WO2020196940A1 - 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템 - Google Patents

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장원석
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이종준
오진수
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Definitions

  • the embodiment relates to a district heating system that increases heating efficiency.
  • a district heating system that absorbs unused heat and excess heat of users by using medium-temperature water of district heating, and increases the heating efficiency produced by using a low-temperature power generation system for the electricity required in the system.
  • a district heating system is a system in which a business that supplies collective energy supplies collective energy to a large number of individual users through pipes for heating and hot water supply, and is different from an individual heating system in which the user has individual heating facilities. .
  • district heating means that various buildings such as houses, shopping centers, offices, schools, hospitals, factories, etc. within a city or a certain area do not have individual heating facilities. It is one of the collective energy supply methods as a system that produces medium-temperature water (80-120°C) required for the facility and supplies it to each customer through a heat transfer pipe.
  • medium-temperature water 80-120°C
  • This district heating system is composed of a heat source facility that produces electricity and heat, a heat transport facility that transports the generated heat, and a heat user facility that supplies heat transported by the heat transport facility to users.
  • Heat source facilities include cogeneration facilities, heat-only boilers, waste incinerators, heat storage tanks, heat transport facilities, and heat user facilities.
  • the cogeneration facility is a comprehensive energy system that simultaneously produces heat and electricity by using the same fuel.
  • the high temperature part is used as power and the low temperature part is used as process heat.
  • energy saving and environmental improvement are greater.
  • the amount of power generation is reduced by extracting some heat during the expansion process of the steam turbine, but the heat discarded from the condenser can be used for process or district heating.
  • the embodiment aims to provide a district heating system that absorbs unused heat and excess heat of users by using medium-temperature water of district heating, and increases the heating efficiency produced by using a low-temperature power generation system for the electricity required in the system. do.
  • An embodiment of the present invention includes a heat exchanger for exchanging heat between district heating medium hot water supplied through a first pipe line and heating water supplied to a user side through a second pipe line; And an absorption type heat pump disposed on the first piping line to receive the medium hot water of the district heating and an unused heat source to increase the temperature of the heating water recovered from the user and supply it to the second piping line, and the The district heating medium hot water supplied through the first piping line is supplied to the heat exchanger while the temperature is lowered while passing through the absorption heat pump, and the second piping line is supplied from the absorption heat pump to the second piping line. It provides a low-temperature district heating system for increasing heating efficiency, characterized in that a temperature controller is disposed to adjust the temperature in a predetermined range by mixing the heating water that is heated and the heating water supplied to the user through the heat exchanger.
  • the temperature control unit may be characterized in that the temperature is controlled by adjusting the flow rate of the incoming heating water.
  • the temperature control unit is connected to a control unit for controlling the temperature of the heating water, and the control unit controls the temperature of the heating water supplied to the user in consideration of the outside temperature and the amount of sunlight. .
  • control unit may be characterized in that it controls the temperature of the heating water at a temperature of 40 to 80 degrees.
  • the unused heat source may be characterized in that a heat source is stored in a quarterly heat storage tank so that the supply amount varies depending on the season.
  • it may further include an organic Rankine cycle generator for generating power using the district heating medium hot water supplied through the first pipe line and the low temperature heating water recovered from the user side.
  • an organic Rankine cycle generator for generating power using the district heating medium hot water supplied through the first pipe line and the low temperature heating water recovered from the user side.
  • the district heating medium hot water passing through the organic Rankine cycle generator may be combined with the district heating medium hot water passing through the absorption heat pump and supplied to a heat exchanger.
  • Another embodiment of the present invention is an organic Rankine cycle generator for generating electric power using the district heating medium hot water supplied through the first piping line and the heating water recovered from the user side; And a heat exchanger for exchanging the heating water with the district heating medium hot water passing through the organic Rankine cycle generator, wherein the heating water passing through the heat exchanger is mixed with heating water produced in a heat production facility to have a predetermined temperature. It can be implemented as a low-temperature district heating system that increases heating efficiency, characterized in that the heating water is supplied to the user side.
  • it may further include a temperature control unit for adjusting the temperature of the heating water supplied to the user by adjusting the flow rate of the incoming heating water.
  • a temperature control unit for adjusting the temperature of the heating water supplied to the user by adjusting the flow rate of the incoming heating water.
  • power consumption can be reduced compared to using a compression heat pump to recover unused heat, and additional electricity can be used by using a district heating system and organic Rankine cycle power generation.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a low-temperature district heating system that increases heating efficiency, which is an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is another embodiment of a structural diagram of a low-temperature district heating system that increases heating efficiency, which is an embodiment of the present invention.
  • the singular form may include the plural form unless specifically stated in the phrase, and when described as “at least one (or more than one) of A and (and) B and C”, it is combined with A, B, and C. It may contain one or more of all possible combinations.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used in describing the constituent elements of the embodiment of the present invention.
  • a component when a component is described as being'connected','coupled' or'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to the other component, but also the component and It may also include the case of being'connected','coupled' or'connected' due to another component between the other components.
  • top (top) or bottom (bottom) when it is described as being formed or disposed on the “top (top) or bottom (bottom)” of each component, the top (top) or bottom (bottom) is one as well as when the two components are in direct contact with each other. It also includes a case in which the above other component is formed or disposed between the two components.
  • upper (upper) or lower (lower) when expressed as "upper (upper) or lower (lower)", the meaning of not only an upward direction but also a downward direction based on one component may be included.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a low-temperature district heating system that increases heating efficiency according to an embodiment of the present invention.
  • a district heating system that increases heating efficiency according to an embodiment of the present invention includes a district heating heat supply unit 100, a heat exchanger 300, an absorption heat pump 200, and an organic Rankine cycle generator 400. can do.
  • the district heating heat supply unit 100 produces a heat source and supplies it to the user.
  • medium temperature water is used as the heat source.
  • District heating is necessary for heating and hot water supply by constructing a large-scale heat production facility, that is, a cogeneration plant, in which various buildings such as houses, shopping centers, offices, schools, hospitals, and factories within a city or a certain area do not have individual heating facilities. It is one of the collective energy supply methods as a system that produces medium-temperature water (110 ⁇ 120°C) and supplies it to each customer through a heat transfer pipe.
  • a large-scale heat production facility that is, a cogeneration plant, in which various buildings such as houses, shopping centers, offices, schools, hospitals, and factories within a city or a certain area do not have individual heating facilities.
  • It is one of the collective energy supply methods as a system that produces medium-temperature water (110 ⁇ 120°C) and supplies it to each customer through a heat transfer pipe.
  • the structure of the heat supply unit can be variously modified.
  • the heat exchanger 300 may exchange heat between the district heating medium hot water supplied through the first pipe line 10 and the heating water supplied to the user through the second pipe line 20.
  • the district heating medium hot water supplied from the first piping line 10 undergoes heat exchange through the heat exchanger 300 and then is returned to the district heating heat supply unit 100, and the heated water heated through the heat exchanger 300 is on the user side. Is supplied as
  • the heat exchanger 300 may be a plate heat exchanger 300 having good efficiency for heat exchange of fluids, but is not limited thereto and may be modified in various structures.
  • the absorption type heat pump 200 is disposed in the first piping line 10 to receive medium-temperature water from district heating and an unused heat source to increase the temperature of the heating water recovered from the user and supply it to the second piping line 20. I can.
  • the absorption type heat pump 200 pumps heat by using combustion heat of gas or heat of steam, and is mainly used for recovering large amounts of heat.
  • Heat from wastewater thrown into the sewer, heat from groundwater, heat from cooling water discharged during cooling, and the like may be used as a recovery heat source. If the temperature of the hot water used is low, the heat of the river can be used.
  • the absorption type heat pump 200 can use 40% of the supplied heat as the recovery heat of waste heat, resulting in saving 40% of the energy cost, and increasing the temperature of the supplied hot water to 95°C, which is impossible in a compression type. It can be widely used for heating, hot water, and industrial processes.
  • the district heating medium hot water supplied through the first piping line 10 may be supplied to the heat exchanger 300 in a state in which the temperature is lowered while passing through the absorption heat pump 200.
  • new renewable energy solar heat, geothermal heat, etc.
  • unused heat user-side recovery heat, and the like
  • user-side recovery heat and the like
  • the unused heat source may be stored in the quarterly heat storage tank 700 and the amount supplied to the absorption heat pump 200 may vary depending on the season.
  • the quarterly heat storage tank 700 may store unused heat sources in various ways, such as a tank heat storage method, a pit heat storage method, a borehole heat storage method, and an aquifer heat storage method.
  • the unused heat source stored in the quarterly heat storage tank 700 may vary in the amount supplied to the absorption heat pump 200 based on the spring and autumn seasons, summer seasons, and winter seasons. In the winter season when a large number of heat sources are required, the heating efficiency can be increased by utilizing the heat of the quarterly heat storage tank 700, and unused heat can be stored in the heat storage tank when heating heat is not required, such as in summer.
  • the temperature controller 500 is disposed on the second piping line 20 and supplied to the user through the heating water supplied from the absorption heat pump 200 to the second piping line 20 and the heat exchanger 300.
  • the temperature can be adjusted within a preset range by mixing heating water.
  • the temperature controller 500 is connected to the controller 600 for controlling the temperature, and the controller 600 may determine the temperature of the heating water supplied to the user in consideration of various environmental conditions.
  • the controller 600 may control the temperature of the heating water in consideration of various factors such as outside temperature, amount of sunlight, and standby state.
  • the outside temperature is a factor that varies depending on the season, and the amount of sunlight varies depending on the day and night.
  • the atmospheric state corresponds to a factor that affects the amount of sunlight, and is a factor that affects the supply temperature of heating water.
  • the controller 600 may adjust the flow rate of the heating water by controlling the valve of the heating pipe supplied to the second piping line 20 in consideration of the outside temperature and the amount of sunlight, and the heating water supplied to the user by calculating the flow rate and temperature. You can adjust the temperature.
  • the controller 600 may control the temperature of the heating water in the range of 40 to 80 degrees.
  • the present invention can generate power using the organic Rankine cycle generator 400.
  • the ORC (Organic Rankine Cycle) generator is a Rankine cycle that uses an organic medium as a working fluid.
  • the working medium is boiled at high temperature and high pressure using relatively low temperature waste heat, and then expanded through a turbine to obtain torque. It produces power through
  • the organic Rankine cycle has a basic configuration of an evaporator, a turbine, a condenser, and a pump.
  • the structure of the organic Rankine cycle generator 400 is not limited, and the organic Rankine cycle generator 400 of various known structures may be used.
  • the organic Rankine cycle generator 400 may generate power by using the district heating medium hot water branched from the first piping line 10 and the low temperature heating water recovered from the user side.
  • the organic Rankine cycle generator 400 as the temperature difference with the incoming heat source increases, the power generation efficiency increases, and the amount of power generation can be increased by using the district heating medium hot water supplied through the first piping line 10. have.
  • the district heating medium hot water passing through the organic Rankine cycle generator 400 may be combined with the district heating medium hot water passing through the absorption heat pump 200 and supplied to the heat exchanger 300.
  • Electric power produced by using the organic Rankine cycle generator 400 may be supplied to a place where electric power is needed in the district heating piping system.
  • the absorption heat pump 200 With the absorption heat pump 200, the district heating medium temperature water at around 115 degrees, the heating water at around 35 degrees that is recovered from the user, and the unused heat source at around 15 degrees stored in the quarterly heat storage tank 700 are moved to the absorption heat pump 200. Is done.
  • the district heating medium hot water whose temperature is lowered to a temperature of around 95 degrees moves to the heat exchanger 300, and the unused heat source supplied from the quarterly heat storage tank 700 decreases to about 15 degrees, and the quarterly heat storage tank 700 Will move to within.
  • the district heating medium hot water branching from the first pipe and the heating water recovered from the user side are introduced into the organic Rankine cycle generator 400 to generate electric power.
  • the user-side heating water passing through the absorption heat pump 200 is supplied to the second piping line 20, and the heating water passing through the heat exchanger 300 is also supplied to the second piping line 20.
  • the temperature controller 500 may control the temperature of the heating water supplied to the second pipe line 20 in a range of 40 to 80 by receiving a command from the controller 600.
  • FIG. 2 is another embodiment of a structural diagram of a district heating system that increases heating efficiency, which is an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 the same reference numerals as in FIG. 1 denote the same members, and detailed descriptions thereof will be omitted.
  • a district heating system that increases heating efficiency which is another embodiment of the present invention, generates electric power by using hot water for district heating supplied through the first piping line 10 and heating water recovered from the user side.
  • Heating water passing through the heat exchanger 300 including a heat exchanger 300 for heat exchange between the district heating medium hot water and the heating water passing through the organic Rankine cycle generator 400 and the organic Rankine cycle generator 400 The heating water produced by the heat production facility 800 may be mixed and the heating water having a preset temperature may be supplied to the user.
  • a heat source may be supplied from a heat using facility to provide variable temperature heating water.
  • the heat-using facility means various devices that produce a heat source, and various facilities such as a hydrogen fuel cell or a boiler may be used.
  • the temperature of the heating water transferred to the user can be adjusted through the temperature control unit 500, and the control unit 600 can control the temperature control of the temperature control unit 500 in consideration of the outside temperature and the amount of insolation. have.
  • the temperature controller 500 may adjust the supply temperature by adjusting the flow rate of the incoming heating water.
  • the district heating medium temperature water of about 115 degrees Celsius and the user-side heating water recovered from about 35 degrees Celsius are introduced into the organic Rankine cycle generator 400 to generate electric power.
  • the district heating medium hot water and the user-side heating water whose temperature has decreased to around 95 degrees while passing through the organic Rankine cycle generator 400 passes through the heat exchanger 300 to perform heat exchange.
  • the heat-exchanged user-side heating water is mixed in the heat source supplied from the heat production facility 800 and the second piping line 20, and the temperature is adjusted through the temperature control unit 500 to be supplied to the user at a temperature of 40 to 80 degrees. .

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Abstract

본 발명은 제1 배관라인을 통해 공급되는 지역난방 중온수와 제2 배관라인을 통해 사용자측으로 공급되는 난방수를 열 교환하는 열교환기, 상기 제1 배관라인에 배치되어 상기 지역난방의 중온수와 미활용되는 열원을 공급받아 상기 사용자 측에서 회수되는 난방수의 온도를 상승시켜 제2 배관라인으로 공급하는 흡수식 히트펌프를 포함하며, 상기 제1 배관라인을 통해 공급되는 상기 지역난방 중온수는 흡수식 히트펌프를 지나면서 온도가 하강된 상태로 상기 열교환기로 공급되며, 상기 제2 배관라인에는 상기 흡수식 히트펌프에서 상기 제2 배관라인으로 공급되는 난방수와 상기 열교환기를 거처 사용자측으로 공급되는 난방수를 혼합하여 기설정된 범위로 온도를 조절하는 온도조절부가 배치되는 것을 특징으로 하는 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템을 제공한다.

Description

난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템
실시예는 난방효율을 증대하는 지역난방 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 지역난방의 중온수를 이용하여 지역 내 미활용열과 사용자의 잉여열을 흡수하고, 시스템 내의 필요한 전기는 저온 발전시스템을 이용하여 생산하는 난방효율을 증대하는 지역난방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 지역난방시스템은 집단에너지를 공급하는 사업자가 다수의 개별 사용자에게 난방 및 급탕을 위해 배관을 통해 집단에너지를 공급하는 시스템으로, 사용자가 개별적으로 난방설비를 갖추는 개별난방 시스템과는 차이가 있다.
즉, 지역난방은 하나의 도시 또는 일정한 지역 내에 있는 주택, 상가, 사무실, 학교, 병원, 공장 등 각종 건물이 개별적으로 난방설비를 갖추지 않고, 대규모 열생산시설, 즉 열병합발전소를 건설하여 난방 및 급탕에 필요한 중온수(80-120℃)를 생산, 열수송관을 통해 각 수용가에 공급하는 시스템으로 집단에너지 공급방식 중 하나이다.
이러한 지역난방시스템은 전기와 열을 생산하는 열원시설과, 생산된 열을 수송하는 열수송시설과 그리고, 열수송시설에 의해 수송되는 열을 사용자에게 공급하는 열사용자설비로 구성된다.
열원시설은 열병합발전시설, 열전용 보일러, 쓰레기 소각로, 축열조, 열수송시설, 열사용자 설비 등이 포함된다.
열병합발전시설은 동일한 연료를 사용하여 열과 전기를 동시에 생산하는 종합에너지시스템으로서, 일반적으로 고온부는 전력, 저온부는 공정열로 사용하며 일반기력발전에 비해 에너지절감 및 환경개선효과가 크다. 열병합발전의 이용시 증기터빈의 팽창과정에서 일부 열을 추출함으로써 발전량의 감소는 있으나, 복수기에서 버려지는 열을 공정용 또는 지역난방열로 사용할 수 있다.
최근에는 신재생 열에너지 등과 같은 미활용열을 활용하여 지역난방 효율을 증대시키기 위한 기술이 개발되고 있다.
그러나, 미활용열을 회수하기 위해 회수관을 추가로 증설하는 기술은 추가적인 열수송관 설치비용이 소요되는 문제가 있었다.
또한, 기존의 미활용열을 회수할 때는 전력을 이용하는 압축식 히트펌프를 많이 사용하였으나, 회수를 위해 많은 전력이 사용되는 문제가 있었다.
(선행기술문헌)대한민국 등록특허 제10-1434908호.
실시예는 지역난방의 중온수를 이용하여 지역 내 미활용열과 사용자의 잉여열을 흡수하고, 시스템 내의 필요한 전기는 저온 발전시스템을 이용하여 생산하는 난방효율을 증대하는 지역난방 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 시간이나 계절별 외기의 온도에 따라 난방을 위한 공급온도가 변경되어 최적의 난방시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는, 제1 배관라인을 통해 공급되는 지역난방 중온수와 제2 배관라인을 통해 사용자측으로 공급되는 난방수를 열 교환하는 열교환기; 상기 제1 배관라인에 배치되어 상기 지역난방의 중온수와 미활용되는 열원을 공급받아 상기 사용자 측에서 회수되는 난방수의 온도를 상승시켜 제2 배관라인으로 공급하는 흡수식 히트펌프;를 포함하며, 상기 제1 배관라인을 통해 공급되는 상기 지역난방 중온수는 흡수식 히트펌프를 지나면서 온도가 하강된 상태로 상기 열교환기로 공급되며, 상기 제2 배관라인에는 상기 흡수식 히트펌프에서 상기 제2 배관라인으로 공급되는 난방수와 상기 열교환기를 거처 사용자측으로 공급되는 난방수를 혼합하여 기설정된 범위로 온도를 조절하는 온도조절부가 배치되는 것을 특징으로 하는 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 온도조절부는 유입되는 난방수들의 유량을 조절하여 온도를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 온도조절부는 난방수의 온도를 조절하기 위한 제어부와 연결되며, 상기 제어부는 외기온도 및 일조량을 고려하여 상기 사용자측으로 공급되는 난방수의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는 40~80도의 온도로 난방수의 온도를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 미활용된 열원은 계간 축열조에 열원이 저장되어 계절에 따라 공급량이 달라지는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 배관라인을 통해 공급되는 상기 지역난방 중온수와 상기 사용자측으로부터 회수되는 저온의 난방수를 이용하여 전력을 생산하는 유기랭킨사이클 발전기;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 유기랭킨사이클 발전기를 통과하는 상기 지역난방 중온수는 상기 흡수식 히트펌프를 통과하는 지역난방 중온수와 합쳐져 열교환기로 공급되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 제1 배관라인을 통해 공급되는 지역난방 중온수와 사용자측에서 회수되는 난방수를 이용하여 전력을 생산하는 유기랭킨사이클 발전기; 및 상기 유기랭킨사이클 발전기를 통과하는 상기 지역난방 중온수와 상기 난방수를 열교환하는 열교환기;를 포함하며, 상기 열교환기를 통과하는 난방수는 열생산설비에서 생산되는 난방수가 혼합되어 기설정된 온도의 난방수가 사용자측으로 공급되는 것을 특징으로 하는 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템으로 구현될 수 있다.
바람직하게는, 유입되는 난방수들의 유량을 조절하여 사용자측으로 공급되는 난방수의 온도를 조절하는 온도조절부를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 시간이나 계절별 외기 온도에 따라 난방을 위한 공급온도가 변경되는 시스템을 이용하여 최적의 열 공급을 하는 효과가 있다.
또한, 미활용열을 회수하기 위해 압축식 히트펌프를 사용하는 것 보다 전력 사용량을 감소할 수 있으며, 지역난방시스템과 유기랭킨사이클 발전을 이용하여 추가로 전기를 이용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예인 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템의 구조도이고,
도 2는 본 발명의 실시예인 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템의 구조도의 또 다른 실시예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 2는, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.
도 1은 본 발명의 실시예인 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템의 구조도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예인 난방효율을 증대하는 지역난방 시스템은 지역난방 열공급부(100), 열교환기(300), 흡수식 히트펌프(200) 및 유기랭킨사이클 발전기(400)를 포함할 수 있다.
지역난방 열공급부(100)는 열원을 생산하여 사용자측으로 공급한다. 일반적으로 열원으로는 중온의 물이 사용되고 있다.
지역난방은 하나의 도시 또는 일정한 지역 내에 있는 주택, 상가, 사무실, 학교, 병원, 공장 등 각종 건물이 개별적으로 난방설비를 갖추지 않고, 대규모 열생산시설, 즉 열병합발전소를 건설하여 난방 및 급탕에 필요한 중온수(110~120℃)를 생산, 열수송관을 통해 각 수용가에 공급하는 시스템으로 집단에너지 공급방식 중 하나이다.
이러한 지역난방에서 열공급부의 구조는 다양하게 변형실시될 수 있다.
열교환기(300)는 제1 배관라인(10)을 통해 공급되는 지역난방 중온수와 제2 배관라인(20)을 통해 사용자측으로 공급되는 난방수를 열교환할 수 있다.
제1 배관라인(10)으로부터 공급되는 지역난방 중온수는 열교환기(300)를 통해 열교환을 거친후 지역난방 열공급부(100)로 회수되며, 열교환기(300)를 통해 승온된 난방수는 사용자측으로 공급된다.
일실시예로, 열교환기(300)는 유체의 열교환에 효율이 좋은 판형 열교환기(300)가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 다양한 구조로 변형실시될 수 있다.
흡수식 히트펌프(200)는 제1 배관라인(10)에 배치되어 지역난방의 중온수와 미활용되는 열원을 공급받아 사용자 측에서 회수되는 난방수의 온도를 상승시켜 제2 배관라인(20)으로 공급할 수 있다.
흡수식 히트펌프(200)란 전기 에너지에 의해 구동되는 압축식과 달리 가스의 연소열이나, 증기의 열을 이용하여 열을 펌핑하는 것으로 대용량의 열을 회수하는 곳에 주로 사용된다.
하수구로 버려지는 폐수의 열, 지하수의 열, 냉방시에 배출되는 냉각수의 열 등이 회수 열원으로 이용될 수 있다. 이용하는 온수의 온도가 낮으면 강물의 열까지 이용할 수 있다.
흡수식 히트펌프(200)는 공급하는 열량의 40%를 폐열의 회수열로써 이용할 수 있어 결과적으로 에너지 비용의 40%를 절약할 수 있고, 공급하는 온수의 온도를 압축식에서는 불가능한 95℃까지 높일 수 있어 난방과 급탕, 산업의 공정용으로까지 널리 이용할 수 있다.
이러한 히트펌프의 구조에는 제한이 없으며, 다양한 공지의 흡수식 히트펌프(200)가 사용될 수 있다.
제1 배관라인(10)을 통해 공급되는 지역난방 중온수는 흡수식 히트펌프(200)를 지나면서 온도가 하강된 상태로 열교환기(300)로 공급될 수 있다.
흡수식 히트펌프(200)로 공급되는 미활용열은 신재생에너지(태양열, 지열 등), 미활용열, 사용자측 회수열 등이 사용될 수 있다.
또한, 미활용된 열원은 계간 축열조(700)에 저장되어 계절에 따라 흡수식 히트펌프(200)로 공급되는 공급량이 달라질 수 있다.
계간 축열조(700)는 탱크 축열방식, 피트축열 방식, 보어홀축열 방식 및 대수층축열 방식 등 다양한 방식으로 미활용된 열원을 저장할 수 있다.
일실시예로, 계간 축열조(700)에 저장된 미활용된 열원은 춘추절기, 하절기 및 동절기를 기준으로 흡수식 히트펌프(200)로 공급되는 공급량이 달라질수 있다. 많은 열원이 필요한 동절기에는 계간 축열조(700)의 열을 활용하여 난방효율을 증대할 수 있으며, 하절기와 같이 난방열이 필요하지 않은 경우 축열조에 미활용열을 저장할 수 있다.
온도조절부(500)는 제2 배관라인(20)상에 배치되어, 흡수식 히트펌프(200)에서 제2 배관라인(20)으로 공급되는 난방수와 열교환기(300)를 거쳐 사용자측으로 공급되는 난방수를 혼합하여 기설정된 범위내로 온도를 조절할 수 있다.
종래의 지역난방 시스템은 열원의 공급부에서 115도 내외의 물을 공급하며, 사용자 측으로는 60도 내외의 난방수를 공급하였다. 그러나, 이와 같은 일정한 온도의 난방수를 공급하는 것은 주변의 다양한 온도로 존재하는 미활용열을 흡수하기 어려우며, 난방효율이 떨어지는 문제가 있다.
온도조절부(500)는 온도를 조절하기 위한 제어부(600)와 연결되며, 제어부(600)는 다양한 환경조건을 고려하여 사용자측으로 공급되는 난방수의 온도를 결정할 수 있다.
일실시예로, 제어부(600)는 외기온도, 일조량 및 대기상태 등의 다양한 인자를 고려하여 난방수의 온도를 제어할 수 있다.
외기온도는 계절에 따라 달라지는 요소에 해당되며, 일조량은 밤낮에 따라 달라진다. 또한, 대기상태는 일조량에 영향에 미치는 인자에 해당하는바, 난방수의 공급온도에 영향을 미치는 요소이다.
제어부(600)는 외기온도와 일조량 등을 고려하여 제2 배관라인(20)으로 공급되는 난방 배관의 밸브 제어를 통해 난방수의 유량을 조절할 수 있으며, 유량과 온도를 계산하여 사용자측으로 공급되는 난방수의 온도를 조절할 수 있다.
일실시예로, 제어부(600)는 난방수의 온도를 40~80도의 범위에서 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 유기랭킨사이클 발전기(400)를 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
유기랭킨사이클(ORC,Organic Rankine Cycle) 발전기는 유기매체를 작동유체로 사용하는 랭킨 사이클로서, 비교적 저온의 폐열을 이용하여 작동매체를 고온 고압으로 비등시킨 후, 터빈을 통해 팽창시켜 토크를 얻어 발전기를 통해 전력을 생산한다. 상기 유기랭킨 사이클은, 증발기, 터빈, 응축기, 펌프를 기본 구성으로 한다.
유기랭킨사이클 발전기(400)의 구조는 제한이 없으며, 공지된 다양한 구조의 유기랭킨사이클 발전기(400)가 사용될 수 있다.
유기랭킨사이클 발전기(400)는 제1 배관라인(10)에서 분기되어 공급되는 지역난방 중온수와 사용측으로부터 회수되는 저온의 난방수를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 유기랭킨사이클 발전기(400)는 유입되는 열원과의 온도차이가 클수록 발전효율이 발전량이 증대하는 바, 제1 배관라인(10)을 통해 공급되는 지역난방 중온수를 이용하여 전력생산량을 증대할 수 있다.
이때, 유기랭킨사이클 발전기(400)를 통과하는 지역난방 중온수는 흡수식 히트펌프(200)를 통과하는 지역난방 중온수와 합쳐져 열교환기(300)로 공급될 수 있다.
유기랭킨사이클 발전기(400)를 이용하여 생산된 전력은 지역난방 배관 시스템에서 전력이 필요한 곳으로 공급될 수 있다.
도 1을 참조하여, 구체적 실시예를 설명한다.
흡수식 히트펌프(200)로 115도 내외의 지역난방 중온수와 사용자 측에서 회수되는 35도 내외의 난방수 및 계간 축열조(700) 내에 저장된 15도 내외의 미활용 열원이 흡수식 히트펌프(200)로 이동하게 된다.
이때, 95도 내외의 온도로 온도가 하강된 지역난방 중온수는 열교환기(300) 측으로 이동하며, 계간 축열조(700)에서 공급된 미활용 열원이 15도 내외로 온도가 하강되어 계간 축열조(700)내로 이동하게 된다.
또한, 제1 배관으로부터 분기되는 지역난방 중온수와 사용자측으로부터 회수되는 난방수가 유기랭킨사이클 발전기(400)로 유입되어 전력을 생산하게 된다.
흡수식 히트펌프(200)를 거치는 사용자측 난방수는 제2 배관라인(20)으로 공급되며, 열교환기(300)를 거친 난방수 또한 제2 배관라인(20)으로 공급된다.
이때, 온도조절부(500)는 제어부(600)의 명령을 받아 제2 배관라인(20)으로 공급되는 난방수의 온도를 40~80의 범위에서 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예인 난방효율을 증대하는 지역난방 시스템의 구조도의 또 다른 실시예이다.
도 2에서는 상기 도 1과 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며, 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예인 난방효율을 증대하는 지역난방 시스템은 제1 배관라인(10)을 통해 공급되는 지역난방 중온수와 사용자측에서 회수되는 난방수를 이용하여 전력을 생산하는 유기랭킨사이클 발전기(400) 및 유기랭킨사이클 발전기(400)를 통과하는 상기 지역난방 중온수와 상기 난방수를 열교환하는 열교환기(300)를 포함하며, 열교환기(300)를 통과하는 난방수는 열생산설비(800)에서 생산되는 난방수가 혼합되어 기설정된 온도의 난방수가 사용자측으로 공급될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 변온 난방수를 제공하기 위해 열사용시설로부터 열원을 공급받을 수 있다.
열사용시설이란 열원을 생산하는 다양한 장치를 의미하며, 수소연료전지나 보일러 등과 같은 다양한 설비가 이용될 수 있다.
이때, 사용자 측으로 이송되는 난방수의 온도는 온도조절부(500)를 통해 조절될 수 있으며, 제어부(600)는 외기온도, 일사량 등을 고려하여 온도조절부(500)의 온도조절을 제어할 수 있다.
일실시예로, 온도조절부(500)는 유입되는 난방수들의 유량을 조절하여 공급 온도를 조절할 수 있다.
구체적 실시예를 살펴보면, 115도 내외의 지역난방 중온수와 35도 내외로 회수되는 사용자측 난방수는 유기랭킨사이클 발전기(400)로 유입되어 전력을 생산하게 된다.
이때, 유기랭킨사이클 발전기(400)를 거치면서 95도 내외로 온도가 하강된 지역난방 중온수와 사용자측 난방수는 열교환기(300)를 통과하며 열교환을 하게 된다.
열교환된 사용자측 난방수는 열생산설비(800)에서 공급받는 열원과 제2 배관라인(20)에서 혼합되며, 온도조절부(500)를 통해 온도가 조절되어 40~80도의 온도로 사용자측으로 공급된다.
이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[도면의 부호] 10 : 제1 배관라인, 20 : 제2 배관라인, 100 : 지역난방 열공급부, 200 : 흡수식 히트펌프, 300 : 열교환기, 400 : 유기랭킨사이클 발전기, 500 : 온도조절부, 600 : 제어부, 700 : 계간 축열조, 800 : 열생산설비

Claims (9)

  1. 제1 배관라인을 통해 공급되는 지역난방 중온수와 제2 배관라인을 통해 사용자측으로 공급되는 난방수를 열 교환하는 열교환기;
    상기 제1 배관라인에 배치되어 상기 지역난방의 중온수와 미활용되는 열원을 공급받아 상기 사용자 측에서 회수되는 난방수의 온도를 상승시켜 제2 배관라인으로 공급하는 흡수식 히트펌프;
    를 포함하며,
    상기 제1 배관라인을 통해 공급되는 상기 지역난방 중온수는 흡수식 히트펌프를 지나면서 온도가 하강된 상태로 상기 열교환기로 공급되며,
    상기 제2 배관라인에는 상기 흡수식 히트펌프에서 상기 제2 배관라인으로 공급되는 난방수와 상기 열교환기를 거처 사용자측으로 공급되는 난방수를 혼합하여 기설정된 범위로 온도를 조절하는 온도조절부가 배치되는 것을 특징으로 하는 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 온도조절부는 유입되는 난방수들의 유량을 조절하여 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 온도조절부는 난방수의 온도를 조절하기 위한 제어부와 연결되며,
    상기 제어부는 외기온도 및 일조량을 고려하여 상기 사용자측으로 공급되는 난방수의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는 40~80도의 온도로 난방수의 온도를 제어하는 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 미활용된 열원은 계간 축열조에 열원이 저장되어 계절에 따라 공급량이 달라지는 것을 특징으로 하는 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 배관라인을 통해 공급되는 상기 지역난방 중온수와 상기 사용자측으로부터 회수되는 저온의 난방수를 이용하여 전력을 생산하는 유기랭킨사이클 발전기;
    를 더 포함하는 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 유기랭킨사이클 발전기를 통과하는 상기 지역난방 중온수는 상기 흡수식 히트펌프를 통과하는 지역난방 중온수와 합쳐져 열교환기로 공급되는 것을 특징으로 하는 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템.
  8. 제1 배관라인을 통해 공급되는 지역난방 중온수와 사용자측에서 회수되는 난방수를 이용하여 전력을 생산하는 유기랭킨사이클 발전기; 및
    상기 유기랭킨사이클 발전기를 통과하는 상기 지역난방 중온수와 상기 난방수를 열교환하는 열교환기;
    를 포함하며,
    상기 열교환기를 통과하는 난방수는 열생산설비에서 생산되는 난방수가 혼합되어 기설정된 온도의 난방수가 사용자측으로 공급되는 것을 특징으로 하는 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    유입되는 난방수들의 유량을 조절하여 사용자측으로 공급되는 난방수의 온도를 조절하는 온도조절부를 더 포함하는 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템.
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