KR100932240B1 - Heating apparatus using solar heat - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양열을 이용한 난방 및 온수장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축열탱크 내부에서의 상하 온도차를 상쇄시키기 위한 온도평형수단을 포함하는 태양열을 이용한 난방 및 온수장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heating and hot water device using solar, and more particularly, to a heating and hot water device using solar heat including a temperature balance means for offsetting the temperature difference between the upper and lower sides in the heat storage tank.
일반적으로 태양열에 의해 열교환매체를 가열하고, 이를 이용하여 난방하는 태양열을 이용한 난방 및 온수장치는 태양열을 집열하는 집열판과, 집열판에 의해 집열된 태양열로 가열되는 열교환매체가 지나는 집열관과, 열교환매체와 열교환되어 가열되는 난방용수가 저장된 축열탱크로 이루어져 있다.In general, a heating and hot water device using solar heat that heats a heat exchange medium by solar heat and heats the heat exchange medium includes a heat collecting plate for collecting solar heat, a heat collecting tube through which a heat exchange medium heated by solar heat collected by the heat collecting plate passes, and a heat exchanger. It consists of a heat storage tank in which heating water which is heated by heat exchange with the medium is stored.
그리고 난방용수를 난방하고자 하는 지역에 순환시켜 난방하기 위한 순환펌프 및 난방순환관로가 구비된다.A circulation pump and a heating circulation pipe are provided for circulating and heating the heating water in an area to be heated.
이러한 태양열을 이용한 난방 및 온수장치의 종래기술로는 대한민국 등록특허공보 제0272932호, 대한민국 등록실용신안공보 제0204297호, 대한민국 등록실용신안공보 제0370042호등에 개시되어 있다.Conventional technologies for heating and hot water devices using such solar heat are disclosed in Korean Patent Registration No. 002732, Republic of Korea Utility Model Registration No. 0242428, and Korean Utility Model Registration No. 0370042.
그러나 종래기술의 태양열을 이용한 난방 및 온수장치에서는 태양열에 의해 가열되는 열교환매체를 저장하는 축열탱크 내에서의 상하 온도편차가 발생하는 문 제점이 있었다.However, in the prior art solar heating and hot water apparatus, there is a problem that the vertical temperature difference in the heat storage tank for storing the heat exchange medium heated by the solar heat occurs.
즉, 열매체가 축열탱크로부터 배출된 후 난방배관을 통해 순환한 뒤 다시 축열탱크로 유입되거나 집열기를 거쳐 가열된 후 축열탱크로 유입되는 일련의 순환구동이 이루어질 때에는 축열탱크 내에서 열교환매체들이 유동하면서 상호 열교환이 이루어지지만, 열교환매체가 축열탱크 내에 정체된 상태에서는 축열탱크 내에서 높이에 따라 열교환매체의 온도분포가 상이해지는 문제점이 발생하였다.That is, when the heat medium is discharged from the heat storage tank and circulated through the heating pipe and then flowed back into the heat storage tank or heated through the collector, a series of circulation driving flows into the heat storage tank, the heat exchange medium flows in the heat storage tank. Although mutual heat exchange is performed, there is a problem in that the temperature distribution of the heat exchange medium is different depending on the height in the heat storage tank in the state where the heat exchange medium is stagnated in the heat storage tank.
이렇게 축열탱크 내부에서의 열교환매체 사이의 온도가 균일하지 못하고 편차가 생기는 경우에는 축열탱크에서 축열가능한 축열용량에 비해 많은 양의 열을 축열하지 못하기 때문에 축열효율이 저하되고, 난방효율 역시 낮아지는 문제점이 있다.When the temperature between heat exchange media in the heat storage tank is not uniform and deviation occurs, the heat storage efficiency is lowered and the heating efficiency is also lowered because the heat storage tank cannot accumulate a large amount of heat compared to the heat storage capacity. There is a problem.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 태양열 집열기에 의해 가열된 열교환매체가 저장되는 축열탱크 내에서 열교환매체가 축열탱크의 높이에 따른 온도편차가 발생하지 않도록 형성된 태양열을 이용한 난방 및 온수장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention was created to solve the above problems, the heating and hot water using solar heat formed in the heat storage medium in which the heat exchange medium heated by the solar heat collector is stored so that the temperature difference according to the height of the heat storage tank does not occur. The purpose is to provide a device.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방 및 온수장치는 태양열을 집열하여 열교환매체를 가열하는 집열유닛과, 난방용수가 저장되는 축열탱크와, 상기 집열유닛에서 가열된 열교환매체와 상기 축열탱크에 저수된 난방용수가 열교환될 수 있도록 상기 집열유닛과 상기 축열탱크를 연결하는 열교환관과, 상기 축열탱크의 상부와 하부측 난방용수 사이의 온도편차를 제거하기 위해 상부와 하부 난방용수를 혼합시키는 온도편차 제거수단을 구비한다.The heating and hot water device using solar heat according to the present invention for achieving the above object is a heat collecting unit for collecting heat to heat the heat exchange medium, a heat storage tank for storing the heating water, the heat exchange medium and the heat storage medium heated in the heat collecting unit Mixing the heat exchanger tube connecting the heat collecting unit and the heat storage tank so that the heating water stored in the tank can be heat exchanged, and the upper and lower heating water to remove the temperature deviation between the upper and lower heating water of the heat storage tank. Temperature deviation removing means is provided.
상기 온도편차 제거수단은 상기 축열탱크의 상부와 하부를 상호 연결하는 혼합관과, 상기 혼합관의 일측에 설치되어 난방용수를 상기 혼합관을 통해 순환시키는 혼합용펌프와, 상기 축열탱크의 상부와 하부에 각각 설치되는 제1, 제2 온도센서와, 상기 제1, 제2 온도센서에서 측정된 온도들 사이의 온도편차에 따라 상기 혼합용펌프를 구동하는 제어기를 포함하는 컨트롤유닛을 구비하는 것이 바람직하다.The temperature deviation removing means includes a mixing pipe interconnecting the upper and lower portions of the heat storage tank, a mixing pump installed at one side of the mixing pipe to circulate heating water through the mixing pipe, and an upper portion of the heat storage tank. And a control unit including a controller for driving the mixing pump according to a temperature deviation between the first and second temperature sensors respectively installed at a lower portion and the temperatures measured by the first and second temperature sensors. desirable.
그리고 난방용수의 공급이 가능하도록 상기 축열탱크와 난방용배관을 연결하는 연결관과, 상기 연결관의 관로상에 설치되어 난방용수를 순환시키는 난방용펌프 를 포함하고, 상기 온도편차 제거수단은 상기 난방용배관과 상기 난방용펌프 사이의 연결관으로부터 분기되어 상기 축열탱크로 연결되는 리턴관과, 상기 연결관에 설치되어 상기 난방용수를 상기 리턴관 또는 난방용배관측으로 선택적으로 연결하는 단속밸브와, 상기 단속밸브를 제어하는 컨트롤유닛을 포함하되, 상기 컨트롤유닛은 상기 축열탱크의 상측과 하측에 각각 설치되어 축열탱크 내에서 상측과 하측의 난방용수의 온도를 각각 측정하는 제1, 제2 온도센서와, 상기 제1, 제2 온도센서의 측정정보를 취합하여 난방용수의 온도편차가 설정온도 이상이 되면 상기 난방용펌프를 구동하고 상기 연결관을 통과한 난방용수가 리턴관을 통해 상기 축열탱크로 유입되게 상기 단속밸브를 구동하는 제어기를 포함하는 것이 바람직하다.And a connecting pipe connecting the heat storage tank and the heating pipe to enable the supply of heating water, and a heating pump installed on the pipe line of the connecting pipe to circulate the heating water, wherein the temperature deviation removing means includes the heating pipe. A return pipe branched from the connection pipe between the heating pump and the heat storage tank, an intermittent valve installed at the connection pipe and selectively connecting the heating water to the return pipe or the heating pipe side; And a control unit for controlling the first and second temperature sensors respectively installed on the upper side and the lower side of the heat storage tank to measure the temperature of the heating water in the upper side and the lower side in the heat storage tank, 1, the measurement information of the second temperature sensor is collected and the heating pump is driven when the temperature deviation of the heating water is higher than the set temperature. Number of heating that has passed through the connection tube to be drawn in through the return pipe to the heat storage tank preferably includes a controller for driving the intermittent valve.
본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방 및 온수장치는 축열탱크 내에서 난방용수의 온도편차를 제거함으로써 축열탱크의 축열용량을 최대화하여 축열효율과 난방효율을 극대화할 수 있는 이점이 있다.The solar heating and hot water device according to the present invention has the advantage of maximizing the heat storage capacity of the heat storage tank by maximizing the heat storage capacity by removing the temperature deviation of the heating water in the heat storage tank.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방 및 온수장치를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a heating and hot water device using solar heat according to the present invention with reference to the accompanying drawings in more detail.
도 1에는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방 및 온수장치(100)의 제1 실시예가 도시되어 있다.1 shows a first embodiment of a heating and
도면을 참조하면, 본 실시예의 태양열을 이용한 난방 및 온수장치(100)는 태양열을 집열하여 열교환매체를 가열하는 집열유닛(110)과, 난방용수가 저수되는 축 열탱크(120)와, 집열유닛(110)과 축열탱크(120)를 연결하는 열교환관(112)과, 축열탱크(120) 내에서의 난방용수의 온도편차를 제거하기 위한 온도편차 제거수단(150)을 포함한다.Referring to the drawings, the heating and
집열유닛(110)은 태양열을 집열할 수 있는 집열기(111)로 되어 있으며, 도시되지는 않았으나, 집열기(111)의 내부에는 열교환매체가 이동하면서 태양열에 의해 가열될 수 있도록 가열관이 마련되어 있다. 따라서 집열기(111)의 일측을 통해 집열기(111) 내로 유입된 열교환매체는 가열관을 통해 집열기(111)의 내부를 통과하는 과정에서 태양열에 의해 가열된 후 토출된다.The
집열기(111)로부터 토출된 열교환매체는 열교환관(112)을 따라 이동하는데, 열교환관(112)은 일측단부가 상기 집열기(111)의 출구에 연결되고 타측 단부가 집열기(111)의 입구에 연결되어 있어서 열교환매체가 순환하는 폐회로를 형성하게 된다.The heat exchange medium discharged from the
그리고 열교환관(112)의 일측에는 열교환매체를 순환시키기 위한 순환펌프(113)가 마련되어 있다.One side of the
축열탱크(120)는 난방용수가 저수되어 있으며, 상기 열교환관(112)의 일부구간이 축열탱크(120)의 내부를 통과하도록 형성되어 있다.The
열교환관(112)은 축열탱크(120) 내에서 난방용수와의 접촉면적을 최대화할 수 있도록 사행형상으로 연장되어 있으며, 태양열에 의해 가열된 열교환매체는 축열탱크(120)의 내부를 통과하는 동안 축열탱크(120)에 저수된 난방용수와 열교환되면서 난방용수를 가열하게 된다.The
그리고 축열탱크(120)에는 온수라인(125)도 내부를 관통하도록 설치되어 있어서 급탕공급을 위한 온수라인(125) 역시 축열탱크(120) 내에서 난방용수에 의해 가열될 수 있도록 형성되어 있다.And the
축열탱크(120)의 상측에는 난방용수가 출수되는 출수구(121)가 형성되어 있고, 하측에는 난방용수가 입수되는 입수구(122)가 마련되어 있다. 출수구(121)는 제1 연결관(131)에 연결되어 있으며, 제1 연결관(131)에는 난방대상지역에 설치되는 난방배관이 연결되어 있고, 난방배관은 제2 연결관(132)을 통해 상기 입수구(122)와 연결된다.On the upper side of the
난방용수는 제1 연결관(131)에 설치된 난방용펌프(134)에 의해 제1 연결관(131), 난방용배관(133), 제2 연결관(132)을 통과하면서 축열탱크(120)로부터 배출된 후 다시 축열탱크(120)로 회수되는 폐회로를 순환하게 된다.The heating water is discharged from the
그리고 상기 제2 연결관(132)에는 제1 삼방밸브(135)가 마련되어 있으며, 축열탱크(120) 내에서 난방용수가 충분히 가열되지 못하여 설정된 온도로 난방이 이루어지기 어려운 경우에는 보조보일러(136)를 통해 난방용수가 가열된 후 난방용배관(133)을 재통과하도록 제1 삼방밸브(135)가 난방용수의 이동유로를 조절하게 된다.In addition, the second connecting
온도편차 제거수단(150)은 축열탱크(120) 내에서의 난방용수의 온도편차를 제거하기위한 것이다.The temperature deviation removing means 150 is for removing the temperature deviation of the heating water in the
난방용수가 제1, 제2 연결관(131,132)과 난방용배관(133)을 따라 이동하면서 순환할 때에는 난방용수가 축열탱크(120)로부터 배출되거나 유입되는 과정에서 난 방용수 상호간에 열교환이 이루어지고 축열탱크(120) 내에서도 유동하기 때문에 축열탱크(120) 내의 전 영역에서 온도가 균일하다.When the heating water circulates while moving along the first and second connecting
하지만 난방이 필요치 않은 시간대에 축열탱크(120) 내에서 난방용수가 장시간 정체되어 있는 경우에는 축열탱크(120) 내에서 온도가 높은 난방용수는 상측으로 이동하고 상대적으로 온도가 낮은 난방용수는 하방으로 이동함으로써 축열탱크(120) 내에서 난방용수의 높이에 따른 온도편차가 발생하게 된다.However, when the heating water is stagnant for a long time in the
이렇게 축열탱크(120) 내에서 난방용수들이 온도편차가 발생하게 되면 축열탱크(120) 하부의 난방용수는 온도가 낮은 상태임에도 불구하고 축열탱크(120) 상측의 난방용수의 온도가 설정온도에 도달하여 제어기(153)에서 열교환매체를 순환시키지 않음으로써 축열탱크(120)에서의 축열을 정지시켜 축열탱크(120)의 축열효율이 저하되는 문제가 발생하기도 하고, 난방을 위해 난방용펌프(134)를 구동하여 난방용수를 순환시킬 때에는 초기에 충분히 가열되지 않은 난방용수가 난방용배관(133)을 따라 이동하게 되므로 난방효율이 낮아지게 되는 문제가 발생한다.When the temperature difference of the heating water in the
따라서 온도편차 제거수단(150)을 축열탱크(120) 내부의 난방용수를 혼합하여 저수된 높이에 상관없이 온도가 균일하도록 하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable that the temperature deviation removing means 150 mixes the heating water in the
본 실시예의 온도편차 제거수단(150)은 축열탱크(120)의 상측과 하측에 각각 마련되어 있는 혼합용출수구(123)와 혼합용입수구(124)를 상호 연결하는 혼합관(151)과, 혼합관(151)에 설치되는 혼합용펌프(152)와, 혼합용펌프(152)를 구동시키기 위한 제어기(153)를 포함한다.The temperature deviation removing means 150 of the present embodiment includes a
제어기(153)는 난방용펌프(134)의 구동이 정지된 후 소정의 시간이 지나면 축열탱크(120) 내부에서의 난방용수의 혼합을 위해 혼합용펌프(152)를 구동시키며 혼합용펌프(152)의 구동에 의해 난방용수는 혼합용출수구(123)를 통해 출수되어 혼합관(151)을 따라 이동한 뒤 혼합용입수구(124)를 통해 축열탱크(120)로 재 유입된다.The
이렇게 온도편차 제거수단(150)에 의해 축열탱크(120) 내부에서 상측과 하측의 난방용수가 상호 혼합됨으로써 축열탱크(120) 내부 전 영역에서의 난방용수간 온도편차를 최소화하게 된다.Thus, by heating the temperature difference of the upper and lower side in the
상기 온도편차 제거수단(150)은 도 2에 도시된 것처럼 축열탱크(120)의 상부와 하부에 각각 설치되는 제1, 제2 온도센서(154,155)를 더 구비할 수도 있다.The temperature deviation removing means 150 may further include first and
제어기(153)는 상기 제1, 제2 온도센서(154,155)에서 측정된 온도정보를 소정의 시간주기별로 취합하고, 제1, 제2 온도센서(154,155)에서 측정된 온도간의 편차가 설정된 일정수준 이상이 되면 혼합용펌프(152)를 구동시켜 난방용수를 혼합관(151)을 통해 순환시킴으로써 온도편차를 제거하도록 할 수 있다.The
도 3 및 도 4에는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방 및 온수장치(200)의 제2 실시예가 도시되어 있다.3 and 4 illustrate a second embodiment of the heating and
도면을 참조하면, 본 실시예의 태양열을 이용한 난방 및 온수장치(200)는 온도편차 제거수단(210)이 난방용펌프(134)와 난방용배관(133) 사이의 제1 연결관(131)의 관로 상에 설치되는 제2 삼방밸브(211)와, 제2 삼방밸브(211)와 축열탱크(120)를 연결하는 리턴관(212)과, 제2 삼방밸브(211)를 구동하는 컨트롤유닛(213)을 포함한다.Referring to the drawings, the heating and
상기 컨트롤유닛(213)은 축열탱크(120)의 상부와 하부에 각각 설치되어 있는 제1, 제2 온도센서(154,155)와, 난방용배관(133)의 일측에 설치된 제3 온도센서(215), 난방용펌프(134)와 제1, 제2 삼방밸브(135,211), 순환펌프(113) 및 보조보일러(136)를 구동시키기 위한 제어기(214)를 포함한다.The
본 실시예의 온도편차 제거수단(210)은 상기 제어기(214)에서 제1, 제2 온도센서(154,155)의 감지정보를 취합하여 제1, 제2 온도센서(154,155)에서 각각 측정된 난방용수의 온도차가 설정된 온도차 이상으로 벌어지면 상기 난방용펌프(134)를 구동시키고 제2 삼방밸브(211)를 통해 난방용수가 난방용배관(133)을 거치지 않고 리턴관(212)을 통해 축열탱크(120)로 바로 유입되도록 회수하게 된다.The temperature
따라서 축열탱크(120)에서 출수된 난방용수는 리턴관(212)을 통해 축열탱크(120)로 재유입되는 과정을 통해 난방용수들이 상호 혼합되어 온도편차가 없어지게 된다.Therefore, the heating water discharged from the
본 실시예의 온도편차 제거수단(210)은 별도의 펌프를 설치하지 않고 기존의 난방용펌프(134)를 이용해 온도편차 제거를 위해 난방용수를 순환시키게 되므로 별도의 펌프를 설치하는데 따른 제작비용의 증가가 없어 제작비를 최소화할 수 있는 이점이 있다.Temperature deviation removing means 210 of the present embodiment circulates the heating water to remove the temperature deviation by using the existing
상기 제어부에서는 난방이 이루어질 때에는 제2 삼방밸브(211)를 조절하여 난방용수가 난방용배관(133)을 통해 이동하도록 경로를 조절하며, 제3 온도센서(215)에서 주기적으로 난방용수의 온도를 측정하고 난방용수의 온도가 낮고 집열유닛(110)에서 집열이 이루어지지 못하는 상황에서는 제1 삼방밸브(135)를 통해 난 방용수가 보조보일러(136)를 통과하도록 함으로써 난방용수를 설정된 온도로 가열한다.The control unit adjusts a path for heating water to move through the
본 실시예의 나머지 구성요소는 제1 실시예와 동일하므로 동일번호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.Since the remaining components of the present embodiment are the same as the first embodiment, the same reference numerals are used and detailed description thereof will be omitted.
이렇게 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방 및 온수장치(100,200)는 축열탱크(120) 내에서 난방용수간의 온도편차를 없앰으로써 축열 및 난방효율을 높이게 되며, 특히 제2 실시예의 온도편차 제거수단(210)은 종래의 난방용펌프(134)를 이용해 난방용수를 자체 순환시키도록 함으로써 온도편차 제거수단(210)의 설치에 따른 비용증가를 최소화하게 된다.Thus, the heating and
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
도 1은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 난방 및 온수장치의 제1 실시예를 도시한 개념도, 1 is a conceptual diagram showing a first embodiment of a heating and hot water device using solar according to the present invention,
도 2는 도 1의 실시예에서 제1, 제2 온도센서를 더 구비하는 온도편차 제거수단을 도시한 개념도,2 is a conceptual diagram illustrating a temperature deviation removing means further comprising first and second temperature sensors in the embodiment of FIG. 1;
도 3은 태양열을 이용한 난방 및 온수장치의 제2 실시예를 도시한 개념도,3 is a conceptual diagram illustrating a second embodiment of a heating and hot water device using solar heat;
도 4는 도 3의 컨트롤유닛의 작동관계를 도시한 블럭도이다.4 is a block diagram showing an operation relationship of the control unit of FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100; 태양열을 이용한 난방 및 온수장치100; Solar heating and hot water device
110; 집열유닛110; Collecting unit
120; 축열탱크120; Heat storage tank
150,210; 온도편차 제거수단150,210; Temperature deviation removal means
151; 혼합관151; Mixing tube
152; 혼합용펌프152; Mixing Pump
153; 제어기153; Controller
154,155; 제1, 제2 온도센서154,155; 1st, 2nd temperature sensor
211; 제2 삼방밸브211; Second three-way valve
212; 리턴관212; Return tube
Claims (5)
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