KR100653786B1

KR100653786B1 - 열병합 발전 시스템의 제어방법

Info

Publication number: KR100653786B1
Application number: KR1020050081858A
Authority: KR
Inventors: 조은준; 김철민; 하심복; 정백영; 장세동
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2006-12-06

Abstract

본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 제어방법은, 공기조화기가 구동원의 폐열을 이용하여 난방 운전될 때, 삼방변이 상기 공기조화기의 현재 증발압 오차 또는 현재 증발압과 증발압 오차 변화에 따라 제어됨으로써 상기 삼방변의 제어가 용이하고, 상기 공기조화기가 신속히 안정될 수 있으며, 상기 공기조화기의 압축기 손상이 방지되고, 효율 측면에서 유리하다.

열병합 발전 시스템, 엔진, 발전기, 발전 전력, 상용 전력, 전력 절환장치, 공기조화기

Description

열병합 발전 시스템의 제어방법{Control Method of Electric generation air condition system}

도 1은 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전시스템이 발전 전력 출력이고, 히트 펌프식 공기 조화기가 냉방 사이클로 운전시 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 열병합 발전시스템이 발전 전력 출력이고, 히트 펌프식 공기 조화기가 실외 고온 난방 사이클로 운전시 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 열병합 발전시스템이 발전 전력 출력이고, 히트 펌프식 공기 조화기가 실외 저온 난방 사이클로 운전시 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템이 발전 전력 출력이고, 히트 펌프식 공기조화기가 이중 난방 사이클로 운전시 구성도,

도 6은 본 발명에 따른 열병합 발전시스템이 상용 전력 출력이고, 히트 펌프식 공기 조화기가 냉방 사이클로 운전시 구성도,

도 7은 본 발명에 따른 열병합 발전시스템의 상용 전력 출력이고, 히트 펌프식 공기 조화기가 실외 고온 난방 사이클로 운전시 구성도,

도 8은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 제어방법 제1실시 예에 따른 순서도,

도 9는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 제어방법 제2실시 예에 따른 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : 발전기 51 : 전력절환장치

52 : 구동원 55 : 엔진 냉각장치

60 : 폐열 회수장치 70 : 압축기

73 : 사방밸브 74 : 실내 열교환기

75 : 실외 열교환기 76 : 실내 팽창밸브

77 : 실외 팽창밸브 80 : 폐열 공급 장치

85 : 폐열 방열장치 90 : 압축기 흡입 온도 센서

92 : 증발 온도 센서 94 : 삼방변

100 : 냉매 순환 유로 110 : 바이패스 유로

120 : 폐열 연결 유로

본 발명은 열병합 발전 시스템의 제어방법에 관한 것으로서, 특히 공기조화 기가 구동원의 폐열을 이용하여 난방 운전될 때, 삼방변이 공기조화기의 현재 증발압 또는 현재 증발압 오차와 증발압 오차 변화에 따라 제어되는 열병합 발전 시스템의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 열병합 발전시스템은 코제너레이션 시스템(Cogeneration system)이라고도 불리는 것으로, 하나의 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 생산하는 시스템이다.

이와 같은 열병합 발전 시스템은 가스 엔진 또는 터빈을 구동하여 발전을 하면서 발생되는 배기가스 열 또는 냉각수의 폐열을 회수하여 종합열효율을 70~80%까지 높이는 것이 가능하여, 최근에는 건축물의 전력, 열원으로 주목받고 있으며, 특히 회수 폐열을 냉난방, 급탕 등에 많이 활용하고 있는 고효율 에너지 이용방식이다.

도 1은 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템의 구성도이다.

종래의 열병합 발전 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 전력을 생산하는 발전기(2)와, 상기 발전기(2)를 구동시킴과 아울러 열이 발생되는 가스 엔진 등의 구동원(10, 이하 ‘가스 엔진’이라 칭함)과, 상기 가스 엔진(10)에서 발생된 폐열을 회수하는 폐열 회수 장치(20)와, 상기 폐열 회수 장치(20)의 폐열을 급탕 등에 이용하거나 외부로 방열되게 하는 열수요처(30)를 포함하여 구성된다.

상기 발전기(2)에서 생산된 발전 전력은 가정의 각종 조명기구나 공기조화기(4) 등의 전력 소비기기로 공급된다.

상기 발전기(2)와 가스 엔진(10)은 상기 열수요처(30)와 별도로 이루어진 섀시(미도시)의 엔진룸(E) 내에 설치된다.

상기 공기조화기(4)는 실내기(3)와 실외기(5)로 이루어진다.

상기 폐열 회수장치(20)는 상기 가스 엔진(10)에서 배출되는 배기가스의 열을 빼앗는 배기 가스 열교환기(22)와, 상기 가스 엔진(10)을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗는 냉각수 열교환기(24)로 구성된다.

상기 배기 가스 열교환기(22)는 상기 열수요처(30)와 제 1 열 공급라인(23)으로 연결되고, 상기 가스 엔진(10)의 배기가스로부터 빼앗은 폐열은 상기 제 1 열 공급라인(23)을 통해 열수요처(30)로 전달된다.

상기 냉각수 열교환기(24)는 상기 열수요처(30)와 제 2 열 공급라인(25)으로 연결되고, 상기 가스 엔진(10)을 냉각시킨 냉각수로부터 빼앗은 열은 상기 제 2 열 공급라인(25)을 통해 열수요처(30)에 전달된다.

그러나, 상기한 바와 같이 구성된 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템은, 상기 가스 엔진(10)의 폐열이 급탕이나 온수 공급에만 활용되고, 상기 히트 펌프식 공기조화기(4)에서 이용되지 못함으로써, 상기 열병합 발전 시스템의 사용자에게 가장 필요한 열병합 발전 시스템의 성능, 특히 상기 열병합 발전 시스템의 난방 능력을 극대화시키지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상기 구동원의 폐열이 공기조화기의 난방 운전시 상기 공기조화기의 난방 능력을 높이는데 활용됨으로써, 상기 공기조화기를 비롯하여 그 효율이 극대화되는 열병합 발전 시스템의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 공기조화기가 구동원의 폐열을 이용한 난방 운전시, 상기 구동원의 폐열 분배를 위한 삼방변의 개도 값이 상기 공기조화기의 현재 증발압 오차 또는 상기 공기조화기의 현재 증발압 오차와 증발압 오차 변화에 따라 제어됨으로써, 상기 삼방변이 최적 제어될 수 있는 열병합 발전 시스템의 제어방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 제어방법은, 공기조화기가 발전기를 발전시키는 구동원의 폐열을 이용하여 운전될 때, 상기 공기조화기의 현재 증발압과 목표 증발압을 비교하는 제1단계와; 상기 공기조화기의 현재 증발압과 목표 증발압의 비교 결과에 따라, 상기 구동원의 폐열을 분배하는 삼방변 개도 값이 설정되는 제2단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 제1단계는, 상기 공기조화기의 현재 증발압을 획득하는 제1과정과; 상기 공기조화기의 현재 증발압과 목표 증발압의 차이인 상기 공기조화기의 증발압 오차를 연산하는 제2과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 제2단계는, 상기 공기조화기의 증발압 오차에 따라 삼방변 개도 증감값 을 산출하는 제1과정과; 상기 삼방변 개도 값을 상기 삼방변 현재 개도 값과 상기 삼방변 개도 증감값의 합으로 설정하는 제2과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 제1단계는, 상기 공기조화기의 현재 증발압을 획득하는 제1과정과; 상기 공기조화기의 현재 증발압과 목표 증발압의 차이인 상기 공기조화기의 현재 증발압 오차를 연산하는 제2과정과; 상기 제2과정에서 연산된 현재 증발압 오차와, 이전 삼방변 개도 값 설정시 연산된 이전 증발압 오차 차이인 증발압 오차 변화가 산출되는 제3과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 제2단계는, 상기 공기조화기의 증발압 오차와 상기 공기조화기의 증발압 오차 변화에 따라 삼방변 개도 증감값을 산출하는 제1과정과; 상기 삼방변 개도 값을 상기 삼방변 현재 개도 값과 상기 삼방변 개도 증감값의 합으로 설정하는 제2과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 공기조화기의 증발압은 상기 공기조화기의 압축기 흡입 압력인 압축기 저압인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도 2 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 열병합 발전시스템은, 전력 소비기기와, 상기 전력 소비기기에 발전 전력 및 폐열을 공급하기 위한 열병합 발전부로 나눌 수 있다.

상기 전력 소비기기로는 공기조화기와, 냉장고, 전자레인지, 컴퓨터 등 다양하게 실시될 수 있으며, 이하 공기조화기에 한정하여 설명한다.

먼저, 상기 열병합 발전부의 구성을 자세히 설명하면, 다음과 같다.

상기 열병합 발전부는 전력을 생산하는 발전기(50)와, 상기 발전기(50)의 전력이 축전되는 축전지(50')와, 상기 발전기(50)를 구동시키는 구동원(52)과, 상기 구동원(52)의 폐열을 회수하는 폐열 회수장치(60)를 포함하여 구성된다.

상기 발전기(50)는 교류 발전기와 직류 발전기 중 어느 하나로서, 상기 구동원(60)의 출력축에 회전자가 연결되어 상기 출력축의 회전시 전력을 생산한다.

상기 발전기(50)의 발전 전력은 상기 발전기(50)의 발전 전력과 전력 회사에서 생산하는 상용 전력(50') 중 어느 하나가 상기 공기조화기로 출력되도록 전력을 절환하는 전력절환장치(51)를 통해 상기 공기조화기에 출력될 수 있다.

상기 전력절환장치(51)는 상기 발전기(50)의 발전 전력 출력을 단속하는 발전 전력 개폐기(GCB)(51a)와, 상용 전력(50') 출력을 단속하는 상용 전력 개폐기(MCB)(51b)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 전력절환장치(51)는 상기 공기조화기의 부하 조건, 즉 후술할 실내기(Ia)의 운전율 및 실내/외 온도 등에 따라 제어될 수 있다.

상기 구동원(52)은 연료 전지 또는, 가스, 석유 등 연료를 이용하여 운전되는 엔진, 터빈 등 다양한 장치로 구현될 수 있으며, 이하 엔진으로 한정하여 설명함과 아울러 도면 부호 '52'는 엔진(52)을 지시한다.

상기 엔진(52)에는 내부에 구비된 연소실로 연료가 공급되는 연료공급통로(53)와, 상기 연소실로부터 배기가스가 배기되는 배기통로(54)가 구비된다.

또한, 상기 엔진(52)에는 상기 엔진(52) 과열시 고장나기 쉽고 수명이 단축되며 엔진 출력이 저하되고, 상기 엔진(52) 과냉시 엔진 효율이 저하되는 등 상기 엔진(52)의 신뢰성이 저하되는 바, 상기 엔진(52)이 적정 온도 범위 내에서 운전되게 하는 엔진 냉각장치(55)가 구비된다.

상기 엔진 냉각장치(55)는 냉각수가 상기 엔진(52)과 상기 폐열 회수장치(60) 중 후술할 냉각수 열교환기(61) 사이에서 순환되도록 안내하는 냉각수 순환 유로(56)와, 상기 냉각수 순환 유로(56) 상에 설치되어 냉각수를 펌핑하는 냉각수 펌프(57)로 이루어진다.

상기 폐열 회수장치(60)는 상기 냉각수 순환 유로(56)에 연결되어 상기 엔진(52) 냉각 후 고온이 된 냉각수의 열을 빼앗는 상기 냉각수 열교환기(61)와, 상기 엔진(52)의 배기통로(54)에 연결되어 상기 엔진(52)에서 배기된 배기가스의 열을 회수하는 제 1,2배기가스 열교환기(62)(63)로 구성될 수 있다.

상기 폐열 회수장치(60)에 회수된 폐열은 열 수요처인 폐열 공급 장치(80)를 통해 상기 공기조화기에 공급될 수 있다.

상기 폐열 공급 장치(80)는 상기 폐열 회수 장치(60)에 회수된 폐열과 상기 공기조화기의 냉매가 서로 열교환되게 하는 열교환기 방식으로 구현될 수 있다.

상기한 폐열 공급 장치(80)는 상기 폐열 회수 장치(60)와 상기 엔진(52)의 폐열 회수를 위한 열매체를 안내하는 폐열회수통로(64)를 통해 연결된다.

즉, 상기 폐열회수통로(64)는 상기 폐열회수통로(64) 내 열매체가 상기 냉각수 열교환기(61), 제2배기가스 열교환기(63), 제1배기가스 열교환기(62) 그리고, 상기 폐열 공급 장치(80)를 차례로 순환토록 구비될 수 있다.

상기한 폐열회수통로(64)에는 상기 폐열회수통로(64) 내 열매체가 순환될 수 있도록 펌핑 작용을 행하는 열매체 순환펌프(65)가 설치된다.

또한, 상기 폐열 회수 장치(60)에 회수된 폐열은 폐열 방열장치(85)를 통해 대기 중에 방열되거나, 미 도시된 급탕 등에 이용될 수 있다.

상기 폐열 방열장치(85)는 상기 폐열 회수 장치(60)에 회수된 폐열이 대기중으로 방열되게 하는 방열 열교환기(86)와, 상기 폐열회수통로(64)와 연결되어 상기 폐열회수통로(64) 내 열매체를 상기 방열 열교환기(68)로 안내하는 폐열 방열유로(87)와, 상기 방열 열교환기(86)로 외부 공기를 강제 송풍시키는 폐열 방열 송풍기(88)로 이루어진다.

상기 폐열 방열유로(87)와 폐열회수통로(64)가 상호 연결되는 2개의 합지점 중 점 중 어느 한 합지점에는 상기 폐열 회수 장치(60)에 회수된 폐열 분배를 위하여 상기 폐열 회수 통로(64) 내 열매체의 흐름을 절환하는 삼방변(94)이 구비된다.

상기 삼방변(94)은 상기 공기조화기의 운전 조건 및 부하 조건에 따라 0부터 100 사이에서 소정 개도 값으로 세팅된다.

여기서, 상기 삼방변(94) 개도 값은 상기 폐열 회수 장치(60)에 회수된 폐열 전량을 상기 폐열 공급 장치(80)로 분배되게 할 때 '0'이고, 상기 폐열 회수 장치(60)에 회수된 폐열 전량을 상기 폐열 방열 장치(85)로 분배되게 할 때 '100'으로 설정될 수 있다.

한편, 상기 열병합 발전부는 외관을 이루는 발전실(200)에 각각 환기를 위 한 흡입구(201)와 토출구(202)가 구비됨과 아울러, 상기 발전실(200)의 흡입구(201)에 환기 송풍기(204)가 구비된다.

다음, 상기 전력 소비기기 중 하나인 공기조화기의 상세한 설명은, 다음과 같다.

상기 공기조화기는 크게 실외기(Oa)와 실내기(Ia)로 나뉠 수 있으며, 하나의 실외기(Oa)와 하나의 실내기(Ia)로 구성되는 것도 가능하고, 하나의 실외기(Oa)와 복수개의 실내기(Ia)로 구성되는 것도 가능하며, 복수개의 실외기(Oa)와 복수개의 실내기(Ia)로 구성되는 것도 가능하다. 이하 본 실시 예에 따른 공기조화기는 하나의 실외기(Oa)와 복수개의 실내기(Ia)로 구성된 것으로 한정하여 설명한다.

상기 실외기(Oa)에는 상기 공기조화기의 냉매가 순환되게 하는 압축기(70)와, 상기 공기조화기의 냉매 흐름을 절환하는 사방밸브(73)와, 상기 공기조화기의 냉매가 상기 실외기(Oa)가 설치된 실외 공기와 열교환되는 실외 열교환기(75)와, 실외 팽창밸브(77)가 구비된다.

상기와 같이 구비되는 압축기(70)는 하나 또는 둘 이상의 복수개로 구성될 수 있다. 이하, 두 개의 압축기(70)가 구성된 것으로 한정하여 설명한다.

상기 2개의 압축기(70)는 상기 압축기(70)의 흡입 측에 설치된 공용 어큐뮬레이터(78)를 통해 연결된다.

상기 각각의 실내기(Ia)에는 상기 공기조화기의 냉매가 상기 실내기(Ia)가 설치된 룸의 실내 공기와 열교환되는 실내 열교환기(74)와, 실내 팽창밸브(76)가 구비된다.

상기와 같이 구성된 공기조화기의 냉매는 상기 실내기(Ia)와 실외기(Oa)를 냉매 순환 유로(100)를 따라 순환된다.

상기 냉매 순환 유로(100)에는 상기 압축기(70)와 실외 열교환기(75) 사이에 제1개폐밸브(102)가 구비된다.

상기 냉매 순환 유로(100)에는 상기 실외 열교환기(75)와 실내기(Ia) 사이에 제2개폐밸브(104)가 구비된다.

상기 냉매 순환 유로(100)에는 상기 공기조화기의 냉매가 상기 실외 열교환기(75)를 바이패스할 수 있도록 안내하는 바이패스 유로(110)가 연결된다.

상기 바이패스 유로(110)는 상기 실외 열교환기(75)의 양 측에서 각각 상기 냉매 순환 유로(100)와 합지된다.

상기 바이패스 유로(110) 상에는 제3개폐밸브(112)가 구비된다.

또한, 상기 냉매 순환 유로(100)는 상기 공기조화기의 냉매가 상기 폐열 공급 장치(120)를 통과할 수 있도록 안내하는 폐열 연결 유로(120)가 연결된다.

상기 폐열 연결 유로(120)의 입구 측에는 제1폐열 개폐밸브(122)가 구비되고, 상기 폐열 연결 유로(120)의 출구 측에는 제2폐열 개폐밸브(124)가 구비된다.

한편, 상기 공기조화기에는 상기 공기조화기의 냉매가 흡입되는 압축기(70)의 흡입 측에 설치되어, 상기 공기조화기의 냉매가 증발 후 상기 압축기(70)로 흡입되는 온도를 감지하는 압축기 저압 센서(90)가 더 포함된다.

상기와 같이 구성된 공기 조화기의 운전 모드는, 상기 실내기(Ia)가 차가운 공기를 공급하는 냉방 사이클로 운전되는 냉방 운전모드와, 상기 실내기(Ia)가 따뜻한 공기를 공급하는 난방 사이클로 운전되는 난방 운전모드가 있다.

또한, 상기 공기 조화기의 난방 사이클은, 상기 실외기(Oa)가 설치된 실외 온도에 따라, 폐열 공급 장치(80)를 통해 상기 엔진(52)의 폐열을 이용하지 않는 실외 고온 난방 사이클과, 상기 엔진(52)의 폐열을 이용하되, 상기 실외 열교환기(75)를 이용하지 않는 실외 저온 난방 사이클과, 상기 엔진(52)의 폐열과 실외 열교환기(75)를 모두 이용하는 이중 난방 사이클이 있다.

여기서, 상기 실외 저온 난방 사이클과 이중 난방 사이클은 상기 엔진(52)의 운전시에만 상기 엔진(52)의 폐열 회수가 가능하므로, 상기 공기조화기가 상기 발전기(50)의 발전 전력을 공급받는 경우에만 구현 가능하다.

이하, 상기와 같이 구성된 열병합 발전 시스템의 작용을, 상기 공기조화기에 출력되는 전력과 상기 공기조화기의 운전 사이클에 따라 상세히 살펴보면, 다음과 같다.

먼저, 상기 공기조화기가 냉방 사이클로 운전되고, 발전 전력 출력시 도 2를 참조하여 설명하면, 다음과 같다.

상기 발전기(50)를 발전시킬 수 있도록 상기 엔진(52)이 구동된다.

이 때 상기 엔진(52)은 상기 엔진 냉각장치(55)에 의해 적정 온도로 운전된다. 즉, 상기 냉각수 순환유로(56) 상의 냉각수가 상기 냉각수 펌프(57)에 의해 펌 핑됨에 따라 상기 엔진(52)의 열이 냉각수에 흡수되고, 상기 엔진(52)의 열을 흡수한 냉각수가 상기 냉각수 열교환기(61)에서 열을 방출한 후 다시 상기 엔진(52)으로 순환된다.

상기 엔진(52)이 구동되면, 상기 폐열회수통로(64) 상의 열매체가 상기 열매체 순환 펌프(65)에 펌핑되어 상기 냉각수 열교환기(61), 제2배기가스 열교환기(62), 제1배기가스 열교환기(63)를 차례로 통과하면서 상기 엔진(52)의 폐열을 회수한다.

상기 엔진(52)의 폐열을 회수한 열매체는, 상기 공기조화기가 상기 회수된 엔진(52)의 폐열을 이용하지 않으므로, 전량이 상기 폐열 방열장치(85)로 안내되어 방열된 후, 다시 상기 열매체 순환 펌프(65)로 순환된다.

즉, 상기 삼방변(94)은 그 개도 값이 100으로 설정, 유지된다.

그리고, 상기 엔진(52)에 의해 발전기(50)가 발전되면, 상기 발전기(50)의 발전 전력이 상기 공기조화기에 전달되어 상기 공기조화기가 다음과 같이 냉방 사이클로 운전된다.

상기 사방밸브(73)가 냉방 모드로 세팅됨과 아울러, 상기 제1,2개폐밸브(102)(104)가 개방, 제3개폐밸브(112)가 폐쇄, 상기 제1,2폐열 개폐밸브(122)(124)가 폐쇄 모드로 세팅된다.

그리고, 상기 압축기(70)에서 압축된 냉매가 사방밸브(73)를 통해 실외 열교환기(75)로 전달되어 응축되고, 상기 실외 열교환기(75)에서 응축된 냉매가 실외 팽창밸브(77)와 실내 팽창밸브(76)를 거쳐 실내 열교환기(74)에 전달되어 증발되 며, 상기 실내 열교환기(74)에서 증발된 냉매가 상기 사방밸브(73)를 통해 다시 상기 압축기(70)로 순환된다.

상술한 바와 같이 공기조화기가 냉방 사이클로 운전되면, 상기 공기조화기의 냉매가 상기 실내 열교환기(74)에서 실내 공기 열을 흡수하여 증발되기 때문에, 실내가 냉방될 수 있다.

다음, 상기 공기조화기가 실외 고온 난방 사이클로 운전되고, 발전 전력 출력시 도 3을 참조하여 설명하면, 다음과 같다.

도 2를 참조하여 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템이 발전 전력 출력이고, 상기 공기조화기가 냉방 사이클로 운전될 때와 마찬가지로, 상기 엔진(52)이 구동되어 상기 발전기(50)가 발전되고, 상기 엔진(52)의 폐열이 상기 폐열 회수 장치(60)에 의해 회수된 후, 전량 상기 폐열 방열 장치(85)를 통해 방열된다.

물론, 이 때 상기 삼방변(94)은 그 개도 값으로 100으로 설정, 유지된다.

그리고, 상기 공기조화기는 상기 발전기(50)의 발전 전력에 의해 다음과 같이 실외 고온 난방 사이클로 운전된다.

상기 사방밸브(73)가 난방 모드로 세팅됨과 아울러, 상기 제1,2개폐밸브(102)(104)가 개방, 제3개폐밸브(112)가 폐쇄, 상기 제1,2폐열 개폐밸브(122)(124)가 폐쇄 모드로 세팅된다.

그리고, 상기 압축기(70)에서 압축된 냉매가 사방 밸브(73)를 통해 실내 열교환기(74)로 전달되어 응축되고, 상기 실내 열교환기(74)에서 응축된 냉매가 상기 실내 팽창밸브(76)와 실외 팽창밸브(77)를 차례로 거쳐 실외 열교환기(75)로 전달되어 증발되며, 상기 실외 열교환기(75)에서 증발된 냉매가 상기 사방 밸브(73)를 통해 다시 상기 압축기(70)로 순환된다.

상술한 바와 같이 공기조화기기 실외 고온 난방 사이클로 운전되면, 상기 공기조화기의 냉매가 상기 실내 열교환기(74)에서 열을 방출하여 응축됨으로써, 실내가 난방된다.

다음, 상기 공기조화기가 실외 저온 난방 사이클로 운전되고, 발전 전력 출력시 도 4를 참조하여, 설명하면 다음과 같다.

상기 발전기(50)가 발전될 수 있도록 상기 엔진(52)이 구동된다.

상기 엔진(52)이 구동되면, 상기 폐열 회수 장치(60)에 의해 엔진(52)의 폐열이 회수된다.

상기 폐열 회수 장치(60)에 회수된 폐열은, 상기 공기조화기가 상기 엔진(52)의 폐열을 이용하여 운전되는 바, 상기 삼방변(94)에 의해 소정 비율로 상기 폐열 공급 장치(80)와 폐열 방열장치(85)로 분배된다.

이 때 상기 삼방변(94)은 후술할 '공기조화기의 폐열을 이용한 난방 운전시 삼방변 제어 알고리즘'에 따라 그 개도 값이 0부터 100사이에서 최적으로 제어된다.

상기 공기조화기는 상기 발전기(50)의 발전 전력에 의해 다음과 같이 실외 저온 난방 사이클로 운전된다.

상기 사방밸브(73)가 난방 모드로 세팅됨과 아울러, 상기 제1,2개폐밸브(102)(104)가 폐쇄, 제3개폐밸브(112)가 개방, 상기 제1,2폐열 개폐밸브(122)(124)가 개방 모드로 세팅된다.

그리고, 상기 압축기(70)에서 압축된 냉매가 상기 사방 밸브(73)를 거쳐 상기 실내 열교환기(74)로 전달되어 응축되고, 상기 실내 열교환기(74)에서 응축된 냉매가 상기 실내 팽창밸브(76)와 실외 팽창밸브(77)와 바이패스 유로(110)와 폐열 연결유로(120)를 차례로 거쳐 폐열 공급 장치(80)로 전달되어 증발되며, 상기 폐열 공급 장치(80)에서 증발된 냉매가 상기 사방 밸브(73)를 통해 다시 상기 압축기(70)로 순환된다.

상술한 바와 같이 공기조화기가 실외 저온 난방 사이클로 운전되면, 상기 공기조화기의 냉매가 상기 실내 열교환기(74)에서 열을 방출하여 응축되기 때문에 실내가 난방될 수 있다.

상기와 같이 공기조화기가 실외 저온 난방 사이클로 운전될 때에는, 상기 실외 열교환기(75)가 아닌 상기 폐열 공급 장치(80)가 증발기 역할을 수행하기 때문에, 실외 온도변화에 관계없이 항상 일정한 난방 능력을 제공할 수 있고, 상기 압축기(70)가 무리없이 작동될 수 있다.

또한, 상기 엔진(52)의 폐열을 이용하기 때문에 상기 압축기(70)의 운전 용량 감소시 소비 전력을 최소화할 수 있다.

다음, 상기 공기조화기가 이중 난방 사이클로 운전되고, 발전 전력 출력시 도 5를 참조하여, 설명하면 다음과 같다.

상기 사방밸브(73)가 난방 모드로 세팅됨과 아울러, 상기 제1개폐밸브(102)가 폐쇄, 제2,3개폐밸브(104)(112)가 개방, 상기 제1,2폐열 개폐밸브(122)(124)가 개방 모드로 세팅된다.

그리고, 상기 압축기(70)에서 압축된 냉매가 상기 사방 밸브(73)를 거쳐 상기 실내 열교환기(74)로 전달되어 응축되고, 상기 실내 열교환기(74)에서 응축된 냉매가 상기 실내 팽창밸브(76)와 실외 팽창밸브(77)를 통과한 후 상기 실외 열교환기(75)와 폐열 공급 장치(80)로 차례로 전달되어 증발되며, 상기 실외 열교환기(75)와 폐열 공급 장치(80)에서 증발된 냉매가 상기 사방 밸브(73)를 통해 다시 상 기 압축기(70)로 순환된다.

상술한 바와 같이 공기조화기가 이중 난방 사이클로 운전되면, 상기 공기조화기의 냉매가 상기 실내 열교환기(74)에서 열을 방출하여 응축되기 때문에, 실내가 난방될 수 있다.

상기와 같이 공기조화기가 이중 난방 사이클로 운전될 때에는, 상기 실외 열교환기(75)와 폐열 공급 장치(80)를 동시에 증발기로 이용함으로써, 실외 온도변화에 관계없이 항상 일정한 난방 능력을 제공함과 아울러, 난방 능력 및 열병합 발전 시스템의 효율이 향상될 수 있다.

다음, 상기 공기조화기가 냉방 사이클로 운전되고, 상용 전력 출력시 도 6을 참조하여 설명하면, 다음과 같다.

상기 엔진(52)이 구동되지 않고, 아울러 발전기(50)와, 냉각수 펌프(57)와, 열매체 순환 펌프(65)와, 그리고 폐열 방열 송풍기(88)가 정지 상태로 유지된다.

상기 삼방변(94)은 상기 엔진(52)의 폐열 회수 작업이 없으므로 대기 상태로 설정된다.

상기 공기조화기는 상용 전력(50')에 의해 다음과 같이 냉방 사이클로 운전된다.

상기 압축기(70)에서 압축된 냉매가 사방밸브(73)와, 실외 열교환기(75), 실외 팽창밸브(77)와, 실내 팽창밸브(76)와, 실내 열교환기(74)와 사방밸브(73)를 차례로 통과한 후 상기 압축기(70)로 순환되면서, 상기 실내기(Ia)가 차가운 공기 를 공급하게 된다.

다음, 상기 공기조화기가 실외 고온 난방 사이클로 운전되고, 상용 전력 출력시 도 7을 참조하여 설명하면, 다음과 같다.

상기 공기조화기는 상용 전력(50')에 의해 다음과 같이 실외 고온 난방 사이클로 운전된다.

상기 압축기(70)에서 압축된 냉매가 사방 밸브(73)와 실내 열교환기(74), 실내 팽창밸브(76), 실외 팽창밸브(77), 실외 열교환기(75), 그리고 사방 밸브(73)를 차례로 통과한 후 상기 압축기(70)로 순환되면서, 상기 실내기(Ia)가 따뜻한 공기를 공급하게 된다.

이하, 상기 공기조화기가 실외 저온 난방 사이클 또는 이중 난방 사이클로 운전시 언급한 '공기조화기의 폐열을 이용한 난방 운전시 삼방변 제어 알고리즘'에 따른 열병합 발전 시스템의 제어방법 제1실시 예를 특히 도 8을 참조하여 상세히 설명하면, 다음과 같다.

도 8은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 제어방법 제1실시 예에 따른 순서도이다.

상기 공기조화기가 엔진(52)의 폐열을 이용하는 실외 저온 난방 사이클 또는 이중 난방 사이클 운전되면, 일단 상기 삼방변(94)이 상기 공기조화기의 운전 조건 및 부하 조건에 따라 소정 개도 값으로 기동 세팅된다.

상기와 같이 상기 삼방변(94)의 기동 세팅 후, 소정 시간이 지나거나 상기 공기조화기의 운전 조건 및 부하 조건 변동이 감지되면, 상기 공기조화기의 현재 운전 조건 및 부하 조건에 따라 효율 및 능력이 최대화될 수 있는 상기 공기조화기의 목표 증발압(Pt)이 산출된다. 그리고 상기 공기조화기의 현재 증발압(Pn) 정보가 획득된다.(S2)

상기 현재 증발압(Pn) 정보는 상기 공기조화기의 증발압이 상기 압축기(70)로 흡입되는 압축기(70)의 저압에 상당하므로, 상기 압축기(70) 측에 설치된 압축기 저압 센서(90)를 통해 획득할 수 있다.

상기와 같이 현재 증발압(Pn)과 목표 증발압(Pt) 정보가 획득되면, 상기 현재 증발압(Pn)과 목표 증발압(Pt)의 차이인 현재 증발압 오차(ΔP)가 연산된다(S4).

즉, 상기 압축기(70)의 목표 저압에서 현재 저압을 뺀 값인 압축기(70)의 현재 저압 오차가 연산된다.

상기 현재 증발압 오차(ΔP)가 연산되면, 상기 현재 증발압 오차(ΔP)에 비례하여 기 설정된 삼방변 개도 증감값(ΔD)이 산출된다(S6).

상기 삼방변 개도 증감값(ΔD)이 산출되면, 상기 삼방변(94)의 개도 값이 상기 삼방변(94)의 현재 개도 값과 상기 산출된 삼방변 개도 증감값(ΔD)의 합으로 설정된다(S8).

이후 상기 공기조화기가 운전 중이면 소정 시간마다 상기 삼방변(94)의 개도 값이 재 설정될 수 있도록 상기 '공기조화기의 폐열을 이용한 난방 운전시 삼방변 제어 알고리즘'이 반복 실시된다.

한편, 상기 공기조화기가 실외 저온 난방 사이클 또는 이중 난방 사이클로 운전시 '공기조화기의 폐열을 이용한 난방 운전시 삼방변 제어 알고리즘'에 따른 열병합 발전 시스템의 제어방법 제2실시 예를 특히 도 9를 참조하여 상세히 설명하면, 다음과 같다.

상기 공기조화기의 운전 중이면 소정시간마다 목표 증발압(Pt)이 산출되고, 상기 압축기 저압 센서(90)를 통해 현재 증발압(Pn) 정보가 획득된다(S10).

상기 현재 증발압(Pn)과 목표 증발압(Pt) 정보가 획득되면, 다음과 같은 [식1]에 의해 상기 현재 증발압(Pn)과 목표 증발압(Pt)의 차이인 현재 증발압 오차(ΔP)가 연산된다(S12).

[식1]

현재 증발압 오차 = 목표 증발압 - 현재 증발압

그리고, 다음과 같은 [식2]에 의하여 상기 현재 증발압 오차(ΔP)와 이전 삼방변 개도 값 설정시 연산된 현재 증발압 오차인 이전 증발압 오차 차이인 증발압 오차 변화(ΔPn)가 산출된다(S12).

증발압 오차 변화 = 이전 증발압 오차 - 현재 증발압 오차

다음으로, 상기 현재 증발압 오차(ΔP)와 증발압 오차 변화(ΔPn)가 기 설정된 퍼지 테이블(Fuzzy table)에 대입되어(S14) 삼방변 개도 증감값(ΔD)이 산출된다(S16).

상기 퍼지 테이블의 일 예를 다음과 같은 [표1]과 같이 제시할 수 있다.

[표1]

-9	-6	-3	-1	0	3	현재 증발압 오차
-6	-3	-1	0	1	1
-3	-1	0	1	3	0
-1	0	1	3	6	-1
0	1	3	6	9	-3
-3	-1	0	1	3
증발압 오차 변화

상기 [표1]을 보면, 상기 현재 증발압 오차(ΔP)가 양의 값이면 상기 현재 증발압(Pn)이 목표 증발압(Pt)보다 낮고, 상기 현재 증발압 오차(ΔP)가 음의 값이면 상기 현재 증발압(Pn)이 목표 증발압(Pt)보다 높은 것이다.

그리고 상기 증발압 오차 변화(ΔPn)가 양의 값이면 증발압이 높아지는 중이고, 상기 증발압 오차 변화(ΔPn)가 음의 값이면 증발압이 낮아지는 중이다.

따라서 일 예로써, 상기 현재 증발압 오차(ΔP)가 1이고 상기 증발압 오차 변화(ΔPn)가 3이면, 상기 현재 증발압(Pn)이 목표 증발압(Pt)보다 낮지만 상기 공기조화기의 증발압이 높아지고 있는 상태이므로, 상기 공기조화기의 증발압이 급상강되지 않도록 상기 삼방변 개도 증감값(ΔD)이 1이 된다.

반면 상기 현재 증발압 오차(ΔP)가 1이고 상기 증발압 오차 변화(ΔPn)가 -1이면, 상기 현재 증발압(Pn)이 목표 증발압(Pt)보다 낮은데 상기 공기조화기의 증발압이 낮아지고 있는 상태이므로, 상기 공기조화기의 증발압이 급하강되지 않도록 상기 삼방변 개도 증감값(ΔD)이 -3이된다.

상기와 같이 삼방변 개도 증감값(ΔD)이 산출되면, 산출된 삼방변 개도 증감값(ΔD)에 따라 상기 삼방변(94)의 개도 값이 재 설정된다(S18).

물론, 상기 공기조화기가 운전 중이면 상기와 같은 공기조화기의 폐열 이용한 난방 운전시 삼방변 제어 알고리즘은 반복 실시된다.

상기와 같이 상기 삼방변(94)이 현재 증발압 오차뿐만 아니라 증발압 오차 변화에 따라 제어되면, 공기조화기의 증발압이 신속히 목표 증발압에 도달할 수 있게 되고, 상기 공기조화기가 신속히 안정됨에 따라 상기 압축기 손상이나 효율 저하등이 방지될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 제어방법은, 공기조화기가 구동원의 폐열을 이용하여 난방 운전될 때, 삼방변이 상기 공기조화기의 현재 증발압 오차, 즉 상기 공기조화기의 압축기 저압 오차에 따라 제어됨으로써 상기 공기조화기의 운전 조건 및 부하 조건 변동에 대응하여 상기 삼방변 제어가 용이한 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 제어방법은 공기조화기가 구동 원의 폐열을 이용하여 난방 운전될 때, 삼방변이 상기 공기조화기의 현재 증발압 오차와 더불어 증발압 오차 변화에 따라 제어됨으로써 상기 공기조화기가 신속히 안정될 수 있어 신뢰성이 향상될 수 있고, 상기 공기조화기의 증발압이 급상승 또는 급하강되지 않기 때문에 상기 공기조화기의 압축기 손상이 방지되고, 효율 측면에서 유리한 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 제어방법은 공기조화기가 구동원의 폐열을 이용하여 난방 운전됨으로써, 상기 공기조화기의 난방 성능이 일정하게 유지될 수 있고 아울러, 열병합 발전 시스템의 효율이 극대화될 수 있는 이점이 있다.

Claims

공기조화기가 발전기를 발전시키는 구동원의 폐열을 이용하여 운전될 때, 상기 공기조화기의 현재 증발압과 목표 증발압을 비교하는 제1단계와;

상기 공기조화기의 현재 증발압과 목표 증발압의 비교 결과에 따라, 상기 구동원의 폐열을 분배하는 삼방변 개도 값이 설정되는 제2단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템의 제어방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제1단계는, 상기 공기조화기의 현재 증발압을 획득하는 제1과정과;

상기 공기조화기의 현재 증발압과 목표 증발압의 차이인 상기 공기조화기의 증발압 오차를 연산하는 제2과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템의 제어방법.
제 2 항에 있어서,

상기 제2단계는, 상기 공기조화기의 증발압 오차에 따라 삼방변 개도 증감값을 산출하는 제1과정과;

상기 삼방변 개도 값을 상기 삼방변 현재 개도 값과 상기 삼방변 개도 증감값의 합으로 설정하는 제2과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템의 제어방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제1단계는, 상기 공기조화기의 현재 증발압을 획득하는 제1과정과;

상기 공기조화기의 현재 증발압과 목표 증발압의 차이인 상기 공기조화기의 현재 증발압 오차를 연산하는 제2과정과;

상기 제2과정에서 연산된 현재 증발압 오차와, 이전 삼방변 개도 값 설정시 연산된 이전 증발압 오차 차이인 증발압 오차 변화가 산출되는 제3과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템의 제어방법.
제 4 항에 있어서,

상기 제2단계는, 상기 공기조화기의 증발압 오차와 상기 공기조화기의 증발압 오차 변화에 따라 삼방변 개도 증감값을 산출하는 제1과정과;

상기 삼방변 개도 값을 상기 삼방변 현재 개도 값과 상기 삼방변 개도 증감값의 합으로 설정하는 제2과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템의 제어방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 공기조화기의 증발압은 상기 공기조화기의 압축기 흡입 압력인 압축기 저압인 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템의 제어방법.