KR20120103002A - 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템 - Google Patents

태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 특히 태양열을 모으는 집열판과; 상기 집열판에서 모아지는 열에 의해 가열된 열매체가 이송되는 열교환기와; 상기 열교환기 내에서 열매체와 열교환되어 생성되는 온수가 이송되어 저장되는 축열조와; 상기 축열조로부터 공급되는 온수를 에너지원으로 하여 냉수를 생성시키고, 태양의 일사량이 부족할 경우 가동하는 가스버너가 구비된 하이브리드 흡수식 냉온수기와; 상기 하이브리드 흡수식 냉온수기에 냉각수를 공급하는 냉각탑과; 냉방시 상기 하이브리드 흡수식 냉온수기에서 생성된 냉수와 열교환되어 발생한 냉수를 이용하여 공기를 냉각시키고, 난방시 상기 축열조에서 공급되는 온수를 공급받아 공기를 따뜻하게 하는 공기조화기;를 포함하여 구성되어, 냉난방을 위한 설치비용 및 유지비용을 저렴하게 할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템{Hybrid absorption type air conditioning system using solar heat}
본 발명은 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 특히 설치비용과 운용비용을 절감할 수 있는 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템에 관한 것이다.
화석연료의 고갈 및 지구온난화, 환경오염 등으로 친환경 에너지의 개발이 확대되고 있으며, 이에 편승하여 태양열 및 지열을 이용하여 냉방, 난방을 실현하는 기술이 많이 보급되고 있다.
그러나, 지금까지 개발된 냉방 및 난방시스템, 즉 공기조화시스템들은 그 효율이 떨어질 뿐만 아니라 설치비용이 많이 소비되는 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 설치비용과 운용비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 효율을 향상시킬 수 있는 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템은 태양열을 모으는 집열판과; 상기 집열판에서 모아지는 열에 의해 가열된 열매체가 이송되는 열교환기와; 상기 열교환기 내에서 열매체와 열교환되어 생성되는 온수가 이송되어 저장되는 축열조와; 상기 축열조로부터 공급되는 온수를 에너지원으로 하여 냉수를 생성시키고, 태양의 일사량이 부족할 경우 가동하는 가스버너가 구비된 하이브리드 흡수식 냉온수기와; 상기 하이브리드 흡수식 냉온수기에 냉각수를 공급하는 냉각탑과; 냉방시 상기 하이브리드 흡수식 냉온수기에서 생성된 냉수를 이용하여 공기를 냉각시키고, 난방시 상기 축열조에서 공급되는 온수를 공급받아 공기를 따뜻하게 하는 공기조화기;를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템은 축열조의 온수와 가스버너를 구비한 흡수식 냉온수기를 이용하여 냉난방을 할 수 있으므로, 복잡한 배관을 설치할 필요가 없고 냉난방을 위한 설치비용 및 유지비용을 저렴하게 할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템을 보인 도.
도 2a는 본 발명에 의한 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템의 축열조를 이용하여 냉방할 때 유체흐름을 보인 도.
도 2b는 본 발명에 의한 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템의 가스버너를 이용하여 냉방할 때 유체흐름을 보인 도.
도 3a는 본 발명에 의한 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템의 축열조를 이용하여 난방할 때 유체흐름을 보인 도.
도 3b는 본 발명에 의한 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템의 가스버너를 이용하여 난방할 때 유체흐름을 보인 도.
이하, 본 발명에 의한 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템을 보인 도이다.
그리고, 도 2a는 본 발명에 의한 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템의 축열조를 이용하여 냉방할 때 유체흐름을 보인 도이며, 도 2b는 본 발명에 의한 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템의 가스버너를 이용하여 냉방할 때 유체흐름을 보인 도이다.
또한, 도 3a는 본 발명에 의한 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템의 축열조를 이용하여 난방할 때 유체흐름을 보인 도이고, 도 3b는 본 발명에 의한 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템의 가스버너를 이용하여 난방할 때 유체흐름을 보인 도이다.
본 발명에 의한 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템은 태양열을 모으는 집열판(10)과, 상기 집열판(10)에 연결되는 열교환기(20)와, 상기 열교환기(20)에 연결되는 축열조(30)와, 상기 축열조(30)에 연결된 온수순환배관(P3) 일부분이 삽입되고 냉수를 생성하는 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)와, 상기 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)에 냉각수를 공급하는 냉각탑(50)과, 상기 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)에서 생성된 냉수와 열교환되어 공기를 냉각시키는 공기조화기(60)를 포함하여 구성된다.
상기 집열판(10)은 태양열을 집열하여 내부에 수용된 열매체를 가열하는 부분이다.
상기 열교환기(20)는 상기 집열판(10)에서 모아지는 열에 의해 가열된 열매체의 열이 전달되는 부분이다. 좀 더 자세히 설명하면, 상기 열매체는 열매체배관(P1)의 내부를 유동하는데, 이러한 열매체배관(P1)의 일부분이 상기 열교환기(20) 내부에 삽입되어 열교환기(20) 내부에 열을 전달한다. 상기 열매체배관(P1)의 관로상에는 열매체 순환펌프(PP1)가 설치되어 열매체를 순환시킨다. 여기서, 상기 열매체배관(P1)은 일단이 상기 집열판(10)에 연결되고 타단도 마찬가지로 상기 집열판(10)에 연결되는 폐루프(Closed Loop) 형태를 갖는 배관이다.
상기 축열조(30)는 물이 저장되는 탱크로서, 상기 열교환기(20)와 물순환배관(P2)으로 연결되어 있다. 상기 물순환배관(P2)은 축열조(30)에 저장되어 있던 물이 내부에서 유동하고, 일단이 상기 축열조(30)에 연결되고 타단도 마찬가지로 상기 축열조(30)에 연결되는 폐루프 형태를 갖는 배관이다.
여기서, 상기 물순환배관(P2)은 상기 열교환기(20) 내부에 일부분이 삽입되어 물순환배관(P2) 내부의 물이 상기 열매체배관(P1)의 내부에 있는 열매체와 열교환기(20) 내부에서 열교환됨으로써 온수가 생성된다. 즉, 열교환에 의하여 물순환배관(P2) 내부를 흐르던 저온의 물이 고온의 온수로 바뀌는 것이다. 이렇게 바뀐 고온의 온수가 상기 축열조(30)로 이송되어 저장된다. 이러한 물순환배관(P2) 내의 물의 유동은 물순환배관(P2)의 관로상에 설치된 물순환펌프(PP2)의 작동에 의하여 이루어진다. 그리고, 상기 물순환배관(P2)은 일단이 상기 축열조(30)에 연결되고 타단도 마찬가지로 상기 축열조(30)에 연결되는 폐루프 형태를 갖는 배관이다.
상기 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)는 상기 축열조(30)로부터 공급되는 온수를 에너지원으로 하여 냉수를 생성시키는 장치이다. 좀 더 자세히 설명하면, 상기 축열조(30)는 일측에 물순환배관(P2)이 설치되고, 타측에 온수가 유동하는 온수순환배관(P3)이 설치되는데, 상기 축열조(30)의 타측에 설치된 온수순환배관(P3)의 일부분이 상기 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)의 내부에 삽입되어 열을 제공한다. 이러한 온수순환배관(P3)의 관로상에는 온수공급펌프(PP3)가 설치된다. 여기서, 상기 온수순환배관(P3)은 일단이 상기 축열조(30)에 연결되고 타단도 마찬가지로 상기 축열조(30)에 연결되는 폐루프 형태를 갖는 배관이다. 이러한 온수순환배관(P3)의 관로상에는 온수공급펌프(PP3)가 설치됨과 아울러 제1삼방제어밸브(V1)와 제2삼방제어밸브(V2)가 일정 간격을 이루며 설치된다.
한편, 상기 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)는 가스버너(42)를 구비한다. 따라서, 흐린 날씨 등으로 태양열을 사용하지 못하거나 태양열이 부족한 경우 가스버너(42)를 작동시켜 보조열원으로 사용함으로써 효율적인 공기조화를 구현할 수 있도록 한다.
상기 냉각탑(50)은 상기 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)에 냉각수를 공급한다. 이러한 냉각탑(50)은 냉각수배관(P5)이 연결되고, 이 냉각수배관(P5)의 일부분이 상기 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)에 삽입된다. 바로 이러한 냉각수배관(P5) 내부를 냉각수가 유동한다. 그리고, 냉각수의 유동은 상기 냉각수배관(P5)의 관로상에 설치된 냉각수펌프(PP5)에 의하여 조정된다.
상기 공기조화기(60)는 냉방시 상기 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)에서 생성된 냉수를 이용하여 실내의 공기를 냉각시키고, 난방시 상기 축열조(30)에서 공급되는 온수를 이용하여 실내의 공기를 따뜻하게 하는 것으로서, 공기조화기(60)에 연결된 공조배관(P4) 일부분이 상기 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)에 삽입되어, 공조배관(P4) 내부를 흐르는 물이 하이브리드 흡수식 냉온수기(40) 내부에서 열교환된다.
이러한 공조배관(P4)의 관로상에는 공조배관(P4) 내부의 물을 유동시키는 공조펌프(PP4)가 설치되고, 상기 공조펌프(PP4)를 중심으로 양측에 제1공조밸브(V3)와 제2공조밸브(V4)가 설치된다. 여기서, 상기 공조배관(P4)은 일단이 상기 공기조화기(60)에 연결되고 타단도 마찬가지로 상기 공기조화기(60)에 연결되는 폐루프 형태를 갖는 배관이다.
한편, 상기 온수순환배관(P3)과 공조배관(P4)은 제1연결배관(P6)과 제2연결배관(P7)에 의하여 서로 연통된다.
상기 제1연결배관(P6)은 일단이 상기 제2삼방제어밸브(V2)에 연결되고 타단이 상기 제1공조밸브(V3)에 인접한 공조배관(P4)에 연결된다. 즉, 상기 제1연결배관(P6)은 타단이 상기 제1공조밸브(V3)와 공기조화기(60) 사이의 공조배관(P4)에 연결된다.
상기 제2연결배관(P7)은 일단이 상기 제1삼방제어밸브(V1)에 연결되고 타단이 상기 제2공조밸브(V4)에 인접한 공조배관(P4)에 연결된다. 즉, 상기 제2연결배관(P7)은 타단이 상기 제2공조밸브(V4)와 공기조화기(60) 사이의 공조배관(P4)에 연결된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템의 유체 이동과정을 몇 가지 경우로 나누어 설명하면 다음과 같다.
첫째, 태양열이 충분한 경우의 냉방과정을 도 2a를 참조로 하여 살펴본다.
태양열이 충분한 경우에는 집열판(10)에서 가열된 열매체가 열매체배관(P1)을 따라 열교환기(20) 내부로 유입되고, 동시에 축열조(30) 내부에 저장된 냉수가 물순환배관(P2)을 따라 열교환기(20) 내부로 유입된다.
상기 열교환기(20) 내부에서 열매체와 냉수가 열교환되어 냉수의 온도가 상승됨으로써 온수로 변환되고 온수는 축열조(30)로 유입된다.
상기 축열조(30) 내부로 유입된 온수는 온수순환배관(P3)을 따라 제1삼방제어밸브(V1)를 거쳐 하이브리드 흡수식 냉온수기(40) 내부로 유입된다. 이때, 상기 제1삼방제어밸브(V1)는 제2연결배관(P7)쪽을 차단하여 온수가 제2연결배관(P7)으로 흘러가지 않도록 한다. 상기 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)에 유입된 온수는 열을 제공하여 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)가 냉수를 생성할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)를 통과하면서 열을 제공한 온수는 수온이 낮아진 후 온수순환배관(P3)을 따라 제2삼방제어밸브(V2)를 거쳐 축열조(30)로 재순환된다. 이때, 상기 제2삼방제어밸브(V2)는 제1연결배관(P6)쪽을 차단하여 물이 제1연결배관(P6)으로 흘러가지 않도록 한다.
한편, 공조배관(P4)에 설치된 공조펌프(PP4)의 작동에 의하여 공조배관(P4) 내부의 물은 제1공조밸브(V3)를 거쳐 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)로 유입된다. 이렇게 유입된 물은 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)에서 냉수로 변환된 후 제2공조밸브(V4)를 거쳐 공기조화기(60)로 유동되어 실내의 공기를 냉각시킨다.
그리고, 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)가 상기와 같이 작동될 때 냉각탑(50)에서는 냉각수배관(P5)을 통하여 온도가 낮은 냉각수를 하이브리드 흡수식 냉온수기(400 쪽으로 공급한다.
둘째, 태양열이 충분하지 않은 경우의 냉방과정을 도 2b를 참조로 하여 살펴본다.
태양열이 충분하지 않은 경우에는 태양열에 의하여 온수가 생성되지 않으므로, 온수공급펌프(PP3)를 작동시키지 않고 가스버너(42)를 작동시킨다. 가스버너(42)가 작동되면 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)에 고온의 열이 공급되고, 이 열을 에너지원으로 하여 상기 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)가 작동을 하여 냉수를 생성한다. 이때, 공조배관(P4)을 타고 제1공조밸브(V3)를 거쳐 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)로 유입된 물은 열교환되어 냉수로 변환된 후 제2공조밸브(V4)를 거쳐 공기조화기(60)로 유동되어 실내의 공기를 냉각시킨다.
여기서, 본 발명은 냉방을 위하여 집열판(10)을 이용하고 가스버너(42)는 사용하지 않는 도 2a의 경우와, 집열판(10)을 이용하지 않고 가스버너(42)만을 사용하는 도 2b의 경우와 같이 각각 개별적으로 활용될 수도 있으나, 도 2a와 도 2b를 혼합한 경우 즉, 집열판(10)과 가스버너(70)를 동시에 사용하여 냉방을 할 수도 있다. 이러한 과정은 상기한 내용으로부터 당업자라면 충분히 알 수 있으므로 유체의 자세한 이송과정에 대해서는 설명을 생략하도록 한다.
셋째, 태양열이 충분한 경우의 난방과정을 도 3a를 참조로 하여 살펴본다.
태양열이 충분한 경우에는 집열판(10)에서 가열된 열매체가 열매체배관(P1)을 따라 열교환기(20) 내부로 유입되고, 동시에 축열조(30) 내부에 저장된 냉수가 물순환배관(P2)을 따라 열교환기(20) 내부로 유입된다.
상기 열교환기(20) 내부에서 열매체와 냉수가 열교환되어 냉수의 온도가 상승됨으로써 온수로 변환되고 온수는 축열조(30)로 유입된다.
상기 축열조(30) 내부로 유입된 온수는 온수순환배관(P3)을 따라 제1삼방제어밸브(V1)와 제2연결배관(P7)을 거쳐 유동한다. 이때, 상기 제1삼방제어밸브(V1)는 하이브리드 흡수식 냉온수기(40) 쪽으로 향하는 온수순환배관(P3)의 관로를 차단하고, 동시에 제2공조밸브(V4) 역시 차단시켜 축열조(30)에서 공급된 온수가 하이브리드 흡수식 냉온수기(40) 내부로 유입되는 것을 차단한다.
상기와 같이 제1삼방제어밸브(V1)와 제2연결배관(P7)을 거쳐 유동한 온수는 공조배관(P4)을 따라 공기조화기(60)로 유입되어 실내의 공기를 따뜻하게 한다.
이렇게 공기조화기(60)로 유입되어 실내의 공기를 따뜻하게 한 다음 수온이 내려간 냉수는 공조배관(P4)을 따라 유동하다가 제1연결배관(P6)을 따라 유동한 후 온수순환배관(P3)을 따라 다시 축열조(30)로 유입된다. 수온이 내려간 냉수가 공조배관(P4)을 유동할 때 제1공조밸브(V3)를 차단함과 아울러 제2삼방제어밸브(V2)는 하이브리드 흡수식 냉온수기(40) 쪽으로 향하는 온수순환배관(P3)의 관로를 차단하여 냉수가 하이브리드 흡수식 냉온수기(40) 쪽으로 유입되는 것을 차단한다.
넷째, 태양열이 충분하지 않은 경우의 난방과정을 도 3b를 참조로 하여 살펴본다.
태양열이 충분하지 않은 경우에는 태양열에 의하여 온수가 생성되지 않으므로, 온수공급펌프(PP3)를 작동시키지 않고 가스버너(42)를 작동시킨다. 가스버너(42)가 작동되면 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)에 고온의 열이 공급된다. 이때, 공조배관(P4)을 타고 제1공조밸브(V3)를 거쳐 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)로 유입된 물은 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)의 열과 열교환되어 온수로 변환된 후 제2공조밸브(V4)를 거쳐 공기조화기(60)로 유동되어 실내의 공기를 따뜻하게 한다. 한편, 제1공조밸브(V3)를 거쳐 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)로 물이 유입될 때 제2삼방제어밸브(V2)는 제1연결배관(P6)측 관로를 차단하고, 하이브리드 흡수식 냉온수기(40) 내부에서 열교환되어 온수가 된 후 공기조화기(60) 쪽으로 유동할 때 제1삼방제어밸브(V1)는 제2연결배관(P7)측 관로를 차단한다.
10: 집열판 20: 열교환기
30: 축열조 40: 하이브리드 흡수식 냉온수기
42: 가스버너 50: 냉각탑
60: 공기조화기
P1: 열매체배관 P2: 물순환배관
P3: 온수순환배관 P4: 공조배관
P5: 냉각수배관 P6: 제1연결배관
P7: 제2연결배관
PP1: 열매체 순환펌프
PP2: 물순환펌프 PP3: 온수공급펌프
PP4: 공조펌프 PP5: 냉각수펌프
V1: 제1삼방제어밸브 V2: 제2삼방제어밸브
V3: 제1공조밸브 V4:제2공조밸브

Claims (1)

  1. 태양열을 모으는 집열판(10)과;
    상기 집열판(10)에서 모아지는 열에 의해 가열된 열매체가 이송되는 열교환기(20)와;
    상기 열교환기(20) 내에서 열매체와 열교환되어 생성되는 온수가 이송되어 저장되는 축열조(30)와;
    상기 축열조(30)로부터 공급되는 온수를 에너지원으로 하여 냉수를 생성시키고, 태양의 일사량이 부족할 경우 가동하는 가스버너(42)가 구비된 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)와;
    상기 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)에 냉각수를 공급하는 냉각탑(50)과;
    냉방시 상기 하이브리드 흡수식 냉온수기(40)에서 생성된 냉수를 이용하여 공기를 냉각시키고, 난방시 상기 축열조(30)에서 공급되는 온수를 공급받아 공기를 따뜻하게 하는 공기조화기(60);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템.
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