KR200387032Y1 - 태양열 시스템의 고장 진단 시스템 - Google Patents

태양열 시스템의 고장 진단 시스템 Download PDF

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Abstract

본 고안은 태양열 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펌프, 태양열 집열기, 배관, 각종 밸브류 등의 고장으로 인한 열매체 누수, 집열기의 과열 등으로 인한 태양열 시스템의 고장을 감지 경고하여 관리자가 신속하게 대응할 수 있도록 하는 태양열 시스템의 고장 진단 시스템에 관한 것이다.
본 고안에 따른 태양열 시스템의 고장 진단 시스템은 태양열을 집열하는 집열기를 포함하는 집열부와, 집열된 태양열 에너지를 축열조로 전달하기 위한 집열 열교환기와, 집열 열교환기를 통해 전달되는 열을 저장하는 축열조를 포함하는 축열부와, 집열 열교환기를 순환하는 집열부 및 축열부의 각 배관에 구비되어 열매체 및 온수를 강제 순환시키는 순환 펌프와, 상기 순환 펌프의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 태양열 시스템에 있어서, 상기 집열부의 배관에 구비되어 배관 내부를 통과하는 열매체의 유동압에 따른 전기 신호를 출력하는 집열 유동감지센서와, 상기 축열부의 배관에 구비되어 배관 내부를 통과하는 온수의 유동압에 따른 전기 신호를 출력하는 축열 유동감지센서와, 상기 각 순환 펌프의 작동 시 상기 감지 센서들로부터 입력되는 전기 신호에 따라 태양열 시스템의 작동 상태를 분석하고, 그 결과 태양열 시스템이 정상 상태가 아닌 경우 해당 분석 결과에 대응되는 램프를 점등시키는 고장 진단 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양열 시스템의 고장 진단 시스템{Trouble diagnostic system of solar thermal system}
본 고안은 태양열 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펌프, 태양열 집열기, 배관, 각종 밸브류 등의 고장으로 인한 열매체 누수, 집열기의 과열 등으로 인한 태양열 시스템의 고장을 감지 경고하여 관리자가 신속하게 대응할 수 있도록 하는 태양열 시스템의 고장 진단 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 널리 사용되고 있는 태양열 시스템은 태양 복사열을 흡수하여 온수를 생산하고 그 온수를 사용하여 건물의 난방이나 급탕을 공급하는 시스템이다. 이러한 태양열 시스템은 주간에는 태양열을 집열하여 축열조에 온수 형태로 저장하였다가 필요 시 이용한다.
즉 도 3에 도시된 바와 같이 종래의 태양열 시스템은 크게 태양열을 집열하는 집열기(11)를 포함하는 집열부(1)와, 집열된 태양열 에너지를 축열조(31)로 전달하기 위한 집열 열교환기(2)와, 집열 열교환기(2)를 통해 전달되는 열을 저장하는 축열조(31)를 포함하는 축열부(3) 및 장치 전반의 구동을 제어하는 컨트롤러(6)로 구성되어 있다.
그리고 집열 열교환기(2)를 순환하는 집열부 및 축열부의 각 배관(12,32)에는 열매체 및 온수를 순환시키는 순환 펌프(4,5)가 구비되어 있다.
이와 같은 구성에 의해 종래의 태양열 시스템은 컨트롤러(6)에 의해 각 배관(12,32)에 장착되어 있는 열매체 순환 펌프(4) 및 온수 순환 펌프(5)가 구동하는 것으로, 집열기(11)에 의해 가열된 열매체는 집열부를 순환하고, 축열조의 온수는 축열부를 순환하게 된다.
그리고 집열 열교환기(2)를 순환하는 과정에서 열매체와 온수 사이에 열 교환이 발생되어 온수가 가열되고 가열된 온수는 축열조(31)로 공급되어 저장된다.
그러나 상기와 같이 구성된 종래의 태양열 시스템에 있어서, 시스템의 고장이나 과열 원인들은 발생단계에서 찾아내기가 쉽지 않을 뿐만 아니라, 심한 경우 반복되는 과열로 인해 집열기가 파열되는 경우도 발생하게 된다.
예를 들어 하절기 집열기 내부의 열매체 온도는 축열조 온도와 집열면 일사량에 따라서 다르기는 하나 높을 경우 비등온도에 도달되는 경우가 있다. 그러므로 시스템이 장기간 작동되면서 열매체가 조금씩 지속적으로 증발하여 감소하게 된다. 이러한 열매체의 감소는 열매체의 순환을 어렵게 해서 집열기의 과열로 이어져 집열 효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 장기간 방치하는 경우 집열기가 파열되는 문제점이 있다.
또한 순환 펌프의 이상으로 집열기 내부의 열매체가 장시간 정체하게 되면, 가열된 열매체의 순환이 정상적으로 이루어지지 않게 되므로, 열매체가 비등이 일어나 집열부의 압력이 높아져 압력 안전 밸브가 작동하여 수증기의 형태로 외부로 배출되고, 더 장기간 방치하게 되면 집열기가 파열될 수도 있는 문제점을 가지고 있다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 비등, 누수 등으로 인해 태양열 시스템 내의 열매체가 부족하거나 펌프의 고장 등으로 시스템이 정상적으로 작동되지 않을 때 그 원인을 감지 경고하여 관리자가 신속하게 대응할 수 있도록 하여 태양열 시스템을 효율적으로 운영하고 사소한 고장으로부터 더 큰 문제가 야기되는 것을 사전에 예방하기 위한 태양열 시스템의 고장 진단 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 태양열 시스템의 고장 진단 시스템은 태양열을 집열하는 집열기를 포함하는 집열부와, 집열된 태양열 에너지를 축열조로 전달하기 위한 집열 열교환기와, 집열 열교환기를 통해 전달되는 열을 저장하는 축열조를 포함하는 축열부와, 집열 열교환기를 순환하는 집열부 및 축열부의 각 배관에 구비되어 열매체 및 온수를 강제 순환시키는 순환 펌프와, 상기 순환 펌프의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 태양열 시스템에 있어서, 상기 집열부의 배관에 구비되어 배관 내부를 통과하는 열매체의 유동압에 따른 전기 신호를 출력하는 집열 유동감지센서와, 상기 축열부의 배관에 구비되어 배관 내부를 통과하는 온수의 유동압에 따른 전기 신호를 출력하는 축열 유동감지센서와, 상기 각 순환 펌프의 작동 시 상기 축열 유동감지센서들로부터 입력되는 전기 신호에 따라 태양열 시스템의 작동 상태를 분석하고, 그 결과 태양열 시스템이 정상 상태가 아닌 경우 해당 분석 결과에 대응되는 램프를 점등시키는 고장 진단 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 고안은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 고안에 따른 고장 진단 시스템이 적용된 태양열 시스템의 계통도이고, 도 2는 도 1에 도시된 고장 진단 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 태양열 시스템의 고장 진단 시스템(이하, 편의상 "고장 진단 시스템"이라 한다)은 태양열을 집열하는 집열기(11)를 포함하는 집열부(1)와, 집열된 태양열 에너지를 축열조(31)로 전달하기 위한 집열 열교환기(2)와, 집열 열교환기(2)를 통해 전달되는 열을 저장하는 축열조(31)를 포함하는 축열부(3)와, 집열 열교환기(2)를 순환하는 집열부 및 축열부의 각 배관(12,32)에 구비되어 열매체 및 온수를 강제 순환시키는 순환 펌프(4,5)와, 순환 펌프(4,5)의 구동을 제어하는 컨트롤러(6)를 포함하는 태양열 시스템에 구비되어 태양열 시스템의 과열 원인을 진단한다.
먼저 본 고안에 따른 고장 진단 시스템을 설명하기에 앞서 태양열 시스템의 작동 상태를 설명하기로 한다.
본 고안에 따른 고장 진단 시스템이 적용된 태양열 시스템은 주지된 바와 같이 집열 열교환기(2)를 순환하는 과정에서 집열기(11)에 의해 가열된 열매체와 축열조(31)에서 공급되는 온수 사이에 열 교환이 발생되어 온수가 가열되고 가열된 온수는 다시 축열조(31)로 공급되어 저장된다.
이 때 배관(12,32) 내의 열매체 또는 온수는 순환 펌프(4,5)에 의해 비주기적으로 강제 순환되며, 각 순환 펌프(4,5)는 컨트롤러(6)에 의해 제어된다.
즉 컨트롤러(6)는 집열기(11) 출구 부위에 장착되어 있는 온도 센서(13)와 축열조(31) 하단부에 구비되어 있는 온도 센서(33)로부터 입력되는 두 온도 간의 차이가 컨트롤러에 설정된 펌프 구동 설정 온도(△Ton)를 초과하게 되면 각 순환 펌프(4,5)를 작동시킨다. 그러나 펌프가 작동 중에 두 센서의 온도차가 컨트롤러에 설정된 펌프 구동정지 설정 온도(△Toff) 이하로 저하되면 순환 펌프(4,5)의 구동은 정지된다.
이에 따라 배관 내부에 들어 있는 열매체 또는 온수가 펌프 구동에 의해 강제 순환됨으로써, 집열기에 의해 집열된 열이 집열 열교환기를 통해 축열조에 저장되는 것이다.
한편 본 고안에 따른 고장 진단 시스템은 각 배관(12,32)에 장착되어 있는 순환 펌프(4,5)의 구동 시 배관 내부를 유동하는 열매체 혹은 온수의 유동압을 이용하여 태양열 시스템의 작동 상태 이상 유무를 진단한다.
즉 도면에 도시된 바와 같이 고장 진단 시스템을 구성하는 센서 중 집열 유동감지센서(100)는 집열부의 배관(12)에 구비되어 있고, 축열 유동감지센서(200)는 축열부의 배관(32)에 구비되어 있다. 그리고 집열부 및 축열부 배관에 구비되어 있는 집열 또는 축열 유동감지센서(100,200)는 고장 진단 컨트롤러(300)에 연결되어 있다. 그리고 고장 진단 컨트롤러(300)는 태양열 시스템의 구동 전반을 제어하는 컨트롤러(6)와 연결되어 있으며, 전면에 발광부(320)가 구비되어 있다.
상기와 같은 구성에 따라 본 고안에 따른 고장 진단 시스템을 구성하는 고장 진단 컨트롤러(300)는 태양열 시스템을 구성하는 컨트롤러(6)로부터 모터 구동 신호가 입력되면 작동된다.
즉 본 고안에 따른 고장 진단 시스템은 순환 펌프(4,5)가 구동되는 경우 작동되는 것으로, 집열 유동감지센서(100)와 축열 유동감지센서(200)로부터 입력되는 전기신호에 따라 태양열 시스템의 작동 상태 이상 유무를 분석한다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 고안에 따른 고장 진단 시스템의 구성 및 작동 상태를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
먼저 본 고안에 따른 고장 진단 시스템은 크게 집열부의 배관(12)을 따라 유동되는 열매체의 유량 정보를 감지하는 집열 유동감지센서(100)와, 축열부의 배관(32)을 따라 유동되는 온수의 유량 정보를 감지하는 축열 유동감지센서(200) 및 이들 센서(100,200)로부터 입력되는 신호에 따라 태양열 시스템의 작동 상태 이상 유무를 분석하고 이에 따른 경고 신호를 표시하는 고장 진단 컨트롤러(300)로 구성된다.
본 고안의 실시예에 있어서, 집열 유동감지센서(100) 및 축열 유동감지센서(200)는 배관 내부에 흐르는 열매체 및 온수의 유동압에 따른 전기 신호를 출력한다. 이 때 집열 유동감지센서(100)는 집열부의 배관(12)에 구비되며, 축열 유동감지센서(200)는 축열부의 배관(32)에 구비되어 유동압에 따른 전기 신호를 출력한다.
즉 집열 및 축열 유동감지센서(100,200)는 배관 내부를 흐르는 열매체 또는 온수의 유동 압력이 설정된 범위 내인 경우 ON 신호를 출력하고, 설정 범위를 벗어나는 경우 OFF 신호를 출력하는 플로우 스위치(Flow Switch)이다. 이러한 집열 및 축열 유동감지센서인 플로우 스위치는 본 건 출원일 이전에 이미 공지된 기술이므로, 이 플로우 스위치의 구성 및 작동 원리에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편 본 고안의 실시예에 있어서, 고장 진단 컨트롤러(300)는 태양열 시스템의 작동 상태 이상 유무를 분석하고 이에 따른 경고 신호를 표시하는 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 제어부(310)와 발광부(320)를 포함한다.
제어부(310)는 집열 및 축열 유동감지센서(100,200)들로부터 입력된 전기 신호로부터 태양열 시스템의 작동 상태 이상 유무를 분석하는 작동 상태 분석부(311)와, 작동 상태 분석부(311)로부터 입력되는 결과에 따라 고장 원인을 지시하는 램프의 발광을 제어하는 램프 구동부(312)를 포함한다.
즉 제어부의 작동 상태 분석부(311)는 집열 유동감지센서(100) 또는 축열 유동감지센서(200)로부터 입력되는 전기신호가 오프인 경우에는 순환 펌프를 확인하도록 하는 순환 펌프 확인 상태로 분석한다.
이 경우 작동 상태 분석부(311)는 각 배관(12,32)에 설치되어 있는 집열 유동감지센서(100) 또는 축열 유동감지센서(200)로부터 유동압에 대한 전기 신호가 OFF 신호인 경우, 다시 말해 배관 내의 열매체 혹은 온수의 유동압이 설정 값 보다 작은 경우 열매체 및 온수의 흐름이 원활하지 않은 것으로 인식하여 순환 펌프에 고장이 발생된 것으로 분석한다.
이에 따라 램프 구동부(312)는 작동 상태 분석부로부터 입력되는 분석 결과에 따라 고장 원인을 지시하는 램프인 순환 펌프 경고램프(321)를 점등시킨다.
또한 제어부의 작동 상태 분석부(311)는 집열 유동감지센서(100)로부터 입력되는 전기신호가 불규칙한 경우, 예를 들면 입력되는 ON/OFF 신호가 불규칙적으로 반복 입력되면 열매체 보충 상태로 분석한다.
다시 말해 태양열 시스템의 과열로 인하여 집열부 배관 내부의 열매체가 손실되면, 집열부 배관을 흐르는 열매체의 유동압이 불규칙하게 변동되므로 집열 유동감지센서로부터 입력되는 전기 신호인 ON/OFF 신호가 불규칙하게 감지되는 것이다.
이에 따라 작동 상태 분석부(311)는 집열 유동감지센서(100)로부터 입력되는 ON/OFF 신호가 불규칙적으로 반복 입력되면 열매체 보충 상태로 분석하게 되는 것이다.
이 경우 램프 구동부(312)는 작동 상태 분석부(311)로부터 입력되는 분석 결과에 따라 고장 원인을 지시하는 램프인 열매체보충 경고램프(322)를 점등시킨다.
한편 램프 구동부의 구동에 따라 점등되는 발광부(320)는 다수의 램프를 포함한다. 본 고안의 실시예에 있어서 발광부는 순환 펌프의 고장 여부를 표시하는 순환 펌프 경고램프(321)와, 열매체의 보충 여부를 나타내는 열매체보충 경고램프(322)를 포함한다.
이에 따라 순환 펌프 경고램프(321) 및 열매체보충 경고램프(322)를 포함하는 발광부(320)는 램프 구동부(312)의 구동에 따라 각기 점등된다.
따라서 상기와 같은 구성에 따라 본 고안에 따른 고장 진단 시스템은 고장 진단 컨트롤러를 통해 집열 및 축열 유동감지센서로부터 입력되는 전기 신호에 따라 각종 경고 램프가 점등됨으로써, 관리자가 집열기 과열이나 집열기를 포함하는 태양열 시스템 상의 누수, 순환펌프의 고장 등의 원인을 용이하게 인식할 수 있다.
그러므로 태양열 시스템의 작동이 정상 상태가 아닌 경우 관리자가 점등되는 램프를 통해 과열 원인에 대하여 신속하게 대응할 수 있어 태양열 시스템의 효율적인 운전은 물론이거니와 더 큰 문제를 유발하는 것을 사전에 방지할 수 있다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 태양열 시스템의 고장 진단 시스템은 고장 진단 컨트롤러를 통해 집열 및 축열 유동감지센서로부터 입력되는 전기 신호에 따라 각종 경고 램프가 점등됨으로써, 관리자가 태양열 시스템 과열 원인을 용이하게 인식할 수 있도록 편리성을 제공해준다.
따라서 관리자가 점등되는 램프를 통해 과열 원인에 대하여 신속하게 대응할 수 있으므로 태양열 시스템의 효율적인 운전은 물론이거니와 더 큰 문제를 유발하는 것을 사전에 방지할 수 있어 태양열에 의한 에너지 절감효과도 극대화하고 또한 태양열시스템의 유지 보수비용을 절감할 수 있다.
본 고안은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 고안의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 고안의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 실용신안등록청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.
도 1은 본 고안에 따른 고장 진단 시스템이 적용된 태양열 시스템의 계통도.
도 2는 도 1에 도시된 고장 진단 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 3은 종래 태양열 시스템의 구성을 설명하기 위한 계통도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 집열 유동감지센서
200 : 축열 유동감지센서
300 : 고장 진단 컨트롤러
310 : 제어부 320 : 발광부

Claims (5)

  1. 태양열을 집열하는 집열기(11)를 포함하는 집열부(1)와, 집열된 태양열 에너지를 축열조(31)로 전달하기 위한 집열 열교환기(2)와, 집열 열교환기(2)를 통해 전달되는 열을 저장하는 축열조(31)를 포함하는 축열부(3)와, 집열 열교환기(2)를 순환하는 집열부 및 축열부의 각 배관(12,32)에 구비되어 열매체 및 온수를 강제 순환시키는 순환 펌프(4,5)와, 상기 순환 펌프(4,5)의 구동을 제어하는 컨트롤러(6)를 포함하는 태양열 시스템에 있어서,
    상기 집열부의 배관(12)에 구비되어 배관 내부를 통과하는 열매체의 유동압에 따른 전기 신호를 출력하는 집열 유동감지센서(100)와;
    상기 축열부의 배관(32)에 구비되어 배관 내부를 통과하는 온수의 유동압에 따른 전기 신호를 출력하는 축열 유동감지센서(200)와;
    상기 각 순환 펌프(4,5)의 작동 시 상기 유동감지센서(100,200)들로부터 입력되는 전기 신호에 따라 태양열 시스템의 작동 상태를 분석하고, 그 결과 태양열 시스템이 정상 상태가 아닌 경우 해당 분석 결과에 대응되는 램프를 점등시키는 고장 진단 컨트롤러(300);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 시스템의 고장 진단 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고장 진단 컨트롤러(300)는 :
    상기 유동감지센서(100,200)들로부터 입력된 전기 신호로부터 태양열 시스템의 작동 상태 이상 유무를 분석하는 작동 상태 분석부(311)와, 상기 작동 상태 분석부(311)로부터 입력되는 결과에 따라 고장 원인을 지시하는 램프의 점등을 제어하는 램프 구동부(312)를 포함하는 제어부(310)와;
    상기 램프 구동부(312)의 구동에 따라 점등되는 발광부(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 시스템의 고장 진단 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 발광부(320)는 :
    상기 순환 펌프(4,5)의 고장 여부를 표시하는 순환 펌프 경고램프(312)와,
    상기 열매체의 보충 여부를 나타내는 열매체보충 경고램프(322)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 시스템의 고장 진단 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 작동 상태 분석부(311)는 상기 집열 유동감지센서(100) 또는 축열 유동감지센서(200)로부터 입력되는 전기신호가 오프인 경우 순환 펌프 확인 상태로 분석하고,
    상기 램프 구동부(312)는 상기 작동 상태 분석부(311)의 분석 결과에 따라 해당 센서가 장착된 배관의 순환 펌프 경고램프(321)를 점등시키는 것을 특징으로 하는 태양열 시스템의 고장 진단 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 작동 상태 분석부(311)는 상기 집열 유동감지센서(100)로부터 입력되는 전기신호가 불규칙한 경우 열매체 보충 상태로 분석하고,
    상기 램프 구동부(312)는 상기 작동 상태 분석부(311)의 분석 결과에 따라 상기 열매체보충 경고램프(322)를 점등시키는 것을 특징으로 하는 태양열 시스템의 고장 진단 시스템.
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KR101092495B1 (ko) 2010-04-02 2011-12-13 노성모 태양열 시스템의 폐열활용 장치
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