KR100790830B1 - Cogeneration System and Control Method - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법은, 엔진과 같은 구동원이 운전되기 시작하면 발전기의 발전 전력을 공급받는 전력 소비기기 중 적어도 일부는, 상기 구동원의 워밍업 후 상기 발전기의 발전 전력을 공급받아 운전되기 때문에 상기 구동원의 워밍업 전에 상기 구동원에 걸리는 부하를 최소화할 수 있어서 상기 구동원의 수명을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 구동원이 신속히 워밍업되어 안정적으로 운전될 수 있다.In the cogeneration system and the control method thereof according to the present invention, at least some of the power consumption devices that receive the generated power of the generator when the driving source such as the engine starts to operate receive the generated power of the generator after warming up of the driving source. Since the driving is minimized, the load on the driving source can be minimized before warming up of the driving source, thereby improving the life of the driving source, and the driving source can be warmed up quickly and stably operated.
열병합 발전 시스템, 구동원, 발전기, 폐열회수장치, 히트 펌프식 공기 조화기, 발전기 개폐기 Cogeneration System, Drive Source, Generator, Waste Heat Recovery Unit, Heat Pump Air Conditioner, Generator Switchgear
Description
도 1은 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템의 개략도,1 is a schematic diagram of a cogeneration system according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 냉방시 개략도,Figure 2 is a schematic view of the cooling of the cogeneration system according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 난방시 개략도,3 is a schematic view of the heating of the cogeneration system according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 제어방법에 따른 순서도,4 is a flow chart according to the control method of the cogeneration system according to the present invention,
도 5는 일반적인 열병합 발전 시스템의 히트 펌프식 공기조화기의 운전 시간에 따른 압축기의 저압을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the low pressure of the compressor according to the operating time of the heat pump type air conditioner of the general cogeneration system.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>
50 : 구동원 51 : 발전기 개폐기50: drive source 51: generator switch
52 : 발전기 55 : 엔진 냉각장치52
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 : 방열장치 90 : 바이패스 유로85: heat sink 90: bypass flow path
94 : 삼방변94: trilateral
본 발명은 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 특히 구동원 워밍업 후, 발전기의 발전 전력이 히트 펌프식 공기조화기와 같은 전력 소비기기로 공급 허용되는 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
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 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. Such a cogeneration system is capable of recovering waste heat from exhaust gas or cooling water generated by power generation by driving an engine or a turbine to increase the overall thermal efficiency by 70 to 80%. In particular, it is a high-efficiency energy utilization method that utilizes the recovered waste heat a lot in cooling, heating, and hot water supply.
도 1은 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템의 개략도이다.1 is a schematic 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 엔진 등의 구동 원(10, 이하 ‘엔진’이라 칭함)과, 상기 엔진(10)에서 발생된 폐열을 회수하는 폐열 회수 장치(20)와, 상기 폐열 회수 장치(20)의 폐열이 이용되는 열수요처(30)를 포함하여 구성된다.In the conventional cogeneration system, as illustrated in FIG. 1, a
상기 발전기(2)에서 생산된 발전 전력은 가정의 각종 조명기구나 히트 펌프식 공기조화기(4) 등의 전력 소비기기로 공급된다.The generated electric power generated by the
상기 발전기(2)와 엔진(10)은 상기 열수요처(30)와 별도로 이루어진 섀시(미도시)의 엔진룸(E) 내에 설치된다.The
상기 히트 펌프식 공기조화기(4)는 압축기(5)와 사방 밸브(6)와 실내 열교환기(7)와 팽창기구(8)와 실외 열교환기(9)를 포함하여 구성된다.The heat pump
상기 히트 펌프식 공기조화기(4)는 냉방 운전시 상기 압축기(5)에서 압축된 냉매가 사방 밸브(6)와 실외 열교환기(9)와 팽창기구(8)와 실내 열교환기(7)와 사방 밸브(6)를 차례로 경유하여 압축기(5)로 순환됨에 따라, 상기 실외 열교환기(9)가 응축기로 작용하고, 상기 실내 열교환기(7)가 증발기로 작용하면서 실내 공기의 열을 빼앗는다.The heat pump type air conditioner (4) has a refrigerant compressed by the compressor (5) during the cooling operation, the four-way valve (6), the outdoor heat exchanger (9), the expansion mechanism (8) and the indoor heat exchanger (7) As it is circulated to the compressor 5 via the four-
반면에, 상기 히트 펌프식 공기조화기(4)는 난방 운전시 상기 압축기(5)에서 압축된 냉매가 사방 밸브(6)와 실내 열교환기(7)와 팽창기구(8)와 실외 열교환기(9)와 사방 밸브(6)를 차례로 경유하여 압축기(5)로 순환됨에 따라, 상기 실외 열교환기(9)가 증발기로 작용하고, 상기 실내 열교환기(7)가 응축기로 작용하면서 실내 공기를 가열한다.On the other hand, the heat pump type air conditioner (4) has the refrigerant compressed by the compressor (5) during the heating operation, the four-way valve (6), the indoor heat exchanger (7), the expansion mechanism (8) and the outdoor heat exchanger ( 9) and the four-
상기 폐열 회수장치(20)는 상기 엔진(10)에서 배출되는 배기가스의 열을 빼 앗는 배기 가스 열교환기(22)와, 상기 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 엔진(10)의 배기가스로부터 빼앗은 폐열은 상기 제 1 열 공급라인(23)을 통해 열수요처(30)로 전달된다.The exhaust
상기 냉각수 열교환기(24)는 상기 열수요처(30)와 제 2 열 공급라인(25)으로 연결되고, 상기 엔진(10)을 냉각시킨 냉각수로터 빼앗은 열은 상기 제 2 열 공급라인(25)을 통해 열수요처(30)에 전달된다. The cooling water heat exchanger (24) is connected to the heat demand (30) and the second heat supply line (25), and the heat taken away from the cooling water rotor cooling the engine (10) is transferred to the second heat supply line (25). It is transmitted to the
그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 열병합 발전 시스템은, 상기 엔진(10)의 운전 시작 후 상기 엔진(10)의 워밍업 전까지, 즉 상기 엔진(10)의 초기 기동시에는 상기 엔진(10)의 운전이 불안정하고 그 효율이 낮은데, 상기 엔진(10)의 운전 시작 후 바로 상기 발전기(2)의 발전 전력이 상기 히트 펌프식 공기조화기(4) 등의 전력 소비기기에 공급되기 때문에 상기 엔진(10)의 수명이 단축되고, 상기 엔진(10)의 운전이 안정되는데 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.However, the cogeneration system according to the prior art as described above, after the start of the operation of the
아울러, 열병합 발전 시스템 전체의 초기 운전 상태가 불안정하여 신뢰성 측면에서 불리한 문제점이 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 히트 펌프식 공기조화기(4) 운전 시작 후 상기 압축기(4)의 저압이 안정(도 5의 'A'부분)되기까지 소정 시간(to)이 소요되는데, 상기 엔진(10)의 운전이 불안정하면 상기 압축기(4)의 저압이 안정되는 시간이 더 길어지면서 상기 히트 펌프식 공기조화기(4)의 초기 운전 성능이 저하된다.In addition, there is a disadvantage in terms of reliability because the initial operating state of the cogeneration system as a whole is unstable. That is, as shown in FIG. 5, it takes a predetermined time (to) until the low pressure of the
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 구동원의 워밍업 후, 발전기의 발전 전력이 히트 펌프식 공기조화기와 같은 전력 소비기기에 공급됨으로써, 상기 구동원의 수명이 향상됨과 아울러 상기 구동원이 초기 운전시 신속히 안정될 수 있으며, 전 시스템이 안정된 상태에서 운전될 수 있는 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and after warming up the drive source, the power generated by the generator is supplied to a power consumer such as a heat pump type air conditioner, thereby improving the life of the drive source and the It is an object of the present invention to provide a cogeneration system and a control method thereof, in which a driving source can be stabilized at an initial operation and can be operated in a stable state.
또한, 본 발명은 상기 히트 펌프식 공기조화기와 같은 전력 소비기기가 엔진의 운전이 안정된 상태에서 운전됨으로써, 그 효율 및 신뢰성이 향상될 수 있는 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a cogeneration system and a method of controlling the same, in which the power consumption device such as the heat pump type air conditioner is operated in a stable operation of the engine, whereby the efficiency and reliability thereof can be improved. .
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은, 구동원과; 구동원의 폐열을 회수하는 폐열 회수장치와; 상기 구동원에 의해 구동되어 발전 전력을 생산하는 발전기와; 상기 발전 전력을 사용하는 적어도 하나 이상의 전력 소비기기와; 상기 전력 소비기기 중 적어도 일부는 상기 구동원의 워밍업(Warming-up) 후, 상기 발전 전력 공급을 허용받도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.Cogeneration system according to the present invention for solving the above problems, the drive source; A waste heat recovery apparatus for recovering waste heat of the driving source; A generator which is driven by the drive source to produce generated power; At least one power consumer using the generated power; At least some of the power consumer may include a control unit configured to control the power supply to be allowed to be supplied after warm-up of the driving source.
상기 전력 소비기기 중 하나는 냉/난방이 가능한 히트 펌프식 공기조화기이 고, 상기 히트 펌프식 공기조화기는 난방시 상기 구동원의 폐열을 이용토록, 상기 폐열 회수 장치에 회수된 폐열을 흡수하는 폐열 공급 열교환기와 연결된 것을 특징으로 한다.One of the power consumers is a heat pump type air conditioner capable of cooling / heating, and the heat pump type air conditioner supplies waste heat absorbing the waste heat recovered to the waste heat recovery device so as to use waste heat of the driving source when heating. It is characterized in that connected to the heat exchanger.
상기 전력 소비기기 중 하나는 히트 펌프식 공기조화기이고, 상기 제어부는 상기 히트 펌프식 공기조화기의 발전 전력 공급이 상기 구동원의 워밍업 후 허용되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.One of the power consumer devices is a heat pump type air conditioner, and the control unit is characterized in that the power supply for generating power of the heat pump type air conditioner is controlled to be allowed after warm-up of the drive source.
상기 열병합 발전 시스템은, 상기 구동원이 냉각수에 의해 적정 온도 범위 내에서 운전되게 하는 엔진 냉각장치와; 상기 구동원의 냉각수온을 감지하는 냉각수온 센서를 포함하고; 상기 제어부는 상기 구동원의 냉각수온을 통해 상기 구동원의 워밍업 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.The cogeneration system includes: an engine cooling apparatus for allowing the driving source to be operated within a proper temperature range by cooling water; A coolant temperature sensor for sensing a coolant temperature of the driving source; The controller may determine whether the driving source is warmed up through the cooling water temperature of the driving source.
상기 열병합 발전 시스템은, 상기 발전 전력 출력을 단속하는 발전기 개폐기가 포함된 것을 특징으로 한다.The cogeneration system is characterized in that it comprises a generator switch for regulating the generated power output.
상기 열병합 발전 시스템은, 상기 구동원이 냉각수에 의해 적정 온도 범위 내에서 운전되게 하는 엔진 냉각장치가 포함되고; 상기 폐열 회수장치는 상기 구동원을 냉각시킨 냉각수의 열을 회수토록 구비된 것을 특징으로 한다.The cogeneration system includes an engine cooling apparatus for causing the driving source to be operated within a proper temperature range by cooling water; The waste heat recovery device is characterized in that it is provided to recover the heat of the cooling water cooling the drive source.
상기 제어부는 상기 전력 소비기기 중 하나인 히트 펌프식 공기조화기의 실내기 운전용량에 따라 상기 구동원의 정지여부를 제어하는 것을 특징으로 한다.The control unit may control whether the driving source is stopped according to the indoor unit operation capacity of the heat pump type air conditioner, which is one of the power consumption devices.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 제어방법은 발전기를 구동시키는 구동원의 운전요청신호가 입력되면, 상기 구동원이 운전되는 발전 전력 준비단계와; 상기 구동원의 운전 시작 후, 적어도 일부 전 력 소비기기는 상기 구동원의 워밍업 여부에 따라 발전 전력을 공급받게 하는 발전 전력 공급 허용단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the control method of the cogeneration system according to the present invention for achieving the above object is a power generation preparation step of driving the drive source when the driving request signal of the drive source for driving the generator is input; After starting the driving of the drive source, at least some of the power consumer device is characterized in that it comprises a power generation allowance step for receiving the generation power supply depending on whether the drive source is warmed up.
상기 전력 소비기기 중 히트 펌프식 공기조화기는 상기 발전 전력 공급 허용단계를 통해 발전 전력을 공급받는 것을 특징으로 한다.Heat pump type air conditioner of the power consumer is characterized in that the generation power is supplied through the power generation allowance step.
상기 발전 전력 준비단계는 구동원 운전 온 과정과, 발전기 운전 온 과정과, 발전 전력 출력을 단속하는 발전기 개폐기가 온 동작되는 발전기 개폐기 온 과정이 차례로 실시되는 것을 특징으로 한다.The generation power preparation step is characterized in that the driving source operation on process, the generator operation on process, and the generator switch on process in which the generator switch for intermittent generation power output is turned on.
상기 발전 전력 허용단계는, 상기 구동원의 냉각수온에 따라 상기 구동원의 워밍업 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.In the generating power allowance step, it is determined whether the driving source is warmed up according to the cooling water temperature of the driving source.
상기 열병합 발전 시스템의 제어방법은, 상기 발전 전력 공급 허용단계를 통해 발전 전력의 공급이 허용된 전력 소비기기의 운전이 온 되는 발전 전력 사용단계와; 상기 발전 전력 사용단계 후, 상기 발전 전력 공급 허용단계를 통해 발전 전력의 공급이 허용된 전력 소비기기의 운전 오프 후 소정 시간 경과되면, 상기 구동원의 운전이 오프되는 발전 정지단계를 더 포함하는 것을 한다.The control method of the cogeneration system includes: a generation power use step of turning on an operation of a power consuming device that is allowed to supply generation power through the generation power supply allowing step; After the step of using the power generation power, the generation of the power supply through the power supply allow step further after the predetermined time after the operation off of the power consumption device allowed to supply the power generation, further comprising the step of stopping the power generation of the operation of the drive source .
상기 열병합 발전 시스템의 제어방법은, 상기 발전 전력 준비 단계 후, 일부 전력 소비기기는 상기 구동원의 워밍업과 상관없이 발전 전력을 바로 공급받게 하는 발전 전력 사용단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The control method of the cogeneration system is characterized in that, after the step of preparing the generated power, some power consumers include a generated power using step to receive the generated power immediately regardless of the warm-up of the drive source.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 냉방시 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 난방시 개략도이다.2 is a schematic view of the cogeneration system according to the present invention during cooling, and FIG. 3 is a schematic view of the cogeneration system according to the present invention during heating.
도 2,3 에 도시된 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은, 구동원(50)과, 상기 구동원(50)의 폐열을 회수하는 폐열 회수장치(60)와, 상기 구동원(50)의 구동력에 의해 구동되어 발전 전력을 생산하는 발전기(52)와, 상기 발전기(52)의 발전 전력을 사용하는 적어도 하나 이상의 전력 소비기기를 포함하여 구성된다.The cogeneration system according to the present invention shown in FIGS. 2 and 3 is driven by a
상기 구동원(50)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 '50'은 엔진(50)을 지시한다.The
상기 엔진(50)에는 내부에 구비된 연소실로 연료가 공급되는 연료관(53)과, 상기 연소실에서 배기되는 배기가스가 배출되는 배기관(54)이 구비된다.The
또한, 상기 엔진(50)에는 상기 엔진(50) 과열시 고장나기 쉽고 수명이 단축되며 엔진 출력이 저하되고, 상기 엔진(50) 과냉시 엔진 효율이 저하되는 등 상기 엔진(50)의 신뢰성이 저하되는 바, 상기 엔진(50)이 적정 온도 범위 내에서 운전되게 하는 엔진 냉각장치(55)가 구비된다.In addition, the
상기 엔진 냉각장치(55)는 냉각수가 상기 엔진(50)과 상기 엔진(50)으로부터 흡수한 열을 방출하기 위한 폐열 회수장치(60) 중 후술할 냉각수 열교환기(61) 사이에서 순환되도록 안내하는 냉각수 순환 유로(56)와, 상기 냉각수 순환 유로(56) 상에 설치되어 냉각수가 상기 냉각수 순환 유로(56)를 따라 순환되도록 펌핑하는 냉각수 펌프(57)로 이루어진다.The
상기 냉각수 순환 유로(56)에는 냉각수온을 감지하기 위한 냉각수온 센서 (56')가 구비될 수 있다. The cooling
상기 냉각수온 센서(56')는 상기 엔진 냉각장치(55)가 상기 엔진(50)을 적절히 냉각하고 있는지 판단하기 위한 냉각수온 정보를 획득하기 위한 것으로서, 상기 냉각수 순환 유로(56) 상에 구비되되, 상기 엔진(50)을 냉각한 냉각수의 온도를 감지할 수 있도록 상기 엔진(50)의 토출구 측에 위치됨이 바람직하다.The cooling
상기 폐열 회수장치(60)는 상기 엔진(50) 냉각 후 고온이 된 상기 엔진 냉각장치(55)의 냉각수의 열을 빼앗는 상기 냉각수 열교환기(61)와, 상기 엔진(50)의 배기관(54)에 연결되어 상기 엔진(50)에서 배기된 배기가스의 열을 회수하는 제 1,2배기가스 열교환기(62)(63)로 구성될 수 있다. The waste
상기 폐열 회수장치(60)에 회수된 폐열은 폐열 공급 열교환기(80)를 통해 상기 일부 전력 소비기기에 공급되거나, 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. 상기한 열매체 순환유로(64)에는 상기 열매체 순환유로(64) 내 열매체가 순환될 수 있도록 펌핑 작용을 행하는 열매체 순환펌프(65) 가 설치된다. 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
상기 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 방열유로(87)로 이루어진다. 또한, 상기 방열장치(85)는 방열성 극대화를 위해 상기 방열 열교환기(86)로 외부 공기를 강제 송풍시키는 방열팬(88)이 포함된다. The
상기 방열유로(87)와 열매체 순환유로(64)가 연결되는 두 지점 중 어느 한 지점에는 상기 열매체의 흐름을 절환하기 위한 삼방변(94)이 설치된다.At any one of two points at which the heat
상기 발전기(52)는 교류 발전기와 직류 발전기 중 어느 하나로 구현된다.The
상기한 발전기(52)에는 상기 발전기(52)에서 생산된 발전 전력이 외부로 출력되는 것을 단속할 수 있는 발전기 개폐기(GCB, Generator Circuit Breaker)(51)가 구비된다. 상기 발전기 개폐기(51)는 온/오프 동작 스위치로 구현될 수 있다.The
상기 전력 소비기기로는 상기 냉각수 펌프(57)와, 열매체 순환펌프(65), 방열 팬(88), 그리고 상기 발전기(52)의 발전 전력 대부분을 소비하는 냉/난방을 위한 히트 펌프식 공기조화기가 있다.The electric power consumption device includes a heat pump type air conditioner for cooling / heating that consumes most of the generated electric power of the cooling
상기 히트 펌프식 공기조화기는 압축기(70)와 사방밸브(73), 실외 열교환기(75), 실외 송풍기(75')와 난방시에만 사용되는 실외 팽창밸브(77)가 설치된 실외기(Oa)와, 상기 실내 열교환기(74)와 실내 송풍기(74'), 실내 팽창밸브(76)가 설치된 실내기(Ia)로 이루어진다. The heat pump type air conditioner includes an outdoor unit Oa provided with a
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 히트 펌프식 공기조화기의 열매체인 냉매가 흡입되는 흡입 측에 설치된 공용 어큐뮬레이터(78)를 통해 연결된다. The two
상기한 히트 펌프식 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 히트 펌프식 공기조화기는 복수개의 실외기(Oa)와 복수개의 실내기(Ia)로 구성된 것으로 한정하여 설명한다.The heat pump type air conditioner may be composed of one outdoor unit Oa and one indoor unit Ia, may be composed of one outdoor unit Oa and a plurality of indoor units Ia, It is also possible to comprise the outdoor unit Oa and the plurality of indoor units Ia. Hereinafter, the heat pump type 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)와 실내기(Ia), 그리고 난방 운전시 상기 엔진(50)의 폐열을 히트 펌프식 공기조화기에 공급하기 위한 상기 폐열 공급 열교환기(80)는 히트 펌프식 공기조화기의 냉/난방을 위한 열매체인 냉매가 순환될 수 있도록 안내하는 냉매 순환유로(79)를 통해 연결된다. The plurality of outdoor units Oa, indoor units Ia, and the waste heat
상기 냉매 순환유로(79)에는 냉방 운전시 상기 폐열공급 열교환기(80)로 냉매가 유입되는 것을 차단토록 상기 폐열 공급 열교환기(80)의 입구 측에 제 1개폐밸브(81)가 구비되고, 냉방 운전시 상기 폐열공급 열교환기(80)로 냉매가 역류되는 것을 차단토록 상기 폐열 공급 열교환기(80)의 출구 측에 제 1체크밸브(91)가 구비된다. The
그리고, 상기 냉매 순환유로(79)에는 냉방 운전시 냉매가 상기 폐열 공급 열교환기(80)를 바이패스하도록 상기 폐열 공급 열교환기(80)의 입구 측과 출구 측을 연결하는 냉방유로(84)가 구비된다. In addition, the
상기 냉방유로(84)에는 냉방 운전시 냉매를 안내하고, 난방 운전시 냉매의 유입을 차단하도록 제 2개폐밸브(82)가 구비된다. The
또한, 상기 냉매 순환유로(79)에는 난방 운전시 냉매가 상기 실외 열교환기(75)로 유입되는 것을 차단토록 상기 실외 열교환기(75)의 입구 측에 제3개폐밸브(83)가 구비되고, 상기 실외 열교환기(75)의 출구 측에 냉매의 역류를 차단하기 위한 제 2체크밸브(92)가 구비된다. In addition, the
아울러, 상기 냉매 순환유로(79)에는 난방 운전시 냉매가 상기 실외 열교환기(75)를 바이패스하도록 상기 실외 열교환기(75)의 입구 측과 출구 측을 연결하는 바이패스 유로(90)가 구비된다. In addition, the
상기 바이패스 유로(90)에는 냉방 운전시 상기 실외 열교환기(75)로 흡입되는 냉매가 상기 바이패스 유로(90)로 역류되는 것을 차단토록 제 3체크밸브(93)가 구비되고, 냉매를 팽창시키기 위한 상기 실외 팽창밸브(77)가 위치된다.The
상기와 같이 구비된 냉매 순환유로(79)를 순환하는 냉매가 난방 운전시 냉매가 상기 실외 열교환기(75)와 폐열 공급 열교환기(80) 중 어느 하나로만 순환될 수 있도록, 상기 실외 열교환기(75)와 폐열 공급 열교환기(80)는 병렬로 배치된다.As the refrigerant circulating through the
한편, 본 실시 예에 따른 열병합 발전 시스템은 상기 엔진(50)의 운전 시작 시 상기 엔진(50)의 워밍업 여부에 따른 상기 전력 소비기기 중 히트 펌프식 공기조화기의 발전 전력 공급 허용을 포함한, 전반적인 열병합 발전 시스템의 운전을 제어하기 위한 제어부(100)가 구비된다.On the other hand, the cogeneration system according to the present embodiment, including the power supply of the heat pump-type air conditioner of the power consumption device of the power consumption device according to whether the warm-up of the
상기 제어부(100)는 상기 엔진(50)의 워밍업 여부를 상기 냉각수온 센서(56')을 통해 획득한 냉각수온 정보를 통해 판단할 수 있다. The
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 동작을 도 2 내지 도 4를 참조하여, 살펴보면 다음과 같다.The operation of the cogeneration system according to the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
상기 엔진(50) 및 복수개의 실내기(Ia)가 정지된 상태에서, 냉/난방을 위하여 상기 복수개의 실내기(Ia) 중 어느 하나라도 운전 명령을 받으면, 상기 엔진(50)에 운전요청신호가 입력된다(S2). When the
이 때, 상기 실내기(Ia)의 냉방 또는 난방 운전 명령에 따라 각각의 밸브(81)(82)(83)(77)(76) 및 삼방변(94) 등이 상기 발전기(52)의 발전 전력이 아닌 상용 전력에 의해 초기화된다.At this time, the
상기 운전요청신호를 받은 엔진(50)이 운전되면, 상기 발전기(52)에 운전 준비신호가 입력된 후 상기 발전기(52)가 상기 엔진(50)에 의해 구동되면서 발전 전력을 생산한다(S6).When the
상기 발전기(52)가 발전하게 되면, 상기 발전기 개폐기(51)에 GCB ON 요청신호가 입력된 후 상기 발전기(52)의 발전 전력 출력이 가능토록 상기 발전기 개폐기(51)가 온 동작된다(S8).When the
상기 발전기 개폐기(51)가 온 동작되면, 상기 발전기(52)의 발전 전력을 공급받는 전력 소비기기 중 히트 펌프식 공기조화기를 제외한 나머지, 즉 냉각수 펌프(57)와 열매체 순환 펌프(65), 방열팬(88) 등은 상기 엔진(50)의 워밍업 여부와 상관없이 바로 상기 발전기(52)의 발전 전력을 공급받아 구동된다(S20).When the
아울러, 상기 발전기 개폐기(51)가 온 동작되면, 상기 냉각수온 센서(56')을 통해 획득한 상기 엔진(50)을 냉각시킨 냉각수의 온도 정보를 통해 상기 엔진(50)의 워밍업 여부가 판단된다(S10).In addition, when the
즉, 상기 냉각수온 센서(56')을 통해 획득한 상기 엔진(50)을 냉각시킨 냉각수의 온도(T) 정보가, 상기 엔진(50)의 워밍업 여부를 판단하기 위한 기준으로서 기 설정된 워밍업 기준치(To)와 비교된다. That is, the temperature T information of the coolant obtained by cooling the
상기 냉각수온 비교 과정에서, 상기 냉각수온 센서(56')을 통해 획득한 상기 엔진(50)을 냉각시킨 냉각수의 온도(T)가 상기 기 설정된 워밍업 기준치(To)를 초과하면, 상기 엔진(50)이 워밍업된 상태로 판단된다. In the cooling water temperature comparison process, when the temperature T of the cooling water cooling the
상기에서 엔진(50)을 냉각시킨 냉각수의 온도가 75 ~ 85℃ 범위일 때, 상기 엔진(50)이 안정적으로 운전됨과 아울러 그 효율이 좋으므로, 기 설정된 워밍업 기준치(To)는 50℃ 정도로 설정됨이 바람직하다. When the temperature of the coolant cooling the
상기와 같은 엔진(50)의 워밍업 여부 판단과정을 통해 상기 엔진(50)이 워밍업되었다고 판단되면, 상기 발전기(52)의 발전 전력이 상기 히트 펌프식 공기 조화기에 공급되는 것이 허용되고, 상기 히트 펌프식 공기 조화기의 실외기(Oa)에 운전허용신호가 입력된다.If it is determined that the
상기 히트 펌프식 공기조화기의 실외기(Oa)에 운전허용신호가 입력되면, 상기 히트 펌프식 공기조화기가 상기 발전기(52)의 발전 전력을 공급받아서 냉/난방 기능을 수행하게 된다(S12).When the operation permit signal is input to the outdoor unit Oa of the heat pump type air conditioner, the heat pump type air conditioner receives the generated power of the
더불어, 상기 엔진(50)이 운전되는 동안에는 상기 엔진(50)이 상기 엔진 냉각장치(55)에 의해 냉각되고, 상기 엔진(50)의 폐열이 상기 폐열 회수장치(60)에 의해 회수된 후 상기 폐열 공급 열교환기(80) 또는 방열장치(85)를 통해 방출된다.In addition, while the
한편, 상기와 같이 열병합 발전 시스템이 작동되는 중에 상기 복수개의 실내기(Ia) 중 어느 하나도 운전 명령을 받지 않으면, 즉 상기 실내기(Ia)의 운전 용량이 제로가 되면(S14), 상기 실외기(Oa)가 정지된다.On the other hand, if none of the plurality of indoor units Ia receives a driving command while the cogeneration system is operating as described above, that is, when the operating capacity of the indoor unit Ia becomes zero (S14), the outdoor unit Oa Is stopped.
상기 열병합 발전 시스템의 작동 중에 상기 실내기(Ia)의 운전 용량이 제로인 상태로 소정 시간(t)(일 예로, 5분정도)이 경과되기 전에 상기 복수개의 실내기(Ia) 중 어느 하나라도 운전 명령을 받으면, 즉 상기 실내기(Ia)의 운전 용량이 제로가 아니면, 상기 실외기(Oa)가 다시 운전된다.During operation of the cogeneration system, any one of the plurality of indoor units Ia may be operated before a predetermined time t (for example, about 5 minutes) has elapsed while the operating capacity of the indoor unit Ia is zero. On receipt, if the operating capacity of the indoor unit Ia is not zero, the outdoor unit Oa is driven again.
반면, 상기 열병합 발전 시스템의 작동 중에 상기 실내기(Ia)의 운전 용량이 제로인 상태로 소정 시간(t)이 경과되면(S16), 상기 히트 펌프식 공기조화기의 운전이 정지되고(S18), 상기 엔진(50)에 운전 정지신호가 입력된 후 상기 엔진(50)이 정지된다(S19). 즉 열병합 발전 시스템이 정지된다.On the other hand, if a predetermined time t elapses with the operation capacity of the indoor unit Ia being zero during the operation of the cogeneration system (S16), the operation of the heat pump type air conditioner is stopped (S18). After the operation stop signal is input to the
한편, 상기 히트 펌프식 공기조화기의 냉방시 동작을 도 2를 참조하여 자세히 살펴보면, 다음과 같다.Meanwhile, the cooling operation of the heat pump type air conditioner will be described in detail with reference to FIG. 2.
냉방 운전 명령이 입력되면, 상기 삼방변(94)이 냉방모드로 절환된다. 즉, 상기 폐열 회수장치(60)를 통해 회수한 엔진(50)의 폐열이 100% 대기 중으로 방출된다.When the cooling operation command is input, the three-
그리고, 상기 사방밸브(73)가 냉방모드로 절환되고, 상기 제 1개폐밸브(81)는 오프 동작되며, 상기 제 2,3개폐 밸브(82)(83)는 온 동작된다. 또한, 상기 실외 팽창밸브(77)도 오프 동작되어 상기 바이패스 유로(90)가 차단되게 한다. The four-
이와 같이 냉방 운전이 준비된 상태에서, 상기 압축기(70)와 실외 송풍기(75')와 실내 송풍기(74')가 구동되면, 상기 냉매 순환유로(79) 내 냉매가 상기 압축기(70)와 실외 열교환기(75), 실내 팽창밸브(76), 실내 열교환기(74)를 차례로 순환된다. When the
그러면, 상기 냉매 순환유로(79) 내 냉매가 상기 압축기(70)에서 압축된 후 상기 실외 열교환기(75)에서 응축된 다음, 상기 실내 팽창밸브(76)를 통과하면서 팽창되고, 상기 실내 팽창밸브(76)에서 팽창된 냉매가 상기 실내 열교환기(74)에서 상기 운전 중인 실내기(Ia)가 설치된 실내 공기와 열교환되어 증발됨으로써, 실내가 냉방된다.Then, the refrigerant in the
다음, 상기 히트 펌프식 공기조화기의 난방 운전을 도 3을 참조하여 자세히 설명하면, 다음과 같다.Next, the heating operation of the heat pump type air conditioner will be described in detail with reference to FIG. 3.
난방 운전 명령이 입력되면, 상기 삼방변(94)이 난방 모드로 절환된다. 즉, 상기 폐열 회수장치(60)를 통해 회수된 엔진(50)의 폐열이 적어도 일부는 상기 폐 열 공급 열교환기(80)로 방출된다.When the heating operation command is input, the three-
그리고, 상기 사방밸브(73)는 난방모드로 절환되고, 상기 제 1개폐밸브(81)가 온 동작되며, 상기 제 2,3개폐밸브(82)(83)가 오프 동작된다.The four-
이와 같이 냉방 운전이 준비된 상태에서, 상기 압축기(70)와 실외 송풍기(75')와 실내 송풍기(74')가 구동되면, 상기 냉매 순환유로(79) 내 냉매가 상기 압축기(70)에서 압축된 후 상기 사방밸브(73)를 통해 상기 실내 열교환기(74)로 유동된다.When the
상기 실내 열교환기(74)로 유동된 냉매는 상기 실내기(Ia)가 설치된 실내 공기와 열교환되어 실내 공기로 열을 빼앗겨 응축되면서 실내 공기를 난방한다.The refrigerant flowing into the indoor heat exchanger (74) heats the indoor air while being condensed by the heat exchanged with the indoor air in which the indoor unit (Ia) is installed.
상기 실내 열교환기(74)에서 응축된 냉매는 상기 실내 팽창밸브(76)에서 팽창된 후, 상기 바이패스 유로(90)로 유동된다. The refrigerant condensed in the
상기 바이패스 유로(90)로 유동된 냉매는 상기 실외 팽창밸브(77), 제 3체크밸브(93), 제 1개폐밸브(91)를 거친 후, 상기 폐열공급 열교환기(80)로 유입된다. The refrigerant flowing into the
상기 폐열공급 열교환기(80)로 유입된 냉매는 상기 폐열공급 열교환기(80)에서 상기 폐열 회수장치(60)를 통해 회수된 엔진(50)의 폐열을 전달받아 증발된다. The refrigerant introduced into the waste heat
상기 폐열공급 열교환기(80)에서 증발된 냉매는 상기 제 1체크밸브(91), 사방밸브(73)를 차례로 통과한 후, 상기 공용어큐뮬레이터(78)를 통해 상기 압축기(70)로 다시 순환된다. The refrigerant evaporated in the waste heat supply heat exchanger (80) passes sequentially through the first check valve (91) and the four-way valve (73), and is circulated back to the compressor (70) through the common accumulator (78). .
상기와 같이 난방 기능을 행하는 히트 펌프식 공기조화기는, 난방시 상기 실외 열교환기(75)가 아닌 상기 폐열공급 열교환기(80)가 증발기 역할을 수행하기 때문에, 실외 온도변화에 관계없이 항상 일정한 난방 능력을 제공할 수 있다. In the heat pump type air conditioner that performs the heating function as described above, since the waste heat
한편, 상기 히트 펌프식 공기조화기는 난방시, 상기 실외기(Ia)가 설치된 실외 온도에 따라 상기 엔진(50)의 폐열을 사용하지 않고, 일반적인 히트 펌프식 공기조화기의 난방시와 같이 상기 실외 열교환기(75)가 증발기로 사용될 수 있도록 구현될 수도 있다.On the other hand, the heat pump type air conditioner does not use waste heat of the
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템 및 그 제어방법은, 엔진과 같은 구동원이 운전되기 시작하면 발전기의 발전 전력을 공급받는 전력 소비기기 중 적어도 일부는, 상기 구동원의 워밍업 후 상기 발전기의 발전 전력을 공급받아 운전되기 때문에 상기 구동원의 워밍업 전에 상기 구동원에 걸리는 부하를 최소화할 수 있어서 상기 구동원의 수명을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 구동원이 신속히 워밍업되어 안정적으로 운전될 수 있는 이점이 있다.In the cogeneration system and the control method thereof according to the present invention configured as described above, at least some of the power consumption devices that receive the generated power of the generator when the driving source such as the engine starts to operate may be configured to perform the warm-up of the generator after warming up the driving source. Since the driving is supplied with generated electric power, the load on the driving source can be minimized before warming up of the driving source, thereby improving the life of the driving source, and the driving source can be warmed up quickly and stably operated. .
또한, 상기 전력 소비기기 중 적어도 히트 펌프식 공기조화기는 상기 구도원의 워밍업 후 상기 발전기의 발전 전력을 공급받아 운전됨으로써, 운전 상태가 신속히 안정될 수 있어서 초기 운전 성능이 향상될 수 있는 이점이 있다.In addition, at least the heat pump type air conditioner of the power consumer is operated by receiving the generated power of the generator after warming up the old man, and thus the operating state can be stabilized quickly, thereby improving the initial operating performance. .
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