KR100600752B1 - 열병합 발전 시스템 - Google Patents

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고철수
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Abstract

본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 열 수요처의 난방 운전시 엔진 냉각용 열교환기와 배기 가스 열교환기의 열 중 적어도 하나가 열 수요처에서 활용되고, 열 수요처의 냉방 운전시 엔진 냉각용 열교환기의 열이 방열부에서 방열되도록 전달되므로, 방열부의 크기 및 풍량이 최소화될 수 있고, 비용 및 소음이 저감되는 이점이 있다.
열병합, 발전 시스템, 열 수요처, 엔진, 엔진 냉각용 열교환기, 배기 가스 열교환기, 방열부, 방열 열교환기, 방열 팬

Description

열병합 발전 시스템{ Steam supply and power generation system}
도 1은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 1 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 난방 운전일 때의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 1 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 냉방 운전일 때의 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 2 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 난방 운전일 때의 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 2 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 냉방 운전일 때의 개략도,
도 5는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 3 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 난방 운전일 때의 개략도이고,
도 6은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 3 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 냉방 운전일 때의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 4 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 냉방 운전일 때의 개략도,
도 8은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 5 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 냉방 운전일 때의 개략도,
도 9는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 6 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 냉방 운전일 때의 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
2,2′: 엔진 3,3′: 연료관
4,4′; 배기관 7,8,7′,8′: 냉각수 순환 유로
9,9′: 냉각수 순환 펌프 10,10′: 발전기
12: 인버터 14: 외부 전력 공급원
16: 전력 절환 스위치 20: 엔진 냉각용 열교환기
30: 배기 가스 열교환기 40: 열 수요처
41,41′: 압축기 41a: 압축기 토출부
42,42′: 유로 절환 밸브 43,43′: 실내 열교환기
44,44′: 팽창기구 45,45′: 실외 열교환기
46,46′: 실내 팬 47,47′: 실외 팬
48,48′: 실내기 49,49′: 실외기
52,52′: 예열기 54: 압축기 토출부 가열기
60: 방열부 62: 방열 열교환기
64: 방열 팬 70: 열 전달 수단
71,72,71′,72′: 예열기 순환 유로 73,74: 방열부 순환 유로
75: 열매체 순환 펌프 76: 제 1 밸브
77: 제 2 밸브 80: 제어부
E: 배기 가스 I : 실내 공기
O: 실외 공기
본 발명은 열병합 발전 시스템에 관한 것으로서, 특히 열수요처의 냉방 운전시 엔진을 냉각시킨 냉각수의 열만을 방열부를 통해 방열하는 열병합 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 열병합 발전 시스템은 엔진과, 상기 엔진에서 출력된 회전력으로 전력을 생산하는 발전기와, 상기 엔진의 폐열을 방열하기 위한 방열부와, 상기 엔진의 폐열을 급탕이나 공기조화기 등의 열수요처로 공급하는 열전달수단으로 포함하여 구성된다.
상기 발전기에서 생산된 전력은 전등이나 공기조화기 등의 각종 전기장치를 작동시키는데 사용된다.
상기 방열부는 상기 엔진을 냉각시킨 냉각수의 폐열이나 엔진에서 배기된 배기가스의 폐열을 흡수하여 대기 중으로 방출한다.
그러나, 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템은 상기 방열부가 상기 엔진의 냉각수는 물론이고, 배기 가스의 폐열을 방출시켜야 하므로, 방열부의 크기 및 풍량이 증대되고 소음 및 비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열수요처의 냉방 운전시 엔진을 냉각시킨 냉각수의 열만을 방열시킴에 따라 방열부의 크기 및 풍량이 감소되고, 소음 및 비용이 저감되는 열병합 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 엔진과; 상기 엔진의 출력축에 연결되어 전력을 생산하는 발전기와; 상기 엔진을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗는 엔진 냉각용 열교환기와; 상기 엔진에서 배기된 배기 가스의 열을 빼앗는 배기 가스 열교환기와; 냉방 운전과 난방 운전이 절환될 수 있는 열 수요처와; 열의 방출을 위해 설치된 방열부와; 상기 열 수요처의 난방 운전시 상기 엔진 냉각용 열교환기와 배기 가스 열교환기의 열 중 적어도 하나가 상기 열 수요처에서 활용되도록 전달하고, 상기 열 수요처의 냉방 운전시 상기 엔진 냉각용 열교환기의 열이 상기 방열부에서 방열되도록 전달하는 열전달 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열 수요처는 압축기와 유로 절환 밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트 펌프식 공기조화기는 상기 열전달 수단을 통해 열을 전달받 아 상기 실외 열교환기를 향해 흡입되는 공기를 예열시키도록 설치된 예열기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트 펌프식 공기조화기는 상기 열전달 수단을 통해 열을 전달받아 상기 압축기의 토출부를 통과하는 냉매를 가열시키도록 설치된 압축기 토출부 가열기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트 펌프식 공기조화기는 상기 발전기에서 생산된 전력이 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엔진과 발전기와 압축기와 유로 절환 밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기 중 적어도 하나는 복수개 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방열부는 상기 열전달 수단에 연결된 방열 열교환기와, 상기 방열 열교환기로 실외 공기를 송풍하는 방열 팬을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전달 수단은 열매체가 상기 엔진 냉각용 열교환기와 배기 가스 열교환기와 예열기를 순환 할 수 있도록 형성된 예열기 순환 유로와; 상기 열매체가 상기 엔진 냉각용 열교환기와 방열부를 순환할 수 있도록 형성된 방열부 순환 유로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전달 수단은 상기 열매체가 상기 예열기 순환 유로 또는 방열부 순환 유로를 순환할 수 있도록 상기 열매체를 펌핑시키는 열매체 순환 펌프를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열매체 순환 펌프는 상기 예열기 순환 유로 중에서 상기 엔진 냉 각용 열교환기와 배기 가스 열교환기 사이에 설치되고, 상기 방열부 순환 유로는 상기 예열기 순환 유로 중에서 상기 열매체 순환 펌프와 상기 배기 가스 열교환기의 사이에서 분지된 후 상기 엔진 냉각용 열교환기의 전방에서 합지된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전달 수단은 상기 예열기 순환 유로 또는 방열부 순환 유로를 개폐하도록 설치된 밸브수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밸브 수단은 상기 예열기 순환 유로와 방열부 순환 유로의 분지부위에 설치된 제 1 밸브와; 상기 예열기 순환 유로와 방열부 순환 유로의 합지 부위에 설치된 제 2 밸브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전달 수단은 상기 히트 펌프식 공기조화기의 난방 운전시 상기 제 1 밸브와 제 2 밸브가 상기 예열기 순환 유로를 개방함과 아울러 상기 방열부 순환 유로를 밀폐하도록 상기 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 예열기 순환 모드로 제어하고, 상기 히트 펌프식 공기조화기의 냉방 운전시 상기 제 1 밸브와 제 2 밸브가 상기 방열부 순환 유로를 개방함과 아울러 상기 예열기 순환 유로를 밀폐하도록 상기 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 방열부 순환 모드로 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 1 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 난방 운전일 때의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스 템 제 1 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 냉방 운전일 때의 개략도이다.
본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진(2)과; 상기 엔진(2)의 출력축에 연결되어 전력을 생산하는 발전기(10)와; 상기 엔진(2)을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗는 엔진 냉각용 열교환기(20)와; 상기 엔진(2)에서 배기된 배기 가스의 열을 빼앗는 배기 가스 열교환기(30)와; 냉방 운전과 난방 운전이 절환될 수 있는 열 수요처(40)와; 열의 방출을 위해 설치된 방열부(60)와; 상기 열 수요처(40)의 난방 운전시 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)와 배기 가스 열교환기(30)의 열이 상기 열 수요처(40)에서 활용되도록 전달하고, 상기 열 수요처(40)의 냉방 운전시 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)의 열이 상기 방열부(60)에서 방열되도록 전달하는 열전달 수단(70)을 포함하여 구성된다.
상기 엔진(2)은 내부에 연소실이 구비된다.
상기 엔진(2)은 상기 연소실로 액화천연가스 또는 액화석유가스 등의 연료가 투입되는 연료관(3)과, 상기 연소실에서 배기되는 배기 가스가 안내되는 배기관(4)이 각각 연결된다.
상기 배기관(4)은 상기 배기 가스 열교환기(30)와의 사이에 배치된다.
상기 엔진(2)에는 상기 엔진(2)을 냉각시키면서 가열된 냉각수가 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)로 열을 전달한 후 다시 상기 엔진(2)으로 순환될 수 있도록 엔진 냉각용 열교환기(20)와 냉각수 순환 유로(7,8)로 연결된다.
상기 엔진(2)과 엔진 냉각용 열교환기(20)와 냉각수 순환 유로(7,8) 중 일측에는 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환 펌프(9)가 장착된다.
상기 발전기(10)는 교류 발전기와 직류 발전기 중 어느 하나이다.
상기 발전기(10)에는 생산된 전력의 직류/교류를 전환하는 인버터(12)가 연결된다.
상기 열병합 발전 시스템은 발전기(10)에서 생산된 전력만이 상기 열수요처(40)로 공급되는 것도 가능하고, 외부 전력 공급원(14)에서 공급된 전력과 상기 발전기(10)에서 생산된 전력이 상기 열수요처(40)로 선택적으로 공급되는 것도 가능하며, 이하, 외부 전력 공급원(14)에서 공급된 전력과 상기 발전기(10)에서 생산된 전력이 선택적으로 열수요처(40)에 공급되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 열수요처(40)의 전력 인가 라인은 전력 절환 스위치(16)의 출력부(17)에 연결되고, 상기 외부 전력 공급원(14)의 전력 공급 라인과, 상기 발전기(10)의 전력 공급 라인은 전력 절환 스위치(16)의 제 1, 2 입력부(18,19)에 각각 연결된다.
즉, 상기 전력 절환 스위치(16)가 외부 전력 공급 모드로 절환되면, 상기 외부 전력 공급원(14)의 전원 공급 라인과 상기 열수요처(40)의 전력 인가 라인은 상기 전력 절환 스위치(16)에 의해 연결되고, 상기 열수요처(40)로는 상기 외부 전력 공급원(14)에서 공급된 전력이 공급되고, 상기 전력 절환 스위치(16)가 발전기 전력 공급 모드로 절환되면, 상기 발전기(10)의 전원 공급 라인과 상기 열수요처(40)의 전력 인가 라인은 상기 전력 절환 스위치(16)에 의해 연결되고, 상기 열수요처(40)로는 상기 발전기(10)에서 공급된 전력이 공급된다.
이하, 설명의 편의를 위해 상기 발전기(10)에서 생산된 전력이 상기 열수요 처(40)로 인가되는 것을 한정하여 설명한다.
상기 열 수요처(40)는 압축기(41)와 유로 절환 밸브(42)와 실내 열교환기(43)와 팽창기구(44)와 실외 열교환기(45)를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기로 구성된다.
상기 히트 펌프식 공기조화기(40)는 상기 실내 열교환기(43)로 실내 공기를 송풍시키는 실내 팬(46)과, 상기 실외 열교환기(45)로 실외 공기를 송풍시키는 실외 팬(47)을 더 포함하여 구성된다.
상기 히트 펌프식 공기조화기(40)는 상기 실내 열교환기(43)와 실내 팬(46)이 실내기(48)에 설치되고, 압축기(41)와 유로 절환 밸브(42)와 실내 열교환기(43)와 팽창기구(44)와 실외 열교환기(45)와 실외 팬(47)이 실외기(49)에 설치된다.
상기 히트 펌프식 공기조화기(40)는 상기 열전달 수단(70)을 통해 열을 전달받아 상기 실외 열교환기(45)를 향해 흡입되는 공기를 예열시키도록 설치된 예열기(52)를 더 포함하여 구성된다.
상기 예열기(52)는 상기 실외 열교환기(45)를 향해 송풍되는 실외 공기(O)를 가열할 수 있도록 상기 실외 열교환기(45)의 전방에 설치된다.
상기 방열부(60)는 상기 열전달 수단(70)에 연결된 방열 열교환기(62)와, 상기 방열 열교환기(62)로 실외 공기(O)를 송풍하는 방열 팬(64)을 포함하여 구성된다.
상기 열전달 수단(70)은 열매체가 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)와 배기 가스 열교환기(30)와 예열기(52)를 순환 할 수 있도록 형성된 예열기 순환 유로 (71,72)와; 상기 열매체가 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)와 방열부(60)를 순환할 수 있도록 형성된 방열부 순환 유로(73,74)와, 상기 열매체가 상기 예열기 순환 유로(71,72) 또는 방열부 순환 유로(73,74)를 순환할 수 있도록 상기 열매체를 펌핑시키는 열매체 순환 펌프(75)를 포함하여 구성된다.
상기 방열부 순환 유로(73,74)는 상기 예열기 순환 유로(71,72) 중에서 상기 열매체 순환 펌프(75)와 상기 배기 가스 열교환기(30)의 사이에서 분지된 후 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)의 전방에서 합지된다.
상기 열매체 순환 펌프(75)는 상기 예열기 순환 유로(71,72) 중에서 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)와 배기 가스 열교환기(40) 사이에 설치된다.
상기 열전달 수단(70)은 상기 예열기 순환 유로(71,72) 또는 방열부 순환 유로(73,74)를 개폐하도록 설치된 밸브수단을 더 포함하여 구성된다.
상기 밸브 수단은 상기 예열기 순환 유로(71,72)와 방열부 순환 유로(73,74)의 분지부위에 설치된 제 1 밸브(76)와; 상기 예열기 순환 유로(71,72)와 방열부 순환 유로(73,74)의 합지 부위에 설치된 제 2 밸브(77)를 포함하여 구성된다.
상기 열전달 수단(70)은 상기 히트 펌프식 공기조화기(40)의 난방 운전시 상기 제 1 밸브(76)와 제 2 밸브(77)가 상기 예열기 순환 유로(71,72)를 개방함과 아울러 상기 방열부 순환 유로(73,74)를 밀폐하도록 상기 제 1 밸브(76) 및 제 2 밸브(77)를 예열기 순환 모드로 제어하고, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)의 냉방 운전시 상기 제 1 밸브(76)와 제 2 밸브(77)가 상기 방열부 순환 유로(73,74)를 개방함과 아울러 상기 예열기 순환 유로(71,72)를 밀폐하도록 상기 제 1 밸브(76) 및 제 2 밸브(77)를 방열부 순환 모드로 제어하는 제어부(80)를 더 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 연료관(3)을 통해 연료가 투입되고, 상기 엔진(2)이 작동되면, 상기 엔진(2)의 출력축은 회전되고, 상기 발전기(10)는 전력을 발생시킨다.
상기 엔진(2)에서 배출된 배기 가스는 상기 배기관(4)을 통해 상기 배기 가스 열교환기(30)로 이동되고, 상기 배기 가스 열교환기(30)로 열을 빼앗긴 후 대기중으로 방출된다.
상기 엔진(2)의 작동과 함께 상기 냉각수 순환 펌프(9)가 작동되면, 상기 엔진(2)을 냉각시키면서 가열된 냉각수는 상기 냉각수 순환 유로(7)를 통해 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)로 이동되고, 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)에 열을 빼앗긴 후, 상기 냉각수 순환 유로(8)를 통해 상기 엔진(2)으로 순환된다.
한편, 상기 열수요처인 히트 펌프식 공기조화기(40)의 난방 운전시 상기 열매체 순환 펌프(75)는 구동되고, 상기 제 1 밸브(76) 및 제 2 밸브(77)는 예열기 순환 모드로 제어되며, 상기 유로 절환 밸브(42)는 난방 모드로 절환되고, 상기 압축기(41)는 구동된다.
상기 제 1 밸브(76) 및 제 2 밸브(77)가 예열기 순환 모드로 제어되면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 예열기 순환 유로(71,72)는 개방되고, 상기 방열부 순환 유로(73,74)는 밀폐된다.
상기 열매체 순환 펌프(75)의 구동시 상기 예열기 순환 유로(71)의 열매체는 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)를 통과하면서 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)의 열을 빼앗고, 이후 상기 배기 가스 열교환기(30)를 통과하면서 상기 배기 가스 열교환기(30)의 열을 빼앗는다.
상기와 같이, 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)와 배기 가스 열교환기(30)의 열을 빼앗은 열매체는 상기 예열기 순환 유로(72)를 통해 상기 예열기(52)로 이동되고, 빼앗았던 열을 상기 예열기(52)로 전달한 후, 상기 예열기 순환 유로(71)를 통해 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)로 순환된다.
상기와 같이 엔진 냉각용 열교환기(20) 및 배기 가스 열교환기(30)의 폐열이 열매체로 회수되고, 회수된 폐열이 예열기(52)로 전달되는 도중에, 상기 유로 절환 밸브(42)가 난방 모드로 절환되고, 상기 압축기(41)가 구동되면, 상기 압축기(41)는 저온 저압의 기체 냉매를 압축하여 고온 고압의 기체 냉매로 변화시키고, 고온 고압의 기체 냉매는 상기 유로 절환 밸브(42)를 경유한 후 상기 실내 열교환기(43)로 이동되어 상기 실내 열교환기(43)를 통과하면서 실내 공기로 열을 방출하면서 응축된다.
상기 응축된 냉매는 팽창기구(44)를 지나면서 팽창되고, 이후 상기 실외 열교환기(45)로 이동되어 실외 열교환기(45)를 통과하면서 실외 공기의 열을 흡수하면서 증발된다.
상기 증발된 냉매는 상기 유로 절환 밸브(42)를 경유하여 상기 압축기(41)로 순환된다.
한편, 상기 실외 열교환기(45)를 향해 송풍되는 실외 공기(O)는 상기 예열기 (52)에 의해 가열되어 승온된 후 상기 실외 열교환기(45)를 통과하게 되고, 상기 실외 열교환기(45)에는 서리가 착상되지 않게 된다.
반면에, 상기 열수요처인 히트 펌프식 공기조화기(40)의 냉방 운전시 상기 열매체 순환 펌프(75)는 구동되고, 상기 제 1 밸브(76) 및 제 2 밸브(77)는 방열부 순환 모드로 제어되며, 상기 방열 팬(64)은 구동되고, 상기 유로 절환 밸브(42)는 냉방 모드로 절환되며, 상기 압축기(41)는 구동된다.
상기 제 1 밸브(76) 및 제 2 밸브(77)가 방열부 순환 모드로 제어되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 예열기 순환 유로(71,72)는 밀폐되고, 상기 방열부 순환 유로(73,74)는 개방된다.
상기 열매체 순환 펌프(75)의 구동시 열매체는 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)를 통과하면서 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)의 열을 빼앗고, 이후 방열부 순환 유로(73)를 통해 상기 방열 열교환기(62)로 이동된다.
상기 방열 열교환기(62)로 이동된 열매체는 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)에서 빼앗았던 열을 상기 방열 열교환기(62)로 전달한 후, 상기 방열부 순환 유로(74)를 통해 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)로 순환된다.
상기 방열 팬(64)의 구동시 실외 공기는 상기 방열 열교환기(62)로 송풍되고, 상기 방열 열교환기(62)는 송풍된 실외 공기로 열을 방출한다.
한편, 상기 유로 절환 밸브(42)가 냉방 모드로 절환되고, 상기 압축기(41)가 구동되면, 상기 압축기(41)는 저온 저압의 기체 냉매를 압축하여 고온 고압의 기체 냉매로 변화시키고, 고온 고압의 기체 냉매는 상기 유로 절환 밸브(42)를 경유한 후 상기 실외 열교환기(45)로 이동되어 상기 실외 열교환기(45)를 통과하면서 실외 공기로 열을 방출하면서 응축된다.
상기 응축된 냉매는 상기 팽창 기구(44)에서 팽창되고, 이후 상기 실내 열교환기(43)로 이동되어 실외 열교환기(43)를 통과하면서 실내 공기의 열을 흡수하면서 증발된다.
상기 증발된 냉매는 상기 유로 절환 밸브(42)를 경유하여 상기 압축기(41)로 순환된다.
한편, 상기 배기 가스 열교환기(30)는 배기 가스에서 흡수한 열을 대기 중으로 방출한다.
도 3은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 2 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 난방 운전일 때의 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 2 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 냉방 운전일 때의 개략도이다.
본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 압축기(41)의 토출부(41a)를 통과하는 냉매를 가열시키도록 설치된 압축기 토출부 가열기(54)와, 열수요처인 히트 펌프식 공기조화기(40)의 난방 운전시 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)와 배기 가스 열교환기(30)의 열을 상기 압축기 토출부 가열기(54)로 전달하고, 열수요처인 히트 펌프식 공기조화기(40)의 냉방 운전시 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)의 열이 상기 방열부(60)에서 방열되도록 전달하는 열 전달 수단(70′)을 포함하여 구성되고, 상기 압축기 토출부 가열기(54)와 열 전달 수단 (70′) 이외의 엔진(2) 등의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제 1 실시예와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그 상세한 설명은 생략한다.
상기 압축기 토출부 가열기(54)는 상기 압축기(41)의 토출부(41a) 옆에 설치되거나, 상기 압축기(41)의 토출부(41a)를 에워싸도록 설치된다.
상기 열전달 수단(70′)은 열매체가 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)와 배기 가스 열교환기(30)와 압축기 토출부 가열기(54)를 순환 할 수 있도록 형성된 압축기 토출부 가열기 순환 유로(71′,72′)와; 상기 열매체가 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)와 방열부(60)를 순환할 수 있도록 형성된 방열부 순환 유로(73′,74′)와, 상기 열매체가 상기 압축기 토출부 가열기 순환 유로(71′,72′) 또는 방열부 순환 유로(73′,74′)를 순환할 수 있도록 상기 열매체를 펌핑시키는 열매체 순환 펌프(75′)를 포함하여 구성된다.
상기 방열부 순환 유로(73′,74′)는 상기 압축기 토출부 가열기 순환 유로(71′,72′) 중에서 상기 열매체 순환 펌프(75′)와 상기 배기 가스 열교환기(30)의 사이에서 분지된 후 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)의 전방에서 합지된다.
상기 열매체 순환 펌프(75′)는 상기 압축기 토출부 가열기 순환 유로(71′,72′) 중에서 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)와 배기 가스 열교환기(40) 사이에 설치된다.
상기 열전달 수단(70′)은 상기 압축기 토출부 가열기 순환 유로(71′,72′) 또는 방열부 순환 유로(73′,74′)를 개폐하도록 설치된 밸브수단을 더 포함하여 구성된다.
상기 밸브 수단은 상기 압축기 토출부 가열기 순환 유로(71′,72′)와 방열부 순환 유로(73′,74′)의 분지부위에 설치된 제 1 밸브(76′)와; 상기 압축기 토출부 가열기 순환 유로(71′,72′)와 방열부 순환 유로(73′,74′)의 합지 부위에 설치된 제 2 밸브(77′)를 포함하여 구성된다.
상기 열전달 수단(70′)은 상기 히트 펌프식 공기조화기(40)의 난방 운전시 상기 제 1 밸브(76′)와 제 2 밸브(77′)가 상기 압축기 토출부 가열기 순환 유로(71′,72′)를 개방함과 아울러 상기 방열부 순환 유로(73′,74′)를 밀폐하도록 상기 제 1 밸브(76′) 및 제 2 밸브(77′)를 압축기 토출부 가열기 순환 모드로 제어하고, 상기 히트 펌프식 공기조화기(40)의 냉방 운전시 상기 제 1 밸브(76′)와 제 2 밸브(77′)가 상기 방열부 순환 유로(73′,74′)를 개방함과 아울러 상기 압축기 토출부 가열기 순환 유로(71′,72′)를 밀폐하도록 상기 제 1 밸브(76′) 및 제 2 밸브(77′)를 방열부 순환 모드로 제어하는 제어부(80′)를 더 포함하여 구성된다.
본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 상기 히트 펌프식 공기조화기(40)의 난방 운전시 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)의 열이 상기 압축기 출구부 가열기(54)로 전달되면, 상기 압축기(41)의 출구부(41a)를 통과하는 냉매가 상기 압축기 출구부 가열기(54)에 의해 가열된다.
가열된 냉매는 유로 절환 밸브(22)를 경유하여 상기 실내 열교환기(14)를 통과하게 되고, 상기 압축기 출구부 가열기(34)에 의해 가열되지 않았을 때보다 실내 온도를 더 높이게 된다.
기타의 작용은 본 발명 제 1 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 3 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 난방 운전일 때의 개략도이고, 도 6은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 3 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 냉방 운전일 때의 개략도이다.
본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 열 수요처인 히트 펌프식 공기조화기(40)의 난방 운전시 엔진 냉각용 열교환기(20)의 열이 히트 펌프식 공기조화기(40)에서 활용되도록 전달되고, 히트 펌프식 공기조화기(40)의 냉방 운전시 엔진 냉각용 열교환기(20)의 열이 방열부(60)에서 방열되도록 전달되게 하는 열전달 수단(70″)을 포함하여 구성된다.
상기 열전달 수단(70″)은 열매체가 배기 가스 열교환기(30)를 통과하지 않고, 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)와 예열기(52)를 순환할 수 있도록 예열기 순환 유로(71″,72″)가 상기 엔진 냉각용 열교환기(20)와 예열기(52)를 연결한다.
상기 열전달 수단(70″) 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제 1 실시예 또는 제 2 실시예와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그 상세한 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 4 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 냉방 운전일 때의 개략도이다.
본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 7에 도시된 바와 같이, 복수개의 엔진(2,2′)이 구비되고, 각각의 엔진(2,2′)의 회전축에 발전기(10,10′)가 연결 되며, 상기 복수개의 엔진(2,2′) 및 발전기(10,10′) 이외의 구성 및 작용은 본 발명 제 1 실시예 내지 제 3 실시예 중 어느 하나와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그 상세한 설명은 생략한다.
상기 복수개의 엔진(2,2′)은 냉방 부하 또는 난방 부하에 따라 하나만 작동되거나 두 개 이상이 작동된다.
상기 복수개의 엔진(2,2′)은 연료관(3,3′)과 냉각수 순환 유로(7,8,7′,8′)가 각각 구비된다.
상기 배기관(4,4′)은 병렬로 연결된다.
상기 냉각수 순환 유로(7,8,7′,8′)는 병렬로 연결된다.
상기 냉각수 순환 유로(7,8,7′,8′)에는 냉각수 순환 펌프(9,9′)가 각각 설치된다.
본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 상기 엔진(2,2′)과 연료관(3,3′)과 배기관(4,4′)과 냉각수 순환 유로(7,8,7′,8′)와 발전기(10,10′)가 복수개 구비되는 이외의 구성 및 작용이 본 발명 제 1 실시예 내지 제 3 실시예 중 어느 하나와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그 상세한 설명은 생략한다.
도 8은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 5 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 냉방 운전일 때의 개략도이다.
본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 8에 도시된 바와 같이, 열수요처인 히트 펌프식 공기조화기(40)가 복수개의 실내 열교환기(43,43′)를 포함하고, 상기 복수개의 실내 열교환기(43,43′)가 병렬로 연결됨과 아울러 실내 열교환기(43,43′)의 각각이 실내기(48,48′)의 각각에 설치되며, 상기 실내 열교환기(43,43′) 이외가 하나의 실외기(49)에 설치되어 멀티형 공기조화기를 구성한다.
상기 복수개의 실내기(48,48′) 각각에는 실내 송풍기(46,46′)가 각각 설치된다.
본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 상기 복수개의 실내 열교환기(43,43′) 및 실내기(48,48′)가 복수개 구비되는 이외의 구성 및 작용이 본 발명 제 1 실시예 내지 제 4 실시예 중 어느 하나와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그 상세한 설명은 생략한다.
도 9는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 6 실시예의 히트 펌프식 공기조화기가 냉방 운전일 때의 개략도이다.
본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 9에 도시된 바와 같이, 열수요처인 히트 펌프식 공기조화기(40)가 복수개의 실내기(48,48′)와 복수개의 실외기(49,49′)로 이루어진다.
상기 히트 펌프식 공기조화기(40)는 상기 복수개의 실내기(48,48′)의 냉매배관이 병렬로 연결되는 것도 가능하고, 상기 복수개의 실외기(49,49′)의 냉매배관이 병렬로 연결되는 것도 가능하며, 이하, 하나의 실내기(48,48′)에 하나의 실외기(49,49′)가 연결되어 하나의 공기조화기 셋트를 구성하고, 각각의 공기조화기 셋트가 다른 공기조화기 셋트와 독립적으로 작동되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 실내기(48,48′)의 각각에는 실내 열교환기(43,43′)와 실내 송풍기(46,46′)가 각각 설치된다.
상기 실외기(49,49′)의 각각에는 압축기(41,41′)와 유로 절환 밸브(42,42′)와, 팽창기구(44,44′)와 실외 열교환기(45,45′)와, 실외 송풍기(47,47′)가 각각 설치되고, 예열기(52,52′) 또는 압축기 토출부 가열기가 각각 설치된다.
상기 예열기(52,52′)는 상기 실외 열교환기(45,45′) 각각의 전방에 설치된다.
상기 예열기(52,52′)의 각각으로 열매체가 순환되는 예열기 순환 유로(71,72,71′,72′)는 병렬로 연결된다.
본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 상기 실내기(48,48′)와, 실외기(49,49′)와 예열기(52,52′)와 예열기 순환 유로(71,72,71′,72′) 등이 복수개 구비되는 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제 1 실시예 내지 제 5 실시예 중 어느 하나와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그 상세한 설명은 생략한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 열 수요처의 난방 운전시 엔진 냉각용 열교환기와 배기 가스 열교환기의 열 중 적어도 하나가 열 수요처에서 활용되고, 열 수요처의 냉방 운전시 엔진 냉각용 열교환기의 열이 방열부에서 방열되도록 전달되므로, 방열부의 크기 및 풍량이 최소화될 수 있고, 비용 및 소음이 저감되는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 열 수요처가 압축기와 유로 절환 밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기이고, 히트 펌프식 공기조화기에 난방 운전시 열전달 수단을 통해 열을 전달받아 실외 열교환기를 향해 흡입되는 공기를 예열시키는 예열기가 설치되므로, 난방 운전시 실외 열교환기의 서리 착상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 열 수요처가 압축기와 유로 절환 밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기이고, 히트 펌프식 공기조화기에 난방 운전시 열전달 수단을 통해 열을 전달받아 압축기의 토출부를 가열하는 압축기 토출부 가열기가 설치되므로, 실내 열교환기의 난방 성능이 향상되는 이점이 있다.

Claims (13)

  1. 엔진과;
    상기 엔진의 출력축에 연결되어 전력을 생산하는 발전기와;
    상기 엔진을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗는 엔진 냉각용 열교환기와;
    상기 엔진에서 배기된 배기 가스의 열을 빼앗는 배기 가스 열교환기와;
    냉방 운전과 난방 운전이 절환될수 있는 열 수요처와;
    열의 방출을 위해 설치된 방열부와;
    상기 열 수요처의 난방 운전시 상기 엔진 냉각용 열교환기와 배기 가스 열교환기의 열 중 적어도 하나가 상기 열 수요처에서 활용되도록 전달하고,
    상기 열 수요처의 냉방 운전시 상기 엔진 냉각용 열교환기의 열이 상기 방열부에서 방열되도록 전달하는 열전달 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 수요처는 압축기와 유로 절환 밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기인 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 히트 펌프식 공기조화기는 상기 열전달 수단을 통해 열을 전달받아 상기 실외 열교환기를 향해 흡입되는 공기를 예열시키도록 설치된 예열기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 히트 펌프식 공기조화기는 상기 열전달 수단을 통해 열을 전달받아 상기 압축기의 토출부를 통과하는 냉매를 가열시키도록 설치된 압축기 토출부 가열기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 히트 펌프식 공기조화기는 상기 발전기에서 생산된 전력이 사용되는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진과 발전기와 압축기와 유로 절환 밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기 중 적어도 하나는 복수개 구비된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방열부는 상기 열전달 수단에 연결된 방열 열교환기와, 상기 방열 열교환기로 실외 공기를 송풍하는 방열 팬을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 열전달 수단은 열매체가 상기 엔진 냉각용 열교환기와 배기 가스 열교환기와 예열기를 순환 할 수 있도록 형성된 예열기 순환 유로와;
    상기 열매체가 상기 엔진 냉각용 열교환기와 방열부를 순환할 수 있도록 형성된 방열부 순환 유로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 열전달 수단은 상기 열매체가 상기 예열기 순환 유로 또는 방열부 순환 유로를 순환할 수 있도록 상기 열매체를 펌핑시키는 열매체 순환 펌프를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열매체 순환 펌프는 상기 예열기 순환 유로 중에서 상기 엔진 냉각용 열교환기와 배기 가스 열교환기 사이에 설치되고,
    상기 방열부 순환 유로는 상기 예열기 순환 유로 중에서 상기 열매체 순환 펌프와 상기 배기 가스 열교환기의 사이에서 분지된 후 상기 엔진 냉각용 열교환기 의 전방에서 합지된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 열전달 수단은 상기 예열기 순환 유로 또는 방열부 순환 유로를 개폐하도록 설치된 밸브수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 밸브 수단은 상기 예열기 순환 유로와 방열부 순환 유로의 분지부위에 설치된 제 1 밸브와;
    상기 예열기 순환 유로와 방열부 순환 유로의 합지 부위에 설치된 제 2 밸브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 열전달 수단은 상기 히트 펌프식 공기조화기의 난방 운전시 상기 제 1 밸브와 제 2 밸브가 상기 예열기 순환 유로를 개방함과 아울러 상기 방열부 순환 유로를 밀폐하도록 상기 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 예열기 순환 모드로 제어하고,
    상기 히트 펌프식 공기조화기의 냉방 운전시 상기 제 1 밸브와 제 2 밸브가 상기 방열부 순환 유로를 개방함과 아울러 상기 예열기 순환 유로를 밀폐하도록 상기 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 방열부 순환 모드로 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
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