KR20140007028A - 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양열 에너지를 열원으로 활용하여, 냉,난방을 해결할 수 있고, 특히 동절기에는 난방을 위해 사용하고, 하절기에는 냉방을 위해 사용할 수 있는 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템에 관한 것으로, 태양광을 이용하여 전기에너지를 생산하는 태양광 발전 모듈과, 태양열을 이용하여 순환되는 열매체를 가열하는 태양열 집열 모듈과, 상기 태양열 집열 모듈로부터 공급되는 고온의 열매체와 열교환을 통해 발생된 온수를 저장하고, 저장된 온수를 난방수 및 생활온수로 공급하는 축열조와, 상기 태양광 발전 모듈 및 축열조와 연결되어 상기 태양광 발전 모듈에서 생산된 전기에너지를 생활 전기로 공급하거나, 별도의 배터리에 저장하도록 제어하고, 상기 축열조의 상태를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템{cooling and heating system with composition energy control}
본 발명은 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양열 에너지를 열원으로 활용하여 동절기에는 난방을 위해 사용하고, 하절기에는 냉방을 위해 사용할 수 있는 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템에 관한 것이다.
태양에너지를 이용하는 발전은 태양광을 이용하는 발전장치와 태양열을 이용하는 집열장치로 구분할 수 있다.
태양광을 이용하는 발전장치는 광전효과를 이용하여 태양의 광에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 태양전지(solar cell)를 이용하는 방식으로, 태양전지가 실장되는 태양전지 리시버와, 상기 태양전지의 상부에 렌즈를 설치하여 태양광을 상기 태양전지에 집광하는 구조이다.
태양열을 이용하는 집열장치는 태양의 열에너지를 집열하여 열매체를 데우는방식이다. 태양전지를 이용하는 발전은 설치가 용이하고 설비비가 적게 드는 이점이 있으나, 현재 실용화된 태양전지의 경우 입사된 태양광에 대하여 광전변환 효율이 20% 이내이고 나머지는 대부분 열에너지로 변환된다. 따라서 발전과정에서 태양전지에 상당한 열이 발생하고, 발생한 열로 인하여 태양전지의 내부에 흐르는 전류의 저항 값이 증가되므로 발전효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 발생한 열 역시 활용되지 못하고 그대로 버려지는 문제점도 있다.
한편, 종래 기술의 난방 시스템을 개선시키기 위하여 다양한 방법으로 미활용 에너지를 재활용하고 열효율을 개선시키는 방안이 제시되어 왔으나 에너지 부하의 원활한 대응, 경제적 운전에 따른 종합 열효율향상 등 열역학적이나 경제성 면에서 합리적이지 못한 풀어야 할 기술적 과제가 있다.
본 발명은 천연 자원 에너지 및 상용 에너지를 복합적으로 제어할 수 있으며, 특히 태양열 에너지를 열원으로 활용하여, 동절기에는 난방을 위해 사용하고, 하절기에는 냉방을 위해 사용할 수 있는 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템은 태양광을 이용하여 전기에너지를 생산하는 태양광 발전 모듈과, 태양열을 이용하여 순환되는 열매체를 가열하는 태양열 집열 모듈과, 상기 태양열 집열 모듈로부터 공급되는 고온의 열매체와 열교환을 통해 발생된 온수를 저장하고, 저장된 온수를 난방수 및 생활온수로 공급하는 축열조와, 상기 태양광 발전 모듈 및 축열조와 연결되어 상기 태양광 발전 모듈에서 생산된 전기에너지를 생활 전기로 공급하거나, 별도의 배터리에 저장하도록 제어하고, 상기 축열조의 상태를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 축열조의 열원을 이용하여 작동되고, 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 흡수식 냉방장치를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 축열조는, 상기 컨트롤러에 의해 작동되는 전기히터를 통해 온수를 생성하는 전기보일러 또는 연료 연소용 버너를 통해 온수를 생성하는 연소용 보일러와 연결된다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 전기보일러는 심야전기를 이용한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤러는 상기 전기보일러와 연소용 보일러 및 태양열 집열 모듈의 냉/난방구역 또는 냉/난방시간을 분배하여, 지정된 구역 또는 시간에만 작동하도록 제어한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 태양광 발전 모듈은 태양광을 DC전압으로 변환하여 저장한 후 상기 DC전압을 출력하는 태양 전지부와, 상기 태양 전지부로부터 출력되는 상기 DC전압을 AC전압으로 인버팅하고, 상기 컨트롤러를 통해 생활전기로 공급하거나, 전력회사로 송출하는 인버터부를 포함한다.
본 발명에 따른 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템에 따르면, 천연 자원 에너지 및 상용 에너지를 복합적으로 제어할 수 있으며, 특히 태양열 에너지를 열원으로 활용하여, 동절기에는 난방을 위해 사용하고, 하절기에는 냉방을 위해 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전기히터방식이나 연료 연소 방식과 같은 보조 열원을 추가로 구비하여기후변화로 인한 응급상황 시에도 냉,난방이 원활하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.
또한, 태양광을 이용하여 전기를 생상하고, 생산된 전기를 전력회사로 송출하거나, 별도의 배터리에 저장함에 따라 비상전력으로 사용 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템을 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템을 나타낸 개략도,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템을 나타낸 개략도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템을 나타낸 개략도이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템은 태양광을 이용하여 전기에너지를 생산하는 태양광 발전 모듈(100)과, 태양열을 이용하여 순환되는 열매체를 가열하는 태양열 집열 모듈(200)과, 상기 태양열 집열 모듈(200)로부터 공급되는 고온의 열매체와 열교환을 통해 발생된 온수를 저장하고, 저장된 온수를 난방수 및 생활온수로 공급하는 축열조(300)와, 상기 태양광 발전 모듈(200) 및 축열조(300)와 연결되어 상기 태양광 발전 모듈(200)에서 생산된 전기에너지를 생활 전기로 공급하거나, 별도의 배터리(500)에 저장하도록 제어하고, 상기 축열조(300)의 상태를 제어하는 컨트롤러(400)를 포함한다.
태양광 발전 모듈(100)은 태양광을 이용하여 전기에너지를 생산하고, 태양열 집열 모듈(200)은 태양열을 이용하여 순환되는 열매체를 가열한다. 상기 태양광을 이용한 태양광 발전 모듈(100)과, 물론 태양열을 모으는 태양열 집열 모듈(200)은 이미 공지된 다양한 구조의 장치들의 적용이 가능하며, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같은 태양광 발전모듈(100)의 작용으로, 전력회사의 전력공급이 불가능한 지역 또는 비상전력이 필요한 경우 유용하게 전기를 공급할 수 있고, 태양열 집열 모듈(200)의 작용으로 사계절 난방 및 생활온수를 공급받을 수 있다.
축열조(300)는 상기 태양열 집열 모듈(200)로부터 공급되는 고온의 열매체와 열교환을 통해 발생된 온수를 저장하고, 저장된 온수를 난방수 및 생활온수로 공급하도록 구비된다. 축열조(300)는 상기 복수의 유입구와 배출구를 형성한다. 따라서, 상기 태양열 집열 모듈(200)로부터 고온의 열매체를 공급받아 축열조(300)에 수용된 물과 열교환을 실시하여 수온을 높이고, 온도가 떨어진 열매체를 배출하여 태양열 집열 모듈(200)로 송출한다. 또한, 내부에 저장된 온수를 외부로 배출하여 생활온수 및 난방수로 제공한다. 상기 축열조(300)는 저장탱크의 형태를 취할 수 있으며, 여러 겹으로 형성될 수 있다. 먼저, 내통은 스테인리스강으로 형성될 수 있으며, 내통의 외부는 폴리우레탄폼으로 단열될 수 있고, 외부 케이스는 칼라강판으로 제작될 수 있다. 본 발명의 바람직한 양상에 따르면, 상기 열매체를 태양열 집열 모듈(200)과 축열조(400)로 순환시키는 펌프 등의 순환부 및 이송관이 추가로 장착될 수 있다.
컨트롤러(400)는 상기 태양광 발전 모듈(200) 및 축열조(300)와 연결되어 상기 태양광 발전 모듈(200)에서 생산된 전기에너지를 생활 전기로 공급하거나, 별도의 배터리(500)에 저장하도록 제어하고, 상기 축열조(300)의 상태를 제어한다.
보다 상세하게는, 상기 컨트롤러(400)는 태양광 발전 모듈(100)에서 생산된 전력을 상기 축열조(300)를 가열하는 데 쓰거나, 배터리(500)에 저장하도록 제어할 수 있다. 또한, 축열조(400)의 온/오프상태를 비롯하여 각각의 유입구 및 배출구의 개폐여부 및 개폐정도를 조절할 수 있고, 내부에 수용된 온수의 온도, 압력 등을 조절할 수 있다. 상기 컨트롤러(400)는 내부에 무선통신모듈이 포함되어, 외부에서 별도의 리모컨을 통해 원격 조정이 가능하며, 뿐만 아니라 스마트폰 등의 휴대용 단말기 또는 PC등을 통한 원격제어 및 원격 모니터링이 가능하다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템에 따르면, 상기 태양열 및 태양광은 물론, 풍력에너지를 이용한 풍력 발전 모듈 및 지열을 이용한 지열 집열 모듈을 추가로 포함할 수 있다. 상기 풍력 발전 모듈 및 지열 집열 모듈의 경우, 상기 컨트롤러(400)에 의해 통합적인 관리가 이뤄질 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템을 나타낸 개략도이다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 축열조(300)의 열원을 이용하여 작동되고, 상기 컨트롤러(400)에 의해 제어되는 흡수식 냉방장치(600)를 더 포함한다. 상기한 바와 같이 상기 태양열 발전 모듈(100)과 태양열 집열모듈(200)을 통해 생산된 열에너지를 동절기에는 실내 바닥에 매설된 난방용 파이프(800)로 순환시켜 난방용으로 사용함은 물론, 여름철에는 생산된 열에너지를 이용하여 흡수식 냉방장치(600)를 작동시켜 흡수식 냉방장치(600)를 통해서 실내 공기의 온도를 낮춰 냉방을 실시할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템을 나타낸 개략도이다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 축열조(300)는, 상기 컨트롤러(400)에 의해 작동되는 전기히터를 통해 온수를 생성하는 전기보일러(710) 또는 연료 연소용 버너를 통해 온수를 생성하는 연소용 보일러(720)와 연결된다. 동절기의 경우 태양열 집열 모듈(200)에서 집열된 열에너지의 양이 난방 및 생활온수로 사용하기 부족할 수 있다. 따라서, 상기와 같은 비상상황에서 상기 태양광 발전 모듈(100)에서 생산된 전기에너지를 이용해서 축열조(300)를 가열하거나, 전기보일러(710) 및 연소용 보일러(720)로부터 부족한 열에너지를 공급받을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 전기보일러(600)는 심야전기를 이용한다. 즉, 야간에 온도가 급격히 떨어지는 동절기에 적정한 실내의 온도를 유지하기 위해 보일러를 구동하는 시간이 길어짐에 따라 가스 또는 기름과 같은 연료 또는 전기 에너지의 소비가 증가되어 경제적 부담이 커진다. 심야시간 대에 상대적으로 낮은 요금이 책정된 심야 전기가 공급되고 있으므로, 이러한 심야 전기를 이용함으로써 난방비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤러(400)는 상기 전기보일러(710)와 연소용 보일러(720) 및 태양열 집열 모듈(200)의 냉/난방구역 또는 냉/난방시간을 분배하여, 지정된 구역 또는 시간에만 작동하도록 제어한다.
상기와 같이 열원에 따라 냉/난방 구역을 지정할 경우, 지정된 구역으로만 온수를 공급하게 되어 에너지 관리가 용이하게 진행될 수 있고, 열원에 따라 냉/난방 시간을 지정할 경우 일사량이 많은 낮 시간에는 태양열 집열모듈(200)을 가동하여 열에너지를 획득하고, 밤 시간에는 전기보일러(710)와 연소용 보일러(720)를 가동하여 열에너지를 획득하여, 열부하량을 효율적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 태양광 발전 모듈(100)은 태양광을 DC전압으로 변환하여 저장한 후 상기 DC전압을 출력하는 태양 전지부(110)와, 상기 태양 전지부(110)로부터 출력되는 상기 DC전압을 AC전압으로 인버팅하고, 상기 컨트롤러(400)를 통해 생활전기로 공급하거나, 전력회사로 송출하는 인버터부(120)를 포함한다.
먼저, 상기 태양 전지부(110)는 태양광선의 조사에 의한 에너지를 전기에너지로 바꾸는 복수의 솔라셀(solar cell)이 배치된 것으로, DC전압을 출력하고, 상기 인터버부(120)는 상기 태양 전지부(110)에서 출력된 DC전압을 AC전압으로 변환한다. 상기 변환된 AC전압은 컨트롤러(400)의 제어에 따라 축열조(300)에 온수를 공급하는 전기보일러(710)에 송출되거나, 별도의 배터리(500)에 저장될 수 있으며, 인버터(120)에서 계량기를 거쳐 곧바로 전력회사로 송출할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 태양광 발전 모듈
110 : 태양 전지부
120 : 인버터부
200 : 태양열 집열 모듈
300 : 축열조
400 : 컨트롤러
500 : 배터리
600 : 냉방장치
710 : 전기보일러
720 : 연소용 보일러
800 : 난방용 파이프

Claims (6)

  1. 태양광을 이용하여 전기에너지를 생산하는 태양광 발전 모듈;
    태양열을 이용하여 순환되는 열매체를 가열하는 태양열 집열 모듈;
    상기 태양열 집열 모듈로부터 공급되는 고온의 열매체와 열교환을 통해 발생된 온수를 저장하고, 저장된 온수를 난방수 및 생활온수로 공급하는 축열조;
    상기 태양광 발전 모듈 및 축열조와 연결되어 상기 태양광 발전 모듈에서 생산된 전기에너지를 생활 전기로 공급하거나, 별도의 배터리에 저장하도록 제어하고, 상기 축열조의 상태를 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 축열조의 열원을 이용하여 작동되고, 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 흡수식 냉방장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 축열조는,
    상기 컨트롤러에 의해 작동되는 전기히터를 통해 온수를 생성하는 전기보일러 또는 연료 연소용 버너를 통해 온수를 생성하는 연소용 보일러와 연결되는 것을 특징으로 하는 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 전기보일러는 심야전기를 이용한 것을 특징으로 하는 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 전기보일러와 연소용 보일러 및 태양열 집열 모듈의 냉/난방구역 또는 냉/난방시간을 분배하여, 지정된 구역 또는 시간에만 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 태양광 발전 모듈은:
    태양광을 DC전압으로 변환하여 저장한 후 상기 DC전압을 출력하는 태양 전지부;
    상기 태양 전지부로부터 출력되는 상기 DC전압을 AC전압으로 인버팅하고, 상기 컨트롤러를 통해 생활전기로 공급하거나, 전력회사로 송출하는 인버터부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템.
KR1020120072375A 2012-07-03 2012-07-03 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템 KR101385776B1 (ko)

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