KR100701960B1 - Cogeneration system - Google Patents
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Abstract
열병합 발전시스템은 공기조화기의 난방운전시는 엔진의 배기가스가 상기 제 1배출통로를 통해 배기가스 열교환기를 통과하도록 하고, 냉방운전시는 상기 제 2배출통로를 통해 상기 배기가스 열교환기를 바이패스하도록 함으로써, 냉방운전시는 배기가스 폐열이 회수되지 않으므로 방열 열교환기가 사용되지 않기 때문에, 방열 열교환기의 체적을 감소시킬 수 있게 되어 시스템의 컴팩트화를 도모할 수 있는 이점이 있다. The cogeneration system allows the exhaust gas of the engine to pass through the exhaust gas heat exchanger through the first exhaust passage during the heating operation of the air conditioner, and bypasses the exhaust gas heat exchanger through the second exhaust passage during the cooling operation. By doing so, since the waste gas waste heat is not recovered during the cooling operation, since the heat dissipation heat exchanger is not used, the volume of the heat dissipation heat exchanger can be reduced, and the system can be made compact.
열병합, 엔진, 배기가스, 열교환기, 방열, 회수, 바이패스 Cogeneration, Engine, Exhaust Gas, Heat Exchanger, Heat Dissipation, Recovery, Bypass
Description
도 1은 종래 기술에 따른 열병합 발전시스템이 도시된 구성도,1 is a configuration diagram showing a cogeneration system according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전시스템의 공기조화기가 난방운전일 때가 도시된 구성도,2 is a block diagram showing when the air conditioner of the cogeneration system according to the present invention is a heating operation,
도 3은 본 발명에 따른 열병합 발전시스템의 공기조화기가 냉방운전일 때가 도시된 구성도.3 is a block diagram showing when the air conditioner of the cogeneration system according to the present invention is the cooling operation.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>
50: 엔진 51: 배기가스 열교환기50: engine 51: exhaust gas heat exchanger
52: 엔진 53: 냉각수 열교환기52: engine 53: coolant heat exchanger
60: 열매체 순환유로 61: 제 1배출통로60: heat medium circulation passage 61: first discharge passage
62: 제 2배출통로 63: 제 3배출통로62: second discharge passage 63: third discharge passage
64: 제 1댐퍼 65: 제 2댐퍼64: first damper 65: second damper
70: 공기조화기 71: 압축기70: air conditioner 71: compressor
72: 사방밸브 73: 실내 열교환기72: four-way valve 73: indoor heat exchanger
74: 팽창기구 75: 실외 열교환기74: expansion mechanism 75: outdoor heat exchanger
76: 공기예열 열교환기 80: 방열 열교환기76: air preheat heat exchanger 80: heat dissipation heat exchanger
81: 방열유로 82: 제 1밸브81: heat radiation passage 82: first valve
83: 제 2밸브83: second valve
본 발명은 열병합 발전시스템에 관한 것으로서, 특히 엔진의 배기가스 배출통로를 2개의 제 1,2배출통로로 구성하여, 공기조화기의 냉방운전시는 배기가스 폐열이 회수되지 않고 외부로 방출되도록 함으로써, 방열 열교환기의 체적을 감소시킬 수 있게 되어 시스템의 컴팩트화를 도모할 수 있는 열병합 발전시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cogeneration system, and in particular, the exhaust gas discharge passage of the engine is composed of two first and second discharge passages, so that the exhaust gas waste heat is discharged to the outside without recovering during the cooling operation of the air conditioner In addition, the present invention relates to a cogeneration system capable of reducing the volume of a heat dissipating heat exchanger, thereby making the system compact.
일반적으로 열병합 발전시스템은 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.
이와 같은 열병합 발전 시스템은 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. Such a cogeneration system is capable of recovering waste heat from exhaust gas or cooling water generated by power generation by driving an engine or a turbine to increase the overall thermal efficiency by 70 to 80%. In particular, it is a high-efficiency energy utilization method that utilizes the recovered waste heat a lot in cooling, heating, and hot water supply.
도 1은 종래 기술에 따른 열병합 발전시스템이 도시된 구성도이다. 1 is a block diagram showing a cogeneration system according to the prior art.
종래 기술에 따른 열병합 발전시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 가스가 공급되는 엔진(1)과, 상기 엔진(1)에 의해 구동되어 전기를 생성시키는 발전기(3)와, 상기 엔진(1)을 냉각한 냉각수 열을 회수하는 냉각수 열교환기(5)와, 상기 엔진(1)의 배기가스 배출통로(7)상에 구비되어 배기가스 열을 회수하는 배기가스 열교환기(9)와, 상기 냉각수 열과 배기가스 열을 냉난방 장치(20)로 전달하는 열전달 라인(11)을 포함하여 구성된다. The cogeneration system according to the prior art, as shown in FIG. 1, an engine 1 to which gas is supplied, a
상기 발전기(3)에서 생성된 전기는 냉난방 장치 또는 다른 조명 및 전자제품 등에 다양하게 이용된다. The electricity generated by the
상기 엔진(1)에서 발생된 폐열, 즉 상기 엔진(1)을 냉각하면서 발생되는 냉각수 열과, 상기 엔진(1)으로부터 배출되는 배기가스에서 발생되는 배기가스 열은 냉난방 장치(20)의 난방 운전시에 이용되는 바, 냉방 운전시에는 폐열을 방열하기 위해 열교환기(15)와 방열팬(16)으로 이루어진 방열수단이 구비된다. The waste heat generated by the engine 1, that is, the coolant heat generated while cooling the engine 1, and the exhaust gas heat generated by the exhaust gas discharged from the engine 1 are used during the heating operation of the
상기 방열수단은 상기 냉각수 열교환기(5)와 배기가스 열교환기(9)에서 회수된 열을 대기중으로 방열시키도록 설치된 방열 열교환기(17)와, 상기 열전달 라인(11)에 연결된 방열라인(13) 상에 장착된다.The heat dissipation means includes a heat dissipation heat exchanger (17) installed to dissipate heat recovered from the cooling water heat exchanger (5) and the exhaust gas heat exchanger (9) into the atmosphere, and a heat dissipation line (13) connected to the heat transfer line (11). ) Is mounted on.
상기 냉난방 장치(20)는 히트 펌프식으로 구성되는 바, 압축기(21), 사방밸브(23), 실외 열교환기(25), 실외팬(26), 팽창장치(27), 실내 열교환기(29) 등으로 구성된다. The air-
상기 실외 열교환기(25)측에는 상기 냉난방 장치의 난방시에 상기 엔진의 폐열을 이용하여 상기 실외 열교환기(25)를 통과하는 공기를 예열시키도록 공기예열 열교환기가 구비된다. An air preheating heat exchanger is provided on the
상기 공기예열 열교환기(30)는 상기 냉각수 열교환기(5) 및 배기가스 열교환기(9)와 상기 열전달 라인(11)으로 연결된다. The air
도 1에서 참조부호 P는 각 라인의 열전달 매체를 유동시키는 펌프이고, V는 상기 열전달라인에서 방열라인으로 유로를 전환하는 밸브이다. In FIG. 1, reference numeral P denotes a pump for flowing the heat transfer medium of each line, and V denotes a valve for switching the flow path from the heat transfer line to the heat radiation line.
상기와 같이 구성된 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템의 작동을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the cogeneration system according to the prior art configured as described above are as follows.
먼저, 상기 냉난방 장치(20)의 난방운전시, 상기 엔진(1)으로부터 배출된 배기가스와 냉각수의 열이 회수되어 상기 공기예열 열교환기(30)를 통해 실외 공기를 예열하고, 이 예열된 공기가 상기 실외 열교환기(25)를 열교환시킴으로써 외기 온도가 낮은 경우에 발생할 수 있는 히트 펌프의 난방 능력 저하를 방지할 수 있게 된다. First, during the heating operation of the air conditioning and
한편, 상기 냉난방 장치(20)가 냉방 운전될 때는 상기 배기가스 열교환기(9)와 냉각수 열교환기(5)에 의해 회수된 폐열이 필요치 않으므로, 상기 방열 라인(13)으로 유로를 변경하여 상기 방열 열교환기(17)를 통해 회수된 폐열을 외부로 방열시킨다.On the other hand, since the waste heat recovered by the exhaust
그러나, 종래 기술에 따른 열병합 발전시스템은 폐열이 필요하지 않는 냉방운전시에도 상기 배기가스 열교환기(9)를 통해 폐열을 회수하도록 구성됨으로써, 회수된 폐열을 방출시키기 위한 상기 방열 열교환기(17)가 필요하며, 상기 방열 열교환기(17)의 체적으로 인해 시스템의 크기를 축소하는 데 한계가 있는 문제점이 있다. However, the cogeneration system according to the prior art is configured to recover waste heat through the exhaust gas heat exchanger (9) even during cooling operation in which waste heat is not required, whereby the heat radiation heat exchanger (17) for releasing the recovered waste heat. Is required, and there is a problem in that there is a limit in reducing the size of the system due to the volume of the heat radiating heat exchanger (17).
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉방운전시에는 배기가스의 열을 회수하지 않고 방출시킴으로써, 방열 열교환기의 체적을 감소시킬 수 있어 시스템의 컴팩트화를 도모할 수 있는 열병합 발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, by discharging the exhaust gas without recovering the heat of the exhaust gas during the cooling operation, it is possible to reduce the volume of the heat dissipation heat exchanger to achieve a compact system. The purpose is to provide a cogeneration system.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전시스템은 발전기와, 상기 발전기가 전력을 생산하도록 상기 발전기를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과, 압축기와 사방밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기를 포함하는 공기조화기와, 상기 공기조화기의 난방운전시 상기 구동원으로부터 나온 배기가스가 배출되도록 형성된 제 1배출통로와, 상기 제 1배출통로상에 설치되어, 상기 구동원의 폐열을 회수하는 배기가스 열교환기와, 상기 공기조화기의 냉방운전시 상기 구동원으로부터 나온 배기가스가 상기 배기가스 열교환기를 바이패스하고 외부로 방출되도록 형성된 제 2배출통로를 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 to generate power while the generator produces power, a compressor, a four-way valve, an indoor heat exchanger and an expansion mechanism, An air conditioner including an outdoor heat exchanger, a first exhaust passage formed to discharge exhaust gas from the driving source during heating operation of the air conditioner, and installed on the first exhaust passage to recover waste heat of the driving source. And an exhaust gas heat exchanger and a second exhaust passage formed so that the exhaust gas from the driving source bypasses the exhaust gas heat exchanger and is discharged to the outside during the cooling operation of the air conditioner.
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 발명에 따른 열병합 발전시스템의 공기조화기가 난방운전일 때가 도시된 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 열병합 발전시스템의 공기조화기가 냉방운전일 때가 도시된 구성도이다. 2 is a block diagram showing when the air conditioner of the cogeneration system according to the present invention is a heating operation, Figure 3 is a block diagram showing when the air conditioner of the cogeneration system according to the present invention is a cooling operation.
본 발명에 따른 열병합 발전시스템은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 발전기(50)와, 상기 발전기(50)가 전력을 생산하도록 상기 발전기(50)를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과, 압축기(71)와 사방밸브(72)와 실내열교환기(73)와 팽창기구(74)와 실외 열교환기(75)를 포함하는 공기조화기(70)와, 상기 구동원의 폐열을 회수하는 폐열 회수수단과, 상기 폐열 회수수단에서 회수된 열을 상기 공기조화기에 공급하는 폐열 공급수단을 포함하여 구성된다. In the cogeneration system according to the present invention, as shown in FIGS. 2 and 3, the
상기 발전기(51)는 교류 발전기와 직류 발전기 중 어느 하나로서, 상기 구동원의 출력축에 회전자가 연결되어 상기 출력축의 회전시 전력을 생산하며, 상기 구동원은 엔진(52)이나 연료전지 등이 사용되어지는 바, 여기서는 엔진(52)으로 한정하여 설명한다. The
상기 폐열 회수수단은 상기 엔진(52)에서 나온 배기가스의 열을 회수하는 배기가스 열교환기(51)와, 상기 엔진(52)을 냉각한 냉각수 열을 회수하는 냉각수 열교환기(53)로 이루어진다. The waste heat recovery means includes an exhaust gas heat exchanger (51) for recovering heat of exhaust gas from the engine (52), and a cooling water heat exchanger (53) for recovering heat of cooling water for cooling the engine (52).
그리고, 상기 폐열 공급수단은 상기 배기가스 열교환기(51)와 냉각수 열교환기(53)에서 회수된 폐열을 이용하여 상기 실외 열교환기(75)를 통과하는 공기를 예 열시키는 공기예열 열교환기(76)이다. In addition, the waste heat supply means is an air
상기 냉각수 열교환기(53)와 배기가스 열교환기(51)는 열매체 순환유로(60)에 의해 상기 공기예열 열교환기(76)에 연결된다. The cooling
상기 열매체 순환유로(60)에는 상기 냉각수 열교환기(53)와 배기가스 열교환기(51)에서 가열된 열매체를 순환 펌핑시키도록 순환펌프(66)가 설치된다. The heat
한편, 상기 열병합 발전시스템은 상기 공기조화기(70)의 난방운전시 상기 구동원으로부터 배기가스가 배출되도록 형성된 제 1배출통로(61)와, 상기 공기조화기(70)의 냉방운전시 상기 구동원으로부터 배출되는 배기가스가 배출되도록 형성된 제 2배출통로(62)를 더 포함하여 구성된다. On the other hand, the cogeneration system includes a
상기 제 1배출통로(61)상에는 상기 배기가스 열교환기(51)가 설치되고, 상기 제 2배출통로(62)는 상기 공기조화기의 냉방운전시 배기가스가 상기 배기가스 열교환기(51)를 바이패스하도록 형성된다. The exhaust
상기 제 1,2배출통로(61)(62)의 각 출구측은 배기가스를 외부로 배출시키도록 제 3배출통로(63)에 의해 합지된다. Each outlet side of the first and
상기 제 1배출통로(61)에는 상기 공기조화기(70)의 난방운전시 상기 제 1배출통로(61)를 개방하고, 상기 공기조화기(70)의 냉방운전시 상기 제 1배출통로(61)를 차단하는 제 2개폐수단이 설치된다. The
또한, 상기 제 2배출통로(62)에는 상기 공기조화기(70)의 난방운전시 상기 제 2배출통로(62)를 차단하고, 상기 공기조화기(70)의 냉방운전시 상기 제 2배출통로(62)를 개방하는 제 2개폐수단이 설치된다. In addition, the
상기 제 1개폐수단은 상기 제 1배출통로(61)에 회동가능하게 설치된 제 1댐퍼(64)이고, 상기 제 2개폐수단은 상기 제 2배출통로(62)에 회동가능하게 설치된 제 2댐퍼(65)이다. The first opening and closing means is a
그리고, 상기 제 1,2개폐수단은 상기 제 1,2댐퍼(64)(65)를 회동시키는 제 1,2모터(미도시)를 각각 더 포함한다. The first and second opening and closing means further include first and second motors (not shown) for rotating the first and
한편, 상기 열병합 발전 시스템은 상기 공기조화기(70)의 냉방 운전시 상기 냉각수 열교환기(53)에서 회수된 열이나 난방시 잉여 열을 외부로 방출하기 위한 방열수단이 설치된다. On the other hand, the cogeneration system is provided with heat dissipation means for discharging the heat recovered from the cooling
상기 방열수단은 상기 냉각수 열교환기(53)와 배기가스 열교환기(51)에서 회수된 열을 대기중으로 방열시키도록 설치된 방열 열교환기(80)와, 상기 열매체 순환유로(60)에 연결되어 상기 방열 열교환기(80)로 열매체를 안내하는 방열유로(81)로 이루어진다. The heat dissipation means is connected to the heat
상기 방열유로(81)와 열매체 순환유로(60)의 연결부분에는 상기 공기조화기(70)의 냉,난방 운전에 따라 상기 방열유로(81)와 열매체 순환유로(60)를 선택적으로 개폐시키는 제 1,2밸브(82)(83)가 설치된다. The connection portion of the
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 열병합 발전시스템의 작동을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the cogeneration system according to the present invention configured as described above are as follows.
먼저, 상기 엔진(52)이 구동되면, 상기 발전기(50)는 전력을 생산하고, 생산된 전력은 상기 공기조화기(70) 등으로 공급된다. First, when the
여기서, 상기 공기조화기(70)의 난방운전시는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 2댐퍼(65)가 상기 제 2배출유로(62)를 차단하고, 상기 제 1댐퍼(64)가 상기 제 1배출통로(61)를 개방시키게 된다.Here, in the heating operation of the
따라서, 상기 엔진(52)으로부터 배출된 배기가스가 상기 제 1배출통로(61)를 통해 상기 배기가스 열교환기(51)로 유입되어, 상기 배기가스 폐열이 상기 배기가스 열교환기(51)에서 회수되게 된다. Therefore, the exhaust gas discharged from the
그리고, 상기 엔진(50)의 냉각수 폐열은 상기 냉각수 열교환기(53)에서 회수된다. And, the waste water waste heat of the
이 때, 상기 제 1,2밸브(83)(84)는 상기 방열유로(81)를 차폐시킴과 아울러, 상기 열매체 순환유로(60)를 개방시켜, 상기 배기가스 열교환기(51)와 냉각수 열교환기(53)를 통과하면서 가열된 열매체가 상기 공기예열 열교환기(76)로 유입되도록 한다. At this time, the first and
즉, 상기 열매체 순환유로(60)상의 열매체는 상기 열매체 순환펌프(64)에 의해 펌핑되어, 상기 냉각수 열교환기(53)와 배기가스 열교환기(51)를 차례로 통과한 후, 상기 공기예열 열교환기(76)로 유입되어 상기 실외 열교환기(75)로 유입되는 실외 공기를 예열하고, 이 예열된 공기가 상기 실외 열교환기(75)를 열교환시킴으로써 외기온도가 낮은 경우에 발생할 수 있는 난방 능력 저하를 방지할 수 있게 된다. That is, the heat medium on the heat
한편, 상기 공기조화기(70)의 냉방운전시에는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 2댐퍼(65)가 상기 제 2배출통로(62)를 개방하고, 상기 제 1댐퍼(64)가 상기 제 1배출통로(61)를 차단하게 된다.On the other hand, during the cooling operation of the
따라서, 상기 엔진(50)으로부터 배출된 배기가스는 상기 배기가스 열교환기(51)를 통과하지 않고, 바로 외부로 배출되게 된다. Therefore, the exhaust gas discharged from the
그리고, 상기 엔진(50)의 냉각수 폐열은 상기 냉각수 열교환기(53)에서 회수되는 바, 상기 제 1,2밸브(82)(83)가 상기 방열유로(81)를 개방시키게 되어, 상기 열매체 순환유로(60)상의 열매체의 열은 상기 방열 열교환기(80)를 통해 외부로 방출된다. In addition, the waste heat of the coolant of the
따라서, 상기 공기조화기(70)의 냉방운전시 상기 엔진(50)의 배기가스로부터 열을 회수하지 않고 외부로 직접 방출시키도록 구성되어, 상기 방열 열교환기(80)는 상기 냉각수 열교환기(53)에서 회수된 열이나 난방운전시 잉여 열만을 방출시키게 되므로 상기 방열 열교환기(80)의 체적을 감소시킬 수 있게 된다. Therefore, the
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열병합 발전시스템은 공기조화기의 난방운전시는 엔진의 배기가스가 상기 제 1배출통로를 통해 배기가스 열교환기를 통과하도록 하고, 냉방운전시는 상기 제 2배출통로를 통해 상기 배기가스 열교환기를 바이패스하도록 함으로써, 냉방운전시는 배기가스 폐열이 회수되지 않으므로 방열 열교환기가 사용되지 않기 때문에, 방열 열교환기의 체적을 감소시킬 수 있게 되어 시스템의 컴팩트화를 도모할 수 있는 이점이 있다. In the cogeneration system according to the present invention configured as described above, the exhaust gas of the engine passes through the exhaust gas heat exchanger through the first exhaust passage during the heating operation of the air conditioner, and the second exhaust passage during the cooling operation. By bypassing the exhaust gas heat exchanger through, since the waste heat is not recovered during the cooling operation, since the heat radiating heat exchanger is not used, the volume of the heat radiating heat exchanger can be reduced, thereby making the system compact. There is an advantage to that.
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2005
- 2005-05-11 KR KR1020050039359A patent/KR100701960B1/en not_active IP Right Cessation
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