KR101416935B1

KR101416935B1 - 열병합 발전 시스템

Info

Publication number: KR101416935B1
Application number: KR1020080001843A
Authority: KR
Inventors: 김철민; 박일웅
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2014-07-08
Also published as: KR20090076088A

Abstract

본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은, 전력과 함께 열을 발생시키는 열병합 발전기와; 열전달 유체가 지표와 열교환되는 지표 열교환 수단과; 냉매가 통과하면서 응축되는 응축 유로와, 상기 열병합 발전기에서 회수된 열이 방열되는 방열 유로와, 상기 지표와 열교환된 열전달 유체가 상기 냉매를 응축시킬 수 있고 상기 열을 방열시키도록 통과하는 냉각 유로가 함께 형성된 응축/방열 열교환기를 포함하여, 냉매의 응축과 폐열이 하나의 열교환기에서 이루어지므로, 부품수가 최소화되고 구조가 간단한 이점이 있고, 냉매의 응축시키고 폐열을 흡수하는 열전달유체가 지표와 열교환되므로, 응축/방열 열교환기로 실외 공기를 송풍시킬 필요가 없어, 설치 편의성이 증대되는 이점이 있다.

열병합 발전 시스템, 열병합 잘전기, 지표, 열전달 유체, 응축 유로, 방열 유로, 냉각 유로

Description

열병합 발전 시스템{Co-generation system}

본 발명은 전력을 생산하고 전력 생산시 발생된 열을 물의 가열 등에 이용하는 열병합 발전 시스템에 관한 것으로서, 특히 지표열을 이용하여 하나의 열교환기에서 냉매의 응축과 폐열의 방열이 함께 이루어지는 열병합 발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 열병합 발전 시스템은, 화석 연료 등을 이용하여 전력을 생산한 후 생산된 전력을 조명 등의 전력 소비처로 공급하고, 전력 생산시 발생된 열을 열 소비처에 이용하는 기기이다.

등록특허공보 10-0644830호에는 엔진이 발전기를 구동시키고, 발전기에서 생산된 전력이 공기조화기에 사용하며, 엔진에서 발생된 열을 이용하여 공기조화기의 냉매를 증발시키는 열병합 발전 시스템이 개시되어 있다.

등록특허공보 10-0644830호에 개시된 열병합 발전 시스템은, 공기조화기가 압축기와 사방밸브와 실내 열교환기와 팽창기구와 실외 열교환기를 포함하는 히트 펌프식 공기조화기로 이루어지고, 히트 펌프식 공기조화기의 난방 운전시 냉매가 실외 열교환기를 바이패스하는 바이패스 유로와, 엔진에서 발생된 열이 실외 열교환기를 바이패스한 냉매를 증발시키는 제 2 실외 열교환기와, 엔진에서 발생된 열을 방열하는 방열 열교환기와, 방열 열교환기로 실외 공기를 송풍시키는 방열 팬 등을 포함한다.

그러나, 종래 기술에 따른 열병합 발전시스템은, 방열 열교환기와 실외 열교환기와 별도로 구성되어 부품수가 많고, 구조가 복잡한 문제점이 있고, 방열 팬이 실외 공기를 방열 열교환기로 송풍시키므로, 방열 열교환기가 실외에 위치되는 유닛에 설치되어야 하고, 설치 편의성이 낮은 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 지표와 열교환된 열전달 유체가 하나의 열교환기에서 냉매를 응축하고, 열병합 발전기의 폐열을 방열시켜 구조가 간단하고, 설치 편의성이 증대되는 열병합 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 전력과 함께 열을 발생시키는 열병합 발전기와; 열전달 유체가 지표와 열교환되는 지표 열교환 수단과; 냉매가 통과하면서 응축되는 응축 유로와, 상기 열병합 발전기에서 회수된 열이 방열되는 방열 유로와, 상기 지표와 열교환된 열전달 유체가 상기 냉매를 응축시킬 수 있고 상기 열병합 발전기에서 회수된 열을 방열시키도록 통과하는 냉각 유로가 함께 형성된 응축/방열 열교환기를 포함한다.

상기 냉각 유로는 상기 열전달 유체가 상기 응축 유로의 냉매를 먼저 냉각시킨 후 상기 방열 유로의 열매체를 냉각시키게 형성된다.

상기 지표 열교환수단는 물이 지표와 열교환되는 지표 열교환기와; 상기 물이 지표 열교환기와 응축/방열 열교환기의 냉각 유로를 순환하게 형성된 물 순환 유로와; 상기 물 순환 유로에 설치된 물 순환 펌프를 포함하한다.

본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 급탕에 이용되는 물을 공급하는 급탕기구와; 상기 열병합 발전기에서 회수된 열이 냉매를 증발시킬 수 있고 상기 급탕에 이용되는 물을 가열할 수 있도록 설치된 증발/급탕 열교환기를 더 포함한다.

본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 냉매를 압축하는 압축기와; 실내를 공조시키도록 설치된 실내 열교환기와; 냉매를 팽창시키도록 설치된 팽창기구와; 냉방 운전시 상기 압축기에서 압축된 냉매가 응축/방열 열교환기와 팽창 기구와 실내 열교환기를 통과하여 압축기로 순환되게 하고, 난방 운전시 상기 압축기에서 압축된 냉매가 실내 열교환기와 팽창 기구와 증발/급탕 열교환기를 통과하여 압축기로 순환되도록 냉매를 조절하는 냉매조절수단과; 상기 열병합 발전기에서 열을 회수하여 상기 응축/방열 열교환기와 증발/급탕 열교환기 중 적어도 하나로 전달하는 열전달수단을 포함한다.

상기 냉매조절수단은 냉방 운전시 상기 압축기에서 토출된 냉매가 상기 응축 /방열 열교환기에 형성된 응축 유로를 향해 이동되게 함과 아울러 상기 실내열교환기를 통과한 냉매가 상기 압축기를 향해 이동되게 하고, 난방 운전시, 상기 압축기에서 토출된 냉매가 상기 실내열교환기를 향해 이동되게 함과 아울러 상기 증발/급탕 열교환기에 형성된 증발 유로를 통과한 냉매가 상기 압축기를 향해 이동되게 하도록 설치된 냉/난방 절환밸브를 포함한다.

상기 냉매조절수단은 냉방 운전시 상기 냉/난방 절환밸브를 통과한 냉매가 상기 응축 유로를 향해 이동되게 함과 아울러 상기 증발 유로를 향해 이동되지 않게 막고, 난방 운전시 상기 증발 유로를 통과한 냉매가 상기 냉/난방 절환밸브를 향해 이동되게 함과 아울러 상기 응축 유로를 향해 이동되지 않게 막는 제 1 냉매 조절밸브와; 냉방 운전시 상기 응축 유로를 통과한 냉매를 상기 팽창기구로 이동되게 함과 아울러 상기 증발 유로로 이동되지 않게 막고, 난방 운전시 상기 팽창기구를 통과한 냉매를 상기 증발 유로로 이동되게 함과 아울러 상기 응축 유로로 이동되지 않게 막는 제 2 냉매 조절밸브를 더 포함한다.

상기 열병합 발전기와, 압축기와, 냉/난방 절환 밸브와, 제 1 냉매 조절밸브와, 제 2 냉매 조절밸브와, 응축/방열 열교환기와, 증발/급탕 열교환기와, 열전달수단은 하나의 섀시에 설치된다.

상기 증발/급탕 열교환기는 상기 열병합 발전기에서 열을 회수한 열매체가 통과하는 열 공급 유로와, 상기 냉매가 통과하면서 증발되는 증발 유로와, 상기 급탕에 이용되는 물이 통과하는 급탕 유로가 형성된다.

상기 열 공급 유로는 상기 급탕 유로의 물을 먼저 가열시킨 후 상기 증발 유 로의 냉매를 가열시키게 형성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 지표와 열교환된 열전달 유체가 하나의 열교환기에서 냉매를 응축시킴과 아울러 열병합 발전기의 폐열을 방열하므로 냉매의 응축과 폐열의 방열을 위한 구조가 간단하고 부품수가 최소화되는 이점이 있고, 응축/방열 열교환기로 외부 공기를 송풍시킬 필요가 없으므로 열병합 발전 시스템을 건물 지하실 등의 다양한 위치에 설치할 수 있어 설치 편의성이 증대되는 이점이 있다.

본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 증발/급탕 열교환기로 전달된 열병합 발전기의 폐열이 하나의 열교환기에서 냉매를 증발시킴과 아울러 급탕에 이용되는 물을 가열하여, 냉매의 증발과 급탕을 위한 구조가 간단하고 부품수가 최소화되는 이점이 있다.

본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은, 열병합 발전기의 열을 방열시키는 방열부와 공기조화기의 일부가 일체화되어 방열부와 공기조화기가 별도의 유닛으로 구성되는 경우 보다 컴팩트하게 구성되고, 건물 내에서 열병합 발전 시스템이 차지하는 전체 공간을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은, 열병합 발전기와 공기조화기의 일부가 하나의 섀시에 설치되어 하나의 열병합 발전 유닛을 구성할 수 있고, 엔진과 압축기를 하나의 제어부로 함께 제어할 수 있어 비용이 저렴하고, 서비스 등이 용이 한 이점이 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 6는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 1 실시예의 냉매 및 열매체와 냉각수의 흐름이 도시된 구성도로서, 도 1은 공기조화기가 냉방 운전이고, 급탕 요구가 있을 때의 구성도이고, 도 2는 공기조화기가 냉방 운전이고, 급탕 요구가 없을 때의 구성도이며, 도 3은 공기조화기가 난방 운전이고, 급탕 요구가 있을 때의 구성도이고, 도 4는 공기조화기가 난방 운전이고, 급탕 요구가 없을 때의 구성도이며, 도 5는 공기조화기가 운전 정지이고, 급탕 요구가 있을 때의 구성도이고, 도 6은 공기조화기가 운전 정지이고, 급탕 요구가 없으며, 발전기가 전력을 생산할 때의 구성도이다.

본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 열병합 발전기(2)와, 급탕기구(20)와, 공기조화기(40)와, 지표 열교환수단(63)과, 열 전달수단(100)을 포함한다.

열병합 발전기(2)는 전력과 함께 열을 발생하는 것으로서, 열병합 발전기(2)에서 발생된 전력은 공기조화기(40)에서 이용되거나 건물 내의 조명기구나 가전기기 등의 기타 전력 부하(42)에 이용되고, 열병합 발전기(2)에서 발생된 열은 공기조화기(40)의 냉매로 전달되어 냉매를 증발시키거나 급탕기구(20)의 물을 가열하는 데 이용된다.

열병합 발전기(2)는 전력을 생산하는 발전기(3)와, 발전기(3)를 구동시키는 구동원을 포함한다.

발전기(3)는 교류 발전기와 직류 발전기 중 어느 하나로서, 구동원(4)의 출력축에 회전자가 연결되어 출력축의 회전시 전력을 생산한다.

발전기(3)는 공기조화기(40) 및 기타 전력부하(42)와 전력선(4)(5)으로 연결되어 생산된 전력을 전력선(4)(5)을 통해 공급한다.

전력선(4)(5) 중 공기조화기(40)에 연결되는 전력선(4)에는 공기조화기(40)로 공급되는 전력을 단속하는 공기조화기 전력 스위치(4a)가 설치되고, 기타 전력부하(42)에 연결되는 전력선(5)에는 기타 전력부하(42)로 공급되는 전력을 단속하는 기타 전력부하 전력 스위치(5a)가 설치된다.

구동원은 연료 전지로 이루어지거나, 가스 또는 석유 등 화석 연료로 구동되는 엔진(6)으로 이루어지고, 이하 엔진(6)으로 한정하여 설명한다.

엔진(6)에는 가스나 석유 등의 연료가 주입되는 연료 주입구(7)와, 엔진(6)으로 외부의 공기가 흡입되는 흡기구(8)와, 엔진(6)에서 배기된 배기 가스가 통과하는 배기구(9)가 설치된다.

엔진(6)은 후술하는 열매체 순환 유로(106)의 열매체가 통과하면서 엔진(6)의 열을 흡수하는 엔진 냉각 유로(104)가 형성되고, 엔진 냉각 유로(104)에 대해서는 후술하여 설명한다.

급탕기구(20)는, 공기조화기(40)가 설치된 건물 내로 온수를 공급하는 것으로서, 건물 내의 수도와 연결된 물 배관(21)과, 물 배관(21)이 연결되고 내부에 물이 담겨지는 급탕조(22)와, 급탕조(22)의 물이 후술하는 증발/급탕 열교환기(70)와 급탕조(22)를 순환하도록 급탕조(22)와 증발/급탕 열교환기(70)를 연결하는 물 순환 배관인 급탕 순환 유로(23)와, 급탕 순환 유로(23)에 설치되어 급탕조(22)의 물을 급탕 순환 유로(23)로 순환시키는 급탕 펌프(24)를 포함하는 것도 가능하고, 증발/급탕 열교환기(70)에 연결되고 건물 내의 수도나 실내를 바닥 난방시키는 바닥 난방 파이프에 연결되어 증발/급탕 열교환기(70)에서 가열된 물을 수도나 바닥 난방 파이프로 직접 공급하는 물 배관(미도시)만으로 이루어지는 것도 가능하며, 이하, 물 배관(21)과 급탕조(22)와 급탕 순환 유로(23)와 급탕 펌프(24)를 포함하는 것으로 설명한다.

공기조화기(40)는, 실내를 냉방시키거나 난방시킬 수 있는 냉난방 겸용 공기조화기로서, 일종의 히트 펌프식 공기조화기로 이루어진다.

공기조화기(40)는, 압축기(52)와, 실내 열교환기(54)와, 팽창기구와, 응축/방열 열교환기(60)와, 증발/급탕 열교환기(70)와, 냉매 조절수단(80)을 포함하고, 압축기(52)와 응축/방열 열교환기(60)와 팽창기구와 실내 열교환기(54)와 압축기(52)로 이어지는 냉방 운전 사이클과, 압축기(52)와 실내 열교환기(54)와 팽창기구와 증발/급탕 열교환기(70)와 압축기(52)로 이어지는 난방 운전 사이클을 갖는다.

압축기(52)는 냉매를 압축하는 것으로서, 발전기(3)와 전력선(4)으로 연결된다.

압축기(52)는 냉매가 유입되는 입구 배관에 액냉매가 축적되는 어큐물레이터(53)가 연결된다.

실내 열교환기(54)는 실내를 공조시키도록 실내기(I)에 설치되고, 공기조화기(40)의 냉방 운전시 증발기로 작용하고, 공기조화기(40)의 난방 운전시 응축기로 작용한다.

팽창기구는 냉매를 팽창시키는 것으로서, LEV 등의 전자 팽창밸브로 이루어진다. 팽창기구는 하나의 전자 팽창밸브가 냉방 운전시와 난방 운전시 각각 냉매를 팽창시키는 것도 가능하고, 냉방 운전시 응축/방열 열교환기(60)를 통과하면서 응축된 냉매를 팽창하는 냉방용 팽창기구와, 난방 운전시 실내 열교환기(54)를 통과하면서 응축된 냉매를 팽창하는 난방용 팽창기구를 포함하는 것도 가능하며, 이하, 냉방용 팽창기구와 난방용 팽창기구를 포함하는 것으로 설명한다.

냉방용 팽창기구는 응축/방열 열교환기(60)와 실내 열교환기(54) 사이의 냉매배관에 설치되되, 특히 후술하는 제 2 냉매 조절밸브(83)와 실내 열교환기(54) 사이의 냉매배관에 설치되고, 냉방 운전시 실내기(I)와 후술하는 열병합 발전 유닛(116) 사이를 기상과 액상의 2상 냉매가 아닌 액상 냉매가 통과하도록 실내기(I)에 설치된다.

냉방용 팽창기구는 실내 열교환기(54)와 제 2 냉매 조절 밸브(83) 사이의 냉매배관 자체에 설치될 경우, 난방 운전시 풀 오픈 제어되어 냉매를 팽창시키지 않 고 냉방 운전시 개도 조절 제어되어 냉매를 팽창시키는 냉방 팽창밸브(57)를 포함한다.

냉방용 팽창기구는 실내 열교환기(54)와 제 2 냉매 조절 밸브(83) 사이의 냉매배관에 연결된 바이패스 배관(57a)과, 바이패스 배관(57)에 설치된 냉방용 팽창밸브(57)와, 실내 열교환기(54)와 제 2 냉매 조절 밸브(83) 사이의 냉매배관 중 바이패스 배관(57a)의 단부가 연결되는 연결부 사이에 체크 밸브(57b)를 포함할 경우 냉방 운전시 체크 밸브(57b)에 막혀 바이패스된 냉매를 냉방용 팽창밸브(57)가 팽창시키고, 난방 운전시 냉매가 체크밸브(57b)를 통과하여 냉방용 팽창밸브(57)가 냉매를 팽창시키지 않는 것도 가능하다.

난방용 팽창기구는 실내 열교환기(54)와 증발/급탕 열교환기(70)사이의 냉매배관에 설치되되, 난방 운전시 실내기(I)와 열병합 발전 유닛(116) 사이를 기상과 액상의 2상 냉매가 아닌 액상 냉매가 통과하도록 열병합 발전 유닛(116)에 설치된다.

난방용 팽창기구는 실내 열교환기(54)와 후술하는 제 2 냉매 조절밸브(83) 사이의 냉매 배관에 설치된다.

난방용 팽창기구는 실내 열교환기(54)와 후술하는 제 2 냉매 조절밸브(83) 사이의 냉매 배관 자체에 설치될 경우, 냉방 운전시 풀 오픈 제어되어 냉매를 팽창시키지 않고 난방 운전시 개도 조절 제어되어 냉매를 팽창시키는 난방용 팽창밸 브(58)를 포함한다.

난방용 팽창기구는 실내 열교환기(54)와 후술하는 제 2 냉매 조절밸브(83) 사이의 냉매 배관에 연결된 바이패스 배관(58a)과, 바이패스 배관(58a)에 설치된 난방용 팽창밸브(58)와, 실내 열교환기(54)와 제 2 냉매 조절밸브(83) 사이의 냉매 배관 중 바이패스 배관(58a)의 단부가 연결되는 연결부 사이에 체크 밸브(58b)를 포함할 경우 냉방 운전시 냉매가 체크밸브(58b)를 통과하여 난방용 팽창밸브(58)가 냉매를 팽창시키지 않고, 난방 운전시 체크 밸브(58b)에 막혀 바이패스된 냉매를 난방용 팽창밸브(58)가 팽창시키는 것도 가능하다.

응축/방열 열교환기(60)는 냉매가 응축될 수 있고 열병합 발전기(2)에서 회수된 열이 방열되게 하는 것으로서, 냉매가 통과하면서 응축되는 응축 유로(61)와; 열병합 발전기(2)에서 열을 회수한 열매체가 통과하는 방열 유로(62)와; 지표와 열교환된 열전달 유체가 냉매를 응축시킬 수 있고 열병합 발전기(2)에서 회수된 열을 방열시키도록 통과하는 냉각 유로(67)가 함께 형성된다.

즉, 응축/방열 열교환기(60)는 압축기(52)에서 압축된 냉매가 응축/방열 열교환기(60)를 통과할 때 냉매의 열이 냉각 유로(67)를 통과하는 열전달 유체로 열을 빼앗기면서 응축되고, 열병합 발전기(2)에서 열을 회수한 열매체가 응축/방열 열교환기(60)를 통과할 때 열매체의 열이 냉각 유로(67)를 통과하는 열전달 유체로 열을 빼앗기면서 방열된다.

한편, 응축/방열 열교환기(60)는 지표와 열교환된 후 냉각 유로(67)를 통과 하는 열전달 유체가 냉매 및 열매체와 열교환되므로, 냉매의 응축과 열매체의 열을 방열시키기 위해 실외 공기 등을 응축/방열 열교환기(60)로 송풍시킬 필요가 없고, 응축/방열 열교환기(60)가 설치되는 후술하는 열병합 발전 유닛(116)을 건물의 지하실이나 실내 등과 같이 밀폐된 공간에 설치할 수 있으므로 열병합 발전 시스템의 설치 편의성 및 사용 편의성은 증대될 수 있게 된다.

응축/방열 열교환기(60)는 냉각 유로(67)가 병렬 유로로 구성되어 응축 유로(61)의 냉매와 방열 유로(62)의 열매체가 각각 독립적으로 냉각되는 것도 가능하고, 냉각 유로(67)가 응축 유로(61)의 냉매와 방열 유로(62)의 열매체를 순차적으로 냉각시키는 하나의 유로로 구성되어 응축 유로(61)의 냉매와 방열 유로(62)의 열매체 중 어느 하나의 열을 먼저 흡수한 후 다른 하나의 열을 나중에 흡수하는 것도 가능하다.

응축/방열 열교환기(60)는 냉각 유로(67)가 병렬 유로로 구성될 경우, 구조가 복잡한 반면, 냉매의 열과 열매체의 열 각각을 효율적으로 흡수할 수 있고, 냉각 유로(67)가 하나의 유로로 구성될 경우 구조가 간단하나 응축 유로(61)의 냉매와 방열 유로(62)의 열매체 중 나중에 열을 흡수하는 측의 열 흡수율이 떨어질 수 있으며, 이하, 응축/방열 열교환기(60)는 냉각 유로(67)가 하나의 유로로 구성되는 것으로 설명한다.

응축/방열 열교환기(60)는 열전달 유체가 냉매와 열매체 중 열매체의 열을 먼저 흡수하고 냉매의 열을 나중에 흡수할 경우 냉매가 충분하게 응축되지 못하여 공기조화기(40)의 냉방 성능이 저하될 수 있으므로, 냉각 유로(67)는 열전달 유체 가 응축 유로(61)의 냉매를 먼저 냉각시킨 후 방열 유로(62)의 열매체를 냉각시키게 형성된다.

즉, 응축/방열 열교환기(60)는 냉각 유로(67) 중 응축 유로(61)와 대응되는 부분이 물이 유입되는 입구부가 되고, 냉각 유로(67) 중 방열 유로(62)와 대응되는 부분이 출구부가 되게 구성된다.

지표 열교환수단(63)은 냉각수로 기능하는 열전달 유체가 부동액으로 이루어지는 것도 가능하고, 통상적인 물로 이루어지는 것도 가능하며, 이하 냉각수가 물인 것으로 설명한다.

지표 열교환 수단(63)는 물이 지표와 열교환되는 지표 열교환기(64)와; 물이 지표 열교환기(64)와 응축/방열 열교환기(60)의 냉각 유로(67)를 순환하도록 지표 열교환기(64)와 응축/방열 열교환기(60)의 냉각 유로(67)를 연결하는 물 순환 배관인 물 순환 유로(65)와; 물 순환 유로(65)에 설치된 물 순환 펌프(66)를 포함한다.

지표 열교환기(64)는 전부가 지표면에 노출되게 설치되는 것도 가능하고, 전부가 지표면에 매립되게 설치되는 것도 가능하고, 일부가 지표면에 매립되고 나머지가 외부로 노출되게 설치되는 것도 가능하며, 매립의 경우 설치 편의성 등을 고려하여 지표면에서 5mm 이내에 설치되는 것이 바람직하다.

통상적으로 여름철 지표면 온도가 15 ℃이상이고, 겨울철 지표면 온도가 대략 0 ℃이상이므로, 지표 열교환기(64)는 지표 열교환기(64) 중 외부로 노출되는 부분이 많거나 지표면과 가까울수록 대기 온도에 영향 받게 되며, 겨울철 물의 동 파 가능성 등을 고려할 때 가급적 지표면 아래에 모두 매설되는 것이 바람직하다.

증발/급탕 열교환기(70)는 열병합 발전기(2)에서 회수된 열이 냉매를 증발시킬 수 있고 급탕에 이용되는 물을 가열하는 것으로서, 열병합 발전기(2)에서 열을 회수한 열매체가 통과하는 열 공급 유로(71)와, 냉매가 통과하면서 증발되는 증발 유로(72)와, 급탕에 이용되는 물이 통과하는 급탕 유로(73)가 형성된다.

증발/급탕 열교환기(70)는 열 공급 유로(71)가 병렬 유로로 구성되어 증발 유로(72)의 냉매와 급탕 유로(73)의 물이 각각 독립적으로 가열되는 것도 가능하고, 열 공급 유로(71)가 증발 유로(72)의 냉매와 급탕 유로(73)의 물을 순차적으로 가열시키는 하나의 유로로 구성되어 증발 유로(72)의 냉매와 급탕 유로(73)의 물 중 어느 하나로 먼저 열을 공급한 후 다른 하나로 나중에 열을 공급하는 것도 가능하다.

증발/급탕 열교환기(70)는 열 공급 유로(71)가 병렬 유로로 구성될 경우, 구조가 복잡한 반면, 냉매와 물 각각으로 열을 효율적으로 전달할 수 있고, 열 공급 유로(71)가 하나의 유로로 구성될 경우 구조가 간단하나 증발 유로(72)의 냉매와 급탕 유로(73)의 물 중 나중에 열이 전달되는 측의 열 전달율이 떨어질 수 있으며, 이하, 증발/급탕 열교환기(70)는 열 공급 유로(71)가 하나의 유로로 구성되는 것으로 설명한다.

증발/급탕 열교환기(70)는 열매체가 냉매와 물 중 냉매로 열을 먼저 전달하고 물로 열을 나중에 전달할 경우, 물로 열이 충분하게 전달되지 못하여 급탕 성능 이 저하될 수 있으므로, 열 공급 유로(71)는 열매체가 급탕유로(73)의 물을 먼저 가열시킨 후, 증발 유로(72)의 냉매를 가열시키게 형성된다.

즉, 증발/급탕 열교환기(70)는 열 공급 유로(71) 중 급탕 유로(73)와 대응되는 부분이 열매체가 유입되는 입구부가 되고, 열 공급 유로(71) 중 증발 유로(72)와 대응되는 부분이 출구부가 되게 구성된다.

냉매 조절수단(80)은 냉방 운전시 압축기(52)에서 압축된 냉매가 응축/방열 열교환기(60)의 응축 유로(61)를 통과하면서 응축된 후 팽창 기구와 실내 열교환기(54)를 통과하여 압축기(52)로 순환되게 하고, 난방 운전시 압축기(52)에서 압축된 냉매가 실내 열교환기(54)와 팽창 기구를 통과한 후 증발/급탕 열교환기(70)를 통과하면서 증발되어 압축기(52)로 순환되도록 냉매를 조절하는 것으로서, 상기와 같은 냉매의 조절을 위해 냉/난방 절환밸브(81)와 제 1 냉매 조절밸브(82)와, 제 2 냉매 조절밸브(83)를 포함한다.

냉/난방 절환밸브(81)는 냉방 운전시 압축기(52)에서 토출된 냉매가 응축/방열 열교환기(60)에 형성된 응축 유로(61)를 향해 이동되게 함과 아울러 실내 열교환기(54)를 통과한 냉매가 어큐물레이터(53)를 통해 압축기(52)를 향해 이동되게 하고, 난방 운전시, 압축기(52)에서 토출된 냉매가 실내열교환기(54)를 향해 이동되게 함과 아울러 증발/급탕 열교환기(70)에 형성된 증발 유로(72)를 통과한 냉매가 어큐물레이터(53)를 통해 압축기(52)를 향해 이동되게 하는 것으로서, 어큐물레이터(53)와, 압축기(52)와, 실내 열교환기(54)와, 제 1 냉매 조절밸브(82)와 냉매 배관(81a)(81b)(81c)(81d)으로 각각 연결되고, 사방밸브로 이루어진다.

제 1 냉매 조절밸브(82)는 냉방 운전시 냉/난방 절환밸브(81)를 통과한 냉매가 응축/방열 열교환기(60)의 응축 유로(61)를 향해 이동되게 함과 아울러 증발/급탕 열교환기(70)의 증발 유로(72)로 이동되지 않게 막고, 난방 운전시 증발/급탕 열교환기(70)의 증발 유로(72)를 통과한 냉매가 냉/난방 절환밸브(81)를 향해 이동되게 함과 아울러 응축/방열 열교환기(60)의 응축 유로(61)로 이동되지 않게 막는 것으로서, 냉/난방 절환밸브(81)와, 응축/방열 열교환기(60)의 응축 유로(61)와, 증발/급탕 열교환기(70)의 증발 유로(72)의 각각과 냉매배관(81d)(82a)(82b)으로 연결되고, 삼방밸브로 이루어진다.

즉, 제 1 냉매 조절밸브(82)는 냉/난방 절환 밸브(81)와 응축/방열 열교환기(60)의 응축 유로(61) 사이의 냉매 배관(81d)(82a)에 설치됨과 아울러 증발/급탕 열교환기(70)의 증발 유로(72)와 냉매 배관(82b)으로 연결된다.

제 2 냉매 조절밸브(83)는 냉방 운전시 응축/방열 열교환기(60)의 응축 유로(61)를 통과한 냉매를 팽창기구 특히 냉방용 팽창밸브(57)를 향해 이동되게 함과 아울러 증발/급탕 열교환기(70)의 증발 유로(72)로 이동되지 않게 막고, 난방 운전시 실내 열교환기(54)를 통과한 후 팽창기구 특히 난방용 팽창밸브(58)를 통과한 냉매를 증발/급탕 열교환기(70)의 증발 유로(72)를 향해 이동되게 함과 아울러 응축/방열 열교환기(60)의 응축 유로(61)로 이동되지 않게 막는 것으로서, 응축/방열 열교환기(60)의 응축 유로(61)와, 팽창기구 특히 난방용 팽창밸브(58)와, 증발/급 탕 열교환기(70)의 증발 유로(72)의 각각과 냉매배관(83a)(83b)(83c)으로 연결되고, 삼방밸브로 이루어진다.

즉, 제 2 냉매 조절밸브(83)는 응축/방열 열교환기(60)의 응축 유로(62)와 팽창기구 특히 난방용 팽창기구 사이의 냉매배관(83a)(83b)에 설치됨과 아울러 증발/급탕 열교환기(70)의 증발 유로(72)와 냉매 배관(83c)으로 연결된다.

본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은, 압축기(52)와, 냉/난방 절환밸브(81)와, 제 1 냉매 조절밸브(82)와, 응축/방열 열교환기(60)의 응축 유로(61)와, 제 2 냉매 조절밸브(83)와, 냉방 팽창밸브(57)와, 실내 열교환기(54)와, 냉/난방 절환밸브(81)와, 어큐물레이터(53)와, 압축기(52)로 이어지는 냉방 운전 사이클을 갖고, 압축기(52)와, 냉/난방 절환밸브(81)와, 실내 열교환기(54)와, 난방용 팽창밸브(58)와, 제 2 냉매 조절밸브(83)와, 증발/급탕 열교환기(70)의 증발 유로(71)와, 제 1 냉매 조절밸브(82)와, 냉/난방 절환밸브(81)와, 어큐물레이터(53)와, 압축기(52)로 이어지는 난방 운전 사이클을 갖는다.

열전달수단(100)은, 열매체가 열병합 발전기(2)에서 열을 회수하여 응축/방열 열교환기(60)로 전달하여 열병합 발전기(2)에서 회수된 열이 응축/방열 열교환기(60)에서 모두 방열되게 구성되는 것도 가능한다.

열전달수단(100)은 열매체가 열병합 발전기(2)에서 열을 회수하여 응축/방열 열교환기(60)와 증발/급탕 열교환기(70) 중 적어도 하나로 전달하여, 열병합 발전 기(2)에서 회수된 열이 응축/방열 열교환기(60)에서 모두 방열되거나, 증발/급탕 열교환기(70)에서 모두 급탕에 이용되거나, 열병합 발전기(2)에서 회수된 열 중 일부가 증발/급탕 열교환기(70)에서 급탕에 이용되고, 나머지가 응축/방열 열교환기(60)에서 방열되는 것도 가능하다.

이하, 열전달수단(100)은 열매체가 열병합 발전기(2)에서 열을 회수하여 응축/방열 열교환기(60)와 증발/급탕 열교환기(70) 중 적어도 하나로 전달하는 것으로 설명하고, 발전기(3)의 열과 엔진(6)의 열 중 엔진(6)의 열만을 회수하는 것으로 설명한다.

열전달수단(100)은 엔진(6)의 배기가스의 열과 엔진(6) 동체의 열을 중 적어도 하나를 회수하는 것으로서, 이하 둘 모두를 회수하는 것으로 설명한다.

열전달수단(100)은 엔진(6)의 배기가스가 통과하는 배기관(9)에 설치된 배기가스 열교환기(102)와, 엔진(6)의 엔진 냉각 유로(104)와 냉각수 라인을 통해 연결되어 엔진(6)의 냉각수 열을 회수하는 엔진 냉각 열교환기를 포함하여, 열매체가 배기가스 열교환기(102)를 통과하면서 배기가스의 열을 회수하고 엔진 냉각 열교환기를 통과하면서 엔진(6)의 열을 회수하는 것도 가능하다.

열전달수단(100)은 엔진(6)의 배기가스가 통과하는 배기관(9)에 설치된 배기가스 열교환기(102)를 포함하고, 열매체가 배기가스 열교환기(102)를 통과하고 엔진(6)에 형성된 엔진 냉각 유로(104)를 직접 통과하면서 엔진(6)의 열을 회수하는 것도 가능하다.

열전달수단(100)은 부품수가 최소화되도록 열매체가 엔진(6)에 형성된 엔진 냉각 유로(104)를 직접 통과하는 것이 바람직하다.

열전달수단(100)은 엔진(6)의 배기가스 열과, 엔진(6) 동체의 열을 모두 회수하게 구성될 경우, 열매체가 순환되는 열매체 순환 유로(106)가 응축/방열 열교환기(60)에 형성된 방열 유로(62)와, 증발/급탕 열교환기(70)에 형성된 열 공급 유로(71)와, 배기가스 열교환기(102)와, 엔진(6)에 형성된 엔진 냉각 유로(104)를 연결한다.

열전달수단(100)은 엔진(6) 동체의 열만을 회수하게 구성될 경우 열매체 순환 유로(106)가 응축/방열 열교환기(60)에 형성된 방열 유로(62)와, 증발/급탕 열교환기(70)에 형성된 열 공급 유로(71)와, 엔진(6)에 형성된 엔진 냉각 유로(104)를 연결한다.

열전달수단(100)은 열매체 순환 유로(106)에 설치된 열매체 순환 펌프(108)와; 방열유로(62)와 열 공급 유로(71)를 향해 이동되는 열매체를 조절하는 열매체 조절밸브(110)를 더 포함한다.

열매체 조절밸브(110)는 급탕기구(20)의 급탕 요구에 따라 열 공급 유로(71)를 향해 이동되는 열매체의 양을 조절한다. 열매체 조절밸브(110)는 급탕 센서(112)에서 감지된 급탕조(22)의 물 온도가 설정온도(예를 들면, 60ㅀ) 미만이면, 열매체를 열 공급 유로(71)로 이동되게 안내하는 열 공급 모드로 조절되고, 급탕 센서(112)에서 감지된 급탕조(22)의 물 온도가 설정온도(예를 들면, 60ㅀ) 이상이면, 열매체를 방열 유로(62)로 이동되게 안내하는 방열 모드로 조절된다.

한편, 본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 열병합 발전기(2)와 공기조화 기(40)의 일부가 하나의 섀시(114)에 설치되어 하나의 열병합 발전 유닛(116)을 구성하고, 적어도 하나의 실내기(I)와, 지표 열교환기(64)와, 급탕조(22)가 열병합 발전 유닛(116)과 이격되게 설치되는 것이 바람직하다.

즉, 공기조화기(40)의 구성 중 실내 열교환기(54)와 냉방용 팽창밸브(57)는 실내기(I)를 구성하고, 발전기(3)와 엔진(6)과 압축기(52)와 어큐물레이터(53)와 난방용 팽창밸브(58)와 응축/방열 열교환기(60)와 증발/급탕 열교환기(70)와 열전달수단(100)과 냉/난방 조절밸브(81)와 제 1 냉매 조절밸브(82)와 제 2 냉매 조절밸브(83) 등은 하나의 섀시(114)에 설치되어 열병합 발전 유닛(116)을 구성하며, 적어도 하나의 실내기(I)는 열병합 발전 유닛(116)과 냉매 배관으로 연결된다. 그리고, 지표 열교환기(64)는 열병합 발전 유닛(116)의 외부인 지표면 아래에서 열병합 발전 유닛(116)과 물 순환 유로(65)로 연결되고, 급탕조(22)는 열병합 발전 유닛(116)의 외부에서 급탕 순환 유로(23)로 연결된다.

참조 부호 118은 섀시(114)의 내부로 외부 공기를 흡입하여 섀시(114)를 통과한 공기를 섀시(114) 외부로 방출시키도록 섀시(114)에 설치된 하나의 환기팬이다.

참조 부호 120은 공기조화기(40)의 운전/정지 및 냉/난방과 급탕기구(20)의 급탕 요구 등에 따라 압축기(52)와, 물 순환 펌프(66)와, 냉/난방 절환밸브(81)와, 제 1 냉매 조절밸브(82)와, 제 2 냉매 조절밸브(83)와, 열매체 순환 펌프(108)와, 열매체 조절밸브(110) 등을 제어하는 제어부이다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 엔진(6)의 구동시, 발전기(3)는 구동되어 전력을 생산하고, 생산된 전력은 공기조화기(40)와 기타 전력부하(42)로 공급되며, 엔진(6) 및 배기가스 열교환기(102)는 가열된다.

제어부(120)는 공기조화기(40)가 냉방 운전이고, 급탕 요구가 있으면, 도 1에 도시된 바와 같이, 급탕 펌프(24)와 압축기(52)와 물 순환 펌프(66)와 열매체 순환 펌프(108)를 구동시키고, 냉/난방 절환 밸브(81)를 냉방 모드로 제어하며, 제 1 냉매 조절밸브(82)를 응축/방열 열교환기 공급 모드로 제어하고, 제 2 냉매 조절 밸브(83)를 실내 열교환기 공급 모드로 제어하며, 열매체 조절밸브(110)를 열 공급 모드로 제어한다.

열매체 순환 펌프(108)의 구동시 열매체 순환 유로(106)의 열매체는 배기가스 열교환기(102)를 통과하면서 엔진(6)의 배기구(9)를 통과하는 배기가스의 열을 회수하고, 엔진(6)의 엔진 냉각 유로(104)를 통과하면서 엔진(6)의 열을 회수하며, 이후 열매체 조절밸브(110)를 통과한 후 증발/급탕 열교환기(70)의 열 공급 유로(71)를 통과하면서 배기가스와 엔진(6)으로부터 회수되었던 열을 증발/급탕 열교환기(70)로 전달한다.

급탕 펌프(24)의 구동시 급탕조(22)의 물은 급탕 순환 유로(23)를 통해 증발/급탕 열교환기(70)의 급탕 유로(73)로 이동된 후 열 공급 유로(21)을 통과하는 열매체로부터 열을 전달받아 가열되고, 급탕 순환 유로(23)를 통해 급탕조(22)로 이동되며, 상기와 같은 급탕조(22) 내의 물 순환시 급탕조(22) 내의 물은 승온된다.

물 순환 펌프(66)의 구동시 물 순환 유로(65)의 물은 지표 열교환기(64)로 유입되어 지표 열교환기(64)를 통과하면서 냉각되고, 이후 물 순환 유로(65)를 통해 응축/방열 열교환기(60)의 냉각 유로(67)로 이동되어 응축/방열 열교환기(60)의 열을 빼앗으면서 응축/방열 열교환기(60)를 냉각시키고, 물 순환 유로(65)를 통해 지표 열교환기(64)로 이동되며, 상기와 같은 물 순환 유로(64)의 물 순환시 응축/방열 열교환기(60)는 냉각된다.

그리고, 압축기(52)의 구동과, 냉/난방 절환밸브(81)의 냉방 모드와, 제 1 냉매 조절밸브(82)의 응축/방열 열교환기 공급 모드와, 제 2 냉매 조절 밸브(83)의 실내 열교환기 공급 모드시, 압축기(52)에서 압축된 냉매는 냉/난방 절환밸브(81)와 제 1 냉매 조절밸브(82)를 차례로 통과하고, 응축/증발 열교환기(60)의 응축 유로(61)를 통과하면서 주변으로 열을 빼앗기는 것에 의해 응축되고, 이후 제 2 냉매 조절밸브(83)를 통과하여 실내기(I)로 이동된다. 실내기(I)로 이동된 냉매는 냉방용 팽창밸브(57)를 통과하면서 팽창되고, 실내 열교환기(54)를 통과하면서 실내 공기의 열을 빼앗아 증발되며, 이후 열병합 발전 유닛(116)으로 이동되어 냉/난방 조절밸브(81)와 어큐물레이터(53)를 차례로 통과하고 압축기(52)로 이동된다.

즉, 본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 공기조화기(40)가 냉방 운전이고, 급탕 요구가 있으면, 열병합 발전기(2)에서 발생된 전력이 압축기(52)에서 사용되고, 열병합 발전기(2)에서 발생된 열이 급탕에 이용되며, 응축/방열 열교환기(60)가 응축기로 작용하고 실내 열교환기(54)가 증발기로 작용하면서 실내기(I)가 실내를 냉방시킨다.

한편, 제어부(120)는 공기조화기(40)가 냉방 운전이고, 급탕 요구가 없으면, 도 2에 도시된 바와 같이, 급탕 펌프(24)를 구동시키지 않고, 압축기(52)와 물 순환 펌프(66)와 열매체 순환 펌프(108)를 구동시키며, 냉/난방 절환 밸브(81)를 냉방 모드로 제어하며, 제 1 냉매 조절밸브(82)를 응축/방열 열교환기 공급 모드로 제어하고, 제 2 냉매 조절 밸브(83)를 실내 열교환기 공급 모드로 제어하며, 열매체 조절밸브(110)를 방열 모드로 제어한다.

상기와 같은 제어시, 공기조화기(40)의 냉매의 흐름은 공기조화기(40)가 냉방 운전이고 급탕 요구가 있는 경우와 같고, 이하 공기조화기(40)의 냉매의 흐름에 관한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 열매체 순환 펌프(108)가 구동되고, 열매체 조절밸브(110)가 방열 모드로 제어되면, 열매체 순환 유로(106)의 열매체는 배기가스 열교환기(102)를 통과하면서 엔진(6)의 배기구(9)를 통과하는 배기가스의 열을 회수하고, 엔진(6)의 엔진 냉각 유로(104)를 통과하면서 엔진(6)의 열을 회수하며, 열매체 조절밸브(110)를 통과한 후 응축/방열 열교환기(60)의 방열 유로(62)로 이동된다. 응축/방열 열교환기(60)의 방열 유로(62)를 통과하는 열매체는 응축/방열 열교환기(60)의 냉각 유로(67)를 통과하는 열전달 유체인 물에 열을 빼앗겨 냉각된다.

한편, 지표 열교환수단(63)의 물 흐름은 지표 열교환기(64)와 열교환되어 냉각된 물이 냉각 유로(67)로 유입되어 냉각 유로(67)를 통과하면서 먼저 냉매의 열을 빼앗으면서 1차 승온되고, 이후 열매체의 열을 빼앗으면서 2차 승온된다. 상기 와 같이 냉각 유로(67)를 통과하면서 복수회 승온된 물은 물 순환 유로(65)를 통해 지표 열교환기(64)로 이동되고, 냉매에서 빼앗은 열과 열매체에서 빼앗은 열은 지표 열교환기(64)를 통해 방출된다.

즉, 본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 공기조화기(40)가 냉방 운전이고, 급탕 요구가 없으면 열병합 발전기(2)에서 발생된 전력이 압축기(52)에서 사용되고, 열병합 발전기(2)에서 발생된 열이 응축/방열 열교환기(60)에서 방열되며, 응축/방열 열교환기(60)가 응축기로 작용하고 실내 열교환기(54)가 증발기로 작용하면서 실내기(I)가 실내를 냉방시킨다.

한편, 제어부(120)는 공기조화기(40)가 난방 운전이고, 급탕 요구가 있으면 도 3에 도시된 바와 같이, 물 순환 펌프(66)를 구동시키지 않고, 급탕 펌프(24)와 압축기(52)와 열매체 순환 펌프(108)를 구동시키며, 냉/난방 절환 밸브(81)를 난방 모드로 제어하고, 제 1 냉매 조절밸브(82)를 냉/난방 절환밸브 공급 모드로 제어하며, 제 2 냉매 조절 밸브(83)를 증발/급탕 열교환기 공급 모드로 제어하고, 열매체 조절밸브(110)를 열 공급 모드로 제어한다.

상기와 같은 제어시, 열매체의 흐름과 급탕조(22)의 물 흐름은 공기조화기(40)가 냉방 운전이고 급탕 요구가 있는 경우와 같고, 이하 열매체의 흐름과 급탕조(22)의 물 흐름에 관한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 압축기(52)의 구동과, 냉/난방 절환밸브(81)의 난방 모드와, 제 1 냉매 조절밸브(82)의 냉/난방 절환밸브 공급 모드와, 제 2 냉매 조절 밸브(83)의 증 발/급탕 열교환기 공급 모드시, 압축기(52)에서 압축된 냉매는 냉/난방 절환밸브(81)를 통과하여 실내기(I)로 이동되고, 실내 열교환기(54)를 통과하면서 실내 공기로 열을 빼앗기는 것에 의해 응축된 후 열병합 발전 유닛(116)으로 이동되며, 이후 난방용 팽창밸브(58)를 통과하면서 팽창된다. 팽창된 냉매는 제 2 냉매 조절밸브(83)를 통과하여 증발/급탕 열교환기(70)의 증발 유로(72)를 통과하면서 열매체에 의해 전달된 열을 흡수하는 것에 의해 증발되고, 제 1 냉매 조절 밸브(82)와 냉/난방 절환밸브(81)와 어큐물레이터(53)를 차폐로 통과한 후 압축기(52)로 이동된다.

즉, 본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 공기조화기(40)가 난방 운전이고, 급탕 요구가 있으면 열병합 발전기(2)에서 발생된 전력이 압축기(52)에서 사용되고, 열병합 발전기(2)에서 발생된 열이 급탕과 냉매의 증발에 이용되고, 증발/급탕 열교환기(70)가 증발기로 작용하고 실내 열교환기(54)가 응축기로 작용하면서 실내기(I)가 실내를 난방시킨다.

한편, 제어부(120)는 공기조화기(40)가 난방 운전이고, 급탕 요구가 없으면, 도 4에 도시된 바와 같이, 급탕 펌프(24)와 물 순환 펌프(66)를 구동시키지 않고, 압축기(52)와 열매체 순환 펌프(108)를 구동시키며, 냉/난방 절환 밸브(81)를 난방 모드로 제어하며, 제 1 냉매 조절밸브(82)를 냉/난방 절환밸브 공급 모드로 제어하고, 제 2 냉매 조절 밸브(83)를 증발/급탕 열교환기 공급 모드로 제어하며, 열매체 조절밸브(110)를 열 공급 모드로 제어한다.

상기와 같은 제어시, 열매체의 흐름은 공기조화기(40)가 난방 운전이고 급탕 요구가 있는 경우와 같고, 이하 열매체의 흐름에 관한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 압축기(52)의 구동과, 냉/난방 절환밸브(81)의 난방 모드와, 제 1 냉매 조절밸브(82)의 냉/난방 절환밸브 공급 모드와, 제 2 냉매 조절 밸브(83)의 증발/급탕 열교환기 공급 모드시, 냉매의 흐름은 공기조화기(40)가 난방 운전이고 급탕 요구가 있는 경우와 같고, 이하 냉매의 흐름에 관한 상세한 설명은 생략한다.

즉, 본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 공기조화기(40)가 난방 운전이고, 급탕 요구가 없으면 열병합 발전기(2)에서 발생된 전력이 압축기(52)에서 사용되고, 열병합 발전기(2)에서 발생된 열은 냉매의 증발에 모두 이용되고, 증발/급탕 열교환기(70)가 증발기로 작용하고 실내 열교환기(54)가 응축기로 작용하면서 실내기(I)가 실내를 난방시킨다.

한편, 상기와 같이 공기조화기(40)가 난방 운전이고, 급탕 요구가 없는 경우, 시스템의 보호를 위해 열매체 조절밸브(110)가 동시 공급 모드로 제어되고, 물 순환펌프(65)가 구동되는 것도 가능함은 물론이다.

즉, 열병합 발전기(2)에서 열을 회수한 열매체 중 일부는 응축/방열 열교환기(60)의 방열 유로(62)로 열을 전달한 후 증발/급탕 열교환기(70)의 열 공급 유로(71)를 통과한 열매체와 합쳐지고, 냉각 타워(64)의 물은 물 순환 유로(65)를 통해 응축/방열 열교환기(60)의 냉각 유로(67)로 이동되어 응축/방열 열교환기(60)를 방열시키고, 물 순환 유로(65)를 통해 냉각 타워(64)로 이동된다.

한편, 제어부(120)는 공기조화기(40)가 운전 정지이고, 급탕 요구가 있으면, 도 5에 도시된 바와 같이, 압축기(52)와 물 순환 펌프(66)를 구동시키지 않고, 급탕 펌프(24)와 열매체 순환 펌프(108)를 구동시키며, 열매체 조절밸브(110)를 열 공급 모드로 제어한다.

열매체 순환 펌프(108)의 구동시, 열매체는 공기조화기가 냉방 운전이고 급탕 요구가 있는 경우 및 공기조화기가 난방 운전이고 급탕 요구가 있는 경우와 같이 배기가스 열교환기(102)와 엔진(6)을 차례로 통과하면서 열을 회수하고, 증발/급탕 열교환기(70)로 이동되어 회수되었던 열을 증발/급탕 열교환기(70)로 전달한다.

그리고, 급탕 펌프(24)의 구동시 급탕조(22)의 물은 급탕 순환 유로(23)를 통해 증발/급탕 열교환기(70)의 급탕 유로(73)로 이동되어 가열되고, 급탕 순환 유로(23)를 통해 급탕조(22)로 이동되며, 상기와 같은 급탕조(22) 내의 물 순환시 급탕조(22) 내의 물은 승온된다.

즉, 본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 공기조화기(40)가 운전 정지이고, 급탕 요구가 있으면 열병합 발전기(2)에서 발생된 열이 급탕에 모두 이용된다

한편, 상기와 같이 공기조화기(40)가 운전 정지이고, 급탕 요구가 있는 경우, 시스템의 보호를 위해 열매체 조절밸브(110)가 동시 공급 모드로 제어되고, 물 순환펌프(65)가 구동되는 것도 가능함은 물론이다.

즉, 열병합 발전기(2)에서 열을 회수한 열매체 중 일부는 응축/방열 열교환기(60)의 방열 유로(62)로 열을 전달한 후 증발/급탕 열교환기(70)의 열 공급 유 로(71)를 통과한 열매체와 합쳐지고, 냉각 타워(64)의 물은 물 순환 유로(65)를 통해 응축/방열 열교환기(60)의 냉각 유로(67)로 이동되어 응축/방열 열교환기(60)를 방열시키고, 물 순환 유로(65)를 통해 냉각 타워(64)로 이동된다.

한편, 제어부(120)는 공기조화기(40)가 운전 정지이고, 급탕 요구가 없으며, 발전기가 전력을 생산하는 경우이면, 도 6에 도시된 바와 같이, 압축기(52)와 급탕 펌프(24)를 구동시키지 않고, 물 순환 펌프(66)와 열매체 순환 펌프(108)를 구동시키며, 열매체 조절밸브(110)를 방열 모드로 제어한다.

열매체 순환 펌프(108)가 구동되고, 열매체 조절밸브(100)가 방열 모드로 제어되면, 열매체는 열병합 발전기(2)의 열을 회수하여 응축/방열 열교환기(60)로 열을 전달한다. 그리고, 물 순환 펌프(66)가 구동되면, 냉각 타워(64)의 물은 물 순환 유로(65)를 통해 응축/방열 열교환기(60)의 냉각 유로(67)로 이동되어 응축/방열 열교환기(60)를 방열시키고, 물 순환 유로(65)를 통해 냉각 타워(64)로 이동된다.

즉, 본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 공기조화기(40)가 운전 정지이고 급탕 요구가 없더라도, 기타 전력 부하(42)의 전력 수요가 크면, 열병합 발전기(2)가 전력을 생산하여 기타 전력 부하(42)로 전력을 공급할 수 있고, 이 경우 열병합 발전기(2)에서 발생된 열은 응축/방열 열교환기(60)에서 냉각 기구(63)로부터 공급된 냉각수인 물에 의해 방열된다.

도 7은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 2 실시예의 구성도이다.

본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은, 도 7에 도시된 바와 같이, 난방용 팽창기구가 제 2 냉매 조절밸브(83)와 증발/급탕 열교환기(70)의 증발 유로(72) 사이의 냉매배관에 설치된 난방용 팽창밸브(58′)를 포함하고, 본 발명 제 1 실시예의 난방 운전 사이클에서 제 2 냉매 조절밸브(83)와 난방용 팽창밸브(58′)의 순서가 바뀌게 구성되며, 기타의 구성은 본 발명 제 1 실시예와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

제 2 냉매 조절밸브(83)는 냉방 운전시 응축/방열 열교환기(60)의 응축 유로(61)를 통과한 냉매를 팽창기구 특히 냉방용 팽창밸브(57)를 향해 이동되게 함과 아울러 증발/급탕 열교환기(70)의 증발 유로(72)로 이동되지 않게 막고, 난방 운전시 실내 열교환기(54)를 통과한 냉매를 팽창기구 특히 난방용 팽창밸브(58′)를 향해 이동시킨 후 증발/급탕 열교환기(70)의 증발 유로(72)를 향해 이동되게 함과 아울러 응축/방열 열교환기(60)의 응축 유로(61)로 이동되지 않게 막는 것으로서, 응축/방열 열교환기(60)의 응축 유로(61)와, 실내 열교환기(54)와, 난방용 팽창밸브(58′)와 냉매배관(83a′)(83b′)(83c′)으로 각각 연결되고, 삼방밸브로 이루어진다.

즉, 제 2 냉매 조절밸브(83)는 응축/방열 열교환기(60)의 응축 유로(62)와 팽창기구 특히 냉방용 팽창기구 사이의 냉매배관(83a′)(83b′)에 설치됨과 아울러 팽창기구 특히 난방용 팽창밸브(58′)와 냉매 배관(83c′)으로 연결된다.

도 8은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 3 실시예의 구성도이다.

본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은, 도 8에 도시된 바와 같이, 공기조화기(40′)가 냉방 전용으로 구성되고, 본 발명 제 1 실시예와 같은 응축/방열 열교환기(60)와 지표 열교환 수단(63)을 포함하며, 급탕 열교환기(73′) 및 급탕 기구(20)를 포함하고, 기타의 구성 및 작용은 본 발명 제 1 실시예와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

응축/방열 열교환기(60)는 본 발명 제 1 실시예와 같이, 응축 유로(61)와 방열 유로(62)와 냉각 유로(67)가 형성된다.

응축/방열 열교환기(60)는 응축 유로(61)에 압축기(52)에서 토출된 냉매를 응축 유로(61)로 안내하는 냉매 배관과, 응축 유로(61)에서 응축된 냉매를 팽창기구(56)로 안내하는 냉매 배관이 연결된다.

응축/방열 열교환기(60)는 방열 유로(62)에 열매체 순환 유로(106)가 연결된다.

급탕 열교환기(73′)는 열 공급 유로(71)와 급탕 유로(73)가 형성된다.

급탕 열교환기(73′)는 열 공급 유로(71)에 열매체 순환 유로(106)가 연결되고, 급탕 유로(73)에 급탕 기구(20)가 연결된다.

본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은, 공기조화기(40′)가 운전이고 급탕 요구가 있으면, 압축기(52)와, 물 순환 펌프(66)와, 급탕 펌프(24)와, 열매체 순환 펌프(108)가 구동되고, 냉매 조절밸브(110)가 열 공급 모드로 제어된다.

압축기(52)의 구동시, 압축기(52)에서 압축된 냉매는 응축/방열 열교환 기(60)의 응축 유로(61)를 통과하면서 응축되고, 팽창기구(56)를 통과하면서 팽창되며, 실내 열교환기(54)를 통과하면서 증발되고, 이후 압축기(52)로 순환된다.

한편, 물 순환 펌프(66)의 구동시 지표 열교환기(64)에서 냉각된 물은 응축/방열 열교환기(60)의 냉각 유로(67)를 통과하면서 냉매를 응축시킨다.

그리고, 열매체 순환 유로(106)의 열매체는 배기가스 열교환기(102)와 엔진(6)을 차례로 통과하면서 열을 회수하고, 급탕 열교환기(73′)의 열 공급 유로(71)를 통과하면서 회수된 열을 급탕 열교환기(73′)로 전달한다.

급탕 펌프(24)의 구동시, 급탕조(22)의 물은 급탕 열교환기(73′)의 급탕 유로(73)를 통과하면서 급탕 열교환기(73′)로 전달된 열에 의해 가열된다.

반면에, 본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은, 공기조화기(40′)가 운전이고 급탕 요구가 없으면, 압축기(52)와, 물 순환 펌프(66)와, 열매체 순환 펌프(108)가 구동되고, 급탕 펌프(24)가 구동 정지이며, 냉매 조절밸브(110)가 방열 모드로 제어된다.

압축기(52)의 구동시, 압축기(52)에서 압축된 냉매는 공기조화기(40′)가 운전이고 급탕 요구가 있는 경우와 같이 순환되고, 실내 열교환기(54)는 증발기로 작용하면서 실내를 냉방시킨다.

그리고, 열매체 순환 유로(106)의 열매체는 배기가스 열교환기(102)와 엔진(6)을 차례로 통과하면서 열을 회수하고, 응축/방열 열교환기(60)의 방열 유로(62)를 통과하면서 회수된 열을 응축/방열 열교환기(60)로 전달한다.

한편, 물 순환 펌프(66)의 구동시 지표 열교환기(64)에서 냉각된 물은 응축/ 방열 열교환기(60)의 냉각 유로(67)를 통과하면서 냉매를 응축시키고, 이후 방열 유로(62)로 전달된 열을 방열시킨다.

도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 1 실시예의 냉매 및 열매체와 냉각수의 흐름이 도시된 구성도로서,

도 1은 공기조화기가 냉방 운전이고, 급탕 요구가 있을 때의 구성도이고,

도 2는 공기조화기가 냉방 운전이고, 급탕 요구가 없을 때의 구성도이며,

도 3은 공기조화기가 난방 운전이고, 급탕 요구가 있을 때의 구성도이고,

도 4는 공기조화기가 난방 운전이고, 급탕 요구가 없을 때의 구성도이며,

도 5는 공기조화기가 운전 정지이고, 급탕 요구가 있을 때의 구성도이고,

도 6은 공기조화기가 운전 정지이고, 급탕 요구가 없으며, 발전기가 전력을 생산할 때의 구성도,

도 7은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 제 2 실시예의 구성도,

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

2: 열병합 발전기 3: 발전기

4,5: 전력선 6: 엔진

7: 연료 주입구 8: 흡기구

9: 배기구 20: 급탕 기구

22: 급탕조 23: 급탕 순환 유로

24: 급탕 펌프 40; 공기조화기

52: 압축기 53: 어큐물레이터

54: 실내 열교환기 57: 냉방용 팽창밸브

58: 난방용 팽창밸브 60: 응축/방열 열교환기

61: 응축 유로 62: 방열 유로

63: 지표 열교환수단 64: 지표 열교환기

65: 물 순환 유로 66: 물 순환 펌프

67: 냉각 유로 70: 증발/급탕 열교환기

71: 열 공급 유로 72: 증발 유로

73: 급탕 유로 80: 냉매조절수단

81: 냉/난방 절환밸브 82: 제 1 냉매조절밸브

83: 제 3 냉매조절밸브 100: 열전달수단

102: 배기가스 열교환기 104: 방열 유로

106: 열매체 순환 유로 108: 열매체 순환 펌프

110: 열매체 조절밸브 112: 급탕 센서

114: 새시 116: 열병합 발전 유닛

118: 환기팬 120: 제어부

Claims

전력과 함께 열을 발생시키는 열병합 발전기와;

열전달 유체가 지표와 열교환되는 지표 열교환 수단과;

냉매가 통과하면서 응축되는 응축 유로와, 상기 열병합 발전기에서 회수된 열이 방열되는 방열 유로와, 상기 지표와 열교환된 열전달 유체가 상기 냉매를 응축시킬 수 있고 상기 열병합 발전기에서 회수된 열을 방열시키도록 통과하는 냉각 유로가 함께 형성된 응축/방열 열교환기를 포함하는 열병합 발전 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 냉각 유로는 상기 열전달 유체가 상기 응축 유로의 냉매를 먼저 냉각시킨 후 상기 방열 유로의 열매체를 냉각시키게 형성된 열병합 발전 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 열전달 유체는 물로 구성되고,

상기 지표 열교환수단은 물이 지표와 열교환되는 지표 열교환기와; 상기 물이 지표 열교환기와 응축/방열 열교환기의 냉각 유로를 순환하게 형성된 물 순환 유로와; 상기 물 순환 유로에 설치된 물 순환 펌프를 포함하는 열병합 발전 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

급탕에 이용되는 물을 공급하는 급탕기구와;

상기 열병합 발전기에서 회수된 열이 냉매를 증발시킬 수 있고 상기 급탕에 이용되는 물을 가열할 수 있도록 설치된 증발/급탕 열교환기를 더 포함하는 열병합 발전 시스템.
제 4 항에 있어서,

냉매를 압축하는 압축기와;

실내를 공조시키도록 설치된 실내 열교환기와;

냉매를 팽창시키도록 설치된 팽창기구와;

냉방 운전시 상기 압축기에서 압축된 냉매가 응축/방열 열교환기와 팽창 기구와 실내 열교환기를 통과하여 압축기로 순환되게 하고, 난방 운전시 상기 압축기에서 압축된 냉매가 실내 열교환기와 팽창 기구와 증발/급탕 열교환기를 통과하여 압축기로 순환되도록 냉매를 조절하는 냉매조절수단과;

상기 열병합 발전기에서 열을 회수하여 상기 응축/방열 열교환기와 증발/급탕 열교환기 중 적어도 하나로 전달하는 열전달수단을 포함하는 열병합 발전 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 냉매조절수단은 냉방 운전시 상기 압축기에서 토출된 냉매가 상기 응축/방열 열교환기에 형성된 응축 유로를 향해 이동되게 함과 아울러 상기 실내열교환기를 통과한 냉매가 상기 압축기를 향해 이동되게 하고, 난방 운전시, 상기 압축기에서 토출된 냉매가 상기 실내열교환기를 향해 이동되게 함과 아울러 상기 증발/급탕 열교환기에 형성된 증발 유로를 통과한 냉매가 상기 압축기를 향해 이동되게 하도록 설치된 냉/난방 절환밸브를 포함하는 열병합 발전 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 냉매조절수단은 냉방 운전시 상기 냉/난방 절환밸브를 통과한 냉매가 상기 응축 유로를 향해 이동되게 함과 아울러 상기 증발 유로를 향해 이동되지 않게 막고, 난방 운전시 상기 증발 유로를 통과한 냉매가 상기 냉/난방 절환밸브를 향해 이동되게 함과 아울러 상기 응축 유로를 향해 이동되지 않게 막는 제 1 냉매 조절밸브와;

냉방 운전시 상기 응축 유로를 통과한 냉매를 상기 팽창기구로 이동되게 함과 아울러 상기 증발 유로로 이동되지 않게 막고, 난방 운전시 상기 팽창기구를 통과한 냉매를 상기 증발 유로로 이동되게 함과 아울러 상기 응축 유로로 이동되지 않게 막는 제 2 냉매 조절밸브를 더 포함하는 열병합 발전 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 열병합 발전기와, 압축기와, 냉/난방 절환 밸브와, 제 1 냉매 조절밸브 와, 제 2 냉매 조절밸브와, 응축/방열 열교환기와, 증발/급탕 열교환기와, 열전달수단은 하나의 섀시에 설치되고,

상기 실내 열교환기는 실내기에 설치된 열병합 발전 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 증발/급탕 열교환기는 상기 열병합 발전기에서 열을 회수한 열매체가 통과하는 열 공급 유로와, 상기 냉매가 통과하면서 증발되는 증발 유로와, 상기 급탕에 이용되는 물이 통과하는 급탕 유로가 형성된 열병합 발전 시스템.
제 9 항에 있어서,

상기 열 공급 유로는 상기 급탕 유로의 물을 먼저 가열시킨 후 상기 증발 유로의 냉매를 가열시키게 형성된 열병합 발전 시스템.