KR101281725B1 - High efficiency heat pump system driven by gas engine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스엔진식 히트펌프를 이용하여 냉난방 등을 위한 냉온수를 효율적으로 생산할 수 있도록 한 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a high efficiency gas engine type heat pump system, and more particularly, to a high efficiency gas engine type heat pump system capable of efficiently producing cold and hot water for cooling and heating using a gas engine type heat pump.
일반적으로 가스엔진식 히트펌프는 압축기가 가스엔진에 의해 구동되는 히트펌프이다.In general, a gas engine type heat pump is a heat pump in which a compressor is driven by a gas engine.
이러한 가스엔진식 히트펌프 기술로는 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1170712호(2012.8.2.공고)가 있으며, 이 종래기술은 지열을 이용한 회로를 구성하여 냉난방성능의 상승은 물론, 급탕 보일러에 적용할 때에 급탕 효율이 상승하도록 하여 에너지 효율성을 극대화시키기 위한 지열을 이용한 가스엔진 히트펌프 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 지열을 이용함으로써 냉난방성능의 효율성을 높인데 특징이 있다.Such gas engine type heat pump technology is Korean Patent Publication No. 10-1170712 (2012.8.2. Announcement), the prior art is composed of geothermal heat circuit to increase the heating and cooling performance, as well as hot water boiler The present invention relates to a gas engine heat pump cooling and heating system using geothermal heat for maximizing energy efficiency by increasing hot water efficiency, and is characterized by increasing efficiency of cooling and heating performance by using geothermal heat.
그러나 이 종래기술은 냉난방성능의 효율성을 높이기 위한 시도는 보이나, 가스엔진 구동이라는 가스엔진식 히트펌프 특성에 맞추어 가스엔진 운전상태를 최적화시키기에는 다소 미흡한 문제점이 있으며, 이로 인해 에너지의 활용도가 낮은 문제점이 있었다.
However, this prior art shows an attempt to improve the efficiency of heating and cooling performance, but there is a problem that is insufficient to optimize the operation state of the gas engine according to the characteristics of the gas engine type heat pump called gas engine operation, which results in low energy utilization There was this.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 지열 및 엔진 열을 최대로 활용하면서도 가스엔진의 운전상태를 최적의 상태로 유지할 수 있도록 함으로써 에너지 활용도를 극대화하며, 이로 인해 전체적인 운전에 따른 유지 비용을 절감할 수 있도록 한 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problems as described above, the present invention maximizes the energy utilization by maximizing the utilization of geothermal and engine heat while maintaining the operating state of the gas engine, thereby resulting in overall operation The purpose is to provide a high efficiency gas engine type heat pump system that can reduce the maintenance cost.
또한, 본 발명은 가스엔진의 운전으로 인한 에너지를 최대한 활용할 수 있을 뿐만 아니라 가스엔진의 운전으로 인한 대기 오염 물질의 배출을 최소화 할 수 있도록 한 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템을 제공하고자 하는데 목적이 있다.
In addition, an object of the present invention is to provide a high-efficiency gas engine heat pump system that can maximize the energy of the operation of the gas engine as well as minimize the emission of air pollutants due to the operation of the gas engine. .
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 발명인 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템은,As a means for solving the problems as described above, the high efficiency gas engine type heat pump system of the present invention,
가스엔진에 의해 구동되어 냉매를 압축하는 압축기,A compressor driven by a gas engine to compress the refrigerant,
유로를 전환하여 냉매의 유동방향을 전환하는 사방밸브,Four-way valve to switch the flow direction of the refrigerant by switching the flow path,
냉매가 유동하며 대기와 열교환하는 실외기,An outdoor unit in which a refrigerant flows and heat exchanges with the atmosphere,
냉매가 유동하며 냉난방수와 열교환하는 제1 열교환기,A first heat exchanger in which a refrigerant flows and heat-exchanges with cooling and heating water,
냉매가 유동하며 엔진냉각수와 열교환하는 제2 열교환기,A second heat exchanger in which the refrigerant flows and heat exchanges with the engine coolant,
냉매가 유동하며 지중순환수와 열교환하는 제3 열교환기,A third heat exchanger in which the refrigerant flows and heat exchanges with the underground circulation water,
제1 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제1 팽창밸브,A first expansion valve for reducing the pressure of the refrigerant flowing from the first heat exchanger through the throttling action,
실외기 또는 제1 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제2 팽창밸브,A second expansion valve for depressurizing the refrigerant flowing from the outdoor unit or the first heat exchanger through a throttling action;
실외기 또는 제3 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제3 팽창밸브 및A third expansion valve for depressurizing the refrigerant flowing from the outdoor unit or the third heat exchanger through a throttling action;
제1 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제4 팽창밸브를 포함하여 이루어지는 히트펌프;
A heat pump including a fourth expansion valve for reducing the refrigerant flowing from the first heat exchanger through a throttling action;
냉난방수를 강제순환시키는 냉난방수 순환펌프,Heating and cooling water circulation pump for forced circulation of heating and cooling water,
냉수를 저장하는 냉수조,Cold water tank to store cold water,
온수를 저장하는 온수조 및Hot water tank to store hot water and
제1 열교환기, 냉수조 및 온수조를 연결하는 배관이 각각 연결되고 제1 열교환기로부터 배출되는 냉난방수를 냉수조 또는 온수조로 선택적으로 유동시키는 제1 삼방밸브를 포함하여 이루어지는 냉난방수 라인;
A pipe line connecting the first heat exchanger, the cold water tank, and the hot water tank, respectively, and a cooling / heating line including a first three-way valve for selectively flowing the cooling / heating water discharged from the first heat exchanger to the cold water tank or the hot water tank;
냉각수를 강제순환시키는 냉각수 순환펌프를 포함하여 이루어지며, 가스엔진을 거치는 냉각수를 온수조 및 제1 열교환기를 선택적으로 순환시켜 열교환하도록 구성되는 엔진냉각수 라인;
An engine coolant line including a coolant circulation pump for forced circulation of the coolant and configured to selectively circulate the coolant passing through the gas engine to heat exchange by selectively circulating the hot water tank and the first heat exchanger;
지하에 매설되는 지중 열교환기 및Underground heat exchanger and buried underground
지중순환수를 강제순환시키는 지중순환수 순환펌프를 포함하여 이루어지며,Including underground circulation water pump for forced circulation of underground circulation water,
지중순환수가 지중 열교환기, 제3 열교환기 및 냉수조를 순환하는 지중순환수 라인;
An underground circulation line for circulating underground circulation water through an underground heat exchanger, a third heat exchanger, and a cold water tank;
가스엔진 배기관과 열교환하는 배기 열교환부 및 An exhaust heat exchanger for exchanging heat with the gas engine exhaust pipe and
제상용수를 강제순환시키는 제상용수 순환펌프를 포함하여 이루어지며,It includes a defrost water circulation pump for forced circulation of defrost water,
제상용수가 배기 열교환부 및 실외기를 순환하는 제상용수 라인;
Defrost water line through which the defrost water circulates the exhaust heat exchange unit and the outdoor unit;
가스엔진 흡기관과 열교환하는 흡기 열교환부 및Intake heat exchanger for heat exchange with gas engine intake pipe and
흡기 냉각용수를 강제순환시키는 흡기 냉각용수 순환펌프를 포함하여 이루어지며,Including the intake cooling water circulation pump for forced circulation of the intake cooling water,
흡기 냉각용수가 흡기 열교환부 및 제3 열교환기를 순환하는 엔진 흡기 냉각용수 라인; 및
An engine intake cooling water line through which the intake air cooling water circulates the intake heat exchange unit and the third heat exchanger; And
가스엔진의 배기가스 재순환관과 열교환하는 재순환 배기가스 열교환부 및A recycle exhaust gas heat exchanger for exchanging heat with the exhaust gas recycle tube of the gas engine, and
재순환 배기가스 냉각용수를 강제순환시키는 재순환 배기가스 냉각용수 순환펌프를 포함하여 이루어지며,It comprises a recycle exhaust gas cooling water circulation pump forcibly circulating the recycle exhaust gas cooling water,
재순환 배기가스 냉각용수가 재순환 배기가스 열교환부 및 온수조를 순환하는 재순환 배기가스 냉각용수 라인을 포함하여 구성되되;
Wherein the recycle exhaust gas cooling water comprises a recycle exhaust gas heat exchange portion and a recycle exhaust gas cooling water line circulating the hot water tank;
온수생성시에는 압축기, 사방밸브, 제1 열교환기, 제1 팽창밸브, 실외기, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기에서 온수를 생성하는 제1 냉매순환계통과 압축기, 사방밸브, 제1 열교환기, 제4 팽창밸브, 제3 열교환기, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기에서 온수를 생성하는 제2 냉매순환계통을 선택적으로 사용하며,When hot water is generated, the refrigerant is circulated in the order of a compressor, a four-way valve, a first heat exchanger, a first expansion valve, an outdoor unit, a four-way valve, and a compressor to generate hot water in the first heat exchanger. And selectively use a second refrigerant circulation system in which the refrigerant circulates in the order of the first heat exchanger, the fourth expansion valve, the third heat exchanger, the four-way valve, and the compressor to generate hot water in the first heat exchanger.
냉수생성시에는 압축기, 사방밸브, 실외기, 제3 팽창밸브, 제1 열교환기, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기에서 냉수를 생성하는 제3 냉매순환계통과, 압축기, 사방밸브, 제3 열교환기, 제3 팽창밸브, 제1 열교환기, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기에서 냉수를 생성하는 제4 냉매순환계통을 선택적으로 사용하며,During the cold water generation, the refrigerant is circulated in the order of the compressor, the four-way valve, the outdoor unit, the third expansion valve, the first heat exchanger, the four-way valve, and the compressor to generate cold water in the first heat exchanger. A fourth refrigerant circulation system selectively generating a cold water in the first heat exchanger by circulating the refrigerant in the order of the valve, the third heat exchanger, the third expansion valve, the first heat exchanger, the four-way valve, and the compressor,
상기 가스엔진과 압축기 사이에는 가스엔진으로부터 압축기로의 동력 전달을 제어하는 동력 제어수단이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
Power control means for controlling the transmission of power from the gas engine to the compressor is further provided between the gas engine and the compressor.
상기한 바와 같은 과제해결수단을 통해, 본 발명인 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템 지열 및 엔진 열을 최대로 활용할 수 있으므로 히트펌프의 냉난방성능 향상 및 에너지 절감의 효과가 있으며, 또한 가스엔진의 운전상태를 최적의 상태로 유지할 수 있도록 하여 연료비 절감 및 가스엔진의 수명연장 등의 효과를 도모할 수 있다.Through the problem solving means as described above, the high efficiency gas engine heat pump system of the present invention can maximize the heat and engine heat of the present invention has the effect of improving the heating and cooling performance of the heat pump and energy saving, and also the operating state of the gas engine By maintaining the optimum state, it is possible to reduce the fuel cost and extend the life of the gas engine.
특히, 가스엔진의 배기가스의 폐열을 이용하여 제상 운전을 수행함으로써 연료 절감 효과가 있고, 지중수와 가스엔진으로의 흡기를 열교환시켜 흡기 충진효율을 높여 엔진의 연소효율을 높일 수 있으며, 재순환 배기가스와 온수조의 온수를 열교환시켜 온수의 온도을 높이고 재순환 배기가스의 온도를 낮춤으로써 질소 산화물 배출을 줄이고 에너지를 절감하는 등의 효과를 가지게 된다.
In particular, the defrosting operation is performed by using waste heat from the exhaust gas of the gas engine, and the fuel saving effect can be achieved. By heat-exchanging the hot water of the gas and the hot water tank, the temperature of the hot water is increased and the temperature of the recycle exhaust gas is reduced, thereby reducing the nitrogen oxide emission and saving energy.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템과 그 작동원리를 간략히 도시한 배관도이다.1 to 4 is a piping diagram schematically showing a high efficiency gas engine heat pump system and its operation principle according to the present invention.
본 발명에 따른 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
A preferred embodiment of the high efficiency gas engine type heat pump system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템과 그 작동원리를 간략히 도시한 배관도이다.
1 to 4 is a piping diagram schematically showing a high efficiency gas engine heat pump system and its operation principle according to the present invention.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템은 냉매가 상변화 및 열교환하며 순환하는 히트펌프, 냉난방수가 열교환하며 순환하는 냉난방수 라인, 가스엔진(10)의 엔진냉각수가 열교환하며 순환하는 엔진냉각수 라인, 지중순환수가 열교환하며 순환하는 지중순환수 라인, 제상운전을 위한 제상용수가 열교환하며 순환하는 제상용수 라인, 가스엔진(10)의 흡기 충진효율을 높이기 위한 흡기 냉각용수가 열교환하며 순환하는 엔진 흡기 냉각용수 라인 및 배기가스 재순환시 흡기 충진효율을 높이기 위한 재순환 배기가스 냉각용수가 열교환하며 순환하는 재순환 배기가스 냉각용수 라인을 포함하여 구성된다.1 to 4, the high-efficiency gas engine heat pump system according to the present invention is a heat pump in which the refrigerant is circulated through the phase change and heat exchange, the heating and cooling line for cooling and cooling water heat exchange, the
구체적으로, 상기 히트펌프는 가스엔진(10)에 의해 구동되어 냉매를 압축하는 압축기(11), 유로를 전환하여 냉매의 유동방향을 전환하는 사방밸브(12), 냉매가 유동하며 대기와 열교환하는 실외기(13), 냉매가 유동하며 냉난방수와 열교환하는 제1 열교환기(14), 냉매가 유동하며 엔진냉각수와 열교환하는 제2 열교환기(15), 냉매가 유동하며 지중순환수와 열교환하는 제3 열교환기(16), 제1 열교환기(14)로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제1 팽창밸브(17), 실외기(13) 또는 제1 열교환기(14)로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제2 팽창밸브(18), 실외기(13) 또는 제3 열교환기(16)로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제3 팽창밸브(19) 및 제1 열교환기(14)로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제4 팽창밸브(20)를 포함하여 구성된다.Specifically, the heat pump is driven by the
그리고 상기 가스엔진(10)과 압축기(11) 사이에는 가스엔진으로부터 압축기로의 동력 전달을 제어하는 동력 제어 수단(CT)이 더 구비되는데, 이러한 동력 제어 수단(CT)으로는 클러치 등과 같이 회전력을 전달하거나 차단할 수 있는 것이면 어느 것이라도 무방하며 제어수단(제어부)에 의해 조작될 수 있도록 구성된다.
In addition, between the
상기 냉난방수 라인은 냉난방수를 강제순환시키는 냉난방수 순환펌프(41), 냉방 및 냉수 공급을 위한 냉수를 저장하는 냉수조(42), 난방 및 온수 공급을 위한 온수를 저장하는 온수조(43) 및 제1 열교환기(14), 냉수조(42) 및 온수조(43)를 연결하는 배관이 각각 연결되고 제1 열교환기(14)로부터 배출되는 냉난방수를 냉수조(42) 또는 온수조(43)로 선택적으로 유동시키는 제1 삼방밸브(45)를 포함하여 구성된다.
The air-conditioning line is a cooling and cooling
상기 엔진냉각수 라인은 냉각수를 강제순환시키는 냉각수 순환펌프(51)를 포함하여 이루어지며, 가스엔진(10)을 거치는 냉각수를 온수조(43), 제1 열교환기(14) 및 제2 열교환기(15)를 선택적으로 순환시켜 열교환 하도록 구성된다.The engine coolant line includes a
이를 위해, 제2 및 제3 삼방밸브(52,53)와 후술하는 제5 밸브(V5)가 구비되는데, 제2 및 제3 삼방밸브(52,53)는 온수조(43)와 제2 열교환기(15)로의 냉각수 순환을 제어하고, 제5 밸브(V5)는 제1 열교환기(14)로의 순환을 제어하는 기능을 수행한다.
To this end, second and third three-
상기 지중순환수 라인은 지하에 매설되는 지중 열교환기(61) 및 지중순환수를 강제순환시키는 지중순환수 순환펌프(62)를 포함하여 이루어지며, 지중 열교환기(61), 제3 열교환기(16) 및 냉수조(42)를 지중순환수가 순환하도록 구성되는데, 이는 지중 열교환기(61)를 통과한 지중순환수의 냉수조(42)로의 순환은 제4 삼방밸브(63)를 통해 제어된다. 즉, 냉수조(42)로의 지중순환수의 순환이 요구되는 경우에는 제4 삼방밸브(63)를 제어하여 냉수조(42)로 지중순환수가 공급되도록 하고 그렇지 않은 경우에는 제4 삼방밸브(63)를 제어하여 냉수조(42)로의 지중순환수 공급을 차단하게 된다.
The underground circulating water line includes an
상기 제상용수 라인은 가스엔진(10) 배기관(미도시)과 열교환하는 배기 열교환부(71) 및 제상용수를 강제순환시키는 제상용수 순환펌프(72)를 포함하여 이루어지며, 제상용수가 배기 열교환부(71) 및 실외기(13)를 순환하도록 구성되는데, 이는 동절기에 실외기(13)에 성에가 발생하여 난방능력이 저하되는 것을 방지하기 위한 것으로 가스엔진(10)의 배기 매니폴드(Exhaust manifold) 등의 배기관에서 배출되는 배기열을 활용하여 실외기(13)를 가열함으로써 별도의 에너지를 소비하지 않고서도 제상 작업을 수행할 수 있는 이점이 있다.The defrost water line includes an
이러한 제상용수 라인에 의한 제상 작업시, 배기관에 설치되는 온도 센서(미도시)에 의해 감지되는 온도가 일정 온도 이하일 경우에는 가스엔진(10)으로부터의 압축기(11)로의 동력 전달이 동력 제어 수단(CT)에 의해 차단되도록 구성하고, 일정 온도 이상일 경우에는 가스엔진(10)의 운전이 정지되도록 구성됨이 바람직한데, 이를 통해 배기관의 온도가 일정 온도 이상일 경우 가스엔진(10)의 운전 정지를 통해 추가적인 에너지 소비를 저감할 수 있게 된다.
In the defrosting operation by the defrost water line, when the temperature detected by the temperature sensor (not shown) installed in the exhaust pipe is below a predetermined temperature, the power transmission from the
상기 엔진 흡기 냉각용수 라인은 가스엔진(10) 흡기관과 열교환하는 흡기 열교환부(81) 및 흡기 냉각용수를 강제순환시키는 흡기 냉각수용 순환펌프(82)를 포함하여 이루어지며, 흡기 냉각용수가 흡기 열교환부(81) 및 제3 열교환기(16)를 순환하도록 구성되는데, 이는 대기 온도가 높을 경우 등에서 가스엔진(10)에 흡입되는 흡기의 충진효율을 높이기 위한 것으로 가스엔진(10)의 흡기 매니폴드(Intake mainfold) 등의 흡기관을 통하여 흡입되는 흡기를 지중 순환수와 열교환시켜 흡기의 온도를 낮추게 되며, 이를 통해 가스엔진(10)의 완전 연소를 도모하여 연료 절감, 에너지 효율 감소, 대기 오염 물질 배출 저감 등의 이점을 가지게 된다.
The engine intake cooling water line includes an intake
상기 재순환 배기가스 냉각용수 라인은 가스엔진(10)의 배기가스 재순환관과 열교환하는 재순환 배기가스 열교환부(91) 및 재순환 배기가스 냉각용수를 강제순환시키는 재순환 배기가스 냉각용수 순환펌프(92)를 포함하여 이루어지며, 재순환 배기가스 냉각용수가 재순환 배기가스 열교환부(91) 및 온수조(43)를 순환하도록 구성되는데, 이는 가스엔진(10)에서 배기가스 중의 질소 산화물의 배출량을 낮추기 위해 배기가스의 일부를 흡기 측으로 공급하는 배기가스 재순환(Ehaust gas recirculation) 방식을 적용하는 것에 있어서 고온의 배기가스 재순환에 의한 흡기의 충진효율 저하를 방지하고자 하는 것으로 재순환 배기가스와 온수조(43)의 온수를 열교환시킴으로써 온수조(43)의 온수의 온도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 배기가스 재순환에 의한 질소 산화물의 배출을 낮춤과 동시에 연소 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
The recirculation exhaust gas cooling water line includes a recirculation exhaust
이외에도 본 발명에서는, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매 및 엔진냉각수 등의 순환을 제어하기 위해 제1 내지 제5 밸브(V1,V2,V3,V4,V5) 및 체크밸브(C)가 더 구비된다.
In addition, in the present invention, as shown in Figures 1 to 4, the first to fifth valve (V1, V2, V3, V4, V5) and the check valve (C) to control the circulation of the refrigerant and engine coolant, etc. Is further provided.
또한, 본 발명에 따른 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템은 제어부(미도시)가 구비되어 상기의 사방밸브(12), 제1 내지 제4 삼방밸브(45,52,53,63), 제1 내지 제5 밸브(V1,V2,V3,V4,V5)와 각종 펌프 등을 제어하게 된다.
In addition, the high efficiency gas engine type heat pump system according to the present invention is provided with a control unit (not shown), the four-
상기한 바와 같은 구성을 통해 본 발명에 따른 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템의 작동과정에 대해 구체적으로 설명한다.
Through the configuration as described above will be described in detail the operation of the high-efficiency gas engine heat pump system according to the present invention.
먼저, 온수를 생성하는 과정에 대해 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 사방밸브(12)는 A와 D가 연결되고 제1 및 제3 밸브(V1,V3)는 개방되며 제2 및 제4 밸브(V2,V4)는 폐쇄되며, 이로 인해 냉매는 압축기(11)-->사방밸브(12)-->제1 열교환기(14)-->제1 팽창밸브(17)-->실외기(13)-->사방밸브(12)-->압축기(11)의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기(14)에서 온수를 생성하는 제1 냉매순환계통을 이룬다.First, a process of generating hot water will be described. As shown in FIG. 1, the four-
여기서, 제1 열교환기(14)는 응축기로서, 실외기(13)는 증발기로서 기능을 수행하게 된다.Here, the
그리고 압축기(11)-->사방밸브(12)-->제1 열교환기(14)를 거친 냉매의 일부는 제2 팽창밸브(18)--> 제2 열교환기(15)-->압축기(11)의 순서로 냉매가 순환하여 냉각수의 온도를 낮추도록 구성된다.
And a part of the refrigerant passing through the compressor (11)-> four-way valve (12)-> first heat exchanger (14) is the second expansion valve (18)-> second heat exchanger (15)-> compressor The refrigerant is circulated in the order of (11) to reduce the temperature of the cooling water.
또한, 온수를 생성하는 다른 과정(지열을 활용하는 과정)에 대해 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 사방밸브(12)는 A와 D가 연결되고 제2 및 제4 밸브(V2,V4)는 개방되며 제1 및 제3 밸브(V1,V3)는 폐쇄되며, 이로 인해 냉매는 압축기(11)-->사방밸브(12)-->제1 열교환기(14)-->제4 팽창밸브(20)-->제3 열교환기(16)-->사방밸브(12)-->압축기(11)의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기(14)에서 온수를 생성하는 제2 냉매순환계통을 이룬다.
In addition, when describing another process (process using geothermal heat) to generate hot water, as shown in Figure 2, the four-
온수를 생성하는 과정에서 제1 삼방밸브(45)는 A와 C가 연결되어 제1 열교환기(14)에서 가열된 온수가 온수조(43)로 공급되게 된다.
In the process of generating hot water, the first three-
상기의 온수를 생성하는 과정 중에서 제1 및 제2 냉매순환계통은 외기, 지열 등을 고려하여 제어부를 통해 선택적으로 사용될 수 있다.
In the process of generating hot water, the first and second refrigerant circulation systems may be selectively used through a controller in consideration of outdoor air, geothermal heat, and the like.
냉수를 생성하는 과정에 대해 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 사방밸브(12)는 A와 B가 연결되고 제3 밸브(V3)는 개방되며 제1, 제2 및 제4 밸브(V1,V2,V4)는 폐쇄되며, 이로 인해 냉매는 압축기(11)-->사방밸브(12)-->실외기(13)-->제3 팽창밸브(19)-->제1 열교환기(14)-->사방밸브(12)-->압축기(11)의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기(14)에서 냉수를 생성하는 제3 냉매순환계통을 이룬다.Referring to the process of generating cold water, as shown in FIG. 3, the four-
여기서, 압축기(11)-->사방밸브(12)-->실외기(13)를 거친 냉매의 일부는 제2 팽창밸브(18)-->제2 열교환기(15)-->압축기(11)의 순서로 냉매가 순환하여 냉각수의 온도를 낮추도록 하게 된다.
Here, a part of the refrigerant passing through the compressor (11)-> four-way valve (12)-> outdoor unit (13) is the second expansion valve (18)-> second heat exchanger (15)-> compressor (11). The refrigerant is circulated in order to lower the temperature of the cooling water.
또한, 냉수를 생성하는 다른 과정(지열을 활용하는 과정)에 대해 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 사방밸브(12)는 A와 B가 연결되고 제1, 제2 및 제4 밸브(V1,V2,V4)는 개방되며 제3 밸브(V3)는 폐쇄되며, 이로 인해 냉매는 압축기(11)-->사방밸브(12)-->제3 열교환기(16)-->제3 팽창밸브(19)-->제1 열교환기(14)-->사방밸브(12)-->압축기(11)의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기(14)에서 냉수를 생성하는 제4 냉매순환계통을 이룬다.
In addition, referring to another process of generating cold water (process using geothermal heat), as shown in FIG. 4, the four-
냉수를 생성하는 과정에서 제1 삼방밸브(45)는 A와 B가 연결되어 제1 열교환기(14)에서 가열된 온수가 온수조(43)로 공급되게 된다.
In the process of generating cold water, the first three-
상기의 냉수를 생성하는 과정 중에서 제3 및 제4 냉매순환계통은 외기, 지열 등을 고려하여 제어부를 통해 선택적으로 사용될 수 있다.
In the process of generating the cold water, the third and fourth refrigerant circulation systems may be selectively used through the controller in consideration of outdoor air, geothermal heat, and the like.
그리고 본 발명에 따른 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템에서는 냉각수 라인의 냉각수 순환 배관은 제1 열교환기(14)와 연결되어 열교환 함으로써 가스엔진(10) 초기 운전시 엔진의 온도를 신속히 높여 연소 효율을 높일 수 있도록 구성된다.
In the high-efficiency gas engine type heat pump system according to the present invention, the cooling water circulation pipe of the cooling water line is connected to the
상기한 바와 같은 구성과 작동과정을 통해 본 발명에 따른 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템은 외부 대기와 지열을 적절히 활용하여 최적의 효율로 운전이 가능하고, 더욱이 엔진의 냉각수가 열교환기와 온수조를 통해 열교환함으로써 엔진을 최적 운전상태로 유지함과 아울러 엔진 폐열을 활용할 수 있으며, 무엇보다도 가스엔진식 히트펌프 시스템을 최적의 효율로 운전하면서 배출되는 오염물질은 최소화 할 수 있는 등의 이점을 가지게 된다.
Through the configuration and operation process as described above, the high-efficiency gas engine heat pump system according to the present invention can be operated at an optimum efficiency by appropriately utilizing external atmosphere and geothermal heat. By exchanging heat, it is possible to keep the engine in an optimal operating state and to utilize engine waste heat, and above all, to minimize the pollutants emitted while operating the gas engine heat pump system at the optimum efficiency.
10: 가스엔진 11: 압축기
12: 사방밸브 13: 실외기
14: 제1 열교환기 15: 제2 열교환기
16: 제3 열교환기 17: 제1 팽창밸브
18: 제2 팽창밸브 19: 제3 팽창밸브
20: 제4 팽창밸브
41: 냉난방수 순환펌프 42: 냉수조
43: 온수조 45: 제1 삼방밸브
51: 냉각수 순환펌프 52: 제2 삼방밸브
53: 제3 삼방밸브
61: 지중 열교환기 62: 지중순환수 순환펌프
63: 제4 삼방밸브
71: 배기 열교환부 72: 제상용수 순환펌프
81: 흡기 열교환부 82:흡기 냉각용수 순환펌프
91: 재순환 배기가스 열교환부 92: 재순환 배기가스 냉각용수 순환펌프
V1: 제1 밸브 V2: 제2 밸브
V3: 제3 밸브 V4: 제4 밸브
V5: 제5 밸브 C: 체크밸브
CT: 동력 제어 수단10: gas engine 11: compressor
12: Four-way valve 13: Outdoor unit
14: first heat exchanger 15: second heat exchanger
16: 3rd heat exchanger 17: 1st expansion valve
18: second expansion valve 19: third expansion valve
20: fourth expansion valve
41: cooling and cooling water circulation pump 42: cold water tank
43: hot water tank 45: the first three-way valve
51: cooling water circulation pump 52: second three-way valve
53: third three-way valve
61: underground heat exchanger 62: underground circulation water circulation pump
63: fourth three-way valve
71: exhaust heat exchanger 72: defrost water circulation pump
81: intake heat exchanger 82: intake cooling water circulation pump
91: recycle exhaust gas heat exchanger 92: recycle exhaust gas cooling water circulation pump
V1: first valve V2: second valve
V3: third valve V4: fourth valve
V5: fifth valve C: check valve
CT: power control means
Claims (2)
유로를 전환하여 냉매의 유동방향을 전환하는 사방밸브,
냉매가 유동하며 대기와 열교환하는 실외기,
냉매가 유동하며 냉난방수와 열교환하는 제1 열교환기,
냉매가 유동하며 엔진냉각수와 열교환하는 제2 열교환기,
냉매가 유동하며 지중순환수와 열교환하는 제3 열교환기,
제1 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제1 팽창밸브,
실외기 또는 제1 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제2 팽창밸브,
실외기 또는 제3 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제3 팽창밸브 및
제1 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제4 팽창밸브를 포함하여 이루어지는 히트펌프;
냉난방수를 강제순환시키는 냉난방수 순환펌프,
냉수를 저장하는 냉수조,
온수를 저장하는 온수조 및
제1 열교환기, 냉수조 및 온수조를 연결하는 배관이 각각 연결되고 제1 열교환기로부터 배출되는 냉난방수를 냉수조 또는 온수조로 선택적으로 유동시키는 제1 삼방밸브를 포함하여 이루어지는 냉난방수 라인;
냉각수를 강제순환시키는 냉각수 순환펌프를 포함하여 이루어지며, 가스엔진을 거치는 냉각수를 온수조 및 제1 열교환기를 선택적으로 순환시켜 열교환하도록 구성되는 엔진냉각수 라인;
지하에 매설되는 지중 열교환기 및
지중순환수를 강제순환시키는 지중순환수 순환펌프를 포함하여 이루어지며,
지중순환수가 지중 열교환기, 제3 열교환기 및 냉수조를 순환하는 지중순환수 라인;
가스엔진 배기관과 열교환하는 배기 열교환부 및
제상용수를 강제순환시키는 제상용수 순환펌프를 포함하여 이루어지며,
제상용수가 배기 열교환부 및 실외기를 순환하는 제상용수 라인;
가스엔진 흡기관과 열교환하는 흡기 열교환부 및
흡기 냉각용수를 강제순환시키는 흡기 냉각용수 순환펌프를 포함하여 이루어지며,
흡기 냉각용수가 흡기 열교환부 및 제3 열교환기를 순환하는 엔진 흡기 냉각용수 라인; 및
가스엔진의 배기가스 재순환관과 열교환하는 재순환 배기가스 열교환부 및
재순환 배기가스 냉각용수를 강제순환시키는 재순환 배기가스 냉각용수 순환펌프를 포함하여 이루어지며,
재순환 배기가스 냉각용수가 재순환 배기가스 열교환부 및 온수조를 순환하는 재순환 배기가스 냉각용수 라인을 포함하여 구성되되;
온수생성시에는 압축기, 사방밸브, 제1 열교환기, 제1 팽창밸브, 실외기, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기에서 온수를 생성하는 제1 냉매순환계통과 압축기, 사방밸브, 제1 열교환기, 제4 팽창밸브, 제3 열교환기, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기에서 온수를 생성하는 제2 냉매순환계통을 선택적으로 사용하며,
냉수생성시에는 압축기, 사방밸브, 실외기, 제3 팽창밸브, 제1 열교환기, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기에서 냉수를 생성하는 제3 냉매순환계통과, 압축기, 사방밸브, 제3 열교환기, 제3 팽창밸브, 제1 열교환기, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기에서 냉수를 생성하는 제4 냉매순환계통을 선택적으로 사용하며,
상기 가스엔진과 압축기 사이에는 가스엔진으로부터 압축기로의 동력 전달을 제어하는 동력 제어수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는
고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템
A compressor driven by a gas engine to compress the refrigerant,
Four-way valve to switch the flow direction of the refrigerant by switching the flow path,
An outdoor unit in which a refrigerant flows and heat exchanges with the atmosphere,
A first heat exchanger in which a refrigerant flows and heat-exchanges with cooling and heating water,
A second heat exchanger in which the refrigerant flows and heat exchanges with the engine coolant,
A third heat exchanger in which the refrigerant flows and heat exchanges with the underground circulation water,
A first expansion valve for reducing the pressure of the refrigerant flowing from the first heat exchanger through the throttling action,
A second expansion valve for depressurizing the refrigerant flowing from the outdoor unit or the first heat exchanger through a throttling action;
A third expansion valve for depressurizing the refrigerant flowing from the outdoor unit or the third heat exchanger through a throttling action;
A heat pump including a fourth expansion valve for reducing the refrigerant flowing from the first heat exchanger through a throttling action;
Heating and cooling water circulation pump for forced circulation of heating and cooling water,
Cold water tank to store cold water,
Hot water tank to store hot water and
A pipe line connecting the first heat exchanger, the cold water tank, and the hot water tank, respectively, and a cooling / heating line including a first three-way valve for selectively flowing the cooling / heating water discharged from the first heat exchanger to the cold water tank or the hot water tank;
An engine coolant line including a coolant circulation pump for forced circulation of the coolant and configured to selectively circulate the coolant passing through the gas engine to heat exchange by selectively circulating the hot water tank and the first heat exchanger;
Underground heat exchanger and buried underground
Including underground circulation water pump for forced circulation of underground circulation water,
An underground circulation line for circulating underground circulation water through an underground heat exchanger, a third heat exchanger, and a cold water tank;
An exhaust heat exchanger for exchanging heat with the gas engine exhaust pipe and
It includes a defrost water circulation pump for forced circulation of defrost water,
Defrost water line through which the defrost water circulates the exhaust heat exchange unit and the outdoor unit;
Intake heat exchanger for heat exchange with gas engine intake pipe and
Including the intake cooling water circulation pump for forced circulation of the intake cooling water,
An engine intake cooling water line through which the intake air cooling water circulates the intake heat exchange unit and the third heat exchanger; And
A recycle exhaust gas heat exchanger for exchanging heat with the exhaust gas recycle tube of the gas engine, and
It comprises a recycle exhaust gas cooling water circulation pump forcibly circulating the recycle exhaust gas cooling water,
Wherein the recycle exhaust gas cooling water comprises a recycle exhaust gas heat exchange portion and a recycle exhaust gas cooling water line circulating the hot water tank;
When hot water is generated, the refrigerant is circulated in the order of a compressor, a four-way valve, a first heat exchanger, a first expansion valve, an outdoor unit, a four-way valve, and a compressor to generate hot water in the first heat exchanger. And selectively use a second refrigerant circulation system in which the refrigerant circulates in the order of the first heat exchanger, the fourth expansion valve, the third heat exchanger, the four-way valve, and the compressor to generate hot water in the first heat exchanger.
During the cold water generation, the refrigerant is circulated in the order of the compressor, the four-way valve, the outdoor unit, the third expansion valve, the first heat exchanger, the four-way valve, and the compressor to generate cold water in the first heat exchanger. A fourth refrigerant circulation system selectively generating a cold water in the first heat exchanger by circulating the refrigerant in the order of the valve, the third heat exchanger, the third expansion valve, the first heat exchanger, the four-way valve, and the compressor,
Power control means for controlling the transmission of power from the gas engine to the compressor is further provided between the gas engine and the compressor.
High efficiency gas engine heat pump system
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KR1020130033163A KR101281725B1 (en) | 2013-03-28 | 2013-03-28 | High efficiency heat pump system driven by gas engine |
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