KR20120090392A - 제상기능을 갖는 히트펌프 냉난방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명 히트펌프 냉난방시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동절기 차가운 외기온도에 의해 서리나 성애의 발생을 방지하고, 서리나 성애가 발생시에도 제거가 가능한 제상기능을 갖는 히트펌프 냉난방시스템에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명에 따른 제상기능을 갖는 히트펌프 냉난방시스템에 의하면, 압축기, 열교환기, 난방용팽창밸브 및 냉방용팽창밸브, 수액기, 응축기, 액분리기로 이루어진 히트펌프에 있어서,
상기 난방용팽창밸브와 냉방용팽창밸브는 사용용도에 따라 냉매의 흐름을 선택적으로 유도하기 위하여 열교환기와 수액기 사이에 병열로 설치되고,
상기 열교환기와 난방용팽창밸브 사이에는 난방용팽창밸브를 통해 팽창된 냉매가 응축기를 통과시 서리의 발생을 방지하도록 열교환기를 통해 열교환된 냉매에 다시 열을 가하는 열재생기가 형성되되, 상기 열재생기는 압축기에서 배출되는 냉매의 일부가 열재생기의 내부로 유입되어 열이 축적되며, 열교환기를 통해 열교환된 냉매가 열재생기를 통과하며 열재생기 내부에 축적된 열에 의해 일정온도로 재가열되는 것을 특징으로 한다.

Description

제상기능을 갖는 히트펌프 냉난방시스템{.}

본 발명 히트펌프 냉난방시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동절기 차가운 외기온도에 의해 서리나 성애의 발생을 방지하고, 서리나 성애가 발생시에도 제거가 가능한 제상기능을 갖는 히트펌프 냉난방시스템에 관한 것이다.

열펌프 즉, 히트펌프는 직접사용이 어려운 저온?저밀도의 열에너지를 사용가능 한 고온?고밀도의 열에너지 상태로 끌어올린다는 의미로서, 저온을 고온으로 전환하거나 고온을 저온으로 전환하여 냉방이나 난방을 수행하는 장치를 의미한다.

열은 그 자신만으로는 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 이동이 불가능하며, 열의 이동에는 반드시 일(Work)이 소요된다.

펌프가 물을 낮은 위치에서 높은 위치로 퍼올리는 기계라는 의미와 마찬가지로, 히트펌프란 열을 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 이동시킬 수 있는 장치를 의미한다.

현실적으로 적용되는 히트펌프의 원리는 에어콘이라 불리우는 냉방장치의 역사이클로 적용된다. 보다 상세하게, 냉방전용의 에어콘은 실내에 설치된 실내기의 열교환기에서 열을 흡수하여 실외에 설치된 실외기의 열교환기를 이용하여 열을 방열시키는 원리이며, 히트펌프는 반대로 실외기의 열교환기에서 열을 흡수하여 실내에 설치된 실내기의 열교환기를 이용하여 열을 방열시키는 원리다.

그러나, 히트펌프의 특성상 겨울철 에어컨을 거꾸로 돌리다 보면 실내에는 더운바람이 나가고 실외기 쪽으로는 찬바람이 나가므로, 외기온도가 영하권으로 근처에 머무는 겨울엔 실외기에 있는 열교환기 및 압축펌프에 착상, 서리 등으로 동파가 일어나며, 나아가 실외의 온도가 영하 5도 정도만 되면 효율이 40% 정도이고, 아예 작동을 멈추는 경우가 종종 발생하였다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위한 공지의 예로서, 통상의 회로구성에 응축과 증발 과정을 더하여 간헐적으로 제상운전을 수행하나 잦은 제상은 압축기에 무리를 주어 수명 단축을 초래하는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 난방용팽창밸브로 유입되는 냉매의 온도를 열재생기에서 보정함으로서 팽창을 통해 과도한 냉생산을 억제하여 서리의 발생을 방지하고, 서리가 발생시 응축기로 유입되는 냉매의 온도를 선택적으로 더 높여 서리를 제거할 수 있는 제상기능을 갖는 히트펌프 냉난방시스템을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축기, 열교환기, 난방용팽창밸브 및 냉방용팽창밸브, 수액기, 응축기, 액분리기로 이루어진 히트펌프에 있어서,

상기 난방용팽창밸브와 냉방용팽창밸브는 사용용도에 따라 냉매의 흐름을 선택적으로 유도하기 위하여 열교환기와 수액기 사이에 병열로 설치되고,

상기 열교환기와 난방용팽창밸브 사이에는 난방용팽창밸브를 통해 팽창된 냉매가 응축기를 통과시 서리의 발생을 방지하도록 열교환기를 통해 열교환된 냉매에 다시 열을 가하는 열재생기가 형성되되, 상기 열재생기는 압축기에서 배출되는 냉매의 일부가 열재생기의 내부로 유입되어 열이 축적되며, 열교환기를 통해 열교환된 냉매가 열재생기를 통과하며 열재생기 내부에 축적된 열에 의해 일정온도로 재가열되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열재생기의 내부온도를 일정하게 유지시키기 위하여 수액기와 직접 연결된 모세관을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 응축기에 서리가 발생시 응축기를 통과하는 냉매의 온도를 높여 제상이 이루어지도록 열교환기의 내부에서 수액기로 직접 연결된 제상용배관이 형성되어 열교환기 내부의 냉매 일부가 수액기로 직접 유입되되, 유입을 제어하도록 제상용배관에 형성된 제상밸브를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적 및 효과는 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 되고, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니다.

본 발명에 따른 히트펌프 냉난방시스템에 의하면, 난방용팽창밸브로 유입되는 냉매의 온도를 열재생기에서 보정함으로서 팽창을 통해 과도한 냉생산을 억제하여 서리의 발생을 방지하고, 서리가 발생시 응축기로 유입되는 냉매의 온도를 선택적으로 더 높여 서리를 제거할 수 있는 효과가 발생한다.

도 1은 본 발명에 따른 제상기능을 갖는 히트펌프 냉난방시스템의 개략적인 구성도.

히트펌프는 열을 흡수하고 방열하는 원리로서 통상 에어콘이라 불리우는 냉방장치의 역사이클로 생각하면 된다.

즉, 냉방전용의 에어콘은 실내에 설치된 실내기의 열교환기에서 열을 흡수하여 실외에 설치된 실외기의 열교환기를 이용하여 열을 방열시키는 원리이며, 히트펌프는 반대로 실외기의 열교환기에서 열을 흡수하여 실내에 설치된 실내기의 열교환기를 이용하여 열을 방열시키는 원리다.

구체적으로 히트펌프의 기본적인 구성요소는 압축기, 열교환기, 팽창밸브의 요소로 구분되며 작동유체인 냉매는 압축과 팽창에 따라 온도가 상승 및 하강하며, 액체에서 기체로, 기체에서 액체로 변화를 계속하면서 순환한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 먼저, 도면에 걸쳐 기능적으로 동일하거나, 유사한 부분에는 동일한 부호를 부여한다.

도 1은 본 발명에 따른 제상기능을 갖는 히트펌프 냉난방시스템의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 제상기능을 갖는 히트펌프 냉난방시스템은 순차적으로 배열된 압축기(10), 열교환기(20), 난방용팽창밸브(30) 및 냉방용팽창밸브(40), 수액기(50), 응축기(60), 액분리기(14)를 기본구성으로 하고 있다.

상기 압축기(10)는 냉매를 상온에서도 쉽게 액화될 수 있도록 고온고압의 상태로 압축시키는 역할을 수행한다.

이때, 상기 압축기(10)에서 압축된 고온고압의 냉매는 160 ~ 180℃로 가온된다.

상기 압축기(10)에서 배출되는 고온고압의 냉매는 사방밸브(12)를 통해 유입 및 유출을 선택적으로 조절하여 난방 및 냉방기능을 수행한다.

먼저, 본 발명에 따른 제상기능을 갖는 히트펌프 냉난방시스템의 압축기(10)에서 배출되는 냉매를 이용하여 난방을 하는 과정을 설명한다.

상기 압축기(10)에서 압축된 고온고압의 냉매는 적절한 압력을 유지하며 열교환기(20)를 통과한다.

상기 열교환기(20)를 통과하며 열교환되어 배출된 냉매는 55 ~ 65℃가 되고, 교환된 열은 난방용으로 사용된다.

상기 난방용팽창밸브(30) 및 냉방용팽창밸브(40)는 열교환기(20)와 수액기(50) 사이에 병열로 설치되고, 사용용도에 따라 냉매의 흐름을 선택적으로 유도하기 위해 삼방밸브(70)(72)가 더 설치된다.

상기 열교환기(20)를 통과한 냉매는 난방용팽창밸브(30)로 유입되기 전 열교환기(20)와 난방용팽창밸브(30) 사이에 형성된 열재생기(80)로 유입된다.

상기 열재생기(80)는 열교환기(20)에서 열교환되어 배출된 냉매를 재가열하여 75 ~ 85℃의 온도로 상승시키고, 이는 열교환기(20)에서 배출된 냉매의 온도를 상승시킴으로써 난방용팽창밸브(30)를 통해 팽창되어 냉각되는 냉매의 온도가 상승하게 되어 응축기(60)를 통과시 서리가 발생되는 것을 방지하는 역할을 한다.

이때, 상기 열재생기(80)는 압축기(10)에서 배출되는 냉매의 일부가 열교환기(20)로 유입되기 전에 일부가 열재생기(80)의 내부로 유입되어 열이 축적되어 열교환기(20)를 통해 열교환된 냉매가 다시 열재생기(80)의 내부에서 열교환되어 온도가 상승하게 된다.

바람직하게 상기 열재생기(80)는 내부의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 수액기(50)와 직접 연결된 모세관(82)이 더 형성되어 압축기(10)에서 직접 열재생기(80)의 내부로 유입된 냉매를 모세관(82)을 통해 수액기(50)로 배출시켜 열재생기(80) 내부에 축적되는 열에 의해 온도가 상승하는 것을 방지하고, 모세관(82)을 통과하는 냉매는 저온저압의 상태로 감압되어 수액기(50)로 배출된다.

상기 열재생기(80)를 통과한 냉매는 난방용팽창밸브(30)에서 저온저압의 상태가 되어 수액기(50)로 유입되고, 수액기(50)에서 기체의 냉매만을 응축기(60)로 유입시키며, 응축기(60)에서 응축된 냉매는 액분리기(14)를 거쳐 다시 압축기(10)로 유입되고, 이러한 과정을 반복적으로 수행하여 난방을 하게 된다.

이때, 상기 열재생기(80)를 통해 재가열한 냉매가 난방용팽창밸브(30)와 수액기(50)를 거쳐 응축기(60)로 유입시 응축기(60)에서 서리나 성애가 발생하면 이를 제거하기 위해 냉매의 온도를 높여 제상(除霜)이 이루어지도록 열재생기(80)의 내부에서 수액기(50)로 직접 연결된 제상용배관(90)이 형성되어 열재생기(80) 내부의 냉매 일부가 수액기(50)로 직접 유입되어 응축기(60)로 유입되는 냉매의 온도를 상승시키며, 제상용배관(90)으로 냉매가 흐르는 것을 제어하는 제상밸브(92)가 더 형성된다.

본 발명에 따른 제상기능을 갖는 히트펌프 냉난방시스템을 이용하여 냉방을 하는 과정은 상기 압축기(10)에서 압축된 고온고압의 냉매가 상술한 난방과정의 역방향으로 흐르게 하여 이루어진다.

상기 압축기(10)에서 압축된 냉매는 사방밸브(12)를 통해 응축기(60)로 유입되고, 응축기(60)에서 응축, 액화된 냉매는 수액기(50)에서 액상냉매만 배출되며, 삼방밸브(72)에 의해 냉방용팽창밸브(40)로 유입된다,

상기 냉방용팽창밸브(40)를 통과한 냉매는 -15℃의 저온저압 상태를 유지하며 열교환기(20)로 유입되어 열교환하여 12 ~ 17℃의 온도로 배출되고, 열교환기(20)에서 교환된 열로 냉방을 하게 된다.

상기 열교환기(20)를 통해 배출된 냉매는 사방밸브(12)를 통해 액분리기(14)로 유입된 후 다시 압축기(10)로 유입되며 이러한 과정을 반복적으로 수행하여 냉방을 하게 된다.

즉, 전기 설명으로부터 명확해지듯이, 이 발명은 난방용팽창밸브(30)로 유입되는 냉매의 온도를 열재생기(80)에서 보정함으로서 팽창을 통해 과도한 냉생산을 억제하여 서리의 발생을 방지하고, 서리가 발생시 응축기(60)로 유입되는 냉매의 온도를 선택적으로 더 높여 서리를 제거할 수 있다.

본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로써, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않는다. 다시, 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.

* 도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명 *
10 : 압축기 12 : 사방밸브
14 : 액분리기 20 : 열교환기
30 : 난방용팽창밸브 40 : 냉방용팽창밸브
50 : 수액기 60 : 응축기
70, 72 : 삼방밸브 80 : 열재생기
82 : 모세관 90 : 제상용배관
92 : 제상밸브

Claims (3)

1. 압축기, 열교환기, 난방용팽창밸브 및 냉방용팽창밸브, 수액기, 응축기, 액분리기로 이루어진 히트펌프에 있어서,
   상기 난방용팽창밸브와 냉방용팽창밸브는 사용용도에 따라 냉매의 흐름을 선택적으로 유도하기 위하여 열교환기와 수액기 사이에 병열로 설치되고,
   상기 열교환기와 난방용팽창밸브 사이에는 난방용팽창밸브를 통해 팽창된 냉매가 응축기를 통과시 서리의 발생을 방지하도록 열교환기를 통해 열교환된 냉매에 다시 열을 가하는 열재생기가 형성되되, 상기 열재생기는 압축기에서 배출되는 냉매의 일부가 열재생기의 내부로 유입되어 열이 축적되며, 열교환기를 통해 열교환된 냉매가 열재생기를 통과하며 열재생기 내부에 축적된 열에 의해 일정온도로 재가열되는 것을 특징으로 하는 제상기능을 갖는 히트펌프 냉난방시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 열재생기의 내부온도를 일정하게 유지시키기 위하여 수액기와 직접 연결된 모세관을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 제상기능을 갖는 히트펌프 냉난방시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 응축기에 서리가 발생시 응축기를 통과하는 냉매의 온도를 높여 제상이 이루어지도록 열교환기의 내부에서 수액기로 직접 연결된 제상용배관이 형성되어 열교환기 내부의 냉매 일부가 수액기로 직접 유입되되, 유입을 제어하도록 제상용배관에 형성된 제상밸브를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 제상기능을 갖는 히트펌프 냉난방시스템.
   

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