KR100799528B1 - 히트펌프와 연계된 열병합발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히트펌프와 연계된 열병합발전시스템에 관한 것으로서, 전기에 의하여 구동되는 것으로서 고온열원 또는 저온열원을 생산하는 히트펌프(10)와; 유입되는 연료에 의하여 구동되는 것으로서, 전기를 생산함과 동시에 고온의 배열을 생산하는 열병합발전기(20)와; 열병합발전기(20)로부터 발생된 배열을 건물의 난방 및 온수공급에 사용할 수 있도록 하는 고온열원으로 변환하는 열교환기(30)와; 열병합발전기(20)에서 발생된 전기와 한국전력에서 공급되는 전기를 히트펌프(10)에서 사용되는 히트펌프용 전기 또는 생활용 전기로 분배하는 수전반(40)와; 열교환기(30)로부터 변환된 고온열원을 상기 건물로 전달하는 제1배관(50)와; 히트펌프(10)로부터 생산된 고온열원을 상기 건물로 공급하는 제2배관(60)과; 히트펌프(10)로부터 생산된 저온열원을 상기 건물로 공급하는 제3배관(70);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

히트펌프와 연계된 열병합발전시스템{A electric generating system using waste heat of from power generator}
본 발명은 냉방, 난방 및 온수 공급을 가능하도록 하기 위한 히트펌프와 연계된 열병합발전시스템에 관한 것이다.
열병합발전이란, 원래 북유럽에서 화력발전소에서 나오는 막대한 배열을 주변 지역의 난방열로 공급하면서 시작된 것으로서, 최근에는 여러 나라에서 발전과 난방 목적으로 사용되고 있다. 이러한 열병합발전을 이용한 시스템은, 전기를 생산하고 남은 배열을 이용함으로써 에너지 효율을 높일 수 있기 때문에, 그 사용이 늘어나고 있는 것이다. 이러한 열병합발전에 있어서, 발생되는 배열은 보일러를 구동하여 난방에 사용되고, 흡수식 냉동기를 구동하여 냉방에 사용하며, 흡수식 냉온수기를 구동하여 냉수 또는 온수의 생산에 사용되고 있다.
그런데, 상기한 열병합발전 시스템을 난방에 적용하기 위하여, 배열에 의하여 구동되는 보일러를 채용하여야 하고, 냉방을 위하여 흡수식 냉동기를 채용하여야 하였으며, 온수를 생산하기 위하여 흡수식 냉.온수기를 채용하여야 하였다. 즉, 냉방, 난방 및 온수 공급이 가능하도록 하기 위하여, 보일러, 흡수식 냉동기, 흡수 식 온수기등을 채용하여야 하였으며, 이에 따라 시스템 구축비용의 상승과 함께, 유지 보수의 부담이 증대되었다라는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 히트펌프와 열병합발전기를 연계함으로써, 기존의 보일러, 흡수식 냉동기, 흡수식 온수기등을 채용하지 않고서도, 냉방, 난방, 온수공급이 가능하도록 하는 히트펌프와 연계된 열병합발전시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 히트펌프와 연계된 열병합발전시스템은, 전기에 의하여 구동되는 것으로서 고온열원 또는 저온열원을 생산하는 히트펌프(10); 유입되는 연료에 의하여 구동되는 것으로서, 전기를 생산함과 동시에 고온의 배열을 생산하는 열병합발전기(20); 상기 열병합발전기(20)로부터 발생된 배열을 건물의 난방 및 온수공급에 사용할 수 있도록 하는 고온열원으로 변환하는 열교환기(30); 상기 열병합발전기(20)에서 발생된 전기와 한국전력에서 공급되는 전기를 히트펌프(10)에서 사용되는 히트펌프용 전기 또는 생활용 전기로 분배하는 수전반(40); 상기 열교환기(30)로부터 변환된 고온열원을 상기 건물로 전달하는 제1배관(50); 상기 히트펌프(10)로부터 생산된 고온열원을 상기 건물로 공급하는 제2배관(60); 및 상기 히트펌프(10)로부터 생산된 저온열원을 상기 건물로 공급하는 제3배관(70);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1배관(50) 또는 제2배관(60)을 통하여 공급되는 고온열원을 저장하는 제1축열탱크(80)를 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1배관(50) 또는 제2배관(60)을 통하여 공급되는 고온열원에 의하여 가열된 온수를 저장하는 온수탱크(90)를 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제3배관(70)을 통하여 공급되는 저온열원을 저장하는 제2축열탱크(100)를 더 포함한다.
본 발명에 따른 히트펌프와 연계된 열병합발전시스템에 따르면, 히트펌프와 연계됨으로써 기존의 보일러, 흡수식 냉동기, 흡수식 냉.온수기등을 채용하지 않고서도, 냉방, 난방, 온수공급이 가능하도록 할 수 있다. 또한 히트펌프를 구동하는데 사용되는 전력을 한전뿐만 아니라 열병합발전기로부터 공급받으므로, 전력 피크치 상승을 막을 수 있어 누진제로 운영되는 전력 사용비를 낮출 수 있다라는 작용, 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 히트펌프와 연계된 열병합발전시스템을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프와 연계된 열병합발전시스템의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프와 연계된 열병합발전시스템은, 전기에 의하여 구동되는 것으로서 고온열원 또는 저온열원을 생산하는 히트펌프(10)와; 유입되는 연료에 의하여 구동되는 것으로서, 전기를 생산함과 동시에 고온의 배열을 생산하는 열병합발전기(20)와; 열병합발전기(20)로부터 발생된 배열을 건물의 난방 및 온수공급에 사용할 수 있도록 하는 고온열원으로 변환하는 열교환기(30)와; 열병합발전기(20)에서 발생된 전기와 한국전력에서 공급되는 전기를 히트펌프(10)에서 사용되는 히트펌프용 전기 또는 생활용 전기로 분배하는 수전반(40)과; 열교환기(30)로부터 변환된 고온열원을 상기 건물로 전달하는 제1배관(50)과; 히트펌프(10)로부터 생산된 고온열원을 상기 건물로 공급하는 제2배관(60)과; 히트펌프(10)로부터 생산된 저온열원을 상기 건물로 공급하는 제3배관(70);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
히트펌프(10)는 역카르노 싸이클(Reverse Carnot Cycle)을 반복함으로써, 건물의 난방 및 온수공급에 사용되는 고온열원을 생산하고, 건물의 냉방에 사용되는 저온열원을 생산한다. 이러한 히트펌프(10)는 고온열원 및 저온열원을 공기열, 폐기열, 하천수열, 지하수열, 지중열, 폐수열, 해수열으로부터 회수하고, 전력소비량의 3배 이상의 열생산을 한다. 그리고, 고온열원 및 저온열원을 생산함에 있어 화석연료를 태우지 않게 되어 환경오염물질의 배출이 근본적으로 방지된다.
열병합발전기(20)는, 석유, 석탄, 천연가스와 같은 1차 에너지로부터 전기를 발생하는 발전기와, 발전기를 구동하기 위한 엔진과, 엔진에서 발생되는 열을 회수하기 위한 배열회수부를 포함한다. 이러한 열병합발전기(20)에서 발생되는 배열은, 400~650 도 온도를 가진다.
수전반(40)은, 열병합발전기(20)에서 발생되는 전기와 한국전력에서 공급되는 전기를 적절히 분배하여, 히트펌프(10)를 작동하는 히트펌프용 전기나 건물에서 사용되는 생활 전기로 사용될 수 있도록 한다. 예를 들면, 냉방이나 난방이 많은 계절에는, 수전반(40)은 열병합발전기(20)에서 발생된 전기를 히트펌프(10)로 공급하여 한국전력으로부터 공급되는 전력소모량을 줄이는 피크제어를 수행할 수 있고, 이에 따라 누진제로 적용되는 전력요금을 절감할 수 있다. 또는 수전반(40)은, 냉반방이 필요없는 계절에 열병합발전기(20)에서 발생된 전기를 건물로 공급함으로써, 한국전력으로부터 공급되는 전력소모량을 더더욱 줄일 수 있고, 더 나아가 생산된 한국전력으로 역공급함으로써 새로운 부가가치를 창출할 수 있다.
제1배관(50)은 열교환기(30)와 연결되어, 그 열교환기(30)를 통하여 공급되는 고온열원을 건물로 공급한다. 이러한 고온열원은 건물 바닥에 설치되는 난방용 배관에 전달되어 난방을 수행하거나, 후술할 온수탱크(90))로 전달되어 탱크내에 온수를 저장한다.
제2배관(60)은, 히트펌프(10)와 연결되어, 그 히트펌프(10)를 통하여 공급되는 고온열원을 상기한 건물로 공급하여, 상기한 방식대로 난방 및 온수 생산에 사용한다.
이때, 제1배관(50) 또는 제2배관(60)에는 그 제1배관(50) 또는 제2배관(60)을 통하여 공급되는 고온열원을 저장하는 제1축열탱크(80)가 연결될 수도 있다. 이러한 제1축열탱크(80)는 열매체가 저장된 탱크로 되어 있으며, 제1,2배관(50)(60)으로부터 공급되는 고온열원에 의하여 열매체가 가열됨으로써 고온열원이 축열되는 것이다. 제1축열탱크(80)는 고온열원을 대량으로 축열하고 있기 때문에, 즉각적인 건물의 난방 및 온수 생산에 사용될 수 있다.
또한 제1배관(50) 또는 제2배관(60)에는 제1축열탱크(80)와는 별도로 온수를 저장하는 온수탱크(90)가 설치된다. 온수탱크(90)에 저장된 물은, 제1배관 또는 제2배관(60)을 통하여 공급되는 고온열원에 의하여 온수로 변환된 것이다.
제3배관(70)은, 히트펌프(10)와 연결되어, 그 히트펌프(10)를 통하여 공급되는 저온열원을 상기한 건물로 공급한다. 이러한 제2축열탱크(100)는 열매체가 저장된 탱크로 되어 있으며, 제3배관(70)으로부터 공급되는 저온열원이 열매체를 냉각시킴으로써 저온열원이 축열되는 것이다. 제3축열탱크(100)는 저온열원을 대량으로 축적하고 있기 때문에, 즉각적인 건물의 냉방에 사용될 수 있으며, 저온열원은 건물에 설치된 라디에이터나 휀코일유니트(fcu)를 경유토록 하여 냉방을 수행한다.
이때 제3배관(70)에는 그 제3배관(70)을 통하여 공급되는 저온열원을 저장하는 제2축열탱크(100)가 연결될 수 있다. 이러한 제2축열탱크(100)는 제1축열탱크(80)와 유사한 구조로서, 열매체가 저장된 탱크로 되어 있으며, 제3배관(70)으로터 공급되는 저온열원에 의하여 열매체가 냉각됨으로써 저온열원이 축열되는 것이다. 제2축열탱크(100)는 저온열원을 대량으로 축열하고 있기 때문에, 즉각적인 건물의 냉방에 사용될 수 있다.
상기한 구조에 의하여, 히트펌프(10)를 작동하는 전기를 열병합발전기(20)를 통하여 생산하고, 열병합발전기(20)에서 전기와 함께 생산되는 배열은 건물의 난방 및 온수생산에 사용된다.
한편 히트펌프(10)가 작동됨에 따라 발생되는 고온열원은, 열병합발전기(20)에서 발생된 배열과 함께 사용되어 상기한 건물의 난방 및 온수생산에 사용되고, 이에 따라 난방비를 최소화할 수 있다.
또한, 히트펌프(10)가 작동됨에 따라 발생되는 저온열원은, 건물의 냉방에 사용함으로써, 한국전력으로부터 공급받는 전기량을 최소화할 수 있다.
즉, 열병합발전기(20)에서 발생되는 전기는 히트펌프(10)를 작동시키는 에너지원으로 주로 사용하고, 열병합발전기(20)와 연결된 열교환기(30)에서 발생된 고온열원과 히트펌프(10)에서 발생되는 고온열원은 건물의 난방 및 온수생산에 사용되며, 히트펌프(10)에서 발생되는 저온열원을 건물의 냉방에 사용되는 것이다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프와 연계된 열병합발전시스템의 구성도,
<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 ... 히트펌프 20 ... 열병합발전기
30 .. 열교환기 40 .. 수전반
50 ... 제1배관 60 ... 제2배관
70 ... 제3배관 80 ... 제1축열탱크
90 ... 온수탱크 100 ... 제2축열탱크

Claims (4)

  1. 전기에 의하여 구동되는 것으로서 고온열원 또는 저온열원을 생산하는 히트펌프(10);
    유입되는 연료에 의하여 구동되는 것으로서, 전기를 생산함과 동시에 고온의 배열을 생산하는 열병합발전기(20);
    상기 열병합발전기(20)로부터 발생된 배열을 건물의 난방 및 온수공급에 사용할 수 있도록 하는 고온열원으로 변환하는 열교환기(30);
    상기 열병합발전기(20)에서 발생된 전기와 한국전력에서 공급되는 전기를 히트펌프(10)에서 사용되는 히트펌프용 전기 또는 생활용 전기로 분배하는 수전반(40);
    상기 열교환기(30)로부터 변환된 고온열원을 상기 건물로 전달하는 제1배관(50);
    상기 히트펌프(10)로부터 생산된 고온열원을 상기 건물로 공급하는 제2배관(60); 및
    상기 히트펌프(10)로부터 생산된 저온열원을 상기 건물로 공급하는 제3배관(70);을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프와 연계된 열병합발전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1배관(50) 또는 제2배관(60)을 통하여 공급되는 고온열원을 저장하는 제1축열탱크(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프와 연계된 열병합발전시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1배관(50) 또는 제2배관(60)을 통하여 공급되는 고온열원에 의하여 가열된 온수를 저장하는 온수탱크(90)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프와 연계된 열병합발전시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3배관(70)을 통하여 공급되는 저온열원을 저장하는 제2축열탱크(100)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프와 연계된 열병합발전시스템.
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