KR101587256B1 - A combined heat and power system with a double layered reservoir - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열병합 발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축열조와 축열조를 감싸는 온수조를 포함하는 복합수조를 구비한 열병합 발전시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
아파트 단지 등 공동주택단지의 난방방식은 난방하는 장소에 열량을 공급하는 방법에 따라서 중앙난방, 지역난방, 개별난방이 있다.The heating system of apartment complexes such as apartment complexes has central heating, district heating, and individual heating depending on the way of supplying calories to a heating place.
중앙난방은 지하실 또는 별도의 장소에 보일러 등의 열원을 설치하고, 이로부터 각 가정에 증기, 온수 또는 온풍 등의 열매체를 공급하여 난방하는 방식이다.The central heating is a method of heating a boiler or other heat source in a basement or a separate place from which a heating medium such as steam, hot water or hot air is supplied to each home.
지역난방은 아파트 단지 등에 개별적으로 열 생산 시설을 갖추는 대신에 열병합발전소, 쓰레기 소각로 등 집중된 대규모의 열 생산 시설에서 생산된 온수를 지하에 매설된 배관을 통하여 일정 지역의 아파트 단지 등에 공급하는 난방방식이다.Local heating is a type of heating system that supplies hot water produced in a large scale heat production facility such as a cogeneration power plant and a garbage incinerator to an apartment complex in a certain area through pipelines buried underground, instead of having individual heat production facilities in apartment complexes .
개별난방은 각각의 가정에서 개별의 난방기를 채용하여 단독으로 난방하는 방식이다. 개별난방은 각 가정이 원하는 시간에 난방을 하도록 조절할 수 있고, 사용한 만큼만 요금을 내는 장점이 있다. 그러나 개별난방은 소규모 보일러를 사용하기 때문에 열효율이 떨어져 연료비가 지역난방보다 더 든다는 단점이 있다.Individual heating is a method in which individual heaters are used in each house to heat them individually. Individual heating can be adjusted to allow each family to heat at the desired time, and it has the advantage of paying only as much as it uses. However, since the individual heating uses a small boiler, it has a disadvantage that the heat efficiency is lowered and the fuel cost is higher than the district heating.
이와 같은 단점을 해결하기 위한 방안으로서 에너지 효율이 높은 열병합 발전시스템(Combined Heat and Power System)이 제시되고 있다. 열병합 발전시스템은 하나의 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 생산하는 종합 에너지 시스템으로 일반적으로 고온부는 전력을 생산하기 위한 동력원으로 사용하고, 저온부는 난방 열원으로 사용한다.To solve these drawbacks, a combined heat and power system with high energy efficiency has been proposed. A cogeneration system is a total energy system that simultaneously produces power and heat from a single energy source. In general, the high temperature is used as a power source to generate electricity and the low temperature is used as a heat source.
도 1은 종래의 열병합 발전시스템을 간략하게 도시한 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 보일러(1)에서 작동유체를 가열한 후 고온·고압의 가스 상태의 작동유체를 이용해서 교류 발전기(4)와 연결된 팽창기(2)를 가동시켜 전기를 생산한 후 팽창기(2)에서 배출되는 저온·저압의 작동유체를 이용하여 열교환 방식으로 온수통(3)에 저장된 온수를 가열한다.1 is a conceptual diagram briefly showing a conventional cogeneration system. 1, after heating a working fluid in a
일반 가정의 경우에는 난방부하를 포함하는 온수부하가 큰 시간대와 전력부하가 큰 시간대가 서로 일치하지 않는다. 즉, 낮 시간대에는 전력부하는 크지만, 난방부하는 매우 적으며, 밤과 새벽 시간대에는 전력부하는 거의 없지만, 난방부하는 매우 크다. 종래의 열병합 발전시스템의 경우에는 보일러라는 하나의 에너지원으로 전력과 열을 동시에 생산하기 때문에 낮 시간대에는 열이 과다하게 생산되고, 밤과 새벽 시간대에는 전력이 과다하게 생산될 수 있다는 문제점이 있었다.In the case of a general household, the time zone in which the hot water load including the heating load is large and the time zone in which the power load is large do not coincide with each other. That is, although the power load is large in the daytime, the heating load is very small, and there is little power load at night and early morning, but the heating load is very large. In the conventional cogeneration system, since the power and heat are generated simultaneously as one energy source of the boiler, there is a problem that the heat is excessively produced in the daytime and the electric power is excessively produced in the night and early morning hours.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 축열조라는 다른 에너지 저장장치를 구비한 열병합 발전시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a cogeneration system having another energy storage device called a heat storage tank.
또한, 온수조가 축열조를 감싸는 구조인 복합수조를 구비하여, 축열조의 열손실을 최소화할 수 있는 열병합 발전시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a cogeneration system having a composite water tank in which a hot water tank surrounds a heat storage tank, thereby minimizing heat loss of the heat storage tank.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열병합 발전시스템은 제1작동유체가 흐르는 제1순환배관 및 상기 제1순환배관에 설치되어 상기 제1작동유체를 순환시키는 제1순환펌프와, 상기 제1순환배관에 흐르는 상기 제1작동유체를 가열하여 고온·고압 상태로 변환시키는 가열장치와, 고온·고압 상태의 상기 제1작동유체와의 열교환을 통해서 열에너지를 저장하는 축열물질이 저장된 축열조와, 상기 축열조를 통과한 고온·고압의 가스 상태의 상기 제1작동유체의 팽창력을 회전력으로 변환하는 팽창기와, 상기 팽창기를 원동기로 하여 전기에너지를 생산하는 발전기와, 열교환을 통해서 상기 팽창기에서 배출된 저온·저압의 가스 상태의 상기 제1작동유체를 저온·저압의 액체 상태로 변환시키는 열교환기와, 제2작동유체가 흐르며, 상기 제1작동유체와 제2작동유체 사이에 열교환이 일어나도록 상기 열교환기에서 상기 제1순환배관과 중첩되는 제2순환배관 및 상기 제2순환배관에 설치되어 상기 제2작동유체를 순환시키는 제2순환펌프와, 상기 축열조가 외부에 노출되어 축열물질에 저장된 열에너지가 외부로 손실되는 것을 최소화하도록 상기 축열조를 둘러싸며, 상기 열교환기에서의 제1작동유체와의 열교환을 통해서 열에너지를 흡수한 상기 제2작동유체와의 열교환을 통해서 그 내부에 저장된 온수가 가열되도록 구성된 온수조를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a cogeneration system including a first circulation pipe through which a first working fluid flows, a first circulation pump installed in the first circulation pipe and circulating the first working fluid, A heat storage device for storing the heat storage material for storing heat energy through heat exchange between the first working fluid flowing in the circulation pipe and the first working fluid in the high temperature and high pressure state, An expander for converting the expansion force of the first working fluid in a gaseous state of high temperature and high pressure that has passed through the heat storage tank into a rotary force; a generator for producing electric energy using the expander as a prime mover; A heat exchanger for converting the first working fluid in a gaseous state of a low pressure into a liquid state of a low temperature and a low pressure and a second working fluid, And a second circulation pump installed in the second circulation pipe and circulating the second working fluid, wherein the second circulation pipe overlaps the first circulation pipe in the heat exchanger so that heat exchange occurs between the second circulation pipe and the second working fluid, The second working fluid absorbing heat energy through heat exchange with the first working fluid in the heat exchanger, and the second working fluid absorbing the heat energy by heat exchange with the first working fluid in the heat exchanger to minimize the loss of heat energy stored in the heat- And a hot water tank configured to heat the hot water stored therein through heat exchange between the hot water tank and the hot water tank.
상술한 열병합 발전시스템은 상기 온수조와 축열조 사이에 배치되어 상기 온수조와 축열조 사이의 열교환을 제한하는 단열층을 더 포함하는 것이 바람직하다.The cogeneration system may further include a heat insulating layer disposed between the hot water tank and the heat storage tank to restrict heat exchange between the hot water tank and the heat storage tank.
또한, 상기 축열조 내부의 축열물질을 가열하기 위한 전열히터를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 전열히터는 전력부하가 적은 시간대에 상기 발전기에서 생산된 전기에 의해서 가동될 수 있다. Further, it is preferable to further include an electric heater for heating the heat storage material in the heat storage tank. The electric heater can be operated by electricity generated by the generator at a time when power load is low.
또한, 상기 팽창기를 우회하는 바이패스 배관과 상기 제1순환배관과 상기 바이패스 배관을 연결하는 삼방밸브를 더 포함하며, 전력부하가 적은 시간대에는 선택적으로 상기 축열조에서 배출된 제1작동유체가 상기 바이패스 배관을 통해서 상기 팽창기를 우회하도록 상기 삼방밸브가 제어되는 것이 바람직하다.The first working fluid discharged from the heat storage tank may be selectively supplied to the bypass pipe through the bypass pipe bypassing the inflator, and a three-way valve connecting the first circulation pipe and the bypass pipe. And the three-way valve is controlled to bypass the inflator through the bypass piping.
또한, 상술한 열병합 발전시스템은 난방부하에 직접 제2순환유체를 공급하도록 상기 온수조를 우회하도록 구성되며, 상기 제2순환배관과 연결된 온수조 바이패스 배관과 상기 제2순환배관이 상기 온수조 또는 상기 난방부하에 선택적으로 연결되도록 제2순환유체의 흐름을 제어하는 복수의 삼방밸브를 더 포함할 수 있다.The cogeneration system described above is configured to bypass the hot water tank to supply a second circulating fluid directly to the heating load, and the hot water bypass pipe connected to the second circulation pipe and the second circulation pipe are connected to the hot water tank Or a plurality of three-way valves for controlling the flow of the second circulating fluid to selectively connect to the heating load.
본 발명에 따른 복합수조를 구비한 열병합 발전시스템은 축열조라는 다른 에너지원을 구비하므로, 다양한 운전방법을 통해서 온수부하 및 전력부하의 시간에 따른 변동에 대응할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 온수조가 축열조를 감싸는 구조인 복합수조를 구비하여, 축열조의 열손실을 최소화할 수 있으며, 설치공간을 줄일 수 있다는 장점이 있다.The cogeneration system having the complex water tank according to the present invention has an advantage of being able to cope with fluctuations of the hot water load and the electric power load over time through various operation methods because it has another energy source called a heat storage tank. Also, the composite water tank has a structure in which the hot water tank encloses the heat storage tank, thereby minimizing the heat loss of the heat storage tank and reducing the installation space.
도 1은 종래의 열병합 발전시스템을 간략하게 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전시스템의 일실시예를 간략하게 도시한 개념도이다.
도 3은 도 2에 도시된 복합수조의 절개사시도이다.1 is a conceptual diagram briefly showing a conventional cogeneration system.
2 is a conceptual diagram briefly showing an embodiment of a cogeneration system according to the present invention.
3 is an incision oblique view of the composite water tank shown in Fig.
이하, 본 발명에 따른 열병합 발전시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the cogeneration system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, etc. of components may be exaggerated for convenience. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
도 2는 본 발명에 따른 열병합 발전시스템의 일실시예를 간략하게 도시한 개념도이다. 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 열병합 발전시스템의 일실시예는 제1작동유체가 흐르는 제1순환배관(10) 및 제1순환펌프(11), 제1작동유체를 가열하는 가열장치(20), 축열조(52) 및 온수조(58)를 구비한 복합수조(50), 팽창기(30), 발전기(39), 열교환기(40)를 포함한다. 또한, 열교환기에서 제1순환배관(10)과 중첩되며, 제2작동유체가 흐르는 제2순환배관(60) 및 제2순환펌프(61)를 포함한다. 2 is a conceptual diagram briefly showing an embodiment of a cogeneration system according to the present invention. 2, an embodiment of the cogeneration system according to the present invention includes a
제1작동유체는 온도 및 상변화에 의해서 열에너지를 흡수하고 방출하는 역할을 한다. 제1작동유체는 열병합 발전시스템의 각각의 구성요소들을 서로 연결하고 있는 제1순환배관(10)을 따라서 이용하면서 열에너지를 전달한다.The first working fluid plays a role of absorbing and releasing heat energy by temperature and phase change. The first working fluid transfers heat energy while using the first circulation pipe (10) connecting the respective components of the cogeneration system to each other.
본 발명에 있어서 제1작동유체로는 메탄올, 에탄올, HFC계열의 냉매 또는 HCFC계열의 냉매를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 열병합 발전시스템에서는 열교환기(40)가 응축기로서의 역할을 하므로, 열교환기(40)에 유입되는 제2작동유체인 물의 온도에 비해서 제1작동유체의 응축온도가 높아야 열교환기(40)에서의 열교환을 통해 제1작동유체가 응축되기 때문이다.As the first working fluid in the present invention, it is preferable to use methanol, ethanol, HFC refrigerant or HCFC refrigerant. In the cogeneration system according to the present invention, since the
순환배관(10)에는 작동유체를 순환시키기 위한 순환펌프(11)가 설치된다. 순환펌프(11)는 액체만 펌핑할 수 있으므로, 작동유체는 팽창 후 반드시 응축되어야 한다.The circulation pipe (10) is provided with a circulation pump (11) for circulating the working fluid. Since the circulating
가열장치(20)는 제1순환배관(10)을 직접 가열하는 장치일 수 있다. 이때, 열전달 효율을 향상시키기 위해 가열되는 위치의 제1순환배관(10)에는 핀이 달려있을 수 있다. The
또한, 가열장치(20)는 물이나 기름이 저장된 탱크와 그 탱크를 가열하는 가열부를 포함하는 보일러일 수도 있다. 가열부는 탱크의 아래에 배치되며, 가열부에 공급되는 기름이나 가스와 같은 연료를 태워서 탱크를 가열할 수 있다. 제1순환배관(10)은 가열장치(20)의 탱크 내부를 통과한다. 가열장치(20)를 통과한 제1작동유체는 보일러 내부의 탱크에 저장된 물이나 기름으로부터 열을 흡수하여 고온·고압의 가스 형태로 변환된다. Further, the
고온·고압의 가스 형태의 제1작동유체는 복합수조(50)로 유입된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 복합수조(50)는 축열조(52)와 축열조(52)를 둘러싸는 온수조(58) 및 축열조(52)와 온수조(58) 사이에 배치되는 단열층(56)을 포함한다. 축열조(52)에는 대략 100 ~ 200℃ 정도의 온도영역에서 축열이 가능한 축열물질이 채워져 있다. 또한, 축열조(52)에는 축열물질을 가열하기 위한 전열히터(54)가 설치될 수 있다. 축열물질로는 예를 들어, 비점이 높은 오일을 사용할 수 있다. 축열조(52)에는 열교환을 위한 코일형태의 배관(53)이 설치되어 있으며, 제1순환배관(10)은 이 배관(53)과 연결된다. 운전초기에는 제1작동유체의 열에너지가 축열조(52)의 축열물질에 전달되므로, 팽창기(30)가 작동하지 않을 수 있다. 그러나 일단 축열조(52)가 충분히 가열되면, 제1작동유체의 열에너지가 축열조(52)에서 손실되지 않으므로, 축열조(52)를 통과한 제1작동유체는 고온·고압 상태를 유지할 수 있다. 운전초기의 축열조(52) 가열을 위한 열에너지의 사용을 방지하기 위해서, 심야전기를 이용하여 전열히터를 가동함으로써, 축열조(52)를 미리 가열할 수도 있다. 이 심야전기는 열병합 발전시스템의 발전기(39)에서 생산된 전기일 수도 있다. 야간에는 온수부하가 크기 때문에 열병합 발전시스템을 가동해야 하지만, 전력부하는 크지 않으므로, 남는 전력을 축열조(52)의 가열에 사용할 수 있다. 온수부하는 난방부하를 포함하여 온수가 필요한 부하를 의미한다. 축열조(52)는 팽창기(30)로 유입되는 제1작동유체의 온도 및 압력이 일정하도록 하는 일종의 버퍼로서의 기능도 한다. 또한, 가열장치(20)를 대신하여 제1작동유체에 열에너지를 가하는 보조 열원으로서의 기능도 한다. 가열장치(20)를 통과하는 제1작동유체의 온도는 온수의 사용량 변화에 따른 제2작동유체의 온도 변화에 따라서 변동될 수 있으며, 가열장치(20)에서 가해지는 열에너지도 항상 일정하지 않을 수 있다. 축열조(52)는 이러한 차이를 보상하는 역할을 할 수 있다. The first working fluid in a gaseous form at a high temperature and a high pressure flows into the complex water tank (50). 3, the
다시, 도 2를 참고하여 설명한다. 축열조(52)를 통과한 고온·고압 상태의 제1작동유체는 팽창기(30)로 유입되어 팽창기(30)의 회전자(미도시)를 회전시킨다. 팽창기(30)는 스크루 팽창기 또는 스크롤 팽창기일 수 있다. 팽창기(30)가 회전하면 팽창기(30)에 연결된 회전형 발전기(39)에서 발전이 이루어진다. 상술한 바와 같이, 축열조(52)는 팽창기(30)에 유입되는 제1작동유체의 열에너지의 변화를 보상할 수 있어, 팽창기(30)가 좀 더 안정적으로 발전기(39)를 회전시킬 수 있도록 할 수 있다. 팽창기(30)를 회전시키는 과정에서 열에너지를 소모한 작동유체는 저온·저압의 가스 형태로 팽창기(30)에서 배출된다.Referring again to FIG. The first working fluid in the high temperature and high pressure state that has passed through the
또한, 본 실시예에 따른 복합수조를 구비한 열병합 발전시스템은 팽창기(30)를 우회하는 바이패스 배관(12)을 더 구비할 수 있다. 이 바이패스 배관(12)과 제1순환배관(10)이 만나는 위치에는 삼방밸브가 설치된다(13a, 13b). 전력부하가 거의 없고, 온수부하만 있는 경우로서, 축열조(52)의 가열이 필요한 경우에는 제1작동유체가 축열조(52)를 통과한 후 바이패스 배관(12)을 통해서 팽창기(30)를 우회하도록 할 수 있다. 이 경우에는 제1작동유체의 고온부 에너지는 축열조(52)에 전달되고, 저온부 에너지는 온수조(58)에 전달된다. In addition, the cogeneration system having the composite water tank according to the present embodiment may further include a
팽창기(30)에서 배출된 제1작동유체는 열교환기(40)에서 제2작동유체와의 열교환을 통해서 저온·저압의 액체 형태로 상변화를 일으키면서 열에너지를 제2작동유체에 전달한다.The first working fluid discharged from the expander (30) exchanges heat with the second working fluid in the heat exchanger (40) to transfer the heat energy to the second working fluid while causing a phase change to the low temperature and low pressure liquid form.
열교환기(40)를 통과한 제1작동유체는 다시 가열장치(20)를 통해서 고온·고압 상태로 변한다.The first working fluid having passed through the heat exchanger (40) is again changed to a high temperature and high pressure state through the heating device (20).
열교환기(40)에서 제1작동유체의 열에너지를 흡수한 제2작동유체는 열교환기(40)와 복합수조(50)의 온수조(58)를 연결하고 있는 제2순환배관(10)을 따라서 이동한다. 즉, 제2작동유체는 열교환기(40)에서 제1작동유체의 저온부의 열을 흡수하여, 복합수조(50)의 온수조(58)에 저장된 온수에 열을 전달하는 역할을 한다. 본 실시예에 있어서 제2작동유체로는 물을 사용하는 것이 바람직하다.The second working fluid absorbing the thermal energy of the first working fluid in the
열교환기(40)에서 열을 흡수한 제2작동유체는 복합수조(50)의 온수조(58)의 내부에 설치되며, 제2순환배관(60)과 연결되어 있는 나선형 코일 형태의 배관(59)을 통과하면서, 온수조(58)의 내부에 저장되어 있는 온수에 열을 전달한다.The second working fluid absorbing the heat in the
온수조(58)는 온수를 사용하는 각종 부하들과 연결되어 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 난방부하(70)와 연결될 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 있어서, 복합수조는 온수조(58)가 축열조(52)를 감싸고 있는 형태이다. 이러한 복합수조의 구조는 축열조(52)의 열손실을 최소화할 수 있다는 점에서 장점이 있으며, 축열조(52)에서의 불가피한 열손실이 온수조(58)로 전달되어 활용된다는 장점이 있다. 좀 더 자세히 설명하면, 축열조(52)가 비록 단열층(56)에 의해서 둘러싸여 있다고 하여도, 축열조(52)가 외부로 노출되어 있는 경우에는 축열조(52)와 외부 기온의 차이가 크므로, 열손실이 상대적으로 많이 생길 수 있다. 본 발명의 경우에는 축열조(52)가 외부 기온에 비해서 훨씬 높은 온수로 채워져 있는 온수조(58)로 감싸져 있기 때문에 상대적으로 열손실이 적다. 또한, 축열조(52)에서 손실된 열이 외부로 배출되는 것이 아니라, 온수조(58)로 전달되어 활용되므로, 실질적인 열손실 더욱 적다.The
또한, 본 실시예는 제2순환배관(60)을 온수조(58)가 아닌 난방부하(70)에 직접 연결하기 위한 온수조 바이패스 배관을 더 포함한다. 온수조 바이패스 배관은 상류측 온수조 바이패스 배관(81)과 하류측 온수조 바이패스 배관(82)을 포함한다. 상류측 온수조 바이패스 배관(81)과 제2순환배관(60)이 서로 만나는 위치와 온수조 바이패스 배관(81)과 난방부하(70)가 서로 만나는 위치에는 각각 삼방밸브(83a, 83b)가 설치된다. 또한, 하류측 온수조 바이패스 배관(82)과 제2순환배관(60)이 서로 만나는 위치와 온수조 바이패스 배관(82)과 난방부하(70)가 서로 만나는 위치에는 각각 삼방밸브(84a, 84b)가 설치된다. 삼방밸브들(83a, 83b, 84a, 84b)을 제어하여 난방이 많이 필요한 저녁이나 새벽 시간대에는 난방부하(70)에 제2작동유체를 직접 공급하고, 난방이 필요 없는 낮 시간대에는 온수조(58)에 제2작동유체를 공급할 수 있다.The present embodiment further includes a hot water bypass pipe for directly connecting the
이상에서는 상술한 복합수조를 구비한 열병합 발전시스템의 작용의 일예에 대해서 설명한다. 본 발명에 따른 복합수조를 구비한 열병합 발전시스템은 다양한 방식으로 구동이 가능하며, 아래의 작동 방법은 하나의 예에 불과하다.An example of the operation of the cogeneration system having the aforementioned complex water tank will be described below. The cogeneration system having the composite water tank according to the present invention can be driven in various ways, and the following operation method is only one example.
먼저, 온수부하 및 전력부하가 거의 없는 오전 시간에 가열장치(20)를 가동하여, 축열조(52)의 축열물질에 열에너지를 축적한다. 이때에는 팽창기(30)의 상류측과 팽창기(30)의 하류측을 연결하는 바이패스 배관(12)을 통해서 축열조(52)에서 배출된 제1작동유체가 팽창기(30)를 통하지 않고 가열장치(20)로 다시 유입되도록 삼방밸브(13a, 13b)를 제어한다. 축열조(52)에서의 열손실로 팽창기(30)의 가동이 어렵기 때문이다. 그러나 겨울철과 같이 팽창기(30)의 예열이 필요한 경우에는 축열조(52)를 통과한 제1작동유체가 팽창기(30)를 지나가도록 할 수도 있다. 남은 폐열을 열교환기(40)에서 제2작동유체에 전달된다. 제2작동유체에 전달된 열에너지는 복합수조(50)의 온수조(58)에 저장된다.First, the
온수부하는 적지만, 전력부하 큰 낮 시간대에는 축열조(52)를 통과한 고온·고압의 가스 형태의 제1작동유체가 바이패스 배관(12)을 통과하지 않고, 팽창기(30)를 통과하여 전력이 생산된다. 전력을 생산하고 남은 폐열을 열교환기(40)에서 제2작동유체에 전달된다. 제2작동유체에 전달된 열에너지는 복합수조(50)의 온수조(58)에 저장된다. 저장된 열에너지는 온수부하가 큰 저녁이나 새벽 시간대에 활용된다. 이때, 전기 생산을 위한 열에너지는 가열장치(20)를 통해서 공급할 수도 있으며, 축열조(52)에 저장된 열에너지를 사용할 수도 있다. 즉, 가열장치(20)의 가동을 멈추고, 축열조(52)에 저장된 열에너지를 통해서 제1작동유체를 가열할 수도 있다.The first working fluid having a high temperature and a high pressure passing through the
온수부하가 크고, 전력부하가 작은 밤과 새벽 시간대에는 난방부하에 제2작동유체를 직접 공급하고, 생산된 전기 중 남는 전기는 축열조(52)의 전열히터(54)를 가동하는 용도로 활용할 수 있다. 또한, 제1작동유체가 바이패스 배관(12)을 통과하도록 하여, 고온부의 에너지는 축열조(52)에 열에너지를 저장하고, 저온부의 에너지는 난방부하에 직접 공급할 수도 있다.The second working fluid is directly supplied to the heating load at the nighttime and the early morning time when the hot water load is large and the electric power load is small and the electricity remaining in the produced electricity can be utilized as an application for operating the
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
10: 제1순환배관 11: 제1순환펌프
12: 바이패스 배관 20: 가열장치
30: 팽창기 39: 발전기
40: 열교환기 50: 복합수조
52: 축열조 54: 전열히터
56: 단열층 58: 온수조
60: 제2순환배관 61: 제2순환펌프
70: 난방부하
81: 상류측 온수조 바이패스 배관
82: 하류측 온수조 바이패스 배관 10: first circulation piping 11: first circulation pump
12: Bypass piping 20: Heating device
30: inflator 39: generator
40: heat exchanger 50: complex water tank
52: heat storage tank 54: electrothermal heater
56: insulation layer 58: hot water tank
60: second circulation pipe 61: second circulation pump
70: Heating load
81: Upstream side hot water tank bypass piping
82: Downstream hot water tank bypass pipe
Claims (6)
상기 제1순환배관에 흐르는 상기 제1작동유체를 가열하여 고온·고압의 가스 상태로 변환시키는 가열장치와,
고온·고압 상태의 상기 제1작동유체와의 열교환을 통해서 열에너지를 저장하는 축열물질이 저장된 축열조와,
상기 축열조를 통과한 고온·고압 상태의 상기 제1작동유체의 팽창력을 회전력으로 변환하는 팽창기와, 상기 팽창기를 원동기로 하여 전기에너지를 생산하는 발전기와,
열교환을 통해서 상기 팽창기에서 배출된 저온·저압의 가스 상태의 상기 제1작동유체를 저온·저압의 액체 상태로 변환시키는 열교환기와,
제2작동유체가 흐르며, 상기 제1작동유체와 제2작동유체 사이에 열교환이 일어나도록 상기 열교환기에서 상기 제1순환배관과 중첩되는 제2순환배관 및 상기 제2순환배관에 설치되어 상기 제2작동유체를 순환시키는 제2순환펌프와,
상기 축열조가 외부에 노출되어 축열물질에 저장된 열에너지가 외부로 손실되는 것을 최소화하도록 상기 축열조를 둘러싸며, 상기 열교환기에서의 제1작동유체와의 열교환을 통해서 열에너지를 흡수한 상기 제2작동유체와의 열교환을 통해서 그 내부에 저장된 온수가 가열되도록 구성된 온수조를 포함하는 복합수조를 구비한 열병합 발전시스템.A first circulation pipe through which the first working fluid flows and a first circulation pump installed in the first circulation pipe for circulating the first working fluid,
A heating device for heating the first working fluid flowing through the first circulation pipe to convert the first working fluid to a high-temperature and high-pressure gas state,
A heat storage tank for storing a heat storage material for storing heat energy through heat exchange with the first working fluid in a high temperature and high pressure state,
An expander for converting the expansion force of the first working fluid in the high-temperature and high-pressure state that has passed through the thermal storage tank into a rotary force; a generator for generating electric energy using the expander as a prime mover;
A heat exchanger for converting the first working fluid in a low-temperature and low-pressure gaseous state discharged from the inflator through heat exchange into a low-temperature and low-pressure liquid state,
A second circulation pipe through which the second working fluid flows and which causes heat exchange between the first working fluid and the second working fluid to overlap with the first circulation pipe in the heat exchanger and a second circulation pipe provided in the second circulation pipe, A second circulation pump for circulating the second working fluid,
The second working fluid absorbing heat energy through heat exchange with the first working fluid in the heat exchanger, and the second working fluid absorbing the heat energy by heat exchange with the first working fluid in the heat exchanger to minimize the loss of heat energy stored in the heat- And a hot water tank configured to heat the hot water stored therein through heat exchange of the hot water tank.
상기 온수조와 축열조 사이에 배치되어 상기 온수조와 축열조 사이의 열교환을 제한하는 단열층을 더 포함하는 복합수조를 구비한 열병합 발전시스템.The method according to claim 1,
And a heat insulating layer disposed between the hot water tank and the heat storage tank to restrict heat exchange between the hot water tank and the heat storage tank.
상기 축열조 내부의 축열물질을 가열하기 위한 전열히터를 더 포함하는 복합수조를 구비한 열병합 발전시스템.The method according to claim 1,
And a heat transfer heater for heating the heat storage material in the heat storage tank.
상기 전열히터는 전력부하가 적은 시간대에 상기 발전기에서 생산된 전기에 의해서 가동되는 복합수조를 구비한 열병합 발전시스템. The method of claim 3,
Wherein the electric heater is operated by electric power generated by the generator at a time when power load is low.
상기 팽창기를 우회하는 바이패스 배관과 상기 제1순환배관과 상기 바이패스 배관을 연결하는 삼방밸브를 더 포함하며,
전력부하가 적은 시간대에는 선택적으로 상기 축열조에서 배출된 제1작동유체가 상기 바이패스 배관을 통해서 상기 팽창기를 우회하도록 상기 삼방밸브가 제어되는 복합수조를 구비한 열병합 발전시스템. The method according to claim 1,
Further comprising a bypass pipe bypassing the inflator, and a three-way valve connecting the first circulation pipe and the bypass pipe,
Wherein the three-way valve is controlled such that the first working fluid discharged from the heat storage tank selectively bypasses the inflator through the bypass pipeline during a time when the power load is low.
난방부하에 직접 제2순환유체를 공급하도록 상기 온수조를 우회하도록 구성되며, 상기 제2순환배관과 연결된 온수조 바이패스 배관과 상기 제2순환배관이 상기 온수조 또는 상기 난방부하에 선택적으로 연결되도록 제2순환유체의 흐름을 제어하는 복수의 삼방밸브를 더 포함하는 복합수조를 구비한 열병합 발전시스템.The method according to claim 1,
A hot water bypass pipe connected to the second circulation pipe and the second circulation pipe connected to the hot water tank or the heating load so as to bypass the hot water tank to supply a second circulating fluid directly to the heating load, Further comprising a plurality of three-way valves for controlling the flow of the second circulating fluid.
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