KR100272932B1 - 태양열을 이용한 난방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방시스템은 물탱크를 실내에 설치하고, 물탱크와 집열관내부의 물을 강제순환시키기 위한 순환 펌프를 장치하고, 집열판과 외부대기와의 온도 차이에 의해 기전력을 발생시키는 열전소자를 이용하여 순환 펌프를 구동시키도록 구성된다.

따라서, 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방시스템에 의하여 물탱크와 집열장치를 분리하여 설치함으로써 물탱크의 하중에 의한 집열장치의 수명단축을 방지할 수 있으며, 또한, 물탱크를 실내에 설치함에 따른 물탱크의 열손실을 최소화할 수 있는 이점을 제공할 수 있게 된다. 더불어 물탱크와 집열장치를 분리설치함에 따라 시스템을 경량화하여 기와지붕에도 설치가능하므로 시공을 간단히 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

Description

태양열을 이용한 난방 시스템

본 발명은 태양열을 이용한 난방 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 열전 소자에 의한 구동 전력으로 순환 펌프를 구동시켜 난방수를 강제 대류시켜 물탱크내의 물을 가열시킬 수 있도록 된 태양열을 이용한 난방시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래 태양열을 이용한 난방 시스템의 개략적인 구성을 보인 도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 태양열을 이용한 난방 시스템에서는 집열판(22) 및 반사판(24)에 의하여 태양열을 집열하여 집열관(23)내의 물을 가열시키고, 집열관(23) 내에서 가열된 물은 물탱크(10)내부의 물과의 온도 차이에 의한 대류 현상에 의해 물탱크(10)로 상승 이동되고, 물탱크(10) 내부의 차가운 물은 집열관(23) 내부로 유입되어 집열판(22) 및 반사판(24)에 의해 집열된 열에 의해 가열되게 된다.

이러한 종래 태양열을 이용한 난방 시스템에서는 집열판(22) 및 반사판(24)에 의해 집열된 태양열에 의해 가열된 물과 물 탱크(10)내부에 저장된 물과의 온도차에 의한 단순한 대류 현상을 이용하여 물을 순환시키기 때문에 대류를 용이케하기 위해 항상 물 탱크(10)가 집열 장치(20)의 상측에 설치되어야만 하였다. 따라서, 집열 장치(20)와 물 탱크(10)가 함께 구성됨에 따라 태양열 집열 시스템의 자체 하중이 많이 나가게 되어 기와 지붕등에는 설치가 불가능하고, 물 탱크(10)가 외부로 노출되고 집열 장치(20)의 상측에 설치되어 있어 시스템의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

또한, 물탱크(10)가 외부로 노출되어 있기 때문에 상온의 공기와의 접촉에 의한 열 손실이 증가하여 물탱크에 유입된 온수가 쉽게 식어버리는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 그 목적은 물탱크가 실외에 설치됨에 따른 열 손실을 줄이고, 물탱크의 하중에 의한 시스템의 수명 단축을 방지할 수 있도록 물 탱크를 실내에 설치할 수 있도록 한 태양열을 이용한 난방시스템을 제공하고자 하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방 시스템은 태양열을 집열하는 집열판에 의해 집열된 열로 내부에 흐르는 물을 가열시키는 집열관 및 상기 집열관으로 물을 순환시키는 물탱크를 구비하여 이루어지는 태양열을 이용한 난방시스템에 있어서, 상기 물탱크에 저장된 물을 상기 집열관으로 순환되도록 펌핑하고 상기 집열관에 의해 가열된 물을 물탱크로 회수시키는 순환 펌프와, 상기 순환 펌프를 구동시키기 위한 전력을 발생시키는 열전소자를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방시스템은 상기 열전 소자로부터 발생된 전력을 충전한 후 상기 열전 소자로부터 발생된 전력이 일정량이하로 감소되는 경우 방전되어 상기 순환 펌프를 구동시키는 밧데리를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 태양열을 이용한 난방시스템에서 상기 열전 소자는 일단이 상기 집열판에 연결되고 타단은 외부대기와 접촉되도록 설치되어 양단간의 온도차에 의해 전력을 발생시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 태양열을 이용한 난방시스템에 있어서, 상기 집열판 및 집열관은 동으로 형성되고, 상기 집열판의 상면에는 블랙 크롬층이 도금되며 상기 집열관의 일측 외주면이 상기 집열판에 고정되도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 태양열을 이용한 난방시스템에 있어서, 상기 집열판은 알루미늄으로 형성한 뒤 상면에 블랙 크롬층을 코팅하고, 상기 집열관이 삽입될 수 있도록 파이프형상의 삽입관을 상기 집열판상에 압출 형성한 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 태양열을 이용한 난방 시스템의 개략적인 구성을 보인 시스템도,

도 2는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방 시스템의 개략적인 구성을 보인 시스템도,

도 3은 본 발명에 따른 난방시스템에서의 집열판 및 집열관의 일실시예에 따른 구성을 보인 도,

도 4는 본 발명에 따른 난방시스템에서의 집열판 및 집열관의 타실시예에 따른 구성을 보인 도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

111:유리, 112:집열판,

113:집열관, 114:반사판,

115:단열재, 120:열전소자,

130:밧데리, 140:순환 펌프,

150:물탱크.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 따른 태양열을 이용한 난방시스템에 대해서 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방시스템의 개략적인 구성을 보인 도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방시스템(100)은 태양열을 집열하는 집열판(112)과, 집열판(112)에 의해 집열된 열에 의해 그 내부에 흐르는 물을 가열시키는 집열관(113)과, 집열판(112)에 의해 집열되지 않은 여분의 태양열을 반사시켜 집열판(112)을 통해 재집열될 수 있도록 하는 반사판(114)과, 집열관(113)에 의해 가열된 물을 저장하는 물탱크(150)와, 물탱크(150)내부의 물이 집열관 내부로 강제 순환될 수 있도록 물탱크(150)의 물을 펌핑하는 순환 펌프(140)와, 상기 순환 펌프(140)에 구동 전력을 공급하는 열전소자(120)와, 열전소자(120)의 구동에 의해 발생된 전력을 축전하는 밧데리(130)를 구비하여 이루어진다. 미설명된 부호 110은 외부 케이스를 나타내며, 111은 집열판을 보호하기 위한 유리를 나타내고, 115는 외부와의 단열을 위해 마련된 단열재를 나타낸다.

전술한 구성에 있어서, 상기 열전소자(120)는 제에벡(Seebeck)효과를 이용한 것으로써, 제에벡 효과란 두 종류의 물질, 이를 테면 안티몬(Sb)과 비스무트(Bi)와 같이 종류가 다른 두 금속선의 양단을 각각 접속하여 루우프를 만들고 한쪽 접속점을 고온으로, 다른쪽 접속점을 저온으로 하면 전류가 흐르는 현상을 말한다. 이것은 온도차를 주어서 기전력을 얻기 때문에 이 기전력을 열기전력이라고 한다.

따라서, 본 발명에서는 열전 소자(120)의 일단을 태양열을 집열하는 집열판(112)(혹은 반사판(114))에 연결시키고, 타단은 단열재(115)를 통과하여 외부대기와 직접 접촉하도록 설치함으로써 열전 소자(120) 양단간의 온도차에 의해 열기전력이 발생되도록 하고, 발생된 열기전력에 의해 순환 펌프(140)를 구동시킬 수 있도록 한다.

또한, 열전 소자(120)에 의해 발생되는 전력은 순환 펌프(140)를 구동시키기 위한 구동 전력으로써 순환 펌프(140)에 인가됨과 동시에 밧데리(130)에 충전되어, 날씨가 흐리거나 비가 오는 날 혹은 집열관(113)의 유입구 및 배출구측의 온도차가 감소되는 경우와 같이 열전 소자(120)에 의한 열기전력의 발생이 감소되는 경우 밧데리(130)에 충전된 전류를 순환 펌프(140)에 인가하여 순환 펌프(140)가 구동될 수 있도록 한다.

한편, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 집열관 및 집열판의 구성을 보인 도로서, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 집열시스템(100)에서는 집열판(112) 및 집열관(113)을 열전도성이 우수한 동으로 구성하고, 집열판(112)의 상측에는 블랙 크롬(Cr)(112a)을 도금하여 태양열을 흡수할 수 있도록 하여 집열 성능의 향상을 꾀한다. 또한, 집열관(113)은 집열판(112)의 하단에 용접을 통해 고정시킴으로써 집열판(112)에 의해 집열된 태양열이 직접 집열관(113)으로 전달될 수 있도록 하여 열 전달을 좋게 한다.

또한, 도 4는 본 발명의 타실시예에 따른 집열관 및 집열판의 구성을 보인 도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 타 실시예에 따른 집열 시스템(100)에서는 집열판(112)을 알루미늄(Al)으로 형성한 후 상측에 블랙 크롬층(112a)을 형성하여 태양열을 흡수할 수 있도록 하고, 집열관(113)은 동파이프로 형성한다. 이때, 집열관(113)은 집열판(112)과의 접촉 면적을 넓혀 열 전도를 좋게 하기 위하여 집열판(112)과 일체로 구성될 수 있도록 집열판(112)의 중앙부에 압출형성된 삽입관(112b)의 내측에 삽입되어 설치된다.

이하에는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방시스템의 동작을 상세히 설명한다. 먼저, 집열판(112) 및 반사판(114)은 태양열을 집열하여 물탱크(150)로부터 집열관(113)으로 유입된 냉수를 최고 90℃까지 가열시키게 된다. 이때 열전 소자(120)는 태양열을 흡수하여 가열되는 집열판(112)과 외부대기와의 온도차에 의하여 열 기전력을 발생시키게 되고, 이렇게 발생된 기전력에 의해 순환 펌프(140)가 구동되어 물탱크(150) 내부의 물을 집열관(113)으로 순환시키게 된다. 따라서, 집열판(112) 및 반사판(114)에 의해 집열된 열로 가열된 물은 집열관(113)을 순환한 뒤 물탱크(150)로 복귀되고, 물탱크(150) 내부의 차가운 물은 순환 펌프(140)에 의해 펌핑되어 집열관(113)으로 유입된 후 가열되어 지는 순환을 반복하게 된다.

이때, 열전 소자(120)로부터 발생되는 전력은 순환 펌프(140)의 구동 전력으로 사용됨과 동시에 밧데리(130)에 충전되게 되는 데, 열전 소자(120)로부터 발생되는 전력은 소자 양 단간의 온도차가 60℃이상인 경우에 약 1∼2[A], 약 12[V]의 전력이 발생되게 된다. 따라서, 밧데리(130)는 일시적인 날씨의 변화 즉, 맑은 날씨이던 중에 잠시 구름이 끼거나 혹은 흐린 날씨가 계속되어 열전 소자(120)로부터 발생되는 전력량이 일정 값이하로 저하되게 되는 경우 방전되어 순환 펌프(140)에 구동 전원을 공급함으로써 집열관(113) 및 물탱크(150)간의 원활한 물의 순환이 이루어질 수 있도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방시스템은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방시스템은 물 탱크를 실내에 설치하고, 물 탱크와 집열관 내부의 물을 강제 대류시키기 위한 순환 펌프를 장치하고, 집열판과 외부대기 사이의 온도 차이에 의해 기전력을 발생시키는 열전 소자를 이용하여 순환 펌프를 구동시키도록 구성된다.

따라서, 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방시스템에 의하여 물 탱크와 집열 장치를 분리하여 설치함으로써 물 탱크의 하중에 의한 집열 장치의 수명 단축을 방지할 수 있으며, 물 탱크를 실내에 설치함에 따른 물 탱크의 열 손실을 최소화할 수 있는 이점을 제공할 수 있게 된다. 또한, 물 탱크와 집열 장치를 분리 설치함에 따라 시스템을 경량화함으로써 기와지붕에도 설치가 가능하여 시공을 간단히 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 태양열을 집열하는 집열판에 의해 집열된 열로 내부에 흐르는 물을 가열시키는 집열관 및 상기 집열관으로 물을 순환시키는 물탱크를 구비하여 이루어지는 태양열을 이용한 난방시스템에 있어서,

   상기 물탱크에 저장된 물을 상기 집열관으로 순환되도록 펌핑하고 상기 집열관에 의해 가열된 물을 물탱크로 회수시키는 순환 펌프와,

   상기 순환 펌프를 구동시키기 위한 전력을 발생시키는 열전소자를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 난방시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열전 소자로부터 발생된 전력을 충전한 후 상기 열전 소자로부터 발생된 전력이 일정량이하로 감소되는 경우 방전되어 상기 순환 펌프를 구동시키는 밧데리를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 난방시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 열전 소자는 상기 집열판에 일단이 접속되고 다른 단은 외부 대기에 직접 노출되도록 설치되어 양단간의 온도차에 의해 전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 난방시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 집열판 및 집열관은 동으로 형성되고, 상기 집열판의 상면에는 블랙 크롬층이 도금되며 상기 집열관의 일측 외주면이 상기 집열판에 고정되도록 된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 난방시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 집열판은 알루미늄으로 형성한 뒤 상면에 블랙 크롬층을 코팅하고, 상기 집열관이 삽입될 수 있도록 파이프형상의 삽입관을 상기 집열판상에 압출 형성한 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 난방시스템.