KR101294737B1 - 열병합 발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 열병합 발전시스템은 섀시의 내부가 제어박스가 설치된 제어부 룸과 구동원이 설치된 구동부 룸으로 격벽에 의해 구획됨으로써, 구동원에서 발생된 열이 제어박스로 전달되는 것이 차단되어 제어박스의 과열이 방지되어 신뢰성이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 제어부 룸과 구동부 룸에 각각 별도의 외기를 공급하여 독립적으로 냉각시킴으로써 보다 효율적인 냉각이 이루어져 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
열병합, 엔진, 제어, PCB, 방열, 냉각, 복사열, 회수, 격벽

Description

열병합 발전시스템{Cogeneration system}
도 1은 종래 기술에 따른 열병합 발전시스템이 도시된 개략도,
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 열병합 발전유닛의 사시도,
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 열병합 발전유닛의 사시도,
도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전유닛의 사시도,
도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전 시스템이 냉방운전이고 급탕 모드일 때의 구성도,
도 6은 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전 시스템이 난방운전이고 비급탕 모드일 때의 구성도.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
50,70,90: 섀시 51,71,92: 발전기
52,72,93: 제어박스 53,73,91: 엔진
60: 격벽 61: 제어부 룸
62: 구동부 룸 63,74: 구동부 흡기구
64,75: 구동부 배기구 65,76: 배기덕트
66,77: 배기팬 67: 제어부 흡기구
68,82: 연결덕트 69,83: 시로코 팬
80: 흡기덕트 81: 배기덕트
94: 급탕 열교환기 95: 저탕조
100: 폐열회수기기 101: 배기가스 열교환기
102: 냉각수 열교환기 103: 복사열 열교환기
104: 냉각수 순환유로 106: 열매체 순환유로
109: 방열 열교환기 112: 팽창탱크
120: 폐열공급 열교환기 121: 압축기
122: 사방밸브 123: 실외 열교환기
124: 실외 팽창밸브 125: 실내 열교환기
126: 실내 팽창밸브
본 발명은 열병합 발전 시스템에 관한 것으로서, 특히 구동원에서 발생된 열이 PCB가 내장된 제어박스로 전달되는 것을 차단함과 아울러 외부공기가 제어박스로 공급되도록 구성됨으로써, 상기 제어박스의 과열을 방지하여 신뢰성을 향상시키고 시스템 효율을 증대시킬 수 있는 열병합 발전시스템에 관한 것이다.
일반적으로 열병합 발전시스템은 코제너레이션 시스템(Cogeneration system)이라고도 불리는 것으로, 하나의 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 생산하는 시스템이다.
도 1은 종래 기술에 따른 열병합 발전시스템이 도시된 개략도이다.
종래 기술에 따른 열병합 발전시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 전력을 생산하는 발전기(2)와, 상기 발전기(2)를 구동시킴과 아울러 열이 발생되는 엔진(4) 등의 구동원(이하, '엔진'이라 칭함)과, 상기 엔진(4)에서 발생된 폐열을 회수하는 폐열 회수장치와, 상기 폐열 회수장치의 폐열이 이용되는 축열조 등의 열 수요처(10)와, 상기 발전기 등의 작동을 제어하는 제어 박스(미도시)를 포함하여 구성된다.
상기 발전기(2)에서 생산된 전력은 가정의 각종 조명기구나 히트펌프식 공기조화기(12)등의 가전기기로 공급된다.
상기 히트펌프식 공기조화기(12)는 압축기와 사방밸브와 실외 열교환기가 설치된 실외기(14)와, 팽창기구와 실내 열교환기가 설치된 실내기(16)로 구성된다.
상기 폐열 회수장치는 상기 엔진(4)에서 배출되는 배기가스의 열을 빼앗는 배기가스 열교환기(6)와, 상기 엔진(4)을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗는 냉각수 열교환기(8)로 구성된다.
상기 배기가스 열교환기(6)는 상기 축열조 등의 열수요처(10)와 제 1열공급라인(18)으로 연결되고, 상기 냉각수 열교환기(8)는 상기 축열조 등의 열수요처(10)와 제 2열공급라인(20)으로 연결된다.
상기 발전기(2)와 상기 실외기(14)는 전력을 공급하기 위한 전력선(22)으로 연결된다.
상기와 같이 구성된 종래 기술에 따른 열병합 발전시스템의 작동을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 엔진(4)이 구동되면, 상기 엔진(4)의 구동력에 의해 상기 발전기(2)는 전력을 생산한다.
상기 발전기(2)에서 생산된 전력은 상기 전력선(22)을 통해 상기 히트펌프식 공기조화기(12)로 공급된다.
그리고, 상기 엔진(4)에서 발생된 폐열은 상기 배기가스 열교환기(6)와 상기 냉각수 열교환기(8)에서 회수된다.
상기 배기가스 열교환기(6)에서 회수된 폐열은 상기 제 1열공급라인(18)을 통해 상기 열수요처(10)로 전달되고, 상기 냉각수 열교환기(8)에서 회수된 폐열은 상기 제 2열공급라인(20)를 통해 상기 열수요처(10)으로 전달된다.
그러나, 종래 기술에 따른 열병합 발전시스템은 상기 엔진(4)과 발전기(2), 제어 박스(22)가 섀시로 이루어진 하나의 엔진룸(E)에 설치되기 때문에, 상기 엔진(4) 자체의 방열량에 의해 상기 엔진룸(E) 내부가 고온상태가 되면, 상기 제어 박스(22) 내부의 온도가 쉽게 상승하여 상기 제어 박스(22)내부에 있는 PCB(Printed Circuit Board)의 작동에 이상이 생기게 되고, 이로 인해 시스템의 신뢰성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 엔진룸 내부를 분리하여 각각 독립적으로 냉각시킴으로써 엔진룸의 과열을 방지함과 아울러, 시스템의 신뢰성 및 효율을 향상시킬 수 있는 열병합 발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전시스템은 전력을 발생시키는 발전기와, 상기 발전기를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과, 상기 구동원의 폐열을 회수하는 폐열회수기기와, 상기 발전기와 구동원과 폐열회수기기의 작동을 제어하는 제어박스가 설치된 섀시와; 상기 섀시의 내부 일측으로 공기를 유입하고 순환시켜, 상기 발전기와 상기 제어박스 중 적어도 어느 하나를 냉각시키는 제어부 냉각수단과; 상기 섀시의 내부 타측으로 공기를 유입하고 순환시켜, 상기 구동원과 상기 폐열회수기기 중 적어도 어느 하나를 냉각시키는 구동부 냉각수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 섀시는 상기 발전기와 제어박스가 설치된 제어부 룸과, 상기 구동원과 폐열회수기기가 설치된 구동부 룸으로 격벽에 의해 구획된 것을 특징으로 한다.
상기 구동부 냉각수단은 상기 구동부 룸으로 외부 공기가 흡입되도록 형성된 구동부 흡입구와, 상기 구동부 룸을 냉각시킨 공기를 외부로 배출하도록 형성된 구 동부 배기구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제어부 냉각수단은 상기 제어부 룸으로 외부 공기가 흡입되도록 형성된 제어부 흡입구와, 상기 제어부 룸을 냉각시킨 공기를 외부로 배출하도록 형성된 제어부 배기구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제어부 냉각수단은 상기 제어부 룸으로 외부 공기가 흡입되도록 형성된 제어부 흡입구와, 상기 제어부 룸을 냉각시킨 공기를 상기 구동부 룸으로 보내도록 상기 제어부 룸과 상기 구동부 룸을 연결하는 연결덕트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 연결덕트에는 상기 제어부 룸을 냉각시킨 공기를 상기 구동부 룸으로 강제송풍시키는 시로코 팬이 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 제어부 냉각수단은 상기 제어박스 내부로 외부 공기가 흡입되도록 형성된 흡기덕트와, 상기 제어박스를 냉각시킨 공기를 상기 제어박스의 외부로 배출시키도록 형성된 배기덕트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 배기덕트에는 상기 배기덕트를 통과한 공기를 상기 구동원을 향해 배출시키도록 연결덕트가 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 연결덕트는 상기 발전기의 측면에 접하도록 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 연결덕트에는 상기 배기덕트를 통과한 공기를 상기 구동원을 향해 강제송풍시키는 시로코 팬이 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 열병합 발전 시스템은 상기 구동원을 냉각시킨 공기와 열교환하여 상기 구동원의 복사열을 회수하는 복사열 회수기기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 폐열회수기기는 상기 구동원의 배기가스 열을 회수하는 배기가스 열교환기와, 상기 구동원을 냉각시킨 냉각수의 열을 회수하는 냉각수 열교환기와, 상기 구동원의 복사열을 회수하는 복사열 열교환기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 복사열 열교환기는 상기 구동원을 냉각시킨 공기를 상기 섀시의 외부로 배출시키도록 형성된 구동부 배기구측에 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 열병합 발전시스템은 상기 폐열회수기기에서 회수된 열을 열수요처로 전달하는 폐열공급열교환기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 폐열회수기기는 상기 배기가스 열교환기와 냉각수 열교환기와 상기 복사열 열교환기 중 적어도 하나의 열을 상기 폐열공급열교환기로 전달하도록 형성된 열매체 순환유로와, 상기 열매체를 순환 펌핑시키도록 설치된 열매체 순환펌프를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 전력을 발생시키는 발전기와, 상기 발전기를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과, 상기 구동원의 복사열을 회수하는 복사열 열교환기와, 상기 복사열 열교환기로부터 회수된 폐열을 열수요처로 공급하는 폐열공급 열교환기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 열병합 발전유닛의 사시도이다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 구동원 및 발전기(51) 등이 내장된 열병합 발전유닛(EN)과, 상기 열병합 발전유닛(EN)에서 생산된 전기와 열이 활용되는 열수요처(미도시)를 포함하여 구성된다.
상기 열수요처(미도시)는 냉방 또는 난방으로 운전될 수 있는 히트펌프식 공기조화기나, 급탕조등이 사용될 수 있다.
상기 열병합 발전유닛(EN)은 전력을 발생시키는 발전기(51)와, 상기 발전기(51)를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과, 상기 구동원의 폐열을 회수하는 폐열회수기기(미도시)와, 상기 발전기(51)와 구동원과 폐열회수기기(미도시)의 작동을 제어하는 제어박스(52)와, 상기 폐열회수기기(미도시)로부터 회수된 폐열을 상기 열수요처(미도시)로 공급하는 폐열공급열교환기(미도시)와, 상기 폐열회수기기(미도시)로부터 회수된 폐열을 외부로 방열시키는 방열기기(미도시)를 포함하여 구성된다.
상기 구동원은 연료전지로 이루어지거나, 가스 또는 석유 등 화석 연료를 이용하여 운전되는 엔진(53)으로 이루어지는 것도 가능한 바, 이하 엔진(53)으로 한정하여 설명한다.
상기 발전기(51)는 교류 발전기와 직류 발전기 중 어느 하나로서, 상기 엔진(53)의 출력축에 회전자가 연결되어 상기 출력축의 회전시 전력을 생산하도록 구성된다.
상기 제어박스(52)에는 상기 열병합 발전시스템의 작동을 제어하는 다수개의 PCB가 내장된다.
상기 폐열회수기기(미도시)는 상기 엔진(53)의 배기가스 배기관(53a)에 설치되어 배기가스로부터 폐열을 회수하는 배기가스 열교환기와, 상기 엔진(53)을 냉각시킨 냉각수로부터 폐열을 회수하는 냉각수 열교환기로 구성된다.
여기서, 상기 발전기(51)와 엔진(53)과 폐열회수기기(미도시), 제어박스(52)는 하나의 섀시(50) 내부에 설치된다.
그리고, 상기 폐열공급열교환기(미도시)와 상기 방열기기(미도시)는 상기 섀시(50)의 내부에 설치되는 것도 가능하고, 상기 섀시(50)의 외부에 설치되는 것도 가능한 바, 여기서는 상기 섀시(50)의 외부에 설치된 것으로 한정하여 설명한다.
한편, 상기 섀시(50)는 상기 발전기(51)와 제어박스(52)가 설치된 제어부 룸(61)과, 상기 엔진(53)과 폐열회수기기(미도시)가 설치된 구동부 룸(62)으로 격벽(60)에 의해 구획된다.
그리고, 상기 섀시(50)의 내부를 공기에 의해 냉각시키는 냉각수단은 상기 제어부 룸(61)을 냉각시키는 제어부 냉각수단과, 상기 구동부 룸(62)을 냉각시키는 구동부 냉각수단으로 구분된다.
상기 제어부 냉각수단은 상기 섀시(50)의 내부 일측으로 외부 공기를 유입하고 순환시켜 상기 발전기(51)와 상기 제어박스(52)를 냉각시키도록 구성되고, 상기 구동부 냉각수단은 상기 섀시(50)의 내부 타측으로 외부 공기를 유입하고 순환시켜 상기 엔진(53)과 폐열회수기기(미도시)를 냉각시키도록 구성된다.
상기 구동부 냉각수단은 상기 구동부 룸(62)으로 외부 공기가 흡입되도록 형성된 구동부 흡입구(63)와, 상기 구동부 룸(62)을 냉각시킨 공기를 외부로 배출하도록 형성된 구동부 배기구(64)로 구성된다.
여기서, 상기 구동부 흡입구(63)와 상기 구동부 배기구(64)는 각각 상기 섀시(50)의 상면에 형성되는 것으로 한정하여 설명하나, 상기 실시예에 한정되지 않고 다른 위치에 형성되는 것도 가능하다.
상기 구동부 배기구(64)측에는 상기 구동부 룸(62)의 공기를 외부로 안내하도록 형성된 배기덕트(65)가 구비되고, 상기 배기덕트(65)의 내부에는 공기를 강제 송풍시키는 배기팬(66)이 설치된다.
한편, 상기 제어부 냉각수단은 상기 제어부 룸(61)으로 외부 공기가 흡입되도록 형성된 제어부 흡입구(67)와, 상기 제어부 룸(61)을 냉각시킨 공기를 상기 구동부 룸(62)으로 보내도록 상기 제어부 룸(61)과 상기 구동부 룸(62)을 연결하는 연결덕트(68)를 포함하여 구성된다.
여기서는 상기 제어부 룸(61)을 냉각시킨 공기를 상기 구동부 룸(62)으로 보내는 것으로 한정하여 설명하나, 상기 실시예에 한정되지 않고 상기 제어부 룸(61)을 냉각시킨 공기를 외부로 배출하는 제어부 배기구(미도시)를 형성하여, 외부로 배출시키는 것도 가능하다.
그리고, 상기 제어부 흡입구(67)는 상기 섀시(50)의 일측면에 소정간격 이격되게 복수개가 형성되되, 상기 제어박스(67)를 향하도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 연결덕트(68)에는 상기 제어부 룸(61)을 냉각시킨 공기가 유입되는 덕트유입구(68a)가 형성되고, 내부에는 상기 구동부 룸(62)으로 강제송풍시키는 시로코 팬(69)이 설치된다.
여기서, 상기 시로코 팬(69)은 상기 엔진(53)의 출력축에 결합된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제 1실시예에 따른 열병합 발전시스템에서 열병합 발전유닛의 냉각방법을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 구동부 흡입구(63)로 유입된 외부 공기는 상기 구동부 룸(62)을 순환하면서 상기 엔진(53)과 상기 엔진(53)의 배기관(53a)의 열을 식히게 된다.
상기 구동부 룸(62)을 냉각시킨 후 온도가 상승된 공기는 상기 배기팬(66)에 의해 송풍되어, 상기 배기덕트(65)와 상기 구동부 배기구(64)를 통해 외부로 배출된다.
그리고, 상기 제어부 흡입구(67)로 유입된 외부 공기는 상기 제어부 룸(61)을 순환하면서 상기 제어박스(52)와 상기 발전기(51)의 열을 1차로 식히게 된다.
이후, 공기는 상기 시로코 팬(69)의 작동에 의해 상기 연결덕트(68)로 유입되게 되고, 상기 연결덕트(68)를 통해 상기 구동부 룸(62)으로 들어가게 된다.
상기 구동부 룸(62)으로 들어간 공기는 상기 구동부 룸(61)을 순환하면서 상기 구동부 룸(62)의 열을 2차로 식히게 된다.
즉, 일반적으로 상기 제어부 룸(61)의 온도가 상기 구동부 룸(62)의 온도보다 낮기 때문에, 상기 제어부 룸(61)을 냉각시킨 공기는 상기 구동부 룸(621)으로 유입되어 상기 구동부 룸(61)을 냉각시킬 수 있다.
상기 구동부 룸(61)을 냉각시킨 공기는 상기 구동부 배기구(64)를 통해 외부로 배출된다.
따라서, 상기 제어부 룸(61)과 상기 구동부 룸(62)이 구획되어 독립적으로 냉각되기 때문에, 상기 엔진(53)의 열이 상기 제어박스(52)와 상기 발전기(51)에 전달되는 것이 방지될 뿐만 아니라, 상기 제어박스(52)의 열을 효과적으로 방열할 수 있게 된다.
한편, 도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 열병합 발전유닛의 사시도이다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 열병합 발전유닛은 섀시(70)의 내부에 발전기(71)와 엔진(73)과 폐열회수기기(미도시)와 제어박스(72)가 모두 설치되고, 상기 섀시(70)의 내부 일측으로 공기를 유입하고 순환시켜, 상기 발전기(71)와 상기 제어박스(72)를 냉각시키는 제어부 냉각수단과, 상기 섀시(70)의 내부 타측으로 공기를 유입하고 순환시켜, 상기 엔진(73)과 상기 폐열회수기기(미도시)를 냉각시키는 구동부 냉각수단을 포함하여 구성된다.
상기 구동부 냉각수단은 상기 엔진(73)을 향해 외부 공기가 흡입되도록 형성된 구동부 흡입구(74)와, 상기 섀시(70) 내부를 냉각시킨 공기를 외부로 배출하도록 형성된 구동부 배기구(75)로 구성된다.
여기서, 상기 구동부 흡입구(74)와 상기 구동부 배기구(75)의 위치는 상기 실시예에 한정되지 않고 다른 위치에 형성되는 것도 가능하다.
상기 구동부 배기구(75)측에는 상기 섀시(70) 내부의 공기를 외부로 안내하도록 형성된 배기덕트(76)가 구비되고, 상기 배기덕트(76)의 내부에는 공기를 강제 송풍시키는 배기팬(77)이 설치된다.
한편, 상기 제어부 냉각수단은 상기 제어박스(72) 내부로 외부 공기가 직접 흡입되도록 형성된 흡기덕트(80)와, 상기 제어박스(72)를 냉각시킨 공기를 상기 제어박스(72)의 외부로 배출시키도록 형성된 배기덕트(81)로 구성된다.
상기 배기덕트(81)에는 상기 배기덕트(81)를 통과한 공기를 상기 엔진(73)을 향해 배출시키도록 연결덕트(82)가 연결된다.
상기 연결덕트(82)는 상기 발전기(71)의 열을 식힐 수 있도록 상기 발전기(71)의 하측면에 접하도록 형성되는 것이 바람직하다
상기 연결덕트(82)에는 상기 배기덕트(81)를 통과한 공기를 상기 엔진(73)을 향해 강제송풍시키는 시로코 팬(83)이 설치되는 바, 상기 엔진(73)의 출력축에 연결된다.
여기서, 상기 흡기덕트(80)는 상기 제어박스(72)의 상측에 연결되고, 상기 배기덕트(81), 상기 연결덕트(82)는 상기 제어박스(72)보다 하측에 위치되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제 2실시예에 따른 열병합 발전시스템에서 열병합 발전유닛의 냉각방법을 살펴보면 다음과 같다.
상기 흡기덕트(80)를 통해 상기 제어박스(72)의 내부로 외부 공기가 직접 흡입된다.
이 때, 상기 시로코 팬(83)의 작동에 의해 공기의 흐름이 하측으로 유도되므로, 공기는 상기 제어박스(72) 내부를 통과하게 된다.
상기 제어박스(72) 내부를 통과하는 공기에 의해 상기 제어박스(72)의 열이 식혀지게 되고, 상기 제어박스(72)의 열을 식힌 공기는 상기 연결덕트(82)를 통과하게 된다.
상기 연결덕트(82)를 통과하는 공기는 상기 발전기(71)의 하부를 식힌 후, 상기 시로코 팬(83)을 통해 상기 엔진(73)측으로 배출된다.
상기 엔진(73)측으로 배출된 공기는 상기 구동부 흡입구(74)로 유입된 외부공기와 함께 상기 섀시(70)의 내부를 순환하면서, 상기 엔진(73)과 상기 엔진(73)의 배기관(73a)의 열을 식히게 된다.
상기 엔진(73)의 열을 식힌 공기는 상기 배기팬(77)에 의해 송풍되어, 상기 배기덕트(76)와 상기 구동부 배기구(75)를 통해 외부로 배출된다.
따라서, 외부공기가 상기 제어박스(72) 내부로 직접 흡입되기 때문에, 상기 제어박스(72)의 열을 효과적으로 방열할 수 있게 된다.
한편, 상기 열병합 발전시스템의 나머지 구성 및 작용은 본 발명의 제 1실시예와 동일하므로, 기타 상세한 설명은 생략한다.
한편, 도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전유닛의 사시도이다.
본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 유닛은 도 4에 도시된 바와 같이, 섀시(90)의 내부에 엔진(91)과 발전기(92)와 폐열회수기기(100)와 제어박스(93)와 구 동부 냉각수단과 제어부 냉각수단이 설치되고, 상기 폐열회수기기(100)는 상기 엔진(91)의 배기가스 열을 회수하는 배기가스 열교환기(101)와, 상기 엔진(91)을 냉각시킨 냉각수의 열을 회수하는 냉각수 열교환기(102)와, 상기 엔진(91)을 냉각시킨 공기와 열교환하여 상기 엔진(91)의 복사열을 회수하는 복사열 열교환기(103)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 구동부 냉각수단과 제어부 냉각수단의 구성 및 작용은 본 발명의 제 2실시예와 동일하므로, 동일부호를 사용하고 기타 상세한 설명은 생략한다
상기 복사열 열교환기(103)는 상기 배기가스 열교환기(101)와 상기 냉각수 열교환기(102)의 열을 회수하는 열매체와 상기 섀시(90) 내부를 냉각시킨 공기를 열교환시키도록 다수개의 핀이 구비된 핀형 열교환기이다.
상기 복사열 열교환기(103)는 상기 섀시(90) 내부를 냉각시킨 공기를 상기 섀시(90)의 외부로 배출시키도록 형성된 구동부 배기구(75)측에 설치된다.
한편, 도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전 시스템이 냉방운전이고 급탕 모드일 때의 구성도이고, 도 6은 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전 시스템이 난방운전이고 비급탕 모드일 때의 구성도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 열병합 발전 시스템은 상기 열병합 발전 유닛(EN)과, 상기 열병합 발전유닛(EN)으로부터 폐열을 공급받는 히트펌프식 공기조화기와, 상기 열병합 발전유닛(EN)으로부터 공급된 폐열을 외부로 방출시키는 방열유닛(EX)을 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 열병합 발전유닛(EN)과 상기 히트펌프식 공기조화기사이에는 상기 폐열회수기기(100)에서 회수된 열을 상기 히트펌프식 공기조화기로 전달하는 폐열공급 열교환기(120)가 설치된다.
상기 열병합 발전유닛은 상기 엔진(91)과 발전기(92)와 폐열회수기기(100)를 포함하되, 물을 가열하도록 설치된 급탕 열교환기(94)를 더 포함한다.
상기 발전기(92)는 전력선(92a)에 의해 상기 히트펌프식 공기조화기와 연결된다.
상기 엔진(91)에는 연료가 주입되는 연료 주입구(91b)와, 외부 공기가 흡입되는 흡기구(91c)와, 상기 엔진(91)에서 배기된 배기가스가 통과하는 배기구(91a)가 설치된다.
상기 냉각수 열교환기(102)는 상기 엔진(91)과 냉각수 순환유로(103)에 의해 연결되고, 상기 냉각수 순환유로(104)상에는 냉각수 순환펌프(105)가 설치된다.
한편, 상기 복사열 열교환기(103)는 상기 배기가스 열교환기(101)와 냉각수 열교환기(102)로부터 열을 회수하는 열매체가 순환하는 열매체 순환유로(106)상에 설치된다.
이 때, 상기 열매체 순환유로(106)상는 상기 열매체가 상기 복사열 열교환기(103), 배기가스 열교환기(101), 냉각수 열교환기(102)를 차례로 통과하도록 형성된다.
상기 급탕 열교환기(94)에는 상기 급탕 열교환기(94)로 물을 공급하는 급탕부가 연결되는 바, 상기 급탕부는 물이 저장되는 저탕조(95)와, 상기 저탕조(95)와 상기 급탕 열교환기(94)를 연결하는 물 순환유로(97)로 구성된다.
상기 물 순환유로(97)상에는 물을 상기 저탕조(95)로 순환 펌핑시키는 저탕조 펌프(98)가 설치된다.
상기 물 순환유로(97)에는 외부의 물을 급수하는 급수유로(99)가 연결되고, 상기 급수유로(99)에는 상기 물 순환유로(97)이 물이 상기 급수유로(99)를 통해 역류하지 않도록 역지변(99a)이 설치되며, 물을 상기 급수유로(99)로 펌핑시키는 급수펌프(99b)가 설치된다.
상기 물 순환유로(97)에는 상기 저탕조(95)에서 상기 물 순환유로(97)로 공급된 물이 상기 급탕 열교환기(94)를 바이패스할 수 있도록 급탕 열교환기 바이패스유로(107)가 연결되고, 연결부분에는 급탕 열교환기 바이패스밸브(108)가 설치된다.
또한, 상기 물 순환유로(97)에는 상기 저탕조 펌프(98)와 상기 급탕 열교환기 바이패스밸브(108)의 사이에 역지변(97a)이 설치된다.
한편, 상기 방열유닛(EX)은 상기 열병합 발전유닛(EN)과 상기 히트펌프식 공기조화기사이에 위치되어, 상기 폐열회수기기(100)에서 회수된 열의 전부 혹은 일부를 필요에 따라 외부로 방열시키는 방열 열교환기(109)와, 방열팬(110)이 설치된다.
상기 방열 열교환기(109)는 상기 열매체 순환유로(106)상에 방열유로(111)로 연결되고, 상기 열매체 순환유로(106)와 상기 방열유로(111) 사이에는 팽창 탱크(112)가 연결된다.
상기 방열유로(111)상에는 상기 방열 열교환기(109)를 바이패스하도록 상기 방열 열교환기 바이패스유로(113)가 형성되고, 상기 방열유로(111)와 상기 방열 열교환기 바이패스유로(113)의 연결부분에는 상기 방열 열교환기 바이패스밸브(114)가 설치된다.
또한, 상기 방열유로(111)의 출구측에는 상기 방열 열교환기(109)를 통과한 열매체가 상기 폐열공급 열교환기(120)를 바이패스하도록 상기 폐열공급열교환기 바이패스유로(115)와, 상기 폐열공급열교환기 바이패스밸브(116)가 설치된다.
한편, 상기 히트펌프식 공기조화기는 실외기(O)와 실내기(I)로 이루어지는 바, 하나의 실외기(O)에 하나의 실내기(I)가 연결되는 것도 가능하고, 하나의 실외기(O)에 복수개의 실내기(I)가 병렬로 연결되는 것도 가능하고, 복수개의 실외기(O)가 병렬로 연결되고 복수개의 실내기(I)가 병렬로 연결되는 것도 가능하다.
상기 실외기(O)에는 압축기(121)와 사방밸브(122)와 실외 열교환기(123)와 실외 팽창밸브(124)가 설치되고, 상기 실내기(I)에는 실내 열교환기(125)와 실내 팽창밸브(126)가 설치된다.
그리고, 상기 실외기(O)는 냉매가 상기 실외 열교환기(123)를 바이패스하도록 실외 열교환기 바이패스수단을 더 포함한다.
상기 실외 열교환기 바이패스수단은 냉방 혹은 난방시 상기 실외 열교환기(123)의 입구측에 연결되는 냉매 유로에 일단이 연결되고 상기 실외 열교환기(123)의 출구측에 연결되는 냉매 유로에 타단이 연결된 실외 열교환기 바이패스유로(127)를 포함하여 구성된다.
상기 실외 열교환기 바이패스유로(127)에는 상기 실외 팽창밸브(124)가 설치 되고, 상기 히트펌프식 공기조화기의 냉방시 상기 실외 열교환기 바이패스유로(127)로 유입된 냉매가 상기 실외 팽창밸브(124)를 바이패스 할 수 있도록 실외 팽창밸브 바이패스유로(128)가 형성된다.
상기 실외 팽창밸브 바이패스유로(128)에는 상기 히트 펌프식 공기조화기의 냉방시 냉매가 통과하고 상기 히트펌프식 공기조화기의 난방 운전시 냉매가 막혀서 실외 팽창밸브(124)를 통과되게 하는 역지변(128a)이 설치된다.
상기 실외열교환기 바이패스유로(127)에는 상기 실외열교환기 바이패스유로(127)를 개폐하는 실외열교환기 바이패스유로 개폐밸브(129)가 설치된다
상기 실외열교환기 바이패스수단은 난방 운전시 상기 실외 열교환기(123)의 출구측에 연결된 냉매 유로에 설치된 실외열교환기 개폐밸브(130)를 포함하여 구성된다.
상기 실외열교환기 바이패스수단은 난방시 상기 실외 열교환기(123)의 입구측에 연결된 냉매 유로와 상기 실외 열교환기 바이패스유로(127)를 연결하는 연결유로(131)와, 상기 연결유로(131)를 개폐하는 연결유로 개폐밸브(132)를 더 포함하여 구성된다.
상기 실외열교환기 바이패스수단는 상기 히트 펌프식 공기조화기의 난방 운전시 상기 실외 열교환기(123)의 입구측에 연결된 냉매 유로에, 냉매가 상기 실외 팽창밸브(124)를 통과하지 않고 상기 실외 열교환기(123)로 유입되는 것을 막는 역지변(123a)이 설치된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제 3실시예에 따른 열병합 발전시스템의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 엔진(91)이 구동되면, 상기 발전기(92)는 전력을 생산하고 생산된 전력은 상기 전력선(92a)을 통해 상기 히트펌프식 공기조화기로 공급된다.
그리고, 상기 열매체는 상기 복사열 열교환기(103), 상기 배기가스 열교환기(101), 상기 냉각수 열교환기(102)를 차례로 순환하면서, 상기 엔진의 복사열, 배기가스 열, 냉각수 열을 모두 회수한다.
이 때, 상기 히트펌프식 공기조화기가 냉방운전이고 급탕요구가 있으면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 복사열 열교환기(103), 상기 배기가스 열교환기(101), 상기 냉각수 열교환기(102)로부터 열을 회수한 열매체가 상기 급탕 열교환기(94)로 순환하도록 제어한다.
상기 급탕 열교환기(94)를 통과한 열매체는 상기 방열 열교환기 바이패스유로(113)를 통해 상기 방열 열교환기(113)를 바이패스하고, 상기 폐열공급 열교환기(120)로 유입되도록 제어한다.
또한, 상기 히트펌프식 공기조화기에서는 상기 압축기(121)에서 압축된 냉매가 상기 폐열공급 열교환기(120)를 통과한 뒤, 상기 실외 열교환기 바이패스유로(127)를 통해 유입되어 상기 실외 열교환기(123)를 바이패스 하도록 제어한다.
상기 실외 열교환기(123)를 바이패스한 냉매는 상기 실내 팽창밸브(126), 실내 열교환기(125)를 거친 후, 상기 사방밸브(122)를 통해 상기 압축기(121)로 순환된다.
한편, 상기 히트펌프식 공기조화기가 난방운전이고 급탕요구가 없을 때는, 도 6에 도시된 바와 같다.
상기 복사열 열교환기(103), 상기 배기가스 열교환기(101), 상기 냉각수 열교환기(102)를 차례로 통과하면서 상기 엔진(91)의 열을 회수한 열매체는 상기 급탕 열교환기(94)를 바이패스한다.
상기 급탕 열교환기(94)를 바이패스한 열매체는 상기 폐열공급 열교환기(120)로 유입되어, 상기 폐열공급 열교환기(120)에 열을 공급하게 된다.
또한, 상기 히트펌프식 공기조화기에서는 상기 압축기(121)에서 압축된 냉매는 상기 실내 열교환기(125), 상기 실내 팽창밸브(126)를 통과한 뒤, 상기 실외 열교환기 바이패스유로(127)를 통해 상기 폐열공급 열교환기(120)로 유입되도록 제어한다.
상기 냉매는 상기 폐열공급 열교환기(120)에서 증발되고, 상기 실내 열교환기(125)에서 응축되면서 실내를 난방시키게 된다.
따라서, 상기 열매체가 상기 엔진(91)에서 방출하는 복사열까지 회수함으로써, 상기 엔진(91)의 열 회수율이 높아지고 시스템 효율이 증대된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열병합 발전시스템은 섀시의 내부가 제어박스가 설치된 제어부 룸과 구동원이 설치된 구동부 룸으로 격벽에 의해 구획됨으로써, 구동원에서 발생된 열이 제어박스로 전달되는 것이 차단되어 제어박스의 과열이 방지되어 신뢰성이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 제어부 룸과 구동부 룸에 각각 별도의 외기를 공급하여 독립적으로 냉각시킴으로써 보다 효율적인 냉각이 이루어져 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 흡기구와 격벽 등이 추가됨으로써 공기의 유로가 복잡해지기 때문에, 소음을 저감시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 외부공기를 제어박스의 내부로 직접 공급하는 흡기덕트가 설치됨으로써, 제어박스의 열을 보다 효과적으로 방열시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 엔진의 복사열을 회수하는 복사열 열교환기가 구비됨으로써, 열회수 효율 및 시스템 효율이 증대될 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 전력을 발생시키는 발전기와, 상기 발전기를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과, 상기 구동원의 폐열을 회수하는 폐열회수기기와, 상기 발전기와 구동원과 폐열회수기기의 작동을 제어하는 제어박스가 설치된 섀시를 포함하고,
    상기 섀시는 상기 발전기와 제어박스가 설치된 제어부 룸과, 상기 구동원과 폐열회수기기가 설치된 구동부 룸으로 격벽에 의해 구획되며,
    외부 공기를 상기 제어부 룸으로 흡입시켜, 상기 발전기와 상기 제어박스를 냉각시키는 제어부 냉각수단과;
    외부 공기를 상기 구동부 룸으로 흡입시켜, 상기 구동원과 상기 폐열회수기기를 냉각시키는 구동부 냉각수단을 더 포함하는 열병합 발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동부 냉각수단은 상기 구동부 룸으로 외부 공기가 흡입되도록 형성된 구동부 흡입구와, 상기 구동부 룸을 냉각시킨 공기를 외부로 배출하도록 형성된 구동부 배기구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전시스템.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부 냉각수단은 상기 제어부 룸으로 외부 공기가 흡입되도록 형성된 제어부 흡입구와, 상기 제어부 룸을 냉각시킨 공기를 외부로 배출하도록 형성된 제어부 배기구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부 냉각수단은 상기 제어부 룸으로 외부 공기가 흡입되도록 형성된 제어부 흡입구와, 상기 제어부 룸을 냉각시킨 공기를 상기 구동부 룸으로 보내도록 상기 제어부 룸과 상기 구동부 룸을 연결하는 연결덕트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 연결덕트에는 상기 제어부 룸을 냉각시킨 공기를 상기 구동부 룸으로 강제송풍시키는 시로코 팬이 설치된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부 냉각수단은 상기 제어박스 내부로 외부 공기가 흡입되도록 형성된 흡기덕트와, 상기 제어박스를 냉각시킨 공기를 상기 제어박스의 외부로 배출시키도록 형성된 배기덕트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 배기덕트에는 상기 배기덕트를 통과한 공기를 상기 구동원을 향해 배출시키도록 연결덕트가 연결된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 연결덕트는 상기 발전기의 측면에 접하도록 형성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 연결덕트에는 상기 배기덕트를 통과한 공기를 상기 구동원을 향해 강제송풍시키는 시로코 팬이 설치된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 열병합 발전 시스템은 상기 구동원을 냉각시킨 공기와 열교환하여 상기 구동원의 복사열을 회수하는 복사열 회수기기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 폐열회수기기는 상기 구동원의 배기가스 열을 회수하는 배기가스 열교환기와, 상기 구동원을 냉각시킨 냉각수의 열을 회수하는 냉각수 열교환기와, 상기 구동원의 복사열을 회수하는 복사열 열교환기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 복사열 열교환기는 상기 구동원을 냉각시킨 공기를 상기 섀시의 외부로 배출시키도록 형성된 구동부 배기구측에 설치된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 열병합 발전시스템은 상기 폐열회수기기에서 회수된 열을 열수요처로 전달하는 폐열공급열교환기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 폐열회수기기는 상기 배기가스 열교환기와 냉각수 열교환기와 상기 복사열 열교환기 중 적어도 하나의 열을 상기 폐열공급열교환기로 전달하도록 형성된 열매체 순환유로와, 상기 열매체를 순환 펌핑시키도록 설치된 열매체 순환펌프를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  16. 전력을 발생시키는 발전기와;
    상기 발전기를 구동시킴과 아울러 열을 발생시키는 구동원과;
    상기 구동원의 복사열을 회수하는 복사열 열교환기와;
    상기 복사열 열교환기로부터 회수된 폐열을 열수요처로 공급하는 폐열공급 열교환기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
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