KR100624816B1 - 열병합 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 엔진과; 상기 엔진의 출력축에 연결되어 전력을 생산하는 발전기와; 상기 발전기의 폐열을 회수하여 열수요처로 전달하는 폐열 회수 수단을 포함하여 구성되어, 발전기의 폐열을 열수요처에 공급하여 시스템 효율이 높고, 아울러 발전기를 방열시킬 수 있는 이점이 있다.

열병합, 발전 시스템, 엔진, 발전기, 폐열 회수 수단

Description

열병합 발전 시스템{ Steam supply and power generation system}

도 1은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 1 실시예의 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 2 실시예의 열수요처가 난방 운전일 때의 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 2 실시예의 열수요처가 냉방 운전일 때의 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 3 실시예의 열수요처가 난방 운전이고 서리 제거 모드일 때의 개략도,

도 5는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 3 실시예의 열수요처가 난방 운전이고 서리 제거 모드가 아닐 때의 개략도,

도 6은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 3 실시예의 열수요처가 냉방 운전일 때의 개략도,

도 7은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 4 실시예의 개략도,

도 8은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 5 실시예의 개략도,

도 9는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 6 실시예의 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

12,12′: 방열 팬 20: 열수요처

21,21′: 압축기 22,22′: 유로 절환 밸브

23,23′: 실내 열교환기 24,24′: 팽창 기구

25,25′: 실외 열교환기 26,26′: 실내 송풍기

27,27′: 실외 송풍기 30,30′: 압축기 출구부 가열기

40,40′: 예열기 50: 폐열 회수수단

52: 냉각수 열교환기 54: 배기 가스 열교환기

56,57,56′,57′: 제 1 열매체 순환 유로

58,58′: 제 1 열매체 순환 펌프

60,61,60′,61′: 제 2 열매체 순환 유로

62,62′: 제 2 열매체 순환 펌프

70: 배기 가스 유로 절환 수단 72: 배기 유로

74: 분기 유로 76: 조절 밸브

78: 온도 센서 80: 제어부

110,120: 실내기 130,140: 실외기

E: 배기 가스 I : 실내 공기

O: 실외 공기

본 발명은 열병합 발전 시스템에 관한 것으로서, 특히 발전기의 폐열을 회수하여 열수요처로 공급하는 열병합 발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 열병합 발전 시스템은 엔진과, 상기 엔진에서 출력된 회전력으로 전력을 생산하는 발전기와, 엔진의 폐열을 급탕이나 공기조화기 등의 열수요처로 공급하는 열공급수단으로 포함하여 구성된다.

상기 발전기에서 생산된 전력은 전등 등의 전기장치를 작동시키는데 사용된다.

상기 발전기에는 상기 발전기를 방열시키는 냉각팬이 설치된다.

상기 열공급수단은 상기 엔진을 냉각시킨 냉각수의 폐열이나 엔진에서 배기된 배기가스의 폐열을 회수하여 상기 급탕이나 공기조화기에 공급한다.

그러나, 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템은 상기 냉각팬의 구동시 소음이 증가되고, 상기 발전기의 폐열이 재활용되지 못하므로, 시스템 효율이 향상되는데 한계가 따르는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 발전기의 폐열을 회수하여 열수요처에 사용하여 시스템 효율이 높은 열병합 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 발전기를 수냉식으로 냉각시켜 소음을 최소화한 열병합 발전 시스템을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 엔진과; 상기 엔진의 출력축에 연결되어 전력을 생산하는 발전기와; 상기 엔진을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗는 냉각수 열교환기와; 상기 엔진에서 배기된 배기 가스의 열을 빼앗는 배기 가스 열교환기와; 제 1 열매체가 상기 발전기와, 냉각수 열교환기와, 열 수요처를 순환 할 수 있도록 형성된 제 1 열매체 순환 유로와; 제 2 열매체가 상기 배기 가스 열교환기와 열 수요처를 순환할 수 있도록 형성된 제 2 열매체 순환 유로와; 상기 냉각수 열교환기를 통과한 제 1 열매체를 가열할 수 있도록 상기 제 1 열매체 순환 유로에 설치된 열매체 가열기와; 상기 엔진에서 배기된 배기 가스를 상기 열매체 가열기 또는 배기 가스 열교환기로 공급하는 배기 가스 유로 절환 수단을 포함하여 구성된다.

상기 배기 가스 유로 절환 수단은 상기 엔진에서 배기된 배기 가스를 상기 배기 가스 열교환기로 안내하는 배기 유로와; 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 열매체 가열기에 연결된 분기 유로를 포함하여 구성된다.

상기 배기 가스 유로 절환 수단은 상기 배기 유로 또는 분기 유로를 개폐하도록 설치된 조절 밸브를 더 포함하여 구성된다.

상기 열수요처는 압축기와 유로 절환 밸브와 실외 열교환기와 팽창기구와 실내 열교환기를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기이다.

상기 히트 펌프식 공기조화기는 상기 제 1 열매체 순환 유로와 제 2 열매체 순환 유로 중 어느 하나를 순환하는 열매체의 열로, 상기 실외 열교환기를 향해 흡입되는 실외 공기를 예열시킬 수 있도록 설치된 예열기와; 상기 제 1 순환 유로와 제 2 순환 유로 중 다른 하나를 순환하는 열매체의 열로, 상기 압축기의 출구부의 냉매를 가열시킬 수 있도록 설치된 압축기 출구부 가열기를 더 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 엔진과; 상기 엔진의 출력축에 연결되어 전력을 생산하는 발전기와; 압축기와, 유로 절환 밸브와, 실외 열교환기와, 팽창기구와, 실내 열교환기와, 상기 실외 열교환기를 향해 흡입되는 실외 공기를 예열시킬 수 있도록 설치된 예열기와, 상기 압축기의 출구부의 냉매를 가열시킬 수 있도록 설치된 압축기 출구부 가열기를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기와; 상기 엔진을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗는 냉각수 열교환기와; 상기 엔진에서 배기된 배기 가스의 열을 빼앗는 배기 가스 열교환기와; 제 1 열매체가 상기 예열기와 압축기 출구부 가열기 중 어느 하나와, 상기 발전기와, 냉각수 열교환기를 순환 할 수 있도록 형성된 제 1 열매체 순환 유로와; 제 2 열매체가 상기 예열기와 압축기 출구부 가열기 중 다른 하나와, 상기 배기 가스 열교환기를 순환할 수 있도록 형성된 제 2 열매체 순환 유로를 포함하여 구성된다.

상기 엔진과 발전기와 압축기와 유로 절환 밸브와 실외 열교환기와 팽창기구와 실내 열교환기와 예열기와 압축기 출구부 가열기 중 적어도 하나는 복수개 구비된다.

상기 제 1 열매체가 제 1 열매체 순환 유로를 순환하도록 펌핑시키는 제 1 열매체 순환 펌프와; 상기 제 2 열매체가 제 2 열매체 순환 유로를 순환하도록 펌핑시키는 제 2 열매체 순환 펌프를 더 포함하여 구성된다.

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이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 1 실시예의 개략도이다.

본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(2)과; 상기 엔진(2)의 출력축에 연결되어 전력을 생산하는 발전기(10)와; 상기 발전기(10)의 폐열을 회수하여 열수요처(20)로 전달하는 폐열 회수 수단(40)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

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 발전기(10)는 교류 발전기와 직류 발전기 중 어느 하나이다.

상기 발전기(10)에서 생산된 전력은 전등등의 각종 전기 장치(11)나 상기 열수요처(20)에 사용된다.

상기 열수요처(20)는 급탕용 열교환기나 공기조화기 중 적어로 하나이다.

상기 폐열 회수수단(40)은 열매체가 상기 발전기(10)와 열수요처(20)를 순환할 수 있도록 형성된 열매체 순환 유로(42,43)와, 상기 열매체가 상기 열매체 순환 유로(42,43)를 순환하도록 상기 열매체를 펌핑시키는 열매체 순환 펌프(44)를 포함한다.

상기 열매체 순환 유로(42,43)는 상기 발전기(10)를 수냉식으로 냉각하면서 발전기(10)의 폐열을 회수할 수 있도록 일부(42a)가 상기 발전기(10)를 통과하도록 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 연료관(3)을 통해 연료가 투입되고, 엔진(2)이 작동되면, 상기 엔진(2)의 출력축은 회전되고, 상기 발전기(10)는 전력을 생산하며, 상기 발전기(10)에서 생산된 전력은 전등 등의 각종 전기 장치(11)나 열수요처(20)로 공급된다.

한편, 상기 열매체 순환 펌프(44)가 구동되면, 상기 열매체 순환 유로(42)의 열매체는 상기 발전기(10)로 이동되고, 상기 발전기(10)의 구동시 발생된 열을 빼앗으면서 상기 발전기(10)를 방열시키며, 상기 열매체 순환 유로(43)를 통해 상기 열수요처(20)로 이동되어 상기 발전기(10)에서 빼앗았던 열을 상기 열수요처(20)로 전달한다.

도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 2 실시예의 열수요처가 난방 운전일 때의 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 2 실시예 의 열수요처가 냉방 운전일 때의 개략도이다.

본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 엔진(2)과; 상기 엔진(2)의 출력축에 연결되어 전력을 생산하는 발전기(10)와; 상기 엔진(2)의 폐열 및 상기 발전기(10)의 폐열을 회수하여 열수요처(20)로 전달하는 폐열 회수 수단(50)을 포함하여 구성된다.

상기 엔진(2)은 내부에 연소실이 구비되고, 상기 연소실로 액화천연가스 또는 액화석유가스 등의 연료가 투입되는 연료관(3)과, 상기 연소실에서 배기되는 배기 가스가 안내되는 배기관(4)이 각각 연결된다.

상기 엔진(2)에는 상기 엔진(2)을 냉각시키면서 가열된 냉각수가 후술하는 냉각수 열교환기(52)로 열을 전달한 후 다시 상기 엔진(2)으로 순환될 수 있도록 냉각수 열교환기(52)와 냉각수 순환 유로(7,8)로 연결된다.

상기 엔진(2)과 냉각수 열교환기(52)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 열수요처(20)는 난방 전용 공기조화기로 이루어지는 것도 가능하고, 냉방과 난방이 전환될 수 있는 히트 펌프식 공기조화기로 이루어지는 것도 가능하며, 이하, 히트 펌프식 공기조화기(20)로 한정하여 설명한다.

상기 히트 펌프식 공기조화기(20)는 압축기(21)와 유로 절환 밸브(22)와 실내 열교환기(23)와 팽창기구(24)와 실외 열교환기(25)를 포함한다.

상기 히트 펌프식 공기조화기(20)는 상기 실내 열교환기(23)로 실내 공기를 송풍시키는 실내 팬(26)과, 상기 실외 열교환기(25)로 실외 공기를 송풍시키는 실외 팬(27)을 더 포함하여 구성된다.

즉, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)는 난방 운전시 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 압축기(21)에서 압축된 냉매가 유로 절환 밸브(22)와 실내 열교환기(23)와 팽창기구(24)와 실외 열교환기(25)와 유로 절환 밸브(22)를 차례로 경유하여 압축기(21)로 순환됨에 따라, 상기 실외 열교환기(25)가 증발기로 작용하고, 상기 실내 열교환기(23)가 응축기로 작용하면서 실내 공기(I)로 열을 방출한다.

반면에, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)는 냉방 운전시 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 압축기(21)에서 압축된 냉매가 유로 절환 밸브(22)와 실외 열교환기(25)와 팽창기구(24)와 실내 열교환기(23)와 유로 절환 밸브(22)를 차례로 경유하여 압축기(21)로 순환됨에 따라, 상기 실외 열교환기(25)가 응축기로 작용하고, 상기 실내 열교환기(23)가 증발기로 작용하면서 실내 공기(I)의 열을 빼앗는다.

상기 압축기(21)의 출구부(21a)에는 상기 폐열 회수수단(50)에 의해 회수된 열을 이용하여 상기 압축기(21)의 출구부(21a)의 냉매를 가열시킬 수 있도록 압축기 출구부 가열기(30)가 설치된다.

상기 실외 열교환기(25)의 실외 공기 흡입측에는 상기 폐열 회수수단(50)에 의해 회수된 열을 이용하여 상기 실외 열교환기(25)를 향해 흡입되는 실외 공기(O)를 예열시킬 수 있도록 예열기(40)가 설치된다.

상기 폐열 회수수단(50)은 상기 엔진(2)을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗는 냉각수 열교환기(52)와; 상기 엔진(2)에서 배기된 배기 가스의 열을 빼앗는 배기 가스 열교환기(54)와; 제 1 열매체가 상기 발전기(10)와, 냉각수 열교환기(52)와, 예열기(40)를 순환 할 수 있도록 형성된 제 1 열매체 순환 유로(56,57)와; 상기 제 1 열매체가 제 1 열매체 순환 유로(56,57)를 순환하도록 펌핑시키는 제 1 열매체 순환 펌프(58)와; 제 2 열매체가 상기 배기 가스 열교환기(54)와 압축기 토출부 가열기(30)를 순환할 수 있도록 형성된 제 2 열매체 순환 유로(60,61)와, 상기 제 2 열매체가 제 2 열매체 순환 유로(60,61)를 순환하도록 펌핑시키는 제 2 열매체 순환 펌프(62)를 포함하여 구성된다.

상기 제 1 열매체 순환 유로(56,57)는 상기 발전기(10)를 수냉식으로 냉각하면서 발전기(10)의 폐열을 회수할 수 있도록 일부(56a)가 상기 발전기(10)를 통과하도록 형성된다.

참조 부호 12는 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)는 냉방 운전시 상기 발전기(10)를 방열시키도록 설치된 방열 팬이다.

이하, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 작용을 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 배기 가스 열교환기(54)를 통과한 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 냉 각수 열교환기(52)로 이동되고, 상기 냉각수 열교환기(52)에 열을 빼앗긴 후, 상기 냉각수 순환 유로(8)를 통해 상기 엔진(2)으로 순환된다.

한편, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)의 난방 운전시 상기 제 1,2 열매체 순환 펌프(58,,62)는 구동되고, 상기 유로 절환 밸브(22)는 난방 모드로 절환되고, 상기 압축기(21)는 발전기(10)에서 생산된 전력으로 구동된다.

상기 제 1 열매체 순환 펌프(58)의 구동시, 상기 제 1 열매체 순환 유로(56)의 열매체는 상기 발전기(10)로 이동되고, 상기 발전기(10)의 구동시 발생된 열을 빼앗으면서 가열되어 상기 발전기(10)를 방열시킨다.

상기 발전기(10)에 의해 가열된 열매체는 상기 제 1 열매체 순환 유로(57)를 통해 상기 냉각수 열교환기(52)로 이동되어, 상기 냉각수 열교환기(52)의 열에 의해 재차 가열되고, 상기 예열기(40)로 이동된다.

상기 예열기(40)로 이동된 가열된 열매체는 상기 예열기(40)를 가열시킨 후, 상기 발전기(10)로 순환되고, 제 1 열매체는 상기와 같은 순환이 계속되면서, 상기 발전기(10) 및 냉각수 열교환기(52)의 열을 빼앗아 상기 예열기(40)로 전달한다.

한편, 상기 제 2 열매체 순환 펌프(62)의 구동시 상기 제 2 열매체 순환 유로(61)의 제 2 열매체는 상기 배기 가스 열교환기(54)를 통과하면서 배기 가스의 열을 흡열하여 가열되고, 상기 제 2 열매체 순환 유로(62)를 통해 상기 압축기 출구부 가열기(30)로 이동된다.

상기 압축기 출구부 가열기(30)로 이동된 제 2 열매체는 상기 압축기(21)의 출구부(21a)를 가열시킨 후 상기 배기 가스 열교환기(54)로 순환되고, 제 2 열매체 는 상기와 같은 순환이 계속되면서, 상기 배기 가스 열교환기(54)의 열을 빼앗아 상기 압축기(21)의 출구부(21a)로 전달한다.

한편, 상기와 같은 열전달이 이루어지는 동안, 상기 유로 절환 밸브(22)가 난방 모드로 절환되고, 상기 압축기(21)가 구동되면, 상기 압축기(21)는 저온 저압의 기체 냉매를 압축하여 고온 고압의 기체 냉매로 변화시키고, 고온 고압의 기체 냉매는 상기 출구부(21a)를 통과하면서 상기 압축기 출구부 가열기(30)에 의해 가열된다.

상기와 같이 가열된 냉매는 유로 절환 밸브(22)를 경유하여 상기 실내 열교환기(23)를 통과하게 되고, 상기 압축기 출구부 가열기(30)에 의해 가열되지 않았을 때보다 실내 온도를 더 높이게 된다.

상기 실내 열교환기(23)를 통과하는 냉매는 실내 공기(I)와 열교환되어 응축되고, 상기 팽창기구(24)와 실외 열교환기(25)와 유로 절환 밸브(22)를 차례로 통과한 후 상기 압축기(21)로 순환된다.

한편, 상기 실외 열교환기(25)를 향해 흡입되는 실외 공기(O)는 상기 예열기(40)에 의해 가열되어 승온된 후 상기 실외 열교환기(25)를 통과하게 되고, 상기 실외 열교환기(25)에는 서리가 착상되지 않게 된다.

반면에, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)의 냉방 운전시 상기 제 1,2 열매체 순환 펌프(58,,62)는 구동 정지되고, 상기 유로 절환 밸브(22)는 냉방 모드로 절환되고, 상기 압축기(21)는 발전기(10)에서 생산된 전력으로 구동된다.

상기 유로 절환 밸브(22)가 냉방 모드로 절환되고, 상기 압축기(21)가 구동 되면, 상기 압축기(21)는 저온 저압의 기체 냉매를 압축하여 고온 고압의 기체 냉매로 변화시키고, 고온 고압의 기체 냉매는 상기 유로 절환 밸브(22)를 경유하여 상기 실외 열교환기(25)와 팽창기구(24)와 실내 열교환기(23)와 유로 절환 밸브(22)를 차례로 통과한 후 상기 압축기(21)로 순환된다.

한편, 상기 냉각수 열교환기(52)는 냉각수에서 흡수한 열을 대기 중으로 방출하고, 상기 배기 가스 열교환기(54)는 배기 가스에서 흡수한 열을 대기 중으로 방출한다.

도 4는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 3 실시예의 열수요처가 난방 운전이고 서리 제거 모드일 때의 개략도이고, 도 5는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 3 실시예의 열수요처가 난방 운전이고 서리 제거 모드가 아닐 때의 개략도이며, 도 6은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 3 실시예의 열수요처가 냉방 운전일 때의 개략도이다.

본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 냉각수 열교환기(52)를 통과한 제 1 열매체를 가열할 수 있도록 상기 제 1 열매체 순환 유로(57)에 설치된 열매체 가열기(68)와, 상기 엔진(2)에서 배기된 배기 가스를 상기 열매체 가열기(68) 또는 배기 가스 열교환기(68)로 공급하는 배기 가스 유로 절환 수단(70)을 포함하여 구성되고, 상기 열매체 가열기(68) 및 배기 가스 유로 절환 수단(70) 이외의 구성 및 작용은 본 발명 제 2 실시예와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그 상세한 설명은 생략한다.

상기 배기 가스 유로 절환 수단(70)은 상기 엔진(2)에서 배기된 배기 가스를 상기 배기 가스 열교환기(54)로 안내하는 배기 유로(72)와, 상기 배기 유로(72)에서 분기되어 상기 열매체 가열기(68)에 연결된 분기 유로(74)와, 상기 배기 유로(72) 또는 분기 유로(74)를 개폐하도록 설치된 조절 밸브(76)를 포함하여 구성된다.

상기 배기 유로(72)는 상기 엔진(2)과 상기 배기 가스 열교환기(54) 사이에 배치된다.

상기 조절 밸브(76)는 상기 배기 유로(72)와 분기 유로(74)에 각각 설치되어, 배기 유로(72)와 분기 유로(74)가 독립적으로 개폐되는 것도 가능하고, 상기 배기 유로(72)에서 상기 분기 유로(74)가 분기되는 부분에 설치되어, 둘 중 어느 하나를 개방함과 아울러 다른 하나를 밀폐하는 것도 가능하며, 이하, 상기 배기 유로(72)에서 상기 분기 유로(74)가 분기되는 부분에 설치된 것으로 한정하여 설명한다.

상기 배기 가스 유로 절환 수단(70)은 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)의 일측에 설치되어 온도를 측정하는 온도 센서(78)와, 상기 온도 센서(78)에서 측정된 온도값과, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)의 냉/난방 여부에 따라 상기 조절 밸브(76)를 제어하는 제어부(80)를 더 포함하여 구성된다.

상기 제어부(80)는 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 난방 운전이고, 상기 온도 센서(78)에서 측정된 온도값이 설정 온도(예를 들면, -3℃~5℃)이면, 서리 제거 모드로 판단하여 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 배기 유로(72)를 밀폐함과 아 울러 상기 분기 유로(74)를 개방하도록 상기 조절 밸브(76)를 제어한다.

그리고, 상기 제어부(80)는 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 난방 운전이고, 상기 온도 센서(78)에서 측정된 온도값이 설정 온도(예를 들면, -3℃~5℃) 이외이거나, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 냉방 운전이면, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 배기 유로(72)를 개방함과 아울러 상기 분기 유로(74)를 밀폐하도록 상기 조절 밸브(76)를 제어한다.

상기와 같이 구성된 본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 난방 운전이고, 서리 제거 모드이면, 상기 조절 밸브(76)는 서리 모드로 제어되어 상기 배기 유로(72)를 밀폐함과 아울러 상기 분기 유로(74)를 개방하고, 제 1 열매체 순환 펌프(58)는 구동되어, 제 1 열매체가 발전기(10)와 냉각수 열교환기(52)와 열매체 가열기(68)와 예열기(40)를 순환되게 한다.

상기 엔진(2)에서 배기된 배기 가스(E)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 분기 유로(74)를 통해 상기 열매체 가열기(68)로 안내되어 상기 열매체 가열기(68)를 가열한 후 대기 중으로 배출된다.

상기 제 1 열매체 순환 펌프(58)의 구동시 상기 발전기(10)와 냉각수 열교환기(52)에 의해 가열된 제 1 열매체는 상기 열매체 가열기(68)에 의해 재차 가열되어 그 온도가 더욱 더 상승되고, 상기 예열기(40)를 상기 열매체 가열기(68)에 의 해 가열되지 않았을 때 보다 더 가열한다.

상기 실외 열교환기(25)를 향해 흡입되는 실외 공기(O)는 상기 예열기(40)에 의해 더욱 더 가열되며, 상기 실외 열교환기(25)의 서리 제거 효과는 최대화된다.

반면에, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 난방 운전이고, 서리 제거 모드가 아니면, 상기 조절 밸브(76)는 상기 배기 유로(72)를 개방함과 아울러 상기 분기 유로(74)를 밀폐하고, 제 1 열매체 순환 펌프(58)는 구동되어, 제 1 열매체가 발전기(10)와 냉각수 열교환기(52)와 열매체 가열기(68)와 예열기(40)를 순환되게 하며, 제 2 열매체 순환 펌프(62)는 구동되어 제 2 열매체가 배기 가스 열교환기(54)와 압축기 출구부 가열기(30)를 순환되게 한다.

상기 엔진(2)에서 배기된 배기 가스는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 배기 유로(72)를 통해 상기 배기 가스 열교환기(54)로 이동되어 상기 배기 가스 열교환기(54)를 가열한 후 대기 중으로 배출된다.

상기 제 1 열매체 순환 펌프(58)의 구동과 그에 따른 실내 열교환기(23)의 난방 성능 증대 및 상기 제 2 열매체 순환 펌프(62)의 구동과 그에 따른 실외 열교환기(25)의 제상 효과는 본 발명 제 2 실시예와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

그리고, 상기 히트 펌프식 공기조화기(20)가 냉방 운전이면, 상기 조절 밸브(76)는 상기 배기 유로(72)를 개방함과 아울러 상기 분기 유로(74)를 밀폐한다.

상기 엔진(2)에서 배기된 배기 가스는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 배기 유로(72)를 통해 상기 배기 가스 열교환기(54)로 이동되어 상기 배기 가스 열교환 기(54)를 가열한 후 대기 중으로 배출되고, 상기 배기 가스 열교환기(54)는 배기 가스에서 흡수한 열을 대기 중으로 방출한다.

도 7은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 4 실시예의 개략도이다.

본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템 제 4 실시예는 도 7에 도시된 바와 같이, 복수개의 엔진(2,2′)이 구비되고, 각각의 엔진(2,2′)의 회전축에 발전기(10,10′)가 연결되며, 상기 복수개의 엔진(2,2′) 및 발전기(10,10′) 이외의 구성 및 작용은 본 발명 제 2 실시예 및 3 실시예와 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 배기유로(72,72′)와 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.

상기 발전기(10,10′)의 각각에는 제 1 열매체 순환 유로(56,57,56′,57′)가 각각 연결된다.

상기 제 1 열매체 순환 유로(56,57,56′,57′)는 병렬로 연결된다.

상기 제 1 열매체 순환 유로(56,57,56′,57′)에는 제 1 열매체 순환 펌프(58,58′)가 각각 설치된다.

본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 열수요처인 히트 펌프식 공기조화기(20)가 난방 운전이면, 상기 제 1 열매체 순환 펌프(58,58′)가 각각 구동되고, 제 1 열매체 순환 유로(56,57,56′,57′)의 제 1 열매체는 상기 발전기(10,10′)로 분산되어 상기 발전기(10,10′)의 각각을 방열시킨 후 다시 합쳐지고, 상기 발전기(10,10′)의 각각에서 흡수한 열을 상기 예열기(40)에 전달한다.

기타의 작용은 본 발명 제 2 실시예 또는 제 3 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 8은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 5 실시예의 개략도이다.

본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템 제 5 실시예는 도 8에 도시된 바와 같이,

본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 10에 도시된 바와 같이, 열수요처인 히트 펌프식 공기조화기(20)가 복수개의 실내 열교환기(23,23′)를 포함하고, 상기 복수개의 실내 열교환기(23,23′)가 병렬로 연결됨과 아울러 실내 열교환기(23,23′)의 각각이 실내기(100,110)의 각각에 설치되며, 상기 실내 열교환기(23,23′) 이외가 하나의 실외기(120)에 설치되어 멀티형 공기조화기를 구성한다.

상기 복수개의 실내 열교환기(23,23′) 이외의 구성 및 작용은 본 발명 제 2 실시예 내지 제 4 실시예 중 어느 하나와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그 상 세한 설명은 생략한다.

상기 복수개의 실내기(100,110) 각각에는 실내 송풍기(26,26′)가 각각 설치된다.

도 9는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 6 실시예의 개략도이다.

본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템 제 6 실시예는 도 9에 도시된 바와 같이, 열수요처인 히트 펌프식 공기조화기(20)가 복수개의 실내기(100,110)와 복수개의 실외기(120,130)로 이루어진다.

상기 히트 펌프식 공기조화기(20)는 상기 복수개의 실내기(100,110)의 냉매배관이 병렬로 연결되는 것도 가능하고, 상기 복수개의 실외기(120,130)의 냉매배관이 병렬로 연결되는 것도 가능하며, 이하, 하나의 실내기(100,110)에 하나의 실외기(120,130)가 연결되어 하나의 공기조화기 셋트를 구성하고, 각각의 공기조화기 셋트가 다른 공기조화기 셋트와 독립적으로 작동되는 것으로 한정하여 설명한다.

상기 실내기(100,110)의 각각에는 실내 열교환기(23,23′)와 실내 송풍기(26,26′)가 각각 설치된다.

상기 실외기(120,130)의 각각에는 압축기(21,21′)와 유로 절환 밸브(22,22′)와, 팽창기구(24,24′)와 실외 열교환기(25,25′)와, 실외 송풍기(27,27′)가 각각 설치된다.

상기 압축기(21,21′)의 출구부(21a,21′)에는 압축기 출구부 가열기(30,30′)가 각각 설치된다.

상기 압축기 출구부 가열기(30,30′)의 각각으로 제 2 열매체가 순환되는 제 2 열매체 순환 유로(60,61.60′,61′)는 병렬로 연결된다.

상기 제 2 열매체 순환 유로(60,61.60′,61′)의 각각에는 제 2 열매체 순환 펌프(62,62′)가 설치된다.

그리고, 상기 실외 열교환기(25,25′) 각각의 전방에는 실외 열교환기(25,25′)로 흡입되는 실외 공기를 예열시키도록 예열기(40,40′)가 각각 설치된다.

한편, 상기 예열기(40,40′)의 각각으로 제 1 열매체가 순환되는 제 1 열매체 순환 유로(56,57,56′,57′)는 병렬로 연결된다.

상기 제 1 열매체 순환 유로(56,57,56′,57′)의 각각에는 제 1 열매체 순환 펌프(58,58′)가 설치된다.

상기 실내기(100,110)와, 실외기(120,130), 압축기 출구부 가열기(30,30′)와 예열기(40,40′)와, 제 1 열매체 순환 유로(56,57,56′,57′)와 제 2 열매체 순환 유로(60,61.60′,61′)가 복수개 구비되는 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제 2 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 발전기의 폐열을 열수요처에 공급하여 시스템 효율이 높고, 아울러 발전기를 방열시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 발전기 및 엔진의 폐열을 열수요처에 공급하여 시스템 효율이 높은 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 엔진의 냉각수의 폐열과 발전기의 폐열을 이용하여 실외 열교환기의 서리 착상을 막을 수 있고, 엔진의 배기 가스의 폐열을 이용하여 실내 열교환기의 난방 성능을 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 실외 열교환기에 서리 착상이 잘 되는 온도일 때, 배기 가스의 폐열을 실외 열교환기 서리 제거에 이용하고, 실외 열교환기에 서리 착상이 잘 안 되는 온도일 때, 배기 가스를 실내 열교환기 난방 성능 향상에 이용하므로, 효율이 높고 실외 온도에 능동적으로 대응할 수 있는 이점이 있다.

Claims (10)

1. 엔진과;

   상기 엔진의 출력축에 연결되어 전력을 생산하는 발전기와;

   상기 엔진을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗는 냉각수 열교환기와;

   상기 엔진에서 배기된 배기 가스의 열을 빼앗는 배기 가스 열교환기와;

   제 1 열매체가 상기 발전기와, 냉각수 열교환기와, 열 수요처를 순환 할 수 있도록 형성된 제 1 열매체 순환 유로와;

   제 2 열매체가 상기 배기 가스 열교환기와 열 수요처를 순환할 수 있도록 형성된 제 2 열매체 순환 유로와;

   상기 냉각수 열교환기를 통과한 제 1 열매체를 가열할 수 있도록 상기 제 1 열매체 순환 유로에 설치된 열매체 가열기와;

   상기 엔진에서 배기된 배기 가스를 상기 열매체 가열기 또는 배기 가스 열교환기로 공급하는 배기 가스 유로 절환 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 배기 가스 유로 절환 수단은 상기 엔진에서 배기된 배기 가스를 상기 배기 가스 열교환기로 안내하는 배기 유로와;

   상기 배기 유로에서 분기되어 상기 열매체 가열기에 연결된 분기 유로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 배기 가스 유로 절환 수단은 상기 배기 유로 또는 분기 유로를 개폐하도록 설치된 조절 밸브를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 열수요처는 압축기와 유로 절환 밸브와 실외 열교환기와 팽창기구와 실내 열교환기를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기인 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 히트 펌프식 공기조화기는 상기 제 1 열매체 순환 유로와 제 2 열매체 순환 유로 중 어느 하나를 순환하는 열매체의 열로, 상기 실외 열교환기를 향해 흡입되는 실외 공기를 예열시킬 수 있도록 설치된 예열기와;

   상기 제 1 순환 유로와 제 2 순환 유로 중 다른 하나를 순환하는 열매체의 열로, 상기 압축기의 출구부의 냉매를 가열시킬 수 있도록 설치된 압축기 출구부 가열기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
6. 엔진과;

   상기 엔진의 출력축에 연결되어 전력을 생산하는 발전기와;

   압축기와, 유로 절환 밸브와, 실외 열교환기와, 팽창기구와, 실내 열교환기와, 상기 실외 열교환기를 향해 흡입되는 실외 공기를 예열시킬 수 있도록 설치된 예열기와, 상기 압축기의 출구부의 냉매를 가열시킬 수 있도록 설치된 압축기 출구부 가열기를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기와;

   상기 엔진을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗는 냉각수 열교환기와;

   상기 엔진에서 배기된 배기 가스의 열을 빼앗는 배기 가스 열교환기와;

   제 1 열매체가 상기 예열기와 압축기 출구부 가열기 중 어느 하나와, 상기 발전기와, 냉각수 열교환기를 순환 할 수 있도록 형성된 제 1 열매체 순환 유로와;

   제 2 열매체가 상기 예열기와 압축기 출구부 가열기 중 다른 하나와, 상기 배기 가스 열교환기를 순환할 수 있도록 형성된 제 2 열매체 순환 유로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 엔진과 발전기와 압축기와 유로 절환 밸브와 실외 열교환기와 팽창기구와 실내 열교환기와 예열기와 압축기 출구부 가열기 중 적어도 하나는 복수개 구비된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1 열매체가 제 1 열매체 순환 유로를 순환하도록 펌핑시키는 제 1 열매체 순환 펌프와;

   상기 제 2 열매체가 제 2 열매체 순환 유로를 순환하도록 펌핑시키는 제 2 열매체 순환 펌프를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
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