KR102042238B1 - 가스 히트펌프 시스템 - Google Patents

가스 히트펌프 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102042238B1
KR102042238B1 KR1020170139212A KR20170139212A KR102042238B1 KR 102042238 B1 KR102042238 B1 KR 102042238B1 KR 1020170139212 A KR1020170139212 A KR 1020170139212A KR 20170139212 A KR20170139212 A KR 20170139212A KR 102042238 B1 KR102042238 B1 KR 102042238B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
engine
heat exchanger
pipe
branch pipe
cooling water
Prior art date
Application number
KR1020170139212A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190046080A (ko
Inventor
정민호
이경렬
최송
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020170139212A priority Critical patent/KR102042238B1/ko
Publication of KR20190046080A publication Critical patent/KR20190046080A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102042238B1 publication Critical patent/KR102042238B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00—Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F25B27/02—Machines, plants or systems, using particular sources of energy using waste heat, e.g. from internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B13/00—Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • F25B41/003—
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/40—Fluid line arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/027—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means
    • F25B2313/02731—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means using one three-way valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/029—Control issues
    • F25B2313/0292—Control issues related to reversing valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2327/00—Refrigeration system using an engine for driving a compressor
    • F25B2327/001—Refrigeration system using an engine for driving a compressor of the internal combustion type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y02A30/274—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)

Abstract

본 발명의 가스 히트펌프 시스템은, 엔진을 냉각하기 위한 냉각수가 유동하는 공급 배관과, 상기 공급 배관에 구비되는 냉각수 펌프와, 상기 공급 배관에서 분기되며 엔진으로 공급될 냉각수가 유동하는 제1분기 배관과, 상기 공급 배관에서 분기되며 공기와 연료가 혼합되어 압축된 혼합기를 냉각시키기 위한 인터쿨러로 공급될 냉각수가 유동하는 제2분기 배관; 및 상기 제1분기 배관 및 상기 제2분기 배관에서의 냉각수 유동을 조절하는 유동 조절 밸브를 포함할 수 있다.

Description

가스 히트펌프 시스템{Gas heat-pump system}
본 발명은 가스 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
상기 공기 여과기를 통과한 공기와, 상기 제로 가버너에서 토출된 연료는 상기 믹서에서 혼합되어(혼합기), 상기 엔진에 공급될 수 있다.
그리고, 상기 엔진에 공급된 혼합기가 연소되면, 상기 엔진으로부터 배기가스가 토출될 수 있다.
선행문헌: 한국공개특허공보 10-2013-0021377호,
선행문헌에는 엔진 배기 가스 재순환 회로용 냉각 장치가 개시된다.
선행문헌의 경우, 엔진을 냉각시키기 위한 고온 루프와, 엔진의 공기 공급 회로를 통과하는 공기가 유동하는 인터 쿨러와의 열교환을 위한 유체가 유동하는 저온 루프를 포함할 수 있다.
상기 고온 루프는 상기 저온 루프와 독립적으로 구성되며, 상기 고온 루프, 저온 루프 각각은 펌프를 포함한다.
이러한 선행문헌에 의하면, 냉각을 위한 유체가 유동하는 위한 2개의 유로가 독립적으로 구성되므로, 각 유로에서 유체 유동을 위한 펌프가 존재하여야 하는 단점이 있고, 각 유로에서의 유체 유동을 각각 제어하여야 하는 단점이 있다.
또한, 각 유로가 별도로 구성되는 경우 상기 각 유로에서 방열기가 따로 존재하고 각 방열기로 공기를 송풍하기 위한 팬이 존재하여야 하므로, 구조적으로 복잡하고 냉각 장치의 부피가 커지는 단점이 있다.
본 발명의 과제는, 엔진을 냉각하기 위한 냉각수를 이용하여 인터쿨러를 냉각시킬 수 있는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 과제는, 인터쿨러의 냉각 성능이 향상되는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 과제는, 엔진의 냉각 성능이 향상되는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것에 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가스 히트펌프 시스템은, 엔진을 냉각하기 위한 냉각수가 유동하는 공급 배관과, 상기 공급 배관에 구비되는 냉각수 펌프와, 상기 공급 배관에서 분기되며 엔진으로 공급될 냉각수가 유동하는 제1분기 배관과, 상기 공급 배관에서 분기되며 공기와 연료가 혼합되어 압축된 혼합기를 냉각시키기 위한 인터쿨러로 공급될 냉각수가 유동하는 제2분기 배관; 및 상기 제1분기 배관 및 상기 제2분기 배관에서의 냉각수 유동을 조절하는 유동 조절 밸브를 포함함으로써, 냉각수 유로가 간단해져 시스템의 구조를 간단히하고 부피를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 가스 히트펌프 시스템은, 인터쿨러로 유동하기 위한 냉각수를 냉매와 열교환시켜 냉각수를 냉각시키는 냉각수 열교환기를 더 포함할 수 있으며, 이에 따라, 인터쿨러의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다. 상기 냉매 배관의 냉매 중 상기 압축기로 공급되기 위한 냉매가 상기 냉각수 열교환기에서 냉각수와 열교환될 수 있다.
또한, 본 발명의 가스 히트펌프 시스템에서, 인터쿨러를 통과한 상기 제2분기 배관은 제1분기배관에 연결될 수 있어, 배기가스 열교환기로 공급되기 위한 냉각수가 상대적으로 온도가 낮은 인터쿨러를 지난 냉각수와 합쳐진 상태로 상기 배기가스 열교환기로 공급되므로, 배기가스 열교환기의 열교환 성능 및 엔진의 냉각 성능이 향상될 수 있다.
제안되는 발명에 의하면, 엔진을 냉각하기 위한 냉각수를 이용하여 인터쿨러를 냉각시킬 수 있어, 엔진 냉각을 위한 냉각수 유로와 구분된 냉각수 유로가 불필요한 장점이 있다. 따라서, 하나의 냉각수 펌프를 이용하여 인터쿨러 측으로 냉각수를 유동시킬 수 있을 뿐만 아니라 엔진 측으로도 냉각수를 유동시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 추가적인 냉각수 펌프, 방열기 및 방열을 위한 팬이 불필요하므로, 전체 시스템의 구조가 간단해지고, 부피가 줄어드는 장점이 있다.
또한, 상기 인터쿨러로 유동하기 위한 냉각수가 저온의 냉매와 열교환되므로, 인터쿨러에서의 혼합기의 냉각 성능이 향상되는 장점이 있다.
또한, 배기가스 열교환기로 공급되기 위한 냉각수가 상대적으로 온도가 낮은 인터쿨러를 지난 냉각수와 합쳐진 상태로 상기 배기가스 열교환기로 공급되므로, 배기가스 열교환기의 열교환 성능 및 엔진의 냉각 성능이 향상되는 장점이 있다.
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 유동을 보여주는 도면.
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.
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.
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.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템(10)은, 공기조화 모듈로서 냉매 사이클을 구성하는 다수의 부품을 포함할 수 있다.
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.
상기 가스 히트펌프 시스템(10)은, 실외 열교환기(120) 및 실내 열교환기(140)를 더 포함할 수 있다.
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.
도 1에 도시된 시스템의 구성들은 실내 열교환기(140) 및 실내 팽창장치(145)를 제외하고 실외측, 즉 실외기의 내부에 배치될 수 있다.
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.
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.
상기 가스 히트펌프 시스템(10)의 구성에 대하여, 냉방 운전 모드를 기준으로 설명한다.
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.
상기 실외 열교환기(120)의 출구측에는, 냉매를 감압하기 위한 메인 팽창 장치(125)가 제공될 수 있다. 일례로, 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.
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.
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.
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.
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.
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.
상기 실내 열교환기(140)에서 증발된 냉매는 상기 사방변(117)을 경유하여, 보조 열교환기(150)로 유동할 수 있다.
상기 보조 열교환기(150)는 증발된 저압의 냉매와 고온의 냉각수 간에 열교환이 이루어질 수 있는 열교환기로서, 일례로 판형 열교환기가 포함될 수 있다.
상기 실내 열교환기(140)에서 증발된 냉매는 상기 보조 열교환기(150)를 통과하면서 흡열될 수 있으므로, 증발 효율이 개선될 수 있다. 또한, 상기 보조 열교환기(150)를 통과한 냉매는 기액 분리기(160)로 유입될 수도 있다.
상기 보조 열교환기(150)를 통과한 냉매는 상기 기액 분리기(160)에서 기액 분리되며, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다.
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.
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.
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.
상기 복수의 유동 전환부(310,320)는, 제 1 유동 전환부(310) 및 제 2 유동 전환부(320)를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제 1 유동 전환부(310) 및 제 2 유동 전환부(320)는, 삼방 밸브(3way valve)를 포함할 수 있다.
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.
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.
상기 가스 히트펌프 시스템(10)은, 상기 압축기(110)의 구동을 위한 동력을 발생시키는 엔진(200)을 포함하는 엔진 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 엔진 모듈은 상기 엔진(200) 및 엔진(200)으로 혼합 연료를 공급하기 위한 다양한 부품을 포함할 수 있다.
상기 가스 히트펌프 시스템(10)은, 상기 엔진(200)의 입구 측에 배치되어 혼합 연료를 공급하는 믹서(220)를 더 포함할 수 있다.
그리고, 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.
상기 제로 가버너(230)는 연료의 입구 압력의 크기 또는 유량의 변화에 관계없이, 출구 압력을 일정하게 조절하여 공급하는 장치로서 이해될 수 있다.
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.
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.
상기 배기가스 열교환기(240)에서는, 냉각수와 배기가스 간에 열교환이 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 엔진(200)의 일측에는, 상기 엔진(200)에 오일을 공급하기 위한 오일 탱크(205)가 제공될 수 있다.
한편, 상기와 같이 가스 히트펌프 시스템(10)에 적용되는 엔진(200)은 가정용 LNG나 LPG 등을 연료로 사용한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
일 예로, 상기 과급수단(400)은, 상기 엔진(200)의 배기가스에 의해 구동하는 터보차저(turbo charger)로 구성될 수 있다.
상기 터보차저는 상기 엔진(200)에서 배출된 배기가스를 이용해서, 터빈(411)을 회전시키고, 그 회전력에 의해 유입된 기체를 가압(압축)시켜 배출한다.
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.
또한, 상기 터보차저의 회전축은 윤활 등의 목적을 위해, 상기 엔진(200) 측으로부터 오일을 공급받을 수도 있다.
다른 예로, 상기 과급수단(400)은, 상기 엔진(200)의 동력 또는 전동기(electric motor)에 의해 구동하는 슈퍼차저로 구비될 수 있다.
또한, 상기 조절수단(600)은 상기 과급수단(400)과 상기 엔진(200) 사이에 배치되어, 상기 엔진(200)으로 공급되는 압축된 혼합기의 양을 조절한다.
일 예로, 상기 조절수단(600)은 ETC(electronic throttle control) 방식이 적용된 밸브로 구비될 수 있다.
본 발명에 따르면, 연료와 공기가 상기 믹서(220)에서 혼합되고, 상기 과급수단(400)에서 고압으로 가압된 후, 상기 엔진(200)으로 공급될 수 있다.
또한, 상기 조절수단(600)을 통해 상기 엔진(200)으로 공급되는 고압의 혼합기(공기+연료)의 양이 정밀하게 제어될 수도 있다.
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.
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.
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.
상기 인터쿨러(500)는, 상기 과급수단(400)에서 토출된 고온 고압의 혼합기를 냉각시켜, 부피는 줄이고, 밀도를 향상시킨 뒤, 배출한다.
일 예로, 상기 인터쿨러(500)는, 상기 엔진(200)으로 공급될 혼합기와 상기 엔진(200)으로 유동하기 위한 냉각수의 일부를 열교환시킬 수 있다.
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.
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.
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.
상기 냉각수 배관(360)은, 상기 냉각수 탱크(305)로부터 상기 엔진(200)을 향하여 연장되는 공급 배관(361)을 포함할 수 있다.
상기 공급 배관(361)에는, 냉각수의 유동을 위한 냉각수 펌프(300)가 설치될 수 있다.
상기 공급 배관(361)에서 제1분기 배관(371) 및 제2분기 배관(372)이 분기될 수 있다.
그리고, 상기 제1분기 배관(371) 및 제2분기 배관(372)에서의 냉각수 유동은 유동 조절 밸브(322)에 의해서 조절될 수 있다. 일 예로 상기 유동 조절 밸브(322)는 삼방 밸브(three way valve)일 수 있다.
제한적이지는 않으나, 상기 공급 배관(361)에 상기 유동 조절 밸브(322)가 연결되고, 상기 유동 조절 밸브(322)에 상기 제1분기 배관(371) 및 제2분기 배관(372)이 연결될 수 있다.
다를 예로서, 상기 유동 조절 밸브(332)가 상기 제1분기 배관(371) 및 제2분기 배관(372) 각각에 설치되는 것도 가능하다.
상기 유동 조절 밸브(322)에 의해서 상기 제1분기 배관(371) 및 상기 제2분기 배관(372)으로 유동하는 냉각수의 유량이 조절될 수 있다. 일 예로, 냉각수가 상기 제1분기 배관(371) 및 상기 제2분기 배관(372) 각각으로 유동하거나, 상기 제1분기 배관(371) 및 상기 제2분기 배관(372) 중 어느 하나로 유동할 수 있다.
상기 제1분기 배관(371)은 상기 배기가스 열교환기(240)를 지나 상기 엔진(200)으로 연장될 수 있다.
즉, 상기 제1분기 배관(371)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.
상기 제2분기 배관(372)은 상기 인터쿨러(500)를 지날 수 있다. 상기 인터쿨러(500)를 지난 상기 제2분기 배관(372)은 일 예로 상기 제1분기 배관(371)에 연결될 수 있다.
이때, 상기 제2분기 배관(372)은 상기 제1분기 배관(372) 중에서 상기 배기가스 열교환기(240)의 입구 측 배관에 연결될 수 있다.
따라서, 상기 공급 배관(361)에서 상기 제2분기 배관(372)으로 분기된 냉각수는 상기 인터쿨러(500)를 유동하면서 혼합기와 열교환된 후에 상기 배기가스 열교환기(240)의 입구 측 배관으로 유동할 수 있다.
이때, 상기 공급 배관(361)에서 상기 제2분기 배관(372)으로 분기된 냉각수의 온도를 줄이기 위하여, 상기 제2분기 배관(372)을 유동하는 냉각수는 상기 냉매배관(170)의 냉매와 열교환될 수 있다.
일 예로, 상기 가스 히트펌프 시스템(10)은, 냉각수 열교환기(152)를 더 포함할 수 있다. 상기 냉각수 열교환기(152)는 일 예로 판형 열교환기 일 수 있다.
상기 제2분기 배관(372) 중에서 상기 인터쿨러(500)의 입구 측 배관이 상기 냉각수 열교환기(152)를 통과할 수 있다.
상기 냉각수 열교환기(152)를 유동하는 냉각수는 일 예로 상기 압축기(110)로 흡입되기 위한 냉매와 열교환될 수 있다.
예를 들어, 상기 압축기(110)의 흡입 측 배관(또는 기액 분리기(160)의 출구 측 배관(171)이 상기 냉각수 열교환기(152)를 통과할 수 있다.
상기 기액 분리기(160)에서 배출된 냉매는 상기 냉각수 열교환기(152)를 유동하면서 냉각수와 열교환된 후에 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다.
반면, 상기 공급 배관(361)에서 상기 제2분기 배관(372)으로 분기된 냉각수는 상기 냉각수 열교환기(152)를 유동하면서 냉매와 열교환된 후에 상기 인터쿨러(500)로 유동할 수 있다.
상기 기액 분리기(160)에서 배출된 냉매의 온도는 상기 냉각수 열교환기(152)로 유입되는 냉각수의 온도 보다 상당히 낮으므로, 냉각수가 상기 냉각수 열교환기(152)를 유동하는 과정에서 온도가 하강할 수 있다.
따라서, 본 실시 예에 의하면, 상기 공급 배관(361)에서 상기 제2분기 배관(372)으로 분기된 냉각수가 상기 냉각수 열교환기(152)를 유동하면서 온도가 하강한 상태에서 상기 인터쿨러(500)로 유동하므로, 상기 인터쿨러(500)에서의 혼합기 냉각 성능이 형상될 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 냉각수 열교환기(152)를 지나면서 냉매는 흡열하게 되므로, 냉방 모드 시 압축기로 공급되는 온도가 증가되어 냉매 시스템이 안정화될 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 인터쿨러(500)를 지나면서 냉각수의 온도가 상승하더라도 상기 냉각수의 온도(T1)는 상기 공급 배관(361)의 냉각수의 온도(T2) 보다 낮다.
이는, 앞서 설명한 상기 냉각수 열교환기(152)에 의해서 상기 인터쿨러(500)로 공급되기 위한 냉각수의 온도가 낮아졌기 때문이다.
상기 인터쿨러(500)에서 배출된 냉각수는 상기 제1분기 배관(371)으로 분기된 냉각수와 합쳐진다.
상기 인터쿨러(500)에서 배출된 냉각수의 온도(T1)가 상기 공급 배관(361)의 냉각수의 온도(T2) 보다 낮으므로, 상기 배기가스 열교환기(240)로 공급되는 냉각수의 온도(T3)(제1분기 배관(371)으로 분기된 냉각수와 인터쿨러(500)에서 배출된 냉각수가 합쳐진 상태의 냉각수의 온도)는 상기 공급 배관(361)의 냉각수의 온도(T2) 보다 낮다.
따라서, 본 실시 예에 의하면, 온도가 낮아진 냉각수가 상기 배기가스 열교환기(240) 및 상기 엔진(200)을 지나게 되므로, 상기 엔진(200)의 냉각 효율이 향상되는 장점이 있다.
상기 과급수단(400)인 터보차저의 방열을 위하여, 상기 냉각수 배관(360)은, 상기 제1분기 배관(371) 중에서 상기 배기가스 열교환기(240)의 출구 측 배관에서 바이패스되는 바이패스 배관(373)을 더 포함할 수 있다.
상기 바이패스 배관(373)은 상기 과급수단(400)과 열교환된 후에 상기 배기가스 열교환기(240)의 출구 측 배관으로 공급될 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
상기 냉각수 배관(360)은, 냉각수를 상기 제 2 유동전환부(320)로부터 상기 방열기(150)로 가이드 하는 제 3 안내 배관(365)을 더 포함할 수 있다.
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.
일례로, 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.
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.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템(10)의 운전모드에 따른 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 작용에 대하여 설명한다.
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 유동을 보여주는 도면이다.
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. 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.
상기 사방변(117)을 통과한 냉매는 상기 보조 열교환기(150)로 유입되어, 상기 제 2 안내 배관(364)을 유동하는 냉각수와 열교환 될 수 있다.
상기 보조 열교환기(150)로 유입되는 냉매는 증발 냉매로서 저온 저압을 형성하며, 상기 보조 열교환기(150)로 공급되는 냉각수는 상기 엔진(200)의 열에 의하여 고온을 형성한다. 따라서, 상기 보조 열교환기(150)의 냉매는 상기 냉각수로부터 흡열하여 증발 성능이 개선될 수 있다.
상기 보조 열교환기(150)에서 열교환 된 냉매는 상기 기액 분리기(160)로 유입되어 상분리된 후, 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다. 냉매는 상기한 사이클이 반복되어 유동될 수 있다.
한편, 상기 냉각수 펌프(300)가 구동되면, 상기 냉각수 펌프(300)에서 토출된 냉각수는 상기 공급 배관(361)을 따라 유동한 후에 상기 유동 조절 밸브(322)에 의해서 상기 제1분기 배관(371)과 상기 제2분기 배관(372)으로 나뉘어 유동할 수 있다.
상기 제1분기 배관(371)으로 분기된 냉매는 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.
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.
반면, 상기 제2분기 배관(372)으로 분기된 냉각수는 상기 냉각수 열교환기(152)를 지나면서 냉매와 열교환 된다. 그리고, 상기 냉각수 열교환기(152)를 지난 냉각수는 상기 인터쿨러(500)를 지나면서 혼합기와 열교환 된다. 그리고, 최종적으로 상기 냉각수는 상기 제1분기 배관(371)으로 유동한다.
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.
따라서, 난방 운전시 냉각수는 상기 방열기(330)를 통과하지 않도록, 상기 제 1,2 유동 전환부(310, 320)가 제어될 수 있다.
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.
다음으로 상기 엔진(200)의 구동에 대하여 설명한다.
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.
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.
다음으로, 도 4를 참조하면, 한편, 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.
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.
상기 사방변(117)을 통과한 냉매는 상기 보조 열교환기(150)로 유입되어, 상기 냉각수 배관(360)을 유동하는 냉각수와 열교환 될 수 있다. 그리고, 상기 보조 열교환기(150)에서 열교환 된 냉매는 상기 기액 분리기(160)로 유입되어 상분리된 후, 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다. 냉매는 상기한 사이클이 반복되어 유동될 수 있다.
한편, 상기 냉각수 펌프(300)가 구동되면, 상기 냉각수 펌프(300)에서 토출된 냉각수는 상기 공급 배관(361)을 따라 유동한 후에 상기 유동 조절 밸브(322)에 의해서 상기 제1분기 배관(371)과 상기 제2분기 배관(372)으로 나뉘어 유동할 수 있다.
상기 제1분기 배관(371)으로 분기된 냉매는 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.
상기 제 1 유동 전환부(310)로 유입될 때까지의 냉각수 유동은 난방 운전시의 냉각수 유동과 동일하다.
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.
한편, 냉방 운전시 냉각수는 상기 보조 열교환기(150)로의 유동이 제한될 수 있다. 일반적으로, 냉방 운전은 외기의 온도가 높을 때 수행되므로, 증발성능 확보를 위한 증발 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.
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.
상기 엔진(200)의 구동과 관련하여서는, 난방 운전시의 작용과 동일하므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
제안되는 실시 예에 의하면, 엔진을 냉각하기 위한 냉각수를 이용하여 인터쿨러를 냉각시킬 수 있어, 엔진 냉각을 위한 냉각수 유로와 구분된 냉각수 유로가 불필요한 장점이 있다. 따라서, 하나의 냉각수 펌프를 이용하여 인터쿨러 측으로 냉각수를 유동시킬 수 있을 뿐만 아니라 엔진 측으로도 냉각수를 유동시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 인터쿨러로 유동하기 위한 냉각수가 저온의 냉매와 열교환되므로, 인터쿨러에서의 혼합기의 냉각 성능이 향상되는 장점이 있다.
또한, 배기가스 열교환기로 공급되기 위한 냉각수가 상대적으로 온도가 낮은 인터쿨러를 지난 냉각수와 합쳐진 상태로 상기 배기가스 열교환기로 공급되므로, 배기가스 열교환기의 열교환 성능 및 엔진의 냉각 성능이 향상되는 장점이 있다.
10: 가스 히트펌프 시스템 110: 압축기
120: 실외 열교환기 140: 실내 열교환기
150: 보조 열교환기 152: 냉각수 열교환기
200: 엔진 240: 배기가스 열교환기
300: 냉각수 펌프 322: 유동 조절 밸브
361: 공급 배관 362: 회수 배관
371: 제1분기 배관 372: 제2분기 배관
400: 과급수단 500: 인터쿨러
600: 조절수단

Claims (9)

  1. 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 엔진을 냉각하기 위한 냉각수가 유동하는 냉각 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 냉각 모듈은, 냉각수 펌프가 설치되는 공급 배관과,
    상기 공급 배관에서 분기되며, 상기 엔진으로 공급될 냉각수가 유동하는 제1분기 배관과,
    상기 공급 배관에서 분기되며, 상기 인터쿨러로 공급될 냉각수가 유동하는 제2분기 배관;
    상기 제1분기 배관 및 상기 제2분기 배관에서의 냉각수 유동을 조절하는 유동 조절 밸브; 및
    상기 제 2분기 배관 중에서 상기 인터쿨러의 입구 측 배관을 유동하는 냉각수를 상기 냉매 배관의 냉매와 열교환시키는 냉각수 열교환기를 포함하고,
    상기 냉매 배관의 냉매 중 상기 압축기로 공급되기 위한 냉매가 상기 냉각수 열교환기에서 냉각수와 열교환되는 가스 히트펌프 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 조절 밸브는, 상기 공급 배관에 연결되는 삼방 밸브이고,
    상기 유동 조절 밸브에 상기 제1분기 배관 및 상기 제2분기 배관이 연결되는, 가스 히트펌프 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1분기 배관 및 상기 제2분기 배관 각각에 상기 유동 조절 밸브가 구비되는, 가스 히트펌프 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2분기 배관은 상기 인터쿨러를 통과한 후에 상기 제1분기 배관에 연결되는, 가스 히트펌프 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 엔진에서 배기된 배기가스가 유입되는 배기가스 열교환기를 더 포함하고,
    상기 제1분기 배관은 상기 배기가스 열교환기를 통과한 후에 상기 엔진에 연결되는, 가스 히트펌프 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2분기 배관은 상기 제1분기 배관 중에서 상기 배기가스 열교환기의 입구 측 배관에 연결되는, 가스 히트펌프 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1분기 배관 중에서 상기 배기가스 열교환기의 출구 측 배관에서 분기되어 상기 과급수단을 통과한 후에 상기 배기가스 열교환기의 출구 배관에 연결되는 바이패스 배관을 더 포함하는 가스 히트펌프 시스템.
KR1020170139212A 2017-10-25 2017-10-25 가스 히트펌프 시스템 KR102042238B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170139212A KR102042238B1 (ko) 2017-10-25 2017-10-25 가스 히트펌프 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170139212A KR102042238B1 (ko) 2017-10-25 2017-10-25 가스 히트펌프 시스템

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190138870A Division KR102216716B1 (ko) 2019-11-01 2019-11-01 가스 히트펌프 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190046080A KR20190046080A (ko) 2019-05-07
KR102042238B1 true KR102042238B1 (ko) 2019-11-07

Family

ID=66656040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170139212A KR102042238B1 (ko) 2017-10-25 2017-10-25 가스 히트펌프 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102042238B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112815572A (zh) * 2021-01-18 2021-05-18 中科广能能源研究院(重庆)有限公司 一种燃气热泵空调系统及快速制热和防液压缩控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000064906A (ja) * 1998-08-18 2000-03-03 Denso Corp エンジン駆動式ヒートポンプサイクル
JP2001173444A (ja) * 1999-12-17 2001-06-26 Tochigi Fuji Ind Co Ltd 加温システム
JP2016153713A (ja) * 2015-02-20 2016-08-25 大阪瓦斯株式会社 エジェクタサイクル

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0874574A (ja) * 1994-08-31 1996-03-19 Suzuki Motor Corp 過給機付エンジンの冷却装置
KR101533157B1 (ko) * 2013-10-28 2015-07-02 엘지전자 주식회사 가스 히트펌프 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000064906A (ja) * 1998-08-18 2000-03-03 Denso Corp エンジン駆動式ヒートポンプサイクル
JP2001173444A (ja) * 1999-12-17 2001-06-26 Tochigi Fuji Ind Co Ltd 加温システム
JP2016153713A (ja) * 2015-02-20 2016-08-25 大阪瓦斯株式会社 エジェクタサイクル

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190046080A (ko) 2019-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11365911B2 (en) Gas heat pump system
US10352593B2 (en) Gas heat-pump system
US11604011B2 (en) Gas heat pump system
US11480368B2 (en) Gas heat pump system
WO2021098552A1 (zh) 一种热泵式空调系统及其控制方法
JP4179595B2 (ja) 空気調和機
KR102042238B1 (ko) 가스 히트펌프 시스템
KR102069160B1 (ko) 가스 히트펌프 시스템의 실외기
JP2003056932A (ja) 空気調和装置
KR102216716B1 (ko) 가스 히트펌프 시스템
KR20200067125A (ko) 가스 히트펌프 시스템
KR102004480B1 (ko) 가스 히트펌프 시스템
JP2006234321A (ja) 室外ユニットおよび空気調和装置
KR102048737B1 (ko) 가스 히트펌프 시스템
KR101994475B1 (ko) 가스 히트펌프 시스템
KR101993721B1 (ko) 가스 히트펌프 시스템
KR101993724B1 (ko) 가스 히트펌프 시스템
KR101994474B1 (ko) 가스 히트펌프 시스템
KR20210085276A (ko) 가스 히트펌프
KR20200041837A (ko) 가스 히트펌프 시스템
KR20200044733A (ko) 가스 히트펌프 시스템
KR20210061731A (ko) 가스 히트펌프 시스템
KR20200044734A (ko) 가스 히트펌프 시스템
CN201003882Y (zh) 复合式超低温热泵机组
KR20210085274A (ko) 가스 히트펌프

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right