KR20110038300A - 보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템 - Google Patents

보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템에 관한 것으로써, 태양열 집열기, 축열조 및 난방수 공급부의 제 1, 2, 3순환펌프와 보일러가 각각 개별작동하여 실내공간으로 난방수 및 온수를 공급할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인해 상기 태양열 집열기, 축열조 및 난방수 공급부의 제 1, 2, 3순환펌프와 상기 보일러의 불필요한 에너지소모를 효율적으로 절감시킬 수 있게 되고, 나아가 태양열 집열기의 온수순환관이 특히, 겨울철에 동파될 우려를 보다 용이하게 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.
Figure P1020090095530
태양열 집열기, 축열조, 보일러, 난방수 공급부, 온수 공급부, 3-웨이밸브, 제어부

Description

보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템{THE BOILER AND THE SOLAR HEAT AXIAL LINE THE CONNECTION ONE HEATING WHICH WILL BEG AND WARM WATER SYSTEM}
본 발명은 태양열 집열기, 축열조 및 난방수 공급부의 제 1, 2, 3순환펌프와 보일러가 각각 개별작동하여 실내공간으로 난방수 및 온수를 공급할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인해 상기 태양열 집열기, 축열조 및 난방수 공급부의 제 1, 2, 3순환펌프와 상기 보일러의 불필요한 에너지소모를 효율적으로 절감시킬 수 있게 되고, 나아가 태양열 집열기의 온수순환관이 특히, 겨울철에 동파될 우려를 보다 용이하게 방지할 수 있게 되는 보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 보일러는 기름 또는 가스를 연료로 하여 난방용 및 생활용 온수를 공급하도록 구성되나, 매장량의 고갈로 인한 화석연료의 가격상승과 그에 따른 공해 문제가 커지면서 친환경적인 대체에너지 개발과 필요성이 확대되고 있는 실정 이다.
따라서, 최근에는 태양열 집열판을 통해 전달되는 열을 저장하는 축열조와 보일러를 연계하여 축열되는 태양에너지로 난방수를 가열하거나 또는 보일러의 난방수를 가열하는 보조 열원으로 사용하도록 하는 보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템이 제안된바 있다.
그러나, 상기 보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템 대부분은 상기 태양열 축열조와 보일러 모두가 동시에 작동하여 실내공간으로 난방수 및 온수를 공급하는 방식이기 때문에 상기 태양열 축열조와 보일러의 불필요한 에너지소모가 높은 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로써, 태양열 집열기, 축열조 및 난방수 공급부의 제 1, 2, 3순환펌프와 보일러가 각각 개별작동하여 실내공간으로 난방수 및 온수를 공급할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인해 상기 태양열 집열기, 축열조 및 난방수 공급부의 제 1, 2, 3순환펌프와 상기 보일러의 불필요한 에너지소모를 효율적으로 절감시킬 수 있게 되고, 나아가 태양열 집열기의 온수순환관이 특히, 겨울철에 동파될 우려를 보다 용이하게 방지할 수 있게 되는 보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 태양열을 집열하여 내부에 저장된 온수를 가열하고, 가열된 온수가 순환하는 온수순환관과, 상기 온수순환관으로 온수를 펌핑하여 순환시키는 제 1순환펌프와, 상기 온수순환관 주변의 외부온도를 감지하는 제 1온도센서가 구비되는 태양열 집열기와; 상기 태양열 집열기의 온수순환관을 순환하는 온수의 열을 전달받아 내부에 저장된 난방수가 일정온도를 유지하고, 상기 태양열 집열기의 온수순환관과 연결되어 상기 온수순환관을 순환하는 온수의 열을 난방수로 전달하는 제 1열교환기와, 난방수가 순환하는 난방수 순환관과, 상기 난방수 순환관으로 난방수를 펌핑하여 순환시키는 제 2순환펌프와, 난방 수의 온도를 감지하는 제 2온도센서가 구비되는 축열조와; 상기 축열조의 난방수 순환관과 연결되는 난방수 순환관이 구비되는 보일러와; 상기 축열조와 보일러의 난방수 순환관과 연결되어 실내공간 바닥내에 설치된 난방관으로 난방수를 순환공급하고, 상기 축열조 및 상기 보일러의 난방수를 펌핑하는 제 3순환펌프가 구비되는 난방수 공급부와; 상기 축열조의 난방수 순환관과 연결되는 직수수용통과, 상기 직수수용통 및 상기 보일러와 연결되어 상기 직수수용통 및 상기 보일러로 직수를 공급하는 직수공급관과, 상기 직수공급관에 구비되는 유량센서와, 상기 직수수용통 내부에 구비되어 상기 직수수용통에 수용된 직수로 상기 축열조의 난방수 순환관을 순환하는 난방수의 열을 전달하여 온수로 전환시키는 제 2열교환기와, 상기 직수수용통 및 상기 보일러를 경유한 온수를 실내공간으로 배출하는 온수배출관으로 구성되는 온수 공급부와; 상기 난방수 공급부와 온수 공급부에 구비되어 상기 축열조와 보일러의 난방수 순환관 및 상기 온수공급부의 직수공급관과 연결되는 3-웨이밸브와; 상기 태양열 집열기와 축열조의 제 1, 2온도센서 및 상기 온수 공급부의 유량센서의 출력신호에 따라 상기 태양열 집열기, 축열조 및 난방수 공급부의 제 1, 2, 3순환펌프와 상기 보일러 및 상기 3-웨이밸브의 작동을 전환시키는 전환부가 구비되는 제어부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 제어부(130)에는 온수순환관 설정부, 난방수 설정부 및 온수 설정부가 구비되고, 상기 전환부는 상기 온수순환관 설정부, 난방수 설정부 및 온 수 설정부의 설정여부 및 상기 제 1, 2온도센서와 상기 유량센서의 출력신호에 따라 상기 제어부로 상기 제 1, 2, 3순환펌프와 상기 보일러 및 상기 3-웨이밸브의 제어신호를 출력하는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 제어부(130)에는 축열조 설정부가 더 구비되고, 상기 태양열 집열기의 상측에 구비되는 축열조에는 상기 축열조의 내부에 저장된 온수의 온도를 감지하는 제 3온도센서가 구비되며, 상기 전환부는 상기 축열조 설정부의 설정여부 및 상기 제 3온도센서의 출력신호에 따라 상기 제어부로 상기 제 1순환펌프의 제어신호를 출력하는 것이 바람직하다.
본 발명은 제어부에 구비되는 전환부가 태양열 집열기와 축열조의 제 1, 2온도센서 및 온수 공급부의 유량센서의 출력신호에 따라 상기 태양열 집열기, 축열조 및 난방수 공급부의 제 1, 2, 3순환펌프와 상기 보일러 및 3-웨이밸브의 작동을 전환시키기 때문에 상기 태양열 집열기, 축열조 및 난방수 공급부의 제 1, 2, 3순환펌프와 상기 보일러가 각각 개별작동하여 실내공간으로 난방수 및 온수를 공급할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인해 상기 태양열 집열기, 축열조 및 난방수 공급부의 제 1, 2, 3순환펌프와 상기 보일러의 불필요한 에너지소모를 효율적으로 절감시킬 수 있게 되고, 나아가 상기 제 1순환펌프가 상기 태양열 집열기의 온수순환관을 통해 온수를 순환시키기 때문에 상기 온수순환관이 특히, 겨울철에 동파될 우려를 보 다 용이하게 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.
그리고, 상기 전환부가 온수순환관 설정부, 난방수 설정부 및 온수 설정부의 설정여부 및 상기 제 1, 2온도센서와 유량센서의 출력신호에 따라 상기 제어부로 상기 제 1, 2, 3순환펌프와 상기 보일러 및 상기 3-웨이밸브의 제어신호를 출력하기 때문에 상기 태양열 집열기, 축열조 및 난방수 공급부의 제 1, 2, 3순환펌프와 상기 보일러가 보다 더욱 용이하게 각각 개별작동될 수 있는 효과가 있다.
아울러, 상기 전환부가 축열조 설정부의 설정여부 및 제 3온세선서의 출력신호에 따라 상기 제어부로 상기 제 1순환펌프의 제어신호를 출력하기 때문에 상기 태양열 집열기의 온수순환관이 특히, 겨울철에 동파될 우려를 보다 더욱 용이하게 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 물론 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진자에 의하여 다양하게 변형 실시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
본 발명의 일실시예인 보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템은 도 1에서 보는 바와 같이 크게, 태양열 집열기(10), 축열조(30), 보일러(50), 난방수 공급부(70), 온수공급부(90), 3-웨이 밸브(100) 및 제어부(130)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 상기 태양열 집열기(10)는 태양열을 집열하여 내부에 저장된 온수를 가열하기 위한 것이다.
상기 태양열 집열기(10)는 주택 등을 포함한 건축물의 옥상 등에 설치될 수 있다.
상기 태양열 집열기(10)는 태양열을 집열하여 상측에 수평구비되는 축열조(11)의 내부에 저장된 온수를 가열할 수 있다.
상기 태양열 집열기(10)에는 가열된 온수가 순환하는 온수순환관(110)과; 상기 온수순환관(110)으로 온수를 펌핑하여 순환시키는 제 1순환펌프(115)와; 상기 온수순환관(110) 주변의 외부온도를 감지하는 제 1온도센서(도 2의 117);가 구비될 수 있다.
상기 온수순환관(110)은 상기 축열조(11)의 양측에 각각 연결고정되는 일측 및 타측 온수순환관(111, 113)으로 이루어질 수 있다.
상기 제 1순환펌프(115)는 상기 타측 온수순환관(113)과 연결될 수 있다.
상기 제 1순환펌프(115)의 작동에 의해 상기 축열조(11)의 내부에 저장된 가열된 온수는 상기 일측 온수순환관(111), 후술할 제 1열교환기(31), 타측 온수순환관(113), 축열조(11)순으로 반복적으로 순환할 수 있다.(도 3의 실선 화살표 참조 .)
상기 제 1온도센서(117)는 상기 일측 온수순환관(111) 외주연에 상기 일측 온수 순환관(111) 주변의 외부온도를 감지하여 상기 제어부(130)로 그 신호를 출력할 수 있다.
다음으로, 상기 축열조(30)는 주택의 거실, 안방 등을 포함한 실내공간 바닥으로 순환공급될 일정온도의 난방수가 내부에 저장되는 것이다.
상기 축열조(30)는 주택 등을 포함한 건축물 내부에 설치될 수 있다.
상기 축열조(30)의 내부에 저장되는 난방수는 상기 태양열 집열기(10)의 온수순환관(110)을 순환하는 온수의 열을 전달받아 일정온도를 유지할 수 있다.
상기 축열조(30)의 내부에는 상기 태양열 집열기(10)의 온수순환관(110)과 연결되어 상기 온수순환관(110)을 순환하는 온수의 열을 난방수로 전달하는 제 1열교환기(31)가 구비될 수 있다.
상기 제 1열교환기(31)는 코일관으로 이루어질 수 있다.
상기 온수순환관(110)의 일측 및 타측 온수순환관(111, 113)의 일단부는 상기 태양열 집열기(10)의 축열조(11)의 양측에 각각 연결고정될 수 있다.
상기 일측 온수순환관(111)의 타단부는 상기 제 1열교환기(31)의 상측에 연결고정될 수 있고,
상기 타측 온수순환관(113)의 타단부는 상기 제 1열교환기(31)의 하측에 연결고정될 수 있다.
상기 축열조(30)에는 난방수 순환관(310), 제 2순환펌프(330) 및 제 2온도센 서(도 2의 350)가 구비될 수 있다.
상기 축열조(30)의 난방수 순환관(310)은 제 1, 2상측 난방수 순환관(311, 313) 및 제 1, 2하측 난방수 순환관(315, 317)으로 이루어질 수 있다.
상기 제 1상측 난방수 순환관(311)의 일단부는 상기 축열조(30)의 타측 상부에 연결고정될 수 있다.
상기 제 2상측 난방수 순환관(313)의 일단부는 상기 제 1상측 난방수 순환관(311)의 하부 일측 외주연 방향으로 절곡된 상태로 상기 제 1상측 난방수 순환관(311)의 하부 일측 외주연에 연결고정될 수 있다.
상기 제 1하측 난방수 순환관(315)의 일단부는 상기 축열조(30)의 타측 하부에 연결고정될 수 있다.
상기 제 2하측 난방수 순환관(317)의 하단부는 상기 제 1하측 난방수 순환관(315)의 일측 외주연에 연결고정될 수 있다.
상기 제 2순환펌프(330)는 상기 제 2상측 난방수 순환관(313)과 연결될 수 있다.
상기 제 2순환펌프(330)의 작동에 의해 상기 축열조(30)의 내부에 저장된 난방수는 상기 제 1상측 난방수 순환관(311), 제 2상측 난방수 순환관(313), 제 2하측 난방수 순환관(315), 제 1하측 난방수 순환관(317), 축열조(30) 순으로 반복적으로 순환할 수 있다.(도 4의 실선 화살표 참조.)
상기 제 2온도센서(350)는 상기 축열조(30)의 외주연에 구비되어 상기 축열조(30)의 내부에 저장된 난방수의 온도를 감지하여 상기 제어부(130)로 그 신호를 출력할 수 있다.
다음으로, 상기 보일러(50)는 주택의 거실, 안방 등을 포함한 실내공간 바닥으로 일정온도의 난방수를 공급하기 위한 것이다.
상기 보일러(50)는 주택 등을 포함한 건축물 내부에 설치될 수 있다.
상기 보일러(50)는 상기 제어부(130)의 제어에 의해 내부에 저장된 난방수를 가열할 수 있다.
상기 보일러(50)에는 상기 축열조(30)의 난방수 순환관(310)과 연결되는 난방수 순환관(510)이 구비될 수 있다.
상기 보일러(50)의 난방수 순환관(510)은 제 3상측 난방수 순환관(511)과 제 3하측 난방수 순환관(513)으로 이루어질 수 있다.
상기 제 3상측 난방수 순환관(511)의 일단부는 상기 축열조(30)의 제 1상측 난방수 순환관(311)의 타단부에 연결될 수 있고, 타단부는 상기 보일러(50)의 일측 상부에 연결고정될 수 있다.
상기 제 3하측 난방수 순환관(513)의 일단부는 상기 축열조(30)의 제 1하측 난방수 순환관(315)의 타단부에 연결될 수 있고, 타단부는 상기 보일러(50)의 일측 하부에 연결고정될 수 있다.
다음으로, 상기 난방수 공급부(70)는 상기 축열조(30) 및 상기 보일러(50)의 난방수 순환관(310, 510)와 연결되어 주택 등을 포함한 건축물의 실내공간 바닥 내에 설치된 난방관(71)으로 난방수를 순환공급하기 위한 것이다.
상기 난방관(71)은 코일관으로 이루어질 수 있다.
상기 난방수 공급부(70)는 난방수 출수관(710)과 난방수 환수관(730)으로 이루어질 수 있다.
상기 난방수 출수관(710)의 상단부는 상기 난방관(71)의 상측에 연결고정될 수 있다.
상기 난방수 출수관(710)의 하단부는 상기 축열조(30)의 제 1상측 난방수 순환관(311)의 타단부 및 상기 보일러(50)의 제 3상측 난방수 순환관(511)의 일단부와 연결될 수 있다.
상기 난방수 출수관(710)에는 상기 난방수 출수관(710)과 연결되어 상기 난방수 출수관(70)으로 상기 축열조(30) 및 상기 보일러(50)의 난방수를 펌핑하는 제 3순환펌프(711)가 구비될 수 있다.
상기 난방수 환수관(730)의 상단부는 상기 축열조(30)의 제 1하측 난방수 순환관(315)의 타단부 및 상기 보일러(50)의 제 3하측 난방수 순환관(513)의 일단부와 연결될 수 있다.
다음으로, 상기 온수공급부(90)는 주택 등을 포함한 건축물의 화장실, 욕실 등의 실내공간으로 온수를 공급하기 위한 것이다.
상기 온수공급부(90)는 직수수용통(910), 직수공급관(930), 유량센서(950), 제 2열교환기(970) 및 온수배출관(990)으로 이루어질 수 있다.
상기 직수수용통(910)은 상기 축열조(30)의 타측방향에 구비될 수 있고, 일측에 상기 축열조(30)의 제 2상측 난방수 순환관(313)의 타단부가 연결될 수 있다.
상기 직수수용통(910)의 하부 일측에는 상기 축열조(30)의 제 2하측 난방수 순환관(317)의 상단부가 연결될 수 있다.
상기 직수공급관(930)은 상기 직수수용통(910) 및 상기 보일러(50)와 연결되어 상기 직수수용통(910) 및 상기 보일러(50)로 직수를 공급할 수 있다.
상기 직수공급관(930)은 직수공급부(미도시)와 연결될 수 있다.
상기 직수공급부(미도시)로써, 일반 상하수도를 이용할 수 있음은 물론, 직수가 수용되는 탱크와, 상기 탱크에 수용된 직수를 상기 직수공급관(930)으로 펌핑하는 펌프로 구성할 수 있는 등 다양하게 구성될 수 있다.
상기 직수공급관(930)은 제 1, 2, 3, 4직수공급관(931, 933, 935, 937)로 이루어질 수 있다.
상기 제 1직수공급관(931)의 타단부는 직수공급부(미도시)와 연결될 수 있다.
상기 제 2직수공급관(933)의 일단부는 상기 직수수용통(910)에 연결될 수 있다.
상기 제 2직수공급관(933)은 상기 제 1직수공급관(931)으로 공급된 직수를 상기 직수수용통(910)으로 공급할 수 있다.
상기 제 3직수공급관(935)의 일단부는 상기 제 1, 2직수공급관(931, 933)방향으로 절곡될 수 있고, 상기 제 1직수공급관(931)으로 공급된 직수를 상기 보일러(50)로 공급할 수 있다.
상기 제 3직수공급관(935)의 타단부는 상기 보일러(50)의 일측 중심부에 연결고정될 수 있다.
상기 제 4직수공급관(937)의 하단부는 상기 보일러(50)의 상측에 연결고정될 수 있다.
상기 유량센서(950)는 상기 직수수용통(910)과 인접한 거리에 위치하도록 상기 직수공급관(930) 중 제 2직수공급관(933)에 구비되어 상기 제 2직수공급관(931)내로 공급된 직수의 양을 감지하여 상기 제어부(130)로 그 신호를 출력할 수 있다.
상기 제 2열교환기(970)는 상기 직수수용통(910)의 내부에 구비될 수 있다.
상기 제 2열교환기(970)는 코일관으로 이루어질 수 있다.
상기 제 2열교환기(970)의 상측은 상기 축열조(30)의 제 2상측 난방수 순환관(313)의 타단부와 연결될 수 있다.
상기 제 2열교환기(970)의 하측은 상기 축열조(30)의 제 2하측 난방수 순환관(313)의 상단부와 연결될 수 있다.
상기 제 2열교환기(970)는 상기 직수수용통(910)에 수용된 직수로 상기 축열조(30)의 난방수 순환관(310)을 순환하는 난방수의 열을 전달하여 온수로 전환시킬 수 있다.
상기 온수배출관(990)의 일단부는 상기 직수수용통(910)의 상부방향으로 절곡된 상태로 상기 직수수용통(910)의 상부에 연결고정될 수 있다.
상기 온수배출관(990)의 타단부 하부 외주연에는 상기 직수공급관(930) 중 상기 제 4직수공급관(937)의 상단부가 연결고정될 수 있다.
상기 온수배출관(990)은 상기 직수수용통(910) 및 상기 보일러(50)를 경유한 온수를 주택의 화장실, 욕실 등을 포함한 실내공간으로 배출할 수 있다.
다음으로, 상기 3-웨이밸브(100)는 상기 난방수 공급부(70)의 난방수 출수관(710) 및 난방수 환수관(730), 상기 온수공급부(90)의 제 1직수공급관(931)에 구비되어 상기 축열조(30)와 보일러(50)의 난방수 순환관(310, 510) 및 상기 온수공급부(90)의 제 2, 3직수공급관(933, 935)에 연결되는 것이다.
상기 3-웨이밸브(100)는 제 1, 2, 3 3-웨이밸브(101, 103, 105)로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 3-웨이밸브(101)는 상기 난방수 출수관(710)의 하단부에 구비되어 상기 축열조(30)의 제 1상측 난방수 순환관(311)의 타단부 및 상기 보일러(50)의 제 3상측 난방수 순환관(511)의 일단부와 연결될 수 있다.
상기 제 2 3-웨이밸브(103)는 상기 난방수 환수관(730)의 상단부에 구비되어 상기 축열조(30)의 제 1하측 난방수 순환관(315)의 타단부 및 상기 보일러(50)의 제 3하측 난방수 순환관(513)의 일단부와 연결될 수 있다.
상기 제 3 3-웨이밸브(105)는 상기 제 1직수공급관(931)의 일단부에 구비되어 상기 제 2직수공급관(933)의 타단부 및 상기 제 3직수공급관(935)의 일단부와 연결될 수 있다.
도 2는 제어부(130)의 제어상태를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
다음으로, 상기 제어부(130)는 전원공급부(132)로부터 전원을 공급받아 상기 태양열 집열기(10), 축열조(30) 및 난방수 공급부(70)의 제 1, 2, 3순환펌프(115, 330, 711)와 상기 보일러(50) 및 상기 3-웨이밸브(100)를 제어하기 위한 것이다.
상기 제어부(130)에는 도 2에서 보는 바와 같이 상기 태양열 집열기(10), 축열조(30) 및 난방수 공급부(70)의 제 1, 2, 3순환펌프(115, 330, 711)와 상기 보일러(50) 및 상기 3-웨이밸브(100)의 작동을 전환시키는 전환부(131)가 구비될 수 있다.
상기 전환부(131)는 상기 태양열 집열기(10)와 축열조(30)의 제 1, 2온도센서(117, 350) 및 상기 온수공급부(90)의 유량센서(950)의 출력신호에 따라 상기 제어부(130)로 상기 제 1, 2, 3순환펌프(115, 330, 711), 상기 보일러(50) 및 상기 3-웨이밸브(100)의 제어신호를 출력할 수 있다.
다음으로, 상기 제어부(130)에는 온수순환관 설정부(133), 난방수 설정부(135) 및 온수 설정부(137)가 누름식 버튼 또는 다이얼 버튼 방식 등으로 구비될 수 있다.
사용자는 상기 온수순환관 설정부(133), 난방수 설정부(135), 및 온수 설정부(137)를 각각 조작하여 상기 제어부(130)에 상기 태양열 집열기(10)의 온수순환관(110) 주변 외부의 기준온도값(T1, 이하 '제 1기준온도값'이라 칭한다.)과;
상기 난방수 공급부(70)가 주택 등을 포함한 건축물의 실내공간 바닥 내에 설치된 난방관(71)으로 순환공급할 난방수의 기준온도값(T2, 이하 '제 2기준온도값'이라 칭한다.)과;
상기 온수공급부(90)가 주택 등을 포함한 건축물의 화장실, 욕실 등의 실내 공간으로 공급할 온수의 기준온도값(T3, 이하 '제 3기준온도값'이라 칭한다.);을 설정할 수 있다.
도 3은 태양열 집열기(10)의 온수가 순환하는 상태를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
보다 구체적으로, 먼저, 사용자는 상기 온수순환관 설정부(133)을 ON상태로 조작함과 동시에 상기 온수순환관 설정부(133)를 조작하여 상기 제어부(130)에 제 1기준온도값(T1)을 설정할 수 있다.
본 발명에서는 설명의 편의상 상기 제어부(130)에 설정된 상기 제 1기준온도값(T1)을 15℃라 가정하기로 한다.
상기 태양열 집열기(10)의 온수순환관(110)의 일측 온수순환관(111) 외주연에 구비된 상기 제 1온도센서(117)가 감지한 상기 일측 온수순환관(111) 주변 외부온도가 상기 제 1기준온도값(T1) 즉, 15℃ 미만일 경우,
상기 전환부(131)는 상기 제어부(130)로 상기 태양열 집열기(10)의 제 1순환펌프(115)의 제어신호를 출력하게 된다.
상기 제어부(130)는 상기 전환부(131)가 출력하는 제어신호에 따라 상기 제 1순환펌프(115)를 작동시켜 도 3에서 보는 바와 같이 상기 태양열 집열기(10)의 온수가 상기 온수순환관(110)을 순환(도 3의 실선 화살표 참조.)할 수 있도록 하게 된다.
상기 제 1온도센서(117)가 감지한 상기 일측 온수순환관(111) 주변 외부온도가 상기 제 1기준온도값(T1) 즉, 15℃이상일 경우,
상기 제어부(130)는 상기 전환부(131)가 출력하는 제어신호에 따라 상기 제 1순환펌프(115)의 작동을 중지시키게 된다.
상기 제 1온도센서(117)가 감지한 상기 일측 온수순환관(111) 주변의 외부온도값에 따라 상기 제어부(130)의 제어에 의해 상기 제 1순환펌프(115)가 상기 태양열 집열기(10)의 온수를 순환시키기 때문에 상기 온수순환관(110)이 특히, 겨울철에 동파될 우려를 보다 용이하게 방지할 수 있게 된다.
도 4 및 도 5는 난방수가 순환하는 상태를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
다음으로, 사용자는 상기 난방수 설정부(135)를 ON상태로 조작함과 동시에 상기 난방수 설정부(135)를 조작하여 상기 제어부(130)에 제 2기준온도값(T2)을 설정할 수 있다.
본 발명에서는 설명의 편의상 상기 제어부(130)에 설정된 상기 제 2기준온도값(T2)을 50℃라 가정하기로 한다.
상기 축열조(30)의 외주연에 구비된 상기 제 2온도센서(350)가 감지한 상기 축열조(30)의 내부에 저장된 난방수의 온도가 상기 제 2기준온도값(T2) 즉, 50℃미 만일 경우,
상기 전환부(131)는 상기 제어부(130)로 상기 제 1, 2 3-웨이밸브(101, 103)와 상기 보일러(50) 및 상기 난방수 공급부(70)의 제 3순환펌프(711)의 제어신호를 출력하게 된다.
상기 제어부(130)는 상기 전환부(131)가 출력하는 제어신호에 따라 도 4에서 보는 바와 같이 상기 제 1 3-웨이밸브(101)가 상기 보일러(50)의 제 3상측 난방수 순환관(511)의 일단부와 연결될 수 있도록 제어하게 된다.
또한, 상기 제어부(130)는 상기 전환부(131)가 출력하는 제어신호에 따라 도 4에서 보는 바와 같이 상기 제 2 3-웨이밸브(103)가 상기 보일러(50)의 제 3하측 난방수 순환관(513)의 일단부와 연결될 수 있도록 제어하게 된다.
이 상태에서, 상기 제어부(130)의 제어에 의해 상기 보일러(50)는 내부에 저장된 난방수를 가열하게 된다.
이와 동시에 상기 제어부(130)는 상기 제 3순환펌프(711)를 작동시켜 도 4에서 보는 바와 같이 상기 보일러(50)의 내부에 저장된 고온의 난방수가 상기 보일러(50)의 난방수 순환관(510)과 주택 등을 포함한 건축물의 실내공간 바닥 내에 설치된 난방관(71)을 순환(도 4의 실선 화살표 참조.)할 수 있도록 하게 된다.
상기 제 2온도센서(350)가 감지한 상기 축열조(30)의 내부에 저장된 난방수의 온도가 상기 제 2기준온도값(T2) 즉, 50℃이상일 경우,
상기 전환부(131)는 상기 제어부(130)로 상기 제 1, 2 3-웨이밸브(101, 103) 와 상기 난방수 공급부(70)의 제 3순환펌프(711)의 제어신호를 출력하게 된다.
상기 제어부(130)는 상기 전환부(131)가 출력하는 제어신호에 따라 도 5에서 보는 바와 같이 상기 제 1 3-웨이밸브(101)가 상기 축열조(30)의 제 1상측 난방수 순환관(311)의 타단부와 연결될 수 있도록 제어하게 된다.
또한, 상기 제어부(130)는 상기 전환부(131)가 출력하는 제어신호에 따라 도 5에서 보는 바와 같이 상기 제 2 3-웨이밸브(103)가 상기 축열조(30)의 제 1하측 난방수 순환관(315)의 타단부와 연결될 수 있도록 제어하게 된다.
이 상태에서, 상기 제어부(130)는 상기 제 3순환펌프(711)를 작동시켜 도 5에서 보는 바와 같이 상기 축열조(30)의 난방수가 상기 축열조(30)의 제 1상측 난방수 순환관(311) 및 제 1하측 난방수 순환관(315)과 주택 등을 포함한 건축물의 실내공간 바닥 내에 설치된 난방관(71)을 순환(도 5의 실선 화살표 참조.)할 수 있도록 하게 된다.
도 6 및 도 7은 온수가 순환하는 상태를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
다음으로, 사용자는 상기 온수 설정부(137)을 ON상태로 조작함과 동시에 상기 온수 설정부(137)를 조작하여 상기 제어부(130)에 제 3기준온도값(T3)을 설정할 수 있다.
본 발명에서는 설명의 편의상 상기 제어부(130)에 설정된 상기 제 3기준온도 값(T3)을 30℃라 가정하기로 한다.
상기 축열조(30)의 제 2온도센서(350)가 감지한 상기 축열조(30)의 내부에 저장된 난방수의 온도가 상기 제 3기준온도값(T3) 즉, 30℃미만일 경우,
상기 전환부(131)는 상기 제어부(130)로 제 3 3-웨이밸브(105)와 상기 보일러(50) 및 상기 난방수 공급부(70)의 제 3순환펌프(711)의 제어신호를 출력하게 된다.
상기 제어부(130)는 상기 전환부(131)가 출력하는 제어신호에 따라 도 6에 서 보는 바와 같이 상기 제 3 3-웨이밸브(105)가 상기 제 3직수공급관(935)의 하단부와 연결될 수 있도록 제어하게 된다.
상기 제 1직수공급관(931)내로 지속적으로 공급되는 직수는 상기 제 3직수공급관(935)을 지나 상기 보일러(50)로 유입되고, 이때 상기 보일러(50)는 상기 제어부(50)의 제어에 의해 내부로 유입된 직수를 가열하여 고온의 온수로 전환시키게 된다.
상기 보일러(50)에 의해 고온의 온수로 전환된 직수는 상기 온수공급부(90)의 온수배출관(990)을 지나 주택의 화장실, 욕실 등의 실내공간으로 배출될 수 있다.(도 6의 실선 화살표 참조.)
상기 축열조(30)의 제 2온도센서(350)가 감지한 상기 축열조(30)의 내부에 저장된 난방수의 온도가 상기 제 3기준온도값(T3) 즉, 30℃이상일 경우,
상기 전환부(131)는 상기 제어부(130)로 상기 제 3 3-웨이밸브(105)의 제어 신호를 출력하게 된다.
또한, 상기 전환부(131)는 상기 유량센서(950)의 출력신호에 따라 상기 제어부(130)로 상기 제 2순환펌프(330)의 제어신호를 출력하게 된다.
상기 제어부(130)는 상기 전환부(131)가 출력하는 제어신호에 따라 도 7에서 보는 바와 같이 상기 제 3 3-웨이밸브(105)가 상기 제 2직수공급관(933)의 타단부와 연결될 수 있도록 제어하게 된다.
상기 제 1직수공급관(931)내로 지속적으로 공급되는 직수는 상기 제 2직수공급관(933)을 지나 상기 직수수용통(910) 내부로 수용될 수 있다.
이때, 상기 유량센서(950)는 상기 제 2직수공급관(933)내로 공급된 직수를 감지하여 상기 제어부(130)로 그 신호를 출력하게 된다.
상기 전환부(131)는 상기 유량센서(950)의 출력신호에 따라 상기 제어부(130)로 상기 제 2순환펌프(330)의 제어신호를 출력하게 되고,
상기 제어부(130)는 상기 전환부(131)가 출력하는 제어신호에 따라 상기 제 2순환펌프(330)를 작동시켜 상기 축열조(30)의 내부에 저장된 난방수가 상기 제 1상측 난방수 순환관(311), 제 2상측 난방수 순환관(313), 제 2열교환기(970), 제 2하측 난방수 순환관(317), 제 1하측 난방수 순환관(315) 및 상기 축열조(30) 순으로 반복적으로 순환할 수 있도록 한다.(도 7의 점선 화살표 참조.)
상기 제 2열교환기(970)는 상기 직수수용통(910)에 수용된 직수로 상기 축열조(30)의 난방수 순환관(310)을 순환하는 상기 축열조(30)의 난방수의 열을 전달하여 고온의 온수로 전환시키게 된다.
상기 제 2열교환기(970)에 의해 고온의 온수로 전환된 직수는 상기 온수공급부(90)의 온수배출관(990)을 지나 주택의 화장실, 욕실 등의 실내공간으로 배출될 수 있다.(도 7의 실선 화살표 참조.)
이상에서 살펴본 바와 같이 상기 전환부(131)가 상기 온수순환관 설정부(133), 난방수 설정부(135) 및 온수 설정부(137)의 설정여부 및 상기 제 1, 2온도센서(117, 350)와 유량센서(950)의 출력신호에 따라 상기 제어부(130)로 상기 제 1, 2, 3순환펌프(115, 330, 711)와 상기 보일러(50) 및 상기 3-웨이밸브(100)의 제어신호를 출력하기 때문에 상기 태양열 집열기(10), 축열조(30) 및 난방수 공급부(70)의 제 1, 2, 3순환펌프(115, 330, 711)와 상기 보일러(50)가 보다 더욱 용이하게 각각 개별작동될 수 있는 이점이 있게 된다.
다음으로, 상기 태양열 집열기(10)의 축열조(11)의 외주연에는 상기 태양열 집열기(10)의 축열조(11) 내부에 저장된 온수의 온도를 감지하는 제 3온도센서(도 2의 119)가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 제어부(130)에는 축열조 설정부(도 2의 139)가 누름식 버튼 또는 다이얼 버튼 방식 등으로 구비될 수 있다.
사용자는 상기 축열조 설정부(139)를 조작하여 상기 제어부(130)에 상기 태양열 집열기(10)의 축열조(11) 내부에 저장된 온수의 기준온도값(T4, 이하 '제 4기준온도값'이라 칭한다.)을 설정할 수 있다.
보다 구체적으로, 사용자는 상기 축열조 설정부(139)를 ON상태로 조작함과 동시에 상기 축열조 설정부(139)를 조작하여 상기 제어부(130)에 제 4기준온도값(T4)을 설정할 수 있다.
본 발명에서는 설명의 편의상 상기 제어부(130)에 설정된 상기 제 4기준온도값(T4)을 65℃라 가정하기로 한다.
상기 태양열 집열기(10)의 축열조(11) 외주연에 구비된 상기 제 3온도센서(119)가 감지한 상기 태양열 집열기(10)의 축열조(11)에 저장된 온수의 온도가 상기 제 4기준온도값(T4) 즉, 65℃미만일 경우,
상기 전환부(131)는 상기 제어부(130)로 상기 태양열 집열기(10)의 제 1순환펌프(115)의 제어신호를 출력하게 된다.
상기 제어부(130)는 상기 전환부(131)가 출력하는 제어신호에 따라 상기 제 1순환펌프(115)를 작동시켜 도 3에서 보는 바와 같이 상기 태양열 집열기(10)의 온수가 상기 온수순환관(110)을 순환(도 3의 실선 화살표 참조.)할 수 있도록 하게 된다.
상기 제 3온도센서(119)가 감지한 상기 태양열 집열기(10)의 축열조(11)에 저장된 온수의 온도가 상기 제 4기준온도값(T4) 즉, 65℃이상일 경우,
상기 제어부(130)는 상기 전환부(131)가 출력하는 제어신호에 따라 상기 제 1순환펌프(115)의 작동을 중지시키게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 상기 전환부(131)가 상기 축열조 설정부(139)의 설정여부 및 상기 제 3온도센서(119)의 출력신호에 따라 상기 제어부(130)로 상기 제 1순환펌프(115)의 제어신호를 출력하기 때문에 상기 태양열 집열기(10)의 온수순환관(110)이 특히, 겨울철에 동파될 우려를 보다 더욱 용이하게 방지할 수 있게 되는 이점이 있게 된다.
다음으로, 상기 제어부(130)에는 타이머(도 2의 138)가 누름식 버튼 또는 다이얼 버튼 방식 등으로 구비될 수 있다.
사용자는 상기 타이머(138)를 조작하여 상기 제어부(130)로 상기 태양열 집열기(10)의 축열조(11)에 저장된 온수가 상기 태양열 집열기(10)의 온수순환관(110)을 순환할 순환시간 또는 순환시간간격을 설정할 수 있다.
일예로, 사용자가 상기 타이머(138)를 통해 상기 제어부(130)에 설정한 순환시간이 오후 1시, 오후 3시, 오후 4시, 오후 7시일 경우,
상기 제어부(130)는 오후 1시, 오후 3시, 오후 4시, 오후 7시에 상기 전환부(131)가 출력하는 제어신호에 따라 상기 제 1순환펌프(115)를 작동시키게 된다.
다른예로, 사용자가 상기 타이머(138)를 통해 상기 제어부(130)에 설정한 순환시간간격이 30분인경우,
상기 제어부는 30분간격으로 상기 전환부(131)가 출력하는 제어신호에 따라 상기 제 1순환펌프(115)를 작동시키게 된다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은 상기 제어부(130)에 구비되는 상기 전환부(131)가 상기 태양열 집열기(10)와 축열조(30)의 제 1, 2온도센서(117, 350) 및 상기 온수 공급부(90)의 유량센서(950)의 출력신호에 따라 상기 태양열 집열기(10), 축열조(30) 및 난방수 공급부(70)의 제 1, 2, 3순환펌프(115, 330, 711)와 상기 보일러(50) 및 상기 3-웨이밸브(100)의 작동을 전환시키기 때문에 상기 태양열 집열기(10), 축열조(30) 및 난방수 공급부(70)의 제 1, 2, 3순환펌프(115, 330, 711)와 상기 보일러(50)가 각각 개별작동하여 실내공간으로 난방수 및 온수를 공급할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인해 상기 태양열 집열기(10), 축열조(30) 및 난방수 공급부(70)의 제 1, 2, 3순환펌프(115, 330, 711)와 상기 보일러(50)의 불필요한 에너지소모를 효율적으로 절감시킬 수 있게 되는 이점이 있다.
나아가, 상기 제 1순환펌프(115)가 상기 태양열 집열기(10)의 온수순환관(110)을 통해 온수를 순환시키기 때문에 상기 온수순환관(110)이 특히, 겨울철에 동파될 우려를 보다 용이하게 방지할 수 있는 이점 또한 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이고,
도 2는 제어부의 제어상태를 개략적으로 나타내는 블록도이고,
도 3은 태양열 집열기의 온수가 순환하는 상태를 개략적으로 나타내는 구성도이고,
도 4 및 도 5는 난방수가 순환하는 상태를 개략적으로 나타내는 구성도이고,
도 6 및 도 7은 온수가 순환하는 상태를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
10; 태양열 집열기, 11; 축열조,
110; 온수순환관, 111; 일측 온수순환관,
113; 타측 온수순환관, 115; 제 1순환펌프,
117; 제 1온도센서, 119; 제 3온도센서,
30; 축열조, 31; 제 1열교환기,
310, 510; 난방수 순환관, 311; 제 1상측 난방수 순환관,
313; 제 2상측 난방수 순환관, 315; 제 1하측 난방수 순환관,
317; 제 2하측 난방수 순환관, 330; 제 2순환펌프,
350; 제 2온도센서, 50; 보일러,
511; 제 3상측 난방수 순환관, 513; 제 3하측 난방수 순환관,
70; 난방수 공급부, 71; 난방관,
710; 난방수 출수관, 711; 제 3순환펌프,
730; 난방수 환수관, 90; 온수 공급부,
910; 직수 수용통, 930; 직수공급관,
931; 제 1직수공급관, 933; 제 2직수공급관,
935; 제 3직수공급관, 937; 제 4직수공급관,
950; 유량센서, 970; 제 2열교환기,
990; 온수배출관, 100; 3-웨이밸브,
101; 제 1 3-웨이밸브, 103; 제 2 3-웨이밸브,
105; 제 3 3-웨이밸브, 130; 제어부,
131; 전환부, 132; 전원공급부,
133; 온수순환관 설정부, 135; 난방수 설정부,
137; 온수 설정부, 138; 타이머,
139; 축열조 설정부.

Claims (3)

  1. 태양열을 집열하여 내부에 저장된 온수를 가열하고, 가열된 온수가 순환하는 온수순환관(110)과, 상기 온수순환관(110)으로 온수를 펌핑하여 순환시키는 제 1순환펌프(115)와, 상기 온수순환관(110) 주변의 외부온도를 감지하는 제 1온도센서(117)가 구비되는 태양열 집열기(10)와;
    상기 태양열 집열기(10)의 온수순환관(110)을 순환하는 온수의 열을 전달받아 내부에 저장된 난방수가 일정온도를 유지하고, 상기 태양열 집열기(10)의 온수순환관(110)과 연결되어 상기 온수순환관(110)을 순환하는 온수의 열을 난방수로 전달하는 제 1열교환기(31)와, 난방수가 순환하는 난방수 순환관(310)과, 상기 난방수 순환관(310)으로 난방수를 펌핑하여 순환시키는 제 2순환펌프(330)와, 난방수의 온도를 감지하는 제 2온도센서(350)가 구비되는 축열조(30)와;
    상기 축열조(30)의 난방수 순환관(310)과 연결되는 난방수 순환관(510)이 구비되는 보일러(50)와;
    상기 축열조(30)와 보일러(50)의 난방수 순환관(310, 510)과 연결되어 실내공간 바닥내에 설치된 난방관(71)으로 난방수를 순환공급하고, 상기 축열조(30) 및 상기 보일러(50)의 난방수를 펌핑하는 제 3순환펌프(711)가 구비되는 난방수 공급부(70)와;
    상기 축열조(30)의 난방수 순환관(310)과 연결되는 직수수용통(910)과, 상기 직수수용통(910) 및 상기 보일러(50)와 연결되어 상기 직수수용통(910) 및 상기 보 일러(50)로 직수를 공급하는 직수공급관(930)과, 상기 직수공급관(930)에 구비되는 유량센서(950)와, 상기 직수수용통(910) 내부에 구비되어 상기 직수수용통(910)에 수용된 직수로 상기 축열조(30)의 난방수 순환관(310)을 순환하는 난방수의 열을 전달하여 온수로 전환시키는 제 2열교환기(970)와, 상기 직수수용통(910) 및 상기 보일러(50)를 경유한 온수를 실내공간으로 배출하는 온수배출관(990)으로 구성되는 온수 공급부(90)와;
    상기 난방수 공급부(70)와 온수 공급부(90)에 구비되어 상기 축열조(30)와 보일러(50)의 난방수 순환관(310, 510) 및 상기 온수공급부(90)의 직수공급관(930)과 연결되는 3-웨이밸브(100)와;
    상기 태양열 집열기(10)와 축열조(30)의 제 1, 2온도센서(150, 350) 및 상기 온수 공급부(90)의 유량센서(950)의 출력신호에 따라 상기 태양열 집열기(10), 축열조(30) 및 난방수 공급부(70)의 제 1, 2, 3순환펌프(115, 330, 711)와 상기 보일러(50) 및 상기 3-웨이밸브(100)의 작동을 전환시키는 전환부(131)가 구비되는 제어부(130);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(130)에는 온수순환관 설정부(133), 난방수 설정부(135) 및 온수 설정부(137)가 구비되고,
    상기 전환부(131)는 상기 온수순환관 설정부(133), 난방수 설정부(135) 및 온수 설정부(137)의 설정여부 및 상기 제 1, 2온도센서(150, 350)와 상기 유량센서(950)의 출력신호에 따라 상기 제어부(130)로 상기 제 1, 2, 3순환펌프(115, 330, 711)와 상기 보일러(50) 및 상기 3-웨이밸브(100)의 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(130)에는 축열조 설정부(139)가 더 구비되고,
    상기 태양열 집열기(10)의 상측에 구비되는 축열조(11)에는 상기 축열조(11)의 내부에 저장된 온수의 온도를 감지하는 제 3온도센서(119)가 구비되며,
    상기 전환부(131)는 상기 축열조 설정부(139)의 설정여부 및 상기 제 3온도센서(119)의 출력신호에 따라 상기 제어부(130)로 상기 제 1순환펌프(115)의 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 보일러와 태양열 축열조를 연계한 난방 및 온수 시스템.
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