KR20190118320A - 냉매액 분리구조의 히트펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 핫가스를 이용하여 온수를 공급하는 과정에서 액상의 냉매와 기체상태의 냉매를 분리하여 냉매의 순환을 원활하게 할 수 있는 냉매액 분리구조의 히트펌프에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 냉매가 순환되는 냉매라인(40)에 의해 상호 연결되는 압축기(31), 응축기(32), 팽창밸브(33), 증발기(34)를 포함하는 히트펌프에 있어서; 상기 압축기(31)와 응축기(32) 사이에 상기 냉매라인(40)의 일부가 직접적으로 통과되도록 구비되어 상기 압축기(31)로부터 공급되는 핫가스에 의해 물을 가열하도록 된 온수공급조(35)와; 상기 온수공급조(35) 측에서 상기 냉매라인(40)을 분기 형성하여 상기 팽창밸브(33)의 전단에 연결되고, 상기 온수공급조(35)에서 열교환을 통해 응축된 냉매액이 공급되도록 연장된 액공급라인(41)과; 상기 액공급라인(41)에 대해 분기 형성되어 상기 응축기(32) 측으로 기체상태의 냉매를 공급하도록 된 기체냉매라인(42)을 포함하는 냉매액 분리구조의 히트펌프가 제공된다.

Description

냉매액 분리구조의 히트펌프{Liquid refrigerant separating type heat pump}
본 발명은 냉매액 분리구조의 히트펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 핫가스를 이용하여 온수를 공급하는 과정에서 액상의 냉매와 기체상태의 냉매를 분리하여 냉매의 순환을 원활하게 할 수 있는 냉매액 분리구조의 히트펌프에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프는 압축기, 응축기, 증발기 그리고 팽창밸브를 순환하는 냉매의 상변화를 통해 열을 흡수 또는 방출하여 냉온수 또는 냉난방을 공급하도록 된 장치(또는 시스템)로, 이러한 종래의 히트펌프를 도시된 도면에 의해 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 냉매의 순환사이클을 형성하도록 순환라인(20)에 의해 상호 연결되는 압축기(11), 제1 열교환기(12), 제2 열교환기(13) 및 팽창밸브(14,15)가 구비되고, 냉방(또는 냉수)과 난방(또는 온수)에 따라 냉매의 흐름을 절환할 수 있는 사방밸브(16)가 구비될 수 있는 것이다.
이러한 구성에 있어서, 상기 제1 열교환기(12)와 제2 열교환기(13)는 냉방모드 또는 난방모드에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하게 되고, 상기 팽창밸브(14,15)는 냉방과 난방에 따라 각각 냉방용 팽창밸브(14)와 난방용 팽창밸브(15)로 구비되며, 상기 각 팽창밸브(14,15) 측에는 냉난방에 따라 냉매가 우회하도록 개폐되는 체크밸브(17,18)를 포함될 수 있는 것이다.
그런데 종래의 히트펌프는 사방밸브(16)에 의한 가역사이클에 의해 냉방모드와 난방모드 중에서 하나의 모드로만 작동되어 냉온수(또는 냉난방)를 동시에 공급할 수 없는 구조라는 점에서 사용상의 불편함이 따를 수 있는 것이다.
또한 종래에는 응축기 측에서 열교환을 통해 난방이나 온수를 공급할 때에 핫가스 상태의 냉매가 응축과정을 거치면서 냉매액과 기체상태의 냉매가 혼재된 상태로 배출될 우려가 크고, 이로 인해 후단의 팽창밸브(14,15)와 증발기 측에서 충분한 팽창이나 증발작동이 이루어지지 못함에 따라 압축기(11)를 포함한 장치의 부하상승이나 효율저하의 문제점이 발생되는 것이다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 간단한 구조에 의해 냉방과 온수를 동시에 공급할 수 있도록 구비되고, 핫가스를 이용하여 온수를 공급하는 과정에서 액상의 냉매와 기체상태의 냉매를 분리한 상태로 순환시킴에 따라 장치의 부하상승이나 효율저하 등을 줄일 수 있는 냉매액 분리구조의 히트펌프를 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따르면, 냉매가 순환되는 냉매라인(40)에 의해 상호 연결되는 압축기(31), 응축기(32), 팽창밸브(33), 증발기(34)를 포함하는 히트펌프에 있어서;
상기 압축기(31)와 응축기(32) 사이에 상기 냉매라인(40)의 일부가 직접적으로 통과되도록 구비되어 상기 압축기(31)로부터 공급되는 핫가스에 의해 물을 가열하도록 된 온수공급조(35)와;
상기 온수공급조(35) 측에서 상기 냉매라인(40)을 분기 형성하여 상기 팽창밸브(33)의 전단에 연결되고, 상기 온수공급조(35)에서 열교환을 통해 응축된 냉매액이 공급되도록 연장된 액공급라인(41)과;
상기 액공급라인(41)에 대해 분기 형성되어 상기 응축기(32) 측으로 기체상태의 냉매를 공급하도록 된 기체냉매라인(42)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매액 분리구조의 히트펌프가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 액공급라인(41) 상에는 일정량의 냉매액을 수집하여 상기 팽창밸브(33) 측으로 공급하도록 된 냉매액탱크(36)가 구비된 것을 특징으로 하는 냉매액 분리구조의 히트펌프가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 냉매액탱크(36)에는 냉매액이 일정 수위에 도달할 때에 출구를 개방하도록 된 릴리즈수단(37)이 구비된 것을 특징으로 하는 냉매액 분리구조의 히트펌프가 제공된다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 상기 압축기(31)와 응축기(32) 사이에 온수공급조(35)가 위치됨에 따라, 압축기(31)로부터 공급되는 핫가스에 의해 물을 가열하여 고온의 온수를 용이하게 공급할 수 있고, 상기 온수공급조(35)에는 냉매라인(40)이 일부 통과시킴에 따라 물과의 열교환이 직접적으로 이루어져 가열효과를 높일 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 상기 온수공급조(35) 측에서 냉매액과 기체냉매를 분리 배출하도록 액공급라인(41)과 기체냉매라인(42)이 분기 형성됨에 따라, 온수의 생성과정에서 응축된 냉매액을 팽창밸브(33) 측에 직접적으로 전달함과 동시에 응축과정에서 잔존하는 기체냉매를 응축기(32)에 의해 여열을 배출함과 동시에 추가적인 냉매액 생성이 가능하며, 이에 의해 증발기(34) 측에서의 증발효율을 높여 냉방공급을 원활하게 함과 동시에 압축기(31)에서의 압축일량을 줄여 부하발생을 억제할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 액공급라인(41) 상에 일정량의 냉매액을 저장 및 공급하도록 된 냉매액탱크(36)와 릴리즈수단(37)이 구비됨에 따라, 냉매순환량을 적절하게 공급하여 냉매부족에 따른 작동저하 등을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 일례를 도시한 구성도
도 2는 본 발명의 일실시예를 도시한 구성도
상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 냉매가 순환되는 냉매라인(40)에 의해 압축기(31), 응축기(32), 팽창밸브(33) 그리고 증발기(34)를 상호 연결하여 냉매가 순차적으로 통과되는 과정에서 냉매의 압력과 온도의 변화 및 상변화를 통해 냉난방을 공급하도록 구비된 것으로, 이러한 구성과 작동은 통상의 히트펌프에 유사한 것이다.
이러한 구성에 더하여, 본 발명은 상기 압축기(31)와 응축기(32) 사이에 온수공급조(35)가 구비되고, 이 온수공급조(35) 상에 냉매라인(40)을 직접적으로 통과시켜 물을 가열하도록 한 것으로, 이에 의해서는 압축기(31)로부터 공급되는 고온의 핫가스를 이용하여 상기 온수공급조(35) 상의 물을 가열함에 따라 가열효과를 높일 수 있게 된다.
또한 본 발명은 상기 온수공급조(35) 상의 물을 가열하는 과정에서 고온 고압의 냉매가 응축되는데, 이러한 응축과정에서는 기체상태의 냉매가 완전하게 응축되어 모두 냉매액으로 상변화하기는 어렵고, 일부는 기체상태로 잔존하여 액체상태의 냉매와 기체상태의 냉매가 혼재된 상태로 기액이상 흐름을 갖게 된다.
이러한 냉매의 기액이상 흐름은 냉매의 순환과 장치의 효율을 저하시킬 수 있음에 따라, 본 발명은 냉매액을 별도로 분리하여 후단으로 공급함과 동시에 잔존기체를 추가적으로 응축할 수 있도록 구비되는데, 이를 위해 상기 온수공급조(35) 측에는 상기 냉매라인(40)을 분기하여 액공급라인(41)과 기체냉매라인(42)을 형성하게 된다.
여기에서, 상기 액공급라인(41)은 상기 팽창밸브(33)의 전단에 연결되어 냉매액을 직접적으로 전달하게 되고, 상기 기체냉매라인(42)은 상기 응축기(32)의 입구측에 연결되어 기체상태의 냉매를 응축기(32)에 의해 열교환시켜 여열을 배출함과 동시에 냉매액을 생성하여 팽창밸브(33) 측으로 전달하도록 구비된 것이다.
이러한 구성에 따르면, 상기 온수공급조(35)와 응축기(32)에 의해 냉매의 응축작동이 이중으로 이루어져 냉매액 생성이 용이할 뿐만 아니라 이로 인해 증발기(34)에 의해 의한 증발효율을 증대시킴과 동시에 압축기(31)에서의 부하를 줄여 장치의 효율과 작동을 개선할 수 있게 되고, 이는 상기 증발기(34)에 의해 냉방을 공급하는 과정에서 상기 온수공급조(35)에 의해 온수의 공급이 동시에 가능한 시스템으로 적용하는 데에 유효한 것이다.
한편, 상기 액공급라인(41) 상에는 일정량의 냉매액을 수집하도록 된 냉매액탱크(36)가 구비될 수 있는데, 상기 냉매액탱크(36)는 상기 온수공급조(35)의 하부측에 위치되어 별도의 배출장치가 구비되지 않은 상태에서도 냉매액이 자연스럽게 하향 배출될 수 있는 것이다.
이러한 냉매액탱크(36) 상에는 냉매액이 일정량에 도달할 때에 출구를 개방하도록 된 릴리즈수단(37)이 구비되는데, 상기 릴리즈수단(37)은 상기 냉매액탱크(36)의 출구측에 구비된 개폐밸브(38)와 상기 냉매액탱크(36) 내에 구비된 수위센서나 부구(38) 등으로 구성될 수 있고, 상기 수위센서나 부구(38)는 전자적으로나 기계적으로 연결되어 상기 개폐밸브(37)를 작동시킬 수 있음은 당연한 것이며, 이러한 릴리즈수단(37)에 의해서는 일정량의 냉매액이 일시에 팽창밸브(33) 측으로 공급되도록 하여 냉매순환량의 부족 등에 따른 장치의 작동저하를 방지할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
31: 압축기 32: 응축기
33: 팽창밸브 34: 증발기
35: 온수공급조 36: 냉매액탱크
37: 릴리즈수단 38: 개폐밸브
39: 부구 40: 냉매라인
41: 액공급라인 42: 기체냉매라인

Claims (3)

  1. 냉매가 순환되는 냉매라인(40)에 의해 상호 연결되는 압축기(31), 응축기(32), 팽창밸브(33), 증발기(34)를 포함하는 히트펌프에 있어서;
    상기 압축기(31)와 응축기(32) 사이에 상기 냉매라인(40)의 일부가 직접적으로 통과되도록 구비되어 상기 압축기(31)로부터 공급되는 핫가스에 의해 물을 가열하도록 된 온수공급조(35)와;
    상기 온수공급조(35) 측에서 상기 냉매라인(40)을 분기 형성하여 상기 팽창밸브(33)의 전단에 연결되고, 상기 온수공급조(35)에서 열교환을 통해 응축된 냉매액이 공급되도록 연장된 액공급라인(41)과;
    상기 액공급라인(41)에 대해 분기 형성되어 상기 응축기(32) 측으로 기체상태의 냉매를 공급하도록 된 기체냉매라인(42)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매액 분리구조의 히트펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액공급라인(41) 상에는 일정량의 냉매액을 수집하여 상기 팽창밸브(33) 측으로 공급하도록 된 냉매액탱크(36)가 구비된 것을 특징으로 하는 냉매액 분리구조의 히트펌프.
  3. 제2항에 있어서, 상기 냉매액탱크(36)에는 냉매액이 일정 수위에 도달할 때에 출구를 개방하도록 된 릴리즈수단(37)이 구비된 것을 특징으로 하는 냉매액 분리구조의 히트펌프.
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