KR101919798B1 - 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 열병합 발전 시스템은, 가스를 연료로 사용하는 엔진, 상기 엔진에 의해 구동되어 전력을 생산하는 발전기, 상기 엔진의 배기가스에 의해 작동되어 혼합기를 압축하여 엔진으로 공급하는 터보차저, 상기 엔진 및 터보차저를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 엔진 시동 후 무 부하 상태로 엔진 및 터보차저를 작동하여 예열하고, 혼합기 흡입 압력이 소정값 미만이고 엔진 회전수 변동폭이 소정값 미만이 되면 부하를 인가하여 정상 발전 운전을 한다.

Description

열병합 발전 시스템 및 그 제어방법{A combined heat and power generating system and A method for controlling the same}
본 발명은 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
열병합 발전 시스템은 가스 연료로 엔진을 작동하여 발전기에서 전력을 생산하고, 엔진 등에서 발생하는 열을 온수 등으로 변환하여 그 수요처에 공급하는 시스템을 말한다.
이러한 열병합 발전 시스템에는 공기 조화 장치가 연결되어 이 공기 조화 장치에 전력과 열 내지 온수를 공급할 수 있다.
엔진은 발전기를 회전시켜 전력을 생산하도록 한다. 또한, 발전기에서 생산되는 전력은 전력변환기에서 전류, 전압, 주파수 등이 변환된 상용 전력으로 변환되어 건물 또는 공기 조화 장치와 같은 전력수요처에 공급될 수 있다.
엔진은 그에 인가되는 부하에 따라 목표 엔진 회전수를 추종하도록 제어된다.
엔진의 출력을 높이기 위해 터보차저를 연결하여 혼합기를 압축하여 엔진으로 흡입할 수 있다. 터보차저는 배기가스의 힘으로 터빈을 돌려 그와 동축으로 연결된 임펠러를 회전시킴으로써 혼합기를 압축한다.
엔진은 실린더 내에서 혼합기를 연소시켜 그 폭발력이 피스톤을 밀어내면 크랭크축이 회전되어 회전력을 발생한다.
엔진은 실린더 내에서 피스톤이 왕복운동하고 크랭크축이 회전하는 등 상대적으로 슬라이딩 운동하는 부품들이 있으므로, 엔진 실린더에는 엔진 오일이 공급되어 부품들 사이를 윤활하도록 한다.
터보차저도 회전축의 양측에 구비된 터빈과 임펠러가 회전하므로 터보차저에도 엔진오일이 공급된다.
일반적으로, 엔진오일은 온도가 낮을수록 동점도가 커지고 온도가 높을수록 동점도가 작아진다.
그래서, 엔진을 시동할 때 터보차저를 예열하지 않으면 엔진 시동 초기에 냉각된 오일로 인해 터보차저의 작동이 원활하지 않아서 엔진에 걸리는 흡입 압력이 높아지고, 엔진 회전수 추종 제어가 원활하지 못해 추종 성능이 떨어지고 헌팅이 발생하는 문제점이 있다.
이렇게 예열되지 않은 상태에서 바로 엔진을 목표 회전수로 운전하면, 터보차저에 엔진오일의 공급이 원활하지 않아서 엔진과 터보차저의 임펠러에 무리를 주게 되어 신뢰성이 떨어지게 된다.
이를 방지하기 위해, 엔진을 기동하기에 앞서 터보차저의 예열 상태 등을 알 수 없기 때문에, 시스템 관리자가 소정 시간 동안 임의로 엔진을 무 부하 상태로 운전할 수밖에 없었다.
본 발명은 엔진과 터보차저를 구비하는 열병합 발전 시스템에서 엔진 시동시 터보차저 예열이 필요한지 판단하여 예열 운전을 하고 터보차저 예열이 완료되어 정상 운전이 가능한 상태인지 판단하여 정상 운전 제어를 하는 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열병합 발전 시스템은, 가스를 연료로 사용하는 엔진, 상기 엔진에 의해 구동되어 전력을 생산하는 발전기, 상기 엔진의 배기가스에 의해 작동되어 혼합기를 압축하여 엔진으로 공급하는 터보차저, 상기 엔진 및 터보차저를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 엔진 시동 후 무 부하 상태로 엔진 및 터보차저를 작동하여 예열하고, 혼합기 흡입 압력이 소정값 미만이고 엔진 회전수 변동폭이 소정값 미만이 되면 부하를 인가하여 정상 발전 운전을 한다.
상기 제어부는 상기 엔진 시동이 이전의 엔진 정지 후 30~60분 이내의 재시동이고 혼합기 최대 흡입 압력이 제1압력값 미만인 경우, 엔진에 부하를 인가하여 정상 발전 운전하는 것이 바람직하다.
상기 제1압력값은 320hPa인 것이 바람직하다.
상기 제어부는 상기 터보차저 예열 이후 최대 흡입 압력이 제2압력값 미만이고 엔진 회전수 변동폭이 ±20rpm 미만이면, 엔진에 부하를 인가하여 정상 발전 운전하는 것이 바람직하다.
상기 제2압력값은 310hPa인 것이 바람직하다.
본 발명의 열병합 발전 시스템의 제어방법은, 엔진을 시동하는 단계, 무 부하 상태로 엔진 및 터보차저를 작동하여 예열하는 단계, 혼합기 흡입 압력이 소정값 미만이고 엔진 회전수 변동폭이 소정값 미만인지 판단하는 단계, 혼합기 흡입 압력이 소정값 미만이고 엔진 회전수 변동폭이 소정값 미만이면, 터보차저 예열을 종료하고 엔진에 부하를 인가하여 정상 발전 운전을 하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
엔진 시동이 소정 시간 이내의 재시동인지 여부를 판단하여 소정 시간 이내이고 혼합기 최대 흡입 압력이 제1압력값 미만인 경우 터보차저 예열을 종료하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 엔진 시동이 이전의 엔진 정지 후 30~60분 이내의 재시동이고 혼합기 최대 흡입 압력이 320hPa 미만인 경우, 엔진에 부하를 인가하여 정상 발전 운전하는 것이 바람직하다.
상기 터보차저 예열 이후 최대 흡입 압력이 310hPa 미만이고 엔진 회전수 변동폭이 ±20rpm 미만이면, 엔진에 부하를 인가하여 정상 발전 운전하는 것이 바람직하다.
상기 터보차저 예열 단계에서 엔진은 목표 회전수 900~1100rpm으로 설정되는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법에 의하면, 엔진 시동 이후 엔진을 무 부하로 공회전시켜 터보차저 예열 제어를 함으로써 터보차저에 오일 공급이 원활하지 않아 임펠러가 파손되거나 엔진 회전수에 헌팅이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 흡입 압력과 엔진 회전수 변동폭을 통해 터보차저 예열 제어를 종료하고 정상 운전하는 시점을 정확히 결정하여 터보차저 예열이 효율적으로 그리고 충분히 이루어지도록 보장할 수 있다.
도 1은 열병합 발전 시스템의 일례를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 엔진과 터보차저를 통한 배기가스와 혼합기의 유동을 나타내는 개념도이다.
도 3은 엔진과 터보차저를 통한 오일 순환 유동을 나타내는 개념도이다.
도 4는 제어부와 연결되는 각종 센서와 밸브 및 펌프를 나타내는 블록도이다.
도 5는 엔진 시동 후 무 부하 운전시 엔진 회전수와 흡입 압력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 의한 열병합 발전 시스템의 제어방법을 나타내는 플로우 차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 열병합 발전 시스템의 일례를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
열병합 발전 시스템(100)은 가스 연료로 엔진을 작동하여 발전기에서 전력을 생산하고, 엔진 등에서 발생하는 열을 온수 등으로 변환하여 그 수요처에 공급하는 시스템을 말한다.
이러한 열병합 발전 시스템(100)에는 공기 조화 장치가 연결되어 이 공기 조화 장치에 전력과 열 내지 온수를 공급할 수 있다.
가스 연료는 제로 가버너(zero governor; 12)에 의해 입구 입력의 형태나 유량 변화에 상관없이 항상 일정한 출구 압력을 유지하면서 공급될 수 있다. 제로 가버너(12)는 넓은 범위에 걸쳐 안정된 출구 압력을 얻을 수 있으며, 엔진에 공급하는 가스 연료의 압력을 대기압 형태로 거의 일정하게 조절해 주는 기능을 갖고 있다. 또한, 제로 가버너(12)는 2개의 솔레노이드밸브를 구비하여 공급되는 연료를 차단할 수 있다.
공기는 에어 클리너(air cleaner; 14)를 거쳐 깨끗한 공기로 여과되어 공급될 수 있다. 이러한 에어 클리너(14)는 엔진에 공급되는 외부 공기를 필터를 사용하여 먼지 및 미스트 형태의 수분 및 유분의 혼입을 차단할 수 있다.
이와 같이 공급된 가스 연료와 공기는 믹서(mixer; 16)에 의해 공기와 연료의 혼합비가 일정한 혼합기로 되어 엔진에 흡입될 수 있다.
제로 가버너(12)와 믹서(16) 사이에는 믹서(16)로 유입되는 연료의 유량을 조절하는 연료밸브(13)가 구비될 수 있다.
터보차저(turbo charger; 20)는 혼합기를 고온 고압 상태로 압축할 수 있다. 이 터보차저(20)는 배기가스의 힘으로 터빈을 회전시키고 그 회전력으로 흡기를 압축시켜 엔진의 실린더로 보내어 출력을 높이는 장치이다.
터보차저(20)는 터보(turbine)와 슈퍼차저(super charger; 과급기)를 합성한 용어로서, 터빈과 여기에 직결된 공기압축기로 구성되어 배기가스의 에너지로 터빈 휠(turbine wheel)을 회전시키고 공기압축기에 의해 흡입된 공기를 압축하여 실린더로 보낼 수 있다.
이러한 터보차저(20)는 블레이드가 설치된 터빈 휠과 공기압축기의 임펠러를 하나의 축에 연결하고 각각 하우징으로 둘러싼 구조를 가지며, 엔진의 배기 매니폴드 근처에 배치될 수 있다.
혼합기는 터보차저(20)에 의해 압축되어 온도가 상승하기 때문에 인터쿨러(intercooler; 25)로 냉각시킨 후 흡기 매니폴드(32)를 통해 엔진(30)으로 유입될 수 있다. 이 인터쿨러(25)는 혼합기를 냉각시켜 밀도를 크게 함으로써 엔진으로 유입되는 혼합기의 절대량을 늘려 엔진출력을 향상시킬 수 있다.
인터쿨러(25)는 공기로 냉각하는 공랭식 열교환기 또는 물로 냉각하는 수냉식 열교환 경로로 구성될 수 있다. 수냉식 인터쿨러는 냉각수를 매질로 사용할 수 있고, 별도의 열교환기 및 펌프를 구비하여 압축된 혼합기로부터 얻은 열량을 외부에 버리게 된다.
ETC밸브(Electronic Throttle Control Valve; 29)는 흡기 매니폴드(32)의 입구측에 구비되어 엔진으로 유입되는 혼합기의 양을 조절한다. 혼합기가 많이 공급되면 엔진 출력이 커지게 된다.
제어부(110)는 연료밸브(13)의 개도와 ETC밸브(29)의 개도를 조절하여 엔진(30)의 작동을 제어한다. 연료밸브(13)의 개도와 ETC밸브(29)의 개도가 커질수록 엔진 회전수가 커지게 될 것이다.
엔진(30)은 흡기 매니폴드(32)를 통해 유입된 혼합기를 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4 행정을 통해 작동하는 내연기관이다.
엔진(30)이 작동함에 따라 발생하는 배기가스는 배기 매니폴드(34)를 통해 배출되며, 이때 터보차저(20)의 임펠러를 회전시킨다.
엔진(30)은 발전기(40)를 회전시켜 전력을 생산하도록 한다. 이를 위해, 엔진(30)의 회전축 일단에 마련된 풀리(36)와 발전기(40)의 회전축 일단에 마련된 풀리(46) 사이에 벨트가 연결될 수 있다.
이러한 엔진(30)의 풀리(36)와 발전기(40)의 풀리(46)는 그 회전수 비가 대략 1:3이 되도록 마련될 수 있다. 즉, 엔진(30)이 1000rpm 회전할 때 발전기(40)는 약 3000rpm 회전할 수 있다.
발전기(40)에서 생산되는 전력은 전력변환기(90)에서 전류, 전압, 주파수 등이 변환된 상용 전력으로 변환되어 건물 또는 공기 조화 장치와 같은 전력수요처에 공급될 수 있다.
한편, 엔진(30)은 가스 연소에 의해 작동시 상당한 열이 발생하므로 냉각수를 순환시키면서 열교환시켜 엔진에서 발생하는 고온의 열을 흡수하도록 한다.
자동차에서는 냉각수 순환 유로에 라디에이터를 설치하여 엔진의 폐열을 모두 버리도록 구성되지만, 열병합 발전 시스템(100)에서는 엔진에서 발생하는 열을 흡수하여 온수를 만들어 이용할 수 있다.
이를 위해, 냉각수 순환 유로에는 온수 열교환기(50)가 마련되어 냉각수와 별도로 공급되는 물 사이에 열교환 함으로써 물이 고온의 냉각수로부터 열을 전달받도록 할 수 있다.
이 온수 열교환기(50)에 의해 생성되는 온수는 온수 저장조(51)에 저장되었다가 건물 등의 온수 수요처에 공급될 수 있다.
온수 수요처에서 온수를 사용하지 않는 경우에는 온수 열교환기(50)로 물이 공급되지 않아 냉각수 온도가 상승하게 되는데, 이를 방지하기 위해 별도의 방열기(70)를 설치하여 필요없는 냉각수의 열량을 실외로 버릴 수 있다.
이 방열기(70)는 고온의 냉각수가 다수의 핀(fin)에 의해 공기와 열교환함으로써 방열하는 것으로서, 방열 촉진을 위해 방열팬(72)이 구비될 수 있다.
엔진(30)에서 나오는 냉각수 유로는 상기 온수 열교환기(50)와 방열기(70)로 분기되고, 그 분기되는 지점에 삼방밸브(53)를 설치하여 냉각수의 유동 방향을 상황에 따라 제어할 수 있다. 이 삼방밸브(53)에 의해 냉각수를 온수 열교환기(50)로만 보내거나 방열기(70)로만 보내거나, 상황에 따라 온수 열교환기(50)와 방열기(70)로 소정 비율로 나누어 보낼 수 있다.
삼방밸브(53)를 통과하여 방열기(70)에서 방열된 냉각수는 삼방밸브(53)를 통과하여 온수 열교환기(50)를 통과한 냉각수와 합쳐져서 엔진(30)으로 유입될 수 있다.
그리고, 냉각수 순환 유로에는 냉각수 펌프(55)가 설치되어 냉각수의 유동 속도를 조절할 수 있다. 이 냉각수 펌프(55)는 냉각수 순환 유로에서 온수 열교환기(50) 및 방열기(70)의 하류와 엔진(30)의 상류에 설치될 수 있다.
한편, 엔진(30)의 배기 매니폴드(34)를 통해서 나오는 배기가스는 상기한 터보차저(20)를 작동시키기도 하지만, 배기가스의 폐열을 회수하기 위해 배기가스 열교환기(60)를 구비할 수 있다.
이 배기가스 열교환기(60)는 냉각수 순환 유로에서 냉각수 펌프(55)와 엔진(30) 상류 사이에 설치되고, 터보차저(20)를 통해 배출되는 배기가스와 냉각수 사이에 열교환되도록 구성될 수 있다. 이 배기가스 열교환기(60)를 통해 배기가스의 폐열을 회수할 수 있다.
배기가스 열교환기(60)를 통과하면서 냉각수가 어느 정도 가열되어 미지근한 상태로 엔진(30)으로 유입되지만, 그 냉각수도 엔진(30)을 충분히 냉각시킬 수 있다.
배기가스 열교환기(60)를 통과하면서 방열된 배기가스는 머플러(80)를 통과하게 되고, 머플러(80)에 의해 엔진의 배기 측 소음이 저감될 수 있다.
머플러(80)를 통과한 배기가스는 드레인 필터(85)를 통과한 후 외부로 배출될 수 있다. 이 드레인 필터(85)는 머플러(80)와 배기가스 라인 등에서 생성되는 응축수를 정화하기 위해 내부에 정화석을 내장하고 있어서, 산성의 응축수를 정화하고 중화시켜 외부로 유출할 수 있다.
도 2는 엔진과 터보차저를 통한 배기가스와 혼합기의 유동을 나타내는 개념도이고, 도 3은 엔진과 터보차저를 통한 오일 순환 유동을 나타내는 개념도이다.
터보차저(20)는 엔진의 실린더(31)와 배기가스 라인 및 혼합기 공급라인에 의해 연결된다.
터보차저(20)는 엔진에서 배출되는 배기가스에 의해 회전되는 터빈(21)과, 혼합기를 압축하여 엔진으로 보내는 임펠러(23)와, 터빈(21)과 임펠러(23) 사이에 연결되어 함께 회전되는 회전축(22)을 포함한다.
엔진 실린더(31)의 배기밸브를 통해 배출되는 배기가스는 터빈(21)을 회전시킨 후 머플러(80)를 통해 외부로 배출된다.
터보차저(20)로 유입되어 임펠러(23)에 의해 압축된 혼합기는 흡기 매니폴드(32)를 거쳐 흡기밸브를 통해 엔진 실린더(31)로 유입될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 엔진(30)에는 윤활유로서 엔진 오일이 순환 라인을 통해 공급될 수 있다.
엔진(30)의 하부에는 오일 리저버(reservoir)가 구비되고 일측에 오일 펌프(37)와 오일 필터(38)가 구비되어 오일이 엔진 내부에서 순환될 수 있다.
또한, 엔진 오일의 일부는 오일 공급라인을 통해 터보차저(20)로 공급되고, 터보차저(20)에서 나온 오일은 오일 리턴라인을 통해 엔진 리저버로 돌아올 수 있다.
엔진(30)이 작동될 때 오일 펌프(37)도 작동되어 엔진과 터보차저(20)로 엔진 오일이 공급되어 윤활 작용을 한다.
도 4는 제어부와 연결되는 각종 센서와 밸브 및 펌프를 나타내는 블록도이다.
제어부(110)는 엔진과 각종 센서 및 밸브를 포함하는 열병합 발전 시스템의 작동을 제어한다.
특히, 엔진에는 엔진 회전수 센서(120)가 구비되어 엔진의 분당 회전수(rpm)를 산출할 수 있다.
또한, 흡기 매니폴드(32)에는 흡입 압력을 측정하는 MAP 센서(Manifold Absolute Pressure Sensor; 130)가 구비되어 엔진으로 유입되는 혼합기의 흡입 압력으로부터 부하의 크기를 역으로 산출할 수 있다.
일반적으로 연료와 공기가 혼합된 혼합기의 유입량이 많을수록 엔진 회전수가 커지고 이에 따라 출력, 즉 발전량이 커지게 된다.
그리고, 믹서(16)의 입구측에는 연료밸브(13)가 구비되어 공기와 혼합되는 가스 연료의 공급량을 조절한다. 가스 연료가 많이 공급되면 공기와 연료가 혼합된 혼합기의 혼합비가 커지게 된다.
또한, ETC밸브(Electronic Throttle Control Valve; 29)는 흡기 매니폴드(32)의 입구측에 구비되어 엔진으로 유입되는 혼합기의 양을 조절한다. 혼합기가 많이 공급되면 엔진 출력이 커지게 된다.
제어부(110)는 연료밸브(13)의 개도와 ETC밸브(29)의 개도를 조절하여 엔진(30)의 작동을 제어한다. 연료밸브(13)의 개도와 ETC밸브(29)의 개도가 커질수록 엔진 회전수가 커지게 될 것이다.
또한, 상기한 바와 같이, 제어부(110)는 엔진(30)을 작동시킬 때 오일 펌프(37)도 작동하여 엔진(30)과 터보차저(20)에 엔진오일을 공급하여 윤활한다.
도 5는 엔진 시동 후 무 부하 운전시 엔진 회전수와 흡입 압력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 엔진을 시동하여 곧바로 엔진 목표 회전수를 1200rpm으로 설정하여 제어하는 경우에 엔진 회전수와 MAP 압력(혼합기의 흡입 압력)의 변화를 나타낸다.
엔진 시동 초기에는 엔진오일이 냉각되어 있어서 오일 점도가 높기 때문에, 터보차저의 움직임이 원활하지 않아서 엔진에 걸리는 흡입 압력이 400hPa 정도로 높게 나타난다.
이후에도 엔진 목표 회전수 추종 제어가 원활하지 못해서 부분적으로 헌팅이 발생하는 문제점이 있다.
흡입 압력도 약 5분 후에는 소정값 이하로 되지만 여전히 불안정한 변화 양상을 보이며, 약 18분이 지난 후부터는 엔진 회전수와 흡입 압력이 안정화됨을 알 수 있다.
그래서, 엔진 시동 후 부하를 인가하기 전까지 터보차저 예열 운전을 할 때 터보차저가 충분히 예열되었는지 여부를 판단하고, 충분히 예열되었을 때 부하를 인가하고 정상 발전 운전을 할 필요가 있다.
도 6은 본 발명에 의한 열병합 발전 시스템의 제어방법을 나타내는 플로우 차트이다. 이하, 도 6을 참조하여 엔진 시동 후 터보차저 예열이 충분히 이루어졌는지 판단한 다음 그러한 경우에 부하를 인가하고 정상 발전 운전을 하는 제어방법을 설명한다.
먼저, 연료밸브(13)와 ETC밸브(29)을 개방하고 엔진(30)을 시동한다(S10). 엔진은 시동 모터에 전력을 인가하여 시동되는데, 외부의 상용 전력 또는 별도로 구비된 배터리 전력이 인가될 수 있다.
엔진 시동 후에는 부하가 없는 상태로 엔진 및 터보차저가 작동되므로 터보차저가 예열된다.
터보차저 예열은 소정 조건을 만족하는 경우에 종료하고 부하를 인가하여 정상 운전할 수 있는데, 터보차저 예열 종료 여부 판단은 소정 시간 이내의 재시동인 경우와 냉간시의 시동인 경우가 있다.
우선, 냉간시의 시동은 상기 엔진 시동이 엔진 정지 이후 소정 시간 이상 경과하여 엔진과 터보차저가 냉각된 상태에서 시동하는 경우를 말한다.
재시동은 엔진이 작동되다가 정지된 후 얼마 되지 않아 터보차저의 열이 남아 있는 상태에서 엔진을 시동하는 경우를 말한다.
냉간시의 시동과 재시동을 식별하기 위해서, 상기 엔진 시동이 이전의 엔진 정지 후 30~60분 이내의 재시동인지 여부를 판단한다(S20).
상기 엔진 시동이 이전의 엔진 정지 후 30~60분 이내라면 터보차저 예열이 필요없는 상태인지 확인하기 위해, MAP 센서(130)로 혼합기 최대 흡입 압력이 제1압력값 미만인지 여부를 판단한다(S30).
제1압력값은 320hPa로 설정될 수 있다. 엔진의 무 부하 운전시 흡입 압력이 320hPa 미만이라면 터보차저 예열을 위한 공회전이 완료되었다고 판단할 수 있고, 이때 엔진 회전수도 안정화될 수 있다.
이렇게 소정 시간 이내의 재시동에 해당하고 흡입 압력이 소정값 이하라면, 시스템에 부하를 인가하고 목표 회전수 추종 제어를 하여 정상적으로 발전하는 운전을 한다(S40).
한편, 상기 엔진 시동이 이전의 엔진 정지 후 30~60분을 경과한 경우에는 냉간시의 시동이므로 터보차저 예열을 위한 제어를 한다(S50).
터보차저 예열 제어는 무 부하 상태에서 비교적 낮은 목표 회전수로 엔진이 작동되도록 제어하는 것을 말한다.
엔진 시동 이후에 예열하면 냉각수와 오일 온도의 상승이 빠르지 않지만, 900~1100rpm 정도의 엔진 회전수로 안정적으로 운전함으로써 냉각수와 오일이 충분히 가열될 수 있다.
터보차저 예열 제어를 진행한 이후에는 터보차저 예열 제어를 종료하는 시점을 판단하기 위해, 혼합기 흡입 압력이 소정값 미만인지 판단(S60)하고 엔진 회전수 변동폭이 소정값 미만인지 판단(S70)한다.
즉, 최대 흡입 압력이 제2압력값 미만인지 판단(S60)하여 제2입력값 이상이면 계속해서 터보차저 예열 제어를 유지한다.
제2입력값은 310hPa로 설정될 수 있다. 엔진의 무 부하 냉간시의 시동 운전시 흡입 압력이 310hPa 이상이라면 터보차저 예열을 위한 공회전이 완료되지 않았다고 판단할 수 있다.
만약, 흡입 압력이 310hPa 미만이라면, 엔진 회전수 변동폭이 ±20rpm 미만인지 여부를 판단한다(S70).
엔진 회전수 변동폭이 ±20rpm 이상이라면 터보차저 예열이 충분히 이루어지지 않았으므로, 터보차저 예열 제어(S50)를 유지한다.
엔진 회전수 변동폭이 ±20rpm 미만이라면 엔진 회전수가 안정화되고 터보차저 예열이 충분히 이루어졌다고 판단할 수 있으므로, 시스템에 부하를 인가하고 정상 발전 운전을 할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
12: 제로 가버너 13: 연료밸브
14: 에어클리너 16: 믹서
20: 터보차저 29: ETC밸브
30: 엔진 40: 발전기
50: 온수 열교환기 60: 배기가스 열교환기
70: 방열기 80: 머플러
90: 전력변환기 100: 열병합발전장치
110: 제어부 120: 엔진 회전수 센서
130: MAP센서

Claims (10)

  1. 가스를 연료로 사용하는 엔진;
    상기 엔진에 의해 구동되어 전력을 생산하는 발전기;
    상기 엔진의 배기가스에 의해 작동되어 혼합기를 압축하여 엔진으로 공급하는 터보차저;
    상기 엔진 및 터보차저를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 엔진의 시동이 소정 시간 이내의 재시동인 경우와 냉간시의 시동인 경우인지를 판단하고,
    상기 엔진 시동이 소정 시간 이내의 재시동에 해당하고, 혼합기 흡입 압력이 제1압력값 이하이고 엔진 회전수 변동폭이 소정값 이하가 되면 부하를 인가하여 정상 발전 운전을 수행하고,
    상기 엔진 시동이 냉간시의 시동에 해당하면, 무 부하 상태의 목표 회전수로 엔진을 작동시켜 터보차저를 예열하고, 이후, 혼합기 흡입 압력이 제2압력값 미만이고 엔진 회전수 변동폭이 소정값 미만이면 부하를 인가하여 정상 발전 운전을 수행하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 엔진 시동이 소정 시간 이내의 재시동인 경우와 냉간시의 시동인 경우인지의 판단은 상기 엔진 시동이 이전의 엔진 정지 후 30~60분 이내의 시동인지를 판단하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1압력값은 상기 제2압력값보다 큰 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 엔진 회전수 변동폭의 소정값은 ±20rpm인 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 터보차저의 예열은 상기 엔진을 목표 회전수 900~1100rpm으로 운전하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.
  6. 엔진을 시동하는 단계;
    상기 엔진 시동이 소정 시간 이내의 재시동인 경우와 냉간시의 시동인 경우인지를 판단하는 단계;
    상기 엔진 시동이 소정 시간 이내의 재시동에 해당하고, 혼합기 흡입 압력이 제1압력값 이하이고 엔진 회전수 변동폭이 소정값 이하가 되면 부하를 인가하여 정상 발전 운전을 수행하는 단계; 및
    상기 엔진 시동이 냉간시의 시동에 해당하면, 무 부하 상태의 목표 회전수로 엔진을 작동시켜 터보차저를 예열하고, 이후, 혼합기 흡입 압력이 제2압력값 미만이고 엔진 회전수 변동폭이 소정값 미만이면 부하를 인가하여 정상 발전 운전을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 엔진 시동이 소정 시간 이내의 재시동인 경우와 냉간시의 시동인 경우인지를 판단하는 단계는, 상기 엔진 시동이 이전의 엔진 정지 후 30~60분 이내의 시동인지를 판단하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템의 제어방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1압력값은 상기 제2압력값보다 큰 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템의 제어방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 엔진 회전수 변동폭의 소정값은 ±20rpm인 것을특징으로 하는 열병합 발전 시스템의 제어방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 터보차저의 예열은 상기 엔진을 목표 회전수 900~1100rpm으로 운전하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템의 제어방법.
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