KR101058908B1 - 태양열을 이용한 냉, 난방 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양열의 열원으로 난방기능을 구현하는 과정에서 흡수식 냉동기를 이용하여 냉방 기능을 함께 구현할 수 있도록 한 태양열을 이용한 냉, 난방 시스템을 제공한다.
난방배관, 급탕배관, 다기능 열교환기, FCU, 냉수기, 연료전지
Description
본 발명은 냉, 난방 시스템에 관련되는 것으로서, 더욱 상세하게는 태양열의 열원으로 난방기능을 구현하는 과정에서 흡수식 냉동기를 이용하여 냉방 기능을 함께 구현할 수 있도록 한 태양열을 이용한 냉, 난방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 아파트와 같은 공동주택에는 큰 크기의 중온수보일러를 통해, 물을 가열하여 이를 각 세대별로 공급해주는 중앙난방시스템과, 각 세대별로 각각 개별보일러가 설치되어 이를 통해 각 세대별로 개별적인 난방을 하는 개별난방 시스템의 2가지 방식중 어느 하나의 방식이 적용되어 난방 및 급탕기능을 수행하고 있다.
상기한 시스템들 중에서 중앙난방 시스템은 모든 세대별로 동일한 온도를 갖는 물을 공급해주게 되므로 관리가 용이한 이점은 있으나, 사람마다 취향이 다르고 자신이 원하는 시간에 난방을 행할 수 없는 단점을 가지고 있다.
이에 반하여, 개별난방 시스템은 필요에 따라 각 세대별에 구비되어 있는 보일러를 독립적으로 구동할 수 있고, 또한 각 세대별로 난방 에너지 사용량을 조절할 수 있다는 장점을 가지고 있으나, 각 세대별로 대용량의 보일러를 설치할 수 없어 시수를 고온으로 가열하는 데, 많은 시간이 소요됨으로서 사용상에 많은 불편함을 가져오는 단점이 있다.
특히, 상기한 중앙난방 시스템 및 개별난방 시스템은 화석원료를 에너지원으로 사용함에 따라 심각한 환경오염을 유발시켜 점차적으로 그 사용이 제한되고 있는 추세이다.
한편, 근래 들어서는 화석원료를 대체할 수 있는 에너지원으로 태양열을 이용하여 난방을 행할 수 있도록 한 시스템이 개시된 바 있다.
이러한 태양열 난방 시스템은 태양열 집열판에서 집열된 복사열을 이용하여 온수탱크에 저장되어 있는 온수를 데워준 다음, 데워진 온수를 각 난방처로 공급시킴으로서 난방 기능을 구현하게 된다.
그러나 종래의 태양열 난방 시스템은 설비가 복잡하여 시설비가 많이 소요되는 문제점과 함께 유지 보수에 많은 어려움이 있을 뿐만 아니라, 무엇보다도 태양열 설비로는 난방 외에 냉방 기능을 구현하는 것이 불가능하며, 또한 현재 화석원료를 사용하고 있는 일반적인 냉,난방시스템에는 태양열 시스템을 접목시킬 수 없다는 단점이 있다.
따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 태양열의 열원으로 난방기능을 구현하는 과정에서 흡수식 냉동기에서 공급되는 냉수를 이용하여 냉방 기능을 함께 구현할 수 있도록 한 태양열을 이용한 냉, 난방 시스템을 제공함에 있다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 집열판을 통해 태양열에서 집열된 복사열로 가열되는 온수가 저장되는 온수탱크와, 상기 온수탱크에서 가열된 온수를 주공급관 및 주환수관을 통해 공급 및 환수시켜 가며 상기 온수의 열원으로 난방배관을 순환하는 난방수와 급탕배관으로 공급된 급탕수를 열교환시키는 다기능 열교환기와, 상기 주공급관 및 주환수관에 각각 분기 연결되어 있는 온수공급관 및 온수환수관을 통해 온수를 공급 및 환수시켜 가며 상기 온수의 열원을 이용하여 냉수를 생성시키는 흡수식 냉동기와, 상기 흡수식 냉동기에서 생성된 냉수를 상기 주공급관으로 공급시키는 냉수공급관과, 상기 주공급관과 FCU냉수공급관으로 연결 구성되며 상기 FCU냉수공급관을 통해 공급된 냉수로 실내 대류 냉방을 행하게 되는 FCU와, 상기 FCU와 주환수관을 서로 연결되며 상기 FCU를 통과한 냉수를 상기 주환수관으로 환수시키는 FCU냉수환수관 및 상기 주환수관과 흡수식 냉동기를 연결하며 상기 주환수관으로 환수되는 냉수를 상기 흡수식 냉동기로 환수시키는 냉수환수관을 포함하며, 상기 주공급관과 온수공급관의 연결부위와, 상기 주공급관과 FCU냉수공급관의 연결부위 그리고 상기 주환수관과 냉수환수관의 연결부위에는 온수 및 냉수의 흐름을 제어하는 선택밸브들을 각각 더 설치하여 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 주공급관에는 온도센서가 부착되며, 상기 온도센서는 주공급관으로 공급된 온수의 온도를 감지하여 난방배관을 가열하는 보일러의 버너를 자동으로 동작시키도록 함이 바람직하다.
상기 난방배관에는 선택밸브가 설치되며, 상기 선택밸브에는 급탕배관을 경유하는 난방수분기관을 연결하여 상기 선택밸브의 동작에 따라 상기 난방배관을 순환하는 난방수를 공급받아 급탕배관으로 공급된 시수를 열교환 시키도록 함이 바람직하다.
상기 주공급관에는 온도센서가 부착되며, 상기 온도센서는 주공급관으로 공급된 온수의 온도를 감지하여 난방배관을 가열하는 보일러의 버너를 자동으로 동작시키도록 함이 바람직하다.
상기 난방배관에는 선택밸브가 설치되며, 상기 선택밸브에는 급탕배관을 경유하는 난방수분기관을 연결하여 상기 선택밸브의 동작에 따라 상기 난방배관을 순환하는 난방수를 공급받아 급탕배관으로 공급된 시수를 열교환 시키도록 함이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양열을 이용한 냉, 난방 시스템은 태양열을 열원으로 하여 난방기능을 구현하는 과정에서 흡수식 냉동기에서 공급되는 냉수를 이용하여 냉방 기능을 함께 구현할 수 있는 작용효과를 가진다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 기술하기로 한다.
첨부된 도 1은 본 발명에서 구현하고자 하는 에너지 절약형 냉난방 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 태양열 냉, 난방 시스템은 개별 난방기구, 태양열 설비 및 흡수식 냉동기를 포함하여 구성한다.
상기 개별 난방기구는 아파트 등의 공동주택에서 각 세대별 마다 개별적으로 설치되는 난방기구로서, 아파트 등에 설치된 가스관을 통해 공급되는 도시가스 혹은 전기를 연료로 하여 시수(수돗물)를 가열하여 난방수 및 급탕수로 사용할 수 있도록 하는 보일러(10)를 포함한다.
상기 보일러(10)에는 도시가스 혹은 전기를 연료로 하는 버너(12)와, 다기능 열교환기(24) 그리고 난방배관(14) 및 급탕배관(20)이 각각 구비된다.
상기 다기능 열교환기(24)는 태양열 설비인 집열판에서 집열된 복사열로 데워진 온수의 온도로 난방배관(14)을 순환하는 난방수를 일정온도로 열교환시키는 수단으로서. 구체적으로는 태양열 설비인 집열기에서 집열된 복사열로 데워진 온수를 저장하고 있는 온수탱크와 주공급관 및 주환수관으로 각각 연결 구성되어 온수탱크에 저장되어 있는 온수를 공급 및 환수시켜 가며 난방배관을 순환하는 난방수를 열교환시키게 된다. 이때 난방수는 버너(12)의 사용없이 상기 다기능 열교환기(24)를 경유하는 것만으로 난방에 필요한 온도로 열교환 될 수 있게 된다.
상기 버너(12)는 다기능 열교환기(24)를 경유하는 난방수의 온도가 설정온도 이하로 데워질 때에만 선택적으로 가동하며 난방수를 직접 가열시키도록 한다. 이때 버너(12)의 동작은 후술하는 주공급관에 설치되어 있는 온도센서의 측정여부를 통한 제어부의 제어동작에 따라 자동으로 동작하도록 한다. 또한 상기 버너(12)는 난방수가 순환하는 난방배관(14)을 직접 가열하지 않고, 열교환기(13)를 통해 난방배관(14)을 간접적으로 가열시키도록 구성함이 바람직하다.
상기 난방배관(14)은 난방수 순환펌프(15)의 펌핑 동작에 따라 난방수를 계속적으로 순환시키는 폐루프 타입의 배관으로서, 상기 난방배관(14)은 보일러(10)의 다기능 열교환기(24)와 버너(12)에 구비된 열교환기를 함께 경유하도록 구성한다.
상기 난방배관(14)으로 순환하는 난방수는 다기능 열교환기(24)를 경유하는 과정에서 열교환 된 후, 실내 난방처(19)로 공급되어 난방기능(즉, 복사난방)을 수행하게 된다. 이때 난방배관(14)을 순환하는 난방수의 온도가 설정온도 이하일 경우에는 버너(12)를 가동시켜 난방수를 설정온도 이상으로 가열시켜 실내 난방처(19)로 공급토록 하는 데, 이러한 동작은 앞서 언급한 바와 같이 주공급관(44)에 설치되어 있는 온도센서(21)의 측정을 통해 자동으로 이루어지도록 구성한다. 즉, 상기 온도센서(21)는 주공급관(44)을 통과하는 온수의 온도를 측정한 후, 설정온도 예를 들어 온수의 온도가 45℃ 이하로 측정될 경우에는 제어부(미 도시 함)로 신호를 출력하여 버너(12)를 자동 동작시키도록 함으로서 난방수를 설정온도 이상으로 자동으로 데워줄 수 있는 것이다.
상기 난방배관(14)에는 선택밸브(16)(삼방변밸브)가 설치되며, 상기 선택밸브(16)에는 급탕배관(20)을 경유하는 난방수분기관(18)이 연결 구성된다. 상기 난방수분기관(18)은 급탕배관(20)으로 공급되어 열교환 된 시수의 온도가 낮을 경우, 상기 선택밸브(16)의 동작에 따라 난방배관(14)을 순환하는 난방수를 공급받아 상기 난방수의 온도로 급탕배관(20)으로 공급된 시수를 열교환시켜 데워주도록 한다.
상기 급탕배관(20)은 시수구(22)에서 공급된 시수(수돗물)를 급탕시키는 배관으로서, 보일러(10)의 다기능 열교환기(24)를 경유하도록 구성하여 상기 급탕배관(20)으로 유입된 시수는 다기능 열교환기(24)에서 열교환된 후, 급탕수로 가열되어 사용처로 배출되도록 한다. 이때 급탕배관(20)으로 공급된 시수는 필요에 따라 전술한 난방배관(14)에 설치되어 있는 선택밸브(16)에 분기 형성된 난방수분기관(18)으로 공급된 난방수의 온도를 통해 급탕수로 열교환될 수 있게 된다.
한편, 상기 태양열 설비는 집열판(40)에서 집열된 복사열을 이용하여 온수탱크(42)에 저장되어 있는 온수를 가열시키는 수단으로서, 난방수를 데워주기 위한 온수를 저장하는 온수탱크(42)와, 태양열의 복사열을 집열하며, 집열된 복사열로 온수탱크(42)에 저장되어 있는 온수를 일정온도로 가열시키는 집열기(40)를 포함하여 구성한다.
상기 온수탱크(42)에는 주공급관(44)과 주환수관(46)이 각각 연결 구성된다.
상기 주공급관(44)은 일단은 온수탱크(42)에 연결되고, 타단은 다기능 열교환기(24)에 연결 구성된 상태에서 상기 온수탱크(42)에 저장되어 있는 온수(즉, 집열기(40)에서 집열된 복사열을 통해 가열된 온수)를 다기능 열교환기(24)로 공급하게 되며, 따라서 다기능 열교환기(24)는 난방배관(14)을 순환하는 난방수를 데워줄 수 있는 열원을 공급받게 된다.
상기 주환수관(46)은 일단은 온수탱크(42)에 연결되고, 타단은 다기능 열교환기(24)에 연결 구성된 상태에서 상기 다기능 열교환기(24)로 공급된 온수를 다시 온수탱크(42)로 환수시키게 된다.
한편, 상기 주공급관(44) 및 주환수관(46)은 전술한 바와 같이 온수탱크(42)에 저장되어 있는 온수를 순환시키는 기능 외에 후술하는 흡수식 냉동기(50)에서 발생한 냉수를 FCU(70)로 공급 및 환수시키는 기능을 함께 수행하게 되는 바, 이에 대한 상세한 설명은 하기에서 보다 더 상세하게 기술하기로 한다.
상기 흡수식 냉동기(50)는 고원의 열원을 이용하여 열교환작용을 통해 냉매증기를 발생시켜 원수를 냉수로 냉각시키는 것으로서, 이러한 흡수식 냉동기(50)의 냉각원리는 이미 공지된 기술임에 따라 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명에서 제시되는 흡수식 냉동기(50)는 온수탱크(42)에 저장되어 있는 온수를 열원으로 하여 냉수를 발생시켜, 발생된 냉수로 실내를 냉방시킬 목적으로 사용하게 된다.
먼저, 흡수식 냉동기(50)와 온수탱크(42)와의 연결은 온수탱크(42)의 주공급관(44)에는 선택밸브(52)를 설치하고, 상기 선택밸브(52)에는 온수공급관(54)의 일단을 연결하고, 상기 온수공급관(54)의 타단은 상기 흡수식 냉동기(50)에 연결 구성하여 상기 선택밸브(52)의 동작에 따라 온수탱크(42)에 저장되어 있는 온수를 상기 온수공급관(54)을 통해 흡수식 냉동기(50)로 선택적으로 공급토록 한다. 또한 상기 흡수식 냉동기(50)에는 온수환수관(56)의 일단을 연결하고, 상기 온수환수관(56)의 타단은 온수탱크(42)의 주환수관(46)에 연결 구성하여 흡수식 냉동기(50)로 공급된 후, 열교환작용을 거친 온수를 다시 주환수관(46)으로 배출시키도록 한다.
상기 흡수식 냉동기(50)에는 냉수공급관(58) 및 냉수환수관(60)이 각각 연결된다.
상기 냉수공급관(58)은 일단은 흡수식 냉동기(50)에 연결 구성하고, 타단은 주공급관(44)에 연결 구성하여 흡수식 냉동기(50)에서 생성된 냉수를 상기 주공급관(44)으로 공급하게 된다. 상기 주공급관(44)으로 공급된 냉수는 실내 각 천정에 설치되어 있는 FCU(70)로 공급되어 냉방에 필요한 냉매로 사용되어 진다.
상기 냉수환수관(60)은 일단은 주환수관(46)에 연결 구성하고, 타단은 흡수식 냉동기(50)에 연결 구성하여 FCU(70)에서 환수되는 냉수를 흡수식 냉동기(50)로 환수시키게 된다. 이때 상기 냉수환수관(60)과 주환수관(46)의 연결부위에는 선택밸브(62)가 설치되며, 상기 선택밸브(62)는 주환수관(46)으로 환수된 냉수가 온수탱크(42)로 환수되지 않도록 주환수관(46)의 유로를 선택적으로 개폐시키게 된다.
한편, 상기 FCU(Fan Coil Unit)(이하, FCU라 칭함) (70)는 각 세대별 실내 천정에 개별적으로 설치되어 흡수식 냉동기(50)에서 공급된 냉수로 대류냉방을 행하게 되는 수단이다.
상기 FCU(70)에는 FCU냉수공급관(72) 및 FCU냉수환수관(74)이 각각 연결 구성된다.
상기 FCU냉수공급관(72)은 상기 주공급관(44)에 설치되어 있는 선택밸브(76)에 연결 구성하여, 상기 선택밸브(76)의 동작에 따라 냉수공급관(58)을 거쳐 상기 주공급관(44)으로 공급된 냉수를 상기 FCU(70)로만 선택적으로 공급시키게 된다.
즉, 상기 주공급관(46)에 설치되는 선택밸브(76)는 공급되는 원수가 온수인지 냉수인지에 따라 주공급관(44) 및 FCU냉수공급관(72)의 유로를 선택적으로 개방시켜 온수는 주공급관(44)을 통해 다기능 열교환기(24)로만 공급되도록 하고, 냉수는 FCU냉수공급관(72)을 통해 FCU(70)로만 공급될 수 있도록 한다.
상기 FCU냉수환수관(74)은 상기 주환수관(46)에 연결 구성하여 상기 FCU(70)에서 배출되는 냉수를 상기 주환수관(46)으로 환수시키게 된다. 이때 상기 주환수관(46)으로 환수된 냉수는 상기 주환수관(46)과 냉수환수관(60)의 연결부위에 설치되어 있는 선택밸브(62)의 동작에 따라 냉수환수관(60)으로만 선택적으로 환수될 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 따른 태양열을 이용한 냉, 난방 시스템의 작용을 첨부된 도 3과 도 4를 참조하여 기술하기로 한다.
첨부된 도 3은 동절기시 난방기능을 구현하기 위한 태양열을 이용한 냉,난방 시스템의 구성을 발췌하여 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 동절기시 실내 난방을 행할 때에는 태양열 설비인 집열기(40)에서 집열된 복사열로 가열된 온수탱크(42)내의 온수를 열원으로 하여 실내 난방기능을 행하도록 한다.
즉, 태양열 설비인 집열판(40)에서 집열된 복사열은 온수탱크(42)에 저장되어 있는 온수를 가열시키게 되고, 여기서 가열된 온수는 주공급관(44)을 통해 다기능 열교환기(24)로 유입된 후, 주환수관(46)을 통해 온수탱크(42)로 환수되어 진다. 이때 환수되는 온수는 주환수관(46)에 설치되어 있는 선택밸브(62)의 동작에 따라 냉수환수관(60)으로는 유입되지 않고, 온수탱크(42)로만 유입될 수 있게 된다.
한편, 펌프(15)의 펌핑동작으로 난방밸브(14)를 순환하는 난방수는 다기능 열교환기(24)를 경유하는 과정에서 상기 다기능 열교환기(24)로 유입된 온수의 열원으로 열교환되어 일정온도로 데워진 상태에서 실내 난방처로 순환하게 됨으로서 실내의 난방 기능을 행하게 된다. 즉, 난방배관(14)을 순환하는 난방수는 보일러(10)의 버너(12)를 사용치 않고, 상기 다기능 열교환기(24)를 통과하는 것만으로 실내를 난방시킬 수 있는 온도로 데워질 수 있게 된다. 만일 다기능 열교환기(24)를 통과하는 난방수가 설정온도 이하로 데워질 경우에는 온도센서(21)가 이를 감지한 후, 제어부로 신호를 출력해 버너(12)를 자동으로 동작시켜 난방수를 설정온도까지 데워주도록 함으로서 보다 안정적인 난방기능을 행할 수 있도록 한다.
한편, 급탕수를 사용할 때에는 시수구(22)를 통해 급탕수로 사용될 시수를 급탕배관(20)으로 배출시키도록 하고, 이어서 상기 급탕배관(20)으로 유입된 시수는 다기능 열교환기(24)를 경유하는 과정에서 상기 다기능 열교환기(24)로 유입된 온수의 열원에 의해 열교환되어 급탕수로 데워진 상태에서 사용처로 배출된다. 이때 급탕수의 온도가 설정온도 이하일 경우에는 난방밸브(14)에 설치된 선택밸브(16)를 동작시켜 급탕밸브(20)를 경유하는 난방수분기관(18)으로 난방수를 순환시키도록 함으로서 급탕밸브(20)내의 급탕수를 설정온도로 데워줄 수 있게 된다.
첨부된 도 4는 하절기시 냉방기능을 구현하기 위한 태양열을 이용한 냉, 난방 시스템의 구성을 발췌하여 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 하절기시 냉방기능을 구현하고자 할 때에는 중공급관(44)에 설치되어 있는 선택밸브(52)를 동작시켜 상기 주공급관(44)으로 공급되는 온수를 온수분기관(54)을 통해 흡수식 냉동기(50)로 공급시켜 냉수로 냉각에 필요한 열원으로 사용토록 하고, 사용된 온수는 다시 온수환수관(56) 및 주환수관(46)을 거쳐 온수탱크(42)로 환수시키도록 한다.
상기한 과정을 거쳐 흡수식 냉동기(50)에서 생성된 냉수는 냉수공급관(58)을 통해 주공급관(44)으로 공급되어 지고, 이어서 상기 주공급관(44)에 설치되어 있는 선택밸브(76)의 동작에 따라 FCU냉수공급관(72)을 거쳐 실내 천정에 설치되어 있는 FCU(70)로 공급되어 짐으로서 FCU(70)는 대류냉방을 행하게 된다.
이어서, 상기 FCU(70)를 통과한 냉수는 FCU냉수환수관(74)을 통해 주환수관(46)으로 유입되어 지는 데, 이때 상기 주환수관(46)으로 유입된 냉수는 주환수관(46)에 설치되어 있는 선택밸브(62)의 동작에 따라 온수탱크(42)로 유입되지 않고, 흡수식 냉동기(50)로만 환수될 수 있게 된다.
첨부된 도 1은 본 발명에서 구현하고자 하는 에너지 절약형 냉난방 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 태양열 냉, 난방 시스템은 개별 난방기구, 태양열 설비 및 흡수식 냉동기를 포함하여 구성한다.
상기 개별 난방기구는 아파트 등의 공동주택에서 각 세대별 마다 개별적으로 설치되는 난방기구로서, 아파트 등에 설치된 가스관을 통해 공급되는 도시가스 혹은 전기를 연료로 하여 시수(수돗물)를 가열하여 난방수 및 급탕수로 사용할 수 있도록 하는 보일러(10)를 포함한다.
상기 보일러(10)에는 도시가스 혹은 전기를 연료로 하는 버너(12)와, 다기능 열교환기(24) 그리고 난방배관(14) 및 급탕배관(20)이 각각 구비된다.
상기 다기능 열교환기(24)는 태양열 설비인 집열판에서 집열된 복사열로 데워진 온수의 온도로 난방배관(14)을 순환하는 난방수를 일정온도로 열교환시키는 수단으로서. 구체적으로는 태양열 설비인 집열기에서 집열된 복사열로 데워진 온수를 저장하고 있는 온수탱크와 주공급관 및 주환수관으로 각각 연결 구성되어 온수탱크에 저장되어 있는 온수를 공급 및 환수시켜 가며 난방배관을 순환하는 난방수를 열교환시키게 된다. 이때 난방수는 버너(12)의 사용없이 상기 다기능 열교환기(24)를 경유하는 것만으로 난방에 필요한 온도로 열교환 될 수 있게 된다.
상기 버너(12)는 다기능 열교환기(24)를 경유하는 난방수의 온도가 설정온도 이하로 데워질 때에만 선택적으로 가동하며 난방수를 직접 가열시키도록 한다. 이때 버너(12)의 동작은 후술하는 주공급관에 설치되어 있는 온도센서의 측정여부를 통한 제어부의 제어동작에 따라 자동으로 동작하도록 한다. 또한 상기 버너(12)는 난방수가 순환하는 난방배관(14)을 직접 가열하지 않고, 열교환기(13)를 통해 난방배관(14)을 간접적으로 가열시키도록 구성함이 바람직하다.
상기 난방배관(14)은 난방수 순환펌프(15)의 펌핑 동작에 따라 난방수를 계속적으로 순환시키는 폐루프 타입의 배관으로서, 상기 난방배관(14)은 보일러(10)의 다기능 열교환기(24)와 버너(12)에 구비된 열교환기를 함께 경유하도록 구성한다.
상기 난방배관(14)으로 순환하는 난방수는 다기능 열교환기(24)를 경유하는 과정에서 열교환 된 후, 실내 난방처(19)로 공급되어 난방기능(즉, 복사난방)을 수행하게 된다. 이때 난방배관(14)을 순환하는 난방수의 온도가 설정온도 이하일 경우에는 버너(12)를 가동시켜 난방수를 설정온도 이상으로 가열시켜 실내 난방처(19)로 공급토록 하는 데, 이러한 동작은 앞서 언급한 바와 같이 주공급관(44)에 설치되어 있는 온도센서(21)의 측정을 통해 자동으로 이루어지도록 구성한다. 즉, 상기 온도센서(21)는 주공급관(44)을 통과하는 온수의 온도를 측정한 후, 설정온도 예를 들어 온수의 온도가 45℃ 이하로 측정될 경우에는 제어부(미 도시 함)로 신호를 출력하여 버너(12)를 자동 동작시키도록 함으로서 난방수를 설정온도 이상으로 자동으로 데워줄 수 있는 것이다.
상기 난방배관(14)에는 선택밸브(16)(삼방변밸브)가 설치되며, 상기 선택밸브(16)에는 급탕배관(20)을 경유하는 난방수분기관(18)이 연결 구성된다. 상기 난방수분기관(18)은 급탕배관(20)으로 공급되어 열교환 된 시수의 온도가 낮을 경우, 상기 선택밸브(16)의 동작에 따라 난방배관(14)을 순환하는 난방수를 공급받아 상기 난방수의 온도로 급탕배관(20)으로 공급된 시수를 열교환시켜 데워주도록 한다.
상기 급탕배관(20)은 시수구(22)에서 공급된 시수(수돗물)를 급탕시키는 배관으로서, 보일러(10)의 다기능 열교환기(24)를 경유하도록 구성하여 상기 급탕배관(20)으로 유입된 시수는 다기능 열교환기(24)에서 열교환된 후, 급탕수로 가열되어 사용처로 배출되도록 한다. 이때 급탕배관(20)으로 공급된 시수는 필요에 따라 전술한 난방배관(14)에 설치되어 있는 선택밸브(16)에 분기 형성된 난방수분기관(18)으로 공급된 난방수의 온도를 통해 급탕수로 열교환될 수 있게 된다.
한편, 상기 태양열 설비는 집열판(40)에서 집열된 복사열을 이용하여 온수탱크(42)에 저장되어 있는 온수를 가열시키는 수단으로서, 난방수를 데워주기 위한 온수를 저장하는 온수탱크(42)와, 태양열의 복사열을 집열하며, 집열된 복사열로 온수탱크(42)에 저장되어 있는 온수를 일정온도로 가열시키는 집열기(40)를 포함하여 구성한다.
상기 온수탱크(42)에는 주공급관(44)과 주환수관(46)이 각각 연결 구성된다.
상기 주공급관(44)은 일단은 온수탱크(42)에 연결되고, 타단은 다기능 열교환기(24)에 연결 구성된 상태에서 상기 온수탱크(42)에 저장되어 있는 온수(즉, 집열기(40)에서 집열된 복사열을 통해 가열된 온수)를 다기능 열교환기(24)로 공급하게 되며, 따라서 다기능 열교환기(24)는 난방배관(14)을 순환하는 난방수를 데워줄 수 있는 열원을 공급받게 된다.
상기 주환수관(46)은 일단은 온수탱크(42)에 연결되고, 타단은 다기능 열교환기(24)에 연결 구성된 상태에서 상기 다기능 열교환기(24)로 공급된 온수를 다시 온수탱크(42)로 환수시키게 된다.
한편, 상기 주공급관(44) 및 주환수관(46)은 전술한 바와 같이 온수탱크(42)에 저장되어 있는 온수를 순환시키는 기능 외에 후술하는 흡수식 냉동기(50)에서 발생한 냉수를 FCU(70)로 공급 및 환수시키는 기능을 함께 수행하게 되는 바, 이에 대한 상세한 설명은 하기에서 보다 더 상세하게 기술하기로 한다.
상기 흡수식 냉동기(50)는 고원의 열원을 이용하여 열교환작용을 통해 냉매증기를 발생시켜 원수를 냉수로 냉각시키는 것으로서, 이러한 흡수식 냉동기(50)의 냉각원리는 이미 공지된 기술임에 따라 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명에서 제시되는 흡수식 냉동기(50)는 온수탱크(42)에 저장되어 있는 온수를 열원으로 하여 냉수를 발생시켜, 발생된 냉수로 실내를 냉방시킬 목적으로 사용하게 된다.
먼저, 흡수식 냉동기(50)와 온수탱크(42)와의 연결은 온수탱크(42)의 주공급관(44)에는 선택밸브(52)를 설치하고, 상기 선택밸브(52)에는 온수공급관(54)의 일단을 연결하고, 상기 온수공급관(54)의 타단은 상기 흡수식 냉동기(50)에 연결 구성하여 상기 선택밸브(52)의 동작에 따라 온수탱크(42)에 저장되어 있는 온수를 상기 온수공급관(54)을 통해 흡수식 냉동기(50)로 선택적으로 공급토록 한다. 또한 상기 흡수식 냉동기(50)에는 온수환수관(56)의 일단을 연결하고, 상기 온수환수관(56)의 타단은 온수탱크(42)의 주환수관(46)에 연결 구성하여 흡수식 냉동기(50)로 공급된 후, 열교환작용을 거친 온수를 다시 주환수관(46)으로 배출시키도록 한다.
상기 흡수식 냉동기(50)에는 냉수공급관(58) 및 냉수환수관(60)이 각각 연결된다.
상기 냉수공급관(58)은 일단은 흡수식 냉동기(50)에 연결 구성하고, 타단은 주공급관(44)에 연결 구성하여 흡수식 냉동기(50)에서 생성된 냉수를 상기 주공급관(44)으로 공급하게 된다. 상기 주공급관(44)으로 공급된 냉수는 실내 각 천정에 설치되어 있는 FCU(70)로 공급되어 냉방에 필요한 냉매로 사용되어 진다.
상기 냉수환수관(60)은 일단은 주환수관(46)에 연결 구성하고, 타단은 흡수식 냉동기(50)에 연결 구성하여 FCU(70)에서 환수되는 냉수를 흡수식 냉동기(50)로 환수시키게 된다. 이때 상기 냉수환수관(60)과 주환수관(46)의 연결부위에는 선택밸브(62)가 설치되며, 상기 선택밸브(62)는 주환수관(46)으로 환수된 냉수가 온수탱크(42)로 환수되지 않도록 주환수관(46)의 유로를 선택적으로 개폐시키게 된다.
한편, 상기 FCU(Fan Coil Unit)(이하, FCU라 칭함) (70)는 각 세대별 실내 천정에 개별적으로 설치되어 흡수식 냉동기(50)에서 공급된 냉수로 대류냉방을 행하게 되는 수단이다.
상기 FCU(70)에는 FCU냉수공급관(72) 및 FCU냉수환수관(74)이 각각 연결 구성된다.
상기 FCU냉수공급관(72)은 상기 주공급관(44)에 설치되어 있는 선택밸브(76)에 연결 구성하여, 상기 선택밸브(76)의 동작에 따라 냉수공급관(58)을 거쳐 상기 주공급관(44)으로 공급된 냉수를 상기 FCU(70)로만 선택적으로 공급시키게 된다.
즉, 상기 주공급관(46)에 설치되는 선택밸브(76)는 공급되는 원수가 온수인지 냉수인지에 따라 주공급관(44) 및 FCU냉수공급관(72)의 유로를 선택적으로 개방시켜 온수는 주공급관(44)을 통해 다기능 열교환기(24)로만 공급되도록 하고, 냉수는 FCU냉수공급관(72)을 통해 FCU(70)로만 공급될 수 있도록 한다.
상기 FCU냉수환수관(74)은 상기 주환수관(46)에 연결 구성하여 상기 FCU(70)에서 배출되는 냉수를 상기 주환수관(46)으로 환수시키게 된다. 이때 상기 주환수관(46)으로 환수된 냉수는 상기 주환수관(46)과 냉수환수관(60)의 연결부위에 설치되어 있는 선택밸브(62)의 동작에 따라 냉수환수관(60)으로만 선택적으로 환수될 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 따른 태양열을 이용한 냉, 난방 시스템의 작용을 첨부된 도 3과 도 4를 참조하여 기술하기로 한다.
첨부된 도 3은 동절기시 난방기능을 구현하기 위한 태양열을 이용한 냉,난방 시스템의 구성을 발췌하여 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 동절기시 실내 난방을 행할 때에는 태양열 설비인 집열기(40)에서 집열된 복사열로 가열된 온수탱크(42)내의 온수를 열원으로 하여 실내 난방기능을 행하도록 한다.
즉, 태양열 설비인 집열판(40)에서 집열된 복사열은 온수탱크(42)에 저장되어 있는 온수를 가열시키게 되고, 여기서 가열된 온수는 주공급관(44)을 통해 다기능 열교환기(24)로 유입된 후, 주환수관(46)을 통해 온수탱크(42)로 환수되어 진다. 이때 환수되는 온수는 주환수관(46)에 설치되어 있는 선택밸브(62)의 동작에 따라 냉수환수관(60)으로는 유입되지 않고, 온수탱크(42)로만 유입될 수 있게 된다.
한편, 펌프(15)의 펌핑동작으로 난방밸브(14)를 순환하는 난방수는 다기능 열교환기(24)를 경유하는 과정에서 상기 다기능 열교환기(24)로 유입된 온수의 열원으로 열교환되어 일정온도로 데워진 상태에서 실내 난방처로 순환하게 됨으로서 실내의 난방 기능을 행하게 된다. 즉, 난방배관(14)을 순환하는 난방수는 보일러(10)의 버너(12)를 사용치 않고, 상기 다기능 열교환기(24)를 통과하는 것만으로 실내를 난방시킬 수 있는 온도로 데워질 수 있게 된다. 만일 다기능 열교환기(24)를 통과하는 난방수가 설정온도 이하로 데워질 경우에는 온도센서(21)가 이를 감지한 후, 제어부로 신호를 출력해 버너(12)를 자동으로 동작시켜 난방수를 설정온도까지 데워주도록 함으로서 보다 안정적인 난방기능을 행할 수 있도록 한다.
한편, 급탕수를 사용할 때에는 시수구(22)를 통해 급탕수로 사용될 시수를 급탕배관(20)으로 배출시키도록 하고, 이어서 상기 급탕배관(20)으로 유입된 시수는 다기능 열교환기(24)를 경유하는 과정에서 상기 다기능 열교환기(24)로 유입된 온수의 열원에 의해 열교환되어 급탕수로 데워진 상태에서 사용처로 배출된다. 이때 급탕수의 온도가 설정온도 이하일 경우에는 난방밸브(14)에 설치된 선택밸브(16)를 동작시켜 급탕밸브(20)를 경유하는 난방수분기관(18)으로 난방수를 순환시키도록 함으로서 급탕밸브(20)내의 급탕수를 설정온도로 데워줄 수 있게 된다.
첨부된 도 4는 하절기시 냉방기능을 구현하기 위한 태양열을 이용한 냉, 난방 시스템의 구성을 발췌하여 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 하절기시 냉방기능을 구현하고자 할 때에는 중공급관(44)에 설치되어 있는 선택밸브(52)를 동작시켜 상기 주공급관(44)으로 공급되는 온수를 온수분기관(54)을 통해 흡수식 냉동기(50)로 공급시켜 냉수로 냉각에 필요한 열원으로 사용토록 하고, 사용된 온수는 다시 온수환수관(56) 및 주환수관(46)을 거쳐 온수탱크(42)로 환수시키도록 한다.
상기한 과정을 거쳐 흡수식 냉동기(50)에서 생성된 냉수는 냉수공급관(58)을 통해 주공급관(44)으로 공급되어 지고, 이어서 상기 주공급관(44)에 설치되어 있는 선택밸브(76)의 동작에 따라 FCU냉수공급관(72)을 거쳐 실내 천정에 설치되어 있는 FCU(70)로 공급되어 짐으로서 FCU(70)는 대류냉방을 행하게 된다.
이어서, 상기 FCU(70)를 통과한 냉수는 FCU냉수환수관(74)을 통해 주환수관(46)으로 유입되어 지는 데, 이때 상기 주환수관(46)으로 유입된 냉수는 주환수관(46)에 설치되어 있는 선택밸브(62)의 동작에 따라 온수탱크(42)로 유입되지 않고, 흡수식 냉동기(50)로만 환수될 수 있게 된다.
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도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양열을 이용한 냉, 난방 시스템의 전체 구성을 도시한 도면.
도 2는 도 1에서 도시하고 있는 보일러의 상세구성을 발췌하여 도시한 도면.
도 3은 동절기시 난방 기능을 행하기 위한 냉, 난방 시스템의 구성을 발췌하여 도시한 도면.
도 4는 하절기시 냉방기능을 구현하기 위한 냉, 난방 시스템의 구성을 발췌하여 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
14: 난방배관 24: 다기능 열교환기
40: 집열기 42: 온수탱크
50: 흡수식 냉동기 70: FCU(Fan Coil Unit)
Claims (3)
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- 태양열을 이용한 냉, 난방 시스템에 있어서,집열판(40)을 통해 태양열에서 집열된 복사열로 가열되는 온수가 저장되는 온수탱크(42)와;상기 온수탱크(42)에서 가열된 온수를 주공급관(44) 및 주환수관(46)을 통해 공급 및 환수시켜 가며 상기 온수의 열원으로 난방배관(14)을 순환하는 난방수와 급탕배관(20)으로 공급된 급탕수를 열교환시키는 다기능 열교환기(24)와;상기 주공급관(44) 및 주환수관(46)에 각각 분기 연결되어 있는 온수공급관(54) 및 온수환수관(56)을 통해 온수를 공급 및 환수시켜 가며 상기 온수의 열원을 이용하여 냉수를 생성시키는 흡수식 냉동기(50)와;상기 흡수식 냉동기(50)에서 생성된 냉수를 상기 주공급관(44)으로 공급시키는 냉수공급관(58)과;상기 주공급관(44)과 Fan Coil Unit냉수공급관(72)으로 연결 구성되며 상기 Fan Coil Unit냉수공급관(72)을 통해 공급된 냉수로 실내 대류 냉방을 행하게 되는 Fan Coil Unit(70)와;상기 Fan Coil Unit(70)와 주환수관(46)을 서로 연결되며 상기 Fan Coil Unit(70)를 통과한 냉수를 상기 주환수관(46)으로 환수시키는 Fan Coil Unit냉수환수관(74) 및 ;상기 주환수관(46)과 흡수식 냉동기(50)을 연결하며 상기 주환수관(46)으로 환수되는 냉수를 상기 흡수식 냉동기(50)로 환수시키는 냉수환수관(60)을 포함하며;상기 주공급관(44)과 온수공급관(54)의 연결부위와, 상기 주공급관(44)과 Fan Coil Unit냉수공급관(72)의 연결부위 그리고 상기 주환수관(46)과 냉수환수관(60)의 연결부위에는 온수 및 냉수의 흐름을 제어하는 선택밸브(52, 62, 76)들을 각각 더 설치하여 구성하며;상기 주공급관(44)에는 온도센서(21)가 부착되며, 상기 온도센서(21)는 주공급관(44)으로 공급된 온수의 온도를 감지하여 난방배관(14)을 가열하는 보일러(10)의 버너(12)를 자동으로 동작시키도록 하며;상기 난방배관(14)에는 선택밸브(16)가 설치되며, 상기 선택밸브(16)에는 급탕배관(20)을 경유하는 난방수분기관(18)을 연결 구성하여;상기 급탕배관(20)은 상기 다기능 열교환기(24)를 경유하는 과정에서 상기 주공급관(44) 및 주환수관(46)을 순환하는 온수의 열원이나 상기 선택밸브(16)의 동작에 따라 상기 난방배관(14)에서 상기 난방수분기관(18)으로 순환하는 난방수의 열원을 이용하여 급탕배관(20)으로 공급된 시수를 선택적으로 열교환 시키도록 함을 특징으로 하는 태양열을 이용한 냉, 난방 시스템.
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