KR20020091009A - 축열식 전기 열교환 난방장치를 이용한 고효율 열병합발전장치 및 사용방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열병합 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공동주택이나 상가 등의 건물에 사용되는 열병합 발전장치의 가스엔진식 발전기의 평균 가동율을 80% 이상으로 지속적으로 유지하여 가스엔진식 발전기에 공급되는 연료의 상대적 연료소모량을 절감시키기 위한 것으로 발전된 전력의 사용량이 극히 적은 심야시간대에도 발전된 전력을 지소적으로 사용할 수 있는 축열식 전기난방장치를 구비하여 공동주택이나 상가 등의 건물의 난방 및 급탕에 이용함으로써 별도의 중앙난방장치를 구비하지 않고도 공동주택의 난방이 효율적으로 이루어짐과 동시에 가스엔진식 발전기의 가동율이 증가하여 가동율 대비 상대적 연료소비량이 크게 절감되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 축열식 전기 열교환 난방장치를 이용한 고효율 열병합 발전장치 및 사용방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 열병합 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공동주택이나 상가 등에 사용되는 열병합 발전장치의 가스엔진식 발전기의 평균 가동율을 80% 이상으로 지속적으로 유지하여 엔진효율을 높임으로써 가스엔진식 발전기에 공급되는 연료의 상대적 연료소모량을 절감시킴과 동시에 축열식 전기난방장치와 가스엔진식 발전기의 가열된 냉각수 및 고온의 배기가스를 열교환기로 열교환하여 건물의 난방 및 급탕이 효율적으로 이루어지도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 축열식 전기 열교환 난방장치를 이용한 고효율 열병합 발전장치 및 사용방법에 관한 것이다.
일반적으로 공동주택이나 상가 등의 건물에 안정적인 전력수급과 발전소 건설에 따른 환경문제를 예방하고 에너지 절약 및 효율적인 이용을 위한 방안으로 소형 가스 열병합 발전장치가 개발되어 사용되고 있다.
공동주택이나 상가 등에 설치된 열병합 발전장치는 가스엔진식 발전기를 통해 발전된 전기를 건물내의 각종 자가전기설비에 공급함과 동시에 중앙 난방장치의 보조역할로서 가스엔진식 발전기의 발전시 발생되는 폐열 및 고온의 배기가스를 열교환기로 열교환하여 난방에 이용하는 방식으로 전력 공급과 난방 공급을 동시에 수행하도록 되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 열병합 발전장치는 전력을 거의 사용하지 않는 심야시간대에는 가스엔진식 발전기의 가동율을 매우 낮게 유지해야만 하고, 이로 인하여 가스엔진식 발전기의 평균 가동율이 30 ~ 40% 정도로 극히 저조한 가동율을 나타내며, 표 1에 나타난 바와 같이 낮은 가동율에서는 가스엔진식 발전기의 가동율이 75% 이상으로 유지될 경우보다 상대적으로 현저히 높은 연료소비량(표1 참조)을 보이게 되어 에너지 자원을 낭비하는 문제점이 발생하였다.
< 표 1 > 대우중공업제조 GE12TIC 가스엔진식 발전기 모델을 1500rpm과 1800rpm으로 가동시 가동율(%)에 따른 시간당 연료소비량(단위 : N㎥/hr)
| 가동율(%) | 1,500rpm 으로 가동시 | 1,800rpm 으로 가동시 |
| 25 | 19 | 21.51 |
| 50 | 28 | 31.6 |
| 75 | 37 | 41.4 |
| 100 | 47 | 51.3 |
또한, 가스엔진식 발전기를 사용시 발생되는 폐열과 고온의 배기가스만으로는 난방이 효율적으로 이루어지지 못하여 별도의 중앙 난방장치를 이용하거나 각 세대별 난방장치를 별도로 구비해야 함으로써 난방장치의 추가적인 설치비용과 운용비용 및 에너지 소비가 증가하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 열병합 발전장치의 가스엔진식 발전기의 평균 가동율을 80% 이상으로 유지하여 엔진효율을 높임으로써 가동율 대비 상대적 연료소비량을 절감시킴과 동시에 상기 가스엔진식 발전기를 통해 발전된 심야시간대의 미사용 전력을 전기식 열교환기가 구비된 축열식 전기난방장치를 가동하는데 지속적으로 사용함으로써 공동주택이나 상가 등의 건물에 경제적이고 효율적인 난방 및 급탕이 이루어지도록 하는 것에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 건물 내부의 자가발전설비로서의 가스엔진식 발전기와, 상기 가스엔진식 발전기로부터 발전된 전력을 건물의 전기설비에 공급하는 제 1전력공급로와, 상기 가스엔진식 발전기로부터 발전된 전력을 축열식 전기난방장치에 공급하며 전력공급을 개폐하는 스위치가 설치된 제 2전력공급로와, 상기 제 2전력공급로를 통해 공급된 전력을 이용해 물을 가온시키는 전기식 열교환기와 이 전기식 열교환기를 통해 가온된 온수를 저장하는 축열조와 순환펌프로 구비된 축열식 전기난방장치와, 가스엔진식 발전기에서 발생하는 가열된 냉각수 및 고온의 배기가스를 열교환하는 열교환기로 되어 있는 것에 본 발명의 특징이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고효율 열병합 발전장치의 개략적 구성도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1. 건물 2. 가스엔진식 발전기
3. 제 1전력공급로 4. 제 2전력공급로
5. 축열식 전기난방장치 6. 전기식 열교환기
7. 축열조 8a, 8b. 열교환기
9. 전열선 10a, 10b, 10c. 순환펌프
11. 스위치
본 발명의 축열식 전기 열교환 난방장치를 이용한 고효율 열병합 발전장치는 공동주택이나 상가 등의 건물에 사용되는 열병합 발전장치의 가스엔진식 발전기의 평균가동율을 80% 이상으로 지속적으로 유지하여 엔진효율을 높여 경제적인 가동을 함으로써 가스엔진식 발전기에 공급되는 상대적 연료소모량을 절감시키기 위한 것으로서, 발전된 전력의 사용량이 극히 적은 심야시간대의 미사용 전력을 지속적으로 사용할 수 있도록 전기식 열교환기가 구비된 축열식 전기난방장치를 설치하여 공동주택이나 상가 등 건물의 난방 및 급탕에 이용함으로써 별도의 중앙난방장치를 가동시키지 않고도 축열식 전기난방장치와 가스엔진식 발전기에서 발생되는 가열된 냉각수 및 고온의 배기가스를 열교환기로 열교환하여 효율적인 난방 및 급탕이 이루어짐과 동시에 가스엔진식 발전기의 평균가동율을 증가시켜 가동율 대비 상대적 연료소비량을 크게 절감시키도록 되어 있다.
이하 본 발명의 구성을 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이 축열식 전기 열교환 난방장치를 이용한 고효율 열병합 발전장치는 건물(1) 내부의 자가발전설비로서의 가스엔진식 발전기(2)와, 상기 가스엔진식 발전기(2)로부터 발전된 전력을 건물(1)의 각종 전기설비에 공급하는 제 1전력공급로(3)와, 상기 가스엔진식 발전기(2)로부터 발전된 전력을 축열식 전기난방장치(5)에 공급하며 전력공급을 개폐하는 스위치(11)가 설치된 제 2전력공급로(4)와, 상기 제 2전력공급로(4)를 통해 공급된 전력을 이용해 물을 가온시키는 전기식 열교환기(6)와 이 전기식 열교환기(6)를 통해 얻어진 열에너지를 저장하는 축열조(7)와 순환펌프(10a)(10b)로 구비된 축열식 전기난방장치(5)와, 가스엔진식 발전기(2)에서 발생하는 가열된 냉각수 및 고온의 배기가스를 각각 열교환하는 열교환기(8a)(8b)로 구성되어 있다.
가스엔진식 발전기(2)는 가스연료를 공급받아 엔진을 구동시킴으로써 발전을 수행하는 통상의 발전기로서, 발전된 전력을 제 1전력공급로(3)를 통해 건물(1)의 각종 전기설비에 공급하고, 특히 전력의 사용량이 극히 적은 심야시간대의 미사용 전력을 제 2전력공급로(4)를 통해 전기식 열교환기(6)가 구비된 축열식 전기난방장치(5)에 공급하여 가스엔진식 발전기(2)의 평균가동율을 80% 이상으로 유지함으로써 가스엔진식 발전기(2)의 가동율 대비 상대적 연료소모량을 절감하도록 되어 있다.
제 1전력공급로(3)는 상기 가스엔진식 발전기(2)에서 발전된 전력을 건물(1)의 각종 전기설비에 공급하는 부분으로서, 외부전원이 가스엔진식 발전기(2)와 연결되도록 되어 있어 비상시 외부전원으로부터 전력을 공급받을 수 있도록 되어 있다.
제 2전력공급로(4)는 상기 가스엔진식 발전기(2)에서 발전된 전력을 축열식 전기난방장치(5)에 공급하도록 되어 있으며, 특히 전력소모가 극히 적은 심야시간대에도 가스엔진식 발전기(2)를 가동시켜 발생된 전력을 축열식 전기난방장치(5)에 공급함으로써 가스엔진식 발전기(2)의 가동율을 극대화하도록 되어 있다.
스위치(11)는 상기 제 2전력공급로(4)상에 설치되어 있어 건물(1)의 전력소모가 많은 경우 축열식 전기난방장치(5)로의 전력공급을 차단하여 제 1전력공급로(3)로만 가스엔진식 발전기(2)에서 발전된 전력이 공급되도록 조절할 수 있다.
축열식 전기난방장치(5)는 제 2전력공급로(4)로부터 공급받은 전력을 지속적으로 사용하여 가스엔진식 발전기(2)의 평균가동율을 80% 이상으로 유지되도록 하는 부분으로서, 전기식 열교환기(6)와 축열조(7)와 순환펌프(10a)(10b)로 되어 있다.
전기식 열교환기(6)는 제 2전력공급로(4)로부터 공급받은 전력을 사용하여 내부에 구비된 전열선(9)을 가열시겨 물을 가온시키도록 되어 있으며,순환펌프(10a)에 의해 축열조(7)로부터 순환 공급된 물을 일정 온도까지 가온시키도록 되어 있다.
축열조(7)는 상기 전기식 열교환기(6)에 의해 가온된 온수의 열에너지가 저장되는 부분으로, 순환펌프(10a)에 의해 전기식 열교환기(6)로 공급되어 가열된 온수를 저장한 후 순환펌프(10b)에 의해 건물(1) 내부로 순환 공급되도록 하여 난방 및 급탕이 이루어지도록 되어 있다.
열교환기(8a)는 가스엔진식 발전기(2)의 내부에서 발생되는 열을 냉각시키면서 가온된 고온의 엔진 냉각수와 열교환되어 온수를 발생시키도록 되어 있으며, 열교환기(8b)는 가스엔진식 발전기(2)에서 발생되는 고온의 배기가스와 열교환되면서 온수를 발생시키도록 되어 있다.
상기 열교환기(8a)(8b)에 의해 열교환된 온수는 순환펌프(10c)에 의해 각각 순환되면서 가온되어 상기 축열식 전기난방장치(5)와 함께 건물(1) 내부의 난방 및 급탕에 사용되도록 되어 있다.
본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
가스엔진식 발전기(2)는 공급된 가스연료를 연소시킴으로써 전력과 가열된 냉각수 및 고온의 배기가스를 발생시키며, 발전된 전력은 제 1전력공급로(3)를 통해서 건물(1)의 각종 전기설비에 공급되고, 제 2전력공급로(4)를 통해서는 축열식 전기난방장치(5)로 공급된다.
축열식 전기난방장치(5)는 전력의 소모가 극히 적은 심야시간대에도 발전된 전력을 지속적으로 사용하여 가동됨으로써 가스엔진식 발전기(2)의 평균가동율을 80% 이상으로 유지시키게 되며, 평균가동율의 증가로 인하여 가스엔진식 발전기(2)의 가동율 대비 상대적 연료소모량이 절감된다.
축열식 전기난방장치(5)로 공급된 전력은 전기식 열교환기(6)를 작동시키며, 상기 전기식 열교환기(6)의 내부에 구비된 전열선(9)이 가열되면서 물을 가온시키고, 이 가온된 온수는 순환펌프(10a)에 의해 축열조(7)로 저장되며, 상기 축열조(7)에 저장된 온수는 순환펌프(10b)에 의해 건물(1) 내부로 순환되어 난방 및 급탕에 사용된다.
또한, 가스엔진식 발전기(2)의 내부에서 발생되는 열은 가스엔진식 발전기(2)의 내부를 순환하면서 엔진 냉각수에 의해 냉각되고 이 때 가온된 엔진냉각수는 열교환기(8a)에 의해 열교환되어 온수를 발생시키고, 고온의 배기가스는 열교환기(8b)에 의해 열교환되면서 각각 가온된 온수는 순환펌프(10c)에 의해 지속적으로 순환되어 건물(1)내부로 순환되어 난방 및 급탕에 사용된다.
건물(1)의 전력소모가 심한 경우에는 스위치(11)를 닫아 제 2전력공급로(4)로 공급되는 전력을 차단하여 제 1전력공급로(3)로만 전력이 공급되도록 조절할 수 있다.
본 발명에 의하면 열병합 발전장치의 가스엔진식 발전기의 평균가동율을 80%이상으로 유지할 수 있어 가스엔진식 발전기의 가동율 대비 상대적 연료소비량이 절감됨과 동시에 가스엔진식 발전기를 통해 발전된 심야시간대의 전력을 전기식 열교환기가 구비된 축열식 전기난방장치를 가동하는데 사용함으로써 별도의 중앙난방장치를 설치하거나 가동시킬 필요가 없이 축열식 전기난방장치와 가스엔진식 발전기에서 발생되는 가열된 냉각수 및 배기가스를 열교환하여 함께 난방 및 급탕에 이용함으로써 공동주택이나 상가 등의 건물에 경제적이고 효율적인 난방 및 급탕이 이루어지고, 다른 발전설비에 비하여 많은 양의 에너지를 절감할 수 있는 열병합 발전장치의 효율성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
Claims (2)
- 가스엔진식 발전기와, 건물의 전기설비에 전력을 공급하는 제 1전력공급로와, 열교환기가 구비된 열병합 발전장치에 있어서, 상기 가스엔진식 발전기(2)로부터 발전된 전력을 축열식 전기난방장치(5)에 공급하며 전력의 개폐를 조절하는 스위치(11)가 설치된 제 2전력공급로(4)와, 심야시간대의 미사용 전력을 지속적으로 사용함으로써 가스엔진식 발전기(2)의 평균가동율을 80% 이상으로 유지하여 에너지를 절감하는 축열식 전기난방장치(5)로 구성되어 있되, 상기 축열식 전기난방장치(5)는 전기식 열교환기(6)와 축열조(7)와 순환펌프(10a)(10b)로 되어 있고, 전기식 열교환기(6)는 공급받은 전력을 사용하여 내부에 구비된 전열선(9)을 가열시겨 물을 가온시키도록 되어 있으며, 축열조(7)는 상기 전기식 열교환기(6)에 의해 가온된 물의 열에너지를 저장하도록 되어 있고, 순환펌프(10a)(10b)에 의해 전기식 열교환기(6)와 축열조(7)와 건물(1)사이에 물이 순환되어 가온된 온수가 건물(1) 내부로 순환 공급되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 축열식 전기 열교환 난방장치를 이용한 고효율 열병합 발전장치.
- 가스엔진식 발전기와, 건물의 전기설비에 전력을 공급하는 제 1전력공급로와, 열교환기로 구비된 열병합 발전장치의 사용방법에 있어서, 축열식 전기난방장치(5)에서는 심야시간대의 미사용 전력을 지속적으로 사용하여 가스엔진식발전기(2)의 평균가동율을 80%이상으로 유지하도록 하고, 축열식 전기난방장치(5)로 공급된 전력은 전기식 열교환기(6)를 작동시켜 물을 가온시키고, 가온된 온수는 순환펌프(10a)에 의해 축열조(7)에 저장되며, 상기 축열조(7)에 저장된 온수는 순환펌프(10b)에 의해 건물(1) 내부로 순환되어 가스엔진식 발전기(2)에서 발생하는 고온의 냉각수 및 고온의 배기가스를 이용하여 열교환된 온수와 함께 건물(1)의 난방 및 급탕이 이루어짐과 동시에 가스엔진식 발전기(2)의 평균가동율을 증가시켜 가동율 대비 상대적 연료소비량을 절감시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 축열식 전기 열교환 난방장치를 이용한 고효율 열병합 발전장치의 사용방법.
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