WO2014073726A1 - 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관 및 배관 시스템 - Google Patents

양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관 및 배관 시스템 Download PDF

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WO2014073726A1
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heat
pipe
temperature
energy
thermal energy
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PCT/KR2012/009750
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임용훈
박병식
정대헌
강새별
이재용
이동현
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한국에너지기술연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a supply piping and piping system for a thermal energy network, and more particularly to a supply piping and piping system for a thermal energy network based on a two-way heat trading.
  • the thermal energy network is a system for supplying thermal energy by connecting heat sources and consumers with heat pipes for transporting heat medium.
  • the existing district heating method is a kind of thermal energy network system.
  • the conventional thermal energy network system has been a limited range of heat supply methods in which the operator unilaterally supplies thermal energy to the consumer.
  • a two-way thermal trade-based thermal energy network system that not only provides thermal energy to the consumer but also generates excess heat on the consumer side, utilizes thermal energy from the consumer.
  • the pipe network of a thermal energy network system is composed of a supply pipe for supplying thermal energy and a recovery pipe for recovering excess heat.
  • the supply pipe will supply thermal energy of a single designed temperature.
  • thermal energy generated by using fossil fuel is relatively high
  • thermal energy generated by using renewable energy is relatively medium and low temperature.
  • thermal energy generated by using renewable energy is relatively medium and low temperature.
  • the supply pipe for a two-way heat trading based heat energy network for supplying heat energy to the customer side or the heat source side, the external piping; At least two inner pipes disposed in the outer pipe to receive thermal energy at a predetermined temperature; And a filler for filling the outer pipe in which the inner pipes are disposed, and each of the inner pipes provides a supply pipe for a bidirectional heat trade-based heat energy network, wherein the inner pipes receive heat energy at different temperatures.
  • Each of the internal pipes is driven at different operating pressures through the operating system.
  • the supply pipe for the two-way heat trading based heat energy network for supplying heat energy to the customer side or the heat source side, the external piping;
  • the first internal pipe is driven at a first operating pressure through the operating system
  • the second internal pipe is driven at a second operating pressure through the operating system
  • the first operating pressure and the second operating pressure are Different pressures.
  • the first temperature is a temperature higher than the second temperature
  • the first operating pressure is a pressure higher than the second operating pressure
  • the filler is a heat insulator.
  • Another embodiment of the present invention provides a supply pipe for supplying heat energy to the customer side or the heat source side; A recovery piping for recovering excess thermal energy from the customer or the heat source; And an operation system for driving the supply pipe and the recovery pipe, wherein the supply pipe includes an external pipe; A first inner pipe disposed in the outer pipe and receiving thermal energy at a first temperature; A second inner pipe disposed in the outer inner pipe and receiving thermal energy at a second temperature different from the first temperature; And it provides a piping system for a two-way heat trading based thermal energy network including a filler for filling the outer pipe is disposed the first and second inner pipe.
  • the driving system drives the first inner pipe to a first operating pressure, drives the second inner pipe to a second operating pressure different from the first operating pressure, and drives the recovery pipe to the first and second. Drive at a third operating pressure lower than the operating pressure.
  • the first temperature is a temperature higher than the second temperature
  • the first operating pressure is a pressure higher than the second operating pressure
  • the piping system for the heat energy network further includes a heat exchanger driven by the control of the operating system, the heat exchanger supplying the heat energy of the first temperature or the heat energy of the second temperature to the customer.
  • the heat exchanger performs heat exchange between at least two of the heat energy of the first temperature, the heat energy of the second temperature, and the surplus heat energy.
  • the heat exchanger supplies the heat exchanged energy to any one of the first internal pipe, the second internal pipe, and the recovery pipe.
  • the present invention since a plurality of inner pipes for receiving thermal energy at different temperatures are arranged in the outer pipe of the supply pipe, it is possible to simultaneously apply thermal energy at different temperatures in one thermal energy network system.
  • the supply side can supply heat energy of various temperatures at the same time, and the customer can be selectively supplied with heat energy of the required temperature, which is efficient.
  • FIG. 1 is a view showing a supply piping and piping system for a two-way heat trading based thermal energy network according to an embodiment of the present invention
  • 2 to 5 are diagrams showing embodiments of heat exchange.
  • ordinal numbers such as second and first
  • first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component.
  • the term “and / or” includes any combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.
  • FIG. 1 is a view showing a supply pipe and piping system for a two-way heat trading based thermal energy network according to an embodiment of the present invention.
  • a piping system according to an exemplary embodiment of the present invention includes an operation system 110, a supply pipe 120, a recovery pipe 130, and a heat exchanger 140.
  • the supply pipe 120 is a pipe that receives heat energy from the customer 150 through supply or thermal energy to the customer 150 side, the external pipe 121, a plurality of internal pipes (122, 123), And a filler 124.
  • the inner pipes 122 and 123 are disposed in the outer pipe 121 to receive heat energy at different temperatures, and supply heat energy from the heat source side to the customer 150 side or supply heat energy from the customer 150 side to the heat source side. It acts as a receiver.
  • each of the internal pipes 122 and 123 may be a single pipe, or a plurality of unit pipes may be combined to be formed.
  • one inner pipe for accommodating thermal energy of a predetermined temperature may be formed of a plurality of unit pipe bundles for accommodating thermal energy of the same temperature.
  • the filler 124 may serve to support and fix the inner pipes 122 and 123 in the outer pipe 121, and may be configured of a heat insulating material to perform a heat insulating function.
  • the inner pipes 122 and 123 accommodate thermal energy at different temperatures, the inner pipes 122 and 123 may be disposed with the filler 124 interposed therebetween to prevent mutual interference.
  • the recovery pipe 130 recovers excess thermal energy from the customer 150 or the heat source to be recycled. Therefore, the surplus heat energy of the recovery pipe 130 has a temperature lower than that of the internal pipes 122 and 123.
  • the driving system 110 drives the supply pipe 120 and the recovery pipe 130 to control the flow of thermal energy in each pipe at a predetermined operating pressure.
  • the driving system 110 controls the driving of the overall piping system such as controlling the driving of the heat exchanger 140.
  • one operating system 110 is shown to drive the supply pipe 120, the recovery pipe 130, and the heat exchanger 140 together. However, this is only one embodiment, and in another embodiment. A separate operating system may drive the respective pipes.
  • the heat exchanger 140 basically supplies the heat energy to the customer 150 through heat exchange between the heat energy in each of the internal pipes 122 and 123 on the heat source side and the heat medium on the customer 150 side.
  • the heat exchanger 140 is a customer 150 through the exchange of energy between the heat energy in each of the internal pipes (122, 123), the surplus heat energy in the recovery pipe 130, the surplus heat energy generated in the customer 150 side. It has a function to enable heat supply to the side or heat sequence from the customer 150 side.
  • each of the internal pipes 122 and 123 accommodates thermal energy at different temperatures, the temperature of the heat medium supplied from the high temperature internal pipe and used through the heat exchanger 140 according to the operating conditions is reduced. It may be higher than the temperature. In this case, even if the heat exchanger 140 is already coarse heat medium, it is not recovered to the recovery pipe 130 but is re-supplied to the internal pipe of low temperature, so that the temperature of the low temperature heat energy can be raised to recycle the thermal energy. .
  • the operation system 110 drives the internal pipes 122 and 123 and the recovery pipe 130 in the supply pipe 120 in which the heat energy at different temperatures are accommodated at different operating pressures, respectively. can do.
  • the high temperature heat energy can be easily injected and utilized as the low temperature heat energy.
  • the operating system 110 may include the first inner pipe 122. ) May be driven at a higher operating pressure than the second internal pipe 123.
  • the operating system 110 may be driven at a lower operating pressure than the inner pipes (122, 123) in the case of the recovery pipe 130, the temperature of the thermal energy is lower than the inner pipes (122, 123).
  • 2 to 5 are diagrams showing embodiments of heat exchange.
  • the temperature T of the thermal energy accommodated in the first internal pipe 122 and the operating pressure P thereof are the temperature T- ⁇ of the thermal energy in the second internal pipe 123 and the operating pressure thereof. It is assumed to be higher than (P- ⁇ ).
  • the temperature (T- ⁇ - ⁇ ') and the operating pressure (P- ⁇ - ⁇ ') of the thermal energy accommodated in the recovery pipe 130 are lower than the temperature and the operating pressure of the thermal energy in the second internal pipe 123.
  • FIG. 2 is a view showing a heat selling mode from the heat source side to the customer 150 side. Specifically, FIG. 2 is a heat selling mode for supplying heat energy of the first internal pipe 122 to the customer 150 side.
  • This mode preconditions that the temperature of the heat medium recovered after supplying heat energy from the first internal pipe 122 to the customer 150 through the heat exchanger 140 is higher than the temperature of the heat medium in the second internal pipe 123. It is done.
  • the operating system 110 flows the recovered heat medium into the second internal pipe 122 having a relatively low temperature and mixes the second.
  • the thermal energy is supplied to the inner pipe 122.
  • the second internal pipe 122 supplied with the heat energy by the heat medium to be recovered can perform heat sales to the customer 150 through the heat exchanger 140 again.
  • FIG 3 is a view showing a heat selling mode from the heat source side to the customer 150 side, specifically, a heat selling mode for supplying thermal energy of the second internal pipe 123 to the customer 150 side.
  • the heat energy of the second inner pipe 123 is lower than the heat energy of the first inner pipe 122, or when there is a demand for low temperature heat energy from the customer 150, It can supply heat energy.
  • the heat medium is supplied from the second internal pipe 122 to the heat exchanger 140, and heat is supplied to the customer 150 through heat exchange of the supplied heat medium.
  • the operation system 110 detects the temperature of the heat medium used for heat exchange and controls the number of times.
  • the heat medium whose temperature is lowered through the heat exchanger 140 flows into the recovery pipe 130 and is recovered. Since the temperature T- ⁇ - ⁇ 'and the operating pressure P- ⁇ - ⁇ ' of the heat energy in the recovery pipe 130 are lower than the second internal pipe 123, the heat energy of the second internal pipe 123 is lower. Can be easily introduced into the recovery pipe 130.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a heat purchase mode from the customer 150 side to the heat source side. Specifically, FIG. 4 illustrates a heat purchase mode in which heat energy from the customer 150 side is supplied to the first internal pipe 122.
  • this mode is a case where the high temperature surplus heat energy is generated from the heat source on the customer 150 side, and the surplus heat energy is purchased from the customer 150 on the heat source side.
  • the high temperature surplus heat energy generated from the heat source on the customer 150 side performs heat exchange with the heat medium of the heat source side recovery pipe 130 through the heat exchanger 140, and the heated heat medium is transferred to the supply pipe 120 on the heat source side. do.
  • the operating system 110 detects the temperature of the heated heat medium, and when the temperature is within the operating temperature of the first inner pipe 122, causes the heat medium to flow into the first inner pipe 122.
  • the temperature range of the heat medium that can be introduced into the first internal pipe 122 can be variously set as necessary. For example, the heat medium may flow while the temperature inside the operating temperature range of the first internal pipe 122 may flow, or the heat medium may flow when the temperature falls within the set temperature range.
  • the operating system 110 increases the pressure of the recovery pipe 130, so that the heat medium of the recovery pipe 130 is first internal. It can be easily introduced into the pipe (122).
  • the operating system 110 may offset the pressure difference between the first internal pipe 122 and the recovery pipe 130 by using a separate pressure pump.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a heat purchase mode from the customer 150 side to the heat source side. Specifically, FIG. 5 is a heat purchase mode in which heat energy from the customer 150 side is supplied to the second internal pipe 122.
  • the surplus heat energy is generated from the heat source on the customer 150 side, and the surplus heat energy is purchased from the customer 150 on the heat source side.
  • the surplus heat energy generated from the heat source on the customer 150 side performs heat exchange with the heat medium of the heat source-side recovery pipe 130 through the heat exchanger 140, and the heated heat medium is transferred to the supply pipe 120 on the heat source side.
  • the driving system 110 detects the temperature of the heated heat medium, and when the temperature is within the operating temperature of the second inner pipe 123, causes the heat medium to flow into the second inner pipe 123.
  • the temperature range of the heat medium that can flow into the second internal pipe 123 can be variously set as necessary.
  • the heat medium may be introduced while the temperature is within the operating temperature range of the second internal pipe 123, or the heat medium may be introduced when the temperature is within the set temperature range.
  • the operation system 110 increases the pressure of the recovery pipe 130, so that the heat medium of the recovery pipe 130 is second inside. It can be easily introduced into the pipe (123).
  • the operating system 110 may offset the pressure difference between the second internal pipe 123 and the recovery pipe 130 by using a separate pressure pump.
  • the operating system 110 may measure the temperature of the thermal energy in the pipe through a temperature sensor installed in each pipe, the transfer of the heat medium between the pipes through a valve connecting the pipe Controllable.

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Abstract

본 발명은 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크에 있어서, 서로 다른 온도를 가지는 복수의 열에너지를 동시에 수용할 수 있는 공급 배관 및 배관 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관은 운전 시스템을 통해 구동되어, 수용가측 또는 열원측으로 열에너지를 공급하기 위한 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관에 있어서, 외부 배관; 상기 외부 배관 내에 배치되어 소정 온도의 열에너지를 수용하는 적어도 두 개의 내부 배관; 및 상기 내부 배관들이 배치된 상기 외부 배관을 충진하는 충진재를 포함하고, 상기 내부 배관 각각은 서로 다른 온도의 열에너지를 수용한다.

Description

양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관 및 배관 시스템
본 발명은 열에너지 네트워크용 공급 배관 및 배관 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관 및 배관 시스템에 관한 것이다.
열에너지 네트워크란 열원 및 수용가가 열매체를 수송하는 배관으로 연계되어 열에너지를 공급하는 시스템으로서, 기존의 지역난방 방식이 열에너지 네트워크 시스템의 일종이다.
종래의 열에너지 네트워크 시스템은 사업자가 수요자에게 일방적으로 열에너지를 공급하는 형태인 국한된 범위의 열 공급 방식이었다.
최근에는 이러한 단방향적 열에너지 네트워크 방식에서 더 나아가 사업자가 수요자에게 열에너지를 공급할 뿐만 아니라, 수요자측에서 잉여열이 발생하는 경우, 수요자로부터의 열에너지를 활용하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크 시스템이 대두되고 있다.
일반적으로 열에너지 네트워크 시스템의 배관망은 열에너지를 공급하는 공급 배관과 잉여열을 회수하는 회수 배관으로 구성된다.
여기서 공급 배관은 설계된 단일 온도의 열에너지를 공급하게 된다.
따라서, 수요자측에서는 필요한 온도대와 무관하게 사업자가 제공하는 단일 온도의 열에너지만을 공급받게 되므로, 에너지 수요측면에서 비효율적일 수밖에 없다.
또한, 화석연료 등을 이용하여 발생되는 열에너지의 경우 비교적 고온인 반면, 신재생 에너지 등을 이용하여 발생되는 열에너지의 경우 상대적으로 중·저온이기 때문에, 단일 온도 공급 방식의 기존 열에너지 네트워크 시스템 내에서는 이러한 서로 다른 온도의 열에너지를 동시에 수용하기 어려운 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크에 있어서, 서로 다른 온도를 가지는 복수의 열에너지를 동시에 수용할 수 있는 공급 배관 및 배관 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에서는 운전 시스템을 통해 구동되어, 수용가측 또는 열원측으로 열에너지를 공급하기 위한 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관에 있어서, 외부 배관; 상기 외부 배관 내에 배치되어 소정 온도의 열에너지를 수용하는 적어도 두 개의 내부 배관; 및 상기 내부 배관들이 배치된 상기 외부 배관을 충진하는 충진재를 포함하고, 상기 내부 배관 각각은 서로 다른 온도의 열에너지를 수용하는 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관을 제공한다.
상기 내부 배관 각각은 상기 운전 시스템을 통해 서로 다른 운전 압력으로 구동된다.
본 발명의 다른 실시 예에서는 운전 시스템을 통해 구동되어, 수용가측 또는 열원측으로 열에너지를 공급하기 위한 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관에 있어서, 외부 배관; 상기 외부 배관 내에 배치되고, 제1 온도의 열에너지를 수용하는 제1 내부 배관; 상기 외부 내관 내에 배치되고, 제2 온도의 열에너지를 수용하는 제2 내부 배관; 및 상기 제1 및 제2 내부 배관이 배치된 상기 외부 배관을 충진하는 충진재를 포함하고, 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도는 서로 다른 온도인 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관을 제공한다.
상기 제1 내부 배관은 상기 운전 시스템을 통해 제1 운전 압력으로 구동되고, 상기 제2 내부 배관은 상기 운전 시스템을 통해 제2 운전 압력으로 구동되며, 상기 제1 운전 압력 및 상기 제2 운전 압력은 서로 다른 압력이다.
상기 제1 온도는 상기 제2 온도보다 높은 온도이고, 상기 제1 운전 압력은 상기 제2 운전 압력보다 높은 압력이다.
상기 충진재는 단열재이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서는 수용가측 또는 열원측으로 열에너지를 공급하는 공급 배관; 상기 수용가 또는 상기 열원으로부터의 잉여 열에너지를 회수하는 회수 배관; 및 상기 공급 배관 및 상기 회수 배관을 구동하는 운전 시스템을 포함하고, 상기 공급 배관은 외부 배관; 상기 외부 배관 내에 배치되고, 제1 온도의 열에너지를 수용하는 제1 내부 배관; 상기 외부 내관 내에 배치되고, 상기 제1 온도와 서로 다른 제2 온도의 열에너지를 수용하는 제2 내부 배관; 및 상기 제1 및 제2 내부 배관이 배치된 상기 외부 배관을 충진하는 충진재를 포함하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 배관 시스템을 제공한다.
상기 회수 배관의 잉여 열에너지는 상기 제1 및 제2 온도보다 낮다.
상기 운전 시스템은 상기 제1 내부 배관을 제1 운전 압력으로 구동하고, 상기 제2 내부 배관을 상기 제1 운전 압력과 서로 다른 제2 운전 압력으로 구동하며, 상기 회수 배관을 상기 제1 및 제2 운전 압력보다 낮은 제3 운전 압력으로 구동한다.
상기 제1 온도는 상기 제2 온도보다 높은 온도이고, 상기 제1 운전 압력은 상기 제2 운전 압력보다 높은 압력이다.
상기 열에너지 네트워크용 배관 시스템은 상기 운전 시스템의 제어에 의해 구동되는 열 교환기를 더 포함하고, 상기 열 교환기는 상기 제1 온도의 열에너지 또는 상기 제2 온도의 열에너지를 상기 수용가에 공급한다.
상기 열 교환기는 상기 제1 온도의 열에너지, 상기 제2 온도의 열에너지, 상기 잉여 열에너지 중 적어도 두 열에너지간 열 교환을 실시한다.
상기 열 교환기는 열 교환된 에너지를 상기 제1 내부 배관, 상기 제2 내부 배관, 및 상기 회수 배관 중 어느 하나로 공급한다.
본 발명에 따르면, 공급 배관의 외부 배관 내에 서로 다른 온도의 열에너지를 수용하는 복수의 내부 배관을 배치하기 때문에, 하나의 열에너지 네트워크 시스템에서 서로 다른 온도의 열에너지를 동시 적용할 수 있다.
이에 따라, 공급측에서는 다양한 온도의 열에너지를 동시에 공급할 수 있고, 수용가에서는 필요한 온도의 열에너지를 선택적으로 공급받을 수 있어 효율적이다.
또한, 각 내부 배관을 서로 다른 운전 압력으로 구동하기 때문에, 서로 다른 온도의 열에너지간 혼합이 매우 용이하다.
아울러, 본 발명에 따르면, 복수의 공급 온도로 운영되는 배관 시스템을 통해 고온의 열매체를 열교환하고 남은 열매체의 온도가 여전히 활용할 가치가 있는 경우, 회수관으로 바로 버리지 않고 재활용할 수 있는 온도대별 다단계 열 활용이 가능함으로써 열 이용 효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관 및 배관 시스템을 나타내는 도면, 및
도 2 내지 도 5는 열 교환의 실시 예들을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관 및 배관 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배관 시스템은 운전 시스템(110), 공급 배관(120), 회수 배관(130), 및 열 교환기(140)를 포함한다.
먼저 공급 배관(120)은 수용가(150)측으로 열에너지를 공급하거나 구매 등을 통해 수용가(150)측으로부터 열에너지를 공급받게 되는 배관으로서, 외부 배관(121), 복수의 내부 배관(122, 123), 및 충진재(124)로 구성된다.
내부 배관(122, 123)은 외부 배관(121) 내에 배치되어 서로 다른 온도의 열에너지를 수용함과 아울러, 열원측으로부터 수용가(150)측으로 열에너지를 공급하거나 수용가(150)측으로부터 열원측으로 열에너지를 공급받는 역할을 한다.
도 1의 실시 예에서는 2개의 내부 배관(122, 123)이 구비된 것으로 도시되어 있으나, 내부 배관(122, 123)은 서로 다른 온도의 열에너지를 수용할 수 있도록 복수개가 마련될 수 있다. 또한, 각 내부 배관(122, 123)은 단일 배관일수도 있고, 복수의 단위 배관이 결합되어 형성될 수도 있다. 다시 말해, 소정 온도의 열에너지를 수용하는 하나의 내부 배관은 동일 온도의 열에너지를 수용하는 복수의 단위 배관 묶음으로도 형성 가능하다.
충진재(124)는 외부 배관(121) 내에서 내부 배관들(122, 123)을 지지 및 고정하는 역할을 함과 동시에, 단열재로 구성되어 단열 기능을 수행할 수 있다.
이때, 내부 배관들(122, 123)은 서로 다른 온도의 열에너지를 수용하고 있기 때문에, 상호 열간섭을 방지하기 위하여 충진재(124)를 사이에 두고 배치되는 것이 바람직하다.
회수 배관(130)은 수용가(150) 또는 열원으로부터 잉여 열에너지를 회수하여 재활용되도록 한다. 따라서, 회수 배관(130)의 잉여 열에너지는 내부 배관(122, 123)의 열에너지에 비해 낮은 온도를 가진다.
운전 시스템(110)은 공급 배관(120) 및 회수 배관(130)을 구동하여, 소정의 운전 압력으로 각 배관 내 열에너지의 흐름을 제어한다. 아울러, 운전 시스템(110)은 열 교환기(140)의 구동을 제어하는 등 전반적인 배관 시스템의 구동을 제어한다.
도 1에서는 하나의 운전 시스템(110)이 공급 배관(120), 회수 배관(130), 열 교환기(140) 등을 함께 구동하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에서는 별개의 운전 시스템이 각각의 배관들을 구동할 수도 있다.
열 교환기(140)는 기본적으로 열원측 각 내부 배관(122, 123) 내의 열에너지들과 수용가(150)측 열매체 간의 열 교환을 통해 수용가(150)에 열에너지를 공급한다. 아울러, 열 교환기(140)는 열원측 각 내부 배관(122, 123) 내의 열에너지들, 회수 배관(130) 내의 잉여 열에너지, 수용가(150)측에서 발생하는 잉여 열에너지간 에너지 교환을 통해 수용가(150)측으로의 열 공급 또는 수용가(150)측으로부터의 열 수열이 가능하도록 하는 기능을 가진다.
본 발명에서는 각 내부 배관(122, 123)이 서로 다른 온도의 열에너지를 수용하기 때문에, 운전 조건에 따라 고온의 내부 배관으로부터 공급되어 열 교환기(140)를 거쳐 사용된 열매체의 온도가 저온 내부 배관의 온도보다 높을 수 있다. 이 경우, 열 교환기(140)를 이미 거친 열매체라 하더라도 회수 배관(130)으로 회수하지 않고, 저온의 내부 배관으로 재공급함으로써 저온 열에너지의 온도를 상승시켜 기사용된 열에너지의 재활용을 도모할 수 있다.
이러한 잉여 열에너지의 재활용을 위하여, 운전 시스템(110)은 서로 다른 온도의 열에너지가 수용되는 공급 배관(120) 내 내부 배관들(122, 123)과 회수 배관(130)을 각각 서로 다른 운전 압력으로 구동할 수 있다.
이는 서로 다른 성질의 에너지를 혼합하는 경우 동일한 압력 환경에서는 혼합이 용이하게 이루어지지 않는 점을 감안하여, 압력 환경에 있어서 에너지간에 차이를 둠으로써 상호 질량 교환이 용이하게 이루어지도록 하기 위함이다.
바람직하게는, 상대적으로 고온의 열에너지가 수용된 내부 배관의 운전 압력이 저온의 열에너지가 수용된 내부 배관의 운전 압력보다 높도록 설정함으로써, 고온의 열에너지가 저온의 열에너지로 용이하게 주입되어 활용도록 할 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 내부 배관(122)이 75℃의 열에너지를 수용하고, 제2 내부 배관(123)이 55℃의 열에너지를 수용하는 경우, 운전 시스템(110)은 제1 내부 배관(122)을 제2 내부 배관(123)보다 높은 운전 압력으로 구동할 수 있다.
한편, 운전 시스템(110)은 열에너지의 온도가 내부 배관들(122, 123)에 비해 낮은 회수 배관(130)의 경우, 내부 배관들(122, 123)보다 낮은 운전 압력으로 구동할 수 있다.
이하에서는, 도 1에 도시된 열 교환기(140)를 통해 이루어지는 열 교환의 실시 예에 대해 설명하도록 한다.
도 2 내지 도 5는 열 교환의 실시 예들을 나타내는 도면이다.
설명의 편의를 위하여, 제1 내부 배관(122)에 수용되는 열에너지의 온도(T)와 그 운전 압력(P)이 제2 내부 배관(123) 내 열에너지의 온도(T-α) 및 그 운전 압력(P-β)보다 높은 것으로 가정한다. 아울러, 회수 배관(130)에 수용되는 열에너지의 온도(T-α-α') 및 운전 압력(P-β-β')은 제2 내부 배관(123) 내 열에너지의 온도 및 운전 압력보다 낮은 것으로 가정한다.
도 2는 열원측으로부터 수용가(150)측으로의 열 판매 모드를 나타내는 도면으로, 구체적으로는 제1 내부 배관(122)의 열에너지를 수용가(150)측으로 공급하는 열 판매 모드이다.
본 모드는 제1 내부 배관(122)으로부터 열 교환기(140)를 통해 수용가(150)측으로 열에너지를 공급한 후 회수되는 열매체의 온도가 제2 내부 배관(123) 내 열매체의 온도보다 높은 것을 전제 조건으로 한다.
즉, 사용 후 회수되는 열매체의 온도가 제2 내부 배관(123)에 비해 높기 때문에, 운전 시스템(110)은 회수되는 열매체를 상대적으로 저온인 제2 내부 배관(122)으로 유입시켜 혼합함으로써 제2 내부 배관(122)으로 열에너지가 공급되도록 한다.
회수되는 열매체에 의해 열에너지를 공급받은 제2 내부 배관(122)은 다시 열 교환기(140)를 통해 수용가(150)측으로 열 판매를 실시할 수 있게 된다.
도 3은 열원측으로부터 수용가(150)측으로의 열 판매 모드를 나타내는 도면으로, 구체적으로는 제2 내부 배관(123)의 열에너지를 수용가(150)측으로 공급하는 열 판매 모드이다.
제2 내부 배관(123)의 열에너지는 제1 내부 배관(122)의 열에너지보다 저온의 에너지이나, 수용가(150)에서 저온의 열에너지에 대한 요구가 있는 경우에는 저온인 제2 내부 배관(123)의 열에너지를 공급할 수 있다.
운전 시스템(110)의 제어에 따라 제2 내부 배관(122)으로부터 열 교환기(140)로 열매체가 공급되고, 공급된 열매체의 열 교환을 통해 수용가(150)측으로 열 공급이 이루어진다. 이때, 운전 시스템(110)은 열 교환에 사용된 열매체의 온도를 검출하여, 회수를 제어한다.
즉, 열 교환기(140)를 거쳐 온도가 하강된 열매체는 회수 배관(130)으로 유입되어 회수된다. 회수 배관(130) 내 열에너지의 온도(T-α-α') 및 그 운전 압력(P-β-β')이 제2 내부 배관(123)보다 낮기 때문에, 제2 내부 배관(123)의 열에너지가 회수 배관(130)으로 용이하게 유입될 수 있다.
도 4는 수용가(150)측으로부터 열원측으로의 열 구매 모드를 나타내는 도면으로, 구체적으로는 수용가(150)측의 열에너지가 제1 내부 배관(122)으로 공급되는 열 구매 모드이다.
즉, 본 모드는 수용가(150)측의 열원으로부터 고온의 잉여 열에너지가 발생하여, 열원측에서 수용가(150)로부터 잉여 열에너지를 구매하는 경우이다.
수용가(150)측 열원에서 발생한 고온의 잉여 열에너지는 열 교환기(140)를 통해 열원측 회수 배관(130)의 열매체와 열 교환을 실시하며, 승온된 열매체는 열원측의 공급 배관(120)으로 이송된다.
운전 시스템(110)은 승온된 열매체의 온도를 검출하여, 그 온도가 제1 내부 배관(122)의 운전 온도 내외의 범위일 경우에는 제1 내부 배관(122)으로 열매체를 유입시킨다. 제1 내부 배관(122)으로 유입 가능한 열매체의 온도 범위는 필요에 따라 다양한 설정이 가능하다. 예컨대, 제1 내부 배관(122)의 운전 온도 범위 내에 속해야지만 열매체를 유입시킬 수도 있고, 설정된 온도 범위 내에 속하는 경우 열매체를 유입시킬 수도 있다.
이때, 제1 내부 배관(122)이 회수 배관(130)보다 높은 압력을 가지므로, 운전 시스템(110)은 회수 배관(130)의 압력을 상승시켜, 회수 배관(130)의 열매체가 제1 내부 배관(122)으로 용이하게 유입될 수 있도록 한다.
일 실시 예에서, 운전 시스템(110)은 별도의 가압펌프를 이용하여, 제1 내부 배관(122)과 회수 배관(130) 간 압력차를 상쇄할 수 있다.
도 5는 수용가(150)측으로부터 열원측으로의 열 구매 모드를 나타내는 도면으로, 구체적으로는 수용가(150)측의 열에너지가 제2 내부 배관(122)으로 공급되는 열 구매 모드이다.
즉, 본 모드는 수용가(150)측의 열원으로부터 잉여 열에너지가 발생하여, 열원측에서 수용가(150)로부터 잉여 열에너지를 구매하는 경우이다.
수용가(150)측 열원에서 발생한 잉여 열에너지는 열 교환기(140)를 통해 열원측 회수 배관(130)의 열매체와 열 교환을 실시하며, 승온된 열매체는 열원측의 공급 배관(120)으로 이송된다.
운전 시스템(110)은 승온된 열매체의 온도를 검출하여, 그 온도가 제2 내부 배관(123)의 운전 온도 내외의 범위일 경우에는 제2 내부 배관(123)으로 열매체를 유입시킨다. 제2 내부 배관(123)으로 유입 가능한 열매체의 온도 범위는 필요에 따라 다양한 설정이 가능하다. 예컨대, 제2 내부 배관(123)의 운전 온도 범위 내에 속해야지만 열매체를 유입시킬 수도 있고, 설정된 온도 범위 내에 속하는 경우 열매체를 유입시킬 수도 있다.
이때, 제2 내부 배관(123)이 회수 배관(130)보다 높은 압력을 가지므로, 운전 시스템(110)은 회수 배관(130)의 압력을 상승시켜, 회수 배관(130)의 열매체가 제2 내부 배관(123)으로 용이하게 유입될 수 있도록 한다.
일 실시 예에서, 운전 시스템(110)은 별도의 가압펌프를 이용하여, 제2 내부 배관(123)과 회수 배관(130) 간 압력차를 상쇄할 수 있다.
도면에 도시되지는 않았으나, 일 실시 예에서 운전 시스템(110)은 각 배관에 설치되는 온도 센서를 통해 배관 내 열에너지의 온도를 측정할 수 있고, 배관 간 열매체의 이송은 배관을 연결하는 밸브를 통해 제어 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 운전 시스템을 통해 구동되어, 수용가측 또는 열원측으로 열에너지를 공급하기 위한 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관에 있어서,
    외부 배관;
    상기 외부 배관 내에 배치되어 소정 온도의 열에너지를 수용하는 적어도 두 개의 내부 배관; 및
    상기 내부 배관들이 배치된 상기 외부 배관을 충진하는 충진재
    를 포함하고,
    상기 내부 배관 각각은 서로 다른 온도의 열에너지를 수용하는 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 배관 각각은 상기 운전 시스템을 통해 서로 다른 운전 압력으로 구동되는 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관.
  3. 운전 시스템을 통해 구동되어, 수용가측 또는 열원측으로 열에너지를 공급하기 위한 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관에 있어서,
    외부 배관;
    상기 외부 배관 내에 배치되고, 제1 온도의 열에너지를 수용하는 제1 내부 배관;
    상기 외부 내관 내에 배치되고, 제2 온도의 열에너지를 수용하는 제2 내부 배관; 및
    상기 제1 및 제2 내부 배관이 배치된 상기 외부 배관을 충진하는 충진재
    를 포함하고,
    상기 제1 온도 및 상기 제2 온도는 서로 다른 온도인 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 내부 배관은 상기 운전 시스템을 통해 제1 운전 압력으로 구동되고,
    상기 제2 내부 배관은 상기 운전 시스템을 통해 제2 운전 압력으로 구동되며,
    상기 제1 운전 압력 및 상기 제2 운전 압력은 서로 다른 압력인 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 온도는 상기 제2 온도보다 높은 온도이고,
    상기 제1 운전 압력은 상기 제2 운전 압력보다 높은 압력인 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충진재는 단열재인 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 공급 배관.
  7. 수용가측 또는 열원측으로 열에너지를 공급하는 공급 배관;
    상기 수용가 또는 상기 열원으로부터의 잉여 열에너지를 회수하는 회수 배관; 및
    상기 공급 배관 및 상기 회수 배관을 구동하는 운전 시스템
    을 포함하고,
    상기 공급 배관은 외부 배관; 상기 외부 배관 내에 배치되고, 제1 온도의 열에너지를 수용하는 제1 내부 배관; 상기 외부 내관 내에 배치되고, 상기 제1 온도와 서로 다른 제2 온도의 열에너지를 수용하는 제2 내부 배관; 및 상기 제1 및 제2 내부 배관이 배치된 상기 외부 배관을 충진하는 충진재를 포함하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 배관 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회수 배관의 잉여 열에너지는 상기 제1 및 제2 온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 배관 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 운전 시스템은,
    상기 제1 내부 배관을 제1 운전 압력으로 구동하고,
    상기 제2 내부 배관을 상기 제1 운전 압력과 서로 다른 제2 운전 압력으로 구동하며,
    상기 회수 배관을 상기 제1 및 제2 운전 압력보다 낮은 제3 운전 압력으로 구동하는 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 배관 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 온도는 상기 제2 온도보다 높은 온도이고,
    상기 제1 운전 압력은 상기 제2 운전 압력보다 높은 압력인 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 배관 시스템.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운전 시스템의 제어에 의해 구동되는 열 교환기를 더 포함하고,
    상기 열 교환기는 상기 제1 온도의 열에너지 또는 상기 제2 온도의 열에너지를 상기 수용가에 공급하는 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 배관 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 열 교환기는,
    상기 제1 온도의 열에너지, 상기 제2 온도의 열에너지, 상기 잉여 열에너지 중 적어도 두 열에너지간 열 교환을 실시하는 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 배관 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 열 교환기는,
    열 교환된 에너지를 상기 제1 내부 배관, 상기 제2 내부 배관, 및 상기 회수 배관 중 어느 하나로 공급하는 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 기반의 열에너지 네트워크용 배관 시스템.
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