KR101971889B1 - 발전기를 구비하는 가스히트펌프 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스히트펌프 시스템(Gas engine driven Heat Pump System: GHP)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스 엔진의 구동에 의해 압축기를 구동시킬 뿐만 아니라 가스 엔진의 구동에 의해 발전하여 전력을 생성하는 발전기를 구비하여, 초기 시동 시에만 외부전력을 사용하고, 이후에는 별도의 외부 전력을 사용하지 않고 발전기에 의해 생산된 자체 전력에 의해 가스히트펌프를 구동시키고, 생산된 전력을 건물 등의 전력을 저장하는 에너지저장시스템(Energy Storage System: ESS), 전력을 필요로 하는 전력 시스템 등과 같은 외부 시스템에 공급할 수 있으며, 엔진폐열을 회수하여 온수를 공급하는 발전기를 구비하는 가스히트펌프 시스템에 관한 것이다.

Description

발전기를 구비하는 가스히트펌프 시스템{Gas engine driven heat pump system with generator}
본 발명은 가스히트펌프 시스템(Gas engine driven Heat Pump System: GHP)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스 엔진의 구동에 의해 압축기를 구동시킬 뿐만 아니라 가스 엔진의 구동에 의해 발전하여 전력을 생성하는 발전기를 구비하여, 초기 시동 시에만 외부전력을 사용하고, 이후에는 별도의 외부 전력을 사용하지 않고 발전기에 의해 생산된 자체 전력에 의해 가스히트펌프를 구동시키고, 생산된 전력을 건물 등의 전력을 저장하는 에너지저장시스템(Energy Storage System: ESS), 전력을 필요로 하는 전력 시스템 등과 같은 외부 시스템에 공급할 수 있으며, 엔진폐열을 회수하여 온수를 공급하는 발전기를 구비하는 가스히트펌프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 가스히트펌프 시스템은 가스를 연료로 냉방 사이클 및 난방 사이클을 구비하여 냉방 또는 난방운전을 수행할 수 있도록 하는 시스템이다.
통상적으로, 가스히트펌프 시스템은 시스템 내에 냉매, 냉각수 등을 순환시키기 위해 존재하는 다수의 펌프(Pump). 다수의 전동밸브, 전자장치 등을 구동하기 위한 전원을 공급하여야 한다. 이러한 전원은 별도의 전력 사용료를 지불하고 외부의 전력시설로부터 공급받는다.
또한, 가스히트펌프 시스템은 따듯한 온수를 공급하기 위해 온수 공급장치와 연동될 수 있다.
일반적인 온수 공급장치는 가스히트펌프 시스템이 냉방 사이클 및 난방 사이클에 따라 동작할 때 냉매와 소정의 축열매체가 열교환하여 얻어진 열원을 이용하여 온수를 생산한다.
따라서 종래 가스히트펌프 시스템은 냉난방 사이클에서 발생되는 열원을 이용하여 온수를 생산하므로 열효율이 떨어질 수 있는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 개선하기 위해 대한민국 등록특허 제10-1714900호 [가스히트펌프 시스템](이하 "선행기술"이라 함)은 엔진의 폐열을 이용하여 온수를 생산하는 가스히트펌프 시스템을 개시하고 있다.
그러나 이러한 선행기술은 펌프, 밸브, 전자장치 등을 구동하기 위한 별도의 외부 전력을 사용하여야 하므로 부가적인 전력 사용료를 지불하여야 하는 문제점이 있었다.
또한, 선행기술은 냉방모드 및 난방모드를 구분하여 가스엔진의 폐열을 활용하지 못하므로 효율성이 떨어지는 문제점이 있었다.
등록특허공보 제10-1714900호(2017.03.09.공고)
따라서 본 발명의 목적은 가스 엔진의 구동에 의해 압축기를 구동시킬 뿐만 아니라 가스 엔진의 구동에 의해 발전하여 전력을 생성하는 발전기를 구비하여, 초기 시동 시에만 외부전력을 사용하고, 이후에는 별도의 외부 전력을 사용하지 않고 발전기에 의해 생산된 자체 전력에 의해 가스히트펌프를 구동시키고, 생산된 전력을 건물 등의 전력을 저장하는 에너지저장시스템(Energy Storage System: ESS), 전력을 필요로 하는 전력 시스템 등과 같은 외부 시스템에 공급할 수 있으며, 엔진폐열을 회수하여 온수를 공급하는 발전기를 구비하는 가스히트펌프 시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발전기를 가지는 가스히트펌프 시스템은: 가스엔진, 외부 공기와 열교환을 수행하는 실외 열교환부, 냉방 사이클 및 난방 사이클에서 상기 실외 열교환부에서 응축된 냉매를 팽창시켜 배출하는 팽창밸브부 및 난방 사이클에서 상기 실외 열교환부 및 팽창밸브부에서 온도가 낮아지고 팽창된 냉매에 열을 전달하는 난방 판형 열교환기를 포함하는 가스히트펌프 시스템에 있어서, 상기 가스엔진의 구동에 의해 발전하여 전원을 발생시키는 발전기; 및 발전기 및 상기 실외 열교환부를 순환 연결하는 발전기 순환 냉각 관로에 형성되는 압력에 의해 냉각수를 상기 발전기 순환 냉각 관로로 보충하는 냉각수 탱크 및 상기 발전기 순환 냉각 관로의 냉각수를 펌핑하여 상기 발전기, 상기 실외 열교환부로 냉각수를 순환시키는 발전기 냉각수 펌프를 포함하는 발전기 냉각 순환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실외 열교환부는, 상기 발전기를 거쳐 온도가 상승한 상기 발전기 순환 냉각 관로의 냉각수의 열을 실외로 방열시키는 발전기 방열기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 시스템은: 가열할 물을 담고 있고, 가열된 온수를 돌려받아 보관하는 온수축열탱크, 상기 온수축열탱크의 물을 온수 관로를 통해 순환시키는 온수펌프, 및 상기 온수펌프에 의해 공급되는 물 및 가열된 냉각수를 공급받아 상기 가열된 냉각수의 열을 상기 온수펌프에 의해 공급되는 물에 전달하는 온수 판형 열교환기를 포함하는 온수 생성부; 및 냉각수를 담고 있고, 냉난방 관로에 냉각수를 보충하는 엔진냉각수탱크; 냉방 사이클에서 폐열 냉각수 관로의 냉각수가 상기 가스엔진, 상기 온수 판형 열교환기 및 상기 가스엔진으로 순환되는 제1흐름과, 가스엔진, 상기 실외 열교환부 및 상기 가스엔진으로 순환되는 제2흐름이 형성되도록 냉각수의 흐름을 제어하고, 난방 사이클에서 상기 냉각수가 상기 가스엔진, 상기 온수 판형 열교환기 및 상기 가스엔진으로 형성되는 제1흐름과, 가스엔진, 실외 열교환부, 난방 판형 열교환기 및 가스엔진으로 형성되는 제2흐름이 형성되도록 냉각수를 제어하는 폐열 냉각수 순환 제어부; 및 상기 폐열 냉각수 관로의 상기 냉각수가 순환되도록 펌핑하는 폐열 냉각수 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 폐열 냉각수 순환 제어부는, 난방 사이클 및 냉방 사이클에서 상기 가스엔진으로부터 폐열에 의해 온도가 상승된 냉각수를 인입받고 제1방향 및 제2방향으로 배출하는 제1삼방밸브; 냉방 사이클 및 난방 사이클에서 상기 제2방향으로 배출된 냉각수를 인입받아 상기 폐열 판형 열교환기를 통해 상기 가스엔진으로 공급하는 제3삼방밸브; 및 상기 제1방향으로 배출된 냉각수를 인입받고, 상기 냉방 사이클에서 상기 실외 열교환부로 배출하고, 상기 난방 사이클에서 상기 실외 열교환부 및 난방 판형 열교환기로 배출하는 제2삼방밸브를 포함하는 것을 특징으로 것을 특징으로 한다.
상기 시스템은: 초기 기동 시 엔진 배기가스에 의해 발생된 열을 엔진으로 들어가는 냉각수에 전달하는 열교환을 수행하여 상기 냉각수의 온도를 조절하는 배기가스 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 시스템은: 상기 발전기 순환 냉각수 관로상에 구성되어 상기 냉각수에 의해 발생되는 열을 방열하는 인버터모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가스히트펌프 시스템의 압축기는 상기 가스엔진의 구동에 따른 원동력에 의해 구동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 가스엔진에 의해 발전기를 구동하여 전기를 생산하고 이를 가스히트펌프 시스템에 사용하므로 외부 전력 사용에 의한 전력 사용료를 지불하지 않아도 되므로 가스히트펌프 시스템의 구동비용을 절약할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 발전기를 통해 대용량의 전력을 생산하여 건물의 에너지저장시스템, 전력시스템 등의 외부시스템에 공급할 수 있으므로 본 발명의 가스히트펌프시스템이 적용된 건물의 외부 전력 사용에 의한 전력 사용료를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 발전기의 열을 냉각시키기 위해 발전기 및 실외 열교환부를 포함하는 별도의 냉각수 순환라인을 구성하므로 발전기의 열을 효율적으로 방열시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 엔진의 폐열을 이용하여 온수 생산 및 제상운전을 수행하여 에너지 효율을 높일 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 3개의 삼방밸브를 이용하여 난방 사이클과 냉방 사이클에 따른 폐열 처리를 수행할 수 있으므로 보다 효율적으로 폐열을 이용할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 발전기를 구비하는 가스히트펌프 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 냉방 사이클에서의 냉매 및 냉각수 순환방향을 나타낸 발전기를 구비하는 가스히트펌프 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 난방 사이클에서의 냉매 및 냉각수 순환방향을 나타낸 발전기를 구비하는 가스히트펌프 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 가스히트펌프 시스템 중 발전기 냉각 순환부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 난방 사이클에서의 냉각수 순환 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 냉방 사이클에서의 냉각수 순환 구조를 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 발전기를 구비하는 가스히트펌프 시스템의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 발전기를 구비하는 가스히트펌프 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 냉방 사이클에서의 냉매 및 냉각수 순환방향을 나타낸 발전기를 구비하는 가스히트펌프 시스템의 구성을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 난방 사이클에서의 냉매 및 냉각수 순환방향을 나타낸 발전기를 구비하는 가스히트펌프 시스템의 구성을 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 가스히트펌프 시스템 중 발전기 냉각 순환부의 구성을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 난방 사이클에서의 냉각수 순환 구조를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 냉방 사이클에서의 냉각수 순환 구조를 나타낸 도면이다.
이하 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 발전기를 구비하는 가스히트펌프 시스템은 실외기(10), 실내기(20) 및 실외기(10)와 일부 구성이 공유되는 온수 생성부(230)를 포함한다.
실외기(10)는 가스엔진(Gas Engine, 110), 발전기(Generator, 120), 압축부(Compressure, 130), 사방변(140), 실외 열교환부(열교환기)(150), 팽창밸브부(160), 과냉각 판형 열교환기(170), 난방 판형 열교환기(200), 기액분리기(Acumm)(210), 폐열 냉각수 순환제어부(220), 발전기 냉각 순환부(240), 엔진냉각수탱크(250), 폐열 냉각수 펌프(260)를 포함하고, 실시예에 따라 배기가스 열교환기(270) 및 인버터모듈(280)을 더 포함한다.
그리고 실내기(20)는 제5팽창밸브(180) 및 증발기(190)를 포함한다.
본 발명의 가스히트펌프 시스템은 압축부(130), 사방변(140), 실외 열교환부(150), 팽창밸브부(160)의 제1팽창밸브(161), 과냉각 판형 열교환기(170), 제5팽창밸브(180), 증발기(190), 난방 판형 열교환기(200), 기액분리기(210)의 각 구성들 사이에서 냉매가 흐를 수 있도록 형성되는 관들로 구성되는 냉난방 관로, 폐열 냉각수 펌프(260), 배기가스 열교환기(270), 가스엔진(110), 폐열 냉각수 순환제어부(220), 실외 열교환부(150)의 각 구성들 사이에 형성되어 냉각수가 흐를 수 있도록 형성되는 다수의 관들로 구성되는 폐열 냉각수 관로 및 온수 생성부(230) 내부에 구성되어 물 및 가열된 온수가 순환하는 온수 관로를 포함한다.
가스엔진(110)은 가스(LNG, LPG 등)를 연료로 동력을 생성한다.
발전기(120)는 상기 가스엔진에 연결되어 동력을 전달받아 회전하여 전원(전력)을 생성하여 본 발명의 시스템 중 전원을 필요로 하는 구성들로 공급한다. 발전기(120)는 전력 생산 시 모터의 회전에 따른 열을 발생시킨다.
본 발명에 따른 발전기(120)는 50KW 이상의 전력을 생성하며, 가스히트펌프 시스템에서 이용되는 전력을 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 본 발명의 가스히트펌프시스템이 설치되는 건물의 에너지저장시스템(ESS), 전력시스템 등과 같은 외부 시스템으로 생산된 전력을 공급할 수도 있을 것이다.
압축부(130)는 상기 가스엔진(110)에서 생성된 동력에 의해 회전하는 제1압축기(131) 및 제2압축기(132)로 구성되어, 인입하는 냉매를 고온 고압의 냉매로 압축하여 방출한다.
상기 압축부(130)는 상기 제1압축기(131) 및 제2압축기(132)에서 냉매에 혼합되는 오일을 분리하여 배출하기 위한 오일분리기(Oil Separator: O/S)(133)를 더 포함한다.
사방변(140)은 모드, 즉 냉방 사이클(모드) 또는 난방 사이클(모드)에 따라 냉매의 흐름을 바꿔준다. 구체적으로 냉방 사이클에서 사방변(140)은 오일분리기(133)로부터 인입되는 냉매를 실외 열교환부(150)로 배출하고, 증발기(190)로부터 인입되는 냉매를 기액분리기(210)로 배출한다.
난방 사이클에서 사방변(140)은 오일분리기(133)로부터 인입되는 냉매를 증발기(190)로 배출하고, 실외 열교환부(150)로부터 인입되는 냉매를 기액분리기(210)로 배출한다.
실외 열교환부(150)는 실외 열교환기(151) 및 방열기(152)를 포함하며, 실시예에 따라 발전기 방열기(153)를 더 포함한다.
실외 열교환기(151)는 전면 및 후면으로 구성되어 있으며, 냉방 시 고온 고압으로 압축된 냉매를 응축 및 액화시켜 배출하는 응축기 역할을 수행하고, 난방 시 일부 증발기 역할을 수행할 수 있을 것이다.
방열기(Radiator)(152)는 전면 및 후면으로 구성되어 있으며, 엔진 방열을 위해 구성된 방열용 열교환기로, 주로 냉방 사이클에서 사용된다.
발전기 방열기(153)는 발전기 냉각수 순환 관로를 통해 인버터모듈(280) 및 발전기(120)를 돌아 들어오는 냉각수의 열을 방열시키기 위한 방열용 열교환기이다.
팽창밸브부(160)는 제1팽창밸브(161), 제2팽창밸브(162) 및 제3팽창밸브(163)를 포함한다.
제1팽창밸브(161)는 도 2에서 보이는 바와 같이 냉방 사이클에서 실외 열교환부(150)에서 인입되는 냉매를 팽창하여 온도를 급격히 하강시켜 과냉각 판형 열교환기(170)로 배출한다.
제2팽창밸브(162) 및 제3팽창밸브(163)는 도 2에서 보이는 바와 같이 냉방 사이클에서는 사용되지 않으며, 도 3에서 보이는 바와 같이 난방 사이클에서 과냉각 판형 열교환기(170)에서 인입되는 냉매를 팽창시키고 압력을 떨어트려(감압하여) 실외 열교환부(150) 및 난방 판형 열교환기(200)로 배출한다.
과냉각 판형 열교환기(170)는 냉방 사이클에서 제1팽창밸브(161)에서 입력되는 냉매를 과냉각, 즉 온도를 급격히 하강시켜 증발기(190)로 배출시키거나, 난방 사이클에서 증발기(190)에서 인입되는 냉매를 과냉각하여 실외 열교환부(150)로 배출한다.
제5팽창밸브(180)는 도 2 및 도 3에서 나타내고 있는 바와 같이 과냉각 판형 열교환기(170) 및 증발기(190) 사이에 구성되되 실내기(20)에 위치하고, 냉방 사이클에서의 메인 팽창밸브로 동작하여, 과냉각 판형 열교환기(170)에서 배출되는 냉매를 팽창시켜 증발기(190)로 배출한다.
증발기(190)는 실내 열교환기로, 냉방 사이클에서 냉매를 증발시키는 증발기로 동작하고, 난방 사이클에서는 응축기의 역할을 한다.
난방 판형 열교환기(200)는 도 3에서 보이는 바와 같이 난방 사이클에서 동작하는 메인 판형 열교환기로, 제3팽창밸브(163)에서 팽창되어 온도가 낮아진 냉매와 가스엔진(110)으로부터 배출되는 고온의 냉각수를 열교환하여 난방을 하고 엔진 방열을 수행한다.
기액분리기(Accum)(210)는 오일분리기(133), 과냉각 판형 열교환기(170) 및 난방 판형 열교환기(200)로부터 기체 및 액체가 혼합된 냉매를 인입받고, 기체 및 액체 냉매를 분리하고, 일부 냉매를 저장하며, 액압축을 방지한다.
기액분리기(210)에 저장된 냉매는 압축부(130)의 제1압축기(131) 및 제2압축기(132)의 흡입에 의해 제1압축기(131) 및 제2압축기(132)로 배출된다.
온수 생성부(230)는 초기 물을 보관하고 온수 관로로 공급하며, 온도가 상승한 온수를 다시 공급받아 보관하는 온수축열탱크(231), 상기 온수축열탱크(231)의 물을 펌핑하여 순환시키는 온수펌프(233) 및 상기 온수펌프(233)에 의해 순환되는 물에 가스엔진(110)에서 발생되는 폐열을 전달하여 온수를 생성하여 상기 온수축열탱크(231)로 배출하는 온수 판형 열교환기(232)를 포함한다.
폐열 냉각수 순환제어부(220)는 냉방 사이클에서 도 6에서 나타내고 있는 바와 같이 냉각수 펌프(260)에 의해 상기 폐열 냉각수 관로의 냉각수가 상기 가스엔진(110), 상기 실외 열교환부(150) 및 상기 가스엔진(110)으로 순환되는 제1흐름과 가스엔진(110), 온수 판형 열교환기(232) 및 가스엔진(110)으로 순환되는 제2흐름이 형성되도록 제어하고, 난방 사이클에서 도 5와 같이 폐열 냉각수 관로의 상기 냉각수가 상기 가스엔진(110), 상기 온수 판형 열교환기(232) 및 가스엔진(110)으로 형성되는 제1흐름과, 가스엔진(110), 난방 판형 열교환기(200) 및 상기 가스엔진(110)으로 형성되는 제2흐름과, 가스엔진(110), 실외 열교환부(150) 및 가스엔진(110)으로 형성되는 제3흐름이 형성되도록 제어를 수행한다. 상술한 바와 같이 냉방 사이클 및 난방 사이클을 구분하여 폐열을 흡수한 냉각수를 서로 다르게 제어하여 주므로 보다 효율적으로 폐열을 사용할 수 있다.
상기 폐열 냉각수 순환제어부(220)는 난방 사이클 및 냉방 사이클에서 상기 가스엔진(110)으로부터 폐열에 의해 온도가 상승된 냉각수를 인입받고 제1방향 및 제2방향으로 배출하는 제1삼방밸브(221), 냉방 사이클 및 난방 사이클에서 상기 제2방향으로 배출된 냉각수를 인입받아 상기 온수 판형 열교환기(232)를 통해 상기 가스엔진(110)으로 공급하는 제3삼방밸브(223) 및 상기 제1방향으로 배출된 냉각수를 인입받고, 상기 냉방 사이클에서 상기 실외 열교환부(150)로 배출하고, 상기 난방 사이클에서 상기 실외 열교환부(150) 및 난방 판형 열교환기(200)로 배출하는 제2삼방밸브(222)를 포함한다.
상기 폐열 냉각수 펌프(260)는 폐열 냉각수 관로의 냉각수를 펌핑하여 도 5 및 도 6과 같이 냉각수가 폐열 냉각수 관로를 순환하도록 한다.
배기가스 열교환기(270)는 폐열 냉각수 펌프(260)와 가스엔진(110) 사이에 구성되어 엔진 배기가스와 열교환하여 엔진으로 들어가는 냉각수의 온도를 조절하고, 이에 따른 초기 기동시의 엔진의 효율을 높여준다.
발전기 냉각 순환부(240)는 냉각수가 순환되는 발전기 순환 냉각수 관로를 포함하고, 냉각수를 보관하고, 상기 발전기 순환 냉각수 관로에 냉각수를 보충하는 발전기 냉각수 탱크(241) 및 상기 냉각수를 펌핑하여 상기 발전기 순환 냉각수 관로를 통해 상기 발전기(120) 및 상기 실외 열교환부(150)의 발전기 방열기(153)로 순환시켜 발전기(120)의 열을 방열시키는 발전기 냉각수 펌프(242)를 포함한다.
상술한 구성에 의한 냉방 사이클에서의 냉매 순환 과정을 도 2를 참조하여 설명하면, 가스엔진(110)의 구동에 의해 압축부(130)가 구동되면 압축부(130)는 기액분리기(210)로부터 냉매를 흡입한다.
흡입된 냉매는 압축부(130)에서 압축되어 고온 고압이 되며, 오일분리기(133)를 통해 사방변(140)으로 들어간다.
사방변(140)으로 공급되는 고온 고압의 냉매는 사방변(140)의 방향 제어에 의해 실외 열교환부(150)로 들어가며, 실외 열교환부(150)로 들어간 냉매는 응축되어 제1팽창밸브(161)에서 팽창된 후 냉각되어 과냉각 판형 열교환기(170)로 들어간다.
과냉각 판형 열교환기(170)로 들어간 냉매는 과냉각되어 더 낮아진 온도의 냉매를 제5팽창밸브(180)를 통해 증발기(190)로 입력하며, 증발기(190)에서 증발되어 사방변(140)을 통해 기액분리기(210)로 들어간다. 이때 제5팽창밸브(180)는 증발기(190)로 들어가는 냉매량을 조절하여 냉방을 한다.
상술한 구성에 의한 난방 사이클에서의 냉매 순환 과정을 도 3을 참조하여 설명하면, 가스엔진(110)의 구동에 의해 압축부(130)가 구동되면, 압축부(130)는 기액분리기(210)로부터 냉매를 흡입한다.
흡입된 냉매는 압축되어 고온 고압이 되며, 오일분리기(133)를 통해 사방변(140)으로 공급된다.
사방변(140)으로 공급되는 고온 고압의 냉매는 증발기(190) 및 제5팽창밸브(180)를 통해 과냉각 판형 열교환기(170)로 들어간다.
과냉각 판형 열교환기(170)에서 배출되는 냉매 중 일부 냉매는 제2팽창밸브(162)에서 팽창되어 실외 열교환부(150)로 들어가고 나머지 냉매는 제3팽창밸브(163)에서 팽창되어 난방 판형 열교환기(200)로 들어간다. 이때 난방 판형 열교환기(200)는 증발기의 역할을 한다.
난방 판형 열교환기(200)에서 증발된 냉매 및 실외 열교환부(150)에서 냉각된 냉매는 기액분리기(210)로 들어간다.
또한, 본 발명의 발전기 냉각 순환부(240)는 발전기 냉각수 펌프(242)가 도 4에서 보이는 바와 같이 발전기 순환 냉각수 관로의 냉각수를 펌핑하여 발전기(120), 실외 열교환부(150)의 발전기 방열기(153) 및 발전기 냉각수 펌프(242)로 순환시켜 발전기(120)의 열을 방열시킨다. 상기 발전기 순환 냉각수 관로상에 인버터모듈(280)을 더 구성하여 인버터모듈(280)에서 발생하는 열 또한 방열시킬 수도 있을 것이다.
또한, 난방 사이클에서의 가스엔진(110)의 방열을 위한 냉각수 순환 과정을 도 5를 참조하여 설명한다.
폐열 냉각수 펌프(260)가 폐열 냉각수 관로의 냉각수를 펌핑하면, 폐열 냉각수 관로의 냉각수는 가스엔진(110)에서 발생되는 열을 방열시키고 가스엔진(110)의 방열에 의해 온도가 상승한 냉각수의 일부는 제3삼방밸브(223)를 통해 온수 판형 열교환기(232)로 공급되고, 나머지 냉각수는 제2삼방밸브(222)를 통해 난방 판형 열교환기(200) 및 실외 열교환부(150)로 분배되어 공급된다.
온수 판형 열교환기(232)로 들어간 냉각수는 온수 생성부(230)의 온수축열탱크(231)에서 공급되어 상기 온수 판형 열교환기(232)로 입력하는 물을 가열시킨 후 폐열 냉각수 펌프(260)를 통해 가스엔진(110)으로 순환된다.
그리고 제2삼방밸브(222)에서 실외 열교환부(150)로 공급되는 온도가 상승한 냉각수는 실외 공기와 열교환하여 냉각된 후 폐열 냉각수 펌프(260)로 순환된다.
그리고 제2삼방밸브(222)에서 난방 판형 열교환기(200)로 공급되는 온도가 상승한 냉각수는 난방 판형 열교환기(200)로 공급되는 냉매에 열을 전달하고, 열전달에 따라 냉각된 냉각수를 폐열 냉각수 펌프(260)로 순환된다.
또한, 냉방 사이클에서의 가스엔진(110)의 방열을 위한 냉각수 순환 과정을 도 6을 참조하여 설명한다.
폐열 냉각수 펌프(260)가 폐열 냉각수 관로의 냉각수를 펌핑하면, 폐열 냉각수 관로의 냉각수는 가스엔진(110)에서 발생되는 열을 방열시키고 가스엔진(110)의 방열에 의해 온도가 상승한 냉각수의 일부는 제3삼방밸브(223)를 통해 온수 판형 열교환기(232)로 공급되고, 나머지 냉각수는 제2삼방밸브(222)를 통해 실외 열교환부(150)로 분배되어 공급된다.
난방 시와 동일하게 온수 판형 열교환기(232)로 들어간 냉각수는 온수 생성부(230)의 온수축열탱크(231)에서 공급되어 상기 온수 판형 열교환기(232)로 입력하는 물을 가열시킨 후 폐열 냉각수 펌프(260)를 통해 가스엔진(110)으로 순환된다.
그리고 제2삼방밸브(222)에서 실외 열교환부(150)로 공급되는 온도가 상승한 냉각수는 실외 공기와 열교환하여 추가 냉각된 후 폐열 냉각수 펌프(260)로 순환된다.
한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
110: 가스엔진 120: 발전기
130: 압축부 131: 제1압축기
132: 제2압축기 133: 오일분리기
140: 사방변 150: 실외 열교환부
151: 실외 열교환기 152:방열기
153: 발전기 방열기 160: 팽창밸브부
161: 제1팽창밸브 162: 제2팽창밸브
163: 제3팽창밸브
170: 과냉각 판형 열교환기 180: 제5팽창밸브
190: 증발기 200: 난방 판형 열교환기
210: 기액분리기(Accum) 220: 폐열 냉각수 순환제어부
221: 제1삼방밸브 222: 제2삼방밸브
223: 제3삼방밸브 230: 온수 생성부
231: 온수축열탱크 232: 온수 판형 열교환기
233: 온수 냉각수펌프 240: 발전기 냉각 순환부
241: 발전기 냉각수 탱크 242: 발전기 냉각수 펌프
250: 엔진냉각수탱크 260: 폐열 냉각수 펌프
270: 배기가스 열교환기 280: 인버터모듈

Claims (7)

  1. 가스엔진, 외부 공기와 열교환을 수행하는 실외 열교환부, 냉방 사이클 및 난방 사이클에서 상기 실외 열교환부에서 응축된 냉매를 팽창시켜 배출하는 팽창밸브부 및 난방 사이클에서 상기 실외 열교환부 및 팽창밸브부에서 온도가 낮아지고 팽창된 냉매에 열을 전달하는 난방 판형 열교환기를 포함하는 가스히트펌프 시스템에 있어서,
    상기 가스엔진의 구동에 의해 발전하여 전원을 발생시키는 발전기 및 인버터 모듈; 및
    발전기, 인버터 모듈 및 상기 실외 열교환부를 순환 연결하는 발전기 순환 냉각 관로에 형성되는 압력에 의해 냉각수를 상기 발전기 순환 냉각 관로로 보충하는 냉각수 탱크 및 상기 발전기 순환 냉각 관로의 냉각수를 펌핑하여 상기 발전기, 인버터 모듈, 상기 실외 열교환부로 냉각수를 순환시키는 발전기 냉각수 펌프를 포함하는 발전기 냉각 순환부를 포함하고,
    가열할 물을 담고 있고, 가열된 온수를 돌려받아 보관하는 온수축열탱크,
    상기 온수축열탱크의 물을 온수 관로를 통해 순환시키는 온수펌프, 및 상기 온수펌프에 의해 공급되는 물 및 가열된 냉각수를 공급받아 상기 가열된 냉각수의 열을 상기 온수펌프에 의해 공급되는 물에 전달하는 온수 판형 열교환기를 포함하는 온수 생성부;
    냉각수를 담고 있고, 냉난방 관로에 냉각수를 보충하는 엔진냉각수탱크;
    냉방 사이클에서 폐열 냉각수 관로의 냉각수가 상기 가스엔진, 상기 온수 판형 열교환기 및 상기 가스엔진으로 순환되는 제1흐름과, 가스엔진, 상기 실외 열교환부 및 상기 가스엔진으로 순환되는 제2흐름이 형성되도록 냉각수의 흐름을 제어하고, 난방 사이클에서 상기 냉각수가 상기 가스엔진, 상기 온수 판형 열교환기 및 상기 가스엔진으로 형성되는 제1흐름과, 가스엔진, 실외 열교환부, 난방 판형 열교환기 및 가스엔진으로 형성되는 제2흐름이 형성되도록 냉각수를 제어하는 폐열 냉각수 순환 제어부;
    상기 폐열 냉각수 관로의 상기 냉각수가 순환되도록 펌핑하는 폐열 냉각수 펌프; 및
    초기 기동 시 엔진 배기가스에 의해 발생된 열을 엔진으로 들어가는 냉각수에 전달하는 열교환을 수행하여 상기 냉각수의 온도를 조절하는 배기가스 열교환기를 포함하고,
    상기 실외 열교환부는,
    상기 발전기 및 인버터 모듈을 거쳐 온도가 상승한 상기 발전기 순환 냉각 관로의 냉각수의 열을 실외로 방열시키는 발전기 방열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기를 구비하는 가스히트펌프 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폐열 냉각수 순환 제어부는,
    난방 사이클 및 냉방 사이클에서 상기 가스엔진으로부터 폐열에 의해 온도가 상승된 냉각수를 인입받고 제1방향 및 제2방향으로 배출하는 제1삼방밸브;
    냉방 사이클 및 난방 사이클에서 상기 제2방향으로 배출된 냉각수를 인입받아 상기 온수 판형 열교환기를 통해 상기 가스엔진으로 공급하는 제3삼방밸브; 및
    상기 제1방향으로 배출된 냉각수를 인입받고, 상기 냉방 사이클에서 상기 실외 열교환부로 배출하고, 상기 난방 사이클에서 상기 실외 열교환부 및 난방 판형 열교환기로 배출하는 제2삼방밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기를 구비하는 가스히트펌프 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가스히트펌프 시스템의 압축기는 상기 엔진의 구동에 따른 원동력에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 발전기를 구비하는 가스히트펌프 시스템.
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