KR101034808B1 - Overheat protection apparatus for solar heating system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집열기(25)에서 수집된 열에너지를 축열조(22)에 저장하여 난방과 급탕을 제공하는 태양열난방기에 있어서: 상기 축열조(22)와 집열기(25) 사이의 열매체도관(31)(32)에 설치되고, 유로를 단속하는 3방향밸브(36)를 지니는 바이패스관(35); 상기 열매체도관(31)(32)의 일측 및 바이패스관(35) 상에 각각 설치되는 열교환기(33)(34); 상기 열매체도관(31)(32) 상의 온도 변화를 검출하고, 바이패스관(35)의 유로를 개폐하는 제어기(40); 및 상기 바이패스관(35) 상의 제1열교환기(33)를 개재하여 가열되고, 열매체도관(31)(32) 상의 제2열교환기(34)를 개재하여 냉각하는 흡수식냉각기(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a solar heater for storing heat energy collected by a heat collector (25) in a heat storage tank (22) to provide heating and hot water supply: a heat medium conduit (31) (32) between the heat storage tank (22) and the heat collector (25). A bypass pipe (35) installed at the side and having a three-way valve (36) for controlling the flow path; Heat exchangers 33 and 34 respectively installed on one side of the heat medium conduits 31 and 32 and the bypass pipe 35; A controller 40 which detects a temperature change on the heat medium conduits 31 and 32 and opens and closes a flow path of the bypass pipe 35; And an absorption chiller (50) which is heated through the first heat exchanger (33) on the bypass pipe (35) and cools through the second heat exchanger (34) on the heat medium conduits (31) (32). It is characterized by comprising.
이에 따라 본 발명은, 흡수식 냉각기의 원리를 기반으로 하면서 시스템의 외형 크기를 최적화하고 설치나 유지에 따른 비용 부담을 최소화할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the present invention has the effect of optimizing the external size of the system based on the principle of the absorption chiller and minimizing the cost of installation or maintenance.
태양열, 흡수식, 냉각, 과열, 난방, 냉방 Solar, Absorption, Cooling, Overheating, Heating, Cooling
Description
본 발명은 태양열난방기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 흡수식 냉각기의 원리를 기반으로 하면서 설치나 유지에 따른 비용 부담을 최소화할 수 있는 태양열난방기의 과열방지 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a solar heating apparatus, and more particularly, to an apparatus for preventing overheating of a solar heating apparatus capable of minimizing the burden of installation or maintenance based on the principle of an absorption type cooler.
통상적으로, 신재생 에너지 사업 중 태양열 난방의 경우 지역별 계절별 차이가 심하며 특히 겨울은 보조난방(기름보일러, 심야전기, 가스보일러 등)을 필요로 할 만큼 에너지가 모자라며 여름은 사용량에 비하여 남은 에너지로 인한 과열현상이 문제로 대두된다. 태양열 난방기는 옥상에 설치하기 때문에 시스템을 강제 중지시킬 수 없는 특성상 정부의 설치기준에서도 문제시 될 만큼 하절기에 과열을 방지하는 기술의 해결이 시급하다.In general, solar heating in the renewable energy business has a severe seasonal difference in each region. Especially, winter lacks enough energy to require auxiliary heating (oil boiler, late-night electricity, gas boiler, etc.), and summer uses less energy than consumption. Overheating is a problem. Since solar heaters are installed on the rooftop, the system cannot be forcibly shut down. Therefore, there is an urgent need to solve the technology to prevent overheating in the summer enough to be a problem even in the government installation standards.
기존에 적용되거나 검토되고 있는 과열방지 장치로 첫 번째는 전기모터팬를 이용한 방열기 방식, 두 번째는 강제 배수 방식, 세 번째는 흡수식 냉방기를 사용하는 방식이 있다. Existing overheat protection devices that have been applied or reviewed are firstly radiator system using electric motor fan, secondly forced drainage system, and thirdly using absorption air conditioner.
첫 번째 방식의 예로서, 한국 등록특허공보 제0786938호는 축열 탱크의 외부 에 코일 모양의 이중 관으로 형성한 난방용 열교환 수단 및 급탕용 열교환 수단을 구비하여 열교환 효율을 극대화하고, 수도관으로부터 제공되는 물을 미리 예열을 하는 한편, 냉매의 열을 최대한 뺏어서 열 낭비가 없도록 하며, 냉매 순환용 냉매 파이프의 중단에 방열기와 냉각팬을 포함하는 방열수단을 마련하여 여름철 냉매의 과열을 예방하는 기술을 개시한다.As an example of the first method, Korean Patent Publication No. 0786938 is provided with a heat exchange means for heating and a hot water exchange means formed with a coil-shaped double tube on the outside of the heat storage tank to maximize heat exchange efficiency and provide water from the water pipe. While preheating the heat in advance, the heat of the refrigerant is taken away to avoid the waste of heat, and to provide a heat dissipation means including a radiator and a cooling fan at the interruption of the refrigerant circulation refrigerant pipe discloses a technology for preventing overheating of the refrigerant during the summer. .
세 번째 방식과 직접적 또는 간접적으로 관련되는 예로서, 등록실용신안공보 제0230604호를 비롯하여 한국 특허등록공보 제756240호, 한국 공개특허공보 제1992-20167호, 한국 등록실용신안공보 제431243호 등이 있다.Examples directly or indirectly related to the third method include Korean Utility Model Publication No. 0230604, Korean Patent Registration Publication No. 756240, Korean Patent Application Publication No. 1992-20167, and Korean Utility Model Publication No. 431243. have.
그러나, 첫 번째 방식에 의하면 설치비용이 크게 들고 하절기 주간에 태양열에너지를 사용하지 않아도 지속적으로 전기소모가 발생하며, 두 번째 방식에 의하면 설치비용이 들지 않으나 축열기내의 적정온도에 따라 온수를 강제 배수시키거나 상수도를 보충하기 때문에 수도료 부담이 증가된다. 세 번째 방식은 흡수식 냉방기를 기반으로 태양열 열원에 의한 냉방 및 과열 방지를 수행하는 것으로서 설비가 지나치게 대형화되어 아직 개선의 여지가 크다.However, according to the first method, installation costs are high and electricity consumption is continuously generated even when solar energy is not used during the summer. In the second method, installation cost is not required, but hot water is forcedly drained according to the proper temperature in the regenerator. Water charges are increased because they make or supplement the water supply. The third method is to perform cooling and overheating by solar heat source based on absorption type air conditioner. The facility is too large and there is still room for improvement.
종래기술의 문헌정보Literature Information of the Prior Art
[문헌1] 한국 등록특허공보 제0786938호 “태양열 보일러”[Document 1] Korean Registered Patent Publication No. 0786938 “Solar Boiler”
[문헌2] 한국 등록실용신안공보 제0167754호 “태양열시스템보일러의 히터과열방지장치”[Patent 2] Korean Utility Model Registration No. 0167754 "Heater overheat prevention device of solar thermal system boiler"
[문헌3] 한국 등록실용신안공보 제0230604호 “태양열을 이용한 흡수식 냉방기”[Reference 3] Korean Utility Model Registration No. 0230604 “Sorbent absorption air conditioner using solar heat”
이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 흡수식 냉각기의 원리를 기반으로 하면서 시스템의 외형 크기를 최적화하고 설치나 유지에 따른 비용 부담을 최소화할 수 있는 태양열난방기의 과열방지 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to fundamentally solve the conventional problems as described above, based on the principle of the absorption chiller while optimizing the external size of the system and can minimize the cost burden of installation or maintenance overheating of the solar heater The object is to provide a prevention device.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 집열기에서 수집된 열에너지를 축열조에 저장하여 난방과 급탕을 제공하는 태양열난방기에 있어서: 상기 축열조와 집열기 사이의 열매체도관에 설치되고, 유로를 단속하는 3방향밸브를 지니는 바이패스관; 상기 열매체도관의 일측 및 바이패스관 상에 각각 설치되는 열교환기; 상기 열매체도관 상의 온도 변화를 검출하고, 바이패스관의 유로를 개폐하는 제어기; 및 상기 바이패스관 상의 제1열교환기를 개재하여 가열되고, 열매체도관 상의 제2열교환기를 개재하여 냉각하는 흡수식냉각기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a solar heat radiator storing heat energy collected in a heat collector in a heat storage tank to provide heating and hot water supply: a three-way valve installed in a heat medium conduit between the heat storage tank and the heat collector and intermittent a flow path. Carry bypass tube; A heat exchanger installed on one side of the heat medium conduit and the bypass pipe, respectively; A controller for detecting a temperature change on the heat medium conduit and opening and closing a flow path of the bypass pipe; And an absorption chiller that is heated through a first heat exchanger on the bypass pipe and cools through a second heat exchanger on a heat medium conduit.
이때, 상기 제어기는 축열조의 수온센서 및 집열기의 수온센서의 온도를 근거로 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.At this time, the controller is characterized in that to perform the control based on the temperature of the water temperature sensor of the heat storage tank and the water temperature sensor of the collector.
또한, 상기 흡수식냉각기는 발생기, 분리기, 응축기, 기화기, 수액기로 순환 유로를 구성하고, 암모니아/물(NH3/H2O) 방식 또는 리튬브로마이드/물(LIBR/H20) 방식으로 냉각사이클을 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the absorption type chiller constitutes a circulation passage with a generator, a separator, a condenser, a vaporizer, and a receiver, and performs a cooling cycle by ammonia / water (NH3 / H2O) or lithium bromide / water (LIBR / H20). It is done.
또한, 상기 흡수식냉각기에 더하여 열매체도관 또는 바이패스관 상에 보조방열기를 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition to the absorption chiller, it characterized in that the auxiliary radiator is provided on the heat medium conduit or the bypass pipe.
한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.On the other hand, the terms or words used in the present specification and claims are not to be construed as limiting the ordinary or dictionary meanings, the inventors should use the concept of the term in order to explain the invention in the best way. It should be interpreted as meanings and concepts corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that it can be properly defined. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configuration shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical ideas of the present invention, and various alternatives may be substituted at the time of the present application. It should be understood that there may be equivalents and variations.
이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 흡수식 냉각기의 원리를 기반으로 하면서 시스템의 외형 크기를 최적화하고 설치나 유지에 따른 비용 부담을 최소화할 수 있는 효과를 제공한다.As described in the above configuration and operation, the present invention is based on the principle of the absorption chiller while providing the effect of optimizing the external size of the system and minimizing the cost of installation or maintenance.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명이 적용되는 태양열난방기를 전체적으로 나타내는 구성도, 도 2는 본 발명에 의한 과열방지 장치의 배관구성을 나타내는 다이아그램, 도 3은 본 발명에 의한 장치의 주요 배관을 확대한 다이아그램이다.1 is a configuration diagram showing a solar heating apparatus to which the present invention is applied as a whole, Figure 2 is a diagram showing the piping configuration of the overheat prevention device according to the present invention, Figure 3 is an enlarged diagram of the main piping of the device according to the present invention to be.
본 발명은 집열기(25)에서 수집된 열에너지를 축열조(22)에 저장하여 난방과 급탕을 제공하는 태양열난방기에 관련된다. 집열기(25)에서 수집되어 열매체를 통하여 축열조(22)에 축적되는 열에너지는 급수배관(16)에서 난방배관(12)과 급탕배관(14)으로 보내는 물을 가열한다. 전술한 것처럼 하절기 집열기(25)가 과열 상태에 이르지 않도록 태양열을 이용한 흡수식 냉방기가 개발중에 있으나 집열기(25)에서 발생한 모든 열원을 냉방으로 열 교환시키는 경우에는 고온의 온열에 의한 열교환 시스템의 특성상 중, 저온열에 열교환 효율은 떨어지고, 집열기(25)를 과열상태에 이르지 않도록 하기 위해서는 사용자의 의사와 관계없이 강제 가동이 되어야 하며, 규모의 대형화가 요구되어 경제성을 저하시킨다.The present invention relates to a solar heater that stores heat energy collected by the
본 발명에 따르면 상기 축열조(22)와 집열기(25) 사이의 열매체도관(31)(32)에 유로를 단속하는 3방향밸브(36)를 개재하여 바이패스관(35)이 설치된다. 집열기(25)에서 가열된 물은 상류측의 열매체도관(31)을 거쳐 축열조(22)에 이르고, 축열조(22)에서 냉각된 물은 하류측의 열매체도관(32)을 거쳐 집열기(25)로 순환된다. 이러한 열매체도관(31)(32) 상에서 집열기(25)에 인접한 부근에 바이패스관(35)을 설치하고, 상류측의 열매체도관(31)과 바이패스관(35)이 교차하는 부분에 전기구동식 3방향밸브(36)를 설치한다. 하류측 열매체도관(32) 상에는 순환펌프(38)가 설치된다.According to the present invention, the
또, 본 발명에 따르면 상기 열매체도관(31)(32)의 일측 및 바이패스관(35) 상에 각각 열교환기(33)(34)가 설치된다. 바이패스관(35)에서 하류지점에 제1열교환기(33)를 설치하고, 하류측 열매체도관(32)에서 집열기(25)에 인접한 부근에 제2 열교환기(34)를 설치한다. 열교환기(33)(34)는 후술하는 흡수식냉각기(50)와 연계되고 열매체도관(31)(32)에 흐르는 열에너지원을 이용하여 집열기(25)의 열매체를 냉각하는 수단이다.In addition, according to the present invention,
또, 본 발명에 따르면 상기 열매체도관(31)(32) 상의 온도 변화를 검출하고, 바이패스관(35)의 유로를 개폐하는 제어기(40)가 구비된다. 제어기(40)는 난방배관(12), 급탕배관(14), 급수배관(16)의 부하에 연동하여 순환펌프(38) 등의 작동을 제어한다.In addition, according to the present invention, a
이때, 상기 제어기(40)는 축열조(22)의 수온센서(44) 및 집열기(25)의 수온센서(45)의 온도를 근거로 제어를 수행한다. 집열기(25)의 온도가 과열되면 바이패스관(35)으로 열매체를 순환시켜 냉각하고 축열조(22)의 온도가 낮아지면 다시 바이패스관(35)의 유로를 차단하여 정상 가동을 수행한다.At this time, the
또, 본 발명에 따르면 상기 바이패스관(35) 상의 제1열교환기(33)를 개재하여 가열되고, 열매체도관(31)(32) 상의 제2열교환기(34)를 개재하여 냉각하는 흡수식냉각기(50)를 구비한다. 본 발명의 흡수식냉각기(50)는 소형화되어야 하고 무전원으로 구동되는 것이 필요하다. 이를 위해 흡수식냉각기(50)는 구동에너지를 획득하기 위한 제1열교환기(33)와, 열매체를 냉각하여 과열을 방지하기 위한 제2열교환기(34)에 연계된다.In addition, according to the present invention, the absorption chiller is heated via a
이때, 상기 흡수식냉각기(50)는 발생기(51), 분리기(52), 응축기(54), 기화기(55), 수액기(56)로 순환 유로를 구성하고, 암모니아/물(NH3/H2O) 방식 또는 리튬브로마이드/물(LIBR/H20) 방식으로 냉각사이클을 수행한다. 먼저, 발생기(51)는 제1열교환기(33)와 연계되어 매체인 암모니아 용액의 증발을 수행하고, 분리된 물은 다른 유로를 통하여 수소가스를 기화기(55)로 보내며, 분리기(52)는 암모니아 용액에서 암모니아 가스와 물을 분리하고, 응축기(54)는 암모니아 가스의 액화를 유발하고, 기화기(55)는 제2열교환기(34)와 연계되어 암모니아와 수소의 혼합가스를 생성하면서 열매체도관(32)의 열매체로부터 열에너지를 흡수하고, 수액기(56)는 상기 혼합가스를 다시 암모니야 용액으로 변환하는 사이클을 수행한다. 분리기(52)에서 분리된 물을 유도하는 배관은 다시 상하로 분기되어 각각 기화기(55) 및 수액기(56)에 도달한다. 그리고, 리튬브로마이드/물(LIBR/H20) 방식 역시, 상술한 암모니아/물(NH3/H2O) 방식과 같이 증발, 분리, 흡수, 변환의 사이클을 동일하게 수행하게 된다. At this time, the
이와 같이 본 발명의 확산형 흡수식 사이클은 열에너지에 의해 구동되는 기포펌프(Bubble Pump) 방식이기 때문에 기계적 구동장치가 없으므로 보조에너지(펌프 등)없이 무소음 및 무 진동화의 실현이 가능하다.As described above, the diffusion type absorption cycle of the present invention is a bubble pump type driven by thermal energy, and thus there is no mechanical driving device, thereby enabling noiseless and vibrationless operation without auxiliary energy (pump or the like).
도 4는 도 3의 변형예에 의한 주요 배관을 확대한 다이아그램이다.4 is an enlarged diagram of a main pipe according to the modification of FIG. 3.
본 발명의 변형예로서, 상기 흡수식냉각기(50)에 더하여 열매체도관(31)(32) 또는 바이패스관(35) 상에 보조방열기(60)를 구비할 수도 있다. 보조방열기(60)는 도면상에는 하류측 열매체도관(32) 상에 설치되어 있지만, 열매체도관(31)(32) 또는 바이패스관(35)상에 설치하여 사용할 수 있는 것으로 단순히 냉각핀을 구비하는 방식일 수도 있고 별도의 바이패스관(미도시)을 구비하는 방식일 수도 있다. 전자의 방식은 구성이 간단하지만 무조건 냉각이 수행되어 과냉의 우려가 있고, 후자의 방식은 필요에 따라 열매체의 냉각을 수행하지만 구성이 복잡화된다.As a modification of the present invention, in addition to the
작동에 있어서, 태양열의 과열된 열원에 의하여 수온센서(45)가 설정치(흡수식냉각기의 요구온도 : 90 ℃ 이상)에 이르면 바이패스관(35)의 3방향밸브(36)가 유로를 전환하여 흡수식냉각기(50)에 의한 냉원으로 냉각된 물을 집열기(25)에 순환시킴으로써 하절기 태양열 시스템의 과열을 방지할 수 있다. 일정 시간이 경과된 후에 축열조(22)의 수온센서(44)가 설정치 이하의 온도로 되면 집열기(25)의 과냉으로 판단하고 3방향밸브(36)를 원위치 시켜 최초의 상태로 복귀한다.In operation, the three-
이와 같은 알고리즘은 제어기(40)에 의해 저장되고 수행되는 것으로 수온센서(44)(45)의 기준 설정치를 가변 할 수도 있다.Such an algorithm is stored and performed by the
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.It is apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, such modifications or variations will have to belong to the claims of the present invention.
도 1은 본 발명이 적용되는 태양열난방기를 전체적으로 나타내는 구성도,1 is a configuration diagram showing a solar heater as a whole to which the present invention is applied,
도 2는 본 발명에 의한 과열방지 장치의 배관구성을 나타내는 다이아그램,2 is a diagram showing the piping configuration of the overheat prevention apparatus according to the present invention,
도 3은 본 발명에 의한 장치의 주요 배관을 확대한 다이아그램,3 is an enlarged diagram of the main piping of the apparatus according to the present invention;
도 4는 도 3의 변형예에 의한 주요 배관을 확대한 다이아그램이다.4 is an enlarged diagram of a main pipe according to the modification of FIG. 3.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
20: 보조보일러 22: 축열조20: auxiliary boiler 22: heat storage tank
25: 집열기 31, 32: 열매체도관25:
33, 34: 열교환기 35: 바이패스관33, 34: heat exchanger 35: bypass tube
36: 3방향밸브 40: 제어기36: 3-way valve 40: controller
44, 45: 수온센서 50: 흡수식냉각기44, 45: water temperature sensor 50: absorption chiller
51: 발생기 52: 분리기51: generator 52: separator
54: 응축기 55: 기화기54: condenser 55: vaporizer
56: 수액조 60: 보조방열기56: infusion tank 60: auxiliary radiator
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