KR940010581B1 - 열압축식 히트펌프 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

열압축식 히트펌프
제 1 도는 본 발명 실시예의 개략적인 구성도이고,
제 2a 도는 본 발명 실시예의 동작에 따른 체적변화를 나타낸 그래프이며, (b)는 본 발명 실시예의 동작에 따른 압력변화를 나타낸 그래프이고, (c)는 본 발명 실시예의 동작에 따른 압력과 체적의 비를 나타낸 그래프이며,
제 3a,b 도는 제 2c 도에 따른 제1,2디스플레이셔와 피스톤의 위상을 나타낸 설명도이고,
제 4 도는 종래 열압축식 히트펌프의 개략적인 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 고온열교환부 2,3 : 제1,2디스플레이셔
4 : 주실리더 5,6,7 : 고온실, 중온실, 저온실
8 : 고온재생부 9 : 저온재생부
10,11 : 제1,2커네팅로드 12 : 크랭크축
13 : 크랭크케이스 14 : 모터
15 : 전자클러치 16 : 보조실린더
17 : 피스톤 18 : 스몰커네팅로드
19 : 운동실 20 : 연결관
21 : 중온열교환부 22 : 중온열교환부
23 : 저온열교환부 24 : 차폐링
25 : 상사점 26 : 하사점
본 발명은 자립으로 운전되는 열압축식 히트펌프에 관한 것으로, 특히 주실린더의 하부측에 설치된 크랭크케이스의 몸체에 보조실린더를 연동되도록 장착하고 상기 주실린더의 저온실과 상기 보조실린더의 운동실이 서로 교통되게 연결시키는 구조로 이루어짐으로써 상기 보조실린더의 운동실 만큼 체적이 증가하게 되고 이에따라 일을할 수 있는 동력이 발생되게 됨으로 모터의 추가 구동없이 상기 발생된 동력에 의해 시스템을 자립운전시킬 수 있는 열압축식 히트펌프에 관한 것이다.
일반적으로, 가스의 압력변화에 의해서 난방과 냉방의 출력을 얻을 수 있는 열압축식 히트펌프는 제 4 도에 도시된 바와같이 다수의 가열관(70)을 갖고 내부에 위상차를 가지면서 상, 하 작동되는 두 개의 디스플레이셔(71,72)를 갖춘 실린더(73)와, 상기 실린더(73)의 내부에 상기 디스플레이셔(71,72)에 의해서 분리 구성되고 서로 다른 온도공간을 갖는 고온실(74) 및 중온실(75) 그리고 저온실(76)과, 상기 실린더(73)의 외측에 구비되고 서로 다른 세 개의 온도실(74,75,76)에 각각 연통되는 열재생부(77), 상기 디스플레이셔(71,72)와 연동되도록 배설된 커네팅로드(78), 이 커네팅로드(78)와 연동되는 크랭크축(79)에 연결되어 상기 디스플레이셔(71,72)를 구동시키는 모터(80)로 이루어져, 상기 가열관(70)을 통해서 상기 실린더(73)내부에 열에너지가 전달되면 상기 모터(80)에서 크랭크축(79)과 이와 연동되는 커네팅로드(78)를 통하여 디스플레이셔(71,72)를 구동시키게 된다. 그리고 시스템이 어느정도 정상상태에 도달하면 상기 세 개의 온도실(74,75,76)내에 충진된 헬륨가스가 상기 두 개의 디스플레이셔(71,72)에 의해 상기 각공간(74,75,76)으로 이동되게 되고 이에따라 압력변동이 발생되게 되어 외부로 냉, 난방의 출력을 공급하도록 된다.
그러나 상기와 같은 종래 열압축실 히트펌프는 상기 디스플레이셔(71,72)의 운동에 의해 구획되어지는 3개의 온도공간에서의 체적변화는 체적동간이 서로 연결되어 있으므로 체적변화가 생기지 않는다.
즉 일 W는
W=øPdVT=0 …………………………………………………… (1)
dVT(전체체적)=d(VH+VM+VL)=o
P : 전체압력
VH: 고온실의 체적
VM: 중온실의 체적
VL: 저온실의 체적
∮ : 원사이클 구간의 적분
상기 식(1)에서와 같이 밀폐된 계에 대한 전체체적이 일정하게 유지됨으로 상기 시스템으로부터는 동력(일W)이 발생되지 않아 상기 디스플레이셔(71,72)는 자립운전을 하지 못하게 된다. 따라서 상기 모터(8)의 구동이 항상 필요하게 됨으로 이에따라 소비전력이 증대되게됨은 물론 모터(80)가 계속 구동됨에 따라 열이 발생되게 되고 이 열을 냉각시켜주기 위해 추가적인 보조냉각장치가 필요하다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 제반문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 주실린더의 하부측에 설치된 크랭크케이스의 몸체에 보조실린더를 연동되도록 장착하고 상기 주실린더의 저온실과 상기 보조실린더의 운동실이 서로 교통되게 연결시키는 구조로 구성함으로써 상기 보조실린더의 운동실 만큼 체적이 증가하게 되고 이에따라 일을 할 수 있는 동력이 발생되게 됨으로 모터의 추가 구동됨이 없이 상기 발생된 동력에 의해 시스템을 자립운전시킬 수 있는 열압축실 히트펌프를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가열관을 갖고 내부에 위상차를 가지면서 상, 하 작동되는 제1,2디스플레이셔를 갖춘 주실린더와, 이 주실린더의 내부에 상기 제1,2디스플레이셔에 의해서 분리 구성되고 서로 다른 온도공간을 갖는 고온실 및 중온실 그리고 저온실, 상기 주실린더의 외측에 구비되고 서로 다른 상기 세 개의 온도실에 각각 연통되도록 된 고온재생부와 저온재생부, 상기 제1,2디스플레이셔와 연동되도록 설치된 제1,2커네팅로드, 상기 주실린더 하부측에 설치되고 상기 제1,2커네팅로드와 연동되도록 된 크랭크축을 내설한 크랭크케이스, 상기 크랭크축과 전자클러치를 매개로 연동되도록된 모터와, 상기 크랭크 케이스 몸체의 소정위치에 설치된 보조실린더로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.
본 발명의 열압축식 히트펌프는 제 1 도에 도시된 바와같이 가열관(1)을 갖고 내부에 위싱차를 가지면서 상, 하 작동되는 제1,2디스플레이셔(2,3)를 구비한 주실린더(4)가 상기 히트펌프몸체의 소정위치에 적절히 설치되어 있고, 상기 제1,2디스플레이셔(2,3)에 의해서 분리구성되고 서로 다른 온도공간을 갖는 고온실(5) 및 중온실(6) 그리고 저온실(7)이 상기 주실린더(4)내부에 형성되어 있으며, 서로 다른 세 개의 온도실(5,6,7)에 각각 연통되도록 된 고온재생부(8)와 저온재생부(9)가 상기 주실린더(4)의 외측에 각각 구비되어 있다.
그리고, 상기 제1,2디스플레이셔(2,3)와 연동되도록 된 제1,2커네팅로드(10,11)가 후술하는 크랭크축(12)에 연결되어 있고, 상기 크랭크축(12)을 내설한 크랭크케이스(13)가 상기 주실린더(4) 하부측에 설치되어 있으며, 상기 제1,2디스플레이셔(2,3)을 구동하도록된 모터(14)가 상기 크랭크축(12)에 전자클러치(15)를 매개로 연결되어 있다.
또한 상기 크랭크 케이스(13)몸체의 소정위치에 보조실린더(16)가 상기 주실린더(4) 몸체와의 소정각도 α, 예컨대 90°이하의 각도를 이루면서 설치되어 있고, 상기 보조실린더(16) 내부에는 상기 크랭크축(12)의 제1커네팅로드(10)와 연동되도록된 피스톤(17)이 스몰커네팅로드(18)를 매개로 연결되어 있으며, 상기 피스톤(17)에 의해서 구획되어지는 보조실린더(16)이 운동실(19)은 상기 주실린더(4)의 저온실(7)과 연결관(20)을 통해 상호 교통되도록 연결되어 있다.
그리고 상기 고온재생부(8)와 저온재생부(9) 사이에는 중온의 충진개스와 열교환을 이루어지도록된 중온열교환부(21)가 설치되어 있고, 상기 저온재생부(9)개스와 열교환을 이루어지도록된 중온열교환부(22)가 상기 중온열교환부(21) 하부에 설치되어 있으며 상기 저온재생부(9) 하부에는 저온의 충진개스와 열교환을 이루도록된 저온열교환부(23)가 설치되어 있다.
한편 상기 제1,2디스플레이셔(2,3)의 몸체와 피스톤(17)의 몸체 중간부에는 온도공간을 차폐시키도록된 차폐링(24)이 각각 설치되어 있고, 또한 상기 제1,2커네팅로드(10,11)와 스몰커네팅로드(18)의 직경은 체적변화를 무시할만큼 최대한 작게 설치되어 있다.
다음에는 상기와 같은 구성으로된 본 발명 실시예 작용, 효과를 설명한다.
본 발명의 열압축식 히트펌프는 제 1 도에 도시된 바와같이 가열관(1)으로 상기 주실린더(4)의 고온실(5)을 가열하게 되고 이에따라 상기 고온실(5)내에 충진된 개스가 열팽창하게 된다. 그러면 도시되지 않은 마이컴에 의해 모터(14)가 구동하게 되고, 이 모터(14)가 구동됨에 따라 크랭크축(12)이 회전운동을 하여 제1,2커네팅로드(10,11)와 스몰커네팅로드(18)를 직선운동시키게 되며, 이때 상기 제1커넥팅로드(10)와 상기 스몰커네팅로드(18)가 하부쪽으로 함께 직선운동을 하면 상기 제2커넥팅로드(11)는 상부쪽으로 직선운동을 하게되어 제1,2디스플레이셔(2,3)와 피스톤(17)을 상, 하 왕복운동시키도록 된다.
그리고 상기 제1,2디스플레이셔(2,3)가 상, 하왕복운동을 함에 따라 각온도실(5,6,7)에 충진되어 있는 개스를 고온, 저온재생부(8,9)를 거쳐 이동시키게 된다.
즉, 상기 제1,2디스플레이셔(2,3)가 상사점(25)으로 운동을 하게 되면,(이때 제2디스플레이셔(3)는 하사점(26)으로 운동한다) 상기 고온실(내부온도가 500∼700℃ 유지, 5)에 충진되어 있던 고온개스가 상기 고온 재생부(8)를 거쳐 상기 중온실(6)과 저온실(7)로 이동하게 되고, 이때 상기 고온재생부(8)에서 상기 충진개스가 가지고 있던 열에너지를 흡수하여 축열하게 되며, 또한 고온열교환부(21)에서 상기 충진개스가 가지고 있던 열에너지를 열교환하여 외부의 난방출력을 얻도록 된다.
그리고 중온실(내부온도가 40∼100℃ 유지, 6)에 충진되어 있던 중온개스가 상기 중온열교환부(22) 및 저온재생부(9) 그리고 저온열교환부(23)를 거쳐 열교환되게 되고, 또한 상기 중온개스가 상기 저온실(7)과 연결관(20)을 통하여 보조실린더(16)의 운동실(19)로 이동하게 되며, 이때 상기 중온열교환부(22)에서 상기 충진개스가 가지고 있던 열에너지를 열교환하여 난방출력을 얻도록하며, 또한 상기 저온재생부(9)에서 상기 충진개스가 가지고 있던 열에너지를 흡수하여 축열시키게 되고, 그리고 상기 저온열교환부(23)에 상기 충진개스가 가지고 있던 열에너지를 열교환하여 냉방출력을 얻도록 한다.
또한 상기 제1디스플레이셔(2)가 하사점(26)으로 운동을 하게 되면,(이때 상기 제2디스플레이셔(3)는 상사점(25)으로 운동한다) 상기 동작과는 반대로 작용하게 되어 냉, 방의 출력을 얻도록 한다.
여기서, 상기 보조실린더(16)의 운동실(19)만큼 체적이 변화하게 됨으로 이 체적변화에 따라 일을 할 수 있는 동력이 발생되고, 이 발생된 동력에 의해 모터(14)의 재차구동없이 상기 제1,2디스플레이셔(2,3)가 자립운전을 하게 되는 것이다. 그러므로 상기 모터(14)는 처음 구동시에만 사용되고 그후에는 전자클리치(15)에 의해서 상기 크랭크축(12)과 분리된다.
다음은 상기 동작에 따른 체적변화와 이에 반비례되는 압력과의 관계를 제 2a,b,c 도를 참고로 설명한다. 즉 크랭크축(12)이 시계방향으로 회전되는 것을 기준으로 살펴보면, 제 2a 도에 도시된 바와같이 임의의 시간 X1점에서의 체적과 압력에 대한 제1,2디스플레이셔(2,3)와 피스톤(17)의 위상은 제 3a 도에 도시된 바와같다. 즉 상기 주실린더(4)와 보조실린더(16)의 체적총합 d(VH+VM+VL+Vcc)이 최소가 될 때 그 점(X1)에서의 압력은 제 2b 도에 도시된 바와같이 최대로 되어 압축과정의 끝시점이 된다.
또한 제 2a 도에 도시된 바와같이 임의의 시간 X2점에서는 상기 동작과는 반대로 상기 제1,2디스플레이셔(2,3)와 피스톤(17)이 제 3b 도에 도시된 바와같이 동작을 하게 된다. 즉, 상기 주실린더(4)와 보조실린더(16)의 체적총합 (VH+VM+VL+Vcc)이 최대가 될 때 그점(X2)에서의 압력은 제 2b 도에 도시된 바와같이 최소가 되어 팽창과정의 끝시점이 되어 일종의 엔진과정이 되므로 외부로 동력이 생성된다.
그리고 상기 주실린더(4)와 보조실린더(16)의 체적변화와 이예 반비례되는 압력과의 관계에서 일이 발생되는 것을 수식을 사용하여 설명하면 다음과 같다. 즉 제 2c 도는 본 발명의 압력과 체적에 대한 그래프로서 크랭크축(12)이 시계방향으로 회전되는 것을 기준으로 설정한 것이다. 그리고, 이 그래프의 (d)→(a)과정은 압축과정이고, (b)→(c)과정은 팽창과정이며, 상기 폐곡선으로 둘러싸인 면적은 일을 나타낸다. 즉, 일 W는
PT: 전체압력
PH: 압축과정중 시스템내의 압력
PL: 팽창과정중 시스템내의 압력
여기서이므로, 그러므로 상기 식(2)는
따라서 상기 식(2),(3)에 의하면 PH값이 PL값보다 크므로 일이 발생되게 되는 것이다.
그러므로 상기 일 W에 의해서 상기 주실린더(4)의 제1,2디스플레이셔(2,3)가 자립운전을 하게 되는 것이다. 즉, 상기 보조실린더(16) 운동실(19)의 체적변화로 인하여 일이 발생되고 이 발생된 동력(=일 W)에 따라 상기 제1,2디스플레이셔(2,3)가 구동을 하게 되므로 재차 모터(14)의 구도없이 가열관(1)의 가열만으로 열압축식 히트펌프가 자립운전을 하게 되는 것이다.
이상 설명에서와 같이 본 발명 열압축식 히트펌프는 주실린더의 하부측에 설치된 크랭크케이스의 몸체에 보조실린더를 연동되도록 장착하고 상기 주실린더의 저온실과 상기 보조실린더의 운동실이 서로 교통되게 연결시키는 구조로 구성함으로써, 상기 보조실린더의 운동실 만큼 체적이 증가하게 되고 이에따라 일을 할 수 있는 동력이 발생하게 됨으로 모터의 추가구동없이 상기 발생된 동력에 의해 시스템을 자립운전시킬 수 있음은 물론 상기 주실린더의 저온실과 상기 보조실린더의 운동실이 서로 교통되도록 연결되어 있음으로 상기 보조실린더의 운동실 만큼 냉방출력이 증대되는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 가열관(1)을 갖고 내부에 위상차를 가지면서 상, 하 작동되는 제1,2디스플레이셔(2,3)를 갖춘 주실린더(4)와, 이 주실린더(4)의 내부에 상기 제1,2디스플레이셔(2,3)에 의해서 분리 구성되고 서로 다른 온도공간을 갖는 고온실(5) 및 중온실(6) 그리고 저온실(7), 상기 주실린더(4)의 외측에 구비되고 서로 다른 상기 세 개의 온도실(5,6,7)에 각각 연통되도록 된 고온재생부(8)와 저온재생부(9), 상기 제1,2디스플레이셔(2,3)와 연동되도록 설치된 제1,2커네팅로드(10,11), 상기 주실린더(4) 하부측에 설치되고 상기 제1,2커네팅로드(10,11)와 연동되도록 된 크랭크축(12)을 내설한 크랭크케이스(13), 상기 크랭크축(12)과 전자클러치(15)를 매개로 연동되도록된 모터(14)로 이루어진 열압축식 히트펌프에 있어서, 상기 크랭크케이스(13) 몸체의 소정위치에 상기 주실린더(4)와 소정각도 α를 이루면서 보조실린더(16)가 설치되고, 상기 주실린더(4)의 저온실(7)과 상기 보조실린더(16)의 운동실(19)이 연결관(20)를 매개로 서로 교통되게 연결된 것을 특징으로 하는 열압축시 히트펌프.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 소정각도 α가 90°이하인 것을 특징으로 하는 열압축식 히트펌프.
KR1019920000065A 1992-01-07 1992-01-07 열압축식 히트펌프 KR940010581B1 (ko)

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