KR20200067125A - A gas heat-pump system - Google Patents

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KR20200067125A
KR20200067125A KR1020200006324A KR20200006324A KR20200067125A KR 20200067125 A KR20200067125 A KR 20200067125A KR 1020200006324 A KR1020200006324 A KR 1020200006324A KR 20200006324 A KR20200006324 A KR 20200006324A KR 20200067125 A KR20200067125 A KR 20200067125A
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engine
flow path
mixer
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heat pump
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KR1020200006324A
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Inventor
이진우
이경렬
최송
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엘지전자 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a gas heat pump system. According to an embodiment of the present invention, the gas heat pump system comprises: a mixer for mixing air and a fuel, and supplying the same to an engine; a turbocharger disposed between the mixer and the engine, and compressing a mixture discharged from the mixer while being rotated by exhaust gas of the engine, and then discharging the same to the engine; a first mixture passage for transferring the mixture discharged from the mixer to the turbocharger; a second mixture passage for transferring the mixture discharged and compressed by the turbocharger to the engine; an exhaust gas passage for transferring the exhaust gas discharged from the engine to the turbocharger; and a branch passage branched from the second mixture passage to be connected to at least one of the first mixture passage or the exhaust gas passage. According to the present invention, the performance of the engine can be improved.

Description

가스 히트펌프 시스템 {A gas heat-pump system}Gas heat-pump system {A gas heat-pump system}

본 발명은 가스 히트펌프 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a gas heat pump system.

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.The heat pump system is a system equipped with a refrigeration cycle capable of performing cooling or heating operation, and may be interlocked with a hot water supply device or an air conditioning system. That is, hot water may be produced using a heat source obtained by heat exchange between a refrigerant in a refrigeration cycle and a predetermined heat storage medium, or air conditioning for air conditioning may be performed.

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.The refrigeration cycle includes a compressor for compressing the refrigerant, a condenser for condensing the refrigerant compressed in the compressor, an expansion device for decompressing the refrigerant condensed in the condenser, and an evaporator for evaporating the decompressed refrigerant.

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. The heat pump system includes a gas heat pump system. A large-capacity compressor is required for air conditioning in industrial or large buildings, not for household use. That is, a gas heat pump system may be used as a system using a gas engine, not an electric motor, to drive a compressor for compressing a large amount of refrigerant into a high temperature and high pressure gas.

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.The gas heat pump system includes an engine that generates power using a mixture of fuel and air (hereinafter, a mixer). In one example, the engine may include a cylinder supplied with the mixer and a piston movably provided within the cylinder.

상기 가스 히트펌프 시스템에는, 상기 엔진에 혼합기를 공급하기 위한 공기 공급장치와, 연료 공급장치 및 공기와 연료를 혼합하기 위한 믹서(mixer)가 포함된다. The gas heat pump system includes an air supply device for supplying a mixer to the engine, a fuel supply device, and a mixer for mixing air and fuel.

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. The air supply device may include an air filter for purifying air. In addition, the fuel supply device includes a zero governor for supplying fuel at a constant pressure.

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.The zero governor can be understood as a device that regulates and supplies the outlet pressure constant regardless of the magnitude of the inlet pressure of the fuel or the change in the flow rate. For example, the zero governor may include a nozzle unit for reducing the pressure of the fuel, a diaphragm acting on the pressure reduced at the nozzle unit, and a valve device opened and closed by the operation of the diaphragm. .

상기 공기 여과기를 통과한 공기와, 상기 제로 가버너에서 토출된 연료는 상기 믹서에서 혼합되어(혼합기), 상기 엔진에 공급될 수 있다.The air passing through the air filter and the fuel discharged from the zero governor are mixed in the mixer (mixer) and supplied to the engine.

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.Then, when the mixer supplied to the engine is burned, exhaust gas may be discharged from the engine. The gas heat pump system further includes a muffler for reducing noise generated from the exhaust gas.

종래의 가스 히트펌프 시스템에 관한 선행문헌은 아래와 같다.Prior literature on a conventional gas heat pump system is as follows.

1. 등록번호 (등록일자) : 10-1341533 (2013년 12월 9일)1. Registration number (date of registration): 10-1341533 (December 9, 2013)

2. 발명의 명칭 : 가스히트펌프 시스템 및 이의 제어방법2. Name of invention: Gas heat pump system and control method thereof

상기와 같은 종래 가스히트펌프는 주택용 LNG나 LPG 등을 열원으로 하는 가스 엔진을 이용하여, 압축기 냉매를 순환시켜, 여름철에는 냉방모드로 작동하고, 겨울철에는 난방모드로 작동한다. The conventional gas heat pump as described above uses a gas engine that uses LNG or LPG for housing as a heat source to circulate the compressor refrigerant, and operates in a cooling mode in summer and a heating mode in winter.

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.However, when supplying air to the gas engine through a natural aspiration method, and supplying LNG or LPG for housing as fuel, there is a problem that the output of the gas engine is reduced due to a low supply pressure (1 to 2.5 kPa).

또한, 여름철의 경우 가스히트펌프 시스템은 실내의 온도를 낮추기 위해 냉방모드로 작동하게 되는데, 실외의 기온이 고온인 경우, 높은 기온으로 인해 가스엔진으로 고온의 공기가 공급된다.In addition, in the summer, the gas heat pump system operates in a cooling mode to lower the temperature in the room. When the outdoor temperature is high, high temperature air is supplied to the gas engine due to the high temperature.

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. Accordingly, low-density air is supplied to the gas engine, thereby reducing the output of the gas engine. As a result, the output of the gas engine cannot keep up with the high cooling load, which may cause cooling failure.

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. In addition, to solve this, like the engine of a car, after pressurizing the air with a supercharger and supplying while adjusting the fuel amount according to the air amount, the supply pressure (about 2.5kPa) in the pipe of gas fuel is the supercharge pressure (about 30kPa) There is also a problem that fuel supply becomes difficult because it is lower.

이를 위해서, 엔진과 믹서 사이에는 믹서에서 혼합된 혼합기를 압축시켜 엔진 측으로 공급하는 터보차저가 구비될 수 있다. To this end, a turbocharger may be provided between the engine and the mixer to compress the mixer mixed in the mixer and supply it to the engine side.

상기 터보차저는 엔진내 과급을 위한 장치로서 엔진에서 발생하는 배기가스의 운동에너지로 터빈을 구동하게 되고 이에 따라 임펠러가 정방향으로 회전하면서, 혼합기를 압축시켜 토출한다. The turbocharger is a device for supercharging in the engine to drive the turbine with the kinetic energy of the exhaust gas generated by the engine, and accordingly, the impeller rotates in the forward direction, compressing and discharging the mixer.

실제 필드에 설치된 가스히트펌프(GHP) 시스템은 계절에 따라 운전 패턴이 다양하다. 특히 간절기의 경우 소비자가 잠깐 운전했다 끄는 경우가 많이 발생하게되는데 이로 인해, 가스히트펌프(GHP) 시스템의 실외기 내에 있는 엔진 또한 켜졌다 꺼졌다 하는 패턴이 발생하게 된다. 가스히트펌프(GHP) 시스템 내에서의 이러한 현상은 엔진 계통에 잦은 부하변동을 일으키고 이로 인한 손상이 많이 발생하게 된다.Gas heat pump (GHP) systems installed in actual fields vary in operation patterns depending on the season. In particular, in the case of the interceptor, a lot of cases occur in which the consumer operates for a short time and then turns off, and this causes a pattern that the engine in the outdoor unit of the gas heat pump (GHP) system is also turned on and off. This phenomenon in the gas heat pump (GHP) system causes frequent load fluctuations in the engine system and a lot of damage is caused by this.

또한, 엔진 정지 순간에 배기가스는 발생하지 않아 터빈을 구동하는 힘이 없어지지만 터보차저와 엔진을 연결하는 흡기라인 측은 혼합기 압축으로 인해 높은 압력을 유지하게 된다. 이러한 압력은 인해 터보차저 내 임펠러를 역방향(압축 방향과 반대 방향)으로 회전시키는 원인이 된다. 이로 인해 임펠러를 고정시키는 너트 풀림 현상이나 임펠러와 터빈을 연결하는 축에 손상을 일으키는 등의 여러 문제점이 발생하게 되어 개선이 필요하다. In addition, the exhaust gas is not generated at the moment of engine stop, so the power to drive the turbine is lost, but the intake line side connecting the turbocharger and the engine maintains high pressure due to the compression of the mixer. This pressure causes the impeller in the turbocharger to rotate in the reverse direction (opposite to the compression direction). Due to this, a number of problems such as loosening of the nut for fixing the impeller or causing damage to the shaft connecting the impeller and the turbine occur, and thus need to be improved.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 엔진으로 공급되는 혼합기를 과급하여, 엔진의 성능이 향상될 수 있는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve this problem, it is an object to provide a gas heat pump system that can improve the performance of the engine by supercharging the mixer supplied to the engine.

또한, 엔진 정시 시점에서, 터보차저를 급격히 정지시키지 않고 일정 시간동안 터빈 및 임펠러의 회전 동작을 압축 시와 동일한 방향으로 유지할 수 있어 임펠러가 지니고 있는 관성에 반하지 않고, 임펠러 블레이드나 고정용 볼트, 임펠러와 터빈을 연결하는 회전축에 가해지는 부하를 경감시킬 수 있는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, at the engine timing, it is possible to maintain the rotational motion of the turbine and the impeller in the same direction as when compressing without stopping the turbocharger suddenly, so that it does not contradict the inertia of the impeller, and impeller blades or fixing bolts. An object of the present invention is to provide a gas heat pump system capable of reducing the load applied to the rotating shaft connecting the impeller and the turbine.

또한, 임펠러의 역회전이 방지되면서, 터보차저에 영향을 미치는 부하를 감소시켜, 피로파괴 등의 영향을 줄일 수 있어 제품 신뢰성을 높일 수 있는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the object of the present invention is to provide a gas heat pump system capable of increasing product reliability by reducing a load affecting a turbocharger and reducing effects such as fatigue destruction while preventing the reverse rotation of the impeller.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제안된 본 발명의 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템은, 압축기, 실외 열교환기, 팽창장치, 실내 열교환기 및 냉매배관을 포함하는 공기조화 모듈, 및 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소하여, 상기 압축기의 운전을 위한 동력을 제공하는 엔진을 포함하는 엔진모듈을 포함한다.Gas heat pump system according to an embodiment of the present invention proposed to achieve the above object, a compressor, an outdoor heat exchanger, an expansion device, an air conditioning module including an indoor heat exchanger and a refrigerant pipe, and fuel and air An engine module including an engine that provides power for the operation of the compressor by burning the mixed mixer.

또한, 상기 엔진모듈은, 상기 공기와 연료를 혼합하여 상기 엔진 측으로 공급하는 믹서, 상기 믹서와 상기 엔진 사이에 배치되고, 상기 엔진의 배기가스에 의해 회전하면서, 상기 믹서에서 배출된 혼합기를 압축시킨 후, 상기 엔진 측으로 배출하는 터보차저, 상기 믹서에서 배출된 혼합기를 상기 터보차저 측으로 전달하는 제1혼합기유로, 상기 터보차저 측에서 배출된 압축된 혼합기를 상기 엔진 측으로 전달하는 제2혼합기유로, 상기 엔진에서 배출된 배기가스를 상기 터보차저 측으로 전달하는 배기가스 유로를 포함한다.In addition, the engine module, a mixer that mixes the air and fuel and supplies it to the engine, is disposed between the mixer and the engine, and rotates by the exhaust gas of the engine to compress the mixer discharged from the mixer. Thereafter, a turbocharger discharged to the engine side, a first mixed gas flow path for delivering the mixer discharged from the mixer to the turbocharger side, and a second mixed gas flow path for delivering the compressed mixer discharged from the turbocharger side to the engine side, the It includes an exhaust gas flow path for transmitting the exhaust gas discharged from the engine to the turbocharger side.

또한, 상기 엔진모듈은, 상기 제2혼합기유로에서 분기되어, 상기 제1혼합기유로 또는 상기 배기가스유로 중 적어도 어느 하나와 연결되는 분기유로를 포함할 수 있다.In addition, the engine module may include a branch flow path branched from the second mixed gas flow path and connected to at least one of the first mixed gas flow path or the exhaust gas flow path.

또한, 상기 분기유로는, 상기 제2혼합기유로에서 분기되어, 상기 배기가스유로와 연결되는 제1바이패스유로를 포함할 수 있다. In addition, the branch flow path may include a first bypass flow path that is branched from the second mixer flow path and is connected to the exhaust gas flow path.

또한, 상기 제1바이패스유로에는 혼합기의 흐름을 단속하는 제1개폐밸브가 설치될 수 있다.In addition, a first opening/closing valve that regulates the flow of the mixer may be installed in the first bypass channel.

또한, 상기 분기유로는, 상기 제2혼합기유로에서 분기되어, 상기 제1혼합기유로와 연결되는 제2바이패스유로를 포함할 수 있다.In addition, the branch flow path may include a second bypass flow path that is branched from the second mixed gas flow path and connected to the first mixed gas flow path.

또한, 상기 제2바이패스유로에는 혼합기의 흐름을 단속하는 제2개폐밸브가 설치될 수 있다. In addition, a second opening/closing valve for controlling the flow of the mixer may be installed in the second bypass channel.

또한, 상기 엔진이 동작하면, 상기 제1개폐밸브 또는 제2개폐밸브를 닫힌 상태(closed)로 유지시키고, 상기 엔진이 정지되면, 상기 제1개폐밸브 또는 제2개폐밸브를 개방시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.In addition, when the engine is operated, the first opening/closing valve or the second opening/closing valve is kept closed, and when the engine is stopped, a control unit for opening the first opening/closing valve or the second opening/closing valve is further provided. It can contain.

또한, 상기 제어부는, 상기 엔진의 회전수(rpm)가 0에 도달하면, 상기 제1개폐밸브 또는 제2개폐밸브를 개방시킬 수 있다. In addition, when the rotation speed (rpm) of the engine reaches 0, the control unit may open the first open/close valve or the second open/close valve.

또한, 상기 엔진이 작동중에 멈추면, 상기 제2혼합기유로의 내압은, 상기 제1혼합기유로 또는 상기 배기가스유로의 내압보다 크게 형성될 수 있다. In addition, when the engine is stopped during operation, the internal pressure of the second mixed gas flow path may be greater than the internal pressure of the first mixed gas flow path or the exhaust gas flow path.

본 발명에 따르면, 가스엔진에 공급되는 연료와 공기의 혼합기를 터보차저를 이용해서 자연흡기 대비 높은 압력으로 엔진에 공급하여 체적효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, there is an advantage in that the volume efficiency can be improved by supplying a mixture of fuel and air supplied to a gas engine to an engine at a higher pressure than natural intake using a turbocharger.

또한, 엔진 정시 시점에서, 터보차저를 급격히 정지시키지 않고 일정 시간동안 터빈 및 임펠러의 회전 동작을 압축 시와 동일한 방향으로 유지할 수 있어 임펠러가 지니고 있는 관성에 반하지 않고, 임펠러 블레이드나 고정용 볼트, 임펠러와 터빈을 연결하는 회전축에 가해지는 부하를 경감시킬 수 있는 이점도 있다. In addition, at the engine timing, it is possible to maintain the rotational motion of the turbine and the impeller in the same direction as when compressing without stopping the turbocharger suddenly, so that it does not contradict the inertia of the impeller, and impeller blades or fixing bolts. There is also an advantage that can reduce the load on the rotating shaft connecting the impeller and the turbine.

또한, 임펠러의 역회전이 방지되면서, 터보차저에 영향을 미치는 부하를 감소시켜, 피로파괴 등의 영향을 줄일 수 있어 제품 신뢰성을 높일 수 있는 이점도 있다. In addition, as the reverse rotation of the impeller is prevented, the load affecting the turbocharger is reduced, thereby reducing the effects of fatigue destruction and the like, thereby improving product reliability.

또한, 엔진 및 전체 시스템의 소형화가 가능한 이점도 있다. There is also an advantage that the engine and the entire system can be downsized.

또한, 소형 가스엔진으로 대용량 가스엔진 히트펌프 시스템의 구현이 가능ㅎ한 이점도 있다. In addition, there is an advantage that it is possible to implement a large-capacity gas engine heat pump system with a small gas engine.

또한, 주택용 가스 연료를 사용하는 가스엔진 히트펌프(GHP)에서 엔진 출력 향상을 키울 수 있는 이점도 있다. In addition, there is an advantage that can increase the engine output in a gas engine heat pump (GHP) using gas fuel for the home.

또한, 엔진으로 공급되는 혼합기의 온도를 낮추고, 밀도를 키워 엔진의 체적 효율을 향상시킬 수 있는 이점도 있다.In addition, it is also possible to lower the temperature of the mixer supplied to the engine and increase the density to improve the volumetric efficiency of the engine.

또한, 혼합기의 유입을 막은 상태에서 엔진 정지시까지 엔진을 구동하여, 잔류 혼합기를 연소하거나, 외부 배출시켜 포름산 발생을 억제시킴으로서, 부품의 부식 등을 예방할 수 있는 이점도 있다.In addition, by stopping the inflow of the mixer until the engine stops, the residual mixer is burned or discharged outside to suppress the generation of formic acid, thereby preventing corrosion of parts.

또한, 터빈의 용량이 다른 복수의 터보차저를 구비하여, 보다 넓은 영역에서 과급이 가능한 이점도 있다. In addition, there is an advantage in that a plurality of turbochargers with different turbine capacities are provided, so that supercharging is possible in a wider area.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 구성을 보여주는 사이클 도면이다.
도 2는 상기 가스 히트펌프 시스템의 난방운전시, 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 유동을 보여주는 사이클 도면이다.
도 3은 상기 가스 히트펌프 시스템의 냉방운전시, 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 유동을 보여주는 사이클 도면이다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 일부 구성요소인 엔진모듈의 다양한 실시예를 을 보여주는 시스템도이다.
도 6은 종래 가스 히트펌프 시스템과 본 발명에 따른 가스 히트펌프 시스템의 시간에 따른 임펠러 회전수 변화를 비교한 그래프이다. 1 is a cycle diagram showing the configuration of a gas heat pump system according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cycle diagram showing the flow of refrigerant, cooling water and mixed fuel during the heating operation of the gas heat pump system.
3 is a cycle diagram showing the flow of refrigerant, coolant, and mixed fuel during the cooling operation of the gas heat pump system.
4 to 5 are system diagrams showing various embodiments of an engine module that is a part of the present invention.
Figure 6 is a graph comparing the change in the number of revolutions of the impeller over time of the gas heat pump system according to the present invention and a conventional gas heat pump system.

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. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiments, and those skilled in the art to understand the spirit of the present invention may easily propose other embodiments within the scope of the same spirit.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 구성을 보여주는 사이클 도면이다.1 is a cycle diagram showing the configuration of a gas heat pump system according to an embodiment of the present invention.

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. Referring to FIG. 1, the gas heat pump system 10 according to the first embodiment of the present invention includes a plurality of components constituting a refrigerant cycle as an air conditioning system. In detail, in the refrigerant cycle, the direction of the refrigerant passing through the compressor (110) for compressing the refrigerant and the oil separator (115) and the oil separator (115) for separating the oil among the refrigerant compressed by the compressor (110) A four-sided 117 that converts is included.

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. The gas heat pump system 10 further includes an outdoor heat exchanger 120 and an indoor heat exchanger 140. The outdoor heat exchanger 120 may be disposed inside the outdoor unit disposed on the outdoor side, and the indoor heat exchanger 140 may be disposed inside the indoor unit disposed on the indoor side. The refrigerant that has passed through the four sides (117) flows to the outdoor heat exchanger (120) or the indoor heat exchanger (140).

한편, 도 1에 도시된 시스템의 구성들은 실내 열교환기(140) 및 실내 팽창장치(145)를 제외하고 실외측, 즉 실외기의 내부에 배치될 수 있다.Meanwhile, the components of the system illustrated in FIG. 1 may be disposed on the outdoor side, that is, inside the outdoor unit, except for the indoor heat exchanger 140 and the indoor expansion device 145.

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.In detail, when the system 10 is operated in the cooling operation mode, the refrigerant that has passed through the four sides 117 flows to the indoor heat exchanger 140 through the outdoor heat exchanger 120. On the other hand, when the system 10 is operated in the heating operation mode, the refrigerant that has passed through the four sides 117 flows to the outdoor heat exchanger 120 through the indoor heat exchanger 140.

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.The system 10 further includes a refrigerant pipe 170 (solid line flow path) that guides the flow of refrigerant by connecting the compressor 110, the outdoor heat exchanger 120, and the indoor heat exchanger 140.

상기 시스템(10)의 구성에 대하여, 냉방운전 모드를 기준으로 설명한다.The configuration of the system 10 will be described based on the cooling operation mode.

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.The refrigerant flowing into the outdoor heat exchanger 120 may be condensed by exchanging heat with outside air. One side of the outdoor heat exchanger 120 includes an outdoor fan 122 that blows outside air.

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.On the outlet side of the outdoor heat exchanger 120, a main expansion device 125 for depressurizing the refrigerant is provided. In one example, the main expansion device 125 includes an electronic expansion valve (EVE). During the cooling operation, the main expansion device 125 is full open and does not perform a decompression action of the refrigerant.

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. On the outlet side of the main expansion device 125, a supercooled heat exchanger 130 for additional cooling of the refrigerant is provided. In addition, a supercooling flow path 132 is connected to the supercooling heat exchanger 130. The supercooling flow path 132 is branched from the refrigerant pipe 170 and connected to the supercooling heat exchanger 130.

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.In addition, a supercooling expansion device 135 is installed in the supercooling flow path 132. The refrigerant flowing through the supercooling flow path 132 may be depressurized while passing through the supercooling expansion device 135.

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.In the supercooling heat exchanger 130, heat exchange may be performed between the refrigerant in the refrigerant pipe 170 and the refrigerant in the supercooling flow path 132. In the heat exchange process, the refrigerant in the refrigerant pipe 170 is supercooled, and the refrigerant in the supercooling flow path 132 absorbs heat.

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.The supercooling flow path 132 is connected to the gas-liquid separator 160. The refrigerant in the supercooling flow path 132 exchanged in the supercooling heat exchanger 130 may be introduced into the gas-liquid separator 160.

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.The refrigerant in the refrigerant pipe 170 that has passed through the supercooling heat exchanger 130 flows to the indoor unit, is depressurized in the indoor expansion device 145 and evaporated in the indoor heat exchanger 140. The indoor expansion device 145 is installed inside the indoor unit, and may be configured with an electronic expansion valve (EEV).

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.The refrigerant evaporated from the indoor heat exchanger 140 flows to the auxiliary heat exchanger 150 via the four sides 117. The auxiliary heat exchanger 150 is a heat exchanger capable of exchanging heat between evaporated low-pressure refrigerant and high-temperature cooling water, and may include, for example, a plate heat exchanger.

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. Since the refrigerant evaporated in the indoor heat exchanger 140 may be absorbed while passing through the auxiliary heat exchanger 150, evaporation efficiency may be improved. In addition, the refrigerant that has passed through the auxiliary heat exchanger 150 may be introduced into the gas-liquid separator 160.

상기 보조 열교환기(150)를 통과한 냉매는 상기 기액분리기(160)에서 기액 분리되며, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다.The refrigerant that has passed through the auxiliary heat exchanger 150 is gas-liquid separated from the gas-liquid separator 160, and the separated gas-phase refrigerant may be sucked into the compressor 110.

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.In addition, the refrigerant evaporated from the indoor heat exchanger 140 may be introduced into the gas-liquid separator 160 immediately after passing through the four sides 117, and the separated gaseous refrigerant is sucked into the compressor 110. You can.

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.Meanwhile, the gas heat pump system 10 further includes a cooling water tank 305 in which cooling water for cooling the engine 200 is stored, and a cooling water pipe 360 (dotted flow path) for guiding the flow of the cooling water. The cooling water pipe 360 includes a cooling water pump 300 that generates a flow force of the cooling water, a plurality of flow switching parts 310 and 320 for switching the flow direction of the cooling water, and radiators 330 and radiators for cooling the cooling water. Can be installed.

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.The plurality of flow conversion parts 310 and 320 include a first flow conversion part 310 and a second flow conversion part 320. For example, the first flow switching unit 310 and the second flow switching unit 320 may include a three-way valve.

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.The radiator 330 may be installed on one side of the outdoor heat exchanger 120, and the cooling water of the radiator 330 is heat-exchanged with outside air by driving the outdoor fan 122, and may be cooled in this process. have.

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.When the cooling water pump 300 is driven, the cooling water stored in the cooling water tank 305 passes through the engine 200 and the exhaust gas heat exchanger 240 to be described later, and the first flow switching unit 310 and the second It may be selectively flowed to the radiator 330 or the auxiliary heat exchanger 150 through the flow switching unit 320.

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. The gas heat pump system 10 includes an engine 200 that generates power for driving the compressor 110 and a mixer 220 that is disposed at an inlet side of the engine 200 to supply mixed fuel. do.

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. In addition, the gas heat pump system 10 includes an air filter 210 supplying purified air to the mixer 220 and a zero governor 230 for supplying fuel below a predetermined pressure. ) Is included. The zero governor can be understood as a device that regulates and supplies the outlet pressure constant regardless of the change in the inlet pressure of the fuel or the flow rate.

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.The air passing through the air filter 210 and the fuel discharged from the zero governor 230 are mixed in the mixer 220 to form a mixer. In addition, the mixer may be supplied to the engine 200.

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.In addition, the gas heat pump system 10 is provided on the outlet side of the engine 200, the exhaust gas heat exchanger 240 and the exhaust gas heat exchanger 240 to which the exhaust gas generated after the mixer is burned is introduced ) Is provided on the outlet side of the muffler (250) for reducing the noise of the exhaust gas is further included. In the exhaust gas heat exchanger 240, heat exchange may be performed between cooling water and exhaust gas.

그리고, 상기 엔진(200)의 일측에는, 상기 엔진(200)에 오일을 공급하기 위한 오일 탱크(205)가 제공될 수 있다.In addition, an oil tank 205 for supplying oil to the engine 200 may be provided on one side of the engine 200.

한편, 상기와 같이 가스 히트펌프 시스템(10)에 적용되는 엔진(200)은 가정용 LNG나 LPG 등을 연료로 사용한다. Meanwhile, the engine 200 applied to the gas heat pump system 10 as described above uses domestic LNG or LPG as fuel.

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.However, when supplying air to the engine 200 in a natural intake manner, and supplying LNG or LPG for housing as fuel, there is a problem in that the output of the engine 200 decreases due to low supply pressure (1 to 2.5 kPa). .

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.In addition, in the summer, the gas heat pump system 10 operates in a cooling mode to lower the temperature in the room. When the outdoor temperature is high, high temperature air is supplied to the engine 200 due to the high temperature.

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. Accordingly, low-density air is supplied to the engine 200 and the output of the engine 200 is reduced. As a result, the output of the engine 200 cannot keep up with the high cooling load, which may cause cooling failure.

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. In addition, to solve this, like the engine of a car, after pressurizing the air with a supercharger and supplying while adjusting the fuel amount according to the air amount, the supply pressure (about 2.5kPa) in the pipe of gas fuel is the supercharge pressure (about 30kPa) There is also a problem that fuel supply becomes difficult because it is lower.

본 발명의 경우, 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 믹서(220)와 엔진(200) 사이에 과급수단 및 조절수단(600)을 구비한다.In the case of the present invention, in order to solve this problem, a supercharging means and an adjusting means 600 are provided between the mixer 220 and the engine 200.

상세히, 과급수단은 상기 믹서(220)에서 공기와 연료가 혼합된 후, 배출된 혼합기를 압축시켜 상기 엔진(200) 측으로 배출한다. 이때, 상기 과급수단은 믹서(220)에서 공기와 연료를 대기압 이상으로 압축시킬 수 있다. In detail, after the air and fuel are mixed in the mixer 220, the supercharging means compresses the discharged mixer and discharges it to the engine 200 side. At this time, the supercharging means may compress air and fuel in the mixer 220 above atmospheric pressure.

일 예로, 상기 과급수단은, 상기 엔진(200)의 배기가스에 의해 구동하는 터보차저(400)로 구비된다. For example, the supercharging means is provided with a turbocharger 400 driven by the exhaust gas of the engine 200.

다른 예로, 상기 과급수단은, 상기 엔진(200)의 동력 또는 전동기(electric motor)에 의해 구동하는 슈퍼차저로 구비될 수도 있다. As another example, the supercharging means may be provided as a supercharger driven by the power of the engine 200 or an electric motor.

또한, 상기 조절수단(600)은 상기 과급수단과 상기 엔진(200) 사이에 배치되어, 상기 엔진(200)으로 공급되는 압축된 혼합기의 양을 조절한다.In addition, the adjusting means 600 is disposed between the supercharging means and the engine 200 to control the amount of the compressed mixer supplied to the engine 200.

일 예로, 상기 조절수단(600)은 ETC(electronic throttle control)방식이 적용된 밸브로 구비될 수 있다. For example, the adjusting means 600 may be provided as a valve to which the electronic throttle control (ETC) method is applied.

본 발명에 따르면, 연료와 공기가 믹서(220)에서 혼합되고, 과급수단에서 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.According to the present invention, the fuel and air are mixed in the mixer 220, and after being pressurized at high pressure in the supercharging means, it may be supplied to the engine 200. In addition, the amount of the high pressure mixer (air + fuel) supplied to the engine 200 through the adjusting means 600 may be precisely controlled.

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. Therefore, the efficiency of the engine 200 can be improved. In addition, the maximum output amount of the engine 200 can be increased without increasing the size of the engine 200. That is, the output of a large engine can be realized with a small engine.

한편, 상기와 같이 혼합기가 과급수단을 통과하면, 혼합기의 압력 및 온도가 상승한다. 이 경우, 엔진(200)으로 흡입되는 혼합기의 밀도가 감소하게 되고, 엔진의 체적 효율이 낮아질 수 밖에 없다.On the other hand, when the mixer passes through the supercharging means as described above, the pressure and temperature of the mixer rises. In this case, the density of the mixer sucked into the engine 200 is reduced, and the volume efficiency of the engine is inevitably lowered.

본 발명의 경우, 이를 해결하기 위해, 상기 과급수단과 상기 조절수단(600) 사이에, 상기 과급수단에서 토출된 고온고압의 혼합기를 냉각시켜, 부피는 줄이고, 밀도를 향상시킨 뒤, 배출하는 인터쿨러(500)를 구비한다.In the case of the present invention, in order to solve this, between the supercharging means and the adjusting means 600, by cooling the mixer of the high temperature and high pressure discharged from the supercharging means, to reduce the volume, improve the density, and then discharge the intercooler (500).

일 예로, 상기 인터쿨러(500)는 외부 공기 또는 냉각수와 혼합기를 열교환시킬 수 있다. For example, the intercooler 500 may exchange heat with a mixture of external air or cooling water.

이에 따르면, 엔진(200)으로 공급되는 혼합기의 온도를 낮추고, 밀도를 키워 엔진(200)의 체적 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. According to this, it is possible to lower the temperature of the mixer supplied to the engine 200 and increase the density, thereby improving the volume efficiency of the engine 200.

한편, 상기와 같이 믹서(220)와 엔진(200) 사이에 과급수단 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. Meanwhile, when the supercharging means and the intercooler 500 are provided between the mixer 220 and the engine 200 as described above, the length of the flow path where the mixer stays is inevitably lengthened. At this time, if there is a lot of moisture in the air, the mixer and water react to generate formic acid, which can damage the piping.

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. In the case of the present invention, when the'stop operation command' is input from the manager to prevent this, the engine 200 is driven until the engine 200 stops in the closed state of the regulating means 600, thereby burning the mixer. Alternatively, formic acid generation can be suppressed by discharging to the outside and piping damage can be prevented.

또한, 인터쿨러(500)는 내식성 재질(일예로,STS316)로 제작될 수 있다. In addition, the intercooler 500 may be made of a corrosion-resistant material (eg, STS316).

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.Meanwhile, the cooling water pipe 360 includes a first pipe 361 extending from the cooling water tank 305 toward the engine 200. In detail, the first pipe 361 extends from the cooling water tank 305 to the exhaust gas heat exchanger 240 and the exhaust pipe heat exchanger 240 to the engine 200. The second piping portion is included. Therefore, the cooling water supplied from the cooling water tank 305 is exchanged with the exhaust gas while passing through the exhaust gas heat exchanger 240, and is introduced into the engine 200 to recover the waste heat of the engine 200. In addition, the first pipe 361 may be provided with the cooling water pump 300 that generates a flow of cooling water.

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. The cooling water pipe 360 further includes a second pipe 362 that guides the cooling water passing through the engine 200 to the first flow conversion part 310.

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. In addition, the cooling water pipe 360 further includes a third pipe 363 that guides the cooling water from the first flow conversion unit 310 to the second flow conversion unit 320.

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.In addition, the cooling water pipe 360 further includes a fourth pipe 364 that guides the cooling water from the second flow switching unit 320 to the auxiliary heat exchanger 150.

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. The cooling water pipe 360 further includes a fifth pipe 365 that guides cooling water from the second flow conversion unit 320 to the radiator 150.

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. The cooling water pipe 360 further includes a sixth pipe 366 that guides the cooling water from the first flow conversion unit 310 to the first pipe 361.

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.For example, when the temperature of the cooling water passing through the engine 200 is formed below the set temperature, the effect of heat exchange by flowing the cooling water to the auxiliary heat exchanger 150 or the radiator 330 becomes insignificant, so the first Cooling water flowing into the flow switching unit 310 may be bypassed to the first pipe 361 through the sixth pipe 366. The sixth pipe 366 may be referred to as “bypass pipe”.

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.The gas heat pump system 10 may further include a coolant temperature sensor 290 installed at an outlet side of the engine 200 to sense the temperature of the coolant passing through the engine 200.

이하에서는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템(10)의 운전모드에 따른 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 작용에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the refrigerant, the coolant, and the mixed fuel according to the operation mode of the gas heat pump system 10 according to the first embodiment of the present invention will be described.

도 2는 상기 가스 히트펌프 시스템의 난방운전시, 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 유동을 보여주는 사이클 도면이다.2 is a cycle diagram showing the flow of refrigerant, cooling water and mixed fuel during the heating operation of the gas heat pump system.

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.First, when the gas heat pump system 10 performs a heating operation, the refrigerant is the compressor 110, an oil separator 115, four sides 117, an indoor heat exchanger 140 and a supercooled heat exchanger 130 ), the pressure is reduced in the main expansion device 125 and heat-exchanged in the outdoor heat exchanger 120, and then flows back into the four sides 117. Here, the indoor heat exchanger 140 may function as a “condenser” and the outdoor heat exchanger 120 may function as a “evaporator”.

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.The refrigerant that has passed through the four sides 117 may flow into the auxiliary heat exchanger 150 and exchange heat with cooling water flowing through the fourth pipe 364. The refrigerant flowing into the auxiliary heat exchanger 150 forms a low temperature and low pressure as an evaporative refrigerant, and the cooling water supplied to the auxiliary heat exchanger 150 forms a high temperature by the heat of the engine 200. Therefore, the refrigerant of the auxiliary heat exchanger 150 may absorb heat from the cooling water, thereby improving evaporation performance.

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.The refrigerant heat-exchanged in the auxiliary heat exchanger 150 may be introduced into the gas-liquid separator 160 and phase-separated, and then sucked into the compressor 110. The refrigerant may be flowed by repeating the above cycle.

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.On the other hand, when the cooling water pump 300 is driven, the cooling water discharged from the cooling water pump 300 flows into the exhaust gas heat exchanger 240 along the first pipe 361 to exchange heat with the exhaust gas. Then, the cooling water discharged from the exhaust gas heat exchanger 240 flows into the engine 200 to cool the engine 200, and passes through the second pipe 362 to the first flow switching unit 310. Flows into

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. Under the control of the first flow diverter 310, the coolant that has passed through the first flow diverter 310 is directed to the second flow diverter 320 along the third pipe 363. In addition, the cooling water that has passed through the second flow conversion unit 320 may be introduced into the auxiliary heat exchanger 150 via the fourth pipe 364 and exchange heat with the refrigerant. Then, the cooling water that has passed through the auxiliary heat exchanger 150 flows into the cooling water pump 300. The coolant can flow through this cycle repeatedly.

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.Meanwhile, during the heating operation, the flow of cooling water to the radiator 330 may be limited. In general, since the heating operation is performed when the temperature of the outside air is low, it is highly likely that the cooling water is cooled in the process of flowing the cooling water pipe 360 even if the cooling water is not cooled by the radiator 330. Therefore, the first and second flow conversion units 310 and 320 may be controlled so that the cooling water does not pass through the radiator 330 during the heating operation.

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.However, when heat exchange in the auxiliary heat exchanger 150 is not required, cooling water may be introduced into the radiator 330 from the second flow conversion unit 320 via the fifth pipe 365. have.

상기 엔진(200)의 구동에 대하여 설명한다.The driving of the engine 200 will be described.

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 과급수단에서 가압되고, 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.The air filtered by the air filter 210 and the fuel regulated through the zero governor 230 are mixed in the mixer 220. The mixer mixed in the mixer 220 is pressurized by a supercharging means, and the pressurized mixer is cooled in the intercooler 500 to improve density. The amount of the mixer that has passed through the intercooler 500 is adjusted through the adjusting means 600 and supplied to the engine 200 to drive the engine 200. Then, the exhaust gas discharged from the engine 200 flows into the exhaust gas heat exchanger 240 and exchanges heat with cooling water, and is discharged to the outside through the muffler 250.

도 3은 상기 가스 히트펌프 시스템의 냉방운전시, 냉매, 냉각수 및 혼합 연료의 유동을 보여주는 사이클 도면이다.3 is a cycle diagram showing the flow of refrigerant, coolant, and mixed fuel during the cooling operation of the gas heat pump system.

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.Meanwhile, when the gas heat pump system 10 performs a cooling operation, the refrigerant is the compressor 110, an oil separator 115, four sides 117, an outdoor heat exchanger 120, and a supercooling heat exchanger 130 ), the pressure is reduced in the indoor expansion device 145 to exchange heat in the indoor heat exchanger 140 and flows back into the four sides 117. Here, the outdoor heat exchanger 120 may function as a “condenser” and the indoor heat exchanger 120 may function as a “evaporator”.

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.The refrigerant that has passed through the four sides 117 may flow into the auxiliary heat exchanger 150 and exchange heat with cooling water flowing through the cooling water pipe 360. Then, the refrigerant heat-exchanged in the auxiliary heat exchanger 150 may be introduced into the gas-liquid separator 160 and phase-separated before being sucked into the compressor 110. The refrigerant may be flowed by repeating the above cycle.

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.Meanwhile, when the cooling water pump 300 is driven, the cooling water discharged from the cooling water pump 300 flows into the exhaust gas heat exchanger 240 to exchange heat with the exhaust gas. Then, the cooling water discharged from the exhaust gas heat exchanger 240 flows into the engine 200 to cool the engine 200 and flows into the first flow conversion unit 310. The flow of cooling water until it flows into the first flow conversion unit 310 is the same as the flow of cooling water during the heating operation.

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. Cooling water that has passed through the first flow conversion unit 310 flows into the second flow conversion unit 320 and flows to the radiator 330 under the control of the second flow conversion unit 320 to exchange heat with outside air. Can be. Then, the cooling water cooled in the radiator 330 flows into the cooling water pump 300. The coolant can flow through this cycle repeatedly.

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.Meanwhile, during cooling operation, the flow of cooling water to the auxiliary heat exchanger 150 may be limited. In general, since the cooling operation is performed when the temperature of the outside air is high, heat absorption of the evaporated refrigerant may not be required to secure evaporation performance. Accordingly, in the cooling operation, the first and second flow switching units 310 and 320 may be controlled so that the cooling water does not pass through the auxiliary heat exchanger 150.

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.However, when heat exchange in the auxiliary heat exchanger 150 is required, cooling water may be introduced into the auxiliary heat exchanger 150 via the second flow conversion unit 320.

상기 엔진(200)의 구동과 관련하여서는, 난방운전시의 작용과 동일하므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.Regarding the driving of the engine 200, since the same as the operation at the time of heating operation, a detailed description is omitted here.

도 4 내지 도 5는 본 발명의 일부 구성요소인 엔진모듈의 다양한 실시예를 을 보여주는 시스템도이다.4 to 5 are system diagrams showing various embodiments of an engine module that is a part of the present invention.

먼저, 도 4를 참조하면, 과급수단은 터보차저(400)로 구비될 수 있다.First, referring to FIG. 4, the supercharging means may be provided as a turbocharger 400.

상기 커보차저(400)는 엔진(200)에서 배출된 배기가스를 이용해서, 터빈(410)을 회전시키고, 그 회전력을 회전축(430)을 통해 임펠러(420)로 전달한다. 그리고, 임펠러(420)가 회전하면서, 유입된 혼합기를 가압(압축)시켜 배출한다. The turbocharger 400 uses the exhaust gas discharged from the engine 200 to rotate the turbine 410, and transmits the rotational force to the impeller 420 through the rotating shaft 430. Then, while the impeller 420 rotates, the introduced mixer is pressurized (compressed) and discharged.

따라서, 과급수단이 터보차저(400)로 구비된 경우, 터보차저(400)는 터빈(410) 측이 배기가스유로(530)를 통해서 엔진(200)의 배기 매니폴드와 연결되어, 회전하게 되고, 믹서에서 혼합된 혼합기가 유입되면, 가압(압축)한 후, 인터쿨러(500) 측으로 배출한다.Accordingly, when the supercharging means is provided as the turbocharger 400, the turbocharger 400 is connected to the exhaust manifold of the engine 200 through the exhaust gas flow path 530, and the turbine 410 side rotates. , When the mixer mixed in the mixer flows in, it is pressurized (compressed) and then discharged to the intercooler 500 side.

상기와 같이 과급수단이 터보차저(400)인 경우, 터보차저(400)의 방열이 필요하다. 일 예로, 상기 터보차저(400)는 냉각수와 열교환하면서, 방열이 이루어질 수 있다. When the supercharging means is the turbocharger 400 as described above, heat dissipation of the turbocharger 400 is required. For example, the turbocharger 400 may radiate heat while exchanging heat with cooling water.

다시, 도 4 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 가스 히트펌프 시스템의 엔진모듈은, 상기 믹서(220)에서 배출된 혼합기를 상기 터보차저(400) 측으로 전달하는 제1혼합기유로(510)와, 상기 터보차저(400) 측에서 배출된 압축된 혼합기를 상기 엔진(200)의 흡기 매니폴드 측으로 전달하는 제2혼합기유로(520)와, 상기 엔진(200)의 배기 매니폴드에서 배출된 배기가스를 상기 터보차저(400) 측으로 전달하는 배기가스 유로(530)를 포함할 수 있다. Referring again to FIGS. 4 to 5, the engine module of the gas heat pump system according to the present invention includes a first mixed gas flow path 510 that delivers a mixer discharged from the mixer 220 to the turbocharger 400 side. And, a second mixed gas flow path 520 for delivering the compressed mixer discharged from the turbocharger 400 side to the intake manifold side of the engine 200, and the exhaust discharged from the exhaust manifold of the engine 200 It may include an exhaust gas flow path 530 for delivering gas to the turbocharger 400 side.

상기 배기가스 유로(530)를 통해 터보차저(400) 측으로 공급된 배기가스는 터빈(410)을 회전시킨 뒤, 터보차저(400)에서 배출된다. The exhaust gas supplied to the turbocharger 400 through the exhaust gas flow path 530 is discharged from the turbocharger 400 after rotating the turbine 410.

이후, 터보차저(400)에서 배출된 배기가스는 별도의 배관을 통해 배기가스 열교환기(240)로 공급되고, 배기가스 열교환기(240)에서 열교환이 진행되면서, 방열된 후, 외부로 배출될 수 있다. Subsequently, the exhaust gas discharged from the turbocharger 400 is supplied to the exhaust gas heat exchanger 240 through a separate pipe, and as the heat exchange proceeds in the exhaust gas heat exchanger 240, it is dissipated and then discharged to the outside. You can.

한편, 상기와 같은 가스히트펌프(GHP) 시스템은 계절에 따라 운전 패턴이 다양하게 형성된다. 특히 간절기의 경우 소비자가 잠깐 운전했다 끄는 경우가 많이 발생하게 되는데 이로 인해, 가스히트펌프(GHP) 시스템의 실외기 내에 있는 엔진 또한 켜졌다 꺼졌다 하는 패턴이 발생하게 된다. 가스히트펌프(GHP) 시스템 내에서의 이러한 현상은 엔진 계통에 잦은 부하변동을 일으키고 이로 인한 손상이 많이 발생하게 된다.On the other hand, the gas heat pump (GHP) system as described above is formed in various driving patterns according to the season. In particular, in the case of the interceptor, consumers often turn on and off for a while, and this causes a pattern that the engine in the outdoor unit of the gas heat pump (GHP) system is also turned on and off. This phenomenon in the gas heat pump (GHP) system causes frequent load fluctuations in the engine system and a lot of damage is caused by this.

뿐만 아니라, 엔진 정지 순간에 배기가스는 발생하지 않아 터빈(410)을 구동하는 힘이 없어지지만 터보차저(400)와 엔진(200)을 연결하는 제2혼합기유로(520)는 혼합기 압축으로 인해 높은 압력을 유지하게 된다. 이러한 압력의 영향으로 터보차저(400) 내 임펠러(420)는 역방향(압축 방향과 반대 방향)으로 회전된다. 그리고, 이로 인해 임펠러(420)를 고정시키는 너트 풀림 현상이나 임펠러(420)와 터빈(410)을 연결하는 회전축(430)에 손상을 일으키는 등의 여러 문제점이 발생하게 된다. In addition, the exhaust gas is not generated at the moment when the engine stops, so the power to drive the turbine 410 is lost, but the second mixture gas flow path 520 connecting the turbocharger 400 and the engine 200 is high due to the compression of the mixer. The pressure is maintained. Due to the pressure, the impeller 420 in the turbocharger 400 is rotated in the reverse direction (opposite to the compression direction). And, this causes a number of problems, such as a nut loosening phenomenon for fixing the impeller 420 or causing damage to the rotating shaft 430 connecting the impeller 420 and the turbine 410.

본 발명의 경우, 상기 제2혼합기유로(520)에서 분기되어, 상기 제1혼합기유로(510) 또는 상기 배기가스유로(530) 중 적어도 어느 하나와 연결되는 분기유로(540,550)를 형성하여, 엔진 정지 상태에서, 제2혼합기유로(520)에 걸려있는 고압의 혼합기를 바이패스시킬 수 있다. 따라서, 제2혼합기유로(520)에 걸려있는 고압의 혼합기가 분산되면서, 제2혼합기유로(520)에 걸려있는 고압의 혼합기에 의해서, 임펠러(420)가 역회전하는 현상을 방지할 수 있다. In the case of the present invention, by branching from the second mixed gas flow path 520, to form a branch flow path (540,550) connected to at least one of the first mixed gas flow path 510 or the exhaust gas flow path 530, the engine In the stopped state, the high-pressure mixer suspended in the second mixer passage 520 may be bypassed. Therefore, while the high-pressure mixer hanging on the second mixing channel flow path 520 is dispersed, the high-pressure mixer hanging on the second mixing channel flow path 520 can prevent the impeller 420 from reversing.

참고로, 상기 엔진(200)이 정지하면, 상기 압축된 혼합기에 의해서 제2혼합기유로(520)의 내압은, 상기 제1혼합기유로(510) 또는 상기 배기가스유로(530)의 내압보다 크게 형성된다.For reference, when the engine 200 is stopped, the internal pressure of the second mixed gas flow path 520 is greater than the internal pressure of the first mixed gas flow path 510 or the exhaust gas flow path 530 by the compressed mixer. do.

따라서, 압력 차이에 의해서, 제2혼합기유로(520)의 혼합기는 분기유로(540,550)를 통해서, 제1혼합기유로(510)로 유동하거나 배기가스유로(530)로 유동할 수 있다. Therefore, due to the pressure difference, the mixer of the second mixer channel 520 may flow through the branch channels 540 and 550 to the first mixer channel 510 or the exhaust gas channel 530.

그리고, 상기와 같이 제2혼합기유로(520)의 혼합기가 제1혼합기유로(510) 또는 상기 배기가스유로(530)로 유동하면서, 제2혼합기유로(520)의 압력이 분산되면서 낮아지고, 제2혼합기유로(520)의 압력에 의해 임펠러(420)가 역회전하는 현상이 방지될 수 있다. And, as described above, while the mixer of the second mixed gas flow path 520 flows into the first mixed gas flow path 510 or the exhaust gas flow path 530, the pressure of the second mixed gas flow path 520 is lowered while being dispersed. 2 The phenomenon that the impeller 420 reversely rotates due to the pressure of the mixing base passage 520 may be prevented.

일 예로, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 분기유로는, 상기 제2혼합기유로(520)에서 분기되어, 상기 배기가스유로(530)와 연결되는 제1바이패스유로(540)를 포함한다. As an example, as illustrated in FIG. 4, the branch flow path includes a first bypass flow path 540 that is branched from the second mixed gas flow path 520 and connected to the exhaust gas flow path 530.

또한, 상기 제1바이패스유로(540)에는 제1바이패스유로(540)에서 혼합기의 흐름을 단속하는 제1개폐밸브(541)가 설치될 수 있다. In addition, a first opening/closing valve 541 that regulates the flow of the mixer in the first bypass channel 540 may be installed in the first bypass channel 540.

엔진(200)이 작동하면, 상기 제1개폐밸브(541)는 닫힌 상태를 유지하고, 엔진(200)이 정지되면, 상기 제1개폐밸브(541)는 개방될 수 있다. 상기 제1개폐밸브(541)는 제어부(미도시)에 의해 온/오프(on/off)될 수 있다. When the engine 200 is operated, the first opening/closing valve 541 remains closed, and when the engine 200 is stopped, the first opening/closing valve 541 may be opened. The first opening/closing valve 541 may be turned on/off by a control unit (not shown).

상기 제어부(미도시)는 ECU에서 데이터를 받아, 엔진(200)의 정지 여부를 실시간으로 확인할 수 있다. The control unit (not shown) may receive data from the ECU and check whether the engine 200 is stopped in real time.

즉, 제어부(미도시)는 엔진 정지 직전에 ECU에서 데이터를 받고, 제1개폐밸브(541)를 개방시킬 수 있다. That is, the control unit (not shown) may receive data from the ECU immediately before the engine stops and open the first opening/closing valve 541.

또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 엔진(200)의 회전수(rpm)가 0에 도달하면, 상기 제1개폐밸브(541)를 개방시킬 수도 있다. In addition, the control unit (not shown) may open the first opening/closing valve 541 when the rotational speed rpm of the engine 200 reaches zero.

상기 제어부는, 엔진(200)의 시동 직후부터 엔진(200)의 정지 직전까지, 즉 엔진(200)이 작동하는 상태에서는 제1개폐밸브(541)를 잠근다. 상기와 같이, 제1개폐밸브(541)가 잠기면, 제1바이패스유로(540)를 통해서 혼합기가 유동할 수 없다. The control unit closes the first opening/closing valve 541 from immediately after the engine 200 starts to immediately before the engine 200 stops, that is, when the engine 200 is operating. As described above, when the first opening/closing valve 541 is closed, the mixer cannot flow through the first bypass channel 540.

그리고, 제1개폐밸브(541)가 닫히면, 터보차저(400)에서 압축된 혼합기는 제2혼합기유로(520)로만 유동하면서, 엔진(200) 측으로 공급될 수 있다. Then, when the first opening/closing valve 541 is closed, the mixer compressed in the turbocharger 400 may be supplied to the engine 200 while flowing only to the second mixer passage 520.

상기 제어부는 엔진(200)이 정지되면서, 엔진의 회전수가 0에 도달하면, 제1개폐밸브(541)를 개방한다. 상기와 같이, 제1개폐밸브(541)가 개방되면, 제1개폐밸브(541)를 통해서, 제2혼합기유로(520)의 혼합기가 제1바이패스유로(540)를 통과할 수 있다. 그리고, 제1바이패스유로(540)를 통과한 혼합기는 배기가스유로(530)로 유동한 뒤 터빈(410) 측으로 공급되고, 터빈(410)이 회전할 수 있다. When the engine 200 stops and the engine speed reaches 0, the control unit opens the first opening/closing valve 541. As described above, when the first opening/closing valve 541 is opened, the mixer of the second mixing gas passage 520 may pass through the first bypass passage 540 through the first opening/closing valve 541. Then, the mixer that has passed through the first bypass channel 540 flows into the exhaust gas channel 530 and is supplied to the turbine 410 side, and the turbine 410 may rotate.

종합하면, 상기와 같이 제1바이패스유로(540)와 제1개폐밸브(541)가 설치된 상태에서, 엔진이 정지하면, 제1개폐밸브(541)가 개방된다. 그리고, 제1바이패스유로(540)를 통해서, 제2혼합기유로(520)에 걸려있는 고압의 혼합기가 배기가스유로(530)로 분산될 수 있다. 그리고, 배기가스유로(530)로 분산된 혼합기는 터빈(410) 측으로 유동하고, 결과적으로, 엔진이 정지한 상태에서, 제2혼합기유로(520)에서 분산된 혼합기의 압력에 의해 터빈(410)이 추가적으로 회전할 수 있다. In summary, as described above, when the engine is stopped while the first bypass channel 540 and the first opening/closing valve 541 are installed, the first opening/closing valve 541 is opened. And, through the first bypass flow path 540, a high-pressure mixer suspended in the second mixing flow path 520 may be distributed to the exhaust gas flow path 530. Then, the mixer dispersed in the exhaust gas flow path 530 flows toward the turbine 410, and consequently, in the state where the engine is stopped, the turbine 410 by the pressure of the mixer dispersed in the second mixture flow path 520. This can be rotated additionally.

그리고, 상기와 같이 터빈(410)이 추가 회전하면 임펠러(420) 역시 혼합기를 압축할 때와 동일한 방향으로 회전할 수 있다. In addition, when the turbine 410 is further rotated as described above, the impeller 420 may also rotate in the same direction as when compressing the mixer.

그리고, 제2혼합기유로(520)에 걸려있는 혼합기의 압력이 점차 감소하면서, 터빈(410)의 회전 속도는 줄어들고, 터빈(410)의 회전이 멈추면, 임펠러(420)도 회전을 멈추게 된다. 이에 따라, 제2혼합기유로(520)에 걸려있는 혼합기가 역류하면서, 임펠러(420)가 역회전 하는 현상이 방지될 수 있다. Then, as the pressure of the mixer hanging on the second mixing channel flow path 520 gradually decreases, the rotation speed of the turbine 410 decreases, and when the rotation of the turbine 410 stops, the impeller 420 also stops rotating. Accordingly, a phenomenon in which the impeller 420 reversely rotates while the mixer suspended in the second mixing channel flow path 520 is reversed can be prevented.

다른 예로, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 분기유로는, 상기 제2혼합기유로(520)에서 분기되어, 상기 제1혼합기유로(510)와 연결되는 제2바이패스유로(550)를 포함할 수 있다. As another example, as illustrated in FIG. 5, the branch flow path may include a second bypass flow path 550 branched from the second mixed flow path 520 and connected to the first mixed flow path 510. You can.

또한, 상기 제2바이패스유로(550)에는 제2바이패스유로(550)에서 혼합기의 흐름을 단속하는 제2개폐밸브(542)가 설치될 수 있다. In addition, a second opening/closing valve 542 that regulates the flow of the mixer in the second bypass channel 550 may be installed in the second bypass channel 550.

엔진(200)이 작동하면, 상기 제2개폐밸브(542)는 닫힌 상태를 유지하고, 엔진(200)이 정지되면, 상기 제2개폐밸브(542)는 개방될 수 있다. 상기 제2개폐밸브(542)는 제어부(미도시)에 의해 온/오프(on/off)될 수 있다. When the engine 200 is operated, the second opening/closing valve 542 remains closed, and when the engine 200 is stopped, the second opening/closing valve 542 may be opened. The second opening/closing valve 542 may be turned on/off by a control unit (not shown).

상기 제어부(미도시)는 ECU에서 데이터를 받아, 엔진(200)의 정지 여부를 실시간으로 확인할 수 있다. The control unit (not shown) can receive data from the ECU and check in real time whether the engine 200 is stopped.

즉, 제어부(미도시)는 엔진 정지 직전에 ECU에서 데이터를 받고, 제2개폐밸브(542)를 개방시킬 수 있다. That is, the control unit (not shown) may receive data from the ECU immediately before the engine stops and open the second opening/closing valve 542.

또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 엔진(200)의 회전수(rpm)가 0에 도달하면, 상기 제2개폐밸브(542)를 개방시킬 수도 있다. In addition, the control unit (not shown) may open the second opening/closing valve 542 when the rotation speed rpm of the engine 200 reaches zero.

상기 제어부는, 엔진(200)의 시동 직후부터 엔진(200)의 정지 직전까지, 즉 엔진(200)이 작동하는 상태에서는 제2개폐밸브(542)를 잠근다. 상기와 같이, 제2개폐밸브(542)가 잠기면, 제2바이패스유로(550)를 통해서 혼합기가 유동할 수 없다. The control unit locks the second opening/closing valve 542 from immediately after the engine 200 starts to immediately before the engine 200 stops, that is, when the engine 200 is operating. As described above, when the second opening/closing valve 542 is closed, the mixer cannot flow through the second bypass channel 550.

그리고, 제2개폐밸브(542)가 닫히면, 터보차저(400)에서 압축된 혼합기는 제2혼합기유로(520)로만 유동하면서, 엔진(200) 측으로 공급될 수 있다. Then, when the second opening/closing valve 542 is closed, the mixer compressed in the turbocharger 400 may be supplied to the engine 200 while flowing only through the second mixer passage 520.

상기 제어부는 엔진(200)이 정지되면서, 엔진의 회전수가 0에 도달하면, 제2개폐밸브(542)를 개방한다. 상기와 같이, 제2개폐밸브(542)가 개방되면, 제2개폐밸브(542)를 통해서, 제2혼합기유로(520)의 혼합기가 제2바이패스유로(550)를 통과할 수 있다. 그리고, 제2바이패스유로(550)를 통과한 혼합기는 제1혼합기유로(510)로 유동한 뒤 임펠러(420) 측으로 공급되고, 임펠러(420)가 회전할 수 있다. When the engine 200 stops and the engine speed reaches 0, the control unit opens the second opening/closing valve 542. As described above, when the second opening/closing valve 542 is opened, the mixer of the second mixing gas channel 520 may pass through the second bypass channel 550 through the second opening/closing valve 542. Then, the mixer that has passed through the second bypass flow passage 550 flows to the first mixing flow passage 510 and is supplied to the impeller 420 side, and the impeller 420 may rotate.

종합하면, 상기와 같이 제2바이패스유로(550)와 제2개폐밸브(542)가 설치된 상태에서, 엔진이 정지하면, 제2개폐밸브(542)가 개방된다. 그리고, 제2바이패스유로(550)를 통해서, 제2혼합기유로(520)에 걸려있는 고압의 혼합기가 제1혼합기유로(510)로 분산될 수 있다. 그리고, 제1혼합기유로(510)로 분산된 혼합기는 터보차저(400)로 재 공급되고, 결과적으로, 엔진이 정지한 상태에서, 제2혼합기유로(520)에서 분산된 혼합기의 압력에 의해 임펠러(420)가 혼합기를 압축할 때와 동일한 방향으로 회전할 수 있다. In summary, as described above, when the engine is stopped while the second bypass channel 550 and the second opening/closing valve 542 are installed, the second opening/closing valve 542 is opened. And, through the second bypass flow path 550, a high-pressure mixer hanging on the second mixing flow path 520 may be distributed to the first mixing flow path 510. Then, the mixer dispersed in the first mixer flow channel 510 is re-supplied to the turbocharger 400, and, consequently, in the state where the engine is stopped, the impeller by the pressure of the mixer dispersed in the second mixed gas flow channel 520. 420 may rotate in the same direction as when compressing the mixer.

그리고, 제2혼합기유로(520)에 걸려있는 혼합기의 압력이 점차 감소하면서, 임펠러(420)의 회전 속도는 줄어들고, 임펠러(420)의 회전이 멈추게 된다. 이에 따라, 제2혼합기유로(520)에 걸려있는 혼합기가 역류하면서, 임펠러(420)가 역회전 하는 현상이 방지될 수 있다. And, as the pressure of the mixer hanging on the second mixing channel flow path 520 gradually decreases, the rotational speed of the impeller 420 decreases, and the rotation of the impeller 420 stops. Accordingly, a phenomenon in which the impeller 420 reversely rotates while the mixer suspended in the second mixing channel flow path 520 flows backward can be prevented.

도 6은 종래 가스 히트펌프 시스템과 본 발명에 따른 가스 히트펌프 시스템의 시간에 따른 임펠러 회전수 변화를 비교한 그래프이다. 6 is a graph comparing the change in the number of revolutions of the impeller over time in a gas heat pump system according to the present invention and a conventional gas heat pump system.

참고로, 도 6에서 종래는, 분기유로가 형성되지 않은 경우이고, 본 발명은, 분기유로가 형성된 경우를 의미한다. 그리고, 도 6은 상기 두 가지 경우에서, 엔진이 작동하다가 정지된 후, 시간에 따른 임펠러 회전수 변화를 비교한 그래프이다. For reference, in FIG. 6, in the related art, a branch flow path is not formed, and the present invention means a case where a branch flow path is formed. And, FIG. 6 is a graph comparing the change in the number of impeller revolutions with time after the engine is stopped while the engine is operating.

도 6을 참조하면, 분기유로가 형성되지 않은 종래의 경우, 엔진이 정지하면, 시간의 흐름에 따라 임펠러(420)의 회전수(rpm)가 점차 감소하다가 임펠러가 역회전(-rpm)하는 반면, 분기유로가 형성된 본 발명의 경우, 엔진이 정지하면, 시간의 흐름에 따라 임펠러(420)의 회전수(rpm)가 점차 감소하다가 역회전(-rpm)하지 않고, 임펠러가 정지(0rpm)하는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 6, in the case of the conventional case in which no branch flow path is formed, when the engine is stopped, the rotation speed (rpm) of the impeller 420 gradually decreases with time, while the impeller rotates in reverse (-rpm). , In the case of the present invention in which the branch flow path is formed, when the engine stops, the number of revolutions (rpm) of the impeller 420 gradually decreases with time, but does not reverse (-rpm), and the impeller stops (0 rpm). You can confirm that.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 엔진(200) 정시 시점에서, 터보차저(400)를 급격히 정지시키지 않고 일정 시간동안 터빈(410) 및 임펠러(420)의 회전 동작을 압축 시와 동일한 방향으로 유지할 수 있어 임펠러가 지니고 있는 관성에 반하지 않고, 임펠러 블레이드나 고정용 볼트, 임펠러(420)와 터빈(410)을 연결하는 회전축(430)에 가해지는 부하를 경감시킬 수 있다. 그리고, 터보차저(400)에 영향을 미치는 부하를 감소시켜, 피로파괴 등의 영향을 줄일 수 있어 제품 신뢰성을 높일 수 있다.According to the present invention as described above, at the point in time of the engine 200, the turbocharger 400 can be stopped for a predetermined period of time without suddenly stopping the turbine 410 and the impeller 420 in the same direction as when compressed. Thereby, it is possible to reduce the load applied to the rotating shaft 430 connecting the impeller blades, fixing bolts, the impeller 420 and the turbine 410 without impairing the inertia of the impeller. And, by reducing the load affecting the turbocharger 400, it is possible to reduce the impact of fatigue destruction, etc., thereby increasing product reliability.

한편, 본 발명의 경우, 터보차저(400)의 운전영역을 넓히고, 그에 따라서, 엔진의 출력향상 범위를 보다 넓힐 수 있도록 2개 이상의 복수의 터보차저(400)를 배치할 수 있다. On the other hand, in the case of the present invention, it is possible to arrange a plurality of turbochargers 400 to widen the driving range of the turbocharger 400 and, accordingly, to further broaden the range of engine power improvement.

상기 복수의 터보차저(400)는 병렬로 연결되어, 믹서(220)에서 혼합된 혼합기가 각각의 터보차저로 분산되어 공급될 수, 엔진(200)측으로 공급될 수 있다.The plurality of turbochargers 400 are connected in parallel, and the mixers mixed in the mixer 220 may be distributed and supplied to each turbocharger, and may be supplied to the engine 200 side.

또한, 상기 복수의 터보차저(400)는 직렬로 연결되어, 믹서(220)에서 혼합된 혼합기는 각각의 터보차저(400)를 순차적으로 통과한 뒤, 엔진(200)측으로 공급될 수도 있다.In addition, the plurality of turbochargers 400 are connected in series, and the mixers mixed in the mixer 220 may sequentially pass through each turbocharger 400 and then be supplied to the engine 200 side.

상기 복수의 터보차저(400)는 서로 압축용량이 상이하거나, 터빈의 최대 회전수가 상이하게 설정될 수 있다.The plurality of turbochargers 400 may have different compression capacities, or may be set to have different maximum rotational speeds of the turbine.

10 : 가스 히트펌프 시스템 110 : 압축기
120 : 실외 열교환기 140 : 실내 열교환기
150 : 보조 열교환기 200 : 엔진
240 : 배기가스 열교환기 300 : 냉각수펌프
400 : 터보차저 500 : 인터쿨러
600 : 조절수단10: gas heat pump system 110: compressor
120: outdoor heat exchanger 140: indoor heat exchanger
150: auxiliary heat exchanger 200: engine
240: exhaust gas heat exchanger 300: cooling water pump
400: turbocharger 500: intercooler
600: adjusting means

Claims (14)

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 공급하는 믹서;
상기 믹서와 상기 엔진 사이에 배치되고, 상기 엔진의 배기가스에 의해 회전하면서, 상기 믹서에서 배출된 혼합기를 압축시킨 후, 상기 엔진 측으로 배출하는 터보차저;
상기 믹서에서 배출된 혼합기를 상기 터보차저 측으로 전달하는 제1혼합기유로;
상기 터보차저 측에서 배출된 압축된 혼합기를 상기 엔진 측으로 전달하는 제2혼합기유로;
상기 엔진에서 배출된 배기가스를 상기 터보차저 측으로 전달하는 배기가스 유로; 및
상기 제2혼합기유로에서 분기되어, 상기 제1혼합기유로 또는 상기 배기가스유로 중 적어도 어느 하나와 연결되는 분기유로를 포함하는 가스 히트펌프 시스템.
An air conditioning module including a compressor, an outdoor heat exchanger, an expansion device, an indoor heat exchanger, and a refrigerant pipe;
Comprising an engine module comprising an engine that provides power for the operation of the compressor by burning a mixture of fuel and air,
The engine module,
A mixer that mixes the air and fuel and supplies it to the engine;
A turbocharger disposed between the mixer and the engine and compressing the mixer discharged from the mixer while rotating by the exhaust gas of the engine, and then discharged to the engine;
A first mixer passage that delivers the mixer discharged from the mixer to the turbocharger side;
A second mixed gas flow path that delivers the compressed gas discharged from the turbocharger side to the engine side;
An exhaust gas flow path for transmitting exhaust gas discharged from the engine to the turbocharger side; And
A gas heat pump system comprising a branch flow path branched from the second mixed gas flow path and connected to at least one of the first mixed gas flow path or the exhaust gas flow path.
제 1항에 있어서,
상기 분기유로는,
상기 제2혼합기유로에서 분기되어, 상기 배기가스유로와 연결되는 제1바이패스유로를 포함하는 가스 히트펌프 시스템.
According to claim 1,
The branch flow path,
A gas heat pump system comprising a first bypass flow path branched from the second mixed gas flow path and connected to the exhaust gas flow path.
제 2항에 있어서,
상기 제1바이패스유로에는 혼합기의 흐름을 단속하는 제1개폐밸브가 설치되는 가스 히트펌프 시스템.
According to claim 2,
A gas heat pump system in which the first opening/closing valve for controlling the flow of the mixer is installed in the first bypass channel.
제 1항에 있어서,
상기 분기유로는,
상기 제2혼합기유로에서 분기되어, 상기 제1혼합기유로와 연결되는 제2바이패스유로를 포함하는 가스 히트펌프 시스템.
According to claim 1,
The branch flow path,
A gas heat pump system comprising a second bypass flow path branched from the second mixed gas flow path and connected to the first mixed gas flow path.
제 4항에 있어서,
상기 제2바이패스유로에는 혼합기의 흐름을 단속하는 제2개폐밸브가 설치되는 가스 히트펌프 시스템.
The method of claim 4,
A gas heat pump system in which a second opening/closing valve for controlling the flow of the mixer is installed in the second bypass channel.
제 3항 또는 제 5항에 있어서,
상기 엔진이 동작하면, 상기 제1개폐밸브 또는 제2개폐밸브를 닫힌 상태(closed)로 유지시키고,
상기 엔진이 정지되면, 상기 제1개폐밸브 또는 제2개폐밸브를 개방시키는 제어부를 더 포함하는 가스 히트펌프 시스템.
The method of claim 3 or 5,
When the engine is operated, the first opening/closing valve or the second opening/closing valve is kept closed,
When the engine is stopped, the gas heat pump system further comprises a control unit for opening the first opening and closing valve or the second opening and closing valve.
제 6항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 엔진의 회전수(rpm)가 0에 도달하면, 상기 제1개폐밸브 또는 제2개폐밸브를 개방시키는 가스 히트펌프 시스템.
The method of claim 6,
The control unit, the gas heat pump system to open the first opening and closing valve or the second opening and closing valve when the engine speed (rpm) reaches zero.
제1항에 있어서,
상기 터보차저와 상기 엔진 사이에 배치되어, 상기 엔진으로 공급되는 압축된 혼합기의 양을 조절하는 조절수단을 더 포함하고,
상기 터보차저와 상기 조절수단 사이에는, 상기 과급수단에서 토출된 압축혼합기를 냉각시켜, 밀도를 향상시키는 인터쿨러가 구비되는 가스 히트펌프 시스템.
According to claim 1,
It is disposed between the turbocharger and the engine, further comprising an adjusting means for adjusting the amount of the compressed mixer supplied to the engine,
A gas heat pump system is provided between the turbocharger and the regulating means, and an intercooler that cools the compressed mixer discharged from the supercharging means to improve density.
제 1항에 있어서,
상기 엔진을 냉각하기 위한 냉각수의 유동을 생성하는 냉각수 펌프 및 상기 냉각수 펌프에 연결되며, 냉각수의 유동을 가이드하는 냉각수배관을 포함하는 냉각 모듈을 더 포함하는 가스 히트펌프 시스템.
According to claim 1,
A gas heat pump system further comprising a cooling module including a cooling water pump that generates a flow of cooling water for cooling the engine, and a cooling water pipe connected to the cooling water pump and guiding the flow of cooling water.
제 9항에 있어서,
상기 냉각수 배관 상에는, 상기 엔진에서 배기된 배기가스가 통과하는 배기가스 열교환기가 구비되고, 상기 냉각수는 상기 배기가스 열교환기를 경유한 뒤, 상기 엔진 측으로 유동하는 것을 특징으로 하는 가스 히트펌프 시스템.
The method of claim 9,
On the cooling water pipe, an exhaust gas heat exchanger through which exhaust gas exhausted from the engine passes is provided, and the cooling water flows to the engine after passing through the exhaust gas heat exchanger.
제 10항에 있어서,
상기 엔진에서 배기된 배기가스는 상기 터보차저를 경유한 뒤, 상기 배기가스 열교환기로 유입되는 가스 히트펌프 시스템.
The method of claim 10,
The exhaust gas exhausted from the engine passes through the turbocharger and then enters the exhaust gas heat exchanger as a gas heat pump system.
제 1항에 있어서,
상기 연료는 가정용 LNG 또는 LPG인 것을 특징으로 하는 가스 히트펌프 시스템.
According to claim 1,
The fuel is a gas heat pump system characterized in that the LNG or LPG for domestic use.
제 1항에 있어서,
상기 엔진모듈은, 상기 엔진의 운전정지 직전에, 상기 조절수단을 닫은 상태에서, 상기 엔진을 운전하는 것을 특징으로 하는 가스 히트펌프 시스템.
According to claim 1,
The engine module is a gas heat pump system, characterized in that, just before the engine is stopped, the control means is closed and the engine is operated.
제 1항에 있어서,
상기 엔진이 작동중에 멈추면, 상기 제2혼합기유로의 내압은, 상기 제1혼합기유로 또는 상기 배기가스유로의 내압보다 크게 형성되는 가스 히트펌프 시스템.
According to claim 1,
When the engine is stopped during operation, a gas heat pump system in which the internal pressure of the second mixed gas flow path is formed larger than the internal pressure of the first mixed gas flow path or the exhaust gas flow path.
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