KR20230043453A - Absorption energy storage/cooling and heating hybrid system - Google Patents

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KR20230043453A
KR20230043453A KR1020210126339A KR20210126339A KR20230043453A KR 20230043453 A KR20230043453 A KR 20230043453A KR 1020210126339 A KR1020210126339 A KR 1020210126339A KR 20210126339 A KR20210126339 A KR 20210126339A KR 20230043453 A KR20230043453 A KR 20230043453A
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Abstract

The present invention relates to an absorption type system for simultaneous use of absorption energy storage and heating and cooling, which can reduce insulation costs, comprising: a regenerator; a condenser; a refrigerant expansion valve; a low pressure evaporator; a low pressure absorber; a refrigerant transfer pump; a high pressure evaporator; a high pressure absorber; a strong solution heat exchanger; a strong solution expansion valve; a diluted solution heat exchanger; a solution transfer pump; and a diluted solution expansion valve.

Description

흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템{Absorption energy storage/cooling and heating hybrid system}Absorption energy storage/cooling and heating hybrid system}

본 발명은 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an absorption type energy storage and simultaneous heating and cooling system.

삶의 질 향상과 산업발달의 고도화로 인하여 에너지 사용량이 매년 증가하는 추세이며, 2016년 대한민국의 1인당 에너지 소비는 세계 15위에 해당한다. 특히, 산업용 에너지뿐 아니라 주거/비주거용 건물에서의 에너지 소비량 또한 그 비중이 커지고 있다. 일례로, 서울 에너지 소비 부분에서 가정, 상업용 건물은 전체 에너지 소비 부문 중 55.9%로 가장 높은 비율을 차지하고 있다. 이에, 정부에서는 건물 에너지 소비를 중대한 사안으로 인식하고, 기존 건물에 비해 훨씬 적은 에너지를 이용하는 제로에너지건축의무화 로드맵을 장기적 목표로 제시, 신재생에너지 활용이 필수적으로 요구되고 있다. Due to the improvement of quality of life and the advancement of industrial development, energy consumption tends to increase every year, and in 2016, Korea's per capita energy consumption ranked 15th in the world. In particular, the share of energy consumption in residential/non-residential buildings as well as industrial energy is increasing. For example, in the energy consumption sector in Seoul, residential and commercial buildings account for the highest share of 55.9% of the total energy consumption sector. Accordingly, the government recognizes building energy consumption as a critical issue, presents a roadmap for compulsory zero-energy construction that uses much less energy than existing buildings as a long-term goal, and the use of new and renewable energy is essential.

하지만, 이러한 신재생에너지는 기존에너지원에 비해 공급이 불안정하고, 에너지 저장기술 적용이 어려우며, 낮은 에너지 생산밀도를 가진다는 문제가 있다. 특히, 건물의 경우 한정된 공간으로 인해 신재생에너지 중 태양광/태양열 외의 발전 설비(예 : 풍력, 수력 등)를 활용하기 힘들다는 제한 조건이 존재한다. 일반적으로 태양광/태양열을 활용시 중저온 폐열이 발생하며, 이렇게 발생한 폐열은 다른 용처에 활용되지 못하고 버려지게 된다. 또한, 일반적으로 태양에너지는 여름철이 겨울철에 비해 많이 공급되며, 야간보다 주간에 많이 공급된다.However, these new and renewable energies have problems in that supply is unstable compared to conventional energy sources, it is difficult to apply energy storage technology, and they have a low energy production density. In particular, in the case of buildings, there is a limiting condition that it is difficult to utilize power generation facilities (eg, wind power, water power, etc.) In general, low- and medium-temperature waste heat is generated when solar power/solar heat is used, and the waste heat generated in this way is not used for other purposes and is discarded. In addition, in general, solar energy is supplied more in summer than in winter and more during the day than at night.

또한, 태양에너지를 사용하는 태양열/태양광 시스템의 경우, 공급이 불안정하여, 에너지 저장기술이 필수적으로 요구된다. 그리고, 신재생에너지를 활용하는 경우 냉/난방 수요가 동시에 존재하며, 계절 간 냉방과 난방의 수요 격차가 존재한다. In addition, in the case of a solar heat/photovoltaic system using solar energy, supply is unstable, and thus an energy storage technology is required. In addition, when using renewable energy, demand for cooling and heating exists simultaneously, and there is a gap in demand for cooling and heating between seasons.

즉, 신재생에너지를 활용하는 건물의 경우, 냉난방에 대한 수요가 동시에 존재하며, 공급과 수요 격차가 수시로 발생하고, 그 격차가 건물의 종류에 따라 다르기 때문에 저장된 에너지를 적시적소에 활용하는 기술 개발 수요가 매우 큰 상황이다. In other words, in the case of a building using renewable energy, there is a demand for heating and cooling at the same time, and a gap between supply and demand occurs from time to time, and the gap varies depending on the type of building, so development of technology to utilize stored energy at the right time and place Demand is very high.

대한민국 등록번호 KR 10-2020771Republic of Korea registration number KR 10-2020771 대한민국 등록번호 KR 10-1914487Republic of Korea registration number KR 10-1914487 대한민국 등록번호 KR 10-1389361Republic of Korea registration number KR 10-1389361 대한민국 등록번호 KR 10-1580797Republic of Korea registration number KR 10-1580797 대한민국 등록번호 KR 10-1580797Republic of Korea registration number KR 10-1580797 일본 공개특허 JP 2019-052780Japanese Patent Publication JP 2019-052780

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 태양열로부터 공급되는 중저온 폐열을 활용하여 냉방과 난방을 동시에 운전하고, 시간에 따른 에너지 수급 격차를 해소시킬 수 있는 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템을 제공하기 위함이다.An object of the present invention, conceived to solve the above-mentioned problems, is an absorption type energy storage and This is to provide a simultaneous heating and cooling system.

또한, 본 발명의 목적은, 농도차를 이용하여 열화학적 축열이 가능하므로, 에너지 손실이 적어 저장효율이 향상될 뿐만 아니라, 저장탱크부에 단열재가 불필요하여 단열재 비용 절감을 할 수 있는 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템을 제공하기 위함이다.In addition, an object of the present invention is an absorption-type energy storage capable of reducing the cost of an insulator as an insulator is not required in the storage tank as well as improving the storage efficiency due to low energy loss since thermochemical heat storage is possible using the concentration difference. And to provide a simultaneous heating and cooling system.

또한, 본 발명의 목적은, 환경 친화적인 이성분 혼합물을 냉매로 사용함으로써, 냉매의 누설이 이루어지더라도 환경문제가 발생하지 않는 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템을 제공하기 위함이다.In addition, an object of the present invention is to provide an absorption type energy storage and simultaneous heating/cooling system that does not cause environmental problems even if the refrigerant leaks by using an environmentally friendly two-component mixture as a refrigerant.

또한, 본 발명의 목적은, 가역 수착 반응에 따라 높은 밀도로 에너지 저장이 가능하며, 1종 및 2종 결합으로 냉매 순환 시스템의 단순화가 가능하며, 냉방과 난방 시스템을 일체로 구축함에 따라 소형 장비로 설계가 가능한 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템을 제공하기 위함이다.In addition, an object of the present invention is to enable energy storage at high density according to a reversible sorption reaction, to simplify a refrigerant circulation system by combining one and two types, and to build a cooling and heating system integrally, so that compact equipment This is to provide an absorption type energy storage and simultaneous heating/cooling system that can be designed as

또한, 본 발명의 목적은, 냉난방 수요에 동시 대응 가능하며, 일간, 계절간 에너지 수급 격차를 해소할 수 있는 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템을 제공하기 위함이다. In addition, an object of the present invention is to provide an absorption type energy storage and simultaneous heating and cooling system capable of simultaneously responding to cooling and heating demand and solving the energy supply and demand gap between days and seasons.

또한, 본 발명의 목적은, 중저온의 폐열을 활용하여 열에너지 저장이 가능함에 따라 전력부하 절감이 가능하고, 펌프와 밸브의 제어로 냉매의 유량과 분배비 제어 및 증발기의 배열온도를 제어함으로써, 유연한 냉난방 운전이 가능하며, 특히, 건물의 종류나 날씨에 따라 변동하는 냉난방 부하에 유용하게 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 스마트 빌딩의 에너지 관리 시스템에 적용하여 건물 에너지 효율을 최대화시킬 수 있는 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템을 제공하기 위함이다.In addition, an object of the present invention is to reduce the power load by using low- and medium-temperature waste heat to store thermal energy, and to control the flow rate and distribution ratio of refrigerant and the temperature of the evaporator by controlling the pump and valve, Cooling and heating operation is possible, especially useful for cooling and heating loads that fluctuate depending on the type of building or weather, as well as absorption type energy storage and This is to provide a simultaneous heating and cooling system.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템에 따르면, 폐열을 공급받고, 상기 폐열로 강용액을 가열시켜, 제1증기냉매와 희용액을 생성하는 재생기; 상기 재생기로부터 공급되는 상기 제1증기냉매를 응축시켜 액상냉매로 형성시키는 응축기; 상기 응축기로부터 공급되는 상기 액상냉매의 압력과 온도를 강하시키는 냉매팽창밸브; 상기 냉매팽창밸브로부터 공급되는 액상냉매를 증발시켜 제2증기냉매를 생성하여 저압증발기; 상기 저압증발기로부터 공급되는 제2증기냉매를 상기 재생기로부터 공급되는 희용액에 흡수시켜 중간용액을 생성하는 저압흡수기; 상기 응축기로부터 공급되는 상기 액상냉매의 압력을 상승시키는 냉매이송펌프; 상기 냉매이송펌프로부터 공급되는 액상냉매를 증발시켜 제3증기냉매를 생성시키는 고압증발기; 상기 고압증발기로부터 공급되는 제3증기냉매를 상기 중간용액에 흡수시켜 강용액을 생성시키는 고압흡수기; 상기 고압흡수기로부터 공급되는 상기 강용액과, 상기 고압흡수기로 공급되는 중간용액을 열교환시켜, 상기 강용액의 온도를 낮추고, 상기 중간용액의 온도를 높이는 강용액 열교환기; 상기 강용액 열교환기로부터 공급되는 강용액의 압력과 온도를 강하시키고, 상기 재생기로 공급하는 강용액 팽창밸브; 상기 저압흡수기로부터 공급되는 중간용액과 상기 재생기로부터 공급되는 희용액을 열교환시켜, 상기 중간용액의 온도를 높이고, 상기 희용액의 온도를 낮추는 희용액 열교환기; 상기 저압흡수기로부터 공급되는 중간용액의 압력을 상승시키고, 상기 희용액 열교환기로 공급하는 용액이송펌프; 및 상기 희용액 열교환기로부터 공급되는 희용액의 압력과 온도를 강하시키고, 상기 저압흡수기로 공급하는 희용액 팽창밸브;를 포함한다.According to the absorption type energy storage and simultaneous heating and cooling system of the present invention for achieving the above object, a regenerator receiving waste heat and heating a strong solution with the waste heat to generate a first vapor refrigerant and a dilute solution; a condenser condensing the first vapor refrigerant supplied from the regenerator to form a liquid refrigerant; a refrigerant expansion valve that lowers the pressure and temperature of the liquid refrigerant supplied from the condenser; a low-pressure evaporator by evaporating the liquid refrigerant supplied from the refrigerant expansion valve to generate a second vapor refrigerant; a low pressure absorber for generating an intermediate solution by absorbing the second vapor refrigerant supplied from the low pressure evaporator into the dilute solution supplied from the regenerator; a refrigerant transfer pump increasing the pressure of the liquid refrigerant supplied from the condenser; a high-pressure evaporator evaporating the liquid refrigerant supplied from the refrigerant transfer pump to produce a third vapor refrigerant; a high-pressure absorber for generating a strong solution by absorbing the third vapor refrigerant supplied from the high-pressure evaporator into the intermediate solution; a strong solution heat exchanger that heat-exchanges the strong solution supplied from the high-pressure absorber with the intermediate solution supplied to the high-pressure absorber to lower the temperature of the strong solution and increase the temperature of the intermediate solution; a strong solution expansion valve for lowering the pressure and temperature of the strong solution supplied from the strong solution heat exchanger and supplying the steel solution to the regenerator; a dilute solution heat exchanger for exchanging heat between the intermediate solution supplied from the low pressure absorber and the dilute solution supplied from the regenerator to increase the temperature of the intermediate solution and lower the temperature of the dilute solution; a solution transfer pump increasing the pressure of the intermediate solution supplied from the low pressure absorber and supplying the intermediate solution to the dilute solution heat exchanger; and a dilute solution expansion valve which lowers the pressure and temperature of the dilute solution supplied from the dilute solution heat exchanger and supplies the dilute solution to the low pressure absorber.

또한, 상기 응축기에서 생성되는 액상냉매가 저장되고, 저장된 액상냉매를 필요시 상기 냉매이송펌프와 냉매팽창밸브 중 어느 하나 이상에 공급하는 냉매 저장탱크와, 상기 희용액 팽창밸브에 의해 압력과 온도가 하강한 희용액이 저장되고, 저장된 희용액을 상기 저압흡수기로 공급하는 희용액 저장탱크와, 상기 저압흡수기에서 제2증기냉매가 희용액에 흡수되어 생성되는 중간용액이 저장되고, 저장된 중간용액을 희용액 열교환기로 공급하는 중간용액 저장탱크 및 상기 강용액 팽창밸브에 의해 압력과 온도가 하강한 강용액이 저장되고, 저장된 강용액을 상기 재생기로 공급하는 강용액 저장탱크 중 어느 하나 이상의 저장탱크를 포함하는 저장탱크부;를 더 포함한다.In addition, a refrigerant storage tank for storing the liquid refrigerant generated in the condenser and supplying the stored liquid refrigerant to at least one of the refrigerant transport pump and the refrigerant expansion valve when necessary, and the dilute solution expansion valve to increase pressure and temperature. A dilute solution storage tank in which the dilute solution that has descended is stored and supplied to the low-pressure absorber; an intermediate solution generated by absorption of the second vapor refrigerant into the dilute solution in the low-pressure absorber is stored; At least one storage tank among an intermediate solution storage tank supplied to the dilute solution heat exchanger and a steel solution storage tank for storing the steel solution whose pressure and temperature are lowered by the strong solution expansion valve and supplying the stored steel solution to the regenerator A storage tank unit including a; further includes.

또한, 상기 액상냉매는 물이고, 상기 강용액과 희용액은, 상기 액상냉매와 이온성 용매가 혼합된 이성분 혼합물인 것을 특징으로 한다.In addition, the liquid refrigerant is water, and the strong solution and the dilute solution are a two-component mixture in which the liquid refrigerant and the ionic solvent are mixed.

또한, 상기 이온성 용매는, 리튬브로마이드(LiBr : Lithium Bromide) 및 이미다졸(Imidazol) 염 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the ionic solvent is characterized in that any one of lithium bromide (LiBr) and imidazole (Imidazol) salt.

또한, 상기 이미다졸은, 1-butyl3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([BMIM][BF4]) 및 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide ([BMIm][Tf2N]) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the imidazole is any one of 1-butyl3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([BMIM][BF 4 ]) and 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide ([BMIm][Tf 2 N]) to be characterized

또한, 상기 냉매이송펌프와 냉매팽창밸브는, 각각 난방과 냉방의 부하에 따라 상기 냉매 저장탱크에 저장된 액상냉매를 고압증발기와 저압증발기로 각각 조절하여 공급하는 것을 특징으로 한다.In addition, the refrigerant transport pump and the refrigerant expansion valve are characterized in that the liquid refrigerant stored in the refrigerant storage tank is controlled and supplied to the high-pressure evaporator and the low-pressure evaporator, respectively, according to heating and cooling loads, respectively.

또한, 상기 폐열을 이용하여 상기 강용액을 농도차가 있는 제1증기냉매와 희용액로 분리하고, 분리한 상기 제1증기냉매를 상기 응축기로 액상냉매로 생성하여 액상 저장탱크에 저장하고, 상기 희용액을 희용액 저장탱크에 저장함으로써, 농도차에 의한 열에너지를 분리 및 저장 가능한 것을 특징으로 한다.In addition, by using the waste heat, the strong solution is separated into a first vapor refrigerant having a concentration difference and a dilute solution, and the separated first vapor refrigerant is generated as a liquid refrigerant by the condenser and stored in a liquid storage tank, By storing the solution in the dilute solution storage tank, it is characterized in that it is possible to separate and store thermal energy due to the concentration difference.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명의 효과는, 농도차를 이용하여 열화학적 축열이 가능하므로, 에너지 손실이 적어 저장효율이 향상될 뿐만 아니라, 저장탱크부에 단열재가 불필요하여 단열재 비용 절감을 할 수 있는 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템을 제공할 수 있다.As described above, the effect of the present invention is that thermochemical heat storage is possible using the concentration difference, so energy loss is reduced and storage efficiency is improved, as well as an absorption type that can reduce the cost of insulation materials because no insulation material is required in the storage tank. It is possible to provide a system for simultaneously utilizing energy storage and heating and cooling.

또한, 본 발명의 효과는, 환경 친화적인 이성분 혼합물을 냉매로 사용함으로써, 냉매의 누설이 이루어지더라도 환경문제가 발생하지 않는 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the effect of the present invention is to provide an absorption type energy storage and simultaneous heating/cooling system that does not cause environmental problems even if the refrigerant leaks by using an environmentally friendly two-component mixture as a refrigerant.

또한, 본 발명의 효과는, 가역 수착 반응에 따라 높은 밀도로 에너지 저장이 가능하며, 1종 및 2종 결합으로 냉매 순환 시스템의 단순화가 가능하며, 냉방과 난방 시스템을 일체로 구축함에 따라 소형 장비로 설계가 가능한 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the effect of the present invention is that it is possible to store energy at high density according to the reversible sorption reaction, it is possible to simplify the refrigerant circulation system by combining one and two types, and compact equipment by integrally building a cooling and heating system. It is possible to provide an absorption type energy storage and simultaneous use of cooling and heating systems that can be designed as

또한, 본 발명의 효과는, 냉난방 수요에 동시 대응 가능하며, 일간, 계절간 에너지 수급 격차를 해소할 수 있는 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the effects of the present invention can provide an absorption type energy storage and simultaneous heating and cooling system that can simultaneously respond to cooling and heating demand and resolve the energy supply and demand gap between days and seasons.

또한, 본 발명의 효과는, 중저온의 폐열을 활용하여 열에너지 저장이 가능함에 따라 전력부하 절감이 가능하고, 펌프와 밸브의 제어로 냉매의 유량과 분배비 제어 및 증발기의 배열온도를 제어함으로써, 유연한 냉난방 운전이 가능하며, 특히, 건물의 종류나 날씨에 따라 변동하는 냉난방 부하에 유용하게 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 스마트 빌딩의 에너지 관리 시스템에 적용하여 건물 에너지 효율을 최대화시킬 수 있는 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the effect of the present invention is that it is possible to save power load by using low- and medium-temperature waste heat to store thermal energy, and to control the flow rate and distribution ratio of refrigerant and the temperature of the evaporator through control of pumps and valves. Cooling and heating operation is possible, especially useful for cooling and heating loads that fluctuate depending on the type of building or weather, as well as absorption type energy storage and A simultaneous heating and cooling system may be provided.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템의 정상 운전을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템의 저장 운전을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템의 냉방 운전을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템의 난방 운전을 나타낸 개략도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템의 운전예시를 나타낸 개략도이다.
도 8은 냉매 분배 비율에 따라 난방성능계수, 냉방성능계수 및 전체성능계수를 도시한 도면이다.
1 is a schematic diagram showing an absorption type energy storage and simultaneous heating/cooling utilization system according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing normal operation of an absorption type energy storage and simultaneous heating and cooling system according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram showing a storage operation of an absorption type energy storage and simultaneous heating/cooling utilization system according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram showing a cooling operation of an absorption type energy storage and simultaneous heating/cooling utilization system according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram showing a heating operation of an absorption energy storage and simultaneous heating and cooling system according to a preferred embodiment of the present invention.
6 and 7 are schematic diagrams showing an example of an operation of an absorption type energy storage and simultaneous heating and cooling system according to a preferred embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing a heating coefficient of performance, a cooling coefficient of performance, and an overall coefficient of performance according to a refrigerant distribution ratio.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to completely inform the person who has the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to drawings for explaining an absorption energy storage and simultaneous heating/cooling system according to embodiments of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템은, 재생기(110), 응축기(120), 냉매팽창밸브(210), 저압증발기(220), 저압흡수기(230), 냉매이송펌프(310), 고압증발기(320), 고압흡수기(330), 강용액 열교환기(340), 강용액 팽창밸브(350), 용액이송펌프(240), 희용액 열교환기(250) 및 희용액 팽창밸브(260)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the absorption type energy storage and simultaneous heating and cooling system according to the present invention includes a regenerator 110, a condenser 120, a refrigerant expansion valve 210, a low pressure evaporator 220, a low pressure absorber 230, and a refrigerant. Transfer pump 310, high-pressure evaporator 320, high-pressure absorber 330, strong solution heat exchanger 340, strong solution expansion valve 350, solution transfer pump 240, dilute solution heat exchanger 250 and A solution expansion valve 260 is included.

여기서, 본 발명의 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템은, 저압챔버, 중압챔버, 고압챔버로 구분할 수 있다. Here, the absorption type energy storage and simultaneous heating/cooling system of the present invention can be divided into a low-pressure chamber, a medium-pressure chamber, and a high-pressure chamber.

저압챔버는, 저압증발기(220)와, 저압흡수기(230)로 이루어져 냉방효과를 발생시킬 수 있고, 중압챔버는 재생기(110)와 응축기(120)로 이루어진다. 그리고 고압챕버는 고압증발기(320)와 고압흡수기(330)로 이루어져 난방 효과를 발생시킬 수 있다.The low-pressure chamber includes a low-pressure evaporator 220 and a low-pressure absorber 230 to generate a cooling effect, and the intermediate-pressure chamber includes a regenerator 110 and a condenser 120 . In addition, the high-pressure chamber is composed of a high-pressure evaporator 320 and a high-pressure absorber 330 to generate a heating effect.

그리고, 저압챔버와 중압챔버, 중압챔버와 고압챔버의 사이에는 액상냉매를 공급할 수 있는 펌프와, 밸브로 연결될 수 있다.Further, a pump capable of supplying liquid refrigerant and a valve may be connected between the low-pressure chamber and the intermediate-pressure chamber and between the intermediate-pressure chamber and the high-pressure chamber.

먼저, 재생기(110)는, 폐열을 공급받고, 폐열로 강용액을 가열시켜, 제1증기냉매와 희용액을 생성한다. 이때, 강용액은 냉매와 흡수제가 혼합된 이성분 혼합물일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. First, the regenerator 110 receives waste heat and heats the strong solution with the waste heat to generate a first vapor refrigerant and a dilute solution. At this time, the strong solution may be a two-component mixture in which a refrigerant and an absorbent are mixed, but is not limited thereto.

또한, 강용액은 강용액 저장탱크(440)에 저장되어 있으며, 재생기(110)로 공급된다. In addition, the steel solution is stored in the steel solution storage tank 440 and supplied to the regenerator 110.

또한, 폐열은, 태양열로부터 공급되는 80~100℃ 범위의 중저온일 수 있다. In addition, the waste heat may be low to medium temperature in the range of 80 to 100 ° C supplied from solar heat.

응축기(120)는, 재생기(110)로부터 공급되는 제1증기냉매를 응축시켜 액상냉매로 형성시킨다. The condenser 120 condenses the first vapor refrigerant supplied from the regenerator 110 to form a liquid refrigerant.

냉매팽창밸브(210)는, 응축기(120)로부터 공급되는 액상냉매의 압력과 온도를 강하시킨다. The refrigerant expansion valve 210 lowers the pressure and temperature of the liquid refrigerant supplied from the condenser 120 .

이때, 냉매팽창밸브(210)는, 냉방의 부하에 따라 후술할 냉매 저장탱크(410)에 저장된 액상냉매를 저압증발기(220)로 조절하여 공급할 수 있다.At this time, the refrigerant expansion valve 210 may adjust and supply the liquid refrigerant stored in the refrigerant storage tank 410 to the low pressure evaporator 220 according to the cooling load.

즉, 냉매팽창밸브(210)는, 변동하는 냉방 부하에 따라 액상냉매의 유량을 조절하여 저압증발기(220)로 공급할 수 있다 .That is, the refrigerant expansion valve 210 can adjust the flow rate of the liquid refrigerant according to the fluctuating cooling load and supply it to the low pressure evaporator 220 .

저압증발기(220)는, 냉매팽창밸브(210)로부터 공급되는 액상냉매를 증발시켜 제2증기냉매를 생성한다.The low-pressure evaporator 220 evaporates the liquid refrigerant supplied from the refrigerant expansion valve 210 to generate the second vapor refrigerant.

이때, 액상냉매가 증발함에 따라, 열교환이 이루어지면서 냉방운전이 가능하다. At this time, as the liquid refrigerant evaporates, the cooling operation is possible while heat exchange is performed.

저압흡수기(230)는, 저압증발기(220)로부터 공급되는 제2증기냉매를 재생기(110)로부터 공급되는 희용액에 흡수시켜 중간용액을 생성한다. The low-pressure absorber 230 absorbs the second vapor refrigerant supplied from the low-pressure evaporator 220 into the dilute solution supplied from the regenerator 110 to produce an intermediate solution.

냉매이송펌프(310)는, 응축기(120)로부터 공급되는 액상냉매의 압력을 상승시킨다. The refrigerant transfer pump 310 increases the pressure of the liquid refrigerant supplied from the condenser 120 .

또한, 냉매이송펌프(310)는, 난방의 부하에 따라 냉매 저장탱크(410)에 저장된 액상냉매를 고압증발기(320)로 조절하여 공급할 수 있다. In addition, the refrigerant transfer pump 310 may adjust and supply the liquid refrigerant stored in the refrigerant storage tank 410 to the high-pressure evaporator 320 according to the heating load.

여기서, 액상냉매는, 필요에 따라, 어느 하나에만 공급될 수 있다. Here, the liquid refrigerant may be supplied to only one, if necessary.

즉, 냉방이 필요하다면, 냉매팽창밸브(210)로만 액상냉매가 공급되고, 난방이 필요하다면 냉매이송펌프(310)로만 액상냉매가 공급된다. 또한, 냉방과 난방이 동시에 필요하다면, 냉매이송펌프(310)와 냉매팽창밸브(210)로 동시에 공급된다.That is, when cooling is required, liquid refrigerant is supplied only through the refrigerant expansion valve 210, and when heating is required, liquid refrigerant is supplied only through the refrigerant transfer pump 310. In addition, if cooling and heating are required at the same time, the refrigerant transfer pump 310 and the refrigerant expansion valve 210 are simultaneously supplied.

고압증발기(320)는, 냉매이송펌프(310)로부터 공급되는 액상냉매를 증발시켜 제3증기냉매를 생성시킨다.The high-pressure evaporator 320 evaporates the liquid refrigerant supplied from the refrigerant transfer pump 310 to generate a third vapor refrigerant.

고압흡수기(330)는, 고압증발기(320)로부터 공급되는 제3증기냉매를 중간용액에 흡수시켜 강용액을 생성시킨다. The high-pressure absorber 330 generates a strong solution by absorbing the third vapor refrigerant supplied from the high-pressure evaporator 320 into the intermediate solution.

이때, 고압흡수기(330)에서 열교환이 이루어지면서 발생하는 열을 통해 난방운전이 가능하다. At this time, heating operation is possible through heat generated while heat exchange is performed in the high-pressure absorber 330 .

강용액 열교환기(340)는, 고압흡수기(330)로부터 공급되는 강용액과, 고압흡수기(330)로 공급되는 중간용액을 열교환시켜, 강용액의 온도를 낮추고, 중간용액의 온도를 높일 수 있다.The strong solution heat exchanger 340 heat-exchanges the strong solution supplied from the high-pressure absorber 330 and the intermediate solution supplied to the high-pressure absorber 330 to lower the temperature of the strong solution and increase the temperature of the intermediate solution. .

즉, 중간용액은 저압흡수기(230)에서 생성되어 고압흡수기(330)로 곧바로 공급되지 않고, 강용액 열교환기(340)를 통해 강용액과의 열교환으로 온도가 높아진 상태로 고압흡수기(330)로 공급되고, 제3증기냉매를 흡수한다. That is, the intermediate solution is generated in the low-pressure absorber 230 and is not directly supplied to the high-pressure absorber 330, but is transferred to the high-pressure absorber 330 in a state in which the temperature is increased by heat exchange with the strong solution through the strong solution heat exchanger 340. supplied, and absorbs the third vapor refrigerant.

이에, 중간용액이 고압흡수기(330)에서 강용액으로 생성되고, 고온의 열에너지를 생성할 수 있다. Accordingly, the intermediate solution is generated as a strong solution in the high-pressure absorber 330, and high-temperature thermal energy can be generated.

강용액 팽창밸브(350)는, 강용액 열교환기(340)로부터 공급되는 강용액의 압력과 온도를 강하시키고, 재생기(110)로 공급한다. The strong solution expansion valve 350 lowers the pressure and temperature of the strong solution supplied from the strong solution heat exchanger 340 and supplies it to the regenerator 110 .

희용액 열교환기(250)는, 저압흡수기(230)로부터 공급되는 중간용액과 재생기(110)로부터 공급되는 희용액을 열교환시켜, 중간용액의 온도를 높이고, 희용액의 온도를 낮춘다. The dilute solution heat exchanger 250 heat-exchanges the intermediate solution supplied from the low pressure absorber 230 and the dilute solution supplied from the regenerator 110 to increase the temperature of the intermediate solution and lower the temperature of the dilute solution.

즉, 희용액은 저압흡수기(230)로 공급되기 전에, 강용액 열교환기(340)로 공급되는 중간용액과 희용액 열교환기(250)를 통해 열교환으로 온도가 낮아진다. That is, the temperature of the dilute solution is lowered by heat exchange through the intermediate solution supplied to the strong solution heat exchanger 340 and the dilute solution heat exchanger 250 before being supplied to the low pressure absorber 230 .

또한, 중간용액은 희용액 열교환기(250)를 통해 희용액과의 열교환으로 온도가 높아진 상태로 강용액 열교환기(340)로 공급된다. In addition, the intermediate solution is supplied to the strong solution heat exchanger 340 in a state in which the temperature is increased by heat exchange with the dilute solution through the dilute solution heat exchanger 250.

용액 이송펌프는, 저압흡수기(230)로부터 공급되는 중간용액의 압력을 상승시키고, 희용액 열교환기(250)로 공급한다. The solution transfer pump increases the pressure of the intermediate solution supplied from the low pressure absorber 230 and supplies it to the dilute solution heat exchanger 250.

즉, 중간용액은, 용액 이송펌프로 희용액 열교환기(250)에 공급되어, 희용액과 열교환으로 온도가 높아지고, 또 강용액 열교환기(340)에 공급되어, 강용액과 열교환으로 온도가 더 높아진 다음, 고압흡수기(330)에 공급되는 것이다. That is, the intermediate solution is supplied to the dilute solution heat exchanger 250 by a solution transfer pump, and the temperature is increased by heat exchange with the dilute solution, and is supplied to the strong solution heat exchanger 340 and the temperature is increased by heat exchange with the strong solution. After being elevated, it is supplied to the high-pressure absorber 330.

희용액 팽창밸브(260)는, 희용액 열교환기(250)로부터 공급되는 희용액의 압력과 온도를 강하시키고, 저압흡수기(230)로 공급한다. The dilute solution expansion valve 260 lowers the pressure and temperature of the dilute solution supplied from the dilute solution heat exchanger 250 and supplies it to the low pressure absorber 230 .

한편, 본 발명의 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템은, 에너지원을 저장할 수 있는 저장탱크부를 더 포함한다. On the other hand, the absorption type energy storage and simultaneous cooling and heating system of the present invention further includes a storage tank capable of storing an energy source.

저장탱크부는, 냉매 저장탱크(410), 희용액 저장탱크(420), 중간용액 저장탱크(430) 및 강용액 저장탱크(440)를 포함한다. The storage tank unit includes a refrigerant storage tank 410, a dilute solution storage tank 420, an intermediate solution storage tank 430, and a strong solution storage tank 440.

냉매 저장탱크(410)는 응축기(120)에서 생성되는 액상냉매가 저장되고, 저장된 액상냉매를 필요시 냉매이송펌프(310)와 냉매팽창밸브(210) 중 어느 하나 이상에 공급할 수 있다. The refrigerant storage tank 410 stores the liquid refrigerant generated in the condenser 120, and supplies the stored liquid refrigerant to one or more of the refrigerant transfer pump 310 and the refrigerant expansion valve 210 when necessary.

이때, 냉매이송펌프(310)와 냉매팽창밸브(210)는, 각각 난방과 냉방의 부하에 따라 냉매 저장탱크(410)에 저장된 액상냉매를 고압증발기(320)와 저압증발기(220)로 각각 조절하여 동시 또는 다르게 공급할 수 있다. At this time, the refrigerant transfer pump 310 and the refrigerant expansion valve 210 adjust the liquid refrigerant stored in the refrigerant storage tank 410 to the high-pressure evaporator 320 and the low-pressure evaporator 220 according to the heating and cooling loads, respectively. It can be supplied simultaneously or differently.

즉, 냉매 저장탱크(410)에 저장된 액상냉매가 냉매이송펌프(310)에 공급되면 난방운전이 이루어지고, 냉매팽창밸브(210)에 공급된 냉방운전이 이루어진다. 그리고, 액상냉매가 냉매이송펌프(310)와 냉매팽창밸브(210)에 동시에 공급되면 냉난방 운전이 동시에 이루어진다. That is, when the liquid refrigerant stored in the refrigerant storage tank 410 is supplied to the refrigerant transfer pump 310, a heating operation is performed, and a cooling operation supplied to the refrigerant expansion valve 210 is performed. In addition, when the liquid refrigerant is simultaneously supplied to the refrigerant transfer pump 310 and the refrigerant expansion valve 210, cooling and heating operations are simultaneously performed.

희용액 저장탱크(420)는, 희용액 팽창밸브(260)에 의해 압력과 온도가 하강한 희용액이 저장되고, 저장된 희용액을 저압흡수기(230)로 공급할 수 있다. The dilute solution storage tank 420 stores the dilute solution whose pressure and temperature are lowered by the dilute solution expansion valve 260 and supplies the stored dilute solution to the low pressure absorber 230 .

중간용액 저장탱크(430)는, 저압흡수기(230)에서 제2증기냉매가 희용액에 흡수되어 생성되는 중간용액이 저장되고, 저장된 중간용액을 희용액 열교환기(250)로 공급한다. The intermediate solution storage tank 430 stores an intermediate solution generated by absorption of the second vapor refrigerant into the dilute solution in the low pressure absorber 230, and supplies the stored intermediate solution to the dilute solution heat exchanger 250.

강용액 저장탱크(440)는, 강용액 팽창밸브(350)에 의해 압력과 온도가 하강한 강용액이 저장되고, 저장된 강용액을 재생기(110)로 공급할 수 있다. The steel solution storage tank 440 stores the steel solution, the pressure and temperature of which are lowered by the steel solution expansion valve 350, and supplies the stored steel solution to the regenerator 110.

즉, 저장탱크부는 냉낭방 수요처에 열에너지가 모두 공급된 후, 남은 잉여 에너지를 상온에너지 농도차 형태로 저장할 수 있고, 필요시에 사용할 수 있다. That is, the storage tank unit can store the remaining surplus energy in the form of a room temperature energy concentration difference after all thermal energy is supplied to the cooling/cooling consumer, and can be used when necessary.

다시 말해, 중저온의 폐열을 이용하여 강용액을 농도차가 있는 제1증기냉매와 희용액로 분리하고, 분리한 제1증기냉매를 응축기(120)로 액상냉매로 생성하여 액상 저장탱크에 저장하고, 희용액을 희용액 저장탱크(420)에 저장함으로써, 농도차에 의한 열에너지를 분리 및 저장 가능할 뿐만 아니라, 저장된 액상냉매를 필요시 사용할 수 있다. In other words, the strong solution is separated into a first vapor refrigerant having a concentration difference and a dilute solution using medium-low temperature waste heat, and the separated first vapor refrigerant is generated as a liquid refrigerant by the condenser 120 and stored in a liquid storage tank. , By storing the dilute solution in the dilute solution storage tank 420, it is possible to separate and store thermal energy due to the concentration difference, and the stored liquid refrigerant can be used when necessary.

한편, 상술한 액상냉매는 물이고, 강용액과 희용액은, 액상냉매와 이온성 용매가 혼합된 이성분 혼합물인 것이다. Meanwhile, the liquid refrigerant described above is water, and the strong solution and the dilute solution are two-component mixtures in which the liquid refrigerant and the ionic solvent are mixed.

여기서, 서로 다른 물질을 혼합하면 분자간 상호작용에 의한 혼합 전후 엔탈피 차이가 발생한다. 이 엔탈피 차이를 통해 흡수식 열화학적 저장에서는 혼합 전후 용액의 농도차에서 기인한 화학 포텐셜 형태로 열을 저장할 수 있다. 즉, 이성분 혼합물은 액상냉매와 희용액으로서 열화학적 축열이 가능한 것이다. Here, when different materials are mixed, a difference in enthalpy before and after mixing occurs due to an intermolecular interaction. Through this enthalpy difference, in absorption type thermochemical storage, heat can be stored in the form of chemical potential due to the concentration difference of the solution before and after mixing. That is, the two-component mixture is a liquid refrigerant and a dilute solution capable of thermochemical heat storage.

즉, 강용액은 이온성 용매인 중간용액에 제3증기냉매가 흡수된 용액이다. 또한, 희용액은, 농도차에 의해 강용액에서 액상냉매 물이 제1증기냉매로 생성되면서 분리되어 생성된 용액이다. 또, 중간용액은, 희용액에 제2증기냉매가 흡수된 용액이다. That is, the strong solution is a solution in which the third vapor refrigerant is absorbed into the intermediate solution, which is an ionic solvent. Further, the dilute solution is a solution produced by separating liquid refrigerant water from a strong solution as the first vapor refrigerant due to a concentration difference. Further, the intermediate solution is a solution in which the second vapor refrigerant is absorbed into the dilute solution.

이때, 이온성 용매는, 리튬브로마이드(LiBr : Lithium Bromide) 및 이미다졸(Imidazol) 염 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. In this case, the ionic solvent may be any one of lithium bromide (LiBr) and imidazole salts, but is not limited thereto.

게다가, 이미다졸은, 1-butyl3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([BMIM][BF4]) 및 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide ([BMIm][Tf2N]) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.In addition, imidazole may be any one of 1-butyl3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([BMIM][BF 4 ]) and 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide ([BMIm][Tf 2 N]) , but not limited to

이에 따라, 강용액과 희용액은 이성분 혼합물로 이루어진다. 예를 들어, 리튬브로마이드의 이온성 용매와 물이 혼합된 강용액은, 리튬브로마이드의 농도가 가장 적고, 희용액은, 리튬브로마이드의 농도가 가장 높으며, 중간용액은 리튬브로마이드의 농도가 강용액과 희용액의 중간인 것이다. Accordingly, strong solutions and dilute solutions consist of binary mixtures. For example, a strong solution in which an ionic solvent of lithium bromide and water are mixed has the lowest concentration of lithium bromide, a dilute solution has the highest concentration of lithium bromide, and an intermediate solution has a concentration of lithium bromide equal to that of a strong solution. It is in the middle of a dilute solution.

이때, 이성분 혼합물은 기존 HC(hydrocarbons), HFC(hydrofluorocarbons), HCFCs(Hydrochlorofluorocarbons) 냉매와 유기용매 흡수제로 구성된 흡수식 사이클과 같이 높은 지구온난화지수(GWP: Global Warming Potential)를 가지지 않고, 암모니아(NH3)와 물(H2O)로 구성된 흡수식 시스템과 같이 고압 설계나, 냉매 독성 문제를 가지지 않는 장점을 가지고 있다. At this time, the two-component mixture does not have a high Global Warming Potential (GWP) like the conventional absorption cycle composed of HC (hydrocarbons), HFC (hydrofluorocarbons), HCFCs (hydrochlorofluorocarbons) refrigerants and organic solvent absorbents, and ammonia (NH 3 ) and water (H 2 O), it has the advantage of not having a high-pressure design or refrigerant toxicity problems like the absorption system.

한편, 본 발명의 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템은, 중저온 폐열에서 구동이 가능하여, 1차 에너지 의존성을 낮추고, 신재생에너지 활용 효유을 높일 수 있으며, 전력 부하를 절감할 수 있다. On the other hand, the absorption type energy storage and simultaneous heating and cooling system of the present invention can be driven in medium and low temperature waste heat, thereby reducing primary energy dependence, increasing the efficiency of using renewable energy, and reducing power load.

즉, 본 발명의 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템은, 1종 효용 흡수식 냉동기와 2종 흡수식 히트펌프의 조합에 따라 냉열과 온열을 동시 활용할 수 있는 사이클을 제공할 수 있다. 이때, 냉매의 유량과 분배비, 증발기의 배열온도를 제어함에 따라, 냉열과 온열의 수송열량을 변화시키는 것이 가능해진다. That is, the absorption energy storage and simultaneous heating/cooling system of the present invention can provide a cycle capable of simultaneously utilizing cold heat and heat according to a combination of a first-type absorption chiller and a two-type absorption heat pump. At this time, by controlling the flow rate and distribution ratio of the refrigerant and the array temperature of the evaporator, it is possible to change the amount of heat transported between cold and hot heat.

예를 들어, 낮에는 저온 폐열이 재생기(110)의 액상냉매-흡수제로 이루어진 용액에 제공되어, 흡수제에서 액상냉매를 제1증기냉매와 희용액으로 분리시킨다. 이후, 제1증기냉매는 응축기(120)에서 액상냉매로, 액상냉매는, 증발기와 흡수기를 거쳐 희용액에 의해 재 흡수되어 강용액을 생성한다. 그리고 강용액을 다시 재생기(110)로 공급하면, 제1증기냉매와 희용액으로 분리되어 상술한 사이클을 반복할 수 있다. For example, during the day, low-temperature waste heat is supplied to a liquid refrigerant-absorbent solution in the regenerator 110, and the liquid refrigerant is separated into a first vapor refrigerant and a dilute solution in the absorbent. Thereafter, the first vapor refrigerant is converted to a liquid refrigerant in the condenser 120, and the liquid refrigerant is reabsorbed by the dilute solution through an evaporator and an absorber to form a strong solution. Then, when the strong solution is supplied to the regenerator 110 again, it is separated into the first vapor refrigerant and the dilute solution, and the above-described cycle can be repeated.

이때, 응축기(120)에서 생성된 액상냉매는 냉매 저장탱크(410)에 저장되고, 필요시에 공급될 수 있다. 즉, 재생기(110)에서 강용액을 분리할 수 없을 정도로 열공급이 이루어지지 않더라도, 냉매 저장탱크(410)에 저장된 액상냉매를 공급하여 난방 및 냉방 효과를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 주간 및 야간에 연속운전이 가능해진다. At this time, the liquid refrigerant generated in the condenser 120 is stored in the refrigerant storage tank 410 and can be supplied when necessary. That is, even if heat is not supplied to the extent that the strong solution cannot be separated from the regenerator 110, the liquid refrigerant stored in the refrigerant storage tank 410 can be supplied to generate heating and cooling effects. Accordingly, continuous operation is possible during the daytime and at night.

이하, 본 발명의 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템에 따른 운전상태를 설명한다. Hereinafter, an operating state according to the absorption type energy storage and simultaneous heating and cooling system of the present invention will be described.

도 2를 참조하면, 정상 운전은 평상시 구동되는 운전 모드로, 냉난방 수요처에 각각 냉난방 에너지를 공급하는 운전모드이다. Referring to FIG. 2 , the normal operation is an operation mode that is normally operated, and is an operation mode in which heating and cooling energy is supplied to each cooling and heating demand destination.

도 3을 참조하면, 저장 운전은, 냉난방 수요처에 에너지가 모두 공급된 후, 남은 잉여 에너지를 상온에너지 농도차 형태로 저장하는 운전 모드이다. 저장 운전 과정에서는 재생기(110)로 공급되는 열 에너지를 이용하여 강용액 저장탱크(440)에 저장된 강용액을 재생기(110)에서 냉매와 희용액으로 분리함으로써 농도차 에너지 저장을 수행한다. 분리된 제1증기냉매는 응축기(120)에서 액상냉매로 응축된 후 냉매 저장탱크(410)에 저장된다. 또, 분리된 희용액은 희용액 열교환기(250) 및 희용액 팽창밸브(260)를 통과한 후 희용액 저장탱크(420)에 저장된다.Referring to FIG. 3 , the storage operation is an operation mode in which surplus energy remaining after all energy is supplied to a cooling/heating consumer is stored in the form of a room temperature energy concentration difference. In the storage operation process, the concentration difference energy storage is performed by separating the strong solution stored in the strong solution storage tank 440 into a refrigerant and a dilute solution in the regenerator 110 using thermal energy supplied to the regenerator 110. The separated first vapor refrigerant is condensed into a liquid refrigerant in the condenser 120 and then stored in the refrigerant storage tank 410 . In addition, the separated dilute solution is stored in the dilute solution storage tank 420 after passing through the dilute solution heat exchanger 250 and the dilute solution expansion valve 260 .

도 4를 참조하면, 냉방 운전은, 저장탱크부에 저장된 에너지를 활용하여, 냉방에너지를 공급하는 운전 모드이다. 냉방 운전모드에서, 저압증발기(220)는 공급되는 열량이 냉방 부하에 대응한다. 냉매 저장탱크(410)에 저장된 액상 냉매는 냉매 팽창밸브를 통과한 후 저압증발기(220)에서 증발하며 냉방 효과를 발생시킨다. 증발한 제2증기냉매는 저압흡수기(230)에서 희용액 저장탱크(420)로부터 공급된 희용액에 흡수되면서 중간용액으로 생성된다. 이때, 중간용액은 중간용액 저장탱크(430)에 저장된다.Referring to FIG. 4 , the cooling operation is an operation mode in which cooling energy is supplied by utilizing energy stored in the storage tank unit. In the cooling operation mode, the amount of heat supplied to the low pressure evaporator 220 corresponds to the cooling load. The liquid refrigerant stored in the refrigerant storage tank 410 evaporates in the low pressure evaporator 220 after passing through the refrigerant expansion valve to generate a cooling effect. The evaporated second vapor refrigerant is absorbed into the dilute solution supplied from the dilute solution storage tank 420 in the low pressure absorber 230 and produced as an intermediate solution. At this time, the intermediate solution is stored in the intermediate solution storage tank 430.

도 5를 참조하면, 난방 운전은, 저장탱크부에 저장된 에너지를 활용하여, 난방에너지를 공급하는 운전 모드이다. 난방 운전모드에서, 고압흡수기(330)에서 방출되는 열량이 난방 부하에 대응한다. 냉매 저장탱크(410)에 저장된 액상냉매는 냉매이송펌프(310)를 통과한 후 고압증발기(320)에서 증발한다. 그리고 중간용액 저장탱크(430)에서 공급된 중간용액은 용액이송펌프(240)와 희용액 열교환기(250), 강용액 열교환기(340)를 차례대로 통과한 후 고압흡수기(330)에서 제3증기냉매를 흡수하여 강용액을 형성하면서 열을 방출함으로써 난방 효과를 발생시킨다. 이때, 강용액은 강용액 열교환기(340)와 강용액 팽창밸브(350)를 통과한 후 강용액 저장탱크(440)에 저장된다.Referring to FIG. 5 , the heating operation is an operation mode in which heating energy is supplied by utilizing energy stored in the storage tank unit. In the heating operation mode, the amount of heat emitted from the high-pressure absorber 330 corresponds to the heating load. The liquid refrigerant stored in the refrigerant storage tank 410 is evaporated in the high-pressure evaporator 320 after passing through the refrigerant transfer pump 310 . In addition, the intermediate solution supplied from the intermediate solution storage tank 430 passes through the solution transfer pump 240, the dilute solution heat exchanger 250, and the strong solution heat exchanger 340 in order, and then passes through the high pressure absorber 330 to the third solution. Heating effect is generated by absorbing vapor refrigerant and releasing heat while forming strong solution. At this time, the steel solution is stored in the steel solution storage tank 440 after passing through the steel solution heat exchanger 340 and the steel solution expansion valve 350.

흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템은 상술한 운전 모드들 중 하나의 운전 모드 또는 여러 운전 모드를 동시에 구동함으로써, 동시 냉난방 및 에너지 저장을 할 수 있다. The absorption type energy storage and simultaneous cooling/heating system can perform simultaneous cooling/heating and energy storage by simultaneously driving one of the above-described driving modes or several driving modes.

여기서, 저장탱크부의 저장탱크는 KS B 6750 표준을 따라 설계될 수 있다. 동체 외경 400mm, 설계길이 1000mm, 작동 온도는 40℃이며, 두께는 2T로 설계된다. KS B 6750의 설계기준 중, 외압을 받는 동체의 경우를 적용할 수 있으며, 재질은 기계구조용 탄소강 등으로 구성될 수 있다. 저장 탱크는, 이온성 용매에 부식 방지용 첨가제를 혼합함으로써, 부식을 방지할 수도 있다. Here, the storage tank of the storage tank unit may be designed according to the KS B 6750 standard. The outer diameter of the fuselage is 400mm, the design length is 1000mm, the operating temperature is 40℃, and the thickness is designed to be 2T. Among the design criteria of KS B 6750, the case of the fuselage receiving external pressure can be applied, and the material can be composed of carbon steel for mechanical structure. The storage tank may be prevented from corrosion by mixing an additive for preventing corrosion with an ionic solvent.

이에 따라, KS B 6271 표준에 따른 본 발명의 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템의 운전 예시는 아래와 같다. Accordingly, an example of operation of the absorption type energy storage and simultaneous heating and cooling system of the present invention according to the KS B 6271 standard is as follows.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템은, 95℃의 열원을 재생기(110)에 입열원으로 사용시, 저압흡수기(230) 입구로 32℃의 냉각수가 공급되게 되며, 저압흡수기(230) 출구로 39.23℃로 토출되게 된다. 이는 다시 응축기(120)를 거쳐 47℃로 승온되고, 고압흡수기(330)를 거쳐 60℃의 열수로써 수요처에 공급되게 된다. 6 and 7, in the absorption type energy storage and simultaneous heating and cooling system of the present invention, when a heat source of 95° C. is used as a heat input source in the regenerator 110, cooling water of 32° C. is supplied to the inlet of the low pressure absorber 230. And it is discharged at 39.23 ℃ through the outlet of the low pressure absorber 230. This is again heated to 47° C. through the condenser 120 and supplied to the consumer as hot water at 60° C. through the high-pressure absorber 330.

또한, 저압증발기(220) 입구로 공급된 12℃의 냉수는 저압증발기(220)를 거쳐 7℃의 냉수로써 수요처에 공급되게 된다. In addition, the 12° C. cold water supplied to the inlet of the low-pressure evaporator 220 passes through the low-pressure evaporator 220 and is supplied to the consumer as 7° C. cold water.

상술한 운전 예시는, KB B 6271인 흡수식 냉동기 설계 기준에 따라 운전 구동된 예시이며, 80℃~100℃의 중저온 폐열 뿐 아니라, 그 이상의 온도의 열원(가스 직화 등)을 통해서도 구동 가능하다. The above operation example is an example of operation driven according to KB B 6271, the absorption chiller design standard, and can be driven not only through medium and low temperature waste heat of 80 ° C to 100 ° C, but also through a heat source (direct gas fire, etc.) with a temperature higher than that.

또한, 본 발명의 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템은, 신재생에너지를 활용하는 제로에너지 건물 등 주거/비주거 건물뿐만 아니라 연료전지발전소 등 산업 분야에도 적용될 수 있음은 자명하다.In addition, it is obvious that the absorption type energy storage and simultaneous heating and cooling system of the present invention can be applied to industrial fields such as fuel cell power plants as well as residential/non-residential buildings such as zero-energy buildings using renewable energy.

본 발명에 따른 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템은, 냉매 분배 비율에 따라 그 성능을 제어할 수 있다. 도 8은, 냉매 분배 비율에 따라 난방성능계수(COPh), 냉방성능계수(COPc) 그리고 전체성능계수(COPtotal)을 도시한 도면이다.The absorption energy storage and simultaneous heating/cooling system according to the present invention can control its performance according to the refrigerant distribution ratio. 8 is a diagram showing a heating coefficient of performance (COP h ), a cooling coefficient of performance (COPc), and a total coefficient of performance (COP total ) according to a refrigerant distribution ratio.

- 난방성능계수(COPh) :

Figure pat00001
- Heating coefficient of performance (COP h ):
Figure pat00001

- 냉방성능계수(COPc) :

Figure pat00002
- Cooling performance coefficient (COP c ):
Figure pat00002

- 전체성능계수(COPtotal) : COPh+COPc - Overall coefficient of performance (COP total ): COP h + COP c

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 더불어, 상술하는 과정에서 기술된 구성의 작동순서는 반드시 시계열적인 순서대로 수행될 필요는 없으며, 각 구성 및 단계의 수행 순서가 바뀌어도 본 발명의 요지를 충족한다면 이러한 과정은 본 발명의 권리범위에 속할 수 있음은 물론이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be embodied in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof are included in the scope of the present invention. should be interpreted In addition, the operation sequence of the components described in the above process does not necessarily have to be performed in a time-series order, and even if the execution sequence of each configuration and step is changed, if the gist of the present invention is satisfied, these processes will fall within the scope of the present invention. Of course you can.

110 : 재생기 120 : 응축기
210 : 냉매팽창밸브 220 : 저압증발기
230 : 저압흡수기 240 : 용액이송펌프
250 : 희용액 열교환기 260 : 희용액 팽창밸브
310 : 냉매이송펌프 320 : 고압증발기
330 : 고압흡수기 340 : 강용액 열교환기
350 : 강용액 팽창밸브 410 : 냉매 저장탱크
420 : 희용액 저장탱크 430 : 중간용액 저장탱크
440 : 강용액 저장탱크
110: regenerator 120: condenser
210: refrigerant expansion valve 220: low pressure evaporator
230: low pressure absorber 240: solution transfer pump
250: dilute solution heat exchanger 260: dilute solution expansion valve
310: refrigerant transfer pump 320: high-pressure evaporator
330: high pressure absorber 340: strong solution heat exchanger
350: strong solution expansion valve 410: refrigerant storage tank
420: dilute solution storage tank 430: intermediate solution storage tank
440: strong solution storage tank

Claims (7)

폐열을 공급받고, 상기 폐열로 강용액을 가열시켜, 제1증기냉매와 희용액을 생성하는 재생기;
상기 재생기로부터 공급되는 상기 제1증기냉매를 응축시켜 액상냉매로 형성시키는 응축기;
상기 응축기로부터 공급되는 상기 액상냉매의 압력과 온도를 강하시키는 냉매팽창밸브;
상기 냉매팽창밸브로부터 공급되는 액상냉매를 증발시켜 제2증기냉매를 생성하여 저압증발기;
상기 저압증발기로부터 공급되는 제2증기냉매를 상기 재생기로부터 공급되는 희용액에 흡수시켜 중간용액을 생성하는 저압흡수기;
상기 응축기로부터 공급되는 상기 액상냉매의 압력을 상승시키는 냉매이송펌프;
상기 냉매이송펌프로부터 공급되는 액상냉매를 증발시켜 제3증기냉매를 생성시키는 고압증발기;
상기 고압증발기로부터 공급되는 제3증기냉매를 상기 중간용액에 흡수시켜 강용액을 생성시키는 고압흡수기;
상기 고압흡수기로부터 공급되는 상기 강용액과, 상기 고압흡수기로 공급되는 중간용액을 열교환시켜, 상기 강용액의 온도를 낮추고, 상기 중간용액의 온도를 높이는 강용액 열교환기;
상기 강용액 열교환기로부터 공급되는 강용액의 압력과 온도를 강하시키고, 상기 재생기로 공급하는 강용액 팽창밸브;
상기 저압흡수기로부터 공급되는 중간용액과 상기 재생기로부터 공급되는 희용액을 열교환시켜, 상기 중간용액의 온도를 높이고, 상기 희용액의 온도를 낮추는 희용액 열교환기;
상기 저압흡수기로부터 공급되는 중간용액의 압력을 상승시키고, 상기 희용액 열교환기로 공급하는 용액이송펌프; 및
상기 희용액 열교환기로부터 공급되는 희용액의 압력과 온도를 강하시키고, 상기 저압흡수기로 공급하는 희용액 팽창밸브;를 포함하는 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템.
a regenerator receiving waste heat and heating a strong solution with the waste heat to generate a first vapor refrigerant and a dilute solution;
a condenser condensing the first vapor refrigerant supplied from the regenerator to form a liquid refrigerant;
a refrigerant expansion valve that lowers the pressure and temperature of the liquid refrigerant supplied from the condenser;
a low-pressure evaporator by evaporating the liquid refrigerant supplied from the refrigerant expansion valve to generate a second vapor refrigerant;
a low pressure absorber for generating an intermediate solution by absorbing the second vapor refrigerant supplied from the low pressure evaporator into the dilute solution supplied from the regenerator;
a refrigerant transfer pump increasing the pressure of the liquid refrigerant supplied from the condenser;
a high-pressure evaporator evaporating the liquid refrigerant supplied from the refrigerant transfer pump to produce a third vapor refrigerant;
a high-pressure absorber for generating a strong solution by absorbing the third vapor refrigerant supplied from the high-pressure evaporator into the intermediate solution;
a strong solution heat exchanger that heat-exchanges the strong solution supplied from the high-pressure absorber and the intermediate solution supplied to the high-pressure absorber to lower the temperature of the strong solution and increase the temperature of the intermediate solution;
a strong solution expansion valve for lowering the pressure and temperature of the strong solution supplied from the strong solution heat exchanger and supplying the steel solution to the regenerator;
a dilute solution heat exchanger for exchanging heat between the intermediate solution supplied from the low pressure absorber and the dilute solution supplied from the regenerator to increase the temperature of the intermediate solution and lower the temperature of the dilute solution;
a solution transfer pump increasing the pressure of the intermediate solution supplied from the low pressure absorber and supplying the intermediate solution to the dilute solution heat exchanger; and
and a dilute solution expansion valve that lowers the pressure and temperature of the dilute solution supplied from the dilute solution heat exchanger and supplies the dilute solution to the low pressure absorber.
제1항에 있어서,
상기 응축기에서 생성되는 액상냉매가 저장되고, 저장된 액상냉매를 필요시 상기 냉매이송펌프와 냉매팽창밸브 중 어느 하나 이상에 공급하는 냉매 저장탱크와,
상기 희용액 팽창밸브에 의해 압력과 온도가 하강한 희용액이 저장되고, 저장된 희용액을 상기 저압흡수기로 공급하는 희용액 저장탱크와,
상기 저압흡수기에서 제2증기냉매가 희용액에 흡수되어 생성되는 중간용액이 저장되고, 저장된 중간용액을 희용액 열교환기로 공급하는 중간용액 저장탱크 및
상기 강용액 팽창밸브에 의해 압력과 온도가 하강한 강용액이 저장되고, 저장된 강용액을 상기 재생기로 공급하는 강용액 저장탱크 중 어느 하나 이상의 저장탱크를 포함하는 저장탱크부;를 더 포함하는 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템.
According to claim 1,
A refrigerant storage tank for storing liquid refrigerant generated in the condenser and supplying the stored liquid refrigerant to at least one of the refrigerant transfer pump and the refrigerant expansion valve when necessary;
a dilute solution storage tank for storing the dilute solution whose pressure and temperature are lowered by the dilute solution expansion valve and supplying the stored dilute solution to the low pressure absorber;
An intermediate solution storage tank for storing an intermediate solution generated by absorption of the second vapor refrigerant into a dilute solution in the low pressure absorber and supplying the stored intermediate solution to a dilute solution heat exchanger; and
A storage tank unit including one or more storage tanks of steel solution storage tanks for storing the steel solution whose pressure and temperature are lowered by the steel solution expansion valve and supplying the stored steel solution to the regenerator; an absorption type further comprising a Energy storage and simultaneous heating and cooling systems.
제1항에 있어서,
상기 액상냉매는 물이고,
상기 강용액과 희용액은, 상기 액상냉매와 이온성 용매가 혼합된 이성분 혼합물인 것을 특징으로 하는 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템.
According to claim 1,
The liquid refrigerant is water,
The strong solution and the dilute solution are absorption-type energy storage and simultaneous heating and cooling systems, characterized in that the two-component mixture in which the liquid refrigerant and the ionic solvent are mixed.
제3항에 있어서,
상기 이온성 용매는, 리튬브로마이드(LiBr : Lithium Bromide) 및 이미다졸(Imidazol) 염 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템.
According to claim 3,
The ionic solvent is an absorption energy storage and simultaneous heating and cooling system, characterized in that any one of lithium bromide (LiBr) and imidazole salts.
제4항에 있어서,
상기 이미다졸은, 1-butyl3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([BMIM][BF4]) 및 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide ([BMIm][Tf2N]) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템.
According to claim 4,
The imidazole is any one of 1-butyl3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([BMIM][BF 4 ]) and 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide ([BMIm][Tf 2 N]) Absorption type energy storage and simultaneous heating/cooling system.
제2항에 있어서,
상기 냉매이송펌프와 냉매팽창밸브는, 각각 난방과 냉방의 부하에 따라 상기 냉매 저장탱크에 저장된 액상냉매를 고압증발기와 저압증발기로 각각 조절하여 공급하는 것을 특징으로 하는 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템.
According to claim 2,
The refrigerant transfer pump and the refrigerant expansion valve respectively control and supply the liquid refrigerant stored in the refrigerant storage tank to the high-pressure evaporator and the low-pressure evaporator according to the heating and cooling loads, respectively. .
제2항에 있어서,
상기 폐열을 이용하여 상기 강용액을 농도차가 있는 제1증기냉매와 희용액로 분리하고, 분리한 상기 제1증기냉매를 상기 응축기로 액상냉매로 생성하여 액상 저장탱크에 저장하고, 상기 희용액을 희용액 저장탱크에 저장함으로써, 농도차에 의한 열에너지를 분리 및 저장 가능한 것을 특징으로 하는 흡수식 에너지 저장 및 냉난방 동시 활용 시스템.

According to claim 2,
Using the waste heat, the strong solution is separated into a first vapor refrigerant having a concentration difference and a dilute solution, the separated first vapor refrigerant is generated as a liquid refrigerant by the condenser and stored in a liquid storage tank, and the dilute solution is By storing in a dilute solution storage tank, an absorption type energy storage and simultaneous heating and cooling system, characterized in that it is possible to separate and store thermal energy due to a concentration difference.

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