; And
Controlling an amount of the refrigerant stored in the refrigerant storage means to control an outlet pressure of the compressor.
제8항에 있어서, 상기 냉매 저장수단은,
상기 팽창밸브와 상기 압축기의 출구 사이에 설치된 것; 을 특징으로하는 히트펌프 제어방법.
The refrigerating device according to claim 8,
A valve disposed between the expansion valve and the outlet of the compressor; Wherein the heat pump control method comprises:
9항에 있어서, 상기 냉매 저장수단은,
상기 냉매를 저장하는 내부공간이 형성된 실린더;
상기 내부공간의 일측과 타측을 분할하는 내벽; 및
상기 내부공간에서 상기 내벽을 왕복 운동시키는 운동수단을 포함하고,
일측 내부공간에는 타측보다 고밀도의 냉매가 저장되고, 타측 내부공간에는 일측보다 저밀도의 냉매가 저장되는 것; 을 특징으로하히트펌프 제어방법.
10. The refrigerant storage device according to claim 9 ,
A cylinder having an internal space for storing the refrigerant;
An inner wall dividing one side and the other side of the inner space; And
And movement means for reciprocating the inner wall in the inner space,
A high-density refrigerant is stored in one inner space and a low-density refrigerant is stored in the other inner space; Wherein the heat pump control method comprises :
제10항에 있어서, 상기 운동수단은,
상기 내부공간의 일측으로 상기 냉매를 이송하는 펌프를 포함하는 것; 을 특징으로하는 히트펌프 제어방법.
11. The apparatus according to claim 10,
And a pump for transferring the refrigerant to one side of the inner space; Wherein the heat pump control method comprises:
제10항에 있어서, 상기 운동수단은,
상기 내벽을 왕복운동 시키는 피스톤을 포함하는 것; 을 특징으로하는 히트펌프 제어방법.
11. The apparatus according to claim 10,
Comprising a piston reciprocating the inner wall; Wherein the heat pump control method comprises:
제8항에 있어서,
상기 압축기의 입구압력은, 상기 팽창밸브에 의해 조절되며,
상기 압축기의 입구압력 및 출구압력이 개별적으로 조절되는 것; 을 특징으로하는 히트펌프 제어방법.
9. The method of claim 8,
The inlet pressure of the compressor being regulated by the expansion valve,
The inlet and outlet pressures of the compressor being individually regulated; Wherein the heat pump control method comprises:
제8항에 있어서, 상기 냉매저장수단은
상기 냉매를 저장하는 내부공간;
상기 내부공간과 응축기 출구 ( 또는 응축기 입구 중 어느 하나 ) 사이에 설치된 냉매 유입밸브; 및
상기 내부공간과 증발기 입구 ( 또는 증발기 출구 중 어느 하나 ) 사이에 설치된 냉매 유출밸브를 포함하는 것; 을 특징으로하는 히트펌프 제어방법.


The refrigerant storage device according to claim 8, wherein the refrigerant storage means
An inner space for storing the refrigerant;
A refrigerant inflow valve disposed between the internal space and the condenser outlet (or any one of the condenser inlets); And
A refrigerant outflow valve installed between the inner space and the evaporator inlet (or any one of the evaporator outlets); Wherein the heat pump control method comprises:


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