LNG를 열원으로 하는 수소연료전지에 의한 전기, 냉온열, 건조열, 및 이산화탄소 제조 시스템{MANUFACTURING SYSTEM FOR ELECTRIC POWER, COLD/HOT HEAT, HEAT FOR DRYING AND CARBON DIOXIDE BY FUEL CELL USEING LNG}

본 발명은 LNG를 열원으로 하는 수소연료전지에 의한 전기, 냉온열, 건조열, 이산화탄소 제조 시스템에 관한 것이다.

친환경 에너지로서 LNG가 이용되고 있으며, LNG의 이용을 위하여 해안에는 다수의 엘엔지 액화가스 저장탱크가 설치되어 있는 LNG 기지가 건설되고 있다.

엘엔지 액화가스 저장탱크는 액화된 LNG 가스를 저장하고 있으며, 수요처에 적절한 양의 엘엔지 가스를 공급하기 위하여 액화 가스를 기화시킨 후 수요처(도시가스 등의 배관)에 공급하고 있다.

엘엔지 액화가스를 기화시키기 위하여 통상 기화기가 사용되며, 기화기는 외부로부터 물을 공급받아 열교환함으로써 액화가스를 상변화를 거쳐 상온의 가스 상태로 송출하게 된다.

이와 같은 기화기를 운영하기 위하여는 막대한 양의 물이 필요하게 되며, 또한 이러한 많은 양의 물을 공급하기 위한 펌프가 필요하여 막대한 전력 소모가 발생하게 된다.

이와 같이 기화기에 물을 공급하기 위하여 별도의 수조를 마련하고 이 수조에 저장된 물을 기화기로 순환시킬 수도 있지만, 대부분은 직접 바닷물을 이용하여 액화가스를 기화시키게 된다.

아울러 수조에 저장된 물을 기화기로 순환시키는 경우에도 수조에 저장된 물을 가열하기 위한 히터가 필요하게 되며, 아울러 히터의 구동을 위한 전력이 필요하게 되어, 기화기의 운영에 막대한 전력 소모가 발생하게 된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 액화 LNG를 기화시켜 이를 연료로 하여 전력을 생산하며, 아울러 액화 LNG를 기화시킬 때 건축물 내부에 필요한 냉열의 생성과정에서 1차로 기화하며, 아울러 전력 생산 과정에서 필수불가결하게 발생되는 배열을 이용하여 액화 LNG를 2차로 기화하며, 아울러 전력 생산 과정에서 필수불가결하게 발생되는 배열은 건축물의 온열로 활용하도록 함으로써 친환경적이며 에너지 절약이 가능한 LNG를 열원으로 하는 수소연료전지에 의한 전기, 냉온열, 건조열, 이산화탄소 제조 시스템을 제공하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 건축물에 냉/온열 및 전력을 공급하기 위한 시스템에 있어서 : 내부에 제1냉매가 유동하는 제1냉매 유동로와 LNG가 유동하는 제1LNG 유동로가 형성되어 상기 제1냉매 유동로의 제1냉매와 상기 제1LNG유동로의 LNG가 서로 열교환하도록 마련되는 냉열 열교환기 ; 상기 냉열 열교환기의 제1LNG유동로의 일단부에 액상 LNG를 공급하기 위하여 마련되는 제1LNG 공급 배관 ; 상기 건축물에 냉열을 공급하기 위하여 제1냉매가 순환되도록 양 단부가 상기 냉열 열교환기의 제1냉매 유동로의 양 단부에 연결되는 제1냉매 순환 배관 ; 내부에 제4스팀이 유동하는 제4스팀 유동로와 LNG가 유동하는 제2LNG 유동로가 형성되어 상기 제4스팀 유동로의 제4스팀과 상기 제2LNG유동로의 LNG가 서로 열교환하도록 마련되는 기화용 열교환기 ; 상기 냉열 열교환기의 제1LNG유동로의 타단부와 상기 기화용 열교환기의 제2LNG유동로의 일단부를 연결하는 제2LNG 공급 배관 ; 상기 기화용 열교환기에서 기화된 LNG를 공급받아 LNG를 이용하여 전력을 발생하는 발전부 ; 일단이 상기 기화용 열교환기의 제2LNG유동로의 타단부와 연결되어 상기 발전부로 LNG를 공급하는 제3LNG 공급 배관 ; 내부에 제1스팀이 유동하는 제1스팀 유동로와 제2스팀이 유동하는 제2스팀 유동로가 형성되어 상기 제1스팀 유동로의 제1스팀과 상기 제2스팀 유동로의 제2스팀이 서로 열교환하도록 마련되는 스팀 열교환기 ; 내부에 제3스팀이 유동하는 제3스팀 유동로와 온수가 유동하는 온수 유동로가 형성되어 상기 제3스팀 유동로의 제3스팀과 상기 온수 유동로의 온수가 서로 열교환하도록 마련되는 온수 열교환기 ; 스팀이 순환되도록, 일단이 상기 스팀 열교환기의 제1스팀 유동로의 일단부와 연결되며 타단이 상기 기화용 열교환기의 제4스팀 유동로의 일단부와 연결되는 제1스팀 순환 배관과, 일단이 상기 스팀 열교환기의 제1스팀 유동로의 타단부와 연결되며 타단이 상기 기화용 열교환기의 제4스팀 유동로의 타단부와 연결되는 제2스팀 순환 배관을 포함하여 이루어지는 기화용 스팀 순환부 ; 상기 건축물에 온열을 공급하기 위하여 온수가 순환되도록, 일단이 상기 온수 열교환기의 온수 유동로의 일단부와 연결되며, 타단이 상기 온수 열교환기의 온수 유동로의 타단부와 연결되는 온수 순환부 ; 스팀이 순환되도록, 일단이 상기 스팀 열교환기의 제2스팀 유동로의 일단부와 상기 온수 열교환기의 제3스팀 유동로의 일단부와 각각 연결되며 상기 발전부로부터 배열을 공급받도록 배치된 제1발전부 스팀 배관, 일단이 상기 스팀 열교환기의 제2스팀 유동로의 타단부에 연결되는 제2발전부 스팀 배관, 일단이 상기 온수 열교환기의 제3스팀 유동로의 타단부에 연결되는 제3발전부 스팀 배관, 상기 제1발전부 스팀 배관의 타단으로부터 스팀을 공급받아 상기 제2발전부 스팀 배관의 타단 및 상기 제3발전부 스팀 배관의 타단 각각에 스팀을 공급하는 비례제어 3방 밸브를 포함하여 이루어지는 발전부 스팀 순환 순환부 ; 상기 발전부로부터 발전된 전력을 상기 건축물에 공급하는 전력 공급 라인 ; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서 : 적어도 재생기, 증발기, 흡수기 및 응축기를 포함하는 흡수식 냉동기가 마련되며 ; 상기 흡수식 냉동기는, 상기 온수 순환부를 유동하는 온수를 온수 분기 순환 배관을 통하여 열원으로서 상기 흡수식 냉동기의 재생기로 공급받으며, 상기 건축물에 냉수를 공급하는 냉수 공급 순환 배관의 냉수를 상기 흡수식 냉동기의 증발기에서 냉각하는 것 ; 이 바람직하다.

상기에 있어서, 저온저압의 냉매를 고온고압으로 변환하는 히트펌프용 압축기와, 냉매에 의하여 응축기 또는 증발기로서 기능하는 제1히트펌프용 열교환기와, 냉매에 의하여 증발기 또는 응축기로서 기능하되 수조에 침적 마련되어 수조의 물과 열교환하는 제2히트펌프용 열교환기와, 상기 제1히트펌프용 열교환기 또는 상기 제2히트펌프용 열교환기에서 응축된 냉매를 저압으로 교축하는 히트펌프용 팽창밸브와, 상기 히트펌프용 압축기에서 유출되는 냉매를 응축을 위하여 제1히트펌프용 열교환기와 제2히트펌프용 열교환기 중 어느 하나로 보내며 상기 제2히트펌프용 열교환기와 상기 제1히트펌프용 열교환기 중 어느 하나에서 증발된 후 유출되는 냉매를 상기 히트펌프용 압축기로 보내는 4방밸브를 포함하여 이루어지는 히트펌프부와 ; 상기 히트펌프부의 수조의 물을 상기 냉수 공급 순환 배관의 냉수 혹은 상기 온수 순환부의 온수와 열교환시키는 수조용 열교환기 ; 를 포함하여 이루어지며, 상기 히트펌프부의 상기 제1히트펌프용 열교환기는 상기 건축물에 온수 또는 냉수를 공급하는 냉온수 공급 배관과 상기 히트펌프부의 냉매를 열교환시키는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 발전부는 연료전지 발전부이며, 상기 발전부에 상기 연료전지 발전부의 개질기에서 발생하는 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집기가 마련되며, 상기 이산화탄소 포집기에서 포집된 이산화탄소는 식물의 광합성 작용을 위하여 식물재배 하우스로 보내지도록 이루어지는 것일 수 있다.

상기에 있어서, 상기 냉수 공급 순환 배관에서 분기되어 건조시설을 경유하여 순환하는 건조용 냉수 분기 순환 배관이 마련되며, 상기 온수 순환부에서 분기되어 상기 건조 시설을 경유하여 순환하는 건조용 온수 분기 순환 배관이 마련되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명은, 액화 LNG를 기화시켜 이를 연료로 하여 전력을 생산하며, 아울러 액화 LNG를 기화시킬 때 건축물 내부에 필요한 냉열의 생성과정에서 1차로 기화하며, 아울러 전력 생산 과정에서 필수불가결하게 발생되는 배열을 이용하여 액화 LNG를 2차로 기화하며, 아울러 전력 생산 과정에서 필수불가결하게 발생되는 배열은 건축물의 온열로 활용하도록 함으로써 친환경적이며 에너지 절약이 가능한 LNG를 열원으로 하는 수소연료전지에 의한 전기, 냉온열, 건조열, 이산화탄소 제조 시스템을 제공하게 된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 LNG를 열원으로 하는 수소연료전지에 의한 전기, 냉온열, 건조열, 이산화탄소 제조 시스템의 모식도.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 LNG를 열원으로 하는 수소연료전지에 의한 전기, 냉온열, 건조열, 이산화탄소 제조 시스템의 모식도.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 의한 LNG를 열원으로 하는 수소연료전지에 의한 전기, 냉온열, 건조열, 이산화탄소 제조 시스템의 모식도.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

명세서 전체에서 배관이란 다른 설명이 없다면 파이프만을 의미하는 것이 아니며 펌프, 혹은 밸브 등이 포함된 전체 배관을 의미하며, 펌프 혹은 밸브 등은 통상의 기술자에 의하여 적절히 선택될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 LNG를 열원으로 하는 수소연료전지에 의한 전기, 냉온열, 건조열, 이산화탄소 제조 시스템의 모식도이다.

본 실시예는 액화 LNG를 공급받아 이를 이용하여 건축물(10)에 전력을 공급하고 아울러 액화 LNG을 기화시키면서 발생하는 냉열을 이용하여 건축물(10)에 냉방 등을 위한 냉열을 공급하며, 발전부(20)의 배열을 이용하여 건축물(10)에 난방, 급탕 등을 위한 온열을 공급하도록 한 것이다.

본 실시예는 크게 냉열, 온열, 전력을 공급받는 건축물(10), LNG를 연료로 이용하여 전력을 생산하는 발전부(20), 냉열 열교환기(110), 기화용 열교환기(120), 스팀 열교환기(130), 온수 열교환기(140) 등을 포함하여 이루어진다.

본 실시예에서 열교환기란 2개의 열매체가 서로 열을 교환하도록 이루어진 것으로서, 그 하나의 예로서 핀튜브 열교환기를 도시하여 설명하지만 이에 국한되는 것이 아니다.

냉열 열교환기(110)는 내부에 제1냉매가 유동하는 제1냉매 유동로(111)와 LNG가 유동하는 제1LNG 유동로(112)가 형성되어 제1냉매 유동로(111)의 제1냉매와 제1LNG유동로(112)의 LNG가 서로 열교환하도록 마련되는 것이다.

기화용 열교환기(120)는 내부에 제4스팀이 유동하는 제4스팀 유동로(121)와 LNG가 유동하는 제2LNG 유동로(122)가 형성되어 제4스팀 유동로(121)의 제4스팀과 제2LNG유동로(122)의 LNG가 서로 열교환하도록 마련되는 것이다.

스팀 열교환기(130)는 내부에 제1스팀이 유동하는 제1스팀 유동로(131)와 제2스팀이 유동하는 제2스팀 유동로(132)가 형성되어 제1스팀 유동로(131)의 제1스팀과 제2스팀 유동로(132)의 제2스팀이 서로 열교환하도록 마련되는 것이다.

온수 열교환기(140)는 내부에 제3스팀이 유동하는 제3스팀 유동로(142)와 온수가 유동하는 온수 유동로(141)가 형성되어 제3스팀 유동로(142)의 제3스팀과 온수 유동로(141)의 온수가 서로 열교환하도록 마련되는 것이다.

발전부(20)는 기화용 열교환기(120)에서 기화된 LNG를 공급받아 LNG를 이용하여 전력을 발생하는 것이다.

본 실시예의 발전부(20)로서는 연료전지 발전부나 열병합 발전부가 상정될 수 있다.

연료전지 발전부는 물의 전기분해의 역반응을 이용하여 전력을 생산하는 것으로, LNG를 연료로 공급하여 LNG의 수소 성분을 공기 중의 산소와 반응시켜 전력과 배열을 생산하게 된다.

열병합 발전부는 LNG를 연료로 이용하여 일반적인 발전을 수행하고 아울러 발전 과정에서 발생되는 폐열 또한 이용하는 것이다.

냉열 열교환기(110)의 제1LNG유동로(112)의 일단부(112a)에 액상 LNG를 공급하기 위하여 제1LNG 공급 배관(210)이 마련된다.

제1LNG 공급 배관(210)에는 액상 LNG가 저장된 탱크로리 혹은 탱크 등이 마련될 수 있다.

냉열 열교환기(110)의 제1냉매 유동로(111)의 양 단부에는 제1냉매 순환 배관(270)의 양 단부가 연결된다.

제1냉매 순환 배관(270)은 건축물(10)에 냉열을 공급하기 위하여 제1냉매가 순환되도록 마련된 것이며, 제1냉매 순환 배관(270)에는 제1냉매 순환 펌프(270a)가 마련된다.

따라서 냉매 열교환기(110)에서 제1냉매가 냉열을 흡수하여 냉각되는 한편 액상 LNG의 일부가 기화하게 된다.

본 실시예의 경우 제1냉매 순환 배관(270)의 제1냉매는 건축물(10)로 유입될 때, 즉 냉열 열교환기(110)로부터 유출될 때 -10℃ ~ -60℃를 유지하도록 하였다.

이와 같이 냉열 열교환기(110)에서 1차로 기화된 LNG는 제2LNG 공급 배관(220)을 통하여 기화용 열교환기(120)로 공급된다.

즉, 제2LNG 공급 배관(220)는 냉열 열교환기(110)의 제1LNG유동로(112)의 타단부(112b)와 기화용 열교환기(120)의 제2LNG유동로(122)의 일단부(122a)를 연결하게 된다.

LNG는 기화용 열교환기(120)에서 제4스팀과 열교환되어 완전히 기화된 후 제3LNG 공급 배관(230)을 통하여 발전부(20)로 공급된다.

즉 제3LNG 공급 배관(230)은 그 일단이 기화용 열교환기(120)의 제2LNG유동로(122)의 타단부(122b)와 연결되어 발전부(20)로 LNG를 연료로서 공급하는 것이다.

한편 제3LNG 공급 배관(230)은 발전부(20)에 LNG를 공급하기 위한 발전부용 공급 배관(231)과 건축물에 LNG를 공급하기 위한 건축물용 공급 배관(232)으로 분기될 수 있다.

한편 기화용 열교환기(120)에서 LNG를 기화시키기 위하여 이용되는 제4스팀은 기화용 스팀 순환부(240)를 따라 순환된다.

기화용 스팀 순환부(240)는 제1스팀 순환 배관(241)과 제2스팀 순환 배관(242)를 포함하여 이루어지며, 제2스팀 순환 배관(242)에 기화용 스팀 순환 펌프(240a)가 마련된다.

제1스팀 순환 배관(241)은 그 일단이 스팀 열교환기(130)의 제1스팀 유동로(131)의 일단부(131a)와 연결되며 그 타단이 기화용 열교환기(120)의 제4스팀 유동로(121)의 일단부(121a)와 연결된다.

제2스팀 순환 배관(242)은 그 일단이 스팀 열교환기(130)의 제1스팀 유동로(131)의 타단부(131b)와 연결되며 그 타단이 기화용 열교환기(120)의 제4스팀 유동로(121)의 타단부(121b)와 연결된다.

한편 온수 열교환기(140)로부터 열을 공급받아 건축물(10)에 온열을 공급하기 위하여 온수가 순환되도록 온수 순환부(250)가 마련된다.

온수 순환부(250)는 일단이 온수 열교환기(140)의 온수 유동로(141)의 일단부(141a)와 연결되며, 타단이 온수 열교환기(140)의 온수 유동로(141)의 타단부(141b)와 연결된다.

온수 순환부(250)에는 온수 순환을 위한 온수 순환 펌프(250a)가 마련된다.

한편 발전부(20)에서 발생되는 배열 또는 폐열을 이용할 수 있도록 발전부 스팀 순환부(260)가 마련된다.

발전부 스팀 순환부(260)는 제1발전부 스팀 순환부(261), 제2발전부 스팀 순환부(262), 제3발전부 스팀 순환부(263), 비례제어 3방 밸브(264)를 포함하여 이루어진다.

제1발전부 스팀 배관(261)은 일단이 스팀 열교환기(130)의 제2스팀 유동로(132)의 일단부(132a)와 온수 열교환기(140)의 제3스팀 유동로(142)의 일단부(142a)와 각각 연결되며 아울러 발전부(20)로부터 배열을 공급받도록 배치된다.

제2발전부 스팀 배관(262)은 일단이 스팀 열교환기(130)의 제2스팀 유동로(132)의 타단부(132b)에 연결되어 있다.

제3발전부 스팀 배관(263)은 일단이 온수 열교환기(140)의 제3스팀 유동로(142)의 타단부(142b)에 연결되어 있다.

비례제어 3방 밸브(140)는 제1발전부 스팀 배관(261)의 타단, 제2발전부 스팀 배관(262)의 타단, 제3발전부 스팀 배관(263)의 타단과 각각 연결되어, 제1발전부 스팀 배관(261)의 타단으로부터 스팀을 공급받아 이를 제2발전부 스팀 배관(262)의 타단 및 제3발전부 스팀 배관(263)의 타단 각각에 스팀(steam)을 공급하게 된다.

따라서 발전부(20)에서 배열을 흡수하여 약 300℃의 온도를 가진 스팀은 스팀 열교환기(130)에서 제1스팀의 온도를 약 200~250℃로 상승시키며, 아울러 온수 열교환기(140)에서 온수를 가열하게 된다.

한편 발전부(20)로부터 발전된 전력을 건축물(10)에 공급하기 위한 전력 공급 라인(21)이 마련된다. 아울러 발전부(20)로부터 발전된 전력은 판매용 전력 공급 라인(22)을 통하여 외부로 공급될 수 있다.

상기와 같이 본 실시예는, 건축물(10)이 제1냉매 순환 배관(270)을 통하여 냉방 등을 위한 냉열을 공급받으며, 건축물용 공급 배관(232)을 통하여 연료용 LNG를 공급받으며, 온수 순환부(250)를 통하여 난방, 급탕 등을 위한 온열을 공급받으며, 전력 공급 라인(21)을 통하여 전력을 공급받음으로써 친환경적이며 에너지 절약이 가능하게 된다.

상기와 같은 본 시스템은 액상 LNG가 냉열 열교환기(110)에서 1차로 기화한 후 기화용 열교환기(120)에서 2차로 기화하게 되어, 기화용 열교환기(120)의 크기를 감소시킬 수 있으며, 아울러 발전부(20)에서 생산되는 고온의 스팀을 이용함으로써 기화용 열교환기(120)의 크기를 더욱 감소시킬 수 있다.

또한 본 시스템은 에너지의 완전 사이클을 형성할 수 있어 에너지 절약형 건축물을 제공하게 된다.

또한 본 시스템은 발전부(20)의 냉각을 필요한 별도의 보충 공급수 시설이 불필요하게 되어 운영비 절감 및 에너지 절약적이다.

또한 본 시스템은 기화용 열교환기(120)에서 해수를 사용하지 않음으로서 전력 및 배관 등의 시설이 불필요하게 되어 시설비, 운영비, 보수비 등을 절감할 수 있게 되어 경제적이다.

또한 본 시스템의 발전부(20)는 건축물에 필요한 비상발전기의 역할을 대신하게 된다.

또한 본 시스템은 건축물에 필요한 냉방기, 보일러 등이 불필요하게 되며, 건축물의 기계실을 축소할 수 있어 상대적으로 운영면적이 넓어지게 되며 시설비를 절약할 수 있다.

또한 본 시스템은 스팀 열교환기(130)와 온수 열교환기(140)의 부하에 따라 비례제어 3방 밸브(264)를 제어하여 각 부하에 비례적으로 스팀을 공급하여 부하에 대응할 수 있다.

이하 본 발명에 의한 제2실시예를 도 2를 참고하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 LNG를 열원으로 하는 수소연료전지에 의한 전기, 냉온열, 건조열, 이산화탄소 제조 시스템의 모식도이다.

제2실시예에서 제1실시예와 동일한 부분은 제1실시예의 설명을 참조하기로 하고 그 설명을 생략한다.

본 실시에에서는 건축물(20)에 냉수를 공급하기 위하여 흡수식 냉동기(310)를 더 포함하여 이루어진다.

흡수식 냉동기(310)는, 그 구성요소가 증발기, 흡수기, 열교환기, 재생기(발생기), 응축기 등으로 이루어지며, 재생기로 공급되는 열원을 이용하여 증발기에서 냉각관 내를 흐르는 냉수를 냉각하게 된다. 흡수식 냉동기는 구동원으로서 전기가 아닌 가스나 폐열 등을 이용할 수 있어 여름철 전력수요를 줄이기 위하여 권장되고 있다.

본 실시예의 흡수식 냉동기(310)에 열원을 공급하기 위하여, 온수 순환부(250)로부터 분기되는 온수 분기 순환 배관(311)이 마련되며, 이에 의하여 온수 순환부(250)를 유동하는 온수가 흡수식 냉동기(310)의 재생기로 공급된다.

또한 건축물(10)에 냉수를 공급하기 위하여 냉수 공급 순환 배관(312)이 마련되며, 냉수 공급 순환 배관(312)은 흡수식 냉동기(310)의 증발기에서 냉각된다.

즉 본 흡수식 냉동기(310)는, 온수 순환부(250)를 유동하는 온수를 온수 분기 순환 배관(311)을 통하여 열원으로서 재생기로 공급받으며 아울러 증발기에서 냉각된 냉수를 냉수 공급 순환 배관(312)을 통하여 건축물(10)에 공급하게 된다.

온수 분기 순환 배관(311)에는 온수의 순환을 위한 온수 분기 순환 배관용 펌프(311a)가 마련되며, 아울러 온수 순환부(250)를 유동하는 온수가 분기되기 위한 밸브인 온수 분기 순환 배관용 3방 밸브(311b)가 마련된다. 즉 온수의 수요가 낮은 여름철에는 온수 분기 순환 배관용 3방 밸브(311b)의 작동에 의하여 온수가 건축물(10)로 공급되지 않고 흡수식 냉동기(310)로 공급되는 것이다.

또한 냉수 공급 순환 배관(312)에는 냉수 공급 순환 배관용 펌프(312a)가 마련되어 있다.

한편 본 실시예의 발전부(20)는 연료전지 발전부(20)이다.

연료전지 발전부(20)는 물의 전기분해의 역반응을 이용하여 전력을 생산하는 것으로, LNG를 연료로 공급하여 LNG의 수소 성분을 공기 중의 산소와 반응시켜 전력과 배열을 생산하게 된다.

이와 같은 연료전지 발전부(20)는 LNG로부터 연료 전지가 요구하는 수소를 많이 포함하는 가스로 변환하는 개질기를 포함하여 이루어지며, 개질기에서는 다량의 이산화탄소가 발생된다.

이와 같이 개질기에서 다량으로 발생하는 이산화탄소를 포집하기 위하여 이산화탄소 포집기(25)가 마련되며, 이산화탄소 포집기(25)에서 포집된 이산화탄소는 식물재배 하우스(27)로 보내지게 된다.

식물재배 하우스(27)에서는 이산화탄소를 식물의 광합성 작용을 위하여 이용하게 된다. 기존의 식물재배 하우스(27)에서는 별도로 이산화탄소 발생기를 구비하고 있지만, 본 실시예는 발전부(20)에서 포집된 이산화탄소를 이용하게 되어 그 설비비가 절감되며 아울러 이산화탄소 배출 저감에 기여할 수 있게 된다.

한편 본 실시예는 건축물(10)에 냉수 및 온수를 원활하게 공급하기 위하여 히트펌프부(400)가 더 마련된다.

히트펌프부(400)는, 히트펌프용 압축기(410)와, 제1히트펌프용 열교환기(420)와, 제2히트펌프용 열교환기(430)와, 히트펌프용 팽창밸브(440)와, 4방밸브(450)를 포함하여 이루어진다.

히트펌프용 압축기(410)는 유입구로 유입되는 저온저압의 냉매를 고온고압으로 변환하여 유출구로 보낸다.

제1히트펌프용 열교환기(420)는 냉매에 의하여 응축기 또는 증발기로서 기능하게 된다.

제2히트펌프용 열교환기(430)는 냉매에 의하여 증발기 또는 응축기로서 기능하되 수조(431)에 침적 마련되어 수조의 물과 열교환하게 된다.

즉 제2히트펌프용 열교환기(430)는 수조(431) 내부에 마련되어 수조(431)의 물과 열교환한다. 이때 수조(431)가 지중에 위치한다면 지중 열이 수조(431)의 물과 열교환되어 수조(431)의 물은 항온성을 가질 수 있다.

히트펌프용 팽창밸브(440)는 제1히트펌프용 열교환기(420) 혹은 제2히트펌프용 열교환기(430)에서 응축된 냉매를 저압으로 교축하게 된다.

4방밸브(450)는, 히트펌프용 압축기(410)에서 유출되는 냉매를 응축을 위하여 제1히트펌프용 열교환기(420)와 제2히트펌프용 열교환기(430) 중 어느 하나로 보내며, 상기 제2히트펌프용 열교환기(430)와 상기 제1히트펌프용 열교환기(420) 중 어느 하나에서 증발된 후 유출되는 냉매를 히트펌프용 압축기(410)로 보내주는 냉매의 방향 전환을 위하여 마련되는 것이다.

한편 히트펌프부(400)의 수조(431)의 물이 항온성을 유지할 수 있도록 수조용 열교환기(460)가 더 마련된다.

수조용 열교환기(460)는 수조(431)의 물이 냉수 공급 순환 배관(312)의 냉수 혹은 온수 순환부(250)의 온수와 열교환하도록 한다.

이를 위하여 수조용 열교환기(460)의 일측에는 수조(431)의 물을 순환시키는 수조용 물 순환 배관(461)이 연결되며, 아울러 수조용 물 순환 배관(461)에는 수조용 물 순환 배관용 펌프(461a)가 마련된다.

한편 수조용 열교환기(460)의 타측에는 열교환기용 냉온수 공급 배관(462)이 연결되며, 열교환기용 냉온수 공급 배관(462)은 한 쌍의 3방밸브(462a)를 매개하여 냉수 공급 순환 배관(312)과 연결되거나 온수 순환부(250)와 연결되며, 열교환기용 냉온수 공급 배관(462)에는 열교환기용 냉온수 공급 배관용 펌프(462b)가 마련된다.

열교환기용 냉온수 공급 배관(462)과 냉수 공급 순환 배관(312)이 연결되기 위하여 냉수 분기 배관(462c)가 마련되며, 아울러 열교환기용 냉온수 공급 배관(462)과 온수 순환부(250)가 연결되기 위하여 온수 분기 배관(462d)이 마련된다.

아울러 제1히트펌프용 열교환기(420)는 건축물(10)에 온수 또는 냉수를 공급하는 냉온수 공급 배관(421)과 히트펌프부(400)의 냉매를 열교환시키게 된다.

냉온수 공급 배관(421)에는 냉온수 공급 배관용 펌프(421a)가 마련된다.

이와 같은 히트펌프부(400)의 작동을 설명한다.

제1히트펌프용 열교환기(420)에 의하여 건축물(10)에 온수를 공급하기 위하여, 제1히트펌프용 열교환기(420)는 응축기로서 기능하며, 제2히트펌프용 열교환기(430)는 증발기로서 기능한다. 아울러 수조용 열교환기(460)는 수조(431)의 물의 항온성을 유지하기 위하여 온수 순환부(250)의 온수와 수조의 물을 열교환시키게 된다.

제1히트펌프용 열교환기(420)에 의하여 건축물(10)에 냉수를 공급하고자 할 경우, 제1히트펌프용 열교환기(420)는 증발기로서 기능하며, 제2히트펌프용 열교환기(430)는 응축기로서 기능한다. 아울러 수조용 열교환기(460)는 수조(431)의 물의 항온성을 유지하기 위하여 냉수 공급 순환 배관(312)의 냉수와 수조(431)의 물을 열교환시키게 된다.

이하 본 발명에 의한 제3실시예를 도 3을 참고하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 의한 LNG를 열원으로 하는 수소연료전지에 의한 전기, 냉온열, 건조열, 이산화탄소 제조 시스템의 모식도이다.

제3실시예에서 제2실시예와 동일한 부분은 제2실시예의 설명을 참조하기로 하고 그 설명을 생략한다.

본 실시예에서는 각종 농산물, 슬러지, 음식물 등을 건조하기 위한 건조시설(500)이 마련된다.

건조시설(500)의 냉온식 건조(혹은 냉방식 건조)를 위하여, 냉수 공급 순환 배관(312)에서 분기되어 건조시설(500)을 경유하여 순환하는 건조용 냉수 분기 순환 배관(511)이 마련된다.

아울러 건조시설(500)의 고온 건조를 위하여, 온수 순환부(250)에서 분기되어 건조시설(500)을 경유하여 순환하는 건조용 온수 분기 순환 배관(512)이 마련된다.

아울러 건조용 냉수 분기 순환 배관(511)이 분기되는 지점과, 건조용 온수 분기 순환 배관(512)이 분기되는 지점에는 각각 3방 밸브가 마련된다.

건조시설(500)은 건조용 냉수 분기 순환 배관(511)으로 공급되는 냉열을 이용하여 농산물이나 슬러지 등을 냉온식으로 건조하며, 아울러 건조용 온수 분기 순환 배관(512)으로부터 공급되는 온열을 이용하여 농산물이나 슬러지 등을 고온 건조(혹은 열풍식 건조)를 수행하게 되며, 실시예에 따라서는 냉온식 건조와 고온 건조를 교대로 반복하여 건조하게 된다.

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

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

10 : 건축물 20 : 발전부
21 : 전력 공급 라인(건축물용) 22 : 전력 공급 라인(외부 판매용)
25 : 이산화탄소 포집기 27 : 식물재배 하우스
110 : 냉열 열교환기 111 : 제1냉매 유동로
112 : 제1LNG 유동로
120 : 기화용 열교환기 121 : 제4스팀 유동로
122 : 제2LNG 유동로
130 : 스팀 열교환기 131 : 제1스팀 유동로
132 : 제2스팀 유동로
140 : 온수 열교환기 141 : 온수 유동로
142 : 제3스팀 유동로
210 : 제1LNG 공급 배관
220 : 제2LNG 공급 배관
230 : 제3LNG 공급 배관
231 : 발전부용 공급 배관 232 : 건축물용 공급 배관
240 : 기화용 스팀 순환부 240a : 기화용 스팀 순환 펌프
241 : 제1스팀 순환 배관 242 : 제2스팀 순환 배관
250 : 온수 순환부 250a : 온수 순환 펌프
260 : 발전부 스팀 순환부 261 : 제1발전부 스팀 순환부
262 : 제2발전부 스팀 순환부 263 : 제3발전부 스팀 순환부
264 : 비례제어 3방 밸브
270 : 제1냉매 순환 배관 270a : 제1냉매 순환 펌프
310 : 흡수식 냉동기 311 : 온수 분기 순환 배관
312 : 냉수 공급 순환 배관
400 : 히트펌프부 410 : 히트펌프용 압축기
420 : 제1히트펌프용 열교환기 430 : 제2히트펌프용 열교환기
431 : 수조 440 : 히트펌프용 팽창밸브
450 : 4방밸브 460 : 수조용 열교환기