KR20060081033A - 태양열 온수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열 온수기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집열기와 축열탱크가 분리되어 설치가 용이하고 구조가 안정적일 뿐만 아니라 집열기와 축열탱크 사이의 열매체 순환이 자연적으로 이루어지는 태양열 온수기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 태양열 온수기는, 태양열을 흡수하여 하부에 구비된 입구로 유입된 열매체를 가열시키고 가열된 열매체를 상부에 구비된 출구로 배출하는 집열기와, 상하의 연직의 통체형상으로서 외부 케이스와 내면에 법랑이 도포된 내부 케이스와 상기 외부 케이스와 내부 케이스 사이에 우레탄폼을 발포시켜 충진된 단열재로 구성되고, 소정의 냉수 공급원에 도관을 통해 연결된 냉수 입구가 하부에 구비되고 소정의 온수 사용기기에 도관을 통해 연결된 온수 출구가 상부에 구비된 축열탱크와, 상기 축열탱크의 내부에 상하 방향으로 감긴 코일 형상으로 형성되고 상부에 위치된 입구가 도관에 의해 상기 집열기의 출구에 연결되고 하부에 위치된 출구는 도관에 의해 상기 집열기의 입구에 연결된 가열용 열교환관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

태양열, 온수기

Description

태양열 온수기{SOLAR HEAT WATER HEATER}

도 1은 본 발명에 따른 태양열 온수기의 구성을 개념적으로 도시한 개념도

도 2는 본 발명에 따른 태양열 온수기의 축열탱크를 도시한 단면도

도 3은 종래의 태양열 온수기의 구성을 도시한 측면도

<주요 도면부호에 대한 간단한 설명>

10 집열기

20 축열탱크

21 외부 케이스

22 내부 케이스

23 단열재

31 가열용 열교환관

32 난방용 열교환관

61 태양광발전수단

62 순환펌프

70 가열전극봉

81,82 온도측정센서

본 발명은 태양열 온수기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집열기와 축열탱크가 분리되어 설치가 용이하고 구조적으로 안정적일 뿐만 아니라 별도의 외부 전원을 공급받지 않고 집열기와 축열탱크 사이의 열매체 순환을 시킬 수 있는 태양열 온수기에 관한 것이다.

태양열을 이용한 태양열 온수기는 태양열을 흡수하여 열매체를 가열시키는 집열기와 상기 집열기에 의해 가열된 열매체가 순환되면서 열교환되어 물을 가열시키고 보온하기 위한 축열 탱크를 포함하여 구성되며, 통상 집열기와 축열탱크가 일체로 구성된 자연순환식과 집열기와 축열조가 분리된 강제순환식으로 나뉜다.

도 3은 자연순환식 태양열 온수기의 일례를 도시한 것으로 도면을 참조하면 통상의 자연순환식 태양열 온수기는 집열기(2)에 의해 가열된 열매체가 자연순환되도록 집열기(2)의 상부에 축열탱크(1)가 설치된다.

이러한 자연순환식 태양열 온수기는 비교적 중량물인 축열탱크(1)가 집열기(2)의 상부에 위치되기 때문에 구조가 불안정하다. 특히 상기 축열탱크(1)로 공급되는 냉수의 원활한 공급을 위해 탱크 및 상수설비가 상기 집열기(1)의 상부에 위치되기 때문에 동파방지를 위한 추가의 비용이 소모될 뿐만 아니라 미관상 좋지 않다.

한편 강제순환식 태양열 온수기는 집열기에 의해 가열된 열매체가 축열탱크에 구비된 열교환기로 순환시키키기 위한 펌프가 구비된다.

따라서 강제순환식 태양열 온수기는 펌프의 작동을 위한 부수적인 외부 전력을 사용해야 한다. 또한 강제순환식 태양열 온수기에서는 주간이나 날씨가 좋은 경우에 집열기에서 열매체가 가열되는 경우에는 열매체를 순환시키고 야간이나 날씨가 좋지 않은 경우에는 열매체가 가열되지 않은 경우에는 열매체의 순환이 정지되도록 상기 펌프의 작동을 제어하기 위한 제어장치를 필요로 할 뿐만 아니라 제어장치의 작동에 외부 전력을 사용하여야 한다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 태양열 온수기의 펌프가 가지는 단점을 보완하기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 집열기와 축열탱크가 분리되어 자연순환이 가능한 태양열 온수기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 축열탱크를 우레탄폼 단열재로 단열시킴으로써 단열효과가 크고 내부에 법랑이 코팅되어 축열탱크의 내식성이 우수한 태양열 온수기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 집열기에서 가열된 열매체가 축열탱크에 구비된 가열용 열교환관으로의 순환이 원활하게 이루어지도록 펌프를 구비하고 태양광발전수단에 의해 발생된 전력으로 상기 펌프를 구동함으로써 별도의 외부 전력을 사용하지 않을 뿐만 아니라 집열기에 의해 열매체가 가열되는 경우에만 펌프가 구동되기 때문에 별도의 제어장치를 구비할 필요가 없는 태양열 온수기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 집열기와 축열탱크를 연결하는 열매체가 흐르 는 도관상에 일방향 밸브를 설치함으로써 집열기에 의해 열매체가 가열되지 않는 시간대에 고온의 열매체가 축열탱크로부터 집열기방향으로 흐르지 않아 축열효과가 우수한 태양열 온수기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 축열탱크의 상부에 고온의 물과 열교환되도록 축열탱크의 상부에 설치되어 난방기기와 연결되는 난방용 열교환관이 구비되어 난방기로도 사용이 가능한 태양열 온수기를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양열 온수기는, 태양열을 흡수하여 하부에 구비된 입구로 유입된 열매체를 가열시키고 가열된 열매체를 상부에 구비된 출구로 배출하는 집열기와, 상하의 연직의 통체형상으로서 외부 케이스와 내면에 법랑이 도포된 내부 케이스와 상기 외부 케이스와 내부 케이스 사이에 우레탄폼을 발포시켜 충진된 단열재로 구성되고, 소정의 냉수 공급원에 도관을 통해 연결된 냉수 입구가 하부에 구비되고 소정의 온수 사용기기에 도관을 통해 연결된 온수 출구가 상부에 구비된 축열탱크와, 상기 축열탱크의 내부에 상하 방향으로 감긴 코일 형상으로 형성되고 상부에 위치된 입구가 도관에 의해 상기 집열기의 출구에 연결되고 하부에 위치된 출구는 도관에 의해 상기 집열기의 입구에 연결된 가열용 열교환관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 태양열 온수기는, 태양광을 흡수하여 전력을 발생시키는 태양광발전수단과, 열매체가 상기 집열기의 출구, 상기 열교환관의 입구, 상기 열교환관의 출구 및 상기 집열기의 입구를 순차적으로 거쳐 순환되도록 상기 집열 기의 출구와 상기 가열용 열교환관의 입구를 연결하는 도관상 또는 상기 집열기의 입구와 상기 가열용 열교환관의 출구를 연결하는 도관상에 설치되어 상기 태양광발전수단에 의해 발생된 전력을 공급받아 동작되는 순환펌프와, 열매체가 상기 집열기의 출구, 상기 열교환관의 입구, 상기 열교환관의 출구 및 상기 집열기의 입구를 순차적으로 거치는 방향으로만 순환되도록 상기 집열기의 출구와 상기 가열용 열교환관의 입구를 연결하는 도관상 또는 상기 집열기의 입구와 상기 가열용 열교환관의 출구를 연결하는 도관상에 설치된 일방향 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 태양열 온수기는, 상기 축열탱크의 내부에 상기 가열용 열교환관의 상부에서 상하로 감긴 코일형상으로 형성되고 상부에 위치된 일단부의 출구는 도관으로 소정의 난방기기의 열매체 통로의 입구로 연결되고 하부에 위치된 타단부의 입구는 상기 난방기기 열매체 통로의 출구로 연결되는 난방용 열교환관을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 태양열 온수기는, 축열탱크 내부의 물을 가열하기 위한 보조열원으로서 상기 축열탱크에 설치된 가열전극봉을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 태양열 온수기를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 온수기의 구성을 개념적으로 도시한 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양열 온수기의 축열탱크를 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 태양열 온수기는 집열기(10), 축열탱크(20), 가열용 열교환관(31), 난방용 열교환관(32), 태양광발전수단(61), 순환펌프(62), 일방향 밸브(63), 가열봉전극(70) 및 온도측정센서(81,82)를 포함하여 구성된다.

상기 집열기(10)는 태양열을 흡수하여 내부를 순환하는 열매체를 가열하기 위한 것이다. 즉 상기 집열기(10)는 태양열을 흡수하여 하부에 구비된 입구(10a)로 유입된 열매체를 가열시키고 가열된 열매체를 상부에 구비된 출구(10b)로 배출한다. 상기와 같은 집열기(10)는 잘 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 축열탱크(20)는 상기 집열기(10)에 의해 가열된 열매체로부터 열을 전달받아 내부로 유입된 물을 가열하고 그 열을 축적하기 위한 것이다. 도면을 참조하면 상기 축열탱크(20)는 상하의 연직의 원통체 형상을 갖는다. 상기 축열탱크(20)는 외부 케이스(21)와 내면에 법랑이 도포된 내부 케이스(22)와 상기 외부 케이스(21)와 내부 케이스(22) 사이에 우레탄폼을 발포시켜 충진된 단열재(23)로 구성된다. 상기 외부케이스(21)는 스테인레스나 알루미늄과 같은 내식성이 강한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 내부케이스(22)는 내면에 법랑이 도포되어 부식을 방지할 수 있게 된다. 상기 축열탱크(20)는 소정의 냉수 공급원(50)에 도관(94)을 통해 연결된 냉수 입구(20a)가 하부에 구비되고 소정의 온수 사용기기(41)에 도관(93)을 통해 연결된 온수 출구(20b)가 상부에 구비된다.

상기 가열용 열교환관(31)은 상기 축열탱크(20)의 내부에 상하 방향으로 감긴 코일 형상으로 형성되고 상부에 위치된 입구(31a)가 도관(91)에 의해 상기 집열 기(10)의 출구(10b)에 연결되고 하부에 위치된 출구(31b)는 도관(92)에 의해 상기 집열기(10)의 입구(10a)에 연결된다. 이에 따라 상기 집열기(10)에 의해 가열된 열매체는 상기 가열용 열교환관(31) 사이를 순환되면서 상기 축열탱크(10)의 내부로 유입된 물과 열교환되어 상기 물을 가열시킨다. 상기 집열기(10)와 상기 가열용 열교환관(31) 사이를 상기 집열기(10)의 출구(10b), 상기 가열용 열교환관(31)의 입구(31a), 상기 가열용 열교환관(31)의 출구(31b) 및 상기 집열기(10)의 입구(10b)를 순차적으로 거쳐 순환되도록 상기 집열기(10)의 출구(10b)와 상기 가열용 열교환관(31)의 입구(31b)를 연결하는 도관(91)상 또는 상기 집열기(10)의 입구(10a)와 상기 가열용 열교환관(31)의 출구(31b)를 연결하는 도관(92)상에 태양광발전수단(61)에 의해 발생된 전력을 공급받아 동작되는 순환펌프(62)를 설치하는 것이 바람직하다. 아울러 상기 열매체가 역류되지 않도록 상기 집열기(10)의 출구(10b)와 상기 가열용 열교환관(31)의 입구(31b)를 연결하는 도관(91)상 또는 상기 집열기(10)의 입구(10b)와 상기 가열용 열교환관(31)의 출구(31b)를 연결하는 도관(92)상에는 일방향 밸브(63)가 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 일방향 밸브(63)는 열매체가 상기 집열기(10)의 출구(10b), 상기 가열용 열교환관(31)의 입구(31a), 상기 가열용 열교환관(31)의 출구(31b) 및 상기 집열기(10)의 입구(10b)를 순차적으로 거치는 방향으로만 순환되도록 한다. 도면에는 상기 순환펌프(62)와 상기 일방향 밸브(63)가 상기 집열기(10)의 출구(10b)와 상기 가열용 열교환관(31)의 입구(31b)를 연결하는 도관(91)상에 설치된 실시예가 도시되어 있다. 상기 태양광발전수단(61)은 상기 순환펌프(62)를 작동시키기 위한 전력을 발전하기 위한 것으로 태양광을 흡수하여 전력을 발생시키며, 이는 잘 알려진 구성이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

한편 주간과 같이 태양열에 의해 상기 집열기(10)에서 열매체가 가열되는 경우에는 상기 집열기(10)에서의 열매체의 온도가 상기 가열용 열교환관(31)에서의 열매체의 온도보다 더 높기 때문에 열은 상기 축열탱크(20)의 물이 가열되는 방향, 상기 집열기(10)에서 상기 가열용 열교환관(31)의 방향으로 이동된다. 그러나 야간이나 흐린 날과 같이 태양열에 의해 상기 집열기(10)에서 열매체가 가열되지 않는 경우는 열은 반대방향, 즉 상기 가열용 열교환관(31)에서 상기 집열기(10)의 방향으로 이동되어 상기 축열탱크(20)의 물의 온도가 하강되게 된다. 따라서 상기 열매체는 상기 집열기(10)에서 열매체가 가열되는 경우에만 순환시키는 것이 바람직하다. 그리고 가능한 상기 집열기(10)에서 열매체가 가열되는 동안에는 상기 열매체의 순환이 빨리 이루어지는 것이 축열효과를 높일 수 있다. 이를 위해서는 통상의 강제순환식 태양열 온수기에서는 순환펌프를 설치하고 상기 순환펌프가 집열기에서 열매체가 가열되는 경우를 감지하여 작동되도록 하기 위한 제어장치를 별도로 구비된다. 본 발명은 상기 순환펌프(62)가 상기 태양광발전수단(61)에 의해 발생된 전력을 공급받아 작동된다. 상기 태양광발전수단(61)은 상기 집열기(10)와 마찬가지로 태양에너지를 받아 각각 열에너지와 전기에너지를 얻는다. 따라서 상기 태양광발전수단(61)은 상기 집열기(10)에서 열매체가 가열되는 경우에만 전력을 발생시키게 되고 이에 따라 상기 순환펌프(62)는 별도의 제어장치에 의해 제어되지 않고 상기 집열기(10)에서 열매체가 가열되는 경우에만 작동되게 된다. 따라서 본 발명은 상기 순환펌프(62)의 작동을 제어하기 위한 별도의 제어장치를 구비하지 않고서도 열매체 순환을 위한 제어가 이루어지게 된다. 특히 상기 순환펌프(62)는 별도의 외부 전력을 공급받는 것이 아니라 태양광발전수단(61)에 의해 발전된 전력을 공급받아 작동되는 잇점을 갖는다.

상기 난방용 열교환관(32)은 소정의 난방 기기(42)에 공급되는 열매체를 가열하기 위한 것이다. 도면을 참조하면 상기 난방용 열교환관(32)은 상기 축열탱크(20)의 내부에 상기 가열용 열교환관(31)의 상부에서 상하로 감긴 코일형상으로 형성되고 상부에 위치된 일단부의 출구(32a)는 도관(95)으로 소정의 난방기기(42)의 열매체 통로(43)의 입구(43a)로 연결되고 하부에 위치된 타단부의 입구(32b)는 도관(96)으로 상기 난방기기(42)의 열매체 통로(43)의 출구(43b)로 연결된다. 본 발명에서는 상기 난방용 열교환관(32)이 상기 가열용 열교환관(31) 보다 상부에 위치되어 상부에 위치된 비교적 온도가 높은 물로부터 열을 전달받게 된다.

한편, 상기 축열탱크(20)의 내부에는 집열기(10)에서 열매체가 가열되지 않는 경우에 상기 축열탱크(20)의 내부에 있는 물을 가열하기 위한 보조열원으로서 가열전극봉(70)이 구비되는 것이 바람직하다. 상기 가열전극봉(70)은 외부의 전력을 공급받아 상기 축열탱크(20) 내부의 물을 가열한다.

상기 온도감지센서(81,82)는 상기 축열탱크(20)의 내부의 물의 온도를 측정하기 위한 것으로 도면에는 축열탱크(20)의 상부의 물의 온도를 측정하기 위한 상부 온도감지센서(81)와 하부의 물의 온도를 측정하기 위한 하부 온도감지센서(82)가 각각 설치된 실시예가 도시되어 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 태양열 온수기는 집열기와 축열탱크가 분리되어 자연순환이 가능한 장점을 갖는다.

또한 본 발명에 따른 태양열 온수기는 축열탱크가 우레탄폼 단열재로 단열되어 단열효과가 크고 내부에 법랑이 코팅되어 축열탱크의 내식성이 우수한 장점을 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 태양열 온수기는 집열기에서 가열된 열매체가 축열탱크에 구비된 가열용 열교환관으로의 순환이 원활하게 이루어지도록 펌프를 구비하고 태양광발전수단에 의해 발생된 전력으로 상기 펌프를 구동함으로써 별도의 외부 전력을 사용하지 않을 뿐만 아니라 집열기에 의해 열매체가 가열되는 경우에만 펌프가 구동되기 때문에 별도의 제어장치를 구비할 필요가 없는 장점을 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 태양열 온수기는 집열기와 축열탱크를 연결하는 열매체가 흐르는 도관상에 일방향 밸브를 설치함으로써 집열기에 의해 열매체가 가열되지 않는 시간대에 고온의 열매체가 축열탱크로부터 집열기방향으로 흐르지 않도록 함으로써 축열효과가 우수한 장점을 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 태양열 온수기는 축열탱크의 상부에 고온의 물과 열교환되도록 축열탱크의 상부에 설치되어 난방기기와 연결되는 난방용 열교환관이 구비되어 난방기기에 열을 공급할 수 있는 장점을 갖는다.

Claims (4)

1. 태양열을 흡수하여 하부에 구비된 입구로 유입된 열매체를 가열시키고 가열된 열매체를 상부에 구비된 출구로 배출하는 집열기와,

   상하의 연직의 통체형상으로서 외부 케이스와 내면에 법랑이 도포된 내부 케이스와 상기 외부 케이스와 내부 케이스 사이에 우레탄폼을 발포시켜 충진된 단열재로 구성되고, 소정의 냉수 공급원에 도관을 통해 연결된 냉수 입구가 하부에 구비되고 소정의 온수 사용기기에 도관을 통해 연결된 온수 출구가 상부에 구비된 축열탱크와,

   상기 축열탱크의 내부에 상하 방향으로 감긴 코일 형상으로 형성되고 상부에 위치된 입구가 도관에 의해 상기 집열기의 출구에 연결되고 하부에 위치된 출구는 도관에 의해 상기 집열기의 입구에 연결된 가열용 열교환관을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 온수기.
2. 제1항에 있어서,

   태양광을 흡수하여 전력을 발생시키는 태양광발전수단과,

   열매체가 상기 집열기의 출구, 상기 열교환관의 입구, 상기 열교환관의 출구 및 상기 집열기의 입구를 순차적으로 거쳐 순환되도록 상기 집열기의 출구와 상기 가열용 열교환관의 입구를 연결하는 도관상 또는 상기 집열기의 입구와 상기 가열용 열교환관의 출구를 연결하는 도관상에 설치되어 상기 태양광발전수단에 의해 발 생된 전력을 공급받아 동작되는 순환펌프와,

   열매체가 상기 집열기의 출구, 상기 열교환관의 입구, 상기 열교환관의 출구 및 상기 집열기의 입구를 순차적으로 거치는 방향으로만 순환되도록 상기 집열기의 출구와 상기 가열용 열교환관의 입구를 연결하는 도관상 또는 상기 집열기의 입구와 상기 가열용 열교환관의 출구를 연결하는 도관상에 설치된 일방향 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 온수기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 축열탱크의 내부에 상기 가열용 열교환관의 상부에서 상하로 감긴 코일형상으로 형성되고 상부에 위치된 일단부의 출구는 도관으로 소정의 난방기기의 열매체 통로의 입구로 연결되고 하부에 위치된 타단부의 입구는 상기 난방기기 열매체 통로의 출구로 연결되는 난방용 열교환관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 온수기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   축열탱크 내부의 물을 가열하기 위한 보조열원으로서 상기 축열탱크에 설치된 가열전극봉을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 온수기.

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