KR20210126100A

KR20210126100A - 에너지 변환 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20210126100A
Application number: KR1020217029416A
Authority: KR
Inventors: 청강 쑨
Original assignee: 청강 쑨
Priority date: 2019-02-13
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2021-10-19
Also published as: EP3926257A4; CA3133850A1; CN109798159A; WO2020164255A1; US20220341635A1; CN109798159B; JP2022520595A; CN113474599A; EP3926257A1

Abstract

에너지 변환 방법으로서, 제1 히트 펌프(I)의 매체를 이용하여, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체로부터 열을 흡수함으로써, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체를 응축시켜 액화 압력 매체를 획득하고, 액화 압력 매체를 공압 모터(J)의 입력 압력 매체로서 수송하는 단계; 제1 히트 펌프(I)를 이용하여, 열을 흡수한 매체를 압축함으로써 온도를 상승시키고, 온도가 상승된 매체를 통해 열을 공압 모터(J)의 입력 압력 매체로 전달하여, 입력 압력 매체가 가열되어 기화 압력 매체로 기화되도록 하는 단계 - 기화 압력 매체는 공압 모터(J)를 작동시킨 후 공압 모터(J)에 의해 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체로서 출력되도록 구성됨 - ; 및 열을 입력 압력 매체로 전달함으로써 온도가 저하된 히트 펌프(I)의 매체를 수송하여, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체로부터 다시 열이 흡수되도록 함으로써, 히트 펌프(I)의 매체에 의한 흡열, 온도 상승 및 온도 저하가 반복되도록 하는 단계를 포함하는, 에너지 변환 방법이 개시된다.

Description

에너지 변환 방법 및 시스템

본 발명은 에너지 변환 및 저장 기술 분야에 관한 것으로, 구체적으로, 입력된 전기 에너지에 대해 증폭 출력을 수행하여 외부 기기를 구동(예를 들어 발전기를 구동하여 전기를 생성)할 수 있는, 에너지 변환 방법 및 에너지 변환 시스템에 관한 것이며, 특히 또한, 입력된 전기 에너지에 대해 에너지 저장을 수행하고, 증폭 출력을 수행하여 외부 기기를 구동(예를 들어 발전기를 구동하여 전기를 생성)할 수 있는, 분산형 에너지 변환 방법 및 분산형 에너지 변환 시스템에 관한 것이다.

국내외 기존의 에너지 저장 방식(예를 들어 전기 저장 방식)에는 양수식 에너지 저장, 플라이휠 에너지 저장, 화학 배터리 에너지 저장, 압축공기 에너지 저장 등 방식이 포함된다. 그러나, 전술한 여러 가지 방식은 성능 계수가 낮아 일반적으로 0.8을 초과하지 않으며, 필요한 투자가 크다. 또한, 이러한 방식을 구현한 시스템에 있어서, 일부 재활용이 가능한 온열 에너지와 냉열 에너지 역시 폐열로서 시스템으로부터 배출되어, 에너지 낭비 및 성능 계수 저하를 초래하게 된다.

또한, 일부 기존의 에너지 저장 방식은 예를 들어 산악, 해변 등 특정된 지형을 이용해야 하므로, 구체적으로 실시함에 있어서 지리적 위치의 제한을 받게 되어, 그 실제 추진 및 적용이 제한된다.

따라서, 종래 기술보다 훨씬 더 효율적인 에너지 저장 및 에너지 출력을 실현할 수 있는, 분산형 에너지 변환 방법 및 분산형 에너지 변환 시스템이 시급한 실정이다. 또한, 기존의 에너지 변환 시스템에서 폐열로 취급되는 냉열 및 온열 에너지를 재활용하고 히트 펌프 고효율을 활용하여 전기 에너지에 대한 증폭 출력을 실현할 수 있는, 에너지 변환 방법 및 시스템이 시급한 실정이다.

상술한 문제점을 감안하여, 본 발명은 상술한 문제점을 극복하는 분산형 에너지 변환 방법 및 시스템을 제안함으로써, 종래 기술에 존재하는 낮은 에너지 변환 효율, 높은 투자 비용, 지형 또는 지리적 위치의 영향을 받는 실제 구현 등 단점을 해결하며, 또한 전력망의 전력 소비가 적은 시간대의 비첨두 전력에 대해 용이하게 에너지 변환 및 저장을 수행하고, 이어서 전력망의 전력 소비가 많은 시간대에, 저장된 에너지를 전력망을 위한 추가 발전에 이용하여, 에너지에 대한 효율적인 저장과 지연 출력을 실현하고 성능 계수를 크게 향상시킬 수 있고자 한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 에너지 변환을 분산형으로 수행하는 방법으로서, 히트 펌프의 매체를 이용하여, 제1 순환 루프 내에서 순환 유동하는 제1 유체로부터 열을 흡수하여 상기 제1 유체를 냉각시키는 단계; 상기 히트 펌프를 이용하여, 열을 흡수한 상기 매체를 압축함으로써 상기 매체의 온도를 추가적으로 상승시켜, 온도가 상승된 상기 매체에 의해, 제2 순환 루프 내에서 순환 유동하는 제2 유체가 가열되도록 하는 단계; 가열된 상기 제2 유체를 수송하여, 공압 모터의 입력 압력 매체를 가열하여, 상기 공압 모터를 작동시키기 위한 기화 압력 매체로 기화시키고, 상기 입력 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 상기 제2 유체가 상기 히트 펌프의 매체에 의해 재가열되어, 상기 공압 모터의 입력 압력 매체를 재가열하도록 함으로써, 상기 제2 유체에 대한 가열 및 온도 저하가 반복되도록 하는 단계; 및 냉각된 상기 제1 유체를 수송하여, 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체를 응축시키고, 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체에 대한 응축으로 인해 온도가 상승된 상기 제1 유체가 상기 히트 펌프의 매체에 의해 다시 열이 흡수되고 냉각되어, 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체를 다시 응축시키도록 함으로써, 상기 제1 유체에 대한 냉각 및 온도 상승이 반복되도록 하는 단계를 포함하는, 분산형 에너지 변환 방법을 제공한다.

일 실시예에 따르면, 히트 펌프의 매체를 이용하여, 제1 순환 루프 내에서 순환 유동하는 제1 유체로부터 열을 흡수하여 상기 제1 유체를 냉각시키는 단계는, 상기 히트 펌프의 매체를 이용하여, 제1 유체 저장 탱크로부터 오는 상기 제1 유체로부터 열을 흡수하여 상기 제1 유체를 냉각시키고, 냉각된 상기 제1 유체를 제2 유체 저장 탱크로 수송하는 단계를 포함할 수 있으며,

상기 히트 펌프를 이용하여, 열을 흡수한 상기 매체를 압축함으로써 상기 매체의 온도를 추가적으로 상승시켜, 온도가 상승된 상기 매체에 의해, 제2 순환 루프 내에서 순환 유동하는 제2 유체가 가열되도록 하는 단계는, 상기 히트 펌프가, 열을 흡수한 상기 매체를 압축함으로써 상기 매체의 온도를 추가적으로 상승시켜, 온도가 상승된 상기 매체에 의해, 제3 유체 저장 탱크로부터 오는 상기 제2 유체가 가열되도록 하고, 가열된 상기 제2 유체를 제4 유체 저장 탱크로 수송하는 단계를 포함할 수 있으며,

가열된 상기 제2 유체를 수송하여, 공압 모터의 입력 압력 매체를 가열하여, 상기 공압 모터를 작동시키기 위한 기화 압력 매체로 기화시키는 것은, 상기 제4 유체 저장 탱크로부터 오는 가열된 상기 제2 유체를 수송하여, 상기 공압 모터의 입력 압력 매체를 가열하여, 상기 공압 모터를 작동시키기 위한 기화 압력 매체로 기화시키고, 상기 입력 압력 매체를 가열한 후의 상기 제2 유체를 상기 제3 유체 저장 탱크로 다시 수송하는 단계를 포함할 수 있으며,

냉각된 상기 제1 유체를 수송하여, 상기 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체를 응축시키는 것은, 상기 제2 유체 저장 탱크로부터 오는 냉각된 상기 제1 유체를 수송하여, 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체를 응축시키고, 상기 출력 기화 압력 매체를 응축시킨 후의 상기 제1 유체를 상기 제1 유체 저장 탱크로 다시 수송하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 유체 저장 탱크로부터 오는 냉각된 상기 제1 유체를 수송하여, 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체를 응축시키는 것은, 상기 제2 유체 저장 탱크로부터 오는 냉각된 상기 제1 유체가 제1 응축기를 통과하도록 하여, 상기 제1 응축기에 유입된, 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체를 응축시켜 액화 압력 매체를 획득하고, 응축된 상기 액화 압력 매체를 상기 공압 모터의 입력 압력 매체로서 증기 발생기로 다시 수송하는 단계를 포함할 수 있되, 상기 제4 유체 저장 탱크로부터 오는 가열된 상기 제2 유체는, 상기 증기 발생기를 통과함으로써, 상기 증기 발생기 내의, 상기 공압 모터의 입력 압력 매체가 가열되어, 상기 공압 모터를 작동시키기 위한 상기 기화 압력 매체로 기화되도록 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 히트 펌프의 매체를 이용하여, 제1 유체 저장 탱크로부터 오는 상기 제1 유체로부터 열을 흡수하여 상기 제1 유체를 냉각시키는 것은, 상기 히트 펌프의 매체가 증발기를 통과하도록 하여, 상기 증발기로 유입된, 상기 제1 유체 저장 탱크로부터 오는 상기 제1 유체로부터 열을 흡수하여 증발됨으로써, 상기 제1 유체를 냉각시키는 단계를 포함할 수 있되, 상기 히트 펌프의 압축된 매체는 제2 응축기 내에 유입되어, 상기 제2 응축기 내에 유입된, 상기 제3 유체 저장 탱크로부터 오는 상기 제2 유체를 가열하여 응축된 후, 상기 증발기로 다시 수송된다.

일 실시예에 따르면, 응축된 상기 액화 압력 매체를 상기 공압 모터의 입력 압력 매체로서 증기 발생기로 다시 수송하기 전에, 상기 방법은, 상기 제1 응축기와 매체 저장 탱크를 연통시키면서, 상기 매체 저장 탱크와 상기 증기 발생기 사이의 연통을 차단하여, 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 매체 저장 탱크 내에 유입되도록 하는 단계; 및 상기 매체 저장 탱크 내의 액면이 소정의 제1 임계값보다 높으면, 상기 매체 저장 탱크와 상기 제1 응축기 사이의 연통을 차단하고, 상기 증기 발생기와 상기 매체 저장 탱크를 연통시켜, 상기 매체 저장 탱크 내의 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 증기 발생기 내에 다시 유입되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 방법은 또한, 상기 매체 저장 탱크 내의 액면이 소정의 제2 임계값보다 낮으면, 상기 매체 저장 탱크와 상기 증기 발생기 사이의 연통을 차단시키고 상기 매체 저장 탱크와 상기 제1 응축기를 다시 연통시켜, 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 매체 저장 탱크로 유입되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있되, 상기 소정의 제2 임계값은 상기 소정의 제1 임계값보다 낮다.

일 실시예에 따르면, 상기 방법은 또한, 상기 매체 저장 탱크와 상기 제1 응축기가 다시 연통되면, 상기 매체 저장 탱크 내부와 상기 제1 응축기 내부 사이의 압력차를 이용하여 공압 발전기를 구동하여 전기를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있되, 생성된 전기는 바람직하게 상기 제4 유체 저장 탱크 내의 상기 제2 유체에 대한 보조 가열에 사용된다.

일 실시예에 따르면, 상기 히트 펌프는 전동 모터, 및 상기 전동 모터에 의해 구동되는 압축기를 포함할 수 있으며, 상기 방법은 또한, 상기 제3 유체 저장 탱크로부터 오는 상기 제2 유체의 적어도 일부를 상기 전동 모터에 대한 수냉에 사용하고, 수냉 후 상기 제4 유체 저장 탱크로 다시 수송하는 단계를 더 포함할 수 있고, 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 공압 모터는 발전기를 구동하도록 상기 발전기와 연결될 수 있으며, 상기 방법은 또한, 상기 제3 유체 저장 탱크로부터 오는 상기 제2 유체의 적어도 일부를 상기 발전기에 대한 수냉에 사용하고, 수냉 후 상기 제4 유체 저장 탱크로 다시 수송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 유체 저장 탱크, 상기 제2 유체 저장 탱크, 상기 제3 유체 저장 탱크, 상기 제4 유체 저장 탱크, 상기 매체 저장 탱크, 상기 증발기, 상기 증기 발생기, 상기 제1 응축기 및/또는 상기 제2 응축기는 바람직하게 절연된 것이다. 또한, 전반 시스템 내의 다른 부재(예를 들어 파이프, 밸브 등)도 바람직하게 절연된 것이다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 유체는 염수일 수 있으며, 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체에 대한 응축으로 인해 온도가 상승된 상기 제1 유체, 또는 상기 제1 유체 저장 탱크 내에 저장된 상기 제1 유체의 온도는 바람직하게는 0℃ 내지 20℃, 보다 바람직하게는 0℃ 내지 12℃, 더욱 바람직하게는 12℃이며, 상기 히트 펌프의 매체에 의해 가열된 상기 제1 유체, 또는 상기 제2 유체 저장 탱크에 저장된 상기 제1 유체의 온도는 바람직하게는 -20℃ 내지 0℃, 보다 바람직하게는 -12℃ 내지 0℃, 더욱 바람직하게는 -12℃이고; 추가적으로 또는 대안적으로 상기 제2 유체는 물일 수 있으며, 상기 입력 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 상기 제2 유체, 또는 상기 제3 유체 저장 탱크에 저장된 상기 제2 유체의 온도는 바람직하게는 30℃ 내지 50℃, 보다 바람직하게는 35℃ 내지 45℃, 더욱 바람직하게는 40℃이며, 상기 히트 펌프의 매체에 의해 가열된 상기 제2 유체, 또는 상기 제4유체 저장 탱크에 저장된 상기 제2 유체의 온도는 바람직하게는 90℃ 내지 60℃, 보다 바람직하게는 80℃ 65℃ 내지 65℃, 더욱 바람직하게는 75℃이고; 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 히트 펌프의 매체는 CO₂일 수 있으며, 상기 공압 모터의 압력 매체는 암모니아일 수 있다.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 에너지 변환을 분산형으로 수행하는 시스템으로서, 히트 펌프, 공압 모터, 내부에서 제1 유체가 순환 유동하도록 구성된 제1 순환 루프, 및 내부에서 제2 유체가 순환 유동하도록 구성된 제2 순환 루프를 포함하되, 상기 히트 펌프는, 매체를 이용하여, 상기 제1 유체로부터 열을 흡수하여 상기 제1 유체를 냉각시키고, 열을 흡수한 상기 매체를 압축함으로써 상기 매체의 온도를 추가적으로 상승시켜, 온도가 상승된 상기 매체를 이용하여 상기 제2 유체를 가열하도록 구성되며, 가열된 상기 제2 유체는, 상기 공압 모터의 입력 압력 매체를 가열하여, 상기 공압 모터를 작동시키기 위한 기화 압력 매체로 기화시키고, 상기 입력 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 상기 제2 유체가 상기 히트 펌프의 매체에 의해 재가열되어, 상기 공압 모터의 입력 압력 매체를 재가열하도록 함으로써, 상기 제2 유체에 대한 가열 및 온도 저하가 반복되도록 하게끔 구성되며, 냉각된 상기 제1 유체는, 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체를 응축시키고, 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체에 대한 응축으로 인해 온도가 상승된 상기 제1 유체가 상기 히트 펌프의 매체에 의해 다시 열이 흡수되고 냉각되어, 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체를 다시 응축시키도록 함으로써, 상기 제1 유체에 대한 냉각 및 온도 상승이 반복되도록 하게끔 구성된, 분산형 에너지 변환 시스템을 제공한다.

일 실시예에 따르면, 상기 시스템은 또한, 제1 유체 저장 탱크, 제2 유체 저장 탱크, 제3 유체 저장 탱크 및 제4 유체 저장 탱크를 더 포함할 수 있되, 상기 제1 유체 저장 탱크와 상기 제2 유체 저장 탱크는 상기 제1 순환 루프 내에 위치하여 상기 제1 유체를 저장하도록 구성되고, 상기 제3 유체 저장 탱크와 상기 제4 유체 저장 탱크는 상기 제2 순환 루프 내에 위치하여 상기 제2 유체를 저장하도록 구성되되, 상기 제1 유체 저장 탱크는 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체에 대한 응축으로 인해 온도가 상승된 상기 제1 유체를 저장하도록 구성되고, 상기 히트 펌프는 상기 매체를 이용하여, 상기 제1 유체 저장 탱크로부터 오는 상기 제1 유체로부터 열을 흡수하여 상기 제1 유체를 냉각시키도록 구성되고, 상기 제2 유체 저장 탱크는 냉각된 상기 제1 유체를 저장하도록 구성되며, 상기 제3 유체 저장 탱크는 상기 공압 모터의 입력 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 상기 제2 유체를 저장하도록 구성되고, 상기 히트 펌프는 상기 매체를 이용하여 상기 제3 유체 저장 탱크로부터 오는 상기 제2 유체를 가열하도록 구성되고, 상기 제4 유체 저장 탱크는 가열된 상기 제2 유체를 저장하도록 구성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 시스템은 또한, 제1 응축기와 증기 발생기를 더 포함할 수 있되, 상기 제1 응축기는, 상기 제2 유체 저장 탱크로부터 오는 냉각된 상기 제1 유체를 통과시킴으로써, 상기 제1 응축기에 유입된, 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체를 응축시켜 액화 압력 매체를 획득하도록 구성되되, 응축된 상기 액화 압력 매체는 상기 공압 모터의 입력 압력 매체로서 상기 증기 발생기로 다시 수송되고, 상기 증기 발생기는, 상기 제4 유체 저장 탱크로부터 오는 가열된 상기 제2 유체를 통과시킴으로써, 상기 증기 발생기 내의, 상기 공압 모터의 입력 압력 매체를 가열하여, 상기 공압 모터를 작동시키기 위한 상기 기화 압력 매체로 기화시키도록 구성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 시스템은 또한, 증발기와 제2 응축기를 더 포함할 수 있되, 상기 증발기는, 상기 히트 펌프의 매체가 통과하도록 하여, 상기 증발기로 유입된, 상기 제1 유체 저장 탱크로부터 오는 상기 제1 유체로부터 열을 흡수하여 증발됨으로써, 상기 제1 유체를 냉각시키도록 구성되고, 상기 제2 응축기는, 상기 히트 펌프의 압축된 매체가 통과하도록 하여, 상기 제2 응축기 내에 유입된, 상기 제3 유체 저장 탱크로부터 오는 상기 제2 유체를 가열하여 응축된 후, 상기 증발기로 다시 수송되도록 구성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 시스템은 또한, 매체 저장 탱크를 더 포함할 수 있되, 상기 매체 저장 탱크는 상기 제1 응축기보다 낮게 위치되며, 제1 밸브를 통해 상기 제1 응축기와 유체 연통되고 제2 밸브를 통해 증기 발생기와 유체 연통되되, 상기 제1 밸브가 열린 상태이면, 상기 제2 밸브가 닫힌 상태로 되어, 상기 제1 응축기와 상기 매체 저장 탱크가 연통되면서, 상기 매체 저장 탱크와 상기 증기 발생기 사이의 연통은 차단되어, 응축된 상기 액화 압력 매체가 중력에 의해 상기 매체 저장 탱크 내에 유입되도록 하며, 상기 매체 저장 탱크 내의 액면이 소정의 제1 임계값보다 높으면, 상기 제1 밸브가 닫힌 상태로 변하고 상기 제2 밸브가 열린 상태로 변하여, 상기 매체 저장 탱크와 상기 제1 응축기 사이의 연통이 차단되고, 상기 증기 발생기와 상기 매체 저장 탱크가 연통되어, 상기 매체 저장 탱크 내의 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 증기 발생기 내에 다시 유입되도록 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 매체 저장 탱크 내의 액면이 소정의 제2 임계값보다 낮으면, 상기 제1 밸브가 열린 상태로 변하고 상기 제2 밸브가 닫힌 상태로 변하여, 상기 매체 저장 탱크와 상기 증기 발생기 사이의 연통이 차단되고 상기 매체 저장 탱크와 상기 제1 응축기가 다시 연통되어, 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 매체 저장 탱크로 유입되도록 하되, 상기 소정의 제2 임계값은 상기 소정의 제1 임계값보다 낮다.

여기서, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브는 전동 밸브일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 매체 저장 탱크는 또한, 상기 제1 밸브가 위치한 제1 파이프라인과 상이한 제3 파이프라인을 통해 상기 제1 응축기와 연통될 수 있되, 상기 제3 파이프라인에는 직렬로 연결된 제3 밸브와 공압 발전기가 포함되며, 상기 매체 저장 탱크는 또한, 상기 제2 밸브가 위치한 제2 파이프라인과 상이한 제4 파이프라인을 통해 상기 증기 발생기와 연통될 수 있되, 상기 제4 파이프라인에는 직렬로 연결된 제4 밸브와 기체 저장 탱크가 포함되고, 상기 기체 저장 탱크는 상기 증기 발생기와 상기 제4 밸브 사이에 연결되어, 기화된 상기 기화 압력 매체를 저장하도록 구성되며, 상기 매체 저장 탱크 내의 액면이 소정의 제1 임계값보다 높으면, 상기 제3 밸브가 열린 상태로부터 닫힌 상태로 변하고 상기 제4 밸브가 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변하고, 이때 상기 제1 밸브가 닫힌 상태로 변하고 상기 제2 밸브가 열린 상태로 변하므로, 상기 매체 저장 탱크와 상기 제1 응축기 사이의 연통이 차단되고 상기 증기 발생기와 상기 매체 저장 탱크가 연통되어, 상기 매체 저장 탱크 내의 상기 액화 압력 매체가 상기 증기 발생기 내에 다시 유입되도록 하며, 상기 매체 저장 탱크 내의 액면이 소정의 제2 임계값보다 낮으면, 상기 제3 밸브가 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변하고 상기 제4 밸브가 열린 상태로부터 닫힌 상태로 변하여, 상기 매체 저장 탱크 내부와 상기 제1 응축기 내부 사이의 압력차에 의해 상기 공압 발전기가 구동되어 전기가 생성되되, 생성된 전기는 바람직하게 상기 제4 유체 저장 탱크 내의 상기 제2 유체에 대한 보조 가열에 사용되며, 상기 매체 저장 탱크 내부와 상기 제1 응축기 내부 사이에 압력 균형이 이루어진 후, 상기 제1 밸브는 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브는 일방향 밸브일 수 있고, 상기 제3 밸브와 상기 제4 밸브는 전동 밸브일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 히트 펌프는 전동 모터, 및 상기 전동 모터에 의해 구동되는 압축기를 포함할 수 있되, 상기 제3 유체 저장 탱크로부터 오는 상기 제2 유체의 적어도 일부가 상기 전동 모터에 대한 수냉에 사용되고, 수냉 후 상기 제4 유체 저장 탱크로 다시 수송되며, 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 공압 모터는 발전기를 구동하도록 상기 발전기와 연결될 수 있되, 상기 제3 유체 저장 탱크로부터 오는 상기 제2 유체의 적어도 일부가 상기 발전기에 대한 수냉에 사용되고, 수냉 후 상기 제4 유체 저장 탱크로 다시 수송된다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 유체 저장 탱크, 상기 제2 유체 저장 탱크, 상기 제3 유체 저장 탱크, 상기 제4 유체 저장 탱크, 상기 매체 저장 탱크, 상기 증발기, 상기 증기 발생기, 상기 제1 응축기 및/또는 상기 제2 응축기는 절연된 것일 수 있다. 또한, 전반 시스템 내의 다른 부재(예를 들어 파이프, 밸브 등)도 바람직하게 절연된 것이다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 유체는 염수일 수 있으며, 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체에 대한 응축으로 인해 온도가 상승된 상기 제1 유체, 또는 상기 제1 유체 저장 탱크 내에 저장된 상기 제1 유체의 온도는 바람직하게는 0℃ 내지 20℃, 보다 바람직하게는 0℃ 내지 12℃, 더욱 바람직하게는 12℃이며, 상기 히트 펌프의 매체에 의해 열이 흡수되어 냉각된 상기 제1 유체, 또는 상기 제2 유체 저장 탱크에 저장된 상기 제1 유체의 온도는 바람직하게는 -20℃ 내지 0℃, 보다 바람직하게는 -12℃ 내지 0℃, 더욱 바람직하게는 -12℃이고; 추가적으로 또는 대안적으로 상기 제2 유체는 물일 수 있으며, 상기 입력 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 상기 제2 유체, 또는 상기 제3 유체 저장 탱크에 저장된 상기 제2 유체의 온도는 바람직하게는 30℃ 내지 50℃, 보다 바람직하게는 35℃ 내지 45℃, 더욱 바람직하게는 40℃이며, 상기 히트 펌프의 매체에 의해 가열된 상기 제2 유체, 또는 상기 제4유체 저장 탱크에 저장된 상기 제2 유체의 온도는 바람직하게는 90℃ 내지 60℃, 보다 바람직하게는 80℃ 65℃ 내지 65℃, 더욱 바람직하게는 75℃이고; 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 히트 펌프의 매체는 CO₂일 수 있으며, 상기 공압 모터의 압력 매체는 암모니아일 수 있다.

본 발명의 분산형 에너지 변환 방법과 분산형 에너지 변환 시스템에 있어서, 히트 펌프를 이용하여 제1 유체를 냉각시키면서 제2 유체를 가열하되, 냉각된 제1 유체는 공압 모터의 출력 기화 압력 매체를 응축시켜 공압 모터의 배기 압력을 감소시키고, 또한 가열된 제2 유체는 공압 모터의 입력 압력 매체를 가열하여 기화시켜 공압 모터의 입력 압력 매체의 압력을 증가시킴으로써, 공압 모터의 매체 입력단과 매체 출력단 사이의 압력차를 크게 향상시키며, 이로써 공압 모터의 동력이 강화되고, 발전량이 증가되도록 한다. 여기서, 제1 유체는 일 순환 루프 내에서 순환되고, 제2 유체는 다른 일 순환 루프 내에서 순환되어, 전반 에너지 변환 시스템의 외부로 에너지가 배출되지 않아, 에너지 손실을 방지하고, 전반 시스템의 성능 계수를 향상시킨다. 또한, 제1 유체가 공압 모터의 출력 기화 압력 매체를 응축시키는 과정은, 제1 유체가 출력 기화 압력 매체 내의 열을 흡수하여 에너지 저장을 수행하는 과정이기도 하고, 저장된 열 에너지는 히트 펌프의 매체의 흡열에 사용될 수 있어, 시스템 내 에너지 손실을 방지한다.

다시 말해서, 본 발명의 분산형 에너지 변환 방법 및 시스템에 있어서, 통상적인 의미에서의 "폐열"은 존재하지 않으며, 그 이유는 이러한 "폐열"이 다른 부분에서 모두 유용한 에너지로서 활용된다는 점에 있다. 예를 들어, 히트 펌프의 측면에서 볼 때, 히트 펌프는 제2 유체를 가열함으로써 차후 공압 모터의 입력 압력 매체에 대한 가열 및 기화에 사용되도록 하고, 또한 제1 유체를 냉각시킴으로써 차후 공압 모터의 출력 기화 압력 매체에 대한 응축에 사용되도록 하므로, 히트 펌프는 제2 유체의 현열을 활용할 뿐만 아니라 제1 유체의 잠열도 활용한다. 또 다른 예를 들어, 공압 모터의 측면에서 볼 때, 공압 모터의 압력 매체가 일을 한 후의 배기 기체 내의 여열도 냉각된 제1 유체에 의해 회수되어 후속적인 히트 펌프의 매체의 흡열에 사용되도록 함으로써, 공압 모터의 "폐열"도 재활용된다. 심지어 히트 펌프 내의 전동 모터 및 공압 모터에 의해 구동되는 발전기에 의해 발생되는 폐열도 제3 유체 저장 탱크로부터 오는 제2 유체에 의한 수냉을 통해 제4 유체 저장 탱크로 회수되어, 차후 활용될 수 있다.

본 발명의 분산형 에너지 변환 방법 및 시스템은 외부 기기를 구동(예를 들어 발전기를 구동하여 전기를 생성)하도록 구성됨으로써, 분산형 에너지 저장 및 발전 방법과 시스템을 구현할 수 있어, 성능 계수를 크게 향상시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있으며, 복수의 유체 저장 탱크를 통해 에너지 저장을 수행함으로써, 전력망의 야간 비첨두 전력을 저장한 후 낮에 전력 수요가 많을 때 야간에 저장된 에너지를 이용하여 발전 출력을 하는 것을 구현할 수 있고, 출력 전기량을 크게 향상시킬 수 있다.

상기 실시예의 변형으로서, 분산형 에너지 변환 방법과 분산형 에너지 변환 시스템 내의 제1 순환 루프와 제2 순환 루프를 제거하여 히트 펌프의 매체와 공압 모터의 매체 사이의 직접적 열교환으로 변경하면, 입력 에너지에 대한 즉각적 증폭 출력을 실현할 수 있는 에너지 변환 방법 및 시스템을 얻게 된다.

상기 실시예의 일 변형으로서, 히트 펌프의 매체를 이용하여, 공압 모터의 출력 기화 압력 매체로부터 열을 흡수함으로써, 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체를 응축시켜 액화 압력 매체를 획득하고, 상기 액화 압력 매체를 상기 공압 모터의 입력 압력 매체로서 수송하는 단계; 상기 히트 펌프를 이용하여, 열을 흡수한 상기 매체를 압축함으로써 상기 매체의 온도를 상승시켜, 열을 상기 공압 모터의 상기 입력 압력 매체로 수송하여 상기 입력 압력 매체가 가열되어 기화 압력 매체로 기화되도록 하는 단계 - 상기 기화 압력 매체는, 상기 공압 모터를 작동시킨 후 상기 공압 모터에 의해 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체로서 출력되도록 구성됨 - ; 및 열을 상기 입력 압력 매체로 수송하여 온도가 저하된 상기 히트 펌프의 매체를 수송하여, 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체로부터 다시 열을 흡수함으로써, 상기 히트 펌프의 매체에 의한 흡열, 온도 상승 및 온도 저하가 반복되도록 하는 단계를 포함하는, 에너지 변환 방법을 제공한다.

상기 실시예의 일 변형으로서, 히트 펌프, 공압 모터, 제1 증발식 응축기 및 제2 증발식 응축기를 포함하되, 상기 히트 펌프는 파이프라인을 통해 상기 제1 증발식 응축기 및 상기 제2 증발식 응축기와 각각 유체 연통되고 상기 제1 증발식 응축기와 상기 제2 증발식 응축기는 제1 파이프라인을 통해 유체 연통되어, 상기 히트 펌프의 매체가 상기 제1 증발식 응축기, 상기 제1 파이프라인 및 상기 제2 증발식 응축기를 경유하여 순환 유동하도록 하며, 또한 상기 공압 모터는 파이프라인을 통해 상기 제1 증발식 응축기 및 상기 제2 증발식 응축기와 각각 유체 연통되고 상기 제1 증발식 응축기와 상기 제2 증발식 응축기는 또한 제2 파이프라인을 통해 유체 연통되어, 상기 공압 모터의 압력 매체가 상기 제1 증발식 응축기, 상기 제2 파이프라인 및 상기 제2 증발식 응축기를 경유하여 순환 유동하도록 하되, 상기 히트 펌프의 매체는, 상기 제1 증발식 응축기 내에서 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체로부터 열을 흡수함으로써, 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체를 응축시켜 액화 압력 매체를 획득하도록 구성되되, 상기 액화 압력 매체는 상기 공압 모터의 입력 압력 매체로서 수송되며, 상기 히트 펌프는, 열을 흡수한 상기 매체를 압축함으로써 상기 매체의 온도를 상승시켜, 상기 제2 증발식 응축기 내에서 상기 공압 모터의 상기 입력 압력 매체가 가열되어 기화 압력 매체로 기화되도록 하게끔 구성되되, 상기 기화 압력 매체는, 상기 공압 모터를 작동시킨 후 상기 공압 모터에 의해 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체로서 출력되도록 구성되며, 상기 제2 증발식 응축기 내에서 상기 입력 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 상기 히트 펌프의 매체는, 상기 제1 증발식 응축기 내로 수송되어, 상기 공압 모터의 출력 기화 압력 매체로부터 다시 열을 흡수함으로써, 상기 히트 펌프의 매체에 의한 흡열, 온도 상승 및 온도 저하가 반복되도록 하게끔 구성된, 에너지 변환 시스템이 제공된다.

이상의 설명은 단지 본 발명의 기술적 해결수단을 개략적으로 설명한 것으로서, 본 발명의 기술적 수단이 보다 명확하게 이해되어, 명세서의 내용에 따라 구현될 수 있도록 하기 위한 것이다. 본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점을 보다 명확하고 이해하기 쉽게 하기 위해, 이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 형태를 특별히 설명한다.

하기 바람직한 실시 형태의 상세한 설명을 통해, 다양한 다른 장점 및 이점이 당업자에게 명백해질 것이다. 도면은 바람직한 실시 형태를 예시하기 위한 목적으로만 사용되며, 본 발명을 제한하는 것으로 간주되지 않는다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호로 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분산형 에너지 변환 시스템의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 분산형 에너지 변환 시스템의 부분 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분산형 에너지 변환 방법의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 변형 실시예에 따른 에너지 변환 시스템의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 변형 실시예에 따른 에너지 변환 방법의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 또다른 일 변형 실시예에 따른 에너지 변환 시스템의 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 예시적인 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 도면은 본 개시의 예시적인 실시예를 도시하고 있지만, 본 개시는 여기에서 설명되는 실시예에 의해 제한되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 오히려, 이러한 실시예들은 본 개시를 보다 철저하게 이해하고 당업자에게 본 개시의 범위를 충분히 전달하기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분산형 에너지 변환 시스템의 예시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 에너지 변환 시스템에는 히트 펌프(I), 공압 모터(J), 내부에서 염수가 순환 유동하도록 구성된 순환 루프, 및 내부에서 물이 순환 유동하도록 구성된 순환 루프를 포함한다.

히트 펌프(I)는, 그의 매체를 이용하여, 순호나 루프 내의 염수로부터 열을 흡수하여 염수를 냉각시키고, 열을 흡수한 매체를 압축함으로써 매체의 온도를 추가적으로 상승시켜, 그 매체를 이용하여 다른 일 순환 루프 내의 물을 가열하도록 구성된다. 도 1에서, 히트 펌프(I)는 예를 들어 전동 모터(8), 및 전동 모터(8)와 동력 전달 방식으로 연결된 압축기를 포함하고, 압축기와 연결된 매체 파이프라인, 및 파이프라인 내의 매체를 포함한다.

가열된 물은, 공압 모터(J)의 입력 압력 매체를 가열하여, 상기 공압 모터(J)를 작동시키기 위한 기화 압력 매체로 기화시키고, 입력 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 물이 히트 펌프(I)의 매체에 의해 재가열되어, 공압 모터(J)의 입력 압력 매체를 재가열하도록 함으로써, 상기 다른 일 순환 루프 내에서 물에 대한 가열 및 온도 저하가 반복되도록 하게끔 구성된다.

냉각된 염수는, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체를 응축시키고, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체에 대한 응축으로 인해 온도가 상승된 염수가 히트 펌프(I)의 매체에 의해 다시 열이 흡수되고 냉각되어, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체를 다시 응축시키도록 함으로써, 순환 루프 내에서 염수에 대한 냉각 및 온도 상승이 반복되도록 하게끔 구성된다.

본 발명에서, 상기 순환 루프는 각각 내부에서 염수와 물을 일방향으로 순환시켜, 순환 루프 내에서의 순환 시에 염수에 대한 냉각 및 온도 상승이 반복되도록 하고, 순환 루프 내에서의 순환 시에 물에 대한 가열 및 온도 저하가 반복되도록 하게끔 구성된다. 이러한 순환 루프는 수요에 따라, 다양한 파이프라인, 밸브, 펌핑 장치, 증발기, 응축기, 증기 발생기 등을 사용하여 설계될 수 있으며, 수요에 따라 순환 루프에는 또한 염수와 물을 각각 임시로 저장하는 유체 탱크가 포함될 수도 있다. 따라서, 본 발명에서 순환 루프의 구현은, 내부의 염수와 물이 순환 유동하여 그에 대한 냉각과 가열이 반복되도록 할 수 있는 한 특별히 제한되지 않는다.

상기 분산형 에너지 변환 시스템 내의 응축기(C)는 유체 저장 탱크(E)로부터 오는 냉각된 염수가 응축기(C)의 튜브 측을 통과하도록 함으로써, 응축기(C)의 쉘 측에 유입된, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체(예를 들어 암모니아)를 응축시켜 액화 압력 매체(즉 액화 암모니아)를 획득하도록 구성되되, 상기 액화 압력 매체는 공압 모터(J)의 입력 압력 매체(즉 액화 암모니아)로서 증기 발생기(D)로 다시 수송되고, 증기 발생기(D)는, 유체 저장 탱크(F)로부터 오는 가열된 물이 증기 발생기(D)의 튜브 측을 통과하도록 함으로써, 증기 발생기(D)의 쉘 측 내의, 공압 모터(J)의 입력 압력 매체를 가열하여, 공압 모터(J)를 작동시키기 위한 기화 압력 매체로 기화시키도록 구성된다.

상기 분산형 에너지 변환 시스템은 또한, 증발기(A)와 응축기(B)를 더 포함할 수 있되, 증발기(A)는, 히트 펌프(I)의 매체가 증발기(A)의 쉘 측을 통과하도록 하여, 증발기(A)의 튜브 측에 유입된, 유체 저장 탱크(G)로부터 오는 염수로부터 열을 흡수하여 증발됨으로써, 염수를 냉각시키도록 구성되고, 응축기(B)는, 히트 펌프(I)의 압축된 매체가 응축기(B)의 쉘 측을 통과하도록 하여, 응축기(B)의 튜브 측에 유입된, 유체 저장 탱크(H)로부터 오는 물에 열을 방출하여 응축된 후, 증발기(A)로 다시 수송되도록 구성된다.

본 발명의 분산형 에너지 변환 시스템에 있어서, 히트 펌프(I)를 이용하여 염수를 냉각시키면서 물을 가열하되, 냉각된 염수는 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체를 응축시켜 공압 모터(J)의 배기 압력을 감소시키고, 또한 가열된 물은 공압 모터(J)의 입력 압력 매체를 가열하여 기화시켜 공압 모터(J)의 입력 압력 매체의 압력을 증가시킴으로써, 공압 모터(J)의 매체 입력단과 매체 출력단 사이(즉 공압 모터(J)의 입력 기화 압력 매체와 출력 기화 압력 매체(즉 출력 배기 기체) 사이))의 압력차를 크게 증가시키며, 이로써 공압 모터(J)의 동력이 강화되고, 발전량이 증가되도록 한다. 여기서, 염수는 일 순환 루프 내에서 순환되고, 물은 다른 일 순환 루프 내에서 순환되어, 전반 에너지 변환 시스템의 외부로 에너지가 방출되지 않아, 에너지 손실을 방지하고, 전반 시스템의 성능 계수를 향상시킨다. 또한, 염수가 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체를 응축시키는 과정은, 염수가 출력 기화 압력 매체 내의 열을 흡수하여 에너지 저장을 수행하는 과정이기도 하고, 저장된 열 에너지는 히트 펌프(I)의 매체의 흡열에 사용될 수 있어, 시스템 내 에너지 손실을 방지한다. 또한, 염수에 대한 히트 펌프(I)의 냉각 시에 발생되는 "폐열"은 히트 펌프(I)에 의해 물에 대한 가열에 활용됨으로써, 전반 시스템 내에 폐열이 존재하지 않는다.

상기 실시예에서, 염수용 순환 루프는 파이프라인을 통해 증발기(A), 유체 저장 탱크(E), 응축기(C) 및 유체 저장 탱크(G)가 차례로 연결되어 구성될 수 있으며, 유체 저장 탱크(G)와 증발기(A)도 파이프라인을 통해 연결되어, 폐쇄형 순환 루프가 형성될 수 있다. 파이프라인에서 필요한 위치에 펌핑 장치(예를 들어 워터 펌프(4))가 설치되어 염수가 순환 루프 내에서 순환 유동하도록 구동될 수 있으며, 예를 들어, 증발기(A)와 유체 저장 탱크(E) 사이의 파이프라인에 워터 펌프(4)가 설치되어, 증발기(A) 내의 냉각된 염수가 유체 저장 탱크(E)로 수송되어 저장되도록 할 수 있고, 예를 들어, 유체 저장 탱크(E)와 응축기(C) 사이의 파이프라인에 워터 펌프(4)가 설치되어, 유체 저장 탱크(E)로부터 오는 염수가 응축기(C)로 수송되도록 할 수 있고, 다른 예를 들어, 유체 저장 탱크(G)와 증발기(A) 사이의 파이프라인에 워터 펌프가 설치되어, 염수를 유체 저장 탱크(G)로부터 증발기(A)로 수송되도록 할 수 있다. 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않으며, 실제 수요에 따라 지정된 파이프라인에 워터 펌프가 설치될 수 있다.

유사하게, 물용 순환 루프는 파이프라인을 통해 응축기(B), 유체 저장 탱크(F), 증기 발생기(D) 및 유체 저장 탱크(H)가 차례로 연결되어 구성될 수 있으며, 유체 저장 탱크(H)와 응축기(B)도 파이프라인을 통해 연결되어, 폐쇄형 순환 루프가 형성될 수 있다. 파이프라인에서 필요한 위치에 펌핑 장치(예를 들어 워터 펌프(4))가 설치되어, 물이 순환 루프 내에서 순환 유동하도록 구동될 수 있다. 예를 들어, 응축기(B)와 유체 저장 탱크(F) 사이의 파이프라인에 워터 펌프(4)가 설치되어, 응축기(B) 내의 가열된 물이 유체 저장 탱크(F)로 수송되어 저장되도록 할 수 있고, 예를 들어, 유체 저장 탱크(F)와 증기 발생기(D) 사이의 파이프라인에 워터 펌프(4)가 설치되어, 유체 저장 탱크(F)로부터 오는 물이 증기 발생기(D)로 수송되도록 할 수 있고, 다른 예를 들어, 유체 저장 탱크(H)와 응축기(B) 사이의 파이프라인에 워터 펌프가 설치되어, 물이 유체 저장 탱크(H)로부터 응축기(B)로 수송되도록 할 수 있다. 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않으며, 실제 수요에 따라 지정된 파이프라인에 워터 펌프가 설치될 수 있다.

본 발명에서, 일 순환 루프 내에서 순환 유체로서 염수가 사용되고, 다른 일 순환 루프 내에서 순환 유체로서 물(즉 일반 담수)이 사용되나, 본 발명은 순환 유체로서 염수와 물을 사용하는 데 제한되지 않으며, 충돌이 없는 전제하에, 필요한 작동 온도에서 순환 유동에 유리하도록 유체 상태로 유지될 수 있어, 히트 펌프의 매체 및 공압 모터의 압력 매체와 조화롭게 지정된 온도에서 열교환을 진행할 수 있는 한, 다른 유체(예를 들어 다른 종류의 액체, 심지어는 기체)를 사용할 수도 있다. 당업자는 시스템에 사용되는 히트 펌프 매체의 종류, 압력, 작동 온도 등과 공압 모터에 사용되는 압력 매체의 종류, 압력, 작동 온도 등에 따라, 상술한 순환 루프에서 순환하기에 적합한 유체를 충분히 결정할 수 있다. 본 발명의 각 실시예에서는 단지 순환 유체로서 염수와 물을 사용하는 것만을 예로 들어 설명하였다. 염수를 제1 유체로 사용하는 이유는, 0℃ 이하에서도 유동성이 유지될 수 있어야 하고, 공급원이 많고 비용이 저렴하기 때문이다. 또한, "물"이 언급됨에 있어서, 0℃의 어는점을 갖는 일반 담수를 지칭한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유체 저장 탱크(G)와 유체 저장 탱크(E)는 염수용 순환 루프에서 각각 상이한 온도의 염수를 저장하도록 구성되고, 유체 저장 탱크(H)와 유체 저장 탱크(F)는 물용 순환 루프에서 각각 상이한 온도의 물을 저장하도록 구성된다.

유체 저장 탱크(G)는 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체에 대한 응축으로 인해 온도가 상승된 염수를 저장하도록 구성되며, 여기서 염수의 온도는 일반적으로 0℃ 이상으로 상승된다. 예를 들어 0℃ 내지 20℃, 또는 0℃ 내지 12℃, 바람직하게는 12℃일 수 있으며, 물론 수요에 따라 다른 온도로 설정될 수도 있다. 히트 펌프(I)는, 그 매체를 이용하여 유체 저장 탱크(G)로부터 오는 염수로부터 열을 흡수하여 염수를 냉각시키도록 구성되고, 유체 저장 탱크(E)는 냉각된 염수를 저장하도록 구성되되, 여기서 염수의 온도는 일반적으로 0℃ 이하로 냉각된다. 예를 들어 -20℃ 내지 0℃, 또는 -12℃ 내지 0℃, 바람직하게는 -12℃일 수 있으며, 물론 수요에 따라 다른 온도로 설정될 수도 있다.

유체 저장 탱크(H)는 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 물을 저장하도록 구성되며, 여기서 물의 온도는 일반적으로 20℃ 내지 60℃이다. 예를 들어 30℃ 내지 50℃, 또는 35℃ 내지 45℃, 바람직하게는 40℃일 수 있으며, 물론 수요에 따라 다른 온도로 설정될 수도 있다. 히트 펌프(I)는, 그 매체를 이용하여 유체 저장 탱크(H)로부터 오는 물을 가열하도록 구성되고, 유체 저장 탱크(F)는 가열된 물을 저장하도록 구성되되, 여기서 물의 온도는 일반적으로 90℃ 내지 60℃이다. 예를 들어 80℃ 내지 65℃, 바람직하게는 75℃일 수 있으며, 물론 수요에 따라 다른 온도로 설정될 수도 있다.

여기서, 히트 펌프(I)의 매체는 예를 들어 CO₂를 사용할 수 있으며, 공압 모터(J)의 압력 매체는 예를 들어 암모니아를 사용할 수 있다. 물론 이는 예시적 설명에 불과하며, 히트 펌프(I)의 매체와 공압 모터(J)의 압력 매체는 설정 온도에서 증발 및 응축이 가능하여 외부 유체(예를 들어 염수 또는 물)와 열교환을 진행할 수 있는 한, 다른 종류의 매체를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 공압 모터(J)의 압력 매체는 프레온을 사용할 수도 있다.

히트 펌프(I)가 매체(냉매)로서 CO₂를 사용하여 초월임계 운전을 하는 경우, 증발기(A)의 냉각 성능 계수를 높이려면, 바람직하게는 증발기(A)가 염수를 -12° 정도까지 냉각시키도록 하며, 이때 냉각 성능 계수는 약 2이다. 히트 펌프(I)가 증발기(A)로부터 오는 염수로부터 열을 흡수하고 응축기(B) 내의 물에 대해 열을 방출할 수 있도록 하는 한, 히트 펌프(I)는 다른 종류의 매체를 사용할 수도 있다.

응축기(B) 내 물 가열 시의 히트 펌프의 높은 성능 계수를 보장하기 위해, 유체 저장 탱크(H) 내 물의 온도는 바람직하게는 40℃이고, 유체 저장 탱크(F) 내 물의 온도는 바람직하게는 75℃이며, 이러한 온도 조건에서 히트 펌프(I)의 물 가열 시의 성능 계수는 약 3이다.

공압 모터(J)의 압력 매체로서 액화 암모니아를 사용하는 경우, 예를 들어 친환경 냉매인 액화 암모니아를 사용하는 경우, 증기 발생기(D)의 튜브 측 입구의 물 온도가 75℃이고 튜브 측 출구의 물 온도가 40℃이면, 증기 발생기(D)의 쉘 측에서 액화 암모니아가 기화되어 발생된 증기압은 16.7KG이다. 이때, 응축기(C)의 튜브 측 입구의 염수 온도가 -12℃이고 튜브 측 출구의 염수 온도가 12℃이면, 공압 모터(J)에 약 6.7KG의 배압이 발생되므로, 본 시스템은 공압 모터(J)에서 약 10KG의 순 압력차를 얻을 수 있으며, 이는 종래 기술에 비해 현저하게 향상되어, 공압 모터(J)의 출력 동력을 증가시키며, 공압 모터(J)가 발전기를 구동하여 전기를 생성하도록 구성되는 경우 발전량을 크게 증가시킨다. 물론 실제 구현 시 증기 발생기(D)로 유입되는 물의 온도, 응축기(C)로 유입되는 염수의 온도 등에 따라, 당업자는 공압 모터(J)의 압력 매체로서 적절한 다른 매체를 선택할 수 있으며, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

본 발명의 실시예에 따른 시스템의 각 유체 저장 탱크, 증발기, 응축기, 증기 발생기, 파이프라인, 밸브 등은, 외계와의 원하지 않는 열교환을 방지하기 위해 바람직하게는 모두 절연된 것이다.

아래에 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체가 응축기(C)에서 응축된 후, 공압 모터(J)의 입력 압력 매체로서 증기 발생기(D)로 되돌아가도록 하는 예시적인 프로세스를 구체적으로 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 에너지 변환 시스템은 또한, 매체 저장 탱크(14)를 더 포함할 수 있되, 매체 저장 탱크(14)는 제1 응축기(C)보다 낮게 위치되며, 밸브(13)를 통해 제1 응축기(C)와 유체 연통되고 밸브(18)를 통해 상기 증기 발생기(D)와 유체 연통된다. 밸브(13)가 열린 상태이면, 밸브(18)가 닫힌 상태로 되어, 응축기(C)와 매체 저장 탱크(14)가 연통되면서, 매체 저장 탱크(14)와 증기 발생기(D) 사이의 연통은 차단되어, 응축기(C)에서 응축된 액화 압력 매체가 중력에 의해(또는 펌핑 장치를 이용하여) 매체 저장 탱크(14) 내에 유입되도록 할 수 있다. 또한, 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 고액면 임계값(19)보다 높으면, 밸브(13)가 닫힌 상태로 변하고 밸브(18)가 열린 상태로 변하여, 매체 저장 탱크(14)와 응축기(C) 사이의 연통이 차단되고, 증기 발생기(D)와 연통되어, 매체 저장 탱크(14) 내의 수집된 액화 압력 매체가 증기 발생기(D)로 되돌아가도록 하여, 추후 공압 모터(J)의 입력 기화 압력 매체로서 증발될 수 있도록 한다.

또한, 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 저액면 임계값(20)보다 낮으면, 밸브(13)가 열린 상태로 변하고 밸브(18)가 닫힌 상태로 변하여, 매체 저장 탱크(14)와 증기 발생기(D) 사이의 연통이 차단되고 매체 저장 탱크(14)와 응축기(C)가 다시 연통되어, 응축기(C)에서 응축된 액화 압력 매체가 매체 저장 탱크(14)로 유입되도록 하되, 소정의 저액면 임계값(20)은 소정의 고액면 임계값(19)보다 낮다. 여기서, 밸브(13)와 밸브(18)은 전동 밸브일 수 있으며, 매체 저장 탱크(14) 내 액면을 감지하는 센서(15)에 의해 상기 액면이 소정의 고액면 임계값(19)보다 높은 것 또는 소정의 저액면 임계값(20)보다 낮은 것으로 감지되면, 상술한 바와 같이 구동되어 열리거나 닫힐 수 있다.

본 실시예의 다른 일 구현 형태에 있어서, 밸브(13)와 밸브(18)은 일방향 체크 밸브일 수 있으며, 밸브(13)가 열리면, 액화 압력 매체가 응축기(C)로부터 매체 저장 탱크(14)로의 방향을 따라 유동 가능하도록 하고, 밸브(18)가 열리면, 액화 압력 매체가 매체 저장 탱크(14)로부터 증기 발생기(D)로의 방향을 따라 유동 가능하도록 한다. 여기서, 매체 저장 탱크(14)는 또한, 밸브(13)가 위치한 파이프라인과 상이한 파이프라인을 통해 응축기(C)와 연통될 수 있되, 해당 상이한 파이프라인에는 직렬로 연결된 밸브(12)와 공압 발전기(11)가 포함되어, 매체 저장 탱크(14) 내의 액화 압력 매체 상측의 기화 압력 매체가 응축기(C)로 유동하도록 제어될 수 있다. 매체 저장 탱크(14)는 또한, 밸브(18)가 위치한 파이프라인과 상이한 파이프라인을 통해 증기 발생기(D)와 연통될 수 있되, 해당 상이한 파이프라인에는 직렬로 연결된 밸브(16)와 기체 저장 탱크(17)가 포함되고, 해당 기체 저장 탱크(17)는 증기 발생기(D)와 밸브(16) 사이에 연결되어, 증기 발생기(D)로부터 오는 기화된 공압 모터의 기화 압력 매체와 그에 포함된 공압 모터의 액화 압력 매체를 서로 분리하고 필요 시에 기화된 공압 모터의 기화 압력 매체를 임시로 저장하도록 구성되며, 밸브(16)는 증기 발생기(D)에서 발생된 기화 압력 매체가 매체 저장 탱크(14)로 유동하도록 제어할 수 있다. 여기서, 밸브(12)와 밸브(16)은 전동 밸브이며, 액면 센서(15)의 감지 신호의 제어를 받고, 기체 저장 탱크(17)는 액체-기체 분리 기능을 갖는 다른 장치로 대체될 수도 있다.

아래에 도 2에 도시된 분산형 에너지 변환 시스템의 부분 확대 예시도를 참조하여 본 실시예의 상술한 다른 일 구현 방식에서의 매체 저장 탱크(14) 및 관련 밸브의 작동 과정을 설명한다. 매체 저장 탱크(14)의 액면이 소정의 고액면 임계값(19)보다 높으면, 액면 센서(15)는 액면이 소정의 고액면 임계값(19)보다 높다는 것을 감지하게 되고, 전기적 신호를 생성하여, 전동 밸브(12)가 열린 상태에서 닫힌 상태로 변하도록 구동하고 전동 밸브(16)가 닫힌 상태에서 열린 상태로 변하도록 구동한다. 이때, 기체 저장 탱크(17) 내의 고압 기체(즉, 증기 발생기(D) 내의 기화에 의해 생성된 기화 압력 매체)는 밸브(16)를 통해 매체 저장 탱크(14)로 유입되어, 매체 저장 탱크(14) 내 압력이 증가되도록 하여, 일방향 밸브(13)가 닫히도록 하고, 또한 매체 저장 탱크(14) 내의 압력 매체의 중력으로 인해 일방향 밸브(18)가 열리도록 함으로써, 매체 저장 탱크(14)와 증기 발생기(D)가 연통되어, 액화 압력 매체가 증기 발생기(D)로 다시 유입되도록 한다. 매체 저장 탱크(14)의 액면이 소정의 저액면 임계값(20)보다 낮으면, 액면 센서(15)는 액면이 소정의 저액면 임계값(20)보다 낮은 것을 감지하게 되어, 전기적 신호를 발생하여, 전동 밸브(12)가 닫힌 상태에서 열린 상태로 변하도록 구동하고, 전동 밸브(16)가 열린 상태에서 닫힌 상태로 변하도록 구동한다. 이때, 매체 저장 탱크(14) 내부의 압력은 응축기(C)의 쉘 측 내부(공압 모터(J)의 기화 및 액화 압력 매체가 통과하도록 함)의 압력보다 높아, 이 압력 차이를 이용하여, 공압 발전기(11)가 전기를 생성하도록 구동할 수 있다. 생성된 전기는 바람직하게 와이어(23)를 통해 가열 튜브(22)의 온도를 상승시키는 데 사용되어, 유체 저장 탱크(F) 내의 물에 대한 보조 가열을 통해 유체 저장 탱크(F)에 열을 저장할 수 있다. 또한, 매체 저장 탱크(14) 내부의 압력이 감소함에 따라, 응축기(C) 내의 압력 매체의 중력 작용에 의해 일방향 밸브(13)가 닫힌 상태에서 열린 상태로 변한다. 이때, 증기 발생기(D)의 쉘 측 내부(공압 모터(J)의 액화 및 기화 압력 매체가 통과하도록 함) 압력은 매체 저장 탱크(14) 내부 압력보다 크므로, 일방향 밸브(18)가 열린 상태에서 닫힌 상태로 변하여, 매체 저장 탱크(14)와 증기 발생기(D) 사이의 연통이 차단되도록 한다. 이러한 방식은 기존에 전기 펌프를 이용하여 매체를 환류시키는 방식에 비해 전력을 많이 절감하며, 고압에 견디고, 누출이 없으며, 효율이 보다 높다.

본 발명의 실시예에 따른 분산형 에너지 변환 시스템에서, 상기 히트 펌프(I)는 전동 모터(8), 및 상기 전동 모터에 의해 구동되는 압축기를 포함할 수 있되, 유체 저장 탱크(H)로부터 오는 물의 적어도 일부가 상기 전동 모터(8)에 대한 수냉에 사용되고, 수냉 후 유체 저장 탱크(F)로 되돌아가도록 하며, 추가적으로 또는 대안적으로, 공압 모터(J)는 발전기를 구동하도록 상기 발전기와 연결될 수 있되, 유체 저장 탱크(H)로부터 오는 물의 적어도 일부가 발전기에 대한 수냉에 사용되고, 수냉 후 유체 저장 탱크(F)로 되돌아가도록 한다. 이러한 방식을 통해, 시스템 내 기기(전동 모터와 발전기 등을 포함함)의 기계적 운동에 의해 발생되는 열도 저장되고 활용될 수 있도록 함으로써, 폐열의 생성을 방지한다.

아래에 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예의 분산형 에너지 변환 방법을 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분산형 에너지 저장 및 에너지 변환 방법의 예시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 분산형 에너지 변환 방법은,

히트 펌프(I)의 매체를 이용하여, 순환 루프 내의 염수로부터 열을 흡수하여 염수를 냉각시키는 단계;

히트 펌프(I)를 이용하여, 열을 흡수한 매체를 압축함으로써 매체의 온도를 추가적으로 상승시켜, 그 매체에 의해, 다른 일 순환 루프 내의 물이 가열되도록 하는 단계;

가열된 물을 수송하여, 공압 모터(J)의 입력 압력 매체를 가열하여 상기 공압 모터(J)를 작동시키기 위한 기화 압력 매체로 기화시키고, 입력 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 물이 히트 펌프(I)의 매체에 의해 재가열되어, 공압 모터(J)의 입력 압력 매체를 재가열하도록 함으로써, 상기 다른 일 순환 루프 내에서 물에 대한 가열 및 온도 저하가 반복되도록 하는 단계; 및

냉각된 염수를 수송하여, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체를 응축시키고, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체에 대한 응축으로 인해 온도가 상승된 염수가 히트 펌프(I)의 매체에 의해 다시 열이 흡수되고 냉각되어, 공압 모터(I)의 출력 기화 압력 매체를 다시 응축시키도록 함으로써, 순환 루프 내에서 염수에 대한 냉각 및 온도 상승이 반복되도록 하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 순환 루프는 각각 내부에서 염수와 물을 일방향으로 순환시키도록 구성되며, 전술한 실시예에서의 순환 루프와 동일한 의미를 갖는다.

히트 펌프(I)의 매체는 유체 저장 탱크(G)로부터 오는 염수로부터 열을 흡수하여 염수를 냉각시키고, 냉각된 염수는 유체 저장 탱크(E)로 수송될 수 있다. 히트 펌프(I)는 또한, 열을 흡수한 그의 매체를 압축함으로써 매체의 온도를 추가적으로 상승시켜, 유체 저장 탱크(H)로부터 오는 물이 가열되도록 하고, 가열된 물은 유체 저장 탱크(F)로 수송될 수 있다. 유체 저장 탱크(F)로부터 오는 가열된 물은 수송되어, 공압 모터(J)의 입력 압력 매체를 가열하여, 상기 공압 모터(J)를 작동시키기 위한 기화 압력 매체로 기화시키고, 입력 압력 매체를 가열한 후의 물은 유체 저장 탱크(H)로 다시 수송될 수 있다. 유체 저장 탱크(E)로부터 오는 냉각된 염수는 수송되어, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체를 응축시키고, 이어서 유체 저장 탱크(G)로 다시 되돌아가도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에서의 에너지 변환 방법에서의 냉각과 가열은 응축기와 증발기를 통해 실현될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유체 저장 탱크(E)로부터 오는 냉각된 제1 유체가 응축기(C)의 튜브 측을 통과하도록 하여, 응축기(C)의 쉘 측에 유입된, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체(예를 들어 암모니아 기체)를 응축시켜 액화 압력 매체(즉 액화 암모니아)를 획득하고, 해당 액화 압력 매체는 공압 모터(J)의 입력 압력 매체(즉 액화 암모니아)로서 증기 발생기(D)로 다시 수송될 수 있다. 유체 저장 탱크(F)로부터 오는 가열된 물은, 증기 발생기(D)의 튜브 측을 통과하도록 함으로써, 증기 발생기(D)의 쉘 측 내의, 공압 모터(J)의 입력 압력 매체가 가열되어, 공압 모터(J)를 작동시키기 위한 기화 압력 매체로 기화되도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 에너지 변환 방법에서, 히트 펌프(I)의 매체가 증발기(A)의 쉘 측을 통과하도록 하여, 증발기(A)의 튜브 측에 유입된, 유체 저장 탱크(G)로부터 오는 염수로부터 열을 흡수하여 증발됨으로써, 염수를 냉각시킬 수 있다. 히트 펌프(I)의 압축된 매체는 응축기(B)의 쉘 측에 유입되어, 응축기(B)의 튜브 측에 유입된, 유체 저장 탱크(H)로부터 오는 물을 가열하여 응축된 후, 증발기(A)로 다시 수송될 수 있다. 충돌이 없는 전제하에, 본 발명에서의 "쉘 측"과 "튜브 측"은 실제 응용에 따라 호환될 수도 있다.

본 실시예에서, 염수용 순환 루프와 물용 순환 루프의 구성은 전술한 실시예에서와 같은 의미를 가질 수 있다. 본 발명에서, 일 순환 루프 내에서 순환 유체로서 염수가 사용되고, 다른 일 순환 루프 내에서 순환 유체로서 물(즉 일반 담수)이 사용되나, 본 발명은 순환 유체로서 염수와 물을 사용하는 데 제한되지 않으며, 충돌이 없는 전제하에, 필요한 작동 온도에서 순환 유동에 유리하도록 유체 상태로 유지될 수 있어, 히트 펌프의 매체 및 공압 모터의 압력 매체와 조화롭게 지정된 온도에서 열교환을 진행할 수 있는 한, 다른 유체(예를 들어 다른 종류의 액체, 심지어는 기체)를 사용할 수도 있다. 당업자는 시스템에 사용되는 히트 펌프 매체의 종류, 압력, 작동 온도 등과 공압 모터에 사용되는 압력 매체의 종류, 압력, 작동 온도 등에 따라, 상술한 순환 루프에서 순환하기에 적합한 유체를 충분히 결정할 수 있다. 본 발명의 각 실시예에서는 순환 유체로서 염수와 물을 사용하는 것만을 예로 들어 설명하였다. 염수를 제1 유체로 사용하는 이유는, 0℃ 이하에서도 유동성이 유지될 수 있어야 하고, 공급원이 많고 비용이 저렴하기 때문이다. 또한, "물"이 언급됨에 있어서, 0℃의 어는점을 갖는 일반 담수를 지칭한다.

공압 모터(J)의 압력 매체로서 액화 암모니아를 사용하는 경우, 예를 들어 친환경 냉매인 액화 암모니아를 사용하는 경우, 증기 발생기(D)의 튜브 측 입구의 물 온도가 75℃이고 튜브 측 출구의 물 온도가 40℃이면, 증기 발생기(D)의 쉘 측에서 액화 암모니아가 기화되어 발생된 증기압은 16.7KG이다. 이때, 응축기(C)의 튜브 측 입구의 염수 온도가 -12℃이고 튜브 측 출구의 염수 온도가 12℃이면, 공압 모터(J)에 약 6.7KG의 배압이 발생되므로, 본 시스템은 공압 모터(J)에서 약 10KG의 순 압력차를 얻을 수 있으며, 이는 종래 기술에 비해 현저하게 향상되어, 공압 모터(J)의 출력 동력을 증가시키며, 공압 모터(J)가 발전기를 구동하여 전기를 생성하도록 구성되는 경우 발전량을 크게 증가시켜, 발전기의 성능 계수가 약 5에 달할 수 있도록 한다. 물론 실제 구현 시 증기 발생기(D)로 유입되는 물의 온도, 응축기(C)로 유입되는 염수의 온도 등에 따라, 당업자는 공압 모터(J)의 압력 매체로서 적절한 다른 매체를 선택할 수 있으며, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

아래에 본 발명의 실시예에 따른 에너지 변환 방법에서 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체를 응축하여 얻는 액화 압력 매체를 공압 모터(J)의 입력 압력 매체로서 증기 발생기(D)로 되돌아가도록 하는 과정을 설명한다.

구체적으로, 응축된 액화 압력 매체를 공압 모터(J)의 입력 압력 매체로서 증기 발생기(D)로 되돌아가도록 하기 전에, 상기 방법은 하기와 같은 단계들을 더 포함할 수 있다.

응축기(C)와 매체 저장 탱크(14)를 연통시키면서, 매체 저장 탱크(14)와 증기 발생기(D) 사이의 연통을 차단하여, 응축된 액화 압력 매체가 매체 저장 탱크(14) 내에 유입되도록 하고, 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 고액면 임계값(19)보다 높으면, 매체 저장 탱크(14)와 응축기(C) 사이의 연통을 차단하고, 증기 발생기(D)와 매체 저장 탱크(14)를 연통시켜, 매체 저장 탱크(14) 내의 응축된 액화 압력 매체가 증기 발생기(D) 내에 되돌아가도록 한다.

또한, 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 저액면 임계값(20)보다 낮으면, 매체 저장 탱크(14)와 증기 발생기(D) 사이의 연통을 차단시키고 매체 저장 탱크(14)와 응축기(C)를 다시 연통시켜, 응축된 액화 압력 매체가 매체 저장 탱크(14)로 유입되도록 하되, 소정의 저액면 임계값(20)은 소정의 저액면 임계값보다 낮다.

매체 저장 탱크(14)와 응축기(C)가 다시 연통되면, 또한 매체 저장 탱크(14) 내부와 응축기(C)의 쉘 측 내부 사이의 압력차를 이용하여 공압 발전기(11)를 구동하여 전기를 생성할 수 있되, 생성된 전기는 바람직하게 유체 저장 탱크(F) 내의 물에 대한 보조 가열에 사용된다.

히트 펌프(I)가 전동 모터(8), 및 상기 전동 모터(8)에 의해 구동되는 압축기를 포함하고, 공압 모터(J)가 발전기를 구동하도록 발전기와 연결되면, 시스템 내의 기계적 운동에 의해 발생되는 열을 재활용하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 변환 방법은 또한, 유체 저장 탱크(H)로부터 오는 물의 적어도 일부를 전동 모터(8)에 대한 수냉에 사용하고, 수냉 후 유체 저장 탱크(F)로 다시 수송하는 단계; 및 유체 저장 탱크(H)로부터 오는 물의 적어도 일부를 발전기에 대한 수냉에 사용하고, 수냉 후 유체 저장 탱크(F)로 다시 수송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 에너지 변환 시스템에서와 유사하게, 유체 저장 탱크(G), 유체 저장 탱크(E), 유체 저장 탱크(H), 유체 저장 탱크(F), 매체 저장 탱크(14), 증발기(A), 증기 발생기(D), 응축기(C) 및/또는 응축기(B)는 절연된 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 에너지 변환 방법에 있어서, 순환 루프, 염수와 물 등 유체, 히트 펌프의 매체, 공압 모터의 압력 매체에 대한 설명은 전술한 에너지 변환 시스템에서의 설명과 일치하므로, 여기서 반복하여 설명하지 않는다.

아래에 본 발명의 실시예에 따른 에너지 변환 시스템 및 방법의 발전 분야에서의 구체적인 응용을 참조하여, 본 발명을 추가적으로 설명한다.

해당 구체적인 응용의 전반적인 구상은 다음과 같다. 야간에 히트 펌프를 통해 야간 비첨두 전력을 이용하여, 비첨두 시간대가 종료될 때까지 냉수와 온수를 운반체로서 사용하여 열(현열 및 잠열을 포함함)을 유체 저장 탱크(E, F)에 저장하며, 이로써 야간 에너지 저장 모드가 형성된다. 주간에는 발전 모드가 실행되는바, 즉 유체 저장 탱크(E, F)에 저장된 냉온열을 종합적으로 활용하여 전기를 생성한다. 야간 에너지 저장 모드와 주간 발전 모드가 교대로 순환된다.

1. 야간 에너지 저장 모드에 대한 구체적인 설명

사람들의 일반적인 인식에 의하면, 폐열의 발생은 매우 보편적인 현상이고, 대부분 경우 폐열을 사용하지 않는다. 예를 들어, 에어컨 냉방을 예로 들면 여름에 실내는 냉방이 필요하지만 에어컨의 실외기는 많은 열을 발산하며, 이 열은 폐열로 간주되어 폐기된다. 그러나, 본 발명에서는 진정한 "폐열"이 없으며, 대신 히트 펌프를 통해 "폐열"이 물을 운반체로 하여 대형 유체 저장 탱크(F)에 저장되어, 낮에 증기 발생기(D) 내의 압력 매체(예를 들어 액화 암모니아 또는 프레온)를 가열하여 고압 증기를 생성함으로써 공압 모터를 구동하는 데 사용되도록 하여, 폐물을 보물로 만든다. 이때, 가열 성능 계수(COP)는 3이다.

다른 일 측면에서 볼 때, 에어컨 난방을 예로 들면, 겨울에 실내는 난방이 필요하고 에어컨의 실외기는 많은 양의 냉열을 발생시키며 이 또한 폐기된다. 그러나, 본 발명에서는 진정한 "폐냉열"이 없으며, 대신 히트 펌프를 통해 "폐냉열"이 염수를 운반체로 하여 대형 유체 저장 탱크(E)에 축랭되어, 낮에 공압 모터(C)의 배기 기체를 응축시키는 데 사용된다. 이때, 축랭 COP는 2이다.

다시 말해서, 사람들은 일반적으로 단순 온열만 사용하거나 또는 단순 냉열만 사용하고 온열과 냉열을 동시에 활용하지 않지만, 사실 온열과 냉열은 모두 에너지이다. 본 발명의 특징은 두 가지가 동시에 함께 활용되어 성능 계수가 매우 높다는 점이다.

2. 주간 발전 모드 설명

기존의 화력 발전에서는, 고온 고압 증기가 팽창하여 일을 한 후의 배기 기체가 액체로 응축되어야 한다. 이때, 엄청난 응축열이 방출되는데, 이 열은 같은 질량의 물의 기화열(잠열)과 동등하며, 발전 시스템은 이 부분 열을 활용할 수 없어, 전반 발전 시스템의 효율이 크게 저하되고, 심지어 초임계 발전기 세트의 효율도 45%를 초과하지 않는다. 반면, 본 발명에서는 공압 모터의 고압 매체 기체(예를 들어 암모니아 또는 프레온 기체 등)가 공압 모터 내에서 팽창하여 일을 한 후 그 배기 기체가 응축기(C)로 유입되며, 차이점이라면 발생되는 다량의 응축열이 유실되지 않고 유체 저장 탱크(E)의 냉수에 의해 흡수되어 저장됨으로써, 야간에 증발기(A)에서 흡수되어 활용될 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명은 공압 모터의 매체의 응축열을 저장하여 활용한다. 또한, 유체 저장 탱크(E)로부터 오는 빙수를 이용하여 공압 모터의 배기 압력을 크게 저하시킴으로써, 공압 모터의 입력단과 출력단 사이의 압력차를 높여, 공압 모터의 동력이 강화되고 발전량이 증가되도록 한다.

구체적인 예시적인 구현에 있어서, 히트 펌프(I)가 야간에 비첨두 전력을 이용하여 작동할 때, 쉘-앤-튜브형 증발기(A)의 쉘 측의 매체(즉, 냉매)는 비등하여 증발함으로써, 온도를 저하시키는바, 생성된 냉열을 튜브 측의 온수(1)로 전달함과 동시에 열을 흡수하여, 온수(1)가 -12℃의 빙수로 변하여 유체 저장 탱크(E)에 저장되도록 하고, 증발기(A) 내의 냉매 증기는 히트 펌프(I)의 압축기를 통해 응축기(B)로 유입되어 액체 냉매로 응축되면서 열을 방출한 후 파이프라인(2)을 통해 증발기(A)로 되돌아가도록 하여, 하나의 냉동 사이클이 완료된다. 응축기(B)는 응축 시에 방출된 열을 응축기(B)의 튜브 측 저온수(3)로 전달함으로써, 그 온도를 75℃로 상승시키고, 유체 저장 탱크(F)에 비축하여, 야간 에너지 저장 모드가 완료된다.

오전 8시 이후에는, 워터 펌프(4)가 작동을 시작함으로써, 유체 저장 탱크(F) 내의 고온수가 증기 발생기(D)로 유입되어, 그 쉘 측의 액화 암모니아를 가열하여 승압시키며, 이로써 발생된 고압 암모니아 증기는 파이프라인(5)을 통해 공압 모터(J)로 유입되어 팽창을 통해 일을 하여, 발전기가 전기를 생성하도록 구동한다.

공압 모터(J)에서 발생한 배기 기체는 파이프라인(6)을 통해 응축기(G)로 유입되어 응축을 통해 열을 방출하면서 유체 저장 탱크(E)으로부터 오는 -12℃의 저온 염수를 가열함으로써, 염수가 0~12℃로 가열되어, 야간 사용을 위해 유체 저장 탱크(G)에 비축되도록 하는 동시에, 공압 모터(J)의 배기 압력을 감소시킴으로써, 공압 모터의 매체 입력단과 매체 출력단 사이의 압력차를 증가시켜, 발전량을 증가시킨다. 이때, 응축기(C) 내의 액화 암모니아는 다시 증기 발생기(D)로 수송되어, 하나의 작동 사이클이 완료되며, 이로써 주간 발전 모드가 구현된다.

본 발명의 분산형 에너지 변환 시스템은 풍력 및 태양 에너지 저장, 비첨두 전기 에너지 저장, 화력 발전 등 분야에 사용될 수 있으며, 본 발명은 이에 대해 한정하지 않는다.

전술한 실시예의 분산형 에너지 변환 방법 및 시스템에서, 히트 펌프의 매체와 공압 모터의 매체는 간접적으로, 즉 제1 순환 루프와 그 매체 및 제2 순환 루프와 그 매체에 의해 열교환을 진행한다. 그러나, 본 발명자는 또한, 일부 응용 시나리오에서 에너지 저장 부분이 필요하지 않을 수도 있어, 도 1 내지 도 3을 참조하여 위에서 설명한 분산형 에너지 저장 방법 및 분산형 에너지 저장 시스템에서, 에너지 저장 부분을 제거하여, 즉 분산형 에너지 변환 방법 및 분산형 에너지 변환 시스템 내의 제1 순환 루프 및/또는 제2 순환 루프를 제거하여, 히트 펌프의 매체와 공압 모터의 매체가 직접 열교환을 수행하도록 변경시킴으로써, 입력 에너지의 즉각적인 증폭 및 출력을 실현할 수 있는 다른 에너지 변환 방법 및 에너지 변환 시스템을 얻을 수 있음을 발견하였다. 아래에 도 4 및 도 5를 참조하여 구체적으로 설명할 것이며, 도 1 및 도 2에서와 동일한 도면 부호는 도 1 및 도 2에서와 동일한 기능을 갖는 구성 요소를 나타내며, 아래에 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 4에 도시된 바는 본 발명의 일 변형 실시예에 따른 에너지 변환 시스템의 예시도로서, 상기 에너지 변환 시스템은 히트 펌프(I), 공압 모터(J), 증발식 응축기(K) 및 증발식 응축기(L)를 포함할 수 있되, 히트 펌프(I)는 파이프라인을 통해 증발식 응축기(K) 및 증발식 응축기(L)와 각각 유체 연통되고 증발식 응축기(K)와 증발식 응축기(L)는 파이프라인(30)을 통해 유체 연통되어, 히트 펌프(I)의 매체가 증발식 응축기(K), 파이프라인(30) 및 증발식 응축기(L)를 경유하여 순환 유동할 수 있도록 하며, 또한 공압 모터(J)는 파이프라인을 통해 증발식 응축기(K) 및 증발식 응축기(L)와 각각 유체 연통되고 증발식 응축기(K)와 증발식 응축기(L)는 또한 파이프라인(40)을 통해 유체 연통되어, 공압 모터(J)의 압력 매체가 증발식 응축기(K), 파이프라인(40) 및 증발식 응축기(L)를 경유하여 순환 유동할 수 있도록 한다.

히트 펌프(I)의 매체는, 증발식 응축기(K) 내에서 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체로부터 열을 흡수함으로써, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체를 응축시켜 액화 압력 매체를 획득하도록 구성되되, 상기 액화 압력 매체는 공압 모터(J)의 입력 압력 매체로서 수송된다.

히트 펌프(I)는, 열을 흡수한 매체를 압축함으로써 매체의 온도를 상승시켜, 증발식 응축기(L) 내에서 공압 모터(J)의 입력 압력 매체가 가열되어 기화 압력 매체로 기화되도록 하게끔 구성되되, 상기 기화 압력 매체는, 공압 모터(J)를 작동시킨 후 공압 모터(J)에 의해 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체로서 출력되도록 구성된다.

증발식 응축기(L) 내에서 공압 모터(J)의 입력 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 히트 펌프(I)의 매체는, 증발식 응축기(K) 내로 수송되어, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체로부터 다시 열을 흡수하도록 함으로써, 히트 펌프(I)의 매체에 의한 흡열, 온도 상승 및 온도 저하 과정이 반복되도록 한다.

일 예로, 히트 펌프(I)의 매체는 증발식 응축기(K)의 튜브 측을 통과함으로써, 증발식 응축기(K)의 쉘 측을 통과하는 공압 모터(J)의 압력 매체로부터 열을 흡수하여 기화되며, 이와 동시에 증발식 응축기(K)의 쉘 측을 통과하는 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체는 방열로 인해 응축될 수 있다.

예를 들어, 히트 펌프(I)의 압축된 매체는 증발식 응축기(L)의 튜브 측을 통과함으로써, 열을 방출하여 응축되고, 공압 모터(J)의 입력 압력 매체는 증발식 응축기(L)의 쉘 측에서 열을 흡수하여 기화되도록 구성된다.

상기 변형 실시예에 따른 에너지 변환 시스템은 또한, 매체 저장 탱크(14)를 더 포함할 수 있되, 매체 저장 탱크(14)는 증발식 응축기(K)보다 낮게 위치되며, 밸브(13)를 통해 증발식 응축기(K)와 유체 연통되고 밸브(18)를 통해 증발식 응축기(L)와 유체 연통된다.

매체 저장 탱크(14) 및 관련 밸브의 작동 방식은 전술한 실시예와 동일하다. 예를 들어, 시스템의 작동 시에, 밸브(13)가 열린 상태이면, 밸브(18)가 닫힌 상태로 되어, 증발식 응축기(K)와 매체 저장 탱크(14)가 연통되면서, 매체 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(L) 사이의 연통은 차단되어, 증발식 응축기(K)에서 응축된 액화 압력 매체가 매체 저장 탱크(14)로 유입되도록 하며, 이로써 매체 저장 탱크(14) 내의 액화 압력 매체의 액면이 점차 높아진다. 또한, 매체 저장 탱크(14) 내의 액화 압력 매체의 액면이 소정의 제1 임계값보다 높으면, 밸브(13)가 닫힌 상태로 변하고 밸브(18)가 열린 상태로 변하여, 매체 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(K) 사이의 연통이 차단되고 매체 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(L)는 연통되며, 이로써 매체 저장 탱크(14) 내의 응축된 액화 압력 매체가 증발식 응축기(L)로 되돌아갈 수 있도록 한다.

한편, 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 제2 임계값보다 낮으면, 밸브(13)가 열린 상태로 변하고 밸브(18)가 닫힌 상태로 변하여, 매체 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(L) 사이의 연통이 차단되고 매체 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(K)가 다시 연통되며, 이로써 증발식 응축기(K)에서 응축된 액화 압력 매체가 매체 저장 탱크(14)로 유입될 수 있도록 한다. 여기서, 소정의 제2 임계값은 소정의 제1 임계값보다 낮다.

시스템 내의 에너지를 추가적으로 회수하기 위해, 매체 저장 탱크(14)는 또한, 밸브(13)가 위치한 파이프라인과 상이한 파이프라인을 통해 증발식 응축기(K)와 유체 연통될 수 있되, 해당 상이한 파이프라인에는 직렬로 연결된 밸브(12)와 보조 공압 모터(11')가 포함되며, 또한, 매체 저장 탱크(14)는 또한, 밸브(18)가 위치한 파이프라인과 상이한 파이프라인을 통해 증발식 응축기(L)와 유체 연통될 수 있되, 해당 상이한 파이프라인에는 직렬로 연결된 밸브(16)와 기체 저장 탱크(17)가 포함되고, 해당 기체 저장 탱크(17)는 증발식 응축기(L)와 밸브(16) 사이에 연결되어, 증발식 응축기(L)로부터 오는, 공압 모터(J)의 기화된 공압 모터 기화 압력 매체와 그에 포함된 공압 모터 액화 압력 매체를 서로 분리하고 필요 시에 기화된 공압 모터 기화 압력 매체를 임시로 저장하도록 구성된다. 기체 저장 탱크(17)는 액체-기체 분리 기능을 갖는 다른 장치로 대체될 수도 있다. 당업자라면 또한, 파이프라인(5)에도 수요에 따라 필요한 액체-기체 분리 장치를 설치하여 증발식 응축기(L)로부터 오는 기화된 공압 모터 기화 압력 매체가 우선 증발식 응축기(L)로부터 오는 공압 모터 액화 압력 매체로부터 분리된 후 공압 모터(J)로 수송되도록 할 수도 있음을 이해할 수 있다. 파이프라인(5)을 사용하는 대신, 기체 저장 탱크(17)로부터 파이프라인을 인출하여 공압 모터(J)의 압력 매체 유입구와 연결시킴으로써, 추가적으로 액체-기체 분리 장치를 설치할 필요 없이 기체 저장 탱크(17)를 공용하여 액체-기체 분리를 수행할 수도 있음을 이해할 수 있다.

시스템의 운행 시에, 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 제1 임계값보다 높으면, 밸브(12)가 열린 상태로부터 닫힌 상태로 변하고 밸브(16)가 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변하며, 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 제2 임계값보다 낮으면, 밸브(12)가 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변하고 밸브(16)가 열린 상태로부터 닫힌 상태로 변하여, 매체 저장 탱크(14) 내부와 증발식 응축기(K) 내부 사이의 압력차에 의해 보조 공압 모터(11')가 구동되고, 매체 저장 탱크(14) 내부와 증발식 응축기(K) 내부 사이에 압력 균형이 이루어진 후, 밸브(13)는 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변한다.

상기 변형예에서, 밸브(13)와 밸브(18)은 일방향 밸브이고, 밸브(12)와 밸브(16)은 전동 밸브이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 변형예에서 상기 시스템은 보조 히트 펌프(26)를 더 포함할 수 있다. 보조 히트 펌프(26)는 보조 공압 모터(11')에 의해 구동되어, 히트 펌프(26)가 증발식 응축기(K)로부터 히트 펌프(I)의 매체의 적어도 일부를 추출하고 압축하여 상기 매체의 적어도 일부의 온도를 상승시킨 후, 온도가 상승된 상기 매체의 적어도 일부와 히트 펌프(I)에 의해 압축되어 온도가 상승된 매체를 합류시켜 증발식 응축기(L)로 유입시키도록 한다. 보조 공압 모터(11')를 이용하여 상기 보조 히트 펌프(26)를 구동함으로써, 보조 공압 모터(11')에 의해 출력되는 에너지를 충분히 활용하고, 상기 보조 히트 펌프(26)는 증발식 응축기(K)로부터 히트 펌프(I)의 매체를 추출함으로써 증발식 응축기(K) 내의 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체의 온도를 추가적으로 저하시키고, 보조 히트 펌프(26)에 의한 압축을 통해 온도가 상승된 매체는 증발식 응축기(L)로 수송되는 열을 추가적으로 증가시킬 수 있다. 즉, 보조 히트 펌프(26), 증발식 응축기(K)와 증발식 응축기(L)를 통해, 공압 모터(J)의 기화 압력 매체 입력단과 기화 압력 매체 출력단 사이의 압력차가 추가적으로 증가되어, 공압 모터(J)의 전력이 추가적으로 증가된다.

추가적인 변형으로서, 상기 시스템은 또한 액체 탱크(27)를 더 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 바는 본 발명의 다른 일 변형 실시예에 따른 에너지 변환 시스템의 예시도이다. 여기서, 매체 저장 탱크(14)는 두 가지 매체 사이의 열교환이 가능하도록 하는 쉘-앤-튜브형 저장 탱크로서, 공압 모터(J)의 액화 및 기화 압력 매체는 해당 쉘-앤-튜브형 저장 탱크의 쉘 측에서 유동할 수 있다. 보조 히트 펌프(26)로부터 출력되는 매체 및/또는 히트 펌프(I)로부터 출력되는 매체는 액체 탱크(27) 내의 액체(예를 들어 물)을 가열하는 데 사용될 수 있으며, 쉘-앤-튜브형 저장 탱크 내의 액화 압력 매체는 증발식 응축기(L)로 수송되기 전에, 액체 탱크(27)로부터 오는 가열된 액체는 해당 쉘-앤-튜브형 저장 탱크의 튜브 측으로 수송되어 쉘-앤-튜브형 저장 탱크의 쉘 측의 액화 압력 매체를 가열하도록 한다.

매체 저장 탱크(14) 내의 액화 압력 매체의 온도와 증발식 응축기(L) 내의 액화 및/또는 기화 압력 매체의 온도 사이의 차이가 비교적 크면, 매체 저장 탱크(14) 내의 액화 압력 매체가 증발식 응축기(L)로 유입될 때, 증발식 응축기(L)로부터 공압 모터(J)로 수송되는 기화 압력 매체의 압력 안정성에 영향을 끼치게 되어, 공압 모터(J)의 출력 전력 안정성에 영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 본 발명인은 추가적으로 상술한 방법으로 매체 저장 탱크(14) 내의 액화 압력 매체를 예열함으로써, 그가 증발식 응축기(L)로 유입될 때 증발식 응축기(L) 내의 압력 매체의 온도에 대한 영향을 줄이거나 또는 방지하여, 공압 모터(J)의 입력 기화 압력 매체의 압력이 더욱 안정적이도록 한다.

아래에 실예를 통해 상술한 해결수단의 보다 많은 세부 내용을 제공한다. 예를 들어, 매체 저장 탱크(14)(이 실예에서는 쉘-앤-튜브형 저장 탱크이거나, 또는 상이한 매체 사이의 열교환이 가능한 다른 장치임) 내의 공압 모터 압력 매체의 액면(예를 들어 액면계에 의해 측정됨)이 소정의 고액면 임계값(19)보다 높으면, 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(L)가 연통되기 전에, 액체 탱크(27)와 유체 연통된 펌프(24)가 트리거되어 액체 탱크(27) 내의 온열 액체가 저장 탱크(14)의 튜브 측에 수송되도록 하여, 저장 탱크(14)의 쉘 측의 공압 모터 액화 압력 매체(예를 들어 0℃의 CO₂ 액체)의 온도가 상승(예를 들어 온도가 30℃로 상승되고, 압력이 72㎏/cm²에 달함)되도록 한다. 저장 탱크(14) 내의 액화 압력 매체가 소정의 온도 또는 압력(온도 또는 압력 센서(25)에 의해 감지됨)에 달한 후, 펌프(24)가 작동을 멈추도록 트리거되고, 저장 탱크(14) 내의 액화 압력 매체가 증발식 응축기(L)로 유입 가능하도록 하며, 이때 밸브(16)와 밸브(18)가 열리고 밸브(12)와 밸브(13)가 닫혀, 저장 탱크(14)와 증발기(K) 사이의 연통이 차단되고 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(L) 사이의 연통이 형성되어, 중력 원리에 의해 저장 탱크(14)에서 온도가 상승된 압력 매체(즉, CO₂ 액체)가 자동으로 증발식 응축기(L)로 유입되며, 이로써 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(L) 내의 액화 압력 매체 온도가 유사하거나 또는 일치한 경우, 증발식 응축기(L)에서 출력되는 증기 압력이 안정적이고 파동이 작도록 유지하는 데 유리하여, 공압 모터의 회전 속도가 안정적이고 그에 의해 구동되는 발전기의 출력 전압 및 전류가 안정적이도록 한다. 저장 탱크(14) 내의 공압 모터 압력 매체의 액면이 하강하여 소정의 저액면 임계값(20)보다 낮아지면, 밸브(16, 18)가 닫히게 되고, 이때 저장 탱크(14) 내의 압력과 증발식 응축기(L) 내의 압력은 일치하므로, 즉 증발식 응축기(K) 내의 압력보다 훨씬 높으므로, 이때 밸브(12)가 열리고 저장 탱크(14) 내의 나머지 기화 압력 매체(예를 들어 고압 기체 CO₂)가 보조 공압 모터(11')로 유입되어 이를 구동하여 작동시켜, 추가적으로 보조 히트 펌프(26)가 작동하여 증발식 응축기(K)의 튜브 측의 히트 펌프 매체 기체를 추출하도록 구동함으로써, 증발식 응축기(K)의 쉘 측의 공압 모터(J)의 압력 매체가 추가적으로 냉각되도록 한다.

본 발명의 다른 일 변형예에 따르면, 에너지 변환 방법이 더 제공된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 해당 방법은 하기와 같은 단계들을 포함할 수 있다.

히트 펌프(I)의 매체를 이용하여, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체로부터 열을 흡수함으로써, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체를 응축시켜 액화 압력 매체를 획득하고, 액화 압력 매체를 공압 모터(J)의 입력 압력 매체로서 수송한다. 여기서, 히트 펌프(I)의 매체가 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체로부터 열을 흡수하는 것을 실현함에 있어서 이 두 가지 매체가 열교환 장치 내에서 직접 열교환을 수행하도록 할 수 있거나, 또는 간접 방식을 이용할 수 있는바, 즉 히트 펌프(I)의 매체가 열교환 장치를 통해 다른 매체로부터 열을 흡수하고 상기 다른 매체가 다른 열교환 장치를 통해 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체로부터 열을 흡수하도록 할 수 있으며, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

히트 펌프(I)를 이용하여, 열을 흡수한 매체를 압축함으로써 매체의 온도를 상승시키고, 이를 이용하여 공압 모터(J)의 입력 압력 매체가 가열되어 기화 압력 매체로 기화되도록 하되, 기화 압력 매체는, 공압 모터(J)를 작동시킨 후 공압 모터(J)에 의해 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체로서 출력되도록 구성된다. 여기서, 유사하게, 히트 펌프(I)의 온도가 상승된 매체를 이용하여 공압 모터(J)의 입력 압력 매체가 가열되는 것을 실현함에 있어서 이 두 가지 매체가 열교환 장치 내에서 직접 열교환을 수행하도록 할 수 있거나, 또는 간접 방식을 이용할 수 있는바, 즉 히트 펌프(I)의 온도가 상승된 매체가 열교환 장치를 통해 다른 매체를 가열하고 상기 다른 매체가 다른 열교환 장치를 통해 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체를 가열하도록 할 수 있으며, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

입력 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 히트 펌프(I)의 매체를 수송하여, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체로부터 다시 열을 흡수하도록 함으로써, 히트 펌프(I)의 매체에 의한 흡열, 온도 상승 및 온도 저하 과정이 반복되도록 한다.

상기 방법에서, 히트 펌프(I)의 매체에 의한 흡열, 온도 상승 및 온도 저하 과정이 반복되는 동시에, 공압 모터(J)의 압력 매체에 의한 방열 응축, 흡열 기화 및 일을 함으로써의 온도 저하 과정이 반복되는 것을 알 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 히트 펌프(I)의 매체를 이용하여, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체로부터 열을 흡수함으로써 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체를 응축하는 것은 증발식 응축기(K) 내에서 진행될 수 있다. 히트 펌프(I)의 매체는 증발식 응축기(K)의 튜브 측을 통과함으로써 열을 흡수하여 기화될 수 있고, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체는 증발식 응축기(K)의 쉘 측에 유입됨으로써 열을 방출하여 응축될 수 있다. 유사하게, 히트 펌프(I)의 온도가 상승된 매체를 이용하여, 공압 모터(J)의 입력 압력 매체를 가열하는 것은 증발식 응축기(L) 내에서 진행될 수 있다. 히트 펌프(I)의 압축된 매체는 증발식 응축기(L)의 튜브 측을 통과함으로써 열을 방출하여 응축될 수 있고, 공압 모터(J)의 입력 압력 매체는 증발식 응축기(L)의 쉘 측에서 열을 흡수하여 기화될 수 있다. 물론, 여기서 증발식 응축기(K)의 튜브 측과 쉘 측에서 유동되는 매체는, 전술한 바와 같이 서로 열교환이 가능한 한, 호환될 수도 있으며, 본 발명은 이에 대해 한정하지 않는다.

액화 압력 매체를 공압 모터(J)의 입력 압력 매체로서 수송하는 방식은 도 1 내지 도 3을 참조하여 위에서 설명한 방식과 일치하므로, 아래에 간략하게 설명한다.

액화 압력 매체가 공압 모터(J)의 입력 압력 매체로서 수송되기 전에, 해당 에너지 변환 방법은 또한 하기와 같은 단계들을 더 포함할 수 있다.

증발식 응축기(K)와 매체 저장 탱크(14)를 연통시키면서, 매체 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(L) 사이의 연통은 차단되도록 유지함으로써, 증발식 응축기(K)에서 응축된 액화 압력 매체가 매체 저장 탱크(14)로 유입되도록 한다.

매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 제1 임계값보다 높으면, 매체 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(K) 사이의 연통을 차단시키고 매체 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(L)를 연통시킴으로써, 매체 저장 탱크(14) 내의 응축된 액화 압력 매체가 제2 증발식 응축기(L)로 되돌아갈 수 있도록 한다.

매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 제2 임계값보다 낮으면, 매체 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(L) 사이의 연통을 차단시키고 매체 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(K)를 다시 연통시킴으로써, 증발식 응축기(K)에서 응축된 액화 압력 매체가 매체 저장 탱크(14)로 유입될 수 있도록 하되, 소정의 제2 임계값은 소정의 제1 임계값보다 낮다.

시스템 내의 에너지를 추가적으로 재활용하기 위해, 상기 에너지 변환 방법은 또한, 매체 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(K)가 다시 연통되면, 매체 저장 탱크(14) 내부와 증발식 응축기(K) 내부 사이의 압력차를 이용하여 보조 공압 모터(11')를 구동하는 단계를 더 포함할 수 있다.

추가적으로 공압 모터에 의한 발전 과정에서의 폐열을 회수하기 위해, 상술한 두 변형예에 따른 에너지 변환 시스템과 에너지 변환 방법에서는, 공압 모터(J)를 발전기에 연결시켜 발전기를 구동하도록 하고, 히트 펌프(I)의, 증발식 응축기(L)로부터 출력되는 온도가 저하된 매체의 적어도 일부를 이용하여, 공압 모터(J)와 연결된 발전기를 냉각시키고, 냉각 후 증발식 응축기(K)로 다시 수송함으로써, 전동 모터의 운전에서 발생되는 열을 재활용할 수 있다.

상기 방법에서도 도 6을 참조하여 설명한 시스템에서와 같이 보조 히트 펌프(26)를 도입하여 공압 모터(J)의 매체 입력단과 매체 출력단 사이의 압력차를 추가적으로 제공하고 저장 탱크(14) 내의 공압 모터 액화 압력 매체를 예열할 수 있다. 아래에 도 6을 참조하여 이에 대해 간략하게 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 방법에서는 보조 히트 펌프(26)를 더 포함할 수 있다. 보조 히트 펌프(26)는 보조 공압 모터(11')에 의해 구동되어, 히트 펌프(26)가 증발식 응축기(K)로부터 히트 펌프(I)의 매체의 적어도 일부를 추출하고 압축하여 상기 매체의 적어도 일부의 온도를 상승시킨 후, 온도가 상승된 상기 매체의 적어도 일부와 히트 펌프(I)에 의해 압축되어 온도가 상승된 매체를 합류시켜 증발식 응축기(L)로 유입시키도록 한다.

추가적인 변형으로서, 상기 방법에서는 또한 액체 탱크(27)를 더 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 여기서, 매체 저장 탱크(14)는 두 가지 매체 사이의 열교환이 가능하도록 하는 쉘-앤-튜브형 저장 탱크로서, 공압 모터(J)의 액화 및 기화 압력 매체는 해당 쉘-앤-튜브형 저장 탱크의 쉘 측에서 유동할 수 있다. 보조 히트 펌프(26)로부터 출력되는 매체 및/또는 히트 펌프(I)로부터 출력되는 매체는 액체 탱크(27) 내의 액체를 가열하는 데 사용될 수 있으며, 쉘-앤-튜브형 저장 탱크 내의 액화 압력 매체는 증발식 응축기(L)로 수송되기 전에, 액체 탱크(27)로부터 오는 가열된 액체는 해당 쉘-앤-튜브형 저장 탱크의 튜브 측으로 수송되어 쉘-앤-튜브형 저장 탱크의 쉘 측의 액화 압력 매체를 가열하도록 한다.

구체적으로, 매체 저장 탱크(14) 내의 공압 모터 압력 매체의 액면이 소정의 고액면 임계값(19)보다 높으면, 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(L)가 연통되기 전에, 액체 탱크(27)와 유체 연통된 펌프(24)가 트리거되어 액체 탱크(27) 내의 온열 액체가 저장 탱크(14)의 튜브 측으로 수송되도록 하여, 저장 탱크(14)의 쉘 측의 공압 모터 액화 압력 매체(예를 들어 0℃의 액화 CO₂)의 온도가 상승(예를 들어 온도가 30℃로 상승되고, 압력이 72㎏/cm²에 달함)되도록 한다. 저장 탱크(14) 내의 액화 압력 매체가 소정의 온도 또는 압력(온도 또는 압력 센서(25)에 의해 감지됨)에 달한 후, 펌프(24)가 작동을 멈추도록 트리거되고, 저장 탱크(14) 내의 액화 압력 매체가 증발식 응축기(L)로 유입 가능하도록 하며, 이때 밸브(16)와 밸브(18)가 열리고 밸브(12)와 밸브(13)가 닫혀, 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(K) 사이의 연통이 차단되고 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(L) 사이의 연통이 형성되어, 중력 원리에 의해 저장 탱크(14) 내의 온도가 상승된 압력 매체(즉, CO₂ 액체)가 자동으로 증발식 응축기(L)로 유입되며, 이로써 저장 탱크(14)와 증발식 응축기(L) 내의 액화 압력 매체 온도가 유사하거나 또는 일치한 경우, 증발식 응축기(L)에서 출력되는 증기 압력이 안정적이고 파동이 작도록 유지하는 데 유리하여, 공압 모터의 회전 속도가 안정적이고 그에 의해 구동되는 발전기의 출력 전압 및 전류가 안정적이도록 한다. 저장 탱크(14) 내의 공압 모터 압력 매체의 액면이 하강하여 소정의 저액면 임계값(20)보다 낮아지면, 밸브(16, 18)가 닫히게 되고, 이때 저장 탱크(14) 내의 압력과 증발식 응축기(L) 내의 압력은 일치하므로, 즉 증발식 응축기(K) 내의 압력보다 훨씬 높으므로, 이때 밸브(12)가 열리고 저장 탱크(14) 내의 나머지 기화 압력 매체(예를 들어 고압 CO₂ 기체)가 보조 공압 모터(11')로 유입되어 이를 구동하여 작동시켜, 추가적으로 보조 히트 펌프(26)가 작동하여 증발식 응축기(K)의 튜브 측의 히트 펌프 매체 기체를 추출하도록 구동함으로써, 증발식 응축기(K)의 쉘 측의 공압 모터(J)의 압력 매체가 추가적으로 냉각되도록 한다.

상기 두 가지 변형예에 따른 에너지 변환 시스템 및 에너지 변환 방법에서, 증발식 응축기(K), 증발식 응축기(L) 및/또는 매체 저장 탱크(14)는 절연될 수 있다. 물론, 전체 시스템의 각 구성 요소와 파이프라인의 절연 여부는 필요에 따라 결정될 수 있다. 또한, 히트 펌프(I)의 매체는 암모니아 NH₃일 수 있고, 공압 모터(J)의 압력 매체는 이산화탄소 CO₂일 수 있다.

위의 두 가지 변형예에 따른 에너지 변환 시스템 및 에너지 변환 방법에 있어서, 예를 들어, 히트 펌프(I)의 매체 유입구의 암모니아의 온도와 압력은 각각 0℃ 및 3.38kg/cm²로 설정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 히트 펌프(I)의 매체 유출구의 암모니아의 온도 및 압력은 각각 40℃ 및 14.8kg/cm²로 설정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 공압 모터(J)의 압력 매체 유입구의 CO₂의 온도 및 압력은 각각 40℃ 및 96kg/cm²로 설정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 공압 모터(J)의 압력 매체 유출구의 CO₂의 온도 및 압력은 각각 0℃ 및 35kg/cm²로 설정될 수 있다. 위의 내용은 예시적일 뿐이며, 당업자는 시스템 구성 요소의 다양한 파라미터(예를 들어 히트 펌프(I)의 성능 계수(냉각 성능 계수 및 가열 성능 계수를 포함함), 히트 펌프(I)의 매체, 공압 모터(J)의 성능 계수, 공압 모터(J)의 압력 매체, 증발식 응축기의 열교환 효율 등)에 따라 각 위치의 매체 온도와 압력을 조정하여, 해당 에너지 변환 시스템이 전체적으로 균형을 이루고 지속적으로 운행되도록 할 수 있다. 상술한 매체 온도 및 압력에서, 예를 들어 히트 펌프(I)의 성능 계수는 5.76로서, 가열 성능 계수는 3.36이고 냉각 성능 계수는 2.4일 수 있다.

예를 들어, 전력망 전력이 입력되어 히트 펌프(I)의 압축기가 구동되어 작동되면, 증발식 응축기(K)의 튜브 측의 액화 암모니아가 추출되어 기화됨으로써, 냉각 성능 계수는 2.4가 된다. 또한, 발생된 냉열은 증발식 응축기(K)의 쉘 측의 CO₂ 기체를 응축시키면서 CO₂ 응축열을 흡수하여, 증발식 응축기(K)의 전체 온도가 하나의 안정된 범위를 유지하도록 함으로써, 평형 흡열(NH₃)과 평형 방열(CO₂)이 지속되도록 한다.

히트 펌프(I)의 압축기가 냉각을 수행하는 동안, 압축기에 의해 압축된 암모니아가 증발식 응축기(L)의 튜브 측으로 유입되어 응축되면서 열을·방출하여, 가열 성능 계수 3.36을 실현하고, 이때 이 열이 증발식 응축기(L)의 쉘 측의 CO₂ 액체를 가열하여 암모니아의 기화와 CO₂의 기화 팽창이 동시에 진행되도록 하고, 획득된 고압 CO₂ 기체가 공압 모터(J)로 유입되어 팽창하면서 일을 하여, 공압 모터(J)에 연결된 발전기를 구동하여 전기를 생성한다. 공압 모터에 의한 발전의 전체 효율을 35%로 계산하면, (3.36+2.4)*35%=2의 성능 계수를 얻을 수 있어, 종래 기술에 비해 전체 시스템의 발전 효율을 크게 향상시킬 수 있다. .

상술한 변형예로부터, 본원의 에너지 변환 시스템 및 방법은 다음과 같은 이점이 있음을 알 수 있다.

1. 히트 펌프의 매체 폐쇄 순환 시스템과 공압 모터의 매체 폐쇄 순환시스템 사이에서 직접 열교환이 이루어지도록 함으로써, 시스템에서 발생되는 온열과 냉열을 종합적으로 활용하여, 증발식 응축기(K, L) 사이의 온도 균형을 유지하고, 공압 모터의 유입구 압력을 높이고 공압 모터의 유출구 압력을 줄임으로써, 공압 모터의 매체 유입구와 매체 유출구 사이의 압력차를 증가시켜, 공압 모터의 동력을 강화시키고 발전 효율을 증가시킨다.

2. 전체 시스템의 모든 기기, 파이프라인 및 밸브는 단열 보온 처리되어, 시스템의 운행이 외부 온도의 높고낮음의 영향을 받지 않는다.

3. 본 시스템 내의 전기 기기가 극히 적은바, 2개의 전동 밸브(12, 16)(예를 들어 솔레노이드 밸브)를 제외하고는 다른 전기 기기가 거의 없으며, 화력발전소에 비해 자가 전력 소비가 10 내지 12%로서, 에너지 소모를 크게 절감한다.

4. 보조 히트 펌프(26)를 이용하여 공압 모터(J)의 매체 입력단과 매체 출력단 사이의 압력차를 추가적으로 증가시킨다.

5. 저장 탱크(14) 내의 공압 모터 압력 매체를 예열함으로써, 공압 모터(J)의 출력을 안정화시키는 데 유리하다.

본 명세서에는 구체적인 세부 사항이 많이 설명되었다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이러한 구체적인 세부 사항 없이 구현될 수 있음을 이해할 수 있다. 본 명세서에 대한 이해의 모호성을 방지하기 위해, 일부 실예에서는 잘 알려진 방법, 구조 및 기술이 상세하게 기재되지 않는다.

본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 실시예에서 장치 내의 모듈을 적응적으로 변경하여 이들을 해당 실시예와 상이한 하나 이상의 장치에 구성할 수 있을 이해할 수 있다. 실시예에서 여러 모듈은 하나의 모듈 또는 유닛 또는 구성요소로 조합될 수 있으며, 또한, 이들은 복수의 모듈 또는 유닛 또는 구성요소로 분할될 수 있다. 이러한 특징 및/또는 프로세스 또는 모듈 중 적어도 일부가 상호 배타적인 경우를 제외하고, 본 명세서(첨부된 청구범위, 요약 및 도면 포함)에 개시된 모든 특징 및 이러한 방식으로 개시된 임의의 방법 또는 기기의 모든 프로세스 또는 유닛은 조합될 수 있다. 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 명세서(첨부된 청구범위, 요약 및 도면 포함)에 개시된 각 특징은 동일하거나 동등하거나 유사한 목적을 제공하는 대체 특징으로 대체될 수 있다.

상기 언급된 실시예는 본 발명에 대한 제한이 아닌 설명을 위한 것이며, 당업자는 첨부된 청구범위를 벗어나지 않고 대안적인 실시예를 설계할 수 있음을 유의해야 한다.

Claims

에너지 변환을 수행하는 방법으로서,
제1 히트 펌프(I)의 매체를 이용하여, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체로부터 열을 흡수함으로써, 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체를 응축시켜 액화 압력 매체를 획득하고, 상기 액화 압력 매체를 상기 공압 모터(J)의 입력 압력 매체로서 수송하는 단계;
상기 제1 히트 펌프(I)를 이용하여, 열을 흡수한 상기 매체를 압축함으로써 온도를 상승시키고, 온도가 상승된 상기 매체를 통해 열을 상기 공압 모터(J)의 상기 입력 압력 매체로 전달하여, 상기 입력 압력 매체가 가열되어 기화 압력 매체로 기화되도록 하는 단계 - 상기 기화 압력 매체는 상기 공압 모터(J)를 작동시킨 후 상기 공압 모터(J)에 의해 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체로서 출력되도록 구성됨 - ; 및
열을 상기 입력 압력 매체로 전달함으로써 온도가 저하된 상기 히트 펌프(I)의 매체를 수송하여, 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체로부터 다시 열이 흡수되도록 함으로써, 상기 히트 펌프(I)의 매체에 의한 흡열, 온도 상승 및 온도 저하가 반복되도록 하는 단계를 포함하는
것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 히트 펌프(I)의 매체를 이용하여, 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체로부터 열을 흡수함으로써 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체를 응축시키는 것은 제1 증발식 응축기(K) 내에서 수행되며, 바람직하게는 상기 제1 히트 펌프(I)의 매체는 상기 제1 증발식 응축기(K)의 튜브 측을 통과함으로써 열을 흡수하여 기화되고, 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체는 상기 제1 증발식 응축기(K)의 쉘 측에 유입됨으로써 열을 방출하여 응축되며,
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제1 히트 펌프(I)의 매체는 온도가 상승된 후, 열을 상기 공압 모터(J)의 상기 입력 압력 매체로 전달하여 상기 입력 압력 매체가 가열되는 것은 제2 증발식 응축기(L) 내에서 수행되며, 바람직하게는 상기 제1 히트 펌프(I)의 압축된 매체는 상기 제1 증발식 응축기(L)의 튜브 측을 통과함으로써 열을 방출하여 응축되고, 상기 공압 모터(J)의 상기 입력 압력 매체는 상기 제2 증발식 응축기(L)의 쉘 측에서 열을 흡수하여 기화되는
것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 액화 압력 매체가 상기 공압 모터(J)의 상기 입력 압력 매체로서 수송되기 전에, 상기 방법은 또한,
상기 제1 증발식 응축기(K)와 매체 저장 탱크(14)를 연통시키면서, 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 제2 증발식 응축기(L) 사이의 연통은 차단되도록 유지함으로써, 상기 제1 증발식 응축기(K)에서 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 매체 저장 탱크(14)로 유입되도록 하는 단계; 및
상기 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 제1 임계값보다 높으면, 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 제1 증발식 응축기(K) 사이의 연통을 차단시키고 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 제2 증발식 응축기(L)를 연통시킴으로써, 상기 매체 저장 탱크(14) 내의 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 제2 증발식 응축기(L)로 되돌아갈 수 있도록 하는 단계를 더 포함하는
것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 제2 임계값보다 낮으면, 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 제2 증발식 응축기(L) 사이의 연통을 차단시키고 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 제1 증발식 응축기(K)를 다시 연통시킴으로써, 상기 제1 증발식 응축기(K)에서 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 매체 저장 탱크(14)로 유입될 수 있도록 하는 단계를 더 포함하되, 상기 소정의 제2 임계값은 상기 소정의 제1 임계값보다 낮은
것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 제1 증발식 응축기(K)가 다시 연통되면, 상기 매체 저장 탱크(14) 내부와 상기 제1 증발식 응축기(K) 내부 사이의 압력차를 이용하여 보조 공압 모터(11')를 구동하는 단계를 더 포함하는
것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 보조 공압 모터(11')를 이용하여 제2 히트 펌프(26)를 구동하여, 제2 히트 펌프(26)가 상기 제1 증발식 응축기(K)로부터 상기 제1 히트 펌프(I)의 매체의 적어도 일부를 추출하고 압축하여 상기 매체의 적어도 일부의 온도를 상승시킨 후, 온도가 상승된 상기 매체의 적어도 일부와 상기 제1 히트 펌프(I)에 의해 압축되어 온도가 상승된 매체를 합류시켜 상기 제1 증발식 응축기(L)로 유입시키도록 하며,
바람직하게는 상기 매체 저장 탱크(14)는 쉘-앤-튜브형 저장 탱크로서, 상기 공압 모터(J)의 상기 액화 압력 매체 및 상기 기화 압력 매체가 상기 쉘-앤-튜브형 저장 탱크의 쉘 측에서 유동하도록 하고, 상기 제2 히트 펌프(26)로부터 출력되는 매체 및/또는 상기 제1 히트 펌프(I)로부터 출력되는 매체를 이용하여, 액체 탱크(27) 내의 액체가 가열되고, 상기 쉘-앤-튜브형 저장 탱크 내의 상기 액화 압력 매체가 상기 제2 증발식 응축기(L)로 수송되기 전에, 상기 액체 탱크(27)로부터 오는 가열된 액체가 상기 쉘-앤-튜브형 저장 탱크의 튜브 측으로 수송되어 상기 쉘-앤-튜브형 저장 탱크의 쉘 측의 상기 액화 압력 매체가 가열되도록 하는
것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 증발식 응축기(K), 상기 제2 증발식 응축기(L) 및/또는 상기 매체 저장 탱크(14)는 절연된
것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 히트 펌프(I)의 매체는 암모니아(NH₃)이고, 상기 공압 모터(J)의 압력 매체는 이산화탄소(CO₂)인
것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
에너지 변환을 수행하기 위한 시스템으로서,
히트 펌프(I), 공압 모터(J), 제1 증발식 응축기(K) 및 제2 증발식 응축기(L)를 포함할 수 있되,
상기 히트 펌프(I)는 파이프라인을 통해 상기 제1 증발식 응축기(K) 및 상기 제2 증발식 응축기(L)와 각각 유체 연통되고 상기 제1 증발식 응축기(K)와 상기 제2 증발식 응축기(L)는 제1 파이프라인을 통해 유체 연통되어, 상기 히트 펌프(I)의 매체가 상기 제1 증발식 응축기(K), 상기 제1 파이프라인 및 상기 제2 증발식 응축기(L)를 경유하여 순환 유동할 수 있도록 하며, 상기 공압 모터(J)는 파이프라인을 통해 상기 제1 증발식 응축기(K) 및 상기 제2 증발식 응축기(L)와 각각 유체 연통되고 상기 제1 증발식 응축기(K)와 상기 제2 증발식 응축기(L)는 또한 제2 파이프라인을 통해 유체 연통되어, 상기 공압 모터(J)의 압력 매체가 상기 제1 증발식 응축기(K), 상기 제2 파이프라인 및 상기 제2 증발식 응축기(L)를 경유하여 순환 유동할 수 있도록 하며,
상기 히트 펌프(I)의 매체는 상기 제1 증발식 응축기(K) 내에서 상기 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체로부터 열을 흡수함으로써 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체를 응축시켜 액화 압력 매체가 획득되도록 하고, 상기 액화 압력 매체는 상기 공압 모터(J)의 입력 압력 매체로서 수송되며,
상기 히트 펌프(I)는, 열을 흡수한 매체를 압축함으로써 상기 매체의 온도를 상승시키고, 온도가 상승된 상기 매체를 이용하여 상기 제2 증발식 응축기(L) 내에서 상기 공압 모터(J)의 상기 입력 압력 매체가 가열되어 기화 압력 매체로 기화되도록 하게끔 구성되되, 상기 기화 압력 매체는 상기 공압 모터(J)를 작동시킨 후 상기 공압 모터(J)에 의해 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체로서 출력되도록 구성되며,
상기 제2 증발식 응축기(L) 내에서, 상기 입력 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 상기 히트 펌프(I)의 매체는, 상기 제1 증발식 응축기(K) 내로 수송되어, 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체로부터 다시 열을 흡수하도록 함으로써, 상기 히트 펌프(I)의 매체에 의한 흡열, 온도 상승 및 온도 저하가 반복되도록 하는
것을 특징으로 하는 에너지 변환 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 히트 펌프(I)의 매체는 상기 제1 증발식 응축기(K)의 튜브 측을 통과함으로써 열을 흡수하여 기화되도록 구성되고, 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체는 상기 제1 증발식 응축기(K)의 쉘 측에 유입됨으로써 열을 방출하여 응축되도록 구성되며,
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제1 히트 펌프(I)의 압축된 매체는 상기 제1 증발식 응축기(L)의 튜브 측을 통과함으로써 열을 방출하여 응축되도록 구성되고, 상기 공압 모터(J)의 상기 입력 압력 매체는 상기 제2 증발식 응축기(L)의 쉘 측에서 열을 흡수하여 기화되도록 구성되는
것을 특징으로 하는 에너지 변환 시스템.
청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
매체 저장 탱크(14)를 더 포함하되, 상기 매체 저장 탱크(14)는 상기 제1 증발식 응축기(K)보다 낮게 위치되며 제1 밸브(13)를 통해 상기 제1 증발식 응축기(K)와 유체 연통되고 제2 밸브(18)를 통해 상기 제2 증발식 응축기(L)와 유체 연통되며,
상기 제1 밸브(13)가 열린 상태이고 상기 제2 밸브(18)가 닫힌 상태이면, 상기 제1 증발식 응축기(K)와 상기 매체 저장 탱크(14)가 연통되면서 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 제2 증발식 응축기(L) 사이의 연통은 차단되도록 유지됨으로써, 상기 제1 증발식 응축기(K)에서 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 매체 저장 탱크(14)로 유입되도록 하며,
상기 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 제1 임계값보다 높으면, 상기 제1 밸브(13)가 닫힌 상태로 변하고 상기 제2 밸브(18)가 열린 상태로 변하여, 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 제1 증발식 응축기(K) 사이의 연통이 차단되고 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 제2 증발식 응축기(L)가 연통됨으로써, 상기 매체 저장 탱크(14) 내의 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 제2 증발식 응축기(L)로 되돌아갈 수 있도록 하는
것을 특징으로 하는 에너지 변환 시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 제2 임계값보다 낮으면, 상기 제1 밸브(13)가 열린 상태로 변하고 상기 제2 밸브(18)가 닫힌 상태로 변하여, 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 제2 증발식 응축기(L) 사이의 연통이 차단되고 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 제1 증발식 응축기(K)가 다시 연통됨으로써, 상기 제1 증발식 응축기(K)에서 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 매체 저장 탱크(14)로 유입될 수 있도록 하되, 상기 소정의 제2 임계값은 상기 소정의 제1 임계값보다 낮은
것을 특징으로 하는 에너지 변환 시스템.
청구항 12에 있어서,
상기 매체 저장 탱크(14)는 또한, 상기 제1 밸브(13)가 위치한 파이프라인과 상이한 제3 파이프라인을 통해 상기 제1 증발식 응축기(K)와 유체 연통되되, 상기 제3 파이프라인에는 직렬로 연결된 제3 밸브(12)와 보조 공압 모터(11')가 포함되며,
상기 매체 저장 탱크(14)는 또한, 상기 제2 밸브(18)가 위치한 파이프라인과 상이한 제4 파이프라인을 통해 상기 제2 증발식 응축기(L)와 유체 연통되되, 상기 제4 파이프라인에는 직렬로 연결된 제4 밸브(16)와 기체 저장 탱크(17)가 포함되되, 상기 기체 저장 탱크(17)는 상기 제2 증발식 응축기(L)와 상기 제4 밸브(16) 사이에 연결되어, 기화된 상기 기화 압력 매체를 저장하도록 구성되며,
상기 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 상기 소정의 제1 임계값보다 높으면, 상기 제3 밸브(12)가 열린 상태로부터 닫힌 상태로 변하고 상기 제4 밸브(16)가 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변하며, 상기 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 상기 소정의 제2 임계값보다 낮으면, 상기 제3 밸브(12)가 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변하고 상기 제4 밸브(16)가 열린 상태로부터 닫힌 상태로 변하여, 상기 매체 저장 탱크(14) 내부와 상기 제1 증발식 응축기(K) 내부 사이의 압력차에 의해 상기 보조 공압 모터(11')가 구동되고, 상기 매체 저장 탱크(14) 내부와 상기 제1 증발식 응축기(K) 내부 사이에 압력 균형이 이루어진 후, 상기 제1 밸브(13)는 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변하는
것을 특징으로 하는 에너지 변환 시스템.
청구항 13에 있어서,
상기 제1 밸브(13)와 상기 제2 밸브(18)는 일방향 밸브이고, 상기 제3 밸브(12)와 상기 제4 밸브(16)는 전동 밸브인
것을 특징으로 하는 에너지 변환 시스템.
청구항 13에 있어서,
제2 히트 펌프(26)를 더 포함하되, 상기 보조 공압 모터(11')에 의해 상기 제2 히트 펌프(26)가 구동되어, 상기 제2 히트 펌프(26)가 상기 제1 증발식 응축기(K)로부터 상기 제1 히트 펌프(I)의 매체의 적어도 일부를 추출하고 압축하여 상기 매체의 적어도 일부의 온도를 상승시킨 후, 온도가 상승된 상기 매체의 적어도 일부와 상기 제1 히트 펌프(I)에 의해 압축되어 온도가 상승된 매체를 합류시켜 상기 제1 증발식 응축기(L)로 유입시키도록 하며,
바람직하게는 상기 시스템은 액체 탱크(27)를 더 포함하고, 상기 매체 저장 탱크(14)는 쉘-앤-튜브형 저장 탱크로서, 상기 공압 모터(J)의 상기 액화 압력 매체 및 상기 기화 압력 매체가 상기 쉘-앤-튜브형 저장 탱크의 쉘 측에서 유동하도록 하며, 상기 제2 히트 펌프(26)로부터 출력되는 매체 및/또는 상기 제1 히트 펌프(I)로부터 출력되는 매체는 상기 액체 탱크(27) 내의 액체를 가열하도록 하고, 상기 쉘-앤-튜브형 저장 탱크 내의 상기 액화 압력 매체가 상기 제2 증발식 응축기(L)로 수송되기 전에, 상기 액체 탱크(27)로부터 오는 가열된 액체는 상기 쉘-앤-튜브형 저장 탱크의 튜브 측으로 수송되어 상기 쉘-앤-튜브형 저장 탱크의 쉘 측의 상기 액화 압력 매체를 가열하도록 하는
것을 특징으로 하는 에너지 변환 시스템.
청구항 9 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 증발식 응축기(K), 상기 제2 증발식 응축기(L) 및/또는 상기 매체 저장 탱크(14)는 절연된
것을 특징으로 하는 에너지 변환 시스템.
청구항 9 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 히트 펌프(I)의 매체는 암모니아(NH₃)이고, 상기 공압 모터(J)의 압력 매체는 이산화탄소(CO₂)인
것을 특징으로 하는 에너지 변환 시스템.
분산식으로 에너지 변환을 수행하는 방법으로서,
히트 펌프(I)의 매체를 이용하여, 제1 순환 루프 내에서 순환 유동되는 제1 유체로부터 열을 흡수하여 상기 제1 유체를 냉각시키는 단계;
상기 히트 펌프(I)를 이용하여, 열을 흡수한 매체를 압축함으로써 상기 매체의 온도를 추가적으로 상승시키고, 온도가 상승된 상기 매체를 이용하여, 제2 순환 루프 내에서 순환 유동되는 제2 유체를 가열하는 단계;
가열된 상기 제2 유체를 수송하여, 상기 공압 모터(J)의 입력 압력 매체를 가열하여 상기 공압 모터(J)를 작동시키기 위한 기화 압력 매체로 기화시키고, 상기 입력 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 상기 제2 유체가 상기 히트 펌프(I)의 매체에 의해 재가열되어 다시 상기 공압 모터(J)의 상기 입력 압력 매체를 가열하도록 함으로써, 상기 제2 유체에 대한 가열 및 온도 저하가 반복되도록 하는 단계; 및
냉각된 상기 제1 유체를 수송하여, 상기 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체를 응축시키고, 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체에 대한 응축으로 인해 온도가 상승된 상기 제1 유체가 상기 히트 펌프(I)의 매체에 의해 다시 열이 흡수되면서 냉각되어 다시 상기 공압 모터(I)의 상기 출력 기화 압력 매체를 응축시키도록 함으로써, 상기 제1 유체에 대한 냉각 및 온도 상승이 반복되도록 하는 단계를 포함하는
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 히트 펌프(I)의 매체를 이용하여, 제1 순환 루프 내에서 순환 유동되는 제1 유체로부터 열을 흡수하여 상기 제1 유체를 냉각시키는 단계는, 상기 히트 펌프(I)의 매체를 이용하여, 제1 유체 저장 탱크(G)로부터 오는 상기 제1 유체로부터 열을 흡수하여 상기 제1 유체를 냉각시키고, 냉각된 상기 제1 유체를 제2 유체 저장 탱크(E)로 수송하는 단계를 포함하고,
상기 히트 펌프(I)를 이용하여, 열을 흡수한 매체를 압축함으로써 상기 매체의 온도를 추가적으로 상승시키고, 온도가 상승된 상기 매체를 이용하여, 제2 순환 루프 내에서 순환 유동되는 제2 유체를 가열하는 단계는, 상기 히트 펌프(I)를 이용하여, 열을 흡수한 상기 매체를 압축함으로써 상기 매체의 온도를 추가적으로 상승시키고, 온도가 상승된 상기 매체를 이용하여, 제3 유체 저장 탱크(H)로부터 오는 상기 제2 유체를 가열하고, 가열된 상기 제2 유체를 제4 유체 저장 탱크(F)로 수송하는 단계를 포함하고,
가열된 상기 제2 유체를 수송하여, 상기 공압 모터(J)의 입력 압력 매체를 가열하여 상기 공압 모터(J)를 작동시키기 위한 기화 압력 매체로 기화시키는 것은, 상기 제4 유체 저장 탱크(F)로부터 오는 가열된 상기 제2 유체를 수송하여, 상기 공압 모터(J)의 상기 입력 압력 매체를 가열하여 상기 공압 모터(J)를 작동시키기 위한 상기 기화 압력 매체로 기화시키고, 상기 입력 압력 매체를 가열한 후의 상기 제2 유체를 상기 제3 유체 저장 탱크(H)로 다시 수송하는 단계를 포함하고,
냉각된 상기 제1 유체를 수송하여, 상기 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체를 응축시키는 것은, 상기 제2 유체 저장 탱크(E)로부터 오는 냉각된 상기 제1 유체를 수송하여, 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체를 응축시키고, 상기 출력 기화 압력 매체를 응축시킨 후의 상기 제1 유체를 상기 제1 유체 저장 탱크(G)로 다시 수송하는 단계를 포함하는
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 방법.
청구항 19에 있어서,
상기 제2 유체 저장 탱크(E)로부터 오는 냉각된 상기 제1 유체를 수송하여, 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체를 응축시키는 것은, 상기 제2 유체 저장 탱크(E)로부터 오는 냉각된 상기 제1 유체가 제1 응축기(C)를 통과하도록 하여, 상기 제1 응축기(C)에 유입된, 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체를 액화 압력 매체로 응축시키고, 상기 액화 압력 매체가 상기 공압 모터(J)의 상기 입력 압력 매체로서 증기 발생기(D)로 되돌아가도록 하는 단계를 포함하되,
상기 제4 유체 저장 탱크(F)로부터 오는 가열된 상기 제2 유체는, 상기 증기 발생기(D)를 통과함으로써, 상기 증기 발생기(D) 내의, 상기 공압 모터(J)의 입력 압력 매체가 가열되어 상기 공압 모터(J)를 작동시키기 위한 상기 기화 압력 매체로 기화되도록 하는
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 방법.
청구항 19 또는 청구항 20에 있어서,
상기 히트 펌프(I)의 매체를 이용하여, 제1 유체 저장 탱크(G)로부터 오는 상기 제1 유체로부터 열을 흡수하여 상기 제1 유체를 냉각시키는 것은, 상기 히트 펌프(I)의 매체가 증발기(A)를 통과하도록 하여, 상기 증발기(A)로 유입된, 상기 제1 유체 저장 탱크(G)로부터 오는 상기 제1 유체로부터 열을 흡수하여 증발됨으로써, 상기 제1 유체를 냉각시키도록 하는 단계를 포함하되,
상기 히트 펌프(I)의 압축된 매체는 제2 응축기(B) 내에 유입됨으로써, 상기 제2 응축기(B) 내에 유입된, 상기 제3 유체 저장 탱크(H)로부터 오는 상기 제2 유체를 가열하여 응축된 후, 상기 증발기(A)로 다시 수송되도록 하는
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 방법.
청구항 20 또는 청구항 21에 있어서,
응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 공압 모터(J)의 상기 입력 압력 매체로서 증기 발생기(D)로 되돌아가도록 하기 전에, 상기 방법은,
상기 제1 응축기(C)와 매체 저장 탱크(14)를 연통시키면서, 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 증기 발생기(D) 사이의 연통을 차단시켜, 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 매체 저장 탱크(14)로 유입되도록 하는 단계; 및
상기 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 제1 임계값보다 높으면, 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 제1 응축기(C) 사이의 연통을 차단시키고 상기 증기 발생기(D)와 상기 매체 저장 탱크(14)를 연통시켜, 상기 매체 저장 탱크(14) 내의 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 증기 발생기(D)로 되돌아가도록 하는 단계를 더 포함하는
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 방법.
청구항 22에 있어서,
상기 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 제2 임계값보다 낮으면, 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 증기 발생(D)기 사이의 연통을 차단시키고 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 제1 응축기(C)를 다시 연통시켜, 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 매체 저장 탱크(14)로 유입될 수 있도록 하는 단계를 더 포함하되, 상기 소정의 제2 임계값은 상기 소정의 제1 임계값보다 낮은
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 방법.
청구항 23에 있어서,
상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 제1 응축기(C)가 다시 연통되면, 상기 매체 저장 탱크(14) 내부와 상기 제1 응축기(C) 내부 사이의 압력차를 이용하여 공압 발전기(11)를 구동하여 전기를 생성하는 단계를 더 포함하되, 생성된 전기는 바람직하게 상기 제4 유체 저장 탱크(F) 내의 상기 제2 유체에 대한 보조 가열에 사용되는
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 방법.
청구항 19 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히트 펌프(I)는 전동 모터, 및 상기 전동 모터에 의해 구동되는 압축기를 포함하며, 상기 방법은 또한, 상기 제3 유체 저장 탱크(H)로부터 오는 상기 제2 유체의 적어도 일부를 이용하여 상기 전동 모터를 수냉시키고, 수냉 후 상기 제4 유체 저장 탱크(F)로 다시 수송하는 단계를 더 포함하고,
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 공압 모터(J)는 발전기에 연결되어 상기 발전기를 구동하도록 하며, 상기 방법은 또한, 상기 제3 유체 저장 탱크(H)로부터 오는 상기 제2 유체의 적어도 일부를 사용하여 상기 발전기를 수냉시키고, 수냉 후 상기 제4 유체 저장 탱크(F)로 다시 수송하는 단계를 더 포함하는
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 방법.
청구항 19 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 유체 저장 탱크(G), 상기 제2 유체 저장 탱크(E), 상기 제3 유체 저장 탱크(H), 상기 제4 유체 저장 탱크(F), 상기 매체 저장 탱크(14), 상기 증발기(A), 상기 증기 발생기(D), 상기 제1 응축기(C) 및/또는 상기 제2 응축기(B)는 절연된
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 방법.
청구항 18 내지 청구항 26중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 유체는 염수이며, 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체에 대한 응축으로 인해 온도가 상승된 상기 제1 유체의 온도는 바람직하게는 0℃ 내지 20℃, 보다 바람직하게는 0℃ 내지 12℃, 더욱 바람직하게는 12℃이며, 상기 히트 펌프(I)의 매체에 의해 흡열되어 냉각된 상기 제1 유체의 온도는 바람직하게는 -20℃ 내지 0℃, 보다 바람직하게는 -12℃ 내지 0℃, 더욱 바람직하게는 -12℃이고;
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제2 유체는 물이며, 상기 입력 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 상기 제2 유체의 온도는 바람직하게는 30℃ 내지 50℃, 보다 바람직하게는 35℃ 내지 45℃, 더욱 바람직하게는 40℃이며, 상기 히트 펌프(I)의 매체에 의해 가열된 상기 제2 유체의 온도는 바람직하게는 90℃ 내지 60℃, 보다 바람직하게는 80℃ 65℃ 내지 65℃, 더욱 바람직하게는 75℃이고;
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 히트 펌프(I)의 매체는 CO₂이며, 상기 공압 모터(J)의 압력 매체는 암모니아인
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 방법.
분산식으로 에너지 변환을 수행하는 시스템으로서,
히트 펌프(I), 공압 모터(J), 내부에서 제1 유체가 순환 유동하도록 구성된 제1 순환 루프, 및 내부에서 제2 유체가 순환 유동하도록 구성된 제2 순환 루프를 포함하되,
상기 히트 펌프(I)는, 매체를 이용하여 상기 제1 유체로부터 열을 흡수하여 상기 제1 유체를 냉각시키고, 열을 흡수한 상기 매체를 압축함으로써 상기 매체의 온도를 추가적으로 상승시켜, 온도가 상승된 상기 매체를 이용하여 상기 제2 유체를 가열하도록 구성되며,
가열된 상기 제2 유체는 상기 공압 모터(J)의 입력 압력 매체를 가열하여 상기 공압 모터(J)를 작동시키기 위한 기화 압력 매체로 기화시키고, 상기 입력 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 상기 제2 유체가 상기 히트 펌프(I)의 매체에 의해 재가열되어 다시 상기 공압 모터(J)의 상기 입력 압력 매체를 재가열하도록 함으로써, 상기 제2 유체에 대한 가열 및 온도 저하가 반복되도록 하며,
냉각된 상기 제1 유체는 상기 공압 모터(J)의 출력 기화 압력 매체를 응축시키고, 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체에 대한 응축으로 인해 온도가 상승된 상기 제1 유체가 상기 히트 펌프(I)의 매체에 의해 다시 열이 흡수되면서 냉각되어 다시 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체를 응축시키도록 함으로써, 상기 제1 유체에 대한 냉각 및 온도 상승이 반복되도록 하는
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 시스템.
청구항 28에 있어서,
제1 유체 저장 탱크(G), 제2 유체 저장 탱크(E), 제3 유체 저장 탱크(H) 및 제4 유체 저장 탱크(F)를 더 포함하되, 상기 제1 유체 저장 탱크(G)와 상기 제2 유체 저장 탱크(E)는 상기 제1 순환 루프 내에 위치하여 상기 제1 유체를 저장하도록 구성되고, 상기 제3 유체 저장 탱크(H)와 상기 제4 유체 저장 탱크(F)는 상기 제2 순환 루프 내에 위치하여 상기 제2 유체를 저장하도록 구성되되,
상기 제1 유체 저장 탱크(G)는 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체에 대한 응축으로 인해 온도가 상승된 상기 제1 유체를 저장하도록 구성되고, 상기 히트 펌프(I)는 매체를 이용하여, 상기 제1 유체 저장 탱크(G)로부터 오는 상기 제1 유체로부터 열을 흡수하여 상기 제1 유체를 냉각시키도록 구성되고, 상기 제2 유체 저장 탱크(E)는 냉각된 상기 제1 유체를 저장하도록 구성되며,
상기 제3 유체 저장 탱크(H)는 상기 공압 모터(J)의 상기 입력 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 상기 제2 유체를 저장하도록 구성되고, 상기 히트 펌프(I)는 상기 매체를 이용하여 상기 제3 유체 저장 탱크(H)로부터 오는 상기 제2 유체를 가열하도록 구성되고, 상기 제4 유체 저장 탱크(F)는 가열된 상기 제2 유체를 저장하도록 구성된
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 시스템.
청구항 29에 있어서,
제1 응축기(C)와 증기 발생기(D)를 더 포함하되,
상기 제1 응축기(C)는, 상기 제2 유체 저장 탱크(E)로부터 오는 냉각된 상기 제1 유체를 통과시킴으로써, 상기 제1 응축기(C)에 유입된, 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체를 상기 액화 압력 매체로 응축하도록 구성되되, 응축된 상기 액화 압력 매체는 상기 공압 모터(J)의 상기 입력 압력 매체로서 상기 증기 발생기(D)로 되돌아가도록 하고,
상기 증기 발생기(D)는, 상기 제4 유체 저장 탱크(F)로부터 오는 가열된 상기 제2 유체를 통과시킴으로써, 상기 증기 발생기(D) 내의, 상기 공압 모터(J)의 상기 입력 압력 매체를 가열하여 상기 공압 모터(J)를 작동시키기 위한 상기 기화 압력 매체로 기화시키도록 구성된
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 시스템.
청구항 29 또는 청구항 30에 있어서,
증발기(A)와 제2 응축기(B)를 더 포함하되, 상기 증발기(A)는, 상기 히트 펌프(I)의 매체가 통과하여, 상기 증발기(A)로 유입된, 상기 제1 유체 저장 탱크(G)로부터 오는 상기 제1 유체로부터 열을 흡수하여 증발되도록 함으로써, 상기 제1 유체를 냉각시키도록 하고,
상기 제2 응축기(B)는, 상기 히트 펌프(I)의 압축된 매체가 통과하여, 상기 제2 응축기(B) 내에 유입된, 상기 제3 유체 저장 탱크(H)로부터 오는 상기 제2 유체를 가열하여 응축된 후, 상기 증발기(A)로 되돌아가도록 하는
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 시스템.
청구항 30 또는 청구항 31에 있어서,
매체 저장 탱크(14)를 더 포함하되, 상기 매체 저장 탱크(14)는 상기 제1 응축기(C)보다 낮게 위치되며, 제1 밸브(13)를 통해 상기 제1 응축기(C)와 유체 연통되고 제2 밸브(18)를 통해 증기 발생기(D)와 유체 연통되되,
상기 제1 밸브(13)가 열린 상태이면, 상기 제2 밸브(18)가 닫힌 상태로 되어, 상기 제1 응축기(C)와 상기 매체 저장 탱크(14)가 연통되면서, 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 증기 발생기(D) 사이의 연통은 차단되어, 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 매체 저장 탱크(14) 내에 유입되도록 하며,
상기 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 제1 임계값보다 높으면, 상기 제1 밸브(13)가 닫힌 상태로 변하고 상기 제2 밸브(18)가 열린 상태로 변하여, 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 제1 응축기(C) 사이의 연통이 차단되고 상기 증기 발생기(D)와 상기 매체 저장 탱크(14)가 연통되어, 상기 매체 저장 탱크(14) 내의 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 증기 발생기(D)로 되돌아갈 수 있도록 하는
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 시스템.
청구항 32에 있어서,
상기 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 소정의 제2 임계값보다 낮으면, 상기 제1 밸브(13)가 열린 상태로 변하고 상기 제2 밸브(18)가 닫힌 상태로 변하여, 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 증기 발생기(D) 사이의 연통이 차단되고 상기 매체 저장 탱크(14)와 상기 제1 응축기(C)가 다시 연통되어, 응축된 상기 액화 압력 매체가 상기 매체 저장 탱크(14)로 유입될 수 있도록 하되, 상기 소정의 제2 임계값은 상기 소정의 제1 임계값보다 낮은
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 시스템.
청구항 33에 있어서,
상기 매체 저장 탱크(14)는 또한, 상기 제1 밸브(13)가 위치한 제1 파이프라인과 상이한 제3 파이프라인을 통해 상기 제1 응축기(C)와 연통되되, 상기 제3 파이프라인에는 직렬로 연결된 제3 밸브(12)와 공압 발전기(11)가 포함되며, 상기 매체 저장 탱크(14)는 또한, 상기 제2 밸브(18)가 위치한 제2 파이프라인과 상이한 제4 파이프라인을 통해 상기 증기 발생기(D)와 연통되되, 상기 제4 파이프라인에는 직렬로 연결된 제4 밸브(16)와 기체 저장 탱크(17)가 포함되고, 상기 기체 저장 탱크(17)는 상기 증기 발생기(D)와 상기 제4 밸브(16) 사이에 연결되어, 기화된 상기 기화 압력 매체를 저장하도록 구성되며,
상기 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 상기 소정의 제1 임계값보다 높으면, 상기 제3 밸브(12)가 열린 상태로부터 닫힌 상태로 변하고 상기 제4 밸브(16)가 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변하고, 상기 매체 저장 탱크(14) 내의 액면이 상기 소정의 제2 임계값보다 낮으면, 상기 제3 밸브(12)가 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변하고 상기 제4 밸브(16)가 열린 상태로부터 닫힌 상태로 변하여, 상기 매체 저장 탱크(14) 내부와 상기 제1 응축기(C) 내부 사이의 압력차에 의해 상기 공압 발전기(11)가 구동되어 전기를 생성하되, 생성된 전기는 바람직하게 상기 제4 유체 저장 탱크(F) 내의 상기 제2 유체에 대한 보조 가열에 사용되며, 상기 매체 저장 탱크(14) 내부와 상기 제1 응축기(C) 내부 사이에 압력 균형이 이루어진 후, 상기 제1 밸브(13)는 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변하는
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 시스템.
청구항 34에 있어서,
상기 제1 밸브(13)와 상기 제2 밸브(18)는 일방향 밸브이고, 상기 제3 밸브(12)와 상기 제4 밸브(16)는 전동 밸브인
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 시스템.
청구항 29 내지 청구항 35 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히트 펌프(I)는 전동 모터, 및 상기 전동 모터에 의해 구동되는 압축기를 포함하되, 상기 제3 유체 저장 탱크(H)로부터 오는 상기 제2 유체의 적어도 일부는 상기 전동 모터를 수냉시키고, 수냉 후 상기 제4 유체 저장 탱크(F)로 되돌아가도록 하며,
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 공압 모터(J)는 발전기에 연결되어 상기 발전기를 구동하도록 하되, 상기 제3 유체 저장 탱크(H)로부터 오는 상기 제2 유체의 적어도 일부는 상기 발전기를 수냉시키고, 수냉 후 상기 제4 유체 저장 탱크(F)로 되돌아가도록 하는
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 시스템.
청구항 29 내지 청구항 36 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 유체 저장 탱크(G), 상기 제2 유체 저장 탱크(E), 상기 제3 유체 저장 탱크(H), 상기 제4 유체 저장 탱크(F), 상기 매체 저장 탱크(14), 상기 증발기(A), 상기 증기 발생기(D), 상기 제1 응축기(C) 및/또는 상기 제2 응축기(B)는 절연된
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 시스템.
청구항 28 내지 청구항 37 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 유체는 염수이며, 상기 공압 모터(J)의 상기 출력 기화 압력 매체에 대한 응축으로 인해 온도가 상승된 상기 제1 유체의 온도는 바람직하게는 0℃ 내지 20℃, 보다 바람직하게는 0℃ 내지 12℃, 더욱 바람직하게는 12℃이며, 상기 히트 펌프(I)의 매체에 의해 흡열되어 냉각된 상기 제1 유체의 온도는 바람직하게는 -20℃ 내지 0℃, 보다 바람직하게는 -12℃ 내지 0℃, 더욱 바람직하게는 -12℃이고;
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제2 유체는 물이며, 상기 입력 압력 매체에 대한 가열로 인해 온도가 저하된 상기 제2 유체의 온도는 바람직하게는 30℃ 내지 50℃, 보다 바람직하게는 35℃ 내지 45℃, 더욱 바람직하게는 40℃이며, 상기 히트 펌프(I)의 매체에 의해 가열된 상기 제2 유체의 온도는 바람직하게는 90℃ 내지 60℃, 보다 바람직하게는 80℃ 65℃ 내지 65℃, 더욱 바람직하게는 75℃이고;
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 히트 펌프(I)의 매체는 CO₂이며, 상기 공압 모터(J)의 압력 매체는 암모니아인
것을 특징으로 하는 분산형 에너지 변환 시스템.