KR102156735B1 - Thermal Load Control System - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열부하 조절 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a heat load control system.
LNG(Liquefied Natural Gas, 액화천연가스)는 해외가스전에서 수송의 편리성을 위해서 기체인 천연가스에서 질소, 이산화탄소, 불순물 등을 제거한 후, 이를 저온 고압으로 액화한 것으로, 메탄, 프로판, 부탄 등으로 구성되어 있다. LNG 저장밀도는 약 430 내지 470 kg/m3으로 표준상태의 기체에 비해서 625배 이상이고, -162℃ 온도를 지닌 초저온 액체 상태이다. LNG는 해외가스전에서 LNG 선박을 통해서 수입한 후, LNG 터미널의 LNG 저장탱크에 하역하여 저장한다. 이후 LNG는 기화되어 가정으로 수송되는데, LNG의 기화과정에서 발생하는 냉열은 공장이나 데이터 센터 등의 폐열과 열교환될 수 있다.LNG (Liquefied Natural Gas) is obtained by removing nitrogen, carbon dioxide, and impurities from natural gas, which is a gas, for convenient transportation in overseas gas fields, and then liquefying it at low temperature and high pressure. Consists of. The LNG storage density is about 430 to 470 kg/m 3 , which is 625 times higher than that of the gas in the standard state, and is in a cryogenic liquid state with a temperature of -162°C. LNG is imported from overseas gas fields through LNG vessels and then unloaded and stored in LNG storage tanks at LNG terminals. After that, the LNG is vaporized and transported to the home. The cold heat generated during the gasification process of LNG can be exchanged with waste heat from factories or data centers.
하지만, LNG의 기화과정에서 발생하는 냉열과 공장이나 데이터 센터 등의 폐열은 서로 열량이 상이하여 열교환 시스템 부하의 부조화가 발생하는 문제점이 존재한다. 종래기술에 따른 시스템은 두 열원 사이의 열량 차이로 인하여 발생하는 부하의 부조화를 방지할 수 있는 기술이 전무한 상황이다.However, the cold heat generated during the gasification process of LNG and the waste heat of a factory or data center have different amounts of heat from each other, and thus there is a problem in that the load of the heat exchange system is mismatched. The system according to the prior art is in a situation where there is no technology capable of preventing the mismatch of the load caused by the difference in the amount of heat between the two heat sources.
또한, 종래기술은 전원 차단 등 비상시에 시스템이 정지하면 열을 공급하거나 흡수할 수 있는 수단이 없어, 비상시에 열교환이 중단되는 문제점이 존재한다.In addition, in the prior art, there is no means for supplying or absorbing heat when the system is stopped in case of an emergency such as power cut off, so there is a problem that heat exchange is stopped in case of emergency.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 열 방출수단, 열 공급수단, 조정수단, 빙축열 시스템, 및 히터 등을 이용하여, 제1 열교환기에서 작동유체에 공급되는 냉열과 제2 열교환기에서 작동유체에 공급되는 열 사이의 열량 차이를 흡수할 수 있는 열부하 조절 시스템에 관한 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, one aspect of the present invention is to use a heat dissipation means, a heat supply means, a control means, an ice heat storage system, a heater, etc., to the working fluid in the first heat exchanger. It relates to a heat load control system capable of absorbing a difference in heat quantity between the supplied cold heat and the heat supplied to the working fluid from the second heat exchanger.
본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템은 작동유체를 가압하는 가압수단, 상기 작동유체가 제1 매체와 열교환되어, 상기 작동유체에 상기 제1 매체의 냉열이 전달되는 제1 열교환기, 상기 작동유체가 제2 매체와 열교환되어, 상기 작동유체에 상기 제2 매체의 열이 전달되는 제2 열교환기, 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이에 구비되어, 상기 작동유체로부터 열을 방출시키는 열 방출수단, 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이에 구비되어, 상기 작동유체에 열을 공급하는 열 공급수단, 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이에 구비되어, 상기 작동유체의 온도와 압력을 낮추는 조정수단, 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이에 구비되어, 상기 작동유체에 냉열을 공급하거나 상기 작동유체로부터 냉열을 흡수하는 빙축열 시스템, 및 상기 제1 열교환기와 연결되어, 상기 작동유체에 열을 공급하는 히터를 포함한다.The heat load control system according to an embodiment of the present invention includes a pressurizing means for pressurizing a working fluid, a first heat exchanger in which the working fluid is heat-exchanged with a first medium to transfer cold heat of the first medium to the working fluid, and the operation A second heat exchanger in which the fluid is heat-exchanged with the second medium to transfer heat of the second medium to the working fluid, and is provided between the first heat exchanger and the second heat exchanger to dissipate heat from the working fluid. A heat dissipating means, a heat supply means provided between the first heat exchanger and the second heat exchanger to supply heat to the working fluid, and provided between the first heat exchanger and the second heat exchanger, An adjustment means for lowering the temperature and pressure, an ice storage system provided between the first heat exchanger and the second heat exchanger, supplying cold heat to the working fluid or absorbing cold heat from the working fluid, and connected to the first heat exchanger And a heater supplying heat to the working fluid.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템에 있어서, 상기 조정수단은, 상기 작동유체의 압력을 낮추는 팽창밸브, 및 상기 작동유체의 온도와 압력을 낮추는 모세관을 포함한다.In addition, in the heat load control system according to an embodiment of the present invention, the adjusting means includes an expansion valve for lowering the pressure of the working fluid, and a capillary tube for lowering the temperature and pressure of the working fluid.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템에 있어서, 상기 열 방출수단 또는 상기 열 공급수단은 핀 파이프 구조물이다.In addition, in the heat load control system according to an embodiment of the present invention, the heat dissipation means or the heat supply means is a fin pipe structure.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템에 있어서, 상기 열 방출수단 또는 상기 열 공급수단은, 평판형으로 형성되어 다수가 나란하게 배치된 플레이트부, 및 다수의 상기 플레이트부를 일방향으로 연장되며 관통하고, 절곡된 후, 타방향으로 연장되며 관통하며, 내부에 상기 작동유체가 통과하는 관을 포함한다.In addition, in the heat load control system according to the embodiment of the present invention, the heat dissipation means or the heat supply means is formed in a flat plate shape, and a plurality of plate portions arranged in parallel, and a plurality of the plate portions extend in one direction. It penetrates, and after being bent, extends and penetrates in the other direction, and includes a tube through which the working fluid passes.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템에 있어서, 상기 열 방출수단 또는 상기 열 공급수단은, 강제대류를 유도하는 팬(fan)을 포함한다.In addition, in the heat load control system according to the embodiment of the present invention, the heat dissipation means or the heat supply means includes a fan for inducing forced convection.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템에 있어서, 상기 작동유체는 상기 열 방출수단, 상기 열 공급수단, 상기 조정수단, 및 상기 빙축열 시스템 중 적어도 하나를 선택적으로 통과한다.In addition, in the heat load control system according to an embodiment of the present invention, the working fluid selectively passes through at least one of the heat dissipation means, the heat supply means, the adjustment means, and the ice heat storage system.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템에 있어서, 상기 제1 매체는 액화천연가스(LNG, liquefied natural gas)이고, 상기 제1 매체는 상기 제1 열교환기에서 상기 작동유체에 냉열을 공급한다.In addition, in the heat load control system according to an embodiment of the present invention, the first medium is liquefied natural gas (LNG), and the first medium supplies cold heat to the working fluid in the first heat exchanger. do.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템에 있어서, 상기 제2 매체는 공장 폐열, 쓰레기처리장 폐열, 또는 데이터센터 폐열, 또는 쇼핑몰 폐열로부터 열을 전달받은 유체이거나, 또는 해수이고, 상기 제2 매체는 상기 제2 열교환기에서 상기 작동유체에 열을 공급한다.In addition, in the heat load control system according to an embodiment of the present invention, the second medium is a fluid received from waste heat from a factory waste heat, waste treatment plant waste heat, data center waste heat, or shopping mall waste heat, or seawater, and the second medium The medium supplies heat to the working fluid in the second heat exchanger.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템에 있어서, 상기 열 방출수단은 상기 작동유체로부터 대기로 열을 방출한다.In addition, in the heat load control system according to an embodiment of the present invention, the heat dissipating means dissipates heat from the working fluid to the atmosphere.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템에 있어서, 상기 열 공급수단은 상기 작동유체에 건물 내부열로부터 열을 공급한다.In addition, in the heat load control system according to an embodiment of the present invention, the heat supply means supplies heat to the working fluid from internal heat of the building.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템에 있어서, 상기 히터는 전기히터, BOG(Boil Off Gas)를 이용한 가스보일러, 또는 데이터센터 폐열을 이용한 히터이다.In addition, in the heat load control system according to an embodiment of the present invention, the heater is an electric heater, a gas boiler using Boil Off Gas (BOG), or a heater using waste heat from a data center.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템에 있어서, 상기 제1 매체의 냉열이 상기 제2 매체의 열보다 제1 소정치 큰 경우, 상기 빙축열 시스템은 상기 작동유체로부터 냉열을 흡수하거나, 또는 상기 열 공급수단은 상기 작동유체에 열을 공급하고, 제2 소정치는 상기 제1 소정치보다 클 때, 상기 제1 매체의 냉열이 상기 제2 매체의 열보다 제2 소정치 큰 경우, 상기 히터는 상기 작동유체에 열을 공급하며, 제3 소정치는 상기 제2 소정치보다 클 때, 상기 제1 매체의 냉열이 상기 제2 매체의 열보다 제3 소정치 큰 경우, 상기 열 공급수단은 상기 작동유체에 열을 공급하고, 상기 히터는 상기 작동유체에 열을 공급하며, 제4 소정치는 상기 제3 소정치보다 클 때, 상기 제1 매체의 냉열이 상기 제2 매체의 열보다 제4 소정치 큰 경우, 상기 빙축열 시스템은 상기 작동유체로부터 냉열을 흡수하고, 상기 열 공급수단은 상기 작동유체에 열을 공급하며, 상기 히터는 상기 작동유체에 열을 공급한다.In addition, in the heat load control system according to an embodiment of the present invention, when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium by a first predetermined value, the ice storage system absorbs the cooling heat from the working fluid, or The heat supply means supplies heat to the working fluid, and when a second predetermined value is greater than the first predetermined value, when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium, the heater Is supplying heat to the working fluid, and when the third predetermined value is greater than the second predetermined value, when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium by a third predetermined value, the heat supply means Heat is supplied to the working fluid, the heater supplies heat to the working fluid, and when the fourth predetermined value is greater than the third predetermined value, the cooling heat of the first medium is less than the heat of the second medium. In the case of a fixed amount, the ice storage system absorbs cold heat from the working fluid, the heat supply means supplies heat to the working fluid, and the heater supplies heat to the working fluid.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템에 있어서, 상기 제2 매체의 열이 상기 제1 매체의 냉열보다 제5 소정치 큰 경우, 상기 빙축열 시스템은 상기 작동유체에 냉열을 공급하거나, 또는 상기 열 방출수단은 상기 작동유체로부터 열을 방출시키고, 제6 소정치는 상기 제5 소정치보다 클 때, 상기 제2 매체의 열이 상기 제1 매체의 냉열보다 제6 소정치 큰 경우, 상기 빙축열 시스템은 상기 작동유체에 냉열을 공급하고, 상기 열 방출수단은 상기 작동유체로부터 열을 방출시킨다.In addition, in the heat load control system according to an embodiment of the present invention, when the heat of the second medium is a fifth predetermined value greater than the cooling heat of the first medium, the ice storage system supplies cold heat to the working fluid, or The heat dissipating means dissipates heat from the working fluid, and when the sixth predetermined value is greater than the fifth predetermined value, the heat of the second medium is greater than the cold heat of the first medium by a sixth predetermined value, the ice storage heat The system supplies cold heat to the working fluid, and the heat dissipating means dissipates heat from the working fluid.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템에 있어서, 상기 작동유체가 통과하는 상기 열 공급수단의 관의 직경은 상기 작동유체가 통과하는 상기 열 방출수단의 관의 직경보다 크다.In addition, in the heat load control system according to an embodiment of the present invention, the diameter of the tube of the heat supply means through which the working fluid passes is larger than the diameter of the tube of the heat dissipating means through which the working fluid passes.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.Features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be interpreted in a conventional and dictionary meaning, and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to describe his own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.
본 발명에 따르면, 열 방출수단, 열 공급수단, 조정수단, 빙축열 시스템, 및 히터 등을 이용하여, 제1 열교환기에서 작동유체에 공급되는 제1 매체의 냉열과 제2 열교환기에서 작동유체에 공급되는 제2 매체 열 사이의 열량 차이를 흡수함으로써, 열량 차이로 인하여 열교환 시스템 부하의 부조화가 발생하는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, the cooling heat of the first medium supplied to the working fluid from the first heat exchanger and the working fluid from the second heat exchanger are supplied by using a heat dissipating means, a heat supplying means, a regulating means, an ice storage system, and a heater By absorbing the difference in the amount of heat between the heat of the supplied second medium, there is an advantage of preventing the occurrence of mismatch in the heat exchange system load due to the difference in the amount of heat.
또한, 본 발명에 따르면, 전원 차단 등 비상시에 빙축열 시스템을 이용하여 작동유체에 냉열을 공급함으로써, 비상시에도 제1,2 열교환기에서 작동유체와 제1,2 매체 사이의 열교환이 가능한 효과가 있다.In addition, according to the present invention, there is an effect that heat exchange between the working fluid and the first and second media is possible in the first and second heat exchangers even in an emergency by supplying cold heat to the working fluid using an ice storage system in case of emergency such as power cut off. .
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 열 방출수단과 열 공급수단의 사시도,
도 3은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 제1 소정치 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면,
도 4는 도 3에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도,
도 5는 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 제1 소정치 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 다른 작동과정을 도시한 도면,
도 6은 도 5에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도,
도 7은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 제2 소정치 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면,
도 8은 도 7에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도,
도 9는 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 제3 소정치 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면,
도 10은 도 9에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도,
도 11은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 제4 소정치 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면,
도 12는 도 11에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도,
도 13은 제2 매체의 열이 제1 매체의 냉열보다 제5 소정치 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면,
도 14는 도 13에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도,
도 15는 제2 매체의 열이 제1 매체의 냉열보다 제5 소정치 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 다른 작동과정을 도시한 도면,
도 16은 도 15에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도,
도 17은 제2 매체의 열이 제1 매체의 냉열보다 제6 소정치 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면,
도 18은 도 17에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도,
도 19는 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면,
도 20은 도 19에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도,
도 21은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면,
도 22는 도 21에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도,
도 23은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면,
도 24는 도 23에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도,
도 25는 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열이 동일한 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면,
도 26은 도 25에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도,
도 27는 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열이 동일한 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면,
도 28은 도 27에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도,
도 29는 시간에 따른 제1 매체의 냉각부하 특성의 그래프,
도 30은 시간에 따른 제2 매체의 부하 특성의 그래프, 및
도 31은 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템에 의한 시간에 따른 부하 레벨링(leveling) 특성의 그래프이다.1 is a view showing a heat load control system according to an embodiment of the present invention,
2 is a perspective view of a heat dissipating means and a heat supply means of a heat load control system according to an embodiment of the present invention;
3 is a view showing an operation process of a heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium by a first predetermined value;
Figure 4 is a Ph diagram in the operation process of the heat load control system shown in Figure 3,
5 is a view showing another operation process of the heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium by a first predetermined value;
6 is a Ph diagram in the operation process of the heat load control system shown in FIG. 5,
7 is a view showing an operation process of a heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium by a second predetermined value;
8 is a Ph diagram in the operation process of the heat load control system shown in FIG. 7;
9 is a view showing an operating process of a heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium by a third predetermined value;
10 is a Ph diagram in the operation process of the heat load control system shown in FIG. 9;
11 is a view showing an operation process of a heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium is a fourth predetermined value greater than the heat of the second medium;
12 is a Ph diagram in the operation process of the heat load control system shown in FIG. 11,
13 is a view showing an operation process of a heat load control system according to an embodiment of the present invention when the heat of the second medium is greater than the cooling heat of the first medium by a fifth predetermined value;
14 is a Ph diagram in the operation process of the heat load control system shown in FIG. 13;
15 is a view showing another operation process of the heat load control system according to an embodiment of the present invention when the heat of the second medium is greater than the cooling heat of the first medium by a fifth predetermined value;
16 is a Ph diagram in the operation process of the heat load control system shown in FIG. 15;
17 is a view showing an operation process of a heat load control system according to an embodiment of the present invention when the heat of the second medium is greater than the cooling heat of the first medium by a sixth predetermined value;
18 is a Ph diagram in the operation process of the heat load control system shown in FIG. 17;
19 is a view showing an operation process of a heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium;
20 is a Ph diagram in the operation process of the heat load control system shown in FIG. 19,
21 is a view showing an operation process of a heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium;
22 is a Ph diagram in the operation process of the heat load control system shown in FIG. 21,
23 is a view showing an operation process of a heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium;
24 is a Ph diagram in the operation process of the heat load control system shown in FIG. 23;
25 is a view showing an operation process of a heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium and the heat of the second medium are the same;
26 is a Ph diagram in the operation process of the heat load control system shown in FIG. 25;
FIG. 27 is a view showing an operation process of a heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium and the heat of the second medium are the same;
28 is a Ph diagram in the operation process of the heat load control system shown in FIG. 27;
29 is a graph of cooling load characteristics of a first medium over time;
30 is a graph of the load characteristics of the second medium over time, and
31 is a graph of load leveling characteristics over time by a heat load control system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.Objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments associated with the accompanying drawings. In adding reference numerals to elements of each drawing in the present specification, it should be noted that, even though they are indicated on different drawings, only the same elements are to have the same number as possible. In addition, terms such as "first" and "second" are used to distinguish one component from other components, and the component is not limited by the terms. Hereinafter, in describing the present invention, detailed descriptions of related known technologies that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템을 도시한 도면이다.1 is a view showing a heat load control system according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 열부하 조절 시스템은 작동유체를 가압하는 가압수단(100), 작동유체가 제1 매체와 열교환되어, 작동유체에 제1 매체의 냉열이 전달되는 제1 열교환기(200), 작동유체가 제2 매체와 열교환되어, 작동유체에 제2 매체의 열이 전달되는 제2 열교환기(300), 제1 열교환기(200)와 제2 열교환기(300) 사이에 구비되어, 작동유체로부터 열을 방출시키는 열 방출수단(400), 제1 열교환기(200)와 제2 열교환기(300) 사이에 구비되어, 작동유체에 열을 공급하는 열 공급수단(500), 제1 열교환기(200)와 제2 열교환기(300) 사이에 구비되어, 작동유체의 온도와 압력을 낮추는 조정수단(600), 제1 열교환기(200)와 제2 열교환기(300) 사이에 구비되어, 작동유체에 냉열을 공급하거나 작동유체로부터 냉열을 흡수하는 빙축열 시스템(700), 및 제1 열교환기(200)와 연결되어, 작동유체에 열을 공급하는 히터(800)를 포함한다.As shown in Figure 1, the heat load control system according to the present embodiment is a pressurizing means 100 for pressurizing the working fluid, the working fluid is heat-exchanged with the first medium, the cold heat of the first medium is transferred to the working fluid. 1 heat exchanger (200), a second heat exchanger (300), a first heat exchanger (200) and a second heat exchanger (300) in which the working fluid is heat-exchanged with the second medium to transfer heat of the second medium to the working fluid ), a heat dissipating means 400 for discharging heat from the working fluid, and a heat supply means for supplying heat to the working fluid, provided between the
상기 가압수단(100)은 작동유체를 가압하여 압력을 높이는 역할을 수행한다. 즉, 작동유체는 가압수단(100)을 통과하며 압력이 높아진다. 이때, 작동유체는 기체 상태이거나 액체 상태일 수 있고, 작동유체의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만 예를 들어 프로판(propane), 글리콜(glycol), 암모니아 등일 수 있다. 한편, 가압수단(100)은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 펌프(110)와 압축기(120)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 작동유체가 액체 상태일 경우 펌프(110)로 가압하여 압력을 높일 수 있고, 작동유체가 기체 상태일 경우 압축기(120)로 가압하여 압력을 높일 수 있다.The pressing means 100 serves to increase the pressure by pressing the working fluid. That is, the working fluid passes through the pressurizing means 100 and the pressure increases. At this time, the working fluid may be in a gaseous state or a liquid state, and the kind of the working fluid is not particularly limited, but may be, for example, propane, glycol, ammonia, or the like. Meanwhile, the pressing means 100 is not particularly limited, but may include a
상기 제1 열교환기(200)는 작동유체와 제1 매체를 열교환시키는 역할을 수행한다. 구체적으로, 제1 열교환기(200)에는 작동유체와 제1 매체가 전달되어, 작동유체에 제1 매체의 냉열이 전달된다. 이때, 작동유체의 온도에 비해서 제1 매체의 온도가 낮으므로, 열교환을 통해서 작동유체의 온도가 낮아진다. 역으로, 제1 매체의 온도에 비해서 작동유체의 온도가 높으므로, 열교환을 통해서 제1 매체의 온도는 높아진다. 예를 들어, 제1 매체는 약 70~250bar 정도의 압력과 약 -163℃ 정도의 온도를 유지하는 액화천연가스(LNG, liquefied natural gas)일 수 있는데, 제1 열교환기(200)에서 온도가 높아지면서 압축천연가스(CNG, compressed natural gas)로 상변이(기화)될 수 있다. 결국, 제1 매체인 액화천연가스는 제1 열교환기(200)에서 기화되면서, 작동유체에 냉열을 공급할 수 있는 것이다.The
상기 제2 열교환기(300)는 작동유체와 제2 매체를 열교환시키는 역할을 수행한다. 구체적으로, 제2 열교환기(300)에는 작동유체와 제2 매체가 전달되어, 작동유체에 제2 매체의 열이 전달된다. 이때, 작동유체의 온도에 비해서 제2 매체의 온도가 높으므로, 열교환을 통해서 작동유체의 온도가 높아진다. 역으로, 제2 매체의 온도에 비해서 작동유체의 온도가 낮으므로, 열교환을 통해서 제2 매체의 온도가 낮아진다. 예를 들어, 제2 매체는 공장 폐열, 쓰레기처리장 폐열, 데이터센터 폐열, 또는 쇼핑몰 폐열로부터 열을 전달받은 유체일 수 있다. 이외에도, 제2 매체는 해수일 수도 있다. 공장 폐열, 쓰레기처리장 폐열, 데이터센터 폐열, 쇼핑몰 폐열이나 해수 등은 상대적으로 고온이다. 결국, 상대적으로 고온인 공장 폐열, 쓰레기처리장 폐열, 데이터센터 폐열, 쇼핑몰 폐열이나 해수 등(제2 매체)은 온도가 낮아지면서 작동유체에 열을 공급할 수 있는 것이다.The
결과적으로, 본 실시예에 따른 열부하 조절 시스템은 작동유체를 매개로 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열이 교환되면서, 제1 매체(액화천연가스)는 온도가 높아져 기화되고, 동시에 제2 매체(공장 폐열, 쓰레기처리장 폐열, 또는 데이터센터 폐열, 또는 쇼핑몰 폐열로부터 열을 전달받은 유체, 또는 해수)는 온도가 낮아진다. 즉, 제1 매체(액화천연가스)의 냉열을 이용하여 제2 매체와 관련된 공장, 쓰레기처리장, 데이터센터, 쇼핑몰 또는 해수를 냉각시킬 수 있는 것이고, 제2 매체의 열을 이용하여 제1 매체(액화천연가스)를 기화시킬 수 있는 것이다.As a result, in the heat load control system according to the present embodiment, while the cooling heat of the first medium and the heat of the second medium are exchanged through the working fluid, the first medium (liquefied natural gas) is evaporated due to a high temperature. The medium (factory waste heat, waste heat from a waste treatment plant, or data center waste heat, or fluid that has received heat from shopping mall waste heat, or seawater) has a lower temperature. In other words, it is possible to cool factories, garbage disposal plants, data centers, shopping malls or seawater related to the second medium by using the cooling heat of the first medium (liquefied natural gas), and the first medium ( Liquefied natural gas) can be vaporized.
상기 열 방출수단(400)은 작동유체로부터 열을 방출시키는 역할을 수행한다. 여기서, 열 방출수단(400)은 작동유체로부터 열을 흡수하여 외부로 방출하는 것으로, 예를 들어 열 방출수단(400)은 작동유체로부터 대기(공기)로 열을 방출할 수 있다. 한편, 열 방출수단(400)은 핀 파이프(fin-pipe) 구조물일 수 있다. 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 핀 파이프 구조물인 열 방출수단(400)은 플레이트부(410)와 관(420)을 포함할 수 있다. 이때, 플레이트부(410)는 평판형으로 형성되어 다수가 나란하게 배치된다. 또한, 관(420)은 나란하게 배치되는 다수의 플레이트부(410)를 일방향으로 연장되며 관통하고, 절곡된 후, 타방향으로 연장되며 관통하며, 내부에 작동유체가 통과한다. 예를 들어, 관(420)은 다수의 플레이트부(410)를 관통한 후 절곡되어 다시 다수의 플레이트부(410)를 관통하도록 형성되어, 수차례 다수의 플레이트부(410)와 접촉될 수 있다. 따라서, 관(420)으로부터 작동유체의 열이 방출되면, 관(420)과 수차례 접촉된 플레이트부(410)로 열이 전달되고, 이러한 열은 최종적으로 외부로 방출된다. 결국, 작동유체는 열 방출수단(400)을 통과하면서 열을 방출하여 온도가 낮아진다. 추가적으로, 열 방출수단(400)은 강제대류를 유도하는 팬(450, fan)을 포함할 수 있다(도 1 참조). 이러한 팬(450)은 대기(공기)를 강제로 이송시켜 작동유체와 대기(공기) 사이의 열교환 효율을 높일 수 있다. 여기서, 열 방출수단(400)은 제2 매체의 열이 제1 매체의 냉열보다 큰 경우, 작동유체로부터 열을 방출시키는데 이용될 수 있는데, 이와 관련한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.The
상기 열 공급수단(500)은 작동유체에 열을 공급하는 역할을 수행한다. 여기서, 열 공급수단(500)은 외부에서 열을 흡수하여 작동유체에 공급하는 것으로, 예를 들어 열 공급수단(500)은 작동유체에 건물 내부열로부터 열을 공급할 수 있다. 한편, 열 공급수단(500)은 열 방출수단(400)과 마찬가지로, 핀 파이프(fin-pipe) 구조물일 수 있다. 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 핀 파이프 구조물인 열 공급수단(500)은 플레이트부(510)와 관(520)을 포함할 수 있다. 따라서, 플레이트부(510)에서 외부의 열(건물 내부열)을 흡수하면, 플레이트부(510)와 수차례 접촉된 관(520)으로 열이 전달되고, 이러한 열은 최종적으로 관(520)을 통과하는 작동유체에 공급된다. 결국, 작동유체는 열 공급수단(500)을 통과하면서 열을 공급받아 온도가 높아진다. 추가적으로, 열 공급수단(500)은 강제대류를 유도하는 팬(550, fan)을 포함할 수 있다(도 1 참조). 이러한 팬(550)은 건물 내부열을 강제로 이송시켜 작동유체와 건물 내부열 사이의 열교환 효율을 높일 수 있다. 한편, 작동유체가 통과하는 열 공급수단(500)의 관의 직경은 작동유체가 통과하는 열 방출수단(400)의 관의 직경보다 클 수 있다. 이와 같이, 열 공급수단(500)의 관의 직경이 상대적으로 크면, 열교환면적이 커져 작동유체가 열을 효과적으로 흡수할 수 있다. 여기서, 열 공급수단(500)은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 큰 경우, 작동유체에 열을 공급하는데 이용될 수 있는데, 이와 관련한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.The heat supply means 500 serves to supply heat to the working fluid. Here, the heat supply means 500 absorbs heat from the outside and supplies it to the working fluid. For example, the heat supply means 500 may supply heat from the internal heat of the building to the working fluid. On the other hand, the heat supply means 500, like the heat dissipation means 400, may be a fin pipe (fin-pipe) structure. As shown in FIG. 2(b), the heat supply means 500, which is a fin pipe structure, may include a
상기 조정수단(600)은 작동유체의 온도와 압력을 낮추는 역할을 수행한다. 여기서, 조정수단(600)은 팽창밸브(610a~610d)와 모세관(620a~620d, capillary tube)을 포함할 수 있다. 이때, 팽창밸브(610a~610d)는 작동유체의 압력을 낮추고, 모세관(620a~620d)은 작동유체의 온도와 압력을 낮춘다. 따라서, 작동유체는 팽창밸브(610a~610d)를 통과하면서 압력이 낮아지고, 모세관(620a~620d)을 통과하면서 온도와 압력이 낮아질 수 있다. 더욱 구체적으로, 조정수단(600)은 제1 내지 제4 조정수단(600a~600d)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 조정수단(600a)은 열 방출수단(400)의 제1 보조라인(10a, 예를 들어 입구측)에 구비된 제1 팽창밸브(610a)와 제1 모세관(620a)을 포함하고, 제2 조정수단(600b)은 열 방출수단(400)의 제2 보조라인(10b, 예를 들어 출구측)에 구비된 제2 팽창밸브(610b)와 제2 모세관(620b)을 포함할 수 있다. 또한, 제3 조정수단(600c)은 열 공급수단(500)의 제3 보조라인(10c, 예를 들어 입구측)에 구비된 제3 팽창밸브(610c)와 제3 모세관(620c)을 포함하고, 제4 조정수단(600d)은 열 공급수단(500)의 제4 보조라인(10d, 예를 들어 출구측)에 구비된 제4 팽창밸브(610d)와 제4 모세관(620d)을 포함할 수 있다. 즉, 조정수단(600)은 열 방출수단(400)의 입구측과 출구측 및 열 공급수단(500)의 입구측과 출구측에 각각 구비될 수 있는 것이다.The adjusting means 600 serves to lower the temperature and pressure of the working fluid. Here, the adjusting means 600 may include
상기 빙축열 시스템(700)은 작동유체로부터 냉열을 흡수하거나 작동유체에 냉열을 공급하는 역할을 수행한다. 여기서, 빙축열 시스템(700)은 액상을 고체상으로 상변이시키면서 냉열을 흡수하거나 고체상을 액상으로 상변이시키면서 냉열을 공급한다. 즉, 빙축열 시스템(700)은 액상을 고체상으로 상변이시키면서 작동유체로부터 냉열을 흡수할 수 있고, 고체상을 액상으로 상변이시키면서 작동유체에 냉열을 공급할 수 있다. 역으로, 작동유체는 빙축열 시스템(700)을 통과하면서 냉열을 흡수하여 온도가 낮아지거나, 또는 냉열을 공급하여 온도가 높아질 수 있다. 여기서, 빙축열 시스템(700)은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 큰 경우, 작동유체로부터 냉열을 흡수하는데 이용될 수 있거나, 제2 매체의 열이 제2 매체의 냉열보다 큰 경우, 작동유체에 냉열을 공급하는데 이용될 수 있는데, 이와 관련한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.The
상기 히터(800)는 작동유체에 열을 공급하는 역할을 수행한다. 여기서, 히터(800)는 제1 열교환기(200)와 연결되어, 작동유체가 제1 열교환기(200)를 통과하면서 제1 매체와 열교환할 때, 작동유체에 열을 공급한다. 이때, 작동유체는 히터(800)에 의해서 열을 공급받으므로, 온도가 높아진다. 여기서, 히터(800)는 특별히 한정되는 것은 아니지만 예를 들어 전기히터, 가스보일러, 또는 데이터센터 폐열을 이용한 히터일 수 있다. 이때, 가스보일러는 액화천연가스(제1 매체)의 BOG(Boil Off Gas)를 이용한 것일 수 있다. 여기서, 히터(800)는 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 큰 경우, 작동유체에 열을 공급하는데 이용될 수 있는데, 이와 관련한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.The
전체적으로, 본 실시예에 따른 열부하 조절 시스템은 제1 열교환기(200)에서 작동유체에 공급되는 제1 매체의 냉열과 제2 열교환기(300)에서 작동유체에 공급되는 제2 매체 열 사이의 열량 차이가 발생할 때, 열 방출수단(400), 열 공급수단(500), 조정수단(600), 빙축열 시스템(700), 및 히터(800) 등을 이용하여 상기 열량 차이를 흡수함으로써, 열량 차이로 인하여 열교환 시스템 부하의 부조화가 발생하는 것을 방지할 수 있다.Overall, in the heat load control system according to the present embodiment, the amount of heat between the cooling heat of the first medium supplied to the working fluid from the
한편, 본 실시예에 따른 열부하 조절 시스템에서 작동유체는 제1 열교환기(200)와 제2 열교환기(300) 사이를 연결하는 주라인(10)을 통해서 이송될 수 있고, 주라인(10)으로부터 분기된 보조라인을 통해서 가압수단(100), 열 방출수단(400), 열 공급수단(500), 조정수단(600), 빙축열 시스템(700) 등으로 이송될 수 있다. 여기서, 보조라인은 주라인(10)으로부터 분기된 제1 내지 제10 보조라인(10a~10j)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제2 보조라인(10a, 10b)은 열 방출수단(400)의 입구측과 출구측을 주라인(10)과 연결하고, 제3 내지 제4 보조라인(10c, 10d)은 열 공급수단(500)의 입구측과 출구측을 주라인(10)과 연결한다. 또한, 제5 내지 제6 보조라인(10e, 10f)은 압축기(120)의 입구측과 출구측을 주라인(10)과 연결하고, 제7 내지 제8 보조라인(10g, 10h)은 빙축열 시스템(700)의 입구측과 출구측을 주라인(10)과 연결하며, 제9 내지 제10 보조라인(10i, 10j)은 펌프(110)의 입구측과 출구측을 주라인(10)과 연결한다. 추가적으로, 제1 보조라인(10a)에 구비된 제1 팽창밸브(610a)와 제1 모세관(620a)을 각각 회피하는 제1 바이패스라인(20a)이 구비되고, 제2 보조라인(10b)에 구비된 제2 팽창밸브(610b)와 제2 모세관(620b)을 각각 회피하는 제2 바이패스라인(20b)이 구비될 수 있다. 이와 유사하게, 제3 보조라인(10c)에 구비된 제3 팽창밸브(610c)와 제3 모세관(620c)을 각각 회피하는 제3 바이패스라인(20c)이 구비되고, 제4 보조라인(10d)에 구비된 제4 팽창밸브(610d)와 제4 모세관(620d)을 각각 회피하는 제4 바이패스라인(20d)이 구비될 수 있다.Meanwhile, in the heat load control system according to the present embodiment, the working fluid may be transferred through the
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 열부하 시스템이 제1 내지 제10 보조라인(10a~10j)과 제1 내지 제4 바이패스라인(20a~20d)을 포함하므로, 작동유체는 열 방출수단(400), 열 공급수단(500), 조정수단(600, 제1 내지 제4 팽창밸브(610a~610d), 제1 내지 제4 모세관(620a~602d)), 빙축열 시스템(700), 가압수단(100, 펌프(110)와 압축기(120)) 중 적어도 하나를 선택적으로 통과할 수 있다. 즉, 작동유체는 필요에 따라 열 방출수단(400), 열 공급수단(500), 조정수단(600, 제1 내지 제4 팽창밸브(610a~610d), 제1 내지 제4 모세관(620a~602d)), 빙축열 시스템(700), 가압수단(100, 펌프(110)와 압축기(120)) 중 적어도 하나를 선택적으로 통과하고, 나머지를 회피할 수 있다. 결국, 작동유체는 특정 구성만 선택적으로 통과할 수 있다.As described above, since the heat load system according to the present embodiment includes the first to tenth
도 3은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 제1 소정치 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도이다.3 is a diagram illustrating an operation process of a heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium by a first predetermined value, and FIG. 4 is a heat load shown in FIG. It is a Ph diagram during the operation of the control system.
작동유체는 제1 열교환기(200)를 통과하면서 제1 매체로부터 냉열을 공급받아 온도가 낮아진다(제1 매체의 온도는 높아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선을 통과한다(도 4의 1). 이후, 작동유체는 빙축열 시스템(700)을 통과하면서 냉열이 흡수되어 온도가 높아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화액선 방향으로 이동한다(도 4의 2). 이후, 작동유체는 가압수단(100, 펌프(110))를 통과하면서 압력이 높아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 높아진다(도 4의 3). 이후, 작동유체는 제2 열교환기(300)를 통과하면서 제2 매체로부터 열을 공급받아 온도가 높아진다(제2 매체의 온도는 낮아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화액선을 통과한다(도 4의 4). 이후, 작동유체는 조정수단(600) 중 팽창밸브(610c)를 통과하면서 압력이 낮아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 낮아진다(도 4의 5). 이후, 작동유체는 상술한 과정을 반복한다.The working fluid passes through the
상술한 과정은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 제1 소정치 큰 경우, 빙축열 시스템(700)이 작동유체로부터 냉열을 흡수(빙축열로 저장)하여, 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞추는 것이다. 즉, 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 상대적으로 적은 양(제1 소정치)만큼만 클 경우, 빙축열 시스템(700)이 냉열을 흡수하여 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞출 수 있다.In the above-described process, when the cold heat of the first medium is greater than the heat of the second medium by a first predetermined value, the
도 5는 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 제1 소정치 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 다른 작동과정을 도시한 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도이다.5 is a view showing another operation process of the heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium by a first predetermined value, and FIG. It is a Ph diagram during the operation of the thermal load control system.
작동유체는 제1 열교환기(200)를 통과하면서 제1 매체로부터 냉열을 공급받아 온도가 낮아진다(제1 매체의 온도는 높아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선 방향으로 이동한다(도 6의 1). 이후, 작동유체는 가압수단(100, 펌프(110))를 통과하면서 압력이 높아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 높아진다(도 6의 2). 이후, 작동유체는 제2 열교환기(300)를 통과하면서 제2 매체로부터 열을 공급받아 온도가 높아진다(제2 매체의 온도는 낮아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화액선을 통과한다(도 6의 3). 이후, 작동유체는 열 공급수단(500)을 통과하면서 열을 공급받아 온도가 높아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화증기선 방향으로 이동한다(도 6의 4). 이후, 작동유체는 조정수단(600) 중 팽창밸브(610d)를 통과하면서 압력이 낮아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 낮아진다(도 6의 5). 이후, 작동유체는 상술한 과정을 반복한다.The working fluid passes through the
상술한 과정은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 제1 소정치 큰 경우, 열 공급수단(500)이 작동유체에 열을 공급하여, 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞추는 것이다(예를 들어, 빙축열 시스템(700)의 빙축열 저장용량이 포화상태에 이른 경우 열 공급수단(500)이 작동유체에 열을 공급할 수 있다). 즉, 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 상대적으로 적은 양(제1 소정치)만큼만 클 경우, 열 공급수단(500)이 열을 공급하여 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞출 수 있다.In the above-described process, when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium by a first predetermined value, the heat supply means 500 supplies heat to the working fluid, so that between the cooling heat of the first medium and the heat of the second medium. (For example, when the ice storage heat storage capacity of the
도 7은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 제2 소정치 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면이고, 도 8은 도 7에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도이다.FIG. 7 is a view showing an operation process of a heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium by a second predetermined value, and FIG. 8 is a heat load shown in FIG. It is a Ph diagram during the operation of the control system.
작동유체는 히터(800)를 통과하면서 열을 공급받아 온도가 높아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아진다(도 8의 1). 동시에, 작동유체는 제1 열교환기(200)를 통과하면서 제1 매체로부터 냉열을 공급받아 온도가 낮아진다(제1 매체의 온도는 높아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선 방향으로 이동한다(도 8의 2). 이후, 작동유체는 가압수단(100, 펌프(110))를 통과하면서 압력이 높아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 높아진다(도 8의 3). 이후, 작동유체는 제2 열교환기(300)를 통과하면서 제2 매체로부터 열을 공급받아 온도가 높아진다(제2 매체의 온도는 낮아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화액선을 통과한다(도 8의 4). 이후, 작동유체는 조정수단(600) 중 팽창밸브(610a, 610b)를 통과하면서 압력이 낮아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 낮아진다(도 8의 5). 이후, 작동유체는 상술한 과정을 반복한다.The working fluid is supplied with heat while passing through the
상술한 과정은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 제2 소정치 큰 경우(제2 소정치는 제1 소정치보다 큼), 히터(800)가 작동유체에 열을 공급하여 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞추는 것이다. 즉, 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 상대적으로 큰 양(제2 소정치)만큼 클 경우, 히터(800)가 열을 공급하여 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞출 수 있다.In the above-described process, when the cooling heat of the first medium is a second predetermined value greater than the heat of the second medium (the second predetermined value is greater than the first predetermined value), the
도 9는 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 제3 소정치 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면이고, 도 10은 도 9에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도이다.9 is a view showing an operation process of the heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium by a third predetermined value, and FIG. 10 is a heat load shown in FIG. It is a Ph diagram during the operation of the control system.
작동유체는 히터(800)를 통과하면서 열을 공급받아 온도가 높아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아진다(도 10의 1). 동시에, 작동유체는 제1 열교환기(200)를 통과하면서 제1 매체로부터 냉열을 공급받아 온도가 낮아진다(제1 매체의 온도는 높아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선 방향으로 이동한다(도 10의 2). 이후, 작동유체는 가압수단(100, 펌프(110))를 통과하면서 압력이 높아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 높아진다(도 10의 3). 이후, 작동유체는 제2 열교환기(300)를 통과하면서 제2 매체로부터 열을 공급받아 온도가 높아진다(제2 매체의 온도는 낮아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화액선을 통과한다(도 10의 4). 이후, 작동유체는 열 공급수단(500)을 통과하면서 열을 공급받아 온도가 높아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화증기선 방향으로 이동한다(도 10의 5). 이후, 작동유체는 조정수단(600) 중 팽창밸브(610d)를 통과하면서 압력이 낮아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 낮아진다(도 10의 6). 이후, 작동유체는 상술한 과정을 반복한다.The working fluid is supplied with heat while passing through the
상술한 과정은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 제3 소정치 큰 경우(제3 소정치는 제2 소정치보다 큼), 히터(800)가 작동유체에 열을 공급할 뿐만 아니라 열 공급수단(500)도 작동유체에 열을 공급하여 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞추는 것이다. 즉, 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 상대적으로 매우 큰 양(제3 소정치)만큼 클 경우, 히터(800)와 열 공급수단(500)이 열을 공급하여 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞출 수 있다.In the above-described process, when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium by a third predetermined value (the third predetermined value is greater than the second predetermined value), the
도 11은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 제4 소정치 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면이고, 도 12는 도 11에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도이다.FIG. 11 is a view showing an operating process of the heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium by a fourth predetermined value, and FIG. 12 is a heat load shown in FIG. It is a Ph diagram during the operation of the control system.
작동유체는 히터(800)를 통과하면서 열을 공급받아 온도가 높아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아진다(도 12의 1). 동시에, 작동유체는 제1 열교환기(200)를 통과하면서 제1 매체로부터 냉열을 공급받아 온도가 낮아진다(제1 매체의 온도는 높아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선을 통과한다(도 12의 2). 이후, 작동유체는 빙축열 시스템(700)을 통과하면서 냉열이 흡수되어 온도가 높아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화액선 방향으로 이동한다(도 12의 3). 이후, 작동유체는 가압수단(100, 펌프(110))를 통과하면서 압력이 높아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 높아진다(도 12의 4). 이후, 작동유체는 제2 열교환기(300)를 통과하면서 제2 매체로부터 열을 공급받아 온도가 높아진다(제2 매체의 온도는 낮아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화액선을 통과한다(도 12의 5). 이후, 작동유체는 열 공급수단(500)을 통과하면서 열을 공급받아 온도가 높아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화증기선 방향으로 이동한다(도 12의 6). 이후, 작동유체는 조정수단(600) 중 팽창밸브(610d)를 통과하면서 압력이 낮아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 낮아진다(도 12의 7). 이후, 작동유체는 상술한 과정을 반복한다.The working fluid is supplied with heat while passing through the
상술한 과정은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 제4 소정치 큰 경우(제4 소정치는 제3 소정치보다 큼), 히터(800)가 작동유체에 열을 공급하고, 열 공급수단(500)도 작동유체에 열을 공급할 뿐만 아니라, 빙축열 시스템(700)이 냉열을 흡수하여, 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞추는 것이다. 즉, 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 상대적으로 매우 큰 양(제4 소정치)만큼 클 경우, 히터(800)와 열 공급수단(500)이 열을 공급하고 빙축열 시스템(700)이 냉열을 흡수하여 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞출 수 있다.In the above-described process, when the cooling heat of the first medium is a fourth predetermined value greater than the heat of the second medium (the fourth predetermined value is greater than the third predetermined value), the
도 13은 제2 매체의 열이 제1 매체의 냉열보다 제5 소정치 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면이고, 도 14는 도 13에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도이다.FIG. 13 is a diagram showing an operation process of a heat load control system according to an embodiment of the present invention when the heat of the second medium is a fifth predetermined value greater than the cooling heat of the first medium, and FIG. 14 is a heat load shown in FIG. It is a Ph diagram during the operation of the control system.
작동유체는 제1 열교환기(200)를 통과하면서 제1 매체로부터 냉열을 공급받아 온도가 낮아진다(제1 매체의 온도는 높아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선 방향으로 이동한다(도 14의 1). 이후, 작동유체는 빙축열 시스템(700)을 통과하면서 냉열을 공급받아 온도가 낮아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선 방향으로 이동한다(도 14의 2). 이후, 작동유체는 가압수단(100, 펌프(110))를 통과하면서 압력이 높아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 높아진다(도 14의 3). 이후, 작동유체는 제2 열교환기(300)를 통과하면서 제2 매체로부터 열을 공급받아 온도가 높아진다(제2 매체의 온도는 낮아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화액선을 통과한다(도 14의 4). 이후, 작동유체는 조정수단(600) 중 팽창밸브(610a, 610b)를 통과하면서 압력이 낮아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 낮아진다(도 14의 5). 이후, 작동유체는 상술한 과정을 반복한다.The working fluid passes through the
상술한 과정은 제2 매체의 열이 제1 매체의 냉열보다 제5 소정치 큰 경우, 빙축열 시스템(700)이 작동유체에 냉열을 공급하여, 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞추는 것이다. 즉, 제2 매체의 열이 제1 매체의 냉열보다 상대적으로 작은 양(제5 소정치)만큼 클 경우, 빙축열 시스템(700)이 냉열을 공급하여 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞출 수 있다.In the above-described process, when the heat of the second medium is greater than the cooling heat of the first medium by a fifth predetermined value, the
도 15는 제2 매체의 열이 제1 매체의 냉열보다 제5 소정치 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 다른 작동과정을 도시한 도면이고, 도 16은 도 15에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도이다.15 is a view showing another operation process of the heat load control system according to an embodiment of the present invention when the heat of the second medium is a fifth predetermined value greater than the cooling heat of the first medium, and FIG. It is a Ph diagram during the operation of the thermal load control system.
작동유체는 제1 열교환기(200)를 통과하면서 제1 매체로부터 냉열을 공급받아 온도가 낮아진다(제1 매체의 온도는 높아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선 방향으로 이동한다(도 16의 1). 이후, 작동유체는 가압수단(100, 펌프(110))를 통과하면서 압력이 높아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 높아진다(도 16의 2). 이후, 작동유체는 제2 열교환기(300)를 통과하면서 제2 매체로부터 열을 공급받아 온도가 높아진다(제2 매체의 온도는 낮아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화액선을 통과한다(도 16의 3). 이후, 작동유체는 열 방출수단(400)을 통과하면서 열이 방출되어 온도가 낮아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아진다(도 16의 4). 이후, 작동유체는 조정수단(600) 중 팽창밸브(610b)를 통과하면서 압력이 낮아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 낮아진다(도 16의 5). 대안적으로, 작동유체는 조정수단(600) 중 팽창밸브(610b)를 통과하지 않고, 모세관(620b)을 통과하면서 온도와 압력이 낮아질 수 있다. 이때, P-h선도에서 압력과 엔탈피가 함께 낮아진다(도 16의 5'). 이후, 작동유체는 상술한 과정을 반복한다.The working fluid passes through the
상술한 과정은 제2 매체의 열이 제1 매체의 냉열보다 제5 소정치 큰 경우, 열 방출수단(400)이 열을 방출시켜(이때, 모세관(620b)을 통해서도 열을 방출시킬 수 있다), 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞추는 것이다. 즉, 제2 매체의 열이 제1 매체의 냉열보다 상대적으로 작은 양(제5 소정치)만큼 클 경우, 열 방출수단(400)이 열을 방출시켜 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞출 수 있다.In the above-described process, when the heat of the second medium is a fifth predetermined value greater than the cold heat of the first medium, the heat dissipating means 400 releases the heat (in this case, the heat can also be released through the
도 17은 제2 매체의 열이 제1 매체의 냉열보다 제6 소정치 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면이고, 도 18은 도 17에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도이다.FIG. 17 is a diagram illustrating an operation process of a heat load control system according to an embodiment of the present invention when the heat of the second medium is a sixth predetermined value greater than the cooling heat of the first medium, and FIG. 18 is a heat load shown in FIG. It is a Ph diagram during the operation of the control system.
작동유체는 제1 열교환기(200)를 통과하면서 제1 매체로부터 냉열을 공급받아 온도가 낮아진다(제1 매체의 온도는 높아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선 방향으로 이동한다(도 18의 1). 이후, 작동유체는 빙축열 시스템(700)을 통과하면서 냉열을 공급받아 온도가 낮아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선 방향으로 이동한다(도 18의 2). 이후, 작동유체는 가압수단(100, 펌프(110))를 통과하면서 압력이 높아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 높아진다(도 18의 3). 이후, 작동유체는 제2 열교환기(300)를 통과하면서 제2 매체로부터 열을 공급받아 온도가 높아진다(제2 매체의 온도는 낮아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화증기선을 통과한다(도 18의 4). 이후, 작동유체는 열 방출수단(400)을 통과하면서 열이 방출되어 온도가 낮아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화증기선을 통과한다(도 18의 5). 이후, 작동유체는 조정수단(600) 중 모세관(620b)을 통과하면서 온도와 압력이 낮아질 수 있다. 이때, P-h선도에서 압력과 엔탈피가 함께 낮아진다(도 18의 6). 이후, 작동유체는 상술한 과정을 반복한다.The working fluid passes through the
상술한 과정은 제2 매체의 열이 제1 매체의 냉열보다 제6 소정치 큰 경우(제6 소정치는 제5 소정치보다 큼), 빙축열 시스템(700)이 냉열을 공급하고, 열 방출수단(400)이 열을 방출시키며, 모세관(620b)을 통해서 열을 방출시킴으로써, 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞추는 것이다. 즉, 제2 매체의 열이 제1 매체의 냉열보다 상대적으로 큰 양(제6 소정치)만큼 클 경우, 빙축열 시스템(700)이 냉열을 공급하고, 열 방출수단(400)과 모세관(620b)이 열을 방출시켜, 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞출 수 있다.In the above-described process, when the heat of the second medium is a sixth predetermined value greater than that of the first medium (the sixth predetermined value is greater than the fifth predetermined value), the
또한, 상술한 설명에서 작동유체가 가압수단(100)으로 펌프(110)를 통과하면서 압력이 높아지는 것으로 기술되었지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 작동유체가 가압수단(100)으로 압축기(120)를 통과하면서 압력이 높아질 수도 있다. 예를 들어, 작동유체가 액체 상태일 경우 펌프(110)를 통과할 수 있고, 후술하는 바와 같이 작동유체가 기체 상태일 경우 압축기(120)를 통과할 수 있다.In addition, in the above description, it is described that the pressure increases as the working fluid passes through the
도 19는 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면이고, 도 20은 도 19에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도이다.FIG. 19 is a view showing an operation process of the heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium, and FIG. 20 is an operation of the heat load control system shown in FIG. It is a Ph diagram in the process.
작동유체는 제1 열교환기(200)를 통과하면서 제1 매체로부터 냉열을 공급받아 온도가 낮아진다(제1 매체의 온도는 높아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선 방향으로 이동한다(도 20의 1). 이후, 작동유체는 조정수단(600) 중 팽창밸브(610c)를 통과하면서 압력이 낮아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 낮아진다(도 20의 2). 이후, 작동유체는 제2 열교환기(300)를 통과하면서 제2 매체로부터 열을 공급받아 온도가 높아진다(제2 매체의 온도는 낮아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화증기선 방향으로 이동한다(도 20의 3). 이후, 작동유체는 가압수단(100, 압축기(120))을 통과하면서 압력과 온도가 높아진다. 이때, P-h선도에서 압력과 엔탈피가 높아진다(도 20의 4). 이후, 작동유체는 상술한 과정을 반복한다.The working fluid passes through the
상술한 과정은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 큰 경우, 압축기(120)가 작동유체에 열을 공급하여, 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞추는 것이다. 이와 같이, 압축기(120)를 통해서 온도와 엔탈피를 높일 수 있으므로, 작동유체가 제1 열교환기(200)에서 열교환될 때, 작동유체를 보다 높은 온도조건으로 만들어 줄 수 있고, 작동유체가 제2 열교환기(300)에서 열교환될 때, 작동유체를 보다 낮은 온도조건으로 만들어 줄 수 있다.In the above-described process, when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium, the
도 21은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면이고, 도 22는 도 21에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도이다.FIG. 21 is a view showing an operation process of the heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium, and FIG. 22 is an operation of the heat load control system shown in FIG. It is a Ph diagram in the process.
작동유체는 제1 열교환기(200)를 통과하면서 제1 매체로부터 냉열을 공급받아 온도가 낮아진다(제1 매체의 온도는 높아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선 방향으로 이동한다(도 22의 1). 이후, 작동유체는 조정수단(600) 중 모세관(620d)을 통과하면서 온도와 압력이 낮아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피와 압력이 함께 낮아진다(도 22의 2). 이후, 작동유체는 열 공급수단(500)을 통과하면서 열을 공급받아 온도가 높아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화증기선 방향으로 이동한다(도 22의 3). 이후, 작동유체는 제2 열교환기(300)를 통과하면서 제2 매체로부터 열을 공급받아 온도가 높아진다(제2 매체의 온도는 낮아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화증기선 방향으로 이동한다(도 22의 4). 이후, 작동유체는 가압수단(100, 압축기(120))을 통과하면서 압력과 온도가 높아진다. 이때, P-h선도에서 압력과 엔탈피가 높아진다(도 22의 5). 이후, 작동유체는 상술한 과정을 반복한다.The working fluid passes through the
상술한 과정은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 큰 경우, 열 공급수단(300)과 압축기(120)가 작동유체에 열을 공급하여, 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞추는 것이다. 작동유체가 열 공급수단(500)을 통과하면서 열을 흡수하기 위해서, 제1 열교환기(200)를 통과하면서 충분히 냉각되어야 하지만, 충분히 냉각되지 않은 경우, 모세관(620d, 또는 팽창밸브)을 통해서 작동유체의 압력과 온도를 낮취 등온과정 내에서 열을 흡수할 수 있다.In the above-described process, when the cold heat of the first medium is greater than the heat of the second medium, the heat supply means 300 and the
도 23은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면이고, 도 24는 도 23에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도이다.FIG. 23 is a view showing an operation process of the heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium, and FIG. 24 is an operation of the heat load control system shown in FIG. It is a Ph diagram in the process.
작동유체는 제1 열교환기(200)를 통과하면서 제1 매체로부터 냉열을 공급받아 온도가 낮아진다(제1 매체의 온도는 높아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선을 통과하여 액체로 상변이된다(도 24의 1). 이후, 작동유체는 조정수단(600) 중 팽창밸브(610d)를 통과하면서 압력이 낮아진다. 이때, P-h선도에서 압력이 낮아진다(도 24의 2). 이후, 작동유체는 열 공급수단(500)을 통과하면서 열을 공급받아 온도가 높아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화증기선 방향으로 이동한다(도 24의 3). 이후, 작동유체는 제2 열교환기(300)를 통과하면서 제2 매체로부터 열을 공급받아 온도가 높아진다(제2 매체의 온도는 낮아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화증기선 방향으로 이동한다(도 24의 4). 이후, 작동유체는 가압수단(100, 압축기(120))을 통과하면서 압력과 온도가 높아진다. 이때, P-h선도에서 압력과 엔탈피가 높아진다(도 24의 5). 이후, 작동유체는 상술한 과정을 반복한다.The working fluid passes through the
상술한 과정은 제1 매체의 냉열이 제2 매체의 열보다 큰 경우, 열 공급수단(500)과 압축기(120)가 작동유체에 열을 공급하여, 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 맞추는 것이다. 작동유체가 제1 열교환기(200)를 통과하면서 냉각되어 액체로 상변이된 경우, 팽창밸브(610d)로 압력을 낮취, 2상(phase) 상태로 작동유체의 증발온도가 낮고 등온과정으로 높은 효율을 가지며 열을 흡수할 수 있다.In the above-described process, when the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium, the heat supply means 500 and the
도 25는 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열이 동일한 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면이고, 도 26은 도 25에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도이다.FIG. 25 is a view showing an operation process of the heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium and the heat of the second medium are the same, and FIG. 26 is an operation of the heat load control system shown in FIG. It is a Ph diagram in the process.
작동유체는 제1 열교환기(200)를 통과하면서 제1 매체로부터 냉열을 공급받아 온도가 낮아진다(제1 매체의 온도는 높아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선 방향으로 이동한다(도 26의 1). 이후, 작동유체는 열 방출수단(400)을 통과하면서 열이 방출되어 온도가 낮아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선 방향으로 이동한다(도 26의 2). 이후, 작동유체는 조정수단(600) 중 모세관(620a)을 통과하면서 온도와 압력이 낮아질 수 있다. 이때, P-h선도에서 압력과 엔탈피가 함께 낮아진다(도 26의 3). 이후, 작동유체는 제2 열교환기(300)를 통과하면서 제2 매체로부터 열을 공급받아 온도가 높아진다(제2 매체의 온도는 낮아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화증기선 방향으로 이동한다(도 26의 4). 이후, 작동유체는 가압수단(100, 압축기(120))을 통과하면서 압력과 온도가 높아진다. 이때, P-h선도에서 압력과 엔탈피가 높아진다(도 26의 5). 이후, 작동유체는 상술한 과정을 반복한다.The working fluid passes through the
상술한 과정은 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열이 동일한 경우, 열 방출수단(400), 모세관(620a), 및 압축기(120) 등을 이용하여, 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 유지하는 것이다. 작동유체가 제2 열교환기(300)에서 충분히 열을 흡수할 수 있도록, 제1 열교환기(200)를 통과한 후, 열 방출수단(400)를 통과하면서 온도가 낮아지고, 모세관(620a)을 통과하면서 온도와 압력이 낮아질 수 있다.In the above-described process, when the cold heat of the first medium and the heat of the second medium are the same, by using the heat dissipating means 400, the
도 27는 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열이 동일한 경우, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템의 작동과정을 도시한 도면이고, 도 28은 도 27에 도시된 열부하 조절 시스템의 작동과정에서의 P-h선도이다.FIG. 27 is a view showing an operation process of the heat load control system according to an embodiment of the present invention when the cooling heat of the first medium and the heat of the second medium are the same, and FIG. 28 is an operation of the heat load control system shown in FIG. It is a Ph diagram in the process.
작동유체는 제1 열교환기(200)를 통과하면서 제1 매체로부터 냉열을 공급받아 온도가 낮아진다(제1 매체의 온도는 높아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선 방향으로 이동한다(도 28의 1). 이후, 작동유체는 열 방출수단(400)을 통과하면서 열이 방출되어 온도가 낮아진다. 이때, P-h선도에서 엔탈피가 낮아지면서 포화액선을 통과한다(도 28의 2). 이후, 작동유체는 조정수단(600) 중 팽창밸브(610a)를 통과하면서 압력이 낮아질 수 있다. 이때, P-h선도에서 압력이 낮아진다(도 28의 3). 이후, 작동유체는 제2 열교환기(300)를 통과하면서 제2 매체로부터 열을 공급받아 온도가 높아진다(제2 매체의 온도는 낮아진다). 이때, P-h선도에서 엔탈피가 높아지면서 포화증기선 방향으로 이동한다(도 28의 4). 이후, 작동유체는 가압수단(100, 압축기(120))을 통과하면서 압력과 온도가 높아진다. 이때, P-h선도에서 압력과 엔탈피가 높아진다(도 28의 5). 이후, 작동유체는 상술한 과정을 반복한다.The working fluid passes through the
상술한 과정은 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열이 동일한 경우, 열 방출수단(400), 및 압축기(120) 등을 이용하여, 제1 매체의 냉열과 제2 매체의 열 사이의 균형을 유지하는 것이다. 작동유체가 제2 열교환기(300)에서 충분히 열을 흡수할 수 있도록, 제1 열교환기(200)를 통과한 후, 열 방출수단(400)를 통과하면서 온도가 낮아져 액체상태로 냉각되고, 이후 팽창밸브(610a)을 통과하면서 온도 감소 없이 압력만 낮아질 수 있다.In the above-described process, when the cooling heat of the first medium and the heat of the second medium are the same, a balance between the cooling heat of the first medium and the heat of the second medium by using the
한편, 본 발명의 따른 열부하 조절 시스템는 상술한 바와 같이 P-h선도 상에서 포화액선과 포화증기선에 인접한 영역에서 작동하므로 안정적인 열교환이 가능한 장점이 있다.Meanwhile, since the heat load control system according to the present invention operates in a region adjacent to the saturated liquid line and the saturated steam line on the P-h line as described above, there is an advantage in that stable heat exchange is possible.
도 29는 시간에 따른 제1 매체의 냉각부하 특성의 그래프이고, 도 30은 시간에 따른 제2 매체의 부하 특성의 그래프이며, 도 31은 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템에 의한 시간에 따른 부하 레벨링(leveling) 특성의 그래프이다. 도 29 내지 도 31을 참조하여, 본 발명에 따른 열부하 조절 시스템이 실제로 어떻게 두 개의 열원 사이의 열량 차이를 흡수하는지 살펴보도록 한다.29 is a graph of the cooling load characteristic of the first medium over time, FIG. 30 is a graph of the load characteristic of the second medium over time, and FIG. 31 is a graph of the thermal load control system according to the embodiment of the present invention. It is a graph of the load leveling characteristics according to the. With reference to FIGS. 29 to 31, let's look at how the heat load control system according to the present invention actually absorbs the difference in heat quantity between the two heat sources.
도 29에 도시된 바와 같이, 제1 매체(액화천연가스)의 냉각부하는 기화유량(액화천연가스의 사용유량)과 관련성이 높다. 예를 들어, 밤 시간의 사용량이 낮 시간의 사용량보다 많아, 밤 시간의 냉각부하는 낮 시간의 냉각부하보다 크다. 이와 유사하게, 겨울철의 사용량이 여름철의 사용량보다 많아, 겨울철의 냉각부하는 여름철의 냉각부하보다 크다. 이와 같이, 제1 매체(액화천연가스)의 냉각부하는 시간별/계절별 예측이 가능한 특성을 갖는다.As shown in FIG. 29, the cooling load of the first medium (liquefied natural gas) is highly related to the vaporization flow rate (the flow rate of the liquefied natural gas). For example, the amount used at night time is greater than that at day time, and the cooling load at night time is larger than that at day time. Similarly, the amount used in winter is greater than that in summer, and the cooling load in winter is greater than that in summer. In this way, the cooling load of the first medium (liquefied natural gas) has a characteristic that can be predicted by time/season.
도 30에 도시된 바와 같이, 제2 매체(데이터센터 폐열 또는 쇼핑몰 폐열 등)의 부하는 데이터 사용량을 계절별로 예상하기 어렵고, 시간대나 이벤트(예를 들어, 블랙프라이데이 행사, 합격자 확인 등) 등의 영향을 어느 정도 받지만 이 또한 정확하지 않아, 시간별/계절별 예측이 실질적으로 불가능한 특성을 갖는다.As shown in Fig. 30, the load of the second medium (data center waste heat or shopping mall waste heat, etc.) is difficult to predict data usage by season, and time slots or events (e.g., Black Friday events, successful applicants, etc.) It is affected to some extent, but this is also inaccurate, making it practically impossible to predict by time/season.
결국, 예측이 가능한 제1 매체(액화천연가스)의 냉각부하와 예측이 불가능한 제2 매체(데이터센터 폐열 또는 쇼핑몰 폐열 등)의 부하 사이의 열량 차이를 흡수할 필요성이 있는데, 본 발명의 실시예에 따른 열부하 조절 시스템은 예를 들어 빙축열 시스템(700)을 이용하여 상술한 열량 차이를 흡수할 수 있다.As a result, there is a need to absorb the difference in the amount of heat between the predictable cooling load of the first medium (liquefied natural gas) and the load of the unpredictable second medium (data center waste heat or shopping mall waste heat, etc.). The heat load control system according to, for example, may absorb the above-described difference in heat quantity by using the
도 31에 도시된 바와 같이, 제1 매체(액화천연가스)의 냉각부하가 제2 매체(데이터센터 폐열 또는 쇼핑몰 폐열 등)의 부하보다 클때, 빙축열 시스템(700)은 빙축열을 저장한다(작동유체로부터 냉열을 흡수한다). 이때, 빙축열 시스템(700)의 빙축열 저장량(냉열량)은 증가한다. 또한, 제1 매체(액화천연가스)의 냉각부하가 제2 매체(데이터센터 폐열 또는 쇼핑몰 폐열 등)의 부하와 동일한 경우, 빙축열 시스템(700)은 작동하지 않는다. 그리고, 제1 매체(액화천연가스)의 냉각부하가 제2 매체(데이터센터 폐열 또는 쇼핑몰 폐열 등)의 부하보다 작을 때, 빙축열 시스템(700)은 빙축열을 사용한다(작동유체에 냉열을 공급한다). 이때, 빙축열 시스템(700)의 빙축열 저장량(냉열량)은 감소한다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 열부하 조절 시스템은 빙축열 시스템(700)을 이용하여 두 개의 열원 사이의 열량 차이를 흡수함으로써, 열량 차이로 인하여 열교환 시스템 부하의 부조화가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 빙축열 시스템(700)은 전원 차단 등 비상시에도 작동유체에 냉열을 공급할 수 있으므로, 비상시에도 두 개의 열원 사이의 열교환이 가능한 장점이 있다.As shown in Fig. 31, when the cooling load of the first medium (liquefied natural gas) is greater than the load of the second medium (data center waste heat or shopping mall waste heat, etc.), the
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, this is for explaining the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and those of ordinary skill in the art within the spirit of the present invention It is clear that the transformation or improvement is possible.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications to changes of the present invention belong to the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be made clear by the appended claims.
10: 주라인 10a~10j: 제1 내지 제10 보조라인
20a~20d: 제1 내지 제4 바이패스라인 100: 가압수단
110: 펌프 120: 압축기
200: 제1 열교환기 300: 제2 열교환기
400: 열 방출수단 410: 플레이트부
420: 관 450: 팬
500: 열 공급수단 510: 플레이트부
520: 관 550: 팬
600: 조정수단 600a: 제1 조정수단
600b: 제2 조정수단 600c: 제3 조정수단
600d: 제4 조정수단 610: 팽창밸브
610a: 제1 팽창밸브 610b: 제2 팽창밸브
610c: 제3 팽창밸브 610d: 제4 팽창밸브
620: 모세관 620a: 제1 모세관
620b: 제2 모세관 620c: 제3 모세관
620d: 제4 모세관 700: 빙축열 시스템
800: 히터10:
20a to 20d: first to fourth bypass lines 100: pressing means
110: pump 120: compressor
200: first heat exchanger 300: second heat exchanger
400: heat dissipation means 410: plate portion
420: tube 450: fan
500: heat supply means 510: plate portion
520: tube 550: fan
600: adjustment means 600a: first adjustment means
600b: second adjustment means 600c: third adjustment means
600d: fourth adjustment means 610: expansion valve
610a:
610c:
620:
620b:
620d: fourth capillary 700: ice storage system
800: heater
Claims (14)
상기 작동유체가 제1 매체와 열교환되어, 상기 작동유체에 상기 제1 매체의 냉열이 전달되는 제1 열교환기;
상기 작동유체가 제2 매체와 열교환되어, 상기 작동유체에 상기 제2 매체의 열이 전달되는 제2 열교환기;
상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이에 구비되어, 상기 작동유체로부터 열을 방출시키는 열 방출수단;
상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이에 구비되어, 상기 작동유체에 열을 공급하는 열 공급수단;
상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이에 구비되어, 상기 작동유체의 온도와 압력을 낮추는 조정수단;
상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이에 구비되어, 상기 작동유체에 냉열을 공급하거나 상기 작동유체로부터 냉열을 흡수하는 빙축열 시스템; 및
상기 제1 열교환기와 연결되어, 상기 작동유체에 열을 공급하는 히터;
를 포함하고,
상기 제1 매체의 냉열이 상기 제2 매체의 열보다 제1 소정치 큰 경우,
상기 빙축열 시스템은 상기 작동유체로부터 냉열을 흡수하거나, 또는 상기 열 공급수단은 상기 작동유체에 열을 공급하고,
제2 소정치는 상기 제1 소정치보다 클 때,
상기 제1 매체의 냉열이 상기 제2 매체의 열보다 제2 소정치 큰 경우,
상기 히터는 상기 작동유체에 열을 공급하며,
제3 소정치는 상기 제2 소정치보다 클 때,
상기 제1 매체의 냉열이 상기 제2 매체의 열보다 제3 소정치 큰 경우,
상기 열 공급수단은 상기 작동유체에 열을 공급하고, 상기 히터는 상기 작동유체에 열을 공급하며,
제4 소정치는 상기 제3 소정치보다 클 때,
상기 제1 매체의 냉열이 상기 제2 매체의 열보다 제4 소정치 큰 경우,
상기 빙축열 시스템은 상기 작동유체로부터 냉열을 흡수하고, 상기 열 공급수단은 상기 작동유체에 열을 공급하며, 상기 히터는 상기 작동유체에 열을 공급하는 열부하 조절 시스템.
Pressurizing means for pressurizing the working fluid;
A first heat exchanger in which the working fluid is heat-exchanged with the first medium to transfer cold heat of the first medium to the working fluid;
A second heat exchanger in which the working fluid is heat-exchanged with the second medium to transfer heat of the second medium to the working fluid;
A heat dissipating means provided between the first heat exchanger and the second heat exchanger to dissipate heat from the working fluid;
Heat supply means provided between the first heat exchanger and the second heat exchanger to supply heat to the working fluid;
An adjusting means provided between the first heat exchanger and the second heat exchanger to lower the temperature and pressure of the working fluid;
An ice heat storage system provided between the first heat exchanger and the second heat exchanger to supply cold heat to the working fluid or to absorb cold heat from the working fluid; And
A heater connected to the first heat exchanger to supply heat to the working fluid;
Including,
When the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium by a first predetermined value,
The ice heat storage system absorbs cold heat from the working fluid, or the heat supply means supplies heat to the working fluid,
When the second predetermined value is greater than the first predetermined value,
When the cooling heat of the first medium is a second predetermined value greater than the heat of the second medium,
The heater supplies heat to the working fluid,
When the third predetermined value is greater than the second predetermined value,
When the cooling heat of the first medium is greater than the heat of the second medium by a third predetermined value,
The heat supply means supplies heat to the working fluid, the heater supplies heat to the working fluid,
When the fourth predetermined value is greater than the third predetermined value,
When the cooling heat of the first medium is a fourth predetermined value greater than the heat of the second medium,
The ice storage system absorbs cold heat from the working fluid, the heat supply means supplies heat to the working fluid, and the heater supplies heat to the working fluid.
상기 작동유체가 제1 매체와 열교환되어, 상기 작동유체에 상기 제1 매체의 냉열이 전달되는 제1 열교환기;
상기 작동유체가 제2 매체와 열교환되어, 상기 작동유체에 상기 제2 매체의 열이 전달되는 제2 열교환기;
상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이에 구비되어, 상기 작동유체로부터 열을 방출시키는 열 방출수단;
상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이에 구비되어, 상기 작동유체에 열을 공급하는 열 공급수단;
상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이에 구비되어, 상기 작동유체의 온도와 압력을 낮추는 조정수단;
상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이에 구비되어, 상기 작동유체에 냉열을 공급하거나 상기 작동유체로부터 냉열을 흡수하는 빙축열 시스템; 및
상기 제1 열교환기와 연결되어, 상기 작동유체에 열을 공급하는 히터;
를 포함하고,
상기 제2 매체의 열이 상기 제1 매체의 냉열보다 제5 소정치 큰 경우,
상기 빙축열 시스템은 상기 작동유체에 냉열을 공급하거나, 또는 상기 열 방출수단은 상기 작동유체로부터 열을 방출시키고,
제6 소정치는 상기 제5 소정치보다 클 때,
상기 제2 매체의 열이 상기 제1 매체의 냉열보다 제6 소정치 큰 경우,
상기 빙축열 시스템은 상기 작동유체에 냉열을 공급하고, 상기 열 방출수단은 상기 작동유체로부터 열을 방출시키는 열부하 조절 시스템.
Pressurizing means for pressurizing the working fluid;
A first heat exchanger in which the working fluid is heat-exchanged with the first medium to transfer cold heat of the first medium to the working fluid;
A second heat exchanger in which the working fluid is heat-exchanged with the second medium to transfer heat of the second medium to the working fluid;
A heat dissipating means provided between the first heat exchanger and the second heat exchanger to dissipate heat from the working fluid;
Heat supply means provided between the first heat exchanger and the second heat exchanger to supply heat to the working fluid;
An adjusting means provided between the first heat exchanger and the second heat exchanger to lower the temperature and pressure of the working fluid;
An ice heat storage system provided between the first heat exchanger and the second heat exchanger to supply cold heat to the working fluid or to absorb cold heat from the working fluid; And
A heater connected to the first heat exchanger to supply heat to the working fluid;
Including,
When the heat of the second medium is a fifth predetermined value greater than the cold heat of the first medium,
The ice storage system supplies cold heat to the working fluid, or the heat dissipating means dissipates heat from the working fluid,
When the sixth predetermined value is greater than the fifth predetermined value,
When the heat of the second medium is a sixth predetermined value greater than the cooling heat of the first medium,
The ice heat storage system supplies cold heat to the working fluid, and the heat dissipating means dissipates heat from the working fluid.
상기 조정수단은,
상기 작동유체의 압력을 낮추는 팽창밸브; 및
상기 작동유체의 온도와 압력을 낮추는 모세관;
을 포함하는 열부하 조절 시스템.
The method according to claim 1 or 2,
The adjustment means,
An expansion valve for lowering the pressure of the working fluid; And
A capillary tube for lowering the temperature and pressure of the working fluid;
Heat load control system comprising a.
상기 열 방출수단 또는 상기 열 공급수단은 핀 파이프 구조물인 열부하 조절 시스템.
The method according to claim 1 or 2,
The heat dissipation means or the heat supply means is a fin pipe structure.
상기 열 방출수단 또는 상기 열 공급수단은,
평판형으로 형성되어 다수가 나란하게 배치된 플레이트부; 및
다수의 상기 플레이트부를 일방향으로 연장되며 관통하고, 절곡된 후, 타방향으로 연장되며 관통하며, 내부에 상기 작동유체가 통과하는 관;
을 포함하는 열부하 조절 시스템.
The method according to claim 1 or 2,
The heat dissipation means or the heat supply means,
Plate portions formed in a flat plate shape and arranged in parallel with a plurality; And
A pipe extending and penetrating a plurality of the plate portions in one direction, being bent, extending and penetrating in the other direction, and passing the working fluid therein;
Heat load control system comprising a.
상기 열 방출수단 또는 상기 열 공급수단은,
강제대류를 유도하는 팬(fan);
을 포함하는 열부하 조절 시스템.
The method according to claim 1 or 2,
The heat dissipation means or the heat supply means,
A fan that induces forced convection;
Heat load control system comprising a.
상기 작동유체는 상기 열 방출수단, 상기 열 공급수단, 상기 조정수단, 및 상기 빙축열 시스템 중 적어도 하나를 선택적으로 통과하는 열부하 조절 시스템.
The method according to claim 1 or 2,
The working fluid selectively passes through at least one of the heat dissipation means, the heat supply means, the adjustment means, and the ice heat storage system.
상기 제1 매체는 액화천연가스(LNG, liquefied natural gas)이고,
상기 제1 매체는 상기 제1 열교환기에서 상기 작동유체에 냉열을 공급하는 열부하 조절 시스템.
The method according to claim 1 or 2,
The first medium is liquefied natural gas (LNG),
The first medium is a heat load control system for supplying cold heat to the working fluid in the first heat exchanger.
상기 제2 매체는 공장 폐열, 쓰레기처리장 폐열, 또는 데이터센터 폐열, 또는 쇼핑몰 폐열로부터 열을 전달받은 유체이거나, 또는 해수이고,
상기 제2 매체는 상기 제2 열교환기에서 상기 작동유체에 열을 공급하는 열부하 조절 시스템.
The method according to claim 1 or 2,
The second medium is a fluid that has received heat from factory waste heat, waste heat from a waste treatment plant, or data center waste heat, or from a shopping mall waste heat, or seawater,
The second medium is a heat load control system for supplying heat to the working fluid in the second heat exchanger.
상기 열 방출수단은 상기 작동유체로부터 대기로 열을 방출하는 열부하 조절 시스템.
The method according to claim 1 or 2,
The heat dissipating means is a heat load control system for dissipating heat from the working fluid to the atmosphere.
상기 열 공급수단은 상기 작동유체에 건물 내부열로부터 열을 공급하는 열부하 조절 시스템.
The method according to claim 1 or 2,
The heat supply means is a heat load control system for supplying heat from the internal heat of the building to the working fluid.
상기 히터는 전기히터, BOG(Boil Off Gas)를 이용한 가스보일러, 또는 데이터센터 폐열을 이용한 히터인 열부하 조절 시스템.
The method according to claim 1 or 2,
The heater is an electric heater, a gas boiler using BOG (Boil Off Gas), or a heat load control system using a data center waste heat.
상기 작동유체가 통과하는 상기 열 공급수단의 관의 직경은 상기 작동유체가 통과하는 상기 열 방출수단의 관의 직경보다 큰 열부하 조절 시스템.The method according to claim 1 or 2,
The diameter of the pipe of the heat supply means through which the working fluid passes is larger than the diameter of the pipe of the heat dissipating means through which the working fluid passes.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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