KR102041107B1 - 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법 및 이를 이용한 다중루프 방식의 폐열 재생 발전 시스템 - Google Patents

폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법 및 이를 이용한 다중루프 방식의 폐열 재생 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법은 바이패스에 의한 경로변경을 통해 루프변환이 수행되는 루프변환단계, 폐열원 및 발전기 간의 열교환이 수행되는 제1루프군이 상기 발전기와의 열교환이 차단되고, 작동상태가 점검되는 제1루프점검단계, 상기 제1루프점검단계를 통한 점검 결과가 적합일 경우 상기 루프변환단계를 통해 상기 제1루프군이 상기 발전기와 열교환이 허가되고, 작동상태가 점검되는 제2루프점검단계, 상기 발전기 및 냉각기 간의 열교환이 수행되는 제2루프군이 상기 발전기와의 열교환이 차단되고, 작동상태가 점검되는 제5루프점검단계, 상기 제5루프점검단계를 통한 점검 결과가 적합일 경우 상기 루프변환단계를 통해 상기 제2루프군이 상기 발전기와 열교환이 허가되고, 작동상태가 점검되는 제4루프점검단계 및 상기 발전기의 열교환 경로가 점검되는 제3루프점검단계가 포함될 수 있다.

Description

폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법 및 이를 이용한 다중루프 방식의 폐열 재생 발전 시스템{WASTE HEAT RECOVERY GENERATION WITH MULTI-LOOP AND CONTROL METHOD THE SAME}
본 발명은 폐열원으로부터 폐열을 회수하여 재생에너지를 생산하기 위한 발전 시스템의 제어방법 및 이를 이용한 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐열원과 발전기, 냉각기 사이의 열교환이 수행되는 열매체 순환라인을 각기 구간별로 구획하여 독립적으로 점검 및 작동이 가능하도록 한 제어방법 및 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 에너지의 소비는 늘어나는 추세이나 화석에너지는 한정되어 있고, 에너지를 생산하기 위한 다양한 종래의 기술들은 지구온난화나 환경오염에 노출되어 있는 경우가 많았다.
이에따라, 친환경적이면서도 종래의 에너지자원을 대체할 수 있는 대체에너지의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
특히 재생가능한 에너지(renewable energy)의 중요도가 높아지고 있으며, 이러한 에너지로는 폐열, 태양광, 풍력, 수력, 지열, 생물자원, 조력 등의 다양한 형태로 개발 및 연구가 진행되고 있다.
특히, 다양한 산업활동을 통해 발생되는 폐열은 자체적으로 열에너지임에도 불구하고, 이를 처리하기 위한 비용을 지불하여 냉각시켜야 한다는 문제점이 있었다.
폐열원에서 생성되는 열에너지를 전기에너지로 변환시키기 위한 발전 설비들이 제안되어 실시되고 있으나, 폐열원으로부터 발생되는 열에너지의 양이 언제나 일정하지 못하여, 지속적으로 가동되는 발전설비를 통해 생산되는 전기에너지의 효율이 일정하게 유지되지 못하는 단점이 있었다.
또한, 폐열원과 발전설비, 냉각설비 등이 연계되어 거대한 시스템을 이루는 것이 보통이나, 국지적으로 점검을 필요로 하거나, 이상이 발생될 경우에 거대한 시스템을 모두 정지시켜야 하는 문제점도 있어왔다.
따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서 폐열원, 발전기 및 냉각기 간의 열교환이 수행되는 열매체 순환라인을 각기 변환 가능한 루프구조로 구성하여 구간별로 작동 상태의 점검을 용이하게 하고, 필요에 따라 일부구간만의 가동이 가능하도록 한 다중루프 제어방법 및 다중루프 방식의 발전 시스템을 제공하기 위함이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해도리 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법은 바이패스에 의한 경로변경을 통해 루프변환이 수행되는 루프변환단계, 폐열원 및 발전기 간의 열교환이 수행되는 제1루프군이 상기 발전기와의 열교환이 차단되고, 작동상태가 점검되는 제1루프점검단계, 상기 제1루프점검단계를 통한 점검 결과가 적합일 경우 상기 루프변환단계를 통해 상기 제1루프군이 상기 발전기와 열교환이 허가되고, 작동상태가 점검되는 제2루프점검단계, 상기 발전기 및 냉각기 간의 열교환이 수행되는 제2루프군이 상기 발전기와의 열교환이 차단되고, 작동상태가 점검되는 제5루프점검단계, 상기 제5루프점검단계를 통한 점검 결과가 적합일 경우 상기 루프변환단계를 통해 상기 제2루프군이 상기 발전기와 열교환이 허가되고, 작동상태가 점검되는 제4루프점검단계 및 상기 발전기의 열교환 경로가 점검되는 제3루프점검단계가 포함될 수 있다.
그리고, 상기 제1루프점검단계, 상기 제2루프점검단계, 상기 제3루프점검단계, 상기 제4루프점검단계 및 상기 제5루프점검단계에서 작동상태의 점검은 열매체 순환 경로 상에 배치된 센서들을 통해 계측된 유량, 온도, 압력, 레벨 중 적어도 하나의 값이 기 설정된 기준값과 대비되어 수행될 수 있다.
또는, 상기 센서들의 작동상태가 점검되는 센서점검단계가 더 포함될 수 있다.
그리고, 상기 제1루프점검단계는 상기 폐열원 및 상기 발전기 간의 열교환이 차단된 폐쇄루프 상태로 전환되어 상기 폐쇄루프의 열매체 순환이 점검되는 폐쇄루프점검단계가 포함될 수 있다.
또는, 상기 제2루프점검단계는 상기 폐열원 및 상기 발전기 간의 열교환이 수행되도록 마련된 연계루프 상태로 전환되어 상기 연계루프의 작동이 점검되는 연계루프점검단계가 포함될 수 있다.
그리고, 상기 제5루프점검단계는 상기 냉각기 및 상기 발전기 간의 열교환이 차단된 폐쇄루프 상태로 전환되어 상기 폐쇄루프의 열매체 순환이 점검되는 폐쇄루프점검단계가 포함될 수 있다.
또는, 상기 제4루프점검단계는 상기 냉각기 및 상기 발전기 간의 열교환이 수행되도록 마련된 연계루프 상태로 전환되어 상기 연계루프의 작동이 점검되는 연계루프점검단계가 포함될 수 있다.
그리고, 상기 폐쇄루프점검단계를 통해 상기 폐쇄루프의 작동이 적합으로 판정되는 경우 상기 루프변환단계를 통해 상기 폐쇄루프가 상기 연계루프로 변환될 수 있다.
또는, 폐열원 및 발전기 간에 열교환이 수행되도록 열매체가 순환되는 제1연계루프, 상기 제1연계루프 상에서 열매체가 상기 발전기와 열교환이 이루어지지 않도록 우회되는 제1폐쇄루프가 마련된 제1루프군이 구비되고, 상기 제1폐쇄루프의 유량, 온도, 압력, 레벨 중 적어도 하나가 점검되는 제1폐쇄루프점검단계, 상기 제1연계루프의 유량, 온도, 압력, 레벨 중 적어도 하나가 점검되는 제1연계루프점검단계가 포함되는 제1루프군제어단계, 냉각기 및 상기 발전기 간에 열교환이 수행되도록 열매체가 순환되는 제2연계루프, 상기 제2연계루프 상에서 열매체가 상기 발전기와 열교환이 이루어지지 않도록 우회되는 제2폐쇄루프가 마련된 제2루프군이 구비되고, 상기 제2폐쇄루프의 유량, 온도, 압력, 레벨 중 적어도 하나가 점검되는 제2폐쇄루프점검단계, 상기 제2연계루프의 유량, 온도, 압력, 레벨 중 적어도 하나가 점검되는 제2연계루프점검단계가 포함되는 제2루프군제어단계 및 상기 발전기의 열매체 순환이 점검되는 제3루프군제어단계가 포함될 수 있다.
그리고, 상기 발전기와 열교환이 수행되는 부분에 열매체가 상기 발전기를 우회하여 상기 발전기와의 열교환이 차단될 수 있도록 제1바이패스라인이 구비되고, 상기 제1바이패스라인의 개폐를 통해 상기 제1루프군은 상기 제1연계루프 또는 상기 제1폐쇄루프로 변환되는 루프변환단계가 포함될 수 있다.
또는, 상기 제2루프군제어단계는 상기 발전기와 열교환이 수행되는 부분에 열매체가 상기 발전기를 우회하여 상기 발전기와의 열교환이 차단될 수 있도록 제2바이패스라인이 구비되고, 상기 제2바이패스라인의 개폐를 통해 상기 제2루프군은 상기 제2연계루프 또는 상기 제2폐쇄루프로 변환되는 루프변환단계가 포함될 수 있다.
그리고, 상기 제1루프군제어단계 및 상기 제2루프군제어단계는 각각 독립적으로 수행될 수 있다.
또는, 상기 폐열원을 통해 발생된 열에너지가 열매체의 순환을 통해 난방열로 변환되는 난방루프가 마련되고, 상기 난방루프는 상기 제1루프군 및 상기 제2루프군과 독립적으로 열매체의 순환이 점검될 수 있다.
상기한 바와 같은 제어방법을 이용한 다중루프 방식의 폐열 재생 발전 시스템은 열매체가 폐순환되는 제1루프모드와 폐열원 및 발전기 간의 열교환이 수행되는 제2루프모드 중 하나가 바이패스를 통한 경로 변경을 통해 선택되는 제1루프군, 열매체가 폐순환되는 제5루프모드와 상기 발전기 및 냉각기 간의 열교환이 수행되는 제4루프모드 중 하나가 바이패스를 통한 경로 변경을 통해 선택되는 제2루프군, 일측이 상기 제1루프군과 열교환되고, 타측이 상기 제2루프군과 열교환되어 전기가 생산되는 발전기 및 상기 제1루프군, 상기 제2루프군 및 상기 발전기의 열매체가 순환되는 경로상에 배치되어 온도, 유량, 압력, 레벨 중 적어도 하나가 계측되는 센서유닛이 포함될 수 있고, 상기 센서유닛을 통해 계측된 계측데이터를 기 설정된 값과 비교하여 상기 제1루프모드 및 상기 제2루프모드 중 하나, 상기 제5루프모드 및 상기 제4루프모드 중 하나가 선택될 수 있다.
그리고, 상기 제1루프군 및 상기 제2루프군은 각각 열매체의 순환을 위한 펌핑유닛이 포함될 수 있다.
또는, 상기 제1루프모드 및 상기 제2루프모드의 변환, 상기 제5루프모드 및 상기 제4루프모드의 변환은 각각 3웨이밸브의 개폐를 통해 수행될 수 있다.
그리고, 상기 발전기는 상기 제2루프모드를 통해 상기 폐열원의 열에너지가 공급되고, 공급된 열에너지를 통해 열매체가 기화되는 기화기, 상기 기화기를 통해 기화된 열매체의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 터빈, 상기 터빈을 경유한 열매체가 상기 제4루프모드를 통해 상기 냉각기와 열교환되어 냉각되며 응축되는 응축기 및 열매체가 상기 기화기, 상기 터빈 및 상기 응축기에 순환될 수 있도록 작동되는 펌프가 포함될 수 있다.
또는, 상기 제1루프군 및 상기 제2루프군은 각기 독립적으로 작동이 가능하게 구비될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법 및 이를 이용한 다중루프 방식의 폐열 재생 발전 시스템은 각기 폐열원, 발전기 및 냉각기 간의 열교환이 수행되는 열매체 순환라인을 각기 구획하여 독립적으로 구동될 수 있도록 하고, 각각의 구획된 순환라인의 작동상태 점검이 순차적 독립적으로 수행될 수 있어 전체 시스템의 작동 대기시간을 줄이는 효과가 있고, 폐열원으로부터 발생되는 열에너지의 양에따라 발전기의 가동 또는 발전기를 제외한 시스템의 가동등을 선택적으로 수행할수 있는 장점이 있으며, 부분적인 점검이나 보수에 있어 전체 시스템의 정지 없이도 구획되어 있는 순환루프를 독립적으로 폐쇄하여 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중루프 방식의 폐열 재생 발전 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중루프 방식의 폐열 재생 발전 시스템의 제1루프군을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중루프 방식의 폐열 재생 발전 시스템의 발전기를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중루프 방식의 폐열 재생 발전 시스템의 제2루프군을 나타낸 개략도이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법은 하기 되는 것과 같이 실시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중루프 방식의 폐열 재생 발전 시스템을 나타낸 개략도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중루프 방식의 폐열 재생 발전 시스템의 제1루프군을 나타낸 개략도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중루프 방식의 폐열 재생 발전 시스템의 발전기를 나타낸 개략도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중루프 방식의 폐열 재생 발전 시스템의 제2루프군을 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 재생 발전 시스템은 바이패스(bypass)에 의한 경로변경을 통해 루프(loop)변환이 수행되는 루프변환단계, 폐열원(10) 및 발전기(20) 간의 열교환이 수행되는 제1루프군(100)이 마련되되 제1루프군(100)이 발전기(20)와의 열교환이 차단된 상태로 그 작동상태가 점검되는 제1루프점검단계(S30), 제1루프점검단계(S30)를 통한 점검 결과가 적합일 경우 루프변환단계를 통해 제1루프군(100)이 발전기(20)와 열교환이 허가되고, 작동상태가 다시 점검되는 제2루프점검단계(S50), 발전기(20) 및 냉각기(30) 간의 열교환이 수행되는 제2루프군(200)이 발전기(20)와의 열교환이 차단된 상태에서 그 작동상태가 점검되는 제5루프점검단계(S70), 제5루프점검단계(S70)를 통한 점검 결과가 적합일 경우 루프변환단계를 통해 제2루프군(200)이 발전기(20)와 열교환이 허가되고, 작동상태가 다시 점검되는 제4루프점검단계(S90) 및 발전기(20)의 열교환 경로가 점검되는 제3루프점검단계(S100)가 포함될 수 있다.
아래에서는 상기된 각각의 단계를 구체적으로 자세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중루프 제어 방법은 폐열원(10)으로부터 발생되는 폐열에너지를 회수하여 발전을 수행하기 위한 발전 시스템의 제어 방법이다.
먼저, 폐열원(10)으로부터 열에너지를 회수하여 발전기(20)로 전달하기 위한 열매체의 순환라인이 도 2에 도시된 바와 같이 구비될 수 있다.
열매체는 폐열원(10) 및 발전기(20)를 경유하여 순환되는 순환라인을 따라 유동하게 되고, 열매체의 순환을 위한 펌프가 순환라인에 마련될 수 있다.
이때, 열매체가 순환되는 순환라인 중 발전기(20)를 경유하는 라인에서 열매체가 발전기(20)를 경유하지 않고 바이패스 될 수 있는 우회라인이 더 포함될 수 있고, 열매체가 발전기(20)를 경유하지 않고 우회하는 라인은 제1루프(110)라 칭하고, 열매체가 폐열원(10) 및 발전기(20)를 경유하여 순환되는 순환라인을 제2루프(120)라 칭하기로 한다.
제1루프(110) 및 제2루프(120)는 폐열원(10)과 인접하여 열매체의 순환라인이 공유되고, 발전기(20)와 인접하여 제1루프(110)는 발전기(20)를 우회하여 열매체가 순환되도록 구비되며, 제2루프(120)는 발전기(20)와 열매체 간의 열교환이 수행될 수 있도록 순환라인이 마련된다.
이때, 제1루프(110) 및 제2루프(120)의 분기는 밸브유닛(400)에 의해 각기 개폐도리 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 3웨이밸브(three-way valve)에 의해 이루어질 수 있다.
상세하게는 3웨이밸브의 조작을 통해 열매체가 제1루프(110)를 순환하거나 제2루프(120)를 따라 순환될 수 있도록 조작될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 다른 다중루프 제어 방법을 발전 시스템을 가동하기 위해 구비된 센서들에 먼저 점검신호를 인가하여 센서들의 정상작동 여부를 점검할 수 있다.
루프변환단계는 밸브유닛(400)을 조작하여 열매체가 제1루프(110)를 따라 순환되거나, 제2루프(120)를 따라 순환되도록 열매체의 경로변경이 이루어지게 된다.
제1루프점검단계(S30)는 폐열원(10)과 열교환이 되는 제1루프군(100)이 발전기(20)와는 그 열교환이 배제되도록 세팅되어 제1루프(110)를 따라 열매체가 순환되는 상태에서, 열매체의 온도, 유량, 압력등을 체크하여 기 설정된 값에 부합하는지를 점검하게 된다.
열매체가 순환되는 경로상에 유량조절탱크(flow regulating tank)가 더 구비될 수 있으며, 유량조절탱크의 레벨이 점검사항에 더 포함될 수 있다.
제1루프점검단계(S30)는 폐열원(10)으로부터 발생된 열에너지를 발전기(20)로 회수하기에 앞서, 폐열원(10)으로부터 발생되는 열에너지의 양이 발전을 수행하기에 충분한지를 가늠하는 척도가 될 수 있고, 아울러 열에너지 회수를 위한 열매체의 순환라인이 정상 작동 가능한지를 점검할 수 있는 효과가 있다.
제1루프점검단계(S30)를 통해 점검된 상기 사항들이 기 설정된 수치들과 대비되어 적합한 것으로 판단이 되면, 밸브유닛(400)이 조작되어 제1루프(110)가 제2루프(120)로 변환되고, 변환된 경로를 따라 열매체가 순환되며 폐열원(10) 및 발전기(20) 간의 열에너지 전달이 수행될 수 있다.
제2루프점검단계(S50)는 제2루프(120)를 따라 순환되는 열매체의 온도, 유량, 압력등을 체크하여 기 설정된 값에 부합하는지를 점검하게 된다.
역시, 열매체가 순환되는 경로상에 유량조절탱크가 더 구비되는 경우, 유량조절탱크의 레벨이 점검사항에 더 포함될 수 있다.
제2루프점검단계(S50)의 수행 시 발전기(20)의 내부순환 경로인 제3루프(310)의 열매체는 순환되지 않으며, 발전기(20) 또한 작동 정지 상태로 유지된다.
제2루프점검단계(S50)를 통해 점검된 사항들이 기 설정된 값에 부합되는지가 점검되고, 점검된 사항들이 적합한 범위내에 있을 경우, 제3루프(310)에 포함된 열매체의 순환이 허가될 수 있다.
또한, 루프변환단계는 밸브유닛(400)을 조작하여 열매체가 제5루프(210)를 따라 순환되거나, 제4루프(220)를 따라 순환되도록 열매체의 경로변경에 관여될 수 있다.
제5루프점검단계(S70)는 냉각기(30)와 열교환이 되는 제2루프군(200)이 발전기(20)와는 그 열교환이 배제되도록 세팅되어 제5루프(210)를 따라 열매체가 순환되는 상태에서, 열매체의 온도, 유량, 압력등을 체크하여 기 설정된 값에 부합하는지를 점검하게 된다.
열매체가 순환되는 경로상에 유량조절탱크가 더 구비될 수 있으며, 유량조절탱크의 레벨이 점검사항에 더 포함될 수 있다.
제5루프점검단계(S70)는 제5루프(210)를 따라 열매체의 순환라인이 정상 작동 가능한지를 점검하게 된다.
제5루프점검단계(S70)를 통해 점검된 상기 사항들이 기 설정된 수치들과 대비되어 적합한 것으로 판단이 되면, 밸브유닛(400)이 조작되어 제5루프(210)가 제4루프(220)로 변환되고, 변환된 경로를 따라 열매체가 순환되며 발전기(20) 및 냉각기(30) 간의 열에너지 전달이 수행될 수 있다.
제4루프점검단계(S90)는 제4루프(220)를 따라 순환되는 열매체의 온도, 유량, 압력등을 체크하여 기 설정된 값에 부합하는지를 점검하게 된다.
역시, 열매체가 순환되는 경로상에 유량조절탱크가 더 구비되는 경우, 유량조절탱크의 레벨이 점검사항에 더 포함될 수 있다.
제4루프점검단계(S50)의 수행 시 발전기(20)의 내부순환 경로인 제3루프(310)의 열매체는 순환되지 않을 수 있으며, 발전기(20) 또한 작동 정지 상태로 유지될 수 있다.
제4루프점검단계(S90)를 통해 점검된 사항들이 기 설정된 값에 부합되는지가 점검되고, 점검된 사항들이 적합한 범위내에 있을 경우, 냉각기(30)의 작동이 허가될 수 있다.
제2루프점검단계(S50) 및/또는 제4루프점검단계(S90)를 통해 제2루프(120) 및/또는 제4루프(220)의 작동상태가 적합하다고 판단되는 경우에는 발전기(20)의 내부에 마련된 제3루프(310)를 따라 열매체가 순환될 수 있고, 열매체의 순환과 함께, 제3루프(310)의 유량, 온도, 압력, 레벨 중 적어도 하나의 값이 기 설정된 기준값과 대비되어 제3루프(310)를 따라 순환되는 열매체의 상태가 체크될 수 있다.
이때, 제3루프(310)를 따라 순환되는 열매체의 상태가 적합한 것으로 판정되는 경우에 전체 발전 시스템의 작동이 수행될 수 있다.
제1루프점검단계(S30) 및 제5루프점검단계(S70)는 폐열원(10)과 열교환되는 열매체가 특정 장비로 열전달을 수행하지 않고 폐쇄루프 상태로 유지되고, 발전기(20)로의 열전달이 배제된 상태에서 열매체가 폐순환되며 상술하였던 인자들이 계측되어 점검이 수행되는 폐쇄루프점검단계가 포함될 수 있다.
또한, 제2루프점검단계(S50) 및 제4루프점검단계(S70)는 폐열원(10) 및 발전기(20) 간의 열교환이 수행될 수 있도록 제2루프(120) 상태로 전환되고, 제2루프(120)는 폐열원(10) 및 발전기(20) 간의 열교환이 수행되는 연계루프 상태로 유지되며 그 작동이 점검되는 연계루프점검단계가 포함될 수 있다.
폐쇄루프점검단계를 통해 점검된 인자들이 기 설정된 값들과 대비되어 적합한 범위내에 속할 경우에 폐쇄루프는 연계루프로 변환되고, 연계루프점검단계가 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 다중루프 제어방법의 다른 실시예로서, 폐열원(10) 및 발전기(20) 간에 열교환이 수행되도록 열매체가 순환되는 제1연계루프, 제1연계루프 상에서 열매체가 발전기(20)와 열교환이 이루어지지 않도록 우회되는 제1폐쇄루프가 마련된 제1루프군(100)이 구비되고, 제1폐쇄루프의 유량, 온도, 압력 및 레벨 중 적어도 하나가 점검되는 제1폐쇄루프점검단계가 포함될 수 있다.
그리고, 제1연계루프의 유량, 온도, 압력, 레벨 중 적어도 하나가 점검되는 제1연계루프점검단계가 포함될 수 있으며, 제1폐쇄루프점검단계 및 제1연계루프점검단계는 제1루프군제어단계에 속하게 된다.
냉각기(30) 및 발전기(20) 간에 열교환이 수행되도록 열매체가 순환되는 제2연계루프, 제2연계루프 상에서 열매체가 발전기(20)와 열교환이 이루어지지 않도록 우회되는 제2폐쇄루프가 마련된 제2루프군(200)이 구비되고, 제2폐쇄루프의 유량, 온도, 압력 및 레벨 중 적어도 하나가 점검되는 제2폐쇄루프점검단계가 포함될 수 있다.
또한, 제2연계루프의 유량, 온도, 압력 및 레벨 중 적어도 하나가 점검되는 제2연계루프점검단계가 포함될 수 있으며, 제2폐쇄루프점검단계 및 제2연계루프점검단계는 제2루프군제어단계에 속하게 된다.
제3루프군제어단계에서는 발전기(30)의 내부에서 열매체의 순환이 점검될 수 있고, 상술하였던 제1폐쇄루프점검단계 및 제2폐쇄루프점검단계를 통해 점검된 열매체의 순환이 기 설정된 값들과 비교하여 적합하다고 판단될 경우에, 제1폐쇄루프 및 제2폐쇄루프는 각기 제1연계루프 및 제2연계루프로 변환될 수 있다.
이때, 제1루프군 및 제2루프군은 각기 발전기(20)와 열교환이 수행되는 부분에 열매체가 발전기(20)를 우회하여 순환될 수 있는 제1바이패스라인, 제2바이패스라인이 구비될 수 있고, 제1바이패스라인 및 제2바이패스라인의 조작에 의해 각기 폐쇄루프 및 연계루프로 변환되는 루프변환단계가 포함될 수 있다.
그리고, 제1루프군제어단계 및 제2루프군제어단계는 각각 독립적으로 수행될 수 있다.
또한, 폐열원(10)은 상술한 바와 같이 발전기(20)와 열교환을 수행하기 위한 열매체의 순환라인 이외에 폐열원(10)에서 발생된 열에너지를 난방에너지로 활용할 수 있는 별개의 열매체 순환라인인 난방루프(400)가 더 구비될 수 있고, 난방루프(400)를 통한 열매체의 순환에 앞서 난방루프(400)를 통해 순환되는 열매체의 순환이 점검될 수 있다.
상술된 다중루프 제어방법을 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 다중루프 방식의 폐열 재생 발전 시스템을 설명한다.
제1루프군(100)은 열매체가 폐순환되는 제1루프(110)모드와 폐열원(10) 및 발전기(20) 간의 열교환이 수행되는 제2루프(120)모드 중 하나가 바이패스를 통한 경로 변경을 통해 선택될 수 있다.
제2루프군(200)은 열매체가 폐순환되는 제5루프(210)모드와 발전기(20) 및 냉각기(30) 간의 열교환이 수행되는 제4루프(220)모드 중 하나가 바이패스를 통한 경로 변경을 통해 선택될 수 있다.
발전기(20)는 일측이 제1루프군(100)과 열교환이 되되, 제1루프군(100)이 제1루프(110)모드일 경우 제1루프군(100)과의 열교환이 차단된다.
발전기(20)는 타측이 제2루프군(200)과 열교환이 되되, 제2루프군(200)이 제5루프(210)모드일 경우 제2루프군(200)과의 열교환이 차단된다.
발전기(20)는 폐열원(10) 및 제1루프군(100)을 통해 공급된 열에너지가 기화기(28)로 공급되고, 고온고압의 열매체가 터빈(22)을 통과하는 운동에너지를 통해 전기가 생산될 수 있다.
터빈(22)을 경유한 열매체는 제2루프군(200)과 열교환이 수행되며 열매체가 응축되는 응축기(24)를 지나게 되고, 응축기(24)를 경유한 열매체는 펌프(26)를 통해 순환되 수 있다.
제1루프군(100) 및 제2루프군(200) 또한 각각의 열매체 순환을 위한 펌핑유닛이 마련될 수 있다.
그리고, 제1루프군(100), 제2루프군(200) 및 발전기(20)의 열매체가 순환되는 경로상에는 온도, 유량, 압력, 레벨 등을 계측할 수 있는 센서유닛(40)이 포함될 수 있고, 센서유닛(40)을 통해 계측된 계측데이터를 기 설정된 값들과 비교하여 제1루프(110)모드 및 제2루프(120)모드 중 하나, 제5루프(210)모두 및 제4루프(220)모드 중 하나가 선택되도록 구비될 수 있다.
제1루프(110)모드 및 제2루프(120)모드 중 하나, 제5루프(210)모두 및 제4루프(220)모드 중 하나가 선택되는 작동은 각기 제1루프군(100) 및 제2루프군(200)에 마련되는 밸브유닛(500)의 조작에 의해 구현될 수 있을 것이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 폐열원 20: 발전기
22: 터빈 24: 응축기
26: 펌프 28: 기화기
30: 냉각기 40: 센서유닛
100: 제1루프군 110: 제1루프
120: 제2루프
200: 제2루프군 210: 제5루프
220: 제4루프
310: 제3루프
400: 난방루프
500: 밸브유닛

Claims (18)

  1. 바이패스에 의한 경로변경을 통해 루프변환이 수행되는 루프변환단계;
    폐열원 및 발전기 간의 열교환이 수행되는 제1루프군이 상기 발전기와의 열교환이 차단되고, 작동상태가 점검되는 제1루프점검단계;
    상기 제1루프점검단계를 통한 점검 결과가 적합일 경우 상기 루프변환단계를 통해 상기 제1루프군이 상기 발전기와 열교환이 허가되고, 작동상태가 점검되는 제2루프점검단계;
    상기 발전기 및 냉각기 간의 열교환이 수행되는 제2루프군이 상기 발전기와의 열교환이 차단되고, 작동상태가 점검되는 제5루프점검단계;
    상기 제5루프점검단계를 통한 점검 결과가 적합일 경우 상기 루프변환단계를 통해 상기 제2루프군이 상기 발전기와 열교환이 허가되고, 작동상태가 점검되는 제4루프점검단계; 및
    상기 발전기의 열교환 경로가 점검되는 제3루프점검단계;
    가 포함되는 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1루프점검단계, 상기 제2루프점검단계, 상기 제3루프점검단계, 상기 제4루프점검단계 및 상기 제5루프점검단계에서 작동상태의 점검은 열매체 순환 경로 상에 배치된 센서들을 통해 계측된 유량, 온도, 압력, 레벨 중 적어도 하나의 값이 기 설정된 기준값과 대비되어 수행되는 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센서들의 작동상태가 점검되는 센서점검단계;
    가 더 포함되는 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1루프점검단계는,
    상기 폐열원 및 상기 발전기 간의 열교환이 차단된 폐쇄루프 상태로 전환되어 상기 폐쇄루프의 열매체 순환이 점검되는 폐쇄루프점검단계;
    가 포함되는 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2루프점검단계는,
    상기 폐열원 및 상기 발전기 간의 열교환이 수행되도록 마련된 연계루프 상태로 전환되어 상기 연계루프의 작동이 점검되는 연계루프점검단계;
    가 포함되는 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제5루프점검단계는,
    상기 냉각기 및 상기 발전기 간의 열교환이 차단된 폐쇄루프 상태로 전환되어 상기 폐쇄루프의 열매체 순환이 점검되는 폐쇄루프점검단계;
    가 포함되는 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제4루프점검단계는,
    상기 냉각기 및 상기 발전기 간의 열교환이 수행되도록 마련된 연계루프 상태로 전환되어 상기 연계루프의 작동이 점검되는 연계루프점검단계;
    가 포함되는 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 폐쇄루프점검단계를 통해 상기 폐쇄루프의 작동이 적합으로 판정되는 경우 상기 루프변환단계를 통해 상기 폐쇄루프가 상기 연계루프로 변환되는 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법.
  9. 폐열원 및 발전기 간에 열교환이 수행되도록 열매체가 순환되는 제1연계루프, 상기 제1연계루프 상에서 열매체가 상기 발전기와 열교환이 이루어지지 않도록 우회되는 제1폐쇄루프가 마련된 제1루프군이 구비되고, 상기 제1폐쇄루프의 유량, 온도, 압력, 레벨 중 적어도 하나가 점검되는 제1폐쇄루프점검단계, 상기 제1연계루프의 유량, 온도, 압력, 레벨 중 적어도 하나가 점검되는 제1연계루프점검단계가 포함되는 제1루프군제어단계;
    냉각기 및 상기 발전기 간에 열교환이 수행되도록 열매체가 순환되는 제2연계루프, 상기 제2연계루프 상에서 열매체가 상기 발전기와 열교환이 이루어지지 않도록 우회되는 제2폐쇄루프가 마련된 제2루프군이 구비되고, 상기 제2폐쇄루프의 유량, 온도, 압력, 레벨 중 적어도 하나가 점검되는 제2폐쇄루프점검단계, 상기 제2연계루프의 유량, 온도, 압력, 레벨 중 적어도 하나가 점검되는 제2연계루프점검단계가 포함되는 제2루프군제어단계; 및
    상기 발전기의 열매체 순환이 점검되는 제3루프군제어단계;
    가 포함되는 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 발전기와 열교환이 수행되는 부분에 열매체가 상기 발전기를 우회하여 상기 발전기와의 열교환이 차단될 수 있도록 제1바이패스라인이 구비되고, 상기 제1바이패스라인의 개폐를 통해 상기 제1루프군은 상기 제1연계루프 또는 상기 제1폐쇄루프로 변환되는 루프변환단계;
    가 포함되는 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2루프군제어단계는,
    상기 발전기와 열교환이 수행되는 부분에 열매체가 상기 발전기를 우회하여 상기 발전기와의 열교환이 차단될 수 있도록 제2바이패스라인이 구비되고, 상기 제2바이패스라인의 개폐를 통해 상기 제2루프군은 상기 제2연계루프 또는 상기 제2폐쇄루프로 변환되는 루프변환단계;
    가 포함되는 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1루프군제어단계 및 상기 제2루프군제어단계는 각각 독립적으로 수행되는 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법.
  13. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 폐열원을 통해 발생된 열에너지가 열매체의 순환을 통해 난방열로 변환되는 난방루프가 마련되고, 상기 난방루프는 상기 제1루프군 및 상기 제2루프군과 독립적으로 열매체의 순환이 점검되는 폐열 재생 발전 시스템의 다중루프 제어방법.
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