KR101341533B1 - 가스히트펌프 시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스히트펌프 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 유입되는 냉매를 압축하여 토출하는 압축기, 압축기에 상기 냉매가 유입되는 통로를 제공하는 유입관, 압축기를 구동시키는 가스엔진, 가스엔진으로 공기를 공급하는 공기공급관 및 유입관 및 상기 공기공급관과 각각 연결되어 압축기로 유입되는 냉매와 가스엔진으로 공급되는 공기를 열교환하는 보조 열교환기를 포함한다. 이와 같이 압축기로 유입되는 저온저압의 기체 냉매와 가스엔진으로 공급되는 공기를 열교환함으로써 공기의 온도를 낮추고 밀도를 높일 수 있으므로, 공기의 밀도가 낮음으로 인해 가스엔진의 출력이 냉방부하를 따라가지 못하는 현상을 방지할 수 있다.

Description

가스히트펌프 시스템 및 이의 제어방법{gas heat pump system and control method thereof}
본 발명은 엔진의 출력저하를 방지할 수 있는 가스히트펌프 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
가스히트펌프 시스템(Gas Heat Pump System)은 압축기(310)를 구동하기 위해 전기 모터가 아닌 가스엔진을 이용한 것으로서, 많은 양의 냉매를 고온고압으로 압축할 수 있어 대용량의 압축기(310)를 필요로 하는 산업용이나 큰 빌딩에서 사용되는 공기 조화기에서 많이 사용되고 있다.
이러한 가스히트펌프 시스템은 압축기(310), 실외 열교환기(320), 팽창밸브(330) 및 실내 열교환기 등을 포함할 수 있는데, 냉매의 순환방향에 따라 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 냉방모드 또는 난방모드로 작동될 수 있다.
가스히트펌프 시스템이 냉방모드로 작동되는 경우에는, 도 1에 도시된 바와 같이 압축기(310)에서 토출된 냉매가 실외 열교환기(320)로 유입되도록 4방밸브(400)가 제어된다.
이에 따라 냉매는 압축기(310), 실외 열교환기(320), 팽창밸브(330), 실내 열교환기(340) 순으로 순환한 후 다시 압축기(310)로 유입됨으로써 냉동 사이클이 완성된다. 이 경우에는, 실외 열교환기(320)는 응축기로 기능하고, 실내 열교환기(340)는 증발기로 기능하게 된다.
반면에, 가스히트펌프 시스템이 난방모드로 작동되는 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같이 압축기(310)에서 토출된 냉매가 실내 열교환기로 유입되도록 4방밸브가 제어된다.
이에 따라 냉매는 압축기(310), 실내 열교환기, 팽창밸브(330), 실외 열교환기(320) 순으로 순환한 후 다시 압축기(310)로 유입됨으로써 난방 사이클이 완성된다. 이 경우에는, 실외 열교환기(320)는 증발기로 기능하고, 실내 열교환기는 응축기로 기능하게 된다.
한편, 날씨가 더운 여름에는 가스히트펌프 시스템은 실내의 온도를 낮추기 위하여 냉방모드로 작동하게 되는데, 실외 기온이 예를 들어 40℃ 이상의 고온인 경우에는 높은 기온으로 인해 가스엔진(600)으로 고온의 공기가 공급된다.
이에 따라 가스엔진(600)으로 저밀도의 공기가 공급되어 가스엔진(600)의 출력이 감소하게 된다. 그 결과, 가스엔진(600)의 출력이 높은 냉방부하를 따라갈 수 없어 냉방 불량의 원인이 될 수 있다.
상기한 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예와 관련된 가스히트펌프 시스템 및 이의 제어방법은 가스엔진으로 공급되는 공기의 밀도를 높여, 가스엔진의 출력이 냉방부하를 안정적으로 따라갈 수 있는 가스히트펌프 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따른 가스히트펌프 시스템은 유입되는 냉매를 압축하여 토출하는 압축기, 압축기에 냉매가 유입되는 통로를 제공하는 유입관, 압축기를 구동시키는 가스엔진, 가스엔진으로 공기를 공급하는 공기공급관, 그리고 유입관 및 공기공급관과 각각 연결되어 압축기로 유입되는 냉매와 가스엔진으로 공급되는 공기를 열교환하는 보조 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 보조 열교환기는 핀튜브형 열교환기인 것을 특징으로 한다.
또한, 공기공급관은 엔진으로 공기를 직접적으로 공급하는 제1공기공급관 및 보조 열교환기를 바이패스하여 공급하는 제 2공기공급관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 유입관은 압축기로 냉매를 직접적으로 유입시키는 제1유입관 및 보조 열교환기를 바이패스하여 유입시키는 제2유입관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 공기공급관은 제1공기공급관 및 제2공기공급관을 선택적으로 개폐하는 제1개폐장치를 더 포함하고, 유입관은 제1유입관 및 제2유입관을 선택적으로 개폐하는 제2개폐장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1개폐장치 및/또는 제2개폐장치는 3방 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1개폐장치 및 제2개폐장치는, 공기의 온도가 소정의 기준치 이상인 경우에 제2공기공급관 및 제2유입관을 개방하고, 공기의 온도가 소정의 기준치 미만인 경우에 제1공기공급관 및 제1유입관을 개방하는 것을 특징으로 한다.
또한, 공기공급관은 가스엔진으로 공급되는 공기의 온도를 측정하는 온도측정센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1개폐장치 및 제2개폐장치는, 가스엔진의 출력이 소정의 기준치 이상인 경우에는 제1공기공급관 및 제1유입관을 개방하고, 가스엔진의 출력이 소정의 기준치 미만인 경우에는 제2공기공급관 및 제2유입관을 개방하는 것을 특징으로 한다.
또한, 공기공급관은 보조 열교환기로 인한 압력손실을 보상하는 압력보상수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 압력보상수단은 보조 열교환기로 유입되는 공기의 압력을 증가시키는 팬을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 양상에 따른 가스히트펌프 시스템의 제어방법은 유입되는 냉매를 압축하여 토출하는 압축기, 압축기를 구동시키는 가스엔진, 그리고 압축기로 유입되는 냉매와 가스엔진으로 공급되는 공기를 열교환하는 보조 열교환기를 포함하는 가스히트펌프 시스템의 제어방법에 있어서, 가스엔진으로 공급되는 공기의 온도가 소정의 기준이 이상인지 측정하는 단계, 측정된 공기의 온도가 소정의 기준치 이상인 경우에 압축기로 유입되는 냉매와 가스엔진으로 공급되는 공기를 각각 보조 열교환기로 유도하는 단계 및 보조 열교환기로 각각 유도된 냉매와 공기를 열교환하여 공기의 온도를 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 양상에 따른 가스히트펌프 시스템의 제어방법은 유입되는 냉매를 압축하여 토출하는 압축기, 압축기를 구동시키는 가스엔진, 그리고 압축기로 유입되는 냉매와 가스엔진으로 공급되는 공기를 열교환하는 보조 열교환기를 포함하는 가스히트펌프 시스템의 제어방법에 있어서, 가스엔진의 출력이 소정의 기준이 미만인지 측정하는 단계, 측정된 가스엔진의 출력이 소정의 기준치 미만인 경우에 압축기로 유입되는 냉매와 가스엔진으로 공급되는 공기를 각각 보조 열교환기로 유도하는 단계 및 보조 열교환기로 각각 유도된 냉매와 공기를 열교환하여 공기의 온도를 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예와 관련된 가스히트펌프 시스템 및 이의 제어방법은, 보조 열교환기를 통해 압축기로 유입되는 저온저압의 기체 냉매와 가스엔진으로 공급되는 공기를 열교환함으로써 공기의 온도를 낮추고 밀도를 높일 수 있으므로, 공기의 밀도가 낮음으로 인해 가스엔진의 출력이 냉방부하를 따라가지 못하는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 가스히트펌프 시스템의 냉방모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 가스히트펌프 시스템의 난방모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 가스히트펌프 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 가스히트펌프 시스템을 구성하는 보조 열교환기를 핀튜브형 열교환기로 구성한 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예와 관련된 가스히트펌프 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예와 관련된 가스히트펌프 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예는 기본적으로 종래의 가스히트펌프 시스템을 크게 변형하지 않고도 전술한 목적을 용이하게 구현할 수 있도록 제공된다고 할 수 있다. 따라서 많은 구성들이 종래의 가스히트펌프 시스템과 동일하거나 유사할 수 있다. 그러므로, 동일하거나 유사한 구성들은 동일하거나 유사한 도면 부호로 지칭될 것이며 구체적인 설명은 생략될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스히트펌프 시스템(100)은 유입되는 냉매(A)를 압축하여 토출하는 압축기(310), 연료 및 공기(B)를 공급받아 압축기(310)를 구동시키는 가스엔진(600), 압축기(310)에 냉매(A)가 유입되는 통로를 제공하는 유입관(510), 가스엔진(600)으로 공기(B)를 공급하는 공기공급관(610), 그리고 유입관(510) 및 공기공급관(610)과 각각 연결되어 압축기(310)로 유입되는 냉매(A)와 가스엔진(600)으로 공급되는 공기(B)를 열교환하는 보조 열교환기(700)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
가스히트펌프 시스템(100)은 4방밸브(400)를 이용하여 냉매(A)의 순환방향을 정역변환함에 따라 난방모드 또는 냉방모드로 전환이 가능한데, 이하에서는 가스히트펌프 시스템(100)이 냉방모드로 작동되는 상태를 기준으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 가스히트펌프 시스템(100)의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 압축기(310), 실외 열교환기(320), 팽창밸브(330). 실내 열교환기(340) 등으로 구성되는 냉동 사이클의 폐회로(300)에 대하여 설명한다.
압축기(310)는 가스엔진(600)으로부터 동력을 전달받아 구동되며, 유입되는 저온저압의 기체 냉매(A)를 압축하여 고온고압의 기체 냉매(A)로 토출한다. 이에 따라 압축기(310)는 압축기(310), 실외 열교환기(320), 팽창밸브(330), 실내 열교환기(340) 등으로 구성되는 냉동 사이클의 폐회로(300)에 냉매(A)를 순환시킬 수 있다.
실외 열교환기(320)는 도 3에 도시된 바와 같이 압축기(310)에서 토출되어 4방밸브(400)를 통과한 고온고압의 기체 냉매(A)가 유입되며, 유입된 고온고압의 기체 냉매(A)를 실외 공기와 열교환하여 중온고압의 액체 냉매(A)로 상변화시켜 토출한다. 즉, 이 경우에 실외 열교환기(320)는 기체 상태의 냉매(A)를 액체 상태로 응축시키는 응축기로 기능할 수 있다.
팽창밸브(330)는 도 3에 도시된 바와 같이 실외 열교환기(320)로부터 토출된 고온고압의 액체 냉매(A)가 유입되며, 유입된 고온고압의 액체 냉매(A)를 감압하여 저온저압의 액체 냉매(A)로 토출한다. 즉, 팽창밸브(330)는 액체 냉매(A)의 감압수단으로 기능하며, 감압수단으로서 팽창밸브(330) 이외에도 모세관이 이용될 수도 있다.
실내 열교환기(340)는 도 3에 도시된 바와 같이 팽창밸브(330)로부터 토출된 저압저압의 액체 냉매(A)가 유입되며, 유입된 저온저압의 액체 냉매(A)를 실내 공기와 열교환하여 저압저압의 기체 냉매(A)로 토출한다.
구체적으로, 실내 열교환기(340)는 실내 공기로부터 증발 잠열을 얻어 기체 상태로 상변화되며, 이 과정에서 증발 잠열을 빼앗긴 실내 공기의 온도가 감소됨으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 가스히트펌프 시스템(100)은 실내를 냉방시킬 수 있다. 즉, 실내 열교환기(340)는 액체 상태의 냉매(A)를 기체 상태로 증발시킬 수 있는 증발기로 기능할 수 있다.
또한, 실내 열교환기(340)로부터 토출된 저온저압의 기체 냉매(A)는 압축기(310)로 유입됨으로써 하나의 냉동 사이클이 완성되며, 도 3에 도시된 바와 같이 압축기(310), 실외 열교환기(320), 팽창밸브(330) 및 실내 열교환기(340)는 냉매관(500)을 통하여 냉매(A)의 순환 순서에 따라 연결된다.
특히, 냉매관(500)은 도 3에 도시된 바와 같이 압축기(310)의 유입구와 연결되는 유입관(510)을 포함하는데 이에 대한 자세한 내용은 후술하기로 한다.
가스엔진(600)은 그 출력축이 압축기(310)의 구동축(미도시)과 연결되어 압축기(310)를 구동하며, 공기공급관(610), 가스공급관, 혼합기 등을 포함할 수 있다.
여기서, 공기공급관(610)은 가스엔진(600)에 대해 공기를 공급하며, 가스공급관은 가스공급원에 접속되어 가스엔진(600)으로 가스연료를 공급하며, 혼합기는 가스엔진(600)으로 공급되는 가스연료와 공기(B)를 소정의 비율로 혼합한다. 특히, 공기공급관(610)은 도 3에 도시된 바와 같이 보조 열교환기(700)와 연결되는데 이에 대한 자세한 내용은 후술하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 가스히트펌프 시스템(100)을 구성하는 보조 열교환기(700)를 핀튜브형 열교환기로 구성한 상태를 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는, 보조 열교환기(700) 및 이와 연결되는 공기공급관(610)과 유입관(510)에 대하여 설명한다.
유입관(510)은 냉매관(500)의 일부분으로서 팽창밸브(330)의 토출구와 압축기(310)의 유입구 사이의 구간을 의미하며, 이를 통해 팽창밸브(330)로부터 토출된 저온저압의 기체냉매(A)가 압축기(310)로 유입된다.
공기공급관(610)은 공기 흡입구(611)와 접속되어 가스엔진(600)과 연결되며, 이를 통해 공기 흡입구(611)에 의하여 흡입된 외부의 공기(B)가 가스엔진(600)으로 공급된다.
보조 열교환기(700)는 압축기(310)로 유입되는 저온저압의 기체 냉매(A)와 가스엔진(600)으로 공급되는 공기(B)를 열교환하여 이를 통해 가스엔진(600)으로 공급되는 공기(B)의 밀도를 높이기 위한 장치이다.
도 3에 도시된 바와 같이 보조 열교환기(700)의 양단에는 유입관(510) 및 공기공급관(610)과 연결되며, 그 내부에는 냉매(A)와 공기(B)를 열교환하기 위한 열교환구조가 마련된다. 여기서, 보조 열교환기(700)의 열교환구조는 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들면 보조 열교환기(700)는 핀튜브형 열교환기일 수 있다.
보조 열교환기(700)를 핀튜브형 열교환기로 구성할 경우에는, 도 4에 도시된 바와 같이 보조 열교환기(700)의 내부에는 냉매순환튜브(710), 연결튜브(720), 열교환핀(730) 등이 마련될 수 있다.
구체적으로, 냉매순환튜브(710)는 열교환 효율을 높이기 위하여 복수로 마련되며, 그 양단은 각각 유입관(510)과 연결된다. 연결튜브(720)는 서로 대응되는 냉매순환튜브(710)의 단부를 연결하며, 연결튜브(720)을 지나는 냉매(A)의 방향이 자연스럽게 바뀔 수 있도록 U자형의 형태를 가질 수 있다. 열교환핀(730)은 냉매순환튜브(710)의 외면에 일정 간격으로 부착 설치되며, 냉매순환튜브(710)의 표면적을 증가시켜 열교환 효율을 증가시킨다.
이와 같이 보조 열교환기(700)를 핀튜브형 열교환기로 구성함으로써, 도 4에 도시된 바와 같이 가스엔진(600)으로 공급되는 공기(B)를 보조 열교환기(700)를 통과시킴으로써, 저온저압의 기체 냉매(A)와 공기(B)를 열교환하여 공기(B)의 온도를 낮출 수 있다. 따라서, 온도와 밀도가 반비례하는 공기(B)의 특성에 따라 가스엔진(600)으로 공급되는 공기(B)의 밀도를 높일 수 있다.
그 결과, 날씨가 더운 한여름에 외부의 높은 기온의 영향으로 가스엔진(600)으로 공급되는 공기(B)의 밀도가 떨어짐에 따라 가스엔진(600)의 출력이 떨어짐으로써, 가스엔진(600)의 출력이 여름철의 높은 냉방부하를 따라가지 못하는 현상을 방지할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스히트펌프 시스템(100)에 의하면, 외부의 높은 기온에 불구하고 가스엔진(600)의 출력을 증가시킬 수 있어 시스템(100)의 보다 안정적인 운영이 가능하다.
또한, 보조 열교환기(700)에 의하여 공기(B)의 온도가 낮아지면서 열교환기의 코일(미도시) 주변에 응축수 맺히게 되는데, 이로 인해 가스엔진(600)으로 공급되는 공기(B)의 습기를 제거할 수 있다.
그 결과, 습기가 포함된 공기(B)가 가스연료와 혼합되어 가스엔진(600)의 연소실(미도시) 된 후에 발생되는 블로우 바이(Blow-by)가스가 가스엔진(600)의 오일 탱크(미도시)에 이르게 됨으로써, 엔진 오일에 수분이 녹아들어 윤활 성능이 저하되는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 보조 열교환기(700)는 가스엔진(600)으로 공급되는 공기(B)의 온도를 낮추는 장치이므로, 공기(B)의 온도를 낮출 필요가 없는 경우에는 공기(B)가 보조 열교환기(700)를 통과하지 않고 가스엔진(600)으로 직접적으로 공급되는 것이 바람직하다.
이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스히트펌프 시스템(100)에서 공기공급관(610)은, 가스엔진(600)으로 공기(B)를 직접적으로 공급하는 제1공기공급관(612) 및 보조 열교환기(700)를 바이패스하여 공급하는 제2공기공급관(614)을 포함할 수 있다.
또한, 유입관(510)은, 압축기(310)로 냉매(A)를 직접적으로 유입시키는 제1유입관(512) 및 보조 열교환기(700)를 바이패스하여 유입시키는 제2유입관(514)을 포함할 수 있다.
특히, 공기공급관(610)은 제1공기공급관(612) 및 제2공기공급관(614)을 선택적으로 개폐하는 제1개폐장치를 더 포함하고, 유입관(510)은 제1유입관(512) 및 제 2유입관을 선택적으로 개폐하는 제2개폐장치를 더 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 공기공급관(610)에는 주라인으로서 보조 열교환기(700)를 통과하지 않고 가스엔진(600)으로 공기(B)를 직접적으로 공급하는 제1공기공급관(612)과, 바이패스라인으로서 보조 열교환기(700)를 바이패스하여 가스엔진(600)으로 공기(B)를 공급하는 제2공기공급관(614)이 마련될 수 있다.
이에 상응하여 유입관(510)에도 주라인으로서 보조 교환기를 통화하지 않고 압축기(310)의 유입구로 냉매(A)를 직접적으로 유입시키는 제1유입관(512)과, 바이패스라인으로서 보조 열교환기(700)를 바이패스하여 압축기(310)로 냉매(A)를 유입시키는 제2유입관(514)이 마련될 수 있다.
여기서, 주라인은 보조 열교환기(700)를 통과하지 않는 라인을 의미하며, 바이패스라인은 보조 열교환기(700)로 바이패스하여 보조 열교환기(700)를 통과하는 라인을 의미한다. 또한, 공기공급관(610)과 유입관(510)에 모두 주라인과 바이패스라인을 마련할 수도 있으나, 어느 한쪽 라인에만 주라인과 바이패스라인을 마련하는 것도 가능하다.
설명의 편의를 위하여, 공기공급관(610) 및 유입관(510)에 모두 주라인 및 바이패스라인이 마련되는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 제1개폐장치는 제1공기공급관(612)과 제2공기공급관(614)의 분기점에 설치되어 제1공기공급관(612) 및 제2공기공급관(614)을 선택적으로 개폐하며, 제 2개폐장치는 제1유입관(512) 및 제2유입관(514)의 분기점에 설치되어 제1유입관(512) 및 제2유입관(514)을 선택적으로 개폐할 수 있다.
또한, 제1개폐장치와 제2개폐장치으로 사용되는 개폐장치의 종류는 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어 제1개폐장치 및/또는 제2개폐장치는 3방 밸브(616, 716)를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 3방 밸브는 도 3에 도시된 바와 같이 항시 개방되는 제1밸브(616a, 716a)와 선택적으로 개폐되는 제2밸브(616b, 716b) 및 제3밸브(616c, 716c)로 이루어질 수 있다.
이에 따라 제1공기공급관(612) 및 제1유입관(512)을 개방하는 경우에는 3방 밸브(616, 716)의 제2밸브(616b, 716b)를 개방하고 제3밸브(616a, 716c)는 폐쇄하며, 제2공기공급관(614) 및 제2유입관(514)을 개방하는 경우에는 3방 밸브(616, 716)의 제2밸브(616b, 716b)는 폐쇄하고 제3밸브(616c, 716c)를 개방할 수 있다.
한편, 제1개폐장치와 제2개폐장치는 소정의 조건들에 따라 각 관들을 선택적으로 개폐될 수 있는데, 이하에서는 이에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
일 예로서, 제1개폐장치 및 제2개폐장치는 가스엔진(600)으로 공급되는 공기(B)의 온도에 따라 각 관들을 선택적으로 개폐할 수 있다.
구체적으로, 제1개폐장치 및 제2개폐장치는 공기(B)의 온도가 소정의 기준치 이상인 경우에 제2공기공급관(614) 및 제2유입관(514)을 개방하고, 공기의 온도가 소정의 기준치 미만인 경우에 제1공기공급관(612) 및 제1유입관(512)을 개방할 수 있다.
여기서, 공기(B) 온도의 기준치는 시스템(100) 외부의 더운 날씨의 영향으로 공기(B)의 온도가 높아짐에 따라 공기(B)의 밀도가 적정치 이하로 감소함으로써, 가스엔진(600)이 필요출력을 발생하기 어려운 온도로 정할 수 있다. 예를 들어 공기(B) 온도의 기준치를 40℃로 정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 이에 상응하여 공기공급관(610)은 가스엔진(600)으로 공급되는 공기의 온도를 측정하는 온도측정센서(619)를 더 포함할 할 수 있다.
온도측정센서(619)는 도 3에 도시된 바와 같이 공기 흡입구(611)와 인접하도록 공기공급관(610)의 일측에 부착되어 설치되며, 공기 흡입구(611)를 통하여 시스템(100)의 외부로부터 유입되어 가스엔진(600)으로 공급되는 공기(B)의 온도를 측정할 수 있다.
이와 같이 공기(B)의 온도가 소정의 기준치 이상인 경우에만 공기(B)와 냉매(A)가 보조 열교환기(700)로 바이패스되도록 제2공기공급관(614) 및 제2유입관(514)을 개방함으로써, 공기(B)의 온도가 높지않은 경우에까지 공기(B)와 냉매(A)를 보조 열교환기(700)로 바이패스함으로써 발생할 수 있는 손실들을 미연에 방지할 수 있다.
또 다른 예로서, 제1개폐장치 및 제2개폐장치는 가스엔진(600)의 출력에 따라 각 관들을 선택적으로 개폐할 수 있다.
구체적으로, 제1개폐장치 및 제2개폐장치는 상기 가스엔진(600)의 출력이 소정의 기준치 이상인 경우에는 상기 제1공기공급관(612) 및 제1유입관(512)을 개방하고, 가스엔진(600)의 출력이 소정의 기준치 미만인 경우에는 제2공기공급관(614) 및 제2유입관(514)을 개방할 수 있다.
여기서, 가스엔진(600) 출력의 기준치는 특별히 한정되지는 않으며, 예를 들어 가스엔진(600)의 출력이 냉방부하를 따라가는데 적합하지 못한 수치범위 내에서 정할 수 있다.
이와 같이 가스엔진(600)의 출력이 소정의 기준치 미만인 경우에만 공기(B)와 냉매(A)가 보조 열교환기(700)로 바이패스되도록 제2공기공급관(614) 및 제2유입관(514)을 개방함으로써, 가스엔진(600)의 출력이 높은 경우에까지 공기(B)와 냉매(A)를 보조 열교환기(700)로 바이패스함으로써 발생할 수 있는 손실들을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 냉매(A)와 공기(B)를 보조 열교환기(700)를 통과시키는 경우에는 보조 열교환기(700)에 의하여 냉매(A)와 공기(B)가 유동저항을 받아 압력손실이 발생될 수 있다.
이를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스히트펌프 시스템(100)에 있어서, 공기공급관(610)은 보조 열교환기(700)로 인한 압력손실을 보상하는 압력보상수단을 더 포함할 수 있다.
특히, 압력보상수단은 보조 열교환기(700)로 유입되는 공기(B)의 압력을 증가시키는 팬(618)을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 팬(618)은 공기공급관(610)의 3방 밸브(616)와 보조 열교환기(700)와 사이의 구간에 설치되며, 팬(618)이 작동됨에 따라 보조 열교환기(700)로 유입되는 공기(B)의 압력을 높일 수 있어 보조 열교환기(700)로 인한 공기(B)의 압력손실을 보상할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스히트펌프 시스템(100)에서는 압력보상수단으로서 팬(618)에 대하여 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 공기(B)의 압력을 보상할 수 있는 다양한 수단들이 이용될 수 있다.
다음으로 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예 따른 가스히트펌프 시스템의 제어방법을 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스히트펌프 시스템의 제어방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 여기서, 일 실시예에 따른 가스히트펌프 시스템에서는 상술한 가스히트펌프 시스템과 동일한 구성에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하며 중복된 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스히트펌프 시스템의 제어방법에 있어서, 가스히트펌프 시스템은 유입되는 냉매(A)를 압축하여 토출하는 압축기(310), 압축기(310)를 구동시키는 가스엔진(600), 그리고 압축기(310)로 유입되는 냉매(A)와 가스엔진(600)으로 공급되는 공기(B)를 열교환하는 보조 열교환기(700)를 포함할 수 있다.
이러한 가스히트펌프 시스템의 제어방법은 가스엔진(600)으로 공급되는 공기(B)의 온도가 소정의 기준치 이상인지 측정하는 단계를 포함한다.(S510) 이 경우에는, 도 3에 도시된 바와 같이 공기공급관(610)에 설치된 온도감지센서(619)를 통해 공기(B)의 온도를 측정할 수 있다.
이후에, 측정된 공기(B)의 온도가 소정의 기준치 이상인 경우에 압축기(310)로 유입되는 냉매(A)와 가스엔진(600)으로 공급되는 공기(B)를 각각 보조 열교환기(700)로 유도하는 단계가 수행된다.(S520)
공기(B)와 냉매(A)를 보조 열교환기(700)로 유도하는 방법으로는, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 공기공급관(610)과 유입관(510)에 보조 열교환기(700)를 바이패스하는 제2공기공급관(614)과 제2유입관(514)을 마련함으로써, 공기와 냉매(A)를 보조 열교환기(700)로 유도할 수 있다.
이후에, 보조 열교환기(700)로 유도된 냉매(A)와 공기(B)를 열교환하여 공기(B)의 온도를 낮추는 단계가 수행된다.(S530) 보조 열교환기(700)는 도 4에 도시된 바와 같이 그 내부에 열교환 구조가 마련되므로, 보조 열교환기(700)로 유도된 공기(B)를 저압저압의 기체 냉매(A)와 열교환하여 공기(B)의 온도를 낮출 수 있다. 여기서, 보조 열교환기(700)를 통과하여 온도가 낮아진 공기(B)는 공기공급관(610)을 통해 가스엔진(600)으로 공급된다.(S540)
추가적으로, 측정된 공기(B)의 온도가 소정의 기준치 미만인 경우에는 공기(B)가 보조 열교환기(700)를 바이패스하지 않고 가스엔진(600)으로 직접적으로 공급되는 단계가 수행될 수 있다.(S550) 또한, 냉매(A)도 보조 열교환기(700)를 바이패스하지 않고 가스엔진(600)으로 직접적으로 유입될 수 있다.
이 경우에는, 도 3에 도시된 바와 같이 공기(B)와 제1공기공급관(612)을 통해 가스엔진(600)으로 공급되며, 냉매(A)는 제1유입관(512)을 통해 압축기(310)로 유입될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 가스히트펌프 시스템의 제어방법에 있어서, 가스히트펌프 시스템은 유입되는 냉매(A)를 압축하여 토출하는 압축기(310), 압축기(310)를 구동시키는 가스엔진(600), 그리고 압축기(310)로 유입되는 냉매(A)와 가스엔진(600)으로 공급되는 공기(B)를 열교환하는 보조 열교환기(700)를 포함할 수 있다.
이러한 가스히트펌프 시스템의 제어방법은, 가스엔진(600)의 출력이 소정의 기준치 미만인진 측정하는 단계가 수행된다.(S610) 여기서, 가스엔진(600)의 출력은 가스엔진(600)에 마련된 엔진 출력 측정 장치에 의하여 측정될 수 있다.
이후에, 측정된 가스엔진(600)의 출력이 소정의 기준치 미만인 경우에 압축기(310)로 유입되는 냉매(A)와 가스엔진(600)으로 공급되는 공기(B)를 보조 열교환기(700)로 유도하는 단계가 수행된다.(S620)
이후에, 보조 열교환기(700)로 유도된 냉매(A)와 공기(B)를 열교환하여 공기(B)의 온도를 낮추는 단계가 수행된다.(630) 또한, 보조 열교환기를 통과한 공기는 가스엔진으로 공급된다.(S640)
추가적으로, 측정된 가스엔진(600)의 출력이 소정의 기준치 이상인 경우에는 공기(B)가 보조 열교환기(700)를 바이패스하지 않고 가스엔진(600)으로 직접적으로 공급되는 단계가 수행될 수 있다.(S650)
여기서, 냉매(A)와 공기(B)를 보조 열교환기(700)로 유동하는 단계, 공기(B)의 온도를 낮추는 단계 및 공기(B)가 가스엔진(600)으로 직접적으로 공급되는 단계에 자세한 내용은 상술한 일 실시예에 따른 가스히트펌프 시스템의 제어방법과 동일하므로 중복된 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같이 설명된 가스히트펌프 시스템(100) 및 이의 제어방법(200)은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
100 : 가스히트펌프 시스템
310 : 압축기 510 : 유입관
512 : 제1유입관 514 : 제2유입관
600 : 가스엔진 610 : 공기공급관
612 : 제1공기공급관 614 : 제2공기공급관
616 : 3방 밸브 618 : 온도측정센서
619 : 팬 700 : 보조 열교환기

Claims (13)

  1. 유입되는 냉매를 압축하여 토출하는 압축기;
    상기 압축기에 상기 냉매가 유입되는 통로를 제공하는 유입관;
    상기 압축기를 구동시키는 가스엔진;
    상기 가스엔진으로 공기를 공급하는 공기공급관;
    상기 가스엔진으로 공급되는 공기의 온도를 측정하는 온도측정센서; 및
    상기 유입관 및 상기 공기공급관과 각각 연결되어 상기 압축기로 유입되는 상기 냉매와 상기 가스엔진으로 공급되는 상기 공기를 열교환하는 보조 열교환기;를 포함하며,
    상기 가스엔진으로 공급되는 공기의 온도가 소정의 기준치 이상인 경우에만 상기 보조 열교환기를 통해 공기와 냉매의 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보조 열교환기는 핀튜브형 열교환기인 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 공기공급관은 상기 엔진으로 상기 공기를 직접적으로 공급하는 제1공기공급관 및 상기 보조 열교환기를 바이패스하여 공급하는 제 2공기공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 유입관은 상기 압축기로 상기 냉매를 직접적으로 유입시키는 제1유입관 및 상기 보조 열교환기를 바이패스하여 유입시키는 제2유입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 공기공급관은 상기 제1공기공급관 및 상기 제2공기공급관을 선택적으로 개폐하는 제1개폐장치를 더 포함하고,
    상기 유입관은 상기 제1유입관 및 상기 제2유입관을 선택적으로 개폐하는 제2개폐장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1개폐장치 및/또는 상기 제2개폐장치는 3방 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제1개폐장치 및 제2개폐장치는,
    상기 공기의 온도가 소정의 기준치 이상인 경우에 상기 제2공기공급관 및 상기 제2유입관을 개방하고,
    상기 공기의 온도가 소정의 기준치 미만인 경우에 상기 제1공기공급관 및 상기 제1유입관을 개방하는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 제1개폐장치 및 제2개폐장치는,
    상기 가스엔진의 출력이 소정의 기준치 이상인 경우에는 상기 제1공기공급관 및 제1유입관을 개방하고,
    상기 가스엔진의 출력이 소정의 기준치 미만인 경우에는 상기 제2공기공급관 및 제2유입관을 개방하는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    공기공급관은,
    상기 보조 열교환기로 인한 압력손실을 보상하는 압력보상수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 압력보상수단은,
    상기 보조 열교환기로 유입되는 상기 공기의 압력을 증가시키는 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템.
  12. 유입되는 냉매를 압축하여 토출하는 압축기, 상기 압축기를 구동시키는 가스엔진, 그리고 상기 압축기로 유입되는 상기 냉매와 상기 가스엔진으로 공급되는 공기를 열교환하는 보조 열교환기를 포함하는 가스히트펌프 시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 가스엔진으로 공급되는 상기 공기의 온도가 소정의 기준치 이상인지 측정는 단계;
    측정된 상기 공기의 온도가 소정의 기준치 이상인 경우에 상기 압축기로 유입되는 상기 냉매와 상기 가스엔진으로 공급되는 상기 공기를 각각 상기 보조 열교환기로 유도하는 단계; 및
    상기 보조 열교환기로 각각 유도된 상기 냉매와 상기 공기를 열교환하여 상기 공기의 온도를 낮추는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템의 제어방법.
  13. 유입되는 냉매를 압축하여 토출하는 압축기, 상기 압축기를 구동시키는 가스엔진, 그리고 상기 압축기로 유입되는 상기 냉매와 상기 가스엔진으로 공급되는 공기를 열교환하는 보조 열교환기를 포함하는 가스히트펌프 시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 가스엔진의 출력이 소정의 기준치 미만인지 측정하는 단계;
    측정된 상기 가스엔진의 출력이 소정의 기준치 미만인 경우에 상기 압축기로 유입되는 상기 냉매와 상기 가스엔진으로 공급되는 상기 공기를 각각 상기 보조 열교환기로 유도하는 단계; 및
    상기 보조 열교환기로 각각 유도된 상기 냉매와 상기 공기를 열교환하여 상기 공기의 온도를 낮추는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프 시스템의 제어방법.
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