KR20130036816A - 대온도차 지역난방 공급시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대온도차 지역난방 공급시스템에 관한 것으로, 이는 열원을 공급하는 지역난방 열원배관; 이 지역난방 열원배관을 이용하여 순환수를 승온시키도록 증발기, 흡수기, 재생기, 및 응축기를 구비한 흡수식 히트펌프; 및 이 흡수식 히트펌프를 통과하는 순환수를 순환시키도록 구비된 순환배관을 포함하되, 열원이 흡수식 히트펌프의 재생기 및 증발기를 거쳐 회수되고, 순환수는 흡수식 히트펌프의 흡수기와 응축기를 거쳐 가열되는 것을 특징으로 하여서, 1차측 열원의 공급 및 회수의 온도차를 크게 하여 유량을 줄이게 됨으로써, 배관망에 소요되는 투자비를 절감하고, 적은 연료로 열효율을 극대화할 수 있음은 물론 연료소모를 최소화하여 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

Description

대온도차 지역난방 공급시스템 {Providing system for district heating using big temperature difference}

본 발명은 대온도차 지역난방 공급시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지역난방 공급시스템의 2차측 공급온도를 유지하는 조건하에 1차측 공급온도차를 최대한으로 하여 난방수 유량을 줄여 지역난방배관 공사비를 대폭 줄일 수 있고 지역난방 수송동력비도 절감할 수 있는 대온도차 지역난방 공급시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 지역난방 공급시스템은 집단에너지를 공급하는 사업자가 다수의 개별 사용자에게 난방 및 급탕을 위해 배관을 통하여 집단에너지를 공급하는 시스템으로서, 에너지 이용의 합리화를 도모할 수 있어, 최근에 건설되고 있는 신도시 등과 같은 대규모 주거단지 등에 보편적으로 사용되는 방식으로 자리를 잡아가고 있다.

지역난방이란 계획도시 또는 대도시의 일정지역 내에 있는 공동주택 및 건물에 개별적인 난방시설을 갖추는 대신에, 집중화된 대규모 열공급 시설을 갖추고 대량 생산된 열을 배관망을 통해 지역 전체에 난방 및 급탕용으로 중온수(50 ~ 120 ℃)를 일괄 공급하는 방식이다. 이러한 지역난방은 전술한 바와 같이 에너지의 효율적 이용이 가능하며, 대기오염을 방지할 수 있음과 동시에 기계실의 사용공간을 최소화할 수 있어 경제적이다.

지역난방은, 지역난방 공급시스템(1차측 또는 사업자측)으로부터 난방을 위한 열을 공급하게 되면 각 단지 또는 각 동의 기계실(2차측 또는 사용자측)에 있는 열교환기에서 온수를 가열하여 이 가열된 온수를 각 세대에 공급하게 된다. 기계실은 하나의 동마다, 하나의 단지마다 또는 몇 개의 동마다 하나씩 위치될 수 있다.

1차측에서 공급하여야 하는 난방에너지의 양은 2차측의 난방에너지의 사용량에 따라 달라져야 하는데, 이를 위해서는 1차측과 2차측을 통합적으로 관리할 수 있는 시스템이 마련되어 있어 2차측의 난방에너지 사용량에 따라 1차측의 난방에너지의 공급을 제어하여야 한다.

도 1은 종래기술에 따른 지역난방 공급시스템의 한 예를 개략적으로 도시한 것으로, 이에 도시된 바와 같이 종래의 지역난방 공급시스템은 열병합발전소(미도시)에 열원배관(2)이 연결되며, 이 열원배관(2)에는 열병합발전소에서 발생한 난방열원이나 급탕열원을 난방 또는 급탕을 위한 순환배관(4)을 통해 각 세대별이나 사용처에 공급할 수 있도록 하는 열교환기(6)가 설치되어 있다.

1차측 또는 사업자측으로부터 공급받은 중온수 또는 증기가 열원배관(2)을 통해 열교환기(6)로 공급된다. 중온수 또는 증기와 같은 열원은 열교환기(6)에서 2차측 또는 사용자측의 난방 또는 급탕을 위한 순환배관(4)을 통해 들어온 찬 순환수와 열교환을 한 이후에 1차측으로 회수된다. 예를 들어, 열원배관(2)을 통해서는 115 ℃의 증기가 열교환기(6)로 공급되고, 열교환을 한 후에는 55 ℃로 회수되어, 최대 Δt = 60 ℃의 배관망을 구성할 수 있다.

각 세대로부터 순환배관(4)을 따라 순환되는 순환수는 2차측의 기계실 등에 설치된 열교환기(6)에 유입되어 가열되게 된다. 이 가열된 순환수, 즉 온수는 다시 펌프(미도시)에 의해 각 세대별로 공급된 후, 각 세대를 거쳐 냉각된 다음에 순환배관(4)을 통해 다시 열교환기(6)로 환수되어 다시 가열되는 과정을 반복하게 된다.

하지만, 도 1과 같은 종래의 지역난방 공급시스템은 각 사용자측에 난방을 공급할 때 연료가 공급되는 소모량만큼 열량이 공급되게 됨으로써 1차측 또는 사업자측에서 연료의 소모량이 많아 연료비가 과도하게 지출되게 됨과 더불어, 열효율이 떨어진다고 하는 문제점이 있다.

또한, 이러한 종래의 지역난방 공급시스템은 설비용량이 크게 구성됨에도 불구하고, 2차측 또는 사용자측의 배관 말단부에서는 공급온도 및 공급유량의 부족으로 난방의 효과가 저하되는 문제점이 제기되고 있다. 더구나, 일부 지역난방을 사용하고자 하는 사용자가 열공급 사업자의 주 배관망으로부터 멀리 떨어져 있어 사업자의 배관에 대한 투자가 과도할 정도로 막대하게 될 뿐만 아니라, 동일한 사용자 쪽에서 건물을 증축할 때 열부하의 상승으로 인해 추가적인 배관공사가 필요하게 되는 문제점도 있다.

본 발명은 종래의 열교환기 대신에 흡수식 히트펌프를 사용하되, 중온수 또는 증기가 히트펌프의 재생기 및 증발기를 거쳐 회수되게 함으로써, 1차측 즉 사업자측에서 열원의 공급 및 회수의 온도차를 크게 하여 유량을 줄이게 되고, 이에 따라 적은 연료로 열효율을 극대화할 수 있음은 물론 연료소모를 최소화하여 경제성을 향상시킬 수 있도록 한 대온도차 지역난방 공급시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 온도가 낮고 유량이 적더라도 2차측 즉 사용자측으로의 충분한 난방 공급이 가능하고, 사용자가 주 배관망으로부터 멀리 떨어져 있더라도 사업자의 배관에 대한 투자를 줄일 수 있으며 기존의 사용자 쪽에서 건물을 증축하더라도 공사비를 크게 절감할 수 있는 대온도차 지역난방 공급시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 대온도차 지역난방 공급시스템은, 열원을 공급하는 지역난방 열원배관; 상기 지역난방 열원배관을 이용하여 순환수를 승온시키도록 증발기, 흡수기, 재생기 및 응축기를 구비한 흡수식 히트펌프; 및 상기 흡수식 히트펌프를 통과하는 상기 순환수를 순환시키도록 구비된 난방 또는 급탕을 위한 순환배관을 포함하되, 상기 열원이 상기 흡수식 히트펌프의 재생기 및 증발기를 거쳐 회수되고, 상기 순환수는 상기 흡수식 히트펌프의 흡수기와 응축기를 거쳐 가열되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 1차측 열원의 공급 및 회수의 온도차를 크게 하여 유량을 줄이게 되어, 배관망에 소요되는 투자비를 절감하고, 적은 연료로 열효율을 극대화할 수 있음은 물론 연료소모를 최소화하여 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

더구나, 본 발명에 의하면, 2차측의 배관말단부까지 충분한 난방 공급이 가능하게 하고, 사용자가 주 배관망으로부터 멀리 떨어져 있더라도 사업자의 배관에 대한 투자를 줄일 수 있으며 기존의 사용자 쪽에서 건물을 증축하더라도 기존의 여유있는 사업자의 배관망을 이용하여 공사비를 크게 절감할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 지역난방 공급시스템의 한 예를 개략적으로 도시한 블록구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 대온도차 지역난방 공급시스템을 개략적으로 나타낸 블록구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 흡수식 히트펌프를 더욱 상세히 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 지역난방에 있어서 2차측에 공급된 에너지를 효율적으로 사용하도록 하고, 2차측의 사용 열량에 맞추되 1차측의 유량을 절감하여 공급하도록 하는 지역난방 공급시스템에 관한 것이다.

난방에 사용되는 열량(Q)은 지역난방을 위한 중온수 또는 증기와 같은 열원의 공급 및 회수의 온도차(Δt)에다 흐르는 유량(m)을 곱한 값으로 산정된다. 따라서, 경제적인 가동을 위해서는 1차측에서 흐르는 유량을 줄여야 한다. 즉 2차측 순환수를 가능한 저온으로 운전하여 배관에서의 열손실 및 공급 및 환수의 온도차이를 줄임과 동시에, 1차측 열원의 공급 및 회수의 온도차(Δt)를 크게 함으로써, 1차측 유량이 적게 흐르게 하여 소비열량을 줄일 수 있다.

본 발명은 흡수식 히트펌프를 이용하여 난방 또는 급탕을 위한 순환수를 승온시켜서 공급되도록 한 것으로서, 도 2는 본 발명에 따른 대온도차 지역난방 공급시스템을 개략적으로 나타낸 블록구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 흡수식 히트펌프를 더욱 상세히 도시한 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 대온도차 지역난방 공급시스템은, 열원을 공급하는 지역난방 열원배관(2); 이 지역난방 열원배관(2)을 이용하여 순환수를 승온시키도록 증발기(12), 흡수기(14), 재생기(16) 및 응축기(18)를 구비한 흡수식 히트펌프(10); 및 이 흡수식 히트펌프(10)를 통과하는 순환수를 순환시키도록 구비된 난방 또는 급탕을 위한 순환배관(4)을 포함하되, 열원이 흡수식 히트펌프(10)의 재생기(16) 및 증발기(12)를 거쳐 회수되고, 순환수는 흡수식 히트펌프(10)의 흡수기(14)와 응축기(18)를 거쳐 가열되는 것을 특징으로 한다.

흡수식 히트펌프(10)는 증발기(12), 흡수기(14), 재생기(16), 응축기(18), 및 용액열교환기(20)로 구성되며, 이들 부재로 이루어진 사이클 내에는 냉매가 들어 있어, 이 냉매가 증발, 흡수, 재생, 응축, 팽창의 과정을 거치면서 열을 흡수 또는 방출하게 된다.

지역난방 열원배관(2)의 중온수 또는 증기가 흡수식 히트펌프(10)의 재생기(16) 및 증발기(12)에서 열원으로 작용하도록, 지역난방 열원배관(2)이 흡수식 히트펌프(10)와 연계되어 있다.

흡수식 히트펌프(10)에서, 증발기(12)는 예컨대 62 ℃ 정도의 중온수 또는 증기와 같은 열원을 이송하는 지역난방 열원배관(2)으로부터 열을 흡수하여 냉매를 증발시킴으로써 저온의 냉매증기를 만든다. 여기서, 이 지역난방 열원배관(2)은 후술하는 재생기(16)에서 먼저 열교환된 후의 열원을 공급한다.

증발기(12)에서 증발한 냉매증기는 증발기(12)로부터 증기공급관(13)을 통해 흡수기(14)로 유입되고 이 흡수기(14) 내에서 물과 리튬브로마이드로 조성된 용액에 흡수된다.

재생기(16)와 흡수기(14) 사이에는 용액열교환기(20)가 설치되어 있는데, 냉매증기가 공급된 흡수기(14)에서 나오는 저온의 묽은 용액이 펌프(19)에 의해 배관(15)을 통해 용액열교환기(20)를 거쳐서 재생기(16)로 공급된 다음, 다시 예컨대 115 ℃ 정도의 열원을 이송하는 지역난방 열원배관(2)으로부터 열교환함으로써 열을 공급받아 고온의 냉매증기가 분리된 진한 용액이 배관(15)을 통해 용액열교환기(20)를 거쳐서 흡수기(14)로 이동하도록 되어 있다.

재생기(16)에서 지역난방 열원배관(2)으로 유입되는 열원에 의해 분리된 고온의 냉매증기는 증기공급관(13)을 통해 응축기(18)로 보내어진다.

탱크(4a)로부터 공급된 예컨대 45 ℃ 정도의 순환수는, 순환배관(4)을 통해 흡수기(14)를 거치면서 증발기(12)로부터 공급된 냉매증기와 열교환되어 1차 가열되고, 1차 승온된 순환수는 재생기(16)에서 발생한 고온의 냉매증기에 의해 응축기(18)를 거치면서 2차 가열되어 예컨대 55 ℃ 정도인 고온의 난방수로 각 세대나 사용처 등에 공급된다.

한편, 발생한 고온의 냉매증기는 응축기(18)에서 응축된 후 배관(17)을 거쳐 다시 증발기(12)로 보내어져 증발기(12)에서 지역난방 열원배관(2)으로부터 열을 빼앗아 증발한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 대온도차 지역난방 공급시스템에서는 열원의 공급온도(예를 들면 115 ℃)는 올리지 않은 상태에서 회수되는 온도만 내림으로써, 즉 예컨대 65 ℃의 회수온도를 25 ℃로 내림으로써, 기존의 급탕 및 난방용 열교환기를 통과하는 1차측 열원을 흡수식 히트펌프(10)에 통과시켜 열원의 이용효율을 높이고 에너지를 절약할 수 있게 된 것이다.

열원의 회수온도차를 당초 △t = 60 ℃에서 △t = 115 ℃ - 25 ℃ = 90 ℃로 증가시키기 때문에, 유량을 줄일 수 있어 지역난방 열원배관의 수송 능력이 증대되고, 지역난방 열원배관에서의 열손실이 감소하며, 열원설비의 펌프 동력비가 절감되는 등의 장점이 있다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

예를 들어, 냉각탑을 추가로 설치하고, 이 냉각탑을 순환하는 냉매용 배관을 설치하되, 이 냉매용 배관이 흡수기(14)와 응축기(18)를 거쳐 지나가게 함과 더불어 재생기(16)를 거친 지역난방 열원배관(2)이 증발기(12)를 거치지 않고 바로 회수되도록, 배관과 전환밸브 등을 적절히 설치하면 냉방사이클이 추가될 수 있다.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예는 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동일한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

2 : 지역난방 열원배관 4 : 순환배관
10 : 흡수식 히트펌프 12 : 증발기
14 : 흡수기 16 : 재생기
18 : 응축기 20 : 용액열교환기

Claims (5)

1. 열원을 공급하는 지역난방 열원배관;
   상기 지역난방 열원배관을 이용하여 순환수를 승온시키도록 증발기, 흡수기, 재생기 및 응축기를 구비한 흡수식 히트펌프; 및
   상기 흡수식 히트펌프를 통과하는 상기 순환수를 순환시키도록 구비된 난방 또는 급탕을 위한 순환배관을 포함하되,
   상기 열원이 상기 흡수식 히트펌프의 재생기 및 증발기를 거쳐 회수되고,
   상기 순환수는 상기 흡수식 히트펌프의 흡수기와 응축기를 거쳐 가열되는 것을 특징으로 하는 대온도차 지역난방 공급시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 재생기와 상기 흡수기 사이에는 용액열교환기가 설치되어, 상기 증발기로부터 냉매증기가 공급된 상기 흡수기에서 나오는 저온의 묽은 용액이 재생기로 공급된 다음, 다시 상기 열원과 열교환되어 고온의 냉매증기와 분리된 진한 용액이 흡수기로 이동하는 과정에서 열교환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 대온도차 지역난방 공급시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 재생기에서는, 상기 지역난방 열원배관으로부터 공급되는 열원과 열교환하여 열을 흡수함으로써 고온의 냉매증기가 분리되고, 상기 고온의 냉매증기는 상기 응축기로 보내어지는 것을 특징으로 하는 대온도차 지역난방 공급시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 증발기에서는, 상기 재생기를 거친 상기 지역난방 열원배관으로부터 열교환하여 열을 흡수함으로써, 저온의 냉매증기가 발생하고, 상기 저온의 냉매증기는 상기 흡수기로 유입되는 것을 특징으로 하는 대온도차 지역난방 공급시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 순환수는, 상기 흡수기를 거치면서 상기 증발기로부터 공급된 상기 저온의 냉매증기와 열교환되어 1차 가열되고, 상기 재생기에서 발생한 상기 고온의 냉매증기에 의해 상기 응축기를 거치면서 2차 가열되는 것을 특징으로 하는 대온도차 지역난방 공급시스템.

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