KR101159261B1

KR101159261B1 - 태양열을 이용한 온수 난방장치

Info

Publication number: KR101159261B1
Application number: KR1020090117736A
Authority: KR
Inventors: 김종웅
Original assignee: 신양에너지 주식회사
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2012-06-25
Also published as: KR20110061175A

Abstract

본 발명은 물을 열교환 매체로 사용하는 태양열을 이용한 온수 난방 장치에 관한 것으로, 태양열 집열기에 채워진 열교환 매체를 간단히 배수시킬 수 있도록 함으로써 동파를 방지하는 한편 태양열 집열기를 축열조와 높이에 관계없이 자유롭게 설치할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 축열조에 채워진 물을 펌프로 펌핑하여 집열기에서 태양열로 가열시킨 후 축열조로 회수시키는 태양열을 이용한 온수 난방장치에 있어서, 상기 축열조와 펌프 사이에 회수탱크를 설치하되 상기 회수탱크는 집열기에 채워진 물을 배수시켜 저장할 수 있도록 함으로써 이루어지게 된다.

태양열, 난방, 배수, 동파

Description

태양열을 이용한 온수 난방장치{Heating apparatus for solar heat}

태양열에 의해 열교환 매체를 가열하고, 이를 이용하여 난방하는 태양열을 이용한 온수 난방 시스템은 태양열을 집열하는 집열기와, 상기 태양열 집열기에 의해 집열된 태양열로 가열되는 열교환 매체와, 상기 열교환매체와 열교환 되어 가열되는 난방용수가 저장된 축열조로 이루어져 있으며, 열교환 매체로 부동액을 사용하느냐, 물을 사용하느냐에 따라 구동 방식에 차이가 있다.

먼저 부동액을 열교환 매체로 사용하는 경우 도 1에 도시된 바와 같이 집열기(10)의 내부에는 부동액이 채워지게 되고, 집열기(10)에서 태양열로 가열된 열교환 매체는 배출관(11)을 통하여 열교환기(20)로 공급되고, 상기 열교환기(20)에서 축열조(30)의 물과 열교환이 이루어진 후 펌프(40)에 의해 공급관(12)을 타고 집열기(10)로 순환되게 되며, 열교환기(20)에서 열교환이 이루어진 물이 채워진 축열 조(30)에서는 난방 또는 온수로 이용하도록 하고 있다.

여기서 열교환기(20)는 도 1과 같이 축열조(30)와 별도로 설치되는 경우와 도면에 도시되지 않았지만 축열조(30)의 내부에 설치되는 경우가 있으나, 두 가지 모두 부동액을 열교환 매체로 사용하는 관계로 부동액이 물과 혼합되지 않도록 하고 있으며, 모두 팽창탱크(41)를 구비하고 있다.

그리고 물을 열교환 매체로 직접 이용하는 경우는 도 2에 도시된 바와 같이 집열기(10)의 내부에 채워진 물은 태양열로 가열된 후 배출관(11)을 통하여 축열조(30)로 모이게 되고, 상기 축열조(30)에 채워진 물은 펌프(40)에 의해 공급관(12)을 타고 집열기(10)로 공급되게 함으로써 축열조(30)의 물이 집열기(10)를 순환하면서 난방 또는 온수로 사용할 수 있도록 하고 있다.

이러한 두 가지 경우의 난방 방식을 비교하면, 부동액을 열교환 매체로 이용하는 경우보다 물을 직접 열교환 매체로 이용하는 경우가 열효율이 높은 이점이 있으나, 물을 열교환 매체로 사용하는 경우는 동파를 방지하기 위하여 집열기(10)에 물이 채워져 있지 않도록 배수가 이루어져야 하므로, 집열기(10)의 높이가 축열조(30)에 비하여 약 1.5배 정도의 높이를 유지하여야 하는 단점이 있다.

즉, 부동액을 이용하는 경우는 집열기(10)의 높이에 따른 제약이 없고, 겨울철에도 부동액을 집열기(10)에서 배출시킬 필요가 없는 이점이 있으나, 열교환기(20)를 이용하여 열교환이 이루어지는 관계로 열효율이 낮은 단점이 있게 된다.

이와 반대로 물을 열교환 매체로 이용하는 경우는 열효율이 높은 이점은 있으나, 겨울철 동파를 방지하기 위하여 집열기(10)에서 물을 배수시켜야 하고, 이를 위하여 집열기(10)의 높이가 축열조(30)에 비하여 상당한 높이를 반드시 유지하여야 하는 불편과 함께 팽창탱크(41) 등을 구비하여야 한다.

본 발명은 물을 열교환 매체로 활용하는 태양열을 이용한 난방장치에 있어서, 집열기에 채워진 물을 축열조로 배수시키지 않고 별도로 구비된 회수탱크로 배수되게 함으로써, 집열기의 동파를 방지하는 동시에 축열조의 위치에 관계없이 집열기의 높이를 비교적 자유롭게 설치할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 높이를 낮추어 설치할 수 있는 회수탱크를 설치하여 집열기에 채워진 물을 배수시킬 때 회수탱크에 배수되게 함으로써 집열기의 높이를 비교적 낮게 설치할 수 있다.

본 발명은 열교환 매체로 물을 사용하는 경우 축열조의 높이에 비하여 1.5배 정도의 높이에 집열기를 설치하여야 하는 불편을 해소할 수 있는 것으로, 집열기의 높이가 회수탱크의 높이를 기준으로 설치하게 되어 회수탱크를 낮게 설치할 경우 집열기로 낮게 설치할 수 있다.

본 발명은 집열기의 높이를 낮게 설치할 수 있어 설치가 간편하고 비용을 절 감할 수 있으며, 물을 열교환 매체로 직접 사용하게 되므로, 부동액을 열교환 매체로 사용하는 경우에 비하여 열효율을 높일 수 있고, 집열기에서 완전 배수가 이루어져 동파가 방지된다.

특히 본 발명은 축열조의 높이를 기준으로 집열기를 설치하는 경우에 비하여 회수탱크를 기준으로 설치할 수 있도록 함으로써 집열기의 높이를 높이는데 필요한 제약을 받지 않게 된다.

본 발명은 태양열로 열교환 매체인 물을 가열시키는 집열기를 구비하고, 상기 집열기에서 가열된 열교환 매체인 물을 저장하여 난방 또는 온수로 공급하는 축열조를 구비하며, 상기 축열조의 물을 집열기로 공급하는 펌프를 구비한 태양열을 이용한 온수 난방장치에 있어서, 축열조와 펌프 사이에 회수탱크를 구비함으로써 구성된다.

여기서 회수탱크에는 축열조의 물이 일정 수위로 공급되게 하는 정수위 밸브가 설치되고, 집열기와 공급관에 채워진 물이 배수되어 채워질 수 있는 용량을 갖도록 한다.

본 발명의 회수탱크는 축열조와 달리 별도로 설치하며 배관을 통하여 열교환 매체인 물이 공급되고 배출될 수 있도록 한다.

본 발명은 펌프에서 회수탱크에 채워져 있는 물을 펌핑하여 집열기로 공급하면 집열기에서는 태양열로 물을 가열시킨 후 축열조에 저장되게 함으로써 축열조의 물을 난방 또는 온수용으로 사용하게 되며, 집열기의 높이를 회수탱크 기준으로 설 치하게 되므로, 집열기의 높이를 낮게 설치할 수 있다.

집열기에서 열교환이 이루어지지 않는 경우 펌프가 중단되면 자동으로 집열기에 채워진 물이 회수탱크로 배수되어 채워지게 되므로, 겨울철 집열기의 동파를 방지하게 된다.

이러한 본 발명을 첨부된 실시예 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 태양열로 열교환 매체인 물을 가열시키는 집열기(10)를 일정 높이로 설치하여 최대한 태양열을 받도록 하고, 상기 집열기(10)에서 가열된 열교환 매체인 물은 배출관(11)을 통하여 축열조(30)로 저장되어 난방 또는 온수로 공급 하며, 상기 축열조(30)의 물을 펌프(40)로 펌핑하여 공급관(12)을 통하여 집열기(10)로 공급하되 상기 펌프(40)는 작동 중단시 배수가 이루어지게 하는 태양열을 이용한 온수 난방장치에 있어서, 상기 축열조(30)에서 배출된 물이 회수탱크(50)에 일정 수위로 유지된 후 펌프(40)에 의해 집열기(10)로 공급되게 하되 상기 회수탱크(50)에는 집열기(10)와 공급관(12)에 채워진 물이 배수되어 채워질 수 있도록 함으로써 이루어진다.

본 발명의 회수탱크(50)에는 축열조(30)의 물이 공급되게 하되 정수위 밸브(51)를 이용하여 일정 수위가 유지되게 하고, 상기 정수위 밸브(51)는 일반적으로 수위가 낮아지면 개방되어 수위를 높이는 한편 수위가 높아지면 차단되게 함으로써 일정한 수위를 유지하도록 하는 것으로, 당 업계의 공지된 장치이다.

상기 회수탱크(50)는 축열조(30)와는 별도로 높이에 관계없이 설치하고, 축열조(30)와 펌프(40)와는 배관을 통하여 연결함으로써 열매체인 물이 회수탱크(50) 에 채워져 펌프(40)에서 펌핑 되거나, 집열기(10)에서 배수된 물이 회수탱크(50)에 채워질 수 있도록 한다.

그리고 본 발명의 회수탱크(50)에는 에어벤트를 설치하여 집열기(10)의 물이 배수될 때 회수탱크(50)의 공기 압축을 방지하여 배수가 원활히 이루어지도록 한다.

본 발명의 펌프(40)는 체크밸브가 구비되지 않은 밸브로써 펌프(40)가 구동되는 경우 회수탱크(50)에 채워진 물은 공급관(12)을 통하여 집열기(10)로 공급되고, 펌프(40)의 작동이 중단되면 집열기(10)에 채워진 물이 펌프(40)를 통하여 회수탱크(50)로 배수되게 한다.

이러한 구성의 본 발명에서 집열기(10)는 열교환 매체인 물을 태양열로 가열시킨 후 배출관(11)을 통하여 배출이 이루어지게 하는 것으로, 집열기(10)에서 배출된 물은 축열조(30)에 채워지게 된다.

여기서 집열기(10)에서 공급되는 물은 축열조(30)의 상부로 공급되게 하거나, 축열조(30)의 하부로 공급되게 할 수 있으며, 필요에 따라 축열조(30)의 내부에 물을 온도에 따라 배출시키는 디퓨져를 설치하되 디퓨져의 하부로 물이 공급되게 함으로써 디퓨져에서 축열조(30)에 채워진 물의 온도에 따라 층별로 물이 공급되게 할 수 있다.

본 발명의 축열조(30)에는 집열기(10)에서 열교환이 이루어진 물이 채워져 있게 되며, 이러한 축열조(30)의 물을 이용하여 난방 또는 온수 공급이 이루어지게 할 수 있다.

이때 난방은 축열조(30)의 물을 직접 난방 배관에 공급하여 사용할 수 있으나, 온수의 경우 음용을 할 수 있으므로, 별도의 판형 열교환기를 이용하여 열교환이 이루어진 후 깨끗한 물이 온수로 공급되게 하는 것이 좋다.

상기 축열조(30)에 채워진 하측의 온도가 낮은 물은 회수탱크(50)로 공급되고, 이때 회수탱크(50) 내부에 설치된 정수위 밸브(51)에 의해 회수탱크(50)에는 일정 수위의 물이 채워져 있게 된다.

여기서 회수탱크(50)의 수위는 축열조(30)의 수위에 관계없이 정수위 밸브(51)로 설정해 놓은 수위까지만 채워져 있게 된다.

회수탱크(50)에 채워진 물은 펌프(40)에서 펌핑하여 집열기(10)로 공급하게 되며, 상기 펌프(40)는 작동 중에만 회수탱크(50)의 물을 집열기(10)로 공급하고, 펌프(40)의 작동이 중단되면 집열기(10)와 공급관(12)의 내부에 채워진 물이 회수탱크(50)로 배수되어 회수탱크(50)에 채워지게 된다.

따라서 펌프(40)의 작동이 중단되면 집열기(10)와 공급관(12)의 내부에 물이 채워져 있지 않아 겨울철과 같은 경우 동파사고를 방지할 수 있게 된다.

본 발명은 겨울철에 집열기(10)에 채워진 물이 별도로 설치된 회수탱크(50)로 배수되게 되므로, 축열조(30)의 높이와 상관없이 집열기(10)를 회수탱크(50)의 높이에 따라 설치하면 된다.

즉, 회수탱크(50)의 높이를 낮게 하면 집열기(10)의 높이를 낮추어도 무방하므로, 기존과 같이 축열조(30)의 높이가 높아 집열기(10)도 높게 설치하여야 하는 불편을 해소할 수 있게 되며, 본원발명과 같이 축열조(30)와는 별도로 회수탱 크(50)를 설치하는 경우 집열기(10)의 높이를 낮출 수 있어, 집열기(10)의 설치에 따른 불편을 해소할 수 있게 된다.

이 같이 본 발명은 축열조(30)와 별도로 회수탱크(50)를 구비하여 축열조(30)보다 낮은 위치에 설치하여 집열기(10)의 물이 배수될 수 있도록 함으로써, 기존과 같이 회수탱크(50)를 설치하지 않을 경우 집열기(10)를 축열조(30) 보다 높은 위치에 설치하기 위하여 공간을 확보하여야 하는 어려움과, 높은 곳에 집열기(10)를 설치하여야 하는 어려움을 해소할 수 있게 된다.

도 1은 기존의 부동액을 열교환 매체로 사용하는 태양열 온수 난방장치 시스템 구성도

도 2는 기존의 물을 열교환 매체로 사용하는 태양열 온수 난방장치 시스템 구성도

도 3은 본 발명의 시스템 구성도

도 4는 본 발명에서 배수 상태를 보인 시스템 구성도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 : 집열기 11 : 배출관

12 : 공급관 20 : 열교환기

30 : 축열조 40 : 펌프

50 : 회수탱크 51 : 정수위 밸브

Claims

태양열로 물을 가열시키는 집열기(10)를 구비하고, 상기 집열기(10)에서 가열된 물을 저장하는 축열조(30)를 구비하며, 상기 축열조(30)에 저장된 물을 집열기(10)로 공급하는 펌프(40)를 구비하고, 상기 축열조(30)와 펌프(40) 사이에는 축열조(30)에 저장된 물의 일부가 저장되는 회수탱크(50)를 설치하되 상기 회수탱크(50)에는 물을 일정 수위로 유지하는 정수위 밸브(51)가 설치되는 태양열을 이용한 온수 난방장치에 있어서,

상기 회수탱크(50)에는 펌프(40)의 작동 중단 시 집열기(10)에 채워진 물이 배수되어 채워지는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 온수 난방장치.
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