KR101533157B1 - 가스 히트펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템에는, 압축기, 실외 열교환기, 팽창장치 및 실내 열교환기를 포함하는 공기조화 시스템; 상기 압축기의 운전을 위하여 동력을 제공하며, 연료와 공기가 혼합되는 혼합연료가 연소되는 엔진; 상기 엔진의 입구측에 제공되며, 상기 공기를 필터링 하는 공기여과기; 설정압력 이하의 상기 연료를 상기 엔진에 공급하기 위한 제로 가버너(zero governor); 및 상기 엔진에서 연소된 연료의 배기가스가 유동하는 머플러가 포함되고, 상기 제로 가버너는 상기 머플러의 외측면에 결합되어, 머플러에서 발생되는 열을 전달받는 것을 특징으로 한다.

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, 혼합연료)을 이용하여 동력을 발생시키는 엔진이 포함된다. 일례로, 엔진에는, 상기 혼합연료가 공급되는 실린더와, 상기 실린더 내에서 운동 가능하게 제공되는 피스톤이 포함될 수 있다.

상기 가스 히트펌프 시스템에는, 상기 엔진에 혼합연료를 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(혼합연료), 상기 엔진에 공급될 수 있다.

그리고, 상기 엔진에 공급된 혼합연료가 연소되면, 상기 엔진으로부터 배기가스가 토출될 수 있다. 상기 가스 히트펌프 시스템에는, 상기 배기가스에서 발생되는 소음을 저감하기 위한 머플러(muffler)가 더 포함된다.

한편, 상기 제로 가버너의 성능은 외기온도에 따라서 증가 또는 감소될 수 있다. 예를 들어, 외기온도가 0℃ 이하로 내려가면 상기 제로 가버너의 성능은 낮아지며, 특히 -20℃보다 낮아지면 상기 제로 가버너는 파손될 수 있다.

따라서, 상기 제로 가버너에는 설정온도 이하로의 온도 저하를 방지하기 위하여 히터가 제공될 수 있다.

이러한 종래의 가스 히트펌프 시스템에 의하면, 상기 제로 가버너에 히터가 제공됨으로써, 히터의 설치 및 구동에 따른 비용이 증가되는 문제점이 있었다.

그리고, 상기 제로 가버너의 작동 중에 연료가 누설되는 경우, 상기 히터의 열에 의하여 화재가 발생될 수 있는 가능성이 상존한다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 머플러의 배기가스 열을 이용하여 제로 가버너를 가열할 수 있는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템에는, 압축기, 실외 열교환기, 팽창장치 및 실내 열교환기를 포함하는 공기조화 시스템; 상기 압축기의 운전을 위하여 동력을 제공하며, 연료와 공기가 혼합되는 혼합연료가 연소되는 엔진; 상기 엔진의 입구측에 제공되며, 상기 공기를 필터링 하는 공기여과기; 설정압력 이하의 상기 연료를 상기 엔진에 공급하기 위한 제로 가버너(zero governor); 및 상기 엔진에서 연소된 연료의 배기가스가 유동하는 머플러가 포함되고, 상기 제로 가버너는 상기 머플러의 외측면에 결합되어, 머플러에서 발생되는 열을 전달받는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 머플러에는, 배기가스가 유동하는 유동공간을 형성하는 머플러 케이스; 및 상기 머플러 케이스의 일면을 형성하며, 상기 제로 가버너가 결합되는 결합부가 포함된다.

또한, 상기 머플러의 결합부에 접촉 가능하게 배치되며, 상기 제로 가버너를 내부에 수용하는 가버너 케이스가 더 포함된다.

또한, 상기 제로 가버너에는, 상기 연료가 유입되는 연료 입구부 및 압력 조절된 연료가 배출되는 연료 출구부가 포함되고, 상기 가버너 케이스에는, 상기 연료 입구부 또는 상기 연료 입구부에 결합되는 가스 배관이 관통하는 관통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가버너 케이스에는, 상기 제로 가버너가 안착되는 하면부가 포함되고, 상기 하면부는 상기 머플러의 결합부에 접촉되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 머플러의 결합부와, 상기 가버너 케이스의 사이에 제공되어, 상기 머플러로부터 상기 가버너 케이스로의 열전달을 촉진하는 열전달부가 더 포함된다.

또한, 상기 가버너 케이스에는, 알루미늄 소재로 구성된다.

또한, 상기 머플러 케이스에 제공되며, 배기가스가 상기 머플러로 유입되도록 하는 배기가스 입구부; 및 상기 머플러의 결합부에 제공되며, 상기 배기가스가 상기 머플러로부터 배출되도록 하는 배기가스 출구부가 포함되고, 상기 가버너 케이스에는, 상기 배기가스 입구부 또는 배기가스 출구부가 관통하는 결합공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 결합공에는, 상기 가버너 케이스의 내부에 존재하는 연료 가스가 외부로 누설되는 것을 방지하는 실링부재가 제공되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제로 가버너는 상기 머플러의 결합부에 직접 접촉되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 머플러 케이스의 형상에 대응되는 형상으로 제공되며, 상기 제로 가버너를 내부에 수용하는 가버너 케이스가 더 포함되고, 상기 가버너 케이스의 둘레부는 상기 머플러 케이스의 둘레부에 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 머플러 케이스 및 가버너 케이스의 형상은 원통형이며, 상기 머플러 케이스와 가버너 케이스의 직경은 동일한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템에 의하면, 머플러에서 발생되는 배기가스의 열, 즉 외부로 버려지는 열을 제로 가버너에 전달할 수 있으므로, 제로 가버너에 제공되는 히터를 생략하거나, 히터의 구동시간을 줄일 수 있다는 효과가 있다.

특히, 제로 가버너가 수용되는 케이스를 머플러의 일면에 직접 접촉하도록 구성하므로, 머플러로부터 제로 가버너로 열 전달이 용이하게 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 케이스를 열전달율이 좋은 금속소재로 구성하고, 상기 머플러와 케이스 사이에 열전달 촉진물질을 도포하여 보다 나은 열전달 효과를 얻을 수 있다.

또한, 머플러의 배기가스 입구부 또는 출구부가 상기 케이스에 관통하도록 구성됨으로써, 상기 케이스와 머플러의 일면간에 접촉되는 면적을 증가하여, 열전달 효율이 개선될 수 있다.

또한, 상기 케이스의 외관을 머플러의 케이스 형상에 대응하도록 형성하고, 제로 가버너가 상기 케이스의 내부에서 머플러의 일면에 직접 접촉되도록 구성함으로써, 제로 가버너와 머플러 조립체의 부피를 줄이고 열전달 효율을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 구성을 보여주는 사이클 도면이다.
도 2는 상기 가스 히트펌프 시스템에 있어서, 난방 모드운전시 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 유동을 보여주는 사이클 도면이다.
도 3은 상기 가스 히트펌프 시스템에 있어서, 냉방 모드운전시 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 유동을 보여주는 사이클 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 머플러와 제로 가버너의 일체형 구조를 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 머플러와 제로 가버너의 일체형 구조를 보여주는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 머플러와 제로 가버너의 일체형 구조를 보여주는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 머플러와 제로 가버너의 일체형 구조를 보여주는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 머플러와 제로 가버너의 일체형 구조를 보여주는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 머플러와 제로 가버너의 일체형 구조를 보여주는 평면도이다.

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 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 구성을 보여주는 사이클 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템(10)에는, 공기조화 시스템으로서 냉매 사이클을 구성하는 다수의 부품이 포함된다. 상세히, 상기 냉매 사이클에는, 냉매를 압축하는 제 1,2 압축기(110,112)와, 상기 제 1,2 압축기(110,112)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(110,112), 실외 열교환기(120) 및 실내 열교환기(140)등을 연결하여 냉매의 유동을 가이드 하는 냉매배관(170)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 흡열된다.

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. 상기 보조 열교환기(150)의 출구측에는, 증발된 냉매 중 기상 냉매를 분리하기 위한 기액분리기(160)가 제공된다.

상기 보조 열교환기(150)를 통과한 냉매는 상기 기액분리기(160)에서 기액 분리되며, 분리된 기상 냉매는 상기 제 1,2 압축기(110,112)로 흡입될 수 있다.

한편, 상기 가스 히트펌프 시스템(10)에는, 냉각수가 저장되는 냉각수 탱크(305) 및 냉각수의 유동을 가이드 하는 냉각수 배관(360)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(300가 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 제 1,2 압축기(110,120)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 압력이하의 연료(fuel)를 공급하기 위한 제로 가버너(zero governor,230)가 포함된다. 상기 제로 가버너는 연료의 입구압력의 크기 또는 유량의 변화에 관계)없이, 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 혼합연료를 구성한다. 그리고, 상기 혼합연료는 상기 엔진(200)에 공급될 수 있다.

상기 가스 히트펌프 시스템(10)에는, 상기 엔진(200)의 출구측에 제공되며 혼합연료가 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.

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

도 2는 상기 가스 히트펌프 시스템에 있어서, 난방 모드운전시 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 유동을 보여주는 사이클 도면이다.

상기 가스 히트펌프 시스템(10)이 난방운전을 수행하는 경우, 냉매는 상기 제 1,2 압축기(110,112), 오일 분리기(115), 사방변(117), 실내 열교환기(140) 및 과냉각 열교환기(130)를 거치고, 메인 팽창장치(125)에서 감압되어 실외 열교환기(120)에서 열교환 되며 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 냉각수 배관(360)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 제 1,2 압축기(110,112)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)의 제어에 의하여, 상기 제 1 유동전환부(310)를 거친 냉각수는 상기 제 2 유동전환부(320)를 향한다. 그리고, 상기 제 2 유동전환부(320)를 거친 냉각수는 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)를 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 혼합연료는 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 시스템에 있어서, 냉방 모드운전시 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 유동을 보여주는 사이클 도면이다.

상기 가스 히트펌프 시스템(10)이 냉방운전을 수행하는 경우, 냉매는 상기 제 1,2 압축기(110,112), 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 제 1,2 압축기(110,112)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.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 머플러(250)와 제로 가버너(230)의 일체화 구조에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 머플러와 제로 가버너의 일체형 구조를 보여주는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 머플러와 제로 가버너의 일체형 구조를 보여주는 평면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 머플러(250)와 제로 가버너(230)는 일체로 구성될 수 있다.

상세히, 상기 머플러(250)에는, 배기가스가 유동하는 유동공간을 형성하는 머플러 케이스(251)가 포함된다. 그리고, 상기 머플러 케이스(251)에는, 상기 제로 가버너(230)가 결합되는 결합면을 가지는 결합부(252)가 형성된다.

상기 머플러 케이스(251)는 대략 원통 형상을 가진다. 상기 머플러 케이스(251)의 외주면에는, 배기가스의 유입을 가이드 하는 배기가스 입구부(253)가 형성된다. 그리고, 상기 결합부(252)에는 상기 머플러(250)의 내부를 유동한 배기가스의 배출을 가이드 하는 배기가스 출구부(255)가 형성된다.

배기가스의 유동방향을 기준으로, 상기 머플러 케이스(251)의 유동 단면적은 상기 배기가스 입구부(253)로부터 상기 배기가스 출구부(255)를 향하여, 증가되도록 구성되어, 배기가스의 유동 소음 또는 엔진(200)의 연소 소음을 감소시킬 수 있다.

상기 제로 가버너(230)는 상기 머플러 케이스(251)의 상면부에 결합된다.

상세히, 상기 제로 가버너(230)에는, 연료의 유입을 가이드 하는 연료 입구부(233) 및 압력 조정된 연료의 배출을 가이드 하는 연료 출구부(235)가 포함된다. 그리고, 상기 연료 입구부(233)에는, 연료가 유동하는 가스 배관(270)이 결합된다.

상기 제로 가버너(230)의 외측에는, 가버너 케이스(231)가 제공된다. 상기 가버너 케이스(231)는 대략 직육면체의 형상을 가지며, 상기 제로 가버너(230)를 둘러싸도록 배치된다. 즉, 상기 제로 가버너(230)는 상기 가버너 케이스(231)의 내부에 수용되어, 상기 가버너 케이스(231)의 하면부에 안착될 수 있다.

상기 가버너 케이스(231)가 제공됨으로써, 상기 제로 가버너(230)에서 연료 누설이 발생하더라도 상기 가버너 케이스(231)의 내부에 모여지게 되고 외부로 누출되지 않으므로, 안전성이 확보될 수 있다.

상기 가버너 케이스(231)에는, 상기 가스 배관(270) 또는 연료 입구부(233)가 관통되는 관통공(232)이 형성될 수 있다. 상기 관통공(232)을 통하여 상기 가스 배관(270)과 연료 입구부(233)는 결합될 수 있다.

상기 가버너 케이스(231)에는, 상기 머플러 케이스(251)의 결합부(252)에 접촉 가능하게 배치되는 접촉면(231a) 및 상기 제로 가버너(230)의 상부를 차폐하는 케이스 상면부(231b)가 포함된다. 상기 접촉면(231a)과 상기 케이스 상면부(231b)는 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

상기 접촉면(231a)은 상기 가버너 케이스(231)의 하면부 중 적어도 일부분을 형성할 수 있으며, 상기 머플러 케이스(251)의 결합부(252)에 형성되는 결합면에 접촉될 수 있다.

상기 머플러(250)에서 발생되는 열은 전도 방식에 의하여, 상기 가버너 케이스(231)를 통하여 상기 제로 가버너(230)로 전달될 수 있다. 상기 가버너 케이스(231)는 열전달율이 우수한 금속 소재, 일례로 알루미늄으로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 가버너 케이스(231)와, 상기 머플러 케이스(251)의 결합부(252)의 사이에는, 상기 머플러(250)로부터 상기 가버너 케이스(231)로의 열전달을 촉진하는 열전달부가 배치될 수 있다. 상기 열전달부에는, 열전도성 그리스(thermal grease)가 포함된다.

이와 같은 구성에 의하면, 상기 머플러(250)에서 발생되는 열을 상기 제로 가버너(230)에 용이하게 전달할 수 있으므로, 상기 제로 가버너(230)의 온도를 유지하기 위하여 제공되는 히터의 구성을 생략하거나, 히터의 가동시간 또는 히터의 출력을 저감할 수 있게 된다.

특히, 상기 시스템(10)이 저온 지역에 설치될 경우, 상기 제로 가버너(230)의 온도를 설정온도 이상으로 유지하기 위하여 히터 전력을 많이 소모하는 현상을 방지할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 제 2 실시예 내지 제 3 실시예에 대하여 설명한다. 이들 실시예들은 제 1 실시예와 비교하여, 머플러와 제로 가버너의 결합구조에 있어서만 차이가 있으므로 차이점을 위주로 설명하며, 제 1 실시예와 동일하거나 유사한 부분에 대하여는 제 1 실시예의 설명과 도면부호를 원용한다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 머플러와 제로 가버너의 일체형 구조를 보여주는 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 머플러와 제로 가버너의 일체형 구조를 보여주는 평면도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템에는, 머플러(450) 및 상기 머플러(450)와 결합되거나 일체로 구성되는 제로 가버너(430)가 포함된다.

상기 머플러(450)에는, 머플러 케이스(451) 및 결합부(452)가 포함된다. 그리고, 상기 머플러 케이스(451)에는 배기가스 입구부(453)가 형성되고, 상기 결합부(452)에는 배기가스 출구부(455)가 형성된다.

그리고, 상기 제로 가버너(430)에는, 연료 입구부(433) 및 연료 출구부(435)가 포함되며, 상기 가버너 케이스(431)에는, 상기 제로 가버너(430)의 상부를 차폐하는 케이스 상면부(431b)가 포함된다. 상기 머플러(450) 및 제로 가버너(430)의 구성은 제 1 실시예의 구성과 유사하므로 자세한 설명을 생략한다.

상기 제로 가버너(430)는 상기 머플러 케이스(451)의 상면부에 결합된다.

상세히, 상기 가버너 케이스(431)에는, 상기 머플러 케이스(451)의 결합부(452)에 접촉 가능하게 배치되는 접촉면(431a)이 포함된다. 상기 접촉면(431a)은 상기 가버너 케이스(431)의 하면 중 적어도 일부분을 형성할 수 있으며, 상기 머플러 케이스(451)의 결합부(452)에 형성되는 결합면에 접촉될 수 있다.

실질적으로, 상기 접촉면(431a)과 상기 결합부(452)의 결합면이 접촉되는 면적은 제 1 실시예의 그것보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 상기 접촉면(431a)의 크기는, 상기 결합부(452)의 대부분의 면적 크기에 대응될 수 있다. 접촉되는 면적 또는 열전달 되는 면적이 커질수록 열전달율이 개선되는 것은 충분히 짐작 가능하다.

상기 가버너 케이스(431)의 하면부에는, 상기 배기가스 출구부(455)가 결합되는 결합공(337)이 형성된다. 상기 배기가스 출구부(455)는 상기 결합부(452)로부터 상기 결합공(337)을 관통하여 상기 가버너 케이스(431)의 외측까지 연장될 수 있다.

다른 실시예로서, 상기 배기가스 출구부(455)가 상기 머플러 케이스(451)에 제공되고 상기 배기가스 입구부(453)가 상기 결합부(452)에 제공될 수 있다. 이 경우, 상기 관통공(337)에는 상기 배기가스 입구부(453)가 결합될 수 있을 것이다.

상기 배기가스 출구부(455)와 상기 결합공(337)의 사이에는, 상기 가버너 케이스(431) 내부에 존재할 수 있는 혼합연료 성분이 상기 가버너 케이스(431)의 외부로 누설되는 것을 방지하기 위하여, 실링부재가 제공될 수 있다.

상기 머플러(450)에서 발생되는 열은 전도 방식에 의하여, 상기 가버너 케이스(431)를 통하여 상기 제로 가버너(430)로 전달될 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 상기 머플러(450)와 상기 가버너 케이스(431)의 접촉 면적이 증대될 수 있으므로, 열전달 효율이 개선될 수 있다는 장점이 있다.

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 머플러와 제로 가버너의 일체형 구조를 보여주는 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 머플러와 제로 가버너의 일체형 구조를 보여주는 평면도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템에는, 머플러(550) 및 상기 머플러(550)와 결합되거나 일체로 구성되는 제로 가버너(530)가 포함된다.

상기 머플러(550)에는, 머플러 케이스(551) 및 결합부(552)가 포함된다. 그리고, 머플러 케이스(551)에는 배기가스 입구부(553)가 형성되고, 상기 결합부(452)에는 배기가스 출구부(555)가 형성된다.

그리고, 상기 제로 가버너(530)에는, 연료 입구부(533) 및 연료 출구부(535)가 포함되며, 가버너 케이스(531)에는, 상기 제로 가버너(530)의 상부를 차폐하는 케이스 상면부(531b)가 포함된다. 상기 배기가스 출구부(555)는 상기 가버너 케이스(531)의 케이스 상면부(531b)를 관통하도록 배치될 수 있다.

상기 가버너 케이스(531)는 대략 원통 형상을 가질 수 있다. 상기 가버너 케이스(531)의 원통 직경은 상기 머플러 케이스(551)의 원통 직경과 동일할 수 있다. 따라서, 상기 가버너 케이스(531)의 둘레부는 상기 머플러 케이스(551)의 둘레부(551a)에 결합, 일례로 용접에 의하여 결합될 수 있다.

한편, 상기 가버너 케이스(531)에는, 제 1,2 실시예서 설명한 하면부 또는 접촉면이 형성되지 않을 수 있다. 그리고, 상기 제로 가버너(530)는 직접 상기 머플러 케이스(550)의 결합부(552)에 접촉 가능하게 배치될 수 있다.

정리하면, 상기 제로 가버너(530)의 외측 공간은 상기 가버너 케이스(531)와, 케이스 상면부(531b) 및 머플러 케이스(550)의 결합부(552)에 의하여 차폐되며, 상기 제로 가버너(530)는 상기 결합부(552)로부터 직접 열전달을 받을 수 있게 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 가버너 케이스에 별도의 접촉면을 구비할 필요가 없게 되고, 머플러로부터 제로 가버너로 직접 열전달이 이루어질 수 있으므로 열전달 효과가 개선될 수 있다는 장점이 있다.

10 : 가스 히트펌프 시스템 110,112 : 제 1,2 압축기
120 : 실외 열교환기 140 : 실내 열교환기
150 : 보조 열교환기 200 : 엔진
210 : 공기 여과기 230 : 제로 가버너
231 : 가버너 케이스 231a : 접촉면
231b : 케이스 상면부 232 : 관통공
233 : 연료 입구부 2345 : 연료 출구부
240 : 배기가스 열교환기 250 : 머플러
251 : 머플러 케이스 252 : 결합부
253 : 배기가스 입구부 255 : 배기가스 출구부
300 : 냉각수 펌프 310 : 제 1 유동전환부
320 : 제 2 유동전환부 330 : 방열기

Claims (12)

1. 압축기, 실외 열교환기, 팽창장치 및 실내 열교환기를 포함하는 공기조화 시스템;
   상기 압축기의 운전을 위하여 동력을 제공하는 엔진;
   상기 엔진의 입구측에 제공되며, 공기를 필터링 하는 공기여과기;
   설정압력 이하의 상기 연료를 상기 엔진에 공급하기 위한 제로 가버너(zero governor);
   상기 제로 가버너를 수용하는 가버너 케이스;
   상기 공기여과기를 거친 공기와, 상기 제로 가버너를 거친 연료를 혼합한 혼합연료를 상기 엔진에 공급하는 믹서; 및
   상기 엔진에서 연소된 혼합연료의 배기가스에서 발생되는 소음을 저감하는 머플러가 포함되며, 상기 머플러에는,
   상기 배기가스의 유동공간을 형성하는 머플러 케이스;
   상기 머플러 케이스의 외면에 구비되어, 상기 배기가스의 유입을 가이드 하는 배기가스 입구부;
   상기 머플러 케이스의 외면에 구비되어, 상기 배기가스의 유동공간으로부터 배출되는 배기가스를 가이드 하는 배기가스 출구부; 및
   상기 머플러 케이스에 형성되며, 상기 가버너 케이스 또는 상기 제로 가버너가 접촉하는 결합면을 가지는 결합부가 포함되고,
   상기 머플러에서 발생되는 열은, 상기 결합부를 통하여 상기 가버너 케이스 또는 제로 가버너로 전달되는 것을 특징으로 하는 가스 히트펌프 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제로 가버너에는, 상기 연료가 유입되는 연료 입구부 및 압력 조절된 연료가 배출되는 연료 출구부가 포함되고,
   상기 가버너 케이스에는,
   상기 연료 입구부 또는 상기 연료 입구부에 결합되는 가스 배관이 관통하는 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 히트펌프 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 가버너 케이스에는,
   상기 제로 가버너가 안착되는 하면부가 포함되고, 상기 하면부는 상기 머플러의 결합부에 접촉되는 것을 특징으로 하는 가스 히트펌프 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 머플러의 결합부와, 상기 가버너 케이스의 사이에 제공되어, 상기 머플러로부터 상기 가버너 케이스로의 열전달을 촉진하는 열전달부가 더 포함되는 가스 히트펌프 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 가버너 케이스는 알루미늄 소재로 구성되는 가스 히트펌프 시스템.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 가버너 케이스에는, 상기 배기가스 입구부 또는 배기가스 출구부가 관통하는 결합공이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 히트펌프 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 결합공에는, 상기 가버너 케이스의 내부에 존재하는 연료 가스가 외부로 누설되는 것을 방지하는 실링부재가 제공되는 것을 특징으로 하는 가스 히트펌프 시스템.
10. 삭제
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 가버너 케이스의 둘레부는 상기 머플러 케이스의 둘레부에 결합되는 것을 특징으로 하는 가스 히트펌프 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 머플러 케이스 및 가버너 케이스의 형상은 원통형이며,
    상기 머플러 케이스와 가버너 케이스의 직경은 동일한 것을 특징으로 하는 가스 히트펌프 시스템.

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