KR100684125B1

KR100684125B1 - 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법

Info

Publication number: KR100684125B1
Application number: KR1020040082131A
Authority: KR
Inventors: 전석영
Original assignee: 전석영
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2007-02-16
Also published as: KR20060033164A

Abstract

본 발명은 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법에 관한 것으로, 물이 채워지는 축열탱크와, 상기 축열탱크의 내부에 구비된 열교환기, 이 열교환기로 축열매체를 순환시키기 위한 공급라인 및 회수라인, 태양열을 받기 위한 태양열 집열기, 축열매체로부터 공기를 분리하기 위한 공기분리탱크를 포함 구성하는 축열수단과, 상기 축열탱크의 내부에 구비된 급탕코일, 이 급탕코일로 이어진 급수관 및 온수관을 포함 구성하는 급탕수단과, 상기 축열탱크로부터 연결된 난방공급수관, 이 난방공급수관에 이어진 난방공급헤더, 이 난방공급헤더로부터 연결된 난방파이프, 이 난방파이프로부터 다시 축열탱크로 이어지는 회수관을 포함 구성하는 난방수단과, 각종 온도 및 보일러 시스템의 전체적인 동작 상황 표시가 가능하고 조작기능을 수행하기 위한 실내온도 조절기와, 각종 센서들에 의해 감지된 감지신호에 따라 난방 및 급탕을 위한 펌프 및 밸브 등의 동작을 제어하고, 상기 감지된 감지신호를 상기 실내온도 조절기를 통해 표시하도록 제어하는 메인 콘트롤러로 이루어지는 태양열을 이용한 보일러 시스템에 있어서, 상기 난방수단내 난방공급수관과 난방회수관 사이에 별도의 연료를 사용하는 보조가열보일러를 구비하고, 상기 축열수단내 공기분리탱크 위에 축열매체를 보충 공급하기 위한 축열매체 공급탱크를 구비하도록 한 이후, 상기 메인 콘트롤러가, 집열기 온도감지센서의 온도값이 축열탱크 저온감지센서의 온도값보다 높은지를 비교하여 높다면 축열수단을 가동하는 태양열 축열 과정과, 실내 난방을 위한 난방온도 설정시, 축열탱크 난방가능 온 도센서의 온도값이 설정 온도 이상인 경우 난방수단을 가동하여 태양열을 이용한 난방을 하고, 상기 온도값이 설정 온도 이하인 경우 보조가열보일러를 이용한 보조난방을 하는 태양열의 난방 및 보조난방 과정과, 급탕 개시시, 급탕용 온도센서의 온도값이 설정 온도 이상인 경우 축열탱크내 온수를 공급하여 태양열을 이용한 급탕을 하고, 상기 온도값이 설정 온도 이하인 경우 보조가열보일러를 이용한 급탕보조가열 과정을 통해 급탕을 하는 태양열의 급탕 및 보조가열과정을 수행하는 것을 특징으로 한다.

태양열, 보일러 시스템, 삼방전자밸브, 보조난방, 보조급탕가열

Description

태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법{OPERATING CONTROL METHOD OF SOLOR BOILER SYSTEM}

도 1은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 보일러 시스템의 전체적인 구성을 보인 배관도.

도 2는 본 발명의 보일러 시스템에서 난방싸이클의 작동상태를 보인 배관도.

도 3은 본 발명의 보일러 시스템에서 급탕싸이클의 작동상태를 보인 배관도.

도 4는 본 발명의 보일러 시스템에서 메인 콘트롤러의 연결 상태를 보인 개략도.

도 5는 본 발명의 보일러 시스템에서 실내온도 조절기의 구성 및 기능을 보인 정면도.

도 6은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법중 태양열의 축열 과정을 보인 동작 흐름도.

도 7은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법중 태양열의 난방 및 보조난방 과정을 보인 동작 흐름도.

도 8은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법중 급탕 및 급탕보조가열 과정을 보인 동작 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

100 : 축열탱크 101 : 급탕용 온도센서

102 : 축열탱크 온도센서 103 : 난방가능 온도센서

110 : 물 자동공급수단 111 : 수위감지센서

200 : 축열수단 210 : 열교환기

211 : 공급라인 212 : 회수라인

213 : 공기 분리관 214 : 자연대류 방지관

220 : 집열기 230 : 순환펌프

240 : 공기분리탱크 250 : 축열매체 공급탱크

251 : 수위감지센서1 252 : 자동개폐밸브

253 : 열매체 수위조절구 261 : 집열기 온도감지센서

262 : 저온감지센서 300 : 급탕수단

310 : 급탕코일 311 : 급수관

312 : 온수관 313 : 급탕토출밸브

320 : 삼방전자밸브1 330 : 보조급탕코일

340 : 순환펌프 350 : 물흐름 스위치

360 : 전자급수밸브 400 : 난방수단

410 : 난방공급헤더 420 : 난방파이프

421 : 난방회수관 422 : 난방공급수관

430 : 삼방전자밸브2 500 : 보조가열보일러

510 : 가열수단 511 : 보조온도센서

600 : 메인 콘트롤러 700 : 실내온도 조절기

710 : 태양열 순환펌프 작동 표시부 711 : 태양열의 온도눈금

712 : 온수온도 표시판 713 : 환수온도 표시판

714 : 집열기의 온도 표시판 720 : 난방온도 조절다이얼

721 : 난방온도 눈금 722 : 난방 가동확인 램프

730 : 보조난방 급탕조절다이얼 731 : 보조난방 급탕온도 눈금

732 : 보조열원 작동램프 733 : 이상확인 표시등

본 발명은 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 본원 출원인의 선 출원 발명인 특허출원 제2004-39456호(태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러시스템 : 이하 "선 발명"이라 함)에서 별도의 급탕 저장탱크를 배제하고, 축열탱크와 보조가열수단을 이용하여 일조량이 미약할 경우에 보조난방 및 급탕보조가열을 보다 효과적으로 수행할 수 있도록 하고, 또한 각종 온도 및 상황 표시가 가능한 실내온도 조절기를 통해 사용자가 보일러 시스템의 전체적인 상태를 용이하게 파악할 수 있도록 한 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법에 관한 것이다.

선 발명은 태양열을 흡수한 축열매체를 집열기로부터 축열탱크의 내부로 연장되는 배관으로 순환시켜 축열탱크에 저장된 저온수와 열교환을 행하도록 하고, 이와 같이 열교환된 축열매체를 열매체 탱크로 순환시켜 배관내의 잔류공기를 제거시킴과 동시에 순환펌프에 의하여 축열매체를 집열기측으로 밀어주는 식으로 재공급할 수 있도록 함으로서, 축열매체가 유동하는 배관의 내부에 공기가 발생하여 정체되는 현상을 방지할 수 있도록 하고, 이로 인하여 축열매체를 원활하게 유동시켜 축열매체에 흡수된 태양열을 보다 효율적으로 회수함과 동시에 배관내의 공기제거를 위한 번거로운 작업과 공기의 열팽창에 따른 배관의 파손을 방지하여 시스템의 반영구적인 사용이 가능하도록 하는 데 중점을 두고 개발된 것이었다.

그러나, 상기와 같은 선 발명은 축열탱크 외에 온수 저장탱크와 급탕 저장탱크를 따로 구비하였기 때문에 비교적 규모가 크고 제작비가 많이 들어 좁고 난방 규모가 작은 집에는 맞지 않는 단점이 지적되었다.

또한, 급탕 온수를 제공하는 부분에 있어서 급탕 저장탱크가 비교적 크기 때문에 보조가열수단이 담당해야 할 가열 범위가 너무 커서 보조열원(전기, 가스 등)의 낭비가 초래되었다.

그 외에도 축열매체 속의 공기를 자동 배출하는 기능은 마련되어 있었으나, 그 축열매체의 소진을 미리 감지하여 자동 보충할 수 있는 수단이 마련되어 있지 않았기 때문에 보일러를 자주 점검해야 하는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 그 목적은 급탕 저장탱크를 배제하여 보일러 시스템의 전체적인 설치 구조를 단순화시키고 제작비를 절감하는 등, 설치 공간의 구애를 받지 않도록 하며, 축열탱크와 보조가열수단 을 이용하여 일조량이 미약할 경우에 보조난방 및 급탕보조가열을 보다 효과적으로 수행할 수 있도록 하고, 각종 온도 및 상황 표시가 가능한 실내온도 조절기를 통해 사용자가 보일러 시스템의 전체적인 상태를 용이하게 파악할 수 있도록 한 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 축열매체의 소진을 미리 감지하고 자동 보충할 수 있는 수단을 구비하여 안전성을 향상시킬 수 있도록 한 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 물이 채워지는 축열탱크와, 상기 축열탱크의 내부에 구비된 열교환기, 이 열교환기로 축열매체를 순환시키기 위한 공급라인 및 회수라인, 태양열을 받기 위한 태양열 집열기, 축열매체로부터 공기를 분리하기 위한 공기분리탱크를 포함 구성하는 축열수단과, 상기 축열탱크의 내부에 구비된 급탕코일, 이 급탕코일로 이어진 급수관 및 온수관을 포함 구성하는 급탕수단과, 상기 축열탱크로부터 연결된 난방공급수관, 이 난방공급수관에 이어진 난방공급헤더, 이 난방공급헤더로부터 연결된 난방파이프, 이 난방파이프로부터 다시 축열탱크로 이어지는 회수관을 포함 구성하는 난방수단과, 각종 온도 및 보일러 시스템의 전체적인 동작 상황 표시가 가능하고 조작기능을 수행하기 위한 실내온도 조절기와, 각종 센서들에 의해 감지된 감지신호에 따라 난방 및 급탕을 위한 펌프 및 밸브 등의 동작을 제어하고, 상기 감지된 감지신호를 상기 실내온도 조절기를 통해 표시하도록 제어하는 메인 콘트롤러로 이루어지는 태양열을 이용한 보일러 시 스템에 있어서, 상기 난방수단내 난방공급수관과 난방회수관 사이에 별도의 연료를 사용하는 보조가열보일러를 구비하고, 상기 축열수단내 공기분리탱크 위에 축열매체를 보충 공급하기 위한 축열매체 공급탱크를 구비하도록 한 이후, 상기 메인 콘트롤러가, 집열기 온도감지센서의 온도값이 축열탱크 저온감지센서의 온도값보다 높은지를 비교하여 높다면 축열수단을 가동하는 태양열 축열 과정과, 실내 난방을 위한 난방온도 설정시, 축열탱크 난방가능 온도센서의 온도값이 설정 온도 이상인 경우 난방수단을 가동하여 태양열을 이용한 난방을 하고, 상기 온도값이 설정 온도 이하인 경우 보조가열보일러를 이용한 보조난방을 하는 태양열의 난방 및 보조난방 과정과, 급탕 개시시, 급탕용 온도센서의 온도값이 설정 온도 이상인 경우 축열탱크내 온수를 공급하여 태양열을 이용한 급탕을 하고, 상기 온도값이 설정 온도 이하인 경우 보조가열보일러를 이용한 급탕보조가열 과정을 통해 급탕을 하는 태양열의 급탕 및 보조가열과정을 수행하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 보일러 시스템의 전체적인 구성을 보인 배관도로서, 물이 채워지는 축열탱크(100)와, 태양열을 수집하는 축열수단(200)과, 더운 물을 공급하기 위한 급탕수단(300)과, 실내 난방을 위한 난방수단(400)과, 상기 축열탱크(100)의 일측에 구비되어 태양열을 공급받지 못하는 비상시에 상기 급탕수단(300)과 난방수단(400)의 보조가열수단이 되는 보조가열보일러(500)와, 이들의 부속물로 구비된 각각의 온도센서와, 수위감지센서와, 자동밸브 와, 펌프 등을 제어하기 위한 메인 콘트롤러(600)와, 이 메인 콘트롤러(600)의 제어에 따라 각종 센서의 감지신호를 표시하고, 보일러 시스템의 동작을 조작하기 위한 실내온도 조절기(700)로 이루어진다.

상기 축열수단(200)은 상기 축열탱크(100)의 내부에 구비된 열교환기(210)와, 이 열교환기(210)로 축열매체를 순환시키기 위한 공급라인(211)과 회수라인(212), 그리고 상기 공급라인(211) 및 회수라인(212)의 끝단에 구비하여 태양열을 받기 위한 태양열 집열기(220)로 이루어진다.

이때, 상기 태양열 집열기(220)로부터 연장되는 축열매체의 공급라인(211)이 축열탱크(100)의 내부에서 열교환기(210)를 형성하고, 이 열교환기(210)로부터 태양열 집열기(220)로 연장되는 축열매체의 회수라인(212)에는 축열매체의 저장과 순환을 위한 공기분리탱크(240)와 순환펌프(230)가 설치되며, 상기 축열매체의 공급라인(211)에는 집열기(220)측의 축열매체 온도를 측정하는 집열기 온도감지센서(261)가, 회수라인(212)에는 열교환기(210)를 유동하고 나온 축열매체의 온도를 측정하는 저온감지센서(262)가 각각 설치되어 있다.

한편, 상기 집열기(220) 측에 연결된 상기 공급라인(211)이 집열기(220)보다 높은 위치로 돌출되었다가 하부로 연장되는데, 그 이유는 집열기(220)의 내부에 저장된 축열매체가 공급라인(211)측으로 낙하되는 것을 방지하여 그 상부에 빈 공간이 발생하지 않도록 하기 위한 것으로서, 공급라인(211)을 이와 같이 형성시키는 것만으로도 별도의 공기밸브를 설치할 필요성이 없게 되며, 상기 공기분리탱크 (240)는 축열매체의 팽창과 수축을 흡수하고 열교환기(210)를 통과하여 나온 축열 매체로부터 공기를 자연적으로 분리 및 제거시킬 수 있게 된다.

그리고, 상기 공기분리탱크(240) 위에는 축열매체 공급탱크(250)가 구비되어 있어서 소진되는 축열매체를 보충할 수 있다. 즉, 축열수단(200)에서 자연 손실되는 축열매체를 보충시키기 위한 것으로, 축열매체 수위감지센서1(251)과, 자동개폐밸브(252)를 구비하여 상기 메인 콘트롤러(600)의 제어에 따라 자동개폐밸브(252)를 개방시켜 모자라는 축열매체를 수시로 공급받도록 한다.

상기 급탕수단(300)은 상기 축열탱크(100)의 내부에 구비된 급탕코일(310)과, 이 급탕코일(310)로 이어진 급수관(311)과 온수관(312)을 포함하여 이루어지고, 상기 난방수단(400)은 상기 축열탱크(100)로부터 연결된 난방공급수관(422)과, 이 난방공급수관(422)에 이어진 난방공급헤더(410)와, 상기 난방공급헤더(410)로부터 연결된 난방파이프(420)와, 이 난방파이프(420)로부터 다시 축열탱크(100)로 이어지는 난방회수관(421)을 포함하여 이루어진다.

상기 보조가열보일러(500)는 전기연료, 가스연료, 석탄연료, 유류연료 중 어느 하나를 주 연료로 사용하는 버너 등의 가열수단(510)으로 가열된다.

한편, 도 2는 본 발명의 보일러 시스템에서 난방싸이클의 작동상태를 보인 배관도이고, 도 3은 본 발명의 보일러 시스템에서 급탕싸이클의 작동상태를 보인 배관도로서, 상기 급탕수단(300)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 급수관(311)과 온수관(312) 사이의 삼방전자밸브1(320)을 통해 상기 축열탱크(100) 내부의 급탕코일(310)과 병렬로 연결되는 보조급탕코일(330)을 더 구비하고, 이 보조급탕코일(330)을 상기 보조가열보일러(500) 속으로 연결하여 구성한다.

그리고, 상기 난방수단(400)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 난방공급수관(422)과 난방회수관(421) 사이에서 삼방전자밸브2(430)를 통해 상기 보조가열보일러(500)의 물을 순환시킬 수 있도록 연결하여 구성한다.

상기 메인 콘트롤러(600)는 도 4에서 보는 바와 같이, 태양열 집열기 온도감지센서(261)와 저온감지센서(262), 급탕용 온도센서(101), 축열조 온도센서(102), 난방가능 온도센서(103), 축열매체의 수위감지센서1(251), 보조온도센서(511)와 같은 각종 센서들과, 태양열 순환펌프(230), 난방수 순환펌프(340)와 같은 펌프들, 또한 축열매체 자동개폐밸브(252), 삼방전자밸브1(320), 삼방전자밸브2(430)의 밸브 등이 연결되어 있어 전원을 공급하고, 상기 센서들에 의해 감지된 감지신호에 따라 상기 펌프들, 밸브등의 동작을 제어하도록 한다.

또한, 도 5에서 보는 바와 같은 실내온도 조절기(700)와 연결하여, 이 조절기(700)에서 다음과 같은 상황 판도를 표시하도록 하고, 사용자 조작이 가능하도록 한다.

즉, 도 5의 실내온도 조절기(700)는 태양열의 온도눈금(711)과, 축열탱크(100)의 온수온도 표시부(712), 축열탱크(100)의 환수온도 표시부(713), 태양열 집열기(220)의 온도 표시부(714)를 포함하는 태양열 순환펌프 작동 표시부(710)와, 난방온도 눈금(721) 및 난방가동 확인램프(722)로 이루어진 난방온도 조절다이얼(720), 그리고 보조난방 급탕온도 눈금(731), 보조열원 작동램프(732), 이상확인 표시등(733)으로 이루어진 보조난방 급탕 조절다이얼(730)로 이루어진다.

도면중 미 설명 부호 110은 보일러의 통상적인 물 자동급수수단이며, 111은 수위감지센서2이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 태양열을 이용한 보일러 시스템은, 크게 태양열의 축열 과정과, 태양열의 난방 및 보조난방 과정과, 태양열의 급탕 및 급탕보조가열 과정으로 이루어진다.

즉, 도 6은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법중 태양열의 축열 과정을 보인 동작 흐름도이고, 도 7은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법중 태양열의 난방 및 보조난방 과정을 보인 동작 흐름도이며, 도 8은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법중 급탕 및 급탕보조가열 과정을 보인 동작 흐름도로서, 이를 참고하여 설명하도록 한다.

먼저, 도 6을 참고하여 태양열의 축열 과정을 살펴본다.

실내온도 조절기(700)에 부착되어 있는 전원 스위치(도시하지 않았음)를 통해 전원을 공급하게 되면(S61), 보일러 시스템의 메인 콘트롤러(600)로 전원이 공급되면서 메인 콘트롤러(600)는 태양열의 축열 과정을 수행 및 제어하게 된다.

즉, 상기 메인 콘트롤러(600)는 집열기(220) 상부에 부착되어 있는 집열기 온도감지센서(261)에 의해 감지된 집열기(220)의 온도값을 온도감지센서(261)로부터 입력받고, 이를 실내온도 조절기(700)에 부착되어 있는 집열기의 온도 표시판(714)에 표시하도록 한다(S62).

상기 집열기(220) 속에 내장된 열매체액은 태양으로부터 열을 흡수하면서 온도가 상승하게 되고, 이 상승된 온도값은 상기 집열기 온도감지 센서(261)에 의하여 메인 콘트롤러(600)에 전달되는 것이다.

또한, 메인 콘트롤러(600)는 축열탱크(100) 하단부에 부착된 저온감지센서(262)에 의해 감지된 온도값을 저온감지센서(262)로부터 입력받고, 이 역시 실내온도 조절기(700)에 부착되어 있는 축열탱크(100)의 환수온도 표시판(713)에 표시하도록 한다(S62).

이후, 메인 콘트롤러(600)는 집열기 온도감지센서(261)의 온도값이 축열탱크 저온감지센서(262)의 온도값보다 높은지를 판단하여(S63), 집열기 온도감지센서 (261)의 온도값이 축열탱크 저온감지센서(262)의 온도값보다 높은 경우라면 축열수단(200)을 가동시켜 열매체의 순환을 통해 태양으로부터 받은 열 에너지를 축열탱크(100)에 저장하도록 한다(S64).

즉, 상기 메인 콘트롤러(600)는 집열기 온도감지센서(261)의 온도값이 축열탱크 저온감지센서(262)의 온도값보다 높을 때가 되면 태양열 순환펌프(230)에 전원을 공급하여 순환펌프(230)를 작동시킨다.

상기 순환펌프(230)의 작동으로 공기분리탱크(240)에 내장된 저온의 열매체를 집열기(220) 쪽으로 펌핑하여 밀어 올리므로써 집열기(220) 내부의 고온 열매체가 축열탱크(100) 옆에 부착되어 있는 자연대류 방지관(214)을 통해 열교환기(210)를 거쳐 축열탱크(100)에 내장된 온수를 열교환 가열, 전달하도록 하며, 이후 저온으로 변환된 열매체는 공기분리탱크(240)에 내장된 공기 분리관(213)으로 토출되면 서 저온의 열매체만이 공기분리탱크(240)에 저장되고 나머지 분리된 공기는 축열매체 공급탱크(250) 상부로 토출되도록 하는 것이다.

한편, 메인 콘트롤러(600)는 상기 축열수단(200)의 가동 단계(S64) 수행중 공기분리탱크(240)에 내장된 열매체의 수위를 감지하는 수위감지센서1(251)의 수위값을 입력받아(S65) 열매체의 수위가 저수위 상태인지를 판단한다(S66).

상기 단계(S66)에서 공기분리탱크(240)에 내장된 열매체의 용량이 자연 손실, 축소되어 저수위 상태라면 메인 콘트롤러(600)가 축열매체 공급탱크(250)에 부착되어 있는 자동개폐밸브(252)로 전원을 공급하여 밸브를 개방시켜 모자라는 양 만큼의 열매체액을 공기분리탱크(240) 내부로 공급하도록 한다(S67).

상기와 같은 태양열 축열 과정은 일몰시까지 진행하도록 한다.

상기와 같은 태양열의 축열 과정에 있어서, 메인 콘트롤러(600)는 집열기(220) 상단에 부착되어 있는 집열기 온도감지센서(261)의 온도값을 실내온도 조절기(700)내 집열기의 온도 표시판(714)에 표시하므로 사용자는 실내에서 건물 옥상에 설치되어 있는 집열기(220)의 온도 상태를 한 눈에 알 수가 있다.

이와 마찬가지로 건축물 안에 설치되어 있는 축열탱크(100)의 온도 상태도 메인 콘트롤러(600)의 제어에 따라 축열탱크 온도센서(102)의 온도값이 실내온도 조절기(700)의 온수온도 표시판(712)에 표시되고, 축열탱크(100) 하단에 부착되어 있는 저온감지센서(262)의 온도값도 실내온도 조절기(700)의 축열탱크(100)의 환수온도 표시판(713)에 표시되므로 집열기(220)의 온도와 축열탱크(100)의 온도 상태, 즉 열교환전의 고온과 열교환후의 저온으로 떨어진 온도값 등을 실내에서 알 수가 있으므로 보일러 시스템의 작동을 용이하게 확인할 수 있다.

특히, 집열기 온도감지센서(261)와 저온감지센서(262)에 의하여 태양열 순환펌프(230)가 작동할 때는 실내온도 조절기(700)에 부착되어 있는 태양열 순환펌프 작동 표시부(710)에 표시되므로 축열되고 있는 상태와 정지 상태를 한 눈에 알 수가 있다.

한편, 본 발명에서는 최초의 운전시 또는 열매체 점도 확인을 위해 열매체를 확인하고자 할 때에는 공기분리탱크(240)에 부착되어 있는 열매체 수위조절구(253)을 개폐하여 수위 및 점도 등을 확인할 수도 있다.

다음은 상기와 같이 축열이 이루어진 상태에서 정상적인 태양열 난방 작동을 도 7을 참고하여 설명하도록 한다.

먼저, 실내 난방을 위하여 실내온도 조절기(700)에 부착되어 있는 난방온도 조절다이얼(720)을 원하는 적정의 난방온도 눈금(721)에 설정하는 경우, 메인 콘트롤러(600)는 상기 실내온도 조절기(700)에서 설정된 난방온도값을 입력받는다(S71).

그리고, 메인 콘트롤러(600)는 축열탱크(100)에 부착되어 있는 난방가능 온도센서(103)에 의해 감지된 온도값을 난방가능 온도센서(103)로부터 입력받는다(S72).

이후, 메인 콘트롤러(600)는 난방가능 온도를 미리 40℃ 이상으로 설정하여 놓은 상태이므로, 상기 단계(S72)에서 입력받은 난방가능 온도센서(103)의 온도값이 40℃ 이상이 되는지를 판단하여(S73), 온도값이 40℃ 이상이라면 삼방전자밸브 2(430), 난방순환펌프(340)에 전원을 공급하여 난방수단(400)에 축열탱크(100)의 열을 전달함으로써 난방수단(400)을 가동시키도록 한다(S74).

즉, 메인 콘트롤러(600)는 전원을 삼방전자밸브2(430)로 공급하여 배관의 관로를 축열탱크(100)에서 난방파이프(420) 쪽으로 직통 개폐하는 동시에 전원을 난방순환펌프(340) 쪽으로 공급하여 난방순환펌프(340)가 작동되도록 한다.

상기 난방순환펌프(340)가 작동하면 축열탱크(100)에 축열된 고온수는 축열탱크(100) 상부에 고여 있는 고온수부터 열 대류에 의하여 순차적으로 난방공급헤더(410)를 지나 난방파이프(420)를 거침으로써 난방수단(400)에 열을 전달하는 것이다.

이때는 정상적인 태양열 난방 상태이므로 난방순환펌프(340)를 지난 난방수가 삼방전자밸브2(430)에서 축열탱크(100)쪽으로 순환하며, 이와 같이 축열탱크(100)로 순환하는 작동은 실내온도 조절기(700)의 난방온도 눈금(721)에 설정해 놓은 온도에 도달할 때까지 계속 순환하면서 난방하게 된다(S75,S76).

또한, 메인 콘트롤러(600)는 상기 난방순환펌프(340)가 작동될 때 실내온도조절기(700)에 표시되어 있는 난방 가동확인 램프(722)에 난방순환펌프(340)의 작동여부를 표시하므로 실내에서 난방의 작동 및 상태를 한 눈으로 알 수가 있다.

또한, 비정상 작동시 메인 콘트롤러(600)는 실내온도 조절기(700)로 비정상 상태를 전달하여 이상확인 표시등(733)을 점등하게 하므로 비정상 작동의 상태도 가능한 한 빨리 실내에서 알 수가 있다.

한편, 태양열이 모자랄 때 사용하는 보조난방에 대하여 설명하면, 즉 상기 단계(S73)에서 메인 콘트롤러(600)에 입력된 축열탱크(100)의 난방가능 온도센서(103)의 온도값이 난방가능 온도인 40℃ 이하인 경우라면 삼방전자밸브2(430), 난방순환펌프(340)에 전원을 공급하여 난방수단(400)에 보조가열보일러(500)의 열을 전달함으로써 난방수단(400)을 가동시키도록 한다(S77).

즉, 삼방전자밸브2(430)를 이용하여 배관의 관로가 축열탱크(100)가 아닌 보조가열보일러(500)에서 난방파이프(420) 쪽으로 직통 개폐하는 동시에 난방순환펌프(340)가 작동되도록 한다.

상기 메인 콘트롤러(600)는 상기 보조가열보일러(500)에 전원을 공급하여 보조온도센서(511)의 감지 온도값이 난방가능 온도인 40℃ 이상으로 감지될 때까지 가열수단(510)을 동작시켜 온수를 가열한 후, 난방순환펌프(340)를 가동시켜 보조가열보일러(500)에 저장된 고온의 온수를 난방공급헤더(410), 난방파이프(420)로 이루어진 난방수단(400)에 전달하여 난방한 다음, 다시 보조가열보일러(500)의 보조급탕코일(330) 주위로 순환하도록 한다. 이와 같이 보조가열보일러(500)로 순환하는 작동은 실내온도 조절기(700)의 난방온도 눈금(721)에 설정해 놓은 온도에 도달할 때까지 계속 순환하면서 난방하게 된다(S78).

한편, 이와 같이 보조가열보일러(500)를 이용하여 난방을 하다가도 태양열이 충분하여 집열기(220)가 가열되면, 즉 축열탱크(100) 내부의 수온이 난방가능 온도 40℃ 이상이 되는 경우(S73) 집열기의 온도감지센서(261)와 저온감지센서(262)가 그 정보를 메인 콘트롤러(600)로 전달하여 앞에서 설명한 바와 같은 정상적인 태양열 난방이 이루어질 수 있도록 작동한다.

특히, 우천시나 혹한 등 고온의 난방이 필요할 때는 실내온도 조절기(700)에 부착되어 있는 보조난방 급탕 조절다이얼(730)을 조작하여 보조가열보일러(500)까지 동시에 가동할 수 있다.

마지막으로, 도 8을 참고하여 태양열을 이용한 급탕 및 급탕보조가열 과정을 설명하면, 먼저 메인 콘트롤러(600)는 급탕용 온도센서(101)에 의해 감지되는 온도값을 급탕용 온도센서(101)로부터 입력받아(S81), 기 설정하여 놓은 온도(약 35℃) 이상인지를 판단한다(S82).

상기 단계(S82)에서 급탕용 온도센서(101)에 의해 감지되는 온도값이 기 설정하여 놓은 온도(약 35℃) 이상인 경우에는 태양열을 이용한 급탕이 이루어지도록 제어한다(S83).

즉, 급탕토출밸브(313)를 열게 되면, 축열탱크(100)에 내장된 고온의 온수로 인하여 급탕코일(310)에 내장된 급수가 고온수로 가열되어 급탕수단(300)의 온수관(312)을 통하여 공급되고, 출탕된 온수의 양 만큼 급수관(311)을 통해 다시 냉수가 급탕코일(310)로 유입되므로 냉수는 급탕온수에 해당하는 만큼 가열공급되게 된다.

한편, 상기 단계(S82)에서 급탕용 온도센서(101)에 의해 감지되는 온도값이 기 설정하여 놓은 온도(약 35℃) 이하인 경우에는 보조가열수단을 이용한 급탕이 이루어지도록 제어한다(S84).

즉, 상기 메인 콘트롤러(600)는 급탕용 온도센서(101)에 의해 감지되는 온도값이 기 설정하여 놓은 온도(약 35℃) 이하일 경우 물흐름 스위치(350)의 전원을 온시켜 보조가열보일러(500)의 모든 전원을 통전하도록 한 후, 축열탱크(100) 안에 내장된 급탕코일(310)의 관로를 차단하는 한편, 배관의 관로를 보조가열보일러(500) 쪽으로 개방하고 가열수단(510)을 가동하도록 한다.

그러면, 상기 가열수단(510)에 의해 보조가열보일러(500)내 물이 가열되고, 보조온도센서(511)에 의해 감지되는 보조가열보일러(500)내 물 온도가 약 35℃ 이상인 경우에 물은 급탕토출밸브(313)로 보내지게 된다.

이때, 가열된 물이 급탕토출밸브(313)를 통해 배출되는 만큼 급수관(311)을 통해 들어오는 냉수가 보조급탕코일(330)로 보내져 공급하게 된다.

이후, 다시 태양열이 충분하여 축열탱크(100)의 온도가 상승하면 급탕용 온도센서(101)가 이를 감지하게 되고, 이 감지된 축열탱크(100)의 온도가 기 설정온도(35℃) 이상이면 메인 콘트롤러(600)는 물흐름 스위치(350)의 전원을 차단하여 보조가열보일러(500)의 전원도 차단시켜, 다시 순수한 태양열 급탕 시스템으로 전환하도록 한다.

한편, 때에 따라서, 우천시나 고온의 급탕이 필요할 때는 보조가열보일러(500)를 강제로 구동시킬 수 있으며, 이때는 기 설정된 온도(35℃)를 무시하고 순간 고온으로 가열수단(510)을 가동하여 보조온도센서(511)의 감지하에 고온으로 급탕하도록 한다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 축열탱크의 일측에 연료를 사용하는 가열수단으로서 가열할 수 있는 보조가열보일러를 구비하였기 때문에 일조량이 좋지 않아 태양열을 얻을 수 없을 때, 급탕수단 및 난방수단을 이용할 수 있다.

특히, 요구하는 급탕 및 난방온도의 70 ~ 90%까지 태양열로 미리 가열된 온수에다 10 ~ 30%에 해당하는 소량의 에너지만을 보조가열보일러로 가열하기 때문에 그 부족한 열원을 신속하게 보충할 수 있어 좋은 것이며, 더 나가서 보일러의 불필요한 가동과 그 가동에 따른 가열부하를 방지하여 에너지의 낭비를 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

또 한편으로는 선 발명 특허에서와 달리 별도의 온수 저장탱크, 급탕 저장탱크 등을 생략할 수 있도록 간략히 하였기 때문에 공간을 넓게 차지하지 않을 뿐만 아니라 제조원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 축열수단의 공기분리탱크 위에 소진되는 축열매체를 자동공급할 수 있는 축열매체 공급수단을 구비하였기 때문에 축열매체의 증발로 인한 공기유입을 예방할 수 있고, 그에 따른 축열효과가 감소하는 것을 방지할 수 있어 좋은 것이다.

Claims

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물이 채워지는 축열탱크와, 상기 축열탱크의 내부에 구비된 열교환기, 이 열교환기로 축열매체를 순환시키기 위한 공급라인 및 회수라인, 태양열을 받기 위한 태양열 집열기, 축열매체로부터 공기를 분리하기 위한 공기분리탱크를 포함 구성하는 축열수단과, 상기 축열탱크의 내부에 구비된 급탕코일, 이 급탕코일로 이어진 급수관 및 온수관을 포함 구성하는 급탕수단과, 상기 축열탱크로부터 연결된 난방공급수관, 이 난방공급수관에 이어진 난방공급헤더, 이 난방공급헤더로부터 연결된 난방파이프, 이 난방파이프로부터 다시 축열탱크로 이어지는 회수관을 포함 구성하는 난방수단과, 각종 온도 및 보일러 시스템의 전체적인 동작 상황 표시가 가능하고 조작기능을 수행하기 위한 실내온도 조절기와, 각종 센서들에 의해 감지된 감지신호에 따라 난방 및 급탕을 위한 펌프 및 밸브 등의 동작을 제어하고, 상기 감지된 감지신호를 상기 실내온도 조절기를 통해 표시하도록 제어하는 메인 콘트롤러로 이루어지는 태양열을 이용한 보일러 시스템에 있어서,

상기 난방수단내 난방공급수관과 난방회수관 사이에 별도의 연료를 사용하는 보조가열보일러를 구비하고, 상기 축열수단내 공기분리탱크 위에 축열매체를 보충 공급하기 위한 축열매체 공급탱크를 구비하도록 한 이후;

상기 실내온도 조절기내 전원 스위치의 온동작으로 전원이 공급될 시, 집열기 온도감지센서에 의해 감지된 집열기의 온도값을 입력받고, 이를 실내온도 조절기내 집열기의 온도 표시판에 표시하는 제1단계와,

축열탱크 저온감지센서에 의해 감지된 온도값을 입력받고, 이를 실내온도 조절기내 축열탱크의 환수온도 표시판에 표시하는 제2단계와,

상기 제1단계에서 입력된 집열기 온도감지센서의 온도값이 상기 제2단계에서 입력된 축열탱크 저온감지센서의 온도값보다 높은지를 판단하는 제3단계와,

상기 제3단계의 판단 결과, 집열기 온도감지센서의 온도값이 축열탱크 저온감지센서의 온도값보다 높다면, 축열수단을 가동시켜 순환펌프의 작동에 따른 열매체의 순환을 통해 태양으로부터 받은 열 에너지를 축열탱크에 저장하는 제4단계와,

상기 제4단계 수행중 열매체 수위감지센서1에서 감지된 수위값을 입력받아 열매체의 수위가 저수위 상태인지를 판단하는 제5단계와,

상기 제5단계에서 열매체의 수위가 저수위 상태라면 자동개폐밸브를 개방시켜 모자라는 양 만큼의 열매체액을 축열매체 공급탱크로부터 공기분리탱크로 공급하는 제6단계로 이루어지는 태양열 축열 과정과;

실내 난방을 위한 난방온도 설정시, 축열탱크 난방가능 온도센서의 온도값이 설정 온도 이상인 경우 난방수단을 가동하여 태양열을 이용한 난방을 하고, 상기 온도값이 설정 온도 이하인 경우 보조가열보일러를 이용한 보조난방을 하는 태양열의 난방 및 보조난방 과정과;

급탕 개시시, 급탕용 온도센서의 온도값이 설정 온도 이상인 경우 축열탱크내 온수를 공급하여 태양열을 이용한 급탕을 하고, 상기 온도값이 설정 온도 이하인 경우 보조가열보일러를 이용한 급탕보조가열 과정을 통해 급탕을 하는 태양열의 급탕 및 보조가열과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법.
제 2 항에 있어서,

상기 제4단계에서 상기 순환펌프의 작동에 따라 공기분리탱크에 내장된 저온의 열매체를 집열기 쪽으로 펌핑하여 밀어 올리므로써 집열기 내부의 고온 열매체가 축열탱크 옆에 부착되어 있는 자연대류 방지관을 통해 열교환기를 거쳐 축열탱크에 내장된 온수를 열교환 가열, 전달하도록 하며, 이후 저온으로 변환된 열매체는 공기분리탱크에 내장된 공기 분리관으로 토출되면서 저온의 열매체만이 공기분리탱크에 저장되고 나머지 분리된 공기는 축열매체 공급탱크 상부로 토출되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법.
제 2 항에 있어서,

상기 메인 콘트롤러가 집열기 온도감지센서의 온도값을 실내온도 조절기내 집열기의 온도 표시판에 표시하고, 축열탱크 온도센서의 온도값을 실내온도 조절기의 온수온도 표시판에 표시하며, 축열탱크 저온감지센서의 온도값을 실내온도 조절기내 축열탱크의 환수온도 표시판에 표시하고, 축열상태와 정지상태를 실내온도 조절기의 태양열 순환펌프 작동 표시부에 각각 표시하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법.
제 2 항에 있어서,

상기 태양열의 난방 및 보조난방 과정이,

실내온도 조절기내 난방온도 조절다이얼을 통해 적정의 난방온도 눈금을 설정하는 경우, 난방가능 온도센서에 의해 감지된 온도값을 입력받는 제1단계와,

상기 제1단계에서 입력받은 난방가능 온도센서의 온도값이 설정 온도 이상인지를 판단하는 제2단계와,

상기 제2단계에서 난방가능 온도센서의 온도값이 설정 온도 이상이라면 삼방전자밸브2를 통해 배관의 관로를 축열탱크에서 난방파이프로 연결한 후 난방순환펌프의 작동에 따라 축열탱크의 고온수를 난방파이프로 전달함으로써 태양열을 이용한 난방을 수행하는 제3단계와,

상기 제2단계에서 난방가능 온도센서의 온도값이 설정 온도 이하라면 삼방전자밸브2를 통해 배관의 관로를 보조가열보일러에서 난방파이프로 연결한 후 난방순환펌프의 작동에 따라 보조가열보일러의 고온수를 난방파이프로 전달함으로써 보조가열보일러를 이용한 보조난방을 수행하는 제4단계와,

상기 제4단계에서 보조가열보일러를 이용한 난방수단의 가동중에도 집열기 온도감지센서와 축열탱크 저온감지센서의 온도값에 따른 축열탱크 내부의 수온이 난방가능 온도 이상이 되면 삼방전자밸브2를 통해 배관의 관로를 보조가열보일러에서 축열탱크로 전환하여 상기 제3단계와 같이 태양열을 이용한 난방을 수행하는 제5단계와,

상기 제3단계 및 제4단계의 태양열을 이용한 난방 및 보조가열보일러를 이용한 보조난방을 상기 제1단계에서 설정한 난방온도 눈금에 도달할 때까지 수행하는 제6단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법.
제 2 항에 있어서,

상기 태양열의 급탕 및 보조가열과정이,

급탕용 온도센서에 의해 감지된 온도값을 입력받아 설정 온도 이상인지를 판단하는 제1단계와,

상기 제1단계의 판단 결과, 급탕용 온도센서에 의해 감지된 온도값이 설정 온도 이상이라면 급탕토출밸브의 개방시 급탕코일에 내장된 급수가 고온수로 온수관을 통해 공급되고, 출탕된 온수의 양 만큼 급수관을 통해 유입되는 냉수가 다시 가열공급됨으로써 태양열을 이용한 급탕이 이루어지도록 하는 제2단계와,

상기 제1단계의 판단 결과, 급탕용 온도센서에 의해 감지된 온도값이 설정 온도 이하라면 급탕코일의 관로를 차단하는 동시에 보조가열보일러 및 가열수단을 작동시켜 보조가열보일러내 가열되는 물의 온도가 설정 온도 이상인 경우에 보조가열보일러내의 고온수를 급탕토출밸브를 통해 배출하고, 출탕된 온수의 양 만큼 급수관을 통해 유입되는 냉수가 보조급탕코일을 통해 다시 가열공급됨으로써 보조가열수단을 이용한 급탕이 이루어지도록 하는 제3단계와,

상기 제3단계의 로보조가열수단을 이용한 급탕이 이루어지는 동안 급탕용 온도센서의 온도값이 설정 온도 이상이면 보조가열보일러의 전원을 차단시켜 상기 제2단계와 같이 태양열을 이용한 급탕이 이루어지도록 하는 제4단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 보일러 시스템의 운영 제어방법.