KR101311278B1 - 흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템 - Google Patents

흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양열을 이용한 흡수식 냉난방 시스템을 구성함에 있어, 태양열 축열탱크, 열교환기, 태양열 축열용 순환펌프, 태양열 축열 제어용 삼방향 밸브, 재생용 펌프를 일체화시켜 구성함으로써 태양열 시스템의 효율성을 극대화시킬 수 있는 흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템을 구현하고자 한다.

Description

흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템{A SOLAR HEAT SAVING SYSTEM}
본 발명은 이중효용 흡수식 냉동 시스템과 태양열 집열 시스템을 연계하는 태양열 하이브리드 흡수식 냉동시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양열 축열탱크, 열교환기, 태양열 축열용 순환펌프, 태양열 축열 제어용 삼방향 밸브, 재생용 펌프를 일체화시킴으로써 부하량이 적을 경우에는 태양열 에너지를 축열하여 부하가 클 때 사용토록 하고 또한 부하량이 클 경우에는 태양열을 축열하지 않고 직접 사용할 수 있도록 하여 태양열 시스템의 효율을 높일 수 있는 흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템에 관한 것이다.
통상적으로, 태양열 집열기와 연계된 냉난방 시스템의 경우, 1974년 미국 웨스팅하우스 일렉트릭 주식회사(Westinghouse Electric Co.)는 애틀란타 조지아주(Atlanta Georgia)에 학교 건물에 태양열 집열기와 연계한 흡수식 냉난방 시스템을 설치하고, 평판형 집열기를 이용해 82~93℃ 정도의 온수를 1,800만 Btu/day를 얻었으며, 100톤 용량의 흡수식 냉난방기를 운전하였다. 상기 흡수식 냉난방기의 COP는 약 0.6이었으며, 낮은 집열기 효율과 COP로 인해 냉방열량을 전체 태양열의 20% 정도만 사용하였다. 또한 태양열 구동 냉방기술은 이미 IEA Solar heating & Cooling Programming의 일환으로 Task25(Solar Assisted Air-Conditioning of Building)에서 태양열 구동 냉방시스템에 대한 연구가 수행되었다.
한편, 태양열 구동 냉방기술은 태양열 연간 부하(즉, 급탕 및 냉탕)에 냉방기능을 추가하여 평준화를 기할 수 있는 기술로 국내 여건상 절실히 필요하며, 중온의 태양열원을 적용하는 데는 시스템 이용 효율을 높이기 위한 기술이 시급한 실정이다.
이러한 태양열 구동 흡수식 냉방기의 보급이 기대되는 용량은 10RT, 20RT, 30RT로 비교적 소형이 되며, 현재 국내에서는 이들 용량에 대한 제품은 설계 및 제작 기술력은 갖추고 있으나 냉방기의 크기에 따른 설치 공간 문제, 가격 경쟁력 문제, 수요처 발굴문제 등으로 인하여 생산되지 않고 있다. 또한 태양열을 연계한 태양열 구동 흡수식 냉방기에 있어서는 효율 향상을 위하여 부품의 표준화 및 연계 시스템의 회로의 표준화 등 많은 부분의 연구가 필요한 실정이지만 아직 연구 개발이 부진한 실정이다.
또한, 태양열 집열기와 흡수식 냉난방기의 연계시 흡수식 냉난방기 재생기로 태양열 에너지를 보낼 경우 일사량에 따라 변동성이 큰 태양열 에너지를 효율적으로 축열하고 이용할 수 있는 회로 및 구조가 필요한 실정이지만 아직 이러한 기술개발은 전무한 실정이다.
뿐만 아니라, 태양열 축열조의 경우에도 종래의 일반적인 열 이용 범위인 50~60℃보다 월등히 높은 온도(구체적으로는, 90℃ 내외의 온도)에서 운전되는 시스템으로 인해 태양열 축열조의 구조 및 제어 방법에 있어서도 종래의 방식과는 다른 접근이 필요한 실정이지만 이러한 부분에 대한 기술도 미비한 실정이다.
본 발명은 태양열을 효율적으로 이용하기 위하여 태양열을 직접 이용하는 재생방식과 축열을 이용하는 재생방식을 혼용하여 부하량이 적을 경우에는 태양열 에너지를 축열하여 부하가 높을 때 사용토록 하고 또한 부하량이 클 경우에는 축열하지 않고 직접 사용함으로써 태양열 시스템의 효율을 높일 수 있도록 하는 흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 적은 태양열 축열을 이용하는 경우 종래의 급탕용 축열탱크보다 고온의 축열을 얻기 위하여 축열탱크에 고온의 온수를 빨리 획득할 수 있도록 하여 태양열 에너지를 신속하게 흡수식 냉난방기의 재생 열원으로 이용할 수 있도록 하는 흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 태양열 에너지를 흡수식 냉난방기의 재생부 열원으로 이용하기 위하여 태양열 축열용 순환펌프, 축열 절환용 삼방향 밸브, 태양열 축열탱크, 재생용 펌프 등을 일체로 설계하고 표준화하여 운전 오류를 최소화하면서 상용화된 모델을 공급할 수 있도록 하는 흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템을 제공함에 있다.
본 발명은 태양열을 이용하여 열매체를 가열하는 집열기와, 상기 집열기에 의해 가열된 열매체를 순환시키는 제1 순환펌프와, 상기 제1 순환펌프의 구동력에 의해 순환되는 열매체를 이용하여 축열탱크에 저장된 온수를 열교환 방식으로 데워주는 열교환기와, 상기 열교환기에 의해 가열된 온수가 저장되는 축열탱크와, 상기 축열탱크에 의해 저장된 온수를 순환시키는 제2 순환펌프와, 상기 제2 순환펌프의 구동력에 의해 순환되는 온수를 상기 축열탱크로 보내거나 혹은 직접 제너레이터 쪽으로 공급하는 삼방향 밸브와, 상기 축열탱크에 저장된 온수를 상기 제너레이터로 공급하는 재생용 펌프를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 태양열을 직접 이용하는 방식과 축열을 이용하는 방식을 모두 적용함으로써 태양열 시스템의 효율성을 높일 수 있으며, 또한 태양열 축열탱크 및 펌프, 밸브 등 축열 및 재생을 위한 각종 부품을 패키지로 설계함으로써 표준 운전이 가능하도록 함은 물론 현장에서 일어날 수 있는 다양하고 복잡한 운전상의 문제점을 해소할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 태양열을 직접 이용하는 방식과 축열을 이용하는 방식이 병행된 흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템의 구성을 보여주고 있는 도면.
도 2는 도 1에서 도시하고 있는 축열탱크(40)의 상세구성을 나타낸 도면.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.
한편, 본 발명에서 사용되고 있는 "열매체"라는 용어는 통상 집열기를 통과하면서 태양열에 의해 가열된 매체를 의미하며, "온수"라는 용어는 축열탱크에 저장된 매체가 열교환기를 통과하면서 고온으로 데워진 매체를 의미한다. 즉, 상기 열매체는 태양열 집열기에 의해 가열된 매체이고, 상기 온수는 열매체와 서로 열교환을 진행하면서 고온으로 데워진 매체를 말한다. 따라서, 하기의 상세설명에서는 태양열 집열기에 의해 데워지고 열교환기를 순환하는 매체를 열매체로 기술할 것이고, 축열탱크에 저장되고 열교환기에 의해 고온으로 데워진 매체를 온수로 기술할 것이다.
본 발명에서는 태양열을 이용한 흡수식 냉난방 시스템을 구성함에 있어, 태양열 축열탱크, 열교환기, 태양열 축열용 순환펌프, 태양열 축열 제어용 삼방향 밸브, 재생용 펌프를 일체화시켜 구성함으로써 태양열 시스템의 효율성을 극대화시킬 수 있는 흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템을 구현하고자 한다.
또한, 본 발명은 태양열 에너지를 흡수식 냉난방기의 재생부 열원으로 이용함에 있어 태양열을 직접 이용하는 방법과 태양열 축열을 이용하는 방법으로 적절하게 병용하여 적용함으로써 태양열 시스템의 효율은 높이고 운전시의 문제점을 최소화할 수 있는 흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템을 제시하고 있다.
또한, 본 발명은 태양열 에너지를 축열로 이용하거나 혹은 태양열을 직접 이용할 수 있도록 축열 절환용 삼방향 밸브를 구성하고 축열탱크의 온도에 따라 자동으로 밸브를 절환할 수 있도록 하며 또한 태양열 에너지의 강도에 따라 태양열 순환펌프를 비례 제어할 수 있도록 구성한 흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템을 제시한다.
또한, 본 발명은 태양열 축열탱크의 외부에 열교환을 위한 4개의 열교환용 배관을 구성하고 상기 배관의 끝부분에는 전동 구동식 밸브를 설치하며, 각 위치의 온도를 감지하여 전동으로 구동될 수 있도록 함으로써 흡수식 냉난방 장치의 냉난방 이용 시간을 단축할 수 있도록 구성한 흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템을 구현하고 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양열을 직접 이용하는 방식과 축열을 이용하는 방식이 병행된 흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템의 구성을 보여주고 있는 도면이다. 본 발명의 태양열 축열 시스템은 태양열 집열기(10), 열교환기(20), 복수의 순환펌프(30,50), 재생용 펌프(70), 축열탱크(40), 삼방향 밸브(60), 냉난방 시스템의 제너레이터(80)로 구성된다.
이러한 기술적 구성에 따라서, 흡수식 냉난방 시스템의 제너레이터(80)에서 발생하는 부하량이 적을 경우에는 태양열 에너지를 축열탱크(40)에 축열한 다음 부하가 클 때 상기 축열탱크(40)에 저장된 축열을 사용할 수 있도록 하고 또한 상기 제너레이터(80)의 부하량이 클 경우에는 순환펌프(50)와 삼방향 밸브(60)를 이용하여 태양열 에너지(즉, 열교환기(20)에 의해 가열된 온수)를 직접 제너레이터(80) 측으로 공급할 수 있도록 한다.
상기 도 1을 참조하면, 집열기(10)는 태양열을 이용하여 열매체를 가열하며, 통상 열교환기(20)와 제1 순환펌프(30)가 연결된다. 상기 열교환기(20)는 제1 순환펌프(30)의 구동력에 의해 순환되는 열매체를 이용하여 축열탱크(40)에 저장된 온수를 열교환 방식으로 데워주는 역할을 한다. 상기 제1 순환펌프(30)는 집열기(10)와 열교환기(20) 사이에 설치되고 열매체를 순환시키는 역할을 한다.
한편, 축열탱크(40)는 고온으로 데워진 온수(구체적으로는, 90℃ 전후의 온수)가 저장되는 탱크이며, 제2 순환펌프(50)와 삼방향 밸브(60) 및 재생용 펌프(70)가 연결된다. 상기 축열탱크(40)에 저장된 온수는 열교환기(20)에 의해 항상 고온으로 가열되며, 가열된 온수는 제2 순환펌프(50)의 동작에 따라 축열탱크(40)에 저장된다. 상기 삼방향 밸브(60)는 제2 순환펌프(50)의 구동력에 의해 순환되는 온수를 축열탱크(40)로 보내거나 혹은 직접 제너레이터(80) 쪽으로 공급하는 역할을 한다.
특히, 상기 열교환기(20)에 의해 가열된 온수는 축열탱크(40)의 상단에서 하단으로 분리되어 축열될 수 있도록 함으로써 흡수식 냉난방 시스템의 냉난방 이용 시간을 단축할 수 있고 효율적으로 축열탱크에 축열을 저장할 수 있다. 즉, 상기 축열탱크(40)에는 도 2에서 보는 같이, 복수의 온도제어밸브(100a,100b,100c,100d)가 연결되며, 상기 집열기(20)와 열교환기(20)에 의해 가열된 온수는 온도제어밸브(100a,100b,100c,100d)에 의해 축열탱크(40)의 상단에서부터 순차적으로 저장된다. 즉, 상기 집열기(20)에 의해 가열(열교환)된 고온의 온수는 제2 순환펌프(50)와 삼방향 밸브(60)의 동작에 따라 축열탱크(40)로 공급되는데, 상기 공급된 온수는 온도제어밸브(100a)를 통해 축열탱크(40)의 상단으로 유입되어 저장되고, 이어서 각각의 온도제어밸브(100b,100c,100d)를 통해 축열탱크(40)의 상단에서부터 하단으로 순차적으로 공급되어 저장된다.
끝으로, 재생용 펌프(70)는 축열탱크(40)에 저장된 고온의 온수를 제너레이터(80) 측으로 공급하는 역할을 하며, 상기 제너레이터(80)는 통상적으로 사용되고 있는 흡수식 냉난방 시스템의 구성요소이다.
하기에서는, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템의 동작상태를 도 1을 참조하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 태양열 집열기(10)에 의해 가열된 열매체는 제1 순환펌프(30)의 구동력에 의해 열교환기(20)로 공급되며, 상기 열교환기(20)로 공급된 열매체는 제1 순환펌프(30)에 의해 계속해서 순환된다.
이후, 제2 순환펌프(50)가 동작하게 되면 축열탱크(40)에 저장된 온수는 순환되고, 상기 온수는 열교환기(20)의 열교환 동작에 따라 고온(즉, 90℃ 전후의 온도)으로 데워지게 된다. 이어서 상기 데워진 온수는 삼방향 밸브(60)의 절환 동작에 따라 축열탱크(40)로 다시 공급된다. 이때 제너레이터(80)에서 발생하는 부하량이 적을 경우에는 축열탱크(40)에 저장된 온수를 공급받게 되고, 상기 제너레이터(80)에서 발생하는 부하량이 클 경우에는 삼방향 밸브(60)의 절환 동작에 따라 고온의 온수가 직접 제너레이터(80) 쪽으로 공급된다.
10: 집열기 20: 열교환기
30: 제1 순환펌프 40: 축열탱크
50: 제2 순환펌프 60: 삼방향 밸브

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 태양열을 이용하여 열매체를 가열하는 집열기(10)와, 상기 집열기(10)에 의해 가열된 열매체를 순환시키는 제1 순환펌프(30)와, 상기 제1 순환펌프(30)의 구동력에 의해 순환되는 열매체를 이용하여 축열탱크(40)에 저장된 온수를 열교환 방식으로 데워주는 열교환기(20)와, 상기 열교환기(20)에 의해 가열된 온수가 저장되는 축열탱크(40)와, 상기 축열탱크(40)에 의해 저장된 온수를 순환시키는 제2 순환펌프(50)와, 상기 제2 순환펌프(50)의 구동력에 의해 순환되는 온수를 상기 축열탱크(40)로 보내거나 또는 직접 제너레이터(80) 쪽으로 공급하는 삼방향 밸브(60)와, 상기 축열탱크(40)에 저장된 온수를 상기 제너레이터(80)로 공급하는 재생용 펌프(70)를 포함하여 구성된 흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템에 있어서,
    상기 집열기(10)에 의해 가열된 열매체는 제1 순환펌프(30)의 구동력에 의해 열교환기(20)로 공급되며, 상기 열교환기(20)로 공급된 열매체는 제1 순환펌프(30)에 의해 계속해서 순환되며;
    상기 제2 순환펌프(50)가 동작하게 되면 상기 축열탱크(40)에 저장된 온수는 순환되고, 상기 온수는 열교환기(20)의 열교환 동작에 따라 90℃의 온도로 데워지며, 상기 데워진 온수는 삼방향 밸브(60)의 절환 동작에 따라 축열탱크(40)로 다시 공급되는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉난방 장치의 재생 열원용 태양열 축열 시스템.
  3. 삭제
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