KR101022719B1

KR101022719B1 - 바이오 가스용 발전기의 시동방법 및 이에 따른 바이오 가스용 발전 장치

Info

Publication number: KR101022719B1
Application number: KR1020090002835A
Authority: KR
Inventors: 이상준; 조웅래
Original assignee: 주식회사 이룸지엔지
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2011-03-22
Also published as: KR20100083455A

Abstract

본 발명은 메탄의 순도가 일정치 않은 바이오가스를 이용하여 가스엔진을 구동시 적정 메탄농도에 따라 수시로 가변되는 가스제어밸브의 작동에 의해 최적의 시동 조건을 탐색할 수 있어 시동성을 향상 및 가능토록 하는 바이오 가스용 발전기의 시동방법 및 이에 따른 바이오 가스용 발전 장치에 관한 것이다.

본 발명은, 가스발전기의 시동에 대한 신호가 인가되며 차단밸브가 열리는 1단계와, 가스제어밸브를 0 % 까지 완전히 닫은 상태에서 엔진의 크랭킹을 시작하는 2단계와, 엔진의 크랭킹 도중에 엔진의 회전수를 지속적으로 모니터링하는 3단계와, 엔진의 시동여부를 판단하는 4단계와, 시동이 안되는 경우 가스제어밸브를 조금씩 더 열어 연료량을 시동이 걸리는 조건까지 가스제어밸브를 개방시키는 5단계 및 상기 가스제어밸브를 열면서 크랭킹하다가 시동이 걸리는 점에서의 가스제어밸브의 열림량을 기준으로 시동 후 엔진 제어모드로 전환되도록 하는 6단계로 구성된다.

바이오가스, 연료, 순도, 메탄, 조절

Description

바이오 가스용 발전기의 시동방법 및 이에 따른 바이오 가스용 발전 장치{Starting Method and Apparatus for Bio Gas Generator}

본 발명은 도시가스 및 바이오가스 등을 이용하여 가스엔진을 구동하여 발전하는 장치를 포함하는 가스발전기의 변화되는 연료조건에 따라 시동이 가능하도록 하는 장치로써, 더욱 상세하게는 발전기의 연료로 사용하는 바이오가스는 메탄의 순도가 플랜트의 특성에 따라 변화되는 특성을 가지므로 이에 대해 시동성을 향상 및 가능토록 하는 바이오 가스용 발전기의 시동방법 및 이에 따른 바이오 가스용 발전 장치에 관한 것이다.

일반적인 발전기는 연료를 경유나 휘발유 등을 사용하여 건물이나 시설에 정전과 같은 비상 상황 발생시 구동하므로써 보조적인 전력을 생산하는 장치를 말한다.

일반적인 바이오 가스용 가스발전기의 개략적인 구성이 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 바이오가스는 블로워(9')를 통하여 압력을 증가시켜 공급되고, 공급된 바이오가스는 차단밸브(8')을 거쳐 압력레귤레이터(7')에서 엔진(1')의 필요 압력으로 조절이 되어 연료량조절나사(12')을 거쳐 가스믹서(5')를 통해서 엔진(1')으로 공급된다.

이때 가스믹서(5')는 벤츄리 형태를 하고 있어 에어필터(10')를 통해 들어오는 공기량이 많을수록 부압에 형성되어 엔진으로 공급 되는 바이오가스량이 많아져 출력 상승을 할수 있도록 되어있으며, 가스레귤레이터(7')에서 가스믹서(5')로 전달되는 전체 바이오가스량은 관로에 설치된 기계적인 연료량조절나사(12')를 통해 초기연료량 셋팅값으로 조절된다.

또한 일부 연료는 미세한 제어를 위하여 설치된 전자식조절밸브(6')에 의해 정밀하게 제어하므로서 정확한 출력 및 배출가스에 대해 제어하도록 되어있다.

상기 가스믹서(5')에서 공기와 바이오가스가 혼합된 혼합기는 전자식트로틀밸브(4')에서 전체 혼합기량을 조절하도록 한다.

상기 전자식트로틀밸브(4')를 통해 들어오는 혼합연료는 흡기다기관(3')을 통해 엔진(1')으로 공급하여 시동을 걸고 운전하게 되며 발전기(2')의 부하가 커질수록 더 많은 연료와 공기를 공급하여 엔진(1')을 출력을 상승시킨다.

또한 엔진(1')을 정속주행하므로서 전력을 발전기(2')에서 생성하도록 하며 이에 대한 제어는 전자식트로틀 밸브(4')와 전자식조절밸브(6')의 제어기(11')에 의해 가능하도록 한다.

일반적으로 엔진의 시동 및 속도 제어는 전자식 트로틀밸브(4')에 의해 연료 량 및 혼합기에 의해 제어하도록하는데 이는 기존에 많은 실험을 바탕으로 하여 흡기다기관(3')의 압력에 따라 기계적인 연료조절나사(12')를 초기셋팅하여 사용토록 하고 있다.

이와 같은 방식으로 사용할때의 시동시에는 블로워(9') 통해 공급되는 연료가 레귤레이터(7')에 의해 정확한 연료량이 공급되어져야만 시동을 위한 최적연료공기량을 제어할수가 있으며 재시동 등 어떠한 조건에서도 동일한 연료량이 공급되어지는 재현성이 있어야지만 원활히 운전되어진다.

그러나 바이오매스(축산분뇨, 하수슬러지 등)에 의해 생성되는 바이오가스는 발효상태, 연료잔량, 외기온도 등 많은 조건에 따라 연료의 순도 즉 메탄의 함량이 60%에서 95% 까지 변화되어져 종래의 기술에 의한 엔진(1')의 시동이 어려워지게 된다.

또한, 블로워(9')에서 엔진으로 공급하는 바이오가스량 또한 엔진(1')의 시동시 관로의 연료를 갑작스럽게 소모하게되어 압력의 변동이 심해 엔진의 정확한 제어가 힘들어 시동이 어려워지는 또 다른 요인으로 작용한다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 메탄가스의 순도가 일정치 않은 바이오 가스를 시동이 가능한 량으로 엔진에 공급할 수 있도록 제어함으로써 엔진의 시동 문제를 해결할 수 있도록 한 바이오 가스용 발전기의 시동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 가스발전기의 시동에 대한 신호가 인가되며 차단밸브가 열리는 1단계; 가스제어밸브를 0 % 까지 완전히 닫은 상태에서 엔진의 크랭킹을 시작하는 2단계; 엔진의 크랭킹 도중에 엔진의 회전수를 지속적으로 모니터링하는 3단계; 엔진의 시동여부를 판단하는 4단계; 시동이 안되는 경우 가스제어밸브를 조금씩 더 열어 연료량을 시동이 걸리는 조건까지 가스제어밸브를 개방시키는 5단계; 상기 가스제어밸브를 열면서 크랭킹하다가 시동이 걸리는 점에서의 가스제어밸브의 열림량을 기준으로 시동 후 엔진 제어모드로 전환되도록 하는 6단계를 포함하는 바이오 가스용 발전기의 시동방법에 의해 달성될 수 있다.

상기 5단계는 엔진이 꺼지면 상기 가스제어밸브가 닫힘 상태로 전환되는 것을 특징으로 한다.

상기 5단계는 시동 신호가 인가되면 0% ~ 100%까지 순차적으로 열리도록 설정된 것을 특징으로 한다.

상기 5단계는 연료의 조성이 바뀐 경우 연료량의 부족 또는 너무 과다할때의 시동 포인트를 특별히 지정하지 않고 가변적으로 하여 모든 영역에서 시동이 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 6단계는 엔진의 시동시 분당 회전수(RPM)를 체크하여 시동 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 엔진의 시동시 분당 회전수는 500~700 RPM인 것을 특징으로 한다.

상기 엔진의 시동 후 엔진의 회전수가 1700~1900 RPM이 되도록 상기 가스제어밸브의 개폐도가 조절되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본 발명의 목적은, 연료가 공급되는 공급라인에 설치된 블로워와 차단밸브와 레귤레이터로 구성된 연료공급부와, 공기가 공급되는 공급라인에 설치된 에어필터와 상기 연료공급부에서 공급된 연료를 공기와 혼합시키는 가스믹서와 혼합연료의 공급량을 제어하는 전자식트로틀밸브로 구성된 공기공급부와, 혼합연료가 공급되는 흡기다기관 및 가스 엔진과 발전기로 구성된 바이오 가스용 발전장치에 있어서, 상기 레귤레이터와 가스믹서 사이에 가스제어밸브가 설치된 것이며, 상기 가스제어밸브는 0% ~ 100%로 순차적으로 열리는 작동을 하게 되며, 시동이 걸리면 개방동작이 정지되도록 한 바이오 가스용 발전 장치에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 메탄가스의 순도가 일정치 않은 바이오 가스를 시동이 가 능한 량으로 엔진에 공급할 수 있도록 제어함으로써 엔진의 시동 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 바이오 가스용 발전 장치를 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 바이오 가스용 발전기의 시동방법을 나타낸 흐름도이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 발전장치와 시동방법을 함께 연관지어 상세하게 설명한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오 가스용 발전 장치(A)는, 연료가 공급되는 공급라인에 설치된 블로워(9)와 차단밸브(8)와 레귤레이터(7)로 구성된 연료공급부와, 공기가 공급되는 공급라인에 설치된 에어필터(10)와 상기 연료공급부에서 공급된 연료를 공기와 혼합시키는 가스믹서(5)와 혼합연료의 공급량을 제어하는 전자식트로틀밸브(4)로 구성된 공기공급부와, 혼합연료가 공급되는 흡기다기관(3) 및 엔진(1)과 발전기(2)로 구성된 발전부와, 모니터와 스타트 스위치 등이 구비된 제어부를 포함한다.

또한, 상기 레귤레이터(7)와 가스믹서(5) 사이에 가스제어밸브(GV)가 설치된 것이며, 상기 가스제어밸브(GV)는 0% ~ 100% 구간에서 2~5%씩 순차적으로 더 열리는 작동을 하게 되며, 시동이 걸리면 개방동작이 정지되도록 한다.

상기 가스제어밸브(GV)는 엔진(1)의 종료 후 개방되었던 값을 저장하지 않고 곧바로 닫힌다.

따라서 차후에 시동을 걸때는 다시 0 % 에서 부터 개방되기 시작한다. 왜냐하면 바이오가스의 메탄 농도가 일정치 않고 변동되므로 이전 작동시 시동이 걸렸을때의 가스제어밸브(GV)의 개폐도 값을 저장할 필요가 없기 때문이다.

한편, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오 가스용 발전기의 시동방법은, 제어부(11)의 스타트 스위치를 통해 가스발전기(2)의 시동에 대한 신호가 인가되며 차단밸브(8)가 열리는 1단계(S1); 가스제어밸브(GV)를 0 % 까지 완전히 닫은 상태에서 엔진(1)의 크랭킹을 시작하는 2단계(S2); 엔진(1)의 크랭킹 도중에 엔진의 회전수를 제어부(11)에서 지속적으로 모니터링하는 3단계(S3); 엔진(1)의 시동여부를 판단하는 4단계(S4); 시동이 안되는 경우 가스제어밸브(GV)의 개방도를 증가시켜 시동이 걸리는 조건까지 연료량이 증가되도록 개방시키는 5단계(S5); 상기 가스제어밸브(GV)를 열면서 크랭킹하다가 시동이 걸리는 점에서의 가스제어밸브(GV)의 개도량을 기준으로 시동 후 엔진 제어모드로 전환되도록 하는 6단계(S6)로 구성된다.

즉, 제어부(11)의 스타트 스위치를 온(ON)시키면 엔진(1)에 시동 신호가 전달되고, 연료공급부를 통해 바이오가스가 공급되고, 아울러 공기공급부를 통해 공기가 유입된다.

또, 연료공급부로 유입된 연료의 양은 가스제어밸브(GV)가 0% ~ 100%의 구간에서 2~5%씩 점진적으로 개도량이 증가됨으로써 연료가 가스믹서(5)로 점진적으로 증가하여 공급될 수 있다.

따라서, 가스믹서(5)에서 연료와 공기가 혼합된 혼합연료가 만들어지게 되고, 이 혼합연료가 전자식트로틀밸브(4)를 지나 흡기다기관(3)을 경유하여 엔진(1)으로 공급된다.

이때, 혼합연료의 메탄함량이 점화에 필요한 농도보다 낮을 경우 점화가 안되므로 시동이 걸리지 않을것이다.

따라서, 가스제어밸브(GV)가 점진적으로 개방되면서 유입되는 바이오가스량이 증가되고 그에 따라 메탄의 농도가 증가되므로 점화에 필요한 농도로 혼합연료가 만들어지게 되면 그 시점부터 엔진(1)의 시동이 가능하게 된다.

즉, 상기 6단계(S6)는 엔진(1)의 시동시 분당 회전수(RPM)를 체크하여 시동 여부를 판단하는 것이다.

이렇게 엔진(1)의 시동이 걸린 후에는 가스제어밸브(GV)의 개방작동은 정지되고 그 상태를 계속 유지하도록 한다. 상기 엔진(1)의 시동시 분당 회전수는 500~700 RPM인 것이 바람직하다.

또는 상기 가스제어밸브(GV)는 엔진(1)의 적정 회전수에 도달될때까지 개방된다. 즉, 상기 엔진(1)의 시동 후 엔진(1)의 회전수가 1700~1900 RPM이 되도록 상기 가스제어밸브(GV)의 개폐도가 조절되는 것이다.

보다 정확한 엔진(1)의 분당 회전수는 1800 RPM이 바람직하다.

한편, 상기 6단계(S6)에서 엔진(1)의 분당 회전수가 500 RPM 이하인 경우는 5단계(S5)로 되돌아가서 가스제어밸브(GV)의 개도량을 2~5%씩 증가시켜 엔진(1)의 분당 회전수가 500 RPM 이상이 될때까지 반복된다.

한편, 운전이 종료되어 엔진(1)의 시동이 오프되면 가스제어밸브(GV)가 닫힘 상태로 전환되고, 이전 개방값을 기억하지 않는다.

즉, 연료의 조성이 바뀐 경우 연료량의 부족 또는 너무 과다할때의 시동 포인트를 특별히 지정하지 않고 가변적으로 하여 모든 영역에서 시동이 가능하도록 한다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

도 1은 일반적인 가스발전기의 개략적인 구성을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 바이오 가스용 발전 장치를 나타낸 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 바이오 가스용 발전기의 시동방법을 나타낸 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 엔진 2 : 발전기

3 : 흡기다기관 4 : 전자식트로틀밸브

5 : 가스믹서 7 : 레귤레이터

8 : 차단밸브 9 : 블로워

Claims

가스발전기의 시동에 대한 신호가 인가되며 차단밸브가 열리는 1단계;

가스제어밸브를 0 % 까지 완전히 닫은 상태에서 엔진의 크랭킹을 시작하는 2단계;

엔진의 크랭킹 도중에 엔진의 회전수를 제어부에서 지속적으로 모니터링하는 3단계;

엔진의 시동여부를 판단하는 4단계;

시동이 안되는 경우 가스제어밸브를 2~5%씩 더 열어 연료량이 시동이 걸리는 조건까지 증가되도록 가스제어밸브를 개방시키는 5단계;

상기 가스제어밸브를 열면서 크랭킹하다가 시동이 걸리는 점에서의 가스제어밸브의 개도량을 기준으로 시동 후 엔진 제어모드로 전환되도록 하는 6단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 가스용 발전기의 시동방법.
제 1항에 있어서,

상기 5단계는 엔진이 꺼지면 상기 가스제어밸브가 닫힘 상태로 전환되는 것을 특징으로 하는 바이오 가스용 발전기의 시동방법.
제 1항에 있어서,

상기 5단계는 시동 신호가 인가되면 0% ~ 100% 구간에서 열리도록 설정된 것 을 특징으로 하는 바이오 가스용 발전기의 시동방법.
제 1항에 있어서,

상기 5단계는 연료의 조성이 바뀐 경우 연료량의 부족 또는 너무 과다할때의 시동 포인트를 특별히 지정하지 않고 가변적으로 하여 모든 영역에서 시동이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 바이오 가스용 발전기의 시동방법.
제 1항에 있어서,

상기 6단계는 엔진의 시동시 분당 회전수(RPM)를 체크하여 시동 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 바이오 가스용 발전기의 시동방법.
제 1항에 있어서,

상기 엔진의 시동시 분당 회전수는 500~700 RPM인 것을 특징으로 하는 바이오 가스용 발전기의 시동방법.
제 1항에 있어서,

상기 엔진의 시동 후 엔진의 회전수가 1700~1900 RPM이 되도록 상기 가스제어밸브의 개폐도가 조절되는 것을 특징으로 하는 바이오 가스용 발전기의 시동방법.
연료가 공급되는 공급라인에 설치된 블로워와 레귤레이터로 구성된 연료공급부와,

공기가 공급되는 공급라인에 설치된 에어필터와 상기 연료공급부에서 공급된 연료를 공기와 혼합시키는 가스믹서와 혼합연료의 공급량을 제어하는 전자식트로틀밸브로 구성된 공기공급부와,

혼합연료가 공급되는 흡기다기관 및 가스 엔진과 발전기로 구성된 바이오 가스용 발전장치에 있어서,

상기 레귤레이터와 가스믹서 사이에 가스제어밸브가 설치된 것이며,

상기 가스제어밸브는 0% ~ 100%로 순차적으로 열리는 작동을 하게 되며, 시동이 걸리면 개방동작이 정지되도록 한 것을 특징으로 하는 바이오 가스용 발전 장치.