KR102462637B1 - High-efficiency solar heat collection system for houses with solar preheater applied - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양열 예열기를 적용한 주택용 고효율 태양열 집열시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주택용 태양열 시스템의 효율을 개선하고 소비자의 온수이용 품질향상을 목적으로 태양열 예열기, 제 1펌프, 제 2펌프, 태양열 축열조를 설치하, 이용조건 및 기후 조건에 따른 운전모드는 달리하여 태양열 온수 품질을 높이고 집열시스템의 이용 효율을 향상시킬 수 있는 태양열 예열기를 적용한 주택용 고효율 태양열 집열시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a high-efficiency solar heat collecting system for houses to which a solar preheater is applied, and more particularly, a solar preheater, a first pump, a second pump, and a solar heat storage tank for the purpose of improving the efficiency of the residential solar system and improving the quality of hot water use by consumers. It relates to a high-efficiency solar heat collecting system for houses to which a solar preheater is applied, which can increase the quality of solar hot water and improve the efficiency of use of the heat collecting system by installing the system and operating modes according to the usage conditions and climatic conditions.

Description

태양열 예열기를 적용한 주택용 고효율 태양열 집열시스템{High-efficiency solar heat collection system for houses with solar preheater applied}High-efficiency solar heat collection system for houses with solar preheater applied}

본 발명은 주택용 태양열 집열 시스템에 관한 것으로, 태양열 시스템의 효율적인 이용을 위한 시스템의 배관회로 및 이 회로의 제어방법이 포함된 고효율 태양열 집열시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a solar heat collecting system for a house, and to a high-efficiency solar heat collecting system including a piping circuit of the system for efficient use of the solar heat system and a method for controlling the circuit.

주택과 같은 주거 공간 또는 사무실이나 공장과 같은 공간에서는 여름철의 냉방과 겨울철의 난방이 주된 생활환경의 요인으로 떠오르고 있으며, 최근에는 기후변화로 초래되는 다양한 위험을 줄이기 위해 각국에서는 신재생에너지의 사용을 확대하고 있는 실정이다.In residential spaces such as houses or spaces such as offices and factories, cooling in summer and heating in winter are emerging as the main living environment factors. It is being expanded.

신재생에너지는 태양에너지, 지열에너지, 해양에너지, 바이오에너지, 풍력에너지 등 다양한 분야의 에너지를 일컫는다. 이중에는 태양에너지는 신재생에너지 분야에서도 많이 활용되고 있는 유망 에너지 분야이다. 특히 가정용 태양열 온수기 시스템은 시스템이 간단하고 온수이용에 효율적이어서 많이 보급되고 있는 실정이다. Renewable energy refers to energy in various fields such as solar energy, geothermal energy, marine energy, bioenergy, and wind energy. Among them, solar energy is a promising energy field that is widely used in the field of new and renewable energy. In particular, solar water heater systems for home use are widely used because of their simple system and efficient use of hot water.

과거의 통상적인 태양열 집열시스템(특히 주택용)은 그 구성에 있어서 태양열 집열기, 태양열 축열조, 시스템 배관장치 및 제어장치로 구성되어 있으며 일사량이 있는 낯 시간에 펌프를 가동하여 태양열 에너지를 축열조에 저장하며 필요할 때 저장된 열에너지를 직접 이용하였다. 이러한 간단한 메커니즘으로 인해 시스템이 간단한 특징이 있었으나 기술의 발전 및 시스템의 효율적인 운용을 위해서 보다 세분화된 기술개발이 필요하였다. 통상의 가정용 태양열 온수시스템은 하나의 축열조(열교환기 내장형) 혹은 축열조 및 분리형 열교환기로 구성된 경우가 많았다. In the past, conventional solar heat collecting systems (especially for houses) consist of a solar collector, a solar heat storage tank, a system piping device, and a control device. The stored thermal energy was directly used. Due to this simple mechanism, the system had simple characteristics, but more detailed technology development was needed for the development of technology and efficient operation of the system. A typical home solar hot water system is often composed of a single heat storage tank (heat exchanger built-in type) or a heat storage tank and a separate heat exchanger.

하지만 최근들어 축열조 분리형 태양열 시스템이 많이 보급되면서 시스템의 효율성능이 저하되는 문제점이 발생하였고, 기존의 이러한 시스템들은 태양열 시스템의 평균 운전온도가 높기에 집열기 시스템의 특성상 시스템 효율이 저하되는 단점이 발생하였다.However, in recent years, as the heat storage tank separation type solar thermal system has been widely spread, there has been a problem that the efficiency of the system is lowered. .

이에, 이러한 문제를 해결할 수 있는 장치의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, there is an urgent need to develop a device capable of solving these problems.

대한민국 공개특허공보 10-2017-0103342호(2017.09.13.공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0103342 (published on September 13, 2017)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 태양열 집열기에서 집열된 에너지를 효율적으로 축열하고 집열 열효율의 향상을 위해서 기존 시스템과는 달리 태양열 예열기(집열예열기), 태양열 축열조(축열저장조), 제 1펌프, 제 2펌프, 제어장치(통합제어장치, 제어부)를 구성하였다. 이를 통해 집열기 시스템의 평균 작동 온도를 기존 시스템보다 월등히 낮은 동작범위로 낮출 수 있으며 이렇게 함으로써 태양열 집열시스템의 전체 효율을 높히는 것이다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to efficiently store the energy collected in the solar heat collector and to improve the heat collection efficiency, unlike the conventional system, a solar preheater (collection preheater), solar heat A heat storage tank (heat storage tank), a first pump, a second pump, and a control device (integrated control device, control unit) were configured. This allows the average operating temperature of the collector system to be lowered to a much lower operating range than conventional systems, thereby increasing the overall efficiency of the solar collector system.

또한, 집열시스템의 효율적인 제어 및 사용을 위해서 제어장치를 내장하며, 일사량 및 부하량에 따라 미리 정해진 제어로직에 따라 최적제어토록 구성하였다. 특히 태양열 예열기와 태양열 축열조(축열탱크)의 제어를 위해 별도로 추가된 제 1, 2펌프를 통해 선택적으로 축열제어를 가변할 수 있게하여 태양열 예열기와 태양열 축열조의 최적 운전을 실현한 것이다.In addition, for efficient control and use of the heat collecting system, a control device is built in, and it is configured to optimally control according to a predetermined control logic according to the amount of insolation and load. In particular, it is possible to selectively change the heat storage control through the first and second pumps added separately for the control of the solar heat preheater and the solar heat storage tank (thermal storage tank), thereby realizing the optimal operation of the solar heat preheater and the solar heat storage tank.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the present invention will be set forth below and will be learned by way of example of the present invention. Further, the objects and advantages of the present invention may be realized by means and combinations indicated in the claims.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, The present invention is a means for solving the above problems,

태양열을 집열하는 태양열 집열기(10);Solar heat collector 10 for collecting solar heat;

상기 태양열 집열기(10)와 제 1배관(L1)으로 연결되며, 제 1배관(L1)을 순환하는 제 1유체를 통해 태양열 집열기(10)의 집열에너지로 가열되도록 하는 태양열 예열기(20);a solar heat preheater 20 connected to the solar heat collector 10 and a first pipe L1, and heated with the collected energy of the solar heat collector 10 through a first fluid circulating through the first pipe L1;

상기 태양열 예열기(20)와 제 2배관(L2)으로 연결되며, 상기 태양열 예열기(20) 내에서 제 1, 2배관(L1, L2)이 열교환되어 제 2배관(L2) 내 제 2유체가 가열되어 저장될 수 있도록 하며, 제 2배관(L2)을 통해 사용처에 온수 및 급탕을 제공하는 태양열 축열조(30);The solar preheater 20 and the second pipe L2 are connected to each other, and the first and second pipes L1 and L2 are heat exchanged in the solar preheater 20 to heat the second fluid in the second pipe L2. a solar thermal storage tank 30 for providing hot water and hot water to a place of use through a second pipe (L2);

상기 제 2배관(L2) 및 상기 태양열 축열조(30)로 유체를 공급하는 제 3배관(L3)에 설치되는 급탕용 삼방밸브(V);a three-way valve (V) for hot water supply installed in the second pipe (L2) and the third pipe (L3) for supplying a fluid to the solar thermal storage tank (30);

상기 태양열 집열기(10), 태양열 예열기(20), 태양열 축열조(30) 각각의 측정온도와 사전설정온도를 상호간 비교한 후, 상기 제 1, 2배관(L1, L2)에 각각 설치되어 독립제어되는 제 1, 2펌프(P1, P2) 및 급탕용 삼방밸브(V)의 온/오프를 제어함으로써, 다수의 운전모드 중 온수 또는 급탕에 사용될 운전모드가 선택되도록 제어하는 제어장치(40);After comparing the measured temperature of each of the solar heat collector 10, the solar heat preheater 20, and the solar heat storage tank 30 with each other, the first and second pipes (L1, L2) are respectively installed and independently controlled The first and second pumps (P1, P2) and by controlling the on/off of the three-way valve (V) for hot water supply, a control device 40 for controlling to select an operation mode to be used for hot water or hot water supply among a plurality of operation modes;

를 포함하여 이루어지며,is made, including

상기 태양열 예열기(20)는 태양열 집열기(10)와 태양열 축열조(30) 사이에서, 태양열 축열조(30)보다 작은 사이즈로 설치되어, 태양열 집열기(10)보다 낮은온도로 빠르게 가열가능함에 따라, 사용처의 급탕제공에 용이하게 사용되는 것을 특징으로 한다.The solar preheater 20 is installed between the solar heat collector 10 and the solar heat storage tank 30 in a size smaller than the solar heat storage tank 30, and can be quickly heated to a lower temperature than the solar heat collector 10. It is characterized in that it is easily used to provide hot water.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은As described above, the present invention

첫째, 본 발명의 태양열 집열시스템은 시스템의 운전온도 및 제어방법에 따라 사용 효율이 많이 변하는 기술적 특징을 갖고 있는 것으로서, 본 시스템은 태양열 예열기와 태양열 축열조를 분리하여, 선택적 축열을 통해 집열시스템의 평균 동작 온도를 기존 시스템 대비 30% 가량 낮출 수 있으며, 이를 통해 태양열 집열시스템 효율이 기존 대비 25% 이상 상승되는 특징이 있다.First, the solar heat collecting system of the present invention has a technical feature that the use efficiency changes a lot depending on the operating temperature and control method of the system. The present system separates the solar heat preheater and the solar heat storage tank, The operating temperature can be lowered by about 30% compared to the existing system, and through this, the efficiency of the solar heat collecting system is increased by more than 25% compared to the existing system.

둘째, 본 발명의 집열시스템은, 소비자의 온수 이용 측면에서 태양열 예열기를 이용한 급탕이 가능하기에, 태양 일사량이 부족한 경우에 기존 태양열 시스템 대비하여 온수 가열시간을 200% 이상 빠른 상승이 가능하기 때문에, 소비자의 온수이용 품질 및 효율성이 증대되는 특징이 있다. Second, since the heat collecting system of the present invention enables hot water supply using a solar preheater in terms of the consumer's use of hot water, it is possible to increase the hot water heating time by 200% or more faster than the existing solar system when the amount of solar insolation is insufficient. There is a characteristic that the quality and efficiency of hot water use by consumers are increased.

셋째, 기존의 태양열 축열조는 통상 보조열원을 구비하여 에너지가 부족한 경우에도 일정온도 이상은 예열시키는 경우가 있으며 이 경우 태양열 축열조가 항상 일정 수준 이상의 온도를 유지하게 되므로 태양열 집열기의 가동 효율이 떨어지는 특징(태양열 집열기는 운전온도가 낮을수록 효율이 높은 특징이 있다)이 잇지만, 본 발명은 태양열 예열기와 태양열 축열조가 분리 설계되고, 태양열 축열조에만 독립적으로 보조열원이 설치됨으로 인해 태양열 축열조의 평균 동작 온도를 낮추는 기능이 있다. 이로 인해 전체 태양열 집열 효율이 기존대비 10% 이상 높일 수 있는 효과가 있다.Third, the conventional solar thermal storage tank is usually equipped with an auxiliary heat source to preheat the temperature above a certain temperature even when energy is insufficient. The solar heat collector has a characteristic that the efficiency is higher as the operating temperature is lower), but in the present invention, the average operating temperature of the solar heat storage tank is reduced because the solar heat preheater and the solar heat storage tank are designed separately, and the auxiliary heat source is independently installed only in the solar heat storage tank It has a lowering function. As a result, the total solar heat collection efficiency can be increased by more than 10% compared to the existing one.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 예열기를 적용한 주택용 고효율 태양열 집열시스템을 나타낸 일실시예의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 태양열 예열기를 적용한 주택용 고효율 태양열 집열시스템의 운전모드를 나타낸 일실시예의 도면.1 is a block diagram of an embodiment showing a high-efficiency solar heat collecting system for a house to which a solar preheater according to the present invention is applied.
2 is a view of an embodiment showing an operation mode of a high-efficiency solar heat collecting system for a house to which a solar preheater according to the present invention is applied.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.Before describing various embodiments of the present invention in detail, it will be understood that the application is not limited to the details of the construction and arrangement of components described in the following detailed description or shown in the drawings. The invention is capable of being embodied and practiced in other embodiments and of being carried out in various ways. Also, device or element orientation (eg, “front”, “back”, “up”, “down”, “top”, “bottom”) The expressions and predicates used herein with respect to terms such as ", "left", "right", "lateral", etc. are used merely to simplify the description of the invention, and the associated apparatus Or it will be appreciated that it does not simply indicate or imply that an element must have a particular orientation. Also, terms such as “first” and “second” are used in this application and the appended claims for the purpose of description and are not intended to indicate or imply relative importance or spirit.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.In order to achieve the above object, the present invention has the following features.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the configuration shown in the embodiments and drawings described in the present specification is merely the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all of the technical spirit of the present invention, so at the time of the present application, various It should be understood that there may be equivalents and variations.

이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 예열기를 적용한 주택용 고효율 태양열 집열시스템을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a high-efficiency solar heat collecting system for houses to which a solar preheater according to a preferred embodiment of the present invention is applied will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 2 .

이를 위한 태양열 예열기를 적용한 주택용 고효율 태양열 집열시스템은 태양열 집열기(10), 태양열 예열기(20), 태양열 축열조(30), 제 1, 2펌프(P1, P2), 급탕용 삼방밸브(V), 제어장치(40)를 포함한다.For this purpose, a high-efficiency solar heat collecting system for houses to which a solar preheater is applied is a solar heat collector 10, a solar heat preheater 20, a solar heat storage tank 30, the first and second pumps (P1, P2), a three-way valve for hot water supply (V), and control. device 40 .

본 발명의 태양열 집열시스템은, 가동시 평균 운전온도를 선택적으로 낮게 유지할 수 있도록 시스템을 구성하고 제어하여, 태양열 집열효율을 월등히 높일 수 있도록 한 것이다.The solar heat collecting system of the present invention configures and controls the system to selectively keep the average operating temperature low during operation, so that the solar heat collecting efficiency can be significantly increased.

이로써, 태양열 예열기(20)와 태양열 축열조(30)를 분리하여 태양열 예열기(20)의 가동 온도를 통상의 일반적인 시스템보다 50% 이상 낮은 온도로 가동할 수 있게 하여 태양열 시스템 효율을 대폭(20% 이상) 향상할 수 있도록 한 것이다.Accordingly, the solar heat system efficiency is greatly increased (20% or more) by separating the solar heat preheater 20 and the solar heat storage tank 30 so that the operating temperature of the solar heat preheater 20 can be operated at a temperature 50% or more lower than that of a typical general system. ) to improve it.

또한 본 발명의 효율적인 운전을 위해 개발된 제어장치(40)를 통하여, 태양열 예열기(20)의 작동온도 및 태양열 축열조(30)의 작동온도를 모니터링하고, 제 1펌프(P1) 및 제 2펌프(P2)를 독립 구성하여 태양열 운전온도를 기존보다 낮게 유지할 수 있도록 한 것이다.In addition, through the control device 40 developed for efficient operation of the present invention, the operating temperature of the solar preheater 20 and the operating temperature of the solar thermal storage tank 30 are monitored, and the first pump P1 and the second pump (P1) and the second pump ( P2) is independently configured so that the solar operating temperature can be maintained lower than before.

더불어, 본 발명의 태양열 집열시스템에 항상 구비되는 보조열원(ex: 보조히터(31) 등)에 있어서도 보조열원 가동 시간을 기존 시스템보다 낮게 유지할 수 있게 하여, 운전 비용도 절감할 수 있는 특징이 있다. In addition, even in the auxiliary heat source (ex: auxiliary heater 31, etc.) always provided in the solar heat collection system of the present invention, the auxiliary heat source operation time can be maintained lower than that of the existing system, and thus the operating cost can be reduced. .

상기 태양열 집열기(10)는 태양열을 집열하는 부분으로, 제 1배관(L1)을 통해 태양열 예열기(20)와 연결되어, 제 1배관(L1) 내 제 1냉매(ex: 물 등)가 태양열 집열기(10)와 태양열 예열기(20)를 순환하면서 태양열 집열기(10)에서 집열한 집열에너지를 태양열 예열기(20)로 예열 및 순환시키는 작동을 하는 것이다.The solar heat collector 10 is a part that collects solar heat, and is connected to the solar heat preheater 20 through a first pipe L1, so that the first refrigerant (ex: water, etc.) in the first pipe L1 is solar heat While circulating the collector 10 and the solar heat preheater 20 , the heat collected energy collected by the solar heat collector 10 is preheated and circulated to the solar heat preheater 20 .

상기 태양열 예열기(20)는 태양열 집열기(10)와 제 1배관(L1)으로 연결되며, 제 1배관(L1)을 순환하는 제 1유체를 통해 태양열 집열기(10)의 집열에너지가 저장되며 가열되도록 하는 부분이다.The solar heat preheater 20 is connected to the solar heat collector 10 through a first pipe L1, and the heat collected energy of the solar heat collector 10 is stored and heated through the first fluid circulating through the first pipe L1. part to do

이러한 태양열 예열기(20)는 열교환기의 일종으로 Tank in Coil 형식으로 종형 축열조(30) 내부에 Coil형 열교환기를 내장하고 있으며, 태양열 축열조(30)의 온도가 사전설정 온도범위보다 낮은 경우에는 이러한 태양열 예열기(20)를 통해 온수를 공급 받을 수 있도록 한 것이다. 이때 태양열 예열기(20)는 일반적인 태양열 축열조(30)(태양열 축열용 탱크) 크기의 50% 이하의 크기로 태양열에 의한 가열 속도가 빨라 급탕이 용이한 특징이 있다.This solar preheater 20 is a type of heat exchanger and has a built-in coil type heat exchanger inside the vertical heat storage tank 30 in a tank in coil type, and when the temperature of the solar heat storage tank 30 is lower than the preset temperature range, It is intended to be supplied with hot water through the preheater 20 . In this case, the solar preheater 20 has a size of 50% or less of the size of a general solar thermal storage tank 30 (solar thermal storage tank), and has a fast heating rate by solar heat, so that hot water supply is easy.

상기 태양열 축열조(30)는 전술된 태양열 예열기(20)와 제 2배관(L2)을 통해 연결되며, 내부에는 제 2유체가 저장되고, 상기 제 2유체는 제 2배관(L2)을 통해 태양열 축열조(30)와 태양열 예열기(20) 사이를 순환하면서 태양열 예열기(20)의 제 1배관(L1) 내 제 1유체와 열교환되고, 이에, 태양열 축열조(30)가 가열되도록 하여, 사용처에 온수 또는 급탕으로 가열된 제 2유체를 제공할 수 있도록 한 곳이다.The solar heat storage tank 30 is connected to the above-described solar heat preheater 20 through a second pipe L2, a second fluid is stored therein, and the second fluid is a solar heat storage tank through a second pipe L2. While circulating between 30 and the solar preheater 20, heat is exchanged with the first fluid in the first pipe L1 of the solar preheater 20, so that the solar heat storage tank 30 is heated, so that hot water or hot water is supplied at the place of use It is a place that can provide a second fluid heated to

또한, 이러한 태양열 축열조(30)의 경우, 중단부에 보조히터(31)(Auxiliary Heater)가 내장되며, 태양열 예열기(20) 및 태양열 축열조(30)의 온도가 급탕 목표온도보다 낮은 온도를 가지고 있을때 가동하여, 보조적인 열에너지 공급 목적으로 사용될 수 있음이다.In addition, in the case of this solar heat storage tank 30, an auxiliary heater 31 (Auxiliary Heater) is built in the middle part, and the temperature of the solar heat preheater 20 and the solar heat storage tank 30 is lower than the target temperature for hot water supply. In operation, it can be used for the purpose of supplying auxiliary heat energy.

상기 제 1, 2펌프(P1, P2)는 제 1배관(L1)과 제 2배관(L2)에 각각 설치되어, 후술될 제어장치(40)에 의해 독립제어되면서, 제 1배관(L1)의 제 1유체 및 제 2배관(L2)의 제 2유체가 순환될 수 있도록 한 것이다.The first and second pumps P1 and P2 are installed in the first pipe L1 and the second pipe L2, respectively, and independently controlled by a control device 40 to be described later, The first fluid and the second fluid of the second pipe L2 can be circulated.

이러한 제 1, 2펌프(P1, P2)는, 상기 태양열 집열기(10)의 온도가 사전설정 온도범위 이상인 경우, 상기 제 1펌프(P1)가 제어장치(40)에 의해 가동되면서 태양열 예열기(20)가 가열되도록 하고, 가열되는 태양열 예열기(20)의 온도가 사전설정 온도범위 이상인 경우, 상기 제 2펌프(P2)가 제어장치(40)에 의해 가동되면서 태양열 축열조(30)가 가열되도록 구동되는 것이다.These first and second pumps (P1, P2), when the temperature of the solar collector 10 is above a preset temperature range, the first pump (P1) is operated by the control device 40, the solar preheater 20 ) to be heated, and when the temperature of the solar preheater 20 to be heated is above the preset temperature range, the second pump P2 is operated by the control device 40 and the solar heat storage tank 30 is driven to be heated will be.

상기 급탕용 삼방밸브(V)는 전술된 제 2배관(L2) 및 상기 태양열 축열조(30)로 유체를 공급하는 제 3배관(L3)에 설치되는 밸브로써, 외부로부터 제 2유체를 유입하는 제 1라인, 제 1라인에서 태양열 축열조(30)로 연결되는 제 2라인, 상기 제 1라인에서 제 2펌프(P2) 및 태양열 축열조(30)를 거치지 않고 바로 제 2배관(L2)과 연결되어 태양열 예열기(20)로 제 2유체가 유입되도록 하는 제 3라인으로 이루어진다.The three-way valve for hot water supply (V) is a valve installed in the above-described second pipe (L2) and the third pipe (L3) for supplying a fluid to the solar thermal storage tank 30, the second fluid flowing in from the outside 1 line, a second line connected from the first line to the solar thermal storage tank 30, and directly connected to the second pipe L2 without going through the second pump P2 and the solar thermal storage tank 30 in the first line It consists of a third line through which the second fluid flows into the preheater 20 .

물론, 이러한 급탕용 삼방밸브(V)는 태양열 예열기(20)와 태양열 축열조(30)의 온도를 제어장치(40)를 통해 측정온도 등을 모니터링하고,(물론, 태양열 집열기(10), 태양열 예열기(20), 태양열 축열조(30) 각각에는 온도센서가 설치되어 측정온도를 제어장치(40)로 전송해야 함은 당연할 것이다.) 사전설정조건(태양열 집열기(10) 사전설정 온도범위, 태양열 예열기(20) 사전설정 온도범위, 태양열 축열조(30) 사전설정 온도범위 등)에 따라 최적 조건으로 제 1, 2, 3라인 중 개방경로가 선택제어되어, 소비자의 급탕 이용시 온수온도 및 시스템 효율율 고려하여 최적의 조건으로 제어될 수 있도록 운용되는 것이다.Of course, this three-way valve (V) for hot water supply monitors the temperature of the solar heat preheater 20 and the solar heat storage tank 30 through the control device 40, and monitors the measured temperature (of course, the solar heat collector 10, the solar heat preheater) (20), it will be natural that a temperature sensor is installed in each of the solar heat storage tanks 30 to transmit the measured temperature to the control device 40.) Preset conditions (solar heat collector 10 preset temperature range, solar heat preheater) (20) The open path among the first, second, and third lines is selectively controlled under optimal conditions according to the preset temperature range, the preset temperature range of the solar thermal storage tank 30, etc.) It is operated so that it can be controlled under optimal conditions.

상기 제어장치(40)는 전술된 태양열 집열기(10), 태양열 예열기(20), 태양열 축열조(30) 각각의 측정온도와 사전설정온도를 상호간 비교한 후, 상기 제 1, 2배관(L1, L2)에 각각 설치되어 독립제어되는 제 1, 2펌프(P1, P2) 및 급탕용 삼방밸브(V)의 온/오프를 제어함으로써, 다수의 운전모드 중 온수 또는 급탕에 사용될 운전모드가 선택되도록 제어하는 부분이다.The control device 40 compares each of the above-described solar heat collector 10, solar heat preheater 20, and solar heat storage tank 30 with a preset temperature with each other, and then the first and second pipes L1 and L2 ), by controlling the on/off of the first and second pumps (P1, P2) and the three-way valve (V) for hot water supply, which are installed and controlled independently, control so that the operation mode to be used for hot water or hot water supply is selected among a plurality of operation modes part to do

이러한 본 발명의 제어장치(40)는 태양열 집열시스템의 효율적인 이용을 위하여, 기존의 제어장치(40)와는 차별화 되는데, 태양열 집열기(10)와, 태양열 예열기(20) 및 태양열 축열조(30)로 구성된 장치와, 열교환을 위한 제 1, 2펌프(P1, P2)를 구비하여, 독립적으로 축열 모드에 따라 정해진 제어루프대로 가동하도록 프로그램되어 제어할 수 있도록 한 것이다. 이를 통해 태양열 집열효율 및 이용 성능을 극대화 할 수 있게 한 것이다.The control device 40 of the present invention is differentiated from the conventional control device 40 for efficient use of the solar heat collecting system. The device and the first and second pumps P1 and P2 for heat exchange are provided so that they can be independently programmed and controlled to operate according to a control loop determined according to the heat storage mode. Through this, it is possible to maximize the solar heat collection efficiency and utilization performance.

또한, 상기 제어장치(40)는 온도감지부(온도센서), 연산부, 제어 출력부로 구성되며( 이는 일반적인 구성의 제어장치(40)와 동일), 온도 감지부는 기전 시스템과 달리 태양열 집열기(10), 태양열 예열부, 태양열 축열조(30), 외기온도, 제 1, 2, 3배관 등에 설치될 수 있음이다. 또한 연산부는 일반적인 컴퓨터 마이컴 칩을 사용하여 정해진 루프에 따라 제어되며 상세 제어사항은 사용자가 다양하게 사전저장한 사전설정 운전모드에 따라 구현된다. In addition, the control device 40 is composed of a temperature sensing unit (temperature sensor), a calculation unit, and a control output unit (this is the same as the control unit 40 of a general configuration), and the temperature sensing unit is different from the mechanical system, the solar collector 10 , the solar heat preheating unit, the solar heat storage tank 30, the outside temperature, the first, second, third pipe, etc. can be installed. In addition, the arithmetic unit is controlled according to a predetermined loop using a general computer microcomputer chip, and detailed control items are implemented according to the preset operation mode pre-stored in various ways by the user.

그 실시예로, 본 발명의 태양열 예열기를 적용한 주택용 고효율 태양열 집열시스템의 다양한 운전모드를 설명하도록 한다.As an example, various operation modes of the high-efficiency solar heat collecting system for houses to which the solar preheater of the present invention is applied will be described.

1. 예열급탕 모드 : 일사량이 사전설정 온도범위 이상(또는 태양열 집열기(10)의 온도가 사전설정 온도범위 이상)인 경우, 태양열 예열기(20)를 통해 제 1, 2배관(L1, L2)의 제 1, 2유체가 가열되어 급탕을 제공하는 운전모드이다. 태양열 예열기(20)의 가열된 집열에너지는 제 1유체를 통해 제 2유체에 열교환되어 전달된 후, 이를 급탕(또는 온수)로 제공하는 것이다. 물론, 이때 제 2배관(L2)의 가열된 제 2유체는 곧바로 사용처에 급탕으로 제공되거나 또는 태양열 축열조(30)를 가열하면서 사용처에 제공되도록 할수도 있음이다.1. Preheating hot water supply mode: When the amount of solar radiation is above the preset temperature range (or the temperature of the solar collector 10 is above the preset temperature range), the first and second pipes (L1, L2) are This is an operation mode in which the first and second fluids are heated to provide hot water. The collected heat energy of the solar preheater 20 is heat-exchanged and transferred to the second fluid through the first fluid, and then is provided as hot water (or hot water). Of course, at this time, the heated second fluid of the second pipe (L2) may be provided directly to the place of use as hot water or may be provided to the place of use while heating the solar thermal storage tank 30 .

2. 축열급탕 모드 : 일사량이 사전설정 온도범위 이하(또는 태양열 집열기(10)의 온도가 사전설정 온도범위 이하)인 경우, 태양열 예열기(20)를 사용하지 않는 모드로, 태양열 축열조(30)만을 구동시켜, 태양열 축열조(30)에 가열저장된 제 2유체를 급탕으로 제공하는 운전모드이다.2. Thermal storage hot water supply mode: When the amount of solar radiation is below the preset temperature range (or the temperature of the solar heat collector 10 is below the preset temperature range), the mode does not use the solar preheater 20, and only the solar thermal storage tank 30 It is an operation mode in which the second fluid heated and stored in the solar thermal storage tank 30 is provided as hot water by driving the vehicle.

3. 제 1야간모드 : 일사량이 적용되지 않은 밤시간에, 태양열 예열기(20)는 사용하지 않는 모드로서, 태양열 축열조(30)의 제 2유체 측정온도(Ts)가 사전설정 온도범위(Tset)보다 낮은 경우, 태양열 축열조(30)에 설치되는 보조히터(31)가 구동되어 제 2유체가 가열되도록 하고, 이에 태양열 축열조(30)의 제 2유체가 급탕으로 제공되도록 하는 운전모드이다.(Ts < Tset)3. First night mode: In the night time when solar radiation is not applied, the solar preheater 20 is not used. set ), the auxiliary heater 31 installed in the solar thermal storage tank 30 is driven so that the second fluid is heated, and thus the second fluid of the solar thermal storage tank 30 is provided as hot water supply. (T s < T set )

4. 제 2야간모드 : 일사량이 적용되지 않은 밤시간에, 태양열 예열기(20)는 사용하지 않는 모드로서, 태양열 축열조(30)의 제 2유체 측정온도(Ts)가 사전설정 온도범위보다 높은 경우(낮시간에 가열저장되어 있는 경우 등)(Tset), 태양열 축열조(30)의 제 2유체가 급탕으로 제공되는 모드이다. (Ts > Tset)4. Second night mode: At night time when solar radiation is not applied, the solar preheater 20 is not used, and the second fluid measurement temperature (T s ) of the solar thermal storage tank 30 is higher than the preset temperature range. In the case (eg, when heated and stored during the daytime) (T set ), the second fluid of the solar thermal storage tank 30 is provided as hot water supply mode. (T s > T set )

5. 주간 축열조 이용모드 : 낮시간에 태양열 집열기(10)의 온도(일사량, Qe)가 사전설정 온도범위보다 낮은 경우(QeMin), 제 1, 2펌프(P1, P2)는 모두 OFF되며, 태양열 축열조(30)의 제 2유체가 급탕으로 제공되는 모드이다.(Qe < QeMin))5. Weekly heat storage tank use mode: When the temperature (insolation, Qe) of the solar collector 10 is lower than the preset temperature range (Qe Min ) during the daytime, the first and second pumps (P1, P2) are all OFF, It is a mode in which the second fluid of the solar thermal storage tank 30 is provided as hot water. (Qe < Qe Min ))

6. 제 1예열기 이용모드 : 낮시간에, 태양열 집열기(10)의 온도(Qe)가 사전설정 온도범위에 해당(최저부하(QeMin) ~ 최대부하(QeMax))되는 경우, 제 1펌프(P1)는 ON, 제 2펌프(P2)는 OFF되고, 상기 급탕용 삼방밸브(V)는 태양열 예열기(20) 단부에 연결된 제 2배관(L2)에 연결되도록 개방되어, 제 2유체가 제 1유체와 열교환된 후, 태양열 축열조(30) 사용없이 제 2유체가 급탕으로 제공되도록 하는 모드이다.(QeMin < Qe < QeMax)6. First preheater use mode: In the daytime, when the temperature (Qe) of the solar collector 10 falls within the preset temperature range (minimum load (Qe Min ) to maximum load (Qe Max )), the first pump (P1) is ON, the second pump (P2) is OFF, the three-way valve for hot water supply (V) is opened to be connected to the second pipe (L2) connected to the end of the solar preheater 20, the second fluid It is a mode in which the second fluid is provided as hot water supply without using the solar thermal storage tank 30 after heat exchange with the first fluid. (Qe Min < Qe < Qe Max )

7. 제 2예열기 이용모드: 낮시간에, 태양열 집열기(10)의 온도(Qe)가 사전설정 온도범위보다 높은 경우(최대부하(QeMax) 이상인 경우), 제 1펌프(P1)는 ON, 제 2펌프(P2)는 OFF되고, 상기 급탕용 삼방밸브(V)는 태양열 예열기(20) 단부에 연결된 제 2배관(L2)에 연결되도록 개방되어, 제 2유체가 제 1유체와 열교환된 후, 태양열 축열조(30) 사용없이 제 2유체가 급탕으로 제공되도록 하는 모드이다.(Qe > QeMax)7. Second preheater use mode: In the daytime, when the temperature Qe of the solar collector 10 is higher than the preset temperature range (when the maximum load Qe Max or higher), the first pump P1 is ON, After the second pump (P2) is OFF, the three-way valve (V) for hot water supply is opened to be connected to the second pipe (L2) connected to the end of the solar preheater (20), and the second fluid is heat-exchanged with the first fluid , a mode in which the second fluid is provided as hot water supply without using the solar thermal storage tank 30 (Qe > Qe Max )

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical spirit of the present invention and the following by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and changes are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

10: 태양열 집열기 20: 태양열 예열기
30: 태양열 축열조 31: 보조히터
40: 제어장치
L1: 제 1배관 L2: 제 2배관
L3: 제 3배관 P1: 제 1펌프
P2: 제 2펌프10: solar collector 20: solar preheater
30: solar heat storage tank 31: auxiliary heater
40: control device
L1: 1st pipe L2: 2nd pipe
L3: 3rd pipe P1: 1st pump
P2: second pump

Claims (5)

태양열을 집열하는 태양열 집열기(10);
상기 태양열 집열기(10)와 제 1배관(L1)으로 연결되며, 제 1배관(L1)을 순환하는 제 1유체를 통해 태양열 집열기(10)의 집열에너지로 가열되도록 하는 태양열 예열기(20);
상기 태양열 예열기(20)와 제 2배관(L2)으로 연결되며, 상기 태양열 예열기(20) 내에서 제 1, 2배관(L1, L2)이 열교환되어 제 2배관(L2) 내 제 2유체가 가열되어 저장될 수 있도록 하며, 제 2배관(L2)을 통해 사용처에 온수 및 급탕을 제공하는 태양열 축열조(30);
상기 제 2배관(L2) 및 상기 태양열 축열조(30)로 유체를 공급하는 제 3배관(L3)에 설치되는 급탕용 삼방밸브(V);
상기 태양열 집열기(10), 태양열 예열기(20), 태양열 축열조(30) 각각의 측정온도와 사전설정온도를 상호간 비교한 후, 상기 제 1, 2배관(L1, L2)에 각각 설치되어 독립제어되는 제 1, 2펌프(P1, P2) 및 급탕용 삼방밸브(V)의 온/오프를 제어함으로써, 다수의 운전모드 중 온수 또는 급탕에 사용될 운전모드가 선택되도록 제어하는 제어장치(40);
를 포함하여 이루어지며,
상기 태양열 예열기(20)는 태양열 집열기(10)와 태양열 축열조(30) 사이에서, 태양열 축열조(30)보다 작은 사이즈로 설치되어, 태양열 집열기(10)보다 낮은온도로 빠르게 가열가능함에 따라, 사용처의 급탕제공에 용이하게 사용되며,
상기 제어장치(40)는
상기 태양열 집열기(10)의 온도가 사전설정 온도범위 이상인 경우, 상기 제 1펌프(P1)가 제어장치(40)에 의해 가동되면서 태양열 예열기(20)가 가열되도록 하고,
가열되는 태양열 예열기(20)의 온도가 사전설정 온도범위 이상인 경우, 상기 제 2펌프(P2)가 제어장치(40)에 의해 가동되면서 태양열 축열조(30)가 가열되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양열 예열기를 적용한 주택용 고효율 태양열 집열시스템.
Solar heat collector 10 for collecting solar heat;
a solar heat preheater 20 connected to the solar heat collector 10 and a first pipe L1, and heated with the collected energy of the solar heat collector 10 through a first fluid circulating through the first pipe L1;
The solar preheater 20 and the second pipe L2 are connected to each other, and the first and second pipes L1 and L2 are heat exchanged in the solar preheater 20 to heat the second fluid in the second pipe L2. a solar thermal storage tank 30 for providing hot water and hot water to a place of use through a second pipe (L2);
a three-way valve (V) for hot water supply installed in the second pipe (L2) and the third pipe (L3) for supplying a fluid to the solar thermal storage tank (30);
After comparing the measured temperature of each of the solar heat collector 10, the solar heat preheater 20, and the solar heat storage tank 30 with each other, the first and second pipes (L1, L2) are respectively installed and independently controlled The first and second pumps (P1, P2) and by controlling the on/off of the three-way valve (V) for hot water supply, a control device 40 for controlling to select an operation mode to be used for hot water or hot water supply among a plurality of operation modes;
is made, including
The solar preheater 20 is installed between the solar heat collector 10 and the solar heat storage tank 30 in a size smaller than the solar heat storage tank 30, and can be quickly heated to a lower temperature than the solar heat collector 10. It is easily used to provide hot water,
The control device 40 is
When the temperature of the solar heat collector 10 is above the preset temperature range, the first pump P1 is operated by the control device 40 so that the solar heat preheater 20 is heated,
When the temperature of the solar heat preheater 20 to be heated is above the preset temperature range, the second pump P2 is operated by the control device 40 and the solar heat storage tank 30 is heated. A high-efficiency solar heat collection system for homes.
 제 1항에 있어서,
상기 운전모드는
일사량이 사전설정 온도범위 이상인 경우, 태양열 예열기(20)를 통해 제 1, 2배관(L1, L2)의 제 1, 2유체가 가열되어 급탕을 제공하는 예열급탕 모드;
일사량이 사전설정 온도범위 이하인 경우, 태양열 축열조(30)를 구동시켜, 태양열 축열조(30)에 가열저장된 제 2유체를 급탕으로 제공하는 축열급탕 모드;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열 예열기를 적용한 주택용 고효율 태양열 집열시스템.
The method of claim 1,
The driving mode is
a preheating hot water supply mode in which the first and second fluids of the first and second pipes L1 and L2 are heated through the solar preheater 20 to provide hot water when the amount of solar radiation is greater than or equal to a preset temperature range;
a heat storage hot water supply mode in which the solar heat storage tank 30 is driven when the amount of insolation is less than or equal to a preset temperature range, and the second fluid heated and stored in the solar heat storage tank 30 is provided as hot water supply;
A high-efficiency solar heat collection system for houses to which a solar preheater is applied, characterized in that it consists of
 제 1항에 있어서,
상기 운전모드는
일사량이 적용되지 않은 밤시간에, 태양열 축열조(30)의 제 2유체 측정온도가 사전설정 온도범위보다 낮은 경우, 태양열 축열조(30)에 설치되는 보조히터(31)가 구동되며, 태양열 축열조(30)의 제 2유체가 급탕으로 제공되는 제 1야간모드;
일사량이 적용되지 않은 밤시간에, 태양열 축열조(30)의 제 2유체 측정온도가 사전설정 온도범위보다 높은 경우, 태양열 축열조(30)의 제 2유체가 급탕으로 제공되는 제 2야간모드;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열 예열기를 적용한 주택용 고효율 태양열 집열시스템.
The method of claim 1,
The driving mode is
At night time when solar radiation is not applied, when the measured temperature of the second fluid of the solar thermal storage tank 30 is lower than the preset temperature range, the auxiliary heater 31 installed in the solar thermal storage tank 30 is driven, and the solar thermal storage tank 30 ) in the first night mode in which the second fluid is provided as hot water;
a second night mode in which the second fluid of the solar thermal storage tank 30 is provided as hot water supply when the measured temperature of the second fluid of the solar thermal storage tank 30 is higher than a preset temperature range at night time when solar radiation is not applied;
A high-efficiency solar heat collection system for houses to which a solar preheater is applied, characterized in that it consists of
 제 1항에 있어서,
상기 운전모드는
낮시간에, 태양열 집열기(10)의 온도가 사전설정 온도범위보다 낮은 경우, 제 1, 2펌프(P1, P2)는 OFF되며, 태양열 축열조(30)의 제 2유체가 급탕으로 제공되는 주간 축열조 이용모드;
낮시간에, 태양열 집열기(10)의 온도가 사전설정 온도범위에 해당되는 경우, 제 1펌프(P1)는 ON, 제 2펌프(P2)는 OFF되고, 상기 급탕용 삼방밸브(V)는 태양열 예열기(20) 단부에 연결된 제 2배관(L2)에 연결되도록 개방되어, 제 2유체가 제 1유체와 열교환된 후, 태양열 축열조(30) 사용없이 제 2유체가 급탕으로 제공되도록 하는 제 1예열기 이용모드;
낮시간에, 태양열 집열기(10)의 온도가 사전설정 온도범위보다 높은 경우, 제 1펌프(P1)는 ON, 제 2펌프(P2)는 OFF되고, 상기 급탕용 삼방밸브(V)는 태양열 예열기(20) 단부에 연결된 제 2배관(L2)에 연결되도록 개방되어, 제 2유체가 제 1유체와 열교환된 후, 태양열 축열조(30) 사용없이 제 2유체가 급탕으로 제공되도록 하는 제 2예열기 이용모드;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열 예열기를 적용한 주택용 고효율 태양열 집열시스템.
The method of claim 1,
The driving mode is
During the daytime, when the temperature of the solar heat collector 10 is lower than the preset temperature range, the first and second pumps P1 and P2 are turned OFF, and the second fluid of the solar heat storage tank 30 is provided as hot water. mode of use;
In the daytime, when the temperature of the solar collector 10 falls within the preset temperature range, the first pump (P1) is ON, the second pump (P2) is OFF, and the three-way valve for hot water supply (V) is solar heat The first preheater is opened to be connected to the second pipe L2 connected to the end of the preheater 20 so that the second fluid is provided as hot water without using the solar heat storage tank 30 after the second fluid exchanges heat with the first fluid. mode of use;
In the daytime, when the temperature of the solar collector 10 is higher than the preset temperature range, the first pump P1 is ON, the second pump P2 is OFF, and the three-way valve for hot water supply (V) is a solar preheater (20) Using a second preheater that is opened to be connected to the second pipe (L2) connected to the end so that the second fluid is provided as hot water without using the solar heat storage tank 30 after the second fluid exchanges heat with the first fluid mode;
A high-efficiency solar heat collection system for houses to which a solar preheater is applied, characterized in that it consists of
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