KR20210040890A - 저온 폐열을 회수하여 스팀을 생산할 수 있는 흡수식 히트 펌프시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡수식냉동기의 원리를 이용한 흡수식냉동기의 원리를 이용하여 공정이나 발전소에서 버려지는 열을 회수하여 사용항수 있는 에너지 즉 스팀으로 변환하는 흡수식스팀히트펌프(14)에 관한 것이다. 우선 공정이나 발전소에서 버려지는 폐열을(7) 회수하여 재생기(1)와 증발기(4)로 회수하고 흡수기(3)에서 온도가 상승하여 만들어지는 고온의 열수는 외부 Flash Tank(5)로 열수환수배관(16)을 통하여 Flash Tank로 공급된다. Flash Tank(5)로 환수된 열수는 대기압하에서 증발하여
스팀으로 만들어지고 스팀배관(12)을 통하여 공정에서 사용할수 있는 고온고압의 스팀을 생산하게 된다. Flasf Tank(5)에서 생산된 스팀량 만큼 외부에서 급수펌프(9)를 통해서 급수를 한다. 본 시스템은 기존의 흡수식히트펌프와 다른점은 외부의 저오늬 열을 재생이(1)와 증발기(4)로 공급하여 열을 회수하는 구성이며 흡수기(3)에서는 와부 Flash tank(5)에서 공급되는 급수의 온도를 상승하는 시스템으로

Description

저온 폐열을 회수하여 스팀을 생산할 수 있는 흡수식 히트 펌프시스템{Absorption Heat Pump System that can produce steam by recovering low-temperature waste heat}

본 발명은 공장의 공정과 발전소, 연료전지발전소 등 다양한 분야에서 발생하는 미이용배열을 회수하여 사용할 수 있는 유용한 에너지를 생산할 수 있는 기술로서 본 발명의 흡수식 히트펌프시스템을 이용하여 고온고압의 스팀을 생산하는 것이 특징인 흡수식히트펌프사이클과 고온의 물을 스팀으로 변환하는 Flash Tank가 결합한 흡수식스팀히트펌프에 관한 것이다.

물을 진공에서 증발을 시키면 낮은 온도에서도 물이 증발하는데 이런 현상을 이용 즉, 증발 잠열을 이용하여 냉방을 하는 방식이 흡수식냉동기다. 흡수식히트펌프는 내부에도 1과 같은 구조로 되어 있다. 흡수식 히트펌프의 구성요소별 역할과 구동원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.

증발기 : 공정 등에서 버려지는 배열을 회수하는 역할을 하고 내부에 채워져 있는 물이 열을 흡수하고 증발하여 흡수기로 이동된다.

흡수기 : 흡수기에는 진한 LiBr 용액이 채워져 있고 증발기에서 열을 흡수한 증발된 물을 흡수액이 흡구를 한다

재생기 : 재생기는 흡수기에서 흡수액이 물을 흡수하여 농도가 묽어진 용액을 외부의 열원을 이용하여 물을 증발기의 진한 용액으로 재생하는 역할을 하는 곳으로서 이때 사용하는 열원은 외부에서 공급하는 열원을 활용한다. 재생으로 진하데 된 용액은 다시 흡수기로 배관을 통해서 돌려보내게 된다

응축기 : 응축기는 재생기에서 증발한 수증기를 외부로부터 공급된 냉각수를 이용하여 물로 응축하는 역할로 이때 물에 포함된 열을 외부로 내보내게 된다. 그리고 응축된 물은 다시 증발기로 배관을 통해서 보내게 된다

이러한 흡수식 히트펌프를 이용한 관련 선행 특허로는 국내 특허등록공보 제10-1591828호(저온 해수를 이용하는 전기식 히트펌프와 흡수식 히트펌프가 결합된 하이브리드 히트펌프)이 출원되어 있다.

상기 히트펌프는 전기식에서 일차로 저온의 해수를 온도를 올리고 증발기로 열을 회수하고 재생기에서 외부의 스팀을 이용하여 추가로 열을 올리는 방식으로 적용하고 있다. 이러한 시스템은 온수온도를 100℃ 까지만 올리는데 한계가 있고 외부에서 추가적인 열이 필요한 방식으로 스팀을 생산하는 데는 한계가 있다. 즉 저온의 배열을 히트펌프로 생산하더라도 공정에서 필요로 하는 스팀을 생산하는 데는 한계가 있었다.

본 발명은 공정이나 발전소, 연료전지발전소에서 발생하는 150℃ 이하의 온수 열원을 흡수식 히트펌프를 이용하여 산업공정에서 필요로 하는 고온고압의 스팀을 생산하는 데 목적이 있다. 또한, 본 발명은 스팀을 생산하는데 외부의 추가적인 열원이 없이 회수되는 열원만으로 고온고압의 양질의 에너지원인 스팀을 생산하는 시템이다.

본 발명은 흡수식 히트펌프(14)와 플래쉬탱크(5)을 이용하여 고온고압의 스팀을 생산하는 흡수식히트펌프로서,

상기 흡수식 히트펌프는 증발기(4)와 재생기(1)에 외부로부터 폐열 원을 도입 공급하고 열을 회수하고 증발기(4)에서 물이 증발하여 흡수기(3)로 열을 흡수한 증발된 증기가 이동한다. 흡수기(3)에서는 증발기에서 들어온 수분을 흡수액이 물을 흡수하여 열을 회수하고 외부 Flash Tank(5)에서 공급된 열 수의 온도를 상승시키는 역할을 한다. 흡수기(3)에서 상승한 열 수는 열수환수배관(16)을 통해서 Flash Tank로 유입된다. 재생기(1)는 흡수기(3)에서 물을 흡수하여 묽어진 용액을 외부에서 폐 열원공급배관(7)을 통해서 공급된 외부열원으로 재생을 한다. 응축기(2)는 재생기에서 증발하여 넘어온 수증기를 외부에서 냉각탑(6)에서 냉각된 물을 공급하여 냉각하여 물로 응축한다. 응축기(2)에서 응축된 물은 배관을 통해서 증발기(4) 유입된다.

본 발명은 외부열원(7)을 재생기(1)와 증발기(4)로 회수하는 방법과 Flash Tank (5)에서 공급되어 흡수기(3)로 유입되어 온수에서 고온의 열수로 온도를 증가하는

하는 기술이다. 또한, 흡수기(3)에서 고온으로 상승한 열 수가 영수환수배관(16)을

통해서 Flash tank로 유입된 후에 대기압하에서 스팀으로 생산되어 스팀배관(12)을 통해서 스팀을 생산하는 기술이다. 본 시스템은 전기히트펌프나 온수흡수식히트펌프처럼 추가적인 에너지원을 투입하지 않고 버려지는 외부의 열원만으로 고부가가치인 스팀을 생산하는 시스템이다.

본 발명은 산업공정이나 최근에 신 재생에너지원으로 연료전지발전소에서 발생하는 온수를 회수하여 고온 고압의 스팀을 생산하여 산업체에 유용하게 사용할 수 있는 스팀을 생산하는 시스템으로 추가적인 에너지투입이 없이 고부가가치의 스팀에너지를 생산할수 있는 시스템으로 탁월한 에너지절감 및 활용할수 있는 효과가 있다

도 1은 흡수식 히트 펌프의 일반적인 원리를 보여주는 그림이며,
도 2는 본 발명의 흡수식 히트펌프의 개략적인 개념도 이다

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특정들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들로 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 스팀을 생산하는 흡수식 히트펌프 개략적인 개념도 이며 도2는 흡수식스팀히트펌프의 내부구성도를 보여주는 개념도이다.

도면을 참조하여 본 발명을 살펴보면, 본 발명에 따른 흡수식 히트펌프는 흡수식 히트 펌프 본체와(14) 플래쉬탱크(5)를 포함한다.

본 시스템에 대해 차례대로 작동원리를 아래와 같이 설명하고자 한다.

먼저, 외부에서 발생한 약 115℃ 폐열 원을 폐열공급펌프(11)를 가동하여 흡수식 히트 펌프 내부의 재생기(1)와 증발기에(4) 공급한다. 여기서 폐열 원(7)이라는 것은 다양한 종류가 있으며 공정에서 냉각과정에서 발생하는 냉각 열, 냉동기에서 발생하는 열교환기 냉각 열, 공기압축기에서 발생하는 압축열, 연료전지의 스택 등에서 발생하는 반응열 등이 있다. 이러한 열을 증발기(4)에서는 외부 열을 증발기에 있는 물이 열을 열교환기를 통하여 흡수한다. 그리고 공급된 폐열 원은 105℃로 낮아져서 외부로 배출된다. 증발기(4)에서 온도가 올라간 물은 증발하여 흡수기(3) 측으로 이동하고 흡수액에 흡수되어 흡수기(3)의 흡수액은 묽은 용액으로 된다.

또한, 재생기(4) 공급된 외부 열(11)은 흡수기(3)에서 올라온 흡수액과 물이 혼합된 묽은 희용액을 가열하는 열원으로 사용하게 된다. 재생기(3)에서 외부열원에 의해서 가열되고 물은 증발하고 남은 진한 흡수용액은 내부배관을 통하여 흡수기(3) 보내어진다.

그리고 재생기(1)에서 증발한 증기(물성 분)는 응축기(2)로 이동하고 외부냉각탑 (6)에서 공급되는 30℃ 냉각수와 열 교환을 하여 물로 응축이된다. 응축된 물은

증발기(4)로 보내어 진다.

상기와 같이 흡수식냉동사이클이 연속적으로 진행이 되는 과정에서 두 가지의 중요한 요소로 인하여 발생하는 폐열원을 고온고압의 스팀(12)으로 발생하게 된다.

첫 번째로는, 폐열 즉 115℃의 외부열원이 재생기(1)와 증발기(4)로 공급회수되는 것이며 회수된 열원은 105℃ 온도가 낮아져서 폐 열원회수 측으로 보내어지면서 지속적으로 폐열이 공급 회수가 된다.

두 번째로는, 스팀을 발생할 수 있도록 온도를 올리는 부분으로 흡수기(3)에서는 흡수용액과 물이 흡수하는 과정에서 발열반응으로 인해 온도가 상승하게된다.

세 번째로, Flash Tank(5)에 150℃의 열 수가 열수순환펌프(8)를 통하여 흡수기로 공급되면 흡수기(3)에서 발열반응으로 생성된 열을 흡수하여 156℃ 상승하고 다시 플래쉬탱크(5)로 환수된다.

다섯 번째로, Flash Tank(5)로 환수된 고온의 열 수는 대기압에서 증발하게 되는데 증발된 스팀은 스팀배관(10)을 통해서 사용처로 보내어지게 된다.

여섯 번째로, Flash Tank(5)에서 발생하는 스팀량 만큼의 급수를 급수펌프(9)를 통해서 공급해주게 된다.

상기와 같은 과정으로 생산되는 고온고압의 고품질의 스팀은 다양한 분야의 공정에 사용함으로써 에너지절감과 온실가스 줄이기에 큰 역활을 한다. 특히 흡수식스팀 히트펌프는 별도의 에너지의 추가적인 공급이 없이 자체열원만으로도 양질의 에너지를 생산할수가 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시한 예들을 설명하였으나 본 발명은 상기 실시한 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시한 예들은 모든 면세서 예시적인 것이며 한정적이 아님 것으로 이해해야만 한다.

최근에 신 재생에너지의 활발한 사업으로 인하여 연료전지발전소가 많이 건설되고 있다. 국내 제조사의 연료전지시스템에서 생산되는 배열온도가 저온의 온수로 생산되어 본 발명의 시스템을 적용하면 고온고압의 스팀을 생산할 수 있는 아주 획기적인 시스템이다. 향후 연료전지발전소 이외에도 공정에서 발생하는 폐열 원을 회수하여 양질의 스팀을 생산할수 있어 다양한 분야에 활용이 가능하다.

Claims (2)

1. 흡수식 히트펌프(14)와 Flash Tank(5)로 시스템으로 구성
   상기 흡수식 히트펌프(14)는,
   버려지는 폐열을 폐열공급펌프(11)로 재생기(1)와 증발기(4)에 공급하여 열을 회수하는 시스템을 포함하고,
   상기 흡수기(3)는,
   Flash Tank(5)에서 공급된 열 수의 온도를 상승시키는 작용을 하도록 시스템을 구성을 포함하고,
   상기 Flash Tank(5)는,
   흡수기(3)에서 온도가 상승하여 환수된 열 수가 스팀으로 증발하여 지속적으로 스팀을 만들어주는 역할을 하는 시스템으로 발생하는 스팀량과 흡수기(3)로 공급되는 열수를 조절하는 장치로 구성,
2. 제1항에 있어서,
   흡수식 히트펌프(14)의 응축기(2)에서 발생하는 열을 밖으로 배출하는 장치인 냉각탑을 더 구비한 것을 특징으로하는,
   흡수식 히트펌프와 Flash Tank(5)가 결합한 흡수식스팀 히트펌프,
   

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