KR900001896B1

KR900001896B1 - 히트펌프식 냉난방장치

Info

Publication number: KR900001896B1
Application number: KR1019850001720A
Authority: KR
Inventors: 하마히로아끼; 마사미 이마니시; 나오끼 다나까
Original assignee: 미쓰비시전기주식회사; 카다야마히도 하지로
Priority date: 1984-05-23
Filing date: 1985-03-16
Publication date: 1990-03-26
Also published as: KR850008403A; EP0162720A2; US4563879A; EP0162720A3; DE3567534D1; EP0162720B1

Abstract

내용없음.

Description

히트펌프식 냉난방장치

제1도는 종래의 예를 나타낸 냉동 사이클도.

제2도는 감압장치의 구성을 나타낸 구성도.

제3도는 종래의 예를 나타낸 냉동 부하와 최적한 냉매순환차량의 관계도.

제4도는 본 발명의 한 실시예를 보인 냉동 사이클도.

제5도는 본발명의 한 실시예를 나타낸 냉동부하와 최적한 냉매순환량의 관계도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3 : 주조리개부 38 : 전기식팽창밸브

39 : 전자밸브 100 : 압축기

101 : 4방절환밸브 102 : 비이용측(非利用側) 열교환기

103 : 이용측 열교환기 104 : 주조리개장치

105,106,107,108 : 각각 제1, 제2, 제3, 제4의 첵밸브

109 : 냉방용 보조조리개부 111 : 난방용 보조조리개부

본 발명은, 냉동사이클의 냉배순환량을 적정하게 제어하는 냉매유량 제어장치를 갖춘 공기조화장치에 관한 것이다. 통상적으로, 냉동사이클에서는 증발온도에 따라 적정냉매유량이 다르고, 증발온도가 높아짐에 따라, 큰 냉매유량을 필요로 하지만, 냉동사이클의 감압장치로 모세관(capillary tube)를 사용한 것에 있어서는 그 냉매유량의 조정폭이 작고, 증발온도가 높을 때는, 냉매의 유량이 부족하고, 증발기출구냉매의 광열도가 지나치게 커져서, 압축기의 온도가 상승하든지, 증발온도가 낮은때는 냉매의 유량이 과다하게 되어 압축기에 액백(back)이 생기는 일이있다. 따라서, 이들의 문제점을 해결하기 위하여 제1도에 보인 것 같은 냉동사이클을 생각할 수가 있다.

즉, 제1도에 있어서, 100은 압축기, 101은 4방절환밸브, 102는 외기와 열교환을 하는 비이용측 열교환기, 103은 물과 열교환을 하는 이용측 열교환기, 104는 비이용측 및 이용측 열교환기(102)와 (103)사이에 설치된 주조리개장치, 3은 감압장치로서, 제2도에 보이듯이 외관(外管)(31)내에, 예컨데, 모세관을 사용한 주조리개부(32)를 삽입하여 권회(卷回)하고 있다. 그리고, 주조리개부(32) 및 외관(31)과 주조리개부(32) 사이의 냉매유통로(33)을 서로 병렬이 되도록 입구관(35), (36) 및 출구관(37)을 설치하고, 이 입구관(35), (36)은 드라이어(dryer)(110)의 출구에, 또 출구관(37)은 후술하는 제3 및 제4의 첵밸브의 입구에 접속하며, 입구관(36)에 전기식 팽창밸브(38)를 설치하여서 구성한 것이다. 상기 냉매통로의 입구관(36)과 전기식 팽창밸브(38)는 냉매 유량제어장치를 구성한다. 105, 106은 각각 비이용측 및 이용측 열교환기(102), (103)에서 드라이어(110)로만 유통을 허용하는 제1 및 제3의 첵밸브, 107, 108은 주조리개장치(104)의 출구관(37)에서 이용측 및 비이용측 열교환기(103), (102)로만 유통을 허영하는 제2 및 제4의 첵밸브이다.

다음에는 작용에 관하여 설명한다. 우선, 냉방운전시의 냉매의 흐름방향을 실선 화살표로 나타낸다. 압축기(100)에서 토출된 고온 고압의 냉매가스는 4방절환밸브(101)를 지나서 비이용측 열교환기(102)에서 용축액화하여 제1의 첵밸브(105), 드라이어(110)를 지나 주조리개장치(104)에 도달한다. 그리고, 감압장치(3)에 있어서는 비이용측 열교환기(102)에서 공급된 액냉매는 드라이어(110)을 거쳐 입구관(35)으로부터 주조리개부(32)를 유통하여 감압되고 제2의 첵밸브(107)를 지나 이용측 열교환기(103)에서 증발하여 냉각작용을 행한다. 또, 비이용측 열교환기(102)에서 공급된 액냉매의 일부는 드라이어(110)를 지나 전기식 팽창밸브(38)에서 감압되어, 냉매유통로(33)내에서 증발하여 주조리개부(32)내를 유통하는 냉매를 냉각시키므로, 주조리개부(32)내의 냉매유량은 증대한다. 즉, 주조리개부(32)내에서 발생하고 있는 냉매의 2상류(2相流)중의 가스함유량이 냉각량이 많아짐에 따라 적어지고, 유체저항이 감소하기 때문이다.

따라서 전기식 팽창밸브(38)의 개도(開渡)를 조정하면 냉각량을 바꿀 수 있으므로, 가령 이용측 열교환기(103)의 출입구의 온도를 검출하고, 이용측 열교환기(103)의 출구온도가 그 입구온도보다도 항상 조금 높아지도록 전기식 팽창밸브(38)을 제어하면 이용측 열교환기(103)의 출구에서 냉매에 완전히 가스화하고 약간의 과열온도가 붙을 뿐으로, 늘 적정한 냉매유량을 냉동사이클내에 순환시킬 수 있다. 그러나 제3도에 보이듯이 냉동부하에 의하여 최적냉매순환량은 변화한다. 제3도에 있어서, 곡선AB는 냉동 부하에 대한 최적냉매순환량을 나타낸다. 곡선 ABB'A로써 둘러싸인 범위Ⅰ은 전기식 팽창밸브(38)에 의하여 확보되는 순환량 및 AB'B"A'A로 둘러싸인 범위 Ⅱ는 주조리개부(32)에 의하여 확보되는 순환량을 나타낸다. 그러나, 상술한 냉동 사이클에 있어서 주조리개부(32)에는 늘 비이용측 열교환기(103)로 부터의 액냉매가 유통되고 있으므로, 가령 전기식 팽창밸브(38)을 전폐(全閉)하였다 하더라도 AA'로 나타내는 냉매순환량이 유통하고 있다.

따라서, 제3도의 A점에서 B점까지의 범위에서 최적냉매순환량으로 제어되지만, 더 냉동부하가 작은 A점에서 B점까지의 범위에서 최적냉매순환량으로 제어되지만, 더 냉동부하가 작은 A점에서 C점까지의 범위에서는, 최적냉매순환량으로 제어가 불가능한 문제점이 있다. 또, 반대로 냉동부하가 큰 B점에서 D점의 범위에서는, 전기식 팽창밸브(38)의 제어범위를 넘기 때문에 최적 냉매순환량으로 제어할 수 없는 문제점도 있다. 다음에는 난방운전시의 냉매의 흐름 방향을 제1도 중의 점선 화살표로 나타낸다. 압축기(100)에서 토출된 고온고압의 냉매가스는 4방절환밸브(101)을 지나, 이용측 열교환기(103)에서 용축 액화하여 제3첵밸브(106), 드라이어(110)를 지나 주조리개장치(104)에 도달한다. 주조리개장치(104)의 작용은 상술한 바와 같으며 감압된 냉매는 제4의 첵밸브(108)을 지나 비이용측 열교환기(102)에서 증발하여 4방절환밸브(101)를 지나 압축기(100)로 돌아온다. 난방운전시에도 냉방운전시와 마찬가지로 최적냉매순환량으로는 제어할 수 없는 범위가 생긴다.

본 발명은, 상기 실정에 비추어 발명한 것으로서, 냉동사이클의 냉동부하의 변동폭이 큰 공기조하장치에 있어서도 항상 최적냉매순환량을 얻는 것을 목적으로 하고 있다. 아래에, 본 발명의 한 실시예를 제4도 및 제5도에 따라 설명한다. 제4도에 있어서, 100은 압축기, 101은 4방절환밸브, 102는 외기와 열교환하는 비이용측 열교환기, 103은 물과 열교환하는 이용측 열교환기, 104는 비이용측 및 이용측 열교환기(102),(103)사이에 설치된 주조리개장치이며, 제2도에 보인 감압장치(3)와 이감압장치의 입구관(35)에 설치된 전자개폐밸브(39)로써 구성되어 있다. 전기식 팽창밸브(38)은 외기온도 및 이용측 열교환기(103)의 출구수온(水溫)을 검출하여 연산하고, 이 연산치에 따라서 출력되는 신호에 의하여 인가전압을 결정하는 제어기(도시생략)에 의해 제어된다. 즉, 전기식 팽창밸브(38)는 인가전압에 의하여 그 밸브의 개도가 결정되는 것이다.

또, 전자개폐밸브(39)는 냉방시는 이용측 열교환기(103)의 출구측 수온이, 난방시는 외기온도가 각각 소정치 이하인 때 폐로하며, 소정치 이상인 때는 개로된다. 105, 106은 각각 비이용측 및 이용측 열교환기(102), (103)에서 드라이어(110)에만 유통을 허용하는 제1 및 제3 첵밸브, 107, 108은 주조리개장치(104)의 출구관(37)로부터 이용측 및 비이용측 열교환기(103)(102)에만 유통을 허용하는 제2 및 제4 첵밸브, 109는 드라이어(110)의 출구와 냉방시에 이용측 열교환기(103)의 입구에 접속되며, 주조리개장치(104)와는 병렬관계의 냉방용 보조조리개부이다. 111은 드라이어(110)의 출구와 난방시에 비이용측 열교환기(102)의 입구에 접속되며, 주조리개장치(104)와는 병렬관계의 난방용 보조조리개부이다.

다음에는 작용에 관하여 설명한다. 냉방시의 냉매흐름 방향을 실선 화살표로 보인다. 우선, 냉방시의 통상 부하의 경우에 관하여 설명하면, 압축기(100)에서 토출된 고온고압의 냉매가스는, 비이용측 열교환기(102)에서 응축액화하며, 이 액화냉매는 제1 첵밸브(105) 및 드라이어(110)를 지나서, 각각 병렬로 배치된 주조리개장치(104)의 주조리개부(32), 전기식 팽창밸브(38), 제2의 첵밸브(107) 및 냉방용 보조조리개부(109)에서 감압되고, 이용측 열교환기(103)에서 증발하며 4방밸브(101)을 지나 압축기(100)으로 돌아간다. 이 경우의 주 조리개장치(104) 및 냉방용 보조 조리개부(109)의 작동에 관하여, 제5도를 바탕으로 설명한다. 제5도는 최적냉매순환량과 냉동부하의 관계를 나타낸 도면이며, 냉방운전시에 있어서 가장 부하가 작은 C점에서는 전기식 팽창밸브(38)는 전폐하며 또 전자개폐밸브(39)가 폐로상태에 있으며, 냉매는 냉방용 보조 조리개부(109)만을 지나서 제1 첵밸브(105)에서 이용측 열교환기(103)로 흐른다.

또, 상기의 전기식 팽창밸브(38) 및 전자개폐밸브(39)가 쌍방모두 폐로상태에 있어서, 제1첵밸브(105)와 드라이어(110)와의 직렬유로에 대하여 난방용 보조조리개부(111)가 병렬로 접속되어 있는 상태에 있지만, 난방용 보조조리개부(111)쪽이, 상기 제1첵밸브(105)와 드라이어(110)의 직렬유로보다 유체저항이 극히 크므로, 난방용 보조 조리개부(111) 내를 점선화살표와 반대방향으로 냉매가 흐르는 일은 실질적으로없다. 그리고, 냉동부하가 서서히 증가함에 따라서 최적냉매순환량도 증가하므로, 전기식 팰창밸브(38)은 냉동부하의 증가에 대하여 서서히 개도(開度)가 커진다. 이 경우의 전기식 팽창밸브(38)의 개도는 이용측 열교환기(103)의 출구수온 및 외기온도에 의하여 결정된다. 그리고, 전기식 팽창밸브(38)의 개도를 전폐로 하고 또 전자개폐밸브(39)를 개로한다.

따라서, 이 시점에서는, 냉방용 보조 조리개부(109)와 주 조리개장치(104)의 주 조리개부(32)에서 냉매제어를 하기 위하여 주조리개부(32)의 모세관은 냉매순환량이 A-A"가 되도록 선정하고 있다. 또, 냉동부하가 증대함에 따라 전기식 팽창밸브(38)의 개도는 전폐에서 서서히 개로하므로, 전기식 팽창밸브(38)로 감압된 액냉매는, 냉매유통로(33)을 지나 주조리개부(32) 내의 냉매와 열교환하여 증발한다. 또, 주조리개부 내의 냉매는 냉각되므로 주조리개부(32) 내의 냉매유량은 증대한다. 즉, 주조리개부(32) 내에서 발생하고 있는 냉매의 2상류중의 가스함유량이 냉각량이 증가함에 따라 적어지며, 유체저항이 감소하기 때문이다.

따라서, 전기식 팽창밸브(33)의 개도를 크게 함에 따라 냉각량도 더욱 증대한다. 이같이 최대부하(D')에 대한 최대최적 냉매순환량(D-D')까지, 종래 방식의 최대최적 냉매순환량(B점)을 넘어 제어할 수 있다.

다음에는, 난방운전시에 관하여 설명한다. 즉, 냉매흐름 방향은 파선화살표로 보인대로이며, 압축기(100)에서 토출된 고온고압의 냉매가스는 이용측 열교환기(103)에서 응축액화하며, 제3첵밸브(106) 및 드라이어(110)을 지나 각각 병렬로 배치된 주조리개장치(104)의 주조리개부(32), 전기식 팽창밸브(38), 제4첵밸브(108) 및 난방용 보조조리개부(111)에서 감압되고, 비이용측 열교환기(102)에서 증발하며, 4방절환밸브(101)을 지나 압축기(100)로 되돌아간다.

이 경우, 상술한 냉방의 경우와 마찬가지 이유로 부하가 가장작은 점에서는 냉매는 냉방용 보조조리개부(109)에는 흐르지 않고, 실질적으로 난방용 보조조리개부(111)에만 흐른다. 또, 주조리개장치(104) 및 난방용 보조조리개부(111)의 작동은, 냉방운전시와 마찬가지로 난방부하의 증대에 따라서 최적냉매 순환량이 확보될 수 있도록 난방용 보조조리개부(111)가 선정되며, 전기식 팽창밸브(38)가 밸브의 개도를 결정하고, 또 전자개폐밸브(39)의 개폐기능이 부가되고 있다. 즉, 제5도에 있어서 냉동부하가 비교적 작은 C'-A'의 범위에 있어서는, ACA"A로 둘러싸인 I부는 전기식 팽창밸브(38)로써 냉매순환량을 확보하는 범위이며, A"CC'A'A"로 둘러싸인 I'부는 보조조리개부(109),(111)로써 냉매순환량을 확보하는 범위이다. 또, 냉동부하가 큰 A'-D'으 범위에 있어서는 DAD"'D로 둘러싸인 II부는 전기식 팽창밸브(38)로써 냉매순환량을 확보하고, D"'AA"D"D"'로 둘러싸인 II'부는 주조리개부(32)로써 냉매순환량을 확보하고, D"A"A'D'D"로 둘러싸인 II"부는 보조조리개부(109), (111)로써 냉매순환량을 확보하는 범위이다.

다음에는, 제상(除霜) 운전시에 관하여 설명한다. 이 경우, 냉방운전시와 같은 냉매의 흐름(흐름방향을 실선 화살표로 나타낸다) 이 되지만, 특히 제상운전시는 고저(高低)압력차가 작으므로 최적냉매순환량이 확보되지 않는다. 따라서, 제상신호검지 후는 전기식 팽창밸브(38)를 전개시켜 전자개폐밸브(39)를 개로상태로 운전하고 제상시간의 단축을 도모하도록 제어된다.

이상과 같이 구성되어 있으므로 냉동부하가 작은 운전상태에서, 변동부하가 큰 운전상태까지 전자밸브의 개폐 및 전기식 팽창밸브의 개도조정에 의하여 전범위에서 최적냉매순환량을 확보 할 수가 있으며, 비교적 간단한 제어에 의하여 폭넓은 운전 범위를 최적하게 할 수 있다. 따라서, 공기조화장치의 성능향상 및 신뢰성 향상을 도모할 수가 있다. 또, 제상시는 전기식 팽창밸브를 전개하고 전자밸브를 개로함으로써 제상특성의 향상을 도모할 수도 있다.

Claims

압축기와, 비이용측 열교환기와, 이용측 열교환기와, 4방절환밸브와, 주조리개부와 상기주조리개부와 병렬로 설치되고 상기 비용측 혹은 이용측 열교환기로부터의 냉매 일부에 의하여 상기 주조리개부를 운전상태에 따라 냉각하는 냉매유량제어장치를 갖추고, 상기 4방절환밸브가 냉방측으로 제어되면, 냉매가 상기 압축기에서 상기 4방절환밸브→상기 비이용측 열교환기→상기 주조리개부 및 상기 냉매유량제어장치→상기 이용측 열교환기→상기 4방절환밸브 순으로 흘러 상기 압축기로 되돌아오는 냉방용 냉매회로가 형성되고, 상기 4방절환밸브가 난방측으로 제어되면, 상기 냉매가 상기 압축기에서 상기 4방절환밸브→상기 이용측 열교환기→상기 주조리개부 및 상기 냉매유량제어장치→상기 비이용측 열교환기→상기 4방절환밸브 순으로 흘러 상기 압축기로 되돌아오는 난방용 냉매회로가 형성되는 히트펌프식 냉난방장치에 있어서, 상기 주조리개부와 병렬로 냉방용 보조 조리개부 및 난방용 보조 조리개부가 설치되고, 이 난방용 및 난방용 보조조리개를 유통하는 냉매의 유량이 상기 주조리개부를 유통하는 냉매의 유량 보다도 작게 되도록 한 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 냉난방 장치
제1항에 있어서, 냉방부하가 작은 동안은, 상기 냉방용 보조조리개부와 상기 냉매유량제어장치에 의해 상기 냉방용 냉매회로에 있어서의 상기 이용측 열교환기로 유입하는 냉매의 양이 결정되며, 상기 냉방부하가 커지면, 상기 주조리개부와 상기 냉방용 보조조리개부와 상기 냉매유량제어장치에 의해 상기 냉방용 냉매회로에 있어서의 상기 이용측 열교환기로 유입하는 냉매의 양이 결정되며, 난방부하가 작은 동안은, 상기 난방용 보조조리개부와 상기 냉매유량제어장치에 의해 상기 난방용 냉매회로에 있어서의 상기 비이용측 열교환기로 유입하는 냉매의 양이 결정되며, 상기 난방부하가 커지면, 상기 주조리개부의 상기 난방용 보조조리개부와 상기 냉매 유량제어장치에 의해 상기 난방용 냉매회로에 있어서의 상기 비이용측 열교환기로 유입하는 냉매의 양이 결정되는 히트펌프식 냉난방장치.
제2항에 있어서, 상기 냉방시에 상기 이용측 열교환기로 유입하는 냉매의 유량은 상기 운전상태에 따라, 상기 냉방부하가 작은 영역에서 큰 영역에 걸쳐서 실질적으로 연속적으로 변화하며, 상기 난방시에 상기 비이용측 열교환기로 유입하는 냉매의 유량은, 상기 운전상태에 따라, 상기 난방부하가 작은 영역에서 큰 영역에 걸쳐서 실질적으로 연속적으로 변화하는 히트펌프식 냉난방장치.
제1항에 있어서, 상기 주조리개부에 직렬로 접속된 전자개폐밸브가 설치되고, 이 전자개폐밸브는 상기 냉매유량제어장치와 상기 냉방용 보조조리개밸브와 상기 난방용 보조조리개밸브에 병렬로 접속되어 있으며, 상기 냉매유량제어장치는 상기 운전상태에 따라 그 밸브의 개도가 변하는 팽창밸브가 마련되어 있으며, 이 팽창밸브는 상기 전자개폐밸브와 상기 냉방용 보조조리개밸브와, 상기 난방용 보조조리개밸브에 병렬로 접속되어 있는 히트펌프식 냉난방장치.
제4항에 있어서, 상기 전자개폐밸브는 냉방부하가 작은 동안 및 난방부하가 작은 동안은 닫히며, 상기 냉방부하가 큰 경우 및 상기 냉방부하가 큰 경우에 열리는 밸브이며, 상기 팽창밸브는 전기식의 팽창밸브인 히트펌프식 냉난방장치.
제5항에 있어서, 냉방부하가 작은 동안은 상기 냉방용 보조조리개와 상기 냉매유량제어장치에 의해 상기 냉방용 냉매회로에 있어서의 상기 이용측 열교환기로 유입하는 냉매량이 결정되며, 상기 냉방부하가 커지면, 상기 주조리개부와 상기 냉방용 보조조리개부와 상기 냉매유량제어장치에 의해 상기 냉방용 냉매회로에 있어서의 상기 이용측 열교환기로 유입하는 냉매량이 결정되고, 난방부하가 작은 동안은 상기 난방용 보조조리개부와 상기 냉매유량제어장치에 의해 상기 난방용 냉매회로에 있어서의 상기 비이용측 열교환기로 유입하는 냉매량이 결정되며, 상기 난방부하가 커지면, 상기 주조리개부와 상기 난방용 보조조리개부와 상기 냉매유량제어장치에 의해 상기 난방용 냉매회로에 있어서의 상기 비이용측 열교환기로 유입하는 냉매량이 결정되는 히트펌프식 냉난방장치.
제1-3항 중 어느 1항에 있어서, 상기 비이용측 열교환기의 제상을 행하는 제상운전시에는, 상기 4방절환밸브가 냉방측으로 제어되며, 상기 냉방용 냉매회로가 형성되고, 또 상기 이용측 열교환기로 유입하는 냉매량이 상기 주조리개부와 상기 냉매유량제어장치와 상기 냉방용 보조조리개부에 의하여 결정되는 히트펌프식 냉난방장치.
제4-6항중 어느 1항에 있어서, 상기 비이용측 열교환기의 제상을 행하는 젯상운전시에는, 상기 4방절환밸브가 냉방측으로 제어되며 상기 냉매회로가 형성되고, 또 상기 전자개폐밸브가 열림과 더불어 상기 팽창밸브가 전개(全開)되는 히트펌프식 냉난장치.
전자개폐밸브와 이 전자개폐밸브를 거쳐서 유통되는 비이용측 혹은 이용측 열교환기로부터의 액냉매를 감압하는 주조리개부와, 상기 전자개폐밸브 및 주조리개장치와 병렬로 설치되며, 상기 비이용측 혹은 이용측 열교환기로부터의 일부에 의하여 상기 주조리개부를 냉각시키는 동시에 상기 주조리개부를 유통하는 냉매와 합류하도록 설치된 냉매유통로(路)와, 히트펌프사이클의 운전상태에 따라 상기 냉매유통로의 냉매유량을 가감하여, 상기 주조리개부의 냉각량을 바꾸는 팽창밸브로서 이루어진 냉매유량제어장치, 이 냉매유량제어장치의 입구측 및 출구측에 설치되어, 냉방시는 비이용측 열교환기로부터의 냉매를 상기 냉매유량제어장치를 통하여 상기 이용측 열교환기로 유통시키는 제1 및 제2의 첵밸브, 상기 냉매유량제어장치의 입구측 및 출구측에 설치되며, 난방시는 상기 이용측 열교환기로 부터의 냉매를 상기 냉매유량 제어장치를 통하여 상기 비이용측 열교환기로 유통시키는 제3 및 제4의 첵밸브, 상기 전자밸브의 입구측과 제2의 첵벨브의 출구측에 연통하는 냉방용 보조조리개부, 상기 전자개폐밸브의 입구측과 제4첵밸브에 연통하는 난방용 보조조리개부를 구비한 히트펌프식 냉난방장치.