KR19990040872U - 태양열 집열기용 열교환 축열장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열매체와 피가열매체의 열교환시 유체의 저항을 적게 하면서 피가열매체의 열평형에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있도록 한 태양열 집열기용 열교환축열장치에 관한 것이다.

종래의 경우엔 구조적 단점으로 인하여 열매체의 급송관 자체가 저항요소로 작용하고, 열평형을 이루는데 많은 시간이 소요되며, 전기히터가 함께 설치되는 경우에도 심야전원만 사용하게 되어 있어 축열장치의 용량이 부족한 경우 난방이 여려워 단순히 급탕목적으로만 활용되고 있는 실정인바,

이를 해소하고자 본 고안은, 열교환축열탱크 내부의 물이 온도차에 의하여 순환이 이루어지는 경우 급송관 자체의 저항요인을 크게 줄이면서 열평형이 신속하게 이루어져 열교환효율을 향상시키도록 하고, 전기히터의 경우에도 주, 야간 항시 사용이 가능하여 악천후시와 같이 집열기의 성능이 저하되는 경우 보조적인 열원으로 확실히 급탕 및 난방목적으로 동시에 사용할 수 있도록 한데에 그 특징이 있다.

Description

태양열 집열기용 열교환축열장치

본 고안은 태양열 집열기에서 집열기와 일체로 설치하거나 별도로 분리하여 설치해 사용하는 열교환축열장치에 관한 것으로, 특히 열매체와 피가열매체의 열교환시 내부 피가열매체의 유체저항을 작게 하면서 피가열매체의 열평형에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있도록 한 태양열 집열기용 열교환축열장치에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 열교환축열장치는 피가열매체로서 통상 사용되는 물을 저장하기 위한 열교환축열탱크 내부를 통과하는 열매체의 열교환용 급송관을 좌, 우 수평방향으로 지그재그형태 또는 코일형태로 구성하여 이루어지므로, 열교환축열탱크 내부의 물이 가열되면서 가열부 근접부위와 그곳으로부터 이격된 부위사이에서 온도차에 의한 내부순환이 이루어지는 경우 순환흐름상 급송관 자체가 저항요소로 작용하게되어 열교환축열탱크 내부에 저장된 물의 전부위에 걸쳐 열평형이 이루어지는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 발생하고 있다. 또한, 이러한 열평형상 불균형발생문제는 열교환과 축열을 주목적으로 하는 열교환축열장치에 있어서 열교환 효율을 감소시키게 되는 단점이 되고 있다.

더욱이 이와 같은 열교환축열장치의 경우 집열기에서 가열된 열매체만을 이용하여 피가열매체인 물을 가열시키게 되어 있어 주간에 가열된 물을 특히 야간에 급탕목적으로 더 소비하게 되면 열교환 내지 축열기능을 상실하게 되므로, 난방엔 즉시 악영향을 주게될 뿐만 아니라 별도의 난방 또는 급탕장치를 필요로 하게 된다. 그리하여 일부 개선된 형태의 열교환축열장치로서 전기식 히터를 열교환축열탱크 내부에 함께 설치하고 심야전력을 이용하여 보조작동이 가능하게 이루어진 형태도 알려져있는데, 이 경우에도 대부분 전체적인 축열용량이 부족한 관계로 실제로는 난방목적으로는 활용하지 못하고 단순히 급탕목적으로만 활용하고 있는 실정이다.

본 고안은 이와 같은 종래의 문제점을 해소하고자 연구 개발된 것으로서, 열교환축열탱크 내부에 열교환용 급송관을 코일형태로 구성하고 전기히터를 함께 설치하되 지름이 다른 상, 하 방향 코일형태의 열교환용 급송관 복수개를 병행설치하고, 심야전기공급시간대엔 심야전기를 사용하고 그 이외에는 일반전기를 함께 사용할 수 있게 타이머 및 릴레이와 연동되는 전기히터를 설치하여, 열교환축열탱크 내부의 물이 온도차에 의하여 순환이 이루어지는 경우 급송관 자체의 저항요인을 크게 줄이면서 열평형이 신속하게 이루어져 열교환효율을 향상시키도록 하고, 전기히터의 경우에도 주, 야간 항시 사용이 가능하여 악천후시와 같이 집열기의 성능이 저하되는 경우 보조적인 열원으로 확실히 급탕 및 난방목적으로 동시에 사용할 수 있도록 하고자 하는데 그 목적이 있다.

본 고안의 다른 목적은 필요시 열교환용 급송관을 복수개의 지름이 다른 코일형태로 설치하되, 이들 복수개의 급송관 사이에 분리격벽을 설치하여 급송관 중 일부는 급탕용으로 활용하고, 다른 일측은 난방용으로 활용하여, 급탕과 난방목적 활용시 상호간 온도변화에 따른 영향을 주지 않게 독립적으로 활용할 수 있도록 하고자 하는데 있다.

도 1은 본 고안의 바람직한 일례를 보여주는 일부생략 종단면도,

도 2는 도 1의 횡단면도,

도 3은 본 고안의 바람직한 다른 일례를 보여주는 일부생략 종단면도,

도 4는 본 고안에 적용되는 전기히터에 관련된 개략회로도,

도 5는 본 고안의 변형례를 나타내는 일부생략 종단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의설명>

1 : 열교환축열탱크 3, 9 : 급송관

5 : 전기히터 7 : 분리격벽

T : 타이머 Ry : 릴레이

이하 첨부된 도면에 의거 본 고안의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세히 살펴보기로 한다.

도 1, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 고안의 바람직한 일례에 의하면, 열교환축열탱크(1) 내부에 집열기의 열매체가 통과하게되는 열교환용 급송관을 코일형태로 구성하고 전기히터(5)를 함께 설치하여 이루어지는 통상의 열교환용 축열장치에 있어서, 지름이 다른 상, 하 방향 코일형태의 급송관(3)(3)을 복수개 설치하고, 전기히터(5)는 심야전기와 일반전기를 함께 사용할 수 있게 타이머(T) 및 릴레이(Ry)를 거쳐 전원이 인가되도록 설치되어진다.

또한, 필요시엔 도 3에 도시한 바와 같이 복수개의 코일형태 급송관(3)(3)사이에 분리격벽(7)을 설치하여 열교환축열탱크(1)를 급탕용과 난방용으로 구분하여 활용할 수 있게 구성할 수 있다. 물론 이 경우엔 전기히터(5)의 경우 단일형태로서 공용으로 활용할 수도 있고, 미도시하였으나 급탕용과 난방용을 구분하여 각각 별개로 설치하여 활용할 수도 있겠다.

또한, 열매체의 축열용량이 보다 많이 필요한 경우엔 도 1 내지 도 3에 도시한 구성과는 반대로 도 4, 도 5에 도시한 바와 같이, 열교환축열탱크(1)엔 열매체가 채워진 상태에서 직열기 내부의 열매체가 공급 및 배출되고, 지름이 다른 상, 하 방향 코일형태의 급송관(9)(9)을 난방 및 급탕목적으로 복수개 설치하며, 전기히터(5)는 심야전기와 일반전기를 함께 사용할 수 있게 타이머(T)와 릴레이(Ry)를 거쳐 전원이 인가되도록 설치하여 활용할 수도 있다.

도면 중 미설명부호로서 11은 온도센서, 13,13은 열매체유입구, 15,15는 열매체배출구, 17은 난방수공급구, 19는 난방수회수구, 21은 급탕수공급구, 23은 보충수공급구, 25는 단열재, 27은 수위감지기, 29는 안전밸브설치부위, 31은 열매체보충공급구, 33은 급탕용 냉수공급구를 각각 나타낸다.

다음은 이와 같이 이루어지는 본 고안의 작동관계를 살펴보기로 한다.

미도시된 집열기로부터 가열된 열매체가 열매체유입구(13)(13)를 통하여 공급되면 복수개의 급송관(3)(3)을 거쳐 열매체배출구(15)(15)를 경유 다시 집열기로 회수되게 되는데, 중간에 위치한 급송관(3)(3)을 거치면서 열매체에 의하여 급송관(3)(3)에서 발생되는 열이 열교환축열탱크(1) 내부의 피가열매체인 물에 열전달되고, 서로 열교환이 이루어지게 된다.

이때, 고온상태의 열매체유입구(13)(13) 부근부터 주변의 물이 먼저 온도가 상승하고 열매체부출구(15)(15) 부근의 물은 상대적으로 저온상태가 유지되게 되며, 이에 따라 열교환축열탱크(1) 내부의 물에 있어서 상, 하부위치에 따라 온도차가 발생하고, 이와 같은 온도차에 따라 하부의 물은 상승하고 상부의 물은 하강하는 순환현상이 발생된다. 이때 본 고안의 경우 급송관(3)(3)이 상, 하 방향의 지름이 다른 코일형태로서 중첩상태로 설치되여 이루어지게 되므로 급송관(3)(3)을 중심으로 한 순환류형태를 갖게되고 급송관(3)(3) 자체는 순환류의 흐름에 거의 저항요소로 작용하지 않게 되며, 이에 따라 전부위에 걸쳐 열평형이 신속하게 이루어진다. 또한, 급송관()()이 복수개 설치되어 있는 관계로 열매체로부터 발생되는 방열량이 많아져 보다 신속한 열평형과 함께 축열량을 증대시킬 수 있게 된다.

또한, 악천후시나 심야와 같이 축열장치 내부에 비축되어 있던 축열량이 부족한 경우엔 전기히터(5)를 가동시키게 되는데, 타이머(T)와 릴레이(Ry)에 의해 심야전기를 사용할 수 있는 시간대엔 값싼 심야전기를 사용하고, 심야전기를 사용할 수 없는 시간대엔 일반전기를 사용하여 전기히터(5)를 가동, 보조적인 열원으로 활용할 수 있게 된다.

다음 복수개의 코일형태 급송관(3)(3)사이에 분리격벽(7)을 설치한 경우엔 축열장치 자체의 열교환축열탱크(1)를 급탕용과 난방용으로 구분하여 활용할 수 있으므로 난방시 급탕의 과다사용으로 인한 직접적인 악영향을 방지할 수 있게 된다.

또한, 열교환축열탱크(1)에 열매체를 직접 공급, 배출하는 방식을 채택하는 경우에도 급송관(9)(9)이 상, 하 방향의 지름이 다른 코일형태로서 중첩상태로 설치되어 이루어지므로, 급송관(9)(9)을 중심으로 한 열매체의 순환류가 형성되어 급송관(9)(9) 자체는 순환류의 흐름에 거의 저항요소로 작용하지 않아 전 부위에 걸쳐 열평형이 신속하게 이루어진다.

이상 살퍼본 바와 같이, 본 고안은 열교환축열탱크 내부의 물이 온도차에 의하여 순환이 이루어지는 경우 급송관 자체의 저항요인을 크게 줄이면서 열평형이신속하게 이루어져 열교환효율을 향상시키도록 하고, 전기히터의 경우에도 주, 야간 항시 사용이 가능하여 악천후시와 같이 집열기의 성능이 저하되는 경우 보조적인 열원으로 확실히 급탕 및 난방목적으로 동시에 사용할 수 있고, 복수개의 급송관 사이에 분리격벽을 설치하여 급송관 중 일부는 급탕용으로 활용하고, 다른 일측은 난방용으로 활용하여, 급탕과 난방목적 활용시 상호간 온도변화에 따른 영향을 주지않게 독립적으로 활용할 수 있는 장점을 갖는다.

Claims (3)

1. 열교환축열탱크(1) 내부에 집열기의 열매체가 통과하게되는 열교환용 급송관을 코일형태로 구성하고 전기히터(5)를 함께 설치하여 이루어지는 통상의 열교환용축열장치에 있어서,

   지름이 다른 상, 하 방향 코일형태의 급송관(3)(3)을 복수개 설치하고, 전기히터(5)는 심야전기와 일반전기를 함께 사용할 수 있게 타이머(T) 및 릴레이(Ry)를 거쳐 전원이 인가되도록 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기용 열교환축열장치
2. 제 1 항에 있어서, 복수개의 코일형태 급송관(3)(3)사이에 분리격벽(7)을 설치하여 열교환축열탱크(1)를 급탕용과 난방용으로 구분하여 활용할 수 있게 구성되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기용 열교환축열장치.
3. 열교환축열탱크(1)엔 열매체가 채워진 상태에서 집열기 내부의 열매체가 공급 및 배출되고, 지름이 다른 상, 하 방향 코일형태의 급송관(9)(9)을 난방 및 급탕 목적으로 복수개 설치하며, 전기히터(5)는 심야전기와 일반전기를 함께 사용할 수 있게 타이머(T)와 릴레이(Ry)를 거쳐 전원이 인가되도록 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기용 열교환축열장치.