KR20210085274A - 가스 히트펌프 - Google Patents

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KR20210085274A
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KR1020190178152A
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이진우
정호종
이경렬
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 가스 히트펌프에 관한 것으로, 공기조화 모듈 및 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소하며, 상기 압축기의 운전을 위한 동력을 제공하는 엔진을 포함하는 엔진 모듈을 포함하고, 상기 엔진은 실린더, 피스톤 및 크랭크축을 포함하며, 상기 엔진 모듈은 상기 엔진이 내부에 장착되는 엔진룸 및 상기 크랭크축의 축방향 단부에 결합되고 상기 크랭크축과 함께 회전하면서 공기를 상기 엔진룸으로 공급하는 공기 순환 팬을 포함하여, 엔진룸 내부에 공기를 순환시켜 엔진룸 내부의 온도를 낮추는 효과가 있다.

Description

가스 히트펌프 {GAS HEAT-PUMP}
본 발명은 가스 히트펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉방 또는 난방운전을 수행할 수 있는 냉동 사이클이 구비되는 가스 엔진 히트펌프에 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 사이클은, 냉매의 압축을 위한 압축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 감압하는 팽창장치 및 상기 감압된 냉매를 증발시키는 증발기를 포함할 수 있다.
상기 히트펌프 시스템은, 가스 엔진 히트펌프 시스템을 포함할 수 있다. 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 엔진 히트펌프 시스템이 사용될 수 있다.
가스 엔진 히트펌프(GHP)는 공급되는 LNG와 외부 공기와의 혼합기를 이루면서 내부에 있는 엔진에서 연소과정을 거치게 된다. 이러한 과정을 거치면서 엔진 주변의 온도는 섭씨 40도 이상으로 상승할 수 있다. 특히 혹서기와 같은 조건에서는 그 정도가 더 심해지고 이는 엔진과열로 인한 고장을 야기시킬 수 있다.
GHP는 차량의 엔진과는 달리 정적인 상태로 계속 운전을 유지하기 때문에 엔진룸 내부의 공기가 정체되고, 열 방출에 취약한 단점이 있다. 특히 엔진 연소열과 슈퍼차저 구동열로 인해 GHP 엔진 주변에 있는 부품(슈퍼차저, 스타터모터)에 열손상을 끼칠 수 있다.
한편, 한국공개특허 제2010-0023884호에는 건설장비 엔진룸의 환기장치가 개시되어 있다. 그러나, 엔진룸의 환기를 위하여 별도의 팬을 구동시키는 점에서 에너지 효율이 낮고, 격벽을 구비하여 배기가스의 압력차를 이용한다는 점에서 가스 엔진 히트펌프에 적용이 어려운 문제가 있다.
따라서, 엔진룸 내의 공기를 순환시키는 기술을 개발할 필요가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 가스 히트펌프가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로 엔진룸 내부에 공기를 순환시켜 엔진룸 내부의 온도를 낮추는 가스 히트펌프를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 가스 히트펌프는, 압축기, 실외 열교환기, 팽창장치, 실내 열교환기 및 냉매 배관을 포함하는 공기조화 모듈; 및 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소하며, 상기 압축기의 운전을 위한 동력을 제공하는 엔진을 포함하는 엔진 모듈;을 포함할 수 있다.
상기 엔진은, 혼합기가 흡입, 압축, 폭발 및 배기되는 공간을 제공하는 실린더; 상기 실린더 내부에 왕복 운동 가능하게 구비되고, 혼합기의 폭발 압력에 의하여 직선 운동하는 피스톤; 및 상기 피스톤의 운동에너지에 의하여 회전 운동하는 크랭크축;을 포함할 수 있다.
상기 엔진 모듈은, 상기 엔진이 내부에 장착되는 엔진룸; 및 상기 크랭크축의 축방향 단부에 결합되고, 상기 크랭크축과 함께 회전하면서 공기를 상기 엔진룸으로 공급하는 공기 순환 팬;을 포함할 수 있다.
상기 엔진 모듈은, 상기 공기 순환 팬을 내부에 수용하고, 외부의 공기가 상기 엔진룸으로 유입되도록 유로를 형성하는 팬 하우징;을 더 포함할 수 있다.
상기 팬 하우징은, 상기 공기 순환 팬을 수용하는 하우징 본체; 및 상기 하우징 본체의 외주면 일측에 구비되고, 상기 공기 순환 팬에 의하여 압송되는 공기를 상기 엔진룸으로 공급시키는 제1 공기 공급부;를 포함할 수 있다.
상기 엔진 모듈은, 외부의 공기가 상기 엔진 측으로 유동하는 공기 배관; 상기 공기 배관에 구비되고, 외부의 공기를 냉각시키는 인터쿨러; 및 상기 인터쿨러를 내부에 수용하는 쿨러 하우징;을 더 포함할 수 있다.
상기 팬 하우징은, 상기 인터쿨러에서 냉각된 공기가 유입될 수 있도록, 상기 쿨러 하우징과 연결되는 냉각 공기 유입부;를 더 포함할 수 있다.
상기 엔진 모듈은, 상기 인터쿨러와 상기 엔진 사이에 배치되고, 상기 인터쿨러에서 냉각된 공기를 정화시켜 상기 엔진으로 공급하는 공기 여과기;를 더 포함할 수 있다.
상기 팬 하우징은, 상기 하우징 본체의 외주면 타측에 구비되고, 상기 공기 순환 팬에 의하여 압송되는 공기를 상기 엔진룸으로 공급시키는 제2 공기 공급부;를 더 포함할 수 있다.
상기 쿨러 하우징은, 상기 공기 순환 팬의 회전 시, 외부의 공기가 흡입되는 공기 흡입부;를 포함할 수 있다.
상기 쿨러 하우징은, 상기 공기 배관이 관통하는 배관 홀;을 더 포함할 수 있다.
상기 크랭크축은, 축 방향 일측 단부는 상기 압축기와 연결되고, 축방향 타측 단부는 상기 공기 순환 팬과 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프는, 상기 엔진 모듈을 내부에 수용하는 하부 유닛;을 더 포함할 수 있다.
상기 하부 유닛은, 유닛 본체; 및 상기 유닛 본체에서 상기 공기 흡입부와 대면하는 위치에 형성되고, 외부의 공기가 통과하여 상기 공기 흡입부로 흡입될 수 있도록 복수 개의 홀 형태로 형성된 외부 공기 흡입구;를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 가스 히트펌프에 의하면, 공기 순환 팬을 이용하여 엔진룸 내부에 공기를 순환시켜 엔진룸 내부의 온도를 낮추는 효과가 있다.
또한, 인터쿨러에서 냉각된 공기를 엔진룸으로 유입시켜 엔진룸 내부의 온도를 낮추는 효과를 증가시킬 수 있다.
또한, 공기 순환 팬은 엔진의 크랭크축과 결합되어, 크랭크축의 회전력으로 회전하므로 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프의 구성을 보여주는 사이클 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프의 엔진모듈의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프의 엔진의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프에서 공기 순환 팬과 팬 하우징을 분해한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프에서 팬 하우징 및 쿨러 하우징을 표현한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프의 구성을 보여주는 사이클에 대한 도면이 개시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프의 엔진모듈의 구성을 보여주는 도면이 개시되어 있으며, 도 3에는 본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프의 엔진의 구성을 보여주는 도면이 개시되어 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 히트펌프(1)는, 공기조화 모듈과 엔진 모듈 및 냉각수 배관을 포함한다.
상기 가스 히트펌프는, 공기조화 모듈로서 냉매 사이클을 구성하는 다수의 부품을 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 공기조화 모듈은, 냉매를 압축하는 압축기(110)와, 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매의 방향을 전환하여 주는 사방변(115)을 포함할 수 있다.
상기 가스 히트펌프는, 실외 열교환기(120) 및 실내 열교환기(140)를 더 포함할 수 있다.
상기 실외 열교환기(120)는 실외측에 배치되는 실외기의 내부에 배치되고, 상기 실내 열교환기(140)는 실내측에 배치되는 실내기의 내부에 배치될 수 있다. 상기 사방변(115)을 통과한 냉매는 상기 실외 열교환기(120) 또는 실내 열교환기(140)로 유동할 수 있다.
도 1에 도시된 시스템의 구성들은 실내 열교환기(140) 및 실내 팽창장치(145)를 제외하고 실외측, 즉 실외기의 내부에 배치될 수 있다.
상기 가스 히트펌프가 냉방 운전 모드로 운전될 경우, 상기 사방변(115)을 통과한 냉매는 상기 실외 열교환기(120)를 거쳐 상기 실내 열교환기(140) 측으로 유동할 수 있다. 반면에, 상기 가스 엔진 히트펌프 시스템(10)이 난방 운전 모드로 운전될 경우, 상기 사방변(115)을 통과한 냉매는 상기 실내 열교환기(140)를 거쳐 상기 실외 열교환기(120) 측으로 유동할 수 있다.
상기 가스 히트펌프는, 상기 압축기(110), 실외 열교환기(120) 및 실내 열교환기(140) 등을 연결하여 냉매의 유동을 가이드 하는 냉매 배관(170, 실선 유로)을 더 포함할 수 있다.
이하에서는 상기 가스 히트펌프의 구성에 대하여, 먼저 냉방 운전 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 배치될 수 있다.
상기 실외 열교환기(120)의 출구측에는, 냉매를 감압하기 위한 메인 팽창 장치(125)가 제공될 수 있다.
냉방 운전 시, 상기 메인 팽창 장치(125)는 풀 오픈(full open) 되어 냉매의 감압 작용을 수행하지 않는다.
상기 메인 팽창 장치(125)의 출구 측에는, 냉매를 추가 냉각하기 위한 과냉각 열교환기(130)가 제공될 수 있다. 그리고, 상기 과냉각 열교환기(130)에는, 과냉각 유로(132)가 연결될 수 있다. 상기 과냉각 유로(132)는 상기 냉매 배관(170)으로부터 분지되어 상기 과냉각 열교환기(130)에 연결될 수 있다.
그리고, 상기 과냉각 유로(132)에는, 과냉각 팽창 장치(135)가 설치될 수 있다. 상기 과냉각 유로(132)를 유동하는 냉매는 상기 과냉각 팽창 장치(135)를 통과하면서 감압될 수 있다.
상기 과냉각 열교환기(130)에서는, 상기 냉매 배관(170)의 냉매와 상기 과냉각 유로(132)의 냉매 간에 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 기액 분리기(160)에 연결될 수 있다. 상기 과냉각 열교환기(130)에서 열교환 된 과냉각 유로(132)의 냉매는 상기 기액 분리기(160)로 유입될 수 있다.
상기 과냉각 열교환기(130)를 통과한 냉매 배관(170)의 냉매는 실내기 측으로 유동하며, 실내 팽창 장치(145)에서 감압된 후 상기 실내 열교환기(140)에서 증발된다. 상기 실내 팽창 장치(145)는 실내기의 내부에 설치되며, 전자 팽창 밸브(EEV)로 구성될 수 있다.
또한, 실내 열교환기(140)에서 증발된 냉매는 상기 사방변(115)을 경유한 후, 곧 바로 기액 분리기(160)로 유입될 수도 있으며, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다.
한편, 이하에서는 상기 가스 히트펌프(10)의 구성에 대하여, 난방 운전 모드를 기준으로 설명한다.
난방 과정에서는 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매가 상기 실내 열교환기(140)로 유동하고, 상기 실내 열교환기(140)에서 응축된 냉매는 보조 열교환기(150)로 유동할 수 있다. 상기 보조 열교환기(150)에는 냉매 분기 배관이 연결될 수 있다.
상기 냉매 분기 배관 중에서 상기 보조 열교환기(150)의 입구 측에 위치되는 배관에는 팽창 밸브(155)가 구비될 수 있다. 상기 팽창 밸브(155)는 냉매의 유동을 조절하면서 냉매를 감압할 수 있다.
따라서, 상기 보조 열교환기(150)는 저압의 냉매와 고온의 냉각수 간에 열교환이 이루어질 수 있는 열교환기로서, 일례로 판형 열교환기를 포함할 수 있다.
상기 보조 열교환기(150)를 통과한 냉매는 기액 분리기(160)로 유입될 수도 있다.
상기 보조 열교환기(150)를 통과한 냉매는 상기 기액 분리기(160)에서 기액 분리되며, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다.
상기 가스 히트펌프는, 엔진(210)의 냉각을 위한 냉각수의 유동을 가이드 하는 냉각수 배관(360, 점선유로)을 더 포함할 수 있다.
상기 냉각수 배관(360)에는, 냉각수의 유동력을 발생시키는 냉각수 펌프(300)와, 냉각수의 유동 방향을 전환하기 위한 복수의 유동 전환부(310, 320) 및 냉각수를 냉각하기 위한 방열기(330, radiator)가 설치될 수 있다.
상기 복수의 유동 전환부(310, 320)는, 제 1 유동 전환부(310) 및 제 2 유동 전환부(320)를 포함할 수 있다. 일예로, 상기 제 1 유동 전환부(310) 및 제 2 유동 전환부(320)는, 삼방 밸브(3way valve)를 포함할 수 있다.
상기 방열기(330)는 상기 실외 열교환기(120)의 일측에 위치될 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, 냉각수는 엔진(200) 및 배기가스 열교환기(240)를 통과하며, 상기 제 1 유동 전환부(310) 및 제 2 유동 전환부(320)를 거쳐 상기 방열기(330) 또는 상기 보조 열교환기(150)로 선택적으로 유동될 수 있다.
상기 가스 히트펌프에서 상기 엔진 모듈(200)은 상기 엔진(210) 및 엔진(210)으로 혼합 연료를 공급하기 위한 다양한 부품을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 엔진 모듈(200)은 실외기의 하부 유닛(20)에 배치될 수 있다.
이때, 상기 하부 유닛(20)은 유닛 본체(21) 및 외부 공기 흡입구(22)를 포함할 수 있다. 상세하게는, 상기 하부 유닛(20)은 상기 엔진 모듈(200)이 내부에 배치되는 유닛 본체(21) 및 후술할 공기 흡입부(265b)와 대면하는 위치에 형성되고, 외부의 공기가 통과하여 상기 공기 흡입부(265b)로 흡입될 수 있도록 복수 개의 홀 형태로 형성된 외부 공기 흡입구(22)를 포함할 수 있다.
상기 가스 히트펌프는, 상기 엔진(210)의 입구 측에 배치되어 혼합 연료를 공급하는 믹서(230)를 더 포함할 수 있다.
상기 가스 히트펌프는, 상기 믹서(230)에 정화된 공기를 공급하는 공기 여과기(220) 및 소정 압력 이하의 연료(fuel)를 공급하기 위한 제로 가버너(zero governor : 240)를 더 포함할 수 있다. 상기 제로 가버너(240)는 연료의 입구 압력의 크기 또는 유량의 변화에 관계없이, 출구 압력을 일정하게 조절하여 공급하는 장치로서 이해될 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 공기 여과기(220)는 공기 배관(225)을 통하여 외부의 공기를 공급받을 수 있다. 이때, 상기 공기 배관(225)에는 후술할 인터쿨러(260)가 구비되고, 상기 공기 여과기(220)로 흡입되는 외부 공기는 상기 인터쿨러(260)에 의하여 열교환 되면서 냉각될 수 있다. 따라서, 상기 공기 여과기(220)는 상기 인터쿨러(260)와 상기 믹서(230) 사이에 배치되고, 상기 인터쿨러(260)에서 냉각된 공기를 정화시켜 상기 엔진(210) 측으로 공급할 수 있다.
상기 공기 여과기(220)를 통과한 공기와, 상기 제로 가버너(240)에서 토출된 연료는 상기 믹서(230)에서 혼합되어 혼합기를 구성한다. 그리고, 상기 혼합기는 상기 엔진(210)에 공급될 수 있다.
따라서, 상기 공기 여과기(220)로 흡입되는 공기는 냉각되어 밀도가 높아질 수 있고, 밀도가 높아진 혼합기를 연소하는 상기 엔진(210)은 출력이 높아질 수 있다.
한편, 상기 가스 히트펌프(1)는, 믹서(230)와 엔진(210) 사이에 배치되는 과급수단(250) 및 조절수단(270)을 더 포함할 수 있다.
상기 과급수단(250)은 상기 믹서(230)에서 공기와 연료가 혼합된 후, 배출된 혼합기를 압축시켜 상기 엔진(210) 측으로 배출한다. 이때, 상기 과급수단(250)은 믹서(230)에서 공기와 연료를 대기압 이상으로 압축시킬 수 있다. 일 예로, 상기 과급수단(250)은, 상기 엔진(210)의 동력 또는 전동기(electric motor)에 의해 구동하는 슈퍼차저로 구비될 수 있다.
또한, 상기 조절수단(270)은 상기 과급수단(250)과 상기 엔진(210) 사이에 배치되어, 상기 엔진(210)으로 공급되는 압축된 혼합기의 양을 조절한다. 일 예로, 상기 조절수단(270)은 ETC(electronic throttle control) 방식이 적용된 밸브로 구비될 수 있다.
상기 가스 히트펌프(1)는, 상기 엔진(210)의 배기구 측에 배치되어 냉각수와 배기가스 간에 열교환하는 상기 배기가스 열교환기(280)를 더 포함할 수 있다.
따라서, 연료와 공기가 상기 믹서(230)에서 혼합되고, 상기 과급수단(250)에서 고압으로 가압된 후, 상기 엔진(210)으로 공급될 수 있다. 또한, 상기 조절수단(270)을 통해 상기 엔진(210)으로 공급되는 고압의 혼합기(공기+연료)의 양이 정밀하게 제어될 수도 있다.
상기 가스 히트펌프(1)는, 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소하며, 상기 압축기의 운전을 위한 동력을 제공하는 상기 엔진(210)을 포함한다.
상기 엔진(210)은 엔진룸(215) 내부에 장착되고, 실린더(211), 피스톤(212) 및 크랭크축(213)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 실린더(211)는 원통 형태와 유사하게 형성되어 혼합기를 수용할 수 있는 공간을 제공하고, 흡입밸브(214) 및 배기밸브(215)가 개폐 가능하게 구비되며, 점화플러그(216)가 상기 실린더(211) 불꽃을 발생시킬 수 있도록 장착되고, 후술할 피스톤(212)이 왕복 운동 가능하게 내부에 구비될 수 있다. 따라서, 상기 실린더(211)에서 흡입밸브가 열리면 혼합기가 흡입되고(흡입 행정), 상기 피스톤(212)이 상측으로 이동(공간을 압축하는 방향으로 이동)하면 혼합기가 압축되며(압축 행정), 점화 플러그에서 스파크가 발생하면 혼합기가 폭발되고(폭발행정), 배기밸브가 개방되면 연소된 배기가스가 배출될 수 있다. 즉, 상기 실린더(211)는 혼합기가 흡입, 압축, 폭발 및 배기되는 공간을 제공할 수 있다.
상기 피스톤(212)은 상기 실린더(211) 내부에서 직선 왕복 운동 가능하게 구비될 수 있다. 상세하게는, 상기 피스톤(212)은 폭발 행정 시 혼합기의 폭발 압력에 의하여 상기 실린더(211)의 축 방향 외측(실린더의 내부 공간이 팽창되는 방향)으로 직선 운동하고, 후술할 크랭크축(213)과 커넥팅 로드를 통하여 결합되어 상기 크랭크축(213)을 회전시킬 수 있다. 또한 상기 피스톤(212)은 상기 크랭크축(213)을 회전시키고 남은 운동에너지를 이용하여 상기 실린더(211) 내부의 혼합기를 압축시키도록 다시 상기 실린더(211)의 축 방향 내측으로 직선 운동할 수 있다.
상기 크랭크축(213)은 상기 피스톤(212)과 커넥팅 로드에 의하여 결합되어 상기 피스톤(212)의 운동에너지를 이용하여 회전 운동할 수 있다.
이때, 상기 크랭크축(213)은, 축 방향 일측 단부는 풀리 등을 통하여 상기 압축기(110)와 연결될 수 있다. 따라서, 상기 엔진(210)의 동력이 상기 압축기(110)로 전달될 수 있다.
상기한 과정을 거치면서 상기 엔진(210) 주변의 온도는 섭씨 40도 이상으로 상승할 수 있다. 즉, 상기 엔진룸(215) 내부의 온도는 상승할 수 있다. 특히 혹서기와 같은 조건에서는 그 정도가 더 심해지고 이는 상기 엔진(210)의 과열로 인한 고장을 야기시킬 수 있다.
더욱이, 상기 가스 히트펌프(1)는 차량의 엔진과는 달리 정적인 상태로 계속 운전을 유지하기 때문에 상기 엔진룸(215) 내부의 공기가 정체되고, 열 방출에 취약한 단점이 있다. 특히 상기 엔진(1)의 연소열과 상기 과급수단(250)의 구동열로 인해 상기 엔진(210)의 주변에 있는 부품에 열손상을 끼칠 수 있다.
이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 상기 크랭크축(213)의 축방향 타측 단부가 후술할 공기 순환 팬(290)과 결합되어 함께 회전할 수 있다.
도 3에는 본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프에서 공기 순환 팬과 팬 하우징을 분해한 도면이 개시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프에서 팬 하우징 및 쿨러 하우징을 표현한 도면이 개시되어 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 가스 히트펌프(1)는, 상기 크랭크축(213)의 축방향 단부에 결합되고, 상기 크랭크축(213)과 함께 회전하면서 공기를 상기 엔진룸(215)으로 공급하는 공기 순환 팬(290)을 포함한다.
상기 공기 순환 팬(290)은 후술할 팬 하우징(295) 내부에 구비되고, 외부에서 유입되는 공기를 상기 엔진룸(215)으로 공급시킨다. 상세하게는, 상기 공기 순환 팬(290)은 원심형 송풍기, 더욱 상세하게는 시로코팬(siroco fan)일 수 있고, 후술할 팬 하우징(295)의 하우징 본체(295a)에 구비될 수 있다.
따라서, 상기 공기 순환 팬(290)은 상기 크랭크축(213)의 회전에 연동하여 회전하면서 상기 하부 유닛(20)의 외부의 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 상기 엔진룸(215)의 내부로 압송하여 상기 엔진룸(215) 내부를 환기시키고 결과적으로 상기 엔진룸(215) 내부의 온도를 낮출 수 있다.
본 발명의 상기 가스 히트펌프(1)는, 상기 공기 배관(225) 상에 구비되고, 외부의 공기를 냉각시키는 인터쿨러(260)를 포함할 수 있다.
상기 인터쿨러(260)는 후술할 쿨러 하우징(265) 내부에 구비되고, 상기 공기 배관(225) 내에서 유동하는 공기와 열교환할 수 있다. 따라서, 상기 인터쿨러(260)를 통과한 상기 공기 배관(225) 내의 공기는, 상기 공기 여과기(220)로 유입될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 인터쿨러(260)는 상기 공기 순환 팬(290)의 회전으로 인하여 상기 하부 유닛(20)을 통과하여 상기 쿨러 하우징(265)으로 유입되는 외부의 공기와 열교환할 수 있다. 상세하게는, 상기 인터쿨러(260)는 상기 쿨러 하우징(265)의 내부에 배치되고, 후술할 공기 흡입부(265b) 내로 유입되는 외부의 공기와 열교환할 수 있다.
따라서, 상기 공기 흡입부(265b)로 유입된 외부의 공기는, 상기 인터쿨러(260)에서 열교환되어 냉각된 후, 후술할 팬 하우징(295)으로 유입되고, 상기 공기 순환 팬(290)의 회전에 의하여 상기 엔진룸(215)으로 압송될 수 있다.
본 발명의 상기 가스 히트펌프(1)는, 상기 인터쿨러(260)를 내부에 수용하는 쿨러 하우징(265)을 포함할 수 있다.
상기 쿨러 하우징(265)은 상기 하부 유닛(20)에 장착될 수 있다. 상세하게는, 상기 외부 공기 흡입구(22)와 대면하는 위치에 배치되어, 외부의 공기가 통과할 수 있도록 장착될 수 있다.
상기 쿨러 하우징(265)은, 외부의 공기가 흡입될 수 있도록 구비될 수 있다. 상세하게는, 상기 쿨러 하우징(265)은 직육면체 형태의 쿨러 하우징 본체(265a)를 포함할 수 있고, 상기 쿨러 하우징 본체(265a)의 상기 외부 공기 흡입구(22) 방향은 외부의 공기가 흡입될 수 있도록 공기 흡입부(265b)가 홀 형태로 형성되어 있다. 따라서, 상기 공기 순환 팬(290)이 회전하는 경우, 상기 하부 유닛(20) 외부의 공기가 상기 외부 공기 흡입구(22)를 통과하여 상기 공기 흡입부(265b)로 유입될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 상기 공기 흡입부(265b)는 직사각 홀 형태로 형성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 외부 공기 흡입구(22)를 통과하여 유입되는 외부의 공기의 흐름을 방해하지 않는 다양한 형태의 홀로 변형 가능하다.
상기 쿨러 하우징(265)은, 상기 공기 배관(225)이 관통할 수 있다. 상세하게는, 상기 쿨러 하우징(265)은 직육면체 형태의 상기 쿨러 하우징 본체(265)의 양 측면에 상기 공기 배관(225)이 관통하도록 한 쌍의 배관 홀(265c)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 공기 흡입부(265b)와 상기 배관 홀(265c)은 서로 다른 면에 형성될 수 있다.
따라서, 상기 공기 흡입부(265b)를 통하여 유입되는 상기 하부 유닛(20) 외측의 공기와 상기 공기 배관(225) 내에서 유동하는 공기는 서로 수직한 방향으로 유동할 수 있다.
상기 쿨러 하우징(265)의 상기 공기 흡입부(265b)와 마주보는 면에는 후술할 냉각 공기 유입부(295d)가 연결될 수 있다. 상세하게는 상기 쿨러 하우징(265)은 상기 팬 하우징(295)과 상기 냉각 공기 유입부(295d)를 통하여 연통될 수 있다.
따라서, 상기 공기 흡입부(265b)를 통하여 외부에서 유입된 공기는 상기 인터쿨러(260)에서 냉각된 후, 상기 냉각 공기 흡입부(265b)를 통하여 상기 공기 순환 팬(290)으로 유동할 수 있다.
본 발명의 상기 가스 히트펌프(1)는, 상기 공기 순환 팬(290)을 내부에 수용하고, 외부의 공기가 상기 엔진룸(215)으로 유입되도록 유로를 형성하는 팬 하우징(295)을 포함할 수 있다.
상기 팬 하우징(295)은 하우징 본체(295a), 제1 공기 공급부(295b), 제2 공기 공급부(295c) 및 냉각 공기 유입부(295d)를 포함할 수 있다.
상기 하우징 본체(295a)는 상기 공기 순환 팬(290)을 수용할 수 있다. 상세하게는, 상기 하우징 본체(295a)는 소정 높이를 갖는 원판 형태의 상기 공기 순환 팬(290)을 내부에 수용할 수 있도록 원통 형태로 형성되되, 축 방향 일측 바깥에는 상기 크랭크축(213)이 배치되어 상기 공기 순환 팬(290)과 결합되고, 축 방향 타측에는 상기 냉각 공기 유입부(295d)가 연결될 수 있다. 한편. 상기 하우징 본체(295a)의 외주면 일측에는 상기 제1 공기 공급부(295b)가 연결될 수 있고, 상기 하우징 본체(195a)의 외주면 타측(상기 제1 공기 공급부(295b)의 반대 방향)에는 상기 제2 공기 공급부(295c)가 연결될 수 있다.
상기 제1 공기 공급부(295b)는 상기 하우징 본체(295a)의 외주면 일측에 구비되고, 상기 공기 순환 팬(290)에 의하여 압송되는 공기를 상기 엔진룸(215)으로 공급시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 공기 공급부(295b)는 덕트 형태로 형성되고, 일측 단부는 상기 하우징 본체(295a)와 서로 연통되도록 구비되고, 타측 단부는 상기 엔진룸(215)의 내부로 연통되도록 구비될 수 있다.
따라서, 상기 하우징 본체(295a)의 내부에서 상기 공기 순환 팬(290)이 회전하는 경우, 외부의 공기가 상기 제1 공기 공급부(295b) 내부를 유동하여 상기 엔진룸(215) 내부로 유입될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 제1 공기 공급부(295b)에서 유출되는 공기가 상기 과급수단(250)을 냉각시킬 수 있도록, 상기 제1 공기 공급부(295b)에서 공기가 유출되는 유출구의 위치를 상기 과급수단(250)의 위치에 대응하여 배치하는 것이 바람직하다.
상기 제2 공기 공급부(295c)는 상기 하우징 본체(295a)의 외주면 타측에 구비되고, 상기 공기 순환 팬(290)에 의하여 압송되는 공기를 상기 엔진룸(215)으로 공급시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 공기 공급부(295c)는 덕트 형태로 형성되고, 일측 단부는 상기 하우징 본체(295a)와 서로 연통되도록 구비되고, 타측 단부는 상기 엔진룸(215)의 내부로 연통되도록 구비될 수 있다.
따라서, 상기 하우징 본체(295a)의 내부에서 상기 공기 순환 팬(290)이 회전하는 경우, 외부의 공기가 상기 제2 공기 공급부(295c) 내부를 유동하여 상기 엔진룸(215) 내부로 유입될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 제2 공기 공급부(295c)에서 유출되는 공기가 상기 스타터 모터(도면 미기재)를 냉각시킬 수 있도록, 상기 제2 공기 공급부(295c)에서 공기가 유출되는 유출구의 위치를 상기 스타터 모터(도면 미기재)의 위치에 대응하여 배치하는 것이 바람직하다. 상기 스타터 모터는 상기 엔진(210)의 시동 시에 상기 크랭크축(213)을 회전시켜, 상기 피스톤(212)이 상기 실린더(211)를 압축시키는 동력을 제공하는 역할을 할 수 있다.
상기 냉각 공기 유입부(295d)는 상기 인터쿨러(260)에서 냉각된 공기가 유입될 수 있도록, 상기 쿨러 하우징(265)과 연결될 수 있다. 상세하게는, 상기 냉각 공기 유입부(295d)는 상기 하우징 본체(295a)의 축 방향 타측에 구비되고, 상기 하우징 본체(295a)의 내부와 서로 연통될 수 있도록 덕트 형태로 형성되며, 상기 쿨러 하우징 본체(265a)와도 서로 연통되도록 형성될 수 있다.
따라서, 상기 공기 순환 팬(290)이 회전하면, 상기 공기 흡입부(265b)를 통하여 외부에서 공기가 흡입되고, 흡입된 공기는 상기 쿨러 하우징 본체(265a) 내에서 상기 인터쿨러(260)에 의하여 냉각되며, 상기 냉각 공기 유입부(295d)를 통하여 상기 하우징 본체(295a)로 유입된 후, 상기 제1 공기 공급부(295b) 및 상기 제2 공기 공급부(295c)를 통과하여 상기 엔진룸(215)으로 공급될 수 있다.
그러므로, 본 발명에 따른 가스 히트펌프(1)에 의하면, 상기 공기 순환 팬(290)을 이용하여 상기 엔진룸(215) 내부로 외부의 공기를 공급하여 상기 엔진룸(215) 내부의 공기를 순환시킴으로써 상기 엔진룸(215) 내부의 온도를 낮추는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 인터쿨러(260)를 상기 공기 여과기(220)의 입구 측(전단)에 배치하여, 외부에서 유입되는 공기를 냉각시킨 후 상기 공기 순환 팬(290)으로 공급함으로써, 냉각된 공기를 상기 엔진룸(215)으로 유입시켜 상기 엔진룸(215) 내부의 온도를 낮추는 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 공기 순환 팬(290)은 별도의 동력원 없이 상기 엔진(210)의 상기 크랭크축(213)과 결합되어 함께 회전하므로 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
210 : 엔진
213 : 크랭크축
215 : 엔진룸
220 : 공기 여과기
225 : 공기 배관
260 : 인터쿨러
265 : 쿨러 하우징
290 : 공기 순환 팬
295 : 팬 하우징

Claims (10)

  1. 압축기, 실외 열교환기, 팽창장치, 실내 열교환기 및 냉매 배관을 포함하는 공기조화 모듈; 및
    연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소하며, 상기 압축기의 운전을 위한 동력을 제공하는 엔진을 포함하는 엔진 모듈;
    을 포함하고,
    상기 엔진은,
    혼합기가 흡입, 압축, 폭발 및 배기되는 공간을 제공하는 실린더;
    상기 실린더 내부에 왕복 운동 가능하게 구비되고, 혼합기의 폭발 압력에 의하여 직선 운동하는 피스톤; 및
    상기 피스톤의 운동에너지에 의하여 회전 운동하는 크랭크축;
    을 포함하며,
    상기 엔진 모듈은,
    상기 엔진이 내부에 장착되는 엔진룸; 및
    상기 크랭크축의 축방향 단부에 결합되고, 상기 크랭크축과 함께 회전하면서 공기를 상기 엔진룸으로 공급하는 공기 순환 팬;
    을 포함하는 가스 히트펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엔진 모듈은,
    상기 공기 순환 팬을 내부에 수용하고, 외부의 공기가 상기 엔진룸으로 유입되도록 유로를 형성하는 팬 하우징;
    을 더 포함하는 가스 히트펌프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 팬 하우징은,
    상기 공기 순환 팬을 수용하는 하우징 본체;
    상기 하우징 본체의 외주면 일측에 구비되고, 상기 공기 순환 팬에 의하여 압송되는 공기를 상기 엔진룸으로 공급시키는 제1 공기 공급부;
    를 포함하는 가스 히트펌프.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 엔진 모듈은,
    외부의 공기가 상기 엔진 측으로 유동하는 공기 배관;
    상기 공기 배관에 구비되고, 외부의 공기를 냉각시키는 인터쿨러; 및
    상기 인터쿨러를 내부에 수용하는 쿨러 하우징;
    을 더 포함하고,
    상기 팬 하우징은,
    상기 인터쿨러에서 냉각된 공기가 유입될 수 있도록, 상기 쿨러 하우징과 연결되는 냉각 공기 유입부;
    를 더 포함하는 가스 히트펌프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 엔진 모듈은,
    상기 인터쿨러와 상기 엔진 사이에 배치되고, 상기 인터쿨러에서 냉각된 공기를 정화시켜 상기 엔진으로 공급하는 공기 여과기;
    를 더 포함하는 가스 히트펌프.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 팬 하우징은,
    상기 하우징 본체의 외주면 타측에 구비되고, 상기 공기 순환 팬에 의하여 압송되는 공기를 상기 엔진룸으로 공급시키는 제2 공기 공급부;
    를 더 포함하는 가스 히트펌프.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 쿨러 하우징은,
    상기 공기 순환 팬의 회전 시, 외부의 공기가 흡입되는 공기 흡입부;
    를 포함하는 가스 히트펌프.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 쿨러 하우징은,
    상기 공기 배관이 관통하는 배관 홀;
    을 더 포함하는 가스 히트펌프.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 크랭크축은,
    축 방향 일측 단부는 상기 압축기와 연결되고, 축방향 타측 단부는 상기 공기 순환 팬과 결합되는 것을 특징으로 하는 가스 히트펌프.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 엔진 모듈을 내부에 수용하는 하부 유닛;
    을 더 포함하고,
    상기 하부 유닛은,
    유닛 본체; 및
    상기 유닛 본체에서 상기 공기 흡입부와 대면하는 위치에 형성되고, 외부의 공기가 통과하여 상기 공기 흡입부로 흡입될 수 있도록 복수 개의 홀 형태로 형성된 외부 공기 흡입구;
    를 포함하는 가스 히트펌프.
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