KR100694551B1 - 분산형 냉온열장치에 의한 역간 열보완 시스템 - Google Patents

Abstract

공장이나 지역 등의 역내에서 발생한 열을 상호 보완하도록 엔드리스 루프를 형성하고, 이 루프내에서는 펌프에 의한 물의 강제순환을 행하지 않고, 열이동만을 행하며, 이에 의해 환형상 엔드리스 수로의 둘레 직경, 즉 열공급을 행하는 지역면적에는 제약을 받지 않고 자유로운 열보완 (열공급과 배열의 조합) 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고, 액체 또는 슬러리 형상의 유동체가 봉입된 무단 형상 다중 헬리컬 루프가 펌프에 의해 강제순환되지 않고, 각각의 루프마다 상이한 온도대를 형성하고, 상기 상이한 루프간에서 열의 취득과 배출이 행해지도록 상기 다중 헬리컬 루프에 분산형 냉열원과 온열원을 열접속시켜, 유동체 강제운반 에너지의 소실과 런닝 코스트의 저감을 도모하는 동시에, 냉동장치, 열원기 등의 분산이용과 네트워크화를 도모하는 동시에, 이 다중 헬리컬 루프를 통해 에너지 공급계의 집중제어를 가능하게 한 역간 열보완 시스템을 제안한다.

열보완 시스템

Description

분산형 냉온열장치에 의한 역간 열보완 시스템{INTER-REGION THERMAL COMPLEMENTARY SYSTEM BY DISTRIBUTED CRYOGENIC AND THERMAL DEVICES}

기술분야

본 발명은 지역이나 공장내 등의 역간(域間)의 분산형 냉온 열장치에 의한 열의 회수와 재이용을 목적으로 하는 분산형 냉온 역간 열보완 시스템에 관한 것으로, 특히 물이나 슬러리 등을 열원수(熱源水)로 하는 루프를 기초로 하는 역간 열보완 시스템에 관한 것이다.

배경기술

지구온난화 방지의 관점에서 에너지 시책의 재검토가 자치체, 기업, 시민 등 모든 레벨에서 행해지고 있다.

전기에너지에 있어서는, 대규모 집중형 발전소 시스템으로부터 지역에 분산된 소규모 전원 시스템으로 이행함으로써, 송전 손실을 없애, 배열(排熱)을 유효하게 활용하여 에너지 효율을 높이는 것이 제창되고 있다.

또한 한편, 종래부터, 코제너레이션(co-generation)ㆍ지역냉난방 등의 기업주체에서의 소위 에너지 절약 기술이 있다. 또한 최근에는, 도시가스ㆍ천연가스 등을 연료로 한 마이크로가스터빈, 연료전지 등, 편의점, 집합주택 등 시민 레벨에서 사용가능한 소규모 분산형의 코제너레이션 설비가 개발되고 있다.

이들 소형 분산설비는, 단독적인 효율개선은 행해지고 있지만, 지역 전체로 서 종합효율을 높이는 것이 종래보다 더욱 필요하게 되었다. 말하자면 열의 제로 에미션(zero emission)이 요구되고 있다.

따라서 종래의 각종 기술에서는, 분산형 냉난방기의 복귀열, 배열을 흡수식 냉동기 등의 열원 시스템에 사용하기 위해, 토중(土中) 열교환 등에 의해 조절하여 사용하여, 개개의 분산형 냉난방기의 성적 계수를 올려, 지역 전체적으로 에너지효율을 높이고 있다.

그러나 이와 같은 종래 기술에서는, 열원 시스템의 잉여 열은, 냉각탑에서 대기중에 폐기되는 경우가 많았다.

한편, 시민 레벨에서의 열원 시스템인 소규모 분산형 코제너레이션 설비에 있어서 열원 시스템의 잉여 열은, 점점 사용하게 어렵게 되기 때문에, 지역에서의 회수ㆍ재이용 시스템이 없으면 헛되이 폐기되어, 도시부에서 점점 히트 아일랜드화가 진행되게 된다.

즉, 상점가, 집합주택 등의 코제너레이션 등 종래 상정되지 않았던 형태에서의 배열, 분산화된 소규모 배열을 고려하여, 이들을 지역적으로 유효하게 활용하는 것이 요구되고 있다.

이와 같은 과제에 의거하여, 종래부터 지역 배관에 의한 열공급 시스템으로서, 지역 냉난방 시스템이 있고, 초기에는, 수요온도에서의 고온수, 냉수를 전용 왕복 배관으로 공급하는 4관 방식이 있었다. 배관은 방열이 필요하고, 복귀 배관의 유효이용이 과제이었다.

이것을 개선한 것으로서 동일한 배관을 계절 또는 시간을 구분하여 교대로 사용하는 2관 방식, 또는 상술한 열원수 공급의 2관 방식이 있다.

이와 같은 2관 방식의 역간 열공급 시스템으로서 일본 특허공보 소56-52219호에는, 2관 방식으로 개개의 설비의 효율을 높이고, 또한 지역 전체적으로도 에너지효율을 높이는 기술이 개시되어 있다.

즉, 대상지역내의 다수의 장소에 분산설치된 다수의 히트 펌프식 냉난방기와 대상지역과는 떨어진 장소에 설치된 집중형 코제너레이션 설비를 포함하는 파워 스테이션간을 지중에 매설한 하계 냉수공급배관(동기 복귀배관으로도 기능함)과, 온수공급배관(하계 복귀배관으로도 기능함)으로 2관식 지역 배관으로 연결하여, 배관내를 지중의 탈열 및 흡열작용을 효과적으로 이용하여 상온에 가까운 온도로 조절한 냉각수 또는 배열수를 파워스테이션측으로 흘려보내거나 또는 파워스테이션측으로부터 공급받으면서, 지역수 순환에 의해 역간 열공급 시스템을 구성하고 있다.

그러나 이와 같은 종래기술도 2관의 왕복 동관을 계절을 구분하여 교대로 사용하는 것으로, 엔드리스 관은 아니다. 따라서 공급관측에서도 복귀관측에서도 어느 관측에서도 펌프를 필요로 하고, 또한 그 펌프 동력은 파워스테이션과 대상지역이 떨어지면 떨어질수록 커진다.

이와 같은 과제를 해결하기 위해, 일본 공개특허공보 2000-146356호에서, 지역 배관을 2관의 왕복 동관이 아니라, 환형상 엔드리스 수로(水路)로 하는 종래기술이 기재되어 있다.

즉, 지역 배관을 천천히 흐르는 강과 같이 대용량화하여 열부하를 평균화하는 단관식 환형상 엔드리스 수로의 제안으로, 전체 시스템의 에너지 절약효과가 높 은 분산형 히트 펌프 장치에 의한 지역 냉난방 시스템을 제공하기 위해, 도 11 에 나타낸 바와 같이 소정 지역의 지하에 토양과 열적으로 결합시켜 지역 배관 (102) 을 관통시키고, 순환수펌프 (105) 에 의해 지역 배관 (102) 내에 물을 순환시킨다. 소정 지역에 분산된 빙축열조(氷蓄熱槽)를 갖는 히트 펌프 장치 (101a) 와 빙축열조를 갖지 않은 히트 펌프 (101b) 와 지역 배관 (102) 을 인입관 (106) 에 의해 접속한다. 지역 배관 (102) 의 토양과 열교환한 순환수를 히트 펌프 장치 (101a) 의 축냉조(蓄冷槽) 또는 냉매 응축기와 열적으로 결합시킴으로써, 대응하는 열부하로 냉동 사이클의 냉매 응축 온열 또는 냉매 증발 냉열을 공급한다. 지역 배관 (102) 은 환형상 엔드리스 수로로 할 수 있다. 바람직하게는 지역 배관 (102) 의 일부분을 미이용 열원 (U) 와 열적으로 결합시킨다.

이와 같은 종래기술은 지역 배관 (102) 을 환형상 엔드리스 수로로 한 점에서, 일본 특허공보 소56-52219호의 종래기술과 상이하지만, 지역 배관 (102) 의 토양과 열교환한 순환수를 순환펌프 (105) 에 의해 지역 배관 (102) 내로 물을 순환시키는 소위 수이동 순환이기 때문에, 순환펌프 (105) 가 필요하다는 것에서 기본적으로 본 발명과 상이하고, 또한 이 경우도 펌프 동력은 순환 엔드리스 수로의 직경이 커지면 커질수록, 바꿔 말하면 히트 펌프 장치 (101a) 의 축냉조 또는 냉매 응축기와 대상지역의 열부하가 떨어지면 떨어질수록 커진다.

따라서 환형상 엔드리스 수로의 둘레 직경, 즉 열을 공급하는 지역면적에 큰 제약을 받는다.

발명의 개시

본 발명은 이와 같은 기술적 과제를 감안하여, 공장이나 지역 등의 역내에서 발생한 열을 상호 보완하도록 엔드리스 루프를 형성하고, 이 루프내에서는 펌프에 의한 물의 강제순환을 행하지 않고, 열이동만을 행하며, 이에 의해 환형상 엔드리스 수로의 둘레직경, 즉 열공급을 행하는 지역면적에는 제약을 받지 않고 자유로운 열보완 (열공급과 배열의 조합) 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 물 등의 액체 또는 빙수 혼합 슬러리 등의 유동체 (이하 유동수라고 함) 가 체류하는 관형상 루프를 실질적으로 무단 형상의 다중 헬리컬 루프로 되도록 역간에 부설하고, 이 헬리컬 루프에 체류하는 유동체를 펌프에 의해 강제순환시키지 않아, 각각의 루프마다 상이한 온도대를 형성하고, 상기 상이한 루프간을 바이패스시키는 것과 같이, 분산형 냉열원과 온열원을 각각 열접속시켜, 바꿔 말하면 하나의 온도대의 루프로부터 다른 온도대의 루프를 향하여 냉열 또는 온열의 취득과 배출이 행해지도록 상기 다중 헬리컬 루프에 분산형 냉열원과 온열원을 열접속시킨 것이다.

본 발명의 특징을 조목별로 서술한다.

먼저 본 발명은 루프내에 체류시킨 유동수를 펌프에 의해 강제순환시키지 않는다. 바꿔 말하면 각각의 유동수를 강제순환시키지 않고 열확산과 열의 평균화를 행할 뿐이기 때문에, 상기 종래기술과 같이 순환펌프가 필요없게 되는 것이 본 발명의 기본 컨셉이다.

따라서 상기 순환펌프를 사용하지 않고 루프로를 형성하기 때문에, 실질적으로 무단형상의 헬리컬 루프의 둘레직경, 즉 열공급과 열배출이 행해지는 루프내 지 역면적은 전혀 제약을 받지 않고 대면적 루프의 형성이 가능하다.

여기에서 실질적으로 무단형상이란, 다중 헬리컬 루프의 시단과 종단이 접속되어 있어, 완전히 무단형상의 다중 헬리컬 루프로 되어 있는 경우와, 그 접속부위에 상기 각각의 루프에 걸쳐 저수조가 위치하고 있는 경우의 어느 것이나 포함한다.

그리고 상기 무단형상 다중 헬리컬 루프는 각각의 루프마다 소정의 온도대로 되도록 설정된다.

구체적으로는 더블 헬리컬 루프인 경우는, 하나의 루프와 다른 루프에서 상대적으로 고저의 온도대를 갖는 각각의 루프를 형성하고, 트리플 헬리컬 루프인 경우는, 각 루프마다 순차적으로 고, 중, 저의 온도대를 갖는 각각 루프를 형성한다. 그리고 실질적으로 각각의 루프마다 소정의 온도대로 되도록 형성하기 위해서는, 상기 다른 루프간을 바이패스시키는 것과 같이, 분산형 냉열원과 온열원 (온열원이란 난방기, 온수제조기의 중온열원 외에, 소각로, 배가스보일러, 오븐 등도 포함) 을 각각 열접속시켜, 하나의 온도대의 루프로부터 다른 온도대의 루프를 향하여 냉열 또는 온열의 취득과 배출이 행해지도록 상기 다중 헬리컬 루프에 분산형 냉열원장치와 온열원장치를 열접속시키는 것이 필요하게 된다.

구체적으로 설명하면, 분산형 냉열원은, 상대적 저온 루프측으로부터 냉열을 취득하여 고온 루프측에 열교환기를 통해 그 배열을 흘려보내고, 한편 분산형 온열원은, 상대적 고온 루프측으로부터 열교환기를 통해 온열을 취득하여 저온 루프측에 열교환기를 통해 그 냉열을 흘려보내고, 그 열교환기가 개재되는 바이패스부분 의 열의 흐름은 루프간에서 각각 편측통행 (그 시점의 일방통행으로 계절마다 통행방향이 변경되는 경우가 있음) 인 것이 필요하다.

그 결과, 분산 냉열원장치의 배열과 분산 온열원장치의 열취득은 항상 고온 루프측으로부터 행해지고, 분산 냉열원장치의 냉열 취득과 분산 온열원장치의 냉열배출은 항상 저온 루프측으로부터 행해지고, 각각의 루프마다 소정 온도대역내에서의 열확산과 열보완이 달성되고, 상대적으로 고저의 온도대를 갖는 각각 루프마다 열밸런스가 달성된다.

이 경우 상기 루프간에서 열적 언밸런스가 발생한 경우, 다중 헬리컬 루프의 온도경계단에 걸치듯이 바이패스시켜 그 바이패스 위치에 그 열적 언밸런스를 조정하는 에너지 조정부 (히트펌프나 열교환기 또는 루프간에 걸쳐 설치된 저류조로 상대적 고온 루프를 상측 저류부에, 상대적 저온 루프를 하측 저류부에 접속시킨 저류조) 를 설치하는 것이 좋다.

그리고 상기 열보완 시스템의 헬리컬 루프는 공장, 상업지역, 주택지역, 공업지역과 같이, 가까이 있는 역간에서 각각 독립적으로 설치된 기간 루프에 의해 역간에 부설된 헬리컬 루프를 형성하고, 이 역간에 부설된 헬리컬 루프의 기간 루프간에서 열이동을 행하는 에너지 조정부 (히트 펌프나 열교환기) 를 통해 열적으로 결합하여 네트워크를 구성할 수 있다.

이에 의해 조정된 지역마다 개별적으로 상기 열보완 헬리컬 루프를 순서대로 형성하고, 기존의 헬리컬 루프와의 사이를 에너지 조정부 (히트 펌프나 열교환기) 를 통해 접속하여 네트워크화를 달성할 수 있어 매우 실용적이다.

본 발명을 추가 설명한다.

본 발명의 열보완 시스템은, 빌딩, 상점가, 편의점, 집합주택이 집중되는 상업지역, 각종 제조공장이 늘어선 공업지역 등의 각 지역에 설치된 지역별 다중 헬리컬 루프로 구성되고, 당해 지역에 산재하는 중소규모의 열원으로부터의 배열을 회수하고, 회수한 배열을 열원수로 하여 분산 소형 냉동기 등의 분산 냉열원에 공급하도록 하여, 분산형 냉동 (냉열원) 장치와 분산형 온열원장치 사이의 효율적 열이동과 열보완을 도모한 것이다.

즉, 당해 지역별 다중 헬리컬 루프 배관은, 단일관 루프를 다중 또한 실질적으로 폐쇄 형상으로 형성된 헬리컬 형상으로 구성하고, 당해 지역에 부설된 도시가스ㆍ천연가스 등의 연료를 사용한 소형분산 온열원장치에서 나오는 소규모 배열에 의해 예컨대 흡수식 냉동기를 구동하여 냉열을 생성하고, 그 냉열을 저온 루프측에 회수하여, 그 냉열 루프에 접속된 냉난방용 히트 펌프, 쇼케이스, 흡착식 냉동기 등의 분산형 냉동 (냉열원) 장치에 냉열을 공급하도록 하고 있지만, 이 경우에도 루프내의 냉열수를 순환이동시키는 것이 아니라 열이동 뿐이기 때문에, 순환펌프 등의 특별한 반송동력은 필요가 없고, 또 온도별의 열원수를 루프별로 준비하기 때문에 열의 교환효율을 높일 수 있다.

또 상기 분산형 열원장치로부터 배출되는 열은, 흡수식 냉동기, 흡착식 냉동기, 또는 히트 펌프를 통해 냉각시키고, 냉각온도에 준하여 상대적 저온 루프 (12) 로 봉입하는 구성이 바람직하다.

또 본 발명의 지역별 다중 헬리컬 루프는, 루프마다 고저 온도차를 두어 각 각의 루프를 각각의 냉열 및 온열의 분산장치로부터 바이패스관에 의해 흡열과 배열이 행해지는 구성으로 되어 있어, 각각의 온도 존(zone)에 대응한 루프마다 열을 주고 받아 열손실의 삭감을 도모할 수 있다.

또 상기 지역별 다중 헬리컬 루프로, 지역마다 폐쇄 루프를 형성하는 경우에, 인접하는 지역의 다중 헬리컬 루프와 열융통용의 접속부를 갖는 구성이 바람직하다.

상기 다중 헬리컬 루프의 각각의 루프에서는, 루프마다의 열이용상황에 의해 좌우 어느 하나의 방향으로 열적으로 이동하여, 루프마다의 열밸런스가 무너질 우려가 있다.

따라서 상기 루프의 접속위치에서의 열이동에 의한 사용상황의 감시와 고저온의 열원의 사용 밸런스를 도모하는 에너지 조정부를 설치할 필요가 있다.

이와 같은 다중 헬리컬 루프의 루프간의 열적 밸런스를 조정하는 에너지 조정부는, 히트 펌프나 열교환기 뿐만 아니라, 루프간에 걸쳐 설치된 저류조로서 상대적 고온 루프를 상측 저류부에, 상대적 저온 루프를 하측 저류부에 접속시킨 저류조로 구성해도 된다.

이와 같은 에너지 조정부를 설치한 다중 헬리컬 루프를 사용하여 분산형 냉동장치를 가동시킬 때, 예컨대 공조기의 경우, 하기(夏期)의 냉방시에는, 상기 저온열원을 저온 루프 (12) 로부터 취득하여 응축기의 냉각에 사용하고, 사용후의 승온된 열원은 고온 열원수로서 고온 루프로 반환된다.

또 동기의 난방시에는 상기 고온 열원수를 고온 루프로부터 취득하여, 증발 기의 증발잠열의 흡수에 사용하고, 사용후의 강온된 냉배열은 저온 루프 (12) 로 반환된다.

즉, 결과적으로는 상기 공조기의 경우는 상기 고저온의 2개의 루프관로내의 열원온도 사이에 다소의 변동을 수반하지만 거의 균일한 온도대를 유지할 수 있는 열밸런스 상태가 유지된다.

또한, 상기 분산형 장치가 저온열원만 다량으로 사용하는 냉동기가 많은 경우에, 이 냉동기군의 가동에 의해 저온 루프의 열취득량이 많아지고, 고온 루프와의 사이에서 상기 열밸런스가 붕괴된다. 이 열원 루프간의 밸런스를 유지하기 위해, 상기 다른 분산 열원으로부터의 배열을 회수하고, 이 배열에 의해 흡수식 냉동기 또는 흡착식 냉동기 등의 열교환기의 가동에 의해 냉열을 발생시키고, 언밸런스상태에 있는 저온 루프에 냉열을 되돌려 열적 밸런스를 유지하는 구성으로 되어 있다.

따라서 본 발명은, 상기 구성에 의해, 항상 일정 온도대의 열원루프 2개 이상의 고저차를 갖는 루프군을 이용하여 흡열과 배열을 행하는 구성으로 되어 있기 때문에, 종래의 냉동장치가 각각 독립된 공기열이나 수냉방식의 공조기에 비교하여 설계용량을 낮게 억제하여 설비비용의 저감을 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 응축온도를 낮게 억제함에 따른 성적계수 (COP) 의 향상을 모도할 수 있고, 상기 루프내에서는 열원만의 이동에 의해, 루프내의 유동수를 강제적으로 이동시킬 필요가 없어, 반송동력은 실질적으로 필요없게 된다.

또한, 상기 다중 헬리컬 루프의 각각의 루프는, 더블 헬리컬 루프인 경우, 예컨대 20℃와 25℃의 대략 5℃의 온도차를 갖는 루프에 의한 구성으로 함으로써, 대기온도에 가깝고 그 영향을 받는 경우가 적은 온도역 루프를 형성할 수 있음과 동시에, 공조기의 경우, 공냉시 응축온도 50℃에서 사용하는 경우와 비교하여 20℃의 열원사용인 경우의 COP는 2배로 되고, 흡수식 냉동기를 사용하여 20℃의 냉열을 배출한 경우는, 예컨대 「단효용 COP;0.7 →1.0」 「2중효용 COP;1.2 →1.5」로 성적효율이 향상된다.

또한, 흡착식 냉동기를 사용하여 20℃의 냉수를 배출하는 경우는, 예컨대 「COP;0.6 →0.8」로 성적계수의 향상을 얻을 수 있다.

따라서 본 발명에서는, 지역 열공급 시스템에서는, 냉난방이 주된 용도이기 때문에, 공조용의 루프를 역간 루프의 기간 루프로 하고, 거의 상온에 대응하는 20℃와 이것보다 5℃ 높은 25℃의 2개의 온도대 루프를 사용한 더블 헬리컬 루프를 상온 기간 루프로 하여 네트워크화하여 전체 사용 지역을 통해 역간 열보완 시스템에 사용하는 것이 좋다.

또한, 본 발명 루프를 식품공장에 적용하는 경우는, 저온인 0℃∼-40℃의 부하가 많아, 열효율을 높이기 위해, 상기 상온의 기간 루프보다 흡수식 냉동기 또는 흡착식 냉동기의 열교환기능을 이용하여 일단 아래의 온도역인 대략 0℃∼15℃의 서브루프를 형성하여 사용하는 것이 좋다. 즉 열교환수단을 통해 저온 루프에 대략 0∼7℃의 열원수를 봉입하고, 고온 루프에 5∼12℃의 열원수를 봉입하여, 대략 5℃의 온도차를 갖는 열원 루프를 갖는 더블 헬리컬 루프를 서브 루프로 하여 구성하고, 이 서브 루프를 상기 상온 기간 루프에 서브간에서 열이동을 행하는 에 너지 조정수단을 통해 연결하는 구성이 바람직하다.

또한, 상기 기간 루프는, 공장내와 같이 함께 통합된 하나의 법인역의 경우는 간단하게 본 발명의 헬리컬 루프를 형성할 수 있지만, 상업지역이나 주택지역마다 이해가 상이한 지역인 경우는, 의견이 일치된 지역별로 기간 루프를 설치하고, 각각의 기간 루프를 상기 기간 루프간에서 열이동을 행하는 에너지 조정부를 통해 직렬형상 또는/및 분기형상으로 순차적으로 열결합을 하는 것이 좋다.

즉, 복수 지역에 개별의 상기 상온 기간 루프로 이루어지는 더블 헬리컬 루프를 설치하고, 이 상온 기간 루프끼리를 기간 루프간에서 열이동을 행하는 에너지 조정부를 통해 순차적으로 직렬형상 또는/및 분기형상으로 열적 체인 결합을 시켜 가면, 인접하는 헬리컬 루프간에서도 반송동력을 사용하지 않고 일방의 기간 루프로부터 타방의 기간 루프로 열이동을 시킬 수 있다.

이와 같은 구성은 열적 네트워크 이동면에서도 유리하다. 예컨대 발전소나 콤비나트 등의 열원지역에 설치한 저온 열원수를 풍부하게 갖는 하나의 기간 루프로부터, 중간의 공업지역의 기간 루프를 경유하여, 저온 열원수가 적은 상업지역의 기간 루프로, 각 기간 루프간에 설치한 에너지 조정부의 열교환기능을 이용하여, 열이동시킴으로써, 각 기간 루프가 갖는 열원 루프의 밸런스를 도모할 수도 있다.

또한 상기 기간 루프 끼리의 열결합은, 예컨대 지역의 중앙에 설치한 기간 루프에 대해, 그 주위에 각각 기간 루프간에서 열이동을 행하는 에너지 조정부를 통해 열결합하는 새틀라이트(satellite)적인 루프군을 설치하거나, 이 새틀라이트 루프에 상기 열적 체인을 결합하는 별도의 기간 루프나 새틀라이트 루프를 연결하여, 지역에 산재하는 각종 분산공장군, 상업지역이나 주택지역 등의 각종 분산열원, 가까이 있는 빌딩 등의 분산 냉동장치 등을 복수 네트워크로 결합하여 집중제어해도 된다.

따라서 본 발명의 다중 헬리컬 루프는, 동일지역내에 기간 루프와 서브 루프를 설치하고, 기간 루프간에서 열이동을 행하는 에너지 조정부를 통해 열결합하는 구성으로 해도 된다.

즉, 동일지역내에 예컨대 저온가공을 중심으로 하는 식품공업 등을 포함하는 경우의 이종(異種)의 온도차를 갖는 서브 루프를 당해 지역 전역의 열공급을 하는 상온 기간 루프를 통해 에너지 조정부에 의해 열결합된다.

또 그 자체의 루프에 대한 제어는, 저온 열원수의 보급에 대해서는 흡착식 냥동기 또는 흡수식 냉동기의 열교환기능에 의해 행하고, 고온 열원수의 보급은 히트 펌프에 의해 행하고, 인접 루프에 대한 열공급은, 열교환기나 히트 펌프에 의해 열결합한다.

도면의 간단한 설명

도 1 은 다중 헬리컬 루프의 시단과 종단이 접속되어 있어, 완전히 무단형상 다중 헬리컬 루프로 되어 있는 본 발명의 역간 열보완 시스템의 기본구성도로서, 도 1a 는 더블 헬리컬 루프인 경우, 도 1b 는 상기 다중 헬리컬 루프가, 트리플 헬리컬 루프인 경우를 나타낸다.

도 2 는 상기 각각의 루프에 걸쳐 저수조가 위치하고, 상기 루프가 저수조를 통해 실질적으로 다중 헬리컬 루프로 되어 있는 본 발명의 역간 열보완 시스템의 기본구성도로서, 도 2a 는 더블 헬리컬 루프인 경우, 도 2b 는 상기 다중 헬리컬 루프가, 트리플 헬리컬 루프인 경우를 나타낸다.

도 3 은 본 발명의 역간 열보완 시스템을 각 지역에 부설하는 경우의 실시예로서, 도 3a 는 빌딩ㆍ상업지역에서의 실시예, 도 3b 는 공업지역에서의 실시예를 각각 나타낸다.

도 4 는 본 발명의 제 2 발명인 역간 열보완 시스템의 기본적 개념을 설명하는 도면으로, 도 4a 는 개략구조도이고, 도 4b 는 도 4a 의 더블 헬리컬 루프에 의해 공급된 고저온의 열원수에 의한 공조기를 가동시킨 경우의 열을 주고받는 도면이고, 도 4c 는 열회수에 의한 저온 열원수의 보급상황을 나타낸 도면이다.

도 5 는 도 4 의 역간 열보완 시스템의 실시예의 개략 구성을 나타낸 도면이다.

도 6a 는 도 5 의 에너지 조정부의 개략 구성을 나타낸 도면이고, 도 6b 는 도 6a 의 조정에 사용하는 언밸런스 검출수단의 개략의 구성을 나타낸 도면이다.

도 7 은 도 5 의 역간 열보완 시스템의 실시예를 나타낸 도면이다.

도 8 은 도 5 의 역간 열보완 시스템의 식품공장지대에서의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

도 9 는 도 5 의 역간 열보완 시스템의 대상지역을 확대한 경우의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

도 10 은 도 5 의 역간 열보완 시스템의 지역별로 설치한 더블 헬리컬 루프 를 직렬형상 또는/및 분기형상으로 연결한 상태를 나타낸 도면이다.

도 11 은 종래기술에 관련되는 열공급 시스템이다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

이하 본 발명을 도면에 나타낸 실시예를 이용하여 상세하게 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대배치 등은 특별히 특정적 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 이것에만 한정하는 취지가 아니라 단순한 설명예에 불과하다.

도 1 은 본 발명의 역간 열보완 시스템의 기본구성도로서, 각 상점가, 공장, 공업지역, 주택지역 등의 열보완을 행하는 역간에서의, 시설이나 도로의 지중에는, 1개의 무단형상 관을 각 시설을 이중으로 감아 주회(周回)하는 것과 같이 형성하여 소정 온도의 물을 봉입한 더블 헬리컬 루프 (관 ; 1) 를 매설하고, 이 루프를 공조용 기간 루프로서 형성하기 위해, 도 1a 에 있어서, 1회전째의 하단 루프 (12) 의 물의 온도가 20℃의 상대적으로 냉열수로 되도록, 또 2회전째의 상단 루프 (11) 에는 상기 하단 루프 (12) 의 냉열수보다 온도가 높은 25℃의 온열수로 되도록, 분산 냉동장치 (분산형 냉열원; 14) 나 소형 분산 열원장치 (분산형 온열원; 13) 를 접속한다.

또한, 상기 헬리컬 루프 (1) 에는 순환 펌프로 강제순환시키지 않고, 체류시키고 있다. 이에 의해 상기 루프내에서는 물이 순환되어 열이동이나 열공급을 행하는 것이 아니라, 상기 루프에 바이패스 접속시킨 분산형의 냉열, 온열로부터 열을 주고받아 각각의 루프마다 상이한 온도대를 형성하고 있다.

즉, 상기 루프가 부설된 역간의 각각의 분산 냉동장치 (14) 나 소형 분산 열원장치 (13) 는 상기 2개의 루프간을 바이패스시키는 것과 같이 바이패스관 (41) 을 통해 각각 열접속시켜, 하나의 온도대의 루프 (11, 12) 로부터 다른 온도대 (12, 11) 의 루프를 향하여 냉열 또는 온열의 취득과 배출이 행해지도록 구성되어 있다.

구체적으로 설명하면, 분산 냉동공조장치 등의 분산형 냉열원 (14) 은, 상대적 저온인 저온 루프 (12) 측으로부터 냉열을 취득하여 고온 루프 (11) 에 그의 배열을 흘려보내고, 한편 소형 분산 열원장치 등의 분산형 온열원 (13) 은, 상대적 고온 루프 (11) 로부터 냉열을 취득하여 저온 루프 (12) 로 그의 배열을 흘려보내고, 그의 바이패스부분의 열의 흐름은 루프간에서 각각 편측통행 (일방통행) 이도록 설정된다.

그 결과, 분산형 냉열원 (14) 의 배열과 분산형 온열원 (13) 의 열취득은 항상 고온 루프 (11) 로부터 행해지고, 분산형 냉열원 (14) 의 냉열 취득과 분산형 온열원 (13) 의 냉열 배출은 항상 저온 루프 (12) 로부터 행해지며, 각각의 루프 (11, 12) 마다 20℃와 25℃의 온도대역내에서의 열확산과 열보완이 달성되어, 상대적으로 고저의 온도대를 갖는 각각의 루프 (11, 12) 마다 열밸런스가 달성된다.

이 경우 상기 루프 (11, 12) 간에서 열적 언밸런스가 발생한 경우, 다중 헬리컬 루프 (1) 의 경계온도역간을 바이패스 (42) 를 설치하여 그의 바이패스 위치에 그의 열적 언밸런스를 조정하는 열원 에너지 조정부 (20 ; 히트 펌프나 열교환기) 를 설치한다. 이 조정부 (20) 에서는 예컨대 25℃의 루프로부터 잉여수를 추출하여 20℃로 냉각하여 20℃ 루프로 되돌리거나 또는 그 반대의 열조정을 행한다.

또한, 상기 루프 (12, 11) 의 수는 임의이고, 예컨대 도 1b 에서는 상기 다중 헬리컬 루프 (1) 를 3중으로 하여 1회전째 최하단을 15℃의 저온 루프 (12A) 로 하고, 2회전째 중간단을 20℃의 중온 루프 (12) 로 하며, 3회전째 최상단을 25℃의 고온 루프 (11) 로 해도 된다.

이 경우는, 분산공조장치 (13a, 14a) 등의 하계(夏季)에서는 냉열원을, 동계에서는 온열원을 효율적으로 이용하는 장치에 있어서는, 15℃의 저온 루프 (12A)와 25℃의 고온 루프 (11) 사이를 바이패스 접속하여 이용하면 되고, 또 항온실이나 병원과 같이 항상 고온측의 20∼25℃의 온도를 필요로 하는 장치에 있어서는, 20℃의 중온 루프 (12) 와 25℃의 고온 루프 (11) 에 바이패스 접속해도 되고, 또 스케이트장의 공조장치에서의 항상 저온측의 15∼20℃의 온도를 필요로 하는 장치에서는 15℃의 저온 루프 (12A) 와 20℃의 중온 루프 (12) 를 바이패스 접속해도 된다.

이 경우 열원 에너지 조정부 (20 ; 히트 펌프나 열교환기) 는 15℃의 저온 루프 (12A) 와 중간단의 20℃의 중온 루프 (12) 사이를 에너지 조정부 (20B) 로, 20℃의 중온 루프 (12) 와 3회전째 최상단의 25℃의 고온 루프 (11) 사이를 에너지 조정부 (20A) 로, 또한 15℃의 저온 루프 (12A) 와 3회전째 최상단의 25℃의 고온 루프 (11) 사이에 각각 바이패스 접속시키고 있다.

도 2 는 에너지 조정부를 저수조 (200) 로 형성한 다른 실시예로서, 여기에서 다중 헬리컬 루프 (1) 는 형식적으로는 상위 (11), 하위의 루프 (12) 는 평행 루프로 되어 있고, 구체적으로는 도 2a 와 같이 더블 헬리컬 루프 (1) 의 경우는, 상위의 루프 (11) 와 하위의 루프 (12) 에서 상대적으로 고저의 온도대를 갖는 각각의 루프를 형성하고, 트리플 헬리컬 루프 (1) 의 경우는 도 2b 에 나타낸 바와 같이 각 루프마다 순차적으로 고, 중, 저의 온도대를 갖는 각각 3개의 상하 평행 루프 (11, 12, 12A) 를 형성한다.

그리고 실질적으로 각각의 루프마다 소정의 온도대로 되도록 형성하기 위해서는, 상기 상이한 루프간을 바이패스 (바이패스관 (41)) 시키는 것과 같이, 분산형 냉열원 (14) 과 온열원 (13) 을 각각 열접속시키고, 하나의 온도대의 루프로부터 다른 온도대의 루프를 향하여 냉열 또는 온열의 취득과 배출이 행해지도록 상기 다중 헬리컬 루프 (1) 에 분산형 냉열원과 온열원을 바이패스관 (41) 을 통해 열접속시킬 필요가 있는 것은 상기한 바와 같다.

그 결과 분산형 냉열원 (14) 의 배열과 분산형 온열원 (13) 의 열취득은 항상 고온 루프 (11) 측으로부터 바이패스관 (41) 에 의해 행해지고, 분산형 냉열원 (14) 의 냉열 취득과 분산형 온열원 (13) 의 냉열 배출은 항상 저온 루프 (12) 측으로부터 바이패스관 (41) 에 의해 행해지며, 각각의 루프 (11, 12) 마다 소정 온도대역내에서의 열확산과 열보완이 달성되고, 상대적으로 고저의 온도대를 갖는 각각 루프마다 열밸런스가 달성된다.

이 경우, 도 1 과는 달리, 다중 헬리컬 루프 (1) 사이에 걸쳐 설치된 저류조 (200) 로서 상대적 고온 루프 (11) 를 25℃의 상측 저류부 (200A) 에, 상대적 저온 루프 (12) 를 20℃의 하측 저류부 (200B) 에 접속시킨 저류조 (200) 를 설치하고, 상기 루프 (11, 12) 간에서 열적 언밸런스가 발생한 경우, 저류조의 저류수의 온도에 의거하는 비중고저차에 의한 온도분포의 상하 움직임에 의해 열밸런스의 조정을 도모하고 있다. 즉 도 2a 에 나타낸 바와 같이, 상위 루프측의 25도의 과잉 열이 많은 경우는 저류수의 25℃와 20℃의 온도경계 (201) 가 하위로 내려가, 하위 루프측의 20℃의 냉열 과잉이 많아지고, 저류수의 25℃와 20℃의 온도경계 (201) 가 위로 올라가, 그 경계에서는 변위 센서 (202) 로 감시한다.

이와 같은 상기 루프간에 바이패스 접속되는 상기 분산형 냉열원 (14) 에는, 지역의 냉난방을 행하는 히트 펌프나 공장용의 예컨대 동결 농축에 사용하는 냉동장치 등이 있고, 또 상기 다중 헬리컬 루프 (1) 의 도중에는 도시하지 않은 축열조를 부설하고, 사계(四季)를 통해 효율적 열관리가 가능하도록 해도 된다.

또한, 분산형 온열겸 냉열원 (13a, 14a) 으로서의 공조장치는, 도 2b 에 보이는 바와 같이 동기에는 고온 루프 (11) 로부터 난방용 열원을, 또 하기에는 저온 루프 (12A) 에 의해 응축기용 냉열을 취득하여, 지역의 상점ㆍ백화점이나 일반주택ㆍ빌딩군에 공급하여 지역의 냉난방을 행할 수도 있다. 따라서 바이패스관 (41) 은 2개 설치해도 되고, 또 계절에 따라 1개의 바이패스관 (41) 의 흐름을 전환해도 된다.

즉, 도 1b 및 도 2b 에 있어서 공조장치 (13a, 14a) 는, 동기 난방시에는, 상기 고온 루프 (11) 로부터 바이패스관 (41) 에 의해 약 25℃의 고온 열원수를 공급하여 난방열원을 형성시키고, 그의 냉각 배열을 저온 루프 (12A) 로 되돌린다.

또 하기 냉방시에는, 상기 저온 루프 (12A) 로부터 바이패스관 (41) 에 의해 약 15℃의 저온열원을 냉각열로서 공급받아 냉방 열원을 형성시키고, 그의 배열을 고온 루프 (11) 로 환류시킨다. 그 결과, 저온 루프 (12A) 내의 저온 열원은 감소하고, 고온 루프 (11) 내의 고온 열원은 증가하여, 더블 헬리컬 루프 (1) 의 열원은 저온측의 저온 루프 (12A) 로부터 고온측의 루프 (11) 측으로 열이동한다.

또한, 상기 고온 루프 (11), 저온 루프 (12A) 의 열원 에너지의 합은 항상 일정하게 유지되는 구성으로 되어 있기 때문에, 예컨대 냉난방을 행하지 않는 중간 계절에서는 고저온 루프 (11, 12A) 2개의 열원은 대략 등량의 기준열량이 유지되고 있다.

그리고 상기 루프에 바이패스 접속되는 분산형 열원 (13a, 14a) 은, 지역의 소각로 배열이나, 공장 배열, 미니 발전소 등의 코제너레이션 시스템 등의 분산형 열원으로 이루어지는 배열이 바이패스 (41) 에 접속되어 있다. 이 열원으로부터의 배열은 예컨대 흡수식 냉동기/흡착식 냉동기의 구동열원으로서 이용되고, 그 때 얻어진 냉열에 의해 약 15℃의 저온열원을 얻어 상기 저온 루프 (12A) 에 수시로 보급하는 구성으로 되어 있다.

또 상기 더블 헬리컬 루프 (1) 에는, 상기한 바와 같이 에너지 조정부 (20) 가 설치되고, 이 조정부 (20) 내에 히트 펌프가 설치되어, 냉난방시에 야기되는 열원의 언밸런스 이동을 보완하기 위해 설치되어 있다.

즉, 냉방시에는 저온 루프 (12A) 로부터 저온 열원을 바이패스 (41) 에 의해 끌어올려 그의 복귀 배열을 고온 루프 (11) 로 환류시키기 때문에, 상기 저온 루프 (12A) 의 저온 열원수는 감소되고 고온 루프 (11) 의 고온 열원은 증가한다. 이 증가된 고온 열원을 히트 펌프를 통해 냉각하여 저온 열원측으로 되돌려 양자의 열밸런스를 도모하고 있다.

또 난방시에는 고온 루프 (11) 로부터 고온 열원을 끌어올려 그의 복귀 냉열을 저온 루프 (12A) 로 환열시키기 때문에, 상기 고온 열원은 감소되고 저온 열원은 증가된다. 이 증가된 저온 열원을 에너지 조정부 (20) 의 히트 펌프를 통해 가열하여 고온측으로 되돌려 양자의 열밸런스를 도모하고 있다.

도 3 은 본 발명의 역간 열보완 시스템을 각 지역에 부설하는 경우의 실시예로서 도 3a 는 빌딩ㆍ상업지역에서의 실시예, 도 3b 는 공업지역에서의 실시예를 각각 나타낸다.

도 3a 에 나타내는 바와 같이 본 발명의 역간 열보완 시스템은, 빌딩, 상점가, 편의점, 집합주택 등의 시설이 위치하는 상업지역에 설치되고, 이들의 시설에는 냉난방용 히트 펌프, 쇼케이스용 냉각장치, 흡착식 냉동기 등의 분산형 냉동장치 (14) 와, 동시에 도시가스ㆍ천연가스 등을 연료에 사용하는 마이크로가스터빈, 연료전지 등의 출력 30∼80㎾ 정도의 소형 분산형 열원장치 (13) 가 설치되어 있는 상황이다.

상기 각 시설간의 지중에는, 1개의 무단형상 관을 각 시설을 2중으로 감아 주회하는 것과 같이 형성한 더블 헬리컬 루프 (1) 가 매설되어 있다.

또한 본 실시예에서는 공조용 기간 루프 (1) 로서 형성하기 위해, 1회전째의 하단 루프 (12) 에는 20℃의 상대적으로 냉열수가 봉입되고, 2회전째의 상단 루프 (11) 에는 상기 하단 루프 (12) 의 냉열수보다 온도가 높은 25℃의 온열수가 체류 하도록 역간에 부설하고, 이 헬리컬 루프 (1) 에 체류하는 물을 펌프에 의해 강제순환시키지 않고, 각각의 루프마다 다른 온도대를 형성하고 있다.

상기 빌딩이나 상점가 각각의 분산냉동장치나 소형 분산 열원장치가 상기 2개의 루프간을 바이패스시키는 것과 같이 바이패스관 (41) 을 통해 각각 열접속시키고, 하나의 온도대의 루프로부터 다른 온도대의 루프를 향하여 냉열 또는 온열의 취득과 배출이 행해지도록 구성되어 있다.

이 경우 상기 루프간에서 열적 언밸런스가 발생한 경우, 다중 헬리컬 루프 91) 간을 바이패스시켜 그 바이패스 위치에 그의 열적 언밸런스를 조정하는 에너지 조정부 (20 ; 히트 펌프 (201) 나 열교환기) 를 설치한다. 이 조정부 (20) 에서는 예컨대 25℃의 루프 (11) 로부터 잉여수를 추출하여 20℃로 냉각하여 20℃ 루프 (12) 로 되돌린다.

또한 상기 루프 수는 임의이고, 예컨대 3중으로 하여 1회전째 최하단을 15℃의 저온 루프 (12A) 로 하고, 2회전째 중간단을 20℃의 중온 루프로 하고, 3회전째 최상단을 25℃의 고온 루프 (11) 로 해도 된다.

도 3b 는 공업지역에서의 역간 열보완 시스템의 일 실시예로, 도 3a 와 마찬가지로 각종 공장으로부터의 각각의 분산냉동공조장치 (14) 나 소형 분산열원장치 (13) 를 상기 2개의 루프간을 바이패스시키는 것과 같이 바이패스관 (41) 을 통해 각각 열접속시키고, 하나의 온도대의 루프로부터 다른 온도대의 루프를 향하여 냉열 또는 온열의 취득과 배출이 행해지도록 구성되어 있다.

에너지 조정부 (20) 는 온라인으로 증발식 응축기(205) 와 접속하고, 이 증 발식 응축기 (205) 로부터 열을 주고받아 조정부 (20) 에서 예컨대 25℃의 루프 (11) 로부터 잉여수를 추출하여 20℃로 냉각하여 20℃ 루프 (12) 로 되돌리거나 또는 예컨대 20℃의 루프 (12) 로부터 잉여수를 추출하여 25℃로 가온하여 25℃의 루프 (11) 로 되돌린다.

도 4 는 본 발명의 역간 열보완 시스템의 더블 헬리컬 루프 (1) 를 설명하는 도면으로, 도 4a 는 개략구조도이고, 도 4b 는 도 4a 의 더블 헬리컬 루프 (1) 에 의해 공급된 고저온의 열원에 의한 공조기를 가동시킨 경우의 열을 주고받는 것을 나타낸 도면이며, 도 4c 는 열회수에 의한 저온열원의 보급 상황을 나타낸 도면이다.

도 4a 에 나타낸 바와 같이, 분산형 냉동장치나 분산형 열원을 설치한 지역에서의 역간 열보완 시스템에 있어서, 적당한 온도차를 갖는 고온 열원과 저온 열원을 더블 헬리컬 루프 (1) 가 형성하는 저온 루프 (12), 고온 루프 (11) 에 봉입하고, 이 관로의 종단과 타방의 시단을 열이 좌우 이동 가능하도록 연결시켜, 무단형상의 더블 헬리컬 루프 (1) 를 형성시킨다.

이와 같은 구성을 갖는 더블 헬리컬 루프 (1) 를 사용하여 상기 2개의 온도차를 갖는 고저온 열원의 열을 주고받아 역내에 열공급을 하는 상황을, 도 4b 에 나타내고 있다. 즉, 공조기에 의한 냉방과 난방에서의 열을 주고받는 것에 의한 냉열, 온열의 공급 상황을 나타낸다.

도 4b 의 냉방의 경우에 나타낸 바와 같이, 이 경우는 저온 루프 (12) 로부터 바이패스관을 통해 저온 열원수를 흑색 화살표를 따라 끌어올려 냉방기로 기능 하는 분산형 냉열원 (14) 의 응축기 (14a) 의 냉각에 사용하고, 사용후 승온된 배열수를 백선 화살표를 따라 고온 루프 (11) 로 되돌리고, 그 결과 상기 저온 루프 (12), 고온 루프 (11) 에서 고온 열원수의 양은 사용량만큼 증가하지만 저온 열원수의 양은 반대로 그 양만큼 감소되어, 전체적인 열원수의 총량에는 변화가 없으나, 상기 양 루프의 온도경계 (20a) 에는 온도분포위치의 이동이 일어난다.

또한, 상기 냉방과는 반대로 난방하는 경우는, 도 4b 의 난방에서 보는 바와 같이, 고온 루프 (11) 로부터 바이패스관로 (41) 를 통해 고온 열원수를 백색 화살표를 따라 끌어올려 난방기로 기능하는 분산형 온열원 (13) 의 증발기 (13a) 의 잠열 흡수에 사용하고, 사용후 강온된 복귀 냉열수를 바이패스관로를 따라 저온 루프 (12) 로 되돌리고, 그 결과 상기 저온 루프 (12), 고온 루프 (11) 에서 저온 열원수의 양은 사용량만큼 증가하지만 고온 열원수의 양은 반대로 그 양만큼 감소되어 전체적인 열원수의 총량에는 변화가 없으나, 상기 온도경계는 상기 냉방인 경우의 반대 방향으로의 위치의 열이동을 발생시킨다.

상기 좌우이동 가능한 온도경계의 위치이동의 상황을 감시하기 위해, 에너지 조정부 (20) 를 설치하고, 상기 에너지 조정부 (20) 로부터의 지령에 의해, 상기 고저온 열원수의 온도경계 사용의 밸런스를 조정함과 동시에, 한도 이상의 밸런스의 변화가 발생한 경우에는, 히트 펌프나 흡수식 냉동기/흡착식 냉동기를 통해 고저온 열원수의 보급에 의해 온도이동의 밸런스를 보정하는 구성으로 되어 있다.

상기 밸런스의 보정의 일 수단인 흡수식 냉동기/흡착식 냉동기 (17) 에 의한 저온 열원수의 보급 상황을 도 4c 에 나타낸다.

도면에 나타내는 바와 같이, 배열회수용에는 열변환기능을 갖는 흡수식 냉동기/흡착식 냉동기 (17) 를 사용하고, 배열 (16) 을 구동원으로 가동시켜, 얻어진 냉열에 의해, 열교환에 의해 저온 열원수를 얻어 바이패스관로 (41) 를 따라 저온 열원수로서 저온 루프 (12) 로 되돌리고, 열의 회수에 의한 각 루프의 열원의 온도 밸런스를 보정할 수 있게 되어 있다.

즉, 본 발명의 더블 헬리컬 루프 (1) 에서는 지역에 산재하는 분산 열원으로부터 열회수를 행하고, 열변환에 의해 얻어진 열을 고온, 저온의 2개 열원으로 하여 당해 지역에 걸쳐 부설된 더블 헬리컬의 고저온 루프 (12) 에 봉입하고, 이 루프 관로에 봉입된 열원 사이의 열을 주고받음으로써, 상기 루프를 따라 설치된 분산형 냉열원 (14) 을 바이패스관로 (41) 를 통해 구동시켜 냉온열의 반송동력을 필요로 하지 않고 당해 지역에 열공급을 가능하게 한 것이다.

도 5 는 도 4 의 역간 열보완 시스템의 실시예의 개략 구성을 나타낸 도면이다. 도 6a 는 도 5 의 에너지 조정부의 개략 구성을 나타낸 도면이고, 도 6b 는 도 6a 의 조정에 사용하는 언밸런스 검출수단의 개략 구성을 나타낸 도면이다.

상기 에너지 조정부 (20) 는, 상기 더블 헬리컬 루프 (1) 의 고온 루프 (11) 의 시단과 저온 루프 (12) 의 종단을 바이패스관 (42) 에 의해 걸쳐 설치되고, 도 6a, 도 6b 에 나타낸 바와 같이, 각각의 루프단에 온도경계 (20a) 가 존재하고, 이 온도경계 (20a) 의 좌우이동의 상황을 도 6b 에 나타낸 바와 같이 그 양측에 배치한 온도센서 (S₁, S₂) 에 의거하는 변위방향과 변위량 (A, B) 을 검출하고, 상기 히 트 펌프 (19) 를 가동시켜, 고저온 루프 (12) 의 열밸런스를 도모하는 구성으로 되어 있다.

즉, 도 6b 에 나타낸 바와 같이 좌우이동 가능한 온도경계 (20a) 의 화살표 A 방향으로 이동한 경우는 예컨대 온도센서 (S₁) 를 통해 저온 열원수의 증량을 검지하고, 화살표 B 방향으로 이동한 경우는 온도센서 (S₂) 를 통해 고온 열원수의 증량을 검지하며, 상기 히트 펌프 (19) 에 대해, 각각의 증량에 대응시켜 열밸런스를 도모하는 구성으로 되어 있다.

또한 도 9 에 나타낸 에너지 조정부 (35a, 35b, 35c, 36a, 38a, 39a) 및 도 10 에 나타낸 에너지 조정부 (42, 43, 44) 는, 도 6a 하단에 나타낸 바와 같이, 좌우이동 가능한 온도경계 (20a) 가 소정 제어구간을 초과하여, 당해 더블 헬리컬 루프 (1) 의 저온 열원수가 과도하게 부족한 경우는, 지역에 산재하는 배열원 (16) 을 열원으로 하는 흡수식 냉동기/흡착식 냉동기 (17) 등의 열변환기능을 갖는 기기를 사용함과 동시에, 분기관 (43) 을 통해 열교환기 (19) 에 의해 열교환하여, 인접하는 루프 (30) 로부터 얻어진 냉열로부터 고온 열원수를 냉각시켜 역간 열공급에 지장을 초래하지 않도록 되어 있다.

또한, 인접 더블 헬리컬 루프 (30) 에 대해서는, 히트 펌프 (19) 에 의해 과도하게 초과한 저온 열원수의 증가를 억제하는 구성으로 되어 있다.

도 7 은 도 5 의 역간 열보완 시스템의 공장지대에서의 일 실시예를 나타낸 도면으로, 도 7 에는 도 5 의 역간 열보완 시스템의 실시예가 나타나 있다. 이 경우의 역간 열보완 시스템은, 고온 루프 (11) 와 저온 루프 (12) 와 에너지 조정부 (20) 로 이루어지는 더블 헬리컬 루프 (1) 와, 배열 (16) 과, 이 배열을 이용하여 더블 헬리컬 루프 (1) 의 저온 열원을 보급하는 열교환부 (15) 와, 공조계 (21), 칠러계 (22), 냉장계 (24), 냉동계 (25), 야간축열 (26a) 을 포함하는 동결계 (26) 로 이루어지는 부하군으로 구성되어 있다.

이와 같이 부하의 대부분을 냉각/냉동부하로 형성하는 경우는, 각 부하는 저온 열원을 대량으로 사용하게 되지만, 이것을 보완하기 위해서는 도면에 나타낸 바와 같이 배열 (16) 을 이용하여 흡수식 냉동기/흡착식 냉동기 (17) 를 가동시켜, 얻어진 냉열에 의해 고온 열원을 냉각하여 저온 루프 (12) 로 되돌려 상기 대량으로 사용하는 저온 열원을 항상 보완하는 구성으로 되어 있다.

그러나 상기한 저온 열원의 보급에도 관계없이 고저온 열원의 사이에 과도한 밸런스의 붕괴가 발생했을 때는 열교환기 (18), 히트 펌프 (19) 에 의한 에너지 조정부 (20) 의 지시로 보정하는 구성으로 되어 있다.

도 8 은 도 5 의 역간 열보완 시스템의 식품공장지대에서의 일 실시예를 나타낸 도면으로, 도 8 에는 도 5 의 역간 열보완 시스템의 식품공장지대에서의 일 실시예가 나타나 있다. 이 경우의 역간 열보완 시스템의 부하의 구성은, 식품공장의 경우의 일례를 들어 보면, 공조계 (21) 가 28%, 칠러계 (22) 가 4%, 냉장계 (24) 가 3%, 냉동계 (25) 가 5%, 동결계 (26) 가 53% 이고, 동결계의 부하가 차지하는 비율은 매우 높고, 따라서 사용 에너지의 저감을 도모하기 위해, 더블 헬리컬 루프 (1) 에 사용하는 고저온의 열원에 대해, 상기 도 5, 도 7 에서 사용한 고온 열원을 25℃ 루프로 하고 저온 열원수를 20℃ 루프로 하는 기간 루프 (1) 에 대해, 상대 고온 열원수 12℃를 봉입한 고온 루프 (31) 와 저온 열원수 7℃를 봉입한 조저온루프 (32) 로 이루어지는 서브 더블 헬리컬 루프 (30) 를 설정한 것으로, 이와 같은 서브 루프 (30) 의 설정은 상기와 같은 부하특성을 가진 공장에만 한정된다.

또한, 상기 서브 루프 (30) 의 설정은 25℃, 20℃의 기간 루프 (1) 로부터, 이 루프의 저온 열원수 (12e) 의 공급을 받아, 흡수식 냉동기 (17) 를 통해 얻어진 냉열에 의해 설정하는 구성으로 되어 있다.

또한 상기 배열 (16) 은, 쓰레기 소각시에 발생하는 배열을 이용하여 흡수식/흡착식 냉동기 (17) 의 흡수액 (16e) 을 형성하는 과정을 나타낸 것으로, 소각로 (16a) 로부터 배출된 배열에 의해 보일러 (16b) 와 그것에 직결되는 발전기 (16c) 를 구동시킴과 동시에, 그 고온 배가스를 가열기 (16d) 에 열원으로서 도입하여 적당한 온도의 흡수액 (16e) 을 얻도록 함과 동시에, 상기 보일러 (16b) 로부터의 배온수에서 흡수액 (16e) 을 얻도록 되어 있다.

도 9 는 도 5 의 역간 열보완 시스템의 대상지역을 확대한 경우의 일 실시예를 나타낸 도면으로, 도 9 에는 도 5 의 역간 열보완 시스템의 대상지역을 확대한 경우의 일 실시예가 나타나 있다.

이 경우는 다수의 기간 루프 (1) 를 지역 개발에 따라, 개발된 지역의 기간 루프를 연결 증설하는 상황을 나타낸 것으로, 개발에 따라 기간 루프Ⅰ, 기간 루프Ⅱ, 기간 루프Ⅲ, 기간 루프Ⅳ, 기간 루프Ⅴ, 기간 루프Ⅵ, 기간 루프Ⅶ 를 순차적으로 형성하고, 그 후 필요에 따라 루프끼리 인접되는 경우에 기간 루프Ⅰ와 기간 루프Ⅱ, 기간 루프Ⅳ, 기간 루프Ⅶ 와의 사이에 루프간의 에너지 조정부 (35a, 35b, 35c) 를 설치하여 이들을 통해 열결합을 행하고, 기간 루프Ⅱ와 기간 루프Ⅲ 사이는 에너지 조정부 (36a) 를 통해 열결합을 행하며, 기간 루프Ⅳ와 기간 루프Ⅴ 사이는 에너지 조정부 (38a) 를 통해 열결합을 행하고, 기간 루프Ⅴ와 기간 루프Ⅵ 사이는 에너지 조정부 (39a) 를 통해 열결합을 행하는 구성으로 되어 있어, 개발에 따라 분산형 냉동장치나 분산 열원의 상황에 대응하여 먼저 최적한 지역에 최적한 기간 루프를 설정하고, 개발에 따라 적절히 확대시켜, 적당한 기간 루프와의 사이에서 열결합을 행하도록 한 것이다.

에너지 조정부 (35a, 35b, 35c) 의 구성은 도 6a 하단에 나타낸 구성과 동일하다.

도 10 은 도 5 의 역간 열보완 시스템의 지역별로 설치한 더블 헬리컬 루프 (1A, 1B, 1C) 를 직렬형상 또는/및 분기형상으로 연결한 상태를 나타낸 도면이다. 도 10 에는 기간 루프의 직렬형상 또는/및 분기형상으로 체인 결합시킨 경우를 나타낸 도면으로, 이 경우에는, 발전소나 콤비나트가 산재하는 지역에서는 대량으로 배가스를 발생하므로 저온 열원수가 풍부하게 봉입되는 기간 루프 (1A) 가 형성되고, 중간 공업지역에는 고저온 열원수가 평균적으로 봉입되어 있는 기간 루프 (1B) 가 형성되고, 좌측에 저온 열원수의 사용량이 많은 상업지역에 기간 루프 (1C) 가 형성된 경우의 저온 열원수의 열의 이동을 에너지 조정부 (42, 43, 44) 를 통해 순차적으로 행하게 하여, 각 기간 루프의 열적 밸런스를 도모한 상황을 나타내고 있다.

이와 같은 결합을 한 경우는, 기존 설비의 이용이 가능하고, 기간 루프를 스파이럴적으로 연결할 수 있어, 상기한 바와 같이 타지역에서의 열을 말단의 기간 루프까지 수송할 수 있게 된다.

산업상의 이용가능성

본 발명은 이상 설명한 바와 같은 구성에 의해, 다음에 기재되는 바와 같은 효과를 나타낸다.

a, 본 발명의 제 1 발명의 역간 열보완 시스템에 의해,

시민 레벨에서의 분산화된 소규모 배열을 회수ㆍ재이용하여 냉난방용 히트 펌프에 사용하는 열원수를 형성시키고, 이 열원수의 공급용 지역 배관을 루프 형상으로 설치하고, 이 지역 배관을 따라 분산배치된 분산형 냉동장치에 열원수를 공급하여, 대규모 열보완 시스템을 설치하지 않고 효율이 높은 열공급을 할 수 있다.

또한, 본 발명의 역간 열보완 시스템의 구성에 의해, 열원수가 1개의 관으로 이루어지는 다중 환형상 배관내를 폐쇄 형상으로 봉입하고 있기 때문에, 사용하는 열원수의 이동은 작고, 반송동력은 기본적으로는 필요없어 전체의 열효율을 높일 수 있다.

b, 본 발명의 역간 열보완 시스템에 의해,

지역에 산재하는 분산 열원으로부터 열회수를 행하고, 열교환에 의해 얻어진 열을 고온, 저온의 다중 헬리컬 루프 (1), 예컨대 더블 헬리컬 루프 (1) 에 봉입하고, 상기 관로에 봉입된 열원 루프로부터의 바이패스관을 통해 열을 주고받음으로써, 상기 루프를 따라 배치 설치된 분산 냉동장치를 구동시켜 냉온열을 공급하기 때문에, 반송동력의 필요없이 당해 지역으로의 열공급을 가능하게 하고, 또한 일정 온도로 유지되며, 또한 하기 대기온도보다 낮은 예컨대 20℃, 25℃의 고저온의 열원수를 나누어 사용하기 때문에, 설비비용의 저감 및 사용에너지의 대폭적인 삭감을 도모할 수 있다.

c, 상기 발명의 역간 열보완 시스템에 있어서는, 상기 고저온 열원수를 봉입한 다중 헬리컬 루프 (1) 에는, 이 루프에 봉입되어 있는 2개의 고저온의 열원수의 밸런스를 유지하기 위한 열제어기능과 열변환기능을 갖는 에너지 조정부를 설치하고 있기 때문에, 이 에너지 조정부의 기능을 사용하여 루프간의 열적 언밸런스의 조정과 각 지역에 설치된 복수의 기간 루프의 열결합과 지역간의 네트워크적 결합을 도모할 수 있다.

Claims (19)

1. 액체 또는 슬러리 형상의 유동체가 봉입된 무단형상 다중 헬리컬 루프가 펌프에 의해 강제순환되지 않고, 각각의 루프마다 상이한 온도대를 형성하고, 상기 각각의 루프간에서 열의 취득과 배출이 행해지도록 상기 다중 헬리컬 루프에 분산형 냉열장치와 열원장치를 열접속시킨 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 각각의 루프간을 바이패스시키는 바이패스관 및 열교환수단을 통해, 분산형 냉열장치와 열원장치를 각각 열접속시킨 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 각각의 루프간을 바이패스시키는 것과 같이, 분산형 냉열장치와 열원장치를 각각 열접속시키고, 하나의 온도대의 루프로부터 다른 온도대의 루프를 향하여 냉열 또는 온열의 취득과 배출이 행해지도록 상기 다중 헬리컬 루프에 분산형 냉열장치와 열원장치를 열접속시킨 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 다중 헬리컬 루프의 시단과 종단이 접속되어 있어, 완전히 무단형상 다중 헬리컬 루프로 되어 있는 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 각각의 루프에 걸쳐 저수조가 위치하고, 상기 루프가 저수조를 통해 실질적으로 접속되어 다중 헬리컬 루프로 되어 있는 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 다중 헬리컬 루프가, 더블 헬리컬 루프인 경우에, 하나의 루프와 다른 루프에서 상대적으로 고저의 온도대를 갖는 각각의 루프를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 다중 헬리컬 루프가, 트리플 헬리컬 루프인 경우에, 각 루프마다 순차적으로 고, 중, 저의 온도대를 갖는 각각 루프를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
8. 제 3 항에 있어서,

   상기 바이패스 부분의 열의 흐름은 루프간에서 각각 그 시점의 일방통행인 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 다중 헬리컬 루프의 각각의 루프의 온도경계역간을 바이패스시켜 그의 바이패스 위치에 그의 열적 언밸런스를 조정하는 에너지 조정부를 설치한 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 다중 헬리컬 루프의 시단과 종단이 접속되어 있어, 완전히 무단형상 다중 헬리컬 루프로 되어 있는 역간 열보완 시스템에 있어서, 상기 에너지 조정부가 히트 펌프나 열교환기인 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 각각의 루프에 걸쳐 저수조가 위치하고, 상기 루프가 저수조를 통해 다중 헬리컬 루프로 되어 있는 역간 열보완 시스템에 있어서, 상기 에너지 조정부가 루프간에 걸쳐 설치된 저수조에서 상대적 고온 루프를 상측 저류부에, 상대적 저온 루프를 하측 저류부에 접속시킨 저류조를 설치한 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 분산형 열원장치로부터 배출된 열은, 흡수식 냉동기, 흡착식 냉동기, 또는 히트 펌프를 통해 냉각시키고, 냉각온도에 준하여 상대적 저온 루프로 봉입하 는 구성인 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 다중 헬리컬 루프의 각각의 루프는, 더블 헬리컬 루프인 경우 19℃ 와 26℃ 의 7℃ 의 온도차를 갖는 상온 기간 루프에 의한 구성인 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
14. 제 1 항에 있어서,

    본 발명을 식품공장에 적용하는 경우는, 흡수식 냉동기, 흡착식 냉동기 또는 히트 펌프의 열교환기능을 이용하여 저온 루프가 0℃∼10℃ 이고, 고온 루프가 그것보다 5℃∼8℃ 높은 온도차를 갖는 열원 루프를 갖는 더블 헬리컬 루프를 서브 루프로서 구성하고, 이 서브 루프가 상온 기간 루프를 보완하는 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
15. 제 1 항에 있어서,

    복수지역에 개별의 기간 루프로 이루어지는 더블 헬리컬 루프를 설치하고, 이 기간 루프끼리를 기간 루프간에서 열이동을 행하는 에너지 조정부를 통해 순차적으로 직렬형상 또는/및 분기형상으로 열적 체인 결합을 시킨 루프군에 의한 구성인 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
16. 제 1 항에 있어서,

    상기 분산형 열원장치로부터 배출되는 고온측 루프내 온도보다 높은 열을 흡수식 냉동기, 흡착식 냉동기, 또는 히트 펌프를 통해 열강하시키고, 배출온도에 준하여 저온 루프에 봉입하는 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
17. 제 15 항에 있어서,

    상기 다중 헬리컬 루프는, 지역별로 복수의 기간 루프를 설치하고, 기간 루프간에서 열이동을 행하는 에너지 조정부를 통해 직렬형상 또는/및 분기형상으로 열결합을 하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 다중 헬리컬 루프는, 동일지역내에 기간 루프와 서브 루프를 설치하고, 양 루프간에서 열이동을 행하는 에너지 조정부를 통해 열결합하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템.
19. 제 15 항에 있어서,

    상기 에너지 조정부는, 인접하는 더블 헬리컬 루프간의 열이동수단에 의한 저온 열원수의 보급 또는 히트 펌프에 의한 고온 열원수의 보급을 하는 열제어수단을 설치함으로써, 인접 더블 헬리컬 루프간의 열결합기능을 갖는 것을 특징으로 하는 역간 열보완 시스템

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