KR100874854B1 - 막분리 고도 하수처리 장치를 연계한 히트 펌프 냉난방 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 막분리 여과조를 포함한 하수 처리 시스템과 히트 펌프 냉난방 시스템을 병행 및 연계시켜 유기성 폐기물인 하수를 정수 처리한 하수 처리수를 채열원으로서 저수조를 통한 간접 방식 또는 저수조를 통하지 않는 직접 방식을 선택적으로 적용하여 하수를 효율적, 경제적으로 수처리하면서도 하수 처리 과정에서 발생한 하수열을 히트 펌프 냉난방 시스템에 보다 효율적인 열원으로 유용하게 활용하여 하수 처리를 통해 환경부담을 감소시키고 열교환기 및 히트 펌프를 선택적으로 포함하는 체인 결합 방식의 다중 루프 용수 순환 사이클로 계절별 용도별의 가변적인 확장형 네트 워크를 형성 열부하를 분담 상호 보완적으로 사용하게 하는 단계적이고 순차적인 열적 접촉(열교환)으로 흡열과 배열, 축열의 에너지 조정을 통한 다단계의 냉난방출력 조절로 히트펌프 냉난방 시스템의 전체적인 열효율을 상승시킴으로써 에너지 절감에도 기여할 수 있게 되어 자원절약적이고 환경친화적인 막분리 고도 하수처리 장치를 연계한 히트 펌프 냉난방 장치에 관한 것이다.

하수 고도 처리 시스템, 히트 펌프 냉난방 시스템, 열교환기, 히트 펌프, 분리막, 생물 반응조, 에너지 조정, 막분리 여과 공정, 다단계 냉난방출력 조절. 하수 처리수

Description

막분리 고도 하수처리 장치를 연계한 히트 펌프 냉난방 장치{Ground source heat pump system for heating and cooling combined Advanced wastewater treatment system}

본 발명은 막분리 고도 하수처리 장치를 연계한 히트 펌프 냉난방 장치에 관한 것으로서,

더욱 자세히는 막분리 여과조를 포함한 하수 처리 시스템과 히트 펌프 냉난방 시스템을 병행 및 연계시켜 유기성 폐기물인 하수를 정수 처리한 하수 처리수를 채열원으로서 저수조를 통한 간접 방식 또는 저수조를 통하지 않는 직접 방식을 선택적으로 적용하여 하수를 효율적, 경제적으로 수처리하면서도 하수 처리 과정에서 발생한 하수열을 히트 펌프 냉난방 시스템에 보다 효율적인 열원으로 유용하게 활용하여 하수 처리를 통해 환경부담을 감소시키고 열교환기 및 히트 펌프를 선택적으로 포함하는 체인 결합 방식의 다중 루프 용수 순환 사이클로 계절별 용도별의 가변적인 확장형 네트 워크를 형성 열부하를 분담 상호 보완적으로 사용하게 하는 단계적이고 순차적인 열적 접촉(열교환)으로 흡열과 배열, 축열의 에너지 조정을 통한 다단계의 냉난방출력 조절로 히트펌프 냉난방 시스템의 전체적인 열효율을 상승시킴으로써 에너지 절감에도 기여할 수 있게 되어 자원절약적이고 환경친화적인 막분리 여과 공정을 연계한 히트 펌프 냉난방 시스템에 관한 것이다.

집단 에너지 공급 시스템으로서 지역 냉난방시스템은 주거, 상업지역 또는 공업지역과 같이 다수의 열수용가가 개별적인 냉난방용 열원시설을 갖추지 않아도 1개소 또는 수 개소의 집중된 열원설비로부터 에너지를 일괄 공급하는 시스템으로서 대규모의 열원생산시설에서 경제적으로 생산된 열원을 일정 지역 전체에 일괄 공급하는 도시 기반시설인바 에너지 절감 및 공해감소 효과가 있어 쾌적한 주거환경을 조성하는 선진국형 지역 냉난방시스템이다.

최근 환경오염으로 인한 지구온난화를 줄이기 위해 대체에너지 개발사업을 활발히 진행하고 있으며, 지역 냉난방시스템은 미활용 대체 에너지로서 지열, 태양열 등 다양한 에너지원을 이용하여 히트 펌프 등으로 냉난방 시스템을 구축하여 에너지를 공급하게 되는데, 특히 일년 내내 일정한 온도를 유지하는 안정적 열원으로서 지열에너지를 이용한 히트펌프 냉난방시스템은 대체에너지의 대표주자로 손꼽히며 보급이 확대되고 있다.

특히 우리나라는 기후적인 특성으로 겨울철의 외기온도가 너무 낮아서 공기열원 히트펌프는 많은 문제점이 야기될 수 있으나 연중 일정한 온도를 유지하는 지열을 회수하여 겨울철 난방(heat sourse)에 활용하고 여름철에는 실내에서 흡수된 열을 방열하는 열침(heat sink)으로 활용하는 수열원 히트펌프시스템은 우리나라의 기상조건에 적합한 매우 효과적인 냉난방 시스템이다.

담수, 하천수, 하수, 해수 등의 수열원(지열원)은 여름에는 대기온도보다 낮고 겨울에는 대기온도보다 높은 온도차 에너지로서 대기온도에 비해 연간, 일간을 통해 온도변화가 적은 특성이 있어 양질의 에너지원으로 활용할 수 있으나,

급속한 경제 발전과 고도산업사회로의 전환에 따른 각종 오염 물질의 방류로 인하여 수질이 점점 악화됨에 따라 오염원에서 용수의 직접 취수는 법에서 규정하고 있는 방류수 수질기준을 충족시키지 못하고 있는 실정이다.

특히 하수처리장 처리수의 경우 도시 폐열로서 부존량이 다량이고 수요지에 근접하여 열수송을 위한 배관비용이 절약되고 1차적인 물리적 처리에 부가하여 2차적으로 생물학적 처리하여 취수처리 하게 되며 지하 매설 관로를 흐르게 되어 해수나 하천수에 비하여 외기온의 영향을 적게 받아 연중 수온이 10℃(동절기) 내지 25℃(하절기) 범위로 비교적 일정한 수온을 유지함으로써 활용이 용이하고 특히 히트펌프의 열원으로 활용할 경우 공기열원에 비해 안정적인 성능을 확보할 수 있어 에너지 절약형이고 환경친화적인 에너지원이기는 하나 종래의 하수 처리 방법만으로는 강화되는 방류수 수질기준을 만족시키지 못하고 있어 난방수 수질 악화로 인한 부식발생 및 침전물에 의한 설비 수명단축과 열 손실율 증가와 2차적인 오염을 초래하게 되는 문제점이 있다.

따라서 하수 처리수를 히트 펌프 냉난방 시스템의 프로세스 용수로 재활용하기 위해서는 방류수 수질기준을 만족시킬 수 있는 정도의 양호한 수질을 유지하게 하는 효율적이고 경제적이며 환경친화적인 하수고도처리 공정이 절실히 요구된다.

즉, 하수 처리수는 저농도 유기물, 질소 화합물, 유기성 물질 및 미량 유기화합물 등 재이용을 위해서는 제거되어야 할 많은 물질들이 함유되어 있어 활성 오니법이나 모래여과 등과 같은 종래 하수처리기술을 적용하게 되면 처리효율이 매우 낮기 때문에 이들 물질들의 저감을 위해서 보다 경제적이고 안정적인 처리 수질을 유지하면서 수질 관리를 용이하게 하는 기술이 요구된다

활성 오니법이나 모래여과 등과 같은 종래 하수처리기술을 뛰어 넘은 하수 고도 처리용 막분리 기술은 정밀한 오염물질의 분리 기능과 시스템의 소형화 및 운전의 간편성으로 인하여 차세대 핵심기술로서 주목받고 있음에도 불구하고, 이러한 종래의 막분리 기술을 이용한 수처리 공정은 유기물질과 부유물질(Suspended Solids)의 제거효과는 우수하지만 막 투과 효율의 저하 및 이로 인한 처리 수질의 불안정, 막 수명 단축에 따른 경제성 등의 취약성이 문제점으로 지적되고 있으며 특히 질소와 인의 제거가 미흡하며 장치가 대형화되어 막대한 시설비와 유지 관리비가 소요되어 경제적이지 못한 문제점이 있다.

또한 상기와 같이 방류수 수질기준을 충족시키는 하수 처리 시스템을 구성하고 연중 일정한 온도를 유지하는 하수처리수의 열을 채열하여 겨울철의 난방에 활용하고 여름철에는 냉방으로 활용하는 하수 처리수 열원 에너지절약형 히트펌프 냉난방 시스템을 구성함에 있어서,

종래의 히트 펌프 냉낭방 시스템으로는 경제적이고 효율적인 운전을 수행할 수 없는바,

열원 환경 변화에 따른 히트 펌프 성능 저하 없이 냉난방 부하변동에 유연하게 대처할 수 있으면서도 항상 고효율의 안정적인 운전으로 일정 지역 전체에 열을 연중 24시간 연속적으로 공급할 수 있게 하여 에너지 종합효율을 극대화시킬 수 있게 하는 에너지절약형 히트펌프 냉난방 시스템의 구현이 절실히 요구된다.

전술한 바와 같이 종래의 하수처리 공정은 제반 문제점을 가지고 있는바,

하수를 경제적이고 효율적으로 처리하되 방류수 수질기준의 강화에 따른 질소 및 인의 제거가 가능하도록 고도처리 가능한 수처리 시스템을 구성하여 설비를 부식시키지 않으면서도 히트 펌프 냉난방 시스템의 용도 요구 특성에 알맞는 공정수로 공급함과 동시에,

이렇게 청정하게 처리된 하수처리장의 저온 수열(水熱)을 폐기하지 않고 온도차 에너지로 활용하여 히트펌프의 열원 또는 냉각수로 공급함으로써 용수 특성과 에너지 수지를 동시에 충족시켜 환경오염을 감소시키고 에너지 절감에도 기여할 수 있는 계절별, 용도별로 차별화되는 히트 펌프 냉난방 시스템 구성으로 하수 처리 시스템에 히트 펌프 냉난방 시스템 시스템을 연계 구성하여야 하는 기술적 과제가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서,

방류수 수질기준의 강화에 따른 질소 및 인의 제거를 위하여 물리화학적 처리 공정, 생물학적 처리 공정이 결합된 하수 고도처리공정에 침지형 분리막을 결합한 MBR(Membrance Bio-reactor)공정을 적용하는 하수 처리 시스템을 구성함에 있어서,

소요부지 면적이 최소화되는 크기로 물리적 처리조 후단에 격실로 연속 구획된 단일 반응조에서 수위조절 센서로 제어되는 원수의 내부 이동 및 순환으로 생물학적 수처리 및 막 여과 공정 등의 전 과정을 완벽히 수행함으로써 유기물 및 질소, 인의 제거 효율을 향상시켜 흡인라인을 통하여 방류수 수질기준에 충족되는 하수 처리수를 히트 펌프 냉난방 시스템 시스템에 이동시키되,

히트 펌프 냉난방 시스템 시스템은 하수 에너지의 채열 공정을 저수조를 통한 간접 방식과 저수조를 통하지 않는 직접 방식의 선택적으로 연계 구성하여 열 수요처의 계절별, 용도별로 소요되는 열적 부하에 따라 다단계의 순차적으로 열을 공유하고 부하를 분담하여 상호 보완적으로 사용하게끔 최적의 다중 루프 순환 냉난방 사이클을 확장형 네트워크로 형성하고 적정한 열원용량을 열교환 방법으로 확보하여 냉난방기의 성적 계수를 향상시킴과 동시에 전체적인 에너지 종합 효율을 향상시키게 하는 종래 기술과 차별화되는 연계 시스템 구성으로 막 분리 고도 하수처리 시스템을 연계한 히트 펌프 냉난방 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

이와 같이 본 발명의 하수고도처리공정에 분리막이 결합된 막분리형 고도 하수처리 시스템(MBR, Membrance Bio-reactor 공정)이 연계된 히트 펌프 냉난방 시스템은,

좁은 공간에 설치가 가능하고 폐수의 성상에 관계없이 안정적인 수처리가 가능하며 처리공정이 단순화되어 전문인력이 불필요하고 유지보수가 편리한 하수 고 도 처리 시스템 구성으로,

오염도가 심한 오폐수를 방류수 수질기준 강화에 따른 질소 및 인의 제거가 가능하도록 효율적이고 경제적으로 깨끗하게 수처리하여 수자원의 오염을 근본적으로 방지하고 재활용에 의한 용수의 절감으로 가용 수자원의 경제적인 활용과 안정적인 확보로 냉난방 설비를 부식시키지 않으면서도 히트 펌프 냉난방 시스템의 용도 요구 특성에 알맞는 공정수로 공급할 수 있으며,

이렇게 회수되는 하수열을 재활용하되 난방이나 급탕, 냉방 등 계절별 에너지부하에 유연하게 대처할 수 있게끔 에너지 조정수단인 다수개의 열교환기와 히트 펌프 등을 각 장치의 선택적 연계에 의한 연속적인 다단계 열량제어로 열에너지를 공유시키는 최적의 배열 회수 라인을 형성 교차적 또는 선택적으로 열원을 상호 보완적이고 효율적으로 이동시키는 선택 운전이 가능한 냉난방 시스템을 구성함으로써

냉난방 부하에 대응하는 운전조건에 따라 단계적인 열교환을 수행하는 다중의 용수 순환 사이클로 난방수 공급 및 회수 배관(라인)상의 열교환능력을 향상시키고 열손실은 최소화시키는 경제적인 운전으로 냉난방 시스템의 전체적인 열효율 및 성능계수 향상이 가능하여,

수질오염 방지와 수자원의 안정적이고 경제적인 확보가 가능하고,

종래 외기온도 저하 등 계절적 또는 운전조건에 따라 야기되는 히트펌프 시스템의 성능상 문제점을 극복하고 하수 처리 공정에서 회수된 하수열의 유효이용으로 에너지 조건에 관계없이 사계절 연중 충분한 열원공급으로 고효율의 안정적인 냉난방 운전이 가능하게 된다.

특히 본 발명은 다수개의 히트 펌프와 열교환기를 이용 다중 루프(loop) 냉난방 사이클의 연계 동작에 의한 열 중계 기능으로 냉난방 부하를 분담시켜 부하 균형을 이루게 함과 동시에 기기 증설의 확장성을 제공함으로써 냉난방 시스템 가동에 따른 운전비용을 절감시키고 열전달 거리에 제약받지 아니하고 배관의 확장을 가능하게 한다.

본 발명의 구성을 첨부 도면에 의해 상세하게 설명하면 다음과 같으며 본 발명의 요지를 불명료하게 흐릴 수 있는 공지의 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명은 하수처리 시스템을 연계한 히트 펌프 냉난방 시스템에 있어서,

방류수 수질기준을 충족시킬 수 있게끔 질소 및 인의 제거를 위하여 물리화학적 처리 공정, 생물학적 처리 공정이 결합된 하수 고도처리공정에 침지형 분리막을 결합한 막분리형 하수 처리 시스템을 구성하고,

상기 막분리형 하수 처리 시스템에 난방이나 급탕, 냉방 등 계절별 에너지부하에 유연하게 대처할 수 있게끔 다수개의 열교환기와 히트 펌프 등을 순차적 선택적으로 이용 연속적인 다단계 열량제어로 열에너지를 공유시키는 다중의 순환 사이 클로 형성된 배열 회수 라인 구성의 히트 펌프 냉난방 시스템을 연계시키되,

유기성 폐기물을 정수 처리한 하수 처리수를 채열원으로서 저수조를 통한 간접 방식 또는 저수조를 통하지 않는 직접 방식을 선택적으로 적용하여 교차적 또는 선택적으로 열원을 상호 보완적이고 효율적으로 이동시키는 선택 운전으로,

하수를 효율적, 경제적으로 처리하면서 하수 처리 과정에서 발생하는 열을 히트 펌프 냉난방 시스템에 유용하게 활용하여 하수 처리를 통해 환경부담을 감소시키고 에너지 절감에도 기여할 수 있어 자원절약적이고 환경친화적인 막분리 여과 공정 연계 히트 펌프 냉난방 시스템에 관한 것이다.

이하 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 막분리 고도 하수처리 시스템은 전처리 공정으로서 유입된 하수를 여과처리하는 물리적 여과공정을 포함하고 생물학적 처리 공정과 막분리 처리 공정이 조합되어 생물학적 처리 공정으로 미생물에 의한 유기물분해 제거와 영양물질 분해제거 기능을 수행하고, 정밀여과막을 이용한 침지형 막분리 처리 공정에서는 고액 분리의 수행과 고농도의 MLSS를 유지시키게 함과 동시에 분리된 고형물질을 생물학적 처리 공정으로 반송하고, 생물학적 처리 공정으로부터 생산되고 반송되는 잉여 슬러지를 처리하는 슬러지 처리 공정으로 구성된다.

따라서 본 발명의 막분리 고도 하수처리 시스템은,

오,폐수 중에 포함된 모래나 자갈, 토사를 중력 침전하는 침사조(1)와, 망체형의 고정 바 스크린(bar screen)(10)과 수직 회전 이동하여 오물을 연속적이고 자동으로 수거하는 오토 바 스크린(auto bar screen)(11)을 복수 개 구비하여 오,폐수 중의 고형물이나 부유물을 일정한 유속과 체류시간으로 스크리닝(screening) 제거하는 스크린조(2), 스크린조(2) 후단에 위치하여 다수개의 기능별 반응조로 구획형성된 생물학적 처리조로 공급되는 유입 하수량을 일정하게 유지하기 위한 유량조정조(3), 유입 오,폐수의 고형물에 포함된 섬유질 등 미세 협잡물을 제거하는 미세한 메시(Mesh)망의 미세여과 드럼 스크린(14)으로 전처리 설비를 구성한다.

상기 스크린조(2)에서는 배수로에서 물의 흐름에 따라 흘러 내려온 생활쓰레기나 각종 산업쓰레기 등의 오물을 고정 바 스크린(10)에서 스크린하고 동시에 오토 바 스크린(11)에서도 스크린에 걸린 오물 등을 자동 이동식으로 수거하게 되며 미세여과 드럼 스크린(14)에서는 유입 오,폐수의 고형물에 포함된 섬유질 등을 제거하여 후술하는 침지식 막분리조에 설치된 분리막의 성능과 수명을 극대화시키게 된다.

상기 유량조정조(3)에는 협잡물이 스크리닝 제거되고 유입되는 하수의 농도를 일정하게 유지시키면서 고형물의 침전으로 인한 부패를 방지하기 위한 수류 교반기(13)가 설치되고 유입되는 원수의 양을 레벨 스위치(LS)로 감지(수위의 높고 낮음)하고 유량조정조(3) 하부에 장착된 복수 개의 원수 이송 펌프(12) 동작을 제어하여 스크린 처리되고 유량조절된 하수를 후처리 공정의 생물학적 처리조로 이송시키게 된다.

또한 상기 전처리 설비 후단으로는 다수 개의 용도별 반응조와 분리막이 침지된 막분리조가 결합하되 각 반응조가 서로 연통되어 각 반응조 내부로 유효 수심을 초과하는 월류수(over-flow)가 흐를 수 있도록 측면에 하수 유출입구(15)가 형성된 격벽에 의하여 순차적으로 구획 배열된 생물학적 반응조가 구비되는데,

미세여과 드럼 스크린(14)에서 보내주는 전처리되고 고농도 유기물이 포함된 하수와 후단의 무산소조(5)에서 보내지는 혼합액을 탈질화시키고 반응을 극대화시키게 하는 수류 교반기(13)가 구비되어 이송되는 유입폐수를 먹이로 미생물의 탈인반응을 진행시키는 혐기조(4)가 인의 방출에 필요한 탄소원이 부족하지 않도록 먼저 구비되고 그 후단에 생물학적 반응조 말단의 안정화조(7)에서 반송되어 유입되는 혼합액을 이용하여 질산염을 질소가스(N₂)형태로 제거(탈질반응)하고 탈질 혼합액을 혐기조(4)로 반송하는 무산소조(5), 고액분리 정밀 여과 분리막(16)이 장착되어 하수에 포함된 입자성 부유물질(SS)을 걸러냄과 동시에 수위감지센서(LS)의 제어로 처리 수조(8) 또는 저수조(20)에 양방향으로 분기되는 흡인라인으로 외부와 연결된 흡입펌프(17)를 이용 하수 처리수를 외부로 배출하는 막분리조(6), 막분리조(6)에서 유출되는 하수 중 일부를 유입받아 고농도의 반송 슬러지를 균등화하여 시스템의 탈질 및 탈인 반응을 안정화시키고 이송 펌프(12)에 의한 펌핑작용으로 반송 라인에 의한 슬러지 농축조(9)로의 이송을 위한 안정화조(7)로 구성되는데, 안정화조(7)에서 반송되는 하수 처리수 중 슬러지의 내부 반송 라인 중도에서 3방향 밸브(V)를 이용 무산소조(5)에 최종처리된 하수 처리수를 반송하게 된다.

또한 혐기조(4)와 무산소조(5)에는 반응을 극대화할 목적으로 수류 교반기(13)가 구비된다.

본 발명에 있어서 생물막 반응조는 침지형 막분리조에 혐기조와 무산소조를 포함한 다수개의 반응조를 직렬의 일체로 동시 형성하여 질소 및 인의 생물학적 처리 효율을 향상시킴과 동시에 설비의 콤팩트화로 공간활용도를 높이게 되며 블로워(송풍기)(18)는 하나의 블로워 배관으로 각 생물 반응조와 막분리조에 공기를 공급하여 하수 원수를 폭기시킬 뿐만 아니라 분리막의 세정에 영향을 미치지 않는 범위에서 공기를 송풍하여 여과효율이 향상되면서도 경제적으로 운전하는 것이 바람직하다.

본 발명의 기술적 요부로서 침지식 막분리조(60)에는 평판형의 정밀 여과 분리막(16)(멤브레인)이 장착되어 폭기 수단인 블로워(18)에 의하여 생물학적 처리에 필요한 공기를 공급받아 미생물을 활성화시키고 분리막(16)에서 고액 분리가 일어나서 유기물 분해 및 질산화, 막세정 공정을 수행하게 되는데, 중공사막이 수직으 로 장착된 침지형 분리막(16) 모듈은 공기에 의해 상승하는 물의 저항을 최소화시켰고 산기관 일체형으로 산기관(미도시함)으로 블로워(18)에 의해 공급되는 공기를 분사하여 막 표면의 오염 물질을 제거하는 분리막의 세정기능을 기능을 향상시켰으며 하수 중에 있는 유기물을 분해시키는데 필요한 산소를 공급을 원활히 하게 함으로써 종래의 분리막 모듈(MBR)보다 막의 수명을 증가시켰고 이로 인하여 전체적인 하수처리효율을 증가시키게 하여 막처리된 처리수를 분리막과 흡입 라인으로 연결되어 있는 흡입펌프(17)를 통하여 배출시키게 하는 구성으로 분리막에 형성된 미세공극으로 병원성 미생물까지도 제거할 수 있게 되어 청정한 수처리가 가능하고 설비의 콤팩트화 및 운전 자동화가 용이하며 분리막에 의해 처리수질을 안정적으로 확보할 수 있다.

또한 상기 생물막 반응조 후단 외부로는 저압 흡인여과 방식의 흡입라인이 형성되어 흡입펌프(17)에 의하여 흡입 펌핑되는 하수 처리수를 담아서 방류 처리하는 처리수조(8)와 냉난방 용수로서 재활용하기 위해서 하수 처리수를 저장함으로써 생물 반응조에서 배출되는 하수 처리수에 포함된 열을 수집하여 냉난방 시스템에 공급하는 저수조(20)에 양 방향으로 분기 연결되는데, 막분리조(6)에 장착된 수위 감지 LS(레벨 스위치)의 수위 감지 신호로 흡입 펌프(17)가 동작하고 유량계(19)의 측정 계량치로 처리 수조(8) 또는 저수조(20)에 고액 분리된 피처리수를 펌핑 토출하게 되는데 막분리조(6)의 하수 유출입 조절은 유량조정조(3)와 연계시켜 선택적으로 유로를 개폐시킨다.

결국 상기와 같이 하수 처리 시스템에 최종적으로 각각 연결된 처리수조(8)와 저수조(20)는 전단의 전처리 장치 및 생물처리와 막분리 처리 조합의 생물학적 처리장치에서 고도 처리된 하수 처리수를 히트 펌프 냉난방 시스템의 프로세스 용수로 공급하거나 방류시키게 된다

또한 상기 처리수조(8)에서는 유입된 하수 처리수에 소독제를 투여하여 소독을 실시하게 되며 레벨 스위치(A)에서는 처리 수조(8) 내의 수위를 감지하여 수위가 높아졌을 때 이송 펌프(12)를 통해 외부로 하수 처리수를 방출하게 된다.

그리고 상기 유량조정조(3)와 생물막 반응조 사이 외측에는 막분리조(6)에서 반송라인을 통하여 보내지는 슬러지가 포함된 하수를 담아서 농축 처리하는 슬러지 농축조(9)가 구비되어 고액 분리된 슬러지도 최종 처리하게 된다.

상기와 같이 구성된 하수 고도 처리 시스템에서는 오염도가 심한 오폐수를 방류수 수질기준을 충족시키게끔 경제적으로 깨끗하게 수처리하여 히트 펌프 냉난방 시스템의 용도 요구 특성에 알맞는 공정수로 공급하게 되며,

하수 고도 처리 시스템 후단에 연계되는 히트 펌프 냉난방 시스템에서는 하수 고도 처리 시스템에서 채열된 하수열을 공정수로 이용 냉난방 용수 요구 특성과 에너지 수지를 동시에 충족시키는 연계 시스템을 구성함으로써,

냉난방 설비의 부식이나 히트 펌프 성능 저하 없이 고효율의 안정적인 연속 냉난방 운전이 가능하여 전체 시스템 효율을 높이게 하는 히트 펌프 냉난방 시스템을 구성하게 된다.

상기 히트 펌프 냉난방 시스템은,

하수 처리 시스템에서 처리한 하수 처리수를 저장하는 저수조(20) 또는 처리 수조(8)를 채열원으로 저수조를 통한 간접 공급 방식 또는 저수조를 통하지 않는 직접 공급 방식을 선택적으로 적용하여 운영되는 다수개의 열교환기와 히트 펌프로 이루어지는 다중 루프(loop)의 냉난방 순환 회로(배관)을 형성하게 되는데,

본 발명에 따른 냉난방 순환 회로(배관)의 구성은 하수 처리수 이외에 별도의 다른 열원을 이용하지 않고도 용도별 열수요처에 광범위하게 냉난방 배관을 확장할 수 있는 확장형 배관으로서,

난방이나 급탕, 냉방 등 계절별 복합 에너지부하에 유연하게 대처하여 상호 열을 공유하게끔 순차적으로 형성된 열교환기와 히트 펌프, 순환 펌프를 교차적 또는 선택적으로 설치하여 열원을 상호 보완적이고 효율적으로 이동시키는 선택 운전이 가능하여 연속적인 다단계 열량제어를 수행하게 된다.

또한 저수조를 통한 하수 처리수 간접 공급 방식 또는 저수조를 통하지 않는 하수 처리수 직접 공급 방식을 선택적으로 적용함에 있어서,

하수 처리수가 고도로 정화처리되어 히트펌프에 직접 유입됨에 따라 발생할 수 있는 이물질에 의한 막힘 현상이나 부식 등 용수 순환장애가 없다고 판단되면 열교환기를 장착하지 않고 히수 처리장의 처리 수조에 직접 연결하여 수두차에 의하여 하수 처리수를 직접 공급받게 함으로써 시설비와 동력비 등 비용을 줄이게 하는 용수 공급 경로를 형성함으로써,

히트펌프에 의하여 하수열을 회수하여 냉열 또는 온열을 열수요처에 공급하는 과정에서 에너지가 반복적으로 순환되는 냉난방 사이클을 구현하되,

특히 겨울철은 물론 여름철 냉방부하, 난방부하, 급탕부하가 동시에 존재하는 복합 부하 조건하에서도 부족한 열원을 커버하여 계절에 구애받지 않는 사계절 냉난방 운전으로 고효율의 히트펌프 냉난방 시스템 성적계수를 실현하게 된다.

그리고 열교환기를 경유하지 않는 냉난방 시스템 배관을 형성하는 경우 상호 역할을 바꿔서 냉난방 히트 펌프의 운전 모드를 변경시켜야 함에 따라 열교환기를 세척하여야 하는 구조적 문제점을 해결할 수 있는 장점이 있는바 이는 하수처리고도 시스템에서 방류수 수질 기준 이상의 처리 품질을 유지할 수 있기 때문에 가능하다.

본 발명은 하수 처리수를 저장하는 열원으로서 저수조(20) 후단에 1차 흡입 펌프(24), 1차 열교환기(22), 2차 순환 펌프(25), 냉난방 히트 펌프(23), 냉난방 순환 펌프(26), 냉난방수 공급 헤더(27)와 냉난방수 환수 헤더(28)가 순차적으로 연결된 냉난방 배관을 기본 구성으로 하고 있으며, 축열 축냉 저장탱크(30)와 전자 밸브(29)가 부가적으로 연결되어 있다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 고온측과 저온측의 열원들이 상호 교류할 수 있도록 1차 열교환기(22)를 기준으로 저수조(20)와 냉난방 히트 펌프(23) 양측에 병렬 대칭 구조의 냉난방수 순환 기본 배관이 형성되어 있는바,

냉난방 순환수를 하수 처리수와 열교환시켜 냉난방 순환수를 1차로 예열 또는 예냉시키게 하는 1차 열교환기(22) 일측의 저수조(20)와 연결되는 배관으로는 저수조(20)에서 공급되는 하수 처리수를 흡입 펌핑시키는 흡입 펌프(24)와 전자 밸브(29)를 구비하여 하수 처리수를 순환시키는 순환 배관이 형성되어 있으며,

1차 열교환기(22) 타측의 냉난방 순환수를 가열/냉각시키는 냉난방 히트펌프(23)로 연장되는 순환 배관으로도 2차 순환펌프(25)가 구비되어 열교환수를 순환시킬 수 있도록 구성되어 있고,

냉난방 히트펌프(23)의 일측으로는 히트펌프(23)로 승온/냉각된 냉난방 순환수를 수요처에 공급하는 냉난방수 공급 헤더(27)와 수요처에 열을 공급하고 환수되는 냉난방수 환수 헤더(28)에 연결되게끔 냉난방 순환 펌프(26)가 구비된 냉난방 순환수 순환 배관을 형성하여,

고온측과 저온측으로 구별되는 확장형의 냉난방 순환 회로로 열교환기와 히트펌프를 경유하면서 서로 열을 주고 받아 최종적으로 가열/냉각된 난방 순환수를 수용가에 공급하는 구성으로,

계절별, 열 수요처별 열원 환경에 따라 단계적 열교환을 통한 출력 조절로 다단계 열량제어가 가능하여 다른 열원을 추가로 공급하지 않고서도 난방 순환수를 냉난방에 적합한 온도로 유지시켜 공급함으로써 효율적인 온도조절이 가능하여 온도조절 비용과 에너지를 절감할 수 있게 하는 것이다.

또한 본 발명은 냉난방수 흐름 방향의 전환으로 열교환기에서 열교환된 난방 순환수를 히트펌프에서 가열시키거나 냉각시켜 냉난방 및 급탕 수요를 동시에 충족시킬 수 있게 되는 것이다.

도 1 내지 도 4는 저수조를 이용한 하수 처리수 간접 공급 방식의 계통도로서 열교환기와 냉난방 히트 펌프가 각각 구비된 도 1의 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면,

하수 처리 시스템의 침지식 막 분리조(6)에서 정수 처리된 하수 처리수는 흡입펌프(17)의 펌핑으로 연속 토출되어 저수조(20)에 공급 취수되며,

저수조(20)의 디퓨저 펌프(21)에서 공급되는 하수 처리수는 흡입펌프(24)에 의하여 강제적으로 펌핑 토출되어 1차 열교환기(22)에서 냉난방 순환수에 열을 주고 전자밸브(29)의 전자적 개폐 흐름 제어로 저수조(20)로 복귀하는 제 1의 냉난방 순환 사이클을 형성하게 되며,

1차 열교환기(22)에서 적정한 온도로 가열/냉각된 냉난방 순환수도 2차측 순환펌프(25)를 경유 냉난방 히트펌프(23)에 열을 주고 복귀하는 제2의 냉난방 순환 사이클을 형성하게 되며,

또한 냉난방 히트펌프(23)에서 가열/냉각된 냉난방 순환수는 냉난방수 공급 헤더(27)를 통하여 열수요처에 적정한 온도의 냉열/온열을 공급하고 냉온수를 축열 저장하는 축열/축냉 저장탱크(30)를 경유 냉난방수 환수 헤더(28)로 환수되고 냉난방 순환 펌프(26)로 환류되는 제 3의 냉난방 순환 사이클이 형성되어 연속적인 다단계 열량제어로 열에너지를 공유시키는 다중의 순환 사이클을 구현하여 열원 환경 변화에 따른 히트 펌프의 성능 저하 없이 냉난방 부하변동에 유연하게 대처할 수 있게 되므로 항상 고효율의 안정적인 운전으로 일정 지역 전체에 충분한 열을 연속적으로 공급할 수 있게 하여 에너지 종합효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

또한 도 2는 저수조를 경유하는 하수 처리수 간접 공급 방식이되 열교환기와 히트 펌프를 연계한 냉열 또는 온열의 냉난방 회로(사이클) 기본 구성에 난방 회로를 연결 구성하여 하수열을 공유하는 2단의 순환 회로 구성으로서,

저수조(20)에서 냉난방 회로의 1차 열교환기(22)로 공급되어 열교환하고 환수되는 하수 처리수를 난방 회로에 공급하고 재이용하게 한 다음 저수조로 복귀하는 에너지 재순환 구조인바,

난방 배관의 확장으로 열 이동이 가능하여 부족한 열원을 커버하고 시스템 성적계수를 대폭 향상시키게 된다.

결국 상기한 바와 같이 도 1은 각각 고저 온도차가 나는 별도의 독립된 순환라인을 구성 열교환기와 히트 펌프로 하나의 열 수요처에 열에너지를 공급하는 공 유시키는 다중 루프의 순환 사이클을 형성하는 구성이고, 도 2는 상기 도 1의 구성에 추가하여 도 1과 같은 열교환기와 히트 펌프 조합 다중 루프의 순환 사이클을 복수 개 형성하되 도 1의 구성 제 1의 냉난방 순환 사이클 말단에 순환 펌프(24b)를 추가로 장착하고 제 2의 난방 시스템 말단에 추가적으로 바이 패스 배관(31)과 전자 밸브(29)를 위치 변경 장착하는 확장형 냉난방 배관 구성으로 추가 열원 없이 용도별로 열수요처에 냉열과 온열을 동시에 공급할 수 있다.

도 2의 기본 냉난방(a) 및 추가적 난방(b) 회로 구성에서 반복되는 동일한 용도의 구성요소 참조부호는 a,b로 구분하였으며(예:히트펌프 23a:냉난방 히트펌프 23b: 난방 히트펌프) 밸브로 개폐되는 바이패스 배관(31)은 추가적인 난방 불필요시 동작하여 열의 손실을 방지하게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 저수조를 경유하는 하수 처리수 간접 공급 방식의 히트펌프 냉난방 시스템이되 열교환기와 히트 펌프를 연계하는 기본 구성의 냉난방 시스템이고, 도 2는 도 1의 냉난방 회로 구성에 난방회로를 부가하여 하절기에도 난방과 급탕을 가능하게 하는 구성으로서 도 2를 참조하여 본 발명의 동작을 설명하면,

먼저 하수 고도 처리 시스템의 침지형 막분리조(6)에서 흡입펌프(17)를 통해 취수된 하수 처리수는 처리 수조(8)로 연결된 배관에서 저수조(20)로 분기되는 연결 배관을 경유 하수 처리수를 저수조(20)에 저장하게 되며,

저수조(20)에 취수된 하수 처리수는 냉방/난방용의 흡입펌프(24a)로 펌핑되어 1차 열교환기(22)로 보내져서 열교환 후 환수되는데 이때 환수되는 하수 처리수는 다시 순환 펌프(24b)에 의하여 펌핑 토출되어 후단으로 연장된 난방 순환회로의 난방용 2차 열교환기(24b)로 보내져서 2차로 열교환 후 저수조(20)로 보내지는 하수 처리수 동작을 반복하게 된다.

그리고 하절기 냉방 모드로 운전할 경우에는 냉난방 히트펌프(23a)에서 1차 열교환기로 공급하여 1차로 하수열과 열을 교환한 순환수를 2차 순환펌프(25a)를 경유 냉난방히트펌프(23a)로 다시 보내 냉각시킨 다음 (33)냉난방 공급헤더(27a)로 보내서 각 기기로 냉수를 공급하여 냉방을 수행한 다음 각 기기를 통해 다시 (34)냉난방환수헤더(28a)로 되돌아온 냉수를 냉난방순환펌프(26a)를 이용해 냉난방히트펌프(23a)로 보내는 냉수 순환 시스템을 구현하게 된다.

또한 하절기에 난방을 수행할 경우에는 전단의 냉방 순환 회로 구성에 추가되는 난방 순환 회로의 난방 히트 펌프(23b)에서 2차 열교환기(22b)로 순환수를 공급해 2차로 하수열과 열을 교환하는 순환 과정을 반복하여 온수를 순환시키는 난방시스템을 구현함으로써 하절기에도 난방 및 온수를 사용할 수 있게 한다.

만약 난방 및 온수를 사용하지 않을 경우에는 2차 열교환기(22b)의 모든 밸브를 잠그고 바이 패스 배관(31)의 BY-Pass 밸브를 개방하여 하수처리수가 열교환 되지 않고 바로 저수조(20)로 들어가게 하여 난방 히트펌프(23b)를 구동하지 않게 하면 된다.

또한 동절기에 난방 운전을 수행할 경우에는 하절기 냉방 사이클을 난방 사이클로 바꿔서 운전하는 난방 시스템을 구성하면 되며 추가 난방이 불필요하게 되면 순환되는 하수 처리수를 바이패스시켜 저수조로 환류시키면 된다.

전술한 구성의 본 발명은 하절기 냉방 및 난방, 급탕의 복합 부하시에도 동시 처리가 가능할 뿐 아니라 히트 펌프의 역할을 상호 바꿔서 운전함에 따른 열교환기 세척이 필요 없게 된다.

그리고 도 3과 도 4는 도 1과 도 2의 냉난방 시스템 구성에서 1차측 열교환기와 흡입 펌프를 제외한 구성으로 열교환기를 장착하지 않고 저수조에 히트 펌프를 직접 연결하므로서 열교환기의 부식이나 오염에 대한 문제점을 절감시키고 열교환기 및 흡입 펌프의 시설비 및 운전비용을 절감할 수 있다.

또한 열발생과 열수요가 시간적으로 일치하지 않을 경우 미활용 열을 저장하여 열에너지를 축적하였다가 유효하게 이용할 수 있는 축열 축냉 저장 탱크(30)도 당연히 구비한다.

또한 도 5 도내지 도 8은 도 1 내지 도 4의 하수 처리수 간접 공급 방식과는 달리 하수 처리시스템의 막분리조에서 취수된 하수 처리수를 저수조를 경유하지 않고 하수 처리장의 막분리조에서 직접 히트 펌프 냉난방 시스템에 공급하고 처리수조로 환수하는 구성의 막분리조를 이용한 직접 채열 방식의 시스템으로서 도 1 내지 도 4의 구성에서 저수조가 생략된 구성으로 자세한 설명은 생략한다.

그리고 본 발명에 따른 히트펌프는 통상의 히트펌프 장치로서 앞서 설명한 바와 같이 겨울철 등의 상기 온수 순환 사이클과 여름철 냉방의 냉방 사이클은 용도에 따라 선택적으로 순환수의 흐름 방향을 정방향 또는 역방향으로 전환시켜 냉난방용 히트펌프가 압축, 응축, 팽창, 기화로 이어지는 통상의 냉난방 사이클을 수행하게 된다.

결과적으로 본 발명은 청정하게 수처리된 하수 처리수를 이용 다수개의 열교환기, 히트 펌프 등을 이용 냉난방 부하 특성에 따른 용량을 다단계로 분담시키고 히트 펌프 성능 저하 없이 선택 가동을 통해 소요 열량을 상호 보완적으로 보충시키는 방법으로 전력의 낭비를 최소로 줄이게 하면서도 하수열을 단계적으로 회수 열교환하고 공급 및 환수되는 다중 루프의 용수 순환 사이클을 구현하여 난방 및 냉방 모드에 따라 고온 열원의 온도를 낮추고 저온열원의 온도를 높여 냉난방 또는 급탕 공급의 성능을 향상시키게 함으로써 히트펌프 냉난방 시스템의 전체적인 열효율을 상승시킴과 동시에 보다 저렴하고 공해 없는 에너지를 지속적으로 공급할 수 있도록 되는 것이다.

또한 이러한 일련의 공정은 열손실을 줄어들게끔 열에너지를 공유시키는 부하평준화 배관망 구성으로 컴퓨터에 의하여 전체적으로 자동 제어하게 되며, 냉난방수 순환 배관상의 필요한 요소 위치에는 압력 손실을 예방하는 부스터 펌프나 순환수의 유로를 개방 또는 폐쇄시켜 유량을 조절하거나 방향을 전환시키며 역류를 차단하는 전자밸브나 체크 밸브 등 다수의 밸브장치를 선택적이고 보충적으로 장착하여 히트 펌프 시스템을 안정적으로 가동할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기한 배관의 설치 및 순환 구조는 도시와 설명의 편의를 위하여 예시한 바람직한 실시예로서, 설치 조건에 맞춰 본 발명의 기술적 요지의 동일성 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.

비교표 (실시형태별 분류)

구분	채열방식	저수조	배관 구조	열교환기	냉난방히트펌프	난방히트펌프
1	저수조경유 간접채열	0	냉난방(1단)	0	0	×
2	〃	0	냉난방+난방(2단)	0	0	0
3	〃	0	냉난방(1단)	×	0	×
4	〃	0	냉난방+난방(2단)	×	0	0
5	막분리조 직접채열	×	냉난방(1단)	0	0	×
6	〃	×	냉난방+난방(2단)	0	0	0
7	〃	×	냉난방(1단)	×	0	×
8	〃	×	냉난방+난방(2단)	×	0	0

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 하수 처리수 간접 공급 방식의 일실시예로서 1단의 기본적인 냉난방 시스템 구성을 개략적으로 도시한 시스템 구성도

도 2는 본 발명의 하수 처리수 간접 공급 방식의 다른 실시예로서 2단의 추가적인 냉난방 시스템 구성을 개략적으로 도시한 시스템 구성도

도 3은 도 1의 시스템 구성에서 열교환기를 포함하지 않는 냉난방 시스템 구성을 개략적으로 도시한 시스템 구성도

도 4는 도 2의 시스템 구성에서 열교환기를 포함하지 않는 냉난방 시스템 구성을 개략적으로 도시한 시스템 구성도

도 5는 본 발명의 하수 처리수 직접 공급 방식의 일실시예로서 1단의 기본 냉난방 시스템 구성을 개략적으로 도시한 시스템 구성도

도 6은 본 발명의 하수 처리수 직접 공급 방식의 일실시예로서 2단의 추가적인 냉난방 시스템 구성을 개략적으로 도시한 시스템 구성도

도 7은 도 5의 시스템 구성에서 열교환기를 포함하지 않는 냉난방 시스템 구성을 개략적으로 도시한 시스템 구성도

도 8은 도 6의 시스템 구성에서 열교환기를 포함하지 않는 냉난방 시스템 구성을 개략적으로 도시한 시스템 구성도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1:침사조 2:스크린조

3:유량조정조 4:혐기조

5:무산소조 6:침지형 막분리조

7:안정화조 8:처리 수조

9:슬러지농축조 10:고정바 스크린

11:오토바 스크린 12:이송 펌프

13:수류 교반기 14;드럼 스크린

15:하수 유출입구 16:분리막

17:흡입펌프 18:블로워

19:유량계 20:저수조

21:디퓨저 펌프 22;1차 열교환기

23:냉난방 히트 펌프 24:흡입 펌프

25:2차 순환 펌프 26:냉난방 순환 펌프

27:냉난방수 공급헤더 28:냉난방수 환수헤더

29:전자 밸브 30:축열 축냉 저장탱크

31:바이패스 배관

Claims (7)

1. 하수처리 장치를 연계한 히트 펌프 냉난방 장치에 있어서,

   방류수 수질기준을 충족시킬 수 있게끔 물리화학적 처리 장치, 생물학적 처리 장치가 결합된 하수 고도처리장치에 침지형 분리막이 결합된 막분리형 하수 처리 장치를 구성하고,

   상기 막분리형 하수 처리 장치에 난방이나 급탕, 냉방의 계절별 복합 에너지부하에 유연하게 대처할 수 있게끔 열교환기와 히트 펌프가 순차적으로 연결되어 연속적인 다단계 열량제어로 열에너지를 공유시키는 다중의 순환 사이클 배관으로 형성된 하수열 회수 라인 구성의 히트 펌프 냉난방 장치가 연계되어 하수 처리 장치에서 발생하는 하수 열을 히트 펌프 냉난방 장치에 열원으로 활용하여 하수 처리를 통해 환경부담을 감소시키고 에너지 절감에도 기여할 수 있게 하는 복합장치를 구성하되,

   막분리형 하수 처리 장치에서 처리한 하수 처리수를 히트 펌프 냉난방 장치에 공급하는 배관 구성을 막분리형 하수 처리 장치에서 히트 펌프 냉난방 장치에 직접 연결하여 공급하는 직접 열 공급 배관이나 막분리형 하수 처리 장치와 히트 펌프 냉난방 장치 사이에 위치하는 저수조를 경유시켜 저수조 저장열을 공급하는 간접 열공급 배관을 선택적으로 구성함을 특징으로 하는 막분리 고도 하수처리 장치를 연계한 히트 펌프 냉난방 장치
2. 제 1항에 있어서,

   막분리형 하수 처리 장치는 침사조(1)와, 고정 바 스크린(10)과 오토 바 스크린(11)이 구비된 스크린조(2), 유입 하수량을 일정하게 유지하기 위한 유량조정조(3), 미세 협잡물을 제거하는 미세여과 드럼 스크린(14)으로 전처리 설비를 구성하고 상기 전처리 설비 후단으로 용도별 반응조와 분리막이 침지된 막분리조가 순차적으로 구획 배열된 생물학적 반응조가 구비된 하수 처리 장치로서,

   생물학적 반응조를 수류 교반기(13)가 구비되어 이송되는 유입폐수를 먹이로 미생물의 탈인반응을 진행시키는 혐기조(4), 질산염을 질소가스(N₂)형태로 제거(탈질반응)하고 탈질 혼합액을 혐기조(4)로 반송하는 무산소조(5), 고액분리 정밀 여과 분리막(16)이 장착되어 하수에 포함된 입자성 부유물질(SS)을 걸러냄과 동시에 수위감지센서(LS)의 제어로 처리 수조(8) 또는 저수조(20)에 양방향으로 분기되는 흡인라인으로 외부와 연결된 흡입펌프(17)를 이용 하수 처리수를 외부로 배출하는 막분리조(6), 막분리조(6)에서 유출되는 하수 중 일부를 유입받아 고농도의 반송 슬러지를 균등화하여 시스템의 탈질 및 탈인 반응을 안정화시키고 이송 펌프(12)에 의한 펌핑작용으로 반송 라인에 의한 슬러지 농축조(9)로의 이송을 위한 안정화조(7)로 구성됨을 특징으로 하는 막분리 고도 하수처리 장치를 연계한 히트 펌프 냉난방 장치
3. 제 1항에 있어서,

   생물학적 반응조의 후단에는 저압 흡인여과 방식의 흡입라인이 형성되어 흡입펌프(17)에 의하여 흡입 펌핑되는 하수 처리수를 담아서 방류 처리하는 처리수조(8)와 냉난방 용수로서 재활용하기 위해서 하수 처리수를 저장함으로써 생물 반응조에서 배출되는 하수 처리수에 포함된 열을 수집하여 냉난방 시스템에 공급하는 저수조(20)가 흡입펌프(17) 후단에 양 방향으로 분기 연결됨을 특징으로 하는 막분리 고도 하수처리 장치를 연계한 히트 펌프 냉난방 장치
4. 제 1항에 있어서,

   막분리형 하수 처리 장치에 연계되는 히트 펌프 냉난방 장치는 냉난방 순환수를 하수 처리수와 열교환시켜 냉난방 순환수를 1차로 예열 또는 예냉시키게 하는 1차 열교환기(22) 일측의 저수조(20)와 연결되는 배관으로는 저수조(20)에서 공급되는 하수 처리수를 흡입 펌핑시키는 흡입 펌프(24)와 전자 밸브(29)를 구비하여 하수 처리수를 순환시키는 순환 배관이 형성되어 있으며,

   1차 열교환기(22) 타측의 냉난방 순환수를 가열/냉각시키는 냉난방 히트펌프(23)로 연장되는 순환 배관으로도 2차 순환펌프(25)가 구비되어 열교환수를 순환시킬 수 있도록 구성되어 있고,

   냉난방 히트펌프(23)의 일측으로는 히트펌프(23)로 승온/냉각된 냉난방 순환수를 수요처에 공급하는 냉난방수 공급 헤더(27)와 수요처에 열을 공급하고 환수되는 냉난방수 환수 헤더(28)에 연결되게끔 냉난방 순환 펌프(26)가 구비된 냉난방 순환수 순환 배관을 형성하여,

   고온측과 저온측으로 구별되는 열적 체인 결합의 냉난방 순환 회로를 형성하여 열교환기와 히트펌프를 경유하면서 서로 열을 주고 받아 최종적으로 가열/냉각된 난방 순환수를 수용가에 공급하는 구성임을 특징으로 하는 막분리 고도 하수처리 장치를 연계한 히트 펌프 냉난방 장치
5. 제 4항에 있어서,

   냉난방 순환 회로(배관)는 막분리형 하수 처리 장치에서 히트 펌프 냉난방 장치에 직접 연결하여 공급하는 직접 열 공급 배관이나 막분리형 하수 처리 장치와 히트 펌프 냉난방 장치 사이에 위치하는 저수조를 경유시켜 저수조 저장열을 공급하는 간접 열공급 배관에 선택적으로 연결되어 냉난방 순환수와 하수 처리수 상호간에 열을 보완적으로 공유하는 다중 루프의 순환 사이클을 형성하여 다단계로 열량을 제어하는 순환구조로서,

   하수 처리수 이외에 별도의 다른 열원을 이용하지 않고도 하수열을 이동시켜 공유하게끔 냉열 또는 온열의 냉난방 회로(사이클) 기본 구성에 열교환기와 히트 펌프로 이루어진 확장형 난방 배관이 부가적으로 구성된 2단의 냉난방 순환 회로를 형성함을 특징으로 하는 막분리 고도 하수처리 장치를 연계한 히트 펌프 냉난방 장치
6. 제 5항에 있어서,

   하수열을 이동시켜 공유하는 2단의 냉난방 순환 회로에 있어서 추가 난방이 불필요시 2차 열교환기(22b)의 모든 밸브를 잠그고 바이 패스 배관(31)의 BY-Pass 밸브를 개방하여 하수처리수가 열교환되지 않고 바로 저수조(20)로 들어가게 하여 난방 회로로 재순환되는 하수 처리수를 바이패스시켜 저수조로 환류시키게 하는 숨환 회로 구성을 특징으로 하는 막분리 고도 하수처리 장치를 연계한 히트 펌프 냉난방 장치
7. 제 4항 내지 제6항 중 어느 하나의 청구항에 있어서,

   냉난방 장치의 구성에 1차측 열교환기와 흡입 펌프를 포함시키지 않고 열교환기를 경유하지 않게 하여 하수 처리수에 히트 펌프를 직접 연결하는 냉난방 시스템 배관을 선택적으로 형성함을 특징으로 하는 막분리 고도 하수처리 장치를 연계한 히트 펌프 냉난방 장치

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