KR100568753B1 - District heating system utilizing combined heat and power plant - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열병합 발전시 생산되는 전기와 발생되는 열을 지역난방에 활용하는 지역 난방시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a district heating system that utilizes electricity and heat generated during cogeneration.
본 발명은 기존 열병합 발전시 밸생되는 100℃ 이상의 고온수나 고온의 증기를 이용하는 것이 아니라 소규모 아파트단지나, 오피스빌딩, 소규모 공장단지 등에 전기와 90℃ 미만의 난방용 온수 및 생활온수를 하루 24시간 종일 공급하는 것으로 발전기 및 발전기구동 기관으로 구성된 열병합 발전기로 부터 발생되는 열을 회수하고 이를 열수요처에 공급함에 있어서 고온의 온수를 온수공급 분배기로 공급하고온수공급 분배기로 부터 제공되는 고온의 온수는 판형 열교환기로 열교환하여, 열수요처로 공급되도록하여 온도차가 없는 균일한 온도의 온수가 제공되도록하며, 열교환기를 거쳐 냉각된 온수는 온수환수 분배기로 모아진후 하나의 배수배관을 통해, 상기 열병합 발전기를 냉각시켜 고온을 제공받은 후 필요에 의해, 설치되는 제1, 제2 보일러를 선택적으로 거쳐, 고온으로 가열된 후 온수공급 분배기를 통해 열수요처로 순환되도록한 것으로, 열에너지 회수율이 높으며, 항상 균일한 온도의 생활온수를 제공하게되며, 온수공급분배기 및 온수환수분배기를 통해, 온수가 공급되거나 횐수되어, 배관설계가 간단하여, 저렴하게 시설 할 수 있으며, 필요에 따라 설비증감시 용이하게 대처할 수 있으며, 저렴하게 전기 생산 및 열에너지를 얻을 수 있는 아주 유용한 발명인 것이다.The present invention does not use hot water or high temperature steam of 100 ° C. or more generated during cogeneration, but supplies electric hot water and heating hot water below 90 ° C. to small apartment complexes, office buildings, and small factory complexes 24 hours a day, 24 hours a day. In order to recover heat generated from a cogeneration generator composed of a generator and a generator driving engine and supply it to a heat source, the hot water is supplied to a hot water supply distributor, and the hot water supplied from the hot water supply distributor is a plate heat exchanger. Heat exchange, so that the hot water is supplied to the heat demand to provide a uniform temperature without a temperature difference, and the hot water cooled through the heat exchanger is collected in a hot water return distributor, and through the one drain pipe, the cogeneration generator is cooled to cool The first and second boilers to be installed, if necessary, Alternatively, after being heated to a high temperature and circulated to a hot water supply through a hot water supply distributor, the heat energy recovery rate is high, and it provides a constant temperature of hot water at all times, and through the hot water supply distributor and the hot water return distributor, It is a very useful invention that can be supplied or repaired, the piping design is simple, can be inexpensively installed, can easily cope with the increase and decrease of equipment as needed, and can obtain electricity production and thermal energy at low cost.
Description
도1 - 본 발명을 소규모 아파트단지에 적용한 지역 난방시스템에 대한 블럭도.1 is a block diagram of a district heating system applying the present invention to a small apartment complex.
도2 - 본 발명에 의한 지역 난방시스템의 기본 개념 구성도.2 is a basic conceptual diagram of a district heating system according to the present invention.
도3 - 종래 열병합 발전에 의한 지역 난방시스템의 기본 개념 구성도.3 is a basic conceptual diagram of a district heating system by conventional cogeneration.
본 발명은 열병합 발전을 이용한 소규모 지역 난방시스템에 관한 것으로, 특히 아파트단지나 업무용 빌딩 또는 소규모 공장단지 등의 열 수요처에 열병합 발전 시스템으로 필요한 대부분의 전기를 자체 생산하며, 열병합 발전시 발생되는 배열을 재활용하여 열 수요처에 난방 온수 및 생활온수로 제공토록 하는 열병합 발전을 이용한 소규모 지역 난방시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a small scale district heating system using cogeneration, and in particular, most of the electricity required as a cogeneration system in an apartment complex, a business building, a small factory complex, etc. is produced in-house, and an arrangement generated during cogeneration is generated. The present invention relates to a small-scale district heating system using cogeneration to recycle and provide hot water and domestic hot water to heat sources.
일반적으로 아파트 단지나 업무용 빌딩 또는 소규모 공장단지 등에서는 많은 전기를 사용하게되며 온수를 제공하기 위한 보일러 설비를 갖는 것을 볼 수 있다.In general, an apartment complex, a business building, or a small factory complex uses a lot of electricity, and it can be seen that a boiler facility is provided to provide hot water.
보통 전기는 전력회사(한국전력)으로부터 전기를 공급받아 사용하게 되나, 전기는 생산하는 과정중 버려지는 배열손실, 각 수용자에게 공급되는 도중의 송전손실등의 에너지 손실이 많아 전기는 아주 고가의 에너지인 것을 볼 수 있다.Normally, electricity is supplied from electricity companies (KEPCO) and used. However, electricity is very expensive because it has a lot of energy loss such as heat loss lost during the production process and transmission loss to each recipient. It can be seen that
이를 감안하여 최근 전기를 자체에서 생산하며, 전기생산과 동시에 부수적으로 발생되는 배열을 이용한 열병합 발전(Combined Heat and Power Plant)설비를 채용하는 것을 볼 수 있다.In consideration of this, it can be seen that recently, electricity is produced on its own, and a combined heat and power plant facility using an arrangement which is incidentally generated at the same time as electricity production is adopted.
열병합 발전은 전기와 열을 동시에 발생시켜 에너지 이용율을 70~90%(기존 발전의 2배이상)로 높이는 발전방식으로 일정지역에서 필요한 전기를 직접 생산하며, 발전시 발생되는 배열을 난방 및 생활온수로 재활용하는 것으로 저렴하게 전기 및 열에너지를 얻으며, 에너지 효율 향상과 대기오염등을 저감할 수 있는 장점이외에 많은 장점을 갖는 것을 볼 수 있다.Cogeneration is a power generation method that generates electricity and heat at the same time, increasing the energy utilization rate to 70 ~ 90% (more than twice the existing power generation). Recycling to obtain electricity and thermal energy inexpensively, and it can be seen that it has many advantages besides the advantages of improving energy efficiency and reducing air pollution.
본 발명은 열병합 발전을 이용하여 소규모 지역에 전기와 온수(난방 및 생활온수)를 제공하는 지역 난방시스템에 관한 것으로, 이를 구체적으로 설명함에 있어 아파트 단지를 예를 들어 설명하기로 한다.The present invention relates to a district heating system that provides electricity and hot water (heating and domestic hot water) to a small area using cogeneration, and in detail, an apartment complex will be described.
기존의 공동주택단지(아파트 단지)에 있어서 난방방식은 2가지 방식으로 설명할 수 있다.In the existing apartment complex (apartment complex), the heating method can be described in two ways.
하나는 각 호에 개별의 난방기를 채용한 개별난방방식과 다른하나는 중앙에서 난방 및 생활온수를 공급하는 중앙난방방식으로 구분할 수 있다.One can be divided into the individual heating method employing individual heaters in each house and the central heating method that supplies heating and hot water from the center.
본 발명은 아파트 단지등과 같은 중앙집중식 열수요처에 열병합 발전을 이용하여 필요한 대부분의 전기를 생산하며 전기와 동시 발전시 발생되는 배열을 재활용하여 온수를 제공하는 것이다.The present invention produces most of the electricity required by cogeneration in a centralized heat demand such as an apartment complex, and provides hot water by recycling the arrangement generated during the simultaneous generation of electricity.
기존 중앙집중식 난방을 채택하는 열수요처, 즉 아파트 단지등의 난방방식은 B-C유, LNG, LPG등의 연료를 이용하여 보일러를 가동, 1일에 3~5차례 간헐적으로 공급하여 온수를 제공하게 된다.The existing heating demand for centralized heating, that is, the heating system of apartment complexes, uses fuels such as BC oil, LNG, and LPG to operate the boiler and supply hot water by intermittently supplying 3-5 times a day. .
이러한 종래의 중앙집중식 난방방식은 보일러에서 증기를 생산하고, 생산된 증기를 열교환기를 통해 고온수로 열교환하여 온수로 제공하는 것으로, 대용량의 보일러를 사용하게 되며, 증기를 온수로 교환하는 열교환 방식으로 열손실이 많은 것을 볼 수 있다.The conventional centralized heating method is to produce steam in a boiler, and to heat the produced steam with high temperature water through a heat exchanger to provide hot water, and to use a large-capacity boiler, a heat exchange method for exchanging steam with hot water. You can see a lot of heat loss.
이를 감안하여 본 발명이 안출된 것으로, 열병합 발전을 이용하여 소규모 지역을 난방토록 함에 있어서, 발전시 발생되는 배열을 이용하여 온수를 생산 열손실을 최소로 하며 24시간 지속적으로 온수를 제공하는 지역 난방시스템을 제공토록 하는 것이다.In view of this, the present invention has been conceived, and in heating small areas by using cogeneration, heat is produced by using an arrangement generated during generation to minimize the heat loss of production and provide hot water continuously for 24 hours To provide a system.
이와 같은 열병합 발전에 의한 난방시스템은 본 발명자에 의해 기특허등록된 특허등록번호 10-383559호 "열병합 발전을 이용한 소규모 지역 난방시스템"과 특허등록번호 10-393394호 "열병합 발전을 이용한 저온수-연속식 지역 난방시스템"을 볼 수 있다.Such a heating system by cogeneration is patent registration No. 10-383559 "small area heating system using cogeneration" and patent registration No. 10-393394 "cold water using cogeneration" Continuous district heating system ".
특히 종래 열병합 발전을 이용한 소규모 지역난방 시스템은 도3에서 도시한 것과 같이, 열수요처로 온수를 공급하는 온수공급분배기로, 발전기의 배열로부터 회수한 온수와 보일러1, 보일러 그로 부터 생산되는 온수를 각각의이 배관을 통해 즉 병렬식 배관방식으로 온수공급분배기로 공급하는 것을 볼 수 있으나 이와 같은 배관방식은 복잡한 배관설비를 갖게되며, 온수공급분배기로 균일한 온도의 온수를 제공할 수 없는 단점을 갖게된다.In particular, the small-scale district heating system using the cogeneration system is a hot water supply distributor for supplying hot water to a heat source, as shown in FIG. 3, and the hot water recovered from the array of the generator and the hot water produced from the boiler 1 and the boiler, respectively. Although it can be seen that the pipes are supplied to the hot water supply distributor through parallel piping method, this piping method has a complicated piping facility, and it has the disadvantage that it cannot provide hot water with uniform temperature to the hot water supply distributor. .
이를 감안하여 본 발명은 도2에서 보는 바와 같이 온수공급분배기로 공급하는 제1보일러, 제2보일러, 열병합발전기를 일렬로 즉 직렬로 배열하고 하나의 온수배관으로 발생된 온수를 온수공급분배기를 통해 공급되도록하여 항상 균일한 온수를 공급되도록하며, 배관 설비가 간단하여 유지보수를 용이토록 한 열병합 발전시스템을 제공토록하는 것이다.In view of this, in the present invention, as shown in FIG. 2, the first boiler, the second boiler, and the cogeneration generator, which are supplied to the hot water supply distributor, are arranged in a line, that is, in series, and the hot water generated by one hot water pipe is connected to the hot water supply distributor. It is to supply uniform hot water at all times, and to provide a cogeneration system for easy maintenance due to the simple plumbing facilities.
본 발명은 소규모 지역 난방시스템에 적절히 채용될 수 있도록 개발된 것으로, 열병합 발전을 이용하여 일정지역에서 필요로 하는 대부분의 전기를 직접 생산 공급하며, 열병합 발전시 발생되는 배열을 재활용하여 낭비되는 에너지를 최소로 하며, 소형의 보조보일러를 이용하여 항시 온수를 24시간 지속적으로 공급토록 하며, 전기에너지 및 열에너지등의 에너지 소요비용이 최소로 되도록 하며, 이로인해 나아가서 국가적으로 발전소 건설 대체 효과와, 환경오염 물질 감소등의 효과를 얻을 수 있는 것을 목적으로 한다.The present invention has been developed to be appropriately employed in a small area heating system, using the cogeneration to directly produce and supply most of the electricity required in a certain area, and waste energy by recycling the arrangement generated during cogeneration Minimize the supply of
특히 본 발명은 열수요처로 열을 공급하는 제1, 제2보일러 및 열병합 발전설비의 열회수장치를 하나의 배관 라인상에 설치하는 직렬식 배관 방식을 채택하여 열수요처에 항상 균일한 온수를 제공토록하며 배관 배열이 간단하여 시설의 유지관리를 간편하게 하며 열손실을 최소되게 하여, 고효율을 열병합 발전설비를 제공함은 또 다른 목적으로 한다.In particular, the present invention adopts a series piping system in which the heat recovery devices of the first and second boilers and the cogeneration plant that supply heat to the heat demands are installed on one pipe line, so that the hot water demands are always uniform. It is another object to provide high efficiency and cogeneration system by simplifying pipe arrangement and simplifying maintenance and minimizing heat loss.
본 발명은 열병합 발전을 이용하여 소규모 지역 난방을 담당토록 하는 것으로, 열수요처가 다수개의 아파트 동으로 구성된 것을 예를 들어 설명하나, 상기 열수요처가 아파트 단지이외에 소규모 공장단지나 수개의 상업용 건물에도 훌륭히 적용되는 것은 물론이다. The present invention is to take care of small-scale district heating by using cogeneration, for example, the heat demand is composed of a plurality of apartment buildings, for example, but the heat demand is excellent in a small factory complex or several commercial buildings other than the apartment complex Of course it applies.
즉 다수개의 아파트 동(A)(B)(C)등의 열수요처에 난방 온수 및 생활온수를 제공하며, 필요한 대부분의 전기를 자체 생산하는 열병합 발전을 이용한 지역 난방시스템에 있어서,In other words, in the district heating system using cogeneration, which provides heating hot water and domestic hot water to the heat demands of many apartment buildings (A) (B) (C), and generates most of the electricity necessary,
아파트 건물 각 동(A)(B)(C)는 생활온수급ㆍ배수관(11A)(11B), (12A)(12B), (13A)(13B)과 난방온수급ㆍ배수관(14A)(14B), (15A)(15B), (16A)(16B)을 가지며, 상기 생활온수급수관(11A)(12A)(13A)는 온수저장탱크(21)과 이어지며, 상기 생활온수급수관(11A)(12A)(13A)는 생활온수용 판형 열교환기(17A)(17B) (17C)를 거쳐 온수저장탱크(21)로 이어지며, 상기 생활온수용 판형 열교환기(17A)(17B)(17C)의 급수관(11C)(12C)(13C)은 온수공급분배기(22)와 연결되며 배수관(11D)(12D)(13D)은 온수환수분배기(23)와 연결되며, 상기 아파트 건물 각 동(A)(B)(C)의 난방온수급ㆍ배수관(14A)(14B), (15A)(15B), (16A)(16B)는 난방온수용 판형 열교환기(18A)(18B) (18C)와 연결되며, 난방온수용 판형 열교환기(18A)(18B)(18C)의 급수관(14C)(15C) (16C)은 온수공급분배기(22)와 연결되며 배수관(14D)(15D)(16D)은 온수환수 분배기(23)와 연결되며, 상기 온수환수 분배기(23)의 배수배관(24)은 발전기(G)로 연결되어 발전기(G)의 냉각용수를 제공하며, 동시에 제1보일러(B1), 제2보일러(B2)로 연결되며 상기 제1 제2보일러(B1)(B2)로 부터 가열된 온수나, 발전기(G)의 배열 을 회수한 온수는 급수배관(25)를 통해 온수공급분배기(22)로 이송되는 구조를 갖도록 한 것이다.Each building (A) (B) (C) of the apartment building consists of 11H, 11B, 12A, 12B, 13A, 13B, and hot water supply and
또한 상기에 있어 발전기(G)로 이어지는 배수배관(24)에는 배수의 온도가 높을시 이를 냉각하는 비상용냉각기(31)를 갖도록하며, 상기 각 동(A)(B)(C)의 생활온수배수관(11B)(12B)(13B)상에는 보충수공급배관(33B)(34B)(35B)를 각각 갖도록하며, 상기 온수환수분배기(23)에는 수량을 가감조절하는 수량조정탱크(32)을 갖도록 한 것이다.In addition, the
또한 상기에 있어서, 온수환수분배기(23)로 부터 환수된 순환수를 보일러(B1), 보일러(B2), 보일러(B3), 발전기(G)를 통해 재가열하여 온수공급분배기(22)로 재공급함에 있어서, 온수환수분배기(23)와 온수공급분배기(22) 사이에 직렬식으로, 보일러(B1), 보일러(B2) 및 발전기(G)를 배열토록 한 것이다.In addition, in the above, the circulated water recovered from the hot
도면 중 미설명 기호 는 밸브이며, P는 펌프, 화살표는 용수의 진행방향을 의미한다.Unexplained symbols in the drawings Is a valve, P is a pump and an arrow is the direction of water flow.
이상과 같은 구조를 갖는 본 발명을 보다 상세히 설명함과 동시에 그 작용을 살펴보면 다음과 같다.The present invention having the structure as described above will be described in more detail and at the same time as follows.
본 발명의 특징중 하나는 각 동(A)(B)(C)의 난방용 온수와 생활온수를 각각의 판형 열교환기(17A)(17B)(17C)(18A)(18B)(18C)를 통해 고온의 온수를 제공받게되며, 상기 각각의 판형 열교환기(17A)(17B)(17C)(18A)(18B)(18C)로 고온의 온수를 공급하는 생활온수 급수관(11C)(12C)(13C)과 난방온수 급수관(14C)(15C)(16C)는 하나의 온수공급분배기(22)로 연결되어지며, 또한 상기 판형 열교환기(17A)(17B)(17C)(18A)(18B)(18C)의 생활온수 및 난방온수 배수관(11D)(12D)(13D)(14D)(15D)(16D)은 온수환수분배기(23)를 통해 하나의 배수배관(24)로 이어지며, 상기 온수공급분배기(22)에 연결되는 온수급수관(11C)(12C)(13C)(14C)(15C)(16C)은 이에 연결되는 각각의 판형 열교환기(17A)(17B)(17C)(18A)(18B)(18C)의 열교환 능력에 따라 급수량을 달리 공급하는 각각의 펌프(P)를 갖게 되며, 온수공급분배기(22)로 이어지는 하나의 급수배관(25)으로 연결되어짐으로 배관의 단순화를 구현하는 특징을 갖게된다.One of the features of the present invention is that the hot water for heating and living hot water of each copper (A) (B) (C) through each plate heat exchanger (17A) (17B) (17C) (18A) (18B) (18C) The hot water is supplied with hot water, and the hot
상기 생활온수용 판형 열교환기(17A)(17B)(17C)는 아파트 각 동(A)(B)(C)를 거쳐 냉각된 환수가 유입되며, 고온의 급수로부터 열을 회수한 후 온수저장탱크(21)로 유입되고 온수저장탱크(21)로 부터의 고온의 온수는 아파트 각 동(A)(B)(C)에 공급관인 생활온수급수관(11A)(12A)(13A)을 통해 공급하게 된다.The plate heat exchanger (17A) (17B) (17C) for domestic hot water is introduced into the cooled water returned through each apartment building (A) (B) (C), and recovers heat from the hot water supply, and then the hot water storage tank. (21) and hot water from the hot water storage tank (21) to be supplied through the living hot water supply pipe (11A) (12A) (13A) supply pipe to each building (A) (B) (C) of the apartment do.
한편 각 동(A)(B)(C)으로 난방용 온수를 제공하는 난방 온수용 판형 열교환기(18A)(18B)(18C)는 아파트 각 동(A)(B)(C)를 거쳐 냉각된 환수가 유입되어 고온으로 가열 된 후, 아파트 각 동(A)(B)(C)에 난방용 온수를 제공하게 되며, 난방온수용 판형 열교환기(18A)(18B)(18C)는 온수공급분배기(22)를 통해 고온의 온수가 유입된 후 냉각된 환수는 배수관(14D)(15D)(16D)을 통해 온수환수분배기(22)를 통해 모아진 후, 급수배관(24)을 통해 발전기(G)로 공급되어 발전기(G)와 발전용 기관을 냉각하고 회수한 회수열에 의해 가열된 후, 급수배관(25)를 통해 상기 온수공급분배기(22)로 공급되어지게 되며, 상기 온수환수분배기(23)의 배수배관(24)으로 유입되는 냉각된 환수는 제1보일러(B1) 또는 제2보일러(B2)에 의해 가열된 후 온수 공급분배기(22)로 공급되어지게 되는 것이다.Meanwhile, the
상기 제1보일러(B1)나 제2보일러(B2)는 환수의 온도가 아주 낮거나 온수의 사용량에 많은 시간대에 선택적으로 가동하게 되며, 온수의 사용량이 많은 동절기에는 2개의 보일러를 동시에 가동하여 온수의 양을 증가시키게 된다.The first boiler (B1) or the second boiler (B2) is selectively operated at a time when the temperature of the return water is very low or the amount of hot water used, and during the winter season when the amount of hot water is used, two boilers are operated simultaneously. Will increase the amount of.
온수환수분배기(23)으로 모아져서 배수배관(24)을 공급되는 환수의 온도가 높아 발전기(G) 및 발전기용 지관을 냉각하기 부적합할 경우 비상용 냉각기(31)로 환수를 통과시켜 냉각한 후 발전기(G) 및 발전기용 기관을 통해 냉각하게 된다.If the temperature of the return water collected by the hot
이와 같은 구조를 갖는 본 발명은 앞에서 언급한 바와 같이 생활온수나 난방온수와 같이 100℃미만의 저온의 온수를 필요로 하는 주거용 난방시스템에 높은 열효율을 제공하게 되며, 열공급방식 직열식 열공급방식으로 종래의 병렬식 열공급방식에 비하여 시스템의 구성이 간단하며 열낭비 발생요소가 적어 높은 열효율을 얻을 수 있는 지역 난방시스템을 제공하게되는 것이다.The present invention having the structure as described above provides a high thermal efficiency for residential heating systems that require hot water at a temperature of less than 100 ℃, such as domestic hot water or heating hot water, heat supply type direct heat supply type conventional Compared to the parallel heat supply method, the system is simpler in construction and less heat wasted, thus providing a district heating system with high thermal efficiency.
이상의 구조에서 보는 바와 같은 본 발명은 주거용 난방과 같이 100℃미만의 난방수를 공급하는 소규모 지역 난방시스템에 효과적으로 적용되어 발전, 최고 열효율을 제공하게 되며, 시설의 증설시 온수 공급분배기 및 온수 환수분배기에 필요한 배관을 연결함으로 간단히 시설을 증설하게 되며, 온수 공급분배기로 온수를 공급하는 급수라인과 온수 환수분배기로 연결되는 급수라인이 단지 하나의 배관으로 조성되어 배관의 단순화를 얻게 되며, 온수의 사용량에 따라 제1 및 제2보일러를 임의로 선택적으로 가동하여 에너지 낭비가 거의없는 최적의 지역 난방시스템을 구 축할 수 있는 아주 유용한 발명인 것이다.As shown in the above structure, the present invention is effectively applied to a small area heating system for supplying heating water of less than 100 ° C, such as residential heating, to provide power generation and maximum thermal efficiency, and when a facility is expanded, a hot water supply distributor and a hot water return distributor. By simply connecting the necessary pipes, the facility is simply expanded, and the water supply line for supplying hot water to the hot water supply distributor and the water supply line for connecting the hot water return distributor are composed of only one pipe to simplify the piping. In accordance with the present invention, it is a very useful invention to construct an optimal district heating system with little energy waste by selectively operating the first and second boilers.
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