KR20060022215A

KR20060022215A - 흡수식 냉동기를 구비하는 가스 이용 열병합 발전 냉난방시스템

Info

Publication number: KR20060022215A
Application number: KR1020040089286A
Authority: KR
Inventors: 최영휘; 강호재; 안태환
Original assignee: 한국열병합발전기주식회사
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-03-09
Also published as: KR100618292B1

Abstract

본 발명은 가스를 연료원으로 하는 열병합 발전 설비로 부터 발전한 전기를 공급하는 동시에 열병합 발전 장치에 축열 기능의 중온수 흡수식 냉동기를 장착해 열병합 발전 설비의 폐열에 의한 냉방을 수행하므로서 동일 연료를 사용하는 하나의 설비로 사계절 난방(급탕)과 냉방, 전력공급이 모두 가능한 복합 열병합 발전 냉난방 시스템으로서, 전력 생산공정에서 발생하는 폐열(배열)을 재활용하는 흡수식 냉동기를 구비하는 가스 이용 열병합 발전 냉난방 시스템에 냉방과 난방(급탕)이 동시에 가능하여 전력소비와 연료소비를 저감시키는 전기 구동식 히트펌프(EHP, Eelectric Heat Pump) 또는 가스엔진 히트 펌프(GHP, Gas engine Heat Pump)로 이루어 지는 축열식 히트펌프를 흡수식 냉동기를 포함하는 냉난방 시스템에 부가적이고 선택적으로 구성하므로서 에너지 절약 및 경비절감에 기여할 수 있으며 대기오염 저감에 의한 환경보호와 축전과 축열기능으로 전기와 열수요의 계절적 불균형에 적극 대응 할 수 있는 효과가 있다.

열병합 발전, 흡수식 냉동기, 축열탱크, 연계구성, 보일러, 냉방사이클,히트펌프

Description

흡수식 냉동기를 구비하는 가스 이용 열병합 발전 냉난방 시스템{Triple purpose integrated power, heat and cold cogeneration system with absortion cooler from natural gas}

도 1은 본 발명에 따른 열병합 발전 냉난방 시스템의 개략적인 통합 시스템 구성도

도 2는 본 발명의 열병합 발전 냉난방 시스템에 따른 일실시예의 개략적인 냉난방 시스템 구성도

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열병합 발전 냉난방 시스템의 동작 흐름을 도시한 흐름도

도 4는 본 발명의 열병합 열병합 발전 냉난방 시스템에 따른 다른 실시예의 개략적인 냉난방 시스템 구성도

도 5는 본 발명의 흡수식 냉동기를 이용한 냉동사이클 구동의 예시도

도 6은 본 발명에 적용되는 히트펌프시스템의 작동원리를 간략히 도시한 도면

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1:열병합발전기 2:보일러

3:중온수 흡수식 보일러 4:축열탱크

5:냉난방 실내기 6:냉각탑

7:물순환펌프 8:제어밸브

9:3방밸브 10:수온감지기

11:보일러 제어장치 12:배관

20:전기구동식 히프펌프 21:압축기

22:응축기 23:증발기

24:팽창밸브 30:가스엔진 히트 펌프

100:전력회사 101:수전설비

200:가스회사 300:열교환기

400:수용가

본 발명은 흡수식 냉동기를 구비하는 가스 이용 열병합 발전 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세히는 가스를 연료원으로 하는 열병합 발전 설비로 부터 발전한 전기를 공급하는 동시에 열병합 발전 장치에 축열 기능의 중온수 흡수식 냉동기를 장착해 열병합 발전 설비의 폐열에 의한 냉방을 수행하므로서 동일 연료를 사용하는 하나의 설비로 사계절 난방(급탕)과 냉방, 전력공급이 모두 가능한 복 합 열병합 발전 냉난방 시스템으로서 전력 생산공정에서 발생하는 폐열(배열)을 재활용하므로서 에너지 절약 및 경비절감에 기여할 수 있으며 대기오염 저감에 의한 환경보호와 축전과 축열기능으로 전기와 열수요의 계절적 불균형에 적극 대응 할 수 있는 효과가 있다.

종래 다량의 전기에너지와 열에너지를 소비하는 아파트 등의 공동주택이나 업무용 빌딩, 소규모 공장 단지 등에서 전기에너지를 전력회사로부터 공급받고 있으나 발전에 따른 냉각 배열손실과 송전손실이 많고 난방 또는 냉방용 열에너지는 자체 보일러 또는 냉매 에어콘을 이용한 불규칙적이고 간헐적인 열에너지 공급으로 인하여 열효율이 현저하게 낮다.

상기한 문제점을 해결하여 열에너지와 전기에너지를 동시에 공급하는 열병합 발전(Cogeneration)은 원격지에서의 송전으로 송전 손실이 많은 일반 발전기에 비하여 대규모 발전소 건설의 부담이 경감되며 전기 등 에너지 수요지에서 전기를 직접 공급하는 분산형 전원으로 송전 손실이 적고 또한 에너지 수요에 즉각 대응이 가능하며 연료를 공급받아 발전기에서 전기를 생산하고 발전하는 과정에서 필연적으로 발생하는 폐열(배열)을 회수하여 유용하게 이용하는 고효율 에너지 기술로서, 이렇게 열병합 발전 시스템(Cogeneration system)은 하나의 1차 에너지원으로부터 2차에너지인 전력과 열을 동시에 생산하는 종합 에너지 시스템이기 때문에 종래의 발전방식보다 30∼40%의 전력 및 연료 등의 에너지 절감효과로 환경친화적이고 에 너지 절약성이 좋은 장점이 있어서 아파트 등의 공동주택이나 업무용 빌딩, 중소규모 산업 단지 등에 수요가 폭발적으로 증가하고 있으며 그 중 연료를 LNG 등의 가스를 연료원으로 하는 가스 열병합 발전은 친환경적이며 하절기 전기 피크 수요를 가스 수요로 전환하므로서 계절별 수요 관리가 가능하며 가스터빈엔진을 사용하는 열병합발전은 24시간 연속운전이 가능한 장점이 있다.

그러나 종래의 열병합 발전 시스템은 대규모 집중형 시스템으로서 전력 및 열의 수송에 따른 비용의 과다와 전력 및 열손실로 인하여 경제성에 문제가 있었다.

소규모 열병합 발전을 위한 시스템 구성은 연료원 및 전력부하, 냉방부하, 난방부하 등 수요처 특성에 따라 상이하나 도 1에 도시한 바와 같이 일반적으로 전기에너지는 열병합발전에서 발전하는 전력을 이용하고 부족분은 한전 등의 상용 계통 선로로부터 수전하며, 열에너지는 열병합발전에서 회수되는 열을 이용하고 부족분은 축열조로부터 공급받는 구성으로서, 종래 냉방 시스템은 흡수식 냉동기나 히트 펌프 등을 단순히 이용한 냉열공급, 난방시스템은 발전기의 가스나 온수 등의 배열회수, 축열조의 배열회수 등에 의한 난방공급 및 급탕 기능만을 동절기, 하절기 구분하여 획일적으로 수행하게 되므로서 열병합 발전을 포함한 전력 에너지 시스템, 온열에너지 시스템, 냉열 에너지 시스템이 기기에 따라 선택적으로 채택되어 적절하고 조화롭게 연계될 수 있게끔 전력생산 및 냉방, 난방시스템이 최적으 로 조합된 복합 시스템이 구성되지 못하게 되므로 전력 및 열 에너지 공급에 있어서 에너지 부하에 원활하게 대응하지 못하여 공급 불균형이 발생하거나 폐열의 활용율이 저조하여 에너지 낭비 등 경제적이지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 가스를 연료원으로 하는 열병합 발전 설비로 부터 발전한 전기를 공급하는 동시에 열병합 발전 장치에 축열 기능의 중온수 흡수식 냉동기를 장착해 열병합 발전 설비의 폐열에 의한 냉방을 수행하므로서 동일 연료를 사용하는 하나의 설비로 사계절 난방(급탕)과 냉방, 전력공급이 모두 가능한 복합 열병합 발전 냉난방 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 흡수식 냉동기를 구비하는 가스 이용 열병합 발전 냉난방 시스템에 열을 회수하여 냉방과 난방(급탕)이 동시에 가능하여 전력소비와 연료소비를 저감시키는 전기 구동식 히트펌프(EHP, Eelectric Heat Pump) 또는 가스엔진 히트 펌프(GHP, Gas engine Heat Pump)로 이루어 지는 축열식 히트펌프를 흡수식 냉동기를 포함하는 냉난방 시스템에 부가적이고 선택적으로 구성하여 추가적인 열원으로 사용할 수 있도록 하므로써 계절별 열부하 특성과 수요처 특성에 맞춰 최적의 냉난방 시스템 구성과 운전이 가능한 복합 열병합 발전 및 냉난방 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 상세하게 설명하면 다음과 같으며 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하며, 도면상 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 새로운 구성요소에 대해서만 새로운 부호를 부여하여 설명한다.

본 발명은 도 1에 개략적으로 도시한 바와 같이 전력생산, 난방(급탕), 냉방이 동시에 가능한 열병합 발전 및 냉난방 통합 시스템으로서, 예를 들어 전기 에너지의 대부분은 가스회사(200)에서 공급되는 도시 가스를 연료원으로 하는 소형 열병합 발전기(1)를 통하여 생산하며(80∼90%), 부족분은 상용 배전 선로를 경유하는 수전설비(101)로 전력회사(100)로부터 수전하며(10∼20%), 난방에 따른 난방열과 급탕열은 열병합 발전기(1)로부터 발생하는 폐열(배열)을 회수하고 열원측 열교환기(300)로 열교환하여 공급하되 부족분은 보조 열원으로 폐열회수 보일러(2)의 가동에 의한 열공급으로 충당하고, 냉방에 따른 냉열은 열병합 발전기(1)에서 공급되는 축열기능이 부가되는 중온수 흡수식 냉동기(3)를 이용하여 전기 에너지와 열에너지를 공급하는 최적의 복합 열병합 발전 냉난방 시스템으로서 수용가(400)에 전기공급은 물론 난방과 냉방의 동시 구현이나 계절별, 수요처별 부하에 따른 에너지 수요에 부응하여 특징이 있는 흡수식 냉각장치를 조합하되 운전은 기기별로 연계하여 교차적 또는 선택적으로 냉방과 난방의 구현이 가능하게 구성한 시스템이다.

즉, 본 발명은 가스를 연료원으로 하는 가스 열병합 발전을 하므로서 하절기 전기 피크 수요를 가스 수요로 전환시킬 수 있어서 계절별 수요 관리가 가능하며, 계절별로 하절기에는 중온수 흡수식 냉동기를 위주로 하는 냉방 운전과 이에 부수되는 절약형 급탕, 춘동절기에는 히트펌프를 이용한 폐열회수식 난방을 연계하여 복합적으로 구현하게 하는데 특징이 있다.

도 2는 본 발명의 열병합 발전 냉난방 시스템에 따른 일실시예의 개략적인 냉난방 시스템 구성도로서, 도시가스를 공급받아 전기를 생산하는 열병합 발전기(1)에 열검출수단으로서 수온감지기(10)에 연동되는 보일러 제어장치(11)를 구비한 보조열원으로서 폐열회수식 보일러(2), 상기 보일러 후단으로는 냉각탑(6)에 냉각수 순환 사이클의 냉각수 배관으로 연결되고 중온수를 열교환하여 냉각수를 냉난방 실내기(5)에 공급하는 중온수 흡수식 냉동기(3)와 열을 저장하는 축열탱크(4), 냉난방 실내기(5)가 순차적으로 연결되어 컴퓨터(미도시함)로 제어되는 운전모드에 따라 용수의 유로를 개방 또는 폐쇄하고 역류를 차단하여 용수의 분배를 수행하는 제어밸브(8)와 토출압력에 의하여 용수를 각 기기에 공급 및 환수하여 순환시키는 물순환점프(7)가 배관상에 다수 접속된 입출수 겸용의 폐루프 용수 순환 배관(12)에 연결되는 구성이다.

또한 상기한 본 발명에 있어서 가스 엔진식 발전기의 폐열만을 이용한 난방이 원활하지 못할 때 대체하거나 계절적인 냉난방 수요 변동에 대응하고 차별적이고 연속적인 냉난방을 실시하기 위하여 흡수식 냉각장치로서 전기 구동식 히트펌프 (20)(EHP, Eelectric Heat Pump) 또는 가스엔진 히트 펌프(30)(GHP, Gas engine Heat Pump)로 이루어지되 축열탱크(4)에 연계되는 축열식 히트펌프를 흡수식 냉동기(1)를 포함하는 냉난방 시스템에 부가적이고 선택적으로 구성하여 추가적인 열원으로 사용한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명한다.

본 발명에 있어서 소형 열병합 발전기(1)는 가스 공급관(미도시함)에서 공급되는 도시 가스를 연료원으로 하여 전기를 생산하는 장치이며 축동력을 발생시키는 통상의 가스 터빈 엔진 등에 의하여 발전을 수행하는 발전기로서 주지하는 바와 같이 전력회사(100)에서 공급하는 상용전원과는 별도의 공급선을 통하여 수용가(400)에 전기를 공급하게 되며 발전과정에서 발생하는 고온 고압의 연소가스 (폐열 또는 배열)로 폐열회수 보일러(1)를 가동시키거나 유입되는 원수를 열교환기(300)에서 열교환하여 승온(약 70∼90℃)된 난방용수로 순환 배관(12)을 통하여 연속 공급하게 되며 다수개의 물순환 펌프(7)가 고압으로 토출하는 용수는 순환 배관(12)을 따라 직접 후술하는 보일러(2)로 펌핑되거나 또는 제어밸브(8)로 분기되어 목욕시설 등의 급수처(13)에 온수를 공급하는 급탕과 난방에 직접 이용되거나 일정 온도 이상 온수를 필요로 하는 중온수 흡수식 냉동기(3)로 공급되고 열교환되어 냉난방에 이용된다.

그리고 대체전력 발생수단으로서 전력회사(100)에서의 수전 없이도 전기를 생산할 수 있는 별도의 가스 터빈 구동식 비상발전기(미도시함)를 시스템에 추가하여 열병합 발전 시스템을 구성하는 것이 바람직하다.

열병합 발전기(1)에는 용수를 토출 순환시키기 위한 물순환 펌프(water pump)(7)가 다수개 장착된 순환 배관(12)이 연결되며, 열병합 발전기(1) 후단으로는 고효율의 보일러(2)가 연결되고, 열병합 발전기(1)와 보일러(2) 사이의 배관에는 열교환된 열의 온도를 검출하는 열검출수단으로서 수온 감지기(10)가 장착되어, 그 후단으로 설치되고 수온감지기(10)가 검출하는 온도 등의 데이터 신호로 보일러(2)를 제어하는 보일러 제어장치(11)의 제어로 배관상에 유입되는 용수의 온도가 설정 온도(예:95℃) 이상이면 보일러(2)를 통하지 않고 직접 흡수식 냉동기(3)로 용수가 펌핑되며 설정 온도(예:95℃) 이하이면 보일러(2)를 구동하여 난방 용수를 약 95∼100℃로 승온시켜 흡수식 냉동기(3)의 열원으로 공급하게 되는 것이다.

제어밸브(8)는 본 발명의 열병합 발전 냉난방 시스템을 원격 컴퓨터에 의하여 전체적으로 자동 제어하는 제어장치(미도시함)의 운전모드에 따라 열매체로서 용수의 유로를 개방 또는 폐쇄시켜 유량을 조절하거나 방향을 전환시키는 3방 밸브(3way valve)를 포함한 밸브장치이며 물순환 펌프(7)는 용수를 펌핑 토출하여 순환시키게끔 동력을 공급하는 순환 펌프로서 순환 배관상에는 필요한 요소의 위치마다 다수개의 3방밸브(9)가 구비되며 열매체(용수)의 역류를 차단하는 체크밸브를 선택 적으로 별도 장착할 수 있다.

수온감지기(10)는 배관상에 접속 관설되어 열검출수단으로서 수온센서가 검출하는 수온을 보일러 제어장치(11)로 신호를 송부하며 보일러 제어장치(11)에서는 설정 온도와 검출 수온을 비교 판독하여 수온이 설정온도 이하이면 보일러(2)를 점화하게 하는 기능을 수행한다.

가스 연료원 지역 냉난방의 특성상 열병합 발전기(1)에서 부수적으로 발생되는 고온의 배기가스 등 여열을 이용한 폐열회수 보일러(2)는 설정온도 이하의 냉각된 용수를 가열 승온시키는 보조 열원으로서 90-120℃의 일정 온도 이상의 양질 중온수를 필요로 하는 중온수 흡수식 냉동기(3)에 온수를 연속적으로 공급시키기 위하여 이용되는 것으로 후술하는 냉난방 과정을 거친 여열(폐열, 약 75∼80℃)은 환수되어 재활용된다.

상기한 바와 같이 보일러(2)를 통하여 공급되는 용수가 물순환 펌프(7)의 펌프작용으로 순환 배관(12)을 타고 계속하여 중온수 흡수식 냉동기(3)로 선택적으로 공급되는데, 이때 용수는 흡수식 냉동기(3)로 직접 공급되거나 삼방 밸브(9)에 의하여 분기되는 우회배관을 경유해 직접 축열 탱크(4)로 공급된다.

주지하는 바와 같이 기체의 액체에 대한 흡수성(吸收性)을 이용하는 공지의 흡수식 냉동기는 통상 냉매를 증발시키는 제너레이터, 증발된 냉매를 응축하는 응축기, 냉매가 증발하여 열교환하는 증발기 및 열교환된 냉매가 다시 흡수되는 흡수기로 구성되며 흡수액으로 비독성, 비연소성의 성질을 가지고 있는 취화리튬(Litbium Bromide : LiBr), 냉매로서 물(H₂O)을 사용하는 냉동기로서, 난방시에는 냉매가 물과 열교환하여 온수를 형성시키고, 냉방시에는 냉매가 물과 열교환하여 냉수를 발생시키는 메커니즘으로, 대단위 상가 및 신도시를 중심으로 열병합 발전설비에서 부수적으로 발생되는 폐열(배열)을 이용하여 중온수 흡수식 냉동기 하나로도 냉난방을 동시에 실시할 수 있고 특히 하절기 냉방수요를 충족시키기 쉬운 장점이 있어 이렇게 가스를 열원으로 하는 열병합 발전설비에서 부수적으로 발생되는 잉여열을 이용하여 냉방에 지장이 없는 정도의 냉각수를 생산하는 중온수 흡수식 냉동기의 도입은 유지관리가 편리하고 전기의 입력이 필요 없어 경제성면이나 하절기에 집중된 냉방수요 충족에 효율적이라 할 수 있으며 흡수식 냉동기에 관한 기술은 공지된 기술로서 구체적인 설명은 생략한다.

계속해서 설명하면, 축열작용을 하게끔 흡수식 냉동기(3)의 후단으로는 축열탱크(4)와 냉난방 실내기(5)가 순환 배관(12)을 따라 순차적으로 연결되며, 흡수식냉동기(3)에서 유출되는 용수의 폐열을 재활용하기 위하여 흡수식 냉동기(3) 타단측으로는 냉각탑(6)이 위치하여 용수가 순환되는 폐루프의 냉각수 순환 배관으로 연결되므로서, 냉각탑(6)에서 흡수식 냉동기(3)에서 유출되는 용수를 유입 냉각시 켜 흡수식 냉동기(3)로 재유입시키는 용수(냉각수) 유통경로를 형성한다.

상기한 흡수식 냉동기(3)의 일단에 축열탱크(4), 타단에 냉각탑(6)을 설치하는 구성의 용수(냉각수) 유통경로는 흡수식 냉동기(3)에서 유출되는 냉각수의 폐열을 축열탱크(4)에서 축열하고 재활용하게 되므로서 냉각탑(6)의 부하가 감소되고 또한 축열탱크(4)의 온도가 높을 경우에는 냉동 사이클을 이용하는 냉각탑(6)으로 용수를 순환시켜 에너지의 이용효율을 극대화시키게 된다.

또한 도 5에 도시된 바와 같이 흡수식 냉동기(3)의 일단에는 열에너지를 저장하는 저장 탱크로서 단열이 잘되는 외관 재질로 형성되어 설정된 온도 이상의 냉수를 저장하는 냉수축열조(4a) 또는 온수를 저장하는 온수축열조(4b)로 구분되는 축열탱크(4)를 보조적으로 두어 냉난방 부하 피크시 우선적으로 축열탱크(4)에 저장된 열을 이용하게 하여 냉난방 및 급탕 초기부하에 유연하게 대응하고 순차적으로 부족한 냉열 또는 온열을 효율적으로 공급하게 되므로서 흡수식 냉동기(3)를 일정 규모 이하(소형)로 유지할 수 있으며 따라서 흡수식 냉동장치를 소규모로 형성함에 불구하고 본 발명에 따른 중온수 흡수식 냉동기의 열효율를 최대화할 수 있게 되는 것이다.

그리고 온수축열조(4b)에서는 건물내 목욕탕 등 급수처(13)에 효율적인 급탕을 수행할 수 있게 되는 것이다.

예를 들어 본 발명에 따른 흡수식 냉동기(3)의 작동을 설명하면, 흡수식 냉동기(3)에서 배출되는 37℃의 용수를 직접 공급받아 냉각탑(6)에서 32℃로 냉각시켜 흡수식 냉동기(3)로 다시 유입시키는 냉열 유통경로(냉동사이클)를 가지게 되므로서 에너지를 효율적으로 사용할 수 있게 되는 것이다.

또한 흡수식 냉동기(3)를 통하여 열교환된 용수는 축열탱크(4)에 열을 저장함과 동시에 냉열 또는 온열을 전달하여 냉난방 실내기(5)를 가동시키고 남은 폐열(배열)은 다시 흡수식 냉동기(3)에 전달되어 전술한 냉각탑(6)으로 하여금 흡수식 냉동기(3)에서 유출되는 용수를 유입 냉각시켜 흡수식 냉동기(3)로 환수시키는 용수(냉각수)의 공급과 환수의 냉동 사이클로 된 냉열 유통경로를 재차 형성한다.

냉난방 실내기(5)는 냉.난방 사이클에 이용된 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 재사용하는 실외기(미도시함)과 연결되어 난방과 냉방을 교차로 수행한다.

즉, 흡수식 냉동기(3)를 가동하여 실내 냉난방기(5)에 포함된 증발기(미도시함)로 축열탱크에 저장된 약 12℃의 용수를 7℃정도로 저하시켜 냉방에 사용하며, 급탕 사용량이 적어 용수의 온도가 설정된 온도를 초과하게 되면 다시 냉각탑(6)을 경유하는 상기 냉동사이클을 구동 방열처리하고 온도를 저하시켜 냉방에 사용하게 되고, 급탕시에는 응축기(미도시함)에서 발생하는 열로 축열탱크(4)에 저장된 약 30℃의 용수를 약 45℃ 까지 승온시켜 사용하며, 난방시에는 냉방 사이클과는 반대로 가열원과 냉각원을 바꾸어 난방 사이클로 냉난방 실내기(5)를 가동시키게 되는 것이다.

이렇게 하므로서 냉방과 난방을 수행할 수 있으며 냉난방 동작을 끝낸 열매체의 열에너지는 다시 환수되어 열병합발전기(1)로 다시 환수되어 재활용된다.

그리고 도 6에 도시한 바와 같이 히트펌프를 사용하는 다른 실시예로서, 냉매를 고온고압 상태로 압축시키는 압축기(21), 상기 압축기(21)에서 압축된 고온고압의 냉매가스를 응축액화시켜 냉매액으로 만드는 응축기(22)와, 외기로부터 열을 흡수하여 응축기(22)에 의해 응축된 냉매액을 저온저압의 냉매가스로 기화시키는 증발기(23)가 냉매관(25)으로 연결되고, 각 운전 모드에 따라 냉매를 저온저압 상태로 팽창시키기 위한 팽창밸브(24)를 구비하여 냉매를 이용하여 난방 또는 냉방사이클을 구현하는 구성으로서 본 고안에서는 바람직한 실시예로 냉방수요가 많은 여름철에는 압축기를 구동하기 위하여 전력의 입력이 필요 없는 중온수 흡수식 냉방기(3)를 위주로 냉방운전을 하고, 겨울이나 봄 가을에는 축열탱크(4)에 저장된 열을 이용하는 히트펌프 시스템을 연계하여 운영한다.

일예를 들면 도 4에 도시한 바와 같이 전기 구동식 히트펌프(20)(EHP, Eelectric Heat Pump) 또는 가스엔진 히트 펌프(30)(GHP, Gas engine Heat Pump)로 이루어 지는 축열식 히트펌프를 중온수 흡수식 냉동기(3)를 포함하는 냉난방 시스템에 병렬로 연계 구성하여 추가적인 대체 열원으로 사용할 수 있도록 하므로써 계절별 열부하 특성과 수요처 특성에 맞는 최적의 냉난방 시스템 구성을 구성하며, 냉방이 불필요한 동절기 등에는 열매체가 중온수 흡수식 냉동기(3)로 유입되는 것을 순환배관(12)상에 형성된 다수개의 제어밸브(8)나 3방밸브(9) 등을 이용하여 간단한 밸브조작으로 용수의 유출입을 차단하여 가동을 중지 또는 제어하면 되는 것으로서, 이 경우에도 축열탱크(4)의 축열기능과 발생되는 폐열을 적극적으로 활용하여 필요에 따라 독립 또는 열병합발전 시스템에 연계하여 구동되는 냉난방 시스템을 형성한다.

상기한 본 고안의 히트 펌프 냉난방시스템에 적용하는 공지의 팬냉각기(미도시함)와 난방용 코일(미도시함)을 공유하는 냉난방 실내기(5)는 중온수 흡수식 냉동기(3)에서 발생된 냉각수(용수) 또는 축열탱크(4)에 저장된 용수를 이용하여 팬냉각기(Fan cooling unit)로 냉방을 수행하게 되며 열교환되어 가열된 온수(용수)를 순환시켜 온열을 발생시키는 난방용 코일로 난방을 수행한다.

또한 다른 열매체 순환 경로로서 급탕의 경우에는 순환 배관(12)을 통하여 급탕을 독립적으로 수행할 수 있으며, 또한 흡수식 냉방기(3)의 가동을 중지 또는 제어하므로서 폐열회수 보일러(2)를 이용한 독립 난방 및 급탕을 실시할 수도 있다.

부언하면 본 고안의 히트 펌프를 이용한 냉난방 시스템은 흡수식 냉동기 냉난방 시스템에 연계하여 부족한 열원을 보충하는 최적의 시스템 조합으로 형성하되, 폐열을 열교환시켜 직접 재활용하는 가스 엔진 히트 펌프(30)(GHP, Gas engine Heat Pump)나 열병합 발전기의 구동원으로 하는 전기 구동식 히트펌프(20)(EHP, Eelectric Heat Pump)을 선택 조합 활용하고 냉수 또는 온수 등의 축열탱크(3)를 이용하는 것으로, 냉방수요가 많고 난방이나 급탕수요가 적은 여름철에는 냉방의 피크 수요에 보다 유연하게 대처할 수 있는 흡수식 냉동기 냉난방 시스템을 우선적으로 가동하고 히트 펌프 냉난방 시스템을 선택적으로 연계 가동하며, 난방이나 급탕 수요가 많은 겨울이나 봄, 가을에는 열병합 발전기의 구동에 따른 폐열을 적극적으로 활용할 수 있는 히트 펌프 냉난방 시스템으로 활용하는 것이 바람직하다.

참고적으로 히트펌프 시스템은 공지된 기술로 저온의 열을 흡수하여 고온의 열로 끌어올려 열을 전달하는 시스템으로서, 히트펌프를 가동하여 응축기에서 방출되는 고온의 열을 난방 및 급탕에 이용하며, 증발기에서 차가워진 냉열을 냉방에 이용하는 시스템으로서 증발기에서 냉열만을 이용하는 통상의 냉동기에 비하여 응축기에서 온열을 이용하므로 외부의 열을 회수하는 만큼 전력소비가 줄어들게 되며 하나의 히트펌프장치로 가열원과 냉각원을 바꾸는 냉난방 사이클을 구동하므로서 냉방과 난방(급탕)이 동시에 가능한 장점이 있다.

상기와 같은 본 발명의 흡수식 냉동기 냉난방 시스템에 히트 펌프를 이용한 냉난방 시스템을 연계한 냉난방 시스템의 조합에는 빙축열 축열 탱크를 이용한 빙축열 냉방 시스템을 선택적으로 적용 할 수 있으며 이 경우 냉방 시스템의 효율이 약간(10∼20%) 감소하기는 하나 냉동기의 용량이 작아지고 냉동기를 고효율로 운전할 수 있으며, 갑작스런 부하증가에도 용이하게 대응할수 있는 장점이 있고, 0℃에서 물이 얼음으로 변화할때 발생하는 잠열(79.68kcal/kg) 을 저장하므로써 축열 탱크의 용량을 1/3정도 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 된 본 발명은 가스를 연료원으로 하는 열병합 발전 설비로 부터 발전한 전기를 공급하는 동시에 열병합 발전 장치에 축열 기능의 중온수 흡수식 냉동기를 장착해 열병합 발전 설비의 폐열에 의한 냉방을 수행하므로서 동일 연료를 사용하는 하나의 설비로 사계절 난방(급탕)과 냉방, 전력공급이 모두 가능한 복합 열병합 발전 냉난방 시스템으로서 전력 생산공정에서 발생하는 폐열(배열)을 재활용하므로서 에너지 절약 및 경비절감에 기여할 수 있고 대기오염 저감에 의한 환경 보호와 축전과 축열기능으로 전기와 열수요의 계절적 불균형에 적극 대응 할 수 있는 효과가 있으며, 특히 전기 구동식 히트펌프(EHP, Eelectric Heat Pump) 또는 가스엔진 히트 펌프(GHP, Gas engine Heat Pump)로 이루어 지는 축열식 히트펌프를 선택적으로 연계 구성하여 추가적인 열원으로 사용하므로써 계절별 열부하 특성과 수요처 특성에 맞춰 최적의 냉난방 시스템 구성과 운전이 가능하다.

Claims

열병합 발전기로 부터 발전한 전기를 공급하는 동시에 난방(급탕)과 냉방, 전력공급이 모두 가능한 복합 열병합 발전 냉난방 시스템에 있어서,

도시가스를 공급받아 전기를 생산하는 열병합 발전기(1)에 열검출수단으로서 수온감지기(10)에 연동되는 보일러 제어장치(11)를 구비한 보조열원으로서 폐열회수식 보일러(2), 상기 보일러 후단으로는 냉각탑(6)에 냉각수 순환 사이클의 냉각수 배관으로 연결되고 중온수를 열교환하여 냉각수를 실내기(5)에 공급하는 중온수 흡수식 냉동기(3)와 열을 저장하는 축열탱크(4), 냉난방 실내기(5)가 순차적으로 연결되어 운전모드에 따라 용수의 유로를 개방 또는 폐쇄하고 역류를 차단하여 용수의 분배를 수행하는 제어밸브(8)와 토출압력에 의하여 용수를 각 기기에 공급 및 환수하여 순환시키는 물순환점프(7)가 배관상에 다수 접속된 입출수 겸용의 폐루프 용수 순환 배관(12)에 연결되는 구성임을 특징으로 하는 흡수식 냉동기를 구비하는 가스 이용 열병합 발전 냉난방 시스템
제 1항에 있어서, 흡수식 냉동기(3)의 일단에 축열탱크(4), 타단에 냉각탑(6)을 설치하는 구성의 용수(냉각수) 유통경로는 흡수식 냉동기(3)에서 유출되는 냉각수의 폐열을 축열탱크(4)에서 축열하고 냉동 사이클을 이용하는 냉각탑(6)으로 용수를 순환시켜 에너지의 이용효율을 향상시키는 구조임을 특징으로 하는 흡수식 냉동기를 구비하는 가스 이용 열병합 발전 냉난방 시스템
제 1항에 있어서, 흡수식 냉동기를 구비하는 가스 이용 열병합 발전 냉난방 시스템에 전기 구동식 히트펌프(20)(EHP, Eelectric Heat Pump)나 가스엔진 히트 펌프(30)(GHP, Gas engine Heat Pump)로 이루어 지는 축열식 히트펌프를 흡수식 냉동기(3)를 포함하는 냉난방 시스템에 부가적이고 선택적으로 구성하는 구성임을 특징으로 하는 흡수식 냉동기를 구비하는 가스 이용 열병합 발전 냉난방 시스템