KR101577125B1 - 수처리 시스템 및 수처리 방법 - Google Patents
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Abstract
수처리 시스템의 에너지 효율을 개선하고 안정적 온도 제어를 수행하기 위해서, 이 수처리 시스템은 복수의 장치들 (1, 2, 3, 4); 물이 관통하여 유동하고 복수 쌍의 인접한 장치들을 연결하는 복수의 배관 구간들 (11, 12); 및 적어도 하나의 배관 구간 (11) 이 열 흡수 배관 구간일 때 열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고, 적어도 다른 하나의 배관 구간 (12) 이 열 배출 배관 구간일 때 열 흡수 배관 구간 (11) 으로부터 흡수된 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 히트 펌프 (21) 를 포함한다.
Description
본 발명은 수처리 시스템 및 수처리 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 에너지 소모를 감소시킨 수처리 시스템에 관한 것이다.
순수 물 제조 시스템과 같은 수처리 시스템은 수처리를 위한 다양한 장치들 및 이 장치들을 연결하는 라인들로 이루어진다. 이러한 장치들의 예로는, 이온 교환 장치, 역삼투막 (RO 막) 및 여과 장치가 있다. 각각의 장치는 성능 (불순물 제거 특성 등) 을 극대화하도록 최적의 수온 범위를 가진다. 한편, 사용 지점에서 25 ℃, 60 ℃ 및 80 ℃ 와 같은 다양한 온도가 필요할 수도 있다. 순환 작동이 수행되는 부분에서, 순환수의 온도는 순환 작동에 수반하는 펌프로부터 열의 유입으로 인해 쉽게 증가하는 경향이 있다. 따라서, 수처리 시스템에서, 다양한 요인, 예로 장치의 온도 요구, 시스템 요구 및 시스템 구성으로 인해 시스템 내부의 다양한 위치에서 온도 조절이 필요하다.
특허 문헌 1 은 초순수 (ultrapure) 물 제조 장치를 개시한다. 원수 탱크로부터 공급되는 원수는 탈기 탱크 또는 RO 막 장치에 의해 처리되어 후속 단계들로 공급된다. RO 막 장치에서 역삼투막의 표준 설계 온도는 25 ℃ 이다. 그러므로, RO 막 장치의 입구에서 이 온도 또는 대략 이 온도로 처리된 물의 온도를 조절하도록 원수 탱크와 탈기 탱크 사이에 몇 개의 열교환기가 제공된다.
특허 문헌 2 는 열교환을 위해 수처리 시스템에서 사용되는 히트 펌프의 예시를 개시한다. 히트 펌프는 에너지 효율이 높은 열교환 시스템으로 알려져 있다. 히트 펌프는 외부 열원으로부터 열을 빼앗아, 빼앗은 열을 가열될 부분에 공급하거나, 냉각될 부분으로부터 열을 빼앗아 빼앗은 열을 외부로 배출한다.
종래에는, 수처리 시스템에서 통과하는 처리될 물의 온도를 조절하도록 냉각 타워 또는 보일러와 같은 장치들이 일반적으로 제공된다. 하지만, 이러한 시스템 구성은 에너지 효율 및 이산화탄소 배출과 같은 환경 부하 면에서 다음과 같은 문제점들을 가진다.
구체적으로, 가열 또는 냉각을 위한 에너지는 가열 또는 냉각을 필요로 하는 각 부분에 개별적으로 공급된다. 예를 들어, 보일러가 가열하기 위해 사용될 때, 가열될 부분보다 더 높은 온도를 가지는 온수 또는 스팀이 보일러로 투입되는 열 에너지에 의해 발생되고, 온수 또는 스팀의 열은 가열될 부분으로 제공된다. 냉각 타워가 냉각하기 위해 사용될 때, 냉각될 부분보다 낮은 온도를 가지는 냉각수가 발생되고, 냉각될 부분으로부터 열을 빼앗는다. 온도 제어에 필요한 총 에너지는 가열되거나 냉각될 각 부분에 필요한 에너지의 총합이다.
가열될 부분에 제공될 열로서, 냉각될 부분으로부터 빼앗은 열을 수처리 시스템이 사용하는 것은 일반적으로 어렵다. 이러한 프로세스는 열교환기에 의해 실현될 수도 있지만, 냉각될 부분의 온도가 가열될 부분의 온도보다 높도록 요구한다. 또한, 고온측과 저온측 사이에 상당한 온도 차이가 없다면 효율적인 열 전달은 불가능하다. 수처리 시스템에서, 많은 부분들이 대략 실온으로 제어되고 큰 온도 차이는 존재하지 않는다. 게다가, 냉각될 부분의 온도가 가열될 부분의 온도보다 항상 높은 것은 아니다. 결과적으로, 열교환기는 단지 제한된 부분에서만 효율적으로 사용될 수 있다.
열교환기와 달리, 히트 펌프는 저온 열원으로부터 고온 열원으로 열을 전달할 수 있다. 하지만, 공기 열 (air heat) 과 같은 외부 열원을 사용하는 히트 펌프는 외부 온도 조건에 따라 성능이 크게 변동된다. 예를 들어, 열을 저온 공기로부터 흡수할 때 열 흡수 효율은 크게 떨어진다. 따라서, 공기 열과 같은 외부 열원을 사용하는 히트 펌프는 외부 온도에 의해 쉽게 영향을 받고, 수처리 시스템에서 수온의 안정적인 제어가 어렵다. 히트 펌프에 과도한 용량을 제공하면 외부 온도 조건의 변동에 따른 영향을 감소시킬 수도 있지만, 비용에 큰 영향을 미친다.
본 발명은 전술한 문제점들을 감안하여 만들어졌고 에너지 효율이 높고 안정적인 온도 제어가 가능한 수처리 시스템 및 수처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 수처리 시스템은, 복수의 장치들; 물이 유동하고 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들; 및 열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 히트 펌프를 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 열 배출 배관 구간으로서 정의된다.
히트 펌프는 열이 흡수될 부분으로부터 열을 빼앗아, 그 열을 열이 배출될 부분으로 전달할 수 있다. 따라서, 수처리 시스템이 열 흡수 배관 구간을 냉각시키는 열 흡수를 필요로 하는 부분과 열 배출 (가열) 을 필요로 하는 부분 (열 배출 배관 구간) 을 포함할 때, 히트 펌프에 의하여, 열 흡수 배관 구간으로부터 열 배출 배관 구간으로 열을 전달할 수 있다. 냉각을 위해서 제거된 열을 다른 부분을 가열하는데 사용할 수 있으므로, 에너지 효율을 크게 높일 수 있다.
또한, 각각의 열 흡수 배관 구간과 각각의 열 배출 배관 구간은 온도 제어 부분일 뿐만 아니라 안정적인 열원이기도 하다. 구체적으로, 전술한 바와 같이, 열 흡수 또는 열 배출 중 어느 하나를 위해 외부 열이 사용될 때, 히트 펌프 성능은 외부 열원의 온도 변동에 의해 영향을 받기 쉽다. 열원으로 외부 공기를 이용할 때, 외부의 낮은 공기 온도가 열 흡수를 어렵게 만들고 히트 펌프 성능을 저하시킨다. 지하수나 해수를 열원으로서 사용할 때, 그것은 공기만큼 큰 온도 변동은 나타내지 않지만, 유사한 문제가 발생한다. 한편, 본 발명에 따르면, 수온이 제어된 수처리 시스템 내의 배관 구간을 열원 (열 흡수 배관 구간 또는 열 배출 배관 구간) 으로서 사용하기 때문에, 열원의 온도 변동은 거의 발생하지 않는다. 결과적으로, 히트 펌프 성능은 외부 공기 온도 또는 해수 온도와 같은 외부 환경에 덜 영향을 받고, 만족스러운 히트 펌프 성능을 안정적으로 유지할 수 있다. 게다가, 공기를 열원으로 사용하는 히트 펌프의 경우, 외부 공기 온도가 0 ℃ 부근까지 떨어질 때 제상 (defrosting) 이 필요하다. 또한, 지하수나 해수를 열원으로 사용하는 히트 펌프의 경우, 폐수 처리 또는 부식으로부터 보호가 요구된다. 본 발명에서는 이와 같은 문제점들이 발생하지 않는다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 수처리 시스템을 사용하는 수처리 방법을 제공하고, 상기 수처리 시스템은 복수의 장치들, 및 물이 유동하고 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들을 포함한다. 상기 방법은, 히트 펌프에 의하여, 열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 것을 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 열 배출 배관 구간으로서 정의된다.
따라서, 본 발명은 에너지 효율이 높고 안정적인 온도 제어가 가능한 수처리 시스템 및 수처리 방법을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에 따른 수처리 시스템들의 개념도이다.
도 2 는 도 1 에 나타낸 수처리 시스템에 중간 루프들이 제공되는 실시형태를 나타낸 개념도이다.
도 3 은 도 1 에 나타낸 수처리 시스템에 복수의 열 흡수 배관 구간들이 제공되는 실시형태를 나타낸 개념도이다.
도 4 는 도 1 에 나타낸 수처리 시스템에 복수의 열 흡수 배관 구간들 및 복수의 열 배출 배관 구간들이 제공되는 실시형태를 나타낸 개념도이다.
도 5 는 도 1 에 나타낸 수처리 시스템에 보조 가열 수단이 제공되는 실시형태를 나타낸 개념도이다.
도 6 은 도 1 에 나타낸 수처리 시스템에 제 2 히트 펌프가 제공되는 실시형태를 나타낸 개념도이다.
도 7 은 도 1 에 나타낸 수처리 시스템에 펠티어 (peltier) 형 히트 펌프를 사용한 실시형태를 나타낸 개념도이다.
도 8a 는 수처리 시스템의 구성의 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 8b 는 수처리 시스템의 구성의 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 8c 는 수처리 시스템의 구성의 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 8d 는 수처리 시스템의 구성의 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 8e 는 수처리 시스템의 구성의 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 9 는 수처리 시스템의 구성의 다른 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 10a 는 수처리 시스템에서 온수 살균 중 라인 구성을 나타낸 개략도이다.
도 10b 는 수처리 시스템에서 온수 살균 중 라인 구성을 나타낸 개략도이다.
도 11a 는 기준예의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 11b 는 실시형태의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 11c 는 실시형태의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 12 는 본 발명의 제 2 실시형태의 효과를 설명하기 위한 선도 (몰리에르 (Mollier) 선도) 이다.
도 13 은 본 발명에 따른 수처리 시스템의 실시예를 나타낸 개념도이다.
도 14a 는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 수처리 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 14b 는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 수처리 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 15a 는 도 14a 및 도 14b 에 나타낸 수처리 시스템의 작동을 개념적으로 보여주는 개략도이다.
도 15b 는 도 14a 및 도 14b 에 나타낸 수처리 시스템의 작동을 개념적으로 보여주는 개략도이다.
도 16a 는 도 14a 및 도 14b 에 나타낸 수처리 시스템과 다른 수처리 시스템의 에너지 효율을 보여주는 개략도이다.
도 16b 는 도 14a 및 도 14b 에 나타낸 수처리 시스템과 다른 수처리 시스템의 에너지 효율을 보여주는 개략도이다.
도 16c 는 도 14a 및 도 14b 에 나타낸 수처리 시스템과 다른 수처리 시스템의 에너지 효율을 보여주는 개략도이다.
도 16d 는 도 14a 및 도 14b 에 나타낸 수처리 시스템과 다른 수처리 시스템의 에너지 효율을 보여주는 개략도이다.
도 16e 는 도 14a 및 도 14b 에 나타낸 수처리 시스템과 다른 수처리 시스템의 에너지 효율을 보여주는 개략도이다.
도 16f 는 도 14a 및 도 14b 에 나타낸 수처리 시스템과 다른 수처리 시스템의 에너지 효율을 보여주는 개략도이다.
도 17 은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 수처리 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 18 은 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 수처리 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 19 는 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 수처리 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 20 은 실시예에 따른 수처리 시스템의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 21a 는 실시예에 따른 열 과잉/부족의 시간에 따른 변화를 보여주는 그래프이다.
도 21b 는 비교예에 따른 열 과잉/부족의 시간에 따른 변화를 보여주는 그래프이다.
도 21c 는 비교예에 따른 필요한 열의 시간에 따른 변화를 보여주는 그래프이다.
도 2 는 도 1 에 나타낸 수처리 시스템에 중간 루프들이 제공되는 실시형태를 나타낸 개념도이다.
도 3 은 도 1 에 나타낸 수처리 시스템에 복수의 열 흡수 배관 구간들이 제공되는 실시형태를 나타낸 개념도이다.
도 4 는 도 1 에 나타낸 수처리 시스템에 복수의 열 흡수 배관 구간들 및 복수의 열 배출 배관 구간들이 제공되는 실시형태를 나타낸 개념도이다.
도 5 는 도 1 에 나타낸 수처리 시스템에 보조 가열 수단이 제공되는 실시형태를 나타낸 개념도이다.
도 6 은 도 1 에 나타낸 수처리 시스템에 제 2 히트 펌프가 제공되는 실시형태를 나타낸 개념도이다.
도 7 은 도 1 에 나타낸 수처리 시스템에 펠티어 (peltier) 형 히트 펌프를 사용한 실시형태를 나타낸 개념도이다.
도 8a 는 수처리 시스템의 구성의 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 8b 는 수처리 시스템의 구성의 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 8c 는 수처리 시스템의 구성의 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 8d 는 수처리 시스템의 구성의 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 8e 는 수처리 시스템의 구성의 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 9 는 수처리 시스템의 구성의 다른 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 10a 는 수처리 시스템에서 온수 살균 중 라인 구성을 나타낸 개략도이다.
도 10b 는 수처리 시스템에서 온수 살균 중 라인 구성을 나타낸 개략도이다.
도 11a 는 기준예의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 11b 는 실시형태의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 11c 는 실시형태의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 12 는 본 발명의 제 2 실시형태의 효과를 설명하기 위한 선도 (몰리에르 (Mollier) 선도) 이다.
도 13 은 본 발명에 따른 수처리 시스템의 실시예를 나타낸 개념도이다.
도 14a 는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 수처리 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 14b 는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 수처리 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 15a 는 도 14a 및 도 14b 에 나타낸 수처리 시스템의 작동을 개념적으로 보여주는 개략도이다.
도 15b 는 도 14a 및 도 14b 에 나타낸 수처리 시스템의 작동을 개념적으로 보여주는 개략도이다.
도 16a 는 도 14a 및 도 14b 에 나타낸 수처리 시스템과 다른 수처리 시스템의 에너지 효율을 보여주는 개략도이다.
도 16b 는 도 14a 및 도 14b 에 나타낸 수처리 시스템과 다른 수처리 시스템의 에너지 효율을 보여주는 개략도이다.
도 16c 는 도 14a 및 도 14b 에 나타낸 수처리 시스템과 다른 수처리 시스템의 에너지 효율을 보여주는 개략도이다.
도 16d 는 도 14a 및 도 14b 에 나타낸 수처리 시스템과 다른 수처리 시스템의 에너지 효율을 보여주는 개략도이다.
도 16e 는 도 14a 및 도 14b 에 나타낸 수처리 시스템과 다른 수처리 시스템의 에너지 효율을 보여주는 개략도이다.
도 16f 는 도 14a 및 도 14b 에 나타낸 수처리 시스템과 다른 수처리 시스템의 에너지 효율을 보여주는 개략도이다.
도 17 은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 수처리 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 18 은 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 수처리 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 19 는 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 수처리 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 20 은 실시예에 따른 수처리 시스템의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 21a 는 실시예에 따른 열 과잉/부족의 시간에 따른 변화를 보여주는 그래프이다.
도 21b 는 비교예에 따른 열 과잉/부족의 시간에 따른 변화를 보여주는 그래프이다.
도 21c 는 비교예에 따른 필요한 열의 시간에 따른 변화를 보여주는 그래프이다.
(제 1 실시형태)
도 1 내지 도 7 을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 수처리 시스템이 설명될 것이다. 이 도면들은 수처리 시스템을 구성하는 다양한 장치들 중에서 선택된 실시형태와 관련된 장치들만 보여준다. 실제 수처리 시스템의 실시예들이 후술될 것이다.
도 1 은 서로 인접한 제 1 장치 (1) 와 제 2 장치 (2) 및 이 장치들을 연결하는 제 1 배관 구간 (열 흡수 배관 구간) (11) 을 나타낸다. 유체 (처리될 물) 는 제 1 장치 (1) 로부터 제 2 장치 (2) 까지 도면에서 우측으로 장치들 (1, 2) 및 배관 구간 (11) 에서 유동한다. 유사하게, 도 1 은 서로 인접한 제 3 장치 (3) 와 제 4 장치 (4) 및 이 장치들을 연결하는 제 2 배관 구간 (열 배출 배관 구간) (12) 을 나타낸다. 유체 (처리될 물) 는 또한 제 3 장치 (3) 로부터 제 4 장치 (4) 까지 도면에서 우측으로 장치들 (3, 4) 및 배관 구간 (12) 에서 유동한다. 임의의 유형의 장치들이 제 1 내지 제 4 장치 (1 ~ 4) 로 사용될 수도 있다.
실시형태에서, 열은 제 1 배관 구간 (11) 으로부터 흡수되고 (QC1 로 표시) 제 2 배관 구간 (12) 으로 배출된다 (QH1 로 표시). 이러한 상황은, 예를 들어, 제 1 장치 (1) 의 출구에서 수온이 제 2 장치 (2) 의 입구에서 필요한 수온보다 높기 때문에 처리될 물이 냉각되어야 할 때 발생하고, 제 3 장치 (3) 의 출구에서 수온이 제 4 장치 (4) 의 입구에서 필요한 수온보다 낮기 때문에 처리될 물이 가열되어야 할 때 발생한다. 예를 들어, RO 막 장치의 입구에서 수온이 역삼투막의 표준 설계 온도, 즉 전술한 대로 25 ℃ 보다 낮을 때, 처리될 물이 RO 막 장치로 유입되기 전 처리될 물은 가열되어야 한다.
이를 위해, 수처리 시스템은 제 1 배관 구간 (11; 열 흡수 배관 구간) 으로부터 열을 흡수하고 제 2 배관 구간 (12; 열 배출 배관 구간) 으로 열을 배출하는 히트 펌프 (21) 를 포함한다. 히트 펌프 (21) 는 제 1 배관 구간 (11) 및 제 2 배관 구간 (12) 에 열적으로 연결된다. 실시형태에서 히트 펌프 (21) 는 증기 압축형이다. 구체적으로, 히트 펌프 (21) 는, R410A 로 나타낸 암모니아, 이산화탄소, 클로로플루오르카본 및 하이드로클로로플루오르카본/하이드로플루오르카본과 같은 냉매를 증발시키는 증발기 (22), 냉매를 압축하는 압축기 (23), 냉매를 응축하는 응축기 (24), 및 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브 (25) 를 포함한다. 이 요소들 (22 ~ 25) 은 폐루프 (26) 에서 이 순서로 배치된다. 그러므로, 냉매는 폐루프 (26) 에서 순환하면서 증발, 압축, 응축 및 팽창으로 이루어진 열 사이클을 부여받는다. 냉매의 증발에 의해 발생된 증발 열에 의해 제 1 배관 구간 (11) 에서 유동하는 유체로부터 열을 빼앗도록 제 1 배관 구간 (11) 은 증발기 (22) 에 인접하여 위치한다 (각 도면에서 물결선들은 열교환이 발생하는 부분을 표시한다). 증발된 냉매는 압축기 (23) 에 의해 고온, 고압 기체상으로 압축된다. 그 후, 냉매는 응축기 (24) 로 공급되고, 이 응축기에서 냉매는 주위로 열을 배출하고 응축된다. 제 2 배관 구간 (12) 은 응축기 (24) 에 인접하여 위치하고, 이 응축기에서 응축하는 동안 배출되는 응축 열은 제 2 배관 구간 (12) 에서 유동하는 유체로 제공된다. 응축된 냉매는 팽창 밸브 (25) 를 통하여 공급되고, 팽창 밸브에서 냉매는 감압되고 냉각된다. 이런 식으로, 히트 펌프 (21) 의 1 사이클 작동 중 제 1 배관 구간 (11) 으로부터 열 흡수 및 제 2 배관 구간 (12) 으로 열 배출이 발생한다.
히트 펌프 (21) 에 의하여 제 1 배관 구간 (11) 으로부터 빼앗은 열의 적어도 일부를 제 2 배관 구간 (12) 으로 공급할 수 있다. 따라서, 빼앗은 열을 폐기할 필요도 없고 제 2 배관 구간 (12) 으로 공급될 열을 생성하도록 다른 장치 (보일러 등) 를 사용할 필요도 없다. 게다가, 히트 펌프 (21) 는 일반적으로 대략 3 ~ 5 의 성능 계수 (Q/L 로 정의되고, 여기에서 Q 는 가열 또는 냉각 용량이고 L 은 Q 를 얻기 위해서 소모되는 전력이다) 를 가지고, 필요한 전기 에너지는 발생될 열 에너지보다 훨씬 작다. 따라서, 제 1 배관 구간 (11) 으로부터 빼앗은 열이 제 2 배관 구간 (12) 으로 전달되기 때문에 실시형태에 따른 수처리 시스템에서 열 에너지의 낭비가 초래될 가능성이 더 적다. 또한, 열 전달에 효율적인 히트 펌프 (21) 의 사용은 더 적은 에너지 소모를 실현한다.
더욱이, 보일러 또는 냉각 타워가 냉각 또는 가열을 위해 별도로 제공될 때, 이러한 설비는 온도 조절을 필요로 하는 부분으로부터 멀리 떨어져 위치한다. 이것은 연료 저장 설비와 같은 많은 추가 설비를 필요로 하는 보일러에 대해 발생할 가능성이 더 크다. 그 결과, 냉수, 온수 또는 증기가 배관을 통하여 공급될 때 많은 열 전달 손실이 초래된다. 부가적인 가열 또는 냉각 장치를 제공하는 것은 불리하게도 에너지 효율을 감소시키고 비용을 증가시킬 것이다. 보일러 또는 냉각 타워는 일반적으로 다량의 에너지를 필요로 하고 이것은 또한 큰 환경 문제를 유발한다. 제 1 배관 구간 (11) 과 제 2 배관 구간 (12) 사이에 히트 펌프 (21) 를 설치함으로써 열 전달 손실이 최소화될 수 있다.
또한, 히트 펌프 (21) 는 열 흡수측의 온도와 열 배출측의 온도에 관계없이 열을 전달할 수 있다. 환언하면, 열 흡수측의 수온과 열 배출측의 수온이 거의 동일할 때 또는 열 배출측의 수온이 열 흡수측의 수온보다 높을 때에도 열은 전달될 수 있다. 전술한 대로, 예를 들어, 발전 시스템과 달리 수처리 시스템에서 극히 큰 온도 차이는 좀처럼 볼 수 없고, 통상의 열교환기를 효과적으로 사용하는 것은 어려웠다. 따라서, 냉수 등이 냉각을 위해 개별적으로 공급되고 스팀 등이 가열을 위해 개별적으로 공급되는 시스템이 일반적으로 사용되었다. 본 발명에 따르면, 히트 펌프 (21) 의 사용으로 인해, 배관 구간들의 온도에 관계없이, 필요한 열량은 제 1 배관 구간 (11) 과 제 2 배관 구간 (12) 사이에서 전달될 수 있다.
열원으로서 공기 또는 외부 물을 사용함으로써 히트 펌프가 이용될 수도 있다. 공기가 열원으로서 사용될 때, 공기로부터 열을 흡수하고 공기로부터 빼앗은 열을 제 2 배관 구간 (12) 으로 배출함으로써 제 2 배관 구간 (12) 이 가열될 수 있다. 하지만, 공기 온도가 떨어짐에 따라, 히트 펌프의 성능 (성능 계수) 뿐만 아니라 히트 펌프의 열 흡수 효율이 감소된다. 따라서, 낮은 공기 온도에서 작동을 고려할 때 히트 펌프의 용량은 증가되어야 한다. 그러므로, 공기 온도가 높을 때 부분 부하 작동이 필요하다. 히트 펌프의 냉각 작동에도 동일하게 적용된다. 이 경우에, 외부 온도가 높을 때 열 배출 효율이 떨어지고 히트 펌프의 성능 (성능 계수) 이 감소된다. 그러므로, 히트 펌프의 용량이 동일한 방식으로 증가되어야 한다. 또한, 외부 온도가 대략 O ℃ 일 때, 열을 빼앗긴 공기는 O ℃ 이하로 냉각되고 공기와 열교환하기 위한 부분은 동결될 수도 있다. 이것은 제상 (defrosting) 을 위한 주기적인 작동정지 (shutdown) 또는 부가적 제상 장치의 설치가 필요하기 때문에 비용 및 작동면에서 불리하다.
외부 물 (해수, 지하수, 또는 하수) 이 열원으로서 사용될 때에도 동일한 문제점이 발생한다. 외부 물의 온도는 공기처럼 크게 변동되지 않고, 특히 지하수 온도는 비교적 안정적이지만, 그럼에도 불구하고, 외부 물은 온도 변동에 의해 영향을 받는다. 외부 물이 사용될 때, 다량의 폐수 발생에 대처하기 위해서 대규모의 설비와 비용이 필요할 수도 있다. 하수로서 물을 배출하기 위해서는 요금이 필요하다. 다량의 외부 물을 필요로 할 때, 위치가 제한된다. 해수의 사용은 스케일, 염해 및 부식에 대한 조치를 필요로 한다.
열 흡수 또는 열 배출 중 어느 하나를 위해 외부 열원이 사용되는 히트 펌프의 사용은, 넓은 의미에서는, 종래의 보일러 또는 냉각 타워와 다르지 않다. 히트 펌프 자체의 높은 효율 때문에 전기세와 같은 작동 비용이 보일러 또는 냉각 타워와 비교해 낮을지라도, 연간 부하 변동에 대응하기 위해서 피크 부하에 부합하는 과도한 용량이 필요한 문제점이 발생한다. 따라서, 수처리 시스템에서 이런 식으로 히트 펌프를 사용하는 것은 현실적이지 않다.
한편, 실시형태에 따르면, 열원의 온도가 안정적인 수처리 시스템의 내부에서 열 전달이 수행되기 때문에 열 전달은 외부 환경의 영향을 덜 받는다. 이하 설명되는 것처럼, 열원이 실온 범위 내에 있고 온도 변동이 제한될 때 열원으로서 공기를 사용하는 것이 또한 효과적이다. 실제로는 필요한 열 흡수가 필요한 열 배출과 일치하는 것은 거의 없기 때문에, 열의 과잉/부족을 보상하기 위해 외부 열원이 사용된다. 하지만, 외부 열원의 사용이 최소화되고 가능한 한 많은 열이 시스템 내부에서 전달되고, 그리하여 종래 기술보다 더욱 경제적이고 안정적인 온도 제어가 실현된다.
도 2 는 도 1 에 나타낸 시스템과 유사한 시스템을 나타낸다. 실시형태에서, 제 1 중간 루프 (15) 가 제 1 배관 구간 (11) 과 히트 펌프 (21) 사이에 제공된다. 제 1 중간 루프 (15) 는 제 1 배관 구간 (11) 으로부터 흡수된 열을 히트 펌프 (21) 로 전달한다. 유사하게, 제 2 중간 루프 (16) 는 제 2 배관 구간 (12) 과 히트 펌프 (21) 사이에 제공된다. 제 2 중간 루프 (16) 는 히트 펌프 (21) 로부터 흡수된 열을 제 2 배관 구간 (12) 으로 전달한다. 히트 펌프 (21) 의 위치 제한은 중간 루프들 (15, 16) 을 제공함으로써 완화될 수도 있다. 구체적으로, 히트 펌프 (21) 가 제 1 배관 구간 (11) 및 제 2 배관 구간 (12) 으로부터 떨어져 있을 때, 제 1 배관 구간 (11) 및 제 2 배관 구간 (12) 은 히트 펌프 (21) 를 완전히 통과하게 라우팅되어야 한다. 수처리 시스템은 일반적으로 막 장치 및 이온 교환 장치와 같은 큰 압력 손실을 가지는 많은 장치들을 포함하기 때문에 수처리 시스템이 압력 손실을 제한하는 것은 중요하다. 도 2 에 나타낸 실시예에서, 수처리 시스템의 압력 손실은, 최단 라인 길이로 제 1 배관 구간 (11) 에 의해 제 1 장치 (1) 를 제 2 장치 (2) 와 연결함으로써, 최단 라인 길이로 제 2 배관 구간 (12) 에 의해 제 3 장치 (3) 를 제 4 장치 (4) 와 연결함으로써, 적은 압력 손실을 가지는 중간 루프 (15) 에 의해 제 1 배관 구간 (11) 과 히트 펌프 (21) 를 연결함으로써, 적은 압력 손실을 가지는 중간 루프 (16) 에 의해 제 2 배관 구간 (12) 과 히트 펌프 (21) 를 연결함으로써 제한될 수 있다. 이 장점은, 히트 펌프 (21) 가 제 1 배관 구간 (11) 및 제 2 배관 구간 (12) 으로부터 떨어져 있을 때 특히 커진다. 도시되지는 않았지만, 단지 제 1 중간 루프 (15) 또는 제 2 중간 루프 (16) 중 어느 하나가 제공될 수도 있고, 또는 필요할 때, 각각의 중간 루프 (15, 16) 가 이중 또는 삼중 루프로 구성될 수도 있다. 중간 루프를 위해 사용되는 매체는 제한되지 않고 고부식성 유체 또는 쉽게 스케일을 발생시키는 유체를 사용할 필요가 없다. CO2 로 채워진 중간 루프 (15, 16) 는 물로 채워졌을 때보다 더욱 효율적으로 열을 운반할 수 있다.
도 3 및 도 4 는, 열이 복수의 부분으로부터 흡수되거나 복수의 부분으로 배출되는 수처리 시스템의 실시형태들을 나타낸다. 도 3 을 참조하면, 수처리 시스템은 서로 인접한 제 5 장치 (5) 와 제 6 장치 (6) 및 이 장치들을 연결하는 제 3 배관 구간 (13; 열 흡수 배관 구간) 을 포함한다. 유체는 이 장치들과 배관 구간을 통과한다. 수처리 시스템은 제 1 배관 구간 (11) 과 제 3 배관 구간 (13) 으로부터 열을 흡수하는 제 1 중간 루프 (15) 를 포함한다. 도 4 를 참조하면, 수처리 시스템은, 전술한 것 이외에, 서로 인접한 제 7 장치 (7) 와 제 8 장치 (8) 및 이 장치들을 연결하는 제 4 배관 구간 (14; 열 배출 배관 구간) 을 포함한다. 유체는 이 장치들과 배관 구간을 통과한다. 수처리 시스템은 제 2 배관 구간 (12) 및 제 4 배관 구간 (14) 으로 열을 배출하는 제 2 중간 루프 (16) 를 포함한다.
이 실시형태들에 나타난 것처럼, 열 전달을 위한 배관 구간은 열 흡수측과 배출측 양자에서 단일 구간에 제한되지 않고, 복수의 구간이 제공될 수도 있다. 즉, 하나의 열 흡수 배관 구간과 하나의 열 배출 배관 구간의 조합, 하나의 열 흡수 배관 구간과 복수의 열 배출 배관 구간들의 조합, 복수의 열 흡수 배관 구간들과 하나의 열 배출 배관 구간의 조합, 및 복수의 열 흡수 배관 구간들과 복수의 열 배출 배관 구간들의 조합이 가능하다. 복수의 배관 구간들이 중간 루프들을 통하여 하나의 히트 펌프 (21) 에 연결되기 때문에 히트 펌프의 개수는 감소될 수 있다. 복수의 중간 루프들과 복수의 히트 펌프들은, 각각의 열 흡수 배관 구간과 배출 배관 구간에 의해 전달된 열의 양 또는 위치 관계에 따라, 수처리 시스템에 또한 제공될 수 있다.
일반적으로, 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 (냉각된) 열에 대응하는 필요한 압축기 용량 (Cc), 및 열 배출 배관 구간으로 배출된 (가열된) 열에 대응하는 필요한 압축기 용량 (CH) 은 동일하지 않고, 히트 펌프 (21) 의 압축기 용량은 그것이 상기 필요한 압축기 용량 중 어느 하나에 대응하도록 결정된다. 구체적으로, 다음 4 가지 패턴들이 고려된다.
(패턴 1) CH > Cc: 압축기 용량은 열 배출 (가열) 에 따라 CH 로 설정된다. 이 경우에, 열 흡수 배관 구간으로부터 열이 과도하게 흡수 (냉각) 되기 때문에 열 흡수 배관 구간은 가열된다. 대안적으로, 열의 일부를 열 흡수 배관 구간으로부터 빼앗고 나머지는 시스템의 외부로부터 빼앗아 (예컨대, 열은 주위 공기로부터 빼앗고 공기는 냉각되어) 열 흡수 배관 구간으로부터 과도한 열 흡수 (냉각) 가 방지된다. 환언하면, 과도한 냉각 에너지가 시스템의 외부로 방출된다.
(패턴 2) CH > Cc: 압축기 용량은 열 흡수 (냉각) 에 따라 Cc 로 설정된다. 이 경우에, 열 배출 배관 구간으로 열이 불충분하게 배출 (가열) 되기 때문에 열 배출 배관 구간은 부가적으로 가열된다.
(패턴 3) CH < Cc: 압축기 용량은 열 배출 (가열) 에 따라 CH 로 설정된다. 이 경우에, 열 흡수 배관 구간으로부터 열이 불충분하게 흡수 (냉각) 되기 때문에 열은 열 흡수 배관 구간으로부터 부가적으로 흡수된다.
(패턴 4) CH < Cc: 압축기 용량은 열 흡수 (냉각) 에 따라 Cc 로 설정된다. 이 경우에, 열 배출 배관 구간으로 열이 과도하게 배출 (가열) 되기 때문에 열 배출 배관 구간으로부터 열이 흡수된다. 대안적으로, 열 배출 배관 구간으로 과도한 열 배출 (가열) 이 방지되도록 열의 일부는 열 배출 배관 구간으로 배출되고 나머지는 시스템의 외부로 배출된다 (예컨대, 열은 주위 공기로 제공되고 공기는 가열된다). 환언하면, 과도한 가열 에너지는 시스템의 외부로 방출된다.
전술한 대로, 어느 패턴이 선택되는지에 관계없이, 열 흡수 배관 구간 또는 열 배출 배관 구간 중 어느 하나로부터 열을 흡수하거나 어느 하나로 열을 배출하고 또는 수처리 시스템의 외부로부터 또는 외부로 열을 전달하는 것이 필요하다. 이 패턴들 중에서, 열 배출 배관 구간으로 열이 불충분하게 배출 (가열) 되는 패턴 2, 및 열 흡수 배관 구간으로부터 열이 과도하게 흡수 (냉각) 되는 패턴 1 이 예로서 도 5 및 도 6 을 참조하여 설명될 것이다.
도 5 에 나타낸 실시예에서, 제 2 배관 구간 (12) 을 가열하기 위한 제 2 히트 펌프 (27) 는 히트 펌프 (21) 로부터 제 2 배관 구간 (12) 으로 열 배출 (가열) 의 부족을 보상하도록 제공된다. 제 2 히트 펌프 (27) 는 히트 펌프 (21) 와 동일한 기본 구성을 가지지만, 압축기 용량은 열 배출에 따라 적절히 결정된다. 제 2 히트 펌프 (27) 는 이 실시예에서 가열기로서 사용된다. 히트 펌프 (21) 는 제 1 배관 구간 (11) 으로부터 열 (QC1) 을 빼앗고 제 2 배관 구간 (12) 에 열 (QH1) 을 배출한다. 열 (QC1) 은 압축기 용량 (Cc) 과 열 흡수에 대한 성능 계수 (COPc) 의 곱이다. 열 (QH1) 은 압축기의 압축 일 (W) 과 열 (QC1) 의 합계이다. 따라서, QC1 = Cc x COPc, QH1 = QC1 + W 이고 열 배출에 대한 성능 계수는 COPH = QH1/W = QC1/W + 1 = COPc + 1 이다. 이것은, 열 (QH1) 이 원칙적으로 압축기의 압축 일 (W) 만큼 열 (QC1) 보다 크고 COPH 는 COPc 보다 1 만큼 크다. 제 2 히트 펌프 (27) 는 제 2 배관 (12) 으로 열 (Q2) 을 공급하고, 열 (Q2) 은 제 2 배관 (12) 에 제공된 열 (QH1) 과 열 (QC1) 사이의 차이이다. 히트 펌프 (27) 는 열 흡수측에서 수처리 시스템에 연결되지 않기 때문에 열 (Q2) 을 대기로부터 빼앗는다 (대기는 냉각됨).
도 6 에 나타낸 실시예에서, 히트 펌프 (21) 는 제 1 배관 구간 (11) 으로부터 히트 펌프 (21) 의 과도한 열 흡수를 보상하기 위해서 물 열교환부 (21a) 와 공기 열교환부 (21b) 를 포함한다. 히트 펌프 (21) 는 제 1 배관 구간 (11) (내부로 통과하는 물) 으로부터 열 (QC1) 을 빼앗고 물 열교환부 (21a) 에서 제 2 배관 구간 (12) 으로 열 (QH1) 을 배출한다. 제 2 배관 구간 (12) 으로 공급되는 열 (QH1) 은 필요한 열과 동일하다. 공기 열교환부 (21b) 는 열 (QC1) 과 제 1 배관 구간 (11) 으로부터 빼앗은 열 사이의 차이의 열 (Q2) 을 주위 공기로부터 빼앗고 그 열을 제 2 배관 구간 (12) 으로 공급한다. 환언하면, 히트 펌프 (21) 는 제 1 배관 구간 (11) 과 대기 양자로부터 열을 뺏는다. 이 실시형태는, 제 2 히트 펌프 (27) 가 필요하지 않기 때문에, 비용면에서 도 5 에 나타낸 실시형태보다 보통 더 유리하다.
히트 펌프 (21) 는 증기 압축형뿐만 아니라 또한 펠티어형일 수도 있다. 도 7 은 펠티어형 히트 펌프 (21') 를 사용한 실시예를 보여준다. 도 1 에 나타낸 증기 압축형 히트 펌프 (21) 가 펠티어형 히트 펌프 (21') 로 대체된 것을 제외하고는 도 7 은 도 1 과 동일하다. 그러므로, 히트 펌프 (21') 이외의 다른 요소들에 대해 전술한 설명이 참조된다. 펠티어형 히트 펌프 (21') 는 소위 펠티어 소자의 원리를 이용한 히트 펌프이다. P 형 반도체 (29) 및 n 형 반도체 (30) 는 기판 (34, 35) 에 배치되고 전극 (33) 을 통하여 직렬로 연결된다. 전류가 pn 접합부로 공급될 때, 전류 방향으로 보았을 때 n 형 다음에 p 형이 뒤따르는 접합부 (31) 에서 열 흡수 현상이 발생하고, 열 배출 현상은 p 형 다음에 n 형이 뒤따르는 접합부 (32) 에서 발생한다. n 형 다음에 p 형이 뒤따르는 접합부들 (31) 이 제 1 배관 구간 (11) 을 마주보고, p 형 다음에 n 형이 뒤따르는 접합부들 (32) 들이 제 2 배관 구간 (12) 을 마주보도록 P 형 반도체들 (29) 및 n 형 반도체들 (30) 이 배치된다. 비록 도 7 은 3 개의 p 형 반도체들 (29) 및 3 개의 n 형 반도체들 (30) 을 나타내지만, 더 많은 수의 p 형 및 n 형 반도체들이 교번 배치될 수도 있다. 펠티어형 히트 펌프 (21') 는 기계적으로 작동하는 부분을 가지지 않는 단순한 구조를 가지고, 이것은 만족스러운 정숙성 (silence) 을 이끈다. 펠티어형 히트 펌프 (21') 는 콤팩트한 히트 펌프로서 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 비록 도시되지는 않았지만, 화학형, 흡수형 또는 흡착형 히트 펌프가 또한 사용될 수도 있다. 예를 들어, 화학형 히트 펌프는 염화칼슘 또는 산화칼슘과 같은 수화물로 채워진 반응 챔버, 및 연통 배관을 통하여 반응 챔버에 연결된 응축 챔버를 포함한다. 제 1 배관 구간 (11) 은 반응 챔버에 인접하여 위치하고 제 2 배관 구간 (12) 은 응축 챔버에 인접하여 위치한다. 염화칼슘과 같은 반응 챔버에 채워진 수화물은 제 1 배관 구간 (11) 으로부터 열을 흡수한다. 그 후, 수화물의 물 분자들은 수화물로부터 증기로 분리되고 응축 챔버로 이동한다. 응축 챔버로 이동한 증기는 액체로 응축되고 인접한 제 2 배관 구간 (12) 으로 열을 배출한다.
다음에, 전술한 히트 펌프 (21) 가 적용되는 구체적인 수처리 예시들이 설명될 것이다. 본 발명이 적용되는 수처리 시스템은 순수 물 제조 장치, 폐수 처리 장치 및 폐수 회수 (collection) 장치와 같은 다양한 장치들 (유닛들) 로 이루어질 수도 있다. 이 장치들의 구성은 순수 물로서 필요한 수질과 원수 또는 폐수의 수질에 의해 좌우되고 다음 설명은 단지 예시라는 것을 유념해야 한다. 도 8a 내지 도 10b 에 나타낸 실시예들은 본 발명의 모든 실시형태들의 수처리 시스템들과 조합될 수도 있다.
도 8a 는 수처리 시스템에서 초순수 물 제조 장치의 개략적 구성의 실시예를 보여준다. 원수의 온도는 그것이 위치와 계절에 좌우될지라도 15 ℃ 로 가정된다. 순수 물은, 현탁 물질을 제거하기 위해서 정제 필름 (108) 을 통하여 원수를 공급한 후 그것을 활성탄 타워 (109) 를 통하여 공급한 후 그것을 가열 지점 (101) 에서 가열한 후 그것을 RO 막 장치 (110) 로 공급함으로써 제조된다. RO 막 장치 (110) 에 사용되는 역삼투막의 표준 설계 온도가 25 ℃ 이기 때문에 가열 프로세스가 수행된다. 25 ℃ 의 표준 설계 온도는 유량 보장, 스케일 부착 방지 등을 위한 목적으로 설정된다. RO 막 장치 (110) 의 출구에서 수온은 약 25 ℃ 내지 25 ℃ 보다 약간 낮은 약 23 ℃ 사이에 있는 것이 바람직하다. 원수 온도에 따라 가열 단계는 필요하지 않다. RO 막 장치 (110) 로부터 유출되는 원수는, 이온 성분이 제거되는 이온 교환 장치 (111) 로 공급된 후, 일차 순수 물 탱크 (112) 에 저장된다. 이온 교환 장치 (111) 는 이온 교환 장치 (111) 에서 사용된 수지를 재생하도록 약액 공급 라인을 구비한다. 알칼리 약액 용액이 가열 지점 (127) 에서 가열되고 이온 교환 장치 (111) 로 공급된다. 알칼리 약액 용액의 폐액은 냉각 지점 (128) 에서 냉각된 후 중화 탱크 (113) 에서 산성 폐액으로 중화된다. 필요하다면 폐액은 중화 이후 중화 탱크 (113) 에서 추가 냉각된다.
일차 순수 물 탱크 (112) 에 저장된 순수 물은 자외선 산화 장치 (114), 카트리지 폴리셔 장치 (115; 혼합층 이온 교환 수지로 채워진 비재생 이온 교환 유닛) 및 초여과막 (ultrafiltration membrane; UF 막) 장치 (116) 를 통하여 공급되고 각각의 사용 지점 (117) 에서 사용된다. 물이 추가로 순환하도록 사용되지 않는 순수 물은 순환 루프 (118) 를 통하여 일차 순수 물 탱크 (112) 에 회수된다. 이 프로세스에서, 순환하는 순수 물의 온도는 미도시된 펌프 등으로부터 열의 유입으로 인해 증가하고 따라서 순수 물은 사용 지점 (117) 에서 온도 요구에 따라 냉각된다. 실시형태에서, 냉각 지점 (119) 은 자외선 산화 장치 (114) 의 입구에 제공된다. 자외선 산화 장치 (114) 의 입구에서 수온은 바람직하게 약 20 ~ 30 ℃ 로 조절된다. 한편, 약 60 ~ 80 ℃ 의 고온 초순수 물이 사용 목적에 따라 또한 필요할 수도 있다. 실시형태에서, 고온 초순수 물 공급 라인 (120) 은 순수 물 탱크 (112) 로부터 분기한다. 물은 가열 지점 (121) 에서 보다 높은 온도로 가열된 후 자외선 산화 장치 (122), 카트리지 폴리셔 장치 (123) 및 초여과막 장치 (124) 를 통하여 사용 지점 (125) 으로 공급된다. 사용되지 않은 고온 초순수 물은 일차 순수 물 탱크 (112) 로 복귀하기 전 냉각 지점 (126) 에서 냉각된다. 카트리지 폴리셔 장치 (123) 에서 이온 교환 수지는 고온에 약하기 때문에 가열 지점 (121) 대신에 가열 지점 (121') 이 바람직하게 카트리지 폴리셔 장치 (123) 와 초여과막 장치 (124) 사이에 제공될 수도 있다.
도 8b 내지 도 8e 는 다양한 폐수 처리 장치들의 실시예들을 보여준다. 폐수는 수처리 시스템 내 또는 외부에서 발생될 수도 있다. 처리된 폐수는 수처리 시스템의 외부로 직접 배출될 수도 있고, 또는 도 8a 에 나타낸 초순수 물 제조 장치에서 재사용될 수도 있다 (도면에서 별표 * 로 표시).
도 8b 는 폐수의 혐기성 처리 및 호기성 처리의 프로세스를 보여준다. 혐기성 처리 및 호기성 처리는 각각 혐기성 미생물 및 호기성 미생물을 사용한다. 혐기성 처리 (메탄 발효) 를 위한 최적 온도가 비교적 높고, 즉 (중온 발효를 위해) 36 ~ 38 ℃ 이고 (고온 발효를 위해) 53 ~ 55 ℃ 이므로 실시예에서 예열이 필요하다. 30 ~ 35 ℃ 의 온도 범위는 또한 중온 발효에도 가능하다. 한편, 호기성 처리를 위한 적정 온도는 약 30 ℃ 이기 때문에 혐기성 처리를 거친 폐수는 냉각되어야 한다. 도 8c 는, 단지 호기성 처리만 수행되는 실시예를 보여준다. 폐수는 호기성 처리를 위한 최적 온도인 약 20 ~ 30 ℃ 로 가열된다.
도 8d 는 폐수의 스트립핑 처리 프로세스를 보여준다. 스트립핑 처리는 폐수로부터 유리 암모니아를 스트립핑하기 위해서 유리 암모니아로 스팀 또는 공기를 주입한다. 폐수는 바람직하게 프로세스에서 비교적 고온으로 공급되기 때문에 가열 지점은 스트립핑 장치의 입구에 제공된다. pH 가 더 높아짐에 따라 암모니아 스트립핑 프로세스는 더욱 효율적으로 되고, 최적 온도는 약 20 ~ 35 ℃ 이다.
혐기성 처리 후, 호기성 처리와 스트립핑 프로세스가 종료되고, 폐수는 온도 조절을 필요로 하지 않는다. 하지만, 다른 가열 지점에서 필요한 열을 얻기 위해서 필요하다면 처리된 폐수로부터 열을 흡수할 수도 있다. 따라서, 냉각 지점들로부터 열을 흡수할 수 있음을 의미하는, 냉각 지점들이 이 장치들의 출구들에 제공된다. 하지만, 이 지점들은 필요하다면 히트 펌프에 의해 흡수되는 열을 위한 히트 싱크로서 사용될 수도 있다.
도 8e 는 초순수 물이 사용되는 시스템으로부터 회수되는 폐수의 처리 시스템을 나타낸다. 사용될 수 있는 폐수는 반도체 제조시 웨이퍼를 린싱 (rinsing) 하는데 사용되는 순수 물과 같은 비교적 깨끗한 물을 포함한다. 폐수는 과산화수소와 혼합된 후 자외선 산화 장치 (101) 로 공급되고, 여기에서 폐수 중 TOC (총 유기 탄소) 성분들이 주로 제거된다. 그 후, 폐수는 냉각 지점 (102) 에서 냉각된다. 다음에, 유기물 또는 악취 성분은 활성탄 타워 (103) 에 의해 제거되고 폐수는 이온 교환 장치 (104) 로 공급된다. 폐수는 몇 시간 동안 자외선 산화 장치 (101) 에 체류할 수도 있고 온도가 상당히 상승할 수도 있다. 따라서, 냉각 지점 (102) 은 자외선 산화 장치 (101) 의 출구에 제공된다.
도 9 는, 모두 위에서 설명한, 도 8a 에 나타낸 초순수 물 제조 장치 및 도 8e 에 나타낸 폐수 처리 시스템으로부터 구성된 수처리 시스템의 실시예를 나타낸다. 각 요소에 대한 전술한 설명이 참조된다.
도 10a 및 도 10b 는 수처리 시스템의 유지보수 중 수행되는 온수 살균 프로세스를 보여준다. 도시된 시스템의 실시예에서, 처리된 물은 연화되고 (Ca 이온 및 Mg 이온이 제거되고) 활성탄에 의해 원수로 처리된다. 그 후, 원수는 RO 막 장치 및 이온 교환 장치 (전기 탈이온수 제조 장치 (EDI)) 를 통하여 공급된다. 그 후, 물은 여과 처리 및 자외선 산화를 부여받는다. 도 10a 에 도시된 실시예에서, 활성탄과 RO 막은 온수에 의해 살균된다. 온수 공급원으로부터 파선으로 표시된 루트를 따라 온수가 공급되고 RO 막 장치와 활성탄 타워가 온수에 의해 살균되도록 평상시 라인으로부터 격리되어 있는 온수 공급원이 라인에 연결된다. 프로세스가 종료된 후, 온수는 냉각되어 배출된다. 도 10b 에 도시된 실시예에서, EDI, 필터 및 자외선 산화 장치는 온수에 의해 살균된다. 온수가 온수 공급원으로부터 파선으로 표시된 루트를 따라 공급되고 EDI 가 온수에 의해 살균되도록 평상시 라인으로부터 격리되어 있는 온수 공급원 (가열을 위한 열교환기) 이 라인에 연결된다. 프로세스가 종료된 후, 온수는 냉각되어 배출된다. 고온으로 수행되는 온수 살균 후 발생된 분출수 (냉각을 위해 열교환기로 유입되는 물) 는 히트 펌프를 위한 열원으로서 사용될 수 있다.
도 8a 내지 도 10b 에서, 열 배출 배관 구간들 및 열 흡수 배관 구간들은 굵은 선으로 표시된다. 하지만, 전술한 대로 정상 작동 및 유지보수 모두에서 수처리 시스템에 다양한 열 배출 배관 구간들 및 다양한 열 흡수 배관 구간들이 존재하는 것에 유념해야 한다.
그 다음, 예로서 제 1 실시형태에 따른 수처리 시스템이 더 상세히 설명될 것이다. 도 11a 내지 도 11c 는 도 9 에서 잘라낸 부분 (A) 을 나타낸 개략도이다. 도 11a 에서, 종래 기술에 의하면 열 배출 배관 구간 및 열 흡수 배관 구간은 다른 장치들 (예컨대, 열교환기들) 에 의해 가열 및 냉각된다. 하기 설명에서, 열 배출 흡수 배관 구간에서 유동하는 유체의 유량은 100 t/h (시간당 톤) 로 가정되고; 가열 전 수온은 288 K 로 가정되고; 가열 후 온도는 298 K 로 가정된다. 열 흡수 배관 구간에서 유동하는 유체의 유량은 100 t/h (시간당 톤) 로 가정되고; 냉각 전 수온은 303 K 로 가정되고; 냉각 후 온도는 298 K 로 가정된다. 물의 비열은 4.2 J/g·K 로 가정된다.
필요한 에너지는 위의 조건하에서 다음과 같이 계산된다; 열 배출 배관 구간에서 필요한 에너지는 약 1.17 x 103 ㎾ 이고; 열 흡수 배관 구간에서 필요한 에너지는 약 5.8 x 102 ㎾ 이고; 필요한 총 에너지는 약 1.8 x 103 ㎾ 이다.
도 5 및 도 6 에 각각 대응하는 도 11b 및 도 11c 에서, 실시형태에 따르면, 각각, 열은 히트 펌프에 의해 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수되고 열은 히트 펌프에 의해 열 배출 배관 구간으로 배출된다. 도 11b 에서, 히트 펌프 (21; 도면에서 HP1 로 표시) 의 압축기 용량은 열 흡수측에서 필요한 열 제거를 토대로 결정되고, 열 배출측에서 열 부족은 제 2 히트 펌프 (27; 도면에서 HP2 로 표시) 에 의해 보상된다. 도 11c 에서, 압축기 (21) 의 용량은 열 배출측에서 제거되어야 하는 열을 토대로 결정되고, 열의 일부는 열 흡수측에서 대기로부터 흡수된다. 15 ℃ ~ 25 ℃ 의 수온 범위에 대해 히트 펌프들 (21, 27) 의 성능 계수는 가열에 대해 5, 냉각에 대해 4 로 가정된다.
도 11b (실시예 1) 에서, 열 흡수측에서 필요한 약 5.8 x 102 ㎾ 의 열을 제거하는데 약 1.46 x 102 ㎾ 의 압축기 용량이 필요하다. 이 압축기 용량은 약 7.3 x 102 ㎾ 의 열이 열 배출측에서 배출되도록 허용한다. 실제로 열 배출측에서 필요한 약 1.17 x 103 ㎾ 의 열 배출과의 차이 (약 4.4. x 102 ㎾) 는 제 2 히트 펌프 (27) 에 의해 보상된다. 제 2 히트 펌프에 필요한 압축기 용량은 약 0.88 x 102 ㎾ 이고, 따라서 전체 약 2.3 x 102 ㎾ 의 전기 에너지가 필요하다. 이것은 도 11a 에 나타낸 비교예 (종래 기술의 예) 의 전기 에너지의 1/7 이다.
유사하게, 도 11c (실시예 2) 에서, 열 배출측에서 필요한 약 2.3 x 102 ㎾ 의 열을 제거하는데 약 1.17 x 103 ㎾ 의 압축기 용량이 필요하다. 이 압축기 용량은 열 흡수측에서 필요한 약 5.8 x 102 ㎾ 이상의 열을 제거하고, 과잉 열은 대기를 냉각하는데 사용된다. 따라서, 약 2.3 x 102 ㎾ 의 전기 에너지가 필요한데, 이것은 도 11b 에서 전기 에너지와 동일하다.
기준예에서, 도 11a 의 경우에 가열 및 냉각 양자를 위해 히트 펌프가 사용된다. 가열을 위해 필요한 약 1.17 x 103 ㎾ 의 열 및 냉각을 위해 필요한 약 5.8 x 102 ㎾ 의 열 제거는 다른 히트 펌프들에 의해 제공된다. 히트 펌프의 필요한 압축기 용량은 가열을 위해 약 2.3 x 102 ㎾ 이고 냉각을 위해 약 1.5 x 102 ㎾ 이어서, 전체 약 3.8 x 102 ㎾ 의 전기 에너지가 필요하다. 기준예는 비교예보다 더욱 유리하지만, 에너지 소모는 실시형태보다 60 % 만큼 더 많다. 표 1 에 결과를 요약한다.
(제 2 실시형태)
종래에는, 고온상 (응축) 과 저온상 (증발) 사이에 큰 온도 차이가 존재하도록 히트 펌프의 열 사이클이 일반적으로 설계된다. 이것은, 물을 가열하기 위한 종래의 히트 펌프가 보일러의 대체물이어서 보일러가 수행하는 것처럼 고온 물을 공급하도록 설계되기 때문이다.
일반적으로, 하지만, 수처리 시스템에서 유동하는 물은 전형적으로 실온 부근에서 유지되고, 따라서 물은 극단적인 고온 또는 저온이 아니다. 물이 가열될 때, 물은 전형적으로 20 ~ 35 ℃ 로 제어된다.
또한, 냉매의 큰 온도 차이는 압축기의 압축 일을 증가시킬 필요가 있는데, 이것은 직접적으로 작동 비용 증가를 유발한다. 냉매의 큰 온도 차이는 또한 히트 펌프의 내부로부터 큰 방열 (heat dissipation) 손실을 초래한다. 따라서, 냉매의 온도 차이는 요구 조건 내에서 최소화되는 것이 바람직하다.
제 2 실시형태는, 이와 같은 과제를 감안하여, 에너지 효율이 높고, 안정적인 온도 제어가 가능한 수처리 시스템 및 수처리 방법을 제공한다.
본 실시형태에서는, 히트 펌프 (21) 로서 증기 압축형 히트 펌프를 이용하고 있다. 본 실시형태에서는, 도 1 내지 도 6 에 나타낸 제 1 실시형태의 각 실시예에 있어서, 히트 펌프 (21) 의 출구에서 제 2 배관 구간 (12; 열 배출 배관 구간) 의 온도 및 히트 펌프 (21) 의 입구에서 제 1 배관 구간 (11; 열 흡수 배관 구간) 의 온도가 전술한 온도 범위 내에서 제어된다. 즉, 본 실시형태에서는, 제 2 배관 구간 (12) 의 수온은 히트 펌프의 출구에서 (보다 일반적으로는, 제 2 배관 구간의 부분과 증기 압축형 히트 펌프 사이에서 열 전달이 발생하는 제 2 배관 구간 (12) 의 부분 (131) 의 출구에서) 20 ~ 35 ℃ 로 제어된다. 이와 같은 온도 조건하에서 히트 펌프를 작동시키면, 에너지 효율이 비약적으로 높아진다.
도 12 는 증기 압축형 히트 펌프의 열 사이클을 나타낸 몰리에르 선도이다. 전술한 대로, 증기 압축형 히트 펌프 내부를 순환하는 냉매는 증발, 압축, 응축, 팽창으로 이루어진 열 사이클을 부여받는다. 구체적으로는, 냉매는 지점 (A) 과 지점 (B) 사이의 구간에서 냉매보다 높은 온도를 가지는 유체와 열교환하고 (냉매는 가열되고 고온의 유체는 냉각됨) 증발한다. 지점 (B) 과 지점 (C) 사이의 구간에서는 냉매가 압축기에 의해 압축되어서 온도 및 압력이 상승한다. 지점 (C) 과 지점 (D) 사이의 구간에서는, 냉매는 냉매보다 낮은 온도를 가지는 유체와 열교환하고 (냉매는 냉각되고 저온의 유체는 가열됨) 응축된다. 지점 (D) 과 지점 (A) 사이의 구간에서는, 냉매가 팽창 밸브를 통과하여서 냉매는 팽창 및 감압된다. 냉매는, 지점 (A) 과 지점 (B) 사이의 구간에서는 외부의 유체로부터 열 (QC) 을 빼앗고 (냉각 단계), 지점 (B) 과 지점 (C) 사이의 구간에서는 압축기로부터 압축 일 (W) 을 부여받고, 지점 (C) 과 지점 (D) 사이의 구간에서는 외부의 유체에 열 (QH) 을 공급한다 (가열 단계). 가열시의 성능 계수는 QH/W 이고, 냉각시의 성능 계수는 QC/W 이다. 따라서, W 가 작아짐에 따라 성능 계수는 증가해, 에너지 효율이 커진다.
사이클 (ABCD) 은 응축 온도 (T2) 와 증발 온도 (T1) 에 대응한다. 한편, 사이클 (ABC'D') 은 종래 통상적이었던 것보다 높은 응축 온도 (T2') 에 대응 한다 (증발 온도 (T1) 는 동일). QH 는 QH' 로 증가하지만, 압축 일 (W) 도 W' 로 증가한다. 도면에서 분명히 알 수 있듯이 QH/W ≥ QH'/W' 이기 때문에, 응축 온도가 증가하면 가열시의 성능 계수가 저하한다. 유사하게, QC/W ≥ QC/W' 이기 때문에, 응축 온도가 증가하면 냉각시의 성능 계수가 저하한다.
이상과 같이, 성능 계수를 올리기 위해서, 효과적인 접근법은 응축 온도와 증발 온도 간 차이를 가능한 한 작게 하는 것이다. 그런데, 수처리 시스템에서는 물의 온도가 크게 변동하지 않고, 실온 부근의 온도로부터 기껏해야 수십 도의 범위 내에서 변동하는 것에 지나지 않는다. 따라서, 물의 목표 온도가 상온 부근으로 설정되도록 물의 온도를 제어함으로써, 냉매의 응축 온도와 증발 온도 간 차이를 제한할 수 있다. 수처리 시스템에 있어서 가열 지점 (예를 들어, RO 막 장치) 의 온도는 일반적으로 20 ~ 35 ℃ 의 범위 내에서 제어된다. 따라서, 특정 위치에서 수온을 대략 20 ~ 35 ℃ 로 조절함으로써, 응축 온도와 증발 온도 간 차이가 제한될 수 있고 에너지 효율이 높은 작동이 실현될 수 있다.
게다가, 물을 가열하거나 온수를 공급하기 위한 통상적인 증기 압축형 히트 펌프에서는, 열원이 물과 공기로 대별된다. 물의 경우, 열원은 보통 냉수이다. 공기의 경우, 열원은 보통 외부 공기이다. 물은 물론, 외부 공기에 함유된 수분도 0 ℃ 부근에서는 동결될 수도 있다. 이 때문에, 실제로 사용시, 증발 온도는 0 ℃ 보다 낮게 설정될 수 없고, 즉 선 AB 는 세로 축선 방향으로 하방으로 이동할 수 없게 된다. 한편, 선 CD (C'D') 의 위치는 압축기의 압축 일에 의해 정해진다. 증기 압축형 히트 펌프의 출구에서 제 2 배관 구간 (12) 의 수온을 종래의 값보다 낮게 설정함으로써, 응축 온도 (T2) 를 낮출 수가 있어, 그 결과 압축기의 압축 일은 감소될 수가 있다. 이로써, 성능 계수를 높일 수 있고, 보다 효율적인 작동이 실현될 수 있다.
히트 펌프 (21) 의 입구에서 (보다 일반적으로는, 제 1 배관 구간의 부분과 증기 압축형 히트 펌프 사이에 열 전달이 발생하는 제 1 배관 구간 (11) 의 부분 (132) 의 입구에서) 열 흡수 배관 구간 (11) 의 온도를 20 ~ 35 ℃ 로 설정함으로써 히트 펌프 (21) 의 응축 온도와 증발 온도 간 차이를 줄일 수 있고, 그리하여 에너지 효율을 한층 더 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 도 1 내지 도 6 에 나타낸 임의의 실시예에서, 제 2 배관 구간 (12 또는 14) 의 온도가 제어될 때, 부분 (131) 과 증기 압축형 히트 펌프 사이에서 열 전달이 발생하는 제 2 배관 구간 (12 또는 14) 의 부분 (131) 의 출구에서 수온이 20 ~ 35 ℃ 가 될 수도 있다.
종래에는, 중간 루프가 제공되는 경우에도, 중간 루프에 사용하는 매체의 온도가 보통 높기 때문에, 중간 루프에서 큰 열 손실이 발생한다. 그러나, 본 실시형태에서는, 증기 압축형 히트 펌프의 출구에서 온도가 저온, 즉 20 ~ 35 ℃ 이므로, 매체의 온도가 또한 제한될 수 있고 열 손실이 제한될 수 있다.
다음으로, 제 2 실시형태에 따른 수처리 시스템이, 예로서, 더 상세하게 설명될 것이다. 도 13 에 나타낸 바와 같이, 증기 압축형 히트 펌프의 출구에서 온도가 20 ~ 35 ℃ 가 되도록, 1.5 ㎾ 의 출력을 가지는 압축기를 구비한 증기 압축형 히트 펌프에 의해, 제 2 배관 구간 (12) 에서 유동하는 물이 가열되었다. 본 실시예에서는, 장치 (3, 4) 가 제공되지 않았고, 공기를 열원으로 하였다. 가열될 물의 온도는 히트 펌프의 입구에서 21 ℃ 이었고, 주위 공기의 온도는 23 ℃ 이었다. 가열될 물의 유량을 변화시킴으로써 히트 펌프의 출구에서 수온을 변화시켰다. 각각의 유량에 대해 출구측 수온, 에너지 소모, 및 성능 계수 (COP) 가 하기처럼 요약된다.
종래의 히트 펌프에서는, 가열될 물의 온도가 보통 히트 펌프의 출구에서 높게 설정된다. 한편, 가열될 물의 온도가 히트 펌프의 출구에서 낮을 때 COP 가 크게 개선된다. 20 ~ 35 ℃ 의 온도 범위에서는 상당히 높은 COP 를 얻었다. 이것은 응축 온도와 증발 온도 간 차이가 작기 때문에 가능하다.
(제 3 실시형태)
종래부터, 수처리 시스템에서 유동하는 처리될 물의 온도를 조절하기 위해서, 냉각 타워 또는 보일러와 같은 장치들이 통상적으로 제공된다. 예를 들어, 가열을 위해서 보일러를 사용할 때, 보일러에 공급된 열은 가열될 부분보다 높은 온도를 가지는 온수 또는 스팀을 생성하고, 열 매체인 온수 또는 스팀의 열은 가열될 부분으로 제공된다. 냉각을 위해서 냉각 타워를 사용할 때, 냉각될 부분보다 낮은 온도를 가지는 냉수가 생성되고 냉각될 부분으로부터 열을 빼앗는다.
수처리 시스템의 경우, 많은 부분들의 온도는 실온 부근으로 유지되도록 제어되고, 예를 들어 보일러에 의해 발생되는 온수나 스팀의 온도는 수처리 시스템 내의 수온보다 훨씬 높다. 결과적으로, 온수나 스팀을 배관을 통하여 운반하는 동안, 큰 방열 손실이 생길 가능성이 있다.
히트 펌프는, 보일러와 달리, 열 매체를 극도로 높은 온도까지 가열할 필요가 없기 때문에, 수처리 시스템에서의 온도 조절 수단으로서 유리하다. 히트 펌프는 보일러 등보다 에너지 효율이 높고, 전력 소모를 제한하기에 더 용이하다. 하지만, 수처리 시스템 내의 수온은, 주야간의 온도 변화와 같은 여러 가지 요인들에 의해 변동한다. 한편, 수처리 시스템 내의 다양한 장치는 최적의 수온 범위 내에서 작동하도록 구성되고, 온도 조건의 변동은 히트 펌프에 의해 적절히 관리되어야 한다. 사용 지점에서 필요한 온도 범위도, 사용 용도에 따라 엄격하게 관리된다. 히트 펌프에 과다한 용량 (압축기 용량) 을 제공하면 온도 조건의 변동에 의한 영향을 줄일 수도 있지만, 비용에 큰 영향을 미친다.
제 3 내지 제 6 실시형태는, 히트 펌프 용량의 증가를 쉽게 제한할 수 있는 수처리 시스템 및 이것을 사용한 수처리 방법을 제공한다.
도 14a 를 참조하면, 수처리 시스템 (201a) 은, 서로 인접하는 장치 (D1) 와 장치 (D2) 를 연결하는 제 1 배관 구간 (202; 열 흡수 배관 구간), 제 1 배관 구간 (202) 의 일부와 열적으로 연결된 히트 펌프 (203), 제 1 열 저장 수단 (204) 및 제 1 바이패스 라인 (205) 을 포함한다. 제 1 배관 구간 (202) 은 수처리 시스템에서 냉각이 필요한 임의의 배관 구간일 수도 있다. 제 1 배관 구간 (202) 은 전형적으로 물이 내부에서 유동할 수 있도록 구성되지만, 물 이외의 액체 또는 기체를 포함하는 임의의 유체가 내부에서 유동할 수 있도록 구성될 수도 있다.
수처리 시스템 (201a) 은 서로 인접하는 장치 (D3) 와 장치 (D4) 를 연결하는 제 2 배관 구간 (222; 열 배출 배관 구간), 제 2 열 저장 수단 (224), 및 제 2 바이패스 라인 (225) 을 추가로 포함한다. 제 2 배관 구간 (222) 도 물을 내부에서 유동시킬 수 있도록 구성된다. 히트 펌프 (203) 는, 제 1 배관 구간 (202) 의 연결 지점 (206) 에서 제 1 배관 구간 (202) 과 열적으로 연결되어서 제 1 배관 구간 (202) 내부를 유동하는 물과 열 전달이 가능하다. 히트 펌프 (203) 는 또한 연결 지점 (226) 에서 제 2 배관 구간 (222) 의 일부와 열적으로 연결되어 제 2 배관 구간 (222) 내부를 유동하는 물과 열 전달이 가능하다. 결과적으로, 제 1 배관 구간 (202) 과 제 2 배관 구간 (222) 사이의 열 전달은 히트 펌프 (203) 를 통하여 가능하다.
본 실시형태에서는 히트 펌프 (203) 로서 증기 압축형이 이용된다. 도 14b 는 도 14a 에 나타낸 히트 펌프 (203) 의 부분 상세도이다. 히트 펌프 (203) 는 R410A 로 나타낸 암모니아, 이산화탄소, 클로로플루오르카본 및 하이드로클로로플루오르카본/하이드로플루오르카본과 같은 냉매를 증발시키는 증발기 (203a); 냉매를 압축하는 압축기 (203b); 냉매를 응축시키는 응축기 (203c); 및 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브 (203d) 를 포함한다. 이 요소들은 이 순서로 폐루프 (203e) 상에 배치된다. 냉매는, 폐루프 (203e) 내에서 순환하면서, 증발, 압축, 응축, 팽창으로 이루어진 열 사이클을 부여받는다. 증발기 (203a) 는 연결 지점 (206) 에서 제 1 배관 구간 (202) 으로 열적으로 연결되어서, 냉매가 증발할 때 발생되는 기화열에 의해, 제 1 배관 구간 (202) 에서 유동하는 물로부터 열 (QC) 을 빼앗는다. 증발한 냉매는 압축기 (203b) 에 의해 고온, 고압 기체상으로 압축된다. 그 후, 냉매는 응축기 (203c) 로 공급된다. 응축기 (203c) 는 연결 지점 (206) 에서 제 2 배관 구간 (222) 으로 열적으로 연결되어서 응축시에 방출된 응축열 (QH) 이 제 2 배관 구간 (222) 내에서 유동하는 물로 제공된다. 응축된 냉매는 팽창 밸브 (203d) 를 통하여 공급되고 팽창 밸브에서 냉매는 감압 및 냉각된다. 이런 식으로, 히트 펌프 (203) 의 1 사이클 작동 중, 제 1 배관 구간 (202) 은 냉각되고 제 2 배관 구간 (222) 은 가열된다.
증기 압축형 이외에, 펠티에형, 화학형, 흡수형 또는 흡착형 히트 펌프가 히트 펌프 (203) 로서 사용될 수도 있다.
제 1 열 저장 수단 (204) 이 히트 펌프 (203) 와 연결 지점 (206) 의 하류에서 제 1 배관 구간 (202) 에 위치하고 냉각된 물의 적어도 일부를 일시적으로 저장한다. 통상적인 탱크가 제 1 열 저장 수단 (204) 으로 사용될 수도 있다. 제 1 유량 조절 수단 (211) 이 제 1 열 저장 수단 (204) 의 하류에 제공된다. 통상적인 유량 조절 밸브가 제 1 유량 조절 수단 (211) 으로 사용될 수도 있다.
제 1 바이패스 라인 (205) 은 연결 지점 (206) 의 상류에서 제 1 배관 구간 (202) 으로부터 분기하고, 제 1 열 저장 수단 (204) 의 하류에서 제 1 배관 구간 (202) 으로 합류한다. 제 1 배관 구간 (202) 내에서 유동하는 물의 유량과 제 1 바이패스 라인 (205) 에서 유동하는 물의 유량의 비를 조절할 수 있도록 분기 지점에 3 방향 밸브 (208) 가 제공된다. 제 1 유량 조절 수단 (211) 대신에, 제 1 바이패스 라인 (205) 과 제 1 배관 구간 (202) 이 합류하는 지점에 3 방향 밸브가 제공될 수도 있다.
제 1 바이패스 라인 (205) 과 합류 지점의 하류에서 제 1 배관 구간 (202) 에 제 1 온도 센서 (209) 가 제공된다.
제 1 제어 유닛 (210) 은, 제 1 바이패스 라인 (205) 으로 유입되는 물의 유량을 제어하도록 제 1 온도 센서 (209) 에 의해 측정된 수온 (T2) 을 토대로 3 방향 밸브 (208) 의 개도를 조절하고, 제 1 열 저장 수단 (204) 으로부터 유출되는 물의 유량을 제어하도록 제 1 유량 조절 수단 (211) 을 조절한다.
제 2 열 저장 수단 (224) 은 히트 펌프 (203) 와 연결 지점 (226) 의 하류에서 제 2 배관 구간 (222) 에 위치하고 가열된 물의 적어도 일부를 일시적으로 저장한다. 제 1 열 저장 수단 (204) 과 유사하게, 제 2 열 저장 수단 (224) 으로 통상적인 탱크를 사용할 수도 있다. 제 2 열 저장 수단 (224) 의 하류에 제 2 유량 조절 수단 (231) 이 제공된다. 통상적인 유량 조절 밸브가 제 2 유량 조절 수단 (231) 으로 사용될 수도 있다.
제 2 바이패스 라인 (225) 은 연결 지점 (226) 의 상류에서 제 2 배관 구간 (222) 으로부터 분기하고, 제 2 열 저장 수단 (224) 의 하류에서 제 2 배관 구간 (222) 으로 합류한다. 제 2 배관 구간 (222) 내에서 유동하는 물의 유량과 제 2 바이패스 라인 (225) 내에서 유동하는 물의 유량의 비를 조절할 수 있도록 3 방향 밸브 (228) 가 분기 지점에 제공된다. 제 2 유량 조절 수단 (231) 대신에, 제 2 바이패스 라인 (225) 과 제 2 배관 구간 (222) 이 합류하는 지점에 3 방향 밸브가 제공될 수도 있다.
제 2 바이패스 라인 (225) 과 합류 지점의 하류에서 제 2 배관 구간 (222) 에 제 2 온도 센서 (229) 가 제공된다.
제 2 제어 유닛 (230) 은, 제 2 온도 센서 (229) 에 의해 측정된 수온 (T2') 을 토대로, 제 2 바이패스 라인 (225) 으로 유입되는 물의 유량과 제 2 열 저장 수단 (224) 으로부터 유출하는 물의 유량을 제어한다. 제 2 제어 유닛 (230) 은 제 1 제어 유닛 (210) 과 공통의 제어 유닛으로 구성될 수도 있다.
다음으로, 전술한 수처리 시스템 (201a) 의 작동에 대해 설명할 것이다. 간단한 예로서, 온도 (T1') 의 물이 일정한 유량으로 제 2 배관 구간 (222) 으로 유입된 후, 3 방향 밸브 (228) 에서 제 2 배관 구간 (222) 과 제 2 바이패스 라인 (225) 으로 분기한 후 합류해 온도 (T2') 의 온수로서 공급되는 것으로 가정된다. 온도 (T2') 는 일정한 목표 온도가 되도록 제어된다. 한편, 온도 (T1') 는 시간의 경과에 따라 변동하는 것으로 가정된다. 히트 펌프 (203) 에 의해 제공되는 열 공급 (QH) 은 일정한 것으로 가정된다. 수처리 시스템 (201a) 에서의 열교환 효율과 제 2 열 저장 수단 (224) 에서의 방열은 무시된다.
먼저, 초기 상태로서, 물이 미리 정해진 비율로 제 2 배관 구간 (222) 과 제 2 바이패스 라인 (225) 으로 유입되도록 3 방향 밸브 (228) 가 조절된다. 간단함을 위해, 제 2 바이패스 라인 (225) 으로 유입은 없는 것으로 가정된다. 제 2 열 저장 수단 (224) 의 제 2 유량 조절 수단 (231) 은 유량 조절을 수행하지 않는 상태, 즉 물의 전체 양이 제 2 열 저장 수단 (224) 을 통과하는 상태로 유지된다. 그 후, 온도 (T1') 로 물을 공급하도록 히트 펌프 (203) 가 기동되고, 제 2 온도 센서 (229) 에 의해 출구에서 수온 (T2') 이 연속적으로 측정된다.
온도 (T2') 가 목표 온도보다 높을 때, 다음과 같은 작동이 수행된다. 먼저, 물의 일부를 제 2 바이패스 라인 (225) 으로 유입시킬 수 있도록 3 방향 밸브 (228) 가 조절된다. 그러나 전술한 작동만으로는 온도 (T2') 가 변하지 않는데 왜냐하면 이 작동은 제 2 배관 구간 (222) 에서 유동하는 물의 온도를 상승시키지만, 물이 제 2 바이패스 라인 (225) 에서 유동하는 물과 합류한 후 수온은 온도 (T2') 로 복귀하기 때문이다. 그래서, 제 2 열 저장 수단 (224) 의 출구에 제공된 제 2 유량 조절 수단 (231) 에 의해 제 2 열 저장 수단 (224) 의 출구에서 유량이 감소된다. 그 후, 제 2 유량 조절 수단 (231) 을 통과한 물은 제 2 바이패스 라인 (225) 을 통과한 물과 혼합된다. 이 작동은 합류하는 물에 더 적은 열량을 부여하는 것과 동일한 효과를 제공하여, 온도 (T2') 가 목표 온도로 낮추어지도록 온도 (T2') 를 제어할 수 있다. 이 작동의 결과, 제 2 열 저장 수단 (224) 에는 온수, 즉 열이 저장된다.
다음으로, 온도 (T2') 가 목표 온도 미만으로 떨어지는 경우에 대해 설명될 것이다. 이 경우에는, 온도 (T2') 를 목표 온도로 유지하기 위해서 필요한 열이 부족하다. 따라서, 제 2 열 저장 수단 (224) 에 저장된 열 매체가 더 많은 유량으로 방출되도록 제 2 유량 조절 수단 (231) 이 제어된다. 작동 중 온도 (T2') 가 목표 온도를 회복했을 때, 그 상태가 유지된다. 온도 (T2') 가 목표 온도에 도달하지 않았을 때, 제 2 열 저장 수단 (224) 에 저장된 열 매체는 한층 더 많은 유량으로 방출된다. 제 2 열 저장 수단 (224) 의 저장량은 작동 중 감소될 수도 있다. 이것은, 제 2 열 저장 수단 (224) 에 저장된 열을 방출시켜, 열 부족을 보상하는 것을 의미한다. 이런 식으로, 히트 펌프 (203) 로부터의 열 공급 (QH) 이상의 열을 물에 제공할 수 있어서, 온도 (T2') 가 목표 온도에 도달하도록 제어될 수 있다.
도 15a 및 도 15b 는 전술한 작동을 개략적으로 나타낸다. 도 15a 는 시간과 온도 (T1') 사이의 관계를 나타내고, 도 15b 는 시간과 제 2 열 저장 수단 (224) 에 저장된 온수의 양 사이의 관계를 나타낸다. 온도 (T1') 가 높을 때에는 열 과잉이 발생하고, 제 2 열 저장 수단 (224) 에 저장되는 온수의 양이 증가한다 (즉, 열이 저장된다). 요컨대, 제 2 열 저장 수단 (224) 은, 히트 펌프 (203) 와 제 2 배관 구간 (222) 사이에서 교환가능한 열의 일부를 일시적으로 저장할 수 있다. 온도 (T1') 에 따라, 교환가능한 열의 전체 양을 일시적으로 저장할 수도 있다. 온도 (T1') 가 떨어지고 열 부족이 발생할 때, 제 2 열 저장 수단 (224) 에 저장되는 온수의 양이 감소한다 (즉, 열이 소모된다).
제 1 배관 구간 (202) 의 온도 (T2) 도 유사하게 제어될 수 있다. 입구 온도 (T1) 가 낮을 때, 더 낮은 온도로 냉각된 물의 일부가 제 1 열 저장 수단 (204) 에 저장된다. 온도 (T1) 가 높을 때, 원하는 온도로 물을 냉각하기 위해서 제 1 열 저장 수단 (204) 에 저장된 저온의 물이 방출된다. 제 1 열 저장 수단 (204) 은, 히트 펌프 (203) 와 제 1 배관 구간 (202) 사이에서 교환가능한 열의 적어도 일부 (즉, 일부 또는 전체) 를 일시적으로 저장할 수 있다. 제 1 열 저장 수단 (204) 에 실제로 저장되고 있는 것은 냉수이지만, 이 냉수는 제 1 배관 구간 (202) 내를 유동하는 물로부터 열을 빼앗을 수 있다. 따라서, 제 1 열 저장 수단 (204) 은 냉각을 위한 열을 저장하고 있다고 할 수 있다.
본 실시형태에 따르면, 도 16a 내지 도 16f 를 참조로 설명되는 것처럼, 수처리 시스템에서 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 그 열로 다른 배관 구간을 가열하는 메커니즘을 열 저장 수단과 조합함으로써, 에너지 효율을 상당히 높일 수가 있다.
도 16a 는, 좌측에 가열될 배관 구간에 필요한 열을, 우측에 냉각될 배관 구간에 필요한 열 흡수를 나타낸다. 간단함을 위해, 필요한 열은 시간에 따라 변동하고, 필요한 열 흡수는 시간에 상관없이 일정하도록 가정된다. 수처리 시스템에서 필요한 열의 변동은, 예를 들어, 주야간 원수 온도의 변동에 의해 초래될 수도 있다.
도 16b 에서, 히트 펌프 (203) 는 필요한 열의 최저치에 맞추어 구성된다. 냉각될 대상으로부터 열 (QC) 을 빼앗고, 이것을 히트 펌프 (203) 에 의해 전달한 후, 열 (QH) 이 가열될 대상으로 제공된다. 따라서, 개별적으로 냉각 및 가열이 실시된 경우와 비교해 에너지 효율이 높아진다. 그러나, 이 실시예에서는 흡수된 열 (QC) 이 필요한 열 흡수보다 적기 때문에, 도 16c 에 나타난 바와 같이, 열 흡수 부족분 (QC') 은 다른 냉각 수단으로 보상되어야 한다. 유사하게, 필요한 열의 부족분 (QH') 은 다른 가열 수단으로 보상되어야 한다.
도 16d 에서는, 필요한 열의 평균치에 맞추어 히트 펌프 (203) 가 구성된다. 이 실시예에서는, 히트 펌프 (203) 에 의해 전달되는 열이 증가하기 때문에, 도 16b 에 나타낸 경우와 비교했을 때 한층 더 에너지 효율이 높아진다. 그러나, 이 실시예에서도, 열 흡수량 (QC) 은 필요한 열 흡수보다 작기 때문에, 도 16e 에 나타낸 바와 같이, 열 흡수 부족분 (QC") 은 다른 냉각 수단으로 보상되어야 한다. 유사하게, 필요한 열의 부족분 (QH") 은 다른 가열 수단으로 보상되어야 한다. 게다가, 과잉 열 (QH'") 은 폐기되어야 하고, 이것은 에너지 효율 저하의 요인이 된다.
도 16f 의 실시예에서, 열의 부족분 (QH") 을 과잉 열 (QH'") 로 보상하도록 도 16d 에 나타낸 실시예에서 폐기되던 과잉 열 (QH'") 이 저장된다. 이 실시예는 과잉 열 (QH'") 이 열 부족분 (QH") 과 일치하고 가열을 위한 다른 가열 수단이 필요하지 않은 이상적인 경우를 나타낸다. 그러나, 만일 두 값이 동일하지 않아도, 과잉 열 (QH'") 의 적어도 일부가 열 부족분 (QH") 의 적어도 일부로 이용되기 때문에 에너지 효율이 증가될 수 있다. 열 흡수 (QC") 가 다른 가열 수단으로 보상되어야 할지라도, 전체적으로 에너지 효율이 가장 높고, 에너지 효율이 크게 증가될 수 있다.
(제 4 실시형태)
도 17 을 참조하면, 제 4 실시형태에 따른 수처리 시스템 (201b) 은, 제 3 실시형태에 더하여, 제 1 열 저장 수단 (204) 으로부터, 연결 지점 (206) 상류 및 제 1 바이패스 라인 (205) 의 분기 지점 하류의 제 1 배관 구간 (202) 으로 물을 재순환시키기 위한 제 1 재순환 라인 (215) 을 포함한다. 제 1 재순환 라인 (215) 은 제 1 배관 구간 (202) 과 함께 순환 루프를 구성한다. 히트 펌프 (203) 에 의해 순환 루프로부터 항상 열이 흡수될 수 있다. 제 1 열 저장 수단 (204) 에 저장된 냉수의 온도는 주위와 열교환으로 인해 상승할 수도 있다. 히트 펌프 (203) 에 과잉의 냉각 용량이 있을 때 제 1 열 저장 수단 (204) 에 저장된 물을 재냉각함으로써 과잉의 냉각 용량을 유지할 수 있다.
제 2 열 저장 수단 (224) 은 유사한 재순환 라인을 구비할 수도 있다. 도 17 을 참조하면, 제 2 배관 구간 (222) 의 연결 지점 (226) 의 상류 및 제 2 바이패스 라인 (225) 의 분기 지점의 하류의 제 2 배관 구간 (222) 으로 물을 순환시키기 위해 제 2 재순환 라인 (235) 이 제공된다. 제 2 열 저장 수단 (224) 에 저장된 온수의 온도는 주위와 열교환으로 인해 저하될 수도 있다. 따라서, 제 2 재순환 라인 (235) 에 의해 온도가 저하한 물을 히트 펌프 (203) 에 의해 재가열함으로써, 제 2 열 저장 수단 (224) 에 저장된 과잉의 가열 용량을 유지할 수 있다.
제 2 열 저장 수단 (224) 에서, 제 2 재순환 라인 (235) 으로의 출구 (L) 는 제 2 배관 구간 (222) 로부터의 입구 (H) 보다 하방에 위치하는 것이 바람직하다. 특히, 제 2 배관 구간 (222) 으로부터의 입구 (H) 는 제 2 열 저장 수단 (224) 의 최상부에 위치하는 것이 바람직하고, 제 2 재순환 라인 (235) 으로의 출구 (L) 는 제 2 열 저장 수단 (224) 의 바닥에 위치하는 것이 바람직하다. 제 2 열 저장 수단 (224) 에 저장된 물로 히트 펌프 (203) 가 기동될 때, 히트 펌프 (203) 에 의해 가열된 온수가 더 높은 높이 (elevation) 에 위치하는 입구 (H) 에서 제 2 열 저장 수단 (224) 으로 유입되어, 제 2 열 저장 수단 (224) 에 저장된 더 낮은 온도를 가지는 물이 하부로 이동하도록 한다. 제 2 열 저장 수단 (224) 에 고온수와 저온수의 성층화 (stratification) 가 일시적으로 생겨서, 저온의 물이 효율적으로 제 2 열 저장 수단 (224) 으로부터 히트 펌프 (203) 로 공급되도록 허용하여, 가열 효율을 높인다.
(제 5 실시형태)
제 5 실시형태는, 제 3 및 제 4 실시형태와 유사하게, 배관 구간으로부터 열을 흡수해, 그 열로 다른 배관 구간을 가열하도록 적용되지만, 중간 루프를 구비하고 있다는 점에서 상기 실시형태와 다르다. 도 18 을 참조하면, 수처리 시스템 (201c) 은, 제 1 실시형태와 유사하게, 물이 내부에 유동하도록 허용하는 제 1 배관 구간 (202) 및 히트 펌프 (203) 를 포함한다. 본 실시형태에 따른 수처리 시스템 (201c) 은 제 1 중간 루프 (212) 를 포함한다. 제 1 중간 루프 (212) 는, 제 1 배관 구간 (202) 의 일부 및 히트 펌프 (203) 와 각각 연결 지점 (206, 216) 에서 열적으로 연결되어 있다. 제 1 중간 루프 (212) 는, 제 1 배관 구간 (202) 내를 유동하는 물과 히트 펌프 (203) 사이의 열 전달을 위해 제 1 열 매체를 유동시킬 수 있도록 구성된다. 제 1 열 매체에는 제약이 없고, 부식성이 강한 유체 또는 스케일이 발생하기 쉬운 유체를 사용할 필요가 없다. CO2 로 채워진 제 1 중간 루프 (212) 는 물로 채워질 때보다 더욱 효율적으로 열을 운반할 수 있다.
수처리 시스템 (201c) 은, 3 방향 밸브 (218) 에서 제 1 중간 루프 (212) 로부터 분기하고, 3 방향 밸브 (218) 의 하류에서 제 1 중간 루프 (212) 로 합류하는 제 1 중간 루프 바이패스 라인 (214) 을 포함한다. 구체적으로는, 제 1 중간 루프 바이패스 라인 (214) 은, 제 1 열 매체가 유동하는 방향으로 보았을 때, 히트 펌프 (203) 와 연결 지점 (216) 의 하류에서 제 1 중간 루프 (212) 로부터 분기하고, 제 1 배관 구간 (202) 과 연결 지점 (206) 의 상류에서 제 1 중간 루프 (212) 로 합류한다. 제 1 중간 루프 바이패스 라인 (214) 은, 제 1 중간 루프 (212) 에서 유동하는 제 1 열 매체의 적어도 일부를 일시적으로 저장하는 제 3 열 저장 수단 (213) 을 포함한다. 제 1 열 매체가 유동하는 방향으로 보았을 때, 제 3 열 저장 수단 (213) 의 하류에 제 1 유량 조절 수단 (211) 이 제공된다.
제 1 배관 구간 (202) 에서 제 1 중간 루프 (212) 와 연결 지점 (206) 하류에 제 1 온도 센서 (209) 가 제공된다.
제 1 제어 유닛 (210) 은, 제 1 온도 센서 (209) 에 의해 측정된 수온을 토대로 제 1 중간 루프 바이패스 라인 (214) 으로 유입되는 제 1 열 매체의 유량과 제 3 열 저장 수단 (213) 으로부터 유출되는 제 1 열 매체의 유량을 제어한다.
수처리 시스템 (201c) 은 제 2 배관 구간 (222), 제 2 중간 루프 (232), 제 4 열 저장 수단 (233) 과 제 2 중간 루프 바이패스 라인 (234) 을 추가로 포함한다. 제 2 중간 루프 (232) 는, 제 2 배관 구간 (222) 의 일부 및 히트 펌프 (203) 와, 각각 연결 지점 (226, 236) 에서 열적으로 연결되어 있다. 제 2 중간 루프 (232) 는, 제 2 배관 구간 (222) 내를 유동하는 물과 히트 펌프 (203) 사이에서 제 2 열 매체가 열 전달을 위해 유동할 수 있도록 구성된다. 이로써, 히트 펌프 (203) 를 통하여, 제 1 배관 구간 (202) 과 제 2 배관 구간 (222) 사이에서 열 전달이 수행된다. 제 2 열 매체로 사용되는 열 매체에 관하여, 제 1 열 매체에 대한 설명이 참조된다.
수처리 시스템 (201c) 은, 3 방향 밸브 (238) 에서 제 2 중간 루프 (232) 로부터 분기하고, 3 방향 밸브 (238) 의 하류에서 제 2 중간 루프 (232) 로 합류하는 제 2 중간 루프 바이패스 라인 (234) 을 포함한다. 구체적으로는, 제 2 중간 루프 바이패스 라인 (234) 은, 제 2 열 매체가 유동하는 방향으로 보았을 때, 히트 펌프 (203) 와 연결 지점 (236) 의 하류에서 제 2 중간 루프 (232) 로부터 분기하고, 제 2 배관 구간 (222) 과 연결 지점 (226) 의 상류에서 제 2 중간 루프 (232) 로 합류한다. 제 2 중간 루프 바이패스 라인 (234) 은, 제 2 중간 루프 (232) 에서 유동하는 제 2 열 매체의 적어도 일부를 일시적으로 저장하는 제 4 열 저장 수단 (233) 을 포함한다. 제 2 열 매체가 유동하는 방향으로 보았을 때, 제 2 유량 조절 수단 (231) 이 제 4 열 저장 수단 (233) 의 하류에 제공된다.
제 2 배관 구간 (222) 에서 제 2 중간 루프 (232) 와 연결 지점 (226) 의 상류에, 제 2 온도 센서 (229) 가 제공된다.
제 2 제어 유닛 (230) 은, 제 2 온도 센서 (229) 로 측정된 수온 (T2') 을 토대로 제 2 중간 루프 바이패스 라인 (234) 으로 유입되는 제 2 열 매체의 유량과 제 4 열 저장 수단 (233) 으로부터 유출되는 제 2 열 매체의 유량을 제어한다.
본 실시형태는 2 개의 중간 루프 (212, 232) 를 구비하지만, 제 1 실시형태와 같이 중간 루프 중 하나가 생략될 수도 있다.
제 1 중간 루프 (212) 및 제 2 중간 루프 (232) 를 제공함으로써, 히트 펌프 (203) 의 위치 제약이 완화될 수도 있다. 구체적으로, 히트 펌프 (203) 가 제 1 배관 구간 (202) 등으로부터 떨어져 있을 때, 이 배관 구간은 히트 펌프 (203) 를 완전히 통과하게 라우팅되어야 한다. 수처리 시스템은 일반적으로 막 장치 및 이온 교환 장치와 같은 큰 압력 손실을 가지는 장치를 다수 포함하기 때문에, 수처리 시스템이 압력 손실을 제한하는 것이 중요하다. 도 18 에 나타낸 실시예에서, 예를 들어 제 1 배관 구간 (202) 에 최단 라인 길이를 제공하고, 적은 압력 손실을 가지는 중간 루프 (212) 에 의하여 제 1 배관 구간 (202) 을 히트 펌프 (203) 에 연결함으로써 수처리 시스템의 압력 손실이 제한될 수 있다. 이 이점은, 히트 펌프 (203) 가 제 1 배관 구간 (202) 등으로부터 떨어져 있을 때, 특히 크다. 도시되지 않았지만, 제 1 중간 루프 (212) 는 필요에 따라 이중, 삼중의 루프로서 구성될 수도 있다. 제 2 중간 루프 (232) 에도 동일하게 적용된다.
또한, 도시되지는 않았지만, 제 1 중간 루프 (212) 또는 제 2 중간 루프 (232) 중 적어도 어느 하나는, 복수의 배관 구간과 열적으로 연결될 수도 있다. 예를 들어, 가열될 다른 배관 구간이 제 2 중간 루프 (232) 를 따라 배치될 수도 있고 제 2 중간 루프 (232) 와 함께 가열될 수도 있다. 중간 루프의 루트는 엄격히 제한되지 않기 때문에, 용이하게 한 대의 히트 펌프로 복수의 배관 구간을 동시에 가열시키면서, 복수의 배관 구간을 동시에 냉각시킬 수도 있다.
다음으로, 전술한 수처리 시스템 (201c) 의 작동에 대해 설명될 것이다. 간단한 예로서, 온도 (T1') 를 가지는 물이 고정된 유량으로 제 2 배관 구간 (222) 으로 유입되어, 온도 (T2') 를 가지는 온수로서 공급되는 것으로 가정된다. 온도 (T2') 는 목표 온도로 제어되도록 가정된다. 한편, 온도 (T1') 는 시간의 경과에 따라 변동하는 것으로 가정된다. 히트 펌프 (203) 로부터의 열 공급 (QH) 은 일정한 것으로 가정된다. 수처리 시스템 (201a) 에서의 열교환 효율 및 제 4 열 저장 수단 (224) 에서의 방열은 무시한다. 제 2 중간 루프 (232) 는 히트 펌프 (203) 에 열적으로 연결된다. 따라서, 제 2 중간 루프 (232) 에서 유동하는 제 2 열 매체는, 히트 펌프 (203) 에 의해 가열된 후 제 2 배관 구간 (222) 에서 유동하는 물과 열교환에 의해 냉각된다.
먼저, 초기 상태로서, 미리 정해진 비율로 물이 제 2 중간 루프 바이패스 구간 (234) 으로 유입되도록 3 방향 밸브 (238) 가 조절된다. 간단함을 위해서, 제 2 중간 루프 바이패스 구간 (234) 으로 유입은 없는 것으로 가정된다. 제 4 열 저장 수단 (233) 의 출구에 제공된 제 2 유량 조절 수단 (231) 은 폐쇄 상태로 유지된다. 그 후, 물을 온도 (T1') 로 공급하도록 히트 펌프 (203) 가 기동되고, 제 2 온도 센서 (229) 에 의해 물의 출구 온도 (T2') 가 연속적으로 측정된다.
온도 (T2') 가 목표 온도보다 높을 때, 다음과 같은 작동이 수행된다. 먼저, 3 방향 밸브 (238) 가 조절되어, 제 2 열 매체의 일부를 제 2 중간 루프 바이패스 구간 (234) 으로 유입시킨다. 결과적으로, 제 2 중간 루프 (232) 에서 순환하는 제 2 열 매체의 유량이 감소되어, 단위 시간당 물에 더 적은 열량이 제공된다. 따라서, 온도 (T2') 가 목표 온도로 감소되도록 온도 (T2') 가 제어될 수 있다. 이 작동의 결과, 보다 높은 온도를 가지는 제 2 열 매체, 즉 열이 제 4 열 저장 수단 (233) 에 저장된다.
다음으로, 온도 (T2') 가 목표 온도 미만으로 떨어지는 경우에 관하여 설명될 것이다. 이 경우에는, 온도 (T2') 를 목표 온도로 유지하기 위해서 필요한 열이 부족하다. 따라서, 제 4 열 저장 수단 (233) 에 저장된 제 2 열 매체를 미리 정해진 유량으로 방출시키도록 제 2 유량 조절 수단 (231) 이 제어된다. 방출되는 매체의 유량은 열 부족분에 의존해, 온도 (T2') 의 측정을 토대로 결정될 수도 있다. 이런 식으로, 제 4 열 저장 수단 (233) 에 저장된 열은 열 부족분을 보상하도록 방출될 수 있고, 따라서 온도 (T2') 가 목표 온도에 도달하도록 제어될 수 있다.
제 1 배관 구간 (202) 에 대해서도 동일하게 적용된다. 제 1 배관 구간 (202) 에 관하여, 입구의 온도 (T1) 가 낮을 때, 더 낮은 온도로 냉각된 제 1 열 매체의 일부가 제 3 열 저장 수단 (213) 에 저장된다. 온도 (T1) 가 높을 때에는, 제 3 열 저장 수단 (213) 에 저장된 저온의 제 1 열 매체가 방출되어, 물을 원하는 온도로 냉각한다.
(제 6 실시형태)
도 19 를 참조하면, 수처리 시스템 (201d) 은, 제 1 배관 구간 (202) 및 히트 펌프 (203) 에 열적으로 연결된 제 3 중간 루프 (217) 를 포함한다. 제 3 중간 루프 (217) 는 제 1 배관 구간 (202) 에서 유동하는 물과 히트 펌프 (203) 사이의 열 전달을 위해 제 1 열 매체를 내부에서 유동시킬 수 있도록 구성된다. 수처리 시스템 (201d) 은 제 1 열 매체의 적어도 일부를 일시적으로 저장하는 제 3 열 저장 수단 (213) 을 추가로 포함한다. 제 3 중간 루프 (217) 는, 제 3 열 저장 수단 (213) 을 사이에 두어, 제 1 순환 루프 (217a) 와 제 2 순환 루프 (217b) 로 구획된다. 제 1 순환 루프 (217a) 는, 연결 지점 (206) 에서 제 1 배관 구간 (202) 에 열적으로 연결되고, 제 3 열 저장 수단 (213) 을 통하여 제 1 열 매체를 순환시킬 수 있도록 구성된다. 제 2 순환 루프 (217b) 는, 연결 지점 (216) 에서 히트 펌프 (203) 에 열적으로 연결되어 있고, 제 3 열 저장 수단 (213) 을 통하여 제 1 열 매체를 순환시킬 수 있도록 구성된다. 제 2 순환 루프 (217b) 는 제 1 열 매체를 공급하기 위한 공급 라인 (219a) 을 포함한다.
유사하게, 수처리 시스템 (201d) 은, 제 2 배관 구간 (222) 및 히트 펌프 (203) 에 열적으로 연결된 제 4 중간 루프 (237) 를 포함한다. 제 4 중간 루프 (237) 는 제 2 배관 구간 (222) 에서 유동하는 물과 히트 펌프 (203) 사이의 열 전달을 위해 제 2 열 매체를 유동시킬 수 있도록 구성된다. 수처리 시스템 (201d) 은 제 2 열 매체의 적어도 일부를 일시적으로 저장하는 제 4 열 저장 수단 (233) 을 포함한다. 제 4 중간 루프 (237) 는, 제 4 열 저장 수단 (233) 을 사이에 두어, 제 3 순환 루프 (237a) 와 제 4 순환 루프 (237b) 로 구획된다. 제 3 순환 루프 (237a) 는, 연결 지점 (226) 에서 제 2 배관 구간 (222) 에 열적으로 연결되고, 제 4 열 저장 수단 (233) 을 통하여 제 2 열 매체를 순환시킬 수 있도록 구성된다. 제 4 순환 루프 (237b) 는, 연결 지점 (236) 에서 히트 펌프 (203) 에 열적으로 연결되어 있고, 제 4 열 저장 수단 (233) 을 통하여 제 2 열 매체를 순환시킬 수 있도록 구성된다. 제 4 순환 루프 (237b) 는 제 2 열 매체를 공급하기 위한 공급 라인 (239a) 을 포함한다.
제 2 배관 구간 (222) 의 입구에서 온도 (T1') 가 높을 때, 보다 높은 온도로 가열된 제 2 열 매체의 열의 일부가 제 4 열 저장 수단 (233) 에 저장된다. 온도 (T1') 가 낮을 때, 제 4 열 저장 수단 (233) 에 저장된 고온의 제 2 열 매체가 방출되어 물을 원하는 온도로 가열하도록 제 2 유량 조절 수단 (231) 이 조절된다.
제 1 배관 구간 (222) 의 입구에서 온도 (T1) 가 낮을 때, 보다 낮은 온도로 냉각된 제 1 열 매체의 열의 일부가 제 3 열 저장 수단 (213) 에 저장된다. 온도 (T1) 가 높을 때, 제 1 유량 조절 수단 (211) 이 조절되어 제 3 열 저장 수단 (213) 에 저장된 저온의 제 1 열 매체가 방출되어, 물을 원하는 온도까지 냉각한다.
제 4 열 저장 수단 (233) 에 있어서, 제 4 순환 루프 (239) 로의 출구 (L) 는 제 4 순환 루프로부터의 입구 (H) 보다 하방에 위치하는 것이 바람직하다. 특히, 제 4 순환 루프로부터의 입구 (H) 는 제 4 열 저장 수단 (233) 의 최상부에 위치하는 것이 바람직하고, 제 4 순환 루프로의 출구 (L) 는 제 4 열 저장 수단 (233) 의 바닥에 위치하는 것이 바람직하다. 그 이유는 제 5 실시형태에서와 동일하다.
이상 설명한 바와 같이, 제 3 내지 제 6 실시형태에서는, 히트 펌프 (203) 로부터 열 공급이, 배관 구간을 가열 또는 냉각하는데 필요한 열을 초과할 때, 열의 과잉분은 열 저장 수단에 저장되어서 이것을 열이 부족할 때 사용한다. 결과적으로, 열 과잉분이 있을 때에도, 부하 변동에 대응하기 위해서 히트 펌프의 쓸데없는 대기 또는 부분 부하 작동이 필요하지 않고, 열이 부족한 경우에 히트 펌프의 용량을 증가시킬 필요도 없다.
(실시예)
도 20 에 나타낸 중간 루프를 가지는 시스템을 이용해 다음 측정을 실시하였다. 열 저장 수단으로서는 5 ㎥ 의 용량을 가지는 탱크가 이용되었고 7.5 ㎾ 의 압축기 동력 및 4 의 성능 계수 (가열시) 를 가지는 히트 펌프가 사용되었다. 히트 펌프는 어떠한 부하 추종 작동도 수행하지 않았고, 열 공급은 30 ㎾ (= 7.5 ㎾ ×4 의 성능 계수) 의 고정된 값으로 유지되었다. 히트 펌프의 출구 온도 (공급된 온수의 온도; T4) 는 65 ℃ 로 설정되었다. 열 배출 배관 구간에서 가열될 물의 온도 (T1) 는 하루 중 특정 기간에 따라 변동되었고, 출구 온도 (T2) 는 25 ℃ 로 제어되었다. 열 저장 수단으로부터 방출되는 열 매체의 유량은 온도 센서의 측정을 토대로 제어되었다.
표 3 은 입구 물의 온도 (T1) 와 출구 물의 온도 (T2) 를 나타낸다.
표 4 는 수처리 시스템에서 2 시간 마다의 각종 파라미터의 변화를 나타낸다. 표에서, "유량 (L/h)" 은 공급된 물의 유량을 나타내는데, 이것은 6,500 L/h 로 고정되었다. "필요한 열 (㎾)" 은 물을 25 ℃ 까지 가열하는데 필요한 열을 나타내고 기간 (즉, 입구 온도 (T1)) 에 따라 변동된다. "열 과잉/부족 (㎾)" 은, 히트 펌프로부터 열 공급과 필요한 열 사이의 차이를 나타내고, 양의 값은 열 과잉을 나타내고 음의 값은 열 부족을 나타낸다. "저장된 열 (kWh)" 은, 열 저장 수단에 저장된 열을 나타낸다. 히트 펌프로부터 30 ㎾ 의 열 공급이 과잉분을 가질 때, 과잉 열은 열 저장 수단에 저장된다. 따라서, 과잉분이 계속 발생될 때, 저장된 열은 증가한다. 도 21a 는, 실시예에 따라, 열 과잉/부족의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이다.
표 5 는, 중간 루프에 있어서의 각종 파라미터의 변화를 나타낸다. 온도 (T3) 는 물의 출구 온도 (T2) 와 동일한 것으로 가정된다. "열 매체 저장 수단 저장량 (L/h)" 은 시간당 열 저장 수단에 저장된 열 매체를 나타내고, "열 매체 저장 수단 방출량 (L/h)" 은 시간당 열 저장 수단으로부터 방출된 열 매체를 나타낸다. 한편, 표 4 에서 "저장된 열 (kWh)" 은 열 저장 수단에 저장된 열의 총합을 나타낸다.
실시예에서, "저장된 열 (kWh)" 은 서서히 증가하고, 그 후 온도 (T1) 가 내려감에 따라 서서히 소모되어 최종적으로 0 이 된다. 따라서, 다른 열원으로 부족분을 보상할 필요가 없었고, 필요한 전체 열은 720 ㎾h 이었다. 실제 에너지 소모는, 압축기의 전력으로 환산했을 때, 180 ㎾h 가 되었다. 히트 펌프로부터 공급된 30 ㎾ 의 열은, 히트 펌프와 열 배출 배관 구간 사이에서 교환가능한 열이다. 8 시부터 20 시까지, 교환가능한 열의 일부만 열교환에 이용되고, 나머지 열은 열 저장 수단에 일시적으로 저장된다. 22 시부터 8시까지, 열 저장 수단에 일시적으로 저장된 열은, 열 배출 배관 구간에 대한 열 배출의 부족분을 보상하는데 이용된다.
(비교예 1)
실시예의 구성에 열 저장 수단이 제공되지 않은 경우에 대해 유사한 측정을 수행하였다. 결과를 표 6 에 나타낸다. 도 21b 는 비교예 1 에서 열 과잉/부족의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이다. "다른 열원으로부터의 열 공급 (㎾)" 은, 열이 부족할 때 다른 수단 (보일러 등) 에 의해 보상되어야 하는 열이고, 열이 부족할 때 음의 값으로 표시된다. 전반기에는, 히트 펌프로부터의 열 공급이 필요한 열보다 많기 때문에, 다른 열원으로부터의 열 공급은 필요하지 않다. 그러나, 과잉 열은 폐기된다. 후반기에는, 히트 펌프로부터의 열 공급이 필요한 열보다 적기 때문에, 다른 열원으로부터의 열 공급이 필요하다. 전체 부족분은 다른 열원에 의해 보상되어야 하고, 보상하는데 90 ㎾h 의 열을 필요로 한다. 만일, 이 열이 보일러로부터 공급된다면, 총 필요 에너지는, 180 ㎾h (히트 펌프의 필요한 에너지) 와 90 ㎾h 의 합계인 270 ㎾h 가 된다. 따라서, 제 1 열 저장 수단으로 인해 총 필요 에너지를 절약할 수 있다.
(비교예 2)
실시예의 구성에서, 히트 펌프가 보일러와 같은 열원으로 교체된 구성을 이용해 유사한 측정이 수행되었다. 결과를 표 7 에 나타낸다. 도 21c 는 비교예 2 에서 열 과잉/부족의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이다. 이 예에서는, 실시예와 유사하게, 총 필요한 열은 720 ㎾h 이지만, 필요한 에너지도 720 ㎾h 이다. 따라서, 이 예는 실시예에서 필요한 에너지보다 4 배 많은 에너지를 필요로 한다.
1 ~ 6 : 제 1 ~ 제 6 장치
11, 13 : 제 1 및 제 3 배관 구간 (열 흡수 배관 구간)
12, 14 : 제 2 및 제 4 배관 구간 (열 배출 배관 구간)
21, 21', 21" : 히트 펌프
202 : 제 1 배관 구간 (열 흡수 배관 구간)
203 : 히트 펌프
204 : 제 1 열 저장 수단
222 : 제 2 배관 구간 (열 배출 배관 구간)
224 : 제 2 열 저장 수단
11, 13 : 제 1 및 제 3 배관 구간 (열 흡수 배관 구간)
12, 14 : 제 2 및 제 4 배관 구간 (열 배출 배관 구간)
21, 21', 21" : 히트 펌프
202 : 제 1 배관 구간 (열 흡수 배관 구간)
203 : 히트 펌프
204 : 제 1 열 저장 수단
222 : 제 2 배관 구간 (열 배출 배관 구간)
224 : 제 2 열 저장 수단
Claims (35)
- 수처리 시스템으로서,
복수의 장치들;
유체가 유동하고, 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들; 및
열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 히트 펌프를 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 상기 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 상기 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
제 1 중간 루프 또는 제 2 중간 루프 중 적어도 어느 하나를 더 포함하고,
상기 제 1 중간 루프는 상기 열 흡수 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공되고, 상기 제 1 중간 루프는 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 상기 히트 펌프로 전달하고,
상기 제 2 중간 루프는 상기 열 배출 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공되고, 상기 제 2 중간 루프는 상기 히트 펌프로부터 배출된 열을 상기 열 배출 배관 구간으로 전달하고,
상기 열 흡수 배관 구간 또는 상기 열 배출 배관 구간으로 열의 제공 또는 상기 열 흡수 배관 구간 또는 상기 열 배출 배관 구간으로부터 열의 제거를 위한 수단 또는 상기 수처리 시스템의 외부와 열 전달을 위한 수단을 더 포함하고,
상기 수단들은 둘 다, 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 부족하거나 과도한 열 흡수 또는 상기 열 배출 배관 구간으로 부족하거나 과도한 열 배출을 보상하는, 수처리 시스템. - 제 1 항에 있어서,
복수의 상기 열 흡수 배관 구간들이 제공되고,
상기 제 1 중간 루프는 상기 복수의 열 흡수 배관 구간들과 상기 히트 펌프 사이에 제공되고, 상기 제 1 중간 루프는 상기 복수의 열 흡수 배관 구간들로부터 흡수된 열을 상기 히트 펌프로 전달하는, 수처리 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
복수의 열 배출 배관 구간들이 제공되고,
상기 제 2 중간 루프는 상기 복수의 열 배출 배관 구간들과 상기 히트 펌프 사이에 제공되고, 상기 제 2 중간 루프는 상기 히트 펌프로부터 배출된 열을 상기 복수의 열 배출 배관 구간들로 전달하는, 수처리 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서
상기 수단은 제 2 히트 펌프인, 수처리 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 히트 펌프는 증기 압축형, 흡수형, 흡착형, 펠티어형 및 화학형 중에서 선택된 한 가지 유형인, 수처리 시스템. - 수처리 시스템으로서,
복수의 장치들;
유체가 유동하고, 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들;
열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 히트 펌프를 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 상기 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 상기 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
제 1 중간 루프 또는 제 2 중간 루프 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 제 1 중간 루프는 상기 열 흡수 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공되고, 상기 제 1 중간 루프는 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 상기 히트 펌프로 전달하고,
상기 제 2 중간 루프는 상기 열 배출 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공되고, 상기 제 2 중간 루프는 상기 히트 펌프로부터 배출된 열을 상기 열 배출 배관 구간으로 전달하고,
상기 열 흡수 배관 구간에서, 상기 히트 펌프와 연결 지점의 하류에 제공된 제 1 열 저장 수단; 및
상기 연결 지점의 상류에서 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 분기하고 상기 제 1 열 저장 수단의 하류에서 상기 열 흡수 배관 구간으로 합류하는 제 1 바이패스 라인을 포함하는, 수처리 시스템. - 수처리 시스템으로서,
복수의 장치들;
유체가 유동하고, 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들;
열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 히트 펌프를 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 상기 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 상기 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
제 1 중간 루프 또는 제 2 중간 루프 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 제 1 중간 루프는 상기 열 흡수 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공되고, 상기 제 1 중간 루프는 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 상기 히트 펌프로 전달하고,
상기 제 2 중간 루프는 상기 열 배출 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공되고, 상기 제 2 중간 루프는 상기 히트 펌프로부터 배출된 열을 상기 열 배출 배관 구간으로 전달하고,
상기 열 흡수 배관 구간에서, 상기 히트 펌프와 연결 지점의 하류에 제공된 제 1 열 저장 수단;
상기 연결 지점의 상류에서 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 분기하고 상기 제 1 열 저장 수단의 하류에서 상기 열 흡수 배관 구간으로 합류하는 제 1 바이패스 라인; 및
상기 제 1 열 저장 수단으로부터, 상기 연결 지점의 상류 및 상기 제 1 바이패스 라인의 분기 지점의 하류의 지점에서 상기 열 흡수 배관 구간으로 물을 재순환시킬 수 있도록 허용하는 제 1 재순환 라인을 포함하는, 수처리 시스템. - 수처리 시스템으로서,
복수의 장치들;
유체가 유동하고, 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들;
열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 히트 펌프를 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 상기 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 상기 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
제 1 중간 루프 또는 제 2 중간 루프 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 제 1 중간 루프는 상기 열 흡수 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공되고, 상기 제 1 중간 루프는 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 상기 히트 펌프로 전달하고,
상기 제 2 중간 루프는 상기 열 배출 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공되고, 상기 제 2 중간 루프는 상기 히트 펌프로부터 배출된 열을 상기 열 배출 배관 구간으로 전달하고,
상기 열 배출 배관 구간에서, 상기 히트 펌프와 연결 지점의 하류에 제공된 제 2 열 저장 수단; 및
상기 열 배출 배관 구간의 상기 연결 지점의 상류에서 상기 열 배출 배관 구간으로부터 분기되고 상기 제 2 열 저장 수단의 하류에서 상기 열 배출 배관 구간으로 합류하는 제 2 바이패스 라인을 포함하는, 수처리 시스템. - 수처리 시스템으로서,
복수의 장치들;
유체가 유동하고, 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들;
열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 히트 펌프를 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 상기 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 상기 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
제 1 중간 루프 또는 제 2 중간 루프 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 제 1 중간 루프는 상기 열 흡수 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공되고, 상기 제 1 중간 루프는 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 상기 히트 펌프로 전달하고,
상기 제 2 중간 루프는 상기 열 배출 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공되고, 상기 제 2 중간 루프는 상기 히트 펌프로부터 배출된 열을 상기 열 배출 배관 구간으로 전달하고,
상기 열 배출 배관 구간에서, 상기 히트 펌프와 연결 지점의 하류에 제공된 제 2 열 저장 수단;
상기 열 배출 배관 구간의 상기 연결 지점의 상류에서 상기 열 배출 배관 구간으로부터 분기되고 상기 제 2 열 저장 수단의 하류에서 상기 열 배출 배관 구간으로 합류하는 제 2 바이패스 라인; 및
상기 열 배출 배관 구간의 상기 연결 지점의 상류 및 상기 제 2 바이패스 라인의 분기 지점의 하류의 지점에서 상기 제 2 열 저장 수단으로부터 상기 열 배출 배관 구간으로 물을 재순환시킬 수 있도록 허용하는 제 2 재순환 라인을 포함하는, 수처리 시스템. - 수처리 시스템으로서,
복수의 장치들;
유체가 유동하고, 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들;
열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 히트 펌프를 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 상기 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 상기 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
제 1 중간 루프 또는 제 2 중간 루프 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 제 1 중간 루프는 상기 열 흡수 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공되고, 상기 제 1 중간 루프는 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 상기 히트 펌프로 전달하고,
상기 제 2 중간 루프는 상기 열 배출 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공되고, 상기 제 2 중간 루프는 상기 히트 펌프로부터 배출된 열을 상기 열 배출 배관 구간으로 전달하고,
상기 열 배출 배관 구간에서, 상기 히트 펌프와 연결 지점의 하류에 제공된 제 2 열 저장 수단;
상기 열 배출 배관 구간의 상기 연결 지점의 상류에서 상기 열 배출 배관 구간으로부터 분기되고 상기 제 2 열 저장 수단의 하류에서 상기 열 배출 배관 구간으로 합류하는 제 2 바이패스 라인; 및
상기 제 2 열 저장 수단으로부터, 상기 열 배출 배관 구간의 상기 연결 지점의 상류 및 상기 제 2 바이패스 라인의 분기 지점의 하류의 지점에서 상기 열 배출 배관 구간으로 물을 재순환시킬 수 있도록 허용하는 제 2 재순환 라인을 포함하고,
상기 제 2 열 저장 수단은 상기 제 2 재순환 라인으로의 출구, 및 상기 열 배출 배관 구간으로부터의 입구를 가지고, 상기 출구는 상기 입구보다 하방에 위치하는, 수처리 시스템. - 수처리 시스템으로서,
복수의 장치들;
유체가 유동하고, 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들;
열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 히트 펌프를 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 상기 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 상기 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 열 흡수 배관 구간 및 상기 히트 펌프에 각각 열적으로 연결되고 또한 상기 열 흡수 배관 구간 및 상기 히트 펌프 각각에 열 전달하도록 허용하며, 상기 열 흡수 배관 구간에서 유동하는 물과 상기 히트 펌프 사이에서 열 전달을 수행하는 제 1 열 매체가 내부에서 유동하도록 허용하는 제 1 중간 루프;
상기 제 1 열 매체가 유동하는 방향으로 보았을 때, 상기 히트 펌프와 연결 지점의 하류에서 상기 제 1 중간 루프로부터 분기하고 상기 연결 지점의 상류에서 상기 열 흡수 배관 구간으로 합류하는 제 1 중간 루프 바이패스 라인; 및
상기 제 1 중간 루프 바이패스 라인에 제공되고, 상기 제 1 중간 루프에서 유동하는 상기 제 1 열 매체의 적어도 일부를 일시적으로 저장하는 제 3 열 저장 수단을 포함하는, 수처리 시스템. - 수처리 시스템으로서,
복수의 장치들;
유체가 유동하고, 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들;
열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 히트 펌프를 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 상기 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 상기 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 열 흡수 배관 구간 및 상기 히트 펌프에 각각 열적으로 연결되고 또한 상기 열 흡수 배관 구간 및 상기 히트 펌프 각각에 열 전달하도록 허용하며, 상기 열 흡수 배관 구간에서 유동하는 물과 상기 히트 펌프 사이에서 열 전달을 수행하는 제 1 열 매체가 내부에서 유동하도록 허용하는 제 3 중간 루프; 및
상기 제 1 열 매체의 적어도 일부를 일시적으로 저장하는 제 3 열 저장 수단을 포함하고,
상기 제 3 중간 루프는,
상기 열 흡수 배관 구간에 열적으로 연결되고 상기 제 3 열 저장 수단을 통하여 상기 제 1 열 매체를 순환시킬 수 있도록 허용하는 제 1 순환 루프; 및
상기 히트 펌프에 열적으로 연결되고 상기 제 3 열 저장 수단을 통하여 상기 제 1 열 매체를 순환시킬 수 있도록 허용하는 제 2 순환 루프를 포함하는, 수처리 시스템. - 수처리 시스템으로서,
복수의 장치들;
유체가 유동하고, 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들;
열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 히트 펌프를 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 상기 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 상기 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 열 배출 배관 구간 및 상기 히트 펌프에 각각 열적으로 연결되고 또한 상기 열 배출 배관 구간 및 상기 히트 펌프 각각에 열 전달하도록 허용하며, 상기 열 배출 배관 구간에서 유동하는 물과 상기 히트 펌프 사이에서 열 전달을 수행하는 제 2 열 매체가 내부에서 유동하도록 허용하는 제 2 중간 루프;
상기 제 2 열 매체가 유동하는 방향으로 보았을 때, 상기 히트 펌프와 연결 지점의 하류에서 상기 제 2 중간 루프로부터 분기하고 상기 연결 지점의 상류에서 상기 열 배출 배관 구간으로 합류하는 제 2 중간 루프 바이패스 라인; 및
상기 제 2 중간 루프 바이패스 라인에 제공되고, 상기 제 2 중간 루프에서 유동하는 상기 제 2 열 매체의 적어도 일부를 일시적으로 저장하는 제 4 열 저장 수단을 포함하는, 수처리 시스템. - 수처리 시스템으로서,
복수의 장치들;
유체가 유동하고, 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들;
열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 히트 펌프를 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 상기 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 상기 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 열 배출 배관 구간 및 상기 히트 펌프에 각각 열적으로 연결되고 또한 상기 열 배출 배관 구간 및 상기 히트 펌프 각각에 열 전달하도록 허용하며, 상기 열 배출 배관 구간에서 유동하는 물과 상기 히트 펌프 사이에서 열 전달을 수행하는 제 2 열 매체가 내부에서 유동하도록 허용하는 제 4 중간 루프; 및
상기 제 2 열 매체의 적어도 일부를 일시적으로 저장하는 제 4 열 저장 수단을 포함하고,
상기 제 4 중간 루프는,
상기 열 배출 배관 구간에 열적으로 연결되고 상기 제 4 열 저장 수단을 통하여 상기 제 2 열 매체를 순환시킬 수 있도록 허용하는 제 3 순환 루프; 및
상기 히트 펌프에 열적으로 연결되고 상기 제 4 열 저장 수단을 통하여 상기 제 2 열 매체를 순환시킬 수 있도록 허용하는 제 4 순환 루프를 포함하는, 수처리 시스템. - 수처리 시스템으로서,
복수의 장치들;
유체가 유동하고, 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들;
열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 히트 펌프를 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 상기 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 상기 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 열 배출 배관 구간 및 상기 히트 펌프에 각각 열적으로 연결되고 또한 상기 열 배출 배관 구간 및 상기 히트 펌프 각각에 열 전달하도록 허용하며, 상기 열 배출 배관 구간에서 유동하는 물과 상기 히트 펌프 사이에서 열 전달을 수행하는 제 2 열 매체가 내부에서 유동하도록 허용하는 제 4 중간 루프; 및
상기 제 2 열 매체의 적어도 일부를 일시적으로 저장하는 제 4 열 저장 수단을 포함하고,
상기 제 4 중간 루프는,
상기 열 배출 배관 구간에 열적으로 연결되고 상기 제 4 열 저장 수단을 통하여 상기 제 2 열 매체를 순환시킬 수 있도록 허용하는 제 3 순환 루프; 및
상기 히트 펌프에 열적으로 연결되고 상기 제 4 열 저장 수단을 통하여 상기 제 2 열 매체를 순환시킬 수 있도록 허용하는 제 4 순환 루프를 포함하고,
상기 제 4 열 저장 수단은 상기 제 4 순환 루프로의 출구 및 상기 제 4 순환 루프로부터의 입구를 가지고, 상기 출구는 상기 입구보다 하방에 위치하는, 수처리 시스템. - 수처리 시스템으로서,
복수의 장치들;
유체가 유동하고, 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들;
열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 히트 펌프를 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 상기 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 상기 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
제 1 중간 루프 또는 제 2 중간 루프 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 제 1 중간 루프는 상기 열 흡수 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공되고, 상기 제 1 중간 루프는 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열을 상기 히트 펌프로 전달하고,
상기 제 2 중간 루프는 상기 열 배출 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공되고, 상기 제 2 중간 루프는 상기 히트 펌프로부터 배출된 열을 상기 열 배출 배관 구간으로 전달하고,
상기 열 배출 배관 구간 또는 상기 열 흡수 배관 구간을 가열 또는 냉각하기 위한 수단을 포함하고, 상기 수단은 상기 히트 펌프와 상이한, 수처리 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 히트 펌프는 증기 압축형 히트 펌프이고 상기 열 배출 배관 구간의 부분의 출구에서 물의 온도가 20 ~ 35 ℃ 가 되도록 구성되고, 열은 상기 열 배출 배관 구간의 부분과 상기 히트 펌프 사이에서 전달되는, 수처리 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 열 흡수 배관 구간에서 유동하는 물의 온도는 상기 열 흡수 배관 구간의 부분의 입구에서 20 ~ 35 ℃ 이고, 열은 상기 열 흡수 배관 구간의 부분과 상기 히트 펌프 사이에서 전달되는, 수처리 시스템. - 제 17 항에 있어서,
상기 열 배출 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이 또는 상기 열 흡수 배관 구간과 상기 증기 압축형 히트 펌프 사이에 적어도 제공되는 중간 루프를 더 포함하고, 상기 중간 루프는 상기 열 배출 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이 또는 상기 열 흡수 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에서 열 전달을 수행하는, 수처리 시스템. - 제 16 항에 있어서,
물의 온도가 23 ~ 25 ℃ 가 되도록 상기 히트 펌프는 역삼투막 장치의 입구 배관 구간에서 유동하는 물을 가열하는, 수처리 시스템. - 제 16 항에 있어서,
물의 온도가 20 ~ 30 ℃ 가 되도록 상기 히트 펌프는 자외선 산화 장치의 입구 배관 구간에서 유동하는 물을 가열하는, 수처리 시스템. - 제 16 항에 있어서,
물의 온도가 20 ~ 35 ℃ 가 되도록 상기 히트 펌프는 암모니아 스트립핑 장치의 입구 배관 구간에서 유동하는 물을 가열하는, 수처리 시스템. - 제 16 항에 있어서,
물의 온도가 20 ~ 30 ℃ 가 되도록 상기 히트 펌프는 호기성 처리 장치의 입구 배관 구간에서 유동하는 물을 가열하는, 수처리 시스템. - 수처리 시스템을 사용하는 수처리 방법으로서,
상기 수처리 시스템은 복수의 장치들, 및 유체가 유동하고 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들을 포함하고,
상기 방법은,
히트 펌프에 의하여, 열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 상기 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 것을 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열은 상기 열 흡수 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공된 제 1 중간 루프를 통하여 상기 히트 펌프에 전달되거나, 상기 히트 펌프로부터 배출된 열은 상기 열 배출 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공된 제 2 중간 루프를 통하여 상기 열 배출 배관 구간에 전달되고,
상기 방법은, 상기 열 흡수 배관 구간 또는 상기 열 배출 배관 구간으로 열의 제공 또는 상기 열 흡수 배관 구간 또는 상기 열 배출 배관 구간으로부터 열의 제거를 위한 단계 또는 상기 수처리 시스템의 외부와 열 전달을 위한 단계를 더 포함하고,
상기 단계들은 둘 다, 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 부족하거나 과도한 열 흡수 또는 상기 열 배출 배관 구간으로 부족하거나 과도한 열 배출을 보상하는, 수처리 시스템을 사용하는, 수처리 방법. - 수처리 시스템을 사용하는 수처리 방법으로서,
상기 수처리 시스템은 복수의 장치들, 및 유체가 유동하고 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들을 포함하고,
상기 방법은,
히트 펌프에 의하여, 열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 상기 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 것을 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열은 상기 열 흡수 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공된 제 1 중간 루프를 통하여 상기 히트 펌프에 전달되거나, 상기 히트 펌프로부터 배출된 열은 상기 열 배출 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공된 제 2 중간 루프를 통하여 상기 열 배출 배관 구간에 전달되고,
상기 방법은, 상기 열 흡수 배관 구간에서, 상기 히트 펌프와 연결 지점의 하류에 제공된 제 1 열 저장 수단에 의해 열을 저장하는 것을 더 포함하고, 제 1 바이패스 라인은 상기 연결 지점의 상류에서 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 분기하고 상기 열 저장 수단의 하류에서 상기 열 흡수 배관 구간으로 합류하는, 수처리 시스템을 사용하는, 수처리 방법. - 수처리 시스템을 사용하는 수처리 방법으로서,
상기 수처리 시스템은 복수의 장치들, 및 유체가 유동하고 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들을 포함하고,
상기 방법은,
히트 펌프에 의하여, 열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 상기 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 것을 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열은 상기 열 흡수 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공된 제 1 중간 루프를 통하여 상기 히트 펌프에 전달되거나, 상기 히트 펌프로부터 배출된 열은 상기 열 배출 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공된 제 2 중간 루프를 통하여 상기 열 배출 배관 구간에 전달되고,
상기 방법은, 상기 열 흡수 배관 구간에서, 상기 히트 펌프와 연결 지점의 하류에 제공된 제 1 열 저장 수단에 의해 열을 저장하는 것을 더 포함하고, 제 1 바이패스 라인은 상기 연결 지점의 상류에서 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 분기하고 상기 제 1 열 저장 수단의 하류에서 상기 열 흡수 배관 구간으로 합류하고,
제 1 재순환 라인은 상기 제 1 열 저장 수단으로부터, 상기 연결 지점의 상류 및 상기 제 1 바이패스 라인의 분기 지점의 하류의 지점에서 상기 열 흡수 배관 구간으로 물을 재순환시킬 수 있도록 허용하는, 수처리 시스템을 사용하는, 수처리 방법. - 수처리 시스템을 사용하는 수처리 방법으로서,
상기 수처리 시스템은 복수의 장치들, 및 유체가 유동하고 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들을 포함하고,
상기 방법은,
히트 펌프에 의하여, 열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 상기 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 것을 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열은 상기 열 흡수 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공된 제 1 중간 루프를 통하여 상기 히트 펌프에 전달되거나, 상기 히트 펌프로부터 배출된 열은 상기 열 배출 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공된 제 2 중간 루프를 통하여 상기 열 배출 배관 구간에 전달되고,
상기 방법은, 상기 열 배출 배관 구간에서, 상기 히트 펌프와 연결 지점의 하류에 제공된 제 2 열 저장 수단에 의해 열을 저장하는 것을 더 포함하고, 제 2 바이패스 라인은 상기 열 배출 배관 구간의 상기 연결 지점의 상류에서 상기 열 배출 배관 구간으로부터 분기되고 상기 제 2 열 저장 수단의 하류에서 상기 열 배출 배관 구간으로 합류하는, 수처리 시스템을 사용하는, 수처리 방법. - 수처리 시스템을 사용하는 수처리 방법으로서,
상기 수처리 시스템은 복수의 장치들, 및 유체가 유동하고 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들을 포함하고,
상기 방법은,
히트 펌프에 의하여, 열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 상기 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 것을 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열은 상기 열 흡수 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공된 제 1 중간 루프를 통하여 상기 히트 펌프에 전달되거나, 상기 히트 펌프로부터 배출된 열은 상기 열 배출 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공된 제 2 중간 루프를 통하여 상기 열 배출 배관 구간에 전달되고,
상기 방법은, 상기 열 배출 배관 구간에서, 상기 히트 펌프와 연결 지점의 하류에 제공된 제 2 열 저장 수단에 의해 열을 저장하는 것을 더 포함하고,
제 2 바이패스 라인은 상기 열 배출 배관 구간의 상기 연결 지점의 상류에서 상기 열 배출 배관 구간으로부터 분기되고 상기 제 2 열 저장 수단의 하류에서 상기 열 배출 배관 구간으로 합류하고,
제 2 재순환 라인은, 상기 열 배출 배관 구간의 상기 연결 지점의 상류 및 상기 제 2 바이패스 라인의 분기 지점의 하류의 지점에서 상기 제 2 열 저장 수단으로부터 상기 열 배출 배관 구간으로 물을 재순환시킬 수 있도록 허용하는, 수처리 시스템을 사용하는, 수처리 방법. - 수처리 시스템을 사용하는 수처리 방법으로서,
상기 수처리 시스템은 복수의 장치들, 및 유체가 유동하고 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들을 포함하고,
상기 방법은,
히트 펌프에 의하여, 열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 상기 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 것을 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 열은 상기 열 흡수 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공된 제 1 중간 루프를 통하여 상기 히트 펌프에 전달되거나, 상기 히트 펌프로부터 배출된 열은 상기 열 배출 배관 구간과 상기 히트 펌프 사이에 제공된 제 2 중간 루프를 통하여 상기 열 배출 배관 구간에 전달되고,
상기 방법은, 상기 열 배출 배관 구간에서, 상기 히트 펌프와 연결 지점의 하류에 제공된 제 2 열 저장 수단에 의해 열을 저장하는 것을 더 포함하고, 제 2 바이패스 라인은 상기 열 배출 배관 구간의 상기 연결 지점의 상류에서 상기 열 배출 배관 구간으로부터 분기되고 상기 제 2 열 저장 수단의 하류에서 상기 열 배출 배관 구간으로 합류하고,
제 2 재순환 라인은, 상기 제 2 열 저장 수단으로부터, 상기 열 배출 배관 구간의 상기 연결 지점의 상류 및 상기 제 2 바이패스 라인의 분기 지점의 하류의 지점에서 상기 열 배출 배관 구간으로 물을 재순환시킬 수 있도록 허용하고,
상기 제 2 열 저장 수단은 상기 제 2 재순환 라인으로의 출구, 및 상기 열 배출 배관 구간으로부터의 입구를 가지고, 상기 출구는 상기 입구보다 하방에 위치하는, 수처리 시스템을 사용하는, 수처리 방법. - 수처리 시스템을 사용하는 수처리 방법으로서,
상기 수처리 시스템은 복수의 장치들, 및 유체가 유동하고 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들을 포함하고,
상기 방법은,
히트 펌프에 의하여, 열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 상기 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 것을 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 수처리 시스템은,
상기 열 흡수 배관 구간 및 상기 히트 펌프에 각각 열적으로 연결되고 또한 상기 열 흡수 배관 구간 및 상기 히트 펌프 각각에 열 전달하도록 허용하며, 상기 열 흡수 배관 구간에서 유동하는 물과 상기 히트 펌프 사이에서 열 전달을 수행하는 제 1 열 매체가 내부에서 유동하도록 허용하는 제 1 중간 루프;
상기 제 1 열 매체가 유동하는 방향으로 보았을 때, 상기 히트 펌프와 연결 지점의 하류에서 상기 제 1 중간 루프로부터 분기하고 상기 연결 지점의 상류에서 상기 열 흡수 배관 구간으로 합류하는 제 1 중간 루프 바이패스 라인을 더 포함하고,
상기 방법은, 상기 제 1 중간 루프 바이패스 라인에 제공되는 제 3 열 저장 수단에 상기 제 1 중간 루프에서 유동하는 상기 제 1 열 매체의 적어도 일부를 일시적으로 저장하는 것을 더 포함하는, 수처리 시스템을 사용하는, 수처리 방법. - 수처리 시스템을 사용하는 수처리 방법으로서,
상기 수처리 시스템은 복수의 장치들, 및 유체가 유동하고 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들을 포함하고,
상기 방법은,
히트 펌프에 의하여, 열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 상기 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 것을 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 수처리 시스템은, 상기 열 흡수 배관 구간 및 상기 히트 펌프에 각각 열적으로 연결되고 또한 상기 열 흡수 배관 구간 및 상기 히트 펌프 각각에 열 전달하도록 허용하며, 상기 열 흡수 배관 구간에서 유동하는 물과 상기 히트 펌프 사이에서 열 전달을 수행하는 제 1 열 매체가 내부에서 유동하도록 허용하는 제 3 중간 루프를 더 포함하고,
상기 방법은, 제 3 열 저장 수단에서, 상기 제 1 열 매체의 적어도 일부를 일시적으로 저장하는 것을 더 포함하고,
상기 제 3 중간 루프는,
상기 열 흡수 배관 구간에 열적으로 연결되고 상기 제 3 열 저장 수단을 통하여 상기 제 1 열 매체를 순환시킬 수 있도록 허용하는 제 1 순환 루프; 및
상기 히트 펌프에 열적으로 연결되고 상기 제 3 열 저장 수단을 통하여 상기 제 1 열 매체를 순환시킬 수 있도록 허용하는 제 2 순환 루프를 포함하는, 수처리 시스템을 사용하는, 수처리 방법. - 수처리 시스템을 사용하는 수처리 방법으로서,
상기 수처리 시스템은 복수의 장치들, 및 유체가 유동하고 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들을 포함하고,
상기 방법은,
히트 펌프에 의하여, 열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 상기 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 것을 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 수처리 시스템은, 상기 열 배출 배관 구간 및 상기 히트 펌프에 각각 열적으로 연결되고 또한 상기 열 배출 배관 구간 및 상기 히트 펌프 각각에 열 전달하도록 허용하며, 상기 열 배출 배관 구간에서 유동하는 물과 상기 히트 펌프 사이에서 열 전달을 수행하는 제 2 열 매체가 내부에서 유동하도록 허용하는 제 2 중간 루프; 및
상기 제 2 열 매체가 유동하는 방향으로 보았을 때, 상기 히트 펌프와 연결 지점의 하류에서 상기 제 2 중간 루프로부터 분기하고 상기 연결 지점의 상류에서 상기 열 배출 배관 구간으로 합류하는 제 2 중간 루프 바이패스 라인을 더 포함하고,
상기 방법은, 상기 제 2 중간 루프 바이패스 라인에 제공되는 제 4 열 저장 수단에서, 상기 제 2 중간 루프에서 유동하는 상기 제 2 열 매체의 적어도 일부를 일시적으로 저장하는 것을 더 포함하는, 수처리 시스템을 사용하는, 수처리 방법. - 수처리 시스템을 사용하는 수처리 방법으로서,
상기 수처리 시스템은 복수의 장치들, 및 유체가 유동하고 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들을 포함하고,
상기 방법은,
히트 펌프에 의하여, 열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 상기 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 것을 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 수처리 시스템은, 상기 열 배출 배관 구간 및 상기 히트 펌프에 각각 열적으로 연결되고 또한 상기 열 배출 배관 구간 및 상기 히트 펌프 각각에 열 전달하도록 허용하며, 상기 열 배출 배관 구간에서 유동하는 물과 상기 히트 펌프 사이에서 열 전달을 수행하는 제 2 열 매체가 내부에서 유동하도록 허용하는 제 4 중간 루프를 더 포함하고,
상기 방법은, 제 4 열 저장 수단에서 상기 제 2 열 매체의 적어도 일부를 일시적으로 저장하는 것을 더 포함하고,
상기 제 4 중간 루프는,
상기 열 배출 배관 구간에 열적으로 연결되고 상기 제 4 열 저장 수단을 통하여 상기 제 2 열 매체를 순환시킬 수 있도록 허용하는 제 3 순환 루프; 및
상기 히트 펌프에 열적으로 연결되고 상기 제 4 열 저장 수단을 통하여 상기 제 2 열 매체를 순환시킬 수 있도록 허용하는 제 4 순환 루프를 포함하는, 수처리 시스템을 사용하는, 수처리 방법. - 수처리 시스템을 사용하는 수처리 방법으로서,
상기 수처리 시스템은 복수의 장치들, 및 유체가 유동하고 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들을 포함하고,
상기 방법은,
히트 펌프에 의하여, 열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 상기 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 것을 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 수처리 시스템은, 상기 열 배출 배관 구간 및 상기 히트 펌프에 각각 열적으로 연결되고 또한 상기 열 배출 배관 구간 및 상기 히트 펌프 각각에 열 전달하도록 허용하며, 상기 열 배출 배관 구간에서 유동하는 물과 상기 히트 펌프 사이에서 열 전달을 수행하는 제 2 열 매체가 내부에서 유동하도록 허용하는 제 4 중간 루프를 더 포함하고,
상기 방법은, 제 4 열 저장 수단에서, 상기 제 2 열 매체의 적어도 일부를 일시적으로 저장하는 것을 더 포함하고,
상기 제 4 중간 루프는,
상기 열 배출 배관 구간에 열적으로 연결되고 상기 제 4 열 저장 수단을 통하여 상기 제 2 열 매체를 순환시킬 수 있도록 허용하는 제 3 순환 루프; 및
상기 히트 펌프에 열적으로 연결되고 상기 제 4 열 저장 수단을 통하여 상기 제 2 열 매체를 순환시킬 수 있도록 허용하는 제 4 순환 루프를 포함하고,
상기 제 4 열 저장 수단은 상기 제 4 순환 루프로의 출구 및 상기 제 4 순환 루프로부터의 입구를 가지고, 상기 출구는 상기 입구보다 하방에 위치하는, 수처리 시스템을 사용하는, 수처리 방법. - 수처리 시스템을 사용하는 수처리 방법으로서,
상기 수처리 시스템은 복수의 장치들, 및 유체가 유동하고 서로 인접한 상기 장치들을 서로 연결하는 복수의 배관 구간들을 포함하고,
상기 방법은,
히트 펌프에 의하여, 열 흡수 배관 구간으로부터 열을 흡수하고 상기 열 흡수 배관 구간으로부터 흡수된 상기 열을 열 배출 배관 구간으로 배출하는 것을 포함하고, 상기 배관 구간들 중 적어도 하나는 열 흡수 배관 구간으로서 정의되고 상기 배관 구간들 중 적어도 다른 하나는 열 배출 배관 구간으로서 정의되며,
상기 열 배출 배관 구간 또는 상기 열 흡수 배관 구간을, 상기 히트 펌프와 상이한 수단에 의해 가열 또는 냉각하는 것을 포함하는, 수처리 시스템을 사용하는, 수처리 방법.
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