KR200422676Y1 - 태양열 온수난방기의 집열기 동파방지 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 집열관의 상·하단에 상·하부집열탱크를 구비하면서 순환배관을 통하여 보조열원인 히트펌프와 연결된 축열조에 연결되어 물이 순환되도록 구비되는 집열기에 관련되며, 구성에 특징을 살펴보면, 상기 순환배관(3')상에 구비되면서 집열판(1a) 및 하부집열탱크(1c')에 설치되는 온도센서(12)에 의해 작동되어 상부집열탱크(1c)와 축열조(2)사이에 물의 이송을 제어하는 단속밸브(10); 및 상기 집열기(1)의 하부집열탱크(1c')와 축열조(2)에 연통되도록 양단이 연결되고, 하부집열탱크(1c') 내부에 설치되는 유수감지기(22)에 의해 작동되도록 순환펌프(24)가 구비되는 보조배관(20);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 집열기의 상부집열탱크와 축열조를 연결하는 순환배관에 단속밸브를 설치함과 동시에 하부집열탱크에서 축열조로 연통되도록 보조배관을 별도로 설치하여 일조량이 부족하고 영하의 기온으로 유지되는 동절기에 단속밸브를 잠그면서 보조배관을 통하여 집열관에 잔류하는 물을 축열조로 모두 배출시킴에 따라 동파로 인한 집열기의 손상 및 파손뿐만 아니라, 축열조에 저장된 온수의 열손실이 방지되는 효과가 있다.

태양열 온수난방기, 집열기, 축열조, 집열탱크, 집열판, 집열관, 순환펌프, 히트펌프

Description

태양열 온수난방기의 집열기 동파방지 구조{The solar collector winter damage prevention structure of solar energy heating syste}

도 1은 종래에 태양열 온수난방기를 전체적으로 나타내는 구성도.

도 2는 본 고안에 따른 태양열 온수난방기를 전체적으로 나타내는 구성도.

도 3은 본 고안에 따른 태양열 온수난방기의 작동상태를 나타내는 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 단속밸브 12: 온도센서

20: 보조배관 22: 유수감지기

24: 순환모터

본 고안은 태양열 온수난방기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집열기의 상부집열탱크와 축열조를 연결하는 순환배관에 단속밸브를 설치함과 동시에 하부집열탱크에서 축열조로 연통되도록 보조배관을 별도로 설치하여 일조량이 부족하고 영하의 기온으로 유지되는 동절기에 단속밸브를 잠그면서 보조배관을 통하여 집열관에 잔류하는 물을 축열조로 모두 배출시킴에 따라 동파로 인한 집열기의 손상 및 파손뿐만 아니라, 축열조에 저장된 온수의 열손실이 방지되는 태양열 집열기의 동파방지 구조에 관한 것이다.

통상적으로 태양열 온수난방기의 집열기는 태양에너지밀도가 낮고 기후 의존성이 심하여 집적효율이 낮은 태양에너지의 집적률을 향상시키기 위해 사용되는 것으로, 이러한 태양열 집열기는 지붕이나 옥상 등과 같이 실외부에 설치된 상태로 태양열을 흡수하여 물을 가열시키고, 이를 온수나 난방에 활용하여 전기에너지를 절약하기 위한 대체에너지로 사용하고 있다.

도 1은 종래에 태양열 온수난방기를 전체적으로 나타내는 구성도이다.

도 1에서, 종래에 태양열 이용한 온수난방기(S)는 태양열을 흡수하여 물을 히팅하는 집열기(1)와, 집열기(1)를 통하여 가열된 온수를 저장하는 축열조(2)와, 축열조(2)에 저장된 온수를 난방 또는 온수로 공급하는 이송배관(3)으로 이루어지고, 이때 집열기(1), 축열조(2)는 다수의 순환배관(3')과 순환펌프(P)에 의해 서로 연통됨은 물론 태양에너지의 집열량 변화에 대응하여 온수를 지속적으로 공급할 수 있도록 이송배관(3)상에 보조열원인 히트펌프(4)가 부가적으로 설치된다.

그리고, 상기 집열기(1)는 태양열을 흡수하는 집열판(1a)과, 집열판(1a)의 전면에 설치되어 물을 가열하는 집열관(1b)과, 집열관(1b)의 상·하단에 설치되어 물을 일부 저장하면서 이송배관(3)을 통하여 축열조(2)로 온수를 공급하는 상·하부집열탱크(1c)(1c')로 이루어진다.

즉, 집열관(1)에 수용된 물은 집열판(1a)에 의해 가열되고, 이어서 가열된 물은 대류현상에 의해 상부로 이송되어 상부집열탱크(1c)로 저장되면 순환펌프(P) 에 의해 온수가 축열조(2)로 이송되는 작동을 반복적으로 수행하는 바, 이때 집열기(1)의 상·하부집열탱크(1c)(1c') 및 집열관(1b)에 항시 물이 잔류함에 따라 집열량이 부족한 동절기의 야간이나 우천시에는 영하의 온도로 인해 집열기(1)에 수용된 물이 얼어 동파로 인해 상·하부집열탱크(1c)(1c') 및 집열관(1b)이 파손 및 손상되는 사례가 허다하게 발생되고 있다.

뿐만 아니라, 집열량이 부족하면 집열기(1)에 수용된 물이 가열되지 않은 상태 즉, 축열조(2)에 수용된 온수보다 낮은 온도로 순환되므로 도리어 축열조(2)에 수용된 물의 온도를 저하시킴에 따라 별도의 히트펌프(4)를 통하여 축열조(2)에 저장된 물을 가열함에 있어 에너지 소모량이 크게 증가되는 폐단이 따랐다.

이에 따라 본 고안은 상기한 점에 착안하여 안출한 것으로서, 보다 상세하게는 집열기의 상부집열탱크와 축열조를 연결하는 순환배관에 단속밸브를 설치함과 동시에 하부집열탱크에서 축열조로 연통되도록 보조배관을 별도로 설치하여 일조량이 부족하고 영하의 기온으로 유지되는 동절기에 단속밸브를 잠그면서 보조배관을 통하여 집열관에 잔류하는 물을 축열조로 모두 배출시킴에 따라 동파로 인한 집열기의 손상 및 파손뿐만 아니라, 축열조에 저장된 온수의 열손실이 방지되는 태양열 집열기의 동파방지 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 고안은 집열관의 상·하단에 상·하부집열탱크를 구비하면서 순환배관을 통하여 축열조에 연결되어 물이 순환되도록 구비되 는 집열기에 있어서: 상기 순환배관(3')상에 구비되면서 집열판(1a) 및 하부집열탱크(1c')에 설치되는 온도센서(12)에 의해 작동되어 상부집열탱크(1c)와 축열조(2)사이에 물의 이송을 제어하는 단속밸브(10); 및 상기 집열기(1)의 하부집열탱크(1c')와 축열조(2)에 연통되도록 양단이 연결되고, 하부집열탱크(1c') 내부에 설치되는 유수감지기(22)에 의해 작동되도록 순환펌프(24)가 구비되는 보조배관(20);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 고안에 따른 태양열 온수난방기를 전체적으로 나타내는 구성도이고, 도 3은 본 고안에 따른 태양열 온수난방기의 작동상태를 나타내는 구성도이다.

본 고안은 집열판에 의해 가열되는 집열관의 상·하단에 상·하부집열탱크를 구비하고, 상부집열탱크는 순환배관을 통하여 축열조에 연결되어 물이 순환되도록 구비되는 집열기에 관련되며, 이때 집열기(1)는 건물의 옥상이나 지붕 등과 같이 집열량이 많은 실외부에 설치되고, 집열판(1a)을 통하여 흡수된 태양열을 이용하여 집열관(1b) 내부에 수용된 물을 가열하므로 항시 집열기(1)의 상·하부집열탱크(1c)(1c') 및 집열관(1b)에 물이 충진된 상태로 유지되므로 집열량이 부족한 동절기 야간이나 우천시 동파에 의한 파손 및 손상되지 않도록 제작되어야 한다. 이를 위해 본 고안의 태양열 온수난방기의 집열기(S)는 온도센서(12)에 의해 작동되는 단속밸브(10), 유수감지기(22)에 의해 작동되는 순환펌프(24)가 구비되는 보조배관(20)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 단속밸브(10)는 순환배관(3')상에 구비되면서 집열판(1a) 및 하부집열탱크(1c')에 설치되는 온도센서(12)에 의해 작동되어 상부집열탱크(1c)와 축열조(2)사이에 물의 이송이 제어된다. 단속밸브(10)는 전기적 스위치의 변화에 의해 작동하여 유체나 기체의 흐름을 완전 닫힘 또는 완전 열림 방식으로 조절하고, 경우에 따라 보통수동제어가 가능한 솔레노이드 밸브를 사용하는 것이 바람직하고, 집열기(1)의 상부집열탱크(1c)와 축열조(2)를 연통되도록 연결하여 물을 이송시키는 순환배관(3')상에 구비된다.

즉, 상기 단속밸브(10)는 집열기(1)를 통하여 가열된 물을 축열조(2)로 이송시키는 배관(3')과 난방용으로 이용되어 온도가 저하된 상태로 축열조(2)에 저장된 물을 다시 상부집열탱크(1c)로 공급하는 또 다른 배관(3')에 각각 설치되고, 이때 단속밸브(10)는 온도센터(12)의 검출값에 의해 잠금/해재된다.

여기서, 상기 온도센서(12)는 집열기(1)의 집열판(1a)에 인접한 위치와, 하부집열탱크(1c') 내부에 각각 설치되어 집열판(1a)으로 흡수되는 태양열의 온도는 물론 집열기(1)에 수용된 물의 온도를 측정한다. 여기서 온도센서(12)의 검출값은 도면을 통하여 상세하게 도시되지 않았지만 메인컴퓨터(예컨대, 제어박스)(도시 생략)로 전송되어 검출값이 사용자가 입력한 설정값 보다 고온으로 유지될 경우 단속밸브(10)를 열린상태로 유지시키고, 설정값이하로 검출될 경우 전기적 신호에 의해 단속밸브(10)를 잠금과 동시에 동파방지를 위해 집열기(1)의 상·하부집열탱크(1c)(1c') 및 집열관(1b)에 수용된 물을 모두 배출시키는 바, 이에 따른 상세한 설명은 후술하는 내용을 참조한다.

또한, 본 고안에 따른 보조배관(20)은 집열기(1)의 하부집열탱크(1c')와 축열조(2)에 연통되도록 양단이 연결되고, 하부집열탱크(1c') 내부에 설치되는 유수감지기(22)에 의해 작동되도록 순환펌프(24)가 구비된다. 보조배관(20)은 일단이 집열기(1)의 하부집열탱크(1c')에 연통되도록 설치된 상태로 타단이 축열조(2)에 연통되도록 설치되고, 하부집열탱크(1c')에 인접하는 보조배관(20)상에 순환펌프(24)가 구비된다.

여기서, 상기 순환펌프(24)는 하부집열탱크(1c')에 수용된 물은 보조배관(20)을 통하여 축열조(2)로 배출시키기 위해 설치되고, 상기 온도센서(12) 및 유수감지기(22)의 검출값에 의해 ON/OFF작동이 제어된다. 이때 유수감지기(22)는 집열기(1)의 하부집열탱크(1c') 내부에 설치되어 물의 수위를 검출하는 센서로서, 순환펌프(24)의 작동으로 인해 하부집열탱크(1c') 내부에 물이 모두 배출되면, 이를 감지하고 순환펌프(24)를 정지시키는 역할을 수행한다.

작동상에 있어서, 상기 전술한 온도센서(12)에 의해 작동되는 단속밸브(10)와, 유수감지기(22)에 의해 제어되는 순환펌프(24)가 구비되는 보조배관(20)의 작동상태를 보다 상세하게 설명하자면, 우선 봄, 여름, 가을과 같이 일조량이 풍부하고, 야간에도 상온이 유지되는 환경에서는 도 2와 같이 단속밸브(10)가 개방되면서 순환펌프(24)가 OFF상태로 집열기(1)가 태양열을 흡수하여 물을 히팅하고, 히팅된 온수는 순환배관(3')을 타고 축열조(2)로 저장됨과 동시에 이미 축열조(2)에 저장되어 있는 저온의 물은 또 다른 순환배관(3')을 타고 집열기(1)로 이송되는 작동을 반복적으로 수행하여 온수공급 및 실내난방을 실시하게 된다.

그리고, 일조량이 짧아 집열량이 부족함은 물론 야간이나 우천시에 영하의 기온으로 떨어지는 동절기에는 도 3에 도시된 바와 같이 실외부의 기온변화에 대응하여 온도센서(12)가 집열기(1)를 구성하는 집열판(1a)의 온도 및 하부집열탱크(1c') 내부에 수용된 물의 온도를 검출하여 사용자가 입력한 설정값 보다 낮을(예컨대, 저온일 때) 경우 메인컴퓨터(예컨대, 제어박스)에서 단속밸브(10)를 잠금과 동시에 순환펌프(24)를 작동시켜 보조배관(20)을 통하여 하부집열탱크(1c')에 수용된 물을 축열조(2)로 배출시키는 바, 이때 순환펌프(24)는 유수감지기(22)가 하부집열탱크(1c')에 잔류하는 수위를 검출하여 물이 완전히 배출되면 순환펌프(24)를 정지시키게 된다.

이처럼, 실외부 기온변화에 대응하여 집열기(1)의 상·하부집열탱크(1c)(1c') 및 집열관(1b)에 수용된 물이 모두 축열조(2)로 배출되어 텅빈상태로 유지됨에 따라 일조량이 없는 동안에 실외부 기온이 영하의 온도로 유지되더라도 동파로 인한 집열기(1)의 손상 및 파손이 방지됨은 물론 순환배관(3')을 통한 축열조(2)에 저장된 물의 이송이 차단되어 히트펌프(4)를 이용한 히팅효율이 향상되는 이점이 있다.

본 고안은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 고안의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 고안의 실용신안청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 고안은 집열기의 상부집열탱크와 축열조를 연결하는 순환배관에 단속밸브를 설치함과 동시에 하부집열탱크에서 축열조로 연통되도록 보조배관을 별도로 설치하여 일조량이 부족하고 영하의 기온으로 유지되는 동절기에 단속밸브를 잠그면서 보조배관을 통하여 집열관에 잔류하는 물을 축열조로 모두 배출시킴에 따라 동파로 인한 집열기의 손상 및 파손뿐만 아니라, 축열조에 저장된 온수의 열손실이 방지되는, 유용한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 집열판에 인접하게 설치된 집열관의 상·하단에 상·하부집열탱크를 구비하고 상기 상·하부집열탱크를 축열조와 순환배관을 통하여 연결하여 물이 순환되도록 한 집열기에 있어서:

   상기 순환배관(3')에 구비되면서 집열판(1a) 및 하부집열탱크(1c')에 각각 설치되는 복수개의 온도센서(12)로부터 출력되는 신호에 따라 제어되어 온도가 설정치 이하가 될 경우 상부집열탱크(1c)와 축열조(2)사이에 물의 이송을 차단하는 단속밸브(10); 및

   상기 집열기(1)의 하부집열탱크(1c')와 축열조(2)에 연통되도록 양단이 연결되고, 하부집열탱크(1c') 내부에 설치되는 유수감지기(22) 및 상기한 온도센서(12)에 의해 제어되어 온도가 설정치 이하로 떨어지면 구동되고 하부집열탱크(1c`)가 비워지면 정지되는 순환펌프(24)가 구비된 보조배관(20);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열 온수난방기의 집열기 동파방지 구조.

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