KR20190023010A - 핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기에 관한 것으로, 냉매를 고온고압으로 압축시키는 압축기, 상기 압축기와 연결되어 있고 상기 고온고압 냉매를 응축하는 제1 열 교환기, 상기 제1 열 교환기와 연결되어 있고 응축된 고온고압 상기 냉매를 감압 팽창시키는 팽창밸브, 상기 팽창밸브를 통과한 저온저압의 액상 냉매가 열 교환을 통해 기화되는 제2 열 교환기, 상기 압축기와 상기 제1 열 교환기를 연결하는 배관 상에 설치된 제1 및 제2 제어밸브, 상기 제2 열 교환기와 이웃하고 유입구가 상기 제1 제어밸브와 연결되어 있고 토출구가 상기 제2 제어밸브와 연결된 제상부를 포함한다.

Description

핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기{Continuous heating Air Conditioner system}
본 발명은 핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기에 관한 것이다.
히트펌프는 압축기, 응축기, 증발기 그리고 팽창밸브를 순환하는 냉매 상변화를 통해 열을 흡수 또는 방출하여 냉/온수 또는 냉/난방을 공급하도록 된 장치(또는 시스템)로, 이러한 종래 히트펌프 일례를 도시된 도면에 의해 설명하면 다음과 같다.
도면 [도 6]에 도시된 바와 같이, 냉매 순환사이클을 형성하도록 순환라인(20)에 의해 상호 연결되는 압축기(11), 제1 열 교환기(12), 제2 열 교환기(13) 및 팽창밸브(14, 15)가 구비되고, 냉방(또는 냉수)과 난방(또는 온수)에 따라 냉매 흐름을 전환할 수 있는 사방밸브(16)가 구비되며, 상기 각 팽창밸브(14, 15) 측에는 냉난방에 따른 냉매 흐름이 변경하도록 체크밸브(17, 18)가 구비되어 있다.
제1 열 교환기(12)와 제2 열 교환기(13)는 냉방 또는 난방모드에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하게 되고, 팽창밸브(14, 15)는 냉방과 난방에 따라 별도의 팽창밸브(14,15)에 의해 냉매를 팽창하여 순환이 이루어지도록 결합되어 있다.
난방운전 시 실외온도가 5℃ 정도까지 저하하면 증발기로 작동하는 제2 열 교환기(13) 증발온도가 0℃ 이하고, 공기중 수분이 제2 열 교환기(13)에 서리가 부착되는 소위 착상현상이 생긴다. 서리가 제2 열 교환기(13)에 부착되면 바람이 통하지 않게 되고 또 열전도성이 저하된다. 착상현상은 히트펌프 난방사이클에서는 피할 수 없는 현상이고 이를 방지하기 위해서는 제상운전을 실시해야 한다. 그러나 제상운전을 위해 난방운전을 일시적으로 중단해야 함으로 연속적인 난방공급이 불가능하여 난방효율이 저하되었다.
등록특허 제10-0698373호 (2007.03.15.)
본 발명은 압축기에서 토출된 고온/고압 상태 냉매를 증발기 역할을 하는 제2 열 교환기로 보내어 제상을 실시하는 기술을 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기는, 냉매를 고온고압으로 압축시키는 압축기, 상기 압축기와 연결되어 있고 고온고압 상기 냉매를 응축하는 제1 열 교환기, 상기 제1 열 교환기와 연결되어 있고 응축된 고온고압 상기 냉매를 감압 팽창시키는 팽창밸브, 상기 팽창밸브를 통과한 저온저압 액상 냉매가 열 교환을 통해 기화되는 제2 열 교환기, 상기 압축기와 상기 제1 열 교환기를 연결하는 배관 상에 설치된 제1 및 제2 제어밸브 및 상기 제2 열 교환기와 이웃하고 유입구가 상기 제1 제어밸브와 연결되어 있고 토출구가 상기 제2 제어밸브와 연결된 제상부를 포함한다.
상기 제상부는, 상기 유입구와 토출구를 가지며 고온고압 상기 냉매가 유동할 수 있는 유동공간을 갖는 제상본체 및 상기 제상본체와 상기 제2 열 교환기를 연결하고 고온고압 상기 냉매 열을 상기 제2 열 교환기로 전달하는 열 전달부를 포함할 수 있다.
상기 열 전달부는 히트 파이프일 수 있다.
상기 제1 및 제2 제어밸브는 3방 밸브(three way valve)일 수 있다.
상기 제1 제어밸브는 상기 압축기와 이웃하고, 상기 제2 밸브는 상기 제1 열 교환기와 이웃하며, 난방운전 시 상기 제1 제어밸브 상기 배관과 상기 유입구 연결을 차단하고, 상기 제2 제어밸브는 상기 토출구와 상기 배관을 차단할 수 있다.
상기 제1 제어밸브는 상기 압축기와 이웃하고, 상기 제2 밸브는 상기 제1 열 교환기와 이웃하며, 제상운전 시 상기 제1 제어밸브는 상기 배관과 상기 유입구를 연결하고, 상기 제2 제어밸브는 상기 토출구와 상기 배관을 연결할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제상운전 시 압축기에서 토출된 고온고압 냉매는 제상부의 제상본체 내부로 유입되어 열 전달부의 열매체를 통해 증발기 역할을 하는 제2 열 교환기 내부로 전달되어 제2 열 교환기 내부에서 열이 발생하며 이때 제2 열 교환기에 착상된 서리가 열에 의해 제상될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 응축기로 유동하는 고온고압 냉매는 제상부를 경유하여 응축기를 통과하게 된다. 이에 제상운전 시에도 난방운전을 진행할 수 있어 공기조화 시스템의 난방효율이 향상될 수 있다.
도 1은 핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기 개략도.
도 2는 도 1의 제상부와 제2 열 교환기의 연결 상태를 나타낸 개략도.
도 3은 핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기의 난방운전 상태를 나타낸 개략도.
도 4는 도 3의 난방운전 상태에 따른 P-h선도.
도 5는 핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기의 제상운전 상태를 나타낸 개략도.
도 6은 종래의 히트펌프 일례를 도시한 개략도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기에 대하여 [도 1] 및 [도 2]를 참고하여 설명한다.
[도 1]은 핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기 개략도이고, [도 2]는 도 1의 제상부와 제2 열 교환기의 연결 상태를 나타낸 개략도이다.
[도 1] 및 [도 2]를 참고하면, 본 실시예에 따른 핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기는 압축기(110), 제1 열 교환기(120), 팽창밸브(130), 제2 열 교환기(140), 제1 제어밸브(160a), 제2 제어밸브(160b) 및 제상부(170)를 포함하며 압축기(110)에서 시설원예용 공기조화기에서 핫가스 제상방식을 적용한 연속식 공기조화 시스템에 관한 것입니다. 제1 열 교환기(120)와 제2 열 교환기(140)는 난방운전 시 응축기와 증발기 역할을 하며 냉방운전 시 이와 반대로 증발기와 응축기 역할을 할 수 있다.
압축기(110)는 냉매를 고온/고압으로 압축시키며, 제1 열 교환기(120)는 압축기(110)와 연결되어 고온/고압 냉매를 응축시키고, 팽창밸브(130)는 제1 열 교환기(120)와 연결되어 응축된 고온고압 냉매를 감압 팽창시키며, 제2 열 교환기(140)는 팽창밸브(130)를 통과한 저온저압 액상 냉매가 열 교환을 통해 기화시킨다. 압축기(110), 제1 열 교환기(120), 팽창밸브(130) 및 제2 열 교환기(140)는 냉매가 유동하는 배관(150)으로 연결되어 있다. 제2 열 교환기(140)는 압축기(110)와 연결되어 있어 제2 열 교환기(140)를 통과한 냉매는 다시 압축기(110)로 유입될 수 있다.
공기조화 시스템은 난방덕트와 열원덕트를 갖는다. 난방덕트에는 제1 열 교환기(120)가 배치되어 있으며, 열원덕트에는 제2 열 교환기(140)와 제상부(170)가 배치되어 있다.
이와 같은 압축기(110), 제1 열 교환기(120), 팽창밸브(130) 및 제2 열 교환기(140)의 세부적인 구성은 공지된 구성의 히트펌프 시스템의 압축기, 제1 열 교환기, 팽창밸브 및 제2 열 교환기와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
제1 제어밸브(160a) 및 제2 제어밸브(160b)는 압축기(110)와 제1 열 교환기(120)를 연결하는 배관(150) 상에 간격을 두고 설치되어 있다. 제1 제어밸브(160a)는 압축기(110)와 이웃하며 제2 제어밸브(160b)는 제1 열 교환기(120)와 연결되어 있다. 제1 제어밸브(160a) 및 제2 제어밸브(160b)는 3방 밸브(three way valve)이다.
제상부(170)는 제상본체(171) 및 열 전달부(172)를 포함하며 고온고압 냉매 열을 제2 열 교환기(140)로 전달하여 제2 열 교환기(140)에 착상된 서리를 제거한다.
제상본체(171)는 제2 열 교환기(140)와 이웃하게 배치되어 있고 유입구(171a)와 토출구(171b)를 가지며 내부에 유동공간(171c)이 형성되어 있다. 유입구(171a)는 제1 제어밸브(160a)와 연결되어 있으며, 토출구(171b)는 제2 제어밸브(160b)와 연결되어 있다.
제1 제어밸브(160a) 제어로 배관(150)과 유입구(171a)가 연결되면 압축기(110)에서 토출된 냉매는 유입구(171a)를 통해 유동공간(171c)으로 유입될 수 있다. 제2 제어밸브(160b) 제어로 토출구(171b)와 배관(150)이 연결되면 유동공간(171c) 냉매는 토출구(171b)를 통해 배관(150)으로 유입되어 제1 열 교환기(120) 방향으로 유동할 수 있다. 이에 압축기(110)에서 토출된 냉매는 제상본체(171) 내부를 유동한 후 제1 열 교환기(120)로 유동할 수 있다.
그러나, 제1 제어밸브(160a)가 배관(150)과 유입구(171a) 연결을 차단하고, 제2 제어밸브(160b)가 토출구(171b)와 배관(150) 연결을 차단하면, 압축기(110)에서 토출된 냉매는 제상본체(171) 내부를 유동하지 않고 제1 열 교환기(120) 방향으로 바로 유동할 수 있다.
열 전달부(172)는 내부에 열매체가 수용된 히트 파이프(heat pipe)로 형성되어 있다. 열 전달부(172)는 제상본체(171)를 따라 배열되어 있다. 배열된 열 전달부(172)들의 간격은 제2 열 교환기(140)의 핀 튜브 규격에 따라 달라질 수 있다.
열 전달부(172) 일측은 제상본체(171)와 연결되어 유동공간(171c)에 위치하고 타측은 제2 열 교환기(140)와 연결되어 제2 열 교환기(140)의 핀 튜브 내부로 삽입되어 있다. 유동공간(171c) 냉매의 열은 열 전달부(172)의 열매체를 통해 제2 열 교환기(140)로 전달될 수 있다. 전달된 열에 의해 제2 열 교환기(140)에 착상된 서리는 제거될 수 있다. 위 설명에서 열 전달부(172)를 히트 파이프로 설명하였지만, 열 전달부(172)는 유동공간(171c) 냉매 열을 제2 열 교환기(140)로 전달할 수 있는 것이라면 다양한 것이 적용될 수 있다.
다음은 [도 3] 내지 [도 5]를 참고하여 위에서 설명한 핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기의 작용에 대하여 설명한다.
먼저, [도 3] 및 [도 4]를 참고하여 난방운전에 대해서 설명한다.
난방운전 시 제1 열 교환기(120)는 응축기 역할을 하며, 제2 열 교환기(140)는 증발기 역할을 한다. 제1 제어밸브(160a)는 배관(150)과 유입구(171a) 연결을 차단하고, 토출구(171b)와 배관(150) 연결을 차단한다. 이에 압축기(110)와 제1 열 교환기(120)는 바로 연결되어 있다.
난방운전 시 냉매는 압축기(110), 제1 열 교환기(120), 팽창밸브(130) 및 제2 열 교환기(140)를 유동하여 난방덕트를 유동하는 공기 온도를 높인다. 이와 같은 난방운전 시 열원덕트 공기 중 수분이 제2 열 교환기(140)에 부착되는 착상현상이 발생한다. 즉, 제2 열 교환기에 서리가 부착된다.
한편, 난방운전 시 냉매 흐름을 살펴보면 [도 4]의 P-h선도에서 2-3구간 열이 과열도가 높아 열 손실이 발생하는 것을 알 수 있다. 이에, 압축기(110)에서 토출된 2-3구간 열을 제상 시 제상부(170)로 유동시켜 제상을 실시한다.
[도 5]를 참고하면, 제상운전 시 제1 제어밸브(160a)는 배관(150)과 유입구(171a)를 연결한다. 이에 압축기(110)에서 토출된 냉매는 제1 제어밸브(160a) 제어로 유입구(171a)를 통해 유동공간(171c) 내부로 유입될 수 있다. 유동공간(171c) 냉매의 열은 열 전달부(172)의 열매체로 전달될 수 있고, 열매체의 열은 제2 열 교환기(140) 내부로 전달된다. 이에 제2 열 교환기(140)에 착상된 서리는 열매체를 통해 전달된 냉매의 열에 의해 제상된다. 열 전달부(172) 타측이 제2 열 교환기(140) 내부로 삽입되어 있어 제2 열 교환기(140) 내부에서 열이 발생되므로 제상효율이 높아질 수 있다.
제2 제어밸브(160b)는 토출구(171b)과 배관(150)을 연결한다. 압축기(110)에서 토출되는 냉매가 유입구(171a)를 통해 유동공간(171c)으로 지속적으로 유입되므로 유동공간(171c) 냉매는 토출구(171b)를 통해 배관(150)으로 유입되어 제1 열 교환기(120) 방향으로 유동할 수 있다. 제1 열 교환기(120)로 유동한 냉매는 난방덕트를 유동하는 공기 온도를 높인 후 제2 열 교환기(140)를 거쳐 압축기(110) 방향으로 유동하게 된다. 이에 제상운전 시 난방운전을 중단하지 하지 않고 연속적으로 실시할 수 있어 공기조화 시스템의 난방효율이 향상될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110: 압축기 120: 제1 열 교환기
130: 팽창밸브 140: 제2 열 교환이기
150: 배관 160a: 제1 제어밸브
160b: 제2 제어밸브 170: 제상부
171: 제상본체 171a: 유입구
171b: 토출구 171c: 유동공간
172: 열 전달부

Claims (6)

  1. 냉매를 고온고압으로 압축시키는 압축기,
    상기 압축기와 연결되어 있고 상기 고온고압 냉매를 응축하는 제1 열 교환기,
    상기 제1 열 교환기와 연결되어 있고 응축된 고온고압 상기 냉매를 감압 팽창시키는 팽창밸브,
    상기 팽창밸브를 통과한 저온저압의 액상 냉매가 열 교환을 통해 기화되는 제2 열 교환기,
    상기 압축기와 상기 제1 열 교환기를 연결하는 배관 상에 설치된 제1 및 제2 제어밸브,
    상기 제2 열 교환기와 이웃하고 유입구가 상기 제1 제어밸브와 연결되어 있고 토출구가 상기 제2 제어밸브와 연결된 제상부
    를 포함하는 핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기.
  2. 제1항에서,
    상기 제상부는,
    상기 유입구와 토출구를 가지며 고온고압 상기 냉매가 유동할 수 있는 유동공간을 갖는 제상본체 및
    상기 제상본체와 상기 제2 열 교환기를 연결하고 고온고압 상기 냉매 열을 상기 제2 열 교환기로 전달하는 적어도 하나의 열 전달부
    를 포함하는
    핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기.
  3. 제2항에서,
    상기 열 전달부는 히트 파이프인 핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 및 제2 제어밸브는 3방 밸브(three way valve)인 핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 제어밸브는 상기 압축기와 이웃하고, 상기 제2 밸브는 상기 제1 열 교환기와 이웃하며, 난방운전 시 상기 제1 제어밸브 상기 배관과 상기 유입구 연결을 차단하고, 상기 제2 제어밸브는 상기 토출구와 상기 배관을 차단하는 핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 제어밸브는 상기 압축기와 이웃하고, 상기 제2 밸브는 상기 제1 열 교환기와 이웃하며, 제상운전 시 상기 제1 제어밸브는 상기 배관과 상기 유입구를 연결하고, 상기 제2 제어밸브는 상기 토출구와 상기 배관을 연결하는 핫가스 제상방식을 적용한 공기조화기.
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