KR20140002140A - 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템 - Google Patents

고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템에 관한 것으로, 태양열을 집열하는 집열기; 상기 집열기에서 집열된 열이 열매체순환 배관을 통해 전달되어 열매체와 물순환 배관 내부의 물과 열교환되어 온수를 생성하는 온수 열교환기; 상기 온수 열교환기에서 생성된 온수가 상기 물순환 배관을 통해 이송되어 저장되는 축열조; 상기 축열조에 저장된 온수를 이용하여 냉수를 생성하되, 태양의 일사량이 부족하거나 일사량이 없는 경우 가동되는 가열수단이 구비된 흡수식 냉온수기; 상기 흡수식 냉온수기에서 생성된 냉수와 열교환되어 공기를 냉각시켜 냉방하거나, 상기 축열조에 저장된 온수를 공급받아 난방하는 공기조화기; 상기 축열조에 저장된 온수와, 급탕조와 연결된 급탕배관 내부의 물이 열교환되어 급탕 온수를 생성하는 급탕 열교환기; 및 상기 급탕 열교환기에서 생성된 급탕 온수가 상기 급탕배관을 통해 이송되어 저장되는 급탕조;를 포함하는 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템를 제공한다.
본 발명에 의하면, 태양열을 주열원으로 이용하되 일사량이 부족하거나 일사량이 없는 경우에도 보조 열원설비를 추가함 없이 자체 열원에 의하여 냉방과 난방은 물론이고 급탕까지 1개의 냉온수기로 가동할 수 있으므로, 태양의 일사량 유무와 관계없이 높은 열효율로 가동될 수 있을 뿐만 아니라, 냉방, 난방 및 급탕 부하를 효율적으로 제어하여 열손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템{HIGH EFFICIENCY HYBRID COOLING/HEATING AND HOT WATER SUPPLY SYSTEM WITH ABSORPTION TYPE}
본 발명은 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양열을 이용하여 냉방, 난방 및 급탕을 효율적으로 수행할 수 있는 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 흡수식 냉난방 시스템이란 가스나 스팀 등의 열원을 이용하여 건물의 냉난방을 수행하는 시스템으로서, 최근에는 태양열을 이용한 흡수식 냉난방 시스템에 관한 기술이 보급되고 있다.
이와 같이, 냉난방에 태양열을 이용하는 경우, 특히 일사 강도가 큰 하절기에 가동 비용이 절감될 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하지 않기 때문에 지구 온난화를 방지하고 환경 친화적인 장점이 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 태양열을 이용한 흡수식 냉난방 시스템(1)은 태양열을 집열하는 집열기(20), 상기 집열기(20)에서 집열된 열에 의하여 가열된 물이 저장되는 축열조(30), 상기 축열조(30)에 저장된 온수를 이용하여 냉수를 생성하는 흡수식 냉온수기(10) 및 상기 흡수식 냉온수기(10)에서 생성된 냉수와 열교환되어 공기를 냉각시키는 공기조화기(40)를 기본 구성으로 하고 있다.
그런데, 태양열에 의한 일사량이 부족하거나 일사량이 없는 경우에는 온수의 온도가 상승하지 못하여 흡수식 냉온수기(10)에서 냉매 증기의 원활한 분리가 되지 않기 때문에 냉난방 시스템이 구동되지 않게 되므로, 가스나 스팀에 의한 보조 열원설비를 사용할 수 밖에 없는 바, 일례로 보일러(50)에 의해 가열된 물은 보조탱크(51)에 저장되고 상기 보조탱크(51)에 저장된 물은 축열조(30) 내 온수의 온도를 상승시키기 위해 사용된다.
하지만, 보일러(50)의 열효율은 약 0.6 수준에 불과하여 열효율이 매우 낮고, 냉·난방의 구현이 복잡하며, 설치 및 유지 비용이 증가하는 문제가 있을 뿐만 아니라, 일사량이 부족하거나 일사량이 없을 경우 자체 내에 급탕 기능이 없어 별도의 급탕 보일러를 반드시 구비해야 하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제들을 모두 해결하기 위하여 안출된 것으로, 태양열을 주열원으로 이용하되 일사량이 부족하거나 일사량이 없는 경우에도 보조 열원설비를 추가함 없이 자체 열원에 의하여 냉방과 난방은 물론이고 급탕까지 1개의 냉온수기로 가동할 수 있으므로, 태양의 일사량 유무와 관계없이 높은 열효율로 가동될 수 있을 뿐만 아니라, 냉방, 난방 및 급탕 부하를 효율적으로 제어하여 열손실을 최소화할 수 있는 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 태양열을 집열하는 집열기; 상기 집열기에서 집열된 열이 열매체순환 배관을 통해 전달되어 열매체와 물순환 배관 내부의 물과 열교환되어 온수를 생성하는 온수 열교환기; 상기 온수 열교환기에서 생성된 온수가 상기 물순환 배관을 통해 이송되어 저장되는 축열조; 상기 축열조에 저장된 온수를 이용하여 냉수를 생성하되, 태양의 일사량이 부족하거나 일사량이 없는 경우 가동되는 가열수단이 구비된 흡수식 냉온수기; 상기 흡수식 냉온수기에서 생성된 냉수와 열교환되어 공기를 냉각시켜 냉방하거나, 상기 축열조에 저장된 온수를 공급받아 난방하는 공기조화기; 상기 축열조에 저장된 온수와, 급탕조와 연결된 급탕배관 내부의 물이 열교환되어 급탕 온수를 생성하는 급탕 열교환기; 및 상기 급탕 열교환기에서 생성된 급탕 온수가 상기 급탕배관을 통해 이송되어 저장되는 급탕조;를 포함하는 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템을 제공한다.
이때, 본 발명은 상기 흡수식 냉온수기에 냉각수를 공급하는 냉각탑을 더 포함하는 것에도 그 특징이 있다.
게다가, 본 발명은 양단이 상기 축열조에 연결되고 일부가 상기 흡수식 냉온수기에 삽입되는 제1온수순환배관을 더 포함하되, 상기 제1온수순환배관은, 온수가 상기 흡수식 냉온수기로의 유입되는 유입 관로 상에 제1삼방제어밸브가 설치되고, 온수가 상기 흡수식 냉온수기로부터 유출되는 유출 관로 상에 제2삼방제어밸브가 설치되어 있는 것에도 그 특징이 있다.
또한, 본 발명은 양단이 상기 공기조화기에 연결되고 일부가 상기 흡수식 냉온수기에 삽입되는 공조배관을 더 포함하되, 상기 공조배관은, 유체가 상기 흡수식 냉온수기로부터 유출되는 유출 관로 상에 상기 제1삼방제어밸브와 연결되는 난방수유입배관이 형성되고, 유체가 상기 흡수식 냉온수기로 유입되는 유입 관로 상에 상기 제2삼방제어밸브와 연결되는 난방수유출배관이 형성되어 있는 것에도 그 특징이 있다.
나아가, 본 발명은 상기 축열조와 급탕 열교환기의 사이에 제2온수순환배관이 설치되되, 상기 제2온수순환배관은, 온수가 상기 급탕 열교환기로 유입되는 유입 관로 상에 제1급탕밸브가 설치되고, 온수가 상기 급탕 열교환기에 열교환된 후 유출되는 유출 관로 상에 제2급탕밸브가 설치되며, 상기 제1온수순환배관의 유출 관로와 상기 제2온수순환배관의 유입 관로를 연결하는 제1연결배관과, 상기 제1온수순환배관의 유입 관로와 상기 제2온수순환배관의 유출 관로를 연결하는 제2연결배관이 형성되어 있는 것에도 그 특징이 있다.
아울러, 본 발명은 상기 집열기에 설치된 제 1 온도센서; 상기 축열조의 상단과 하단에 각각 설치된 제 2, 3 온도센서; 상기 급탕조에 설치된 제 4 온도센서; 상기 공기조화기에 설치된 제 5 온도센서; 및 상기 공조배관의 유출 관로에 설치된 제 6 온도센서;가 설치되어 있는 것에도 그 특징이 있다.
본 발명에 의하면, 태양열을 주열원으로 이용하되 일사량이 부족하거나 일사량이 없는 경우에도 보조 열원설비를 추가함 없이 자체 열원에 의하여 냉방과 난방은 물론이고 급탕까지 1개의 냉온수기로 가동할 수 있으므로, 태양의 일사량 유무와 관계없이 높은 열효율로 가동될 수 있을 뿐만 아니라, 냉방, 난방 및 급탕 부하를 효율적으로 제어하여 열손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양열을 이용한 흡수식 냉난방 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명이 적용된 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명 시스템의 냉방 운전의 상세 흐름도로서, 도 3a는 축열조를 이용한 경우, 도 3b는 가열수단을 이용한 경우이다.
도 4는 본 발명의 시스템의 난방 운전의 상세 흐름도로서, 도 4a는 축열조를 이용한 경우, 도 4b는 가열수단을 이용한 경우이다.
도 5는 본 발명의 시스템의 급탕 운전의 상세 흐름도로서, 도 5a는 축열조를 이용한 경우, 도 5b는 가열수단을 이용한 경우이다.
본 발명자는 태양열을 이용한 종래의 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템은 일사량이 부족하거나 일사량이 없는 경우 보일러 등의 보조 열원설비를 사용하는데, 열효율이 매우 낮고, 냉·난방의 구현이 복잡하며, 설치 및 유지 비용이 증가하고, 자체적으로 급탕 기능이 없어 급탕 보일러가 별도로 구비되어야 하는 문제들이 있음을 인지하고, 상기 문제들을 해결하기 위하여 연구와 노력을 거듭한 결과 태양열을 주열원으로 이용하되 일사량이 부족하거나 일사량이 없는 경우에도 보조 열원설비를 추가함 없이 자체 열원에 의하여 냉방과 난방은 물론이고 급탕까지 1개의 냉온수기로 가동할 수 있으므로, 태양의 일사량 유무와 관계없이 높은 열효율로 가동될 수 있을 뿐만 아니라, 냉방, 난방 및 급탕 부하를 효율적으로 제어하여 열손실을 최소화할 수 있는 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템에 관한 본 발명을 완성시켰다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 집열기(110), 온수 열교환기(120), 축열조(130), 흡수식 냉온수기(140), 공기 조화기(160), 급탕 열교환기(170) 및 급탕조(180)를 포함하여 이루어지고, 냉각탑(150)이 더 포함되어 구성될 수 있다.
상기 집열기(110)는 집열판을 구비하여 태양열을 집열하여 열매체순환 배관(191)의 내부에 수용된 열매체를 가열하는 기능을 하는 구성이다.
온수 열교환기(120)는 상기 집열기(110)에서 집열된 열이 열매체순환 배관(191)을 통해 전달되어 열매체와 물순환 배관(192) 내부의 물과 열교환되어 온수를 생성하는 바, 즉, 열매체가 열매체 순환펌프(P1)에 의해 열매체순환 배관(191)의 내부를 유동하고, 물이 물순환 펌프(P2)에 의해 물순환 배관(192)의 내부를 유동하며, 상기 열매체순환 배관(191)과 물순환 배관(192)의 각 일부가 상기 온수 열교환기(120)를 통과한다.
이로써, 태양열에 의해 가열된 열매체가 물순환 배관(192) 내부의 물에 열을 전달하여 온수를 생성한다.
상기 축열조(130)는 상기 온수 열교환기(120)에서 생성된 온수가 상기 물순환 배관(192)을 통해 이송되어 저장되는 부분으로서, 상기 물순환 배관(192)과 더불어, 온수를 상기 흡수식 냉온수기(140)를 통과하여 순환시키는 제 1 온수순환배관(193a) 및 온수를 상기 급탕 열교환기(170)를 통과하여 순환시키는 제 2 온수순환배관(193b)이 연결된다.
상기 제 1 온수순환배관(193a)은 상기 축열조(130)에 저장되어 있는 온수를 상기 흡수식 냉온수기(140)나 공조배관(195) 측으로 순환시키는 제 1 온수순환펌프(P3)가 설치되고, 관로 상에는 제 1 삼방제어밸브(V1)와 제 2 삼방제어밸브(V2)가 설치된다.
이때, 상기 제 1 삼방제어밸브(V1)와 제 2 삼방제어밸브(V2)는 3 방향의 유체 흐름을 제어하는 밸브(3way valve)로서, 상기 제 1 삼방제어밸브(V1)는 온수가 상기 흡수식 냉온수기(140)로 유입되는 유입 관로 상에 설치되고, 상기 제 2 삼방제어밸브(V2)는 온수가 상기 흡수식 냉온수기(140)로부터 유출되는 유출 관로 상에 설치된다.
또한, 상기 제 2 온수순환배관(193b)은 상기 축열조(130)에 저장되어 있는 온수를 상기 급탕 열교환기(170) 측으로 순환시키는 제 2 온수순환펌프(P4)가 설치되고, 온수가 상기 급탕 열교환기(170)로 유입되는 유입 관로 상에 제 1 온수밸브(V5)가 설치되고, 온수가 상기 급탕 열교환기(170)에 열교환된 후 유출되는 유출 관로 상에 제 2 온수밸브(V6)가 설치된다.
상기 흡수식 냉온수기(140)는 상기 축열조(130)에 저장된 온수를 이용하여 냉수를 생성하되, 태양의 일사량이 부족하거나 일사량이 없는 경우 가동되는 가열수단이 구비되는 부분이다.
즉, 상기 흡수식 냉온수기(140)는 가스 버너 등의 가열수단이 구비되어 날씨가 흐리거나 일몰 등으로 인하여 태양열을 사용하지 못하거나 태양열이 부족한 경우 가열수단을 작동시켜 보조열원으로 사용하여 효율적인 제어가 가능하여 열손실을 최소화할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 일측에는 냉각탑(150)의 냉각수가 순환되는 냉각수순환 배관(199)의 일부가 통과하고, 타측에는 상기 제 1 온수순환배관(193a)과 공조배관(195)의 일부가 통과한다.
상기 냉각탑(150)은 상기 흡수식 냉온수기(140)에 냉각수를 공급하는 부분으로서, 냉각수순환 배관(199)이 연결되고, 상기 냉각수순환 배관(199)의 일부가 상기 흡수식 냉온수기(140)를 통과하며, 그 내부 냉각수의 흐름은 관로 상에 설치된 냉각수순환 펌프(P7)에 의하여 조절된다.
상기 공기조화기(160)는 상기 흡수식 냉온수기에서 생성된 냉수와 열교환되어 공기를 냉각시켜 냉방하거나, 상기 축열조에 저장된 온수를 공급받아 난방하는 부분이고, 공조배관(195)의 양단이 연결되며, 상기 공조배관(195)의 일부가 흡수식 냉온수기(140)를 통과하여 열교환된다.
이때, 상기 공조배관(195)의 관로 상에는 공조배관(195) 내부의 물을 관류시키는 공조 펌프(P5)가 설치되고, 상기 공조 펌프(P5)를 중심으로 양측에 제 1 공조밸브(V3)와 제 2 공조밸브(V4)가 설치되며, 상기 공기 조화기(160)와 근접한 관로 상에 공조배관(195) 내부의 물 유량을 제어하는 유량제어밸브(V9)가 설치된다.
또한, 유체가 상기 흡수식 냉온수기로부터 유출되는 공조배관(195)의 유출 관로 상에 상기 제 1 삼방제어밸브(V1)와 연결되는 난방수유입배관(197)이 형성되고, 유체가 상기 흡수식 냉온수기로 유입되는 공조배관(195)의 유입 관로 상에 상기 제 2 삼방제어밸브와 연결되는 난방수유출배관(198)이 형성된다.
아울러, 상기 제 1 온수순환배관(193a)의 유입 관로와 상기 제 2 온수순환배관(193b)의 유출 관로를 연결하는 제 1 연결배관(196a)과, 상기 제 1 온수순환배관(193a)의 유출 관로와 상기 제 2 온수순환배관(193b)의 유입 관로를 연결하는 제 2 연결배관(196b)을 더 포함하여 구성되는 바, 상기 제 1 연결배관(196a)의 관로 상에 제 3 온수밸브(V7)가 설치되고, 상기 제 2 연결배관(196b)의 관로 상에 제 4 온수밸브(V8)가 설치된다.
상기 급탕 열교환기(170)는 상기 축열조(130)에 저장된 온수와 급탕조(180)와 연결된 급탕배관(194) 내부의 물이 열교환되어 급탕 온수를 생성하는 것이고, 상기 급탕조(180)는 상기 급탕 열교환기(170)에서 생성된 급탕 온수가 상기 급탕배관(194)을 통해 이송되어 저장되는 것이다.
한편, 상기 집열기(110)에 설치된 제 1 온도센서(S1)와, 상기 축열조(130)의 상단과 하단에 각각 설치된 제 2, 3 온도센서(S2, S3)와, 상기 급탕조(180)에 설치된 제 4 온도센서(S4)와, 상기 공기조화기(160)에 설치된 제 5 온도센서(S5) 및 상기 공조배관(195)의 유출 관로에 설치된 제 6 온도센서(S6)가 설치되어, 온도 센서에 의해 감지된 온도와 기 설정 온도를 비교하여 다양한 상황에 맞춰 냉난방 및 급탕의 운전을 효율적으로 제어할 수 있다.
이하, 본 발명의 작용에 대하여 도 3a 내지 도 5b를 참조하여 상세히 설명한다.
< 냉 방 >
본 발명의 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템(100)에 의한 냉방은 태양의 일사량이 충분한 경우, 도 3a에 도시된 바와 같이, 먼저 집열기(110)에서 가열된 열매체가 열매체순환 펌프(P1)에 의해 열매체순환 배관(191)을 따라 온수 열교환기(120) 내부로 유입되고, 동시에 축열조(130) 내부에 저장되어 있던 물이 물순환 펌프(P2)에 의해 물순환 배관(192)을 따라 온수 열교환기(120)의 내부로 유입되어, 온수 열교환기(120)의 내부에서 열매체와 물이 열교환되어 물이 가열됨으로써 온수가 생성되고, 온수는 축열조(130)에 저장된다.
이때, 축열조(30)의 상단에 설치된 제 2 온도센서(S2)가 기 설정 온도에 도달하게 되면, 제어반(미도시)이 이를 감지하여 제 1 온수순환펌프(P3)를 가동시키고, 제 1 삼방제어밸브(V1)와 제 2 삼방제어밸브(V2)의 난방수유입배관(197)과 난방수유출배관(198) 측 관로를 차단하며, 제 1 공조밸브(V3)와 제 2 공조밸브(V4)는 개방한다.
제 1 온수순환펌프(P3)의 가동에 의해 상기 축열조(130)에 저장되 있던 온수가 제 1 온수순환배관(193a)을 따라 제 1 삼방제어밸브(V1)를 거쳐 흡수식 냉온수기(140)의 내부로 유입된다. 이때, 상기 제 1 삼방제어밸브(V1)는 난방수유입배관(197) 측을 차단하여 온수가 난방수유입배관(197)으로 유출되지 않도록 한다.
흡수식 냉온수기(140)에 유입된 온수는 흡수식 냉온수기(140)에 열원을 제공하여 흡수식 냉온수기(140)가 냉수를 생성할 수 있도록 하며, 흡수식 냉온수기(140)를 경유한 온수는 수온이 하락하여 제 1 온수순환배관(193a)를 따라 제 2 삼방제어밸브(V2)를 거쳐 축열조(130)로 순환된다. 여기서, 제 2 삼방제어밸브(V2)는 난방수유출배관(198) 측을 차단하여 물이 난방수유출배관(198)으로 유출되지 않도록 한다.
또한, 공조배관(195)에 설치된 공조펌프(P5)가 작동되어 공조배관(195)의 물이 제 1 공조밸브(V3)를 거쳐 흡수식 냉온수기(140)로 유입되고, 유입된 물은 흡수식 냉온수기(140)에서 냉수로 변환된 후 제 2 공조밸브(V4)를 거쳐 공기조화기(160)로 유입되어 실내 공기를 냉각시킨다.
아울러, 냉각탑(150)에서는 냉각수순환 펌프(P7)가 가동되어 냉각수순환 배관(199)을 통하여 냉각수를 흡수식 냉온수기(140)로 공급한다.
날씨가 흐리거나 일몰시와 같이 태양의 일사량이 없는 경우, 집열기(110)에 설치된 제 1 온도센서(S1)의 온도 감지에 의하여 제 1 온수순환펌프(P3)의 동작이 정지하게 되고, 흡수식 냉온수기(140)가 가스 등의 가열수단(141)을 이용하여 냉방을 수행하게 된다.
즉, 도 3b에 도시된 바와 같이, 가열수단(141)이 가동되어 흡수식 냉온수기(140)에 고온의 열이 공급되고, 이를 에너지원으로 하여 흡수식 냉온수기(140)가 가동하여 냉수를 생성한다. 여기서, 공조배관(195)을 통해 제 1 공조밸브(V3)를 거쳐 흡수식 냉온수기(140)로 유입된 물은 냉수로 변환되고, 제 2 공조밸브(V4)를 거쳐 공조배관(195)을 통해 공기조화기(160)로 유입되어 실내 공기를 냉각시킨다.
또한, 냉각탑(150)에서는 냉각수순환 펌프(P7)가 가동되어 냉각수순환 배관(199)을 통하여 냉각수를 흡수식 냉온수기(140)로 공급한다.
이와 같이, 위에서 가열수단(141)을 사용하는 경우와 가열수단(141)을 사용하지 않는 경우에 대하여 예시하였고, 이들이 각각 개별적으로 활용될 수도 있으나, 태양열의 이용이 가능하지만 태양의 일사량이 부족한 경우에는 도 3a와 도 3b를 혼합한 경우 즉, 태양열과 가열수단(141)을 동시에 사용하여 냉방할 수도 있으며, 이러한 과정은 당업자라면 상술된 내용으로부터 충분히 이해할 수 있으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
나아가, 제어반은 상기 공기조화기(160)에 설치된 제 5 온도센서(S5)의 감지온도와 사용자의 작동신호를 수신하여 실내 냉방을 실현하는 바, 축열조(130) 상단의 제 2 온도센서(S2)의 감지온도가 냉방시 태양열 사용 설정온도보다 높으면 태양열을 이용하여 냉방을 실현하되, 상기 공조배관(195)의 유출 관로에 설치된 제 6 온도센서(S6)의 감지온도가 태양열 사용 냉방 부하 설정온도보다 크면 태양열과 가열수단을 동시에 이용하는 하이브리드 모드로 냉방을 실현하며, 반대로 작으면 태양열만을 이용한 냉방을 실현하는 것이다.
한편, 축열조(130)의 상단의 제 2 온도센서(S2)가 태양열 사용시 설정온도보다 낮으면 태양열은 배제하고 가열수단만을 이용한 냉방을 실현한다.
< 난 방 >
본 발명의 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템(100)에 의한 난방은 태양의 일사량이 충분한 경우, 도 4a에 도시된 바와 같이, 먼저 집열기(110)에서 가열된 열매체가 열매체순환 펌프(P1)에 의해 열매체순환 배관(191)을 따라 온수 열교환기(120) 내부로 유입되고, 동시에 축열조(130) 내부에 저장되어 있던 물이 물순환 펌프(P2)에 의해 물순환 배관(192)을 따라 온수 열교환기(120)의 내부로 유입되어, 온수 열교환기(120)의 내부에서 열매체와 물이 열교환되어 물이 가열됨으로써 온수가 생성되고, 온수는 축열조(130)에 저장된다.
이때, 축열조(30)의 상단에 설치된 제 2 온도센서(S2)가 기 설정 온도에 도달하게 되면, 제어반(미도시)이 이를 감지하여 제 1 온수순환펌프(P3)를 가동시키고, 제 1 삼방제어밸브(V1)와 제 2 삼방제어밸브(V2)의 흡수식 냉온수기(140) 측 관로를 차단하며, 이에 의해 온수가 제 1 삼방제어밸브(V1)를 거쳐 난방수유입배관(197)을 통해 공조배관(195)으로 유입된다.
그리고, 온수는 공조배관(195)을 통해 공기조화기(160)에 공급되어 실내 난방이 실현되고, 난방에 사용된 온수는 난방수유출배관(198)을 따라 제 2 삼방제어밸브(V2)를 거친 후 축열조(130)로 순환되는 것이다.
이때, 난방에 사용된 온수가 흡수식 냉온수기(140)로 유입되는 것을 방지하기 위하여 제 1 공조밸브(V3)와 제 2 공조밸브(V4)는 차단된다.
날씨가 흐리거나 일몰시와 같이 태양의 일사량이 없는 경우, 집열기(110)에 설치된 제 1 온도센서(S1)의 온도 감지에 의하여 제 1 온수순환펌프(P3)의 동작이 정지하게 되고, 흡수식 냉온수기(140)가 가스 등의 가열수단(141)을 이용하여 난방을 수행하게 된다.
즉, 도 4b에 도시된 바와 같이, 가열수단(141)이 가동되어 흡수식 냉온수기(140)에 고온의 열이 공급되고, 공조배관(195)의 물이 제 1 공조밸브(V3)를 거쳐 흡수식 냉온수기(140)에 유입되며, 흡수식 냉온수기(140)는 고온의 열을 에너지원으로 하여 물을 가열하여 온수를 생성한다. 이때 생성된 온수는 공조배관(195)을 따라 제 2 공조밸브(V4)를 거쳐 공기조화기(160)로 유입되어 실내 난방을 수행하고, 난방에 사용된 온수는 다시 공조배관(195)을 따라 제 1 공조밸브(V3)를 거쳐 흡수식 냉온수기(140)로 유입되는 난방 사이클이 유지되는 것이다.
이와 같이, 위에서 가열수단(141)을 사용하는 경우와 가열수단(141)을 사용하지 않는 경우에 대하여 예시하였고, 이들이 각각 개별적으로 활용될 수도 있으나, 태양열의 이용이 가능하지만 태양의 일사량이 부족한 경우에는 도 4a와 도 4b를 혼합한 경우 즉, 태양열과 가열수단(141)을 동시에 사용하여 난방할 수도 있으며, 이러한 과정은 당업자라면 상술된 내용으로부터 충분히 이해할 수 있으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
나아가, 제어반은 상기 공기조화기(160)에 설치된 제 5 온도센서(S5)의 감지온도와 사용자의 작동신호를 수신하여 실내 난방을 실현하는 바, 축열조(130) 상단의 제 2 온도센서(S2)의 감지온도가 난방시 태양열 사용 설정온도보다 높으면 태양열을 이용하여 난방을 실현하되, 상기 공조배관(195)의 유출 관로에 설치된 제 6 온도센서(S6)의 감지온도가 태양열 사용시 난방 부하 설정온도보다 작으면 태양열과 가열수단을 동시에 이용하는 하이브리드 모드로 냉방을 실현하며, 반대로 크면 태양열만을 이용한 냉방을 실현하는 것이다.
한편, 축열조(130)의 상단의 제 2 온도센서(S2)가 태양열 사용 설정온도보다 낮으면 태양열은 배제하고 가열수단만을 이용한 난방을 실현한다.
< 급 탕 >
본 발명의 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템(100)에 의한 급탕은 태양열을 열원으로 우선적으로 사용하여 실시되는 바, 태양의 일사량이 충분한 경우, 도 5a에 도시된 바와 같이, 먼저 집열기(110)에서 가열된 열매체가 열매체순환 펌프(P1)에 의해 열매체순환 배관(191)을 따라 온수 열교환기(120) 내부로 유입되고, 동시에 축열조(130) 내부에 저장되어 있던 물이 물순환 펌프(P2)에 의해 물순환 배관(192)을 따라 온수 열교환기(120)의 내부로 유입되어, 온수 열교환기(120)의 내부에서 열매체와 물이 열교환되어 물이 가열됨으로써 온수가 생성되고, 온수는 축열조(130)에 저장된다.
이때, 제어반은 급탕조(180)에 설치된 제 4 온도센서(S4)의 감지온도를 읽어 감지온도가 급탕의 설정온도보다 낮으면 급탕 부하 발생으로 판단하여 급탕이 실현되며, 축열조(130) 상단의 제 2 온도센서(S2)의 감지온도가 태양열 사용 급탕 설정온도보다 크면 태양열을 이용한 급탕을 실시하되, 여기서 제 2 온수순환펌프(P4)가 가동됨으로 인하여 축열조(130)에 저장된 온수가 제 2 온수순환배관(193b)을 따라 제 1 온수밸브(V5)를 거쳐 급탕 열교환기(170)를 통과하여 열교환된 후 제 2 온수순환배관(193b)을 따라 제 2 온수밸브(V6)를 거쳐 다시 축열조(130)로 순환된다.
또한, 급탕조(180)의 물도 급탕배관(194)을 통해 순환하면서 급탕 열교환기(170) 통과시 온수와 열교환된 급탕 온수가 급탕조(180)로 유입되어 급탕이 이루어진다.
이때, 제어반은 제 3 온수밸브(V7)와 제 4 온수밸브(V8)를 차단하여 축열조(130)의 온수가 제 1 연결배관(196a)과 제 2 연결배관(196b)로 유출되지 않도록 한다.
그리고, 날씨가 흐리거나 일몰시와 같이 태양의 일사량이 없는 경우, 도 5b에 도시된 바와 같이, 축열조(130) 상단의 제 2 온도센서(S2)의 감지온도가 태양열 사용 급탕 설정온도보다 작으면 태양열을 이용하지 않는 급탕을 실시하되, 제어반은 제 2 온수순환펌프(P4)를 가동하고, 제 1 온수밸브(V5)와 제 2 온수밸브(V6)를 차단하는 대신 제 3 온수밸브(V7)와 제 4 온수밸브(V8)를 개방한다.
이렇게 되면, 제 2 온수순환배관(193b)에 잔류하고 있던 물이 제 1 연결배관(196a)을 통해 흡수식 냉온수기(140)에 유입되고, 가열수단(141)에 의하여 가열되어 온수가 생성되며, 생성된 온수는 제 2 연결배관(196b)을 통해 제 2 온수순환배관(193b)을 거쳐 급탕 열교환기(170)를 통과하면서 급탕배관(194)의 물과 열교환되어 급탕 온수를 생성하고, 급탕 온수는 급탕조(180)로 유입된다.
이와 같이, 위에서 가열수단(141)을 사용하는 경우와 가열수단(141)을 사용하지 않는 경우에 대하여 예시하였고, 이들이 각각 개별적으로 활용될 수도 있으나, 태양열의 이용이 가능하지만 태양의 일사량이 부족한 경우에는 도 5a와 도 5b를 혼합한 경우 즉, 태양열과 가열수단(141)을 동시에 사용하여 급탕할 수도 있으며, 이러한 과정은 당업자라면 상술된 내용으로부터 충분히 이해할 수 있으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
또한, 본 발명의 시스템에 의한 급탕은 냉방 또는 난방 운전 중에도 가능할 뿐만 아니라, 냉난방 부하가 없는 기간에는 급탕 전용 모드로의 운전도 가능하다.
결국, 본 발명에 따른 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템에 의하면, 태양열을 주열원으로 이용하되 일사량이 부족하거나 일사량이 없는 경우에도 보조 열원설비를 추가함 없이 자체 열원에 의하여 냉방과 난방은 물론이고 급탕까지 1개의 냉온수기로 가동할 수 있으므로, 태양의 일사량 유무와 관계없이 높은 열효율로 가동될 수 있을 뿐만 아니라, 냉방, 난방 및 급탕 부하를 효율적으로 제어하여 열손실을 최소화할 수 있는 것이다.
본 발명에서 상기 실시 형태는 하나의 예시로서 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
1. 종래의 태양열을 이용한 흡수식 냉난방 시스템
10. 흡수식 냉온수기 20. 집열기
30. 축열조 40. 공기조화기
50. 보일러 51. 보조 탱크
100. 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템
110. 집열기 120. 온수 열교환기
130. 축열조 140. 흡수식 냉온수기 141. 가열수단
150. 냉각탑 160. 공기 조화기
170. 급탕 열교환기 180. 급탕조
191. 열매체순환 배관 192. 물순환 배관
193a. 제 1 온수순환배관 193b. 제 2 온수순환배관
194. 급탕배관 195. 공조배관
196a. 제 1 연결배관 196b. 제 2 연결배관
197. 난방수유입배관 198. 난방수유출배관
199. 냉각수순환 배관
P1. 열매체 순환펌프 P2. 물 순환펌프
P3. 제1온수순환펌프 P4. 제2온수순환펌프
P5. 공조 펌프 P6. 급탕수 순환펌프
P7. 냉각수 순환펌프 V1. 제 1 삼방제어밸브
V2. 제 2 삼방제어밸브 V3. 제 1 공조밸브
V4. 제 2 공조밸브 V5. 제 1 온수밸브
V6. 제 2 온수밸브 V7. 제 3 온수밸브
V8. 제 4 온수밸브 V9. 유량제어밸브
S1. 제 1 온도센서 S2. 제 2 온도센서
S3. 제 3 온도센서 S4. 제 4 온도센서
S5. 제 5 온도센서 S6. 제 6 온도센서

Claims (8)

  1. 태양열을 집열하는 집열기;
    상기 집열기에서 집열된 열이 열매체순환 배관을 통해 전달되어 열매체와 물순환 배관 내부의 물과 열교환되어 온수를 생성하는 온수 열교환기;
    상기 온수 열교환기에서 생성된 온수가 상기 물순환 배관을 통해 이송되어 저장되는 축열조;
    상기 축열조에 저장된 온수를 이용하여 냉수를 생성하되, 태양의 일사량이 부족하거나 일사량이 없는 경우 가동되는 가열수단이 구비된 흡수식 냉온수기;
    상기 흡수식 냉온수기에서 생성된 냉수와 열교환되어 공기를 냉각시켜 냉방하거나, 상기 축열조에 저장된 온수를 공급받아 난방하는 공기조화기;
    상기 축열조에 저장된 온수와, 급탕조와 연결된 급탕배관 내부의 물이 열교환되어 급탕 온수를 생성하는 급탕 열교환기; 및
    상기 급탕 열교환기에서 생성된 급탕 온수가 상기 급탕배관을 통해 이송되어 저장되는 급탕조;를 포함하는 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 흡수식 냉온수기에 냉각수를 공급하는 냉각탑을 더 포함하는 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    양단이 상기 축열조에 연결되고 일부가 상기 흡수식 냉온수기에 삽입되는 제1온수순환배관을 더 포함하되,
    상기 제1온수순환배관은, 온수가 상기 흡수식 냉온수기로의 유입되는 유입 관로 상에 제1삼방제어밸브가 설치되고, 온수가 상기 흡수식 냉온수기로부터 유출되는 유출 관로 상에 제2삼방제어밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    양단이 상기 공기조화기에 연결되고 일부가 상기 흡수식 냉온수기에 삽입되는 공조배관을 더 포함하되,
    유체가 상기 흡수식 냉온수기로부터 유출되는 상기 공조배관의 유출 관로 상에 상기 제 1 삼방제어밸브와 연결되는 난방수유입배관이 형성되고, 유체가 상기 흡수식 냉온수기로 유입되는 상기 공조배관의 유입 관로 상에 상기 제 2 삼방제어밸브와 연결되는 난방수유출배관이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 축열조와 급탕 열교환기의 사이에 제 2 온수순환배관이 설치되되,
    상기 제 2 온수순환배관은, 온수가 상기 급탕 열교환기로 유입되는 유입 관로 상에 제 1 온수밸브가 설치되고, 온수가 상기 급탕 열교환기에 열교환된 후 유출되는 유출 관로 상에 제 2 온수밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고효율 하이브리드식 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 온수순환배관의 유입 관로와 상기 제 2 온수순환배관의 유출 관로를 연결하는 제 1 연결배관과, 상기 제 1 온수순환배관의 유출 관로와 상기 제 2 온수순환배관의 유입 관로를 연결하는 제 2 연결배관을 포함하는 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 연결배관의 관로 상에 제 3 온수밸브가 설치되고, 상기 제 2 연결배관의 관로 상에 제 4 온수밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 집열기에 설치된 제 1 온도센서; 상기 축열조의 상단과 하단에 각각 설치된 제 2, 3 온도센서; 상기 급탕조에 설치된 제 4 온도센서; 상기 공기조화기에 설치된 제 5 온도센서; 및 상기 공조배관의 유출 관로에 설치된 제 6 온도센서;가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고효율 하이브리드 흡수식 냉난방 및 급탕 시스템.




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