KR100298550B1 - 축열용량의조절및온도성층화촉진을위한모듈라방식의태양열온수기축열조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필요에 따라 축열조와 집열기를 여러 개 연결 및 분리할 수 있도록 구성하여 축열조 내에 위치하는 온수의 양을 필요에 따라 얼마든지 조절할 수 있을 뿐 아니라 온수 사용시 온수가 배수되는 축열조로 다른 축열조로부터 뜨거운 물이 이동하므로써 축열조 간의 온도 성층화를 이루어 태양열 이용의 효율을 극대화 할 수 있도륵 하는 장치에 관한 것이다.

축열조에 공급되어진 수돗물을 태양열을 집열하는 집열기 내부로 통과시켜 뜨거운 온수로 변화시키는 통상의 태양열 온수 시스템에 있어서;

본 축열조(14)의 좌·우측 하부에 본 축열조(14) 밖으로 돌출되고 끝단부에 나사산(19)이 형성되고, 다른 한쪽부는 본 축열조(14) 측벽을 관통하여 뜨거운 온수(4)에 접하도록 좌ㆍ우측 구리 파이프(12)(13)를 설치하는 것과,

상기 본 축열조(14) 내측에 삽입 돌출되게 설치되어 온수와 접촉하는 우측 구리 파이프(13)에 주름관(1)을 연결하고 끝단 부에 플로우트(3)가 부착되어 온수(4) 표면과 일정한 높이를 갖으며 항상 온수(4)에 잠겨있는 온수 배출 파이프(2)와 연결하는 것과,

상기 본 축열조(14) 우측 하부에 돌출된 우측 구리 파이프(13)를 필요한 온수량에 따라 좌측 하부에 좌측 구리 파이프(12)가 돌출된 또 다른 보조 축열조(15)의 좌측 구리 파이프(12)를 파이프의 열팽창 계수를 고려한 최소한의 간격을 두고 접속시키고 본 축열조(14)의 우측 구리 파이프(13)와 보조 축열조(13)를 누수 및 겨울철 동파 방지를 위해 러버 파이프(9)로 피복하며, 상기와 같은 방법으로 연이어 연결된 오른쪽 끝의 보조 축열조(16)의 우측 구리 파이프(13)의 끝단부에 형성된 나사산(19)으로 주택에 설치한 온수 공급 파이프(8)와 연결하는 것으로 구성되어진 축열용량의 조절 및 온도 성층화 촉진을 위한 모듈라 방식의 태양열 온수기 축열조이다.

Description

축열용량의 조절 및 온도 성층화 촉진을 위한 모듈라 방식의 태양열 온수기 축열조

본 발명은 축열용량의 조절 및 온도 성층화 촉진을 위한 모듈라 방식의 태양열 온수기 축열조에 관한 것으로서, 더 상세하게는 필요에 따라 축열조와 집열기를 여러 개 연결 및 분리할 수 있도록 구성하여 축열조 내에 위치하는 온수의 양을 필요에 따라 얼마든지 조절할 수 있을 뿐 아니라 온수 사용시 온수가 배수되는 축열조로 다른 축열조로부터 뜨거운 물이 이동하므로써 축열조 간의 은도 성층화를 이루어 태양열 이용의 효율을 극대화 할 수 있도록 하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 온수공급 또는 난방을 위해 다양한 형태의 태양에너지 시스템이 설계 및 적용되고 있다. 그러나 대부분의 경우에는 평판 혹은 포물형 태양 집열기를 이용한 온수 공급과 난방이 이루어지고 있다.

상기 태양에너지 시스템의 종래 축열조 구조는 완전히 밀봉된 상태에서 겨울철 동파를 방지하기 위해 부동액을 유입하여 사용하였으며 또한 각각 한 개씩 집열기와 축열조가 연결되어 있으므로 온수의 양도 축열주 내부 체적에 따라 한정되었다.

그러므로 여러 사람이 한꺼번에 온수를 사용(샤워나 목욕 및 세탁 등)하게 되면 축열조 내에 저장되어 있는 온수의 양이 항상 한정되어 있으므로 금방 온수가 떨어져 나중에 사용하는 사람은 온수를 이용할 수 없어 수돗물이 다시 태양열이나 충전된 열로 가열되어 온수로 변할 때까지 기다려야 하는 등 불편함이 종종 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 필요에 따라 축열조와 집열기를 여러 개 연결 및 분리할 수 있도록 구성하여 그 축열조 내의 온수의 양을 필요에 따라 얼마든지 조절이 가능할 수 있을 뿐 아니라 온수 사용시 온수가 배수되는 축열조로 다른 축열조로부터 뜨거운 물이 이동하므로 써 축열조 간의 온도 성층화를 이루어 태양열 이용의 효율을 극대화 할 수 있도록 하는데 그 목적이 있는 것이다.

상기의 목적 달성을 위해 축열조에 공급되어진 수돗물을 태양열을 집열하는 집열기 내부로 통과시켜 뜨거운 온수로 변화시키는 통상의 태양열 온수 시스템에 있어서;

본 축열조 측면의 좌ㆍ우측 하부에 본 축열조 밖으로 돌출되고 끝단부에 나사산이 형성되고, 다른 한쪽부는 본 축열조 측벽을 관통하여 뜨거운 온수에 접하도록 구리 파이프를 설치하는 것과,

상기 본 축열조 내측으로 삽입 돌출 되게 설치되어 온수와 접촉하는 우측 구리 파이프에 주름관을 연결하고, 끝단 부에 플로우트가 부착되어 온수표면과 일정한 높이를 가지며 항상 온수에 잠겨있는 온수 배출 파이프에 연결하는 것과,

상기 본 축열조 우측 하부에 돌출된 우측 구리 파이프에 필요한 온수량에 따라 좌측 하부에 구리 파이프가 돌출된 또 다른 보조 축열조의 구리 파이프를 파이프의 열팽창 계수를 고려한 최소한의 간격을 두고 접속시키며 우측 구리 파이프와 좌측 구리 파이프를 누수 및 겨울철 동파 방지를 위해 러버 파이프와 단열재로 피복하고, 연결된 오른쪽 보조 축열조의 우측 구리 파이프의 끝단부에 형성된 나사산으로 주택에 설치한 온수 공급 파이프와 연결하는 축열용량 조절 및 온도 성층화 촉진을 위한 모듈라 방식의 태양열 온수기 축열조를 제공함에 있다.

제1도는 본 발명 태양열 온수시스템의 전체 구성도

제2도는 본 발명 축열조의 구성도

제3도는 본 발명 묘듈라 방식의 축열조 결합 상태도

제4도는 제3도의 a부분의 확대도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 주름관 (2) : 온수 배출 파이프

(3) : 플로우트 (4) : 온수

(5) : 히터 (7) : 수돗물 유입관

(8) : 온수 공급 파이프 (9) : 러버 파이프

(11) : 부이 (12) : 좌측 구리 파이프

(13) : 우측 구리 파이프 (14) : 본 축열조

(15) : 보조 축열조 (16) : 보조 축열조

(17) : 드레인 파이프 (18) : 단열재

(19) : 나사산 (20) : 집열기

(21) : 하강관 파이프 (22) : 상승관 파이프

첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 태양열 온수시스템의 전체 구성도,

도 2는 본 발명 축열조의 구성도,

도 3은 본 발명 묘듈라 방식의 축열조 결합 상태도,

도 4는 도 3의 a부분의 확대도를 도시한 것이다.

축열조에 공급되어진 수돗물을 태양열을 집열하는 집열기 내부로 통과시켜 뜨거운 온수로 변화시키는 통상의 태양열 온수 시스템에 있어서;

본 축열조(14)의 하부 좌ㆍ우측에 밖으로 돌출되고 끝단부에 나사산(19)이 형성되고, 다른 한쪽부는 측벽을 관통하여 온수(4)에 접하도록 좌ㆍ우측 구리 파이프(12)(13)를 설치하는 것과,

상기 본 축열조(14) 내측에 삽입 돌출되게 설치되어 온수와 접촉하는 우측 구리 파이프(13)를 주름관(1)으로 연결하고, 끝단 부에 플로우트(3)가 부착되어 온수(4) 표면 높이를 갖으며 항상 온수(4)에 잠겨있는 온수 배출 파이프(2)에 연결하는 것과,

상기 본 축열조(14) 우측 하부에 돌출된 우측 구리 파이프(13)를 필요한 온수량에 따라 좌측 하부에 좌측 구리 파이프(12)가 돌출된 또 다른 보조 축열조(15)의 좌측 구리 파이프(12)와 접속시키고 본 축열조(14)의 우측 구리 파이프(12)와 좌측 구리 파이프(13)를 누수 및 겨울철 동파 방지를 위해 러버 파이프(9)와 단열재(18)로 피복하고, 상기와 같은 방법으로 연이어 연결된 오른쪽 끝의 보조 축열조(16)의 우측 구리 파이프(13)의 끝단부에 형성된 나사산(19)으로 주택에 설치한 온수 공급 파이프(8)와 연결하는 것으로 구성되어진 것이다.

본 발명의 작용은 다음과 같다.

끝단에 나사산(19)이 형성된 일정 크기의 좌ㆍ우 구리 파이프(12)(13)가 돌출되어 설치된 본 축열조(14)를 집열기(20)와 결합한다.

상기 끝부분에 나사산(19)이 형성되고 돌출된 좌ㆍ우측 구리 파이프(12)(13)의 다른 한쪽 반대편 끝부분은 항상 뜨거운 온수(4)와 접촉할 수 있도록 본 축열조(14)와 보조 축열조(15)(16) 내측으로 일정 크기를 갖도록 설치한다.

상기의 본 축열조(14)와 보조 축열조(15)(16) 내측으로 돌출된 우측 구리 파이프(13)에 주름관(1)이 결합되고 끝단에 부착된 플로우트(3)와 일정 거리를 가지며 항상 온수(4)에 잠겨있는 온수 배출 파이프(2)와 연결한다.

상기의 온수 배출 파이프(2)는 항상 플로우트(3)가 온수(4)면을 따라 유동되기 때문에 온수 배출 파이프(2)는 뜨거운 온수(4)내에 위치하게 되어 항상 뜨거운 온수(4)를 온수 배출 파이프(2) 내로 통과시킬 수 있는 것이다.

온수 배출 파이프(2)를 통과한 뜨거운 온수(4)는 우측 구리 파이프(13)를 통과하여 주택에 설치된 온수 공급 파이프(8)를 따라 흐르게 되는 것이다.

만약 온수(4)가 많이 필요하면 필요한 온수(4)의 량을 계산하여 보조 축열조(15)(16)를 여러 개 연결 설치하면 필요한 뜨거운 온수를 마음껏 사용할 수 있게 되는 것이다.

상기 본 축열조(14)와 보조 축열조(15)(16) 연결 방법은 연결하고자 하는 보조 축열조(15)의 좌측 하부에 돌출된 좌측 구리 파이프(12)를 설치된 본 축열조(14) 우측 하부에 돌출된 우측 구리 파이프(13)에 파이프의 열팽창 계수를 고려한 최소한의 간격을 두면서 접촉하지 않도록 접근시키고 좌ㆍ우측 구리 파이프(12)(13)를 러버 파이프(9)와 단열재(18)로 피복을 하여 연결 부위의 누수나 동파를 방지하게 되는 것이다.

상기의 열팽창 계수를 고려한 최소한의 간격을 두면서 구리파이프(12)(13)를 접속시키는 것은 즉 축열조(14)(15)(16) 두 개를 상호 연결 결합시킴에 있어 각 축열조(14)(15)(16)에 부착된 구리파이프(12)(13)를 연결하는데 이해 구리파이프(12)(13)의 온도에 따른 길이 팽창을 고려하여 일정한 간격을 두고 접속시키는 것을 설명한 것으로 태양열 온수기의 온도변화를 고려하여 그 간격을 정하는데 파이프 길이에 90℃내외의 최대 온도편차와 선팽창 계수를 곱하여 결정한다.

따라서 그 간격은 어느 한 특정한 값으로 주어질 수 없으며 파이프의 길이와 구리의 선팽창 계수를 고려하여 결정되며 일 실시예적으로 나타내면 보통 연결부 파이프의 길이가 가능하면 짧게 설계되는 것을 감안하여(10Cm내외) 그 간격은 구리의 선팽창 계수를 고려한 값(5mm내외)을 사용할 수도 있는 것이다.

또한 좌ㆍ우측 구리 파이프(12)(13)는 그 한쪽 끝에 항상 뜨거운 온수(4)와 접촉을 하게 되어 파이프를 따라 온수(4)의 열이 전달되어 겨울철에도 본 축열조(14)와 보조 축열조(15)(16) 연결 부위가 동파 되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

상기 우측 구리 파이프(13)의 끝부분에 형성된 나사산(19)으로 주택의 온수 공급 파이프(8)와 연결을 간편하게 이룰 수 있으며 또한 다른 보조 축열조와의 좌측 구리 파이프(12)와도 결합이 가능한 것이다.

또한 상수도로부터 수돗물 유입관(7)을 통해 유입되는 수돗물은 본 축열조(14)와 보조 축열조(15)(16) 내에서 온도 성층화를 이루며 집열기(20)와 연결된 하강관 파이프(21)를 통과하여 집열기(20)에서 온수로 변화하여 상승관 파이프(22)를 통과하여 축열조로 유입되는 것이다. 유입된 뜨거운 온수(4)는 상부로 이동하게 되어 항상 온수 배출 파이프(2)를 통해서는 온수(4)만 흐를 수 있는 것이다.

온수(4)가 배출되면 배출된 량만큼 수돗물이 유입되기 때문에 온수(4)의 온도는 크게 떨어지지 않으며 유입된 수돗물은 성층화로 인해 하부에 위치하게 되는 것이다.

상기 본 축열조(14)와 보조 축열조(15)(16)의 측면 상부에 형성된 드레인 파이프(17)는 본 축열조(14)와 보조 축열조(15)(16)내의 온수(4)가 포화 상태가 되면 자동적으로 드레인 파이프(17)를 통해 배출될 수 있도록 설치된 것이다.

예를 들어 본 축열조(14)와 보조 축열조(15)(16)간의 온수(4)의 흐름을 설명하면 다음과 같다.

축열조 3개를 연결하여 다량의 뜨거운 온수를 사용하고자 할 때 가장 오른쪽에 위치된 보조 축열조(16)로부터 뜨거운 온수(4)가 온수 배출 파이프(2)를 통해 주택에 설치된 온수 공급 파이프(8)를 따라 배출이 되면 본 축열조(14)와 보조 축열조(15)(16)간의 수위차에 의해 보조 축열조(15)와 본 축열조(14)로부터 뜨거운 온수(4)가 온수 배출 파이프(2)와 구리 파이프(13)를 통해 오른쪽 보조 축열조(16)로 이동하므로 축열조 하나를 이용하는 대다수의 기존 태양열 시스템에 비해 급격한 온도 변화없이 안정적으로 온수 공급이 가능하게 되는 것이다.

또한 본 축열조(14) 내에 설치되어 있는 부이(11)는 축열조(14)와 보조 축열조(15)(16)내의 수위를 일정하게 유지 시켜주는 역할을 하는데, 수위가 낮아지면 밸브를 자동으로 개방하여 수돗물 유입관(7)을 통하여 수돗물이 유입되도륵 하므로 항상 일정량의 물이 각 출열조(14)(15)(16)에 채워지게 되는 것이다.

또한 좌ㆍ우측 구리 파이프(12)(13)를 대신하여 열전도성이 양호한 다른 재질의 파이프를 사용할 수도 있는 것이다.

즉 파이프의 관벽을 타고 축열조로부터 전도된 열을 이용하여 연결부의 결빙을 방지할 수 있을 정도의 재질을 일컬으며 일 실시예적으로 나타내면 그 열전도 계수가 약 100W/m℃ 이상인 금속성의 재질 및 복합재질의 파이프를 사용할 수 있는 것이다.

본 축열조와(14) 보조 축열조(15)(16) 좌측 중앙부에 장착된 히터(5)는 태양이 일몰한 후에 값싼 심야 전력으로 온수(4)를 생산할 수 있도록 설치한 것이다.

그러므로 뜨거운 온수가 필요로 하는 양만큼 여러 개 축열조를 연결히여 가장 오른쪽 축열조로부터 뜨거운 온수가 배수될 때 왼쪽 본 축열조와 보조 축열조로 부터 뜨거운 물이 수위차에 의해 오른쪽 보조 축열조로 이동하므로써 오른쪽 보조 축열조에는 항상 본 축열조 및 다른 보조 축열조에 비해 뜨거운 온수가 모아지게 되므로 온수 배수시 사용자는 급격한 수온 변화 없이 축열조 한 개를 사용할 경우에 비해 상당히 안정적으로 뜨거운 온수를 공급받을 수 있으며 아울러 얼마든지 필요에 따라 축열 용량을 확대할 수 있는 발명인 것이다.

Claims (1)

1. 축열조에 공급되어진 수돗물을 태양열을 집열하는 집열기 내부로 통과시켜 뜨거운 온수로 변화시키는 통상의 태양열 온수 시스템에 있어서; 본 축열조(14)의 하부 좌ㆍ우측에 밖으로 돌출되고 끝단부에 나사산(19)이 형성되고, 다른 한 쪽부는 측벽을 관통하여 온수(4)에 접하도록 좌ㆍ우측 구리 파이프(12)(13)를 설치하는 것과, 상기 본 축열조(14) 내측에 삽입 돌출되게 설치되어 온수와 접촉하는 우측 구리 파이프(13)에 주름관(1)을 연결하고 끝단 부에 플로우트(3)가 부착되어 온수(4) 표면 높이를 갖으며 항상 온수(4)에 잠겨있는 온수 배출 파이프(2)와 연결하는 것과, 상기 본 축열조(14) 우측 하부에 돌출된 우측 구리 파이프(13)를 따라 좌측 하부에 좌측 구리 파이프(12)가 돌출된 또 다른 보조 축열조(15)의 좌측 구리 파이프와 연결시키고 그 외부에 파이프(9)와 단열재(19)로 피복하고, 보조축열조(16)의 우측 구리 파이프(13)의 끝단부 나사산(19)으로 온수 공급파이프(8)과 연결시킨 것을 특징으로 하는 축열용량의 조절 및 온도 성층화 촉진을 위한 모듈라 방식의 태양열 온수기 축열조.