KR20200041837A - 가스 히트펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템에는, 상기 공기와 연료를 혼합하여 엔진 측으로 배출하는 믹서와, 상기 믹서와 엔진 사이에 배치되어, 엔진 또는 모터의 회전동력에 의해 믹서에서 배출된 혼합기를 압축시킨 후, 엔진의 흡기 매니폴드 측으로 배출하는 슈퍼차저와, 상기 믹서와 슈퍼차저를 연결하는 연결관과, 상기 슈퍼차저와 상기 엔진 사이에 배치되어, 상기 엔진의 흡기 매니폴드 측으로 공급되는 압축된 혼합기의 양을 조절하는 조절수단과, 상기 슈퍼차저를 커버하는 버퍼탱크 및 상기 버퍼탱크와 상기 연결관을 연통하여, 상기 버퍼탱크의 혼합기를 상기 연결관으로 토출시키는 토출유로를 포함할 수 있다.

Description

가스 히트펌프 시스템 {A 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 사이클에는, 냉매의 압축을 위한 압축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 감압하는 팽창장치 및 상기 감압된 냉매를 증발시키는 증발기가 포함된다.

상기 히트펌프 시스템에는, 가스 히트펌프 시스템이 포함된다. 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 시스템에는, 연료와 공기의 혼합물(이하, 혼합기)을 이용하여 동력을 발생시키는 엔진이 포함된다. 일례로, 엔진에는, 상기 혼합기가 공급되는 실린더와, 상기 실린더 내에서 운동 가능하게 제공되는 피스톤이 포함될 수 있다.

상기 가스 히트펌프 시스템에는, 상기 엔진에 혼합기를 공급하기 위한 공기 공급장치와, 연료 공급장치 및 공기와 연료를 혼합하기 위한 믹서(mixer)가 포함된다.

상기 공기 공급장치에는, 공기를 정화하기 위한 공기 여과기가 포함될 수 있다. 그리고, 상기 연료 공급장치에는 일정한 압력의 연료를 공급하기 위한 제로 가버너(zero governor)가 포함된다.

상기 제로 가버너는 연료의 입구압력의 크기 또는 유량의 변화에 관계)없이, 출구압력을 일정하게 조절하여 공급하는 장치로서 이해될 수 있다. 일례로, 상기 제로 가버너에는, 연료의 압력을 감압하는 노즐부와, 상기 노즐부에서 감압된 압력이 작용하는 다이아프램(diaphragm) 및 상기 다이아프램의 작동에 의하여 개폐되는 밸브장치가 포함될 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. 상기 가스 히트펌프 시스템에는, 상기 배기가스에서 발생되는 소음을 저감하기 위한 머플러(muffler)가 더 포함된다.

종래의 가스 히트펌프 시스템에 관한 선행문헌은 아래와 같다.

1. 등록번호 (등록일자) : 10-1341533 (2013년 12월 9일)

2. 발명의 명칭 : 가스히트펌프 시스템 및 이의 제어방법

상기와 같은 종래 가스히트펌프는 주택용 LNG나 LPG 등을 열원으로 하는 가스 엔진을 이용하여, 압축기 냉매를 순환시켜, 여름철에는 냉방모드로 작동하고, 겨울철에는 난방모드로 작동한다.

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.

또한, 여름철의 경우 가스히트펌프 시스템은 실내의 온도를 낮추기 위해 냉방모드로 작동하게 되는데, 실외의 기온이 고온인 경우, 높은 기온으로 인해 가스엔진으로 고온의 공기가 공급된다.

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.

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.

또한, 엔진의 성능을 향상시키기 위해서, 믹서와 엔진에 슈퍼차저를 구비하여, 엔진으로 공급되는 혼합기를 과급하여 엔진으로 공급하는 경우, 슈퍼차저 특성 상 혼합기 가스의 누설이 발생하고, 누설된 혼합기 가스가 스파크 등의 원인에 의해서 발화되면서, 안전상의 문제가 발생되는 문제와 더불어 연료 누설에 따라서 엔진 성능 및 효율이 저하되는 문제도 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 엔진 운전 시, 과급을 위해 구동되는 슈퍼차저에서 누설되는 혼합기를 슈퍼차저 측으로 재순환하여, 슈퍼차저에서의 가스 누설 및 그에 따른 문제를 해결할 수 있는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 엔진으로 공급되는 혼합기를 과급하여, 엔진의 성능이 향상될 수 있는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 엔진의 크기를 키우지 않고, 엔진의 최대 출력을 향상시킬 수 있는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 엔진으로 공급되는 혼합기의 온도를 낮추고, 밀도를 키워 엔진의 체적 효율을 향상시킬 수 있는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 엔진 정시 시, 혼합기의 유입을 막은 상태에서 엔진 정지시까지 엔진을 구동하여, 잔류 혼합기를 연소하거나, 외부 배출시켜 포름산 발생을 억제시킴으로서, 부품의 부식을 예방할 수 있는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 엔진의 시동 전, 연료 공급을 중단한 상태에서, 크랭킹(cranking)을 진행하여, 엔진 내부에 존재하는 혼합기를 배출함에 따라, 엔진 내 잔류 혼합기로 인해 발생할 수 있는 이상연소를 방지하고, 보다 안정적으로 엔진 시동이 걸릴 수 있는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 다른 복수의 슈퍼차저를 구비하여, 보다 넓은 범위에서 과급이 가능한 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템은, 압축기, 실외 열교환기, 팽창장치, 실내 열교환기 및 냉매배관을 포함하는 공기조화 모듈과, 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소하여, 상기 압축기의 운전을 위한 동력을 제공하는 엔진을 포함하는 엔진모듈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 엔진모듈은, 상기 공기와 연료를 혼합하여 엔진 측으로 배출하는 믹서와, 상기 믹서와 엔진 사이에 배치되어, 엔진 또는 모터의 회전동력에 의해 믹서에서 배출된 혼합기를 압축시킨 후, 엔진의 흡기 매니폴드 측으로 배출하는 슈퍼차저와, 상기 믹서와 슈퍼차저를 연결하는 연결관과, 상기 슈퍼차저와 상기 엔진 사이에 배치되어, 상기 엔진의 흡기 매니폴드 측으로 공급되는 압축된 혼합기의 양을 조절하는 조절수단을 포함할 수 있다.

또한, 상기 엔진모듈은 상기 슈퍼차저를 커버하는 버퍼탱크 및 상기 버퍼탱크와 상기 연결관을 연통하여, 상기 버퍼탱크의 혼합기를 상기 연결관으로 토출시키는 토출유로를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 엔진 운전 시, 과급을 위해 구동되는 슈퍼차저에서 누설되는 혼합기를 슈퍼차저 측으로 재순환하여, 슈퍼차저에서의 가스 누설 문제를 해결할 수 있는 이점이 있다.

또한, 슈퍼차저에서 누설된 혼합기가 스파크 등의 원인에 의해 발화되면서, 발생하는 안전사고를 예방할 수 있는 이점도 있다.

또한, 가스엔진에 공급되는 연료와 공기의 혼합기를 수퍼차저를 이용해서 자연흡기 대비 높은 압력으로 엔진에 공급하여 체적효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 엔진 및 전체 시스템의 소형화가 가능한 이점도 있다.

또한, 소형 가스엔진으로 대용량 가스엔진 히트펌프 시스템의 구현이 가능한 이점도 있다.

또한, 주택용 가스 연료를 사용하는 가스엔진 히트펌프(GHP)에서 엔진 출력 향상을 키울 수 있는 이점도 있다.

또한, 엔진으로 공급되는 혼합기의 온도를 낮추고, 밀도를 키워 엔진의 체적 효율을 향상시킬 수 있는 이점도 있다.

또한, 혼합기의 유입을 막은 상태에서 엔진 정지시까지 엔진을 구동하여, 잔류 혼합기를 연소하거나, 외부 배출시켜 포름산 발생을 억제시킴으로서, 부품의 부식을 예방할 수 있는 이점도 있다.

또한, 엔진의 시동 전, 연료 공급을 중단한 상태에서, 크랭킹(cranking)을 진행하여, 엔진 내부에 존재하는 혼합기를 배출함에 따라, 엔진 내 잔류 혼합기로 인해 발생할 수 있는 이상연소를 방지하고, 보다 안정적으로 엔진 시동이 걸릴 수 있는 이점도 있다.

또한, 복수의 슈퍼차저를 구비하여, 보다 넓은 범위에서 과급이 가능한 이점도 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 구성을 보여주는 사이클 도면이다.
도 2는 상기 가스 히트펌프 시스템의 난방 운전시, 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 유동을 보여주는 사이클 도면이다.
도 3은 상기 가스 히트펌프 시스템의 냉방 운전시, 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 유동을 보여주는 사이클 도면이다.
도 4는 본 발명의 가스 히트펌프 시스템에 적용되는 엔진모듈의 일 예를 보인 시스템도이다.
도 5는 도 4의 일부 영역을 확대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 가스 히트펌프 시스템에 적용되는 엔진모듈의 다른 예를 보인 시스템도이다.
도 7은 도 6의 일부 영역을 확대한 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 구성을 보여주는 사이클 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템(10)에는, 공기조화 시스템으로서 냉매 사이클을 구성하는 다수의 부품이 포함된다. 상세히, 상기 냉매 사이클에는, 냉매를 압축하는 압축기(110)와, 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매 중 오일을 분리하기 위한 오일분리기(115) 및 상기 오일분리기(115)를 거친 냉매의 방향을 전환하여 주는 사방변(117)이 포함된다.

상기 가스 히트펌프 시스템(10)에는, 실외 열교환기(120) 및 실내 열교환기(140)가 더 포함된다. 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 유동한다.

한편, 도 1에 도시된 시스템의 구성들은 실내 열교환기(140) 및 실내 팽창장치(145)를 제외하고 실외측, 즉 실외기의 내부에 배치될 수 있다.

상세히, 상기 시스템(10)이 냉방운전 모드로 운전될 경우, 상기 사방변(117)을 통과한 냉매는 상기 실외 열교환기(120)를 거쳐 상기 실내 열교환기(140) 측으로 유동한다. 반면에, 상기 시스템(10)이 난방운전 모드로 운전될 경우, 상기 사방변(117)을 통과한 냉매는 상기 실내 열교환기(140)를 거쳐 상기 실외 열교환기(120) 측으로 유동한다.

상기 시스템(10)에는, 상기 압축기(110), 실외 열교환기(120) 및 실내 열교환기(140)등을 연결하여 냉매의 유동을 가이드 하는 냉매배관(170, 실선유로)이 더 포함된다.

상기 시스템(10)의 구성에 대하여, 냉방운전 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 포함된다.

상기 실외 열교환기(120)의 출구측에는, 냉매를 감압하기 위한 메인 팽창장치(125)가 제공된다. 일례로, 상기 메인 팽창장치(125)에는, 전자 팽창밸브(Electronic expansion valve, EEV)가 포함된다. 냉방운전시, 상기 메인 팽창장치(125)는 풀 오픈(full open) 되어 냉매의 감압작용을 수행하지 않는다.

상기 메인 팽창장치(125)의 출구측에는, 냉매를 추가 냉각하기 위한 과냉각 열교환기(130)가 제공된다. 그리고, 상기 과냉각 열교환기(130)에는, 과냉각 유로(132)가 연결된다. 상기 과냉각 유로(132)는 상기 냉매 배관(170)으로부터 분지되어 상기 과냉각 열교환기(130)에 연결된다.

그리고, 상기 과냉각 유로(132)에는, 과냉각 팽창장치(135)가 설치된다. 상기 과냉각 유로(132)를 유동하는 냉매는 상기 과냉각 팽창장치(135)를 통과하면서 감압될 수 있다.

상기 과냉각 열교환기(130)에서는, 상기 냉매 배관(170)의 냉매와 상기 과냉각 유로(132)의 냉매간에 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 기액분리기(160)에 연결된다. 상기 과냉각 열교환기(130)에서 열교환 된 과냉각 유로(132)의 냉매는 상기 기액분리기(160)로 유입될 수 있다.

상기 과냉각 열교환기(130)를 통과한 냉매 배관(170)의 냉매는 실내기 측으로 유동하며, 실내 팽창장치(145)에서 감압된 후 상기 실내 열교환기(140)에서 증발된다. 상기 실내 팽창장치(145)는 실내기의 내부에 설치되며, 전자 팽창밸브(EEV)로 구성될 수 있다.

상기 실내 열교환기(140)에서 증발된 냉매는 상기 사방변(117)을 경유하여, 보조 열교환기(150)로 유동한다. 상기 보조 열교환기(150)는 증발된 저압의 냉매와 고온의 냉각수간에 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. 또, 상기 보조 열교환기(150)를 통과한 냉매는 기액분리기(160)로 유입될 수도 있다.

상기 보조 열교환기(150)를 통과한 냉매는 상기 기액분리기(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 기액분리기(160)로 유입될 수도 있으며, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다.

한편, 상기 가스 히트펌프 시스템(10)에는, 엔진(200)의 냉각을 위한 냉각수가 저장되는 냉각수 탱크(305) 및 냉각수의 유동을 가이드 하는 냉각수 배관(360, 점선유로)이 더 포함된다. 상기 냉각수 배관(360)에는, 냉각수의 유동력을 발생시키는 냉각수 펌프(300)와, 냉각수의 유동방향을 전환하여 주는 복수의 유동 전환부(310,320) 및 냉각수를 냉각하기 위한 방열기(330, radiator)가 설치될 수 있다.

상기 복수의 유동 전환부(310,320)에는, 제 1 유동전환부(310) 및 제 2 유동전환부(320)가 포함된다. 일례로, 상기 제 1 유동전환부(310) 및 제 2 유동전환부(320)에는, 삼방 밸브(3way valve)가 포함될 수 있다.

상기 방열기(330)는 상기 실외 열교환기(120)의 일측에 설치될 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 유동전환부(310) 및 제 2 유동전환부(320)를 거쳐 상기 방열기(330) 또는 상기 보조 열교환기(150)로 선택적으로 유동될 수 있다.

상기 가스 히트펌프 시스템(10)에는, 상기 압축기(110)의 구동을 위한 동력을 발생시키는 엔진(200) 및 상기 엔진(200)의 입구측에 배치되어 혼합 연료를 공급하는 믹서(220)가 포함된다.

그리고, 상기 가스 히트펌프 시스템(10)에는, 상기 믹서(220)에 정화된 공기를 공급하는 공기 여과기(210) 및 소정 압력 이하의 연료(fuel)를 공급하기 위한 제로 가버너(zero governor,230)가 포함된다. 상기 제로 가버너는 연료의 입구압력의 크기 또는 유량의 변화에 관계없이, 출구압력을 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)에는, 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)가 더 포함된다. 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 냉방모드로 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 냉방부하를 따라갈 수 없어, 냉방 불량의 원인이 될 수 있다.

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.

본 발명의 경우, 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 믹서(220)와 엔진(200) 사이에 슈퍼차저(400) 및 조절수단(600)을 구비한다.

상세히, 슈퍼차저(400)는 상기 믹서(220)에서 공기와 연료가 혼합된 후, 배출된 혼합기를 압축시켜 상기 엔진(200) 측으로 배출한다. 이때, 상기 슈퍼차저(400)는 믹서(220)에서 전달받은 혼합기를 대기압 이상으로 압축시킬 수 있다.

상기 슈퍼차저(400)는, 상기 엔진(200)의 동력 또는 전동기(electric motor)에 의해 구동할 수 있다.

또한, 상기 조절수단(600)은 상기 슈퍼차저(400)와과 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 믹서(220)에서 혼합되고, 슈퍼차저(400)에서 고압으로 가압된 후, 엔진(200)으로 공급될 수 있다. 또한, 조절수단(600)을 통해 엔진(200)으로 공급되는 고압의 혼합기(공기+연료)의 양이 정밀하게 제어될 수도 있다.

따라서, 엔진(200)의 효율이 향상될 수 있다. 또한, 엔진(200)의 크기를 키우지 않고도, 엔진(200)의 최대 출력량을 키울 수 있다. 즉, 소형 엔진으로 대형 엔진의 출력을 구현할 수 있다.

한편, 상기와 같이 혼합기가 슈퍼차저(400)를 통과하면, 혼합기의 압력 및 온도가 상승한다. 이 경우, 엔진(200)으로 흡입되는 혼합기의 밀도가 감소하게 되고, 엔진의 체적 효율이 낮아질 수 밖에 없다.

본 발명의 경우, 이를 해결하기 위해, 상기 슈퍼차저(400)와 상기 조절수단(600) 사이에, 상기 슈퍼차저(400)에서 토출된 고온고압의 혼합기를 냉각시켜, 부피는 줄이고, 밀도를 향상시킨 뒤, 배출하는 인터쿨러(500)를 구비한다.

일 예로, 상기 인터쿨러(500)는 외부 공기 또는 냉각수와 혼합기를 열교환시킬 수 있다.

이에 따르면, 엔진(200)으로 공급되는 혼합기의 온도를 낮추고, 밀도를 키워 엔진(200)의 체적 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 엔진모듈에는 상기 인터쿨러(500)를 냉각하기 위한 냉각수의 유동을 생성하는 냉각수 펌프(520) 및 상기 냉각수 펌프(520)에 연결되며, 냉각수의 유동을 가이드하는 냉각수배관(510)을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각수배관(510)의 적어도 일부 구간에는 방열기(530)가 결합되고, 상기 방열기(530)의 일측에는 팬(540)이 설치될 수 있다.

한편, 상기와 같이 믹서(220)와 엔진(200) 사이에 슈퍼차저(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 있다.

본 발명의 경우, 이를 방지를 위해 관리자로부터 '운전정지명령'이 입력되면, 조절수단(600)을 닫은 상태(closed)에서 엔진(200) 정지시까지 엔진(200)을 구동하여, 혼합기를 연소하거나, 외부 배출시켜 포름산 발생을 억제시킬 수 있으며, 배관 파손을 예방할 수 있다.

또한, 인터쿨러(500)는 내식성 재질(일예로,STS316)로 제작될 수 있다.

한편, 상기 냉각수 배관(360)에는, 상기 냉각수 탱크(305)로부터 상기 엔진(200)을 향하여 연장되는 제 1 배관(361)이 포함된다. 상세히, 상기 제 1 배관(361)은 상기 냉각수 탱크(305)로부터 상기 배기가스 열교환기(240)로 연장되는 제 1 배관부 및 상기 배기가스 열교환기(240)로부터 상기 엔진(200)으로 연장되는 제 2 배관부가 포함된다. 따라서, 상기 냉각수 탱크(305)로부터 공급되는 냉각수는 상기 배기가스 열교환기(240)를 거치면서 배기가스와 열교환 되고, 상기 엔진(200)에 유입되어 상기 엔진(200)의 폐열을 회수한다. 그리고, 상기 제 1 배관(361)에는, 냉각수의 유동을 생성하는 상기 냉각수 펌프(300)가 설치될 수 있다.

상기 냉각수 배관(360)에는, 상기 엔진(200)을 통과한 냉각수를 상기 제 1 유동전환부(310)로 가이드 하는 제 2 배관(362)이 더 포함된다.

또한, 상기 냉각수 배관(360)에는, 냉각수를 상기 제 1 유동전환부(310)로부터 상기 제 2 유동전환부(320)로 가이드 하는 제 3 배관(363)이 더 포함된다.

또한, 상기 냉각수 배관(360)에는, 냉각수를 상기 제 2 유동전환부(320)로부터 상기 보조 열교환기(150)로 가이드 하는 제 4 배관(364)이 더 포함된다.

상기 냉각수 배관(360)에는, 냉각수를 상기 제 2 유동전환부(320)로부터 상기 방열기(150)로 가이드 하는 제 5 배관(365)이 더 포함된다.

상기 냉각수 배관(360)에는, 냉각수를 상기 제 1 유동전환부(310)로부터 상기 제 1 배관(361)으로 가이드 하는 제 6 배관(366)이 더 포함된다.

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 6 배관(366)을 통하여 상기 제 1 배관(361)으로 바이패스 시킬 수 있다. 상기 제 6 배관(366)을 "바이패스 배관"이라 이름할 수 있다.

상기 가스 히트펌프 시스템(10)에는, 상기 엔진(200)의 출구측에 설치되어 상기 엔진(200)을 통과한 냉각수의 온도를 감지하는 냉각수 온도센서(290)가 더 포함될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템(10)의 운전모드에 따른 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 작용에 대하여 설명한다.

도 2는 상기 가스 히트펌프 시스템의 난방운전시, 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 유동을 보여주는 사이클 도면이다.

먼저, 상기 가스 히트펌프 시스템(10)이 난방운전을 수행하는 경우, 냉매는 상기 압축기(110), 오일 분리기(115), 사방변(117), 실내 열교환기(140) 및 과냉각 열교환기(130)를 거치고, 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 4 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, 냉각수 펌프(300)가 구동되면, 상기 냉각수 펌프(300)에서 토출된 냉각수는 상기 제 1 배관(361)을 따라 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 제 2 배관(362)을 경유하여 상기 제 1 유동전환부(310)로 유입된다.

상기 제 1 유동전환부(310)의 제어에 의하여, 상기 제 1 유동전환부(310)를 거친 냉각수는 상기 제 3 배관(363)을 따라 상기 제 2 유동전환부(320)를 향한다. 그리고, 상기 제 2 유동전환부(320)를 거친 냉각수는 상기 제 4 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 유입된다. 냉각수는 이러한 사이클이 반복되어 유동될 수 있다.

한편, 난방운전시 냉각수는 상기 방열기(330)로의 유동이 제한될 수 있다. 일반적으로, 난방운전은 외기의 온도가 낮을 때 수행되므로, 냉각수가 상기 방열기(330)에서 냉각되지 않더라도 냉각수 배관(360)을 유동하는 과정에서 냉각될 가능성이 높게 된다. 따라서, 난방운전시 냉각수는 상기 방열기(330)를 통과하지 않도록, 상기 제 1,2 유동전환부(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 5 배관(365)을 경유하여 상기 방열기(330)로 유입될 수도 있다.

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 슈퍼차저(400)에서 압축되고, 가압된 혼합기는 인터쿨러(500)에서 냉각되어 밀도가 향상된다. 인터쿨러(500)를 통과한 혼합기는 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.

도 3은 상기 가스 히트펌프 시스템의 냉방운전시, 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 유동을 보여주는 사이클 도면이다.

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 거치고, 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, 냉각수 펌프(300)가 구동되면, 상기 냉각수 펌프(300)에서 토출된 냉각수는 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 제 1 유동전환부(310)로 유입된다. 상기 제 1 유동전환부(310)로 유입될 때까지의 냉각수 유동은 난방 운전시의 냉각수 유동과 동일하다.

상기 제 1 유동전환부(310)를 거친 냉각수는 상기 제 2 유동전환부(320)로 유입되며, 상기 제 2 유동전환부(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, 냉방운전시 냉각수는 상기 보조 열교환기(150)로의 유동이 제한될 수 있다. 일반적으로, 냉방운전은 외기의 온도가 높을 때 수행되므로, 증발성능 확보를 위한 증발 냉매의 흡열이 요구되지 않을 수 있다. 따라서, 냉방운전시 냉각수는 상기 보조 열교환기(150)를 통과하지 않도록, 상기 제 1,2 유동전환부(310,320)가 제어될 수 있다.

다만, 상기 보조 열교환기(150)에서의 열교환이 필요로 하는 경우, 냉각수는 상기 제 2 유동전환부(320)를 경유하여 상기 보조 열교환기(150)로 유입될 수도 있다.

상기 엔진(200)의 구동과 관련하여서는, 난방운전시의 작용과 동일하므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 메인 구성요소인 '엔진모듈'에 대해 보다 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 가스 히트펌프 시스템에 적용되는 엔진모듈의 일 예를 보인 시스템도이다. 도 5는 도 4의 일부 영역을 확대한 도면이다. 도 6은 본 발명의 가스 히트펌프 시스템에 적용되는 엔진모듈의 다른 예를 보인 시스템도이다. 도 7은 도 6의 일부 영역을 확대한 도면이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 엔진모듈에는 엔진으로 공급되는 혼합기의 과급을 위한 슈퍼차저(400)가 구비된다.

슈퍼차저(400)는, 엔진(200)의 동력 또는 전동기(electric motor)에 의해 회전력이 생성되며, 유입된 기체를 가압(압축)시켜 배출한다. 상세히, 슈퍼차저(400)는 믹서에서 혼합된 혼합기를 엔진(200)의 동력 또는 전동기(electric motor)의 회전력을 이용해서 가압(과급)한 후, 인터쿨러(500) 측으로 배출하는 역할을 한다.

이하의 설명에서, 슈퍼차저(400)의 임펠러가 모터로부터 회전력을 제공받아 회전하는 경우를 일 예로 설명하나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 슈퍼차저는 엔진의 회전 동력을 전달받아 회전할 수도 있다.

한편, 상기와 같이 과급수단이 슈퍼차저(400)인 경우, 터보차저와 달리 방열문제가 두드러지지 않기 때문에, 슈퍼차저(400)의 냉각을 위한 냉각수배관을 추가로 설치하지 않아도 무방하다. 따라서, 유로의 구조가 간편해지고, 공간활용도가 향상되며, 소형화가 가능한 이점이 있다.

다른 예로, 상기 믹서(220)와 엔진(200) 사이에는 과급수단으로 슈퍼차저(400)를 대신해서, 터보차저(turbo charger)가 배치될 수도 있다. 터보차저는 엔진(200)에서 배출된 배기가스를 이용해서, 터빈을 회전시키고, 그 회전력에 의해 유입된 기체를 가압(압축)시켜 배출한다.

따라서, 과급수단이 터보차저로 구비된 경우, 터보차저는 터빈 측이 배기배관을 통해서 엔진의 배기 매니폴드와 연결되어, 회전하게 되고, 믹서에서 혼합된 혼합기가 유입되면, 가압(압축)한 후, 인터쿨러(500) 측으로 배출한다.

또한, 상기 터보차저의 회전축은 윤활 등의 목적을 위해, 엔진(200) 측에서 오일을 공급받을 수도 있다.

한편, 상기와 같이 과급수단이 터보차저인 경우, 터보차저의 방열이 필요하다. 일 예로, 상기 터보차저는 냉각수와 열교환하면서, 방열이 이루어질 수 있다.

또 다른 예로, 상기 믹서(220)와 엔진(200) 사이에는 과급수단으로 슈퍼차저(400)와 터보차저가 함께 배치될 수도 있다.

한편, 상기와 같이 엔진의 성능을 향상시키기 위해서, 믹서(220)와 엔진(200)에 슈퍼차저(400)를 구비하여, 엔진으로 공급되는 혼합기를 과급하여 공급하는 경우, 슈퍼차저(400) 특성상 혼합기 가스의 누설의 위험이 있다.

또한, 누설된 혼합기 가스가 스파크 등의 원인에 의해서 발화되면서, 안전상의 문제가 발생되고, 가스 연료가 누설됨에 따라 엔진 성능 및 효율이 저하되는 문제도 있었다.

본 발명의 경우, 버퍼탱크(710) 및 토출유로(720,730)를 구성하여, 슈퍼차저(400)에서 누설된 미소의 혼합기 가스를 회수한 뒤, 슈퍼차저(400)로 재공급할 수 있다. 따라서, 슈퍼차저에서의 혼합기 누설 문제를 해결할 수 있다.

또한, 슈퍼차저(400)의 구동속도 증가에 따른 과급 압력 향상시, 냉각된 혼합기가 슈퍼차저의 모터 측으로 공급되어 냉각이 이루어질 수 있다.

이하, 버퍼탱크(710) 및 토출유로(720,730)에 대해 설명한다.

상기 버퍼탱크(710)는 슈퍼차저(400)를 커버한다. 여기서 '커버한다'는 의미는 슈퍼차저(400)가 버퍼탱크(710)의 내측 공간에 수용된다 것을 의미한다. 버퍼탱크(710)는 내측에 공간부(711)를 형성한다. 그리고, 상기 공간부(711)에는 슈퍼차저(400)가 수용된다.

또한, 토출유로(720,730)는 상기 버퍼탱크(710)와 연결관(340)을 연결한다. 상기 연결관(340)은 상기 믹서(220)와 슈퍼차저(400)를 연결하는 유로를 의미한다. 그리고, 상기 공간부(711)는 상기 토출유로(720,730)와 연통한다. 따라서, 공간부(711)의 공기는 토출유로(720,730)를 통해서 빠져나갈 수 있다.

또한, 상기 토출유로(720,730)의 일측은 버퍼탱크(710)와 연결되고, 타측은 연결관(340)과 연결된다.

따라서, 공간부(711)의 공기는 토출유로(720,730)를 통해서 상기 연결관(340)으로 유입될 수 있다. 상기 연결관(340)은 상기 슈퍼차저(400)와 연결된 상태이기 때문에, 연결관(340)으로 유입된 공기는 슈퍼차저(400)로 재공급 될 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 엔진모듈의 작동 시, 슈퍼차저에서 누설된 혼합기가 슈퍼차저로 회수되는 과정을 설명한다.

먼저, 엔진(200)이 작동하고, 믹서(220)에서 혼합된 가스 연료와 공기의 혼합기는 연결관(340)을 통해서, 슈퍼차저(400)로 공급된다.

상기 슈퍼차저(400)는 모터 또는 엔진의 회전 동력에 의해 회전하면서, 임펠러를 회전시킨다. 그리고, 임펠러가 회전하면서, 연결관(340)의 혼합기는 슈퍼차저(400)로 흡입되고, 흡입된 혼합기는 압축된다.

그리고, 압축된 혼합기는 슈퍼차저(400)를 빠져나간 뒤, 슈퍼차저(400)와 조절수단(600)을 연결하는 별도의 배관을 통해서, 엔진(200) 측으로 공급된다.

이때, 상기 슈퍼차저(400)에서는 혼합기의 누설이 발생할 수 있다.

본 발명의 경우, 슈퍼차저(400)가 버퍼탱크(710)의 내측에 수용된 상태이다, 따라서, 슈퍼차저(400)에서 누설된 혼합기는 버퍼탱크(710)의 공간부(711)에 회수되고, 공간부(711)의 혼합기는 토출유로(720,730)를 통해서, 연결관(340)으로 토출된다. 그리고, 연결관(340)으로 토출된 공기는 다시 슈퍼차저(400)로 재공급될 수 있다.

상기 슈퍼차저(400)는, 상기 연결관(340)과 연통하고, 내측에 압축공간(401)을 형성하는 압축챔버(402)와, 상기 압축챔버(402)의 내측에 구비되는 임펠러(403)와, 상기 압축챔버(402)의 외측에 구비되고, 상기 임펠러(403)와 상기 압축챔버(402)를 관통하는 회전축(404)으로 연결되며, 상기 엔진(200)의 동력에 의해 회전하는 회전수단 또는 모터(405)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 버퍼탱크(710)는 상기 압축챔버(402)와 임펠러(403)와 회전수단 또는 모터(405)을 공간부(711)에 수용할 수 있다.

이에 따르면, 상기 연결관(340)을 통해서 압축챔버(402)로 혼합기가 유입되고, 임펠러(403)가 회전하면서 유입된 혼합기가 압축된다. 그리고, 압축된 혼합기는 압축챔버(402)의 외측으로 토출되고, 엔진(200)의 흡기 매니폴드(201) 측으로 공급된다.

이때, 혼합기가 압축되는 과정에서, 압축챔버(402)의 외측으로 혼합기의 누설이 발생할 수 있다. 일 예로, 압축챔버(402)를 관통하는 회전축(404)과 압축챔버(402)의 연결부위의 틈새를 통해서, 혼합기의 누설이 발생할 수 있다.

본 발명의 경우, 압축챔버(402)와 임펠러(403)와 회전수단 또는 모터(405)가 버퍼탱크(710)의 내측에 수용된 상태이기 때문에 압축챔버(402)에서 누설된 혼합기는 버퍼탱크(710)의 공간부(711)에 회수되고, 공간부(711)의 혼합기는 토출유로(720,730)를 통해서, 연결관(340)으로 공급된다. 그리고, 토출유로(720,730)를 통해서 연결관(340)으로 토출된 공기는 다시 압축챔버(402)로 재공급되어, 과급이 이루어질 수 있다.

상기 슈퍼차저(400) 작동 시, 압축챔버(402)의 내압은 상기 버퍼탱크(710) 및 연결관(340)의 내압보다 큰 상태이다.

그리고, 상기 버퍼탱크(710)의 내압은 혼합기의 누설로 인해서 상기 연결관(340)의 내압보다 크게 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 연결관(340)의 내압(P1)은 대기압을 형성할 수 있고, 버퍼탱크(710)의 내압(P2)은 대기압보다 크게 형성될 수 있다.

따라서, 버퍼탱크(710)의 내측에 회수된 혼합기는 압력차(P1<P2)에 의해 토출유로(720,730)를 통해서 연결관(340)으로 유동할 수 있다.

이하, 상기 토출유로(720,730)의 다양한 실시예에 대해 설명한다.

일 예로, 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 토출유로는, 일측이 상기 버퍼탱크(710)와 연결되고, 타측이 상기 연결관(340)과 연결되며, 상기 버퍼탱크(710) 및 연결관(340)의 외측에 배치되는 바이패스 배관(720)을 의미할 수 있다.

즉, 본 실시예에서, 토출유로는 바이패스 배관(720)을 의미한다.

상기 바이패스 배관(720)의 일측은 상하방향으로 형성되고, 상기 버퍼탱크(710)의 상단과 연결될 수 있다. 그리고, 바이패스 배관(730)의 타측은 상하방향으로 형성되고 상기 연결관(340)의 상측과 연결될 수 있다. 그리고, 바이패스 배관(730)의 중심부는 일측과 타측을 연결하면서, 수평방향으로 형성될 수 있다. 상기 바이패스 배관(720)은 적어도 2회 절곡된 형상을 구비할 수 있다.

상기 버퍼탱크(710)의 내압은 혼합기의 누설로 인해서 상기 연결관(340)의 내압보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, 버퍼탱크(710)의 내측에 회수된 혼합기는 압력차에 의해 바이패스 배관(720)를 통해서 연결관(340)으로 유동할 수 있으며, 연결관(340)을 통해서 슈퍼차저(400)로 재공급 될 수 있다.

다른 예로, 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 연결관(340)은 적어도 일부가 상기 버퍼탱크(710)를 통과하도록 배치되고, 상기 토출유로는 상기 버퍼탱크(710)의 내부에 위치된 연결관(340a)에 형성된 통공을 포함할 수 있다. 상기 통공은 상기 버퍼탱크(710)의 내부에 위치된 연결관(340a)을 타공하는 방식으로 형성될 수 있다.

즉, 본 실시예에서, 토출유로는 통공을 의미한다.

또 다른 예로, 상기 토출유로는, 일측은 상기 버퍼탱크(710)와 연통하고, 타측은 상기 연결관(340)과 연통하도록 상기 통공과 결합하는 미세관(730)을 포함할 수 있다.

즉, 본 실시예에서, 토출유로는 미세관(730)을 의미한다.

상기 통공 및 미세관(730)은 연결관(340)의 복수 위치에 구비될 수 있다.

먼저, 상기와 같이 연결관(340)의 일부가 버퍼탱크(710)를 관통하면, 토출유로의 길이가 최소한으로 줄어들 수 있다.

상기 미세관(730)의 일측은 버퍼탱크(710)의 공간부(711)와 연통할 수 있다. 그리고, 미세관(730)의 타측은 버퍼탱크(710)를 통과하는 연결관(340)의 내측과 연통할 수 있다.

따라서, 버퍼탱크(710)로 누설된 혼합기는 미세관(730)을 통해서 상기 연결관(340)으로 유입될 수 있다.

상기 버퍼탱크(710)의 내압은 혼합기의 누설로 인해서 상기 연결관(340)의 내압보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, 버퍼탱크(710)의 내측에 회수된 혼합기는 압력차에 의해 통공 또는 미세관(730)을 통해서 연결관(340)으로 유동할 수 있으며, 연결관(340)을 통해서 슈퍼차저(400)로 재공급 될 수 있다.

또한, 상기와 같이 연결관(340)의 일부가 버퍼탱크(710)를 관통하면, 믹서(220)에서 공급된 혼합기가 슈퍼차저(400)로 유입되기 전, 버퍼탱크(710) 내부를 경유하면서, 열교환이 진행되고 슈퍼차저(400)의 냉각이 진행될 수 있다.

본 실시 예에서, 상기 버퍼탱크(710)는 중심축이 수평방향(도 6 기준)으로 형성된 원통형으로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 연결관(340)은 일부 구간의 중심축이 상하방향(도 6기준)으로 형성되어, 상기 버퍼탱크(710)와 교차되는 방향으로 버퍼탱크(710)를 관통할 수 있다.

한편, 상기 슈퍼차저(400)는, 상호 이격 배치된 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420)를 포함하여 복수 구비될 수 있다.

엔진(200)과 믹서(220) 사이에 하나의 슈퍼차저(400)를 배치하는 경우, 배치된 슈퍼차저(400)의 최대 회전수 또는 압축 용량만큼 과급 범위가 제한될 수밖에 없고, 결과적으로 엔진(200)의 출력향상의 범위도 제한될 수밖에 없다.

본 발명의 경우, 슈퍼차저(400)의 운전영역을 넓히고, 그에 따라서, 엔진의 출력향상 범위를 보다 넓힐 수 있도록 복수의 슈퍼차저(400)를 배치한다.

이하의 설명에서, 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420)를 포함하는 경우에 대해 설명하나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 믹서(220)와 조절수단(600) 사이에 3개 이상의 슈퍼차저가 구비될 수도 있음을 밝혀둔다.

상기 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420)는 서로 압축용량이 상이하거나, 임펠러의 최대 회전수가 상이하게 설정될 수 있다.

또한, 상기 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420)는 상호 직렬로 연결될 수 있다.

일 예로, 상기 믹서(220)에서 공급된 혼합기는 제1슈퍼차저(410)를 거치면서, 1차 과급이 이루어지고, 제2슈퍼차저(420)를 거쳐 2차 과급이 이루어진 후, 엔진(200) 측으로 공급될 수 있다.

이때, 제2슈퍼차저(420)는 제1슈퍼차저(410) 대비 큰 압축용량을 구비할 수 있다. 또한, 제2슈퍼차저(420)는 제1슈퍼차저(410) 대비 임펠러의 최대 회전수가 크게 형성될 수 있다.

이 경우, 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420) 사이에는 제1슈퍼차저(410)를 거치면서, 1차 과급이 이루어진 혼합기를 제2슈퍼차저(420)로 안내하는 안내배관(430)이 형성될 수 있다.

또한, 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420)는 병렬로 연결되어, 믹서(220)에서 혼합된 혼합기가 제1슈퍼차저(410)로 유동하거나, 제2슈퍼차저(420)로 유동한 뒤, 엔진(200) 측으로 공급될 수도 있다.

한편, 상기와 같이 슈퍼차저(400)가 복수 구비된 경우, 상기 버퍼탱크(710) 및 토출유로(720,730)는 각각의 슈퍼차저(400)에 개별적으로 구비될 수 있다.

즉, 엔진과 믹서 사이에 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420)가 구비된 경우, 버퍼탱크(710)는 제1슈퍼차저용 버퍼탱크와, 제2슈퍼차저용 버퍼탱크를 구비하고, 토출유로(720,730)는 제1슈퍼차저용 버퍼탱크와 연결관(340)을 연결하는 토출유로와, 제2슈퍼차저용 버퍼탱크와 연결관(340)을 연결하는 토출유로를 별도로 구비할 수 있다.

반면, 슈퍼차저(400)가 복수 구비된 경우, 상기 버퍼탱크(710) 및 토출유로(720,730)는 각각 하나씩만 구비될 수 있다.

즉, 엔진과 믹서 사이에 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420)가 구비된 경우, 버퍼탱크(710)는 하나로 구비되고, 그 내부에 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420)를 수용할 수 있다. 또한, 토출유로(720,730)는 버퍼탱크(710)와 연결관(340)을 연결할 수 있다.

이 경우, 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420)에서 누설된 혼합기는 하나의 버퍼탱크(710)로 회수된 후, 토출유로(720,730)를 통해서, 연결관(340)으로 공급될 수 있다.

다시, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 바이패스 배관(720)의 흡입측은 상기 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420) 사이에 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420)는 대칭되게 배치될 수 있다.

상세히, 상기 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420)는 각각의 임펠러가 외측을 향하도록 배치되고, 각각의 모터는 중심측을 향하도록 배치될 수 있다.

제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420)가 상기와 같이 대칭되게 배치되면, 모터(405)는 중심부에 배치된다. 그리고, 압축챔버(402) 및 임펠러(403)는 외측에 배치된다. 이러한 상태에서, 압축챔버(402)와 회전축(404)의 연결부위에서 혼합기의 누설이 발생하면, 혼합기는 버퍼탱크(710)의 중심측을 향해서 누설된다.

그리고, 버퍼탱크(710)로 누설된 혼합기는 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420) 사이에 형성된 바이패스 배관(720)의 흡입측을 통해서, 보다 빠르고 쉽게 배출될 수 있다. 즉, 압축챔버(402)에서의 혼합기 누설 포인트와, 바이패스 배관(720) 흡입측 거리가 가까워지면서, 버퍼탱크(710)로 누설된 혼합기는 바이패스 배관(720)의 흡입측을 통해서, 보다 빠르고 쉽게 배출될 수 있다.

다시, 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 연결관(340)은 적어도 일부가 상기 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420) 사이를 통과할 수 있다.

다른 말로, 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420)는 버퍼탱크(710)를 통과하는 연결관(340)을 기준으로 양측에 배치될 수 있다.

그리고, 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420)는 버퍼탱크(710)를 통과하는 연결관(340)을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다. 특히, 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420)는 각각의 모터(405)가 버퍼탱크(710)를 통과하는 연결관(340)과 인접하도록 배치될 수 있다.

제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420)가 상기와 같이 버퍼탱크(710)를 통과하는 연결관(340)을 기준으로 대칭되게 배치되면, 모터(405)는 중심부에 배치된다. 그리고, 압축챔버(402) 및 임펠러(403)는 외측에 배치된다. 이러한 상태에서, 압축챔버(402)와 회전축(404)의 연결부위에서 혼합기의 누설이 발생하면, 혼합기는 버퍼탱크(710)의 중심측을 향해서 누설된다.

그리고, 버퍼탱크(710)로 누설된 혼합기는 제1슈퍼차저(410)와 제2슈퍼차저(420) 사이 중심부에 형성된 연결관(340)으로 보다 빠르고 쉽게 유입될 수 있다. 상세히, 버퍼탱크(710)의 중심측을 향해서 누설된 혼합기는 버퍼탱크(710)의 중심부를 통과하는 연결관(340)에 형성된 통공 및 미세관(730)을 통해서, 연결관(340)으로 보다 빠르고 쉽게 유입될 수 있다.

상기 통공 및 미세관(730)은 제1슈퍼차저(410) 측의 상부와 하부에 한 쌍으로 구비되고, 제2슈퍼차저(420) 측의 상부와 하부에 한 쌍으로 구비될 수 있다.

한편, 본 발명의 상기 엔진모듈은, 엔진의 시동 전, 연료 공급을 중단한 상태에서, 일정 시간 동안 크랭킹(cranking)을 진행할 수 있다.

상세히, 관리자로부터 '운전시작명령'이 입력되면, 엔진의 시동이 걸리기 전전, 엔진으로의 연료 공급을 중단한 상태에서, 일정 시간 동안 크랭킹(cranking)을 진행한 후, 엔진의 시동을 진행한다.

이에 따르면, 엔진 내부에 존재하는 혼합기를 엔진 시동 전에 배출할 수 있으며, 엔진 내 잔류 혼합기로 인해 발생할 수 있는 이상연소를 방지할 수 있고, 보다 안정적으로 엔진 시동이 걸릴 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 가스 히트펌프 시스템 110 : 압축기
120 : 실외 열교환기 140 : 실내 열교환기
150 : 보조 열교환기 200 : 엔진
240 : 배기가스 열교환기 300 : 냉각수펌프
400 : 슈퍼차저 500 : 인터쿨러
600 : 조절수단 710 : 버퍼탱크
720 : 바이패스 배관 730 : 미세관

Claims (19)

1. 압축기, 실외 열교환기, 팽창장치, 실내 열교환기 및 냉매배관을 포함하는 공기조화 모듈;
   연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소하여, 상기 압축기의 운전을 위한 동력을 제공하는 엔진을 포함하는 엔진모듈을 포함하되,
   상기 엔진모듈은,
   상기 공기와 연료를 혼합하여 상기 엔진 측으로 배출하는 믹서;
   상기 믹서와 상기 엔진 사이에 배치되어, 엔진 또는 모터의 회전동력에 의해 상기 믹서에서 배출된 혼합기를 압축시킨 후, 상기 엔진의 흡기 매니폴드 측으로 배출하는 슈퍼차저;
   상기 믹서와 슈퍼차저를 연결하는 연결관;
   상기 슈퍼차저와 상기 엔진 사이에 배치되어, 상기 엔진의 흡기 매니폴드 측으로 공급되는 압축된 혼합기의 양을 조절하는 조절수단;
   상기 슈퍼차저를 커버하는 버퍼탱크; 및
   상기 버퍼탱크와 상기 연결관을 연통하여, 상기 버퍼탱크의 혼합기를 상기 연결관으로 토출시키는 토출유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 히트펌프 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 토출유로는,
   일측이 상기 버퍼탱크와 연결되고, 타측이 상기 연결관과 연결되며, 상기 버퍼탱크 및 연결관의 외측에 배치되는 바이패스 배관을 포함하는 가스 히트펌프 시스템.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 연결관은 적어도 일부가 상기 버퍼탱크를 통과하도록 구비되고,
   상기 토출유로는 상기 버퍼탱크의 내부에 위치된 연결관에 형성된 통공을 포함하는 가스 히트펌프 시스템.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 토출유로는,
   일측은 상기 버퍼탱크와 연통하고, 타측은 상기 연결관과 연통하도록 상기 통공과 결합하는 미세관을 포함하는 가스 히트펌프 시스템.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 통공 및 미세관은 복수의 위치에 구비되는 가스 히트펌프 시스템.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 슈퍼차저는,
   상기 연결관과 연통하는 압축챔버;
   상기 압축챔버의 내측에 구비되는 임펠러;
   상기 압축챔버의 외측에 구비되고, 상기 압축챔버를 관통하는 회전축을 통해서 상기 임펠러와 연결되며, 상기 엔진의 동력에 의해 회전하는 회전수단 또는 모터를 포함하고,
   상기 버퍼탱크는 상기 압축챔버와 임펠러와 회전수단 또는 모터를 내부 공간에 수용하는 가스 히트펌프 시스템.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 슈퍼차저 작동 시,
   상기 압축챔버의 내압은 상기 버퍼탱크의 내압보다 크고,
   상기 버퍼탱크의 내압은 상기 연결관의 내압보다 크게 형성되는 가스 히트펌프 시스템.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 슈퍼차저는,
   상호 이격 배치된 제1슈퍼차저와 제2슈퍼차저를 포함하여 복수 구비되는 가스 히트펌프 시스템.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제1슈퍼차저와 제2슈퍼차저는 서로 압축용량 또는 임펠러의 최대 회전수가 상이하게 구비된 가스 히트펌프 시스템.
   
10. 제 8항에 있어서,
    상기 제1슈퍼차저와 제2슈퍼차저는 상호 직렬로 연결된 가스 히트펌프 시스템.
    
11. 제 8항에 있어서,
    상기 제1슈퍼차저와 제2슈퍼차저는 상호 병렬로 연결된 가스 히트펌프 시스템.
    
12. 제 8항에 있어서,
    상기 토출유로의 흡입측은 상기 제1슈퍼차저와 제2슈퍼차저 사이에 배치되는 가스 히트펌프 시스템.
    
13. 제 8항에 있어서,
    상기 제1슈퍼차저와 제2슈퍼차저는 대칭되게 배치되는 가스 히트펌프 시스템.
    
14. 제 13항에 있어서,
    상기 연결관은 적어도 일부가 상기 제1슈퍼차저와 제2슈퍼차저 사이를 통과하는 가스 히트펌프 시스템.
    
15. 제 1항에 있어서,
    상기 슈퍼차저와 상기 조절수단 사이에는, 상기 슈퍼차저에서 토출된 압축혼합기를 냉각시키는 인터쿨러가 구비되는 가스 히트펌프 시스템.
    
16. 제 15항에 있어서,
    상기 인터쿨러를 냉각하기 위한 냉각수의 유동을 생성하는 냉각수 펌프 및 상기 냉각수 펌프에 연결되며, 냉각수의 유동을 가이드하는 냉각수배관을 더 포함하는 가스 히트펌프 시스템.
    
17. 제 16항에 있어서,
    상기 냉각수배관의 적어도 일부 구간에는 방열기가 결합되고, 상기 방열기의 일측에는 팬이 설치되는 가스 히트펌프 시스템.
    
18. 제 1항에 있어서,
    상기 엔진모듈은, 상기 엔진의 운전정지 직전에, 상기 조절수단을 닫은 상태에서, 상기 엔진의 추가운전을 진행하는 가스 히트펌프 시스템.
    
19. 제 1항에 있어서,
    상기 엔진모듈은, 엔진의 시동 전, 연료 공급을 중단한 상태에서, 크랭킹(cranking)을 진행하는 가스 히트펌프 시스템.

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