WO2010143841A2 - 복수 개의 증발부재를 구비한 히트펌프 - Google Patents

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WO2010143841A2
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Inventor
이종길
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Lee Jong-Gil
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
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    • F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/006—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass for preventing frost

Definitions

  • the present invention relates to a heat pump, and more specifically, when the frost occurs in the evaporation member due to the low outside air temperature, defrosting and heating can be performed simultaneously, and the refrigerant discharged from the evaporation member is discharged from the compressor.
  • the present invention relates to a heat pump capable of increasing thermal efficiency by heating using a refrigerant bypassing a condenser.
  • the heat pump is a device for moving the heat of the low temperature side to the high temperature side through the cycle of sequentially compressing, condensing, expanding, and evaporating the refrigerant.
  • the heat pump can be used to cool and heat the room.
  • heat is generated or hot water is produced by using heat generated when the refrigerant is condensed in the condenser.
  • the refrigerant is evaporated in the evaporator using the principle of taking away the surrounding heat to cool the room or produce cold water.
  • frost may occur on the evaporation member installed outdoors, and such frost blocks the heat exchange between the evaporation member and the outside air, thereby reducing the evaporation efficiency of the refrigerant. This lowers the heat efficiency of the heat pump.
  • a heater may be installed around the evaporation member to remove frost.
  • frost may be removed (ie defrosted) by actuating the evaporating member to condense.
  • frost may be stopped for defrosting.
  • the refrigerant discharged from the evaporation member is moved to the compressor, the refrigerant may not be 100% evaporated by the evaporation in the evaporation member may be part of the liquid state.
  • the refrigerant in the liquid state is included in the refrigerant flowing into the compressor, there is a problem that the compression efficiency is lowered and the compressor is broken or broken.
  • Still another object of the present invention is to provide a heat pump capable of increasing thermal efficiency by heating a liquid refrigerant contained in a refrigerant discharged from an evaporation member.
  • the heat pump according to a preferred embodiment of the present invention, is provided with a plurality of evaporation members connected in parallel to the condenser, the refrigerant discharged from the condenser is introduced through the inlet of the plurality of evaporation members and evaporated After discharged through the outlet of the member is introduced into the compressor, at least a portion of the refrigerant discharged from the compressor for defrosting the evaporating member bypasses the condenser and flows through the outlet of the at least one evaporating member of the plurality of evaporating member and then the inlet It is condensed by discharge through.
  • the remainder except for the part of the refrigerant discharged from the compressor is passed through the condenser, and then vaporized by being introduced into the remaining evaporation member except the at least one of the plurality of evaporation members.
  • a collector is installed between the condenser and the evaporator, and the refrigerant discharged from the condenser moves to the evaporator via the collector, and the refrigerant discharged from the evaporator is heated by heat exchange with the refrigerant discharged from the condenser while passing through the collector. It is preferable.
  • the temperature of the refrigerant discharged from the condenser exceeds a predetermined temperature
  • at least some of the refrigerant discharged from the compressor is diverted to the condenser to move to the collector so that the collector collects heat by cooling with the refrigerant discharged from the evaporator. Then, it is moved to the evaporation member to be cooled, and then moved to the collector.
  • the temperature of the refrigerant discharged from the condenser exceeds a predetermined temperature, at least some of the refrigerant discharged from the compressor is bypassed to the condenser to be cooled by the evaporation member and then moved to the collector.
  • FIG. 1 is a block diagram showing that the heat pump according to a preferred embodiment of the present invention is operated for indoor heating.
  • FIG. 2 is a block diagram showing that the heat pump is operated for cooling the room according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing that the heat pump is operated for indoor heating according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the heat pump 100 includes a compressor 10, a condenser 20 for condensing the high temperature and high pressure refrigerant discharged from the compressor 10, an expander, and an expansion for expanding the refrigerant via the collector.
  • coolant which passed the expansion valve 40 are provided.
  • the refrigerant is heated or cooled while sequentially circulating the compressor 10, the condenser 20, the collector, the expansion valve 40, and the evaporator.
  • the heat pump is a device that can be used for heating and cooling, but will be described below with a focus on the case used for heating for convenience of description.
  • the present invention is provided with a plurality of evaporation members 51 and 55 connected in parallel to the evaporator, by using a plurality of evaporation members (51, 55) can simultaneously perform defrost and heating, compressor
  • the low temperature and low pressure refrigerants discharged from the evaporation members 51 and 55 are heated by using the high temperature and high pressure refrigerants discharged from the 10.
  • two evaporation members 51 and 55 are shown in the figure, two or more evaporation members may be provided.
  • the high temperature and high pressure refrigerant discharged from the compressor 10 is condensed while passing through the condenser 20 to heat the room.
  • the low temperature and high pressure refrigerant passing through the condenser 20 flows into the receiver vessel 31 of the collector.
  • the refrigerant discharged from the compressor 10 may be heat-exchanged with the tube 67 connected to the hot water tank while the condenser 20 is moved to heat the water inside the tube 67.
  • the collector includes a receiver container 31 and a liquid separator container 35 provided inside the receiver container 31.
  • the receiver container 31 and the liquid separator container 35 each have a sealed structure.
  • the refrigerant introduced into the receiver vessel 31 passes through the expansion valve 40 and then enters the evaporator.
  • the evaporator is installed outdoors. As the refrigerant passes through the evaporator, it takes away the surrounding heat and vaporizes. Therefore, frost occurs in the evaporator during the cold winter, which blocks heat transfer between the evaporator and the outside air. If the frost blocks heat transfer between the evaporator and the outside air, the refrigerant does not evaporate smoothly. If the refrigerant does not evaporate smoothly, the compressor 10 does not compress well and the compressor 10 fails or breaks. Sometimes. Therefore, it is very necessary to remove the frost generated in the evaporator in order to operate the heat pump 100 with high efficiency.
  • Evaporator provided in the present invention is provided with at least two evaporation members (51, 55).
  • the evaporation members 51 and 55 have a coil shape and include inlets 51a and 55a through which the refrigerant is introduced and outlets 51b and 55b through which the refrigerant is discharged.
  • the evaporation members 51 and 55 evaporate, the refrigerant is introduced through the inlets 51a and 55a and then discharged through the outlets 51b and 55b.
  • the evaporation members 51 and 55 condense, the refrigerant flows in through the outlets 51b and 55b and then discharges through the inlets 51a and 55a.
  • reference numeral 61 denotes a four-way valve
  • 65 denotes a three-way valve.
  • the evaporator is provided with a plurality of evaporation members (51, 55) it is characterized in that the evaporation and condensation at the same time. That is, the evaporator can perform defrost and heating at the same time.
  • At least one evaporating member (51, 55) of the plurality of evaporating members (51, 55) is introduced through the inlet (51a, 55b) after the refrigerant flows through the inlet (51a, 55a), The refrigerant is introduced through the inlets 51a and 55a into the remaining evaporating members 51 and 55 of the plurality of evaporating members 51 and 55 and then discharged through the outlets 51b and 55b. That is, the at least one evaporation member (51) 55 is condensation action, the remaining evaporation member (51) 55 is evaporation action.
  • some of the refrigerant discharged from the compressor 10 is condensed by bypassing the condenser 20 without passing through the condenser 20 to the outlets 51b and 55b of the at least one evaporation member 51 and 55,
  • the remaining portion of the refrigerant discharged from the 10 is evaporated by moving to the inlets 51a and 55a of the remaining evaporation members 51 and 55 after passing through the condenser 20 and the collector.
  • the evaporator according to the present invention includes a plurality of evaporation members 51 and 55, condensation and evaporation can be performed at the same time, and thus, defrosting can be performed during heating.
  • frost may be prevented from occurring in other surrounding evaporation members 51 and 55.
  • the plurality of evaporation members 51 and 55 may be sequentially defrosted. That is, when the defrost signal is input by the operator or the control signal during heating, condensation (defrost) is sequentially performed according to a predetermined order or a sequence input by the operator among the plurality of evaporation members 51 and 55.
  • the refrigerant contained in the liquid separator container 35 may be a low temperature and high pressure refrigerant (that is, a refrigerant discharged from the condenser 20) or a high temperature refrigerant pipe surrounding the liquid separator container 35. Heated by).
  • the high temperature refrigerant tube 37 is a tube through which a high temperature and high pressure refrigerant bypassing the condenser 20 flows. Although the high temperature refrigerant pipe 37 is installed to surround the liquid separator container 35 in the drawing, the high temperature refrigerant pipe 37 may be installed to pass through the interior of the liquid separator container 35.
  • the refrigerant contained in the liquid separator container 35 may include some liquid refrigerant. However, when the refrigerant in the liquid state is introduced into the compressor 10 without being vaporized, the compressor 10 may be broken or damaged.
  • the liquid separator container 35 according to the present invention serves to vaporize the refrigerant in the liquid state.
  • the refrigerant heated while passing through the liquid separator container 35 flows into the compressor 10.
  • the compressor 10 compresses the refrigerant and supplies it to the condenser 20.
  • the temperature of the refrigerant discharged from the condenser 20 exceeds a predetermined temperature, for example, 35 degrees, condensation is not performed well.
  • a predetermined temperature for example, 35 degrees
  • condensation is not performed well.
  • at least a portion of the refrigerant is bypassed to the condenser 20 to pass through the high temperature refrigerant pipe 37 to be first cooled, and then cooled in the evaporation members 51 and 55, and then the receiver container.
  • FIG. 2 is a block diagram showing that the heat pump is operated for cooling the room according to an embodiment of the present invention.
  • the evaporators 51 and 55 serve as the condensation member
  • the condenser 20 serves as the evaporation member.
  • the refrigerant discharged from the compressor 10 flows in through the outlets 51b and 55b of the evaporation members 51 and 55 and then is discharged through the inlets 51a and 55a and flows into the receiver container 31. do.
  • the refrigerant introduced into the receiver container 31 exchanges heat with the refrigerant contained in the liquid separator container 35 and is then supplied to the condenser 20 to evaporate to deprive the heat of the room.
  • the refrigerant discharged from the condenser 20 is moved to the liquid separator vessel 35, heated, and then moved to the compressor 10.
  • the evaporator may be freeze.
  • a freeze protection signal is input by a control device (not shown) or an operator, and the refrigerant discharged from the compressor 10 by the freeze protection signal is supplied to the room by bypassing the evaporation members 51 and 55.
  • the condenser 20 may be melted.
  • the freeze protection signal may be generated by a temperature sensor or the like.
  • the heat pump 100 includes a plurality of evaporation members 51 and 55, an operating number of the evaporation members 51 and 55 for condensation may be selected. That is, for condensation, only one of the evaporation members 51 and 55 may be operated or two of the evaporation members 51 and 55 may be selected.
  • operation of a fan (not shown) provided in the evaporation members 51 and 55 can also be selectively performed. Therefore, since only the evaporation members 51 and 55 and the fan can be operated as necessary, there is an advantage that electric energy can be saved by that much.
  • the length of each evaporation member 51 and 55 is shorter than the length of the conventional evaporation member, and the lengths of the two evaporation members 51 and 55 are different.
  • the sum is longer than the length of the conventional evaporation member. Therefore, when the conventional evaporation member installed outdoors when the outdoor air temperature is low in winter, the evaporation member was long because the evaporation member was long, and condensation occurred in the amount of refrigerant on the high pressure side and the low pressure side. On the contrary, since the length of the evaporation members 51 and 55 according to the present invention is shorter than the length of the conventional evaporation member, overcondensation can be prevented.
  • the compressor 10 compresses the refrigerant to high temperature and high pressure, and then supplies the refrigerant to the condenser 20.
  • the condenser 20 heats the room by condensing the refrigerant.
  • the refrigerant passing through the condenser 20 is in a low temperature and high pressure state.
  • the refrigerant passing through the condenser is supplied to the receiver vessel 31.
  • the refrigerant supplied to the receiver container 31 is cooled by heat exchange with the refrigerant contained in the liquid separator container 35, and then passes through the expansion valve 40 and then the inlet 51a of the evaporation members 51 and 55. Supplied to 55a.
  • the refrigerant supplied to the inlets 51a and 55a of the evaporation members 51 and 55 is taken out of the surrounding heat to vaporize to become a low temperature, low pressure refrigerant, and then supplied to the liquid separator container 35.
  • the refrigerant supplied to the liquid separator container 35 is heated by heat exchange with the refrigerant of the high temperature refrigerant pipe 37 or the receiver container 31.
  • Some of the refrigerant in the liquid state may be included in the refrigerant via the evaporation members 51 and 55, and the refrigerant in the liquid state may be vaporized by the heating.
  • the low temperature, low pressure refrigerant (refrigerant inside the liquid separator container 35) heated by the heat exchange is supplied to the compressor 10.
  • the defrost signal when the defrost signal is input by the operator or the control means at least one of the plurality of evaporation members (51, 55) condensation action. That is, some of the refrigerant discharged from the compressor 10 bypasses the condenser 20 and is moved to the outlets 51b and 55b of the at least one evaporation member 51 and 55. The refrigerant introduced into the outlets 51b and 55b condenses and radiates heat to the surroundings. Defrost may be achieved by the heat. Meanwhile, since the remaining evaporation members 51 and 55 except for the at least one evaporation members 51 and 55 may continue to evaporate, heating may be continued without interruption. That is, the heat pump 100 according to the present invention may be simultaneously heated and defrosted.
  • the temperature of the refrigerant discharged from the condenser 20 exceeds a predetermined temperature, for example, 35 degrees, condensation may not be performed well.
  • some of the refrigerant discharged from the compressor 10 bypasses the condenser 20 and is supplied to the high temperature refrigerant pipe 37.
  • the refrigerant is first cooled by heat exchange with the refrigerant in the liquid separator vessel 35 while passing through the high temperature refrigerant pipe 37.
  • the first cooled refrigerant is supplied to the outlets 51b and 55b of any one of the evaporation members 51 and 55 to be cooled.
  • the cooling condensed refrigerant is supplied to the receiver vessel 31.
  • the heat pump according to the present invention has the following effects.
  • frost can be removed by operating at least one of the plurality of outdoor evaporation members as a condensation member when the outside air temperature is low.
  • defrosting and heating to remove frost generated in the evaporation member can be performed at the same time.
  • the thermal efficiency can be improved by heating the refrigerant discharged from the evaporation member from the compressor and using the refrigerant bypassing the condenser.

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Abstract

본 발명에 따른 히트펌프는 외기(外氣) 온도가 낮아서 증발부재에 서리가 발생한 경우에 제상작업과 난방을 동시에 할 수 있고, 증발부재로부터 배출된 냉매를 압축기로부터 배출된 후 응축기를 우회한 냉매를 이용하여 가열함으로써 열효율을 높일 수 있다는 특징을 가진다.

Description

복수 개의 증발부재를 구비한 히트펌프
본 발명은 히트펌프에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 외기(外氣) 온도가 낮아서 증발부재에 서리가 발생한 경우에 제상작업과 난방을 동시에 할 수 있고, 증발부재로부터 배출된 냉매를 압축기로부터 배출된 후 응축기를 우회한 냉매를 이용하여 가열함으로써 열효율을 높일 수 있는 히트펌프에 관한 것이다.
일반적으로, 히트펌프는 냉매를 순차적으로 압축, 응축, 팽창, 증발시키는 사이클을 통하여 저온 측의 열을 고온 측으로 이동시키는 장치이다.
히트펌프는 실내를 냉,난방시키기 위해서 사용될 수 있다. 즉, 응축기에서 냉매가 응축되면서 발생되는 열을 이용하여 실내를 난방시키거나 온수를 생산한다. 또한, 증발기에서 냉매가 기화되면서 주위의 열을 빼앗는 원리를 이용하여 실내를 냉방시키거나 냉수를 생산한다.
한편, 히트펌프를 난방을 위해서 사용할 경우에 외기(外氣) 온도가 낮으면 실외에 설치된 증발부재에 서리가 생기기도 하는데, 이러한 서리는 증발부재와 외기의 열교환을 차단하여 냉매의 증발효율을 떨어뜨리고, 이에 따라서 히트펌프의 열효율을 떨어지게 한다는 문제점을 발생시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 증발부재의 주위에 히터를 설치하여 서리를 제거하기도 한다. 그러나, 이것은 별도의 히터를 설치해야 하고 히터를 작동시키기 위한 에너지가 소모된다는 문제점이 있다. 히터를 설치하는 것에 대한 대안으로서, 증발부재를 응축작용을 하도록 작동시킴으로써 서리를 제거(즉, 제상(除霜))하기도 한다. 그러나, 이 경우에는 제상(除霜)을 위해서 난방을 중단해야 한다는 문제점이 있다.
한편, 증발부재로부터 배출된 냉매는 압축기로 이동하는데, 증발부재에서의 증발에 의해서 냉매가 100% 기화되지 못하고 일부가 액체 상태로 남아 있는 경우가 있다. 그런데, 압축기로 유입되는 냉매 중에서 액체 상태의 냉매가 포함되면 압축효율이 떨어지고 압축기가 고장 또는 파손되기도 한다는 문제점이 있다.
본 발명은 외기(外氣) 온도가 낮아서 증발부재에 서리가 발생한 경우에 제상작업과 난방을 동시에 할 수 있는 히트펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 증발부재로부터 배출된 냉매에 포함된 액체 상태의 냉매를 가열함으로써 열효율을 높일 수 있는 히트펌프를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트펌프는, 증발기가 응축기에 병렬로 연결된 복수 개의 증발부재를 구비하고, 응축기로부터 배출된 냉매는 복수 개의 증발부재의 입구를 통하여 유입되고 증발부재의 출구를 통하여 배출된 후 압축기로 유입되며, 증발부재의 제상을 위해서 압축기로부터 배출된 냉매 중 적어도 일부가 응축기를 우회하여 복수 개의 증발부재 중 적어도 하나의 증발부재의 출구를 통하여 유입된 후 입구를 통하여 배출됨으로써 응축된다.
바람직하게, 압축기로부터 배출된 냉매 중 상기 일부를 제외한 나머지는 응축기를 경유한 후, 복수 개의 증발부재 중 상기 적어도 하나를 제외한 나머지 증발부재에 유입되어 기화된다.
여기에서, 응축기와 증발기 사이에는 집열기가 설치되고, 응축기로부터 배출된 냉매가 집열기를 경유하여 증발기로 이동하고, 증발기로부터 배출된 냉매가 집열기를 경유하면서 응축기로부터 배출된 상기 냉매와 열교환을 하여 가열되는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게, 응축기로부터 배출된 냉매의 온도가 미리 정해진 온도를 초과하면 압축기로부터 배출된 냉매 중 적어도 일부가 응축기를 우회하여 집열기로 이동하도록 함으로써 집열기에서 증발기로부터 배출된 냉매와 열교환을 하여 냉각되도록 한 후, 증발부재로 이동되어 냉각되도록 한 다음, 집열기로 이동된다.
더욱 바람직하게, 응축기로부터 배출된 냉매의 온도가 미리 정해진 온도를 초과하면 압축기로부터 배출된 냉매 중 적어도 일부가 응축기를 우회하여 증발부재로 이동되어 냉각되도록 한 다음, 집열기로 이동된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트펌프가 실내 난방을 위해서 작동되는 것을 보여주는 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트펌프가 실내 냉방을 위해서 작동되는 것을 보여주는 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 압축기 20 : 응축기
31 : 수액기 용기 35 : 액분리기 용기
40 : 팽창밸브 51, 55 : 증발부재
61 : 사방밸브 65 : 삼방밸브
100 : 히트펌프
이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트펌프가 실내 난방을 위해서 작동되는 것을 보여주는 구성도이다.
도면을 참조하면, 히트펌프(100)는 압축기(10)와, 압축기(10)로부터 배출된 고온, 고압의 냉매를 응축시키는 응축기(20)와, 집열기와, 집열기를 경유한 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(40)와, 팽창밸브(40)를 통과한 냉매를 기화시키는 증발기를 구비한다. 상기 냉매는 압축기(10), 응축기(20), 집열기, 팽창밸브(40), 증발기를 순차적으로 순환하면서 난방 또는 냉방을 한다.
알려진 바와 같이, 히트펌프는 난방과 냉방을 위해서 사용될 수 있는 장치이지만, 아래에서는 설명의 편의를 위해 난방을 위해서 사용되는 경우를 중심으로 설명하기로 한다. 본 발명은 증발기가 서로 병렬로 연결된 복수 개의 증발부재(51)(55)를 구비하고, 복수 개의 증발부재(51)(55)를 이용하여 제상(除霜)과 난방을 동시에 할 수 있으며, 압축기(10)로부터 배출된 고온, 고압의 냉매를 이용하여 증발부재(51)(55)로부터 배출된 저온, 저압의 냉매를 가열한다는 특징을 가진다. 비록, 도면에는 두 개의 증발부재(51)(55)만이 도시되어 있지만 두 개 이상의 증발부재가 구비될 수도 있다.
상기 압축기(10)와 응축기(20)와 팽창밸브(40)는 통상적인 것이므로 여기서는 압축기(10)와 응축기(20)와 팽창밸브(40)에 대한 자세한 설명을 생략하기로 한다.
압축기(10)로부터 배출된 고온, 고압의 냉매는 응축기(20)를 통과하면서 응축되어 실내를 난방한다. 응축기(20)를 통과한 저온 고압의 냉매는 집열기의 수액기 용기(31)로 유입된다. 한편, 압축기(10)로부터 배출된 냉매가 응축기(20)로 이동하는 도중에 온수탱크와 연결된 관(67)과 열교환을 하여 상기 관(67) 내부의 물을 가열할 수도 있다.
집열기는 수액기 용기(31)와, 수액기 용기(31)의 내부에 설치된 액분리기 용기(35)를 구비한다. 수액기 용기(31)와 액분리기 용기(35)는 각각 밀폐된 구조를 가진다.
수액기 용기(31)로 유입된 냉매는 팽창밸브(40)를 경유한 후 증발기로 유입된다. 히트펌프(100)가 난방을 위해서 사용되는 경우에 증발기는 실외에 설치된다. 냉매는 증발기를 통과하면서 주위의 열을 빼앗아 기화된다. 따라서, 추운 겨울에는 증발기에 서리가 발생되기도 하는데, 이러한 서리는 증발기와 외기(外氣) 사이의 열전달을 차단한다. 서리가 증발기와 외기(外氣) 사이의 열전달을 차단하면 냉매가 원활하게 증발하지 못하게 되고, 냉매가 원활하게 증발하지 못하면 압축기(10)의 압축이 잘 이루어지지 않고 압축기(10)가 고장 또는 파손되기도 한다. 따라서, 증발기에 발생한 서리를 제거하는 것이 히트펌프(100)를 고효율로 운전하기 위해서 매우 필요하다.
본 발명에 구비된 증발기는 적어도 두 개 이상의 증발부재(51)(55)를 구비한다. 바람직하게, 증발부재(51)(55)는 코일 형상을 가지고, 냉매가 유입되는 입구(51a)(55a)와 냉매가 배출되는 출구(51b)(55b)를 구비한다. 증발부재(51)(55)가 증발작용을 하는 경우에는 냉매가 입구(51a)(55a)를 통하여 유입된 후 출구(51b)(55b)를 통하여 배출된다. 증발부재(51)(55)가 응축작용을 하는 경우에는 냉매가 출구(51b)(55b)를 통하여 유입된 후 입구(51a)(55a)를 통하여 배출된다. 한편, 미설명 참조부호 61은 사방밸브를 나타내고, 65는 삼방밸브를 나타낸다.
증발기는 복수 개의 증발부재(51)(55)를 구비하기 때문에 증발과 응축을 동시에 할 수 있다는 특징을 가진다. 즉, 증발기는 제상과 난방을 동시에 할 수 있다. 복수 개의 증발부재(51)(55) 중에서 적어도 하나의 증발부재(51)(55)에는 출구(51b)(55b)를 통하여 냉매가 유입된 후 입구(51a)(55a)를 통하여 배출되도록 하고, 복수 개의 증발부재(51)(55) 중 나머지의 증발부재(51)(55)에는 입구(51a)(55a)를 통하여 냉매가 유입된 후 출구(51b)(55b)를 통하여 배출되도록 한다. 즉, 상기 적어도 하나의 증발부재(51)(55)는 응축작용을 하고, 상기 나머지의 증발부재(51)(55)는 증발작용을 한다.
이를 위해서 압축기(10)로부터 배출된 냉매 중 일부는 응축기(20)를 경유하지 않고 우회하여 상기 적어도 하나의 증발부재(51)(55)의 출구(51b)(55b)로 이동함으로써 응축되고, 압축기(10)로부터 배출된 냉매 중 나머지 일부는 응축기(20)와 집열기를 경유한 후 상기 나머지 증발부재(51)(55)의 입구(51a)(55a)로 이동함으로써 증발된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 증발기는 복수 개의 증발부재(51)(55)를 구비하기 때문에 응축과 증발을 동시에 할 수 있고, 따라서 난방 중에도 제상(除霜)을 할 수 있다는 장점을 가진다.
또한, 외기 온도가 낮은 경우에 복수 개의 증발부재(51)(55) 중에서 일부가 응축작용을 하도록 작동되면 주위의 다른 증발부재(51)(55)에 서리가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
복수 개의 증발부재(51)(55)는 순차적으로 제상(除霜)될 수 있다. 즉, 난방 중에 작업자 또는 제어신호에 의해 제상신호가 입력되면 복수 개의 증발부재(51)(55) 중에서 미리 정해진 순서 또는 작업자가 입력한 순서에 따라 순차적으로 응축(제상)이 이루어진다.
증발부재(51)(55)의 출구(51b)(55b)로부터 배출된 냉매는 액분리기 용기(35)에 유입된다. 액분리기 용기(35)에 수용된 냉매는 수액기 용기(31)에 수용된 저온, 고압의 냉매(즉, 응축기(20)로부터 배출된 냉매) 또는 액분리기 용기(35)를 둘러감은 고온냉매관(37)에 의해서 가열된다. 고온냉매관(37)은 응축기(20)를 우회한 고온 고압의 냉매가 흐르는 관이다. 도면에는 고온냉매관(37)이 액분리기 용기(35)를 둘러감도록 설치되어 있으나, 고온냉매관(37)이 액분리기 용기(35)의 내부를 경유하도록 설치될 수도 있다.
액분리기 용기(35)에 수용된 냉매에는 액체 상태의 냉매가 일부 포함되어 있을 수 있는데 액체 상태의 냉매가 기화되지 않고 그대로 압축기(10)에 유입되면 압축기(10)가 고장 또는 파손되는 원인이 된다. 본 발명에 따른 액분리기 용기(35)는 이러한 액체 상태의 냉매를 기화시키는 역할을 한다.
액분리기 용기(35)를 경유하면서 가열된 냉매는 압축기(10)에 유입된다. 압축기(10)는 상기 냉매를 압축하여 응축기(20)로 공급한다.
한편, 응축기(20)로부터 배출된 냉매의 온도가 미리 정해진 온도, 예를 들어 35도를 초과하는 경우에는 응축작용이 잘 이루어지지 않는다. 이러한 경우에는 냉매 중의 적어도 일부가 응축기(20)를 우회하도록 하여 고온 냉매관(37)을 경유하도록 하여 1차 냉각되도록 한 후, 증발부재(51)(55)에서 냉각되도록 한 다음, 수액기 용기(31)로 공급되도록 한다. 한편, 상기 1차 냉각을 거치지 않고 증발부재(51)(55)에서만 냉각되도록 하는 것도 가능하다. 이와 같이, 냉매의 온도를 낮춤으로써 응축기(20)에서 응축이 잘 이루어지도록 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트펌프가 실내 냉방을 위해서 작동되는 것을 보여주는 구성도이다. 히트펌프(100)가 실내 냉방을 위해서 사용되는 경우에는 증발기(51)(55)가 응축부재의 역할을 하고 응축기(20)가 증발부재의 역할을 한다.
압축기(10)로부터 배출된 냉매는 증발부재(51)(55)의 출구(51b)(55b)를 통하여 유입된 후 입구(51a)(55a)를 통하여 배출되고, 수액기 용기(31)에 유입된다. 수액기 용기(31)에 유입된 냉매는 액분리기 용기(35)에 수용된 냉매와 열교환을 한 후 응축기(20)에 공급되어 증발되면서 실내의 열을 빼앗는다. 응축기(20)로부터 배출된 냉매는 액분리기 용기(35)로 이동되어 가열된 후 압축기(10)로 이동된다.
한편, 물이 얼게 되는 경우에는 응축기(20), 증발기 등이 동파될 수 있다. 이 경우에는 제어장치(미도시) 또는 작업자에 의해서 동파방지 신호가 입력되고, 상기 동파방지 신호에 의해서 압축기(10)로부터 배출된 냉매가 증발부재(51)(55)를 우회하여 실내 쪽으로 공급됨으로써 응축기(20) 등을 녹일 수 있다. 상기 동파방지 신호는 온도센서 등에 의해서 발생될 수 있다.
본 발명에 따른 히트펌프(100)는 증발부재(51)(55)를 복수 개 구비하기 때문에 응축을 위한 증발부재(51)(55)의 작동 개수를 선택할 수 있다. 즉, 응축을 위해서 증발부재(51)(55)를 하나만 작동시키거나 증발부재(51)(55)를 두 개 작동시키는 것을 선택할 수 있다. 또한, 증발부재(51)(55)에 구비된 팬(FAN)(미도시)의 작동도 선택적으로 할 수 있다. 따라서, 필요한 만큼의 증발부재(51)(55)와 팬만을 작동시킬 수 있기 때문에 전기에너지를 그 만큼 절약할 수 있는 장점이 있다.
한편, 증발부재(51)(55)가 두 개 구비된 경우에 각각의 증발부재(51)(55)의 길이는 종래 증발부재의 길이보다 짧고, 두 개의 증발부재(51)(55)의 길이의 합은 종래 증발부재의 길이보다 길다. 따라서, 겨울철에 외기 온도가 낮은 경우에 실외에 설치된 종래의 증발부재가 응축기로서 작동하면 증발부재의 길이가 길었기 때문에 과응축이 일어나서 고압측과 저압측의 냉매량 불균형 현상이 발생하기도 했다. 이에 비하여, 본 발명에 따른 증발부재(51)(55)는 그 길이가 종래 증발부재의 길이보다 짧기 때문에 과응축을 방지할 수 있다.
또한, 실내 냉방을 위해서 히트펌프(100)가 작동되는 경우에 외기 온도가 낮으면 복수 개의 증발부재(51)(55) 중에서 일부만이 응축 작용을 하도록 하여 과냉각을 방지할 수 있다.
그러면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트펌프(100)의 작동과정을 설명하기로 한다. 아래에서는 설명의 편의를 위해서 실내 난방을 위해서 작동되는 경우만을 설명하기로 한다. 즉, 응축기(20)가 실내에 설치되고 증발기가 실외에 설치된 경우이다.
먼저, 압축기(10)가 냉매를 압축하여 고온, 고압으로 만든 후 응축기(20)로 공급한다. 응축기(20)는 냉매를 응축함으로써 실내를 가열한다. 응축기(20)를 통과한 냉매는 저온 고압 상태가 된다. 응축기를 통과한 냉매는 수액기 용기(31)에 공급된다.
수액기 용기(31)에 공급된 냉매는 액분리기 용기(35)에 수용된 냉매와 열교환을 하여 냉각된 후, 팽창밸브(40)로 경유한 다음 증발부재(51)(55)의 입구(51a)(55a)로 공급된다.
증발부재(51)(55)의 입구(51a)(55a)로 공급된 냉매는 주위의 열을 빼앗아 기화되어 저온, 저압의 냉매가 된 후, 액분리기 용기(35)로 공급된다. 액분리기 용기(35)로 공급된 냉매는 고온 냉매관(37) 또는 수액기 용기(31)의 냉매와 열교환을 하여 가열된다. 증발부재(51)(55)를 경유한 냉매에는 액체상태의 냉매가 일부 포함될 수 있는데, 상기 가열에 의해서 액체 상태의 냉매가 기화될 수 있다.
상기 열교환에 의해서 가열된 저온, 저압의 냉매(액분리기 용기(35) 내부의 냉매)는 압축기(10)로 공급된다.
한편, 작업자 또는 제어수단에 의해서 제상신호가 입력되면 복수 개의 증발부재(51)(55) 중에서 적어도 하나는 응축작용을 한다. 즉, 압축기(10)로부터 배출된 냉매 중의 일부가 응축기(20)를 우회하여 상기 적어도 하나의 증발부재(51)(55)의 출구(51b)(55b)로 이동된다. 상기 출구(51b)(55b)로 유입된 냉매는 응축되면서 주위에 열을 발산한다. 상기 열에 의해서 제상이 이루어질 수 있다. 한편, 상기 적어도 하나의 증발부재(51)(55)를 제외한 나머지 증발부재(51)(55)는 증발작용을 계속할 수 있기 때문에 난방이 중단되지 않고 지속적으로 이루어질 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 히트펌프(100)는 난방과 제상이 동시에 이루어질 수 있다.
한편, 응축기(20)로부터 배출된 냉매의 온도가 미리 정해진 온도 예를 들어, 35도를 초과하면 응축이 잘 이루어지지 않게 된다. 이 경우에는 압축기(10)로부터 배출된 냉매 중의 일부가 응축기(20)를 우회하여 고온 냉매관(37)으로 공급된다. 상기 냉매는 고온 냉매관(37)을 통과하면서 액분리기 용기(35)의 냉매와 열교환을 하여 1차 냉각된다. 1차 냉각된 냉매는 증발부재(51)(55) 중 어느 하나의 증발부재(51)(55)의 출구(51b)(55b)로 공급되어 냉각된다. 냉각 응축된 냉매는 수액기 용기(31)로 공급된다.
본 발명에 따른 히트펌프는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 외기(外氣) 온도가 낮은 경우에 복수 개의 실외 증발부재 중에서 적어도 하나를 응축부재로서 작동시킴으로써 서리를 제거할 수 있다.
둘째, 증발부재에 발생한 서리를 제거하는 제상작업과 난방을 동시에 할 수 있다.
셋째, 증발부재로부터 배출된 냉매를 압축기로부터 배출된 후 응축기를 우회한 냉매를 이용하여 가열함으로써 열효율을 높일 수 있다.

Claims (5)

  1. 압축기, 응축기, 증발기를 구비하는 히트펌프에 있어서,
    상기 증발기는 응축기에 병렬로 연결된 복수 개의 증발부재를 구비하고,
    응축기로부터 배출된 냉매는 복수 개의 증발부재의 입구를 통하여 유입되고 증발부재의 출구를 통하여 배출됨으로써 증발된 후 압축기로 유입되며,
    증발부재의 제상을 위해서 압축기로부터 배출된 냉매 중 적어도 일부가 응축기를 우회하여 복수 개의 증발부재 중 적어도 하나의 증발부재의 출구를 통하여 유입된 후 입구를 통하여 배출됨으로써 응축되는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    압축기로부터 배출된 냉매 중 상기 일부를 제외한 나머지는 응축기를 경유한 후, 복수 개의 증발부재 중 상기 적어도 하나를 제외한 나머지 증발부재에 유입되어 기화되는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    응축기와 증발기 사이에는 집열기가 설치되고,
    응축기로부터 배출된 냉매가 집열기를 경유하여 증발기로 이동하고, 증발기로부터 배출된 냉매가 집열기를 경유하면서 응축기로부터 배출된 상기 냉매와 열교환을 하여 가열되는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
  4. 제3항에 있어서,
    응축기로부터 배출된 냉매의 온도가 미리 정해진 온도를 초과하면 압축기로부터 배출된 냉매 중 적어도 일부가 응축기를 우회하여 집열기로 이동하도록 함으로써 집열기에서 증발기로부터 배출된 냉매와 열교환을 하여 냉각되도록 한 후, 증발부재로 이동되어 냉각되도록 한 다음, 집열기로 이동되는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
  5. 제3항에 있어서,
    응축기로부터 배출된 냉매의 온도가 미리 정해진 온도를 초과하면 압축기로부터 배출된 냉매 중 적어도 일부가 응축기를 우회하여 증발부재로 이동되어 냉각되도록 한 다음, 집열기로 이동되는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
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