KR100670936B1 - 폐열회수식 급탕겸용 가스히트펌프를 이용한 축열 및급탕시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐열회수식 급탕겸용 가스히트펌프를 이용한 축열 및 급탕시스템에 관한 것으로, 심야 시간 또는 냉난방 운전 정지 시간에 폐열회수식급탕겸용가스히트펌프를 작동시켜 성층화축열조내의 매체가 펌프에 의해 냉온열교환기로 보내져 냉각, 또는 가열되어 다시 성층화축열조로 에너지를 저장하는 동안에 폐열을 회수 저장 또는 사용하는 시스템에 관한 것으로,펌프 1대로 축열 및 냉온수 순환펌프 겸용으로 사용해 히트펌프는 1/10, 순환펌프는 1/2의 동력 사용을 줄이고자하며, 특히 심야시간이나 정지시간대에 성층화축열조에 에너지를 저장하였다가 사용하므로 필요한 에너지 총 부하 만큼 기기를 선정할 필요없이 성층화축열조에 저장할 수 있는 에너지량을 제외한 열량을 생산할 수 있는 기기를 선정해 그 수량을 줄일 수 있고, 급격한 부하 증대에도 이미 성층화축열조에 축적한 에너지를 대량 공급하도록 해 부하 대응력 또한 뛰어나며, 성층화축열 에너지를 저장하는 과정에 폐열회수식급탕겸용가스히트펌프가 작동하면서 발생한 폐열을 급탕 탱크에 저장하였다가 급탕 온수 필요시, 사용하므로써 따로 급탕용 보일러를 설치할 필요가 없으며 에너지 생산비용 및 환경 파괴 또한 현저히 줄일 수 있는 시스템에 관한 발명이다.
폐열회수식 급탕겸용 가스히트펌프를 이용한 축열 및 급탕시스템
Description
도 1은 본 발명에 따른 가스히트펌프 축열 및 급탕시스템계통도
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 :폐열회수식급탕겸용히트가스펌프
4 : 냉온수용 열교환기 9 : 급탕온수용 열교환기
21 : 성층화축열조
22 :제 1 디퓨져(냉수 순환시 공급, 온수순환시 환수 용도의 성층화 디퓨져)
23 : 제 1 이방변(냉방운전, 냉수 순환시 열림)
23-1 :제 2 이방변(난방운전, 온수 순환시 열림)
24 : 순환 펌프(축열 및 냉,온수 순환 겸용펌프)
25 : 제 1 삼방변 (폐열회수식급탕겸용가스히트펌프 단독운전 및 축열 탱크 동시병렬 운전시 매체 흐름 방향 전환밸브)
26 : 냉온수 공급헤더(각 부하측 공급 분배기)
27 : 냉난방 부하(공조 유니트, 온돌 등)
28 : 냉온수 환수헤더(각 부하측 환수분배기)
29 : 제 2 삼방변(냉난방 에너지공급 부하조절 전환밸브)
30 : 제 2 디퓨져(냉수순환시 환수, 온수순환시 공급용도의 성층화 디퓨져)
40 : 보급수(급탕수 공급관) 41 : 역지변(급탕온수 역행 방지)
42 : 제 3 이방변(급탕 순환 펌프 미가동시 열림)
43 : 급탕온수 순환펌프(급탕온수 순환용)
44 : 급탕탱크(급탕온수 저장탱크)
45 :제 3 삼방변(급탕온수를 부하측 공급 또는 급탕온수 열교환기로 순환하기 위한 전환밸브)
46 : 급탕온수 공급헤더(각 급탕 부하측 공급분배기)
47 : 급탕온수 부하(세면장 욕탕등)
48 : 급탕온수 환수헤더(필요시 버려지는 온수 에너지 재활용 헤더)
H1 : 급탕환수 온도센서(급탕환수 온도 감지 폐열회수급탕겸용가스히트펌프 의 급탕제어용 센서)
H2 : 급탕온수 공급 온도센서(급탕온수 토출제어용 온도 감지센서)
H3 : 급탕탱크 온도센서(급탕탱크 온도감지 폐열회수급탕겸용가스히트펌 프의 급탕제어용 센서)
H11 : 급탕온수 순환 플루우스위치(급탕온수 순환확인용)
H21 : 급탕온수 압력 스위치(급탕온수 압력센서)
60 : 축열조 하부 온도센서(축열조 하부 온도감지 폐열회수가스히트펌프 제어용센서)
60-1 : 축열조 상부 온도센서(축열조 상부 온도감지 폐열회수가스히트펌프 제어용센서)
61 : 냉온수 공급 온도 감지센서(냉방시 냉수온도, 난방시 온수온도 공급 감 지센서)
62 : 냉온수 열교환기 입구 온도 감지센서
63 : 냉온수 열교환기 출구 온도 감지센서
64 : 냉온수 공급헤더 입구 온도 감지센서(축열조와 냉온수열교환기 출구 믹 싱 온도 감지센서)
65 : 냉온수 환수헤더 출구 온도 감지센서(부하측 순환후 회수관 온도감지센서-축열조와 폐열회수가스히트펌프 부하량 운전감지센서)
71 : 냉온수 플루우스위치(냉온수 순환 확인용)
81 : 냉온수 배관내 압력 스위치(냉온수 배관내 압력센서)
91 : 차압변(축열운전 및 공급헤더와 환수헤더 이상 차압발생시 열림)
기타, 본 발명에 따른 용어의 정의에서 '매체'는 에너지를 이송할 수 있는 물질(물등), '매개체'는 매체에 에너지를 전달할 수 있는 물질(냉매가스 등)으로 정의 된다.
본 발명은 폐열회수식 급탕겸용 가스히트펌프를 이용한 축열 및 급탕시스템 에 관한 것으로, 심야 시간 또는 냉난방 운전 정지 시간에 폐열회수식급탕겸용가스히트펌프가 작동시켜 성층화축열조내의 매체(물등)가 펌프에 의해 냉온열교환기로 보내어져 냉각, 또는 가열되어 다시 성층화축열조로 에너지를 저장하는 동안에 폐열을 회수 저장 또는 사용하는 방식의 시스템에 관한 것이다.
기존의 다른 전기를 이용한 축열시스템은 축열펌프와 냉온수 순환펌프가 따로따로 설치되어 동력 사용이 많았었다.
이에 본 발명에서는 가스를 이용한 축열시스템으로 펌프 1대로 축열 및 냉온수 순환펌프 겸용으로 사용해 히트펌프는 1/10, 순환펌프는 1/2의 동력 사용을 줄이고자하며, 특히 심야시간이나 정지시간대에 성층화축열조에 에너지를 저장하였다가 사용하므로 폐열회수식가스히트펌프를 필요한 에너지 총 부하 만큼 기기를 선정할 필요없이 성층화축열조에 저장할 수 있는 에너지량을 제외한 열량을 생산할 수 있는 기기를 선정하도록 하여, 기기의 수량을 줄일 수 있고, 급격한 부하 증대에도 이미 성층화축열조에 축적한 에너지를 대량 공급할 수 있으므로 부하 대응력 또한 뛰어나며, 성층화축열 에너지를 저장하는 과정에 폐열회수식급탕겸용가스히트펌프가 작동하면서 발생한 폐열을 급탕 탱크에 저장하였다가 급탕 온수 필요시, 사용하므로써 따로 급탕용 보일러를 설치할 필요가 없으며 에너지 생산비용 및 환경 파괴 또한 현저히 줄일 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 위하여 본 발명 시스템의 일실시 구성으로,첨부도면 1과 같이, 각종 냉난방부하(27)와 차압변(91)이 상호 배관된 냉온수환수헤더(28)와 냉온수공급헤더(26)와 상부에 축열조상부온도센서(60-1)와 제2디퓨져(30)가 하부에 축열조하부온도센서(60)와 제1디퓨져(22)가 형성된 성층화축열조(21)를 형성하되, 상기 제2디퓨져(30)와 제1디퓨져(22)구간의 배관에는 난방용 제2이방변(23-1)과 냉방용 제1이방변(23)를 순서대로 직렬설치하되, 상기 제2디퓨져(30)와 제2이방변(23-1)상의 배관에는 냉온수환수헤더출구온도감지센서(65)와 제2삼방변(29)를 순서대로 배관연결하며, 제2삼방변(23-1)의 일배관라인은 제1이방변(23)과 제1디퓨져(22)간의 라인에 배관접속시키며, 상기 냉온수공급헤더(26)로부터 제2이방변(23-1)과 제1이방변(23)사이 배관에는 냉온수공급헤더입구온도감지센서(64)와 냉온수배관내압력스위치(81),제1삼방변(25),냉온수순펌프(24)를 차례로 배관설치하는 한편,급탕온수용열교환기(9)와 냉온수열환기(4)를 구비한 폐열회수식급탕겸용히트가스펌프(100)와 상층에 급탕탱크온도센서(H3)를 구비한 급탕탱크(44)를 설치하되, 급탕온수순환펌프(43)와 제3이방변(42)를 병렬 배치하여 상기 급탕온수용열교환기(9)로 인입하며, 그 인출라인에는 급탕온수공급온도센서(H2), 급탕온수순환플루우스위치(H11), 급탕온수압력스위치(21)를 설치하여 급탕탱크(44)로 배관시키고, 상기 냉온수열교환기(4)의 배출라인은 제1삼방변(25)의 배출라인과 냉온수배관내압력스위치(81)사이의 배관으로 T배관시키고, 냉온수열교환기(4)의 입수라인에는 상기 제1삼방변(25)의 배출라인 관로상에 냉온수열교환기입구온도감지센서(62)를 설치하며,상기 급탕탱크(44)의 출구라인은 급탕온수부하(47)를 구비한 급탕온수환수헤더(48)로 배관되는 급탕온수공급헤더(46)로 공급되는 제3삼방변(45)에 배관되며, 상기 제3삼방변(45)의 또 다른 관수라인은 역지변(41)을 거쳐 보급수(40)라인이 배관된체, 상기 제3이방변(42)과 급탕온수순환밸브(43)의 분배관로에 구성되는 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시 작용을 첨부된 도면에 의하여 상세히 알아보면 다음과 같다.
[폐열회수 급탕겸용 가스히트펌프의 온수저장 사이클 운전의 경우]
성층화축열조(21)내 매체가 제2디퓨져(30)를 통해 제2이방변(23-1),순환펌프(24), 제1삼방변(25),냉온수열교환기(4),냉온수공급헤더(26),차압변(91),냉온수환수헤더(28),제2삼방변(29),A라인,제1디퓨져(22)로 순환하는 시스템 운전으로 성층화 축열조(21)의 매체를 55℃로 저장한다.
[폐열회수급탕겸용가스히트펌프 단독운전의 경우]
가. 폐열회수급탕겸용가스히트펌프 단독 냉방 사이클운전
성층화축열조(21)의 축열에너지를 냉방운전 사용하지 않거나 불가능한 경우의 운전으로,폐열회수식급탕겸용가스히트펌프(100)에 의한 냉온수용열교환기(4)에서 냉각된 매체를 냉온수공급헤더(26),냉난방부하(27), D측 부하가 없을시는 이방변(M4)이 열려 냉온수공급헤더(26)에서 냉난방부하(27)를 거치지 않고 바로 냉온수환수헤더(28)로 순환, 제2삼방변(29), A라인, 제1이방변(23), 순환펌프(24), 제1삼방변(25),냉온수용 열교환기(4)로 순환 운전된다.
나. 폐열회수급탕겸용가스히트펌프 단독 난방 사이클운전
이는 축열조의 축열에너지를 난방운전 사용하지 않거나 불가능한 경우의 운전으로, 폐열회수급탕겸용가스히트펌프(100)에 의한 냉온수용열교환기(4)에서 가열 된 매체를 냉온수공급헤더(26),냉난방부하(27), D측 부하가 없을시는 이방변(M4)이 열려 냉온수공급헤더(26)에서 냉난방부하(27)을 거치지 않고 바로 냉온수환수헤더(28)로 순환,제2삼방변(29), B라인, 제2이방변(23-1),순환펌프(24),제1삼방변(25), 냉온수용열교환기(4)로 순환운전 된다.
[폐열급탕겸용가스히트펌프의 냉,난방 부하운전]
가. 성층화축열조 단독 냉방운전
성층화축열조 용량만으로 부하 대응이 가능할 때의 운전방법으로, 성층화축열조(21)내의 냉각 매체를 제1디퓨져(22)를 통해 제1이방변(23),순환펌프(24),제1삼방변(25),냉온수공급헤더(26),냉난방부하(27),D측 부하가 없을시는 이방변(M4)이 열려 냉온수공급헤더(26)에서 냉난방부하(27)를 거치지 않고 바로 냉온수환수헤더(28)로 순환, 제2삼방변(29),B라인, 제2디퓨져(30)으로 순환운전 된다.
나. 성층화축열조 단독 난방운전
성층화축열조 용량만으로 부하 대응이 가능할 때의 운전방법으로, 성층화축열조(21)내의 고온 매체를 제2디퓨져(30)를 통해 제2이방변(23-1), 순환펌프(24),제1삼방변(25),냉온수공급헤더(26),냉난방부하(27),D측 부하가 없을시는 이방변(M4)이 열려 냉온수공급헤더(26)에서 냉난방부하(27)을 거치지 않고 바로, 냉온수환수헤더(28)로 순환,제2삼방변(29),A라인,제1디퓨져(22)로 순환운전된다.
다. 성층화축열조와 폐열회수가스히트펌프의 병렬 냉방운전
성층화축열조(21)내의 매체를 제1디퓨져(22)를 통해 제1이방변(23), 순환펌프(24),제1삼방변(25),냉온수열교환기(4), 성층화축열조(21)의 축척 에너지가 냉방 부하량에 비해 부족할 때, 폐열회수급탕겸용가스히트펌프(100)가 가동하여 냉온수 열교환기(4)에 매개체를 순환 증발시켜, 부하측으로 흐르는 매체를 냉각하여,냉온수공급헤더(26),냉난방부하(27),냉온수환수헤더(28), 제2삼방변(29), B라인, 제2디퓨져(30)으로 순환운전된다.
라. 성층화축열조와 폐열회수가스히트펌프의 병렬 난방운전
성층화축열조(21)내의 매체를 제2디퓨져(30)를 통해,제2이방변(23-1),순환펌프(24),제1삼방변(25),냉온수용열교환기(4), 성층화축열조(21)의 축적 에너지가 난방 부하량에 비해 부족할 때, 폐열회수급탕겸용가스히트펌프(100)가 작동하여 냉온수용열교환기(4)에 매개체를 순환 증발시켜, 부하측으로 흐르는 매체를 냉각하며, 냉온수공급헤더(26),냉난방부하(27), D측 부하가 없을시, 이방변(M4)이 열려 냉온수공급헤더(26)에서 냉난방부하(27)을 거치지 않고 바로 냉온수환수헤더(28)로 순환,제2삼방변(29),A라인,제1디퓨져(22)로 순환운전된다.
[급탕운전의 경우]
가. 급탕탱크 온수 저장 운전
급탕탱크(44)의 물이 제3삼방변(42),급탕온수순환펌프(43), 급탕온수용열교환기(9),급탕탱크(44)로 순환하여 급탕 탱크내에 급탕 온수를 저장하는 시스템으로 운전된다.
상기에서 폐열회수식급탕겸용가스히트펌프(100)가 냉방운전시 고온폐열 에너지,또는 난방운전시 사이클 순환 고온 에너지로 급탕온수용열교환기(9)를 통과 열교환하여 사이클 배관 외부의 급탕수를 가열 생산하는 것이다.
나. 급탕 온수 부하 사용시 운전
보급수(40)물이 역지변(41),제3이방변(42),급탕온수용열교환기(9),급탕탱크( 44),제3삼방변(45),급탕온수공급헤더(46),급탕온수부하(47)를 거쳐 이동 가열된 급탕수를 사용하는 시스템으로 운전된다.
상기에서 급탕탱크(44)의 급탕 온수의 온도가 하락시 폐열회수식급탕겸용가스히트펌프(100)가 냉방 운전시 고온 폐열에너지 또는 난방운전시 사이클 순환 고온에너지로 급탕온수용열교환기(9)를 통과 열교환하여 사이클 배관 외부의 급탕수가열 생산하도록 하는 것이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 폐열회수식 급탕겸용 가스히트펌프를 이용한 축열 및 급탕시스템은 국가나 사용고객의 에너지 정책에 아주 적합한 시스템으로,
가. 1차 에너지인 천연 가스를 직접 에너지 생산원으로 이용하여 전력 발전 설비 증대억제 및 에너지합리화 수급 정책에 기여할 수 있으며,
나. 여름철 천연가스 냉방 - 하절기 냉방기 사용전력의 1/10 만큼 주간 피크 전력 억제효과, 하절기 주간 전력 요금에 비해 천연가스요금이 저렴하여 경제성 확보된다.
다. 순환펌프 수량 및 전력사용을 1/2로 감소 전력사용 최소화 함으로서, 주간 사용전력 1/2 억제 경제적 효과가 발생한다.
라. 성층화축열조에 미리 축적한 에너지를 사용하므로 부하 대응능력 매우 월등하다.
마. 심야 및 부하운전 정지 시간대 축열로 기계 장비 축소 효과가 있다.
바. 기타, 폐열에너지를 회수 사용하므로 경제효과 극대화 등의 많은 효과를 얻을 수 있다.
Claims (1)
- 각종 냉난방부하(27)와 차압변(91)이 상호 배관된 냉온수환수헤더(28)와 냉온수공급헤더(26)와 상부에 축열조상부온도센서(60-1)와 제2디퓨져(30)가 하부에 축열조하부온도센서(60)와 제1디퓨져(22)가 형성된 성층화축열조(21)를 형성하되, 상기 제2디퓨져(30)와 제1디퓨져(22)구간의 배관에는 난방용 제2이방변(23-1)과 냉방용 제1이방변(23)를 순서대로 직렬설치하되, 상기 제2디퓨져(30)와 제2이방변(23-1)상의 배관에는 냉온수환수헤더출구온도감지센서(65)와 제2삼방변(29)를 순서대로 배관연결하며, 제2삼방변(23-1)의 일배관라인은 제1이방변(23)과 제1디퓨져(22)간의 라인에 배관접속시키며, 상기 냉온수공급헤더(26)로부터 제2이방변(23-1)과 제1이방변(23)사이 배관에는 냉온수공급헤더입구온도감지센서(64)와 냉온수배관내압력스위치(81),제1삼방변(25),냉온수순펌프(24)를 차례로 배관설치하는 한편,급탕온수용열교환기(9)와 냉온수열환기(4)를 구비한 폐열회수식급탕겸용히트가스펌프(100)와 상층에 급탕탱크온도센서(H3)를 구비한 급탕탱크(44)를 설치하되, 급탕온수순환펌프(43)와 제3이방변(42)를 병렬 배치하여 상기 급탕온수용열교환기(9)로 인입하며, 그 인출라인에는 급탕온수공급온도센서(H2), 급탕온수순환플루우스위치(H11), 급탕온수압력스위치(21)를 설치하여 급탕탱크(44)로 배관시키고, 상기 냉온수열교환기(4)의 배출라인은 제1삼방변(25)의 배출라인과 냉온수배관내압력스위치(81)사이의 배관으로 T배관시키고, 냉온수열교환기(4)의 입수라인에는 상기 제1삼방변(25)의 배출라인 관로상에 냉온수열교환기입구온도감지센서(62)를 설치하며,상기 급탕탱크(44)의 출구라인은 급탕온수부하(47)를 구비한 급탕온수환수헤더(48)로 배관되는 급탕온수공급헤더(46)로 공급되는 제3삼방변(45)에 배관되며, 상기 제3삼방변(45)의 또 다른 관수라인은 역지변(41)을 거쳐 보급수(40)라인이 배관된체, 상기 제3이방변(42)과 급탕온수순환밸브(43)의 분배관로에 구성됨을 특징으로 하는 폐열회수식 급탕겸용 가스히트펌프를 이용한 축열 및 급탕시스템.
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