KR20060097226A

KR20060097226A - 열교환기 일체형 어큐뮬레이터를 구비한 가스엔진 냉난방장치

Info

Publication number: KR20060097226A
Application number: KR1020050018302A
Authority: KR
Inventors: 차우호; 김병기
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2006-09-14
Also published as: KR100622604B1

Abstract

본 발명은 열교환기 일체형 어큐뮬레이터를 구비한 가스엔진 냉난방장치에 관한 것으로서, 가스엔진의 구동력에 의해 작동하여 냉매를 압축하는 압축기와, 압축기에서 나온 냉매의 흐름 방향을 절환하기 위한 사방밸브와, 냉방시는 압축기에서 공급된 냉매를 열교환을 통해 액화시키고 난방시는 실내기 열교환기에서 온 냉매를 증발시키는 실외기 열교환기와, 엔진을 냉각하기 위한 엔진 냉각수 순환계통상에 냉매를 가열할 수 있도록 설치된 보조증발기와, 어큐뮬레이터를 포함한 실외기와; 실내열교환기와 팽창밸브를 포함하여, 냉방시 증발기로 작용하고 난방시 응축기로 작용하는 실내기를 구비하여 이루어지며, 난방 운전시 실외기 열교환기와 보조열교환기를 이용하여 순차적으로 냉매를 증발시키도록 구성된 가스엔진 냉난방장치에 있어서, 냉매 계통에 존재하는 압력 강하를 배제하고 열교환 성능을 향상시키기 위하여 보조 열교환기를 어큐뮬레이터의 내부에 장착시킨 것을 특징으로 하는 가스엔진 냉난방장치를 구성한다. 한편, 본 발명에서 보조 열교환기의 튜브는 어큐뮬레이터의 토출부를 감싸도록 나선형으로 형성되는 것이 바람직하며, 보조 열교환기의 튜브에는 다수의 상하 방향으로 연장하는 냉각핀이 부착되는 것이 바람직하다.

가스엔진, 보조 열교환기, 어큐뮬레이터, 냉각핀, 열교환튜브

Description

열교환기 일체형 어큐뮬레이터를 구비한 가스엔진 냉난방장치{Gas Engine Heat Pump with an Enhanced Accumulator}

도 1은 종래의 가스엔진 히트펌프의 냉매계통 및 엔진냉각수 계통

도 2는 본 발명이 제안하는 가스엔진 히트펌프의 냉매계통

도 3은 본 발명의 제 1실시예

도 4는 본 발명의 제 2실시예

도 5는 본 발명의 제 3실시예

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

1:냉매순환계통 2:냉각수순환계통

10:가스엔진 14:압축기

15:사방밸브 16:실외기 열교환기

17, 18:팽창밸브 19:실내기 열교환기

20:어큐뮬레이터 21:엔진냉각수 삼방밸브

22:라디에이터 23:순환펌프

24:배기가스 열교환기 25:보조 열교환기

본 발명은 냉매 압축기를 가스엔진에 의해 구동하며, 난방 운전시에는 엔진의 배열을 회수하여 냉매의 증발에 이용하는 가스엔진 냉난방장치에 관한 것으로서, 특히 어큐뮬레이터와 보조 열교환기의 병합으로 압축기의 액냉매 유입의 방지와 운전시 성적계수를 향상시킨 열교환기 일체형 어큐뮬레이터를 구비한 가스엔진 냉난방장치에 대한 것이다.

가스냉방은 최근 생활 수준의 향상으로 쾌적한 생활 수준을 추구하는 욕구가 증대하면서 여름철 냉방수요가 급격히 증가함에 따라 여름철 전력 수급의 불안정을 초래하는 문제가 발생함에 따라 이를 해결하기 위하여 여름철에 전기를 사용하지 않고도 냉방 설비를 가동할 수 있는 방법을 모색하던 중에 대안으로 착안된 냉방 시스템으로, 가스 냉방 기술은 전기를 사용하지 않고 가스를 사용하여 냉방하는 방법으로 주로 흡수식과 GHP(Gas engine Heat Pump) 방식이 대부분이다.

그 중에서 GHP 방식은 가스터빈을 이용하는 방식과 엔진을 이용하는 방식이 주류를 이루고 있는데, 상기 시스템은 가스터빈이나 가스엔진의 구동력에 의해 압축기를 운전하여 냉방(난방)하는 방식으로, 일반 전기식 히트펌프(EHP;Electric Heat Pump)와 비교할 때 히트펌프 시스템인 점에서는 큰 차이는 없으나 GHP는 1차 에너지인 가스로 구동된다는 점에 있어서 큰 차이점이 존재하며, 상기 GHP는 1차 에너지 연소시 나오는 배열을 난방에 이용할 수 있어서 난방 효율이 EHP 보다 높다는 장점이 있으며 하절기 냉방용 전력 수요의 억제 효과가 있어 국가 에너지 시책 에 부합하는 방식으로 장래 사용 전망이 크게 부각되는 현실이다.

가스엔진 히트펌프는 도 1 도시와 같이, 크게 냉매순환 계통(1)과 엔진 냉각수 순환 계통(2)으로 구성된다. 냉매순환 계통은 실내측을 냉방 또는 난방하기 위하여 냉동사이클 또는 열펌프 사이클을 형성하며, 가스엔진(10)에 의해서 구동되는 냉매용 압축기(14), 사방밸브(15), 실외기 열교환기(16), 난방 팽창밸브(17), 실내기 팽창밸브(18), 실내기 열교환기(19), 어큐뮬레이터(20) 등으로 구성된다.

엔진 냉각수순환 계통(2)은 엔진(10)을 냉각하기 위하여 엔진 냉각수를 순환시키며, 엔진냉각수 감방밸브(21), 라디에이터(22), 엔진냉각수 순환 펌프(23), 배기가스 열교환기(24) 등으로 구성된다.

또한, 냉매순환 계통(1)과 엔진 냉각수순환 계통(2) 간에는 보조 열교환기(25)를 설치하여 냉매와 엔진 냉각수 간의 열교환이 이루어짐으로써 냉매를 증발시키도록 구성되어 있다.

이와 같은 종래기술의 가스엔진 냉난방장치의 냉방 운전시에는 사방밸브(15)는 도 1의 실선 화살표와 같이 절환되며, 이에 따라 가스엔진(10)에 의하여 구동되는 압축기(14)에 의하여 압축되어 고온 고압의 상태가 된 냉매는 냉방 운전모드로 절환된 사방밸브(15)를 거쳐, 응축기로 기능하는 실외기 열교환기(16)에서 응축되며 응축열을 외기로 방출한다. 응축된 액체 상태의 냉매는 실내기 팽창밸브(18)에서 감압된 후, 저온 저압의 상태로 증발기로 기능하는 실내기 열교환기(19)로 유입되어 증발하게 된다. 이와 같이, 냉방은 증발 과정에서 요구되는 잠열을 실내의 공기로부터 흡열함으로써 이루어진다.

한편, 실내기 열교환기(19)를 거친 냉매는 어큐뮬레이터(20)를 거쳐 기체 상태의 냉매만이 압축기에 흡입됨으로써 냉동 사이클이 연속적으로 형성된다.

또한, 냉방 운전시, 가스엔진(10)을 냉각한 엔진 냉각수는 엔진 냉각수 삼방밸브(21)에 의하여 라디에이터(22)측으로 유도되고 라디에이터(22)에서 외기에 방열한 후, 엔진냉각수 순환펌프(23)에 의하여 배기가스 열교환기(24)를 거쳐, 다시 가스엔진(10)으로 되돌려진다.

그러나, 난방 운전시에는 사방밸브(15)가 도 1의 점선 화살표와 같이 절환되며, 이에 따라 압축기(14)에 의하여 압축된 고온 고압의 냉매는 실내기(36) 측으로 유입되어, 응축기로 기능하는 실내기 열교환기(19)에서 응축되며, 실내공기로 방출된 응축열에 의하여 난방이 이루어진다. 응축된 액체 상태의 냉매는 난방 팽창밸브(17)를 통과하면서 저온 저압의 상태로 감압된 후, 증발기로 기능하는 실외기 열교환기(16)로 유입되어 증발하기 시작한다.

한편, 난방 운전이 이루어지는 동절기에는 통상 외기의 온도가 낮으므로, 이에 따라 증발온도를 낮추려면 압축기 소요동력이 증가하여 열펌프 사이클의 성능저하를 초래하며, 이를 방지하기 위하여 엔진 배열의 일부를 회수하여 냉매의 증발열원으로 이용한다. 즉, 난방 운전시에는 가스엔진(10)을 냉각한 엔진 냉각수가 엔진냉각수 삼방밸브(21)에 의하여 보조 열교환기(25) 측으로 유도되어, 실외기 열교환기(16)를 지나 보조 열교환기(25)로 유입된 냉매를 가열하여 증발시킨다.

이와 같이 실외기 열교환기(16)와 보조 열교환기(25)를 차례로 거치면서 증발된 냉매는 어큐뮬레이터(20)를 거쳐 기체 상태의 냉매만이 압축기(14)로 흡입되 어 열펌프 사이클이 연속적으로 형성된다.

도 1에 나타낸 종래의 냉매순환 계통(1)은 난방 운전시는 물론, 보조 열교환기(25)에서 냉매를 가열할 필요가 없는 냉방 운전시에도 냉매가 반드시 보조 열교환기(25)를 통과하여 압축기(14)로 흡입되도록 구성되어 있다. 냉매가 보조 열교환기(25)와 같은 열교환기를 통과하면 불가피하게 압력 손실이 발생하기 때문에, 흡입 압력이 낮아져 압축기(14)로 흡입되는 냉매의 비체적이 커지며, 비체적이 커지면, 용적식 압축기와 같이 동일한 회전수에서 체적 유량이 일정한 경우, 냉매 순환량이 감소하여 냉방 능력이 감소하게 되므로, 냉방 능력을 유지하기 위해서는 압축기의 회전수를 상승시켜 냉매 순환량을 확보해주어야 한다. 따라서, 압축기의 회전수의 상승은 압축기 동력의 증가를 의미하므로 성적계수가 저하하는 문제점이 발생하였다.

또한, 압축기로 흡입되는 냉매는 압축기의 신뢰성 증대를 위해 기체상태로 흡입되어야 하므로 어큐뮬레이터를 설치하여 기체상태의 냉매만이 압축기로 흡입되어야하나 실내 부하의 급격한 변화등의 이상 현상으로 액상의 냉매가 어큐뮬레이터에 유입되는 양이 증대하게 되면서 압축기로 액냉매가 유입될 위험이 높아진다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 본 발명은 냉매의 흡입 압력 저하를 피할 수 있도록 냉매 계통을 구성하여 냉방시 성적계수를 향 상시킬 수 있는 열교환기 일체형 어큐뮬레이터를 구비한 가스엔진 냉난방장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 압축기의 액 냉매 유입을 방지하는 열교환기 일체형 어큐뮬레이터를 구비한 가스엔진 냉난방장치를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 가스엔진의 구동력에 의해 작동하여 냉매를 압축하는 압축기와, 압축기에서 나온 냉매의 흐름 방향을 절환하기 위한 사방밸브와, 냉방시는 압축기에서 공급된 냉매를 열교환을 통해 액화시키고 난방시는 실내기 열교환기에서 온 냉매를 증발시키는 실외기 열교환기와, 엔진을 냉각하기 위한 엔진 냉각수 순환 계통상에 냉매를 가열할 수 있도록 설치된 보조증발기와, 어큐뮬레이터를 포함한 실외기와; 실내 열교환기와 팽창밸브를 포함하여, 냉방시 증발기로 작용하고 난방시 응축기로 작용하는 실내기를 구비하여 이루어지며, 난방 운전시 실외기 열교환기와 보조증발기를 이용하여 순차적으로 냉매를 증발시키도록 구성된 가스엔진 냉난방장치에 있어서,

냉매 계통에 존재하는 압력 강하를 배제하고 열교환 성능을 향상시키기 위하여 보조 열교환기를 어큐뮬레이터의 내부에 장착시킨 것을 특징으로 하는 열교환기 일체형 어큐뮬레이터를 구비한 가스엔진 냉난방장치를 제공한다.

한편, 본 발명에서 보조 열교환기의 튜브는 어큐뮬레이터의 토출부를 감싸도록 나선형으로 형성되는 것이 바람직하며, 보조 열교환기의 튜브에는 다수의 상하 방향으로 연장하는 냉각핀이 부착되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 보조 열교환기의 튜브는 사각형 단면으로 형성되어 어큐 뮬레이터의 토출부를 감싸도록 형성되며, 이 열교환기 튜브에는 상하 방향으로 연장하는 다수의 냉각핀이 장착되는 것이 바람직하다.

상기 목적 및 다른 목적들과 본 발명의 특징은 바람직한 실시예들을 도시한 첨부도면과 관련한 이하의 설명에 의해 더욱 명확해질 것이다.

이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기 일체형 어큐뮬레이터를 구비한 가스엔진 냉난방장치의 유체순환 계통을 도시한 도면이다.

종래기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명이 제안하는 냉매 순환 계통(1)은 보조 열교환기(25)를 어큐뮬레이터(20)의 내부에 장착해서 냉매 순환계통(1)에 존재하는 압력강하 요소를 배제할 수 있도록 구성하였다. 즉, 도 3 도시와 같이, 엔진 냉각수가 흐르는 보조 열교환기의 튜브(25a)를 어큐뮬레이터(20)의 토출부(20a)를 감싸는 형태의 나선형 구조로 형성하여 열교환기의 나선형 튜브(25a) 내부를 흐르는 냉각수와 어큐뮬레이터(20)의 내부에서 유동하는 냉매 사이에 열교환이 이루어지도록 구성한 것이다.

따라서, 보조 열교환기(25)를 흐르는 엔진 냉각수와 어큐뮬레이터(20)의 내부에 유동하는 냉매 사이의 열교환 성능을 증대시켰다.

이로써, 난방 운전시에는 냉매가 종래와 동일한 방식으로 어큐뮬레이터(20)로 흡입되어서, 보조 열교환기(25)에서 엔진 냉각수에 의하여 열교환되어 증발이 이루어지고, 냉방 운전시에도 난방과 같은 방식으로 어큐뮬레이터(20) 측으로 유도된다.

이와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스엔진 냉난방장치의 작용을 도 2를 참조해서 이하에서 설명한다.

난방 운전시에는 사방밸브(15)가 점선 화살표와 같이 절환되면, 이에 따라 가스엔진(10)에 의해 구동되는 압축기(14)로부터 토출된 고온 고압의 냉매는 점선화살표의 경로를 따라 실내기(36) 측으로 보내지며, 응축기인 실내기 열교환기(19)에서 냉매가 응축되면서 응축열을 실내의 공기에 방출함으로써 난방이 이루어진다.

이어서, 액체 상태로 다시 실외기(37) 측으로 보내진 냉매는 난방 팽창밸브(17)에서 감압된 후 저온 저압의 상태로 증발기인 실외기 열교환기(16)로 유입되며, 실외기 열교환기(16)에서 외기로부터 흡열한 냉매는 사방밸브(15)를 거쳐 점선화살표로 표시된 경로를 따라 냉매가 보조 열교환기(25)가 장착된 어큐뮬레이터(20) 측으로 유도된다.

한편, 엔진 냉각수순환 계통(2)에서는 가스엔진(10)을 냉각하여 온도가 상승한 엔진 냉각수가 엔진 냉각수 삼방밸브(21)에 의하여 보조열교환기(25) 측으로 유도된다. 따라서, 보조 열교환기(25)에서 고온의 엔진 냉각수에 의하여 냉매가 가열되어 증발된 후, 어큐뮬레이터(20)로 유입된다. 어큐뮬레이터(20)로부터 기체 상태의 냉매만이 압축기(14) 측으로 흡입되어 압축됨으로써 열펌프 사이클을 형성하고 연속적으로 난방이 이루어진다.

또한, 냉방 운전시에는 사방밸브(15)가 실선 화살표와 같이 절환되고, 이에 따라 압축기(14)로부터 토출된 냉매는 실선 화살표의 경로를 따라 실외기 열교환기(16) 측으로 보내지고, 응축기인 실외기 열교환기(16)에서 응축되면서 외기에 응축열을 방출한다. 응축된 냉매는 실내기(36) 측으로 보내져, 실내기 팽창밸브(18)에서 감압된 후, 증발기인 실내기 열교환기(19)로 유입되어 저온 저압 상태의 냉매가 실내기 열교환기(19)에서 실내 공기로부터 흡열하여 증발하면서 냉방이 이루어진다. 증발 과정이 끝난 후 실외기(37) 측으로 다시 돌아온 냉매는 사방밸브(15)를 거쳐 실선 화살표로 표시된 경로를 따라 보조 열교환기(25)를 장착한 어큐뮬레이터(20)로 보내진다.

이와 같이 냉방 운전시에는 냉매가 어큐뮬레이터(20)만 통과하기만 하면 되므로, 통상의 보조 열교환기를 통과하면서 발생하는 압력 저하를 피하는 것이 가능하다. 어큐뮬레이터를 통과한 기체 상태의 냉매는 압축기에 흡입되어 압축됨으로써 냉동 사이클을 형성하고 연속적인 냉방이 이루어진다.

다음에는 본 발명의 가스엔진 냉난방장치의 변형된 실시예를 도시 설명한다.

도 4는 본 발명의 제 2실시예에 의한 개선된 어큐뮬레이터(20)를 도시하는데, 보조 열교환기의 튜브(25a)를 어큐뮬레이터(20)의 바닥 부분에서 엔진 냉각수가 유입되어 하부에서 상부로 나가며 열교환 면적을 증대하기 위해 원형의 굴곡 구조로 어큐뮬레이터(20)의 토출부(20a)를 감싸는 형태로 구성함과 동시에, 열교환 성능을 증대하기 위해서 원형의 굴곡부 모양의 튜브(25a) 주위로 다수의 냉각핀(25b)을 부착하여 냉각핀(25b)의 내주면과 보조 열교환기(25)의 튜브(25a) 외주면이 접촉하도록 구성하고, 냉각수는 하부에서 상부로 순환하도록 해서 제 1실시예 와 동일한 기능으로 작동하도록 한다.

한편, 도 5는 본 발명의 제 3실시예에 의한 개선된 어큐뮬레이터(20)를 도시하였다. 보조 열교환기(25)의 열교환 성능의 증대와 제작상의 편의를 위해서 보조 열교환기(25)의 튜브(25a)를 벤딩처리해서 사각형 모양으로 구성하고, 열교환 튜브(25a)의 외주면에 접촉하도록 다수의 냉각핀(25b)을 부착하여 구성하여, 어큐뮬레이터(20)의 토출부(20a) 주위에 배치시키고, 냉각수는 하부에서 상부로 순환하도록 해서 제 1실시예와 동일한 기능으로 작동하도록 한다. 이러한 구성에 의해 열교환 성능을 향상시킬 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가스엔진 냉난방장치에 따르면, 난방운전시에는 보조 열교환기에서 냉각수로부터 냉매측으로 엔진의 배열을 회수하여 성능저하없이 난방 능력을 확보하면서, 냉매 순환유로의 압력 강하 요소를 감소시켜 공조기의 효율을 증대시키고, 냉방운전시에는 냉매가 어큐뮬레이터만 통과하면 되므로 보조 열교환기를 불필요하게 통과하면서 발생하는 압력저하를 회피할 수 있어서 압축기 흡입 압력의 저하로 인해 발생하는 압축기 동력의 증가가 없으므로 냉방운전시 종래와 비교해서 성적계수가 향상되는 등 유용한 효과가 얻어진다.

이와같이, 본 발명의 가스엔진 냉난방장치에 의하면, 압축기로의 액냉매 유입을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 어큐뮬레이터에 같이 구비된 열교환 튜브의 냉각핀에 의해 열교환 성 능이 향상되므로 장치 전체로서의 운전 성능이 향상될 수 있다.

Claims

가스엔진의 구동력에 의해 작동하여 냉매를 압축하는 압축기와, 압축기에서 나온 냉매의 흐름 방향을 절환하기 위한 사방밸브와, 냉방시는 압축기에서 공급된 냉매를 열교환을 통해 액화시키고 난방시는 실내기 열교환기에서 온 냉매를 증발시키는 실외기 열교환기와, 엔진을 냉각하기 위한 엔진 냉각수 순환 계통상에 냉매를 가열할 수 있도록 설치된 보조 열교환기와, 어큐뮬레이터를 포함한 실외기와; 실내 열교환기와 팽창밸브를 포함하여, 냉방시 증발기로 작용하고 난방시 응축기로 작용하는 실내기를 구비하여 이루어지며, 난방 운전시 실외기 열교환기와 보조 열교환기를 이용하여 순차적으로 냉매를 증발시키도록 구성된 가스엔진 냉난방장치에 있어서,

냉매 계통에 존재하는 압력 강하를 배제하고 열교환 성능을 향상시키기 위하여 보조 열교환기를 어큐뮬레이터의 내부에 장착시킨 것을 특징으로 하는 열교환기 일체형 어큐뮬레이터를 구비한 가스엔진 냉난방장치.
제 1항에 있어서, 보조 열교환기의 튜브가 어큐뮬레이터의 토출부를 감싸도록 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스엔진 냉난방장치.
제 2항에 있어서, 상기 보조 열교환기의 튜브에는 다수의 상하 방향으로 연장하는 냉각핀이 부착되는 것을 특징으로 하는 가스엔진 냉난방장치.
제 2항에 있어서, 상기 보조 열교환기의 튜브는 사각형 단면으로 형성되어 어큐뮬레이터의 토출부를 감싸도록 형성되며, 이 열교환기 튜브에는 상하 방향으로 연장하는 다수의 냉각핀이 장착되는 것을 특징으로 하는 가스엔진 냉난방장치.