KR20220105421A - 가스엔진 히트펌프 - Google Patents

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KR20220105421A
KR20220105421A KR1020210008097A KR20210008097A KR20220105421A KR 20220105421 A KR20220105421 A KR 20220105421A KR 1020210008097 A KR1020210008097 A KR 1020210008097A KR 20210008097 A KR20210008097 A KR 20210008097A KR 20220105421 A KR20220105421 A KR 20220105421A
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heat pump
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gas valve
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KR1020210008097A
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장희중
정호종
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은, 가스엔진 히트펌프에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프는, 공기와 연료가 혼합된 혼합기를 연소하는 엔진; 상기 엔진에 연결되고, 상기 엔진의 동작에 따라 냉매를 압축하는 압축기; 상기 엔진에서 배출된 배기가스가 유입되는 머플러; 상기 머플러에 연결되고, 상기 머플러에서 토출되는 상기 배기가스를 외부로 배출하는 배기가스 배출관; 상기 머플러 및 상기 배기가스 배출관 중 적어도 하나에서 토출되는, 상기 배기가스로부터 생성된 응축수를 중화하여 배출하는 드레인 필터; 및 상기 배기가스 배출관에 배치되어, 상기 외부로 배출되는 배기가스의 유량을 조절하는 배기가스 밸브를 포함할 수 있다. 그 외에 다양한 실시예들이 가능하다.

Description

가스엔진 히트펌프{GAS ENGINE HEAT PUMP}
본 발명은 가스엔진 히트펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스엔진을 구동하여, 구동풀리로 연결된 히트펌프의 압축기를 구동하는 가스엔진 히트펌프에 관한 것이다.
히트펌프란, 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 장치를 의미하며, 일반적으로 압축기, 실외 열교환기 등을 구비하는 실외 유닛과, 실내 열교환기 등을 포함하는 실내 유닛을 포함할 수 있다.
엔진은 연료와 공기의 혼합물(혼합연료)을 이용하여 동력을 발생시킬 수 있는 장치이며, 공기조화 시스템, 자동차, 발전설비 등 다양한 산업분야에서 사용되고 있다. 예를 들면, 엔진은 히트펌프 시스템에서도 사용될 수 있으며, 냉방 또는 난방을 위한 냉동 사이클을 구성하는 압축기가 전기가 아닌 가스 엔진에 의하여 구동될 수 있다.
혼합연료가 연소됨에 따라 엔진에서 발생하는 배기가스는, 배기가스 열교환기, 머플러(muffler) 및 배기가스 배출관을 거쳐 외부로 배출되는데, 배기가스에 포함된 수분은 배기가스 열교환기를 통과하는 동안 응축되어 미스트(mist) 형태가 될 수 있고, 미스트 형태의 수분이 머플러 내의 소음판이나 배기가스 배출관의 내벽에 충돌함에 따라, 응축수가 생성될 수 있다. 이때, 머플러나 배기가스 배출관에서 생성되는 응축수는 산성이므로, 외부로 배출되기 전에 중화될 필요가 있어, 응축수의 중화를 위한 드레인 필터의 사용이 요구된다. 여기서, 드레인 필터는 내부에 정화석을 구비하여, 내부로 유입되는 응축수를 중화한 후 외부로 배출할 수 있다.
한편, 실외 온도가 소정 온도 미만으로 낮아지는 경우, 드레인 필터의 출구 부분이나, 출구 부분과 연결된 배관에서 응축수가 결빙될 수 있는데, 이러한 결빙 현상으로 인해 배관이 파손되는 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
또 다른 목적은, 배기가스의 폐열을 이용하여, 응축수의 결빙을 방지하는 가스엔진 히트펌프를 제공하는 것이다.
또 다른 목적은, 배기가스의 폐열을 이용하여, 난방 성능을 향상시키는 가스엔진 히트펌프를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프는, 공기와 연료가 혼합된 혼합기를 연소하는 엔진; 상기 엔진에 연결되고, 상기 엔진의 동작에 따라 냉매를 압축하는 압축기; 상기 엔진에서 배출된 배기가스가 유입되는 머플러; 상기 머플러에 연결되고, 상기 머플러에서 토출되는 상기 배기가스를 외부로 배출하는 배기가스 배출관; 상기 머플러 및 상기 배기가스 배출관 중 적어도 하나에서 토출되는, 상기 배기가스로부터 생성된 응축수를 중화하여 배출하는 드레인 필터; 및 상기 배기가스 배출관에 배치되어, 상기 외부로 배출되는 배기가스의 유량을 조절하는 배기가스 밸브를 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 배기가스 밸브의 개도량을 제어하여, 배기가스 배출관 내의 배기가스가 드레인 필터로 유동하도록 유도함으로써, 드레인 필터의 출구 부분이나, 출구 부분과 연결된 배관에서 응축수가 결빙되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 배기가스 밸브의 개도가 감소함에 따라 배기가스의 배압이 증가하는 경우, 머플러나 배기가스 배출관에서 생성되는 응축수의 양과, 드레인 필터의 출구 부분으로 배출되는 응축수의 양이 증가하므로, 응축수가 결빙되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 배기가스 밸브의 개도가 감소함에 따라 배기가스의 배압이 증가하는 경우, 배기가스 열교환기에서 배기가스의 유속이 감소하고, 냉각수와 배기가스 간의 열교환 효율은 높아지므로, 냉각수가 회수하는 열량이 증가하여 난방 성능이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 가스엔진 히트펌프의 구성에 대한 개략도이다.
도 2는, 도 1의 가스엔진 히트펌프 중 일부 구성을 도시한 도면이다.
도 3a 및 3b는, 도 2의 머플러, 드레인 필터 및 배기가스 배출관의 연결 관계에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 4 및 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 가스엔진 히트펌프의 동작방법에 대한 순서도이다.
도 6 및 7은, 가스엔진 히트펌프의 동작에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것들의 존재, 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 가스엔진 히트펌프의 구성에 대한 개략도이고, 도 2는, 도 1의 가스엔진 히트펌프 중 일부 구성을 도시한 도면이다.
도 1에서는, 가스엔진 히트펌프(10)의 운전 모드가 난방모드로 설정된 경우의 냉각수와 냉매의 유동 방향이 도시된다.
도 1 및 2를 참조하면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 가스엔진부(I), 히트펌프(II) 및/또는 냉각수순환부(III)를 포함할 수 있다.
가스엔진부(I)는, 소정 압력 이하의 연료를 공급하기 위한 제로 가버너(zero governor, 10), 공기를 필터링하여 배출하는 에어클리너(12), 연료와 공기를 일정한 혼합비로 혼합하여 배출하는 믹서(14), 연료를 연소하여 작동하는 엔진(30), 엔진(30)으로 공급되는 연료의 양을 조절하는 스로틀밸브(36) 및/또는 엔진(30)에서 배출되는 배기가스를 냉각수와 열교환하는 배기가스 열교환기(40)를 포함할 수 있다.
제로 가버너(11)는, 제로 가버너(11)로 유입되는 연료의 압력이나, 유량 변화에 상관없이, 출구압력을 일정하게 조절하여, 항상 일정한 압력으로 연료를 공급하는 장치를 의미할 수 있다. 제로 가버너(11)는, 넓은 범위에 걸쳐 안정된 출구 압력을 얻을 수 있으며, 엔진(30)에 공급하는 가스연료의 압력을 대기압 형태로 거의 일정하게 조절할 수 있다. 제로 가버너(11)는, 2개의 솔레노이드 밸브를 구비하여, 공급되는 연료를 차단할 수 있다.
에어클리너(12)는, 필터를 사용하여, 외부 공기에 포함된 먼지, 미스트 형태의 수분 및 유분의 혼입을 차단할 수 있다.
엔진(30)은, 압축된 가스를 연소하는 과정을 통해 작동하는 내연기관을 의미할 수 있다. 엔진(30)은, 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정을 통해, 엔진(30)의 일측에 배치되는 엔진측 구동풀리(32)를 회전시킬 수 있다.
엔진측 구동풀리(32)는, 이하에서 설명하는 압축기측 구동풀리(52)를 회전시킬 수 있다.
엔진(30)은, 복수의 피스톤(미도시), 공급된 연료를 착화시켜, 각각의 내부에서 피스톤이 왕복운동을 수행하는 복수의 실린더(미도시), 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 변경하는 커넥팅 로드(미도시), 커넥팅 로드와 연결되어 회전하는 크랭크축(미도시) 등을 포함할 수 있다.
엔진(30)은, 스로틀밸브(36)를 통과하여 엔진(30)으로 공급되는 혼합기를 복수의 실린더 각각으로 공급하는 흡기 매니폴드(31) 및/또는 복수의 실린더에서 배출된 배기가스가 모아지는 배기 매니폴드(33)를 더 포함할 수 있다.
흡기 매니폴드(31)에는, 연료가 복수의 실린더 각각에 분배되도록 복수의 분배유로가 형성되며, 배기 매니폴드(33)에는, 복수의 실린더 각각에 연결되고, 하나의 배기유로로 합지되는 복수의 합지유로가 형성될 수 있다.
배기가스 열교환기(40)는, 엔진(30)에서 배출되는 배기가스와 냉각수를 열교환할 수 있다. 예를 들면, 배기가스 열교환기(40)에서는, 엔진(30)에서 배출되는 배기가스와, 냉각수펌프(70)에 의해 유동하는 냉각수가 서로 열교환할 수 있다. 이 경우, 배기가스 열교환기(40)를 통과한 냉각수는 다시 엔진(30)으로 유입되어, 엔진(30)을 냉각할 수 있다.
한편, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 가스엔진부(I)는, 엔진(30)으로 공급되는 혼합기를 압축하는 터보차저(16), 터보차저(16)에서 압축된 혼합기를 냉각시키는 인터쿨러(21) 등을 더 포함할 수도 있다.
터보차저(16)는, 혼합기를 고온, 고압 상태로 압축시켜, 엔진(30)으로 공급할 수 있다. 예를 들면, 엔진(30)으로부터 배출되는 배기가스를 이용하여, 터보차저(16)의 터빈(17)이 회전할 수 있고, 터빈(17)에 연결된 블레이드(180)가 엔진(30)으로 유동하는 혼합기를 압축시킬 수 있다. 이때, 터빈(17)과 블레이드(18)는 하나의 회전축으로 연결될 수 있다.
인터쿨러(21)는, 공기 또는 물을 이용하여, 터보차저(16)를 거쳐 엔진(30)으로 공급되는 고온의 혼합기를 냉각할 수 있다.
히트펌프(±는, 실내유닛(20), 냉매를 압축시키는 적어도 하나의 압축기(50), 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외열교환기(54), 냉매와 냉각수를 열교환하는 보조열교환기(56), 실내유닛(20)과 실외열교환기(54) 사이에 배치되어, 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(58), 유로변경밸브(64), 어큐물레이터(72) 등을 포함할 수 있다.
실내유닛(20)은, 냉매와 실내공기를 열교환하는 실내열교환기(미도시) 및/또는 열교환된 실내공기가 실내공간으로 유동하도록 회전하는 실내기팬(미도시)을 포함하여, 실내공간의 온도를 제어할 수 있다.
압축기(50)는, 엔진(30)에 연결되어, 엔진(30)의 동작에 따라 냉매를 압축할 수 있다. 예를 들면, 압축기(50)는 압축기측 구동풀리(52)에 연결될 수 있고, 엔진(30)의 구동에 의해 엔진측 구동풀리(32)가 회전하는 경우, 엔진측 구동풀리(32)에 연결된 압축기측 구동풀리(52)가 회전하여, 냉매가 압축될 수 있다.
실외열교환기(54)에는, 공기의 유동을 형성하는 실외기팬(54a)가 배치되어, 실외공기와 냉매를 열교환할 수 있다. 한편, 실외열교환기(54)에는, 공기로 냉각수를 냉각하는 방열기(71)가 배치될 수도 있다.
보조열교환기(56)는, 엔진(30)을 냉각하는 냉각수와 냉매를 열교환할 수 있고, 판형열교환기를 포함할 수 있다.
실내유닛(20)과 실외열교환기(54) 사이에는 제1 팽창밸브(58)가 배치될 수 있고, 실내유닛(20)과 보조열교환기(56) 사이에는 제2 팽창밸브(60)가 배치될 수 있다.
유로변경밸브(64)는, 히트펌프의 운전 모드에 따라, 압축기(50)에서 토출되는 고온, 고압의 냉매를, 실외열교환기(54)로 전달하거나, 실내유닛(20)으로 전달할 수 있다.
어큐물레이터(72)는, 유입되는 냉매에서 중 액상냉매를 분리하여, 기상냉매를 압축기(50)로 공급할 수 있다. 어큐물레이터(72)는, 액상냉매와 기상냉매를 분리하여, 기상냉매를 배출함에 따라, 냉매순환에 있어서, 저항체로서 동작할 수 있다.
냉각수순환부(²는, 냉각수를 순환시켜, 엔진(30)에서 발생하는 열을 흡수하고, 흡수된 열을 별도의 열교환기 등으로 통해 방출할 수 있다. 냉각수순환부(²는, 냉각수가 배기가스 열교환기(40) 및 엔진(30)을 순차적으로 통과하도록 동작함으로써, 배기가스에서 방출되는 열과, 엔진(30)에서 발생하는 열을 흡수할 수 있다.
냉각수순환부(²는, 냉각수를 순환시키거나, 냉각수의 유동속도를 조절하는 냉각수 펌프(60)를 포함할 수 있다.
냉각수순환부(²는, 냉매와 공기가 열교환하는 실외열교환기(54)의 일측에 배치되는 방열기(71) 및/또는 냉매와 냉각수가 열교환하는 보조열교환기(56)를 통해 냉각수를 냉각할 수 있다.
냉각수순환부(²는, 엔진(30)과 열교환된 냉각수를 방열기(71) 또는 보조열교환기(56)로 선택적으로 보내는 제1 삼방밸브(76)와, 제1 삼방밸브(76)의 상류에 배치되어, 엔진(30)에서 열교환된 냉각수를 냉각수펌프(70) 또는 제1 삼방밸브(76)로 보내는 제2 삼방밸브(78)를 더 포함할 수 있다.
엔진(30)에서 배출된 냉각수는, 엔진배출유로(82)를 통해 제2 삼방밸브(78)로 유입될 수 있고, 제2 삼방밸브(78)로 유입된 냉각수는 냉각수펌프(70) 또는 제1 삼방밸브(76)로 유동할 수 있다.
제1 삼방밸브(76)로 유입된 냉각수는, 실외열교환기 유입유로(86a)를 통해 방열기(71)로 공급되거나, 보조열교환기 유입유로(88a)를 통해 보조열교환기(56)로 공급될 수 있다.
방열기(71)에서 배출되어 실외열교환기 배출유로(86b)를 유동하는 냉각수와, 보조열교환기(56)에서 배출되어 보조열교환기 배출유로(88b)를 유동하는 냉각수는, 냉각수펌프 유입유로(90)로 유동하여, 냉각수펌프(70)로 유입될 수 있다.
냉각수펌프(70)에서 배출된 냉각수는, 냉각수펌프 배출유로(92)를 통해 배기가스 열교환기(40)로 유입될 수 있고, 배기가스 열교환기(40)에서 배출된 냉각수는 엔진유입유로(80)를 통해 엔진(30)으로 공급될 수 있다.
가스엔진 히트펌프(10)는, 배기가스 열교환기(40)의 출구 측에 배치되어, 배기가스의 소음을 저감하는 머플러(muffler, 41), 머플러(41)에서 배출되는 배기가스를 외부로 배출하는 배기가스 배출관(42), 배기가스 배출관(42)에 배치되어, 외부로 배출되는 배기가스의 유량을 조절하는 배기가스 밸브(43) 및/또는 응축수를 정화하는 드레인 필터(44)를 더 포함할 수 있다.
배기가스에 포함된 수분은 배기가스 열교환기(40)를 통과하는 동안 응축되어 미스트(mist) 형태가 될 수 있고, 미스트 형태의 수분이 머플러(41) 내의 소음판이나 배기가스 배출관(42)의 내벽에 충돌함에 따라, 응축수가 생성될 수 있다. 이때, 머플러(41)나 배기가스 배출관(42)에서 생성되는 응축수는 산성일 수 있다.
가스엔진 히트펌프(10)는, 배기가스 배출관(42)과 드레인 필터(44) 사이에 배치되고, 배기가스 배출관(42)에서 생성된 응축수가 드레인 필터(44)로 유동하는 응축수 바이패스관(45)과, 드레인 필터(44)에서 중화된 응축수가 유동하는 응축수 배출관(46)을 더 포함할 수 있다.
가스엔진 히트펌프(10)는, 드레인 필터(44)를 가열하는 드레인 히터(47)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 드레인 히터(47)가 가열됨 따라 드레인 필터(44)의 내부 온도가 상승할 수 있다. 이때, 드레인 필터(44)의 내부 온도가 상승함에 따라, 드레인 필터(44)에 포집된 응축수의 온도가 상승할 수 있다.
가스엔진 히트펌프(10)는, 각 구성의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 제어부는, 배기가스 밸브(43)의 개도를 조절할 수 있다. 이때, 배기가스 밸브(43)가 개방될수록, 배기가스 배출관(42)를 통해 외부로 배출되는 배기가스의 양이 증가할 수 있다.
제어부는, 가스엔진부(I), 히트펌프(II), 냉각수순환부(III) 등에 배치될 수도 있다.
제어부는, 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있고, 이에 포함된 프로세서를 이용하여, 가스엔진 히트펌프(10)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 여기서, 프로세서는 CPU(central processing unit)과 같은 일반적인 프로세서일 수 있다. 물론, 프로세서는 ASIC과 같은 전용 장치(dedicated device)이거나 다른 하드웨어 기반의 프로세서일 수 있다.
가스엔진 히트펌프(10)는 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있고, 센서를 통해 검출된 검출 값은 제어부에 전송될 수 있다.
예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 적어도 하나의 온도센서를 포함할 수 있다. 여기서, 온도센서는, 실외열교환기(54)의 온도를 검출하는 온도센서, 보조열교환기(56)의 온도를 검출하는 온도센서, 냉각수가 유동하는 유로의 온도를 검출하는 온도센서, 냉매가 유동하는 배관의 온도를 검출하는 온도센서, 실내 온도를 검출하는 온도센서, 실외 온도를 검출하는 온도 센서 등을 포함할 수 있다.
예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 적어도 하나의 압력센서를 포함할 수 있다. 여기서, 압력센서는, 냉매가 유동하는 배관의 압력을 검출하는 압력센서 등을 포함할 수 있다.
도 3a 및 3b는, 도 2의 머플러, 드레인 필터 및 배기가스 배출관의 연결 관계에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 머플러(41)는, 배기가스 열교환기(40)에서 배출되는 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구(411), 머플러(41) 내에서 생성된 응축수가 배출되는 응축수 토출구(미도시), 배기가스 배출관(42)과 연결되어, 배기가스가 토출되는 배기가스 토출구(미도시)를 포함할 수 있다.
배기가스가 배기가스 유입구(411)를 통해 머플러(41) 내부로 유입되는 경우, 유입된 배기가스는 머플러(41)의 배기가스 토출구에 연결된 배기가스 토출배관(412)을 통해 배기가스 배출관(42)으로 유동할 수 있다. 또한, 머플러(41) 내부에서 생성된 응축수는, 머플러(41)의 응축수 토출구에 연결된 응축수 배출배관(413)을 통해 드레인 필터(44)로 유동할 수 있다.
배기가스 토출배관(412)을 통해 유동하는 배기가스는, 배기가스 배출관(42)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 또한, 배기가스에 포함된 수분이 배기가스 배출관(42)의 내벽에 충돌함에 따라 생성되는 응축수는, 응축수 바이패스관(45)을 통해 드레인 필터(44)로 유동할 수 있다.
드레인 필터(44)는, 내부에 정화석을 구비할 수 있다. 이때, 응축수 배출배관(413) 및/또는 응축수 바이패스관(45)을 통해 드레인 필터(44)의 내부로 유입되는 응축수는, 정화석에 의해 중화될 수 있고, 중화된 응축수는 응축수 배출구(441)에 연결된 응축수 배출관(46)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
도 4 및 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 가스엔진 히트펌프의 동작방법에 대한 순서도이고, 도 6 및 7은, 가스엔진 히트펌프의 동작에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 4를 참조하면, 가스엔진 히트펌프(10)는, S410 동작에서, 난방 운전을 수행할 수 있다. 예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 운전 모드가 난방모드인 경우, 압축기(50)에서 토출된 냉매가 실내유닛(20)으로 유동하도록, 유로변경밸브(64)를 제어할 수 있다.
가스엔진 히트펌프(10)는, S420 동작에서, 기 설정된 결빙조건이 만족되는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 기 설정된 결빙조건은, 응축수 배출구(441) 및/또는 응축수 배출관(46)에 유동하는 응축수가 결빙될 것으로 예상되는 조건을 의미할 수 있다.
예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 실외 온도가 소정 온도(예: -2℃) 미만인 경우, 결빙조건이 만족된 것으로 판단할 수 있다. 예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 엔진(30)의 구동이 소정 시간(예: 1시간) 이상 정지된 경우, 결빙조건이 만족된 것으로 판단할 수 있다.
가스엔진 히트펌프(10)는, S430 동작에서, 기 설정된 결빙조건이 만족된 경우, 배기가스 밸브(43)가 기 설정된 최대 개도를 초과하여 개방되어 있는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 최대 개도는, 배기가스 밸브(43)가 완전 개방된 상태와 비교하여 소정 비율(예: 20%)만큼 닫힌 경우에 대응하는 배기가스 밸브(43)의 개도를 의미할 수 있다.
한편, 가스엔진 히트펌프(10)는, 기 설정된 결빙조건이 만족된 경우, 드레인 필터(44)의 내부 온도가 상승되도록, 드레인 히터(47)를 가열할 수 있다.
가스엔진 히트펌프(10)는, S440 동작에서, 배기가스 밸브(43)의 개도가 기 설정된 최대 개도를 초과하는 경우, 기 설정된 최대 개도에 따라 배기가스 밸브(43)의 개도를 조절할 수 있다. 예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 배기가스 밸브(43)의 현재 개도와 기 설정된 최대 개도 간의 차이만큼 배기가스 밸브(43)를 닫을 수 있다.
가스엔진 히트펌프(10)는, S450 동작에서, 가스엔진 히트펌프(10)의 난방능력에 따라 배기가스 밸브(43)의 개도를 조절할 수 있다. 이와 관련하여, 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
도 5를 참조하면, 가스엔진 히트펌프(10)는, S510 동작에서, 가스엔진 히트펌프(10)의 난방능력을 확인할 수 있다. 예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 압축기(50)에서 토출되는 냉매의 압력(이하, 토출압력)과 목표치로 설정된 압력 간의 차이에 기초하여, 히트펌프(10)의 난방능력을 확인할 수 있다.
가스엔진 히트펌프(10)는, S520 동작에서, 난방능력이 소정 기준 미만으로 부족한지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 압축기(50)의 토출압력이 목표치로 설정된 압력 미만인 경우, 난방능력이 부족한 것으로 판단할 수 있다.
가스엔진 히트펌프(10)는, S530 동작에서, 난방능력이 부족한 경우, 난방능력이 소정 기준치 이상 부족한지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 압축기(50)의 토출압력이 목표치로 설정된 압력보다 소정 압력 값 이상 낮은 경우, 난방능력이 소정 기준치 이상 부족한 것으로 판단할 수 있다.
가스엔진 히트펌프(10)는, S540 동작에서, 난방능력의 부족한 정도가 소정 기준치 미만인 경우, 예컨대, 목표치로 설정된 압력과 압축기(50)의 토출압력 간의 차이가 소정 압력 값 미만인 경우, 배기가스 밸브(43)의 개도가 제1 개도량만큼 감소되도록 제어할 수 있다.
예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 난방능력의 부족한 정도가 소정 기준치 미만인 경우, 배기가스 밸브(43)가 완전 개방된 상태의 개도에 대한 제1 비율(예: 3%)을 제1 개도량으로 결정할 수 있다.
예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 난방능력의 부족한 정도가 소정 기준치 미만인 경우, 배기가스 밸브(43)의 현재 개도에 대한 제1 비율(예: 3%)을 제1 개도량으로 결정할 수 있다.
가스엔진 히트펌프(10)는, S550 동작에서, 난방능력의 부족한 정도가 소정 기준치 이상인 경우, 예컨대, 압축기(50)의 토출압력이 목표치로 설정된 압력보다 소정 압력 값 이상 낮은 경우, 배기가스 밸브(43)의 개도가 제1 개도량보다 큰 제2 개도량만큼 감소되도록 제어할 수 있다.
예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 난방능력의 부족한 정도가 소정 기준치 이상인 경우, 배기가스 밸브(43)가 완전 개방된 상태의 개도에 대한 제2 비율(예: 10%)을 제1 개도량으로 결정할 수 있다.
예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 난방능력의 부족한 정도가 소정 기준치 미만인 경우, 배기가스 밸브(43)의 현재 개도에 대한 제2 비율(예: 10%)을 제2 개도량으로 결정할 수 있다.
한편, 가스엔진 히트펌프(10)는, 난방능력이 부족한 경우, 목표치로 설정된 압력과 압축기(50)의 토출압력 간의 차이에 대응하여, 제1 개도량 및/또는 제2 개도량을 결정할 수도 있다. 예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 목표치로 설정된 압력과 압축기(50)의 토출압력 간의 차이가 클수록, 배기가스 밸브(43)의 개도가 감소되는 정도가 커지도록, 제1 개도량 및/또는 제2 개도량을 결정할 수 있다.
한편, 가스엔진 히트펌프(10)는, S560 동작에서, 난방능력이 부족하지 않은 경우, 예컨대, 압축기(50)의 토출압력이 목표치로 설정된 압력 이상인 경우, 배기가스 밸브(43)의 개도가 최대 개도에 도달했는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 배기가스 밸브(43)의 개도가 최대 개도 이상인 경우, 배기가스 밸브(43)의 개도가 최대 개도에 도달한 것으로 판단할 수 있다.
가스엔진 히트펌프(10)는, S570 동작에서, 배기가스 밸브(43)의 현재 개도가 최대 개도 미만인 경우, 배기가스 밸브(43)의 개도가 제3 개도량만큼 증가되도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 배기가스 밸브(43)가 완전 개방된 상태의 개도에 대한 제3 비율(예: 2%)을 제3 개도량으로 결정할 수 있다. 예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 배기가스 밸브(43)의 현재 개도에 대한 제3 비율(예: 2%)을 제3 개도량으로 결정할 수 있다.
한편, 가스엔진 히트펌프(10)는, 배기가스 밸브(43)의 현재 개도가 최대 개도 미만인 경우, 배기가스 밸브(43)의 현재 개도와 최대 개도 간의 차이에 대응하여, 제3 개도량을 결정할 수도 있다. 예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 배기가스 밸브(43)의 현재 개도와 최대 개도 간의 차이가 클수록, 배기가스 밸브(43)의 개도가 증가되는 정도가 커지도록, 제3 개도량을 결정할 수 있다.
한편, 가스엔진 히트펌프(10)는, 배기가스 밸브(43)의 현재 개도가 최대 개도 이상인 경우, 배기가스 밸브(43)의 현재 개도를 유지할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 가스엔진 히트펌프(10)는, S460 동작에서, 기 설정된 결빙조건이 만족되지 않은 경우, 예컨대, 실외 온도가 소정 온도(예: -2℃) 이상인 경우 및/또는 엔진(30)의 구동이 정지된 시간이 소정 시간(예: 1시간) 미만인 경우, 배기가스 밸브(43)가 완전 개방되도록 제어할 수 있다.
가스엔진 히트펌프(10)는, S470 동작에서, 난방 운전이 종료되는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 가스엔진 히트펌프(10)는, 운전 모드가 냉방 모드로 변경되는 경우, 또는 가스엔진 히트펌프(10)의 운전을 종료하는 경우, 난방 운전이 종료되는 것으로 판단할 수 있다.
가스엔진 히트펌프(10)는, S480 동작에서, 난방 운전이 종료되는 경우, 배기가스 밸브(43)가 완전 개방되도록 제어할 수 있다.
도 6 및 7을 참조하면, 배기가스 밸브(43)가 완전 개방된 경우, 고온의 배기가스는 배기가스 배출관(42)을 통해 별다른 저항 없이 외부로 충분히 배출될 수 있다.
이에 반해, 배기가스 밸브(43)의 개도가 적어도 일부 감소된 경우, 즉, 배기가스의 유로인 배기가스 배출관(42)이 일부 폐쇄된 경우, 배기가스 배출관(42) 내에서 배기가스의 배압이 증가할 수 있다.
이때, 배기가스의 배압 증가하게 되면, 배기가스 배출관(42) 내 유동하던 배기가스 중 적어도 일부가 응축수 바이패스관(45)을 통해 드레인 필터(44)로 유동할 수 있다. 이때, 드레인 필터(44)로 유동하는 고온의 배기가스가 응축수 배출구(441) 및 응축수 배출관(46)을 통과함에 따라, 배기가스의 온도에 의해 응축수의 결빙이 방지될 수 있다.
또한, 배기가스의 배압 증가로 인해, 머플러(41) 내의 소음판이나 배기가스 배출관(42)의 내벽에 충돌하는 수분이 증가하여, 머플러(41) 및/또는 배기가스 배출관(42)에서 생성되는 응축수의 양이 증가될 수 있다. 이때, 머플러(41) 및/또는 배기가스 배출관(42)에서 생성되는 응축수의 양이 증가함에 따라, 응축수 배출구(441) 및 응축수 배출관(46)을 유동하는 응축수의 양도 증가되어, 응축수의 결빙이 방지될 수 있다.
또한, 배기가스의 배압 증가로 인해, 배기가스 열교환기(40)를 통과하는 배기가스의 유속이 감소할 수 있다. 이때, 고온의 배기가스가 배기가스 열교환기(40)에 머무는 시간이 증가함에 따라, 냉각수와 배기가스 간의 열교환 효율이 높아지고, 냉각수가 회수하는 열량이 증가하여 가스엔진 히트펌프(10)의 난방 성능도 향상될 수 있다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나, 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 될 수 있다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (10)

  1. 공기와 연료가 혼합된 혼합기를 연소하는 엔진;
    상기 엔진에 연결되고, 상기 엔진의 동작에 따라 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 엔진에서 배출된 배기가스가 유입되는 머플러;
    상기 머플러에 연결되고, 상기 머플러에서 토출되는 상기 배기가스를 외부로 배출하는 배기가스 배출관;
    상기 머플러 및 상기 배기가스 배출관 중 적어도 하나에서 토출되는, 상기 배기가스로부터 생성된 응축수를 중화하여 배출하는 드레인 필터; 및
    상기 배기가스 배출관에 배치되어, 상기 외부로 배출되는 배기가스의 유량을 조절하는 배기가스 밸브를 포함하는 가스엔진 히트펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 머플러는, 상기 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구, 상기 머플러의 내부에서 생성된 상기 응축수가 배출되는 응축수 토출구, 및 상기 배기가스가 토출되는 배기가스 토출구를 포함하고,
    상기 배기가스 배출관과 상기 드레인 필터 사이에 배치되고, 상기 배기가스 배출관의 내부에서 생성된 상기 응축수가 상기 드레인 필터로 유동하는 응축수 바이패스관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 히트펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배기가스 밸브의 개도를 조절하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    운전 모드가 냉방모드인 경우, 상기 배기가스 밸브가 개방된 상태를 유지하고,
    상기 운전 모드가 난방모드인 경우, 기 설정된 조건에 따라 상기 배기가스 밸브의 개도를 변경하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 히트펌프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    실외 온도가 소정 온도 미만인 경우 및 상기 엔진의 구동이 소정 시간 이상 정지된 경우 중 적어도 하나에 해당하면, 상기 기 설정된 조건이 만족된 것으로 판단하고,
    상기 기 설정된 조건이 만족된 경우, 상기 배기가스 밸브의 개도가 기 설정된 최대 개도 이하가 되도록 상기 배기가스 밸브를 제어하고,
    상기 기 설정된 조건이 만족되지 않은 경우, 상기 배기가스 밸브의 개도가 상기 최대 개도를 초과하도록 상기 배기가스 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 히트펌프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기 설정된 조건이 만족된 경우, 상기 가스엔진 히트펌프의 난방능력을 산출하고,
    상기 난방능력에 따라 상기 배기가스 밸브의 개도량을 결정하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 히트펌프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력이 목표치로 설정된 압력 이상인 경우, 상기 난방능력이 소정 기준 이상인 것으로 판단하고,
    상기 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력이 상기 목표치로 설정된 압력 미만인 경우, 상기 난방능력이 상기 소정 기준 미만인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 히트펌프.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 난방능력이 소정 기준 이상인 경우, 상기 배기가스 밸브의 개도가 현재 상태에서 증가하도록, 상기 배기가스 밸브의 개도량을 결정하고,
    상기 난방능력이 상기 소정 기준 미만인 경우, 상기 배기가스 밸브의 개도가 현재 상태에서 감소하도록, 상기 배기가스 밸브의 개도량을 결정하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 히트펌프.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 난방능력과 상기 소정 기준 간의 차이가 클수록, 상기 배기가스 밸브의 개도가 변경되는 정도가 커지도록, 상기 배기가스 밸브의 개도량을 결정하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 히트펌프.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 난방능력이 상기 소정 기준 이상인 경우, 상기 배기가스 밸브의 개도가 상기 최대 개도 미만인지 여부를 판단하고,
    상기 배기가스 밸브의 개도가 상기 최대 개도 미만인 경우, 상기 배기가스 밸브의 개도가 증가하도록, 상기 배기가스 밸브의 개도량을 결정하고,
    상기 배기가스 밸브의 개도가 상기 최대 개도 이상인 경우, 상기 배기가스 밸브의 현재 개도를 유지하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 히트펌프.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 운전 모드가 변경되는 경우, 또는 상기 히트펌프의 운전이 종료되는 경우, 상기 배기가스 밸브가 완전 개방되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 히트펌프.
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