KR20160093873A - 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 산업시설에서 사용되지 않고 버려져서 오히려 환경파괴를 초래하는 폐열 또는 배기가스 형태의 폐열을 종합적으로 재활용하고자 하는 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템으로서, 해수 또는 담수가 채워지고 냉각을 필요로 하는 냉각수요 시설과 연결되는 외부 수조와, 외부 수조에 전부 또는 일부가 잠기며 폐열 배출 산업 시설의 폐수 또는 배기가스가 채워지는 내부 수조로 이루어지는 항온조와, 제1압축기, 제1응축기, 제1팽창밸브, 제1증발기가 차례로 연결되어 이루어지며, 제1증발기가 상기 외부 수조 내에서 내부 수조와의 경계면에 배치되는 제1히트펌프와, 상기 외부 수조와 연결되어 외부 수조로부터 배출되는 해수 또는 담수가 저장되는 용수 탱크와, 상기 내부 수조와 연결되는 폐수 처리 시설을 포함 하여 이루어져, 항온조에 의하여 폐열의 이용이 폐수조 내의 맹독성 또는 부식성 환경에 영향을 받지 않고 이루어질 수 있는 한편, 항온조 외부 수조로 냉각 작용도 동시에 가능해지며 냉각에 의해 회수되는 열도 재사용될 수 있는 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템을 제공하고자 한다.

Description

항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템{Waste heat recycling system based on constant temperature tank and heat pump }

본 발명은 폐열 재활용 시스템에 관한 것으로, 특히 2중 수조로 이루어지는 항온조가 폐열 수집조 및 냉각기의 히트싱크의 역할을 동시에 겸하여 종합적인 폐열 재활용이 가능하게 되는 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템에 관한 것이다.

최근 가장 시급한 에너지 문제는 바로 화석 연료의 고갈과, 화석 연료 사용에 의한 지구의 온난화 문제이다.

화석 연료의 고갈과 관련하여 대체 에너지로서 수력, 풍력, 지열, 조력, 태양열을 이용하는 기술이 많은 주목을 받으며 연구가 진행되고 있다. 하지만 현재로서는 이러한 대체에너지만으로는 기존의 화석 연료에 의한 에너지 생산량이 대체되기는 힘들다. 따라서 또 다른 풍부한 에너지원의 개발이 시급한 실정이다.

그리고 화석 연료 사용에 의한 기후 온난화 문제의 해결도 시급한 과제이다. 특히 각종 산업시설에서 발생되는 폐열은 그 양이 막대하므로 그로 인한 환경 오염도 심각한 실정이다.

따라서 위의 두 가지 문제가 모두 해결 될 수 있는 기술의 개발이 필요하다. 특히 각종 산업시설에서 버려지는 폐열을 재활용 할 수만 있다면 폐열로 인한 지구 온난화 문제도 해결 될 수 있는 한편, 버려지는 폐열의 양은 막대하므로 화석 연료의 고갈 문제도 어느 정도 해결이 가능하게 된다. 즉 폐열 사용으로 인하여 화석 연료의 사용량이 대폭 감소될 수 있으며, 또한 화석 연료 사용으로 인한 폐열 외에도 기타 다른 원인으로 버려지는 폐열을 활용할 수 있기 때문이다.

특히 발전소나 공장 등의 산업시설에서 버려지는 폐열 활용은 활용의 효율을 얼마나 높이느냐에 따라 에너지 문제의 해결에 더욱 이바지하게 되므로 폐열이 최대한 낭비되지 않도록 다각도로 활용할 수 있는 기술이 필요하다.

이러한 폐열 활용 기술을 구체적으로 살펴보면 도 1에 도시된 종래기술인 등록특허공보 제10-0686189호(등록일자: 2007. 02. 15)에 공개된 '온수의 폐열 회수 장치'를 들 수 있다.

상기 종래기술은 사용된 온수가 인입되는 폐수 인입 관(102)이 연결되는 폐수 수집 조(100)와, 폐수 수집 조(100)와 별체로 구비되어 폐수공급관(202)에 의해 접속되며 열교환기(210)가 설치된 폐수 열 교환 조(200)와, 폐수 열교환조(200)에 연결되는 폐수배출관(204)을 포함하는 온수의 폐열회수장치로서, 열교환기(210)를 통해 얻은 열의 회수가 가능하게 되는 효과가 있다.

다만 상기 종래기술에서는 폐수의 열이 단지 온수 생산에만 사용될 뿐이고 복합적인 사용이 되지 않아 폐열이 최대한 효율적으로 회수되지 못하는 문제가 있으며, 다른 산업시설에 폐열이 사용될 수 있도록 연계시키는 수단이 없어 폐열 회수가 적극적으로 이루어지지 못하는 한계가 있다.

등록특허공보 제10-0686189호(등록일자: 2007. 02. 15)

이에 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 각종 산업시설에서 배출되는 폐열이 다른 산업시설에 사용될 수 있도록 적극적인 폐열 활용을 가능하게 하는 수단을 구비하여 열 공급과 에너지 공급 및 냉각 기능도 겸용될 수 있는 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템은 해수 또는 담수가 채워지고 냉각수요 시설과 연결되는 외부 수조와, 외부 수조에 전부 또는 일부가 잠기며 산업 시설물의 폐수 및 배기가스가 채워지는 내부 수조로 이루어지는 항온조와, 제1압축기, 제1응축기, 제1팽창밸브, 제1증발기가 차례로 연결되어 이루어지며, 제1증발기가 상기 외부 수조 내에서 내부 수조에 인접되게 배치되는 제1히트펌프와, 상기 외부 수조와 연결되며, 외부 수조의 수위를 조절하는 용수 탱크와, 상기 내부 수조와 연결되는 폐수 처리 시설을 포함한다.

여기서 바람직하게는 상기 내부 수조 내의 폐열로 터빈을 구동시키는 발전 장치가 더 포함될 수 있다.

이때 상기 발전 장치는 외부 수조 내에 배치되는 제2응축기 및 제2압축기와, 상기 항온조 외부에 배치되는 제2증발기 및 터빈이 차례로 연결되어 이루어지고, 상기 발전장치는 제2증발기에 제3압축기, 제3응축기, 제2팽창밸브가 차례로 연결되어 이루어지는 제2히트펌프를 더 포함하며, 제3응축기는 제2증발기 내에 배치되는 것을 특징으로 한다.

한편 제1증발기와 인접되는 내부 수조의 표면은 바람직하게는 원기둥 형상으로 돌출 또는 만곡 되는 요철면을 이루며, 제1증발기를 이루는 제1증발관은 상기 요철로 형성되는 굴곡 사이에 배치될 수 있다.

그리고 본 발명에 의한 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템은 상기 외부 수조 내의 해수 또는 담수로 냉각되는 냉각부와, 상기 제1히트펌프로 가열되는 가열부가 함께 내장되는 냉각 및 가열 동시 수요 장치를 더 포함할 수 있다.

이때 상기 냉각부는 냉각부 내에 배치되는 증발관과, 외부 수조 내에 배치되는 제4응축기와, 냉각부 내의 증발관 및 제4응축기 사이에 설치되는 제4압축기 및 제3팽창밸브로 이루어지며, 냉매관에 의하여 제4압축기, 제4응축기, 제3팽창밸브, 증발관이 차례로 연결되어 이루어지는 냉각장치에 의하여 냉각될 수 있다.

또한 본 발명에 의한 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템은 바람직하게는 내부에 연소기가 내장되고 급기관 및 배기관이 연결되는 케이스와, 상기 냉각 및 가열 동시 수요 장치의 가열부와 상기 케이스 내부를 열매체유가 순환하도록 연결되는 열매체유 공급관 및 열매체유 회수관으로 이루어지는 열매체 보일러를 더 포함하며, 이때 제1응축기 내부를 상기 열매체유 회수관이 통과하면서 제1히트펌프에 의하여 열매체유가 예열될 수 있다.

또는 상기 열매체유 대신에 제1응축기 내부를 열매체보일러의 급기 관으로 공급되는 외부 공기가 통과됨으로써 열매체보일러에 공급되는 외부 공기가 예열될 수도 있다.

한편 상기 열매체 보일러의 배기관에서 배출되는 배기가스가 통과되는 온수 가열 탱크가 더 구비될 수도 있다.

또한 바람직하게는 상기 내부 수조 내의 폐열로 터빈이 구동되는 터빈 발전 장치를 더 포함하여, 발전 장치에서 생산되는 전력으로 제1 히트펌프와 냉각장치 및 열매체 보일러를 구동시킬 수 있다.

본 발명에는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 폐열 또는 폐수가 회수되는 내부 수조의 외부를 해수 또는 담수가 채워지는 외부 수조가 둘러싸면서 항온조로 형성됨으로써 폐열의 회수가 냉각 수단과 서로 상호작용하여 폐열 회수의 효율과 냉각 효율이 서로 상승되는 효과가 있다.

둘째, 내부 수조와 외부 수조가 항온조를 이룸으로써 냉각 또는 폐열 회수 작용 간의 균형이 깨지는 것이 방지된다.

셋째, 외부 수조와 연결되는 용수 탱크에 의하여 냉각과 폐열 회수 작용 간의 균형 유지 기능이 더욱 강화된다.

넷째, 내부 수조의 열원으로 발전기도 함께 구동시킴으로써 전력 생산도 가능해지며, 발전기에 의하여 냉각과 폐열 회수를 각각 담당하는 장치들이 별도의 에너지 공급 없이 구동 가능하게 된다.

다섯째, 폐플라스틱 압출공정, 프레스나 압연 공정, 혹은 식품 가공 공정 등 원재료의 가공 중에 가열과 냉각 공정이 모두 포함되는 경우 항온조에 의하여 냉각과 가열이 동시에 이루어질 수 있으며 가열과 냉각 과정 간에 이동되는 열량에 의하여 별도의 외부 열원 없이도 하나의 공정 내의 냉각과 가열이 항온조에 의하여 가능하게 된다.

여섯째, 고온 가열을 위하여 별도의 보일러가 사용되는 경우에도 항온조에 의하여 보일러로 회수되는 열매체 또는 보일러에 공급되는 외부 공기의 예열이 가능하게 되어 보일러의 효율이 현저하게 상승될 수 있다.

일곱째, 고온 가열을 위하여 별도의 보일러가 이용되는 경우 보일러에서 배출되는 배기가스로 별도의 온수나 난방 공급이 가능하다.

도 1은 종래기술을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 기본 실시예를 나타내는 구성도,
도 3a는 도 2에 터빈 발전 장치가 적용된 구성도,
도 3b는 도 3a의 터빈 발전 장치의 세부 구성을 나타내는 구성도,
도 3c는 도 3b에서 제1히트펌프의 세부 구성을 나타내는 구성도,
도 4는 내부 수조의 표면에 형성되는 원기둥 형상의 요철을 나타내는 개념도,
도 5a는 본 발명에서 냉각 및 가열 동시 수요 장치가 적용되는 것을 나타내는 구성도,
도 5b는 도 5a에서 냉각부에 적용되는 냉각기와 제1히트펌프의 세부 구성을 나타내는 구성도,
도 6은 도 5b에서 열매체보일러가 적용되는 것을 나타내는 첫 번째 실시예,
도 7은 도 5b에서 열매체보일러가 적용되는 것을 나타내는 두 번째 실시예,
도 8은 도 6에 도 3b의 터빈 발전 장치가 적용된 것을 나타낸 구성도,

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

먼저 첨부된 도면 및 본 발명의 기본 실시예와 변형 실시예를 간략하게 설명한 다음, 본 발명의 실시예를 각각 살펴보면서 각 구성요소와 구성요소 간의 작용을 상세하게 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 기본 실시예를 나타내는 구성도이다. 도 3a는 도 2의 기본 실시예에서 제1히트펌프(20)로 터빈(52)이 구동되는 터빈 발전 장치(50)가 적용되는 실시예를 나타내는 구성도이고, 도 3b는 도 3a의 터빈 발전 장치(50)의 세부 구성이 도시된 구성도이며 도 3c는 도 3b에서 제1히트펌프(20)의 세부 구성을 나타내는 구성도이다. 도 4는 내부 수조(11)에서 외부 수조(12)와의 경계를 이루는 면에 형성되는 원기둥 형상(15)의 요철을 나타내는 개념도이다. 도 5a는 도 2의 기본 실시예에서 냉각 및 가열 동시 수요처(60)가 적용된 것을 나타내는 구성도이고, 도 5b는 도 5a에서 제1히트펌프의 세부 구성을 나타내는 한편, 도 5a의 냉각부에 냉각기가 적용되는 것을 세부 구성으로 나타내는 구성도이다. 도 6과 도 7은 도 5b에서 열매체 보일러(80)가 적용되면서 제1히트펌프(20)에 의하여 열매체 보일러(80)의 효율이 상승되는 두 가지 형태가 각각 제시되는 구성도이며, 도 8은 도 6에 도 3b의 터빈 발전 장치(50)가 적용되는 것을 나타내는 구성도이다.

이하에서는 본 발명의 기본 실시예와 응용 실시예를 간략하게 설명하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명은 기본적으로 항온조(10)와, 제1히트펌프(20)와, 용수탱크(40)와, 폐수 처리 시설(30)로 이루어진다.

여기서 항온조(10)는 해수 또는 담수가 채워지고 냉각수요 시설과 연결되는 외부 수조(12)와, 외부 수조(12)에 전부 또는 일부가 잠기며 산업 시설물의 폐수 및 배기가스가 채워지는 내부 수조(11)로 이루어진다.

제1히트펌프(20)는 도 5b에 도시된 것과 같이 제1압축기(22), 제1응축기(가열부(61) 내부의 제1히트펌프 작동유체관(21)), 제1팽창밸브(23), 제1증발기(25)가 차례로 연결되어 이루어지며, 이때 제1증발기(25)는 외부 수조(12) 내에서 배치되되, 내부 수조(11)와의 경계면에 배치된다.

그리고 용수 탱크(40)는 외부 수조(12)와 연결되어 외부 수조(12)로부터 배출되는 해수 또는 담수가 저장된다. 즉 외부 수조(12)의 수위를 조절하는 역할을 하게 되는 한편 외부 수조(12) 내에 지하수가 채워지는 경우에는 용수 탱크(40) 내에도 지하수가 채워지므로 각종 생활용수 탱크의 역할을 겸한다.

마지막으로 폐수 처리 시설(30)은 내부 수조(11)와 연결되어 내부 수조(11) 내의 오폐수가 하수도로 배출될 수 있는 형태로 정화 처리하는 작용을 한다.

그리고 본 발명에서는 바람직하게는 내부 수조(11) 내의 폐열로 작동유체가 증발되는 터빈 발전 장치(50)가 더 포함될 수 있다.

터빈 발전 장치(50)는 도 3b와 도 3c에 도시된 바와 같이 제2응축기(53), 제2압축기(54), 제2증발기(55) 및 터빈이 발전 장치 작동유체 관(56)으로 차례로 연결되어 이루어진다. 즉 작동유체가 내부 수조(11) 내의 폐열에 의하여 증발됨으로써 터빈(52)이 구동되는 것이다.

이때 더욱 바람직하게는 내부 수조(11) 내의 폐열이 더욱 효율적으로 활용될 수 있도록 도 8에서와 같이 내부 수조(11) 내의 폐열을 제2증발기(55)로 공급하는 제2히트펌프(510)가 더 구비될 수 있다.

제2히트펌프(510)는 도 8에 도시된 것처럼 제3압축기(512), 제3증발기(511), 제2팽창밸브(513) 및 상기 제2증발기(55)가 제2히트펌프 작동유체 관(514)으로 연결되어 이루어진다. 이때 제2히트펌프 작동유체관(514)은 터빈 발전 장치(50)의 제2증발기(55) 내부로 통과되며, 제2히트펌프(510)의 작동유체는 터빈 발전 장치(50)를 구성하는 제2증발기(55) 내부에서 응축되면서 잠열을 터빈 발전 장치(50)의 작동유체에 전달한다.

따라서 터빈 발전 장치(50)의 제2증발기(55)는 곧 제2히트펌프(510)의 응축기의 역할을 하게 된다.

그리고 제2히트펌프(510)를 이루는 제3증발기(511)는 외부 수조(12) 내에서 내부 수조(11)와 인접되는 부위에 배치되며, 터빈 발전 장치(50)의 제2응축기(53)는 외부 수조(12) 내에 배치됨으로써 터빈(52)을 통과한 터빈 발전 장치(50)의 작동유체가 외부 수조(12) 내에서 냉각 된다.

여기서 제1증발기(25)는 외부 수조(12) 내에서 내부 수조(11)와 인접되는 경계면에 배치되는 증발관(25 - 즉 여기서의 증발관이 제1증발기의 역할을 함)으로 이루어진다. 이때 증발관(25)이 배치되는 내부 수조의 표면은 도 4에 도시된 것처럼 원기둥 형상(15)으로 돌출 또는 함몰되는 요철 형상이다. 증발관(25)은 원기둥 형상(15)이 돌출 형상이면 원기둥 형상(15)의 사이에 배치되고, 원기둥 형상(15)이 함몰 형상이면 원기둥 형상(15)의 내부에 배치된다.

또한 제3증발기(511)도 제1증발기(25)와 동일한 형태로 형성될 수 있다.

도 4에서는 원기둥 형상(15)이 내부 수조(11)의 표면에서 함몰되어 형성되는 것으로 도시되어 있다. 즉 내부 수조(11)의 표면은 내부 수조(11)의 내부로 원기둥 형상(15)이 함몰되는 형태로 형성된다.

그리고 증발관(25)은 원기둥 형상 내부로 삽입되게 배치된다.

한편, 도 5a에 도시된 바와 같이 본 발명은 도 2에 도시된 기본 실시예에서 추가적으로, 외부 수조(12) 내의 해수 또는 담수에 의하여 냉각되는 냉각부(62)와, 제1히트펌프로 가열되는 가열부(61)가 모두 구비되는 냉각 및 가열 동시 수요처(60)를 더 포함할 수 있다.

또한 도 5b에 도시된 것처럼 여기서 냉각부(62)의 열을 외부수조(12) 내의 해수 또는 담수 내로 이송시키는 냉각기(71,72,73,74)를 더 포함할 수 있다. 즉 냉각부(62)를 외부 수조(12) 내의 해수 또는 담수로 직접 냉각시키는 것 보다 더욱 효율적으로 냉각시키기 위하여 냉각 사이클로 이루어지는 냉각기(71,72,73,74)가 구비되는 것이다.

한편, 가열부(61)의 가열 요구 온도가 높을 경우에는 제1히트펌프(20) 만으로 원하는 온도까지 가열시키기 힘들 수 있으므로, 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이 내부에 연소기(81)가 내장되고 급기관(85) 및 배기관(86)이 연결되는 케이스와, 상기 냉각 및 가열 동시 수요처(60)의 가열부(61)와 상기 케이스 내부를 열매체유가 순환하도록 연결되는 열매체유 공급관(82) 및 열매체유 회수관(83)으로 이루어지는 열매체 보일러(80)를 더 포함할 수 있다.

이때 제1히트펌프(20)로 열매체 보일러(80)의 효율을 극대화 시키는 두 가지 방법이 있을 수 있다.

첫 번째는 도 6에 도시된 것처럼 제1응축기(24) 내부를 열매체유 회수관(83)이 통과함으로써 열매체유가 제1히트펌프(20)로 예열되는 방법이다.

두 번째는 도 7에 도시된 바와 같이 제1응축기(24) 내부를 열매체 보일러(80)의 급기관(85)으로 공급되는 외부 공기가 통과함으로써 열매체보일러(80) 내부로 공급되는 공기를 예열시키는 방법이다.

또한 바람직하게는 도 7에 도시된 것처럼 열매체 보일러(80)의 배기관에서 배출되는 배기가스가 통과되는 온수 가열 탱크(110)를 더 둠으로써 난방과 온수의 공급을 위한 별도의 열원 가동이 필요 없게 될 수 있다.

그리고 도 8에 도시된 바와 같이 도 5a내지 도 7의 실시예에서도 도 3b에 도시된 터빈 발전 장치(50)를 둠으로써 폐열의 이용 효율이 최대한으로 높아질 수 있으며, 터빈 발전 장치(50)로 제1, 제2 히트펌프(20,510)와 냉각기(71,72,73,74)와 열매체 보일러(80)를 모두 구동시킴으로써 별도의 전력 공급 없이도 가열, 냉각, 온수와 난방 공급이 모두 가능해지는 효율적이고 종합적인 폐열 재활용 시스템이 달성될 수 있다.

이상에서 본 발명을 간략하게 설명하였으므로 이하에서는 각 구성요소의 특징 및 역할과 상호작용에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

먼저 도 2와 도 3a 및 3b를 참조하여 본 발명의 기본 실시예부터 설명하기로 한다.

도 2의 기본 실시예에서 본 발명은 내부수조와 외부수조로 이루어지는 항온조(10), 외부수조(12)의 수위 조절 및 용수 저장 역할을 하는 용수 탱크(40), 항온조(10)를 열원으로 이용하는 제1히트펌프(20), 내부 수조(11)의 폐수를 방류하기 위하여 정화 처리하는 폐수 처리 시설(30)로 이루어진다.

도 2에 도시된 각종 산업시설의 폐열이라고 표현된 것은 폐열을 배출하는 폐열 배출 산업시설(1)이다. 이때 배출되는 폐열의 형태는 폐수 또는 배기가스일 수 있다.

여기서의 산업시설은 종류를 막론하고 모든 산업시설을 지칭한다. 그리고 산업시설이라고 표현되긴 했지만 산업시설 뿐만 아니라 폐열을 방출하는 시설물이라면 근린생활공간의 시설물이라도 포함된다. 산업시설은 농업, 공업, 수산업 등을 포함한다. 또한 발전소 등의 기간산업도 포함된다. 특히 공장이나 발전소에서는 지속적으로 폐열이 방출되므로 그 이용가치는 매우 높다.

항온조(10)는 내부 수조(11)와 외부 수조(12)로 이루어진다. 내부 수조(11)는 전부 또는 일부가 외부 수조(12)에 잠기는 형태로 서로 결합된다.

이때 외부 수조(12) 내로 공급되는 물은 해수나 담수를 말한다. 특히 일정한 온도로 공급되는 지하수일 수 있다. 도시되지는 않았지만 해수가 공급된다면 외부 수조(12) 내의 해수를 다시 근처의 양식장으로 공급하여 봄과 여름철의 양식장 수온 피해를 막을 수 있다. 왜냐하면 외부 수조(12) 내의 해수는 폐열의 지속적인 이용으로 인하여 양식장의 수온보다 낮은 수온이 유지될 수 있기 때문이다.

폐열의 활용에 있어서 항온조가 종래의 폐열 회수 방법에 비하여 비약적으로 회수 효율을 상승시킬 수 있는 것은 폐수의 형태로 폐열원이 채워지는 내부 수조(11)가 해수 또는 담수로 채워지는 외부수조(12)와 열교환이 가능한 형태로 배치되기 때문이다.

폐열의 재생이 가장 효과적으로 이루어지기 위해서는 직접 열전달에 의한 열의 활용보다는 히트 펌프에 의한 열의 회수에 의하여야 한다. 히트펌프는 적은 에너지만으로도 낮은 온도의 열원의 열량을 그보다 높은 온도의 열원으로 공급시킬 수 있기 때문에 단순 열전달에 의한 열량 전달의 한계를 훨씬 뛰어넘을 수 있기 때문이다.

그러나 폐열원의 온도는 산업분야 마다 다양하며, 현재로서는 높은 효율로 히트펌프를 가동시킬 수 있는 폐열원의 온도는 섭씨 30도 내지 35도 사이가 한계점이다.

따라서 때로는 섭씨 70도 이상이 되는 폐열원에 히트 펌프를 그대로 적용시킬 수 없다.

따라서 본 발명에서는 도 2 내지 도 8에 도시된 형태의 항온조를 제안하는 것이다. 즉 본 발명에서 제1히트펌프(20)의 증발기는 폐열원이 채워지는 내부 수조(11)내에 배치되는 것이 아니라 해수 또는 담수가 채워지는 외부 수조(12)내에 배치되므로 히트펌프의 사용이 가능해진다.

특히 중요한 것은 히트펌프의 증발기가 외부수조에 배치되면서도 외부 수조 내에서 내부 수조의 열을 전달받을 수 있는 부위에 배치됨으로써 폐열원의 활용이 가능하게 되는 것이다.

즉 항온조의 구조에 의하여 히트펌프의 사용이 가능하게 되어 히트펌프의 응축기에서는 현재 기술로서는 최대 섭씨 180도에 달하는 열량의 회수가 가능하다.

만약 히트펌프에 의하지 않고 단순 열전달에 의한 폐열 회수가 이루어진다면 폐열원의 온도가 섭씨 100도에 달하더라도 그로부터 회수 가능한 열량으로 데워질 수 있는 물의 한계는 100도에 훨씬 미달되므로 항온조에 의한 히트펌프의 사용과 항온조 없이 직접 열전달에 의한 폐열 회수는 현저한 효과의 차이가 있게 된다.

그 외에도 항온조(10)가 중요한 두 가지 이유에 대하여 아래에서 설명하기로 한다.

외부 수조(12)는 두 가지 역할을 하게 된다. 첫 번째 역할은 항온조(10)의 항온성 유지를 위한 완충 역할이다. 이러한 완충 역할은 산업시설의 폐열 이용을 위한 히트펌프와, 냉각이 필요한 시설에서 이용되는 냉각기를 서로 연동시킴에 있어서 반드시 필요하다.

왜냐하면, 피상적으로는 냉각과 가열이 중간단계 없이 연계되어도 냉각기에서 뽑아낸 열을 가열기에 공급함으로써 외부 열원이 필요 없을 수 있다는 오해가 발생될 수 있으나, 첫째는 열전달 과정에서 필수적으로 발생되는 열 손실의 문제와, 둘째는 냉각과 가열이 서로 꼭 필요한 만큼의 열량을 주고받을 수 있도록 짝지워지는 것은 사실상 불가능하다는 문제 때문에 냉각기와 가열기의 조합 또는 하나의 히트펌프가 증발기는 냉각기로서, 응축기는 가열기로서 작용된다는 것은 실제로는 불가능하다.

하지만 본 발명에서는 항온조(10)가 구비됨으로써 추가적인 외부 열원 없이도 아래에서 설명되는 작용에 의하여 이러한 문제점이 해결될 수 있다.

먼저 가열이 필요한 공정이나 장치에는 내부 수조(11)에 담겨진 폐열을 공급하고, 냉각이 필요한 공정이나 장치에는 외부 수조(12) 내의 해수 또는 담수가 냉각제로 작용되므로 내부 수조(11)의 수온은 점차 감소하고 외부 수조(12)의 수온은 점차 상승된다.

이때, 가열이 필요한 공정이나 장치에 내부 수조(11)의 폐열을 공급하는 제1히트펌프(20)가 구비되는데, 제1히트펌프(20)는 내부 수조(11)가 아닌 외부 수조(12) 내에 배치되나, 내부 수조(11)와의 경계면에 밀착되게 설치됨으로써 내부 수조(11)의 열량을 받을 수 있는 동시에 외부 수조(12)의 열량이 증가되면 외부 수조(12)의 열량도 열원으로 사용될 수 있다.

따라서 외부 수조(12)의 물은 제1히트펌프(20)가 열량을 뺏어감으로써 지속적으로 냉각제로 사용되더라도 수온 상승이 억제될 수 있다. 또한 제1히트펌프(20) 만으로는 외부 수조(12)의 수온 상승이 억제되지 않을 경우 외부 수조(12)는 해수, 강물, 지하수 등의 수원(4)으로부터 물을 보충 받음으로써 수온 상승을 억제시킬 수 있다. 이때 용수 탱크(40)는 외부 수조(12)에 담겨져 있던 용수를 넘겨받음으로써 외부 수조(12)가 수원으로부터 새로운 물을 공급받을 수 있도록 한다.

따라서 외부 수조(12)의 물은 항온성이 유지됨으로써 지속적으로 냉각제로 작용되는 한편, 외부 수조(12)가 냉각 수요처로부터 받은 열은 제1히트펌프(20)의 열원으로 사용될 수 있는 것이다.

참고로 외부 수조(12) 내의 수온이 내부 수조(11)의 수온에 비하여 현저히 낮음으로써 제1히트펌프(20)가 외부 수조(12)의 수온이 상승되더라도 외부 수조(12) 내의 용수는 열원으로 활용하기 힘들 것으로 볼 수도 있으나, 외부 수조(12)의 수온이 상승되면 내부 수조(11)의 열량이 제1히트펌프(20)로 전달되는 과정에서 외부 수조(12) 내의 물에 뺏기는 열량이 그만큼 줄어들어서 결과적으로 외부 수조(12) 내의 물의 수온이 상승되면 제1히트펌프(20)로 재생 가능한 열량도 증가되는 것이다.

따라서 추가적인 열원 없이도 항온조(10)는 냉각기(71,72,73,74)의 히트싱크로 작용됨과 동시에 제1 및 제2 히트펌프(20,510)의 열원으로 작용될 수 있다. 물론 항온조(10)에는 해수, 강물, 지하수가 추가적으로 공급되지만 이러한 수자원은 사용되지 않고 흘러가버릴 수 있는 천연재 이므로 그 사용에 추가적인 동력이 소모되지 않는 점에서 본 발명에서는 추가적인 열원이 필요 없게 된다.

또한, 항온조가 서로 열교환 가능한 내부 수조와 외부 수조로 이루어짐으로써 발생되는 효과는 폐열이 저장된 폐수에 맹독성 혹은 부식성의 물질이 함유되더라도 히트펌프의 증발기가 외부 수조 내에 구비됨으로써 폐열의 이용이 가능해지는 점이다.

만일 항온조가 아닌 단일 폐수조 내에 폐수가 저장된다면 폐수의 열원을 이용하기 위해서는 단일 폐수조 내부에 열교환을 위한 열교환기를 설치해야 하나, 폐수조 내의 폐수가 맹독성이거나 강한 부식성 물질을 함유하는 경우에는 열교환기의 오염 방지 대책이 필요하게 되며, 오염이 방지되면서도 열전달을 실현시킬 수 있는 구조의 열교환기는 효율과 비용 면에서 현저하게 불리하다.

따라서 본 발명에서의 항온조의 구조로 인하여 폐수의 성분 여부에 상관없이 통상의 히트펌프의 사용이 가능하게 되어 폐수의 폐열원의 효과적 이용이 실현되는 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이 내부 수조(11)에는 폐수가 채워지므로 이 폐수는 열량을 제공한 후에는 폐수 처리 되어야 한다. 그래서 폐수 처리 시설(30)이 필수적인 구성요소가 된다.

한편, 도 3a와 도3b에 도시된 바와 같이 본 발명에는 터빈 발전 장치(50)가 추가될 수 있다.

터빈 발전 장치(50)는 터빈(52), 제2응축기(53), 제2압축기(54), 제2증발기(55)가 발전 장치 작동유체관(56)으로 차례로 연결되어 하나의 랭킨 사이클로 형성되어 이루어진다. 이때 터빈(52)의 회전축으로 구동되는 발전기(51)가 터빈(52)에 구비될 수 있다.

이때 터빈 발전 장치(50)의 제2증발기(55)에 열을 공급하는 것은 제1히트펌프(20)자체일 수도 있고, 또는 별도의 제2히트펌프(511,512,513,514,55)일 수 있다.

제1히트펌프(20)에 의하여 제2증발기(55)에 열을 공급하는 경우의 세부 구성은 도 3c에 도시된 바와 같으며, 별도의 제2히트펌프(511,512,513,514,55)에 의하여 제2증발기(55)에 열을 공급하는 경우는 도 8에 도시된 바와 같다.

이때 도 3c에서는 제1히트펌프(20)의 제1응축기(24)는 터빈 발전 장치(50)의 제2증발기(55)에 해당되기도 하므로 제2증발기(55)가 곧 제1응축기(24)인 것으로 도시되어 있다.

반면에 도 8에서는 터빈 발전 장치(55)의 제2증발기(55)는 별도로 구비되는 제2히트펌프(511,512,513,514,55)의 응축기에 해당되므로 도 8에서 제2증발기(55)는 제2히트펌프의 응축기에 해당된다.

도 8에는 터빈 발전 장치(50)에 추가적으로 제2증발기(55)에 좀 더 많은 열량이 전달될 수 있도록 내부 수조(11) 내의 열량을 제2증발기(55)로 전달하는 제2 히트 펌프(511,512,513,514,55)가 구비되는 것으로 도시되어 있다.

제2히트 펌프(511,512,513,514,55)는 제1히트펌프(20)와 같은 구조이나, 다만 제2히트펌프(510)의 응축기는 독립된 구조로 형성되지 않고 터빈 발전 장치(50)를 구성하는 제2증발기(55) 내에 배치된다. 즉, 터빈 발전 장치(50)를 구성하는 제2증발기(55) 내부에는 터빈 발전 장치 작동유체 관(56)이 통과되는 한편 제2히트펌프 작동유체 관(514)도 통과되는 것이다. 이때 제2증발기(55) 내부를 통과하는 제2히트펌프 작동유체 관(514) 내부에서 제2히트펌프(510)의 작동유체가 응축되면서 열을 발산하고 이 열이 터빈 발전 장치 작동유체 관(56)으로 전달되어 터빈 발전장치(50)의 작동유체가 증발되는 것이다.

따라서 터빈 발전 장치(50)를 구성하는 제2증발기(55)는 제2히트펌프(511,512,513,514,55)의 응축기의 역할을 겸하게 된다.

이렇게 제2히트펌프(511,512,513,514,55)가 배치됨으로써 내부 수조(11) 내의 열량은 좀 더 효율적으로 터빈 발전 장치(50)에 전달되어 전력 생산 효율이 상승될 수 있다.

한편, 앞서 언급된 바와 같이 제1히트펌프의 작동유체 관(21)은 외부 수조(12) 내에서 내부 수조(11)와의 경계면에 부착됨으로써 제1히트펌프(20) 내의 작동유체가 증발된다. 따라서 제1히트펌프의 작동유체 관(21)이 내부 수조(11)와의 경계면에 부착되는 부위가 바로 제1히트펌프(20)의 증발기인 제1증발기(25)가 되는 것이다.

이때 제1히트펌프의 작동유체 관(21)이 부착되는 내부수조(11)의 표면에는 요철이 형성되며 이 요철 사이에 제1히트펌프의 작동유체 관(21)이 부착된다.

도 4에 도시된 바와 같이 외부 수조(12) 내에서 제1히트펌프의 작동유체 관(21)이 부착되는 내부수조(11)의 표면은 원기둥 형상(15)의 요철로 형성되는 것이 바람직하다.

내부 수조(11) 내의 열량이 제1히트펌프의 작동유체 관(21)으로 좀 더 많이 전달되기 위해서는 내부 수조(11)와 외부 수조(12)의 접촉 면적이 최대한 넓어야 한다.

따라서 내부 수조(11)와 외부 수조(12)의 접촉 면적을 넓히기 위하여 내부 수조(11)의 표면을 요철 형상으로 형성시켜야 하는데, 접촉 면적의 극대화를 위해서는 요철로 형성되는 돌출부위와 함몰 부위의 돌출길이 및 함몰 길이는 길수록 좋다.

그런데 상기 돌출부위와 함몰부위가 길이 방향으로 굴곡 또는 병목 구간이 형성되거나 혹은 단부가 둥글지 않고 각이 형성되면 내부수조와 외부 수조의 온도차로 인한 수압 차이로 인하여 내부 수조의 표면이 파열 될 우려가 있다.

따라서 내부 수조 표면에 형성되는 요철의 형상은 압력 차이를 최대한 견딜 수 있도록 원통형으로 형성됨이 바람직하다. 또한 돌출 형상의 끝단은 도 4에 도시된 것처럼 둥근 반구의 형태로 될 때 압력 차이를 최대한 견딜 수 있으므로 돌출 형상의 끝단은 반구 형태로 형성됨이 바람직하다.

참고로 도 8에 도시된 바와 같이 제2히트펌프(511,512,513,514,55)의 작동유체관도 제1히트펌프(20)와 마찬가지로 외부 수조(12)와 내부 수조(11)의 경계면에 배치되어 내부 수조(11)로부터의 열전달이 용이하게 된다.

한편, 도 5a와 도 5b에는 냉각 및 가열 동시 수요처(60)가 새로운 구성으로 적용된 실시예가 도시되어 있다.

도 2에서 설명된 기본 실시예에서는 항온조(10)는 냉각기(71,72,73,74)의 히트싱크로도 작용되고 히트펌프의 열원으로 작용될 수도 있지만 냉각 수요처(3)와 열 수요처(2)가 하나의 공정이나 장치에 모두 포함될 필요는 없다.

그런데, 많은 산업시설에서는 열 수요처(2)와 냉각 수요처(3)가 모두 존재하는 경우가 많으므로 이러한 경우 본 발명의 항온조(10)만으로도 냉각 수요와 열 수요가 모두 충족될 수 있다.

열 수요처(2)와 냉각 수요처(3)가 하나의 공정 또는 장치 내에 모두 존재하는 경우는 대표적인 예로써 플라스틱 압출공정, 금속 가공공정, 식품 가공공정 등을 들 수 있다. 그 외에도 가열만을 필요로 하는 공정이나 장치가 있는 경우 작업장과 사무실의 냉방 수단도 필요하거나, 또는 냉장이나 냉동 장치만이 쓰이는 경우에도 사무실과 현장을 위한 별도의 난방이나 온수 수요가 있는 경우도 냉각 및 가열 동시 수요 장치에 해당될 수 있다.

이때 가열이 필요한 가열부(61)는 항온조(10)와 연결되는 제1히트펌프(20)에 의하여 가열되고, 냉각이 필요한 냉각부(62)는 항온조(10) 중에서도 외부 수조(12) 내에 응축기가 배치되는 냉각기(71,72,73,74)에 의하여 냉각된다.

여기서 제1히트펌프(20)는 도 5b에 도시된 바와 같이 제1압축기(22), 제1팽창밸브(23), 제1증발기(25)가 제1히트펌프 작동유체관(21)으로 차례로 연결되어 형성된다.

제1증발기(25)는 앞서 설명된 바처럼 제1히트펌프 작동유체관(21)이 외부수조(12)의 내부를 통과하면서 외부수조(12)내에서 외부수조(12)와 내부수조(11)의 경계면에 제1히트펌프 작동유체관(21)이 부착되는 부위이다. 즉 외부수조(12)와 내부수조(11)의 경계면에 부착되는 부위의 제1히트펌프 작동유체 관(21) 자체가 바로 제1증발기(25)가 되는 것이다. 제1히트펌프(20) 내부를 흐르는 작동유체는 제1팽창밸브(23)에서 팽창되면서 외부수조(12)로 들어간 다음 내부 수조(11)에 부착된 부위를 흐르면서 증발되어 내부 수조(11)로부터 전달되는 열량을 받아 잠열의 형태로 보유하게 된다.

그리고 제1히트펌프(20)의 응축기 역할은 냉각 및 가열 동시 수요처(60)에 구비되는 가열부(61) 내부에 배치되는 제1히트펌프의 작동유체 관(21)이 맡게 된다.

즉, 제1압축기(22)에서 압축되는 작동유체는 가열부(61)로 진입 되고, 가열부(61)에서 작동유체가 응축됨으로써 잠열 형태로 보유하던 열량이 가열부(61)로 전달되는 것이다.

냉각기(62)도 역시 도 5b에 도시되어 있다.

도 5에 도시된 것처럼 냉각기(71,72,73,74)는 제4압축기(72), 냉각기용 응축기(74), 제3팽창밸브(73)가 냉매 관(71)으로 차례로 연결되어 이루어진다.

이때 냉각기(71,72,73,74)에서 증발기 역할은 냉각 및 가열 동시 수요처(60)의 냉각부(62) 내부에 배치되는 냉매관(71)이 맡는다.

즉 제3팽창밸브(73)를 거치면서 팽창되는 냉각기(71,72,73,74)의 냉매가 냉각부(62) 내부를 흐르면서 증발되는데, 이때 냉각부(71,72,73,74) 내부의 열량이 냉매를 증발시킴으로써 냉매로 열량이 전달되는 것이다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에는 열매체보일러(80)가 추가될 수 있다.

냉각 및 가열 동시 수요처(60)는 앞서 언급된 것처럼 다양한 공정일 수 있다. 특히 플라스틱 압출 공정의 경우에는 플라스틱의 투입 및 분쇄가 행해지는 공정 전반부에서 가열이 요구된다.

플라스틱의 종류에 따라 가열 온도는 다양할 수 있는데, 이때 가열 요구 온도가 200도를 초과할 경우에는 히트 펌프에 의한 가열로는 플라스틱의 융착이 힘들므로 더 높은 온도로 가열시킬 수단이 필요하며 이러한 가열 수단으로 열매체 보일러가 사용될 수 있다.

열매체 보일러(80)는 도 6에 도시된 바와 같이 내부에 연소기(81)가 내장되는 케이스와 가열부(61) 사이를 열매체유 공급관(82)과 열매체유 회수관(83)이 순환될 수 있도록 연결되어 이루어진다. 열매체유 공급관(82)과 열매체유 회수관(83)은 각각 가열부(61) 내부와 열매체 보일러(80) 내부에서 연결되며 열교환이 일어난다.

이때 도 6에 도시된 바와 같이 가열부(61)에서부터 열매체 보일러(80)를 향하여 열매체유를 회수시키는 열매체유 회수관(83)과 제1히트펌프(20)의 작동유체 사이에 열교환이 일어나면서 열매체유가 예열될 수 있다.

열매체유가 예열됨으로써 열매체 보일러(80) 내부의 필요 연소 량은 대폭 감소될 수 있어서 열매체 보일러(80)의 효율의 비약적인 상승이 가능하다.

제1히트펌프(20)를 이용하는 열매체 보일러(80)의 효율 상승 방안의 또 다른 실시예는 도 7에 도시되어 있다.

도 7의 실시예에서는 제1히트펌프(20)가 열매체유 자체를 예열시키는 것이 아니라 열매체 보일러(80)로 공급되는 공기를 예열시킴으로써 열매체보일러(80)의 효율을 향상시킨다.

참고로 히트 펌프는 현재 기술로서는 응축기의 온도가 섭씨 180도 까지 상승 가능하나, 지속적인 연구에 의하여 가까운 미래에는 섭씨 300도 가까이 상승 가능하게 될 예정이므로 이때에는 별도의 열매체 보일러(80) 없이 제1히트펌프(20)에 의하여 고온의 가열까지 가능하게 될 수도 있다.

또한 바람직하게는 도 7에 도시된 것처럼 열매체 보일러(80)의 배기관에서 배출되는 배기가스가 통과되는 온수 가열 탱크(110)를 더 둠으로써 난방과 온수의 공급을 위한 별도의 열원 가동이 필요 없게 될 수 있다.

한편, 도 8에는 도 6의 실시예 에서 도 3b의 터빈 발전 장치(50)가 적용되어 폐열 재생의 극대화를 도모할 수 있는 형태의 실시예가 도시되어 있다.

여기서 적용되는 터빈 발전 장치(50)로 생산되는 전력으로 앞서 설명된 제1(20)및 제2히트펌프(511,512,513,514,55), 냉각기(71,72,73,74), 열매체 보일러(80)가 모두 구동 가능하게 되므로 별도의 전력 소모 없이도 산업시설 폐열의 종합 재활용 시스템은 최고의 효율로 에너지를 재활용할 수 있게 된다.

이때 외부 수조(12)와 내부 수조(11)의 경계면으로부터 터빈 발전 장치(50)의 제2증발기(55)로 열을 공급하는 제2히트펌프(511,512,513,514,55)를 구성하는 제3증발기(511), 제3압축기(512), 제2팽창밸브(513), 제2히트펌프 작동유체 관(514) 및 제3응축기 중에서 제3응축기는 터빈 발전 장치(50)의 보일러에 해당되는 제2증발기(55)의 내부에 배치되므로, 제2증발기(55) 내부를 통과하는 제2히트펌프 작동유체 관(514) 자체가 제3응축기의 역할을 하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

1: 폐열 배출 산업시설 2: 열 수요처
3: 냉각 수요처 4: 수원
10: 항온조 11: 내부 수조
12: 외부 수조 15: 원기둥 형상
20: 제1히트펌프 21: 제1히트펌프 작동유체 관
22: 제1압축기 23: 제1팽창밸브
24: 제1응축기 25: 제1증발기
30: 폐수 처리 시설 40: 용수 탱크
50: 터빈 발전 장치 51: 발전기
52: 터빈 53: 제2응축기
54: 제2압축기 55: 제2증발기
56: 발전 장치 작동유체 관 60: 냉각 및 가열 동시 수요처
61: 가열부 62: 냉각부
71: 냉매관 72: 제4압축기
73: 제3팽창밸브 74: 제4응축기
80: 열매체보일러 81: 연소기
82: 열매체유 공급관 83: 열매체유 회수관
85: 급기관 86: 배기관
110: 온수가열탱크 511: 제3증발기
512: 제3압축기 513: 제2팽창밸브
514: 제2히트펌프 작동유체 관

Claims (11)

1. 해수 또는 담수가 채워지고 냉각을 필요로 하는 냉각수요 시설과 연결되는 외부 수조와, 외부 수조에 전부 또는 일부가 잠기며 폐열 배출 산업 시설의 폐수 또는 배기가스가 채워지는 내부 수조로 이루어지는 항온조와;
   제1압축기, 제1응축기, 제1팽창밸브, 제1증발기가 차례로 연결되어 이루어지며, 제1증발기가 상기 외부 수조 내에서 내부 수조와의 경계면에 배치되는 제1히트펌프와;
   상기 외부 수조와 연결되어 외부 수조로부터 배출되는 해수 또는 담수가 저장되는 용수 탱크와;
   상기 내부 수조와 연결되는 폐수 처리 시설;을 포함하는 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 내부 수조 내의 폐열로 작동유체가 증발되는 터빈 발전 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 터빈 발전 장치는 제2응축기, 제2압축기, 제2증발기 및 터빈이 작동유체 관으로 차례로 연결되어 이루어지고,
   상기 터빈 발전장치는 내부 수조 내의 폐열을 제2증발기로 공급하는 제2히트펌프를 더 포함하며,
   상기 제2히트펌프는 제3압축기, 제3증발기, 제2팽창밸브 및 상기 제2증발기가 작동유체 관으로 연결되어 이루어지되, 작동유체 관은 터빈 발전장치의 제2증발기 내부로 통과되면서 내부의 작동유체가 응축되고,
   제3증발기는 외부 수조 내에서 내부 수조와의 경계면에 배치되고, 제2응축기는 외부 수조 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   제1증발기는 외부 수조 내에서 내부 수조와 인접되는 경계면에 배치되는 증발관으로 이루어지고, 상기 증발관이 배치되는 내부 수조의 표면은 원기둥 형상으로 돌출 또는 함몰되는 요철 형상이며, 증발관은 상기 원기둥 형상이 돌출 형상이면 원기둥 형상의 사이에 배치되고, 원기둥 형상이 함몰 형상이면 원기둥 형상내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 외부 수조 내의 해수 또는 담수에 의하여 냉각되는 냉각부와, 상기 제1히트펌프로 가열되는 가열부가 모두 구비되는 냉각 및 가열 동시 수요처를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 냉각부의 열을 외부수조 내의 해수 또는 담수 내로 이송시키는 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템.
7. 제5항에 있어서,
   내부에 연소기가 내장되고 급기관 및 배기관이 연결되는 케이스와, 상기 냉각 및 가열 동시 수요처의 가열부와 상기 케이스 내부를 열매체유가 순환하도록 연결되는 열매체유 공급관 및 열매체유 회수관으로 이루어지는 열매체 보일러를 더 포함하며,
   제1응축기 내부를 상기 열매체유 회수관이 통과하는 것을 특징으로 하는 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템.
8. 제5항에 있어서,
   내부에 연소기가 내장되고 급기관 및 배기관이 연결되는 케이스와, 상기 냉각 및 가열 동시 수요처의 가열부와 상기 케이스 내부를 열매체유가 순환하도록 연결되는 열매체유 공급관 및 열매체유 회수관으로 이루어지는 열매체 보일러를 더 포함하며,
   제1응축기 내부를 상기 급기관으로 공급되는 외부 공기가 통과하는 것을 특징으로 하는 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
   상기 열매체 보일러의 배기관에서 배출되는 배기가스가 통과되는 온수 가열 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 내부 수조 내의 폐열로 터빈이 구동되는 터빈 발전 장치를 더 포함하여, 발전 장치에서 생산되는 전력으로 제1 히트펌프와 냉각장치 및 열매체 보일러를 구동시키는 것을 특징으로 하는 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 터빈 발전 장치는 제2응축기, 제2압축기, 제2증발기 및 터빈이 작동유체 관으로 차례로 연결되어 이루어지고,
    상기 터빈 발전장치는 내부 수조 내의 폐열을 제2증발기로 공급하는 제2히트펌프를 더 포함하며,
    상기 제2히트펌프는 제3압축기, 제3응축기, 제2팽창밸브 및 제3증발기가 작동유체 관으로 연결되어 이루어지되, 작동유체 관은 터빈 발전장치의 제2증발기 내부로 통과되면서 내부의 작동유체가 응축되고,
    제3응축기는 제2증발기 내에 배치되고, 제2응축기는 외부 수조 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 항온조와 히트펌프 기반의 폐열 재활용 시스템.

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