KR20040023587A - 배열 회수 시스템 - Google Patents

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도쿄 덴료쿠 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은 발전기에서 발생하는 배열을 회수하여 온수 공급이나 공조에 이용하는 배열회수 시스템에 관한 것으로, 저비용화를 도모할 수 있고 또한 에너지 효율이 높은 배열회수 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
배열회수 시스템은 발전기에서 발생하는 배기 가스의 열을 이용하여 소정의 설비로 순환 사용되는 열매를 가열하는 것으로, 배기 가스와 열매를 열교환시켜 열매를 가열하는 배열회수용 열교환기(HEX1)와, 배열회수용 열교환기(HEX1)에서 가열된 열매의 온도를 검출하는 온도 검출 수단(TC2)과, 온도 검출 수단(TC2)의 검출 결과에 근거하여 배열회수용 열교환기(HEX1)로 도입되는 배기 가스의 도입량을 제어하는 제어 밸브(V1)를 구비한다.

Description

배열 회수 시스템{Exhaust heat recovery system}
최근, 오피스 빌딩이나 상업 시설 등 비교적 소규모 장소에서 가스나 석유 등을 연료로 하는 구동원에 의하여 발전기를 구동하여 전력을 자급하는 시스템이 채용되는 경향이 있다. 특히, 발전기의 구동원으로서 저연비, 저소음으로 구동되는 소형 가스 터빈의 이용 기술이 발전하고, 범용성이 높아짐으로써 상기 시스템의 채용이 확대되어 가는 추세이다.
상기와 같은 전력 자급 시스템에는, 발전기를 구동할 때에 구동원으로부터 발생하는 배열을 회수하여 같은 장소 안에서 급탕이나 공조에 이용하는 배열 회수 시스템이 병설되는 경우가 많다.
도 12에 배열 회수 시스템의 일례를 나타낸다. 도 12에서, 부호 501은 가스 터빈, 502는 배열 회수용 열교환기, 503은 저탕조, 504는 급탕전, 505는 급수 탱크, 506은 급탕 온도 조절용 열교환기, 507은 냉각탑이다. 가스 터빈(501)과 배열 회수용 열교환기(502)는 배기가스 도입관(508)에 의해 접속되어 있고, 또한 배열 회수용 열교환기(502)에는 물을 가열한 배기가스를 배출하는 배기탑(509)이 설치되어 있다.
배열 회수용 열교환기(502)와 저탕조(503)는 물(열탕)을 순환시키는 폐회로를 구성하는 1차 배관(510)에 의해 접속되어 있다. 또한, 저탕조(503)와 급탕전 (504), 급탕 온도 조절용 열교환기(506)는 열탕을 순환시키는 폐회로를 구성하는 2차 배관(511)에 의해 접속되어 있다. 급수 탱크(505)는 2차 배관(511)에 급수관 (512)에 의하여 접속되어 있다. 또한, 급탕 온도 조절용 열교환기(506)와 냉각탑 (507)은 냉매로서의 물을 순환시키는 폐회로를 구성하는 냉매 배관(513)에 의해 접속되어 있다.
상기 배열 회수 시스템에서는, 가스 터빈(501)의 배열은 배열 회수용 열교환기(502)에 도입되어 저탕조(503)를 통해 배출되지만, 배열 회수용 열교환기(502)에서 1차 배관을 순환하는 물과 열교환을 행하여 이것을 가열한다. 배열 회수용 열교환기(502)에서 가열된 물(열탕)은 저탕조(503)에 유입된다. 저탕조(503)의 물(열탕)은 2차 배관(511)을 순환하고, 급탕전(504)이 열리면 회로 밖으로 유출되어 이용된다. 저탕조(503)의 물(열탕)의 잔량이 적어지면, 급수 탱크(505)로부터 적절히 급수가 실시된다.
또한, 상기 배열 회수 시스템에서는 2차 배관(511)을 순환하는 물(열탕)의 이용이 적으면, 회로 내의 온도가 지나치게 상승해 버린다. 그래서, 이러한 경우를포함해서 급탕 온도 조절용 열교환기(506)에서 잉여 열에너지를 회수하고 냉각탑 (507)에서 대기 중으로 방출하게 되어 있다.
상기 배열 회수 시스템에서는 급탕 온도 조절용 열교환기(506)나 냉각탑 (507)에 의해 구성되는 냉각 설비를 필요로 하는 등, 시스템 전체가 복잡하고 또한 규모가 커지며 설치에 많은 비용이 든다는 문제가 있다.
또한, 전력 자급 시스템의 이용 확대에 따라, 에너지 효율이 더 높은 배열 회수 시스템이 요구되고 있다.
본 발명은 발전기에서 발생하는 배열을 회수하여 급탕이나 공조에 이용하는 배열 회수 시스템에 관한 것이다.
그리고, 본 출원은 일본국으로의 특허 출원(특원 2001-369354, 특원 2001-369355)에 근거한 것으로서 당해 일본 출원의 기재 내용은 본 명세서의 일부로서 수용되는 것이다.
도 1은 본 발명의 배열 회수 시스템이 병설되는 전력 자급 시스템의 전체 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 배열 회수 시스템의 제1 실시예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 배열 회수용 열교환기의 내부 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 배열회수 시스템을 가동시킬 때의 처리 수단의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 배열 회수 시스템의 제2 실시예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 배열 회수 시스템을 가동시킬 때의 처리 절차의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 배열 회수 시스템의 제3 실시예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 배열 회수 시스템을 가동시킬 때의 처리 절차의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 도 7의 배열 배열회수 시스템에서의 급탕 온도 제어 프로세스의 처리절차의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 배열 회수 시스템의 제4 실시예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10의 배열회수 시스템을 가동시킬 때의 처리 절차의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 12는 종래의 배열 회수 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 저비용화를 도모할 수 있고, 또한 에너지 효율이 높은 배열 회수 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 발전기에서 발생하는 배기가스의 열을 이용해서 소정의 설비로서 순환 사용되는 열매를 가열하는 배열 회수 시스템으로서, 상기 배기가스와 상기 열매를 열교환시켜서 상기 열매를 가열하는 배열 회수용 열교환기와, 상기 배열 회수용 열교환기에서 가열된 상기 열매의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 당해 온도 검출 수단의 검출 결과에 근거하여 상기 배열 회수용 열교환기로 도입되는 상기 배기가스의 양을 제어하는 제어 밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배열 회수 시스템에서는 배열 회수용 열교환기에서 가열된 열매의 온도를 검출하고 그 검출 결과에 근거하여 배열 회수용 열교환기로 도입되는 상기 배기가스의 양을 제어함으로써 배열의 잉여분이 배열 회수용 열교환기에 도입되지않고 열매를 원하는 온도로 안정적으로 가열 제어하는 것이 가능해짐과 동시에, 종래와 같은 냉각 설비가 불필요하게 된다. 또한, 이 배열 회수 시스템에서는 소정의 설비로서 순환 사용되는 열매를 직접적으로 배열 회수용 열교환기에서 가열하기 때문에, 복수 단의 열교환기를 구비하는 종래에 비해서 열에너지의 손실이 적다.
이 경우에, 상기 소정의 설비로부터 상기 배열 회수용 열교환기로의 상기 열매의 역류를 방지하는 역류방지밸브를 구비하면 된다.
이 배열 회수 시스템에서는 역류방지밸브에 의해 열매의 역류가 방지됨으로써 열매의 역류에 따른 문제발생을 피할 수 있다.
또한, 본 발명은 발전기에서 발생하는 배기 가스의 열을 이용해서 급탕용으로 물을 가열하는 배열회수 시스템으로서, 상기 배기 가스와 열매를 열교환시켜서 상기 열매를 가열하는 배열회수용 열교환기와, 상기 배열회수용 열교환기에서 가열된 상기 열매의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 당해 온도 검출의 검출 결과에 근거하여 상기 배열회수용 열교환기로의 상기 배기 가스의 도입량을 제어하는 제어 밸브와, 가열된 상기 열매와 물을 열교환시켜서 상기 물을 가열하는 물 가열용 열교환기를 구비하고, 상기 물 가열용 열교환기는 플레이트형 열교환기임을 특징으로 한다.
본 발명의 배열회수 시스템에서는 배열회수용 열교환기에서 발전기 나오는 배기 가스와 열매가 열교환되어 열매가 가열되고, 또한 물 가열용 열교환기에서 열매와 물이 열교환되어 물이 가열된다. 또한, 물 가열용 열교환기는 플레이트형 열교환기이므로 열 전달률이 높다. 이 때문에, 물 가열용 열교환기로의 물 도입 경로가 종래처럼 순환회로가 아니어도 수돗물로부터 비교적 저온의 물이 열매에 가까운 온도까지 가열된다. 따라서, 그 순환 경로가 불필요하게 되어 저비용화를 꾀할 수 있다. 또한, 배열회수용 열교환기에서 가열된 열매 온도를 검출하여 그 검출 결과에 근거하여 배열회수용 열교환기로 나오는 배기 가스의 도입량을 제어함으로써 배열의 잉여분이 배열회수용 열교환기에 도입되지 않으며, 열매를 원하는 온도로 안정적으로 가열 제어하는 것이 가능해짐과 동시에, 종래처럼 냉각 설비가 불필요하게 되어 이 점에서도 저비용화를 꾀할 수 있다.
상기 배열회수 시스템에서, 상기 온도 검출 수단의 검출 결과에 근거하여 상기 물 가열용 열교환기에 도입되는 물을 우회시키고 당해 우회시킨 물을 가열하는 보조 가열수단을 구비하면 좋다.
이 배열회수 시스템에서는 배열회수용 열교환기에서 가열된 열매의 온도가 원하는 온도에 도달하지 않을 경우에는 물을 우회시켜서 보조 가열수단으로 가열함으로써 급탕되는 물 온도가 안정적으로 유지된다.
또한, 상기 배열회수 시스템에서 상기 열매를 일시적으로 저장하는 대기 개방형 탱크를 구비하면 좋다.
이 배열회수 시스템에서는 탱크 내에 저장되는 열매에 의해 저열 효과가 생겨 열매의 온도 변동이 완만해진다. 또한, 그 탱크가 대기 개방형이므로 열매의 압력 상승이 생기기 어려우며 열매가 용이하게 온도 상승된다. 또한, 탱크가 대기 개방형이므로, 열매 중에서 발생한 기포·증기가 탱크 내에서 분리되어 방출되고, 액체 중으로의 기포·증기의 혼입에 의한 문제가 회피되며 이에 따라 열매를 비등점에 가까운 고온인 채 취급하는 것이 가능해진다. 즉, 이 배열회수 시스템에서는 열매를 비등점에 가까운 고온으로 가열함과 동시에, 그 고온 상태를 안정적으로 유지할 수 있으며, 이에 따라 급탕용 물을 고온으로 가열함과 동시에 그 고온 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 탱크가 대기 개방형이므로 고비용의 내압 구조를 사용하지 않아도 되어 저비용화를 꾀할 수 있다.
또한, 상기 배열회수 시스템에서 상기 발전기와 별도로 상기 배열회수용 열교환기에 연소 가스를 도입하는 보조 연소가스 도입수단을 구비하면 좋다.
이 배열회수 시스템에서는 발전기에 문제가 생긴 경우나 발전기의 정지 시에도 발전기로부터 나오는 배기 가스에 더해서 또는 그 배기 가스 대신에 보조 연소가스 도입수단으로부터의 보조 연소가스가 배열회수용 열교환기에 도입되어 열매를 가열한다. 이 때문에, 열매의 온도가 안정적으로 유지된다.
이 경우에, 상기 보조 연소가스 도입수단은 상기 발전기의 정지 시에 당해 발전기에서 발생하는 배기 가스 대신에 상기 배열회수용 열교환기에 연소 가스를 도입하면 좋다.
이 배열회수 시스템에서는 발전기 정지 시에 발전기에서 발생하는 배기 가스 대신에 보조 연소가스 도입수단으로부터의 보조 연소가스가 배열회수용 열교환기에 도입되어 열매를 가열한다. 이 때문에, 예컨대 전력 요금이 싼 시간대에서 발전기를 정지시킨 경우에도 이 배열회수 시스템을 이용해서 소정의 설비를 운전시키는 것이 가능해진다.
또한, 상기 배열회수 시스템에서, 상기 소정의 설비는 흡수식 냉동기를 포함해도 된다.
이 배열회수 시스템에서는 소정의 설비로서 흡수식 냉동기를 포함함으로써 발전기의 배열을 이용한 공조를 효율적으로 행할 수 있다.
이하, 본 발명의 배열 회수 시스템의 실시예를 도면을 참조해서 설명한다.
도 1은 배열 회수 시스템(10)이 병설된 전력 자급 시스템(11)의 전체 구성을 개략적으로 나타내고 있다. 전력 자급 시스템(11) 자체는 소형 가스 터빈(마이크로 가스 터빈)(MT)을 구동원으로서 발전기를 구동함으로써 전력을 얻지만, 이에 병설되는 배열 회수 시스템(10)은 발전기를 구동할 때 가스 터빈(MT)으로부터 발생하는 배기가스의 열을 회수하고, 그것을 공조나 급탕 등 소정의 설비(12)에 이용하는 것이다.
도 2는 배열 회수 시스템(10)의 실시예의 구성을 나타내는 도면으로서, 본 실시예의 배열 회수 시스템(10)은 발전기에서 발생하는 배기가스의 열을 이용하여 공조 등 소정의 설비에서 순환 사용되는 열매를 가열하는 것이다.
도 2에서 HEX1은 배기가스와 열매 사이에 열교환을 시켜 열매를 가열하는 배열 회수용 열교환기, 13은 배열 회수용 열교환기(HEX1)에서 가열된 열매를 일시적으로 저장하는 버퍼 탱크로서의 저열조, P1은 열매를 수송하는 펌프이다. 그리고,상기 열매로서는 예컨대 물(온수) 또는 약액이 사용된다.
가스 터빈(MT)(도 1 참조)과 배열 회수용 열교환기(HEX1)는 배기가스 도입관 (20)에 의하여 접속되어 있다. 배열 회수용 열교환기(HEX1)로의 배기가스 도입 직전의 배기가스 도입관(20)에는 배기가스의 온도를 검출하는 온도 센서(TC1)가 설치되어 있다. 또한, 배열 회수용 열교환기(HEX1)에는 배기가스를 외부로 배출하는 배기탑(21)이 설치되어 있다.
또한, 배열 회수용 열교환기(HEX1), 저열조(13) 및 펌프(P1)는 열매를 순환시키는 1차 열매 순환회로를 구성하는 열매 배관(23)에 의해 접속되어 있다.
도 3은 배열 회수용 열교환기(HEX1)의 구조를 개략적으로 나타내고 있다.
배열 회수용 열교환기(HEX1)는 박스(30) 내부에 알루미늄제의 냉각 핀(31)을 다수 장착한 스테인리스제의 전열관(32)이 지그재그 상태로 수납된 것이다. 박스 (30) 상부에는 배기가스의 도입구(33)와 도출구(34)가 양쪽에 설치되어 있고, 상술한 배기가스 도입관(20)(도 2 참조)이 도입구(33)에, 상술한 배기탑 (21)(도 2 참조)이 도출구(34)에 각각 접속된다. 또한, 전열관(32)은 상술한 열매 배관(23)(도 2 참조)에 접속되어 열매 수송회로의 일부를 구성한다.
배열 회수용 열교환기(HEX1)에는 배기가스 도입관(20)을 통해 도입되는 배기가스를 배열 회수용 열교환기(HEX1)로의 도입 전에 배기탑(21)에 인도하여 대기 중으로 배출시키는 제어 밸브(V1)가 설치되고, 제어 밸브(V1)와 배기탑(21) 사이에는 배열 회수용 열교환기(HEX1)에 도입되는 배기가스의 일부를 우회시키는 바이패스 유로(35)가 설치되어 있다. 제어 밸브(V1)는 도입구(33) 및 바이패스 유로(35)의일부 또는 전부를 막는 버터플라이 밸브와 버터플라이 밸브를 구동하는 전동 모터 등의 구동 장치(미도시)를 포함하고, 인접하는 도입구(33)와 바이패스 유로(35)의 입구 사이에서 요동하도록 구성되어 있다.
또한, 본 예에서는 배열 회수용 열교환기(HEX1)에서 전열관(32) 내의 열매의 흐름 방향과 그 전열관(32) 바깥쪽을 흐르는 배기가스의 흐름 방향이 역방향이 되는 이른바 대향류(對向流)가 되고 있다. 열교환되는 2개의 유체가 서로 역방향으로 흐르는 대향류식 열교환은 효율이 높고 균일한 열교환을 실현하기 쉽다. 단, 본 발명은 대향류식 열교환에 한정되지 않고 열매의 흐름 방향과 배기가스의 흐름 방향이 같은 방향이 되는 병류(竝流)식 열교환을 채용해도 된다.
도 2로 돌아가, 열매 배관(23)에는 배열 회수용 열교환기(HEX1)에 도입되는 열매를 배열 회수용 열교환기(HEX1)의 전후에서 우회시키는 3방향 전환 밸브(V2) 및 바이패스 배관(40)이 설치되어 있다. 또한, 저열조(13)로의 열매 도입 전의 열매 배관(23)에는 펌프(P1)와 동기해서 열매의 수송을 제어하는 전자(電磁)밸브(V3)가 설치되어 있다.
배열 회수용 열교환기(HEX1)로부터 열매가 도출된 후의 열매 배관(25)에는 열매의 온도를 검출하는 온도 검출 수단으로서 온도 센서(TC2)가 설치되어 있다. 또한, 온도 센서(TC2)가 설치된 개소의 앞에 있는 열매 배관(23)에는 공조 등 소정의 설비(12)로부터 배열회수용 열교환기(HEX1)로의 열매의 역류를 방지하는 역류방지 밸브(V4)가 설치되어 있다.
저열조(13)는 배열 회수용 열교환기(HEX1)보다 아래쪽에 배치되어 있다. 또한, 저열조(13)에는 저열조(13) 내를 대기 중으로 개방하는 대기 개방관(41)이 설치되어 있다. 대기 개방관(41)은 일단이 저열조(13)에 접속되며 타단이 배기가스의 유로로서의 배기탑(21)에 접속되어 있다. 또한, 대기 개방관(41)에는 저열조(13)로부터 증발한 열매의 증기를 응축하는 응축기(42)가 설치되어 있다. 응축기(42)는 탱크 쪽에 대해서 대기 쪽의 유로로서의 배기탑(21) 쪽이 위쪽이 되도록 경사 배치되어 있다. 또한, 저열조(13) 내에는 단열재를 포함하는 뚜껑체(43)가 열매 액면을 덮으며 떠있다.
다음에, 상기와 같이 구성된 배열 회수 시스템에 의한 배열 회수의 구조를 설명한다.
우선, 가스 터빈(MT)으로부터 배출된 배기가스는 배기가스 도입관(20)을 통해서 배열 회수용 열교환기(HEX1)에 도입되고, 열매 수송회로를 흐르는 열매와 열교환을 하여 그 열매를 가열하고, 그 후 배기탑(21)으로부터 배출된다.
배열 회수용 열교환기(HEX1)에서 가열된 열매는 펌프(P1)의 작용에 의해 열매 수송회로를 흘러 공조 등 소정의 설비(12)의 열매로서 순환 사용된다. 또한, 설비(12)로부터 돌아온 열매는 저열조(13)에서 일시적으로 저장된 후, 다시 배열회수용 열교환기(HEX1)에 도입된다.
또한, 저열조(13) 내에는 단열재를 포함하는 뚜껑체(43)가 열매 액체 면을 덮으며 떠 있으므로 보온 효과가 작동하여 대기 개방된 저열조(13)라도 대기 중으로 빠져나가는 열에너지량이 억제되어 배열로부터 회수한 열에너지가 효율적으로 이용된다.
또한, 저열조(13)에 접속된 대기 개방관(41)에 응축기(42)가 설치되어 있으므로 저열조(13)에서 증발한 열매의 증기가 그 응축기(42)에서 응축되어 탱크로 되돌아간다. 이 때문에, 열매의 용량 저하가 억제된다.
다음에, 상기 배열 회수 시스템을 가동시킬 때의 처리 흐름에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다.
가동 전의 배열 회수 시스템의 각부의 초기 상태는 제어 밸브(V1): 배기가스를 우회, 3방향 전환 밸브(V2): 열매를 우회, 전자밸브(V3): 닫힘으로 되어 있다.
이 상태에서 배열 회수 시스템을 가동하면, 스텝100에서 온도 센서(TC1)의 검출 결과로부터 배기가스 온도가 200℃보다 높은지 아닌지의 여부가 판별되고, 배기가스 온도가 200℃ 이상이 되면, 배열 회수 시스템의 각부 상태가 스텝101에서 전환되며 제어 밸브(V1): 비례 제어, 3방향 전환 밸브(V2): 배열 회수용 열교환기 (HEX1)에 열매 도입, 전자 밸브(V3): 닫힘, 펌프(P1): 운전으로 되며, 이 후 배열회수회로의 제어 프로세스가 실행된다.
배열회수회로 제어 프로세스에서는, 우선 스텝110에서 온도 센서(TC2)의 검출 결과에 근거하여 배열 회수 직후의 열매 온도가 원하는 설정 온도, 예컨대 90℃에 달하면, 제어 밸브(V1)가 비례 제어된다. 이 제어 밸브(V1)의 비례 제어는 온도 센서(TC2)의 검출 결과로부터 열매 온도가 98℃보다 낮은 경우에 연속적으로 제어된다.
또한, 스텝111에서 온도 센서(TC2)의 검출 결과로부터 열매 온도가 98℃ 이상인 경우, 스텝112로 진행되며 제어 밸브(V1): 배기가스를 우회, 3방향 전환밸브(V2): 열매를 우회로 전환되고, 스텝113에서 열매 온도가 100℃ 이상인 상태를 2분 이상 유지한 것이 확인되면, 스텝114에서 배열 회수 시스템 각부의 상태가 상술한 초기 상태와 같은 상태로 전환되고, 스텝115에서 “제어 밸브(V1) 동작 불량/열회수 정지”라는 경보가 통지된다.
또한, 스텝113에서 열매 온도가 100℃ 이상인 상태를 2분 이상 유지하지 않는 경우, 스텝116에서 열매 온도가 98℃보다 낮은지 아닌지의 여부가 판별되며, 98℃보다 낮은 경우 스텝117에서 제어 밸브(V1): 비례 제어, 3방향 전환 밸브(V2): 배열 회수용 열교환기(HEX1)에 열매 도입으로 전환되고, 스텝110으로 돌아간다. 또한, 스텝116에서 열매 온도가 98℃보다 높은 경우, 스텝112로 돌아가 스텝112∼스텝116이 반복된다. 그리고, 이 배열 회수 제어 프로세스에서 상술한 각 온도 및 시간은 소정의 범위 내에서 임의로 설정 변경된다.
이와 같이 본 예의 배열회수 시스템에서는 소정의 설비로 순환 사용되는 열매를 직접적으로 배열회수용 열교환기(HEX1)에서 가열한다. 이 때, 배열회수용 열교환기(HEX1)에서 가열된 열매의 온도를 온도 센서(TC2)에서 상시 검출해 두고, 그 검출 결과에 근거하여 배열회수용 열교환기(HEX1)로 나오는 배기 가스의 도입량을 제어 밸브(V1)로 제어한다. 그리고, 열매가 소정의 온도를 상회하면 배열회수용 열교환기(HEX1)에 도입해야 할 배기 가스를 도입 전에 바이패스 유로(35)로 우회시켜서 대기 중으로 배출한다. 이에 따라, 배열회수용 열교환기(HEX1)에서 필요한 만큼의 열에너지만 회수되며 잉여 열에너지는 배열회수용 열교환기(HEX1)에 도입되지 않고 대기 중으로 배출된다. 이 때문에, 종래처럼 냉각 설비가 불필요하게 되어 저비용화를 꾀할 수 있다. 또한, 이 배열회수 시스템에서는 소정의 설비로 순환 사용되는 열매를 직접적으로 배열회수용 열교환기(HEX1)에서 가열하므로 복수 단의 열교환기를 구비하는 종래에 비해서 열에너지의 손실이 적다. 이 때문에, 시스템 전체의 에너지 효율의 향상이 도모된다.
또한, 본 예의 배열회수 시스템에서는 열매를 일시적으로 저장하는 저열조 (13)를 갖기 때문에 저열조(13) 내에 저장되는 열매에 의해 저열 효과(보온 효과)가 생겨 열매의 온도 변동이 완만해진다. 또한, 저열조(13)가 대기 개방형이므로 열매의 압력 상승이 생기기 어려워 열매가 용이하게 온도 상승된다. 그 때문에, 열매를 효율적으로 고온으로 가열할 수 있다. 또한, 저열조(13)가 대기 개방형이므로 열매 중에서 발생한 기포·증기가 저열조(13) 내에서 분리되어 방출되며, 액체 중으로의 기포·증기의 혼입에 의한 문제발생을 피할 수 있다. 즉, 이 배열회수 시스템에서는 열매를 비등점에 가까운 고온으로 가열함과 동시에 그 고온 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. 이 때문에, 이 열매를 순환 사용하는 소정의 설비에서, 연료량의 절감 등 여러 가지 이점을 얻을 수 있다. 또한, 탱크가 대기 개방관형이므로 고비용의 내압 구조를 사용하지 않아도 되어 저비용화를 꾀할 수 있다.
또한, 본 예의 배열회수 시스템에서는 순환회로 내에 대기 개방형의 탱크를 구비하기 때문에 열매가 역류하기 쉽지만, 역류방지 밸브(V4)에 의해 소정의 설비에서 배열회수용 열교환기(HEX1)로의 열매 역류가 방지됨으로써 열매의 역류에 따른 문제발생을 피할 수 있다.
다음에, 본 발명의 배열 회수 시스템의 제2 실시예를 도 5, 도 6을 참조하여설명한다. 본 실시예의 배열 회수 시스템(10)도 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 발전기에서 발생하는 배기가스의 열을 이용하여 공지조화 등 소정의 설비에서 순환 사용되는 열매를 가열하는 것이다. 그리고, 상기 제1 실시예에서 이미 설명한 것과 동일한 기능을 가지는 구성 요소에는 동일 부호를 첨부하여 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
본 실시예의 배열 회수 시스템에서는 상기 제1 실시예와 달리 가스 터빈 (MT)(도 1 참조)으로부터 나오는 배기 가스와 별도로, 배열회수용 열교환기(HEX1)에 연소 가스를 도입하는 보조 연소가스 도입 수단으로서 보조 연소 장치(50) 및 3방향 전환 밸브(V0)를 갖는다.
보조 연소 장치(50)는, 가스 터빈(MT)으로부터 나오는 배기 가스와 같은 정도의 온도 및 양의 연소 가스를 발생시킬 수 있으며, 예컨대, 대기압 가스 연소기가 사용된다. 또한, 3방향 전환 밸브(V0)는 배열회수용 열교환기(HEX1)에 대해서 가스 터빈(MT)으로부터 나오는 배기 가스의 도입 또는 보조 연소 장치(50)로부터 연소 가스의 도입을 전환하는 것으로 가스 터빈(MT)과 배열회수용 열교환기(HEX1) 사이 나오는 배기 가스 도입관(20)에 설치되어 있다.
다음에 상기와 같이 구성된 배열회수 시스템에 의한 배열회수 시스템의 구조를 설명한다.
우선, 가스 터빈(MT)으로부터 배출된 배기 가스는 배기 가스 도입관(20)을 통해서 배열회수용 열교환기(HEX1)에 도입되고, 열매 수송회로를 흐르는 열매와 열교환을 행하여 그 열매를 가열하며, 그 후 배기탑(21)으로부터 배출된다.
또한, 발전기에 문제가 생긴 경우나 발전기의 정지 시 등, 소정의 타이밍으로 보조 연소 장치(50)를 운전한다. 보조 연소 장치(50)에서 발생한 연소 가스는 가스 터빈(MT)으로부터 나오는 배기 가스와는 별도로, 3방향 전환밸브(V0)를 통해서 배열회수용 열교환기(HEX1)에 도입된다. 이 때, 예컨대 발전기로부터 나오는 배기 가스에 더해서 또는 그 배기 가스 대신에 보조 연소 가스를 배열회수용 열교환기(HEX1)에 도입하여 열매를 가열함으로써 열매의 온도가 안정적으로 유지된다.
배열회수용 열교환기(HEX1)에서 가열된 열매는 펌프(P1)의 동작에 의해 열매 수송회로를 흐르고, 공조 등 소정의 설비(12)의 열매로서 순환 사용된다. 또한, 설비(12)로부터 돌아온 열매는 저열조(13)에서 일시적으로 저장된 후, 다시 배열회수용 열교환기(HEX1)로 도입된다.
다음에, 상기 배열회수 시스템을 가동시킬 때의 처리 흐름에 대해서 도 6을 참조해서 설명한다.
가동 전의 배열회수 시스템의 각부의 초기 상태는 제어 밸브(V1): 배기 가스를 우회, 3방향 전환밸브(V2):열매를 우회, 전자 밸브(V3): 닫힘으로 되어 있다.
이 상태에서 배열회수 시스템을 가동하면, 스텝200에서 온도 센서(TC1)의 검출 결과로부터 배기 가스 온도가 200℃보다 높은지 아닌지의 여부가 판별된다. 그리고, 배기 가스 온도가 200℃보다 낮은 경우, 가스 터빈(MT)이 정지 중으로 간주되고, 스텝201에서 보조 연소 장치가 운전되어 3방향 전환밸브(V0)가 보조 연소 장치(50) 쪽으로 열리며 가스 터빈(MT) 나오는 배기 가스 대신에 보조 연소 장치(50)의 연소 가스가 배열회수용 열교환기(HEX1)에 도입된다.
또한, 스텝200에서 배기 가스 온도가 200℃ 이상인 경우, 가스 터빈(MT)이 가동 중으로 간주되며, 스텝202에서 보조 연소 장치(50)가 정지되어 3방향 전환밸브(V0)가 배열회수용 열교환기(HEX1) 쪽으로 열리고 가스 터빈(MT) 나오는 배기 가스가 배열회수용 열교환기(HEX1)에 도입된다. 그리고, 스텝203에서 배열회수 시스템의 각부의 상태가 제어 밸브(V1): 비례 제어, 3방향 전환밸브(V2): 배열회수용 열교환기(HEX1)에 열매도입, 전자 밸브(V3): 열림, 펌프(P1) 운전으로 되고, 이 후 배열회수회로의 제어 프로세스가 실행된다.
배열회수회로 제어 프로세스에서는, 상술한 제1 실시예와 같은 스텝이 실행된다. 즉, 우선 스텝210에서 온도 센서(TC2)의 검출 결과에 근거하여 배열회수 직후의 열매 온도가 원하는 설정 온도, 예컨대 90℃에 달하면, 제어 밸브(V1)가 비례 제어된다. 이 제어 밸브(V1)의 비례 제어는 온도 센서(TC2)의 검출 결과로부터 열매 온도가 98℃보다 낮은 경우에 연속적으로 제어된다.
또한, 스텝211에서 온도 센서(TC2)의 검출 결과로부터 열매 온도가 98℃ 이상인 경우, 스텝212로 진행되며 제어 밸브(V1): 배기 가스 또는 연소 가스를 우회, 3방향 전환밸브(V2): 열매를 우회로 전환되어 스텝213에서 열매 온도가 100℃ 이상인 상태를 2분 이상 유지한 것이 확인되면, 스텝214에서 배열회수 시스템의 각부의 상태가 상술한 초기 상태와 같은 상태로 전환되어 스텝215에서 "제어 밸브(V1) 동작 불량/열회수 정지"의 경보가 통보된다.
또한, 스텝213에서 열매 온도가 100℃ 이상인 상태를 2분 이상 유지하지 않는 경우, 스텝216에서 열매 온도가 98℃보다 낮은지 아닌지의 여부가 판별되고, 98℃보다 낮은 경우, 스텝217에서 제어 밸브(V1): 비례 제어, 3방향 전환밸브(V2): 배열회수용 열교환기(HEX1)에 열매 도입으로 전환하여 스텝210으로 되돌아간다. 또한, 스텝216에서 열매 온도가 98℃보다 높은 경우, 스텝212으로 돌아가 스텝212∼스텝216이 반복된다. 그리고, 이 배열회수 제어 프로세스에서 상술한 각 온도 및 시간은 소정의 범위 내에서 임의로 설정 변경된다.
이와 같이, 본 예의 배열회수 시스템에서는 가스 터빈(MT)(발전기)의 정지 시에 가스 터빈(MT)에서 발생하는 배기 가스 대신에 배열회수용 열교환기(HEX1)에 연소 가스가 도입되어 열매를 가열한다. 이 때문에, 예컨대 전력 요금이 싼 시간대 등에서 발전기를 정지시킨 경우에도 이 배열회수 시스템을 사용해서 소정의 설비를 운전시키는 것이 가능해진다. 즉, 비용 효율이 좋은 연속 운전을 가능하게 한다.
그리고, 본 발명의 배열회수 시스템으로는 열매를 순환 사용하는 소정의 설비로서 흡수식 냉동 사이클에 의해 냉동을 행하는 흡수식 냉동기(제네링크)가 바람직하게 사용된다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 배열회수 시스템은 열매를 비등점에 가까운 고온으로 가열함과 동시에, 그 고온 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. 게다가, 비용 효율이 좋은 연속 운전을 가능하게 한다. 이 때문에, 흡수식 냉동기에서는 본 발명의 배열회수 시스템으로부터의 열매를 순환 사용함으로써 연료 비용을 대폭적으로 절감하는 것이 가능해짐과 동시에, 그 열에너지의 총합적인 이용 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
다음에, 본 발명의 배열회수 시스템의 제3 실시예를 설명한다.
도 7은 배열회수 시스템(10)의 실시예의 구성을 나타내는 도면으로서 본 실시예의 배열회수 시스템(10)은 발전기에서 발생하는 배기 가스의 열을 이용해서 급탕용의 물을 가열하는 것이다.
그리고, 상기 각 실시예에서 이미 설명한 것과 동일한 기능을 가지는 구성 요소에는 동일 부호를 부여한다.
또한, 앞의 도 1에 나타낸 바와 같이, 배열회수 시스템(10)이 병설된 전력 자급 시스템(11) 자체는 소형의 가스 터빈(MT)(마이크로 가스 터빈)을 구동원으로하여 발전기를 구동함으로써 전력을 얻는다. 배열회수 시스템(10)은 발전기를 구동할 때에 가스 터빈으로부터 발생하는 배기 가스의 열을 회수한다.
도 7에서, HEX1은 배기 가스와 열매 사이에서 열교환을 시켜서 열매를 가열하는 배열회수용 열교환기, 13은 배열회수용 열교환기(HEX1)에서 가열된 열매를 일시적으로 저장하는 버퍼 탱크로서의 저열조, HEX2는 가열된 열매와 물 사이에서 열교환을 시켜서 물(실제로 급탕에 이용되는 물)을 가열하는 물 가열용 열교환기, 14는 보조 가열 장치로서의 가스 급탕기, 15는 가열된 물을 필요에 따라 꺼내기 위한 급탕전, P1은 열매를 수송하는 펌프이다. 그리고, 상기열매로서는, 예컨대 물(온수) 또는 약액이 사용된다.
가스 터빈(MT)(도 1참조)과 배열회수용 열교환기(HEX1)는 배기 가스 도입관(20)에 의해 접속되어 있다. 배열회수용 열교환기(HEX1)로 나오는 배기 가스 도입 직전 나오는 배기 가스 도입관(20)에는 배기 가스의 온도를 검출하는 온도 센서(TC1)가 설치되어 있다. 또한, 배열회수용 열교환기(HEX1)에는 배기 가스를 외부에 배출하는 배기탑(21)이 설치되어 있다.
배열회수용 열교환기(HEX1), 저열조(13) 및 펌프(P1)는 열매를 순환시키는 1차 열매 순환회로를 구성하는 1차 열매 배관(25)에 의해 접속되어 있다. 또한, 물 가열용 열교환기(HEX2)는 플레이트형 열교환기로서, 저열조(13) 및 물 공급원으로서의 수돗물을 급탕전(15)에 공급하는 물 배관(28)에 접속되어 있다. 그리고, 물 배관(28)에서의 물의 공급압은 물 공급원 쪽에 부여되어 있다.
배열회수용 열교환기(HEX1)의 구조는, 앞의 도 3에 나타낸 것과 같으므로 여기에서는 설명을 생략한다. 그리고, 본 예에서는 앞의 도 3에 나타낸 전열관(32)은 상술한 1차 열매 배관(25)(도 7참조)에 접속되어 1차 열매 순환회로의 일부를 구성한다.
도 7에서, 1차 열매 배관(25)에는 배열회수용 열교환기(HEX1)에 도입되는 열매를 배열회수용 열교환기(HEX1)의 전후에서 우회시키는 3방향 전환밸브(V2) 및 바이패스 배관(40)이 설치되어 있다.
배열회수용 열교환기(HEX1)로부터의 열매 도출 후의 1차 열매 배관(25)에는 열매의 온도를 검출하는 온도 검출 수단으로서의 온도 센서(TC2)가 설치되어 있다. 제어 밸브(V1)는 이 온도 센서(TC2)의 검출 결과에 근거하여 개폐 제어되고, 필요에 따라서 배기 가스를 우회시켜 배열회수용 열교환기(HEX1)로의 도입을 막게 되어 있다. 또한, 3방향 전환밸브(V2)도 마찬가지로 온도 센서(TC2)의 검출 결과에 근거하여 제어되고, 필요에 따라서 열매를 우회시켜 배열회수용 열교환기(HEX1)로의 도입을 막게 되어 있다.
저열조(13)는 배열회수용 열교환기(HEX1)보다 아래쪽에 배치되어 있다. 또한, 저열조(13)에는 저열조(13) 내를 대기 중으로 개방하는 대기 개방관(41)이 설치되어 있다. 대기 개방관(41)은 일단이 저열조(13)에 접속되며 타단이 배기 가스의 유로로서 배기탑(21)에 접속되어 있다. 또한, 대기 개방관(41)에는 저열조(13)로부터 증발한 열매의 증기를 응축하는 응축기(42)가 설치되어 있다. 응축기(42)는 탱크 쪽에 대해 대기 쪽의 유로로서 배기탑(21) 쪽이 위에 경사 배치되어 있다. 또한, 저열조(13) 내에는 단열재를 포함하는 뚜껑체(43)가 열매 액면을 덮으며 떠있다.
물 가열용 열교환기(HEX2)의 물 도출 후의 배관과 가스 급탕기(14)의 물 도출 후의 배관의 합류 직후의 물 배관(28)에는 가열 후의 물 온도를 검출하는 온도 센서(TC3)가 설치되어 있다. 그리고, 이 온도 센서(TC3)는 온수 공급 온도의 확인용으로서 사용된다.
또한, 물 배관(28)에는 물 가열용 열교환기(HEX2)에 도입되는 물을 물 가열용 열교환기(HEX2)의 전후에서 우회시키는 3방향 전환밸브(V10) 및 바이패스 배관(45)이 설치되고, 바이패스 배관(45) 도중에 상술한 가스 급탕기(14)가 설치되어 있다. 또한, 가스 급탕기(14)에는 별도로 구축된 가스 공급회로로부터의 가스 공급을 받도록 가스 배관(46)이 접속되어 있고, 가스 배관(46)에는 가스 급탕기(14)로의 가스 도입을 단속하는 가스 도입밸브(V11)가 설치되어 있다. 그리고, 3방향 전환밸브(V10)는 상술한 온도 센서(TC2)의 검출 결과에 근거하여 제어되고, 필요에 따라서 물을 물 가열용 열교환기(HEX2)의 전후에 우회시켜 가스 급탕기(14)에 도입한다. 가스 급탕기(14)는 3방향 전환밸브(V10)가 가스 급탕기(14) 쪽으로 열리면, 물 도입을 검지하여 작동하고, 도입된 물을 가열하게 되어 있다. 또한, 본 발명의 보조 가열 수단은 가스 급탕기(14)와 3방향 전환밸브(V1O)를 포함하여 구성된다.
다음에, 상기와 같이 구성된 배열회수 시스템에 의한 배열회수 구조를 설명한다.
우선, 가스 터빈(MT)으로부터 배출된 배기 가스는 배기 가스 도입관(20)을 통해 배열회수용 열교환기(HEX1)로 도입되고, 1차 열매 순환회로를 흐르는 열매와 열교환을 행하여 그 열매를 가열하고, 그 후 배기탑(21)으로부터 배출된다.
배열회수용 열교환기(HEX1)에서, 가열된 열매는 펌프(P1)의 작용에 의해 1차 열매 순환회로를 흐름과 동시에, 저열조(13)에서 일시적으로 저장된다. 또한, 1차 열매 순환회로를 흐르는 열매는 물 가열용 열교환기(HEX2)에 도입되고, 물 배관(28)을 흐르는 물과 열교환을 하여 그 물을 가열하며, 다시 저열조(13)에 저장된다. 그리고, 물 가열용 열교환기(HEX2)에서 가열된 물(온수)은 물 공급원의 공급압에 의해 물 배관(28)을 흐르고, 급탕전(15)이 열리면 회로 밖으로 유출하여 이용된다.
또한, 저열조(13) 내에는 단열재를 포함하는 뚜껑체(43)가 열매 액면을 덮으며 떠 있으므로 보온 효과가 작용하고, 대기 개방된 저열조(13)라도 대기 중으로 빠져나가는 열에너지량이 억제되어 배열로부터 회수한 열에너지가 효과적으로 이용된다.
또한, 저열조(13)에 접속된 대기 개방관(41)에 응축기(42)가 설치되어 있으므로 저열조(13)로부터 증발한 열매의 증기가 그 응축기(42)에 응축되어 탱크로 되돌려진다. 이 때문에, 열매의 용량 저하가 억제된다.
다음에, 상기 배열회수 시스템을 가동시킬 때의 처리 흐름에 대해서 도 8 및 도 9에 나타내는 흐름도를 참조하여 설명한다.
가동 전의 배열회수 시스템의 각부의 초기 상태는 제어 밸브(V1): 배기 가스를 우회, 3방향 전환밸브(V2): 열매를 우회, 3방향 전환밸브(V10): 물 가열용 열교환기(HEX2)에 물 도입, 가스 도입밸브(V11): 닫힘, 펌프(P1): 정지로 되어 있다.
이 상태에서 배열회수 시스템을 가동하면, 스텝1에서, 온도 센서(TC1)의 검출 결과로부터 배기 가스 온도가 200℃보다 높은지 아닌지의 여부가 판별된다. 그리고, 배기 가스 온도가 200℃보다 낮은 경우, 가스 터빈(MT)이 정지 중으로 간주되어 배열회수 시스템 각부의 상태가 스텝2에서 "급탕기 단독 운전"으로 전환되어 제어 밸브(V1): 배기 가스를 우회, 3방향 전환밸브(V2): 열매를 우회, 3방향 전환밸브(V1O): 가스 급탕기(14)에 물 도입, 가스 도입밸브(V11): 열림, 펌프(P1): 정지로 된다.
또한, 스텝1에서 배기 가스 온도가 200℃ 이상인 경우, 가스 터빈(MT)이 가동 중으로 간주되어 배열회수 시스템의 각부 상태가 스텝3에서 "가스 터빈/가스 급탕기 운전"으로 전환되어 제어 밸브(V1): 비례 제어, 3방향 전환밸브(V2): 배열회수용 열교환기(HEX1)에 열매 도입, 3방향 전환밸브(V10): 물 가열용 열교환기 (HEX2)에 물 도입, 가스 도입밸브(V11): 열림, 펌프(P1): 운전으로 되며, 이후 배열회수회로의 제어 프로세스와 급탕 온도 제어 프로세스가 실행된다.
배열회수회로 제어 프로세스에서는, 우선 스텝10에서 온도 센서(TC2)의 검출 결과에 근거하여 배열회수 직후의 열매 온도가 원하는 설정 온도, 예컨대 90℃에 도달하면 제어 밸브(V1)가 비례 제어된다. 이 제어 밸브(V1)의 비례 제어는 온도 센서(TC1)의 검출 결과로부터 배기 가스의 온도가 200℃ 이상으로 또한 온도 센서(TC2)의 검출 결과로부터 열매 온도가 98℃보다 낮은 경우에 연속적으로 제어된다. 그리고, 스텝11에서 온도 센서(TC1)의 검출 결과로부터 배기 가스의 온도가 200℃보다 낮아지면 스텝1로 돌아가 "급탕기 단독 운전"으로 전환된다.
또한, 스텝12에서 온도 센서(TC2)의 검출 결과로부터 열매 온도가 98℃ 이상인 경우, 스텝13으로 진행되어 제어 밸브(V1): 배기 가스를 우회, 3방향 전환밸브 (V2): 열매를 우회로 전환하며, 스텝14에서 열매 온도가 200℃ 이상이라면 S15에서 열매 온도가 고온인 것이 표시된다. 또한, 스텝16에서 열매 온도가 100℃ 이상의 상태를 60초 이상 유지한 것이 확인되면, 스텝17에서 상술한 "급탕기 단독 운전"과 같은 상태로 전환되어 스텝18에서 "제어 밸브(V1) 동작 불량/열회수 정지"의 경보가 통보된다.
또한, 스텝16에서 열매 온도가 100℃ 이상인 상태를 60초 이상 유지되지 않은 경우, 스텝19에서 열매 온도가 98℃보다 낮은지 아닌지의 여부가 판별되고, 98℃보다 낮은 경우 스텝20에서 제어 밸브(V1): 비례 제어, 3방향 전환밸브(V2): 배열회수용 열교환기(HEX1)에 열매 도입으로 전환되며 스텝10으로 되돌아간다. 또한, 스텝19에서, 열매 온도가 98℃보다 높은 경우, 스텝13으로 돌아가 스텝13∼스텝19가 반복된다. 그리고, 이 배열회수 제어 프로세스에서 상술한 각 온도 및 시간은소정의 범위 내에서 임의로 설정 변경된다.
도 9는 온수 공급 온도 제어 프로세스의 흐름도이다. 온수 공급 온도 제어 프로세스에서는, 우선 스텝30에서 온도 센서(TC2)의 검출 결과로부터 열매 온도가 원하는 소정 온도, 예컨대 90℃에 도달하면, 3방향 전환밸브(V10)가 온/오프 제어된다. 즉, 스텝31에서 온도 센서(TC1)의 검출 결과로부터 배기 가스의 온도가 200℃ 이상인 것이 확인되고, 또한 스텝32에서 온도 센서(TC2)의 검출 결과로부터 열매 온도가 98℃보다 낮은 것이 확인되면, 스텝33에서 3방향 전환밸브(V10)가 가스 급탕기(14) 쪽으로 전환되며 가스 급탕기(14)가 점화되어 물이 가열된다. 또한, 스텝32에서 열매 온도가 98℃를 초과한 것이 확인되면, 스텝34에서 3방향 전환밸브 (V10)가 물 가열용 열교환기(HEX2) 쪽으로 전환되어 배기 가스와의 열교환에 의해 물이 가열된다. 그리고, 이 온수 공급 온도 제어 프로세스에서 상술한 각 온도는 소정의 범위 내에서 임의로 설정 변경된다.
이와 같이, 본 예의 배열회수 시스템에서는 배열회수용 열교환기(HEX1)에서 발전기 나오는 배기 가스와 열매가 열교환하여 열매가 가열되고, 또한 물 가열용 열교환기(HEX2)에서 열매와 물이 열교환하여 급탕용 물이 가열된다. 이 때, 물 가열용 열교환기(HEX2)가 플레이트형 열교환기이므로 완전 대향류 등에 의해 높은 열전달률로 효율적인 열교환이 실시된다. 이 때문에, 물 가열용 열교환기(HEX2)로의 물 도입 경로가 순환회로가 아니어도 수돗물부터의 비교적 저온의 물이 열매에 가까운 온도로까지 가열된다. 이에 의해, 물의 순환 경로가 불필요하게 되어 저비용화를 꾀할 수 있다. 또한, 경로의 단축에 따라 열에너지의 손실이 적어져서 시스템전체의 에너지 효율의 향상이 도모된다.
또한, 본 예의 배열회수 시스템에서는 배열회수용 열교환기(HEX1)에서 가열된 열매의 온도를 온도 센서(TC2)로 항시 검출해 놓고, 그 검출 결과에 근거하여 배열회수용 열교환기(HEX1)로 나오는 배기 가스의 도입량을 제어 밸브(V1)로 제어한다. 그리고, 열매가 소정의 온도를 상회하면 배열회수용 열교환기(HEX1)에 도입해야 하는 배기 가스를 도입하기 전에 바이패스 유로(35)에 우회시켜 대기 중으로 배출한다. 이에 의해, 배열회수용 열교환기(HEX1)에서는 필요한 양의 열에너지만이 회수되고, 잉여 열에너지는 배열회수용 열교환기(HEX1)에 도입되지 않고 대기 중으로 배출된다. 이 때문에, 종래와 같은 냉각 설비가 불필요하게 되며, 이 점에서도 저비용화를 꾀할 수 있다.
또한, 본 예의 배열회수 시스템에서는 온도 센서(TC2)의 검출 결과에 근거하여 배열회수용 열교환기(HEX1)에서 가열된 열매의 온도가 원하는 온도로 도달하지 않는 경우에는, 물 가열용 열교환기(HEX2)에 도입되는 물을 3방향 전환밸브(V10)를 통해 우회시키고, 우회한 물을 가스 급탕기(14)로 가열한다. 이 때문에, 급탕용 물의 온도를 고온 상태로 안정적으로 유지할 수 있게 된다.
또한, 본 예의 배열회수 시스템에서는 열매를 일시적으로 저장하는 저열조 (13)를 가지기 때문에 저열조(13) 내에 저장되는 열매에 의해 저열 효과(보온 효과)가 생겨 열매의 온도 변동이 완만해진다. 또한, 저열조(13)가 대기 개방형이므로 열매의 압력 상승이 생기기 어려워 열매가 용이하게 온도 상승한다. 이 때문에, 열매를 효율적으로 고온으로 가열할 수 있다. 또한, 저열조(13)가 대기 개방형이므로 열매 내에서 발생한 기포·증기가 저열조(13) 내에서 분리되어 방출되며, 액체 중으로의 기포·증기의 혼입에 의한 문제발생을 피할 수 있다. 즉, 이 배열회수 시스템에서는 열매를 비등점에 가까운 고온으로 가열함과 동시에, 그 고온 상태를 안정적으로 유지할 수 있고, 이에 따라서 급탕용의 물을 고온으로 가열함과 동시에, 그 고온 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 탱크가 대기 개방형이므로 고비용의 내압 구조를 사용하지 않아도 되어 저비용화를 꾀할 수 있다.
다음에, 본 발명의 배열회수 시스템의 제4 실시예를 설명한다.
도 10은 배열회수 시스템(10)의 실시예의 구성을 나타내는 도면으로서, 본 실시예의 배열회수 시스템(10)은 발전기에서 발생하는 배기 가스의 열을 이용해서 순환 사용되는 물(온수)을 가열하는 것이다. 온수를 순환 사용하는 설비(12)(온수 이용 설비)로서는 예컨대 방바닥 난방 장치, 흡수식 냉온수기 등 열이용 공조 장치 등을 들 수 있다. 또한, 설비(12)로서 간접 열교환기를 적용함으로써 음료용 급탕을 포함한 각가지 가열에 이용된다.
그리고, 상기 각 실시예에서 이미 설명한 것과 동일한 기능을 가지는 구성 요소에는 동일 부호를 부여한다.
또한, 앞의 도 1에 나타낸 바와 같이 배열회수 시스템(10)이 병설된 전력 자급 시스템(11) 자체는 소형의 가스 터빈(MT)(마이크로 가스 터빈)을 구동원으로서 발전기를 구동함으로써 전력을 얻는다. 배열회수 시스템(10)은 발전기를 구동할 때에 가스 터빈으로부터 발생하는 배기 가스의 열을 회수한다.
도 10에서, HEX1은 배기 가스와 열매 사이에서 열교환을 시켜서 열매를 가열하는 배열회수용 열교환기, 13은 배열회수용 열교환기(HEX1)에서 가열된 열매를 일시적으로 저장하는 버퍼 탱크로서의 저열조, HEX2는 가열된 열매와 물(온수) 사이에 열교환을 시켜서 물을 가열하는 물 가열용 열교환기, P1은 열매를 수송하는 펌프이다. 그리고, 상기 열매로서는, 예컨대 물(온수) 또는 약액이 사용된다.
가스 터빈(MT)(도 1참조)과 배열회수용 열교환기(HEX1)는 배기 가스 도입관(20)에 의해 접속되어 있다. 배열회수용 열교환기(HEX1)로 나오는 배기 가스 도입 직전 나오는 배기 가스 도입관(20)에는 배기 가스의 온도를 검출하는 온도 센서(TC1)가 설치되어 있다. 또한, 배열회수용 열교환기(HEX1)에는 배기 가스를 외부에 배출하는 배기탑(21)이 설치되어 있다.
배열회수용 열교환기(HEX1), 저열조(13) 및 펌프(P1)는 열매를 순환시키는 1차 열매 순환회로를 구성하는 1차 열매 배관(25)에 의해 접속되어 있다. 또한, 물 가열용 열교환기(HEX2)는 플레이트형 열교환기로서, 저열조(13) 및 온수 순환용의 온수 배관(29)에 접속되어 있다. 그리고, 온수 배관(29)에서의 온수 공급압은 온수를 순환 사용하는 설비(12) 쪽에서 부여되어 있다.
배열회수용 열교환기(HEX1)의 구조는 앞의 도 3에 나타낸 것과 같으므로 여기에서는 설명을 생략한다. 그리고, 본 예에서는 앞의 도 3에 나타낸 전열관(32)은 상술한 1차 열매 배관(25)(도 10참조)에 접속되어 1차 열매 순환회로의 일부를 구성한다.
도 10에서, 1차 열매 배관(25)에는 배열회수용 열교환기(HEX1)에 도입되는 열매를 배열회수용 열교환기(HEX1)의 전후에 우회시키는 3방향 전환밸브(V2) 및 바이패스 배관(40)이 설치되어 있다.
배열회수용 열교환기(HEX1)로부터 열매 도출 후의 1차 열매 배관(25)에는 열매의 온도를 검출하는 온도 검출 수단으로서 온도 센서(TC2)가 설치되어 있다. 제어 밸브(V1)는 이 온도 센서(TC2)의 검출 결과에 근거하여 개폐 제어되고, 필요에 따라서 배기 가스를 우회시켜 배열회수용 열교환기(HEX1)로의 도입을 막게 되어 있다. 또한, 3방향 전환밸브(V2)도 마찬가지로 온도 센서(TC2)의 검출 결과에 근거하여 제어되고, 필요에 따라서 열매를 우회시켜서 배열회수용 열교환기(HEX1)로의 도입을 막게 되어 있다.
저열조(13)는 배열회수용 열교환기(HEX1)보다 아래쪽에 배치되어 있다. 또한, 저열조(13)에는 저열조(13) 내를 대기 중으로 개방하는 대기 개방관(41)이 설치되어 있다. 대기 개방관(41)은 일단이 저열조(13)에 접속되며 타단이 배기 가스의 유로로서의 배기탑(21)에 접속되어 있다. 또한, 대기 개방관(41)에는 저열조 (13)로부터 증발한 열매의 증기를 응축하는 응축기(42)가 설치되어 있다. 응축기 (42)는 탱크 쪽에 대해 대기 쪽의 유로로서의 배기탑(21) 쪽이 위에 경사 배치되어 있다. 또한, 저열조(13) 내에는 단열재를 포함하는 뚜껑체(43)가 열매 액면을 덮으며 떠있다.
다음에, 상기와 같이 구성된 배열회수 시스템에 의한 배열회수 구조를 설명한다.
우선, 가스 터빈(MT)으로부터 배출된 배기 가스는 배기 가스 도입관(20)을 통해 배열회수용 열교환기(HEX1)로 도입되고, 1차 열매 순환회로를 흐르는 열매와열교환을 행하여 그 열매를 가열하고, 그 후 배기탑(21)으로부터 배출된다.
배열회수용 열교환기(HEX1)에서 가열된 열매는 펌프(P1)의 작용에 의해 1차 열매순환회로를 흐름과 동시에, 저열조(13)에서 일시적으로 저장된다. 또한, 1차 열매 순환회로를 흐르는 열매는 물 가열용 열교환기(HEX2)에 도입되며, 온수 배관(29)을 흐르는 물(온수)과 열교환을 행하여 그 물을 가열하고, 다시 저열조 (13)에 저장된다. 그리고, 물 가열용 열교환기(HEX2)에서 가열된 온수는 온수 이용 설비(12)의 공급압에 의해 온수 배관(29)을 흘러서 이용된다.
다음에, 상기 배열회수 시스템을 가동시킬 때의 처리의 흐름에 대해서 도 11에 나타내는 흐름도를 참조하여 설명한다.
가동 전의 배열회수 시스템의 각부 초기 상태는 제어 밸브(V1): 배기 가스를 우회, 3방향 전환밸브(V2): 열매를 우회, 펌프(P1): 정지로 되어 있다.
이 상태에서 배열회수 시스템을 가동하면, 스텝300에서 온도 센서(TC1)의 검출 결과로부터 배기 가스 온도가 200℃보다 높은지 아닌지의 여부가 판별되고, 배기 가스 온도가 200℃ 이상이 되면 배열회수 시스템의 각부 상태가 스텝301에서 전환되며 제어 밸브(V1): 비례 제어, 3방향 전환밸브(V2): 배열회수용 열교환기 (HEX1)에 열매 도입, 펌프(P1): 운전으로 되고, 이후 배열회수회로의 제어 프로세스가 실행된다.
배열회수회로 제어 프로세스에서는, 우선 스텝310에서 온도 센서(TC2)의 검출 결과에 근거하여 배열회수 직후의 열매 온도가 원하는 설정 온도, 예컨대 97℃에 도달하면 제어 밸브(V1)가 비례 제어된다. 이 제어 밸브(V1)의 비례 제어는 온도 센서(TC2)의 검출 결과로부터 열매 온도가 98℃보다 낮은 경우에 연속적으로 제어된다.
또한, 스텝311에서 온도 센서(TC2)의 검출 결과로부터 열매 온도가 98℃ 이상인 경우, 스텝312로 진행되며 제어 밸브(V1): 배기 가스를 우회, 3방향 전환밸브 (V2): 열매를 우회로 전환되고, 스텝313에서 열매 온도가 100℃ 이상인 상태를 2분 이상 유지한 것이 확인되면, 스텝314에서 배열회수 시스템의 각부 상태가 상술한 초기 상태와 같은 상태로 전환되어 스텝315에서 "제어 밸브(V1) 동작 불량/열회수 정지"의 경보가 통보된다.
또한, 스텝313에서 열매 온도가 100℃ 이상인 상태를 2분 이상 유지하지 않는 경우, 스텝316에서 열매 온도가 98℃보다 낮은지 아닌지의 여부가 판별되고, 98℃보다 낮은 경우 스텝317에서 제어 밸브(V1): 비례 제어, 3방향 전환밸브(V2): 배열회수용 열교환기(HEX1)에 열매도입으로 전환되어 스텝310으로 되돌아간다. 또한, 스텝316에서 열매 온도가 98℃보다 높은 경우, 스텝312로 돌아가 스텝312∼스텝316이 반복된다. 그리고, 이 배열회수 제어 프로세스에서 상술한 각 온도 및 시간은 소정의 범위 내에서 임의로 설정 변경된다.
이와 같이, 본 예의 배열회수 시스템에서는 배열회수용 열교환기(HEX1)에 발전기의 배기 가스와 열매가 열교환하여 열매가 가열되고, 또한 물 가열용 열교환기 (HEX2)에 열매와 물이 열교환하여 순환용의 물(온수)이 가열된다. 이 때, 물 가열용 열교환기(HEX2)가 플레이트형 열교환기이므로 완전 대향류 등에 의해 높은 열전달률로 효율적인 열교환이 실시된다. 이 때문에, 설비(12)에서 순환 사용되는 온수가 조속히 온도 상승된다.
또한, 본 예의 배열회수 시스템에서는 상기 각 실시예와 마찬가지로 배열회수용 열교환기(HEX1)에서 가열된 열매의 온도를 온도 센서(TC2)에서 항시 검출해 두고, 그 검출 결과에 근거하여 배열회수용 열교환기(HEX1)로 나오는 배기 가스의 도입량을 제어 밸브(V1)로 제어한다. 그리고, 열매가 소정의 온도를 상회하면 배열회수용 열교환기(HEX1)에 도입해야 하는 배기 가스를 도입하기 전에 바이패스 유로(35)에 우회시켜 대기 중으로 배출한다. 이에 의해, 배열회수용 열교환기 (HEX1)에서는 필요한 양의 열에너지만이 회수되며, 잉여 열에너지는 배열회수용 열교환기(HEX1)에 도입되지 않고 대기 중으로 배출된다. 이 때문에, 종래와 같은 냉각 설비가 불필요하게 되고, 이 점에서도 저비용화를 꾀할 수 있다.
또한, 본 예의 배열회수 시스템에서는 상기 각 실시예와 마찬가지로 열매를 일시적으로 저장하는 저열조(13)를 가지기 때문에 저열조(13) 내에 저장되는 열매에 의해 저열 효과(보온 효과)가 생겨 열매의 온도 변동이 완만하게 된다. 또한, 저열조(13)가 대기 개방형이므로 열매의 압력 상승이 생기기 어려워 열매가 용이하게 온도 상승된다. 이 때문에, 열매를 효율적으로 고온으로 가열할 수 있게 된다. 또한, 저열조(13)가 대기 개방형이므로 열매 중에 발생한 기포·증기가 저열조(13) 내에서 분리되어 방출되고, 액체 중으로의 기포·증기의 혼입에 의한 문제발생을 피할 수 있다. 즉, 이 배열회수 시스템에서는 열매를 비등점에 가까운 고온으로 가열함과 동시에, 그 고온 상태를 안정적으로 유지할 수 있고, 이것에 따라 급탕용의 물을 고온으로 가열함과 동시에 그 고온 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. 또한,탱크가 대기 개방형이므로 고비용의 내압 구조를 사용하지 않아도 되어 저비용화를 꾀할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 관련된 바람직한 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 그러한 예에 한정되지 않는 것은 두 말을 할 필요도 없다. 상술한 예에서 제시된 각 구성 부재의 여러 형상이나 조합 등은 하나의 예로서, 본 발명의 주지로부터 일탈하지 않는 범위에서 설회로 요구 등에 근거하여 여러 가지로 변경이 가능하다.
본 발명에 관련된 배열회수 시스템에서는 소정의 설비로 순환 사용되는 열매를 직접적으로 열교환기에 의해 가열함으로써 열매를 고온으로 가열함과 동시에, 그 고온 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. 이 때문에, 저비용화와 함께 에너지 효율의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 배열회수 시스템에서는 열매와 물 사이에서 높은 열 전도율로 효과적인 열교환이 실시됨으로써, 수돗물 등 비교적으로 저온의 물을 직접적으로 고온으로 가열할 수 있다. 이 때문에, 저비용화와 더불어서 에너지 효율의 향상을 도모할 수 있다.

Claims (8)

  1. 발전기에서 발생하는 배기 가스의 열을 이용해서 소정의 설비에서 순환 사용되는 열매를 가열하는 배열회수 시스템으로서,
    상기 배기 가스와 상기 열매를 열교환시켜 상기 열매를 가열하는 배열회수용 열교환기와, 상기 배열회수용 열교환기에서 가열된 상기 열매의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 당해 온도 검출 수단의 검출 결과에 근거하여 상기 배열회수용 열교환기로 도입되는 상기 배기 가스의 양을 제어하는 제어 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 배열회수 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 설비로부터 상기 배열회수용 열교환기로 상기 열매가 역류하는 것을 방지하는 역류방지 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 배열회수 시스템.
  3. 발전기에서 발생하는 배기 가스의 열을 이용해서 물을 가열하는 배열회수 시스템으로서,
    상기 배기 가스와 열매를 열교환시켜 상기 열매를 가열하는 배열회수용 열교환기와, 상기 배열회수용 열교환기에서 가열된 상기 열매의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 당해 온도 검출 수단의 검출 결과에 근거하여 상기 배열회수용 열교환기로 도입되는 상기 배기 가스의 양을 제어하는 제어 밸브와, 가열된 상기 열매와 물을 열교환시켜 상기 물을 가열하는 물 가열용 열교환기를 구비하고,
    상기 물 가열용 열교환기는 플레이트형 열교환기인 것을 특징으로 하는 배열회수 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 온도 검출 수단의 검출 결과에 근거하여 상기 물 가열용 열교환기에 도입되는 물을 우회시키고, 당해 우회한 물을 가열하는 보조 가열수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 배열회수 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열매를 일시적으로 저장하는 대기 개방형의 탱크를 구비하는 것을 특징으로 하는 배열회수 시스템.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전기와는 별도로 상기 배열회수용 열교환기에 연소 가스를 도입하는 보조 연소가스 도입수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 배열회수 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보조 연소가스 도입수단은 상기 발전기의 정지 시에 당해 발전기에서 발생하는 배기 가스 대신에 상기 배열회수용 열교환기에 연소 가스를 도입하는 것을 특징으로 하는 배열회수 시스템.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정의 설비는 흡수식 냉동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열회수 시스템.
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