KR102407649B1 - 보조 냉각수 저장장치 및 이를 포함하는 에너지 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각수를 저장하는 저장공간을 가지고, 배기 라인을 수용하는 수용부를 가지는 냉각수 저장탱크; 상기 냉각수 저장탱크의 저장공간으로 냉각수를 공급하는 유입관; 상기 냉각수 저장탱크의 저장공간의 냉각수가 유출되는 유출관; 및 상기 냉각수 저장탱크의 저장공간 내의 공기가 배출되는 공기 배출관을 포함하고, 상기 수용부는, 상기 배기 라인의 외주면과 접하는 것을 특징으로 한다.

Description

보조 냉각수 저장장치 및 이를 포함하는 에너지 생성 장치{Auxiliary cooling water storage device and Energy generating device having the same}

본 발명은 보조 냉각수 저장장치 및 이를 포함하는 에너지 생성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 효율 및 안정성이 향상된 보조 냉각수 저장장치 및 이를 포함하는 에너지 생성 장치에 관한 것이다.

에너지 자원으로써 가장 널리 사용되는 화석 연료의 점진적인 고갈은 태양, 바람, 파도, 생물 유기체 및 그 폐기물과 같은 무한한 자연의 에너지를 이용함으로써 끊임없이 재생할 수 있는 대체에너지에 대한 관심으로 이어져 왔다. 그리고 무엇보다도 기존에 사용해온 화석연료와는 달리 공해가 거의 없는 청정한 에너지를 요구하게 되었다. 특히, 1990년대 들어 환경공해와 기후변화협약의 환경문제가 사회적 관심사로 대두되면서 그 중요성이 더욱 더 부각됨에 따라 기술 개발에 박차를 가하게 되었다.

대체에너지 사업 중에서 매립가스(LFG, Landfill Gas)를 이용한 발전사업은 매립가스 에너지 전환사업 중에서 지금까지 가장 많이 적용된 분야이다. 이러한 시스템의 원료가 되는 매립가스의 조성은 주로 45-60%의 메탄(CH4)과 35-40%의 이산화탄소(CO2)와 미량의 N2, O2 등으로 이루어져 있다. 매립가스는 메탄 함유량 50%를 기준으로 약 4,500∼5,500 kcal/m3 가량의 발열량을 지니고 있어 매립가스 자원화 사업의 가장 중요한 물질로 가스엔진 구동의 연료가 된다.

매립가스 등을 이용하는 합성가스 엔진은 전소형(Dedicated) 엔진과 혼소형(Dual Fuel) 엔진으로 구분할 수 있다. 　 혼소형 엔진은 기존 디젤엔진을 그대로 이용하므로 개조가 간단하고 가연한계가 넓어 연료성분의 변화에도 안정적인 운전이 가능하다. 전소형 엔진은 합성가스만을 연료로 사용한다는 점에서 장점이 있으나 연료의 발열량이 어느 정도 높고 가스 성분이 균일해야 한다는 점에서 가스 성분의 변동이 심한 곳에서는 가동에 어려움이 있다. 연소안정성이 확보되는 범위의 운전영역에서 엔진의 연료전환효율을 극대화하기 위해서는 연료-공기혼합기의 특성에 따른 각 부품의 정밀한 제어가 요구된다.

특히, 합성가스 연료의 농도가 희박한 경우에는 점화가 잘 일어나지 않아서 발전이 어려운 문제가 있고, 합성가스의 경우, 자연 흡기식 엔진으로 연소를 시키는 경우, 공급 압력이 낮아 출력을 향상시키는 데 한계가 존재한다.

또한, 엔진을 냉각하고, 저탕조에 온수를 공급하는 냉각수에서 기포를 제고하기 위해 냉각수 보조탱크를 사용하게 된다. 종래기술은 냉각수 보조 탱크가 외부에 외기와 열교환되게 배치되는데, 이때, 냉각수 보조 탱크 내의 냉각수는 상온을 유지하므로, 냉각수가 엔진으로 공급될 때 수온이 상승하는데 방해요소로 작용한다.

냉각수의 일부가 상온으로 온도가 내려가면, 저탕조에 열 공급량이 떨어지고 엔진의 효율이 저하될 수 있는 문제점이 존재한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 엔진의 열효율 및 출력을 향상시키면서 안정성이 향상된 보조 냉각수 저장장치 및 이를 포함하는 에너지 생성 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 과제는 배기관과 일체로 형성되어서 제조가 간편하고, 기포 제거 효율이 우수한 보조 냉각수 저장장치 및 이를 포함하는 에너지 생성 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 에너지 생성 장치 및 에너지 생성 시스템은 배기 라인과 열 교환하고 냉각수 내의 기포를 제거하는 보조 냉각수 저장장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 본 발명은 냉각수를 저장하는 저장공간을 가지고, 배기 라인을 수용하는 수용부를 가지는 냉각수 저장탱크; 상기 냉각수 저장탱크의 저장공간으로 냉각수를 공급하는 유입관; 상기 냉각수 저장탱크의 저장공간의 냉각수가 유출되는 유출관; 및 상기 냉각수 저장탱크의 저장공간 내의 공기가 배출되는 공기 배출관을 포함하고, 상기 수용부는, 상기 배기 라인의 외주면과 접하는 것을 특징으로 한다.

상기 수용부는 원통 형상의 빈 공간일 수 있다.

상기 냉각수 저장탱크의 저장공간의 상부를 2개의 영역으로 구분하는 격벽을 더 포함하고, 상기 유출관의 하단은 상기 격벽의 하단 보다 아래에 배치될 수 있다.

상기 유입관에서 상기 냉각수가 배출되는 배출구는 상기 격벽의 하단 보다 높게 배치될 수 있다.

상기 유입관의 말단은 냉각수가 상부에서 하부로 진행하다가 다시 상부로 배출되는 형상을 가질 수 있다.

상기 유입관은 상하방향으로 연장되는 제1 부분, 상기 제1 부분의 하단에 연결되고 하방에서 상방으로 연장되고, 말단에 배출구가 형성된 제2 부분을 포함할 수 있다.

상기 유입관과 상기 공기 배출관은 상기 격벽에 의해 구분된 제1 영역에 배치되고, 상기 유출관은 상기 격벽에 의해 구분된 제2 영역에 배치될 수 있다.

또한 본 발명은 혼합기의 연소로 동력을 발생시키는 엔진; 상기 엔진과 연결되어 배기가스를 배출하는 배기 라인; 상기 엔진 및 상기 배기가스와 열교환하는 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환기; 및 상기 냉각수 순환기의 상기 냉각수 중 일부가 유동되어 상기 냉각수 내의 기포를 제거하고 상기 냉각수 순환기로 공급하는 보조 냉각수 저장장치를 포함하고, 상기 보조 냉각수 저장장치는, 상기 냉각수를 저장하는 저장공간을 가지고, 상기 배기 라인을 수용하는 수용부를 가지는 냉각수 저장탱크; 상기 냉각수 저장탱크의 저장공간으로 냉각수를 공급하는 유입관; 상기 냉각수 저장탱크의 저장공간의 냉각수가 유출되는 유출관; 및 상기 냉각수 저장탱크의 저장공간 내의 공기가 배출되는 공기 배출관을 포함하고, 상기 수용부는, 상기 배기 라인의 외주면과 접한다.

상기 냉각수 순환기를 순환하는 냉각수를 가열하는 보조열원을 더 포함할 수 있다.

상기 보조열원은 상기 엔진에 공급되는 혼합기의 일부를 연소하는 버너를 포함할 수 있다.

또한, 실시예는 공기와 함께 합성가스 혼합된 혼합기를 상기 엔진에 공급하는 흡기 라인; 상기 흡기 라인으로 공급된 상기 혼합기를 압축하는 흡기 압축기를 더 포함할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 보조 냉각수 저장장치 및 이를 포함하는 에너지 생성 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째,　기포를 제거한 냉각수를 다시 가열하여 냉각수 순환유로로 공급하게 되므로 엔진의 열효율을 향상시킬 수 있고, 저탕조에 전달되는 열량을 향상시킬 수 있는 이점이 존재한다.

둘째, 냉각수 보조탱크와 엔진 배기관을 일체화하고, 배기관을 주름지게 형성하여서, 엔진 배기관과 냉각수 보조탱크 사이에 열전달 효율을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 존재한다.

셋째, 냉각수 보조 탱크가 격벽으로 나뉘어 지고, 유입관과 유출관으로 나누어진 영역에 배치하므로, 냉각수에서 기포가 효율적으로 제거되고, 냉각수 보조 탱크의 부피가 줄어드는 이점이 존재한다.

넷째, 혼합기를 압축하는 터보 차저를 구비하여 터보 차저를 통해서 혼합기를 압축하여 엔진에 공급하므로, 발전 출력이 향상되고, 효율이 향상되는 이점이 존재한다.

다섯째, 공기와 가스가 혼합된 상태에서 터보 차저를 통해 혼합기를 압축하므로, 별도의 연료 가압 장치 및 레귤레이터 없이 연료를 안정적으로 공급하면서 발전 출력이 향상되는 이점이 존재한다.

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 열병합발전 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 열병합발전 시스템의 작동 시에 공기, 가스 및 냉각수의 흐름을 표시한 도면이다.
도 3은 도 1의 열병합발전 시스템 중 열병합 유닛의 일부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 저장탱크가 배기 라인에 설치된 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 저장탱크의 시시도이다.
도 6은 도 5의 냉각수 저장탱크의 일부 투영도이다.
도 7은 도 5의 냉각수 저장탱크를 상부에서 바라본 평면도이다.
도 8은 도 5의 냉각수 저장탱크의 A-A 선을 취한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열병합 유닛의 일부를 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 각 구성의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열병합발전 시스템의 개략도, 도 2는 도 1의 열병합발전 시스템의 작동 시에 공기, 가스 및 냉각수의 흐름을 표시한 도면이다.

본 발명에 따른 열병합발전 시스템은 합성가스를 통해 열과 전기를 생성하고 이를 공급한다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 에너지 생성 시스템은 에너지 생성 장치(10)와, 저탕조(12)를 포함할 수 있다.

에너지 생성 장치(10)은 전력과 열을 발생하고, 발생된 전력을 전력소비기기인 조명이나 가전기기 등으로 공급하며, 발생된 열을 열수요처인 저탕조(12)로 전달할 수 있다.

에너지 생성 장치(10)은 엔진(14)과 엔진(14)에 연결되어 전력을 생성하는 발전기(100)와 저탕조(12)와 급탕 순환 유로(18)로 연결된 급탕 열교환기(16)와, 엔진(14)과 발전기(100) 중 적어도 하나의 열을 회수하여 급탕 열교환기(16)로 전달하는 열전달 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들면, 열전달 유닛은 열매체 통해 엔진(14)과 발전기(100) 중 적어도 하나의 열을 회수하여 급탕 열교환기(16)로 전달하는 냉각수 순환기를 포함할 수 있다. 여기서, 열매체는 냉각수, 즉 물이 사용될 수 있다.

또한, 에너지 생성 장치(10)은 공기와 함께 합성가스 혼합된 혼합기가 유입되는 흡기 라인(20), 흡기 라인(20)으로 공급된 혼합기를 압축하는 흡기 압축기(300), 엔진(14)과 연결되어 배기가스를 배출하는 배기 라인(30)을 포함할 수 있다.

엔진(14)은 흡기 라인(20) 및 배기 라인(30)과 연결되어 혼합기의 연소로 동력을 발생시킨다. 흡기 라인(20)을 통해 엔진(14)으로 공급된 혼합기는 엔진(14) 내에서 연소 후에 배기 라인(30)을 통해 배기가스로 배출된다.

엔진(14)은 혼합기가 연소하는 실린더 헤드(14b)와, 실린더 헤드(14b) 내로 혼합기를 유동시키는 흡기 매니폴드(14a)와, 연소된 배기가스를 배기 라인(30)으로 유동시키는 배기 매니폴드(14c)를 포함할 수 있다.

흡기 라인(20)은 공기와 함께 합성가스 혼합된 혼합기가 유입된다. 흡기 라인(20)은 공기와 합성가스를 흡기하여 공기와 합성가스를 혼합 한 후, 흡기 압축기(300) 및 엔진(14)에 공급한다. 합성가스는 매립가스를 포함한다.

흡기 라인(20)은 외기, 합성가스 저장소(미도시), 엔진(14)의 흡기 매니폴드(14a) 및 흡기 압축기(300)와 연결된다.

예를 들면, 흡기 라인(20)은 공기가 유입되는 공기 흡기 라인(21)과, 합성가스가 유입되는 합성가스 흡기 라인(22)과, 공기 흡기 라인 및 합성가스 흡기 라인과 연결되어 공기와 합성가스를 혼합하는 믹서(23)와, 믹서(23)와 연결되어 혼합기를 엔진(14)에 공급하는 혼합기 흡기 라인(24)을 포함할 수 있다.

공기 흡기 라인(21)은 공기를 유동시킨다. 공기 흡기 라인(21)의 일단은 외기와 연결되고 타단은 믹서(23)와 연결된다. 공기 흡기 라인(21)에는 흡기된 공기를 정화하는 공기 필터(41a)와, 사일런스 등이 배치될 수 있다.

합성가스 흡기 라인(22)은 합성가스를 유동한다. 합성가스 흡기 라인(22)의 일단은 합성가스 저장소와 연결되고 타단은 믹서(23)와 연결된다.

믹서(23)는 합성가스 흡기 라인(22), 공기 흡기 라인(21) 및 혼합기 흡기 라인(24)과 연결된다. 믹서(23)는 공기와 합성가스를 적절한 비율로 혼합하고, 그 혼합된 혼합기를 혼합기 흡기 라인(24)에 제공한다.

혼합기 흡기 라인(24)은 믹서(23)에서 혼합된 혼합기를 엔진(14)의 흡기 매니폴드(14a)에 제공한다. 혼합기 흡기 라인(24)은 일단은 믹서(23)와 연결되고, 타단은 엔진(14)의 흡기 매니폴드(14a)에 연결된다.

믹서(23)와 연결되어 혼합기를 엔진(14)에 공급하는 혼합기 흡기 라인(24)을 포함할 수 있다.

냉각수 순환기(500)는 열매체가 엔진(14) 또는 발전기(100)의 열을 회수하는 열회수부(14d)와, 열회수부(14d)와 급탕 열교환기(16)를 연결하는 열매체 순환 유로(11)를 포함할 수 있다. 여기서, 열매체는 물이 사용될 수 있다. 냉각수 순환기(500)에 대해서는 도 3에서 후술한다.

또한, 에너지 생성 장치(10)은 저탕조(12)와 방열유로(340)로 연결되어 저탕조(12)의 물을 방열하는 방열유닛(320)를 더 포함할 수 있다. 저탕조(12)는 급탕 열교환기(16)와 온수 순환 유로(18)로 연결된다.

흡기 압축기(300)는 흡기 라인(20)으로 공급된 혼합기를 압축하여 엔진(14)으로 제공한다.

이하, 흡기 압축기(300)에 대해 도 3을 참조하여 상술한다.

도 3은 도 1의 열병합발전 시스템 중 열병합 유닛의 일부를 도시한 도면이다.

흡기 압축기(300)는 혼합기 흡기 라인(24)을 유동하는 혼합기를 일정한 압력으로 압축한다. 흡기 압축기(300)는 혼합기 흡기 라인(24)과 연결된다. 구체적으로, 흡기 압축기(300)는 엔진(14)의 흡기 매니폴드(14a)와 믹서(23) 사이의 혼합기 흡기 라인(24)에 연결된다.

흡기 압축기(300)는 배기가스 외에 다른 별도의 동력원에 의해 작동되거나, 배기라인으로 배출되는 배기가스에 의하여 회전하여 흡기 라인(20)으로 공급된 혼합기를 압축할 수 있다. 이하에서는 흡기 압축기(300)는 배기가스를 동력원으로 작동되는 것을 전제로 설명한다. 배기가스에 의하여 흡기 압축기(300)가 작동되면, 별도의 에너지를 흡기압축기에 공급할 필요가 없기 때문에, 에너지가 절약되는 이점이 존재한다.

구체적으로, 흡기 압축기(300)는 압축기 임펠러(310), 압축기 임펠러(310)를 수용하는 터보차저 하우징(330), 압축기 임펠러(310)와 축으로 연결된 터빈 임펠러(320) 및 터빈 임펠러(320)를 수용하는 터빈 하우징(340)을 포함한다.

터빈 임펠러(320)는 배기가스에 의해 회전되고, 압축기 임펠러(310)에 축으로 연결되어 회전력을 전달한다. 터빈 임펠러(320)는 터빈 하우징(340) 내에 배치되고, 터빈 하우징(340)은 배기 라인(34)(30)에 배치된다. 터빈 하우징(340)은 배기 라인(34)(30)에 연결된다. 배기가스는 터빈 하우징(340) 내로 유동되어 터빈 임펠러(320)를 회전시킨다.

압축기 임펠러(310)는 터빈 임펠러(320)에 의해 회전되어, 흡기된 혼합기를 압축하여 배출한다. 압축기 임펠러(310)는 터보차저 하우징(330) 내에 배치되고, 터보차저 하우징(330)은 혼합기 흡기 라인(24)에 배치된다. 혼합기는 터보차저 하우징(330) 내로 유동되어 압축기 임펠러(310)에 의해 압축된 후 엔진(14)으로 유동된다.

따리서, 본 발명은　혼합기를 압축하는 터보 차저를 구비하여 터보 차저를 통해서 혼합기를 압축하여 엔진(14)에 공급하므로, 발전 출력이 향상되고, 효율이 향상되는 이점이 존재하고, 공기와 가스가 혼합된 상태에서 터보 차저를 통해 혼합기를 압축하므로, 별도의 연료 가압 장치 및 레귤레이터 없이 연료를 안정적으로 공급하면서 발전 출력이 향상되는 이점이 존재한다.

흡기 압축기(300)를 사용하는 경우, 엔진(14)으로 유동되는 혼합기의 온도와 압력이 매우 높아지게 되는 데, 이러한 고온 고압의 혼합기가 외부로 유출 시에 과열의 우려가 존재하고, 엔진(14)으로 유입 시에 합성가스 량이 상대적으로 적어지므로, 출력이 저하될 수 있다.

따라서, 실시예에서는 흡기 압축기(300)에서 압축된 혼합기를 냉각하는 쿨러(50)를 더 포함할 수 있다. 쿨러(50)는 흡기 압축기(300)에서 압축된 혼합기를 냉각하여 엔진(14)에 제공한다.

쿨러(50)는 혼합기 흡기 라인(24)에서 엔진(14)과 터보차저 하우징(330) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 쿨러(50)는 외기와 냉매를 열교환하는 방열기(52)와, 혼합기 흡기 라인(24)을 유동하는 혼합기와 냉매를 열교환하는 내부 열교환기(51) 및 내부에 냉매가 유동되고, 내부 열교환기(51)와 방열기(52) 사이를 순환하는 순환유로(53)를 포함할 수 있다. 방열기(52)에는 방열기(52)를 공기 유동을 제공하는 팬(54)이 더 배치될 수 있다.

쿨러(50)에 의해 압축된 혼합기가 냉각되면, 혼합기의 온도가 낮아지고, 체적이 작아지므로, 엔진(14)에 공급되는 연료 양을 증가시켜서, 발전 효율을 향상시키고, 혼합기가 누출 시에 과열을 방지할 수 있는 이점이 존재한다.

배기 라인(34)(30)을 통해 배기가스가 배출되면, 질소 산화물 등의 유해한 물질로 인해 대기오염이 발생되게 된다.

리턴 라인(39)은 배기 라인(34)(30)을 통해 배출되는 배기가스의 일부를 다시 엔진(14)으로 공급하여서, 불 연소된 연소물이 엔진(14)에서 재연소 되고, 배기 라인(34)(30)을 통해 배출되는 배기가스의 양이 줄어들게 되므로, 엔진(14)의 연소 효율이 및 신뢰성이 향상되고, 배기가스를 통해 배출되는 휘발성 유기화합물을 줄일 수 있다.

구체적으로, 리턴 라인(39)은 배기 라인(34)(30)으로 유동되는 배기가스의 일부를 흡기 라인(20)으로 재순환한다. 리턴 라인(39)은 엔진(14)의 배기압에 의해 상대적으로 고압인 배기 라인(34)(30)에서 외기의 압력과 동일한 흡기 라인(20)으로 압력차에 의해 배기가스를 재순환시킨다.

압력차에 의해 배기가스를 흡기 라인(20)으로 재순환하게 되면, 별도의 압축기나, 제어를 위한 컨트롤러 등이 불 필요한 이점이 존재한다.

촉매모듈은 배기가스 중 유해한 성분을 무해하게 산환/환원시킨다. 촉매모듈은 배기 라인(34)(30)에 배치되어, 촉매모듈을 통과하는 배기가스 중의 유해한 CO(일산화탄소), HC(탄화수소), NOX(질소 산화물)을 인체에 무해한 CO2(이산화탄소), H2 O(물), N2(질소)로 산화·환원시키는 장치이다.

촉매모듈은 구조상으로 펠리트형(Pellet Type)과 모노리드형(Monolith Type)이 있고, 기능상으로는 산화촉매 컨버터와 삼원촉매 컨버터(3-Way Catalytic Converter)의 2종류가 있다.

우선, 산화촉매 컨버터는 촉매 펠리트라고 하는 입상의 알루미나 표면에 촉매작용을 하는 파라듐(Pd) 또는 파라듐+백금(Pt)의 귀금속을 중간층(Wash)위에 미세하고 고르게 코팅(담지)한 것으로, 배기가스중의 일산화탄소와 탄화수소를 이산화탄소와 물로 만드는 기능을 갖고 있다.

그리고 삼원촉매 컨버터는 촉매작용을 하는 귀금속 즉, 백금+로듐(Rh) 또는 백금+로듐+파라듐을 사용한 것으로, 배기가스중의 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 저감시키는 기능을 갖고 있으며, 고온에서는 98% 이상을 상회하는 높은 효율성을 갖고 있기 때문에 현재 삼원촉매 컨버터가 가장 많이 사용되고 있다.

촉매모듈을 통과한 배기 가스의 일부는 리턴 라인(39)을 통해서 흡기 라인(20)으로 재순환된다. 따라서, 촉매모듈에서 1차적으로 배기 가스 중에 유해물질을 줄이고, 2차적으로 리턴 라인(39)에 의해 배기가스의 양을 줄여서 유해물질 배출량을 줄이게 된다.

냉각수 순환기(500)는 엔진(14) 및 배기가스와 열교환한 냉각수를 순환시켜서, 저탕조와 열교환한다. 냉각수 순환기(500)는 엔진(14)과 배기 라인(34)의 열을 저탕조에 전달한다.

냉각수 순환기(500)는 열매체가 엔진(14) 또는 발전기(100)의 열을 회수하는 열회수부(14d)와, 열회수부(14d)와 급탕 열교환기(16)를 연결하는 열매체 순환 유로(11)와, 냉각수 압축기(19)를 포함할 수 있다.

열매체 순환 유로(11)는 배기 라인(34), 엔진(14) 및 급탕 열교환기(16)를 연결한다. 열매체 순환 유로(11)는 엔진(14), 급탕 열교환기(16)와, 배기가스 열교환기(13)를 순서대로 순환하는 경로를 가진다. 냉각수 압축기(19)는 열매체 순환 유로(11) 내의 냉각수에 유동력을 제공한다.

본 발명은 냉각수 순환기(500)의 냉각수 중 일부가 유동되어 냉각수 내의 기포를 제거하고 냉각수 순환기(500)로 공급하는 보조 냉각수 저장장치(400)를 더 포함할 수 잇다.

보조 냉각수 저장장치(400)는, 냉각수를 저장하는 저장공간을 가지고, 배기 라인(34)을 수용하는 수용부(431)를 가지는 냉각수 저장탱크(430), 냉각수 저장탱크(430)의 저장공간으로 냉각수를 공급하는 유입관(410), 냉각수 저장탱크(430)의 저장공간의 냉각수가 유출되는 유출관(420), 냉각수 저장탱크(430)의 저장공간 내의 공기가 배출되는 공기 배출관(440)을 포함할 수 있다.

유입관(410)의 일단은 열매체 순환 유로(11)에 연결되고, 유입관(410)의 타단은 냉각수 저장탱크(430)와 연결된다. 구체적으로, 유입관(410)의 일단은 배기가스 열교환기(13)와 연결될 수 있다. 유입관(410)은 배기가스 열교환기(13)에서 열교환된 냉각수의 일부 또는 배기가스 열교환기(13)와 열교환되기 전 냉각수의 일부가 유동된다.

유출관(420)의 일단은 열매체 순환 유로(11)에 연결되고, 유출관(420)의 타단은 냉각수 저장탱크(430)와 연결된다. 구체적으로, 유출관(420)의 일단은 급탕 열교환기(16)와 연결될 수 있다. 유출관(420)은 급탕 열교환기(16)에서 열교환된 냉각수 또는 급탕 열교환기(16)와 열교환 되기 전 냉각수에 냉각수 저장탱크(430) 내에 냉각수를 공급한다.

이하, 보조 냉각수 저장장치(400)에 대해 상술한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 저장탱크(430)가 배기 라인(34)에 설치된 모습을 도시한 도면, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 저장탱크(430)의 시시도, 도 6은 도 5의 냉각수 저장탱크(430)의 일부 투영도, 도 7은 도 5의 냉각수 저장탱크(430)를 상부에서 바라본 평면도, 도 8은 도 5의 냉각수 저장탱크(430)의 A-A 선을 취한 단면도이다.

도 4 내지 도 8을 참조하면, 냉각수 저장탱크(430)는 열매체 순환 유로(11)에서 제공된 냉각수를 저장하고, 저장된 냉각수와 배기 가스를 열교환 한다. 냉각수 저장탱크(430)는 냉각수를 저장하는 저장공간(S)을 가지고, 배기 라인(34)을 수용하는 수용부(431)를 가진다.

예를 들면, 냉각수 저장탱크(430)는 비용을 줄이고, 열교환 효율을 향상하기 위해, 배기 라인(34)의 원주를 감싸는 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 수용부(431)의 내부에 배기 라인(34)이 수용되고 수용부(431)의 내면은 배기 라인(34)의 외주면과 접할 수 있다. 따라서, 수용부(431)는 원통 형상의 빈 공간일 수 있다.

배기 라인(34)은 원통 형상으로 원주방향을 따라 요철 형상 또는 웨이브 형상의 다수의 산과 골이 반복되는 형상을 가질 수 있다. 수용부(431)의 내면은 배기 라인(34)의 외주면과 대응되도록 원주방향을 따라 요철 형상 또는 웨이브 형상의 다수의 산과 골이 반복되는 형상을 가질 수 있다. 이러한 형상은 열교환 면적을 향상시키고, 작은 크기의 냉각수 저장탱크(430)를 제조하더라도 충분한 열교환 성능을 얻을 수 있게 한다.

냉각수 저장탱크(430)는 수용부(431)를 정의하는 내측면(432)과, 내측면(432)과 이격되어 내측면(432)과 사이에 수용공간을 정의하는 외측면(433)을 포함할 수 있다. 또한, 냉각수 저장탱크(430)는 내측면(432)의 상단과 외측면(433)의 상단을 연결하는 상부면(434)과, 내측면(432)와 하단과 외측면(433)의 하단을 연결하는 하부면(435)을 포함할 수 있다.

냉각수 저장탱크(430)는 큰 원통의 내부에 작은 원통이 배치되고, 작은 원통의 내부에 수용부(431)가 형성되며, 큰 원통과 작은 원통 사이의 공간에 저장공간이 형성될 수 있다.

냉각수 저장탱크(430)에는 저장공간을 하부가 연결된 2개의 영역으로 구분하는 격벽(451, 452)을 포함할 수 있다. 격벽(451, 452)은 유입관(410)을 통해 저장공간으로 분사되는 냉각수의 기포가 유출관(420)으로 배출되는 것을 제한한다. 저장공간의 상부는 제1 영역(S1)과 제2 영역(S2)으로 구분된다. 물론 저장공간의 하부는 제1 영역(S1)과 제2 영역(S2)은 서로 연결된다.

구체적으로, 격벽(451, 452)은 냉각수 저장탱크(430)의 상부면(434), 내측면(432) 및 외측면(433)과 연결되고, 하부면(435)과 이격된다. 격벽(451, 452)은 저장공간의 상부영역과 수평적으로 중첩되게 위치된다. 즉, 격벽(451, 452)은 냉각수 저장탱크(430)의 상부면(434)에서 하부면(435) 방향으로 연장되고, 하부면(435)과 일정 거리를 두고 이격된다.

격벽(451, 452)은 제1 격벽(451)과 제2 격벽(452)을 포함할 수 있다. 제1 격벽(451)과 제2 격벽(452)에 의해 제1 영역(S1)과 제2 영역(S2)이 상부에서 보아 반원 형태를 가지게 된다.

공기 배출관(440)은 냉각수 저장탱크(430)의 저장공간 내의 공기가 배출시킨다. 공기 배출관(440)은 냉각수 저장탱크(430)의 상부면(434)을 관통하여 연결된다. 공기 배출관(440)의 일단은 저장공간의 상단에 인접하여 위치된다. 공기 배출관(440)의 일단이 저장공간의 상단에 인접하여 위치되면, 공기 배출관(440)으로 냉각수가 유입되는 것이 방지된다. 공기 배출관(440)은 격벽(451, 452)에 의해 구분된 제1 영역(S1)에 배치되는 것이 바람직하다.

유입관(410)의 말단은 냉각수가 상부에서 하부로 진행하다가 다시 상부로 배출되는 형상을 가질 수 있다. 유입관(410)은 유입관(410)에서 냉각수가 배출되는 배출구(410a), 상하방향으로 연장되는 제1 부분(412), 제1 부분(412)의 하단에 연결되고 하방에서 상방으로 연장되고, 말단에 배출구(410a)가 형성된 제2 부분(411)을 포함할 수 있다.

제1 부분(412)의 일단은 열매체 순환 유로(11)와 연결되고, 제1 부분(412)의 타단은 제2 부분(411)과 연결된다. 제1 부분(412)은 냉각수 저장탱크(430)의 상부면(434)을 관통하여 하부로 연장된다.

제2 부분(411)은 제1 부분(412)의 하단에 연결되고, 제1 부분(412)과 함께 U 자 형상을 만든다. 즉, 제2 부분(411)은 하방에서 상방으로 연장되고, 말단에 배출구(410a)가 형성된다. 제2 부분(411)은 제1 부분(412)을 통해 유동되는 냉각수의 유동 방향을 전환하여, 냉각수를 저장공간 내에서 상부로 분사하기 위함이다.

배출구(410a)는 격벽(451, 452)의 하단 보다 높게 배치될 수 있다. 유입관(410)은 격벽(451, 452)에 의해 구분된 제1 영역(S1)에 배치될 수 있다. 유출관(420)은 격벽(451, 452)에 의해 구분된 제2 영역(S2)에 배치될 수 있다. 유출관(420)에서 냉각수가 유입되는 유입구(420a)는 격벽(451, 452)의 하단 보다 낮게 위치될 수 있다.

냉각수 저장탱크(430) 내에 냉각수의 수위는 적어도 격벽(451, 452)의 하단 보다 높게 유지된다. 공기 배출관(440)과 유입관(410)이 제1 영역(S1)에 배치되고, 유출관(420)이 제2 영역(S2)에 배치되면, 유입관(410)에서 분사된 냉각수가 제1 영역(S1) 내에서 공기 배출관(440)으로 배출되고, 제2 영역(S2)에 배치된 유출관(420)으로 공급되지 않게 된다. 따라서, 효율적인 기포제거가 가능하다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열병합 유닛의 일부를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 다른 실시예에 따른 열병합 유닛은 도 3의 실시예와 비교하면, 보조열원을 더 포함할 수 있다. 이하, 도 3 실시예와 차이점 위주로 설명한다. 특별한 설명이 없는 구성은 도 3과 동일한 것으로 간주한다.

보조열원은 냉각수 순환기(500)를 순환하는 냉각수를 가열한다. 보조열원은 냉각수 순환기(500)를 통해 급탕 열교환기(16)에 전달된 열이 난방에 부족한 경우가 있기 때문에, 부족한 난방 열을 확보하기 위해서 설치된다.

보조열원은 열매체 순환 유로(11)를 순화하는 냉각수를 가열한다. 보조열원은 급탕 열교환기(16)에서 열교환되기 전의 냉각수를 가열하는 것이 바람직하다.

보조열원은 엔진(14)에 공급되는 혼합기의 일부를 연소하는 버너를 포함할 수 있다. 버너를 사용하면, 혼합기의 연료를 사용하므로 별도의 연료나 에너지원이 필요 없게 된다. 도면에는 도시하지 않았지만, 버너는 혼합기 흡기 라인(24)과 연결되어 혼합기를 공급받는 가스 공급관과, 버너에서 연소된 가스가 배출되고, 배기 라인(34)과 연결되는 연소가스 배출관을 포함할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

10: 에너지 생성 장치 20: 흡기 라인
14: 엔진 100: 발전기
300: 흡기 압축기 400: 보조 냉각수 저장장치

Claims (11)

1. 냉각수를 저장하는 저장공간을 가지고, 배기 라인을 수용하는 수용부를 가지는 냉각수 저장탱크;
   상기 냉각수 저장탱크의 저장공간으로 냉각수를 공급하는 유입관;
   상기 냉각수 저장탱크의 저장공간의 냉각수가 유출되는 유출관;
   상기 냉각수 저장탱크의 저장공간 내의 공기가 배출되는 공기 배출관; 및
   상기 냉각수 저장탱크의 저장공간을 하부가 연결된 2개의 영역으로 구분하는 격벽을 포함하고,
   상기 수용부는,
   상기 배기 라인의 외주면과 접하며,
   상기 유출관의 하단은 상기 격벽의 하단 보다 아래에 배치되는 보조 냉각수 저장장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수용부는 원통 형상의 빈 공간인 보조 냉각수 저장장치
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 유입관에서 상기 냉각수가 배출되는 배출구는 상기 격벽의 하단 보다 높게 배치되는 보조 냉각수 저장장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 유입관의 말단은 냉각수가 상부에서 하부로 진행하다가 다시 상부로 배출되는 형상을 가지는 보조 냉각수 저장장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 유입관은,
   상하방향으로 연장되는 제1 부분;
   상기 제1 부분의 하단에 연결되고 하방에서 상방으로 연장되고, 말단에 배출구가 형성된 제2 부분을 포함하는 보조 냉각수 저장장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 유입관과 상기 공기 배출관은 상기 격벽에 의해 구분된 제1 영역에 배치되고,
   상기 유출관은 상기 격벽에 의해 구분된 제2 영역에 배치되는 보조 냉각수 저장장치.
8. 혼합기의 연소로 동력을 발생시키는 엔진;
   상기 엔진과 연결되어 배기가스를 배출하는 배기 라인;
   상기 엔진 및 상기 배기가스와 열교환하는 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환기; 및
   상기 냉각수 순환기의 상기 냉각수 중 일부가 유동되어 상기 냉각수 내의 기포를 제거하고 상기 냉각수 순환기로 공급하는 보조 냉각수 저장장치를 포함하고,
   상기 보조 냉각수 저장장치는,
   상기 냉각수를 저장하는 저장공간을 가지고, 상기 배기 라인을 수용하는 수용부를 가지는 냉각수 저장탱크;
   상기 냉각수 저장탱크의 저장공간으로 냉각수를 공급하는 유입관;
   상기 냉각수 저장탱크의 저장공간의 냉각수가 유출되는 유출관; 및
   상기 냉각수 저장탱크의 저장공간 내의 공기가 배출되는 공기 배출관을 포함하고,
   상기 수용부는,
   상기 배기 라인의 외주면과 접하는 에너지 생성 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 냉각수 순환기를 순환하는 냉각수를 가열하는 보조열원을 더 포함하는 에너지 생성 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 보조열원은 상기 엔진에 공급되는 혼합기의 일부를 연소하는 버너를 포함하는 에너지 생성 장치.
11. 제8항에 있어서,
    공기와 함께 합성가스 혼합된 혼합기를 상기 엔진에 공급하는 흡기 라인; 및
    상기 흡기 라인으로 공급된 상기 혼합기를 압축하는 흡기 압축기를 더 포함하는 에너지 생성 장치.

Images