KR890004867B1

KR890004867B1 - 열펌프장치

Info

Publication number: KR890004867B1
Application number: KR1019860002009A
Authority: KR
Inventors: 시게오 스즈끼; 유우지 요시다; 가즈오 나까다니; 유우지 무까이
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤; 다니이 아끼오
Priority date: 1985-03-25
Filing date: 1986-03-19
Publication date: 1989-11-30
Also published as: EP0196051B1; KR860007524A; EP0196051A2; EP0196051A3; DE3675047D1; US4722195A

Abstract

내용 없음.

Description

열펌프장치

제 1 도는 주파수가변의 압축기를 구성요소로 하는 종래예의 열펌프장치의 구성도.

제 2 도는 제 1 도의 열펌프장치에 있어서 단일냉매를 사용하였을 경우의 사이클 특성의 설명도.

제 3 도에서 제10도는 본 발명의 실시예에 관한 것이며, 제 3 도는 열펌프장치의 제 1 의 실시예를 도시한 구성도.

제 4 도는 분리기를 중간압에 설정해서 가열기없이도 기화를 시키는 경우의 실시예를 도시한 구성도.

제 5 도는 열펌프장치의 가열원 및 냉각원을 각각 토출가스, 흡입가스로 하였을 경우의 실시예를 도시한 구성도.

제 6 도는 가열원으로서 압축기내의 윤활유를 사용하였을 경우의 실시예를 도시한 구성도.

제 7 도는 정류(精留)작용의 절환을 분리기 입구의 전자밸브에 의해 행하는 실시예를 도시한 구성도.

제 8 도는 냉방시에만 정류작용을 행하는 가열, 냉각원으로 하였을 경우의 실시예를 도시한 구성도.

제 9 도는 가열기구성으로의 다른 실시예를 도시한 도면.

제10도는 냉각기를 저류기(貯留器)내에도 배치하였을 경우의 실시예를 도시한 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 압축기 2 : 4방밸브

3 : 부하쪽 열교환기 4 : 주드로틀장치

5 : 열원쪽 열교환기 6,7 : 드로틀장치

8,9 : 역지밸브 10 : 충전재

11 : 분리기 12 : 저류기

13 : 가열기 14 : 냉각기

15,16 : 배관 17,19,23,25 : 전자밸브

18 : 바이패스회로 22 : 분기경로

24 : 가열파이프

본 발명은 비공비혼합냉매(非共沸混合冷媒 : nonazeotropio mixed refrigerants)를 사용한 열펌프장치에 관한 것이다. 좀더 구체적으로 설명하면, 비공비혼합냉매를 냉동사이클에 봉입하고, 부하에 대응해서 능력을 제어할때 분리원리를 응용한 분리회로를 주회로와 병렬로 구성하고, 봉입된 비공비혼합냉매를 낮은 비점냉매, 높은 비점냉매로 분리하는 작용을 사용해서 주회로내를 흐르는 냉매 조성을 바꾸어 고능력시에는 낮은 비점냉매를 많게하고, 낮은 능력시에는 높은 비점냉매를 많게해서 부하에 따른 능력제어를 하는 구체적 장치에 관한 것이다. 냉동사이클의 능력을제어하는 방법으로서 최근 인버어터방식이라 일컬어지고, 전동기의 주파수를 가변해서 압축기에 의한 냉매순환량을 제어하여 냉난방 등의 냉동능력을 조정제어하는 열펌프장치가 채용되고 있다. 이 방식은 제 1도에 도시한바와 같이 압축기(26), 사방밸브(27), 부하족 열교환기(28), 드로틀장치(29), 열원쪽 열교환기(30) 등을 배관 접속해서 냉동사이클을 구성함과 동시에, 압축기(26)용의 전동기(31)를 주파수변환장치(32)를 개재해서 상용전원(33)에 접속한것이다.

이러한 장치에 있어서는, 필요한 냉동능력의 대소에 따라서 주파수 변환장치(32)에 의해 전동기(31)의 주파수를 증감하는 것이지만, 종래에는 다음과 같은 결점을 가지고 있었다. 즉, 이러한 장치는 내부를 흐르는 냉매로서 R₂₂등의 단일한 냉매를 사용하고 있었기 때문에 보다 큰 냉동능력을 필요로 할 경우에는 전동기(31)의 주파수를 증대시키고, 냉매순환량도 그것에 따라서 증대하지만, 부하쪽 및 열원쪽 열교환기(28)(30)의 열교환면적은 일정하기 때문에, 응축온도는 상승하고 증발온도는 저하하는 것이다. 이 특성을 제 2도의 냉매의 압력대 엔탈피선도로 설명하면 주파수가 낮을 경우에는 실선과 같은 사이클특성을 나타내지만, 주파수가 높을 경우에는 고압(응축온도)은 상승하고 저압(증발온도)은 저하하여 점선과 같은 사이클특성이 된다. 이때 특히 문제가 되는 것은, 선a-b로 나내낸 압축기(26)의압축과정이 선a'-b'로 변화해서 기울기가 감소함과 동시에 응축 온도의 상승에 의한 상승효과로 점(b) 또는 (b')로 나타낸 압축기(26)의 토출온도가 크게 상승해버리며, 냉매의 분해열화 등의 문제를 유발할 가능성이 있다는 것이다. 또 다른 문제는, 압축비의 증대나 단열효율의 저하에 의한 압축워크의 증대뿐만 아니라 토출온도의 상승에 의한 발열에 의해, 주파수변환장치(32)에 큰 부하가 걸린다는 것이다. 또 다른 문제는, 주파수가 증대하고 있음에도 불구하고 저압이 저하하기 대문에 점(a) 또는 (a')로 나타낸 압축기(26)의 흡입 비용적이 증대해서 주파수의 증대비율만큼에는 냉동능력은 증대하지 않는다고 하는 것이다.

따라서, 종래의 이러한 열펌프장치에 있어서는 기기의 신뢰성이 관점으로부터 가변주파수의 상한을 설정하거나, 최고주파수의 사용조건을 기기의 상승시 등에 한정하거나 하고 있는것이 설정이며, 냉동능력의 가변폭은 주파수의 가변폭에 비하여 크게 저하되는 것이었다. 또 이와같은 주파수를 변화시켰을 경우, 주파수가 높은 곳 혹은 낮은 곳에서는, 압축기의 효율이 저하하여 사이클의 운동효율이 낮아지는 것이었다. 사이클을 흐르는 냉매를 높은 비점성분과 낮은 비점성분으로 이루어진 비공비혼합냉매로 하고, 주사이클쪽의 냉매조성을 변화시켜서 순환량을 변화하는 능력제어를 행하는 종래예로서 미국특허 제2,938,362호와 같은 분리방식을 사용한 제안이 되어있다. 이러한 종래예는, 통상 운전시에 높은 비점성분을 저류(貯留)하는 높은 비점저류방식으로서 주사이클은 낮은 비점이 풍부한 냉매조성으로 하고, 본래의 봉입조성으로 피이드 백할시는 3방밸브의 절환에 의해 높은 비점저류기내에 저류된 높은 비점냉매를 주사이클에 주입하는 방식으로 하고 있으며, 원리적으로는 분리도 가능하며, 그 때문에 주사이클의 능력제어도 가능하나, 다음과 같은 결점을 가진 것이다. 그러나, 이러한 종래예에 의하면 높은 비점성분을 저류하는 방식으로 하고, 정류에 의해 서서히 낮은 비점성분이 풍부한 냉매조성으로 변화시켜가기 때문에, 예를들면 상승시 등에서 급격히 능력을 필요로하여, 냉매조성으로서 낮은 비점성분이 풍부한 것을 필요로할 경우에는 대응할 수 없는 것이다.

또 발명자들의 경험에 의하면 낮은 비점성분과 높은 비점성분의 혼합냉매를 사용해서 사이클을 구성하였을 경우 사이클의 최적한 냉매량은 하기표와 같이되며, 낮은 비점성분이 많을수록 최적냉매량은 많아진다.

이것은 낮은 비점성분이 많을수록, 가스의 비용적이 작아져서 냉동사이클용적중에서의 최적한 냉매량이 증대하기 때문이다. 그 때문에 정류분리를 행하여 주사이클농도를 바꿀경우, 높은 비점성분을 저류하는 방식과, 낮은 비점성분을 저류하는 방식에서는 봉입하는 냉매량이 다르다. 또, 이러한 종래예에서는 정류의 주된 가열원으로서 전기히이터를 사용하고 있어, 통상시는 정류작용을 행하고 있으므로 항상 히이터 입력분만큼 전기입력이 증가하는 것이다. 또한, 냉난방장치로서 사용한 종래예에서는 난방시에는 정류작용을 행하게 하는 일은 불가능하며, 또 분리기가 저압회로에 접촉되어 있기 때문에 분리기내의 냉매가 없어지며 모두 주사이클쪽으로 들어간다. 그 때문에 냉방시와 난방시에서 냉매량의 밸런스가 크게 어긋나서 최적한 냉매량으로 사이클을 운전하는 일이 불가능하는 등의 결점도 가진다.

본 발명은, 비공비혼합냉매를 봉입하고, 압축기, 응축기, 주드로틀장치, 증발기 등을 환형상으로 접속한 주사이클회로와, 이 주사이클회로와 별렬로 정류기를 착설한 부사이클회로를 구성하고, 정류기의 탑저부와 주사이클의 응축기출구쪽을 접속하고, 또 정류기의 탑저부와 주사이클의 저압 혹은 중간압을 부드로틀장치를 개재해서 접속하고, 또 정류기의 탑정부저류기와 주사이클의 저압 혹은 중간압을 개폐자재한 전자밸브로 접속한 것이며, 주사이클운전중, 사이클을 순환하는 냉매의 일부는 항상 제 2 정류기를 착설한 부사이클회로를 경유해서 주사이클로 피이드백한다. 또 이때, 정류에 필요한 가열, 냉각원은 주사이클의 고온원, 저온원을 사용하고 있는 것이다. 이와같은 구성에 의해, 능력이 필요한 상승시 등에는 낮은 비점성분이 풍부한 냉매조성으로 할 수 있고, 능력을 저감시킬때는 정류분리가 확실하게 되고 높은 비점성분이 풍부한 냉매조성으로 할 수 있으며, 또 전체 봉입냉매량이 감소함과 동시에 정류시의 전기입력증가도 없고, 또한 냉난방시 모두 최적한 냉매량상태로 정류작용을 행하게 할 수 있는 등의 신규한 열펌프장치를 제공할 수 있는 것이다. 또한 본발명으로 이루어진 구성에 주파수가변형 압축기를 채용함으로서, 주파수가변폭을 축소하면서 예를들면 저주파수영역에 있어서 냉매조성을 가변하고, 주사이클을 높은 비점성분이 풍부한 냉매조성으로 함으로서 능력을 감소시켜, 능력가변폭을 확대함과 동시에 인버어터 효율이 좋은 운전범위를 유지할 수 있어 전체로서 높은 효율의 운전을 실현할 수 있다.

또 이때, 높은 비점성분이 풍부하기 때문에, 주사이클의 고압은 감소한, 실내풍량의 감소등의 조작을 맞추면 높은 토출온도를 유지하는 일이 가능하여 능력제어뿐만 아니라 증기압제어도 실현할 수 있는 것이다. 이하, 본 발명의 상세한 것에 대하여 실시예와 함께 설명한다. 제 3 도는 본 발명의 일실시예이며, 비공비혼합냉매를 사용한 열펌프장치를 냉난방장치로서 적용한 실시예로서, 압축기(1), 4방밸브(2), 부하쪽 열교환기(3), 주사이틀장치(4), 열원쪽 열교환기(5) 등을 환형상으로 접속하여, 주사이클회로를 구성하고 있다. 또 주드로틀장치(4)의 바이패스로서 드로틀장치(6)(7), 역지밸브(8)(9), 충전재(10)를 충전한 분리기(11), 저류기(12) 등을 연결한 부사이클회로를 구성하고, 분리기(11)의 하부에는 가열기(13), 상부에는 냉각기(14)를 배치하고 있다. 본 실시예에서는 가열기(13)의 가열용열원으로서 압축기(1)자체를 포함해서 압축기(1)로부터, 난방시에는 응축기가 되는 부하쪽 열교환기(3)까지의 사이, 냉방시에는 응축기가 되는 열원쪽 열교환기(5)까지의 사이의 고압부분으로 구성하고 있고, 또 냉각기(14)의 냉각용열원르으서는 난방시에는 증발기가 되는 열원쪽 열교환기(5)로부터 압축기(1)까지, 또 냉방시에는 증발기가 되는 부하쪽 열교환기(3)로부터 압축기(1)까지의 각각의 저압부분으로 하는 것과 같이 구성하고 있으며, 냉동사이클내부에는 비공비혼합냉매가 봉입되어 있다. 또, 배관(15)에 의해 분리기(11)하부와 드로틀장치(7)를 접속하고, 배관(16)은 탑정상부로부터 냉각기(14)를 개재해서 분리기(11)까지의 배관이며, 탑정상부저류기(12)하부로부터 개폐자재한 전자밸브(17)를 개재해서 바이패스회로(18)에 의해 드로틀장치(7)에 접속되어 있다.

이러한 열펌프장치의 작용사태를, 난방운전시를 중심으로 설명하면, 높은 능력을 얻기 위해서는 주사이클 회로를 순환하는 냉매조성으로서 낮은 비점냉매를 많이 순환시키는 것이 알려져 있고, 본 실시예와 같이 낮은 비점저류방식에서는 봉입한 비공비혼합냉매의 조성으로 냉매를 순환시키는 것이며 이러한 동작을 실현하기 위해서는 전자밸브(17)를 개방해 놓으면, 냉매가 주로 압축기(1)→4방밸브(2)→부하쪽 열교환기(3)→주드로틀장치(4)→열원쪽 열교환기(5)→4방밸브(2)→압축기(1)순으로 순환하고, 부하쪽 열교환기(3)로부터 바이패스해서 부사이클회로에 유입된 냉매의 일부는 역지밸브(8)→분리기(11)하부→배관(15)→드로틀장치(7)→열원쪽 열교환기(5)로 순환함과 동시에, 바이패스회로(18)중의 전자밸브(17)가 개방되어 있으므로, 부사이클회로중의 분리기(11)상부 및 저류기(12)가 바이패스회로(18)를 통해서, 직접 저압의 열원쪽 열교환기(5)와 접속되기 때문에, 부사이클회로중의 냉매의 흐름이 주로 역지밸브(8)→분리기(11)→저류기(12)→바이패스회로(18)→드로틀장치(7)→열원쪽 열교환기(5)의 순으로 흘러서, 분리기(11)중에서는 고속의 유속상태의 상승류가 실현되는 것이다.

따라서, 가열기(13)에서 가열하고, 냉각기(14)에서 항상 냉각하고 있어도, 저류기(12)로부터 분리기(11)내에 아래로 흘러 환류해오는 액체냉매의 흐름이 저해되는 자연적인 정류작용을 정지시키는 일이 가능해지는 것이다. 또 특히 바이패스회로(18)의 배관저항을 작게 구성해 놓음으로서, 부하쪽 열교환기(3)로부터 부사이클 회로에 바이패스해오는 냉매유량도 약간 증대하기 때문에, 정류작용시에 필요해지는 가열기(13)의 미소한 가열량으로 낮은 비점냉매를 기화시킬수도 없어, 봉입냉매조성 그대로로 주사이클을 운전할 수 있으며 낮은 비점냉매를 포함한 혼합냉매에 의해 부하쪽 열교환기(3)에 있어서 높은 난방효율을 출력하는 일이 가능해진다.

한편 능력을 저감시킬 경우에는, 전자밸브(17)를 닫음으로서 바이패스회로(18)의 냉매류가 정지하고, 부사이클회로에 유입된 냉매는 가열기(13)에서 가열된다. 이때 비공비혼합냉매의 성질로서, 보다 휘발성이 높은 낮은 비점냉매가 기화되어 분리기(10)내를 상승하여 배관(16)을 통과해서 냉각기(14)에 의해 응축액화되고, 저류기(12)내의 잉여냉매와 혼합하여 일부는 분리기(11)내를 아래로 흘러 환류해 간다. 여기서, 분리기(11)내부에 있어서는 상승하는 가스냉매와 아래로 흐르는 액냉매가 미소한 유속상태중에서 충전재(10)에 의해 액체와 기체의 접촉이 촉진되고 소위 정류작용에 의해 저류기(12)중에서는 낮은 비점냉매가 농축됨과 동시에 배관(15)을 통해서 드로틀장치(7)를 개재해서 주사이클의 저압회로로 귀환하는 냉매는 높은 비점냉매가 되어 주사이클회로는 높은 비점냉매의 농도가 높아져서, 부하쪽 열교환기(3)에서 낮은 난방능력을 실현하는 일이 가능해지는 것이다. 상기 실시예에 있어서, 저류기는 분리기와는 별개로 착설되어 있으나, 분리기와 일체로 형성해도 된다. 또, 냉각기는 자연방냉(放冷)이라도 좋으며, 주사이클로부터 열원을 취해도 된다. 예를들면 부하쪽 열교환기 혹은 열원쪽 열교환기가 증발기로서 동작할때에 드로틀장치로부터 증발기를 개재해서 압축기의 흡입쪽에 이르는 경로에서 취해도 된다. 또한 냉난방 양ㅇ요일 경우은 4방밸브와 압축기 사이의 냉난방으로 부터 얻는 것이 가장 적합하다.

전자밸브(17)는 난방운전시의 부하에 따라서 개폐제어함으로서 냉매의 조성을 제어해도 좋으며, 난방운전 중에는 항상 열리고, 냉방운전중에는 항상 닫혀지도록 운전모우드에 따라서 조성을 제어해도 된다. 또한, 냉방운전시는 4방밸브(2)를 절환함으로서, 주로 압축기(1)→4방밸브(2)→열원쪽 열교환기(5)→주드로틀장치(4)→부하쪽 열교환기(3)→4방밸브(2)→압축기(1)의 순으로 순환하고, 일부는 열원쪽 열교환기(5)로부터 바이패스해서, 역지밸브(9)→배관(15)→분리기(11)하부→드로틀장치(6)→부하쪽 열교환기(3)로 순환하고, 정류작용에 의한 냉매조성의 가변수단은 난방운전시와 마찬가지이다. 즉, 드로틀장치(6)(7) 및 역지밸브(8)(9)는, 본 실시예에서는 분리기(11)를 고압에 위치시켜 응축기로서 작용하는 열교환기로부터의 고압액체냉매를 분리기(11)내에 공급하기 위한 것이며, 가열기(13)에서의 기화를 촉진하기 위하여, 경우에 따라서 저류기(12)중에 잉여냉매를 액체로 저류할 수 있는 범위라면 분리기(11)를 중간압에 위치시켜도 되며, 중간압으로서 분리에 필요한 가스를 모두 발생시켜서, 가열수단을 없애는 것도 가능하다.

다음에 냉난방운전시에 정류작용을 정지시킬 경우에는, 4방밸브(2)를 절환하고, 전자밸브(17)를 개방하면, 부사이클회로중의 냉매의 흐름이 일부는 배관(15)을 개재해서 분리기(11)의 하부로 흐르는 것이 주로 역지밸브(9)→바이패스회로(18)→저류기(12)→분리기(11)→드로틀장치(6)→부하쪽 열교환기(3)순으로 흐르고, 분리기(11)속에서는 고속인 유속사태의 하강류가 실현되는 것이다. 따라서 이 경우에는 설령 가열기(13)에서 낮은 비점냉매가 기화되어 분리기(11)속을 상승할려고 하여도, 그 흐름이 저해되어, 확실하게 정류작용을 정지 시키는 일이 가능해지는 것이다.

이상 설명한바와 같이 본 실시예에서는, 분리기(11)의 탑저부 및 배출관(15)을 경유해서 주사이클의 저압회로로 항상 순환하고 있으며, 그 때문에 냉방시 혹은 난방시로 분리하고, 분리가 없는 절환이라도 급격한 냉매량의 변화 등이 없다. 또, 본 발명에서는 분리기내의 압력을 냉난방시 모두 고압으로 유지하도록, 응축기 출구로부터 역지밸브, 드로틀장치의 병렬회로중 역지밸브를 통과해서 가열기로 들어가며, 분리기로부터의 냉매는, 주회로의 저압쪽에 합류하는 역지밸브, 드로틀장치의 병렬회로중 드로틀장치를 통과하도록 구성함으로서, 냉난방시 모두 저류기(12)내에서 액체냉매로 할 수 있어 분리기내의 냉매량이 안정해짐과 동시에 간단한 구성으로 냉난방 모두 정류가 가능한 회로가 된다. 또, 응축기의 출구압력보다 낮은 중간압력으로서 가열기에서의 가스발생량을 증가시키는 것은 드로틀장치를 부가하는 것으로 가능하다. 또, 본 발명에서는, 부사이클회로쪽의 드로틀장치(6), 드로틀장치(7)는 주드로틀장치(4)의 저항보다 크게하고 있으며, 부사이클회로를 경유해서 저압회로로 순환하는 냉매유량을 적게하여, 정류시에 정류작용의 흐름에 의해서 저해되지 않도록 함과 동시에, 가열기(13)에서의 필요한 가열량을 대폭적으로 저감시키고 있다. 또 이때 주드로틀장치(4)의 저항은 주사이클조성에 의해서 변환하는 구성으로 하고 있으며, 압축기(1)의 흡입온도와 토출온도를 검출해서 항상 최적한 사이클조건에서 운전할 수 있는 것이다.

본 발명은, 낮은 비점냉매의 저류방식으로 하고 있으며, 상승시에는 낮은 비점냉매성분이 풍부한 냉매조성으로 운전이 가능하며, 상승성능이 양호하다. 또 전체의 냉매봉입량을 높은 비점냉매의 저류방식에 비해서 적게할 수 있으며 그 때문에 압축기(1)에 대해서 악영향이 없다. 또 본 발명에서는 정류의 가열, 냉각을 사이클내의 가열, 냉각만으로 행하고 있으므로 쓸데없는 전기압력의 부가가 없어도 되는 것이다. 제 4도는, 분리기(11)에 유입할때에 고압으로부터 중간압으로 하고, 분리기(11)에 들어갈때에 가스성분을 발생시켜서 가열수단을 사용하지 않해도 조성분리를 행하는 것이며, 난방시에 부하쪽 열교환기(3)로부터의 고압액체냉매를 드로틀장치(6)에 의해 가스성분이 발생하는 압력까지 감압시킨다. 또 냉방시에는 응축기가 되는 열원쪽 열교환기(5)로부터의 고압액체냉매를 드로틀장치(7)에 의해 가스성분이 발생하는 압력까지 감압시킨다. 이와같이 해서 난방시, 냉방시 모두 가열하지 않아도 분리할 수 있는 것이며, 본 실시예에서는 가열기가 전혀없게 나타내고 있으나, 경우에 따라서는 드로틀장치(6)(7)의 관계에서 크게 감압시키지 않고 약간의 가열을 가할수도 있다. 또 정류분리를 정지시키는 방법으로서는 주드롤장치(4)와 드로틀장치(6)(7)의 관계에서 드로틀장치(6)(7)를 저항가변형으로해서, 주드로틀장치(4)보다 저항을 작게하여, 분리기(11)쪽으로 유량을 정류작용이 정지할때까지 증대시키는 것으로 가능하다.

제 5 도는 본 발명에 있어서, 사이클내 가열, 냉각의 가열원을 압축기(1)로부터 4방밸브(2)사이의 토출가스를 사용하고, 냉각원을 4방밸브(2)로부터 압축기(1)까지 사이의 흡입가스로 하였을 경우의 일실시예를 도시한 것이다. 본 발명과 같은 구성에 의하면, 냉난방시의 냉매흐름이 역방향이 되어도 분리기(11)의 가열, 냉각작용을 행할 수 있어, 냉난방시 모두 동일한 구성으로 정류작용을 행할 수 있어 능력가변이 가능해지는 것이다. 또, 도시한바와 같이 토출가스를 바이패스회로 구성으로해서 전자밸브(19)를 착설하여 가열기(13)쪽에 가열이 필요할때에만 필요량을 흐르게 하는 것이고, 가열을 제어하는것도 가능하며 이때의 복귀를 다시 고압 경로로 피이드백할 경우나, 주회로의 증발기입구로 피이드백하여, 난방시의 서리제거성능개선에 유용하게 할 수도 있다. 마찬가지로 흡입가스쪽도 바이패스방식으로 하는 일은 가능하다(도시하지 않음). 제 6도는 본 발명에 있어서 사이클내 가열의 가열원을 압축(1)내의 윤활유로 하였을 경우의 일실시예를 도시한 것이다. 난방시에 부하쪽 열교환기(3)를 나온 액체냉매는 일부가 분기경로(22)와 전자밸브(23)를 개재해서 압축기(1)의 윤활유내에 삽입된 가열파이프(24)로 들어가고, 여기서 가열되어서 가스를 발생하여 역지밸브(8)로부터 분리기(11)로 유입하는 것이다.

일반적으로 압축기의 성능을 좌우하는 인자로서는, 냉매가스의 수열(受熱)에 의한 손실, 압력손실, 마찰손실, 재팽창손실 등을 들 수 있으나, 이중에서도 냉매가스의 수열에 의한 손실이 매우 크고, 이것은 압축기의 흡입가스가 실린더내로 들어가서 토출가스 압력까지 압축되는 과정에서, 실린더벽으로부터의 전도열, 혹은 클리어런스로부터의 윤활유의 스며드는 것에 의해서 단열변화는 아니고, 수열되면서의 플리트로우프(다방)변화로 되기 때문이며, 그 손실을 저감시키기 위해서는 실린더나 윤활유의 냉각이 가장 효과가 있는 것이 알려져있다. 본 실시예에서는 분리기(11)로 들어가는 냉매를 윤활유로 가열함으로서, 정류작용의 가열원으로 이용하고, 또 반대로 윤활유가 냉각됨으로서, 압축기의 수열손실을 대폭적으로 낮출수가 있어, 압축기의 특성도 대폭적으로 향상된다. 따라서, 앞에서 설명한 주회로의 냉매조성의 가변수단과 윤활유의 냉각작용이 어울려서 매우 성적계수成積係數)가 높고, 부하의 변화에 항상 대응한 능력이 나오는 열펌프장치를 얻을 수 있게 된다. 이것은 가열원으로서 토출가스를 사용하였을 경우에는 압축기를 나온 가스가 열원에 의해서 열량을 빼앗겨서 응축기로 들어가는 냉매온도가 떨어지며, 그 때문에 능력이 감소한다고 하는 점을 개량할 수 있는 것이다. 본 실시예에서는 가열되는 냉매를 압축기 윤활유내로 인도하고 있으나, 압축기 윤활유를 오일펌프 등으로 분리기로 인도순환시켜서 가열하는 것도 가능하다.

제 7도는 제 3도에 있어서 탑정상부 저류기에 의해 착설된 바이패스회로(18)의 개폐에 의해 행하였던 정류제어를 분리기(11)쪽의 입구에서 전자밸브(25)에 의해서 행하는 것이며, 정류작용시는 전자밸브(25)를 열리게 함으로서 상술한 제 3도와 마찬가지의 정류작용을 행하게하여, 봉입냉매농도로 피이드백할 경우에는 전자밸브(25)를 닫히게 하므로서, 분리기(11) 및 저류기(12)의냉매를 저압으로 끌어내려, 부사이클내의 냉매를 주사이클로 피이드백하여 봉입조성 냉매농도로 운전할 수 있다.

이때, 예를들면 가열원으로서 토출가스를 사용하였을 경우는, 정류작용을 행하고 있지 않을 때에도 전자밸브(19)를 없게해서 개방상태로 해도 토출가스로부터 분리기내의 냉매에의 열이동이 없어지며, 그 때문에 상술한 응축기입구 온도의 저하에 의한 능력감소가 없어지는 것이다. 단, 이러한 동작에 의한 정류의 제어를 적용할 수 있는것은,봉입된 비공비혼합냉매의 편성에 의해 저류기(12)내에서 냉매를 저류해서 주사이클에서 높은 비점성분을 많게 할때와, 저류기(12)내에서 냉매를 저류시키지 않고 주사이클에 봉입한 낮은 비점성분이 많을때와 양냉매량의 밸런스가 취해지는 때에 한정된다. 제 8도는, 난방시에 정류분리를 행하지 않고, 냉방시에만 정류분리를 행할 경우의 일실시예이다. 이 실시예에서는 냉방시에 있어서 4방밸브(2)와 열원쪽 열교환기(5)사이의 냉매를 가열원으로 하는 기화수단을 착설하고, 주드로틀장치(4)로부터 부하쪽 열교환기(3) 사이의 냉매를 냉각원으로 하는 것이다. 이와같은 구성으로 하면, 난방시에는 기화수단이 없어 정류분리가 행하여지지 않으나, 냉방시에는 가열, 냉각작용이 이루어져서 정류작용이 이루어진다. 이대 냉각을 주드로틀장치(4)와 부하쪽 열교환기(3)사이의 기체와 액체의 2상영역 사이에서 열교환시킴으로서 열전달을 증가시켜서 냉각기로서 소형으로 할 수 있는 것이다.

제 9도는, 가열기(13)를 냉방시와 난방시에 각각 분리기(11)에 유입하는 배관을 동일한 가열기(13)내에 수납하였을 경우의 실시예이며, 각각 난방시, 냉방시의 역지밸브(8)(9)를 통하는 배관을 주사이클내의 고온냉매가 통과하는 가열기(13)에서 가열된 냉매가 분리기(11)로 들어가며, 배관(15)으로부터 드로틀장치(7)를 통해서 저압회로로 유입한다. 또 냉방시는 역지밸브(9)를 통과하여 가열기(13)에서 가열된 냉매가 분리기(11)로 들어가, 드로틀장치(6)를 경유해서 저압회로로 유입한다. 이와같은 구성으로 함으로서 가열기를 콤팩트하게 할 수 있는 것이다. 제10도는 탑정상부의 냉각기의 구성에 관한 실시예이고, 저류기(12)내에도 냉각용배관을 삽입시켰을 경우의 실시예이며, 이와같이 구성함으로서 냉각기(14)를 콤팩트하게 할 수 있다. 이때 냉각기로서 저류기(12)만을 착설해도 된다.

이상과 같이 본 발명의 열펌프장치에 의하면, 주사이클과 부사이클회로로 병렬로 구성하여, 항상 주사이클을 순환하는 냉매의 일부가 부사이클회로를 경유해서 저압회로에 접속되고, 탑정상부 저류기와 저압회로를 개폐가능한 전자밸브로 접속함으로서 정류작용과 정류정지를 안정, 확실하게 행할 수 있으며, 낮은 비점저류방식으로 하면, 시스템 전체의 냉매봉입량을 감소시킬 수 있고, 역지밸브와 드로틀장치의 병렬회로 구성을 사용해서 냉난방시 모두 안정적으로 분리를 행할 수 있다. 또 가열원, 냉각원으로서 사이클의 고온원, 저온원을 사용하고 있기 때문에, 불필요한 전기입력 등이 필요없게 되어서 효율적인 능력가변을 행할 수 있는 것이다. 이와같이 본 발명은 비공비혼합냉매를 사용해서 냉동사이클을 구성한 냉난방기 혹은 냉난급탕기에서의 사이클내 냉매조성의 가변을 확실하게 행할 수 있는 것이며, 주파수가변형 압축기를 사용한 냉동사이클에 적용 하였을 경우에는 더욱 그 능력가변폭을 확댈할 수 있는 등 이용가능성이 대단히 큰 것이다.

Claims

비공비혼합냉매를 봉입하고, 압축기, 부하쪽 열교환기, 드로틀장치, 열원쪽 열교환기를 환형상으로 접속해서 주사이클을 구성하고, 상기 주사이클중의 비공비혼합냉매를 분리하는 분리기와, 상기 주사이클로부터 상기 분리기에 도입되는 냉매의 전부 또는 일부를 기화시키는 냉매기화수단과, 상기 분리기에서 분리한 낮은 비점냉매를 액체상태로 저류하는 저류기와, 일단부를 상기 부하쪽 열교환기와 상기 드로틀장치와의 사이에 접속하고 타단부를 상기 분리기에 접속한 제 1의 배관과, 일단부는 상기 분리기의 탑저부에 접속하고 타단부를 상기 드로틀장치와 상기 영원쪽 열교환기와의 사이에 접속한 제 2의 배관을 착설한 열펌프장치.
제 1항에 있어서, 냉매기화수단으로서, 부하쪽 열교환기로부터 제 1의 배관사이 또는 제 1의 배관에 드로틀장치를 착설한 열펌프장치.
제 1항에 있어서, 냉매기화수단으로서 분리기의 탑저부, 제 1의 배관 또는 제 2의 배관에 가열기를 착설한 열펌프장치.
제 1항에 있어서, 제 1의 배관의 타단부를 분리기의 탑저부에 접속한 열펌프장치.
제 1항에 있어서, 분리기의 탑정상부, 저류기 또는 상기 분리기의 탑정상부와 상기 저류기를 접속하는 배관을 냉각하는 냉각수단을 착설한 열펌프장치.
제 5항에 있어서, 냉각수단으로서 주사이클중의 냉매를 사용한 열펌프장치.
제 5항에 있어서, 주사이클중의 압축기 토출배관을 부하쪽 열교환기 또는 열원쪽 열교환기로 절환하는 4방밸브를 착설하고, 냉각수단에 드로틀장치와 부하쪽 열교환기와의 사이의 냉매를 사용한 열펌프장치.
제 1항에 있어서, 냉매기화수단에 주사이클중의 냉매를 사용한 열펌프장치.
제 1항에 있어서, 주사이클중의 압축기 토출배관을 부하쪽 열교환기 또는 열원쪽 열교환기에 절환하는 4방밸브를 착설하고, 냉매기화수단에 상기 4방밸브와 열원쪽 열교환기와의 사이의 냉매를 사용한 열펌프장치.
제 1항에 있어서, 주사이클중의 압축기 토출배관을 부하쪽 열교환기 또는 열원쪽 열교환기에 절환하는 4방밸브를 착성하고, 제 1의 배관 및 제 2의 배관에 각각 드로틀장치를 착설하고, 상기 드로틀장치에 병렬로 주사이클로부터 분리기로 냉매를 공급하는 역지밸브를 각각 착설한 열펌프장치.
제1항에 있어서, 제 1의 배관 또는 제 2의 배관에 드로틀장치를 착설하고, 상기 드로틀장치의 저항을 주사이틀중의 드로틀장치의 저항보다도 크게한 열펌프장치.
제 1항에 있어서, 냉매기화수단에 압축기내의 윤활유를 사용한 열펌프 장치.
제 1항에 있어서, 제1의 배관 또는 제2의 배관을 압축기내부 또는 압축기외주에 배설해서 냉매기화수단을 구성한 열펌프장치.
제 1항에 있어서, 냉매기화수단으로서 가열기를 사용하고, 상기 가열기의 가열량을 제어하는 가열제어 수단을 착설한 열펌프장치.
제 1항에 있어서, 제 1의 배관 또는 제 2의 배관에 개폐밸브를 착설한 열펌프장치.
제 1항에 있어서, 일단부를 저류기에 접속하고 타단부를 드로틀장치와 열원쪽 열교환기와의 사이에 접속한 제 3의 배관을 착설하고, 상기 제 3의 배관에 개폐밸브를 착설한 열펌프장치.
제 1항에 있어서, 드로틀장치를 가변으로한 열펌프장치.
비공비혼합냉매를 봉입하고, 압축기, 부하쪽 열교환기, 드로틀장치, 열원쪽 열교환기를 환형상으로 접속해서 주사이클을 구성하고, 상기 주사이클중의 비공비혼합냉매를 분리하는 분리기와, 상기 주사이클로부터 상기 분리기에 도입되는 냉매의 전부 또는 일부를 기화시키는 냉매기화수단과, 상시분리기에서 분리된 낮은 비점냉매를 액체상태로 저류하는 저류기와, 일단부를 상기 부하쪽 열교환기와 상기 드로틀장치와의 사이에 접속하고 타단부를 상기 분리기에 접속한 제 1의 배관과, 일단부를 상기 분리기의 탑저부에 접속하고 타단부를 상기 드로틀장치와 상기 열원쪽 열교환기와의 사이에 접속한 제 2의 배관과, 일단부를 저류기에 접속하고 타단부를 드로틀장치와 열교환기와의 사잉 접속한 제 3의 배관을 착설하고, 상기 제 3의 배관에 개폐밸브를 착설한 열펌프장치.
제18항에 있어서, 냉매기화수단으로서 부하쪽 열교환기로부터 제 1의 배관의 사이 또는 제 2의 배관에 드로틀장치를 착설한 열펌프 장치.
제18항에 있어서, 냉매기화수단으로서 분리기의 탑저부, 제 1의 배관 또는 제 2의 배관에 가열기를 착설한 열펌프장치.
제18항에 있어서, 제 1의 배관의 타단부를 분리기의 탑저부에 접속한 열펌프장치.
제18항에있어서, 분리기의 탑정상부, 저류기 또는 상기 분리기의 탑정상부와 상기 저류기를 접속하는 배관을 냉각하는 냉각수단을 착설한 열펌프장치.
제22항에 있어서, 냉각수단으로서 주사이클중의 냉매를 사용한 열펌프장치.
제22항에 있어서, 주사이클중의 압압기 토출배관을 부하쪽 열교환기 또는 열원쪽 열교환기로 절환하는 4방밸브를 착설하고, 냉각수단에 드로틀 장치와의 부하쪽 열교환기와의 사이의 냉매를 사용한 열펌프장치.
제18항에 있어서, 냉매기화수단에 주사이클중의 냉매를 사용한 열펌프장치.
제18항에 있어서, 주사이클중의 압축기 토출배관을 부하쪽 열교환기 또는 열원쪽 열교환기에 절환하는 4방밸브를 착설하고, 냉매기화수단에 상기 4방밸브와 열원쪽 열교환기와의 사이의 냉매를 사용한 열펌프장치.
제18항에 있어서, 주사이클중의 압축기 토출배관을 부하쪽 열교환기 또는 열원쪽 열교환기로 절환하는 4방밸브를 착설하고, 제 1의 베관 및 제 2의 배관에 각각 드로틀장치를 착설하고, 상기 드로틀장치에 병렬로 주사이클로부터 분리기에 냉매를 인도하는 역지밸브를 각각 착설한 열펌프장치.
제18항에 있어서, 제 1의 배관 또는 제 2의 배관에 드로틀장치를 착설하고, 상기 드로틀장치의 저항을 주사이클중의 드로틀장치의 저항보다도 크게한 열펌프장치.
제18항에 있어서, 냉매기화수단에 압축기내의 윤활유를 사용한 열펌프장치.
제18항에 있어서, 제 1의 배관 또는 제 2의 배관을 압축기내부 또는 압축기외주에 배설해서 냉매기화수단을 구성한 열펌프장치.
제18항에 있어서, 냉매기화수단으로서 가열기를 사용하고, 상기 가열기의 가열량을 제어하는 가열제어 수단을 착설한 열펌프장치.
제18항에 있어서, 제 1의 배관 또는 제 2의 배관에 개페벨브를 착설한 열펌프장치.
제18항에 있어서, 드러틀장치를 가변으로한 열펌프장치.
비공비혼합냉매를 봉입하고, 압축기, 4방밸브, 부하쪽 열교환기, 드로틀장치, 열원쪽 열교환기를 환형상으로 접속해서 주사이클을 구성하고, 상기 주사이클중의 비공비혼합냉매를 분리하는 분리기와, 상기 주사이클로부터 상기 분리기에 도입되는 냉매의 전부 또는 일부를 기화시키는 냉매기화수단과, 상기 분리기에서 분리한 낮은 비점냉매를 액체상태로 저류하는 저류기와, 일단부를 상기 부하쪽 열교환기와 상기 드로틀장치와의 사이에 접속하고 타단부를 상기 분리기에 접속한 제 1의 배관과, 일단부를 상기분리기의 탑저부에 접속하고, 타단부를 상기 드로틀장치와 상기 열원쪽 열교환기와의 사이에 접속한 제 2의 배관을 착설하고, 난방운전시에는 주사이클중의 냉매를 분리시키지 않고, 냉방운전시에는 주사이클중의 냉매를 분리하여 상기 저류기에 낮은 비점냉매를 저류하는 구성으로한 열펌프장치.
제34항에 있어서, 냉매기화수단으로서 부하쪽 열교환기로부터 제 1의 배관의 사이 또는 제 1의 배관에 드로틀장치를 착설한 열펌프장치.
제34항에 있어서, 냉매기화수단으로서 분리기의 탑저부, 제 1의 배관 또는 제 2의 배관에 가열기를 착설한 열펌프장치.
제34항에 있어서, 제 1의 배관의 타단부를 분리기의 탑저부에 접속한 열펌프장치.
제34항에 있어서, 분리기의 탑정상부, 저류기 또는 상기 분리기의 탑정상부와 상기 저류기를 접속하는 배관을 냉각하는 냉각하는 냉각수단을 착설한 열펌프장치.
제38항에 있어서, 냉각수단으로서 주사이클중의 냉매를 사용한 열펌프장치.
제38항에 있어서, 냉각수단에 드로틀장치와 부하쪽 열교환기와의 사이의 냉매를 사용한 열펌프장치.
제34항에 있어서, 냉매기화수단에 주사이클중의 냉매를 사용한 열펌프장치.
제34항에 있어서, 냉매기화수단에 4방밸브가 열원쪽 열교환기와의 사이의 냉매를 사용한 열펌프장치.
제34항에 있어서, 제 1의 배관 및 제 2의 배관에 각각 드로틀장치를 착설하고, 상기 드로틀장치에 병렬로 주사이클로부터 분리기에 냉매를 인도하는 역지밸브를 각각 착설한 열펌프장치.
제34항에 있어서, 제 1의 배관 또는 제 2의 배관에 드로틀장치를 착설하고, 상기 드로틀장치의 저항을 주사이클중의 드로틀장치의 저항보다도 크게한 열펌프장치.
제34항에 있어서, 냉매기화수단에 압축기내의 윤활유를 사용한 열펌프장치.
제34항에 있어서, 제 1의 배관 또는 제 2의 배관을 압축기내부 또는 압축기외주에 배설해서 냉매기화 수단을 구성한 열펌프장치.
제34항에 있어서, 냉매기화수단으로서 가열기를 사용하고, 상기 가열기의 가열량을 제어하는 가열제어 수단을 착설한 열펌프장치.
제34항에 있어서, 제 1의 배관 또는 제 2의 배관에 개페밸브를 착설한 열펌프장치.
제34항에 있어서, 일단부를 저류기에 접속하고 타단부를 드로틀장치와 열원쪽 열교환기와의 사이에 접속한 제 3의 배관을 착설하고, 상기 제3의 배관에 개페벨브를 착설한 열펌프장치.
제34항에 있어서, 드로틀장치를 가변으로한 열펌프장치.