열병합 발전기{Co-generation}
본 발명은 열병합 발전기에 관한 것으로서, 특히 펌프의 유량을 감지하여 펌프의 고장이나 열매체의 누수 등을 감지하여 감지 결과에 따라 엔진 등을 정지시키는 열병합 발전기에 관한 것이다.
일반적으로 열병합 발전기는, 화석 연료 등을 이용하여 전력을 생산한 후 생산된 전력을 조명 등의 전력 소비처로 공급하고, 전력 생산시 발생된 열을 열 소비처에 이용하는 기기이다. 종래의 열병합 발전기는 발전기와, 발전기를 구동시키는 엔진과, 엔진의 열을 냉각수로 냉각하는 엔진 냉각 열교환기와, 엔진과 엔진 냉각 열교환기를 연결하는 냉각수 유로와, 냉각수 유로에 설치된 냉각수 펌프와, 열을 방열하도록 설치된 방열 열교환기와, 물 등을 가열하기 위한 열 공급 열교환기와, 열매체가 엔진 냉각 열교환기를 통과한 후 방열 열교환기나 열 공급 열교환기로 열을 전달하도록 설치된 열전달 유로와, 열전달 유로에 설치된 열매체 순환 펌프를 포함한다. 종래의 열병합 발전기는 엔진의 구동시 발전기가 전력을 발생시키고, 냉각수 펌프의 구동시 냉각수가 엔진 냉각 열교환기와 엔진을 순환하면서 엔진의 열을 엔진 냉각 열교환기로 운반하고, 열매체 펌프의 구동시 열매체가 엔진 냉각 열교환기와 열 공급 열교화기를 순환하면서 엔진 냉각 열교환기의 열을 열 공급 열교환기로 운반하거나, 엔진 냉각 열교환기와 방열 열교환기를 순환하면서 엔진 냉각 열교환기의 열을 방열 열교환기로 운반한다. 그러나, 종래 기술에 따른 열병합 발전기는 열매체의 누수나 열매체 순환 펌프의 고장 등으로 인해 열매체가 정상적으로 흐르지 못할 경우, 엔진의 열이 열 공급 열교환기로 전달되지 못하고, 엔진 냉각 열교환기 및 엔진이 모두 과열되는 문제점이 있다. 한편, 상기와 같은 열매체의 누수나 열매체 순환 펌프의 고장 이외의 방열 열교환기의 방열이 잘 이루어지지 않는 경우 등에 의해 엔진 등이 과열될 경우 과열 원인을 쉽게 확인하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 펌프의 고장이나 열매체의 누수 등의 에러를 감지할 수 있는 열병합 발전기를 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명의 다른 목적은 펌프의 고장이나 열매체의 누수 등에 의한 열병합 발전기의 고장을 방지할 수 있고 신뢰성을 높일 수 있는 열병합 발전기의 제어 방법을 제공하는데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전기는 발전기와; 상기 발전기를 구동시키는 구동원과; 상기 발전기와 구동원 중 적어도 하나에서 발생된 열을 회수하는 열회수 열교환기와; 상기 열회수 열교환기의 열을 방열할 수 있도록 설치된 방열 열교환기와; 상기 열회수 열교환기의 열을 급탕에 이용할 수 있도록 설치된 급탕 열교환기와; 상기 열회수 열교환기와 방열 열교환기와 급탕 열교환기를 연결하는 열전달 유로와; 상기 열전달 유로에 설치된 펌프와; 상기 열전달 유로의 유량을 감지하도록 설치된 유량 감지센서를 포함한다. 상기 유량 감지센서는 상기 열전달 유로 중 상기 펌프의 출구와 상기 열회수 열교환기의 입구 사이의 유량을 감지하는 위치에 설치된다. 상기 유량 감지센서의 감지 결과에 따라 상기 열병합 발전기를 제어하는 제어부를 더 포함한다. 상기 유량 감지센서의 감지 결과에 따라 상기 열병합 발전기의 에러를 감지하는 제어부를 더 포함한다. 상기 제어부에 의해 제어되어 상기 열병합 발전기의 에러를 표시하는 표시수단을 포함한다. 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템의 제어 방법은 열병합 발전기의 열전달 라인에 설치된 펌프를 구동시키는 펌프 구동단계와; 상기 펌프의 구동시 상기 열전달 라인의 유량을 감지하는 유량 감지단계와; 상기 열전달 라인의 유량이 설정치 미만이면, 상기 열병합 발전기를 오프시키는 오프단계를 포함한다. 상기 오프단계는 상기 열병합 발전기의 에러를 외부로 알린다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열병합 발전기는 유량 감지센서가 열전달 유로의 유량을 감지하여, 열전달 유로의 누수나 펌프의 고장을 쉽게 감지할 수 있는 이점이 있다. 본 발명에 따른 열병합 발전기는 유량 감지센서가 열전달 유로 중 펌프의 출구와 열회수 열교환기의 입구 사이의 유량을 감지하는 위치에 설치되어, 펌프의 오작동을 신속하고 정확하게 감지할 수 있는 이점이 있다. 본 발명에 따른 열병합 발전기는 제어부가 유량 감지센서의 감지 결과에 따라 열병합 발전기를 제어하여, 열병합 발전기를 보호할 수 있는 이점이 있다. 본 발명에 따른 열병합 발전기는 열병합 발전기의 에러를 표시하는 표시수단을 포함하여, 사용자나 관리자 등이 열병합 발전기의 상태를 쉽게 확인할 수 있고, 서비스가 신속하게 행해질 수 있는 이점이 있다. 본 발명에 따른 열병합 발전기의 제어 방법은, 열전달 라인의 유량을 감지하여 유량이 설정치 미만이면, 열병합 발전기를 오프시켜, 열전달 라인이 비정상일 때 발생될 수 있는 열병합 발전기 특히 엔진 등의 과열을 방지할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 열병합 발전기 일실시예의 구성도이다. 본 실시예에 따른 열병합 발전기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 열병합 발전부(1)와, 방열부(30)와, 열공급부(40)와, 열전달 수단(60)을 포함한다. 열병합 발전부(1)는 전기와 열을 발생시키는 것으로서, 발전기(2)와, 엔진(4)과, 인터쿨러(10)와, 열 회수 열교환기(20)를 포함한다. 발전기(2)는 엔진(4)에 의해 구동되어 전력을 생산하는 기기로서, 교류 발전기와 직류 발전기 중 어느 하나로서, 엔진(4)의 출력축에 회전자가 연결되어 출력축의 회전시 전력을 생산하고, 열병합 발전기가 설치된 건물 내의 조명이나 가전기기 등의 전력 소비기기와 전력선(3)으로 연결된다. 엔진(4)은 가스 또는 석유 등 화석 연료로 구동되어 발전기(2)를 구동시키는 것으로서, 가스나 석유 등의 연료가 주입되는 연료 주입구(6)와, 엔진(4)으로 공기가 흡입되는 흡기구(7)와, 엔진(4)에서 배기된 배기 가스가 통과하는 배기구(8)가 설치된다. 엔진(4)에는 냉각수가 통과하는 방열 유로(9)가 형성된다. 인터쿨러(10)는 배기구(8)를 통해 배기되는 배기 가스에 의해 회전되도록 배기구(8)에 설치된 터빈(11)과, 터빈(11)과 회전축으로 연결되어 공기를 연료 주입구(7)로 가압하는 공기 압축기(12)를 포함한다. 인터쿨러(10)는 공기 압축기(12)에 압축된 공기 혹은 공기 압축기(12)에 압축된 공기 공기와 혼합된 가스의 온도를 낮추도록 흡기구(7)나 연료 주입구(6)에 설치된 인터쿨러 흡수 열교환기(13)와, 인터쿨러 흡수 열교환기(13)의 열을 방열시 키도록 설치된 인터쿨러 방열 열교환기(14)와, 인터쿨러 흡수 열교환기(13)와 인터쿨러 방열 열교환기(14)를 연결하는 인터쿨러 순환유로(15)와, 인터쿨러 순환 유로에 설치된 인터쿨러 순환 펌프(16)과, 인터쿨러 방열 열교환기(14)로 공기를 송풍시키는 인터쿨러 방열팬(17)을 포함한다. 열회수 열교환기(20)는 발전기(2)의 열과 엔진(4)의 열 중 적어도 하나를 회수하는 것도 가능하며, 이하 엔진(4)의 열을 회수하는 것으로 설명한다. 열회수 열교환기(20)는 엔진(4)의 배기가스의 열과 엔진(4) 동체의 열을 중 적어도 하나를 회수하는 것으로서, 이하 둘 모두를 회수하는 것으로 설명한다. 열회수 열교환기(20)는 엔진(4)의 배기가스가 통과하는 배기구(8)에 설치된 배기가스 열교환기(22)와, 엔진(4)의 방열 유로(9)와 냉각수 라인(23)을 통해 연결되어 엔진(4)의 열을 회수하는 엔진 냉각 열교환기(24)를 포함하여, 열매체가 배기가스 열교환기(22)를 통과하면서 배기가스의 열을 회수하고 엔진 냉각 열교환기(24)를 통과하면서 엔진(4)의 열을 회수하는 것도 가능하다. 열회수 열교환기(20)가 엔진 냉각 열교환기(24)를 포함할 경우, 엔진(4)과 엔진 냉각 열교환기(24)와 냉각수 라인(23) 중 일측에 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환 펌프(25)가 장착된다. 열회수 열교환기(20)는 엔진 냉각 열교환기(24)와 냉각수 라인(23)과 냉각수 순환 펌프(25)가 구비되지 않고, 열매체가 배기가스 열교환기(22)를 통과하고 엔진(4)에 형성된 방열 유로(9)를 직접 통과하면서 엔진(4)의 열을 회수할 경우 부품수가 최소화되는 반면에, 엔진 냉각 열교환기(24) 등이 구비되어 열매체가 배기가 스 열교환기(22)와 엔진 냉각 열교환기(24)를 통과할 경우 엔진(4)이 과열되는 경우에도 열매체의 온도가 급격하게 상승되지 않게 되어 엔진(4)의 열이 안정적으로 전달되게 되며, 이하 배기가스 열교환기(22)와 엔진 냉각 열교환기(24)를 모두 포함하는 것으로 설명한다. 열회수 열교환기(20)는 배기가스 열교환기(22)와 엔진 냉각 열교환기(24)의 각각에 열매체가 통과하는 열 회수 유로(25)(26)가 각각 형성된다. 열회수 열교환기(20)는 배기가스 열교환기(22)가 배기구(8)에 복수개 설치된다. 방열부(30)는 엔진(4)의 열을 열공급부(40)에서 급탕 등에 이용되지 않을 경우 대기 등으로 방출하는 것으로서, 방열 열교환기(32)를 포함한다. 방열부(30)는 방열 열교환기(32)가 물 등의 냉각수에 의해 수냉식으로 냉각되는 것도 가능하고, 공기에 의해 공랭식으로 냉각되는 것도 가능하며, 이하 공랭식으로 냉각되는 것으로 설명한다. 방열부(30)는 방열 열교환기(32)로 공기를 송풍시키는 방열 팬(34)을 더 포함한다. 열 공급부(40)는 열회수 열교환기(20)에서 회수된 열이 열병합 발전기가 설치된 건물의 온수 공급이나 바닥 난방 등의 급탕에 이용되게 하거나, 공기조화기의 냉매 등을 가열하는데 이용되게 하는 것으로서, 이하 급탕 기구(50)가 연결되어 열회수 열교환기(20)에서 회수된 열이 급탕에 이용되는 급탕 열교환기(42)를 포함한 다. 여기서, 급탕 기구(50)는 건물 내의 수도와 연결된 물 배관(51)과, 물 배관(51)이 연결되고 내부에 물이 담겨지는 급탕조(52)와, 급탕조(52)의 물이 급탕 열교환기(42)와 급탕조(52)를 순환하도록 급탕 열교환기(42)와 급탕조(52)를 연결하는 급탕 순환 유로(53)와, 급탕 순환 유로(53)에 설치되어 급탕조(52)의 물을 급탕 열교환기(42)로 펌핑 순환시키는 급탕 펌프(54)를 포함한다. 열전달 수단(60)은 열병합 발전부(1)의 열을 방열 열교환기(32)와 급탕 열교환기(42)로 전달하는 열전달 유로(62)를 포함하고, 열전달 유로(62)는 열병합 발전부(1)의 열을 방열 열교환기(32)로 전달하는 방열 열전달 유로(64)와, 열병합 발전부(1)의 열을 급탕 열교환기(42)로 전달하는 급탕 열전달 유로(66)가 병렬 연결된다. 열전달 수단(60)은 열병합 발전부(1)에서 방열 열전달 유로(64)나 급탕 열전달 유로(66)로 흐르는 유체를 조절하는 하나의 삼방변(68)을 포함한다. 열전달 수단(60)은 열전달 유로(62)에 설치된 펌프(70: 이하 '열매체 순환'라 칭함)를 포함한다. 열전달 유로(62)는 방열 열교환기(32)에 형성된 방열 유로(71)와, 급탕 열교환기(42)에 형성된 급탕 유로(72)와, 삼방변(68)과 방열 유로(71) 입구를 연결하는 방열 열교환기 입구 연결 유로(73)와, 방열 유로(71)의 출구에 연결된 방열 열교환기 출구 연결 유로(74)와, 삼방변(68)과 급탕 유로(72) 입구를 연결하는 급탕 열교환기 입구 연결 유로(75)와, 급탕 유로(72)의 출구에 연결되고 방열 열교환기 출구 연결 유로(74)와 연결되는 급탕 열교환기 출구 연결 유로(76)와, 방열 열교환기 출구 연결 유로(74)와 급탕 열교환기 출구 연결 유로(76)가 연결되는 합지부와 열매체 순환 펌프(64) 입구를 연결하는 열매체 순환 펌프 연결 유로(77)와, 열매체 순환 펌프(63) 출구와 열회수 열교환기(20)의 입구를 연결하는 열회수 열교환기 입구 연결 유로(78)와, 열회수 열교환기(20)의 출구� � 삼방변(66)을 연결하는 열회수 열교환기 출구 연결 유로(79)를 포함한다. 열 전달 유로(62)는 배기가스 열교환기(22)에 형성된 배기가스 열회수 유로(81)와, 엔진 냉각 열교환기(24)에 형성된 엔진 열회수 유로(82)와, 배기가스 열회수 유로(81)의 출구와 엔진 냉각 열회수 유로(82)를 연결하는 열회수 열교환기 연결 유로(83)를 더 포함한다. 한편, 본 실시예에 따른 열병합 발전기는 열전달 유로(62)의 유량을 감지하도록 설치된 유량 감지센서(90)와, 유량 감지센서(90)의 감지 결과에 따라 열병합 발전기의 에러를 판단하고, 열병합 발전기를 제어하는 제어부(100)와, 제어부(100)에 의해 제어되어 열병합 발전기의 에러를 표시하는 표시수단인 디스플레이(102)를 더 포함한다. 유량 감지센서(90)는 열전달 유로 중 열매체 순환 펌프(70)의 출구와 열회수 열교환기(20)의 입구 사이의 유량을 감지하는 위치인 열회수 열교환기 입구 연결 유로(78)에 설치된다. 제어부(100)가 열전달 유로(62)에 설치된 펌프인 열매체 순환 펌프(70)를 구 동 제어한 상태일 때 유량 감지센서(90)에서 감지된 유량이 설정치 미만이면, 펌프가 오작동이거나 열전달 유로(62)의 열매체가 누수되는 것이므로, 열병합 발전기 특히 열매체 순환 펌프(70)를 에러로 판단한다. 제어부(100)는 상기와 같은 에러시 엔진(4)에서 회수된 열이 방열 열교환기(32)나 급탕 열교환기(42)로 전달되지 못하여 엔진(4)이 과열될 수 있고, 급탕이 효율적으로 이루어지지 못하므로, 열병합 발전기 특히 엔진(4)을 정지시킨다. 제어부(100)는 상기와 같은 에러시 표시수단(102)으로 에러를 표시한다. 제어부(100)는 표시수단(102)이 열병합 발전기의 에러를 표시하도록 디스플레이(102)을 제어하는 것도 가능하고, 표시수단(102)이 열매체 순환 에러를 표시하도록 디스플레이(102)을 제어하는 것도 가능함은 물론이다. 한편, 본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은 열회수 열교환기(20) 출구의 온도를 감지하는 회수출구 온도센서(110)와; 급탕 열교환기(42)로 물이 유입되는 입구의 온도를 감지하는 급탕입구 온도센서(112)를 포함하고, 제어부(100)는 회수출구 온도센서(110)와 급탕입구 온도센서(112)의 감지 결과에 따라 삼방변(68)과 방열팬(34)을 제어한다. 본 실시예에 따른 열병합 발전 시스템은, 열병합 발전부(1)와, 방열부(30)와, 열공급부(40)와, 열전달 수단(60)과, 유량감지센서(90), 제어부(100)와 디스플레이가 하나의 샤시(120)에 설치되어 하나의 열병합 발전 유닛을 구성하고, 급탕조(52)는 샤시(120)의 외부에 설치되어 열병합 발전 유닛 특히, 급탕 열교환기(42)와 급탕 순환 유로(53)로 연결된다. 이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전기의 제어 방법 일실시예가 도시된 순서도이다. 먼저, 발전기(2)에 전력선(3)으로 연결된 전력 소비기기의 부하가 설정치 이상이면, 제어부(84)는 엔진(4)을 구동시키고, 열매체 순환 펌프(70)을 구동시킨다.(S1)(S2) 발전기(2)는 엔진(4)에 의해 구동되어 전력을 생산하고, 생산된 전력은 전력선(3)을 통해 전력부하로 공급되고, 이때 엔진(4) 및 배기가스 열교환기(22)는 가열된다. 그리고, 제어부(84)는 냉각수 순환 펌프(25)를 구동시키고, 냉각수는 엔진(4)과 엔진 냉각 열교환기(24)를 순환하면서 엔진(4)을 방열시키고, 엔진(4)의 열을 냉각수를 통해 엔진 냉각 열교환기(24)로 전달되며, 엔진 냉각 열교환기(24)는 가열된다. 열매체 순환 펌프(70)의 구동시 열매체는 배기가스 열교환기(22)와 엔진 냉각 열교환기(24)를 차례로 통과하면서 열을 회수하고, 이후 삼방변(68)의 제어 방향에 따라 방열 열교환기(32)와 급탕 열교환기(42) 중 적어도 하나로 공급되어, 회수되었던 열을 전달한다. 상기와 같은 열매체 순환 펌프(70)의 구동시 유량 감지센서(90)는 열전달 유로(62) 특히 열매체 순환 펌프(70)의 출구 이후의 유량을 감지하여 제어부(100)로 출력한다.(S3) 제어부(100)는 유량 감지센서(90)에서 감지된 감지값에 따라 열병합 발전기를 제어한다. 제어부(100)는 감지된 열전달 라인의 유량이 설정치 미만이면, 열병합 발전기를 오프시킨다.(S4) 즉, 제어부(100)는 엔진(4)에 정지신호를 출력하고, 열매체 순환 펌프(70)에 정지신호를 출력한다. 제어부(100)는 열병합 발전기의 에러를 외부로 알리도록 디스플레이(102)를 제어하고, 디스플레이(102)는 '열병합 발전기의 에러'나 "열매체 순환계 에러"를 표시한다.
도 1은 본 발명에 따른 열병합 발전기 일실시예의 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전기의 제어 방법 일실시예가 도시된 순서도이다. <도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명> 2: 발전기 4: 엔진 20: 열회수 열교환기 32: 방열 열교환기 34: 방열 팬 42: 급탕 열교환기 60: 열전달 수단 62: 열 전달 유로 64: 방열 열전달 유로 66: 급탕 열전달 유로 68: 삼방변 70: 열매체 순환 펌프 90: 유량감지센서 100: 제어부 102: 디스플레이 |
