WO2019245109A1 - 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전 시스템 - Google Patents

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WO2019245109A1
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cold water
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허철구
허철기
김경수
방세경
서인호
이상윤
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(주)영광
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Definitions

  • the present invention relates to an organic Rankine cycle power generation system using a heat storage tank, and more particularly, in an organic Rankine cycle supplied to a heat storage tank, an internal heat storage tank is automatically adjusted by automatically adjusting a supply amount of hot water exchanged with a working fluid and cold water supplied from the outside.
  • the present invention relates to an organic Rankine cycle power generation system using a heat storage tank that can automatically control the temperature of the heating water and control the pressure and level inside the heat storage tank.
  • the cogeneration generator 10 which supplies power for heating using exhaust gas, and the waste heat recovery boiler 30, which supplements a scarce heat source, with heating water heated as a heat source.
  • the hot water is supplied through the hot water storage tank 40 which stores and heats the water warmed by the heating supply distributor 14 while circulating.
  • the heating circulating water which has performed hot water, is diverted to the cogeneration generator 10 and the boiler 30 through the heating return distributor 15, but the heating circulating water of the cogeneration unit 10 passes through the cooling tower 20.
  • the cogeneration system is configured to be supplied to the boiler (30) via the boiler dedicated circulation pump (31).
  • the hot water of low temperature is heated by using the waste heat of the cogeneration generator, and the hot water is pumped and supplied to the heating and hot water supply pipe composed of the closed loop for heating hot water supply and return.
  • the hot water supplied is often exchanged with cold water in the hot water storage tank 40 as needed to circulate the heating water maintained at a constant temperature on the pipe to perform heating and hot water supply, perform heating, and return and cool the cooling water
  • the heat supply and recovery method for supplying the cooling water to the cogeneration unit will be implemented.
  • the operator adjusts the supply of hot water and cold water from time to time, and adjusts the pressure inside the hot water storage tank 40 or the heating water.
  • the operator has to adjust the supply of hot and cold water from time to time in order to control the level of the problem occurred that the efficiency is lowered.
  • a first circulation pipe for circulating the heat-exchanged hot water to a heat exchanger A second circulation pipe branched from the hot water supply pipe to supply hot water to a second internal heat exchanger of the second heat storage tank, and circulating hot water heat exchanged from the second internal heat exchanger to the heat exchanger; A first cold water supply pipe for supplying cold water from the outside into the first heat storage tank; A second cold water supply pipe for supplying cold water from the outside into the second heat storage tank; And opening and closing means for selectively opening and closing the first circulation pipe, the second circulation pipe, the first cold water supply pipe, and the second cold water supply pipe, wherein the heat exchanger is configured to remove from the organic Rankine cycle through the hot water supply pipe. It provides an organic Rankine cycle power generation system utilizing a heat storage tank, characterized in that the hot water is supplied and the hot water supplied through the first circulation pipe and the second circulation pipe.
  • the opening and closing means is installed on the first circulation pipe and the hot water is selectively supplied from the hot water supply pipe to the first circulation pipe
  • a first high temperature water open / close valve configured to open and close a circulation pipe
  • a second valve installed on the second circulation pipe to open and close the second circulation pipe so that hot water is selectively supplied from the high temperature water supply pipe to the second circulation pipe.
  • the organic Rankine cycle power generation system utilizing the heat storage tank according to the present invention is installed in the first heat storage tank and the second heat storage tank, the pressure in the first heat storage tank and the second heat storage tank, the water level in the first heat storage tank and the second heat storage tank, and the first heat storage tank. It may further include a sensor unit for measuring the temperature of the heating water in the first heat storage tank and the second heat storage tank.
  • the organic Rankine cycle power generation system using the heat storage tank according to the present invention may further include a fixing frame part for fixing and supporting the first heat storage tank and the second heat storage tank spaced apart from each other.
  • the sensor unit is a pressure sensor for measuring the pressure in the first heat storage tank and the second heat storage tank, and the water level in the first heat storage tank and the second heat storage tank.
  • a temperature sensor configured to measure a temperature in the first heat storage tank and the second heat storage tank, wherein the water level sensor comprises: an upper water level sensor positioned above the first heat storage tank and the second heat storage tank; It may include a lower water level sensor positioned below the first heat storage tank and the second heat storage tank.
  • the control unit selectively controls the opening and closing of a plurality of on / off valves installed in the circulation pipe and the cold water supply pipe to supply the hot water and the cold water to the heat storage tank, thereby heating the water inside the heat storage tank. Temperature and pressure inside the heat storage tank can be adjusted, and the cold water heat-exchanged with the hot water in the heat storage tank can be utilized as heating water to improve energy efficiency.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a cogeneration system of the prior art.
  • FIG 4 is a view showing a state in which the first heat storage tank and the second heat storage tank is fixed to the fixed frame portion.
  • the first heat storage tank 1100 is connected to the first through-hole 1140 to which the first circulation pipe 1300 to be described below and the first cold water supply pipe 1500 to be described later are connected.
  • a first discharge hole 1180 for discharging the heating water inside the first connection hole 1160 and the first heat storage tank 1100 is formed.
  • the high temperature water supplied into the first heat storage tank 1100 through the lower portion of the first through hole 1140 passes through the first internal heat exchanger 1120 and then through the upper portion of the first through hole 1140. It is discharged to the outside of the first heat storage tank 1100.
  • the first internal heat exchanger 1120 may be bent in multiple stages within the first heat storage tank 1100 and have a shape that circulates the inside of the first heat exchanger 1100. Can be.
  • the first circulation pipe 1300 connected to the first through-hole 1140 of the first heat storage tank 1100 is hot water supplied after the heat exchange with the working fluid in the organic Rankine cycle (ORC).
  • ORC organic Rankine cycle
  • the hot water branched from the supply pipe HP supplies the hot water to the first internal heat exchanger 1120, and the hot water transferred to the hot water supply pipe HP is supplied to the heat exchanger HE.
  • the hot water transferred to the first circulation pipe 1300 is also transferred to the heat exchanger HE and then heated at a high temperature in the heat exchanger HE. Heat exchange with water.
  • the control unit 1900 is the first high temperature is installed in the first circulation pipe 1300 and the second circulation pipe 1400 when the pressure in the first heat storage tank 1100 and the second heat storage tank 1200 is higher than the set pressure.
  • the water open / close valve 1720 and the second high temperature water open / close valve 1740 By closing the water open / close valve 1720 and the second high temperature water open / close valve 1740, the first heat storage tank 1100 and the high temperature water supplied to the inside of the first heat storage tank 1100 and the second heat storage tank 1200 are blocked. The pressure inside the second heat storage tank 1200 is lowered.
  • the control unit 1900 opens the first cold water open / close valve 1760 and the second cold water open / close valve 1780 when the heating water temperature in the first heat storage tank 1100 and the second heat storage tank 1200 is high. Cold water is supplied into the first heat storage tank 1100 and the second heat storage tank 1200 to lower the temperature of the heating water. On the contrary, when the temperature of the heating water is low, the first hot water open / close valve 1720 and the second high temperature are cooled. The water open / close valve 1740 is opened to supply high temperature water to the first internal heat exchanger 1120 and the second internal heat exchanger 1220 to increase the temperature of the heating water.

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Abstract

본 발명은 유기 랭킨 사이클에서 열교환 후 남은 열을 축적하기 위한 것으로, 밀폐된 통형상을 가지고, 내부에는 제1내부 열교환기가 구비되는 제1축열조; 상기 제1축열조와 이격되게 구비되며, 밀폐된 통형상을 가지고 내부에는 제2내부 열교환기가 구비되는 제2축열조; 지역난방시스템에서 공급되는 고온수가 유기 랭킨 사이클에서 작동유체와 열교환 후 이송되는 고온수 공급배관에서 분기되며, 상기 제1축열조의 제1내부 열교환기로 고온수를 공급하고, 상기 제1내부 열교환기에서 열교환된 온수를 열교환기로 순환시키는 제1순환배관; 상기 고온수 공급배관에서 분기되어 상기 제2축열조의 제2내부 열교환기로 고온수를 공급한 후 상기 제2내부 열교환기에서 열교환된 온수를 상기 열교환기로 순환시키는 제2순환배관; 외부로부터 상기 제1축열조의 내부로 냉수를 공급하는 제1냉수 공급배관; 및 외부로부터 상기 제2축열조의 내부로 냉수를 공급하는 제2냉수 공급배관를 포함하되, 상기 열교환기는 상기 고온수 공급배관을 통해 상기 유기 랭킨 사이클로부터 공급되는 고온수와 상기 제1순환배관 및 제2순환배관을 통해 공급되는 온수를 열교환시키는 것을 특징으로 하는 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템을 제공한다. 따라서, 제어부가 축열조로 고온수와 냉수를 공급하는 순환배관과 냉수공급배관에 설치되는 복수개의 개폐밸브의 개폐를 선택적으로 조절함으로써 축열조 내부의 난방수 온도와 축열조 내부의 압력 및 수위를 조절할 수 있고, 축열조 내부에서 고온수와 열교환된 냉수를 난방수로 활용할 수 있어 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전 시스템
본 발명은 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축열조로 공급되는 유기 랭킨 사이클에서 작동유체와 열교환된 고온수와 외부에서 공급되는 냉수의 공급량을 자동으로 조절하여 축열조 내부의 난방수 온도를 자동으로 조절하면서 축열조 내부의 압력 및 수위를 조절할 수 있는 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템에 관한 것이다.
한국 등록특허 제0812496호에 기재된 배경기술을 참조하면, 집단 에너지공급의 주요 열원시설로서 열에너지와 전기에너지를 동시에 공급하는 열병합발전시스템(Cogeneration system)은 가스 등 연료를 공급받아 발전기에서 전기를 생산하고 발전하는 과정에서 필연적으로 발생하는 폐열을 회수하여 유용하게 이용하는 고효율 에너지 기술로서 종래의 발전방식보다 30~40%의 전력 및 연료 등의 에너지 절감효과로 환경친화적이고 에너지 절약성이 좋은 장점이 있다. 그러나, 종래의 일반적인 열병합발전용 난방 및 급탕 배관만으로는 계절별로 난방열량의 과부족이 발생되고 열교환 순환되는 고온의 열매체를 적절히 활용하지 못하여 많은 에너지 손실을 초래하는 등 열역학적이나 경제성면에서 합리적이지 못하므로 에너지부하에 원활하게 대응할 수 없게 되고 폐열의 활용율도 낮은 문제점이 있다.
통상의 종래 열병합 발전시스템은 열수요처에 전기 공급 및 난방, 급탕 등을 종합적으로 수행하게끔 열병합발전기와 보일러, 냉각탑, 분배기 이외에 다수의 열교환기, 축열 탱크, 순환 펌프 등을 난방수 순환 배관상에 구비한다.
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 전력을 생산함과 동시에 배기가스를 이용하여 난방용수를 공급하는 열병합발전기(10)와 부족한 열원을 보충하는 폐열회수 보일러(30)를 열원으로 가열된 난방수를 순환시키면서 난방공급용 분배기(14)로 데워진 물을 저장 및 축열시켜 공급하는 온수저장탱크(40)를 경유시켜 급탕을 수행하게 된다. 급탕을 수행한 난방 순환수는 난방 환수용 분배기(15)를 통하여 열병합발전기(10)와 보일러(30)로 분기시켜 환수하되 열병합발전기측(10)의 난방 순환수는 냉각탑(20)을 경유한 후 공급되고, 보일러(30)로는 보일러 전용 순환 펌프(31)를 경유한 후 공급되게 열병합 발전시스템이 구성된다.
열병합발전기의 폐열을 이용하여 저온의 직수를 가열하여 가열 온수 공급 및 환수 용도의 폐루프로 구성된 난방 및 급탕 배관에 가열된 온수를 펌핑 공급한다. 공급되는 온수를 필요에 따라 수시로 온수저장탱크(40)에서 냉수와 열교환시켜 일정 온도가 유지되는 난방수를 배관상에 순환시켜 난방 및 급탕을 수행하고 난방을 수행하고 환수되는 난방수는 냉각시키고 냉각된 냉각수를 열병합발전기에 공급하는 열 공급 및 회수 방법을 구현하게 된다.
그러나, 온수저장탱크(40)에서 온수 및 냉수가 혼합되는 난방수를 설정온도로 맞추기 위해 수시로 작업자가 온수 및 냉수의 공급을 조절하게 되고, 온수저장탱크(40) 내부의 압력을 조절하거나 난방수의 수위를 조절하기 위해 온수 및 냉수의 공급을 작업자가 수시로 조절해야 함으로써 효율성이 저하되는 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 지역 난방용 축열조로 공급되는 고온수 및 냉수의 공급량을 제어부가 복수개의 개폐밸브를 선택적으로 개폐하여 조절함으로써 축열조 내부의 난방수 온도와 축열조 내부의 압력 및 수위를 조절할 수 있고, 축열조 내부서 고온수와 열교환된 냉수를 난방수로 활용할 수 있어 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유기 랭킨 사이클에서 열교환 후 남은 열을 축적하기 위한 것으로, 밀폐된 통형상을 가지고, 내부에는 제1내부 열교환기가 구비되는 제1축열조; 상기 제1축열조와 이격되게 구비되며, 밀폐된 통형상을 가지고 내부에는 제2내부 열교환기가 구비되는 제2축열조; 지역난방시스템에서 공급되는 고온수가 유기 랭킨 사이클에서 작동유체와 열교환 후 이송되는 고온수 공급배관에서 분기되며, 상기 제1축열조의 제1내부 열교환기로 고온수를 공급하고, 상기 제1내부 열교환기에서 열교환된 온수를 열교환기로 순환시키는 제1순환배관; 상기 고온수 공급배관에서 분기되어 상기 제2축열조의 제2내부 열교환기로 고온수를 공급한 후 상기 제2내부 열교환기에서 열교환된 온수를 상기 열교환기로 순환시키는 제2순환배관; 외부로부터 상기 제1축열조의 내부로 냉수를 공급하는 제1냉수 공급배관; 외부로부터 상기 제2축열조의 내부로 냉수를 공급하는 제2냉수 공급배관; 및 상기 제1순환배관 및 제2순환배관과 상기 제1냉수 공급배관 및 제2냉수 공급배관을 선택적으로 개폐시키는 개폐수단을 포함하되, 상기 열교환기는 상기 고온수 공급배관을 통해 상기 유기 랭킨 사이클로부터 공급되는 고온수와 상기 제1순환배관 및 제2순환배관을 통해 공급되는 온수를 열교환시키는 것을 특징으로 하는 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템에 있어서, 상기 개폐수단은 상기 제1순환배관 상에 설치되며 상기 고온수 공급배관에서 상기 제1순환배관으로 고온수가 선택적으로 공급되도록 상기 제1순환배관을 개폐시키는 제1고온수 개폐밸브와, 상기 제2순환배관 상에 설치되며 상기 고온수 공급배관에서 상기 제2순환배관으로 고온수가 선택적으로 공급되도록 상기 제2순환배관을 개폐시키는 제2고온수 개폐밸브와, 상기 제1냉수 공급배관 상에 설치되며 외부에서 상기 제1축열조로 냉수가 선택적으로 공급되도록 상기 제1냉수 공급배관을 개폐시키는 제1냉수 개폐밸브와, 상기 제2냉수 공급배관 상에 설치되며 외부에서 상기 제2축열조로 냉수가 선택적으로 공급되도록 상기 제2냉수 공급배관을 개폐시키는 제2냉수 개폐밸브를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템은 상기 제1축열조 및 제2축열조에 설치되어 상기 제1축열조와 제2축열조 내의 압력, 상기 제1축열조와 제2축열조 내의 수위, 및 상기 제1축열조와 제2축열조 내의 난방수의 온도를 측정하는 센서부를 더 포함할 수 잇다.
본 발명에 따른 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템은 상기 센서부에서 측정한 압력 데이터, 수위 데이터, 온도 데이터가 전송되며, 미리 설정된 압력, 수위, 온도 조건에 맞게 상기 제1축열조 및 제2축열조 내의 압력, 수위, 및 온도를 조절하기 위해 제1고온수 개폐밸브, 제2고온수 개폐밸브, 제1냉수 개폐밸브, 및 제2냉수 개폐밸브를 선택적으로 개폐시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템은 이격되게 구비되는 상기 제1축열조 및 제2축열조를 하부에서 지지하면서 고정하는 고정프레임부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템에 있어서, 상기 센서부는 상기 제1축열조 및 상기 제2축열조 내의 압력을 측정하는 압력 센서와, 상기 제1축열조 및 상기 제2축열조 내의 수위를 측정하는 수위 센서와, 상기 제1축열조 및 상기 제2축열조 내의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함할 수 있으며, 상기 수위 센서는 상기 제1축열조 및 상기 제2축열조의 상부에 위치하는 상부 수위 센서와, 상기 제1축열조 및 상기 제2축열조의 하부에 위치하는 하부 수위 센서를 포함할 수 있다.
상기 고정프레임부는 상기 제1축열조 및 상기 제2축열조를 하부에서 지지하는 파레트부재와, 직사각형 형상으로 상기 파레트부재와 상기 제1축열조 및 제2축열조를 고정하는 고정부재를 포함할 수 있으며, 상기 고정부재의 하단은 격자구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전 시스템은 제어부가 축열조로 고온수와 냉수를 공급하는 순환배관과 냉수공급배관에 설치되는 복수개의 개폐밸브의 개폐를 선택적으로 조절함으로써 축열조 내부의 난방수 온도와 축열조 내부의 압력 및 수위를 조절할 수 있고, 축열조 내부에서 고온수와 열교환된 냉수를 난방수로 활용할 수 있어 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술의 열병합 발전 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 랭킨 사이클 발전시스템의 축열조의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 변형된 축열조의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 제1축열조 및 제2축열조가 고정프레임부에 고정된 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템(100)은 유기 랭킨 사이클에서 열교환 후 남은 열을 축적하기 위한 것으로, 제1축열조(1100), 제2축열조(1200), 제1순환배관(1300), 제2순환배관(1400), 제1냉수 공급배관(1500), 제2냉수 공급배관(1600), 개폐수단(1700)를 포함하며, 센서부(1800), 제어부(1900), 고정프레임부(2000)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200)는 밀폐된 통형상을 가지고, 상기 제1축열조(1100)와 상기 제2축열조(1200)는 서로 이격되게 구비되며, 각각 내부에는 제1내부 열교환기(1120)와 제2내부 열교환기(1220)가 구비되는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제1축열조(1100)에는 후술되는 제1순환배관(1300)이 연결되는 제1관통홀부(1140)와 후술되는 제1냉수 공급배관(1500)이 연결되는 제1연결홀(1160) 및 상기 제1축열조(1100) 내부의 난방수를 배출하는 제1배출홀(1180)이 형성된다.
상기 제1관통홀부(1140)는 상기 제1축열조(1100)의 일측면에 상하로 이격되게 구비되고, 상기 제1관통홀부(1140)는 상기 제1축열조(1100)의 내부에 구비되는 제1내부 열교환기(1120)와 연통된다.
상기 제1관통홀부(1140)의 하부를 통해 제1축열조(1100)의 내부로 공급되는 고온수는 상기 제1내부 열교환기(1120)를 통과 후 상기 제1관통홀부(1140)의 상부를 통해 상기 제1축열조(1100)의 외부로 배출되게 된다.
상기 제1내부 열교환기(1120)는 상기 제1축열조(1100)의 내부에 다단으로 절곡되어 내부를 중첩되게 순환하는 형상을 가지는 것이 바람직하며, 중첩되게 순환하는 형상을 가짐으로써 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제1연결홀(1160)은 상기 제1축열조(1100)의 상부에 형성되는 것이 바람직하고, 상기 제1배출홀(1180)은 상기 제1축열조(1100)의 하부에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제1축열조(1100)와 상기 제2축열조(1200)만 구비되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 축열조의 개수를 증가시킴에 따라 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제1축열조(1100)의 제1관통홀부(1140)와 연결되는 제1순환배관(1300)은 지역난방시스템에서 공급되는 고온수가 유기 랭킨 사이클(ORC)에서 작동유체와 열교환 후 이송되는 고온수 공급배관(HP)에서 분기되어 상기 제1내부 열교환기(1120)로 고온수를 공급하며, 상기 고온수 공급배관(HP)으로 이송되는 고온수는 열교환기(HE)로 공급되게 된다.
상기 제1축열조(1100)의 제1내부 열교환기(1120)에서 열교환 후 상기 제1순환배관(1300)으로 이송되는 온수 역시 상기 열교환기(HE)로 이송된 후 상기 열교환기(HE)에서 고온수와 열교환하게 된다.
상기 제2축열조(1200)의 제2내부 열교환기(1220)로 고온수를 공급하는 제2순환배관(1400) 역시 상기 고온수 고급배관(HP)에서 분기되며, 상기 제2내부 열교환기(1220)에서 열교환 후 상기 제2순환배관(1400)으로 이송되는 온수 역시 상기 열교환기(HE)로 이송된 후 상기 열교환기(HE)에서 고온수와 열교환하게 된다.
상기 제2축열조(1200) 역시 상기 제1축열조(1100)와 동일하게 제1순환배관(1300)이 연결되는 제2관통홀부(1240)와 후술되는 제1냉수 공급배관(1500)이 연결되는 제2연결홀(1260) 및 상기 제2축열조(1100) 내부의 난방수를 배출하는 제2배출홀(1280)이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제1배출홀(1180)과 상기 제2배출홀(1280)로는 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200) 내부의 난방수가 배출되며, 제1배출홀(1180)을 통해 배출된 난방수가 이동하는 제1이동배관(1190) 및 제2배출홀(1280)을 통해 배출된 난방수가 이동하는 제2이동배관(1290) 상에는 제1이동배관(1190) 및 제2이동배관(1290)을 선택적으로 개폐시키는 이동배관 개폐밸브(1190a,1290a)이 설치된다. 상기 이동배관 개폐밸브(1190a,1290a)는 후술되는 제어부(1900)에 의해 선택적으로 개폐되는 것이 바람직하다.
상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200)는 각각 제1냉수 공급배관(1500) 및 제2냉수 공급배관(1600)이 연결되어 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200)의 내부로 외부로부터 공급되는 냉수를 공급한다. 상기 제1냉수 공급배관(1500)은 상기 제1연결홀(1160)과 연결되어 상기 제1축열조(1100)의 내부로 냉수를 공급하고, 상기 제2냉수 공급배관(1600)은 상기 제2연결홀(1260)과 연결되어 상기 제2축열조(1200)의 내부로 냉수를 공급하게 된다. 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200)의 내부로 공급된 냉수는 제1내부 열교환기(1120) 및 제2내부 열교환기(1220)에서 고온수와 열교환함으로써 난방수가 되고, 난방수는 상기 제1배출홀(1180) 및 제2배출홀(1280)을 통해 외부로 배출되게 된다.
상기 제1순환배관(1300)과 상기 제2순환배관(1400)에는 각각 제1고온수 개폐밸브(1700)와 제2고온수 개폐밸브(1800)가 설치되며, 상기 제1고온수 개폐밸브(1700)와 제2고온수 개폐밸브(1800)는 상기 고온수 공급배관(HP)에서 상기 제1순환배관(1300) 및 제2순환배관(1400)으로 고온수가 선택적으로 공급되도록 한다.
상기 제1순환배관(1300) 및 제2순환배관(1400)과 상기 제1냉수 공급배관(1500) 및 제2냉수 공급배관(1600) 상에는 개폐수단(1700)이 설치되며, 상기 개폐수단(1700)은 상기 제1순환배관(1300) 및 제2순환배관(1400)과 상기 제1냉수 공급배관(1500) 및 제2냉수 공급배관(1600)을 선택적으로 개폐시키는 역할을 한다.
상기 개폐수단(1700)은 제1고온수 개폐밸브(1720), 제2고온수 개폐밸브(1740), 제1냉수 개폐밸브(1760), 제2냉수 개폐밸브(1780)를 포함한다. 상기 제1순환배관(1300)과 상기 제2순환배관(1400)에는 각각 제1고온수 개폐밸브(1720)와 제2고온수 개폐밸브(1740)가 설치되며, 상기 제1고온수 개폐밸브(1720)와 제2고온수 개폐밸브(1740)는 상기 고온수 공급배관(HP)에서 상기 제1순환배관(1300) 및 제2순환배관(1400)으로 고온수가 선택적으로 공급되도록 한다.
상기 제1고온수 개폐밸브(1720)와 제2고온수 개폐밸브(1740)로는 2웨이 밸브(도 2 참조) 또는 3웨이 밸브(도 3 참조)가 사용되는 것이 바람직하다. 상기 제1고온수 개폐밸브(1720)와 제2고온수 개폐밸브(1740)를 2웨이 밸브로 사용할 경우에는 시스템의 구성이 간단한 장점이 있으며, 3웨이 밸브를 사용할 경우에는 시스템의 구성은 다소 복잡하나 제1축열조(1100)와 제2축열조(1200)를 개별제어 또는 연동제어가 가능한 장점을 가진다.
상기 제1냉수 공급배관(1500)과 상기 제2냉수 공급배관(1600)에는 각각 제1냉수 개폐밸브(1760)와 제2냉수 개폐밸브(1780)가 설치되며, 상기 제1냉수 개폐밸브(1760) 및 상기 제2냉수 개폐밸브(1780)는 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200)로 냉수가 선택적으로 공급되도록 상기 제1냉수 공급배관(1500) 및 제2냉수 공급배관(1600)을 개폐시키는 역할을 한다. 상기 제1고온수 개폐밸브(1720)와 제2고온수 개폐밸브(1740) 및 상기 제1냉수 개폐밸브(1760)와 상기 제2냉수 개폐밸브(1780)는 일반적인 것으로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200)에는 센서부(1800)가 설치되며, 상기 센서부(1900)는 상기 제1축열조(1100)와 제2축열조(1200) 내의 압력, 수위, 및 상기 제1축열조(1100)와 제2축열조(1200) 내의 난방수의 온도를 측정하는 역할을 한다.
상기 센서부(1800)는 압력 센서(1820), 수위 센서(1840), 및 온도 센서(1860)를 포함한다. 상기 압력 센서(1820)는 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200)에 설치되어 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200) 내부의 압력을 측정하는 역할을 한다.
상기 수위 센서(1840)는 상부 수위 센서(1842)와 하부 수위 센서(1844)를 포함하며, 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200)의 상부측과 하부측에 각각 설치되어 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200) 내부의 난방수의 수위를 측정하는 역할을 한다.
상기 온도 센서(1860)는 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200) 내부의 난방수의 온도를 측정하는 역할을 하며, 상기 온도 센서(1860) 역시 상기 수위 센서(1840)와 동일하게 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200)의 상부측과 하부측에 각각 설치되는 것이 바람직하다.
상기 온도 센서(1860)가 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200)의 상부측과 하부측에 이격되게 설치됨으로써 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200) 내부의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있으며, 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200) 내부의 상부측과 하부측의 온도차이를 확인할 수 있게 된다.
상기 센서부(1800)에서 측정한 압력 데이터, 수위 데이터, 및 온도 데이터는 제어부(1900)로 전송되며, 상기 제어부(1900)는 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200) 내의 압력, 수위, 및 온도를 조절하기 위해 제1고온수 개폐밸브(1720), 제2고온수 개폐밸브(1740), 제1냉수 개폐밸브(1760), 및 제2냉수 개폐밸브(1780)를 선택적으로 개폐시키는 역할을 한다.
상기 제어부(1900)에는 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200) 내부의 압력, 수위, 및 온도 조건이 미리 입력되어 있으며, 상기 제어부(1900)는 미리 입력된 압력, 수위, 온도 조건에 맞도록 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200)로 공급되는 고온수 및 냉수의 양을 제1고온수 개폐밸브(1720), 제2고온수 개폐밸브(1740), 제1냉수 개폐밸브(1760), 및 제2냉수 개폐밸브(1780)를 선택적으로 개폐함으로써 조절하게 된다.
상기 제어부(1900)는 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200) 내부의 압력이 설정 압력보다 높을 경우 제1순환배관(1300)과 제2순환배관(1400)에 설치되는 제1고온수 개폐밸브(1720)와 제2고온수 개폐밸브(1740)를 닫음으로써 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200)의 내부로 공급되는 고온수를 차단함으로써 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200) 내부의 압력을 낮추게 된다.
상기 제어부(1900)는 상기 제1냉수 개폐밸브(1760)와 제2냉수 개폐밸브(1780)를 선택적으로 개폐시킴으로써 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200) 내부의 수위를 조절하게 되며, 수위가 낮을 때에는 상기 제1냉수 개폐밸브(1760)와 제2냉수 개폐밸브(1780)를 열어 냉수를 공급하여 수위를 높이고, 수위가 높을 경우에는 상기 제1냉수 개폐밸브(1760)와 제2냉수 개폐밸브(1780)를 받아 냉수가 공급되는 것을 차단하게 된다.
상기 제어부(1900)는 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200) 내부의 난방수 온도가 높을 경우에는 상기 제1냉수 개폐밸브(1760)와 제2냉수 개폐밸브(1780)를 열어 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200) 내부로 냉수를 공급하여 난방수의 온도를 낮추게 되고, 반대로 난방수의 온도가 낮은 경우에는 상기 제1고온수 개폐밸브(1720)와 제2고온수 개폐밸브(1740)를 열어 상기 제1내부 열교환기(1120)와 제2내부 열교환기(1220)로 고온수를 공급하여 난방수의 온도를 높이게 된다.
도 4를 참조하면, 이격되게 구비되는 상기 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200)는 고정프레임부(2000)에 의해 지지되면서 고정되는 것이 바람직하다. 상기 고정프레임부(2000)는 파레트부재(2100)와 고정부재(2200)를 포함하며, 상기 파레트부재(2100)의 상부에 상기 제1축열조(1100)와 제2축열조(1200)가 설치된다. 상기 고정부재(2200)는 직사각형 형상을 가지며, 상기 파레트부재(2100)의 상부에 설치되는 제1축열조(1100) 및 제2축열조(1200)와 상기 파레트부재(2100)를 고정하는 역할을 한다. 상기 고정부재(2200)에 의해 상기 파레트부재(2100), 제1축열조(1100), 제2축열조(1200)를 모두 고정되며, 상기 고정부재(2200)의 하단은 상기 제1축열조(1100)와 제2축열조(1200)의 하중을 견딜 수 있는 격자구조를 가지는 것이 바람직하다. 상기 파레트부재(2100)에는 지게차의 포크가 삽입되는 삽입홀(2120)이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 열교환기(HE)에서 상기 고온수 공급배관(HP)을 통해 유기 랭킨 사이클(ORC)로부터 공급되는 고온수와 상기 제1순환배관(1300) 및 제2순환배관(1400)을 통해 공급되는 온수를 다시 한번 열교환시킴으로써 에너지 효율을 향상시키게 된다.
따라서, 제어부(1900)가 축열조(1100,1200)로 고온수와 냉수를 공급하는 순환배관(1300,1400)과 냉수 공급배관(1500,1600)에 설치되는 복수개의 개폐밸브의 개폐를 선택적으로 조절함으로써 축열조(1100,1200) 내부의 난방수 온도와 축열조(110,1200) 내부의 압력 및 수위를 조절할 수 있고, 축열조(1100,1200) 내부에서 고온수와 열교환된 냉수를 난방수로 활용할 수 있어 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명은 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전 시스템에 이용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 유기 랭킨 사이클에서 열교환 후 남은 열을 축적하기 위한 것으로,
    밀폐된 통형상을 가지고, 내부에는 제1내부 열교환기가 구비되는 제1축열조;
    상기 제1축열조와 이격되게 구비되며, 밀폐된 통형상을 가지고 내부에는 제2내부 열교환기가 구비되는 제2축열조;
    지역난방시스템에서 공급되는 고온수가 유기 랭킨 사이클에서 작동유체와 열교환 후 이송되는 고온수 공급배관에서 분기되며, 상기 제1축열조의 제1내부 열교환기로 고온수를 공급하고, 상기 제1내부 열교환기에서 열교환된 온수를 열교환기로 순환시키는 제1순환배관;
    상기 고온수 공급배관에서 분기되어 상기 제2축열조의 제2내부 열교환기로 고온수를 공급한 후 상기 제2내부 열교환기에서 열교환된 온수를 상기 열교환기로 순환시키는 제2순환배관;
    외부로부터 상기 제1축열조의 내부로 냉수를 공급하는 제1냉수 공급배관;
    외부로부터 상기 제2축열조의 내부로 냉수를 공급하는 제2냉수 공급배관; 및
    상기 제1순환배관 및 제2순환배관과 상기 제1냉수 공급배관 및 제2냉수 공급배관을 선택적으로 개폐시키는 개폐수단을 포함하되,
    상기 열교환기는 상기 고온수 공급배관을 통해 상기 유기 랭킨 사이클로부터 공급되는 고온수와 상기 제1순환배관 및 제2순환배관을 통해 공급되는 온수를 열교환시키는 것을 특징으로 하는 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 개폐수단은,
    상기 제1순환배관 상에 설치되며 상기 고온수 공급배관에서 상기 제1순환배관으로 고온수가 선택적으로 공급되도록 상기 제1순환배관을 개폐시키는 제1고온수 개폐밸브와,
    상기 제2순환배관 상에 설치되며 상기 고온수 공급배관에서 상기 제2순환배관으로 고온수가 선택적으로 공급되도록 상기 제2순환배관을 개폐시키는 제2고온수 개폐밸브와,
    상기 제1냉수 공급배관 상에 설치되며 외부에서 상기 제1축열조로 냉수가 선택적으로 공급되도록 상기 제1냉수 공급배관을 개폐시키는 제1냉수 개폐밸브와,
    상기 제2냉수 공급배관 상에 설치되며 외부에서 상기 제2축열조로 냉수가 선택적으로 공급되도록 상기 제2냉수 공급배관을 개폐시키는 제2냉수 개폐밸브를 포함하는 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1축열조 및 제2축열조에 설치되어 상기 제1축열조와 제2축열조 내의 압력, 상기 제1축열조와 제2축열조 내의 수위, 및 상기 제1축열조와 제2축열조 내의 난방수의 온도를 측정하는 센서부를 더 포함하는 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 센서부에서 측정한 압력 데이터, 수위 데이터, 온도 데이터가 전송되며, 미리 설정된 압력, 수위, 온도 조건에 맞게 상기 제1축열조 및 제2축열조 내의 압력, 수위, 및 온도를 조절하기 위해 제1고온수 개폐밸브, 제2고온수 개폐밸브, 제1냉수 개폐밸브, 및 제2냉수 개폐밸브를 선택적으로 개폐시키는 제어부를 더 포함하는 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    이격되게 구비되는 상기 제1축열조 및 제2축열조를 하부에서 지지하면서 고정하는 고정프레임부를 더 포함하는 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 제1축열조 및 상기 제2축열조 내의 압력을 측정하는 압력 센서와,
    상기 제1축열조 및 상기 제2축열조 내의 수위를 측정하는 수위 센서와,
    상기 제1축열조 및 상기 제2축열조 내의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하며,
    상기 수위 센서는,
    상기 제1축열조 및 상기 제2축열조의 상부에 위치하는 상부 수위 센서와,
    상기 제1축열조 및 상기 제2축열조의 하부에 위치하는 하부 수위 센서를 포함하는 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 고정프레임부는,
    상기 제1축열조 및 상기 제2축열조를 하부에서 지지하는 파레트부재와,
    직사각형 형상으로 상기 파레트부재와 상기 제1축열조 및 제2축열조를 고정하는 고정부재를 포함하며,
    상기 고정부재의 하단은 격자구조를 가지는 것을 특징으로 하는 축열조를 활용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템.
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