KR100624735B1 - 열병합 발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 열병합 발전시스템은 엔진이 히트펌프식 공기조화기에서 요구하는 부하에 관계없이 항상 최대 부하운전이나 정격 부하운전을 하도록 구성되고, 발전기에서 생산된 전력 중 상기 히트펌프식 공기조화기에서 사용되고 남은 전력은 축전지에 저장되도록 구성됨으로써, 상기 히트펌프식 공기조화기의 부하에 관계없이 상기 엔진이 높은 발전효율을 유지할 수 있게 되므로, 시스템의 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.
열병합, 발전기, 엔진, 축전지, 제어부, 전력변환, 효율

Description

열병합 발전시스템{Cogeneration system}
도 1은 종래 기술에 따른 열병합 발전시스템이 도시된 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전시스템이 도시된 개략도.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
50: 발전기 52: 엔진
54: 배기가스 열교환기 56: 냉각수 열교환기
60: 히트펌프식 공기조화기 61: 실외기
62: 실내기 64: 폐열공급 열교환기
65: 제 1열공급라인 66: 축열조
67: 제 2열공급라인 70: 축전지
72: 제어부 74: 전력변환기
본 발명은 열병합 발전시스템에 관한 것으로서, 특히 발전기에서 생산된 전 력 중 일부가 축전지에 저장되도록 구성됨으로써, 엔진이 히트펌프식 공기조화기의 부하에 관계없이 항상 높은 발전효율을 유지할 수 있는 열병합 발전시스템에 관한 것이다.
일반적으로 열병합 발전 시스템은 코제너레이션 시스템(Cogeneration system)이라고도 불리는 것으로, 하나의 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 생산하는 시스템이다.
도 1은 종래 기술에 따른 열병합 발전시스템이 도시된 개략도이다.
종래 기술에 따른 열병합 발전시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 전력을 생산하는 발전기(2)와, 상기 발전기(2)를 구동시킴과 아울러 열이 발생되는 엔진(4) 등의 구동원(이하, '엔진'이라 칭함.)과, 상기 엔진(4)에서 발생된 폐열을 회수하는 폐열 회수장치와, 상기 폐열 회수장치의 폐열이 이용되는 축열조 등의 열 수요처(10)를 포함하여 구성된다.
상기 발전기(2)와 엔진(4)은 상기 열수요처(10)와 별도로 이루어진 엔진룸내에 설치된다.
상기 발전기(2)에서 생산된 전력은 가정의 각종 조명기구나 히트펌프식 공기조화기(12) 등의 가전기기로 공급된다.
상기 히트펌프식 공기조화기(12)는 압축기와 사방밸브와 실외 열교환기가 설치된 실외기(14)와, 팽창기구와 실내 열교환기가 설치된 실내기(16)로 구성된다.
상기 폐열 회수장치는 상기 엔진(4)에서 배출되는 배기가스의 열을 빼앗는 배기가스 열교환기(6)와, 상기 엔진(4)을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗는 냉각수 열교환기(8)로 구성된다.
상기 배기가스 열교환기(6)는 상기 축열조 등의 열수요처(10)와 제 1열공급라인(18)으로 연결되고, 상기 냉각수 열교환기(8)는 상기 축열조 등의 열수요처(10)와 제 2열공급라인(20)으로 연결된다.
상기와 같이 구성된 종래 기술에 따른 열병합 발전시스템의 작동을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 엔진(4)이 구동되면, 상기 발전기(2)는 전력을 생산하고, 생산된 전력은 상기 히트펌프식 공기조화기(12)로 공급된다.
그리고, 상기 엔진(4)의 배기가스로부터 빼앗은 폐열은 상기 제 1열공급라인(18)을 통해 상기 축열조 등의 열수요처(10)로 전달되고, 상기 엔진(4)을 냉각시킨 냉각수로부터 빼앗은 열은 상기 제 2열공급라인(20)를 통해 상기 축열조 등의 열수요처(10)으로 전달된다.
그러나, 종래 기술에 따른 열병합 발전시스템은 상기 히트펌프식 공기조화기(12)의 부하가 작을 경우, 상기 엔진(4)의 발전량이 감소하게 되는 바, 발전량이 작을수록 발전효율이 급감하게 되므로 시스템 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 히트펌프식 공기조화기의 부하에 관계없이 엔진이 항상 높은 발전효율을 유지할 수 있는 열병합 발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전시스템은 발전기와, 상기 발전기가 전력을 생산하도록 상기 발전기를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과, 상기 발전기에서 생산된 전력을 공급받는 히트펌프식 공기조화기와, 상기 발전기에서 생산된 전력 중 상기 히트펌프식 공기조화기로 공급하고 남은 전력이 저장되는 축전지와, 상기 발전기에서 생산된 전력과 상기 히트펌프식 공기조화기에서 필요한 전력을 비교하여, 상기 발전기에서 상기 축전지로의 전력공급을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전시스템이 개략적으로 도시된 개략도이다.
본 발명에 따른 열병합 발전시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 발전기(50)와, 상기 발전기(50)가 전력을 생산하도록 상기 발전기(50)를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과, 상기 구동원의 폐열을 회수하는 폐열 회수수단과, 상기 발전기(50)에서 생산된 전력과 열을 공급받는 히트펌프식 공기조화기(60)를 포함하여 구성된다.
상기 구동원은 엔진(52)이나 연료전지 등이 사용되어지는 바, 여기서는 엔진 (52)으로 한정하여 설명한다.
상기 발전기(50)는 상기 엔진(52)의 출력축에 회전자가 연결되어, 상기 엔진(52)의 출력축의 회전시 전력을 생산하도록 구성된다.
상기 폐열 회수수단은 상기 엔진(52)에서 배기된 배기가스의 열을 빼앗도록 설치된 배기가스 열교환기(54)와, 상기 엔진(52)을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗도록 설치된 냉각수 열교환기(56)로 이루어진다.
상기 히트펌프식 공기조화기(60)는 압축기(미도시)와 사방밸브(미도시)와 실외 열교환기(미도시)가 설치된 실외기(61)와, 팽창기구(미도시)와 실내 열교환기(미도시)가 설치된 실내기(62)로 구성된다.
한편, 상기 열병합 발전시스템은 상기 발전기(50)에서 생산된 전력 중 상기 히트펌프식 공기조화기(60)로 공급하고 남은 전력이 저장되는 축전지(70)와, 상기 발전기(50)에서 생산된 전력과 상기 히트펌프식 공기조화기(60)에서 필요한 전력을 비교하여, 상기 발전기(50)에서 상기 축전지(70)로의 전력공급을 제어하는 제어부(72)를 더 포함하여 구성된다.
또한, 상기 제어부(72)는 상기 엔진(52)의 정지시 상기 축전지(70)에서 상기 히트펌프식 공기조화기(60)로의 전력공급을 제어하도록 구성된다.
여기서, 상기 엔진(52)은 항상 최대 부하운전이나 정격 부하운전을 하도록 설정된다.
한편, 상기 열병합 발전시스템은 상기 발전기(52)와 축전지(70), 상기 축전지(70)와 히트펌프식 공기조화기(60) 사이에서 송전되는 전력이 서로의 기준에 적 합하도록 변환시키는 전력변환기(74)를 더 포함한다.
즉, 상기 전력변환기(74)는 상기 제어부(72)와 축전지(70) 사이에 설치되어, 상기 발전기(50)에서 생산된 직류전력을 상기 축전지(70)에 저장될 수 있도록 교류전력으로 변환시킴과 아울러, 상기 축전지(70)에 저장된 교류전력이 상기 히트펌프식 공기조화기(60)에 공급될 수 있도록 직류전력으로 변환시키는 컨버터이다.
한편, 상기 열병합 발전시스템은 상기 배기가스 열교환기(54)와 냉각수 열교환기(56)에서 회수된 폐열을 상기 히트펌프식 공기조화기(60)측으로 공급하는 폐열공급 열교환기(64)를 더 포함하거나, 상기 배기가스 열교환기(54)와 냉각수 열교환기(56)에서 회수된 폐열을 저장하는 축열조(66)를 더 포함하는 것도 가능하나, 여기서는 상기 폐열공급 열교환기(64)와 축열조(66)를 모두 포함하는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 폐열공급 열교환기(64)는 상기 배기가스 열교환기(54)와 제 1열공급라인(65)에 의해 연결되고, 상기 냉각수 열교환기(56)와 제 2열공급라인(67)에 의해 연결된다.
상기 폐열공급 열교환기(64)는 상기 배기가스 열교환기(54)와 냉각수 열교환기(56)에서 회수된 폐열을 상기 실외기(61)의 압축기(미도시) 흡입측으로 공급하도록 상기 실외기(61)측에 연결된다.
그리고, 상기 축열조(66)는 상기 냉각수 열교환기(56)에서 회수된 폐열 중 일부를 저장하도록 상기 제 2열공급라인(67)에 설치된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 열병합 발전시스템의 작동방법을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 엔진(52) 및 발전기(50)가 운전되면, 상기 엔진(52)은 상기 히트펌프식 공기조화기(60)에서 요구되는 부하에 관계없이 일정한 출력을 발생시키게 되고, 그에 따라 상기 발전기(50)에서 생산되는 전력도 항상 일정하게 된다.
즉, 상기 엔진(52)은 항상 발전효율이 높은 상태에서 운전되도록 최대 부하운전이나 정격 부하운전을 하도록 설정된다.
상기 발전기(50)에서 생산된 전력은 상기 히트펌프식 공기조화기(60)로 공급되어, 상기 실외기(61)의 압축기(미도시)를 운전시키는 데 사용된다.
이 때, 상기 제어부(72)는 상기 발전기(50)에서 생산된 전력과 상기 히트펌프식 공기조화기(60)에서 필요로 하는 전력을 비교하여, 상기 발전기(50)에서 생산된 전력 중 상기 히트펌프식 공기조화기(60)로 공급하고 남은 전력이 상기 축전지(70)에서 저장되도록 한다.
여기서, 상기 발전기(50)에서 생산된 전력은 직류전력이고, 상기 축전지(70)에는 교류전력만이 저장될 수 있으므로, 상기 전력변환기(74)는 상기 발전기(50)에서 생산된 전력이 상기 축전지(70)에 저장될 수 있도록 교류전력으로 변환시킨다.
따라서, 상기 히트펌프식 공기조화기(60)에서 필요로 하는 전력이 작을지라도 상기 엔진(52)의 발전량을 감소시킬 필요가 없고, 상기 엔진(52)이 항상 높은 발전효율을 낼 수 있는 상태로 구동될 수 있게 된다.
한편, 상기 엔진(52)이 정지되면, 상기 제어부(72)에서는 상기 축전지(70)에 저장된 전력이 상기 히트펌프식 공기조화기(60)로 공급되도록 제어한다.
이 때, 상기 축전지(70)에 저장된 전력은 교류전력이고, 상기 히트펌프식 공기조화기(60)에서는 직류전력이 사용되므로, 상기 전력변환기(74)에서는 상기 축전지(70)에 저장된 전력을 상기 히트펌프식 공기조화기(60)에 공급할 수 있도록 직류전력으로 변환시킨다.
따라서, 상기 엔진(52)이 정지되면, 상기 축전지(70)에 저장된 전력이 상기 히트펌프식 공기조화기(60)의 압축기(미도시)를 운전시키는데 사용되게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열병합 발전시스템은 엔진이 히트펌프식 공기조화기에서 요구하는 부하에 관계없이 항상 최대 부하운전이나 정격 부하운전을 하도록 구성되고, 발전기에서 생산된 전력 중 상기 히트펌프식 공기조화기에서 사용되고 남은 전력은 축전지에 저장되도록 구성됨으로써, 상기 히트펌프식 공기조화기의 부하에 관계없이 상기 엔진이 높은 발전효율을 유지할 수 있게 되므로, 시스템의 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 엔진의 정지시 상기 축전지에 저장된 전력이 상기 히트펌프식 공기조화기에 공급되도록 구성됨으로써, 전력의 활용도가 높아질 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 발전기와;
    상기 발전기가 전력을 생산하도록 상기 발전기를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과;
    상기 발전기에서 생산된 전력을 공급받는 히트펌프식 공기조화기와;
    상기 발전기에서 생산된 전력 중 상기 히트펌프식 공기조화기로 공급하고 남은 전력이 저장되는 축전지와;
    상기 발전기에서 생산된 전력과 상기 히트펌프식 공기조화기에서 필요한 전력을 비교하여, 상기 발전기에서 상기 축전지로의 전력공급을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 구동원의 정지시 상기 축전지에서 상기 히트펌프식 공기조화기로 전력이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열병합 발전시스템은 상기 발전기와 축전지, 상기 축전지와 히트펌프식 공기조화기 사이에서 송전되는 전력이 서로의 기준에 적합하도록 변환시키는 전력변환기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전력변환기는 상기 제어부와 축전지 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 열병합 발전시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 열병합 발전시스템은 상기 구동원의 폐열을 회수하는 폐열 회수수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 열병합 발전시스템은 상기 폐열 회수수단에서 회수된 열을 상기 히트펌프식 공기조화기로 공급하는 폐열공급 열교환기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전시스템.
  7. 제 3 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 열병합 발전시스템은 상기 구동원의 폐열을 회수하여 축열하는 축열조를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동원은 엔진과 연료 전지 중 하나인 것을 특징으로 하는 열병합 발전시스템.
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