KR102392652B1

KR102392652B1 - 태양열 온수 순환 시스템

Info

Publication number: KR102392652B1
Application number: KR1020210101716A
Authority: KR
Inventors: 김정우; 한기범; 채성기; 이경학
Original assignee: 주식회사 에이투엠
Priority date: 2021-08-03
Filing date: 2021-08-03
Publication date: 2022-05-02

Abstract

본 발명은 온수 순환 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양열을 이용하여 가열한 온수를 공정라인에 순환시키는 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 온수 순환 시스템은 태양열집열기의 열에너지에 의해 가열된 온수를 저장하는 적어도 하나의 워터탱크; 상기 워터탱크로부터 공급받은 온수로부터 열교환작용을 통하여 내부의 물을 가열하는 복수개의 열부하원; 및 상기 태양열집열기, 워터탱크 및 열부하원에서의 온도에 기반해, 상기 태양열집열기, 워터탱크 및 열부하원 간의 물의 전반적인 흐름을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 열부하원은 상기 워터탱크로부터 온수를 공급받고, 열교환작용에 의해 상기 열부하원 내부의 물을 가열하는 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

태양열 온수 순환 시스템{Solar hot water circulation system}

본 발명은 온수 순환 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양열을 이용하여 가열한 온수를 공정라인에 순환시키는 시스템에 관한 것이다.

온수 순환 시스템은 난방 및 온수공급 등을 목적으로 사용되고 있다. 종래의 온수 순환 시스템은 태양열 에너지를 이용하여 생성한 온수를 이용하고 있다.

산업용 세척기는 온수 순환 시스템을 사용하는 기기로써, 태양열 에너지를 이용하여 생성된 온수의 재가열을 위하여 일반적으로 버너방식과 전열방식으로 구분된다.

버너방식은 가열 탱크에 충진된 물을 직접 가열하는 방식이며, 전열방식은 전기 히터를 이용하여 물을 가열하는 방식이다.

전열방식의 산업용 세척기는 물을 가열하기 위하여 전기 히터를 동작시켜야하는데 전력소모량이 많아 비용이 증가되는 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-1051912호(2011.07.20.)

일반적으로 산업용 세척기와 같은 온수 순환 시스템을 사용하는 기기의 태양열에너지를 이용하여 생성한 온수를 재가열하기 위하여, 전기히터방식으로 물을 가열하여 온수를 생성하게 되는데, 전기히터방식으로 물을 가열하는 것은 소모되는 전력량이 많아 공정상 비용이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 전기히터방식을 채용하지 않고, 태양열에 의해 가열된 온수를 이용함으로써 전력소모량을 감소시키고 전기에너지를 절약하여 비용을 감소시키는 것을 목적으로 한다.

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본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 태양열 온수 순환 시스템은 태양열집열기의 열에너지에 의해 가열된 온수를 저장하는 적어도 하나의 워터탱크; 상기 워터탱크로부터 공급받은 온수로부터 열교환작용을 통하여 내부의 물을 가열하는 복수개의 열부하원; 및 상기 태양열집열기, 워터탱크 및 열부하원에서의 온도에 기반해, 상기 태양열집열기, 워터탱크 및 열부하원 간의 물의 전반적인 흐름을 제어하는 제어부; 및 상기 열부하원 내부에 위치하고 상기 워터탱크로부터 온수를 공급받아 열교환작용에 의해 상기 열부하원 내부의 물을 가열하는 열교환기;를 포함하고, 상기 복수개의 열부하원은 서로 다른 온도의 온수를 가지고, 상기 태양열집열기는 상기 열부하원 각각의 온수의 온도와 일치하도록 냉수를 가열하는 적어도 하나의 컬렉터를 포함하고, 상기 제어부는 온도별로 냉수를 가열하는 컬렉터의 비율을 설정하고, 상기 제어부는 상기 열부하원 각각이 가지는 온수의 온도와 동일한 온도로 가열된 상기 태양열집열기의 온수를 상기 워터탱크를 통하여 열부하원으로 공급하고, 상기 제어부는 상기 열부하원이 작동하면 상기 워터탱크의 온수 온도와 상기 워터탱크로부터 온수를 공급받은 열부하원의 물 온도를 비교하고, 상기 열부하원의 물 온도가 상기 워터탱크의 온수 온도 미만이면 상기 워터탱크의 온수를 상기 열교환기에 공급하고, 상기 워터탱크에서 상기 열교환기로 공급되는 온수가 이동하는 온수공급관; 및 상기 열교환기에서 상기 워터탱크로 회수되는 물이 이동하는 온수회수관을 더 포함하고, 제 1 온도의 온수를 공급받는 열교환기에 연결된 상기 온수회수관은 상기 제 1 온도 보다 낮은 온도의 온수를 공급받는 열교환기에 연결된 상기 온수공급관과 연결되고, 상기 제어부는 복수개의 서로 다른 온수 온도를 가지는 열부하원의 온수 온도가 서로 다른 온수 온도를 가지는 열부하원 각각의 온도에 맞는 온수를 공급하는 워터탱크의 온수 온도 미만인 것으로 판단하면, 상기 제 1 온도의 온수가 상기 제 1 온도의 온수를 공급받는 열교환기에 연결된 온수공급관을 통하여 상기 제 1 온도의 온수를 공급받는 열교환기를 거친 후 상기 제 1 온도의 온수를 공급받는 열교환기에 연결된 온수회수관과 연결되어있는 상기 제 1 온도 보다 낮은 온도의 온수를 공급 받는 열교환기에 연결된 온수공급관으로 이동하여 상기 제 1 온도 보다 낮은 온도의 온수를 공급받는 열교환기에 공급될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 온수 순환 시스템은 상기 온수공급관은 상기 열부하원의 내부로 연결되어 상기 워터탱크의 온수를 공급하고, 상기 온수공급관에서 분기된 관이 상기 열교환기에 연결되어 상기 열교환기에 상기 워터탱크의 온수를 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 온수 순환 시스템은 비상전원장치에 연결되고, 상기 비상전원장치에서 물 순환작용에 의해 가열된 물과의 열교환작용을 통하여 열을 흡수한 물을 상기 워터탱크로 공급하는 공급탱크;를 더 포함하고, 상기 공급탱크는 내부에 수냉식 열교환기;를 포함하고, 수로로부터 상기 공급탱크 및 상기 수냉식 열교환기에 물이 공급되고, 상기 공급탱크의 물이 연결관을 통하여 상기 비상전원장치에서의 물 순환작용에 의하여 가열되어 회수되고, 상기 공급탱크 내부의 가열된 물에 의하여 상기 수냉식 열교환기의 물이 열교환작용에 의하여 열을 흡수하고, 열을 흡수한 상기 수냉식 열교환기의 물이 상기 워터탱크에 공급되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의하여 태양열에 의해 가열된 온수를 이용함으로써, 전력 소모량을 감소시키고 전기에너지를 절약하여 공정비용을 감소시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 태양열 온수 순환 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 태양열집열기 및 워터탱크 상세 구성도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열부하원의 상세 구성도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 태양열 온수 순환 시스템의 구성도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 워터탱크 및 열부하원의 모식도.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 한 태양열 온수 순환 시스템의 예시.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 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 이해되어야한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 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 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다

이하 첨부된 도면을 통해 본 발명의에 일 실시예에 따른 본 발명에 따른 태양열 온수 순환 시스템에 대해 구체적으로 설명한다.

도 1 내지 3을 참조하면, 태양열 온수 순환 시스템은 적어도 하나의 워터탱크(100), 태양열집열기(200) 및 복수개의 열부하원(300)을 포함할 수 있다.

워터탱크(100)는 수로로부터 물을 공급받고, 수로로부터 공급받은 물을 냉수이동관(510)을 통하여 태양열집열기(200)로 공급할 수 있다. 이 때 워터탱크(100)가 수로로부터 공급받는 물은 냉수일 수 있다.

태양열집열기(200)는 적어도 하나의 컬렉터(210)를 포함하고, 컬렉터(210)는 내부에 물을 채울 수 있는 튜브(220)를 포함할 수 있으며, 워터탱크(100)로부터 공급받은 물은 튜브(220)에 채워져 열에너지에 의해 가열될 수 있다.

워터탱크(100)는 태양열집열기(200)에서 열에너지에 의해 가열된 물, 즉 온수를 온수이동관(520)을 통해 회수할 수 있으며, 이때 온수는 일정온도에 도달할 수 있다. 일정온도는 후술하는 열부하원(300)의 물 온도와 동일할 수 있다.

또한, 태양열집열기(200)에서 일정온도에 도달하는 것은 태양열집열기(200)에 설치되는 온도측정기(미도시)에 의해 측정되고, 온도측정기에서 측정된 온도 정보가 후술하는 제어부(400)에 전달될 수 있다. 제어부(400)는 측정된 온도 정보가 일정온도에 도달하였는지 판단할 수 있고, 일정온도에 도달하였으면 태양열집열기(200)의 온수를 워터탱크(100)로 이동하도록 제어할 수 있다.

이와 같이 일정온도에 도달한 온수는 워터탱크(100)로 회수되며, 일정온도에 도달하지 못한 태양열집열기(200)의 물은 일정온도에 도달할 때까지 열에너지에 노출되어 가열될 수 있다.

이는 본 발명의 일실시예로써, 다른 일실시예로는 태양열집열기(200)에서 열에너지에 의하여 일정시간 노출되어 가열된 물이 워터탱크(100)로 회수되고, 일정온도에 도달하지 못한 물은 다시 태양열집열기(200)에 공급되어 열에너지에 의하여 가열되는 과정을 반복할 수 있다. 이때 일정시간은 사용자에 의하여 설정된 시간일 수 있으며, 워터탱크(100)에 온수온도측정기(미도시)가 설치되어 워터탱크(100)로 회수된 물의 온도를 측정할 수 있다.

냉수이동관(510) 및 온수이동관(520)을 통하여 이동하는 물은 위치차에 의하여 이동할 수 있고, 펌프에 의하여 이동할 수 있다.

워터탱크(100)는 태양열집열기(200)에서 열에너지에 의해 가열된, 온수를 회수하여 저장할 수 있다. 이때, 워터탱크(100)는 온수가 가지고 있는 열에너지를 보존할 수 있다.

열부하원(300)은 복수 개일 수 있으며 워터탱크(100)로부터 온수를 공급받고, 공급받은 온수로부터 열교환작용을 통하여 내부의 물을 가열할 수 있으며, 열부하원(300)은 워터탱크(100)로부터 온수를 공급받고, 열교환작용에 의해 열부하원(300) 내부의 물을 가열하는 열교환기(310)를 포함할 수 있다.

즉, 열부하원(300)은 내부에 물을 채울 수 있는 물탱크 형태이며, 워터탱크(100)로부터 온수를 공급받아, 내부를 채울 수 있다. 또한 열부하원(300)은 내부에 열교환기(310)를 포함할 수 있다.

이 때, 열부하원(300)은 후술하는 제어부(400)의 제어에 의해 워터탱크(100)로부터 온수를 공급받을 수 있다.

열부하원(300) 내부의 물은 사용 전, 워터탱크(100)로부터 공급받은 온수의 온도와 동일할 수 있으며, 열부하원(300)이 작동하면, 열부하원(300) 내부의 물의 온도가 워터탱크(100)로부터 공급받은 온수의 온도 미만으로 감소할 수 있다. 열부하원(300) 내부의 물의 온도가 워터탱크(100)로부터 공급받은 온수의 온도 미만이 되면, 워터탱크(100)의 온수가 열교환기(310)로 공급되고, 열부하원(300)과 열교환기(310)의 열교환작용에 의해 열부하원(300) 내부의 물이 가열될 수 있다.

열부하원(300)의 일실시예로써 세척기가 사용될 수 있다.

세척기는 내부에 열교환기(310)가 포함될 수 있으며 워터탱크(100)로부터 온수를 공급받아 사용할 수 있고, 세척기가 작동함에 따라 물의 온도가 낮아질 수 있다. 세척기가 사용하는 물의 온도를 높이기 위하여 워터탱크(100)로부터 온수가 열교환기(310)로 공급되고, 세척기의 물은 열교환기(310)에 공급된 온수와의 열교환작용에 의하여 세척기의 물의 온도가 증가할 수 있다. 열교환작용에 의하여 세척기의 물 온도가 세척기가 작동하기 전 워터탱크(100)로부터 공급받았던 온수의 온도만큼 증가하면, 열교환기(310)는 워터탱크(100)로부터의 온수 공급을 중단할 수 있다.

태양열에너지를 이용하여 온수를 생성하고, 생성된 온수를 이용한 열교환작용을 통하여 열부하원(300)에서 사용하는 물의 온도를 높임으로써, 물의 온도를 높이기 위해서 사용하는 전력 소모량을 감소시키고 전기에너지를 절약하여 공정비용을 감소시키는 효과가 발생할 수 있다.

태양열 온수 순환 시스템은 제어부(400)를 더 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 태양열집열기(200), 워터탱크(100) 및 열부하원(300)에서의 온도에 기반해, 태양열집열기(200), 워터탱크(100) 및 열부하원(300) 간의 물의 전반적인 흐름을 제어할 수 있다.

제어부(400)는 태양열집열기(200)에서 가열된 온수가 일정온도 이상이 되면, 워터탱크(100)로 이동하도록 할 수 있다.

워터탱크(100)에 온수온도측정기가 설치되어, 워터탱크(100)에 저장된 온수의 온도를 측정할 수 있고, 온수온도측정기에 의해 측정된 온수의 온도 정보는 제어부(400)로 전달될 수 있다.

그리고 제어부(400)는 열부하원(300) 내부의 물 온도 정보를 수신할 수 있다. 열부하원(300)은 내부의 물 온도를 측정하는 물온도측정기(미도시)를 포함할 수 있고, 물온도측정기는 열부하원(300) 내부의 물 온도를 측정하여 제어부(400)로 물의 온도 정보를 전달할 수 있다.

제어부(400)는 워터탱크(100)로부터 수신된 온수의 온도 정보와 열부하원(300)으로부터 수신된 물의 온도 정보를 비교하여, 워터탱크(100)에서 열교환기(310)로 온수를 공급하도록 제어할 수 있다.

만약 열부하원(300)의 물의 온도가 워터탱크(100)의 온수의 온도 이상이면, 워터탱크(100)의 온수는 열교환기(310)로 공급되지 않는다.

반면에 열부하원(300)의 물의 온도가 워터탱크(100)의 온수의 온도 미만이면, 워터탱크(100)의 온수가 열교환기(310)로 공급될 수 있다. 열교환기(310)에 공급된 온수에 의하여 열부하원(300)의 물은 가열될 수 있다.

자세하게 열부하원(300) 내부의 물의 온도가 워터탱크(100)의 온수 온도 미만으로 감소하면, 워터탱크(100)로부터 열교환기(310)로 온수가 공급되고, 열부하원(300) 내부의 물과 열교환기(310)에 공급된 온수 사이에서 열교환이 발생하여, 열교환기(310)의 온수 온도보다 낮은 열부하원(300) 내부의 물의 온도가 증가할 수 있다.

예를 들어, 열부하원(300) 내부의 물의 온도가 78도이고, 워터탱크(100)의 온수 온도가 80도인 경우, 열부하원(300) 내부의 물의 온도가 워터탱크(100)의 온수 온도 미만이므로, 워터탱크(100)로부터 열교환기(310)로 80도의 온수가 공급될 수 있다. 열교환기(310)에 공급된 80도의 온수에 의하여 열부하원(300) 내부의 78도의 물이 열교환작용을 통해 가열되어 온도가 증가할 수 있다.

그리고, 열부하원(300) 내부의 물의 온도가 80도가 되면, 워터탱크(100)의 온수 온도와 동일하게 되므로, 제어부(400)의 제어에 의하여 워터탱크(100)에서 열교환기(310)로의 온수 공급이 중단될 수 있다.

또한, 열부하원(300)은 제어밸브(320), 전기히터(330)를 더 포함할 수 있다.

제어밸브(320)는 제어부(400)에서 제어할 수 있으며, 제어부(400)는 워터탱크(100)에서 열교환기(310)로 온수를 공급할 수 있도록 제어밸브(320)를 개방 및 워터탱크(100)에서 열교환기(310)로의 온수 공급이 중단 되도록 제어밸브(320)를 폐쇄하는 동작을 제어할 수 있다.

전기히터(330)는 열교환기(310)에서의 열교환작용에 의하여 열부하원(300) 내부의 물이 충분히 가열되지 못하게 되면 작동할 수 있으며, 열부하원(300) 내부의 물을 가열시킬 수 있다.

태양열 온수 순환 시스템은 온수공급관(530) 및 온수회수관(540)을 더 포함할 수 있다.

온수공급관(530)는 워터탱크(100)와 열부하원(300)을 연결할 수 있으며, 워터탱크(100)에서 열부하원(300)으로 온수를 공급하기 위해 사용될 수 있다.

온수공급관(530)는 열부하원(300)의 내부로 연결되어, 열부하원(300) 내부에 워터탱크(100)의 온수를 공급하기 위해 사용될 수 있다. 열부하원(300) 내부로 연결되는 온수공급관(530)는 공급밸브(미도시)가 설치되어 있을 수 있으며, 공급밸브는 수동 또는 자동 제어될 수 있다.

또한, 온수공급관(530)는 열교환기(310)로 분기되어 연결될 수 있고, 분기되어 열교환기(310)에 연결된 온수공급관(530)는, 워터탱크(100)의 온수를 열교환기(310)에 공급할 수 있다. 열교환기(310)에 연결된 분기된 온수공급관(530)에 제어밸브(320)가 설치될 수 있다.

열교환기(310)로 연결된 온수공급관(530)의 제어밸브(320)는 제어부(400)에 의하여 제어될 수 있다. 제어부(400)는 워터탱크(100)에서 열교환기(310)로 온수를 공급할 수 있도록 제어밸브(320)를 개방 및 워터탱크(100)에서 열교환기(310)로의 온수 공급이 중단 되도록 제어밸브(320)를 폐쇄하는 동작을 제어할 수 있다.

태양열 온수 순환 시스템은 온수공급관(530)를 통하여 열부하원(300) 및 열교환기(310)에 온수를 공급하게 됨으로써, 열부하원(300)에서 사용하는 온수를 제공하는 관과, 열부하원(300)의 물의 가열하기 위해 열교환기(310)에 공급하는 온수를 제공하는 관을 구분하지 않고 이용할 수 있다. 따라서 태양열 온수 순환 시스템의 수도관의 설계를 최소화함으로써 설치비용을 절약할 수 있다.

온수공급관(530)을 통해 워터탱크(100)에서 열부하원(300) 및 열교환기(310)로 온수가 이동하는 것은 위치차에 의한 이동일 수 있으나, 태양열 온수 순환 시스템의 설치 환경 및 설치 장소, 작업 종류에 따라 순환펌프 등이 설치될 수 있다.

온수회수관(540)는 워터탱크(100) 및 열교환기(310)와 연결될 수 있다. 온수회수관(540)는 열교환기(310)에서 배출되는 물이 워터탱크(100)로 회수될 때 사용될 수 있으며, 온수회수관(540)는 순환펌프(미도시)를 포함할 수 있다. 온수회수관(540)에 설치되는 순환펌프는 열교환기(310)에서 배출되는 물이 워터탱크(100)로 회수될 수 있도록 작동할 수 있고, 순환펌프는 제어부(400)에 의하여 제어될 수 있다.

태양열 온수 순환 시스템은 공급탱크(600) 및 비상전원장치(700)를 더 포함할 수 있다.

비상전원장치(700)는 비상시에 작동하는 예비전원장치로써 열병합발전기일 수 있다.

공급탱크(600)는 수냉식 열교환기(610)를 포함할 수 있으며, 비상전원장치(700)에 연결되고, 비상전원장치(700)에서 물 순환작용에 의해 가열된 물과의 열교환작용을 통하여 열을 흡수한 물을 워터탱크(100)로 공급할 수 있다.

더 자세하게는, 공급탱크(600)는 수로로부터 공급탱크(600) 및 수냉식 열교환기(610)에 물이 공급될 수 있다.

수로로부터 공급탱크(600)로 공급된 물은 공급탱크(600) 내부에 저장될 수 있고, 공급탱크(600)의 물이 연결관(550)을 통하여 비상전원장치(700) 내부의 관을 통하여 흐를 수 있다. 연결관(550)에 개방밸브(미도시)가 설치될 수 있으며, 공급탱크(600)의 물은 제어부(400)의 제어에 의하여 개발밸브가 개방 또는 폐쇄되는 것에 의하여 비상전원장치(700)로 이동할 수 있다. 제어부(400)는 비상전원장치(700)가 가동하는 것을 감지하고, 비상전원장치(700)가 가동할 때 개방밸브를 개방하여 공급탱크(600)의 물을 비상전원장치(700) 내부의 관으로 이동시킬 수 있다. 가동하는 비상전원장치(700)는 열이 발생할 수 있다. 개방밸브는 비상전원장치(700)가 가동을 멈추면 일정시간 후에 폐쇄될 수 있으며, 일정시간은 사용자에 의하여 설정될 수 있다.

비상전원장치(700) 내부에서 흐르는 물은 물 순환작용을 통하여 비상전원장치(700)에서 발생하는 열에 의해 가열될 수 있고, 가열된 물은 연결관(550)을 통하여 공급탱크(600) 내부로 회수되어 저장될 수 있다.

비상전원장치(700)로부터 공급탱크(600) 내부로 이동한 가열된 물은 수냉식 열교환기(610)의 물보다 온도가 높을 수 있다. 따라서, 비상전원장치(700)로부터 공급탱크(600) 내부로 이동한 가열된 물에 의하여 수냉식 열교환기(610)의 물은, 열교환작용에 의하여 공급탱크(600)의 가열된 물의 열을 흡수할 수 있다.

그리고 열을 흡수한 물은 물공급관(560)을 통하여 수냉식 열교환기(610)에서 워터탱크(100)로 공급될 수 있다.

이와 같이 비상전원장치(700)에서의 물 순환작용 및 공급탱크(600)에서의 열교환작용에 의하여 발생한 가열된 물을 워터탱크(100)에 추가적으로 공급할 수 있다.

이로 인하여 비상전원장치(700)를 냉각시킴과 동시에 비상전원장치(700)에서 발생한 열을 이용하여 가열한 물을 워터탱크(100)에 저장하여 사용함으로써, 발생한 열에너지 효율적 사용할 수 있다.

도 4를 참조하여 다른 일 실시예를 살펴보면, 태양열 온수 순환 시스템은 적어도 하나의 워터탱크(100), 태양열집열기(200) 및 복수개의 열부하원(300)을 포함하고 있을 수 있다.

*워터탱크(100)는 수로로부터 물을 공급받고, 수로로부터 공급받은 물을 냉수이동관(510)을 통하여 태양열집열기(200)로 공급할 수 있다. 이 때 워터탱크(100)가 수로로부터 공급받는 물은 냉수일 수 있다.

태양열집열기(200)는 적어도 하나의 컬렉터(210)를 포함하고, 컬렉터(210)는 내부에 물을 채울 수 있는 튜브(220)를 포함할 수 있으며, 워터탱크(100)로부터 공급받은 물이 튜브(220)에 채워져 열에너지에 의해 가열될 수 있다. 열에너지에 의해 가열된 물은 온수일 수 있다.

워터탱크(100)는 태양열집열기(200)에서 열에너지에 의해 가열된 물, 즉 온수를 온수이동관(520)을 통해 회수할 수 있으며, 이때 온수는 일정온도에 도달할 수 있다. 일정온도는 열부하원(300)의 물 온도와 동일할 수 있으며, 복수개의 열부하원(300)은 각각 다른 물 온도를 가질 수 있고, 따라서 태양열집열기(200)는 컬렉터(210)마다 다른 일정온도를 가질 수 있다. 또한, 태양열집열기(200)에서 일정온도에 도달하는 것은 태양열집열기(200)에 설치되는 온도측정기(미도시)에 의해 측정될 수 있다.

또한, 태양열집열기(200)에서 일정온도에 도달하는 것은 태양열집열기(200)에 설치되는 온도측정기에 의해 측정되고, 온도측정기에서 측정된 온도 정보가 제어부(400)에 전달될 수 있다. 제어부(400)는 측정된 온도 정보가 일정온도에 도달하였는지 판단할 수 있고, 일정온도에 도달하였으면 태양열집열기(200)의 온수를 워터탱크(100)로 이동하도록 제어할 수 있다.

이와 같이 일정온도에 도달한 온수는 워터탱크(100)에 의해 회수되며, 일정온도에 도달하지 못한 태양열집열기(200)의 물은 일정온도에 도달할 때까지 열에너지에 노출되어 가열될 수 있다.

워터탱크(100)는 태양열집열기(200)에서 열에너지에 의해 가열된, 온수를 회수하여 저장할 수 있다. 이때, 워터탱크(100)는 온수가 가진 열에너지를 보존할 수 있다.

즉, 태양열집열기(200)에서 물이 가열되어 생성된 온수는 적어도 하나의 워터탱크(100)에 저장될 수 있는데, 워터탱크(100) 각각에 저장되는 온수의 온도는 다를 수 있다. 예를 들어 제1워터탱크(101)는 70도의 온수를 저장하고, 제2워터탱크(102)는 80도의 온수를 저장하고, 제 3워터탱크(103)는 90도의 온수를 저장할 수 있다. 70도의 온수, 80도의 온수 및 90도의 온수는 태양열집열기(200)에서 일정온도에 도달하여 워터탱크(100)에 저장된 온수이며, 이와 같은 일정온도는 복수개의 열부하원(300) 각각이 가지는 온도와 동일할 수 있다.

열부하원(300)은 복수개일 수 있으며 워터탱크(100)로부터 온수를 공급받고, 공급받은 온수로부터 열교환작용을 통하여 내부의 물을 가열할 수 있으며, 열부하원(300)은 워터탱크(100)로부터 온수를 공급받고, 열교환작용에 의해 열부하원(300) 내부의 물을 가열하는 열교환기(310)를 포함할 수 있다.

열부하원(300)은 복수개일 수 있고, 열부하원(300) 각각은 사용하는 물의 온도가 상이할 수 있다. 즉, 열부하원(300) 내부에 공급되는 물의 온도는, 열부하원(300)마다 다를 수 있으며, 열부하원(300) 및 열교환기(310)에 온수를 공급하는 워터탱크(100)에 저장되는 온수의 온도도 워터탱크(100)마다 다를 수 있다.

예를 들어, 제1열부하원(301)에서 사용하는 물의 온도가 70도이고, 제2열부하원(302)에서 사용하는 물의 온도가 80도이고, 제3열부하원(303)에서 사용하는 물의 온도가 90도인 경우, 제1열부하원(301)은 제1워터탱크(101)에서 온수를 공급받고, 제2열부하원(302)은 제2워터탱크(102)에서 온수를 공급받고, 제3열부하원(303)은 제3워터탱크(103)에서 온수를 공급받을 수 있다. 또한, 각 열부하원(300) 내부에 설치된 열교환기(310)에 공급되는 온수도 동일한 워터탱크(100)에서 공급받을 수 있다.

이와 같이 복수개의 열부하원(300) 각각에서 사용하는 물의 온도에 따라, 워터탱크(100)로부터 공급되는 온수를 구별함으로써, 열부하원(300) 각각에서 사용하는 물의 온도 비율 및 워터탱크(100)에 저장되어야 하는 온수의 온도 비율을 파악할 수 있고, 열부하원(300)에 공급되는 온수의 최적의 온도를 파악할 수 있다. 또한 높은 온도로 가열되어야 하는 물을 구분하여 태양열집열기(200)에 공급할 수 있으므로 태양열집열기(200)의 사용을 최적화할 수 있다. 예를 들어 90도로 가열되어야 하는 물은 70도로 가열되어야 하는 물보다 더 많은 열에너지를 흡수해야 하므로, 90도로 가열되기까지 많은 시간이 소요될 수 있다. 그러므로 70도의 온도로 가열되어야 하는 물보다 90도의 온도로 가열되어야 하는 물은 태양열집열기(200)에 오래 머무르며 열에너지를 흡수해야하기 때문에, 70도의 온도로 가열되어야 하는 물보다 90도의 온도로 가열되어야 하는 물이 차지하는 튜브(220)의 비율이 더 많을 수 있다.

전기히터(330)는 열교환기(310)에서의 열교환작용에 의하여 열부하원(300) 내부의 물이 충분히 가열되지 못하게 되면, 가동하여 열부하원(300) 내부의 물을 가열시킬 수 있다.

도 5를 참조하여 다른 일 실시예를 살펴보면, 온수회수관(540)는 온수공급관(530)와 연결될 수 있다.

다시 말해, 온수회수관(540)를 통하여 워터탱크(100)로 회수되는 물이 온수공급관(530)로 이동하고, 다른 열교환기(310)에 공급될 수 있다. 이때 워터탱크(100)로 회수되는 물의 온도가, 다른 열교환기(310)에 공급할 수 있을 정도의 온도를 가질 수 있다.

만약, 제1열부하원(301)의 물의 온도가 70도에서 68도로 감소하였고, 제2열부하원(302)의 물의 온도가 80도에서 78도로 감소했을 경우, 제2열부하원(302)의 물의 온도를 높이기 위하여 제2열부하원(302)의 열교환기(310)에 80도의 온수가 공급되고, 공급된 온수가 열교환작용에 의하여 제2부하원(302) 내부의 물에 열을 전달하고, 공급된 온수의 온도가 70도에서 80도 사이로 감소하여 온수회수관(540)를 통하여 워터탱크(100)로 회수될 때, 온수회수관(540)와 연결된 온수공급관(530)를 통하여 제1열부하원(301)의 열교환기(310)에 다시 공급될 수 있다. 이와 같이 공급된 온수는 70도에서 80도 사이일 수 있으며, 제1열부하원(301)의 열교환기(310)에 공급되어 제1열부하원(301) 내부의 물과 열교환작용에 의하여, 제1열부하원(301) 내부의 물에 열에너지를 전달한 후, 온수회수관(540)를 통해 워터탱크(100)로 회수될 수 있다. 온수회수관(540)와 온수공급관(530)은 관연결밸브(미도시)를 포함하여 연결될 수 있고, 관연결밸브는 제어부(400)의 신호에 의하여 개방 및 폐쇄될 수 있다. 온수회수관(540)를 통하여 이동하는 물은, 관연결밸브가 개방되면 온수공급관(530)로 이동할 수 있다.

이와 같이 온수회수관(540)을 온수공급관(530)과 연결하여 워터탱크(100)로 회수되는 물을 다시 열교환기(310)에 공급함으로써, 열에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.

또한, 워터탱크(100)로부터 열교환기(310)로 물이 이동하는 경로보다 열교환기(310)에서 다른 열교환기(310)로 이동하는 물의 경로가 더 짧으므로, 온수공급관(530) 및 온수회수관(540)에서 발생하는 열손실을 방지하여 열에너지 효율을 증가시킬 수 있다.

도 6을 살펴보면, 제1워터탱크(101)에서 태양열집열기(200)으로 이동하는 물의 온도, 즉 출수온도는 20도일 수 있고, 태양열집열기(200)에서 제1워터탱크(101)로 회수되는 물의 온도, 즉 입수온도는 80도일 수 있다.

또한, 제2워터탱크(102)에서 태양열집열기(200)으로 이동하는 물의 온도, 즉 출수온도는 20도일 수 있고, 태양열집열기(200)에서 제2워터탱크(102)로 회수되는 물의 온도, 즉 입수온도는 80도일 수 있다.

제1워터탱크(101) 및 제2워터탱크(102)는 제1열부하원(301), 제2열부하원(302) 및 제3열부하원(303)으로 온수를 공급할 수 있다. 이때 제1열부하원(301), 제2열부하원(302) 및 제3열부하원(303)으로 공급하는 온수는 태양열집열기(200)로부터 회수되어 제1워터탱크(101) 및 제2워터탱크(102)에 저장된 온수일 수 있다.

제1열부하원(301)에서 사용되는 물의 온도는 80도에서 85도까지 일 수 있으며, 제2열부하원(302)에서 사용되는 물의 온도는 70도에서 75도까지 일 수 있으며, 제3열부하원(303)에서 사용되는 물의 온도는 80도에서 85도까지 일 수 있다.

제1열부하원(301), 제2열부하원(302) 및 제3열부하원(303)은 제1워터탱크(101) 및 제2워터탱크(102)로부터 온수를 공급받아 동작을 시작할 수 있고, 동작하는 제1열부하원(301), 제2열부하원(302) 및 제3열부하원(303)의 내부 물 온도는 감소할 수 있다.

도 6의 제1열부하원(301)의 현재 온도는 80도이고, 제2열부하원(302)의 현재 온도는 73도이고, 제1열부하원(301)의 현재 온도는 83도이므로, 제1워터탱크(101) 및 제2워터탱크(102)는 열교환기(310)에 온수를 공급하지 않을 수 있다.

만약 제1열부하원(301)의 온도가 79도로 감소한다면, 제1워터탱크(101) 및 제2워터탱크(102)는 열교환기(310)에 온수를 공급할 수 있고, 제1열부하원(301) 내부의 물은 열교환기(310)로부터 공급된 온수와의 열교환작용에 의하여 80도로 가열될 수 있다. 제1열부하원(301)이 80도로 가열될 때까지 제1워터탱크(101) 및 제2워터탱크(102)는 열교환기(310)에 온수를 공급할 수 있고, 열교환기(310)는 제1워터탱크(101) 및 제2워터탱크(102)로부터 온수를 공급받을 수 있고, 또한 제1열부하원(301) 내부의 물에 의해 열을 흡수당한 물을 제1워터탱크(101) 및 제2워터탱크(102)로 보낼 수 있다.

또한, 공급탱크(600)의 물이 비상전원장치(700)로 이동하고, 비상전원장치(700) 내부에서 물순환작용을 통하여 가열되어 공급탱크(600)로 회수될 수 있다. 공급탱크(600)로 회수된 가열된 물은 수냉식 열교환기(610)의 물과 열교환이 발생할 수 있다. 수냉식 열교환기(610)의 물은 공급탱크(600)의 물로부터 열교환작용에 의해 열을 흡수할 수 있다. 열을 흡수한 수냉식 열교환기(610)의 물은 제1워터탱크(101) 및 제2워터탱크(102)에 공급될 수 있다.

100 : 워터탱크
101 : 제1워터탱크
102 : 제2워터탱크
103 : 제3워터탱크
200 : 태양열집열기
210 : 컬렉터
220 : 튜브
300 : 열부하원
301 : 제1열부하원
302 : 제2열부하원
303 : 제3열부하원
310 : 열교환기
320 : 제어밸브
330 : 전기히터
400 : 제어부
510 : 냉수이동관
520 : 온수이동관
530 : 온수공급관
540 : 온수회수관
550 : 연결관
560 : 물공급관
600 : 공급탱크
610 : 수냉식 열교환기
700 : 비상전원장치

Claims

태양열집열기의 열에너지에 의해 가열된 온수를 저장하는 적어도 하나의 워터탱크;
상기 워터탱크로부터 공급받은 온수로부터 열교환작용을 통하여 내부의 물을 가열하는 복수개의 열부하원; 및
상기 태양열집열기, 워터탱크 및 열부하원에서의 온도에 기반해, 상기 태양열집열기, 워터탱크 및 열부하원 간의 물의 전반적인 흐름을 제어하는 제어부; 및
상기 열부하원 내부에 위치하고 상기 워터탱크로부터 온수를 공급받아 열교환작용에 의해 상기 열부하원 내부의 물을 가열하는 열교환기;를 포함하고,
상기 복수개의 열부하원은 서로 다른 온도의 온수를 가지고,
상기 태양열집열기는 상기 열부하원 각각의 온수의 온도와 일치하도록 냉수를 가열하는 적어도 하나의 컬렉터를 포함하고,
상기 제어부는 온도별로 냉수를 가열하는 컬렉터의 비율을 설정하고,
상기 제어부는 상기 열부하원 각각이 가지는 온수의 온도와 동일한 온도로 가열된 상기 태양열집열기의 온수를 상기 워터탱크를 통하여 열부하원으로 공급하고,
상기 제어부는 상기 열부하원이 작동하면 상기 워터탱크의 온수 온도와 상기 워터탱크로부터 온수를 공급받은 열부하원의 물 온도를 비교하고, 상기 열부하원의 물 온도가 상기 워터탱크의 온수 온도 미만이면 상기 워터탱크의 온수를 상기 열교환기에 공급하고,
상기 워터탱크에서 상기 열교환기로 공급되는 온수가 이동하는 온수공급관; 및
상기 열교환기에서 상기 워터탱크로 회수되는 물이 이동하는 온수회수관을 더 포함하고,
제 1 온도의 온수를 공급받는 열교환기에 연결된 상기 온수회수관은 상기 제 1 온도 보다 낮은 온도의 온수를 공급받는 열교환기에 연결된 상기 온수공급관과 연결되고,
상기 제어부는 복수개의 서로 다른 온수 온도를 가지는 열부하원의 온수 온도가 서로 다른 온수 온도를 가지는 열부하원 각각의 온도에 맞는 온수를 공급하는 워터탱크의 온수 온도 미만인 것으로 판단하면,
상기 제 1 온도의 온수가 상기 제 1 온도의 온수를 공급받는 열교환기에 연결된 온수공급관을 통하여 상기 제 1 온도의 온수를 공급받는 열교환기를 거친 후 상기 제 1 온도의 온수를 공급받는 열교환기에 연결된 온수회수관과 연결되어있는 상기 제 1 온도 보다 낮은 온도의 온수를 공급 받는 열교환기에 연결된 온수공급관으로 이동하여 상기 제 1 온도 보다 낮은 온도의 온수를 공급받는 열교환기에 공급되는 것을 특징으로 하는 태양열 온수 순환 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 온수공급관은 상기 열부하원의 내부로 연결되어 상기 워터탱크의 온수를 공급하고, 상기 온수공급관에서 분기된 관이 상기 열교환기에 연결되어 상기 열교환기에 상기 워터탱크의 온수를 공급하는 것을 특징으로 하는 태양열 온수 순환 시스템.
제1항에 있어서,
비상전원장치에 연결되고, 상기 비상전원장치에서 물 순환작용에 의해 가열된 물과의 열교환작용을 통하여 열을 흡수한 물을 상기 워터탱크로 공급하는 공급탱크;를 더 포함하고,
상기 공급탱크는
내부에 수냉식 열교환기;를 포함하고,
수로로부터 상기 공급탱크 및 상기 수냉식 열교환기에 물이 공급되고,
상기 공급탱크의 물이 연결관을 통하여 상기 비상전원장치에서의 물 순환작용에 의하여 가열되어 회수되고,
상기 공급탱크 내부의 가열된 물에 의하여 상기 수냉식 열교환기의 물이 열교환작용에 의하여 열을 흡수하고,
열을 흡수한 상기 수냉식 열교환기의 물이 상기 워터탱크에 공급되는 것을 특징으로 하는 태양열 온수 순환 시스템.