KR100634808B1 - 열병합 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 발전기와 엔진과 폐열회수 수단이 설치된 메인유닛이 건물의 지하 또는 지상 1층에 설치되고, 폐열공급 열교환기가 설치된 서브유닛과 히트펌프식 공기조화기는 건물의 옥상에 설치됨으로써, 상기 서브유닛과 히트펌프식 공기조화기를 연결하는 냉매 순환유로의 길이가 축소되어 시스템의 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.

열병합 발전 시스템, 폐열회수 수단, 폐열공급 열교환기, 히트펌프식 공기조화기, 열매체 순환유로, 냉매 순환유로

Description

열병합 발전 시스템{Electric generation air condition system}

도 1은 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템의 개략도,

도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 냉방 운전일 때 열병합 발전부의 개략도,

도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 냉방 운전일 때 히트펌프식 공기조화기의 개략도,

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 난방 운전이고, 실외온도가 낮을 때의 개략도,

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 난방 운전이고, 실외온도가 높을 때의 개략도,

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 냉방 운전일 때의 개략도,

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 난방 운전일 때의 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50: 발전기 51: 엔진

60: 폐열회수 수단 62: 냉각수 열교환기

64: 제 1 배기가스 열교환기 66: 제 2 배기가스 열교환기

70: 열전달 수단 71,71': 열매체 순환펌프

72: 열매체 순환유로 74: 삼방변

76: 방열 열교환기 77: 방열팬

78: 급탕조 79: 방열 바이패스유로

80: 메인유닛 82: 메인유닛 온도센서

86: 메인유닛 제어부 90: 서브유닛

92: 폐열공급 열교환기 95: 팽창탱크

94: 폐열공급 열교환기 바이패스유로

98: 서브유닛 온도센서 99: 서브유닛 제어부

100: 히트펌프식 공기조화기 102: 냉매 순환유로

104: 사방밸브 105: 실외팽창기구

106: 압축기 107: 실내팽창기구

108: 실외열교환기 109: 실내열교환기

110: 실외열교환기 바이패스유로

120: 제 1 난방용 역지변 122: 제 1 난방용 밸브

124: 제 2 난방용 밸브 126: 제 3 난방용 밸브

128: 제 2 난방용 역지변 130: 제 1 냉방용 역지변

132: 제 2 냉방용 역지변 134: 제 1 냉방용 밸브

본 발명은 열병합 발전 시스템에 관한 것으로서, 특히 열병합 발전부가 메인유닛과 서브유닛으로 분리되어, 메인유닛은 건물의 지하 또는 지상 1층에 설치되고 서브유닛과 히트펌프식 공기조화기는 건물의 옥상에 설치됨으로써, 상기 서브유닛과 히트펌프식 공기조화기를 연결하는 냉매 순환유로의 길이가 축소되는 열병합 발전 시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템이 개략적으로 도시된 구성도이다.

종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 전력을 생산하는 발전기(2)와, 상기 발전기(2)를 구동시킴과 아울러 열이 발생되는 엔진(10) 등의 구동원(이하, '엔진'이라 칭함)과, 상기 엔진(10)에서 발생된 폐열을 회수하는 폐열회수 수단(20)과, 상기 폐열회수 수단(20)의 폐열이 이용되는 축열조 등의 열 수요처(30)를 포함하여 구성된 열병합 발전부(12)와, 압축기(5)와 사방밸브(6)와 실내열교환기(7)와 팽창기구(8)와 실외 열교환기(9)를 포함하여 구성된 히트펌프식 공기조화기(4)로 구성된다.

상기 발전기(2)에서 생산된 전력은 가정의 각종 조명기구나 히트펌프식 공기조화기(4) 등의 가전기기로 공급된다.

상기 히트펌프식 공기조화기(4)는 냉방 운전시 상기 압축기(5)에서 압축된 냉매가 상기 사방밸브(6)와 실외 열교환기(9)와 팽창기구(8)와 실내 열교환기(7)와 사방밸브(6)를 차례로 경유하여 압축기(5)로 순환됨에 따라, 상기 실외열교환기(9)가 응축기로 작용하고, 상기 실내열교환기(7)가 증발기로 작용하면서 실내공기의 열을 빼앗는다.

반면에, 난방 운전시에는 상기 압축기(5)에서 압축된 냉매가 상기 사방밸브(6), 실내열교환기(7), 팽창기구(8), 실외열교환기(9), 사방밸브(6)를 차례로 경유하여 상기 압축기(5)로 순환됨에 따라, 상기 실외열교환기(9)가 증발기로 작용하고, 상기 실내열교환기(7)가 응축기로 작용하면서 실내 공기를 가열하게 된다.

상기 폐열회수 수단(20)은 상기 엔진(10)에서 배출되는 배기가스의 열을 빼앗는 배기가스 열교환기(22)와, 상기 엔진(10)을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗는 냉각수 열교환기(24)로 구성된다.

상기 배기가스 열교환기(22)는 상기 축열조 등의 열수요처(30)와 제 1 열공급라인(23)으로 연결되고, 상기 엔진의 배기가스로부터 빼앗은 폐열은 상기 제 1열공급라인(23)을 통해 축열조 등이 열수요처(30)로 전달된다.

상기 냉각수 열교환기(24)는 상기 축열조 등의 열수요처(30)와 제 2 열 공급라인(25)으로 연결되고, 상기 엔진을 냉각시킨 냉각수로부터 빼앗은 열은 상기 제 2 열공급라인(25)을 통해 축열조 등의 열수요처(30)로 전달된다.

그러나, 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템은 상기 히트펌프식 공기조화기(4)가 옥상에 설치되고 상기 열병합 발전부(12)가 건물의 지하 또는 지상 1층에 설치될 경우, 상기 히트펌프식 공기조화기(4)와 열병합 발전부(12)를 연결하는 냉매 배관의 길이가 증대되어 시스템의 효율이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 상기 열병합 발전부(12)가 옥상에 설치될 경우에는 건물에 진동 및 소음이 직접적으로 전달되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열병합 발전부가 메인유닛과 서브유닛으로 분리되어 설치됨으로써 냉매 배관의 길이가 축소되어 시스템의 효율이 증대될 수 있는 열병합 발전 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 발전기와, 상기 발전기를 구동시킴과 아울러 열이 발생되는 구동원과, 상기 구동원의 폐열을 회수하는 폐열회수 수단이 설치된 메인유닛과; 압축기와 사방밸브와 실외열교환기와 실외팽창기구와 실내열교환기와 실내팽창기구를 포함하는 히트펌프식 공기조화기와; 상기 폐열회수 수단에서 회수된 열을 상기 히트펌프식 공기조화기로 공급하는 폐열공급 열교환기가 설치된 서브유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한 다.

상기 메인유닛과 상기 서브유닛은 열매체가 순환할 수 있도록 형성된 열매체 순환유로로 연결되고 상기 서브유닛과 상기 히트펌프식 공기조화기는 냉매가 순환할 수 있도록 형성된 냉매 순환유로로 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 메인유닛은 상기 폐열회수 수단에서 회수한 열을 외부로 방열할 수 있도록 설치된 방열 열교환기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 서브유닛은 상기 히트펌프식 공기조화기의 냉방 운전시 상기 사방밸브를 통과한 냉매가 상기 폐열공급 열교환기를 바이패스할 수 있도록 설치된 폐열공급 열교환기 바이패스유로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 서브유닛은 상기 폐열공급 열교환기 바이패스유로에 설치된 제 1 냉방용 역지변과, 상기 폐열공급 열교환기와 폐열공급 열교환기 바이패스유로의 분지점 사이에 설치된 제 1 난방용 역지변과, 상기폐열공급 열교환기와 폐열공급 열교환기 바이패스유로의 합지점 사이에 설치된 제 1 난방용 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 서브유닛은 열매체 순환유로에서 발생하는 기체를 담아두는 팽창탱크를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 메인유닛은 상기 열매체 순환유로의 온도를 감지하기 위한 메인유닛 온도센서와, 상기 서브유닛은 상기 냉매 순환유로의 온도를 감지하기 위한 서브유닛 온도센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 메인유닛은 엔진과 메인유닛 온도센서 등을 제어하기 위한 메인유닛 제 어부를 포함하고, 상기 서브유닛은 서브유닛 온도센서 등을 제어하기 위한 서브유닛 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 메인유닛은 건물의 지하 또는 지상 1층에 설치되고, 상기 서브유닛은 건물의 옥상에 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 히트펌프식 공기조화기는 상기 히트펌프식 공기조화기의 난방 운전시 상기 실외팽창기구에서 팽창된 냉매가 상기 실외열교환기를 바이패스할 수 있도록 설치된 실외열교환기 바이패스유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 히트펌프식 공기조화기는 상기 실외열교환기와 상기 실외열교환기 바이패스유로의 합지점 사이에 제 1 냉방용 밸브와, 상기 실외열교환기와 상기 실외열교환기 바이패스유로의 분지점 사이에 제 2 냉방용 역지변을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 히트펌프식 공기조화기는 상기 실외열교환기 바이패스유로에 설치된 제 2 난방용 밸브와, 상기 실외팽창기구에서 팽창된 냉매가 상기 실외열교환기를 통과하면서 증발될 수 있도록, 일단이 상기 실외팽창기구와 제 2 난방용 밸브의 사이에 연결되고, 타단이 실외열교환기와 제 2 냉방용 역지변 사이에 연결된 연결유로와, 상기 연결유로에 설치된 제 3 난방용 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 히트펌프식 공기조화기는 상기 실외열교환기 바이패스유로에 설치된 제 2 난방용 역지변을 포함하는 것을 특징으로 한다.

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

도 2a와 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 히트펌프식 공기조화기가 냉방운전일 때의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 히트펌프식 공기조화기가 난방 운전이고 실외온도가 낮을 때의 개략도이며, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 히트펌프식 공기조화기가 난방 운전이고 실외온도가 높을 때의 개략도이다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 2a 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 발전기(50)와 상기 발전기(50)를 구동시킴과 아울러 열이 발생되는 구동원과 상기 구동원의 폐열을 회수하는 폐열회수 수단(60)이 설치된 메인유닛(80)과, 압축기(106)와 사방밸브(104)와 실외열교환기(108)와 실외팽창기구(105)와 실내열교환기(109)와 실내팽창기구(107)를 포함하는 히트펌프식 공기조화기(100)와, 상기 폐열회수 수단(60)에서 회수된 열을 상기 히트펌프식 공기조화기(100)로 공급하는 폐열공급 열교환기(92)가 설치된 서브유닛(90)을 포함하여 구성된다.

상기 메인유닛(80)과 상기 서브유닛(90)은 열매체가 순환할 수 있도록 형성된 열매체 순환유로(72)로 연결되고, 상기 서브유닛(90)과 상기 히트펌프식 공기조화기(100)는 냉매가 순환할 수 있도록 형성된 냉매 순환유로(102)로 연결된다.

상기 메인유닛(80)은 중량이 크기 때문에 건물의 지하 또는 지상 1층에 설치되고, 상기 서브유닛(90)과 상기 히트펌프식 공기조화기(100)는 건물의 옥상에 설치된다.

상기 발전기(50)는 교류 발전기와 직류 발전기 중 어느 하나로서, 상기 구동원의 출력축에 회전자가 연결되어 상기 출력축의 회전시 전력을 생산한다.

상기 발전기(50)는 상기 히트펌프식 공기조화기(100) 등과 전력선으로 연결되어 생산된 전력을 전력선을 통해 공급한다.

상기 구동원은 연료전지로 이루어지거나, 가스 또는 석유 등 화석 연료를 이용하여 운전되는 엔진으로 이루어지고, 이하 엔진(51)으로 한정하여 설명한다.

상기 엔진(51)에는 가스나 석유 등의 연료가 주입되는 연료 주입구(52)와 연료 주입구(52)와 합지되어 공기가 흡입되는 흡기구(53)와, 엔진에서 배기된 배기가스가 통과하는 배기구(54)가 설치된다.

상기 폐열회수 수단(60)은 상기 엔진(51)과 냉각수 라인(56)을 통해 연결되어 상기 엔진의 냉각수 열을 회수하는 냉각수 열교환기(62)와, 상기 엔진에서 배출된 배기가스 열을 회수하도록 배기구 상에 설치된 제 1 배기가스 열교환기(64)와, 상기 제 1 배기가스 열교환기(64)에서 폐열을 빼앗긴 배기가스의 잔여 폐열을 회수하도록 배기구 상에 설치된 제 2 배기가스 열교환기(66)를 포함하여 구성된다.

상기 엔진(51) 또는 냉각수 라인(56)에는 냉각수가 상기 엔진(51)과 냉각수 열교환기(62)를 순환할 수 있도록 냉각수 순환펌프(55)가 설치된다.

상기 냉각수 열교환기(62)와 제 1 배기가스 열교환기(64)와 제 2 배기가스 열교환기(66)의 열은 열전달 수단(70)을 통해 상기 폐열공급 열교환기(92)로 전달된다.

상기 열전달 수단(70)은 열매체가 상기 냉각수 열교환기(62)와 제 2 배기가스 열교환기(66)와 제 1 배기가스 열교환기(64)와 상기 폐열공급 열교환기(92)를 순환할 수 있도록 형성된 열매체 순환유로(72)와, 상기 열매체 순환유로(72) 상에 설치되어 열매체를 펌핑시키는 열매체 순환펌프(71)를 포함하여 구성된다.

한편, 상기 열병합 발전 시스템은 상기 폐열 회수수단(60)에서 회수한 열을 방열할 수 있도록 설치된 방열 열교환기(76)를 더 포함하여 구성된다.

상기 방열 열교환기(76)는 상기 열매체 순환유로(72)를 통과하는 열매체가 상기 폐열공급 열교환기(92)를 바이패스할 수 있도록 상기 열매체 순환유로(72)에 방열 바이패스유로(79)로 연결된다.

또한, 상기 열병합 발전 시스템은 상기 폐열회수수단(60)에서 회수한 열이 상기 폐열공급 열교환기(92)와 방열 열교환기(76)로 분배될 수 있도록 설치된 폐열 분배기를 더 포함하여 구성된다.

상기 폐열 분배기는 상기 방열 바이패스유로가 분지되는 부분에 설치된 삼방변(74)이다.

또한 상기 열병합 발전 시스템은 상기 방열 열교환기(76)의 열이 급탕조(78)이나 축열조(미도시)에서 이용되도록 하는 것도 가능하고, 대기중으로 방출되도록 하는 것도 가능함은 물론이다.

상기 방열 열교환기(76)의 열이 급탕조(78)나 축열조(미도시)에서 이용되는 경우, 상기 방열 열교환기(76)의 전부 혹은 일부는 급탕조(78)나 축열조의 내부에 설치된다.

반면에, 상기 방열 열교환기(76)의 열이 대기중으로 방출되는 경우, 상기 방열 열교환기(76)의 옆에는 실외 공기를 상기 방열 열교환기(76)로 송풍시키는 방열팬(77)이 설치된다.

한편, 상기 메인유닛(80)에는 상기 열매체 순환유로(72)의 온도를 감지하기 위한 메인유닛 온도센서(82)가 설치되고, 상기 엔진(51)과 삼방변(74), 메인유닛 온도 센서(82)를 제어하기 위한 메인유닛 제어부(86)가 설치된다.

또한, 상기 메인유닛(80)에는 실외 공기를 상기 메인유닛(80)의 내부로 송풍시키는 환기팬(84)과 상기 환기팬(84)을 구동시키기 위한 모터(85)가 설치된다.

한편, 상기 서브유닛(90)에는 상기 히트 펌프식 공기조화기(100)의 냉방 운전시 상기 사방밸브(104)를 통과한 냉매가 상기 폐열공급 열교환기(92)를 바이패스할 수 있도록 폐열공급 열교환기 바이패스유로(94)가 설치된다.

상기 폐열공급 열교환기 바이패스유로(94)에는 제 1 냉방용 역지변(130)이 설치되고, 상기 폐열공급 열교환기(92)와 폐열공급 열교환기 바이패스유로의 분지점(96) 사이에는 제 1 난방용 역지변(120)이 설치되고, 상기 폐열공급 열교환기(92)와 폐열공급 열교환기 바이패스유로의 합지점(97) 사이에는 제 1 난방용 밸브(122)가 설치된다.

여기서, 제 1 난방용 밸브(122)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 히트펌프식 공기조화기(100)가 냉방운전일 때 오프되고, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 히트펌프식 공기조화기(100)가 난방운전일 때 온된다.

그리고, 상기 서브유닛(90)에는 열매체 순환 유로(72)에서 발생하는 기체를 담아두는 팽창탱크(95)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 서브유닛(90)은 상기 냉매 순환유로(102)의 온도를 감지하기 위한 서브유닛 온도센서(98)와 상기 서브유닛 온도센서(98)를 제어하기 위한 서브유 닛 제어부(99)를 더 포함하여 구성된다.

한편, 상기 히트펌프식 공기조화기(100)는 압축기(106)와 사방밸브(104)와 실외열교환기(108)와 실외팽창기구(105)를 포함하는 실외기(O)와, 실내열교환기(109)와 실내팽창기구(107)를 포함하는 실내기(I)로 이루어진다.

상기 실외기(O)와 실내기(I)는 한개가 구비되는 것도 가능하고, 복수개가 구비되는 것도 가능하며, 이하 복수개라 구비된 것으로 한정하여 설명한다.

상기 히트펌프식 공기조화기(100)에는 상기 히트펌프식 공기조화기(100)의 난방 운전시 상기 실내기(I)를 통과한 냉매가 상기 실외열교환기(108)를 바이패스할 수 있도록 실외열교환기 바이패스유로(110)가 설치된다.

상기 실외열교환기(108)와 상기 실외열교환기 바이패스유로의 합지점(114) 사이에는 제 1 냉방용 밸브(134)가 설치되고, 상기 실외열교환기(108)와 상기 실외열교환기 바이패스유로의 분지점(115) 사이에는 제 2 냉방용 역지변(132)이 설치되고, 상기 실외열교환기 바이패스유로(110)에는 제 2 난방용 밸브(124)가 설치된다.

상기 실외열교환기(108)와 실외열교환기 바이패스유로 사이(110)에는 상기 실외팽창기구(105)에서 팽창된 냉매가 상기 실외열교환기(108)를 통과하면서 증발될 수 있도록 일단이 상기 실외팽창기구(105)와 제 2 난방용 밸브(124)의 사이에 연결되고 타단이 실외열교환기(108)와 제 2 냉방용 역지변(128) 사이에 연결된 연결유로(112)가 설치되고, 상기 연결유로(112)에는 제 3 난방용 밸브(126)가 설치된다.

상기 제 1 냉방용 밸브(134)와 상기 제 2 난방용 밸브(124)는 상기 실외기 (O)의 외부 또는 내부에 설치되며, 이하 외부에 설치된 것으로 한정하여 설명한다.

여기서, 제 1 냉방용 밸브(134)는 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 히트펌프식 공기조화기(100)가 냉방운전일 때 온되고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 히트펌프식 공기조화기(100)가 난방운전이고 실외온도가 낮을 때 오프되며, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 히트펌프식 공기조화기(100)가 난방운전이고 실외온도가 높을 때 온된다.

상기 제 2 난방용 밸브(124)는 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 히트펌프식 공기조화기(100)가 냉방운전일 때 오프되고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 히트펌프식 공기조화기(100)가 난방운전이고 실외온도가 낮을 때 온되며, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 히트펌프식 공기조화기(100)가 난방운전이고 실외온도가 높을 때 오프된다.

상기 제 3 난방용 밸브(126)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 히트펌프식 공기조화기(100)가 냉방운전일 때 오프되고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 히트펌프식 공기조화기(100)가 난방운전이고 실외온도가 낮을 때 오프되며, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 히트펌프식 공기조화기(100)가 난방운전이고 실외온도가 높을 때 온된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

상기 엔진(51)이 구동되면, 상기 발전기(50)는 회전자가 회전되어 전력을 생 산하고, 생산된 전력은 도 2a 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 전력선을 통해 상기 서브유닛(90)과 히트펌프식 공기조화기(100) 등으로 공급된다.

상기 엔진(51)의 구동시 상기 엔진(51)의 배기가스 폐열과 냉각수 폐열은 상기 냉각수 열교환기(62)와 제 1 배기가스 열교환기(64)와 제 2 배기가스 열교환기(66)에서 회수된다.

상기 히트 펌프식 공기조화기(100)의 냉방 운전시, 상기 열매체 순환펌프(71)는 구동되고, 상기 삼방변(74)은 열매체가 방열열교환기(76)로 이동되도록 상기 방열 바이패스유로(79)를 개방하며, 상기 방열팬(77)은 회전된다.

상기 열매체 순환유로(72)의 열매체는 상기 열매체 순환펌프(71)에 의해 펌핑되어, 도2a에 도시된 바와 같이, 상기 냉각수 열교환기(62)와 제 2 배기가스 열교환기(66)와 제 1 배기가스 열교환기(64)와 방열 열교환기(76)를 순환하고, 상기 냉각수 열교환기(62)와 제 2 배기가스 열교환기(66)와 제 1 배기가스 열교환기(64)의 열은 상기 방열 열교환기(76)로 전달되어 대기중으로 방출되거나 급탕조(78)나 축열조에 이용된다.

그리고, 상기 압축기(106)는 구동되고, 상기 사방밸브(104)는 냉방 모드로 절환되며, 상기 제 1 냉방용 밸브(134)는 온되고 제 1,2,3 난방용 밸브(122,124,126)는 오프된다.

상기 압축기(106)에서 압축된 냉매는 상기 사방밸브(104)를 통과한 후 상기 냉매 순환유로(102)를 통해 상기 서브유닛(90)으로 유입되고 상기 폐열공급 열교환기 바이패스유로(94)를 통과하여 다시 히트펌프식 공기조화기(100)로 이동된다.

이때, 상기 제 1 난방용 밸브(122)가 오프되므로 상기 냉매는 상기 폐열공급 열교환기(92)로 역류되지 않는다.

상기 히트펌프식 공기조화기(100)로 이동된 냉매는 상기 실외열교환기(108)를 거쳐 상기 실내팽창기구(107)에 의해 팽창된다.

상기 실내팽창기구(107)에서 팽창된 냉매는 상기 실내열교환기(109)를 통과하면서 실내공기와 열교환되어 증발되고 이후 상기 사방밸브(104)를 통해 상기 압축기(106)로 흡입된다.

이때, 상기 제 2 난방용 밸브(124)와 제 3 난방용 밸브(126)가 오프되어 상기 냉매는 상기 실외열교환기 바이패스유로(110)로 역류되지 않는다.

반면에, 상기 히트펌프식 공기조화기(100)의 난방 운전시에는 상기 열매체 순환펌프(71)는 구동되고, 상기 삼방밸브(74)는 열매체가 폐열공급 열교환기(92)로 이동되도록 상기 열매체 순환유로(72)를 개방한다.

상기 열매체 순환유로(72)의 열매체는 상기 열매체 순환펌프(71)에 의해 펌핑되어, 도 3 내지 도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 냉각수 열교환기(62)와 제 2 배기가스 열교환기(66)와 제 1 배기가스 열교환기(64)와 폐열공급 열교환기(92)를 순환하고, 상기 냉각수 열교환기와 제 2 배기가스 열교환기와 제 1 배기가스 열교환기의 열은 상기 폐열공급 열교환기로 전달되어 상기 폐열공급 열교환기(92)를 가열시킨다.

이때, 상기 히트펌프식 공기조화기의 난방운전이고 실외온도가 설정온도보다 낮은 경우에는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 압축기(106)는 구동되고, 상기 사방 밸브(104)는 난방모드로 절환되며, 상기 제 2 난방용 밸브(124)는 온되고, 제 1 냉방용 밸브(134)와 제 3 난방용 밸브(126)는 오프된다.

상기 압축기(106)에서 압축된 냉매는 상기 사방밸브(104)를 통과한 후 실내열교환기(109)를 통과하고, 상기 실내열교환기(109)를 통과하면서 실내공기로 열을 빼앗겨 응축되며, 이후 상기 실외팽창기구(105)에서 팽창된다.

팽창된 냉매는 상기 실외열교환기 바이패스유로(110)를 통과한 후 상기 냉매 순환유로(102)를 따라 상기 폐열공급 열교환기(92)로 유입된다.

이때, 상기 제 3 난방용 밸브(126)가 오프되어 상기 냉매는 상기 실외열교환기(108)를 통과하지 않는다.

상기 폐열공급 열교환기(92)로 유입된 냉매는 상기 폐열공급 열교환기(92)의 열을 전달받아 증발된 후, 상기 냉매 순환유로(102)를 거쳐 다시 상기 사방밸브(104)를 통과한 후 상기 압축기(106)로 흡입된다.

상기 압축기(106)로 흡입된 냉매는 상기와 같은 순환을 반복하면서 실내열교환기(109)가 난방기로 작용토록 하고, 이때 상기 히트펌프식 공기조화기(100)는 상기 냉매가 상기 실외열교환기(108)가 아닌 폐열공급 열교환기(92)에서 증발되므로, 실외온도 변화에 관계없이 항상 일정한 난방능력을 제공할 수 있게 된다.

한편, 상기 히트펌프식 공기조화기(100)의 난방운전이고 실외온도가 설정온도보다 높은 경우에는, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 압축기(106)는 구동되고, 상기 사방밸브(104)는 난방모드로 절환되며, 상기 제 2,3 난방용 밸브(124,126)는 오프되고 상기 제 1 난방용 밸브(122)와 제 1 냉방용 밸브(134)는 온된다.

상기 압축기(106)에서 압축된 냉매는 사방밸브(104)와 실내열교환기(109)와 실내팽창기구(107)와 실외열교환기(108)와 폐열공급 열교환기(82)와 사방밸브(104)를 차례로 통과한 후 압축기(106)로 순환되고, 이때 상기 실내열교환기(109)가 응축기로 기능하고, 상기 실외열교환기(108)가 증발기로 기능하며, 상기 실내기(I)는 실내를 난방시킨다.

이때, 상기 제 2 난방용 밸브(124)가 오프되어 상기 냉매는 상기 실외열교환기 바이패스유로(110)로 바이패스 되지 않는다.

한편, 상기 메인유닛 온도센서(82)는 상기 열매체 순환유로(72)의 온도를 감지하고, 상기 서브유닛 온도센서는(98) 상기 냉매 순환유로(102)의 온도를 감지한다.

상기 메인유닛 제어부(86)는 상기 메인유닛 온도센서(82)와 엔진(51)과 삼방변(74) 등을 제어하고, 상기 서브유닛 제어부(99)는 상기 서브유닛 온도센서(98) 등을 제어한다.

상기 열매체 순환유로(72)를 통과하는 열매체에서 발생되는 기체는 상기 서브유닛(90)의 팽창탱크(95)로 유입된다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 히트펌프식 공기조화기(100)가 냉방 운전일 때의 개략도이고, 도 6는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 히트펌프식 공기조화기(100)가 난방 운전일 때의 개략도이다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 발전기(50)와 엔진(51)과 폐열회수 수단(60)이 설치된 메인유닛(80)과, 압축기(106)와 사방밸브(104)와 실외열교환기(108)와 실외팽창기구(105)와 실내열교환기(109)와 실내팽창기구(107)가 설치된 히트펌프식 공기조화기(100)와, 폐열공급 열교환기(92)가 설치된 서브유닛(90)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 히트펌프식 공기조화기(100)에는 난방 운전시 상기 실외팽창기구(107)에서 팽창된 냉매가 상기 실외열교환기(108)를 바이패스할 수 있도록 실외열교환기 바이패스유로(110)가 형성되고 상기 실외열교환기 바이패스유로(110)에는 제 2 난방용 역지변(128)이 설치된다.

또한 상기 열매체 순환펌프(71')는 상기 서브유닛(90) 내부에 설치됨으로써 상기 메인유닛(80)의 규모를 줄일 수 있다.

상기 제 2 난방용 역지변(128)과 열매체 순환펌프(71') 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제 1 실시예와 동일하므로 동일 부호를 사용하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 제 2 난방용 역지변(128)은 상기 히트펌프식 공기조화기(100)의 냉방 운전시 냉매가 실외열교환기 바이패스유로(110)로 역류하는 것을 방지한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 발전기와 엔진과 폐열회수 수단이 설치된 메인유닛은 건물의 지하 또는 지상 1층에 설치되고, 폐열공급 열교환기가 설치된 서브유닛과 히트펌프식 공기조화기는 건물의 옥상에 설 치됨으로써, 상기 서브유닛과 히트펌프식 공기조화기를 연결하는 냉매 순환유로의 길이가 축소되어 시스템의 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다. 또한, 메인유닛의 작동으로 인한 진동과 소음이 건물에 직접적으로 영향을 미치는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 히트펌프식 공기조화기가 난방운전이고 실외온도가 낮을 경우, 냉매가 폐열에 의해 가열되는 폐열공급 열교환기에 의해 증발되므로, 실외온도와 무관하게 일정한 난방능력을 가질 수 있고, 실외열교환기의 서리착상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 실외열교환기 바이패스 유로에 제 2 난방용 역지변을 설치함으로써 한개의 밸브로 상기 히트펌프식 공기조화기의 냉방운전시 냉매가 실외열교환기 바이패스유로로 역류하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 열매체 순환펌프를 서브유닛에 설치함으로써 메인유닛의 규모를 축소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (13)

1. 발전기와, 상기 발전기를 구동시킴과 아울러 열이 발생되는 구동원과, 상기 구동원의 폐열을 회수하는 폐열회수 수단이 설치된 메인유닛과;

   압축기와 사방밸브와 실외열교환기와 실외팽창기구와 실내열교환기와 실내팽창기구를 포함하는 히트펌프식 공기조화기와;

   상기 폐열회수 수단에서 회수된 열을 상기 히트펌프식 공기조화기로 공급하는 폐열공급 열교환기가 설치된 서브유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 메인유닛과 상기 서브유닛은 열매체가 순환할 수 있도록 형성된 열매체 순환유로로 연결되고,

   상기 서브유닛과 상기 히트펌프식 공기조화기는 냉매가 순환할 수 있도록 형성된 냉매 순환유로로 연결되는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 메인유닛은 상기 폐열회수 수단에서 회수한 열을 외부로 방열할 수 있 도록 설치된 방열 열교환기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 서브유닛은 상기 히트펌프식 공기조화기의 냉방 운전시 상기 사방밸브를 통과한 냉매가 상기 폐열공급 열교환기를 바이패스할 수 있도록 설치된 폐열공급 열교환기 바이패스유로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 서브유닛은 상기 폐열공급 열교환기 바이패스 유로에 설치된 제 1 냉방용 역지변과,

   상기 폐열공급 열교환기와 폐열공급 열교환기 바이패스유로의 분지점 사이에 설치된 제 1 난방용 역지변과,

   상기폐열공급 열교환기와 폐열공급 열교환기 바이패스유로의 합지점 사이에 설치된 제 1 난방용 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 서브유닛은 열매체 순환유로에서 발생하는 기체를 담아두는 팽창탱크를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 메인유닛은 상기 열매체 순환유로의 온도를 감지하기 위한 메인유닛 온도센서와

   상기 서브유닛은 상기 냉매 순환유로의 온도를 감지하기 위한 서브유닛 온도센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 메인유닛은 엔진과 메인유닛 온도센서 등을 제어하기 위한 메인유닛 제어부를 포함하고

   상기 서브유닛은 서브유닛 온도센서 등을 제어하기 위한 서브유닛 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 메인유닛은 건물의 지하 또는 지상 1층에 설치되고,

   상기 서브유닛은 건물의 옥상에 설치되는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
10. 청구항 4에 있어서,

    상기 히트펌프식 공기조화기는 상기 히트펌프식 공기조화기의 난방 운전시 상기 실외팽창기구에서 팽창된 냉매가 상기 실외열교환기를 바이패스할 수 있도록 설치된 실외열교환기 바이패스유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 히트펌프식 공기조화기는 상기 실외열교환기와 상기 실외열교환기 바이패스유로의 합지점 사이에 제 1 냉방용 밸브와,

    상기 실외열교환기와 상기 실외열교환기 바이패스유로의 분지점 사이에 제 2 냉방용 역지변을 포함하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 히트펌프식 공기조화기는 상기 실외열교환기 바이패스유로에 설치된 제 2 난방용 밸브와,

    상기 실외팽창기구에서 팽창된 냉매가 상기 실외열교환기를 통과하면서 증발될 수 있도록, 일단이 상기 실외팽창기구와 제 2 난방용 밸브의 사이에 연결되고, 타단이 실외열교환기와 제 2 냉방용 역지변 사이에 연결된 연결유로와,

    상기 연결유로에 설치된 제 3 난방용 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템
13. 청구항 11에 있어서,

    상기 히트펌프식 공기조화기는 상기 실외열교환기 바이패스유로에 설치된 제 2 난방용 역지변을 포함하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템

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