KR20130014134A

KR20130014134A - 태양열 시스템의 축열조 모듈

Info

Publication number: KR20130014134A
Application number: KR1020110076074A
Authority: KR
Inventors: 박만귀; 이성수
Original assignee: 제인상사(주)
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-02-07
Also published as: KR101314643B1

Abstract

본 발명은 집열기(10)에 연결되는 태양열 시스템에 있어서: 상기 집열기(10)에 연결된 외통(22) 내부에 내통(21)을 수용하여 열교환을 수행하는 본체(20); 상기 본체(20)의 상측에 본체(20)의 외통(22)과 연결되도록 설치되는 팽창탱크(34); 및 상기 본체(20)의 외주면에 설치되고, 열매체의 순환을 단속하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 설치공간을 축소하면서 시공과 보수의 용이성을 보장하고 열교환 효율을 증대하여 경제성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양열 시스템의 축열조 모듈{Thermal storage module for solar heat system}

본 발명은 태양열 시스템의 축열조 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 설치공간을 축소하면서 시공과 사용의 용이성을 보장하고 열교환 효율을 증대하여 경제성 향상을 도모할 수 있는 태양열 시스템의 축열조 모듈에 관한 것이다.

태양열 시스템은 신재생 에너지로 일찌감치 관심을 받아 왔지만 산업 기반이 취약한 상황에서 정부 보조금 삭감 등의 원인으로 위기를 맞아 부단한 개발 노력이 요구되는 실정이다. 그러한 기술개발의 방향의 하나로서 시스템의 주요부를 모듈화함에 따른 저비용 및 고효율 구조의 실현을 들 수 있다. 이와 관련되는 선행특허로서, 한국 공개특허공보 제1999-0080610호의 "태양열 시스템 축열탱크", 한국 등록특허공보 제0820554호의 "팽창탱크 기능을 갖는 열 교환기가 구비된 축열탱크" 등이 알려져 있다.

한국 공개특허공보 제1999-0080610호는 태양열 집열판으로부터 유입되는 열에너지를 저장 및 공급하기 위한 축열탱크에 있어서, 축열탱크 내의 물과 열교환을 위한 주름관, 난방을 위한 난방열매체출구, 회귀열매체유입구, 열매체출구 및 역순환루트를 포함하는 열매체순환수단과, 보조열매체탱크 내에 히터를 포함하는 보조가온수단과, 상기 열매체순환수단 및 보조가온수단을 내장하여 가온되기 위한 축열탱크와, 상기 히터를 제어하기 위하여 설치되고, 상기 축열탱크내의 수온을 감지하는 온도센서를 포함하는 히터제어수단과, 차단밸브를 제어하기 위한 광센서를 포함하는 개폐제어수단 및 상기 보조열매체탱크 내에 설치되어 히터를 감싸도록 이루어진 급탕관을 포함하는 급탕수단을 포함하는 구성을 제안한다.

이에 따라, 보조탱크를 하나의 탱크로 일체화하여 가격을 절감하고, 축적된 열의 손실을 방지하도록 하며, 급탕요구에도 부응할 수 있는 효과를 기대한다.

한국 등록특허공보 제0820554호는 외통과 내통의 상, 하부에 상, 하판을 고정하고 상기 상, 하판에는 복수 개의 파이프를 관통되게 고정하여 열 교환기를 구성함과 함께 그 내부에 공간부가 형성되어 팽창기능을 갖도록 열 전달매체를 충진하되, 상기 열 교환기를 축열탱크의 내부에 설치하여 이송관을 따라 이송되는 열 전달 매체가 외통과 내통사이를 순환하도록 하고, 축열탱크 내의 물은 내통과 파이프를 통과하는 과정에서 열 전달 매체와 열 교환이 이루어지도록 하는 구성을 제안한다.

이에 따라, 접촉면적이 증대되므로 축열탱크 내의 물을 빠른 시간 내에 온수로 만들 수 있고, 생산원가를 절감하게 됨은 물론 좁은 공간에서 설치가 가능해지게 되는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행특허에 의하면 주요부품의 부분적인 모듈화를 제시하므로 설치공간의 축소에 한계성을 보이고 열교환 효율이나 부하변동에 대처하는 측면에서도 미흡한 실정이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 설치공간을 축소하면서 시공과 보수의 용이성을 보장하고 열교환 효율을 증대하여 경제성 향상을 도모할 수 있는 태양열 시스템의 축열조 모듈을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 집열기에 연결되는 태양열 시스템에 있어서: 상기 집열기에 연결된 외통 내부에 내통을 수용하여 열교환을 수행하는 본체; 상기 본체의 상측에 본체의 외통과 연결되도록 설치되는 팽창탱크; 및 상기 본체의 외주면에 설치되고, 열매체의 순환을 단속하는 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 본체는 내통의 외주면과 외통의 내주면 사이에 나선유도관을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 본체는 외통을 거쳐 내통에 도달하도록 히터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 팽창탱크는 열매체의 수위를 검출하는 레벨센서와, 압력을 설정치 이내로 조절하는 안전밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 제어기는 내통의 상측부에 설치되는 제1온도센서와, 외통의 하측부에 설치되는 제2온도센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 태양열 시스템의 축열조 모듈에 의하면, 설치공간을 축소하면서 시공과 보수의 용이성을 보장하고 열교환 효율을 증대하여 경제성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 시스템을 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 축열조 모듈을 외부를 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 축열조 모듈의 내부를 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 집열기(10)에 연결되어 난방 그리고/또는 온수를 제공하는 태양열 시스템에 관련되며, 지붕이나 외벽면에 설치되는 집열기(10)를 제외하고 대부분의 구성품을 집적화한다.

본 발명에 따른 본체(20)는 상기 집열기(10)에 연결된 외통(22) 내부에 내통(21)을 수용하여 열교환을 수행하는 구조이다. 본체(20)는 내통(21)과 외통(22)을 지닌 이중의 탱크 구조이며, 외통(22)의 외부에는 우레탄발포수지와 같은 단열재(27)로 보호된다. 내통(21)은 냉수관(13)과 온수관(14)을 구비하여 가열된 물을 부하측으로 제공하고, 외통(22)은 저온열매체관(11)과 고온열매체관(12)을 구비하여 집열기(10)로 열매체를 순환한다. 본체(20)의 외통(22)의 상면에는 열매체순환펌프(32)가 설치된다.

이때, 상기 본체(20)는 내통(21)의 외주면과 외통(22)의 내주면 사이에 나선유도관(25)을 구비한다. 열매체는 열매체순환펌프(32)에 의하여 본체(20)에서 내통(21)의 외주면과 외통(22)의 내주면 사이의 공간을 유동한다. 이러한 유동로 상에 나선유도관(25)을 설치하면 전열면적이 증가되어 내통(21)의 물을 가온하는 효율이 향상된다. 나선유도관(25) 상의 유속이 0.1m/sec 이하로 유지되도록 나선의 피치와 높이에 의한 유로단면적을 결정하는 것이 좋다. 물론 나선유도관(25)의 표면에 전열핀 역할의 요철을 형성할 수도 있다.

한편, 상기 본체(20)는 외통(22)을 거쳐 내통(21)에 도달하도록 히터(36)를 구비한다. 히터(36)가 외통(22)을 거치는 것은 외부에서 분리와 교체가 가능하면서 동절기 등에 적어도 일부의 열원으로 열매체와 집열기(10)를 가열할 수 있음을 의미한다. 물론 히터(36)의 열원의 대부분은 내통(21)의 물을 가열하여 집열기(10)의 열량부족을 감당하도록 구성하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 따르면 상기 본체(20)의 상측에 본체(20)의 외통(22)과 연결되도록 팽창탱크(34)가 설치된다. 팽창탱크(34)는 외통(22)과 모듈화가 용이하도록 평면에서 볼 때 반원형 구조로 형성하여 외통(22)의 상단에 설치한다. 즉, 팽창탱크(34)의 위치는 외통(22)의 회로 상에서 가장 상측에 배치된다.

이때, 상기 팽창탱크(34)는 열매체의 수위를 검출하는 레벨센서(44)와, 압력을 설정치 이내로 조절하는 안전밸브(38)를 구비한다. 팽창탱크(34)는 온도변화에 의한 열매체의 유출방지 및 허용압력 유지를 위하여 설치된다. 레벨센서(44)는 팽창탱크(34)의 수위를 검출하여 열매체의 부족을 인지하기 위함이다. 안전밸브(38)는 사용압력의 1.5배 이하에서 작동되도록 설치된다.

또, 본 발명에 따르면 상기 본체(20)의 외주면에 제어기(40)가 설치되어 열매체의 순환을 단속하는 제어를 수행한다. 제어기(40)는 특히 다른 부분보다 두꺼운 단열재(27)를 개재하여 외통(22)의 외면에 설치된다. 제어기(40)의 주된 알고리즘은 차온제어를 기반으로 하지만 집열기(10)의 과열 방지를 위한 드레인다운(drain down) 등의 제어를 포함한다.

이때, 상기 제어기(40)는 내통(21)의 상측부에 설치되는 제1온도센서(41)와, 외통(22)의 하측부에 설치되는 제2온도센서(42)를 구비한다. 제1온도센서(41)는 내통(21)의 상측부에서 온수의 과열상태를 검출하는 것으로서 과열온도는 통상 85~95℃ 범위로 설정된다. 제2온도센서(42)는 외통(22)의 하측부에서 열매체의 최저 온도를 검출한다. 이외에도 집열기(10)에 또 다른 온도센서가 설치되어 적어도 3개의 온도센서를 이용한 차온제어가 수행된다. 물론 시스템의 용량이 커질수록 배관 길이도 증가하므로 온도센서의 설치 수량이 증가될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 축열조 모듈에 의하면 도 1에 나타내는 것처럼 시공과 사용이 편리하고 집적화로 열손실을 줄여서 열매체와 온수 간의 전열효율을 향상할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 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 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 집열기 11: 저온열매체관
12: 고온열매체관 13: 냉수관
14: 온수관 20: 본체
21: 내통 22: 외통
25: 나선유도판 27: 단열재
32: 열매체순환펌프 34: 팽창탱크
36: 히터 38: 안전밸브
40: 제어기 41: 제1온도센서
42: 제2온도센서 44: 레벨센서

Claims

집열기(10)에 연결되는 태양열 시스템에 있어서:
상기 집열기(10)에 연결된 외통(22) 내부에 내통(21)을 수용하여 열교환을 수행하는 본체(20);
상기 본체(20)의 상측에 본체(20)의 외통(22)과 연결되도록 설치되는 팽창탱크(34); 및
상기 본체(20)의 외주면에 설치되고, 열매체의 순환을 단속하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열 시스템의 축열조 모듈.
제1항에 있어서,
상기 본체(20)는 내통(21)의 외주면과 외통(22)의 내주면 사이에 나선유도관(25)을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양열 시스템의 축열조 모듈.
제1항에 있어서,
상기 본체(20)는 외통(22)을 거쳐 내통(21)에 도달하도록 히터(36)를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양열 시스템의 축열조 모듈.
제1항에 있어서,
상기 팽창탱크(34)는 열매체의 수위를 검출하는 레벨센서(44)와, 압력을 설정치 이내로 조절하는 안전밸브(38)를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양열 시스템의 축열조 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제어기(40)는 내통(21)의 상측부에 설치되는 제1온도센서(41)와, 외통(22)의 하측부에 설치되는 제2온도센서(42)를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양열 시스템의 축열조 모듈.