KR20070009872A - Electric generation air condition system and the control method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템의 구성도,1 is a configuration diagram of a cogeneration system according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전시스템이 발전 전력 출력이고, 공기 조화기가 냉방 운전 모드일 때 구성도, 2 is a configuration diagram when the cogeneration system according to the present invention is a power generation output, the air conditioner is in the cooling operation mode,
도 3은 본 발명에 따른 열병합 발전시스템이 발전 전력 출력이고, 공기 조화기가 실외 고온 난방 운전 모드일 때 구성도, 3 is a configuration diagram when the cogeneration system according to the present invention is a power generation output, the air conditioner is the outdoor high temperature heating operation mode,
도 4는 본 발명에 따른 열병합 발전시스템이 발전 전력 출력이고, 공기 조화기가 실외 저온 난방 운전 모드일 때 구성도,4 is a configuration diagram when the cogeneration system according to the present invention is a power generation output, the air conditioner is the outdoor low temperature heating operation mode,
도 5는 본 발명에 따른 열병합 발전시스템이 상용 전력 출력이고, 공기 조화기가 냉방 운전 모드일 때 구성도,5 is a configuration when the cogeneration system according to the present invention is a commercial power output, the air conditioner in the cooling operation mode,
도 6은 본 발명에 따른 열병합 발전시스템의 상용 전력 출력이고, 공기 조화기가 난방 운전 모드일 때 구성도,6 is a commercial power output of the cogeneration system according to the present invention, the configuration when the air conditioner in the heating operation mode,
도 7은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 제어방법에 따른 순서도,7 is a flow chart according to the control method of the cogeneration system according to the present invention,
도 8은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 발전 전력에서 상용 전력으로 절환시 순서도,8 is a flow chart when switching from the generated power to the commercial power of the cogeneration system according to the present invention,
도 9는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 상용 전력에서 발전 전력으로 절환시 순서도, 9 is a flow chart when switching from commercial power to power generation of the cogeneration system according to the present invention,
도 10은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 냉방 운전 모드시 전력 절환 경계를 나타낸 그래프,10 is a graph showing a power switching boundary in the cooling operation mode of the cogeneration system according to the present invention;
도 11은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 난방 운전 모드시 전력 절환경계를 나타낸 그래프,11 is a graph showing a power saving system in the heating operation mode of the cogeneration system according to the present invention;
도 12는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 냉방 운전 모드시 운전비용을 나타낸 그래프,12 is a graph showing the operating cost in the cooling operation mode of the cogeneration system according to the present invention,
도 13은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 난방 운전 모드시 운전비용을 나타낸 그래프이다. 13 is a graph showing the operating costs in the heating operation mode of the cogeneration system according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>
50 : 발전기 51 : 전력절환장치50: generator 51: power switching device
52 : 구동원 55 : 엔진 냉각장치52: drive source 55: engine cooling device
60 : 폐열 회수장치 70 : 압축기60: waste heat recovery device 70: compressor
73 : 사방밸브 74 : 실내 열교환기73: four-way valve 74: indoor heat exchanger
75 : 실외 열교환기 76 : 실내 팽창밸브75: outdoor heat exchanger 76: indoor expansion valve
77 : 실외 팽창밸브 80 : 폐열 공급 열교환기77: outdoor expansion valve 80: waste heat supply heat exchanger
85 : 폐열 방열장치 94 : 삼방변85: waste heat radiator 94: three-way
100 : 제1댐퍼 104 : 제2댐퍼100: first damper 104: second damper
본 발명은 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 특히 발전 전력과 상용 전력 절환시 전력 절환 횟수를 최소화하기 위해 히스테리시스 영역을 설정한 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cogeneration system and a control method thereof, and more particularly, to a cogeneration system and a method of controlling the cogeneration system in which a hysteresis region is set in order to minimize the number of times of power switching during generation of power generation and commercial power.
일반적으로 열병합 발전시스템은 코제너레이션 시스템(Cogeneration system)이라고도 불리는 것으로, 하나의 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 생산하는 시스템이다. Cogeneration systems, commonly referred to as cogeneration systems, are systems that produce power and heat simultaneously from a single energy source.
이와 같은 열병합 발전 시스템은 가스 엔진 또는 터빈을 구동하여 발전을 하면서 발생되는 배기가스 열 또는 냉각수의 폐열을 회수하여 종합열효율을 70~80%까지 높이는 것이 가능하여, 최근에는 건축물의 전력, 열원으로 주목받고 있으며, 특히 회수 폐열을 냉난방, 급탕 등에 많이 활용하고 있는 고효율 에너지 이용방식이다. The cogeneration system can recover waste heat of exhaust gas or cooling water generated by power generation by driving a gas engine or turbine, and can increase the overall thermal efficiency by 70-80%. In particular, it is a high-efficiency energy utilization method that utilizes the waste heat recovered in particular for heating, cooling, and hot water supply.
도 1은 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a cogeneration system according to the prior art.
종래의 열병합 발전 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 전력을 생산하는 발전기(2)와, 상기 발전기(2)를 구동시킴과 아울러 열이 발생되는 가스 엔진 등의 구동원(10, 이하 ‘가스 엔진’이라 칭함)과, 상기 가스 엔진(10)에서 발생된 폐열 을 회수하는 폐열 회수 장치(20)와, 상기 폐열 회수 장치(20)의 폐열을 급탕 등에 이용하거나 외부로 방열되게 하는 열수요처(30)를 포함하여 구성된다.In the conventional cogeneration system, as shown in FIG. 1, a generator 2 for generating electric power and a
상기 발전기(2)에서 생산된 발전 전력은 가정의 각종 조명기구나 공기조화기(4) 등의 전력 소비기기로 공급된다.The generated electric power generated by the generator 2 is supplied to a power consuming device such as various lighting fixtures or an
상기 발전기(2)와 가스 엔진(10)은 상기 열수요처(30)와 별도로 이루어진 섀시(미도시)의 엔진룸(E) 내에 설치된다.The generator 2 and the
상기 공기조화기(4)는 실내기(3)와 실외기(5)로 이루어진다.The
상기 폐열 회수장치(20)는 상기 가스 엔진(10)에서 배출되는 배기가스의 열을 빼앗는 배기 가스 열교환기(22)와, 상기 가스 엔진(10)을 냉각시킨 냉각수의 열을 빼앗는 냉각수 열교환기(24)로 구성된다.The waste
상기 배기 가스 열교환기(22)는 상기 열수요처(30)와 제 1 열 공급라인(23)으로 연결되고, 상기 가스 엔진(10)의 배기가스로부터 빼앗은 폐열은 상기 제 1 열 공급라인(23)을 통해 열수요처(30)로 전달된다.The exhaust gas heat exchanger 22 is connected to the
상기 냉각수 열교환기(24)는 상기 열수요처(30)와 제 2 열 공급라인(25)으로 연결되고, 상기 가스 엔진(10)을 냉각시킨 냉각수로터 빼앗은 열은 상기 제 2 열 공급라인(25)을 통해 열수요처(30)에 전달된다. The cooling
그러나, 종래 기술에 따른 열병합 발전시스템은 공기조화기(4)의 부하가 작으면, 상기 가스 엔진(10)의 발전량이 감소됨으로써 상기 가스 엔진(10)의 발전량이 감소되어 상기 가스 엔진(10)의 가스 입력량에 대한 가스 엔진(10)의 발전량인 발전 효율이 낮아지기 때문에 시스템의 운전효율이 저하되고, 시스템의 운전효율 대비 운전비용이 상대적으로 높은 문제점이 있다.However, in the cogeneration system according to the related art, when the load of the
통상, 상기 공기조화기(4)의 부하가 최대일 때 상기 가스 엔진(10)의 발전 효율은 25% 내지 30% 정도이고, 상기 공기조화기(4)의 부하가 최소일 때 상기 가스 엔진(10)의 발전 효율은 10% 이하로서, 상기 공기조화기(4)의 부하에 따라 가스 엔진(10)의 발전 효율이 40% 정도까지 감소된다.In general, when the load of the
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공기조화기의 부하가 크면 상기 공기조화기에 발전기에서 생산된 발전 전력을 공급하고, 상기 공기조화기의 부하가 작으면 상기 공기조화기에 전력 회사에서 생산하는 상용 전력을 공급함으로써, 시스템의 운전효율을 최대화함과 아울러, 그 운전비용을 절감할 수 있는 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, if the load of the air conditioner is large supply the generated power generated by the generator to the air conditioner, if the load of the air conditioner is the air conditioning The purpose of the present invention is to provide a cogeneration system and a control method thereof that can maximize the operating efficiency of the system and reduce its operating cost by supplying commercial power produced by the electric company.
또한, 본 발명은 공기조화기 운전 중에 발전 전력과 상용 전력 중 어느 한 전력으로 절환시, 그 전력 절환 횟수를 최소화할 수 있도록 발전 전력 영역과 상용 전력 영역이 중첩되는 히스테리시스 영역을 설정한 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention is a cogeneration system in which a hysteresis region in which a power generation area and a commercial power area overlap is set so as to minimize the number of power switching when switching to either electric power or commercial power during operation of an air conditioner. And another object is to provide a control method thereof.
또한, 본 발명은 발전기를 구동시키는 구동원의 폐열이 공기조화기의 난방 운전 모드시 상기 공기조화기의 난방 성능을 높이는데 활용되어 그 효율이 극대화 되는 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a cogeneration system and a control method thereof in which waste heat of a driving source for driving a generator is utilized to increase the heating performance of the air conditioner in the heating operation mode of the air conditioner and maximize its efficiency. There is this.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 발전기와; 상기 발전기를 구동시키는 구동원과; 상기 구동원의 폐열을 회수하는 폐열회수장치와; 상기 발전기에서 생산된 발전 전력과 상용 전력 중 어느 하나가 출력되도록 전력을 절환시키는 전력 절환장치와; 상기 전력 절환장치를 통해 출력된 전력을 공급받는 전력 소비기기와; 상기 전력 소비기기가 운전되는 동안, 상기 전력 소비기기의 부하가 상기 전력 소비기기의 부하에 따른 전력 절환 경계를 소정 이상 오버하면, 전력이 절환되도록 상기 전력 절환장치를 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.Cogeneration system according to the present invention for solving the above problems is a generator; A drive source for driving the generator; A waste heat recovery apparatus for recovering waste heat of the driving source; A power switching device for switching electric power such that any one of generated power and commercial power produced by the generator is output; A power consuming device supplied with the power output through the power switching device; And a controller configured to control the power switching device to switch power when the load of the power consumption device exceeds a power switching boundary according to the load of the power consumption device more than a predetermined time while the power consumption device is in operation. It features.
상기 전력 소비기기는 실내기와 실외기로 이루어진 공기조화기이고, 상기 제어부는 상기 전력 소비기기의 부하인 상기 실내기의 운전 비율과 상기 실외기가 설치된 실외 온도와 더불어, 상기 공기조화기의 운전 모드에 따라 상기 전력 절환장치를 제어하는 것을 특징으로 한다.The power consuming device is an air conditioner including an indoor unit and an outdoor unit, and the control unit is configured according to an operation mode of the air conditioner together with an operation ratio of the indoor unit which is a load of the power consuming device and an outdoor temperature in which the outdoor unit is installed. It is characterized by controlling the power switching device.
상기 전력 소비기기는 실내기와 실외기로 이루어진 공기조화기이고; 상기 전력 절환 경계는 상기 공기조화기의 운전 모드에 따라 실내기의 운전 비율과, 실외 온도에 따라 결정되고; 상기 공기조화기가 냉방 운전 모드이고, 발전 전력 출력시 상기 실내기의 운전 비율이 제1경계비율보다 소정 비율 이상 작아지고, 실외 온도가 제1경계온도보다 소정 온도 이상 작아지면, 상용 전력으로 절환되고; 상기 공기 조화기가 냉방 운전 모드이고, 상용 전력 출력시 상기 실내기의 운전 비율이 제2경계비율보다 소정 비율 이상 커지거나, 실외 온도가 제2경계온도보다 소정 온도 이상 커지면, 발전 전력으로 절환되고; 상기 공기조화기가 난방 운전 모드이고, 발전 전력 출력시 상기 실내기의 운전 비율이 제3경계비율보다 소정 비율 이상 작아지고, 실외 온도가 제3경계온도보다 소정 온도 이상 커지면, 상용 전력으로 절환되고; 상기 공기조화기가 난방 운전 모드이고, 상용 전력 출력시 상기 실내기의 운전 비율이 제4경계비율보다 소정 비율 이상 커지거나, 실외 온도가 제4경계온도보다 소정 온도 이상 커지면, 발전 전력으로 절환되는 것을 특징으로 한다.The power consumer is an air conditioner consisting of an indoor unit and an outdoor unit; The power switching boundary is determined according to an operating ratio of an indoor unit and an outdoor temperature according to an operation mode of the air conditioner; The air conditioner is in a cooling operation mode, and when the power generation power is output, when the operation ratio of the indoor unit is smaller than the first boundary ratio by a predetermined ratio or more, and the outdoor temperature is smaller than the first boundary temperature by a predetermined temperature or more, the air conditioner is switched to commercial power; The air conditioner is in a cooling operation mode, and when the commercial power is output, when the operation ratio of the indoor unit is larger than the second boundary ratio by a predetermined ratio or more, or when the outdoor temperature is larger than the second boundary temperature by a predetermined temperature or more, it is switched to generated power; When the air conditioner is in a heating operation mode, and the operation ratio of the indoor unit at the time of generating power is smaller than the third boundary ratio by a predetermined ratio or more, and the outdoor temperature is larger than the third boundary temperature by a predetermined temperature or more, it is switched to commercial power; The air conditioner is a heating operation mode, when the commercial power output when the operation ratio of the indoor unit is larger than the fourth boundary ratio by a predetermined ratio or more, or when the outdoor temperature is larger than the fourth boundary temperature by a predetermined temperature or more, it is switched to the generation power. It is done.
상기 전력 소비기기는 압축기와 사방밸브와 실외 열교환기와 실외 팽창밸브를 포함하는 실외기와, 실내 팽창밸브와 실내 열교환기를 포함하는 실내기로 이루어진 공기조화기이고, 상기 공기조화기는 상기 폐열 회수 장치에 회수된 폐열을 폐열 공급 열교환기를 통해 선택적으로 공급받는 것을 특징으로 한다.The power consuming device is an air conditioner comprising an outdoor unit including a compressor, a four-way valve, an outdoor heat exchanger, and an outdoor expansion valve, and an indoor unit including an indoor expansion valve and an indoor heat exchanger, and the air conditioner is returned to the waste heat recovery device. Waste heat is selectively supplied through a waste heat supply heat exchanger.
상기 공기조화기는 냉방 운전 모드시, 상기 압축기에서 압축된 냉매가 사방 밸브와 실외 열교환기와 실내 팽창밸브와 실내 열교환기와 사방 밸브를 차례로 통과한 후 압축기로 순환되는 냉방 사이클로 운전되는 것을 특징으로 한다.The air conditioner is operated in a cooling cycle in which the refrigerant compressed by the compressor passes through the four-way valve, the outdoor heat exchanger, the indoor expansion valve, the indoor heat exchanger, and the four-way valve in order in the cooling operation mode.
상기 공기조화기는 난방 운전 모드이고 상기 구동원의 폐열을 이용하지 않는 경우, 상기 압축기에서 압축된 냉매가 사방 밸브와 실내 열교환기와 실내 팽창밸브와 실외 팽창밸브와 실외 열교환기와 사방 밸브를 차례로 통과한 후 압축기로 순환되는 실외 고온 난방 사이클로 운전되는 것을 특징으로 한다.When the air conditioner is a heating operation mode and does not use the waste heat of the driving source, the refrigerant compressed in the compressor passes through the four-way valve, the indoor heat exchanger, the indoor expansion valve, the outdoor expansion valve, the outdoor heat exchanger, and the four-way valve in order. It is characterized in that it is operated by an outdoor high temperature heating cycle circulated to.
상기 공기조화기는 난방 운전 모드이고 상기 구동원의 폐열 이용시, 상기 압 축기에서 압축된 냉매가 사방 밸브와 실내 열교환기와 실내 팽창밸브와 실외 팽창밸브와 폐열 공급 열교환기와 사방 밸브를 차례로 통과한 후 압축기로 순환되는 실외 저온 난방 사이클로 운전되는 것을 특징으로 한다.The air conditioner is a heating operation mode, and when the waste heat of the driving source is used, the refrigerant compressed in the compressor passes through the four-way valve, the indoor heat exchanger, the indoor expansion valve, the outdoor expansion valve, the waste heat supply heat exchanger, and the four-way valve, and then circulates to the compressor. The outdoor low temperature heating cycle is characterized in that the operation.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 제어방법은, 전력 소비기기 운전시 상기 전력 소비기기의 부하가 상기 전력 소비기기의 부하에 따른 전력 절환 경계를 소정 이상 오버했는지 판단하는 전력 절환 결정단계와; 전력 절환이 결정되면, 발전 전력과 상용 전력 중 기 선택된 전력이 아닌 전력이 상기 전력 소비기기에 출력되게 하는 전력 절환단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. In addition, in the control method of the cogeneration system according to the present invention for achieving the above object, it is determined whether the load of the power consumer device exceeds the power switching boundary according to the load of the power consumer device more than a predetermined time when the power consumer operates. A power switching determining step; When the power switching is determined, it is characterized in that it comprises a power switching step for outputting power other than the power selected from the generated power and commercial power to the power consumer.
상기 전력 소비기기는 실내기와 실외기로 이루어진 공기조화기이고, 상기 전력 절환 경계는 상기 공기조화기의 운전 모드에 따라 실내기의 운전 비율과, 실외 온도에 따라 설정되고, 상기 전력 절환 결정단계는, 상기 공기조화기가 냉방 운전 모드이고, 발전 전력 출력시 상기 실내기의 운전 비율이 제1경계비율보다 소정 비율 이상 작아지고, 실외 온도가 제1경계온도보다 소정 온도 이상 작아지면, 상용 전력으로 절환 결정하고; 상기 공기조화기가 냉방 운전 모드이고, 상용 전력 출력시 상기 실내기의 운전 비율이 제2경계비율보다 소정 비율 이상 커지거나, 실외 온도가 제2경계온도보다 소정 온도 이상 커지면, 발전 전력으로 절환 결정하고; 상기 공기조화기가 난방 운전 모드이고, 발전 전력 출력시 상기 실내기의 운전 비율이 제3경계비율보다 소정 비율 이상 작아지고, 실외 온도가 제3경계온도보다 소정 온도 이상 커지면, 상용 전력으로 절환 결정하고; 상기 공기조화기가 난방 운전 모드 이고, 상용 전력 출력시 상기 실내기의 운전 비율이 제4경계비율보다 소정 비율 이상 커지거나, 실외 온도가 제4경계온도보다 소정 온도 이상 커지면, 발전 전력으로 절환 결정하는 것을 특징으로 한다.The power consuming device is an air conditioner including an indoor unit and an outdoor unit, and the power switching boundary is set according to an operation ratio of the indoor unit according to an operation mode of the air conditioner and an outdoor temperature, and the power switching determining step includes: When the air conditioner is in the cooling operation mode, and the operation ratio of the indoor unit at the generation power output is smaller than the first boundary ratio by a predetermined ratio or more, and the outdoor temperature is smaller than the first boundary temperature by a predetermined temperature or more, switching to commercial power is determined; When the air conditioner is in a cooling operation mode and the commercial power is output, when the operation ratio of the indoor unit is larger than the second boundary ratio by a predetermined ratio or more, or when the outdoor temperature is larger than the second boundary temperature by a predetermined temperature or more, switching to generation power is determined; When the air conditioner is in a heating operation mode, and the operation ratio of the indoor unit at the time of generating power is smaller than the third boundary ratio by a predetermined ratio or more, and the outdoor temperature is larger than the third boundary temperature by a predetermined temperature or more, determining to switch to commercial power; When the air conditioner is in the heating operation mode and the commercial power is output, when the operation ratio of the indoor unit is greater than or equal to the fourth boundary ratio by more than a predetermined ratio or when the outdoor temperature is greater than or equal to the fourth boundary temperature by more than the predetermined temperature, it is determined to switch to generated power. It features.
상기 전력 절환단계는, 상기 전력 소비기기 일시 정지 후, 전력을 절환하는 것을 특징으로 한다. The power switching step, characterized in that for switching the power after the power consumer pauses.
상기 전력 절환단계는 기 선택된 전력 차단 후, 소정 시간 경과되면 전력을 절환하는 것을 특징으로 한다. The power switching step is characterized in that the power is switched when a predetermined time elapses after the power is selected.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도 2 내지 도 13을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 13.
본 발명에 따른 열병합 발전시스템은, 발전 전력을 생산하는 발전기(50)와, 상기 발전기(50)에서 생산된 발전 전력과 상용 전력(50') 중 어느 하나가 출력되도록 전력을 절환시키는 전력 절환장치(51)와, 상기 발전기(50)를 구동시키는 구동원(52)과, 상기 구동원(52)의 폐열을 회수하는 폐열 회수장치(60)와, 상기 발전기(50)에서 생산된 발전 전력 또는 상용전력(50')를 공급받아 운전되는 전력 소비기기인 공기 조화기와, 상기 공기조화기의 부하에 따라 상기 전력 절환장치(51)를 제어하는 제어부(M)를 포함하여 구성된다.In the cogeneration system according to the present invention, a power switching device for switching the power so that any one of the
상기 발전기(50)는 교류 발전기와 직류 발전기 중 어느 하나로서, 상기 구동원(60)의 출력축에 회전자가 연결되어 상기 출력축의 회전시 전력을 생산한다.The
상기 전력절환장치(51)는 상기 발전기(50)의 발전 전력 출력을 단속하는 발 전 전력 개폐기(GCB)(51a)와, 상용 전력(50') 출력을 단속하는 상용 전력 개폐기(MCB)(51b)로 구성된다. The
상기 구동원(52)은 연료 전지 또는, 가스, 석유 등 연료를 이용하여 운전되는 엔진, 터빈 등 다양한 장치로 구현될 수 있으며, 이하 엔진으로 한정하여 설명함과 아울러 도면 부호 '52'는 엔진(52)을 지시한다.The driving
상기 엔진(52)에는 내부에 구비된 연소실로 연료가 공급되는 연료공급통로(53)와, 상기 연소실로부터 배기가스가 배기되는 폐열회수통로(54)가 구비된다.The
또한, 상기 엔진(52)에는 상기 엔진(52) 과열시 고장나기 쉽고 수명이 단축되며 엔진 출력이 저하되고, 상기 엔진(52) 과냉시 엔진 효율이 저하되는 등 상기 엔진(52)의 신뢰성이 저하되는 바, 상기 엔진(52)이 적정 온도 범위 내에서 운전되게 하는 엔진 냉각장치(55)가 구비된다.In addition, the
상기 엔진 냉각장치(55)는 냉각수가 상기 엔진(52)과 상기 폐열 회수장치(60) 중 후술할 냉각수 열교환기(61) 사이에서 순환되도록 안내하는 냉각수 순환 유로(56)와, 상기 냉각수 순환 유로(56) 상에 설치되어 냉각수를 펌핑하는 냉각수 펌프(57)로 이루어진다.The
상기 폐열 회수장치(60)는 상기 냉각수 순환 유로(56)에 연결되어 상기 엔진(52) 냉각 후 고온이 된 냉각수의 열을 빼앗는 상기 냉각수 열교환기(61)와, 상기 엔진(52)의 폐열회수통로(54)에 연결되어 상기 엔진(52)에서 배기된 배기가스의 열을 회수하는 제 1,2배기가스 열교환기(62)(63)로 구성될 수 있다. The waste
특히, 상기 폐열 회수장치(60)는 상기 공기조화기의 운전모드에 따라 엔진 (52)의 배기가스 폐열을 선택적으로 회수토록 구비될 수 있다.In particular, the waste
즉, 상기 배기가스 열교환기(62)는 상기 엔진(52)의 배기가스 폐열을 회수토록 상기 폐열회수통로(54) 상에 구비되고, 상기 폐열회수통로(54) 상에는 상기 배기가스 열교환기(62) 입구 측에 상기 폐열회수통로(54)를 개폐하는 제1댐퍼(100)가 구비된다. That is, the exhaust
아울러, 상기 폐열회수통로(54)에는 상기 엔진(52)의 배기가스 폐열이 상기 제1,2배기가스 열교환기(62)(63)를 바이패스하여 외부로 바로 방출되게 하는 폐열방출통로(102)가 연결된다. In addition, in the waste
상기 폐열방출통로(102)는 상기 제1배기가스 열교환기(62)와 제1댐퍼(100) 사이에서 상기 폐열회수통로(54)와 연결됨이 바람직하다.The waste
상기 폐열방출통로(102)에는 상기 폐열방출통로(102)를 개폐하는 제2댐퍼(104)가 구비된다. The waste
상기와 같이 구비된 제1,2댐퍼(100)(104)는 각각 상기 전력절환장치(51)를 통해 출력되는 전력과 상기 공기조화기의 운전 모드에 따라 개방 모드 또는 폐쇄 모드로 동작된다.The first and
상기 폐열 회수장치(60)에 회수된 폐열은 폐열 공급 열교환기(80)를 통해 상기 일부 전력 소비기기에 공급되거나, 폐열 방열장치(85)를 통해 대기 중에 방열될 수 있다. The waste heat recovered by the waste
상기 폐열 공급 열교환기(80)는 상기 냉각수 열교환기(61)와 제 1,2배기가스 열교환기(62)(63) 중 적어도 어느 하나에 회수된 열을 흡수토록, 상기 냉각수 열교환기(61) 및 제 1,2배기가스 열교환기(62)(63)와 폐열 회수를 위한 열매체를 안내하는 열매체 순환유로(64)를 통해 연결된다. 즉, 상기 열매체 순환유로(64)는 상기 열매체 순환유로(64) 내 열매체가 상기 냉각수 열교환기(61), 제2배기가스 열교환기(63), 제1배기가스 열교환기(62) 그리고, 상기 폐열 공급 열교환기(80)를 차례로 순환토록 구비될 수 있다. The waste heat supply heat exchanger (80) absorbs the heat recovered in at least one of the cooling water heat exchanger (61) and the first and second exhaust gas heat exchangers (62, 63), and the cooling water heat exchanger (61). And first and second exhaust
상기한 열매체 순환유로(64)에는 상기 열매체 순환유로(64) 내 열매체가 순환될 수 있도록 펌핑 작용을 행하는 열매체 순환펌프(65)가 설치된다. The heat
또한, 상기 열매체 순환유로(64)는 상기 열매체 순환펌프(65)의 입구 측에, 상기 열매체 순환유로(64) 상에 발생된 기체가 저장되는 팽창탱크(66)가 연결된다.In addition, the heat
상기 폐열 방열장치(85)는 상기 냉각수 열교환기(61), 제 1,2배기가스 열교환기(62)(63)에서 회수된 열이 대기중으로 방열되는 방열 열교환기(86)와, 상기 열매체 순환유로(64)와 연결되어 상기 열매체 순환유로(64) 내 열매체를 상기 방열 열교환기(68)로 안내하는 폐열 방열유로(87)로 이루어진다. 또한, 상기 폐열 방열장치(85)는 방열성 극대화를 위해 상기 방열 열교환기(86)로 외부 공기를 강제 송풍시키는 폐열 방열 송풍기(88)가 포함된다. The
상기 폐열 방열유로(87)와 열매체 순환유로(64)가 상호 연결되는 2개의 합지점 중 점 중 어느 한 합지점에는 상기 열매체의 흐름을 절환하기 위한 삼방변(94)이 설치된다.The three-
상기 공기조화기는 압축기(70)와 사방밸브(73), 실외 열교환기(75)와, 실외 팽창밸브(77)와, 그리고 실외 온도 센서(72)가 구비된 실외기(Oa)와, 상기 실내 열 교환기(74)와, 실내 팽창밸브(76)가 설치된 실내기(Ia)로 이루어진다. The air conditioner includes a compressor (70), a four-way valve (73), an outdoor heat exchanger (75), an outdoor expansion valve (77), an outdoor unit (Oa) equipped with an outdoor temperature sensor (72), and the indoor heat. The
상기 압축기(70)는 각각의 실외기(Oa)에 하나 또는 둘 이상의 복수개로 구성될 수 있다. 이하, 각각의 실외기(Oa)에 두 개의 압축기(70)가 구성된 것으로 한정하여 설명한다.The
상기 각각의 실외기(Oa)에 설치된 2개의 압축기(70)는 공기조화기의 열매체인 냉매가 흡입되는 흡입 측에 설치된 공용 어큐뮬레이터(78)를 통해 연결된다. The two
상기와 같이 구비된 공기조화기는, 하나의 실외기(Oa)와 하나의 실내기(Ia)로 구성되는 것도 가능하고, 하나의 실외기(Oa)와 복수개의 실내기(Ia)로 구성되는 것도 가능하며, 복수개의 실외기(Oa)와 복수개의 실내기(Ia)로 구성되는 것도 가능하다. 이하 본 실시 예에 따른 공기조화기는 복수개의 실외기(Oa)와 복수개의 실내기(Ia)로 구성된 것으로 한정하여 설명한다.The air conditioner provided as described above may be constituted by one outdoor unit Oa and one indoor unit Ia, or may be constituted by one outdoor unit Oa and a plurality of indoor units Ia. It is also possible to be composed of three outdoor units Oa and a plurality of indoor units Ia. Hereinafter, the air conditioner according to the present embodiment will be described as being limited to a plurality of outdoor units Oa and a plurality of indoor units Ia.
상기 복수개의 실외기(Oa)는 상기 전력 절환장치(51)를 통해 출력된 전력을 공급받고, 상기 복수개의 실내기(Ia)는 별도로 연결된 상용전력을 공급받을 수 있다. The plurality of outdoor units Oa may receive power output through the
그리고, 상기 복수개의 실외기(Oa)는 그 용량이 서로 다를 수 있고, 상기 복수개의 실내기(Ia) 또한 그 용량이 서로 다를 수 있다.The plurality of outdoor units Oa may have different capacities, and the plurality of indoor units Ia may also have different capacities.
한편, 상기 복수개의 실외기(Oa)와 실내기(Ia), 그리고 난방 운전시 상기 엔진(52)의 폐열을 공기조화기에 공급하기 위한 상기 폐열 공급 열교환기(80)는 공기조화기의 냉/난방을 위한 열매체인 냉매가 순환될 수 있도록 안내하는 냉매 순환유로(79)를 통해 연결된다. On the other hand, the plurality of outdoor unit (Oa) and the indoor unit (Ia), and the waste heat
상기 냉매 순환유로(79)에는 상기 폐열 공급 열교환기(80)의 입구 측에, 냉매가 상기 폐열 공급 열교환기(80)로 유입되거나 차단될 수 있도록 제1개폐밸브(81)가 구비된다. The
또한, 상기 냉매 순환유로(79)에는 상기 폐열 공급 열교환기(80)의 출구 측에, 냉매가 상기 폐열공급 열교환기(80)로 역류되는 것을 차단토록 제1체크밸브(91)가 구비된다. In addition, the
또한, 상기 냉매 순환유로(79)에는 냉매가 상기 폐열 공급 열교환기(80)를 바이패스할 수 있도록, 상기 폐열 공급 열교환기(80)의 입구 측과 출구 측을 연결하는 폐열 공급 열교환기 바이패스 유로(95)가 구비된다. In addition, a waste heat supply heat exchanger bypass connecting the inlet side and the outlet side of the waste heat
상기 폐열 공급 열교환기 바이패스 유로(95)에는 냉매가 상기 폐열 공급 열교환기(80)의 출구 측에서 상기 폐열 공급 열교환기(80)의 입구 측으로만 유동되도록 제2체크밸브(92)가 구비된다.The waste heat supply heat
또한, 상기 냉매 순환유로(79)에는 상기 실외 열교환기(75)의 일측에, 냉매가 상기 실외 열교환기(75)로 유입되거나 차단될 수 있도록 제2개폐밸브(82)가 구비된다.In addition, the
또한, 상기 냉매 순환유로(79)에는 상기 실외 열교환기(75)의 타측에, 냉매가 실내기(Ia)에서 상기 실외 열교환기(75)로 역류되는 것을 차단토록 제3체크밸브(93)가 구비된다. In addition, the
아울러, 상기 냉매 순환유로(79)에는 냉매가 상기 실외 열교환기(75)를 바이패스하도록, 상기 실외 열교환기(75)의 일측과 타측을 연결하는 실외 열교환기 바이패스 유로(90)가 구비된다. In addition, the
상기 실외 열교환기 바이패스 유로(90)의 입구 측에는, 상기 실외 팽창밸브(77)가 구비된다.At the inlet side of the outdoor heat exchanger bypass flow path 90, the
상기 실외 열교환기 바이패스 유로(90)의 출구 측에는, 상기 실외 열교환기 바이패스 유로(90)를 개폐할 수 있는 제3개폐밸브(83)가 구비된다. At the outlet side of the outdoor heat exchanger bypass flow path 90, a third open /
상기 실외 열교환기 바이패스 유로(90)는 상기 실외 열교환기(75)의 타측과, 실외 열교환기 연결 유로(96)를 통해 연결될 수 있다.The outdoor heat exchanger bypass flow path 90 may be connected to the other side of the
상기 실외 열교환기 연결 유로(96)에는 상기 실외 열교환기 연결 유로(96)를 개폐하는 제4개폐밸브(84)가 구비된다.The outdoor heat exchanger
상기와 같이 구성된 공기 조화기의 운전 모드는, 상기 실내기(Ia)가 차가운 공기를 공급하는 냉방 운전모드와, 상기 실내기(Ia)가 따뜻한 공기를 공급하는 난방 운전모드가 있다.The operation mode of the air conditioner configured as described above includes a cooling operation mode in which the indoor unit Ia supplies cold air, and a heating operation mode in which the indoor unit Ia supplies warm air.
또한, 상기 공기 조화기의 난방 운전 모드는, 상기 실외기(Oa)가 설치된 실외 온도에 따라, 상기 폐열 공급 열교환기(80)를 통해 상기 엔진(52)의 폐열을 이용하지 않는 실외 고온 난방 운전 모드와, 상기 폐열 공급 열교환기(80)를 통해 상기 엔진(52)의 폐열을 이용하는 실외 저온 난방 운전 모드로 나뉠 수 있다.The heating operation mode of the air conditioner is an outdoor high temperature heating operation mode in which the waste heat of the
한편, 상기한 열병합 발전 시스템은 상기 공기 조화기와, 상기 공기 조화기를 운전하기 위한 열병합 발전부로 나눌 수 있다.On the other hand, the cogeneration system may be divided into the air conditioner and the cogeneration unit for driving the air conditioner.
상기 열병합 발전부는 상기 발전기(50)와 엔진(52), 엔진 냉각장치(55), 그리고 폐열 회수장치(60) 등이 구비된 메인 유닛(110)과, 상기 폐열 공급 열교환기 (80)와 폐열 방열장치(85) 등이 설치된 서브 유닛(120)으로 구분될 수 있다.The cogeneration unit includes a
상기 메인 유닛(110)에는 메인 유닛 제어부(112)와, 상기 메인 유닛(110)의 환기를 위한 환기 송풍기(114)가 구비된다.The
상기 서브 유닛(120)에는 상기 메인 유닛 제어부(112)와 연결된 서브 유닛 제어부(122)가 구비된다.The
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 제어방법을, 특히 도 7을 참조하여 설명하면, 다음과 같다.The control method of the cogeneration system according to the present invention configured as described above, in particular with reference to FIG. 7, is as follows.
상기 엔진(52) 및 공기조화기가 정지된 상태에서, 상기 공기 조화기의 운전 요청신호가 입력되면(S2), 상기 공기조화기의 운전을 위하여 상기 공기 조화기의 운전 모드에 따라, 상기 제1~제3체크밸브(91~93)와, 삼방변(94), 제1~제4개폐밸브(81~84), 그리고 상기 제1,2댐퍼(100)(104)가 세팅된다(S4).When the operation request signal of the air conditioner is input in the state in which the
상기 제1~제3체크밸브(91~93)와, 삼방변(94), 제1~제4개폐밸브(81~84), 그리고 상기 제1,2댐퍼(100)(104)는, 상기 전력 절환장치(51)를 통해 선택된 전력이 출력되기 전에 세팅되므로, 별도로 연결된 상용 전력을 공급받음이 바람직하다.The first to
상기 공기 조화기의 운전 모드에 따른 세팅단계가 끝나면, 상기 전력 절환장치(51)를 통해 상기 발전기(50)의 발전 전력과 상용 전력(50') 중 어느 하나가 상기 공기조화기에 출력된다(S6).When the setting step according to the operation mode of the air conditioner is finished, any one of the generated power and the commercial power 50 'of the
이 때, 상기 전력 절환장치(51)는 상기 공기조화기의 운전 모드 및 상기 공기조화기의 부하에 따라 제어되거나, 상기 공기조화기의 초기 운전을 위하여 기 설 정된 상기 발전기(50)의 발전 전력 또는 상용 전력(50')이 출력되게 할 수 있다.At this time, the
여기서, 상기 공기조화기의 부하로는 상기 실내기(Ia)의 운전 비율(%)과 상기 실외 온도 센서(72)를 통한 상기 실외기(Oa)가 설치된 실외 온도, 그리고 상기 실내기(Ia)가 설치된 실내 온도 등에 의해 결정될 수 있다.Here, the load of the air conditioner includes an operating ratio (%) of the indoor unit Ia, an outdoor temperature where the outdoor unit Oa is installed through the
상기 실내기(Ia)의 운전 비율(%)은 상기 복수개의 실내기(Ia)의 총 용량에 대한 운전 요청한 실내기(Ia)의 용량 합이다.The driving ratio (%) of the indoor unit (Ia) is the sum of the capacity of the indoor unit (Ia) that has requested driving with respect to the total capacities of the plurality of indoor units (Ia).
상기와 같이 전력 절환장치(51)를 통해 상기 발전기(50)의 발전 전력과 상용 전력(50') 중 어느 하나가 상기 공기조화기에 출력되면, 상기 공기조화기가 상기 전력 절환장치(51)를 통해 출력된 전력을 공급받아 운전되어, 냉/난방 기능 등을 수행한다(S8).As described above, when any one of the generated electric power and the commercial power 50 'of the
한편, 상기 공기조화기가 운전되는 동안 상기 공기조화기의 부하 조건이 변동될 수 있는 바, 후술할 전력 절환 알고리즘에 따라 상기 공기조화기에 출력되는 전력이 절환된다.On the other hand, the load condition of the air conditioner can be changed while the air conditioner is operating, the power output to the air conditioner is switched according to a power switching algorithm to be described later.
그리고, 상기 공기조화기의 운전이 끝나면(S10), 상기 발전기(50)의 발전 전력과 상용 전력(50')의 출력이 모두 차단된다(S12). 아울러, 상기 엔진(52)이 구동 중이었다면 상기 엔진(52)이 정지된다.Then, when the operation of the air conditioner is finished (S10), the output of the generated power and commercial power (50 ') of the
상기 전력 절환 알고리즘에 의해 전력 전환방법을, 특히 도 8,9를 참조하여 설명하면, 다음과 같다.The power switching method by the power switching algorithm will be described in detail with reference to FIGS. 8 and 9 as follows.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 공기조화기가 상기 발전기(50)의 발 전 전력을 공급받아 운전 중이면, 상기 전력 절환장치(51)의 발전 전력 개폐기(51a)가 온 상태이고, 상기 상용 전력 개폐기(51b)가 오프 상태이고, 상기 엔진(52)이 운전 중이다(S20). First, as shown in FIG. 8, when the air conditioner is operated by receiving the generated power of the
상기와 같은 운전 상태에서, 먼저 상기 공기조화기의 부하가 상용 전력(50')으로의 전력 절환 조건을 만족하는지 판단하는 전력 절환 결정단계가 실시된다(S22).In the above operation state, first, a power switching determination step of determining whether the load of the air conditioner satisfies the power switching condition to the commercial power 50 'is performed (S22).
상기 전력 절환 조건이란, 상기 공기조화기의 부하가 상기 공기조화기의 부하에 따른 전력 절환 경계를 소정 이상 오버했는지 여부이다. The power switching condition is whether or not the load of the air conditioner has exceeded a power switching boundary according to the load of the air conditioner by more than a predetermined value.
상기에서 전력 절환 조건이 만족되면, 상기 실외기(Oa)의 일시 정지요청신호가 입력된 후, 상기 공기조화기의 실외기(Oa), 즉 압축기(70)가 일시 정지된다(S24). 즉, 상기 공기조화기가 일시 정지된다.When the power switching condition is satisfied, after the pause request signal of the outdoor unit Oa is input, the outdoor unit Oa of the air conditioner, that is, the
상기 실외기(Oa)가 일시 정지되면, 상기 발전 전력 개폐기(51a)가 온 상태에서 오프 상태로 세팅된다(S26). 즉, 상기 발전 전력 개폐기(51a)와 상용 전력 개폐기(51b)가 모두 오프 상태로서, 상기 공기조화기에 출력되는 전력이 없다. When the outdoor unit Oa is paused, the generated
상기 발전 전력 개폐기(51a)와 상용 전력 개폐기(51b)가 모두 오프 상태로 소정 시간(예를 들어, 3분) 경과되면(S28), 상기 발전 전력 개폐기(51a)는 오프 상태로 유지되고, 상기 상용 전력 개폐기(51b)가 온 상태로 세팅되어, 상용 전력(50')이 상기 공기조화기에 출력된다(S30). When all of the generated
상기 상용 전력(50')이 상기 공기조화기에 출력되고 나면, 상기 실외기(Oa)에 일시 정지 해제 신호가 입력되고, 상기 실외기(Oa)가 재 운전된다(S32). 즉 상 기 공기조화기가 재 운전된다. After the commercial power 50 'is outputted to the air conditioner, the pause cancel signal is input to the outdoor unit Oa, and the outdoor unit Oa is re-operated (S32). That is, the air conditioner is restarted.
반면, 특히 도 9를 참조하면, 상기 엔진(52)이 정지 상태이고, 상기 발전 전력 개폐기(51a)가 오프 상태이고, 상기 상용 전력 개폐기(51b)가 온 상태로 세팅되어, 상기 공기조화기가 상용 전력을 공급받아 운전 중일 때(S40), 상기 공기조화기의 부하가 상기 발전기(50)의 발전 전력으로의 전력 절환 조건을 만족하는지 판단하는 전력 절환 결정단계가 실시된다(S42).On the other hand, in particular referring to Figure 9, the
상기에서 전력 절환 조건이 만족되면, 상기 실외기(Oa)의 일시 정지요청신호가 입력된 후, 상기 실외기(Oa)가 일시 정지되고(S44), 상기 상용 전력 개폐기(51b)가 오프 상태로 세팅된다(S46). When the power switching condition is satisfied in the above, after the pause request signal of the outdoor unit Oa is input, the outdoor unit Oa is paused (S44), and the
상기 발전 전력 개폐기(51a)와 상용 전력 개폐기(51b)가 모두 오프 상태로 소정 시간(예를 들어, 3분) 경과되면(S48), 상기 엔진(52) 및 발전기(50)가 운전되고, 상기 발전 전력 개폐기(51a)가 온 상태로 세팅되어, 상기 발전기(50)의 발전 전력이 상기 공기조화기에 출력된다(S50). When the
그리고, 상기 실외기(Oa)에 일시 정지 해제 신호가 입력된 다음, 상기 실외기(Oa)가 재 운전된다(S52). Then, after the pause cancel signal is input to the outdoor unit Oa, the outdoor unit Oa is re-operated (S52).
상기와 같은 전력 절환 알고리즘은 상기 공기조화기가 운전되는 동안 일정 시간마다 전력이 절환될 수 있도록 반복 실시됨이 바람직하다.The power switching algorithm as described above is preferably repeated so that the power can be switched every predetermined time while the air conditioner is operating.
이 때, 상기 전력 유지 시간이 너무 짧으면, 잦은 전력 절환으로 인해 상기 공기조화기의 운전, 일시정지가 빈번하게 반복됨으로써, 상기 공기조화기의 냉/난 방 성능 및 신뢰성이 저하될 뿐만 아니라, 열병합 발전 시스템에 무리가 가해져 수명이 짧아질 수 있다.At this time, if the power holding time is too short, the operation and pause of the air conditioner is frequently repeated due to frequent power switching, thereby lowering cooling / heating performance and reliability of the air conditioner, as well as cogeneration. Overloading the power generation system can shorten its lifespan.
반면, 상기 전력 유지 시간이 너무 길면, 상기 공기조화기의 운전 조건 변화에 능동적으로 대처하지 못해 결국, 상기 공기조화기의 운전 조건에 따라 전력을 절환하여 열병합 발전 시스템의 운전 효율을 최대화하기 어렵다.On the other hand, if the power holding time is too long, it is difficult to actively cope with the change in the operating condition of the air conditioner, and eventually, it is difficult to maximize the operating efficiency of the cogeneration system by switching power according to the operating condition of the air conditioner.
한편, 상기 전력 절환 경계는 상기 공기조화기의 부하 결정 요인인 상기 실내기(Ia)의 운전 비율(%)과 상기 실외 온도 센서(72)를 통한 상기 실외기(Oa)가 설치된 실외 온도에 따라 설정될 수 있다.The power switching boundary may be set according to an operating ratio (%) of the indoor unit Ia, which is a load determining factor of the air conditioner, and an outdoor temperature at which the outdoor unit Oa is installed through the
그리고, 상기 전력 절환 경계를 기준으로 한 전력 절환 조건에 따른 전력 절환 결정은, 특히 도 10,11을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The power switching determination based on the power switching condition based on the power switching boundary will be described below with reference to FIGS. 10 and 11.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 공기조화기가 냉방 운전 모드이고, 상기 발전기(50)의 발전 전력 출력 상태이면, 상기 실내기(Ia)의 운전 비율이 제1경계비율(I1)보다 소정 비율(ΔIc) 이상 작아지고, 실외 온도가 제1경계온도(T1)보다 소정 온도(ΔTc) 이상 작아지면, 상용 전력(50')으로 절환 결정된다.As shown in FIG. 10, when the air conditioner is in a cooling operation mode and the power generation power output state of the
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 공기조화기가 냉방 운전 모드이고, 상용 전력(50') 출력 상태이면, 상기 실내기(Ia)의 운전 비율이 제2경계비율(I2)보다 소정 비율(ΔIc) 이상 커지거나, 실외 온도가 제2경계온도(T2)보다 소정 온도(ΔIc) 이상 커지면, 상기 발전기(50)의 발전 전력으로 절환 결정된다.As shown in FIG. 10, when the air conditioner is in the cooling operation mode and the
그리고, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 공기조화기가 난방 운전 모드이고, 상기 발전기(50)의 발전 전력 출력 상태이면, 상기 실내기(Ia)의 운전 비율이 제3경계비율(I3)보다 소정 비율(ΔIh) 이상 작아지고, 실외 온도가 제3경계온도(T3)보다 소정 온도(ΔTh) 이상 커지면, 상용 전력(50')으로 절환 결정된다.As shown in FIG. 11, when the air conditioner is in the heating operation mode and the power generation power output state of the
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 공기조화기가 난방 운전 모드이고, 상용 전력(50') 출력 상태이면, 상기 실내기(Ia)의 운전 비율이 제4경계비율(I4)보다 소정 비율(ΔIh) 이상 커지거나, 실외 온도가 제4경계온도(T4)보다 소정 온도(ΔTh) 이상 커지면, 상기 발전기(50)의 발전 전력으로 절환 결정된다.As illustrated in FIG. 11, when the air conditioner is in the heating operation mode and the
여기서, 상기 발전기(50)의 발전 전력과 상용 전력 출력 영역이 중첩된 영역을 히스테리시스 영역(H1)(H2)이라고 할 수 있다.Here, the region in which the generated power and the commercial power output region of the
이와 같이 공기조화기가 운전되는 동안, 전력 절환 조건 만족 여부에 따라 상기 전력 절환장치(51)가 제어되면, 상기 엔진(52)의 운전 효율 저하를 방지할 수 있고, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 운전비용이 최소화될 수 있다.As described above, when the
즉, 도 12는 상기 공기조화기가 냉방 운전 모드시 상용 전력 사용시 운전비용에서 발전 전력 사용시 운전비용을 뺀 결과를 나타낸 그래프로서, 상기 실내기(Ia)의 운전 비율이 0이고 실외 온도가 21도씨일 때(a)는 상용 전력 사용이 유리하고, 상기 실내기(Ia)의 운전비율이 100이고 실외 온도가 43도씨일 때(b)는 발전 전력 사용이 더 유리함을 알 수 있다.That is, FIG. 12 is a graph showing a result of subtracting an operating cost of using generated power from an operating cost of using commercial power in a cooling operation mode, wherein the operating ratio of the indoor unit Ia is 0 and the outdoor temperature is 21 degrees Celsius. When (a) is the use of commercial power is advantageous, when the operation ratio of the indoor unit (Ia) is 100 and the outdoor temperature is 43 degrees (b) it can be seen that the generation power is more advantageous.
도 13은 상기 공기조화기가 난방 운전 모드시 상용 전력 사용시 운전비용에서 발전 전력 사용시 운전비용을 뺀 결과를 나타낸 그래프로서, 상기 실내기(Ia)의 운전비율이 100이고 실외 온도가 영하 7도씨일 때(c)는 발전 전력이 유리하고, 상 기 실내기 운전비율이 0이고 실외 온도가 24도씨일 때(d)는 상용 전력이 유리함을 알 수 잇다.FIG. 13 is a graph showing the result of subtracting the operating cost of using generated power from the operating cost of using commercial power in the heating operation mode. When the operating ratio of the indoor unit Ia is 100 and the outdoor temperature is minus 7 degrees Celsius. (c) shows that the generated power is advantageous, and when the indoor unit operation ratio is 0 and the outdoor temperature is 24 ° C. (d), the commercial power is advantageous.
한편, 상기와 같이 구성되고, 작용되는 열병합 발전 시스템의 동작을 상기 공기조화기의 운전 모드와 전력에 따라 살펴보면, 다음과 같다.On the other hand, the operation of the cogeneration system configured and operated as described above will be described according to the operation mode and power of the air conditioner.
먼저, 상기 공기조화기의 운전 모드가 냉방 운전 모드이고, 발전 전력 출력시 도 2를 참조하여 설명하면, 다음과 같다. First, the operation mode of the air conditioner is a cooling operation mode, and when the generation power output is described with reference to FIG.
상기 엔진(52)의 구동력에 의해 상기 발전기(50)가 발전하게 되면, 상기 엔진(52)은 상기 엔진 냉각장치(55)에 의해 적정 온도로 운전된다. 즉, 상기 냉각수 순환유로(56) 상의 냉각수가 상기 냉각수 펌프(57)에 의해 펌핑됨에 따라, 상기 엔진(52)의 열이 냉각수에 흡수되고, 상기 엔진(52)의 열을 흡수한 냉각수가 상기 냉각수 열교환기(61)에서 열을 방출한 후 다시 상기 엔진(52)으로 순환된다.When the
상기 냉각수 열교환기(61)에 회수된 냉각수 폐열은, 상기 열매체 순환유로(64) 상의 열매체가 상기 열매체 순환 펌프(65)에 펌핑됨에 따라, 상기 냉각수 열교환기(61), 제2배기가스 열교환기(62), 제1배기가스 열교환기(63)를 차례로 거친 후, 상기 삼방변(94)을 통해 상기 폐열 방열장치(85)에 전달된다.The coolant waste heat recovered by the
상기 폐열 방열장치(85)에 전달된 냉각수 폐열은 상기 폐열 방열장치(85)에 의해 전부 외부로 방열된다.The coolant waste heat transferred to the
상기 엔진(52)의 배기가스 폐열은, 일부가 상기 폐열방출통로(102)를 통해 외부로 바로 방출되고, 나머지가 상기 제2배기가스 열교환기(63)를 통해 회수되어, 상기 냉각수 폐열과 함께 상기 폐열 방열장치(85)에서 방열된다.Part of the exhaust gas waste heat of the
그리고, 상기 공기 조화기에서는, 상기 압축기(70)에서 압축된 냉매가 사방밸브(73)와, 실외 열교환기(75), 실내 팽창밸브(76), 실내 열교환기(74)와 사방밸브(73)를 차례로 통과한 후 상기 압축기(70)로 순환된다. In the air conditioner, the refrigerant compressed by the
그러면, 상기 냉매 순환유로(79) 내 냉매가 상기 압축기(70)에서 압축되고, 상기 실외 열교환기(75)에서 실외 공기와 열교환되어 응축되며, 상기 실내 팽창밸브(76)에서 팽창된 후, 상기 실내 열교환기(74)에서 실내 공기와 열교환되어 증발됨으로써, 상기 실내기(Ia)가 차가운 공기를 공급하게 된다.Then, the refrigerant in the
다음, 상기 공기조화기의 운전 모드가 실외 고온 난방 운전 모드이고, 발전 전력 출력시 도 3을 참조하여 설명하면, 다음과 같다.Next, the operation mode of the air conditioner is the outdoor high temperature heating operation mode, and when described with reference to FIG.
상기 엔진(52)은 상기 엔진 냉각장치(55)에 의해 적정 온도로 운전되고, 상기 엔진(52)의 구동력에 의해 상기 발전기(50)가 발전 전력을 생산한다. The
그리고, 상기 엔진(52)의 냉각수 폐열과 배기가스 폐열 일부가, 상기 폐열 회수장치(60)에 회수된 후, 상기 폐열 방열장치(85)를 통해 방열되고, 상기 엔진(52)의 배기가스 폐열 일부가 상기 폐열방출통로(102)를 통해 바로 방출된다.After the waste water waste heat and part of the waste gas waste heat of the
상기 공기 조화기에서는, 상기 압축기(70)에서 압축된 냉매가 사방 밸브(73)와 실내 열교환기(74), 실내 팽창밸브(76), 실외 팽창밸브(77), 실외 열교환기(75), 폐열 공급 열교환기(80), 그리고 사방 밸브(73)를 차례로 통과한 후 상기 압축기(70)로 순환된다. 이 때, 상기 실외 팽창밸브(77)는 과열도에 따라 제어된다. In the air conditioner, the refrigerant compressed by the compressor (70) is the four-
여기서, 상기 폐열 회수 장치(60)에 회수된 폐열이 상기 폐열 공급 열교환기(80)에 전달되지 않기 때문에 냉매는 상기 냉매 순환 유로(79)의 설계 특성 상 상기 폐열 공급 열교환기(80)를 통과는 하되, 상기 폐열 공급 열교환기(80)에서 증발되지는 않는다.Here, since the waste heat recovered by the waste
그러면, 상기 냉매 순환유로(79) 내 냉매가 냉방 운전 모드시와 반대로 상기 실외 열교환기(75)에서 증발되고, 상기 실내 열교환기(74)에서 실내 공기로 열을 방출하여 응축됨으로써, 상기 실내기(Ia)가 따뜻한 공기를 공급하게 된다.Then, the refrigerant in the
다음, 상기 공기조화기가 실외 저온 난방 운전 모드이고, 발전 전력 출력시 도 4를 참조하여, 설명하면 다음과 같다.Next, the air conditioner is the outdoor low-temperature heating operation mode, and when described with reference to Figure 4 when generating power output.
상기 엔진(52)은 상기 엔진 냉각장치(55)에 의해 적정 온도로 운전되고, 상기 엔진(52)의 구동력에 의해 상기 발전기(50)가 발전 전력을 생산한다. The
그리고, 상기 엔진(52)의 냉각수 폐열과 상기 엔진(52)의 배기가스 폐열이 상기 폐열회수장치(60)를 통해 차례로 회수된다. 상기 폐열회수장치(60)에 회수된 폐열은 적어도 일부가 상기 폐열 공급 열교환기(80)로 전달되고, 상기 폐열 공급 열교환기(80)로 전달되고 남은 잉여 폐열이 상기 폐열 방열장치(85)를 통해 방열된다.The waste water waste heat of the
상기 공기 조화기에서는, 상기 압축기(70)에서 압축된 냉매가 사방 밸브(73)와 실내 열교환기(74), 실내 팽창밸브(76), 실외 팽창밸브(77), 폐열 공급 열교환기(80), 그리고 사방 밸브(73)를 차례로 통과한 후 상기 압축기(70)로 순환된 다. 이 때, 상기 실외 팽창밸브(77)는 과열도에 따라 제어된다.In the air conditioner, the refrigerant compressed by the compressor (70) is a four-way valve (73), an indoor heat exchanger (74), an indoor expansion valve (76), an outdoor expansion valve (77), a waste heat supply heat exchanger (80). Then, after passing through the four-
그러면, 상기 냉매 순환유로(79) 내 냉매가 상기 폐열 공급 열교환기(80)에서 증발되고, 상기 실내 열교환기(74)에서 실내 공기로 열을 방출하여 응축됨으로써, 상기 실내기(Ia)가 따뜻한 공기를 공급하게 된다.Then, the refrigerant in the
상기와 같이 실외 저온 난방 운전 모드시에는 상기 실외 열교환기(75)가 아닌 상기 폐열공급 열교환기(80)가 증발기 역할을 수행하기 때문에, 실외 온도변화에 관계없이 항상 일정한 난방 능력을 제공할 수 있고, 상기 압축기(70)가 무리없이 작동될 수 있다.In the outdoor low temperature heating operation mode as described above, since the waste heat
또한, 상기 엔진(52)의 폐열을 이용하기 때문에 상기 압축기(70)의 운전 용량 감소시 소비 전력을 최소화할 수 있다.In addition, since the waste heat of the
다음, 상기 공기조화기가 냉방 운전 모드이고, 상용 전력 출력시 도 5를 참조하여 설명하면, 다음과 같다.Next, when the air conditioner is in the cooling operation mode and is described with reference to FIG. 5 at the time of commercial power output, it is as follows.
상기 발전기(50)와, 엔진(52)과 냉각수 펌프(57), 열매체 순환 펌프(65), 그리고 폐열 방열 송풍기(88)는 정지 상태로 유지된다.The
상기 공기조화기는 상기 압축기(70)에서 압축된 냉매가 사방밸브(73)와, 실외 열교환기(75), 실내 팽창밸브(76), 실내 열교환기(74)와 사방밸브(73)를 차례로 통과한 후 상기 압축기(70)로 순환되면서, 상기 실내기(Ia)가 차가운 공기를 공급하게 된다.In the air conditioner, the refrigerant compressed by the compressor (70) passes through a four-way valve (73), an outdoor heat exchanger (75), an indoor expansion valve (76), an indoor heat exchanger (74), and a four-way valve (73). After being circulated to the
다음, 상기 공기조화기가 난방 운전 모드이고, 상용 전력 출력시 도 6을 참조하여 설명하면, 다음과 같다.Next, the air conditioner is a heating operation mode, and will be described with reference to FIG. 6 when outputting commercial power.
상기 발전기(50)와, 엔진(52)과 냉각수 펌프(57), 열매체 순환 펌프(65), 그리고 폐열 방열 송풍기(88)는 정지 상태로 유지된다.The
상기 공기조화기는, 상기 압축기(70)에서 압축된 냉매가 사방 밸브(73)와 실내 열교환기(74), 실내 팽창밸브(76), 실외 팽창밸브(77), 실외 열교환기(75), 폐열 공급 열교환기(80), 그리고 사방 밸브(73)를 차례로 통과한 후 상기 압축기(70)로 순환되면서, 상기 실내기(Ia)가 따뜻한 공기를 공급하게 된다. 이 때, 상기 실외 팽창밸브(77)는 과열도에 따라 제어된다.The air conditioner, the refrigerant compressed by the
여기서, 상기 폐열 회수 장치(60)에 회수된 폐열이 상기 폐열 공급 열교환기(80)에 전달되지 않기 때문에 냉매는 상기 냉매 순환 유로(79)의 설계 특성 상 상기 폐열 공급 열교환기(80)를 통과는 하되, 상기 폐열 공급 열교환기(80)에서 증발되지는 않는다.Here, since the waste heat recovered by the waste
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법은 공기조화기의 운전 모드와 부하 조건에 따라, 발전 전력과 상용 전력 중 열병합 발전 시스템의 운전 효율에 유리한 전력이 상기 공기조화기에 출력되기 때문에 시스템 운전 효율이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 시스템의 운전비용이 절감될 수 있는 이점이 있다.The cogeneration system and the control method thereof according to the present invention configured as described above output power to the air conditioner, which is advantageous for the operation efficiency of the cogeneration system among generated power and commercial power, depending on the operation mode and the load condition of the air conditioner. Therefore, not only can the system operating efficiency be improved, but the operating cost of the system can be reduced.
또한, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법은, 히스테리시스 영역을 둠으로써, 전력 절환 횟수를 최소화함과 아울러 운전 효율 및 운전비용을 최대화한 이점이 있다.In addition, the cogeneration system and the control method thereof according to the present invention have the advantage of minimizing the number of power switching, as well as maximizing operating efficiency and operating cost by providing a hysteresis region.
또한, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법은, 전력 절환시 상기 공기조화기가 일시 정지된 후 재 운전됨으로써, 전력 절환시 상기 공기조화기, 특히 압축기의 무리를 방지할 수 있는 이점이 있다.In addition, the cogeneration system and the control method according to the present invention, there is an advantage that can prevent the crowd of the air conditioner, in particular the compressor during power switching by re-operating after the air conditioner is paused during power switching. .
또한, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법은, 공기조화기의 운전 모드 및 부하 조건에 따라 발전 전력과 상용 전력의 전력 절환이 자동으로 제어되기 때문에 능동적으로 전력이 절환되어 시스템의 효율 및 경제성이 향상될 수 있고, 전력 수동 절환으로 인한 불편함을 방지할 수 있으며, 전력 수동 절환시 부주위로 인하여 발전 전력과 상용 전력이 동시에 출력됨으로써 발생되는 단락 사고를 방지할 수 있는 이점이 있다.In addition, the cogeneration system and the control method thereof according to the present invention, since the power switching of the generated power and commercial power is automatically controlled in accordance with the operation mode and load conditions of the air conditioner, the power is actively switched to the system efficiency and Economics can be improved, and inconveniences caused by manual power switching can be prevented, and short circuit accidents caused by simultaneous output of generated power and commercial power due to sub-divisions during power manual switching can be prevented.
또한, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법은, 상기 공기조화기의 실외 저온 난방 운전 모드시 구동원의 폐열이 상기 공기조화기에 공급됨으로써, 실외 온도 변화와 상관없이 항상 상기 공기조화기가 일정 수준의 난방 성능을 발휘할 수 있고, 더불어 시스템의 효율이 극대화될 수 있는 이점이 있다.In addition, the cogeneration system and the control method according to the present invention, the waste heat of the driving source is supplied to the air conditioner in the outdoor low temperature heating operation mode of the air conditioner, the air conditioner is always at a constant level regardless of the outdoor temperature change It can achieve the heating performance of, and also has the advantage that the efficiency of the system can be maximized.
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