KR100975276B1

KR100975276B1 - 흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방수 공급 시스템

Info

Publication number: KR100975276B1
Application number: KR1020090117871A
Authority: KR
Inventors: 황우정; 박강호; 박광윤
Original assignee: 주식회사 코와
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2010-08-12

Abstract

본 발명은 흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방수 공급 시스템에 관한 것으로서, 각종 냉각시스템 및 냉각탑에 의해 버려지는 열원을 회수하여 지역난방수의 열원인 스팀량을 대폭 줄이고, 냉각수의 열을 히트펌프의 열원으로 사용함으로써 냉각탑을 사용하지 않아 환경오염방지 및 에너지의 절감을 이룰 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 스팀이 발생되는 터빈과; 상기 터빈으로부터 발생되는 스팀을 이용하면서 지역 난방수를 승온시키도록 재생기, 흡수기, 응축기, 증발기로 이루어진 흡수식 히트펌프와; 냉각수가 통과되면서 흡수식 히트펌프의 증발기를 거치면서 순환되도록 구비된 복수기;를 포함하여 이루어진 흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방 공급 시스템으로서, 상기 터빈으로부터 나오는 스팀이 재생기를 거쳐서 환수되고, 지역난방수는 흡수기를 통과하여 응축기를 거치면서 승온되어 지역난방온수 출구부로 공급되도록 구성되고, 상기 지역난방수는, 흡수기를 거치면서 증발기로부터 공급된 냉매증기와 열교환되어 1차 가열되고, 재생기에서 발생된 고온의 냉매증기에 의해 응축기를 거치면서 2차 가열되어 공급되도록 구성된 것을 기술적 특징으로 한다.

이러한 기술적 특징을 가지는 본 발명은, 종래에 설치된 냉각탑을 통해 버려지던 열원을 회수하여 지역에 공급되는 난방수를 승온시킬 수 있으므로, 터빈으로 발생되는 열원인 스팀 에너지의 양을 종래에 비해 대폭 줄일 수 있으므로, 에너지 를 상당히 절감할 수 있는 것이다.

또한, 종래와 같이 냉각탑을 설치할 필요가 없어 냉각탑에서 버려지는 열손실과 여러가지 유해성분으로 인한 피해를 방지할 수 있어 환경문제를 해소할 수 있는 것이다.

복합화력, 냉각탑, 에너지절감, 흡수식, 히트펌프, 지역난방, 승온

Description

흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방수 공급 시스템{Local Heating Water Feeding System using Absorbing Type Heat Pump }

본 발명은 흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방수 공급 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각종 냉각시스템 및 냉각탑에 의해 버려지는 열원을 회수하여 지역난방수의 열원인 스팀량을 대폭 줄이고, 냉각수의 열을 히트펌프의 열원으로 사용함으로써 냉각탑을 사용하지 않아 환경오염방지 및 에너지의 절감을 이룰 수 있도록 한 것이다.

종래의 지역 난방수 공급시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어 복합화력발전소의 보일러(도시되지 않음)에서 연료의 소모에 의해 생성된 스팀이 터빈(10)을 거치면서 전기를 생산하는데 필요한 일을 하게되고, 이 터빈(10)에서 나온 스팀은 배관(11)을 통해 열교환기(20)를 거쳐서 공급배관(12)을 통해 다시 보일러로 환수되며, 이러한 과정을 반복함으로써 지속적인 발전기능을 유지하는 것이다.

또한, 열교환기(20)에는 지역난방탱크(30)로부터 공급되는 온수(약 60도)가 열교환기(20)를 통과하여 공급되는 스팀과 열교환된 다음, 지역난방 온수 출구부(40)를 통해 각 시설물(아파트 등)에 난방공급을 하는 것이다.

또한, 복수기(50)에는 복수기(50)의 냉각을 위해 냉각수가 순환되는데, 복수기(50)를 거친 냉각수가 순환배관(51)을 통해 냉각탑(60)을 통과하면서 대기중으로 열을 방출시키고, 순환배관(61)을 통해 다시 복수기(50)로 공급된다.

또한, 여름철과 같이 난방을 하지 않는 경우에는, 터빈(10)으로부터 나오는 스팀을 배관(11)을 거치지 않고, 별도 연결된 추기관(13)을 통해 공급되도록 하며, 이 추기관(13)은 복수기(50)를 거쳐서 펌프(P)에 의해 다시 보일러로 환수된다.

여기서, 종래의 지역난방 공급 시스템은 터빈(10)으로부터 나오는 스팀을 열교환기(20)로 통과시키면서 지역난방탱크(30)로부터 공급되는 온수와 열교환하여 승온시켜서 지역 난방수로 공급하기 때문에, 화력발전소의 발전능력을 저하시키는 요인으로 작용하였다.

다시 말해서, 지역난방수 100을 얻고자 한다면, 종래에는 터빈(10)으로부터 나오는 스팀의 열원을 100 이상(열교환기(20)에서의 열교환효율을 고려하면 110 이상이 되어야 함)이 필요하기때문에, 그 만큼 열에너지 손실이 많아 발전소의 발전능력을 저하시키는 요인으로 작용하는 것이다.

더욱이, 복수기(50)의 냉각을 위해 냉각탑(60)을 가동하여 열을 방출시키는데, 이 냉각탑(60)은 통상 예를 들어 아파트 단지에 설치되는 경우, 뜨거운 열기를 방출하기 때문에 열손실을 초래하고, 또한 레지오넬라균과 소음을 유발하여 주변 주민들에게 피해를 줄 수 있다.

또한, 냉각탑(60)을 사용하면 백연 현상이 발생하는데, 이 백연은 배출되는 배출공기가 낮은 온도의 대기와 접촉할 때, 배출공기 내의 수증기가 이슬점(dew point) 이하로 내려감으로써, 배출공기가 미세한 액적 상태로 되어 흰연기로 보이는 현상이다.

이러한 백연은 일반적으로 인체에 유해한 성분을 포함하고 있지는 않으나, 미관상 유해한 성분을 포함하고 있는 것으로 보일 수 있고, 주변 시계에 방해가 되므로 백연의 효과적인 제거가 요구된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 종래의 냉각탑을 사용하지 않으면서 냉각탑을 통해 버려지는 열원을 회수하여 지역 난방수를 승온시킬 수 있도록 함으로써 에너지 절감을 이룰 수 있도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스팀이 발생되는 터빈과;

상기 터빈으로부터 발생되는 스팀을 이용하면서 지역 난방수를 승온시키도록 재생기, 흡수기, 응축기, 증발기로 이루어진 흡수식 히트펌프와; 냉각수가 통과되면서 흡수식 히트펌프의 증발기를 거치면서 순환되도록 구비된 복수기;를 포함하여 이루어진 흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방 공급 시스템으로서,

상기 터빈으로부터 나오는 스팀이 재생기를 거쳐서 환수되고, 지역난방수는 흡수기를 통과하여 응축기를 거치면서 승온되어 지역난방온수 출구부로 공급되도록 구성되고, 상기 지역난방수는, 흡수기를 거치면서 증발기로부터 공급된 냉매증기와 열교환되어 1차 가열되고, 재생기에서 발생된 고온의 냉매증기에 의해 응축기를 거치면서 2차 가열되어 공급되도록 구성된 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 스팀이 발생되는 터빈과; 상기 터빈으로부터 발생되는 스팀을 이용하면서 지역 난방수를 승온시키도록 재생기, 흡수기, 응축기, 증발기로 이 루어진 흡수식 히트펌프와; 냉각수가 통과되면서 흡수식 히트펌프의 증발기를 거치면서 순환되도록 구비된 복수기;를 포함하여 이루어진 흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방 공급 시스템으로서,

상기 터빈으로부터 나오는 스팀이 재생기를 거쳐서 환수되고, 지역난방수는 흡수기를 통과하여 응축기를 거치면서 승온되어 지역난방온수 출구부로 공급되도록 구성되고, 상기 지역난방수는, 흡수기를 거치면서 증발기로부터 공급된 냉매증기와 열교환되어 1차 가열되고, 재생기에서 발생된 고온의 냉매증기에 의해 응축기를 거치면서 2차 가열되어 공급되도록 구성되며, 상기 재생기와 흡수기 사이에는, 증발기로부터 증기가 공급된 흡수기에서 나오는 저온의 묽은용액이 재생기로 공급된 다음, 다시 스팀과 열교환되어 고온의 증기와 분리된 진한용액이 흡수기로 이동하는 과정에서 열교환이 이루어지도록 하는 용액 열교환기가 설치된 것을 다른 기술적 특징으로 한다.

또한, 상기 재생기와 흡수기 사이에는, 재생기를 통과하여 흡수기로 이동하는 진한용액과 열교환하여 흡수기를 거쳐서 응축기로 이동하는 지역난방수가 열원을 얻도록 하면서, 용액열교환기의 열교환 용량에 따라 원하는 지역난방수 온도를 얻기 위한 보조열교환기가 더 포함되는 구조를 가진다.

또한, 상기 응축기와 지역난방온수 출구부 사이에는, 터빈으로부터 나온 스팀의 일부가 통과되도록 바이패스배관과 연결되면서 응축기로부터 나오면서 승온된 지역난방수를 더 가열하여 승온되도록 하는 히터부를 더 포함하는 구조를 가진다.

이와 같이, 본 발명은 종래에 설치된 냉각탑을 통해 버려지던 열원을 회수하여 지역에 공급되는 난방수를 승온시킬 수 있으므로, 터빈으로 발생되는 열원인 스팀 에너지의 양을 종래에 비해 대폭 줄일 수 있으므로, 에너지를 상당히 절감(대략 40% 정도)할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 지역난방 공급 시스템을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 흡수식 히트펌프 시스템을 보다 상세하게 도시한 도면이다.

본 발명은 흡수식 히트펌프를 이용하여 지역난방 공급수를 승온시켜서 공급되도록 한 것으로서, 도면에 도시된 바와 같이, 스팀이 발생되는 터빈(10)과, 터빈(10)으로부터 발생되는 스팀을 이용하면서 지역 난방수를 승온시키도록 재생기(110), 흡수기(120), 응축기(130), 증발기(140), 용액열교환기(150)로 이루어진 흡수식 히트펌프(100)로 구성되어 지역난방탱크(30)로부터 공급되는 공급수를 승온시켜서 지역난방이 이루어지도록 한 지역난방 공급 시스템으로서, 상기 터빈(10)으 로부터 나오는 스팀이 배관(14)을 통해 재생기(110)를 거쳐서 다시 환수배관(15)을 통해 보일러로 환수되고, 지역난방수는 지역난방탱크(30)로부터 배관(31)을 통해 흡수기(120)로 통과하여 응축기(130)를 거쳐서 지역난방온수 출구부(40)로 공급되어 승온되도록 한다.

또한, 복수기(50)를 거치는 냉각수는 순환배관(51)(52)을 통해 증발기(140)를 거쳐서 다시 복수기(50)로 순환되도록 한다.

또한, 도 3은 도 2를 보다 확대하여 도시한 도면으로서, 도면의 편의상 구성요소의 배치를 약간 달리하여 도시되었지만, 구성 및 그에따른 결합관계가 달라지는 것은 아니다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 순환배관(51)(52)을 통해 순환하는 냉각수는 급수탱크(53)로부터 급수펌프에 의해 증발기(140)로 공급되도록 한다.

또한, 재생기(110)와 흡수기(120) 사이에는 용액열교환기(150)가 설치되어 있는데, 증발기(140)로부터 증기공급관(141)을 통해 증기가 공급된 흡수기(120)에서 나오는 저온의 묽은용액이 배관(121)(122)을 통해 상기 용액열교환기(150)를 거쳐서 재생기(110)로 공급된 다음, 다시 스팀과 열교환되어 고온의 증기로 분리된 진한용액이 배관(112)(113)을 통해 용액열교환기(150)를 거쳐서 흡수기(120)로 이동하도록 된 구조이다.

또한, 재생기(110)에는, 터빈(10)에서 나와서 유입되는 스팀에 의해 분리된고온의 냉매증기가 발생하고, 이 냉매증기는 증기공급관(111)을 통해 응축기(130)로 보내진다.

상기 지역난방탱크(30)로부터 공급된 지역난방수(온수온도 60도)는, 배관(31)을 통해 흡수기(120)를 거치면서 증발기(140)로부터 공급된 냉매증기와 열교환되어 1차 가열되고, 1차 승온된 지역난방수는 재생기(110)에서 발생된 고온의 냉매증기에 의해 응축기(130)를 거치면서 2차 가열되어 고온의 난방수로 각 지역에 공급된다.

한편, 본 발명은 난방을 하지 않는 경우에는, 터빈(10)으로부터 나온 스팀이 별도의 배관(16)(16a)을 통해 복수기(50)를 거쳐서 펌프에 의해 보일러로 다시 환수되는 과정을 반복한다. 다시 말해서, 흡수식 히트펌프(100)를 가동하지 않는 상태인 것이다.

또한, 추가로 열공급이 필요한 경우에는, 응축기(130)와 지역난방온수 출구부(40) 사이에 히터부(160)를 구비하는데, 이 히터부(160)는 바이패스배관(17)(17a)과 연결되어 터빈(10)으로부터 나온 스팀의 일부를 바이패스배관(17)(17a)을 통해 다시 보일러로 환수되도록 한다.

또한, 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이, 지역난방 탱크(30)로부터 배관(31)을 통해 흡수기(120)를 거쳐서 응축기(130)로 가는 지역난방수가 응축기(130)로 가기전에, 한번 더 가열되도록 보조 열교환기(170)를 더 구비할 수 있다.

재생기(110)를 거치면서 배관(112)를 통해 나오는 고온의 진한용액이 용액열교환기(150)를 거쳐서 다시 흡수기(120)로 가게 되는데, 이때 보조 열교환기(170)를 거치도록 함으로써 흡수기(120)를 통과하는 지역난방수가 한번 더 가열된 상태로 응축기(130)로 유입되어 다시 가열되도록 한 것이다.

더욱이, 용액 열교환기(150)의 용량(열교환 용량)이 미리 설정된 경우, 필요한 지역난방수 온수를 얻기 위해서, 보조열교환기(170)의 용량을 조절하여 설치하도록 한 것이다.

또한, 용액 열교환기(150)의 용량을 작게 하는 경우, 상대적으로 보조열교환기(170)의 열교환능력을 크게 설정하여 설치할 수 있으므로, 그에따라 흡수기(120)를 거치는 지역난방수가 더 많은 열원을 얻어서 응축기(130)를 거치면서 재차 열원을 얻어 승온이 되어 배출되도록 할 수 있다.

다시 말해서, 원하는 조건의 지역난방수 온도에 따라 본 발명에 따른 흡수식 히트펌프(100)의 열교환능력을 조절하여 사용할 수 있는 것이다.

상기 보조열교환기(170)는 흡수기(120)와 배관(123)을 통해 연결되고, 배관(171)을 통해 응축기(130)와 연결된다.

본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러가지 변형 및 수정이 가능하고, 이러한 변형 및 수정은 본 발명의 특허청구범위내에 포함됨은 자명한 사실이다.

도 1은 종래의 지역난방 공급 시스템을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방 공급 시스템을 도시한 도면이다.

도 3은 도 2에서 흡수식 히트펌프를 보다 상세하게 확대 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 다른 예를 도시한 도면이다.

[도면의 부호설명]

P : 펌프

10 : 터빈

11 : 배관

12 : 공급배관

13 : 추기관

14 : 배관

15 : 환수배관

16 : 배관

17 : 바이패스배관

20 : 열교환기

30 : 지역난방탱크

31 : 배관

40 : 지역난방 온수 출구부

50 : 복수기

51,52 : 순환배관

53 : 급수탱크

60 : 냉각탑

61 : 순환배관

100 : 흡수식 히트펌프

110 : 재생기

111 : 증기공급관

112,113 : 배관

120 : 흡수기

121,122,123 : 배관

130 : 응축기

140 : 증발기

141 : 증기공급관

150 : 용액 열교환기

160 : 히터부

170 : 보조 열교환기

171 : 배관

Claims

스팀이 발생되는 터빈과;

상기 터빈으로부터 발생되는 스팀을 이용하면서 지역 난방수를 승온시키도록 재생기, 흡수기, 응축기, 증발기로 이루어진 흡수식 히트펌프와;

냉각수가 통과되면서 흡수식 히트펌프의 증발기를 거치면서 순환되도록 구비된 복수기;를 포함하여 이루어진 흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방 공급 시스템으로서,

상기 터빈으로부터 나오는 스팀이 재생기를 거쳐서 환수되고, 지역난방수는 흡수기를 통과하여 응축기를 거치면서 승온되어 지역난방온수 출구부로 공급되도록 구성되고,

상기 지역난방수는, 흡수기를 거치면서 증발기로부터 공급된 냉매증기와 열교환되어 1차 가열되고, 재생기에서 발생된 고온의 냉매증기에 의해 응축기를 거치면서 2차 가열되어 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방 공급 시스템.
스팀이 발생되는 터빈과;

상기 터빈으로부터 발생되는 스팀을 이용하면서 지역 난방수를 승온시키도록 재생기, 흡수기, 응축기, 증발기로 이루어진 흡수식 히트펌프와;

냉각수가 통과되면서 흡수식 히트펌프의 증발기를 거치면서 순환되도록 구비된 복수기;를 포함하여 이루어진 흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방 공급 시스템으로서,

상기 터빈으로부터 나오는 스팀이 재생기를 거쳐서 환수되고, 지역난방수는 흡수기를 통과하여 응축기를 거치면서 승온되어 지역난방온수 출구부로 공급되도록 구성되고,

상기 지역난방수는, 흡수기를 거치면서 증발기로부터 공급된 냉매증기와 열교환되어 1차 가열되고, 재생기에서 발생된 고온의 냉매증기에 의해 응축기를 거치면서 2차 가열되어 공급되도록 구성되며,

상기 재생기와 흡수기 사이에는, 증발기로부터 증기가 공급된 흡수기에서 나오는 저온의 묽은용액이 재생기로 공급된 다음, 다시 스팀과 열교환되어 고온의 증기와 분리된 진한용액이 흡수기로 이동하는 과정에서 열교환이 이루어지도록 하는 용액 열교환기가 설치된 것을 특징으로 하는 흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방 공급 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 재생기와 흡수기 사이에는, 재생기를 통과하여 흡수기로 이동하는 진한용액과 열교환하여 흡수기를 거쳐서 응축기로 이동하는 지역난방수가 열원을 얻도록 하면서, 용액열교환기의 열교환 용량에 따라 원하는 지역난방수 온도를 얻기 위 한 보조열교환기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방 공급 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 응축기와 지역난방온수 출구부 사이에는, 터빈으로부터 나온 스팀의 일부가 통과되도록 바이패스배관과 연결되면서 응축기로부터 나오면서 승온된 지역난방수를 더 가열하여 승온되도록 하는 히터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방 공급 시스템.