KR20020050823A - Water heater using solar heat - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A solar water heater is provided to perform the easy heat exchange, thereby maximizing the efficiency of the collector. CONSTITUTION: A solar water heater is composed of a collector(11), a thermal accumulator(12), a recovery tank(13), and an auxiliary tank(14). The collector(11) has an air valve(23) at the end. The thermal accumulator(12) provides a hot water heat exchanged at the collector(11) to the certain place. The recovery tank(13) is connected to the collector(11) via a connecting pipe. The recovery tank(13) is connected with the thermal accumulator(12) via a circulating pipe(17) and a recovery pipe(18). The auxiliary tank(14) is connected to one end of the thermal accumulator(12) to provide a refilling water.

Description

태양열 온수장치{Water heater using solar heat}Solar water heater {Water heater using solar heat}

본 발명은 태양열을 이용한 온수장치에 관한 것으로서, 특히 간단한 구성으로 설치 및 유지보수가 용이하고, 부동액이 필요없으며, 이로 인해 집열판의 효율을 극대화시킬 수 있도록 된 태양열 온수장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hot water heater using solar heat, and in particular, easy installation and maintenance in a simple configuration, does not require antifreeze, and thus relates to a solar hot water device that can maximize the efficiency of the heat collecting plate.

온수장치는 온수를 사용하면서 난방을 할 수 있는 장치로서, 사용 에너지의 종류에 따라 석유보일러, 석탄보일러, 가스보일러, 전기보일러 등이 사용되고 있으며, 이러한 보일러들의 경제성 및 환경문제 등으로 인하여 근래에는 태양열을 이용한 온수장치의 사용이 확대되고 있는 실정이다.Hot water is a device that can be heated while using hot water, depending on the type of energy used, oil boilers, coal boilers, gas boilers, electric boilers, etc. are used in recent years due to the economical and environmental problems of these boilers The use of hot water equipment is expanding.

즉, 여러 가지의 기계 설비를 사용하여 태양열을 이용, 물의 온도를 높이는 장치이며, 보통 표면이 검은 스테인리스·구리 파이프를 집열 파이프로 이용, 투명한 뚜껑이 달린 상자에 넣어 지붕 등에 설치한다. 태양광선이 집열파이프에 닿으면 태양에너지가 열로 바뀌어 파이프 온도가 50°∼60℃로 올라가고 이 파이프를 통과하는 물의 온도도 상승하므로 더운물을 얻게 된다.In other words, it is a device that raises the temperature of water by using solar heat by using various mechanical equipment. Usually, stainless steel and copper pipes with black surface are used as collecting pipes, and they are installed in roofs by putting them in boxes with transparent lids. When the sunlight hits the collecting pipe, the solar energy is converted into heat, so that the pipe temperature rises to 50 ° to 60 ° C and the temperature of the water passing through the pipe also rises to obtain hot water.

또한, 집열부와 저탕부가 일체구조로 되어 있는 일체식(一體式)은 설치하기도 간편하고 비용도 적게 들지만 일몰 후에는 쉽게 식으며, 순환식은 집열부와 단열재로 보온된 저탕부를 분리하여 비중차를 이용함으로써 순환·저탕(貯湯)하는 방식인데, 일몰 후 탕의 온도 저하를 어느 정도 막을 수 있어서 비교적 많이 사용되고 있다.In addition, the one-piece type with the heat collecting part and the water collecting part is simple to install and less expensive, but it cools easily after sunset, and the circulation type separates the heat collecting part from the heat collecting part and the insulating water insulating part. It is a method of circulating and agitation by using tea, but since the temperature fall of a bath after sunset can be prevented to some extent, it is used comparatively.

이와 같은 일반적인 태양열 온수장치의 개략도가 도 1에 도시되어 있다.A schematic diagram of such a general solar water heater is shown in FIG. 1.

이를 참조하면, 태양열에너지를 집열하는 집열기(1)가 구비되고, 집열된 태양열에너지는 집열기(1)로부터 축열탱크(2)까지 전달된다. 이때 열교환기(3)와 펌프(4)가 필요하며, 집열기의 열전달 유체로서 에틸렌글리콜과 같은 부동액을 물과 적정비율로 혼합하여 사용한다.Referring to this, a collector 1 for collecting solar energy is provided, and the collected solar energy is transferred from the collector 1 to the heat storage tank 2. At this time, a heat exchanger 3 and a pump 4 are required, and an antifreeze such as ethylene glycol is mixed with water at an appropriate ratio as a heat transfer fluid of the collector.

집열기(1)로부터 전달된 태양열에 의하여 열전달유체의 순환수 열이 열교환기(3)에 의하여 축열탱크(2)의 물을 데워 온수로 저장되며, 이 저장된 열의 일부는 급탕온수용으로도 쓸 수 있다. 이렇게 축열탱크에 저장된 열은 여름 동안은 흡수냉동기를 작동시키는 곳으로 전달되고, 겨울철에는 실내의 난방코일로 직접 전달된다.The heat of the circulating water of the heat transfer fluid is heated by the heat exchanger 3 to store the water in the heat storage tank 2 by the solar heat transmitted from the collector 1, and a part of the stored heat can be used for the hot water supply. have. The heat stored in the heat storage tank is transferred to the place where the absorption chiller is operated during the summer, and directly to the heating coil of the room during the winter.

그런데, 이러한 종래의 태양열 온수장치는 집열기가 실외에 설치되는 관계로 겨울철과 같은 동절기에는 순환수가 얼어서 온수장치의 사용이 중단되거나 자칫 동파되는 경우가 발생하게 되었고, 이를 방지하고자 물과 부동액을 일정 비율로 혼합하여 사용하게 되었다.However, in the conventional solar water heater, since the collector is installed outdoors, the circulation water freezes in winter, such as winter, so that the use of the water heater is stopped or freezes. It was mixed and used.

그러나, 부동액의 사용은 순환수의 유속이 느려지고, 열 교환이 신속하게 이루어지지 못하는 단점이 있었으며, 이러한 부동액을 사용함에도 불구하고 심한 동절기에는 동파의 우려가 여전히 남아있는 것이었다.However, the use of antifreeze had a disadvantage in that the flow rate of the circulating water was slow and the heat exchange could not be made quickly. Despite the use of the antifreeze, the fear of freezing remained in severe winter.

또한, 종래의 온수장치는 집열기와 열교환기(3)가 별도로 설치되어야 하고, 물을 보충하기 위한 가온수탱크(5)와 열매체를 보충하기 위한 열매체탱크(6) 및 압력조절탱크 등이 별도로 구비되어야 하는 등, 설비 구조가 복잡하여 설치 및 유지ㆍ보수에 따른 경비의 소요가 많은 문제점이 있었다.In addition, the conventional hot water device must be installed separately from the heat collector and the heat exchanger (3), and the heating water tank (5) for replenishing water and the heat medium tank (6) and pressure control tank for replenishing the heat medium are provided separately. There is a problem that the cost of the installation, maintenance and repair is complicated due to the complex structure.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로서 그 목적은, 부동액을 사용하지 않고도 계절에 관계없이 원활한 동작이 이루어질 수 있으며, 보다 용이하게 열 교환이 이루어지도록 함으로써 집열기의 효율을 극대화시킬 수 있는 태양열 온수장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made in order to solve the conventional problems as described above, the object is that, without the use of antifreeze can be performed smoothly regardless of the season, by maximizing the efficiency of the heat collector by making the heat exchange more easily It is to provide a solar water heater.

본 발명의 다른 목적은, 비교적 간단한 구성에 의해 설치 및 보수에 따른 경비를 절감하고, 설비의 관리가 용이한 태양열 온수장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a solar water heater, which is relatively simple in construction and reduces the cost of installation and maintenance, and facilitates the management of facilities.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 공지의 집열판을 가지고 일단에 공기밸브가 설치되어 있는 집열기와; 상기 집열기에서 열 교환된 온수를 공급받아 사용처로 공급하는 축열탱크와; 상기 집열기와 연결파이프에 의해 연결되어 있고, 상기 축열탱크와는 정 방향 및 역 방향으로 각각 순환파이프 및 회수파이프가 연결되어 각 방향으로 펌프가 설치되어 있는 회수탱크와; 상기 축열탱크의 일단에 연결되어 보충수를 공급하는 보조탱크를 포함하여 이루어지는 특징이 있다.In order to achieve the above object, the present invention includes a collector having a known collector plate and an air valve installed at one end thereof; A heat storage tank receiving hot water heat exchanged from the collector and supplying it to a use place; A recovery tank connected to the collector and a connection pipe, the circulation tank and a recovery pipe connected to the heat storage tank in a forward direction and a reverse direction, respectively, and having a pump installed in each direction; It is characterized in that it comprises an auxiliary tank connected to one end of the heat storage tank for supplying supplemental water.

이에 따라, 정 방향의 펌프에 의해 순환수가 회수탱크를 통해 집열기로 공급되고, 집열기에서 온수로 직접 열 교환된 순환수는 축열탱크로 공급되는 순환 시스템을 형성하게 된다.Accordingly, the circulating water is supplied to the collector through the recovery tank by the pump in the forward direction, and the circulating water, which is directly heat-exchanged from the collector to the hot water, forms a circulating system.

축열탱크의 온수는 보일러나 온수사용처 등의 각 사용처로 공급되며, 축열탱크 내의 순환수가 부족하면 보조탱크로부터 물이 공급되고, 지속적인 물의 순환에 의해 집열판에서 지속적으로 열 교환이 이루어지게 된다.The hot water of the heat storage tank is supplied to each use place such as a boiler or hot water use place, and when there is insufficient circulation water in the heat storage tank, water is supplied from the auxiliary tank, and heat exchange is continuously performed in the heat collecting plate by continuous water circulation.

그리고, 시스템의 작동이 정지되어 집열판의 온도가 저하되면, 역 방향 펌프가 동작되어 회수탱크의 물을 축열탱크로 역 유입시킨다. 이에 따라 집열기에 있는 잔여분의 순환수는 회수탱크를 통해 축열탱크로 유입됨으로써 집열기에는 순환수가 전혀 남아있지 않게 되고, 따라서, 동절기에도 집열기가 얼어서 순환수 파이프가 동파되는 문제가 없는 것이다.Then, when the operation of the system is stopped and the temperature of the heat collecting plate is lowered, the reverse pump is operated so that the water of the recovery tank is flowed back into the heat storage tank. Accordingly, the circulating water of the residual portion in the collector is introduced into the heat storage tank through the recovery tank, so that no circulating water is left in the collector, and thus, there is no problem that the collector is frozen even in winter.

도 1 - 종래 태양열 온수장치의 계통도1-Schematic diagram of a conventional solar water heater

도 2 - 본 발명에 따른 태양열 온수장치의 계통도2-Schematic diagram of the solar water heater according to the present invention

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※※ Explanation of code about main part of drawing ※

11 ; 집열기12 ; 축열탱크11; Collector 12; Heat storage tank

13 ; 회수탱크14 ; 보조탱크13; Recovery tank 14; Auxiliary tank

15 ; 열교환파이프16 ; 연결파이프15; Heat exchange pipe 16; Connecting pipe

17 ; 순환파이프18 ; 회수파이프17; Circulating pipe 18; Recovery pipe

19 ; 순환펌프20 ; 회수펌프19; Circulating pump 20; Recovery Pump

21 ; 타이머22 ; 공급파이프21; Timer22; Supply pipe

23 ; 공기밸브23; Air valve

이와 같은 본 발명의 구체적인 내용을 첨부된 실시예로서의 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in more detail with reference to the accompanying drawings as specific embodiments of the present invention as follows.

도 2는 본 발명에 따른 태양열 온수장치의 계통도로서, 이를 참조하면, 본원 장치는 집열기(11)와, 축열탱크(12)와, 회수탱크(13) 및 보조탱크(14)로 대별된다.2 is a schematic diagram of a solar water heater according to the present invention. Referring to this, the present apparatus is roughly divided into a collector 11, a heat storage tank 12, a recovery tank 13, and an auxiliary tank 14.

이 중에서 집열기(11)는 실외에 설치되는 것이고, 나머지는 실내에 설치된다.Among these, the collector 11 is installed outdoors, and the rest is installed indoors.

집열기(11)에는 태양열을 흡수하기 위한 공지의 집열판이 설치되며, 열교환파이프(15)에 의해 축열탱크(12)와 연결되어 있으며, 연결파이프(16)에 의해 회수탱크(13)와도 연결되어 있다.The collector 11 is provided with a known collector plate for absorbing solar heat, and is connected to the heat storage tank 12 by a heat exchange pipe 15, and is also connected to a recovery tank 13 by a connection pipe 16. .

축열탱크(12)와 회수탱크(13)는 순환파이프(17)와 회수파이프(18)에 의해 서로 연결되어 있는데, 각 순환파이프(17)와 회수파이프(18)에는 순환펌프(19)와 회수펌프(20)가 각각 설치되어 있고, 회수펌프(20)에는 타이머(21)가 설치되어 있다.The heat storage tank 12 and the recovery tank 13 are connected to each other by the circulation pipe 17 and the recovery pipe 18. Each of the circulation pipe 17 and the recovery pipe 18 has a circulation pump 19 and recovery. Pumps 20 are provided, respectively, and the recovery pump 20 is provided with a timer 21.

이에 따라, 순환펌프(19)가 작동되면, 물이 회수탱크(13) 및 연결파이프(16)를 통해 집열기(11)로 공급되고, 집열기(11)에서 열 교환된 물이 열교환파이프(15)를 통해 축열탱크(12)로 유입되고, 이 물은 다시 순환파이프(17)를 통해 회수탱크(13) 및 집열기(11)로의 순환이 연속적으로 이루어진다.Accordingly, when the circulation pump 19 is operated, water is supplied to the collector 11 through the recovery tank 13 and the connecting pipe 16, and the water heat-exchanged in the collector 11 is the heat exchange pipe 15. Is introduced into the heat storage tank 12, the water is circulated again through the circulation pipe 17 to the recovery tank 13 and the collector (11).

따라서, 순환수는 지속적인 열 교환에 의해 효율적인 온수상태를 유지할 수 있다.Therefore, the circulating water can maintain an efficient hot water state by continuous heat exchange.

그리고, 축열탱크(12)에는 별도의 공급파이프(22)에 의해 온수의 사용처로 물을 공급하게 되며, 필요에 따라 물을 보충하여 공급할 수 있는 보조탱크(14)가연결되어 있다. 이 보조탱크(14)는 플로트밸브(도면에 도시안됨)에 의해 물이 적정수위를 유지할 수 있도록 되어 있다.In addition, the heat storage tank 12 supplies water to a place where hot water is used by a separate supply pipe 22, and an auxiliary tank 14 which is capable of supplying water by supplying water is connected to the heat storage tank 12. The auxiliary tank 14 is configured to maintain a proper water level by a float valve (not shown).

온수장치의 사용이 중단되어 순환수의 순환이 정지되면, 반대로 회수펌프(20)가 동작되어 회수탱크(13)의 물을 축열탱크(12)로 회수하게 되는데, 이 때, 집열기(11)에 남아있는 잔여분의 순환수는 연결파이프(16)를 통해 회수탱크(13)로 회수되어 집열기(11) 내에는 물이 전혀 남아있지 않게 되고, 이에 따라 온도가 급격히 저하되어도 집열기가 동파되는 문제가 발생되지 않는다.When the use of the hot water device is stopped and the circulation of the circulating water is stopped, the recovery pump 20 is operated to recover the water of the recovery tank 13 to the heat storage tank 12, and at this time, the collector 11 The remaining residual circulating water is recovered to the recovery tank 13 through the connecting pipe 16 so that no water remains in the collector 11, thus causing the collector to freeze even when the temperature drops sharply. It doesn't work.

그리고, 순환수의 회수시 진공으로 인한 축열탱크(12)의 물이 집열기로 역류되는 것을 방지하기 위하여 집열기(11)의 일단에는 공기밸브(23)가 설치되어 있다.In addition, an air valve 23 is installed at one end of the collector 11 in order to prevent the water of the heat storage tank 12 from flowing back into the collector when the circulating water is recovered.

이러한 순환 및 회수의 동작은 일련의 콘트롤 시스템에 의해 제어될 수 있는데, 상기 집열기(11)와 축열탱크(12)에는 온도 센서(24,25)가 각각 설치되어 이 온도에 따라 순환펌프(19)및 회수펌프(20)의 동작이 제어되도록 되고, 회수펌프(20)에 설치된 타이머(21)에 의해 회수펌프(20)의 동작이 일정시간동안 이루어지도록 되어 있다.The operation of the circulation and recovery can be controlled by a series of control systems, wherein the heat collector 11 and the heat storage tank 12 are provided with temperature sensors 24 and 25, respectively, and the circulation pump 19 according to this temperature. And the operation of the recovery pump 20 is controlled, the operation of the recovery pump 20 by the timer 21 installed in the recovery pump 20 is to be made for a predetermined time.

즉, 축열탱크(12)의 온도가 내려가면 순환펌프(19)가 동작되어 열 교환에 의한 물의 온도를 상승시키게 되고, 집열기(11)의 온도와 축열탱크(12)의 온도가 적정 수준으로 되면, 순환펌프(19)의 동작이 정지되어 물의 순환을 중단시키게 되며, 반대로, 온수장치를 사용하지 않을 경우, 집열기(11)의 온도가 내려가면, 회수펌프(20)가 동작하여 집열기(11) 내의 물을 회수하여 집열기(11) 내의 파이프가 동파되는 것을 방지하게 되는 것이다.That is, when the temperature of the heat storage tank 12 is lowered, the circulation pump 19 is operated to increase the temperature of water by heat exchange, and when the temperature of the heat collector 11 and the temperature of the heat storage tank 12 are at an appropriate level. , The operation of the circulation pump 19 is stopped to stop the circulation of water. On the contrary, when the water heater is not used, when the temperature of the collector 11 is lowered, the recovery pump 20 is operated to collect the collector 11. The water in the collector is recovered to prevent freezing of the pipe in the collector 11.

이러한 본 발명은, 부동액 즉, 열매체를 사용하지 않고 물만을 사용함으로써 열 교환이 신속하게 이루어질 수 있으며, 지속적인 물의 순환과 더불어 집열기(11)에서 직접 열 교환이 이루어지도록 함으로써, 설비구조를 단순화하여 설치 및 유지ㆍ보수에 따른 경비를 절감할 수 있음은 물론 열 효율을 극대화할 수 있는 것이다.The present invention, the heat exchange can be made quickly by using only the water without using the antifreeze, that is, the heat medium, the heat exchange is performed directly in the collector 11 with the continuous circulation of water, thereby simplifying the installation structure And to reduce the cost of maintenance and repair as well as to maximize the thermal efficiency.

이상에서 설명하고 도시한 바와 같은 본 발명은, 상기의 실시예에 한정하는 취지는 아니며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로의 실시가 가능할 것이다. 예를 들면, 본원 장치에 있어서 부가적인 기능으로서의 밸브를 추가하거나 탱크의 수를 늘리는 등의 선택적인 실시가 가능할 것이다.The present invention as described and illustrated above is not intended to be limited to the above embodiments, and may be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention. For example, alternative implementations, such as adding valves as an additional function or increasing the number of tanks in the device, may be possible.

이상에서와 같은 본 발명은, 집열기(11)와 축열탱크(12) 및 회수탱크(13)를 물이 순환하도록 하고, 열교환기를 사용하지 않고 집열기에서 직접 열 교환이 이루어지도록 함으로써, 신속하고 효율적인 열 교환이 이루어지도록 하고, 정지시에는 집열기(11) 내의 물을 전량 회수함으로써 동절기시에 실외에 위치한 집열기(11) 내의 파이프가 동파되는 것을 방지할 수 있는 유용한 효과를 제공한다.According to the present invention as described above, heat is circulated in the collector 11, the heat storage tank 12, and the recovery tank 13, and heat exchange is performed directly in the collector without using a heat exchanger. The exchange is made, and when stopped, the entire amount of water in the collector 11 is recovered, thereby providing a useful effect of preventing freezing of the pipe in the collector 11 located outdoors during the winter season.

Claims (1)

공지의 집열판을 가지고 일단에 공기밸브(23)가 설치되어 있는 집열기(11)와;A collector 11 having a known collector plate and having an air valve 23 at one end thereof; 상기 집열기(11)에서 열 교환된 온수를 공급받아 사용처로 공급하는 축열탱크(12)와;A heat storage tank 12 which receives the hot water exchanged from the heat collector 11 and supplies it to a use place; 상기 집열기(11)와 연결파이프(16)에 의해 연결되어 있고, 상기 축열탱크(12)와는 정 방향 및 역 방향으로 각각 순환파이프(17) 및 회수파이프(18)가 연결되어 각 방향으로 펌프가 설치되어 있는 회수탱크(13)와;The collector 11 and the connecting pipe 16 are connected to each other, and the heat storage tank 12 is connected to the circulation pipe 17 and the recovery pipe 18 in the forward and reverse directions, respectively, so that the pump is connected in each direction. A recovery tank 13 installed; 상기 축열탱크(12)의 일단에 연결되어 보충수를 공급하는 보조탱크(14)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열 온수장치.Solar water heater, characterized in that it comprises an auxiliary tank (14) connected to one end of the heat storage tank (12) for supplying supplemental water.
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