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KR101944830B1 - 히트펌프 시스템 - Google Patents

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KR101944830B1
KR101944830B1 KR1020160150918A KR20160150918A KR101944830B1 KR 101944830 B1 KR101944830 B1 KR 101944830B1 KR 1020160150918 A KR1020160150918 A KR 1020160150918A KR 20160150918 A KR20160150918 A KR 20160150918A KR 101944830 B1 KR101944830 B1 KR 101944830B1
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receiver
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Abstract

본 발명은 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로, 실외기에 구비되며, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 토출된 냉매가 선택적으로 안내되는 실내열교환기를 구비하며, 상기 실외기보다 낮은 위치에 배치되는 하나 이상의 실내기; 상기 압축기에서 토출된 냉매가 선택적으로 안내되는 실외열교환기; 및 상기 실외기 내에서 상기 압축기의 전단에 구비되어, 상기 압축기로 기상 냉매만 공급하도록 형성된 어큐뮬레이터를 포함하고, 난방모드에서, 상기 실내열교환기에서 응축된 냉매는 상기 실외열교환기 전단의 제1메인팽창밸브를 통과하기 전에 보조응축유로를 통해 응축되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

Description

히트펌프 시스템{Heat Pump System}
본 발명은 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 난방모드에서, 실내기에서 실외기를 향해 유동하는 냉매의 압력손실에 따른 순환 냉매의 유량 저하 및 난방성능 저하를 방지할 수 있는 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프 시스템은 압축기에 의해 압축되는 냉매의 순환에 기초하여 공조공간을 냉방 또는 난방할 수 있는 시스템을 나타낸다.
도 1은 종래의 히트펌프 시스템의 실외기를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 히트펌프 시스템은 난방모드에서, 압축기(2)로부터 토출된 냉매가 실내기(3)를 향해 안내된다. 실내기(3)에는 실내열교환기(미도시)가 구비되며, 상기 실내열교환기에서 냉매는 응축되고 공조공간의 난방이 수행될 수 있다.
실내기(3)에서 응축된 냉매는 실외기(1)로 안내된다. 실외기(1)로 유입된 냉매는 팽창밸브(4)에서 팽창된 후에 실외열교환기(5)로 유입되어 증발된다.
실외열교환기를 통과한 이상냉매는 어큐뮬레이터(6)에서 기상냉매와 액상냉매로 분리된 후에, 기상냉매만 압축기(2)로 안내된다.
한편, 건물에 히트펌프 시스템이 설치되는 경우, 실외기(1)는 옥상에 설치되고 실내기(3)는 건물 내의 공조공간에 설치된다.
특히, 일정 높이 이상의 고층 건물에 히트펌프 시스템이 설치되는 경우, 실외기(1)와 실내기(3) 사이의 거리가 상대적으로 증가하게 되며, 실외기(1)와 실내기(3) 사이에 일정 크기 이상의 높이차가 발생된다.
실외기(1)와 실내기(3) 사이에 일정 크기 이상의 높이차가 발생하면, 실내기(3)에서 응축된 냉매가 실외기(1)를 향해 유동하는 과정에서 압력손실("수두손실"이라고도 함)이 발생할 수 있다.
실내기(3)로부터 실외기(1)로 안내되는 냉매의 압력이 떨어지면 기상냉매의 비율이 점점 증가하게 된다.
이때, 기상냉매의 비율이 증가한 상태의 이상냉매가 실외열교환기(5) 전단에 구비된 팽창밸브(4)를 통과하게 되면, 상기 팽창밸브(4)를 통과하는 냉매의 유량이 액상냉매가 상기 팽창밸브(4)를 통과하는 경우에 비해 상대적으로 감소될 수 있다.
상기 팽창밸브(4)를 통과하는 냉매의 유량이 감소하면, 시스템의 고압 및 저압이 저하되고, 결과적으로 난방성능이 저하될 수 있다.
즉, 종래의 히트펌프 시스템에 따르면, 실외기(1)와 실내기(3)의 설치 높이 차이로 인해, 난방모드에서 히트펌프 시스템을 순환하는 냉매의 유량이 감소함에 따라 난방 성능이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 실외기와 실내기의 설치 위치에 따른 냉매의 압력손실을 보상할 수 있는 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 난방모드에서 냉매가 실외열교환기 전단의 팽창밸브를 통과하는 냉매의 유량을 증가시킬 수 있는 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 실외기가 실내기보다 일정 높이 이상에 설치된 경우라도, 난방성능의 저하를 방지할 수 있는 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위한 것으로서, 제1실시예에 따르면, 실외기에 구비되며, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 토출된 냉매가 선택적으로 안내되는 실내열교환기를 구비하며, 상기 실외기보다 낮은 위치에 배치되는 하나 이상의 실내기; 상기 압축기에서 토출된 냉매가 선택적으로 안내되는 실외열교환기; 및 상기 실외기 내에서 상기 압축기의 전단에 구비되어, 상기 압축기로 기상 냉매만 공급하도록 형성된 어큐뮬레이터를 포함하고, 난방모드에서, 상기 실내열교환기에서 응축된 냉매는 상기 실외열교환기 전단의 제1메인팽창밸브를 통과하기 전에 보조응축유로를 통해 응축되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템을 제공한다.
실내기에서 응축된 후 실외기로 유입되는 냉매를 분지하는 제1분지유로 및 제2분지유로를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 실외기로 유입되는 냉매의 일부는 상기 제1분지유로를 통해 상기 보조응축유로로 안내되고, 상기 실외기로 유입되는 냉매의 나머지는 상기 제2분지유로를 통해 상기 어큐뮬레이터 하단에 구비되는 리시버로 안내될 수 있다.
또한, 제1실시예에 따른 히트펌프 시스템은 상기 보조응축유로와 열교환하는 보조증발유로를 더 포함하고, 상기 리시버 내의 액상 냉매는 상기 보조증발유로로 안내될 수 있다.
또한, 상기 리시버와 상기 보조증발유로 사이에 보조팽창밸브가 구비될 수 있다.
상기 제1분지유로에는 상기 보조응축유로를 향하는 방향으로 형성된 제1체크밸브가 구비되고, 상기 리시버와 상기 보조팽창밸브 사이에 상기 보조증발유로를 향하는 방향으로 형성된 제2체크밸브가 구비될 수 있다.
상기 보조응축유로 내의 냉매와 상기 보조증발유로 내의 냉매는 보조열교환부에서 서로 열교환할 수 있다.
상기 제1분지유로에 제1유량조절밸브가 구비되고 상기 제2분지유로에 제2유량조절밸브가 구비되며, 상기 제1유량조절밸브 및 상기 제2유량조절밸브는 기설정된 고압 및 기설정된 과냉도를 기준으로 개도가 조절될 수 있다.
제1실시예에 따른 히트펌프 시스템의 냉방모드에서, 실외열교환기에서 응축된 냉매는 보조열교환부의 보조응축유로를 통과하면서 과냉각될 수 있다. 그리고, 상기 보조응축유로를 통과한 냉매의 일부는 분지되어 상기 보조팽창밸브 및 상기 보조증발유로를 순차적으로 경유하면서 증발된 후에, 상기 어큐뮬레이터로 안내될 수 있다.
한편, 본 발명의 제2실시예에 따른 히트펌프 시스템은 실외기에 구비되며, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 토출된 냉매가 선택적으로 안내되는 실내열교환기를 구비하며, 상기 실외기보다 낮은 위치에 배치되는 하나 이상의 실내기; 상기 압축기에서 토출된 냉매가 선택적으로 안내되는 실외열교환기; 상기 실외기 내에서 상기 압축기의 전단에 구비되어, 상기 압축기로 기상 냉매만 공급하도록 형성된 어큐뮬레이터를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2실시예에 따른 히트펌프 시스템은 상기 어큐뮬레이터 하단에 구비되고, 실내열교환기에서 응축된 냉매가 안내되는 리시버; 상기 리시버로부터 토출된 액상 냉매의 일부를 실외열교환기를 향해 안내하는 제1분지유로; 및 상기 리시버로부터 토출된 액상 냉매의 나머지를 상기 리시버 내의 보조증발유로로 안내하는 제2분지유로를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 보조증발유로의 전단에 보조팽창밸브가 구비될 수 있다.
제1실시예 및 제2실시예에서, 상기 어큐뮬레이터와 상기 리시버는 하나의 케이스로 일체로 형성되고, 상기 어큐뮬레이터와 상기 리시버 사이에 구획판이 구비되며, 상기 구획판은 열전도성 부재로 형성될 수 있다.
또한, 상기 리시버의 하면에는 토출유로가 연결되는 토출구가 형성되고, 상기 리시버의 측면에는 상기 실내열교환기에서 응축된 냉매가 유입되는 유입구가 형성될 수 있다. 이때, 상기 유입구는 상기 리시버의 하면에 비해 상기 구획판에 더 가까이 배치될 수 있다.
제1실시예 및 제2실시예에 따른 히트펌프 시스템은 상기 압축기를 구동하기 위한 엔진; 상기 엔진을 냉각시키기 위한 냉각수가 유동하는 냉각수 유로; 상기 제1분지유로를 통해 상기 실외열교환기를 향해 안내되는 냉매의 일부를 상기 냉각수와 열교환시키는 판형 열교환기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 히트펌프 시스템은 상기 제1분지유로에서 상기 실외열교환기를 향해 분지되는 제3분지유로 및 상기 판형 열교환기를 향해 분지되는 제4분지유로를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제3분지유로에 상기 제1메인팽창밸브가 구비되고, 상기 제4분지유로에 제2메인팽창밸브가 구비될 수 있다.
제2실시예에 따른 히트펌프 시스템의 냉방모드에서, 실외열교환기에서 응축된 냉매는 상기 리시버의 유입구로 안내될 수 있다. 그리고, 상기 리시버의 토출구에서 토출되어 실내기를 향하는 냉매의 일부는 상기 제2분지유로를 통해 상기 보조증발유로로 안내되어 리시버 내의 냉매와 열교환할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실외기와 실내기의 설치 위치에 따른 냉매의 압력손실을 보상할 수 있는 히트펌프 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 난방모드에서 냉매가 실외열교환기 전단의 팽창밸브를 통과하는 냉매의 유량을 증가시킬 수 있는 히트펌프 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 실외기가 실내기보다 일정 높이 이상에 설치된 경우라도, 난방성능의 저하를 방지할 수 있는 히트펌프 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 히트펌프 시스템의 실외기를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1실시에에 따른 히트펌프 시스템의 난방모드를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 히트펌프 시스템의 냉방모드를 나타내는 도면이다.
도 5는 발명의 제2실시에에 따른 히트펌프 시스템의 난방모드를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 히트펌프 시스템의 냉방모드를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 공기조화기를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 히트펌프 시스템(10)은 실외에 설치되는 실외기(20) 및 공조공간(실내)에 설치되는 하나 이상의 실내기(30)를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서 하나의 실외기(20)가 도시되어 있으나, 복수 개의 실외기(20)와 복수 개의 실내기(30)가 구비되는 것도 가능하다.
상기 실외기(20)는 건물의 옥상에 배치될 수 있고, 상기 실내기(30)는 옥상보다 낮은 위치에 마련되는 공조공간에 배치될 수 있다.
이때, 실내기(30)가 건물의 저층에 설치될수록 실외기(20)와 실내기(30) 사이에 거리차 및 높이차가 발생될 수 있다. 특히, 실외기(20)와 실내기(30) 사이의 높이차로 인해, 난방모드에서 실내기(30)로부터 실외기(20)를 향해 유동하는 냉매의 압력 손실이 발생될 수 있다.
구체적으로, 실외기(20)와 실내기(30) 사이에 높이차가 기설정된 크기 이상이면, 난방모드에서 상기 실내기(30)에서 응축된 냉매가 상기 실외기(20)를 향해(위쪽으로) 유동하는 과정에서 냉매의 압력강하로 인해 기상 냉매의 비율이 증가될 수 있다.
한편, 기상냉매의 비율이 증가할수록, 후술할 팽창밸브를 통과하는 냉매의 유량이 감소될 수 있으며, 이는 난방성능의 저하로 이어질 수 있다.
따라서, 난방모드에서 냉매가 실외기에(실외열교환기 전단에) 구비되는 팽창밸브로 유입되기 전에 기상 냉매의 비율을 최소화하는 것이 바람직하다.
이하, 다른 도면을 참조하여, 냉매가 팽창밸브로 유입되기 전에 기상냉매의 비율을 최소화할 수 있는 구성에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1실시에에 따른 히트펌프 시스템의 난방모드를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 히트펌프 시스템(10)은 실외기(20) 및 하나 이상의 실내기(30)를 포함할 수 있다. 도면에서, 하나의 실내기(30)가 도시되어 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 실내기(30)가 구비될 수 있다.
실내기(30)는 실외기(20)보다 낮은 위치에 배치될 수 있다. 즉, 상기 실외기(20)는 건물의 옥상에 배치되고 상기 실내기(30)는 옥상 아래의 건물 내부에 배치되어, 상기 실외기(20)가 상기 실내기(30)보다 높은 위치에 배치될 수 있다.
상기 실내기(30)에는 실내열교환기(600)가 구비될 수 있고, 상기 실내열교환기(600)의 일측에 실내팬(610)이 구비될 수 있다.
상기 실내열교환기(600)는 공조공간(실내공간)의 공기와 냉매를 열교환시키도록 형성될 수 있다. 상기 실내열교환기(600)는 난방모드에서 응축기로 작동하고 냉방모드에서 증발기로 작동할 수 있다.
상기 실외기(20)에는 압축기(100), 유로전환밸브(200), 실외열교환기(300), 어큐뮬레이터(400) 및 보조열교환부(500)가 구비될 수 있다.
상기 압축기(100)는 엔진(E)에 의해 구동될 수 있으며, 냉매를 압축하도록 형성될 수 있다.
상기 유로전환밸브(200)는 사방밸브(four way valve)로 형성될 수 있다. 상기 유로전환밸브(200)는 압축기(100)로부터 토출된 냉매를 실외열교환기(300) 또는 실내열교환기(600)로 선택적으로 안내하도록 형성될 수 있다.
난방모드에서, 압축기(100)로부터 토출된 냉매는 상기 유로전환밸브(200)를 통해 실내열교환기(600)로 안내된다. 냉방모드에서, 압축기(100)로부터 토출된 냉매는 상기 유로전환밸브(200)를 통해 실외열교환기(300)로 안내된다.
상기 실외열교환기(300)는 실외공기와 냉매를 열교환시키도록 형성될 수 있다. 상기 실외열교환기(300)는 난방모드에서 증발기로 작동되고, 냉방모드에서 응축기로 작동될 수 있다.
상기 실외열교환기(300)의 일측에는 제1메인팽창밸브(710)가 구비될 수 있다. 상기 제1메인팽창밸브(710)는 난방모드에서 실내열교환기(300)의 전단(입구측)에 배치될 수 있다. 상기 제1메인팽창밸브(710)는 난방모드에서 실외열교환기(300)로 유입되는 냉매를 팽창시킬 수 있다.
상기 어큐뮬레이터(400)는 압축기(100)의 전단(입구측)에 구비될 수 있다. 상기 어큐뮬레이터(400)는 이상냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 어큐뮬레이터(400)는 상기 압축기(100)로 기상 냉매만 공급하도록 형성될 수 있다.
한편, 난방모드에서, 상기 제1메인팽창밸브(710)로 이상냉매가 유입되면, 제1메인팽창밸브(710)를 통과하는 냉매의 통과유량이 감소하고 난방성능이 저하될 수 있다. 즉, 상기 제1메인팽창밸브(710)로 통과하는 냉매에 기상 냉매의 비율이 가능한한 작은 것이 유리하다, 다시 말해서, 제1메인팽창밸브(710)로 액상냉매만 통과하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1실시예에 다른 히트펌프 시스템(10)은 보조응축유로(510)를 더 포함할 수 있다. 실내열교환기(600)에서 응축된 냉매는 상기 실외열교환기(300) 전단의 제1메인팽창밸브(710)를 통과하기 전에 상기 보조응축유로(510)를 통해 응축될 수 있다.
즉, 실내열교환기(600)에서 응축된 냉매는 상기 제1메인팽창밸브(710)를 통과하기 전에 상기 보조응축유로(510)를 통해 한번 더 응축될 수 있다. 따라서, 난방모드에서, 실내기(30)로부터 실외기(20)로 유동하는 냉매의 압력손실에 따른 기상냉매의 비율이 상기 보조응축유로(510)를 통해 감소 또는 제거될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제1실시예에 다른 히트펌프 시스템(10)은 상기 제1메인팽창밸브(710)로 안내되는 냉매를 응축시키기 위한 보조열교환부(500)를 포함할 수 있다
난방모드에서, 상기 보조열교환부(500)는 실외기(20) 내에서 상기 제1메인팽창밸브(710)의 전단에 구비되어, 상기 제1메인팽창밸브(710)를 향해 안내되는 냉매를 응축시키도록 형성될 수 있다.
상기 히트펌프 시스템(10)은 실내기(30)로부터 실외기(20)로 안내되는 냉매를 분지하는 제1분지유로(810) 및 제2분지유로(820)를 포함할 수 있다. 실내기(30)에서 응축된 냉매는 메인유로(800)를 통해 실외기(20)를 향해 안내된다.
실내기(30)에서 응축된 후에 상기 메인유로(800)를 통해 실외기(20)로 유입되는 냉매는 실외기(20) 내의 상기 제1분지유로(810) 및 상기 제2분지유로(820)를 통해 분지될 수 있다.
구체적으로, 상기 실내기(30)에서 응축된 후에 실외기(20)로 유입되는 냉매의 일부는 상기 제1분지유로(810)를 통해 상기 보조응축유로(510)로 안내될 수 있다.
상기 실내기(30)에서 응축된 후에 실외기(20)로 유입되는 냉매의 나머지는 상기 제2분지유로(820)를 통해 리시버(450)로 안내될 수 있다. 상기 리시버(450)는 상기 어큐뮬레이터(400) 하단에 구비될 수 있다.
상기 어큐뮬레이터(400)와 상기 리시버(450)는 하나의 케이스로 일체로 형성될 수 있다. 구체적으로, 하나의 케이스 내에서 상기 어큐뮬레이터(400)가 상부에 구비되고 상기 리시버(450)가 하부에 구비될 수 있다.
상기 어큐뮬레이터(400)와 상기 리시버(450) 사이에 구획판(430)이 구비될 수 있다. 상기 구획판(430)은 열전동성 부재로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 어큐뮬레이터(400) 내의 냉매는 상기 리시버(450) 내의 냉매와 열교환할 수 있다.
즉, 상기 리시버(450) 내로 공급되는 이상냉매는 상기 어큐뮬레이터(400) 내의 액상냉매와 열교환하여 응축될 수 있다. 또한, 상기 어큐뮬레이터(400) 내에 쌓이는 액상냉매는 상기 리시버(450) 내로 공급되는 이상냉매와의 열교환을 통해 증발될 수 있다.
상기 히트펌프 시스템(10)은 상기 보조응축유로(510)와 열교환하는 보조증발유로(520)를 더 포함할 수 있다. 상기 리시버(450) 내의 액상 냉매는 상기 보조증발유로(520)로 안내될 수 있다.
즉, 상기 보조응축유로(510) 내의 냉매와 상기 보조증발유로(520) 내의 냉매가 열교환하여, 보조응축유로(510) 내의 냉매는 응축되고 보조증발유로(520) 내의 냉매는 증발될 수 있다.
상기 보조응축유로(510)와 상기 보조증발유로(520)는 보조열교환부(500) 내에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 보조응축유로(510) 내의 냉매와 상기 보조증발유로(520) 내의 냉매는 상기 보조열교환부(500)에서 서로 열교환할 수 있다.
상기 리시버(450)와 상기 보조증발유로(520) 사이에 보조팽창밸브(730)가 구비될수 있다. 상기 보조팽창밸브(730)는 상기 리시버(450)로부터 상기 보조증발유로(520)로 안내되는 액상냉매를 팽창시키도록 형성될 수 있다.
상기 제1분지유로(810)에는 상기 보조응축유로(510)를 향하는 방향으로 형성된 제1체크밸브(811)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 리시버(450)와 상기 보조팽창밸브(730) 사이에는 상기 보조증발유로(520)를 향하는 방향으로 형성된 제2체크밸브(821)가 구비될 수 있다. 상기 제1체크밸브(811)와 상기 제2체크밸브(821)에 의해 난방모드에서의 냉매유로가 냉방모드에서의 냉매유로와 구분될 수 있다.
상기 제1분지유로(810)에 제1유량조절밸브(812)가 구비되고, 상기 제2분지유로(820)에 제2유량조절밸브(822)가 구비될 수 있다. 상기 제1유량조절밸브(812) 및 상기 제2유량조절밸브(822)의 개도는 기설정된 고압 및 기설정된 과냉도를 기준으로 조절될 수 있다.
상기 제1유량조절밸브(812)의 개도 조절에 의해, 보조응축유로(510)에서 응축된 후 실외열교환기(300)를 향해 안내되는 냉매의 유량이 결정될 수 있다. 그리고, 상기 제2유량조절밸브(822)의 개도 조절에 의해, 리시버(430) 및 보조증발유로(520)를 순차적으로 경유하여 어큐뮬레이터(400)로 안내되는 냉매의 유량이 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 히트펌프 시스템(10)은 엔진(E)을 냉각시키기 위한 냉각수가 유동하는 냉각수 유로(C)를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각수 유로(C)는 후술할 판형 열교환기(900)를 관통하도록 형성될 수 있으며, 상기 판형 열교환기(900)에서 상기 냉각수 유로(C) 내의 냉각수가 냉각될 수 있다.
예를 들어, 상기 보조응축유로(510)를 통해 실외열교환기(300)를 향해 안내되는 냉매의 일부는 분지되어 상기 판형 열교환기(900)로 안내될 수 있다. 상기 판형 열교환기(900)로 안내된 냉매는 상기 냉각수 유로(C) 내의 냉각수와 열교환하여 증발될 수 있다.
구체적으로, 상기 보조응축유로(510)를 통과한 냉매는 제3분지유로(830) 및 제4분지유로(840)로 분지될 수 있다.
상기 제3분지유로(830)로 분지된 냉매는 상기 실외열교환기(300)를 향해 안내된다. 상기 제4분지유로(840)로 분지된 냉매는 상기 판형 열교환기(900)로 안내된다. 상기 제4분지유로(840)는 상기 판형 열교환기(900)를 관통하여 상기 판형 열교환기(900) 내에서 상기 냉각수 유로(C)와 열교환할 수 있다.
상기 제4분지유로(840)에는 제2메인팽창밸브(720)가 구비되며, 상기 제2메인팽창밸브(720)는 상기 판형 열교환기(900)의 전단에 구비될 수 있다. 따라서, 상기 제4분지유로(840)로 안내되는 냉매는 상기 제2메인팽창밸브(720)를 통해 팽창된 후에, 상기 판형 열교환기(900)에서 상기 냉각수 유로(C) 내의 냉각수와 열교화할 수 있다.
상기 제3분지유로(830)를 통해 안내되어 실외열교환기(300)에서 증발된 냉매와 상기 제4분지유로(840)를 통해 안내되어 판형 열교환기(900)에서 증발된 냉매는 서로 합류하여 어큐뮬레이터(400)로 공급될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 히트펌프 시스템의 난방모드에서 냉매의 흐름을 요약하면 아래와 같다.
압축기(100)로부터 토출된 냉매는 실내열교환기(600)에서 응축된다. 실내열교환기(600)를 통과하여 실외기(20)로 유입된 냉매는 제1분지유로(810) 및 제2분지유로(820)를 통해 분지된다.
상기 제1분지유로(810)를 통해 안내되는 냉매는 보조열교환부(500)에서 응축된 후에 실외열교환기(300)를 향해 안내되고, 실외열교환기(300) 전단에서 일부 냉매가 판형 열교환기(900)를 향해 분지될 수 있다.
상기 제2분지유로(820)를 통해 안내되는 냉매는 리시버(450)를 경유하여 보조열교환부(500)에서 증발된 후에 어큐뮬레이터(400)로 공급된다.
상기와 같이, 실외기(20)와 실내기(30)의 설치 높이 차이로 인해 실내기(30)에서 실외기(20)로 유동하는 냉매에 압력손실이 발생하더라도, 상기 보조열교환부(500)에서 냉매를 응축시킬 수 있다. 따라서, 제1메인팽창밸브(710) 및 제2메인팽창밸브(720) 중 적어도 하나를 통과하는 냉매의 유량 저하를 방지할 수 있다.
또한, 제1메인팽창밸브(710) 및 제2메인팽창밸브(720) 중 적어도 하나를 통과하는 냉매의 유량 확보를 통해, 히트펌프 시스템의 난방성능 저하를 방지할 수 있다.
이하, 다른 도면을 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 히트펌프 시스템의 냉방모드에서의 냉매 유동에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 히트펌프 시스템의 냉방모드를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 냉방모드에서, 압축기(100)로부터 토출된 냉매는 유로전환밸브(200)를 통해 실외열교환기(300)로 안내될 수 있다.
실외열교환기(300)에서 응축된 냉매는 보조열교환부(500)의 보조응축유로(510)를 통과하면서 과냉각될 수 있다.
구체적으로, 보조응축유로(510)를 통과한 냉매의 일부는 분지되어 보조팽창밸브(730) 및 보조증발유로(520)를 순차적으로 경유하여 어큐뮬레이터(400)로 안내될 수 있다. 상기 보조응축유로(510) 내의 냉매와 상기 보조증발유로(520) 내의 냉매 사이의 열교환을 통해, 보조응축유로(510) 내의 냉매가 과냉각될 수 있다.
즉, 냉방모드에서, 상기 보조열교환부(500)를 통해 실내기(30)에 공급되는 냉매의 과냉도를 확보할 수 있다. 상기 보조열교환부(500)를 통해 냉매의 기설정된 과냉도가 확보되면, 냉매의 포화잠열이 증가되어 냉방능력이 향상될 수 있다.
보조응축유로(510)를 통과한 냉매의 나머지는 실내기(30)를 향해 안내될 수 있다. 이때, 냉방성능에 기초하여 상기 실내기(30)를 향해 안내되는 냉매의 일부가 전술한 메인유로(800) 및 제2분지유로(820)를 경유하여 리시버(450)로 공급될 수 있다.
리시버(450) 내의 쌓인 액상 냉매는 상기 리시버(450)와 상기 어큐뮬레이터(400)를 연결하는 연결라인(453)을 통해 선택적으로 상기 어큐뮬레이터(400)로 공급될 수 있다. 상기 연결라인(453)에는 솔레노이드밸브(455)가 구비될 수 있다.
실내기(30) 내의 실내열교환기(600)에서 증발된 냉매는 유로전환밸브(200)를 경유하여 어큐뮬레이터(400)로 공급될 수 있다. 그리고, 어뮤큘레이터(600)에서 분리된 기상냉매는 상기 압축기(100)로 다시 공급될 수 있다.
한편, 냉방모드에서는 실외열교환기(300) 이외의 구성을 통한 증발열의 확보가 불필요하므로, 엔진(E)의 냉각수 유로(C)는 실외열교환기(300) 일측에 배치되는 보조실외열교환기(350)를 관통할 수 있다.
즉, 냉방모드에서, 냉각수 유로(C) 내의 냉매는 상기 보조실외열교환기(350)를 통해 실외공기와 열교환하여 냉각될 수 있다.
이하, 다른 도면을 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 히트펌프 시스템에 대하여 설명한다.
도 5는 발명의 제2실시에에 따른 히트펌프 시스템의 난방모드를 나타내는 도면이다. 히트펌프 시스템의 제2실시예를 설명함에 있어서, 전술한 제1실시예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 또한, 설명의 편의를 위하여 제2실시예에서 제1실시예와 대응되는 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용한다.
도 5를 참조하면, 제1실시예와 마찬가지로, 본 발명의 제2실시예에 따른 히트펌프 시스템(10)은 압축기(100), 유로전환밸브(200), 실외열교환기(300), 어큐뮬레이터(400), 리시버(450) 및 실내열교환기(600)를 포함할 수 있다.
제1실시예와 달리, 제2실시예에 따른 히트펌프 시스템(10)은 보조열교환부를 구비하지 않는다. 실시예 1과 달리, 실시예 2에 따르면, 난방모드에서 실외열교환기로 안내되는 냉매는 리시버(450) 내에서 응축될 수 있다.
전술한 바와 같이, 리시버(450)는 어큐뮬레이터(400)의 하단에서 상기 어큐뮬레이터(400)와 일체로 마련될 수 있다.
실내열교환기(600)에서 응축된 냉매는 상기 리시버(450)로 안내될 수 있다. 구체적으로, 실내열교환기(600)에서 응축된 냉매 메인유로(800)를 통해 리시버(450)로 안내될 수 있다. 리시버(450)에는 이상냉매가 유입되어 액상 냉매는 바닥에 쌓일 수 있다. 리시버(450)로 유입된 이상냉매 중 기상 냉매는 리시버(450) 상측에 위치된 어큐뮬레이터(400) 내의 액상냉매와 열교환하여 응축될 수 있다.
즉, 전술한 바와 같이, 어큐뮬레이터(400)와 리시버(450)는 하나의 케이스로 일체로 형성되고, 열전도성 부재인 구획판(430)에 의해 구획될 수 있다. 따라서, 어큐뮬레이터(400) 내의 냉매와 리시버(450) 내의 냉매는 서로 열교환할 수 있다.
상기 리시버(450) 내의 액상 냉매는 토출유로(801)를 통해 리시버(450)로부터 토출될 수 있다.
제2실시예에 따른 히트펌프 시스템(10)은 리시버(450)로부터 토출된 액상 냉매의 일부를 실외열교환기(300)를 향해 안내하는 제1분지유로(810), 및 상기 리시버(450)로부터 토출된 액상 냉매의 나머지를 리시버(450) 내의 보조증발유로(520)로 안내하는 제2분지유로(820)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 리시버(450) 내의 액상 냉매는 상기 토출유로(801)를 통해 리시버(450)로부터 토출될 수 있다. 상기 토출유로(801)를 통해 안내되는 냉매는 상기 제1분지유로(810) 및 상기 제2분지유로(820)를 통해 분지될 수 있다.
상기 제1분지유로(810)는 리시버(450)로부터 토출된 액상 냉매의 일부를 실외열교환기(300)를 향해 안내할 수 있다. 상기 제2분지유로(820)는 리시버(450)로부터 토출된 액상 냉매의 나머지를 상기 보조증발유로(520)를 향해 안내할 수 있다.
상기 보조증발유로(520)의 전단(입구측)에 보조팽창밸브(730)가 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2분지유로(820)에 상기 보조팽창밸브(730)가 마련될 수 있다. 따라서, 상기 보조증발유로(520)로 안내되는 냉매는 상기 보조팽창밸브(730)를 통해 팽창된 후에 상기 보조증발유로(520)에서 증발될 수 있다.
즉, 상기 보조증발유로(520) 내의 냉매는 상기 리시버(450) 내의 냉매와 열교환하여 증발될 수 있다. 그리고, 상기 리시버(450) 내의 냉매는 상기 보조증발유로(520) 내의 냉매와 열교환하여 응축될 수 있다.
따라서, 상기 제1분지유로(810)를 통해 상기 실외열교환기(300) 전단(입구측)의 제1메인팽창밸브(710)를 향해 이상냉매가 안내되는 것이 방지될 수 있다. 즉, 상기 리시버(450) 내의 냉매와 상기 보조증발유로(520) 내의 냉매 사이의 열교환에 의해, 상기 제1메인팽창밸브(710)로 기상 냉매가 유입되는 것이 방지될 수 있다.
한편, 상기 리시버(450)의 하면에는 상기 토출유로(801)에 연결되는 토출구(452)가 형성될 수 있다. 따라서, 상기 리시버(450) 내에 쌓인 액상 냉매가 용이하게 상기 토출유로(801)를 통해 토출될 수 있다.
그리고, 상기 리시버(450)의 측면에는 상기 실내열교환기(300)에서 응축된 냉매가 유입되는 유입구(451)가 형성될 수 있다. 이때, 상기 유입구(451)는 상기 리시버(450)의 하면에 비해 상기 구획판(430)에 더 가까이 배치될 수 있다. 즉, 상기 유입구(451)는 상기 구획판(430)에 인접하게 배치될 수 있다.
즉, 상기 리시버(450) 내로 이상냉매가 유입될 때, 액상냉매는 바닥에 쌓이고 기상냉매는 상대적으로 위쪽에 위치될 수 있다. 따라서, 리시버(450) 내의 액상냉매만 상기 토출유로(801)를 통해 토출될 수 있다. 그리고, 리시버(450) 내의 기상 냉매는 상기 어큐뮬레이터(400) 내의 액상냉매 또는 상기 보조증발유로(520) 내의 냉매와 열교환하여 응축될 수 있다.
제1실시예와 마찬가지로, 제2실시예에 따른 히트펌프 시스템(10)은 상기 압축기(100)를 구동하기 위한 엔진(E) 및 상기 엔진(E)을 냉각시키기 위한 냉각수가 유동하는 냉각수 유로(C)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 히트펌프 시스템(10)은 상기 제1분지유로(810)를 통해 상기 실외열교환기(300)를 향해 안내되는 냉매의 일부를 상기 냉각수와 열교환시키는 판형 열교환기(900)를 더 포함할 수 있다.
즉, 제1분지유로(810)는 실외열교환기(300)를 향하는 제3분지유로(830) 및 상기 판형 열교환기(900)를 향하는 제4분지유로(840)로 분지될 수 있다. 상기 제3분지유로(830)에 전술한 제1메인팽창밸브(710)가 구비되고, 상기 제4분지유로(840)에는 제2메인팽창밸브(720)가 구비될 수 있다.
상기 냉각수 유로(C) 내의 냉각수와 상기 제4분지유로(840) 내의 냉매는 상기 판형 열교환기(900)에서 서로 열교환할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 히트펌프 시스템의 난방모드에서 냉매의 흐름을 요약하면 아래와 같다.
압축기(100)로부터 토출된 냉매는 실내열교환기(600)에서 응축된다. 실내열교환기(600)를 통과하여 실외기(20)로 유입된 냉매는 메인유로(800)를 통해 리시버(450) 내로 안내된다.
상기 리시버(450) 내의 액상 냉매는 토출유로(801)를 통해 토출되어 실외열교환기를 향하는 제1분지유로(810) 및 리시버 내의 보조증발유로(520)를 향하는 제2분지유로(820)로 분지된다.
상기 제2분지유로(820)로 안내되는 냉매는 보조팽창밸브(730)에서 팽창된 후에 보조증발유로(520)로 안내되어 증발된다. 즉, 보조증발유로(520) 내의 냉매와 리시버(450) 내의 냉매가 열교환하여 리시버(450) 내의 냉매는 응축될 수 있다.
즉, 리시버(450) 내에서 응축된 후에, 제1분지유로(810)로 안내되는 냉매는 실외열교환기(300)를 향해 안내되어 상기 실외열교환기(300)에서 증발되고, 실외열교환기(300) 전단에서 일부 냉매가 판형 열교환기(900)를 향해 분지되어 상기 판형 열교환기(900)에서 증발될 수 있다.
상기 실외열교환기(300)에서 증발한 냉매와 상기 판형 열교환기(900)에서 증발한 냉매와 상기 보조증발유로(520)에서 증발한 냉매는 합류하여 어큐뮬레이터(400)로 공급될 수 있다.
상기와 같이, 실외기(20)와 실내기(30)의 설치 높이 차이로 인해 실내기(30)에서 실외기(20)로 유동하는 냉매에 압력손실이 발생하더라도, 상기 리시버(400) 내에서 냉매를 응축시킨 후에 실외열교환기(300)를 향해 공급할 수 있다. 따라서, 제1메인팽창밸브(710) 및 제2메인팽창밸브(720) 중 적어도 하나를 통과하는 냉매의 유량 저하를 방지할 수 있다.
또한, 제1메인팽창밸브(710) 및 제2메인팽창밸브(720) 중 적어도 하나를 통과하는 냉매의 유량 확보를 통해, 히트펌프 시스템의 난방성능 저하를 방지할 수 있다.
이하, 다른 도면을 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 히트펌프 시스템의 냉방모드에서의 냉매 유동에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 히트펌프 시스템의 냉방모드를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 냉방모드에서, 압축기(100)로부터 토출된 냉매는 유로전환밸브(200)를 통해 실외열교환기(300)로 안내될 수 있다.
실외열교환기(300)에서 응축된 냉매는 전술한 제4분지유로(840)와 메인유로(800)를 연결하는 연결유로(850)를 통해 리시버(450) 내로 안내된다.
상기 리시버(450)로 안내된 냉매는 상기 리시버(450) 내에 배치되는 보조증발유로(520) 내의 냉매와 열교환하여 과냉각될 수 있다. 즉, 냉방모드에서, 상기 보조열교환부(500)를 통해 실내기(30)에 공급되는 냉매의 과냉도를 확보할 수 있다. 상기 보조열교환부(500)를 통해 냉매의 기설정된 과냉도가 확보되면, 냉매의 포화잠열이 증가되어 냉방능력이 향상될 수 있다.
리시버(450) 내에서 과냉각된 냉매는 토출유로(801)를 통해 토출되어 실내기(30)를 향해 안내될 수 있다. 이때, 일부 냉매가 상기 제2분지유로(820)로 분지되고, 보조팽창밸브(730) 및 보조증발유로(520)를 순차적으로 경유하여 증발될 수 있다.
보조증발유로(520)에서 증발된 냉매는 실내열교환기(600)에서 증발된 냉매와 합류하여 어큐뮬레이터(400)로 공급될 수 있다. 그리고, 어뮤큘레이터(600)에서 분리된 기상냉매는 상기 압축기(100)로 다시 공급될 수 있다.
한편, 냉방모드에서는 실외열교환기(300) 이외의 구성을 통한 증발열의 확보가 불필요하므로, 엔진(E)의 냉각수 유로(C)는 실외열교환기(300) 일측에 배치되는 보조실외열교환기(350)를 관통할 수 있다.
즉, 냉방모드에서, 냉각수 유로(C) 내의 냉매는 상기 보조실외열교환기(350)를 통해 실외공기와 열교환하여 냉각될 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 압축기 200 유로전환밸브
300 실외열교환기 400 어큐뮬레이터
450 리시버 510 보조응축유로
520 보조증발유로 600 실내열교환기

Claims (15)

  1. 실외기에 구비되며, 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 토출된 냉매가 선택적으로 안내되는 실내열교환기를 구비하며, 상기 실외기보다 낮은 위치에 배치되는 하나 이상의 실내기;
    상기 압축기에서 토출된 냉매가 선택적으로 안내되는 실외열교환기;
    상기 실외기 내에서 상기 압축기의 전단에 구비되어, 상기 압축기로 기상 냉매만 공급하도록 형성된 어큐뮬레이터; 및
    실내기에서 응축된 후 실외기로 유입되는 냉매를 분지하는 제1분지유로 및 제2분지유로를 포함하고,
    난방모드에서,
    상기 실외기로 유입되는 냉매의 일부는 상기 실외열교환기 전단의 제1메인팽창밸브를 통과하기 전에 상기 제1분지유로를 통해 보조응축유로로 안내되고, 상기 실외기로 유입되는 냉매의 나머지는 상기 제2분지유로를 통해 상기 어큐뮬레이터 하단에 구비되는 리시버로 안내되며,
    상기 리시버 내의 액상 냉매는 상기 보조응축유로와 열교환하는 보조증발유로로 안내되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리시버와 상기 보조증발유로 사이에 보조팽창밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1분지유로에는 상기 보조응축유로를 향하는 방향으로 형성된 제1체크밸브가 구비되고,
    상기 리시버와 상기 보조팽창밸브 사이에 상기 보조증발유로를 향하는 방향으로 형성된 제2체크밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 보조응축유로 내의 냉매와 상기 보조증발유로 내의 냉매는 보조열교환부에서 서로 열교환하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1분지유로에 제1유량조절밸브가 구비되고 상기 제2분지유로에 제2유량조절밸브가 구비되며,
    상기 제1유량조절밸브 및 상기 제2유량조절밸브는 기설정된 고압 및 기설정된 과냉도를 기준으로 개도가 조절되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    냉방모드에서, 실외열교환기에서 응축된 냉매는 보조열교환부의 보조응축유로를 통과하면서 과냉각되고,
    상기 보조응축유로를 통과한 냉매의 일부는 분지되어 상기 보조팽창밸브 및 상기 보조증발유로를 순차적으로 경유하면서 증발된 후에, 상기 어큐뮬레이터로 안내되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
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