KR100996279B1 - 태양열 급탕 및 냉방 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양열을 집열하여 열매체를 축열시키는 태양열 집열판과, 태양열을 집열하여 열매체를 축열시키는 태양열 집열판과, 열매체와 열교환되는 열수가 저장되는 축열탱크와, 축열탱크 내의 열수와 열교환되어 냉방을 수행하는 흡수식 냉방기와, 축열탱크 내의 열수와 열교환되어 온수를 공급하는 급탕 시스템과, 축열탱크의 온도가 설정온도 이하이면 축열탱크의 부족한 열량을 보충하는 보조열원 시스템으로 구성되어, 태양 에너지가 약하여 축열탱크의 온도가 설정 온도 이상으로 도달하지 못할 경우 보조열원을 사용하여 부족한 열량만큼만 보충할 수 있어 효율을 극대화할 수 있는 태양열 급탕 및 냉방 시스템을 제공한다.

Description

태양열 급탕 및 냉방 시스템{SOLAR COOLING AND HOT-WATER SUPPLYING SYSTEM}
본 발명은 태양열을 이용하여 급탕 공급 및 냉방을 수행할 수 있도록 하는 태양열 급탕 및 냉방 시스템에 관한 것이다.
현재 화석연료의 고갈 등으로 대체 에너지의 개발이 진행되고 있고, 이에 따라 태양열을 이용하여 발전 및 실내 공기조화에 이용하는 기술이 많이 보급되고 있는 실정이다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양열을 이용하여 냉난방을 수행하는 태양열 급탕 및 냉방 시스템의 구성도이다.
종래 기술에 따른 냉난방 시스템은 태양열을 집열하여 열매체를 축열시키는 태양열 집열판(100)과, 태양열에 의해 축열된 열매체와 열교환하여 축열되는 축열탱크(110)와, 축열탱크(110)에 저장된 열수와 열교환하여 냉방을 수행하는 냉난방 시스템(120)과, 축열탱크(110)에 저장된 열수와 열교환하여 온수를 공급하는 급탕 시스템(150)을 포함한다.
태양열 집열판(100)은 열매체가 순환되는 열매체 순환라인(102)과 연결되고, 이 열매체 순환라인(102)에는 부족한 열매체를 공급해주는 열매체 탱크(104)와 온도변화에 따라 수축 및 팽창되는 열매체의 체적변화를 흡수하는 팽창탱크(106)가 설치된다.
열매체 순환라인(102)에는 태양열 열교환기(112)가 설치되고, 이 태양열 열교환기(112)는 축열탱크(110)와 축열라인(114)에 의해 연결된다.
냉방 시스템은 축열탱크(110)와 제1 및 제2열수라인(122,124)에 의해 연결되어 축열탱크(110)의 열수와 열교환되는 흡수식 냉방기(126)와, 이 흡수식 냉방기(126)에 필요한 냉수를 공급하는 냉수탱크(128)와, 흡수식 냉방기(126)와 연결되는 실외 열교환기(130)와, 흡수식 냉방기(126)에서 냉각된 냉수 또는 가열된 온수가 공급되어 실내 냉난방 작용을 수행하는 실내 공조기(132)로 구성된다.
그리고 냉방 시스템(120)에는 축열탱크(110)의 온도가 설정온도 이하일 경우 축열탱크와 흡수식 냉방기(126) 사이를 차단한 후 흡수식 냉방기(126)에 필요한 열원을 공급하는 보일러(134)와 보일러 탱크(136)가 구비된다.
급탕 시스템(150)은 온수를 공급하는 급탕탱크(154)와, 이 급탕탱크에 저장된 물과 축열탱크(110)에 저장된 열수 사이를 열교환시키는 급탕 열교환기(152)로 구성된다.
이와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 태양열 급탕 및 냉방 시스템의 작용을 살펴보면, 축열탱크(110)의 온도가 낮아 흡수식 냉방기(126)를 가동하기에 충분한 온도에 도달되지 못할 경우 보일러(134)가 작동되어 보일러 탱크(136) 내에 저장된 물을 가열하고 이 가열된 열수가 흡수식 냉방기(126)의 열원으로 사용된다. 이때, 축열탱크(110)와 흡수식 냉방기(126) 사이는 차단되고 축열탱크(110)는 계속 태양열 집열판(100)에 의한 축열을 실시한다.
그리고, 축열탱크(110)의 온도가 설정온도에 도달되면 보일러(134)가 정지되고 축열탱크(110)와 흡수식 냉방기(126)가 연통되어 축열탱크(110)의 열수가 흡수식 냉방기(126)로 공급된다.
하지만, 종래 기술에 따른 태양열 급탕 및 냉방 시스템은 일광량이 부족하여 축열탱크의 온도가 설정온도(약 90℃) 이하일 경우 태양열 집열장치에서 획득한 태양열을 활용하지 못하고 계속해서 축열을 실시해야되며, 이때 축열되는 시간이 경과하면 할수록 실질적으로 냉방에 사용되지 못하고 또한, 주위로 방열되는 열량이 증가하게 되므로 원하는 온도에 도달되는 시간이 더 소요되어 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
그리고, 축열탱크의 온도가 설정온도보다 낮아 흡수식 냉난방기를 가동하기에 충분한 온도에 도달되지 못할 경우 축열탱크와 흡수식 냉방기 사이를 차단한 후 보일러를 작동시켜 흡수식 냉방기에 필요한 열량을 공급해야되므로 에너지 효율이 현저하게 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 태양열을 이용하여 급탕 공급 및 냉방을 수행할 수 있는 태양열 급탕 및 냉방 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 보조열원을 구비하여 태양 에너지가 약하여 축열탱크의 온도가 설정 온도 이하이면 보조열원을 사용하여 축열탱크의 부족한 열량만큼만 추가로 공급할 수 있어 에너지 효율을 극대화할 수 있는 태양열 급탕 및 냉방 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 태양열 급탕 및 냉방 시스템은, 흡수식 냉방기로 직접 열원을 공급하는 보일러와, 축열탱크의 온도가 설정온도 이하이면 열원을 발생시키는 보조열원 발생부와, 보조열원 발생부에서 발생되는 보조열원과 축열탱크 내의 열수를 열교환하는 보조열원 열교환기와, 보조열원 열교환기와 흡수식 냉방기 사이에 연결되는 제1 열수라인과, 흡수식 냉방기와 축열탱크와 연결되는 제2 열수라인과, 보조열원 열교환기와 축열탱크 사이에 연결되는 제3 열수라인과, 제3 열수라인과 제1 열수라인 사이에는 제4 연결라인으로 연결되고, 제4 연결라인과 제3 열수라인이 연결되는 지점에 설치되는 3방향 밸브와, 제1 연결라인을 개폐하는 차단밸브를 포함한다.
상기한 구성에 따르면, 본 발명의 태양열 급탕 및 냉방 시스템은 흡수식 냉방기로 직접 열원을 공급하는 보일러와, 축열탱크의 온도가 설정온도 이하이면 열원을 발생시키는 보조열원 발생부를 구비하여 태양열 에너지가 충분치 못하여 축열탱크의 온도가 설정온도 이하로 내려가면, 보조열원 공급부가 작동되어 보조열원과 축열탱크에 저장된 열수가 보조열원 열교환기에서 열교환되어 축열탱크의 부족한 열량을 보충함으로써, 에너지 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 급탕 및 냉방 시스템의 구성도이다.
일 실시예에 따른 태양열 급탕 및 냉방 시스템은 태양열을 집열하여 열매체를 축열시키는 태양열 집열판(200)과, 태양열에 의해 축열된 열매체와 열교환하여 축열되는 축열탱크(210)와, 축열탱크(210)의 열수와 열교환하여 냉난방을 수행하는 냉난방 시스템(220)과, 축열탱크(210)의 열수와 열교환되어 온수를 공급하는 급탕 시스템(250)과, 축열탱크(210)의 온도가 설정온도 이하이면 작동되어 축열탱크의 부족한 열량을 추가로 공급하는 보조열원 시스템(270)을 포함한다.
태양열 집열판(200)은 열매체가 순환되는 열매체 순환라인(202)이 연결되고, 이 열매체 순환라인(202)에는 부족한 열매체를 공급해주는 열매체 탱크(204)와 온도변화에 따라 수축 및 팽창되는 열매체의 체적변화를 흡수하고 열매체의 압력을 감압시키는 팽창탱크(206)가 설치된다. 그리고, 열매체 순환라인(202)에는 열매체의 온도가 급격하게 높아지면 방열을 시킬 수 있도록 하는 방열기(208)가 설치되고, 방열기(208)와 열매체 순환라인(202)을 선택적으로 연통시키는 3방향 밸브(212)가 설치된다.
열매체 순환라인(202)에는 태양열 열교환기(214)가 설치되어 열매체가 통과하고, 태양열 열교환기(214)에는 축열탱크(210)와 연결되는 축열라인(216)이 설치되어 축열탱크(210)에 저장된 열수가 통과한다. 즉, 태양열 열교환기(214)는 열매체와 축열탱크(210) 내에 저장되는 열수를 열교환시켜 축열탱크(210)를 축열시킨다.
냉방 시스템(220)은 축열탱크(210)와 연결되어 축열탱크(210)의 열수와 열교환되는 흡수식 냉방기(222)와, 이 흡수식 냉방기(222)에 필요한 냉수를 공급하는 냉수탱크(224)와, 흡수식 냉방기(222)와 연결되고 외부에 설치되어 외기와 열교환되는 외부 열교환기(226)와, 흡수식 냉방기(222)에서 냉각된 냉수 또는 가열된 온수가 공급되어 실내 냉난방 작용을 수행하는 실내 공조기(228)로 구성된다.
흡수식 냉방기(222)는 일반적으로 사용되고 있는 흡수식 냉방기이므로 그 자세한 설명을 생략한다.
흡수식 냉방기(222)와 축열탱크(210) 사이는 제1열수라인(230) 및 제2열수라인(240)으로 연결되어 축열탱크(210)에서 축열된 열수가 흡수식 냉방기(222)로 공급될 수 있도록 한다.
실내 공조기(228)는 각 방마다 설치될 수 있도록 복수로 구비될 수 있고, 흡수식 냉방기(222)와 냉수 또는 온수가 순환되는 순환라인(242,244)으로 연결된다. 그리고, 순환라인(244)에는 순환라인을 통과하는 냉수 또는 온수의 온도를 감지하는 온도센서(246)가 설치된다.
급탕 시스템(250)은 온수를 공급하는 급탕탱크(254)와, 축열탱크(210)와 열수라인(256)으로 연결되고 급탕탱크(254)와 온수라인(258)으로 연결되어 축열탱크의 열수와 급탕탱크(254)의 온수 사이를 열효관시키는 급탕 열교환기(525)로 구성된다.
급탕탱크(254)는 온수 파이프(260)에 의해 온수를 공급하고, 급수 파이프(262)를 통해 부족한 물을 공급받는다.
보조열원 시스템(270)은 일광량이 부족하여 축열탱크(210)의 온도가 설정온도(약 90℃)보다 낮을 경우 작동되어 축열탱크(210)의 부족한 열량을 보충해주는 역할을 한다. 이러한 보조열원 시스템(270)은 축열탱크(210)에 필요한 보조열원을 발생시키는 보조열원 발생부(272)와, 이 보조열원 발생부(272)와 축열탱크(210) 사이에 설치되어 축열탱크(210)와 보조열원 발생부(272) 사이를 열교환시키는 보조열원 열교환기(274)로 구성된다.
보조열원 열교환기(274)는 제3열수라인(280)에 의해 축열탱크(210)와 연결되고 제1열수라인(230)에 의해 흡수식 냉방기(222)와 연결되어 축열탱크(210)의 열수가 순환될 수 있도록 하고, 보조열원 라인(288)이 연결되어 보조열원 발생부(272)에서 발생되는 보조열원이 순환될 수 있도록 한다. 따라서, 보조열원 열교환기(274)에서 축열탱크(210)의 열수와 보조열원 발생부(272)의 보조열원이 열교환된다.
제3열수라인(280)과 제1열수라인(230)은 제4 연결라인(284)으로 연결되며, 제3열수라인(280)과 제4 연결라인(284)이 만나는 지점에는 3방향 밸브(286)가 설치된다. 이 3방향 밸브(286)는 제3열수라인(280)과 제4 연결라인(284)을 연통시켜 축열탱크(210)의 열수가 보조열원 열교환기(274)를 거치지 않고 바로 제1열수라인(230)을 통해 흡수식 냉방기(222)로 공급되도록 하거나, 제3열수라인(280)을 보조열원 열교환기(274)와 연통시켜 축열탱크(210)의 열수가 보조열원 열교환기(274)를 통과한 후 흡수식 냉방기(222)로 공급될 수 있도록 한다.
보조열원 발생부(272)는 90℃ 이상의 열량을 제공할 수 있는 어떠한 형태도 적용이 가능하다. 즉, 보일러나 히터가 사용 가능하다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 급탕 및 냉방 시스템의 작용을 다음에서 설명한다.
먼저, 태양열 에너지가 충분할 경우 태양열을 태양열 집열판(200)에서 집열하여 열매체를 축열시키고, 태양열 열교환기(214)에서 열매체와 축열탱크(210)의 열수가 열교환된다. 이때, 3방향 밸브(286)는 축열탱크(210)와 제4 연결라인(284)을 연통시켜 축열탱크(210)와 흡수식 냉방기(222)를 연결한다. 그러면 축열탱크(210)의 열수가 흡수식 냉방기(222)로 공급되어 흡수식 냉방기(222)에서 열수와 열효교환하여 실내 공조기(228)로 냉방을 위한 냉수를 공급하고, 실내 공조기(228)에서 실내 냉방을 수행한다.
그리고, 온수를 공급하자 할 경우 축열탱크(210)의 열수와 급탕탱크(254)의 급수가 급탕 열교환기(252)에서 열교환되어 급탕탱크(254)에 저장된 급수를 데워 온수를 공급한다.
이와 같은 날씨가 흐리거나 비가 오거나 하여 태양열 에너지가 충분하지 못하여 축열탱크(210)의 축열이 설정온도에 도달하지 못하면 보조열원을 이용하여 축열탱크(210)에 부족한 열원을 공급한다. 즉, 축열탱크(210)의 축열이 설정온도에 도달되지 못하면 3방향 밸브(286)가 동작되어 축열탱크(210)와 보조열원 열교환기(274) 사이를 연통시켜 축열탱크(210)의 열수가 보조열원 열교환기(274)를 통과하도록 한다. 그리고, 보조열원 발생부(272)가 작동되어 보조열원을 발생시키고, 이 보조열원이 축열탱크(210)의 열수와 열교환되어 열수를 가열한다. 이와 같이, 보조열원에 의해 축열탱크(210)가 추가적으로 축열되어 부족한 태양열 에너지를 보완하게 된다.
그리고, 태양열 에너지가 충분할 경우 보조열원 발생부(272)의 작동은 정지된다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 급탕 및 냉방 시스템은 태양열이 부족하여 축열탱크의 온도가 설정온도(약 90℃)에 도달되지 못할 경우 보조열원 공급부가 작동되어 축열탱크에 부족한 만큼의 열원을 제공하여 축열탱크의 온도가 설정온도 이상을 유지할 수 있도록 함으로써, 에너지 이용효율을 극대화 할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양열 급탕 및 냉방 시스템의 구성도이다.
제2실시예에 따른 태양열 급탕 및 냉방 시스템은 위의 일 실시예에서 설명한 태양열 급탕 및 냉방 시스템과 동일한 구조를 갖고, 다만 흡수식 냉방기(222)에 필요한 열원을 공급하는 보일러(300)가 추가로 구성되는 구조를 갖는다.
즉, 제2실시예에 따른 태양열 급탕 및 냉방 시스템은 그리고, 날씨가 일정 기간이상 지속적으로 나빠져서 태양열 에너지의 부족이 일정 기간 동안 지속될 경우 보일러(300)가 작동되어 흡수식 냉방기(222)로 직접 열원을 공급한다. 이때, 차단밸브(310)가 작동되어 축열탱크(210)와 흡수식 냉방기(222) 사이의 연결을 차단한다.
이와 같은 제3실시예에 따른 태양열 급탕 및 냉방 시스템은 흡수식 냉방기(222)에 열원을 공급하는 보일러(300)를 추가로 설치하여 태양열 에너지의 부족 기간이 길어질 경우 흡수식 냉방기(222)와 축열탱크(210) 사이의 연결을 차단한 후 보일러(300)가 작동되어 직접 흡수식 냉방기(222)에 필요한 열원을 공급하도록 한다.
이상에서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양열 급탕 및 냉방 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 급탕 및 냉방 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양열 급탕 및 냉방 시스템의 구성도이다.

Claims (7)

  1. 태양열을 집열하여 열매체를 축열시키는 태양열 집열판(200)과, 상기 열매체와 열교환되는 열수가 저장되는 축열탱크(210)와, 상기 축열탱크(210)에 저장된 열수와 열교환되어 냉방을 수행하는 흡수식 냉방기(222)와, 상기 축열탱크(210)에 저장된 열수와 열교환되어 온수를 공급하는 급탕 시스템(250)을 포함하는 태양열 급탕 및 냉방 시스템에 있어서,
    상기 태양열 급탕 및 냉방 시스템이:
    상기 흡수식 냉방기(222)로 직접 열원을 공급하는 보일러(300);
    상기 축열탱크(210)의 온도가 설정온도 이하이면 열원을 발생시키는 보조열원 발생부(272);
    상기 보조열원 발생부(272)에서 발생되는 보조열원과 상기 축열탱크(210) 내의 열수를 열교환하는 보조열원 열교환기(274);
    상기 보조열원 열교환기(274)와 흡수식 냉방기(222) 사이에 연결되는 제1 열수라인(230);
    상기 흡수식 냉방기(222)와 축열탱크(210)와 연결되는 제2 열수라인(240);
    상기 보조열원 열교환기(274)와 축열탱크(210) 사이에 연결되는 제3 열수라인(280); 및
    상기 제3 열수라인(280)과 제1 열수라인(230) 사이에는 제4 연결라인(284)이 설치되고, 상기 제4 연결라인(284)과 제3 열수라인(280)이 연결되는 지점에 설치되는 3방향 밸브(286);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 급탕 및 냉방 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수식 냉방기(222)와 축열탱크(210) 사이를 연결하는 제1 연결라인(230)에, 상기 제1 열수라인(230)을 개폐하는 차단밸브(310)가 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열 급탕 및 냉방 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조열원 발생부(272)는 히터 또는 보일러가 사용되는 것을 특징으로 하는 태양열 급탕 및 냉방 시스템.
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