KR102004480B1 - Gas heat-pump system - Google Patents
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Abstract
본 발명의 가스 히트펌프 시스템은, 압축기, 실외 열교환기, 팽창장치, 실내 열교환기 및 냉매 배관을 포함하는 공기조화 모듈; 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소하여, 상기 압축기의 운전을 위한 동력을 제공하는 엔진을 포함하는 엔진 모듈; 및 상기 엔진으로 오일을 공급하기 위한 오일 순환 모듈을 포함하고, 상기 엔진 모듈은, 상기 공기와 연료를 혼합하여 상기 엔진 측으로 배출하는 믹서; 상기 믹서와 상기 엔진 사이에 배치되어, 상기 믹서에서 배출된 혼합기를 압축시킨 후, 상기 엔진 측으로 배출하는 과급수단; 및 상기 엔진과 상기 과급수단 사이에 배치되며, 상기 과급수단에서 압축된 혼합기를 냉각시켜는 인터쿨러를 포함하고, 상기 오일 순환 모듈은, 상기 오일이 저장되는 오일 팬과, 상기 오일 팬의 오일을 상기 엔진으로 공급하기 위한 제 1 오일 유로와, 상기 오일 팬의 오일을 상기 과급수단으로 공급하기 위한 제 2 오일 유로를 포함하고, 상기 제 2 오일 유로를 통해 유동하는 오일은 상기 냉매 배관에서 분기되는 냉매 분기 배관을 유동하는 냉매와 열교환된다. The gas heat pump system of the present invention comprises: an air conditioning module including a compressor, an outdoor heat exchanger, an expansion device, an indoor heat exchanger, and a refrigerant pipe; An engine module including an engine that burns a mixture of fuel and air to provide power for operation of the compressor; And an oil circulation module for supplying oil to the engine, wherein the engine module comprises: a mixer for mixing the air and fuel and discharging the mixture to the engine side; A supercharger disposed between the mixer and the engine for compressing the mixer discharged from the mixer and discharging the mixed gas to the engine; And an intercooler disposed between the engine and the supercharging means for cooling the mixer compressed by the supercharging means, wherein the oil circulation module comprises: an oil pan in which the oil is stored; And a second oil passage for supplying the oil of the oil pan to the supercharging means, wherein oil flowing through the second oil passage is branched from the refrigerant branched from the refrigerant pipe And is heat-exchanged with the refrigerant flowing in the branch piping.
Description
본 발명은 가스 히트펌프 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a gas heat pump system.
히트펌프 시스템은 냉방 또는 난방운전을 수행할 수 있는 냉동 사이클이 구비되는 시스템으로서, 온수 공급장치 또는 냉난방 장치와 연동될 수 있다. 즉, 냉동 사이클의 냉매와 소정의 축열 매체가 열교환 하여 얻어진 열원을 이용하여 온수를 생산하거나, 냉난방을 위한 공기 조화를 수행할 수 있다. The heat pump system is a system equipped with a refrigeration cycle capable of performing cooling or heating operation, and can be interlocked with a hot water supply device or a cooling / heating device. That is, hot water can be produced using a heat source obtained by heat exchange between a refrigerant in a refrigeration cycle and a predetermined heat storage medium, or air conditioning for cooling and heating can be performed.
상기 냉동 사이클은, 냉매의 압축을 위한 압축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 감압하는 팽창장치 및 상기 감압된 냉매를 증발시키는 증발기를 포함할 수 있다. The refrigeration cycle may include a compressor for compressing the refrigerant, a condenser for condensing the refrigerant compressed in the compressor, an expansion device for decompressing the refrigerant condensed in the condenser, and an evaporator for evaporating the decompressed refrigerant.
상기 히트펌프 시스템은, 가스 히트펌프 시스템을 포함할 수 있다. 가정용이 아닌, 산업용이나 큰 빌딩의 공기조화를 위하여 대용량의 압축기가 요구된다. 즉, 많은 양의 냉매를 고온 고압의 기체로 압축하기 위한 압축기를 구동하기 위하여 전기 모터가 아닌 가스 엔진을 이용하는 시스템으로서 가스 히트펌프 시스템이 사용될 수 있다. The heat pump system may include a gas heat pump system. Large-capacity compressors are required for air conditioning in industrial buildings and large buildings, not for home use. That is, a gas heat pump system can be used as a system using a gas engine instead of an electric motor to drive a compressor for compressing a large amount of refrigerant into a high-temperature and high-pressure gas.
상기 가스 히트펌프 시스템은, 연료와 공기의 혼합물(이하, 혼합기)을 이용하여 동력을 발생시키는 엔진을 포함할 수 있다. 일례로, 엔진은, 상기 혼합기가 공급되는 실린더와, 상기 실린더 내에서 운동 가능하게 제공되는 피스톤을 포함할 수 있다.The gas heat pump system may include an engine that generates power using a mixture of fuel and air (hereinafter referred to as a mixer). In one example, the engine may include a cylinder to which the mixer is fed and a piston that is provided movably within the cylinder.
상기 가스 히트펌프 시스템은, 상기 엔진에 혼합기를 공급하기 위한 공기 공급장치와, 연료 공급장치 및 공기와 연료를 혼합하기 위한 믹서(mixer)를 더 포함할 수 있다.The gas heat pump system may further include an air supply device for supplying a mixer to the engine, and a mixer for mixing the fuel supply device and the air and the fuel.
상기 공기 공급장치는, 공기를 정화하기 위한 공기 여과기를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 연료 공급장치는 일정한 압력의 연료를 공급하기 위한 제로 가버너(zero governor)를 포함할 수 있다. The air supply device may include an air filter for purifying the air. And, the fuel supply apparatus may include a zero governor for supplying fuel of a constant pressure.
상기 제로 가버너는 연료의 입구압력의 크기 또는 유량의 변화에 관계)없이, 출구압력을 일정하게 조절하여 공급하는 장치로서 이해될 수 있다. 일례로, 상기 제로 가버너는, 연료의 압력을 감압하는 노즐부와, 상기 노즐부에서 감압된 압력이 작용하는 다이아프램(diaphragm) 및 상기 다이아프램의 작동에 의하여 개폐되는 밸브장치를 포함할 수 있다. The zero governor can be understood as an apparatus for regulating and supplying the outlet pressure uniformly, without regard to the change in the magnitude of the inlet pressure or the flow rate of the fuel). In one example, the zero governor may include a nozzle unit for reducing the pressure of the fuel, a diaphragm to which the reduced pressure is applied in the nozzle unit, and a valve unit to be opened and closed by the operation of the diaphragm .
상기 공기 여과기를 통과한 공기와, 상기 제로 가버너에서 토출된 연료는 상기 믹서에서 혼합되어(혼합기), 상기 엔진에 공급될 수 있다. The air passing through the air filter and the fuel discharged from the zero governor may be mixed in the mixer (mixer) and supplied to the engine.
그리고, 상기 엔진에 공급된 혼합기가 연소되면, 상기 엔진으로부터 배기가스가 토출될 수 있다. When the mixer supplied to the engine is burned, the exhaust gas can be discharged from the engine.
선행문헌인 한국등록특허공보 제10-1341533호에는, 가스히트펌프 시스템 및 이의 제어방법이 개시된다. Korean Patent Registration No. 10-1341533, which is a prior art document, discloses a gas heat pump system and a control method thereof.
상기와 같은 종래 가스히트펌프는 주택용 LNG나 LPG 등을 열원으로 하는 가스 엔진을 이용하여, 압축기 냉매를 순환시켜, 여름철에는 냉방모드로 작동하고, 겨울철에는 난방모드로 작동한다. The conventional gas heat pump uses a gas engine that uses a residential LNG or LPG as a heat source to circulate the compressor refrigerant, operates in a cooling mode in summer, and operates in a heating mode in winter.
하지만, 자연흡기 방식으로 가스엔진에 공기를 공급하고, 주택용 LNG나 LPG를 연료로 공급할 경우, 낮은 공급압력(1~2.5 kPa)으로 인해 가스엔진의 출력이 감소하게 되는 문제가 있다.However, there is a problem that when the gas is supplied to the gas engine by the natural intake method and the LNG or LPG for the housing is supplied by the fuel, the output of the gas engine is reduced due to the low supply pressure (1 to 2.5 kPa).
또한, 여름철의 경우 가스히트펌프 시스템은 실내의 온도를 낮추기 위해 냉방모드로 작동하게 되는데, 실외의 기온이 고온인 경우, 높은 기온으로 인해 가스엔진으로 고온의 공기가 공급된다.Also, in summer, the gas heat pump system operates in the cooling mode to lower the indoor temperature. When the outdoor temperature is high, the hot air is supplied to the gas engine due to the high temperature.
이에 따라, 가스엔진으로 저밀도의 공기가 공급되어 가스엔진의 출력이 감소하게 된다. 그 결과, 가스엔진의 출력이 높은 냉방부하를 따라갈 수 없어, 냉방 불량의 원인이 될 수 있다. As a result, low-density air is supplied to the gas engine, thereby reducing the output of the gas engine. As a result, the output of the gas engine can not keep up with the high cooling load, which may cause the cooling failure.
또한, 이를 해결하기 위해, 자동차의 엔진과 같이, 공기를 과급기로 가압한 후, 공기량에 따라 연료량을 조절하면서 공급하면, 가스 연료의 배관 내 공급압력(약 2.5kPa)이 과급압력(약 30kPa)보다 낮아 연료 공급이 어려워지는 문제도 있다. In order to solve this problem, when the supply pressure (about 2.5 kPa) of the gaseous fuel is supplied to the supercharging pressure (about 30 kPa) by supplying air while adjusting the amount of fuel according to the amount of air after the air is pressurized with a supercharger, The fuel supply becomes difficult.
본 발명의 과제는, 엔진으로 공급되는 혼합기를 과급장치를 과급함으로써, 엔진의 성능이 향상될 수 있는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것에 있다. An object of the present invention is to provide a gas heat pump system in which the performance of an engine can be improved by supercharging a supercharging device supplied to an engine with a supercharging device.
또한, 본 발명의 과제는, 과급장치를 유동하는 오일을 냉각시켜 오일의 산화를 방지함으로써, 공급받는 부품의 손상이 방지되는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것에 있다. Another object of the present invention is to provide a gas heat pump system in which damage to a supplied component is prevented by preventing oil from being oxidized by cooling the oil flowing through the supercharging device.
또한, 본 발명의 과제는, 간단한 구조로 오일을 냉각시킬 수 있는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것에 있다. Another object of the present invention is to provide a gas heat pump system capable of cooling oil with a simple structure.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가스 히트펌프 시스템은, 압축기, 실외 열교환기, 팽창장치, 실내 열교환기 및 냉매 배관을 포함하는 공기조화 모듈; 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소하여, 상기 압축기의 운전을 위한 동력을 제공하는 엔진을 포함하는 엔진 모듈; 및 상기 엔진으로 오일을 공급하기 위한 오일 순환 모듈을 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a gas heat pump system including an air conditioning module including a compressor, an outdoor heat exchanger, an expansion device, an indoor heat exchanger, and a refrigerant pipe; An engine module including an engine that burns a mixture of fuel and air to provide power for operation of the compressor; And an oil circulation module for supplying oil to the engine.
본 실시 예에서 상기 엔진 모듈은, 상기 공기와 연료를 혼합하여 상기 엔진 측으로 배출하는 믹서; 상기 믹서와 상기 엔진 사이에 배치되어, 상기 믹서에서 배출된 혼합기를 압축시킨 후, 상기 엔진 측으로 배출하는 과급수단; 및 상기 엔진과 상기 과급수단 사이에 배치되며, 상기 과급수단에서 압축된 혼합기를 냉각시켜는 인터쿨러를 포함할 수 있다. In this embodiment, the engine module includes: a mixer that mixes the air and the fuel and discharges the mixture to the engine; A supercharger disposed between the mixer and the engine for compressing the mixer discharged from the mixer and discharging the mixed gas to the engine; And an intercooler which is disposed between the engine and the supercharging means and cools the mixer compressed by the supercharging means.
또한, 본 실시 예에서, 상기 오일 순환 모듈은, 상기 오일이 저장되는 오일 팬과, 상기 오일 팬의 오일을 상기 엔진으로 공급하기 위한 제 1 오일 유로와, 상기 오일 팬의 오일을 상기 과급수단으로 공급하기 위한 제 2 오일 유로를 포함할 수 있다. Further, in the present embodiment, the oil circulation module includes an oil pan in which the oil is stored, a first oil channel for supplying the oil of the oil pan to the engine, and a second oil channel for supplying the oil of the oil pan to the supercharging means And a second oil passage for supplying oil.
상기 제 2 오일 유로를 통해 유동하는 오일을 냉각시키기 위하여, 상기 오일은 상기 냉매 배관에서 분기되는 냉매 분기 배관을 유동하는 냉매와 열교환될 수 있다. In order to cool the oil flowing through the second oil passage, the oil may be heat-exchanged with the refrigerant flowing in the refrigerant branch pipe branched from the refrigerant pipe.
본 실시 예의 가스 히트펌프 시스템은, 상기 냉매 분기 배관으로 분기된 냉매를 상기 제 2 오일 유로를 따라 유동하는 냉매와 열교환시키기 위한 오일 쿨러를 더 포함할 수 있다. The gas heat pump system of the present embodiment may further include an oil cooler for exchanging the refrigerant branched to the refrigerant branch pipe with a refrigerant flowing along the second oil channel.
또는, 본 실시 예에서 상기 냉매 분기 배관으로 분기된 냉매는 상기 과급수단을 냉각시킴으로써 상기 오일을 간접적으로 냉각시킬 수 있다. Alternatively, in the present embodiment, the refrigerant branched to the refrigerant branch pipe can cool the oil indirectly by cooling the supercharging means.
본 실시 예의 가스 히트펌프 시스템은, 상기 엔진을 냉각하기 위한 냉각수가 유동하는 냉각 모듈과, 상기 냉매 분기 배관으로 분기된 냉매를 상기 냉각수와 열교환시키기 위한 중간 열교환기를 더 포함하고, 상기 냉매 분기 배관에서 상기 중간 열교환기의 입구 측 배관에는 냉매의 유동을 조절하고 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브가 구비되며, 상기 중간 열교환기를 지난 냉매가 상기 과급수단의 오일과 열교환될 수 있다. The gas heat pump system according to the present embodiment further includes a cooling module in which cooling water for cooling the engine flows and an intermediate heat exchanger for exchanging the refrigerant branched to the refrigerant branch pipe with the cooling water, The inlet pipe of the intermediate heat exchanger is provided with an expansion valve for regulating the flow of the refrigerant and expanding the refrigerant. The refrigerant passing through the intermediate heat exchanger can be heat-exchanged with the oil of the supercharging means.
상기 제 2 오일 유로에는 상기 과급수단에서 배출된 오일의 온도를 감지하기 위한 오일 온도 센서가 구비되며, 상기 팽창 밸브는 상기 오일 온도 센서에서 감지된 온도가 기준 온도 이상인 경우 온될 수 있다. The second oil passage is provided with an oil temperature sensor for sensing the temperature of the oil discharged from the supercharging means. The expansion valve may be turned on when the temperature sensed by the oil temperature sensor is equal to or higher than a reference temperature.
다른 예로서, 본 실시 예의 가스 히트펌프 시스템은, 상기 엔진을 냉각하기 위한 냉각수가 유동하는 냉각 모듈과, 상기 냉매 분기 배관으로 분기된 냉매를 상기 냉각수와 열교환시키기 위한 중간 열교환기를 더 포함할 수 있으며, 상기 냉매 분기 배관에서 상기 중간 열교환기의 출구 측 배관에는 오일 냉각용 배관이 분기되고, 상기 오일 냉각용 배관에는 냉매 유동을 조절하기 위한 유동 조절 밸브가 구비될 수 있다. As another example, the gas heat pump system of the present embodiment may further include a cooling module in which cooling water for cooling the engine flows, and an intermediate heat exchanger for exchanging the refrigerant branched from the refrigerant branch pipe with the cooling water , An oil cooling pipe is branched to the outlet pipe of the intermediate heat exchanger in the refrigerant branch pipe, and the oil cooling pipe is provided with a flow control valve for regulating the refrigerant flow.
상기 제 2 오일 유로에는 상기 과급수단에서 배출된 오일의 온도를 감지하기 위한 오일 온도 센서가 구비되며, 상기 유동 조절 밸브는 상기 오일 온도 센서에서 감지된 온도와 기준 온도의 비교 결과에 따라서 제어될 수 있다.
다른 측면에 따른 가스 히트펌프 시스템은, 압축기, 실외 열교환기, 팽창장치, 실내 열교환기 및 냉매 배관을 포함하는 공기조화 모듈; 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소하여, 상기 압축기의 운전을 위한 동력을 제공하는 엔진을 포함하는 엔진 모듈; 상기 엔진으로 오일을 공급하기 위한 오일 순환 모듈; 상기 엔진을 냉각하기 위한 냉각수가 유동하는 냉각 모듈; 및 상기 냉매 배관에서 분기되는 냉매 분기 배관으로 유동하는 냉매와 상기 냉각수를 열교환시키기 위한 보조 열교환기를 포함한다.
상기 엔진 모듈은, 상기 공기와 연료를 혼합하여 상기 엔진 측으로 배출하는 믹서; 상기 믹서와 상기 엔진 사이에 배치되어, 상기 믹서에서 배출된 혼합기를 압축시킨 후, 상기 엔진 측으로 배출하는 과급수단; 및 상기 엔진과 상기 과급수단 사이에 배치되며, 상기 과급수단에서 압축된 혼합기를 냉각시켜는 인터쿨러를 포함한다.
상기 오일 순환 모듈은, 상기 오일이 저장되는 오일 팬과, 상기 오일 팬의 오일을 상기 엔진으로 공급하기 위한 제 1 오일 유로와, 상기 오일 팬의 오일을 상기 과급수단으로 공급하기 위한 제 2 오일 유로를 포함하고, 상기 제 2 오일 유로를 통해 유동하는 오일은 상기 냉매 분기 배관에서 상기 보조 열교환기를 유동한 냉매와 열교환된다. The second oil passage is provided with an oil temperature sensor for sensing the temperature of the oil discharged from the supercharging means. The flow control valve can be controlled according to a result of comparison between the temperature sensed by the oil temperature sensor and the reference temperature have.
According to another aspect, a gas heat pump system includes an air conditioning module including a compressor, an outdoor heat exchanger, an expansion device, an indoor heat exchanger, and a refrigerant pipe; An engine module including an engine that burns a mixture of fuel and air to provide power for operation of the compressor; An oil circulation module for supplying oil to the engine; A cooling module through which cooling water for cooling the engine flows; And an auxiliary heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant flowing into the refrigerant branch pipe branched from the refrigerant pipe and the cooling water.
Wherein the engine module includes: a mixer for mixing the air and the fuel and discharging the mixture to the engine; A supercharger disposed between the mixer and the engine for compressing the mixer discharged from the mixer and discharging the mixed gas to the engine; And an intercooler disposed between the engine and the supercharging means, the supercharger cooling the mixer compressed by the supercharging means.
The oil circulation module includes an oil pan for storing the oil, a first oil channel for supplying the oil of the oil pan to the engine, and a second oil channel for supplying the oil of the oil pan by the supercharging means. And the oil flowing through the second oil passage is heat-exchanged in the refrigerant branch pipe with the refrigerant flowing in the auxiliary heat exchanger.
제안되는 발명에 의하면, 가스엔진에 공급되는 연료와 공기의 혼합기를 과급수단을 이용해서 자연흡기 대비 높은 압력으로 엔진에 공급함으로써, 체적 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.According to the proposed invention, there is an advantage that the volume efficiency can be improved by supplying a mixture of fuel and air supplied to the gas engine to the engine at a pressure higher than the natural intake by using supercharging means.
또한, 과급수단으로 공급되는 오일을 오일 쿨러를 통해 냉각시킴으로써, 과급수단 및 엔진의 성능이나 수명이 저하되는 것이 방지될 수 있다. Further, by cooling the oil supplied as the supercharging means through the oil cooler, the performance and life of the supercharging means and the engine can be prevented from deteriorating.
또한, 냉매가 과급수단의 오일과 열교환되면서 흡열한 후에 압축기로 공급되므로, 난방 성능이 향상될 수 있다. Further, since the refrigerant is heat-exchanged with the oil of the supercharging means and is supplied to the compressor after the heat is absorbed, the heating performance can be improved.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 구성을 보여주는 사이클 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진 모듈을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 난방 운전시, 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 유동을 보여주는 사이클 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 냉방 운전시, 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 유동을 보여주는 사이클 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진 모듈에서의 냉각수 및 오일의 유동을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 엔진 모듈을 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 구성을 보여주는 사이클 도면. 1 is a cycle diagram showing a configuration of a gas heat pump system according to an embodiment of the present invention;
2 is a view showing an engine module according to an embodiment of the present invention;
3 is a cycle diagram showing the flow of refrigerant, cooling water, and mixed fuel in a heating operation of a gas heat pump system according to an embodiment of the present invention.
4 is a cycle diagram showing the flow of refrigerant, cooling water, and mixed fuel in a cooling operation of a gas heat pump system according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing the flow of cooling water and oil in an engine module according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing an engine module according to another embodiment of the present invention.
7 is a cycle diagram showing a configuration of a gas heat pump system according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals whenever possible, even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the difference that the embodiments of the present invention are not conclusive.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected," "coupled," or "connected. &Quot;
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 구성을 보여주는 사이클 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진 모듈을 보여주는 도면이다. FIG. 1 is a cycle diagram showing a configuration of a gas heat pump system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing an engine module according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 히트펌프 시스템(10)은, 공기조화 모듈로서 냉매 사이클을 구성하는 다수의 부품을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, a gas
일 예로, 상기 공기조화 모듈은, 냉매를 압축하는 압축기(110)와, 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매 중 오일을 분리하기 위한 오일 분리기(115) 및 상기 오일 분리기(115)를 거친 냉매의 방향을 전환하여 주는 사방변(117)을 포함할 수 있다. For example, the air conditioning module includes a
상기 가스 히트펌프 시스템(10)은, 실외 열교환기(120) 및 실내 열교환기(140)를 더 포함할 수 있다. The gas
상기 실외 열교환기(120)는 실외측에 배치되는 실외기의 내부에 배치되고, 상기 실내 열교환기(140)는 실내측에 배치되는 실내기의 내부에 배치될 수 있다. 상기 사방변(117)을 통과한 냉매는 상기 실외 열교환기(120) 또는 실내 열교환기(140)로 유동할 수 있다. The
도 1에 도시된 시스템의 구성들은 실내 열교환기(140) 및 실내 팽창장치(145)를 제외하고 실외측, 즉 실외기의 내부에 배치될 수 있다. The configurations of the system shown in Fig. 1 can be disposed on the outdoor side, i.e., inside the outdoor unit, except for the
상기 가스 히트펌프 시스템(10)이 냉방 운전 모드로 운전될 경우, 상기 사방변(117)을 통과한 냉매는 상기 실외 열교환기(120)를 거쳐 상기 실내 열교환기(140) 측으로 유동할 수 있다. 반면에, 상기 가스 히트펌프 시스템(10)이 난방 운전 모드로 운전될 경우, 상기 사방변(117)을 통과한 냉매는 상기 실내 열교환기(140)를 거쳐 상기 실외 열교환기(120) 측으로 유동할 수 있다. When the gas
상기 가스 히트펌프 시스템(10)은, 상기 압축기(110), 실외 열교환기(120) 및 실내 열교환기(140) 등을 연결하여 냉매의 유동을 가이드 하는 냉매 배관(170, 실선 유로)을 더 포함할 수 있다. The gas
이하에서는 상기 가스 히트펌프 시스템(10)의 구성에 대하여, 냉방 운전 모드를 기준으로 설명하기로 한다. Hereinafter, the configuration of the gas
상기 실외 열교환기(120)로 유동한 냉매는 외기와 열교환 하여 응축될 수 있다. 상기 실외 열교환기(120)의 일측에는 외기를 불어주는 실외 팬(122)이 배치될 수 있다. The refrigerant that has flowed to the
상기 실외 열교환기(120)의 출구측에는, 냉매를 감압하기 위한 메인 팽창 장치(125)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 메인 팽창 장치(125)는, 전자 팽창 밸브(Electronic expansion valve, EEV)를 포함할 수 있다. 냉방 운전 시, 상기 메인 팽창 장치(125)는 풀 오픈(full open) 되어 냉매의 감압 작용을 수행하지 않는다.A
상기 메인 팽창 장치(125)의 출구 측에는, 냉매를 추가 냉각하기 위한 과냉각 열교환기(130)가 제공될 수 있다. 그리고, 상기 과냉각 열교환기(130)에는, 과냉각 유로(132)가 연결될 수 있다. 상기 과냉각 유로(132)는 상기 냉매 배관(170)으로부터 분지되어 상기 과냉각 열교환기(130)에 연결될 수 있다. On the outlet side of the
그리고, 상기 과냉각 유로(132)에는, 과냉각 팽창 장치(135)가 설치될 수 있다. 상기 과냉각 유로(132)를 유동하는 냉매는 상기 과냉각 팽창 장치(135)를 통과하면서 감압될 수 있다. The
상기 과냉각 열교환기(130)에서는, 상기 냉매 배관(170)의 냉매와 상기 과냉각 유로(132)의 냉매 간에 열교환이 이루어질 수 있다. 열교환 과정에서, 상기 냉매 배관(170)의 냉매는 과냉되며, 상기 과냉각 유로(132)의 냉매는 흡열한다.In the
상기 과냉각 유로(132)는 기액 분리기(160)에 연결될 수 있다. 상기 과냉각 열교환기(130)에서 열교환 된 과냉각 유로(132)의 냉매는 상기 기액 분리기(160)로 유입될 수 있다. The
상기 과냉각 열교환기(130)를 통과한 냉매 배관(170)의 냉매는 실내기 측으로 유동하며, 실내 팽창 장치(145)에서 감압된 후 상기 실내 열교환기(140)에서 증발된다. 상기 실내 팽창 장치(145)는 실내기의 내부에 설치되며, 전자 팽창 밸브(EEV)로 구성될 수 있다. The refrigerant in the
또한, 실내 열교환기(140)에서 증발된 냉매는 상기 사방변(117)을 경유한 후, 곧 바로 기액 분리기(160)로 유입될 수도 있으며, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다. The refrigerant vaporized in the
한편, 난방 과정에서 상기 실내 열교환기(140)에서 응축된 냉매는 보조 열교환기(150)(또는 중간 열교환기)로 유동할 수 있다. 상기 보조 열교환기(150)에는 냉매 분기 배관(151)이 연결될 수 있다. Meanwhile, in the heating process, the refrigerant condensed in the
상기 냉매 분기 배관(151) 중에서 상기 보조 열교환기(150)의 입구 측에 위치되는 배관에는 팽창 밸브(152)가 구비될 수 있다. 상기 팽창 밸브(152)는 냉매의 유동을 조절하면서 냉매를 감압할 수 있다. An
따라서, 상기 보조 열교환기(150)는 저압의 냉매와 고온의 냉각수 간에 열교환이 이루어질 수 있는 열교환기로서, 일례로 판형 열교환기를 포함할 수 있다. Accordingly, the
상기 보조 열교환기(150)를 통과한 냉매는 기액 분리기(160)로 유입될 수도 있다. The refrigerant passing through the auxiliary heat exchanger (150) may be introduced into the gas-liquid separator (160).
상기 보조 열교환기(150)를 통과한 냉매는 상기 기액 분리기(160)에서 기액 분리되며, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다.The refrigerant having passed through the
한편, 상기 가스 히트펌프 시스템(10)은, 엔진(200)의 냉각을 위한 냉각수가 저장되는 냉각수 탱크(305) 및 냉각수의 유동을 가이드 하는 냉각수 배관(360, 점선유로)을 더 포함할 수 있다. The gas
상기 냉각수 배관(360)에는, 냉각수의 유동력을 발생시키는 냉각수 펌프(300)와, 냉각수의 유동 방향을 전환하기 위한 복수의 유동 전환부(310, 320) 및 냉각수를 냉각하기 위한 방열기(330, radiator)가 설치될 수 있다. The cooling
상기 복수의 유동 전환부(310, 320)는, 제 1 유동 전환부(310) 및 제 2 유동 전환부(320)를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 제 1 유동 전환부(310) 및 제 2 유동 전환부(320)는, 삼방 밸브(3way valve)를 포함할 수 있다. The plurality of
상기 방열기(330)는 상기 실외 열교환기(120)의 일측에 위치될 수 있으며, 상기 방열기(330)의 냉각수는 상기 실외 팬(122)의 구동에 의하여 외기와 열교환 되며, 이 과정에서 냉각될 수 있다. The
상기 냉각수 펌프(300)가 구동되면, 상기 냉각수 탱크(305)에 저장된 냉각수는 후술할 엔진(200) 및 배기가스 열교환기(240)를 통과하며, 상기 제 1 유동 전환부(310) 및 제 2 유동 전환부(320)를 거쳐 상기 방열기(330) 또는 상기 보조 열교환기(150)로 선택적으로 유동될 수 있다. When the cooling
상기 가스 히트펌프 시스템(10)은, 상기 압축기(110)의 구동을 위한 동력을 발생시키는 엔진(200)을 포함하는 엔진 모듈을 더 포함할 수 있다. The gas
상기 엔진 모듈은 상기 엔진(200) 및 엔진(200)으로 혼합 연료를 공급하기 위한 다양한 부품을 포함할 수 있다. The engine module may include various components for supplying mixed fuel to the
상기 가스 히트펌프 시스템(10)은, 상기 엔진(200)의 입구 측에 배치되어 혼합 연료를 공급하는 믹서(220)를 더 포함할 수 있다. The gas
상기 가스 히트펌프 시스템(10)은, 상기 믹서(220)에 정화된 공기를 공급하는 공기 여과기(210) 및 소정 압력 이하의 연료(fuel)를 공급하기 위한 제로 가버너(zero governor : 230)를 더 포함할 수 있다. The gas
상기 제로 가버너(230)는 연료의 입구 압력의 크기 또는 유량의 변화에 관계없이, 출구 압력을 일정하게 조절하여 공급하는 장치로서 이해될 수 있다. The zero
상기 공기 여과기(210)를 통과한 공기와, 상기 제로 가버너(230)에서 토출된 연료는 상기 믹서(220)에서 혼합되어 혼합기를 구성한다. 그리고, 상기 혼합기는 상기 엔진(200)에 공급될 수 있다. The air passing through the
또한, 상기 가스 히트펌프 시스템(10)은, 상기 엔진(200)의 출구측에 제공되며 혼합기가 연소된 후 발생되는 배기가스가 유입되는 배기가스 열교환기(240) 및 상기 배기가스 열교환기(240)의 출구측에 제공되어 배기가스의 소음을 저감하기 위한 머플러(muffler : 250)를 더 포함할 수 있다. The gas
상기 배기가스 열교환기(240)에서는, 냉각수와 배기가스 간에 열교환이 이루어질 수 있다. In the exhaust
한편, 상기와 같이 가스 히트펌프 시스템(10)에 적용되는 엔진(200)은 가정용 LNG나 LPG 등을 연료로 사용한다. Meanwhile, as described above, the
하지만, 자연흡기 방식으로 엔진(200)에 공기를 공급하면서, 주택용 LNG나 LPG를 연료로 공급할 경우, 낮은 공급압력(1~2.5 kPa)으로 인해 엔진(200)의 출력이 감소하게 되는 문제가 있다.However, there is a problem that the output of the
또한, 여름철의 경우 가스 히트펌프 시스템(10)은 실내의 온도를 낮추기 위해 냉방 모드로 작동하게 되는데, 실외의 기온이 고온인 경우, 높은 기온으로 인해 엔진(200)으로 고온의 공기가 공급된다. In summer, the gas
이에 따라, 엔진(200)으로 저밀도의 공기가 공급되어 엔진(200)의 출력이 감소하게 된다. 그 결과, 엔진(200)의 출력이, 높은 냉방 부하를 따라갈 수 없어, 냉방 불량의 원인이 될 수 있다. Accordingly, low-density air is supplied to the
이를 해결하기 위해, 자동차의 엔진과 같이, 공기를 과급기로 가압한 후, 공기량에 따라 연료량을 조절하면서 공급하면, 가스 연료의 배관 내 공급압력(약 2.5kPa)이 과급압력(약 30kPa)보다 낮아 연료 공급이 어려워지는 문제도 있다. In order to solve this problem, when the air is supplied by adjusting the amount of fuel according to the amount of air after pressurizing the air with a supercharger as in an automobile engine, the supply pressure (about 2.5 kPa) in the gas fuel pipe is lower than the boost pressure There is a problem that fuel supply becomes difficult.
본 발명의 경우, 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 상기 가스 히트펌프 시스템(10)은, 믹서(220)와 엔진(200) 사이에 배치되는 과급수단(400) 및 조절수단(600)을 더 포함할 수 있다. The gas
상기 과급수단(400)은 상기 믹서(220)에서 공기와 연료가 혼합된 후, 배출된 혼합기를 압축시켜 상기 엔진(200) 측으로 배출한다. 이때, 상기 과급수단(400)은 믹서(220)에서 공기와 연료를 대기압 이상으로 압축시킬 수 있다. After the air and the fuel are mixed in the
일 예로, 상기 과급수단(400)은, 상기 엔진(200)의 배기가스에 의해 구동하는 터보차저(turbo charger)로 구성될 수 있다. For example, the supercharging means 400 may be a turbocharger driven by the exhaust gas of the
상기 터보차저는 상기 엔진(200)에서 배출된 배기가스를 이용해서, 터빈(411)을 회전시키고, 그 회전력에 의해 유입된 기체를 가압(압축)시켜 배출한다. The turbocharger rotates the
따라서, 상기 과급수단(400)이 터보차저로 구비된 경우, 터보차저는 상기 터빈(411) 측이 상기 엔진(200)의 배기 배관(191)을 통해서 상기 엔진(200)의 배기 매니폴드와 연결되어 회전하게 되고, 상기 믹서(220)에서 혼합된 혼합기가 유입되면, 가압(압축)한 후, 상기 인터쿨러(500) 측으로 배출한다. The
다른 예로, 상기 과급수단(400)은, 상기 엔진(200)의 동력 또는 전동기(electric motor)에 의해 구동하는 슈퍼차저로 구비될 수 있다. As another example, the supercharging means 400 may be provided as a supercharger driven by the power of the
또한, 상기 조절수단(600)은 상기 과급수단(400)과 상기 엔진(200) 사이에 배치되어, 상기 엔진(200)으로 공급되는 압축된 혼합기의 양을 조절한다.The regulating means 600 is disposed between the supercharging means 400 and the
일 예로, 상기 조절수단(600)은 ETC(electronic throttle control) 방식이 적용된 밸브로 구비될 수 있다. For example, the control means 600 may be a valve using an electronic throttle control (ETC) method.
본 발명에 의하면, 연료와 공기가 상기 믹서(220)에서 혼합되고, 상기 과급수단(400)에서 고압으로 가압된 후, 상기 엔진(200)으로 공급될 수 있다. According to the present invention, fuel and air are mixed in the
또한, 상기 조절수단(600)을 통해 상기 엔진(200)으로 공급되는 고압의 혼합기(공기+연료)의 양이 정밀하게 제어될 수도 있다.Also, the amount of the high-pressure mixer (air + fuel) supplied to the
따라서, 상기 엔진(200)의 효율이 향상될 수 있다. 또한, 상기 엔진(200)의 크기를 키우지 않고도, 상기 엔진(200)의 최대 출력량을 키울 수 있다. 즉, 소형 엔진으로 대형 엔진의 출력을 구현할 수 있다. Therefore, the efficiency of the
한편, 상기와 같이 혼합기가 상기 과급수단(400)을 통과하면, 혼합기의 압력 및 온도가 상승한다. 이 경우, 상기 엔진(200)으로 흡입되는 혼합기의 밀도가 감소하게 되고, 엔진의 체적 효율이 낮아질 수 밖에 없다. On the other hand, when the mixer passes through the
본 발명의 경우, 이를 해결하기 위해, 상기 가스 히트펌프 시스템(10)은, 상기 과급수단(400)과 상기 조절수단(600) 사이에 배치되는 인터쿨러(500)를 더 포함할 수 있다. The gas
상기 인터쿨러(500)는, 상기 과급수단(400)에서 토출된 고온 고압의 혼합기를 냉각시켜, 부피는 줄이고, 밀도를 향상시킨 뒤, 배출한다. The intercooler (500) cools the high-temperature high-pressure mixer discharged from the supercharging means (400), reduces the volume, increases the density, and discharges it.
일 예로, 상기 인터쿨러(500)는, 상기 엔진(200)으로 공급될 혼합기와 상기 엔진(200)으로 유동하기 위한 냉각수의 일부를 열교환시킬 수 있다. For example, the
따라서, 상기 인터쿨러(500)에 따르면, 상기 엔진(200)으로 공급되는 혼합기의 온도를 낮추고, 밀도를 키워 상기 엔진(200)의 체적 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. Therefore, according to the
상기와 같이 상기 믹서(220)와 상기 엔진(200) 사이에 과급수단(400) 및 인터쿨러(500) 등이 구비되면, 혼합기가 체류하는 유로의 길이가 길어질 수밖에 없다. 이때, 공기 내 수분이 많을 경우 혼합기와 물이 반응하여 포름산을 발생시켜 배관을 파손 시킬 수 있으며, 이로 인해 폭발 등의 위험이 있다. If the supercharging
본 발명의 경우, 이를 방지를 위해 관리자로부터 '운전정지명령'이 입력되면, 상기 조절수단(600)을 닫은 상태(closed)에서 엔진(200) 정지시까지 엔진(200)을 구동하여, 혼합기를 연소하거나, 외부 배출시켜 포름산 발생을 억제시킬 수 있으며, 배관 파손 및 폭발 등의 위험을 예방할 수 있다. The
상기 냉각수 배관(360)은, 상기 냉각수 탱크(305)로부터 상기 엔진(200)을 향하여 연장되는 공급 배관(361)을 포함할 수 있다. The cooling
상기 공급 배관(361)에는, 냉각수의 유동을 위한 냉각수 펌프(300)가 설치될 수 있다. The
상기 공급 배관(361)은 상기 배기가스 열교환기(240)를 지나 상기 엔진(200)으로 연장될 수 있다. The
즉, 상기 공급 배관(361)을 유동하는 냉각수는 상기 배기가스 열교환기(240)에서 상기 엔진(200)에서 배출되는 배기가스와 열교환되고 상기 엔진(200)을 유동하면서 상기 엔진(200)의 폐열을 회수한다. That is, the cooling water flowing through the
상기 과급수단(400)인 터보차저의 방열을 위하여, 상기 냉각수 배관(360)은, 상기 공급 배관(361) 중에서 상기 배기가스 열교환기(240)의 출구 측 배관에서 바이패스되는 바이패스 배관(373)을 더 포함할 수 있다. The cooling
상기 바이패스 배관(373)은 상기 과급수단(400)과 열교환된 후에 상기 배기가스 열교환기(240)의 출구 측 배관으로 공급될 수 있다. The
즉, 상기 바이패스 배관(373)의 일단은 상기 배기가스 열교환기(240)의 출구 측 배관에 연결되고, 타단은 상기 일단과 이격된 위치에서 상기 배기가스 열교환기(240)의 출구 측 배관에 연결될 수 있다. That is, one end of the
따라서, 상기 배기가스 열교환기(240)를 지난 냉각수의 일부는 상기 엔진(200)으로 바로 유동하고, 다른 일부는 상기 과급수단(400)과 열교환된 후에 상기 엔진(200)으로 유동한다. Therefore, a portion of the cooling water passing through the exhaust
상기 냉각수 배관(360)은, 상기 엔진(200)을 통과한 냉각수를 상기 제 1 유동전환부(310)로 가이드 하는 회수 배관(362)을 더 포함할 수 있다. The cooling
또한, 상기 냉각수 배관(360)은, 냉각수를 상기 제 1 유동전환부(310)로부터 상기 제 2 유동전환부(320)로 가이드 하는 제 1 안내 배관(363)을 더 포함할 수 있다. The cooling
또한, 상기 냉각수 배관(360)은, 냉각수를 상기 제 2 유동전환부(320)로부터 상기 보조 열교환기(150)로 가이드 하는 제 2 안내 배관(364)을 더 포함할 수 있다. The cooling
상기 냉각수 배관(360)은, 냉각수를 상기 제 2 유동전환부(320)로부터 상기 방열기(330)로 가이드 하는 제 3 안내 배관(365)을 더 포함할 수 있다. The cooling
상기 냉각수 배관(360)은, 냉각수를 상기 제 1 유동전환부(310)로부터 상기 공급 배관(361)으로 가이드 하는 제 4 안내 배관(366)을 더 포함할 수 있다. The cooling
일 예로, 상기 엔진(200)을 통과한 냉각수의 온도가 설정온도 미만으로 형성될 때, 상기 냉각수를 상기 보조 열교환기(150) 또는 방열기(330)로 유동시켜 열교환 시킬 효과가 미미해지므로 상기 제 1 유동전환부(310)로 유입된 냉각수를 상기 제 4 안내 배관(366)을 통하여 상기 공급 배관(361)으로 바이패스 시킬 수 있다. For example, when the temperature of the cooling water that has passed through the
상기 가스 히트펌프 시스템(10)은, 상기 엔진(200)의 출구측에 설치되어 상기 엔진(200)을 통과한 냉각수의 온도를 감지하는 냉각수 온도센서(290)를 더 포함할 수 있다. The gas
한편, 상기 엔진(200)의 일측에는, 상기 엔진(200)에 오일을 공급하기 위한 오일 팬(820)이 구비될 수 있고, 상기 오일 팬(800)은 오일 탱크(810)에 저장된 오일을 공급받을 수 있다. An
상기 오일 팬(800)에는 오일 펌프(820)가 구비될 수 있다. 상기 오일 펌프(820)에 의해서 펌핑된 오일은 제 1 오일 유로(830)에 의해서 엔진(200)으로 공급된 후에 상기 엔진(200)으로부터 회수될 수 있다. The
상기 제 1 오일 유로(830)에서 제 2 오일 유로(840)가 분기될 수 있다. 상기 제 2 오일 유로(840)는 상기 터보차저의 회전축의 윤활을 위하여 상기 터보차처로 오일을 공급하고 상기 터보차저로부터 오일을 회수한다. The
제한적이지는 않으나, 상기 제 2 오일 유로(840)에서 상기 터보차저의 출구 측 유로(842)는 상기 오일 탱크(810)에 연결될 수 있다. Although not limited, the outlet-
상기 터보차처의 회전축의 속도가 고속인 경우 상기 회전축으로 급유된 오일의 온도가 높아지게 되어 오일이 산화되는 문제가 발생할 수 있다. 오일이 산화되는 경우 오일이 윤활유 역할을 하지 못하기 때문에 엔진(200)과 터보차저의 윤활 성능이 저하되고, 엔진(200)과 터보차저의 성능이나 수명이 감소되는 문제가 있다. When the speed of the rotary shaft of the turbo choker is high, the temperature of the oil lubricated by the rotary shaft becomes high, and oil may be oxidized. The lubricating performance of the
따라서, 본 발명의 가스 히트펌프 시스템(10)은, 오일의 온도 상승을 제한하기 위하여 상기 터보차저로 공급되는 오일을 냉각하기 위한 오일 쿨러(700)를 더 포함할 수 있다. Accordingly, the gas
상기 오일 쿨러(700)는 상기 터보차저로 유동하는 오일과 상기 냉매 배관(170)을 유동하는 냉매를 열교환시킨다. The
예를 들어, 상기 냉매 분기 배관(151)을 유동하는 냉매와 상기 제 2 오일 유로(840)를 유동하는 오일이 상기 오일 쿨러(700)에 의해서 열교환될 수 있다. For example, refrigerant flowing through the
이때, 상기 냉매 분기 배관(151)의 냉매가 상기 보조 열교환기(150)에 의해서 냉각수와 열교환된 후에 상기 오일 쿨러(700) 측으로 유동하여 상기 터보차저로 유동하는 오일과 열교환된다. 그리고, 오일과 열교환된 냉매는 상기 기액 분리기(160)로 유동될 수 있다. At this time, the refrigerant in the
상기 제 2 오일 유로(840) 중에서 상기 터보차저의 출구 측 유로(842)에는 상기 터보차저에서 배출된 오일의 온도를 감지하기 위한 오일 온도 센서(710)가 구비될 수 있다. An
상기 오일 온도 센서(710)에서 감지된 온도가 기준 온도 이상이 되면, 상기 냉매 분기 배관(151)에 구비되는 팽창 밸브(152)에 의해서 냉매가 상기 냉매 분기 배관(151)으로 유동되면서 상기 팽창 밸브(152)에 의해서 냉매가 감압될 수 있다. When the temperature sensed by the
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 난방 운전시, 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 유동을 보여주는 사이클 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 냉방 운전시, 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 유동을 보여주는 사이클 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진 모듈에서의 냉각수 및 오일의 유동을 보여주는 도면이다. FIG. 3 is a cycle diagram showing the flow of refrigerant, cooling water, and mixed fuel in the heating operation of the gas heat pump system according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a view showing a flow of cooling water and oil in an engine module according to an embodiment of the present invention. FIG.
먼저, 도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 가스 히트펌프 시스템(10)이 난방 운전을 수행하는 경우, 냉매는 상기 압축기(110), 오일 분리기(115), 사방변(117), 실내 열교환기(140) 및 과냉각 열교환기(130)를 거친다. 3 and 5, when the gas
그리고, 냉매는 메인 팽창장치(125)에서 감압되어 실외 열교환기(120)에서 열교환 된 후, 상기 사방변(117)으로 다시 유입된다. 여기서, 상기 실내 열교환기(140)는 "응축기", 상기 실외 열교환기(120)는 "증발기"로서 기능할 수 있다. Then, the refrigerant is decompressed in the
한편, 상기 냉각수 펌프(300)가 구동되면, 상기 냉각수 펌프(300)에서 토출된 냉각수는 상기 공급 배관(361)을 따라 유동하여 상기 배기가스 열교환기(240)로 유입되어, 배기가스와 열교환 된다. Meanwhile, when the cooling
그리고, 상기 배기가스 열교환기(240)에서 토출된 냉각수는 상기 엔진(200)으로 유입되어 엔진(200)을 냉각시키고, 상기 회수 배관(362)을 경유하여 상기 제 1 유동 전환부(310)로 유입된다. The cooling water discharged from the exhaust
상기 제 1 유동 전환부(310)의 제어에 의하여, 상기 제 1 유동 전환부(310)를 거친 냉각수는 상기 제 1 안내 배관(363)을 따라 상기 제 2 유동 전환부(320)를 향하여 유동한다. 그리고, 상기 제 2 유동 전환부(320)를 거친 냉각수는 상기 제 2 안내 배관(364)을 경유하여 상기 보조 열교환기(150)로 유입되어, 냉매와 열교환될 수 있다. 그리고, 상기 보조 열교환기(150)를 거친 냉각수는 상기 냉각수 펌프(300)로 유입될 수 있다. 냉각수는 이러한 사이클이 반복되어 유동될 수 있다. Under the control of the first
한편, 난방 운전시 냉각수는 상기 방열기(330)로의 유동이 제한될 수 있다. 일반적으로, 난방 운전은 외기의 온도가 낮을 때 수행되므로, 냉각수가 상기 방열기(330)에서 냉각되지 않더라도 상기 냉각수 배관(360)을 유동하는 과정에서 냉각될 가능성이 높게 된다. On the other hand, the flow of cooling water to the
따라서, 난방 운전시 냉각수는 상기 방열기(330)를 통과하지 않도록, 상기 제 1,2 유동 전환부(310, 320)가 제어될 수 있다. Accordingly, the first and second
다만, 상기 보조 열교환기(150)에서의 열교환이 필요로 하지 않을 때에는, 냉각수는 상기 제 2 유동전환부(320)로부터 상기 제 3 안내 배관(365)을 경유하여 상기 방열기(330)로 유입될 수도 있다. When the heat exchange in the
다음으로 상기 엔진(200)의 구동에 대하여 설명한다.Next, the driving of the
상기 공기 여과기(210)에서 필터링 된 공기와, 상기 제로 가버너(230)를 통하여 압력 조절된 연료는 상기 믹서(220)에서 혼합된다. 상기 믹서(220)에서 혼합된 혼합기는 상기 과급수단(400)에서 가압되고, 가압된 혼합기는 상기 인터쿨러(500)에서 냉각되어 밀도가 향상된다. The air filtered by the
상기 인터쿨러(500)를 통과한 혼합기는 상기 조절수단(600)을 통해 그 양이 조절되고, 상기 엔진(200)으로 공급되어 상기 엔진(200)을 운전시킨다. 그리고, 상기 엔진(200)에서 배출된 배기가스는 상기 배기가스 열교환기(240)로 유입되어 냉각수와 열교환 되며, 상기 머플러(250)를 거쳐 외부로 배출된다. The amount of the mixer having passed through the
상기 오일 펌프(820)의 작동에 의해서 상기 오일 팬(800)의 오일은 상기 제 1 오일 유로(830)를 따라 유동하면서 상기 엔진(200)의 윤활을 수행한다. 또한, 상기 제 1 오일 유로(840)에서 분기되어 상기 제 2 오일 유로(840)를 따라 유동하는 오일은 상기 터보차처의 윤활을 수행한다. The oil of the
상기 오일 온도 센서(710)에서는 상기 터보차저에서 토출되는 오일의 온도가 주기적으로 또는 연속적으로 감지되며, 감지된 오일의 온도가 기준 온도 이상이 되면, 상기 팽창 밸브(152)가 개방될 수 있다. In the
상기 팽창 팰브(152)가 개방되면, 상기 과냉각 열교환기(130)를 통과한 냉매 중 일부는 상기 냉매 분기 배관(151)으로 분기되어 상기 보조 열교환기(150)로 유입됨으로써, 상기 제 2 안내 배관(364)을 유동하는 냉각수와 열교환 될 수 있다. When the
상기 보조 열교환기(150)로 유입되는 냉매는 상기 팽창 밸브(152)에 의해서 감압된 저온의 냉매이고, 상기 보조 열교환기(150)로 공급되는 냉각수는 상기 엔진(200)의 열에 의하여 고온의 상태이다. 따라서, 상기 보조 열교환기(150)의 냉매는 상기 냉각수로부터 흡열할 수 있다. The refrigerant introduced into the
상기 보조 열교환기(150)에서 열교환 된 냉매는 상기 오일 쿨러(700)로 유동하여 상기 과급수단(400)으로 공급되는 오일과 열교환된 후에 상기 기액 분리기(160)로 유입되어 상분리된 후, 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다. 냉매는 상기한 사이클이 반복되어 유동될 수 있다. The refrigerant heat-exchanged in the
본 실시 예에서 상기 보조 열교환기(150)를 지난 냉매는 상기 오일 쿨러(700)에서 오일과 열교환되면서 추가적으로 흡열하게 되므로, 난방 성능이 향상될 수 있다. In this embodiment, since the refrigerant passing through the
다른 예로서, 난방 운전 시작 시에 상기 팽창 밸브(152)가 온되어 개방되고, 상기 오일 온도 센서(710)에서 감지된 오일의 온도가 기준 온도에 비교에 따라서 상기 팽창 밸브(152)의 개도가 가변될 수 있다. As another example, when the temperature of the oil detected by the
예를 들어, 난방 운전 시작 시에 상기 팽창 밸브(152)가 제1개도로 개방될 수 있고, 상기 오일 온도 센서(710)에서 감지된 오일의 온도가 기준 온도 이상이면, 상기 팽창 밸브(152)의 개도가 제1개도 보다 작은 제2개도로 변경될 수 있다. For example, when the heating operation is started, the
다음으로, 도 4를 참조하면, 상기 가스 히트펌프 시스템(10)이 냉방운전을 수행하는 경우, 냉매는 상기 압축기(110), 오일 분리기(115), 사방변(117), 실외 열교환기(120) 및 과냉각 열교환기(130)를 거친다. Referring to FIG. 4, when the gas
그 다음, 냉매는 실내 팽창장치(145)에서 감압되어 실내 열교환기(140)에서 열교환 되며 상기 사방변(117)으로 다시 유입된다. 여기서, 상기 실외 열교환기(120)는 "응축기", 상기 실내 열교환기(120)는 "증발기"로서 기능할 수 있다.Then, the refrigerant is decompressed in the
상기 사방변(117)을 통과한 냉매는 상기 기액 분리기(160)로 유입되어 상분리된 후, 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다. 냉매는 상기한 사이클이 반복되어 유동될 수 있다. The refrigerant passing through the four
한편, 상기 냉각수 펌프(300)가 구동되면, 상기 냉각수 펌프(300)에서 토출된 냉각수는 상기 공급 배관(361)을 따라 유동하여 상기 배기가스 열교환기(240)로 유입되어, 배기가스와 열교환 된다. 그리고, 상기 배기가스 열교환기(240)에서 토출된 냉각수는 상기 엔진(200)으로 유입되어 엔진(200)을 냉각시키고, 상기 회수 배관(362)을 경유하여 상기 제 1 유동 전환부(310)로 유입된다. Meanwhile, when the cooling
상기 제 1 유동 전환부(310)로 유입될 때까지의 냉각수 유동은 난방 운전시의 냉각수 유동과 동일하다. The coolant flow until the coolant flows into the first
상기 제 1 유동 전환부(310)를 거친 냉각수는 상기 제 2 유동전환부(320)로 유입되며, 상기 제 2 유동 전환부(320)의 제어에 의하여 상기 방열기(330)로 유동하여 외기와 열교환 될 수 있다. 그리고, 상기 방열기(330)에서 냉각된 냉각수는 상기 냉각수 펌프(300)로 유입된다. 냉각수는 이러한 사이클이 반복되어 유동될 수 있다. The cooling water that has passed through the first
한편, 냉방 운전시 냉각수는 상기 보조 열교환기(150)로의 유동이 제한될 수 있다. 일반적으로, 냉방 운전은 외기의 온도가 높을 때 수행되므로, 증발 성능 확보를 위하여 냉매의 흡열이 요구되지 않을 수 있다. 따라서, 냉방 운전시 냉각수는 상기 보조 열교환기(150)를 통과하지 않도록, 상기 제 1,2 유동 전환부(310, 320)가 제어될 수 있다. On the other hand, the flow of cooling water to the auxiliary heat exchanger (150) during the cooling operation can be restricted. Generally, since the cooling operation is performed when the temperature of the outside air is high, heat absorption of the refrigerant may not be required for securing the evaporation performance. Therefore, the first and second
다만, 상기 보조 열교환기(150)에서의 열교환이 필요로 하는 경우, 냉각수는 상기 제 2 유동 전환부(320)를 경유하여 상기 보조 열교환기(150)로 유입될 수도 있다. However, when it is necessary to perform heat exchange in the
상기 엔진(200)의 구동과 관련하여서는, 난방 운전시의 작용과 동일하므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다. The operation of the
제안되는 실시 예에 의하면, 가스엔진에 공급되는 연료와 공기의 혼합기를 과급수단을 이용해서 자연흡기 대비 높은 압력으로 엔진에 공급함으로써, 체적 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.According to the proposed embodiment, there is an advantage that the volume efficiency can be improved by supplying a mixture of fuel and air supplied to the gas engine to the engine at a higher pressure than the natural intake by using supercharging means.
또한, 과급수단으로 공급되는 오일을 오일 쿨러를 통해 냉각시킴으로써, 과급수단 및 엔진의 성능이나 수명이 저하되는 것이 방지될 수 있다. Further, by cooling the oil supplied as the supercharging means through the oil cooler, the performance and life of the supercharging means and the engine can be prevented from deteriorating.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 엔진 모듈을 보여주는 도면이다. 6 is a view showing an engine module according to another embodiment of the present invention.
본 실시 예는 다른 부분에 있어서는 이전 실시 예와 동일하고, 다만, 냉매가 직접 터보차저를 냉각함으로서, 오일을 간접적으로 냉각시키는 것에서 차이가 있다. 따라서, 이하에서는 본 실시 예의 특징적인 부분에 대해서만 설명하기로 한다. This embodiment is identical to the previous embodiment in other respects except that the refrigerant indirectly cools the oil by directly cooling the turbocharger. Therefore, only the characteristic parts of the present embodiment will be described below.
도 6을 참조하면, 본 실시 예의 경우, 오일 쿨러가 생략되고, 냉매 분기 배관(151a)의 냉매가 상기 터보차저 자체를 냉각할 수 있다. Referring to FIG. 6, in the case of the present embodiment, the oil cooler is omitted, and the refrigerant in the
상기 냉매 분기 배관(151a)의 냉매가 상기 터보차처 자체를 냉각시키는 경우, 상기 터보차저로 공급되는 오일이 상기 냉매에 의해서 간접적으로 냉각될 수 있다. When the refrigerant in the
본 실시 예의 경우, 이전 실시 예에서 설명한 바이패스 배관(373)을 유동하는 냉각수와 상기 냉매 분기 배관(151a)을 유동하는 냉매에 의해서 상기 터보차저의 오일이 냉각될 수 있다. In this embodiment, the oil of the turbocharger can be cooled by the cooling water flowing through the
또는, 상기 바이패스 배관(373)이 생략되고, 상기 냉매 분기 배관(151a)을 따라 유동하는 냉매에 의해서만 상기 터보차저가 냉각되도록 하는 것도 가능하다. Alternatively, the
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 구성을 보여주는 사이클 도면이다. 7 is a cycle diagram showing a configuration of a gas heat pump system according to another embodiment of the present invention.
본 실시 예는 다른 부분에 있어서는 이전 실시 예와 동일하고, 다만, 보조 열교환기의 출구 측 배관에서 오일 냉각용 배관이 분기되어 오일 쿨러에 연결되는 것에서 차이가 있다. 따라서, 이하에서는 본 실시 예의 특징적인 부분에 대해서만 설명하기로 한다. The present embodiment differs from the previous embodiment in that the oil cooling pipe is branched from the outlet pipe of the auxiliary heat exchanger and connected to the oil cooler. Therefore, only the characteristic parts of the present embodiment will be described below.
도 7을 참조하면, 상기 냉매 배관(170)에서 냉매 분기 배관(151a)이 분기되고, 상기 냉매 분기 배관(151a)에 보조 열교환기(150)가 연결된다. 그리고, 상기 냉매 분기 배관(151a)에서 상기 보조 열교환기(150)의 입구 측 배관에 팽창 밸브(152a)가 구비된다. Referring to FIG. 7, the
상기 냉매 분기 배관(151a)은 상기 기액 분리기(160) 또는 상기 기액 분리기(160)의 입구 측 배관에 연결될 수 있다. The
상기 냉매 분기 배관(151a) 중 상기 보조 열교환기(150)의 출구 측 배관에서 오일 냉각용 배관(153)이 분기될 수 있다. 상기 오일 냉각용 배관(153)은 상기 오일 쿨러(700)와 연결될 수 있다. The
상기 오일 냉각용 배관(153)에는 냉매 유동을 조절하기 위한 유동 조절 밸브(154)가 구비될 수 있다. 상기 유동 조절 밸브(154)는 오일 감지 센서(710)에서 감지된 오일의 온도가 기준 온도 이상인 경우에 온될 수 있다. The
본 실시 예에 의하면, 난방 운전 시작 시에는 상기 팽창 밸브(152a)가 온되고, 상기 유동 조절 밸브(154)는 오프될 수 있다. 이 경우에는 상기 보조 열교환기(150)에서 냉각수와 열교환된 냉매는 상기 오일 쿨러(700)를 유동하지 않고 바로 상기 기액 분리기(160)로 유동할 수 있다. According to the present embodiment, at the start of the heating operation, the
그리고, 상기 오일 감지 센서(710)에서 감지된 오일의 온도가 기준 온도 이상인 경우에 온되면, 상기 유동 조절 밸브(154)가 온될 수 있다. If the temperature of the oil detected by the
그러면, 상기 보조 열교환기(150)에서 냉각수와 열교환된 냉매 중 일부는 상기 오일 쿨러(700)를 유동하지 않고 바로 상기 기액 분리기(160)로 유동하고, 다른 일부는 상기 오일 쿨러(700)를 유동하면서 오일과 열교환된 후에 상기 기액 분리기(160)로 유동할 수 있다. Then, some of the refrigerant heat-exchanged with the cooling water in the
본 명세서에서, 엔진 및 터보차저로 오일을 공급 및 순환시키기 위한 구성을 오일 순환 모듈이라 이름할 수 있다. 일 예로 상기 오일 순환 모듈은, 제 1 오일 유로, 제 2 오일 유로, 오일 팬 및 오일 탱크를 포함할 수 있다. In the present specification, a configuration for supplying and circulating oil to the engine and the turbocharger may be referred to as an oil circulation module. For example, the oil circulation module may include a first oil passage, a second oil passage, an oil pan, and an oil tank.
10: 가스 히트펌프 시스템 110: 압축기
120: 실외 열교환기 140: 실내 열교환기
150: 보조 열교환기 151: 냉매 분기 배관
152: 팽창 밸브
200: 엔진 240: 배기가스 열교환기
400: 과급수단 700: 오일 쿨러
700: 오일 온도 센서 830: 제 1 오일 유로
840: 제 2 오일 유로10: Gas heat pump system 110: Compressor
120: outdoor heat exchanger 140: indoor heat exchanger
150: auxiliary heat exchanger 151: refrigerant branch piping
152: Expansion valve
200: engine 240: exhaust gas heat exchanger
400: supercharging means 700: oil cooler
700: Oil temperature sensor 830: First oil path
840: the second oil passage
Claims (10)
연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소하여, 상기 압축기의 운전을 위한 동력을 제공하는 엔진을 포함하는 엔진 모듈;
상기 엔진으로 오일을 공급하기 위한 오일 순환 모듈;
상기 엔진을 냉각하기 위한 냉각수가 유동하는 냉각 모듈; 및
상기 냉매 배관에서 분기되는 냉매 분기 배관으로 유동하는 냉매와 상기 냉각수를 열교환시키기 위한 보조 열교환기를 포함하고,
상기 엔진 모듈은,
상기 공기와 연료를 혼합하여 상기 엔진 측으로 배출하는 믹서;
상기 믹서와 상기 엔진 사이에 배치되어, 상기 믹서에서 배출된 혼합기를 압축시킨 후, 상기 엔진 측으로 배출하는 과급수단; 및
상기 엔진과 상기 과급수단 사이에 배치되며, 상기 과급수단에서 압축된 혼합기를 냉각시켜는 인터쿨러를 포함하고,
상기 오일 순환 모듈은, 상기 오일이 저장되는 오일 팬과,
상기 오일 팬의 오일을 상기 엔진으로 공급하기 위한 제 1 오일 유로와,
상기 오일 팬의 오일을 상기 과급수단으로 공급하기 위한 제 2 오일 유로를 포함하고,
상기 제 2 오일 유로를 통해 유동하는 오일은 상기 냉매 분기 배관에서 상기 보조 열교환기를 유동한 냉매와 열교환되는 가스 히트펌프 시스템. An air conditioning module including a compressor, an outdoor heat exchanger, an expansion device, an indoor heat exchanger, and a refrigerant pipe;
An engine module including an engine that burns a mixture of fuel and air to provide power for operation of the compressor;
An oil circulation module for supplying oil to the engine;
A cooling module through which cooling water for cooling the engine flows; And
And an auxiliary heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant flowing into the refrigerant branch pipe branched from the refrigerant pipe and the cooling water,
The engine module includes:
A mixer for mixing the air and the fuel and discharging the mixture to the engine side;
A supercharger disposed between the mixer and the engine for compressing the mixer discharged from the mixer and discharging the mixed gas to the engine; And
And an intercooler which is disposed between the engine and the supercharging means and cools the mixer compressed by the supercharging means,
The oil circulation module includes an oil pan in which the oil is stored,
A first oil passage for supplying the oil of the oil pan to the engine,
And a second oil passage for supplying the oil of the oil pan to the supercharging means,
And the oil flowing through the second oil passage is heat-exchanged with the refrigerant flowing in the auxiliary heat exchanger in the refrigerant branch pipe.
상기 냉매 분기 배관으로 분기된 냉매를 상기 제 2 오일 유로를 따라 유동하는 냉매와 열교환시키기 위한 오일 쿨러를 더 포함하는 가스 히트펌프 시스템. The method according to claim 1,
And an oil cooler for exchanging the refrigerant branched to the refrigerant branch pipe with a refrigerant flowing along the second oil channel.
상기 냉매 분기 배관으로 분기된 냉매는 상기 과급수단을 냉각시킴으로써 상기 오일을 간접적으로 냉각시키는 가스 히트펌프 시스템. The method according to claim 1,
And the refrigerant branched to the refrigerant branch pipe indirectly cools the oil by cooling the supercharging means.
상기 냉매 분기 배관에서 상기 보조 열교환기의 입구 측 배관에는 냉매의 유동을 조절하고 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브가 구비되는 가스 히트펌프 시스템. The method according to claim 2 or 3,
And an expansion valve for controlling the flow of the refrigerant and expanding the refrigerant is provided in the inlet pipe of the auxiliary heat exchanger in the refrigerant branch pipe.
상기 제 2 오일 유로에는 상기 과급수단에서 배출된 오일의 온도를 감지하기 위한 오일 온도 센서가 구비되며,
상기 팽창 밸브는 상기 오일 온도 센서에서 감지된 온도가 기준 온도 이상인 경우 온되는 가스 히트펌프 시스템. 5. The method of claim 4,
Wherein the second oil passage is provided with an oil temperature sensor for sensing the temperature of the oil discharged from the supercharging means,
Wherein the expansion valve is turned on when the temperature sensed by the oil temperature sensor is equal to or higher than a reference temperature.
상기 냉매 분기 배관에서 상기 보조 열교환기의 출구 측 배관에는 오일 냉각용 배관이 분기되고,
상기 오일 냉각용 배관에는 냉매 유동을 조절하기 위한 유동 조절 밸브가 구비되는 가스 히트펌프 시스템. The method according to claim 1,
An oil cooling pipe is branched from the refrigerant branch pipe to an outlet side pipe of the auxiliary heat exchanger,
Wherein the oil cooling pipe is provided with a flow control valve for controlling the flow of refrigerant.
상기 오일 냉각용 배관으로 분기된 냉매를 상기 제 2 오일 유로를 따라 유동하는 냉매와 열교환시키기 위한 오일 쿨러를 더 포함하는 가스 히트펌프 시스템. The method according to claim 6,
And an oil cooler for exchanging the refrigerant branched to the oil cooling pipe with a refrigerant flowing along the second oil passage.
상기 오일 냉각용 배관으로 분기된 냉매는 상기 과급수단을 냉각시킴으로써 상기 오일을 간접적으로 냉각시키는 가스 히트펌프 시스템. The method according to claim 6,
And the refrigerant branched to the oil cooling pipe indirectly cools the oil by cooling the supercharging means.
상기 제 2 오일 유로에는 상기 과급수단에서 배출된 오일의 온도를 감지하기 위한 오일 온도 센서가 구비되며,
상기 유동 조절 밸브는 상기 오일 온도 센서에서 감지된 온도와 기준 온도의 비교 결과에 따라서 제어되는 가스 히트펌프 시스템. 9. The method according to claim 7 or 8,
Wherein the second oil passage is provided with an oil temperature sensor for sensing the temperature of the oil discharged from the supercharging means,
Wherein the flow control valve is controlled according to a result of comparison between a temperature sensed by the oil temperature sensor and a reference temperature.
상기 냉매 분기 배관에서 상기 보조 열교환기의 출구 측 배관에 구비되는 팽창 밸브를 더 포함하고,
난방 운전 시작 시 상기 팽창 밸브는 온되고, 상기 유동 조절 밸브는 오프되고, 난방 운전 중 상기 오일 온도 센서에서 감지된 온도가 기준 온도 이상인 경우 상기 유동 조절 밸브가 온되는 가스 히트펌프 시스템. 10. The method of claim 9,
Further comprising an expansion valve provided on an outlet side pipe of the auxiliary heat exchanger in the refrigerant branch pipe,
The flow control valve is turned on when the heating operation is started, and the flow control valve is turned on when the temperature sensed by the oil temperature sensor during the heating operation is equal to or higher than the reference temperature.
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