KR0136845B1 - 에너지 공급센터에 있어서의 냉열축열과 냉열수송방법 및 그의 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 폴리머의 빙결후에 어름의 클러스터의 발생을 방지하고 수송효율 및 경제성을 높이기 위한 냉열축열과 냉열수송방법 및 그를 위한 장치에 관한 것으로, 냉동측과 냉열매급송측에서 냉열매를 분리사용을 행하며, 냉열매에 흡수성폴리머와 부동액 및 흡수성폴리머와 물과의 혼합유체를 사용하고, 냉열매의 순환계에 분리기(10, (20)을 개재장치하여 냉동측과 냉열매급소측과의 냉열매의 전환이 될 수 있도록 구성하였으며 또 흡수성폴리머는 흡수후에 계면활성제를 계면흡착시켜서 빙결후도 폴리머가 일체로 결합해서 클러스터를 형성하지 않도록 한다.

Description

에너지 공급센터에 있어서의 냉열축열과 냉열수송 방법 및 그의 장치

제1도는 본 발명을 실시하는 장치의 기본적 구성을 나타내는 계통도

제2도는 본 발명을 실시하는 장치의 일실시예를 나타내는 계통도

제3도는 본 발명을 실시하는 장치의 다른 실시예를 나타내는 계통도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

:냉동기2:압축기

3:응축기4:패창밸브

5:냉각탑6:열교환기

10:제1분리기11:제1분리조

12:빙결폴리머급송관13:열교환조

14:열교환기15:폴리머조

16:부동액송송관17:냉열매급송관

18:펌프19:펌프

20:제2분리기21:제2분리조

22:폴리머급송관23:저수조

24:저온수송수관25:혼합조

30:냉열매 급송장치31:냉열매급송관

32:혼합조정밸브33:유량계

34:펌프35:부하측설비

36:되돌림냉열매급송관37:흡수식 냉동기

[산업상의 이용분야]

본 발명은 에너지공급 센터에 있어서의 냉열축열과 냉열수송방법및 그의 장치에 관한 것이다.

[종래의 기술]

종래, 저렴한 심야전력을 이용하여 냉열을 축열하고 이 냉각된 냉열매를 필요시에 열교환기로 보내서 목적물을 냉각하는 기술에 있어서, 그 냉열매에, 고급흡수성폴리머중에 물을 흡수시켜 이 폴리머중의 물을 빙결시키는 것에 의하여 독립된 미세한 어름을 형성하고, 이것을 어름의 비중과 거의 동승한 소수성부동액(예를 들면 기름)에 혼합한 것을 선정하여 어름의 잠열을 이용하여 냉열수송량의 증대를 도모하여 냉열수송파이프의 소형화를 도모한 기술이 있다(일본국 특개평4-64839호 공보)

또, 냉열매체로서 물과 어름과를 소정비율로 혼합한 것을 사용하여 그의 혼합유체를 냉열소비지역으로 급송하여 냉열소비에 수반하는 어름의 융해에 의해 물만을 에너지 공급센터로 되돌리도록 한 기술이 있다.(일본국 특개평 1-184354호 공보)

[발명이 해결하고자 하는 과제]

그러나 상기한 전자기술에서는 부동액이 지나치게 고가이어서 경제성 문제로 실시하는 것이 곤란하다.

또, 후자기술에 있어서, 물과 어름의 혼합유체를 수송하는 경우에 예를 들면 1㎧정도의 저속도에서는 어름끼리 하나로 결합해서 클러스터(cluster)로 되어서 수송파이프를 폐색시킬 우려가 있어서 안전하게 내열수송을 행하는 것이 곤란하다.

본 발명은 클러스터의 발생이 없어서 수송효율 및 경제성이 높은 에너지 공급센터에 있어서의 냉열축열과 냉열수송방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명에 의한 방법은 흡수성 폴리머를 흡수, 냉동시킨 것을 냉열매로 사용하는 에너지공급센터에 있어서의 냉열축열 및 냉열수송방법에 있어서, 냉열매의 순환계에 분리기를 삽입하여 열원측을 순환하는 냉열매로서는 폴리머와 부동액과의 혼합유체를 사용하고 부하측을 순환하는 냉열매로서는 폴리머와 물과의 혼합유체를 사용하며, 그 폴리머의 ㅍ면에 계면활성제를 계면흡착시키므로써 작은 어름입자의 제조와 부동액의 흡수억제 및 빙결후는 어름 클러스터의 발생을 억제토록 한 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 의한 장치는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 열교환기를 포함하는 냉동기와,

상기 열교환기가 사이에 장치되어 있고 또 그의 내부를 폴리머 및 부동액의 혼합 유체가 흐르고 있는 냉열매급송관과;

입구측에서 상기 냉열매급송관에 접속되고 그 냉열매급송관을 흐르는 빙결된 폴리머와 부동액과의 혼합유체를 빙결된 폴리머와 부동액으로 각각 분리하는 제1분리기와;

제1분리기에서 분리된 빙결된 폴리머와 저온수를 합류시킨 혼합 유체를 부하측설비에 공급하는 냉열매급송관과;

부하측설비로부터 배출된 폴리머와 온수와의 혼합유체가 흐르는 되돌림 냉열매급송관과;

그 되돌림 냉열매급송관에 접속되어 있고, 그 되돌림 냉열매 급송관내를 흐르는 폴리머와 온수와의 혼합 유체를 폴리머와 온수로 각각 분리하는 제2분리기와;

제1분리기에서 분리된 부동액과 제2분리기에서 분리된 온수와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기를 구비한 열교환조;로서 구성되며

상기 저온수는 상기 열교화너기에 의해 제1분리기에서 분리된 부동액과 열교환을 행한 후의 상기 온수이며,

냉열매급송관을 흐르는 혼합유체는 제2분리기에서 분리된 폴리머와, 제1분리기에서 분리된 후에 열교환조에서 상기 온수와 열교환 한후의 부동액과의 혼합유체인 것을 특징으로 한다.

상기 계면활성제에는 흡수상태의 폴리머로 부터의 양이온이 해리하고 있으므로 폴리머상에 안정된 분자막을 만드는데에는 양이온계 또는 양이온계와 비이온계와의 혼합물을 선택하는 것이 바람직하다.

또, 흡수된 물의 부분에는 음이온계의 것을 선택하는 것이 좋다. 또 더구나 고분자계면활성제 예를 들면 플루오르화탄소계의 것 혹은 실리콘계의 것을 병용하면 이들은 표면장력을 낮추는 능력이 우수하여서 폴리머입자간에 용액이 충분히 침투하므로 바람직하다. 그 결과 폴리머를 냉동하면 작은 입자상의 어름을 얻을 수가 있다.

또, 배유성, 전기절연성을 나타내는등의 특징이 있는 분자막이 폴리머표면에 형성디어서 폴리머의 부동액흡수의 억제에 효과가 있다.

[작용]

본 발명에 의하면 흡수폴리머에 흡수시킨후에 이표면에 계면활성제를 그의 친수기로 계면흡착시키고 폴리머의 표면을 소수기로 덮어씌운 것으로 한다. 흡수전에 흡착시킨 것에도 유사한 효과가 있는 것이 있다.

이 상태에서 폴리머를 빙결하면 흡착되어져 있는 내부의 수분이 팽창되므로 폴리머 내부에 잔금이 간 새하얀 어름이 되나 빙결의 과정에서 계면활성제가 어름의 표면에 석출된다. 이 종류의 빙결폴리머는 둘레에 물이나 부동액이 개재하여도 계면활성제로 덮어씌워져 있으므로 빙결폴리머가 일체로 결합하여 점성증대를 나타내거나 클러스터의 형성하는 일이 없다.

또, 냉동기측에서는 상기 계면활성제로 처리한 폴리머입자와 부동액과의 혼합유체를 사용하고 있다. 그 폴리머입자와 부동액과는 계면활성제로 격리되어 있으므로 부동액에 의해 폴리머내부에 흡착되어져 있는 물이 흡출되어서 변환하는 것 같은 일은 발생치 않는다. 또 폴리머가 빙결상태로 되어도 폴리머 끼리 일체로 결합하여 클러스터를 형성하는 일은 없다. 따라서 소수성(疏水性)부동액등 특수하고 고가인 부동액을 사용할 필요가 없게 된다.

또, 부하측에서는 냉열매로서 상기의 빙결된 폴리머입자와 물과의 혼합유체를 사용하고 있으며, 그 빙결폴리머는 계면활성제로 덮어띄어져 있으므로 빙결 폴리머끼리 서로 일체로 결합하여 그것이 발달해서 클러스터를 형성해서 수송파이프가 폐색에 이르게 되는 염려가 없다.

또, 냉열매가 물을 주체로한 혼합유체이므로 경제적으로 유리 하다.

[실시예]

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

제1도에는 본 발명을 실시하는 장치의 기본적인 구성이 나타나 있다.

이 장치는 냉동기(1), 제1분리기(10), 제1분리기(20), 냉열매급송장치(30)및 부하측설비(35)로서 개략구성되어 있다.

상기 냉동기(1)는 공지기술에 의한 것이며, 압축기(2), 응축기(3), 팽창밸브(4), 냉각탑(5) 및 열교환기(6)가 설치되어 있다.

상기 제1분리기(10)에 연결되는 빙결폴리머 및 부동액으 냉열매급송관(17)에는 열교환기(6)가 개재되어 장치되며, 또한 제1분리기(10)에는 열교환조(13)가 접속되어져 있다. 또 제1분리기(10)로 부터의 빙결폴리머급송관(12)과 열교환기(14)를 개재하여 장치한 제2분리기(20)로 부터의 조온수송수관(24)과는 냉열매급송장치(30)의 빙결폴리머 및 저온수의 냉열매급송관(31)에 합류되어져 있다. 또 부하측설비(35)로 부터의 폴리머 및 저온수의 되돌림냉열매급송관(36)은 제2분리기(20)에 접속되어 있다. 그리고 열교환조(13)로 부터의 부동액송수관(16)과, 제2분리기(20)로 부터의 폴리머급송관(22)과는 냉열매급송관(17)에 접속되어 있다. 또한, 도면중의 부호(18), (34)는 펌프이다.

이와 같이 구성되어 그림의 좌측의 열원측에서는 흡수성폴리머와 부동액과는 혼합유체가 순환되고 있다. 이 냉열매는 냉각되어 폴리머내의 물이 빙결하여 부동액과 함께 영하 5℃인 정도의 상태로 제1분리기(10)중에 축열된다. 이때의 어름충진율(IPF)은 40%정도의 것도 가능하다.

제2분리기(20)에 있어서 부하측설비(35)로 부터의 되돌림저온수는 폴리머가 분리되어 부하측의 제1분리기(10)에서 분리된 빙결폴리머와 혼합되어 0℃정도의 혼합유체의 냉열매로 되어서 부하측설비(35)로 수송된다. 이 냉열매의 어름충진율(IPF)은 40%정도의 것도 가능하다. 따라서 빙결폴리머의 잠열이 이용되므로 고밀도의 냉열수송이 가능하게 된다.

부하측설비(35)에서 열소비된 후의 열냉매의 혼합유체는 10℃의 저온수와 폴리머로 되어서 제2분리기(20)로 되돌려진다. 여기서, 폴리머는 분리되어 열원측으로 옮겨진다. 이 폴리머는 열교환기(14)에서 10℃정도의 되돌림 저온수와 열교환기를 거친 부동액과 혼합되어 열원측의 냉열매로 된다.

제2도에는 본 발명을 실시하는 장치의 실시예를 나타내고 있다.

이 장치에서는 제1분리기(10)에 분리조(11)와 열교환조(13)와를 구획형성하고 그 열교환조(13)의 하부에 급송관(12)의 도중에 개재시켜 장치된 폴리머조(15)를 설치하고 있다. 또, 급송관(12)의 관말에 혼합조정밸브(32)를, 송수관(24)의 일단에 유량계(33)와를 각각 설치하고 있으며, 이들 양자(32)(33)와 급송관(31), 펌프(34)와에 의해서 냉열매급송장치(30)가 구성되어 있다.

또, 제2분리기(20)에 제2분리조(21)와 저수조(23)와를 구획형성하여 그 저수조(23)의 하부에 송수관(16)과 급송관(22)이 합류되어서 급송관(17)에 접속된 혼합조(25)를 설치하고, 이 혼합조(25)의 상부출구측에 펌프(19)를 설치하고, 기타 장치들은 제1도와 실질적으로 같은 모양으로 구성하고 있다. 또한, 제2도에 있어서의 제1, 제2분리기(10),(20)는 제1도와 역위치에 배치되어져 있다.

다음에 냉열의 축열 및 수송 과정에 대해서 설명한다.

제2분리기(20) 계통의 혼합조(25)에는 냉열매로서 폴리머와 부동액의 혼합유체가 충만되어 있다. 이 냉열매는 펌프(18)에 의해 냉동기(1)의 열교환기(6) 내를 통해서 냉각된다. 그 냉열매의 냉각이 진행하면 폴리머에 흡수되어 있는 물이 빙결하고, 빙결한 폴리머는 체적팽창하여 혼합조(25)의 상층부에 모인다. 이 혼합조(25)의 출구측에는 펌프(19)가 있어서, 빙결한 폴리머를 부동액과 함께 분리조(11)로 압송한다. 그 분리조(11)에서 빙결한 폴리머는 부동액으로 부터 분리되어 급송관(12)을 개재하여 폴리머조(15)에 저장되고 부동액은 열교환조(13)에 모아진다. 이 부동액은 열교환기(14)에 의해 송수관(24)에서 보내어져온 10℃정도의 저온수를 냉각하면서 혼합조(25)로 되돌려진다.

상기 폴리머조(15)에 저장된 빙결폴리머는 혼합조정밸브(32)에 의해서 조정되며, 부하측설비(35)로 급송되는 저온수에 혼합되어 냉열매의 혼합유체로 된다. 이 조정은, 저온수의 유량을 유량계(33)로 계측하여 행하여 지며 냉열매의 수송은 부하측설비(35)의 열소비율에 응답해서 작동하는 펌프(34)에 의해서 행하여진다.

그 부하측설비(35)에서 열소비된 냉열매는 10℃정도의 저온수와 폴리머의 혼합유체로서 회수된다. 이 회수된 냉열매는 제2분리조(21)로 되돌려져서 폴리머가 분리된다.

그 폴리머는 급송관(22)을 개재하여 혼합조(25)로 인도된다., 한편, 폴리머가 분리된 10℃정도의 되돌림 저온수는 저수조(23), 송수관(24)을 개재하여 열교환기(14)에서 냉각되어 0℃에 가까운 저온수로 된다.

상기 혼합조(25)에는 분리조(21)에서 분리된 폴리머와 열교환조(13)로 부터의 부동액이 되돌아오지만 양자는 비중이 거의 동일하므로 충분한 혼합이 이루어진다.

제3도는 본 발명을 실시하는 장치의 다른 실시예를 나타내며 되돌림 냉열매급송관(36)에 흡수식 냉동기(37)를 개재시켜 장치하고 기타는 제1도와 같은 모양으로 구성한 예이다.

이 실시예에서는 부하측설비(35)로 부터의 15℃정도의 되돌림 냉열매를 흡수식 냉동기(37)에서 예비냉각하고 그 냉동기(37)로 부터의 7℃전후의 냉열매가 제2분리기(20)로 되돌려진다. 이런 구성에 의해서 시스템의 냉열이용온도차를 10℃정도로 부터 15℃정도로 넓힐 수가 있으며, 그 결과 냉열수송효율을 높일 수가 있다. 또 본 장치는 전기식이므로 예를 들면 가스식의 흡수냉동기와 조합시켜서 전기식과 가스식과의 최상급혼합인 조합의 장치를 구성할 수가 있다.

[발명의 효과]

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 이하에 기재되는 것과 같은 효과가 있다.

① 냉동계와 냉열수송계에서 냉열매를 분리사용하고 있으므로 각각의 계에서의 열효율 및 경제성이 높은 운전을 행할 수가 있다.

② 냉동기는 심야전력을 사용한 축열운전이 가능하므로 설비의 소형화와 동력비의 절감을 도모 할 수가 있다.

③ 가스식 흡수냉동기와 조합하는 것에 의해서 전기와 가스와의 최상급혼합인 열공급설비를 구축할 수가 있다.

④ 어름과 물과의 혼합유체를 냉열매로 하는 까닭에 어름의 잠열이용에 의해 냉열매의 필요순환류량의 소량화를 도모하며 냉열매배관 펌프용량의 소형화에 의해서 설비원가를 대폭으로 저감할 수가 있다.

⑤ 흡수성 폴리머를 사용하여 미세하며 균일한 어름입자를 용이하게 만들 수가 있다.

⑥ 흡수성 폴리머는 계면활성제를 계면흡수시키므로 잔어름 입자가 만들어진다. 또 빙결후에도 빙결폴리머끼리 일체로 결합해서 클러스터를 형성하여 그것이 발전해서 냉열매배관을 폐색시킬 염려가 없고 안전한 냉열매수송을 행할 수가 있다. 또 폴리머의 부동액흡수를 억제한다.

Claims (2)

1. 흡수성 폴리머를 흡수, 냉동시킨 것을 냉열매로 사용하는 에너지공급센터에 있어서의 냉열축열 및 냉열수송방법에 있어서, 냉열매의 순환계에 분리기를 삽입하여 열원측을 순환하는 냉열매로서는 폴리머와 부동액과의 혼합유체를 사용하고 부하측을 순환하는 냉열매로서는 폴리머와 물과의 혼합유체를 사용하며, 그 폴리머의 표면에 계면활성제를 계면흡착시키므로써 작은 어름입자의 제조와 부동액의 흡수억제 및 빙결후는 어름 클러스터의 발생을 억제토록 한 것을 특징으로 하는 에너지공급센터에 있어서의 냉열축열및 냉열수송방법.
2. 압축기(2), 응축기(3), 팽창밸브(4)및 열교환기(6)를 포함하는 냉동기(1)와, 상기 열교환기(6)가 사이에 장치되어 있고 또 그의 내부를 폴리머 및 부동액의 혼합 유체가 흐르고 있는 냉열매급송관(17)과;입구측에서 상기 냉열매급송관(17)에 접속되고 그 냉열매급송관(17)을 흐르는 빙결된 폴리머와 부동액과의 혼합유체를 빙결된 폴리머와 부동액으로 각각 분리하는 제1분리기(10)와;제1분리기(10)에서 분리된 빙결된 폴리머와 저온수를 합류시킨 혼합 유체를 부하측설비(35)에 공급하는 냉열매급송관(31)과;부하측설비(35)로부터 배출된 폴리머와 온수와의 혼합유체가 흐르는 되돌림 냉열매급송관(36)과;그 되돌림 냉열매급송관(36)에 접속되어 있고, 그 되돌림 냉열매급송관(36)내를 흐르는 폴리머와 온수와의 혼합 유체를 폴리머와 온수로 각각 분리하는 제2분리기(20)와;제1분리기(10)에서 분리된 부동액과 제2분리기(20)에서 분리된 온수와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기(14)를 구비한 열교환조(13);로서 구성되며 상기 저온수는 상기 열교한기(14)에 의해 제1분리기(10)에서 분리된 부동액과 열교환을 행한 후의 상기 온수이며, 냉열매급송관(17)을 흐르는 혼합유체는 제2분리기(20)에서 분리된 폴리머와, 제1분리기(10)에서 분리된 후에 열교환조(13)에서 상기 온수와 열교환 한후의 부동액과의 혼합유체인 것을 특징으로 하는 에너지공급센터에 있어서의 냉열축열및 냉열수송을 위한 장치.