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KR101155494B1 - 히트 펌프 - Google Patents

히트 펌프 Download PDF

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Publication number
KR101155494B1
KR101155494B1 KR1020090111603A KR20090111603A KR101155494B1 KR 101155494 B1 KR101155494 B1 KR 101155494B1 KR 1020090111603 A KR1020090111603 A KR 1020090111603A KR 20090111603 A KR20090111603 A KR 20090111603A KR 101155494 B1 KR101155494 B1 KR 101155494B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
expansion device
injection passage
heat exchanger
control valve
Prior art date
Application number
KR1020090111603A
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English (en)
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KR20110054816A (ko
Inventor
진심원
이응열
고영환
박상경
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to CN2010101384655A priority patent/CN102062496B/zh
Priority to PCT/KR2010/004790 priority patent/WO2011062348A1/en
Priority to US12/846,626 priority patent/US8671706B2/en
Priority to ES10251364.5T priority patent/ES2672362T3/es
Priority to EP10251364.5A priority patent/EP2325578B1/en
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Abstract

본 발명에 따른 히트 펌프는 복수의 압축실을 포함하여 냉매를 다단 압축하고, 제 1,2냉매 주입유로를 이용해 상기 복수의 압축실 사이로 기상냉매를 주입함으로써, 실내 열교환기를 순환하는 냉매 유량이 증대되어, 가스 인젝션하지 않는 경우보다 성능 및 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 한랭지역 등과 같은 극저온의 외기 환경에서도 시스템의 난방능력이 향상될 수 있는 효과가 있다. 또한, 제 1,2냉매 주입유로를 통해 2번의 인젝션이 이루어지기 때문에, 인젝션 유량 증가로 인해 난방 능력이 향상될 수 있다. 또한, 로터리 압축기의 흡입 압력과 토출 압력 차가 감소되어, 성능 및 안정성이 확보될 수 있다.
히트 펌프, 공기조화기, 가스, 주입, 인젝션, 로터리, 압축, 다단

Description

히트 펌프{Heat pump}
본 발명은 히트 펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시스템의 성능 및 효율이 보다 향상될 수 있는 히트 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 히트 펌프는 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발시키는 과정을 수행하여, 실내 공간을 냉방 또는 난방시키는 장치이다.
상기 히트 펌프는 실외기에 1대의 실내기가 연결되는 통상적인 공기조화기과, 실외기에 복수개의 실내기가 연결되는 멀티 공기조화기로 구분된다. 또한, 상기 히트 펌프는 온수를 공급하기 위한 급탕 유닛과, 온수를 공급하여 바닥 난방을 하기 위한 난방 유닛을 더 포함한다.
상기 히트 펌프는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 포함한다. 상기 압축기에서 토출된 냉매는 상기 응축기에서 응축된 후, 상기 팽창밸브에서 팽창된다. 팽창된 냉매는 상기 증발기에서 증발된 후, 상기 압축기로 흡입된다.
그러나, 종래 기술에 따른 히트 펌프는 실외 온도 등의 냉,난방 부하 변동시 냉.난방 능력을 충분히 발휘하지 못하는 경우가 있다. 예를 들어, 한랭지역에서는 난방성능이 매우 저하되는 문제점이 있다. 대용량의 히트 펌프로 교체하거나 새로운 히트 펌프를 추가로 설치할 경우, 설치비가 많이 들고, 설치공간을 확보해야 하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 냉난방 성능을 향상시킬 수 있는 히트 펌프를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 히트 펌프는 복수의 압축실을 갖는 로터리 압축부와, 상기 로터리 압축부를 통과한 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매가 교축되는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 팽창된 냉매가 증발되는 증발기를 포함하는 메인 회로와; 상기 응축기와 증발기 사이에서 분기되어 냉매가 상기 복수의 압축실 중 하나로 주입되게 연결되는 제 1냉매 주입유로와; 상기 응축기와 증발기 사이에서 분기되어 냉매가 상기 복수의 압축실 중 다른 하나로 주입되게 연결되는 제 2냉매 주입유로를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 로터리 압축부는, 하나의 바디에 복수의 압축실이 형성되고, 상기 제 1,2냉매 주입유로로부터 각각 주입되는 냉매가 상기 복수의 압 축실의 사이 각각으로 주입되는 로터리 압축기를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 로터리 압축부는, 하나의 바디에 저압측 압축실과 고압측 압축실을 갖고, 상기 제 1,2냉매 주입유로 중 어느 하나로부터 주입되는 냉매가 상기 저압측 압축실과 고압측 압축실 사이로 주입되는 제 1로터리 압축기와, 하나의 바디에 하나의 압축실을 갖고, 상기 제 1,2냉매 주입유로 중 다른 하나로부터 냉매가 주입되는 제 2로터리 압축기를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 로터리 압축부는, 하나의 바디에 하나의 압축실이 형성된 로터리 압축기가 직렬로 3개 연결되고, 상기 제 1,2냉매 주입유로로부터 주입되는 냉매가 상기 3개의 로터리 압축기 사이 각각으로 주입될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 팽창장치는 상기 응축기와 상기 제 1냉매 주입유로 사이에 설치된 제 1팽창장치와, 상기 제 2냉매 주입유로와 상기 증발기 사이에 설치된 제 2팽창장치를 포함하고, 상기 제 1냉매 주입유로는 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치 사이에 연결되며, 상기 제 2냉매 주입유로는 상기 제 1냉매 주입유로와 제 2팽창장치 사이에 연결될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1냉매 주입유로와 제 2냉매 주입유로 중 어느 하나는, 상기 제 1팽창장치에서 팽창된 냉매 중 액냉매와 기상 냉매를 분리하는 상분리기를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1냉매 주입유로와 제 2냉매 주입유로 중 어느 하나는, 상기 제 1팽창장치에서 팽창된 냉매를 열교환하는 내부 열교환기와, 상기 내부 열교환기를 통과한 냉매를 교축하는 냉매 조절밸브를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 내부 열교환기는, 상기 제 1팽창장치에서 나와 상기 제 2팽창장치쪽으로 흐르는 냉매와, 상기 로터리 압축부를 향해 흐르는 냉매 중 어느 하나의 냉매가 통과하는 제 1냉매관과, 상기 제 1냉매관을 감싸도록 형성되고 다른 하나의 냉매가 통과하는 제 2냉매관을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1냉매 주입유로는 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치사이에 설치되어 상기 제 1팽창기구에서 팽창된 냉매 중 액냉매와 기상 냉매를 분리하는 상분리기를 포함하고, 상기 제 2냉매주입유로에는 상기 상분리기와 상기 제 2팽창장치 사이에 설치되어 상기 상분리기를 통과한 냉매를 열교환하는 내부 열교환기를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1냉매 주입유로는 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치 사이에서 상기 제 1냉매 주입유로를 통과하는 냉매와 상기 제 1팽창장치에서 나온 냉매를 열교환하는 제 1열교환기와, 상기 제 1냉매 주입유로를 통과하는 냉매가 교축되는 제 1냉매 조절밸브를 포함하고, 상기 제 2냉매 주입유로는 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치 사이에서 상기 제 2냉매 주입유로를 통과하는 냉매와 상기 제 1팽창장치에서 나온 냉매를 열교환하는 제 2열교환기와, 상기 제 2냉매 주입유로를 통과하는 냉매를 교축하는 제 2냉매 조절밸브를 포함하며, 상기 제 1열교환기와 제 2열교환기는 하나의 유닛으로 일체 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치사이에는, 상기 제 1냉매 주입유로가 형성되는 제 1냉매관과, 상기 제 1냉매관을 둘러싸고 상기 제 1팽창장치에서 나온 냉매가 통과하는 제 2냉매관과, 상기 제 2냉매관을 둘러싸고 상기 제 2냉매 주입유로가 형성되는 제 3냉매관을 포함하는 삼중관 열교환기가 설치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1냉매 주입유로와 제 2냉매 주입유로 중 어느 하나는, 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치 사이에 설치되어 상기 제 1팽창장치에서 팽창된 냉매 중 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하는 상분리기를 포함하고, 상기 제 1냉매 주입유로와 제 2냉매 주입유로 중 다른 하나는 상기 상분리기의 내부에 배치되어, 상기 상분리기의 내부에서 발생된 열을 흡수하는 내부 열교환기를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1,2냉매 주입유로는 상기 로터리 압축부로 주입되는 냉매가 교축되는 제 1,2냉매 조절밸브를 각각 포함하고, 상기 히트 펌프는 상기 제 1,2냉매 조절밸브의 개도량을 각각 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 히트 펌프의 기동시, 상기 팽창장치를 기동 제어하고, 상기 제 1,2냉매 조절밸브를 차폐하며, 상기 팽창장치의 기동 제어가 완료된 후, 냉매의 인젝션 요청이 있으면, 상기 제 1,2냉매 조절밸브를 기동 제어할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 히트 펌프의 요구 부하에 따라 상기 제 1냉매 조절밸브와 제 2냉매 조절밸브 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 개방할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 히트 펌프의 요구 부하에 따라 상기 제 1냉매 조절밸브와 제 2냉매 조절밸브를 순차적으로 개방할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 히트 펌프의 요구 부하에 따라 상기 제 1냉매 조절밸브와 제 2냉매 조절밸브를 동시에 개방할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 챙창장치는 상기 응축기와 상기 제 1냉매 주입유로 사이에 설치된 제 1팽창장치와, 상기 제 2냉매 주입유로와 증발기 사이에 설치된 제 2팽창장치를 포함하고, 상기 제 2팽창장치의 개방도가 상기 제 1팽창장치의 개방도보다 크거나 같도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 응축기에서 가열된 물을 급탕에 이용하는 급탕 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 응축기에서 가열된 물을 난방에 이용하는 난방 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 히트 펌프는 복수의 압축실을 포함하여 냉매를 다단 압축하고, 제 1,2냉매 주입유로를 이용해 상기 복수의 압축실 사이로 기상냉매를 인젝션함으로써, 실내 열교환기를 순환하는 냉매 유량이 증대되어, 가스 인젝션하지 않는 경우보다 성능 및 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 한랭지역 등과 같은 극저온의 외기 환경에서도 시스템의 난방능력이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 제 1,2냉매 주입유로를 통해 2번의 인젝션이 이루어지기 때문에, 인젝션 유량 증가로 인해 난방 능력이 향상될 수 있다.
또한, 로터리 압축기의 흡입 압력과 토출 압력 차가 감소되어, 성능 및 안정 성이 확보될 수 있다.
또한, 다단 압축이 이루어짐으로써, 압축비가 증대되고 로터리 압축부의 토출 온도가 낮아지게 되므로, 토출온도 제약에 구애받지 않고, 난방 능력 확대가 가능한 이점이 있다.
또한, 로터리 압축부의 구조를 간단히 하여, 실외기 사이즈를 축소시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 냉매 주입 구조를 간단히 하여, 시스템의 사이즈를 축소시킬 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다. 이하에서는, 히트 펌프의 일 실시예로서, 난방용 공기조화기(이하, '공기조화기'라 한다)에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 공기조화기(100)의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 상기 공기조화기(100)는 로터리 압축부(10)와, 상기 로터리 압축부(10)를 통과한 냉매를 응축하는 응축기(20)와, 상기 응축기(20)를 통과한 냉매가 교축되는 제 1팽창 장치(30)와, 상기 제 1팽창장치(30)를 통과한 냉매가 교축되는 제 2팽창 장치(40)와, 상기 제 2팽창 장치(40)를 통과한 냉매가 증발되는 증발기(70)를 포함하는 메인 회로와, 상기 응축기(20)와 증발기(70)사이에서 분기되어 냉매가 상기 복수의 압축실 중 하나로 주입되게 연결되는 제 1냉매 주입유 로(52)와, 상기 응축기(20)와 증발기(70)사이에서 분기되어 냉매가 상기 복수의 압축실 중 다른 하나로 주입되게 연결되는 제 2냉매 주입유로(62)를 포함한다.
상기 제 1팽창장치(30)는 후술하는 제 4냉매순환유로(24)상에 배치되어, 상기 응축기(20)로부터 유입되는 액상냉매를 교축하는 제 1팽창 밸브(30)이다.
상기 제 2팽창장치(40)는 후술하는 제 6냉매순환유로(26)상에 배치되어, 상기 제 2냉매 주입유로(62)로부터 유입되는 액상냉매를 교축하는 제 2팽창밸브(40)이다.
상기 로터리 압축부(10)는 저온 저압의 냉매를 고온 고압으로 압축시킨다. 상기 로터리 압축부(10)는 복수의 압축실을 갖는 로터리 압축기이다.
본 실시예에서는 상기 로터리 압축부(10)는 하나의 바디에 저압측 압축실(11)과 고압측 압축실(12)이 형성된 2단 로터리 압축기(13)와, 상기 2단 로터리 압축기(13)와 직렬로 연결되고 하나의 바디에 한 개의 압축실(14)을 갖는 1단 로터리 압축기(15)를 포함하는 것으로 설명한다. 본 실시예에서는 상기 2단 로터리 압축기(13)의 토출단에 상기 1단 로터리 압축기(15)가 연결된 것으로 설명하나, 이에 한정되지 않고, 상기 1단 로터리 압축기(15)의 토출단에 2단 로터리 압축기(13)가 연결되는 것도 물론 가능하다.
상기 2단 로터리 압축기(13)의 토출단과 상기 1단 로터리 압축기(15)는 제 1냉매순환유로(21)에 의해 연결된다.
상기 2단 로터리 압축기(13)는 상기 제 2냉매 주입유로(62)로부터 주입되는 냉매와 상기 증발기로(70)부터 유입되는 냉매를 압축하고, 상기 1단 로터리 압축 기(15)는 상기 2단 로터리 압축기(13)에서 나온 냉매와 상기 제 1냉매 주입유로(52)로부터 인젝션되는 냉매를 혼합하여 압축한다.
상기 응축기(20)는 실내에 배치되어, 실내 공기와 냉매가 열교환되는 실내 열교환기이다. 상기 응축기(20)의 흡입단과 상기 1단 로터리 압축기(15)의 토출단은 제 2냉매순환유로(22)로 연결된다.
상기 증발기(70)는 실외에 배치되어, 실외 공기와 냉매가 열교환되는 실외 열교환기이다. 상기 증발기(70)와 상기 2단 로터리 압축기(15)의 흡입단은 제 3냉매순환유로(23)로 연결된다.
한편, 상기 제 1냉매 주입유로(52)와 제 2냉매 주입유로(62) 중 어느 하나는 상기 제 1팽창밸브(30)와 제 2팽창밸브(40) 사이에 배치되어, 상기 제 1팽창밸브(30)에서 팽창된 냉매 중 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하는 상분리기(51)를 포함할 수 있다.
상기 제 1냉매 주입유로(52)와 제 2냉매 주입유로(62) 중 다른 하나는 상기 제 1팽창밸브(30)와 제 2팽창밸브(40) 사이에 배치되어, 상기 제 1팽창밸브(30)에서 나온 냉매를 열교환하는 내부 열교환기(61)를 포함할 수 있다.
이하, 본 실시예에서는, 상기 제 1냉매 주입유로(52)는 상분리기(51)인 것으로 설명한다.
또한, 상기 제 2냉매 주입유로(62)는 내부 열교환기(61)를 포함하는 것으로 설명한다.
상기 상분리기(51)는 유입되는 냉매를 일시 저장하고, 기상냉매와 액상냉매 로 분리하여, 액상 냉매만을 내보낸다.
상기 상분리기(51)의 흡입단은 상기 응축기(20)의 토출단와 제 4냉매순환유로(24)로 연결된다. 상기 상분리기(51)의 토출단은 상기 내부 열교환기(61)와 제 5냉매순환유로(25)로 연결된다.
상기 상분리기(51)에서 나온 액상 냉매는 상기 제 5냉매순환유로(25)를 통해 상기 내부 열교환기(61)로 유입된다. 상기 상분리기(51)에서 나온 기상 냉매는 상기 제 1냉매 주입유로(52)를 통해 상기 1단 로터리 압축기(15)의 흡입단으로 유입된다.
상기 제 1냉매 주입유로(52)는 상기 상분리기(51)와 상기 제 1냉매 순환유로(21)를 연결하여, 상기 상분리기(51)에서 분리된 기상 냉매를 상기 1단 로터리 압축기(15)의 흡입단으로 안내한다.
상기 제 1냉매 주입유로(52)상에는 유로를 통과하는 냉매를 교축하는 제 1냉매 조절밸브(53)가 설치된다. 상기 제 1냉매 조절밸브(53)의 개방도에 따라 인젝션되는 냉매의 유량을 조절할 수 있다.
상기 제 2냉매 주입유로(62)상에는 유로를 통과하는 냉매를 교축하는 제 2냉매 조절밸브(63)가 설치된다. 상기 제 2냉매 조절밸브(63)의 개방도에 따라 인젝션되는 냉매의 유량을 조절할 수 있다.
상기 제 2냉매 조절밸브(63)는 상기 내부 열교환기(61)의 흡입단 이전에 배치되는 것도 가능하고, 상기 내부(61)의 토출단 이후에 배치되는 것도 가능하다. 이하, 본 실시예에서는 상기 제 2냉매 조절밸브(63)는 상기 내부 열교환기(61)의 흡입단 이전에 배치되어, 상기 내부 열교환기(61)에서 열교환되기 이전의 냉매를 교축하는 것으로 설명한다.
상기 제 2냉매 주입유로(62)는 상기 제 5냉매순환유로(25)에서 바이패스되어 상기 내부 열교환기(61)에서 열교환된 냉매를 상기 제 1압축실(11)과 제 2압축실(12) 사이로 안내하도록 형성된다.
상기 내부 열교환기(61)는 상기 제 5냉매순환유로(25)상의 냉매와 상기 제 2냉매 주입유로(62)상의 냉매를 열교환시키는 역할을 한다. 상기와 같은 열교환이 가능하도록 상기 내부 열교환기(61)는 판형 열교환기로 이루어지는 것도 가능하고, 이중관 구조로 이루어지는 것도 가능하다.
도 2는 도 1에 도시된 내부 열교환기의 내부가 개략적으로 도시된 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 상기 내부 열교환기(61)는 제 1냉매관(61a)과, 상기 제 1냉매관(61a)을 감싸도록 형성된 제 2냉매관(61b)을 포함하는 이중관 구조로 이루어진 것으로 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 내부 열교환기(61)는 판형 열교환기로 이루어지는 것도 물론 가능하다.
상기 제 1냉매관(61)a과 제 2냉매관(61b) 중 어느 하나에는 상기 제 2냉매 주입유로(62)상의 냉매가 통과하고, 나머지 하나에는 상기 제 5냉매순환유로(25)상의 냉매가 통과할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 상기 제 1냉매관(61a)에는 상기 제 2냉매유로(62)상의 냉매가 통과하고, 제 2냉매관(61b)에는 제 5냉매순환유로(25)상의 냉매가 통과하는 것으로 설명한다.
상기 내부 열교환기(61)의 토출단은 상기 증발기(70)의 유입단과 제 6냉매순환유로(26)로 연결된다.
도 3은 도 1에 도시된 공기조화기(100)의 제어흐름을 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 상기 공기조화기(100)는 전반적인 운전을 제어하기 위한 제어부(80)를 더 포함한다.
상기 제어부(80)는 상기 공기조화기(100)에 요구되는 난방 부하에 따라 상기 제 1팽창밸브(30)과 제 2팽창밸브(40), 그리고 상기 제 1,2냉매 조절 밸브(53)(63)의 개도량을 제어한다.
상기 제어부(80)는 상기 공기조화기(100)의 구동 초기에 상기 제 1,2냉매 조절밸브(53)(63)는 차폐시키고, 상기 제 1,2팽창밸브(30)(40)는 완전히 개방한다. 상기 공기조화기(100)의 구동 초기에, 상기 제 1,2냉매 조절밸브(53)(63)를 차폐시킴으로써, 상기 로터리 압축부(10)로 액상의 냉매가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 가스 인젝션의 작동 요청이 있을 경우, 상기 제어부(80)는 난방 부하, 예를 들어 실외 온도에 따라 상기 제 1냉매 조절밸브(53)와 상기 제 2냉매 조절밸브(63) 중 적어도 어느 하나만을 선택적으로 개방하는 것도 가능하고, 순차적으로 개방하는 것도 가능하고, 신속한 대응을 위해 동시에 개방하는 것도 물론 가능하다. 상기 제어부(80)는 난방 부하에 따라 상기 제 1,2냉매 조절밸브(53)(63)의 개방도를 제어할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 공기조화기(100)에서 상기 제 1냉매 조절밸브만 개방되고, 상기 제 2냉매 조절밸브는 닫힌 상태가 도시된 도면이고, 도 5는 도 1에 도시된 공기조화기(100)에서 상기 제 1냉매 조절밸브와 제 2냉매 조절밸브가 모두 개방된 상태가 도시된 도면이다.
상기 공기조화기(100)에 전원이 인가되어 상기 공기조화기(100)가 온되면, 상기 제어부(80)는 상기 제 1,2팽창밸브(30)(40)는 완전히 개방한다.
한편, 상기 제어부(80)는 상기 제 1,2냉매 조절밸브(53)(63)는 모두 차폐한다. 상기 공기조화기(100)의 구동 초기에, 상기 제 1냉매 주입유로(52)와 상기 제 2냉매 주입유로(62)를 통해 상기 로터리 압축부(10)로 액상의 냉매가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 공기조화기(100)의 구동 초기에 상기 제 1냉매 조절밸브(53)와 제 2냉매 조절밸브(63)를 차폐함으로써, 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기 로터리 압축부(10)의 기동이 시작되면, 상기 제어부(80)는 상기 제 1,2팽창밸브(30)(40)를 상기 로터리 압축부(10)의 기동에 근거하여 개도량을 제어할 수 있다. 이 때, 상기 제 2팽창밸브(40)의 개도량은 상기 제 1팽창밸브(30)의 개도량보다 항상 크거나 같도록 제어하는 것이 바람직하다.
상기 제어부(80)는 상기 공기조화기(100)의 냉매가 미리 설정된 목표 과열도에 도달하도록 과열도를 조절하고, 냉매가 미리 설정된 중간압에 도달하도록 제어한다.
상기 과열도는 상기 로터리 압축부(10)의 흡입 측 온도와 상기 증발기의 증 발압력에 대한 포화온도의 차이이다. 상기 과열도는 상기 증발기(70)에 설치된 센서나 상기 로터리 압축부(10)의 입구에 설치된 센서(미도시)에 의해 측정될 수 있다. 일반적으로 냉매가 상기 증발기를 통과한 다음에는 액상의 냉매를 포함하지 않지만, 급격한 부하 변동의 경우에는 액상의 냉매를 포함하는 경우가 발생한다. 이러한 경우, 액상의 냉매가 상기 로터리 압축부(10)로 유입되면, 상기 로터리 압축기의 파손 등이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해서, 상기 증발기(70)를 통과한 냉매가 상기 로터리 압축부(10)로 이송되는 과정에서 온도가 상승하도록 하여 액상의 냉매를 제거한다. 상기 증발기(70)로 유입되는 냉매의 양을 감소시키면, 상기 증발기를 완전히 통과하기 전에 냉매의 증발이 모두 이루어지므로, 기상의 냉매가 계속적으로 가열되어 과열도가 증가하게 된다. 따라서, 상기 제 2단 로터리 압축기(13)로 액냉매가 유입되는 것이 방지될 수 있다.
반면, 상기 증발기(70)로 유입되는 냉매의 양을 증가시키면 과열도는 감소할 수 있다.
따라서, 상기 제어부(80)는 상기 과열도를 조절하기 위해서는 상기 상분리기(51)와 상기 증발기(70)사이에 설치된 제 2팽창밸브(40)의 개도량을 조절한다.
상기 중간압이란 상기 상분리기(51)내의 압력이다. 상기 중간압은 상기 제 1냉매 주입유로(52)에 설치된 온도센서(미도시)에 의해 측정될 수 있다. 상기 중간압을 미리 설정된 중간압에 도달하게 함으로써, 상기 로터리 압축부(10)에서 필요로 하는 일을 줄여 효율을 증대시킬 수 있다. 상기 응축기(20)에서 상기 상분리기(51)내로 공급되는 냉매의 양을 조절함으로써, 상기 중간압을 조절할 수 있다.
따라서, 상기 제어부(80)는 상기 중간압을 조절하기 위해서는 상기 응축기(20)와 상기 상분리기(51)사이에 배치된 제 1팽창밸브(30)의 개도량을 조절한다.
한편, 가스 인젝션 요청이 있을 경우, 상기 제어부(80)는 상기 제 1,2냉매 조절밸브(53)(63)중 적어도 어느 하나를 개방할 수 있다.
난방 부하, 예를 들어 실외 온도 조건에 따라 상기 제어부(80)는 상기 제 1,2냉매 조절밸브(53)(63)를 선택적으로 개방할 수 있다.
도 4를 참조하면, 난방 부하가 기설정된 부하조건 이하이면, 상기 제어부(80)는 상기 제 1냉매 조절밸브(53)만을 개방하고, 상기 제 2냉매 조절밸브(63)를 차폐할 수 있다.
상기 제 1냉매 조절밸브(53)만 개방되면, 상기 상분리기(51)에서 분리된 기상 냉매는 상기 제 1냉매 주입유로(52)를 통해 상기 1단 로터리 압축기(15)의 흡입단으로 유입된다.
상기 1단 로터리 압축기(15)에서는 인젝션된 냉매와 상기 2단 로터리 압축기(13)를 통과한 냉매가 혼합되어 압축된다. 인젝션되는 냉매는 중간압력의 기체상태이다. 중간압력의 기체상태의 냉매와 상기 2단 로터리 압축기(13)를 통과한 냉매가 상기 1단 로터리 압축기(15)에서 압축된다. 따라서, 상기 1단 로터리 압축기(15)의 흡입 압력과 토출 압력의 차이를 줄일 수 있게 되므로, 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 냉매가 인젝션되어, 상기 응축기(20)를 통과하는 냉매 유량의 증가로 인해, 난방 성능이 향상될 수 있다.
또한, 상기 1단 로터리 압축기(14)의 토출 온도도 낮아지게 되어, 상기 응축 기(20)로 유입되는 냉매의 온도가 보다 낮아지게 되므로, 난방성능이 향상될 수 있다.
한편, 상기 상분리기(51)에서 나온액상 냉매는 상기 내부 열교환기(61)를 통과한다. 이 때, 상기 제 2냉매 조절밸브(63)가 닫혀 있으므로, 상기 내부 열교환기(61)의 내부에서 열교환이 이루어지지 않는다.
도 5에 도시된 바와 같이, 난방 부하가 계속해서 증대되면, 상기 제어부(80)는 상기 제 2냉매 조절밸브(63)도 개방할 수 있다.
상기 제 2냉매 조절밸브(63)가 개방되면, 상기 상분리기(51)에서 나온 액상 냉매의 일부가 상기 제 2냉매 주입유로(62)로 바이패스되어 상기 제 2냉매 조절밸브(63)에서 교축된 후, 상기 내부열교환기(61)를 통과하게 된다. 상기 제 2냉매 조절밸브(63)에서 교축된 냉매는 온도와 압력이 내려가기 때문에, 상기 제 5냉매순환유로(25)를 흐르는 냉매보다 상대적으로 저온 상태가 된다. 따라서, 상기 내부 열교환기(61)의 내부에서 상기 제 2냉매 주입유로(62)상의 냉매와 상기 제 5냉매순환유로(25)상의 냉매사이에 열교환이 이루어질 수 있다. 상기 내부 열교환기(61)의 내부에서, 상기 제 5냉매순환유로(25)상의 냉매는 열을 빼앗기게 되고, 상기 제 2냉매 주입유로(62)상의 냉매는 열을 흡수하게 된다.
상기 내부 열교환기(61)에서 열을 빼앗긴 냉매는 상기 제 2팽창 밸브(40)에서 교축된 후, 상기 증발기(70)로 유입된다. 상기 증발기(70)로 유입된 냉매는 실외 공기와의 열교환에 의하여 증발되고, 증발된 냉매는 상기 2단 로터리 압축기(13)로 유입된다.
한편, 상기 내부 열교환기(61)에서 열을 흡수한 냉매는 적어도 일부가 증발되어, 액상과 기상이 혼합된 2상의 냉매나 과열증기상태의 냉매 또는 기체 상태의 냉매이다. 액상 냉매의 비율은 상기 제 2냉매 조절밸브(63)의 개방도를 제어함으로써, 최소화시킬 수 있다. 상기 내부 열교환기(61)로부터 인젝셔되는 냉매 유량은 상기 상분리기(51)로부터 인젝션되는 냉매 유량보다 많게 된다. 따라서, 인젝션되는 냉매유량이 보다 증가하여, 난방성능을 향상시킬 수 있다.
상기 제 2냉매 주입유로(62)를 통해 유입된 냉매는 상기 2단 로터리 압축기(13)의 저압측 압축실(11)과 고압측 압축실(12)사이로 유입된다.
상기 고압측 압축실(12)에서는 상기 저압측 압축실(11)에서 나온 냉매와 인젝션된 냉매가 혼합되어 압축된다. 중간압력의 냉매가 인젝션되어 압축되므로, 상기 고압측 압축실(12)의 흡,토출 압력 차이도 줄일 수 있다.
상기와 같이, 상기 제 1,2냉매 주입유로(52)(62)를 통해 2번 인젝션이 이루어지기 때문에, 인젝션 유량 증가로 인해 난방 능력이 향상될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는, 상기 히트 펌프가 난방용 공기조화기인 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 사방밸브를 더 포함하는 냉난방 겸용 공기조화기에 적용되는 것도 물론 가능하다.
도 6은 도 1에 도시된 공기조화기(100)의 냉동사이클을 나타낸 몰리에르 선도(mollier diagram, p-h선도)이다.
도 1 및 도 6을 참조하면, a지점의 저압상태의 냉매가 상기 제 2단 로터리 압축기(13)의 저압측 압축실(11)에서 1단 압축되어 b지점의 고온 고압 상태의 냉매가 된다.
상기 저압측 압축실(11)에서 압축되어 나온 b지점의 냉매는 상기 제 2냉매 주입유로(62)를 통해 인젝션되는 n지점의 냉매와 혼합된다. 혼합된 c지점의 냉매는 상기 고압측 압축실(13)에서 압축된다. 이 때, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 2냉매 주입유로(62)에서 인젝션되는 냉매는 습포화증기구역에 있는 냉매로, 액체상태와 기체 상태가 혼합된 2상의 냉매이거나 과열증기 또는 기체상태의 냉매일 수 있다.
상기 고압측 압축실(12)에서 압축되어 나온 d지점의 냉매는 상기 제 1냉매 주입유로(52)를 통해 인젝션되는 l지점의 냉매와 혼합되어, e지점의 냉매로 상기 제 2로터리 압축기(15)의 압축실(14)에서 압축된다. 상기 압축실(14)에서 3차 압축되어, f지점의 냉매 상태가 된다.
상기 응축기(20)를 통과하여, 액체상태가 된 g지점의 냉매는 제 1팽창 밸브(30)를 통과하면서 팽창된다. 팽창되어 액체상태와 기체 상태가 혼합된 h지점의 냉매는 상기 상분리기(51)에서 상분리가 이루어진다. 상분리가 된 포화증기상태의 l지점의 냉매는 인젝션된다. 또한, 상분리가 된 액체상태의 i지점의 냉매 중 일부는 상기 내부 열교환기(61)를 통과하여 액체상태의 j지점의 냉매가 되고, 나머지는 상기 내부 열교환기(61)로부터 열을 흡수하여 m지점의 냉매가 된다.
j지점의 냉매는 상기 제 2팽창밸브(40)에서 팽창되어 k지점의 저온 저압상태의 된다.
도 6을 참조하면, 본 발명과 같이 상기 로터리 압축부(10)에서 3번의 압축이 이루어지는 경우 압축부의 토출온도(T_f)는 한번의 압축만 이루어지는 경우 토출온도(T_f')보다 낮아질 수 있다. 따라서, 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 공기조화기(100)의 구성이 도시된 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 2실시예에 따른 공기조화기(100)s,s, 로터리 압축부(100)는 하나의 바디에 3개의 제 1,2,3압축실(101)(102)(103)이 형성된 것 이외의 구성 및 작용은 상기 제 1실시예와 유사하므로, 동일한 구성에 대한 상세설명을 생략하고, 동일 부호를 사용한다.
상기 제 1냉매 주입유로(52)는 상기 제 2압축실(102)과 제 3압축실(103) 사이에 연결된다. 상기 제 2냉매 주입유로(62)는 상기 제 1압축실(101)과 제 2압축실(102)에 연결된다.
따라서, 상기 제 2압축실(102)에서는 상기 내부 열교환기(61)를 통과하여 인젝션되는 냉매와 상기 제 1압축실(101)에서 토출된 냉매가 혼합되어 압축된다. 또한, 상기 제 3압축실(103)에서는 상기 상분리기(51)로부터 나와 인젝션되는 기상 냉매와 상기 제 2압축실(102)에서 토출된 냉매가 혼합되어 압축된다.
상기 로터리 압축부(100)가 하나의 바디안에 3개의 압축실이 형성되고, 각 압축실에 각각 냉매를 인젝션할 수 있기 때문에, 한랭지역에서도 난방 성능이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 로터리 압축부(100)의 간소화로 실외기의 크기가 축소될 수 있는 이점이 있다.
도 8은 본 발명의 제 3실시예에 따른 공기조화기(100)의 구성이 도시된 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제 3실시예에 따른 공기조화기(100)는, 로터리 압축부(110)가 하나의 바디에 한 개의 압축실이 형성된 1단 로터리 압축기가 3개가 직렬로 연결된 것 이외의 구성 및 작용은 상기 제 1실시예와 유사하므로, 동일한 구성에 대한 상세설명을 생략하고, 동일 부호를 사용한다.
상기 로터리 압축부(110)는 1단 로터리 압축기인 제 1,2,3로터리 압축기(111)(112)(113)가 각각 직렬로 연결된다.
상기 제 1냉매 주입유로(52)는 상기 제 2로터리 압축기(112)과 제 3로터리 압축기(113) 사이에 연결된다. 상기 제 2냉매 주입유로(62)는 상기 제 1로터리 압축기(111)과 제 2로터리 압축기(112)에 연결된다.
따라서, 상기 제 2로터리 압축기(112)에서는 상기 내부 열교환기(61)를 통과하여 인젝션되는 냉매와 상기 제 1로터리 압축기(111)에서 토출된 냉매가 혼합되어 압축된다. 또한, 상기 제 3로터리 압축기(113)에서는 상기 상분리기(51)로부터 나와 인젝션되는 기상 냉매와 상기 제 2로터리 압축기(112)에서 토출된 냉매가 혼합되어 압축된다.
도 9은 본 발명의 제 4실시예에 따른 공기조화기(100)의 구성이 도시된 도면 이다.
도 9을 참조하면, 본 발명의 제 4실시예에 따른 공기조화기(100)는, 로터리 압축부(120)는 저압측 압축실(121)과 고압측 압축실(122)을 갖는 2단 로터리 압축기(123)와, 하나의 압축실(124)을 갖는 1단 로터리 압축기(125)를 포함하고, 제 1인젝션 장치(200)는 상분리기(201)와, 상기 상분리기(201)에서 바이패스되어 상기 1단 로터리 압축기(125)의 흡입단으로 연결되는 제 1냉매 주입유로(202)이고, 제 2인젝션 장치(210)는 상기 상분리기(201)의 내부에 배치되어, 상기 상분리기(201)의 내부에서 발생된 열을 흡수하는 내부 열교환기(211)와, 상기 내부 열교환기(211)에서 상기 저압측 압축실(121)과 고압측 압축실(122) 사이로 연결되는 제 2냉매 주입 유로(212)를 포함하는 것 이외의 구성 및 작용은 상기 제 1실시예와 유사하므로, 동일한 구성에 대한 상세설명을 생략하고, 동일 부호를 사용한다.
상기 제 1냉매 주입 유로(202)에는 인젝션되는 냉매를 교축하는 제 1냉매 조절 밸브(203)가 배치된다.
상기 제 2냉매 주입 유로(212)에는 인젝션되는 냉매를 교축하는 제 2냉매 조절 밸브(213)가 배치된다.
따라서, 상기 상분리기(201)와 상기 내부 열교환기(211)가 일체로 형성됨으로써, 구조가 간단해질 수 있다. 또한, 상기 상분리기(201)내부에서 발생된 열을 이용할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제 5실시예에 따른 공기조화기(100)의 구성이 도시된 도 면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제 5실시예에 따른 공기조화기(100)에서는, 로터리 압축부(130)는 저압측 압축실(131)과 고압측 압축실(132)을 갖는 2단 로터리 압축기(133)와, 하나의 압축실(134)을 갖는 1단 로터리 압축기(135)를 포함하고, 상기 제 1팽창 밸브(30)와 제 2팽창 밸브(40)사이를 연결하는 냉매순환유로(136)상에는 제 3열교환기(137)이 배치된다.
제 1냉매 주입유로(221)는 상기 제 1냉매 주입유로(221)상에 배치되어 상기 제 1냉매 주입유로(221)를 통과하는 냉매와 상기 냉매순환유로(136)를 통과하는 냉매와 열교환하는 제 1열교환기(222)와, 상기 제 1냉매 주입유로(221)를 통과하는 냉매를 교축하는 제 1냉매 조절밸브(223)를 포함한다.
제 2냉매 주입유로(231)는 상기 제 2냉매 주입유로(231)상에 배치되어 상기 제 2냉매 주입유로(231)를 통과하는 냉매와 상기 제 3열교환기(147)을 통과하는 냉매를 열교환하는 제 2열교환기(232)와, 상기 제 2냉매 주입유로(231)를 통과하는 냉매를 교축하는 제 3냉매 조절밸브(233)을 포함한다.
상기 제 1,2,3열교환기(222)(232)(137)는 각각 판형 형상으로 이루어진다. 상기 제 1,2,3열교환기(222)(232)(137)는 하나의 유닛으로 일체 형성될 수 있다. 상기 제 3열교환기(137)의 일측에는 상기 제 1열교환기(222)가 배치되고, 타측에는 상기 제 2열교환기(232)가 배치될 수 있다.
따라서, 판형 열교환기 3개가 나란히 배치됨으로써, 구조가 매우 간단해질 수 있다.
도 11은 본 발명의 제 6실시예에 따른 공기조화기(100)의 구성이 도시된 도면이고, 도 12는 도 11에 도시된 삼중관 열교환기의 단면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 제 6실시예에 따른 공기조화기(100)는 상기 제 1팽창장치(30)와 제 2팽창장치(40)사이에 삼중관 열교환기(250)가 설치되는 것 이외의 구성 및 작용은 상기 제 5실시예의 것과 동일 유사하므로, 동일 구성에 대한 설명은 생략한다.
상기 삼중관 열교환기(250)는, 상기 제 1냉매 주입유로(221)가 형성되는 제 1냉매관(251)과, 상기 제 1냉매관(251)을 둘러싸고 상기 제 1팽창장치(30)에서 나온 냉매가 통과하는 제 2냉매관(252)과, 상기 제 2냉매관(252)을 둘러싸고 상기 제 2냉매 주입유로(231)가 형성되는 제 3냉매관(253)을 포함한다.
상기와 같이 제 1,2,3냉매관(251)(252)(253)으로 이루어진 삼중관 열교환기(250)가 사용됨으로써, 구조가 매우 간단해질 수 있는 이점이 있다.
도 13은 본 발명의 제 7실시예에 따른 히트 펌프의 구성이 도시된 도면이다.
도 13를 참조하면, 본 발명의 제 7실시예에 따른 히트 펌프는 공기조화기(100)와, 응축기(20)에서 가열된 물을 급탕에 이용하는 급탕유닛(300)과, 상기 응축기(20)에서 가열된 물을 이용하여 바닥난방에 이용하는 난방 유닛(400)을 더 포함하는 것 이외의 구성 및 작용은 상기 제 1실시예와 유사하므로, 동일한 구성에 대한 상세설명을 생략하고, 동일 부호를 사용한다.
상기 급탕 유닛(300)과 상기 난방 유닛(400)은 온수 순환유로(301)에 의해 상기 응축기(20)와 연결된다. 상기 온수 순환유로(301)는 상기 응축기(20)에서 가열된 온수가 상기 급탕 유닛(300)과 난방 유닛(400) 중 적어도 하나를 통과한 후 상기 응축기(20)로 회수되게 상기 응축기(20)와 상기 급탕 유닛(300)과 난방 유닛(400)을 연결한다.
상기 온수 순환유로(301)는 공기조화기(100) 내부에 위치하는 실내기 배관(302)와, 온수가 상기 급탕 유닛(300)을 통과하는 급탕 배관(303)과, 온수가 상기 난방 유닛(400)을 통과하는 난방 배관(304)과, 상기 실내기 배관(302)을 상기 급탕 배관(303)과 상기 난방 배관(304)에 연결하는 연결 배관(305)를 포함한다.
상기 연결 배관(305)에는 온수가 상기 급탕 배관(303)관 난방 배관(304) 중 적어도 하나로 안내하는 온수 조절밸브(306)가 설치된다.
상기 급탕 유닛(300)은 사용자가 세면, 목욕 또는 설거지 등에 필요한 온수를 공급하기 위한 장치이다. 상기 급탕 유닛(300)은 물이 담겨지는 급탕 탱크(310)와, 상기 급탕 탱크(310)에 설치된 급탕용 보조 히터(312)를 포함한다.
상기 급탕 탱크(310)에는 냉수가 상기 급탕 탱크(310)으로 급수되는 냉수 입수부(314)와, 상기 급탕 탱크(310)의 온수가 출수되는 온수 출수부(316)가 연결된다.
상기 온수 출수부(316)에는 샤워기와 같은 온수 토출기구(318)가 연결될 수 있다. 상기 온수 출수부(316)에는 상기 온수 토출기구(318)로 냉수가 출수될 수 있도록 냉수 입수부(320)가 연결될 수 있다.
상기 난방 유닛(400)은 실내의 바닥을 난방시키는 바닥 난방 유닛(410)과, 실내의 공기를 난방시키는 공기 난방 유닛(412)를 포함한다.
상기 바닥 난방 유닛(410)은 실내 바닥에 미앤더라인(meander line)으로 매설될 수 있다.
상기 공기 난방 유닛(412)은 팬 코일 유닛(Fan coil unit) 또는 라디에어터(Radiator)등으로 구성될 수 있다.
상기 난방 배관(304)에는 온수를 상기 바닥 난방 유닛(410)과 공기 난방 유닛(420)중 적어도 하나로 안내하는 난방 온수 조절밸브(411)(421)가 설치될 수 있다.
상기 바닥 난방 유닛(410)은 상기 난방 온수 조절밸브(411)와 바닥 난방 배관(412)으로 연결되고, 상기 공기 난방 유닛(420)은 상기 난방 온수 조절밸브(421)와 공기 난방 배관(422)로 연결된다.
상기 온수 조절 밸브(306)가 난방 모드이면, 응축기(20)에서 가열된 물은 상기 실내기 배관(302)과 연결배관(305)를 차례로 통과하여 상기 난방 배관(304)으로 유입되고, 상기 바닥 난방 유닛(410)과 공기 난방 유닛(420) 중 적어도 하나를 가열시킨 후 상기 난방 배관(304)과 연결배관(305)과 실내기 배관(302)를 차례로 통과하여 상기 응축기(20)로 회수된다.
상기 난방 온수 조절밸브(411)(421)가 공기 난방 모드이면, 온수는 상기 공기 난방 배관(422)과 상기 공기 난방 유닛(420)과 공기 난방 배관(422)을 차례로 통과하여 상기 난방 배관(304)으로 출수된다. 한편, 바닥 난방 모드이면, 온수는 상기 바닥 난방 배관(412)과 바닥 난방 유닛(41)과 바닥 난방 배관(412)을 차례로 통과하여 난방 배관(304)으로 출수된다.
상기 급탕 유닛(300)과 난방 유닛(400)을 포함하는 히트 펌프의 경우에도, 상기 제 1,2냉매 주입유로(52)(62)를 통해 냉매를 인젝션함으로써 냉매유량이 증대되고 성능을 확보할 수 있으므로, 급탕 및 난방 성능을 만족시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 히트 펌프는 복수의 압축실을 포함하여 냉매를 다단 압축하고, 제 1,2냉매 주입유로를 이용해 상기 복수의 압축실 사이로 기상냉매를 인젝셤함으로써, 가스 인젝션하지 않는 경우보다 효율이 향상되고 한랭지역 등과 같은 극저온의 외기 환경에서도 시스템의 난방능력이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 다단 압축이 이루어짐으로써, 압축비가 증대되고 로터리 압축부의 토 출 온도가 낮아지게 되므로, 토출온도 제약에 구애받지 않고, 압축기의 능력 확대가 가능한 이점이 있다.
또한, 로터리 압축부의 구조를 간단히 하여, 실외기 사이즈를 축소시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 냉매 주입 구조를 간단히 하여, 시스템의 사이즈를 축소시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 공기조화기의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 내부 열교환기의 내부가 개략적으로 도시된 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 공기조화기의 제어흐름을 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 1에 도시된 공기조화기에서 상기 제 1냉매 조절밸브만 개방되고, 상기 제 2냉매 조절밸브는 닫힌 상태가 도시된 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 공기조화기에서 상기 제 1냉매 조절밸브와 제 2냉매 조절밸브가 모두 개방된 상태가 도시된 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 공기조화기의 냉동사이클을 나타낸 몰리에르 선도(mollier diagram, p-h선도)이다.
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 공기조화기의 구성이 도시된 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 3실시예에 따른 공기조화기의 구성이 도시된 도면이다.
도 9은 본 발명의 제 4실시예에 따른 공기조화기의 구성이 도시된 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 5실시예에 따른 공기조화기의 구성이 도시된 도면이다.
도 11은 본 발명의 제 6실시예에 따른 공기조화기의 구성이 도시된 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 삼중관 열교환기의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 7실시예에 따른 히트 펌프의 구성이 도시된 도면이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 간단한 설명>
10: 로터리 압축부 11: 저압측 압축실
12: 고압측 압축실 13: 제 1로터리 압축기
14: 압축실 15: 제 2로터리 압축기
20: 응축기 30: 제 1팽창밸브
40: 제 2팽창밸브 51: 상분리기
52: 제 1냉매 주입유로 53: 제 1냉매 조절밸브
61: 내부 열교환기 62: 제 2냉매 주입유로
63: 제 2냉매 조절밸브 70: 증발기

Claims (20)

  1. 복수의 압축실을 갖는 로터리 압축부와, 상기 로터리 압축부를 통과한 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매가 교축되는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 팽창된 냉매가 증발되는 증발기를 포함하는 메인 회로와;
    상기 응축기와 증발기 사이에서 분기되어 냉매가 상기 복수의 압축실 중 하나로 주입되게 연결되는 제 1냉매 주입유로와;
    상기 응축기와 증발기 사이에서 분기되어 냉매가 상기 복수의 압축실 중 다른 하나로 주입되게 연결되는 제 2냉매 주입유로를 포함하고,
    상기 로터리 압축부는,
    하나의 바디에 저압측 압축실과 고압측 압축실을 갖고, 상기 제 1,2냉매 주입유로 중 어느 하나로부터 주입되는 냉매가 상기 저압측 압축실과 고압측 압축실 사이로 주입되는 제 1로터리 압축기와,
    하나의 바디에 하나의 압축실을 갖고, 상기 제 1,2냉매 주입유로 중 다른 하나로부터 냉매가 주입되는 제 2로터리 압축기를 포함하는 히트 펌프.
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  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 팽창장치는 상기 응축기와 상기 제 1냉매 주입유로 사이에 설치된 제 1팽창장치와, 상기 제 2냉매 주입유로와 상기 증발기 사이에 설치된 제 2팽창장치를 포함하고,
    상기 제 1냉매 주입유로는 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치 사이에 연결되며,
    상기 제 2냉매 주입유로는 상기 제 1냉매 주입유로와 제 2팽창장치 사이에 연결되는 히트 펌프.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1냉매 주입유로와 제 2냉매 주입유로 중 어느 하나는,
    상기 제 1팽창장치에서 팽창된 냉매 중 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하는 상분리기를 포함하는 히트 펌프.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1냉매 주입유로와 제 2냉매 주입유로 중 어느 하나는,
    상기 제 1팽창장치에서 팽창된 냉매를 열교환하는 내부 열교환기와;
    상기 내부 열교환기를 통과한 냉매를 교축하는 냉매 조절밸브를 포함하는 히트 펌프.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 내부 열교환기는,
    상기 제 1팽창장치에서 나와 상기 제 2팽창장치쪽으로 흐르는 냉매와 상기 로터리 압축부를 향해 흐르는 냉매 중 어느 하나의 냉매가 통과하는 제 1냉매관과,
    상기 제 1냉매관을 감싸도록 형성되고 다른 하나의 냉매가 통과하는 제 2냉매관을 포함하는 히트 펌프.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1냉매 주입유로는 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치사이에 설치되 어 상기 제 1팽창기구에서 팽창된 냉매 중 액냉매와 기상 냉매를 분리하는 상분리기를 포함하고,
    상기 제 2냉매주입유로에는 상기 상분리기와 상기 제 2팽창장치 사이에 설치되어 상기 상분리기를 통과한 냉매를 열교환하는 내부 열교환기를 포함하는 히트 펌프.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1냉매 주입유로는 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치 사이에서 상기 제 1냉매 주입유로를 통과하는 냉매와 상기 제 1팽창장치에서 나온 냉매를 열교환하는 제 1열교환기와, 상기 제 1냉매 주입유로를 통과하는 냉매가 교축되는 제 1냉매 조절밸브를 포함하고,
    상기 제 2냉매 주입유로는 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치 사이에서 상기 제 2냉매 주입유로를 통과하는 냉매와 상기 제 1팽창장치에서 나온 냉매를 열교환하는 제 2열교환기와, 상기 제 2냉매 주입유로를 통과하는 냉매를 교축하는 제 2냉매 조절밸브를 포함하며,
    상기 제 1열교환기와 제 2열교환기는 하나의 유닛으로 일체 형성된 히트 펌프.
  11. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치사이에는,
    상기 제 1냉매 주입유로가 형성되는 제 1냉매관과,
    상기 제 1냉매관을 둘러싸고 상기 제 1팽창장치에서 나온 냉매가 통과하는 제 2냉매관과,
    상기 제 2냉매관을 둘러싸고 상기 제 2냉매 주입유로가 형성되는 제 3냉매관을 포함하는 삼중관 열교환기가 설치된 히트 펌프.
  12. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1냉매 주입유로와 제 2냉매 주입유로 중 어느 하나는,
    상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치 사이에 설치되어 상기 제 1팽창장치에서 팽창된 냉매 중 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하는 상분리기를 포함하고,
    상기 제 1냉매 주입유로와 제 2냉매 주입유로 중 다른 하나는 상기 상분리기의 내부에 배치되어, 상기 상분리기의 내부에서 발생된 열을 흡수하는 내부 열교환기를 포함하는 히트 펌프.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1,2냉매 주입유로는 상기 로터리 압축부로 주입되는 냉매가 교축되는 제 1,2냉매 조절밸브를 각각 포함하고,
    상기 히트 펌프는 상기 제 1,2냉매 조절밸브의 개도량을 각각 제어하는 제어부를 더 포함하는 히트 펌프.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 히트 펌프의 기동시, 상기 팽창장치를 기동 제어하고, 상기 제 1,2냉매 조절밸브를 차폐하며,
    상기 팽창장치의 기동 제어가 완료된 후, 냉매의 인젝션 요청이 있으면, 상기 제 1,2냉매 조절밸브를 기동 제어하는 히트 펌프.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 히트 펌프의 요구 부하에 따라 상기 제 1냉매 조절밸브와 제 2냉매 조절밸브 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 개방하는 히트 펌프.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 히트 펌프의 요구 부하에 따라 상기 제 1냉매 조절밸브와 제 2냉매 조절밸브를 순차적으로 개방하는 히트 펌프.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 히트 펌프의 요구 부하에 따라 상기 제 1냉매 조절밸브와 제 2냉매 조 절밸브를 동시에 개방하는 히트 펌프.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 팽창장치는 상기 응축기와 상기 제 1냉매 주입유로 사이에 설치된 제 1팽창장치와, 상기 제 2냉매 주입유로와 증발기 사이에 설치된 제 2팽창장치를 포함하고,
    상기 제 2팽창장치의 개방도가 상기 제 1팽창장치의 개방도보다 크거나 같도록 제어하는 제어부를 포함하는 히트 펌프.
  19. 청구항 1 및 청구항 5 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 응축기에서 가열된 물을 급탕에 이용하는 급탕 유닛을 더 포함하는 히트 펌프.
  20. 청구항 1 및 청구항 5 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 응축기에서 가열된 물을 난방에 이용하는 난방 유닛을 더 포함하는 히트 펌프.
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