KR100649596B1 - 열병합 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 엔진 등의 구동원에서 발생된 폐열을 압축식 공기조화기와 흡수식 공기조화기 중 적어도 어느 하나에서 사용되도록 구성됨으로써, 냉난방 능력을 향상시킬 수 있음과 아울러 흡수식 공기조화기는 냉방시에도 폐열을 사용할 수 있기 때문에 폐열의 이용 효율이 증대될 수 있는 효과가 있다
열병합 발전 시스템, 흡수식, 압축식, 폐열, 효율

Description

열병합 발전 시스템{Cogeneration system}
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기의 온 상태가 도시된 개략도,
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기의 오프 상태가 도시된 개략도,
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기와 압축식 공기조화기가 모두 난방 작동일 때가 도시된 개략도,
도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기는 오프 상태이고, 압축식 공기조화기만 난방 작동일 때가 도시된 개략도,
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기는 난방 작동상태이고, 압축식 공기조화기는 오프 상태일 때가 도시된 개략도,
도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기와 압축식 공기조화기가 모두 냉방 작동일 때가 도시된 개략도,
도 7은 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기와 압축식 공기조화기가 모두 난방 작동일 때가 도시된 개략도,
도 8은 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조 화기는 오프 상태이고, 압축식 공기조화기만 난방 작동일 때가 도시된 개략도,
도 9는 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기는 난방 작동상태이고, 압축식 공기조화기는 오프 상태일 때가 도시된 개략도,
도 10은 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기와 압축식 공기조화기가 모두 냉방 작동일 때가 도시된 개략도,
도 11은 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기가 오프상태이고, 압축식 공기조화기가 냉방작동일 때가 도시된 개략도.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
2: 발전기 3: 압축기
4: 제 1사방밸브 5: 제 1실내 열교환기
6: 제 1팽창기구 7: 제 1실외 열교환기
8: 엔진 10: 압축식 공기조화기
11: 재생기 12: 흡수기
13: 제 2사방밸브 14: 제 2실내 열교환기
15: 제 2팽창기구 16: 제 2실외 열교환기
17: 용액 열교환기 18: 용액 펌프
19: 팽창밸브 20: 흡수식 공기조화기
21: 배기가스 열교환기 22: 냉각수 열교환기
23: 배출관 24: 냉각수 순환유로
25: 냉각수 순환펌프 26,40,60: 제1열매체 순환유로
27,41: 제 1열매체 순환 펌프 28,42,65: 냉각 열교환기
29,43,66: 제1냉각 열교환기 순환유로 30,51,71: 제 1삼방밸브
31,52,72: 제 2삼방밸브 44,62: 흡입 과열열교환기
45,63: 제 2열매체 순환유로 46: 제 2열매체 순환 펌프
47: 제 2냉각 열교환기 순환유로 48, 67: 냉매 순환유로
49,68: 바이패스 유로 53, 73: 제 3삼방밸브
54,74: 제 4삼방밸브 55, 75: 제 5삼방밸브
56,76: 제 6삼방밸브 64: 제 3열매체 순환유로
77: 제 7삼방밸브 78: 제 8삼방밸브
본 발명은 열병합 발전 시스템에 관한 것으로서, 특히 엔진 등의 구동원의 폐열을 압축식 공기조화기와 흡수식 공기조화기 중 적어도 어느 하나에서 사용될 수 있도록 함으로써, 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 열병합 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 열병합 발전 시스템은 코제너레이션 시스템(Cogeneration system)이라고도 불리는 것으로, 하나의 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 생산하는 시스템이다.
이와 같은 열병합 발전 시스템은 엔진 또는 터빈을 구동하여 발전을 하면서 발생되는 배기가스 열 또는 냉각수의 폐열을 회수하여 종합 열효율을 70~80%까지 높이는 것이 가능하여, 최근에는 건축물의 전력, 열원으로 주목받고 있으며, 특히 회수 폐열을 냉난방, 급탕 등에 많이 활용하고 있는 고효율 에너지 이용방식이다.
종래의 열병합 발전 시스템은 엔진과, 상기 엔진에서 출력된 회전력으로 전력을 생산하는 발전기와, 상기 발전기에서 생산된 전력으로 작동되고 냉방과 난방이 절환될 수 있는 히트 펌프식 공기조화기와, 급탕이나 온수 공급을 위한 축열조와, 상기 엔진의 배기가스의 열과 냉각수의 열을 상기 축열조로 공급하는 열 공급라인을 포함하여 구성된다.
상기 히트 펌프식 공기조화기는 압축기와 사방밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기를 포함하여 구성되고, 상기 압축기와 사방밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기는 냉매배관으로 연결된다.
상기와 같이 구성된 종래의 열병합 발전 시스템의 작동을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 엔진이 구동되면 발전기는 엔진의 출력축에 의해 회전자가 회전되면서 전력을 생산하고, 생산된 전력은 상기 히트 펌프식 공기조화기나 조명 등의 각종 전자제품에 사용된다.
그리고, 상기 엔진의 폐열은 열 공급 라인을 통해 상기 축열조로 공급되어, 급탕이나 온수 공급을 위한 열원으로 이용된다.
한편, 상기 히트 펌프식 공기조화기의 난방 운전시 상기 압축기는 구동되어 냉매를 압축하고, 상기 사방밸브는 상기 압축기에서 압축된 냉매가 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기와 압축기로 순환되도록 유로를 형성하며, 상기 실내 열교환기는 응축기로 작용하면서 실내 공기를 난방한다.
반면에, 상기 히트 펌프식 공기조화기의 냉방 운전시 상기 압축기는 구동되어 냉매를 압축하고, 상기 사방밸브는 상기 압축기에서 압축된 냉매가 상기 실외 열교환기와 팽창기구와 실내 열교환기와 압축기로 순환되도록 유로를 형성하며, 상기 실내 열교환기는 증발기로 작용하면서 실내 공기를 냉방한다.
그러나, 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템은 엔진의 폐열이 급탕이나 온수의 공급에만 활용되므로 시스템 효율이 낮은 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 엔진의 폐열이 히트 펌프식 공기조화기의 냉난방 운전시 모두 사용되도록 함으로써 시스템 효율이 높은 열병합 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 발전기와; 상기 발전기가 전력을 생산하도록 상기 발전기를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과; 압축기와 사방밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기를 포함하는 압축식 공기조화기와; 상기 압축기로 흡입되는 냉매를 가열하도록 설치된 흡입 과열 열교환기와; 재생기와 흡수기와 사방밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기를 포함하는 흡수식 공기조화기와; 상기 구동원의 폐열을 상기 흡입 과열 열교환기에 회수시키도록 설치된 폐열 회수수단을 포함하여 구성된 을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 발전기와; 상기 발전기가 전력을 생산하도록 상기 발전기를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과; 압축기와 사방밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기를 포함하는 압축식 공기조화기와; 재생기와 흡수기와 사방밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기를 포함하는 흡수식 공기조화기와; 상기 구동원에서 배기된 배기가스의 열을 회수하는 배기가스 열교환기와; 상기 구동원을 냉각시킨 냉각수의 열을 회수하는 냉각수 열교환기와; 상기 배기가스 열교환기와 냉각수 열교환기 중 적어도 어느 하나에 의해 가열된 열매체가 상기 재생기로 열을 전달하도록 형성된 제 1열매체 순환유로와; 상기 열매체를 순환 펌핑시키도록 설치된 제 1열매체 순환 펌프를 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기의 온 상태가 도시된 개략도이고, 도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기의 오프 상태가 도시된 개략도이다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 발전기(2)와, 상기 발전기(2)가 전력을 생산하도록 상기 발전기(2)를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과, 압축기(3)와 제 1사방밸브(4)와 제 1실내 열교환기(5)와 제 1팽창기구(6)와 제 1실외 열교환기(7)를 포함하는 압축식 공기조화기(10)와, 재생기(11)와 흡수기(12)와 제 2사방밸브(13)와, 제 2실내 열교환기(14)와, 제 2팽창기구(15)와, 제 2실외 열교환기(16)를 포함하는 흡수식 공기조화기(20)와, 상기 구동원의 폐열을 상기 압축식 공기조화기(10)와 흡수식 공기조화기(20) 중 적어도 어느 하나에 회수시키도록 설치된 폐열 회수수단을 포함하여 구성된다.
상기 발전기(2)는 교류 발전기와 직류 발전기 중 어느 하나로서, 상기 구동 원의 출력축에 회전자가 연결되어 상기 출력축의 회전시 전력을 생산하며, 상기 구동원은 엔진(8)이나 연료 전지 등이 사용되어지는 바, 이하 엔진(8)으로 한정하여 설명한다.
상기 엔진(8)에는 내부에 연소실이 구비되고, 상기 연소실로 액화 천연가스 또는 액화 석유가스 등의 연료가 투입되는 연료관(8a)과, 상기 연소실에서 배기되는 배기가스가 안내되는 배기관(8b)이 각각 연결된다.
상기 압축식 공기조화기(10)는 히트 펌프식으로 구성되는 바, 상기 발전기(2)에서 생산된 전력이 상기 압축기(3)를 구동하는데 이용되도록 상기 발전기(2)와 전력선으로 연결된다.
상기 압축식 공기조화기(10)는 실내기에 상기 제 1실내 열교환기(5)가 설치됨과 아울러 상기 제 1실내 열교환기(5)로 실내 공기를 통과시키는 제 1실내 송풍기(5a)가 설치된다.
그리고, 실외기에는 상기 압축기(3)와 제 1사방밸브(4)와 제 1팽창기구(6)와 제 1실외 열교환기(7)가 설치됨과 아울러 상기 제 1실외 열교환기(7)로 실외 공기를 통과시키는 제 1실외 송풍기(7a)가 설치된다.
상기 흡수식 공기조화기(20)도 히트 펌프식으로 구성되는 바, 상기 흡수식 공기조화기(20)는 상기 폐열 회수수단으로부터 전달받은 열원을 이용해 강용액(농도가 높은 암모니아 수용액)으로부터 냉매 증기(순수 암모니아 증기) 및 약용액(농도가 낮은 암모니아 수용액)을 생성하는 상기 재생기(11)와, 외부의 공기와 열교환을 통해 냉매 증기를 응축시키는 응축기(냉방시에는 제 2실외 열교환기(16), 난방 시에는 제 2실내 열교환기(14))와, 외부 공기와의 열교환으로 액냉매를 냉매 증기로 변화시키는 증발기(냉방시에는 제 2실내 열교환기(14), 난방시에는 제 2실외 열교환기(16))와, 상기 증발기에서 토출한 냉매 증기를 약용액이 흡수하도록 하여 강용액을 생성하는 흡수기(12)와, 상기 재생기(11)에서 생성된 냉매 증기와 흡수기(12)에서 토출된 강용액과의 열교환을 통해 냉매 증기의 농도를 증대시키는 용액 열교환기(17)를 포함하여 구성된다.
여기서, 실내 공기를 상기 제 2실내 열교환기(14)로 통과시키는 제 2실내 송풍기(14a)와, 실외 공기를 상기 제 2실외 열교환기(16)로 실외 공기를 통과시키는 제 2실외 송풍기(16a)가 설치된다.
그리고, 상기 흡수식 공기조화기(20)에도 냉난방 작동시 냉매의 흐름을 절환하는 상기 제 2사방밸브(13)가 더 포함되어 구성된다.
상기 흡수기(12)와 용액 열교환기(17)사이에는 상기 흡수기(12)내의 강용액을 상기 용액 열교환기(17)측으로 펌핑시키는 용액 펌프(18)와, 상기 용액 열교환기(17)에서 열교환되어 온도가 낮아진 약용액을 감압되어 상기 흡수기로 유입되도록 팽창밸브(19)가 설치된다.
한편, 상기 폐열 회수수단은 상기 엔진(8)에서 배기된 배기가스의 열을 빼앗기도록 설치된 배기가스 열교환기(21)와, 상기 엔진(8)을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗도록 설치된 냉각수 열교환기(22)와, 상기 배기가스 열교환기(31)와 냉각수 열교환기(22) 중 적어도 어느 하나의 열을 상기 흡수식 공기조화기(20) 또는 압축식 공기조화기(10)로 전달하도록 형성된 열전달 수단을 포함하여 구성된다.
여기서, 제 1실시예에서는 상기 폐열 회수수단으로부터 회수된 열은 상기 흡수식 공기조화기(20)로만 전달되고, 상기 압축식 공기조화기(10)는 상기 발전기(2)로부터 생성된 전력만을 공급받는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 배기가스 열교환기(21)는 상기 엔진(8)의 배기관(8b)에 연결되고, 상기 배기가스 열교환기(21)에는 상기 배기가스 열교환기(21)를 통과한 배기가스를 외부로 안내하는 배출관(23)이 연결된다.
상기 냉각수 열교환기(22)는 상기 엔진(8)을 냉각시키면서 가열된 냉각수가 순환하는 냉각수 순환유로(24)에 의해 상기 엔진(8)과 연결되고, 상기 냉각수 순환유로(24)상에는 냉각수를 펌핑시키는 냉각수 순환 펌프(25)가 설치된다.
상기 열전달 수단은 상기 배기가스 열교환기(21)와 냉각수 열교환기(22) 중 적어도 어느 하나에 의해 가열된 열매체가 상기 재생기(12)로 열을 전달하도록 형성된 제 1열매체 순환유로(26)와, 상기 열매체를 순환 펌핑시키도록 설치된 제 1열매체 순환 펌프(27)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제 1열매체 순환유로(26)는 상기 냉각수 열교환기(22)와 배기가스 열교환기(21)를 차례로 통과하면서 가열된 열매체가 상기 재생기(11)로 유입되어 열을 전달한 후, 상기 냉각수 열교환기(22)로 순환되도록 형성된 것으로 한정하여 설명한다.
한편, 상기 흡수식 공기조화기(20)가 오프되면 상기 열매체가 냉각되도록 냉각 열교환기(28)가 설치되고, 상기 열매체가 상기 냉각 열교환기(28)로 순환될 수 있도록 상기 제 1열매체 순환유로(26)와 연결된 제 1냉각 열교환기 순환유로(29)가 형성된다.
또한, 상기 흡수식 공기조화기(20)가 오프되면, 상기 열매체가 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(29)로 순환하도록 하고, 상기 흡수식 공기조화기(20)가 온되면 상기 열매체가 상기 제 1열매체 순환유로(26)를 순환하도록 하는 제 1밸브수단이 설치된다.
상기 제 1밸브수단은 상기 흡수식 공기조화기(20)가 오프되면, 상기 냉각수 열교환기(22)와 배기가스 열교환기(21)에 의해 차례로 가열된 열매체가 상기 냉각 열교환기(28)로 공급되도록 상기 제 1열매체 순환유로(26) 중에서 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(29)의 일단이 연결되는 부분에 설치된 제 1삼방밸브(30)와, 상기 냉각 열교환기(28)에서 냉각된 열매체가 상기 냉각수 열교환기(22)로 순환될 수 있도록 상기 제 1열매체 순환유로(26) 중에서 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(29)의 타단이 연결되는 부분에 설치된 제 2삼방밸브(31)로 이루어진다.
한편, 상기 압축식 공기조화기(10)와 흡수식 공기조화기(20)를 제어하고, 상기 압축식 공기조화기(10)만 작동시에는 상기 발전기의 전력이 상기 압축식 공기조화기(10)에만 인가되고, 상기 흡수식 공기조화기(20)만 작동시에는 상기 발전기(2)의 전력이 상기 흡수식 공기조화기(20)에만 인가되도록 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제 1실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 작동을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 연료관(8a)을 통해 연료가 투입되고, 상기 엔진(8)이 작동되면 상기 엔진(8)의 출력축은 회전되고, 상기 발전기(2)는 전력을 발생시킨다.
상기 엔진(8)의 작동시 상기 엔진(8)에서 배기된 배기가스는 상기 배기가스 열교환기를 통과하면서 상기 배기가스 열교환기를 통과하는 열매체에 열을 빼앗긴 후 상기 배출관을 통해 대기중으로 방출된다.
또한, 상기 엔진(8)의 작동시 상기 냉각수 순환 펌프(25)가 구동되어, 상기 엔진(8)을 냉각시키면서 가열된 냉각수는 상기 냉각수 순환 유로(24)를 통해 상기 냉각수 열교환기(22)로 이동되고, 상기 냉각수 열교환기(22)를 통과하는 열매체에 열을 빼앗긴 후, 상기 냉각수 순환유로(24)를 통해 상기 엔진(8)으로 순환된다.
그리고, 상기 발전기(2)에서 발생된 전력은 상기 압축식 공기조화기(10)의 압축기(3)를 구동시키는 데 사용됨과 아울러, 상기 흡수식 공기조화기(20)의 재생기(11)에 공급된다.
한편, 상기 흡수식 공기조화기(20)가 온상태이고 난방 작동시, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제 2사방밸브(13)는 난방 모드로 절환되며, 상기 제 1, 2삼방밸브(30)(31)는 온 모드로 제어되고, 상기 제 1열매체 순환펌프(27)는 구동된다.
즉, 상기 제 1삼방밸브(30)와 제 2삼방밸브(31)는 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(29)를 밀폐함과 아울러 상기 제 1열매체 순환유로(26)를 개방하게 되며, 상기 제 1열매체 순환펌프(27)는 열매체를 펌핑시킨다.
상기 제 1열매체 순환 펌프(27)에 의해 펌핑된 열매체는 상기 냉각수 열교환기(22)를 통과하면서 가열된 후 상기 배기가스 열교환기(21)로 유입되고, 상기 배기가스 열교환기(21)에 의해 한번 더 가열된 후 상기 열매체 순환 유로(26)를 통해 상기 재생기(11)로 유입되어 열을 전달하게 된다.
상기 재생기(11)에 열이 전달되면, 상기 재생기(11)의 내부에서는 강용액에서 냉매와, 냉매로 생성되지 못하고 남은 약용액을 생성하게 된다.
상기 재생기(11)에서 생성된 냉매는 상기 용액 열교환기(17)에서 상기 흡수기(12)를 통해 공급되는 강용액과의 열교환을 통해 정류된 후, 상기 제 2사방밸브(13)를 통해 상기 제 2실내 열교환기(14), 제 2팽창기구(15), 제 2실외 열교환기(16), 제 2사방밸브(13)를 차례로 통과하여 상기 흡수기(12)로 순환되고, 상기 제 2실내 열교환기(14)는 응축기로 작용되어 실내의 공기를 가열시키게 된다.
여기서, 상기 압축식 공기조화기(10)가 난방 작동시에는 상기 압축기(3)는 상기 발전기(2)로부터 전력을 공급받아 구동되고, 상기 압축기(3)에서 압축된 냉매는 상기 제 1사방밸브(4), 제 1실내 열교환기(5), 제 1팽창기구(6), 제 1실외 열교환기(7), 제 1사방밸브(4)를 차례로 통과하여 상기 압축기(3)로 순환되고, 상기 제 1실내 열교환기(5)는 응축기로 작용되어 실내의 공기를 가열시키게 된다.
한편, 상기 흡수식 공기조화기(20)가 온상태이고 냉방작동시에는 상기 제 2사방밸브(13)가 냉방 모드로 절환되어 냉매의 흐름만이 바뀌고, 상기 열매체가 상기 재생기(11)로 열을 전달하여 상기 재생기(11)에서 냉매가 생성되는 원리는 동일하다.
즉, 상기 재생기(11)는 열원을 이용하여 냉매를 생성시키기 때문에, 상기 흡수식 공기조화기(20)가 온상태이면, 냉난방 작동과 관계없이 상기 재생기(11)에서 는 열매체의 열을 필요로 한다.
한편, 상기 흡수식 공기조화기(20)의 오프시에는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1삼방밸브(30)와 제 2삼방밸브(31)는 오프 모드로 제어되어, 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(29)를 개방시키게 된다.
상기 제 1열매체 순환 펌프(27)에 의해 펌핑된 열매체는 상기 냉각수 열교환기(22)와 배기가스 열교환기(21)를 차례로 통과한 후 상기 제 1삼방밸브(30)를 통해 상기 냉각 열교환기(28)로 유입된다.
상기 냉각 열교환기(28)로 유입된 열매체는 방열되고, 상기 제 2삼방밸브(31)를 통해 상기 제 1열매체 순환유로(26)로 유입된 후 상기 냉각수 열교환기(22)로 순환되게 된다.
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기와 압축식 공기조화기가 모두 난방 작동일 때가 도시된 개략도이고, 도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기는 오프 상태이고, 압축식 공기조화기만 난방 작동일 때가 도시된 개략도이며, 도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기는 난방 작동상태이고, 압축식 공기조화기는 오프 상태일 때가 도시된 개략도이고, 도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기와 압축식 공기조화기가 모두 냉방 작동일 때가 도시된 개략도이다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 3 내지 도 6에 도시 된 바와 같이, 발전기(2)와, 상기 발전기(2)가 전력을 생산하도록 상기 발전기(2)를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과, 압축기(3)와 제 1사방밸브(4)와 제 1실내 열교환기(5)와 제 1팽창기구(6)와 제 1실외 열교환기(7)를 포함하는 압축식 공기조화기(10)와, 재생기(11)와 흡수기(12)와 제 2사방밸브(13)와 제 2실내 열교환기(14)와 제 2팽창기구(15)와 제 2실외 열교환기(16)를 포함하는 흡수식 공기조화기(20)와, 상기 구동원의 폐열을 상기 압축식 공기조화기(10)와 흡수식 공기조화기(20) 중 적어도 어느 하나에 회수시키도록 설치된 폐열 회수수단을 포함하여 구성된다.
상기 폐열 회수수단은 상기 엔진(8)에서 배기된 배기가스의 열을 빼앗도록 설치된 배기가스 열교환기(21)와, 상기 엔진(8)을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗도록 설치된 냉각수 열교환기(22)와, 상기 배기가스 열교환기(21)와 냉각수 열교환기(22) 중 적어도 하나의 열을 상기 흡수식 공기조화기(20) 또는 압축식 공기조화기(10)로 전달하도록 형성된 열전달 수단을 포함하여 구성된다.
상기 열전달 수단은 상기 배기가스 열교환기(21)와 냉각수 열교환기 (22)중 적어도 어느 하나에 의해 가열된 열매체가 상기 재생기(11)로 열을 전달하도록 형성된 제 1열매체 순환유로(40)와, 상기 열매체를 순환 펌핑시키도록 설치된 제 1열매체 순환 펌프(41)를 포함하여 구성된다.
여기서, 본 실시예에서는 상기 제 1열매체 순환유로가 상기 배기가스 열교환기에 의해 가열된 열매체만을 순환시키는 점을 제외하고, 상기 발전기(2)와 구동원과, 흡수식 공기조화기(20)와 압축식 공기조화기(10), 배기가스 열교환기(21), 냉 각수 열교환기(22)의 내부 구성 및 작용은 본 발명의 제 1실시예와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 흡수식 공기조화기(20)가 오프되면, 상기 배기가스 열교환기(21)에 의해 가열된 열매체를 냉각시키는 냉각 열교환기(42)가 설치되고, 상기 열매체가 상기 냉각 열교환기(42)로 순환될 수 있도록 상기 제 1열매체 순환유로(40)와 연결된 제 1냉각 열교환기 순환유로(43)가 형성된다.
여기서, 상기 흡수식 공기조화기(20)가 오프되면 상기 열매체가 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(43)로 순환하도록 하고, 상기 흡수식 공기조화기(20)가 온되면 상기 열매체가 상기 제 1열매체 순환유로(40)를 순환하도록 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(43)와 제 1열매체 순환유로(40)를 조절하는 제 1밸브 수단이 설치된다.
상기 제 1밸브 수단은 상기 제 1열매체 순환유로(40) 중에서 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(43)의 일단이 연결된 부분에 설치된 제 1삼방밸브(51)와, 상기 제 1열매체 순환유로(40) 중에서 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(43)의 타단이 연결된 부분에 설치된 제 2삼방밸브(52)로 이루어진다.
또한, 상기 열병합 발전 시스템은 상기 압축식 공기조화기(10)의 난방 운전시 상기 압축기(3)로 흡입되는 냉매를 가열하도록 설치된 흡입 과열 열교환기(44)와, 상기 배기가스 열교환기(21)와 냉각수 열교환기(22) 중 적어도 어느 하나에 가열된 열매체가 상기 흡입 과열 열교환기(44)로 열을 전달하도록 형성된 제 2열매체 순환유로(45)와, 상기 열매체를 순환 펌핑시키도록 설치된 제 2 열매체 순환 펌프(46)를 더 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 제 1열매체 순환유로(40)는 상기 배기가스 열교환기(21)에 의해 가열된 열매체가 상기 재생기(11)로 열을 전달한 후 상기 배기가스 열교환기(21)로 순환될 수 있도록 형성되고, 상기 제 2열매체 순환유로(45)는 상기 냉각수 열교환기(22)에 의해 가열된 열매체가 상기 흡입 과열 열교환기(44)로 열을 전달한 후 상기 냉각수 열교환기(22)로 순환될 수 있도록 형성된 것으로 한정하여 설명한다.
또한, 상기 압축식 공기조화기(10)가 냉방 작동시 상기 냉각수 열교환기(22)에 의해 가열된 열매체가 상기 냉각 열교환기(42)로 순환될 수 있도록 상기 제 2열매체 순환유로(45)와 연결된 제 2냉각 열교환기 순환유로(47)가 형성된다.
여기서, 상기 압축식 공기조화기(10)의 냉방 작동시 상기 열매체가 상기 제 2냉각 열교환기 순환유로(47)로 순환하도록 하고, 상기 압축식 공기조화기(10)의 난방 작동시에는 상기 열매체가 상기 제 2열매체 순환유로(45)를 순환하도록 하는 제 2밸브 수단이 더 포함되어 구성된다.
상기 제 2밸브 수단은 상기 냉각수 열교환기(22)에 의해 가열된 열매체가 상기 제 2냉각 열교환기 순환유로(47)로 순환되도록 상기 제 2열매체 순환유로(45) 중에서 상기 제 2냉각 열교환기 순환유로(47)의 일단이 연결된 부분에 설치된 제 3삼방밸브(53)와, 상기 냉각 열교환기(42)에서 냉각된 열매체가 상기 냉각수 열교환기(22)로 순환되도록 상기 제 2열매체 순환유로(45) 중에서 상기 제 2냉각 열교환기 순환유로(47)의 타단이 연결된 부분에 설치된 제 4삼방밸브(54)로 이루어진다.
또한, 상기 압축식 공기조화기(10)의 압축기(3)로 냉매가 흡입되도록 형성된 냉매 순환유로(48)와, 상기 압축식 공기조화기(10)의 난방 운전시 상기 압축기(3)로 흡입되는 냉매가 상기 흡입 과열 열교환기(44)로 바이패스될 수 있도록 형성된 바이패스 유로(49)와, 상기 압축기(3)로 흡입되는 냉매가 상기 냉매 순환유로(48)와 바이패스 유로(49) 중 어느 하나를 통과하도록 조절하는 제 3밸브 수단이 더 포함된다.
상기 제 3밸브수단은 냉매가 상기 바이패스 유로(49)로 유입될 수 있도록 상기 바이패스 유로(49)의 입구측과 상기 냉매 순환유로(48)가 연결된 부분에 설치된 제 5삼방밸브(55)와, 상기 흡입 과열 열교환기(44)를 통과한 냉매가 상기 냉매 순환유로(48)로 순환될 수 있도록 상기 바이패스 유로(49)의 출구측과 상기 냉매 순환유로(48)가 연결된 부분에 설치된 제 6삼방밸브(56)로 이루어진다.
한편, 상기 압축식 공기조화기(10)와 흡수식 공기조화기(20)를 제어하고, 상기 압축식 공기조화기(10)의 난방 운전시 상기 제 2열매체 순환 펌프(46)를 온시킴과 아울러 상기 제 3,4삼방밸브(53)(54)를 난방 모드로 제어하며, 상기 흡수식 공기조화기(20)의 온오프시 상기 제 1,2삼방밸브(51)(52)를 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제 2실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 작동을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 흡수식 공기조화기(20)와 압축식 공기조화기(10)가 모두 난방 작동시에는 상기 발전기(2)에서 생산된 전력이 상기 재생기(11)와 압축기(3)에 각각 공급되고, 상기 제 1,2사방밸브(4)(13)는 난방 모드로 절환되며, 상기 제 1,2,3,4,5,6삼방밸브(51)(52)(53)(54)(55)(56)는 난방 모드로 제어되고, 상기 제 1,2열매체 순환 펌프(41)(46)는 구동된다.
여기서, 상기 제 1삼방밸브(51)와 제 2삼방밸브(52)는 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(43)를 밀폐함과 아울러 상기 제 1열매체 순환유로(40)를 개방하고, 상기 제 3삼방밸브(53)와 제 4삼방밸브(54)는 상기 제 2냉각 열교환기 순환유로(47)를 밀폐함과 아울러 상기 제 2열매체 순환유로(45)를 개방하게 되며, 상기 제 5삼방밸브(55)와 제 6삼방밸브(56)는 상기 바이패스 유로(49)를 개방시켜, 상기 압축기(3)로 흡입되는 냉매가 상기 바이패스 유로(49)를 통해 상기 흡입과열 열교환기(44)로 유입되도록 한다.
그리고, 상기 제 1,2열매체 순환 펌프(41)(46)는 열매체를 펌핑시킨다.
상기 제 1열매체 순환 펌프(41)에 의해 펌핑된 열매체는 상기 배기가스 열교환기(21)를 통과하면서 가열되어, 상기 제 1열매체 순환유로(40)를 통해 상기 재생기(11)로 유입되어 열을 전달한 후, 상기 배기가스 열교환기(21)로 순환된다.
그리고, 상기 제 2열매체 순환 펌프(46)에 의해 펌핑된 열매체는 상기 냉각수 열교환기(22)를 통과하면서 가열되어, 상기 제 2열매체 순환유로(45)를 통해 상기 흡입 과열 열교환기(44)로 유입되어 열을 전달한 후, 상기 냉각수 열교환기(22)로 순환되게 된다.
한편, 상기 흡입 과열 열교환기(44)로 유입된 냉매는 상기 흡입 과열 열교환 기(44)의 내부에서 상기 제 2열매체 순환유로(45)를 통해 유입된 열매체에 의해 가열되고, 이후 상기 압축기(3)에서 압축된 후 상기 제 1사방밸브(4), 제 1실내 열교환기(5)를 통과하게 되는 데, 상기 제 1실내 열교환기(5)를 통과할 때 더 높은 열을 발생시키게 되어, 상기 압축식 공기조화기(10)는 난방성능이 향상되게 된다.
반면에, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 흡수식 공기조화기(20)가 오프상태이고, 상기 압축식 공기조화기(10)만 난방 작동할 때에는 상기 발전기(2)에서 생산된 전력은 상기 압축식 공기조화기(10)에만 공급되고, 상기 제 1,2삼방밸브(51)(52)가 오프모드로 제어되며, 상기 제 3,4,5,6삼방밸브(53)(54)(55)(56)는 난방모드로 제어된다.
따라서, 상기 제 1삼방밸브(51)와 제 2삼방밸브(52)는 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(43)를 개방시키게 되어, 상기 배기가스 열교환기(21)에 의해 가열된 열매체는 상기 제 1삼방밸브(51)를 거쳐 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(43)를 통해 상기 냉각 열교환기(22)로 유입되어 방열되게 된다.
이후, 상기 제 2삼방밸브(52)를 거쳐 상기 배기가스 열교환기(21)로 순환되게 된다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 흡수식 공기조화기(20)가 온상태이고, 상기 압축식 공기조화기(10)는 오프상태일 때는 상기 발전기(2)에서 생산된 전력은 상기 흡수식 공기조화기(20)에만 공급되고, 상기 제 1,2삼방밸브(51)(52)는 온 모드로 제어되며, 상기 제 3,4삼방밸브(53)(54)는 오프모드로 제어된다.
따라서, 상기 제 1삼방밸브(51)와 제 2삼방밸브(52)는 상기 제 1열매체 순환 유로(40)를 개방시킴과 아울러, 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(43)를 밀폐시키게 되어, 상기 배기가스 열교환기(21)에 의해 가열된 열매체는 상기 재생기(11)로 유입된 후 상기 배기가스 열교환기(21)로 순환되게 된다.
그리고, 상기 제 3삼방밸브(53)와 제 4삼방밸브(54)는 상기 제 2냉각 열교환기 순환유로(47)를 개방시키게 되어, 상기 냉각수 열교환기(22)에 의해 가열된 열매체는 상기 제 2냉각 열교환기 순환유로(47)를 통해 상기 냉각 열교환기(22)로 유입되어 방열된 후, 상기 제 4삼방밸브(54)를 거쳐 상기 냉각수 열교환기(22)로 순환되게 된다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 흡수식 공기조화기(20)와 압축식 공기조화기(10)가 모두 온상태이고, 냉방작동시에는 상기 제 1,2사방밸브(4)(13)는 냉방모드로 절환되고, 상기 제 1,2삼방밸브(51)(52)는 온모드로 제어되며, 상기 제 3,4삼방밸브(53)(54)는 오프모드로 제어되고, 상기 제 5,6삼방밸브(55)(56)는 냉방모드로 제어된다.
여기서, 상기 흡수식 공기조화기(20)는 냉난방 작동여부에 관계없이 상기 재생기(11)에서 열원을 필요로 하기 때문에, 상기 배기가스 열교환기(21) 거친 열매체는 상기 재생기(11)로 공급되고, 상기 냉각수 열교환기(22)를 거친 열매체는 상기 흡입 과열 열교환기(44)로는 공급되지 않도록 한다.
따라서, 상기 제 1삼방밸브(51)와 제 2삼방밸브(52)는 제 1열매체 순환유로(40)를 개방시키게 되므로, 상기 배기가스 열교환기(21)에서 가열된 열매체는 상기 제 1열매체 순환유로(40)를 통해 상기 재생기(11)로 유입되어 열을 전달 하게 되므로, 상기 재생기(11)에서는 냉매를 생성하게 된다.
상기 재생기(11)에서 생성된 냉매는 상기 제 2사방밸브(13), 제 2실외 열교환기(16), 제 2팽창기구(15), 제 2실내 열교환기(14)를 차례로 거치면서 실내 공기를 냉방시키게 된다.
한편, 상기 제 3삼방밸브(53)와 제 4삼방밸브(54)는 상기 제 2냉각 열교환기 순환유로(47)를 개방시키게 되므로, 상기 냉각수 열교환기(22)에서 가열된 열매체는 상기 제 2냉각 열교환기 순환유로(47)를 통해 상기 냉각 열교환기(42)로 유입되어 방열된 후, 상기 냉각수 열교환기(22)로 순환되게 된다.
그리고, 상기 제 5삼방밸브(55)와 제 6삼방밸브(56)는 상기 바이패스 유로(49)를 밀폐시키게 되어, 상기 압축기(3)로 흡입되는 냉매가 상기 흡입 과열 열교환기(44)를 거치지 않고, 상기 압축기(3)로 직접 흡입되도록 한다.
상기 압축기(3)로 흡입된 냉매는 상기 제 1사방밸브(4), 제 1실외 열교환기(7), 제 1팽창기구(6), 제 1실내 열교환기(5)를 차례로 거치면서, 실내 공기를 냉방시키게 된다.
도 7은 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기와 압축식 공기조화기가 모두 난방 작동일 때가 도시된 개략도이고, 도 8은 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기는 오프 상태이고, 압축식 공기조화기만 난방 작동일 때가 도시된 개략도이며, 도 9는 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기는 난방 작동상태 이고, 압축식 공기조화기는 오프 상태일 때가 도시된 개략도이고, 도 10은 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기와 압축식 공기조화기가 모두 냉방 작동일 때가 도시된 개략도이며, 도 11은 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전 시스템에서 흡수식 공기조화기가 오프상태이고, 압축식 공기조화기가 냉방작동일 때가 도시된 개략도이다.
본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 7 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 발전기(2)와, 상기 발전기(2)가 전력을 생산하도록 상기 발전기(2)를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과, 압축기(3)와 제 1사방밸브(4)와 제 1실내 열교환기(5)와 제 1팽창기구(6)와 제 1실외 열교환기(7)를 포함하는 압축식 공기조화기(10)와, 재생기(11)와 흡수기(12)와 제 2사방밸브(13)와 제 2실내 열교환기(14)와 제 2팽창기구(15)와 제 2실외 열교환기(16)를 포함하는 흡수식 공기조화기(20)와, 상기 구동원의 폐열을 상기 압축식 공기조화기(10)와 흡수식 공기조화기(20) 중 적어도 어느 하나에 회수시키도록 설치된 폐열 회수수단을 포함하여 구성된다.
상기 폐열 회수수단은 상기 구동원(이하 엔진(8))에서 배기된 배기가스의 열을 빼앗도록 설치된 배기가스 열교환기(21)와, 상기 엔진(8)을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗도록 설치된 냉각수 열교환기(22)와, 상기 배기가스 열교환기(21)와 냉각수 열교환기(22) 중 적어도 하나의 열을 상기 흡수식 공기조화기(20) 또는 압축식 공기조화기(10)로 전달하도록 형성된 열전달 수단을 포함하여 구성된다.
상기 열전달 수단은 상기 배기가스 열교환기(21)와 냉각수 열교환기(22) 중 적어도 어느 하나에 의해 가열된 열매체가 상기 재생기(11)로 열을 전달하도록 형성된 제 1열매체 순환유로(60)와, 상기 열매체를 순환 펌핑시키도록 설치된 제 1열매체 순환 펌프(61)를 포함하여 구성된다.
여기서, 본 실시예에서는 상기 제 1열매체 순환유로(60)는 상기 냉각수 열교환기(22)에 의해 가열된 열매체가 상기 배기가스 열교환기(21)에서 재가열되어 상기 재생기(11)로 열을 전달한 후 상기 냉각수 열교환기(22)로 순환되도록 형성된 점을 제외하고, 상기 발전기(2)와 엔진(8)과, 흡수식 공기조화기(20)와 압축식 공기조화기(10), 배기가스 열교환기(21), 냉각수 열교환기(22)의 내부 구성 및 작용은 본 발명의 제 1실시예와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
즉, 상기 제 1열매체 순환유로(60)는 상기 배기가스 열교환기(21)와 냉각수 열교환기(22)에 모두 연결된다.
또한, 상기 열병합 발전 시스템은 상기 압축식 공기조화기(10)의 난방 운전시 상기 압축기(3)로 흡입되는 냉매를 가열하도록 설치된 흡입 과열 열교환기(62)와, 상기 압축식 공기조화기(10)의 난방시 상기 재생기(11)를 통과한 열매체가 상기 흡입 과열 열교환기(62)로 바이패스되도록 상기 제 1열매체 순환유로(60)에 연결된 제 2열매체 순환유로(63)를 더 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 압축식 공기조화기(10)의 냉방 운전시 상기 열매체가 상기 제 1열매체 순환유로(60)로 순환되도록 하고, 상기 압축식 공기조화기(10)의 난방 운전시에는 상기 재생기(11)로부터 나온 열매체가 상기 제 2열매체 순환유로(63)를 통해 상기 흡입 과열 열교환기(62)로 순환되도록 상기 제 1열매체 순환유로(60)와 제 2열매체 순환유로(63)를 조절하는 제 1밸브수단이 설치된다.
상기 제 1밸브 수단은 상기 재생기(11)로부터 나온 열매체가 상기 제 2열매체 순환유로(63)로 순환되도록 상기 제 1열매체 순환유로(60) 중에서 상기 제 2열매체 순환유로(63)의 일단이 연결되는 부분에 설치된 제 1삼방밸브(71)와, 상기 제 1열매체 순환유로(60) 중에서 상기 제 2열매체 순환유로(63)의 타단이 연결되는 부분에 설치된 제 2삼방밸브(72)로 이루어진다.
한편, 상기 흡수식 공기조화기(20)가 오프되면, 상기 배기가스 열교환기(21)에 의해 가열된 열매체가 상기 재생기(11)를 거치지 않고 바이패스되도록 상기 제 1열매체 순환유로(60)에 연결된 제 3열매체 순환유로(64)가 형성된다.
여기서, 상기 흡수식 공기조화기(20)가 오프되면, 상기 열매체가 상기 제 3열매체 순환유로(64)를 통과하도록 하고, 상기 흡수식 공기조화기(20)가 온되면, 상기 열매체가 상기 제 1열매체 순환유로(60)로 순환되도록 상기 제 1열매체 순환유로(60)와 제 3열매체 순환유로(64)를 조절하는 제 2밸브수단이 구비된다.
상기 제 2밸브수단은 상기 배기가스 열교환기(21)를 거친 열매체가 상기 제 3열매체 순환유로(64)를 통과하도록 상기 제 1열매체 순환유로(60) 중에서 상기 제 3열매체 순환유로(64)의 일단이 연결되는 부분에 설치된 제 3삼방밸브(73)와, 상기 제 1열매체 순환유로(60) 중에서 상기 제 3열매체 순환유로(64)의 타단이 연결되는 부분에 설치된 제 4삼방밸브(74)로 이루어진다.
그리고, 상기 압축식 공기조화기(10)의 냉방 운전시 상기 열매체가 냉각되도록 설치된 냉각 열교환기(65)와, 상기 열매체가 상기 냉각 열교환기(65)로 순환될 수 있도록 상기 제 2열매체 순환유로(63)와 연결된 제 1냉각 열교환기 순환유로(66)가 구비된다.
여기서, 상기 압축식 공기조화기(10)의 냉방 운전시 상기 열매체가 상기 냉각 열교환기 순환유로(66)를 순환하도록 하고, 상기 압축식 공기조화기(10)의 난방 운전시 상기 열매체가 상기 제 2열매체 순환유로(63)를 순환하도록 상기 제 2열매체 순환유로(63)와 제 1냉각 열교환기 순환유로(66)를 조절하는 제 3밸브 수단이 구비된다.
상기 제 3밸브 수단은 상기 열매체가 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(66)로 유입되도록 상기 제 2열매체 순환유로(63) 중에서 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(66)의 일단과 연결되는 부분에 설치된 제 5삼방밸브(75)와, 상기 제 2열매체 순환유로(63) 중에서 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(66)의 타단과 연결되는 부분에 설치된 제 6삼방밸브(76)로 이루어진다.
또한, 상기 압축식 공기조화기(10)의 압축기(3)로 냉매가 흡입되도록 형성된 냉매 순환유로(67)와, 상기 압축식 공기조화기(10)의 난방 운전시 상기 압축기(3)로 흡입되는 냉매가 상기 흡입 과열 열교환기(62)로 바이패스될 수 있도록 형성된 바이패스 유로(68)와, 상기 압축기(3)로 흡입되는 냉매가 상기 냉매 순환유로(67)와 바이패스 유로(68) 중 어느 하나를 통과하도록 조절하는 제 4밸브 수단이 더 포함된다.
상기 제 4밸브수단은 냉매가 상기 바이패스 유로(68)로 유입될 수 있도록 상 기 바이패스 유로(68)의 입구측과 상기 냉매 순환유로(67)가 연결된 부분에 설치된 제 7삼방밸브(77)와, 상기 흡입 과열 열교환기(62)를 통과한 냉매가 상기 냉매 순환유로(67)로 순환될 수 있도록 상기 바이패스 유로(68)의 출구측과 상기 냉매 순환유로(67)가 연결된 부분에 설치된 제 8삼방밸브(78)로 이루어진다.
한편, 상기 압축식 공기조화기(10)와 흡수식 공기조화기(20)를 제어하고, 상기 압축식 공기조화기(10)의 난방 운전시 상기 제 1열매체 순환 펌프(61)를 온시킴과 아울러 상기 제 3,4삼방밸브(73)(74)를 난방 모드로 제어하며, 상기 흡수식 공기조화기(20)의 온오프시 상기 제 1,2삼방밸브(71)(72)를 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 작동을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 흡수식 공기조화기(20)와 압축식 공기조화기(10)가 모두 난방 작동시에는 상기 발전기(2)에서 생산된 전력이 상기 재생기(11)와 압축기(3)에 각각 공급되고, 상기 제 1,2사방밸브(4)(13)는 난방 모드로 절환되며, 상기 제 1,2,3,4,5,6,7,8삼방밸브(71)(72)(73)(74)(75)(76)(77)(78)는 난방 모드로 제어되고, 상기 제 1열매체 순환 펌프(61)는 구동된다.
여기서, 상기 제 1삼방밸브(71)와 제 2삼방밸브(72)는 상기 재생기(11)로부터 나온 열매체가 상기 제 2열매체 순환유로(63)로 순환되도록 제 2열매체 순환유로(63)를 개방하고, 상기 제 5삼방밸브(75)와 제 6삼방밸브(76)는 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(66)를 밀폐시키며, 상기 제 7삼방밸브(77)와 제 8삼방밸브(78)는 상기 바이패스 유로(68)를 개방시켜 상기 압축기(3)로 흡입되는 냉매가 상기 바이패스 유로(68)를 통해 상기 흡입 과열 열교환기(62)로 유입되도록 한다.
그리고, 상기 제 1열매체 순환 펌프(61)는 열매체를 펌핑시키는 바, 펌핑된 열매체는 상기 냉각수 열교환기(22)에서 가열된 후 상기 배기가스 열교환기(21)로 유입되어 상기 배기가스 열교환기(21)에서 재차 가열된 후, 상기 재생기(11)로 유입되어 열을 전달하고, 상기 흡입 과열 열교환기(62)에서 열교환된 후 상기 냉각수 열교환기(22)로 다시 순환하게 된다.
상기 흡입 과열 열교환기(62)로 유입된 냉매는 상기 흡입 과열 열교환기(62)의 내부에서 상기 열매체에 의해 가열되고, 이후 상기 압축기(3)에서 압축된 후 상기 제 1사방밸브(4), 제 1실내 열교환기(5)를 통과하게 되는 데, 상기 제 1실내 열교환기(5)를 통과할 때 더 높은 열을 발생시키게 되어, 상기 압축식 공기조화기(10)는 난방성능이 향상되게 된다.
반면에, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 흡수식 공기조화기(20)가 오프상태이고, 상기 압축식 공기조화기(10)만 난방 작동할 때에는 상기 발전기(2)에서 생산된 전력은 상기 압축식 공기조화기(10)에만 공급되고, 상기 제 1,2,5,6,7,8삼방밸브(71)(72)(75)(76)(77)(78)는 난방모드로 제어되고, 상기 제 3,4삼방밸브(73)(74)는 오프모드로 제어된다.
즉, 상기 제 1삼방밸브(71)와 제 2삼방밸브(72)는 상기 열매체가 상기 제 2열매체 순환유로(63)로 유입되도록 상기 제 2열매체 순환유로(63)를 개방시키게 되고, 상기 제 3삼방밸브(73)와 제 4삼방밸브(74)는 상기 열매체가 상기 재생기(11)로 유입되지 않도록 상기 제 3열매체 순환유로(64)를 개방시키게 되며, 상기 제 5삼방밸브(75)와 제 6삼방밸브(76)는 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(66)를 밀폐시키게 되고, 상기 제 7삼방밸브(77)와 제 8삼방밸브(78)는 상기 바이패스 유로(68)를 개방시키게 된다.
따라서, 상기 냉각수 열교환기(22)에서 가열된 열매체는 상기 배기가스 열교환기(21)로 유입되어 재차 가열되고, 상기 제 3삼방밸브(73), 제 3열매체 순환유로(64), 제 4삼방밸브(74)를 차례로 통과한 후, 상기 제 1삼방밸브(71)를 거쳐 상기 제 2열매체 순환유로(63)를 통과하여 상기 흡입 과열 열교환기(62)로 유입된 후 상기 냉각수 열교환기(22)로 다시 순환하게 된다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 흡수식 공기조화기(20)만 난방 작동상태이고, 상기 압축식 공기조화기(10)는 오프상태일 때는 상기 발전기(2)에서 생산된 전력은 상기 흡수식 공기조화기(20)에만 공급된다.
그리고, 상기 제 1삼방밸브(71)와 제 2삼방밸브(72)는 상기 제 2열매체 순환유로(63)를 밀폐시키게 되고, 상기 제 7삼방밸브(77)와 제 8삼방밸브(78)는 상기 바이패스 유로(68)를 밀폐시키게 된다.
따라서, 상기 냉각수 열교환기(22)에서 가열된 열매체는 상기 배기가스 열교환기(21), 재생기(11), 제 1삼방밸브(71), 제 2삼방밸브(72)를 차례로 거친 후, 다시 상기 냉각수 열교환기(22)로 유입되게 된다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 흡수식 공기조화기(20)와 압축식 공기조화기(10)가 모두 온 상태이고, 냉방 작동시에는 상기 발전기(2)에서 생산된 전 력은 상기 흡수식 공기조화기(20)와 압축식 공기조화기(10)에 모두 공급된다.
그리고, 상기 흡수식 공기조화기(20)는 냉난방 작동여부에 관계없이 상기 재생기(11)에서 열원을 필요로 하기 때문에, 상기 냉각수 열교환기(22)와 배기가스 열교환기(21)를 차례로 거친 열매체는 상기 재생기(11)로 공급되고, 상기 흡입 과열 열교환기(62)로는 공급되지 않는다.
즉, 상기 제 1삼방밸브(71)와 제 2삼방밸브(72)는 상기 제 2열매체 순환유로(63)를 밀폐시키게 되고, 상기 제 7삼방밸브(77)와 제 8삼방밸브(78)는 상기 바이패스 유로(68)를 밀폐시키게 된다.
따라서, 상기 냉각수 열교환기(22)에서 가열된 열매체는 상기 배기가스 열교환기(21)로 유입되어 재차 가열되어 상기 재생기(11)로 공급되고, 상기 제 1,2삼방밸브(71)(72)를 거쳐 다시 상기 냉각수 열교환기(22)로 순환된다.
상기 재생기(11)에서는 상기 열매체로부터 열을 전달받아 냉매를 생성하게 되고, 생성된 냉매는 상기 제 2사방밸브(13), 제 2실외 열교환기(16), 제 2팽창기구(15), 제 2실내 열교환기(14)를 차례로 거치면서 실내 공기를 냉방시키게 된다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 흡수식 공기조화기(20)는 오프 상태이고, 상기 압축식 공기조화기(10)는 냉방 작동일 때는 상기 발전기(2)에서 생성된 전력은 상기 압축식 공기조화기(10)에만 공급된다.
그리고, 상기 냉각수 열교환기(22)와 배기가스 열교환기(21)에 의해 가열된 열매체는 상기 냉각 열교환기(65)로 방열된다.
즉, 상기 제 3삼방밸브(73)와 제 4삼방밸브(74)는 상기 제 3열매체 순환유로(64)를 개방시키게 되고, 상기 제 1삼방밸브(71)와 제 2삼방밸브(72)는 상기 제 2열매체 순환유로(63)를 개방시키게 되며, 상기 5삼방밸브(75)와 제 6삼방밸브(76)는 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(66)를 개방시키게 된다.
따라서, 상기 냉각수 열교환기(22)와 배기가스 열교환기(21)를 차례로 거친 열매체는 상기 제 3삼방밸브(73)에 의해 상기 제 3열매체 순환유로(64)를 통과하게 되고, 상기 제 1삼방밸브(71)에 의해 상기 제 2열매체 순환유로(63)로 유입된 후, 상기 제 5삼방밸브(75)에 의해 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(66)로 유입된다.
상기 제 1냉각 열교환기 순환유로(66)로 유입된 열매체는 상기 냉각 열교환기(65)에서 방열된 후 상기 제 6삼방밸브(76)를 통해 상기 냉각수 열교환기(22)로 다시 순환되게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 엔진 등의 구동원에서 발생된 폐열을 압축식 공기조화기와 흡수식 공기조화기 중 적어도 어느 하나에서 사용되도록 구성됨으로써, 냉난방 능력을 향상시킬 수 있음과 아울러 흡수식 공기조화기는 냉방시에도 폐열을 사용할 수 있기 때문에 폐열의 이용 효율이 증대될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 발전기에서 생성된 전력은 압축식 공기조화기에서 사용되도록 하고, 엔진 등의 구동원에서 발생된 폐열은 흡수식 공기조화기에서 사용되도록 함으로써, 냉난방 성능 향상은 물론 효율을 극대화시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 배기가스 열교환기에서 회수된 폐열은 냉각수 열교환기에서 회수된 폐열보다 상대적으로 온도가 높기 때문에, 배기가스 열교환기에서 회수된 폐열은 높은 열원을 필요로 하는 흡수식 공기조화기의 재생기에서 사용되도록 하고, 냉각수 열교환기에서 회수된 폐열은 흡입 과열 열교환기에서 사용되도록 함으로써, 효율을 극대화시킬 수 있는 최적의 시스템을 구현할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 냉각수 열교환기에서 가열된 열매체를 배기가스 열교환기에서 재차 가열시킨 후 흡수식 공기조화기의 재생기에 공급하고, 재생기에서 열교환된 열매체를 다시 상기 흡입 과열 열교환기에서 사용되도록 함으로써, 열매체가 냉각수 열교환기와 배기가스 열교환기를 차례로 통과한 후 재생기로 공급되기 때문에 재생기에는 비교적 높은 열이 공급될 수 있도록 하고, 흡입과열 열교환기에는 재생기에서 열교환된 열매체가 사용되도록 함으로써, 폐열의 이용효율을 극대화시킬 수 있는 최적의 시스템을 구현할 수 있는 이점이 있다.

Claims (20)

  1. 발전기와;
    상기 발전기가 전력을 생산하도록 상기 발전기를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과;
    압축기와 사방밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기를 포함하는 압축식 공기조화기와;
    상기 압축기로 흡입되는 냉매를 가열하도록 설치된 흡입 과열 열교환기와;
    재생기와 흡수기와 사방밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기를 포함하는 흡수식 공기조화기와;
    상기 구동원의 폐열을 상기 흡입 과열 열교환기에 회수시키도록 설치된 폐열 회수수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐열 회수수단은 상기 구동원에서 배기된 배기가스의 열을 회수하는 배기가스 열교환기와;
    상기 구동원을 냉각시킨 냉각수의 열을 회수하는 냉각수 열교환기와;
    상기 배기가스 열교환기와 냉각수 열교환기 중 적어도 어느 하나에 의해 가열된 열매체가 상기 흡입 과열 열교환기로 열을 전달하도록 형성된 열매체 순환유로와;
    상기 열매체를 순환 펌핑시키도록 설치된 순환 펌프를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  3. 발전기와;
    상기 발전기가 전력을 생산하도록 상기 발전기를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과;
    압축기와 사방밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기를 포함하는 압축식 공기조화기와;
    재생기와 흡수기와 사방밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기를 포함하는 흡수식 공기조화기와;
    상기 구동원에서 배기된 배기가스의 열을 회수하는 배기가스 열교환기와;
    상기 구동원을 냉각시킨 냉각수의 열을 회수하는 냉각수 열교환기와;
    상기 배기가스 열교환기와 냉각수 열교환기 중 적어도 어느 하나에 의해 가열된 열매체가 상기 재생기로 열을 전달하도록 형성된 제 1열매체 순환유로와;
    상기 열매체를 순환 펌핑시키도록 설치된 제 1열매체 순환 펌프를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 열병합 발전 시스템은 상기 흡수식 공기조화기가 오프되면 상기 배기가스 열교환기와 냉각수 열교환기 중 적어도 어느 하나에 의해 가열된 열매체가 냉각되도록 설치된 냉각 열교환기와;
    상기 열매체가 상기 냉각 열교환기로 순환될 수 있도록 상기 제 1열매체 순환유로와 연결된 제 1냉각 열교환기 순환유로를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 열병합 발전 시스템은 상기 흡수식 공기조화기가 오프되면 상기 열매체가 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로로 순환하도록 하고,
    상기 흡수식 공기조화기가 온되면 상기 열매체가 상기 제 1열매체 순환유로를 순환하도록 상기 제 1냉각 열교환기 순환유로와 제 1열매체 순환유로를 조절하는 제 1밸브 수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1열매체 순환유로는 상기 냉각수 열교환기에 의해 가열된 열매체가 상기 배기가스 열교환기에서 재가열되어 상기 재생기로 열을 전달한 후 상기 냉각수 열교환기로 순환될 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 열병합 발전 시스템은 상기 압축식 공기조화기의 난방 운전시 상기 압축기로 흡입되는 냉매를 가열하도록 설치된 흡입 과열 열교환기와;
    상기 배기가스 열교환기와 냉각수 열교환기 중 적어도 어느 하나에 의해 가열된 열매체가 상기 흡입 과열 열교환기로 열을 전달하도록 형성된 제 2열매체 순환유로와;
    상기 열매체를 순환 펌핑시키도록 설치된 제 2순환 펌프를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1열매체 순환유로는 상기 배기가스 열교환기에 의해 가열된 열매체가 상기 재생기로 열을 전달한 후 상기 배기가스 열교환기로 순환될 수 있도록 형성되고,
    상기 제 2열매체 순환유로는 상기 냉각수 열교환기에 의해 가열된 열매체가 상기 흡입 과열 열교환기로 열을 전달한 후 상기 냉각수 열교환기로 순환될 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 열병합 발전 시스템은 상기 압축식 공기조화기가 냉방 작동시 상기 열매체가 상기 냉각 열교환기로 순환될 수 있도록 상기 제 2열매체 순환유로와 연결된 제 2냉각 열교환기 순환유로를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열병합 발전 시스템은 상기 압축식 공기조화기의 냉방 작동시 상기 열매체가 상기 제 2냉각 열교환기 순환유로로 순환하도록 하고,
    상기 압축식 공기조화기의 난방 작동시에는 상기 열매체가 상기 제 2열매체 순환유로를 순환하도록 하는 제 2밸브 수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 열병합 발전 시스템은 상기 압축기로 냉매가 흡입되도록 형성된 냉매 순환유로와;
    상기 압축식 공기조화기의 난방 운전시 상기 압축기로 흡입되는 냉매가 상기 흡입 과열 열교환기로 바이패스될 수 있도록 형성된 바이패스 유로와;
    상기 압축기로 흡입되는 냉매가 상기 냉매 순환유로와 바이패스 유로 중 어느 하나를 통과하도록 조절하는 제 3밸브 수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1열매체 순환유로는 상기 냉각수 열교환기에 의해 가열된 열매체가 상기 배기가스 열교환기에서 재가열되어 상기 재생기로 열을 전달한 후 상기 냉각수 열교환기로 순환되도록 형성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 열병합 발전 시스템은 상기 압축식 공기조화기의 난방 운전시 상기 압축기로 흡입되는 냉매를 가열하도록 설치된 흡입 과열 열교환기와;
    상기 압축식 공기조화기의 난방시 상기 재생기를 통과한 열매체가 상기 흡입 과열 열교환기로 바이패스되도록 상기 제 1열매체 순환유로에 연결된 제 2열매체 순환유로를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 열병합 발전 시스템은 상기 압축식 공기조화기의 냉방 운전시 상기 열매체가 상기 제 1열매체 순환유로로 순환되도록 하고,
    상기 압축식 공기조화기의 난방 운전시에는 상기 재생기로부터 나온 열매체가 상기 제 2열매체 순환유로를 통해 상기 흡입 과열 열교환기로 순환되도록 상기 제 1열매체 순환유로와 제 2열매체 순환유로를 조절하는 제 1밸브수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 열병합 발전 시스템은 상기 흡수식 공기조화기가 오프되면, 상기 열매체가 상기 재생기를 거치지 않고 바이패스되도록 상기 제 1열매체 순환유로에 연결된 제 3열매체 순환유로를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 열병합 발전 시스템은 상기 흡수식 공기조화기가 오프되면, 상기 열매체가 상기 제 3열매체 순환유로를 통과하도록 하고, 상기 흡수식 공기조화기가 온되면, 상기 열매체가 상기 제 1열매체 순환유로를 순환하도록 상기 제 1열매체 순환유로와 제 3열매체 순환유로를 조절하는 제 2밸브 수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 열병합 발전 시스템은 상기 압축식 공기조화기의 냉방 운전시 상기 열매체가 냉각되도록 설치된 냉각 열교환기와;
    상기 열매체가 상기 냉각 열교환기로 순환될 수 있도록 상기 제 2열매체 순 환유로와 연결된 냉각 열교환기 순환유로를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 열병합 발전 시스템은 상기 압축식 공기조화기의 냉방 운전시 상기 열매체가 상기 냉각 열교환기 순환유로를 순환하도록 하고,
    상기 압축식 공기조화기의 난방 운전시 상기 열매체가 상기 제 2열매체 순환유로를 순환하도록 상기 제 2열매체 순환유로와 냉각 열교환기 순환유로를 조절하는 제 3밸브 수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 열병합 발전 시스템은 상기 압축기로 냉매가 흡입되도록 형성된 냉매 순환유로와;
    상기 압축식 공기조화기의 난방 운전시 상기 압축기로 흡입되는 냉매가 상기 흡입 과열 열교환기로 바이패스될 수 있도록 형성된 바이패스 유로와;
    상기 압축기로 흡입되는 냉매가 상기 냉매 순환유로와 바이패스 유로 중 어느 하나를 통과하도록 조절하는 제 4밸브 수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동원은 엔진과 연료 전지 중 하나인 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
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