KR102511015B1 - IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템 - Google Patents

IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이오가스를 연소하여 발전하는 복수 개의 엔진발전장치로 구성된 바이오가스 발전설비의 작동상태를 모니터링하기 위한 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템은 바이오가스가 충전되는 바이오가스탱크, 상기 바이오가스탱크에 충전된 바이오가스를 공급받아 상기 바이오가스탱크에 저장된 바이오가스 량에 따라 선택적으로 작동하여 발전하는 복수 개의 엔진발전장치, 상기 엔진발전장치의 작동을 제어하는 제어반, 상기 복수 개의 엔진발전장치에서 발생하는 배기가스를 통합적으로 후처리하는 통합후처리부, 및 상기 통합후처리부에서 처리되는 배기량의 정보 및 상기 제어반에서 제공되는 정보를 모니터링하는 모니터링장치를 포함하며, 상기 통합후처리부는 상기 복수 개의 엔진발전장치로부터 배기가스가 유입되는 통합챔버, 상기 통합챔버로 유입된 배기가스를 분배하여 각각 입자상물질과 질소산화물을 처리하는 복수 개의 후처리장치, 상기 통합챔버로 유입된 배기가스의 압력을 모니터링하기 위해 상기 통합챔버의 내부 압력을 측정하는 챔버압력센서, 및 상기 챔버압력센서에서 측정되는 압력에 따라 상기 복수 개의 후처리장치를 선택하여 배기하도록 상기 복수 개의 후처리장치마다 설치되어 상기 통합챔버의 배기가스를 상기 각 후처리장치로 강제적으로 공급하는 후처리팬을 포함한다.

Description

IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템{Monitoring system of biogas power generation facility using IoT}
본 발명은 바이오가스를 연소하여 발전하는 복수 개의 엔진발전장치로 구성된 바이오가스 발전설비의 작동상태를 모니터링하기 위한 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 바이오가스 발전기는 바이오가스를 연소하여 엔진을 구동하고 엔진의 구동력에 의해 발전장치를 구동하여 발전한다.
바이오가스는 예를 들어 쓰레기 매립지 또는 축산분료 처리장과 같은 장소에서 발생하는 가스에서 메탄을 추출하는 형태로 얻어지며, 바이오가스 발전기는 얻어지는 바이오가스량과 순도가 달라지기 때문에 복수 개의 발전기를 통해 발전한다.
그러나, 바이오가스량과 순도에는 상관 없이 동일한 속도로 발전기를 가동함에 따라 각각의 발전기에서 발전하는 발전량이 달라 발전효율이 하락되고 발전기의 수명이 하락되는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해 종래에는 한국등록특허공보 한국등록특허공보 제10-2260551호(2021.6.4.공고)의 "엔진 수명 최적화를 위한 디젤 발전기의 병렬 운전 시스템"이 개시된 바가 있다.
종래의 디젤 발전기의 병렬 운전 시스템은 디젤 엔진과, 상기 디젤 엔진에 연결되어 엔진의 출력에 의해 전력을 생산하는 발전기를 포함하는 디젤 발전기가 복수개 병렬로 연결되는 디젤 발전기들; 상기 디젤 발전기들의 발전 전압을 제어하기 위해 각각의 디젤 발전기에 구비되는 자동전압조절기들; 상기 디젤 발전기들의 출력 신호를 센싱하기 위해 각각의 디젤 발전기에 구비되는 센서부들; 및 상기 출력 신호를 기초로, 상기 디젤 발전기의 부하율에 따른 가동 시간인 부하 가동지수를 산출하기 위해 각각의 디젤 발전기에 구비되며, 부하가 걸리는 경우, 상기 디젤 발전기들별로 각각 산출된 상기 부하 가동지수를 기초로 상기 디젤 발전기들의 운전을 제어하는 발전기 병렬 제어기를 포함하되, 상기 부하 가동지수는 상기 디젤 엔진의 부하율 및 디젤 엔진의 가동 시간을 기초로 산출되는 것을 특징으로 하는 디젤 발전기의 병렬 운전 시스템이 제공된다. 본 발명에 따르면, 디젤 발전기의 운전시, 엔진 각각의 부하율에 따른 가동 시간을 기초로, 디젤 발전기의 운전을 제어함으로써, 각각의 엔진에 걸리는 부하가 유사하게 유지되므로, 디젤 엔진의 교체 수명을 늘이고, 병렬 디젤 발전기들의 전체 시스템의 수명을 연장시킬 수 있었다.
하지만, 종래의 병렬 디젤 발전기는 엔진에서 발생하는 배기가스를 후처리하기 위한 후처리장치들이 디젤 발전기마다 설치되어 후처리장치에 문제가 발생한 경우, 문제가 발생한 디젤 발전기의 작동을 정지시켜야 하기 때문에 발전효율이 하락되는 문제점이 있었다.
또한, 병렬 디젤 발전기들에서 화재가 발생한 경우, 분사펌프를 작동하여 소화액을 분사하는 형태로 화재를 진압하는 데, 분사펌프는 화재의 발생 시에만 작동하기 때문에 화재시의 작동을 보장할 수 없고 분사펌프를 별도로 작동해야하는 엔진 또는 모터가 설치되어야 하기 때문에 제작비용이 높고 유지보수 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 복수 개의 엔진발전장치를 바이오가스의 량을 모니터링하여 바이오가스의 량에 따라 엔진발전장치를 선택적으로 작동함으로써, 효과적으로 운용하여 엔진발전장치의 수명을 연장시키고 발전효율을 향상시킬 수 있는 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 복수 개의 엔진발전장치에서 발생하는 배기가스를 통합후처리부를 통해 통합적으로 후처리하여 배기함으로써, 후처리장치에 고장이 발생하더라도 엔진발전장치를 작동할 수 있어 발전효율을 향상시킬 수 있으며, 통합후처리부에 복수 개의 후처리장치가 설치되어 어느 하나의 후처리장치에 고장이 발생하더라도 발전을 정지하지 않고 계속적으로 발전할 수 있는 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 배기가스가 모이는 통합챔버에 냉매에 의해 냉각되는 냉매채널이 설치되어 배기가스를 냉각함으로써, 배기가스의 환원성을 향상시켜 환경오염의 발생을 최소화할 수 있는 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 화재를 진압하는 분사펌프를 화재가 발생하지 않은 엔진발전장치의 동력을 이용하여 작동하도록 함으로써, 분사펌프의 미사용으로 인한 미작동의 우려를 해소할 수 있을 뿐만 아니라, 분사펌프를 작동하기 위한 별도의 구동장치를 설치할 필요가 없어 제작비용을 감소시키고 유지보수비용을 절감할 수 있는 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템은 바이오가스가 충전되는 바이오가스탱크, 상기 바이오가스탱크에 충전된 바이오가스를 공급받아 상기 바이오가스탱크에 저장된 바이오가스 량에 따라 선택적으로 작동하여 발전하는 복수 개의 엔진발전장치, 상기 엔진발전장치의 작동을 제어하는 제어반, 상기 복수 개의 엔진발전장치에서 발생하는 배기가스를 통합적으로 후처리하는 통합후처리부, 및 상기 통합후처리부에서 처리되는 배기량의 정보 및 상기 제어반에서 제공되는 정보를 모니터링하는 모니터링장치를 포함하며, 상기 통합후처리부는 상기 복수 개의 엔진발전장치로부터 배기가스가 유입되는 통합챔버, 상기 통합챔버로 유입된 배기가스를 분배하여 각각 입자상물질과 질소산화물을 처리하는 복수 개의 후처리장치, 상기 통합챔버로 유입된 배기가스의 압력을 모니터링하기 위해 상기 통합챔버의 내부 압력을 측정하는 챔버압력센서, 및 상기 챔버압력센서에서 측정되는 압력에 따라 상기 복수 개의 후처리장치를 선택하여 배기하도록 상기 복수 개의 후처리장치마다 설치되어 상기 통합챔버의 배기가스를 상기 각 후처리장치로 강제적으로 공급하는 후처리팬을 포함한다.
상기 모니터링장치는 상기 챔버압력센서에서 측정되는 상기 통합챔버의 압력에 비례하여 상기 후처리팬의 작동 속도 또는 상기 후처리팬의 작동 개수를 가감시켜 배기처리할 수 있다.
상기 통합챔버는 상기 후처리장치로 배기가스가 배기되기 이전에 상기 배기가스의 온도를 낮추도록 상기 통합챔버를 관통하여 냉매가 지나는 냉매채널을 포함할 수 있다.
상기 각 엔진발전장치에서 화재의 발생을 모니터링하여 화재를 진압하는 화재진압부를 포함하고, 상기 화재진압부는 상기 각 엔진발전장치에서 화재의 발생을 모니터링하도록 상기 각 엔진발전장치에 설치되어 화재를 감지하는 화재감지센서, 및 상기 화재감지센서에서 화재의 감지 시 상기 각 엔진발전장치로 소화액을 분사하여 화재를 진압하는 분사노즐을 포함할 수 있다.
상기 화재진압부는 상기 각 분사노즐에서 강제적으로 소화액을 분사하도록 상기 각 분사노즐에 소화액을 공급하는 분사펌프, 및 상기 화재감지센서에서 화재의 발생이 감지되지 않은 상기 엔진발전장치의 동력에 의해 상기 분사펌프를 작동하도록 상기 분사펌프와 상기 각 엔진발전장치를 선택적으로 연결하여 동력을 전달하는 동력연결부를 포함할 수 있다.
상기 동력연결부는 상기 복수 개의 엔진발전장치를 가로질러 배치되어 상기 분사펌프를 구동하는 동력축, 및 상기 화재감지센서에서 화재의 감지여부에 따라 상기 각 엔진발전장치의 동력을 상기 동력축으로 선택적으로 전달하는 클러치부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 바이오가스가 저장되는 바이오가스탱크의 저장량을 모니터링하여 바이오가스의 저장량에 따라 복수 개의 엔진발전장치를 선택하여 작동함으로써, 엔진발전장치의 수명을 향상시킬 수 있으며, 균일하게 발전하여 발전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 복수 개의 엔진발전장치가 하나의 통합후처리부에 의해 배기가스를 처리하여 배기하기 때문에 후처리장치에 문제가 발생하더라도 배기가스를 후처리하여 배기함으로써, 후처리장치에 문제가 발생하더라도 계속적으로 발전할 수 있어 발전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 통합후처리부에 복수 개의 후처리장치가 설치되어 배기가스의 량에 따라 후처리장치를 선택하여 배기할 수 있으므로 후처리장치의 수명을 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라, 문제점이 발생한 후처리장치를 분리하여 용이하게 수리 또는 교체할 수 있는 이점이 있다.
또한, 화재의 발생 시 화재가 발생하지 않은 엔진발전장치의 동력으로 동력연결부에 의해 분사펌프를 작동하여 소화액을 분사함으로써, 분사펌프의 미작동을 염려할 필요가 없으며, 분사펌프를 엔진발전장치의 동력으로 작동시켜 분사펌프를 작동하기 위한 별도의 구동장치가 필요 없어 제작비용을 감소시키고 용이하게 유지보수할 수 있으며, 엔진발전장치에 의해 발전을 수행하면서 분사펌프를 기동하여 발전성능이 하락되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템을 구성하는 통합후처리부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템을 구성하는 통합후처리부를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템을 구성하는 화재진압부를 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템을 구성하는 화재진압부의 동력연결부를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템(100)은 바이오가스탱크(110)를 포함할 수 있다.
바이오가스탱크(110)는 바이오가스를 받아 저장할 수 있다.
바이오가스탱크(110)는 바이오가스가 발생하는 예를 들어 쓰레기 매립지에서 발생하는 가스를 채취하여 연료로써 사용할 수 있도록 특정 성분(ex, 메탄)을 취출하고 정제하여 바이오가스를 바이오가스탱크(110)에 저장할 수 있다.
바이오가스탱크(110)에는 충전된 바이오가스의 량을 측정하는 가스량측정센서(111)가 설치되며, 가스량측정센서(111)는 IoT를 통해 모니터링장치(160)로 측정된 가스량을 전송한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템(100)은 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비는 엔진발전장치(120)를 포함할 수 있다.
엔진발전장치(120)는 바이오가스를 연소하여 구동하는 엔진(121)에 발전기(123)가 연결되어 엔진(121)의 동력에 의해 발전기(123)를 구동하는 형태로 발전을 수행할 수 있다.
엔진발전장치(120)는 복수 개로 구성되어 각 엔진발전장치(120)에서 바이오가스탱크(110)에 저장된 바이오가스를 전달받아 발전할 수 있으며, 각 엔진발전장치(120)에서 발전된 전기는 통합적으로 관리되어 전기를 매입하는 매입처 또는 전기를 사용하는 사용처로 송전하거나, 에너지저장장치(ESS)에 저장하여 사용할 수도 있다.
복수 개의 엔진발전장치(120)는 모니터링장치(160)에 의해 제어되며 모니터링장치(160)에 의한 엔진발전장치(120)의 제어는 하기의 구성, 작용 및 효과를 설명할 때 구체적으로 설명한다.
엔진발전장치(120)는 컨테이너에 수용된 형태이거나, 건축물의 내부에 설치될 수 있다.
각 엔진발전장치(120)는 제어반(125)을 포함할 수 있으며, 제어반(125)은 각 엔진발전장치(120)를 제어할 수 있다.
제어반(125)은 바이오가스탱크(110)에 저장된 바이오가스의 충전량에 대비하여 복수 개의 엔진발전장치(120)의 엔진(121)의 구동속도를 조절하여 발전량을 조절하거나, 바이오가스와 공기의 혼합량을 조절하여 최적의 상태로 엔진(121)을 운전하거나, 발전되는 발전량을 측정하여 모니터링장치(160)으로 제공할 수 있다.
제어반(125)은 IoT통신하여 모니터링장치(160)로 제어반(125)의 정보를 제공하거나, 제어반(125)에 의해 엔진발전장치(120)를 제어하도록 제어신호를 제공할 수 있다.
물론 모니터링장치(160)에서도 각 제어반(125)을 제어하여 각 제어반(125)에 의해 제어되는 엔진발전장치(120)의 기동여부, 공기와 바이오가스의 혼합량, 바이오가스의 공급량, 및 스로틀의 조정에 따른 시간당 발전량을 제어할 수도 있다.
이때, 모니터링장치(160)는 바이오가스탱크(110)에 저장된 바이오가스의 충전량에 따라 복수 개의 엔진발전장치(120)를 선택적으로 작동할 수도 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템(100)은 통합후처리부((130)를 포함할 수 있다.
이 통합후처리부((130)는 복수 개의 엔진발전장치(120)에서 바이오가스를 연소하고 발생하는 배기가스를 통합적으로 모아 후처리할 수 있다.
통합후처리부((130)는 통합챔버(131), 후처리장치(137), 챔버압력센서(135), 및 후처리팬(139)을 포함할 수 있다.
통합챔버(131)는 내부가 빈 통의 형상으로 형성되어 각 엔진발전장치(120)에서 배기되는 배기가스를 모을 수 있다.
통합챔버(131)에는 각 엔진발전장치(120)의 배기구와 배관에 의해 서로 연결될 수 있다.
통합챔버(131)는 내부로 유입된 배기가스를 냉각하도록 후처리장치(137)에서 후처리에 적합한 온도 예를 들어 환원제에 의한 환원성에 최적화된 온도로 제공하기 위해 배기가스를 냉매가 지나는 냉매채널(132)이 설치될 수 있다.
냉매채널(132)은 통합챔버(131)를 가로 질러 복수 개가 형성되며, 냉매채널(132)로은 냉매가 지나면서, 통합챔버(131)의 내부로 유입된 배기가스와 열교환하는 형태로 배기가스를 냉각시킬 수 있다.
통합챔버(131)의 일측에는 각 냉매채널(132)로 냉매를 공급하기 위한 냉매공급구(132a)와 냉매채널(132)을 지나 열교환한 냉매가 배출되는 냉매배출구(132b)가 형성될 수 있다.
그리고, 통합챔버(131)에는 냉매를 저장하는 냉매탱크(133)에서 냉매펌프(134)에 의해 강제적으로 냉매공급구(132a)를 통해 냉매를 공급하고, 열교환한 냉매가 냉매배출구(132b)로 배출되면서, 다시 냉매탱크(133)로 유입될 수 있도록 냉매를 순환하는 형태로 통합챔버(131)에 공급할 수 있다.
이때, 냉매는 급수설비에서 공급되는 물 또는 하기에 설명할 화재진압부(140)에서 화재를 진합하기 위한 소화액일 수도 있다.
여기서, 소화액은 화재를 진압하기 위해 온도를 낮추기 위한 혼합물이 혼합되어 물보다는 냉각효과를 향상시킬 수도 있다.
후처리장치(137)는 통합챔버(131)에 복수 개가 연결되어 배기가스를 후처리할 수 있다.
예를 들어 후처리장치(137)는 DPF를 포함하여 배기가스에 포함된 입자상물질을 걸러낼 수 있으며, SCR을 포함하여 환원제를 통해 질소산화물을 환원시킴으로써 질소산화물을 환원시켜 배출할 수 있으며, 후처리장치(137)는 DPF와 SCR이 함께 연결된 형태로 구성될 수도 있다.
후처리장치(137)는 통합챔버(131)로 유입된 배기가스를 DPF 또는 SCR에 의해 입자상물질을 제거하고 질소산화물을 환원시키는 형태로 배기가스를 후처리하여 배기할 수 있다.
후처리장치(137)는 통합챔버(131)에 병렬로 복수 개가 연결되어 통합챔버(131)로 유입된 배기가스를 각각 분산시켜 후처리할 수 있다.
한편, 후처리장치(137)에서 후처리된 배기가스가 외부로 배출되는 단부에는 후처리된 배기가스에 포함된 입자상물질의 량 또는 질소산화물의 량을 측정하는 배기상태측정센서(138)가 설치될 수 있다.
배기상태측정센서(138)는 배기가스에 포함된 입자상물질과 질소산화물의 량을 측정하는 형태로 배기가스의 후처리 상태를 모니터링장치(160)로 제공할 수 있다.
예를 들어, 모니터링장치(160)는 배기상태측정센서(138)에서 미리 설정된 이상의 량의 입자상물질 또는 질소산화물이 측정되면, 후처리장치(137)에 이상이 발생하였다고 판단하여, 모니터링장치(160)에 문제가 발생한 후처리장치(137)를 표시할 뿐만 아니라, 그 후처리장치(137)를 교체 또는 수리할 수 있도록 문제가 발생한 후처리장치(137)에서는 배기가스의 유입을 최소화하고, 나머지 후처리장치(137)에서 배기가스를 후처리하도록 제어할 수도 있다.
배기상태측정센서(138)는 모니터링장치(160)와 IoT통신하여 배기가스의 후처리 상태를 모니터링장치(160)로 제공할 수 있다.
챔버압력센서(135)는 통합챔버(131)의 내부에 배기가스로 유입되는 배기가스 압력을 측정할 수 있다.
챔버압력센서(135)는 IoT통신하여 측정된 배기가스 압력을 모니터링장치(160)로 제공할 수 있으며, 모니터링장치(160)는 챔버압력센서(135)에서 측정되는 배기가스의 압력에 따라 복수 개의 후처리장치(137) 중에 일부를 선택하여 배기처리하도록 후처리팬(139)을 제어할 수 있다.
예를 들어 모니터링장치(160)는 챔버압력센서(135)에서 측정되는 배기가스의 압력이 미리 설정된 배기가스의 압력보다 낮으면, 복수 개의 후처리장치(137) 중에 일부의 후처리장치(137)로만 배기를 유도하도록 후처리팬(139)을 제어할 수 있다.
후처리팬(139)은 통합챔버(131)의 각 후처리장치(137)가 위치하는 부분마다 설치되어 통합챔버(131)의 내부로 유입된 배기가스를 각 후처리장치(137)로 강제적으로 배기함으로써, 후처리장치(137)에서 배기가스의 후처리를 유도할 수 있다.
후처리팬(139)은 통합챔버(131)로 유입되는 배기가스를 후처리장치(137)에서 신속히 배기할 수 있도록 통합챔버(131)의 배기가스를 강제적으로 흡입하여 후처리장치(137)로 토출할 수 있다.
여기서, 통합챔버(131)의 내부에 배기가스 압력이 높아지면, 엔진발전장치(120)에서 배기가스의 배출이 원활하지 못해 엔진(121)의 시동이 꺼지거나, 엔진(121)의 rpm이 낮아질 수 있기 때문에 후처리팬(139)은 통합챔버(131)의 내부에 배기가스를 강제적으로 후처리장치(137)로 보내 배기가스의 저항에 따른 엔진(121)의 작동문제를 해소하는 기능을 수행할 수도 있다.
후처리팬(139)은 구동모터에 의해 팬을 회전시키는 형태로 구성될 수 있으며, 후처리팬(139)은 챔버압력센서(135)에서 측정되는 통합챔버(131)의 압력에 따라 작동시켜 통합챔버(131)로 유입되는 배기가스를 강제적으로 흡입하여 후처리장치(137)로 토출하는 형태로 배기를 유도할 수 있다.
예를 들어, 챔버압력센서(135)에서 측정되는 통합챔버(131)의 압력이 미리 설정된 압력보다 높아지면, 후처리장치(137)에서 신속하게 배기하도록 모니터링장치(160)는 후처리팬(139)의 작동속도를 증가시키거나, 통합챔버(131)의 압력이 미리 설정된 압력보다 낮아지면, 일부의 후처리장치(137)에서만 배기할 수 있도록 일부의 후처리장치(137)와 대응되는 후처리팬(139)만을 작동시켜 일부의 후처리장치(137)를 통해 강제적으로 배기하거나, 모든 후처리팬(139)의 회전속도를 낮춰 소비전력을 감소시키는 형태로 후처리를 수행할 수 있다.
또한, 모니터링장치(160)는 배기상태측정센서(138)에서 측정되는 배기가스의 상태에 따라 일부의 후처리장치(137)에 문제가 발생한 경우, 다른 후처리장치(137)에서 후처리를 수행하도록 문제가 발생한 후처리팬(139)의 작동은 정지시키고, 나머지 후처리팬(139)의 회전속도를 증가시키는 형태로 배기가스의 후처리를 제어할 수도 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템(100)은 화재진압부(140)를 포함할 수 있다.
이 화재진압부(140)는 엔진발전장치(120)에서 발생하는 화재를 진압할 수 있다.
화재진압부(140)는 화재감지센서(141), 분사노즐(143), 분사펌프(145) 및 동력연결부(150)를 포함할 수 있다.
화재감지센서(141)는 각 엔진발전장치(120)에서 발생하는 화재를 감지할 수 있으며, 화재감지센서(141)는 연기 또는 열을 감지하거나, 열과 연기를 통시에 감지하는 형태로 화재를 감지할 수 있다.
화재감지센서(141)는 화재발생을 감지하는 경우, 화재발생신호를 IoT통신을 통해 모니터링장치(160)로 제공할 수 있으며, 모니터링장치(160)는 화재감지센서(141)에 의해 화재발생이 감지되는 경우, 화재를 진압하기 위해 분사노즐(143)을 통해 소화액을 분사하는 형태로 화재를 진압할 수 있다.
화재감지센서(141)는 엔진발전장치(120)가 설치되는 컨테이너의 내부에 설치되거나, 엔진발전장치(120)가 설치되는 건축물의 내부에 설치될 수 있으며, 화재감지센서(141)는 각각의 엔진발전장치(120)에서 발생하는 화재를 감지하도록 각 엔진발전장치(120)에 설치될 수 있다.
분사노즐(143)은 소화액을 분사하여 화재를 진압할 수 있으며, 분사노즐(143)은 각 엔진발전장치(120)와 대응되는 위치에 각각 설치될 수 있다.
분사펌프(145)는 소화액탱크(147)에 저장된 소화액을 강제적으로 분사노즐(143)로 분사하여 소화할 수 있으며, 소화액탱크(147)는 냉매탱크(133)로 구현되고, 소화액은 냉매로 구현되어 분사펌프(145)에서 냉매탱크(133)에 저장된 냉매를 분사노즐(143)로 공급하여 분사노즐(143)에서 냉매를 분사하는 형태로 화재를 진압할 수도 있다.
물론, 냉매와는 다른 소화액이 저장되는 소화액탱크(147)가 냉매탱크(133)와는 별도로 설치되어 분사펌프(145)가 소화액탱크(147)에 저장된 소화액을 분사노즐(143)을 통해 분사할 수도 있다.
분사펌프(145)는 소화액이 흡입과 토출되는 케이싱(145b)의 내부에 임펠러(145a)가 설치되어 임펠러(145a)가 회전하면서 발생하는 회전력 및 원심력에 의해 소화액이 케이싱(145b)으로 흡입되면서 압력이 높아진 상태로 토출되도록 구성될 수 있다.
분사펌프(145)는 동력연결부(150)에 의해 엔진발전장치(120)의 동력으로 분사펌프(145)가 작동할 수 있다.
동력연결부(150)는 동력축(151)과 클러치부(153)를 포함할 수 있다.
동력축(151)의 단부에는 분사펌프(145)의 임펠러(145a)가 연결되어 동력축(151)의 회전 시 임펠러(145a)가 회전할 수 있다.
동력축(151)은 엔진발전장치(120)의 엔진(121)의 회전축과 나란하게 위치하거나, 직교되는 형태로 위치할 수 있으며, 동력축(151)은 복수 개의 엔진발전장치(120)를 서로 연결하는 형태로 복수 개의 엔진발전장치(120)를 가로질러 배치될 수 있다.
클러치부(153)는 엔진발전장치(120)의 동력을 동력축(151)으로 전달하여 분사펌프(145)를 구동하거나, 엔진발전장치(120)에서 동력축(151)으로 전달되는 동력을 차단할 수 있다.
한편, 각 엔진발전장치(120)에는 클러치부(153)가 설치되어 엔진발전장치(120)드를 가로지르는 동력축(151)과 연결되어 선택적으로 동력축(151)으로 동력을 전달하거나, 차단할 수 있다.
실시예에서는 엔진발전장치(120)의 엔진(121)구동축과 동력축(151)을 직교된 형태로 배치하고, 클러치부(153)는 엔진(121)구동축의 동력을 동력축(151)으로 전달 및 차단하도록 구성하였다.
일례의 클러치부(153)는 엔진(121)구동축에 평기어(153a)를 설치하고, 평기어(153a)와 맞물리는 클러치기어(153b)를 제1 베벨기어(153c)와 함께 동일한 기어축에 설치하며, 클러치기어(153b)를 기어축을 따라 전자석(153e)의 자력과 탄성스프링의 탄성력에 의해 평기어(153a)와 맞물리거나, 평기어(153a)에서 이격되도록 구성하고, 동력축(151)에는 제1 베벨기어(153c)와 맞물리는 제2 베벨기어(153d)를 설치하는 형태로 구성하였다.
이렇게 구성된 일례의 클러치부(153)는 동력축(151)에 엔진발전장치(120)의 동력을 전달할 때에는 전자석(153e)에 자력을 부여하여 클러치기어(153b)가 평기어(153a)와 맞물림으로 인해 제1 베벨기어(153c)가 회전하면서, 제2 베벨기어(153d)가 회전하여 동력축(151)을 회전하는 형태로 동력축(151)을 회전시켜 분사펌프(145)를 작동시킬 수 있다.
물론 클러치부(153)의 구성은 동력축(151)과 엔진(121)구동축의 배치에 따라 달라질 수 있으며, 클러치부(153)의 구성은 공지된 다양한 형태의 동력을 전달 및 차단하는 클러치로 구현될 수 있음은 물론이다.
한편, 모니터링장치(160)는 화재감지센서(141)에서 화재를 감지하면, 화재를 감지하지 않은 화재감지센서(141)와 대응되는 위치에 위치한 엔진발전장치(120)만 동력축(151)으로 동력을 전달하도록 화재감지센서(141)에서 화재를 감지하지 않은 엔진발전장치(120)의 클러치부(153)만 작동하여 엔진발전장치(120)의 동력을 동력축(151)으로 전달할 수 있다.
예를 들어 4개의 엔진발전장치(120)가 위에서부터 아래로 차례로 설치되었다고 가정하면, 위에서 두번째 엔진발전장치(120)에 화재가 발생한 경우, 모니터링장치(160)는 화재가 감지되지 않은 두번째를 제외한 나머지 엔진발전장치(120)의 동력이 동력축(151)으로 전달되도록 화재가 발생하지 않은 엔진발전장치(120)의 동력을 클러치부(153)를 통해 동력축(151)으로 제공할 수 있다.
이렇게 엔진발전장치(120)의 동력에 의해 분사펌프(145)를 작동하면, 분사펌프(145)를 작동하기 위한 동력을 별도로 제공할 필요가 없기 때문에 동력낭비를 방지할 수 있으며, 엔진발전장치(120)의 상대적으로 강한 동력으로 분사펌프(145)를 작동시켜 분사노즐(143)에서 강한 압력으로 소화액을 분사함으로써, 신속한 화재의 진압이 가능하고, 엔진발전장치(120)를 통해 발전하면서, 분사펌프(145)를 작동시켜 발전효율을 향상시킬 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템(100)은 모니터링장치(160)를 포함할 수 있다.
이 모니터링장치(160)는 엔진발전장치(120)의 작동상태, 엔진발전장치(120)의 발전량, 통합후처리부((130)에서의 배기가스 배기상태, 및 바이오가스탱크(110)에 바이오가스 충전량, 화재의 발생 등을 모니터링할 수 있다.
모니터링장치(160)는 제어반(125)을 제어하여 엔진발전장치(120)의 작동을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 통합후처리부((130)에서 배기가스의 처리를 제어할 수 있다.
또한, 모니터링장치(160)는 바이오가스탱크(110)의 바이오가스 충전량에 따라 엔진발전장치(120)의 작동을 제어하고, 화재의 발생에 따라 화재진압부(140)의 작동을 제어할 수 있다.
모니터링장치(160)는 각 센서들과 IoT통신하여 정보를 제공받거나, 제어신호를 전달할 수 있으며, 모니터링장치(160)의 작동관계는 하기의 구성 간의 작용과 효과를 설명할 때 구체적으로 설명하도록 한다.
모니터링장치(160)는 바이오가스 발전설비의 각종 상태를 표시하는 디스플레이가 설치될 수 있으며, 모니터링장치(160)는 컴퓨터로 구현되거나 각 엔진발전장치(120)의 제어반(125)을 통해 통합적으로 제어하는 통합제어반으로 구현될 수도 있다.
물론, 각 엔진발전장치(120)의 제어반(125)을 통해 통합적으로 제어하는 통합제어반과 정보를 수발신하여 작동상태를 모니터링하거나 제어할 수도 있다.
이상에서 설명한 각 구성 간의 작용과 효과를 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템(100)은 바이오가스탱크(110)에 저장된 바이오가스를 엔진발전장치(120)로 제공하여, 엔진발전장치(120)에서 바이오가스를 연소하면서 발전한다.
그리고, 엔진발전장치(120)에서 발생하는 전기는 공급처 또는 사용처로 송전되고, 엔진발전장치(120)에서 발생하는 배기가스는 통합후처리부((130)에서 후처리하여 외부로 배기된다.
통합후처리부((130)는 각 엔진발전장치(120)에서 발생하는 배기가스를 통합챔버(131)에 모으고, 통합챔버(131)에 모인 배기가스는 후처리팬(139)에 의해 배기가 유도되면서 후처리장치(137)를 거쳐 외부로 배기된다.
그리고, 통합챔버(131)에는 통합챔버(131)로 유입되는 배기가스의 압력을 측정하는 챔버압력센서(135)가 설치되며, 각 후처리장치(137)에는 배기가스의 상태를 측정하는 배기상태측정센서(138)가 설치된다.
통합챔버(131)에는 배기가스의 온도를 낮추기 위해 냉매가 공급되는 냉매채널(132)이 구성될 수 있으며, 냉매는 냉매탱크(133)에 저장되어 냉매펌프(134)에 의해 강제적으로 통합챔버(131)를 순환하여 냉매탱크(133)로 공급되도록 구성된다.
그리고 엔진발전장치(120)에는 화재를 진압하기 위한 화재진압부(140)가 구성되며, 화재진압부(140)는 각 엔진발전장치(120)에서 화재를 감지하는 화재감지센서(141)가 설치되고, 각 엔진발전장치(120)의 화재를 소화하기 위해 소화액을 분사하는 분사펌프(145)가 구성된다.
분사펌프(145)는 소화액탱크(147)에 저장된 소화액을 분사노즐(143)을 통해 강제적으로 분사하여 화재를 진압하며, 분사펌프(145)는 엔진발전장치(120)의 동력에 의해 작동하도록 분사펌프(145)의 동력축(151)과 엔진발전장치(120)는 동력연결부(150)에 의해 선택적으로 연결되거나, 연결이 해제된다.
한편, 모니터링장치(160)는 엔진발전장치(120)의 작동정보를 제공받으며, 엔진발전장치(120)를 제어반(125)을 통해 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 화재를 감지하여 화재를 진압하거나, 배기가스의 배기상태에 따라 통합후처리부((130)를 제어하여 배기가스를 후처리한 후 배기할 수 있다.
이렇게 구성된 본 발명의 실시예에 따른 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템(100)의 모니터링장치(160)에 의해 제어된다.
일례로 모니터링장치(160)에 의한 복수 개의 엔진발전장치(120)의 제어는 바이오가스탱크(110)에 설치된 가스량측정센서(111)에서 측정된 가스량의 정보를 제공받아, 바이오가스탱크(110)에 충전된 가스량이 미리 설정된 가스량보다 낮을 경우, 복수 개의 엔진발전장치(120) 중 일부의 엔진발전장치(120)를 가동하여 발전을 수행하거나, 모든 엔진발전장치(120)의 작동속도를 최소화하여 발전을 수행하도록 제어반(125)을 통해 복수 개의 엔진발전장치(120)를 제어할 수 있다.
반면, 모니터링장치(160)는 바이오가스탱크(110)에 충전된 가스량이 미리 설정된 가스량보다 높은 경우, 복수 개의 엔진발전장치(120)가 모두 가동하여 발전하도록 제어할 수 있다.
일례로 모니터링장치(160)에 의한 통합후처리부((130)의 제어는 통합챔버(131)에 설치된 챔버압력센서(135)에서 측정되는 배기가스의 압력이 미리 설정된 압력보다 높은 경우, 통합챔버(131)에 설치된 모든 후처리장치(137)를 통해 배기가스를 후처리하여 배기하도록 각 후처리장치(137)로 배기가스의 유입을 유도하는 후처리팬(139)을 모두 작동시킨다.
후처리팬(139)이 작동하면, 통합챔버(131)의 내부로 유입된 배기가스가 후처리팬(139)에 의해 각 후처리장치(137)를 거치면서 입자상물질 또는 질소산화물이 환원되어 외부로 배기된다.
이때, 통합챔버(131)에는 냉매펌프(134)가 기동하면서, 냉매채널(132)에 냉매가 지나면서 배기가스와 열교환하여 특히 질소산화물을 환원시킬 때, 질소산화물을 환원시킬 수 있는 최적의 온도로 낮춰 배기가스의 환원성을 향상시킬 수 있다.
반면, 챔버압력센서(135)에서 측정되는 배기가스의 압력이 미리 설정된 압력보다 낮은 경우, 통합챔버(131)에 설치된 복수 개의 후처리장치(137) 중 일부의 후처리장치(137)를 이용하여 배기가스를 후처리하는 형태로 배기하도록 일부의 후처리장치(137)와 대응되는 후처리팬(139)만을 작동하거나, 모든 후처리장치(137)로 배기가스가 서서히 유입되도록 후처리팬(139)의 회전속도를 낮추는 형태로 후처리장치(137)로 공급할 수 있다.
또한, 모니터링장치(160)는 후처리장치(137)에 설치된 배기상태측정센서(138)에서 미리 설정된 량 이상으로 질소산화물 또는 입자상물질이 검출되는 경우, 후처리장치(137)에 문제가 발생하였다고 판단하여, 문제가 발생한 후처리장치(137)로는 후처리하지 않도록 후처리팬(139)의 작동을 정지시키고, 문제가 발생하지 않은 후처리장치(137)에서 배기가스의 후처리를 유도하도록 나머지 후처리팬(139)을 작동시킬 수 있다.
이때, 모니터링장치(160)는 배기가스의 처리량을 증가시키도록 후처리팬(139)의 회전속도를 증속할 수 있다.
일례로 모니터링장치(160)에 의한 화재진압부(140)의 작동은 화재감지센서(141)에서 화재를 감지하면, 모니터링장치(160)는 화재의 발생을 표시하고 화재를 진압하기 위해 동력연동부를 작동하여 분사펌프(145)를 가동한다.
분사펌프(145)는 화재가 발생하지 않은 엔진발전장치(120)의 동력을 이동하도록 화재가 발생하지 않은 엔진발전장치(120)에 설치된 클러치부(153)를 작동시켜 전자석(153e)의 자력에 의해 클러치기어(153b)가 평기어(153a)와 맞물리면서, 제1 베벨기어(153c)를 회전시키는 형태로 분사펌프(145)를 구동하는 동력축(151)에 결합된 제2 베벨기어(153d)를 회전시킴으로써, 화재가 발생하지 않은 모든 엔진발전장치(120)에서 발전을 수행함과 동시에 동력축(151)을 구동하다.
동력축(151)이 구동하면 분사펌프(145)의 임펠러(145a)가 회전하면서, 소화액탱크(147)에 저장된 소화액이 분사펌프(145)를 통해 화재가 발생한 엔진발전장치(120)와 대응되는 위치에 설치된 분사노즐(143)의 밸브를 개방하여 소화액을 분사함으로써, 화재를 진압할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템(100)은 바이오가스탱크(110)에 저장된 바이오가스의 량을 모니터링하여 엔진발전장치(120)의 구동을 제어하기 때문에 엔진발전장치(120)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 복수 개의 엔진발전장치(120)에서 발생하는 배기가스를 모니터링하여 통합후처리부((130)에서 복수 개의 후처리장치(137)를 선택하여 후처리하기 때문에 효과적으로 배기가스를 후처리할 수 있으며, 후처리장치(137)의 수명을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고장이 발생한 후처리장치(137)만을 교체 또는 수리함으로써, 유지보수비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 배기가스가 모이는 통합챔버(131)에 냉매채널(132)이 형성되어 냉매에 의해 배기가스의 온도를 낮춰 배기가스의 후처리성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 엔진발전장치(120)의 화재발생 시 동력연결부(150)를 통해 화재가 발생하지 않은 엔진발전장치(120)의 동력으로 분사펌프(145)를 기동하여 소화액을 분사노즐(143)로 공급함으로써, 계속적인 발전을 수행함과 동시에 화재를 진압할 수 있어 발전성능의 하락을 방지할 수 있으며, 분사펌프(145)를 구동하기 위한 별도의 동력장치가 필요없어 제작비용을 감소시킬 수 있으며, 화재시 별도의 동력장치의 미작동으로 인해 화재진압에 어려움이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 모니터링 시스템 110: 바이오가스탱크
111: 가스량측정센서 120: 엔진발전장치
121: 엔진 123: 발전기
125: 제어반 130: 통합후처리부
131: 통합챔버 132: 냉매채널
132a: 냉매공급구 132b: 냉매배출구
133: 냉매탱크 134: 냉매펌프
135: 챔버압력센서 137: 후처리장치
138: 배기상태측정센서 139: 후처리팬
140: 화재진압부 141: 화재감지센서
143: 분사노즐 145: 분사펌프
145a: 임펠러 145b: 케이싱
147: 소화액탱크 150: 동력연결부
151: 동력축 153: 클러치부
153a: 평기어 153b: 클러치기어
153c: 제1 베벨기어 153d: 제2 베벨기어
153e: 전자석 160: 모니터링장치

Claims (6)

  1. 바이오가스가 충전되는 바이오가스탱크,
    상기 바이오가스탱크에 충전된 바이오가스를 공급받아 상기 바이오가스탱크에 저장된 바이오가스 량에 따라 선택적으로 작동하여 발전하는 복수 개의 엔진발전장치,
    상기 엔진발전장치의 작동을 제어하는 제어반,
    상기 복수 개의 엔진발전장치에서 발생하는 배기가스를 통합적으로 후처리하는 통합후처리부, 및
    상기 통합후처리부에서 처리되는 배기량의 정보 및 상기 제어반에서 제공되는 정보를 모니터링하는 모니터링장치를 포함하며,
    상기 통합후처리부는
    상기 복수 개의 엔진발전장치로부터 배기가스가 유입되는 통합챔버,
    상기 통합챔버로 유입된 배기가스를 분배하여 각각 입자상물질과 질소산화물을 처리하는 복수 개의 후처리장치,
    상기 통합챔버로 유입된 배기가스의 압력을 모니터링하기 위해 상기 통합챔버의 내부 압력을 측정하는 챔버압력센서, 및
    상기 챔버압력센서에서 측정되는 압력에 따라 상기 복수 개의 후처리장치를 선택하여 배기하도록 상기 복수 개의 후처리장치마다 설치되어 상기 통합챔버의 배기가스를 상기 각 후처리장치로 강제적으로 공급하는 후처리팬을 포함하고,
    상기 각 엔진발전장치에서 화재의 발생을 모니터링하여 화재를 진압하는 화재진압부를 포함하며,
    상기 화재진압부는 상기 각 엔진발전장치에서 화재의 발생을 모니터링하도록 상기 각 엔진발전장치에 설치되어 화재를 감지하는 화재감지센서, 및 상기 화재감지센서에서 화재의 감지 시 상기 각 엔진발전장치로 소화액을 분사하여 화재를 진압하는 분사노즐을 포함하고,
    상기 화재진압부는 상기 각 분사노즐에서 강제적으로 소화액을 분사하도록 상기 각 분사노즐에 소화액을 공급하는 분사펌프, 및 상기 화재감지센서에서 화재의 발생이 감지되지 않은 상기 엔진발전장치의 동력에 의해 상기 분사펌프를 작동하도록 상기 분사펌프와 상기 각 엔진발전장치를 선택적으로 연결하여 동력을 전달하는 동력연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링장치는
    상기 챔버압력센서에서 측정되는 상기 통합챔버의 압력에 비례하여 상기 후처리팬의 작동 속도 또는 상기 후처리팬의 작동 개수를 가감시켜 배기처리하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 통합챔버는
    상기 후처리장치로 배기가스가 배기되기 이전에 상기 배기가스의 온도를 낮추도록 상기 통합챔버를 관통하여 냉매가 지나는 냉매채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 동력연결부는
    상기 복수 개의 엔진발전장치를 가로질러 배치되어 상기 분사펌프를 구동하는 동력축, 및
    상기 화재감지센서에서 화재의 감지여부에 따라 상기 각 엔진발전장치의 동력을 상기 동력축으로 선택적으로 전달하는 클러치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT를 이용한 바이오가스 발전설비의 모니터링 시스템.
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