KR0126948Y1 - 냉.난방 겸용 열펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 냉·난방 겸용 열펌프시스템의 냉매순환시스템에 대한 것으로서, 단속운전시 압축기 가동이 일시 정지되었을 때 고압측과 저압측의 냉매가 서로 혼합되어 압력과 온도가 평형상태로 되므로 재가동시 압력과 온도를 다시 고·저압과 고·저온으로 만들어 주어야 되기 때문에 압축기의 가동시간 연장 등에 따른 전력소오와 냉·난방 능률의 저하 등을 초래하는 문제점을 해결하기 위해, 내부에 실린더(51)와 이 실린더내에 왕복 이동자재토록 장착하는 피스턴(52)과, 이 피스턴에 의해 구획되는 실린더(51)내의 제1·2스프링(54)(54')들로 구성되는 전환차단기(50)를, 냉매순환시스템의 응축기(30)와 제1모세관(40)들은 상기 제1격실(53)의 선단과 일측에 연결하고 증발기(60)와 제2모세관(40')들은 상기 제2격실(53')의 후단과 일측에 연결·설치하여서 된 것이다.

Description

냉·난방 겸용 열펌프시스템

제1도는 종래의 냉매순환시스템을 보인 것으로서,

(a)는 냉방운전시의 순환도.

(b)는 난방운전시의 순환도.

제2도는 본 고안 실시예가 적용된 냉매순환시스템.

제3도 (a)는 동 냉방운전시의 순환도.

(b)는 동 난방운전시의 순환도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 압축기 20 : 4방밸브

30 : 응축기 40,40' : 제1, 2모세관

50 : 전환차단기 51 : 실린더

52 : 피스턴 53,53' : 제1, 2격실

54,54' : 제1, 2스프링 60 : 증발기

본 고안은 냉·난방 겸용 열펌프시스템의 냉매순환시스템에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉·난방운전시에는 냉매가 정상적으로 순환되게 하여주며, 단속운전시 압축기의 가동이 일시 정지되면 고압측과 저압측의 냉매가 서로 혼합되지 않도록된 냉매순환시스템에 대한 것이다.

종래의 냉난방 겸용 열펌프시세틈은 4방밸브와 체크밸브가 장착되어, 냉방운전시에는 압축기의 토출구를 통해 가스상태로 토출되는 고온·고압의 기상냉매가 4방밸브의 작용에 의해 실외기에 장착된 응축기로 보내져 방열·응축되므로 액체상태로 되며, 이렇게 된 액상냉매는 제1모세관과 체크밸브를 거쳐 저온·저압상태로 되어 실내기에 장착된 증발기로 보내져 이중발기를 통과하면서 실내공기와 열교환하므로 실내열을 흡수하여 다시 가스상태로 되고, 4방밸브의 작용에 의해 흡입구를 통해 압축기로 유입되어 이 압축기에 의해 압축되어 토출구로 토출되는 냉방순환과정을 반복하게 되어 있다.

그리고, 난방운전시에는 압축기에서 토출되는 고온·고압의 기상냉매가 4방밸브의 작용에 의해 증발기로 보내져 이 증발기를 통과하면서 실내로 열을 방출하게 되므로 액상으로 응축되고 응축된 액상냉매는 체크밸브를 통과하지 못하고 제2모세관과 제1모세관을 직렬로 통과하여 응축기로 보내져 실외의 열을 흡수하게 되므로 다시 가스상태로 되어 4방밸브의 작용으로 압축기로 유입·압축되어 토출구로 토출되는 난방순환과정을 반복하게 되어 있다.

그러나, 이러한 냉난방 겸용 열펌프시스템에서의 체크밸브는 냉방시에는 냉매가 제1모세관에서 증발기측으로, 순환되게 하여주고, 난방시에는 증발기에서 제2모세관을 거쳐 제1모세관측으로 순환되게 하여주는 작용만 하는 것이므로 단속운전시 압축기의 가동이 일시 정지되었을때 고압측의 냉매가 저압측으로 유입되어 서로 혼합되는 것을 차단시켜주지는 못하게 되었다.

따라서, 종래의 냉·난방 겸용 열펌프시세템은 압축기의 정지시에는 고압측과 저압측의 냉매가 서로 혼합되어 순환시스템 내의 냉매압력과 온도가 평형상태로 되므로, 저온으로 유지되어야 하는 저압측 냉매의 온도는 상승되고, 반대로 고온으로 유지되어야 하는 고압측 냉매는 온도가 하강되는 상태가 되었다.

이렇게되면, 압축기가 재가동되었을때 평형상태의 냉매압력을 고압과 저압상태로 다시 만들어 주어야 됨과 동시에 온도 역시 고온과 저온상태로 되게 하여야 되므로 압축기의 가동시간이 늘어나게 되고, 이에따라 전력소모가 많게되는 결점이 있었다.

또한, 냉매의 정상적인 열교환작용이 지연되기 때문에 그만큼 냉·난방 효율도 저하되는 등 사용상 많은 문제점들이 있었다.

본 고안은 종래 냉난방 겸용 열펌프시스템의 이러한 문제점들을 감안하여 안출한 것으로서, 그 목적은 단속운전시 전력소모가 대폭 절감되며, 냉·난방효율이 크게 향상되는 냉난방 겸용 열펌프시스템을 제공하는 것이다.

본 고안의 이러한 목적들은 단속운전시 압축기의 가동이 정지되어도 고압측 냉매와 저압측 냉매가 서로 혼합되지 않게 하여 주므로 재가동시 냉매의 열교환 작용이 신속하게 수행되도록 한 냉매순환시스템을 제공함으로써 달성되는데, 이 시스템은 냉·난방의 전환시에는 냉매의 순환을 전환시켜 주며, 단속운전시 압축기의 가동이 정지되면 고압측 냉매와 저압측 냉매가 서로 혼합되지 않게 차단시켜 주는 전환차단기를 갖추고 있다.

이 전환차단기는, 내부에 피스턴이 왕복이동 자재토록 장착된 실린더로 되며, 피스턴은 양쪽에 각각 장착되는 제1, 2스프링들의 스프링력에 의해 실린더의 중간에 위치하게 된다.

이에 따라, 실린더의 내부는 피스턴에 의해 제1, 2격실로 구획된다.

제1격실의 선단부에는 응축기가 연결관으로 연결되고, 그 일측부에는 제1모세관이 연결관으로 연결된다.

제2격실의 후단부에는 증발기가 연결관으로 연결되고 그 일측부에는 제2모세관이 연결관으로 연결된다.

그리고, 제1모세관의 선단은 응축기와 실린더의 연결관에 연결되며, 제2모세관의 후단은 증발기와 실린더의 연결관에 연결된다.

따라서, 냉방운전시에는 냉매가 응축기를 거쳐 실린더의 제1격실내로 유입되는데 이때 유입되는 냉매의 압력이 제2스프링의 스프링력보다 크면 이 냉매가 피스턴을 제2격실측으로 밀어주게 되므로 제2스프링을 압축시키면서 피스턴이 밀리게 되며, 이러한 상태에서 피스턴이 제2모세관과 실린더의 연결관 위치를 지나치게 되면 냉매는 이 연결관을 통해 제2모세관을 거쳐 증발기로 보내지고 압축기에 흡입되어 토출되는 냉방순환을 계속하게 되는 것이며, 난방운전시에는 냉매가 증발기를 거쳐 실린더의 제2격실로 유입되므로 이번에는 그 압력에 의해 피스턴이 제1스프링을 압축시키면서 제1격실측으로 이동되는데 이러한 상태에서 피스턴이 제1모세관을 실린더에 연결하여 주는 연결관 위치를 지나치게 되면 냉매는 이 연결관을 통해 제1모세관으로 보내져 이 모세관을 거쳐 응축기를 통과하여 압축기에 흡입되어 토출되는 난방순환을 계속하게 되는 것이고, 압축기의 가동이 정지되면 이때는 실린더 내의 제1, 2격실중 어느쪽에도 제1, 2스프링의 스프링력보다 큰 압력이 걸리지 않게 되기 때문에 이들 스프링의 작용으로 피스턴이 실린더내의 중간에 위치하게 되는 것이며, 이렇게 되면 냉매가 실린더를 통과하지 못하게 되기 때문에 결국 고압측 냉매와 저압측 냉매는 서로 혼합되지 않게 순환이 차단되는 것이다.

이하, 본 고안의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는, 종래의 냉매순환시스템을 보인 것으로서, 이 시스템에서의 냉매는 먼저 냉방운전시에는 압축기(1)에서 토출되는 고온·고압의 냉매가 4방밸브(2)에 의해 응축기(3)를 거쳐 제1모세관(4)과 체크밸브(5)를 통과하여 증발기(6)로 보내지고 이를 거쳐 압축기(1)에 흡입되어 토출되는 순환과정을 반복하게 되는 것이며, 난방 운전시에는 4방밸브에 의해 압축기(1)에서 토출되는 냉매가 증발기(6)를 거쳐 체크밸브(5)로는 통과하지 못하므로 제2모세관(4')과 제1모세관(4)을 차례로 통과하여 응축기(3)를 거쳐 압축기(1)에 흡입되어 토출되는 순환과정을 반복하게 되어 있다.

따라서, 이러한 종래의 시스템은 체크밸브(5)가 필요하게 되는데, 이 체크밸브는 난방운전시 냉매가 증발기(6)에서 제2모세관(4')을 거쳐 제1모세관(4)측으로 순환되게 하여 주는 작용만 하도록된 것이므로 단속운전시 압축기(1)의 가동이 정지되었을때 고압측 냉매가 저압측으로 유입되는 것을 차단하여 주는 기능은 갖추고 있지 않기 때문에 고·저압측 냉매가 서로 혼합되는 현상이 발생되었다.

제2도 및 제3도는 본 고안 실시예가 적용된 순환시스템을 보인 것으로서, 이 순환시스템은 냉매를 흡입·압축하여 토출하는 압축기(10)와, 토출되는 고온·고압의 기상냉매의 순환방향을 냉방 또는 난방운전에 따라 응축기(30)나 증발기(50)로 전환시켜주는 4방밸브(20)와, 응축기(30)와 증발기(60) 사이에 설치되는 제1, 2모세관(40)(40')들과 이들 모세관 사이와 응축기(30)와 증발기(60) 사이에 위치하게 설치되는 전환차단기(50)를 갖추고 있다.

이 전환차단기는, 내부에 피스턴(52)이 왕복이동자재토록 장착된 실린더(51)로 된다.

따라서, 이 실린더 내부는 피스턴(52)에 의해 제1, 2격실(53)(53')로 구획된다.

그리고, 이들 제1, 2격실 내에는 동일한 스프링력을 갖는 제1, 2스프링(54)(54')을 각각 장착하여 피스턴(52)을 양쪽에서 탄력설치시켜주게 함으로써, 이 피스턴은 제1, 2격실(53)(53')내에 냉매의 압력이 작용하지 않을 때에는 실린더(51) 내부의 중간에 위치하게 된다.

한편, 제1격실(53)의 선단부에는 응축기(30)가 일측부에는 제1모세관(40)이 각각 연결관으로 연결되며, 제1모세관(40)의 선단부는 응축기(30)와 제1격실(53)의 연결관에 연결된다.

또한, 제2격실(53')의 후단부에는 증발기(60)가, 일측부에는 제2모세관(40')이 각각 연결관으로 연결되며, 제1모세관(40)의 후단부는 제2격실(53')과 증발기(60)의 연결관에 연결된다.

제3도 (a)는 냉방운전시의 본 고안 실시예에 따른 시스템 동작 상태를 보인 것으로서, 이때는 압축기(10)에서 토출되는 고온·고압의 기상냉매가 4방밸브(20)에 의해 실외기의 응축기(30)로 보내지고, 이 응축기를 통과하면서 실외로 열을 방출하게 되어 응축되므로 액상으로 되어 전환차단기(50)의 제1격실(53)내로 유입된다.

물론, 이러한 과정에서 일부의 냉매는 제1모세관(40)측으로도 보내지게 되지만, 이 모세관을 통과할 때에는 저항을 받게 되기 때문에, 결국 냉매는 저항을 받지 않는 연결관을 통해 응축기(30)에서 제1격실(53)로 직접 보내지게 된다.

이렇게 되면 제1격실(53)내에는 계속 유입되는 냉매에 의해 압력이 증가하게 되는데, 그 압력이 제2스프링(54')의 스프링력 보다 크게 되면 피스턴(52)은 제2스프링(54')을 압축시키면서 뒤쪽으로 밀려 후진하게 된다.

이에 따라, 피스턴(52)이 계속 후진되어 제2격실(53')의 일측부와 제2모세관(40')을 연결하여 주는 연결관 위치를 지나치게 되면 제1격실(53)로 유입되는 냉매는 이 연결관을 통해 제2모세관(40')측으로 보내지게 된다.

이러한 상태가 되면, 피스턴(52)은 더이상 후진하지 않게 되고 냉매는 제2모세관(40')을 거쳐 실내기의 증발기(60)로 보내져 이를 통과하면서 저온·저압의 액상 냉매는 실내공기와 열교환하여 실내열을 흡열하게 되므로 냉방기능을 수행한 다음 4방밸브(20)에 의해 압축기(10)로 흡입·압축되어 다시 토출되는 순환과정을 반복하게 되는 것이다.

제3도 (b)는 난방운전시의 본 고안 실시예에 따른 시스템 동작 상태를 보인 것으로서, 이때는 압축기(10)에서 토출되는 고온·고압의 기상냉매가 4방밸브(20)에 의해 실내기의 증발기(60)로 보내지고, 이 증발기를 통과하면서 실내로 열을 방출하게 되어 응축되므로 난방기능을 수행하게 되며, 응축된 액상냉매는 전환차단기(50)의 제2격실(53')내로 유입된다.

물론, 이러한 과정에서 일부의 냉매는 제2모세관(40')측으로 보내지게 되지만, 이 모세관을 통과할 때에는 저항을 받게 되기 때문에 결국 냉매는 저항을 받지 않게되는 연결관을 통해 증발기(60)에서 제2격실(53')로 직접 보내지게 된다.

이렇게 되면 제2격실(53')내에는 계속 유입되는 냉매에 의해 압력이 증가하게 되는데, 그 압력이 제1스프링(54)의 스프링력 보다 크게 되면 피스턴(52)은 제1스프링(54)을 압축시키면서 앞쪽으로 밀려 전진하게 된다.

이에 따라 피스턴(52)이 계속 전진되어 제1격실(53)의 일측부와 제1모세관(40)을 연결하여 주는 연결관 위치를 지나치게 되면 제2격실(53')로 유입되는 냉매는 이 연결관을 통해 제1모세관(40)측으로 보내지게 된다.

이러한 상태가 되면 피스턴(52)은 더이상 전진하지 않게 되고 냉매는 제1모세관(40)을 거쳐 실외기의 응축기(30)로 보내져 이를 통과하면서 저온·저압의 액상 냉매는 실외열을 흡열하여 기체상태로 되면서 4방밸브(20)에 의해 압축기(10)로 흡입·압축되어 다시 토출되는 순환과정을 반복하게 되는 것이다.

그리고, 이러한 냉·난방 운전과정에서 단속운전에 의해 압축기(10)의 가동이 일시 정지하게 되는 경우에는 냉매가 토출되지 않게 되기 때문에 냉매순환이 정지되며, 이렇게 되면 제1· 2격실(53)(53')중 어느 격실로도 냉매의 유입이 중단되기 때문에 제1· 2스프링(54)(54')들중 압축되어 있던 해당 스프링의 스프링력에 의해 피스턴(52)은 제2도에서 보는 바와 같이 실린더(51) 내부의 중간위치로 이동하게 된다.

따라서, 피스턴(52)이 실린더(51) 내부중간에 위치하게 되면, 응축기(30) 및 제1모세관(40)들과, 제2모세관(40') 및 증발기(60)들을 선택적으로 유통시켜 주게 되던 상태가 차단되기 때문에 고온·고압측 냉매와, 저온·저압측 냉매가 서로 혼합되지 않게 된다.

이러한 작용에 의해 시스템의 냉매는 고압과 저압 및 고·저온 상태를 계속 유지하고 있게 되기 때문에 압축기(10)가 재가동되면, 즉시 냉·난방 기능을 수행하게 되는 것이다.

이와 같이, 본 고안 실시예에 따른 냉매순환시스템에 의하면, 단속운전시 압축기의 가동이 일시 정지되었을 때 고압측 냉매와 저압측 냉매가 서로 혼합되는 것이 차단되기 때문에 압축기의 가동이 재개되었을 때, 냉·난방기능이 즉시 수행되므로 전력소모가 크게 감소되고, 냉·난방 효율은 대폭 향상되는 등의 장점이 있다.

Claims (1)

1. 압축기(10)에서 토출되는 냉매가 4방밸브(20)의 작용에 의해, 냉방시에는 응축기(30)와 제1모세관(40)과 증발기(60)를 거쳐 압축기(10)로 흡입되고, 난방시에는 증발기(60)와 제2모세관(40')과 제1모세관(40) 및 응축기(30)를 거쳐 압축기(10)로 흡입되도록 된 냉난방 겸용 열펌프시스템에 있어서, 실린더(51)와, 이 실린더(51)내에 왕복이동 자재토록 장착되는 피스턴(52)과, 이 피스턴(52)에 의해 구획되는 실린더(51)내의 제1·격실(53)(53')들에 각각 장착되어 피스턴(52)을 실린더(51)내의 중간에 위치토록 하여 주는 제1·2스프링(54)(54')들로 구성되고 실린더(51)의 제1격실(53) 선단부에는 응축기(30)가, 일측부에는 제1모세관(40)이 각각 연결되고, 제2격실(53')의 후단에는 증발기(60)가, 일측부에는 제2모세관(40')이 각각 연결되도록 전환차단기(50)를 제1모세관(40)과 제2모세관(40') 사이에 구비하여서 되는 것을 특징으로 하는 냉·난방 겸용 열펌프시스템.