KR102110829B1 - Self-sufficient hybrid heating system using solar panel and firewood boiler, and method for using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자족형 하이브리드 난방 시스템 및 그 사용 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 태양광 패널과 화목 보일러를 이용한 자족형 하이브리드 난방 시스템 및 그 사용 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a self-sufficient hybrid heating system and a method of using the same. More specifically, the present invention relates to a self-sufficient hybrid heating system using a solar panel and a firewood boiler and a method of using the same.
태양광 발전을 하더라도 지역적인 특수성이나 현장 상황에 따라 이를 잘 활용할 수 없는 경우가 많다. 예를 들면, 계통 연결이 잘 이루어진 지역에서는 태양광 발전으로 생성된 전기를 계통에 물려서 공급할 수 있지만, 독립가옥 또는 독립이 필요한 사찰 및 문화재로 평가받는 전통 가옥, 벽오지 등에서는 불가능하다. Even if photovoltaic power generation is used, it is often not possible to use it well depending on local specificity or site conditions. For example, in areas with good grid connections, electricity generated by solar power can be supplied to the grid, but it is not possible in traditional houses, wall houses, etc. that are evaluated as independent houses or temples and cultural properties that require independence.
한편, 태양광 발전으로 생성된 전기 에너지를 열에너지로 변환하여 난방에 응용하는 많은 시도가 있었다. 그러나 태양광에 의한 발전 용량이 부족하고, 태양광 시설의 대형화 요구에 따라 연구개발이 어려웠었다.Meanwhile, many attempts have been made to convert electric energy generated by solar power generation into thermal energy and apply it to heating. However, the power generation capacity by solar power was insufficient, and research and development was difficult due to the demand for large-scale solar power facilities.
[특허문헌][Patent Document]
한국등록특허 제1650617호 Korean Registered Patent No. 1650617
오지 등에서 외부 에너지의 공급 없이도 태양광 패널과 화목 보일러를 이용해 자족이 가능한 하이브리드 난방 시스템을 제공하고자 한다. 또한, 이러한 하이브리드 난방 시스템의 사용 방법을 제공하고자 한다.In order to provide a self-sufficient hybrid heating system using solar panels and firewood boilers without supplying external energy in remote areas. In addition, it is intended to provide a method of using such a hybrid heating system.
본 발명의 일 실시예에 따른 자족형 하이브리드 난방 시스템은 i) 태양광 패널, ii) 태양광 패널과 전기적으로 연결된 축전지, 및 iii) 태양광 패널 및 축전지와 전기적으로 연결된 화목 보일러를 포함한다. 화목 보일러는, i) 목재 및 석탄 중 하나 이상의 연료가 연소되어 연소 가스를 생성하도록 적용된 연소실, ii) 연소실 위에 위치하고, 물을 저장하는 축열조, iii) 연소실의 상측과 연통되어 축열조를 수직 관통하여 물과 접촉하도록 적용된 연통, iv) 축열조의 하부 측면에 설치되어 물을 가열하도록 적용된 가열 히터, 및 v) 가열 히터에 의한 가열된 물을 이송하여 난방을 제공하는 수관을 포함한다. 연통은, i) 수직으로 뻗고, 물과 접촉하는 제1 연통부, 및 ii) 물과 접촉하는 그 길이가 제1 연통부의 길이보다 길고 제1 연통부의 측면과 연통된 제2 연통부를 포함한다. 가열 히터가 태양광 패널 및 축전지와 전기적으로 연결된다.A self-sufficient hybrid heating system according to an embodiment of the present invention includes i) a solar panel, ii) a storage battery electrically connected to the solar panel, and iii) a firewood boiler electrically connected to the solar panel and storage battery. The firewood boiler comprises: i) a combustion chamber adapted to produce one or more fuels of wood and coal to be combusted, ii) a heat storage tank located above the combustion chamber, iii) communicating with the upper side of the combustion chamber to penetrate the heat storage tank vertically through the water And a communication pipe applied to contact with, iv) a heating heater installed on a lower side of the heat storage tank and applied to heat water, and v) a water pipe that delivers heating by transferring heated water by the heating heater. The communication includes i) a first communication part that extends vertically and contacts water, and ii) a length thereof that contacts water and is longer than the length of the first communication part and communicates with a side surface of the first communication part. The heating heater is electrically connected to the solar panel and storage battery.
화목 보일러는, i) 제1 연통부내에 설치되어 제1 연통부의 개폐가 가능하도록 적용된 제1 게이트 밸브, 및 ii) 제2 연통부내에 설치되어 제2 연통부의 개폐가 가능하도록 적용된 제2 게이트 밸브를 포함할 수 있다. 연소실 및 축열조는 수직으로 상호 이격 설치될 수 있다.The firewood boiler includes: i) a first gate valve installed in the first communication unit and applied to open and close the first communication unit, and ii) a second gate valve installed in the second communication unit and applied to open and close the second communication unit. It may include. The combustion chamber and the heat storage tank may be vertically spaced from each other.
본 발명의 일 실시예에 따른 자족형 하이브리드 난방 시스템의 사용 방법은 전술한 자족형 하이브리드 난방 시스템을 이용한다. 자족형 하이브리드 난방 시스템의 사용 방법은, i) 연료를 연소시키는 단계, ii) 연소 가스의 온도가 1000℃ 이상인 경우, 가열 히터에 공급되는 전기를 차단하는 단계, iii) 제1 게이트 밸브를 열고, 제2 게이트 밸브를 닫는 단계, 및 iv) 태양광 패널에서 또다른 전기를 생성하는 경우, 또다른 전기를 상기 축전지에 공급하는 단계를 포함할 수 있다. The method of using a self-sufficient hybrid heating system according to an embodiment of the present invention uses the self-sufficient hybrid heating system described above. The method of using a self-sufficient hybrid heating system includes: i) burning fuel, ii) when the temperature of the combustion gas is 1000 ° C or higher, cutting off electricity supplied to the heating heater, iii) opening the first gate valve, And closing the second gate valve, and iv) supplying another electricity to the storage battery when generating another electricity in the solar panel.
본 발명의 일 실시예에 따른 자족형 하이브리드 난방 시스템의 사용 방법은 연소 가스의 온도가 300℃ 이하로 떨어지는 경우, 제1 게이트 밸브를 닫고, 제2 게이트 밸브를 여는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자족형 하이브리드 난방 시스템의 사용 방법은 연소 가스의 온도가 100℃ 이하이고, 태양광 패널에서 또다른 전기가 생성되지 않는 경우, 가열 히터를 축전지에 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of using a self-sufficient hybrid heating system according to an embodiment of the present invention may further include closing the first gate valve and opening the second gate valve when the temperature of the combustion gas falls below 300 ° C. A method of using a self-sufficient hybrid heating system according to an embodiment of the present invention includes the step of electrically connecting a heating heater to a storage battery when the temperature of the combustion gas is 100 ° C. or less and no other electricity is generated in the solar panel. It may further include.
자족형 하이브리드 난방 시스템을 이용하여 전기를 공급받기 어려운 농어촌이나 산간오지 등에서도 겨울에 따뜻하게 지낼 수 있다. 특히, 태양광 패널에서 생성한 전기 에너지를 열에너지로 변환해 효율적으로 사용할 수 있다. 또한, 태양광 패널에서 생성한 전기 에너지를 이용하여 생활이 편리하고, 최소한의 문화 생활을 누릴 수 있다. 즉, 주위에서 쉽게 구할 수 있는 연료를 이용해 난방과 발전을 동시에 구현하여 태양광 이용 효율을 극대화하고 열에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.Using a self-sufficient hybrid heating system, you can stay warm in winter even in rural areas or mountainous areas where it is difficult to supply electricity. In particular, the electrical energy generated by the solar panel can be converted into thermal energy and used efficiently. In addition, by using the electric energy generated by the solar panel, life is convenient and a minimal cultural life can be enjoyed. That is, it is possible to maximize the efficiency of solar power utilization and efficiently use heat energy by simultaneously realizing heating and power generation using fuels that are readily available in the surroundings.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자족형 하이브리드 난방 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 자족형 하이브리드 난방 시스템에 포함된 화목 보일러 내부의 연소 개념도이다.
도 3 내지 도 5는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 자족형 하이브리드 난방 시스템의 작동 모드를 개략적으로 나타낸 도면들이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자족형 하이브리드 난방 시스템의 개략적인 도면이다.1 is a schematic diagram of a self-sufficient hybrid heating system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual view of combustion inside a firewood boiler included in the self-sufficient hybrid heating system of FIG. 1.
3 to 5 are views schematically showing operating modes of a self-sufficient hybrid heating system according to a first embodiment of the present invention, respectively.
6 is a schematic diagram of a self-sufficient hybrid heating system according to a second embodiment of the present invention.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다?. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of referring only to specific embodiments and is not intended to limit the invention. The singular forms used herein include plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. As used herein, the meaning of “comprising” embodies certain properties, regions, integers, steps, actions, elements and / or components, and other specific properties, regions, integers, steps, actions, elements, components and / or groups It does not exclude the existence or addition of.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의?된? 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined differently, all terms including technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as those generally understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Defined in a commonly used dictionary? The terms are further interpreted as having meanings consistent with the related technical literature and the presently disclosed content, and are not to be interpreted as ideal or very formal meanings unless defined.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자족형 하이브리드 난방 시스템(100)을 개략적으로 나타낸다. 도 1의 자족형 하이브리드 난방 시스템(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 자족형 하이브리드 난방 시스템(100)의 구조를 다르게 변형할 수도 있다.1 schematically shows a self-sufficient
도 1에 도시한 바와 같이, 자족형 하이브리드 난방 시스템(100)은 화목 보일러(10), 태양광 패널(20) 및 축전지(30)를 포함한다. 이외에, 자족형 하이브리드 난방 시스템(100)은 필요에 따라 다른 장치들을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 1에는 도시하지 않았지만 자족형 하이브리드 난방 시스템(100)은 물 순환을 위한 펌프를 더 포함할 수 있다. 자족형 하이브리드 난방 시스템(100)은 독립 가옥에 적용할 수 있다. 독립 가옥은 외부 전기 계통 등과 단절되어 있으므로, 자족형 하이브리드 난방 시스템(100)이 필요하다.As shown in FIG. 1, the self-sufficient
화목 보일러(10)는 연소실(101) 및 축열조(103)를 포함한다. 화목 보일러(10)가 연소실(101) 및 축열조(103)를 포함하지만, 이와는 달리 축열조(103)를 화목 보일러(10)와 별개인 객체로 해석해도 무방하다.The
연소실(101)은 연료 투입구(1011)를 포함한다. 문처럼 열리는 연료 투입구(1011)를 열고, 연료 투입구(1011)를 통해 연료인 목재 또는 석탄을 연소실(101)에 장입한다. 그리고 목재 또는 석탄에 불을 붙여서 사용할 수 있다. 연소 후에는 연료 투입구(1011)를 통해 재를 수거해 버린다.The
축열조(103)는 가열된 물, 즉 열에너지를 보존하여 저녁 또는 심야에 난방으로 사용할 수 있다. 축열조(103)는 연소실(101) 바로 위에 위치하며, 연소실(101)과 접한다. 따라서 연소실(101)에서 발생하는 열을 축열조(103)에 바로 전달할 수 있어서 축열조(103)의 가열 효율을 높일 수 있다. 또한, 연소실(101)에서 발생한 연소 가스는 연소실(101)과 축열조(103)를 수직으로 관통하는 연통(105)을 따라 외부로 배출된다. 따라서 연소 가스의 고열이 연통(105)에 의해 축열조(103)에 수용된 물을 가열하므로, 물을 신속하게 가열할 수 있다. 연통(105)의 상세한 구조는 도 3 내지 도 5에서 좀더 상세하게 후술한다.The
가열 히터(107)는 축열조(101)의 하부 측면에 위치한다. 따라서 수관(109)(도 1에 굵은 선으로 도시)을 통해 축열조(103)에 공급된 물은 히터(107)와 연소실(101) 부근의 축열조(101) 하부에서 가열 순환되어 축열조(101)의 상부 측면으로 배출된다. 배출된 온수는 수관(109)을 통해 온열판(H101)에 공급 및 순환되면서 자족형 주택(H10) 내부를 따뜻하게 데우면서 난방을 제공한다. 온열판(H101)은 벽돌을 포함하여 벽돌을 데워서 열을 보존할 수도 있다. 가열 히터(107)의 상세 구조는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.The
한편, 화목 보일러(10)는 자족형 주택(H10)의 처마 아래에 설치하여 눈, 비 등을 피할 수 있으므로, 외부 환경 영향이 거의 미치지 않는다. 따라서 화목 보일러(10)는 우수한 내구성을 가져서 장기간 사용할 수 있다. 특히, 연통(105)을 통해 배출되는 연소 가스의 온도를 축열조(103)에 저장된 물과의 열교환에 의해 낮출 수 있으므로, 녹스 등 유해 가스의 배출을 저감하여 친환경적이다. 연통(105)이 축열조(103)를 관통하므로 축열조(103)내의 물이 그 내부로 누설되지 않도록 내열성 실리콘을 연통(105)의 단부 등에 도포해 밀봉한다. 화목 보일러(10)에 사용하기 적합한 축열조(103)의 용량은 400L 내지 600L이다. 바람직하게는 축열조(103)의 용량은 500L이다.On the other hand, the
연소실(101)에서 연료를 태우지 않는 경우에는 태양광 패널(20) 또는 축전지(30)에서 전기를 공급받아 가열 히터(107)로 축열조(103)에 저장된 물을 가열한다. 즉, 가열 히터(107)는 전기 에너지를 열에너지로 변환한다. 이를 위해 태양광 패널(20), 축전지(30) 및 가열 히터(107)는 전선(도 1의 일점쇄선)으로 상호 연결되어 있으며, 스위치들(23, 31)을 통해 그 연결 여부를 좌우할 수 있다. When the fuel is not burned in the
즉, 스위치(23)는 태양광 패널(20)에서 생성된 전기를 가열 히터(107)에 공급해 물을 가열하는 공정 및 축전지(30)에 전기를 저장하는 공정 중 한 공정을 선택하기 위해 사용된다. 한편, 스위치(31)는 축전지(31)로부터 가열 히터(107)에 전기를 공급할지 여부를 선택하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 스위치들(23, 31)의 작동 상태는 추후에 도 3 내지 도 5를 통하여 좀더 상세하게 설명한다.That is, the
태양광 패널(20)은 태양으로부터 빛 에너지를 공급받아 이를 전기 에너지로 변환한다. 태양광 패널(20)로서 필름 형태의 태양광 패널을 사용할 수도 있다. 독립 가옥은 3kW 내지 5kW의 출력을 내는 태양광 패널(20)이 필요하다. 독립적인 동네 규모에서는 가옥 규모에 따라 50kW 내지 100kW의 출력을 내는 태양광 패널(20)이 필요할 수 있다.The
이러한 에너지의 전환 과정 및 태양광 패널(20)의 구조는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.The energy conversion process and the structure of the
도 1에 도시한 바와 같이, 태양광 패널(20) 또는 축전지(30)의 전기는 조명(L)을 켜거나 다른 전기 기기의 작동을 위해 사용될 수 있다. 따라서 도 1의 자족형 주택(H10)은 산간 오지나 벽지 등에 위치하여 외부로부터 전기 등이 공급되지 않아도 자족해서 편리하게 전기와 열을 이용할 수 있다. 이는 화목 보일러(10), 태양광 패널(20), 및 축전지(30)가 상호 결합되어 시너지 효과를 낼 수 있기 때문이다. 즉, 태양광 패널(20)과 축전지(30)는 전기 에너지를 공급하고, 화목 보일러(10)는 열에너지를 공급하므로, 이러한 3가지 장치들의 조합에 의해 외부와 격리되어도 자족형 주택(H10)에서 편안하게 살 수 있다.As shown in FIG. 1, electricity of the
만약, 자족형 주택이 아닌 경우, 화목 보일러 자체를 사용할 필요가 없을 뿐만 아니라 화목 보일러를 도 1과 같은 구조로 형성할 필요가 없다. 왜냐하면 외부 계통을 통해 전기를 공급받을 수 있기 때문에 전기 보일러를 사용하여 언제든지 물을 가열해 쓸 수 있기 때문이다. 굳이 도 1의 화목 보일러(10)와 같은 구조가 필요없다. 그러나 외부 계통이 연결되지 않은 경우, 도 1과 같은 구조를 가진 화목 보일러(10)를 사용할 필요가 있다.If it is not a self-sufficient house, it is not necessary to use a firewood boiler itself, and there is no need to form a firewood boiler with the structure shown in FIG. 1. This is because water can be heated and used at any time using an electric boiler because electricity can be supplied through an external system. It is not necessary to have a structure like the
한편, 도 1에는 도시하지 않았지만, 태양광 패널(20)에서 생성된 전기는 인버터(미도시) 등을 통해 직류에서 교류로 전환되고, 정류된 후에 가열 히터(107)에 공급된다. 한편, 축전지(30)는 태양광 패널(20)로부터 전기를 공급받아 이를 저장하고, 필요에 따라 이를 가열 히터(107)에 공급한다. 축전지는 주택의 전기 사용 용량에 따라 그 크기 및 용량을 적절하게 조절할 수 있다. 이러한 전기의 생성, 공급 및 저장 과정은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.Meanwhile, although not shown in FIG. 1, electricity generated from the
도 2는 도 1의 자족형 하이브리드 난방 시스템(100)에 포함된 화목 보일러(10) 내부의 연소 상태를 개념적으로 나타낸다. 도 2의 연소 상태는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 화목 보일러의 연소 상태는 다른 형태로도 가능하다.FIG. 2 conceptually shows the combustion state inside the
도 2에 도시한 바와 같이, 농어촌 등에서 쉽게 구할 수 있는 목재, 펠렛, 폐건자재, 갈탄 또는 무연탄 등의 가연성 물질을 태워서 난방에 필요한 열을 공급할 수 있다. 화목 보일러를 가동하는 경우, 마른 나뭇가지 또는 참깨대를 이용해서 불을 붙이면 된다. 그리고 등유나 경유를 사용하면 좀더 불이 쉽게 붙는다. 휘발유는 화재 위험이 있어서 잘 사용하지 않는다. 불이 붙은 후에는 참나무 또는 아카시아 나무를 태우면 장시간 화력을 유지할 수 있다. 이러한 연료들을 사용하여 불을 붙인 경우에 생성되는 각 영역을 설명하면 다음과 같다.As shown in FIG. 2, it is possible to supply heat required for heating by burning combustible materials such as wood, pellets, waste building materials, lignite or anthracite, which are readily available in farming and fishing villages. When you start a firewood boiler, you can light it using dry branches or sesame seeds. And if you use kerosene or light oil, it will catch fire more easily. Gasoline is a fire hazard and is not used well. After the fire is burned, oak or acacia trees can be burned for a long time. Each region generated when a fuel is ignited using these fuels will be described as follows.
먼저, 연소 영역(A)의 온도는 600℃ 정도이다. 여기서는 연료에 함유된 가스와 기름이 분해되며, 이산화탄소와 타르가 발생한다. 그 주위로는 나무기름 증기와 나무가스가 분출된다. 이보다 낮은 약 400℃에서는 연료들이 숯으로 변할 수 있다. 연소 영역(B)의 온도는 약 1000℃이다. 연소 영역(B)에서는 그을음이 분해되며, 밝은 나무 가스가 분출되기 시작한다. 연소 영역(C)의 온도는 약 1500℃이고, 가스, 그을음 및 타르가 연소되기 시작한다. 연소 영역(C)은 불꽃 속이 아닌 불꽃 상부에 해당하므로 그 온도는 약 400℃이다. 연소 영역(D)에는 연소 생성물이 존재하고, 뜨거운 공기가 확산되어 상부로 향한다. 화목 보일러에서 연소되는 연료로 인해 고온 가스가 발생한다. 고온 가스는 물을 가열하기 위해 사용된다.First, the temperature of the combustion zone A is about 600 ° C. Here, gas and oil contained in the fuel are decomposed, and carbon dioxide and tar are generated. Around it, wood oil vapor and wood gas are ejected. At about 400 ° C lower than this, the fuels can turn into charcoal. The temperature of the combustion zone B is about 1000 ° C. In the combustion zone B, soot decomposes, and bright wood gas starts to be ejected. The temperature of the combustion zone C is about 1500 ° C., and gas, soot and tar begin to burn. Since the combustion region C corresponds to the upper portion of the flame, not the flame, the temperature is about 400 ° C. Combustion products are present in the combustion zone D, and hot air diffuses to the top. The fuel burned in the firewood boiler generates high-temperature gas. Hot gas is used to heat the water.
도 3 내지 도 5는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 자족형 하이브리드 난방 시스템의 작동 모드를 개략적으로 나타낸 도면들이다. 도 3은 화목 보일러(10)를 가동하지 않고, 태양광 패널 또는 축전지(30)를 사용하여 물을 가열하는 상태를 나타내고, 도 4는 화목 보일러(10)에 연료를 태워서 물을 가열하는 상태를 나타내며, 도 5는 연료의 연소가 완료된 후에 화목 보일러(10)를 사용하는 상태를 나타낸다. 이러한 자족형 하이브리드 난방 시스템의 작동 모드는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 자족형 하이브리드 난방 시스템을 다른 형태로도 작동시킬 수 있다.3 to 5 are views schematically showing operating modes of a self-sufficient hybrid heating system according to a first embodiment of the present invention, respectively. 3 shows a state in which water is heated by using a solar panel or a
도 3은 연소실(101)에서 연료를 태우지 않고, 태양광 패널(미도시) 또는 축전지(30)를 이용하여 화목 보일러(10)를 가동하는 상태를 개략적으로 나타낸다. 도 3에는 화목 보일러(10)를 사용하지 않는 상태를 나타냈지만 태양광 패널 또는 축전지(30)로 커버할 수 없는 열량은 화목 보일러(10)로 보강할 수도 있다.3 schematically shows a state in which the
태양광 패널에서 생성된 전기는 전선(일점 쇄선으로 도시)을 통해 가열 히터(107) 또는 축전지(30)에 공급될 수 있다. 스위치(23)가 좌측 접점에 붙는 경우, 태양광 패널은 가열 히터(107)와 바로 전기적으로 연결된다. 따라서 가열 히터(1031)가 전기 에너지를 열에너지로 변환하여 축열조(103) 내의 물을 가열할 수 있다. 이 경우, 태양광 패널이 가열 히터(107)에 전기를 공급하므로, 축전지(30)는 굳이 가열 히터(107)에 전기적으로 연결될 필요는 없다. 따라서 스위치(31)는 개방 상태를 유지한다. 이와는 달리, 가열 히터(107)의 전기 용량이 충분한 경우, 축전지(30)도 가열 히터(107)에 연결하여 가열 히터(107)의 열출력을 더욱 크게 높일 수 있다.Electricity generated from the solar panel may be supplied to the
도 4는 화목 보일러(10)에 연료를 태워서 물을 가열하는 상태를 개략적으로 나타낸다. 도 4의 화목 보일러(10)의 작동 상태는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 화목 보일러(10)의 작동 상태를 다른 형태로도 변형될 수 있다.4 schematically shows a state in which water is heated by burning fuel in the
도 4는 화목 보일러(10)가 작동하는 상태를 나타내므로, 연소실(101)에는 연료가 장입되어 연소되고, 화목 보일러(10)의 사용에 따라 전기를 가열 히터(107)에 공급하지 않아도 된다. 따라서 스위치들(23, 31)이 가열 히터(107)로의 전기 공급을 차단하며, 필요한 경우 태양광 패널에서 생성된 전기는 축전지(30)에 저장한다.4 shows the state in which the
연통(105)은 제1 연통부(1051) 및 제2 연통부(1053)를 포함한다. 제1 연통부(1051)와 제2 연통부(1053)는 축열조(103) 내부의 물과 접촉한다. 제1 연통부(1051)는 수직으로 뻗어 있다. 제2 연통부(1053)는 제1 연통부(1051)의 측면과 연통되어 있다.The
도 4에 도시한 바와 같이, 제2 연통부(1053)는 각각 상부 및 하부에 수평으로 뻗은 연통부들과 이들을 상호 연결하면서 수직으로 뻗은 연통부를 포함한다. 즉, 제2 연통부(1053)는 제1 연통부(1051)를 바이패스하는 형태로 형성되어 있다. 한편, 도 4에 도시한 제2 연통부(1053)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 물과 접촉하는 제2 연통부(1053)의 길이가 물과 접촉하는 제1 연통부(1051)의 길이보다 큰 조건하에서 다양한 형상으로 변형이 가능하다. 예를 들면, 제2 연통부(1053)를 다수의 지그재그 형상으로 형성할 수도 있다.As illustrated in FIG. 4, the
한편, 제1 연통부(1051) 내에는 제1 게이트 밸브(1052)가 설치되어 제1 연통부(1051)를 개폐하고, 제2 연통부(1053) 내에는 제2 게이트 밸브(1054)가 설치되어 제2 연통부(1053)를 개폐한다. 도 4에서는 제1 게이트 밸브(1052)는 열리고, 제2 게이트 밸브(1054)는 닫힌 상태를 나타낸다. 즉, 연료의 연소에 따라 다량으로 발생하는 연소 가스를 외부로 빠르게 배출해야 연료가 더 잘 연소되어 높은 발열량을 얻을 수 있다. 이 경우, 뜨거워진 연소실(101)이 축열조(103)에 저장된 물을 가열할 수 있을 뿐만 아니라 연소 가스로 인해 뜨거워진 제1 연통부(1051)를 통해 물을 가열할 수 있다. 연소실(101)에서 배출되는 연소 가스의 온도가 1000℃ 이상이므로, 연소로 인해 충분한 열량이 얻어진다. 제2 게이트 밸브(1054)는 닫아서 연소 가스가 제2 연통부(1053)는 통과하지 않도록 제어한다.Meanwhile, a
도 5는 연료의 연소가 완료된 후에 화목 보일러(10)를 사용하는 상태를 나타낸다. 도 5의 화목 보일러(10)의 사용 상태는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 화목 보일러(10)의 사용 상태를 다른 형태로도 변형할 수 있다.5 shows a state in which the
화목 보일러(10)는 일반 보일러와는 달리 연료를 추가 공급하지 않더라도 이미 공급된 연료에 잔열이 오랫동안 남아 있는 차이점이 있다. 따라서 이러한 잔열을 최대한 이용할 필요가 있다. 즉, 연소 가스가 배출되는 속도를 최대한 늦춰서 연소 가스의 잔열을 모두 활용할 필요가 있다. 더욱이 연료 공급 중단에 따라 발생하는 연소 가스의 양도 크게 감소하므로, 연소 가스가 외부로 잘 배출되지 않도록 차단한다.The
도 5에 도시한 바와 같이, 제1 게이트 밸브(1052)를 닫는 경우, 연소 가스는 수직으로 바로 빠르게 빠져 나가지 못하므로 연소 가스로 인한 열손실을 크게 줄일 수 있다. 반면에, 제2 게이트 밸브(1054)는 열어서 연소 가스를 바이패스시키면 제2 연통부(1053)과 물과 접촉하는 면적이 넓어서 연소 가스의 열을 충분히 물에 전달하면서 냉각되는 효과까지 얻을 수 있다. 예를 들면, 연소실(101)에서 배출되는 연소 가스의 온도가 300℃ 이하로 떨어지는 경우, 연료 공급 중단으로 파악하여 제1 게이트 밸브(1052)를 닫고, 제2 게이트 밸브(1054)를 열 수 있다. 연소 가스의 온도가 300℃ 이상으로 올라갈 수도 있으므로, 이 경우 제1 게이트 밸브(1052)를 닫고, 제2 게이트 밸브(1054)를 열면 연소 가스가 잘 빠져나가지 않아 위험할 수 있다. 따라서 연소 가스의 온도가 300℃ 이하로 떨어지는지 확인하는 것이 중요하다.As shown in FIG. 5, when the
나아가, 연소 가스의 온도가 100℃ 이하이고, 밤인 경우에는 화살표 방향로 스위치(31)를 전환시켜 가열 히터(107)를 축전지(30)에 전기적으로 연결할 필요가 있다. 밤이므로, 전기가 태양광 패널로부터 공급되지 않을 수 있다. 이로써 축전지(30)에서 가열 히터(107)로 전기 에너지를 공급하고 이를 열에너지로 변환하여 축열조(103) 내의 물을 가열하여 난방에 사용할 수 있다.Furthermore, when the temperature of the combustion gas is 100 ° C. or less, and at night, it is necessary to switch the
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자족형 하이브리드 난방 시스템(200)을 개략적으로 나타낸다. 도 6의 자족형 하이브리드 난방 시스템(200)은 도 1의 자족형 하이브리드 난방 시스템(100)과 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다.6 schematically shows a self-sufficient
도 6에 도시한 바와 같이, 화목 보일러(12)에 포함된 연소실(121)과 축열조(123)는 수직으로 상호 이격되어 설치된다. 좀더 구체적으로, 연소실(121)은 벽난로로서 기능하여 자족형 주택(H20)의 거실에 위치하고, 축열조(123)는 옥상에 위치한다. 연소실(121)은 연료를 넣는 앞쪽만 보이도록 방의 외벽에 붙여서 설치할 수도 있다.6, the combustion chamber 121 and the
축열조(123)의 부피가 상당히 클 수 있어서 실내에 놓기는 어렵다. 반면에, 연소실(121)은 자족형 주택(H20) 내부에 설치해서 내부 공기를 데울 수 있을 뿐만 아니라 편안하면서 아늑한 느낌을 줄 수 있다. 따라서 연소실(121)과 축열조(123)를 수직으로 분리시켜 설치할 수 있다. 축열조(123)가 자족형 주택(H20) 외부에 설치되더라도 그 외부가 단열재(미도시)로 둘러싸여 있어서 보온 효과가 우수하다. 따라서 축열조(123)에 수용된 물은 잘 식지 않는다.Since the volume of the
연소실(121)에서는 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성한 후, 연통(125)을 통해 연소 가스를 외부로 배출한다. 연통(125)은 축열조(123)를 관통하여 위치한다. 따라서 연통(125)을 통과하는 연소 가스의 열에 의해 축열조(123)에 저장된 물을 데울 수 있다. 연소실(121)이 축열조(123)와 떨어져 있어서 연소실(121)에서 연료가 타면서 발생하는 열을 직접 축열조(123)에 전달할 수 없다. 그러나 연통(125)을 통과하는 연소 가스의 열도 상당하므로, 축열조(123)에 수용된 물을 가열하기에 충분하다. The combustion chamber 121 burns fuel to generate combustion gas, and then discharges the combustion gas to the outside through the
연소실(121)에서 연료를 연소시키지 않는 경우, 태양광 패널(22) 또는 축전지(32)에서 공급되는 전기를 가열 히터(107)에 공급해 통해 축열조(123)에 수용된 물을 가열할 수 있다. 물은 축열조(123)에서 가열된 후 온열판(H101)으로 공급되어 순환된다.When the fuel is not combusted in the combustion chamber 121, water supplied to the
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.Although the present invention has been described as described above, those skilled in the art to which the present invention pertains will readily appreciate that various modifications and variations are possible without departing from the concept and scope of the claims set forth below.
10, 12. 화목 보일러
20, 22. 태양광 패널
23, 31. 스위치
30, 32. 축전지
100, 200. 자족형 하이브리드 난방 시스템
101, 121. 연소실
103, 123. 축열조
105, 125. 연통
107. 가열 히터
109. 수관
1011. 연료 투입구
1051, 1053. 연통부
1052, 1054. 게이트 밸브
A, B, C, D. 연소 영역
H10, H20. 자족형 주택
H101. 온열판
L. 조명10, 12. Firewood boiler
20, 22. Solar panel
23, 31.Switch
30, 32. Storage battery
100, 200. Self-contained hybrid heating system
101, 121. Combustion chamber
103, 123. Heat storage tank
105, 125. Communication
107. Heating heater
109. Water Pipe
1011. Fuel inlet
1051, 1053. Ministry of Communications
1052, 1054.Gate valve
A, B, C, D. Combustion Zone
H10, H20. Self-contained housing
H101. Hot plate
L. Lighting
Claims (6)
상기 태양광 패널과 전기적으로 연결된 축전지, 및
상기 태양광 패널 및 상기 축전지와 전기적으로 연결된 화목 보일러
를 포함하고,
상기 화목 보일러는,
목재 및 석탄 중 하나 이상의 연료가 연소되어 연소 가스를 생성하도록 적용된 연소실,
상기 연소실 위에 위치하고, 물을 저장하는 축열조,
상기 연소실의 상측과 연통되어 상기 축열조를 수직 관통하여 상기 물과 접촉하도록 적용된 연통,
상기 축열조의 하부 측면에 설치되어 상기 물을 가열하도록 적용된 가열 히터, 및
상기 가열 히터에 의한 가열된 물을 이송하여 난방을 제공하는 수관
을 포함하며,
상기 연통은,
수직으로 뻗고, 상기 물과 접촉하는 제1 연통부, 및
상기 물과 접촉하는 그 길이가 상기 제1 연통부의 길이보다 길고 상기 제1 연통부의 측면과 연통된 제2 연통부
를 포함하고,
상기 제2 연통부는,
상기 제1 연통부의 측면과 각각 연결되고, 각각 상부 및 하부에 수평으로 뻗고 상기 물과 접촉하는 한 쌍의 수평 연통부들, 및
상기 한 쌍의 수평 연통부들을 상호 연결하면서 수직으로 뻗은 수직 연통부
를 포함하고,
상기 화목 보일러는,
상기 제1 연통부내에 설치되어 상기 제1 연통부의 개폐가 가능하도록 적용된 제1 게이트 밸브, 및
상기 제2 연통부내에 설치되어 상기 제2 연통부의 개폐가 가능하도록 적용된 제2 게이트 밸브
를 더 포함하고,
상기 가열 히터가 상기 태양광 패널 및 상기 축전지와 전기적으로 연결된 자족형 하이브리드 난방 시스템.Solar Panel,
A storage battery electrically connected to the solar panel, and
A firewood boiler electrically connected to the solar panel and the storage battery
Including,
The firewood boiler,
Combustion chambers applied to the combustion of one or more fuels of wood and coal to produce combustion gases,
Located on the combustion chamber, a heat storage tank for storing water,
A communication applied to communicate with the upper side of the combustion chamber to penetrate the heat storage tank vertically and contact the water,
A heating heater installed on the lower side of the heat storage tank and applied to heat the water, and
A water pipe that provides heating by transporting heated water by the heating heater
It includes,
The communication,
A first communication part extending vertically and contacting the water, and
A second communication portion whose length in contact with the water is longer than the length of the first communication portion and communicates with a side surface of the first communication portion
Including,
The second communication unit,
A pair of horizontal communication units connected to the side surfaces of the first communication unit, horizontally extending at the upper and lower portions, and in contact with the water, respectively, and
The vertical communication part extending vertically while interconnecting the pair of horizontal communication parts
Including,
The firewood boiler,
A first gate valve installed in the first communication portion and applied to open and close the first communication portion, and
A second gate valve installed in the second communication portion and applied to open and close the second communication portion
Further comprising,
A self-contained hybrid heating system in which the heating heater is electrically connected to the solar panel and the storage battery.
상기 연소실 및 상기 축열조는 수직으로 상호 이격 설치된 자족형 하이브리드 난방 시스템.In claim 1,
The combustion chamber and the heat storage tank are self-sufficient hybrid heating systems installed vertically spaced apart from each other.
상기 연료를 연소시키는 단계,
상기 연소 가스의 온도가 1000℃ 이상인 경우, 상기 가열 히터에 공급되는 전기를 차단하는 단계,
상기 제1 게이트 밸브를 열고, 상기 제2 게이트 밸브를 닫는 단계, 및
상기 태양광 패널에서 또다른 전기를 생성하는 경우, 상기 또다른 전기를 상기 축전지에 공급하는 단계
를 포함하는 자족형 하이브리드 난방 시스템의 사용 방법.A method of using a self-sufficient hybrid heating system according to claim 1,
Burning the fuel,
When the temperature of the combustion gas is 1000 ° C or more, blocking the electricity supplied to the heating heater,
Opening the first gate valve and closing the second gate valve, and
When generating another electricity from the solar panel, supplying the other electricity to the storage battery
How to use a self-contained hybrid heating system comprising a.
상기 연소 가스의 온도가 300℃ 이하로 떨어지는 경우, 상기 제1 게이트 밸브를 닫고, 상기 제2 게이트 밸브를 여는 단계를 더 포함하는 자족형 하이브리드 난방 시스템의 사용 방법.In claim 4,
When the temperature of the combustion gas falls below 300 ℃, the method of using a self-sufficient hybrid heating system further comprising closing the first gate valve and opening the second gate valve.
상기 연소 가스의 온도가 100℃ 이하이고, 상기 태양광 패널에서 상기 또다른 전기가 생성되지 않는 경우, 상기 가열 히터를 상기 축전지에 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함하는 자족형 하이브리드 난방 시스템의 사용 방법.In claim 5,
If the temperature of the combustion gas is less than 100 ℃, and the other electricity is not generated in the solar panel, the method of using a self-sufficient hybrid heating system further comprising the step of electrically connecting the heating heater to the storage battery .
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KR1020180168763A KR102110829B1 (en) | 2018-12-24 | 2018-12-24 | Self-sufficient hybrid heating system using solar panel and firewood boiler, and method for using the same |
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GRNT | Written decision to grant |