KR101488089B1

KR101488089B1 - 보일러 겸용 태양열 난방장치

Info

Publication number: KR101488089B1
Application number: KR20130069824A
Authority: KR
Inventors: 사공명건
Original assignee: 사공명건
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2015-01-29
Also published as: KR20140146900A

Abstract

본 발명은 보일러와 태양열가열판과 축열탱크로 구성하여 태양열 에너지를 이용하는 태양열 난방장치를 동시 또는 선택적으로 사용할 수 있도록 하되 태양열 난방장치의 동결과 과열을 방지할 수 있도록 구성하되 보일러와 같이 사용할 수 있도록 구성한 보일러 겸용 태양열 난방장치에 관한 것이다.
즉 상기 태양열가열판(11)에서 가열시킨 난방수를 난방펌프(P1)가 장착된 난방공급관(13)과 연결된 난방수단(40)으로 공급하여 난방공간(C)을 난방하도록 한 다음 난방수단(40)과 연결된 난방회수관(14)을 통해 태양열가열판(11)으로 다시 유입하도록 하는 태양열 난방회로(1)와; 상기 축열탱크(20) 내부에 보충시킨 난방수를 축열펌프(P2)가 장착된 축열공급관(21)과 연결된 난방공급관(13)으로 공급하여 난방수단(40)을 통해 난방공간(C)을 난방하도록 한 다음 난방회수관(14)으로 배출되는 난방수를 난방회수관(14)과 연결된 축열회수관(22)을 통해 축열탱크(20)로 다시 유입하는 축열 난방회로(2)와; 상기 보일러(30)에서 가열시킨 난방수를 보일러펌프(P3)가 장착된 보일러공급관(31)과 연결된 난방공급관(13)으로 공급하여 난방수단(40)을 통해 난방공간(C)을 난방하도록 한 다음 난방회수관(14)으로 배출되는 난방수를 난방회수관(14)과 연결된 보일러회수관(32)을 통해 보일러(30)로 다시 유입하는 보일러 난방회로(3)를 포함하는 것을 특징으로 한다

Description

보일러 겸용 태양열 난방장치{Solar-heat heating device of combination a boiler}

본 발명은 보일러 겸용 태양열 난방장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보일러와 태양열가열판과 축열탱크로 구성하여 태양열 에너지를 이용하는 태양열 난방장치를 동시 또는 선택적으로 사용할 수 있도록 하되 태양열 난방장치의 동결과 과열을 방지할 수 있도록 구성하되 보일러와 같이 사용할 수 있도록 구성한 보일러 겸용 태양열 난방장치에 관한 것이다.

일반적으로, 기름 또는 가스를 연소하여 난방용 및 생활용 온수를 공급하도록 하는 보일러로 구성하는 것이 보편적인 난방장치이나, 기름이나 가스와 같은 화석연료는 매장량이 한정되어 고갈로 인한 화석연료의 가격상승과 그에 따른 공해 문제가 커지면서 친환경적인 대체에너지 개발과 필요성이 확대되고 있는 실정이다.

이에, 근래에는 난방비용을 절감하고 환경오염을 방지하기 위하여 태양열 집열판을 통해 전달되는 열을 바로 난방용으로 사용하거나 별도의 축열조에 축열 한 다음 난방용으로 사용하는 태양열 난방장치를 설치하여 태양에너지로 난방수를 가열하거나 또는 보일러의 난방수를 가열하여 보조 열원으로 사용하도록 하는 보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템이 제안된바 있다.

그러나 상기 보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템 대부분은 상기 태양열 축열조와 보일러 모두가 동시에 작동하여 실내공간으로 난방수 및 온수를 공급하는 방식이기 때문에 상기 태양열 축열조와 보일러의 불필요한 에너지소모가 높아 에너지의 효율성이 상대적으로 크지 않을 뿐만 아니라 모두 조작이 복잡하고, 설치비가 고가인 단점이 있었다.

일례로서, 공개특허공보 공개번호 10-2011-0079035호(공개일자 2011년07월07일)에는, 집열수단과, 상기 집열수단에서 흡수한 태양에너지를 저장하도록 상기 집열수단의 일측에 배설된 축열탱크와, 급탕 및 난방시에 부족한 열량을 보충하는 보일러와, 온수를 급탕하도록 상기 축열탱크와 보일러를 통과하는 급탕관을 구비한 태양열온난방장치에 있어서, 난방하도록 그 내부에 열매체가 흐르는 난방관이 상기 집열수단과 축열탱크와 상기 보일러와; 상기 축열탱크의 내부에는 급탕 또는 난방을 위한 태양열 에너지가 부족할 시에 야간에 값싼 심야전기를 이용하여 에너지를 공급하도록 히터가 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 집열수단과 보일러열원 상호보완 스위칭 시스템이 공개되었으나 조작이 복잡하고, 설치비가 고가이며, 또한 태양열에너지의 효율성이 상대적으로 크지 않다는 단점이 있음을 알 수 있었다.

또한, 등록특허공보 등록번호 10-1090376호(등록일자 2011년 11월30일)에는 공급분배관(20)에서 나온 유체가 태양열가열판(10)에서 가열된 후, 회수분배관(21)으로 돌아오는 태양열가열회로와; 공급분배관(20) 또는 분배관(21)에서 나온 유체가 방(30)으로 인입되어 방(30)을 가열한 후, 다시 회수분배관(21) 또는 공급분배관(20)으로 되돌아오는 방가열회로와; 회수분배관(21)에서 나온 유체가 축열탱크(40)를 거친 후 공급분배관(20)으로 되돌아오는 축열회로를 포함하는 태양열 난방시스템이 공개되어 태양열가열판, 분배관, 축열탱크 및 보일러를 설치하여, 조작이 간단하고, 설치비가 저렴하며, 또한 태양열에너지의 효율성이 크도록 하였으나 이또한 기름보일러가 축열탱크와 태양열가열판과 연결되어 하절기와 동절기로 나누어지는 우리나라에 적용하여 실 사용시 기름보일러 가동시의 에너지효율이 저하 될뿐만 아니라 외부 기온의 차이에 따라 에너지 효율이 현저하게 차이가 나는 등의 단점이 있음을 알 수 있다.

이와 같이 종래의 태양열 겸용 난방장치들은 기온변화가 극심한 우리나라에서 동절기의 결빙현상이나 하절기의 고온현상에 대한 대비가 전혀 되어 있지 않아 태양열 난방장치가 고장이 날 경우 신속하게 대처해야할 기름보일러의 효율이 낮을 뿐만 아니라 동시에 사용이 불가하게 되는 심각한 문제점이 있음에도 지금까지 난방장치를 생산하는 생산업체나 이를 취급하고 설치하는 설치업체에서는 이를 해결할 근본적인 문제점을 해결할 방안을 제시하지 못하고 있는 실정에 있다.

KR 공개특허 10-2011-0079035 KR 등록특허 10-1090376

이에 본 발명에서는 상기와 같은 제반 문제점들을 일소하기 위하여 창안한 것으로서, 태양열 난방회로와, 축열 난방회로 및 보일러 난방회로를 각각 구성하되 각각의 난방회로에서 유입되는 난방수를 난방수공급관을 통해 난방이 필요한 각각의 난방공간의 난방가열관으로 공급한 다음 난방수회수관을 통해 각각의 난방회로로 유입하도록 구성함에 따라 태양열가열판에서 태양열에 의해 생성된 난방수를 태양열 난방회로를 가동하여 난방공간을 난방하거나 축열탱크에 난방수를 축열하도록 한 다음 태양가열판의 가동이 정지되었을때 축열탱크에 축열된 난방수를 축열 회로를 통해 난방공간을 난방하도록 한 다음 난방이 부족할 경우 보일러 난방회로를 가동하여 난방공간을 난방하도록 함은 물론 수량보충탱크와 보충수 공급관을 통해 난방수가 보충되거나 배출할 수 있도록 각종 센서와 밸브를 작동할 수 있도록 하여 난방수의 가열이나 동결을 방지할 수 있도록 하는 기능을 겸비하면서도 조작이 간단하고 설치비가 저렴하며, 태양열에너지의 효율성이 높은 보일러 겸용 태양열 난방장치를 제공하기 위하여 위 과제를 해결하고자 하는 것이다.

이하 본 발명을 첨부된 도면과 함께 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 보일러 겸용 태양열 난방장치에 관한 것으로 옥상에 태양열가열판을 구성하고 실내에 축열탱크와 보일러를 각각 구성하되 서로를 연결시킨 난방회로를 통해 난방장소로 태양가열판과 보일러에서 가열시킨 난방수를 이동시켜서 난방장소를 난방하도록 하는 보일러 겸용 태양열 난방장치에 있어서;

상기 태양열가열판(11)에서 가열시킨 난방수를 난방펌프(P1)가 장착된 난방공급관(13)과 연결된 난방수단(40)으로 공급하여 난방공간(C)을 난방하도록 한 다음 난방수단(40)과 연결된 난방회수관(14)을 통해 태양열가열판(11)으로 다시 유입하도록 하는 태양열 난방회로(1)와;

상기 축열탱크(20) 내부에 보충시킨 난방수를 축열펌프(P2)가 장착된 축열공급관(21)과 연결된 난방공급관(13)으로 공급하여 난방수단(40)을 통해 난방공간(C)을 난방하도록 한 다음 난방회수관(14)으로 배출되는 난방수를 난방회수관(14)과 연결된 축열회수관(22)을 통해 축열탱크(20)로 다시 유입하는 축열 난방회로(2)와;

상기 보일러(30)에서 가열시킨 난방수를 보일러펌프(P3)가 장착된 보일러공급관(31)과 연결된 난방공급관(13)으로 공급하여 난방수단(40)을 통해 난방공간(C)을 난방하도록 한 다음 난방회수관(14)으로 배출되는 난방수를 난방회수관(14)과 연결된 보일러회수관(32)을 통해 보일러(30)로 다시 유입하는 보일러 난방회로(3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 보일러 겸용 태양열 난방장치는 태양열 난방회로와, 축열 난방회로 및 보일러 난방회로를 각각 구성하여 태양열의 열원과 보일러의 열원을 순차적으로 사용할 수 있도록 하면서도 기상조건에 따라 별다른 조작없이 순차적으로 난방에 필요한 열원을 난방공간으로 공급할 수 있도록 함으로써, 태양열에너지의 효율성을 높이면서도 난방에 필요한 에너지를 절감할 수 있도록 함은 물론, 태양가열판에서 발생하는 난방수의 가열이나 동결을 방지할 수 있도록 함에 따라, 조작이 간단하고 설치비가 저렴하며, 높은 열효율을 가지는 매우 현저한 효과가 있어 누구나 큰 부담없이 본 발명의 태양열 겸용 난방장치를 각 가정에 설치하여 사용하게 될 것이 명확한 다양한 이점이 있는 그 기대되는 바가 매우 큰 발명이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 도시한 전체 난방 회로도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 도시한 태양열 난방 회로도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 도시한 축열 난방 회로도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 도시한 보일러 난방 회로도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 도시한 난방수 축열 회로도.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 도시한 동파방지 회로도.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 도시한 태양열 과열방지 회로도.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 도시한 긴급동파방지 회로도.

본 발명은 보일러 겸용 태양열 난방장치에 관한 것으로 옥상(A)에 태양열가열판을 구성하고 실내(B)에 축열탱크와 보일러를 각각 구성하되 서로를 연결시킨 난방회로를 통해 난방장소(C)로 태양열가열판과 보일러에서 가열시킨 난방수를 이동시켜서 난방장소를 난방하도록 하는 보일러 겸용 태양열 난방장치에 있어서;

이때, 상기 태양열 난방회로(1)를 구성함에 있어서, 옥상(A)에 설치하는 태양열가열판(11) 만을 필요로 하는 전체 난방범위에 따라 다수개를 순차적으로 연결하여 구성하되, 난방공급관(13)과 직접연결되는 하나의 태양열가열판(11) 상부에만 난방수보충 전자변(15v)이 구성된 난방수보충관(15)으로 연통시킨 수량보충탱크(12)를 구성하고, 다수개의 태양열가열판(11)에서 개별적으로 연통되는 공기배기관(16)을 수량보충탱크(12)에 연결하며, 태양열가열판(11)에서 연결되는 난방공급관(13)의 시작지점에 고온감지센서(13s)를 구성하고, 난방펌프(P1)의 토출부 쪽의 난방공급관(13)에 복수의 온수공급 전자변(13va)(13vb)을 순차적으로 구성하며, 난방회수관(14)의 태양열가열판(11) 측에서부터 저온감지센서(14s)와 복수의 온수회수 전자변(14va)(14vb)을 순차적으로 구성하도록 하는 것이다.(도 2 참조)

또한, 상기 축열 난방회로(2)를 구성함에 있어서, 실내(B)에 설치하는 축열탱크(20)와 난방공급관(13)을 연결하는 축열공급관(21)은 한쪽 끝단을 축열탱크(20)의 상부측면 한 부분에 연결하고, 다른 쪽 끝단을 복수의 온수공급 전자변(13va)(13vb) 사이의 난방공급관(13)에 연통하되, 축열펌프(P2) 흡입측 축열공급관(21)에 축열공급온도 감지센서(21s)를 구비하고 축열펌프(P2)의 토출측 축열공급관(21)에 축열공급 전자변(21v)을 구성하며, 축열탱크(20)와 난방회수관(14)을 연결하는 축열회수관(22)은 한쪽 끝단을 축열탱크(20)의 하부측면 한 부분에 연결하고 다른쪽 끝단을 복수의 온수회수 전자변(14va)(14vb) 사이의 난방회수관(14)에 연통하되 축열회수관(22)에 축열회수온도 감지센서(22s)와 축열회수 전자변(22v)을 구성하며, 축열탱크(20)의 상부에서 도출되어 저온감지센서(14s)와 온수회수 전자변(14va)(14vb) 사이의 난방회수관(14)에 연결하되 압력배기전자변(23v)을 구비한 축열압력배출관(23)과, 축열탱크(20)의 하부로 도출되어 외부로 개방하되 배수 전자변(24v)을 구비한 배수관(24)을 각각 구성하도록 하는 것이다.(도 3 참조)

뿐만 아니라 상기 보일러 난방회로(3)를 구성함에 있어서 실내(B)에 설치하는 보일러(30)와 난방공급관(13)을 연결하는 보일러공급관(31)은 한쪽 끝단이 보일러(30)와 연결되고 다른 쪽 끝단을 난방수단(40)과 온수공급 전자변(13va)(13vb) 사이의 난방공급관(13)에 연결하되 보일러펌프(P3)의 토출측 보일러공급관(31)에 보일러공급 전자변(31v)을 구성하며, 보일러(30)와 난방회수관(14)을 연결하는 보일러회수관(32)의 한쪽 끝단을 보일러와 연결하고 다른 쪽 끝단을 난방수단(40)과 온수회수 전자변(14va)(14vb) 사이의 난방회수관(14)에 연결하되 보일러회수관(32)에 보일러회수 전자변(32v)을 각각 구성하도록 하는 것이다.(도 4 참조)

이때, 상기 난방수단(40)과 온수회수 전자변(14vb) 사이의 난방회수관(14)에 연결하여 외부의 보충수를 공급하도록 하는 보충수공급 전자변(17v)을 구비한 보충수 공급관(17)을 구성하는 것이 바람직할 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 보일러 겸용 태양열 난방장치는 난방공간의 난방상태와 태양열가열판(11)의 작동유무는 물론 축열탱크(20)에 유지시킨 난방수의 수온뿐만 아니라 태양열가열판(11)외부의 기온에 따라 각각 구성된 난방회로의 작동상태가 진행되는 구조이므로 각각의 난방회로를 본 발명의 도면에 도시된 일실시 예를 보인 각각의 도면을 기준으로 하여 그 구체적인 일실시 예를 통해 상세히 살펴보면 아래와 같다.

우선적으로 도 2에 도시된 바와 같이 태양열가열판(11)에서 태양열로 온도를 상승시킨 난방수를 난방펌프(P1)를 가동하여 난방공급관(13)을 통해 난방수단(40)으로 공급하여 난방공간(C)을 난방한 다음 난방회수관(14)을 통해 다시 태양열가열판(11)으로 회수되는 태양열 난방회로(1)를 통해 태양열을 에너지원으로 난방수를 가열하여 난방공간(C)을 난방하도록 하는 것이다.

즉, 태양열가열판(11)에서 인출되는 쪽의 난방공급관(13)에 구성시킨 고온감지센서(13s)의 최저 온도를 60℃로 설정한 상태에서 난방펌프(P1)를 가동하여 태양열가열판(11)에서 토출되는 난방수가 60℃ 이하일 때, 고온감지센서(13s)가 난방펌프(P1)의 작동을 정지하도록 하며, 태양열가열판(11)에서 난방수가 60℃ 이상으로 가열된 상태에서 난방펌프(P1)를 가동하여 난방공급관(13)을 통해 배출하도록 하여 난방공간(C)을 난방시킨 다음 난방수의 기온이 남아있는 상태로 다시 태양열가열판(11)으로 회수하여 태양열가열판(11)의 가열과 난방공간(C)의 난방이 효율적으로 이루어지도록 하는 구조이다.

이때, 효율적인 난방수의 흐름을 위해 온수공급 전자변(13va)(13vb)과 온수회수 전자변(14va)(14vb)을 모두 개방시킨 상태에서 축열공급 전자변(21v)과 축열회수 전자변(22v) 및 보일러공급 전자변(31v)과 보일러회수 전자변(32v)은 물론 보충수공급 전자변(17v)과 압력배기 전자변(23v)을 잠근 상태에서 이루어지도록 하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 태양열가열판(11)은 전원이 공급된 상태에서는 태양에 의해 난방수를 가열하는 구조이므로 태양열가열판(11)이 가동되는 상태에서 난방이 필요 없을 경우 태양열가열판(11)에서 가열된 난방수를 축척하여 사용하게 되는데 이는 도 5에 도시된 바와 같이 태양열가열판(11)에서 태양열로 가열시킨 난방수를 난방공급관(13)에 연결시킨 축열공급관(21)을 통해 축열탱크(20)로 공급한 다음 축열탱크(20)에 난방수가 축열수량감지센서(20s)로 설정한 수위만큼 저장되면 다시 축열회수관(22)을 통해 난방회수관(14)을 통해 다시 태양열가열판(11)으로 회수되는 난방수 축열회로(4)를 통해 태양열을 에너지원으로 난방수를 가열하여 축열탱크(20)에 축척하도록 하는 것이다.

즉, 태양열가열판(11)에서 인출되는 쪽의 난방공급관(13)에 구성시킨 고온감지센서(13s)의 최저 온도를 60℃로 설정한 상태에서 난방펌프(P1)를 가동하여 태양열가열판(11)에서 토출 되는 난방수가 60℃ 이하일 때, 고온감지센서(13s)가 난방펌프(P1)의 작동을 정지하도록 하며, 태양열가열판(11)에서 난방수가 60℃ 이상으로 가열된 상태에서 난방펌프(P1)를 가동하여 난방공급관(13)을 통해 배출하도록 하여 축열탱크(20) 내부에 고온의 난방수를 모아두도록 하는 구조이다.

이때, 효율적인 난방수의 흐름을 위해 하나의 온수공급 전자변(13va)과 축열공급 전자변(21v) 및 축열회수 전자변(22v)과 하나의 온수회수 전자변(14va)만을 개방시킨 상태에서 다른 하나의 온수공급 전자변(13vb)과 보일러공급 전자변(31v) 및 다른 하나의 온수회수 전자변(14vb)과 압력배기 전자변(23v)을 잠근 상태에서 이루어지도록 하는 것이 바람직할 것이다.

하지만, 상기 태양열 난방회로(1)와 난방수 축열회로(4)의 가동시 태양열가열판(11)에서 가열된 난방수가 고온이되면 부피가 팽창하여 태양열가열판(11)에 압력이 높아지게 되므로 태양열가열판(11)의 팽창과 과압을 방지하기 위해 태양열가열판(11)에서 인출되는 쪽의 난방공급관(13)에 구성시킨 고온감지센서(13s)의 최고 온도를 95℃로 설정한 상태에서 난방펌프(P1)를 가동하여 태양열가열판(11)에서 토출 되는 난방수가 95℃ 이상임을 고온감지센서(13s)가 감지하면, 난방수보충 전자변(15v)을 개방하여 난방수가 압력에 의해 난방수 보충관(15)으로 역류하여 수량보충탱크(12)로 유입되도록 할 뿐만 아니라 태양열가열판(11)에 생성된 고온의 수증기가 공기배기관(16)을 통해 난방수 보충관(15)으로 유입되도록 하고, 태양열가열판(11)에 유지하는 난방수의 수량이 부족할 때에는 난방수보충 전자변(15v)을 개방하여 수량보충탱크(12)에 유지하는 보충수가 태양열가열판(11) 내부로 유입되도록 하여 난방수를 보충하도록 하는 것이다.

이때, 수량보충탱크(12) 내부에 보충될 보충수의 수량은 별도의 수량감지센서(12s)를 통해 조절하는 것이 바람직할 것이다.

상기와 같이 축열탱크(20)에 축열된 난방수는 야간이나 기상악화로 태양열가열판(11)이 작동하지 않은 상태에서 난방공간(C)에 난방이 필요할 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 난방수 축열회로(4)를 통해 축열탱크(20)에 축척된 난방수를 축열공급관(21)에 연결시킨 난방공급관(13)을 통해 난방수단(40)으로 공급하여 난방공간(C)을 난방한 다음 난방회수관(14)을 지나 축열회수관(22)을 통해 다시 축열탱크(20)로 회수되는 축열 난방회로(2)를 통해 태양열을 에너지원으로 가열한 다음 축열탱크(20)에 축열시킨 난방수로 난방공간(C)을 난방하도록 하는 것이다.

즉, 축열탱크(20)에서 인출되는 쪽의 축열공급관(21)에 구성시킨 축열공급온도 감지센서(21s)의 최저 온도를 50℃로 설정한 상태에서 축열펌프(P2)를 가동하여 축열탱크(20) 내부에 유지하는 난방수의 온도가 50℃ 이하일 때 축열공급온도 감지센서(21s)가 축열펌프(P2)의 작동을 정지하도록 하며, 태양열가열판(11)에서 난방수가 50℃ 이상으로 유지하는 상태에서 축열펌프(P2)를 가동하여 축열탱크(20) 내부의 난방수를 축열공급관(21)과 연통하는 난방공급관(13)을 통해 난방공간(C)을 난방시킨 다음 난방회수관(14)과 연통하는 축열회수관(22)을 통해 난방수의 기온이 남아있는 상태로 다시 축열탱크(20) 내부로 회수하여 별도의 에너지소비 없이도 난방공간(C)의 난방이 효율적으로 이루어지도록 하는 구조이다.

이때, 효율적인 난방수의 흐름을 위해 효율적인 난방수의 흐름을 위해 하나의 온수공급 전자변(13vb)과 축열공급 전자변(21v) 및 축열회수 전자변(22v)과 하나의 온수회수 전자변(14vb)과 축열회수 전자변(22v) 만을 개방시킨 상태에서 다른 하나의 온수공급 전자변(13va)과 보일러공급 전자변(31v) 및 다른 하나의 온수회수 전자변(14va)과 보일러회수 전자변(32v)은 물론 보충수공급 전자변(17v)과 압력배기 전자변(23v)을 모두 잠근 상태에서 이루어지도록 하는 것이 바람직할 것이다.

하지만, 상기의 난방수 축열회로(4) 가동중 축열공급온도 감지센서(21s)의 최고온도를 95℃로 설정할 경우 축열탱크(20)로 유입되는 난방수의 온도가 95℃이상의 고온일 경우 축열탱크(20) 내부에 축열되는 나방수로 인한 압력상승을 방지하기 위해 압력배기 전자변(23v)을 개방하여 기체화된 압력수를 축열압력배출관(23)을 통해 난방회수관(14)으로 배출시키고, 축열회수온도 감지센서(22s) 또한, 최고온도를 95℃로 설정한 경우 축열탱크(20)에서 배출되는 난방수의 온도가 95℃이상의 고온일 경우 축열회수 전자변(22v)을 밀폐시킴과 동시에 배수 전자변(24v)을 개방하여 축열탱크(20) 내부의 난방수가 축열회수관(22)으로 회수되지 않고 배수관(24)을 통해 외부로 배출되도록 하며, 배수관(24)을 통해 외부로 소실되는 만큼의 난방수를 충전하기 위해 보충수공급 전자변(17v)을 개방하여 보충수 공급관(17)을 통해 외부의 공급수를 태양열가열판(11)으로 주입하여 난방수로 사용할 수 있도록 하는 태양열 공급수 과열방지회로(5)을 구성함으로써, 태양열가열판(11)을 통해 가열된 난방수의 과열을 방지하여 난방하기 용이한 난방수를 유지할 수 있도록 하며, 특히 보편적으로 외부의 기온이 상온 이상을 유지하는 여름철에 반드시 필요한 회로임을 알 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 가동이 대부분 외부의 기온이 낮은 동절기에 이루어지므로 상기의 태양열 난방회로(1)와 난방수 축열회로(4)가 중단된 경우나 축열 난방회로(2)의 가동 상태에서 외부의 기온이 영하로 내려갈 때, 특히 외부에 노출된 태양열가열판(11)이나 난방공급관(13) 및 난방회수관(14)에 유지되는 난방수가 얼어 난방공급관(13)이나 난방회수관(14)이 동파하는 경우가 발생함에 따라 이를 방지하기 위하여 본 발명에서는 태양열가열판(11) 측에 인접한 난방회수관(14)에 구성한 저온감지센서(14s)의 최저온도를 2℃로 설정하여 저온감지센서(14s)에서 2℃이하로 감지하면, 난방펌프(P1)를 가동하여 난방수가 도 6에 도시된 바와 같이 태양열가열판(11)에 유지하는 난방수를 난방공급관(13)에 연결시킨 축열공급관(21)을 통해 축열탱크(20)로 공급한 다음 축열탱크(20)에 남아있는 상온의 난방수가 다시 축열회수관(22)를 거쳐 난방회수관(14)을 통해 다시 태양열가열판(11)으로 회수하도록 하는 작업을 2~5회 정도 반복시켜서 저온감지센서(14s)의 감지온도가 2℃이상으로 감지되도록 하는 동파 방지회로(6)를 통해 겨울철에 발생할 수 있는 난방장치의 동파형상을 방지할 수 있도록 하는 것이다.

이때, 효율적인 동파 방지회로(6)을 위해 하나의 온수공급 전자변(13va)과 축열공급 전자변(21v) 및 축열회수 전자변(22v)과 하나의 온수회수 전자변(14va)만을 개방시킨 상태에서 다른 하나의 온수공급 전자변(13vb)과 보일러공급 전자변(31v) 및 다른 하나의 온수회수 전자변(14vb)과 압력배기 전자변(23v)을 잠근 상태에서 이루어지도록 하는 것이 바람직할 것이다.

상기 축열 난방회로(2)에서 공급되는 난방수의 온도가 50℃ 이하일 때 축열공급온도 감지센서(21s)에 의해 축열펌프(P2)의 작동 정지하여 축열 난방회로(2)의 가동이 정지된 상태에서 난방장소의 난방이 필요할 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 보일러(30)에서 가열시킨 고온의 난방수를 보일러공급관(31)과 연결시킨 난방공급관(13)을 통해 난방수단(40)으로 공급하여 난방공간(C)을 난방한 다음 난방회수관(14)을 지나 보일러회수관(32)을 통해 다시 보일러(30)로 회수되는 보일러 난방회로(3)를 통해 태양열과 별도로 난방공간(C)을 난방하도록 하는 것이다.

즉, 보일러(30)가 가동함과 동시에 온수회수 전자변(14vb)을 차단하고 보일러회수 전자변(32v)을 개방하여 난방수가 보일러(30)로 유입되도록 하면서 보일러펌프(P3)를 가동하여 보일러(30)에 의해 가열된 고온의 난방수를 보일러공급관(31)과 연통하는 난방공급관(13)을 통해 난방공간(C)을 난방시킨 다음 난방회수관(14)과 연통하는 보일러회수관(32)을 통해 난방수의 기온이 남아있는 상태로 다시 보일러(30) 내부로 회수하여 태양열 난방장치의 가동이 불가할 때 비상용 난방수단으로 사용할 수 있도록 하는 구조이다.

이때, 효율적인 난방수의 흐름을 위해 효율적인 난방수의 흐름을 위해 하나의 온수공급 전자변(13vb)과 보일러회수 전자변(32v) 및 보일러공급 전자변(31v) 만을 개방한 상태에서 다른 하나의 온수공급 전자변(13va)과 축열공급 전자변(21v) 및 다른 하나의 온수회수 전자변(14vb)과 보충수공급 전자변(17v)을 모두 잠근 상태에서 이루어지도록 하는 것이 바람직할 것이다.

그리고, 상기 동파 방지회로(6)에서 축열회수관(22)에 구성한 축열회수온도 감지센서(22s)의 최저온도를 5℃로 설정하여 축열탱크(20) 내부에 유지하는 난방수의 기온이 3℃이하일 경우, 도 8에 도시된 바와 같이 배수전자변()을 개방하여 축열탱크(20) 내부에 유지하는 난방수를 배수관(24)을 통해 외부로 배출시킨 다음 보일러(30)를 가동하여 난방수를 가열한 다음 보일러펌프(P3)를 가동하여 가열된 고온의 난방수를 보일러(30)에서 보일러공급관(31)을 거쳐 난방공급관(13)을 지나 축열공급관(21)을 통해 축열탱크(20) 내부로 공급하는 긴급동파 방지회로(7)를 진행한 직후 동파 방지회로(6)를 가동하여 겨울철에 발생할 수 있는 난방장치의 동파형상을 방지할 수 있도록 하는 것이다.

이때, 효율적인 긴급동파 방지회로(7)을 위해 축열공급 전자변(21v) 및 축열회수 전자변(22v)만을 개방시킨 상태에서 온수공급 전자변(13va)(13vb)을 잠근 상태에서 이루어지도록 하는 것이 바람직할 것이다.

상기와 같이 구성되어 작동하는 본 발명의 보일러 겸용 태양열 난방장치는 하나의 기본적인 태양열 난방회로(1)에 축열 난방회로(2)로 및 보일러 난방회로(3)로와 같은 각각의 회로를 각각 개별적으로 연결구성하는 구조로 그 구성이 간단하여 설치비용이 절감될 뿐만 아니라 태양열의 열원과 보일러의 열원을 순차적으로 사용할 수 있도록 하면서도 기상조건에 따라 난방수 축열회로(4)와, 공급수 과열방지회로(5) 및 동파 방지회로(6)와 긴급동파 방지회로(7)와 같은 다양한 회로로 변환 가동하 수 있어 별다른 조작없이 순차적으로 난방에 필요한 열원을 난방공간으로 공급할 수 있도록 함으로써, 태양열에너지의 효율성을 높이면서도 난방에 필요한 에너지를 절감할 수 있도록 함은 물론, 태양가열판에서 발생하는 난방수의 가열이나 동결을 방지할 수 있도록 함에 따라, 조작이 간단하고 설치비가 저렴하며, 높은 열효율을 가지는 매우 현저한 효과가 있어 누구나 큰 부담없이 사용할 수 있는 하게 될 것이 명확한 다양한 이점이 있는 발명임을 알 수 있다.

1: 태양열 난방회로 2: 축열 난방회로
3: 보일러 난방회로 11: 태양열가열판
12: 수량보충탱크 13: 난방공급관
13s: 고온감지센서 13va, 13vb: 온수공급 전자변
14: 난방회수관 14s: 저온감지센서
14va, 14vb: 온수회수 전자변 15: 난방수 보충관
15v: 난방수보충 전자변 16: 공기배기관
17: 보충수 공급관 20: 축열탱크
21: 축열공급관 21s: 축열공급온도 감지센서
21v: 축열공급 전자변 22: 축열회수관
22s: 축열회수온도 감지센서 22v: 축열회수 전자변
23: 축열압력배출관 23v: 압력배기전자변
24: 배수관 24v: 배수 전자변
30: 보일러 31: 보일러공급관
31v: 보일러공급 전자변 32: 보일러회수관
32v: 보일러회수 전자변 40: 난방수단
A: 옥상 B: 실내
C: 난방장소 P1: 난방펌프
P2: 축열펌프 P3: 보일러펌프

Claims

태양열가열판과 축열탱크와 보일러를 각각 구성하여 서로 연결시킨 난방회로를 통해 난방장소로 태양가열판과 보일러에서 가열시킨 난방수를 이동시켜서 난방장소를 난방하도록 하는 보일러 겸용 태양열 난방장치에 있어서;

상기 태양열가열판(11)에서 가열시킨 난방수를 난방펌프(P1)가 장착된 난방공급관(13)과 연결된 난방수단(40)으로 공급하여 난방공간(C)을 난방하도록 한 다음 난방수단(40)과 연결된 난방회수관(14)을 통해 태양열가열판(11)으로 다시 유입하도록 하는 태양열 난방회로(1)와;
상기 축열탱크(20)와 난방공급관(13)이 연통하도록 연결시킨 축열펌프(P2)가 장착된 축열공급관(21)을 통해 축열탱크(20) 내부에 유지하는 난방수를 난방공급관(13)으로 공급하여 난방수단(40)을 통해 난방공간(C)을 난방하도록 한 다음 난방회수관(14)으로 배출되는 난방수를 난방회수관(14)과 연결된 축열회수관(22)을 통해 축열탱크(20)로 다시 유입하는 축열 난방회로(2)와;
상기 보일러(30)와 난방공급관(13)이 연통하도록 연결시킨 보일러펌프(P3)가 장착된 보일러공급관(31)을 통해 보일러(30)에서 가열시킨 난방수를 난방공급관(13)으로 공급하여 난방수단(40)을 통해 난방공간(C)을 난방하도록 한 다음 난방회수관(14)으로 배출되는 난방수를 난방회수관(14)과 연결된 보일러회수관(32)을 통해 보일러(30)로 다시 유입하는 보일러 난방회로(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 겸용 태양열 난방장치.
제 1항에 있어서;
상기 태양열 난방회로(1)는 옥상(A)에 설치하는 태양열가열판(11)만을 필요로 하는 전체 난방범위에 따라 다수개를 순차적으로 연결하여 구성하되, 난방공급관(13)과 직접연결되는 하나의 태양열가열판(11) 상부에만 난방수보충 전자변(15v)이 구성된 난방수보충관(15)으로 연통시킨 수량보충탱크(12)를 구성하고, 다수개의 태양열가열판(11)에서 개별적으로 연통되는 공기배기관(16)을 수량보충탱크(12)에 연결하며, 태양열가열판(11)에서 연결되는 난방공급관(13)의 시작지점에 고온감지센서(13s)를 구성하고, 난방펌프(P1)의 토출부 쪽의 난방공급관(13)에 복수의 온수공급 전자변(13va)(13vb)을 순차적으로 구성하며, 난방회수관(14)의 태양열가열판(11) 측에서부터 저온감지센서(14s)와 복수의 온수회수 전자변(14va)(14vb)을 순차적으로 구성하도록 하는 것을 특징으로 하는 보일러 겸용 태양열 난방장치.
제 1항에 있어서;
상기 축열 난방회로(2)는 실내(B)에 설치하는 축열탱크(20)와 난방공급관(13)을 연결하는 축열공급관(21)은 한쪽 끝단을 축열탱크(20)의 상부측면 한 부분에 연결하고, 다른 쪽 끝단을 복수의 온수공급 전자변(13va)(13vb) 사이의 난방공급관(13)에 연통하되, 축열펌프(P2) 흡입측 축열공급관(21)에 축열공급온도 감지센서(21s)를 구비하고 축열펌프(P2)의 토출측 축열공급관(21)에 축열공급 전자변(21v)을 구성하며, 축열탱크(20)와 난방회수관(14)을 연결하는 축열회수관(22)은 한쪽 끝단을 축열탱크(20)의 하부측면 한 부분에 연결하고 다른쪽 끝단을 복수의 온수회수 전자변(14va)(14vb) 사이의 난방회수관(14)에 연통하되 축열회수관(22)에 축열회수온도 감지센서(22s)와 축열회수 전자변(22v)을 구성하며, 축열탱크(20)의 상부에서 도출되어 저온감지센서(14s)와 온수회수 전자변(14va) 사이의 난방회수관(14)에 연결하되 압력배기전자변(23v)을 구비한 축열압력배출관(23)과, 축열탱크(20)의 하부로 도출되어 외부로 개방하되 배수 전자변(24v)을 구비한 배수관(24)을 각각 구성하도록 하는 것을 특징으로 하는 보일러 겸용 태양열 난방장치.
제 1항에 있어서;
상기 보일러 난방회로(3)는 실내(B)에 설치하는 보일러(30)와 난방공급관(13)을 연결하는 보일러공급관(31)은 한쪽 끝단이 보일러(30)와 연결되고 다른 쪽 끝단을 복수의 온수공급 전자변(13va)(13vb) 사이의 난방공급관(13)에 연결하되 보일러펌프(P3)의 토출측 보일러공급관(31)에 보일러공급 전자변(31v)을 구성하며, 보일러(30)와 난방회수관(14)을 연결하는 보일러회수관(32)의 한쪽 끝단을 보일러와 연결하고 다른 쪽 끝단을 난방수단(40)과 온수회수 전자변(14vb) 사이의 난방회수관(14)에 연결하되 보일러회수관(32)에 보일러회수 전자변(32v)을 각각 구성하도록 하는 것을 특징으로 하는 보일러 겸용 태양열 난방장치.
제 1항에 있어서;
상기 난방수단(40)과 온수회수 전자변(14vb) 사이의 난방회수관(14)에 연결하여 외부의 보충수를 공급하도록 하는 보충수공급 전자변(17v)을 구비한 보충수 공급관(17)을 구성하는 것을 특징으로 하는 보일러 겸용 태양열 난방장치.