KR101949743B1 - A combined heat and power generating system and A method for controlling the same - 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 회전되는 터빈과 연결된 임펠러가 상기 엔진에 흡입되는 혼합기를 압축하여 공급하는 터보차저, 혼합기가 상기 터보차저를 거치지 않고 상기 엔진으로 흡입되도록 연결된 자연 흡기유로에 설치된 흡기밸브, 상기 배기가스가 상기 터보차저로 유입되는 유로에서 분기되어 배기가스가 터보차저를 거치지 않고 배출되도록 연결된 바이패스 유로, 상기 배기가스가 상기 터보차저로 유입되는 유로와 상기 바이패스 유로의 분기점에 설치되는 배기밸브, 및 상기 엔진, 흡기밸브 및 배기밸브를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 엔진 회전수가 소정값 이하일 때, 상기 흡기밸브를 열고 상기 배기밸브는 상기 배기가스가 상기 바이패스 유로로 배출되도록 제어된다.A cogeneration system according to the present invention is a cogeneration system comprising: an engine using gas as fuel; a generator driven by the engine to produce electric power; an impeller connected to a turbine rotated by the exhaust gas of the engine, A turbocharger for supplying the exhaust gas to the turbocharger, an intake valve installed in a natural intake passage connected to the engine so as to be sucked into the engine without passing through the turbocharger, exhaust gas branched from a flow path into the turbocharger, And a control unit for controlling the engine, the intake valve, and the exhaust valve, wherein the control unit controls the engine, the intake valve, and the exhaust valve, When the number of revolutions of the engine is less than a predetermined value, the intake valve is opened, The exhaust gas is controlled so as to be discharged to the bypass flow.

Description

열병합 발전 시스템 및 그 제어방법{A combined heat and power generating system and A method for controlling the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cogeneration system and a control method thereof,

본 발명은 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cogeneration system and a control method thereof.

열병합 발전 시스템은 가스 연료로 엔진을 작동하여 발전기에서 전력을 생산하고, 엔진 등에서 발생하는 열을 온수 등으로 변환하여 그 수요처에 공급하는 시스템을 말한다.A cogeneration system is a system that generates electricity from a generator by operating an engine with gas fuel, and converts the heat generated by the engine into hot water or the like to supply it to the customer.

이러한 열병합 발전 시스템에는 공기 조화 장치가 연결되어 이 공기 조화 장치에 전력과 열 내지 온수를 공급할 수 있다.In this cogeneration system, an air conditioner is connected to supply power and heat or hot water to the air conditioner.

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.The engine turns the generator to produce power. In addition, the electric power generated by the generator can be converted into commercial electric power converted from electric power, voltage, frequency and the like in the electric power converter and supplied to electric power consumers such as building or air conditioner.

엔진은 그에 인가되는 부하에 따라 목표 엔진 회전수를 추종하도록 제어된다. 엔진에 인가되는 부하가 커지면 제어부는 목표 회전수를 크게 바꾸고 그 바뀐 목표 엔진 회전수가 되도록 연료밸브 등의 개도량을 늘려 엔진을 작동시킨다. 부하가 작아지면 목표 엔진 회전수가 작아지고 그에 따라 연료밸브 등의 개도량도 작아질 것이다.The engine is controlled to follow the target engine speed according to the load applied thereto. When the load applied to the engine increases, the control unit changes the target rotational speed to a larger value and increases the amount of opening of the fuel valve or the like so as to operate the engine. As the load becomes smaller, the target engine speed decreases and accordingly the opening amount of the fuel valve or the like becomes smaller.

그런데, 엔진 출력을 향상시키기 위해 혼합기 압력을 높여서 엔진으로 공급하는 과급기로서, 엔진의 배기가스 출력으로 혼합기를 고압으로 공급하는 터보차저를 사용하기도 한다.In order to improve the engine output, a turbocharger for supplying a high-pressure mixture to the exhaust gas output of the engine may be used as a supercharger that supplies the mixture to the engine at a higher pressure.

터보차저를 구비하는 엔진은 높은 엔진 회전수 영역에서 엔진 출력을 향상시킬 수 있지만, 낮은 엔진 회전수 영역에서는 터보차저를 사용하지 않는 자연 흡기 방식의 엔진보다 오히려 출력이 떨어지는 문제점이 있었다.The engine having the turbo charger can improve the engine output in the high engine speed range but has a problem that the output is lower than the natural intake type engine which does not use the turbocharger in the low engine speed range.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래기술로서, 한국 등록실용신안공보 제20-0151137호에는 터보차저 엔진용 흡기장치가 개시되어 있다.As a conventional technique for solving such a problem, a Korean Registered Utility Model No. 20-0151137 discloses an intake apparatus for a turbocharged engine.

개시된 터보차저 엔진용 흡기장치는 자동차에 사용되는 엔진으로서, 엔진의 구동조건에 관계없이 엔진의 흡기부압에 의해 항상 엔진에 공기를 공급하는 제1흡기계, 및 상기 제1흡기계와 병행하여 설치되며 엔진의 고 RPM 운전 영역에서만 터보차저 구동에 따른 과급공기를 엔진에 공급하도록 개방되는 제2흡기계를 구비한다.An intake apparatus for a turbocharged engine, which is used in an automobile, includes: a first intake system that constantly supplies air to an engine by an intake negative pressure of the engine regardless of driving conditions of the engine; And a second intake system opened to supply the engine with supercharging air in accordance with the turbocharger drive only in the high RPM operating range of the engine.

하지만, 낮은 엔진 회전수의 경우에는 솔레노이드 밸브가 제2흡기계를 차단하는데, 이 경우에도 배기가스는 항상 터보차저를 작동시키므로 터보차저의 임펠러에 의해 압축된 공기가 배출되는 유로가 없기 때문에 배기측에 저항으로 작용하여 엔진측의 출력이 낮아지는 문제점이 있다.However, in the case of a low engine speed, the solenoid valve blocks the second intake system. In this case, since the exhaust gas always operates the turbocharger, there is no flow path through which the air compressed by the impeller of the turbocharger is discharged. So that the output of the engine is lowered.

또한, 자연 흡기되는 공기의 양을 정량적으로 조절하는 것이 불가능하고 흡입 공기량과 배기량의 차이로 인해 엔진 효율이 나빠질 수 있다.In addition, it is impossible to quantitatively adjust the amount of naturally aspirated air, and the engine efficiency may be deteriorated due to the difference between the intake air amount and the exhaust amount.

본 발명은 터보차저를 구비한 엔진을 포함하는 열병합 발전 시스템에서 엔진 회전수가 높은 경우는 물론 엔진 회전수가 낮은 경우에도 엔진 출력을 향상시킬 수 있는 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a cogeneration system and a control method thereof that can improve the engine output even when the engine speed is high and the engine speed is low in a cogeneration system including an engine having a turbocharger .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열병합 발전 시스템은, 가스를 연료로 사용하는 엔진, 상기 엔진에 의해 구동되어 전력을 생산하는 발전기, 상기 엔진의 배기가스에 의해 회전되는 터빈과 연결된 임펠러가 상기 엔진에 흡입되는 혼합기를 압축하여 공급하는 터보차저, 혼합기가 상기 터보차저를 거치지 않고 상기 엔진으로 흡입되도록 연결된 자연 흡기유로에 설치된 흡기밸브, 상기 배기가스가 상기 터보차저로 유입되는 유로에서 분기되어 배기가스가 터보차저를 거치지 않고 배출되도록 연결된 바이패스 유로, 상기 배기가스가 상기 터보차저로 유입되는 유로와 상기 바이패스 유로의 분기점에 설치되는 배기밸브, 및 상기 엔진, 흡기밸브 및 배기밸브를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 엔진 회전수가 소정값 이하일 때, 상기 흡기밸브를 열고 상기 배기밸브는 상기 배기가스가 상기 바이패스 유로로 배출되도록 제어된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a cogeneration system including an engine using gas as fuel, a generator driven by the engine to generate electric power, and an impeller connected to a turbine rotated by the exhaust gas of the engine, A turbocharger for compressing and supplying a mixture to be sucked into the turbocharger, an intake valve installed in a natural intake passage connected to the mixer to be sucked into the engine without passing through the turbocharger, A control valve for controlling the engine, the intake valve, and the exhaust valve, and a control valve for controlling the engine, the intake valve, and the exhaust valve, Wherein when the number of revolutions of the engine is less than a predetermined value, Opening the probe wherein the exhaust valve is controlled such that the exhaust gas discharged to the bypass flow.

상기 제어부는 엔진 회전수가 빨라져서 제1회전수값 이상이 되면, 상기 흡기밸브를 닫고 상기 배기밸브는 상기 배기가스가 모두 상기 터보차저를 통과하도록 제어되는 것이 바람직하다.The control unit closes the intake valve and controls the exhaust valve to pass the exhaust gas through the turbocharger when the engine speed becomes faster than the first rotation speed value.

상기 제어부는 엔진 회전수가 느려져서 제2회전수값 이하가 되면, 상기 흡기밸브를 열고 상기 배기밸브는 상기 배기가스가 모두 상기 바이패스 유로로 배출되도록 제어되는 것이 바람직하다.And the control unit controls the exhaust valve so that the exhaust gas is exhausted to the bypass flow passage when the engine rotation speed becomes slower than the second rotation speed value.

상기 흡기밸브와 상기 배기밸브는 개도량이 초당 5~15% 조절되는 스텝밸브인 것이 바람직하다.It is preferable that the intake valve and the exhaust valve are step valves whose opening amount is adjusted by 5 to 15% per second.

상기 제2회전수값은 상기 제1회전수값보다 50rpm 더 큰 것이 바람직하다.And the second rotational speed value is greater than the first rotational speed value by 50 rpm.

상기 제1회전수값은 1300~1500rpm이고, 상기 제2회전수값은 1400~1500rpm인 것이 바람직하다.It is preferable that the first rotation number value is 1300 to 1500 rpm and the second rotation number value is 1400 to 1500 rpm.

본 발명의 열병합 발전 시스템의 제어방법은, 터보차저를 구비하는 엔진과 발전기를 포함하는 열병합 발전 시스템의 제어방법에 있어서, 목표 회전수를 추종하도록 엔진을 정상 운전 제어하는 단계, 부하 변화에 따라 목표 엔진 회전수를 변경하는 단계, 및 엔진 회전수가 소정값 이하일 때, 엔진으로 흡기되는 혼합기가 상기 터보차저를 통과하지 않도록 흡기밸브를 열고, 배기가스가 터보차저를 통과하지 않고 바이패스 유로를 통해 배출되도록 배기밸브를 제어하는 단계를 포함한다.A control method of a cogeneration system according to the present invention is a control method for a cogeneration system including an engine and a generator equipped with a turbocharger. The control method includes a step of controlling the engine so as to follow a target revolution speed, Opening the intake valve such that the mixture injected into the engine does not pass through the turbocharger when the number of revolutions of the engine is equal to or less than a predetermined value and discharging the exhaust gas through the bypass passage without passing through the turbocharger And controlling the exhaust valve to control the exhaust valve.

엔진 회전수가 빨라져서 제1회전수값 이상이 되면, 상기 흡기밸브를 닫고 상기 배기밸브는 상기 배기가스가 모두 상기 터보차저를 통과하도록 제어되는 것이 바람직하다.When the engine speed is increased to a value equal to or higher than the first rotational speed value, the intake valve is closed and the exhaust valve is controlled so that all of the exhaust gas passes through the turbocharger.

엔진 회전수가 느려져서 제2회전수값 이하가 되면, 상기 흡기밸브를 열고 상기 배기밸브는 상기 배기가스가 모두 상기 바이패스 유로로 배출되도록 제어되는 것이 바람직하다.When the engine rotation speed is slower than the second rotation speed value, the intake valve is opened and the exhaust valve is controlled so that all of the exhaust gas is discharged to the bypass passage.

상기 흡기밸브와 상기 배기밸브는 개도량이 초당 5~15% 조절되는 것이 바람직하다.Preferably, the opening amount of the intake valve and the exhaust valve is controlled by 5 to 15% per second.

상기 제2회전수값은 상기 제1회전수값보다 50rpm 더 큰 것이 바람직하다.And the second rotational speed value is greater than the first rotational speed value by 50 rpm.

상기 제1회전수값은 1300~1500rpm이고, 상기 제2회전수값은 1400~1500rpm인 것이 바람직하다.It is preferable that the first rotation number value is 1300 to 1500 rpm and the second rotation number value is 1400 to 1500 rpm.

상기한 본 발명의 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법에 의하면, 터보차저를 구비한 엔진을 포함하는 열병합 발전 시스템에서 엔진의 고속운전시에는 터보차저에 의해 혼합기를 고압으로 과급하여 엔진출력을 향상시킴은 물론, 저속운전시에는 혼합기를 자연 흡기 방식으로 엔진에 흡입하고 배기가스도 터보차저를 경유하지 않도록 바이패스시킴으로써, 엔진 회전속도의 전 영역에 걸쳐 엔진출력을 향상시킬 수 있다.According to the cogeneration system of the present invention and the control method thereof, when the engine is operated at high speed in the cogeneration system including the engine having the turbocharger, the turbocharger supercharges the mixer to a high pressure to improve the engine output Of course, at low-speed operation, the engine output can be improved over the entire range of the engine rotation speed by bypassing the mixer in the engine by the natural intake system and bypassing the exhaust gas through the turbocharger.

도 1은 열병합 발전 시스템의 일례를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 제어부와 연결되는 센서와 밸브를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 엔진의 흡기 및 배기 유로와 그 연결 관계를 나타내는 개략도이다.
도 4는 터보차저 적용 엔진과 자연 흡기 엔진의 엔진 회전수에 따른 토크를 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 5는 고속회전시에 터보차저를 사용하는 경우의 흡기 및 배기 유동을 나타내는 개략도이다.
도 6은 저속회전시에 터보차저를 사용하지 않는 경우의 흡기 및 배기 유동을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제어방법을 나타내는 플로우차트이다.1 is a conceptual diagram schematically showing an example of a cogeneration system.
2 is a block diagram showing a sensor and a valve connected to the control unit.
3 is a schematic view showing the intake and exhaust flow paths of the engine according to the present invention and its connection relationship.
4 is a graph showing a comparison between torques according to engine speeds of a turbocharger applied engine and a natural-intake engine.
5 is a schematic view showing intake and exhaust flows when a turbocharger is used in high-speed rotation.
6 is a schematic view showing intake and exhaust flows when the turbocharger is not used at low-speed rotation.
7 is a flowchart showing a control method according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 열병합 발전 시스템의 일례를 개략적으로 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram schematically showing an example of a cogeneration system.

열병합 발전 시스템(100)은 가스 연료로 엔진을 작동하여 발전기에서 전력을 생산하고, 엔진 등에서 발생하는 열을 온수 등으로 변환하여 그 수요처에 공급하는 시스템을 말한다.The cogeneration system 100 refers to a system that generates electricity from a generator by operating an engine with gas fuel, converts heat generated by the engine into hot water or the like, and supplies the heat to the customer.

이러한 열병합 발전 시스템(100)에는 공기 조화 장치가 연결되어 이 공기 조화 장치에 전력과 열 내지 온수를 공급할 수 있다.In the cogeneration system 100, an air conditioner is connected to supply power, heat, or hot water to the air conditioner.

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.The gaseous fuel can be supplied by the zero governor 12 while maintaining a constant outlet pressure regardless of the shape of the inlet input or the change in flow rate. The zero governor 12 is capable of obtaining a stable outlet pressure over a wide range and has a function of adjusting the pressure of the gaseous fuel supplied to the engine to almost constant at atmospheric pressure. In addition, the zero governor 12 is provided with two solenoid valves to shut off the supplied fuel.

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.The air can be filtered and supplied with clean air through an air cleaner 14. The air cleaner 14 can block the mixing of moisture and oil in the form of dust and mist using external air supplied to the engine as a filter.

이와 같이 공급된 가스 연료와 공기는 믹서(mixer; 16)에 의해 공기와 연료의 혼합비가 일정한 혼합기로 되어 엔진에 흡입될 수 있다.The gas fuel and the air supplied as described above can be sucked into the engine by a mixer having a constant mixture ratio of air and fuel by a mixer (16).

제로 가버너(12)와 믹서(16) 사이에는 믹서(16)로 유입되는 연료의 유량을 조절하는 연료밸브(13)가 구비될 수 있다.Between the zero governor 12 and the mixer 16, a fuel valve 13 for regulating the flow rate of fuel flowing into the mixer 16 may be provided.

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.A turbocharger 20 can compress the mixer to a high temperature and high pressure state. The turbocharger 20 is a device that rotates the turbine by the force of the exhaust gas, compresses the intake air by its rotational force, and sends the compressed air to the cylinder of the engine to increase the output.

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.The turbocharger 20 is a combination of a turbine and a supercharger. The turbocharger 20 is composed of a turbine and an air compressor connected directly to the turbine. The turbine wheel is rotated by the energy of the exhaust gas The air sucked by the air compressor can be compressed and sent to the cylinder.

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.The turbocharger 20 has a structure in which a turbine wheel in which a blade is installed and an impeller of an air compressor are connected to one shaft and each surrounds the housing, and can be disposed near the exhaust manifold of the engine.

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.The mixer is cooled by the intercooler 25 and then introduced into the engine 30 through the intake manifold 32 because the temperature of the mixture is compressed by the turbocharger 20. [ The intercooler 25 can cool the mixer to increase the density, thereby increasing the absolute amount of the mixer introduced into the engine and improving the engine output.

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.The intercooler 25 may comprise an air-cooled heat exchanger that cools with air or a water-cooled heat exchange path that cools with water. The water-cooled intercooler can use cooling water as a medium, and it has a separate heat exchanger and pump to discard the calories from the compressed mixer to the outside.

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.An ETC valve (Electronic Throttle Control Valve) 29 is provided at the inlet side of the intake manifold 32 to regulate the amount of the mixer introduced into the engine. When a large number of mixers are supplied, the engine output becomes large.

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.The control unit 110 controls the operation of the engine 30 by adjusting the opening of the fuel valve 13 and the opening of the ETC valve 29. As the opening degree of the fuel valve 13 and the opening degree of the ETC valve 29 become larger, the engine speed will increase.

엔진(30)은 흡기 매니폴드(32)를 통해 유입된 혼합기를 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4 행정을 통해 작동하는 내연기관이다.The engine 30 is an internal combustion engine that operates the mixer introduced through the intake manifold 32 through four strokes of suction, compression, explosion, and exhaust.

엔진(30)이 작동함에 따라 발생하는 배기가스는 배기 매니폴드(34)를 통해 배출되며, 이때 터보차저(20)의 임펠러를 회전시킨다.Exhaust gas generated as the engine 30 is operated is discharged through the exhaust manifold 34, at which time the impeller of the turbocharger 20 is rotated.

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.The engine 30 rotates the generator 40 to produce electric power. To this end, a belt may be connected between a pulley 36 provided at one end of the rotating shaft of the engine 30 and a pulley 46 provided at one end of the rotating shaft of the generator 40.

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.The pulley 36 of the engine 30 and the pulley 46 of the generator 40 may be provided so that the rotation ratio thereof is approximately 1: 3. That is, when the engine 30 rotates at 1000 rpm, the generator 40 can rotate at about 3000 rpm.

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.The power generated by the generator 40 may be converted into a commercial power converted from a current, a voltage, a frequency, etc. in the power converter 90 and supplied to a power consumer such as a building or an air conditioner.

한편, 엔진(30)은 가스 연소에 의해 작동시 상당한 열이 발생하므로 냉각수를 순환시키면서 열교환시켜 엔진에서 발생하는 고온의 열을 흡수하도록 한다.On the other hand, since the engine 30 generates considerable heat during operation by gas combustion, it circulates the cooling water and performs heat exchange to absorb the heat of high temperature generated in the engine.

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.In the automobile, the radiator is installed in the cooling water circulation flow path to discard all of the waste heat of the engine. In the cogeneration system 100, however, the heat generated by the engine can be absorbed to generate hot water.

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.To this end, a hot water heat exchanger (50) is provided in the cooling water circulation channel so that heat is exchanged between water supplied separately from the cooling water so that the water receives heat from the high temperature cooling water.

이 온수 열교환기(50)에 의해 생성되는 온수는 온수 저장조(51)에 저장되었다가 건물 등의 온수 수요처에 공급될 수 있다.The hot water generated by the hot water heat exchanger (50) is stored in the hot water storage tank (51) and can be supplied to hot water consumers such as buildings.

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.In the case where hot water is not used in the hot water consumer, water is not supplied to the hot water heat exchanger 50, and the temperature of the cooling water rises. To prevent this, a separate heat radiator 70 is installed, You can throw away.

이 방열기(70)는 고온의 냉각수가 다수의 핀(fin)에 의해 공기와 열교환함으로써 방열하는 것으로서, 방열 촉진을 위해 방열팬(72)이 구비될 수 있다.The radiator 70 dissipates heat by exchanging heat with the air by means of a plurality of fins, and the heat dissipating fan 72 may be provided to accelerate heat dissipation.

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.The cooling water flow path from the engine 30 is branched into the hot water heat exchanger 50 and the radiator 70 and a three-way valve 53 is provided at the branch point to control the flow direction of the cooling water according to the situation . The cooling water can be sent only to the hot water heat exchanger 50 or only to the radiator 70 by the three-way valve 53 or can be divided into the hot water heat exchanger 50 and the radiator 70 at a predetermined ratio depending on the situation.

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.Way valve 53 and radiating from the radiator 70 can be combined with the cooling water that has passed through the three-way valve 53 and passed through the hot water heat exchanger 50 and then introduced into the engine 30.

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.The cooling water circulating passage is provided with a cooling water pump 55 to adjust the flow rate of the cooling water. This cooling water pump 55 can be installed downstream of the hot water heat exchanger 50 and the radiator 70 and upstream of the engine 30 in the cooling water circulation flow path.

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.On the other hand, the exhaust gas flowing through the exhaust manifold 34 of the engine 30 operates the turbocharger 20 described above. However, the exhaust gas heat exchanger 60 may be provided to recover the waste heat of the exhaust gas. have.

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.The exhaust gas heat exchanger 60 is arranged between the cooling water pump 55 and the upstream side of the engine 30 in the cooling water circulating flow passage and can be configured to exchange heat between the exhaust gas discharged through the turbocharger 20 and the cooling water . The exhaust heat of the exhaust gas can be recovered through the exhaust gas heat exchanger (60).

배기가스 열교환기(60)를 통과하면서 냉각수가 어느 정도 가열되어 미지근한 상태로 엔진(30)으로 유입되지만, 그 냉각수도 엔진(30)을 충분히 냉각시킬 수 있다.The cooling water is heated to some extent while flowing through the exhaust gas heat exchanger 60 and flows into the engine 30 in a lukewarm state, but the cooling water can sufficiently cool the engine 30.

배기가스 열교환기(60)를 통과하면서 방열된 배기가스는 머플러(80)를 통과하게 되고, 머플러(80)에 의해 엔진의 배기 측 소음이 저감될 수 있다.Exhausted gas passing through the exhaust gas heat exchanger 60 passes through the muffler 80 and the exhaust side noise of the engine can be reduced by the muffler 80. [

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.The exhaust gas that has passed through the muffler 80 can be discharged to the outside after passing through the drain filter 85. The drain filter 85 has a built-in hydride filter for purifying the condensed water generated in the muffler 80, the exhaust gas line, etc., so that the acidic condensed water can be purified and neutralized and flow out to the outside.

도 2는 제어부와 연결되는 센서와 밸브를 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram showing a sensor and a valve connected to the control unit.

제어부(110)는 엔진과 각종 센서 및 밸브를 포함하는 열병합 발전 시스템의 작동을 제어한다.The control unit 110 controls the operation of the cogeneration system including the engine and various sensors and valves.

특히, 엔진에는 엔진 회전수 센서(120)가 구비되어 엔진의 분당 회전수(rpm)를 산출할 수 있다.In particular, the engine is provided with an engine speed sensor 120 to calculate the revolution speed (rpm) of the engine per minute.

또한, 흡기 매니폴드(32)에는 흡입 압력을 측정하는 MAP 센서(Manifold Absolute Pressure Sensor; 130)가 구비되어 엔진으로 유입되는 혼합기의 흡입 압력으로부터 그에 대응하는 부하의 크기를 상대적으로 산출할 수 있다.In addition, a MAP sensor (Manifold Absolute Pressure Sensor) 130 for measuring the suction pressure is provided in the intake manifold 32, and the magnitude of the corresponding load can be relatively calculated from the suction pressure of the mixer flowing into the engine.

일반적으로 연료와 공기가 혼합된 혼합기의 유입량이 많을수록 엔진 회전수가 커지고 이에 따라 출력, 즉 발전량이 커지게 된다.Generally, as the flow rate of the mixture of the fuel and the air is increased, the number of revolutions of the engine increases and thus the output, that is, the power generation amount increases.

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.A fuel valve 13 is provided at the inlet side of the mixer 16 to regulate the supply amount of the gaseous fuel to be mixed with the air. When a large amount of gaseous fuel is supplied, the mixing ratio of the air-fuel mixture becomes large.

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.Further, an ETC valve (Electronic Throttle Control Valve) 29 is provided at the inlet side of the intake manifold 32 to adjust the amount of the mixer introduced into the engine. When a large number of mixers are supplied, the engine output becomes large.

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.The control unit 110 controls the operation of the engine 30 by adjusting the opening of the fuel valve 13 and the opening of the ETC valve 29. As the opening degree of the fuel valve 13 and the opening degree of the ETC valve 29 become larger, the engine speed will increase.

도 3은 본 발명에 따른 엔진의 흡기 및 배기 유로와 그 연결 관계를 나타내는 개략도이다.3 is a schematic view showing the intake and exhaust flow paths of the engine according to the present invention and its connection relationship.

터보차저(20)는 엔진(30)의 실린더와 혼합기 공급라인 및 배기가스 배출라인에 의해 연결된다.The turbocharger 20 is connected to the cylinder of the engine 30 by a mixer supply line and an exhaust gas discharge line.

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.The turbocharger 20 includes a turbine 21 rotated by the exhaust gas discharged from the engine, an impeller 23 compressing the mixer and sending it to the engine, and a turbine 21 connected to the impeller 23, (Not shown).

엔진(30) 실린더에서 배출되는 배기가스는 터빈(21)을 회전시킨 후 머플러(80)를 통해 외부로 배출된다.The exhaust gas discharged from the cylinder of the engine 30 is discharged to the outside through the muffler 80 after rotating the turbine 21.

터보차저(20)로 유입되어 임펠러(23)에 의해 압축된 혼합기는 인터쿨러(25)에서 냉각된 후 흡기 매니폴드(32)를 거쳐 흡기밸브를 통해 엔진(30) 실린더로 유입될 수 있다.The mixer that is introduced into the turbocharger 20 and compressed by the impeller 23 is cooled in the intercooler 25 and then introduced into the engine 30 cylinder through the intake manifold 32 and the intake valve.

도 3에서 도 1의 구조와 다른 점은, 혼합기 공급라인에 혼합기를 자연 흡입되도록 하는 자연 흡기유로와 흡기밸브(140)를 구비하는 점, 배기가스 배출라인에 터보차저를 경유하지 않고 머플러(80)로 바로 연결되는 바이패스 유로(160)와, 터보차저(20)로 유입되는 유로와 바이패스 유로의 분기점에 배기밸브(150)를 구비하는 점이다.3 differs from the structure of FIG. 1 in that a natural intake passage and an intake valve 140 for naturally sucking a mixer in a mixer supply line are provided, and a muffler 80 A bypass valve 160 directly connected to the turbocharger 20, and an exhaust valve 150 at a branch point between the flow path to the turbocharger 20 and the bypass flow path.

혼합기가 터보차저(20)에 의해 압축되고 인터쿨러(25)에 의해 냉각되어 엔진(30)으로 유입되는 흡입 유로에 혼합기가 엔진 실린더의 부압에 의해 자연 흡입되도록 자연 흡기유로가 연결된다.The natural intake passage is connected so that the mixer is compressed by the turbocharger 20 and cooled by the intercooler 25 and naturally sucked by the negative pressure of the engine cylinder into the intake passage flowing into the engine 30. [

즉, 상기한 믹서(16)로부터 터보차저(20)로 혼합기 유로가 연결됨과 동시에 자연 흡기유로로도 연결되는 것이다.That is, the mixer flow path is connected from the mixer 16 to the turbocharger 20, and is also connected to the natural intake flow path.

이 자연 흡기유로에는 흡기밸브(140)가 마련되어 자연 흡기유로를 개폐할 수 있다.An intake valve 140 is provided in the natural intake flow passage to open and close the natural intake flow passage.

흡기밸브(140)는 스텝밸브로 마련되어 자연 흡기유로의 개도량을 단계별로 조절할 수 있는 것이 바람직하다.It is preferable that the intake valve 140 is provided as a step valve so that the amount of opening of the natural intake passage can be adjusted in stages.

배기가스 배출라인은 터보차저(20)를 경유하는 유로와 터보차저(20)를 경유하지 않는 바이패스 유로(160)로 분기되고, 두 유로는 상기한 머플러(80) 전에 다시 합쳐질 수 있다.The exhaust gas discharge line is branched into a flow path through the turbocharger 20 and a bypass flow path 160 not through the turbocharger 20 and the two flow paths can be rejoined before the muffler 80. [

터보차저(20)를 경유하는 유로와 바이패스 유로(160)의 분기점에는 배기밸브(150)가 마련되어 두 유로로의 개도량을 조절할 수 있다. 즉, 배기밸브(150)는 배기가스가 모두 터보차저(20)를 경유하도록 하거나, 모두 바이패스 유로(160)로만 우회하도록 하거나, 또는 두 유로로 소정 비율로 유동하도록 할 수 있다.An exhaust valve 150 is provided at a branch point between the flow path passing through the turbocharger 20 and the bypass flow path 160 to adjust the amount of opening to the two flow paths. That is, the exhaust valve 150 may allow all of the exhaust gas to pass through the turbocharger 20, bypass only the bypass flow path 160, or flow at a predetermined ratio with two flow paths.

도 3에서는 혼합기의 흡입측에서 일부는 터보차저(20)에 의해 압축되어 과급되고 나머지는 자연 흡기 방식으로 흡입되며, 배기측에서도 배기가스의 일부는 터보차저(20)를 통과하고 나머지는 바이패스 유로(160)로 배출되는 경우를 나타낸 것이다.3, a part of the exhaust gas is compressed by the turbocharger 20 and supercharged by the turbocharger 20, and the rest of the exhaust gas is sucked by the natural intake system. A portion of the exhaust gas passes through the turbocharger 20, And then discharged to the discharge port 160.

도 4는 터보차저 적용 엔진과 자연 흡기 엔진의 엔진 회전수에 따른 토크를 비교하여 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing a comparison between torques according to engine speeds of a turbocharger applied engine and a natural-intake engine.

터보차저가 없는 자연 흡기 엔진의 경우 엔진 회전수(rpm)가 증가할수록 토크(Nm)도 완만하게 증가하는 경향을 나타낸다.In the case of a natural intake engine without a turbo charger, the torque (Nm) tends to increase gradually as the engine speed (rpm) increases.

터보차저를 구비하는 엔진의 경우 엔진 회전수(rpm)가 증가할수록 급격히 증가하다가 소정값 이상의 고속 회전시에는 토크가 더이상 증가되지 않고 오히려 완만하게 감소하는 경향을 나타낸다.In the case of an engine equipped with a turbocharger, the torque increases sharply as the engine speed rpm increases, but the torque tends to decrease rather slowly as the engine speed rises above a predetermined value.

도 4에 도시된 바와 같이, 소정의 엔진 회전수에서 터보차저 적용 엔진의 토크가 자연 흡기 엔진의 토크보다 커지기 시작하는 출력 교차지점이 존재한다.As shown in Fig. 4, at the predetermined engine speed, there is an output crossing point at which the torque of the turbocharger application engine starts to become larger than the torque of the naturally-aspirated engine.

따라서, 출력 교차지점보다 낮은 엔진 회전수의 경우 자연흡기 엔진 방식으로 운전하고 출력 교차지점보다 낮은 엔진 회전수의 경우 터보차저 방식으로 운전한다면 엔진의 출력을 최대로 얻을 수 있을 것이다.Therefore, if the engine speed is lower than the output crossing point and the engine speed is lower than the output crossing point, the engine output will be maximized if the engine is operated in the turbocharger mode.

도 5는 고속회전시에 터보차저를 사용하는 경우의 흡기 및 배기 유동을 나타내는 개략도이다.5 is a schematic view showing intake and exhaust flows when a turbocharger is used in high-speed rotation.

높은 엔진 회전수로 엔진이 회전되는 경우에는 배기밸브(150)를 터보차저(20) 쪽으로만 100% 개방하여 모든 배기가스가 터보차저(20)를 통과하며 터빈(21)을 회전시키도록 한다.When the engine is rotated at a high engine speed, the exhaust valve 150 is opened only to the turbocharger 20 side by 100% so that all the exhaust gas passes through the turbocharger 20 and rotates the turbine 21.

이와 동시에, 흡기밸브(140)를 완전히 닫아서 혼합기는 터보차저(20)에 의해 압축된 후에 엔진으로 흡입되도록 한다.At the same time, the intake valve 140 is completely closed so that the mixer is sucked into the engine after being compressed by the turbocharger 20.

도 6은 저속회전시에 터보차저를 사용하지 않는 경우의 흡기 및 배기 유동을 나타내는 개략도이다.6 is a schematic view showing intake and exhaust flows when the turbocharger is not used at low-speed rotation.

낮은 엔진 회전수로 엔진이 회전되는 경우에는 배기밸브(150)를 바이패스 유로(160) 쪽으로만 100% 개방하여 모든 배기가스가 터보차저(20)를 통과하지 않고 바로 배출되도록 한다.When the engine is rotated at a low engine speed, the exhaust valve 150 is opened only toward the bypass flow path 160 so that all the exhaust gas is discharged without passing through the turbocharger 20.

이와 동시에, 흡기밸브(140)를 완전히 열어서 혼합기는 터보차저(20)에 의해 압축되지 않고 엔진 실린더의 부압에 의해 자연 흡기 방식으로 엔진으로 흡입되도록 한다.At the same time, the intake valve 140 is fully opened so that the mixer is not compressed by the turbocharger 20 but is sucked into the engine by the negative pressure of the engine cylinder in a naturally aspirated manner.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 제어방법을 설명한다.Hereinafter, a control method according to the present invention will be described with reference to FIG.

먼저, 엔진을 작동하여 외부 부하에 대응하는 목표 엔진 회전수를 추종하도록 엔진을 정상 제어한다(S10).First, the engine is normally operated to follow the target engine speed corresponding to the external load by operating the engine (S10).

부하가 변동하면 목표 엔진 회전수도 그에 따라 변동될 수 있지만, 부하 변동폭이 소정 범위 이내로 작은 경우에는 부하와 그에 따른 목표 엔진 회전수가 고정된 것으로 볼 수 있고, 이때 엔진 회전수의 변화폭도 작아서 정상 상태에 도달할 수 있다.When the load fluctuation is small within a predetermined range, it can be seen that the load and the target engine speed are accordingly fixed. At this time, the variation range of the engine speed is also small and the normal state is reached can do.

엔진 정상 제어는 부하 변동이 없어지고 목표 회전수 추종 제어에 의해 엔진 회전수가 안정화되도록 제어하는 것을 말한다.The engine normal control means that the load fluctuation is eliminated and the engine rotational speed is stabilized by the target rotational speed following control.

그러다가, 부하가 변동되면 그에 대응하여 엔진 목표 회전수를 변경한다(S20).Then, when the load is changed, the engine target rotation speed is changed corresponding thereto (S20).

엔진 목표 회전수가 변경되면 터보차저 사용 여부를 체크하여 변경하는 터보차저 가변 제어에 진입한다(S30).When the target engine speed is changed, the turbocharger variable control is checked to check whether the turbocharger is used or not (S30).

터보차저 가변 제어에 진입하면, 현재 터보차저 사용 여부를 체크한다(S40). 현재 터보차저를 사용하고 있다면 엔진 회전수가 소정값 이상인 경우이고, 현재 터보차저를 사용하지 않고 있다면 엔진 회전수가 소정값 이하인 경우일 것이다.When the turbocharger variable control is entered, it is checked whether or not the turbocharger is currently used (S40). If the current turbocharger is used, the engine speed is equal to or greater than a predetermined value. If the current turbocharger is not used, the engine speed will be equal to or less than the predetermined value.

엔진이 저속으로 회전하여 자연 흡기방식으로 엔진에 혼합기를 흡입하고 터보차저를 미사용하다가, 엔진 회전수가 제1회전수값 이상으로 커지게 되는지 여부를 판단한다(S50).In step S50, the engine is rotated at a low speed to suck the mixer into the engine in a natural intake mode, and the turbocharger is not used, and it is determined whether or not the engine speed becomes greater than or equal to the first speed value.

제1회전수값은 도 4에서 출력 교차지점이 약 1400rpm이므로 1400rpm으로 설정될 수 있지만, 제1회전수값은 열병합 발전 시스템에 따라 달라질 수 있으므로 1300~1500rpm으로 설정될 수 있다.The first rotational speed value can be set at 1400 rpm because the output cross point is about 1400 rpm in Fig. 4, but the first rotational speed value can be set to 1300 to 1500 rpm since it may vary depending on the cogeneration system.

엔진 회전수가 제1회전수값 이상으로 커지게 되면 흡기밸브(140)와 배기밸브(150)의 개도량을 조절하여 흡기밸브(140)는 0%로 닫고 배기밸브(150)는 터보차저(20) 쪽으로 100% 열어준다(S70).The intake valve 140 is closed to 0% and the exhaust valve 150 is closed to the turbocharger 20 by adjusting the opening amount of the intake valve 140 and the exhaust valve 150, (S70).

흡기밸브(140)와 배기밸브(150)는 스텝밸브로서 개도량이 초당 5~15% 조절되어 최종적으로 완전히 열리거나 완전히 닫히도록 한다.The intake valve 140 and the exhaust valve 150 are step valves which are controlled by the amount of opening 5 to 15% per second so that they are finally opened completely or completely closed.

한편, 현재 터보차저를 사용중이라면 엔진이 고속으로 회전하는 경우일 것이고, 엔진 회전수가 감소하여 제2회전수값 이하로 작아지게 되는지 여부를 판단한다(S60).If the turbocharger is currently being used, it is determined that the engine rotates at a high speed and the engine speed decreases and decreases to the second speed value or less (S60).

제2회전수값은 제1회전수값과 같이 약 1400rpm으로 설정될 수도 있으나, 제1회전수값보다 약 50rpm 큰 약 1450rpm으로 설정되는 것이 바람직하다.The second rotation speed value may be set to about 1400 rpm as the first rotation speed value, but it is preferably set to about 1450 rpm which is about 50 rpm higher than the first rotation speed value.

이 제2회전수값도 열병합 발전 시스템에 따라 달라질 수 있으므로 1400~1500rpm으로 설정될 수 있다.This second rotational speed value may also be set to 1400 to 1500 rpm since it may vary depending on the cogeneration system.

제2회전수값을 제1회전수값보다 더 크게 설정하는 이유는 엔진이 고속으로 회전하다가 저속으로 변화되는 경우에 자연 흡기 방식으로 변경해야 할 것인데, 히스테리시스(hysteresis)에 의해 밸브의 개도 변화에 의해 유로 연결 상태 변화가 지연되기 때문이다.The reason why the second rotational speed value is set to be larger than the first rotational speed value is that the engine should be changed to the natural intake mode when the engine rotates at high speed and changes to low speed. This is because the connection state change is delayed.

그래서, 엔진 회전수가 고속에서 저속으로 변화할 때 반대의 경우보다 더 높은 엔진 회전수에서 자연 흡기 방식으로 더 빨리 밸브 개도량 조절 제어를 시작함으로써, 출력 교차지점에서 유로 연결 상태 변화가 완료될 수 있도록 할 수 있다.Thus, when the engine speed changes from high speed to low speed, the valve opening amount adjustment control is started earlier in a natural intake mode at a higher engine speed than in the opposite case so that the change in the state of the oil passage connection at the output intersection point can be completed can do.

엔진 회전수가 제2회전수값 이하로 작아지면 흡기밸브(140)와 배기밸브(150)의 개도량을 조절하여 흡기밸브(140)는 1000%로 열고 배기밸브(150)는 바이패스 유로(160) 쪽으로 100% 열어준다(S70).The intake valve 140 is opened to 1000% and the exhaust valve 150 is opened to the bypass flow passage 160 by adjusting the opening amounts of the intake valve 140 and the exhaust valve 150, (S70).

다음으로, 흡기밸브(140)와 배기밸브(150)의 개폐 여부를 체크하여 각 밸브의 개도량이 완전히 열림 또는 완전히 닫힘으로 변경이 완료되었는지 체크한다(S80).Next, it is checked whether the intake valve 140 and the exhaust valve 150 are opened or closed, and it is checked whether the opening amount of each valve is completely opened or completely closed (S80).

밸브 개폐가 완료되지 않았다면 밸브 개도량 조절 제어를 계속해서 하고, 밸브 개폐가 완료되었다면 터보차저 가변 제어를 종료하고 엔진 정상 제어(S10)로 돌아간다.If the valve opening and closing is not completed, the valve opening amount adjustment control is continued, and if the valve opening and closing is completed, the turbocharger variable control is ended and the engine normal control (S10) is returned.

본 발명에 의하면, 엔진의 고속 회전시에는 터보차저에 의해 압축된 혼합기를 흡입하고 저속 회전시에는 터보차저를 사용하지 않고 자연 흡기 방식으로 혼합기를 흡입함으로써 고속 회전시는 물론 저속 회전시에도 높은 출력을 나타낼 수 있다.According to the present invention, the mixer compressed by the turbocharger is sucked during high-speed rotation of the engine, and the mixer is sucked by the natural intake system without using a turbocharger at low speed rotation. Lt; / RTI >

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, Changes will be possible.

12: 제로 가버너 13: 연료밸브
14: 에어클리너 16: 믹서
20: 터보차저 21: 터빈
22: 회전축 23: 임펠러
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 140: 흡기밸브
150: 배기밸브 160: 바이패스 유로12: zero governor 13: fuel valve
14: air cleaner 16: mixer
20: Turbocharger 21: Turbine
22: rotating shaft 23: impeller
29: ETC valve
30: engine 40: generator
50: hot water heat exchanger 60: exhaust gas heat exchanger
70: Radiator 80: muffler
90: power converter 100: cogeneration device
110: control unit 120: engine speed sensor
130: MAP sensor 140: intake valve
150: exhaust valve 160: bypass passage

Claims (12)

가스를 연료로 사용하는 엔진;
상기 엔진에 의해 구동되어 전력을 생산하는 발전기;
상기 엔진의 배기가스 배출라인에 연결되어 배기가스에 의해 회전되는 터빈 및 상기 터빈과 연결된 임펠러가 상기 엔진에 흡입되는 혼합기를 압축하여 공급하는 터보차저;
혼합기가 상기 터보차저를 거치지 않고 상기 엔진으로 흡입되도록 연결된 자연 흡기유로에 설치된 흡기밸브;
상기 배기가스 배출라인에 연결되어 상기 배기가스가 상기 터보차저로 유입되는 유로에서 분기되어 상기 배기가스가 터보차저를 거치지 않고 배출되도록 연결된 바이패스 유로;
상기 배기가스가 상기 터보차저로 유입되는 유로와 상기 바이패스 유로 사이의 분기점에 설치되는 배기밸브; 및
상기 엔진, 흡기밸브 및 배기밸브를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 엔진 회전수가 상기 엔진 회전수에 의한 상기 엔진의 토크가 상기 터보차저가 구비되지 않은 자연 흡기 엔진의 토크보다 커지기 시작하는 출력 교차지점에 해당하는 엔진 회전수를 포함하는 일정 범위를 가지는 값인 제2회전수 이하일 때, 상기 흡기밸브를 열고 상기 배기밸브는 상기 배기가스가 상기 바이패스 유로로 배출되도록 제어하고,
상기 제어부는 엔진 회전수가 상기 제2회전수보다 작고 일정 범위를 가지는 값인 제1회전수 이상일 때, 상기 흡기밸브를 닫고 상기 배기밸브는 상기 배기가스가 모두 상기 터보차저를 통과하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.An engine using gas as fuel;
A generator driven by the engine to produce electric power;
A turbocharger connected to an exhaust gas discharge line of the engine to compress and supply a turbine rotated by exhaust gas and a mixer in which an impeller connected to the turbine is sucked into the engine;
An intake valve provided in a natural intake passage connected to the mixer so as to be sucked into the engine without passing through the turbocharger;
A bypass flow path connected to the exhaust gas discharge line and branched from a flow path through which the exhaust gas flows into the turbocharger to discharge the exhaust gas without passing through the turbocharger;
An exhaust valve installed at a branch point between a flow path through which the exhaust gas flows into the turbocharger and the bypass flow path; And
And a control unit for controlling the engine, the intake valve, and the exhaust valve,
Wherein the control unit is a value having a certain range including an engine speed corresponding to an output crossing point at which the torque of the engine due to the engine speed starts to become larger than the torque of the natural intake engine without the turbocharger The exhaust valve opens the intake valve and controls the exhaust gas to be discharged to the bypass flow passage when the second rotational speed is equal to or lower than the second rotational speed,
Wherein the control unit closes the intake valve and controls the exhaust valve to pass the exhaust gas through the turbocharger when the number of revolutions of the engine is smaller than the second number of revolutions and equal to or greater than a first number of revolutions Cogeneration system. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1회전수 및 상기 제2회전수는 상기 배기밸브의 개도 변화에 의해 상기 바이패스 유로의 연결 상태 변화의 지연에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the first rotation speed and the second rotation speed are set in accordance with a delay in change of the connection state of the bypass passage due to the opening degree change of the exhaust valve. 제1항에 있어서,
상기 흡기밸브와 상기 배기밸브는 개도량이 초당 5~15% 조절되는 스텝밸브인 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the intake valve and the exhaust valve are step valves whose opening amount is adjusted by 5 to 15% per second. 제1항에 있어서,
상기 제2회전수는 상기 제1회전수보다 50rpm 더 큰 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the second rotation speed is 50 rpm greater than the first rotation speed. 제1항에 있어서,
상기 제1회전수는 1300~1500rpm이고, 상기 제2회전수는 1400~1500rpm인 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the first rotation number is 1300 to 1500 rpm and the second rotation number is 1400 to 1500 rpm. 엔진의 배기가스 배출라인에 연결되어 배기가스에 의해 회전되는 터빈 및 상기 터빈과 연결된 임펠러가 상기 엔진에 흡입되는 혼합기를 압축하여 공급하는 터보차저를 구비하는 엔진, 상기 엔진에 의해 구동되어 전력을 생산하는 발전기, 혼합기가 상기 터보차저를 거치지 않고 상기 엔진으로 흡입되도록 연결된 자연 흡기유로에 설치된 흡기밸브, 상기 배기가스 배출라인에 연결되어 상기 배기가스가 상기 터보차저로 유입되는 유로에서 분기되어 상기 배기가스가 터보차저를 거치지 않고 배출되도록 연결된 바이패스 유로, 및 상기 배기가스가 상기 터보차저로 유입되는 유로와 상기 바이패스 유로 사이의 분기점에 설치되는 배기밸브를 포함하는 열병합 발전 시스템의 제어방법에 있어서,
목표 회전수를 추종하도록 엔진을 운전 제어하는 단계;
부하 변화에 따라 목표 엔진 회전수를 변경하는 단계;
엔진 회전수가 상기 엔진 회전수에 의한 상기 엔진의 토크가 상기 터보차저가 구비되지 않은 자연 흡기 엔진의 토크보다 커지기 시작하는 출력 교차지점에 해당하는 엔진 회전수를 포함하는 일정 범위를 가지는 값인 제2회전수 이하일 때, 상기 흡기밸브를 열고 상기 배기밸브는 상기 배기가스가 상기 바이패스 유로로 배출되도록 제어하는 단계; 및
엔진 회전수가 상기 제2회전수보다 작은 일정 범위를 가지는 값인 제1회전수 이상일 때, 상기 흡기밸브를 닫고 상기 배기밸브는 상기 배기가스가 모두 상기 터보차저를 통과하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템의 제어방법.An engine connected to an exhaust gas discharge line of the engine and having a turbine rotated by exhaust gas and a turbocharger for compressing and supplying a mixer in which the impeller connected to the turbine is sucked into the engine, An intake valve disposed in a natural intake passage connected to the engine so as to be sucked into the engine without passing through the turbocharger, and an exhaust valve connected to the exhaust gas discharge line, branched from a flow path through which the exhaust gas flows into the turbocharger, And an exhaust valve installed at a branch point between a flow path through which the exhaust gas flows into the turbocharger and the bypass flow path, the control method comprising the steps of:
Controlling operation of the engine so as to follow the target rotation speed;
Changing a target engine speed according to a load change;
Which is a value having a certain range including an engine rotation number corresponding to an output crossing point at which the engine rotation speed starts to become larger than the torque of the engine that is not provided with the turbocharger by the engine rotation speed, Opening the intake valve and controlling the exhaust valve to discharge the exhaust gas to the bypass flow passage; And
Closing the intake valve and controlling the exhaust valve to pass all of the exhaust gas through the turbocharger when the engine speed is equal to or higher than a first speed number which is a value having a constant range smaller than the second rotation speed And a control method of the cogeneration system. 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 제1회전수 및 상기 제2회전수는 상기 배기밸브의 개도 변화에 의해 상기 바이패스 유로의 연결 상태 변화의 지연에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템의 제어방법.8. The method of claim 7,
Wherein the first rotation speed and the second rotation speed are set in accordance with a delay in a change in the connection state of the bypass passage due to a change in opening degree of the exhaust valve. 제7항에 있어서,
상기 흡기밸브와 상기 배기밸브는 개도량이 초당 5~15% 조절되는 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템의 제어방법.8. The method of claim 7,
And the opening amount of the intake valve and the exhaust valve is adjusted by 5 to 15% per second. 제7항에 있어서,
상기 제2회전수는 상기 제1회전수보다 50rpm 더 큰 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템의 제어방법.8. The method of claim 7,
Wherein the second rotation speed is 50 rpm greater than the first rotation speed. 제7항에 있어서,
상기 제1회전수는 1300~1500rpm이고, 상기 제2회전수는 1400~1500rpm인 것을 특징으로 하는 열병합 발전 시스템의 제어방법.8. The method of claim 7,
Wherein the first rotation number is 1300 to 1500 rpm and the second rotation number is 1400 to 1500 rpm.
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