KR20210019710A - 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치 및 이의 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치 및 이의 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배관을 통해 지역난방수를 공급받는 열공급 배관, 상기 열공급 배관으로부터 지역난방수를 공급받아 급탕열원으로 사용하도록 열교환을 수행하는 급탕공급열교환기, 상기 급탕공급열교환기와 열교환을 수행하여 사용자에게 공급하도록 구비된 보급수 배관, 상기 지역난방수를 공급받아 열교환을 수행하여 축열하거나 보급수와 열교환을 수행하여 방열하도록 구비된 열에너지저장부 및 상기 급탕공급열교환기 및 상기 열에너지저장부와 열교환이 수행된 지역난방수를 회수하여 배출하는 열회수 배관을 포함한다.

Description

열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치 및 이의 방법 {CONTROL EQUIPMENT FOR DISTRICT HEATING HOT WATER LOAD USING HEAT ENERGY STORAGE UNIT AND METHOD THEREOF}

본 발명은 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치 및 이의 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 급탕 최대부하를 낮추도록 잠열물질이 충진된 열에너지저장부를 구비함으로써, 급탕 최대부하를 낮추어 추가 열원 공급 없이 안정적으로 급탕 열원공급이 가능한 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치 및 이의 방법에 관한 것이다.

지역난방시스템(District Heating System)은 집중된 대규모 열 생산시설에서 일정한 지역 내에 있는 주택, 상가, 사무실, 학교, 병원, 공장 등의 건물에 고압 증기, 고압 온수 등의 열원을 공급하는 집단에너지 공급시스템이다.

지역난방시스템은 열원을 생산하는 열 생산시설, 열 생산시설을 통해 생산된 열원을 순환시키는 순환펌프 등으로 이루어지며, 순환펌프에는 열 공급대상지역까지 열원을 공급하고 회수하기 위한 배관이 연결된다. 배관에는 수용가의 열교환기가 연결되어, 열원을 통해 제공되는 열에너지를 수용가의 난방 및 온수 공급을 위한 열에너지로 공급한다.

이러한 지역난방은 열생산시설에서 난방 및 급탕에 필요한 중온수(80~120℃)를 생산하여 열수송관을 통해 각 수용가에 공급하는 집단에너지 공급방식으로, 수용가 측에서는 공급되는 열원을 열교환기를 이용하여 난방 및 급탕으로 사용하고 있다.

지역난방에서 공급되는 열원은 크게 두가지 부분으로 나눠서 사용되는데, 난방용 열교환기를 통한 난방 열원과, 보급수의 온도를 높여 사용자가 직접 사용하는 급탕 열원으로 사용하고 있다. 특히 급탕 열원은 난방 열원에서 이용된 지역난방수의 남은 열을 통해 보급수를 예열하고 이를 다시 급탕열원으로 목표온도까지 높이는 재열을 통해 공급하고 있다.

하지만, 지역난방이 단수가 되거나, 열량이 부족하거나, 사용자 측에서 사용량이 설계치보다 과다할 경우엔 추가로 열교환기를 설치하거나 열원 공급량을 높이기 위한 추가 배관 설치 등 어려움이 있고, 이를 극복하기 위해 열저장시설을 이용하지만 공급측 수요측의 온도변화에 맞춘 운전방법 및 이를 위한 장치 설계가 되어 있지 않아서 실제 사용에 제한되는 등의 문제가 발생되었다.

공개특허공보 제 2011-0032474호(2011.03.30.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열에너지저장부를 통해 축열 또는 방열을 수행함으로써, 피크부하 저감 및 비상열원 공급을 통한 수용가측 이용 효율 및 안전성을 향상시키고, 수용가 측 온도 및 열량 불균일성을 해소하며, 수용가 부하 증가에 따른 추가 배관 및 열원 공급이 불필요한 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치 및 이의 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치 및 이의 방법은 배관을 통해 지역난방수를 공급받는 열공급 배관, 상기 열공급 배관으로부터 지역난방수를 공급받아 급탕열원으로 사용하도록 열교환을 수행하는 급탕공급열교환기, 상기 급탕공급열교환기와 열교환을 수행하여 사용자에게 공급하도록 구비된 보급수 배관, 상기 지역난방수를 공급받아 열교환을 수행하여 축열하거나 보급수와 열교환을 수행하여 방열하도록 구비된 열에너지저장부 및 상기 급탕공급열교환기 및 상기 열에너지저장부와 열교환이 수행된 지역난방수를 회수하여 배출하는 열회수 배관을 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 열에너지저장부는 상기 지역난방수를 공급받아 열교환을 수행하여 축열하도록 상변화물질로구성된 PCM축열장치 및 상기 PCM 축열장치와 열교환을 수행하여 상기 PCM 축열장치를 통해 저장된 열이 상기 보급수와 열교환이 수행되어 방열하도록 구비된 판형열교환기를 포함하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 PCM축열장치는 급탕부하가 낮은 시기에 지역난방수와 열교환을 수행하여 열을 저장하고, 상기 판형열교환기는 급탕부하가 소정의 기준보다 높은 시기에 보급수와 열교환을 수행하여 방열하도록 구비된 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 PCM축열장치는 지역난방수를 통해 축열된 온도가 소정의 온도보다 높으면 축열을 완료하고, 지역난방수를 통해 축열된 온도가 소정의 온도보다 낮으면 비례제어밸브를 통해 소정의 온도까지 도달되도록 축열을 지속적으로 수행하는 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 판형열교환기는 배출되는 보급수의 온도가 소정의 온도보다 낮으면 순환펌프를 통해 상기 PCM축열장치와의 열교환을 지속적으로 수행하여 보급수를 소정의 온도까지 도달시키는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 급탕공급열교환기는 사용자측에 공급될 급탕을 재열시키도록 급탕재열열교환기 및 상기 급탕재열열교환기에 공급될 물을 예열시키도록 구비된 급탕예열열교환기를 포함하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 급탕재열열교환기는 제 1 열에너지저장부와 열교환을 수행하여 급탕부하에 따라 축열 및 방열하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 급탕예열열교환기는 제 2 열에너지저장부와 열교환을 수행하여 급탕부하에 따라 축열 및 방열하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 열에너지저장부는 급탕부하가 낮거나 지역난방수의 공급량이 만족될 경우 축열을 수행하고, 급탕부하가 높거나 지역난방수의 공급이 불만족될 경우 방열을 수행하는 것도 가능하다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 지역난방 부하 제어방법은 열공급 배관을 통해 지역난방수를 공급하는 단계, 상기 공급된 지역난방수의 공급상태에 따라 자동모드 또는 수동모드로 공급방법을 선택하는 단계, 상기 자동모드에서 PCM축열장치는 지역난방수와 열교환을 수행하여 축열하고, 판형열교환기는 상기 PCM축열장치로부터 축열된 열을 보급수와 열교환을 수행하여 방열하는 단계, 상기 수동모드에서 지역난방수의 공급이 불만족될 경우 판형열교환기는 보급수와 열교환을 수행하여 방열하는 단계 및 상기 축열된 지역난방수 또는 방열된 보급수가 소정의 온도에 도달되면 PCM축열장치의 축열 또는 판형열교환기의 방열을 종료하는 단계를 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 자동모드에서 열교환을 수행하는 단계는, 급탕부하가 낮거나 지역난방수의 공급량이 만족될 경우 PCM축열장치에서지역난방수와 열교환을 통해 축열을 수행하는 단계를 더 포함하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 자동모드에서 열교환을 수행하는 단계는, 급탕부하가 높거나 지역난방수의 공급이 불만족될 경우 판형열교환기에서 보급수와 열교환을 통해 방열을 수행하는 단계를 더 포함하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치는 공동주택의 지역난방의 시스템을 제어하도록 지역난방 부하 제어장치가 구비된 공동주택의 지역난방 제어시스템에 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치 및 이의 방법은 열에너지저장부를 통해 축열 또는 방열을 수행함으로써, 피크부하 저감 및 비상열원 공급을 통한 수용가측 이용 효율 및 안전성을 향상시키고, 수용가 측 온도 및 열량 불균일성을 해소하며, 수용가 부하 증가에 따른 추가 배관 및 열원 공급이 불필요한 효과가 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치를 간략하게 도시한 간략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치의 계통도이다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치의 간략도이다.
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치의 간략도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지역난방 부하 제어방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예를 공동주택 급탕시설에 실제로 적용한 실험 결과를 도시한 그래프이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치를 간략하게 도시한 간략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치의 계통도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치(100)는 배관을 통해 지역난방수를 공급받는 열공급 배관(110), 상기 열공급 배관(110)으로부터 지역난방수를 공급받아 급탕열원으로 사용하도록 열교환을 수행하는 급탕공급열교환기(120), 상기 급탕공급열교환기(120)와 열교환을 수행하여 사용자(C)에게 공급하도록 구비된 보급수 배관(130), 상기 지역난방수를 공급받아 열교환을 수행하여 축열하거나 보급수와 열교환을 수행하여 방열하도록 구비된 열에너지저장부(140) 및 상기 급탕공급열교환기(120) 및 상기 열에너지저장부(140)와 열교환이 수행된 지역난방수를 회수하여 배출하는 열회수 배관(150)을 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 배관을 통해 지역난방수를 공급받는 열공급 배관(110)을 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 열공급 배관(110)은 내부에 난방수가 유동되고, 난방수공급처로부터 고온의 난방수가 배관을 통해 공급된다.

또한, 열공급 배관(110)으로부터 지역난방수를 공급받아 급탕열원으로 사용하도록 열교환을 수행하는 급탕공급열교환기(120)를 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 급탕공급열교환기(120)는 상기 열공급 배관(110)과 열교환을 수행하도록 구비되고, 상기 열공급 배관(110)의 고온의 지역난방수를 통해 상기 급탕공급열교환기(120)가 열을 전달받는다.

또한, 급탕공급열교환기(120)와 열교환을 수행하여 사용자에게 공급하도록 구비된 보급수 배관(130)을 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 보급수 배관(130)은 사용자에게 온수를 공급하도록 상기 급탕공급열교환기(120)와 열교환을 수행한다.

즉, 상기 급탕공급열교환기(120)는 상기 열공급 배관(110)과 열교환을 수행하고, 상기 열공급 배관(110)을 통한 열을 상기 보급수 배관(130)에 전달하도록 열교환을 수행함으로써 사용자에게 온수를 공급하게 된다.

이때, 상기 급탕공급열교환기(120)와 열교환된 온수는 사용자공급 배관(160)를 통해 사용자에게 공급된다.

또한, 지역난방수를 공급받아 열교환을 수행하여 축열하거나 보급수와 열교환을 수행하여 방열하도록 구비된 열에너지저장부(140)를 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 열에너지저장부(140)는 상기 지역난방수를 공급받아 열교환을 수행하여 상기 지역난방수의 열을 저장하거나, 상기 보급수와 열교환을 수행하여 상기 지역난방수를 통해 저장된 열을 방열하여 상기 보급수의 온도를 상승시킨다.

따라서, 상기 열에너지저장부(140)는 상기 급탕공급열교환기(120)의 급탕부하에 따라 축열하거나 방열함으로써, 사용자에게 안정적으로 온수를 공급할 수 있고, 상기 급탕공급열교환기(120)의 과부하를 방지할 수 있다.

또한, 급탕공급열교환기(120) 및 상기 열에너지저장부(140)와 열교환이 수행된 지역난방수를 회수하여 배출하는 열회수 배관(150)을 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 열회수 배관(150)은 상기 급탕공급열교환기(120) 및 상기 열에너지저장부(140)와 열교환이 수행된 지역난방수가 난방수공급처로 배출된다.

또한, 열에너지저장부(140)는 상기 지역난방수를 공급받아 열교환을 수행하여 축열하도록 상변화물질로 구성된 PCM축열장치(141) 및 상기 PCM 축열장치와 열교환을 수행하여 상기 PCM 축열장치를 통해 저장된 열이 상기 보급수와 열교환이 수행되어 방열하도록 구비된 판형열교환기(142)를 포함할 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 열에너지저장부(140)는 PCM축열장치(141) 및 판형열교환기(142)로 구성되고, 상기 PCM축열장치(141)는 상변화물질로 구성되어 외부로부터 열을 전달받아 열을 저장하게 된다.

따라서, 상기 PCM축열장치(141)에 저장된 열은 상기 판형열교환기(142)와 열교환을 수행하여 상기 판형열교환기(142)와 열교환되는 보급수에 열을 전달하게 된다.

결과적으로, 급탕공급열교환기(120)의 급탕부하가 낮을 때 PCM축열장치(141)는 지역난방수와 열교환을 수행하여 축열되고, 급탕공급열교환기(120)의 급탕부하가 높을 때 판형열교환기(142)를 통해 방열하여 고온의 지역난방수의 열이 상기 보급수로 전달되며 상기 보급수가 상기 급탕공급열교환기(120)로 공급되어 상기 급탕공급열교환기(120)의 급탕부하를 낮출 수 있다.

또한, PCM축열장치(141)는 급탕부하가 낮은 시기에 지역난방수와 열교환을 수행하여 열을 저장하고, 상기 판형열교환기(142)는 급탕부하가 소정의 기준보다 높은 시기에 보급수와 열교환을 수행하여 방열하도록 구비될 수 있다.

보다 상세하게는, 지역난방의 시간대에 따라 급탕공급열교환기(120)의 급탕부하의 강도가 변화되고, 급탕부하가 낮은 시기에 PCM축열장치(141)를 통해 축열하며, 급탕부하가 소정의 기준보다 높은 시기에 판형열교환기(142)를 통해 방열하게 된다.

즉, 지역난방은 사용자가 증가되는 아침 또는 저녁시간대에는 급탕부하가 높아지고, 새벽시간대에는 급탕부하가 낮아진다. 따라서, 급탕부하가 낮아지는 새벽시간대에 고온의 지역난방수가 상기 PCM축열장치(141)와 열교환을 수행하여 열을 저장하고, 급탕부하가 낮아지는 아침 또는 저녁시간대에 보급수가 상기 판형열교환기(142)와 열교환을 수행하여 보급수의 온도를 상승시켜 사용자에게 공급함으로써, 상기 급탕공급열교환기(120)의 급탕부하를 감소시킬 수 있다.

또한, PCM축열장치(141)는 지역난방수를 통해 축열된 온도가 소정의 온도보다 높으면 축열을 완료하고, 지역난방수를 통해 축열된 온도가 소정의 온도보다 낮으면 비례제어밸브를 통해 소정의 온도까지 도달되도록 축열을 지속적으로 수행할 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 PCM축열장치(141)는 소정의 온도가 설정되고, 지역난방수와 열교환을 수행하여 축열된 온도가 소정의 온도보다 높으면 축열을 완료하며, 소정의 온도보다 낮으면 비례제어밸브를 통해 소정의 온도까지 도달되도록 축열을 수행할 수 있다.

이때, 상기 소정의 온도는 70℃ 내지 90℃로 설정될 수 있고, 바람직하게는 대략 80℃로 설정되는 것이다.

따라서, 상기 설정된 소정의 온도를 기준으로 PCM축열장치(141)는 축열을 수행하고, 비례제어밸브를 통해 온도를 감지하여 밸브를 개폐하므로 자동으로 축열을 수행할 수 있다.

또한, 상기 판형열교환기(142)는 배출되는 보급수의 온도가 소정의 온도보다 낮으면 순환펌프를 통해 상기 PCM축열장치(141)와의 열교환을 지속적으로 수행하여 보급수를 소정의 온도까지 도달시킬 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 판형열교환기(142)는 상기 PCM축열장치(141)와 열교환을 수행하고, 이와 동시에 보급수와 열교환을 수행한다. 따라서, 상기 PCM축열장치(141)에 저장된 열이 보급수로 전달되어 상기 보급수를 가열시키게 된다.

따라서, 상기 보급수는 급탕공급열교환기(120)의 급탕부하가 높을 때, 공급되어 상기 급탕공급열교환기(120)의 급탕부하를 감소시킬 수 있다.

이때, 상기 소정의 온도는 25℃ 내지 45℃로 설정될 수 있고, 바람직하게는 대략 35℃로 설정되는 것이다.

도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치의 간략도이다.

도 3을 참조하면, 급탕공급열교환기(220)는 사용자측에 공급될 급탕을 재열시키도록 급탕재열열교환기(221) 및 상기 급탕재열열교환기(221)에 공급될 물을 예열시키도록 구비된 급탕예열열교환기(222)를 포함할 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 급탕공급열교환기(220)는 급탕재열열교환기(221) 및 급탕예열열교환기(222)로 구성되고, 상기 급탕재열열교환기(221)는 사용자측에 공급될 급탕을 재열시켜 공급하고, 상기 급탕예열열교환기(222)는 상기 급탕재열열교환기(221)에 공급될 물을 예열시켜 공급함으로써, 상기 급탕재열열교환기(221)의 급탕부하를 감소시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치의 간략도이다.

또한, 급탕재열열교환기(321)는 제 1 열에너지저장부(341)와 열교환을 수행하여 급탕부하에 따라 축열 및 방열할 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 급탕재열열교환기(321)는 상기 제 1 열에너지저장부(341)와 열교환을 수행하도록 상기 제 1 열에너지저장부(341)는 제 1 PCM축열장치 및 제 1 판형열교환기로 구성되고, 상기 제 1 PCM축열장치는 지역난방수에 의해 축열을 수행하며, 상기 제 1 판형열교환기는 보급수와 열교환을 수행하고, 상기 보급수가 상기 급탕재열열교환기(321)와 열교환을 수행하여 상기 급탕재열열교환기(321)의 급탕부하를 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 급탕예열열교환기(322)는 제 2 열에너지저장부(342)와 열교환을 수행하여 급탕부하에 따라 축열 및 방열할 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 급탕예열열교환기(322)는 상기 제 2 열에너지저장부(342)와 열교환을 수행하도록 상기 제 2 열에너지저장부(342)는 제 2 PCM축열장치 및 제 2 판형열교환기로 구성되고, 상기 제 2 PCM축열장치는 지역난방수에 의해 축열을 수행하며, 상기 제 2 판형열교환기는 보급수와 열교환을 수행하고, 상기 보급수가 상기 급탕예열열교환기(322)와 열교환을 수행하여 상기 급탕예열열교환기(322)의 급탕부하를 감소시킬 수 있다.

또한, 열에너지저장부(340)는 급탕부하가 낮거나 지역난방수의 공급량이 만족될 경우 축열을 수행하고, 급탕부하가 높거나 지역난방수의 공급이 불만족될 경우 방열을 수행할 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 열에너지저장부(340)는 급탕공급열교환기(320)의 급탕부하에 따라 축열 또는 방열을 수행하고, 급탕부하가 낮거나 지역난방수의 공급량이 만족될 경우 PCM축열장치를 통해 축열을 수행하며, 급탕부하가 높거나 지역난방수의 공급이 불만족될 경우 판형열교환기를 통해 방열을 수행할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지역난방 부하 제어방법의 흐름도이다.

도 1 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 지역난방 부하 제어방법은 열공급 배관(110)을 통해 지역난방수를 공급하는 단계(S410), 상기 공급된 지역난방수의 공급상태에 따라 자동모드 또는 수동모드로 공급방법을 선택하는 단계(S420), 상기 자동모드에서 PCM축열장치(141)는 지역난방수와 열교환을 수행하여 축열하고, 판형열교환기(142)는 상기 PCM축열장치(141)로부터 축열된 열을 보급수와 열교환을 수행하여 방열하는 단계(S430), 상기 수동모드에서 지역난방수의 공급이 불만족될 경우 판형열교환기(142)는 보급수와 열교환을 수행하여 방열하는 단계(S450) 및 상기 축열된 지역난방수 또는 방열된 보급수가 소정의 온도에 도달되면 PCM축열장치(141)의 축열 또는 판형열교환기(142)의 방열을 종료하는 단계(S470)를 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 열공급 배관(110)을 통해 지역난방수를 공급하는 단계(S410)를 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 열공급 배관(110)은 내부에 난방수가 유동되고, 난방수공급처로부터 고온의 난방수가 배관을 통해 공급되도록 열공급 배관(110)을 통해 지역난방수를 공급한다.

또한, 공급된 지역난방수의 공급상태에 따라 자동모드 또는 수동모드로 공급방법을 선택하는 단계(S420)를 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 지역난방수의 공급상태에 따라 공급되는 지역난방수의 공급방법을 자동모드 또는 수동모드로 선택할 수 있다.

즉, 상기 지역난방수가 원활히 공급되는 경우 자동모드로 지역난방수를 공급하고, 상기 지역난방수가 원활히 공급되지 않는 경우 수동모드로 조작하여 지역난방수가 원활히 공급되도록 할 수 있다.

또한, 자동모드에서 PCM축열장치(141)는 지역난방수와 열교환을 수행하여 축열하고, 판형열교환기(142)는 상기 PCM축열장치(141)로부터 축열된 열을 보급수와 열교환을 수행하여 방열하는 단계(S430)를 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 PCM 축열장치(141)는 급탕공급열교환기(120)의 급탕부하가 낮을 때 지역난방수와 열교환을 수행하여 축열하고, 급탕공급열교환기(120)의 급탕부하가 높을 때 상기 PCM축열장치(141)로부터 축열된 열을 상기 판형열교환기(142)에서 보급수와 열교환을 수행하여 방열한다.

이때, PCM 축열장치(141)를 통해 열교환을 수행하도록 AV1밸브(도 2)는 개방되고, AV2 밸브(도 2)는 폐쇄되어 축열을 수행하고, 판형열교환기(142)를 통해 열교환을 수행하도록 AV2 밸브는 개방되고, AV1 밸브는 폐쇄되어 방열이 수행된다.

또한, 수동모드에서 지역난방수의 공급이 불만족될 경우 판형열교환기(142)는 보급수와 열교환을 수행하여 방열하는 단계(S450)를 포함한다.

보다 상세하게는, 지역난방수의 공급이 불만족될 경우 수동으로 판형열교환기(142)가 보급수와 열교환을 수행하여 방열하도록 함으로써, 가열된 보급수를 공급하여 급탕공급열교환기(120)의 급탕부하를 감소시키게 된다.

또한, 축열된 지역난방수 또는 방열된 보급수가 소정의 온도에 도달되면 PCM축열장치(141)의 축열 또는 판형열교환기(142)의 방열을 종료하는 단계(S470)를 포함한다.

또한, 자동모드에서 열교환을 수행하는 단계(S430)는 급탕부하가 낮거나 지역난방수의 공급량이 만족될 경우 PCM축열장치(141)를 통해 축열을 수행(S440)하고, 급탕부하가 높거나 지역난방수의 공급이 불만족될 경우 판형열교환기(142)를 통해 방열을 수행하는 단계(S460)를 더 포함할 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 PCM축열장치(141)는 급탕부하가 낮거나 지역난방수의 공급량이 만족될 경우 지역난방수와 열교환을 수행하여 축열을 수행하고, 급탕부하가 높거나 지역난방수의 공급이 불만족될 경우 보급수와 열교환을 통해 방열을 수행함으로써, 보급수를 가열하고, 가열된 보급수를 사용자에게 공급하여 급탕공급열교환기(120)의 급탕부하를 감소시킬 수 있다.

또한, 축열된 지역난방수 또는 방열된 보급수가 소정의 온도에 도달되면 PCM축열장치(141)의 축열 또는 판형열교환기(142)의 방열을 종료하는 단계(S470)를 포함할 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 지역난방수에 의해 축열된 PCM축열장치(141)와 판형열교환기(142)의 방열에 의해 방열된 보급수가 소정의 온도에 도달되면 PCM축열장치(141)의 축열 또는 판형열교환기(142)의 방열을 종료할 수 있다.

또한, 열에너지저장부를 이용한 지역난방 급탕부하 제어 장치는 공동주택의 지역난방의 시스템을 제어하도록 구비된 것을 특징으로 하는 지역난방 부하 제어장치가 구비된 공동주택의 지역난방 제어시스템일 수 있다.

즉, 도 6은 본 발명의 일실시예를 공동주택 급탕시설에 실제로 적용한 실험 결과를 도시한 그래프이다.

상기의 실험은, 2019년 3월 중순~4월 중순 실증 적용 시험결과를 정리한 결과이며, 열에저지 저장 시스템을 사용한 날(w/ TES)과 사용하지 않은 날(w/o TES)의 평균 사용 열량(Mcal/h)을 선 그래프로 표기하였으며, 시간별 최대, 최소 사용 열량(Mcal/h)를 막대 그래프로 함께 표기하였다.

도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 열에너지 저장은 급탕 사용량이 적은 낮 시간대(약 10시~17시)에 지역난방에 공급되는 열을 저장하였다가, 급탕 사용량이 큰 밤 시간대(약 17시~23시)에 방출하여 피크부하를 낮추고 전체 사용 열량을 균일화하는 결과를 나타내었다.

본 발명에 따른 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치를 적용한 결과, 밤 시간대의 피크부하 약 62 Mcal/h을 약 51 Mcal/h 로(감소율 약 17.7 %) 감소시키는 결과를 얻었다. 이는 열에너지 저장장치의 축열량과 방열량에 따라 다양하게 달라질 수 있는 값으로서, 구체적인 본 발명의 적용 장소에 따라 피크부하량에 따른 시간별 패턴 분석을 분석함으로써, 각 장소에 최적화 된 조건이 도출될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100, 200, 300: 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치
110, 210, 310: 열공급 배관
120, 220, 320: 급탕공급열교환기
221, 321: 급탕재열열교환기
222, 322: 급탕예열열교환기
130, 230, 330: 보급수 배관
140, 240, 340: 열에너지저장부
341: 제 1 열에너지저장부
342: 제 2 열에너지저장부
141, 241: PCM축열장치
142, 242: 판형열교환기
150, 250, 350: 열회수 배관
160, 260, 360: 사용자공급 배관

Claims (13)

1. 배관을 통해 지역난방수를 공급받는 열공급 배관;
   상기 열공급 배관으로부터 지역난방수를 공급받아 급탕열원으로 사용하도록 열교환을 수행하는 급탕공급열교환기;
   상기 급탕공급열교환기와 열교환을 수행하여 사용자에게 공급하도록 구비된 보급수 배관;
   상기 지역난방수를 공급받아 열교환을 수행하여 축열하거나 보급수와 열교환을 수행하여 방열하도록 구비된 열에너지저장부; 및
   상기 급탕공급열교환기 및 상기 열에너지저장부와 열교환이 수행된 지역난방수를 회수하여 배출하는 열회수 배관;
   을 포함하는 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열에너지저장부는,
   상기 지역난방수를 공급받아 열교환을 수행하여 축열하도록 상변화물질로구성된 PCM축열장치; 및
   상기 PCM 축열장치와 열교환을 수행하여 상기 PCM 축열장치를 통해 저장된 열이 상기 보급수와 열교환이 수행되어 방열하도록 구비된 판형열교환기;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 PCM축열장치는 급탕부하가 낮은 시기에 지역난방수와 열교환을 수행하여 열을 저장하고, 상기 판형열교환기는 급탕부하가 소정의 기준보다 높은 시기에 보급수와 열교환을 수행하여 방열하도록 구비된 것을 특징으로 하는 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 PCM축열장치는 지역난방수를 통해 축열된 온도가 소정의 온도보다 높으면 축열을 완료하고, 지역난방수를 통해 축열된 온도가 소정의 온도보다 낮으면 비례제어밸브를 통해 소정의 온도까지 도달되도록 축열을 지속적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치.
   
5. 제 3 항에 있어서, 상기 판형열교환기는 배출되는 보급수의 온도가 소정의 온도보다 낮으면 순환펌프를 통해 상기 PCM축열장치와의 열교환을 지속적으로 수행하여 보급수를 소정의 온도까지 도달시키는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치.
   
6. 제 1 항에 있어서, 상기 급탕공급열교환기는,
   사용자측에 공급될 급탕을 재열시키도록 급탕재열열교환기; 및
   상기 급탕재열열교환기에 공급될 물을 예열시키도록 구비된 급탕예열열교환기;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치.
   
7. 제 6 항에 있어서, 상기 급탕재열열교환기는 제 1 열에너지저장부와 열교환을 수행하여 급탕부하에 따라 축열 및 방열하는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치.
   
8. 제 6 항에 있어서, 상기 급탕예열열교환기는 제 2 열에너지저장부와 열교환을 수행하여 급탕부하에 따라 축열 및 방열하는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치.
   
9. 제 1 항에 있어서, 상기 열에너지저장부는 급탕부하가 낮거나 지역난방수의 공급량이 만족될 경우 축열을 수행하고, 급탕부하가 높거나 지역난방수의 공급이 불만족될 경우 방열을 수행하는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치.
   
10. 제 1 항에 따른, 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치 가 적용된 지역난방 부하 제어방법에 있어서,
    열공급 배관을 통해 지역난방수를 공급하는 단계;
    상기 공급된 지역난방수의 공급상태에 따라 자동모드 또는 수동모드로 공급방법을 선택하는 단계;
    상기 자동모드에서 PCM축열장치는 지역난방수와 열교환을 수행하여 축열하고, 판형열교환기는 상기 PCM축열장치로부터 축열된 열을 보급수와 열교환을 수행하여 방열하는 단계;
    상기 수동모드에서 지역난방수의 공급이 불만족될 경우 판형열교환기는 보급수와 열교환을 수행하여 방열하는 단계; 및
    상기 축열된 지역난방수 또는 방열된 보급수가 소정의 온도에 도달되면 PCM축열장치의 축열 또는 판형열교환기의 방열을 종료하는 단계;
    을 포함하는 지역난방 부하 제어방법.
    
11. 제 10 항에 있어서, 상기 자동모드에서 열교환을 수행하는 단계는,
    급탕부하가 낮거나 지역난방수의 공급량이 만족될 경우 PCM축열장치에서지역난방수와 열교환을 통해 축열을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지역난방 부하 제어방법.
    
12. 제 10 항에 있어서, 상기 자동모드에서 열교환을 수행하는 단계는,
    급탕부하가 높거나 지역난방수의 공급이 불만족될 경우 판형열교환기에서 보급수와 열교환을 통해 방열을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지역난방 부하 제어방법.
    
13. 제 1 항에 따른 열에너지 저장 시스템을 이용한 지역난방 부하 제어장치 가 공동주택의 지역 난방 시스템을 제어하도록 구비된 것을 특징으로 하는 지역난방 부하 제어장치가 구비된 공동주택의 지역난방 제어 시스템.
    

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