KR20130075383A - 태양열을 이용한 온수 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열매체 탱크 및 열매체 배관의 내구성을 확보함과 동시에, 태양열 온수 및 난방 시스템을 주택 등의 보일러를 이용한 기존 온수 및 난방 시스템에 효율적으로 적용할 수 있도록 개선한 태양열을 이용한 온수 및 난방 시스템에 관한 발명이다.
본 발명은 이중 진공관 형식의 집열기 내부로 부동액이 포함된 물을 열매체로 사용하여, 상기 열매체가 통과되면서 가열되도록 구성하고, 이러한 가열된 열매체가 열교환 되는 축열조를 구성하며, 상기 집열기와 축열조를 배관계통으로 연결하되, 상기 배관계통에는 상부에 체크밸브가 구성된 열매체 탱크를 구성하여 배관계통의 내구성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 축열조에서 가열된 온수를 기존의 난방배관에 연결함에 있어서는, 기존의 보일러에 의한 난방 송수관과 축열조 난방 송수관을 연결하고, 기존의 난방 회수관과 축열조 난방 회수관을 연결하며, 제어부에 의해서 제어되는 밸브를 기존의 난방 송, 회수관 및 축열조 송, 회수관에 효율적으로 구성하여 태양열에 의한 온수 및 난방 시스템과 보일러에 의한 온수 및 난방 시스템의 제어가 효율적으로 제어됨을 특징으로 한다.

Description

태양열을 이용한 온수 시스템{The warm water system which uses a solar heat}

본 발명은 태양열을 이용하여 열매체를 가열하고 이러한 열매체를 열교환하여 온수를 생산함으로써 급탕용 및 난방용으로 사용하게 하는 온수 시스템에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는, 열매체 순환배관의 내구성을 확보함과 동시에 태양열 온수 시스템을 보일러를 이용한 기존 온수 및 난방 시스템에 효율적으로 적용할 수 있도록 개선한 태양열을 이용한 온수 시스템에 관한 발명이다.

주지된 바와 태양열을 이용한 온수 시스템은 오래전부터 일부 건축물에 사용되고 있는 친환경적인 온수 생산시스템이다.

상기 태양열을 이용한 온수 시스템은 태양열을 집열하여 축열조를 가열하는 열매체 순환배관과, 열매체의 열을 열교환하여 난방 및 급탕수로 사용하는 온수 순환배관으로 구성된다.

상기 태양열을 이용한 온수 시스템에서 열매체 순환배관은 열효율을 높이기 위해 밀폐형이 주로 사용되고 있으나, 상기 밀폐형 열매체 순환배관은 배관 내부 압력조절 능력이 저조하여 사용상의 문제점으로 지적되고 있다.

즉 종래 열매체 순환배관을 살펴보면, 태양열 집열기에서 가열된 열매체가 축열조에서 열교환 한 다음 공기분리기를 통하여 다시 태양열 집열기로 순환하는 구성이며, 공기분리기에는 팽창탱크를 구성하여 열매체의 열팽창을 수용하며, 공기분리게 내에 과도한 압력이 작용할 때만 배출이 되도록 하고 있는 구성으로서, 공기분리기의 내부와 열매체 순환배관의 전체에는 항상 일정한 압력이 작용하는 상태이다.

그런데 이러한 상시 압력은 태양열 집열기와 송수관, 공급관, 회수관은 물론 공기분리기와 팽창탱크 등 순환배관 전체에 상당한 부담으로 작용하므로 각 연결부분을 통한 누수와 수명의 단축 등 부작용을 일으키는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 태양열을 이용한 온수 시스템의 열매체 순환배관의 내구성을 향상시키고, 상기한 열매체 순환배관의 내구성이 향상된 태양열을 이용한 온수 시스템을 기존 주택에 설치된 보일러에 의한 난방장치와 효과적으로 연결하여 효율적으로 선택 사용이 가능한 태양열을 이용한 온수 및 난방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 이중 진공관 형식의 집열기 내부로 부동액이 포함된 물을 열매체로 사용하여, 상기 열매체가 통과되면서 가열되도록 구성하고, 이러한 가열된 열매체가 열교환 되는 축열조를 구성하며, 상기 집열기와 축열조의 사이에는 내부의 압력을 상시 배출할 수 있는 열매체 탱크를 구성하여 공기분리 기능과 보충탱크 및 압력배출 기능을 동시에 할 수 있도록 함을 특징으로 한다.

또한, 상기한 축열조에서 가열된 온수를 기존의 난방배관에 연결함에 있어서는, 기존의 보일러에 의한 난방배관과 온수배관을 연결하고 제어부에 의해서 밸브를 제어하도록 구성하여 여건에 따라 적절하고 효과적인 제어가 이루어지도록 함을 특징으로 한다.

본 발명은 체크밸브가 구성된 열매체 압력 토출배관이 열매체 탱크에 구성되고, 이로 인해 열매체의 팽창으로 인한 상시적인 압력에 의해 배관계통의 손상 및 파손을 방지하여 열매체의 과열로 인한 배관계통의 손상 및 파손을 방지해 태양열을 이용한 온수 및 난방 시스템을 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기존의 보일러에 의한 온수 및 난방 시스템에 매우 간단하게 적용이 가능하여 저렴한 비용으로 설치가 가능하고, 필요에 따라 태양열에 의한 난방가동과 보일러에 의한 난방가동의 선택 역시 매우 간편하고 효율적으로 이루어져 온수 및 난방 시스템의 효율성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 태양열 온수 및 난방 시스템의 전체 연결 구성도

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 의한 태양열 온수 및 난방 시스템은 이중 진공관 형식의 태양열 집열기(1)와, 상기 태양열 집열기(1)에서 가열된 열매체가 열교환 되는 축열조(2)와, 상기 태양열 집열기(1)와 축열조(2)를 연결하여 열매체가 순환되는 열매체 순환배관(10)이 구성되고, 기존 설치되어 있는 보일러(30)와 상기 축열조(2)를 연결하는 온수 순환배관(20) 및 제어부(40)를 포함하여 구성된다.

상기 열매체 순환배관(10)은 태양열 집열기(1)의 일측으로 가열된 열매체가 공급되는 열매체 공급관(11)이 구성되고, 태양열 집열기(1)의 타측에는 열매체 송수관(16)이 구성되며, 상기 열매체 공급관(11)은 축열조(2)와 연결되고, 상기 열매체 공급관(11)에는 집열온도센서(41)가 구성되며, 상기 집열온도센서(41)는 제어부(40)와 연결된다.

열매체가 채워진 열매체 탱크(14)를 설치하여 열매체가 축열조(2)를 통과한 다음에는 열매체 회수관(17)을 통하여 열매체 탱크(14)로 연결되며, 열매체 탱크(14)의 다른 측에 연결되는 열매체 송수관(16)에는 열매체 순환펌프(15)를 설치하여 열매체를 압송하게 된다.

열매체 탱크(14)에는 상부에 체크밸브(12)가 포함된 열매체 압력 토출배관(13)을 구성하는데, 체크밸브(12)는 최소한의 압력으로 개방되어 열매체 탱크(14)의 압력이 발생하는 즉시 내부의 공기(또는 수증기 상태)를 배출토록 한다.

상기 열매체 탱크(14)에는 급수관(26')이 연결되어 열매체의 수위가 적정수준 이하가 되면 밸브(3')를 개방하여 보충토록 한다.

상기 온수 순환배관(20)을 살펴보면, 축열조(2)의 일측으로 상수도가 공급되는 급수관(26)이 구성되고, 타측으로 체크밸브(12)가 포함된 온수 토출배관(21)이 구성되며, 상기 온수 토출배관(21)은 열매체 압력 토출배관(13)과 연결된다.

상기 축열조(2)의 일측에는 밸브(3)가 포함된 온수 송수관(22)을 구성되고, 상기 온수 송수관(22)은 상수도를 공급하는 기존 급수관(31)에 연결되어 축열조(2)에서 공급된 온수가 보일러(30)를 통과한 후 온수 공급관(35)을 통해 사용가능하게 구성된다.

상기 축열조(2)의 일측에는 밸브(3)가 포함된 난방 송수관(23)이 구성되고, 상기 난방 송수관(23)은 보일러(30)에서 토출되는 기존 난방 송수관(33)에 연결된다.

상기 축열조(2)의 일측에는 밸브(3) 및 온수 순환펌프(25)가 포함된 난방 회수관(24)이 구성되고, 상기 난방 회수관(24)은 기존 난방 회수관(32)에 연결된다.

상기 집열온도센서(41)의 일측에는 제어부(40)가 구성되고, 상기 제어부(40)는 집열온도센서(41)의 온도를 측정하여 열매체 순환배관(10)의 모든 밸브(3) 및 열매체 순환펌프(15)와, 온수 순환배관(20)의 모든 밸브(3) 및 온수 순환펌프(25)의 작동을 제어하도록 구성되며, 보일러(30)의 작동 또한 제어하도록 구성된다.

도면의 미설명 부호 34는 난방배관을 나타낸다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

태양열에 의해 태양열 집열기(1)에서 가열된 열매체는 열매체 순환펌프(15)의 작용에 의해 축열조(2)로 유입되고, 축열조(2) 내부에서 열교환된 열매체는 열매체 회수관(17)을 통해 열매체 탱크(14)로 유입되며 열매체 순환배관(10)을 순환하게 된다.

상기한 열매체의 순환과정에서, 열매체의 고온으로 인해 열매체가 팽창되고, 열매체가 순환되는 열매체 순환배관(10) 및 열매체 탱크(14)에 고압이 발생되는 상황이 되면, 열매체 탱크(14)의 상부에 구성된 체크밸브(12)를 통해 공기나 수증기 상태의 압력이 배출되고, 배출된 압력은 열매체 압력 토출배관(13)을 통해 빠져나가게 되는 것이다.

태양열로 온수가열이 부족한 야간에는 보일러(30)에서 가열된 온수가 기존 난방 송수관(23)을 통해 난방배관(34)으로 유입되고, 기존 난방 회수관(32)을 통해 보일러(30)로 회수되는 난방작용을 하며, 상기 보일러(30)에는 급수관(26)과 연결된 기존 급수관(31)을 통해 상수도가 공급되어, 보일러(30)에서 가열된 상수도가 온수 공급관(35)을 통해 온수로 사용된다.

주간에는 제어부(40)에 형성된 실외 온도센서에 의해 열매체의 열매체 순환배관(10) 순환이 시작되고, 집열온도센서(41)가 일정 수준이상의 열매체 온도를 감지하면 제어부(40)의 작동에 의해 보일러(30)의 작동은 중지되고, 열매체 순환펌프(15)가 작동을 시작하며, 축열조(2) 내부에서 열교환에 의해 생성된 온수는 난방 송수관(23)을 통해 난방배관(34)으로 공급되고, 이때 제어부(40)의 제어로 인해 보일러(30) 방향으로 온수가 유입되는 것이 방지된다.

난방배관(34)을 통과한 온수는 온수 순환펌프(25)를 거치며 난방 회수관(24)을 통해 축열조(2)로 회수되고, 이때 제어부(40)의 제어로 인해 보일러(30) 방향으로 온수가 유입되는 것이 방지된다.

야간에 보일러(30)에 의한 온수 및 난방시스템이 작용할 때에는, 제어부(40)의 제어로 열매체 순환배관(10)의 모든 밸브(3)와 열매체 순환펌프(15)의 가동 중지되어 열매체의 순환이 중단되며, 온수 순환배관(20)의 일부 밸브(3)와 온수 순환펌프(25)의 가동 중지로 인해 보일러(30)의 온수가 축열조(2)로 유입되는 것이 차단된다.

1: 태양열 집열기 2: 축열조
3: 밸브 10: 열매체 순환배관
11: 열매체 공급관 12: 체크밸브
13: 열매체 압력 토출배관 14: 열매체 탱크
15: 열매체 순환펌프 16: 열매체 송수관
17: 열매체 회수관 20: 온수 순환배관
21: 온수 토출배관 22: 온수 송수관
23: 난방 송수관 24: 난방 회수관
25: 난방 순환펌프 26: 급수관
30: 보일러 31: 기존 급수관
32: 기존 난방 회수관 33: 기존 난방 송수관
34: 난방배관 35: 온수 공급관

Claims (2)

1. 태양열 집열기(1)와, 상기 태양열 집열기(1)에서 가열된 열매체가 열교환 되는 축열조(2)와, 상기 태양열 집열기(1)와 축열조(2) 사이에는 열매체 순환배관(10)이 구성되고, 보일러(30)와 상기 축열조(2)를 연결하는 온수 순환배관(20)이 구성된 태양열을 이용한 온수 및 난방 시스템에 있어서,
   상기 열매체 순환배관(10)은 태양열 집열기(1)의 일측으로 가열된 열매체가 공급되는 열매체 공급관(11)이 구성되고, 태양열 집열기(1)의 타측에는 열매체 송수관(16)이 구성되며,
   상기 열매체 공급관(11)은 축열조(2)와 연결되고, 상기 열매체 공급관(11)에는 집열온도센서(41)가 구성되며,
   열매체가 축열조(2)를 통과한 다음에는 열매체 회수관(17)을 통하여 열매체 탱크(14)로 연결하되, 열매체 탱크(14)의 다른 측에 연결되는 열매체 송수관(16)에는 열매체 순환펌프(15)를 설치하여 열매체를 압송하게 되며,
   열매체 탱크(14)에는 상부에 체크밸브(12)가 포함된 열매체 압력 토출배관(13)을 구성하되, 체크밸브(12)는 열매체 탱크(14)의 내부에 압력이 발생하는 즉시 내부의 공기 또는 수증기를 배출토록 하고, 열매체 압력 토출배관(13)은 축열조(2)의 온수 토출배관(21)과 연결하고,
   상기 열매체 탱크(14)에는 급수관(26')이 연결되어 열매체의 수위가 적정수준 이하가 되면 밸브(3')를 개방하여 보충토록 함으로써, 열매체 순환배관(10) 전체에 압력이 존재하지 않도록 함을 특징으로 하는 태양열을 이용한 온수 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   온수 순환배관(20)은 축열조(2)의 일측으로 상수도가 공급되는 급수관(26)이 구성되고, 타측으로 체크밸브(12)가 포함된 온수 토출배관(21)이 구성되며,
   상기 축열조(2)의 일측에 온수 송수관(22)을 구성하여 상수도를 공급하는 기존 급수관(31)에 연결되어 축열조(2)에서 공급된 온수가 보일러(30)를 통과한 후 온수 공급관(35)을 통해 사용가능하게 구성하며,
   상기 축열조(2)의 일측에는 난방 송수관(23)을 구성하여 보일러(30)에서 토출되는 기존 난방 송수관(33)에 연결하고,
   상기 축열조(2)의 일측에는 밸브(3) 및 온수 순환펌프(25)가 포함된 난방 회수관(24)이 구성되고, 상기 난방 회수관(24)은 기존 난방 회수관(32)에 연결하며,
   상기 집열온도센서(41)와 연결되는 제어부(40)가 구성되고, 상기 제어부(40)는 집열온도센서(41)의 온도를 측정하여 열매체 순환배관(10)의 모든 밸브(3) 및 열매체 순환펌프(15)와, 온수 순환배관(20)의 모든 밸브(3) 및 온수 순환펌프(25)의 작동을 제어하도록 구성되며, 보일러(30)의 작동 또한 제어하도록 구성함을 특징으로 하는 태양열을 이용한 온수 시스템.

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