KR20100110627A - 개별 난방과 중앙 난방을 연계한 에너지 절약형 열병합 발전 난방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 난방 사용량 조절이 가능한 개별 난방 시스템과 전기를 발생 시키고 나온 발전 폐열을 이용하여 난방수를 생산하고 배관망을 통하여 아파트 단지의 각 세대나 빌딩 사무실 등에 난방열을 공급하는 중앙 난방 시스템을 연계 구성하되, 개별 난방과 중앙 난방을 단순히 연계한 종래 난방 시스템과는 달리 열병합 발전 난방 시스템을 열병합발전기를 중심으로 중앙 난방 난방수를 순환 시키는 중앙난방 난방수 순환 라인과 부족한 열량을 보충하는 급탕용 중앙난방 급탕수 순환 라인을 분리하여 독립된 순환라인을 복수개 형성하여 축열용 온수 저장 탱크에 열을 저장하고, 상기 축열용 온수 저장 탱크를 매개로 개별난방 난방수 순환 라인을 연결하여 독립된 온수 순환라인이 복수개 중앙난방 시스템과 개별난방 시스템이 상호 보완적으로 열을 공유하는 난방 배관 구성으로 아파트 단지의 각 세대별 개별난방의 장점을 살리면서 연속 난방은 물론 간헐 난방과 이에 따른 급탕운전이 효율적으로 구현될 수 있어 개별 보일러의 소형화로 시설비가 절약되며 경제적인 운전에 따른 종합 열효율향상으로 에너지 절약효과가 큰 개별 난방과 중앙 난방을 연계한 에너지 절약형 열병합 발전 난방 시스템에 관한 것이다.

개별 난방, 중앙 난방, 열병합 발전, 온수 저장 탱크, 복수 순환 라인

Description

개별 난방과 중앙 난방을 연계한 에너지 절약형 열병합 발전 난방 시스템{Energy saving type combined local heating system and central heating system in cogeneration system}

본 발명은 개별 난방과 중앙 난방을 연계한 에너지 절약형 열병합 발전 난방 시스템에 관한 것으로서,

더욱 자세히는 난방 사용량 조절이 가능한 도시가스 개별 난방 시스템과 전기를 발생 시키고 나온 발전 폐열을 이용하여 난방수를 생산하고 배관망을 통하여 아파트 단지의 각 세대나 빌딩 사무실 등에 난방열을 공급하는 중앙 난방 시스템을 연계 구성하되, 개별 난방과 중앙 난방을 단순히 연계한 종래 난방 시스템과는 달리 열병합 발전 난방 시스템을 열병합발전기를 중심으로 중앙 난방 난방수를 순환 시키는 중앙난방 난방수 순환 라인과 부족한 열량을 보충하는 급탕용 중앙난방 급탕수 순환 라인을 분리하여 독립된 순환라인을 복수개 형성하여 축열용 온수 저장 탱크에 열을 저장하고,

상기 축열용 온수 저장 탱크를 매개로 개별난방 난방수 순환 라인을 연결하여 독립된 온수 순환라인이 복수개 중앙난방 시스템과 개별난방 시스템이 상호 보완적으로 열을 공유하는 난방 배관 구성으로 아파트 단지의 각 세대별 개별난방의 장점을 살리면서 연속 난방은 물론 간헐 난방과 이에 따른 급탕운전이 효율적으로 구현될 수 있어 개별 보일러의 소형화로 시설비가 절약되며 경제적인 운전에 따른 종합 열효율향상으로 에너지 절약효과가 큰 개별 난방과 중앙 난방을 연계한 에너지 절약형 열병합 발전 난방 시스템에 관한 것이다.

종래 건물의 고층화, 대규모 단지화된 아파트 등 건물의 대형화에 따라 발전된 공동주택의 중앙 집중식 난방 시스템은 아파트 관리실(기계실)에서 대형 산업용 보일러로 물을 데워 데워진 난방수 및 급탕수를 기계실에서 각 세대까지 연결된 난방. 급탕 용도의 입상관 등 배관망을 통하여 각 세대에 공급하는 방식으로 관리 사무소에서는 계절별로 외기온도를 감안하여 난방수와 급탕수의 공급 온도와 공급 시간을 조정하여 각 세대에 공급하게 되며 세대에 공급된 난방수는 각 세대의 난

방수 분배기 헤더(HEADER)를 통해서 각 방이나 거실등으로 나누어 공급한다.

그러나 상기한 중앙 집중식 난방 시스템은 높은 열효율과 편리성 때문에 한 때 선호되었으나 중앙 보일러를 작동하고 관리하는 인건비가 많이 들게 되고 보일러 및 난방배관의 유지보수비용이 과다하게 소요되고 동절기 피크 수요에 대비하여 보일러를 여러개 설치하여야 하므로 계절별로 보일러의 운전 효율에 차이가 있어 난방 시설의 활용도가 낮게 되며 또한 각 개별 세대에서는 열부하에 맞춰 난방시간이나 난방온도 조절, 온수 공급 등 세대별 에너지 조정이 불가능하여 사용이 불편 하며 분양면적에 비례하는 난방비 부과로 경제적이지 못한 문제점 등 에너지 변화에 따른 공급의 불확실성, 천연가스 보급 등 난방연료의 다양화, 소비자 라이프 스타일 변화, 에너지 절약에 따른 관심 증가 등의 사유로 중앙난방의 장점이 감소되어 경제성과 공간활용도가 높은 개별 난방방식이 압도적으로 늘고 있는 추세로서 신규 아파트는 물론 오래된 아파트에서도 보일러나 배관 수명이 끝나면 열병합 발전기에 의한 중앙 난방이나 개별 난방방식으로 전환하는 사례가 늘고 있다.

상기한 바와 같은 개별 난방에 따른 보일러 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 아파트 단지의 각 개인 세대 보일러실에 도시 가스 등을 연료로 사용하는 연소용 버너가 구비된 열전용 보일러(1)를 설치하고 급수부(3)에서 공급되는 저온(약 4∼5℃)의 직수(수돗물, 시수 등)를 버너로 직접 가열하여 온수를 급탕배관(9)을 통하여 급탕부(5)에 공급하거나 가열된 온수(열수)를 폐루프의 난방배관(6)에 공급하여 난방수를 순환시켜 난방 및 급탕하는 난방 시스템으로, 난방 배관(6)에는 난방수 순환용 동력을 공급하는 난방 순환펌프(7)와 난방수 분배기(8)가 순차로 연결되어 펌핑되는 난방수를 각 방, 거실, 부엌 등의 난방부(4)로 분배하게 되며, 난방부(4)를 거쳐 식어진 난방수는 다시 난방배관(6)으로 회수하여 난방수를 순환시켜 난방하는 방식으로, 상시 공급되는 가스 등의 에너지원으로 필요에 따라 독립적으로 보일러를 구동할 수 있고 각 세대별로 난방 에너지 사용량을 조절할 수 있기 때문에 지역 중앙난방에 비해 편리하고 저렴한 요금으로 사용할 수가 있으나 이러한 잇점에도 불구하고 전용 보일러실을 갖추기 위한 공간과 전열면적에 비례하는 대용 량의 보일러가 필요하고 독립된 일정 용량의 보일러 하나에 난방배관과 급탕배관이 같이 연결되는 단순화된 난방 배관에 저온의 시수를 고온으로 가열하여 동시 분할공급하여야 하기 때문에 난방시간이 길어지게 되며 공급수의 온도를 높이는데(고온수)도 한계가 있는 문제점이 있다.

그리고 집단 에너지공급의 주요 열원시설로서 열에너지와 전기에너지를 동시에 공급하는 열병합 발전시스템(Cogenerationsystem)은 가스 등 연료를 공급받아 발전기에서 전기를 생산하고 발전하는 과정에서 필연적으로 발생하는 폐열(배열)을

회수하여 유용하게 이용하는 고효율 에너지 기술로서, 하나의 1차 에너지원으로부터 2차에너지인 전력과 열을 동시에 생산하는 종합 에너지 시스템이기 때문에 종래의 발전방식보다 30∼40%의 전력 및 연료 등의 에너지 절감효과로 환경친화적이고 에너지 절약성이 좋은 장점이 있고 최근에는 종래의 한 곳에 집중된 대규모 집중형 열병합 발전시스템의 전력 및 열의 수송에 따른 비용의 과다와 전력 및 열손실로 인하여 규모의 경제성이 낮아지는 문제점을 개선하여 연료원 및 전력부하, 냉방부하, 난방부하 등 수요처 특성에 따라 응용이 가능한 소규모 분산형 열병합 발전을 위한 시스템이 개발되므로서 에너지 부하에 원활하게 대응할 수 있게 되고 폐열의 활용율도 향상되고 있다.

상기한 열병합 발전 방식의 지역난방은 개별난방이나 일반적인 중앙난방 대신에 보일러에서 생산된 증기를 터빈 발전기에 통과시켜 전력을 생산하고, 배출되는 저압증기를 다시 지역난방에 이용하여 생산된 고온의 지역 난방수를 이송관을 통해

서 각 아파트 단지 기계실에 공급하고 열교환기로 데워진 난방 및 급탕수를 각 세대에 공급하여 난방과 급탕을 수행함으로써 에너지의 효율을 높이는 방식으로 대규모의 열생산시설에서 손실열을 회수하여 경제적으로 생산된 열을 일정 지역 전

체에 일괄 공급하므로서 에너지 절감 효과와 공해감소 효과를 가져오는 장점은 있으나 변형된 중앙난방방식으로 종래의 일반적인 열병합발전용 난방배관만으로는 계절별로 난방열량의 과부족이 발생되고 열교환 순환되는 고온의 열매체를 적

절히 활용하지 못함에 따른 반송 에너지의 발생으로 많은 에너지 손실을 초래하는 등 열역학적이나 경제성면에서 합리적이지 못하므로 에너지가 낭비(열손실)되며 열병합발전용 난방 및 급탕 배관만으로는 계절별로 난방열량의 과부족이 발생되어 에너지부하에 원활하게 대응할 수 없게 되는 문제점이 있었다.

본 발명자는 상기와 같은 문제점을 종합적으로 해결하고자 노력한 결과 열병합 발전 방식의 지역난방을 각 세대별로 난방을 조절하는 개별 난방방식의 아파트 등에 적용 조합하여 양자의 장점을 모두 살리면서도 경제적이고 효율적인 난방 시스템을 구성하는 본 발명을 완성하게 된 것이다.

전술한 바와 같이 종래의 개별 난방 시스템 또는 열병합 발전 시스템은 각각의 장단점을 가지고 있는바,

열병합 발전 방식의 지역난방을 각 세대별로 난방을 조절하는 개별 난방방식의 아파트 등에 적용 조합하여 양자의 장점을 모두 살리면서도 경제적이고 효율적인 난방 시스템을 구성하여야 하는 기술적 과제가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로서,

개별 난방과 중앙 난방을 단순히 연계한 종래 난방 시스템과는 달리 열병합 발전 난방 시스템을 열병합발전기를 중심으로 중앙 난방 난방수를 순환 시키는 중앙난방 난방수 순환 라인과 부족한 열량을 보충하는 급탕용 중앙난방 급탕수 순환 라인을 분리하여 독립된 순환라인을 복수개 형성하되 축열용 온수 저장 탱크에 열을 저장하고,

상기 축열용 온수 저장 탱크를 매개로 개별 난방 난방수 순환 라인을 연결하여 독립된 온수 순환라인이 복수개 중앙난방 시스템과 개별난방 시스템이 상호 보완적으로 열을 공유하는 난방 배관 구성으로 아파트 단지의 각 세대별 개별난방의 장점을 살리면서 연속 난방과 이에 따른 급탕운전이 효율적으로 구현될 수 있어 경제적인 운전에 따른 종합 열효율향상으로 에너지 절약효과가 큰 개별 난방과 중 앙 난방을 연계한 에너지 절약형 열병합 발전 난방 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

이와 같이 된 본 발명은,

독립적인 난방을 수행하는 기존의 개별 난방 시스템의 난방 및 급탕 배관에 열병합발전기로 연결되는 난방수 순환 배관을 연결하여 배관망을 공유하되,

중계 배관 상에 장착된 온수 저장 탱크(열회수식 축열탱크)를 열병합발전기의 열을 개별 난방 배관에 선택적으로 공급하는 열중계처로 하여 각 장치의 연계 공정에 의하여 열에너지를 공유시키는 최적의 열 회수 라인 구성으로 경제적 운전 등 열의 효과적인 회수 이용과 에너지 축열 저장으로 가정용 보일러의 용량을 최소화시키면서도 운전시간을 단축시킬 수 있어 개별 난방 시스템의 종합적인 열효율 향상을 구현할 수 있게 되어 에너지 절약및 경비절감에 기여할 수 있는 효과가 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 첨부 도면에 의해 상세하게 설명하면 다음과 같으며 본 발명의 요지를 불명료하게 흐릴 수 있는 공지의 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명은 난방 사용량 조절이 가능한 도시가스 개별 난방 시스템과 전기를 발생 시키고 나온 발전 폐열을 이용하여 난방수를 생산하고 난방 배관망을 통하여 아파트 단지의 각 세대나 빌딩 사무실 등에 난방열을 공급하는 중앙 난방 시스템을 연계 구성한 열병합 발전 난방 시스템에 있어서,

상기 중앙 난방 시스템은 열병합발전기(10)에 의하여 가열된 난방수를 난방 공급용 분배기(14)와 온수저장탱크(축열탱크)(40)를 경유 온수를 저장 및 축열시키고 난방 환수용 분배기(15)로 냉각탑(20)을 경유 열병합발전기(10)로 순환되는 중앙난방 난방수 순환 배관(L1)과 중앙난방 난방수 순환 배관과는 별도로 보조 보일러(30)로 가온된 온수를 난방 공급용 분배기(14) 경유 온수저장탱크(축열탱크)(40)에 저장하고 난방 환수용 분배기(15)로 환수되므로서 중앙난방의 부족한 열량이 보충되는 중앙난방 급탕수 순환 라인(L2)으로 상호 보완적인 복수의 온수 순환 라인을 형성하고,

상기 개별 난방 시스템은 개별 난방 보일러(50)로 직접 가열한 온수를 펌프(P)로 순환시켜 난방부(51)에 공급함과 동시에 급탕부(52)로 뜨거운 온수를 공급하는 난방 및 급탕 용도의 개별난방 난방수 순환 라인(L3)으로 형성되어,

축열용 온수 저장 탱크(40)를 매개로 중앙 난방 시스템과 개별 난방 시스템 상호간에 열을 공유하는 난방 배관 구성으로 경제적인 운전에 따른 종합 열효율향상으로 에너지 절약효과가 큰 개별 난방과 중앙 난방을 연계한 에너지 절약형 열병합 발전 난방 시스템이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명한다.

도 1과 도 2는 본 발명의 전체적 구성을 도시한 개략적인 시스템 구성도로서,

본 발명은 전술한 바와 같이 개별 난방과 중앙 난방을 단순히 연계한 종래 난방 시스템과는 달리 열병합 발전 난방 시스템을 열병합발전기를 중심으로 중앙 난방 난방수를 순환 시키는 중앙난방 난방수 순환 라인(L1)과 부족한 열량을 보충하는 급탕용 중앙난방 급탕수 순환 라인(L2)을 분리하여 독립된 순환라인으로 복수개 형성하되 축열용 온수 저장 탱크(40)에 열을 저장한 다음, 개별 난방 시스템의 개별 난방 난방수 순환 라인(L3)에 축열용 온수 저장 탱크(40)의 열을 공급하여 중앙 난방 시스템과 개별 난방 시스템 상호간에 열을 공유하는 난방 배관 구성으로 각 세대별 개별난방과 열병합 발전 시스템의 장점을 모두 살리면서 연속 난방과 이에 따른 급탕운전이 효율적으로 구현될 수 있게 된다.

전술한 바와 같이 상기 열병합 발전 중앙 난방 시스템은 열병합발전기(에 의하여 가열된 난방수를 난방 공급용 분배기(14) 온수저장탱크(축열탱크)(40)를 경유 온수를 저장 및 축열시키고 난방 환수용 분배기(15)와 냉각탑(20)을 경유 열병합발전기(10)로 순환되는 중앙 난방 난방수 순환 배관(L1)과 중앙 난방 난방수 순환 배관과는 별도로 보조 보일러(30)로 가온된 온수를 난방 공급용 분배기(14) 경유 온수저장탱크(축열탱크)(40)에 저장하고 난방 환수용 분배기(헤더)(15)로 환수되므 로서 중앙난방의 부족한 열량이 보충되는 중앙난방 급탕수 순환 라인(L2)으로 구성되는데, 중앙난방 난방수 순환 배관(L1)의 난방수 순환 공정중 냉각탑(20)에서 냉각되어 환수되는 저온 열원(약 40℃)은 그대로 방출하지 않고 열량 보충용 히터 등으로 가열 승온시켜 에너지를 절약하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 열병합 발전 중앙 난방 시스템은 열수요처에 전기 공급 및 난방, 급탕 등을 종합적으로 수행하는 열병합발전기와 보일러, 냉각탑, 분배기(헤더) 이외에 다수의 열교환기, 순환 펌프 등을 난방수 순환 배관상에 구비할 수 있으며 본 발명의 엔진에 의해 구동되는 발전기를 포함하는 열병합 발전기는 이를 구동하는 고압 보일러 및 전용 증기 터빈을 구비하여 발전과 동시에 발생 되는 배열로 지역 난방을 실시하는 통상의 것이다.

또한 열병합발전기(10)의 부족한 열원을 보충하는 보조 보일러(30)를 열원으로 가열된 난방수를 순환시키는 순환시키는 중앙난방 급탕수 순환 라인(L2) 역시 난방 공급용 분배기(14)로 데워진 물을 저장 및 축열시켜 공급하는 온수저장탱크(축열탱크)(40)를 경유시켜 급탕을 수행하고 급탕을 수행한 난방 순환수는 난방 환수용 분배기(15)를 통하여 환수하는 구성으로 중앙난방 급탕수 순환 라인(L2)의 회수 라인 일단에는 보일러 전용 순환 펌프(31)가 구비되어 온수를 펌핑 공급하게 하는 구성으로서,

병행 설치된 독립 순환라인의 중앙난방 난방수 순환 배관(L1)과 중앙난방 급 탕수 순환 라인(L2)은 열량 부족시 보조보일러(30)로 가열된 온수를 난방 공급용 분배기(14)와 난방 환수용 분배기(15)를 통하여 서로 열을 공유하고 부족한 열량을 보충할 수 있으며 적정 열량의 온수는 온수저장탱크(40)에 저장 및 축열된다.

그리고 상기와 같이 구성된 열병합 발전 난방 시스템의 중앙 난방 시스템은 개별 난방 시스템에 배관을 통하여 열적으로 결합되는데 중앙 난방 시스템과 별도로 개별 난방 시스템은 버너로 급수부(미도시함)로부터 공급되는 저온의 직수(수돗물, 시수)를 가열하는 독립된 열전용 개별 난방 보일러(50)를 구비하는 개별 난방 난방수 순환 라인(L3)으로 직접 가열 방식을 가열된 난방수를 펌프(P)로 펌핑 토출하여 난방부(51)를 경유 난방수를 순환시켜 난방하고 급탕부(52)를 통하여 열수요처에게 온수를 공급하는 폐루프의 개별 난방수 순환 라인(L3)으로 이루어진 난방 시스템으로서, 개별 난방 보일러(30) 고장이나 필요시 온수저장탱크(40)와 연결된 배관과 선택 밸브(V)의 분기 개폐동작으로 온수저장탱크(40) 내부에 수용된 뜨거운 온수를 공급받아 직수를 별도로 가열하는 불편 없이도 적정 온도의 난방 및 급탕을 수행할 수 있고, 또한 중앙 난방 시스템에서 공금되는 온수의 열량이 부족한 경우 일정 온도 예열된 온수를 가지고 다시 가열 승온시켜 사용할 수 있다.

결국 본 발명은 개별 난방 시스템의 동절기 열 피크 수요에 대비하기 위하여 보일러의 용량을 증설하지 않고도 축열된 열을 이용 소형 보일러만으로 부족한 열량을 보충하여 순환수의 온도를 적절하게 유지할 수 있으며 하절기에는 온수저장 탱크의 물을 연결하여 선택적으로 공급하거나 최소한도로 보일러를 가동시켜 온수만을 공급하면 된다

그리고 상기한 배선 및 배관의 설치 및 순환 구조는 도시와 설명의 편의를 위하여 예시한 바람직한 실시예로서, 설치 조건에 맞춰 본 발명의 기술적 요지의 동일성 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 종래의 개별 난방방식 가스 보일러 난방 시스템의 개략적인 구성도

도 2는 본 발명에 따른 열병합과 개별 난방 연계 복합 난방 시스템의 개략적인 구성도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1:보일러

3:급수부 4:난방부

5:급탕부 6:난방배관

7:난방수 순환펌프 8:분배기

9:급탕배관

10:열병합발전기 11:소음기

14:난방공급용 분배기 15:난방환수용 분배기

20:냉각탑 30:보조 보일러

31:순환 펌프 40:온수 저장탱크

50:개별난방 보일러 51:난방부

52:급탕부 P:펌프 V:밸브

L1:중앙난방 난방수 순환 라인

L2:중앙난방 급탕수 순환 라인

L3:개별난방 난방수 순환 라인

Claims (1)

1. 난방 사용량 조절이 가능한 도시가스 개별 난방 시스템과 전기를 발생 시키고 나온 발전 폐열을 이용하여 난방수를 생산하고 난방 배관망을 통하여 아파트 단지의 각 세대나 빌딩 사무실 등에 난방열을 공급하는 중앙 난방 시스템을 연계 구성한 열병합 발전 난방 시스템에 있어서,

   상기 중앙 난방 시스템은 열병합발전기(10)에 의하여 가열된 난방수를 난방 공급용 분배기(14)와 온수저장탱크(축열탱크)(40)를 경유 온수를 저장 및 축열시키고 난방 환수용 분배기(15)로 냉각탑(20)을 경유 열병합발전기(10)로 순환되는 중앙난방 난방수 순환 배관(L1)과 중앙난방 난방수 순환 배관과는 별도로 보조 보일러(30)로 가온된 온수를 난방 공급용 분배기(14) 경유 온수저장탱크(축열탱크)(40)에 저장하고 난방 환수용 분배기(15)로 환수되므로서 중앙난방의 부족한 열량이 보충되는 중앙난방 급탕수 순환 라인(L2)으로 상호 보완적인 복수의 온수 순환 라인을 형성하고, 상기 개별 난방 시스템은 개별 난방 보일러(50)로 직접 가열한 온수를 펌프(P)로 순환시켜 난방부(51)에 공급함과 동시에 급탕부(52)로 뜨거운 온수를 공급하는 난방 및 급탕 용도의 개별난방 난방수 순환 라인(L3)으로 형성되어,

   축열용 온수 저장 탱크(40)를 매개로 중앙 난방 시스템과 개별 난방 시스템 상호간에 열을 공유하는 난방 배관 구성으로 경제적인 운전에 따른 종합 열효율향상으로 에너지 절약효과가 큰 개별 난방과 중앙 난방을 연계한 에너지 절약형 열병합 발전 난방 시스템

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