KR20120031865A - 대류현상을 이용한 태양열 온수 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 난방용 냉수유입관과 온수배출관이 마련되는 난방탱크와, 상기 난방탱크 내에 마련되는 히터부재와, 상측이 상기 난방탱크와 연결되는 집열관과 태양열을 집열하도록 상기 집열관의 저부에 인접하게 설치되는 반사판을 포함하는 집열부, 상기 집열관의 하측에 연결되는 순환탱크, 상기 난방탱크와 집열부 및 순환탱크 내에서 자연순환이 이루어지고 상기 집열부의 집열 또는 히터부재의 가열에 따른 열에 의해 소정의 온도로 상승하여 난방용 냉수 및 온수의 온도를 상승시키는 고온용전열매체, 및 상기 난방탱크와 순환탱크를 연결하여 고온용 전열매체의 자연 순환을 유도시키는 매체순환부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것으로서, 주간 및 야간이나 태양열 집열이 제대로 이루어지지 못하는 악조건에서도 별도의 설비없이 그 자체적으로 난방은 물론 온수까지 원활히 공급할 수 있으며, 그 설비가 간단한 구조로 이루어지기 때문에 태양열 온수 보일러의 유지 및 보수에도 편리함이 있는 것이다.

Description

대류현상을 이용한 태양열 온수 보일러{Solar hot water boiler using convection}

본 발명은 태양열 온수 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온수파이프가 설치된 태양열 보일러의 난방탱크 내에 고온용 전열매체를 충진한 후, 이 고온용 전열매체가 별도의 구성요소에 의해 인위적으로 제어되는 것이 아니라 자연적인 열역학에 따른 대류현상에 의해 자연 순환되도록 하여, 주간 및 야간에 구애됨이 없이 난방과 온수 공급이 언제나 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 대류현상을 이용한 태양열 온수 보일러에 관한 것이다.

근래에 들어 화석원료의 과다한 사용에 따른 대기오염 문제와 함께 자원 고갈의 문제에 직면하여 대체에너지원으로 태양열을 이용하는 기술이 개발되고 있는 바, 상기 태양열을 에너지원으로 이용하는 기술은 태양열 발전소, 태양열 보일러, 태양열 차량 등이 있다.

상기 태양열 보일러는, 다수 배열되는 집열관을 열매체로서 물을 저장하는 탱크와 연결하고, 상기 탱크에는 난방용의 온수 및 냉수 배관을 연결하였다. 이에 따라 종래의 태양열 보일러는 주간에 집열관을 통해 집열되는 에너지를 사용하여 난방 및 온수 공급이 이루어지는 것이다.

그러나, 이 같은 태양열 보일러는 자연에너지를 이용한 난방 및 온수 공급의 효율성이 극히 낮은 단점이 있다.

즉, 태양열의 집열효율이 안정적인 주간이라 할지라도 탱크 내에 저장되는 물의 끊는점이 100℃인 관계로, 난방 및 온수의 지속적인 사용이 이루어질 때 그 난방 및 온수의 온도가 항상 일정하지 못하고 편차가 심하게 발생하면서 난방 및 온수의 공급불량을 초래하는 등의 사용상 어려움을 초래하고 있는 것이었다.

또한, 종래의 태양열 보일러는, 자연에너지를 사용하여 가공적인 에너지의 절약을 유도하는 것에 그 설치 목적이 있는 것인데, 집열효율이 저하되는 외부환경 즉, 동절기 또는 흐린 날 등 태양열 집열이 거의 불가능한 상태에서는 그 기능을 사실상 상실하게 됨으로써 별도의 보조가열수단인 기름보일러, 가스보일러 등을 부가적으로 갖추어야 하는 실정이었다.

따라서, 이는 보조가열수단의 설치에 따른 비용과 공간이 추가적으로 필요함은 물론, 보일러 등 보조가열수단의 가동시 오히려 전기 사용량이 증가되면서 자원 낭비를 초래하는 중대한 폐단이 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 제안되어진 기술이 대한민국등록특허 0716508호(발명의 명칭: 태양열 온수 보일러)로써 첨부한 도 1과 도 2에 도시되어진 구조를 갖는다.

상기 도시한 구성에 따른 선행기술은 그 자체의 기술적 혹은 동작상의 문제점은 거의 없으나, 참조번호 40대와 60대 및 16번으로 이루어지는 다수의 구성이 필수적인 구성으로 이는 참조번호 50으로 지칭되는 전열매체의 대류현상을 인위적으로 제어하기 위한 구성으로 이를 통해 설치비용의 상승이 문제점으로 제시되었다.

상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은, 태양열 온수 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온수파이프가 설치된 태양열 보일러의 난방탱크 내에 고온용 전열매체를 충진한 후, 이 고온용 전열매체가 대류현상에 의해 자연 순환되도록 하여, 주간 및 야간에 구애됨이 없이 난방과 온수 공급이 언제나 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 대류현상을 이용한 태양열 온수 보일러를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양열 온수 보일러의 특징은, 난방용 냉수유입관과 온수배출관이 마련되는 난방탱크와, 상기 난방탱크 내에 마련되는 히터부재와, 상측이 상기 난방탱크와 연결되는 집열관과 태양열을 집열하도록 상기 집열관의 저부에 인접하게 설치되는 반사판을 포함하는 집열부, 상기 집열관의 하측에 연결되는 순환탱크, 상기 난방탱크와 집열부 및 순환탱크 내에서 자연순환이 이루어지고 상기 집열부의 집열 또는 히터부재의 가열에 따른 열에 의해 소정의 온도로 상승하여 난방용 냉수 및 온수의 온도를 상승시키는 고온용전열매체, 및 상기 난방탱크와 순환탱크를 연결하여 고온용 전열매체의 자연 순환을 유도시키는 매체순환부로 이루어지는 데 있다.

상술한 본 발명에 따른 특징으로 인해 기대되는 효과로는, 주간 및 야간이나 태양열 집열이 제대로 이루어지지 못하는 악조건에서도 별도의 설비없이 그 자체적으로 난방은 물론 온수까지 원활히 공급할 수 있으며, 그 설비가 간단한 구조로 이루어지기 때문에 태양열 온수 보일러의 유지 및 보수에도 편리함이 있는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 태양열 온수 보일러 구조를 보인 사시도
도 2는 도 1에 도시되어진 태양열 온수 보일러의 단면 구조를 보인 예시도
도 3은 본 발명에 따른 대류현상을 이용한 태양열 온수 보일러의 단면 구조를 보인 예시도

발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 대류현상을 이용한 태양열 온수 보일러의 단면 구조를 보인 예시도로서, 도시되어진 바와 같이 본 발명의 태양열 온수 보일러는, 종래 선행기술의 단면구조를 보인 도 2와 본 발명을 설명하기 위한 도 3에 도시되어진 바를 비교하는 바와 같이 난방탱크(10)의 위치를 종래에 비하여 높은 위치를 갑도록 변경하도록 함으로써 내부에 잔존하는 전열매체(50)가 집열부(30)에서 가열되면 난방탱크(10) 내부로 상승하고 이어 난방탱크(10)내부의 전열매체(50)가 집열부(30) 내부로 하강하도록 함으로, 자연스러운 대류현상이 이루어지도록 하고 이를 위한 어떠한 제어적인 구성요소도 존재하지 않도록 함으로써 생산단가를 점감하도록 하고자 하는 것이다.

따라서 종래 기술과 동일구성 및 동일기능을 하는 구성요소들의 참조번호 역시 동일하게 통일 하였다.

첨부한 도 3에 도시되어진 바와같이 본 발명에 따른 대류현상을 이용한 태양열 온수 보일러는, 난방탱크(10), 히터부재(20), 집열부(30), 고온용 전열매체(50)를 포함한다.

상기 난방탱크(10)에는, 고온용 전열매체(50)가 충진되는 공간이 마련되며, 상기의 공간 내에는 냉수유입관(11)을 통해 유입되는 난방용수가 코일형태로 감겨진 체 상기 난방탱크(10)에 내장되는 순환관(13)을 거치면서 데워져 온수배출관(12)을 통해 외부로 공급되도록, 상기 냉수유입관(11)과 온수배출관(12)이 난방탱크(10)의 외부로 노출되게 구성하되, 상기 난방탱크(10)의 내부에는 히터부재(20)가 부가적으로 구성된다.

그리고, 상기 난방탱크(10)의 상측에는, 다단의 연결구(미도시)가 마련되며, 상기 연결구에는 집열부(30)의 후술하는 집열관(31)이 소정의 경사각을 유지하는 상태로 연결되어, 난방탱크(10)와 집열관(31)이 서로 연통되는 구조를 이룬다.

상기 히터부재(20)는, 야간이나 태양에너지에 의한 집열이 불가능한 외부조건에서 상기 난방탱크(10)내의 고온용 전열매체(50)의 온도를 상승시키기 위해 가열 동작하는 것으로, 주로 심야전기를 사용하게 되며, 이는 미도시된 구동회로부에 의해 그 가열동작이 제어되도록 설치 구성된다.

상기 집열부(30)는, 태양열을 집열하도록 근접하여 평행하게 배열되는 다수의 집열관(31)과, 상기 집열관(31)의 하부를 지지하는 반사판(32)을 포함하며, 상기 집열관(31)은 보온성이 뛰어난 2중관의 구조를 이루며 그 일측이 고온용 전열매체(50)가 대류현상에 의해 난방탱크(10)로 유입될 수 있도록 난방탱크(10)의 하면 혹은 중심면에 연결되고, 타측은 상기 난방탱크(10)보다 낮은 높이에 위치하는 구조를 갖는다.

상기 고온용 전열매체(50)는, 집열부(30)의 집열 또는 히터부재(20)의 가열에 따른 열에 의해 소정의 온도로 상승하면서 대류현상에 의해 난방탱크(10)→집열부(30)→난방탱크(10)로 자연순환되는 순환사이클을 따라 그 흐름이 안내되는 것으로, 이는 집열관(31)을 통과하면서 태양에너지에 의해 가열된 상태로 난방탱크(10)로 유입되는 것이다.

그리고 이 집연관(31)과 난방탱크(10) 사이에는 상품명 ES밸브가 개재되어 적정한 제어를 행하게 된다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 난방용 냉수유입관과 온수배출관이 마련되는 난방탱크와, 상기 난방탱크 내에 마련되는 히터부재와, 상측이 상기 난방탱크와 연결되는 집열관과 태양열을 집열하도록 상기 집열관의 저부에 인접하게 설치되는 반사판을 포함하는 집열부, 상기 집열관의 하측에 연결되는 순환탱크, 상기 난방탱크와 집열부 및 순환탱크 내에서 자연순환이 이루어지고 상기 집열부의 집열 또는 히터부재의 가열에 따른 열에 의해 소정의 온도로 상승하여 난방용 냉수 및 온수의 온도를 상승시키는 고온용전열매체, 및 상기 난방탱크와 순환탱크를 연결하여 고온용 전열매체의 자연 순환을 유도시키는 밸브가 마련된 매체순환부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열 온수 보일러.

Images