KR100794270B1 - 공기열 히트펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉난방 시스템에 적용되는 공기열 히트펌프에 관한 것이다.

이 같은 본 발명은, 냉난방 및 제상 운전모드에서 히트펌프의 역방향 제상이 가능하도록 한 것으로, 이를 통해 냉난방 시스템의 제상 기능을 높이고, 난방 운전모드에서는 응축기를 거친 냉매를 공기예열기로 순환시키면서 착상을 지연시켜 제상으로 인한 열량 소모 방지 및 제상시간을 단축하며, 착상상태 및 제상시간을 차압스위치(DPS)를 통해 지능적으로 관리하여 열량 손실의 감소는 물론, 장비 효율과 운전의 안정성을 도모한 것이다.

공기열 히트펌프, 제상, 착상지연부, 전자변, 감압밸브, 응축기, 증발기

Description

공기열 히트펌프{Air source heat pump}

도 1은 종래 냉난방 시스템에 공기열 히트펌프가 연결된 상태도.

도 2는 종래 공기열 히트펌프의 난방운전 상태의 계통도.

도 3은 종래 공기열 히트펌프의 냉방 및 제상 운전 상태의 계통도.

도 4는 본 발명의 실시예로 냉난방시스템에 공기열 히트펌프가 연결된 상태도.

도 5는 본 발명의 실시예로 공기열 히트펌프의 난방운전 상태의 계통도.

도 6은 본 발명의 실시예로 공기열 히트펌프의 냉방 및 제상운전 상태 계통도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 ; 압축기 2 ; 4방향밸브

3 ; 응축기 5 ; 수액기

6 ; 드라이어 7 ; 전자밸브

8 ; 팽창밸브 9 ; 체크밸브

10; 증발기 11; 액분리기

20; 착상지연부 21; 공기예열기

22; 차압스위치(DPS) 23; 휀

30; 분기형의 순환부 31,32,33,35; 제 1,2,3,4 전자변

34; 감압밸브

L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8,L9; 제 1 내지 제 9 순환라인

9.d1,d2,d3,d4,d5; 체크밸브

본 발명은 공기열 히트펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기열의 장점을 최대로 활용하여 기후 조건에 상관없이 냉방 및 제상 운전과 난방 운전이 보다 안정적으로 이루어질 수 있도록 하는 공기열 히트펌프에 관한 것이다.

일반적으로 열에너지를 얻는 방법으로는 가연 물질을 연소시키거나 전기, 화학적 작용 및 반응 등을 이용하고 있으며, 상기 연소 및 작용, 반응에 의하여 얻어진 열에너지를 축열장치에 축열시키거나 이용 가능한 상태로 변환시킨 후 이를 냉,난방 혹은 가열을 위한 수단으로 이용하고 있다.

그러나, 상기와 같이 열에너지를 얻기 위한 방법은 연소시킬 수 있는 가연 물질을 준비해야 하고, 이를 연소시키면서 열에너지를 얻어야 하기 때문에, 상기 가연물질을 연소시키기 위한 장치의 필요성과 더불어 상기 가연물질의 연소로 인한 환경오염 물질의 생성으로 인한 폐해를 걱정하지 않을 수 없으며, 실제 가연물질의 연소로 인한 환경오염이 심각한 상태에 이르고 있다.

또한, 전기적, 화학적 작용에 의하여 열에너지를 얻는 방법은 상기 가연물질 을 연소시키는 방법에 비하여 오염물질의 생성이 현저하게 적게 되지만, 상기한 전기적, 화학적 방법 등은 이들 반응을 위한 물질이나 장치를 필요로 하기 때문에 많은 양의 열에너지를 얻고자 할 때에는 이에 따른 장치의 부피가 방대하게 되는 폐단이 있다.

이에 상기의 문제들을 개선하고자 하는 것으로 공기열 히트펌프를 이용한 냉난방 시스템이 개시되었으며, 상기 공기열 히트펌프는 첨부된 도 1,2에서와 같이, 정상적인 난방 운전시 압축기(1)→4방향밸브(2)→응축기(냉방 및 제상 운전시에는 증발기)(3)→체크밸브(9)→수액기(5)→드라이어(6)→전자밸브(7)→팽창밸브(Expansion)(8)→체크밸브(9)→증발기(냉방 및 제상 운전시에는 응축기)(10)→4방향밸브(2)→ 액분리기(11)→압축기(1)의 흐름으로 냉매가스 흐름이 진행시키는 구조를 가진다.

즉, 상기 압축기(1)에서 토출된 고온 고압의 냉매가스는 응축기(3)에서 저온의 물과 열교환되어 냉매로 상변화되며, 상온의 물은 승온되어 50℃ 이상의 온수가 되어 난방용으로 냉난방시스템의 축열조(100)를 통해 공기조화기(200)로 공급된다.

이때, 상기 응축된 냉매는 체크밸브(9)를 통과한 후 수액기(5)와 드라이어(6) 및 전자밸브(7)를 거쳐 팽창밸브(8)를 통과하면서 감압되어 저온의 액냉매로 증발기(10)에 공급되는 바,

상기 증발기(10)에서는 대기중의 공기로부터 열을 흡수하면서 감압이 이루어진 저온의 액냉매를 저온 저압의 냉매가스로 상변환시킨 후 이를 압축기(1)로 공급하게 되는 것이다.

한편, 공기열 히트펌프는 겨울철 난방 운전중에 증발기(10)에 성애가 발생(착상)하는 바, 상기와 같이 착상된 성애를 고온고압의 냉매가스(hot Gas)를 이용한 제상. 전열 제상(Electric Defrost) 등으로 제상 운전을 하게 되며, 이러한 제상운전은 첨부된 도 1,3에 나타나 있다.

즉, 고온 고압 냉매가스를 이용한 제상시기는 외기 온도, 냉매 증발온도 등을 측정하여 고온 고압의 냉매가스를 공급하거나, 또는 외기온도 센서를 이용하여 외기온도가 일정온도 이하로 내려갈 경우 착상 정도에 관계없이 1시간에 한번씩 약 5분~10분 동안 고온 고압의 냉매가스를 증발기(10)로 공급하며, 정상 난방의 역방향 운전(냉방운전과 동일)을 하여 증발기(10)에 착상된 성애를 제거하게 되는 것이다.

장비에 따라 정도의 차이는 있으나 종래의 공기열 히트펌프는 외기온도가 일정 이하로 내려가면 자동 제상 제어프로그램에 의해 1시간에 1번 또는 2번을 증발기(10)를 제상하게 되는데, 이는 대기중의 상대 습도와 무관하게 시행되거나, 외기온도는 낮으나, 상대습도가 낮아 착상(적상)이 안된 상태에서도 제상 타임의 프로그램에 따라 고온 고압의 냉매가스가 증발기(10)로 유입되어 액화된 저온의 냉매가스는 응축기(3)를 통과해 생산된 온수를 다시 냉각시키는 비생산적인 운전을 제상 주기마다 반복적으로 시행하는 문제점이 있다. 이로인해 열손실은 물론 냉방 및 난방사이클이 자주 바뀌는 비정상적인 운전으로 압축기(1)에 부담을 주며, 수명을 단축시키는 원인이 된다.

반대로, 외기온도는 높으나 상대습도 또한 높아 과다하게 적상이된 경우에도 설정된 시간 동안만 고온 고압의 냉매가스를 공급하기 때문에 제상이 완료되지 않고 종료되어 성애가 결빙되는 현상이 발생하며, 한번 결빙된 성애는 제상 타임동안 해빙되지 않고 결빙면적을 지속적으로 확산하여 열교환 면적을 축소하고, 결국 팽창밸브(8)에서 공급되는 저온의 냉매가스가 증발되지 못한 상태의 액상으로 압축기(1)에 공급되면서, 상기 압축기(1)를 액압축 운전시키므로 손상을 유발시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 냉방 및 제상 운전모드에서는 히트펌프의 역방향 제상을 통해 냉난방 시스템의 제상 기능을 높이고, 난방 운전모드에서는 응축기를 거친 냉매를 공기예열기로 순환시켜폐열회수는 물론 착상을 지연시켜 제상주기를 연장 함으로써, 제상시 소모열량 절약 및 제상 소요시간을 단축할수 있으며, 착상상태 및 제상 시작시간을 차압스위치(DPS)를 통해 지능적으로 관리하므로 최상의 장비 효율과 운전의 안정성을 도모할 수 있도록 하는 공기열 히트펌프를 제공하려는데 그 목적이 있는 것이다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명 공기열 히트펌프는, 냉난방 및 제상 운전이 이루어지도록 압축기, 4방향밸브, 응축기, 체크밸브, 수액기, 드라이어, 전자밸브, 팽창밸브, 증발기, 액분리기가 순환라인을 통해 연결 구성되는 공기열 히트펌프를 구성함에 있어서, 상기 압축기와 증발기에는 냉난방/제상 운전모드시 압축기에서 토출되는 고온고압의 냉매가스를 증발기로 공급하여 증발기에 착상된 성애의 역방향 제상이 이루어지도록 안내하는 제 1 순환라인(L1)을 연결 구성하고, 상기 증발기의 일단에는 난방 운전시 고온의 냉매를 공급받아 성애 착상을 지연시키는 착상지연부를 구성하며, 상기 착상지연부에는 제 2,3 순환라인(L2,L3)을 구성하고, 상기 제 2,3 순환 라인에는 착상지연부, 증발기, 수액기, 그리고 압축기를 연결하여 냉난방 및 제상 운전모드에 따라 고온 및 저온의 냉매 흐름과 고온 고압의 냉매가스 흐름을 안내하는 분기형의 순환부를 연결 구성하는 것을 특징으로 한다.

다른 일면에 따라, 상기 착상지연부는 증발기의 공기흡입측에 설치되고, 난방운전시 응축기를 통과한 고온 액냉매를 제 2 순환라인을 통해 공급받아 이를 이용하여 외기흡입공기를 예열한후 증발기에서 성애가 착상되는 것을 지연시키는 공기예열기를 포함한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 착상지연부는 상기 증발기의 양단에 대한 공기 흡입의 압력차를 감지하고 그 결과에 따라 동작하는 차압스위치 및, 상기 차압스위치의 동작으로부터 속도가 가감속되어 증발기에서의 성애 착상을 지연시키는 인버터모터가 설치된 휀을 포함한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 분기형의 순환부는 제 2 순환라인으로부터 분기되어 응축기의 순환라인을 통해 공급되는 고온의 냉매를 공기예열기로 안내하도록 개폐 제어되는 제 1 전자변과 다수의 역류방지용 체크밸브를 설치한 제 4 순환라인, 제 3 순환라인으로부터 분기되어 공기예열기에서 열교환되는 저온의 냉매를 수액기로 안내하도록 개폐 제어되는 제 2 전자변을 설치한 제 5 순환라인, 상기 제 4 순환라인에서 압축기의 순환라인으로 분기되어 압축기에서 토출되는 고온 고압의 냉매가스를 공기예열기로 안내하도록 개폐제어되는 제 3 전자변과 감압밸브를 설치한 제 6 순환라인, 수액기의 순환라인에서 증발기로 분기하되, 난방 운전모드시에는 팽창밸브를 통해 공급되는 저온의 냉매를 증발기로 안내하고, 냉방 및 제상의 운전모드시에는 증발기로부터 토출되는 고온의 냉매를 공기예열기로 안내하도록 역류방지용 체크밸브를 설치한 제 7 순환라인, 상기 제 3 순환라인에서 제 7 순환라인으로 연결되어 제상 운전모드에서 공기예열기에서 열교환되어 토출되는 저온의 냉매를 수액기로 안내하도록 제 4 전자변과 역류방지용 체크밸브를 설치한 제 8 순환라인 및, 상기 제 4 순환라인에서 제 7 순환라인으로 분기되고 역류방지용 체크밸브를 설치한 제 9 순환라인을 포함한다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 실시예로 냉난방 시스템에 공기열 히트펌프가 연결된 상태도이고, 도 5는 본 발명의 실시예로 공기열 히트펌프의 난방운전 상태의 계통도이며, 도 6은 본 발명의 실시예로 공기열 히트펌프의 냉방 및 제상운전 상태의 계통도를 도시한 것이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기열 히트펌프는 축열조(100)와 공기조화기(200)를 포함하는 냉난방 시스템에 연결되는 것으로, 압축기(1), 4방향밸브(2), 응축기(3), 수액기(5), 드라이어(6), 전자밸브(7), 팽창밸브(Expansion)(8), 체크밸브(9), 증발기(10), 액분리기(11)가 순환라인(a,b,c,d,e,f,g, h,i)을 통해 연결 구성하는 한편, 상기 공기열 히트펌프의 냉난 방 및 제상 운전모드시 압축기(1)에서 토출되는 고온 고압의 냉매가스를 증발기(10)로 공급하는 역방향 제상이 이루어지도록, 상기 압축기(1)와 증발기(10)를 제 1 순환라인(L1)으로 연결 구성한다.

그리고, 상기 증발기(10)의 일단에는 공기열 히트펌프의 난방 운전시 고온의 냉매 및 고온 고압의 냉매가스를 공급받아 상기 증발기(10)에 성애가 착상되는 것을 지연시키는 착상지연부(20)가 구성되며, 상기 착상지연부(20)는 공기예열기(21), 차압스위치(22), 그리고 인버터모터를 장착한 휀(23)을 포함한다.

상기 공기예열기(21)는 상기 증발기(10)의 공기흡입측에 설치되는 것으로, 공기열 히트펌프의 난방 운전시 고온의 냉매를 후술하는 제 2 순환라인(L2)을 통해 공급받은 후 이를 이용하여 외기흡입공기를 예열하게 되며, 외기 흡입공기를 예열 하므로 증발기(10)에 성애가 착상되는 것을 지연 시킬수 있는 것이다.

상기 차압스위치(22)는 증발기(10)의 후단과 외기압의 압력차를 감지하며 착상의 정도에 따라 압력차가 커지면 인버터모터를 장착한 휀(23)의 구동속도를 가감 시키도록 구성되며, 상기 휀(23)의 구동속도 감속에 의해 외부공기와의 열교환 일량을 감소시키므로 증발기(10) 표면에 성애 착상이 지연될 수 있는 것이다.

다음으로, 상기 착상지연부(20)에 포함되는 공기예열기(21)에는 제 2,3 순환라인(L2)(L3)이 연결 구성되는 한편, 상기 제 2,3 순환라인(L2)(L3)에는 공기예열기(21), 증발기(10), 수액기(5), 그리고 압축기(1)를 연결하는 분기형의 순환부(30)가 구성되며, 상기 분기형의 순환부(30)는 냉난방 및 제상 운전모드에 따라 고온 고압의 냉매 가스는 물론 고온 및 저온의 냉매 흐름을 안내하는 것으로, 제 4,5,6,7,8,9 순환 라인(L4,L5,L6,L7,L8,L9)을 포함한다.

상기 제 4 순환라인(L4)은 상기 제 2 순환라인(L2)으로부터 분기되어 상기 응축기(3)의 순환라인(c)을 통해 공급되는 고온의 액냉매를 공기예열기(21)로 안내하도록 구성되며, 그 라인상에는 개폐 제어가 이루어지는 제 1 전자변(31), 그리고 다수의 역류방지용 체크밸브(d1,d2)가 설치 구성된다.

이때, 상기 제 1 전자변(31)은 공기열 히트펌프의 동작제어부(미도시)에 의해 그 제어가 이루어지는 것으로, 공기열 히트펌프의 난방운전모드에서 개방되고, 냉방 및 제상운전모드에서는 닫힘의 동작을 하도록 구성된다.

상기 제 5 순환라인(L5)은 상기 제 3 순환라인(L3)으로부터 분기되어 공기예열기(21)에서 열교환되는 저온의 냉매를 수액기(5)로 안내하도록 구성되며, 그 라인상에는 공기열 히트펌프의 동작제어부(미도시)에 의해 개폐 제어되는 제 2 전자변(32)이 설치 구성된다.

이때, 상기 제 2 전자변(32)은 공기열 히트펌프의 동작제어부에 의해 그 제어가 이루어지는 것으로, 공기열 히트펌프의 난방운전모드에서 개방되고, 냉방 및 제상운전모드에서는 닫힘의 동작을 하도록 구성된다.

상기 제 6 순환라인(L6)은 상기 제 4 순환라인(L4)와 압축기(1)의 순환라인(a)을 연결하여, 상기 압축기(1)에서 토출되는 고온 고압의 냉매가스를 공기예열기(21)로 안내하도록 구성되며, 공기열 히트펌프의 동작제어부에 의해 개폐 제어되는 제 3 전자변(33)과 감압밸브(34)가 설치 구성된다.

이때, 상기 제 3 전자변(33)은 증발기(10)에서의 정상적인 운전에서는 닫힘동작상태이며, 외기조건이 악화되어 공기예열기(21)에 착상이 심화되거나 극저온등 악조건의운전시 상기 압축기(1)에서 토출된 고온 고압의 냉매가스를 적정량 공기예열기(21)로 공급할수 있도록 개발된 보호시스템인 것이다.

상기 제 7 순환라인(L7)은 수액기(5)의 순환라인(f)에서 증발기(10)로 분기하되, 난방 운전모드시에는 팽창밸브(8)를 통해 공급되는 저온의 냉매를 증발기(10)로 안내하고, 냉방 및 제상의 운전모드시에는 증발기(10)로부터 토출되는 고온의 냉매를 공기예열기(21)로 안내하도록 구성되며, 그 라인상에는 역류방지용 체크밸브(d3)가 설치 구성된다.

상기 제 8 순환라인(L8)은 상기 제 3 순환라인(L3)에서 제 7 순환라인(L7)으로 분기되어 냉난방 및 제상 운전모드에서 공기예열기(21)에서 토출되는 저온의 냉매를 수액기(5)로 안내하도록 구성되며, 그 라인상에는 제 4 전자변(35)과 역류방지용 체크밸브(d4)가 설치 구성된다.

이때, 상기 제 4 전자변(35)은 공기열 히트펌프의 동작제어부에 의해 제어를 받아 냉방 및 제상운전모드에서 그 개방이 이루어져 증발기(10)에 대한 성애의 역방향 제상과 냉방시 증발기를 통과한 액냉매를 공기예열기(2단응축기)을 통해 다시한번 응축시켜 액냉매 온도를 강하시켜 냉방효율을 상승시키기 위해 구성되었다.

상기 제 9 순환라인(L9)은 상기 제 4 순환라인(L4)에서 제 7 순환라인(L7)으로 분기되는 것으로 역류방지용 체크밸브(d5)가 설치 구성되며, 이는 공기열 히트펌프가 냉방 및 제상운전모드로 동작시 증발기(10)에서 토출되는 고온의 냉매가 제 4 순환라인(L4)및 제 2 순환라인(L2)을 통해 공기예열기(21)로 순환시켜 흡입공기를 예열하므로 증발기(10)에 공급하는 공기온도를 상승시켜 착상예방 또는 지연시킴으로서 제상주기를연장시킴은 물론 냉방시에는 응축효율을 향상시켜 냉방효율을 높인다.

또한 난방시 제 4 순환라인(L4)으로 부터 공기예열기로 순환되는 고온 액냉매가 제 7 순환라인(L7)의 방향으로 역류하지 않도록 체크밸브(d5)가 설치된다.

이와같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 작용을 첨부된 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 축열조(100) 및 공기조화기(200)와 연결되는 공기열 히트펌프가 난방운전모드(Mode)로 동작시, 공기열 히트펌프의 동작제어부에 의해 제 8 순환라인(L8)에 마련된 제 4 전자변(35)은 닫힘제어가 이루어지고, 제 4,5 순환라인(L4)(L5)에 마련된 제 1,2 전자변(31)(32)은 열림제어가 이루어지며, 4방향밸브(2)는 그 열림방향이 응축기(3)의 방향으로 결정된다.

그러면, 압축기(1)에서 고온 고압의 냉매가스가 토출시, 상기 고온 고압의 냉매가스는 순환라인(a)→4방향밸브(2)→순환라인(b)→응축기(3)를 거쳐 응축이 이루어진다.

이때, 상기 압축기(1)에서 토출된 고온 고압의 냉매가스는 응축기(3)에서 저온의 물과 열교환되어 고온의 냉매로 상변화가 이루어지며, 축열조(100)에서 순환되는 온수는 50℃ 이상의 온수로 승온되어 난방용으로 냉난방시스템의 공급로(HWS)를 통해 축열조(100)에 저장되어 공기조화기(200) 난방공급수로 공급되는 것이다.

다음으로, 상기 응축기(3)에서 상변화가 이루어진 고온의 냉매는 순환라인(c)→제 1 전자변(31)이 개방된 제 4 순환라인(L4)→제 2 순환라인(L2)→착상지연부(20)에 포함된 공기예열기(21)로 공급되는 바,

상기 공기예열기(21)에 고온의 냉매가 통과될 때, 상기 증발기(10)의 공기흡입측으로 흡입되는 외기흡입공기는 예열이 이루어지고, 이에따라 공기열 히트펌프의 난방운전시 상기 증발기(10)에서의 성애 착상은 상기 예열된 외기흡입공기에 의해 지연될 수 있는 것이다.

이때, 상기 공기예열기(21)를 통과하면서 외기흡입공기를 예열하는 고온의 냉매는 저온의 냉매로 변환된 후 제 3 순환라인(L3)→제 2 전자변(32)이 개방된 제 5 순환라인(L5)→순환라인(d,f,e)→수액기(5)→드라이어(6)→전자밸브(7)를 거치면서 팽창밸브(8)에 의해 감압이 이루어진다.

다음으로, 상기와 같이 감압된 저온의 냉매는 순환라인(g)→제 7 순환라인(L7)을 거쳐 증발기(10)로 유입되는 바,

상기 증발기(10)에서는 대기중의 공기로부터 열을 흡수하면서 감압이 이루어진 저온의 냉매를 저온 저압의 가스로 상변환 시킨 후 이를 제 1 순환라인(L1)→4방향밸브(2)→순환라인(h)→액분리기(11)→순환라인(i)을 통해 압축기(1)로 순환시키게 된다.

이때, 상기 팽창밸브(8)를 통해 저온의 냉매가 감압된 후 증발기(10)로 그 흐름이 안내될 때, 상기 증발기(10)에서 이루어지는 저온 냉매의 증발효율은 높아지고, 이에따라 상기 압축기(1)로 공급되는 냉매의 온도가 높아짐으로써, 상기 공 기열 히트펌프를 이용한 냉난방 시스템의 난방효율은 보다 향상될 수 있는 것이다.

여기서, 상기 증발기(10)에는 착상지연부(20)로서 차압스위치(22)와 인버터모터가 장착된 휀(23)을 포함하는 바, 상기 차압스위치(22)는 증발기(10)에 성애의 착상이 이루어질 때, 상기 증발기(10) 후단과 외부 압력차가 커지게 되며 이를 감지하게 된다.

경미한 착상에 의해 압력차가 발생할경우에는, 차압스위치(22)가 감지한 정보를 동작제어부로 전달하며, 동작제어부는 휀(23)의 구동속도를 감속시켜 통과되는 풍량을 감량하여 성애착상 진행을 억제시키는 한편 공기예열기(21)를 이용해 경미한 착상을 제거하도록 부분제상 신호를 송출하게 된다.

상기 동작제어부의 부분제상신호에 따라 제 6 순환라인(L6)에 마련된 제 3 전자변(33)을 개방시키는 제어신호를 발생시키고, 이에따라 상기 압축기(1)에서 토출되는 고온 고압의 냉매가스는 감압밸브(34)에 의해 감압되면서 제 6 순환라인(L6)→제 4 순환라인(L4)으로 공급되어 응축기에서 공급되는 고온의 액냉매 온도를 상승시킨후 제 2 순환라인(L2)을 통해 공기예열기(21)로 보내진다.

그러면, 상기 공기예열기(21)에 고온의 액냉매가 순환되면서 공기예열기는 물론 상기 증발기(10)에 착상된 경미한 성애를 제거할수 있도록 부분제상모드가 구성되며, 부분제상모드가 작동할 경우에는 정상적인 난방흐름이 유지되면서 짧은시간동안 이루어지기 때문에 전체 역방향 제상에 비해 에너지 소비 및 압축기등에 무리가 없고 난방온수 열량소비 등의 비경제적인 문제점이 해결된다.

즉, 완전한 착상이 이루어 지기전에 정상적인 난방사이클을 유지하면서 짧은 순간동안에 경미한 착상을 수시로 제거 하므로서 역사이클 제상을 억제하는 것이 부분 제상모드의 설계목표이며, 역사이클 제상은 비상용 개념으로 운용하고저 한다.

상기와 같이 부분제상모드에 의해 상기 증발기(10)에서의 성애 착상이 지연되지 못하여 착상이 심화되는 경우, 즉 성애가 많이 발생하면서 상기 증발기(10)의 양단에 대한 압력차가 해소되지 못하고 압력차가 커져 역방향 제상명령 설정값에 도달할 경우 에는 동작제어부에서 역방향의 제상운전모드를 명령,가동시키게 된다.

즉, 상기 동작제어부는 부분제상으로 차압스위치(22)에 의한 증발기(10) 양단의 압력차가 해소되지 못할 경우, 제 5,6 순환라인(L5)(L6)에 마련되는 제 2,3 전자변(32)(33)을 닫는 제어신호를 발생시킴과 동시에, 제 8 순환라인(L8)에 마련된 제 4 전자변(35)을 개방시키는 제어신호를 발생시키면서, 상기 압축기(1)에서 토출되는 고온 고압의 냉매가스를 4방향밸브(2) 및 제 1 순환라인(L1)을 통해 바로 증발기(10)로 안내한다.

그러면, 압축기(1)에서 공급된 고온 고압가스는 상기 증발기(10)에 공급 되어 증발기 성애를 제상한후 고온의 액냉매 상태로 변환되어 공기예열기(21)로 흐름이 안내되어 공기예열기 또한 제상이 진행되면서 흡입공기를 가열하여 증발기 제상시간을 단축시키도록 냉매의 흐름이 이루어진다.

이때, 증발기를 거친 고온의 액냉매는 상기 공기예열기(21)를 통과한후 저온의 냉매로 변환되어 제 4 전자변(35)의 개방이 이루어진 제 8 순환라인(L8)을 통해 바로 수액기(5)로 환수된다.

그리고, 상기의 제상이 완료되어 증발기(10)의 전후단에서 압력차가 해소 되 면 상기 공기열 히트펌프의 동작제어부는 공기열 히트펌프를 제상운전모드에서 정상적인 난방운전모드로 복귀시키도록 제어프로그램을 가동시킨다.

한편, 축열조(100) 및 공기조화기(200)와 연결되는 공기열 히트펌프가 냉방운전모드로 동작시, 공기열 히트펌프의 동작제어부에 의해 제 4,5 순환라인(L4)(L5)과 제 6 순환라인(L6)에 각각 마련된 제 1,2,3 전자변(31)(32)(33)은 닫힘제어가 이루어지고, 제 8 순환라인(L8)에 마련된 제 4 전자변(35)은 열림 제어가 이루어지며, 4방향밸브(2)는 그 열림방향이 제 1 순환라인(L1)으로 변경된다.

그러면, 압축기(1)에서 고온 고압의 냉매가스가 토출시, 상기 고온 고압의 냉매가스는 순환라인(a)→4방향밸브(2)→제 1 순환라인(L1)→증발기(냉방운전모드에서는 응축기로 작용)(10)를 거쳐 응축이 이루어진다.

즉, 냉방시 상기 압축기(1)에서 토출된 고온 고압의 냉매가스는 증발기(응축기)에서 순환공기에 의해 응축되어 고온의 액냉매로 상변화가 이루어지고, 고온의 냉매는 제 7 순환라인(L7)→제 9 순환라인(L9)→제 2 순환라인(L2)을 거쳐 공기예열기(21)를 통과하면서 충분한 열교환을 통해 저온의 냉매로 변한다.

다음으로, 상기 공기예열기(21)를 통과하면서 열교환된 저온의 냉매는 제 3 순환라인(L3)→제 4 전자변(35)이 개방된 제 8 순환라인(L8)→수액기(5)→드라이어(6)→전자밸브(7)→팽창밸브(8)→순환라인(d,c)를 거쳐 냉방/제상 운전모드에서 증발작용을 하는 응축기(증발기)로 공급되고, 이에따라 상기 응축기(3)에서는 냉수를 생산한 후 이를 공급로(CWS)를 통해 축열조(100) 및 공기조화기(200)로 공급하게 되는 것이다.

이때, 저온의 액냉매가 상기 증발작용을 하는 응축기(3)에서 냉수로부터 열을 흡수해 저온 저압가스로 기화되어 순환라인(b,h)→액분리기(11)→순환라인(i)을 통해 압축기(1)로 순환 되는 것이다.

여기서, 상기 공기열 히트펌프의 제상운전모드는 상기 냉방 운전모드와 그 동작사이클이 동일한 것으로, 이하 중복되는 설명은 생략하였다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 기존히트펌프가 난방모드와 제상모드를 프로그램에 의해 반복적으로 수행하는데 반해 부분제상모드를 개발하여 에너지 소모와장비수명에 치명적인 역사이클 제상운전모드(냉방모드)가동을 최소화 하므로서 제상운전 반복에 따른 손실열량 절감과 장비수명 단축을 예방 보완하였으며, 최악의 상황에서 제상모드가동시 기존장비에 비해 단시간에 효율적으로 제상을 수행할수 있도록 풍량 제어기능 및 공기예열기와의 연계 운용시스템을 구성하였으며, 착상상태를 지능적으로 감시하여 부분제상과 역사이클제상을 선택제어 할수 있도록 지능형 제어시스템을 구성하였으며, 공기예열기를 증발기 전단에 설치하여 난방기에는 응축기를 통과한 고온의 액냉매열을 이용해 증발기에 착상을 방지하고 하절기에는 응축기 역할을 하는 증발기(10)에서 응축된 고온의 액냉매를 다시한번 냉각시킴으로서 냉방효율을 향상시킬수 있도록 개량하였다.

본 발명의 최대과제는 기존 공기열 히트펌프가 동절기 난방에서 취약한 문제의 핵심과제인 제상문제 와 이로인한 압축기소손의 문제를 해소할수 있고, 모든 장비와 운전상태를 정확하게 판단하고 지능적으로 제어할수 있는 제어시스템을 개 발 적용하여전문지식이 없는 소비자로 하여금 운용에 불편이 없도록 고안되었기 때문에 운전비절감및 친환경설비인 공기열히트펌프 보급확산에 기여할 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

Claims (5)

1. 냉난방 및 제상 운전이 이루어지도록 압축기, 4방향밸브, 응축기, 수액기, 드라이어, 제 1 전자밸브, 팽창밸브, 체크밸브, 증발기, 액분리기가 순환라인을 통해 연결 구성되는 공기열 히트펌프를 구성함에 있어서,

   상기 압축기와 증발기에는 냉난방/제상 운전모드시 압축기에서 토출되는 고온 고압의 냉매가스를 증발기로 공급하여 증발기에 착상된 성애의 역방향 제상이 이루어지도록 안내하는 제 1 순환라인을 연결 구성하고,

   상기 증발기의 일단에는 난방 운전시 고온의 냉매를 공급받아 성애 착상을 지연시키는 착상지연부를 구성하며,

   상기 착상지연부에는 제 2,3 순환라인을 구성하고,

   상기 제 2,3 순환라인에는 착상지연부, 증발기, 수액기, 그리고 압축기를 연결하여 냉난방 및 제상 운전모드에 따라 고온 및 저온의 냉매 흐름과 고온 고압의 냉매가스 흐름을 안내하는 분기형의 순환부를 연결 구성하며,

   상기 착상지연부는 상기 증발기의 양단 및 외기압에 대한 공기압력차를 감지하고 그 결과에 따라 동작하는 차압스위치 및, 상기 차압스위치의 동작으로부터 속도가 가감속되어 증발기에서의 성애 착상을 지연시키는 인버터모터를 장착한 휀을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 공기열 히트펌프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 착상지연부는,

   증발기의 공기흡입측에 형성되고, 난방운전시 고온의 냉매를 제 2 순환라인을 통해 공급받아 이를 이용하여 외기흡입공기를 예열한 후 증발기에서 성애가 착상되는 것을 지연시키는 공기예열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하는 공기열 히트펌프.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 분기형의 순환부는,

   제 2 순환라인으로부터 분기되어 응축기의 순환라인을 통해 공급되는 고온의 냉매를 공기예열기로 안내하도록 개폐 제어되는 제 1 전자변과 다수의 역류방지용 체크밸브를 설치한 제 4 순환라인,

   제 3 순환라인으로부터 분기되어 공기예열기에서 열교환되는 저온의 냉매를 수액기로 안내하도록 개폐 제어되는 제 2 전자변을 설치한 제 5 순환라인,

   상기 제 4 순환라인에서 압축기의 순환라인으로 분기되어 압축기에서 토출되는 고온 고압의 냉매가스를 공기예열기로 안내하도록 개폐제어되는 제 3 전자변과 감압밸브를 설치한 제 6 순환라인,

   수액기의 순환라인에서 증발기로 분기하되, 난방 운전모드시에는 팽창밸브를 통해 공급되는 저온의 냉매를 증발기로 안내하고, 냉방 및 제상의 운전모드시에는 증발기로부터 토출되는 고온의 냉매를 공기예열기로 안내하도록 역류방지용 체크밸 브를 설치한 제 7 순환라인,

   상기 제 4 순환라인에서 제 7 순환라인으로 분기되어 냉난방 및 제상 운전모드에서 공기예열기에서 열교환되어 토출되는 저온의 냉매를 수액기로 안내하도록 제 4 전자변과 역류방지용 체크밸브를 설치한 제 8 순환라인 및,

   상기 제 5 순환라인에서 제 7 순환라인으로 분기되고 역류방지용 체크밸브를 설치한 제 9 순환라인을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 공기열 히트펌프.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 공기열 히트펌프는 상기 착상지연부를 이용하여 정상적인 난방을 하면서 증발기 착상을 방지 또는 지연시키는 운전모드를 운용하되,

   정상적인 난방을 하면서 경미한 착상이 발생할 경우에는 제 6 순환라인을 통해 고온고압의 가스를 착상지연부에 포함되는 공기예열기로 공급하여 제상할 수 있는 부분제상모드를 더 포함하여 운용하는 것을 특징으로 하는 공기열 히트펌프.

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