KR101173746B1 - 소형 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열매체 저장탱크에 저장되어 열병합발전기의 폐열회수 열교환기로 유입되는 열매체의 온도가 폐열회수에 적정한 온도 범위를 유지할 수 있도록 하는 냉각기능을 기존 설비를 활용하여 구현함으로써 열병합발전기가 중단없이 가동되어 전력 수급이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 소형 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다. 이를 실현하기 위한 본 발명은, 전기의 생산시 발생되는 폐열을 회수하기 위해 폐열회수 열교환기(110)를 구비한 열병합발전기(100); 상기 폐열회수 열교환기(110)로부터 공급되어 온 열매체가 통과하는 주열교환기(210)와, 상기 주열교환기(210)에 연소열을 제공하는 버너(220) 측으로 공기를 공급하는 연소용 팬(230)이 구비된 보일러(200); 상기 순환되는 열매체가 저장되고, 상기 저장된 열매체를 상기 열병합발전기(100)의 폐열회수 열교환기(110)로 공급하도록 연결된 열매체 저장탱크(300);를 구비한 소형 열병합 발전 시스템에 있어서, 상기 열매체 저장탱크(300)에는 내부에 저장된 열매체의 온도를 측정하는 온도 감지부(530)가 구비되고; 난방 및 온수부하가 없는 경우, 상기 온도 감지부(530)에서 측정된 열매체의 온도가 제1설정온도 이상이면, 상기 연소용 팬(230)을 회전시켜 상기 주열교환기(210)를 통과하는 열매체에 공기가 공급되도록 제어하는 제어부(600);를 포함한다.

Description

소형 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법{Compact cogeneration system and controlling method of the compact cogeneration system}
본 발명은 소형 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열병합발전기에서 발생한 폐열을 난방과 온수 모두에 이용함과 아울러 열매체 저장탱크에 저장된 열매체가 설정된 온도를 초과하지 않도록 보일러의 연소용 팬을 이용하여 열매체의 온도를 조절한 후 순환시킴으로써 열병합발전기의 가동 중단없이 전력을 계속적으로 생산할 수 있도록 하는 소형 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
소형 열병합 발전(CHP;Combined Heat & Power)이란 내연기관, 가스터빈, 연료전지, 스털링엔진 등 각종 원동기에 의해 연료가 가진 화학에너지를 전기에너지로 변환 생산하고 이때에 수반되는 폐열을 유효하게 활용하는 종합에너지시스템이다. 이러한 발전방식은 기존의 발전방식에 비하여 2배 이상 에너지 이용효율을 향상시킬 수 있는 고효율 에너지기술임과 동시에 지구온난화에 기여도가 가장 높은 CO의 배출량을 획기적으로 줄일 수 있는 친환경기술이기 때문에 각국에서 그의 도입을 활발히 추진하고 있다.
도 1은 종래 소형 열병합 발전 시스템을 개략적으로 보여주는 구성도이다.
종래 소형 열병합 발전 시스템은, 전력을 발생시키고 내부에는 폐열회수 열교환기(12)가 구비된 열병합발전기(10)와, 상기 폐열회수 열교환기(12)를 통과하며 폐열을 회수한 열매체가 저장되는 열매체 저장탱크(20)와, 상기 열매체 저장탱크(20)에 연결되어 난방 또는 온수 사용처로 가열된 물을 공급하는 보일러(30)를 포함한다. 그리고 상기 열매체 저장탱크(20)와 폐열회수 열교환기(12) 사이의 열매체 순환유로 상에는 내부 순환펌프(40)가 설치되고, 열매체 저장탱크(20)와 보일러(30) 사이의 열매체 순환유로 상에는 외부 순환펌프(50)가 설치된다.
상기 열병합발전기(10)는 가동시 전력의 생산과 함께 많은 열을 발생하게 되는데, 이러한 열병합발전기(10)에서 발생된 폐열은 폐열회수 열교환기(12)를 통과하는 열매체와의 열교환을 통해 방열함으로써 열병합발전기(10)의 과열을 방지하는 동시에 보일러(30)에서는 이러한 폐열을 흡수한 열매체를 이용하여 난방 및 온수 사용시 보일러(30)에서 소요되는 연소부하를 절감할 수 있게 된다.
그러나 보일러(30)에 난방 및 온수부하가 없는 경우에, 상기 내부 순환펌프(40)와 외부 순환펌프(50)를 구동시켜 열매체를 순환시키게 되면 열매체 저장탱크(20)에 저장되는 열매체의 온도가 점차 상승하게 되고, 열매체의 온도가 설정온도를 초과할 경우에는 열병합발전기(10)로부터 폐열의 회수가 이루어지지 않게 되어 열병합발전기(10)가 과열되므로 소정의 시간 동안 열병합발전기(10)의 가동을 중단시킬 수 밖에 없게 되어 전력 생산이 중단되는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 열병합발전기(10) 내의 열매체 유로 상에 냉각코일(14)과 냉각팬(16)을 설치하여 폐열회수 열교환기(12)로 유입되는 고온의 열매체를 설정온도 이하로 냉각시키는 방식을 이용하였다.
그러나 이와 같은 구조에 의하면, 열병합발전기(10) 내부에 냉각코일(14)과 냉각팬(16) 및 이를 제어하는 장치를 추가로 설치해야 하므로 열병합발전기(10)의 구조가 복잡해지고 제품 생산 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열매체 저장탱크에 저장되어 열병합발전기의 폐열회수 열교환기로 유입되는 열매체의 온도가 폐열회수에 적정한 온도 범위를 유지할 수 있도록 하는 냉각기능을 기존 설비를 활용하여 구현함으로써 열병합발전기가 중단없이 가동되어 전력 수급이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 소형 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 소형 열병합 발전 시스템은, 전기의 생산시 발생되는 폐열을 회수하기 위해 폐열회수 열교환기(110)를 구비한 열병합발전기(100); 상기 폐열회수 열교환기(110)로부터 공급되어 온 열매체가 통과하는 주열교환기(210)와, 상기 주열교환기(210)에 연소열을 제공하는 버너(220) 측으로 공기를 공급하는 연소용 팬(230)이 구비된 보일러(200); 상기 순환되는 열매체가 저장되고, 상기 저장된 열매체를 상기 열병합발전기(100)의 폐열회수 열교환기(110)로 공급하도록 연결된 열매체 저장탱크(300);를 구비한 소형 열병합 발전 시스템에 있어서, 상기 열매체 저장탱크(300)에는 내부에 저장된 열매체의 온도를 측정하는 온도 감지부(530)가 구비되고; 난방 및 온수부하가 없는 경우, 상기 온도 감지부(530)에서 측정된 열매체의 온도가 제1설정온도 이상이면, 상기 연소용 팬(230)을 회전시켜 상기 주열교환기(210)를 통과하는 열매체에 공기가 공급되도록 제어하는 제어부(600);를 포함한다.
난방 및 온수부하가 없는 경우 또는 온수모드시, 상기 열매체의 순환유로는, 상기 열매체 저장탱크(300), 상기 열매체 저장탱크(300) 내부의 열매체를 순환시키기 위해 상기 보일러(200) 내부에 설치된 순환펌프(260), 상기 순환펌프(260)에 연결된 상기 열병합발전기(100)의 폐열회수 열교환기(110), 상기 폐열회수 열교환기(110)와 연결되고 상기 보일러(200) 내부에 설치된 주열교환기(210), 상기 주열교환기(210)로부터 공급되어 온 열매체를 난방소요처(400) 및 급탕열교환기(250) 중 어느 하나로 선택적으로 공급하는 삼방밸브(240), 상기 삼방밸브(240)와 연결된 급탕열교환기(250)가 순차로 연결되어 열매체유로를 형성하는 것을 특징으로 한다.
난방모드시, 상기 열매체의 순환유로는, 상기 열매체 저장탱크(300), 상기 열매체 저장탱크(300) 내부의 열매체를 순환시키기 위해 상기 보일러(200) 내부에 설치된 순환펌프(260), 상기 순환펌프(260)에 연결된 상기 열병합발전기(100)의 폐열회수 열교환기(110), 상기 폐열회수 열교환기(110)와 연결되고 상기 보일러(200) 내부에 설치된 주열교환기(210), 상기 주열교환기(210)로부터 공급되어 온 열매체를 난방소요처(400) 및 급탕열교환기(250) 중 어느 하나로 선택적으로 공급하는 삼방밸브(240), 상기 삼방밸브(240)와 연결된 난방소요처(400)가 순차로 연결되어 열매체유로를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 소형 열병합 발전 시스템의 제어방법은, 전기의 생산시 발생되는 폐열을 회수하기 위해 폐열회수 열교환기(110)를 구비한 열병합발전기(100)가 가동되는 단계; 상기 열병합발전기(100)의 폐열을 회수한 열매체가 상기 폐열회수 열교환기(110)에 연결된 보일러(200)를 경유하여 열매체 저장탱크(300)에 저장된 후에 상기 열병합발전기(100)의 폐열회수 열교환기(110)로 순환되는 단계; 및 난방 및 온수부하가 없는 경우, 상기 열매체 저장탱크(300)에 저장된 열매체의 온도가 제1설정온도 이상이면, 상기 보일러(200) 내에 구비된 연소용 팬(230)을 회전시켜 상기 보일러(200)의 주열교환기(210)를 통과하는 열매체에 공기를 공급하는 단계;를 포함한다.
또한 상기 연소용 팬(230)의 회전에 의해 상기 열매체 저장탱크(300)에 저장된 열매체의 온도가 제1설정온도보다 낮게 설정된 제2설정온도 이하가 되면, 상기 연소용 팬(230)의 회전이 중지되도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 소형 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법에 의하면, 열매체 저장탱크에 저장된 열매체의 측정온도가 사전에 설정된 온도를 초과하지 않도록 보일러에 구비된 연소용 팬의 구동을 제어함으로써 보일러에 난방 및 온수부하가 없는 상태에서 열병합발전기의 폐열을 열매체에 축열함과 동시에 열병합발전기가 계속적으로 가동되어 전력 생산량을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 열병합발전기와 보일러의 열매체 유로를 연결함으로써 열병합발전기에서 회수된 폐열을 난방과 온수에 모두 이용할 수 있어 열병합 발전 시스템의 운전에 소요되는 비용을 감소시킬 수 있으며, 난방 및 온수모드시 공급되는 열량을 용이하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 소형 열병합 발전 시스템을 개략적으로 보여주는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 소형 열병합 발전 시스템을 개략적으로 보여주는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 소형 열병합 발전 시스템에서 난방 및 온수부하가 없는 경우 열매체가 순환되는 경로를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 소형 열병합 발전 시스템에서 난방모드시 열매체가 순환되는 경로를 보여주는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 소형 열병합 발전 시스템에서 온수모드시 열매체가 순환되는 경로를 보여주는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 소형 열병합 발전 시스템의 제어 블록도,
도 7은 본 발명에 따른 소형 열병합 발전 시스템의 제어방법을 보여주는 순서도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 소형 열병합 발전 시스템을 개략적으로 보여주는 구성도이다.
본 발명에 따른 소형 열병합 발전 시스템은, 전기의 생산시 발생된 폐열을 회수하기 위해 폐열회수 열교환기(110)를 구비한 열병합발전기(100), 상기 열병합발전기(100)로부터 폐열을 흡수한 열매체를 난방소요처(400)와 급탕열교환기(250) 중 어느 하나로 선택적으로 순환시키는 보일러(200), 상기 순환하는 열매체를 저장하는 열매체 저장탱크(300), 상기 열매체 저장탱크(300)에 저장된 열매체의 온도가 상기 열병합발전기(100)의 폐열을 회수하기에 적정한 온도 범위를 유지하도록 제어하는 제어부(600, 도 6 참조)를 포함한다.
여기서 열매체는 난방수인 물을 지칭한다.
상기 열병합발전기(100)는, 일례로, 터빈(도면에 미도시)에 의해 구동되어 전기를 생산함과 동시에 상기 터빈에 의해 발생된 폐열을 회수하는 장치이다. 상기 폐열회수 열교환기(110)에서는 상기 폐열을 회수하기 위해 열매체가 내부를 흐르도록 되어 있고, 이 열매체는 상기 보일러(200)를 순환한다.
상기 보일러(200)에는, 연소열을 발생시키는 버너(220), 상기 버너(220)에 연소용 가스의 공급량을 조절하는 가스밸브(270), 상기 버너(220)에서 발생된 연소열과 상기 폐열회수 열교환기(110)로부터 공급되어 온 열매체 사이에 열교환이 이루어지는 주열교환기(210), 상기 버너(220)의 연소에 필요한 공기를 공급함과 아울러 상기 주열교환기(210)를 통과하는 열매체의 냉각을 위해 공기를 공급하는 연소용 팬(230), 상기 주열교환기(210)로부터 공급되어 온 열매체를 난방소요처(400)와 급탕열교환기(250) 중 어느 하나로 선택적으로 공급하는 삼방밸브(240), 온수모드시 상기 삼방밸브(240)를 통과한 열매체와 직수와의 사이에 열교환이 이루어지는 급탕열교환기(250), 상기 열매체를 강제순환시키기 위해 상기 열병합발전기(100)의 폐열회수 열교환기(110)와 출구측이 연결된 순환펌프(260)가 구비되어 있다.
상기 급탕열교환기(250)에는 직수가 유입되고, 상기 직수는 삼방밸브(240)를 통과한 열매체와의 사이에 열교환이 이루어져 온수가 된 후 온수소요처로 공급된다.
상기 열매체 저장탱크(300)는 열매체를 저장하여 축열하기 위해 밀폐된 용기로 구성된다. 이러한 열매체 저장탱크(300)에는, 난방모드시 난방소요처(400)를 순환한 후 온도가 하락된 열매체(즉, 난방환수)가 유입되고, 온수모드시 급탕열교환기(230)를 통과하면서 온도가 하락된 열매체가 유입된다.
따라서 난방모드시 또는 온수모드시에는 열매체 저장탱크(300)로 유입되는 열매체의 온도가 떨어지게 되어 폐열 회수를 위한 적정 온도를 만족하게 되므로 열매체 저장탱크(300)에 저장되어 폐열회수 열교환기(110)로 공급되는 열매체를 냉각할 필요가 없다.
이에 반해 난방 및 온수부하가 없는 경우에는 열매체 저장탱크(300)에 폐열이 축열되어 열매체의 온도가 상승하게 되고, 열매체의 온도가 사전에 설정된 온도(제1설정온도) 이상일 경우에는 폐열 회수기능을 수행할 수 없게 되므로 열매체의 온도를 떨어뜨리기 위한 냉각단계가 필요하게 된다.
본 발명에서는 상기 연소용 팬(230)을 회전시켜 주열교환기(210)를 통과하는 열매체에 저온의 공기를 공급함으로써 열매체의 온도를 설정온도 이하로 낮추게 되며, 그 작용 및 제어방법은 후술하기로 한다.
상기 열매체 저장탱크(300)로 유입된 열매체는 순환펌프(260)의 구동에 의해 열병합발전기(100)의 폐열회수 열교환기(110)로 공급되고, 이를 위해 열매체 저장탱크(300)와 순환펌프(260) 사이는 열매체가 흐르는 배관으로 연결된다.
이와 같은 구조에 의하면, 열병합발전기(100)의 폐열회수 열교환기(110)와 보일러(200)의 난방수 순환회로가 하나의 연결된 유로를 형성하게 되므로 시스템을 매우 간단하게 구성할 수 있다.
또한 열병합발전기(100)의 폐열회수 열교환기(110)를 통과하면서 폐열을 흡수한 열매체는 난방소요처(400) 측으로 공급될 수도 있고, 급탕열교환기(250) 측으로 공급될 수도 있어, 폐열을 난방과 온수에 모두 이용할 수 있다.
또한 열병합발전기(100)와 보일러(200)의 열매체 유로(난방유로와 온수유로)를 서로 연결되도록 하면서도 난방 및 온수부하가 없는 경우에는 열병합발전기(100)가 지속적으로 가동 중인 상태에서 보일러(200)의 작동을 중지하고 순환펌프(260)를 구동함으로써 폐열을 열매체에 축열할 수 있고, 이 축열 에너지를 난방 및 온수 모두에 이용가능하므로 에너지 효율을 높일 수 있다.
이하 본 발명에 따른 소형 열병합 발전 시스템의 운전모드별로 열매체의 순환경로를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 소형 열병합 발전 시스템에서 난방 및 온수부하가 없는 경우 열매체가 순환되는 경로를 보여주는 도면이다.
난방 및 온수부하가 없는 경우 보일러(200)의 가동은 중단되고 열병합발전기(100)만이 가동된다. 물론 상기 보일러(200) 내부의 순환펌프(260)는 열매체의 순환을 위해 작동된다.
순환펌프(260)가 구동되면, 열매체 저장탱크(300) 내부에 저장된 열매체는 순환펌프(260)를 거쳐 열병합발전기(100)의 폐열회수 열교환기(110) 내부로 유입된다.
이 경우 열병합발전기(100)는 가동되어 전기를 생산함과 동시에 폐열이 발생되고, 이 폐열에 의해 폐열회수 열교환기(110)를 통과하는 열매체에 열에너지를 전달한다.
상기 폐열회수 열교환기(110)를 통과한 열매체는 주열교환기(210)를 경유한 후 삼방밸브(240)로 공급된다.
이때 상기 삼방밸브(240)는 난방소요처(400) 측으로는 열매체의 흐름이 차단되고 급탕열교환기(250) 측으로 열매체가 흐르도록 설정되어 있으므로, 열매체는 급탕열교환기(250)로 공급된다. 이 경우 온수부하가 없으므로 직수와의 열교환은 이루어지지 않는다.
상기 급탕열교환기(250)를 통과한 열매체는 열매체 저장탱크(300) 내부로 유입된다.
이후 상기한 과정을 반복하여 열매체는 순환되고, 이렇게 연결된 폐회로는 열매체유로를 형성한다.
이와 같이 열매체의 순환이 이루어지면 상기 열매체 저장탱크(300) 내부에는 열에너지의 축열이 이루어지고, 상기 열매체 저장탱크(300) 내부의 열매체 온도가 제1설정온도 이상이 되면 제어부(600)에서는 보일러(200) 내의 연소용 팬(230)을 회전시켜 보일러(200) 외부로부터 유입되는 저온의 공기를 주열교환기(210) 측으로 공급하여 상기 주열교환기(210)를 통과하는 고온의 열매체의 온도를 낮추게 된다.
이때 가스밸브(270)는 차단된 상태에 있어 버너(220)에서는 연소가 일어나지 않으며, 연소용 팬(230)을 통해 공급되는 공기는 주열교환기(210) 측으로 공급되어 열교환이 이루어진 후에 보일러(200)의 외부로 배출된다.
여기서 상기 열매체 저장탱크(300) 내의 열매체 온도의 설정은 온도 설정부(520)에서 이루어지고, 온도의 측정은 열매체 저장탱크(300)의 내부 또는 열매체 저장탱크(300)와 폐열회수 열교환기(110) 사이의 열매체 유로 상에 설치된 온도 감지부(530)에서 이루어진다(도 6 참조).
도 4는 본 발명에 따른 소형 열병합 발전 시스템에서 난방모드시 열매체가 순환되는 경로를 보여주는 도면이다.
난방모드가 되면, 보일러(200)가 가동되고, 가스밸브(270)가 개방되어 버너(220)에서 연소가 일어나며, 삼방밸브(240)는 급탕열교환기(250) 측으로 열매체의 흐름이 차단되고 난방소요처(400) 측으로 열매체가 흐르도록 설정된다.
여기서 상기 열매체 저장탱크(300) 내부의 열매체 온도를 온도 감지부(530)에서 측정하고, 측정결과 열매체 저장탱크(300) 내부의 열매체만으로 난방 요구량에 미달한다고 판단되는 경우에만 상기 보일러(200)에서 연소가 일어나는 것으로 구성하는 것이 바람직하다.
순환펌프(260)가 구동되면, 열매체 저장탱크(300) 내부에 저장된 열매체는 순환펌프(260)를 거쳐 열병합발전기(100)의 폐열회수 열교환기(110) 내부로 유입된다.
상기 폐열회수 열교환기(110)를 통과한 열매체는 주열교환기(210)를 경유하면서 버너(220)의 연소열에 의해 가열된 후 삼방밸브(240)로 공급된다.
상기 삼방밸브(240)는 난방소요처(400) 측으로 개방되어 있으므로, 열매체는 난방수공급수로서 난방소요처(400)를 통과하면서 온도가 하락한 후 난방환수가 되어 열매체 저장탱크(300) 내부로 유입된다.
이후 난방모드에서는 상기한 과정을 반복하여 열매체는 순환되고, 이렇게 연결된 폐회로는 난방유로를 형성한다.
상기에서는 버너(220)에서 연소가 일어나는 경우를 설명하였지만, 열매체 저장탱크(300)에 축열된 열에너지만으로 난방이 가능한 경우에는 상기 버너(220)에서 연소가 일어나지 않도록 하고, 열병합발전기(100)만을 가동하도록 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 소형 열병합 발전 시스템에서 온수모드시 열매체가 순환되는 경로를 보여주는 도면이다.
온수모드가 되면, 보일러(200)가 가동되어 버너(220)에서 연소가 일어나며, 삼방밸브(240)는 난방소요처(400) 측으로 열매체의 흐름이 차단되고 급탕열교환기(250) 측으로 열매체가 흐르도록 설정된다.
여기서 상기 열매체 저장탱크(300) 내부의 열매체 온도를 온도 감지부(530)에서 측정하고, 측정결과 열매체 저장탱크(300) 내부의 열매체만으로 온수 요구량에 미달한다고 판단되는 경우에만 상기 보일러(200)에서 연소가 일어나도록 구성하는 것이 바람직하다.
온수모드에서 열매체의 흐름은 상기 도 3에서 설명한 열매체의 경로와 동일하다.
상기 주열교환기(210)에서는 버너(220)의 연소열에 의해 열매체를 가열한 후 삼방밸브(240)로 공급한다.
상기 급탕열교환기(250)에서는 직수와의 열교환에 의해 열매체의 온도가 하락한 후 열매체 저장탱크(300) 내부로 유입된다.
이후 온수모드에서는 상기한 과정을 반복하여 열매체는 순환되고, 이렇게 연결된 폐회로는 온수유로를 형성한다.
상기에서는 버너(220)에서 연소가 일어나는 경우를 설명하였지만, 열매체 저장탱크(300)에 축열된 열에너지만으로 온수공급이 가능한 경우에는 상기 버너(220)에서 연소가 일어나지 않도록 하고, 열병합발전기(100)만을 가동하도록 제어할 수 있다.
이하 본 발명의 소형 열병합 발전 시스템의 제어방법을 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 소형 열병합 발전 시스템의 제어 블록도, 도 7은 본 발명에 따른 소형 열병합 발전 시스템의 제어방법을 보여주는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 제어부(600)는 부하 감지부(510)와 온도 설정부(520) 및 온도 감지부(530)로부터 신호를 입력받아 열병합 발전 시스템의 상태를 판단하여 가스밸브(270)와 연소용 팬(230) 및 순환펌프(260)의 작동을 제어하도록 설정되어 있다.
도 7을 참조하면, 열병합발전기(100)가 가동 중인 상태에서 상기 열병합발전기(100)에서 발생된 폐열을 회수한 열매체는 순환펌프(260)의 구동에 의해 폐열회수 열교환기(110)에 연결된 보일러(200)를 경유하여 열매체 저장탱크(300)에 일시 저장된 후에 상기 열병합발전기(100)의 폐열회수 열교환기(110)로 순환하게 된다(S 10).
다음으로 부하 감지부(510)에서는 사용자가 룸콘트롤러(미도시됨)에서 선택한 난방모드 또는 온수모드를 기준으로 난방부하 또는 온수부하가 있는지 여부를 감지하여 제어부(600)로 신호를 송출한다(S 20).
여기서 난방부하 또는 온수부하가 있는 것으로 감지되면, 제어부(600)에서는 열매체 저장탱크(300)에 저장된 에너지로 난방 또는 온수 요구량에 충분한지 여부를 판단하여(S 30), 충분하다고 판단되면 보일러(200)의 가동없이 열매체 저장탱크(300)에 저장된 열매체를 난방소요처(400) 또는 급탕열교환기(250)로 공급하고, 열매체 저장탱크(300)에 저장된 에너지로 난방 또는 온수 요구량에 충분하지 못하다고 판단되면, 제어부(600)에서는 보일러(200)가 통상의 난방모드 또는 온수모드로 작동되도록 가스밸브(270)를 개방시켜 버너(220)에서 연소가 일어나도록 제어함과 동시에 연소용 팬(230)을 회전시켜 버너(220)의 연소에 필요한 공기를 공급하고 순환펌프(260)가 구동되도록 제어한다(S 40). 이때 삼방밸브(240)는 난방모드 또는 온수모드에 따라서 해당 유로로 절환되도록 설정된다.
만일 난방부하 또는 온수부하가 없는 것으로 감지되면, 제어부(600)에서는 가스밸브(270)를 차단시켜 버너(220)에서 연소가 일어나지 않도록 제어하고(S 50), 온도 설정부(520)에서 설정된 제1설정온도와 온도 감지부(530)에서 측정된 열매체 저장탱크(300) 내부의 열매체 온도의 크기를 비교하게 된다(S 60).
비교 결과, 열매체의 측정온도가 제1설정온도 이상인 경우에는 연소용 팬(230)을 회전시켜 주열교환기(210)를 통과하는 열매체의 온도를 낮추게 된다(S 70). 상기 연소용 팬(230)의 회전이 소정 시간 지속되면 열매체의 온도는 점차 낮아지게 된다.
다음으로 상기 온도 설정부(520)에 제1설정온도보다 낮게 설정된 제2설정온도와 온도 감지부(530)에서 측정된 열매체 저장탱크(300) 내부의 열매체 온도의 크기를 비교하게 된다(S 80).
이때 열매체의 측정온도가 제2설정온도 이하로 감지된 경우에는 연소용 팬(230)의 회전이 중지되도록 제어하고(S 90), 열매체의 측정온도가 제2설정온도보다 높은 경우에는 연소용 팬(230)의 회전 상태를 유지하게 된다.
상기와 같이 본 발명에 의하면 난방 및 온수부하가 없는 경우에도 보일러(200) 내에 구비된 연소용 팬(230)의 회전 제어를 통하여 열병합발전기(100)로 유입되는 열매체의 온도가 적정 범위를 만족하도록 조절할 수 있게 되므로 열매체의 냉각을 위한 설비를 별도로 구비할 필요없이 기존 설비를 활용할 수 있는 이점이 있다.
그리고 상기 열병합발전기(100)와 보일러(200)의 열매체유로를 일체로 연결하면 보일러(200)의 열량 제어 시스템을 이용할 수 있어 난방 및 온수 공급에 필요한 열량을 정교하게 제어할 수 있다.
또한 열매체 저장탱크(300) 내부에 축열된 열에너지를 난방 또는 온수에 이용하고, 난방 및 온수부하가 없는 경우에는 열병합발전기(100)만을 가동함으로써 열병합 발전 시스템 가동에 따른 비용을 절감할 수 있다.
10,100 : 열병합발전기 12,110 : 폐열회수 열교환기
14 : 냉각코일 16 : 냉각팬
20,300 : 열매체 저장탱크 30,200 : 보일러
40 : 내부 순환펌프 50 : 외부 순환펌프
210 : 주열교환기 220 : 버너
230 : 연소용 팬 240 : 삼방밸브
250 : 급탕열교환기 260 : 순환펌프
270 : 가스밸브 400 : 난방소요처
510 : 부하 감지부 520 : 온도 설정부
530 : 온도 감지부 600 : 제어부

Claims (5)

  1. 전기의 생산시 발생되는 폐열을 회수하기 위해 폐열회수 열교환기(110)를 구비한 열병합발전기(100);
    상기 폐열회수 열교환기(110)로부터 공급되어 온 열매체가 통과하는 주열교환기(210)와, 상기 주열교환기(210)에 연소열을 제공하는 버너(220) 측으로 공기를 공급하는 연소용 팬(230)이 구비된 보일러(200);
    상기 순환되는 열매체가 저장되고, 상기 저장된 열매체를 상기 열병합발전기(100)의 폐열회수 열교환기(110)로 공급하도록 연결된 열매체 저장탱크(300);를 구비한 소형 열병합 발전 시스템에 있어서,
    상기 열매체 저장탱크(300)에는 내부에 저장된 열매체의 온도를 측정하는 온도 감지부(530)가 구비되고;
    난방 및 온수부하가 없는 경우, 상기 온도 감지부(530)에서 측정된 열매체의 온도가 제1설정온도 이상이면, 상기 연소용 팬(230)을 회전시켜 상기 주열교환기(210)를 통과하는 열매체에 공기가 공급되도록 제어하는 제어부(600);를 포함하는 소형 열병합 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    난방 및 온수부하가 없는 경우 또는 온수모드시, 상기 열매체의 순환유로는, 상기 열매체 저장탱크(300), 상기 열매체 저장탱크(300) 내부의 열매체를 순환시키기 위해 상기 보일러(200) 내부에 설치된 순환펌프(260), 상기 순환펌프(260)에 연결된 상기 열병합발전기(100)의 폐열회수 열교환기(110), 상기 폐열회수 열교환기(110)와 연결되고 상기 보일러(200) 내부에 설치된 주열교환기(210), 상기 주열교환기(210)로부터 공급되어 온 열매체를 난방소요처(400) 및 급탕열교환기(250) 중 어느 하나로 선택적으로 공급하는 삼방밸브(240), 상기 삼방밸브(240)와 연결된 급탕열교환기(250)가 순차로 연결되어 열매체유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 소형 열병합 발전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    난방모드시, 상기 열매체의 순환유로는, 상기 열매체 저장탱크(300), 상기 열매체 저장탱크(300) 내부의 열매체를 순환시키기 위해 상기 보일러(200) 내부에 설치된 순환펌프(260), 상기 순환펌프(260)에 연결된 상기 열병합발전기(100)의 폐열회수 열교환기(110), 상기 폐열회수 열교환기(110)와 연결되고 상기 보일러(200) 내부에 설치된 주열교환기(210), 상기 주열교환기(210)로부터 공급되어 온 열매체를 난방소요처(400) 및 급탕열교환기(250) 중 어느 하나로 선택적으로 공급하는 삼방밸브(240), 상기 삼방밸브(240)와 연결된 난방소요처(400)가 순차로 연결되어 열매체유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 소형 열병합 발전 시스템.
  4. 전기의 생산시 발생되는 폐열을 회수하기 위해 폐열회수 열교환기(110)를 구비한 열병합발전기(100)가 가동되는 단계;
    상기 열병합발전기(100)의 폐열을 회수한 열매체가 상기 폐열회수 열교환기(110)에 연결된 보일러(200)를 경유하여 열매체 저장탱크(300)에 저장된 후에 상기 열병합발전기(100)의 폐열회수 열교환기(110)로 순환되는 단계; 및
    난방 및 온수부하가 없는 경우, 상기 열매체 저장탱크(300)에 저장된 열매체의 온도가 제1설정온도 이상이면, 상기 보일러(200) 내에 구비된 연소용 팬(230)을 회전시켜 상기 보일러(200)의 주열교환기(210)를 통과하는 열매체에 공기를 공급하는 단계;를 포함하는 소형 열병합 발전 시스템의 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연소용 팬(230)의 회전에 의해 상기 열매체 저장탱크(300)에 저장된 열매체의 온도가 제1설정온도보다 낮게 설정된 제2설정온도 이하가 되면, 상기 연소용 팬(230)의 회전이 중지되도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 열병합 발전 시스템의 제어방법.
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