KR101107142B1 - 태양 집열기의 온수 제어 장치 - Google Patents

태양 집열기의 온수 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온수의 과열을 방지하고 난방 또는 냉방 시스템의 부하에 따라 온수의 순환을 제어하는 장치에 관한 것으로서, 태양열 집열기, 태양열 집열기에서 가열된 온수를 이용하여 냉수를 발생시키는 흡수식 냉방기, 흡수식 냉방기에 냉각수를 공급하는 냉각탑, 흡수식 냉방기에서 발생된 냉수를 이용하여 공기를 냉각시키는 공기 조화기를 포함하는 냉방 시스템에 있어서, 태양열 집열기의 온수를 제어하는 장치로서, 태양열 집열기의 입구에 설치된 온수 순환 펌프; 태양열 집열기의 출구로부터 배출되는 온수의 온도를 측정하는 온도 센서; 태양열 집열기의 출구로부터 배출되는 온수를 흡수식 냉방기로 공급 또는 차단하는 온수 공급 밸브; 태양열 집열기의 출구로부터 배출되는 온수를 태양열 집열기의 입구로 공급 또는 차단하는 온수 재순환 밸브; 및 온도 센서에서 측정된 온도에 기초하여 온수 순환 펌프, 온수 공급 밸브 및 온수 재순환 밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 태양열 집열기 온수 제어 장치를 제공한다.
태양열, 과열, 흡수식냉방기

Description

태양 집열기의 온수 제어 장치{Control Device for Warm Water of Sun Heater}
본 발명은 태양열을 이용한 난방 또는 냉방 시스템에서 태양 집열기의 온수를 제어하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 온수의 과열을 방지하고 난방 또는 냉방 시스템의 부하에 따라 온수의 순환을 제어하는 장치에 관한 것이다.
태양열을 이용하여 난방 및 냉방을 하는 시스템은 화석 연료를 사용하지 않거나 적게 사용하여 친환경 시스템으로서 많은 관심을 받고 있다. 그러나, 난방 또는 냉방 부하에 따라 에너지 공급량을 제어할 수 있는 화석 연료나 전기에 비하여 태양열은 그 에너지 공급량을 제어하는 것이 용이하지 않다.
실제 적용에서 태양열을 이용한 흡수식 냉동 사이클을 구동하기 위해서는 태양열 집열기에서 공급되는 온수의 온도가 약 85℃ 이상이어야 한다. 85℃ 미만의 온수를 흡수식 냉동 사이클에 공급하는 것은 냉방에 도움이 되지 않으며, 오히려 냉동 사이클을 순환시키기 위한 에너지만이 낭비될 수 있다.
한편, 휴일 사무실과 같이 냉방 부하가 없거나 적은 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우에도 태양열 집열기는 지속적으로 태양열을 흡수하여 온수가 과열될 수 있고 태양열 집열기 및 다른 장치들을 손상시킬 수 있다. 그러므로, 냉방 부하가 없거나 적은 경우에도 태양열 집열기 온수의 과열을 방지하기 위하여 흡수식 냉동 사이클을 순환시킬 필요가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 극복하기 위하여 안출된 것으로서, 태양열 집열기 온수의 과열을 방지하기 위하여 냉방 부하가 아닌 태양열 집열기 온수의 온도에 기초하여 온수를 제어하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 태양열 집열기, 태양열 집열기에서 가열된 온수를 이용하여 냉수를 발생시키는 흡수식 냉방기, 흡수식 냉방기에 냉각수를 공급하는 냉각탑, 흡수식 냉방기에서 발생된 냉수를 이용하여 공기를 냉각시키는 공기 조화기를 포함하는 냉방 시스템에 있어서, 태양열 집열기의 온수를 제어하는 장치로서, 태양열 집열기의 입구에 설치된 온수 순환 펌프; 태양열 집열기의 출구로부터 배출되는 온수의 온도를 측정하는 온도 센서; 태양열 집열기의 출구로부터 배출되는 온수를 흡수식 냉방기로 공급 또는 차단하는 온수 공급 밸브; 태양열 집열기의 출구로부터 배출되는 온수를 태양열 집열기의 입구로 공급 또는 차단하는 온수 재순환 밸브; 및 온도 센서에서 측정된 온도에 기초하여 온수 순환 펌프, 온수 공급 밸브 및 온수 재순환 밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 태양열 집열기 온수 제어 장치를 제공한다.
제어부는, 온도 센서에서 측정된 온도가 흡수식 냉방기를 구동하는데 필요한 제 1 기준 온도 미만일 경우 온수 공급 밸브를 폐쇄하고 온수 재순환 밸브를 개방하고, 온도 센서에서 측정된 온도가 제 1 기준 온도 이상일 경우 온수 공급 밸브를 개방하고 온수 재순환 밸브를 폐쇄한다.
또한, 제어부는, 온도 센서에서 측정된 온도가 제 1 기준보다 사전에 설정된 차이만큼 작은 제 2 기준 온도 미만일 경우 온수 순환 펌프를 정지시킨다.
그리고, 온수 순환 펌프는 유량을 제어할 수 있는 펌프이고, 제어부는, 온수 공급 밸브가 개방되었을 때, 온도 센서에서 측정된 온도에 기초하여 온수 순환 펌프의 유량을 제어하는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명에 따르면, 태양열 집열기의 온수가 과열될 우려가 있는 경우 태양열 집열기의 온수를 흡수식 냉방기로 공급하고 흡수식 냉방기를 구동하여 태양열 집열기의 온수의 온도를 낮출 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 집열기의 온수 제어 장치가 구비된 냉방 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 냉방 시스템은 태양열을 이용하여 온수를 가열하는 태양열 집열기(100), 태양열 집열기(100)로부터 공급되는 온수를 에너지원으로 하여 구동되는 흡수식 냉방기(200), 흡수식 냉방기(200)에 냉각수를 공급하는 냉각탑(300) 및 흡수식 냉방기(200)에서 공급되는 냉수를 이용하여 실내 공기의 온도를 제어하는 공기 조화기(400)를 포함한다.
흡수식 냉방기(200)는 냉매 기체를 흡수 용액에 흡수시키는 흡수기, 흡수기 로부터 공급된 흡수 용액을 태양열 집열기(100)에서 공급되는 온수를 이용하여 가열하는 재생기, 재생기에서 발생한 냉매 기체를 냉각탑(300)에서 공급되는 냉각수를 이용하여 응축시키는 응축기, 응축기에서 응축한 냉매액을 증발시키고 잠열을 이용하여 공기 조화기(Air Handling Unit, AHU) 또는 팬 코일 유닛(Fan Coil Unit, FCU)(400)로부터 공급되는 냉수를 냉각하는 증발기 등을 포함한다. 즉, 흡수식 냉방기(200)는 태양열 집열기(100)로부터 공급되는 온수를 에너지원으로 하고, 열은 냉각탑(300)에서 방출되며, 공기 조화기(400)에 냉각된 냉수를 공급한다.
흡수식 냉방기(200)는 태양열이 부족한 경우 가스 등을 연소하여 이를 보충하는 보조 가열원을 더 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 태양열 집열기(100)가 과열되는 것을 방지하는 것을 목적으로 하여 보조 가열원은 사용되지 않을 것이다.
그리고, 흡수식 냉방기(200)는 냉매, 흡수 용액의 유로를 변경하여 동절기 등에 난방기 또는 히트 펌프로서 사용되는 것도 가능하다.
이하에서는 상술한 구성을 가진 냉방 시스템에서 태양열 집열기(100)의 온수를 제어하는 장치를 기술한다.
본 발명에 따른 태양열 집열기 온수 제어 장치는 태양열 집열기(100)의 입구에 설치된 온수 순환 펌프(10), 태양열 집열기(100)의 출구로부터 배출되는 온수의 온도를 측정하는 온도 센서(20), 태양열 집열기(100)의 출구로부터 배출되는 온수를 흡수식 냉방기(200)로 공급 또는 차단하는 온수 공급 밸브(30), 태양열 집열기(10)의 출구로부터 배출되는 온수를 태양열 집열기(100)의 입구로 공급 또는 차 단하는 온수 재순환 밸브(40), 및 온도 센서(20)에서 측정된 온도에 기초하여 온수 순환 펌프(10), 온수 공급 밸브(30), 온수 재순환 밸브(40) 등을 제어하는 제어부(50)를 포함한다.
온수 순환 펌프(10)는 온수를 태양열 집열기(100)로 공급한다. 온수 순환 펌프(10)는 팬의 속도 조절이 가능하여 태양열 집열기(100)로 공급되는 온수의 유량을 조절할 수 있는 것이 바람직하다. 이를 위하여 온수 순환 펌프(10)는 다단의 탭 저항을 갖는 속도 조절 장치를 구비할 수 있다.
온도 센서(20)는 태양열 집열기(100)의 출구로부터 배출되는 온수의 온도를 측정하고 측정한 온도 정보를 제어부(50)로 전송한다.
온수 공급 밸브(30)는 태양열 집열기(100)의 온수 출구와 흡수식 냉방기(200)의 온수 입구 사이에 위치한다. 온수 공급 밸브(30)가 개방될 때 온수는 태양열 집열기(100)로부터 흡수식 냉방기(200)로 공급된다.
온수 재순환 밸브(40)는 태양열 집열기(100)의 온수 출구와 온수 입구 사이에 위치한다. 온수 재순환 밸브(40)가 개방될 때 온수는 온수 순환 펌프(10), 태양열 집열기(100) 및 온수 재순환 밸브(40)를 통해 순환한다.
제어부(50)는 온도 센서(20)에서 측정된 온도 정보(ⓐ)를 수신하고, 온도 정보(ⓐ)에 기초하여 온수 공급 밸브 제어 신호(ⓑ), 온수 재순환 밸브 제어 신호(ⓒ) 및 온수 순환 펌프 제어 신호(ⓓ)를 출력한다.
온도 정보(ⓐ)에 기초하여 판단할 때, 온도 센서(20)에서 측정된 온수의 온도가 흡수식 냉방기(200)를 구동하기 충분한 제 1 기준 온도(실제 응용에서 약 85 ℃) 미만인 경우, 제어부(50)는 온수 공급 밸브(30)로 온수 공급 밸브(30)를 폐쇄할 것을 지시하는 온수 공급 밸브 제어 신호(ⓑ)를 출력하고 온수 재순환 밸브(40)로 온수 재순환 밸브(40)를 개방할 것을 지시하는 온수 재순환 밸브 제어 신호(ⓒ)를 출력한다. 그리하여, 온수 공급 밸브(30)는 폐쇄되고 온수 재순환 밸브(40)는 개방되며 온수는 태양열 집열기(100), 온수 재순환 밸브(40), 온수 순환 펌프(10)를 통해 순환된다. 온수가 순환됨에 따라 태양열 집열기(100) 내의 온수만이 부분적으로 과열되는 것을 방지할 수 있다.
온도 정보(ⓐ)에 기초하여 판단할 때, 온도 센서(20)에서 측정된 온수의 온도가 제 1 기준 온도 이상일 경우, 제어부(50)는 온수 공급 밸브(30)로 온수 공급 밸브(30)를 개방할 것을 지시하는 온수 공급 밸브 제어 신호(ⓑ)를 출력하고 온수 재순환 밸브(40)로 온수 재순환 밸브(40)를 폐쇄할 것을 지시하는 온수 재순환 밸브 제어 신호(ⓒ)를 출력한다. 그리하여, 온수 공급 밸브(30)는 개방되고 온수 재순환 밸브(40)는 폐쇄되며 온수는 태양열 집열기(100), 온수 공급 밸브(30), 흡수식 냉방기(200), 온수 공급 밸브(10)를 통해 순환된다. 이때, 제어부(50)는 흡수식 냉방기(200)로 작동 명령을 지시한다. 온수의 열은 흡수식 냉방기(200)에서 흡수되어 태양열 집열기(100) 내의 온수가 과열되는 것을 방지할 수 있다. 흡수식 냉방기(200)는 잉여 열량을 냉각탑(300)을 통해 방출한다.
이러한 경우, 태양열 집열기(100)에서 공급되는 온수의 열량과 흡수식 냉방기(200)에서 흡수되는 온수의 열량이 일치할 수 없으므로 온도 센서(20)에서 측정되는 온도는 변하게 된다. 태양열 집열기(100)의 집열량이 흡수식 냉방기(200)의 흡수 열량보다 큰 경우(즉, 온도 센서(20)에서 측정된 온도가 상승하는 경우), 제어부(50)는 온수 순환 펌프(10)로 온수 순환 펌프(10)의 유량을 증가시킬 것을 지시하는 온수 순환 펌프 제어 신호(ⓓ)를 출력한다. 이러한 경우, 흡수식 냉방기(200)로 더 많은 온수가 공급되어 온수의 온도를 낮출 수 있다. 반대로, 태양열 집열기(100)의 집열량이 흡수식 냉방기(200)의 흡수 열량보다 작은 경우(즉, 온도 센서(20)에서 측정된 온도가 하강하는 경우), 제어부(50)는 온수 순환 펌프(10)로 온수 순환 펌프(10)의 유량을 감소시킬 것을 지시하는 온수 순환 펌프 제어 신호(ⓓ)를 출력한다. 온수 순환 펌프(10)의 유량은 다단의 탭저항을 갖는 속도 조절 장치 등을 이용하여 구현할 수 있다.
한편, 온수 순환 펌프(10)는 온도 센서(20)에서 측정된 온도에 기초하여 기동 및 정지한다. 온도 정보(ⓐ)에 기초하여 판단할 때, 온도 센서(20)에서 측정된 온수의 온도가 제 1 기준 온도보다 사전에 설정된 차이만큼 작은 제 2 기준 온도(예를 들면, 제 1 기준 온도가 85℃일 때 제 2 기준 온도는 75℃) 미만일 경우, 태양열 집열기(100) 내의 온수가 과열될 우려가 적다고 판단할 수 있다. 이때 제어부(50)는 동력 절감을 위해 온수 순환 펌프(10)로 온수 순환 펌프(10)의 작동을 정지시킬 것을 지시하는 온수 순환 펌프 제어 신호(ⓓ)를 출력한다. 이후 온도 센서(20)에서 측정된 온수의 온도가 제 2 기준 온도와 제 1 기준 온도 사이의 소정의 온도(예를 들면, 80℃)가 되면, 제어부(50)는 온수 순환 펌프(10)로 온수 순환 펌프(10)가 작동할 것을 지시하는 온수 순환 펌프 제어 신호(ⓓ)를 출력한다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 집열기의 온수 제어 장치가 구비된 냉방 시스템의 구성도.

Claims (4)

  1. 태양열 집열기, 상기 태양열 집열기에서 가열된 온수를 이용하여 냉수를 발생시키는 흡수식 냉방기, 상기 흡수식 냉방기에 냉각수를 공급하는 냉각탑, 상기 흡수식 냉방기에서 발생된 냉수를 이용하여 공기를 냉각시키는 공기 조화기를 포함하는 냉방 시스템에 있어서 상기 태양열 집열기의 온수를 제어하는 장치로서,
    상기 태양열 집열기의 입구에 설치된 온수 순환 펌프;
    상기 태양열 집열기의 출구로부터 배출되는 온수의 온도를 측정하는 온도 센서;
    상기 태양열 집열기의 출구로부터 배출되는 온수를 상기 흡수식 냉방기로 공급 또는 차단하는 온수 공급 밸브;
    상기 태양열 집열기의 출구로부터 배출되는 온수를 상기 태양열 집열기의 입구로 공급 또는 차단하는 온수 재순환 밸브; 및
    상기 온도 센서에서 측정된 온도에 기초하여 상기 온수 순환 펌프, 온수 공급 밸브 및 온수 재순환 밸브를 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 온도 센서에서 측정된 온도가 상기 흡수식 냉방기를 구동하는데 필요한 제 1 기준 온도 미만일 경우 상기 온수 공급 밸브를 폐쇄하고 상기 온수 재순환 밸브를 개방하고, 상기 온도 센서에서 측정된 온도가 상기 제 1 기준 온도 이상일 경우 상기 온수 공급 밸브를 개방하고 상기 온수 재순환 밸브를 폐쇄함으로써 태양열 집열기(100) 내의 온수가 과열되는 것을 방지하고,
    상기 온도 센서에서 측정된 온도가 상기 제 1 기준보다 사전에 설정된 차이만큼 작은 제 2 기준 온도 미만일 경우 상기 온수 순환 펌프를 정지시켜 동력을 절감하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기 온수 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 온수 순환 펌프는 유량을 제어할 수 있는 펌프이고,
    상기 제어부는, 상기 온수 공급 밸브가 개방되었을 때, 상기 온도 센서에서 측정된 온도에 기초하여 상기 온수 순환 펌프의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기 온수 제어 장치.
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