KR101888553B1 - 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템 및 이를 이용한 냉난방 방법 - Google Patents

화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템 및 이를 이용한 냉난방 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시 예는 축열조에 수분흡착제가 저장되고, 수분흡착제에 대한 수분의 흡착 또는 탈착에 의해 열 공급 또는 이전 상태로의 회복이 수행되는 태양열 하이브리드 냉난방시스템을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템은 태양열을 집열하여 순환유체를 가열하는 집열부; 집열부에 의해 가열된 순환유체가 통과하고, 순환유체의 열에너지를 저장하는 축열부; 집열부에 의해 가열된 순환유체 또는 축열부에 의해 가열된 순환유체를 공급받아 열원으로 사용하여 냉각을 수행하는 냉동기; 및 축열부로부터 유입된 증발기유체 및 응축기유체를 냉각시키는 냉각부;를 포함한다.

Description

화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템 및 이를 이용한 냉난방 방법{Hybrid cooling and heating system using solar heat with thermochemical heat storage tank and a method of cooling and heating using the same}
본 발명은 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템 및 이를 이용한 냉난방 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축열조에 수분흡착제가 저장되고, 수분흡착제에 대한 수분의 흡착 또는 탈착에 의해 열 공급 또는 이전 상태로의 회복이 수행되는 태양열 하이브리드 냉난방시스템에 관한 것이다.
태양이 한 시간 동안 지표면에 공급하는 에너지의 양은 전 인류가 일년 동안 소비하는 에너지의 양과 유사하다는 연구 결과에서 보듯이, 태양에너지를 이용하면 화석 연료의 고갈에 따른 에너지 문제를 해결할 수 있다. 이에 따라, 최근에는, 태양에너지를 이용하는 방안에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
태양에너지를 이용하는 방법에는, 태양광을 이용하는 방법과 태양열을 이용하는 방법이 있으며, 이 중 태양열을 이용하는 방법은, 주로 온수를 생성시키는데 사용하고, 이렇게 생성된 온수를 이용하여 냉난방을 수행하거나 전기를 발생시킬 수 있다.
태양열을 이용하여 에너지를 생산하는 태양열 에너지 시스템에서는, 흐리거나 밤이어서 일사량이 적거나 없는 시간에 시스템 작동 효율이 감소함을 보완하기 위하여, 축열조를 같이 설치하는 것이 일반적이다. 축열조는, 열을 저장하는 축열을 위한 장치이며, 축열 방식으로는 현열축열, 잠열축열, 화학축열 등이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1557753호(발명의 명칭: 태양열 온수시스템, 이하 종래기술1이라 한다.)에서는, 태양열을 집열하여 열매체를 가열하는 태양열 집열기; 상기 태양열 집열기의 출구측과 입구측을 연결하여 열매체가 순환하는 폐회로를 구성하는 열매체 순환관; 상기 열매체 순환관의 일부가 내부를 경유하도록 구비되어, 상기 태양열에 의해 가열된 열매체와 내부에 수용되는 온수 간에 열교환이 이루어지는 축열조; 상기 축열조 내의 상부에 수용된 온수의 온도를 검출하기 위한 축열조 상부 온도센서; 상기 축열조의 온수를 수전 측으로 공급하는 온수공급부; 및 상기 축열조의 온수 온도가 설정온도 미만인 경우에 상기 축열조의 온수를 보조적으로 가열하여 공급하는 보일러;를 포함하는 태양열 온수시스템이 개시되어 있다.
상기 종래기술1은, 축열조에 물이 저장되고, 집열기에서 집열된 태양열을 이용하여 축열조의 물 온도를 상승시켜 축열을 수행하므로, 저장된 온수의 열방출에 의해 축열 효율이 감소하여 시스템의 효율도 감소한다는 제1문제점을 갖는다.
그리고, 상기 종래기술1은, 그 기능이 온수 발생으로 한정되어 있으므로, 냉방을 실시할 수 없어, 사용 기간에 제한이 있다는 제2문제점을 갖는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, 태양열을 집열하여 순환유체를 가열하는 집열부; 상기 집열부에 의해 가열된 상기 순환유체가 통과하고, 상기 순환유체의 열에너지를 저장하는 축열부; 상기 집열부에 의해 가열된 상기 순환유체 또는 상기 축열부에 의해 가열된 순환유체를 공급받아 열원으로 사용하여 냉각을 수행하는 냉동기; 및 상기 축열부로부터 유입된 증발기유체 및 응축기유체를 냉각시키는 냉각부;를 포함하여 이루어지고, 상기 축열부는, 수분흡착제의 수분 흡착 및 탈착에 의해, 열 공급 및 축열을 수행하는 것을 특징으로 하는 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 축열부는, 상기 수분흡착제가 저장되는 축열조, 상기 축열조 내부에 설치되고, 상기 수분흡착제와 접촉하며, 상기 순환유체가 통과하는 축열부배관, 상기 축열조와 결합하고, 상기 수분흡착제에 흡착될 수분을 공급하며, 상기 증발기유체가 통과하는 증발기배관이 내부에 설치된 증발기, 및 상기 축열조와 결합하고, 상기 수분흡착제에서 탈착된 수분을 응축시켜 상기 증발기에 공급하며, 상기 응축기유체가 통과하는 응축기배관이 내부에 설치된 응축기,를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 집열부는, 태양열을 집열하여 집열부유체를 가열하는 집열기, 상기 집열부유체가 통과하는 집열부배관, 및 상기 집열부배관의 일부위가 설치되고, 상기 집열부배관의 일부위로부터 열에너지를 공급받는 상기 순환유체를 저장하는 집열부탱크,를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 수분흡착제는, 제올라이트 또는 실리카겔일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 수분흡착제는, 분말 형태이며, 다층 구조인 상기 축열조 내 각 층에 적층될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 수분흡착제는, 중앙 부위가 타공된 구의 형상으로 형성되어, 상기 축열조 내 적층될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 냉동기는, 흡착식 냉동기일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 순환유체는, 물(H2O)일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, (ⅰ) 상기 집열부에서 태양열을 집열하는 단계; (ⅱ) 상기 집열부에서 가열된 상기 순환유체가 상기 냉동기로 공급되어, 상기 냉동기에 의해 냉방이 수행되는 단계; (ⅲ) 상기 집열부에서 가열된 상기 순환유체가 상기 축열부배관을 통해 유동하면서 상기 축열조 내부에 열을 공급하여, 상기 수분흡착제의 수분을 탈착시키는 단계; (ⅳ) 상기 증발기로부터 상기 축열조로 수분이 공급되어, 상기 수분흡착제에서 수분 흡착이 수행되는 단계; (ⅴ) 상기 수분흡착제에서 수분 흡착이 수행되어 흡착열이 발생하고, 상기 흡착열에 의해 상기 축열부배관을 통과하는 상기 순환유체가 가열되는 단계; 및 (ⅵ) 상기 (ⅴ)단계에서 가열된 상기 순환유체가 상기 집열부탱크를 거쳐 상기 냉동기로 공급되어, 상기 냉동기에 의해 냉방이 수행되는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템을 이용한 냉방 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅱ)단계의 냉방은, 상기 집열기 가동 중에 수행되고, 상기 (ⅵ)단계의 냉방은, 상기 집열기 가동 중단 중에 수행될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, (ⅰ) 상기 집열부에서 태양열을 집열하는 단계; (ⅱ) 상기 집열부에서 가열된 상기 순환유체에 의해 난방이 수행되는 단계; (ⅲ) 상기 집열부에서 가열된 상기 순환유체가 상기 축열부배관을 통해 유동하면서 상기 축열조 내부에 열을 공급하여, 상기 수분흡착제의 수분을 탈착시키는 단계; (ⅳ) 상기 증발기로부터 상기 축열조로 수분이 공급되어, 상기 수분흡착제에서 수분 흡착이 수행되는 단계; (ⅴ) 상기 수분흡착제에서 수분 흡착이 수행되어 흡착열이 발생하고, 상기 흡착열에 의해 상기 축열부배관을 통과하는 상기 순환유체가 가열되는 단계; 및 (ⅵ) 상기 (ⅴ)단계에서 가열된 상기 순환유체에 의해 난방이 수행되는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템을 이용한 난방 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅱ)단계의 난방은, 상기 집열기 가동 중에 수행되고, 상기 (ⅵ)단계의 난방은, 상기 집열기 가동 중단 중에 수행될 수 있다.
본 발명은, 축열조에 수분흡착제가 저장되고, 수분흡착제에 대한 수분의 흡착 또는 탈착에 의해 열 공급 또는 이전 상태로의 회복이 수행되므로, 온도가 상승한 물질의 저장에 의한 축열과 달리, 열방출에 의한 축열 효율 감소가 방지되어 시스템의 효율 감소도 방지된다는 제1효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 난방과 냉방을 모두 수행할 수 있어, 계절의 변화에 대응하여 사용할 수 있어, 사용 기간에 제한이 없다는 제2효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은, 축열조에 수분을 공급하기 위한 증발기에 이용되는 온수도 냉동기에서 배출되는 온수를 사용하므로, 전체 시스템의 에너지 효율이 증가한다는 제3효과를 갖는다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양열 하이브리드 냉난방시스템에 대한 구성도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양열 하이브리드 냉난방시스템에 대한 구성도이다.
도1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 태양열 하이브리드 냉난방시스템은, 태양열을 집열하여 순환유체를 가열하는 집열부; 집열부에 의해 가열된 순환유체가 통과하고, 순환유체의 열에너지를 저장하는 축열부; 집열부에 의해 가열된 순환유체 또는 축열부에 의해 가열된 순환유체를 공급받아 열원으로 사용하여 냉각을 수행하는 냉동기(400); 및 축열부로부터 유입된 증발기유체 및 응축기유체를 냉각시키는 냉각부(300);를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 축열부는, 수분흡착제(110)의 수분 흡착 및 탈착에 의해, 열 공급 및 축열을 수행할 수 있다.
수분흡착제(110)는, 제올라이트 또는 실리카겔일 수 있다.
수분흡착제(110)는, 분말 형태이며, 다층 구조인 축열조(120) 내 각 층에 적층될 수 있다.
수분흡착제(110)는, 중앙 부위가 타공된 구의 형상으로 형성되어, 축열조(120) 내 적층될 수 있다.
수분흡착제(110)는, 건조 상태에서 수분이 공급되어 수분 흡착이 일어나는 경우, 수분 흡착에 의한 흡착열이 발생할 수 있다. 그리고, 수분이 흡착된 상태에서 가열이 되는 경우, 수분이 탈착되어 수분흡착제(110)로부터 제거될 수 있다.
제올라이트는 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물인 광물을 총칭하는 것이며, 결정구조적으로 각 원자의 결합이 느슨하여 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 결합구조는 유지되므로, 수분 및 미립 물질을 흡착할 수 있는 특성이 있다. 그리고, 제올라이트에 수분이 흡착되면, 수분은 흡착열을 발산할 수 있다. 이러한 흡착열을 이용하여 축열부배관(130)을 통과하는 순환유체를 가열할 수 있다.
실리카겔은 작은 구멍들이 서로 연결되어 그물조직을 이루고, 그 사이에 용매인 물 등이 들어간 고형화된 비결정형의 입자인데, 표면적이 넓어 수분을 흡수하는 성능이 뛰어나다. 그리고, 제올라이트와 마찬가지로, 실리카겔에 수분이 흡착되면, 수분은 흡착열을 발산할 수 있다. 이러한 흡착열을 이용하여 축열부배관(130)을 통과하는 순환유체를 가열할 수 있다.
축열조(120)는 다층 구조로 형성될 수 있고, 분말형태인 수분흡착제(110)가 각 층에 적층되어, 수분흡착제(110)가 수분과 접촉하는 표면적을 최대화할 수 있다. 수분흡착제(110)는 축열조(120)에 적층되는 방식으로 저장되는데, 단순히 수분흡착제(110)를 축열조(120)에 적층시키는 경우, 분말 형태의 특성에 의해 축열조(120) 통과를 위한 수분의 유동이 용이하지 않을 수 있고, 또한, 수분이 수분흡착제(110)와 접촉하는 면적이 작아 수분의 흡착 및 탈착이 용이하지 않으므로, 축열부의 성능이 현저히 감소할 수 있다.
수분이 수분흡착제(110)와 접촉하는 면적을 최대화하고, 수분흡착제(110)를 축열조(120) 내부에 적층하여도 축열조(120)에 대한 유입과 배출을 위한 수분의 이동이 용이하도록 하기 위해, 수분흡착제(110)는, 중앙 부위가 타공된 구의 형상으로 형성될 수 있다.
수분흡착제(110)가 중앙 부위가 타공된 구의 형상을 가지면, 수분은 구 형상의 외부 표면에 대해 흡착 또는 탈착을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 중앙 부위의 타공된 부분의 내부 면에 대해서도 흡착 또는 탈착을 수행할 수 있어, 수분흡착제(110)에 대한 수분의 흡착 또는 탈착 효율을 최대화시켜, 축열부의 성능을 극대화시킬 수 있다. 수분흡착제(110)가 중앙 부위가 타공된 구의 형상을 가지면서, 다층 구조의 축열조(120)에 적층될 수 있음은 물론이다.
축열부는, 수분흡착제(110)가 저장되는 축열조(120), 축열조(120) 내부에 설치되고, 수분흡착제(110)와 접촉하며, 순환유체가 통과하는 축열부배관(130), 축열조(120)와 결합하고, 수분흡착제(110)에 흡착될 수분을 공급하며, 증발기유체가 통과하는 증발기배관(141)이 내부에 설치된 증발기(140), 및 축열조(120)와 결합하고, 수분흡착제(110)에서 탈착된 수분을 응축시켜 증발기(140)에 공급하며, 응축기유체가 통과하는 응축기배관(151)이 내부에 설치된 응축기(150),를 포함할 수 있다.
집열부는, 태양열을 집열하여 집열부유체를 가열하는 집열기(230), 집열부유체가 통과하는 집열부배관(220), 및 집열부배관(220)의 일부위가 설치되고, 집열부배관(220)의 일부위로부터 열에너지를 공급받는 순환유체를 저장하는 집열부탱크(210),를 포함할 수 있다.
축열조(120)는, 도1에서 보는 바와 같이, 원통형의 탱크 형상일 수 있다. 그리고, 축열조(120)의 내부에는 수분흡착제(110)가 적층되어 저장될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는, 축열조(120)가 원통형의 탱크 형상이라고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 축열조(120)가 다각형의 탱크 형상일 수도 있다.
축열부배관(130)은, 수분흡착제(110)와의 접촉 면적을 최대화하기 위해, 지그재그 형성으로 축열조(120)에 내부에 설치될 수 있다. 그리고, 축열조(120) 내부에 설치된 축열부배관(130)이 연장되어, 축열부배관(130)의 양 말단이 집열부탱크(210)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 집열부탱크에서 가열된 순환유체가 축열조(120) 내부에 열을 공급하면서 유동할 수 있다.
증발기(140)는, 증발기배관(141)에서 증발기(140) 내 수분에 열에너지를 공급하여, 축열조(120) 내부로 수분을 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 증발기밸브(142)는 열리고, 응축기밸브(152)는 잠길 수 있다. 증발기밸브(142)를 통과하여 증발기(140) 내부에 열을 공급하는 유체는, 냉동기(400)를 통과하여 온도가 상승한 유체일 수 있다.
즉, 증발기(140)에 열을 공급하는 유체는 냉동기(400)에 사용된 후 재사용되는 유체일 수 있다. 이에 따라, 전체 냉난방시스템의 효율을 상승시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는, 증발기(140)에 열을 공급하는 유체는, 냉동기(400)에서 배출되는 유체를 재사용한 것이라고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 집열부탱크(210) 또는 축열조(120)로부터 공급되는 유체일 수도 있다.
축열조(120) 내부의 수분흡착제(110)에서 탈착이 일어나는 경우, 증발기밸브(142)는 잠기고, 응축기밸브(152)는 열릴 수 있다. 그리고, 수분이 응축기(150) 내부로 유동하고, 응축기배관(151)과 접촉하여 응축된 후, 증발기(140)로 이동할 수 있다. 응축기배관(151)을 지나는 응축기유체는, 가열되어 탈착된 수분으로부터 열을 흡수하여 냉각부(300)로 유동하고, 냉각부(300)에서 냉각된 응축기유체는, 다시 응축기(150)로 유동할 수 있다.
냉각부(300)는, 도1에서 보는 바와 같이, 증발기배관(141) 및 응축기배관(151)과 냉각부회수배관(330)을 통해 연결되어, 유입되는 증발기액체 또는 응축기액체를 냉각한 후, 냉각부제1공급배관(310)을 통해 냉동기(400)로 냉각 기능을 하도록 공급할 수 있고, 또한 냉각부제2공급배관(320)을 통해 응축기(150)로 냉각 기능을 하도록 공급할 수 있다.
집열부에서는 집열부유체가 순환할 수 있다. 먼저, 집열부유체는 집열기(230)에서 태양열에 의해 가열되고, 가열된 집열부유체는 집열부배관(220)을 통해 유동하며, 집열부탱크(210) 내부를 통과하는 집열부배관(220)을 유동할 때 집열부탱크(210) 내부에 저장된 물에 열에너지를 공급할 수 있다. 집열부탱크(210) 내부로 열에너지를 공급한 집열부유체는, 다시 집열기(230)로 이동하여, 가열될 수 있다.
냉동기(400)는, 흡착식 냉동기일 수 있다.
냉동기(400)는 흡수식 냉동기 또는 흡착식 냉동기가 사용될 수 있는데, 바람직하게는 흡착식 냉동기가 사용될 수 있다. 흡착식 냉동기는 상대적으로 낮은 온도의 열에너지를 이용하여 작동할 수 있기 때문이다.
순환유체는, 물(H2O)일 수 있다.
그리고, 집열부유체, 증발기유체, 응축기유체 또는 그 외 본 발명의 냉난방시스템을 유동하는 유체는, 물(H2O)일 수 있다.
이하, 화학식 축열조(120)를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템을 이용한 냉방 방법에 대해 설명하기로 한다.
(순환유체는, 집열부탱크(210)에 저장되어, 축열부배관(130)을 통과하여 축열조(120)에 열을 공급하고, 냉동기(400)에 대해 공급 및 회수될 수 있다. 그리고, 순환유체는, 건물 내 공조기(500)에 공급 및 회수되고, 건물 내 온수기(600)에 공급 및 회수될 수 있다.)
첫째 단계에서, 집열부에서 태양열을 집열할 수 있다.
이때, 집열부유체는, 집열기(230)에서 가열되어 집열부배관(220)을 통과하며, 집열부탱크(210) 내부에 설치된 집열부배관(220)의 일부위를 통과할 때, 집열부탱크(210)에 저장된 순환유체로 열을 공급할 수 있다.
둘째 단계에서, 집열부에서 가열된 순환유체가 냉동기(400)로 공급되어, 냉동기(400)에 의해 냉방이 수행될 수 있다.
이때, 순환유체는, 집열부탱크(210)에 저장된 상태에서 바로 냉동기(400)로 공급될 수 있다. 집열부탱크제1공급배관(211)을 통해 냉동기(400)에 공급된 순환유체는, 냉동기(400)의 열원으로 사용된 후, 집열부탱크제1회수배관을(212) 통해 회수되어 집열부탱크(210)로 유동하고, 회수된 순환유체는 집열부탱크(210)에서 다시 가열될 수 있다.
셋째 단계에서, 집열부에서 가열된 순환유체가 축열부배관(130)을 통해 유동하면서 축열조(120) 내부에 열을 공급하여, 수분흡착제(110)의 수분을 탈착시킬 수 있다.
수분흡착제(110)에서의 수분 탈착은, 수분 흡착을 위한 전 단계로서, 집열부유체에 의해 가열된 순환유체가 집열부탱크(210)에 저장되어 있다가 축열부배관(130)을 통해 유동하면서 축열조(120) 내부에서 수분흡착제(110)에 열을 공급하여 수분 탈착이 수행될 수 있다.
넷째 단계에서, 증발기(140)로부터 축열조(120)로 수분이 공급되어, 수분흡착제(110)에서 수분 흡착이 수행될 수 있다.
집열기(230) 가동이 중단되거나 집열기(230)에 대한 일사량이 충분치 않아, 집열부유체로부터의 열 공급이 용이하지 않은 경우, 집열부탱크(210)에서 집열부유체에 의한 열 공급이 중단될 수 있다.
그리고, 축열부가 순환유체에 대한 열 공급을 수행할 수 있다. 이러한 경우, 수분흡착제(110)에 수분이 흡착되면서 열을 생성할 수 있고, 이를 위해, 증발기밸브(142)가 열려 증발기(140)로부터 축열조(120) 내부로 수분이 공급될 수 있다. 증발기(140)로부터 공급되는 수분은 증기의 형태일 수 있다.
다섯째 단계에서, 수분흡착제(110)에서 수분 흡착이 수행되어 흡착열이 발생하고, 흡착열에 의해 축열조(120)배관을 통과하는 순환유체가 가열될 수 있다.
여섯째 단계에서, 다섯째 단계에서 가열된 순환유체가 집열부탱크(210)를 거쳐 냉동기(400)로 공급되어, 냉동기(400)에 의해 냉방이 수행될 수 있다.
이때, 냉동기(400)에 열을 공급한 순환유체는, 다시 집열부탱크(210)로 회수되고, 축열부를 통과하여 열을 공급 받은 후, 가열된 상태에서 냉동기(400)로 재공급될 수 있다.
냉동기(400)에 의한 냉방은, 냉동기(400)로부터 냉동기공급배관(410)을 통해 공조기(500)로 냉각수가 공급되어 수행될 수 있다. 그 후, 공조기(500)를 통과한 냉각수는, 다시 냉동기(400)로 냉동기회수배관(420)을 통해 회수될 수 있다. 이러한 냉방 과정은, 둘째 단계의 냉방에서도 동일하게 수행될 수 있다.
상기에서 보는 바와 같이, 둘째 단계에서의 냉방은, 집열기(230) 가동 중에 수행될 수 있다. 그리고, 넷째 단계에서의 냉방은, 집열기(230) 가동 중단 중에 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기된 첫째 단계 내지 셋째 단계는, 집열기(230)가 작동하는 경우 수행될 수 있다. 그리고, 상기된 넷째 단계 내지 여섯째 단계는, 집열기(230)가 작동하지 않거나 집열기(230)가 작동하더라도 일사량이 적어 집열기(230)에 의한 열 공급이 충분하지 않은 경우 수행될 수 있다.
이하, 화학식 축열조(120)를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템을 이용한 난방 방법에 대해 설명하기로 한다.
(순환유체는, 집열부탱크(210)에 저장되어, 축열부배관(130)을 통과하여 축열조(120)에 열을 공급하고, 냉동기(400)에 대해 공급 및 회수될 수 있다. 그리고, 순환유체는, 건물 내 공조기(500)에 공급 및 회수되고, 건물 내 온수기(600)에 공급 및 회수될 수 있다.)
여기서, 본 발명의 태양열 하이브리드 냉난방시스템을 이용한 난방 방법은, 냉방을 위한 냉동기(400)를 가동하지 않고 난방을 위해 수행되는 각 단계를 설명한 것이다.
첫째 단계에서, 집열부에서 태양열을 집열할 수 있다.
이때, 집열부유체는, 집열기(230)에서 가열되어 집열부배관(220)을 통과하며, 집열부탱크(210) 내부에 설치된 집열부배관(220)의 일부위를 통과할 때, 집열부탱크(210)에 저장된 순환유체로 열을 공급할 수 있다.
둘째 단계에서, 집열부에서 가열된 순환유체에 의해 난방이 수행될 수 있다.
이때, 순환유체는, 집열부탱크(210)에 저장된 상태에서 바로 건물 내 공조기(500)로 공급될 수 있다. 집열부탱크제2공급배관(213)을 통해 공조기(500)에 공급된 순환유체는, 공조기(500)의 열원으로 사용된 후, 집열부탱크제2회수배관(214)을 통해 회수되어 집열부탱크(210)로 유동하고, 회수된 순환유체는 집열부탱크(210)에서 다시 가열될 수 있다.
셋째 단계에서, 집열부에서 가열된 순환유체가 축열부배관(130)을 통해 유동하면서 축열조(120) 내부에 열을 공급하여, 수분흡착제(110)의 수분을 탈착시킬 수 있다.
수분흡착제(110)에서의 수분 탈착은, 수분 흡착을 위한 전 단계로서, 집열부유체에 의해 가열된 순환유체가 집열부탱크(210)에 저장되어 있다가 축열부배관(130)을 통해 유동하면서 축열조(120) 내부에서 수분흡착제(110)에 열을 공급하여 수분 탈착이 수행될 수 있다.
넷째 단계에서, 증발기(140)로부터 축열조(120)로 수분이 공급되어, 수분흡착제(110)에서 수분 흡착이 수행될 수 있다.
집열기(230) 가동이 중단되거나 집열기(230)에 대한 일사량이 충분치 않아, 집열부유체로부터의 열 공급이 용이하지 않은 경우, 집열부탱크(210)에서 집열부유체에 의한 열 공급이 중단될 수 있다.
그리고, 축열부가 순환유체에 대한 열 공급을 수행할 수 있다. 이러한 경우, 수분흡착제(110)에 수분이 흡착되면서 열을 생성할 수 있고, 이를 위해, 증발기밸브(142)가 열려 증발기(140)로부터 축열조(120) 내부로 수분이 공급될 수 있다. 증발기(140)로부터 공급되는 수분은 증기의 형태일 수 있다.
다섯째 단계에서, 수분흡착제(110)에서 수분 흡착이 수행되어 흡착열이 발생하고, 흡착열에 의해 축열조(120)배관을 통과하는 순환유체가 가열될 수 있다.
여섯째 단계에서, 다섯째 단계에서 가열된 순환유체에 의해 난방이 수행될 수 있다.
이때, 공조기(500)에 열을 공급한 순환유체는, 다시 집열부탱크(210)로 회수되고, 축열부를 통과하여 열을 공급 받은 후, 가열된 상태에서 공조기(500)로 재공급될 수 있다. 이러한 난방 과정은, 둘째 단계의 난방에서도 동일하게 수행될 수 있다.
그리고, 집열부탱크(210)로의 회수를 제외하고 난방과 동일한 과정에 의해, 순환유체가 온수배관(240)을 통해 집열부탱크(210)로부터 온수기(600)로 공급될 수 있다.
상기에서 보는 바와 같이, 둘째 단계에서의 난방은, 집열기(230) 가동 중에 수행될 수 있다. 그리고, 넷째 단계에서의 난방은, 집열기(230) 가동 중단 중에 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기된 첫째 단계 내지 셋째 단계는, 집열기(230)가 작동하는 경우 수행될 수 있다. 그리고, 상기된 넷째 단계 내지 여섯째 단계는, 집열기(230)가 작동하지 않거나 집열기(230)가 작동하더라도 일사량이 적어 집열기(230)에 의한 열 공급이 충분하지 않은 경우 수행될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 수분흡착제 120 : 축열조
130 : 축열부배관 140 : 증발기
141 : 증발기배관 142 : 증발기밸브
150 : 응축기 151 : 응축기배관
152 : 응축기밸브 210 : 집열부탱크
211 : 집열부탱크제1공급배관 212 : 집열부탱크제1회수배관
213 : 집열부탱크제2공급배관 214 : 집열부탱크제2회수배관
220 : 집열부배관 230 : 집열기
240 : 온수배관 300 : 냉각부
310 : 냉각부제1공급배관 320 : 냉각부제2공급배관
330 : 냉각부회수배관 400 : 냉동기
410 : 냉동기공급배관 420 : 냉동기회수배관
500 : 공조기 600 : 온수기

Claims (12)

  1. 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템에 있어서,
    태양열을 집열하여 순환유체를 가열하도록, 태양열을 집열하여 집열부유체를 가열하는 집열기, 상기 집열부유체가 통과하는 집열부배관, 및 상기 집열부배관의 일부위가 설치되고 상기 집열부배관의 일부위로부터 열에너지를 공급받으며 상기 순환유체를 저장하는 집열부탱크,를 포함하는 집열부;
    상기 집열부에 의해 가열된 상기 순환유체가 통과하고, 상기 순환유체의 열에너지를 저장하도록, 수분흡착제가 저장되는 축열조, 상기 축열조와 결합하고 상기 수분흡착제에 흡착될 수분을 공급하는 증발기, 상기 축열조와 결합하고 상기 수분흡착제에서 탈착된 수분을 응축시켜 상기 증발기에 공급하는 응축기, 상기 축열조 내부에 설치되고 상기 수분흡착제와 접촉하며 상기 순환유체가 통과하는 축열부배관,을 포함하는 축열부;
    상기 집열부에 의해 가열된 상기 순환유체 또는 상기 축열부에 의해 가열된 상기 순환유체를 공급받아 열원으로 사용하여 냉각을 수행하는 냉동기; 및
    상기 증발기로부터 유입된 증발기유체와, 상기 응축기로부터 유입된 응축기유체를 냉각시키는 냉각부;
    를 포함하여 이루어지고,
    상기 축열부는, 상기 수분흡착제의 수분 흡착 및 탈착에 의해, 열 공급 및 축열을 수행하며,
    상기 집열부탱크와 상기 축열부배관이 연결되고, 상기 순환유체는 상기 집열부탱크와 상기 축열부배관을 유동하며,
    일사량에 의한 상기 집열기의 가동 여부에 따라, 상기 집열기에 의해 가열되어 상기 집열부탱크에 저장된 상기 순환유체 또는 상기 축열부배관을 통과하며 가열되어 상기 집열부탱크에 저장된 상기 순환유체 중 어느 하나의 유체가 선택적으로 상기 냉동기에 공급되는 것을 특징으로 하는 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 축열부는,
    상기 수분흡착제가 저장되는 축열조,
    상기 축열조 내부에 설치되고, 상기 수분흡착제와 접촉하며, 상기 순환유체가 통과하는 축열부배관,
    상기 증발기의 내부에 설치되고, 상기 증발기유체가 통과하는 증발기배관, 및
    상기 응축기의 내부에 설치되고, 상기 응축기유체가 통과하는 응축기배관,
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항2에 있어서,
    상기 수분흡착제는, 제올라이트 또는 실리카겔인 것을 특징으로 하는 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템.
  5. 청구항4에 있어서,
    상기 수분흡착제는, 분말 형태이며, 다층 구조인 상기 축열조 내 각 층에 적층되는 것을 특징으로 하는 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템.
  6. 청구항4에 있어서,
    상기 수분흡착제는, 중앙 부위가 타공된 구의 형상으로 형성되어, 상기 축열조 내 적층되는 것을 특징으로 하는 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템.
  7. 청구항1에 있어서,
    상기 냉동기는, 흡착식 냉동기인 것을 특징으로 하는 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템.
  8. 청구항1에 있어서,
    상기 순환유체는, 물(H2O)인 것을 특징으로 하는 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템.
  9. 청구항1의 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템을 이용한 냉방 방법에 있어서,
    (ⅰ) 상기 집열부에서 태양열을 집열하는 단계;
    (ⅱ) 상기 집열부에서 가열된 상기 순환유체가 상기 냉동기로 공급되어, 상기 냉동기에 의해 냉방이 수행되는 단계;
    (ⅲ) 상기 집열부에서 가열된 상기 순환유체가 상기 축열부배관을 통해 유동하면서 상기 축열조 내부에 열을 공급하여, 상기 수분흡착제의 수분을 탈착시키는 단계;
    (ⅳ) 상기 증발기로부터 상기 축열조로 수분이 공급되어, 상기 수분흡착제에서 수분 흡착이 수행되는 단계;
    (ⅴ) 상기 수분흡착제에서 수분 흡착이 수행되어 흡착열이 발생하고, 상기 흡착열에 의해 상기 축열부배관을 통과하는 상기 순환유체가 가열되는 단계; 및
    (ⅵ) 상기 (ⅴ)단계에서 가열된 상기 순환유체가 상기 집열부탱크를 거쳐 상기 냉동기로 공급되어, 상기 냉동기에 의해 냉방이 수행되는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템을 이용한 냉방 방법.
  10. 청구항9에 있어서,
    상기 (ⅱ)단계의 냉방은, 상기 집열부에 포함된 집열기 가동 중에 수행되고,
    상기 (ⅵ)단계의 냉방은, 상기 집열기 가동 중단 중에 수행되는 것을 특징으로 하는 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템을 이용한 냉방 방법.
  11. 청구항1의 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템을 이용한 난방 방법에 있어서,
    (ⅰ) 상기 집열부에서 태양열을 집열하는 단계;
    (ⅱ) 상기 집열부에서 가열된 상기 순환유체에 의해 난방이 수행되는 단계;
    (ⅲ) 상기 집열부에서 가열된 상기 순환유체가 상기 축열부배관을 통해 유동하면서 상기 축열조 내부에 열을 공급하여, 상기 수분흡착제의 수분을 탈착시키는 단계;
    (ⅳ) 상기 증발기로부터 상기 축열조로 수분이 공급되어, 상기 수분흡착제에서 수분 흡착이 수행되는 단계;
    (ⅴ) 상기 수분흡착제에서 수분 흡착이 수행되어 흡착열이 발생하고, 상기 흡착열에 의해 상기 축열부배관을 통과하는 상기 순환유체가 가열되는 단계; 및
    (ⅵ) 상기 (ⅴ)단계에서 가열된 상기 순환유체에 의해 난방이 수행되는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템을 이용한 난방 방법.
  12. 청구항11에 있어서,
    상기 (ⅱ)단계의 난방은, 상기 집열부에 포함된 집열기 가동 중에 수행되고,
    상기 (ⅵ)단계의 난방은, 상기 집열기 가동 중단 중에 수행되는 것을 특징으로 하는 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템을 이용한 난방 방법.
KR1020160054864A 2016-05-03 2016-05-03 화학식 축열조를 이용한 태양열 하이브리드 냉난방시스템 및 이를 이용한 냉난방 방법 KR101888553B1 (ko)

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