KR20220023112A - 가스엔진 히트펌프 - Google Patents

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exhaust gas
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exhaust
heat pump
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KR1020200104638A
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장희중
정호종
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 가스엔진 히트펌프에 관한 것으로써, 공기와 연료가 혼합된 혼합기를 연소시키는 엔진; 상기 혼합기를 압축하여 상기 엔진으로 공급하는 제1 차저; 상기 엔진과 연결되어 상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 유동하는 제1 배기유로; 및 상기 제1 배기유로로부터 제2 배기유로로 분기되는 배기가스에 의해 구동되고, 상기 엔진에서 배출되는 배기가스를 압축하여 상기 엔진으로 공급하는 제2 차저를 포함한다. 이에 따라, 별도의 전력소모 없이 배기가스를 재순환시켜 질소산화물의 배출을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

가스엔진 히트펌프 {GAS ENGINE HEAT PUMP}
본 발명은 가스엔진 히트펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질소산화물 저감을 위한 가스엔진 히트펌프에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프는 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 통해 실내를 냉난방시키는 장치를 말한다. 실내를 냉방하는 경우에는 실내열교환기는 저온, 저압의 냉매가 통과하는 증발기로 기능하고, 실외열교환기는 고온, 고압의 냉매가 통과하는 응축기로 기능할 수 있다. 이와 반대로, 실내를 난방하는 경우에는 실내열교환기는 응축기로 기능하고, 실외열교환기는 증발기로 기능할 수 있다.
히트펌프는 전동기를 이용하여 압축기를 구동하는 전기 구동식 히트펌프(EHP: Electric Heat Pump)와, 연료가스의 연소 에너지를 이용하여 압축기를 구동하는 가스엔진 히트펌프(GHP: Gas Engine Heat Pump)로 크게 구별될 수 있다.
상기 가스엔진 히트펌프에는, 연료와 공기의 혼합물(이하, 혼합기)을 이용하여 동력을 발생시키는 엔진이 포함된다. 일례로, 엔진에는, 상기 혼합기가 공급되는 엔진실린더와, 상기 실린더 내에서 운동 가능하게 제공되는 피스톤이 포함될 수 있다.
상기 가스엔진 히트펌프에는, 공기와 연료를 공급하기 위한 공기 공급장치와, 연료 공급장치 및 상기 공기와 연료를 혼합하기 위한 믹서(mixer)가 포함될 수 있다.
상기 공기 공급장치에는, 공기를 정화하기 위한 공기여과기가 포함될 수 있다. 그리고, 상기 연료 공급장치에는 일정한 압력의 연료를 공급하기 위한 제로 가버너(zero governor)가 포함될 수 있다. 상기 공기여과기를 통과한 공기와, 상기 제로 가버너에서 토출된 연료는 상기 믹서에서 혼합되어(혼합기), 상기 엔진에 공급될 수 있다.
한편, 상기 믹서를 거친 혼합기는 과급장치에 의한 과급작용을 거쳐 상기 엔진에 공급될 수 있다. 상기 과급장치는 대표적으로 슈퍼차저와 터보차저가 있다.
상기 과급장치를 거쳐 엔진에 유입되는 혼합기는 흡기매니폴드를 통과하여 엔진에 형성된 복수의 엔진실린더 각각에 공급된다. 그리고, 상기 복수의 엔진실린더 내부에서 상기 혼합기는 연소 반응을 일으키고, 상기 연소 반응에 따라 생성되는 열 에너지는 기계적 에너지로 변환되어 압축기를 구동할 수 있다.
상기 엔진에서의 혼합기의 연소반응에 따라 생성되는 배기가스는 배기매니폴드를 통과한 뒤 배기가스 열교환기를 거쳐 냉각수로부터 냉각된 이후, 머플러를 거쳐 가스엔진 히트펌프의 외부로 배출될 수 있다.
이때, 고온의 조건에서 연료와 공기가 연소되는 과정에서 각종 유해물질이 생성되며, 이는 상기 배기가스와 함께 외부로 배출되는 문제가 있다. 상기 유해물질은 대표적으로 질소산화물(NOx), 테트라하이드로칸나비놀(Tetrahydrocannabinol; THC), 메탄(CH4), 일산화탄소(CO), 유황산화물(SOx), 그을음(PM), 탄화수소(HC) 등이 있다.
상기 유해물질은 외부로 배출되면 환경오염을 비롯한 각종 문제를 발생시키는 바, 이를 저감시키기 위한 각종 연구가 진행되고 있다. 이와 관련된 종래기술인 대한민국 등록특허공보 제10-2007048호는, 배기가스 배출을 감소시키기 위해 상기 배기가스를 엔진으로 재순환 시키는 장치에 대하여 개시한다.
그러나 상기 종래기술의 경우, 배기가스를 엔진으로 재순환시키기 위하여, 지속적으로 전력을 소모하는 별도의 장치(과급 송풍기)가 필요하여 전력소모량이 증가하는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-2007048호 (공고일자 2019년08월02일)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전술한 문제를 해결하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 별도의 전력소모를 거의 하지 않으면서 배기가스 내에 포함된 질소산화물 등의 유해물질의 배출을 저감시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 배기가스를 재순환시켜 유해물질의 배출을 감소시킴과 동시에, 엔진에 요구되는 출력 조건을 충족시키는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프는, 공기와 연료가 혼합된 혼합기를 연소시키는 엔진과, 상기 혼합기를 압축하여 상기 엔진으로 공급하는 제1 차저와, 상기 엔진과 연결되어 상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 유동하는 제1 배기유로와, 상기 제1 배기유로로부터 제2 배기유로로 분기되는 배기가스에 의해 구동되고, 상기 엔진에서 배출되는 배기가스를 압축하여 상기 엔진으로 공급하는 제2 차저를 포함한다. 이에 따라, 별도의 전력소모 없이 배기가스를 재순환시켜 질소산화물의 배출을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 제1 차저는, 상기 혼합기를 압축하여 상기 엔진으로 유입시키는 제1 컴프레서와, 상기 제1 배기유로에 설치되어 상기 제1 배기유로를 통과하는 배기가스를 공급받아 상기 제1 컴프레서를 구동시키는 제1 터빈을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제2 차저는, 상기 제1 배기유로로부터 제2 배기유로로 분기되는 배기가스를 공급받아 상기 제2 차저를 구동시키는 제2 터빈과, 상기 제1 터빈 및/또는 상기 제2 터빈을 통과한 배기가스를 압축하여 상기 엔진으로 유입시키는 제2 컴프레서를 포함할 수 있다.
상기 가스엔진 히트펌프는, 상기 제2 배기유로에 개폐 가능하게 설치되고, 개방되면 상기 엔진으로부터 배출되어 상기 제1 터빈에 공급되는 상기 배기가스 중의 일부를 제2 터빈에 공급하는 제1 바이패스밸브와 상기 제1 바이패스밸브의 개도를 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 가스엔진 히트펌프는, 상기 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물의 농도를 측정하는 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 센서로부터 측정된 상기 질소산화물의 농도에 기초하여, 상기 제1 바이패스밸브의 개도를 조절할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 질소산화물의 농도가 기준 농도 이상이면, 상기 제1 바이패스밸브를 개방하되, 상기 엔진에 공급되는 배기가스의 제한 범위 이내에서 상기 질소산화물의 농도가 높아질수록 상기 제1 바이패스밸브의 개도율을 증가시키고, 상기 질소산화물의 농도가 기준 농도 미만이면, 상기 제1 바이패스밸브를 폐쇄시킬 수 있다.
상기 엔진에 공급되는 배기가스의 제한 범위는, 상기 엔진에 공급되는 배기가스의 양이 상기 엔진에 공급되는 혼합기의 양의 15% 이하인 범위로 정의될 수 있다.
상기 가스엔진 히트펌프는, 상기 제1 배기유로로부터 분기되는 제3 배기유로와, 상기 제3 배기유로에 개폐 가능하게 설치되고, 개방되면 상기 엔진으로부터 배출되어 상기 제1 터빈에 공급되는 상기 배기가스 중의 일부를 외부로 배출하는 제2 바이패스밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 배기유로는, 상기 제1 배기유로와 상기 제2 배기유로 사이에 배치될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 엔진의 현재 출력이 상기 엔진의 요구 출력과 오차값 이상 차이나면, 상기 현재 출력과 상기 요구 출력의 차이가 오차값 미만이 되도록 상기 제2 바이패스밸브의 개도율을 조절할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 현재 출력이 상기 요구 출력과 오차값 이상 차이나고, 상기 질소산화물의 농도가 기준 농도 이상이면, 우선 상기 질소산화물의 농도에 따라 상기 제1 바이패스밸브의 개도율을 조절하되, 상기 오차값을 줄이는 방향으로 상기 제1 바이패스밸브의 개도율을 조절하고, 여전히 상기 현재 출력과 상기 요구 출력이 오차값 이상 차이나면, 상기 현재 출력과 상기 요구 출력의 차이가 오차값 미만이 되도록 상기 제2 바이패스밸브의 개도율을 조절하고, 상기 현재 출력이 상기 요구 출력과 오차값 이상 차이나고, 상기 질소산화물의 농도가 기준 농도 미만이면, 상기 제1 바이패스밸브를 폐쇄시키고, 상기 현재 출력과 상기 요구 출력의 차이가 오차값 미만이 되도록 상기 제2 바이패스밸브의 개도율을 조절하는 가스엔진 히트펌프.
상기 가스엔진 히트펌프는, 상기 엔진에서 배출된 상기 배기가스를 냉각시키는 배기가스 열교환기를 포함하고, 상기 제2 컴프레서는, 상기 배기가스 열교환기를 통과한 상기 배기가스를 압축할 수 있다.
상기 가스엔진 히트펌프는, 상기 엔진에서 배출된 상기 배기가스를 냉각시키는 배기가스 열교환기를 포함하고, 상기 센서는, 상기 배기가스 열교환기의 하류에 배치될 수 있다.
상기 가스엔진 히트펌프는, 상기 제2 차저로부터 압축되어 상기 엔진으로 공급되는 배기가스가 통과하는 체크밸브를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프는, 공기와 연료가 혼합된 혼합기를 연소시키는 엔진과, 상기 엔진에서 배출되는 배기가스를 공급받아 구동되고, 상기 혼합기를 압축하여 상기 엔진으로 공급하는 제1 차저와, 상기 엔진에서 배출되어 상기 제1 차저에 공급되는 배기가스 중의 분기되는 일부를 공급받아 구동되고, 상기 엔진에서 배출되는 배기가스를 압축하여 상기 엔진으로 공급하는 제2 차저를 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 가스엔진 히트펌프에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째,　별도의 전력소모를 거의 하지 않으면서 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 등의 유해물질 배출을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
둘째, 배기가스를 재순환시켜 유해물질의 배출을 저감시킴과 동시에, 엔진에 요구되는 출력 조건을 충족시킬 수 있는 장점도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 가스엔진 히트펌프 내에서, 일 실시예에 따른 혼합기와 배기가스의 유동을 도시한 개략도이다.
도 3은 도 1의 가스엔진 히트펌프 내에서, 다른 실시예에 따른 혼합기와 배기가스의 유동을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 가스엔진 히트펌프의 제어구성에 대한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프의 제어방법에 대한 순서도이다.
도 6는 도 5의 순서도에 대한 일 실시예를 구체화하여 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프의 제어방법에 대한 순서도이다.
도 8은 도 7의 순서도에 대한 일 실시예를 구체화하여 나타낸 것이다.
도 9은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프의 제어방법에 대한 순서도이다.
도 10는 본 발명에 따른 가스엔진 히트펌프를 통하여 배기가스 중의 유해물질 이 감소하는지에 대한 실험 결과를 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 본 발명의 가스엔진 히트펌프를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
이하, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스엔진 히트펌프는, 공기와 연료가 혼합된 혼합기를 연소시켜 압축기(미도시)를 구동시키는 엔진(5)을 포함한다.
상기 연료와 공기는 각각 연료 공급장치 및 공기 공급장치를 통해 공급될 수 있다. 그리고, 상기 공급된 연료 및 공기는 믹서(1)를 통해 혼합기로 혼합될 수 있다.
상기 공기 공급장치에는, 공기를 정화하기 위한 공기 여과기(2)가 포함될 수 있다. 또한, 상기 공기 공급장치에는, 공기 유입으로 인한 소음을 저감시키기 위한 사일런스(3)가 포함될 수 있다. 그리고, 상기 연료 공급장치에는, 일정한 압력의 연료를 공급하기 위한 제로가버너(미도시)가 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 가스엔진 히트펌프는, 상기 믹서(1)에서 공기와 연료가 혼합된 후 배출된 혼합기를 압축하여 상기 엔진(5)으로 공급하는 제1 차저(4)를 포함한다. 상기 제1 차저(4)는 회전수를 조절하여, 믹서(1)에서 공기와 연료를 대기압 이상으로 압축시킬 수 있다.
상기 제1 차저(4)는 상기 엔진에서 배출되는 배기가스에 의해 구동되는 터보차저일 수 있다. 상기 제1 차저(4)는, 상기 혼합기를 압축하여 상기 엔진(5)으로 유입시키는 제1 컴프레서(compressor, 4b)와, 상기 엔진(5)에서 배출되는 배기가스를 공급받아 상기 제1 컴프레서(4b)를 구동시키는 제1 터빈(turbine, 4a)를 포함할 수 있다. 상기 제1 컴프레서(4b)는 상기 엔진(5)의 상류측에 배치되어, 상기 엔진(5)의 흡기측과 연결될 수 있다. 그리고, 상기 제1 터빈(4a)은 상기 엔진(5)의 하류측에 배치되어, 상기 엔진(5)으로부터 배기가스를 공급받을 수 있다.
한편, 상기 가스엔진 히트펌프는 조절수단(6)을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 조절수단(6)은 ETC(electronic throttle control) 방식이 적용된 밸브로 구비될 수 있다. 연료와 공기는 믹서(1)에서 혼합되고, 과급수단인 제1 차저(4)에서 고압으로 가압될 수 있다. 이후, 상기 조절수단(6)의 개도가 조절됨에 따라, 상기 혼합기의 양이 조절되어 엔진(5)으로 공급될 수 있다.
그리고, 본 발명의 가스엔진 히트펌프는, 상기 엔진(5)에서 배출되어 분기되는 배기가스에 의해 구동되고, 상기 엔진에서 배출되는 배기가스를 압축하여 상기 엔진(5)으로 공급하는 제2 차저(7)를 포함한다.
한편, 엔진(5)의 하류에 연결된 배기유로는 복수개로 분기되고, 따라서, 상기 엔진(5)에서 배출되는 배기가스는 상기 복수의 유로로 분기되어 유동할 수 있다,
구체적으로, 본 발명의 가스엔진 히트펌프는, 엔진(5)과 연결되어 상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 유동하는 제1 배기유로(21)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 가스헨진 히트펌프는, 상기 제1 배기유로(21)에서 분기되는 바이패스(bypass)유로인 제2 배기유로(23)와 제3 배기유로(25) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2 차저(7)는 상기 제1 배기유로(21)로부터 제2 배기유로(23)로 분기되는 배기가스에 의해 구동되고, 상기 엔진(5)에서 배출되는 배기가스를 압축하여 상기 엔진(5)으로 공급한다.
한편, 제1 차저(4)가 터보차저인 경우, 상기 제1 배기유로(21) 상에 제1 터빈(4a)이 설치되어 상기 제1 배기유로(21)를 통과하는 배기가스를 공급받아 상기 제1 컴프레서(4b)를 구동시킬 수 있다.
그리고, 상기 제2 차저(7)는, 배기가스를 압축하여 상기 엔진으로 재유입 시키는 제2 컴프레서(7b)와, 상기 엔진(5)에서 배출된 배기가스를 공급받아 상기 제2 컴프레서(7b)를 구동시키는 제2 터빈(7a)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 터빈(7a)은 제1 배기유로(21)로부터 제2 배기유로(23)로 분기되는 배기가스를 공급받아 상기 제2 차저(7)를 구동시킬 수 있다. 그리고, 상기 제2 컴프레서(7b)는 상기 제1 터빈(4a) 및/또는 상기 제2 터빈(4b)을 통과한 배기가스를 압축하여 상기 엔진(5)으로 유입시킬 수 있다.
상기 제2 컴프레서(7b)는 엔진(5)으로부터 배출되는 배기가스를 압축할 수 있다. 즉, 상기 제2 컴프레서(7b)는 엔진(5)으로부터 배출되어 제1 배기유로(21), 제2 배기유로(23) 중 적어도 어느 하나를 통과한 배기가스를 압축하여 엔진(5)으로 유입시킬 수 있다. 그리고, 본 발명의 가스엔진 히트펌프에 제3 배기유로(25)가 구비되는 경우, 상기 제2 컴프레서(7b)는 엔진(5)으로부터 배출되어 제1 내지 제3 배기유로(21, 23, 25)중 적어도 어느 하나를 통과한 배기가스를 압축하여 엔진으로 유입시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 제2 차저(7)는 별도의 전력 소모 없이 배기가스를 엔진(5)으로 재순환시킬 수 있으며, 배기가스의 배출량과, 배기가스 중의 질소산화물의 양을 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 가스엔진 히트펌프는, 상기 제2 배기유로(23)에 개폐 가능하게 설치되는 제1 바이패스밸브(13)를 포함할 수 있다. 상기 제1 바이패스밸브(13)는 재순환 장치(EGR, Exhaust Gas Recirculation)일 수 있다.
상기 제1 바이패스밸브(13)가 개방되면, 상기 엔진으로부터 배출되어 상기 제1 배기유로(21)에 공급되는 배기가스 중의 일부를 제2 배기유로(23)로 유입시켜 제2 터빈(7a)에 공급할 수 있다. 상기 제1 바이패스밸브(13)는 제어부(30, 도 4 참조)와 연결되어, 개도가 정밀하게 조절될 수 있다.
이에 따라, 제1 차저(4)로 유입되는 배기가스의 양을 조절할 수 있어, 엔진(5)에 요구되는 부하를 충족시킬 수 있다. 이와 동시에, 전술한 바와 같이 배기가스 배출량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 가스엔진 히트펌프는, 상기 엔진(5)에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)의 농도를 측정하는 센서(9)를 포함할 수 있다. 상기 센서(9)는 제1 내지 제3 배기유로(21, 23, 25)를 통과한 배기가스에 포함된 질소산화물의 농도를 측정할 수 있다. 상기 센서(9)가 측정할 수 있는 유해물질은 상기 질소산화물에 제한되지 않는다.
그리고, 제어부(30, 도 4 참조)는 상기 센서(9)와 연결되어, 센서(9)로부터 측정된 질소산화물의 농도를 수신할 수 있다. 상기 제어부(30)는 상기 센서(9)로부터 측정된 질소산화물의 농도에 기초하여 제1 바이패스밸브(13)의 개도를 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 가스엔진 히트펌프는 제1 배기유로(21)로부터 분기되는 제3 배기유로(25)에 개폐 가능하게 설치되는 제2 바이패스밸브(15)를 포함할 수 있다. 상기 제2 바이패스밸브(15)가 개방되면, 상기 엔진(5)으로부터 배출되어 제1 터빈(4a)에 공급되는 배기가스 중의 일부를 외부로 배출할 수 있다. 상기 제2 바이패스밸브(15)는 제어부(30, 도 4 참조)와 연결되어, 개도가 정밀하게 조절될 수 있다.
이에 따라, 상기 제2 바이패스밸브(15)는 제1 차저(4)에 공급되는 배기가스의 양을 조절하여, 엔진(5)에 요구되는 부하조건을 충족시킬 수 있다.
상기 제2 바이패스밸브(15)가 설치되는 제3 배기유로(25)는 제1 배기유로(21)와 제2 배기유로(23)의 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 제1 바이패스밸브(13)와 제2 바이패스밸브(15)가 모두 개방되면, 제1 터빈(4b)으로 공급되지 않는 배기가스는, 단순히 배기가스가 외부로 배출되는 경로인 제3 배기유로(25)가 아닌, 질소산화물을 저감시키기 위한 경로인 제2 배기유로(23)로 먼저 개입되게 된다.
한편, 본 발명의 가스엔진 히트펌프는, 엔진(5)에서 배출된 배기가스를 냉각시키는 배기가스 열교환기(8)를 포함할 수 있다. 상기 배기가스 열교환기(8)는 배기가스와 열교환하는 냉각수가 유동할 수 있다. 배기가스는 상기 배기가스 열교환기(8)를 통과하여 냉각된 상태로 외부로 배출될 수 있다. 배기가스가 외부로 배출될 때 소음을 저감시키기 위하여, 가스엔진 히트펌프는 머플러(미도시)를 더 구비할 수 있다.
상기 배기가스 열교환기(8)는 상기 제1 터빈(4a) 및/또는 상기 제2 터빈(7a)을 통과한 배기가스와 열교환할 수 있다. 상기 배기가스 열교환기(8)는 제1 내지 제3 배기유로(21, 23, 25) 중 적어도 어느 하나를 통과한 배기가스와 열교환하여 상기 배기가스를 냉각시킬 수 있다.
그리고, 상기 제2 컴프레서(7b)는, 상기 배기가스 열교환기(8)를 통과한 상기 배기가스를 압축할 수 있다. 이때, 상기 제2 컴프레서(7b)는 배기가스 열교환기(8)보다 하류측에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 배기가스 열교환기(8)를 통과한 배기가스는 분기되어, 일부는 외부로 배출되고, 일부는 제2 컴프레서(7b)가 구동되면서 상기 제2 컴프레서(7b) 측으로 공급될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 내지 제3 배기유로(21, 23, 25)는 하나의 유로인 제4 배기유로(27)로 합지될 수 있다. 상기 제4 배기유로(27)는 배기가스 열교환기(8)를 통과하여, 상기 배기가스 열교환기(8)을 유동하는 냉각수와 제4 배기유로(27)를 유동하는 배기가스가 서로 열교환할 수 있다. 이때, 제4 배기유로(27)로부터 분기되어 재순환유로(29)가 형성되고, 상기 재순환유로(29)에는 제2 컴프레서(7b)가 설치될 수 있다. 따라서, 제2 차저(7)가 구동되면, 제4 배기유로(27)를 통과하는 배기가스 중 일부는 재순환유로(29)로 분기되어 상기 제2 컴프레서(7b)에 공급될 수 있다.
이에 따라, 상기 배기가스는 압축되어 엔진(5)에서 배출된 고열의 배기가스는, 상기 제2 차저(7)에 의해 엔진(5)으로 재순환되기 전에 배기가스 열교환기(8)에 의하여 냉각된 상태로, 상기 엔진(5)에 공급될 수 있다. 따라서, 엔진(5) 효율의 저감을 방지할 수 있다.
이때, 상기 센서(9)는 배기가스 열교환기(8)의 하류에 배치될 수 있다. 상기 센서(9)는 제4 배기유로(27)에 배치될 수 있다.
일반적으로, 엔진(5)에서 배출된 직후의 배기가스의 온도는 약 400도에서 800도 사이인 바, 센서(9)가 상기 고열의 배기가스에 포함된 유해가스의 농도를 측정할 경우, 센서(9) 장치가 손상될 우려가 있다. 따라서, 상기 센서(9)는 배기가스 열교환기(8)에 의해 냉각되어, 약 50도 내지 200도 사이의 온도를 띄는 배기가스에 포함된 유해가스 농도를 측정하여, 이러한 문제를 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 가스엔진 히트펌프는, 상기 제2 차저(7)로부터 압축되어 상기 엔진(5)으로 공급되는 배기가스가 통과하는 체크밸브(17)를 포함할 수 있다. 상기 체크밸브는, 상기 조절수단(6)의 상류측에 연결될 수 있다.
예를 들어, 엔진(5)을 구동시킬 때, 공기를 과급하기 위하여 제1 차저(4)에 공급되는 배기가스의 양이 제2 차저(4)에 공급되는 배기가스 양보다 많을 수 있다. 이에 따라, 제1 차저(4)에서 압축된 혼합기의 과급 압력은, 상기 제2 차저(7)로부터 압축되어 엔진(5)으로 공급되는 배기가스의 과급 압력보다 훨씬 클 수 있다. 이러한 경우, 배기가스가 재순환되지 못하고 제2 흡기유로(24)에서 역류할 수 있다.
이러한 문제를 방지하기 위하여, 상기 체크밸브(17)는 배기가스가 엔진(5)에 공급되는 방향으로만 흐르게 할 수 있고, 이에 역류하는 방향으로 배기가스가 유동하는 것을 막을 수 있다. 이에 따라, 상기 엔진(5)으로 재순환되는 배기가스가 혼합기와 상기 배기가스의 압력에 의하여 상기 제2 컴프레서(7b) 측으로 다시 역류하는 것을 방지할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3를 참조하면, 전술한 바와 같이 믹서(1)에서 공기와 연료가 혼합된 혼합기는 제1 차저(4)의 구동에 의하여 엔진(5)으로 유입될 수 있다. 엔진(5)으로 유입되는 혼합기의 양은 조절수단(6)에 의하여 정밀하게 조절될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 바이패스밸브(13)와 제2 바이패스밸브(15)는 폐쇄될 수 있다. 이에 따라, 엔진(5)에서 배출되는 배기가스는 제1 배기유로(21)로만 유동하여 제1 터빈(4a)으로 공급되고, 상기 제1 터빈(4a)은 제1 컴프레서(4b)를 구동시켜 혼합기를 엔진(5)으로 유입시킬 수 있다. 제1 터빈(4a)을 통과한 배기가스는 배기가스 열교환기(8)를 거쳐 냉각된 후 외부로 배출될 수 있다. 이는 엔진(5)에 요구되는 출력이 최대인 경우일 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 제1 바이패스밸브(13)는 개방되고, 제2 바이패스밸브(15)는 폐쇄될 수 있다. 이에 따라, 엔진(5)에서 배출되어 제1 배기유로(21)로 유동동하는 배기가스 중의 일부가 상기 제2 배기유로(23)로 분기될 수 있다. 분기되는 배기가스의 양은 제2 바이패스밸브(13)의 개도에 따라 조절될 수 있다.
제2 배기유로(23)로 분기된 배기가스는 제2 터빈(7a)에 공급되고, 상기 제2 터빈(7a)은 제2 컴프레서(7b)를 구동시킬 수 있다. 제1 및 제2 배기유로(21, 23)를 통과한 배기가스는 제4 배기유로(27)로 유동하고, 상기 제4 배기유로(27)를 유동하는 배기가스 중의 일부는 재순환유로(29)로 분지되어 상기 제2 컴프레서(7b)로 공급될 수 있다. 공급된 배기가스는 제2 컴프레터(7b)에 의해 압축되어 엔진(5)으로 공급될 수 있다.
한편, 상기 도 2 및 도 3에서 생략되었으나, 엔진(5)에 요구되는 출력에 현재 엔진(5)의 출력을 맞춰주기 위하여, 제3 배기유로(25)에 설치된 제2 바이패스밸브(15)가 개방되어, 제1 터빈(4a)을 향해 유동하는 배기가스 중의 일부를 제3 배기유로(25)로 유입시킬 수 있다.
이하, 도 4를 참조하면, 제어부(30)는 엔진(5), 조절수단(6), 센서(9), 제1 바이패스밸브(13), 제2 바이패스밸브(15) 중 적어도 어느 하나와 연결되어, 상기 연결된 구성의 동작을 제어할 수 있다. 이때, 제1 차저(4)가 슈퍼차저인 경우, 상기 제어부(30)는 제1 차저(4)와도 별도로 연결될 수 있다.
제어부(30)는 상기 제1 차저(4)의 회전수를 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 차저(4)가 슈퍼차저인 경우, 제어부(30)가 직접 상기 제1 차저(4)에 전력을 인가하여 상기 제1 차저(4)의 회전수를 조절할 수 있다. 다른 예로, 상기 제1 차저(4)가 터보차저인 경우, 상기 제어부(30)는 제1 바이패스밸브(13) 및/또는 제2 바이패스밸브(15)의 개도를 조절하여 상기 제1 차저(4)의 회전수를 조절할 수 있다.
제어부(30)는 조절수단(6)의 개도를 조절할 수 있다. 조절수단(6)을 통해 엔진(5)으로 공급되는 고압의 혼합기의 양은, 제어부(30)에 의해 정밀하게 제어될 수 있다.
제어부(30)는 엔진(5)으로부터 상기 엔진(5)의 현재 출력과 요구 출력에 대한 정보를 수신할 수 있다. 이를 위해, 엔진(5)은, 내부에 센서(미도시)가 구비될 수 있다.
이하, 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프의 센서(9)는 엔진(5)으로부터 배출되는 배기가스 중의 질소산화물 농도를 측정할 수 있다(S11). 이후, 제어부(30)는 센서(9)로부터 측정된 질소산화물의 농도 값을 수신할 수 있다. 상기 제어부(30)는 센서(9)로부터 측정된 질소한화물의 농도에 기초하여, 상기 제1 바이패스밸브(13)의 개도를 조절할 수 있다(S12 및 S13).
보다 구체적으로, 상기 제어부(30)는 센서(9)로부터 측정된 질소산화물의 농도(현재 농도)를 기준 농도와 비교할 수 있다(S12). 이후, 제어부(30)는 현재 질소산화물의 농도가 기준 농도 이상이면(S12에서 Yes), 제1 바이패스밸브(13)를 개방하되, 질소산화물의 농도에 따라 제1 바이패스밸브(13)의 개도율을 조절할 수 있다(S13). 그리고, 제어부(30)는 상기 질소산화물의 농도가 기준 농도 미만이면(S12에서 No), 상기 제1 바이패스밸브(13)를 폐쇄시킬 수 있다(S14).
즉, 제어부(30)는 상기 질소산화물의 농도가 높아질수록 상기 제1 바이패스밸브(13)의 개도율을 증가시킬 수 있다. 달리 말하면, 상기 질소산화물의 농도가 낮아질수록 상기 제1 바이패스밸브(13)의 개도율을 감소시킬 수 있다.
이때, 상기 엔진(5)에 공급되는 배기가스가 혼합기에 비하여 너무 커질 경우, 엔진(5)에 유입되는 혼합기량이 줄어들면서 효율상의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 제1 바이패스밸브(13)의 개도율을 적절하게 제한하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 엔진(5)에 공급되는 배기가스의 제한 범위 이내에서 제1 바이패스밸브(13)의 개도율을 증가시킬 수 있다. 상기 배기가스 제한 범위에 따른 제1 바이패스밸브(13)의 개도율은 X% 미만일 수 있다(S13).
예를 들어, 상기 엔진(5)에 공급되는 배기가스의 제한 범위는, 상기 엔진에 공급되는 배기가스의 양이 상기 엔진에 공급되는 혼합기의 양의 15% 이하인 범위로 정의될 수 있다. 이때, 제1 바이패스밸브(13)의 개도율은 약 15%일 수 있다.
이하, 도 6을 참조하면, 도 5의 S13 과정에 대한 일 실시예를 도식화한 것이다.
제어부(30)는 센서(9)로부터 측정된 질소산화물의 농도(현재 농도)를 기준 농도와 비교할 수 있다(S12). 이후, 제어부(30)는 현재 질소산화물의 농도가 기준 농도 이상이면(S12에서 Yes), 제1 바이패스밸브(13)를 개방하되, 상기 엔진에 공급되는 배기가스의 제한 범위 이내에서, 상기 질소산화물의 농도 따라 제1 바이패스밸브(13)의 개도율을 조절할 수 있다(S13).
예를 들어, 질소산화물의 배출량이 1000ppm 이상인 경우(S131에서 Yes), 제어부(30)는 제1 바이패스밸브(S132)를 5% 개방할 수 있다. 이후, 제어부(30)는 다시 이전단계로 되돌아가 현재 질소산화물의 농도와 기준 농도를 비교할 수 있다(S12).
이후, 현재 질소산화물의 농도가 기준 농도 이상이면(S12에서 Yes), 질소산화물의 배출량이 1000ppm 미만이고(S131에서 No), 500ppm 이상인 경우(S133에서 Yes), 제어부(30)는 제1 바이패스밸브(S132)를 2% 개방할 수 있다(S134). 이후, 제어부는 다시 이전단계로 되돌아가 현재 질소산화물의 농도와 기준 농도를 비교할 수 있다(S12).
이후, 제어부(30)는 같은 과정을 반복하여, 질소산화물의 배출량에 따라 제1 바이패스밸브(13)의 개도율을 조절할 수 있다. 그리고, 현재 질소산화물의 농도가 기준 농도 미만이면(S12에서 No), 제어부(30)는 제1 바이패스밸브(13)를 폐쇄할 수 있다.
이하, 도 7을 참조하면, 제어부(30)는 엔진(5)의 현재 출력과 엔진(5)에 요구되는 출력을 수신할 수 있다(S21). 이후, 제어부(30)는 엔진(5)에 요구되는 출력과 현재의 출력을 비교할 수 있다(S22).
이‹š, 현재 출력과 요구 출력 간의 차이가 오차값(q) 이상인 경우(S22에서 Yes), 제어부(30)는, 요구되는 출력에 따라 제2 바이패스밸브(15)의 개도율을 조절하여 상기 현재 출력과 요구 출력의 차이가 상기 오차값(q) 미만이 되도록 할 수 있다(S23).
이후, 제어부(30)는 다시 엔진(5)의 현재 출력과 요구 출력을 지속적으로 비교하여, 현재 출력과 요구 출력 간의 차이가 오차값(q) 이상이면, 상기 과정을 반복하고, 상기 차이가 오차값(q) 미만이면(S22에서 No), 상기 제2 바이패스밸스(15)의 개도율을 유지하고 종료할 수 있다.
이하, 도 8을 참조하면, 도 7의 S23 과정에 대한 일 실시예를 도식화한 것이다.
제어부(30)는 엔진(5)의 현재 출력과 요구 출력을 비교하여, 만일, 상기 현재 출력과 요구 출력의 차이가 오차값(q) 미만이면(S22에서 No), 현재 제2 바이패스밸브(15)의 개도율을 유지한 채, 종료한다. 그리고, 상기 현재 출력과 요구 출력의 차이가 오차값(q) 이상이면(S22에서 Yes), 현재 출력이 요구 출력의 이상인지 미만인지 판단할 수 있다(S231).
현재 출력이 요구 출력 이상이면(S231의 Yes), 제어부(30)는 제2 바이패스밸브(15)를 Y% 개방할 수 있다(S232). 이후, 여전히 현재 출력과 요구 출력의 차이가 오차값(q) 이상이면(S233에서 Yes), 제어부(30)는 제2 바이패스밸브(15)의 개도율을 a만큼 증가시킬 수 있다(S234). 즉, 제어부(30)는 제2 바이패스밸브(15)를 (Y+a)% 만큼 개방시킨 뒤, 다시 엔진(5)의 현재 출력과 요구 출력을 비교한다(S233).
이후, 제어부(30)는 여전히 현재 출력과 요구 출력의 차이가 오차값(q) 이상이면(S233에서 Yes), 제2 바이패스밸브(15)의 개도율을 a만큼 증가시키는 과정을 반복한다. 그리고, 현재 출력과 요구 출력의 차이가 오차값(q) 미만이 되는 경우 종료한다(S233에서 No).
현재 출력이 요구 출력 미만이면(S231의 No), 제어부(30)는 제2 바이패스밸브(15)를 Z% 개방할 수 있다(S235). 이 때, 상기 Z값은 상기 Y값보다 작을 수 있다. 이후, 여전히 현재 출력과 요구 출력의 차이가 오차값(q) 이상이면(S236에서 Yes), 제어부(30)는 제2 바이패스밸브(15)의 개도율을 b만큼 감소시킬 수 있다(S237). 즉, 제어부(30)는 제2 바이패스밸브(15)를 (Z-b)% 만큼 개방시킨 뒤, 다시 엔진(5)의 현재 출력과 요구 출력을 비교한다(S236).
이후, 제어부(30)는 여전히 현재 출력과 요구 출력의 차이가 오차값(q) 이상이면(S236에서 Yes), 제2 바이패스밸브(15)의 개도율을 b만큼 감소시키는 과정을 반복한다. 그리고, 현재 출력과 요구 출력의 차이가 오차값(q) 미만이 되는 경우 종료한다(S236에서 No). 위 일련의 제어과정은 퍼지제어(Fuzzy control)로 구현될 수 있다.
이하, 도 9를 참조하면, 본 발명의 제어부(30)는 엔진(5)으로부터 현재 출력과 요구 출력을 수신하고, 센서(9)로부터 질소산화물의 농도를 수신할 수 있다(S31). 이후, 엔진(5)의 현재 출력과 요구되는 출력간 차이를 비교하여(S32), 상기 현재 출력과 요구 출력의 차이가 오차값(q) 미만이면, 현재 제1 및 제2 바이패스밸브(13, 15)의 개도를 유지하고 종료한다(S32에서 No), 이때, 상기 현재 출력과 요구 출력의 차이가 오차값(q) 이상이면(S32에서 Yes), 배기가스 내에 포함된 현재 질소산화물의 농도와 기준 농도를 비교할 수 있다(S33).
이후, 제어부(30)는 현재 질소산화물의 농도가 기준 농도 이상이면(S33에서 Yes), 제1 바이패스밸브(13)를 개방하되, 질소산화물의 농도에 따라 제1 바이패스밸브(13)의 개도율을 조절할 수 있다(S13a). 이에 따라, 질소산화물의 배출량은 감소시킴과 동시에 엔진(5)의 현재 출력과 요구 출력을 맞출 수 있는 장점이 있다. 질소산화물의 농도에 따라 상기 제1 바이패스밸브(13)의 개도율을 조절하는 과정은, 전술한 S13 단계(도 5 및 도 6 참조)와 동일할 수 있다.
이때, 예를 들어, 질소산화물 농도에 따른 제1 바이패스밸브(13)의 개도율이 10%이나, 엔진(5)의 현재 출력과 요구 출력간의 차이가 오차값(q) 미만이 되는 제1 바이패스밸브(13)의 개도율은 5%라면, 제1 바이패스밸브(13)를 10%만큼 개방하는 경우, 상기 현재 출력과 요구 출력 간 차이가 오차값(q) 이상이 될 수 있다.
따라서, 상기 제1 바이패스밸브(13)가 개방되되, 엔진(5)에 유입되는 배기가스의 제한 범위(도 5의 설명 참조)와, 상기 오차값(q)이 감소되도록 하는 범위를 고려하여, 그 개도율이 제한될 수 있다(S13a). 이에 따른 제1 바이패스밸브(13)의 개도율은 X'% 미만일 수 있다(S13a).
이후, 제어부(30)는 재차 엔진(5)의 현재 출력과 요구 출력을 비교하여(S34), 상기 차이가 오차값(q) 미만인 경우, 종료한다(S34에서 No). 그리고, 여전히 상기 차이가 오차값(q) 이상인 경우(S34에서 Yes), 제어부(30)는, 요구되는 출력에 따라 제2 바이패스밸브(15)의 개도율을 조절하여 상기 현재 출력과 요구 출력의 차이가 상기 오차값(q) 미만이 되도록 할 수 있다(S23a).
이후, 제어부(30)는 다시 엔진(5)의 현재 출력과 요구 출력을 지속적으로 비교하여, 현재 출력과 요구 출력 간의 차이가 오차값(q) 이상이면, 상기 과정을 반복하고, 상기 차이가 오차값(q) 미만이면(S34에서 No), 상기 제2 바이패스밸스(15)의 개도율을 유지하고 종료할 수 있다.
한편, 엔진(5)의 현재 출력과 요구되는 출력간 차이를 비교하여(S32), 상기 현재 출력과 요구 출력의 차이가 오차값(q) 이상이고(S32에서 Yes), 배기가스 내에 포함된 현재 질소산화물의 농도가 기준 농도 미만이면(S33에서 No), 제어부(30)는 제1 바이패스밸브(13)를 폐쇄하고, 요구 출력에 따라 제2 바이패스밸브(15)의 개도율을 조절하여 상기 현재 출력과 요구 출력의 차이가 상기 오차값(q) 미만이 되도록 할 수 있다(S23b). 상기 요구 출력에 따라 제2 바이패스밸브(15)의 개도율을 조절하는 과정은, 전술한 S23단계(도 7 및 도 8 참조)와 동일할 수 있다. 이후, S34 단계 이후의 과정을 반복한다. 이에 대한 설명은 전술한 바, 이하 생략한다.
도 10은, 본 발명의 실시예에 따른 가스엔진 히트펌프에 대한 실험 결과를 나타낸 것이다. 본 발명의 가스엔진 히트펌프에서, 엔진의 운전점 변화와, 제1 바이패스밸브(13)의 개도율을 조정하여 배기가스 내에 포함된 유해가스 농도의 변화를 측정한 것이다.
이하, 도 10을 참조하면, 도 10 (a), (b) 및 (c)에서는 엔진의 운전점이나 배기가스 재순환율에 따른 유해가스(THC, CH4, CO) 변화량이 유의미한 차이를 보이지 않는다. 다만, 일산화탄소(CO)의 경우, 공기과잉률에 따른 변화가 두드러지게 나타났다.
그러나, 이하 도 10 (d)를 참조하면, 엔진의 운전점 변화와 배기가스 재순환율에 따른 질소산화물(NOx)의 농도 변화는 유의미한 차이를 보이고 있다. 이는, 배기가스에 포함된 이산화탄소, 수증기 등의 비열이 크기 ‹š문에 연소 중에 열을 빼앗아 연소 온도를 떨어뜨리기 때문이다. 본 실험에서는, 질소산화물의 경우 제1 바이패스밸브의 개도율에 따라 최소 38.13%, 최대 85.26%의 질소산화물 배출량 감소를 확인할 수 있었다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
1: 믹서 4: 제1 차저
4a: 제1 터빈 4b: 제1 컴프레서
5: 엔진 7: 제2 차저
7a: 제2 터빈 7b: 제2 컴프레서
8: 열교환기 9: 센서
13: 제1 바이패스밸브 15: 제2 바이패스밸브
17: 체크밸브 21: 제1 배기유로
23: 제2 배기유로 25: 제3 배기유로
30: 제어부

Claims (15)

  1. 공기와 연료가 혼합된 혼합기를 연소시키는 엔진;
    상기 혼합기를 압축하여 상기 엔진으로 공급하는 제1 차저;
    상기 엔진과 연결되어 상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 유동하는 제1 배기유로; 및
    상기 제1 배기유로로부터 제2 배기유로로 분기되는 배기가스에 의해 구동되고, 상기 엔진에서 배출되는 배기가스를 압축하여 상기 엔진으로 공급하는 제2 차저를 포함하는 가스엔진 히트펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 차저는,
    상기 혼합기를 압축하여 상기 엔진으로 유입시키는 제1 컴프레서; 및
    상기 제1 배기유로에 설치되어 상기 제1 배기유로를 통과하는 배기가스를 공급받아 상기 제1 컴프레서를 구동시키는 제1 터빈을 포함하는 가스엔진 히트펌프.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 차저는,
    상기 제1 배기유로로부터 제2 배기유로로 분기되는 배기가스를 공급받아 상기 제2 차저를 구동시키는 제2 터빈; 및
    상기 제1 터빈 및/또는 상기 제2 터빈을 통과한 배기가스를 압축하여 상기 엔진으로 유입시키는 제2 컴프레서를 포함하는 가스엔진 히트펌프.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 배기유로에 개폐 가능하게 설치되고, 개방되면 상기 엔진으로부터 배출되어 상기 제1 터빈에 공급되는 상기 배기가스 중의 일부를 제2 터빈에 공급하는 제1 바이패스밸브; 및
    상기 제1 바이패스밸브의 개도를 조절하는 제어부를 더 포함하는 가스엔진 히트펌프.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물의 농도를 측정하는 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 센서로부터 측정된 상기 질소산화물의 농도에 기초하여, 상기 제1 바이패스밸브의 개도를 조절하는 가스엔진 히트펌프.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 질소산화물의 농도가 기준 농도 이상이면, 상기 제1 바이패스밸브를 개방하되, 상기 엔진에 공급되는 배기가스의 제한 범위 이내에서 상기 질소산화물의 농도가 높아질수록 상기 제1 바이패스밸브의 개도율을 증가시키고,
    상기 질소산화물의 농도가 기준 농도 미만이면, 상기 제1 바이패스밸브를 폐쇄시키는 가스엔진 히트펌프.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 엔진에 공급되는 배기가스의 제한 범위는,
    상기 엔진에 공급되는 배기가스의 양이 상기 엔진에 공급되는 혼합기의 양의 15% 이하인 범위로 정의되는 가스엔진 히트펌프.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 배기유로로부터 분기되는 제3 배기유로; 및
    상기 제3 배기유로에 개폐 가능하게 설치되고, 개방되면 상기 엔진으로부터 배출되어 상기 제1 터빈에 공급되는 상기 배기가스 중의 일부를 외부로 배출하는 제2 바이패스밸브를 더 포함하는 가스엔진 히트펌프.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제3 배기유로는,
    상기 제1 배기유로와 상기 제2 배기유로 사이에 배치되는 가스엔진 히트펌프.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 엔진의 현재 출력이 상기 엔진의 요구 출력과 오차값 이상 차이나면, 상기 현재 출력과 상기 요구 출력의 차이가 오차값 미만이 되도록 상기 제2 바이패스밸브의 개도율을 조절하는 가스엔진 히트펌프.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 현재 출력이 상기 요구 출력과 오차값 이상 차이나고, 상기 질소산화물의 농도가 기준 농도 이상이면, 우선 질소산화물의 농도에 따라 상기 제1 바이패스밸브의 개도율을 조절하되, 상기 오차값을 줄이는 방향으로 상기 제1 바이패스밸브의 개도율을 조절하고, 여전히 상기 현재 출력과 상기 요구 출력이 오차값 이상 차이나면, 상기 현재 출력과 상기 요구 출력의 차이가 오차값 미만이 되도록 상기 제2 바이패스밸브의 개도율을 조절하고,
    상기 현재 출력이 상기 요구 출력과 오차값 이상 차이나고, 상기 질소산화물의 농도가 기준 농도 미만이면, 상기 제1 바이패스밸브를 폐쇄시키고, 상기 현재 출력과 상기 요구 출력의 차이가 오차값 미만이 되도록 상기 제2 바이패스밸브의 개도율을 조절하는 가스엔진 히트펌프.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 엔진에서 배출된 상기 배기가스를 냉각시키는 배기가스 열교환기를 포함하고,
    상기 제2 컴프레서는,
    상기 배기가스 열교환기를 통과한 상기 배기가스를 압축하는 가스엔진 히트펌프.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 엔진에서 배출된 상기 배기가스를 냉각시키는 배기가스 열교환기를 포함하고,
    상기 센서는,
    상기 배기가스 열교환기의 하류에 배치되는 배기가스 열교환기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 차저로부터 압축되어 상기 엔진으로 공급되는 배기가스가 통과하는 체크밸브를 포함하는 가스엔진 히트펌프.
  15. 공기와 연료가 혼합된 혼합기를 연소시키는 엔진;
    상기 엔진에서 배출되는 배기가스를 공급받아 구동되고, 상기 혼합기를 압축하여 상기 엔진으로 공급하는 제1 차저;
    상기 엔진에서 배출되어 상기 제1 차저에 공급되는 배기가스 중의 분기되는 일부를 공급받아 구동되고, 상기 엔진에서 배출되는 배기가스를 압축하여 상기 엔진으로 공급하는 제2 차저를 포함하는 가스엔진 히트펌프.
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