KR20210031156A

KR20210031156A - 가스엔진 히트펌프

Info

Publication number: KR20210031156A
Application number: KR1020190112751A
Authority: KR
Inventors: 김철권; 정호종
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2021-03-19

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프는, 가스엔진에 의해 구동되어 제1 냉매를 압축하는 압축기; 제1 냉매를 실외공기와 열교환시키는 제1 실외열교환기; 제1 냉매를 실내공기와 열교환시키는 제1 실내열교환기; 상기 압축기에서 토출된 제1 냉매를 상기 제1 실외열교환기 및 제1 실내열교환기 중 어느 하나로 안내하는 사방밸브; 상기 제1 실외열교환기 및 제1 실내열교환기 중 어느 하나로부터 공급받은 제1 냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브; 및 상기 제1 실외열교환기 및 제1 팽창밸브를 연결하는 냉매배관 중 적어도 일부(이하, 과냉배관)에 배치되는 과냉각기를 포함한다. 이때, 상기 과냉배관을 유동하는 제1 냉매는, 상기 가스엔진을 냉각하며 가열된 냉각수(이하, 온수)에 의해 유동하는 제2 냉매와의 열교환에 의해 과냉각됨으로써, 냉방 성능이 향상될 수 있다.

Description

가스엔진 히트펌프{GAS ENGINE HEAT PUMP}

본 발명은 가스엔진 히트펌프에 관한 것이다. 보다 상세하게는 가스엔진의 폐열을 회수하여 히트펌프를 순환하는 냉매를 과냉각하는 데 이용함으로써 냉방 성능을 향상시킬 수 있는 가스엔진 히트펌프에 관한 것이다.

일반적으로 히트펌프는 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 통해 실내를 냉난방시키는 장치를 말한다. 실내를 냉방하는 경우에는 실내열교환기는 저온, 저압의 냉매가 통과하는 증발기로 기능하되, 실외열교환기는 고온, 고압의 냉매가 통과하는 응축기로 기능할 수 있다. 이와 반대로, 실내를 난방하는 경우에는 실내열교환기는 응축기로 기능하되 실외열교환기는 증발기로 기능할 수 있다.

히트펌프는 전동기를 이용하여 압축기를 구동하는 전기 구동식 히트펌프(EHP: Electric Heat Pump)와, 연료가스의 연소 에너지를 이용하여 압축기를 구동하는 가스엔진 히트펌프(GHP: Gas Engine Heat Pump)로 크게 구별될 수 있고, 도 1은 가스엔진 히트펌프의 개략적인 구성을 도시하고 있다.

도 1을 참조하면, 가스엔진 히트펌프에서 연료 및 공기 각각은 제로가버너(1) 및 에어클리너(2) 각각을 통과한 후, 믹서(3)에서 혼합되어 혼합기로서 토출된 후 슈퍼차저(4) 또는 터보차저(미도시), 인터쿨러(5) 및 스로틀밸브(미도시)를 지나 흡기 매니폴드(6a)를 통해 엔진(6)으로 유입될 수 있다.

엔진(6)에서의 혼합기의 연소 반응에 따라 생성되는 열 에너지는 기계적 에너지로 변환되어 압축기(10)를 구동할 수 있다. 또한, 엔진(6)에서의 혼합기의 연소 반응에 따라 생성되는 배기가스는 배기 매니폴드(34)를 통해 배기가스 열교환기(8a) 및 머플러(7a)를 통해 외부로 배출되고, 배기가스의 배출 과정에서 생성되는 응축수는 드레인필터(7b)에서 정화된 후 외부로 배출될 수 있다.

엔진(6)의 과열 및 이에 따른 손상 내지 성능 저하를 방지하기 위해, 냉각수 펌프(8)에 의해 유동하는 냉각수가 배기가스 열교환기(8a)를 지나 엔진(6)으로 공급될 수 있다. 엔진(6)을 통과하며 가열된 냉각수는 삼방밸브(8b)를 통해 방열기(9)로 안내되거나 냉각수 펌프(8)에 안내될 수 있다.

엔진(6)에 의해 구동되는 압축기(10)는 실외열교환기(30), 팽창밸브(40) 및 실내열교환기(50)를 거쳐 압축기(10)로 다시 유입되는 냉매의 순환을 일으킬 수 있고, 이와 같은 냉매의 순환에 따라 실내열교환기(50)가 배치되는 실내가 냉방될 수 있다.

종래기술에 따른 가스엔진 히트펌프에서 입력 에너지 대비 약 40~50 % 수준의 에너지가 폐열의 형태로 방열기나 배기가스를 통해 외부로 배출되어, 에너지가 비효율적으로 이용되는 문제가 있었다.

또한, 히트펌프의 냉방 성능을 높이기 위해 응축기를 통과한 냉매 중 일부를 바이패스 및 팽창하고, 응축기를 통과한 냉매 중 바이패스된 냉매를 제외한 나머지 냉매로서 바이패스된 냉매에 의해 과냉각된 냉매가 증발기에 공급되도록 하였으나, 냉매 순환량이 감소하여 냉방 성능의 향상에 한계가 있는 문제가 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 제1 과제는, 가스엔진의 폐열을 회수하여 히트펌프를 순환하는 냉매를 과냉각하는 데 이용함으로써 냉방 성능을 향상시킬 수 있는 가스엔진 히트펌프를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 제2 과제는, 응축기를 통과한 냉매 중 일부를 바이패스하는 것 없이 증발기에 공급되는 냉매를 과냉각함으로써 냉방 성능을 향상시킬 수 있는 가스엔진 히트펌프를 제공하는 데 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 가스엔진 히트펌프는, 가스엔진에 의해 구동되어 제1 냉매를 압축하는 압축기; 제1 냉매를 실외공기와 열교환시키는 제1 실외열교환기; 제1 냉매를 실내공기와 열교환시키는 제1 실내열교환기; 상기 압축기에서 토출된 제1 냉매를 상기 제1 실외열교환기 및 제1 실내열교환기 중 어느 하나로 안내하는 사방밸브; 상기 제1 실외열교환기 및 제1 실내열교환기 중 어느 하나로부터 공급받은 제1 냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브; 및 상기 제1 실외열교환기 및 제1 팽창밸브를 연결하는 냉매배관 중 적어도 일부(이하, 과냉배관)에 배치되는 과냉각기를 포함한다. 이때, 상기 과냉배관을 유동하는 제1 냉매는, 상기 가스엔진을 냉각하며 가열된 냉각수(이하, 온수)에 의해 유동하는 제2 냉매와의 열교환에 의해 과냉각됨으로써, 냉방 성능이 향상될 수 있다.

본 발명에 따른 가스엔진 히트펌프는, 내부에 상기 제2 냉매를 흡탈착하는 흡착제가 충진되고, 일측에 상기 온수가 유동하는 온수배관이 배치되고, 타측에 상기 온수배관에 연결된 방열기를 통과하며 냉각된 냉각수(이하, 냉수)가 유동하는 냉수배관이 배치되는 흡착탑을 더 포함하고, 상기 제2 냉매는, 상기 흡착제 중 상기 온수배관에 인접하는 흡착제에서 탈착되고, 상기 흡착제 중 상기 냉수배관에 인접하는 흡착제에 흡착될 수 있다.

상기에서 언급되지 않은 과제의 해결수단은 본 발명의 실시예에 관한 설명으로부터 충분히 도출될 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 과냉배관을 유동하는 제1 냉매가 가스엔진을 냉각하며 가열된 냉각수에 의해 유동하는 제2 냉매와의 열교환에 의해 과냉각됨으로써, 기존의 엔진 폐열을 회수하여 이용함으로써 냉방 성능을 향상시킬 수 있다.

둘째, 과냉배관을 유동하는 제1 냉매가 바이패스되는 것 없이 과냉각됨으로써, 기존의 제1 냉매가 바이패스되어 냉매 순환량이 감소되는 경우와 비교하여, 냉방 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 가스엔진 히트펌프의 개략적인 블록도이다.
도 2는 종래기술에 따른 가스엔진 히트펌프를 순환하는 냉매를 과냉각하는 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프를 순환하는 냉매를 과냉각하는 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명이 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프의 밸브의 절환을 위한 제어방법의 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명은 가스엔진으로부터 동력을 전달받아 압축기가 구동되는 가스엔진 히트펌프에 관한 것이다. 이와 같은 가스엔진 히트펌프의 냉방 성능을 향상시키기 위해 응축기로 기능하는 열교환기를 통과한 냉매를 과냉각한 후 팽창밸브 및 실내열교환기로 공급하는 기술이 알려져 있고, 그 예가 도 2에 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 압축기(10)를 토출한 고온, 고압의 냉매가는 사방밸브(20)를 거쳐 응축기로서 기능하는 실외열교환기(30)로 안내될 수 있다. 실외열교환기(30)를 통과한 냉매 중 일부(m)는 바이패스된 후 팽창되어 온도와 압력이 하강된 채로 과냉각기(SC)로 안내될 수 있다. 또한, 실외열교환기(30)를 통과한 냉매 중 바이패스된 냉매(m)를 제외한 나머지 냉매(1-m)도 과냉각기(SC)로 안내될 수 있다. 이 경우, 과냉각기(SC)에서 나머지 냉매(1-m)의 열에너지가 바이패스된 냉매(m)로 전달됨으로써, 나머지 냉매(1-m)가 과냉각될 수 있다. 이로써, 이와 같은 과냉 구성이 없는 히트펌프에 비해, 증발기로 기능하는 실내열교환기(50)에서의 증발 열량이 증대되어 냉방 성능이 향상될 수 있다.

다만, 이와 같은 과냉 구성은 냉매 중 일부를 바이패스하는 것이 필요하여 냉매 순환량 감소를 야기하고, 이에 따라 냉방 성능의 향상에 한계가 있었다. 또한, 엔진(6)을 통과하며 가열된 냉각수에 축적된 열에너지가 방열기(9)를 통해 폐열로써 외부로 방출되는 에너지 낭비가 있었다.

이에, 본 발명은 가스엔진의 폐열을 회수하여 히트펌프를 순환하는 냉매를 과냉각하는 데 이용함으로써 냉방 성능을 향상시킬 수 있는 가스엔진 히트펌프를 제공하기 위해 안출되었다.

이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프를 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프를 순환하는 냉매를 과냉각하는 구성을 설명하기 위한 개략도이다.

도 3을 참조하면, 가스엔진 히트펌프는 압축기(10), 사방밸브(20), 실외열교환기(30), 팽창밸브(40), 실내열교환기(50), 어큐뮬레이터(60) 및 과냉기구를 포함한다.

압축기(10)는 엔진(6)으로부터 동력을 전달받아 구동될 수 있다. 압축기(10)는 제1 냉매(R1)를 압축할 수 있다. 일 예로써, 압축기(10)는 스크롤 압축기로서 고정 스크롤과 회전 스크롤의 상대적인 위상차에 의하여 제1 냉매(R1)가 압축되도록 구성될 수 있다.

압축기(10)에서 토출된 제1 냉매(R1)는 사방밸브(20)를 거쳐 제1 실외열교환기(30) 및 제1 실내열교환기(50) 중 어느 하나로 안내될 수 있다. 사방밸브(20)가 압축기(10)에서 토출된 제1 냉매(R1)를 제1 실외열교환기(30)로 안내하면 제1 실외열교환기(30)는 응축기로 기능하고, 제1 실내열교환기(50)가 증발기로 기능할 수 있고, 이 경우 실내가 냉방될 수 있다. 이와 반대로, 사방밸브(20)가 압축기(10)에서 토출된 제1 냉매(R1)를 제1 실내열교환기(50)로 안내하면 제1 실내열교환기(50)는 응축기로 기능하고, 제1 실외열교환기(30)는 증발기로 기능할 수 있고, 이 경우 실내가 난방될 수 있다. 이하에서는 간략한 설명을 위해 실내가 냉방되는 경우를 전제로 하여 설명한다.

제1 실외열교환기(30)는 제1 냉매(R1)를 실외공기와 열교환시킬 수 있다. 즉, 사방밸브(20)를 통해 압축기(10)에서 토출된 고온, 고압의 제1 냉매(R1)는 제1 실외열교환기(30)에서 실외공기와 열교환될 수 있다. 이때, 제1 냉매(R1)로부터 실외공기로 열에너지가 전달되므로 실외공기의 온도는 상승되고, 제1 냉매(R1)는 응축될 수 있다.

제1 실내열교환기(50)는 제1 냉매(R1)를 실내공기와 열교환시킬 수 있다. 즉, 제1 실외열교환기(30)에서 응축된 제1 냉매(R1)는 제1 팽창밸브(40)를 통과하며 저온, 저압으로 팽창된 제1 냉매(R1)는 제1 실내열교환기(50)에서 실내공기와 열교환될 수 있다. 이대, 제1 냉매(R1)로 실내공기의 열에너지가 전달되므로, 실내공기의 온도는 하강되고, 제1 냉매(R1)는 증발될 수 있다.

제1 실내열교환기(50)를 통과한 제1 냉매(R1)는 사방밸브(20)를 거쳐 어큐뮬레이터(60)로 유입될 수 있다. 어큐뮬레이터(60)는 압축기(10)에 기화된 제1 냉매(R1)를 공급할 수 있고, 이로써 가스엔진 히트펌프의 냉매 순환 사이클이 완성될 수 있다.

상기 과냉기구는 과냉각기(140), 흡착탑(110), 제2 실외열교환기(120), 제2 팽창밸브(130)를 포함할 수 있다. 먼저, 과냉각기(140)는 제1 실외열교환기(30) 및 제1 팽창밸브(40)를 연결하는 냉매배관 중 적어도 일부(이하, 과냉배관)에 배치된다. 상기 과냉배관을 유동하는 제1 냉매(R1)는 가스엔진(6)을 냉각하며 가열된 냉각수(이하, 온수)(H)에 의해 유동하는 제2 냉매(R2)와의 열교환에 의해 과냉각될 수 있다. 한편, 일 예로써 제1 냉매(R1)는 R410a 이고, 제2 냉매(R2)는 물일 수 있으나 제1 및 제2 냉매(R1, R2)의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.

흡착탑(110)은 내부에 제2 냉매(R2)를 흡착 또는 탈착하는 흡착제(A)가 충진될 수 있다. 흡착탑(110)은 일측에 온수(H)가 유동하는 온수배관(HP)이 배치되고, 타측에 온수배관(HP)에 연결된 방열기(9)를 통과하며 냉각된 냉각수(이하, 냉수)(C)가 유동하는 냉수배관(CP)이 배치될 수 있다. 여기서, 온수배관(HP)을 유동하는 온수(H)는 냉각수 펌프(8)에 의해 유동되어 배기가스 열교환기(8a) 및 엔진(6)을 거치며 온도가 상승한 냉각수를 의미한다(도 1 참조). 또한, 냉수배관(CP)을 유동하는 냉수(C)는 삼방밸브(8b)를 통해 방열기(9)를 거치며 온도가 하강한 냉각수를 의미한다(도 1 참조). 일 예로써, 온수배관(HP)의 적어도 일부는 흡착탑(110)에 배치되고, 냉수배관(CP)의 적어도 일부는 흡착탑(110)에 배치되고, 냉수배관(CP)을 통과한 냉각수는 냉각수 펌프(8) 및 배기가스 열교환기(8a)를 거친 후 엔진(6)으로 다시 공급될 수 있다.

상대적으로 고온에서 흡착제(A)에서 제2 냉매(R2)가 탈착되고, 상대적으로 저온에서 흡착제(A)로 제2 냉매(R2)가 흡착될 수 있다. 이와 관련하여, 온수배관(HP)을 유동하는 온수(H)는 냉수배관(CP)을 유동하는 냉수(C)보다 상대적으로 고온이다. 즉, 제2 냉매(R2)는 흡착제(A) 중 온수배관(HP)에 인접하는 흡착제(A)에서 탈착되고, 흡착제(A) 중 냉수배관(CP)에 인접하는 흡착제(A)에 흡착될 수 있다. 다시 말해, 가스엔진(6)을 통과하며 냉각수에 축적된 열에너지를 이용해 흡착탑(110)에 충진되는 흡착제(A)로부터 제2 냉매(R2)를 탈착하거나 흡착할 수 있고, 이는 후술하는 바와 같이 제2 냉매(R2)의 순환을 위한 원동력이 될 수 있다.

상기 과냉기구는 흡착탑(110)에 연결되고, 흡착제(A)에서 탈착된 제2 냉매(R2)가 유동하는 제1 배관(P1)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 배관(P1)을 통과한 제2 냉매(R2)는 제2 실외열교환기(120)에서 실외공기와의 열교환을 통해 응축될 수 있다. 또한, 상기 과냉기구는 제2 실외열교환기(120)에서 응축된 제2 냉매(R2)가 유동하는 제2 배관(P2)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제2 배관(P2)을 통과한 제2 냉매(R2)는 제2 팽창밸브(130)에서 저온, 저압의 상태로 팽창될 수 있다. 또한, 상기 과냉기구는 제2 팽창밸브(130)에서 팽창된 제2 냉매(R2)를 과냉각기(140)로 안내하는 제3 배관(P3)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제3 배관(P3)을 통과한 제2 냉매(R2)는 상기 과냉배관을 유동하는 제1 냉매(R1)로부터 열에너지를 전달받을 수 있고, 그 결과 상기 과냉배관을 유동하는 제1 냉매(R1)가 과냉각될 수 있다. 이로써, 제1 팽창밸브(40) 로 과냉된 제1 냉매(R1)가 유입되어, 냉매의 과냉이 없는 경우에 비해, 제1 실내열교환기(50)에서의 증발 열량이 증대되어 냉방 성능이 향상될 수 있다.

상기 과냉기구는 흡착탑(110)에 연결되고, 과냉각기(140)를 통과한 제2 냉매(R2)가 유동하는 제4 배관(P4)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제4 배관(P4)을 통과한 제2 냉매(R2)는 흡착제(A)에 흡착될 수 있다. 그리고, 이와 같은 제2 냉매(R2)의 순환은 흡착탑(110)에 충진된 흡착제(A)에서의 제2 냉매(R2)의 탈착 및 흡착에 따른 것으로, 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

흡착탑(110)은 제1 흡착탑(111) 및 제2 흡착탑(112)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 흡착탑(111, 112)은 격벽 등에 의해 서로 별개의 공간으로서 구획될 수 있다. 이 경우, 온수배관(HP) 및 냉수배관(CP) 중 어느 하나가 제1 흡착탑(111)에 배치되고, 나머지 하나가 제2 흡착탑(112)에 배치될 수 있다. 나아가, 제1 배관(P1)은 제1 및 제2 흡착탑(111, 112) 중 온수배관(HP)이 배치되는 흡착탑에 연결되고, 제4 배관(P4)은 제1 및 제2 흡착탑(111, 112) 중 냉수배관(CP)이 배치되는 흡착탑에 연결될 수 있다.

다만, 흡착제(A)의 제2 냉매(R2)의 탈착 및 흡착에는 한계가 있어 흡착제(A)의 포화 상태를 감시하여, 온수배관(HP)이 배치되는 흡착탑 또는 냉수배관(CP)이 배치되는 흡착탑을 절환(switch)하는 것이 필요하다. 즉, 상대적으로 고온에서의 흡착제(A)의 제2 냉매(R2)의 방출이 한계에 도달하여 더 이상 제2 냉매(R2)의 탈착이 이루어지지 않는다면, 상대적으로 저온의 환경으로 변환하여 흡착제(A)에 제2 냉매(R2)를 흡착시키는 것이 필요하다. 이와 반대로, 상대적으로 저온에서의 흡착제(A)의 제2 냉매(R2)의 흡수가 한계에 도달하여 더 이상 제2 냉매(R2)의 흡착이 이루어지지 않는다면, 상대적으로 고온의 환경으로 변환하여 흡착제(A)에서 제2 냉매(R2)를 탈착시키는 것이 필요하다.

이에, 온수배관(HP) 및 냉수배관(CP) 각각은 소정의 절환 조건이 만족될 시 제1 및 제2 흡착탑(111, 112) 중 어느 하나에서 다른 하나로 절환되어 배치되는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해, 상기 과냉기구는 온수배관(HP)이 제1 및 제2 흡착탑(111, 112) 중 어느 하나에 배치되도록 온수배관(HP)의 유로를 조절하는 온수 유로조절밸브(151a, 151b)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 과냉기구는 냉수배관(CP)이 제1 및 제2 흡착탑(111, 112) 중 온수배관(HP)이 배치되지 않은 흡착탑에 배치되도록 냉수배관(CP)의 유로를 조절하는 냉수 유로조절밸브(152a, 152b)를 포함할 수 있다.

일 예로써, 온수 유로조절밸브(151a, 151b)는 제1 온수 유로조절밸브(151a)와 제2 온수 유로조절밸브(151b)를 포함하고, 냉수 유로조절밸브(152a, 152b)는 제1 냉수 유로조절밸브(152a)와 제2 냉수 유로조절밸브(152b)를 포함할 수 있다.

나아가, 상기 과냉기구는 제1 배관(P1)이 제1 및 제2 흡착탑(111, 112) 중 온수배관(HP)이 배치되는 흡착탑에 연결되도록 제1 배관(P1)의 유로를 조절하는 배출 유로조절밸브(153a, 153b)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 과냉기구는 제4 배관(P4)이 제1 및 제2 흡착탑(111, 112) 중 냉수배관(CP)이 배치되는 흡착탑에 연결되도록 제4 배관(P4)의 유로를 조절하는 유입 유로조절밸브(154a, 154b)를 포함할 수 있다.

일 예로써, 배출 유로조절밸브(153a, 153b)는 제1 배출 유로조절밸브(153a)와 제2 배출 유로조절밸브(153b)를 포함하고, 유입 유로조절밸브(154a, 154b)는 제1 유입 유로조절밸브(154a)와 제2 유입 유로조절밸브(154b)를 포함할 수 있다.

제1 온수 유로조절밸브(151a) 및 제1 냉수 유로조절밸브(152a)가 개방되고, 제2 온수 유로조절밸브(151b) 및 제2 냉수 유로조절밸브(152b)가 폐쇄됨으로써, 온수배관(HP)은 제1 흡착탑(111)에 배치되고, 냉수배관(CP)은 제2 흡착탑(112)에 배치될 수 있다. 이 경우, 제2 배출 유로조절밸브(153b)는 폐쇄되되 제1 배출 유로조절밸브(153a)는 개방되어 제1 흡착탑(111)에 충진된 흡착제(A)에서 탈착된 제2 냉매(R2)가 제1 배관(P1)을 통해 제2 실외열교환기(120)로 안내될 수 있다. 또한, 제2 유입 유로조절밸브(154b)는 폐쇄되되 제1 유입 유로조절밸브(154a)는 개방되어 제4 배관(P4)을 유동하는 제2 냉매(R2)를 제2 흡착탑(112)에 공급하여, 제2 냉매(R2)가 제2 흡착탑(112)에 충진된 흡착제(A)에 흡착되도록 할 수 있다.

이후, 소정의 절환 조건이 만족, 즉 제1 흡착탑(111)에 충진된 흡착제(A)의 제2 냉매(R2)의 탈착이 한계에 도달하였거나, 제2 흡착탑(112)에 충진된 흡착제(A)의 제2 냉매(R2)의 흡착이 한계에 도달한 경우, 온수 유로조절밸브(151a, 151b), 냉수 유로조절밸브(152a, 152b), 배출 유로조절밸브(153a, 153b) 및 유입 유로조절밸브(154a, 154b)의 개폐가 절환될 수 있고, 이를 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

즉, 제1 온수 유로조절밸브(151a) 및 제1 냉수 유로조절밸브(152a)가 폐쇄되고, 제2 온수 유로조절밸브(151b) 및 제2 냉수 유로조절밸브(152b)가 개방됨으로써, 온수배관(HP)은 제2 흡착탑(112)에 배치되고, 냉수배관(CP)은 제1 흡착탑(111)에 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 배출 유로조절밸브(153a)는 폐쇄되되 제2 배출 유로조절밸브(153b)는 개방되어 제2 흡착탑(112)에 충진된 흡착제(A)에서 탈착되 제2 냉매(R2)가 제1 배관(P1)을 통해 제2 실외열교환기(120)로 안내될 수 있다. 또한, 제1 유입 유로조절밸브(154a)는 폐쇄되되 제2 유입 유로조절밸브(154b)는 개방되어 제4 배관(P4)을 유동하는 제2 냉매(R2)를 제1 흡착탑(111)에 공급하여, 제2 냉매(R1)가 제1 흡착탑(111)에 충진된 흡착제(A)에 흡착되도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프는 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 소정의 절환 조건이 만족될 시 온수 유로조절밸브(151a, 151b), 냉수 유로조절밸브(152a, 152b), 배출 유로조절밸브(153a, 153b) 및 유입 유로조절밸브(154a, 154b)의 동작을 제어하여, 흡착제(A)가 포화 상태에 이르기 전에 탈착 및 흡착이 이루어지는 위치를 절환하여 지속적으로 제2 냉매(R2)의 순환이 이루어지도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명이 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프의 밸브의 절환을 위한 제어방법의 순서도이다.

도 5를 참조하면, 상기 제어부는 제1 및 제2 흡착탑(111, 112) 중 온수배관(HP)이 배치되는 흡착탑에 충진되는 흡착제(A)의 제2 냉매(R2) 탈착량과, 제1 및 제2 흡착탑(111, 112) 중 냉수배관(CP)이 배치되는 흡착탑에 충진되는 흡착제(A)의 제2 냉매(R2) 흡착량을 토대로, 상기 소정의 절환 조건의 만족 여부를 판단할 수 있다. 즉, 상기 제어부는 제2 냉매(R2)의 탈착이 이루어지는 흡착탑에서의 탈착량이 기준 탈착량보다 작은 것을 탈착의 한계에 도달한 것으로 판단하고, 제2 냉매(R2)의 흡착이 이루어지는 흡착탑에서의 흡착량이 기준 탈착량보다 작은 것을 흡착의 한계에 도달한 것으로 판단하고, 제2 냉매(R2)의 탈착 및 흡착이 이루어지는 흡착탑을 절환할 수 있다. 여기서, 흡착량 및 탈착량은 제2 냉매(R2)의 흡착제(A)에 공급되기 전과 후의 절대습도의 차이를 통해 산출될 수 있다.

일 예로써, 상기 제어부는 제1 흡착탑(111)에서의 제2 냉매(R2) 탈착량이 기준 탈착량(a)보다 작고(S10에서 YES), 제2 흡착탑(112)에서의 제2 냉매(R2)의 흡착량이 기준 흡착량(b)보다 작은 경우(S20에서 YES)에는, 제1 소정 시간(예를 들면, 2분)이 경과하면(S30에서 YES) 상기 소정의 절환 조건이 만족된 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부는 온수 유로조절밸브(151a, 151b), 냉수 유로조절밸브(152a, 152b), 배출 유로조절밸브(153a, 153b) 및 유입 유로조절밸브(154a, 154b)를 절환(S40)하여 제1 흡착탑(111)에서 제2 냉매(R2)의 흡착이 이루어지고, 제2 흡착탑(112)에서 제2 냉매(R2)의 탈착이 이루어지도록 할 수 있다. 여기서, 상기 제1 소정 시간은 절환의 신뢰성을 담보하기 위한 조건으로 이해될 수 있다.

또한, 상기 제어부는 제1 흡착탑(111)에서의 제2 냉매(R2)의 탈착량이 기준 탈착량(a)보다 크거나(S10에서 NO), 제2 흡착탑(112)에서의 제2 냉매(R2)의 흡착량이 기준 흡착량(b)보다 큰 경우(S20에서 NO)에는, 제2 소정 시간(예를 들면, 5분)이 경과하면(S50에서 NO) 상기 소정의 절환 조건이 만족된 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 온수 유로조절밸브(151a, 151b), 냉수 유로조절밸브(152a, 152b), 배출 유로조절밸브(153a, 153b) 및 유입 유로조절밸브(154a, 154b)를 절환(S40)하여 제1 흡착탑(111)에서 제2 냉매(R2)의 흡착이 이루어지고, 제2 흡착탑(112)에서 제2 냉매(R2)의 탈착이 이루어지도록 할 수 있다. 여기서 상기 제2 소정 시간은 절환의 신뢰성을 담보하기 위한 조건으로 이해될 수 있다.

한편, 실시예에 따라, 흡착제(A)의 흡착량 또는 탈착량을 기준 흡착량 또는 기준 탈착량과 비교하는 것 없이, 소정의 시간 간격마다 상기 밸브의 절환이 이루어지도록 제어하거나, 재실자의 입력에 따라 수동으로 밸브의 절환이 이루어질 수도 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프를 첨부도면을 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 예측할 수 있는 다양한 변형이나 균등한 범위내에서의 실시가 가능함은 물론이다.

6: 가스엔진 8: 냉각수 펌프
9: 방열기 10: 압축기
20: 사방밸브 30: 제1 실외열교환기
40: 제1 팽창밸브 50: 제1 실내열교환기
60: 어큐뮬레이터 110: 흡착탑
111: 제1 흡착탑 112: 제2 흡착탑
120: 제2 실외열교환기 130: 제2 팽창밸브
140: 과냉각기 151a, 151b: 온수 유로조절밸브
152a, 152b: 냉수 유로조절밸브 153a, 153b: 배출 유로조절밸브
154a, 154b: 유입 유로조절밸브

Claims

가스엔진에 의해 구동되어 제1 냉매를 압축하는 압축기;
제1 냉매를 실외공기와 열교환시키는 제1 실외열교환기;
제1 냉매를 실내공기와 열교환시키는 제1 실내열교환기;
상기 압축기에서 토출된 제1 냉매를 상기 제1 실외열교환기 및 제1 실내열교환기 중 어느 하나로 안내하는 사방밸브;
상기 제1 실외열교환기 및 제1 실내열교환기 중 어느 하나로부터 공급받은 제1 냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브; 및
상기 제1 실외열교환기 및 제1 팽창밸브를 연결하는 냉매배관 중 적어도 일부(이하, 과냉배관)에 배치되는 과냉각기를 포함하고,
상기 과냉배관을 유동하는 제1 냉매는,
상기 가스엔진을 냉각하며 가열된 냉각수(이하, 온수)에 의해 유동하는 제2 냉매와의 열교환에 의해 과냉각되는 가스엔진 히트펌프.
제1항에 있어서,
내부에 상기 제2 냉매를 흡탈착하는 흡착제가 충진되고, 일측에 상기 온수가 유동하는 온수배관이 배치되고, 타측에 상기 온수배관에 연결된 방열기를 통과하며 냉각된 냉각수(이하, 냉수)가 유동하는 냉수배관이 배치되는 흡착탑을 더 포함하고,
상기 제2 냉매는,
상기 흡착제 중 상기 온수배관에 인접하는 흡착제에서 탈착되고, 상기 흡착제 중 상기 냉수배관에 인접하는 흡착제에 흡착되는 가스엔진 히트펌프.
제2항에 있어서,
상기 과냉각기 및 흡착탑을 구비하는 과냉기구를 포함하고,
상기 과냉기구는,
상기 흡착탑에 연결되고, 상기 흡착제에서 탈착된 제2 냉매가 유동하는 제1 배관;
상기 제1 배관을 통과한 제2 냉매를 응축시키는 제2 실외열교환기;
상기 제2 실외열교환기에서 응축된 제2 냉매가 유동하는 제2 배관;
상기 제2 배관을 통과한 제2 냉매를 팽창시키는 제2 팽창밸브;
상기 제2 팽창밸브에서 팽창된 제2 냉매를 상기 과냉각기로 안내하는 제3 배관; 및
상기 흡착탑에 연결되고, 상기 과냉각기를 통과한 제2 냉매가 유동하는 제4 배관을 더 포함하고,
상기 제4 배관을 통과한 제2 냉매는,
상기 흡착제에 흡착되는 가스엔진 히트펌프.
제3항에 있어서,
상기 흡착탑은,
제1 흡착탑 및 제2 흡착탑을 포함하고,
상기 온수배관 및 냉수배관 중,
어느 하나가 상기 제1 흡착탑에 배치되고, 나머지 하나가 상기 제2 흡착탑에 배치되고,
상기 제1 배관은,
상기 제1 및 제2 흡착탑 중 상기 온수배관이 배치되는 흡착탑에 연결되고,
상기 제4 배관은,
상기 제1 및 제2 흡착탑 중 상기 냉수배관이 배치되는 흡착탑에 연결되는 가스엔진 히트펌프.
제4항에 있어서,
상기 온수배관 및 냉수배관 각각은,
소정의 절환 조건이 만족될 시 상기 제1 및 제2 흡착탑 중 어느 하나에서 다른 하나로 절환되어 배치되는 가스엔진 히트펌프.
제5항에 있어서,
상기 과냉기구는,
상기 온수배관이 상기 제1 및 제2 흡착탑 중 어느 하나에 배치되도록 상기 온수배관의 유로를 조절하는 온수 유로조절밸브; 및
상기 냉수배관이 상기 제1 및 제2 흡착탁 중 상기 온수배관이 배치되지 않은 흡착탑에 배치되도록 상기 냉수배관의 유로를 조절하는 냉수 유로조절밸브를 더 포함하는 가스엔진 히트펌프.
제6항에 있어서,
상기 과냉기구는,
상기 제1 배관이 상기 제1 및 제2 흡착탑 중 상기 온수배관이 배치되는 흡착탑에 연결되도록 상기 제1 배관의 유로를 조절하는 배출 유로조절밸브; 및
상기 제4 배관이 상기 제1 및 제2 흡착탑 중 상기 냉수배관이 배치되는 흡착탑에 연결되도록 상기 제4 배관의 유로를 조절하는 유입 유로조절밸브를 더 포함하는 가스엔진 히트펌프.
제7항에 있어서,
상기 소정의 절환 조건이 만족될 시 상기 온수 유로조절밸브, 냉수 유로조절밸브, 배출 유로조절밸브 및 유입 유로조절밸브의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 제1 및 제2 흡착탑 중 상기 온수배관이 배치되는 흡착탑에 충진되는 흡착제의 제2 냉매 탈착량과, 상기 제1 및 제2 흡착탑 중 상기 냉수배관이 배치되는 흡착탑에 충진되는 흡착제의 제2 냉매 흡착량을 토대로, 상기 소정의 절환 조건의 만족 여부를 판단하는 가스엔진 히트펌프.
제8항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2 냉매 탈착량이 기준 탈착량보다 작고, 상기 제2 냉매 흡착량이 기준 흡착량보다 작은 경우에는,
제1 소정 시간이 경과하면 상기 소정의 절환 조건이 만족된 것으로 판단하는 가스엔진 히트펌프.
제8항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2 냉매 탈착량이 기준 탈착량보다 크거나, 상기 제2 냉매 흡착량이 기준 흡착량보다 큰 경우에는,
제2 소정 시간이 경과하면 상기 소정의 절환 조건이 만족된 것으로 판단하는 가스엔진 히트펌프.