KR100769118B1 - 마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템 - Google Patents

마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템에 관한 것으로서, 특히 공급관과 회수관으로 이루어지는 열수송관과, 열수송관의 공급관으로부터 공급되는 지역난방 중온수를 열교환시켜 열공급대상지역에 급탕을 공급하는 급탕용 열교환기와 지역난방 중온수를 열교환시켜 열공급대상지역에 난방을 공급하는 난방용 열교환기를 구비하는 사용자 열교환기를 구비하는 지역난방시스템에 있어서, 공급관과 배출관을 구비하고, 상기 사용자 열교환기로부터 상기 열수송관의 회수관으로 회수되는 지역난방 중온수를 이의 공급관을 통해 공급받아 자체에서 배출되는 고온의 배출가스를 이용하여 지역난방 중온수를 일정 온도로 가열시킨 후 일정 압력 이상으로 상기 열수송관의 공급관으로 이의 배출관을 통해 공급하고, 전기를 생산하여 열공급대상지역으로 공급하는 마이크로터빈과; 상기 마이크로터빈으로 지역난방 중온수를 공급하고, 상기 마이크로터빈로부터 배출되는 지역난방 중온수를 상기 열수송관의 공급관으로 공급하며, 상기 열수송관으로부터 공급 및 회수되는 지역난방 중온수를 제어하도록 설치되는 밸브부와; 외부의 제어에 따라 상기 마이크로터빈의 공급관에 설치되어 지역난방 중온수를 공급하는 펌프; 및 상기 밸브부의 개폐를 제어하고, 상기 펌프의 동작을 제어하는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 열과 전기를 발생하는 마이크로터빈을 지역난방시스템과 연계시켜 자체적으로 전기를 생산하여 열공급대상지역에 공급하고, 열공급대상지역으로부터 회수되는 지역난방 중온수를 가열시켜 열수송관으로 전달하여 열공급대상지역에서 이용할 수 있도록 함으로써 지역 자체적으로 열과 전기를 생산하여 소비할 수 있도록 하여 열효율을 개선시키고, 지역난방시스템을 소규모로 건설할 수 있도록 하여 설비 투자비를 절감시킬 수 있다.
지역난방, 마이크로터빈, 열, 전기, 생산, 소규모

Description

마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템{District heating system for using micro turbine}
도 1은 일반적인 지역난방시스템의 구성을 나타낸 개요도,
도 2는 종래의 지역난방시스템의 열순환 구조를 나타낸 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템의 구성을 나타낸 구성도.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
5 : 열수송관 6 : 사용자 열교환기
100 : 열원 설비, 마이크로터빈 120 : 밸브부
130 : 펌프 140 : 제어부
A : 열공급대상지역
본 발명은 마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 마이크로터빈을 이용하여 열과 전기를 발생하여 지역에 공급할 수 있도록 하는 마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템에 관한 것이다.
일반적으로 지역난방시스템은 집단에너지를 공급하는 사업자가 다수의 개별 사용자에게 난방 및 급탕을 위해 배관을 통해 집단에너지를 공급하는 시스템으로 개별적으로 사용자가 난방설비를 갖추는 개별난방 시스템과는 차이가 있다.
즉, 지역난방은 한 개의 도시 또는 일정한 지역 내에 있는 주택, 상가, 사무실, 학교, 병원, 공장 등 각종 건물이 개별적으로 난방설비를 갖추지 않고, 대규모 열생산시설, 즉 열병합발전소를 건설하여 난방 및 급탕에 필요한 중온수(80-120℃)를 생산, 열수송관을 통해 각 수용가에 공급하는 시스템으로 집단에너지 공급방식 중 하나이다.
한편, 이러한 열병합발전소는 도 1에 도시된 바와 같이 열전용보일러(1)와, 축열조(2)와, 열교환기(3) 및 순환펌프(4)로 이루어진다. 그리고, 순환펌프(4)에는 열공급대상지역(A)까지 열을 수송 및 회수하는 열수송관(5)과, 사용자 열교환기(6)가 연결된다. 여기에서, 열수송관(5)은 공급관(5-1)과 회수관(5-2)으로 이루어진다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 사용자 열교환기(6)는 난방용 열교환기(6-1)와, 급탕용 열교환기(6-2)로 이루어진다. 이러한 사용자 열교환기(6)는 보통 기계실에 설치되고, 열수송관(5)의 공급관(5-1)을 통해 전달되는 지역난방 중온수를 난방용 열교환기(6-1)와, 급탕용 열교환기(6-2)를 이용하여 열교환시켜 각 세대에 공 급할 난방, 급탕수를 데우고, 지역난방 중온수를 열수송관(5)의 회수관(5-2)을 전달하고, 지역난방 중온수에 의해 데워진 난방, 급탕수를 각 세대에 공급한다.
그러나, 이러한 지역난방시스템은 중앙 집중식으로 불규칙적이고 간헐적인 보일러의 운전과 구동으로 열효율이 현저하게 낮아지고, 그 규모가 커질 수뿐이 없는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열과 전기를 발생하는 마이크로터빈을 지역난방시스템과 연계시켜 자체적으로 전기를 생산하여 열공급대상지역에 공급하고, 열공급대상지역으로부터 회수되는 지역난방 중온수를 가열시켜 열수송관으로 전달하여 열공급대상지역에서 이용할 수 있도록 함으로써 지역 자체적으로 열과 전기를 생산하여 소비할 수 있도록 하여 열효율을 개선시키고, 지역난방시스템을 소규모로 건설할 수 있도록 하여 설비 투자비를 절감시킬 수 있도록 하는 마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
공급관과 회수관으로 이루어지는 열수송관과, 열수송관의 공급관으로부터 공급되는 지역난방 중온수를 열교환시켜 열공급대상지역에 급탕을 공급하는 급탕용 열교환기와 지역난방 중온수를 열교환시켜 열공급대상지역에 난방을 공급하는 난방용 열교환기를 구비하는 사용자 열교환기를 구비하는 지역난방시스템에 있어서, 공급관과 배출관을 구비하고, 상기 사용자 열교환기로부터 상기 열수송관의 회수관으로 회수되는 지역난방 중온수를 이의 공급관을 통해 공급받아 자체에서 배출되는 고온의 배출가스를 이용하여 지역난방 중온수를 일정 온도로 가열시킨 후 일정 압력 이상으로 상기 열수송관의 공급관으로 이의 배출관을 통해 공급하고, 전기를 생산하여 열공급대상지역으로 공급하는 마이크로터빈과; 상기 마이크로터빈으로 지역난방 중온수를 공급하고, 상기 마이크로터빈로부터 배출되는 지역난방 중온수를 상기 열수송관의 공급관으로 공급하며, 상기 열수송관으로부터 공급 및 회수되는 지역난방 중온수를 제어하도록 설치되는 밸브부와; 외부의 제어에 따라 상기 마이크로터빈의 공급관에 설치되어 지역난방 중온수를 공급하는 펌프; 및 상기 밸브부의 개폐를 제어하고, 상기 펌프의 동작을 제어하는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
삭제
여기에서 또한, 상기 마이크로터빈은 지역난방 중온수를 115℃이상으로 가온하고, 가온된 지역난방 중온수를 16기압 이상으로 상기 열수송관의 공급관으로 공급한다.
여기에서 또, 상기 밸브부는 상기 마이크로터빈의 공급관에 설치되어 상기 제어부의 제어에 따라 상기 마이크로터빈으로 지역난방 중온수를 공급 및 차단하는 제 1밸브와; 상기 마이크로터빈의 배출관에 설치되어 상기 제어부의 제어에 따라 상기 마이크로터빈로부터 배출되는 지역난방 중온수를 공급 및 차단하는 제 2밸브와; 상기 열수송관의 공급관에 설치되되, 상기 마이크로터빈의 배출관과 상기 열수송관의 공급관이 만나는 위치의 전단에 설치되어 상기 제어부의 제어에 따라 지역난방 중온수를 상기 사용자 열교환기로 공급 및 차단하는 제 3밸브; 및 상기 열수송관의 회수관에 설치되되, 상기 마이크로터빈의 공급관과 상기 열수송관의 회수관이 만나는 위치의 후단에 설치되어 상기 제어부의 제어에 따라 상기 사용자 열교환기로부터 배출되는 지역난방 중온수를 상기 열수송관의 회수관으로 공급 및 차단하는 제 4밸브로 구성된다.
여기에서 또, 상기 제어부는 상기 열원 설비의 동작시 상기 제 1밸브 및 제 2밸브를 개방시키고, 상기 제 3밸브 및 제 4밸브를 폐쇄시켜 상기 열원 설비로부터 공급되는 지역난방 중온수로 열공급대상지역의 난방 및 급탕을 공급하고, 상기 열원 설비의 동작시 지역난방 중온수의 열이 부족하거나 과잉시 상기 제 3밸브 및 제 4밸브를 개방시켜 열을 보충 및 배출하도록 제어한다.
이하, 본 발명에 따른 마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템의 구성을 나타낸 구성도이다. 도 3에 있어서 종래와 동일 구성에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 그 중복 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템(100)은, 마이크로터빈(110)과, 밸브부(120)와, 펌프(130)와, 제어부(140)로 구성된다.
마이크로터빈(110)은 공급관(111)과 배출관(112)을 구비하고, 사용자 열교환기(6)로부터 열수송관(5)의 회수관(5-2)으로 회수되는 지역난방 중온수를 공급(111)을 통해 공급받아 자체에서 배출되는 고온의 배출가스를 이용하여 지역난방 중온수를 일정 온도로 가열시킨 후 일정 압력 이상으로 열수송관(5)의 공급관(5-1)으로 공급관(112)을 통해 공급하고, 전기를 생산하여 열공급대상지역(A)으로 공급한다. 여기에서, 마이크로터빈(110)은 소형 가스터빈형 발전기로 도시가스 등을 연료로 사용해 열과 전기를 동시에 생산, 이용하는 열병합발전 시스템 구현을 가능케 해주는 장치이다. 여기에서 또한, 마이크로터빈(110)은 지역난방 중온수를 115℃이상으로 가온하고, 가온된 지역난방 중온수를 16기압 이상으로 열수송관(5)의 공급관(5-1)으로 공급한다.
밸브부(120)는 제 1밸브(121)와, 제 2밸브(122)와, 제 3밸브(123)와, 제 4밸브(124)로 구성된다.
제 1밸브(121)는 마이크로터빈(110)의 공급관(111)에 설치되어 제어부(140)의 제어에 따라 마이크로터빈(110)으로 지역난방 중온수를 공급 및 차단한다.
제 2밸브(122)는 마이크로터빈(110)의 배출관(112)에 설치되어 제어부(140)의 제어에 따라 마이크로터빈(110)으로부터 배출되는 지역난방 중온수를 공급 및 차단한다.
제 3밸브(123)는 열수송관(5)의 공급관(5-1)에 설치되되, 마이크로터빈(110)의 배출관(112)과 열수송관(5)의 공급관(5-1)이 만나는 위치의 전단에 설치되어 제어부(140)의 제어에 따라 지역난방 중온수를 사용자 열교환기(6)로 공급 및 차단한다.
제 4밸브(124)는 열수송관(5)의 회수관(5-2)에 설치되되, 마이크로터빈(110)의 공급관(111)과 열수송관(5)의 회수관(5-2)이 만나는 위치의 후단에 설치되어 제어부(140)의 제어에 따라 사용자 열교환기(6)로부터 배출되는 지역난방 중온수를 열수송관(5)의 회수관(5-2)으로 공급 및 차단한다.
펌프(130)는 제어부(140)의 제어에 따라 제 1밸브(121)의 후단인 마이크로터빈(110)의 공급관(111)에 설치되어 지역난방 중온수를 공급한다.
제어부(140)는 마이크로터빈(110)의 동작시 제 1밸브(121) 및 제 2밸브(122)를 개방시킴과 동시에 제 3밸브(123) 및 제 4밸브(124)를 폐쇄시켜 마이크로터빈(110)으로부터 공급되는 지역난방 중온수로 열공급대상지역(A)의 난방 및 급탕을 공급하고, 마이크로터빈(110)의 동작시 지역난방 중온수의 열이 부족하거나 과잉시 제 1밸브(121) 및 제 2밸브(122)를 개방시킨 상태에서 제 3밸브(123)와 제 4밸브(124)를 개방시켜 열을 보충 및 배출하도록 제어한다.
이하, 본 발명에 따른 마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템의 동작을 도 3을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 마이크로터빈(110)의 동작시 제어부(140)는 제 1밸브(121)와 제 2밸브(122)를 개방시키고, 제 3밸브(123)와 제 4밸브(124)를 폐쇄시킨다.
그러면, 사용자 열교환기(6)로부터 배출되는 지역난방 중온수가 제 1밸브(121)와 펌프(130)를 통해 마이크로터빈(110)으로 공급된다.
마이크로터빈(110)으로 공급된 지역난방 중온수는 115℃이상으로 가온되고, 16기압 이상을 가지고, 제 2밸브(122)를 통해 열수송관(5)의 공급관으로 공급한다.
그러면, 제 3밸브(123)와 제 4밸브(124)가 폐쇄되어 있기 때문에 이는 다시 사용자 열교환기(6)로 공급되어 열교환된 후 다시 마이크로터빈(110)으로 순환된다.
이때, 마이크로터빈(110)에서 발생된 전기는 열공급대상지역(A)으로 공급된다.
한편, 마이크로터빈(110)의 동작시 한파 등과 같은 이상 기후시 지역난방 중온수의 열이 부족한 경우 제어부(140)는 제 3밸브(123) 및 제 4밸브(124)를 개방시켜 열수송관(5)의 공급관(5-1)으로부터 공급, 즉 열병합발전소에서 공급되는 지역난방 중온수를 보충하여 사용자 열교환기(6)로 공급시켜 부족한 열을 보충하고, 사용자 열교환기(6)에서 배출되는 지역난방 중온수의 일부를 열수송관(5)의 회수관(5-2)으로 배출시킨다. 이때, 마이크로터빈(110)에서 생산된 전기가 부족한 경우도 마찬가지로 한전으로부터 공급받을 수 있다.
또, 마이크로터빈(110)의 동작시 잉여 열이 발생하는 경우, 즉 하절기의 잉여열이 발생하는 경우 제어부(140)는 제 3밸브(123) 및 제 4밸브(124)를 개방시켜 마이크로터빈(110)으로부터 배출되는 지역난방 중온수를 열수송관(5)의 공급관(5-1)으로 공급하도록 하여 인근 지역의 수요처로 바로 보내질 수 있도록 한다. 이때, 마이크로터빈(110)에서 생산된 잉여 전기도 한전으로 전달할 수 있다.
그리고, 마이크로터빈(110)의 이상 발생시 제어부(140)는 제 1밸브(121)와 제 2밸브(122)를 폐쇄시키고, 제 3밸브(123) 및 제 4밸브(124)를 개방시켜 열수송관(5)의 공급관(5-1)으로부터 공급되는 지역난방 중온수만으로 난방 및 급탕이 이루어지도록 하고, 열수송관(5)의 회수관(5-2)을 통해 지역난방 중온수가 열병합발전소로 회수되도록 한다.
따라서, 지역난방시스템의 열수송관에 마이크로터빈을 연계시킴으로써 마이 크로터빈 자체에서 발생되는 열과 전기를 이용하여 열공급대상지역에서 자체적으로 난방과 급탕 및 발전이 이루어지도록 하고, 열과 전기 부족시 열병합발전소 및 한전으로부터 부족한 지역난방 중온수를 공급받고, 남는 열과 전기를 열병합발전소 및 한전으로 공급할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템에 따르면, 열과 전기를 발생하는 마이크로터빈을 지역난방시스템과 연계시켜 자체적으로 전기를 생산하여 열공급대상지역에 공급하고, 열공급대상지역으로부터 회수되는 지역난방 중온수를 가열시켜 열수송관으로 전달하여 열공급대상지역에서 이용할 수 있도록 함으로써 지역 자체적으로 열과 전기를 생산하여 소비할 수 있도록 하여 열효율을 개선시키고, 지역난방시스템을 소규모로 건설할 수 있도록 하여 설비 투자비를 절감시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 공급관과 회수관으로 이루어지는 열수송관과, 열수송관의 공급관으로부터 공급되는 지역난방 중온수를 열교환시켜 열공급대상지역에 급탕을 공급하는 급탕용 열교환기와 지역난방 중온수를 열교환시켜 열공급대상지역에 난방을 공급하는 난방용 열교환기를 구비하는 사용자 열교환기를 구비하는 지역난방시스템에 있어서,
    공급관과 배출관을 구비하고, 상기 사용자 열교환기로부터 상기 열수송관의 회수관으로 회수되는 지역난방 중온수를 이의 공급관을 통해 공급받아 자체에서 배출되는 고온의 배출가스를 이용하여 지역난방 중온수를 일정 온도로 가열시킨 후 일정 압력 이상으로 상기 열수송관의 공급관으로 이의 배출관을 통해 공급하고, 전기를 생산하여 열공급대상지역으로 공급하는 마이크로터빈과;
    상기 마이크로터빈으로 지역난방 중온수를 공급하고, 상기 마이크로터빈로부터 배출되는 지역난방 중온수를 상기 열수송관의 공급관으로 공급하며, 상기 열수송관으로부터 공급 및 회수되는 지역난방 중온수를 제어하도록 설치되는 밸브부와;
    외부의 제어에 따라 상기 마이크로터빈의 공급관에 설치되어 지역난방 중온수를 공급하는 펌프; 및
    상기 밸브부의 개폐를 제어하고, 상기 펌프의 동작을 제어하는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로터빈은,
    지역난방 중온수를 115℃이상으로 가온하고, 가온된 지역난방 중온수를 16기압 이상으로 상기 열수송관의 공급관으로 공급하는 것을 특징으로 하는 마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브부는,
    상기 마이크로터빈의 공급관에 설치되어 상기 제어부의 제어에 따라 상기 마이크로터빈으로 지역난방 중온수를 공급 및 차단하는 제 1밸브와;
    상기 마이크로터빈의 배출관에 설치되어 상기 제어부의 제어에 따라 상기 마이크로터빈로부터 배출되는 지역난방 중온수를 공급 및 차단하는 제 2밸브와;
    상기 열수송관의 공급관에 설치되되, 상기 마이크로터빈의 배출관과 상기 열수송관의 공급관이 만나는 위치의 전단에 설치되어 상기 제어부의 제어에 따라 지역난방 중온수를 상기 사용자 열교환기로 공급 및 차단하는 제 3밸브; 및
    상기 열수송관의 회수관에 설치되되, 상기 마이크로터빈의 공급관과 상기 열수송관의 회수관이 만나는 위치의 후단에 설치되어 상기 제어부의 제어에 따라 상기 사용자 열교환기로부터 배출되는 지역난방 중온수를 상기 열수송관의 회수관으로 공급 및 차단하는 제 4밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 열원 설비의 동작시 상기 제 1밸브 및 제 2밸브를 개방시키고, 상기 제 3밸브 및 제 4밸브를 폐쇄시켜 상기 열원 설비로부터 공급되는 지역난방 중온수로 열공급대상지역의 난방 및 급탕을 공급하고, 상기 열원 설비의 동작시 지역난방 중온수의 열이 부족하거나 과잉시 상기 제 3밸브 및 제 4밸브를 개방시켜 열을 보충 및 배출하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로터빈을 이용한 지역난방시스템.
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