KR20180080048A - A combined heat and power generating and air conditioning system and A method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열병합 발전 공조 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cogeneration system and its control method.
일반적으로 열병합 발전 시스템은, 화석 연료 등을 이용하여 전력을 생산한 후 생산된 전력을 건물 등의 전력 소비처로 공급하고, 전력 생산시 발생하는 열을 열 수요처에서 이용할 수 있도록 공급한다.Generally, the cogeneration system supplies electric power produced by using fossil fuel to the power consuming place such as buildings, and supplies the heat generated in the electric power generation to use in the heat consuming place.
열병합발전 시스템은 석유, 석탄, 가스 등을 연료로 하여 엔진을 작동하여 발전기를 회전시킴으로써 발전하고 엔진 등에서 발생하는 폐열을 이용할 수 있다.The cogeneration system can generate electricity by rotating the generator by operating the engine with petroleum, coal, gas, etc. as the fuel, and can utilize waste heat generated from the engine.
최근에, 열병합발전 시스템은 공기조화기의 실외기와 열병합 발전기를 일체형으로 구비하고, 열병합 발전에 의해서 생산된 전력을 공기조화기로 공급하기도 한다. 그리고 공기조화기의 실외기와 열병합 발전기를 일체형으로 하여 전체 시스템의 크기를 작게 하여 설치 면적을 작게 하고 설치 작업을 용이하게 한다.Recently, the cogeneration system includes an outdoor unit of an air conditioner and a cogeneration unit as an integral unit, and the electric power generated by cogeneration is supplied to an air conditioner. The outdoor unit of the air conditioner and the cogeneration unit are integrated to reduce the size of the entire system, thereby reducing the installation area and facilitating installation work.
하지만, 정전이나 전력 피크 상황 또는 계약 전력 사용량을 초과하는 등 상용 전력을 공급받는 전력 수급 상황이 나쁠 경우, 공기조화기의 운용 자체가 불가능할 수 있으며, 냉난방이 필요한 상업시설 및 공공기관에 실내 온도 조절 능력을 잃게 될 수도 있다.However, when the power supply status supplied by commercial power such as power outage, power peak condition, or contracted power consumption is bad, the operation of the air conditioner itself may not be possible and the commercial temperature and humidity You may lose your ability.
또한, 열병합발전 시스템이 공기조화기에 발전 전력을 공급하는 경우에도, 엔진을 시동하기 위해서는 전력이 필요한데, 정전시에는 엔진을 기동할 수 없는 문제점이 있었다.Further, even when the cogeneration system supplies the generated power to the air conditioner, power is required to start the engine, but the engine can not be started at the time of power failure.
본 발명은 열병합발전장치에서 생산되는 전력을 공기조화장치에 공급하여 운전하는 열병합 발전 시스템에서, 상용 전력 공급이 불완전하거나 정전 상황인 경우에도 열병합발전장치를 이용하여 공기조화장치에 전력을 공급하여 운용할 수 있는 열병합 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a cogeneration system in which electric power generated by a cogeneration system is supplied to an air conditioning system to operate the cogeneration system by supplying power to the air conditioning system using the cogeneration system even when the commercial power supply is incomplete or in a power failure state The present invention is directed to a cogeneration system capable of operating a cogeneration system.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열병합 발전 공조 시스템은, 가스를 연료로 사용하는 엔진, 상기 엔진에 의해 구동되어 전력을 생산하는 발전기, 상기 엔진에서 발생하는 폐열을 회수하는 폐열회수장치, 상기 발전기의 발전 전력 또는 상용 전력을 공급받아 실내를 냉방 또는 난방하기 위해 작동되는 공기조화장치, 상기 공기조화장치에 발전 전력과 상용 전력 중 어느 하나가 공급되도록 전력을 절환하는 전력절환장치, 상기 엔진을 기동하는 전력을 공급하고 상기 발전 전력에 의해 충전 가능한 충전장치, 및 상기 엔진, 폐열회수장치 및 전력절환장치를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 공기조화장치는 상기 발전 전력 또는 상용 전력을 공급받아 작동되며 압축기와 응축기를 구비하는 실외기와, 상기 실외기와 냉매관으로 연결되고 증발기를 구비하는 실내기를 포함하며, 상기 제어부는 상용 전력 공급이 불완전한 경우 상용 전력 공급을 차단하고 상기 충전장치로부터 전력을 공급받아 상기 엔진을 기동하여 작동시킨다.According to an aspect of the present invention, there is provided a cogeneration system air conditioning system including an engine using gas as fuel, a generator driven by the engine to generate electric power, a waste heat recovery device for recovering waste heat generated in the engine, A power switching device for switching power to supply either one of power generation power and commercial power to the air conditioner; and a power switching device for switching on / And a controller for controlling the engine, the waste heat recovering device, and the power switching device, wherein the air conditioner is operated by receiving the generated power or commercial power An outdoor unit having a compressor and a condenser, and an evaporator connected to the outdoor unit through a refrigerant pipe, Compared comprises an indoor unit, the control unit operates when the commercial power supply to block the incomplete commercial power supply, and start the engine when supplied with power from the charging device.
상기 폐열회수장치는, 상기 엔진을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗는 온수 열교환기와, 상기 엔진에서 배기된 배기가스의 열을 빼앗는 배기가스 열교환기를 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the waste heat recovery device includes a hot water heat exchanger for taking heat of the cooling water that has cooled the engine, and an exhaust gas heat exchanger for taking heat of the exhaust gas exhausted from the engine.
상기 엔진에 액화천연가스(LNG)와 액화석유가스(LPG) 중 어느 하나가 공급되도록 가스를 절환하는 가스절환장치를 더 포함하고, 상기 제어부는 LNG 공급이 중단된 경우 상기 엔진으로 LPG가 공급되도록 상기 가스절환장치를 제어하는 것이 바람직하다.Further comprising a gas switching device for switching the gas such that either the liquefied natural gas (LNG) or the liquefied petroleum gas (LPG) is supplied to the engine, wherein the control part controls the LPG to be supplied to the engine It is preferable to control the gas switching device.
상기 공기조화장치는 가스와 전력을 사용하는 가스 히터 펌프이고, 상기 LNG 또는 LPG는 가스 히터 펌프에도 공급되는 것이 바람직하다.Preferably, the air conditioner is a gas heater pump using gas and electric power, and the LNG or LPG is also supplied to the gas heater pump.
상용 전력이 전혀 공급되지 않는 정전인 경우, 상기 전력절환장치를 제어하여 상용 전력 공급 그리드에 연결된 릴레이 스위치를 오픈하는 것이 바람직하다.When the commercial power is not supplied at all, it is preferable to control the power switching device to open a relay switch connected to the commercial power supply grid.
상기 충전장치는 슈퍼 커패시터를 포함하고, 상기 공기조화장치는 상기 충전장치로부터 전력을 공급받아 작동되는 것이 바람직하다.Preferably, the charging device includes a supercapacitor, and the air conditioner is operated by receiving power from the charging device.
본 발명의 열병합 발전 공조 시스템의 제어방법은, 가스를 연료로 사용하는 엔진과, 상기 엔진과 연결되는 발전기와, 상기 엔진에서 발생하는 폐열을 회수하는 폐열회수장치와, 전력을 공급받아 작동되는 공기조화장치와, 엔진을 기동하는 전력을 제공하는 충전장치를 포함하는 열병합 발전 공조 시스템의 제어방법에 있어서, 상용 전력 공급이 불완전한지 판단하는 단계, 상용 전력 공급이 불완전한 경우 정전 여부를 판단하는 단계, 정전인 경우 충전장치 전력으로 엔진을 기동하고 가스 연료를 공급하여 엔진을 작동하는 단계, 발전기에서 생산되는 전력을 공기조화장치로 공급하여 작동하는 단계, 및 공기조화장치를 운전하고 엔진 폐열을 회수하여 온수를 만들어 실내로 공급하는 단계를 포함한다.A control method of a cogeneration system air conditioning system according to the present invention comprises an engine using gas as fuel, a generator connected to the engine, a waste heat recovery device for recovering waste heat generated in the engine, A method of controlling a cogeneration system air conditioning system including a harmonizing device and a charging device for supplying electric power for starting an engine, the method comprising the steps of: determining whether commercial power supply is incomplete, determining whether the commercial power supply is incomplete, A step of operating the engine by supplying power to the air conditioner by operating the engine by supplying power to the engine and supplying the gaseous fuel to the air conditioner in case of a power failure, and operating the air conditioner to recover the engine waste heat And supplying hot water to the room.
상기 정전 여부 판단 단계에서 정전이 아닌 경우, 상용 전력을 공급하여 상기 엔진을 기동하고 운전하는 것이 바람직하다.If it is determined that the power failure has not occurred in the power failure determination step, it is preferable to supply commercial power to start and operate the engine.
상기 정전 여부 판단 단계에서 정전인 경우, 상용 전력 공급 그리드에 연결된 릴레이 스위치를 오픈하는 것이 바람직하다.When the power failure is determined in the power failure determination step, it is preferable to open the relay switch connected to the commercial power supply grid.
상기 엔진 기동 후 LNG 공급이 중단된 경우, LPG 공급 라인과 연결하여 상기 엔진에 LPG를 공급하는 것이 바람직하다.When the LNG supply is stopped after the engine is started, it is preferable to supply LPG to the engine by connecting with the LPG supply line.
상기 충전장치는 슈퍼 커패시터를 포함하고, 상기 공기조화장치는 상기 충전장치로부터 전력을 공급받아 작동되는 것이 바람직하다.Preferably, the charging device includes a supercapacitor, and the air conditioner is operated by receiving power from the charging device.
상기한 본 발명의 열병합 발전 공조 시스템 및 그 제어방법에 의하면, 상용 전력 공급이 불완전하거나 정전 상황인 경우에도 열병합발전장치를 이용하여 공기조화장치에 전력을 공급하여 운용할 수 있다.According to the cogeneration system and control method of the present invention, even when the commercial power supply is incomplete or a power failure occurs, the cogeneration system can be used to supply power to the air conditioner.
엔진에서 발생하는 폐열을 냉각수가 효과적으로 회수하여 온수를 생산할 수 있다.The cooling water effectively recovers waste heat generated in the engine, thereby producing hot water.
열병합발전장치에 자체 충전장치를 구비함으로써 외부 전력이 공급되지 않더라도 엔진을 시동하여 작동시킬 수 있다.The cogeneration power generation apparatus is provided with the self-charging device, so that the engine can be started and operated even if external power is not supplied.
LNG 공급이 중단된 경우라도 LPG 공급 라인을 연결하여 엔진을 계속 작동시킬 수 있다.Even if the LNG supply is interrupted, the LPG supply line can be connected to keep the engine running.
도 1은 열병합 발전 공조 시스템을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 열병합발전장치와 공기조화장치에 전력과 가스가 공급되는 것을 나타내는 개념도이다.
도 3은 열병합 발전 공조 시스템의 제어방법을 나타내는 플로우차트이다.1 is a conceptual diagram schematically showing a cogeneration system.
2 is a conceptual diagram showing that electric power and gas are supplied to the cogeneration system and the air conditioner.
3 is a flowchart showing a control method of the cogeneration system.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 열병합 발전 시스템의 일례를 개략적으로 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram schematically showing an example of a cogeneration system.
열병합 발전 시스템(100)은 가스 연료로 엔진을 작동하여 발전기에서 전력을 생산하고, 엔진 등에서 발생하는 열을 온수 등으로 변환하여 그 수요처에 공급하는 시스템을 말한다.The
이러한 열병합 발전 시스템(100)에는 공기 조화 장치가 연결되어 이 공기 조화 장치에 전력과 열 내지 온수를 공급할 수 있다.In the
가스 연료는 제로 가버너(zero governor; 12)에 의해 입구 입력의 형태나 유량 변화에 상관없이 항상 일정한 출구 압력을 유지하면서 공급될 수 있다. 제로 가버너(12)는 넓은 범위에 걸쳐 안정된 출구 압력을 얻을 수 있으며, 엔진에 공급하는 가스 연료의 압력을 대기압 형태로 거의 일정하게 조절해 주는 기능을 갖고 있다. 또한, 제로 가버너(12)는 2개의 솔레노이드밸브를 구비하여 공급되는 연료를 차단할 수 있다.The gaseous fuel can be supplied by the zero
공기는 에어 클리너(air cleaner; 14)를 거쳐 깨끗한 공기로 여과되어 공급될 수 있다. 이러한 에어 클리너(14)는 엔진에 공급되는 외부 공기를 필터를 사용하여 먼지 및 미스트 형태의 수분 및 유분의 혼입을 차단할 수 있다.The air can be filtered and supplied with clean air through an
이와 같이 공급된 가스 연료와 공기는 믹서(mixer; 16)에 의해 공기와 연료의 혼합비가 일정한 혼합기로 되어 엔진에 흡입될 수 있다.The gas fuel and the air supplied as described above can be sucked into the engine by a mixer having a constant mixture ratio of air and fuel by a mixer (16).
제로 가버너(12)와 믹서(16) 사이에는 믹서(16)로 유입되는 연료의 유량을 조절하는 연료밸브(13)가 구비될 수 있다.Between the zero
터보차저(turbo charger; 20)는 혼합기를 고온 고압 상태로 압축할 수 있다. 이 터보차저(20)는 배기가스의 힘으로 터빈을 회전시키고 그 회전력으로 흡기를 압축시켜 엔진의 실린더로 보내어 출력을 높이는 장치이다.A
터보차저(20)는 터보(turbine)와 슈퍼차저(super charger; 과급기)를 합성한 용어로서, 터빈과 여기에 직결된 공기압축기로 구성되어 배기가스의 에너지로 터빈 휠(turbine wheel)을 회전시키고 공기압축기에 의해 흡입된 공기를 압축하여 실린더로 보낼 수 있다.The
이러한 터보차저(20)는 블레이드가 설치된 터빈 휠과 공기압축기의 임펠러를 하나의 축에 연결하고 각각 하우징으로 둘러싼 구조를 가지며, 엔진의 배기 매니폴드 근처에 배치될 수 있다.The
혼합기는 터보차저(20)에 의해 압축되어 온도가 상승하기 때문에 인터쿨러(intercooler; 25)로 냉각시킨 후 흡기 매니폴드(32)를 통해 엔진(30)으로 유입될 수 있다. 이 인터쿨러(25)는 혼합기를 냉각시켜 밀도를 크게 함으로써 엔진으로 유입되는 혼합기의 절대량을 늘려 엔진출력을 향상시킬 수 있다.The mixer is cooled by the
인터쿨러(25)는 공기로 냉각하는 공랭식 열교환기 또는 물로 냉각하는 수냉식 열교환 경로로 구성될 수 있다. 수냉식 인터쿨러는 냉각수를 매질로 사용할 수 있고, 별도의 열교환기 및 펌프를 구비하여 압축된 혼합기로부터 얻은 열량을 외부에 버리게 된다.The
ETC밸브(Electronic Throttle Control Valve; 29)는 흡기 매니폴드(32)의 입구측에 구비되어 엔진으로 유입되는 혼합기의 양을 조절한다. 혼합기가 많이 공급되면 엔진 출력이 커지게 된다.An ETC valve (Electronic Throttle Control Valve) 29 is provided at the inlet side of the
제어부(110)는 연료밸브(13)의 개도와 ETC밸브(29)의 개도를 조절하여 엔진(30)의 작동을 제어한다. 연료밸브(13)의 개도와 ETC밸브(29)의 개도가 커질수록 엔진 회전수가 커지게 될 것이다.The
엔진(30)은 흡기 매니폴드(32)를 통해 유입된 혼합기를 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4 행정을 통해 작동하는 내연기관이다.The
엔진(30)이 작동함에 따라 발생하는 배기가스는 배기 매니폴드(34)를 통해 배출되며, 이때 터보차저(20)의 임펠러를 회전시킨다.Exhaust gas generated as the
엔진(30)은 발전기(40)를 회전시켜 전력을 생산하도록 한다. 이를 위해, 엔진(30)의 회전축 일단에 마련된 풀리(36)와 발전기(40)의 회전축 일단에 마련된 풀리(46) 사이에 벨트가 연결될 수 있다.The
이러한 엔진(30)의 풀리(36)와 발전기(40)의 풀리(46)는 그 회전수 비가 대략 1:3이 되도록 마련될 수 있다. 즉, 엔진(30)이 1000rpm 회전할 때 발전기(40)는 약 3000rpm 회전할 수 있다.The
발전기(40)에서 생산되는 전력은 전력변환기(90)에서 전류, 전압, 주파수 등이 변환된 상용 전력으로 변환되어 건물 또는 공기 조화 장치와 같은 전력수요처에 공급될 수 있다.The power generated by the
한편, 엔진(30)은 가스 연소에 의해 작동시 상당한 열이 발생하므로 냉각수를 순환시키면서 열교환시켜 엔진에서 발생하는 고온의 열을 흡수하도록 한다.On the other hand, since the
자동차에서는 냉각수 순환 유로에 라디에이터를 설치하여 엔진의 폐열을 모두 버리도록 구성되지만, 열병합 발전 시스템(100)에서는 엔진에서 발생하는 열을 흡수하여 온수를 만들어 이용할 수 있다.In the automobile, the radiator is installed in the cooling water circulation flow path to discard all of the waste heat of the engine. In the
이를 위해, 냉각수 순환 유로에는 온수 열교환기(50)가 마련되어 냉각수와 별도로 공급되는 물 사이에 열교환 함으로써 물이 고온의 냉각수로부터 열을 전달받도록 할 수 있다.To this end, a hot water heat exchanger (50) is provided in the cooling water circulation channel so that heat is exchanged between water supplied separately from the cooling water so that the water receives heat from the high temperature cooling water.
이 온수 열교환기(50)에 의해 생성되는 온수는 온수 저장조(51)에 저장되었다가 건물 등의 온수 수요처에 공급될 수 있다.The hot water generated by the hot water heat exchanger (50) is stored in the hot water storage tank (51) and can be supplied to hot water consumers such as buildings.
온수 수요처에서 온수를 사용하지 않는 경우에는 온수 열교환기(50)로 물이 공급되지 않아 냉각수 온도가 상승하게 되는데, 이를 방지하기 위해 별도의 방열기(70)를 설치하여 필요없는 냉각수의 열량을 실외로 버릴 수 있다.In the case where hot water is not used in the hot water consumer, water is not supplied to the hot
이 방열기(70)는 고온의 냉각수가 다수의 핀(fin)에 의해 공기와 열교환함으로써 방열하는 것으로서, 방열 촉진을 위해 방열팬(72)이 구비될 수 있다.The
엔진(30)에서 나오는 냉각수 유로는 상기 온수 열교환기(50)와 방열기(70)로 분기되고, 그 분기되는 지점에 삼방밸브(53)를 설치하여 냉각수의 유동 방향을 상황에 따라 제어할 수 있다. 이 삼방밸브(53)에 의해 냉각수를 온수 열교환기(50)로만 보내거나 방열기(70)로만 보내거나, 상황에 따라 온수 열교환기(50)와 방열기(70)로 소정 비율로 나누어 보낼 수 있다.The cooling water flow path from the
삼방밸브(53)를 통과하여 방열기(70)에서 방열된 냉각수는 삼방밸브(53)를 통과하여 온수 열교환기(50)를 통과한 냉각수와 합쳐져서 엔진(30)으로 유입될 수 있다.
그리고, 냉각수 순환 유로에는 냉각수 펌프(55)가 설치되어 냉각수의 유동 속도를 조절할 수 있다. 이 냉각수 펌프(55)는 냉각수 순환 유로에서 온수 열교환기(50) 및 방열기(70)의 하류와 엔진(30)의 상류에 설치될 수 있다.The cooling water circulating passage is provided with a cooling
한편, 엔진(30)의 배기 매니폴드(34)를 통해서 나오는 배기가스는 상기한 터보차저(20)를 작동시키기도 하지만, 배기가스의 폐열을 회수하기 위해 배기가스 열교환기(60)를 구비할 수 있다.On the other hand, the exhaust gas flowing through the
이 배기가스 열교환기(60)는 냉각수 순환 유로에서 냉각수 펌프(55)와 엔진(30) 상류 사이에 설치되고, 터보차저(20)를 통해 배출되는 배기가스와 냉각수 사이에 열교환되도록 구성될 수 있다. 이 배기가스 열교환기(60)를 통해 배기가스의 폐열을 회수할 수 있다.The exhaust
배기가스 열교환기(60)를 통과하면서 냉각수가 어느 정도 가열되어 미지근한 상태로 엔진(30)으로 유입되지만, 그 냉각수도 엔진(30)을 충분히 냉각시킬 수 있다.The cooling water is heated to some extent while flowing through the exhaust
배기가스 열교환기(60)를 통과하면서 방열된 배기가스는 머플러(80)를 통과하게 되고, 머플러(80)에 의해 엔진의 배기 측 소음이 저감될 수 있다.Exhausted gas passing through the exhaust
머플러(80)를 통과한 배기가스는 드레인 필터(85)를 통과한 후 외부로 배출될 수 있다. 이 드레인 필터(85)는 머플러(80)와 배기가스 라인 등에서 생성되는 응축수를 정화하기 위해 내부에 정화석을 내장하고 있어서, 산성의 응축수를 정화하고 중화시켜 외부로 유출할 수 있다.The exhaust gas that has passed through the
도 2는 열병합발전장치와 공기조화장치에 전력과 가스가 공급되는 것을 나타내는 개념도이다.2 is a conceptual diagram showing that electric power and gas are supplied to the cogeneration system and the air conditioner.
열병합발전장치(100)는 상기한 바와 같이 가스를 연료로 사용하는 엔진(30), 엔진에 의해 구동되어 전력을 생산하는 발전기(40), 엔진에서 발생하는 폐열을 회수하는 폐열회수장치를 포함하여 구성될 수 있다.The cogeneration
공기조화장치(200)는 외부의 전력 공급원(1)에서 상용 전력을 공급받거나 발전기(40)에서 생산되는 발전 전력을 공급받아 실내를 냉방 또는 난방하도록 작동될 수 있다. 물론, 상용 전력은 공기조화장치(200)뿐만 아니라 열병합발전장치(100)와 건물(300)에도 공급될 수 있다.The
이를 위해, 열병합발전장치(100)는 공기조화장치에 발전 전력과 상용 전력 중 어느 하나가 공급되도록 전력선을 선택적으로 연결하는 전력절환장치(120)를 포함할 수 있다.To this end, the
도 2에서 상용 전력은 "E1"으로 표시하고 발전 전력은 "E2"로 표시하여 구분하였다. 즉, 전력 공급원(1)에서 공급되는 상용 전력(E1)은 열병합발전장치(100), 공기조화장치(200) 및 건물(300)에 각각 공급될 수 있고, 열병합발전장치(100)에서 생산되는 발전 전력(E2)은 공기조화장치와 건물(300)에 각각 공급될 수 있다.In FIG. 2, the commercial power is denoted by "E1" and the generated power is denoted by "E2". That is, the commercial power E1 supplied from the power supply source 1 can be supplied to the cogeneration /
그리고, 열병합발전장치(100)는 가스를 연료로 사용하는바, 가스 공급원(2)이 연료 가스(G)를 공급할 수 있다.The
가스 공급원(2)에서 공급하는 가스(G)는 액화천연가스(LNG)인 것이 일반적이지만, 액화석유가스(LPG)일 수도 있고, 둘다 공급할 수 있도록 구성될 수도 있다.The gas G supplied from the
그래서, 열병합발전장치(100)는 LNG와 LPG가 선택적으로 공급될 수 있도록 가스절환장치(130)를 구비할 수 있다. LNG는 가스공급라인에 의해 가스 공급원(2)에서 건물로 공급되고, LPG는 가스통에 담긴 상태로 연결되어 공급되는 것이 일반적이다.Therefore, the
공기조화장치(200)는 발전 전력 또는 상용 전력을 공급받아 작동되는 압축기와 응축기를 구비하는 실외기와, 상기 실외기와 냉매관으로 연결되고 증발기를 구비하는 실내기를 포함할 수 있다.The
상기한 열병합발전장치(100)와 공기조화장치(200)의 실외기가 하나의 캐비닛에 일체형으로 구비되는 것도 있으나, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 별개의 장치로 이루어지고 열병합발전장치(100)에서 생산된 발전 전력을 공기조화장치(200)로 공급하도록 전선이 연결된 것을 전제로 한다.Although the
공기조화장치(200)는 냉방뿐만 아니라 선택적으로 난방도 할 수 있는 히터 펌프(heater pump)인 것이 바람직하고, 특히 가스를 난방 연료로 사용하는 가스 히터 펌프인 경우에는 가스 공급원(2)에서 공급하는 가스(G)가 공기조화장치(200)에도 공급되도록 연결될 수 있다.The
물론, 가스(G)는 건물(300)에도 난방과 조리, 온수 등을 위한 연료로 공급될 수 있다.Of course, the gas G may also be supplied to the
공기조화장치(200)가 다수의 방이 있는 건물 또는 빌딩에 설치되는 경우에는 복수의 실내기(211, 212, 213)가 설치될 수 있다. 각 실내기는 적어도 하나의 실외기와 냉매 순환 라인을 통해 연결되어 실내를 냉방 또는 난방할 수 있다.When the
열병합발전장치(100)는 엔진(30), 폐열회수장치 및 전력절환장치(120) 등을 제어하는 제어부(110)를 포함할 수 있다. 이 제어부(110)는 가스절환장치(130)는 물론, 상기한 열병합발전장치(100)의 구성품들인 믹서(16), 삼방밸브(53), 냉각수 펌프(55), 전력변환기(90) 등도 제어할 수 있다.The cogeneration
그리고, 열병합발전장치(100)는 엔진(30)을 기동할 때 필요한 전력을 공급하는 충전장치(150)를 더 포함할 수 있다.The
엔진(30)은 시동을 걸 때 시동 모터에 전력이 공급되어야 하는데, 전력 공급원(1)에서 상용 전력이 공급된다면 그 상용 전력으로 엔진(30)을 기동할 수 있다.The
그런데, 외부에서 상용 전력이 공급되지 않는 경우에는 엔진 시동을 위해 자체적으로 전력을 공급하는 충전장치(150)가 필요할 수 있다.However, when commercial power is not supplied from the outside, a
그래서, 제어부(110)는 전력 공급원(1)으로부터 상용 전력 공급이 불완전한 경우 상용 전력 공급을 차단하고 상기 충전장치(150)로부터 전력을 공급받아 상기 엔진(30)을 기동하여 작동시킬 수 있다.Therefore, when the commercial power supply from the power supply source 1 is incomplete, the
충전장치(150)는 발전기(40)에서 생산된 전력에 의해 충전 가능한 것이 바람직하다. 물론, 충전장치(150)는 전력 공급원(1)에서 공급되는 상용 전력으로 충전될 수도 있지만, 엔진(30)이 작동되어 전력이 생산되는 경우에는 발전 전력으로 충전되는 것이 더 바람직하다. 그러면, 외부로부터 상용 전력은 전혀 공급될 필요가 없으므로, 상용 전력 공급을 차단하고 자체 발전 전력으로 시스템을 가동할 수 있기 때문이다.The charging
그리고, 상용 전력이 전혀 공급되지 않는 정전인 경우, 전력절환장치(120)를 제어하여 상용 전력 공급 그리드에 연결된 릴레이 스위치(122)를 오픈함으로써 상용 전력 공급을 차단하고 충전장치(150) 전력으로 엔진(30)을 기동한 다음 생산되는 발전 전력만을 공기조화장치(200)와 건물(300)에 공급할 수 있다.When the commercial power is not supplied at all, the power switching device 120 is controlled to open the
충전장치(150)는 차량용 배터리, 리튬이온 배터리, 또는 슈퍼 커패시터 등이 사용될 수 있다.The charging
충전장치(150)는 충전 효율과 용량이 클수록 좋을 것이나, 엔진 발전 전력이 공급되지 않는 상태에서 충전 전력만으로 공기조화장치를 작동시키는 데는 한계가 있다.Charging efficiency and capacity of the
슈퍼 커패시터는 축전용량이 매우 큰 커패시터로 울트라 커패시터(Ultra Capacitor), 초고용량 커패시터, 전기화학식 커패시터로 용어가 혼용된다. 슈퍼 커패시터(301)는 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온의 이동이나 표면화학반응에 의한 충전형상을 이용하며, 급속 충방전이 가능하고, 높은 충방전 효율 및 반영구적인 사이클 수명특성으로 배터리 대체용으로 사용될 수 있다.Supercapacitors are very large capacitance capacitors, Ultra capacitors, Ultra high capacity capacitors, Electrochemical capacitors, the term is mixed. The supercapacitor 301 uses a charged form by simple ion movement or surface chemical reaction to the interface between the electrode and the electrolyte and is capable of rapid charge and discharge and has a high charge / discharge efficiency and a semi-permanent cycle life. Can be used.
열병합발전장치(100)에서 생산된 전력은 슈퍼 커패시터에 저장되어 축전될 수 있다. 일 예로, 슈퍼 커패시터는 전력 80mW 급을 사용할 수 있다.The power generated by the
열병합발전장치(100)를 작동시키지 않을 때에도 슈퍼 커패시터에 축전된 전력을 공급함으로써 공기조화장치(200)를 장시간 작동시킬 수 있다.The
한편, 폐열회수장치는 상기한 온수 열교환기(50)와 배기가스 열교환기(60)를 포함할 수 있다.The waste heat recovery apparatus may include the hot water heat exchanger (50) and the exhaust gas heat exchanger (60).
온수 열교환기(50)는 엔진을 냉각시킴에 따라 가열된 냉각수와 물을 열교환하여 온수(W)를 생성할 수 있다. 생성된 온수(W)는 온수 저장조(51)에 보관하다가 필요시 사용할 수 있다.The hot water heat exchanger (50) can generate hot water (W) by exchanging heat between the heated cooling water and water as the engine is cooled. The generated hot water W can be stored in the hot
배기가스 열교환기(60)는 엔진 배기가스로부터 열을 빼앗기 위해 배기가스와 엔진 냉각수를 열교환시킬 수 있다. 즉, 냉각수가 엔진 자체의 열과 배기가스의 열을 전달받아 엔진과 배기가스를 냉각시킴과 아울러 물로 열을 전달하는 매개체가 된다.The exhaust
냉각수는 일차적으로 배기가스 열교환기(60)에서 배기가스의 열을 전달받아 온도가 상승하고, 이차적으로 엔진의 열을 전달받아 온도가 더 상승한 다음, 그 고온의 냉각수의 열은 온수 열교환기(50)에서 물로 전달되어 물이 온수(W)로 되는 것이다.The cooling water primarily receives the heat of the exhaust gas from the exhaust
한편, 가스절환장치(130)는 LNG와 LPG 중 어느 하나를 엔진에 공급하는데, 제어부(110)는 LNG 공급이 중단된 경우 가스절환장치(130)를 제어하여 엔진으로 LPG가 공급되도록 한다.On the other hand, the
즉, LNG 공급 라인에서 LNG가 공급되지 않는 경우 열병합 발전 시스템에 LPG 가스통이 연결되어 LPG가 공급될 수 있다. 따라서, LNG 공급 라인에 이상이 발생하는 등의 문제가 있을 때에도 열병합발전장치(100)를 계속 가동할 수 있다.That is, when LNG is not supplied from the LNG supply line, the LPG gas can be connected to the cogeneration system to supply LPG. Therefore, even when there is a problem such as an abnormality in the LNG supply line, the
상기한 바와 같이, 공기조화장치(200)가 가스 히터 펌프인 경우에는 LNG 또는 LPG가 공기조화장치(200)에도 공급될 수 있다.As described above, when the
이하, 도 3을 참조하여 열병합 발전 공조 시스템의 제어방법을 설명한다.Hereinafter, a control method of the cogeneration system will be described with reference to FIG.
우선, 전력 공급원(1)으로부터 상용 전력(E1) 공급이 불완전한지 여부를 판단한다(S10).First, it is determined whether or not the supply of the commercial power E1 from the power supply source 1 is incomplete (S10).
상용 전력(E1) 공급이 불완전하다는 것은 정전 상황은 물론, 전력 사용 피크시 내지 전력 예비율 5% 미만의 블랙아웃(black out) 상황시를 의미하는 것이 일반적이나, 계약 전력 사용량을 초과하거나 전력 소비 목표값을 설정했을 때 그 목표값을 초과하여 사용하는 경우를 포함할 수 있다.Incomplete supply of commercial power (E1) generally means not only a power failure situation, but also a blackout situation with a power use peak or a power reserve of less than 5%. However, And a case in which the value is used in excess of the target value when the value is set.
만약, 전력 공급이 완전하다면, 공급되는 상용 전력을 공기조화장치로 공급하여 운전(S100)할 수 있다.If the power supply is complete, the supplied commercial power can be supplied to the air conditioner (S100).
만약, 전력 공급이 불완전하다면, 전력이 전혀 공급되지 않는 정전인지 여부를 판단한다(S20).If the power supply is incomplete, it is determined whether or not the power is not supplied at all (S20).
위에서 정전인 경우라면 상용 전력 공급 그리드에 연결된 릴레이 스위치를 오픈하여 상용 전력 공급을 완전히 차단한다(S110).In the case of the above power failure, the relay switch connected to the commercial power supply grid is opened to completely shut off the commercial power supply (S110).
그리고, 충전장치(150) 전력을 연결하여 엔진(30)에 시동을 걸 준비를 한다(S120).Then, the power of the
다음으로, LNG 공급이 중단되었는지 여부를 판단한다(S130). LNG가 공급되고 있다면, LNG 공급 라인 연결을 그대로 유지한다.Next, it is determined whether or not the LNG supply is interrupted (S130). If LNG is supplied, maintain the LNG supply line connection.
만약, LNG 공급이 중단되었다면 LPG 공급 라인과 연결하여 엔진(30)에 LPG를 공급할 수 있도록 한다(S140).If the LNG supply is interrupted, the LPG supply line is connected to the
그런 다음, 충전장치(150) 전력으로 엔진(30)에 시동을 걸어 작동한다(S150).Then, the
한편, 위에서 전력 공급이 불완전하지만 정전 상황은 아닌 경우, LNG 공급이 중단되었는지 여부를 판단한다(S30). LNG가 공급되고 있다면, LNG 공급 라인 연결을 그대로 유지한다.On the other hand, if the power supply is incomplete but not in the power failure state, it is determined whether the LNG supply has been stopped (S30). If LNG is supplied, maintain the LNG supply line connection.
만약, LNG 공급이 중단되었다면 LPG 공급 라인과 연결하여 엔진(30)에 LPG를 공급할 수 있도록 한다(S40).If the LNG supply is interrupted, the LPG supply line is connected to the
그런 다음, 충전장치(150)의 전력으로 엔진(30)에 시동을 걸어 작동한다(S50).Then, the
엔진 시동 후에는 발전기에서 전력이 생산되므로, 상용 전력 공급 그리드에 연결된 릴레이 스위치를 오픈하여 상용 전력 공급을 완전히 차단한다(S60).After the engine is started, power is generated in the generator, so that the relay switch connected to the commercial power supply grid is opened to completely shut off the commercial power supply (S60).
엔진이 작동하면서 발전기에서 생산되는 전력은 공기조화장치(200) 및 건물(300)에 공급된다(S70). 이때, 상기한 바와 같이 전력변환기(90)에서 상용 전력으로 변환되어 공급될 수 있다.The electric power generated by the generator is supplied to the
공기조화장치(200)는 발전 전력을 공급받아 가동되어 실내를 냉방 또는 난방할 수 있고, 열병합발전장치(100)에서 폐열을 흡수하여 얻어지는 온수는 건물(300)로 공급될 수 있다.The
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, Changes will be possible.
12: 제로 가버너
13: 연료밸브
14: 에어클리너
16: 믹서
20: 터보차저
29: ETC밸브
30: 엔진
40: 발전기
50: 온수 열교환기
60: 배기가스 열교환기
70: 방열기
80: 머플러
90: 전력변환기
100: 열병합발전장치
110: 제어부
120: 전력절환장치
130: 가스절환장치
150: 충전장치
200: 공기조화장치
300: 건물12: zero governor 13: fuel valve
14: air cleaner 16: mixer
20: Turbocharger 29: ETC valve
30: engine 40: generator
50: hot water heat exchanger 60: exhaust gas heat exchanger
70: Radiator 80: muffler
90: power converter 100: cogeneration device
110: control unit 120: power switching device
130: gas switching device 150: charging device
200: air conditioner 300: building
Claims (11)
상기 엔진에 의해 구동되어 전력을 생산하는 발전기;
상기 엔진에서 발생하는 폐열을 회수하는 폐열회수장치;
상기 발전기의 발전 전력 또는 상용 전력을 공급받아 실내를 냉방 또는 난방하기 위해 작동되는 공기조화장치;
상기 공기조화장치에 발전 전력과 상용 전력 중 어느 하나가 공급되도록 전력을 절환하는 전력절환장치;
상기 엔진을 기동하는 전력을 공급하고 상기 발전 전력에 의해 충전 가능한 충전장치; 및
상기 엔진, 폐열회수장치 및 전력절환장치를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 공기조화장치는 상기 발전 전력 또는 상용 전력을 공급받아 작동되며 압축기와 응축기를 구비하는 실외기와, 상기 실외기와 냉매관으로 연결되고 증발기를 구비하는 실내기를 포함하며,
상기 제어부는 상용 전력 공급이 불완전한 경우 상용 전력 공급을 차단하고 상기 충전장치로부터 전력을 공급받아 상기 엔진을 기동하여 작동시키는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 공조 시스템.An engine using gas as fuel;
A generator driven by the engine to produce electric power;
A waste heat recovery device for recovering waste heat generated in the engine;
An air conditioner which is operated to cool or heat the room by receiving generated power or commercial power of the generator;
An electric power switching device for switching electric power such that either the generated electric power or the commercial electric power is supplied to the air conditioner;
A charging device that supplies electric power for starting the engine and is chargeable by the generated electric power; And
And a control unit for controlling the engine, the waste heat recovery apparatus, and the power switching apparatus,
Wherein the air conditioner includes an outdoor unit having a compressor and a condenser, the indoor unit being connected to the outdoor unit through a refrigerant pipe and having an evaporator,
Wherein the controller cuts off the commercial power supply when the commercial power supply is incomplete and starts the engine by operating the power supply from the charging device to operate the cogeneration power generation air conditioning system.
상기 폐열회수장치는,
상기 엔진을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗는 온수 열교환기와,
상기 엔진에서 배기된 배기가스의 열을 빼앗는 배기가스 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 공조 시스템.The method according to claim 1,
In the waste heat recovery device,
A hot water heat exchanger for taking heat of the cooling water that has cooled the engine,
And an exhaust gas heat exchanger for taking out the heat of the exhaust gas exhausted from the engine.
상기 엔진에 액화천연가스(LNG)와 액화석유가스(LPG) 중 어느 하나가 공급되도록 가스를 절환하는 가스절환장치를 더 포함하고,
상기 제어부는 LNG 공급이 중단된 경우 상기 엔진으로 LPG가 공급되도록 상기 가스절환장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 공조 시스템.3. The method of claim 2,
Further comprising a gas switching device for switching the gas so that either the liquefied natural gas (LNG) or the liquefied petroleum gas (LPG) is supplied to the engine,
Wherein the control unit controls the gas switching device to supply LPG to the engine when the LNG supply is interrupted.
상기 공기조화장치는 가스와 전력을 사용하는 가스 히터 펌프이고,
상기 LNG 또는 LPG는 가스 히터 펌프에도 공급되는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 공조 시스템.The method of claim 3,
The air conditioner is a gas heater pump using gas and electric power,
Wherein the LNG or LPG is also supplied to the gas heater pump.
상용 전력이 전혀 공급되지 않는 정전인 경우, 상기 전력절환장치를 제어하여 상용 전력 공급 그리드에 연결된 릴레이 스위치를 오픈하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 공조 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the control unit controls the power switching device to open the relay switch connected to the commercial power supply grid when the commercial power is not supplied at all.
상기 충전장치는 슈퍼 커패시터를 포함하고,
상기 공기조화장치는 상기 충전장치로부터 전력을 공급받아 작동되는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 공조 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the charging device includes a supercapacitor,
Wherein the air conditioner is operated by receiving power from the charging device.
상용 전력 공급이 불완전한지 판단하는 단계;
상용 전력 공급이 불완전한 경우 정전 여부를 판단하는 단계;
정전인 경우 충전장치 전력으로 엔진을 기동하고 가스 연료를 공급하여 엔진을 작동하는 단계;
발전기에서 생산되는 전력을 공기조화장치로 공급하여 작동하는 단계; 및
공기조화장치를 운전하고 엔진 폐열을 회수하여 온수를 만들어 실내로 공급하는 단계를 포함하는 열병합 발전 공조 시스템의 제어방법.An air conditioner comprising: an engine using gas as fuel; a generator connected to the engine; a waste heat recovery device for recovering waste heat generated in the engine; an outdoor unit and an indoor unit supplied with power; A method of controlling a cogeneration system air conditioning system including a charging device that provides starting power,
Determining whether the commercial power supply is incomplete;
Determining whether a power failure occurs when the commercial power supply is incomplete;
Operating the engine with the charger power when the power failure occurs and supplying the gaseous fuel;
Supplying power generated by the generator to the air conditioner and operating the power; And
And operating the air conditioner to recover the waste heat of the engine to produce hot water to supply it to the room.
상기 정전 여부 판단 단계에서 정전이 아닌 경우,
상용 전력을 공급하여 상기 엔진을 기동하고 운전하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 공조 시스템의 제어방법.8. The method of claim 7,
If it is determined that the power failure has not occurred in the power failure determination step,
Wherein the engine is started and operated by supplying commercial power to the cogeneration system.
상기 정전 여부 판단 단계에서 정전인 경우,
상용 전력 공급 그리드에 연결된 릴레이 스위치를 오픈하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 공조 시스템의 제어방법.9. The method of claim 8,
When the power failure is determined in the step of determining the power failure,
And a relay switch connected to the commercial power supply grid is opened.
상기 엔진 기동 후 LNG 공급이 중단된 경우,
LPG 공급 라인과 연결하여 상기 엔진에 LPG를 공급하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 공조 시스템의 제어방법.10. The method of claim 9,
When the LNG supply is stopped after the engine is started,
Wherein the LPG supply line is connected to the LPG supply line to supply LPG to the engine.
상기 충전장치는 슈퍼 커패시터를 포함하고,
상기 공기조화장치는 상기 충전장치로부터 전력을 공급받아 작동되는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 공조 시스템.10. The method of claim 9,
Wherein the charging device includes a supercapacitor,
Wherein the air conditioner is operated by receiving power from the charging device.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110953763A (en) * | 2019-12-13 | 2020-04-03 | 华鼎电源(天津)有限公司 | Gas cogeneration system and control method thereof |
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2017
- 2017-01-03 KR KR1020170000940A patent/KR20180080048A/en not_active Application Discontinuation
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