KR101518381B1 - 열병합 발전기 및 그 운전 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 열병합 발전기는 발전기와; 상기 발전기를 구동시키는 구동원과; 급탕조와 급탕 순환 유로로 연결된 급탕 열교환기와; 열유체가 상기 구동원과 발전기 중 적어도 하나의 열을 회수하여 상기 급탕 열교환기로 전달하는 제 1 열전달부와; 열유체의 압력 변화를 완충하도록 상기 제 1 열전달부에 연결되고, 열유체가 담겨지는 팽창탱크와; 상기 팽창탱크의 열유체를 가열하도록 상기 팽창탱크 내부에 설치된 히터와; 상기 팽창탱크에서 상기 히터에 의해 가열된 열유체가 상기 급탕 열교환기로 열을 전달하는 제 2 열전달부를 포함하여, 팽창탱크 내부의 히터에서 발생된 열과 구동원 등에서 회수한 열이 급탕 온도를 높이는데 함께 이용될 수 있으므로, 고온의 온수를 희망하는 사용자 등의 요구에 대응할 수 있는 이점이 있다.

열병합 발전기, 발전기, 구동원, 급탕 열교환기, 급탕조, 팽창탱크, 히터

Description

열병합 발전기 및 그 운전 방법{Co-generation and Control method of the same}

본 발명은 열병합 발전기 및 그 운전 방법에 관한 것으로서, 특히 열병합 발전기의 팽창탱크 내에 설치된 히터에서 발생된 열이 엔진에서 회수된 열과 함께 급탕에 이용될 수 있는 열병합 발전기 및 그 운전 방법에 관한 것이다.

일반적으로 열병합 발전기는 발전기와, 발전기를 작동시키는 엔진 등의 구동원을 포함하고, 발전기에서 발생된 전력을 전력 수요처로 공급하고, 엔진 등의 구동원에서 발생된 열을 급탕조 등의 열 수요처로 공급한다.

종래 기술에 따른 열병합 발전기는, 엔진 등의 구동원의 열을 회수하는 열 회수부와, 열 회수부를 통과하면서 열을 회수한 열유체가 통과하도록 열 회수부와 열유체 순환 유로로 연결된 급탕 열교환기와, 급탕 열교환기와 급탕 순환 유로로 연결된 급탕조를 포함한다.

상기와 같은 열병합 발전기는 열유체가 열 회수부와 급탕 열교환기를 순환하면서 엔진의 열을 급탕 열교환기로 전달하고, 물이 급탕조와 급탕 열교환기를 순환 하면서 급탕 열교환기로 전달된 열에 의해 가열된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 컴팩트화가 가능하며, 구성이 간단하며, 급탕 온도를 엔진 등에서 회수한 열 이상으로 높게 할 수 있는 열병합 발전기 및 그 운전 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전기는, 발전기와; 상기 발전기를 구동시키는 구동원과; 급탕조와 급탕 순환 유로로 연결된 급탕 열교환기와; 열유체가 상기 구동원과 발전기 중 적어도 하나의 열을 회수하여 상기 급탕 열교환기로 전달하는 제 1 열전달부와; 열유체의 압력 변화를 완충하도록 상기 제 1 열전달부에 연결되고, 열유체가 담겨지는 팽창탱크와; 상기 팽창탱크의 열유체를 가열하도록 상기 팽창탱크 내부에 설치된 히터와; 상기 팽창탱크에서 상기 히터에 의해 가열된 열유체가 상기 급탕 열교환기로 열을 전달하는 제 2 열전달부를 포함한다.

상기 히터는 상기 발전기와 전력선으로 연결된 전열 히터이다.

상기 제 1 열전달부는 상기 구동원과 발전기 중 적어도 하나와 상기 급탕 열 교환기를 연결하는 제 1 열유체 순환 유로와, 상기 제 1 열유체 순환 유로에 설치된 제 1 열유체 순환 펌프를 포함하고, 상기 제 2 열전달부는 상기 팽창탱크와 상기 급탕 열교환기를 연결하는 제 2 열유체 순환 유로와, 상기 제 2 열유체 순환 유로에 설치된 제 2 열유체 순환 펌프를 포함한다.

상기 급탕 열교환기는 물이 통과하는 물 유로와, 상기 제 1 열유체 순환 유로와 연결된 제 1 열유체 유로와, 상기 제 2 열유체 순환 유로와 연결된 제 2 열유체 유로를 포함한다.

상기 급탕 열교환기는 상기 물 유로의 물이 상기 제 1 열유체 유로의 열유체와 열교환되어 가열된 후 상기 제 2 열유체 유로의 열유체와 열교환되어 가열되게 형성된다.

상기 급탕 열교환기는 상기 제 1 열유체 유로가 상기 제 2 열유체 유로 보다 길게 형성된다.

상기 급탕 순환 유로와 급탕조 중 적어도 하나에 설치된 급탕온도 감지부와, 상기 급탕온도 감지부의 감지 결과에 따라 상기 히터와 제 2 열유체 순환 펌프를 제어하는 제어부를 더 포함한다.

본 발명에 따른 열병합 발전기의 운전 방법은 급탕조나 급탕 순환 유로에 설치된 급탕온도 감지부가 온도를 감지하는 급탕 온도 감지 단계와; 상기 급탕 온도 감지 단계에서 감지된 온도가 급탕 희망온도의 하한치 보다 낮으면 열병합 발전기를 급탕 모드로 운전하는 급탕 단계를 포함하고, 상기 급탕 단계는 급탕 희망온도가 히터 작동설정온도 이상인 경우 열병합 발전기의 팽창탱크 내부에 설치된 히터 를 온시킴과 아울러 열병합 발전기의 팽창탱크와 급탕 열교환기 사이에 설치된 열유체 순환 펌프를 구동시킨다.

상기 히터 작동설정온도는 열병합 발전기에서 회수된 열에 의해 급탕할 수 있는 온도 범위 보다 높게 설정된다.

상기 급탕온도 감지부에서 감지된 온도가 급탕 설정온도의 상한치 보다 높으면 열병합 발전기를 방열 모드로 운전하는 방열 단계를 더 포함하고, 상기 방열 단계는 상기 히터와 상기 열유체 순환 펌프를 오프 제어한다.

본 발명에 따른 열병합 발전기는 급탕조나 급탕 순환 유로에 설치된 급탕온도 감지부가 온도를 감지하는 급탕 온도 감지 단계와; 상기 급탕 온도 감지 단계에서 감지된 온도가 급탕 희망온도의 하한치 보다 낮으면 열병합 발전기를 급탕 모드로 운전하고, 열병합 발전기의 팽창탱크 내부에 설치된 히터를 온시키며 열병합 발전기의 팽창탱크와 급탕 열교환기 사이에 설치된 열유체 순환 펌프를 구동시키는 급탕 단계를 포함한다.

상기 열병합 발전기의 운전 방법은, 상기 급탕 온도 감지 단계에서 감지된 온도가 급탕 희망온도의 상한치 보다 높으면, 열병합 발전기를 방열 모드로 운전함과 아울러 상기 히터와 열유체 순환 펌프를 오프 제어하는 방열 단계를 더 포함한다.

상기 급탕 설정온도는 열병합 발전기의 급탕온도 설정부에서 설정된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열병합 발전기는 팽창탱크 내부의 히터에서 발생된 열과 구동원 등에서 회수한 열이 급탕 온도를 높이는데 함께 이용될 수 있으므로, 보다 고온의 온수를 희망하는 사용자 등의 요구에 대응할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전기는 팽창탱크가 히터를 보호하는 히터 하우징 역할을 할 수 있으므로, 별도의 히터 하우징이 불필요하고, 구조가 간단하며, 히터가 팽창탱크의 내부 이외에 설치될 경우 보다 열병합 발전기를 컴팩트화할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전기는 히터가 발전기와 전력선으로 연결된 전열 히터로 이루어져, 히터가 외부에서 공급되는 상용전력으로 작동될 때 보다 소비전력이 작은 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전기는 급탕 열교환기의 제 1 열유체 유로가 급탕 열교환기의 제 2 열유체 유로 보다 길게 형성되어, 팽창탱크에 설치된 히터가 급탕 온도를 선택적으로 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 열병합 발전기의 운전 방법은, 급탕 설정온도가 히터 작동설정온도 이상인 경우에만 팽창탱크에 설치된 히터와 팽창탱크와 급탕 열교환기 사이의 열유체 순환 펌프를 온/오프시켜, 사용자 등이 희망하는 경우에만 히터가 온/오프되므로, 안전성을 높이면서 보다 고온의 온수를 공급할 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 따른 열병합 발전기의 운전 방법은, 히터가 열병합 발전기와 함께 물을 가열하므로, 급탕조의 물이 신속하게 가열되는 이점이 있다.

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

도 1은 본 발명에 따른 열병합 발전기 일실시예의 개략 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전기 일실시예의 제어 블럭도이다.

본 실시예에 따른 열병합 발전기는 발전기(2)와; 발전기(2)를 구동시키는 구동원과; 급탕조(10)와 급탕 순환 유로(11)로 연결된 급탕 열교환기(16)와; 열유체가 구동원과 발전기(2) 중 적어도 하나의 열을 회수하여 급탕 열교환기(16)로 전달하는 제 1 열전달부(20)와; 열유체의 압력 변화를 완충하도록 제 1 열전달부(20)에 연결되고 열유체가 담겨지는 팽창탱크(60)와; 팽창탱크(60)의 열유체를 가열하도록 팽창탱크(60) 내부에 설치된 히터(80)와; 팽창탱크(60)에서 히터(80)에 의해 가열된 열유체가 급탕 열교환기(16)로 열을 전달하는 제 2 열전달부(90)를 포함한다.

발전기(2)는 구동원의 출력축에 회전자가 연결되어 출력축의 회전시 전력을 생산하고, 생산된 전력을 전력선을 통해 열병합 발전기가 설치된 건물 내의 조명이나 가전기기 등의 전력 소비기기로 공급한다.

발전기(2)에서 생산된 전력은 전력선을 통해 전력 소비기기로 직접 공급되거나, 배터리(3)에 축전된 후 배터리(3)에서 전력 소비기기로 공급된다.

발전기(2)와 전력 소비기기의 사이에는 전력 소비기기의 전력 부하를 감지하는 전력 부하 감지부(4)가 설치된다.

구동원은 연료 전지나 엔진 등으로 구성되고, 이하 발전기(2)의 회전자에 출력축이 연결된 엔진(5)으로 이루어진 것으로 설명한다.

엔진(5)은 가스 또는 석유 등 화석 연료로 구동되어 발전기(2)를 구동시키는 것으로서, 가스나 석유 등의 연료가 공급되는 연료 공급관(6)과, 엔진(5)으로 공기가 흡입되는 흡기관(7)과, 엔진(5)에서 배기된 배기 가스가 통과하는 배기관(8)을 포함한다.

엔진(5)은 배터리(3)의 전력에 의해 시동되도록 배터리(3)와 전력선으로 연결된다.

급탕조(10)는 건물 내의 수도관이나 난방 배관과 연결되며, 내부에 급탕 등에 사용되는 물이 담겨진다.

급탕 순환 유로(11)는 급탕조(10)의 물을 급탕 열교환기(16)의 후술하는 물 유로(17)로 안내되는 급탕 열교환기 입구 유로(12)와, 급탕 열교환기의 물 유로(17)에서 가열된 물이 급탕조(10)로 유출되는 급탕 열교환기 출구 유로(13)를 포함한다.

급탕 순환 유로(11)에는 급탕조(10) 내의 물이 급탕 열교환기(16)의 물 유로(17)를 통과한 후 급탕조(10)로 순환되게 펌핑시키는 급탕 펌프(14)가 설치된다.

급탕 열교환기(16)는 물이 통과하는 물 유로(17)와, 제 1 열전달부(20)의 후술하는 제 1 열유체 순환 유로(36)(38)(41)(42)(43)와 연결된 제 1 열유체 유로(18)와, 제 2 열전달부(90)의 후술하는 제 2 열유체 순환 유로(80)와 연결된 제 2 열유체 유로(19)를 포함한다.

여기서, 급탕 열교환기(16)는 물 유로(16)의 물이 제 1 열유체 유로(19)의 열유체와 열교환되어 가열된 후 제 2 열유체 유로(19)의 열유체와 열교환되어 가열되게 형성된다.

급탕 열교환기(16)는 제 1 열유체 유로()가 제 2 열유체 유로() 보다 길게 형성된다.

여기서, 급탕 열교환기(16)는 엔진 등에서 회수된 열과, 히터()에 의해 발생된 열이 함께 전달되거나, 엔진 등에서 회수된 열만이 전달되거나, 히터에 의해 발생된 열만이 전달되게 되는데, 이하, 엔진 등에서 회수된 열이 주로 전달되고, 히터에 의해 발생된 열이 선택적으로 전달되게 되는 것으로 설명한다.

본 실시예에 따른 열병합 발전기는 급탕 온도를 조절할 수 있는 온도조절기를 더 포함한다.

온도 조절기는 급탕 순환 유로(11)와 급탕조(10) 중 적어도 하나에 설치된 급탕온도 감지부(20)와, 사용자 등이 급탕 온도를 설정하는 급탕온도 설정부(21)를 포함한다.

급탕온도 감지부(20)는 급탕 순환 유로(11) 또는 급탕조(10)의 온도를 가감지하여 후술하는 제어부(100)로 출력하고, 제어부(100)는 급탕온도 감지부(20)에서 감지된 급탕 순환 유로(11)나 급탕조(10)의 온도가 온도설정부(21)에서 설정된 급탕 설정온도(예를 들면, 55℃)의 하한치(예를 들면, 50℃) 미만이면, 급탕 부하가 있는 것으로 감지하고, 급탕온도 감지부(20)에서 감지된 급탕조(10)의 온도가 급탕온도 설정부(21)에서 설정된 급탕 설정온도의 상한치(예를 들면, 60℃) 이상일 경우 급탕 부하가 없는 것으로 감지한다.

제 1 열전달부(22)는 열유체가 엔진(5)을 직접 통과하면서 엔진(5)의 열 즉, 엔진 동체의 열을 회수하는 것도 가능하고, 별도의 엔진 냉각 열교환기를 포함하여 냉각수가 엔진(5)과 엔진 냉각 열교환기를 순환하면서 엔진의 열을 엔진 냉각 열교환기로 전달하고, 열유체가 엔진 냉각 열교환기를 통과하면서 엔진 냉각 열교환기로 전달된 열을 회수하는 것도 가능하며, 이하 열유체가 엔진(5)을 직접 통과하는 것으로 설명한다. 그리고, 제 1 열전달부(22)는 열유체가 엔진(5)의 배기가스 열도 회수하여 급탕 열교환기(16)로 전달하는 것으로 설명한다.

제 1 열전달부(22)는 열유체가 엔진(5)의 열을 회수하는 열회수부를 포함하고, 열회수부는 배기가스 열을 회수하는 배기가스 열회수 유로(25)를 갖는 배기가스 열교환기(26)와, 유체가 엔진(5)을 직접 통과하도록 엔진(5)에 형성된 엔진 열회수 유로(27)와, 배기가스 열회수 유로(26)와 엔진 열회수 유로(27)를 연결하는 배기가스 열교환기-엔진 연결 유로(28)를 포함한다.

즉, 제 1 열전달부(22)는 유체가 배기가스 열회수 유로(26)를 통과하면서 배기가스의 열을 회수하고, 배기가스 열교환기-엔진 연결 유로(28)를 지나 엔진 열회수 유로(27)를 통과하면서 엔진 동체의 열을 회수한다.

배기가스 열교환기(26)는 엔진(5)의 배기구(8)에 복수개 설치될 경우, 배기 가스 열교환기(26) 각각에 형성된 배기가스 열회수 유로(25)가 배기가스 열교환기 연결 유로(29)로 연결된다.

그리고, 제 1 열전달부(22)는 엔진(5)에 형성된 열회수부와 급탕 열교환기(16)의 제 1 열유체 유로(18)를 연결하는 제 1 열유체 순환 유로(36)(38)(41)(42)(43)와, 제 1 열유체 순환 유로(36)(38)(41)(42)(43에 설치된 제 1 열유체 순환 펌프(46)를 포함한다.

한편, 열병합 발전기는 그 운전시 전력과 함께 열을 생성하는 것으로서, 급탕조(10)로부터의 급탕 부하와 전력 소비기기의 전력 부하가 함께 있을 경우 운전되는 것이 가장 바람직하나, 전력 부하와 급탕 부하 중 어느 하나만 있더라도 운전될 수 있는 바, 전력 부하가 있고 급탕 부하가 없을 경우 제 1 열전달부(22)는 엔진(5) 보호를 위해 엔진(5)으로부터 열을 회수하여 외부로 방열시킬 필요가 있다.

즉, 제 1 열전달부(22)는 열유체가 회수한 열을 외부로 방열할 수 있는 방열 열교환기(30)를 더 포함한다.

방열 열교환기(30)는 열유체가 통과하는 방열 유로(31)가 형성된다.

방열 열교환기(30)는 열유체에서 전달되는 열을 물 등의 냉각수에 의해 수냉식으로 냉각되는 것도 가능하고, 공기에 의해 공랭식으로 냉각되는 것도 가능하며, 이하 공랭식으로 냉각되는 것으로 설명한다.

제 1 열전달부(22)는 방열 열교환기(30) 주변에 설치되어 방열 열교환기(30)로 공기를 송풍시키는 방열 팬(32)을 더 포함한다.

한편, 제 1 열전달부(22)는 엔진(5)의 열을 회수한 열유체의 유로를 조절하 는 열유체 조절밸브(34)를 더 포함한다.

열유체 조절밸브(34)는 열유체의 흐름을 조절하는 것으로서, 열유체가 방열 열교환기(30)의 방열 유로(31)와 급탕 열교환기(16)의 제 1 열유체 유로(18) 중 하나로 선택적으로 흐르게 하는 삼방변으로 이루어진다.

열유체 조절밸브(34)는 방열 열교환기(30)의 방열 유로(31)와 조절밸브-방열 열교환기 연결 유로(35)로 연결되고, 급탕 열교환기(16)의 제 1 열유체 유로(18)와 조절밸브-급탕 열교환기 연결 유로(36)로 연결된다.

제 1 열전달부(22)는 방열 열교환기(30)의 방열 유로(31) 출구에 연결된 방열 열교환기 출구 연결유로(37)와, 급탕 열교환기(16)의 제 1 열유체 유로(18) 출구에 연결된 급탕 열교환기 출구 연결유로(38)를 더 포함하고, 방열 열교환기 출구 연결 유로(37)와 급탕 열교환기 출구 연결 유로(38)는 연결부(39)에서 합지되게 연결된다.

한편, 제 1 열전달부(22)는 제 1 열유체 순환 펌프(46)의 입구에 연결된 펌프 입구 유로(41)와, 제 1 열유체 순환 펌프(46)의 출구와 배기가스 열교환기(26)의 배기가스 열회수 유로(25) 사이의 펌프 출구 유로(42)와, 엔진 열회수 유로(27) 출구와 열유체 조절밸브(34) 사이의 엔진-조절밸브 연결 유로(43)를 더 포함한다.

펌프 입구 유로(41)는 일단이 방열 열교환기 출구 연결 유로(37)와 급탕 열교환기 출구 연결 유로(38)가 합지되는 연결부(39)에 연결되고, 타단이 제 1 열유체 순환 펌프(46)에 연결된다.

즉, 제 1 열전달부(22)는 펌프 입구 유로(41)와 펌프 출구 유로(42)와 엔진-조절밸브 연결 유로(43)와 조절밸브-급탕 열교환기 연결 유로(36)와 급탕 열교환기 출구 연결유로(38)가 엔진(5)의 열을 급탕 열교환기(16)로 전달하는 제 1 열유체 순환 유로(36)(38)(41)(42)(43)로 기능하고, 펌프 입구 유로(41)와 펌프 출구 유로(42)와 엔진-조절밸브 연결 유로(43)와 조절밸브-방열 열교환기 연결 유로(35)와 방열 열교환기 출구 연결유로(37)가 엔진(5)의 열을 방열 열교환기(16)로 전달하는 방열 순환 유로로 기능한다.

팽창탱크(60)는 열유체의 기화시 발생되는 압력 변화를 완충하는 것으로서, 그 하부에가 열유체가 담겨진다.

팽창탱크(60)는 제 1 열전달부(22)의 제 1 열유체 순환 유로(36)(38)(41)(42)(43) 일측에 팽창탱크 연결 유로(62)로 연결된다.

히터(80)는 필요한 경우 열을 추가적으로 공급함으로써 급탕조(10)의 온수 온도가 낮을 때 발생될 수 있는 사용자의 불편함을 해소할 수 있는 히팅수단으로서, 예를 들어, 찜질방이나 식기 세척기 등과 같이 고온의 온수가 필요한 경우 히터(80)에서 발생된 열을 급탕조(10)에 추가 공급하게 되면, 엔진(5)에서 회수된 열에 의해서만 급탕하는 경우 보다 고온의 온수를 공급할 수 있게 된다.

여기서, 히터(80)는 사용자 등이 그 사용 여부를 선택한 경우에만 동작되는 일종의 선택적 히팅수단으로 기능하는 것도 가능하다. 이 경우 히터(80)는 온도 조절기 등에 별도로 설치된 히터 사용 스위치 등을 통해 히터 사용을 입력한 경우에만 제어부(100)에 의해 온/오프된다.

또한, 히터(80)는 급탕온도 설정부(21)에서 설정된 급탕 설정온도가 엔진(5)에서 회수된 열에 의해 급탕할 수 있는 온도 범위(예를 들면, 50℃∼60℃) 이내이면 온/오프 작동되지 않고, 급탕온도 설정부(21)에서 설정된 급탕 설정온도가 엔진(5)에서 회수된 열에 의해 급탕할 수 있는 온도 범위 보다 높게 설정된 온도(이하, 히터 작동설정온도, 예를 들면, 61℃) 이상으로 설정되면 온/오프 작동되는 일종의 보조 히팅수단으로 기능하는 것도 가능하다. 이 경우 제어부(100)는 급탕온도 설정부(21)에서 설정된 급탕 설정온도가 히터 작동설정온도 이상으로 설정되면, 히터(80)를 급탕 부하에 따라 온/오프시키고, 급탕온도 설정부(21)에서 설정된 급탕 설정온도가 히터 작동설정온도 미만으로 설정되면, 히터(80)를 급탕 부하와 상관없이 온/오프시키지 않는다.

즉, 히터(80)는 엔진(5)에서 회수된 열이 사용자 등이 요구하는 온수 온도와 대응 가능할 때에는 오프되어 급탕 열교환기(16)에서 가열된 물을 가열하지 않고, 엔진(5)에서 회수된 열이 사용자 등이 요구하는 온수 온도에 이르지 못할 때에 온되어 급탕 열교환기(16)에서 가열된 물을 재가열할 수 있는 것으로서, 팽창탱크(60) 내부에 열유체에 잠길 수 있게 설치된 전열 히터로 이루어진다.

여기서, 히터(80)는 팽창탱크(60) 내부에 설치되어 팽창탱크(60)가 히터 하우징 역할을 하게 되므로, 별도의 히터 하우징이 불필요하게 되고, 별도의 히터 하우징을 설치할 경우 보다 열병합 발전기를 컴팩트화할 수 있게 된다.

히터(80)는 발전기(2)나 축전지(3)와 전력선(86)으로 연결된다.

히터(80)는 전력선(86)을 통해 공급되는 전력을 단속하는 히터 스위치(88)를 더 포함한다.

제 2 열전달부(90)는 팽창탱크(60)와 급탕 열교환기(16)를 연결하는 제 2 열유체 순환 유로(92)와, 제 2 열유체 순환 유로(92)에 설치된 제 2 열유체 순환 펌프(98)를 포함한다.

제 2 열유체 순환 유로(92)는 팽창탱크(60) 내의 열유체가 급탕 열교환기(16)의 제 2 열유체 유로(19)로 유출되게 연결된 팽창탱크 출구 유로(94)와, 급탕 열교환기(16)의 제 2 열유체 유로(19)를 통과한 열유체가 팽창탱크(60)로 회수되게 연결된 팽창탱크 입구 유로(96)를 포함한다.

제 2 열유체 순환 펌프(98)는 팽창탱크 출구 유로(94)에 설치된다.

본 실시예에 따른 열병합 발전기는 전력 부하 감지부(4)의 감지 결과와 급탕온도 감지부(20)의 감지 결과에 따라 엔진(5)과 방열 팬(32)과 열유체 조절밸브(34)와 제 1 열유체 순환 펌프(46)와 급탕 펌프(70)를 제어하고, 급탕온도 감지부(20)의 감지 결과에 따라 제 2 열유체 순환 펌프(98)와 히터(80)를 제어하는 제어부(100)를 더 포함한다.

제어부(100)는 전력 부하 감지부(4)의 감지 결과에 따라 전력 부하를감지함과 아울러 급탕온도 감지부(20)의 감지 결과에 따라 급탕 부하를 감지하고, 전력 부하나 급탕 부하가 있는 것으로 감지될 경우 엔진(5)과 제 1 열유체 순?? 펌프(46)를 구동시킨다.

제어부(100)는 급탕 부하가 있는 경우, 열유체 조절밸브(34)를 급탕 열교환 기 공급 모드로 제어함과 아울러 급탕 펌프(70)를 구동시켜 열병합 발전기를 급탕 모드로 운전하고, 급탕 부하가 없는 경우, 열유체 조절밸브(34)를 방열 열교환기 공급 모드로 제어함과 아울러 급탕 펌프(70)를 정지시키고 방열 팬(32)를 회전시켜 열병합 발전기를 방열 모드로 운전한다.

제어부(100)는 급탕온도 감지부(20)의 감지 결과에 따른 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)의 온/오프를 급탕온도 설정부(21)에서 설정된 급탕 설정온도와 히터 작동설정온도의 대소를 고려하면서 급탕 모드 및 방열 모드에 따라 실시하는 것도 가능하고, 급탕온도 설정부(21)에서 설정된 급탕 설정온도와 히터 작동설정온도의 대소를 고려하지 않고 급탕 모드 및 방열 모드에 따라 실시하는 것도 가능함은 물론이다.

도 1에 도시된 참조 부호 102는 발전기(2)와 엔진(5)와 급탕 열교환기(16)와 제 1 열전달부(22)와 팽창탱크(60)와 제 2 열전달부(90) 등이 설치되는 섀시로서, 발전기(2) 등과 섀시(102)는 열병합 발전 유닛(U)을 구성한다.

제어부(100)는 엔진(5)과 열유체 조절밸브(34)와 제 1 열유체 순환 펌프(46)과 제 2 열유체 순환 펌프(98) 등과 연결되기 쉽도록 열병합 발전 유닛(U)에 설치된다.

한편, 급탕조(10)는 수도 배관이나 온수 배관과의 연결이 용이하도록 열병합 발전 유닛(U) 외부에 설치되고, 급탕 순환 유로(60)는 섀시(102)를 관통하면서 급탕 열교환기(16)와 급탕조(10)에 연결된다.

도 3은 본 발명에 따른 열병합 발전기의 운전 방법 일실시예가 도시된 순서도이다.

본 실시예에 따른 열병합 발전기의 운전 방법은, 급탕 부하나 전력 부하에 따라 열병합 발전기가 운전/정지되고, 열병합 발전기의 운전시, 급탕 온도 감지 단계(S1)와, 급탕 단계(S2)(S3)(S4)(S7)(S8)와 방열 단계(S2)(S5)(S6)(S9)(S10)를 실시한다.

이하, 상기와 같은 열병합 발전기의 운전 방법에 대해 상세히 설명하면, 전력 소비기기로부터 전력 부하가 있거나 급탕조(10)부터 급탕 부하가 있는 경우, 엔진(5)은 구동되고, 발전기(8)는 전력을 생성하며, 발전기(8)에서 생성된 전력은 전력 소비기기의 전력 부하에 따라 공급된다.

상기와 같은 엔진(5)의 구동시 급탕 온도 감지 단계(S1)는 실시된다.

급탕 온도 감지 단계(S1)는 급탕조(10)나 급탕 순환 유로(11)에 설치된 급탕온도 감지부(20)가 온도를 감지하여, 감지된 온도에 대응되는 신호를 제어부(100)로 출력한다.

제어부(100)는 급탕온도 설정부(21)에 의해 기설정된 급탕 설정온도와 급탕온도 감지부(20)에서 감지된 온도의 대소를 비교하여 급탕 부하를 판단한다.

제어부(100)는 급탕온도 감지부(20)에서 감지된 온도와 기설정된 급탕 설정온도의 하한치를 비교하여 급탕온도 감지부(20)에서 감지된 온도가 급탕 설정온도의 하한치 보다 낮으면, 급탕 부하가 있는 것으로 판단하여 급탕 단계를 실시하고, 급탕온도 감지부(20)에서 감지된 온도가 급탕 설정온도의 상한치보다 높으면, 급탕 부하가 없는 것으로 판단하여 방열 단계를 실시한다.

제어부(100)는 급탕온도 설정부(21)에 설정된 급탕 설정온도가 히터 작동설정온도 이상이면, 상기와 같은 급탕 단계시 열병합 발전기를 급탕 모드로 운전시킴과 아울러 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)를 온시키고, 상기와 같은 방열 단계시 열병합 발전기를 방열 모드로 운전시킴과 아울러 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)를 오프시킨다.

여기서, 히터 작동설정온도는 열병합 발전기 특히 엔진(5)에서 회수된 열에 의해 급탕할 수 있는 온도 범위 보다 높게 설정된다.

예를 들어, 엔진(5)에서 회수한 열에 의한 급탕 온도 범위가 50℃∼60℃이고, 히터 작동설정온도가 61℃로 설정되며, 사용자 등이 급탕온도 설정부(21)를 통해 급탕 설정온도를 67℃로 설정한 상태에서 열병합 발전기가 운전된 경우, 급탕온도 감지부(20)에서 감지한 온도가 급탕 설정온도의 하한치(예를 들어, 급탕 설정온도 - 5 ℃) 미만이면, 제어부(100)는 열병합 발전기를 급탕 모드로 운전하면서 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)를 온시킨다.(S2)(S3)(S4)

상기와 같은 열병합 발전기의 급탕 모드와 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)의 온시, 엔진(5)에서 회수된 열은 엔진(5)과 급탕 열교환기(16)의 제 1 열유체 유로(18)를 순환하는 열유체에 의해 급탕 열교환기(16)로 전달되고, 히터(80)에서 발생된 열은 팽창탱크(80)와 급탕 열교환기(16)의 제 2 열유체 유로(19)를 순환하는 열유체에 의해 급탕 열교환기(16)로 전달되며, 급탕조(10)의 물은 물 유 로(17)를 통과하면서 제 1 열유체 유로(18)를 통과하는 열유체에 일차적으로 가열된 후 제 2 열유체 유로(19)를 통과하는 열유체에 의해 재차 가열된다.

즉, 급탕조(10)의 물은 엔진(5)에서 회수된 열만이 물로 전달될 경우 보다 고온으로 승온된다.

급탕조(10) 내의 물은 점차 승온되고, 급탕온도 감지부(20)에서 감지한 온도가 급탕 설정온도의 상한치(예를 들어, 급탕 설정온도 + 5 ℃) 초과이면, 열병합 발전기를 방열 모드로 운전하면서 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)를 오프시킨다.(S2)(S5)(S6)

상기와 같은 열병합 발전기의 방열 모드와 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)의 오프시, 엔진(5)에서 회수된 열은 방열 열교환기(30)로 전달되고, 급탕조(10)의 물은 급탕 열교환기(16)를 순환하지 않으며, 히터(80)는 팽창탱크(60) 내의 열유체를 가열하지 않는다.

한편, 제어부(100)는 급탕온도 설정부(21)에서 설정된 급탕 설정온도가 히터 작동설정온도 미만이면, 상기와 같은 급탕 단계시 열병합 발전기를 급탕 모드로 운전시키고, 상기와 같은 방열 단계시 열병합 발전기를 방열 모드로 운전시키며, 이때 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)를 온/오프시키지 않는다.

예를 들어, 엔진(5)에서 회수한 열에 의한 급탕 온도 범위가 50℃∼60℃이고, 히터 작동설정온도가 61℃로 설정되고, 사용자 등이 급탕온도 설정부(21)를 통해 급탕 설정온도를 55℃로 설정한 상태에서 열병합 발전기가 운전된 경우, 급탕온도 감지부(20)에서 감지한 온도가 급탕 설정온도의 하한치(예를 들어, 급탕 설정온 도 - 5 ℃) 미만이면, 제어부(100)는 열병합 발전기를 급탕 모드로 운전한다.(S2)(S7)(S8)

이때, 제어부(100)는 급탕온도 설정부(21)를 통해 급탕 설정온도가 히터 작동설정온도 보다 낮으므로, 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)를 온시키지 않는다.

상기와 같은 열병합 발전기의 급탕 모드시, 엔진(5)에서 회수된 열은 급탕 열교환기(16)로 전달되고, 급탕조(10)의 물은 물 유로(17)를 통과하면서 제 1 열유체 유로(18)를 통과하는 열유체에 의해 가열되고, 제 2 열유체 유로(19)와는 열교환 없이 급탕조(10)로 순환된다.

즉, 급탕조(10)의 물은 엔진(5)에서 회수된 열에 의해서만 가열된다.

급탕조(10) 내의 물은 점차 승온되고, 급탕온도 감지부(20)에서 감지한 온도가 급탕 설정온도의 상한치(예를 들어, 급탕 설정온도 + 5 ℃) 초과이면, 열병합 발전기를 방열 모드로 운전한다.(S2)(S9)(S10)

상기와 같은 열병합 발전기의 방열 모드시, 엔진(5)에서 회수된 열은 방열 열교환기(30)로 전달되고, 급탕조(10)의 물은 급탕 열교환기(16)를 순환하지 않으며, 히터(80)는 팽창탱크(60) 내의 열유체를 가열하지 않는다.

도 4는 본 발명에 따른 열병합 발전기의 운전 방법 다른 실시예가 도시된 순서도이다.

본 실시예에 따른 열병합 발전기의 운전 방법은, 급탕 부하나 전력 부하에 따라 열병합 발전기가 운전/정지되고, 열병합 발전기의 운전시, 급탕 온도 감지 단계(S11)와, 급탕 단계(S12)(S13)와 방열 단계(S14)(S15)를 실시한다.

급탕 온도 감지 단계(S11)는 급탕조(10)나 급탕 순환 유로(60)에 설치된 급탕온도 감지부(20)가 온도를 감지하여, 제어부(100)로 감지된 온도에 대응되는 신호를 출력한다.

제어부(100)는 급탕온도 설정부(21)에 의해 기설정된 급탕 설정온도와 급탕온도 감지부(20)에서 감지된 온도의 대소를 비교하여 급탕 부하를 판단한다.

제어부(100)는 급탕온도 감지부(20)에서 감지된 온도와 사용자 등에 의해 기설정된 급탕 설정온도의 하한치를 비교하여 급탕온도 감지부(20)에서 감지된 온도가 급탕 설정온도의 하한치 보다 낮으면, 급탕 부하가 있는 것으로 판단하여 열병합 발전기를 급탕 모드로 운전함과 아울러 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)를 온시키는 급탕 단계(S12)(S13)를 실시하고, 급탕온도 감지부(20)에서 감지된 온도가 급탕 설정온도의 상한치보다 높으면, 급탕 부하가 없는 것으로 판단하여 열병합 발전기를 방열 모드로 운전함과 아울러 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)를 오프시킨다.

예를 들어, 엔진(5)에서 회수한 열에 의한 급탕 온도 범위가 50℃∼60℃이고, 히터(80)에서 발생된 열이 함께 가해질 때 급탕 최고 온도가 70℃이며, 사용자가 급탕온도 설정부(21)를 통해 급탕 설정온도를 65℃로 설정한 상태에서 열병합 발전기가 운전된 경우, 급탕온도 감지부(20)에서 감지한 온도가 급탕 설정온도의 하한치(예를 들어, 급탕 설정온도 - 5 ℃) 미만이면, 제어부(100)는 열병합 발전기 를 급탕 모드로 운전하면서 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)를 온시킨다.(S12)(S13)

상기와 같은 열병합 발전기의 급탕 모드와 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)의 온시, 엔진(5)에서 회수된 열은 엔진(5)과 급탕 열교환기(16)의 제 1 열유체 유로(18)를 순환하는 열유체에 의해 급탕 열교환기(16)로 전달되고, 히터(80)에서 발생된 열은 팽창탱크(80)와 급탕 열교환기(16)의 제 2 열유체 유로(19)를 순환하는 열유체에 의해 급탕 열교환기(16)로 전달되며, 급탕조(10)의 물은 물 유로(17)를 통과하면서 제 1 열유체 유로(18)를 통과하는 열유체에 일차적으로 가열된 후 제 2 열유체 유로(19)를 통과하는 열유체에 의해 재차 가열된다.

즉, 급탕조(10)의 물은 엔진(5)에서 회수된 열만이 물로 전달될 경우 보다 신속하게 승온된다.

또한, 엔진(5)에서 회수한 열에 의한 급탕 온도 범위가 50℃∼60℃이고, 히터(80)에서 발생된 열이 함께 가해질 때 급탕 최고 온도가 70℃이며, 사용자가 급탕온도 설정부(21)를 통해 급탕 설정온도를 55℃로 설정한 상태에서 열병합 발전기가 운전된 경우, 급탕온도 감지부(20)에서 감지한 온도가 급탕 설정온도의 하한치(예를 들어, 급탕 설정온도 - 5 ℃) 미만이면, 제어부(100)는 열병합 발전기를 급탕 모드로 운전하면서 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)를 온시킨다.(S12)(S13)

즉, 본 실시예에 따른 열병합 발전기의 운전 방법은, 열병합 발전기의 급탕 모드시 급탕 설정온도의 대소와 상관없이 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98) 가 온되어 급탕조(10)의 물을 신속하게 가열한다.

급탕조(10) 내의 물은 점차 승온되고, 급탕온도 감지부(20)에서 감지한 온도가 급탕 설정온도의 상한치(예를 들어, 급탕 설정온도 + 5 ℃) 초과이면, 열병합 발전기를 방열 모드로 운전하면서 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)를 오프시킨다.(S14)(S15)

상기와 같은 열병합 발전기의 방열 모드와 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)의 오프시, 엔진(5)에서 회수된 열은 방열 열교환기(30)로 전달되고, 급탕조(10)의 물은 급탕 열교환기(16)를 순환하지 않으며, 히터(80)는 팽창탱크(60) 내의 열유체를 가열하지 않는다.

예를 들어, 엔진(5)에서 회수한 열에 의한 급탕 온도 범위가 50℃∼60℃이고, 히터(80)에서 발생된 열이 함께 가해질 때 급탕 최고 온도가 70℃이며, 사용자가 급탕온도 설정부(21)를 통해 급탕 설정온도를 65℃로 설정한 상태에서 열병합 발전기가 운전된 경우, 급탕온도 감지부(20)에서 감지한 온도가 급탕 설정온도의 상한치(예를 들어, 급탕 설정온도 - 5 ℃) 초과이면, 제어부(100)는 열병합 발전기를 방열 모드로 운전하면서 히터(80) 및 제 2 열유체 순환 펌프(98)를 오프시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 열병합 발전기 일실시예의 개략 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전기 일실시예의 제어 블록도,

도 3은 본 발명에 따른 열병합 발전기의 운전 방법 일실시예가 도시된 순서도,

도 4는 본 발명에 따른 열병합 발전기의 운전 방법 다른 실시예가 도시된 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

2: 발전기 5: 엔진

10: 급탕조 11: 급탕 순환 유로

14: 급탕 펌프 16; 급탕 열교환기

17: 물 유로 18: 제 1 열유체 유로

19: 제 2 열유체 유로 20: 급탕온도 감지부

21: 급탕온도 설정부 22: 제 1 열전달부

30: 방열 열교환기 32: 방열팬

34: 열유체 조절밸브 46: 제 1 열유체 순환 펌프

60: 팽창탱크 80: 히터

86: 전력선 90: 제 2 열전달부

92: 제 2 열유체 순환 유로 98: 제 2 열유체 순환 펌프

100: 제어부

Claims (13)

1. 발전기와;

   상기 발전기를 구동시키는 구동원과;

   급탕조와 급탕 순환 유로로 연결된 급탕 열교환기와;

   열유체가 상기 구동원과 발전기 중 적어도 하나의 열을 회수하여 상기 급탕 열교환기로 전달하는 제 1 열전달부와;

   열유체의 압력 변화를 완충하도록 상기 제 1 열전달부에 연결되고, 열유체가 담겨지는 팽창탱크와;

   상기 팽창탱크의 열유체를 가열하도록 상기 팽창탱크 내부에 설치된 히터와;

   상기 팽창탱크에서 상기 히터에 의해 가열된 열유체가 상기 급탕 열교환기로 열을 전달하는 제 2 열전달부를 포함하는 열병합 발전기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 히터는 상기 발전기와 전력선으로 연결된 전열 히터인 열병합 발전기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 열전달부는 상기 구동원과 발전기 중 적어도 하나와 상기 급탕 열교환기를 연결하는 제 1 열유체 순환 유로와, 상기 제 1 열유체 순환 유로에 설치된 제 1 열유체 순환 펌프를 포함하고,

   상기 제 2 열전달부는 상기 팽창탱크와 상기 급탕 열교환기를 연결하는 제 2 열유체 순환 유로와, 상기 제 2 열유체 순환 유로에 설치된 제 2 열유체 순환 펌프를 포함하는 열병합 발전기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 급탕 열교환기는 물이 통과하는 물 유로와, 상기 제 1 열유체 순환 유로와 연결된 제 1 열유체 유로와, 상기 제 2 열유체 순환 유로와 연결된 제 2 열유체 유로를 포함하는 열병합 발전기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 급탕 열교환기는 상기 물 유로의 물이 상기 제 1 열유체 유로의 열유체와 열교환되어 가열된 후 상기 제 2 열유체 유로의 열유체와 열교환되어 가열되게 형성된 열병합 발전기.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 급탕 열교환기는 상기 제 1 열유체 유로가 상기 제 2 열유체 유로 보다 길게 형성된 열병합 발전기.
7. 제 3 항에 있어서,

   상기 급탕 순환 유로와 급탕조 중 적어도 하나에 설치된 급탕온도 감지부와,

   상기 급탕온도 감지부의 감지 결과에 따라 상기 히터와 제 2 열유체 순환 펌프를 제어하는 제어부를 더 포함하는 열병합 발전기.
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