KR101981222B1 - 태양열 난방 장치 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
태양열 난방 장치 및 시스템을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 하나의 급수장치로부터 공급받아 태양열에 의해 가열된 물을 온수와 난방수로 분리하여 사용하도록 하는 태양열 난방 장치 및 시스템을 제공한다
본 실시예의 일 측면에 의하면, 하나의 급수장치로부터 공급받아 태양열에 의해 가열된 물을 온수와 난방수로 분리하여 사용하도록 하는 태양열 난방 장치 및 시스템을 제공한다
Description
본 발명은 태양열을 이용하여 난방장치로 공급할 온수를 가열하며, 온수와 난방수를 분리하여 온수를 이용하여 난방수를 추가로 가열함으로써, 난방수와 온수의 혼합을 방지하며 온수를 이용해 난방수를 추가적으로 가열할 수 있는 태양열 난방 장치 및 시스템에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
근래에 들어 고유가와 화석에너지 자원의 고갈 및 이들의 사용에 의한 대기오염이 심각한 문제로 대두되면서 그 대책의 일환으로서 대체 에너지의 활용방안이 각광을 받기 시작했으면, 그 다양한 활용방안 중의 하나가 무한정한 무공해 에너지원인 태양열을 이용하는 것으로 태양열 발전소, 태양열 보일러, 태양열 차량, 태양열 주택 등 여러 분야에 응용되고 있다.
일반적으로 상기 태양열 보일러는 태양광 조사량이 많은 건물의 옥상 및 지붕에 설치되는 집열판(solor collector) 및 집열관을 통해 집열된 열을 이용하여 물을 가열시켜 난방수로 이용하도록 한 난방위주 방식의 보일러를 사용하고 있다.
하지만 위 난방위주 방식의 태양열 보일러는 집열탱크로부터 배출된 난방수를 생활온수로 사용하기에는 더럽기 때문에 그 이용에 제약에 따르며, 온수를 공급받기 위해서는 난방수와는 별도로 물을 공급받아 가열하기 위한 추가적인 보일러를 구비해야 하는 불편이 있었다.
본 발명의 일 실시예는, 하나의 급수장치로부터 공급받아 태양열에 의해 가열된 물을 온수와 난방수로 분리하여 사용하도록 하는 태양열 난방 장치 및 시스템을 제공하는 데 일 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 태양열에 의해 가열된 물을 온수와 난방수로 분리하여 사용하되, 온수를 이용하여 냉각된 난방수를 추가적으로 가열하는 태양열 난방 장치 및 시스템을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 태양열을 이용하여 온수를 공급하며 난방을 할 수 있는 태양열 난방 시스템에 있어서, 태양열을 이용하여 외부로부터 공급받은 물을 가열하는 태양열 집열장치와 상기 태양열 집열장치로 물을 공급하는 급수장치와 상기 태양열 집열장치와 상기 급수장치를 연결하여, 상기 태양열 집열장치로 물을 전달하는 제1 파이프와 상기 태양열 집열장치에 의해 가열된 온수를 공급받아 저장하는 온수용 탱크와 상기 태양열 집열장치와 상기 온수용 탱크를 연결하여, 상기 온수용 탱크로 온수를 전달하는 제2 파이프와 온수에 의해 가열되는 난방수를 저장하는 난방용 탱크와 상기 온수용 탱크와 상기 태양열 집열장치를 연결하되, 상기 온수용 탱크로부터 전달되는 온수에 의해 상기 난방용 탱크에 저장된 난방수가 가열될 수 있도록 상기 난방용 탱크를 거치며, 상기 난방용 탱크를 거치며 냉각된 온수가 다시 가열되도록 상기 태양열 집열장치로 냉각된 온수를 전달하는 제3 파이프와 상기 온수용 탱크와 상기 난방용 탱크를 연결하며, 난방수로 사용하기 위한 온수를 상기 난방용 탱크로 전달하는 제4 파이프와 상기 온수용 탱크로부터 온수를, 상기 난방용 탱크 또는 외부로부터 난방수를 공급받아, 공급받은 온수 또는 난방수를 기 설정된 온도까지 가열하여 외부로 제공하는 난방장치와 상기 온수용 탱크와 상기 난방장치를 연결하여, 상기 난방장치로 온수를 전달하는 제5 파이프 및 상기 난방용 탱크와 상기 난방장치를 연결하여, 상기 난방장치로 난방수를 전달하는 제6 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 난방 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 태양열 난방 시스템은 상기 난방장치와 난방구역을 연결하며, 상기 난방구역으로 상기 난방장치에 의해 가열된 난방수를 전달하는 제7 파이프 및 상기 난방구역과 상기 난방장치를 연결하며, 상기 난방장치로 상기 난방구역을 지나며 냉각된 난방수를 전달하는 제8 파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 태양열 난방 시스템은 상기 난방구역과 상기 난방용 탱크를 연결하며, 상기 난방용 탱크로 상기 난방구역을 지나며 냉각된 난방수를 전달하는 제9 파이프 및 상기 제8 파이프 및 상기 제9 파이프 상에 위치하여, 상기 난방구역을 지나며 냉각된 난방수가 상기 제8 파이프에 의해 상기 난방장치로 전달되거나, 상기 제9 파이프에 의해 상기 난방용 탱크로 전달되도록 상기 난방구역을 지나며 냉각된 난방수를 분기(分岐)시키는 삼방밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 태양열 난방 시스템은 상기 태양열 난방 시스템 내 포함된 각 구성의 동작을 제어하는 제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제어장치는 상기 난방장치로 공급되는 온수 또는 난방수의 온도를 파악하여, 공급된 온수 또는 난방수의 온도가 기 설정된 온도가 될 때까지 가열하도록 상기 난방장치를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제어장치는 상기 난방구역을 지나며 냉각된 난방수의 온도와 상기 난방용 탱크 내 저장된 난방수의 온도를 파악하여, 상기 난방구역을 지나며 냉각된 난방수의 온도가 상기 난방용 탱크 내 저장된 난방수의 온도보다 높은 경우, 상기 난방구역을 지나며 냉각된 난방수가 상기 제8 파이프에 의해 상기 난방장치로 전달되도록 상기 삼방밸브를 제어하고, 상기 난방구역을 지나며 냉각된 난방수의 온도가 상기 난방용 탱크 내 저장된 난방수의 온도보다 낮은 경우, 상기 난방구역을 지나며 냉각된 난방수가 상기 제9 파이프에 의해 상기 난방용 탱크로 전달되도록 상기 삼방밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따르면, 태양열에 의해 가열된 물을 온수와 난방수로 분리하여 사용하기 때문에, 하나의 급수장치를 구비하더라도 온수와 난방수를 모두 공급할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하나의 급수장치로부터 공급받아 태양열에 의해 가열된 물을 온수와 난방수로 분리하여 사용하기 때문에, 온수와 난방수가 혼합되는 문제를 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 난방을 위해 사용되어 냉각된 난방수를 온수를 이용하여 가열함으로써, 난방장치가 냉각된 난방수를 가열하기 위한 연료소모를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 난방 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열부의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 난방 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열부의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 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 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열장치(100)는 급수부(110), 가열부(120), 반사판(130) 및 고정프레임(140)을 포함한다.
급수부(110)는 가열하고자 하는 공급받으며, 가열된 물을 외부(태양열 난방 시스템)로 제공한다. 급수부(110)는 공급구(115)를 통해 가열하고자 하는 물을 공급받아, 가열부(120)에 의해 데워지도록 한다. 급수부(110)는 공급구(115)를 통해 가열이 되지 않은 물이나 가열되었으나 난방수로 사용되며 냉각된 물을 공급받아 가열부(120)로 제공한다. 급수부(110)는 복수의 가열부(120)와 연결되어, 각 가열부(120)로 공급구(115)를 통해 공급받은 물을 제공한다. 이에 따라, 급수부(110)는 공급된 물이 가열부를 거치며 가열되도록 한다.
급수부(110)는 가열된 물을 태양열 난방 시스템으로 제공한다. 급수부(110)는 공급구(115)가 위치한 반대편에 공급구와 동일하거나 유사한 구멍(미도시)을 구비하여, 가열부를 거치며 가열된 물을 태양열 난방 시스템으로 제공한다.
가열부(120)는 급수부(110)로부터 돌출되며, 태양열을 흡수하여 가열부(120)를 통과하는 물을 가열한다. 가열부(120)의 구조는 도 4에 상세히 도시되어 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열부의 구성을 도시한 도면이다.
투명관(410)은 가열 파이프(420)가 태양광을 받을 수 있도록 하며, 외력으로부터 가열부(120) 내부 구성을 보호한다. 투명관(410)은 가열 파이프(420)가 태양광을 온전히 받을 수 있도록 투명한 재질로 구성된다. 또한, 가열 파이프(420)가 외부로 그대로 노출되는 경우, 외력이나 외부 환경에 의해 파손이 될 우려가 있어, 가열 파이프(420)를 보호하기 위해 외력이나 외부 환경에 노출되더라도 파손의 우려가 적은 단단한 재질로 구성될 수 있다.
투명관(410)은 내부에 가열 파이프(420)를 포함하는데, 가열 파이프(420)는 투명관(410)에 바로 맞닿아 있는 것이 아니라, 일정 거리만큼 이격되어 배치된다. 즉, 투명관(410)과 가열 파이프(420)의 사이에 일정한 빈 공간(415)이 존재하게 된다. 빈 공간(415)이 존재함에 따라, 외력이 투명관(410)에 작용하더라도 바로 가열 파이프(420)로 전달되어 가열 파이프(420)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
빈 공간(415)은 진공상태로 존재할 수 있다. 빈 공간(415)이 진공상태인 경우, 태양열의 열 전도속도가 증가하여 투명관(410)으로 입사된 태양광과 태양광에 의해 발생하는 열이 가열 파이프(420)로 보다 많이 전달될 수 있다.
가열 파이프(420)는 입사된 태양광을 이용해 유입된 물을 가열한다. 가열 파이프(420)는 급수부(110)로부터 가열이 필요한 물을 유입받으며, 투명관(410)을 거쳐 입사된 태양광에 의해 유입된 물이 가열되도록 한다. 가열 파이프(420)는 태양광의 흡수율이 우수한 재질로 구성되며, 태양광의 흡수율을 증가시키기 위해 검은색 표면을 가질 수 있다. 가열 파이프(420)는 태양광을 흡수하여, 가열 파이프(420)로 유입된 물이 가열되도록 한다. 가열 파이프(420)로 유입된 물은 가열되며, 가열된 물은 밀도차 또는 온도차에 의해 다시 급수부(110)로 유출된다. 또는, 가열 파이프(420)는 내부에 급수부(110)로부터 유입되는 물이 흐를 수 있는 수로를 내부에 추가적으로 구비하여, 수로에 흐르는 물을 가열할 수 있다.
가열부(120)는 투명관(410)이 반사판(130) 또는 고정 프레임(140)과 맞닿는 끝 부분에 완충부(430)를 구비한다. 가열부(120)는 끝부분이 반사판(130) 또는 고정 프레임(140)과 맞닿게 되는데, 이에 따라 투명관(410)은 파손의 우려가 존재한다. 가열부(120)가 반사판(130) 또는 고정 프레임(140)과 맞닿음으로써 생기는 파손의 우려를 해소하기 위해, 가열부(120)는 완충부(430)를 구비한다. 완충부(430)는 파손의 염려가 적은 금속이나 고무 등의 재질로 구현될 수 있다.
완충부(430)는 돌출부(435)를 구비할 수 있다. 완충부(430)가 반사판(130) 또는 고정 프레임(140)과 맞닿는 경우, 돌출부(435)는 반사판(130) 또는 고정 프레임(140)과 접촉하여, 가열부(120)가 움직이지 않고 고정될 수 있도록 한다. 돌출부(435)를 통해 가열부(120)가 고정됨에 따라, 외력에 의해 가열부 간 접촉 또는 각 가열부 내 투명관(410)과 가열 파이프(420) 간 접촉을 방지하여 가열부 또는 가열부 내 구성의 파손을 최소화할 수 있다.
가열부(120)는 급수부(110)와 연결되어, 급수부(110)로부터 가열이 필요한 물을 유입받으며 가열된 물을 유출하기 위해 개방된 입구(440)를 갖는다. 개방된 입구(440)는 완충부(430)의 반대방향에 형성되어, 급수부(110)로부터 가열이 필요한 물이 유입되고 가열된 물이 유출될 수 있도록 한다.
다시 도 1을 참조하면, 가열부(120)는 반사판(130)의 가로방향으로 배치되도록 급수부(110)에 연결된다. 즉, 급수부(110)는 반사판(130)의 세로방향으로 배치되며, 가열부(120)는 급수부(110)와 수직하도록 배치된다. 가열부(120)가 급수부(110)와 수직하며 반사판(130)의 가로방향으로 배치됨에 따라, 가열부(120)가 달리 배치되는 것에 비해 보다 많은 양의 태양광이 입사되며, 보다 오랜시간 동안 태양광이 입사되는 장점이 있다. 이에 따라 단위 시간당 각 가열부(120)가 입사받는 태양광의 양이 증가하여 단위 시간당 가열효율이 증가한다.
가열부(120)는 경사를 갖도록, 급수부(110)에 연결되어 있는 끝단은 높게, 반대편 끝단은 낮게 배치될 수 있다. 가열부(120)가 급수부(110)에서 반대편 끝단까지 경사를 갖도록 배치됨에 따라, 급수부(110)에서 가열을 위해 가열부(120)로 제공되는 물이 경사를 따라 보다 원활히 가열부(120)로 유입되어 순환될 수 있도록 한다.
하나의 가열부 만으로는 급수부(110)로 유입되는 물을 온전히 가열할 수 없기 때문에, 가열부(120)는 복수 개가 급수부(110)에 연결될 수 있다. 복수 개의 가열부(120)가 급수부(110)에 연결됨에 따라, 각 가열부를 거치며 급수부(110)에 유입된 물이 차츰 가열되어 최종적으로 온전히 가열될 수 있다.
반사판(130)은 입사하는 태양광을 반사시킨다. 가열부(120)는 입사하는 태양광에 의해 가열되는데, 가열에 이용되는 가열 파이프 영역은 태양광이 입사하는 방향의 절반만이 이용된다. 이와 같이, 가열부(120)의 비효율 성을 보완하고자, 반사판(130)이 가열부(120)의 하단에 배치된다. 반사판(130)은 입사하는 태양광을 반사시킴으로써, 가열부(120)가 가열에 이용되는 영역 이외에 가열에 이용되지 않고 있는 영역도 반사된 태양광을 이용해 가열에 이용할 수 있도록 함으로써, 가열부(120)의 가열 효율을 증가시킨다.
반사판(130)은 알루미늄 등 빛을 반사시키는 반사율이 높은 재질로 구성된다. 반사판(130)의 반사율이 증가할수록 가열부(120)의 가열에 이용되지 않고 있는 영역으로 반사되는 태양광이 증가하기 때문에, 반사판(130)은 빛을 반사시키는 반사율이 높은 재질로 구성된다.
고정프레임(140)은 가열부(120)와 반사판(130)이 일정한 각도로 고정될 수 있도록 한다. 가열부(120)와 반사판(130)이 태양광을 보다 많이 효율적으로 수신하기 위해서는 지면으로부터 일정 각도만큼 기울어 있는 것이 바람직하다. 고정프레임(140)은 가열부(120)와 반사판(130)을 고정시키며, 삼각형의 형태로 구현되어 가열부(120)와 반사판(130)이 지면으로부터 일정 각도만큼 기울어진 상태를 유지할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 난방 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
급수장치(210)는 태양열 집열장치(100)로 태양열 집열장치(100)가 가열할 물을 공급한다. 급수장치(210)가 태양열 집열장치(100)로 공급하는 물은 가열되기 이전의 물로서, 상대적으로 낮은 온도를 갖는다.
온수용 탱크(220)는 태양열 집열장치(100)로부터 태양열 집열장치(100)에 의해 가열된 물을 공급받아 저장한다. 온수용 탱크(220)에는 급수장치(210)로부터 급수되어 태양열 집열장치(100)로부터 가열된 깨끗한 물만이 저장되며, 이외에 다른 물은 저장되지 않는다. 온수용 탱크(220)에 저장된 물은 난방장치(240)로 제공되어 난방장치(240)가 외부로 온수를 제공함에 있어 사용되도록 하거나, 난방용 탱크(230)를 거쳐 흐르도록 하여 난방수를 가열하도록 사용된다.
수위 확인모듈(224)은 온수용 탱크(220) 내 태양열 집열장치(100)로부터 공급받은 물의 수위를 확인한다. 수위 확인모듈(224)은 온수용 탱크(220) 내 저장된 온수가 기 설정된 수위에 도달하였는지를 확인하여 제어장치(300)로 전달한다.
공기 배출구(228)는 온수용 탱크(220) 내 공기를 배출한다. 온수용 탱크(220) 내에는 태양열 집열장치(100)에 의해 가열된 물이 저장된다. 이에 따라, 가열된 물로부터 수증기가 발생할 수 있으며, 온수용 탱크(220) 내에 많은 물이 저장되며 다량의 수증기가 발생하여 경우에 따라서는 고압의 수증기에 의해 탱크가 파손되는 경우가 발생할 여지도 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해, 온수용 탱크(220)는 압력 센서(미도시)를 구비할 수 있으며, 제어장치(300)는 압력 센서의 센싱값을 수신하여 공기 배출구(228)를 제어할 수 있다. 공기 배출구(228)는 제어장치(300)의 제어에 따라 공기를 배출시킴으로써, 온수용 탱크(220) 내 기체의 압력이 적정수준을 유지하도록 한다.
난방용 탱크(230)는 난방을 위한 난방수를 저장한다. 난방용 탱크(230)는 온수용 탱크(220)에 저장된 온수를 난방수로 공급받거나, 난방구역(250)을 난방하는데 기 사용된 난방수를 재공급받아 저장한다. 난방용 탱크(230)는 난방구역(250)을 난방하는데 기 사용된 난방수를 재공급받아 저장하기 때문에, 저장된 난방수의 온도가 필연적으로 낮아지게 된다. 이를 바로 난방수로서 난방장치(240)로 공급하게 되면, 난방수를 기 설정된 온도까지 가열하는데 많은 연료가 소모된다. 이러한 문제를 방지하고자, 난방용 탱크(230)에 온수용 탱크(220)에 저장된 온수가 공급되는 것은 물론, 온수용 탱크(220)에 저장된 온수가 흐르는 파이프(292)가 난방용 탱크(230)를 거치도록 배치된다. 이처럼 배치된 파이프(292)에 흐르는 온수에 의해 난방용 탱크(230)에 저장된 난방수가 가열됨으로써, 난방장치(240)로 공급할 난방수가 적정한 수준의 온도로 가열되어 난방장치(240)는 난방수를 가열하는 데 최소한의 연료만을 소모할 수 있다.
난방용 탱크(230)도 온수용 탱크(220)와 마찬가지로 수위 확인모듈(234)과 공기 배출구(238)를 구비한다.
난방장치(240)는 온수용 탱크(220)로부터 온수를, 난방용 탱크(230)로부터 난방수를 각각 공급받아, 공급받은 온수 또는 난방수를 기 설정된 온도까지 가열하여 외부로 제공한다. 난방장치(240)는 온수용 탱크(220)로부터 온수를 공급받아 기 설정된 온도까지 가열한 후, 외부로 공급하여 온수가 생활용수로 사용될 수 있도록 한다. 난방장치(240)는 난방용 탱크(230)로부터 난방수를 공급받아 기 설정된 온도까지 가열한 후, 난방구역(250)을 난방할 수 있도록 난방수를 난방구역(250)으로 제공하며, 난방구역(250)을 난방하는 데 사용되어 냉각된 난방수 또는 난방용 탱크(230)에서 재가열된 난방수를 다시 공급받는다. 이때, 온수는 물론, 난방수도 온수에 의해 충분히 가열된 상태로 공급받기 때문에, 난방장치(240)는 최소한의 가열로 공급받은 온수 또는 난방수를 기 설정된 온도까지 가열할 수 있다. 난방수는 난방장치(240)로부터 제공되더라도, (난방용 탱크를 거쳐) 다시 난방장치(240)로 공급되기 때문에 온수와 혼합될 가능성이 전혀 존재하지 않는다.
제1 순환펌프(260)는 제6 파이프(295) 상에 배치되어, 난방용 탱크(230)에서 난방장치(240)로 공급되는 난방수의 순환을 돕거나 차단한다. 제1 순환펌프(260)는 제어장치(300)의 제어에 따라, 난방용 탱크(230)에서 난방장치(240)로 공급되는 난방수의 순환을 도울수도 있으며, 난방용 탱크(230)에서 난방장치(240)로 난방수가 공급되지 못하도록 난방수의 순환을 차단할 수도 있다. 경우에 따라, 난방용 탱크(230)에 저장된 난방수의 온도가 난방구역(250)을 난방하는 데 사용되어 냉각된 난방수의 온도보다 낮을 경우도 발생할 수 있다. 이러한 경우까지 난방용 탱크(230)에 저장된 난방수를 난방장치(240)로 공급하는 것은 비효율적이다. 따라서 전술한 경우 제1 순환펌프(260)는 난방용 탱크(230)에서 난방장치(240)로 난방수가 공급되지 못하도록 난방수의 순환을 차단할 수 있다.
제2 순환펌프(265)는 제3 파이프(292) 상에 배치되어, 온수용 탱크(220)에서 난방용 탱크(230)를 거쳐 태양열 집열장치(100)로 공급되는 난방수의 순환을 돕거나 차단한다.
삼방밸브(270)는 난방구역(250)을 난방하는 데 사용되어 냉각된 난방수가 난방용 탱크(230)로 흐르도록 하거나, 난방장치(240)로 다시 공급되도록 분기(分岐)시킨다. 통상적으로 난방구역(250)을 난방하는 데 사용되어 냉각된 난방수는 난방용 탱크(230)에 저장된 난방수보다 온도가 낮다. 이러한 경우, 난방구역(250)을 난방하는 데 사용되어 냉각된 난방수가 난방장치(240)로 다시 공급되는 것은 연료소모를 증가시키는 원인이 된다. 제어장치(300)의 제어에 따라, 삼방밸브(270)는 난방구역(250)을 난방하는 데 사용되어 냉각된 난방수가 난방용 탱크(230)로 흐르도록 분기시킨다. 이와 같이 분기시킴으로써, 냉각된 난방수가 난방용 탱크(230)에서 온수에 의해 재가열되도록 한다. 반대로, 난방구역(250)을 난방하는 데 사용되어 냉각된 난방수는 난방용 탱크(230)에 저장된 난방수보다 온도가 높은 경우, 삼방밸브(270)는 바로 난방장치(240)로 다시 공급되어 난방수로 사용되도록 분기시킨다. 이와 같이 동작함에 따라, 태양열 난방 시스템(200)은 최소한의 연료소모로 최고의 효율을 가질 수 있다.
체크밸브(280)는 파이프 내 흐르는 온수 또는 냉각수를 일 방향으로만 흐르도록 한다. 도 2에는 제3 파이프(292)와 제6 파이프(295)에만 배치되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고, 모든 파이프(290 내지 299)에 배치될 수 있다.
제1 파이프(290)는 태양열 집열장치(100)와 급수장치(210)를 연결하여, 태양열 집열장치(100)로 물을 전달한다.
제2 파이프(291)는 태양열 집열장치(100)와 온수용 탱크(220)를 연결하여, 온수용 탱크(220)로 가열된 물을 전달한다. 이때, 제2 파이프(291)는 급수부(110)의 공급구(115) 반대방향 및 온수용 탱크(220)와 바로 연결됨으로써 공기 중으로 드러나도록 배치될 수 있다. 그러나 이와 같이 배치되는 경우, 파이프가 공기와 접촉하며 파이프 내를 흐르는 가열된 물의 온도가 일부 떨어질 우려가 존재한다. 이에 따라, 제2 파이프(291)는 급수부(110)의 공급구(115) 반대방향과 연결된 후, 온수용 탱크(220)에 바로 연결되는 것이 아니라, 고정 프레임(140)의 내부공간(145)을 지나 온수용 탱크(220)에 연결될 수 있다. 반사판(130)이 태양열에 의해 가열됨에 따라 반사판(130) 하부에 위치한 내부공간(145)은 상대적으로 외부 공기에 비해 높은 온도를 갖는다. 이처럼, 제2 파이프(291)는 외부 공기에 비해 상대적으로 높은 온도를 갖는 내부공간(145)을 지남에 따라, 외부 공기와의 접촉에 의해 발생하는 온도 하락을 방지할 수 있다.
제3 파이프(292)는 난방용 탱크(230)를 거쳐 온수용 탱크(220)와 태양열 집열장치(100)를 연결하여. 태양열 집열장치(100)로 난방용 탱크(230)를 거치며 냉각된 온수를 공급한다. 제3 파이프(292)는 온수용 탱크(220)로부터 전달되는 온수에 의해 난방용 탱크(230)에 저장된 난방수가 가열될 수 있도록 난방용 탱크(230)를 거친다. 또한, 제3 파이프(292)는 난방용 탱크(230)를 거치며 냉각된 온수가 다시 가열되도록 태양열 집열장치(100)로 냉각된 온수를 전달한다. 이때, 제3 파이프(292)는 난방용 탱크(230)를 거치는 동안, 난방용 탱크(230) 내 난방수와 접촉하는 면적을 증가시키기 위해 용수철과 같이 꼬여있을 수 있다.
다만, 제3 파이프(292)는 난방용 탱크(230)를 거칠 뿐이며, 제3 파이프를 흐르는 온수가 난방용 탱크(230) 내 난방수와 유입되는 것은 아니어서 난방수와 온수가 혼합되는 것은 아니다.
제4 파이프(293)는 온수용 탱크(220)와 난방용 탱크(230)를 연결하여, 난방수로 사용하기 위한 온수를 난방용 탱크(230)로 전달한다. 제4 파이프는 온수를 난방수로 사용할 수 있도록, 온수용 탱크(220)와 난방용 탱크(230)를 연결하여 온수용 탱크(220)에 저장된 온수를 난방용 탱크(230)로 전달한다. 다만, 제4 파이프(293)는 온수용 탱크(220)에 저장된 온수를 일방적으로 난방용 탱크(230)로 전달하여 난방수로 사용하도록 하는 것에 그칠뿐이며, 난방용 탱크(230)에 저장된 난방수를 다시 온수용 탱크(220)로 전달하는 것은 아니어서, 온수에 난방수가 혼합되는 문제는 발생하지 않는다. 제4 파이프(293)는 제3 파이프(292)에서 분기되거나, 제3 파이프(292)와는 별도의 루트로 형성될 수 있다.
제5 파이프(294)는 온수용 탱크(220)와 난방장치(240)를 연결하여, 난방장치(240)로 온수를 전달한다.
제6 파이프(295)는 난방용 탱크(230)와 난방장치(240)를 연결하여, 난방장치(240)로 난방수를 전달한다.
제7 파이프(296)는 난방장치(240)와 난방구역(250)을 연결하여, 난방구역(250)으로 난방수를 전달한다.
제8 파이프(297)는 난방구역(250)과 난방장치(240)를 연결하며, 난방장치(240)로 난방구역(250)을 지나며 냉각된 난방수를 전달한다.
제9 파이프(298)는 난방구역(250)과 난방용 탱크(230)를 연결하며, 난방용 탱크(230)로 난방구역(250)을 지나며 냉각된 난방수를 전달한다. 제9 파이프(298)는 삼방밸브(270)에 의해 제8 파이프(297)로부터 분기되어, 난방용 탱크(230)로 난방구역(250)을 지나며 냉각된 난방수를 전달한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치(300)는 통신부(310) 및 제어부(320)를 포함한다.
통신부(310)는 태양열 난방시스템 내 각 구성과 유선 또는 무선으로 연결되어, 태양열 난방시스템 내 각 구성으로부터 정보 또는 데이터를 수신하거나, 태양열 난방시스템 내 각 구성으로 제어신호를 전송한다. 통신부(310)는 태양열 난방시스템 내 각 구성과 유선 또는 무선으로 연결되어, 태양열 난방시스템 내 각 구성으로부터 정보 또는 데이터를 수신한다. 예를 들어, 통신부(310)는 온수용 탱크(220) 또는 난방용 탱크(230) 내 수위 확인모듈(224, 234) 또는 압력 센서(미도시)로부터 수위에 관한 정보나 압력에 관한 센싱값을 수신할 수 있다. 통신부(310)는 온수용 탱크(220) 또는 난방용 탱크(230) 내 온도 센서(미도시)로부터 각 탱크 내 저장된 물의 온도에 관한 센싱값을 수신할 수 있다. 통신부(310)는 난방장치(240)로부터 외부로 공급하려는 온수 또는 난방수의 온도에 관한 정보나 난방장치(240)와 연결된 파이프(295, 296, 297)를 통과하는 난방수의 온도에 관한 정보를 수신할 수 있다.
통신부(310)는 태양열 난방시스템(200) 내 각 구성으로 제어신호를 전송한다. 예를 들어, 통신부(310)는 급수장치(210)가 태양열 집열장치(100)로 물을 공급할지 여부에 관한 제어신호를 급수장치(210)로 전송할 수 있다. 통신부(310)는 온수용 탱크(220) 또는 난방용 탱크(230) 내 공기 배출구(228, 238)로 공기를 배출하도록 하는 제어신호를 전송할 수 있다. 통신부(310)는 난방장치(240)로 공급된 온수 또는 난방수를 가열하도록 하는 제어신호를 전송할 수 있다. 통신부(310)는 순환펌프(260, 265) 또는 삼방밸브(270)로 펌프 또는 밸브의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 전송할 수 있다.
나아가, 통신부(310)는 태양열 난방시스템(200)을 이용하고자 하는 이용자의 단말(미도시)로부터 제어신호나 정보를 수신할 수 있다. 통신부(310)는 태양열 난방시스템(200) 내 각 구성과 통신하기 위한 무선모듈 또는 이와는 별개의 무선모듈을 이용하여 단말(미도시)과 통신하며, 단말(미도시)로부터 제어신호나 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(310)는 단말로부터 난방장치(240)가 온수 또는 난방수를 가열하기 위한 상한치인 기 설정된 온도 정보를 수신할 수 있다. 또는, 통신부(310)는 단말로부터 난방장치(240) 또는 급수장치(210)의 정지 또는 작동에 관한 제어신호를 수신할 수 있다.
제어부(320)는 태양열 난방시스템(200) 내 각 구성으로부터 수신한 정보 또는 데이터를 이용하여 태양열 난방시스템(200) 내 각 구성을 제어한다. 제어부(320)는 수신한 정보 또는 데이터를 토대로, 태양열 난방시스템(200)이 원활히 동작하며 최적의 효율로 동작할 수 있도록 태양열 난방시스템(200) 내 각 구성을 제어한다.
제어부(320)는 온수용 탱크(220) 또는 난방용 탱크(230) 내 수위 확인모듈(224, 234)로부터 수신한 수위에 관한 정보를 이용하여, 급수장치(210) 또는 순환펌프(260, 265)의 동작을 제어한다. 온수용 탱크(220) 또는 난방용 탱크(230) 내 수위가 기 설정된 수위에 도달한 경우, 온수용 탱크(220) 또는 난방용 탱크(230)로 온수 또는 난방수의 유입은 저지되어야 한다. 제어부(320)는 급수장치(210)의 동작을 멈추고, 순환펌프(260, 265)를 제어하여 순환펌프가 설치된 파이프로 온수 또는 난방수가 흐르는 것을 방지함으로써, 온수용 탱크(220) 또는 난방용 탱크(230)로 온수 또는 난방수의 유입을 저지한다.
제어부(320)는 온수용 탱크(220) 또는 난방용 탱크(230) 내 압력 센서(미도시)로부터 수신한 압력에 관한 센싱값을 이용하여, 공기 배출구(228, 238)로 공기를 배출하도록 제어한다.
제어부(320)는 온수용 탱크(220) 또는 난방용 탱크(230) 내 온도 센서(미도시)로부터 수신한 각 탱크 내 저장된 물의 온도에 관한 센싱값 및 단말로부터 수신한 기 설정된 온도 정보를 이용하여, 난방장치(240)가 온수나 난방수를 기 설정된 온도까지 가열하도록 제어한다. 또한, 제어부(320)는 난방장치(240)로부터 외부로 공급하려는 온수 또는 난방수의 온도에 관한 정보를 이용하여, 난방장치(240)가 온수나 난방수를 기 설정된 온도까지 정확히 가열하였는지 확인할 수 있다.
제어부(320)는 난방용 탱크(230) 내 온도 센서(미도시)로부터 수신한 난방수의 온도에 관한 센싱값 및 난방장치(240)와 연결된 파이프(297)를 통과하는 난방수의 온도에 관한 정보를 이용하여 삼방밸브(270)의 동작을 제어한다. 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 제어부(320)는 난방구역(250)을 난방하는 데 사용되어 냉각된 난방수의 온도와 난방수 탱크 내 저장된 난방수의 온도를 비교하여, 삼방밸브(270)를 제어한다.
제어부(320)는 단말로부터 수신한 급수장치(210) 또는 난방장치(240)의 동작에 관한 신호를 이용하여, 급수장치(210) 또는 난방장치(240)의 동작을 제어한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양열 집열장치 110: 급수부
115: 공급구 120: 가열부
130: 반사판 140: 고정 프레임
145: 내부공간 210: 급수장치
220: 온수용 탱크 224, 234: 수위 확인모듈
228, 238: 공기 배출구 230: 난방용 탱크
240: 난방장치 250: 난방구역
260, 265: 순환 펌프 270: 삼방밸브
280: 체크밸브 290 내지 298: 제1 내지 제9 파이프
300: 제어장치 310: 통신부
320: 제어부 410: 투명관
415: 빈 공간 420: 가열 파이프
430: 완충부 435: 돌출부
440: 입구
115: 공급구 120: 가열부
130: 반사판 140: 고정 프레임
145: 내부공간 210: 급수장치
220: 온수용 탱크 224, 234: 수위 확인모듈
228, 238: 공기 배출구 230: 난방용 탱크
240: 난방장치 250: 난방구역
260, 265: 순환 펌프 270: 삼방밸브
280: 체크밸브 290 내지 298: 제1 내지 제9 파이프
300: 제어장치 310: 통신부
320: 제어부 410: 투명관
415: 빈 공간 420: 가열 파이프
430: 완충부 435: 돌출부
440: 입구
Claims (6)
- 태양열을 이용하여 온수를 공급하며 난방을 할 수 있는 태양열 난방 시스템에 있어서,
태양열을 이용하여 외부로부터 공급받은 물을 가열하는 태양열 집열장치;
상기 태양열 집열장치로 물을 공급하는 급수장치;
상기 태양열 집열장치에 의해 가열된 온수를 공급받아 저장하는 온수용 탱크;
온수에 의해 가열되는 난방수를 저장하는 난방용 탱크;
상기 온수용 탱크와 상기 태양열 집열장치를 연결하되, 상기 온수용 탱크로부터 전달되는 온수에 의해 상기 난방용 탱크에 저장된 난방수가 가열될 수 있도록 상기 난방용 탱크를 거치며, 상기 난방용 탱크를 거치며 냉각된 온수가 다시 가열되도록 상기 태양열 집열장치로 냉각된 온수를 전달하는 파이프;
상기 온수용 탱크로부터 온수를, 상기 난방용 탱크 또는 외부로부터 난방수를 공급받아, 공급받은 온수 또는 난방수를 기 설정된 온도까지 가열하여 외부로 제공하는 난방장치;
상기 난방장치와 난방구역을 연결하며, 상기 난방구역으로 상기 난방장치에 의해 가열된 난방수를 전달하는 제2 파이프;
상기 난방구역과 상기 난방장치를 연결하며, 상기 난방장치로 상기 난방구역을 지나며 냉각된 난방수를 전달하는 제3 파이프;
상기 난방구역과 상기 난방용 탱크를 연결하며, 상기 난방용 탱크로 상기 난방구역을 지나며 냉각된 난방수를 전달하는 제4 파이프; 및
상기 제3 파이프 및 상기 제4 파이프 상에 위치하여, 상기 난방구역을 지나며 냉각된 난방수가 상기 제3 파이프에 의해 상기 난방장치로 전달되거나, 상기 제4 파이프에 의해 상기 난방용 탱크로 전달되도록 상기 난방구역을 지나며 냉각된 난방수를 분기(分岐)시키는 삼방밸브
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 난방 시스템. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 태양열 난방 시스템 내 포함된 각 구성의 동작을 제어하는 제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 난방 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 제어장치는,
상기 난방장치로 공급되는 온수 또는 난방수의 온도를 파악하여, 공급된 온수 또는 난방수의 온도가 기 설정된 온도가 될 때까지 가열하도록 상기 난방장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열 난방 시스템.
- 삭제
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| KR1020170140182A KR101981222B1 (ko) | 2017-10-26 | 2017-10-26 | 태양열 난방 장치 및 시스템 |
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