KR101511051B1 - Refrigerator for district cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지역냉방 시스템용 냉동기에 관한 것으로서, 종래의 지역냉방 시스템에 일반적으로 적용되었던 흡수식, 제습식 냉동기가 가진 간접 열교환 방식에 따른 낮은 효율의 단점을 극복하기 위해 고온고압의 지역 난방수를 직접 이용하는 새로운 방식의 지역냉방 시스템용 냉동기에 관한 것이며, 또한 신재생에너지 발전원의 활용도를 높이고 열병합발전의 잉여전력를 효율적으로 활용할 수 있는 지역냉방 시스템용 냉동기에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a refrigerator for a district cooling system and, in order to overcome the disadvantage of low efficiency due to an indirect heat exchange system of an absorption and dehumidification refrigerator generally used in a conventional district cooling system, And more particularly, to a refrigerator for a local cooling system which can utilize a surplus power of a cogeneration power generation system in a high efficiency.
일반적으로 지역냉방 시스템은 지역난방 배관망을 통하여 공급되는 온수를 대단위 수용가에서 간접 열교환하여 흡수식 냉동기나 제습식 냉동기의 가동에 필요한 열원으로 사용함으로써 냉기 또는 냉수를 생산하고 이를 사용자에게 일괄적으로 공급하는 시스템을 말한다.Generally, the district cooling system is a system that indirectly exchanges hot water supplied through the district heating pipe network to a large-sized customer and uses it as a heat source necessary for the operation of the absorption type refrigerator or the wet type freezer, thereby supplying cold or cold water to the user collectively .
경우에 따라서는 지역냉난방 열원 자체에서 일괄적으로 냉수를 생산한 후 이를 별도의 냉수배관을 통해 사용자에게 공급하는 시스템으로 구성되기도 하는데, 지역냉난방 열원측에서 폐열을 활용하여 냉수를 생산하는 방식에서도 흡수식 냉방기가 일반적으로 적용된다는 점에서는 냉수를 생산하는 장소가 지역냉난방 열원이냐 아니면 수용가이냐에 차이가 있을 뿐 그 기본 구성에 있어서는 크게 다를 바가 없다.In some cases, the system may consist of a system that collectively produces cold water from a local heating and heating source itself, and then supplies the cold water to the user through a separate cold water piping. In the method of producing cold water by using waste heat from a local heating / In terms of the fact that the air conditioner is generally applied, there is a difference in the place where the cold water is produced, whether it is the local heating / heating source or the consumer, but the basic structure is not so different.
이와 같이 지역냉난방 열원에서 공급되는 온수를 이용한 냉동기에 대한 종래기술로는 한국특허출원 제2007-0039160호의 "온수 이용 흡수식 냉동장치"나 한국특허출원 제2009-0072013호의 "2단 저온수 흡수식 냉동기" 등을 참조할 수 있다.The conventional technology for the refrigerator using the hot water supplied from the local heating and cooling source is disclosed in Korean Patent Application No. 2007-0039160 entitled " Absorption refrigerator for hot water "and Korean patent application No. 2009-0072013 for" And the like.
그런데, 흡수식 냉동기의 효율, 즉 COP(coefficient cf performance)라 불리는 성적계수는 방식, 예를 들면 1중 효용이나 2중 효용 등의 방식에 따라 다소 차이가 있기는 하지만, 대략 COP 0.7∼1.1 내외의 효율을 가지고 있다.However, although the efficiency of the absorption chiller, that is, the coefficient of performance called COP (coefficient cf performance) is somewhat different depending on the system, for example, a system of one- or two- Efficiency.
이러한 흡수식 냉동기의 성적계수는 경쟁 시스템이라 할 수 있는 전기구동식 히트펌프(EHP)의 평균적인 성적계수인 3.5∼4.0 수준에 비해 크게 뒤져서 폐열을 활용한다는 측면 이외에는 경제성 등 시장 경쟁력에서 크게 뒤떨어지기 때문에 하절기 열병합 발전 폐열의 주요 수요처라 할 수 있는 냉방분야의 시장 확보에 어려움을 겪고 있는 실정이다.Since the coefficient of performance of this absorption type refrigerator is greatly inferior to that of an electric driving heat pump (EHP) which is a competitive system, which is an average coefficient of 3.5 to 4.0, it is inferior in market competitiveness such as economical efficiency It is difficult to secure a market for the cooling sector, which is a major demand source of waste heat in the summer cogeneration power generation.
또한, 1년 단위에서 전체 에너지 이용 효율 측면을 보면, 하절기에는 난방수요가 크게 떨어지기 때문에 경제성 측면에서 열병합발전 설비의 가동을 중단해야 하는 등 운영상의 손실이 매우 큰 문제점으로 대두되고 있다.In addition, considering the whole energy use efficiency in a year, the demand for heating is greatly lowered in the summer, so the operation loss of the cogeneration facilities is stopped due to economical efficiency.
따라서, 지역냉난방 시스템의 배관망에 연결되어 있는 다수의 사용자는 물론 잠재적인 신규 사용자 확대를 통한 지역냉난방 사업의 경쟁력 강화를 위해서, 더 나아가 국가적인 측면에서도 하절기의 전력수요를 경감시킬 수 있는 대안으로서 보다 효율적인 지역냉방 시스템 개발의 필요성이 강하게 요구되고 있는 실정이다.Therefore, in order to strengthen the competitiveness of the district heating and air-conditioning business by expanding potential new users as well as to a large number of users connected to the piping network of the district heating and cooling system, and furthermore, as an alternative to reduce the electricity demand in the summer, There is a strong demand for the development of an efficient local cooling system.
본 발명은 지역냉난방 열원에서 공급되는 온수를 이용한 종래의 냉동기가 가진 낮은 효율을 개선함으로써 경쟁력 있는 지역냉방 시스템용 냉동기를 제공하는 것에 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a refrigerator for a competitive district cooling system by improving the low efficiency of a conventional refrigerator using hot water supplied from a local heating / heating source.
또한, 본 발명은 외부환경 조건에 따라 단속적으로 발생하는 신재생에너지 발전원의 특성에 맞춰 이를 효과적으로 결합할 수 있는 지역냉방 시스템용 냉동기를 제공하는 것에 또 하나의 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a refrigerator for a local cooling system that can effectively combine the characteristics of a renewable energy source generated intermittently according to external environmental conditions.
본 발명은 지역냉난방 열원의 공급배관으로부터 공급되는 압축온수를 이용하여 냉방용 냉수를 생산하는 지역냉방 시스템용 냉동기에 관한 것으로서, 상기 공급배관으로부터 공급받은 압축온수를 대기압 이하의 분위기 압력하에서 분사하여 증발시키고, 상기 증발된 수증기를 배기펌프를 통해 배출하는 증발챔버;와, 상기 증발챔버 내부에 설치된 열교환 튜브를 통해 냉방용 냉수를 공급하고, 상기 열교환 튜브 주변 대기에서 상기 압축온수의 증발에 필요한 증발잠열을 공급함으로써 온도가 하강한 냉방용 냉수를 회수하여 저장하는 냉수축열조;와, 상기 증발챔버로부터 배출된 수증기와 외부에서 공급되는 시수를 열교환시켜 상기 수증기를 응축시키는 동시에 상기 시수에 응축잠열과 현열을 공급하여 상기 시수의 온도를 상승시키고, 상기 열교환이 완료된 시수 및 수증기의 응축수를 배출하는 열교환기; 및 상기 열교환이 완료된 시수 및 수증기의 응축수를 회수하여 저장하는 시수축열조;를 포함한다. The present invention relates to a refrigerator for a district cooling system that produces cold water for cooling by using compressed hot water supplied from a supply pipe of a district heating and cooling source, And an evaporation chamber for evaporating the evaporated water vapor and discharging the evaporated water vapor through an exhaust pump, and a cooling water supply unit for supplying cooling water for cooling through the heat exchange tube installed inside the evaporation chamber, A cold water storage tank for collecting and storing cold water for cooling having a lowered temperature by supplying hot water to the evaporation chamber, and a heat exchanger for exchanging the water vapor discharged from the evaporation chamber with the water supplied from the outside to condense the water vapor, And the temperature of the water is increased, and the heat exchange A heat exchanger for discharging condensed water of the finished water and steam; And a water storage tank for collecting and storing the condensed water of the water and the steam having been heat-exchanged.
여기서, 상기 증발챔버에서, 상기 압축온수는 상기 증발챔버의 하단으로 공급되어 상기 열교환 튜브를 향하는 상측 방향으로 분사되는 것이 바람직하다.In the evaporation chamber, the compressed hot water may be supplied to the lower end of the evaporation chamber and sprayed upward toward the heat exchange tube.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열교환 튜브의 외측을 따라 상부가 개방된 외피가 이격 배치되고, 상기 압축온수는 상기 외피의 저면에 형성된 관통홀을 관통하여 배치된 노즐을 통해 분사된다.According to an embodiment of the present invention, the upper open shell is disposed apart from the heat exchange tube, and the compressed hot water is injected through the nozzle disposed through the through hole formed in the bottom of the shell.
그리고, 상기 노즐과 관통홀 사이에는 상기 열교환 튜브 주변에서 일부 응축된 상기 압축온수의 응축수가 드레인될 수 있는 환형공간이 형성된다.An annular space is formed between the nozzle and the through hole to drain the condensed water of the compressed hot water partially condensed around the heat exchange tube.
또한, 상기 외피의 하부에는 상기 외피의 외면 및 상기 환형공간을 통과하여 상기 열교환 튜브의 외면을 따라 흐르는 상승기류를 형성하기 위한 송풍수단이 구비될 수 있다.In addition, a blowing means for forming an upward flow through the outer surface of the shell and the annular space and along the outer surface of the heat exchange tube may be provided at a lower portion of the shell.
그리고, 상기 노즐의 직상방에 위치하는 상기 열교환 튜브의 외측에는 상기 노즐에서 분사되는 압축온수를 양측으로 분기시키는 분배수단이 구비될 수도 있다.In addition, a distribution means for branching the compressed hot water injected from the nozzle to both sides may be provided on the outer side of the heat exchange tube located in the upper right room of the nozzle.
또한, 상기 열교환 튜브의 외면 중 적어도 상기 노즐에서 분사되는 압축온수가 증발되는 영역에 냉각핀이 구비될 수 있다.In addition, a cooling fin may be provided in an area of the outer surface of the heat exchange tube where at least the compressed hot water injected from the nozzle is evaporated.
그리고, 상기 증발챔버의 하부로 드레인된 상기 압축온수의 응축수는 상기 증발챔버에 구비된 드레인 라인을 통하여 상기 시수축열조로 회수될 수 있다.The condensed water of the compressed hot water drained to the lower portion of the evaporation chamber may be recovered to the sequential storage tank through a drain line provided in the evaporation chamber.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 증발챔버에는 그 내부의 기압을 대기압 이하로 형성할 수 있는 진공펌프가 더 포함될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the evaporation chamber may further include a vacuum pump capable of forming atmospheric pressure in the evaporation chamber below atmospheric pressure.
특히, 상기 진공펌프는 선택적, 간헐적으로 구동될 수 있는데, 이때 상기 진공펌프의 구동전원은 신재생에너지 발전원 또는 열병합발전의 잉여전력인 것이 바람직하다.In particular, the vacuum pump may be selectively and intermittently driven, wherein the driving power of the vacuum pump is preferably surplus power of a renewable energy generation source or cogeneration power generation.
또한, 본 발명의 실시예에는 상기 증발챔버 내부로 분사된 압축온수의 유량에 대응하는 양의 시수를 상기 지역냉난방 열원의 회수배관으로 공급하는 시수보상수단을 더 포함할 수도 있다.Further, in the embodiment of the present invention, it is possible to further include time compensating means for supplying a positive time corresponding to the flow rate of the compressed hot water injected into the evaporation chamber to the recovery pipe of the local heating / heating heat source.
여기서, 상기 시수보상수단은 상기 압축온수의 증발챔버 공급라인 상에 설치된 제1 유량계로 상기 증발챔버 내부로 분사된 압축온수의 유량을 산출하고, 상기 지역냉난방 열원의 회수배관으로 시수를 공급하는 시수 보상라인 상에 설치된 제2 유량계로 측정되는 시수의 유량을 상기 제1 유량계에 의해 산출된 압축온수의 유량에 대응하도록 제어한다.The time compensating means calculates the flow rate of the compressed hot water injected into the evaporation chamber by the first flow meter provided on the evaporation chamber supply line of the compressed hot water and supplies the time to the recovery pipe of the local heating / And controls the flow rate of the time measured by the second flow meter installed on the compensation line to correspond to the flow rate of the compressed hot water calculated by the first flow meter.
그리고, 상기 시수보상수단은 상기 지역냉난방 열원의 회수배관으로 공급되는 시수를 가압하는 가압펌프를 구비하는 것이 바람직하다.Preferably, the time compensating means includes a pressurizing pump for pressurizing the water supplied to the recovery pipe of the local heating / heating heat source.
본 발명은 증발잠열이 가장 큰 물질인 물의 물성과 고온고압의 압축온수로 이송되는 지역냉난방 배관망의 특성을 이용하여 기존 지역냉방 시스템 대비 향상된 냉방 효율의 달성이 가능하며, 물의 증발잠열을 이용한 1차적인 냉방효과 달성 이후에도 증발된 수증기의 열에너지를 회수하여 급탕, 혹은 추가 설치 운영되는 기존의 흡수식 냉동기의 열원으로 재활용될 수 있으므로, 기존 간접 열교환 방식의 흡수식 냉동기 이용 기반의 지역냉방 시스템 대비 전체적인 효율성을 크게 개선할 수 있는 효과가 있다.The present invention makes it possible to achieve an improved cooling efficiency compared to the existing district cooling system by using the characteristics of water, which is the greatest latent heat of evaporation, and the characteristics of the local cooling and heating piping network, which is transferred to the compressed hot water of high temperature and high pressure, The heat energy of evaporated water vapor can be recovered and reused as a heat source of a conventional absorption refrigerator in which hot water supply or additional installation operation can be performed. Therefore, the overall efficiency of the system can be improved greatly compared to a local cooling system based on the conventional indirect heat exchange type absorption refrigerator- There is an effect that can be improved.
또한, 본 발명은 신재생에너지 발전원의 활용 측면에 있어서도 단속적으로 발생하는 신재생에너지 발전원의 특성에 적합한 지역냉방 시스템용 냉동기를 제공함으로써, 신재생에너지 발전원의 효과적인 활용 수단 제공을 통해 화석에너지 사용량을 저감하고 이에 따른 온실가스 감축 효과에 크게 기여할 수 있다는 장점이 있다. The present invention also provides a refrigerator for a district cooling system suitable for the characteristics of a new and renewable energy generation source, which is generated intermittently in terms of utilization of a new and renewable energy generation source. By providing effective utilization means of a renewable energy generation source, It has the advantage of reducing energy usage and contributing greatly to the reduction of greenhouse gas emissions.
그리고, 동절기뿐만 아니라 하절기에 생산되는 폐열도 충분히 효과적으로 활용할 수 있는 지역냉방 시스템용 냉동기를 제공함으로써, 연간 지역냉난방 시스템의 운영성을 크게 개선하고 경쟁력 있는 지역냉난방 시스템의 구축을 가능하게 할 수 있다.In addition, by providing a freezer for a district cooling system that can effectively utilize not only the winter season but also the waste heat generated in the summer season, it can greatly improve the operability of the annual district heating and cooling system and make it possible to construct a competitive district heating and cooling system.
도 1은 본 발명에 따른 지역냉방 시스템용 냉동기의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 지역냉난방 열원에서 공급된 압축온수가 증발챔버에서 증발되는 것을 설명하기 위한 물의 상평형도.
도 3은 증발챔버의 내부구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 증발챔버 내부에 설치된 열교환 튜브 주변의 구조를 상세히 도시한 단면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view schematically showing a general configuration of a refrigerator for a local cooling system according to the present invention; FIG.
Figure 2 is a phase diagram of water to illustrate that compressed hot water supplied from a local cooling and heating source is evaporated in a vaporization chamber.
3 schematically shows the internal structure of the evaporation chamber;
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a detailed structure of a heat exchanging tube around the evaporation chamber; FIG.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이다. 또한 도면을 참조할 때에는 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등이 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있음을 고려하여야 한다.
In describing the embodiments of the present invention, a description of well-known structures that can be understood by those skilled in the art will be omitted so as not to obscure the gist of the present invention. In addition, when referring to the drawings, it should be considered that the thicknesses of the lines and the sizes of the constituent elements shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.
먼저 본 발명에 따른 지역냉방 시스템용 냉동기(10)의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도 1을 참조하여 설명한다.First, a general configuration of a
본 발명은 지역냉난방 열원(1)의 공급배관(2)으로부터 공급되는 압축온수(P)를 이용하여 냉방용 냉수(R)를 생산하는 지역냉방 시스템용 냉동기(10)에 관한 것인데, 공급배관(2)으로부터 공급받은 압축온수(P)를 증발챔버(100) 안의 대기압 이하의 분위기 압력하에서 분사할 때 자연적으로 발생하는 증발과정에서의 열교환, 즉 압축온수(P)가 흡수하는 증발잠열을 이용하여 냉기 분위기를 형성하는 것을 요지로 한다.The present invention relates to a refrigerator (10) for a district cooling system which produces cold water (R) for cooling using compressed hot water (P) supplied from a supply pipe (2) of a local heating / (P), which is naturally generated when the compressed hot water (P) supplied from the compressor (2) is injected under the atmospheric pressure of atmospheric pressure or less in the evaporation chamber (100) Thereby forming a cool air atmosphere.
즉, 지역냉난방 열원(1)의 공급배관(2)에서 공급된 압축온수(P)는 약 16bar/115℃의 압력과 온도를 가지고 있는데, 이런 압력/온도 조건을 가진 압축온수(P)가 대기압 이하의 압력을 가진 증발챔버(100) 안에 분사되면 증발챔버(100) 내부의 압력조건에서는 그 비등점이 100℃ 이하이기 때문에 압축온수(P)의 증발이 자연적으로 발생된다.That is, the compressed hot water P supplied from the
이러한 압축온수(P)의 증발현상은 도 2에 도시된 물의 상평형도를 참조하면 더욱 쉽게 이해되는데, 도 2의 상평형도에 표시된 "A" 점은 16bar/115℃의 조건을 가진 압축온수(P)가 물(액체)로 존재하는 것을 나타낸 것이다. 이러한 압축온수(P)가 증발챔버(100) 안에 분사되면 충분한 열전달이 일어나기 이전에 순간적으로 그 압력이 대기압 상태로 낮아지기 때문에 "B"점의 상태, 즉 수증기(기체) 상태의 평형 상태로 이동하여 증발이 일어나게 되는 것이며, 이 과정에서 그 주위로부터 증발잠열에 해당하는 열을 흡수하여 온도를 떨어뜨리게 되는 것이다.The evaporation phenomenon of the compressed hot water P is more easily understood with reference to the phase equilibrium diagram of the water shown in FIG. 2. The point "A" shown in the phase balance diagram of FIG. 2 is a compression hot water having a condition of 16 bar / (P) is present as water (liquid). When the compressed hot water P is injected into the
만일 증발챔버(100) 안의 압력을 대기압 이하인 "C" 상태로 유지한다면 더욱 활발한 압축온수(P)의 증발이 일어날 것인데, 이에 대해서는 해당 부분에서 좀더 상세히 설명한다. If the pressure in the
한편, 증발챔버(100) 안에서의 압축온수(P)의 증발은 압력 및 온도 조건에 의해 즉각적으로 일어나게 되는데, 압축온수(P)를 노즐(116)로 분사하여 미세한 액적으로 만듦으로써 증발 표면적을 증가시키는 것이 필요하다. Meanwhile, the evaporation of the compressed hot water P in the
또한, 먼저 분사되어 증발된 압축온수(P)의 수증기가 빠르게 제거되어야만 후속하여 분사되는 압축온수(P)가 먼저 증발된 주변의 수증기가 아닌 대기(증발챔버 내부의 공기)의 현열로부터 대부분의 증발잠열을 얻게 되어 효과적인 대기의 냉각이 이루어질 수 있다. In addition, if the water vapor of the compressed hot water P which has been sprayed and evaporated first is quickly removed, then the compressed hot water P to be sprayed subsequently is not evaporated most of the evaporation heat from the atmospheric (air in the evaporation chamber) Latent heat is obtained and effective cooling of the atmosphere can be achieved.
이를 위해 본 발명에서는 압축온수(P)가 증발챔버(100)의 하단으로 공급되어 열교환 튜브(110)를 향하는 상측 방향으로 분사되도록 함으로써, 증발된 수증기가 노즐(116)에서의 분사 압력 및 그 자체의 부력 등에 의한 상승력을 가져 자연스럽게 증발챔버(100)의 상부로 모이도록 하였다. 따라서, 본 발명은 증발챔버(100)의 상부에 배기펌프(120)를 구비하여 수증기를 빠르게 외부로 배출하도록 하였다.In order to achieve this, in the present invention, the compressed hot water P is supplied to the lower end of the
더 나아가 본 발명은, 도 3에 도시된 바와 같이, 증발챔버(100)의 하부, 특히 압축온수(P)가 분사되는 노즐(116)의 하부에 송풍수단(130)을 구비함으로써 수증기를 증발챔버(100) 상부로 모으는 강한 상승기류를 형성하여 수증기의 배출속도를 상승시키고, 이에 따라 노즐(116) 주변의 수증기를 신속히 제거하여 대기의 냉각효율을 더욱 높이도록 구성되는 것도 가능하다.3, the water vapor is supplied to the lower portion of the
위와 같은 구성을 가진 증발챔버(100)의 내부에는 열교환 튜브(110)가 설치되어 있으며, 이 열교환 튜브(110) 내부로는 냉수축열조(200)에서 공급되는 냉방용 냉수(R)가 흐르게 된다.In the
열교환 튜브(110)는 바람직하게는 노즐(116)의 인접 상방에 위치하며, 특히 노즐(116)에서 분사되는 압축온수(P)가 증발하는 영역 안에 있는 것이 바람직하다, 이에 따라 압축온수(P)가 주변 대기로부터 증발잠열을 얻는 과정에서 냉각된 대기와 열교환 튜브(110) 내부의 냉방용 냉수(R)가 열교환을 하여 냉방용 냉수(R)의 온도는 하강하게 된다.The
그리고, 온도가 떨어진 냉방용 냉수(R)는 다시 냉수축열조(200)로 회수되어 저장되며, 이러한 냉방용 냉수(R)의 순환과정이 반복되면 냉방용 냉수(R)의 온도는 증발챔버(100) 내부 대기의 온도에 수렴하는 온도까지 떨어지게 되고, 이와 같이 온도가 낮아진 냉방용 냉수(R)는 공지의 팬 코일 냉방기 등에 공급됨으로써 실내 냉방에 사용될 수 있게 된다.When the circulation process of the cold water for cooling R is repeated, the temperature of the cold water for cooling R is stored in the
여기서, 도 1에는 냉방용 냉수(R)의 순환을 위한 펌프수단의 도시가 생략되어 있지만, 이러한 냉방용 냉수(R)의 순환 동력을 제공하기 위한 펌프수단이 구비될 것임은 통상의 기술자에게 자명하다 할 것이다.1 does not show the pump means for circulating the cold water for cooling R but it will be apparent to those skilled in the art that the pump means for providing the circulating power of the cold water for cooling R will be provided I will do it.
그리고, 도 4는 압축온수(P)를 분사하는 노즐(116)과 열교환 튜브(110)의 구조에 관한 일 실시예를 도시한 것이다.4 shows an embodiment of the structure of the
본 발명에서의 냉방용 냉수(R)의 냉각은 압축온수(P)에 증발잠열을 공급하여 온도가 떨어진 대기와의 열교환에 의해 대부분 이루어지는 것이기 때문에, 냉방용 냉수(R)가 흐르는 열교환 튜브(110) 주변에서 압축온수(P)의 증발이 주로 일어나도록 유도하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.The cooling water for cooling R in the present invention is largely achieved by heat exchange with the atmospheric temperature by supplying the latent heat of vaporization to the compressed hot water P so that the
도 4는 이러한 목적을 위해 구성된 일 실시예를 보여주는 도면으로서, 노즐(116) 위치를 기준으로 자른 단면도이다. 여기서, 도 4는 하나의 노즐(116)을 기준으로 한 단면도이므로, 복수의 노즐(116)이 설치되면 당연히 도 4에 도시된 것과 동일한 구조가 반복, 연속될 것임을 이해하여야 할 것이다.Fig. 4 is a sectional view cut on the basis of the position of the
도 4에 도시된 구조의 특징은 열교환 튜브(110)를 따라 그 아래쪽에 상부가 개방된 반원 단면 형상의 외피(112)가 이격 배치되어 있으며, 외피(112)의 저면에 형성된 관통홀(114)을 관통하여 노즐(116)이 배치되어 있는 것이다.4 is characterized in that a
여기서, 노즐(116)과 관통홀(114) 사이에는 열교환 튜브(110) 주변에서 일부 응축된 압축온수(P)의 응축수(C)가 드레인될 수 있고, 또한 외피(112)의 하방에 배치된 송풍수단(130)에서 생성된 상승기류가 열교환 튜브(110) 쪽으로 통과할 수 있는 환형공간(115)이 형성되어 있다.Here, condensed water (C) of condensed hot water (P) condensed in the vicinity of the heat exchange tube (110) can be drained between the nozzle (116) and the through hole (114) An
노즐(116)에서 미세한 액적으로 분사된 압축온수(P)는 증발챔버(100) 내부의 압력/온도 조건에 의해 증발되는데, 본 발명에 있어 가장 이상적인 증발형태는 액적이 주변 대기로부터 증발잠열을 얻어 대기 온도를 떨어뜨리는 것이다. 그런데, 액적의 크기 차이, 즉 표면적의 차이에 따라 액적 사이에 증발 속도에 차이가 있으면 나중에 증발되는 액적은 서로 영향을 줄 수 있는 가까운 거리에 있는 액적 또는 먼저 증발된 액적의 수증기로부터 증발잠열을 얻게 되어 대기의 냉각 효과가 기대한 것보다 떨어지게 되고, 이런 과정에서 응축수가 발생된다.The compressed hot water P injected with fine droplets in the
위와 같은 증발 메커니즘을 고려할 때, 현실적으로 응축수의 발생을 아예 제거하는 것은 매우 어렵지만 이를 최대한 낮출 필요는 있으며, 이런 목적 달성을 위해 본 발명은 압축온수(P)가 분사되는 열교환 튜브(110) 하부 영역을 외피(112)로 제한하고 그 제한된 영역 내부를 흐르는 상승기류(환형공간을 통과한 대기 흐름)를 형성하여 압축온수(P) 액적의 미립화 및 확산, 수증기의 빠른 배출을 촉진하고 열전달 계수를 상승시킴으로써 대기의 냉각효과를 최대한 확보한 것이다.Considering the above evaporation mechanism, it is very difficult to completely remove the generation of condensed water, but it is necessary to minimize the generation of condensed water as much as possible. In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that a region below the heat exchange tube (The atmospheric flow through the annular space) flowing within the confined region and facilitating rapid atomization and diffusion of the compressed hot water (P) droplets, rapid discharge of water vapor and raising the heat transfer coefficient The cooling effect of the atmosphere is maximized.
그리고, 외피(112)로 제한된 영역을 벗어난 수증기는 외피(112) 외면을 따라 흐르는 상승기류에 포섭되어 증발챔버(100) 상부에 모이고, 배기펌프(120)에 의해 외부로 배출된다.The water vapor outside the confined area of the
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 노즐(116)의 직상방에 위치하는 열교환 튜브(110)의 외측에는 노즐(116)에서 분사되는 압축온수(P)를 고르게 열교환 튜브(110)의 양측으로 분기시키는 구조물인 분배수단(118)이 구비되어 열교환 튜브(110)에서 실질적인 열교환이 일어나는 유효면적을 늘리는 것도 가능하며, 기타 열전달 효과를 증대시키기 위한 공지의 구성인 냉각핀(111)을 열교환 튜브(110) 외면에 형성하는 것도 바람직하다. 4, the compressed hot water P sprayed from the
여기서, 열교환 튜브(110)의 냉각, 즉 냉방용 냉수(R)의 냉각은 주로 외피(112) 안쪽의 공간에서 일어날 것이기 때문에, 비용적인 면을 고려한다면 냉각핀(111)은 열교환 튜브(110)의 외면 중 적어도 노즐(116)에서 분사되는 압축온수(P)가 증발되는 영역에 한정되어 구비되는 것도 가능하다.Since the cooling of the
한편, 본 발명의 일 실시예에에 있어서, 증발챔버(100)에는 그 내부의 기압을 대기압 이하로 형성할 수 있는 진공펌프(150)가 더 포함될 수 있다.Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the
본 발명의 지역냉방 시스템용 냉동기(10)는 증발챔버(100) 내부의 압력이 반드시 대기압 미만의 진공상태일 필요는 없지만, 증발챔버(100) 내부를 대기압 이하의 압력으로 형성하면 압력하강에 따른 비등점의 하강과 압력 차이에 따른 빠른 증발과 수증기의 배출 등에 의해 냉각효과가 배가된다는 장점이 있다.The
그리고, 본 발명에 있어서 증발챔버(100) 내부를 대기압 이하의 압력으로 형성하기 위한 진공펌프(150)는 기후조건과 냉방수요에 맞춰 필요할 때에만 선택적, 간헐적으로 구동될 수 있는데, 특히 진공펌프(150)의 구동전원으로는 신재생에너지 발전원 또는 열병합발전의 잉여전력을 활용하는 것이 바람직하다.In the present invention, the
이는 본 발명의 목적 중의 하나가 하절기 냉방수요 급증에 따른 전력난의 주된 원인인 전기구동식 히트펌프(EHP)를 대체할 수 있는 지역냉방 시스템용 냉동기(10)를 제공하는 것이기 때문에 가능한 상용전력(그리드 전력)을 사용하지 않는 것이 바람직하기 때문이다.This is because one of the objects of the present invention is to provide a
또한, 증발챔버(100)의 내부에 진공상태를 인가한다는 것은 기상조건에 따라 단속적, 불규칙적으로 발생하는 신재생에너지 발전원과 열병합발전 시스템 운영시 부득이하게 발생되는 잉여전력을 진공에너지로 "저장"한다는 것을 의미하는 것이므로, 발전시스템 전체의 이용효율 및 수요와 공급의 불일치로 인한 비효율성을 개선하고, 이와 동시에 신재생에너지 발전원의 활용도를 크게 개선할 수 있다는 장점이 있는 것이다.The application of the vacuum state to the inside of the
특히, 진공펌프의 구동전원(152)으로서 신재생에너지 발전원을 대표하는 태양광 발전을 접목시키면 태양광 발전의 생산효율과 냉방 수요가 시기적으로 정확히 일치하기 때문에 매우 높은 운전효율을 기대할 수 있다.
Particularly, when the solar power generation representative of the renewable energy generation source is combined as the driving
이상에서 설명된 것은 본 발명의 핵심이 되는 증발챔버(100)에 관한 구성인데, 도 1을 참조하여 나머지 구성에 대해 설명한다.What has been described above is the configuration of the
증발챔버(100)에서 증발된 압축온수(P)의 약 100℃의 수증기를 회수하기 위해서는 이를 응축시켜야 한다. 여기서, 압축온수(P)의 수증기는 충분한 열에너지를 가지고 있기 때문에 이 열에너지를 유용하게 회수하는 것이 바람직하며, 이를 위해 본 발명은 열교환기(300)를 구비하고 있다.In order to recover water vapor of the compressed hot water P evaporated in the
상기 열교환기(300)는 증발챔버(100)로부터 배출된 수증기와 외부에서 공급되는 시수(W)를 서로 열교환시켜 수증기를 응축시키는 동시에 시수(W)에는 수증기의 응축잠열과 현열을 공급하여 온도를 상승시키는 역할을 하며, 열교환이 완료된 시수(W) 및 수증기의 응축수(C)를 시수축열조(400)로 배출하게 된다.The
그리고, 열교환기(300)에서 배출된 시수(W) 및 수증기의 응축수(C)(온수)는 시수축열조(400)로 회수되어 저장되는데, 시수축열조(400)에 저장된 온수는 급탕으로 공급되거나 또는 흡수식 냉동기의 저열원으로 활용될 수 있다.The water W discharged from the
또 하나 시수축열조(400)로 회수될 수 있는 온수로는 증발챔버(100)의 하부로 드레인된 압축온수(P)의 응축수(C)가 있다. 즉, 전술한 바와 같이 노즐(116)에서 분사된 압축온수(P)는 증발과정에서 일부 응축될 수 있는데, 이 응축수(C)는 중력에 의해 증발챔버(100) 하부로 모이게 되며, 이를 증발챔버(100)의 하부에 구비된 드레인 라인(140)을 통하여 시수축열조(400)로 회수될 수 있는 것이다.In addition, there is a condensed water (C) of the compressed hot water (P) drained to the lower portion of the evaporation chamber (100). That is, as described above, the compressed hot water P injected from the
한편, 본 발명의 실시예는 증발챔버(100) 내부로 분사된 압축온수(P)의 유량에 대응하는 양의 시수(W)를 지역냉난방 열원(1)의 회수배관(3)으로 공급하는 시수보상수단(500)을 더 포함할 수 있다. 이는 지역냉난방 배관망에서는 안정적인 운전과 배관망 내부에 진공이 발생하는 것을 방지하기 위해 유량이 보존되는 것이 바람직하기 때문이다.In the embodiment of the present invention, the number of times W corresponding to the flow rate of the compressed hot water P injected into the
시수보상수단(500)은 압축온수(P)의 증발챔버 공급라인(ES) 상에 설치된 제1 유량계(510)를 통해 증발챔버(100) 내부로 분사된 압축온수(P)의 유량을 산출하고, 지역냉난방 열원(1)의 회수배관(3)으로 시수(W)를 공급하는 시수 보상라인(WC) 상에 설치된 제2 유량계(520)로 측정되는 시수(W)의 유량을 상기 제1 유량계(510)에 의해 산출된 소모된 압축온수(P)의 유량에 대응하도록 제어하는 구성을 가지고 있다. 다만, 본 발명의 명세서에서는 유량 제어에 관한 이미 공지된 자명한 구성에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.The
그리고, 시수보상수단(500)은 필요하다면 지역냉난방 열원(1)의 회수배관(3)으로 공급되는 시수(W)를 가압하는 가압펌프(522)를 구비할 수 있다. 이는 지역냉난방 열원(1)의 회수배관(3) 내의 압력은 약 3∼6bar 정도의 범위에서 다양하게 변동할 수 있기 때문에 일반적인 펌프로는 시수(W)를 회수배관(3) 안으로 주입하는 압력이 부족한 경우가 발생할 수 있으므로 이에 대비하기 위한 것이다. The time compensating means 500 may further include a pressurizing
이상 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.While the preferred embodiments of the present invention have been shown and described, it will be appreciated by those skilled in the art that changes may be made in these embodiments without departing from the principles or spirit of the invention. Accordingly, the scope of the present invention will be determined by the appended claims and their equivalents.
1: 지역냉난방 열원
2: 공급배관 3: 회수배관
10: 지역냉방 시스템용 냉동기
100: 증발챔버 110: 열교환 튜브
111: 냉각핀 112: 외피
114: 관통홀 115: 환형공간
116: 노즐 118: 분배수단
120: 배기펌프 130: 송풍수단
140: 드레인 라인 150: 진공펌프
152: 진공펌프 구동전원 200: 냉수축열조
300: 열교환기 400: 시수축열조
500: 시수보상수단 510: 제1 유량계
520: 제2 유량계 522: 가압펌프
ES: 증발챔버 공급라인 WC: 시수 보상라인
P: 압축온수 R: 냉방용 냉수
W: 시수 C: 응축수1: Local heating and heating source
2: Supply piping 3: Recovery piping
10: Freezer for district cooling system
100: Evaporation chamber 110: Heat exchange tube
111: cooling pin 112: sheath
114: through hole 115: annular space
116: nozzle 118: dispensing means
120: exhaust pump 130: blowing means
140: Drain line 150: Vacuum pump
152: vacuum pump driving power supply 200: cold water storage tank
300: heat exchanger 400: water tank
500: time compensating means 510: first flow meter
520: second flow meter 522: pressure pump
ES: evaporation chamber supply line WC: time compensation line
P: Compressed hot water R: Cold water for cooling
W: Number C: Condensate
Claims (14)
상기 공급배관으로부터 공급받은 압축온수를 대기압 이하의 분위기 압력하에서 분사하여 증발시키고, 상기 증발된 수증기를 배기펌프를 통해 배출하는 증발챔버;
상기 증발챔버 내부에 설치된 열교환 튜브를 통해 냉방용 냉수를 공급하고, 상기 열교환 튜브 주변 대기에서 상기 압축온수의 증발에 필요한 증발잠열을 공급함으로써 온도가 하강한 냉방용 냉수를 회수하여 저장하는 냉수축열조;
상기 증발챔버로부터 배출된 수증기와 외부에서 공급되는 시수를 열교환시켜 상기 수증기를 응축시키는 동시에 상기 시수에 응축잠열과 현열을 공급하여 상기 시수의 온도를 상승시키고, 상기 열교환이 완료된 시수 및 수증기의 응축수를 배출하는 열교환기; 및
상기 열교환이 완료된 시수 및 수증기의 응축수를 회수하여 저장하는 시수축열조;
를 포함하는 지역냉방 시스템용 냉동기.The present invention relates to a refrigerator for a local cooling system that produces cold water for cooling by using compressed hot water supplied from a supply pipe of a local heating /
An evaporation chamber for evaporating the compressed hot water supplied from the supply pipe under an atmosphere pressure of atmospheric pressure or lower and discharging the evaporated steam through an exhaust pump;
A cold water storage tank for recovering cold water for cooling having a temperature lowered by supplying cold water for cooling through a heat exchange tube installed in the evaporation chamber and supplying latent heat to evaporate the compressed hot water in the atmosphere surrounding the heat exchange tube;
The evaporation chamber discharges heat from the externally supplied water to condense the water vapor. The latent heat and the sensible heat are supplied to the water to raise the temperature of the water, and the condensed water of the water and the steam, A heat exchanger for discharging; And
A water storage tank for collecting and storing condensed water of the water heat exchanged water and the heat exchanged water;
A refrigerator for a local cooling system.
상기 압축온수는 상기 증발챔버의 하단으로 공급되어 상기 열교환 튜브를 향하는 상측 방향으로 분사되는 것을 특징으로 하는 지역냉방 시스템용 냉동기.The method of claim 1, wherein in said evaporation chamber,
Wherein the compressed hot water is supplied to a lower end of the evaporation chamber and is sprayed in an upward direction toward the heat exchange tube.
상기 열교환 튜브의 외측을 따라 상부가 개방된 외피가 이격 배치되고, 상기 압축온수는 상기 외피의 저면에 형성된 관통홀을 관통하여 배치된 노즐을 통해 분사되는 것을 특징으로 하는 지역냉방 시스템용 냉동기.3. The method of claim 2,
Wherein an outer shell opened upward along the outer side of the heat exchange tube is spaced apart and the compressed hot water is injected through a nozzle disposed through a through hole formed in a bottom surface of the shell.
상기 노즐과 관통홀 사이에는 상기 열교환 튜브 주변에서 일부 응축된 상기 압축온수의 응축수가 드레인될 수 있는 환형공간이 형성된 것을 특징으로 하는 지역냉방 시스템용 냉동기.The method of claim 3,
Wherein an annular space is formed between the nozzle and the through hole so that condensed water of the compressed hot water condensed in the vicinity of the heat exchange tube can be drained.
상기 외피의 하부에는 상기 외피의 외면 및 상기 환형공간을 통과하여 상기 열교환 튜브의 외면을 따라 흐르는 상승기류를 형성하기 위한 송풍수단이 구비된 것을 특징으로 하는 지역냉방 시스템용 냉동기.5. The method of claim 4,
And a blowing means for forming an upward flow passing through the outer surface of the outer shell and the annular space and along the outer surface of the heat exchange tube is provided at a lower portion of the outer shell.
상기 노즐의 직상방에 위치하는 상기 열교환 튜브의 외측에는 상기 노즐에서 분사되는 압축온수를 양측으로 분기시키는 분배수단이 구비된 것을 특징으로 하는 지역냉방 시스템용 냉동기.The method of claim 3,
And a distributing means for distributing the compressed hot water injected from the nozzle to both sides of the heat exchanging tube located on the upper portion of the nozzle.
상기 열교환 튜브의 외면 중 적어도 상기 노즐에서 분사되는 압축온수가 증발되는 영역에 냉각핀이 구비된 것을 특징으로 하는 지역냉방 시스템용 냉동기.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein a cooling fin is provided in an area of the outer surface of the heat exchange tube where at least the compressed hot water injected from the nozzle is evaporated.
상기 증발챔버의 하부로 드레인된 상기 압축온수의 응축수는 상기 증발챔버에 구비된 드레인 라인을 통하여 상기 시수축열조로 회수되는 것을 특징으로 하는 지역냉방 시스템용 냉동기.5. The method of claim 4,
And condensed water of the compressed hot water drained to a lower portion of the evaporation chamber is recovered to the sequential storage tank through a drain line provided in the evaporation chamber.
상기 증발챔버에는 그 내부의 기압을 대기압 이하로 형성할 수 있는 진공펌프가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 지역냉방 시스템용 냉동기.The method according to claim 1,
Wherein the evaporation chamber further comprises a vacuum pump capable of forming atmospheric pressure inside the evaporation chamber below atmospheric pressure.
상기 진공펌프는 선택적, 간헐적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 지역냉방 시스템용 냉동기.10. The method of claim 9,
Wherein the vacuum pump is selectively and intermittently driven.
상기 진공펌프의 구동전원은 신재생에너지 발전원 또는 열병합발전의 잉여전력인 것을 특징으로 하는 지역냉방 시스템용 냉동기.11. The method of claim 10,
Wherein the driving power of the vacuum pump is surplus power of a renewable energy generation source or a cogeneration power generation system.
상기 증발챔버 내부로 분사된 압축온수의 유량에 대응하는 양의 시수를 상기 지역냉난방 열원의 회수배관으로 공급하는 시수보상수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지역냉방 시스템용 냉동기.The method according to claim 1,
Further comprising time compensating means for supplying an amount of time corresponding to the flow rate of the compressed hot water injected into the evaporation chamber to the recovery pipe of the local heating / heating heat source.
상기 시수보상수단은 상기 압축온수의 증발챔버 공급라인 상에 설치된 제1 유량계로 상기 증발챔버 내부로 분사된 압축온수의 유량을 산출하고, 상기 지역냉난방 열원의 회수배관으로 시수를 공급하는 시수 보상라인 상에 설치된 제2 유량계로 측정되는 시수의 유량을 상기 제1 유량계에 의해 산출된 압축온수의 유량에 대응하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 지역냉방 시스템용 냉동기.13. The method of claim 12,
Wherein the time compensating means calculates a flow rate of the compressed hot water injected into the evaporation chamber by a first flowmeter provided on the evaporation chamber supply line of the compressed hot water and supplies a time compensation line to the recovery pipe of the local heating / Wherein the controller controls the flow rate of the water measured by the second flow meter installed on the first flow meter to correspond to the flow rate of the compressed hot water calculated by the first flow meter.
상기 시수보상수단은 상기 지역냉난방 열원의 회수배관으로 공급되는 시수를 가압하는 가압펌프를 구비하는 것을 특징으로 하는 지역냉방 시스템용 냉동기.
13. The method of claim 12,
Wherein the time compensating means comprises a pressurizing pump for pressurizing the time supplied to the return pipe of the local heating / heating heat source.
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