KR101664792B1 - 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치 - Google Patents

태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치는, 태양열을 집열하여 물을 가열하는 태양열 집열부; 상기 태양열 집열부에서 가열된 온수를 온수소요처로 공급하는 온수공급부; 상기 태양열 집열부로부터 공급되는 온수에 열원을 공급하도록 구비되는 연소장치; 및 상기 연소장치의 연소 동작을 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 온수공급부는, 상기 태양열 집열부와 상기 연소장치의 온수 유입측에 구비되는 연소장치 온수유입관을 연결하는 태양열 온수공급관과, 상기 연소장치의 온수 배출측에 구비되는 연소장치 온수공급관에 연결되어 상기 온수소요처 측으로 연장되는 온수출구관을 포함하고; 상기 태양열 온수공급관에는 직수공급관을 통해 공급되는 직수의 유입을 단속하기 위한 제1믹싱밸브가 구비되고; 상기 온수출구관에는 직수공급관을 통해 공급되는 직수의 유입을 단속하기 위한 제2믹싱밸브가 구비되며; 상기 제어부는, 온수 사용자가 설정한 온수설정온도(Ts)와, 상기 태양열 온수공급관을 통해 공급되는 태양열 온수공급온도(T1)를 비교하여, 상기 온수출구관을 통해 배출되는 온수의 온도(T3)가 상기 온수설정온도(Ts)에 도달하도록, 상기 제1믹싱밸브와 제2믹싱밸브의 개도량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치{Apparatus for supplying hot water connected with solar energy and fuel burning equipment}
본 발명은 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양열 에너지가 온수의 열원으로 사용하기에 부족한 경우에도 연소장치의 연소열을 보조열원으로 사용하여 온수를 설정된 온도에 맞추어 안정적으로 공급할 수 있도록 하는 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치에 관한 것이다.
일반적으로 난방 및 온수공급 등을 목적으로 사용되고 있는 온수공급장치는 주로 연탄, 기름, 가스 및 전기 등의 연료를 사용하는 보일러의 형태로 개발되어 왔다. 그런데, 갈수록 심화되고 있는 화석연료의 고갈과 대체 에너지 자원의 확보를 위한 방안의 일환으로 태양열 에너지를 이용한 온수공급장치가 개발되고 있다.
한편, 동절기나 흐린 날씨와 같이 일사량이 부족한 경우에는 태양열 에너지만으로는 온수의 가열을 위한 열원이 부족하게 된다. 이와 같이 태양열 에너지의 부족 시 보일러를 보조 열원으로 활용하는 선행기술은, 등록특허 제10-1054503호, 등록특허 제10-1168542호 등에 개시되어 있다.
일례로, 상기 등록특허 제10-1168542호의 태양열 온수시스템은, 온수의 사용 시, 단위세대 상부온도센서로부터 검출되는 온도값이 일정온도 이상이면 삼방밸브를 온수 부하방향으로 개방하여 단위세대별 축열탱크의 온수를 믹싱밸브에서 직수와 혼합하여 사용하고, 상기 단위세대 상부온도센서로부터 검출되는 온도값이 일정온도 이하여서 온수로 사용하기 부적당할 경우에는 삼방밸브를 보일러 방향으로 개방하여 단위세대별 축열탱크 내부의 물을 보일러로 가열한 후에 믹싱밸브에서 직수와 혼합하여 공급하도록 구성되어 있다.
즉, 축열탱크의 온수 배출구와 보일러의 입구에 연결되는 온수관의 분기점에 삼방밸브를 구비하여, 삼방밸브의 유로 절환에 의해 축열탱크로부터 배출된 온수를 온수소요처로 직접 공급하거나 보일러를 경유하도록 하고, 온수소요처의 전방에 위치하는 연결관에는 가열된 온수를 직수와 혼합하는 믹싱밸브를 구비하여 사용자가 설정한 온도에 맞추어 온수를 공급하도록 구성되어 있다.
그러나 이와 같은 구성에 의하면, 태양열 에너지를 이용한 온수 공급 중 태양열 에너지가 부족하여 보일러 온수 공급으로의 전환 시에 축열탱크와 보일러 사이의 온수관에 잔류하는 차가운 상태의 물이 사용자에게 먼저 공급되므로, 온수를 사용하는 사용자에게 불쾌감을 주게 되고, 사용자가 원하는 온도의 온수를 공급하기 위한 출수 시간이 길어지게 되는 단점이 있다.
이러한 문제를 방지하기 위하여 축열탱크로부터 배출되는 온수가 항상 보일러를 경유하여 온수소요처로 공급되도록 구성할 경우에는, 축열탱크의 물이 고온수일 경우 보일러 내부로 인입된 고온수에 의해 보일러 내부 부품의 내구성이 떨어지게 되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양열로 가열된 온수가 고온상태에서 연소장치로 인입되는 것을 방지하여 연소장치 부품의 내구성을 향상시키고, 연소장치의 가동 시 고온수의 출탕에 의한 화상의 위험을 방지하여 안정적인 온수의 공급을 가능하게 하는 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 태양열 에너지를 이용한 온수 공급 중에는 물론이고, 태양열 에너지를 이용한 온수 공급 중 연소장치 온수 공급으로의 전환 시에도 온수공급온도를 균일하게 유지하고 급격한 온도 변화를 방지하여 안정적인 온수의 공급이 이루어지도록 하는 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 태양열 에너지가 급탕을 위한 열원으로 충분한 경우에는 태양열 에너지만으로 급탕 및 출탕을 수행하고, 태양열 에너지가 부족한 경우에만 연소장치를 보조열원으로 사용함으로써 연소장치의 가동을 위한 연료비를 절감할 수 있는 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치를 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 제1실시예에 따른 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치는, 태양열을 집열하여 물을 가열하는 태양열 집열부(100); 상기 태양열 집열부(100)에서 가열된 온수를 온수소요처(250)로 공급하는 온수공급부(200); 상기 태양열 집열부(100)로부터 공급되는 온수에 열원을 공급하도록 구비되는 연소장치(400); 및 상기 연소장치(400)의 연소 동작을 제어하는 제어부(500);를 포함하되, 상기 온수공급부(200)는, 상기 태양열 집열부(100)와 상기 연소장치(400)의 온수 유입측에 구비되는 연소장치 온수유입관(220)을 연결하는 태양열 온수공급관(210)과, 상기 연소장치(400)의 온수 배출측에 구비되는 연소장치 온수공급관(230)에 연결되어 상기 온수소요처(250) 측으로 연장되는 온수출구관(240)을 포함하고; 상기 태양열 온수공급관(210)에는 직수공급관(330)을 통해 공급되는 직수의 유입을 단속하기 위한 제1믹싱밸브(341)가 구비되고; 상기 온수출구관(240)에는 직수공급관(330)을 통해 공급되는 직수의 유입을 단속하기 위한 제2믹싱밸브(351)가 구비되며; 상기 제어부(500)는, 온수 사용자가 설정한 온수설정온도(Ts)와, 상기 태양열 온수공급관(210)을 통해 공급되는 태양열 온수공급온도(T1)를 비교하여, 상기 온수출구관(240)을 통해 배출되는 온수의 온도(T3)가 상기 온수설정온도(Ts)에 도달하도록, 상기 제1믹싱밸브(341)와 제2믹싱밸브(351)의 개도량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 직수공급관(330)의 단부에는 연결구(332)가 결합되고, 상기 연결구(332)의 일측에는 상기 제1믹싱밸브(341)를 통하여 상기 태양열 온수공급관(210)에 연결되는 제1연결관(340)이 결합되며, 상기 연결구(332)의 타측에는 상기 제2믹싱밸브(351)를 통하여 상기 온수출구관(240)에 연결되는 제2연결관(350)이 결합된 것을 특징으로 한다.
상기 제1믹싱밸브(341)가 구비되는 지점의 전방에 위치하는 상기 태양열 온수공급관(210)에는 제1온도센서(211)가 구비되고, 상기 직수공급관(330)에는 제2온도센서(331)가 구비되며, 상기 제2믹싱밸브(351)가 구비되는 지점의 후방에 위치하는 상기 온수출구관(240)에는 제3온도센서(241)가 구비되고, 상기 제2믹싱밸브(351)가 구비되는 지점의 전방에 위치하는 상기 연소장치 온수공급관(230)에는 제4온도센서(231)가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 제어부(500)는, 상기 온수설정온도(Ts)와 상기 제1온도센서(211)에서 측정되는 태양열 온수공급온도(T1)를 비교하여, 상기 태양열 온수공급온도(T1)가 상기 온수설정온도(Ts) 이상인 경우에는, 상기 연소장치(400)의 가동이 정지된 상태를 유지하도록 제어하는 동시에, 상기 제3온도센서(241)에서 감지되는 온수출구온도(T3)가 상기 온수설정온도(Ts)에 도달하도록, 상기 제2온도센서(331)에서 측정되는 직수공급온도(T2)를 고려하여, 상기 제1믹싱밸브(341)의 개도량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제4온도센서(231)에서 측정되는 연소장치 온수공급온도(T4)를 기준으로, 상기 제1믹싱밸브(341)에서의 최대 믹싱량의 한계를 초과하는 것으로 판단된 경우, 상기 제어부(500)는 상기 온수출구온도(T3)가 상기 온수설정온도(Ts)에 도달하도록 상기 제2믹싱밸브(351)의 개도량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부(500)는, 상기 온수설정온도(Ts)와 상기 제1온도센서(211)에서 측정되는 태양열 온수공급온도(T1)를 비교하여, 상기 태양열 온수공급온도(T1)가 상기 온수설정온도(Ts) 미만인 경우에는, 상기 연소장치(400)가 가동되도록 제어하는 동시에 상기 제1믹싱밸브(341)가 폐쇄되도록 제어하고, 상기 제3온도센서(241)에서 감지되는 온수출구온도(T3)가 상기 온수설정온도(Ts)에 도달하도록, 상기 제2온도센서(331)에서 측정되는 직수공급온도(T2)와 연소장치(400)의 턴다운비를 고려하여, 상기 제2믹싱밸브(351)의 개도량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치는, 태양열을 집열하여 물을 가열하는 태양열 집열부(100); 상기 태양열 집열부(100)에서 가열된 온수를 온수소요처(250)로 공급하는 온수공급부(200); 상기 태양열 집열부(100)로부터 공급되는 온수에 열원을 공급하도록 구비되는 연소장치(400); 및 상기 연소장치(400)의 연소 동작을 제어하는 제어부(500);를 포함하되, 상기 온수공급부(200)는, 상기 태양열 집열부(100)와 상기 연소장치(400)의 온수 유입측에 구비되는 연소장치 온수유입관(220)을 연결하는 태양열 온수공급관(210)과, 상기 연소장치(400)의 온수 배출측에 연결되어 상기 온수소요처(250) 측으로 연장되는 온수출구관(440)을 포함하고; 상기 태양열 온수공급관(210)에는 직수공급관(330)을 통해 공급되는 직수의 유입을 단속하기 위한 믹싱밸브(333)가 구비되며; 상기 제어부(500)는, 온수 사용자가 설정한 온수설정온도(Ts)와, 상기 태양열 온수공급관(210)을 통해 공급되는 태양열 온수공급온도(T1)를 상호 비교하여, 상기 온수출구관(240)을 통해 배출되는 온수의 온도(T3)가 상기 온수설정온도(Ts)에 도달하도록, 상기 연소장치(400)의 가동여부 및 연소부하와, 상기 믹싱밸브(333)의 개도량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 믹싱밸브(333)가 구비되는 지점의 전방에 위치하는 상기 태양열 온수공급관(210)에는 제1온도센서(211)가 구비되고, 상기 직수공급관(330)에는 제2온도센서(331)가 구비되며, 상기 온수출구관(240)에는 제3온도센서(241)가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 제어부(500)는, 상기 온수설정온도(Ts)와 상기 제1온도센서(211)에서 측정되는 태양열 온수공급온도(T1)를 비교하여, 상기 태양열 온수공급온도(T1)가 상기 온수설정온도(Ts) 이상인 경우에는, 상기 연소장치(400)의 가동이 정지된 상태를 유지하도록 제어하는 동시에, 상기 제3온도센서(241)에서 감지되는 온수출구온도(T3)가 상기 온수설정온도(Ts)에 도달하도록, 상기 제2온도센서(331)에서 측정되는 직수공급온도(T2)를 고려하여, 상기 믹싱밸브(333)의 개도량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부(500)는, 상기 온수설정온도(Ts)와 상기 제1온도센서(211)에서 측정되는 태양열 온수공급온도(T1)를 비교하여, 상기 태양열 온수공급온도(T1)가 상기 온수설정온도(Ts) 미만인 경우에는, 상기 연소장치(400)가 가동되도록 제어하는 동시에 상기 제3온도센서(241)에서 측정되는 온수출구온도(T3)가 상기 온수설정온도(Ts)에 도달하도록, 상기 제2온도센서(331)에서 측정되는 직수공급온도(T2)와 연소장치(400)의 턴다운비를 고려하여, 상기 믹싱밸브(333)의 개도량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 온수공급장치에 의하면, 태양열 온수공급관에 구비된 제1믹싱밸브의 개도를 제어함으로써 태양열로 가열된 온수가 고온상태에서 연소장치로 인입되는 것을 방지하여 연소장치 부품의 내구성을 향상시키고, 온수출구관에 구비된 제2믹싱밸브의 개도를 제어함으로써 연소장치의 가동 시 고온수의 출탕에 의한 화상의 위험을 방지함과 아울러 온수출구온도가 설정된 온수설정온도에 도달하도록 온수의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 온수공급장치에 의하면, 장치의 구성을 간소화하면서도 태양열 온수공급관에 구비된 믹싱밸브의 개도를 제어함으로써, 태양열로 가열된 온수가 고온상태에서 연소장치로 인입되는 것을 방지하여 연소장치 부품의 내구성을 향상시킴과 아울러 연소장치의 가동 시에는 연소장치의 턴다운비를 고려하여 온수설정온도에 맞춘 안정적인 온수의 공급이 가능하다.
또한 본 발명에 의하면, 태양열 집열부로부터 배출된 온수가 연소장치를 항상 경유하여 온수출구관으로 공급되도록 구성함으로써, 태양열 에너지를 이용한 온수 공급 중에는 물론이고, 태양열 에너지를 이용한 온수 공급 중 연소장치 온수 공급으로의 전환 시에도 온수 온도의 급격한 온도 변화를 방지하여 온수 공급 온도를 균일하게 유지할 수 있어 온수 사용의 편의성을 증대시킬 수 있다.
또한 태양열 에너지가 급탕을 위한 열원으로 충분한 경우에는 태양열 에너지만으로 급탕 및 출탕을 수행하고, 태양열 에너지가 급탕을 위한 열원으로 부족한 경우에만 연소장치를 보조열원으로 사용함으로써, 연소장치의 가동을 위한 연료비를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치의 제어 블록도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치에서 온수공급온도의 제어를 위한 순서도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치에서 태양열 온수공급온도가 온수설정온도 이상인 경우에 온수공급온도의 제어를 위한 동작 상태도,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치에서 태양열 온수공급온도가 온수설정온도보다 낮은 경우에 온수공급온도의 제어를 위한 동작 상태도,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치의 구성도,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치의 제어 블록도,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치에서 온수공급온도의 제어를 위한 순서도,
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치에서 태양열 온수공급온도가 온수설정온도 이상인 경우에 온수공급온도의 제어를 위한 동작 상태도,
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치에서 태양열 온수공급온도가 온수설정온도보다 낮은 경우에 온수공급온도의 제어를 위한 동작 상태도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치는, 태양열 집열부(100), 상기 태양열 집열부(100)에서 가열된 온수를 온수소요처(250)로 공급하는 온수공급부(200), 상기 태양열 집열부(100)로부터 공급되는 온수에 열원을 공급하도록 구비되는 연소장치(400), 및 온수공급장치의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(600)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 ‘연소장치’는 연료의 연소과정에서 발생하는 연소열을 이용하여 물을 가열시키고, 가열된 물을 배관을 따라 순환시킴으로써 실내 난방용으로 사용하거나 온수용으로 사용할 수 있도록 하는 모든 장치를 포괄하는 의미로 사용되었음을 밝혀둔다. 이하에서는 상기 연소장치 중 보일러를 일실시예로 들어 도면에 도시하고 설명하기로 한다. 그러나, 연소장치는 보일러 이외에도 다양한 형태로 변형실시될 수 있음은 물론이다.
상기 태양열 집열부(100)는 태양열을 집열하여 물을 가열하기 위한 구성으로서, 공지된 강제 집열 방식과 자연 대류 방식 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
상기 태양열 집열부(100)의 일측에는 직수공급부(300)의 직수유입관(310)으로부터 분기되는 직수보충관(320)이 연결되고, 상기 직수보충관(320)에는 직수의 유입을 단속하기 위한 밸브(321)가 설치된다.
상기 온수 공급부(200)는, 태양열 집열부(100)의 온수 출구와 연소장치(400)의 급탕 열교환기(430)의 연소장치 온수유입관(220)을 연결하는 태양열 온수공급관(210)과, 상기 급탕 열교환기(430)를 경유한 온수가 배출되는 연소장치 온수공급관(230)에 연결되어 온수소요처(250) 측으로 연장되는 온수출구관(240)을 포함한다. 여기서, 상기 태양열 온수공급관(210), 연소장치 온수유입관(220), 연소장치 온수공급관(230), 및 온수출구관(240)은 그 위치를 특정하기 위하여 서로 다른 명칭과 도면부호를 부여한 것이며, 태양열 집열부(100)로부터 배출된 온수가 연소장치(400)를 경유하여 온수소요처(250)로 공급되도록 서로 연결되어 온수의 공급유로를 제공하게 된다.
상기 연소장치 온수유입관(220)에는 온수의 흐름을 감지하여 감지된 신호를 제어부(500)로 송출하는 유량감지부(221)가 구비된다.
상기 태양열 온수공급관(210)의 일측에는 직수공급관(330)을 통해 공급되는 직수가 태양열 온수공급관(210)으로 유입되는 것을 단속하기 위한 제1믹싱밸브(341)가 구비된다.
상기 온수출구관(240)의 일측에는 직수공급관(330)을 통해 공급되는 직수가 온수출구관(240)으로 유입되는 것을 단속하기 위한 제2믹싱밸브(351)가 구비된다.
상기 직수공급관(330)의 단부에는 연결구(332)가 결합되고, 상기 연결구(332)의 일측에는 제1믹싱밸브(341)를 통하여 태양열 온수공급관(210)에 연결되는 제1연결관(340)이 결합되며, 상기 연결구(332)의 타측에는 상기 제2믹싱밸브(351)를 통하여 상기 온수출구관(240)에 연결되는 제2연결관(350)이 결합된다.
상기 제1믹싱밸브(341)가 구비되는 지점의 전방에 위치하는 태양열 온수공급관(210)에는 제1온도센서(211)가 구비되고, 상기 직수공급관(330)에는 제2온도센서(331)가 구비되며, 상기 제2믹싱밸브(351)가 구비되는 지점의 후방에 위치하는 온수출구관(240)에는 제3온도센서(241)가 구비되고, 상기 제2믹싱밸브(351)가 구비되는 지점의 전방에 위치하는 연소장치 온수공급관(230)에는 제4온도센서(231)가 구비된다.
상기 연소장치(400)는, 버너(410)의 연소열을 이용하여 그 내부를 경유하는 난방수를 가열하는 주열교환기(420)와, 상기 주열교환기(420)에서 가열된 난방수와 태양열 집열부(100)로부터 공급된 온수 간에 열교환이 이루어지는 급탕 열교환기(430)를 포함하고, 상기 급탕 열교환기(430)의 내부에는 난방수와 온수 간의 열교환을 위한 열매체가 수용된다.
상기 주열교환기(420)와 급탕 열교환기(430) 사이에는, 난방수의 순환 유로를 제공하는 난방수 공급관(440)과 난방수 환수관(450)이 연결되고, 상기 난방수 환수관(450)에는 난방수가 순환되도록 압송력을 제공하는 난방수 순환펌프(460)가 구비된다.
본 실시예에서는, 상기 태양열 집열부(100)로부터 공급되는 온수가 급탕 열교환기(430)에서 난방수와 열교환되는 경우를 예로 들었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 태양열 집열부(100)로부터 공급되는 온수가 연소장치(400)의 버너(410)의 연소열에 의해 직접 가열되도록 구성할 수 있음은 물론이다.
상기 제어부(500)는, 유량감지부(221)에서 감지되는 온수의 흐름신호, 사용자가 온수 온도조절기(510)를 통하여 설정한 온수설정온도(Ts), 제1온도센서(211)에서 측정되는 태양열 온수공급온도(T1), 제2온도센서(331)에서 측정되는 직수공급온도(T2), 제3온도센서(241)에서 측정되는 온수출구온도(T3), 및 제4온도센서(231)에서 측정되는 연소장치 온수공급온도(T4)를 기준으로 하여, 버너(410)의 가동여부 및 연소부하와, 제1믹싱밸브(341) 및 제2믹싱밸브(351)의 개도량을 제어함으로써, 사용자가 원하는 온도에 맞추어 온수의 공급이 이루어지도록 한다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 온수공급장치에서 온수공급온도의 제어 단계를 설명한다.
먼저, 온수공급장치의 전원이 온(On) 되면(S101), 유량감지부(221)는 온수의 흐름 여부를 감지하고, 감지신호를 제어부(500)로 송출한다(S102).
상기 유량감지부(221)에서 온수의 흐름이 감지되지 않으면, 제어부(500)는 온수를 사용하지 않는 것으로 판단하고, 연소장치(400)의 가동이 중지된 상태를 유지하도록 제어하는 동시에 제1믹싱밸브(341)와 제2믹싱밸브(351)가 폐쇄된 상태가 되도록 제어한다(S103).
상기 유량감지부(221)에서 온수의 흐름이 감지되면, 제어부(500)는 사용자가 온수 온도조절기(510)를 통해 설정한 온수설정온도(Ts)와, 제1온도센서(211)에서 측정된 태양열 온수공급온도(T1)를 비교한다(S104).
도 4에 도시된 바와 같이, 태양열 온수공급온도(T1)가 온수설정온도(Ts) 이상인 경우, 제어부(500)는 연소장치(400)의 가동이 정지된 상태를 유지하도록 제어하고(S105), 제2온도센서(331)에서 측정된 직수공급온도(T2)와 제3온도센서(241)에서 측정된 온수출구온도(T3)를 수신하여(S106), 제3온도센서(241)에서 감지되는 온수출구온도(T3)가 온수설정온도(Ts)에 도달하도록, 제2온도센서(331)에서 측정되는 직수공급온도(T2)를 고려하여, 제1믹싱밸브(341)의 개도량을 제어하게 된다(S107).
그리고, 상기 제4온도센서(231)에서 측정되는 연소장치 온수공급온도(T4)를 기준으로, 제1믹싱밸브(341)에서의 최대 믹싱량의 한계를 초과하는 것으로 판단된 경우, 제어부(500)는 온수출구온도(T3)가 온수설정온도(Ts)에 도달하도록 제2믹싱밸브(351)의 개도량을 제어하고(S108), 태양열 에너지를 이용한 급탕 및 출탕을 수행하게 된다(S109).
여기서, 제1믹싱밸브(341)를 최대한 개방한 상태에서도 제4온도센서(231)에서 측정되는 연소장치 온수공급온도(T4)가 온수설정온도(Ts)까지 떨어지지 않는 경우에, 상기 제어부(500)는 제1믹싱밸브(341)에서의 최대 믹싱량의 한계를 초과한 것으로 판단하고 제2믹싱밸브(351)의 개도량을 제어하게 된다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 태양열 온수공급온도(T1)가 온수설정온도(Ts) 미만인 경우, 제어부(500)는 연소장치(400)가 가동되도록 제어하고(S110), 제1믹싱밸브(341)는 폐쇄되도록 제어한다(S111).
그리고, 제2온도센서(331)에서 측정된 직수공급온도(T2)와 제3온도센서(241)에서 측정된 온수출구온도(T3)를 수신하여(S112), 제3온도센서(241)에서 감지되는 온수출구온도(T3)가 온수설정온도(Ts)에 도달하도록, 제2온도센서(331)에서 측정되는 직수공급온도(T2)와 연소장치(400)의 턴다운비(Turn-Down Ratio)를 고려하여 제2믹싱밸브(351)의 개도량을 제어하고(S113), 연소장치(400)의 연소열을 이용하여 급탕 및 출탕을 수행하게 된다(S114).
여기서, 턴다운비란, 가스의 양이 가변 조절되는 가스연소장치에 있어서‘최대가스소비량 대 최소가스소비량의 비’를 말하며, 턴다운비는 안정된 화염을 유지하기 위한 최소가스소비량을 얼마나 낮게 조절할 수 있는지 여부에 따라 제한된다.
따라서, 태양열 온수공급온도(T1)가 온수설정온도(Ts) 미만일 때, 연소장치(400)의 연소에 의해 온수를 가열하는 경우, 온수설정온도(Ts)에 대응되는 연소장치(400)의 최소가스소비량이 연소장치(400)의 턴다운비에 따른 최소가스소비량 보다 낮게 설정된 경우에는, 연소장치(400)의 안정적인 점화상태를 유지하기 위하여 최소가스소비량 보다 높은 가스소비량으로 버너(410)를 점화하고, 제2믹싱밸브(351)의 개도량을 조절하여 온수출구온도(T3)가 온수설정온도(Ts)에 도달하도록 직수의 혼합 유량을 제어한다.
도 4와 도 5에서 화살표는 온수와 직수의 흐름을 나타내고, 도 5에서 점선 화살표는 연소장치(400)의 턴다운비를 고려한 직수의 흐름을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치의 구성 및 작용을 설명하되, 전술한 제1실시예와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 그에 대한 중복적인 설명은 생략하며, 제1실시예와 비교하여 변경되거나 새롭게 부가된 구성을 중심으로 설명하기로 한다.
도 6과 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 온수공급장치에서 온수공급부(200)는, 태양열 집열부(100)의 온수 출구와 연소장치(400)의 급탕 열교환기(430)의 연소장치 온수유입관(220)을 연결하는 태양열 온수공급관(210)과, 상기 급탕 열교환기(430)를 경유한 온수가 배출되어 온수소요처(250) 측으로 연장되는 온수출구관(240)을 포함하고, 상기 태양열 온수공급관(210)의 일측에는 직수공급관(330)을 통해 공급되는 직수가 태양열 온수공급관(210)으로 유입되는 것을 단속하기 위한 믹싱밸브(333)가 구비된다.
상기 믹싱밸브(333)가 구비되는 지점의 전방에 위치하는 태양열 온수공급관(210)에는 제1온도센서(211)가 구비되고, 상기 직수공급관(330)에는 제2온도센서(331)가 구비되며, 상기 온수출구관(240)에는 제3온도센서(241)가 구비된다.
상기 제어부(500)는, 유량감지부(221)에서 감지되는 온수의 흐름신호, 사용자가 온수 온도조절기(510)를 통하여 설정한 온수설정온도(Ts), 제1온도센서(211)에서 측정되는 태양열 온수공급온도(T1), 제2온도센서(331)에서 측정되는 직수공급온도(T2), 및 제3온도센서(241)에서 측정되는 온수출구온도(T3)를 기준으로 하여, 버너(410)의 가동여부 및 연소부하와, 믹싱밸브(333)의 개도량을 제어함으로써, 사용자가 원하는 온도에 맞추어 온수의 공급이 이루어지도록 한다.
이하, 도 8을 참조하여 본 실시예에 따른 온수공급장치에서 온수공급온도의 제어 단계를 설명한다.
먼저, 온수공급장치의 전원이 온(On) 되면(S201), 유량감지부(221)는 온수의 흐름 여부를 감지하고, 감지신호를 제어부(500)로 송출한다(S202).
상기 유량감지부(221)에서 온수의 흐름이 감지되지 않으면, 제어부(500)는 온수를 사용하지 않는 것으로 판단하고, 연소장치(400)의 가동이 중지된 상태를 유지하도록 하는 동시에 믹싱밸브(333)가 폐쇄된 상태가 되도록 제어한다(S203).
상기 유량감지부(221)에서 온수의 흐름이 감지되면, 제어부(500)는 사용자가 온수 온도조절기(510)를 통해 설정한 온수설정온도(Ts)와, 제1온도센서(211)에서 측정된 태양열 온수공급온도(T1)를 비교한다(S204).
도 9에 도시된 바와 같이, 태양열 온수공급온도(T1)가 온수설정온도(Ts) 이상인 경우, 제어부(500)는 연소장치(400)의 가동이 정지된 상태를 유지하도록 제어하고(S205), 제2온도센서(331)에서 측정된 직수공급온도(T2)와 제3온도센서(241)에서 측정된 온수출구온도(T3)를 수신하여(S206), 제3온도센서(241)에서 감지되는 온수출구온도(T3)가 온수설정온도(Ts)에 도달하도록, 제2온도센서(331)에서 측정되는 직수공급온도(T2)를 고려하여, 믹싱밸브(333)의 개도량을 제어하고(S207), 태양열 에너지를 이용한 급탕 및 출탕을 수행하게 된다(S108).
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 태양열 온수공급온도(T1)가 온수설정온도(Ts) 미만인 경우, 제어부(500)는 연소장치(400)가 가동되도록 제어하고(S209), 제2온도센서(331)에서 측정된 직수공급온도(T2)와 제3온도센서(241)에서 측정된 온수출구온도(T3)를 수신하여(S210), 제3온도센서(241)에서 감지되는 온수출구온도(T3)가 온수설정온도(Ts)에 도달하도록, 제2온도센서(331)에서 측정되는 직수공급온도(T2)와 연소장치(400)의 턴다운비(Turn-Down Ratio)를 고려하여 믹싱밸브(333)의 개도량을 제어하고(S211), 연소장치(400)의 연소열을 이용하여 급탕 및 출탕을 수행하게 된다(S212).
도 9와 도 10에서 화살표는 온수와 직수의 흐름을 나타내고, 도 10에서 점선 화살표는 연소장치(400)의 턴다운비를 고려한 직수의 흐름을 나타낸 것이다.
본 실시예의 구성에 의하면, 전술한 제1실시예에서 제1믹싱밸브(341)와 제2믹싱밸브(351)를 포함하는 구성과 비교하여, 하나의 믹싱밸브(333)만을 구비하므로, 장치의 구성을 보다 간소화하면서 온수출구온도를 사용자가 원하는 온수설정온도에 맞추어 공급할 수 있는 이점이 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
100 : 태양열 집열부 200 : 온수공급부
210 : 태양열 온수공급관 211 : 제1온도센서
220 : 연소장치 온수유입관 221 : 유량감지부
230 : 연소장치 온수공급관 231 : 제4온도센서
240 : 온수출구관 241 : 제3온도센서
250 : 온수소요처 300 : 직수공급부
310 : 직수유입관 320 : 직수보충관
330 : 직수공급관 331 : 제2온도센서
332 : 연결구 333 : 믹싱밸브
340 : 제1연결관 341 : 제1믹싱밸브
350 : 제2연결관 351 : 제2믹싱밸브
400 : 연소장치 410 : 버너
420 : 주열교환기 430 : 급탕 열교환기
440 : 난방수 공급관 450 : 난방수 환수관
460 : 난방수 순환펌프 500 : 제어부
510 : 온수 온도조절기

Claims (10)

  1. 태양열을 집열하여 물을 가열하는 태양열 집열부(100);
    상기 태양열 집열부(100)에서 가열된 온수를 온수소요처(250)로 공급하는 온수공급부(200);
    상기 태양열 집열부(100)로부터 공급되는 온수에 열원을 공급하도록 구비되는 연소장치(400); 및
    상기 연소장치(400)의 연소 동작을 제어하는 제어부(500);를 포함하되,
    상기 온수공급부(200)는, 상기 태양열 집열부(100)와 상기 연소장치(400)의 온수 유입측에 구비되는 연소장치 온수유입관(220)을 연결하는 태양열 온수공급관(210)과, 상기 연소장치(400)의 온수 배출측에 구비되는 연소장치 온수공급관(230)에 연결되어 상기 온수소요처(250) 측으로 연장되는 온수출구관(240)을 포함하고;
    상기 태양열 온수공급관(210)에는 직수공급관(330)을 통해 공급되는 직수의 유입을 단속하기 위한 제1믹싱밸브(341)가 구비되고;
    상기 온수출구관(240)에는 직수공급관(330)을 통해 공급되는 직수의 유입을 단속하기 위한 제2믹싱밸브(351)가 구비되며;
    상기 제어부(500)는, 온수 사용자가 설정한 온수설정온도(Ts)와, 상기 태양열 온수공급관(210)을 통해 공급되는 태양열 온수공급온도(T1)를 비교하여, 상기 온수출구관(240)을 통해 배출되는 온수의 온도(T3)가 상기 온수설정온도(Ts)에 도달하도록, 상기 제1믹싱밸브(341)와 제2믹싱밸브(351)의 개도량을 제어하고,
    상기 직수공급관(330)의 단부의 일측에는 상기 제1믹싱밸브(341)를 통하여 상기 태양열 온수공급관(210)에 직수를 공급하도록 연결되는 제1연결관(340)이 결합되며,
    상기 직수공급관(330)의 단부의 타측에는 상기 제2믹싱밸브(351)를 통하여 상기 온수출구관(240)에 직수를 공급하도록 연결되는 제2연결관(350)이 결합된 것을 특징으로 하는 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1믹싱밸브(341)가 구비되는 지점의 전방에 위치하는 상기 태양열 온수공급관(210)에는 제1온도센서(211)가 구비되고,
    상기 직수공급관(330)에는 제2온도센서(331)가 구비되며,
    상기 제2믹싱밸브(351)가 구비되는 지점의 후방에 위치하는 상기 온수출구관(240)에는 제3온도센서(241)가 구비되고,
    상기 제2믹싱밸브(351)가 구비되는 지점의 전방에 위치하는 상기 연소장치 온수공급관(230)에는 제4온도센서(231)가 구비된 것을 특징으로 하는 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부(500)는,
    상기 온수설정온도(Ts)와 상기 제1온도센서(211)에서 측정되는 태양열 온수공급온도(T1)를 비교하여, 상기 태양열 온수공급온도(T1)가 상기 온수설정온도(Ts) 이상인 경우에는, 상기 연소장치(400)의 가동이 정지된 상태를 유지하도록 제어하는 동시에, 상기 제3온도센서(241)에서 감지되는 온수출구온도(T3)가 상기 온수설정온도(Ts)에 도달하도록, 상기 제2온도센서(331)에서 측정되는 직수공급온도(T2)를 고려하여, 상기 제1믹싱밸브(341)의 개도량을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제4온도센서(231)에서 측정되는 연소장치 온수공급온도(T4)를 기준으로, 상기 제1믹싱밸브(341)에서의 최대 믹싱량의 한계를 초과하는 것으로 판단된 경우, 상기 제어부(500)는 상기 온수출구온도(T3)가 상기 온수설정온도(Ts)에 도달하도록 상기 제2믹싱밸브(351)의 개도량을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제어부(500)는,
    상기 온수설정온도(Ts)와 상기 제1온도센서(211)에서 측정되는 태양열 온수공급온도(T1)를 비교하여, 상기 태양열 온수공급온도(T1)가 상기 온수설정온도(Ts) 미만인 경우에는, 상기 연소장치(400)가 가동되도록 제어하는 동시에 상기 제1믹싱밸브(341)가 폐쇄되도록 제어하고, 상기 제3온도센서(241)에서 감지되는 온수출구온도(T3)가 상기 온수설정온도(Ts)에 도달하도록, 상기 제2온도센서(331)에서 측정되는 직수공급온도(T2)와 연소장치(400)의 턴다운비를 고려하여, 상기 제2믹싱밸브(351)의 개도량을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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