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KR100528128B1 - 하나의 사이클로 구성된 가스냉난방(ghp)장치 - Google Patents

하나의 사이클로 구성된 가스냉난방(ghp)장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나의 사이클로 구성된 가스냉난방(GHP)장치에 관한 것이며, 그 목적은 동일 규격의 압축기 2대이상을 병렬로 구성하여 한대의 압축기 고장시 다른 압축기를 이용하여 장치의 무정지 운전과, 작동시 기능 향상을 할 수 있도록 2대이상의 압축기를 갖는 가스냉난방기(GHP)장치를 제공함에 있다.
상기 목적달성을 위한 본 발명은, 가스엔진(10)의 구동에 의해 동작하여 냉매를 고온고압으로 압축하는 2대이상의 압축기(1, 1a)와, 냉방시 상기 압축기(1, 1a)에서 받은 고온고압의 냉매를 열교환을 통해 액화시키는 실외 열교환기(4)와, 상기 실외 열교환기로부터 받은 액화된 냉매를 냉각시키는 과냉각기(5)와, 냉난방을 마친 냉매를 열교환을 하여 어큐뮬레이터(2)를 통해 다시 압축기(1, 1a)로 보내주는 이중관 열교환기(3)를 포함하는 실외기와, 실내 열교환기(6)와 온도센서(8)를 포함하며, 냉방시 증발기 역할을 하고, 난방시 응축기 역할을 하는 실내기로 구성된 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

하나의 사이클로 구성된 가스냉난방(GHP)장치{Consist Of One Body Cycle Gas Engine-driven Heat Pump Equipment}
본 발명은 하나의 사이클로 구성된 가스냉난방(Gas Engine-driven Heat Pump, 이하 GHP라 칭함)장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 냉매 사이클에 압축기 2대이상을 병렬로 구성하여 고장시 장치의 무정지 운전과, 작동시 기능 향상을 할 수 있도록 하는 하나의 사이클로 구성된 가스냉난방(GHP)장치에 관한 것이다.
GHP장치는 가스엔진의 구동력에 의해 압축기를 운전하여 냉, 난방 하는 방식이며, 냉매가스를 냉매로 하여 압축, 응축, 팽창, 증발을 반복하는 것으로 겨울에는 응축에 의한 방열로 난방을 하며 여름에는 증발에 의한 흡열로 냉방을 하는 장치이다. 최근 생활수준의 향상으로 쾌적한 생활공간을 추구하는 욕구가 증대하면서 여름철 냉방수요가 급격히 증가하고 있으며, 이러한 냉방수요의 증가는 여름철 전력수급의 불안정을 초래하고 있어, 이러한 문제를 해결하기 위해서 여름철에 전기를 사용하지 않고도 냉방설비를 가동할 수 있도록 한 가스냉방장치이다.
국내기술로는 전기식 히트 펌프(Electric Motor-driven Heat Pump, 이하 EHP라 칭함) 및 냉방기, 항온 항습기 등 다수를 사용하는 압축기는 직렬로 연결되어 각각의 사이클을 이루고 있고, 멀티 형 에어컨 또한 압축기를 다수 사용하여 멀티 형 이라고 하나 이는 각각의 압축기가 각각의 실내기로 직렬연결 되어 있어 압축기 고장시 정지되어 수리시 까지 가동할 수가 없다.
열을 온도가 낮은 곳(겨울철 실외)에서 높은 곳(겨울철 실내)으로 보내주기 위해서는 히트펌프가 필요하다. 히트펌프란 겨울철 바깥 공기와 같이 열 밀도가 낮은 공기로부터 열을 캐내어서 이를 실내로 집어넣어 난방 하는 방식이다. 히트펌프가 열을 캐오는 대상(열원)은 공기가 될 수도 있고 하천수, 해수, 공장배열 등이 될 수도 있으며,
열원의 온도가 높고 양이 많으면 많을수록 히트펌프의 효율은 높게 된다. 이들 열원 중 공기의 경우 열밀도가 가장 희박하여 효율은 좋지 않은 편이지만 다른 열원들에 비해 언제, 어디서나, 누구나, 무료로 얻을 수 있다는 장점이 있어 공기열원 히트펌프가 많이 이용되고 있다.
일반적으로 액체가 기체로 될 때는 열을 빼앗아 가고(냉방), 기체가 액체로 될 때는 열을 내놓는다(난방). GHP나 EHP에서는 냉매가 사이클 내를 순환하면서 기체 또는 액체로 상변화하면서 열을 빼앗아 가거나 열을 내놓는다. 실내에 설치되어 있는 기기(실내기)에서 기체가 액체가 되도록 사이클을 형성하면 난방이 되고, 반대로 액체가 기체가 되도록 사이클을 형성하면 냉방이 된다.
종래에는 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기가 1대 또는 다수가 설치되어 있으나, 압축기가 서로 직렬상태로 연결되어 있어 이로 인하여 실외기의 압축기1대가 고장날 경우 장치 전체가 정지되어 수리시 까지 불편을 감수해야 하였고, 다수의 압축기를 사용한다하여도 각각의 분리된 냉매 사이클을 구성함으로 이로 인해 장치구성 비용이 많이 소비되고, 장치의 부피가 증가하였으며, 실내기에 설치되는 냉매유량 조절 장치는 냉매 온도만을 감지하여 유량을 조절하여 실내 온도변화에 민감하지 못해 불필요한 연료를 많이 소비하는 등 많은 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 2 이상의 응축기를 병렬로 연결하여 무정지 운전이 가능한 하나의 사이클을 가지는 가스냉난방(GHP)장치를 제공하는데 있다.
삭제
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 구성은 가스엔진의 구동력에 의해 동작하여 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기와, 냉방시 상기 압축기에서 받은 고온고압의 냉매를 열교환을 통해 액화시키는 실외 열교환기와, 상기 실외 열교환기로부터 받은 액화된 냉매를 포화온도 보다 낮은 온도까지 냉각 시키는 과 냉각기와, 냉난방을 마친 냉매를 열교환하여 어큐뮬레이터를 통해 다시 압축기로 보내주는 외부관을 흐르는 엔진의 냉각수와 내부관을 흐르는 냉매가 열교환하는 이중관 열교환기를 포함하는 실외기와, 실내 열교환기 및 온도센서와 전자식 팽창밸브를 포함하며, 냉방시 증발기 역할을 하고, 난방시 응축기 역할을 하는 실내기로 구성된 GHP 장치에 있어서, 종래의 압축기와 병렬로 연결된 압축기와, 상기 압축기와 엔진 사이에 위치하고, 상기 실내기에 부착된 온도 센서에 의해 측정된 부하량에 따라 압축기의 단일 운전과 병렬 운전을 선택 조절하는 전자식 클러치를 포함하는 하나의 사이클로 구성된 가스냉난방(GHP)장치를 그 특징으로 한다.상기에 기재된 본 발명 구성의 배경기술이 되는 지이에치피이(GHP:gas heat pump)에 있어서 상기 이중관열교환기는 내부관속에는 냉매가 흐르고 외부관속으로는 냉매수가 흐르는 구조로 되어 있다. 이와 같은 구성은 엔진을 사용하는 열교환 분야에서 가장 일반적으로 쓰이는 것으로 이중관열교환기의 열교환매체 구성은 꼭 이와 같은 구성이 아니어도 서로간의 열교환이 가능하기만 하면 족하다. 즉, 이중관으로 된 열교환기이기만 하면 되는 것으로 본 발명에서는 그와 같은 매체의 종류에 대해서 청구하지도 한정하지도 않는다. 상기 이중관열교환기를 흐르는 냉각수의 흐름을 살펴보면 GHP엔진을 구동하면 실린더(Cylinder) 내부에서는 연소가스가 폭발하고 실린더 외부에는 냉각수가 있어서 냉각수는 더워지고 실린더는 냉각되는데 이렇게 더워진 냉각수는 다시 배기가스열교환기(엔진의 배기가스가 가지고 있는 폐열로 냉각수를 따뜻하게 함)에서 다시 좀더 따뜻하게 되며 이런 냉각수가 이중열교환기 외부관의 내부로 흐르며 냉매를 따뜻하게 하고 냉매에 의하여 냉각수는 다시 차갑게 되어 엔진실린더 외부로 가서 냉각수의 역할을 하게 된다.이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명의 구성과 냉방시 냉매 계통도를 도시한 것으로, 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(1, 1a)와, 상기 압축기를 구동하는 가스엔진(10)과, 상기 가스엔진(10)과 압축기(1, 1a) 사이에 위치하여 압축기의 구동을 조절하는 전자식 클러치(9)와 냉방시 상기 압축기(1, 1a)에서 받은 고온고압의 냉매를 액화시켜 실내기로 보내주는 실외 열교환기(4)와, 상기 실외 열교환기(4)와 연결되어 실외 열교환기(4)로부터 유입된 냉매를 포화 온도 이하까지 온도를 낮추어 볼밸브(7)를 통해 실내기로 보내주는 과 냉각기(5)와, 상기 실내기를 빠져나온 냉매가 유입되어 열교환 하고, 어큐뮬레이터(2)를 통해 다시 압축기(1, 1a)로 보내주는 이중관 열교환기(3)를 포함하는 실외기와, 실내 열교환기(6)와 실내 온도를 측정하여 상기 전자식 클러치(9)에 신호를 보내는 온도센서(8)와 측정된 실내온도와 냉매온도에 의해 냉매 유량을 제어하는 전자식 팽창밸브(11)를 포함하며, 냉방시 증발기 역할을 하여 볼밸브(7)를 통해 유입된 냉매를 기화시키는 실내기로 구성된다.
상기 압축기(1)를 하나의 냉매 사이클에 2대 이상을 병렬로 연결하여 하나의 냉매 사이클로 구성하며, 구성된 하나의 실외기 냉매 사이클에 Y형 냉매 분지관을 통해 최대 16대까지의 실내기를 연결, 운전 할 수 있다.
도 2 는 본 발명의 구성과 난방시 냉매 계통도를 도시한 것으로, 구성은 상기 도 1 의 구성과 동일하며, 냉매는 냉방시와 반대 방향으로 이동하게 된다.
상기와 같은 구성을 참조하여 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
냉방시에는 실내기가 증발기 역할을 하며, 압출기(1, 1a)에서 토출된 고온고압의 기체상태 냉매가 실외열 교환기(4)를 통해 열교환하여 액화된다. 고압의 액화된 냉매는 과 냉각기(5)를 통해 포화온도 이하까지 냉각되어 볼밸브(7)를 통해 실내기로 유입되고, 실내 열교환기(6)를 통해 열교환을 하여 액체상태의 냉매가 기화되며 열을 흡수하여 실내공기를 냉각시키고, 실외기로 돌아간 냉매는 압축기(1, 1a)에서 흡입, 압축되어 다시 고온고압의 기체상태 냉매가 되어 실외 열교환기(4)로 공급된다.
난방시에는 실내기가 응축기 역할을 하고, 압축기(1, 1a)에서 토출되는 고온고압의 기체상태 냉매는 볼밸브(7)에 의해 실내기로 유도되며, 여기서 실내 열교환기(6)를 통해 실내공기와 열 교환하여 실내공기를 가열하고 자신은 응축된다. 이 때 응축잠열에 해당하는 만큼의 열량을 실내에 내놓는다. 응축된 액체상태의 고압냉매는 볼밸브(7)를 지나 실외 열교환기(4)로 공급된다. 상기 실외 열교환기(4)에서는 열교환을 하여 기체상태의 냉매가 되고, 이 기체상태의 냉매는 압축기에 흡입, 압축되어 다시 고온고압의 기체상태 냉매가 되어 실내기로 공급된다.
냉난방 운전시 온도센서(8)는 실내의 온도를 측정하여 전자식 클러치(9)에 보내주고, 신호를 받은 전자식 클러치(9)는 설정온도 이하나 이상시 가스엔진(10)과 연결된 동력을 끊거나 연결하여, 압축기(1, 1a)의 동작과 정지, 단일 운전과 병렬 운전을 선택 제어한다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
상기와 같은 본 발명은 압축기 2대 이상을 병렬로 연결하여 하나의 냉매 사이클로 다수의 실내기를 운전할 수 있으며, 실내기 마다 각각 필요로 하는 냉매 사이클을 하나로 통합함으로써 장치 구성비용을 감소시킬 수 있으며, 압축기가 고장을 일으키더라도 다른 나머지 압축기로 계속적인 운전이 가능하여 무정지 운전이 가능하다는 장점과, 또한 압축기가 2대 이상일 경우 1대일 경우보다 부하량에 따라 능력조절이 용이하여 장치의 효율이 증가하고, 엔진 수명연장, 연료 절약, 고장시 최저용량 발휘, 압축기 고장 후 교체시 가격 절감되며, 필요에 따라 압축기의 가동수를 조절 할 수 있으므로 운전시 소비에너지를 최소한으로 조절할 수 있으며, 실내기의 냉매 사이클에 전자식 팽창밸브를 설치하여 실내온도와, 냉매온도로 냉매의 유량을 조절함으로서 냉매 유량의 제어기능이 탁월하여 부하에 따른 적정양의 연료를 소비할 수 있어 불필요한 연료의 소비를 줄일 수 있는 등 경제적 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.
도 1 은 본 발명의 구성과 냉방시 냉매 계통도,
도 2 는 본 발명의 구성과 난방시 냉매 계통도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1), (1a) : 압축기 (2) : 어큐뮬레이터
(3) : 이중관 열교환기 (4) : 실외 열교환기
(5) : 과 냉각기 (6) : 실내 열교환기
(7) : 볼 밸브 (8) : 온도 센서
(9) : 전자식 클러치 (10) : 가스엔진
(11) : 전자식 팽창밸브

Claims (1)

  1. 가스엔진(10)의 구동력에 의해 동작하여 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(1)와, 냉방시 상기 압축기(1)에서 받은 고온고압의 냉매를 열교환을 통해 액화시키는 실외 열교환기(4)와, 상기 실외 열교환기로부터 받은 액화된 냉매를 포화온도 보다 낮은 온도까지 냉각 시키는 과 냉각기(5)와, 냉난방을 마친 냉매를 열교환을 하여 어큐뮬레이터(2)를 통해 다시 압축기(1)로 보내주는 외부관을 흐르는 엔진의 냉각수와 내부관을 흐르는 냉매가 열교환하는 이중관 열교환기(3)를 포함하는 실외기와, 실내 열교환기(6)와 온도센서(8)를 포함하며, 냉방시 증발기 역할을 하고, 난방시 응축기 역할을 하는 실내기로 구성된 가스냉난방(GHP) 장치에 있어서,
    상기 압축기(1)와 병렬로 연결된 압축기(1a)와;
    상기 압축기(1, 1a)와 가스엔진(10) 사이에 위치하고, 상기 온도 센서(8)에 의해 측정된 부하량에 따라 상기 가스엔진(10)에서 전달되는 동력을 끊거나 연결하여, 압축기(1, 1a)의 운전을 단일 운전이나 병렬운전으로 선택 조절하는 전자식 클러치(9)와;
    상기 실외기의 볼 밸브(7)와 실내기 내부의 실내 열교환기(6) 사이에 구비되고, 온도센서(8)에 의해 측정된 내부온도와, 내부에서 측정된 냉매온도로 냉매의 유량을 조절하는 전자식 팽창밸브(11)를 포함하여, 상기 각각의 장치를 하나의 냉매 사이클로 구성한 것을 특징으로 하는 하나의 사이클로 구성된 가스냉난방(GHP)장치.
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