KR100921907B1 - 태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 팽창탱크를 축열탱크에 내장시킴으로써 팽창탱크내 열매체의 열이 축열탱크내 축열수 가열에 전량 사용되도록 구성되고, 급탕탱크를 없애는 대신에 냉수를 급탕열교환기에서 축열탱크의 축열수로 가열하여 급탕으로 사용 가능한 급탕공급구조를 갖도록 구성되며, 팽창탱크에 열매체살포관을 내장시켜서 열매체의 혼합효율을 극대화하는 동시에 열매체에 내재된 공기를 효과적으로 분리해 낼 수 있도록 하고, 축열탱크의 상부측에 축열수살포관을 내장시켜 축열수의 혼합효율을 극대화하도록 구성되는 태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 팽창탱크내 열매체의 열이 축열탱크내 축열수 가열에 전량 사용할 수 있어 열효율을 증대시킬 수 있고, 급탕탱크를 제거한 간단한 급탕공급구조로 이루어져 급탕효율을 높이면서 제조원가를 현저히 낮출 수 있는 등의 효과를 제공하게 된다.

태양열집열기, 난방 및 급탕, 보일러

Description

태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러시스템{BOILER SYSTEM FOR HEATING AND HOT-WATERING USING SOLARHEAT}

본 발명은 태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 팽창탱크내 열매체의 불필요한 열손실을 차단하고, 열매체와 축열수의 열교환 효율을 극대화시키면서 간단한 급탕공급구조를 갖도록 구성되는 태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러시스템애 관 한 것이다.

일반적으로, 태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러는 열교환기 및 급탕 코일을 단순히 축열탱크 내부에 구비하였기 때문에 열교환 효율이 떨어지고, 팽창탱크에 저장되었다가 태양열 집열기로 순환하는 냉매(열매체)의 열을 가능한 뺏어서 온도가 낮을수록 태양열을 더 흡수할 수 있는 구조가 미비하여 열 낭비를 초래하게 되며, 겨울철 외기 0℃ 이하에서의 동파 방지 작동을 자동으로 실현하는 장치가 없어서 외출시 동파의 우려가 있었고, 특히 한여름 기온이 높을 때 지속적으로 이루어지는 냉매(열매체)의 과열을 방지할 수 있는 수단이 없어서 태양열 집열기를 가려주기 위해 검은 천 등으로 덮어씌워야 하는 불편함이 유발되는 등의 문제가 있었다.

이러한 문제를 개선하기 위하여 등록특허 제0786938호에는 도1에 도시한 바와 같이 난방에 이용할 물을 채워놓을 수 있는 축열 탱크(100), 상기 축열탱크의 물을 가열하기 위하여 냉매가 태양열집열기(200)와 팽창 탱크(300)를 순환하도록 한 냉매 파이프(310)를 갖는 태양열 보일러에 있어서, 상기 축열 탱크(100)의 외부에 그 내부의 물이 순환할 수 있도록 구비한 제1열교환 코일(510)과, 이 제1열교환 코일을 감싼 채 상기 냉매를 순환시키기 위하여 연결한 제1냉매 코일(520)을 포함하는 난방용 열교환 수단(500), 상기 축열 탱크(100)의 외부에 구비된 급탕 탱크(400)의 물을 가열하기 위하여 상기 축열 탱크(100)의 사이에 마련한 제2열교환 코일(610)과, 이 제2열교환 코일을 감싼 채 상기 냉매를 순환시키기 위하여 상기 제1냉매코일(520)과 병렬로 연결한 제2냉매 코일(620)을 포함하는 급탕용 열교환 수단(600), 상기 급탕 탱크(400)의 내부로 유입되는 급수 파이프(410)를 상기 팽창 탱크(300)의 내부를 지나도록 형성한 급수 예열 코일(420)로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 보일러가 기재되어 있다.

그러나, 상기한 태양열 보일러는 열매체를 저장하는 팽창탱크(300)가 외부에 노출되어 있어 고가의 완벽한 보온설비를 구비하더라도 불필요한 열손실이 필연적으로 발생하게 되고, 이로 인해 열효율이 자연적으로 낮아져 겨울철의 혹한기에는 난방이나 급탕에 여러 가지 문제가 발생된다.

또한, 상기한 태양열 보일러는 급탕탱크(400)를 이용하여 급탕을 공급하도록 구성되어 있는데, 이 급탕탱크를 이용한 급탕공급구조는 급탕탱크내의 냉수가 제3열교환코일(640)에서 가열된 후, 다시 급탕탱크내에서 냉수와 혼합된 다음 급탕으 로 공급되도록 구성되어 그 급탕효율이 매우 떨어지는 등의 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 개선하기 위하여 안출된 것으로, 팽창탱크를 축열탱크에 내장시킴으로써 팽창탱크내 열매체의 열이 축열탱크내 축열수 가열에 전량 사용되도록 구성되고, 급탕탱크를 없애는 대신에 냉수를 급탕열교환기에서 축열탱크의 축열수로 가열하여 급탕으로 사용 가능한 급탕공급구조를 갖도록 구성되며, 팽창탱크에 열매체살포관을 내장시켜서 열매체의 혼합효율을 극대화하는 동시에 열매체에 내재된 공기를 효과적으로 분리해 낼 수 있도록 하고, 축열탱크의 상부측에 축열수살포관을 내장시켜 축열수의 혼합효율을 극대화하도록 구성되는 태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 태양열집열기에서 가열된 열매체를 축열수열교환코일을 내장한 열매체열교환기를 거쳐 순환 저장하는 팽창탱크와, 그 하부측에 상기 팽창탱크를 내장하여 축열수를 가열하면서 가열된 축열수를 급탕열교환기로 역순환시켜 급탕열교환코일을 순환하는 급수배관의 냉수를 급탕하도록 이루어지는 축열탱크로 구성되는 통상적인 태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러시스템에 있어서, 상기 팽창탱크에 열매체살포관을 내장시키되, 열매체살포관은 원통체로 이루어지면서 그 외주면 상에 다수의 살수공이 구비되어 상기 열매체열교환기로부터 공급되는 열매체를 다수의 살포공을 통해 방사상의 방향으로 살포하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러시스템을 제공하게 된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 팽창탱크내 열매체의 열이 축열탱크내 축열수 가열에 전량 사용할 수 있어 열효율을 증대시킬 수 있고, 급탕탱크를 제거한 간단한 급탕공급구조로 이루어져 급탕효율을 높이면서 제조원가를 현저히 낮출 수 있으며, 열매체의 혼합효율을 극대화하는 동시에 열매체에 내재된 공기를 효과적으로 분리해 낼 수 있고, 축열탱크내 축열수의 혼합효율을 극대화할 수 있는 등의 효과를 제공하게 된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도2는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러시스템을 예시하는 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도2에 도시한 바와 같이 제어기(10)와, 열매체에 의해 가열되는 축열수가 저장되면서 급탕가열용 또는 난방수용으로 축열수를 공급하는 축열탱크(6)와, 축열탱크의 하부측에 내장되면서 내부의 열매체를 이용하여 축열수를 직접 가열하는 팽창탱크(1) 등으로 구성되어 있다.

이때, 축열탱크(6)에는 제1,2,3축열수온도센서(17-1,17-2,17-3)가 축열수 온도를 높이별(상단부, 중단부, 하단부)로 측정할 수 있도록 설치되어 있고, 하부측의 축열수를 축열수순환펌프(19)에 의해 열매체열교환기(4)의 축열수열교환코일(5)로 순환시키면서 상부측 축열수를 급탕순환펌프(8)에 의해 급탕열교환기(7)로 순환시키도록 구성되어 있다.

또한, 축열탱크(6)는 그 하부측을 통해 난방파이프(34)의 난방수를 공급받아 그 상부측과 연결된 난방수공급관(40)을 통해 난방수를 공급하도록 구성되어 있다.

여기서, 축열탱크(6)의 상부측에 내장되는 축열수살포관(25)은 원통체로 이 루어지면서 그 외주면 상에 다수의 살수공이 구비되어 있고, 축열수열교환코일(5)로부터 공급되는 가열된 축열수를 다수의 살수공을 통해 방사상의 방향으로 살수함으로써 축열수의 혼합효율을 극대화하도록 구성되어 있다.

그리고, 팽창탱크(1)는 축열탱크(6)의 하부측에 내장되어 종래와 달리 별도의 보온작업이 불필요하고, 오히려 열매체의 온도가 축열탱크의 축열수에 잘 전달되도록 구성할 필요가 있다.

이때, 팽창탱크(1)에 내장되는 열매체살포관(9)은 원통체로 이루어지면서 그 외주면 상에 다수의 살수공이 구비되어 있고, 열매체열교환기(4)로부터 공급되는 열매체를 다수의 살포공을 통해 방사상의 방향으로 살포함으로써 열매체의 혼합효율을 극대화하는 동시에 열매체내에 혼입되어 있는 공기를 효과적으로 분리해 낼 수 있게 된다.

여기서, 열매체로부터 분리된 공기는 팽창탱크(1)의 상부측으로 포집되면서 팽창탱크 내의 팽창압력을 증대시키게 되는데, 이러한 팽창압력에 의한 팽창탱크의 폭발을 방지하기 위하여 축열탱크(6)의 외부에 안전밸브(20)를 설치하고, 이 안전밸브는 팽창탱크내의 팽창압력이 설정값에 이르면 자동 개방되면서 팽창탱크내의 공기를 외부로 배출하게 된다.

열매체게이지(21)는 팽창탱크(1)의 상하부와 연결되어 열매체의 양을 측정할 수 있도록 설치되어 있고, 열매체가 부족할 경우 열매체주입캡(22)을 개방하여 팽창탱크내의 열매체를 보충하도록 구성되어 있다.

그리고, 열매체열교환기(4)와 급탕열교환기(7)는 축열수열교환코일(5) 또는 급탕열교환코일(13)이 내장되는 이중관 구조로 이루어지면서 서로 역방향으로 순환하는 과정에서 자연스럽게 열교환이 이루어지도록 구성되어 있다.

한편, 제어기(10)에서는 집열온도센서(16)에서 측정되는 태양열집열기(2)의 열매체 온도와, 제3축열수온도센서(17-3)에서 측정되는 축열탱크(6)의 수온이 수신되면 이를 비교하여 제어신호를 전송하게 된다.

다시 말하면, 태양열집열기(2)의 열매체 온도가 축열탱크(6)의 수온보다 높으면 제어기(10)에서 축열수순환펌프(19)와 열매체순환펌프(18)의 작동을 제어하면서 열매체삼방밸브(26)를 제어하게 된다.

이때, 열매체순환펌프(18)의 구동에 의해 태양열집열기(2)에서 가열된 열매체가 열매체공급관(3)을 통해 열매체열교환기(4)로 공급되고, 축열수순환펌프(19)의 구동으로 축열탱크(6)의 축열수는 축열수열교환코일(5)을 따라 열매체열교환기의 열매체와 반대방향으로 흐르면서 열매체에 의해 가열이 이루어지게 된다.

여기서, 열매체열교환기(4)에서 배출되는 열매체는 팽창탱크(1)에 내장된 열매체살포관(9)에서 다수의 살포공을 통해 방사상의 방향으로 살포가 이루어지고, 이 살포과정에서 혼합효율을 극대화하는 동시에 내재된 공기를 효과적으로 분리해 낼 수 있게 된다.

이 과정에서 열매체로부터 분리된 공기는 팽창탱크(1)의 상부측으로 포집되면서 팽창탱크의 팽창압력이 일정 수치에 이르면 팽창압력에 따라 자동개폐되는 안전밸브(20)를 통해 외부로 배출되도록 작용하게 된다.

그리고, 축열수열교환코일(5)에서 배출되는 축열수는 축열탱크(6)의 상부측 에 내장된 축열수살포관(25)에서 다수의 살수공을 통해 방사상의 방향으로 살수가 이루어지게 되고, 이 살수과정에서 축열수의 혼합효율을 극대화하게 된다.

또한, 제2축열수온도센서(17-2)에서 측정되는 축열수의 온도가 90℃ 이상이 되면 제어기(10)에서 축열수순환펌프(19)를 정지시키는 동시에 방열모터(24)를 작동시키면서 열매체삼방밸브(26)를 절환하도록 제어하게 된다.

이때, 태양열집열기(2)의 열매체는 방열기(23)로 우회하는 과정에서 냉각팬(27)에 의해 냉각되고, 제2축열수온도센서(17-2)에서 측정되는 축열수의 온도가 90℃이하로 내려가게 되면 제어기(10)에서 다시 원상태로 복귀하도록 제어하게 된다.

한편, 급탕출구밸브(15)를 개방하게 되면 급수배관(45)을 통해 냉수가 공급되고, 이때 공급되는 냉수는 급수삼방밸브(44)의 절환방향에 따라 급탕열교환코일(13)을 따라 흐르게 된다.

여기서, 급탕열교환코일(13)의 후단측에 설치된 급탕온도센서(14)에서 급탕의 온도를 측정하게 되고, 제어기(10)에서는 급탕의 온도가 설정온도 약 40℃보다 낮은 경우 급탕순환펌프(8)의 작동을 제어하여 급탕열교환기(7)에 축열탱크(6)의 축열수를 공급하게 된다.

이때, 급탕열교환기(7)에 공급되는 축열수는 급탕열교환코일(13)을 따라 흐르는 냉수와 반대방향으로 흐르면서 냉수를 가열하게 된다.

특히, 제1축열수온도센서(17-1)에서 측정되는 축열탱크(6)내의 축열수 온도가 설정온도 40℃보다 낮은 경우 제어기(10)에서 급수삼방밸브(44)를 절환시켜 급 수배관(45)의 냉수를 보일러(30)내의 급탕코일(31)에 공급하면서 버너가 작동되도록 제어하게 된다.

또한, 버너에 의해 보일러(30)의 보일러수가 가열되면 급탕코일(31)을 순환하는 냉수를 가열하게 되고, 급탕코일에서 배출되는 급탕은 곧바로 급탕출구밸브(15)를 통해 배출된다.

여기서, 제1축열수온도센서(17-1)에서 측정되는 축열탱크(6)내의 축열수 온도가 설정온도 40℃ 이상이 되면 제어기(10)에서 급수삼방밸브(44)를 절환시켜 급수배관(45)의 냉수를 급탕열교환코일(13)에 공급하면서 버너가 정지되도록 제어하게 된다.

그리고, 실내(35)의 난방조절기(33)를 작동시켜 난방을 가동하게 되면 제1축열수온도센서(17-1)에서는 축열탱크(6)내의 축열수 온도를 제어기(10)에 전송하게 되고, 이때 축열수의 온도가 설정온도 40℃ 이상이 되면 제어기(10)에서 난방순환펌프(37)를 작동시키는 동시에 난방삼방밸브(36)를 절환하도록 제어하게 된다.

이처럼 제어기(10)의 제어에 따라 난방파이프(34)의 난방수가 축열탱크(6)의 하부측으로 배출되면 축열탱크의 상부측을 통해 고온의 난방수가 난방수공급관(40)을 통해 난방파이프에 공급되어 실내(35)를 난방하게 된다.

그러나, 축열수의 온도가 설정온도 40℃에 이르지 못하면 제어기(10)에서 난방순환펌프(37) 및 버너를 작동시키는 동시에 난방삼방밸브(36)를 절환하되, 난방파이프(34)의 난방수가 보일러(30)로 배출되도록 제어하게 된다.

이때, 보일러(30)의 보일러수는 버너에 의해 가열되어 난방수공급관(40)을 통해 난방파이프에 난방수로 공급되면서 실내(35)를 난방하게 된다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 이는 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다.

그러므로, 본 발명의 실질적인 범위는 상술된 실시예에 의해 한정되어져서는 안되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 청구범위와 균등한 구성에 의해 정해져야 함은 당연하다.

도1은 종래에 따른 태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러시스템을 예시하는 구성도,

도2는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러시스템을 예시하는 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 팽창밸브 2: 태양열집열기 3: 열매체공급관 4: 열매체열교환기 5: 축열수열교환코일 6: 축열탱크 7: 급탕열교환기 8: 급탕순환펌프 9: 열매체살포관 12: 체크밸브: 급탕열교환코일 15: 급탕출구밸브 17-1: 제1축열수온도센서 17-2: 제2축열수온도센서 17-3: 제3축열수온도센서 18: 열매체순환펌프 19: 축열수순환펌프 20: 안전밸브 23: 방열기 24: 모터 25: 축열수살포관 26: 열매체삼방밸브 27: 냉각팬 30: 보일러 31: 급탕코일 33: 난방조절기 35: 실내 36: 난방삼방밸브 37: 난방순환펌프 40: 난방수공급관 44: 급수삼방밸브 45: 급수배관

Claims (3)

1. (삭제)
2. 태양열집열기(2)에서 가열된 열매체를 축열수열교환코일(5)을 내장한 열매체열교환기(4)를 거쳐 순환 저장하는 팽창탱크(1)와, 그 하부측에 상기 팽창탱크(1)를 내장하여 축열수를 가열하면서 가열된 축열수를 급탕열교환기(7)로 역순환시켜 급탕열교환코일(13)을 순환하는 급수배관(45)의 냉수를 급탕하도록 이루어지는 축열탱크(6)로 구성되는 통상적인 태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러시스템에 있어서,

   상기 팽창탱크(1)에 열매체살포관(9)을 내장시키되, 열매체살포관(9)은 원통체로 이루어지면서 그 외주면 상에 다수의 살수공이 구비되어 상기 열매체열교환기(4)로부터 공급되는 열매체를 다수의 살포공을 통해 방사상의 방향으로 살포하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러시스템.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 축열탱크(6)의 상부측에 축열수살포관(25)을 내장시키되, 축열수살포관(25)은 원통체로 이루어지면서 그 외주면 상에 다수의 살수공이 구비되어 상기 축열수열교환코일(5)로부터 공급되는 축열수를 다수의 살수공을 통해 방사상의 방향으로 살수하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 난방 및 급탕용 보일러시스템.

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