KR100634811B1 - Cogeneration system - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템의 개략도,1 is a schematic diagram of a cogeneration system according to the prior art,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 냉방 운전일 때의 개략도,2 is a schematic diagram of a cooling operation of a cogeneration system according to a first embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 난방 운전일 때의 개략도,3 is a schematic diagram when heating operation of a cogeneration system according to a first embodiment of the present invention,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 냉방 운전일 때의 개략도,4 is a schematic diagram of a cooling operation of a cogeneration system according to a second embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 난방 운전일 때의 개략도이다.5 is a schematic diagram of heating operation of a cogeneration system according to a second embodiment of the present invention.
도 6는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 냉방 운전일 때의 개략도,6 is a schematic view of the cogeneration system according to the third embodiment of the present invention in a cooling operation;
도 7는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 난방 운전일 때의 개략도이다.7 is a schematic diagram of heating operation of a cogeneration system according to a third embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>
50: 발전기 52: 엔진50: generator 52: engine
54: 연료 주입구 56: 배기관54: fuel inlet 56: exhaust pipe
60,91: 냉각수 열교환기 62: 냉각수 라인60, 91: coolant heat exchanger 62: coolant line
64: 냉각수 순환펌프 66: 냉각팬64: cooling water circulation pump 66: cooling fan
70,100,130: 스터링 엔진 80: 히트펌프식 공기조화기70, 100, 130: Stirling engine 80: Heat pump type air conditioner
82,101,131: 냉매 순환유로 83: 압축기82,101,131: refrigerant circulation passage 83: compressor
84: 사방밸브 85: 실외열교환기84: four-way valve 85: outdoor heat exchanger
86: 실외팽창밸브 87: 실내열교환기86: outdoor expansion valve 87: indoor heat exchanger
88: 실내팽창밸브 90: 폐열회수수단88: indoor expansion valve 90: waste heat recovery means
92: 배기가스 열교환기 93: 폐열공급 열교환기92: exhaust gas heat exchanger 93: waste heat supply heat exchanger
94: 열매체 순환유로 95: 열매체 순환펌프94: heat medium circulation path 95: heat medium circulation pump
96: 방열열교환기 97: 방열팬 96: heat dissipation heat exchanger 97: heat dissipation fan
98: 방열유로 99,134: 삼방변 98: heat dissipation path 99,134: three-way
102,132: 전환밸브 110: 냉방유로 102,132: switching valve 110: cooling passage
112: 제 1 냉방용 역지변 114: 제 2 냉방용 역지변112: first cooling reverse side 114: second cooling reverse side
116: 냉방용 밸브 120: 난방유로 116: cooling valve 120: heating flow path
122: 제 1 난방용 역지변 124: 제 2 난방용 역지변122: reverse heating side for first heating 124: reverse heating side for second heating
126: 난방용 밸브126: heating valve
본 발명은 열병합 발전 시스템에 관한 것으로서, 특히 구동원의 폐열을 이용하여 히트펌프식 공기조화기의 냉매를 압축시키는 추가압축수단이 설치된 열병합 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cogeneration system, and more particularly, to a cogeneration system provided with additional compression means for compressing a refrigerant of a heat pump type air conditioner using waste heat from a driving source.
일반적으로 열병합 발전 시스템은 코제너레이션 시스템(Cogeneration system)이라고도 불리는 것으로, 하나의 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 생산하는 시스템이다.Cogeneration systems, commonly referred to as cogeneration systems, are systems that produce power and heat simultaneously from a single energy source.
도 1은 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a cogeneration system according to the prior art.
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 폐열회수수단(20)과, 상기 폐열회수수단(20)의 폐열이 이용되는 축열조(30)를 포함하여 구성된다.In the cogeneration system according to the related art, as illustrated in FIG. 1, a
상기 발전기(2)에서 생산된 전력은 가정의 각종 조명기구나 히트펌프식 공기조화기(4) 등의 가전기기로 공급된다.The electric power produced by the
상기 발전기(2)와 엔진(10)은 상기 열수요처와 별도로 이루어진 섀시(미도시)의 엔진룸(E) 내에 설치된다.The
상기 히트펌프식 공기조화기(4)는 압축기(5)와 사방밸브(6)와 실내 열교환기 (7)와 팽창기구(8)와 실외 열교환기(9)를 포함하여 구성된다.The heat pump type air conditioner 4 includes a
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.The heat pump air conditioner (4) is a refrigerant compressed by the compressor (5) during the cooling operation the four-way valve (6), outdoor heat exchanger (9), expansion mechanism (8) and indoor heat exchanger (7) As the outdoor heat exchanger (9) acts as a condenser, the indoor heat exchanger (7) acts as an evaporator as it circulates through the compressor (4) via the four-way valve (6) in order to deprive heat of indoor air. .
반면에, 난방 운전시에는 상기 압축기(5)에서 압축된 냉매가 상기 사방밸브(6), 실내 열교환기(7), 팽창기구(8), 실외 열교환기(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.On the other hand, during the heating operation, the refrigerant compressed by the compressor (5) causes the four-way valve (6), the indoor heat exchanger (7), the expansion mechanism (8), the outdoor heat exchanger (9), and the four-way valve (6). As it is circulated in turn to the
상기 폐열회수수단(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.The waste heat recovery means 20 is an exhaust
상기 배기가스 열교환기(22)는 상기 축열조 등의 열수요처(30)와 제 1 열공급라인(23)으로 연결되고, 상기 엔진(10)의 배기가스로부터 빼앗은 폐열은 상기 제 1 열공급라인(23)을 통해 축열조 등이 열수요처(30)로 전달된다.The exhaust
상기 냉각수 열교환기(24)는 상기 축열조(30) 등의 열수요처(30)와 제 2 열 공급라인(25)으로 연결되고, 상기 엔진(10)을 냉각시킨 냉각수로부터 빼앗은 열은 상기 제 2 열공급라인(25)을 통해 축열조(30) 등의 열수요처(30)로 전달된다.The cooling
상기 축열조(30)에는 급탕조 등이 연결된다.A hot water tank is connected to the
그러나, 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템은 상기 엔진(10)의 폐열이 급탕조 등에서만 이용되므로, 그 효율이 극대화되지 못하는 문제점이 있다.However, the cogeneration system according to the prior art has a problem that the waste heat of the
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 구동원의 폐열이 폐열공급 열교환기에 의해 히트펌프식 공기조화기의 냉매로 전달됨으로써 난방성능이 향상됨과 아울러 구동원의 폐열을 이용하여 히트펌프식 공기조화기의 냉매를 압축시킴으로써 효율이 극대화되는 열병합 발전 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, the waste heat of the drive source is transferred to the refrigerant of the heat pump type air conditioner by the waste heat supply heat exchanger to improve the heating performance and heat using the waste heat of the drive source An object of the present invention is to provide a cogeneration system in which efficiency is maximized by compressing a refrigerant of a pump type air conditioner.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 발전기와, 상기 발전기를 구동시킴과 아울러 열이 발생되는 구동원과, 압축기와 사방밸브와 실외 열교환기와 실내 열교환기와 실외 팽창밸브와 실내 팽창밸브를 포함하여 구성된 히트펌프식 공기조화기와, 상기 구동원에서 발생된 폐열을 이용하여 상기 히트펌프식 공기조화기의 냉매를 압축시키는 추가압축수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The cogeneration system according to the present invention for solving the above problems is a generator, a drive source for driving the generator and generating heat, a compressor, a four-way valve, an outdoor heat exchanger, an indoor heat exchanger, an outdoor expansion valve, and an indoor expansion valve. A heat pump type air conditioner comprising a; and additional compression means for compressing the refrigerant of the heat pump type air conditioner by using the waste heat generated from the drive source.
상기 추가압축수단은 상기 구동원에서 배기된 배기가스가 배출되는 배기관에 설치되고, 상기 히트펌프식 공기조화기의 냉매가 순환하는 냉매순환유로에 연결된 것을 특징으로 한다.The additional compression means is installed in an exhaust pipe through which exhaust gas exhausted from the driving source is discharged, and is connected to a refrigerant circulation passage through which the refrigerant of the heat pump type air conditioner circulates.
상기 열병합 발전 시스템은 상기 구동원의 폐열을 회수하는 폐열회수수단과, 상기 폐열회수수단에서 회수된 열을 상기 히트펌프식 공기조화기로 공급하는 폐열공급 열교환기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The cogeneration system further comprises waste heat recovery means for recovering waste heat of the driving source and a waste heat supply heat exchanger for supplying the heat recovered from the waste heat recovery means to the heat pump type air conditioner.
상기 냉매순환유로에는 상기 히트펌프식 공기조화기의 냉방운전시 상기 압축기에서 토출된 냉매가 상기 추가압축수단의 흡입측으로 유입되도록 하고, 난방운전시 상기 폐열공급 열교환기를 통과한 냉매가 상기 추가 압축수단의 흡입측으로 유입되도록 냉매의 흐름을 전환하는 전환밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.The refrigerant circulation passage allows the refrigerant discharged from the compressor to flow into the suction side of the additional compression means during the cooling operation of the heat pump type air conditioner, and the refrigerant passing through the waste heat supply heat exchanger during the heating operation is the additional compression means. Characterized in that the switching valve for switching the flow of the refrigerant to be introduced into the suction side of the.
상기 열병합 발전 시스템은 상기 구동원의 폐열을 회수하는 폐열회수수단과, 상기 폐열회수수단에서 회수된 열을 상기 히트펌프식 공기조화기로 공급하는 폐열공급 열교환기를 더 포함하여 구성되고, 상기 추가압축수단은 상기 폐열회수수단과 폐열공급 열교환기를 연결하는 열매체 순환유로에 설치되고, 상기 히트펌프식 공기조화기의 냉매가 순환하는 냉매순환유로에 연결되는 것을 특징으로 한다.The cogeneration system further includes waste heat recovery means for recovering waste heat of the driving source, and a waste heat supply heat exchanger for supplying the heat recovered from the waste heat recovery means to the heat pump type air conditioner. It is installed in the heat medium circulation passage connecting the waste heat recovery means and the waste heat supply heat exchanger, characterized in that connected to the refrigerant circulation passage circulating the refrigerant of the heat pump type air conditioner.
상기 냉매순환유로에는 상기 히트펌프식 공기조화기의 냉방운전시 상기 압축기에서 토출된 냉매가 상기 추가압축수단의 흡입측으로 유입되도록 하고, 난방운전시 상기 폐열공급 열교환기를 통과한 냉매가 상기 추가 압축수단의 흡입측으로 유입되도록 냉매의 흐름을 전환하는 전환밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.The refrigerant circulation passage allows the refrigerant discharged from the compressor to flow into the suction side of the additional compression means during the cooling operation of the heat pump type air conditioner, and the refrigerant passing through the waste heat supply heat exchanger during the heating operation is the additional compression means. Characterized in that the switching valve for switching the flow of the refrigerant to be introduced into the suction side of the.
상기 추가압축수단의 출구측에는 상기 추가압축수단에서 압축된 냉매가 과열되는 것을 방지하기 위해 방열수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.The heat dissipation means is installed on the outlet side of the additional compression means to prevent the refrigerant compressed by the additional compression means from being overheated.
상기 추가압축수단은 열을 전달받아 동력을 발생시키는 스터링 엔진 또는 터빈 엔진인 것을 특징으로 한다.The additional compression means is a stirling engine or a turbine engine for generating power by receiving heat.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 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 운전일 때의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a heat pump type air conditioner of a cogeneration system according to a first embodiment of the present invention in a cooling operation, and FIG. 3 is a heat pump type air of a cogeneration system according to a first embodiment of the present invention. Schematic diagram when the conditioner is heating operation.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 발전기(50)와, 상기 발전기(50)를 구동시킴과 아울러 열이 발생되는 구동원과, 압축기(83)와 사방밸브(84)와 실외열교환기(85)와 실내열교환기(87)와 실외팽창밸브(86)와 실내 팽창밸브(88)를 포함하여 구성된 히트펌프식 공기조화기(80)와, 상기 구동원에서 발생된 열을 이용하여 상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 냉매를 압축시키는 추가압축수단을 포함하여 구성된다.In the cogeneration system according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 2 to 3, a
상기 발전기(50)는 교류 발전기와 직류 발전기 중 어느 하나로서, 상기 구동원의 출력축에 회전자가 연결되어 상기 출력축의 회전시 전력을 생산하고, 생산된 전력을 상기 히트펌프식 공기조화기(80) 등으로 공급한다.The
상기 구동원은 연료 전지로 이루어지거나, 가스 또는 석유 등 화석 연료를 이용하여 운전되는 엔진으로 이루어지는 것도 가능하나, 이하 엔진(52)으로 한정하여 설명한다.The driving source may be made of a fuel cell or an engine driven using fossil fuel such as gas or petroleum, but the following description is limited to the
상기 엔진(52)에는 가스나 석유 등의 연료가 주입되는 연료 주입구(54)와, 엔진에서 배기된 배기가스가 통과하는 배기관(56)이 설치된다.The
상기 추가압축수단은 열을 전달받아 동력을 발생시키는 스터링 엔진이거나 터빈 엔진이 사용될 수 있으나, 이하 스터링 엔진(70)으로 한정하여 설명한다.The additional compression means may be a stirling engine or a turbine engine for generating power by receiving heat, but the following description is limited to the
상기 스터링 엔진(70)은 상기 배기관(56)에 설치되고, 상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 냉매가 순환하는 냉매순환유로(82)에 연결된다.The
상기 열병합 발전 시스템은 엔진(52)을 냉각시키는 냉각수의 열을 빼앗는 냉각수 열교환기(60)를 더 포함하여 구성된다.The cogeneration system further includes a cooling water heat exchanger (60) which takes heat of cooling water for cooling the engine (52).
상기 냉각수 열교환기(60)는 상기 엔진(52)과 냉각수 라인(62)으로 연결되고, 상기 냉각수 열교환기(60)의 일측에는 냉각수로부터 빼앗은 열을 외부로 방열시키는 냉각팬(66)이 설치된다.The cooling
상기 히트펌프식 공기조화기(80)는 압축기(83)와 사방밸브(84)와 실외 열교환기(85)와 실외 팽창밸브(86)를 포함하는 실외기(O)와, 실내 열교환기(87)와 실내 팽창밸브(88)를 포함하는 실내기(I)로 이루어진다.The heat pump air conditioner (80) includes an outdoor unit (O) including an compressor (83), a four-way valve (84), an outdoor heat exchanger (85), and an outdoor expansion valve (86), and an indoor heat exchanger (87). And an indoor unit (I) comprising an indoor expansion valve (88).
상기 실외기(O)와 실내기(I)는 단수개, 또는 복수개로 이루어지며, 이하 단수개의 실외기(O)와 복수개의 실내기(I)로 한정하여 설명한다.The outdoor unit (O) and the indoor unit (I) is composed of a single number or a plurality, and the following description will be limited to a single outdoor unit (O) and a plurality of indoor units (I).
상기와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 동작을 살펴보면 다음과 같다.The operation of the cogeneration system according to the first embodiment of the present invention configured as described above is as follows.
상기 엔진(52)이 구동되면, 상기 발전기(50)는 회전자가 회전되어 전력을 생산하고, 생산된 전력은 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 전력선을 통해 상기 히트펌프식 공기조화기(80) 등으로 공급된다.When the
상기 엔진(52)의 냉각수 폐열은 상기 냉각수 열교환기(60)에 전달되어 냉각 팬(66)에 의해 외부로 방열된다.The coolant waste heat of the
상기 엔진(52)의 배기가스 폐열은 상기 배기관(56)을 통과하면서 상기 스터링 엔진(70)에 전달되고, 상기 스터링 엔진(70)에서 열을 빼앗긴 배기가스는 상기 배기관(56)을 통해 외부로 방출된다.The waste gas waste heat of the
상기 스터링 엔진(70)은 상기 배기관(56)으로부터 배기가스 폐열을 전달받아 동력을 발생시키고, 발생된 동력은 냉매를 압축시키는 데 사용된다. The
상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 냉방 운전시, 상기 스터링 엔진(70)에서 압축된 냉매는 상기 압축기(83)로 유입되어 다시 압축된다.During the cooling operation of the heat pump
즉, 냉매가 상기 스터링 엔진(70)에서 1차 압축되고 상기 압축기(83)에서 2차 압축된다.That is, the refrigerant is first compressed in the
따라서, 냉매는 상기 스터링 엔진(70)과 압축기(83)에 의해 다단압축되어 상기 압축기(83)가 해야할 일이 줄어들게 되고, 이로 인해 상기 압축기(83)의 소비전력이 절감되게 된다.Therefore, the refrigerant is multi-stage compressed by the
이후, 상기 압축기(83)에서 압축된 냉매는 상기 실외열교환기(85)와 실외팽창밸브(86)와 실내팽창밸브(88)와 실내열교환기(87)를 차례로 통과한 후 상기 스터링 엔진(70)으로 유입된다.Thereafter, the refrigerant compressed by the
상기 스터링 엔진(70)으로 유입된 냉매는 상기와 같은 과정을 반복하고, 이때 상기 실외열교환기(85)가 응축기로 기능하고, 상기 실내열교환기(87)가 증발기로 기능하며, 상기 실내기(I)는 실내를 냉방시킨다.The refrigerant introduced into the
한편, 상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 난방 운전시에도 상기 스터링 엔진 (70)에서 1차 압축된 냉매는 상기 압축기(83)로 유입되어 2차 압축된다.On the other hand, even during the heating operation of the heat pump
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 사방밸브(84)는 난방모드로 전환되고, 상기 압축기(83)에서 압축된 냉매는 상기 실내열교환기(87)와 실내팽창밸브(88)와 실외팽창밸브(86)와 실외열교환기(85)를 거친 후 상기 스터링 엔진(70)으로 유입되고, 이 때 상기 실외열교환기(85)가 증발기로 기능하고, 상기 실내열교환기(87)가 응축기로 기능하며, 상기 실내기(I)는 실내를 난방시킨다.And, as shown in Figure 3, the four-
도 4 및 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 개략도이다.4 and 5 are schematic diagrams of a cogeneration system according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 엔진(52)의 폐열을 회수하는 폐열회수수단(90)과, 상기 폐열회수수단(90)에서 회수된 열을 상기 히트펌프식 공기조화기(80)로 공급하는 폐열공급 열교환기(93)와, 상기 폐열회수수단에서 회수된 열을 방열하는 방열수단과, 상기 엔진(52)에서 발생된 폐열을 이용하여 상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 냉매를 압축시키는 추가압축수단을 포함하여 구성되고, 상기 폐열회수수단과, 폐열공급 열교환기와, 방열수단과, 추가압축수단 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제 1 실시예와 동일하므로, 동일 부호를 사용하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다. In the cogeneration system according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 4 and 5, waste heat recovery means 90 for recovering waste heat of the
상기 추가압축수단은 열을 전달받아 동력을 발생시키는 스터링 엔진이거나 터빈 엔진이 사용될 수 있으나, 이하 스터링 엔진(100)으로 한정하여 설명한다.The additional compression means may be a stirling engine or a turbine engine for generating power by receiving heat, but the following description will be limited to the
상기 스터링 엔진(100)은 상기 엔진(52)에서 배기된 배기가스가 배출되는 배 기관(56)에 설치되고, 상기 폐열공급 열교환기(93)와 히트펌프식 공기조화기(80)와 냉매순환유로(101)로 연결된다.The
상기 냉매순환유로(91)에는 상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 냉방 운전시 상기 압축기(83)에서 토출된 냉매가 상기 스터링 엔진(100)의 흡입측으로 유입되도록 하고, 난방 운전시 상기 폐열공급 열교환기(93)를 통과한 냉매가 상기 스터링 엔진(100)의 흡입측으로 유입되도록 냉매의 흐름을 전환하는 전환밸브(102)가 설치된다.In the
상기 전환밸브(102)는 사방밸브가 사용되는 것이 바람직하다.The switching
상기 폐열회수수단(90)은 상기 엔진(52)과 냉각수 라인(62)으로 연결된 냉각수 열교환기(91)와, 상기 엔진(52)에서 배출된 배기가스 열을 회수하도록 상기 배기관(56) 상에 설치된 배기가스 열교환기(92)를 포함하여 구성된다. The waste heat recovery means 90 is on the
상기 냉각수 열교환기(91)와 배기가스 열교환기(92)와 폐열공급 열교환기(93)는 열매체가 순환하도록 형성된 열매체 순환유로(94)로 연결되고, 상기 열매체 순환유로(94)상에는 열매체를 펌핑시키는 열매체 순환펌프(95)가 설치된다.The cooling
한편, 상기 열병합 발전 시스템은 상기 폐열회수수단(90)에서 회수한 열을 외부로 방열할 수 있도록 방열수단이 설치된다.On the other hand, the cogeneration system is provided with a heat dissipation means to heat dissipate the heat recovered by the waste heat recovery means 90 to the outside.
상기 방열수단은 방열 열교환기(96)와 삼방변(99)을 포함하여 구성된다.The heat dissipation means includes a heat
상기 방열열교환기(96)는 상기 열매체 순환유로(94)를 통과하는 열매체가 상기 폐열공급 열교환기(98)를 바이패스할 수 있도록 상기 열매체 순환유로(94)에 방열유로(98)로 연결된다.The heat
상기 열매체 순환유로(94)와 방열유로(98)가 연결되는 부분에는 열매체가 분배될 수 있도록 삼방변(99)이 설치된다.The three-
상기 방열열교환기(96)에 전달된 열은 급탕조(미도시)나 축열조(미도시)에서 이용되거나, 방열팬(97)에 의해 대기중으로 방출된다.The heat transferred to the heat
한편, 상기 냉매순환유로(101)에는 상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 냉방 운전시 냉매가 상기 폐열공급 열교환기(93)를 바이패스하도록 냉방유로(110)가 형성되고, 난방 운전시 냉매가 상기 실외열교환기(85)를 바이패스하도록 난방유로(120)가 형성된다. Meanwhile, a
상기 냉방유로(110)에는 상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 난방 운전시 냉매가 상기 냉방유로(110)로 역류되지 않도록 제 1 냉방용 역지변(112)이 설치되고, 상기 난방유로(120)에는 상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 냉방 운전시 냉매가 상기 난방유로(120)로 역류되지 않도록 제 1 난방용 역지변(122)이 설치된다.The
상기 냉매순환유로(101)에는 상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 냉방 운전시 상기 냉매가 상기 폐열공급 열교환기(93)로 유입되지 않도록 상기 폐열공급 열교환기(93)의 입구측에 난방용 밸브(126)가 설치되고, 출구측에는 제 2 난방용 역지변(124)이 설치된다.In the
또한, 상기 냉매순환유로(101)에는 상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 난방 운전시 냉매가 상기 실외 열교환기(85)로 유입되지 않도록 냉방용 밸브(116)와 제 2 냉방용 역지변(114)이 설치된다.In addition, the
상기와 같이 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 동작을 살펴보면 다음과 같다.The operation of the cogeneration system according to the second embodiment of the present invention configured as described above is as follows.
상기 엔진(52)이 구동되면, 상기 엔진(52)의 배기가스 폐열은 상기 스터링 엔진(100)에 전달되고, 상기 스터링 엔진(100)에서 폐열을 빼앗긴 배기가스의 잔여 폐열은 상기 배기가스 열교환기(92)에 전달되고, 냉각수 폐열은 상기 냉각수 열교환기(91)에 전달된다.When the
상기 스터링 엔진(100)은 배기가스 폐열을 전달받아 동력을 발생시키고, 발생된 동력은 냉매를 압축시키는 데 이용된다.The
상기 냉각수 열교환기(91)와 배기가스 열교환기(92)에서 회수된 열은 열매체에 전달되고, 열매체는 상기 삼방변(99)에 의해 분배되어 상기 폐열공급 열교환기(93)와 방열 열교환기(96)로 공급된다.Heat recovered from the cooling water heat exchanger (91) and the exhaust gas heat exchanger (92) is transferred to the heat medium, and the heat medium is distributed by the three-way (99) to dispose of the waste heat supply heat exchanger (93) and the heat dissipation heat exchanger ( 96).
상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 냉방 운전시, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전환밸브(102)는 상기 압축기(83)에서 토출된 냉매가 상기 스터링 엔진(100)의 흡입측으로 유입될 수 있도록 유로를 전환한다.In the cooling operation of the heat pump
따라서, 상기 히트펌프식 공기조화기의 냉매는 상기 압축기(83)에서 1차 압축되고, 상기 전환밸브(102)를 거쳐 상기 스터링 엔진(100)의 흡입측으로 유입되어 상기 스터링 엔진(100)에 의해 2차 압축된다.Therefore, the refrigerant of the heat pump type air conditioner is first compressed by the
즉, 냉매는 상기 압축기(83)와 스터링 엔진(100)에서 다단압축된다.That is, the refrigerant is multistage compressed in the
따라서, 상기 압축기(83)가 해야할 일이 줄어들어 상기 압축기(83)의 소비전력이 절감되게 된다.Therefore, the work to be done by the
이후, 상기 스터링 엔진(100)에서 압축된 냉매는 상기 전환밸브(102)와 냉방유로(110)를 통과하여 상기 실외열교환기(85)로 유입되어 응축된다.Thereafter, the refrigerant compressed by the
상기 실외열교환기(85)에서 응축된 냉매는 상기 실내팽창밸브(88)를 통과하면서 팽창되고 상기 실내열교환기(87)에서 증발된 후 상기 압축기(83)로 순환된다.The refrigerant condensed in the outdoor heat exchanger (85) is expanded while passing through the indoor expansion valve (88), evaporated in the indoor heat exchanger (87), and circulated to the compressor (83).
반면에, 상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 난방 운전시에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전환밸브(102)는 상기 폐열공급 열교환기(93)를 통과한 냉매가 상기 스터링 엔진(102)의 흡입측으로 유입될 수 있도록 유로를 전환한다.On the other hand, during the heating operation of the heat pump
따라서, 상기 폐열공급 열교환기(93)에서 열을 전달받은 냉매는 상기 전환밸브(102)를 지나 상기 스터링 엔진(100)의 흡입측으로 유입되어 상기 스터링 엔진(100)에 의해 1차 압축된다.Therefore, the refrigerant, which has received heat from the waste heat
상기 스터링 엔진(100)에서 1차 압축된 냉매는 상기 압축기(83)로 유입되어 2차 압축된다. The first compressed refrigerant in the
상기 압축기(83)를 통과한 냉매는 상기 실내열교환기(87)와 실내팽창밸브(88)를 통과한 후 상기 실외열교환기(85)를 바이패스하도록 상기 난방유로(120)로 유입된다.The refrigerant passing through the
상기 난방유로(120)로 유입된 냉매는 상기 실외팽창밸브(86)에서 팽창된 후 상기 폐열공급 열교환기(93)에서 증발되어 상기 스터링 엔진(100)으로 유입된다.The refrigerant introduced into the
도 6 및 도 7는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 개략도이다.6 and 7 are schematic views of a cogeneration system according to a third embodiment of the present invention.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 스터링 엔진(130)이 열매체의 열을 전달받도록 상기 열매체 순환유로(94) 상에 설치되고, 상기 폐열공급 열교환기(93)와 히트펌프식 공기조화기(80)와 냉매순환유로(131)로 연결되는 점을 제외하고, 기타 구성 및 작용은 본 발명의 제 2 실시예와 동일하므로 동일 부호를 사용하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.In the cogeneration system according to the third embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 6 and 7, the
상기 냉매순환유로(131)에는 상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 냉방 운전시 상기 압축기(83)에서 토출된 냉매가 상기 스터링 엔진(130)의 흡입측으로 유입되도록 하고, 난방 운전시 상기 폐열공급 열교환기(93)를 통과한 냉매가 상기 스터링 엔진(130)의 흡입측으로 유입되도록 냉매의 흐름을 전환하는 전환밸브(132)가 설치된다. The
그리고, 삼방변(134)은 상기 냉각수 열교환기(91)와 배기가스 열교환기(92)에서 회수된 열이 상기 스터링 엔진(130)과 폐열공급 열교환기(93)와 방열열교환기(96)로 분배되도록 열매체를 분배한다.And, the three-
상기와 같이 구성된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 동작을 살펴보면 다음과 같다.The operation of the cogeneration system according to the third embodiment of the present invention configured as described above is as follows.
상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 냉방 운전시, 상기 열매체 순환펌프(95)는 구동되고, 상기 삼방변(134)은 상기 스터링 엔진(130)에 전달하기 위한 열매체를 제외한 나머지를 전부 방열유로(98)로 보낸다.During the cooling operation of the heat pump
따라서, 상기 열매체 순환유로(94)의 열매체는 상기 열매체 순환펌프(95)에 의해 펌핑되어 상기 냉각수 열교환기(91)와 배기가스 열교환기(92)를 순환한 후, 상기 삼방변(134)을 통과하여 상기 방열유로(98)와 열매체 순환유로(94)로 분배된다.Accordingly, the heat medium of the heat
상기 삼방변(134)을 통과하여 상기 열매체 순환유로(94)로 유입된 열매체는 상기 스터링 엔진(130)에 열을 전달한 후 상기 폐열공급 열교환기(98)를 거쳐 상기 열매체 순환펌프(95)로 유입된다.The heat medium flowing through the three-
상기 스터링 엔진(130)은 열매체의 열을 전달받아 동력을 발생시켜 냉매를 압축시킨다.The
그리고, 상기 전환밸브(132)는 상기 압축기(83)에서 토출된 냉매가 상기 스터링 엔진(130)의 흡입측으로 유입될 수 있도록 유로를 전환한다.In addition, the switching
따라서, 상기 압축기(83)에서 1차 압축된 냉매는 상기 전환밸브(132)를 지나 상기 스터링 엔진(132)의 흡입측으로 유입되어 상기 스터링 엔진(132)에 의해 2차 압축된다.Accordingly, the refrigerant compressed by the
상기 스터링 엔진(132)에서 2차 압축된 냉매는 상기 냉방유로(110)를 통과한 후 상기 실외열교환기(85)에서 응축되고, 상기 실내팽창밸브(88)와 실내열교환기(87)를 통과한 후 압축기(83)로 순환된다.The second compressed refrigerant in the
반면에, 상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 난방 운전시, 상기 삼방변(134)은 열매체가 상기 열매체 순환유로(94)로 유입되도록 상기 열매체 순환유로(94)를 개방하고 상기 방열유로(98)를 차단한다.On the other hand, during the heating operation of the heat pump
상기 삼방변(134)을 통과하여 상기 열매체 순환유로(94)로 유입된 열매체는 상기 스터링 엔진(130)에 열을 전달한 후 상기 폐열공급 열교환기(93)를 통과하면서 상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 냉매에 열을 전달하고, 전달된 열은 상기 히트펌프식 공기조화기(80)의 난방 운전에 이용된다.The heat medium flowing through the three-
그리고, 상기 전환밸브(132)는 상기 폐열공급 열교환기(93)를 통과한 냉매가 상기 스터링 엔진(130)의 흡입측으로 유입될 수 있도록 유로를 전환한다. In addition, the switching
따라서, 상기 폐열공급 열교환기(93)에서 열을 전달받은 냉매는 상기 전환밸브(132)를 지나 상기 스터링 엔진(130)의 흡입측으로 유입되어 상기 스터링 엔진(130)에 의해 1차 압축된다.Therefore, the refrigerant received from the waste heat
상기 스터링 엔진(130)에서 1차 압축된 냉매는 상기 압축기(83)로 유입되어 2차 압축된다. The first compressed refrigerant in the
상기 압축기(83)에서 2차 압축된 냉매는 상기 실내열교환기(87)와 실내창밸브(88)를 통과한 후 상기 실외열교환기(85)를 바이패스하도록 상기 난방유로(120)로 유입된다.The refrigerant compressed by the
상기 난방유로(120)로 유입된 냉매는 상기 실외 팽창밸브(86)에서 팽창된 후 상기 폐열공급 열교환기(93)에서 증발되어 상기 스터링 엔진(130)으로 유입된다.The refrigerant introduced into the
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 엔진으로부터 회수된 배기가스 폐열을 이용하여 히트펌프식 공기조화기의 냉매를 압축시키는 스터링 엔진이 설치되어, 냉매가 압축기와 스터링 엔진에 의해 다단압축됨으로써 압 축기가 해야할 일이 감소되어 압축기의 소비전력이 절감되는 효과가 있다.The cogeneration system according to the present invention configured as described above is provided with a Stirling engine for compressing the refrigerant of the heat pump type air conditioner using waste gas waste heat recovered from the engine, the refrigerant is multi-stage compression by the compressor and the Stirling engine As a result, the work of the compressor is reduced, thereby reducing the power consumption of the compressor.
또한, 엔진의 폐열을 히트펌프식 공기조화기로 공급하도록 폐열공급 열교환기가 설치됨으로써, 난방 능력이 향상되고 소비전력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, the waste heat supply heat exchanger is installed to supply the waste heat of the engine to the heat pump type air conditioner, thereby improving the heating capacity and reducing the power consumption.
또한, 히트펌프식 공기조화기가 난방운전일 경우, 냉매가 폐열에 의해 가열되는 폐열공급 열교환기에 의해 증발되므로, 실외온도와 무관하게 일정한 난방능력을 가질 수 있고, 실외 열교환기의 서리착상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.In addition, when the heat pump type air conditioner is a heating operation, since the refrigerant is evaporated by the waste heat supply heat exchanger which is heated by the waste heat, it can have a constant heating capacity regardless of the outdoor temperature, and minimize the frost frost of the outdoor heat exchanger. It can be effective.
또한, 스터링 엔진이 열매체의 열을 전달받도록 열매체 순환유로에 설치됨으로써, 배기가스 폐열뿐만 아니라 냉각수 폐열도 이용하게 되어 폐열의 이용 효율이 증대되는 효과가 있다In addition, the Stirling engine is installed in the heat medium circulation passage to receive heat from the heat medium, thereby utilizing not only the waste gas waste heat but also the coolant waste heat, thereby increasing the utilization efficiency of the waste heat.
Claims (8)
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KR1020050062772A KR100634811B1 (en) | 2005-07-12 | 2005-07-12 | Cogeneration system |
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Cited By (2)
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KR100999839B1 (en) | 2008-04-03 | 2010-12-09 | 한국과학기술원 | Nuclear Power Generation System using Sterling Engine and the Method thereof |
CN116428760A (en) * | 2023-03-30 | 2023-07-14 | 溯元科技(广州)有限公司 | Heat exchange system of Stirling cold and hot dual-power engine |
-
2005
- 2005-07-12 KR KR1020050062772A patent/KR100634811B1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100999839B1 (en) | 2008-04-03 | 2010-12-09 | 한국과학기술원 | Nuclear Power Generation System using Sterling Engine and the Method thereof |
CN116428760A (en) * | 2023-03-30 | 2023-07-14 | 溯元科技(广州)有限公司 | Heat exchange system of Stirling cold and hot dual-power engine |
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