KR100963545B1

KR100963545B1 - 냉난방 설비를 이용한 발전 시스템

Info

Publication number: KR100963545B1
Application number: KR1020080087634A
Authority: KR
Inventors: 허만
Original assignee: 허만
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2010-06-15
Also published as: KR20100028757A

Abstract

본 발명은 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각탑을 이용하여 수냉식으로 냉난방을 하는 고층 건물의 냉난방 시 낙하하는 냉각수의 낙차를 이용하여 전기를 생산함으로써, 단순히 버려지는 에너지를 유용한 에너지로 활용할 수 있는 발전 시스템에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 건물의 하부에 설치되는 냉동기와; 상기 건물의 상부에 설치되는 냉각탑과; 상기 냉각탑과 연결되고, 상기 냉각탑으로부터 배출되는 저온 냉각수가 낙하하는 통로를 제공하는 제 1 배관과; 상기 제 1 배관 하측에 설치되고, 상기 냉각탑으로부터 상기 제 1 배관을 따라 낙하하는 상기 저온 냉각수의 낙차를 이용하여 전기를 생산하는 발전부와; 상기 발전부 하측에 설치되는 속도조절부와; 상기 속도조절부를 통해 배출되는 상기 저온 냉각수를 상기 냉동기로 공급하는 제 2 배관과; 상기 냉동기로부터 배출되는 고온 냉각수가 냉각탑으로 이동하는 통로를 제공하는 제 3 배관 및 상기 제 3 배관에 설치되어 상기 냉동기로부터 배출되는 상기 고온 냉각수를 상기 냉각탑으로 끌어올리는 냉각수 순환펌프로 이루어지는 발전 시스템을 제공한다.

냉각탑, 냉동기, 속도조절부, 발전부, 냉각수 순환펌프

Description

냉난방 설비를 이용한 발전 시스템{Power Generation System using Air - conditioning Equipment}

본 발명은 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각탑을 이용하여 수냉식으로 냉난방을 하는 고층 건물의 냉난방 시 낙하하는 냉각수의 낙차를 이용하여 전기를 생산함으로써, 단순히 버려지는 에너지를 유용한 에너지로 활용할 수 있는 냉난방 설비를 이용한 발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 건물의 냉난방을 위해 규모가 작은 건물에서는 소형 냉동기나 에어컨을 주로 사용하고 있다. 이때, 상기 소형 냉동기나 에어컨에서는 비교적 구조가 간단하고 운전이 쉬운 강제 송풍 공냉식 냉각장치를 주로 사용한다. 반면에, 상대적으로 규모가 큰 건물에서는 냉각탑을 이용한 중, 대형 냉동기를 사용하고 있다. 통상적으로, 상기 냉각탑은 건물의 옥상에 설치되어 냉동기로부터 배출되는 고온의 냉각수를 식혀준 후 다시 냉동기로 투입시키는 장치로서, 수냉식 냉동기용 또는 흡수식 냉온수기용, 산업폐수 냉각용, 산업용 대형 압축기 냉각용으로 널리 사용되고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 수냉식 냉난방 설비의 구성을 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 수냉식 냉난방 설비는 냉동기(1)와, 냉각탑(2)과 냉각수 순환펌프(3) 및 이들을 서로 연결하고, 냉각수의 이동통로를 제공하는 배관(4)을 포함하여 형성된다.

이때, 상기 냉각탑(2)은 상기 냉동기(1)로부터 배출되어 상기 냉각수 순환펌프(3)에 의해 상 방향으로 분출되어 냉각탑(2) 내부로 유입된 고온의 냉각수를 살수한 다음, 표면적을 넓혀주는 충전재에 통과시킴과 아울러 상온의 외부공기를 냉각탑(2) 내부로 유입시킨다. 이러한 과정에서 외부공기와 살수된 냉각수가 상호 열 교환하면서 냉각수의 온도를 낮추는 것은 물론, 일부는 공기에 의해 증발하면서 냉각수로부터 열기를 빼앗아 냉각탑(2) 상부로 빠져나가게 되며, 온도가 내려간 냉각수는 배관(4)을 통해 다시 냉동기(1)로 유입되는 구조이다.

여기서, 상기와 같은 종래의 수냉식 냉난방 설비는 구조적으로 많은 전력을 소비할 수밖에 없다. 다시 말해, 상기 수냉식 냉난방 설비에서, 지하에 설치되어 있는 냉동기(1)로부터 건물의 옥상에 설치되어 있는 냉각탑(2)까지 냉각수를 끌어올리기 위해서는 상기 냉각수 순환펌프(3)의 역할이 필수적인데, 이러한 냉각수 순환펌프(3)를 가동하기 위해서는 다량의 전력을 필요로 하게 된다. 게다가, 최근 들어 건설되고 있는 건물들은 점점 고층화되는 추세에 있다. 따라서 상기와 같은 수냉식 냉각설비가 설치된 고층 건물에서, 건물의 냉각을 위해 냉동기(1)로부터 옥상의 냉각탑(2)까지 냉각수를 끌어올리기 위해서는 실로 막대한 양의 전력을 소비할 수밖에 없다. 이는, 소비되는 전력 대비 냉각효율이 어느 정도인지를 가늠하기에 앞서, 에너지 자원이 점차 고갈되고 있는 현 시점에서 다량의 전력을 소비한다는 것 자체가 문제가 될 수 있다. 그리고 한편으로, 상기 냉각수는 상기 냉각탑(2)으로부터 냉각된 후 낙하하여 단순히 다시 냉동기(1)로 유입되는 구조인데, 이 경우 또한 실질적으로 이용 가능한 많은 에너지 즉, 냉각수의 낙차에 의해 생산 가능한 수력 에너지를 무심코 버리는 결과가 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 냉각탑을 이용하여 수냉식으로 냉난방을 하는 고층 건물의 냉난방 시 낙하하는 냉각수의 낙차를 이용하여 전기를 생산하는 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 단순히 버려지는 에너지를 유용한 에너지로 활용할 수 있는 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 냉난방 설비의 가동에 소요되는 비용을 줄일 수 있는 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 배관을 따라 낙하하는 냉각수의 낙하 속도를 증가시킴으로써, 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있는 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 배관을 따라 낙하하는 냉각수의 온도를 더욱 낮출 수 있는 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발전 시스템은, 건물의 하부에 설치되 는 냉동기와; 상기 건물의 상부에 설치되는 냉각탑과; 상기 냉각탑과 연결되고, 상기 냉각탑으로부터 배출되는 저온 냉각수가 낙하하는 통로를 제공하는 제 1 배관과; 상기 제 1 배관 하측에 설치되고, 상기 냉각탑으로부터 상기 제 1 배관을 따라 낙하하는 상기 저온 냉각수의 낙차를 이용하여 전기를 생산하는 발전부와; 상기 발전부 하측에 설치되는 속도조절부와; 상기 속도조절부를 통해 배출되는 상기 저온 냉각수를 상기 냉동기로 공급하는 제 2 배관과; 상기 냉동기로부터 배출되는 고온 냉각수가 냉각탑으로 이동하는 통로를 제공하는 제 3 배관 및 상기 제 3 배관에 설치되어 상기 냉동기로부터 배출되는 상기 고온 냉각수를 상기 냉각탑으로 끌어올리는 냉각수 순환펌프로 이루어진다.

여기서, 상기 속도조절부는 상기 제 1 배관의 직경보다 큰 직경으로 이루어지고, 측벽에는 다수개의 통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 속도조절부 내측에는 다수개의 상기 통공과 대응되는 상부에 각각 하향 경사진 물받이막이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 발전부는 상기 저온 냉각수의 낙차를 이용하여 동력을 생산하는 수력터빈과, 상기 수력터빈으로부터 생산되는 상기 동력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 냉각탑에서 냉각된 상기 저온 냉각수는 상기 제 1 배관의 개폐에 따라 배출이 조절되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 냉각탑을 이용하여 수냉식으로 냉난 방을 하는 고층 건물의 냉난방 시 낙하하는 냉각수의 낙차를 이용하여 전기를 생산함으로써, 단순히 버려지는 에너지를 유용한 에너지로 활용할 수 있고, 이로써, 냉난방 설비의 가동에 소요되는 비용을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 밀폐된 배관을 따라 낙하하는 냉각수의 낙하 속도를 증가시킴으로써, 에너지 변환 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 냉동기로 유입되는 저온 냉각수를 외부 공기에 노출시킴으로써, 저온 냉각수의 온도를 더욱 낮출 수 있고, 이로 인해, 냉동기 가동에 필요한 전기를 보다 절약할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉난방 설비를 이용한 발전 시스템을 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성되는 속도조절부의 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉난방 설비를 이용한 발전 시스템(100)은, 냉동기(110)와, 냉각탑(120)과, 제 1 배관(130)과, 발전부(140)와, 속도조절부(150)와, 제 2 배관(160)과, 제 3 배관(170) 및 냉각수 순환펌프(180)로 이루어진다.

상기 냉동기(110)는 냉매가 기화할 때 주위로부터 기화열을 빼앗는 현상을 이용한 냉각장치로, 저장탱크(111)로부터 공급되는 냉각수를 이용하여 상기 냉매를 액체로 만들고, 액화된 냉매가 기화되어 팽창될 때 만들어지는 차가운 공기를 배출구(112)를 통해 건물 내부로 배출하게 된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 이러한 냉동기(110)는 건물의 하부에 설치된다. 여기서, 상기 냉매는 열을 운반하는 유체로, 상기 냉동기(110) 속의 저온 쪽에서 고온 쪽으로 열을 이동시키는 열펌프 역할을 한다. 상기 냉동기(110)에 사용되는 냉매로는 이산화탄소, 암모니아, 염화메틸이 주로 사용되며, 최근까지 사용되던 프레온은 오존층 파괴 문제로 더 이상 사용되지 않는다.

현재 사용되고 있는 냉동기(110)는 여러 종류가 있지만, 대표적인 것으로는 증기 압축식 냉동기와 흡수식 냉동기를 들 수 있다. 상기 증기 압축식 냉동기는 가장 널리 사용되고 있는 냉동기로, 압축기, 응축기, 증발기, 팽창밸브로 구성된다. 상기 증기 압축식 냉동기의 냉각 공정을 간단히 살펴보면, 먼저, 전동기로 압축기를 운전하여 기체 상태인 냉매를 압축해서 응축기로 보내고, 이것을 냉동기 밖에 있는 물이나 공기 등으로 냉각해서 액화한다. 그리고 액체 상태로 된 냉매가 팽창밸브에서 유량이 조정되면서 증발기로 분사되면 급팽창하여 기화하고, 증발기 주위로부터 열을 흡수하여 용기 속을 냉각시키게 된다. 여기서, 기체로 된 냉매는 다시 압축기로 돌아와서 압축되어 액체상태가 된다. 일반적으로, 상기와 같이 반복되는 압축, 응축, 팽창, 기화의 4단계 변화를 냉동사이클이라고 한다.

한편, 상기 흡수식 냉동기는 증발기에서 증발한 냉매를 압축기로 기계적으로 압축하는 것이 아니라 용액으로의 흡수 및 용액으로부터의 방출에 의해 냉동하는 방식이다. 상기 흡수식 냉동기는 기화한 냉매를 묽은 용액에 일단 흡수시키고, 그것을 전열기나 가스불꽃 등으로 가열하여 고압의 기체냉매를 분리해서 순환시킨다. 냉방용의 대형 흡수식 냉동기에서는 물을 냉매로 하여 염화리튬의 수용액에 흡수시킨다. 가정용 냉장고에도 흡수식이 있으며, 이것은 암모니아 수용액과 수소가스로 동작한다. 이 외에도 흡착식 냉동기, 증기분사 냉동기 등 다양한 냉동기가 사용되고 있는데, 본 발명에서 상기와 같은 여러 종류의 냉동기 가운데 어느 하나의 냉동기를 이용하는 것을 특별히 한정하는 것은 아니다.

상기 냉각탑(120)은 냉동기(110)의 응축기에 사용하는 냉각수를 재차 사용하기 위하여 실외공기와 직접 접속시켜 이 물을 냉각하는 일종의 열 교환장치로, 열교환 방식에 의해 향류형과 직교류형으로, 통풍방식에 따라 자연통풍식과 강제통풍식으로 나뉜다. 또한, 공기조화 설비용으로서는 강제통풍식이 사용되는데, 내부에는 많은 충전재를 포함한다. 상기 충전재로는 목재, 대나무, 염화비닐, 폴리에스테르 수지, 금속박판, 석면판, 도기관 등이 사용된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 냉각탑(120)은 상기 냉동기(110)와 대응되는 건물의 상부인 옥상에 설치된다. 상기 냉각탑(120)은 상기 냉동기(110)로부터 배출되는 고온의 냉각수를 내부로 수용하는 한편, 외부공기를 냉각탑(120) 내부로 유입시키는데, 이 과정에서 냉각수와 외부공기가 상호 열교환하면서 냉각수의 온도를 낮추게 된다. 그리고 외부공기와의 열교환에 의해 온도가 낮아진 저온의 냉각수는 다시 상기 냉동기(110)로 공급되어 냉매를 액화시키는 과정을 반복하게 된다. 상기 냉각탑(120)에서 냉각된 저온 냉각수는 하부에 설치되는 제 1 배관(130)을 통해 배출된다.

상기 제 1 배관(130)은 상기 냉각탑(120)으로부터 배출되는 저온 냉각수가 낙하하는 통로를 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제 1 배관(130)의 하측은 발전부(140)와 연결된다. 따라서, 상기 제 1 배관(130)을 통해 낙하하는 상기 저온 냉각수는 상기 발전부(140)로 유입되어 전기를 생산하는 에너지원으로 사용된다.

상기 발전부(140)는 상기 제 1 배관(130) 하측에 설치된다. 또한, 상기 발전부(140)는 속도조절부(150)와 연결된다. 상기 발전부(140)는 제 1 배관(130)을 통해 흐르는 저온 냉각수의 낙차를 이용하여 동력을 얻으며, 이러한 동력으로 전기를 생산하게 된다. 이때, 상기 저온 냉각수는 상기 발전부(140)가 가동될 수 있는 에너지를 제공한 다음, 발전부(140)와 냉동기(110) 사이를 연결하는 속도조절부(150) 및 제 2 배관(160)을 통해 계속해서 아래로 흘러 상기 냉동기(110)로 유입된다. 이러한 발전부(140)는 수력터빈(141)과 발전기(142)로 이루어진다. 상기 수력터빈(141)은 저온 냉각수의 낙차를 이용하여 동력을 생산하는 장치이며, 상기 발전기(142)는 수력터빈(141)으로부터 생산되는 상기 동력을 이용하여 전기를 생산하는 장치이다.

한편, 상기 수력터빈(141)과 발전기(142)로 이루어진 발전부(140)로부터 생산된 전기는 냉각수 순환펌프(180)의 가동을 위해 공급될 수 있는데, 이로써, 건물의 냉난방 시 자체적인 발전을 통해 계속적으로 냉각수 순환펌프(180)에 전기를 공 급하는 것이 가능하게 되어 건물의 냉난방 설비를 가동하는 비용을 줄일 수 있고, 무심코 버려지는 에너지를 유용한 에너지로 활용할 수 있다. 여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전부(140)의 발전방식과 같이, 적은 양의 물을 이용하는 발전을 소수력 발전이라고 한다. 상기 소수력 발전은 설비 용량이 15,000 ㎾ 미만의 소규모 수력 발전을 의미하나 국내에서는 통상적으로 3,000 ㎾ 미만을 소수력 발전으로 부르고 있다. 상기 소수력발전은 물의 낙차를 이용해 전기를 생산한다는 점에서 일반적인 대규모 수력 발전과 원리 면에서는 차이가 없지만, 상기 대규모 수력발전이 기존 생태계를 파괴하는 등 환경에 부정적 영향을 미치는 것에 반해, 상기 소수력 발전은 국지적인 지역 조건과 조화를 이루는 규모가 작고, 기술적으로 단순한 수력 발전이라고 할 수 있다. 또한, 상기 소수력 발전은 설계 및 시공기간이 짧고, 설치된 후에는 유지비가 아주 낮은 점 등 여러 장점이 있다.

상기 속도조절부(150)는 상기 발전부(140) 하측에 설치된다. 또한, 상기 속도조절부(150)는 제 2 배관(160)을 통해 냉동기(110)와 연통된다. 또한, 상기 속도조절부(150)는 본 발명에 따른 발전 시스템(110)에서 냉각수의 이동 통로를 제공하는 배관들(130, 160, 170)의 직경보다 큰 직경으로 형성된다. 그리고 상기 속도조절부(150)의 측벽에는 다수개의 통공(151)이 형성되어 속도조절부(150)의 내부와 외부공기를 연통시킨다. 즉, 관 내부가 상기 통공(151)에 의해 외부에 개방된 상기 속도조절부(150)는, 저온 냉각수가 상기 냉각탑(120)으로부터 배출되어 상기 냉동기(110) 방향으로 낙하할 때, 상기 저온 냉각수의 낙하 속도를 자유 낙하 속도만큼 증가시키는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 저온 냉각수가 밀폐된 'U'형의 배관에서 낙하할 경우, 상기 저온 냉각수는 자유 낙하할 때의 낙하 속도에 미치지 못하게 된다. 그리고 이는, 일반적인 흐르는 물을 이용한 소수력 발전의 발전 효율에 미치지 못하게 되며, 이러한 낙하 속도를 갖는 소량의 저온 냉각수를 이용하여 발전을 행한다 하더라도 냉각수 순환펌프(180)를 가동하기에는 역부족일 수밖에 없을 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 상기와 같이 측벽에 다수개의 통공(151)이 형성된 자유낙하부(150)를 제 1 배관(130)과 연통되는 발전부(140) 하측에 구성하면, 냉각탑(120)으로부터 배출되어 낙하하는 저온 냉각수의 낙하 속도를, 개방된 공간에서 자유 낙하할 때의 속도와 동일한 낙하 속도로 증가시킬 수 있다. 이때, 발전부(140)가 최대의 발전효율을 갖기 위해서는 발전부(140)로 유입되는 저온 냉각수의 낙하 속도가 최대가 되어야 한다. 따라서 상기 속도조절부(150)는 발전부(140) 의 최인접 하측에 설치되어 발전부(140)로 유입되기 직전의 저온 냉각수가 최대 낙하 속도를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 제 1 배관(130)을 개방하여 저온 냉각수의 낙하 속도를 증가시킬 수도 있지만, 이 경우에는 발전부(140)에 저온 냉각수 뿐 만아니라, 공기까지 유입되어 발전 효율을 떨어트릴 가능성이 있으므로, 바람직하지 못하다.

한편, 상기 발전부(140)로부터 배출되는 저온 냉각수는 그 양이 적을 때는 일 방향으로 낙하하지만, 배출되는 저온 냉각수의 양이 많을 때는 압력에 의해 사방으로 배출될 수 있다. 그런데, 상기 속도조절부(150)의 측벽에는 다수개의 통공(141)이 형성되므로, 저온 냉각수가 배출될 경우 외부로 유출되어 냉동기(110)로 유입되는 저온 냉각수의 양이 줄어들 수 있다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전 시스템(100)에서는 상기 속도조절부(150)의 내측으로, 다수개의 상기 통공(151)과 대응되는 상부에 각각 하향 경사진 물받이막(152)이 형성될 수 있다. 상기 물받이막(152)은 낙하하는 저온 냉각수가 속도조절부(150) 내부로만 흐르도록 하는 물길을 제공한다. 즉, 사방으로 배출되는 저온 냉각수는 일차적으로, 발전 시스템(100)을 구성하는 배관들(130, 160, 170)의 직경보다 큰 직경을 갖는 속도조절부(150) 내부로 퍼지게 되며, 그 다음, 상기 물받이막(152)에 의해 중심부로 모여 낙하하게 된다. 이로 인해, 발전부(140)로부터 배출되는 저온 냉각수의 외부 유출을 효과적으로 막을 수 있게 된다.

한편, 상기 발전부(140)로부터 배출되는 저온 냉각수는 상기 속도조절부(150)를 통과하면서 상기 통공(151)을 통해 유입되는 외부공기와의 접촉에 의해 온도가 더욱 낮아질 수 있다. 온도가 더욱 낮아진 저온 냉각수가 냉동기(110)로 유입되면, 냉동기(110) 내에서 차가운 공기를 만드는데 필요한 에너지를 줄이는 것이 가능하여 궁극적으로, 냉난방 설비에 사용되는 전기를 절약하는 절전 효과를 유발할 수 있다. 한편, 상기 속도조절부(150)를 통과하는 저온 냉각수는 상기 조절부(150)와 냉동기(110) 사이에 설치된 제 2 배관(160)을 따라 흐른 뒤 냉동기(110)로 유입된다.

상기 제 3 배관(170)은 상기 냉동기(110)로부터 배출되는 고온 냉각수가 냉각탑(120)으로 이동하는 통로를 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제 3 배관(170)에는 상기 냉동기(110)에서 냉매를 액화시킨 후 배출되는 온도가 높아진 고온의 냉각수를 건물 옥상의 냉각탑(120)으로 끌어올리는 역할을 하는 냉각수 순환펌프(180)가 형성된다. 즉, 상기 제 3 배관(170)은 상기 냉동기(110)로부터 배출되는 고온 냉각수를 상기 냉각수 순환펌프(180)로 안내하고, 냉각수 순환펌프(180)의 펌핑 작용에 의해 분출되는 고온 냉각수가 냉각탑(120)으로 공급될 수 있도록 안내하는 역할을 한다.

상기 냉각수 순환펌프(180)는 상기 제 3 배관(170)에 설치된다. 이러한 냉각수 순환펌프(180)는 펌핑 작용을 통해 상기 냉동기(110)로부터 배출되는 고온 냉각수를 끌어당긴 후 분출하여 상기 냉각탑(120)으로 끌어올리는 역할을 한다. 종래에는 이러한 냉각수 순환펌프(180)를 가동하기 위해서는 외부로부터 전기를 공급받아 사용하였지만, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전 시스템(100)에서는 냉각수 순환펌프(180)의 초기 가동을 위해서만 외부로부터 전기를 공급받고, 이후에는 상기 발전부(140)에서 자체적으로 생산되는 전기를 공급받아 냉각수 순환펌프(180)를 가동하게 된다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전 시스템(100)을 통해 건물의 냉난방을 하는 동안에는 지속적으로 전기를 생산할 수 있어, 냉각수 순환펌프(180)를 가동하기 위해 외부로부터 많은 양의 전기를 공급받을 필요가 없게 된다. 한편, 높은 건물일수록 건물 옥상에 설치되는 냉각탑(120)까지 냉각수를 끌어올리기 위해서는 대용량, 고성능의 냉각수 순환펌프(180)가 필요하며, 이를 가동하기 위해서는 보다 많은 전기가 필요하게 된다. 그런데, 건물이 높을수록 냉동 기(110)와 냉각탑(120)의 거리가 멀어져 낙하하는 냉각수의 낙차가 더욱 커지게 되므로, 상기 발전부(140)는 더 많은 전기를 생산하는 것이 가능하게 된다. 따라서 냉각수 순환펌프(180)에 더 많은 전기를 공급하는데 별 무리가 없을 뿐더러, 대용량, 고성능의 냉각수 순환펌프(180)에 필요한 전기 또한, 별 무리 없이 공급하는 것이 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전 시스템의 발전방법에 대해 설명하기로 한다.

상기 발전 시스템(100)의 발전방법은 연속 발전과 불연속 발전으로 구분할 수 있다.

먼저, 연속 발전은, 냉동기(110)로부터 배출되는 고온 냉각수가 냉각수 순환펌프(180)에 의해 냉각탑(120)에 공급되고, 냉각탑(120)에서 냉각된 저온 냉각수는 제 1 배관(130)을 거쳐 발전부(140)로 유입되어 발전이 이루어지는데, 이러한 과정이 연속적으로 이루어지는 발전방법이다. 상기 연속 발전은 적은 양의 냉각수를 이용하여 소량의 전기를 지속적으로 생산하는 것이 가능하므로, 전기의 소모가 적은 낮은 건물에 적용하는 것이 바람직하다.

이에 반해, 불연속 발전은 냉동기(110)로부터 배출되는 고온 냉각수가 냉각수 순환펌프(180)에 의해 냉각탑(120)에 공급되고, 냉각탑(120)에서 냉각된 저온 냉각수는 일정 양에 도달할 때까지 저장되는 과정이 추가된다. 이때, 상기 저온 냉각수의 저장은 제 1 배관(130)이 폐쇄됨으로써 이루어진다. 그 후, 상기 저온 냉각 수가 일정 양에 도달되면 폐쇄된 상기 제 1 배관(130)이 개방상태로 바뀜으로써, 상기 연속 발전에서 보다는 상대적으로 다량의 저온 냉각수가 제 1 배관(130)을 거쳐 발전부(140)로 유입되어 발전이 이루어진다. 여기서, 상기 제 1 배관(130)의 개폐는 압력감지밸브와 같은 제어수단에 의해 제어될 수 있다. 상기 불연속 발전은 상기 연속 발전보다 한 번에 많은 전기를 생산하는 것이 가능하다. 따라서 상기 불연속 발전은 전기 소모가 많은 높은 건물에 적용하는 것이 바람직하다. 이때, 불연속 발전에서 저장된 저온 냉각수가 한꺼번에 배출될 경우 냉동기(110) 가동에 필요한 냉각수가 초과 공급되어 역류할 가능성이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 발전 시스템(100)은 다른 배관들(130, 160, 170)보다 상대적으로 직경이 큰 속도조절부(150)를 초과 공급되는 냉각수의 임시 저장고로 활용할 수 있다. 이를 위해, 속도조절부(150) 하부에 연결되는 제 2 배관(160)에 압력감지밸브와 같은 제어수단을 설치하여 냉동기(110)로 공급되는 저온 냉각수의 공급량을 조절하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 대형 건물의 냉난방 설비를 이용한 발전 시스템(100)을 제공한다. 즉, 본 발명은 건물의 냉난방 시 건물 옥상의 냉각탑(120)으로부터 낙하하는 냉각수의 낙차를 이용하여 발전부(140)에서 전기를 생산하고, 생산된 전기를 냉각수 순환펌프(180)의 가동을 위해 공급한다. 즉, 본 발명은 에너지가 순환되는 발전 시스템(100)을 제공한다.

따라서 본 발명에 따르면, 단순히 버려지는 에너지를 유용한 에너지로 활용 하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명은 자체적인 발전 시스템(100)을 통해 필요한 전기를 생산하고 공급하는 것이 가능하므로, 냉난방 설비의 가동에 소요되는 비용을 줄일 수 있다. 그리고 본 발명은 낙하하는 냉각수의 낙하 속도를 증가시킴으로써, 에너지 변환 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 낙하하는 저온 냉각수를 외부 공기에 노출시킴으로써, 저온 냉각수의 온도를 더욱 낮출 수 있고, 이로 인해, 냉동기 가동에 필요한 전기를 절약할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 수냉식 냉난방 설비의 구성을 나타낸 개략도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉난방 설비를 이용한 발전 시스템을 나타낸 개략도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성되는 속도조절부의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

발전 시스템 : 100 냉동기 : 110

저장탱크 : 111 배출구 : 112

냉각탑 : 120 제 1 배관 : 130

발전부 : 140 수력터빈 : 141

발전기 : 142 속도조절부 : 150

통공 : 151 물받이막 : 152

제 2 배관 : 160 제 3 배관 : 170

냉각수 순환펌프 : 180

Claims

삭제
건물의 하부에 설치되는 냉동기와;

상기 건물의 상부에 설치되는 냉각탑과;

상기 냉각탑과 연결되고, 상기 냉각탑으로부터 배출되는 저온 냉각수가 낙하하는 통로를 제공하는 제 1 배관과;

상기 제 1 배관 하측에 설치되고, 상기 냉각탑으로부터 상기 제 1 배관을 따라 낙하하는 상기 저온 냉각수의 낙차를 이용하여 전기를 생산하는 발전부와;

상기 발전부 하측에 설치되는 속도조절부와;

상기 속도조절부를 통해 배출되는 상기 저온 냉각수를 상기 냉동기로 공급하는 제 2 배관과;

상기 냉동기로부터 배출되는 고온 냉각수가 냉각탑으로 이동하는 통로를 제공하는 제 3 배관; 및

상기 제 3 배관에 설치되어 상기 냉동기로부터 배출되는 상기 고온 냉각수를 상기 냉각탑으로 끌어올리는 냉각수 순환펌프;

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉난방 설비를 이용한 발전 시스템에 있어서,

상기 속도조절부는 상기 제 1 배관의 직경보다 큰 직경으로 이루어지고, 측벽에는 다수개의 통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉난방 설비를 이용한 발전 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 속도조절부 내측에는 다수개의 상기 통공과 대응되는 상부에 각각 하향 경사진 물받이막이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉난방 설비를 이용한 발전 시스템.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 발전부는 상기 저온 냉각수의 낙차를 이용하여 동력을 생산하는 수력터빈과, 상기 수력터빈으로부터 생산되는 상기 동력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉난방 설비를 이용한 발전 시스템.
삭제
제 2 항에 있어서,

상기 냉각탑에서 냉각된 상기 저온 냉각수는 상기 제 1 배관의 개폐에 따라 배출이 조절되는 것을 특징으로 하는 냉난방 설비를 이용한 발전 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 냉각탑에서 냉각된 상기 저온 냉각수는 상기 제 1 배관의 개폐에 따라 배출이 조절되는 것을 특징으로 하는 냉난방 설비를 이용한 발전 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 냉각탑에서 냉각된 상기 저온 냉각수는 상기 제 1 배관의 개폐에 따라 배출이 조절되는 것을 특징으로 하는 냉난방 설비를 이용한 발전 시스템.