KR20220021681A

KR20220021681A - 히트펌프

Info

Publication number: KR20220021681A
Application number: KR1020200102547A
Authority: KR
Inventors: 김대형; 박준성; 김형준; 사용철
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2020-08-14
Filing date: 2020-08-14
Publication date: 2022-02-22

Abstract

본 발명은 히트펌프에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프는, 냉매를 압축하는 적어도 하나의 압축기, 냉매가 응축되거나 증발되는 실외 열교환기, 냉매가 증발되거나 응축되는 실내 열교환기, 실외 열교환기로 유입되는 냉매를 팽창시키는 실외 팽창기구, 실내 열교환기로 유입되는 냉매를 팽창시키는 실내 팽창기구, 압축기, 실외 열교환기 및 실내 열교환기에 연결되고 냉매 유동 방향을 절환하는 냉난방 절환 밸브, 실내 팽창기구와 실외 팽창기구를 연결하는 액관, 냉난방 절환 밸브에서 압축기로 냉매가 유동하는 흡입 배관 및 상기 액관을 유동하는 냉매와 상기 흡입 배관을 유동하는 냉매가 열교환하는 제1 열교환기를 포함할 수 있다.
이에 따라, 히트펌프의 냉난방 능력 및 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

히트펌프 {Heat Pump}

본 발명은 히트펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 응축된 냉매가 이동하는 배관과 증발된 냉매가 이동하는 배관을 일체로 형성하여 열교환이 이루어지도록 하는 히트펌프에 관한 것이다.

히트펌프는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온 또는 고온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다.

히트펌프는 냉매의 흐름에 따라 냉방 운전되거나 난방 운전된다. 냉방 운전 시, 실외기의 압축기로부터 실외기의 열교환기를 거쳐 고온, 고압의 액체 냉매가 실내기로 공급되고, 실내기의 열교환기에서 냉매가 팽창 및 기화되면서 주변 공기의 온도가 내려가고, 실내기 팬이 회전 동작함에 따라 냉기가 실내로 토출된다. 난방 운전 시, 실외기의 압축기로부터 고온, 고압의 기체 냉매가 실내기로 공급되고, 실내기의 열교환기에서 고온, 고압의 기체 냉매가 액화되면서 방출된 에너지에 의해 따뜻해진 공기가 실내기 팬의 동작에 따라 실내로 토출된다.

이러한 히트펌프에서, 냉난방 운전시 압력 손실이 생기는 경우, 히트펌프의 냉난방 운전 성능이 감소하게 된다.

또한, 히트펌프에서, 냉난방 운전시, 냉매의 과냉각이 부족하거나, 냉매의 유량이 부족할 경우, 배관 내부에 발생한 플래쉬 기체(flash gas)로 인하여, 냉매 소음이 커지게 되고, 압축기의 토출 및 흡입력이 감소하며, 히트펌프의 냉난방 능력이 감소하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해서는 냉매의 과냉각이 필요하고, 흡입 배관 압력 손실을 최소화하여야 한다. 그러나, 이러한 문제를 해결하기 위해서는 상당히 큰 용량의 응축기가 필요하거나, 추가적인 열교환기가 필요하므로, 과도한 비용이 요구되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 응축된 냉매가 이동하는 배관과 증발된 냉매가 이동하는 배관을 일체로 형성하여 열교환이 이루어지도록 하는 히트펌프를 제공하는데 목적이 있다.

한편, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 증발된 냉매가 이동하는 배관이 다중관으로 형성되어 흡입 압력 손실을 최소화하는 히트펌프를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프는, 냉매를 압축하는 적어도 하나의 압축기, 냉매가 응축되거나 증발되는 실외 열교환기, 냉매가 증발되거나 응축되는 실내 열교환기, 실외 열교환기로 유입되는 냉매를 팽창시키는 실외 팽창기구, 실내 열교환기로 유입되는 냉매를 팽창시키는 실내 팽창기구, 압축기, 실외 열교환기 및 실내 열교환기에 연결되고 냉매 유동 방향을 절환하는 냉난방 절환 밸브, 실내 팽창기구와 실외 팽창기구를 연결하는 액관 및 냉난방 절환 밸브에서 압축기로 냉매가 유동하는 흡입 배관을 포함하고, 상기 액관을 유동하는 냉매와 상기 흡입 배관을 유동하는 냉매가 열교환하는 제1 열교환기를 포함할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프는, 냉난방 절환밸브와 실외 열교환기를 연결하는 제1 배관을 더 포함하고, 액관을 유동하는 냉매와 제1 배관을 유동하는 냉매가 열교환하는 제2 열교환기를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프에서, 액관은 제1 열교환기를 형성하는 제1 액관 및 제2 열교환기를 형성하는 제2 액관을 포함하고, 히트펌프는, 제1 액관과 제2 액관 사이에 배치되어 제1 액관과 제2 액관의 냉매의 유동을 제어하는 제1 차단 밸브를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프는, 실외 팽창기구와 실외 열교환기를 연결하는 배관에서 분지되고 제1 액관으로 연결되는 제2 배관 및 제2 배관에 배치되어 제2 배관의 냉매의 유동을 제어하는 제2 차단 밸브를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프에서, 제1 열교환기는 제1 액관이 흡입 배관 외부를 둘러싸도록 배치되고, 제2 열교환기는 제2 액관이 제1 배관 외부를 둘러싸도록 배치될 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프에서, 흡입 배관 및 제1 배관 중 적어도 하나의 배관의 외부에는 복수의 돌기가 형성될 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프에서, 흡입 배관 및 제1 배관 중 적어도 하나의 배관은 복수 개의 다중관으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프는, 냉난방 운전을 제어하고, 냉난방 운전시, 냉난방 절환 밸브, 제1 차단 밸브 및 제2 차단 밸브를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프에서, 제어부는, 냉방 운전시 제1 차단 밸브를 차단하고, 제2 차단 밸브를 개방하도록 제어할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프에서, 제어부는, 난방 운전시 제1 차단 밸브를 개방하고, 제2 차단 밸브를 차단하도록 제어할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프는, 응축된 냉매가 이동하는 배관과 증발된 냉매가 이동하는 배관을 일체로 형성하여, 응축된 냉매의 과냉각이 가능하도록 하고, 냉난방 능력을 높이고 냉난방 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프는, 흡입 배관의 다중관 구조를 포함하여, 냉매의 유동 단면적을 최대화하고, 압력 손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프는, 흡입 배관을 액관 내부에 배치하여, 압축기의 액냉매 유입 방지를 통해, 압축기의 성능을 향상시키고 압축기의 고장을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프는, 흡입 배관과 액관을 일체화하여, 배관 구조를 단순화할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 히트펌프의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 히트펌프에 포함되는 열교환 유로의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 히트펌프의 제어 블록도이다.
도 4는 도 1의 히트펌프의 난방 운전 동작 설명에 참조되는 도면이다
도 5는 도 1의 히트펌프의 냉방 운전 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 히트펌프의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 히트펌프(10)의 구성을 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 히트펌프(10)는, 실외기(100) 및 실내기(200)를 포함할 수 있다. 실외기(100)는, 적어도 하나의 압축기(110), 실외 열교환기(120), 실외 팽창기구(130), 냉난방 절환 밸브(140), 액관(150), 흡입 배관(181)을 포함할 수 있다. 실내기(200)는, 실내 열교환기(210), 실내 팽창기구(220)를 포함할 수 있다.

압축기(110)는 냉매를 흡입하여 압축한 후 토출할 수 있다. 압축기(110)에는 냉매가 압축기(10)로 흡입 안내되는 흡입 배관(181)과, 압축기(110)에서 압축된 냉매가 토출 안내되는 토출 배관(182)이 연결될 수 있다. 압축기(110)는 흡입 배관(181)을 통해 냉난방 절환 밸브(140)와 연결될 수 있고, 토출 배관(182)을 통해 냉난방 절환 밸브(140)와 연결될 수 있다.

한편, 히트펌프(10)는 어큐뮬레이터(미도시)를 포함할 수 있다. 히트펌프(10)가 어큐뮬레이터를 포함하는 경우, 흡입 배관(181)은 어큐뮬레이터(미도시)에 연결될 수 있고, 어큐뮬레이터의 기상 냉매가 흡입배관(181)을 통해 압축기(110)로 흡입될 수 있다.

압축기(110)는, 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 압축기(110)는 하나일 수 있고, 복수 개일 수 있다. 도면에서는 2개의 압축기(110a, 110b)를 도시하였으나, 압축기의 개수는 이에 제한되지 않는다.

실외 열교환기(120)는 열원과 냉매를 열교환시켜 냉매를 응축시키거나 증발시킬 수 있다. 실외 열교환기(120)는 열원수를 열원으로 하여 열원수를 냉매와 열교환시키는 수냉식 열교환기로 구성되는 것이 가능하고, 실외 공기를 열원으로 하여 실외 공기를 냉매와 열교환시키는 공랭식 열교환기로 구성되는 것이 가능하다.

히트펌프(10)는, 실외 열교환기(120)가 실외 공기와 냉매를 열교환시킬 경우, 실외 공기를 실외 열교환기(120)로 송풍시키는 실외팬(121)을 포함할 수 있다.

실외 열교환기(120)는, 액관(191, 192)을 통해 실내 열교환기(210)와 연결될 수 있고, 실외 열교환기(120) 측의 제2 액관(192)에는 실외 팽창기구(130)가 설치될 수 있다.

실외 팽창기구(130)는, 액관(191, 192)을 통해 실외 열교환기(120)로 유입되는 냉매를 팽창시킬 수 있다. 실외 팽창기구(130)는, 입력된 신호에 따라 개도값을 조절할 수 있는 전자식 팽창밸브(Electronic Expansion Valve, EEV)로 구성될 수 있으며, 난방 운전시 실외 열교환기(120)로 유입되는 냉매를 팽창시킬 수 있다. 실외 팽창기구(130)가 개방되거나 그 개도가 증대되면, 실외 열교환기(120) 및 제2 액관(192)을 통하여 유동하는 냉매의 양이 증가된다.

실내 열교환기(210)는 실내 공기와 냉매를 열교환시켜 냉매를 응축시키거나 증발시킬 수 있다. 실내 열교환기(210)는 냉매가 통과하는 냉매 유로가 형성될 수 있다. 실내 열교환기(210)는 실외 열교환기(120)가 냉매를 응축시킬 때, 실내 팽창기구(220)에서 팽창된 냉매를 증발시킬 수 있다. 실내 열교환기(210)는 실외 열교환기(120)가 냉매를 증발시킬 때, 압축기(110)에서 압축된 냉매를 응축시킬 수 있다.

히트펌프(10)는, 실내 공기를 실내 열교환기(210)로 송풍시키는 실내팬(230)을 더 포함할 수 있다. 실내 열교환기(210)는 실내팬(230)과 함께 실내기에 설치될 수 있다.

실내 열교환기(210)는, 액관(191, 192)을 통해 실외 열교환기(120)와 연결될 수 있고, 실내 열교환기(210) 측의 제1 액관(191)에는 실내 팽창기구(220)가 설치될 수 있다.

실내 팽창기구(220)는, 액관(191, 192)을 통해 실내 열교환기(210)로 유입되는 냉매를 팽창시킬 수 있다. 실내 팽창기구(220)는, 입력된 신호에 따라 개도값을 조절할 수 있는 전자식 팽창밸브(EEV)로 구성될 수 있으며, 냉방 운전시 실내 열교환기(210)로 유입되는 냉매를 팽창시킬 수 있다. 실내 팽창기구(220)가 개방되거나 그 개도가 증대되면, 실내 열교환기(210) 및 제1 액관(191)을 통하여 유동하는 냉매의 양이 증가된다.

냉난방 절환 밸브(140)는, 압축기(110), 실외 열교환기(120) 및 실내 열교환기(210)에 연결되고 냉매 유동 방향을 절환할 수 있다. 냉난방 절환 밸브(140)는, 적어도 하나의 압축기(110)와 흡입 배관(181)을 통해 연결될 수 있고, 토출 배관(182)을 통해 연결될 수 있다. 냉난방 절환 밸브(140)는, 실내 열교환기(210)와 제3 배관(185)을 통해 연결될 수 있다. 냉난방 절환 밸브(140)는, 실외 열교환기(120)와 제1 배관(183)을 통해 연결될 수 있다.

냉난방 절환 밸브(140)는, 냉방 운전시, 토출 배관(182)과 제1 배관(183)을 연통시키고, 흡입 배관(181)과 제3 배관(185)을 연통시켜, 냉매 유동 방향을 절환할 수 있다. 냉난방 절환 밸브(140)는, 난방 운전시, 토출 배관(182)과 제3 배관(185)을 연통시키고, 흡입 배관(181)과 제1 배관(183)을 연통시켜, 냉매 유동 방향을 절환할 수 있다.

히트펌프(10)에서, 액관(191, 192)의 일부 및 흡입 배관(181)은 서로 접촉하도록 일체로 형성될 수 있다. 구체적으로, 실내 열교환기(210) 측의 제1 액관(191)과 흡입 배관(181)은 서로 접촉하도록 일체로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 액관(191)을 유동하는 냉매와 흡입 배관(181)을 유동하는 냉매는 서로 열교환할 수 있다. 제1 액관(191)과 흡입 배관(181)이 서로 접촉하도록 일체로 형성된 유로를 제1 열교환 유로(150a) 또는 제1 열교환기(150a)라 명명할 수 있다. 본 명세서에서 제1 열교환 유로와 제1 열교환기는 동일한 의미로 해석될 수 있다.

한편, 히트펌프(10)에서, 액관(191, 192)의 일부 및 제1 배관(183)은 서로 접촉하도록 일체로 형성될 수 있다. 구체적으로, 실외 열교환기(120) 측의 제2 액관(192)과 제1 배관(183)은 서로 접촉하도록 일체로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 액관(192)을 유동하는 냉매와 제1 배관(183)을 유동하는 냉매는 서로 열교환할 수 있다. 제2 액관(192)과 제1 배관(183)이 서로 접촉하도록 일체로 형성된 유로를 제2 열교환 유로(150b) 또는 제2 열교환기(150b)라 명명할 수 있다. 본 명세서에서 제2 열교환 유로와 제2 열교환기는 동일한 의미로 해석될 수 있다.

제1 열교환 유로(150a) (또는 제1 열교환기(150a)) 및 제2 열교환 유로(150b) (또는 제2 열교환기(150a))의 구조에 대해서는, 이하 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.

한편, 히트펌프(10)는, 제1 차단 밸브(160)를 더 포함할 수 있다. 제1 차단 밸브(160)는, 제1 열교환 유로(150a)를 형성하는 제1 액관(191) 및 제2 열교환 유로(150b)를 형성하는 제2 액관(192) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 액관(191, 192)은, 제1 차단 밸브(160)에 의해 제1 액관(191) 및 제2 액관(192)으로 구분될 수 있다. 제1 차단 밸브(160)는, 제1 액관(191)과 제2 액관(192) 사이의 냉매의 흐름을 개방하거나 차단할 수 있다.

한편, 히트펌프(10)는, 제2 배관(184) 및 제2 차단 밸브(170)를 더 포함할 수 있다. 제2 배관(184)은, 제2 액관(192) 중 실외 팽창기구(130)와 실외 열교환기(120)를 연결하는 지점에서 분지되고, 제1 액관(191)으로 연결될 수 있다. 제2 배관(184)은, 제1 액관(191)에서 제1 차단 밸브(160)와 근접하도록 연결될 수 있다.

제2 차단 밸브(170)는, 제2 배관(184)에 배치될 수 있다. 제2 차단 밸브(170)는, 제2 배관(184)의 냉매의 흐름을 개방하거나 차단할 수 있다. 제2 차단 밸브(170)는, 실외 열교환기(120)로부터 재1 액관(191)으로, 제2 배관(184)을 통해 냉매가 이동하도록 냉매의 흐름을 가이드할 수 있다.

도 2는 도 1의 히트펌프(10)에 포함되는 열교환 유로(150)의 일 예를 도시한 도면이다.

열교환 유로(150)는, 제1 액관(191)과 흡입 배관(181)으로 형성되는 제1 열교환 유로(150a)와 제2 액관(192)과 제1 배관(183)으로 형성되는 제2 열교환 유로(150b)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 제1 열교환 유로(150a)는 제1 액관(191)과 흡입 배관(181)이 서로 접촉하도록 일체로 형성될 수 있고, 제2 열교환 유로(150b)는 제2 액관(192)과 제1 배관(183)이 서로 접촉하도록 일체로 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프(10)는, 흡입 배관(181)과 제1 액관(191)을 일체의 형태로 구성하고, 제1 배관(183)과 제2 액관(192)을 일체의 형태로 구성하여, 히트펌프(10)의 배관 구조를 단순화할 수 있게 된다.

도면을 참조하면, 열교환 유로(150)는, 제1 냉매 입출구(151), 액관(152), 제2 냉매 입출구(153), 제3 냉매 입출구(154), 흡입관(155), 제4 냉매 입출구(156)를 포함할 수 있다.

제1 냉매 입출구(151)는, 응축된 액상 냉매가 유입되거나, 열교환 유로(150)에서 열교환한 액상 냉매가 토출되는 입출구이다. 제2 냉매 입출구(153)는, 응축된 액상 냉매가 유입되거나, 열교환 유로(150)에서 열교환한 액상 냉매가 토출되는 입출구이다.

액관(152)은, 액상 냉매가 흡입관(155) 내의 냉매와 열교환하는 유로이다. 제1 열교환 유로(150a)의 액관(152)은, 제1 액관(191)과 동일한 액관일 수 있고, 제2 열교환 유로(150b)의 액관(152)은, 제2 액관(192)과 동일한 액관일 수 있다.

히트펌프(10)가 난방 운전시, 제1 냉매 입출구(151)로 응축된 액상 냉매가 유입되고, 액관(152)을 유동하면서 흡입관(155) 내의 냉매와 열교환하며, 제2 냉매 입출구(153)로 토출될 수 있다. 히트펌프(10)가 냉방 운전시, 제2 냉매 입출구(153)로 응축된 액상 냉매가 유입되고, 액관(152)을 유동하면서 흡입관(155) 내의 냉매와 열교환하며, 제1 냉매 입출구(151)로 토출될 수 있다.

제3 냉매 입출구(154)는, 증발된 냉매가 유입되거나, 열교환 유로(150)에서 열교환한 냉매가 토출되는 입출구이다. 제4 냉매 입출구(156)는, 증발된 냉매가 유입되거나, 열교환 유로(150)에서 열교환한 냉매가 토출되는 입출구이다. 여기서, 제3 냉매 입출구(154) 또는 제4 냉매 입출구(156)로 유입되는 증발된 냉매에는, 다량의 기상 냉매와 소량의 액상 냉매가 섞여있을 수 있다.

흡입관(155)은, 증발된 냉매가 액관(152) 내의 액상 냉매와 열교환하는 유로이다. 제1 열교환 유로(150a)의 흡입관(155)은, 흡입 배관(181)과 동일한 배관일 수 있고, 제2 열교환 유로(150b)의 흡입관(155)은, 제1 액관(183)과 동일한 배관일 수 있다.

히트펌프(10)가 냉방 운전 또는 난방 운전시, 제3 냉매 입출구(154)로 증발된 냉매가 유입되고, 흡입관(155)을 유동하면서 액관(152) 내의 액상 냉매와 열교환하며, 제4 냉매 입출구(156)로 토출될 수 있다.

도면을 참조하면, 열교환 유로(150)는, 액관(152)이 흡입관(155)의 외측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 열교환 유로(150)는, 액관(152)이 흡입관(155)의 외부를 둘러싸도록 형성되거나, 흡입관(155)이 액관(152)의 내부를 통과하는 형태로 형성될 수 있다.

제1 열교환 유로(150a)는, 제1 액관(191)이 흡입 배관(181)의 외부를 둘러싸도록 형성되거나, 흡입 배관(181)이 제1 액관(191)의 내부를 통과하는 형태로 형성될 수 있다. 제2 열교환 유로(150b)는, 제2 액관(192)이 제1 배관(183)의 외부를 둘러싸도록 형성거나, 제1 배관(183)이 제2 액관(192)의 내부를 통과하는 형태로 형성될 수 있다.

액관(152)이 흡입관(155)의 외부를 둘러싸도록 형성되거나, 흡입관(155)이 액관(152)의 내부에 배치됨으로써, 증발된 냉매가 흡입관(155)을 통과하면서, 증발된 냉매의 과열을 확보할 수 있고, 압축기(110)에 액상 냉매가 유입되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 흡입관(155)은, 배관의 외부(외측면)에 복수의 돌기(A)가 형성될 수 있다. 제1 열교환 유로(150a)에서 제1 액관(191)과 접촉하는 흡입 배관(181)의 외부의 전체 또는 일부에 복수의 돌기(A)가 형성될 수 있고, 제2 열교환 유로(150b)에서 제2 액관(192)과 접촉하는 제1 배관(183)의 외부의 전체 또는 일부에 복수의 돌기(A)가 형성될 수 있다.

흡입관(155)의 돌기 구조에 의해, 흡입관(155)과 액관(152)의 접촉 면적이 증가할 수 있다. 이에 따라, 흡입관(155) 내를 유동하는 냉매와 액관(152) 내를 유동하는 냉매의 열교환 효율이 증가할 수 있다.

돌기 구조 형태의 배관을 냉매가 유동하는 경우, 냉매의 압력 손실이 발생할수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 히트펌프(10)는, 돌기 구조가 흡입관(155)의 외부에 형성됨으로써, 흡입관(155) 내부에서는 냉매가 돌기 구조와 접촉하지 않고 유동할 수 있고, 압력 손실에 크게 영향을 받지 않는 액상 냉매가 돌기 구조와 접촉하면서 액관(152) 내를 유동하게 되므로, 흡입관(155) 내를 유동하는 냉매의 압력 손실을 최소화할 수 있게 된다.

한편, 도면을 참조하면, 흡입관(155)은, 다중관 형태로 형성될 수 있다. 도면에서는 흡입관(155)이 3개의 배관(155a, 155b, 155c)을 포함하나, 다중관의 배관의 개수는 이에 제한되지 않는다. 제1 열교환 유로(150a)에서 흡입 배관(181)은 복수 개의 배관을 갖는 다중관 형태로 형성될 수 있고, 제2 열교환 유로(150b)에서 제1 배관(183)은 복수 개의 배관을 갖는 다중관 형태로 형성될 수 있다.

흡입관(155)의 다중관 형태로 인해, 흡입관(155)의 유동 단면적이 증가할 수 있고, 흡입관(155)과 액관(152)의 접촉 면적이 증가할 수 있다. 이에 따라, 흡입관(155) 내를 유동하는 냉매와 액관(152) 내를 유동하는 냉매의 열교환 효율이 증가할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 히트펌프(10)의 제어 블록도이고, 도 4는 도 1의 히트펌프(10)의 난방 운전 동작 설명에 참조되는 도면이며, 도 5는 도 1의 히트펌프(10)의 냉방 운전 동작 설명에 참조되는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 히트펌프(10)는, 제어부(300)를 더 포함할 수 있다.

제어부(300)는, 실외기(100) 및 실내기(200)를 각각 제어할 수 있다. 제어부(300)는, 히트펌프(10)의 냉난방 운전 시, 냉난방 절환 밸브(140), 제1 차단 밸브(160) 및 제2 차단 밸브(170)를 제어할 수 있다.

히트펌프(10)의 난방 운전 시, 제어부(300)는, 제1 차단 밸브(160)가 개방되도록(열리도록) 제어하고, 제2 차단 밸브(170)가 폐쇄되도록(닫히도록) 제어할 수 있다. 또한, 제어부(300)는, 난방 운전 시, 냉난방 절환 밸브(140)가 토출 배관(182)과 제3 배관(185)을 연통시키고, 흡입 배관(181)과 제1 배관(183)을 연통시키도록 냉난방 절환 밸브(140)를 제어할 수 있다.

히트펌프(10)의 냉방 운전 시, 제어부(300)는, 제1 차단 밸브(160)가 폐쇄되도록 제어하고, 제2 차단 밸브(170)가 개방되도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(300)는, 냉방 운전 시, 냉난방 절환 밸브(140)가 토출 배관(182)과 제1 배관(183)을 연통시키고, 흡입 배관(181)과 제3 배관(185)을 연통시키도록 냉난방 절환 밸브(140)를 제어할 수 있다. 한편, 제어부(300)는, 냉방 운전 시, 실외 팽창기구(130)가 폐쇄되도록 제어할 수 있다.

도 4를 참조하면, 히트펌프(10)의 난방 운전 시, 토출 배관(182)과 제3 배관(185)이 연통되고, 흡입 배관(181)과 제1 배관(183)이 연통된다. 제1 차단 밸브(160)의 개방에 의해 제1 액관(191)과 제2 액관(192)이 연통되고, 제2 차단 밸브(170)의 폐쇄에 의해 제2 배관(184)이 차단된다.

이에 따라, 난방 운전 시, 적어도 하나의 압축기(110a, 110b)에서 압축되어 토출된 기상 냉매는, 토출 배관(182) 및 제3 배관(185)에서 유동하여 실내 열교환기(210)로 유입되고, 실내 열교환기(210)에서 응축된다. 응축된 액상 냉매는 실내 열교환기(210)에서 토출되어 제1 액관(191)으로 유입되고, 제1 액관(191)을 포함하는 제1 열교환 유로(150a)에서 흡입 배관(181)을 유동하는 증발된 냉매와 열교환한다. 액상 냉매는 제1 차단 밸브(160)를 거쳐 제2 액관(192)으로 유입되고, 제2 액관(192)을 포함하는 제2 열교환 유로(150b)에서 제1 배관(183)을 유동하는 증발된 냉매와 열교환한다.

이와 같이, 액상 냉매는 제1 열교환 유로(150a) 및 제2 열교환 유로(150b)에서 열교환하면서 과냉각될 수 있다.

과냉각된 액상 냉매는 실외 팽창기구(130)에서 팽창되고, 실외 열교환기(120)로 유입되어 증발될 수 있다. 증발된 냉매는 실외 열교환기(120)에서 토출되어 제1 배관(183)을 통해 유동하고, 제1 배관(183)을 포함하는 제2 열교환 유로(150b)에서 제2 액관(192)을 유동하는 액상 냉매와 열교환한다. 액상 냉매는 냉난방 절환 밸브(140)을 거쳐 흡입 배관(181)으로 유입되고, 흡입 배관(181)을 포함하는 제1 열교환 유로(150a)에서 제1 액관(191)을 유동하는 액상 냉매와 열교환한다. 증발된 냉매는 적어도 하나의 압축기(110a, 110b)로 유입되어 압축된다.

이와 같이, 제1 열교환 유로(150a) 및 제2 열교환 유로(150b)에서 열교환하는 과정에서, 증발된 냉매에 포함되는 소량의 액상 냉매가 기화될 수 있고, 압축기(110)에 액상 냉매가 유입되는 것이 방지될 수 있다.

도 5를 참조하면, 히트펌프(10)의 냉방 운전 시, 토출 배관(182)과 제1 배관(183)이 연통되고, 흡입 배관(181)과 제3 배관(185)이 연통된다. 제1 차단 밸브(160)의 폐쇄에 의해 제1 액관(191)과 제2 액관(192)이 차단되고, 제2 차단 밸브(170)의 개방에 의해 제2 배관(184)이 개방된다. 한편, 실외 팽창기구(130)의 폐쇄에 의해, 실외 팽창기구(130)와 제1 차단 밸브(160) 사이의 제2 액관(192)으로 냉매가 유동되는 것이 차단될 수 있다.

이에 따라, 냉방 운전 시, 적어도 하나의 압축기(110a, 110b)에서 압축되어 토출된 기상 냉매는, 토출 배관(182)으로 유동하고 냉난방 절환 밸브(140)을 거쳐 제1 배관(183)으로 유입되고, 제1 배관(183)을 포함하는 제2 열교환 유로(150b)를 유동한다. 이 경우, 제2 열교환 유로(150b)의 제2 액관(192)에는 냉매가 흐르지 않으므로, 냉매간 열교환은 일어나지 않는다. 기상 냉매는, 제1 배관(183)을 통해 실외 열교환기(120)로 유입되고, 실외 열교환기(120)에서 응축된다. 응축된 액상 냉매는 실외 열교환기(120)에서 토출되어 제2 배관(184)으로 유입되고, 제2 배관(184)을 통해 제1 액관(191)으로 유입된다.

응축된 액상 냉매는 제1 액관(191)을 포함하는 제1 열교환 유로(150a)에서 흡입 배관(181)을 유동하는 증발된 냉매와 열교환한다.

이와 같이, 액상 냉매는 제1 열교환 유로(150a)에서 열교환하면서 과냉각될 수 있다.

과냉각된 액상 냉매는 실내 팽창기구(220)에서 팽창되고, 실내 열교환기(210)로 유입되어 증발될 수 있다. 증발된 냉매는 실내 열교환기(210)에서 토출되어 제3 배관(185)을 통해 유동하고, 냉난방 절환 밸브(140)을 거쳐 흡입 배관(181)으로 유입된다. 증발된 냉매는 흡입 배관(181)을 포함하는 제1 열교환 유로(150a)에서 제1 액관(191)을 유동하는 액상 냉매와 열교환한다. 증발된 냉매는 적어도 하나의 압축기(110a, 110b)로 유입되어 압축된다.

이와 같이, 제1 열교환 유로(150a)에서 열교환하는 과정에서, 증발된 냉매에 포함되는 소량의 액상 냉매가 기화될 수 있고, 압축기(110)에 액상 냉매가 유입되는 것이 방지될 수 있다.

난방 운전과는 달리, 냉방 운전 시에는, 제2 열교환 유로(150b)에서 열교환이 일어나지 않는다. 냉방 운전시, 실외 열교환기(120)에서 토출되는 냉매는 응축된 액상 냉매이고, 실외 열교환기로 유입되는 냉매는 압축된 기상 냉매이다. 제2 차단 밸브가 개방되어, 제2 배관(184)을 통해 응축된 액상 냉매가 이동하도록 함으로써, 응축된 액상 냉매와 압축된 기상 냉매 간의 열교환을 방지할 수 있게 된다. 또한, 냉방 운전시, 제1 차단 밸브(160)가 폐쇄됨으로써, 제2 배관(184)을 유동하는 액상 냉매가 제1 액관(191)으로 유입되어 제1 액관(191) 내에 고이는 현상을 방지할 수 있게 된다.

이와 같이, 제어부(300)는, 냉난방 절환 밸브(140), 제1 차단 밸브(160) 및 제2 차단 밸브(170)를 제어하여, 난방 운전시 제1 열교환 유로(150a) 및 제2 열교환 유로(150b)에서 냉매 간 열교환이 일어날 수 있도록 하고, 냉방 운전시 제2 열교환 유로(150b)에서 냉매 간 열교환이 일어날 수 있도록 한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 히트펌프(10)의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

도면을 참조하면, P-H 선도 상에, 종래의 히트펌프의 냉난방 사이클(602) 및 본 발명의 실시 예에 따른 히트펌프(10)의 냉난방 사이클(601)이 개시된다.

종래의 히트펌프에서, 액상 냉매는 a2 지점까지 엔탈피가 감소하면서 응축될 수 있다. 이에 반해, 본 발명의 실시 예에 따른 히트펌프(10)에서, 응축된 액상 냉매는 증발된 냉매와 제1 열교환 유로(150a) 및 제2 열교환 유로(150b)에서 추가적으로 열교환함으로써, a1 지점까지 엔탈피가 감소하면서 과냉각될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 히트펌프(10)는 응축된 액상 냉매의 과냉각을 통해, 플래쉬 가스를 효과적으로 제거할 수 있고, 냉난방 효율을 높일 수 있게 된다.

또한, 종래의 히트펌프에서, 증발된 냉매는 증발 과정에서 b2 지점까지 압력이 감소될 수 있다. 이에 반해, 본 발명의 실시 예에 따른 히트펌프(10)에서, 증발된 냉매는 다중관 구조의 흡입관(155)을 유동하면서 b1 지점까지 압력이 감소될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 히트펌프(10)는 흡입관(155)의 다중관 구조를 통해 압축기(110)로 유입되는 냉매의 압력 손실을 최소화하여, 히트펌프(10)의 기상 냉매 양을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 히트펌프의 냉난방 성능을 증가시킬 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

100: 실외기 110a, 110b: 압축기
120: 실외 열교환기 130: 실외 팽창기구
140: 냉난방 절환밸브 150a: 제1 열교환 유로
150b: 제2 열교환 유로 151: 재1 냉매 입출구
152: 액관 153: 제2 냉매 입출구
154: 제3 냉매 입출구 155: 흡입관
156: 제4 냉매 입출구 160: 제1 차단 밸브
170: 제2 차단 밸브 181: 흡입 배관
182: 토출 배관 183: 제1 배관
184: 제2 배관 185: 제3 배관
191: 제1 액관 192: 제2 액관

Claims

냉매를 압축하는 적어도 하나의 압축기;
상기 냉매가 응축되거나 증발되는 실외 열교환기;
상기 냉매가 증발되거나 응축되는 실내 열교환기;
상기 실외 열교환기로 유입되는 냉매를 팽창시키는 실외 팽창기구;
상기 실내 열교환기로 유입되는 냉매를 팽창시키는 실내 팽창기구;
상기 압축기, 상기 실외 열교환기 및 상기 실내 열교환기에 연결되고 상기 냉매 유동 방향을 절환하는 냉난방 절환 밸브;
상기 실내 팽창기구와 상기 실외 팽창기구를 연결하는 액관;
상기 냉난방 절환 밸브에서 상기 압축기로 냉매가 유동하는 흡입 배관; 및
상기 액관을 유동하는 냉매와 상기 흡입 배관을 유동하는 냉매가 열교환하는 제1 열교환기를 포함하는 히트펌프.
제1항에 있어서,
상기 냉난방 절환밸브와 상기 실외 열교환기를 연결하는 제1 배관;을 더 포함하고,
상기 액관을 유동하는 냉매와 상기 제1 배관을 유동하는 냉매가 열교환하는 제2 열교환기를 더 포함하는 히트펌프.
제2항에 있어서,
상기 액관은, 상기 제1 열교환기를 형성하는 제1 액관 및 상기 제2 열교환기를 형성하는 제2 액관을 포함하고,
상기 제1 액관과 상기 제2 액관 사이에 배치되어 상기 제1 액관과 상기 제2 액관의 냉매의 유동을 제어하는 제1 차단 밸브;를 더 포함하는 히트펌프.
제3항에 있어서,
상기 실외 팽창기구와 상기 실외 열교환기를 연결하는 배관에서 분지되고 상기 제1 액관으로 연결되는 제2 배관; 및
상기 제2 배관에 배치되어 상기 제2 배관의 냉매의 유동을 제어하는 제2 차단 밸브;를 더 포함하는 히트펌프.
제3항에 있어서,
상기 제1 열교환기는,
상기 제1 액관이 상기 흡입 배관 외부를 둘러싸도록 배치되고,
상기 제2 열교환기는,
상기 제2 액관이 상기 제1 배관 외부를 둘러싸도록 배치되는 히트펌프.
제3항에 있어서,
상기 흡입 배관 및 상기 제1 배관 중 적어도 하나의 배관의 외부에는 복수의 돌기가 형성되는 히트펌프.
제3항에 있어서,
상기 흡입 배관 및 상기 제1 배관 중 적어도 하나의 배관은 복수 개의 다중관으로 형성되는 히트펌프.
제3항에 있어서,
냉난방 운전을 제어하고, 상기 냉난방 운전시, 상기 냉난방 절환 밸브, 상기 제1 차단 밸브 및 상기 제2 차단 밸브를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 히트펌프.
제8항에 있어서,
상기 제어부는, 냉방 운전시 상기 제1 차단 밸브를 차단하고, 상기 제2 차단 밸브를 개방하도록 제어하는 히트펌프.
제8항에 있어서,
상기 제어부는, 난방 운전시 상기 제1 차단 밸브를 개방하고, 상기 제2 차단 밸브를 차단하도록 제어하는 히트펌프.