KR20200020205A - 히트 펌프 시스템 - Google Patents

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KR20200020205A
KR20200020205A KR1020180095628A KR20180095628A KR20200020205A KR 20200020205 A KR20200020205 A KR 20200020205A KR 1020180095628 A KR1020180095628 A KR 1020180095628A KR 20180095628 A KR20180095628 A KR 20180095628A KR 20200020205 A KR20200020205 A KR 20200020205A
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장희중
최송
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 히트 펌프 시스템에 관한 것으로 특히, 냉각수 내에 함유된 기포를 효과적으로 제거할 수 있는 히트 펌프 시스템에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 히트 펌프 시스템에 있어서, 공기 조화기의 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기를 구동하는 엔진; 및 상기 엔진에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 순환 유로에 연결되어 상기 냉각수에 포함된 기포를 배출하기 위한 것으로서, 냉각수 유입부와 냉각수 유출부가 분리되고, 상기 냉각수 유입부 및 상기 냉각수 유출부 중 적어도 어느 한 부분에 기포 배출구를 포함하는 기포 배출부를 포함할 수 있다.

Description

히트 펌프 시스템 {Heat pump system}
본 발명은 히트 펌프 시스템에 관한 것으로 특히, 냉각수 내에 함유된 기포를 효과적으로 제거할 수 있는 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 히트 펌프 시스템은 냉매를 압축하는 압축기, 실내공기와 열교환하는 실내 열교환기, 냉매를 팽창시키는 팽창밸브, 실외공기와 열교환하는 실외 열교환기를 포함한다.
압축기 및 실외 열교환기는 실외기에 포함될 수 있고, 팽창밸브 및 실내 열교환기는 실내기에 포함될 수 있다. 경우에 따라서, 팽창밸브가 실외기에 포함되는 경우도 있을 수 있다.
압축기는 엔진에 의해 구동될 수 있다. 즉, 엔진은 공기와 연료를 혼합한 혼합기의 연소를 통해 압축기에 구동력을 제공할 수 있다.
엔진은 피스톤 운동에 의한 마찰열이 발생하며, 이러한 마찰열을 냉각시키기 위한 냉각수가 필요하다. 따라서, 히트 펌프 시스템 내에는 이러한 냉각수를 엔진 내로 순환시키기 위한 경로가 구비될 수 있다.
그러나 냉각수가 냉각수 순환 경로를 순환하는 과정에서 기포가 유입될 수 있다.
이러한 냉각수 내에 기포를 많이 함유하게 되면 냉각수로서의 냉각 효과가 저하될 수 있고, 비열이 상대적으로 감소하게 된다. 이와 같이 냉각수 내 기포로 인해 열 회수량이 감소할 수 있다.
이로 인해 엔진 냉각수의 온도를 일정하게 제어하기 어렵게 되어 지속적으로 엔진이 헌팅하거나 기포로 인해 냉각수 유량이 제대로 형성되지 않는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 냉각수 내에 함유된 기포를 효과적으로 제거하기 위한 방안이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 냉각수 내에 함유된 기포를 효과적으로 제거 수 있는 히트 펌프 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은, 냉각수 내의 기포를 신속하게 제거하여 시스템의 신뢰성 및 서비스 시간을 단축할 수 있는 히트 펌프 시스템을 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 히트 펌프 시스템에 있어서, 공기 조화기의 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기를 구동하는 엔진; 및 상기 엔진에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 순환 유로에 연결되어 상기 냉각수에 포함된 기포를 배출하기 위한 것으로서, 냉각수 유입부와 냉각수 유출부가 분리되고, 상기 냉각수 유입부 및 상기 냉각수 유출부 중 적어도 어느 한 부분에 기포 배출구를 포함하는 기포 배출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기포 배출부는, 상기 엔진의 배기 매니폴드와 연결되는 배기가스 열교환기와 상기 냉각수의 열을 방열시키기 위한 방열기 사이에 연결될 수 있다.
또한, 상기 기포 배출부는, 상기 배기가스 열교환기와 상기 냉각수 유입부 사이에 연결되는 냉각수 유입라인; 및 상기 냉각수 유출부와 상기 방열기 사이에 연결되는 냉각수 공급라인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각수 공급라인은 상기 냉각수 유출부의 최하단까지 연결될 수 있다.
또한, 상기 배기가스 열교환기와 상기 방열기 사이에는 냉각수 펌프가 구비될 수 있다.
또한, 상기 냉각수 유입부 및 상기 냉각수 유출부는 각각 제1 탱크 및 제2 탱크에 구비되고, 상기 제1 탱크와 상기 제2 탱크는 연결관으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 냉각수 유입부 및 상기 냉각수 유출부는 격벽으로 구분된 하나의 탱크에 구비될 수 있다.
또한, 상기 격벽은 상기 냉각수 유입부 및 상기 냉각수 유출부를 완전히 분리할 수 있다.
또한, 상기 냉각수 유출부에는 수위센서가 구비될 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 히트 펌프 시스템에 있어서, 공기 조화기의 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기를 구동하는 엔진; 상기 엔진의 배기 매니폴드와 연결되는 배기가스 열교환기; 상기 냉각수의 열을 방열시키기 위한 방열기; 및 상기 배기가스 열교환기와 상기 방결기 사이에 연결되어, 상기 엔진에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 순환 유로에 연결되어 상기 냉각수에 포함된 기포를 배출하기 위한 것으로서, 냉각수 유입부와 냉각수 유출부가 분리되고, 상기 냉각수 유입부 및 상기 냉각수 유출부 중 적어도 어느 한 부분에 기포 배출구를 포함하는 기포 배출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기포 배출부는, 상기 배기가스 열교환기와 상기 냉각수 유입부 사이에 연결되는 냉각수 유입라인; 및 상기 냉각수 유출부와 상기 방열기 사이에 연결되고 상기 냉각수 유출부의 최하단까지 연결되는 냉각수 공급라인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각수 유입부 및 상기 냉각수 유출부는 각각 제1 탱크 및 제2 탱크에 구비되고, 상기 제1 탱크와 상기 제2 탱크는 연결관으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 냉각수 유입부 및 상기 냉각수 유출부는 격벽으로 구분된 하나의 탱크에 구비될 수 있다.
또한, 상기 배기가스 열교환기와 상기 방열기 사이에는 냉각수 펌프가 구비될 수 있다.
또한, 상기 냉각수 유출부에는 수위센서가 구비될 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
먼저, 히트 펌프 시스템 내의 냉각수 기포를 제거함에 있어, 냉각수 유로 상의 손실을 방지하여, 냉각수의 방열성능을 유지하며 안정적으로 냉각수 내의 기포를 제거할 수 있다.
또한, 히트 펌프 시스템(엔진) 내의 기포를 신속하게 제거하여 시스템의 신뢰성 및 서비스 시간을 단축할 수 있다.
또한, 히트 펌프 시스템(엔진) 내의 냉각수 유량을 저감하고 및 열교환 효율에 대한 영향성을 낮게 하여 냉각수 내의 기포를 신속하게 제거하기 위한 시스템을 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 히트 펌프 시스템의 일례를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 히트 펌프 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 히트 펌프 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 의한 히트 펌프 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명에 적용될 수 있는 배기가스 열교환기의 일례를 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 히트 펌프 시스템의 일례를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
히트 펌프 시스템(100)은 가스 연료로 엔진(30)을 작동하고 이 엔진(30)의 구동력을 이용하여 공기 조화기의 압축기(40)를 구동하여 공조를 수행하는 시스템을 말한다.
가스 연료는 제로 가버너(zero governor; 12)에 의해 입구 입력의 형태나 유량 변화에 상관없이 항상 일정한 출구 압력을 유지하면서 공급될 수 있다. 제로 가버너(12)는 넓은 범위에 걸쳐 안정된 출구 압력을 얻을 수 있으며, 엔진에 공급하는 가스 연료의 압력을 대기압 형태로 거의 일정하게 조절해 주는 기능을 가진다. 또한, 제로 가버너(12)는 2개의 솔레노이드밸브를 구비하여 공급되는 연료를 차단할 수 있다.
공기는 에어 클리너(air cleaner; 14)를 거쳐 깨끗한 공기로 여과되어 공급될 수 있다. 이러한 에어 클리너(14)는 엔진에 공급되는 외부 공기를 필터를 사용하여 먼지 및 미스트 형태의 수분 및 유분의 혼입을 차단할 수 있다.
이와 같이 공급된 가스 연료와 공기는 믹서(mixer; 16)에 의해 공기와 연료의 혼합비가 일정한 혼합기로 되어 엔진에 흡입될 수 있다.
믹서(16)의 입구측에는 연료밸브(13)가 구비되어 공기와 혼합되는 가스 연료의 공급량을 조절한다. 가스 연료가 많이 공급되면 공기와 연료가 혼합된 혼합기의 혼합비가 커지게 된다.
터보차저(turbo charger; 20)는 혼합기를 고온 고압 상태로 압축할 수 있다. 이 터보차저(20)는 배기가스의 힘으로 터빈을 회전시키고 그 회전력으로 흡기를 압축시켜 엔진의 실린더로 보내어 출력을 높이는 장치이다.
터보차저(20)는 터보(turbine)와 슈퍼차저(super charger; 과급기)를 합성한 용어로서, 터빈과 여기에 직결된 공기압축기로 구성되어 배기가스의 에너지로 터빈 휠(turbine wheel)을 회전시키고 공기압축기에 의해 흡입된 공기를 압축하여 실린더로 보낼 수 있다.
이러한 터보차저(20)는 블레이드가 설치된 터빈 휠과 공기압축기의 임펠러를 하나의 축에 연결하고 각각 하우징으로 둘러싼 구조를 가지며, 엔진의 배기 매니폴드 근처에 배치될 수 있다.
혼합기는 터보차저(20)에 의해 압축되어 온도가 상승하기 때문에 인터쿨러(intercooler; 25)로 냉각시킨 후 흡기 매니폴드(32)를 통해 엔진(30)으로 유입될 수 있다. 이 인터쿨러(25)는 혼합기를 냉각시켜 밀도를 크게 함으로써 엔진으로 유입되는 혼합기의 절대량을 늘려 엔진출력을 향상시킬 수 있다.
인터쿨러(25)는 공기로 냉각하는 공랭식 열교환기 또는 물로 냉각하는 수냉식 열교환 경로를 구성될 수 있다. 수냉식 인터쿨러는 냉각수를 매질로 사용할 수 있고, 별도의 열교환기 및 펌프를 구비하여 압축된 혼합기로부터 얻은 열량을 외부에 버리게 된다.
이러한 인터쿨러(25)와 흡기 매니폴드(32) 사이에는, 엔진(30)에 유입되는 혼합기량을 조절하기 위해 스로틀 밸브(38)가 마련될 수 있다. 이 스로틀 밸브는 전자 스로틀 밸브(electronic throttle control valve; ETC 밸브)가 사용되는 것이 일반적이다.
또한, 엔진은 별도의 엔진 제어 유닛(engine control unit; ECU; 31)을 통하여 엔진의 제어와 관련된 각종 제어 변수들이 제어될 수 있다. 예를 들어, ETC 밸브(38) 및 이 밸브의 제어 주기 등이 ECU(31)에 의하여 제어될 수 있다. 또한, 이러한 ECU(31)는 엔진 발전 시스템 전체를 제어하는 발전 제어부(94; 도 2 참고)에 의하여 제어될 수 있다.
엔진(30)은 흡기 매니폴드(32)를 통해 유입된 혼합기를 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4 행정을 통해 작동하는 내연기관이다. 이때, 폭발 행정은 엔진 내부에 설치된 점화플러그에 의하여 이루어질 수 있으며, 점화각도는 ECU(31)에서 점화플러그를 통한 폭발 시점을 제어함으로써 조절될 수 있다.
엔진(30)이 작동함에 따라 발생하는 배기가스는 배기 매니폴드(34)를 통해 배출되며, 이때 터보차저(20)의 임펠러를 회전시킨다.
엔진(30)은 압축기(40)를 회전시켜 공기 조화기를 구동하도록 한다. 이러한 공기 조화기는 실내 공조를 위한 실내기를 포함할 수 있다. 이를 위해, 엔진(30)의 회전축 일단에 마련된 풀리(36)와 압축기(40)의 회전축 일단에 마련된 풀리(46) 사이에 벨트가 연결될 수 있다.
한편, 엔진(30)은 가스 연소에 의해 작동시 상당한 열이 발생하므로 냉각수를 순환시키면서 열교환시켜 엔진에서 발생하는 고온의 열을 흡수하도록 한다.
자동차에서는 냉각수 순환 유로에 라디에이터를 설치하여 엔진의 폐열을 모두 버리도록 구성되지만, 히트 펌프 시스템(100)에서는 엔진에서 발생하는 열을 흡수하여 온수를 만들어 이용할 수 있다.
이를 위해, 냉각수 순환 유로에는 온수 열교환기(50)가 마련되어 냉각수와 별도로 공급되는 물 사이에 열교환 함으로써 물이 고온의 냉각수로부터 열을 전달받도록 할 수 있다.
온수 수요처에서 온수를 사용하지 않는 경우에는 온수 열교환기(50)로 물이 공급되지 않아 냉각수 온도가 상승하게 되는데, 이를 방지하기 위해 별도의 방열기(70)를 설치하여 필요없는 냉각수의 열량을 실외로 버릴 수 있다.
이 방열기(70)는 고온의 냉각수가 다수의 핀(fin)에 의해 공기와 열교환함으로써 방열하는 것으로서, 방열 촉진을 위해 방열팬(72)이 구비될 수 있다.
엔진(30)에서 나오는 냉각수 유로는 상기 온수 열교환기(50)와 방열기(70)로 분기되고, 그 분기되는 지점에 엔진측 삼방밸브(54)가 설치되고, 이 엔진측 삼방밸브(53)에는 방열기측 삼방밸브(53)가 설치되어 냉각수의 유동 방향을 상황에 따라 제어할 수 있다.
이 두 삼방밸브(53, 54)에 의해 냉각수를 온수 열교환기(50)로만 보내거나 방열기(70)로만 보내거나, 상황에 따라 온수 열교환기(50)와 방열기(70)로 소정 비율로 나누어 보낼 수 있다.
방열기측 삼방밸브(53)를 통과하여 방열기(70)에서 방열된 냉각수는 엔진측 삼방밸브(54)를 통과하여 온수 열교환기(50)를 통과한 냉각수와 합쳐져서 엔진(30)으로 유입될 수 있다.
그리고, 냉각수 순환 유로에는 냉각수 펌프(55)가 설치되어 냉각수의 유동 속도를 조절할 수 있다. 이 냉각수 펌프(55)는 냉각수 순환 유로에서 온수 열교환기(50) 및 방열기(70)의 하류와 엔진(30)의 상류에 설치될 수 있다.
한편, 엔진(30)의 배기 매니폴드(34)를 통해서 나오는 배기가스는 상기한 터보차저(20)를 작동시키기도 하지만, 배기가스의 폐열을 회수하기 위해 배기가스 열교환기(60)를 구비할 수 있다.
이 배기가스 열교환기(60)는 냉각수 순환 유로에서 냉각수 펌프(55)와 엔진(30) 상류 사이에 설치되고, 터보차저(20)를 통해 배출되는 배기가스와 냉각수 사이에 열교환되도록 구성될 수 있다. 이 배기가스 열교환기(60)를 통해 배기가스의 폐열을 회수할 수 있다.
배기가스 열교환기(60)를 통과하면서 냉각수가 어느 정도 가열되어 미지근한 상태로 엔진(30)으로 유입되지만, 그 냉각수도 엔진(30)을 충분히 냉각시킬 수 있다.
배기가스 열교환기(60)를 통과하면서 방열된 배기가스는 머플러(80)를 통과하게 되고, 머플러(80)에 의해 엔진의 배기 측 소음이 저감될 수 있다.
머플러(80)를 통과한 배기가스는 드레인 필터(85)를 통과한 후 외부로 배출될 수 있다. 이 드레인 필터(85)는 머플러(80)와 배기가스 라인 등에서 생성되는 응축수를 정화하기 위해 내부에 정화석을 내장하고 있어서, 산성의 응축수를 정화하고 중화시켜 외부로 유출할 수 있다.
한편, 엔진(30)에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 순환 유로에 연결되어 상기 냉각수에 포함된 기포를 배출하기 위한 기포 배출부(200)가 구비될 수 있다.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 이러한 기포 배출부(200)는 위에서 설명한 배기가스 열교환기(60)와 방열기(70) 사이에 구비될 수 있다.
즉, 배기가스 열교환기(60)에서 배출된 냉각수는 엔진(30)과 기포 배출부(200)로 분기되어 유입될 수 있다.
이러한 기포 배출부(200)는 냉각수 유입부와 냉각수 유출부가 분리되고, 이러한 냉각수 유입부 및 냉각수 유출부 중 적어도 어느 한 부분에 기포 배출구를 포함할 수 있다.
이러한 구성을 가지는 기포 배출부(200)는 기포를 포함하고 있는 냉각수를 저장하기 위한 냉각수 유입부와, 히트 펌프 시스템에 유입되기 위한 냉각수(기포가 제거된 냉각수)가 저장되는 냉각수 유출부를 구분하여, 냉각수 내의 기포를 빠르고 안정적으로 제거하여 히트 펌프 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이러한 기포 배출부(200)에 대해서는 자세히 후술한다.
이러한 과정을 통하여 기포 배출부(200)에서 기포가 제거된 냉각수는 방열기(70)로 유입되고, 이 방열기(70)에서 열이 방출된 후에 냉각수 펌프(55)를 통하여 배기가스 열교환기(60)로 유입된다.
이와 같이, 배기가스 열교환기(60)에서 배출된 냉각수는 다시 엔진(30)과 기포 배출부(200)로 분기되어 유입될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 히트 펌프 시스템을 나타내는 개략도이다.
이러한 기포 배출부(200)는 위에서 설명한 배기가스 열교환기(60)와 방열기(70) 사이에 구비될 수 있다.
즉, 배기가스 열교환기(60)에서 배출된 냉각수는 엔진(30)과 기포 배출부(200)로 분기되어 유입될 수 있다.
이러한 기포 배출부(200)는 냉각수 유입부(210)와 냉각수 유출부(220)가 분리되고, 이러한 냉각수 유입부(210) 및 냉각수 유출부(220) 중 적어도 어느 한 부분에 기포 배출구(211, 221)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 기포 배출부(200)의 냉각수 유입부(210)와 냉각수 유출부(220)는 각각 제1 탱크(210) 및 제2 탱크(220)에 구비되고, 이러한 제1 탱크(210)와 제2 탱크(220)는 연결관(230)으로 연결될 수 있다. 이러한 제2 탱크(220)는 보조 탱크로서 작용할 수 있다.
이하, 이와 같이, 제1 탱크(210) 및 제2 탱크(220)는 냉각수 유입부(210) 및 냉각수 유출부(220)와 동일한 도면 부호를 이용하여 설명한다.
연결관(230)은 제1 탱크(210) 및 제2 탱크(220)의 하단부를 서로 연결할 수 있다. 이때, 연결관(230)은 제2 탱크(220)의 최하단부에 연결될 수 있다. 또한, 연결관(230)은 제1 탱크(210)와 최하단부보다는 상대적으로 높은 위치에 연결될 수 있다. 즉, 연결관(230)과 제1 탱크(210)의 연결부분은 연결관(230)과 제2 탱크(220)의 연결부분보다 상대적으로 높은 위치일 수 있다.
이때, 냉각수 유출부(220; 제2 탱크)에는 수위센서(240)가 구비될 수 있다. 따라서, 제2 탱크(220)에 포함된 냉각수의 잔존량을 판단할 수 있다.
이와 같은 기포 배출부(200)는, 배기가스 열교환기(60)와 냉각수 유입부(210; 제1 탱크) 사이에 연결되는 냉각수 유입라인(201) 및 냉각수 유출부(220; 제2 탱크)와 방열기(70) 사이에 연결되는 냉각수 공급라인(202)을 포함할 수 있다.
이때, 냉각수 공급라인(202)은 냉각수 유출부(220)의 최하단까지 연결될 수 있다. 즉, 냉각수 유출부(220)를 이루는 제2 탱크(220) 내부의 최하단에 이를 수 있다. 일반적으로 기포(B)는 공기를 포함하므로 가벼워서 위로 올라가는 경향이 있으므로, 이와 같이, 최하단에 연결되는 냉각수 공급라인(202)을 통하여 기포가 충분히 제거된 냉각수가 엔진(30) 측으로 공급될 수 있다.
또한, 배기가스 열교환기(60)와 방열기(70) 사이에는 냉각수 펌프(55)가 구비되어, 냉각수가 원활하게 흐를 수 있도록 할 수 있다.
엔진(30)에서 배출되어 방열기(70)를 통과한 냉각수에는 많은 기포가 함유된 상태일 수 있다. 이러한 기포가 다량 함유된 냉각수는 먼저 냉각수 유입라인(201)을 통하여 냉각수 유입부(210; 제1 탱크)로 유입된다.
이때, 기포 배출구(211)를 통하여 냉각수 유입부(210; 제1 탱크)에 유입된 냉각수에 포함된 기포가 배출될 수 있다.
이러한 과정을 통하여 기포가 일차적으로 제거된 냉각수는 연결관(230)을 통하여 냉각수 유출부(220; 제2 탱크)로 이송된다. 이때, 이러한 냉각수 유출부(220; 제2 탱크)에도 기포 배출구(221)가 구비될 수 있어, 잔존할 수 있는 기포가 이 기포 배출구(221)로 배출될 수 있다.
이와 같이, 냉각수 유출부(220; 제2 탱크) 내에서도 기포가 잔존할 가능성이 있으나, 이러한 기포는 기포 배출구(221)로 배출구(221)를 통하여 배출될 수 있고, 잔존하는 기포는 주로 냉각수 유출부(220; 제2 탱크)의 상측에 위치할 수 있다.
따라서, 이러한 냉각수 유출부(220; 제2 탱크)의 최하단에 위치하는 냉각수가 냉각수 공급라인(202)을 통하여 방열기(70) 측으로 전달되면 냉각수 내의 기포의 함유량을 극소화시킬 수 있는 것이다.
이러한 과정을 통하여 기포 배출부(200)에서 기포가 제거된 냉각수는 방열기(70)로 유입되고, 이 방열기(70)에서 열이 방출된 후에 냉각수 펌프(55)를 통하여 배기가스 열교환기(60)로 유입된다.
이와 같이, 배기가스 열교환기(60)에서 배출된 냉각수는 다시 엔진(30)과 기포 배출부(200)로 분기되어 유입될 수 있다.
기타 설명하지 않은 부분은 도 1을 참조하여 위에서 설명한 사항이 동일하게 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 히트 펌프 시스템을 나타내는 개략도이다.
이러한 기포 배출부(200)는 위에서 설명한 배기가스 열교환기(60)와 방열기(70) 사이에 구비될 수 있다.
즉, 배기가스 열교환기(60)에서 배출된 냉각수는 엔진(30)과 기포 배출부(200)로 분기되어 유입될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 이러한 기포 배출부(200)는 냉각수 유입부(254)와 냉각수 유출부(255)가 격벽(251)에 의하여 분리되는 하나의 탱크(250)에 구현될 수 있다.
이와 같이, 격벽(251)을 통하여 냉각수 유입부(254)와 냉각수 유출부(255)가 구분될 수 있다. 이때, 격벽(251)의 하측에는 틈이 존재하여 이 틈을 통하여 냉각수 유입부(254)에서 기포가 충분히 제거된 냉각수가 냉각수 유출부(255)로 이동할 수 있다. 즉, 격벽(251)은 냉각수 유입부(254)와 냉각수 유출부(255)를 완전히 분리하지 않을 수 있다.
이러한 탱크(250)에는 기포 배출구(253)가 구비될 수 있다.
이때, 냉각수 유출부(255)에는 수위센서(240)가 구비될 수 있다. 따라서, 냉각수 유출부(255)에 포함된 냉각수의 잔존량을 판단할 수 있다.
이와 같은 기포 배출부(200)는, 배기가스 열교환기(60)와 냉각수 유입부(254) 사이에 연결되는 냉각수 유입라인(201) 및 냉각수 유출부(255)와 방열기(70) 사이에 연결되는 냉각수 공급라인(202)을 포함할 수 있다.
이때, 냉각수 공급라인(202)은 냉각수 유출부(255)의 최하단까지 연결될 수 있다. 일반적으로 기포(B)는 공기를 포함하므로 가벼워서 위로 올라가는 경향이 있으므로, 이와 같이, 최하단에 연결되는 냉각수 공급라인(202)을 통하여 기포가 충분히 제거된 냉각수가 엔진(30) 측으로 공급될 수 있다.
한편, 격벽(251)과 냉각수 공급라인(202) 사이에는 이 격벽(251)보다 높이가 낮은 보조 격벽(252)이 위치할 수 있다. 이러한 보조 격벽(252)은 냉각수에 포함된 기포(B)의 유입을 추가적으로 차단할 수 있다.
또한, 배기가스 열교환기(60)와 방열기(70) 사이에는 냉각수 펌프(55)가 구비되어, 냉각수가 원활하게 흐를 수 있도록 할 수 있다.
엔진(30)에서 배출되어 방열기(70)를 통과한 냉각수에는 많은 기포가 함유된 상태일 수 있다. 이러한 기포가 다량 함유된 냉각수는 먼저 냉각수 유입라인(201)을 통하여 냉각수 유입부(254)로 유입된다.
이때, 기포 배출구(253)를 통하여 냉각수 유입부(254)에 유입된 냉각수에 포함된 기포가 배출될 수 있다.
이러한 과정을 통하여 기포가 일차적으로 제거된 냉각수는 격벽(251) 하부의 틈을 통하여 냉각수 유출부(255)로 이송될 수 있다.
이와 같이, 냉각수 유출부(254; 제2 탱크) 내에서도 기포가 잔존할 가능성이 있으나, 이러한 기포는 기포 배출구(253)를 통하여 배출될 수 있고, 잔존하는 기포는 주로 냉각수 유출부(255)의 상측에 위치할 수 있다.
따라서, 이러한 냉각수 유출부(255)의 최하단에 위치하는 냉각수가 냉각수 공급라인(202)을 통하여 방열기(70) 측으로 전달되면 냉각수 내의 기포의 함유량을 극소화시킬 수 있는 것이다.
이러한 과정을 통하여 기포 배출부(200)에서 기포가 제거된 냉각수는 방열기(70)로 유입되고, 이 방열기(70)에서 열이 방출된 후에 냉각수 펌프(55)를 통하여 배기가스 열교환기(60)로 유입된다.
이와 같이, 배기가스 열교환기(60)에서 배출된 냉각수는 다시 엔진(30)과 기포 배출부(200)로 분기되어 유입될 수 있다.
기타 설명하지 않은 부분은 도 1을 참조하여 위에서 설명한 사항이 동일하게 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 의한 히트 펌프 시스템을 나타내는 개략도이다.
이러한 기포 배출부(200)는 위에서 설명한 배기가스 열교환기(60)와 방열기(70) 사이에 구비될 수 있다.
즉, 배기가스 열교환기(60)에서 배출된 냉각수는 엔진(30)과 기포 배출부(200)로 분기되어 유입될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 이러한 기포 배출부(200)는 냉각수 유입부(264)와 냉각수 유출부(265)가 격벽(261)에 의하여 분리되는 하나의 탱크(260)에 구현될 수 있다.
이와 같이, 격벽(261)을 통하여 냉각수 유입부(264)와 냉각수 유출부(265)가 구분될 수 있다. 이때, 격벽(261)의 하측에는 틈이 존재하여 이 틈을 통하여 냉각수 유입부(264)에서 기포가 충분히 제거된 냉각수가 냉각수 유출부(265)로 이동할 수 있다.
즉, 격벽(261)은 냉각수 유입부(264)와 냉각수 유출부(265)를 완전히 분리하지 않을 수 있다. 그러나, 이러한 격벽(261)의 상측은 냉각수 유입부(264)와 냉각수 유출부(265)를 완전히 분리할 수 있다. 이러한 격벽(261)은 냉각수 유입부(264)에 포함된 기포(B)가 포함된 냉각수가 냉각수 유출부(265)로 넘치는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 냉각수 유입부(264)와 냉각수 유출부(265)에는 각각 기포 배출구(263, 266)가 구비될 수 있다.
이때, 냉각수 유출부(265)에는 수위센서(240)가 구비될 수 있다. 따라서, 냉각수 유출부(265)에 포함된 냉각수의 잔존량을 판단할 수 있다.
이와 같은 기포 배출부(200)는, 배기가스 열교환기(60)와 냉각수 유입부(264) 사이에 연결되는 냉각수 유입라인(201) 및 냉각수 유출부(265)와 방열기(70) 사이에 연결되는 냉각수 공급라인(202)을 포함할 수 있다.
이때, 냉각수 공급라인(202)은 냉각수 유출부(265)의 최하단까지 연결될 수 있다. 일반적으로 기포(B)는 공기를 포함하므로 가벼워서 위로 올라가는 경향이 있으므로, 이와 같이, 최하단에 연결되는 냉각수 공급라인(202)을 통하여 기포가 충분히 제거된 냉각수가 엔진(30) 측으로 공급될 수 있다.
한편, 격벽(261)과 냉각수 공급라인(202) 사이에는 이 격벽(261)보다 높이가 낮은 보조 격벽(262)이 위치할 수 있다. 이러한 보조 격벽(262)은 냉각수에 포함된 기포(B)의 유입을 추가적으로 차단할 수 있다.
그 외에 설명되지 않은 부분은 도 1 또는 도 3을 참조하여 위에서 설명한 사항이 동일하게 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명에 적용될 수 있는 배기가스 열교환기의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 배기가스 열교환기(60)에는 배기가스가 유입 및 배출되는 부분과 냉각수가 유입 및 유출되는 부분을 포함할 수 있다. 즉, 배기가스가 유입되는 배기가스 유입부(61), 배기가스가 배출되는 배기가스 배출부(62), 냉각수가 유입되는 냉각수 유입부(64) 및 냉각수가 배출되는 냉각수 배출부(63)를 포함할 수 있다.
이에 더하여, 배기가스 열교환기(60)에는 기포 배출부(200)를 통하여 냉각수가 배출되는 배출구(65)를 더 포함할 수 있다. 이러한 배출구(65)에는 냉각수 유입라인(201)이 연결될 수 있다.
이와 같이, 기포 배출부(200)를 통하여 기포가 제거된 냉각수는 방열기(70)를 거친 후에 냉각수 유입부(64)를 통하여 배기가스 열교환기(60)로 유입되어 배기가스와 열교환된 후에 엔진(30)으로 유입될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 히트 펌프 시스템 내의 냉각수 기포를 제거함에 있어 냉각수 유로 상의 손실을 방지하여, 냉각수의 방열성능을 유지하며 안정적으로 냉각수 내의 기포를 제거할 수 있다.
또한, 히트 펌프 시스템(엔진) 내의 기포를 신속하게 제거하여 시스템의 신뢰성 및 서비스 시간을 단축할 수 있다.
또한, 히트 펌프 시스템(엔진) 내의 냉각수 유량을 저감하고 및 열교환 효율에 대한 영향성을 낮게 하여 냉각수 내의 기포를 신속하게 제거하기 위한 시스템을 구성할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
30: 엔진 60: 배기가스 열교환기
70: 방열기 200: 기포 배출부
201: 냉각수 유입라인
202: 냉각수 공급라인
210, 254, 264: 냉각수 유입부
220, 255, 265: 냉각수 유출부
251, 261: 격벽

Claims (15)

  1. 히트 펌프 시스템에 있어서,
    공기 조화기의 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기를 구동하는 엔진; 및
    상기 엔진에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 순환 유로에 연결되어 상기 냉각수에 포함된 기포를 배출하기 위한 것으로서, 냉각수 유입부와 냉각수 유출부가 분리되고, 상기 냉각수 유입부 및 상기 냉각수 유출부 중 적어도 어느 한 부분에 기포 배출구를 포함하는 기포 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기포 배출부는, 상기 엔진의 배기 매니폴드와 연결되는 배기가스 열교환기와 상기 냉각수의 열을 방열시키기 위한 방열기 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기포 배출부는,
    상기 배기가스 열교환기와 상기 냉각수 유입부 사이에 연결되는 냉각수 유입라인; 및
    상기 냉각수 유출부와 상기 방열기 사이에 연결되는 냉각수 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 냉각수 공급라인은 상기 냉각수 유출부의 최하단까지 연결되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 배기가스 열교환기와 상기 방열기 사이에는 냉각수 펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 냉각수 유입부 및 상기 냉각수 유출부는 각각 제1 탱크 및 제2 탱크에 구비되고, 상기 제1 탱크와 상기 제2 탱크는 연결관으로 연결된 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 냉각수 유입부 및 상기 냉각수 유출부는 격벽으로 구분된 하나의 탱크에 구비된 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 격벽은 상기 냉각수 유입부 및 상기 냉각수 유출부를 완전히 분리하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 냉각수 유출부에는 수위센서가 구비된 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
  10. 히트 펌프 시스템에 있어서,
    공기 조화기의 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기를 구동하는 엔진;
    상기 엔진의 배기 매니폴드와 연결되는 배기가스 열교환기;
    상기 냉각수의 열을 방열시키기 위한 방열기; 및
    상기 배기가스 열교환기와 상기 방결기 사이에 연결되어, 상기 엔진에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 순환 유로에 연결되어 상기 냉각수에 포함된 기포를 배출하기 위한 것으로서, 냉각수 유입부와 냉각수 유출부가 분리되고, 상기 냉각수 유입부 및 상기 냉각수 유출부 중 적어도 어느 한 부분에 기포 배출구를 포함하는 기포 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기포 배출부는,
    상기 배기가스 열교환기와 상기 냉각수 유입부 사이에 연결되는 냉각수 유입라인; 및
    상기 냉각수 유출부와 상기 방열기 사이에 연결되고 상기 냉각수 유출부의 최하단까지 연결되는 냉각수 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 냉각수 유입부 및 상기 냉각수 유출부는 각각 제1 탱크 및 제2 탱크에 구비되고, 상기 제1 탱크와 상기 제2 탱크는 연결관으로 연결된 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 상기 냉각수 유입부 및 상기 냉각수 유출부는 격벽으로 구분된 하나의 탱크에 구비된 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
  14. 제10항에 있어서, 상기 배기가스 열교환기와 상기 방열기 사이에는 냉각수 펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
  15. 제10항에 있어서, 상기 냉각수 유출부에는 수위센서가 구비된 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.
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