KR20180055411A - Gas heat pump - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가스 히트펌프(GHP)에 관한 것이며, 구체적으로 배기매니폴드의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a gas heat pump (GHP), and more particularly to the structure of an exhaust manifold.
냉동 사이클은 일반적으로 냉매의 순환 사이클을 이용하여 필요한 곳에 열을 공급하거나 열을 흡수하는 사이클을 의미한다. 이러한 냉동 사이클을 구현하기 위하여 압축기, 응축기, 팽창밸브 그리고 증발기가 사용된다. 이러한 구성들은 냉매 배관을 통해서 서로 연결되어 있으며, 냉매의 상변화를 통해 응축기에서는 주변으로 열을 공급하게 되고, 증발기에서는 주변의 열을 흡수하게 된다.A refrigeration cycle generally refers to a cycle of supplying heat or absorbing heat where necessary using the circulation cycle of the refrigerant. A compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator are used to implement this refrigeration cycle. These components are connected to each other through a refrigerant pipe, and the refrigerant is supplied with heat through the phase change of the refrigerant and the surrounding heat is absorbed by the evaporator.
여기서, 응축기와 증발기는 냉매와 공기 또는 다른 유체 사이에서 열교환이 이루어지도록 하는 구성이라 할 수 있다. 따라서, 이러한 구성들을 열교환기라 할 수 있으며 열교환 전후의 냉매 상태에 따라 응축기와 증발기로 나뉜다고 할 수 있다.Here, the condenser and the evaporator may be configured to perform heat exchange between the refrigerant and the air or other fluid. Therefore, these structures can be referred to as heat exchangers and can be divided into a condenser and an evaporator depending on the state of refrigerant before and after heat exchange.
이러한 냉동 사이클을 이용하여 실내 공기를 난방하거나 냉방하는 장치 또는 시스템을 공기조화기라 한다. 공기조화기에서 실내를 난방하기 위해서 냉매는 실내 공기에 열을 공급하게 된다. 따라서, 이 경우 실내기를 응축기라 할 수 있으며 실외기는 증발기라 할 수 있다. 반대로 공기조화기에서 실내를 냉방하기 위해서 냉매는 실내 공기의 열을 흡수하게 된다. 따라서, 이 경우 실내기를 증발기라 할 수 있으며 실외기는 응축기라 할 수 있다.An apparatus or system for heating or cooling indoor air using the refrigeration cycle is referred to as an air conditioner. In order to heat the room in the air conditioner, the refrigerant supplies heat to the room air. Therefore, in this case, the indoor unit may be referred to as a condenser, and the outdoor unit may be referred to as an evaporator. Conversely, in order to cool the room in the air conditioner, the refrigerant absorbs the heat of the room air. Therefore, in this case, the indoor unit may be referred to as an evaporator, and the outdoor unit may be referred to as a condenser.
가정과는 달리 산업용이나 큰 빌딩의 공기조화 등을 위해서는 대용량의 압축기를 필요로 한다. 즉, 많은 양의 냉매를 고온 고압의 기체로 압축하기 위한 압축기를 구동하기 위해 전기 모터가 아닌 가스엔진을 이용한 가스히트펌프 시스템을 많이 사용하고 있다.Unlike the home, large capacity compressors are required for industrial use and air conditioning in large buildings. That is, a gas heat pump system using a gas engine rather than an electric motor is often used to drive a compressor for compressing a large amount of refrigerant into a high-temperature and high-pressure gas.
이러한 가스히트펌프 시스템은 가스를 연소시키는 엔진을 통해 압축기를 구동하는 동력을 발생시켜 냉동 사이클을 구현하게 된다.This gas heat pump system generates power to drive the compressor through an engine that burns the gas to realize a refrigeration cycle.
일반적으로, 가스히트펌프 시스템은 가스엔진의 구동력에 의해 압축기를 운전하여 난방 또는 냉방을 하도록 하는 장치로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매순환 계통(100)과 엔진 냉각수 순환 계통(200)으로 구성된다.Generally, a gas heat pump system is a device for heating or cooling a compressor by operating a driving force of a gas engine. As shown in FIG. 1, a
냉매순환 계통은 실내측을 냉방 또는 난방하기 위하여 냉동사이클 또는 히트펌프 사이클을 형성하며, 가스엔진(500)에 의해서 구동되는 냉매용 압축기(14), 사방밸브(15), 실외기 열교환기(16), 난방 팽창밸브(17), 실내기 팽창밸브(18), 실내기 열교환기(19), 어큐뮬레이터(13) 등으로 구성된다.The refrigerant circulation system forms a refrigeration cycle or a heat pump cycle for cooling or heating the indoor side and includes a
엔진 냉각수순환 계통(200)은 가스엔진(500)을 냉각하기 위하여 엔진 냉각수를 순환시키며, 엔진냉각수 삼방밸브(21), 라디에이터(22), 엔진냉각수 순환 펌프(23), 배기가스 열교환기(24) 등으로 구성된다.The engine cooling
또한, 냉매순환 계통(100)과 엔진 냉각수순환 계통(200) 간에는 보조 열교환기(25)를 설치하여 냉매와 엔진 냉각수 간의 열교환이 이루어짐으로써 냉매를 증발시키도록 구성되어 있다.Further, an auxiliary heat exchanger (25) is provided between the refrigerant circulation system (100) and the engine cooling water circulation system (200) to exchange heat between the refrigerant and the engine cooling water, thereby evaporating the refrigerant.
이와 같은 종래기술의 가스엔진 냉난방장치의 냉방 운전시에는 사방밸브(15)는 도 1의 실선 화살표와 같이 절환되며, 이에 따라 가스엔진(500)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.In the cooling operation of the conventional gas engine cooling / heating apparatus, the four-
한편, 실내기 열교환기(19)를 거친 냉매는 어큐뮬레이터(13)를 거쳐 기체 상태의 냉매만이 압축기에 흡입됨으로써 냉동사이클이 연속적으로 형성된다.On the other hand, the refrigerant passing through the indoor heat exchanger (19) is sucked into the compressor only in the gaseous state via the accumulator (13), so that the refrigeration cycle is continuously formed.
또한, 냉방 운전시, 가스엔진(500)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(500)으로 되돌려진다.The engine cooling water that has cooled the
그러나, 난방 운전시에는 사방밸브(15)가 도 1의 점선 화살표와 같이 절환되며, 이에 따라 압축기(14)에 의하여 압축된 고온 고압의 냉매는 실내기(300) 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.However, during the heating operation, the four-
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(500)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.On the other hand, in the winter when the heating operation is performed, since the temperature of the outside air is generally low, the power required for the compressor increases to lower the evaporation temperature, thereby deteriorating the performance of the heat pump cycle. It is used as the heat source of evaporation of refrigerant. That is, during the heating operation, the engine cooling water that has cooled the
이와 같이, 실외기 열교환기(16)와 보조 열교환기(25)를 차례로 거치면서 증발된 냉매는 어큐뮬레이터(13)를 거쳐 기체 상태의 냉매만이 압축기(14)로 흡입되어 열펌프 사이클이 연속적으로 형성된다.As described above, the refrigerant vaporized by sequentially passing through the
상기 종래의 가스히트펌프 시스템은 한국공개특허공보 제10-2013-0093297호에 개시되고 있다. The conventional gas heat pump system is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0093297.
한편, 종래의 가스히트펌프 시스템의 경우, 가스엔진(500)에서 생성된 배기 가스가 원활하게 배출되지 못하고 배기매니폴드 내부에서 머무는 문제점이 있다. 배기 가스가 원활하게 배출되지 못하여 전체 시스템의 효율이 떨어지고, 가스엔진(500)의 고장이 자주 발생하는 문제점이 있다.On the other hand, in the case of the conventional gas heat pump system, the exhaust gas generated in the
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 배기 가스가 원활하게 배출할 수 있는 구조를 가진 배기매니폴드를 제공하는 것을 과제로 한다.In order to solve the above problems, an embodiment of the present invention is to provide an exhaust manifold having a structure capable of exhausting exhaust gas smoothly.
또한, 본 발명의 일 실시예는 배기 가스와 냉각수 사이의 열교환 면적을 높일 수 있는 구조를 가진 배기매니폴드를 제공하는 것을 과제로 한다.It is another object of the present invention to provide an exhaust manifold having a structure capable of increasing the heat exchange area between exhaust gas and cooling water.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여, 냉매를 압축하는 압축기와 상기 압축기를 구동시키는 가스엔진을 포함하는 가스히트펌프에 있어서 상기 가스엔진은, 시간차를 두고 연료 및 공기의 연소가 일어나는 다수개의 연소실을 포함하는 엔진연소실, 상기 다수개의 연소실과 각각 연통하고 배기가스를 배출하는 다수개의 배기포트관을 포함하는 배기매니폴드, 상기 배기매니폴드를 냉각시키는 냉각수관을 포함하고, 상기 배기포트관은, 시간 흐름 상 홀수번째에 연소가 일어나는 연소실과 연통되는 다수개의 홀수배기포트관 및 짝수번째에 연소가 일어나는 연소실과 연통되는 다수개의 짝수배기포트관으로 구성되고, 상기 홀수배기포트관과 상기 짝수배기포트관은 상기 냉각수관 내부에서 서로 연통하지 않는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프를 제공하며, 배기가스가 배기매니폴드 내부에서 완전히 배출되지 않는 문제점을 해결할 수 있으며 냉각수와 배기가스 사이의 접촉 면적을 넓일 수 있는 효과가 있다. In order to solve the above-described problems, the present invention provides a gas heat pump including a compressor for compressing a refrigerant and a gas engine for driving the compressor, wherein the gas engine includes a plurality of combustion chambers An exhaust manifold communicating with the plurality of combustion chambers and including a plurality of exhaust port tubes for exhausting the exhaust gas, and a cooling water pipe for cooling the exhaust manifold, A plurality of odd-number exhaust port pipes communicating with combustion chambers in which odd-numbered combustion occurs, and a plurality of even-number exhaust port pipes communicating with combustion chambers in which even-numbered combustion occurs, wherein the odd- Wherein the pipe does not communicate with the inside of the cooling water pipe. Ball, and the exhaust gas to solve the problem is not completely discharged inside the exhaust manifold, and there is an effect that it is possible neolil the contact area between the cooling water and exhaust gas.
또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 홀수배기포트관의 일단 및 상기 짝수배기포트관의 일단에는 상기 각각의 연소실과 상기 각각의 배기포트관을 이어주는 배기포트가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프를 제공한다.The exhaust port may be formed at one end of the odd exhaust port pipe and at one end of the even exhaust port port so as to connect the respective combustion chambers to the respective exhaust port pipes. Lt; / RTI >
또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 홀수배기포트관의 타단에는 상기 홀수배기포트관들의 타단들을 서로 연통시키는 제1통합포트를 포함하고, 상기 짝수배기포트관의 타단에는 상기 짝수배기포트관들의 타단들을 서로 연통시키는 제2통합포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프를 제공한다. The odd exhaust port pipe may include a first integrated port communicating the other ends of the odd exhaust port pipes with one another, and the other end of the odd exhaust port pipe may include a first integrated port, And a second integrated port communicating the other ends with each other.
또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 배기매니폴드 중 유로가 꺾이는 부분은 상기 냉각수관 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프를 제공하며, 열응력에 취약한 꺾이는 부분을 보호할 수 있는 효과가 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a gas heat pump, wherein a portion of the exhaust manifold where the flow path is bent is provided inside the cooling water pipe, and an effect of protecting a bent portion vulnerable to thermal stress have.
또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 배기포트관이 상기 냉각수관 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a gas heat pump, wherein the exhaust port pipe is provided inside the cooling water pipe.
또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 배기포트관과 상기 배기포트가 연결되는 지점, 상기 홀수배기포트관과 상기 제1통합포트가 연결되는 지점 및 상기 짝수배기포트관과 상기 제2통합포트가 연결되는 지점은 상기 냉각수관 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프를 제공하며, 열응력에 취약한 연결지점을 보호할 수 있는 효과가 있다. Also, an embodiment of the present invention is characterized in that the exhaust port and the exhaust port are connected to each other at a point where the exhaust port pipe and the exhaust port are connected, a point where the odd exhaust port port and the first integrating port are connected, And the connecting point is provided inside the cooling water pipe. The present invention provides an advantage that the connection point that is vulnerable to thermal stress can be protected.
또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 다수개의 연소실은 짝수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a gas heat pump, wherein the plurality of combustion chambers are provided with an even number.
또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 냉각수관 내부에서 흐르는 냉각수의 방향과 상기 배기포트관 내부를 흐르는 배기가스의 방향은 서로 나란하지 않거나 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 가스히트펌프를 제공하며, 냉각수와 배기가스 사이의 열교환 효율을 높일 수 있는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, the direction of the cooling water flowing in the cooling water pipe and the direction of the exhaust gas flowing in the exhaust port pipe are not parallel to each other or are opposite to each other, There is an effect that the heat exchange efficiency between the cooling water and the exhaust gas can be enhanced.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해, 배기 가스가 원활하게 배출할 수 있는 구조를 가진 배기매니폴드를 제공하는 효과가 있다.In order to solve the above problem, the present invention has an effect of providing an exhaust manifold having a structure capable of exhausting exhaust gas smoothly.
또한, 본 발명은 배기 가스와 냉각수 사이의 열교환 면적을 높일 수 있는 구조를 가진 배기매니폴드를 제공하는 효과가 있다.Further, the present invention has an effect of providing an exhaust manifold having a structure capable of increasing the heat exchange area between the exhaust gas and the cooling water.
도 1은 종래의 가스히트펌프 시스템을 나타낸 것이다.
도 2는 가스엔진의 구조를 도식화한 것이다.
도 3은 종래의 배기매니폴드의 구조를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기매니폴드의 구조를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명 배기매니폴드의 또 다른 일 실시예를 도시한 것이다.1 shows a conventional gas heat pump system.
Figure 2 is a schematic representation of the structure of a gas engine.
3 shows a structure of a conventional exhaust manifold.
4 illustrates a structure of an exhaust manifold according to an embodiment of the present invention.
5 shows another embodiment of the exhaust manifold of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 한편, 이하에 기술될 장치의 구성이나 제어방법은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위함은 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the present invention is not limited to the details of the embodiments described below, .
도 2에 도시된 것은, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진(500)의 전반적인 구성을 나타낸 도면이다. 2 is a diagram illustrating the overall configuration of a
가스엔진(500)은 공기 및 연료가 연소되는 장소를 제공하는 엔진연소실(520), 엔진연소실(520)로 공기 및 연료를 공급하는 통로에 해당하는 공급매니폴드(510), 엔진연소실(520)에서 연소의 결과 발생한 배기 가스를 배출하는 통로에 해당하는 배기매니폴드(530), 배기매니폴드(530)를 통해서 배출되는 배기 가스의 냉각을 담당하는 냉각수관(540)으로 구성된다.The
엔진연소실(520)은 다수개의 연소실을 포함한다. 본 발명의 일 실시예의 경우 짝수개의 연소실이 포함되는 것을 개시하고 있으나 이에 한정되지 않으며 홀수개의 연소실을 포함할 수도 있다. The
연소실 내부로 유입된 공기 및 연료는 연소실 내부에서 발생하는 스파크와 반응하여 폭발 반응을 일으킨다. 폭발 반응의 결과 연소실 내부에 구비된 실린더(미도시)가 직선 왕복 운동을 하게 되고, 상기 실린더의 운동에너지는 크랭크(미도시)를 통해 회전축(미도시)으로 전달되어 회전축을 회전시킨다. 회전축의 회전은 압축기를 작동시키는 에너지 동력원에 해당한다. 폭발 반응의 부산물인 배기 가스는 배기매니폴드(530)로 배출되며 배기 가스는 냉각수와 열교환한다. Air and fuel introduced into the combustion chamber react with sparks generated inside the combustion chamber and cause an explosion reaction. As a result of the explosion reaction, a cylinder (not shown) provided in the combustion chamber performs a linear reciprocating motion, and the kinetic energy of the cylinder is transmitted to a rotation shaft (not shown) through a crank (not shown) The rotation of the rotary shaft corresponds to an energy source for operating the compressor. The exhaust gas, which is a by-product of the explosion reaction, is discharged to the
다수개의 연소실은 각각 일정한 시간 차이를 두고 하나씩 폭발 반응이 일어나는 것이 일반적이다. 즉, 일정한 시간 차이를 두고 각 연소실에 구비된 스파크가 작동한다. 시간 차이에 대한 설명은 후술하도록 한다. It is common that a plurality of combustion chambers have one explosion reaction with a predetermined time difference. That is, the spark provided in each combustion chamber operates at a predetermined time difference. The time difference will be described later.
엔진연소실(520)로 유입되는 공기 및 연료는, 엔진연소실(520)로 유입되기 전에 사용자가 지정한 일정한 비율로 섞인다. 공기는 공기정화장치(501)를 통해 가스엔진(500) 내부로 유입되며 연료는 제로 가버너(502)를 통해 가스엔진(500) 내부로 유입된다. 유입된 공기와 연료는 믹서(503)에서 섞인 후 ETC(Electronic Throtle Control, 504)를 거쳐 공급매니폴드(510)로 유입된다. The air and the fuel flowing into the
공기정화장치(501)는 공기의 이물질을 거르기 위한 수단이며, 엔진연소실(520) 내부에서의 폭발 효율을 최대로 높이기 위함이다. 제로 가버너(502)는 유입되는 연료(가스)의 압력 및 유량의 변화에 관계없이 배출되는 출구압력을 항상 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 믹서(503)는 공기정화장치(501)로부터 유입되는 공기와 제로 가버너(502)로부터 유입되는 연료(가스)의 혼합비를 일정하게 하는 기능을 한다. 공기와 연료(가스)의 혼합비를 일정하게 함으로써 연소 온도의 제어가 용이해진다. The
믹서(503)에서 일정한 혼합비로 섞인 공기와 연료는 ETC(504)에 의해 필요한 양만큼만 엔진연소실(520)로 유입된다. ETC(504)는 스로틀 밸브를 전자적으로 제어하는 전자 제어 스로틀 시스템이다. 구체적으로 전자식 악섹 페달 모듈로부터 오는 신호에 따라 스로틀 밸브의 개폐를 제어한다. 기계식 스로틀 밸브에 비해 정교하게 개폐를 조절할 수 있는 장점이 있다. Air and fuel mixed at a constant mixing ratio in the
ETC(504)를 통과한 공기 및 연료는 공급매니폴드(510)로 유입된 후 다수개의 갈래로 나뉘어 다수개의 연소실에 각각 유입된다. The air and the fuel that have passed through the
공기 및 연료가 다수개의 연소실에서 각각 연소되면 배기가스가 생성된다. 생성된 배기가스는 배기매니폴드(530)를 통해 배출되며, 배기가스 열교환기(505)와 소음기(506)를 차례로 거친 뒤 외부로 배출된다. When air and fuel are burned in a plurality of combustion chambers respectively, exhaust gas is generated. The generated exhaust gas is discharged through the
냉각수는 냉각수 펌프(507)에 의해 배기가스 열교환기(505), 배기매니폴드(540), 엔진연소실(520)를 차례로 거치면서 열을 흡수한 후 방열기로 배출된다. The cooling water is absorbed by the cooling
도 3은 엔진연소실(520), 배기매니폴드(530) 및 냉각수관(540)을 도시하고 있으며, 종래의 배기매니폴드(530) 구조가 도시되고 있다. 3 shows an
도 3에 도시된 종래 구조의 경우, 엔진연소실(520)에 구비된 연소실의 개수를 짝수개로 한정한다. 4개의 연소실이 구비된 것을 도시하고 있으나, 짝수개면 더 적게 구비되거나 더 많이 구비될 수 있다.In the conventional structure shown in FIG. 3, the number of combustion chambers provided in the
본 발명의 일 실시예에 따른 엔진연소실(520)은 제1연소실(521), 제2연소실(522), 제3연소실(523) 및 제4연소실(524)을 포함한다. 각각의 연소실은 같은 크기로 구비될 수 있다. 또한 각각의 연소실 내부에 구비된 스파크(미도시)는 일정한 시간 차이를 두고 작동한다. 즉, 각각의 연소실로부터 배출되는 배기가스는 시간 차이를 두고 배기매니폴드(530)로 배출된다.The
배기매니폴드(530)는 배기 가스가 흐르는 배기포트관(532), 엔진연소실(520)과 배기포트관(532)의 일단 사이를 잇는 배기포트(531), 배기포트관(532)의 타단과 연통하는 통합포트(533)로 구성된다. The
배기포트관(532)은 연소실의 개수만큼 구비되며, 제1연소실(521)은 제1배기포트(531a)와 연결되고, 제2연소실(522)은 제2배기포트(531b)와 연결되고, 제3연소실(523)은 제3배기포트(531c)와 연결되고, 제4연소실(524)은 제4배기포트(531d)와 연결된다. 상기 제1-4배기포트(531a-d)는 배기포트관(532)에 연통되며 배기가스는 배기포트관(532)에서 만난 후에 외부로 배출된다.The
상기 언급한 바와 같이, 다수개의 연소실은 시간 차이를 두고 공기와 연료의 연소가 일어난다. 본 발명의 일 실시예의 경우, 제1연소실(521), 제3연소실(523), 제4연소실(524), 제2연소실(522) 순서로 연소가 일어난다. As mentioned above, combustion of air and fuel occurs in a plurality of combustion chambers with a time difference. In an embodiment of the present invention, combustion occurs in the order of the
예를 들어, 제1연소실(521)에서 스파크 발생으로 배기가스가 발생하면 제1배기포트(531a), 배기포트관(532)을 거쳐 외부로 배출될 것이다. 하지만, 연소실과 연소실 사이의 작동 시간 차이는 매우 작기 때문에 제1연소실(521)에서 배기가스가 배출되자마자 제3연소실(523)에서 스파크가 일어나고 배기가스가 발생한다. For example, when exhaust gas is generated due to the spark generation in the
즉, 도 3의 구조를 살펴보면 제1연소실(521)에서 배출된 배기가스는 제3연소실(523)에서 배출된 배기가스에 의해 외부로 쉽게 배출될 수 없다. 제1연소실(521)에서 배출된 배기가스는 배기포트관(532) 내부에 머물게 될 뿐만 아니라 제1연소실(521) 내부로 역류할 수도 있다. 정리하면, 배기 가스 간의 간섭이 발생하여 배기 저항이 생기게 되며 종국적으로는 엔진 성능에 악영향을 미친다. 3, the exhaust gas discharged from the
이는 도 3과 같은 배기매니폴드의 구조를 가진다면 연소실의 연소 순서에 관계없다. 어떠한 순서로 연소실이 작동하여도 배기 가스 사이의 간섭이 반드시 발생한다. 또한 하나의 긴 배기포트관(532)으로 배기 가스가 합쳐진 뒤 배출되기 때문에 냉각수와의 접촉 면적이 작다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 도 4 및 도 5와 같은 구조를 도입하였다.This is not related to the combustion order of the combustion chamber if the structure of the exhaust manifold as shown in Fig. 3 is used. Even if the combustion chamber operates in any order, interference between the exhaust gases necessarily occurs. Further, since the exhaust gas is discharged after being combined with one long
도 4를 살펴보면, 도 3과 달리 배기포트관(532)이 다수개가 구비된 것을 알 수 있다. 배기포트관(532)은 연소실 개수만큼 구비되며, 연소실 개수는 특정 개수에 한정되지 않는다. 다만 본 발명의 일 실시예는 연소실의 개수가 짝수인 경우를 설명하고 있다. 구체적으로 설명의 편의를 위해 연소실의 개수가 4개인 경우를 가정한다.Referring to FIG. 4, it can be seen that a plurality of
정리하면, 배기포트(531), 배기포트관(532)은 엔진연소실(520)에 구비된 연소실의 개수만큼 구비된다. 즉, 본 발명의 일 실시예의 경우, 제1연소실(521)과 제1배기포트관(532a) 사이를 제1배기포트(531a)가 잇고, 제2연소실(522)과 제2배기포트관(532b) 사이를 제2배기포트(531b)가 잇고, 제3연소실(523)과 제3배기포트관(532c) 사이를 제3배기포트(531c)가 잇고, 제4연소실(524)과 제4배기포트관(532d) 사이를 제4배기포트(531d)가 잇는다. In summary, the exhaust port 531 and the
도 3과 달리 배기포트관(532)이 연소실 개수만큼 구비되기 때문에 각 연소실에서 배출되는 배기 가스가 냉각수와 접촉할 수 있는 면적이 넓어진다. 3, since the number of the
한편, 도 3과 같은 구조에서 발생할 수 있는 배기 가스 사이의 간섭을 방지하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 배기포트관(532)을 그룹별로 통합시키는 통합포트(533)를 더 포함한다.3, an embodiment of the present invention further includes an
다수개의 배기포트관(532)의 일단은 다수개의 연소실에 각각 연결되어 있는 다수개의 배기포트(531)와 각각 연결된다. 다수개의 배기포트관(532)의 타단 중 일부는 제1통합포트(533a)에 연결되고 나머지는 제2통합포트(533b)와 연결된다. One end of the plurality of
다수개의 배기포트관(532)을 나누는 기준은 각각의 배기포트관(532)과 연통되어 있는 연소실에서 연소가 일어나는 순서이다. 도 3에서 배기 가스 사이의 간섭이 일어난 이유는, 배기매니폴드 자체의 구조뿐만 아니라 연소실과 연소실 사이의 작동 시간 텀이 매우 짧기 때문에 발생한다. 따라서 배기매니폴드의 구조는 배기포트관(532)을 다수개 구비하는 것으로 개량하였고, 연소실과 연소실 사이의 작동 시간 텀이 짧은 문제에 대하여는 다음과 같은 구조로 대체한다.The reference for dividing the plurality of
엔진연소실(520)에서 연소가 일어나는 순서를 기준으로 홀수번째에 연소가 일어나는 연소실과 연통된 다수개의 배기포트관(532)들의 타단은 제1통합포트(533a)와 연결된다. The other end of the plurality of
또한, 엔진연소실(520)에서 연소가 일어나는 순서를 기준으로 짝수번째에 연소가 일어나는 연소실과 연통된 다수개의 배기포트관(533)들의 타단은 제2통합포트(533b)와 연결된다. The other end of the plurality of
이하 제1통합포트(533a)와 연결되는 배기포트관(532)들은 홀수배기포트관으로 칭하고, 제2통합포트(533b)와 연결되는 배기포트관(532)들은 짝수배기포트관으로 칭하도록 한다. The
홀수배기포트관과 짝수배기포트관은 적어도 냉각수관(540)을 지나는 동안은 서로 연통하지 않는다. 냉각수관(540)을 지난 후에도 연통되지 않고 각각 외부로 배기가스를 배출할 수 있으며, 냉각수관(540)을 지난 후에 바로 연통하여 하나의 배관을 따라 배기가스가 배출되도록 할 수도 있다. The odd exhaust port pipe and the even exhaust port port do not communicate with each other at least during the passage of the cooling
상기와 같은 구조로 인해, 홀수배기포트관들 사이의 배기가스 배출 시간 텀은 종래에 비해 두배로 늘어난다. 배기가스 배출은 홀수배기포트관에서 한번 일어나면 다음번은 짝수배기포트관을 통해서 배출되기 때문에 배기가스 배출 시간 간격이 늘어난다. Due to the above structure, the exhaust gas discharge time interval between the odd exhaust port pipes is doubled compared to the conventional one. Once the exhaust gas is discharged from the odd exhaust port pipe, the next time the exhaust gas is discharged through the even exhaust port pipe, the exhaust gas discharge time interval is increased.
따라서 종래와 같은 구조에 비해 본 발명의 일 실시예는 배기 가스가 배기포트관(532) 내부에 머무르는 양이 현저하게 줄어든다. Therefore, compared with the conventional structure, the amount of the exhaust gas staying in the
도 4를 참고하여 예를 들어 설명하도록 한다. 도 3에서 설명한 바와 같이 제1연소실(521), 제3연소실(523), 제4연소실(524), 제2연소실(522) 순서로 연소실에 스파크가 발생하는 것으로 가정한다. 제1연소실(521)의 작동에 따라 발생하는 배기가스는 제1배기포트관(532a), 제1통합포트(533a)를 통해서 외부로 배출된다. 제1연소실(521)로부터 배기가스가 발생하여 배출될 즈음, 제3연소실(523)의 작동에 따라 발생하는 배기가스가 제3배기포트관(532c)으로 배출된다. 이 때 제1연소실(521)에서 발생한 배기가스는 홀수배기포트관(제1배기포트관)으로 배출되고, 제3연소실(523에서 발생한 배기가스는 짝수배기포트관(제3배기포트관)으로 배출되기 때문에 두 배기가스가 서로 만날 수가 없다. 즉, 도 3과 같이 배기가스가 배기포트관(532) 내부에서 서로 간섭을 일으키지 않는다. An example will be described with reference to FIG. It is assumed that sparks are generated in the combustion chamber in the order of the
제3연소실(523)이 작동한 후 제4연소실(524)이 작동을 하는 경우, 배기가스는 홀수배기포트관(제4배기포트관)을 지나 제1통합포트(533a)로 배출되지만 제3연소실(523)이 작동하는 시간만큼 간격이 더 벌어졌기 때문에 제1연소실(521)에서 배출된 가스와 간섭될 가능성이 도 3보다 현저히 줄어든다. 또한 배기포트관(532)이 각각의 연소실 별로 따로 구비되기 때문에 간섭될 가능성은 도 3보다 크게 줄어든다.When the
추가적으로 각각의 배기포트관(532a, 532b, 532c, 532d)들은 서로 연통하지 않은 상태에서 냉각수관(540)을 지나기 때문에 각각의 연소실에서 발생한 배기가스가 역류할 가능성이 도 3에 비해 크게 줄어든다. 배출된 배기가스가 일시적으로 저장될 수 있는 공간이 배기포트관이 다수개가 구비됨으로 인해 더욱 커졌기 때문이다.In addition, since each of the
한편, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 해당하며, 모든 배기포트관(532)의 타단을 하나의 통합포트(533)로 연결시킨다. 이 경우 또한 배출된 배기가스가 일시적으로 저장될 수 있는 공간이 배기포트관이 다수개가 구비됨으로 인해 더욱 커졌기 때문에 배기가스 사이의 간섭이 도 3에 비해 줄어들게 된다. 5 illustrates another embodiment of the present invention, and connects the other end of all the
다음은 냉각수관(540)과 배기매니폴드(530) 사이의 관계를 도 4를 통해 살펴보도록 한다. Next, the relationship between the cooling
다수개의 배기포트(531)와 각각 연통되는 다수개의 배기포트관(532)을 연소실의 연소 순서에 따라 홀수배기포트관과 짝수배기포트관으로 합치는 과정에서 관의 일부가 꺾기는 부위가 발생한다. 관이 꺾인 부위는 열응력이 가해질 때 매우 취약해지는 단점이 있다. A part of the pipe is folded in the course of combining the plurality of
상기 단점을 극복하기 위해 상기 배기매니폴드(530) 중 유로가 꺾이는 부분은 상기 냉각수관(540) 내부에 구비되는 것이 바람직하다. 즉, 배기포트(531), 배기포트관(532), 통합포트(533) 중 관이 꺾이는 부위는 냉각수관(540) 내부에 위치하도록 함이 바람직하다. In order to overcome the above disadvantage, it is preferable that a portion of the
일 실시예로 다수개의 배기포트관(532)은 모두 냉각수관(540) 내부에 구비될 수 있다. 이는 다수개의 연소실에서 발생한 배기 가스가 냉각수와 접촉하여 열교환할 수 있는 면적을 넓히기 위함이다. In an embodiment, a plurality of
또한, 다수개의 배기포트(531)와 다수개의 배기포트관(532)의 일단이 연결되는 지점은 냉각수관(540) 내부에 구비되도록 함이 바람직하다. 구성과 구성의 연결부위는 상대적으로 열응력이 약하기 때문이다. 이와 같은 이유로 홀수배기포트관과 제1통합포트(533a)가 연결되는 지점 및 짝수배기포트관과 제2통합포트(533b)가 연결되는 지점 또한 냉각수관(540) 내부에 구비되도록 함이 바람직하다. It is preferable that a point where the plurality of exhaust ports 531 and one end of the plurality of
냉각수관(540)과 배기매니폴드(530) 사이의 관계는 도 5의 경우도 상기 도 4에 대한 설명과 같이 설정된다. The relationship between the cooling
한편, 냉각수관(540) 내부에서 흐르는 냉각수의 방향은 상기 배기포트관(532) 내부를 흐르는 배기가스의 방향과 나란하지 않거나 서로 반대 방향으로 설정함이 바람직하다. 냉각수가 흐르는 방향과 배기가스가 흐르는 방향이 같은 경우 열교환 효율이 매우 떨어지기 때문이다. It is preferable that the direction of the cooling water flowing in the cooling
바람직하게는 서로 반대 방향인 것이 효율이 가장 높지만, 수직으로 설정하여도 무방하며 같은 방향으로만 흐르지 않으면 된다. Preferably, the opposite direction is the most efficient, but it may be set vertically and it should flow only in the same direction.
본 발명은 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있을 것인바 상술한 실시예에 그 권리범위가 한정되지 않는다. 따라서 변형된 실시예가 본 발명 특허청구범위의 구성요소를 포함하고 있다면 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The present invention may be embodied in various forms without departing from the scope of the invention. Accordingly, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.
100: 냉매순환계통
200: 냉각수순환계통
300: 실내기
400: 실외기
500: 가스엔진
501: 공기정화장치
502: 제로가버너
503: 믹서
510: 공급매니폴드
520: 엔진연소실
530: 배기매니폴드
531: 배기포트
532: 배기포트관
533: 통합포트
540: 냉각수관100: Refrigerant circulation system
200: Coolant circulation system
300: indoor unit
400: outdoor unit
500: Gas engine
501: air purifier 502: zero burner 503: mixer
510: Supply manifold
520: Engine combustion chamber
530: Exhaust manifold
531: exhaust port 532: exhaust port tube 533: integrated port
540: cooling water pipe
Claims (8)
상기 가스엔진은,
시간차를 두고 연료 및 공기의 연소가 일어나는 다수개의 연소실을 포함하는 엔진연소실;
상기 다수개의 연소실과 각각 연통하고 배기가스를 배출하는 다수개의 배기포트관을 포함하는 배기매니폴드; 및,
상기 배기매니폴드를 냉각시키는 냉각수관;을 포함하고,
상기 배기포트관은, 시간 흐름 상 홀수번째에 연소가 일어나는 연소실과 연통되는 다수개의 홀수배기포트관 및 짝수번째에 연소가 일어나는 연소실과 연통되는 다수개의 짝수배기포트관으로 구성되고, 상기 홀수배기포트관과 상기 짝수배기포트관은 상기 냉각수관 내부에서 서로 연통하지 않는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프.A gas heat pump comprising a compressor for compressing refrigerant and a gas engine for driving the compressor,
The gas engine includes:
An engine combustion chamber including a plurality of combustion chambers in which combustion of fuel and air occurs with a time lag;
An exhaust manifold including a plurality of exhaust port tubes communicating with the plurality of combustion chambers and exhausting exhaust gas; And
And a cooling water pipe for cooling the exhaust manifold,
Wherein the exhaust port tube comprises a plurality of odd exhaust port ports communicating with the combustion chamber in which the combustion takes place at an odd number of times in the course of time and a plurality of even exhaust port ports communicating with the combustion chamber in which even combustion occurs, Wherein the pipe and the even-number exhaust port pipe do not communicate with each other inside the cooling water pipe.
상기 홀수배기포트관의 일단 및 상기 짝수배기포트관의 일단에는, 상기 각각의 연소실과 상기 각각의 배기포트관을 이어주는 배기포트가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프.The method according to claim 1,
Wherein one end of the odd-number exhaust port tube and one end of the even-number exhaust port tube are provided with an exhaust port connecting the respective combustion chambers and the respective exhaust port pipes.
상기 홀수배기포트관의 타단에는, 상기 홀수배기포트관들의 타단들을 서로 연통시키는 제1통합포트를 포함하고,
상기 짝수배기포트관의 타단에는, 상기 짝수배기포트관들의 타단들을 서로 연통시키는 제2통합포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프.3. The method of claim 2,
And the other end of the odd-number exhaust port tube communicates with the other ends of the odd-number exhaust port tubes,
And the other end of the even-number exhaust port pipe includes a second integrated port for communicating the other ends of the even-number exhaust port pipes to each other.
상기 배기매니폴드 중 유로가 꺾이는 부분은 상기 냉각수관 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프. The method of claim 3,
Wherein a portion of the exhaust manifold where the flow path is bent is provided inside the cooling water pipe.
상기 배기포트관은 상기 냉각수관 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프.The method of claim 3,
And the exhaust port pipe is provided inside the cooling water pipe.
상기 배기포트관과 상기 배기포트가 연결되는 지점, 상기 홀수배기포트관과 상기 제1통합포트가 연결되는 지점 및 상기 짝수배기포트관과 상기 제2통합포트가 연결되는 지점은 상기 냉각수관 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프.6. The method of claim 5,
The exhaust port is connected to the exhaust port and the exhaust port, the point where the odd exhaust port port and the first integration port are connected to each other, and the point where the even exhaust port port and the second integration port are connected, Wherein the gas heat pump is provided with a heat source.
상기 다수개의 연소실은 짝수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스히트펌프.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the plurality of combustion chambers are provided with an even number.
상기 냉각수관 내부에서 흐르는 냉각수의 방향과 상기 배기포트관 내부를 흐르는 배기가스의 방향은 나란하지 않거나 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 가스히트펌프.
7. The method according to any one of claims 4 to 6,
Wherein the direction of the cooling water flowing in the cooling water pipe and the direction of the exhaust gas flowing in the exhaust port pipe are not parallel or opposite to each other.
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