KR20140124962A

KR20140124962A - 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20140124962A
Application number: KR1020130041947A
Authority: KR
Inventors: 김동섭; 명관 이
Original assignee: 김동섭; 명관 이
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2014-10-28

Abstract

본 발명은 하나 이상의 태양전지를 포함하여 이루어져, 태양광 발전을 수행하는 태양광발전부; 하나 이상의 태양열 집열기를 포함하여 이루어져, 태양열을 집열하여 열원저장탱크 고온저장공간에 저장하는 태양열집열부; 하나 이상의 열전소자를 포함하여 이루어져, 직류 전원 공급 방향에 따라 일측면에서는 발열작용을 하고 타측면에서는 흡열작용을 하는 열원발생부; 내부에 열원이 저장되는 저장매체(물, 열매체 등)가 채워지고, 내부 공간을 고온저장공간과 저온저장공간으로 분리하는 분리막이 설치되며, 상기 분리막을 경계로 하여 고온저장공간에서는 발열작용이 일어나고 저온저장공간에서는 흡열작용이 일어나도록 하나 이상의 열원발생부가 장착되어, 상기 열원발생부 발열면에서 발생하는 고온의 열과 태양열집열부에서 집열하는 열은 고온저장공간에 저장되고, 열원발생부 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 저온저장공간에 저장되는 열원저장탱크; 및, 상기 열원저장탱크에의 축열 동작을 제어하는 축열제어부;를 포함하여 구성되어, 상기 태양광발전부에서 발전한 전력을 열원발생부에 공급하고, 상기 태양열집열부에서 집열하는 열과 열원발생부에서 발생하는 고온의 열은 고온저장공간에 저장하고, 열원발생부에서 발생하는 저온의 열은 저온저장공간에 분리하여 저장함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템 및 방법이다.
이러한 본 발명은, 특히, 첫째, 고온의 열과 저온의 열을 공급할 수 있고, 둘째, 열전소자의 에너지 이용 효율을 두 배 이상 향상시키고, 셋째, 외부 전력이 불필요하고, 넷째, 대용량의 열 부하 능력을 보유하며, 다섯째, 유지비용이 적고 환경 친화적인 무공해의 고온 열원과 저온 열원을 공급할 수 있는 효과 등이 있다.

Description

태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템 및 방법{System and method to storing heat of a thermoelectric module using solar energy}

본 발명은 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템 및 방법"에 관한 것으로, 특히, 열전소자(Thermoelectric Module) 발열면에서 발생하는 고온의 열과 흡열면에서 생성되는 저온의 열을 분리하여 저장하되, 태양전지(Solar cell)를 이용하여 발전한 전력을 열전소자에 공급하고, 태양열 집열기를 이용하여 집열한 열을 상기 고온의 열이 저장되는 공간에 같이 저장함으로써, 첫째, 열전소자 흡열면에서 발생하는 저온의 열과 발열면에서 발생하는 고온의 열을 모두 사용할 수 있도록 하여 열전소자의 에너지 이용 효율을 두 배 이상 향상시키고, 둘째, 태양광 발전을 이용하여 소비 전력을 공급하고, 셋째, 태양열을 집열하여 열 부하 용량을 증대시킨 것이다.

이러한 본 발명은 저온의 열원이 저장되는 공간에 저장된 저온의 열은 냉각(또는 냉방)이나 제습을 위해 사용하고, 고온의 열원이 저장되는 공간에 저장된 고온의 열은 온수용이나 난방용으로 사용하거나, 또는 흡수식 냉방기나 흡착식 냉방기, 또는 제습로터식 냉방기 등에 사용할 수 있도록 함으로써 에너지 이용 효율을 획기적으로 높일 수 있는 것이다.

주지하다시피 태양광 시스템은 태양 에너지를 전기 에너지로 바꾸어주는 발전 시스템으로 태양전지, 전력변환장치, 인버터 및 축전지 등으로 구성된다.

태양전지는 빛 에너지에 포함된 광자(photon)에 의해 생성된 전자(electron)와 정공(hole) 쌍이 pn접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체 쪽으로 이동하여 전기를 발생시키는 소자로, 하나 이상의 태양전지를 직렬과 병렬로 접속하여(태양전지 어레이) 직류 전기를 발생시킨다.

전력변환장치는 통상 DC/DC 변환장치로 이루어지며 일사량이나 온도, 또는 주위환경으로 인해 변화되는 태양전지 어레이의 DC 출력 전압을 승압이나 강압하여 항상 일정한 전압이 되도록 하는 기능을 수행하고, 축전지는 태양전지에서 발생되는 직류 전기를 저장하며, 인버터는 DC/AC 변환장치로 이루어져 직류 전압을 교류 전압으로 변환시키는 기능을 수행한다. 태양광 발전 시스템은 크게 계통 연계형과 독립형으로 구성되며, 축전지는 독립형 구성일 때 주로 사용된다.

태양광 시스템이 태양 에너지를 전기 에너지로 바꾸어 이용하는데 반해 태양열 시스템은 태양 에너지를 열로 바꾸어 이용하는 시스템으로, 축열한 열을 이용하여 온수나 난방을 공급하거나, 또는 냉방이나 발전 등에 이용된다.

태양열 시스템은 열을 전달하는 전열매체의 순환 특성에 따라 자연순환식과 강제순환식으로 분류되는데, 자연순환식은 태양열을 집열하는 집열부와 축열하는 축열부 사이의 열교환이 전열매체의 자연대류에 의해 이루어지는 시스템으로, 태양열 집열기와 축열조 및 연결 배관을 필수 구성 요소로 한다. 강제순환식은 펌프 등의 장치를 이용하여 전열매체를 강제 순환 시켜 집열부와 축열부 사이의 열교환이 이루어지도록 하는 시스템으로, 태양열 집열기, 축열조, 연결 배관 및 열교환기와 펌프를 필수 구성 요소로 한다.

일체형 태양열 시스템은 집열부와 축열조가 직접 연결된 시스템이고, 분리형 태양열 시스템은 집열부와 축열조가 분리되어 배관으로 연결된 시스템이며, 혼합식은 집열부가 축열조로 이용되는 시스템이다.

개방형 태양열 시스템은 축열조 내압과 대기압이 같게 설계된 시스템이고, 밀폐형 태양열 시스템은 전열매체 순환 경로 및 축열조가 완전히 밀폐된 시스템이며, 반밀폐형 태양열 시스템은 축열조는 밀폐되고 전열매체 순환 경로는 대기압인 시스템이다.

태양열 집열기는 평판형, 진공관형이 일반적으로 사용되며, 기타 특수 목적의 집열기들이 있다.

이러한 태양열 시스템은 어떤 구성을 가지던지 간에 태양열을 집열 및 저장하여 사용하게 되며, 주로 온수나 난방을 공급하게 된다.

근래에는 태양열 이용 기술이 더욱 발전되어 축열한 열을 흡수식 냉방기나 흡착식 냉방기, 또는 제습 로터식 냉방기의 열원으로 사용함으로써 겨울에는 온수나 난방을 공급하고 여름에는 냉방을 공급하는데 사용된다.

열전소자는 열전 변환 특성이 우수한 p형 반도체와 n형 반도체를 서로 접합시켜 구성한 것으로, 펠티에 효과(Peltier effect)에 의한 열전냉각, 또는 제베크 효과(Seebeck effect)에 의한 열전발전을 수행하는 소자이다.

열전소자는 구조가 간단하고, 유지보수가 용이하며, 단일 장치로 냉각과 가열이 가능하고, 온도 변화에 대한 응답이 빠르고 정밀하며, 미소부분에 대한 국소 냉각이 가능하고, 친환경적이어서 펠티에 효과를 이용한 열전냉각 분야에 주로 응용된다.

열전소자는 흡열면에서 흡수한 열을 발열면에서 방출하는 소자 특성과, 흡열면과 발열면이 가까운 거리에 위치해 있다는 구조적 특성 때문에 열전소자를 이용하여 냉각을 하고자 할 경우에는 발열면에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하여야 하며, 효과적인 폐열 방출을 위해 지속적인 연구가 이루어지고 있다.

석사학위논문 "열전(반도체)소자를 이용한 냉각장치 특성에 관한 연구"(저자: 강희철)는 이러한 연구의 일례이며, 대한민국 특허 등록 제10-0834192호 "제습 기능을 구비한 기화식 냉풍기", 대한민국 실용신안등록 제20-0209762호 "에어컨디셔너", 대한민국 특허 등록 제10-0752329호 "열전소자를 이용하는 배수형 제습장치", 대한민국 특허 등록 제10-0548100호 "열전소자판을 중복 적층하는 냉난방장치 및 그 방법" 등은 열전소자의 열전냉각 특성을 이용하여 냉방, 또는 제습 등을 수행하는 장치들에 관한 것이다.

이러한 종래 발명들은 열전소자 흡열면을 이용하여 냉각을 행하고, 발열면에서 발생하는 열을 효율적으로 방출하는 구조로 이루어졌다.

그러나, 상기와 같은 종래의 열전소자 이용 방법들은 열전소자 발열면에서 발생하는 열을 폐열로 인식하여 방출해 버림으로써 열전소자의 에너지 변환 효율이 저하된다는 문제점이 있었다.

즉, 종래의 기술들은 열전소자 발열면에서 발생하는 열을 어떻게 효율적으로 방출할 수 있을 지에 개발 초점이 맞추어져 있고, 에너지 변환 효율 개선보다는 간단한 냉각장치 구현에 맞추어져 있어 열전소자의 이용을 제한하게 된다는 문제점 및, 열전소자의 에너지 변환 효율을 더욱 저하시키게 된다는 문제점 등이 있었다.

또한, 열전소자에 공급되는 소비전력으로 상용 교류 전기를 사용하고 상용 교류 전기를 사용할 경우에는 220V의 교류 전기를 저압의 직류 전압으로 바꾸어 사용하여야 한다는 문제점 및 에너지 변환 손실이 발생하게 된다는 문제점 등이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 특히, 태양광 발전을 이용하여 열전소자에 소비 전력을 공급하고, 상기 열전소자에서 발생하는 고온의 열과 저온의 열을 각기 분리하여 저장하며, 태양열을 집열하여 고온의 열원이 저장되는 공간에 같이 저장함으로써, 첫째, 고온의 열과 저온의 열을 공급할 수 있고, 둘째, 열전소자의 에너지 이용 효율을 두 배 이상 향상시키고, 셋째, 소비 전력을 자체 조달하고, 넷째, 대용량의 열 부하 능력을 보유하며, 다섯째, 유지비용이 적고 친환경적인 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템 및 방법"을 제공하기 위한 것이다.

또한, 상기 태양전지에서 발전되는 직류 전기를 열전소자에 공급함에 있어서는 태양전지를 직렬, 또는 병렬로 접속하고, 열전소자를 직렬, 또는 병렬로 접속하여 태양전지 어레이 발전 전압과 열전소자부 공급 전압을 맞춤으로써, 별도의 전력변환장치 없이도 태양전지에서 발전하는 직류전기를 바로 열전소자에 공급하여 사용할 수 있도록 한 것이다.

또한, 열전소자부 소비 전력 이상의 전력이 태양전지 어레이에서 발전될 경우에는 이를 축전지에 저장하였다가 사용하거나, 또는 인버터를 통해 외부에 공급할 수 있도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템"의 구성 1은,

하나 이상의 태양전지를 포함하여 이루어져, 태양광 발전을 수행하는 태양광발전부;

하나 이상의 태양열 집열기를 포함하여 이루어져, 태양열을 집열하여 열원저장탱크 고온저장공간에 저장하는 태양열집열부;

하나 이상의 열전소자를 포함하여 이루어져, 직류 전원 공급 방향에 따라 일측면에서는 발열작용을 하고 타측면에서는 흡열작용을 하는 열원발생부;

내부에 열원이 저장되는 저장매체(물, 열매체 등)가 채워지고, 내부 공간을 고온저장공간과 저온저장공간으로 분리하는 분리막이 설치되며, 상기 분리막을 경계로 하여 고온저장공간에서는 발열작용이 일어나고 저온저장공간에서는 흡열작용이 일어나도록 하나 이상의 열원발생부가 장착되어, 상기 열원발생부 발열면에서 발생하는 고온의 열과 태양열집열부에서 집열하는 열은 고온저장공간에 저장되고, 열원발생부 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 저온저장공간에 저장되는 열원저장탱크; 및,

상기 열원저장탱크에의 축열 동작을 제어하는 축열제어부;를 포함하여 구성되어,

상기 태양광발전부에서 발전한 전력을 열원발생부에 공급하고, 상기 태양열집열부에서 집열하는 열과 열원발생부에서 발생하는 고온의 열은 고온저장공간에 저장하고, 열원발생부에서 발생하는 저온의 열은 저온저장공간에 분리하여 저장함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

상기 구성에 있어서, 상기 태양광발전부에서 발전되는 직류 전압 값이 특정한 값을 갖도록 태양전지를 직렬 접속하거나 병렬 접속, 또는 직병렬 접속하고, 상기 열원발생부가 상기 태양광발전부에서 발전되는 특정의 직류 전압 값으로 동작하도록 열전소자를 직렬 접속하거나 병렬 접속, 또는 직병렬 접속하여, 상기 태양광발전부에서 발전되는 직류 전압을 열원발생부에 직접 공급하도록 구성함을 특징으로 한다.

이는 태양광발전부에서 출력되는 직류 전압 값이 일정한 값이 되도록 함으로써 전력변환장치 같은 별도의 부가 장치 없이 상기 태양광발전부에서 출력되는 값을 열원발생부에 직접 인가하기 위함이다. 예를 들어 열원발생부 동작 전압을 48V로 하였을 경우, 상기 태양광발전부의 태양전지 배열을 조절하여 태양광발전부의 발전량이 상기 48V가 되도록 함으로써, 별도의 전력변환장치나 축전지 없이 상기 태양광발전부에서 발전되는 전력을 직접 열원발생부에 인가할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이러한 구성은 전력 변환 손실을 방지하고, 전력변환장치나 축전지 같은 별도의 부가 장치 설치로 인한 비용 상승을 방지하기 위한 것이다. 참고로, 상기 태양광발전부의 최대 발전량을 48V로 설정하면 기후 조건이나 환경에 따라 48V 이하의 전압을 갖는 전력이 생성되는데, 상기 열원발생부를 구성하는 열전소자의 경우에는 소자 특성상 상기 48V 이하의 값이 인가되어도 발생되는 고온이나 저온의 열량만 변화될 뿐 동작에는 이상이 없다.

상기 태양광발전부에서 태양전지의 배열을 조절하여 발전되는 직류 전압 값이 특정한 값이 되도록 할 경우에 있어서 상기 특정한 값은, 열원발생부 동작 전압 값의 일정 퍼센트가 되도록 함을 특징으로 한다.

예를 들어, 태양광발전부의 최대 발전 전압 값이 열원발생부 동작 전압 값의 120%가 되도록 할 수 있다. 상기 일정 퍼센트는 열원발생부를 구성하는 열전소자의 소자 특성 및 내압 특성에 따라 다르게 설정된다.

상기 열원저장탱크에 분리막을 설치하여 열원저장탱크 내부 공간을 고온저장공간과 저온저장공간으로 나눌 경우에는, 수평으로 분리막을 설치하여 상기 수평으로 설치된 분리막을 경계로 하여 열원저장탱크 상부 공간을 고온저장공간으로 하고, 열원저장탱크 하부 공간을 저온저장공간으로 함을 특징으로 한다.

이러한 열원저장탱크는 상기 수평 분리막을 경계로 하여 상부에서는 발열작용이 일어나고 하부에서는 흡열작용이 일어나도록 열원발생부를 장착함으로써, 상기 열원발생부 발열면에서 발생하는 고온의 열은 열원저장탱크 상부에 저장되고, 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 열원저장탱크 하부에 저장되도록 하기 위한 것이다. 또한 열원저장탱크 상부에 고온저장공간을 구성하고, 하부에 저온저장공간을 구성함으로써 자연대류에 의한 성층화가 용이하게 이루어지도록 하기 위한 것이다.

상기 열원저장탱크에 분리막을 설치하여 열원저장탱크 내부 공간을 고온저장공간과 저온저장공간으로 나눌 경우에는, 수직으로 분리막을 설치하여 상기 수직으로 설치된 분리막을 경계로 하여 열원저장탱크 일측 공간을 고온저장공간으로 하고, 타측 공간을 저온저장공간으로 함을 특징으로 한다.

이러한 열원저장탱크는 상기 수직 분리막을 경계로 하여 고온저장공간에서는 발열작용이 일어나고 저온저장공간에서는 흡열작용이 일어나도록 상기 열원발생부를 장착함으로써, 상기 열원발생부 발열면에서 발생하는 고온의 열은 고온저장공간에 저장되고, 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 저온저장공간에 저장되도록 하기 위한 것이다.

상기 열원발생부에서 발생하는 고온의 열과 저온의 열을 고온저장공간과 저온저장공간에 저장할 경우에는, 상기 열원저장탱크에 채워지는 저장매체의 자연대류에 의해 열 교환이 이루어지도록 함을 특징으로 한다.

이는 상기 저장매체를 자연대류에 의해 순환시켜 열 교환이 이루어지도록 함으로써 저장매체를 강제 순환시키기 위한 구성요소(예: 배관, 펌프 등)를 제거하기 위한 것이다.

상기 태양광발전부는,

하나 이상의 태양전지로 이루어져 태양광 발전을 수행하는 태양전지부;

상기 태양전지부에서 발전하는 직류 전원을 변환하는 발전제어부; 및,

상기 태양전지부를 지지하는 지지부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이러한 태양광발전부는 상기 태양전지부에서 발전되는 직류 전원을 변환시켜 일정한 전압 값을 갖도록 하거나, 또는 변환된 직류 전원을 축전지에 저장하거나, 또는 상용 교류 전원으로 변환하여 출력하기 위한 것이다.

상기 발전제어부는,

태양전지부에서 출력되는 직류 전압을 승압, 또는 강압하여 일정한 값의 직류 전압이 출력되도록 하는 전력변환부;

하나 이상의 축전지로 이루어져 상기 전력변환부에서 출력되는 직류 전압을 저장하는 축전부; 및,

상기 전력변환부에서 출력되는 직류 전원, 또는 상기 축전지에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이러한 발전제어부는 상기 태양전지부에서 발전하는 직류 전원을 발전량에 따라 승압, 또는 강압시켜 일정한 전압의 전원으로 변환시켜 출력하거나, 또는 축전지에 저장하거나, 또는 상용 교류전원으로 변환시켜 사용하도록 하거나, 또는 계통 연계형 구성의 경우 외부로 송출할 수 있도록 한 것이다.

상기 전력변환부는 공지의 전력변환장치로 구성됨이 바람직하다. 태양전지부에서 발전하는 전원을 승압, 또는 강압시켜 일정한 직류 전원이 출력되도록 제어하는 전력변환장치의 구성은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

상기 지지부는 태양 위치에 따라 태양전지부의 위치를 제어하여 상기 태양전지부에 입사되는 태양광의 입사각을 제어하는 태양 추적장치가 포함됨을 특징으로 한다.

이러한 지지부는 태양 위치를 검출하여 태양전지부를 구성하는 각 태양전지의 방향을 조절함으로써 상기 태양전지에 입사되는 태양광이 최대가 되도록 한 것으로, 태양광 발전 효율이 최대가 되도록 하기 위한 것이다.

태양의 위치를 추적하여 태양전지의 각도를 제어하는 태양 추적장치에 대한 구성 및 동작을 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

상기 태양열집열부는,

태양열을 집열하는 하나 이상의 태양열 집열기; 및,

상기 태양열 집열기와 열원저장탱크 사이에 전열매체(물, 열매체 등) 순환 경로를 제공하는 연결관(배관);을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이러한 태양열집열부는 전열매체의 순환을 자연대류형으로 하였을 경우에 사용하기 위한 것이다.

상기 구성에 있어서 상기 태양열집열부는, 상기 전열매체 순환 경로에 설치되어 전열매체를 순환시키는 펌프;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이러한 태양열집열부는 전열매체의 순환을 강제순환식으로 하였을 경우에 사용하기 위한 것이다.

상기 구성들에 있어서 상기 태양열집열부는, 전열매체 순환 경로에 전열매체의 유량을 검출하는 유량센서를 더 설치하거나, 또는 전열매체의 온도를 검출하는 온도센서를 더 설치하여 구성함을 특징으로 한다.

이러한 태양열집열부는 전열매체의 유량과 온도 등을 검출하여 집열량이나 축열량 등을 산출하기 위한 것으로, 상기 유량센서나 온도센서는 디지털 값을 출력함이 바람직하다.

상기 열원발생부는,

하나 이상의 열전소자로 이루어지며, 직류 전원 공급 방향에 따라 일측면에서는 발열작용을 하고 타측면에서는 흡열작용을 하는 열전소자부;

일측면이 상기 열전소자부 발열면과 접촉하고, 타측면에 하나 이상의 열교환핀이 형성되어, 상기 열전소자부 발열면에서 발생하는 고온의 열을 열 교환하는 고온전달부; 및,

일측면이 상기 열전소자부 흡열면과 접촉하고, 타측면에 하나 이상의 열교환핀이 형성되어, 상기 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열을 열 교환하는 저온전달부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 구성에 있어서 열원발생부는,

상기 고온전달부와 저온전달부 사이에 열전소자부가 삽입되는 공간을 마련하여 열전소자부를 삽입한 후, 상기 열전소자부 주위를 밀봉하여 방수 처리함으로써 열원저장탱크에 침수시켜 사용할 수 있도록 구성함을 특징으로 한다.

즉, 도2와 도3에서 도시되는 바와 같이, 내열 특성과 단열 특성을 갖는 패킹(240c, 240d)과 마개(240a, 240b)를 사용하여 상기 고온전달부와 저온전달부 사이에 단열이 이루어지도록 하고, 상기 고온전달부와 저온전달부 사이에 삽입된 열전소자부 주위를 밀봉하여 방수가 되도록 함으로써 열원저장탱크에 침수시켜 사용할 수 있도록 한 것이다. 상기 패킹(240c, 240d)과 마개(240a, 240b)는 일체화 시켜 하나의 패킹(미도시)으로 구성함이 바람직하다.

상기 열전소자부는,

절연 특성과 내열 특성을 갖는 재질로 이루어지며, 하나 이상의 열전소자가 장착되는 절연시트; 및,

상기 절연시트에 장착되는 하나 이상의 열전소자;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 절연시트에는 상기 열전소자에 전원을 공급하는 전선이 안착되는 전선유도홈이 형성됨이 바람직하다.

상기 고온전달부 또는 저온전달부는, 열전소자부에 접촉하는 열전소자 접촉면과 열교환핀이 일체로 형성됨을 특징으로 한다.

예를 들어, 알루미늄을 압출하여 일측면에는 열전소자부가 밀착되도록 하고, 타측면에는 하나 이상의 열교환핀이 형성되도록 하거나, 또는 단조 금형으로 열전소자부 접촉면과 열교환핀이 일체로 형성되도록 할 수 있다.

상기 열교환핀은, 열교환핀의 길이를 각기 다르게 구성하거나, 또는 열교환핀의 간격을 다르게 구성하거나, 또는 열교환핀의 길이와 간격을 각기 다르게 구성함을 특징으로 한다.

이는 상기 열전소자부 열전소자의 장착 위치와 열 분포 특성, 열 전도 특성 및 열 교환 특성에 따라 열교환핀 사이의 간격이나 길이를 조절함으로써 저장매체와의 열 교환 효율을 향상시키기 위한 것이다.

상기 열원저장탱크는, 내부에 하나 이상의 내부열교환기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이러한 내부열교환기는 온수(또는 냉수) 출탕 시 상기 내부열교환기를 통해 고온의 열원(또는 저온의 열원)을 열 교환하여 출탕시킴은 물론, 탱크 내부의 성층화를 유도하기 위한 것이다. 또한, 태양열집열부와의 열 교환을 위한 것이다.

상기 열원저장탱크에 분리막을 설치하여 내부 공간을 나눌 경우에는 고온의 열원이 저장되는 공간과 저온의 열원이 저장되는 공간의 크기를 각기 다르게 구성함을 특징으로 한다.

상기에 있어서 고온의 열원이 저장되는 공간과 저온의 열원이 저장되는 공간을 다르게 구성할 경우에는 고온의 열원이 저장되는 공간을 더 크게 구성함을 특징으로 한다.

이와 같이 열 저장 용량을 각기 다르게 설계하는 이유는 상기 열전소자부에서 생성되는 고온의 열과 저온의 열 중 고온의 열이 더 많이 만들어지기 때문이다. 다시 말해, 열전소자부 흡열면에서는 흡열 당한 만큼의 저온의 열원이 생성되지만, 발열면에서는 상기 흡열면에서 흡열한 열에 열전소자부에 공급된 사용 전력이 환산된 열이 포함되기 때문이다. 또한, 태양열집열부에서 집열한 열을 상기 고온저장공간에 같이 저장하기 위함이다.

상기 열원저장탱크는, 내부의 온도를 검출하는 온도센서가 하나 이상 장착됨이 바람직하다.

이는 열원저장탱크 내부의 온도를 검출하여 열전소자부의 동작을 제어하기 위한 것이다. 즉, 열원저장탱크의 온도가 일정 온도가 될 때까지 열원발생부나 태양열집열부를 동작 제어하기 위한 것이다.

상기 축열제어부는,

하나 이상의 온도센서로 이루어져, 상기 열원저장탱크의 온도를 검출하는 온도검출부;

사용자에 의해 조작되는 스위치부;

상기 온도검출부에서 검출한 온도 데이터와, 열원발생부 동작 데이터 등을 저장하는 데이터저장부;

상기 온도검출부에서 검출한 온도 데이터와, 열원발생부 동작 데이터 등을 나타내는 표시부;

열원발생부의 동작을 제어하는 열원발생제어부;

상기 온도검출부와 스위치부와 데이터저장부와 표시부와 열원발생제어부의 동작을 제어하여, 상기 온도검출부에서 검출하는 온도에 따라 열원발생부의 동작을 제어하며, 동작 상태를 표시하고 저장하도록 제어하는 제어부; 및,

상기 각 구성요소에 동작 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함하여 구성됨을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 축열제어부는 태양열집열부를 자연대류형으로 구성하였을 경우에 상기 열원저장탱크의 온도에 따라 열원발생부의 동작을 제어하여 고온의 열과 저온의 열을 분리하여 저장하기 위한 것이다.

상기 축열제어부는,

하나 이상의 온도센서로 이루어져, 상기 열원저장탱크의 온도와 태양열집열부의 온도를 검출하는 온도검출부;

사용자에 의해 조작되는 스위치부;

상기 온도검출부에서 검출한 온도 데이터와, 열원발생부 동작 데이터와, 전열매체를 순환시키는 펌프의 동작 데이터 등을 저장하는 데이터저장부;

상기 온도검출부에서 검출한 온도 데이터와, 열원발생부 동작 데이터와, 전열매체를 순환시키는 펌프의 동작 데이터 등을 나타내는 표시부;

열원발생부의 동작을 제어하는 열원발생제어부;

상기 태양열집열부의 전열매체를 순환시키는 펌프의 동작을 제어하는 펌프제어부;

상기 온도검출부와 스위치부와 데이터저장부와 표시부와 열원발생제어부와 펌프제어부의 동작을 제어하여, 상기 온도검출부에서 검출하는 온도에 따라 열원발생부와 펌프의 동작을 제어하고, 동작 상태를 표시하며 저장하도록 제어하는 제어부; 및,

이와 같이 구성된 축열제어부는 태양열집열부를 강제순환식으로 구성하였을 경우에 상기 열원저장탱크의 온도와 태양열 집열기 상단의 온도에 따라 상기 열원발생부와 전열매체를 순환시키는 펌프의 동작을 제어하여 고온의 열원과 저온의 열원을 분리하여 저장하기 위한 것이다.

상기 온도검출부는 온도센서에서 검출한 아날로그 값을 제어부에 입력하면, 상기 제어부에서 디지털값으로 변환하여 온도를 검출할 수 있도록 구성함이 바람직하다.

상기 온도검출부에서 온도센서를 통해 검출한 온도를 제어부에 인터페이스 시켜 A/D 변환한 후 온도를 검출하는 구성 및 동작은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

상기 열원발생제어부는 하나 이상의 스위칭 소자로 이루어져 상기 제어부의 제어신호에 따라 열원발생부에 인가되는 전원 공급을 제어하도록 구성됨이 바람직하다.

특정의 제어신호에 의해 스위칭되어 전원 공급을 온/오프 시키는 구성 및 동작은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

상기 표시부는 액정표시장치로 구성됨이 바람직하다.

상기 제어부는 입출력단자, 연산모듈, 메모리, 통신모듈 및 A/D 컨버터나 D/A 컨버터 등을 선택적으로 갖는 마이컴, 또는 PLC 등으로 구성됨이 바람직하다.

상기 데이터저장부는 상기 제어부를 이루는 마이컴의 내부메모리, 또는 상기 마이컴의 제어를 받는 외부메모리(플래쉬메모리, SD 메모리카드 등)로 구성됨이 바람직하다.

상기 열원발생제어부에서 열원발생부에 공급되는 전원을 제어할 경우에는, 열원발생부에 공급되는 직류 전원의 극성을 더 제어함을 특징으로 한다.

이러한 열원발생제어부는 열원발생부에 공급되는 전원을 제어하여 흡열면과 발열면을 바꾸어줌으로써 열원저장탱크의 과열을 방지하기 위한 것이다. 즉, 열원저장탱크에 저장된 고온의 열원이 일정 온도 이상이 되었을 경우에 열원발생부에 공급되는 전원을 차단하거나, 또는 발열면과 흡열면을 바꾸어줌으로써 열원저장탱크가 과열되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 전원공급부는 태양광발전부에서 발전하는 직류전원, 또는 상용 교류전원을 변환한 직류 전원을 상기 열원발생부에 공급함을 특징으로 한다.

이러한 전원공급부는 상기 태양광발전부에서 발전하는 전력이 충분할 경우에는 태양광발전부에서 발전하는 전력을 열원발생부에 공급하고, 발전량이 충분하지 않을 경우에는 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 열원발생부에 공급하기 위한 것이다. 즉, 태양광발전부에서 발전하는 전력이 충분할 경우에는 상기 태양광발전부에서 공급하는 전력으로 소비 전력을 충당하고, 발전량이 부족할 경우에는 220V 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 소비 전력으로 충당시키기 위한 것이다.

상용 교류전원을 직류전원으로 변환하는 직류전원 변환장치의 구성 및 동작은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

상기 전원공급부는 상기 제어부의 제어에 따라 공급되는 전원의 종류를 선택함이 바람직하다.

상기 구성에 있어서 상기 축열제어부는, 상기 온도검출부에서 검출한 온도 데이터와, 열원발생부 동작 데이터 등을 외부로 전송하는 통신부;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 통신부는 외부기기(예: 모니터링 장치, 또는 다른 축열제어부 등)와 통신을 수행하여 온도 데이터와 동작 데이터, 제어명령 등을 송수신하기 위한 것이다.

상기 구성에 있어서 상기 축열제어부는, 유량검출센서로 이루어지며, 상기 태양열집열부의 전열매체 흐름 경로상에 설치되어 전열매체의 유량을 검출하는 유량검출부;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이러한 축열제어부는 유량검출부를 통해 전열매체의 유량을 검출함으로써 펌프 동작을 정밀하게 제어하거나, 또는 유량 데이터와, 온도 데이터 및 시간 데이터로부터 열 교환량이나 집열량 등을 산출하기 위한 것이다.

유체의 유량을 검출하는 유량검출센서의 구성 및 동작은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 방법"의 구성1은,

태양광 발전을 수행하는 하나 이상의 태양전지로 태양광발전부를 구성하여 발전 전력을 열원발생부에 공급하고, 하나 이상의 태양열 집열기로 태양열집열부를 구성하여 태양열을 집열하고, 하나 이상의 열전소자로 일측면에서는 발열작용을 하고 타측면에서는 흡열작용을 하도록 열원발생부를 구성하고, 저장매체(물, 열매체 등)가 저장되는 열원저장탱크 내부 공간에 분리막을 설치하여 상기 열원저장탱크 내부 공간을 고온저장공간과 저온저장공간으로 분리하고, 상기 분리막을 경계로 하여 고온저장공간에서는 발열작용이 일어나고 저온저장공간에서는 흡열작용이 일어나도록 열원발생부를 장착하여, 상기 태양열집열부에서 집열한 열과 열원발생부 발열면에서 발생하는 고온의 열은 고온저장공간에 저장하고, 상기 열원발생부 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 저온저장탱크에 분리하여 저장함을 그 방법적 구성상의 특징으로 한다.

상기 태양광발전부에서 발전한 전력을 열원발생부에 공급할 경우에는, 상기 태양광발전부에서 발전되는 직류 전압 값이 특정한 값을 갖도록 태양전지를 직렬 접속하거나 병렬 접속, 또는 직병렬 접속하고, 상기 열원발생부가 상기 태양광발전부에서 발전되는 특정의 직류 전압 값으로 동작하도록 열전소자를 직렬 접속하거나 병렬 접속, 또는 직병렬 접속하여, 상기 태양광발전부에서 발전되는 직류 전압을 열원발생부에 직접 공급함을 특징으로 한다.

상기 열원발생부에서 발생하는 고온의 열원과 저온의 열원을 고온저장공간과 저온저장공간에 저장할 경우에는, 상기 열원저장탱크에 채워지는 저장매체의 자연대류에 의해 열 교환이 이루어지도록 함을 특징으로 한다.

본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템의 제어방법"의 구성 1은,

태양광 발전을 수행하는 하나 이상의 태양전지로 이루어져 발전 전력을 열원발생부에 공급하는 태양광발전부와, 하나 이상의 태양열 집열기로 이루어져 태양열을 집열하는 태양열집열부와, 하나 이상의 열전소자로 이루어져 일측면에서는 흡열작용을 하고 타측면에서는 발열작용을 하는 열원발생부와, 내부에 분리막을 설치하여 내부 공간을 고온저장공간과 저온저장공간으로 나눈 후 고온의 열과 저온의 열을 상기 고온저장공간과 저온저장공간에 분리하여 저장하는 열원저장탱크와, 열원저장탱크에의 축열동작을 제어하는 축열제어부를 포함하여 이루어져, 상기 태양열집열부에서 집열하는 열과 열원발생부 발열면에서 발생되는 고온의 열은 상기 열원저장탱크 고온저장공간에 저장하고, 상기 열원발생부 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 상기 열원저장탱크 저온저장공간에 저장하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템에 있어서,

상기 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템의 제어방법은,

상기 열원저장탱크 고온저장공간, 또는 저온저장공간의 목표 온도를 설정하는 동작조건설정단계;

상기 동작조건설정단계를 수행한 후, 열원저장탱크의 온도를 검출하여 열원발생부의 동작을 제어하는 제어량을 산출하여 상기 열원발생부의 동작을 제어하는 열원발생제어단계;

상기 열원발생제어단계를 수행한 후, 상기 단계에서 검출한 온도 데이터와 제어량 및 동작 데이터 등을 표시하는 표시단계; 및,

상기 표시단계를 수행한 후, 온도 데이터와, 동작 데이터 등을 저장하는 데이터저장단계;를 포함하여 구성함을 그 방법적 구성상의 특징으로 한다.

이러한 제어방법은 태양열집열부가 자연대류형으로 구성되었을 경우 상기 열원저장탱크 고온저장공간, 또는 저온저장공간의 온도를 검출하여 열원발생부의 동작을 제어하여 고온의 열과 저온의 열을 분리하여 저장하기 위한 것이다.

상기 구성에 있어서 상기 열원발생제어단계를 수행한 후, 태양열집열부의 온도를 검출하여 전열매체를 순환시키는 펌프의 동작을 제어하는 집열제어단계;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 집열제어단계에서 펌프의 동작을 제어할 경우에는 펌프 가동률을 제어하여 전열매체의 유량을 제어함을 특징으로 한다.

이러한 제어방법은 태양열집열부가 순환 펌프를 이용한 강제순환식으로 구성되었을 경우 상기 태양열집열부와 열원발생부의 동작을 제어하여 고온의 열과 저온의 열을 분리하여 저장하기 위한 것이다.

연결관 내를 순환하는 전열매체의 유량을 유량센서를 통해 검출한 후, 펌프의 가동률을 제어하여 전열매체의 유량을 제어하는 방법은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템"의 구성 2는,

하나 이상의 태양전지를 포함하여 이루어져 태양광 발전을 수행하는 태양광발전부;

하나 이상의 태양열 집열기를 포함하여 이루어져, 태양열을 집열하여 고온저장탱크에 저장하는 태양열집열부;

하나 이상의 열전소자를 포함하여 이루어져, 직류 전원 공급 방향에 따라 일측면에서는 발열작용을 하고 타측면에서는 흡열작용을 하며, 발열작용을 하는 발열면과 흡열작용을 하는 흡열면에 열교환핀이 형성된 하나 이상의 열원발생부;

내부에 열원이 저장되는 저장매체(물, 열매체 등)가 채워지고, 열교환핀이 내부에 돌출되도록 상기 열원발생부가 장착되며, 상기 열교환핀에 전도(傳導)된 고온의 열과 상기 태양열집열부에서 집열한 열이 저장되는 고온저장탱크;

내부에 열원이 저장되는 저장매체(물, 열매체 등)가 채워지고, 열교환핀이 내부에 돌출되도록 상기 열원발생부가 장착되며, 상기 열교환핀에 전도된 저온의 열이 저장되는 저온저장탱크; 및,

상기 고온저장탱크와 저온저장탱크에의 축열동작을 제어하는 축열제어부;를 포함하여 구성되어,

상기 태양광발전부에서 발전한 전력을 열원발생부에 공급하고, 상기 태양열집열부에서 집열하는 열과 열원발생부에서 발생하는 고온의 열은 고온저장탱크에 저장하고, 열원발생부에서 생성되는 저온의 열은 저온저장탱크에 분리하여 저장함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

상기 고온저장탱크 또는 저온저장탱크는, 탱크 내부에 하나 이상의 내부열교환기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 고온저장탱크와 저온저장탱크는 열 저장 용량을 각기 다르게 구성함을 특징으로 한다.

상기 고온저장탱크 또는 저온저장탱크는, 탱크 내부의 온도를 검출하는 온도센서가 하나 이상 장착됨이 바람직하다.

상기와 구성된 본 발명의 구성1과 구성2는 태양광 발전을 수행하여 소비 전력을 공급하고, 태양열을 집열하여 고온에 대한 열 부하 용량을 증대시키고, 열원발생부에서 발생되는 고온의 열과 저온의 열을 자연대류에 의해 열교환하여 저장함에 특징이 있는 것으로, 상기 구성1은 고온의 열과 저온의 열을 분리하여 저장함에 있어서 하나의 탱크(열원저장탱크) 내부를 분리막을 통해 고온저장공간과 저온저장공간으로 나누어 저장하고, 구성2는 두 개의 탱크(고온저장탱크, 저온저장탱크)를 사용하여 고온의 열과 저온의 열을 각각 저장함에 차이점이 있다.

본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템"의 구성 3은,

하나 이상의 열전소자를 포함하여 이루어져, 직류 전원 공급 방향에 따라 일측면에서는 발열작용을 하고 타측면에서는 흡열작용을 하는 하나 이상의 열전소자부;

상기 열전소자부 발열면과 열 교환을 수행하고, 상기 열 교환을 수행하여 온도가 올라간 고온의 전열매체를 고온저장탱크로 순환시켜 열전소자부 발열면에서 발생하는 고온의 열을 상기 고온저장탱크에 저장하는 고온교환저장부;

상기 열전소자부 흡열면과 열 교환을 수행하고, 상기 열 교환을 수행하여 온도가 내려간 저온의 전열매체를 저온저장탱크로 순환시켜 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열을 상기 저온저장탱크에 저장하는 저온교환저장부; 및,

상기 태양광발전부에서 발전한 전력을 열전소자부에 공급하고, 상기 태양열집열부에서 집열하는 열과 열전소자부 발열면에서 발생하는 고온의 열은 상기 고온저장탱크에 저장하고, 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 저온저장탱크에 분리하여 저장함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

상기 고온교환저장부는,

열전소자부 발열면에 접촉되며, 내부에 전열매체가 흐르는 공간이 마련되고, 상기 공간 내부에 전열매체와 접촉하는 하나 이상의 열교환핀이 구성되어, 상기 발열면과 전열매체 사이의 열 교환을 수행하는 고온교환모듈;

상기 고온교환모듈에서 열 교환된 고온의 전열매체와 태양열집열부에서 열 교환된 고온의 전열매체가 각기 순환되어, 상기 열전소자부 발열면에서 발생된 고온의 열과 태양열집열부에서 집열한 열이 저장되는 고온저장탱크; 및,

상기 고온교환모듈과 고온저장탱크 사이에 전열매체를 순환시키는 펌프;를 포함하여 구성되어,

상기 열전소자부 발열면에서 생성되는 고온의 열을 상기 고온저장탱크에 저장함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

이러한 고온교환저장부는 고온교환모듈과 고온저장탱크 사이에 전열매체를 순환시켜 열 교환을 수행함으로써 상기 열전소자부 발열면에서 발생하는 고온의 열원을 상기 고온저장탱크에 저장하기 위한 것이다.

상기 고온교환저장부는,

전열매체의 순환에 의해, 첫째 상기 고온교환모듈과의 열 교환을 수행하고, 둘째 고온저장탱크와의 열 교환을 수행하여, 상기 고온교환모듈과 고온저장탱크 사이의 열 교환을 매개하는 외부열교환기;

상기 외부열교환기에서 열 교환된 고온의 전열매체와 태양열집열부에서 열 교환된 고온의 전열매체가 각기 순환되어, 상기 열전소자부 발열면에서 발생된 고온의 열과 태양열집열부에서 집열한 열이 저장되는 고온저장탱크;

상기 고온교환모듈과 외부열교환기 사이에 전열매체를 순환시키는 펌프; 및,

상기 외부열교환기와 고온저장탱크 사이에 전열매체를 순환시키는 펌프;를 포함하여 구성되어,

상기 열전소자부 발열면에서 생성되는 고온의 열을 상기 외부열교환기를 통해 고온저장탱크에 저장함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

이러한 고온교환저장부는 외부열교환기를 통해 고온교환모듈과 고온저장탱크 사이에 열 교환을 수행하여 상기 열전소자부 발열면에서 발생되는 고온의 열을 고온저장탱크에 저장하기 위한 것이다.

상기 고온교환모듈은,

내부에 전열매체가 흐르는 공간이 마련되고, 상기 공간 내부에 전열매체와 접촉하는 하나 이상의 열교환핀이 형성되며, 외부 일측면이 열전소자부 발열면에 접촉하는 열교환몸체;

상기 열교환몸체 상부에 장착되며, 상부에 전열매체가 유출되는 상부연결관이 마련되고, 내부 공간이 하부로 갈수록 넓어져 열교환몸체를 흐르던 전열매체가 고르게 모아져서 유출될 수 있도록 하는 상부캡;

내열 및 단열 소재로 이루어지며, 상기 상부캡과 열교환몸체 사이에 삽입되어 기밀을 유지하는 상부패킹;

상기 열교환몸체 하부에 장착되며, 하부에 전열매체가 유입되는 하부연결관이 마련되고, 내부 공간이 하부로 갈수록 좁아져 전열매체가 열교환몸체 전체로 고르게 퍼져 흐를 수 있도록 하는 하부캡; 및,

내열 및 단열 소재로 이루어지며, 상기 열교환몸체와 하부캡 사이에 삽입되어 기밀을 유지하는 하부패킹;을 포함하여 구성되어,

상기 하부캡의 하부연결관을 통해 유입되는 전열매체가 열교환몸체를 통해 상부캡의 상부연결관으로 유출되는 동안 열전소자부 발열면과의 열 교환이 이루어지도록 함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

상기 열교환몸체와 열교환핀은 압출 성형하여 일체로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 열교환몸체에 형성되는 열교환핀은, 상기 열교환핀의 길이를 각기 다르게 구성하거나, 또는 열교환핀의 간격을 다르게 구성하거나, 또는 열교환핀의 길이와 간격을 각기 다르게 구성함을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 열교환몸체는, 상기 열전소자부 열전소자의 장착 위치와 열 전도 특성에 따라 열교환핀 사이의 간격이나 길이를 조절함으로써 전열매체와의 열 교환 효율을 향상시키기 위한 것이다.

상기 고온교환모듈은, 고온교환모듈을 흐르는 전열매체의 온도를 검출하는 온도센서가 하나 이상 장착됨을 특징으로 한다.

이러한 온도센서는 열교환몸체에 장착되거나, 또는 상부캡의 상부연결관(또는 하부캡의 하부연결관)의 전열매체 순환 경로 상에 장착되어 고온교환모듈을 통과하는 전열매체의 온도를 검출하기 위한 것이다.

상기 고온저장탱크는, 고온저장탱크 내부에 하나 이상의 내부열교환기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이러한 고온저장탱크는 고온저장탱크를 순환하는 전열매체가 상기 내부열교환기를 통해 순환되어 나가도록 함으로써, 상기 내부열교환기와 고온저장탱크 열원 저장 매체(물, 열매체 등) 사이에 열 교환이 이루어지도록 하기 위한 것이다.

상기 저온교환저장부는,

열전소자부 흡열면에 접촉되며, 내부에 전열매체가 흐르는 공간이 마련되고, 상기 공간 내부에 전열매체와 접촉하는 하나 이상의 열교환핀이 구성되어, 상기 흡열면과 전열매체 사이의 열 교환을 수행하는 저온교환모듈;

상기 저온교환모듈에서 열 교환된 저온의 전열매체가 순환되어, 상기 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열이 저장되는 저온저장탱크; 및,

상기 저온교환모듈과 저온저장탱크 사이에 전열매체를 순환시키는 펌프;를 포함하여 구성되어,

상기 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열을 상기 저온저장탱크에 저장함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

이러한 저온교환저장부는 저온교환모듈과 저온저장탱크 사이의 열 교환을 통해 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열을 상기 저온저장탱크에 저장하기 위한 것이다.

상기 저온교환저장부는,

전열매체의 순환에 의해, 첫째 상기 저온교환모듈과의 열 교환을 수행하고, 둘째 저온저장탱크와의 열 교환을 수행하여, 상기 저온교환모듈과 저온저장탱크 사이에 열 교환을 매개하는 외부열교환기;

상기 저온교환모듈에서 열 교환된 저온의 전열매체가 순환되어, 상기 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열이 저장되는 저온저장탱크;

상기 저온교환모듈과 외부열교환기 사이에 전열매체를 순환시키는 펌프; 및,

상기 외부열교환기와 저온저장탱크 사이에 전열매체를 순환시키는 펌프;를 포함하여 구성되어,

상기 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열을 상기 외부열교환기를 통해 저온저장탱크에 저장함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

이러한 저온교환저장부는 외부열교환기를 통해 저온교환모듈과 저온저장탱크 사이에 열 교환을 수행하여 상기 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열을 저온저장탱크에 저장하기 위한 것이다.

상기 저온교환모듈은,

내부에 전열매체가 흐르는 공간이 마련되고, 상기 공간 내부에 전열매체와 접촉하는 하나 이상의 열교환핀이 형성되며, 외부 일측면이 열전소자부 흡열면에 접촉하는 열교환몸체;

상기 열교환몸체 상부에 장착되며, 상부에 전열매체가 유입되는 상부연결관이 마련되고, 내부 공간이 하부로 갈수록 넓어져 전열매체가 열교환몸체 전체로 고르게 퍼져 흐를 수 있도록 하는 상부캡;

상기 열교환몸체 하부에 장착되며, 하부에 전열매체가 유출되는 하부연결관이 마련되고, 내부 공간이 하부로 갈수록 좁아져 열교환몸체를 흐르던 전열매체가 고르게 모아져서 유출될 수 있도록 하는 하부캡; 및,

상기 상부캡의 상부연결관을 통해 유입되는 전열매체가 열교환몸체를 통해 하부캡의 하부연결관으로 유출되는 동안 열전소자부 흡열면과의 열 교환이 이루어지도록 함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

상기 저온교환모듈은, 저온교환모듈을 흐르는 전열매체의 온도를 검출하는 온도센서가 하나 이상 장착됨을 특징으로 한다.

상기 저온저장탱크는, 저온저장탱크 내부에 하나 이상의 내부열교환기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 축열제어부는,

하나 이상의 온도센서로 이루어져, 고온교환저장부 및 저온교환저장부 각 부의 온도를 검출하는 온도검출부;

사용자에 의해 조작되는 스위치부;

열전소자부에 공급되는 전원 공급을 제어하는 열원발생제어부;

고온교환저장부의 전열매체를 순환시키는 펌프와, 저온교환저장부의 전열매체를 순환시키는 펌프의 동작을 제어하는 펌프제어부;

상기 온도검출부에서 검출한 온도 데이터와, 열원발생제어부의 동작 데이터 및, 펌프제어부의 동작 데이터 등을 나타내는 표시부;

상기 온도 데이터와 열원발생제어부 동작 데이터와 펌프 동작 데이터 등을 저장하는 데이터저장부;

상기 온도검출부와 스위치부와 열전소자제어부와 펌프제어부와 표시부 및 데이터저장부 사이에 접속되어, 상기 온도검출부에서 검출하는 온도에 따라 펌프제어부와 열원발생제어부의 동작을 제어하여 상기 열전소자부 발열면에서 생성되는 고온의 열은 고온저장탱크에 저장하고, 흡열면에서 발생하는 저온의 열은 저온저장탱크에 저장하며, 동작 상태를 표시부에 표시하고 저장하도록 제어하는 제어부; 및,

이와 같이 구성된 축열제어부는 상기 태양열집열부를 자연대류형으로 구성하였을 경우 열전소자부의 동작을 제어하여 고온저장탱크와 저온저장탱크에 고온의 열과 저온의 열을 각기 분리하여 저장하기 위한 것이다.

상기 구성에 있어서 상기 온도검출부는 태양열집열부의 온도를 더 검출함을 특징으로 한다.

상기 구성에 있어서 상기 펌프제어부는 태양열집열부와 고온저장탱크 사이의 전열매체 경로 상에 설치되어 상기 전열매체를 순환시키는 펌프의 동작을 더 제어함을 특징으로 한다.

이러한 온도검출부와 펌프제어부는 태양열집열부를 강제 순환식으로 구성하였을 경우 태양열 집열기와 고온저장탱크의 온도를 검출하여 펌프 동작을 제어함으로써 태양열 집열기와 고온저장탱크 사이에 전열매체를 순환시키기 위한 것이다.

상기 온도검출부는, 외부열교환기의 온도를 더 검출함을 특징으로 한다.

이러한 온도검출부는 외부열교환기를 사용하여 고온교환저장부, 또는 저온교환저장부를 구성하였을 경우 상기 외부열교환기의 온도를 검출하기 위한 것이다.

상기 구성에 있어서 상기 축열제어부는, 하나 이상의 유량검출센서로 이루어지며, 상기 고온교환저장부의 전열매체 흐름 경로나, 저온교환저장부의 전열매체 흐름 경로, 또는 태양열 집열기와 고온저장탱크 전열매체 순환 경로 상에 설치되어, 고온교환저장부를 흐르는 전열매체의 유량, 또는 저온교환저장부를 흐르는 전열매체의 유량, 또는 태양열 집열기와 고온저장탱크 사이에 흐르는 전열매체의 유량을 검출하는 유량검출부;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이러한 축열제어부는 상기 유량검출부를 통해 전열매체의 유량을 검출함으로써 펌프 동작을 정밀하게 제어하거나, 또는 유량 데이터와, 온도 데이터 및 시간 데이터로부터 열 교환량을 산출하기 위한 것이다.

상기 열원발생제어부 또는 펌프제어부는 하나 이상의 스위칭 소자로 이루어져 상기 제어부의 제어신호에 따라 열전소자부에 인가되는 전원 공급을 제어하도록 구성됨이 바람직하다.

상기 표시부는 액정표시장치로 구성됨이 바람직하다.

상기 표시부에서 데이터를 나타낼 경우에는 고온교환저장부, 또는 저온교환저장부, 또는 태양열집열부의 열교환량을 더 나타냄을 특징으로 한다.

즉, 펌프 유량에 대한 데이터와 전열매체의 온도 데이터 및 시간 등의 데이터를 가공하여 고온저장탱크, 또는 저온저장탱크에 저장되는 열 교환량을 산출하여 나타낼 수 있다.

상기 열원발생제어부에서 열전소자부에 공급되는 전원을 제어할 경우에는, 열전소자부에 공급되는 직류 전원의 극성을 더 제어함을 특징으로 한다.

상기 전원공급제어부는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 열전소자부에 직류전원을 공급하는 공지의 직류전원 변환장치와, 펌프에 교류전원을 공급하는 교류전원 공급장치로 구성됨이 바람직하다. 펌프가 직류 전원에 의해 구동되는 것일 경우에는 교류전원 공급장치는 생략됨이 바람직하다.

상용 교류전원을 직류전원으로 변환하는 직류전원 변환장치나, 교류전원 공급장치의 구성은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 방법"의 구성2는,

태양광 발전을 수행하는 하나 이상의 태양전지로 태양광발전부를 구성하여 발전 전력을 열전소자부에 공급하고, 하나 이상의 태양열 집열기로 태양열집열부를 구성하여 태양열을 집열하고,

하나 이상의 열전소자로 일측면에서는 발열작용을 하고 타측면에서는 흡열작용을 하도록 열전소자부를 구성하고,

상기 열전소자부 흡열면과 열 교환을 수행하는 저온교환모듈과 발열면과 열 교환을 수행하는 고온교환모듈을 상기 열전소자부 흡열면과 발열면에 각각 장착하여,

상기 태양열집열부에서 집열한 열과 열원발생부 발열면에서 발생하는 고온의 열은 상기 태양열집열부와 고온저장탱크 사이와, 상기 저온교환모듈과 저온저장탱크 사이에 전열매체를 순환시켜 고온저장공간에 저장하고,

상기 열원발생부 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 저온교환모듈과 저온저장탱크 사이에 전열매체를 순환시켜 저온저장탱크에 분리하여 저장함을 그 방법적 구성상의 특징으로 한다.

본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템의 제어방법"의 구성 2는,

태양광 발전을 수행하는 하나 이상의 태양전지로 이루어져 발전 전력을 열전소자부에 공급하는 태양광발전부와, 하나 이상의 태양열 집열기로 이루어져 태양열을 집열하는 태양열집열부와, 하나 이상의 열전소자로 이루어져 일측면에서는 흡열작용을 하고 타측면에서는 발열작용을 하는 열전소자부와, 상기 열전소자부 발열면에서 생성되는 고온의 열을 고온교환모듈을 통해 고온저장탱크에 저장하는 고온교환저장부와, 상기 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열을 저온교환모듈을 통해 저온저장탱크에 저장하는 저온교환저장부와, 상기 고온저장탱크와 저온저장탱크에의 축열동작을 제어하는 축열제어부;를 포함하여 이루어져, 상기 태양열집열부에서 집열하는 열과 열전소자부 발열면에서 발생하는 고온의 열은 고온저장탱크에 저장하고, 상기 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 저온저장탱크에 저장하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템에 있어서,

상기 고온저장탱크, 또는 저온저장탱크의 목표 온도를 설정하는 동작조건설정단계;

상기 동작조건설정단계를 수행한 후, 상기 고온저장탱크, 또는 저온저장탱크의 온도를 검출하여 열전소자부 제어량과 펌프 제어량을 산출 한 후, 상기 산출된 값으로 열전소자부와 전열매체 순환 펌프의 동작을 제어하는 열원발생제어단계;

이와 같이 구성된 본 발명은 태양열집열부를 자연대류형으로 구성하였을 경우 상기 고온저장탱크, 또는 저온저장탱크의 온도를 검출하여 열전소자부의 동작을 제어하여 고온의 열과 저온의 열을 분리하여 저장하기 위한 것이다.

상기 열원발생제어단계, 또는 집열제어단계에서 펌프의 동작을 제어할 경우에는 펌프 가동률을 제어하여 전열매체의 유량을 제어함을 특징으로 한다.

이러한 본 발명은 태양열집열부가 순환 펌프를 이용한 강제순환식으로 구성되었을 경우 상기 태양열집열부의 동작을 제어하고, 열원발생부의 동작을 제어하여 고온의 열과 저온의 열을 분리하여 저장하기 위한 것이다.

상기와 구성된 본 발명의 기술적 구성3과 방법적 구성2는 본 발명의 구성1이 갖는 특징 외에 원격지에 위치한 고온저장탱크와 저온저장탱크 사이에 순환 펌프를 통해 전열매체를 강제 순환시켜 고온의 열과 저온의 열을 각기 분리하여 저장함에 특징이 있다. 즉, 고온저장탱크와 저온저장탱크 및 열전소자부가 각기 떨어져 설치 될 경우 순환 펌프를 사용하여 전열매체를 강제 순환시켜 열 교환을 수행하기 위한 것이다.

본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템 및 방법"은 특히, 열전소자 발열면에서 발생하는 열과 태양열을 집열한 열은 고온저장공간에 저장하고, 열전소자 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 저온저장공간에 분리하여 저장하되, 태양광 발전을 이용하여 열전소자에 소비 전력을 공급함으로써, 첫째, 고온의 열과 저온의 열을 공급할 수 있고, 둘째, 열전소자의 에너지 이용 효율을 두 배 이상 향상시키고, 셋째, 외부 전력이 불필요하고, 넷째, 대용량의 열 부하 능력을 보유하며, 다섯째, 유지비용이 적고 환경 친화적인 무공해의 고온 열원과 저온 열원을 공급할 수 있는 효과 등이 있다.

도 1 은 본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템"의 구성을 나타낸 시스템 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 열원발생부의 구성을 나타낸 분해 사시도,
도 3 은 도2의 일부 조립 상태를 나타낸 사시도,
도 4 는 도2의 조립 상태를 나타낸 사시도,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 열교환핀의 다른 구성을 나타낸 요부 단면도,
도 6 은 본 발명에 따른 축열제어부의 구성을 나타낸 블럭도,
도 7 은 본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템"의 다른 구성을 나타낸 시스템 구성도,
도 8 은 도7 구성의 발명에 있어서 열원발생부의 장착 상태를 나타낸 사시도,
도 9 는 본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템"의 다른 구성을 나타낸 시스템 구성도,
도 10 은 도9의 구성에 있어서 열원발생부의 구성을 나타낸 분해 사시도,
도 11 은 도10의 일부 조립 상태를 나타낸 사시도,
도 12 는 본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템"의 다른 구성을 나타낸 시스템 구성도,
도 13 은 본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템 제어방법"을 나타낸 제어흐름도,
도 14 는 본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템"의 다른 구성을 나타낸 시스템 구성도,
도 15 는 도14의 구성에 있어서 열전소자부와 저온교환모듈 및 고온교환모듈의 구성을 나타낸 분해 사시도,
도 16 은 도15의 요부 단면도,
도 17a 내지 도 17c는 도14의 구성에 있어서 열교환핀의 다른 구성을 나타낸 요부 단면도,
도 18 은 본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템"의 다른 구성을 나타낸 시스템 구성도,
도 19 는 본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템"의 다른 구성을 나타낸 시스템 구성도,
도 20 은 본 발명 "태양광을 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템 제어방법"의 다른 구성을 나타낸 제어흐름도.

본 발명 "태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템 및 방법"의 기술적 사상을 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

설명을 함에 있어서 동일, 또는 유사한 구성 및 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 명칭 및 부호를 사용한다.

<실시예1>

본 실시예1은 본 발명의 구성1에 대한 실시예이다.

본 실시예1에서는 열원저장탱크 내부에 분리막을 수평으로 설치하여 내부 공간을 고온저장공간과 저온저장공간으로 분리한 후, 열원저장탱크 상부 공간을 고온저장공간, 하부 공간을 저온저장공간으로 한 것을 예로 하여 설명한다. 따라서 열원발생부는 상기 수평으로 설치된 수평 분리막을 경계로 하여 상부에서는 발열작용이 일어나고, 하부에서는 흡열작용이 일어나도록 설치한 것을 예로 하여 설명한다.

또한 본 실시예1에 있어서는 열원발생부 1개를 사용하고, 자연대류에 의해 열전소자부에서 발생하는 고온의 열과 저온의 열을 분리하여 저장하는 것을 예로 하여 설명한다.

또한 본 실시예1에서는 열원저장탱크 내부에 고온 교환용 내부열교환기와 저온 교환용 내부열교환기를 상단과 하단에 설치한 것을 예로 하여 설명한다.

또한 본 실시예1에서는 상기 고온저장공간과 저온저장공간의 상단, 중단, 하단의 온도를 검출하는 것을 예로 하여 설명한다. 따라서 축열제어부의 온도검출부는 6개의 온도센서로 구성한 것을 예로 하여 설명한다.

또한 본 실시예1에 있어서는 태양광발전부에서 출력되는 직류 전원을 별도의 추가 장치 없이 직접 열원발생부에 인가하는 것을 예로 하여 설명한다. 즉, 전력변환장치나 축전기, 또는 인버터 같은 별도의 장치를 설치하지 않는 것을 예로 하여 설명한다. 또한, 열원발생부 동작 전압은 24V인 것으로 하고, 태양광발전부의 최대 출력 전압 값은 열원발생부 동작 전압의 125%인 것을 예로 하여 설명한다.

또한 본 실시예1에 있어서 태양열집열부는 자연순환식으로 구성한 것을 예로 하여 설명하며, 태양열집열부를 흐르는 전열매체의 유량 및 온도는 검출하기 않으며, 외부기기와의 통신은 수행하지 않는 것을 예로 하여 설명한다.

또한, 본 실시예1에 있어서 축열제어부는 사용자에 의해 동작 조건을 설정하도록 한 후, 상기 동작 조건이 충족되는지의 여부를 검출하여 열원발생부의 동작을 제어하는 것을 예로 하여 설명하며, 검출 온도 데이터와 열원발생부 동작 데이터를 표시부에 나타내고 저장하는 것을 예로 하여 설명한다.

이와 같이 본 실시예1을 구성한 이유는, 본 발명의 구성1의 기술적 사상에 따른 다른 실시예들은 본 실시예1로부터 용이하게 알 수 있음은 물론 본 발명의 기술적 사상을 간결하고 명확하게 설명하기 위함이다.

이하, 본 실시예1의 구성에 대해 첨부된 도면 도1 내지 도8을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 실시예1에서는 열원발생부(200)의 열전소자부(230) 동작 전압 값이 24V이고, 태양광발전부(400)의 최대 출력 전압 값이 상기 동작 전압 값의 125%인 것을 예로 하여 설명하므로, 상기 열전소자부(230)의 열전소자(233)를 직병렬 접속하여 동작 전압이 24V가 되도록 하고, 태양광발전부(400)의 최대 출력 전압 값이 상기 24V의 125%인 30V가 되도록 태양전지(410)를 직병렬 접속한다. 참고로 열전소자의 동작 값은 일반적으로 12V이며, 시중에 유통되는 250W 태양광 집열판의 경우 최대 출력 전압이 30.9V이다. 또한, 열전소자의 경우 소자 특성 상 정격 전압 이하의 전압이 인가되면 동작 효율만 저하될 뿐 동작은 지속적으로 이루어진다. 따라서, 태양광 발전 중에 눈이나 비가 오거나, 또는 구름 등으로 인하여 발전량이 변화하여도 열전소자의 동작에는 문제없다.

먼저, 도1과 도4에서 도시되는 바와 같이, 고온전달부(210)가 상부로 오고, 저온전달부(220)가 하부로 오도록 열원발생부(200)를 수평 분리막(130)에 설치하여 열원저장탱크(100) 내부에 장착한 후, 상기 열원저장탱크(100) 상단과 하단에 고온 출탕용 내부열교환기(110)와 저온 출탕용 내부열교환기(120) 및 태양열집열부(500)를 경유하는 전열매체순환가 순환하는 내부열교환기(170)를 설치하고, 고온저장공간(150)과 저온저장공간(160)의 상단, 중단, 하단에 온도센서(141~146)를 설치하며, 상기 열원발생부(200)와 온도센서(141~146)를 축열제어부(300)에 접속하여 본 실시예1을 구성한다.

태양광발전부(400)는 직류 전압 출력단을 축열제어부(300)에 접속한다. 본 실시예1에 있어서는 태양광발전부(400)에서 출력되는 직류 전압 값을 열원발생부(200)에 직접 공급하므로 도1에 있어서 발전제어부(420)는 생략한다.

태양열집열부(500)는 태양열 집열기(510)와 내부열교환기(170)에 연결관(531, 532)을 연결하여 설치한다. 본 실시예1에서 상기 태양열집열부(500)는 자연순환식인 것으로 하였으므로 순환 펌프(540)와, 온도센서(521~524)와 및 유량센서(550)는 생략한다.

상기 열원발생부(200)가 장착된 수평 분리막(130)을 열원저장탱크(100) 내부에 설치할 경우에는, 상기 수평 분리막(130) 하부에 삼각 받침 다리(미도시)를 부착시켜 설치함이 바람직하다. 또는 상기 수평 분리막(130)을 고정쇠(미도시)를 이용하여 상기 열원저장탱크(100)에 고정시키거나, 또는 부력을 발생하는 물체(예: 스티로폼(styrofoam))를 상기 수평 분리막(130)에 장착시켜 설치할 수 있다.

도면 중 미 설명 부호 (215)는 열전소자부(230)에 전원을 공급하는 전선을 나타낸 것이다.

상기 열원발생부(200)는, 도2와 도3에서 도시되는 바와 같이, 단열시트(231) 내에 열전소자(233)를 장착하여 열전소자부(230)를 구성한 후, 상기 저온전달부(220)의 열전소자 접촉면(223)에 열전소자부(230)의 흡열면이 접촉되도록 하고, 고온전달부(210)의 열전소자 접촉면(213)에 열전소자부(230)의 발열면이 접촉하도록 하며, 상기 고온전달부(210)와 저온전달부(220) 사이에 패킹(240c, 240d)과 마개(240a, 240b)를 삽입하여 열원발생부(200)를 구성한다. 상기 패킹(240c, 240d)과 마개(240a, 240b)는 상기 열원발생부(200)가 저장매체에 잠겼을 경우 기밀을 유지하기 위한 것이며, 도면 중 미설명 부호 (214)는 나사, (232)는 전선이 안착되는 전선유도홈을 각각 나타낸다.

축열제어부(300)는 도6에서 도시되는 바와 같이, 온도검출부(310)와, 스위치부(320)와, 데이터저장부(325)와, 표시부(335)와, 열원발생제어부(340)를 제어부(330)에 접속하여 구성하고, 전원공급부(355)는 상기 각 구성요소에 동작 전원을 공급하도록 구성한다. 상기 전원공급부(355)에는 태양광발전부(400)에서 인가되는 전원, 또는 상용교류전원(A)이 접속된다.

본 실시예1에서는 태양열집열부를 자연순환식으로 하고, 유량 검출 및 외부기기와의 통신은 하지 않는 것으로 설정하였으므로 도6의 구성에 있어서 유량검출부(315)와 펌프제어부(345) 및 통신부(350)는 구성을 생략한다.

상기 고온전달부(210)의 열교환핀(211)이나, 저온전달부(220)의 열교환핀(221)은, 도5a 내지 도5c에서 도시되는 바와 같이 열교환핀의 간격이나 길이를 다르게 구성함으로써 열 교환 효율을 향상시킴이 바람직하다. 즉, 열전소자부(230)의 열 분포 특성과 열 전달 특성 및 열 교환 특성을 분석하여 최적의 열 교환이 이루어질 수 있도록 상기 열교환핀의 길이와 간격을 조절한다.

상기 열전소자부(230)의 열 분포 특성이나 열 전달 특성 및 열 교환 특성을 검출하는 방법은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

상기 온도검출부(310)의 온도센서(141~146)는 PT계열 온도센서(예: PT100, PT1000 등)로 구성됨이 바람직하며, 상기 온도센서에서 출력되는 저항 값을 제어부(340)의 A/D 컨버터를 이용하여 온도 값으로 변환함이 바람직하다. 상기 제어부(340)는 A/D 컨버터가 내장된 마이컴으로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 실시예1의 동작 및 작용 효과를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 전원공급부(355)에 전원이 인가되면 상기 제어부(330)는 도13에서 도시되는 바와 같이, 동작조건설정단계(S110)를 수행하여 동작 조건을 설정하는 기능이 선택되었는지의 여부를 판단한다. 이때, 상기 판단 결과 동작 조건 설정 기능이 선택된 것으로 판단되었을 경우에는 상기 스위치부(320)를 통해 사용자가 입력하는 동작 조건을 입력받게 된다.

예를 들어, 고온저장공간(150)나 저온저장공간(160)의 축열 온도를 설정하거나, 또는 열전소자부(230)의 동작 조건이나 가동 시간 등을 설정할 수 있다.

상기 동작조건설정단계(S110)를 수행한 후 상기 제어부(330)는, 온도검출부(310)를 통해 고온저장공간(150)과 저온저장공간(160)의 온도를 검출하는 검출하여 고온저장공간(150) 또는 저온저장공간(160)의 온도가 사용자에 의해 설정된 값에 도달하였는지의 여부를 판단하고, 설정값에 도달하지 않았을 경우에는 설정값 도달을 위해 필요한 열원발생부(200)의 제어 값을 산출하여 상기 산출된 값으로 열원발생부(200)의 동작을 제어하는 열원발생제어단계(S120)를 수행하게 된다.

즉, 열원저장탱크(100)에 설치된 온도센서 (141~143)를 통해 고온저장공간(150)의 상단, 중단, 하단에 대한 저장매체의 온도를 검출하고, 온도센서 (144~146)를 통해 저온저장공간(160)의 상단, 중단, 하단에 대한 저장매체의 온도를 검출하여 열전소자부(230)의 제어 값을 산출한 후 상기 열원발생제어부(340)를 통해 열전소자부(230)의 동작을 제어하게 된다.

다시 말해, 상기 태양광발전부(400)에서 발전된 직류 전압을 열원발생부(200)에 인가하여 열원발생부(200)를 동작시키게 된다. 이때, 상기 전원공급부(355)를 통해 열원발생부(200)에 전원을 공급할 경우에는 상기 태양광발전부(400)에서 발전되는 전원이 우선적으로 공급되도록 설정하고, 눈이나 비, 또는 구름 등으로 인하여 발전량이 기준 값 이하가 될 경우에 상용 교류 전원(A)을 직류전원으로 변환하여 열원발생부(200)에 공급하도록 설정한다. 예를 들어 고온저장공간(150)이나 저온저장공간(160)에 저장된 저장매체의 온도와 사용자에 의해 설정된 설정값과의 차이가 일정 값 이상이면서 태양광발전부(400)의 발전량이 작을 때 상용 교류전원을 공급하도록 설정할 수 있다.

상기 고온저장공간(150)나 저온저장공간(160)의 온도는 상단 온도센서(141, 144), 중단 온도센서(142, 145), 하단 온도센서(143, 146)에서 검출하는 값을 평균하거나, 또는 어느 하나의 값을 기준으로 가중치를 부여하여 산출함이 바람직하다.

상기 열원발생부제어단계(S120)를 수행한 후 상기 제어부(330)는, 표시단계(S140)와 데이터저장단계(S150)를 순차적으로 수행하여 온도 데이터, 열원발생부 동작 데이터, 열교환량 등을 표시부(335)를 통해 표시하고, 데이터저장부(325)에 저장하게 되는 것으로, 상기 단계를 반복 수행하여 열원발생부(200)에서 발생하는 고온의 열과 저온의 열을 열원저장탱크(100)의 고온저장공간(150)과 저온저장공간(160)에 각각 분리하여 저장하게 된다.

즉, 상기 열전소자부(230) 발열면에서 발생하는 고온의 열은 열전소자 접촉면(213)을 통해 고온전달부(210)의 열교환핀(211)에 전달되고, 상기 열교환핀(211)에 전달된 고온의 열은 고온저장공간(150)을 자연대류에 의해 순환하는 저장매체에 저장되게 된다.

마찬가지로, 상기 열전소자부(230) 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 열전소자 접촉면(223)을 통해 저온전달부(220)의 열교환핀(221)에 전도되고, 상기 열교환핀(221)에 전도된 저온의 열은 저온저장공간(160)을 자연대류에 의해 순환하는 저장매체에 저장되게 되는 것으로, 상기의 과정을 설정값에 도달할 때까지 반복 수행하게 된다.

상기 고온저장공간(150)에 저장된 고온의 열은 내부열교환기(110)를 통해 열 교환되어 외부에 고온의 열을 공급하게 된다.

마찬가지로, 상기 저온저장공간(160)에 저장된 저온의 열은 내부열교환기(120)를 통해 열 교환되어 외부에 저온의 열을 공급하게 된다.

상기 열 교환량은 열원발생부(200)에 공급되는 전력을 환산하여 산출한다. 예를 들어, 열원발생부(200)에 공급되는 전력에 대한 열 발생량(또는 열 흡열량)을 측정하여 데이터 테이블을 만든 후, 상기 데이터 테이블을 참조하여 열 교환량을 산출할 수 있다.

본 실시예1에 있어서 상기 태양열집열부(500)는 자연순환식으로 구성한 것으로 하고, 집열량은 산출하지 않는 것으로 하였으므로, 본 실시예1에 있어서 상기 태양열집열부(500)는 자연순환식 구성에 따른 집열 동작을 수행하여 상기 고온저장공간(150)에 집열한 열을 저장하게 된다. 따라서, 도13에 있어서 상기 태양열 집열기(510)의 온도와 고온저장공간(150)의 온도로부터 전열매체 순환 펌프(540)의 제어량을 산출하여 상기 펌프(540)의 동작을 제어하는 집열제어단계(S130)는 본 실시예1에 있어서 생략된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예1은 태양광 발전을 수행하여 소비 전력을 공급하고, 열원저장탱크의 내부 공간을 분리막을 통해 고온저장공간과 저온저장공간으로 분리한 후, 상기 태양열집열부에서 집열하는 열과 열원발생부 발열면에서 발생하는 고온의 열은 고온저장공간에 저장하고, 열원발생부 흡열면에서 생성되는 저온의 열원은 저온저장공간에 저장함으로써 저온의 열원과 고온의 열원을 모두 사용할 수 있도록 한 것이다.

<실시예2>

본 실시예2는 본 발명의 구성2에 대한 실시예로, 두 개의 탱크(고온저장탱크, 저온저장탱크)를 사용하여 열원발생부의 열전소자부에서 발생하는 고온의 열원과 저온의 열원을 자연대류에 의해 각각 분리하여 저장하는 것에 대한 실시예이다.

또한, 본 실시예2에 있어서는 고온저장탱크와 저온저장탱크를 나란히 설치하고, 상기 고온저장탱크와 저온저장탱크 탱크 내부에 내부열교환기를 설치하며, 상기 고온저장탱크와 저온저장탱크의 상단, 중단, 하단에 온도센서를 장착한 것을 예로 하여 설명한다.

또한, 본 실시예2에 있어서 축열제어부는 실시예1에서와 같이 사용자에 의해 동작 조건을 설정하도록 한 후, 상기 동작 조건이 충족되는지의 여부를 검출하여 열원발생부의 동작을 제어하는 것을 예로 하여 설명하며, 검출 온도 데이터와 열원발생부 동작 데이터를 표시부에 나타내고 저장하는 것을 예로 하여 설명한다.

또한 본 실시예2에 있어서 열원발생부와 태양광발전부는 실시예1에서와 같이 열원발생부 동작 전압을 24V인 것으로 하고, 태양광발전부의 최대 출력 전압 값은 열원발생부 동작 전압의 125%인 것으로 하여 상기 태양광발전부에서 발전되는 직류 전압을 직접 열원발생부에 공급하는 것을 예로 하여 설명한다.

또한 본 실시예2에 있어서 태양광발전부는 실시예1에서와 같이 자연순환식으로 구성한 것을 예로 하여 설명한다.

이와 같이 본 실시예2를 구성한 이유는, 본 발명의 구성2의 기술적 사상에 따른 다른 실시예들은 본 실시예2로부터 용이하게 알 수 있음은 물론 본 발명의 기술적 사상을 간결하고 명확하게 설명하기 위함이다.

이하, 본 실시예2의 구성에 대해 첨부된 도면 도9 내지 도11을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 실시예1에서와 같이 상기 열전소자부(230)의 열전소자(233)를 직병렬 접속하여 열원발생부(200)의 동작 전압이 24V가 되도록 하고, 태양광발전부(400)의 최대 전압 값이 상기 24V의 125%인 30V가 되도록 태양전지(410)를 직병렬 접속하여, 상기 태양광발전부(400)에서 발전되는 직류 전압을 열원발생부(200)에 직접 공급하도록 구성한다.

또한, 도9 내지 도11에서 도시되는 바와 같이, 고온저장탱크(610) 내부에 열교환핀(221)이 돌출되도록 고온전달부(210)를 설치하고, 저온저장탱크(710) 내부에 열교환핀(211)이 돌출되도록 저온전달부(220)를 설치하며, 단열시트(231) 내에 열전소자(233)를 장착하여 열전소자부(230)를 구성한 후, 상기 열전소자부(230) 발열면에 상기 고온전달부(210)의 열전소자접촉면(213)이 밀착되도록 고온전달부(210)를 장착하고, 상기 열전소자부(230)부 흡열면에 상기 저온전달부(220)의 열전소자접촉면(223)이 밀착되도록 저온전달부(220)를 장착하여 본 실시예2를 구성한다.

태양열집열부(500)는 실시예1에서와 같이 자연순환식으로 구성한다.

축열제어부(300)는 실시예1에서와 같이 온도검출부(310)와, 스위치부(320)와, 데이터저장부(325)와, 표시부(335)와, 열원발생제어부(340)를 제어부(330)에 접속하여 구성하고, 전원공급부(355)는 상기 각 구성요소에 동작 전원을 공급하도록 구성한다. 상기 전원공급부(355)에는 태양광발전부(400)에서 인가되는 전원, 또는 상용교류전원(A)이 접속된다(도6).

상기 고온저장탱크(610)에 고온전달부(210)를 장착할 경우에는 고온저장탱크(610) 일측면을 절개한 후 상기 고온전달부(210)의 열교환핀(211)이 고온저장탱크(610) 내부로 돌출되도록 장착함이 바람직하다. 저온교환탱크(710) 역시 마찬가지로 저온전달부(220)를 장착한다.

상기 고온전달부(210)나 저온전달부(220)의 체결 방법 및 사용 온도센서 등은 실시예1과 동일하다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 실시예2의 동작 및 작용 효과를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

실시예1이 하나의 열원저장탱크를 고온저장공간과 저온저장공간으로 분리하여 열원발생부에서 생성되는 고온의 열원과 저온의 열원을 분리하여 저장하는 것에 비해 본 실시예2는 두 개의 탱크(고온저장탱크, 저온저장탱크)를 사용하여 상기 열원발생부에서 발생하는 고온의 열원과 저온의 열원을 분리하여 저장하는 것에 차이점이 있는 것으로, 태양열을 집열하고 자연대류를 이용하여 상기 열원발생부에서 발생하는 고온의 열원과 저온의 열원을 분리하여 저장하는 동작은 동일하다.

따라서 본 실시예2 역시 도13에서 도시되는 바와 같이, 동작조건설정단계(S110), 열원발생제어단계(S120), 표시단계(S140) 및, 데이터저장단계(S150)를 순차적으로 반복 수행하여 상기 열원발생부(200)에서 발생하는 고온의 열원과 저온의 열원을 고온저장탱크(610)와, 저온저장탱크(710)에 분리하여 저장하게 된다. 실시예2 역시 실시예1과 동일하게 집열제어단계(S130)는 생략한다.

<실시예3>

본 실시예3은 본 발명의 구성3에 대한 실시예로, 이격 설치된 고온저장탱크와 저온저장탱크에 전열매체(물, 열매체 등)를 순환 펌프를 통해 강제 이송시켜 열원발생부에서 발생하는 고온의 열원과 저온의 열원을 분리하여 저장하는 것에 대한 실시예이다.

본 실시예3에서는 외부열교환기를 사용하여 고온교환저장부와 저온교환저장부를 구성하고, 고온저장탱크와 저온저장탱크는 내부열교환기를 사용하여 구성한 것을 예로 하여 설명한다.

또한 본 실시예3에 있어서 태양열집열부는 강제순환식으로 구성하고 태양열집열부를 흐르는 전열매체의 유량을 검출하여 순환 펌프의 동작을 제어하며 집열량을 산출하여 표시하는 것을 예로 하여 설명한다.

또한 본 실시예3에 있어서 온도검출부는 고온저장탱크와 저온저장탱크의 상단, 중단, 하단의 온도와, 저온교환모듈, 고온교환모듈 및 외부열교환기의 온도를 검출하는 것을 예로 하여 설명한다.

또한 본 실시예3에 있어서는 유량센서를 사용하여 전열매체의 유량을 검출하는 것을 예로 하여 설명한다.

또한 본 실시예3에 있어서 열원발생부와 태양광발전부는 실시예1에서와 같이 열원발생부 동작 전압을 24V인 것으로 하고, 태양광발전부의 최대 출력 전압 값은 열원발생부 동작 전압의 125%인 것을 예로 하여 설명한다.

이와 같이 본 실시예3을 구성한 이유는, 본 발명의 구성3의 기술적 사상에 따른 다른 실시예들은 본 실시예3으로부터 용이하게 알 수 있기 때문이다.

이하, 본 실시예3의 구성에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 실시예1에서와 같이 상기 열전소자부(230)의 열전소자(233)를 직병렬 접속하여 열원발생부(200)의 동작 전압이 24V가 되도록 하고, 태양광발전부(400)의 최대 전압 값이 상기 24V의 125%인 30V가 되도록 태양전지(410)를 직병렬 접속하여, 상기 태양광발전부(400)에서 발전되는 직류 전압을 직접 열원발생부(200)에 공급하도록 한다.

또한, 도15에서 도시되는 바와 같이, 단열시트(231a)에 열전소자(233a)를 장착한 후 전원 공급 시 동일한 면에서 동일하게 흡열작용이나 발열작용이 일어나도록 전선유도홈(232a)을 통해 열전소자(233a)를 결선하여 열전소자부(230a)를 구성하고, 상부연결관(842a)이 마련된 상부캡(842d), 상부패킹(843a), 열교환몸체(844), 하부패킹(843b) 및 하부연결관(842e)이 마련된 하부캡(842d)을 순차적으로 조립하여 고온교환모듈(840)을 구성한다.

상기 고온교환모듈(840)의 열교환몸체(844) 내부에는 도15와 도16에서 도시되는 바와 같이 내부에 열교환핀(844a)이 형성된다.

상기 열교환핀(844a)은 도17a 내지 도17c에서 도시되는 바와 같이, 열전소자부(230a)와의 열 교환 효율을 향상시키기 위해 열교환핀(844a)의 길이나 열교환핀(844a) 사이의 간격을 조절하여 구성할 수 있다. 즉, 열전소자부(230a) 내 열전소자(233)의 장착 위치나 간격을 고려하여 열교환핀(844a)의 길이나 간격을 조절할 수 있다.

상기 열교환몸체(844)는 알루미늄을 압출하여 열교환몸체(844)와 열교환핀(844a)을 일체로 성형함이 바람직하다.

상기 저온교환모듈(940)의 구성은 전열매체의 순환 방향이 다르다는 것을 제외하고는 고온교환모듈(840)과 동일하므로, 상기 고온교환모듈(840)과 동일하게 구성한다.

도15에 있어서 미설명 부호 (842c)는 체결 나사를 나타낸다.

이후, 도15와 도19에서 도시되는 바와 같이 열전소자부(230a) 발열면에 고온교환모듈(840)이 밀착되도록 설치하고, 상기 고온교환모듈(840)과 외부열교환기(850)를 연결관(825, 826)을 통해 연결하며, 상기 외부열교환기(850)와 고온저장탱크 내부열교환기(814)를 연결관(823, 824)을 통해 연결한 후, 고온교환모듈(840)과 외부열교환기(850)의 전열매체 경로 상에 유량검출센서(836)와 펌프(833)를 설치하고, 상기 외부열교환기(850)와 고온저장탱크(810)의 전열매체 경로 상에 유량검출센서(835)와 펌프(832)를 설치하여 본 실시예3에 의한 고온교환저장부(800)를 구성한다.

또한, 열전소자부(230a) 흡열면에 저온교환모듈(940)이 밀착되도록 설치하고, 상기 저온교환모듈(940)과 외부열교환기(950)를 연결관(923, 924)을 통해 연결하며, 상기 외부열교환기(950)와 저온저장탱크 내부열교환기(914)를 연결관(925, 926)을 통해 연결한 후, 저온교환모듈(940)과 외부열교환기(950)의 전열매체 경로 상에 유량검출센서(935)와 펌프(932)를 설치하고, 상기 외부열교환기(950)와 저온저장탱크(910)의 전열매체 경로 상에 유량검출센서(936)와 펌프(933)를 설치하여 본 실시예3에 의한 저온교환저장부(900)를 구성한다.

태양열집열부(500)는 태양열 집열기(510)를 연결관(531, 532)을 통해 고온저장탱크(810)내의 내부열교환기(816)에 연결한 후, 전열매체 경로상에 순환 펌프(540)와 유량센서(550)와 온도센서(523, 524)를 설치하여 구성한다.

도면 중 미설명 부호 (521), (522), (811) 내지 (813), (851), (841), (911) 내지 (913), (941), (951)은 각각 온도센서를 나타낸다.

상기 온도센서는 PT계열 온도센서(예: PT100, PT1000 등)로 구성됨이 바람직하며, 상기 온도센서에서 출력되는 저항 값을 제어부(330)의 A/D 컨버터를 이용하여 온도 값으로 변환함이 바람직하다.

축열제어부(300a)는 도6에서 도시되는 바와 같이, 온도검출부(310)와, 유량검출부(315)와, 스위치부(320)와, 데이터저장부(325)와, 표시부(335)와, 열원발생제어부(340)와, 펌프제어부(345)를 제어부(330)에 접속하여 구성한다. 전원공급부(355)는 상기 각 구성요소에 동작 전원을 공급하도록 구성한다. 상기 전원공급부(355)에는 태양광발전부(400)에서 인가되는 전원, 또는 상용교류전원(A)이 접속된다.

상기 유량검출부(315)의 유량센서(550, 835, 836, 935, 936)는 유량 검출값을 디지털 값으로 출력하는 디지털 유량검출센서로 구성됨이 바람직하다.

유량검출센서에 대한 구성 및 동작은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 실시예3의 동작 및 작용 효과를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 전원공급부(355)에 전원이 인가되면 상기 제어부(330)는 도20에서 도시되는 바와 같이, 동작조건설정단계(S210)를 수행하여 동작 조건을 설정하는 기능이 선택되었는지의 여부를 판단하고, 동작 조건 설정 기능이 선택되었을 경우에는 상기 스위치부(320)를 통해 동작 조건을 입력받게 된다.

예를 들어, 고온저장탱크(810)나 저온저장탱크(910)의 축열 온도를 설정하거나, 또는 고온저장탱크(810)(또는 저온저장탱크)와 고온교환모듈(840)(또는 저온교환모듈)의 차온 제어 설정, 태양열집열부(500)의 차온 제어 설정, 펌프(540, 832, 833, 932, 934)의 동작 조건 설정, 또는 열전소자부(230a)의 동작 조건 등을 설정할 수 있다.

상기 동작조건설정단계(S210)를 수행한 후 상기 제어부(330)는, 온도검출부(310)를 통해 고온저장탱크(810)와 저온저장탱크(910)의 온도를 검출하는 검출하여 고온저장탱크(810) 또는 저온저장탱크(910)의 온도가 사용자에 의해 설정된 값에 도달하였는지의 여부를 판단하고, 유량검출부(315)의 유량검출센서(835, 836, 935, 936)를 통해 전열매체의 유량을 검출하여 열전소자부(230a)와 펌프(832, 833, 932, 933)의 동작 제어값을 산출하고, 상기 산출한 값으로 열전소자부(230a)와 펌프(832, 833, 932, 933)의 동작을 제어하는 열원발생제어단계(S220)를 수행한다.

상기 열원발생제어단계(S220)를 수행한 후 상기 제어부(330)는, 온도센서(521, 522)를 통해 태양열 집열기(510)의 온도를 검출하고, 상기 열원발생제어단계(S220)에서 검출한 고온저장탱크(810)와 온도차를 산출하여, 상기 유량센서(550)를 통해 태양열 집열기(510)로 흐르는 전열매체의 유량을 검출한 후, 상기 태양열 집열기(510)로 흐르는 전열매체를 순환시키는 펌프(540)의 제어값을 산출하여 상기 산출된 값으로 펌프(540)의 동작을 제어하는 집열제어단계(S230)를 수행한다.

상기 열원발생제어단계(S220) 및 집열제어단계(S230)에서 상기 펌프(540, 732, 733, 832, 833)의 동작을 제어할 경우에는 유량을 제어함이 바람직하다.

상기 집열제어단계(S230)를 수행한 후 상기 제어부(330)는 표시단계(S240)와 데이터저장단계(S250)를 순차적으로 수행하여 온도 데이터, 열전소자부 동작 데이터, 펌프 동작 데이터, 열 교환량, 집열량 등을 표시부(335)를 통해 표시하고, 데이터저장부(325)에 저장하게 되는 것으로, 상기 단계를 반복 수행하여 상기 태양열집열부(500)에서 집열하는 열과 열전소자부(230a) 발열면에서 발생하는 고온의 열을 고온저장탱크(810)에 저장하고, 상기 열전소자부(230a) 흡열면에서 생성되는 저온의 열을 저온저장탱크(910)에 각각 분리하여 저장하게 된다.

상기 태양열집열부(500)의 집열량은 태양열 집열기(510) 상단의 온도와 하단의 온도 및 전열매체의 유량을 검출하여 산출함이 바람직하며, 태양열집열부(500)의 열 교환량은 상기 온도센서(523, 524)에서 검출한 온도(고온저장탱크로 유입되는 전열매체의 온도 및 유출되는 온도)와 상기 유량으로부터 산출함이 바람직하다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예3은 열전소자부 발열면에서 발생하는 고온의 열원은 고온교환모듈과 고온저장탱크 사이에 전열매체를 순환시켜 저장하고, 흡열면에서 생성되는 저온의 열원은 저온교환모듈과 저온교환탱크 사이에 전열매체를 순환시켜 저장함으로써, 상기 태양열집열부에서 집열하는 열과 열전소자부 발열면에서 발생하는 고온의 열은 고온저장공간에 저장하고, 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열원은 저온저장공간에 저장함으로써 저온의 열원과 고온의 열원을 모두 사용할 수 있도록 한 것이다.

그러나 상기의 실시예들에 있어서는 설명의 편의상 상기 태양광발전부에서 발전하는 직류 전원을 직접 열원발생부(또는 열전소자부)에 인가하는 것을 예로 하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다.

즉, 전력변환부(421)와 축전부(422) 및 인버터부(423)를 선택적으로 포함하는 발전제어부(420)를 구성하여, 상기 태양광발전부에서 출력되는 직류 전원이 일정한 전압을 갖도록 하거나, 축전부에 저장하거나, 또는 인버터를 통해 교류로 변환시킬 수 있음은 물론, 계통 연계형 구성일 경우에는 발전 전력을 외부로 송출하도록 구성할 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기의 실시예들에 있어서는 설명의 편의상 태양열집열부를 자연순환식으로 구성하고, 집열량은 산정하지 않는 것을 예로 하여 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다,

즉, 전열매체를 순환시키는 순환 펌프(540)를 장착한 강제순환식으로 구성할 수 있음은 물론, 유량센서(550)나 온도센서(521~524)를 장착하여 전열매체의 유량을 제어하거나 집열량 등을 산출할 수 있음을 밝혀둔다.

또한 상기의 실시예들에 있어서는 축열제어부에서 동작 데이터 및 제어 데이터 등을 표시하고 저장하는 것을 예로 하여 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다.

즉, 도6에서 도시되는 바와 같이 통신부(350)를 더 구성하여 검출 데이터, 동작 데이터 및 제어 데이터를 외부기기로 전송하거나 또는 외부기기에서 전송되는 제어신호를 입력받아 축열제어부의 동작을 수행할 수 있음을 밝혀둔다.

유선통신장치, 또는 무선통신장치를 통해 외부기기와의 통신을 수행하는 통신장치의 구성 및 동작은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기의 실시예1에 있어서는 분리막을 통해 열원저장탱크의 내부 공간을 고온저장공간과 저온저장공간으로 분리할 때 수평 분리막을 통해 상부 공간과 하부 공간으로 나눈 후, 상부 공간을 고온저장공간으로 하고, 하부 공간을 저온저장공간으로 한 것을 예로 하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀 둔다.

즉, 도7과 도8에서 도시되는 바와 같이, 수직 분리막(130a)을 통해 열원저장탱크(100a)이 내부 공간을 수직으로 나눈 후, 상기 분리막(130a)을 기준으로 하여 일측 공간을 고온저장공간으로 하고, 타측 공간을 저온저장공간으로 하여, 상기 열원발생부에서 발생하는 고온의 열원과 저온의 열원을 분리하여 저장할 수 있음을 밝혀둔다. 도면 중 미 설명 부호 (210a)는 고온전달부, (220a)는 저온전달부, (110a)는 고온 출탕용 내부열교환기, (120a)는 저온 출탕용 내부열교환기를 각각 나타낸다.

또한, 상기의 실시예1에 있어서는 고온저장공간과 저온저장공간 내부에 내부열교환기를 장착하여 저장된 열원을 외부로 공급하는 것을 예로 하여 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다.

즉, 내부열교환기 없이 고온의 열원이나 저온의 열원을 공급할 수 있음을 밝혀둔다. 예를 들어, 고온저장공간의 경우에는 상단에 온수 출구를 마련하고, 하단에 입구를 마련하여 고온의 열원을 공급하도록 구성할 수 있고, 저온저장공간의 경우에는 하단에 냉수 출구를 마련하고 상단에 입구를 마련하여 저온의 열원을 공급하도록 구성할 수 있다.

또한, 상기의 실시예1에 있어서는 하나의 열원발생부를 사용한 것을 예로 하여 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다.

즉, 두 개 이상의 열원발생부를 사용하여 본 발명을 구성할 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기의 실시예2에 있어서는 고온저장탱크와 저온저장탱크를 측면으로 설치한 것을 예로 하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 즉, 도12에서 도시되는 바와 같이, 상단에는 고온저장탱크(610a)를 설치하고, 하단에는 저온저장탱크(710a)를 설치하여 구성할 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기의 실시예3에 있어서는 고온교환모듈과 고온저장탱크(또는 저온교환모듈과 저온저장탱크) 사이에 외부열교환기를 사용하여 열 교환을 하는 것을 예로 하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 즉, 도14와 도18에서 도시되는 바와 같이 외부열교환기 없이 본 발명을 구성할 수 있다.

또한 상기의 실시예3에 있어서 고온저장탱크(또는 저온저장탱크) 내부에 열교환기를 장착하여 전열매체가 흐르는 폐루프를 형성한 것을 예로 하여 설명하였으나, 본 발명이 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 즉, 도14에서 도시되는 바와 같이 내부열교환기를 사용하지 않거나, 또는 도18에서 도시되는 바와 같이 하나의 내부열교환기를 사용하여 구성할 수 있음을 밝혀둔다.

또한 상기의 실시예3에 있어서는 전열매체의 유량을 검출하기 위해 유량검출센서를 장착하여 사용한 것을 에로 하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 즉, 전원 공급에 따른 펌프의 유량 변화를 데이터 테이블로 만들어 유량검출센서 없이 유량을 산출하거나, 또는 유량 검출 과정 없이 본 발명을 구성할 수 있다.

100, 100a: 열원저장탱크 110, 110a: 내부열교환기(고온)
120, 120a: 내부열교환기(저온) 130: 수평 분리막
130a: 수직 분리막 141 ~ 146: 온도센서
150: 고온저장공간 160: 저온저장공간
200, 200a: 열원발생부 210, 210a: 고온전달부
211, 221: 열교환핀 212, 222: 날개
213, 223: 열전소자 접촉면 214: 나사
215: 전선 220, 220a: 저온전달부
230: 열전소자부 231: 단열시트(절연)
232: 전선유도홈 233: 열전소자
240a, 240b: 마개 240c, 240d: 패킹
300, 300a: 축열제어부 310: 온도검출부
315: 유량검출부 320: 스위치부
325: 데이터검출부 330: 제어부
335: 표시부 340: 열원발생제어부
345: 펌프제어부 350: 통신부
355: 전원공급부
400: 태양광발전부 410: 태양전지부
420: 발전제어부 421: 전력변환부
422: 축전부 423: 인버터부
430: 지지부
500: 태양열집열부 510: 태양열 집열기
521~524: 온도센서 531,532: 연결관
540: 펌프 550: 유량센서(디지털)
610, 610a: 고온저장탱크 611 ~ 613: 온도센서
620, 720,: 내부열교환기
710, 710a: 저온저장탱크 711~713: 온도센서
800, 800a: 고온교환저장부 810: 고온저장탱크
811 ~ 813: 온도센서 814, 815: 내부열교환기
821 ~ 826: 연결관 831 ~ 833: 펌프
840: 고온교환모듈 841: 온도센서
842a:상부연결관 842b:상부캡
842c:나사 842d:하부캡
842e:하부연결관 843:패킹
844:열교환몸체 844a:열교환핀
850: 외부열교환기 851: 온도센서
900: 저온교환저장부 910: 저온저장탱크
911 ~ 913: 온도센서 914, 915: 내부열교환기
921 ~ 926: 연결관 931 ~ 933: 펌프
940: 고온교환모듈 941: 온도센서
950: 외부열교환기 951: 온도센서
S110, S210: 동작조건설정단계 S120, S220: 열원발생제어단계
S130, S230: 집열제어단계 S140, S240: 표시단계
S150, S250: 데이터저장단계

Claims

하나 이상의 태양전지를 포함하여 이루어져, 태양광 발전을 수행하는 태양광발전부;
하나 이상의 태양열 집열기를 포함하여 이루어져, 태양열을 집열하여 열원저장탱크 고온저장공간에 저장하는 태양열집열부;
하나 이상의 열전소자를 포함하여 이루어져, 직류 전원 공급 방향에 따라 일측면에서는 발열작용을 하고 타측면에서는 흡열작용을 하는 열원발생부;
내부에 열원이 저장되는 저장매체가 채워지고, 내부 공간을 고온저장공간과 저온저장공간으로 분리하는 분리막이 설치되며, 상기 분리막을 경계로 하여 고온저장공간에서는 발열작용이 일어나고 저온저장공간에서는 흡열작용이 일어나도록 하나 이상의 열원발생부가 장착되어, 상기 태양열집열부에서 집열하는 열과 열원발생부 발열면에서 발생하는 고온의 열은 고온저장공간에 저장되고, 열원발생부 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 저온저장공간에 저장되는 열원저장탱크; 및,
상기 열원저장탱크에의 축열 동작을 제어하는 축열제어부;를 포함하여 구성되어, 상기 태양광발전부에서 발전한 전력을 열원발생부에 공급하고, 상기 태양열집열부에서 집열하는 열과 열원발생부에서 발생하는 고온의 열은 고온저장공간에 저장하고, 열원발생부에서 발생하는 저온의 열은 저온저장공간에 분리하여 저장함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
하나 이상의 태양전지를 포함하여 이루어져 태양광 발전을 수행하는 태양광발전부;
하나 이상의 태양열 집열기를 포함하여 이루어져, 태양열을 집열하여 고온저장탱크에 저장하는 태양열집열부;
하나 이상의 열전소자를 포함하여 이루어져, 직류 전원 공급 방향에 따라 일측면에서는 발열작용을 하고 타측면에서는 흡열작용을 하며, 발열작용을 하는 발열면과 흡열작용을 하는 흡열면에 열교환핀이 형성된 하나 이상의 열원발생부;
내부에 열원이 저장되는 저장매체가 채워지고, 열교환핀이 내부에 돌출되도록 상기 열원발생부가 장착되며, 상기 열교환핀에 전도된 고온의 열과 상기 태양열집열부에서 집열한 열이 저장되는 고온저장탱크;
내부에 열원이 저장되는 저장매체가 채워지고, 열교환핀이 내부에 돌출되도록 상기 열원발생부가 장착되며, 상기 열교환핀에 전도된 저온의 열이 저장되는 저온저장탱크; 및,
상기 고온저장탱크와 저온저장탱크에의 축열동작을 제어하는 축열제어부;를 포함하여 구성되어, 상기 태양광발전부에서 발전한 전력을 열원발생부에 공급하고, 상기 태양열집열부에서 집열하는 열과 열원발생부에서 발생하는 고온의 열은 고온저장탱크에 저장하고, 열원발생부에서 생성되는 저온의 열은 저온저장탱크에 분리하여 저장함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
하나 이상의 태양전지를 포함하여 이루어져 태양광 발전을 수행하는 태양광발전부;
하나 이상의 태양열 집열기를 포함하여 이루어져, 태양열을 집열하여 고온저장탱크에 저장하는 태양열집열부;
하나 이상의 열전소자를 포함하여 이루어져, 직류 전원 공급 방향에 따라 일측면에서는 발열작용을 하고 타측면에서는 흡열작용을 하는 하나 이상의 열전소자부;
상기 열전소자부 발열면과 열 교환을 수행하고, 상기 열 교환을 수행하여 온도가 올라간 고온의 전열매체를 고온저장탱크로 순환시켜 열전소자부 발열면에서 발생하는 고온의 열을 상기 고온저장탱크에 저장하는 고온교환저장부;
상기 열전소자부 흡열면과 열 교환을 수행하고, 상기 열 교환을 수행하여 온도가 내려간 저온의 전열매체를 저온저장탱크로 순환시켜 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열을 상기 저온저장탱크에 저장하는 저온교환저장부; 및,
상기 고온저장탱크와 저온저장탱크에의 축열동작을 제어하는 축열제어부;를 포함하여 구성되어, 상기 태양광발전부에서 발전한 전력을 열전소자부에 공급하고, 상기 태양열집열부에서 집열하는 열과 열전소자부 발열면에서 발생하는 고온의 열은 상기 고온저장탱크에 저장하고, 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 저온저장탱크에 분리하여 저장함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 태양광발전부에서 발전되는 직류 전원의 전압 값이 특정한 값을 갖도록 태양전지를 직렬 접속하거나 병렬 접속, 또는 직병렬 접속하고, 상기 태양광발전부에서 발전되는 특정의 직류 전압 값으로 동작하도록 열전소자를 직렬 접속하거나 병렬 접속, 또는 직병렬 접속하여, 상기 태양광발전부에서 발전되는 직류 전원을 직접 인가 받아 열전소자가 동작하도록 구성함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열원저장탱크 내에 분리막을 설치하여 열원저장탱크 내부 공간을 고온저장공간과 저온저장공간으로 나눌 경우에는, 수평으로 분리막을 설치하여 상기 수평으로 설치된 분리막을 경계로 하여 열원저장탱크 상부 공간을 고온저장공간으로 하고, 열원저장탱크 하부 공간을 저온저장공간으로 함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열원저장탱크 내에 분리막을 설치하여 열원저장탱크 내부 공간을 고온저장공간과 저온저장공간으로 나눌 경우에는, 수직으로 분리막을 설치하여 상기 수직으로 설치된 분리막을 경계로 하여 열원저장탱크 일측 공간을 고온저장공간으로 하고, 타측 공간을 저온저장공간으로 함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열원저장탱크에 분리막을 설치하여 내부 공간을 나눌 경우에는 고온의 열원이 저장되는 공간과 저온의 열원이 저장되는 공간의 크기를 각기 다르게 구성함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열원발생부에서 발생하는 고온의 열과 저온의 열을 고온저장공간과 저온저장공간에 저장할 경우에는, 상기 열원저장탱크에 채워지는 저장매체의 자연대류에 의해 열 교환이 이루어지도록 함을 특징으로 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 태양광발전부는,
하나 이상의 태양전지로 이루어져 태양광 발전을 수행하는 태양전지부;
상기 태양전지부에서 발전하는 직류 전원을 변환하는 발전제어부; 및,
상기 태양전지부를 지지하는 지지부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 발전제어부는,
태양전지부에서 출력되는 직류 전압을 승압, 또는 강압하여 일정한 값의 직류 전압이 출력되도록 하는 전력변환부;
하나 이상의 축전지로 이루어져 상기 전력변환부에서 출력되는 직류 전압을 저장하는 축전부; 및,
상기 전력변환부에서 출력되는 직류 전원, 또는 상기 축전지에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 지지부는, 태양 위치에 따라 태양전지부의 위치를 제어하여 상기 태양전지부에 입사되는 태양광의 입사각을 제어하는 태양 추적장치가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 태양열집열부는,
태양열을 집열하는 하나 이상의 태양열 집열기; 및,
상기 태양열 집열기와 열원저장탱크 사이에 전열매체 순환 경로를 제공하는 연결관;을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 12 항에 있어서, 상기 태양열집열부는, 상기 전열매체 순환 경로에 설치되어 전열매체를 순환시키는 펌프, 또는 상기 전열매체 순환 경로에 설치되어 전열매체의 유량을 검출하는 유량센서, 또는 상기 전열매체 순환 경로에 설치되어 전열매체의 온도를 검출하는 온도센서 중 어느 하나를 더 설치하여 구성됨을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열원발생부는,
하나 이상의 열전소자로 이루어지며, 직류 전원 공급 방향에 따라 일측면에서는 발열작용을 하고 타측면에서는 흡열작용을 하는 열전소자부;
일측면이 상기 열전소자부 발열면과 접촉하고, 타측면에 하나 이상의 열교환핀이 형성되어, 상기 열전소자부 발열면에서 발생하는 고온의 열을 열 교환하는 고온전달부; 및,
일측면이 상기 열전소자부 흡열면과 접촉하고, 타측면에 하나 이상의 열교환핀이 형성되어, 상기 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열을 열 교환하는 저온전달부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 14 항에 있어서, 상기 열원발생부는, 상기 고온전달부와 저온전달부 사이에 열전소자부가 삽입되는 공간을 마련하여 열전소자부를 삽입한 후, 상기 열전소자부 주위를 밀봉하여 방수 처리함으로써 열원저장탱크에 침수시켜 사용할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 14 항에 있어서, 상기 열전소자부는,
절연 특성과 내열 특성을 갖는 재질로 이루어지며, 하나 이상의 열전소자가 장착되는 절연시트; 및,
상기 절연시트에 장착되는 하나 이상의 열전소자;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 14 항에 있어서, 상기 고온전달부 또는 저온전달부는,
열전소자부에 접촉하는 열전소자 접촉면과 열교환핀이 일체로 형성됨을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 14 항에 있어서, 상기 고온전달부의 열교환핀, 또는 저온전달부의 열교환핀은, 열교환핀의 길이를 각기 다르게 구성하거나, 또는 열교환핀의 간격을 다르게 구성하거나, 또는 열교환핀의 길이와 간격을 다르게 구성함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축열제어부는,
하나 이상의 온도센서로 이루어져, 상기 열원저장탱크의 온도를 검출하는 온도검출부;
사용자에 의해 조작되는 스위치부;
상기 온도검출부에서 검출한 온도 데이터와, 열원발생부 동작 데이터 등을 저장하는 데이터저장부;
상기 온도검출부에서 검출한 온도 데이터와, 열원발생부 동작 데이터 등을 나타내는 표시부;
열원발생부의 동작을 제어하는 열원발생제어부;
상기 온도검출부와 스위치부와 데이터저장부와 표시부와 열원발생제어부의 동작을 제어하여, 상기 온도검출부에서 검출하는 온도에 따라 열원발생부의 동작을 제어하며, 동작 상태를 표시하고 저장하도록 제어하는 제어부; 및,
상기 각 구성요소에 동작 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 19 항에 있어서, 상기 축열제어부는, 태양열집열부와 열원저장탱크 사이에 전열매체를 순환시키는 펌프의 동작을 제어하는 펌프제어부;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 19 항에 있어서, 상기 축열제어부는, 외부기기와 통신을 수행하는 통신부;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 19 항에 있어서, 상기 축열제어부는, 유량검출센서로 이루어지며, 상기 태양열집열부의 전열매체 흐름 경로에 설치되어 전열매체의 유량을 검출하는 유량검출부;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 19 항에 있어서, 상기 전원공급부는 태양광발전부에서 발전하는 직류전원, 또는 상용 교류전원을 변환한 직류 전원을 상기 열원발생부에 공급함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 고온저장탱크와 저온저장탱크는 열 저장 용량을 각기 다르게 구성함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 고온교환저장부는,
열전소자부 발열면에 접촉되며, 내부에 전열매체가 흐르는 공간이 마련되고, 상기 공간 내부에 전열매체와 접촉하는 하나 이상의 열교환핀이 구성되어, 상기 발열면과 전열매체 사이의 열 교환을 수행하는 고온교환모듈;
상기 고온교환모듈에서 열 교환된 고온의 전열매체와 태양열집열부에서 열 교환된 고온의 전열매체가 각기 순환되어, 상기 열전소자부 발열면에서 발생된 고온의 열과 태양열집열부에서 집열한 열이 저장되는 고온저장탱크; 및,
상기 고온교환모듈과 고온저장탱크 사이에 전열매체를 순환시키는 펌프;를 포함하여 구성되어,
상기 열전소자부 발열면에서 생성되는 고온의 열을 상기 고온저장탱크에 저장함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 고온교환저장부는,
열전소자부 발열면에 접촉되며, 내부에 전열매체가 흐르는 공간이 마련되고, 상기 공간 내부에 전열매체와 접촉하는 하나 이상의 열교환핀이 구성되어, 상기 발열면과 전열매체 사이의 열 교환을 수행하는 고온교환모듈;
전열매체의 순환에 의해, 첫째 상기 고온교환모듈과의 열 교환을 수행하고, 둘째 고온저장탱크와의 열 교환을 수행하여, 상기 고온교환모듈과 고온저장탱크 사이의 열 교환을 매개하는 외부열교환기;
상기 외부열교환기에서 열 교환된 고온의 전열매체와 태양열집열부에서 열 교환된 고온의 전열매체가 각기 순환되어, 상기 열전소자부 발열면에서 발생된 고온의 열과 태양열집열부에서 집열한 열이 저장되는 고온저장탱크;
상기 고온교환모듈과 외부열교환기 사이에 전열매체를 순환시키는 펌프; 및,
상기 외부열교환기와 고온저장탱크 사이에 전열매체를 순환시키는 펌프;를 포함하여 구성되어,
상기 열전소자부 발열면에서 생성되는 고온의 열을 상기 외부열교환기를 통해 고온저장탱크에 저장함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 25 항 또는 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고온교환모듈은,
내부에 전열매체가 흐르는 공간이 마련되고, 상기 공간 내부에 전열매체와 접촉하는 하나 이상의 열교환핀이 형성되며, 외부 일측면이 열전소자부 발열면에 접촉하는 열교환몸체;
상기 열교환몸체 상부에 장착되며, 상부에 전열매체가 유출되는 상부연결관이 마련되고, 내부 공간이 하부로 갈수록 넓어져 열교환몸체를 흐르던 전열매체가 고르게 모아져서 유출될 수 있도록 하는 상부캡;
내열 및 단열 소재로 이루어지며, 상기 상부캡과 열교환몸체 사이에 삽입되어 기밀을 유지하는 상부패킹;
상기 열교환몸체 하부에 장착되며, 하부에 전열매체가 유입되는 하부연결관이 마련되고, 내부 공간이 하부로 갈수록 좁아져 전열매체가 열교환몸체 전체로 고르게 퍼져 흐를 수 있도록 하는 하부캡; 및,
내열 및 단열 소재로 이루어지며, 상기 열교환몸체와 하부캡 사이에 삽입되어 기밀을 유지하는 하부패킹;을 포함하여 구성되어,
상기 하부캡의 하부연결관을 통해 유입되는 전열매체가 열교환몸체를 통해 상부캡의 상부연결관으로 유출되는 동안 열전소자부 발열면과의 열 교환이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 27 항에 있어서, 상기 열교환몸체와 열교환핀은 일체로 구성됨을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 27 항에 있어서, 상기 열교환몸체에 형성되는 열교환핀은, 상기 열교환핀의 길이를 각기 다르게 구성하거나, 또는 열교환핀의 간격을 다르게 구성하거나, 또는 열교환핀의 길이와 간격을 각기 다르게 구성함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 저온교환저장부는,
열전소자부 흡열면에 접촉되며, 내부에 전열매체가 흐르는 공간이 마련되고, 상기 공간 내부에 전열매체와 접촉하는 하나 이상의 열교환핀이 구성되어, 상기 흡열면과 전열매체 사이의 열 교환을 수행하는 저온교환모듈;
상기 저온교환모듈에서 열 교환된 저온의 전열매체가 순환되어, 상기 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열이 저장되는 저온저장탱크; 및,
상기 저온교환모듈과 저온저장탱크 사이에 전열매체를 순환시키는 펌프;를 포함하여 구성되어,
상기 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열을 상기 저온저장탱크에 저장함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 저온교환저장부는,
열전소자부 흡열면에 접촉되며, 내부에 전열매체가 흐르는 공간이 마련되고, 상기 공간 내부에 전열매체와 접촉하는 하나 이상의 열교환핀이 구성되어, 상기 흡열면과 전열매체 사이의 열 교환을 수행하는 저온교환모듈;
전열매체의 순환에 의해, 첫째 상기 저온교환모듈과의 열 교환을 수행하고, 둘째 저온저장탱크와의 열 교환을 수행하여, 상기 저온교환모듈과 저온저장탱크 사이에 열 교환을 매개하는 외부열교환기;
상기 저온교환모듈에서 열 교환된 저온의 전열매체가 순환되어, 상기 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열이 저장되는 저온저장탱크;
상기 저온교환모듈과 외부열교환기 사이에 전열매체를 순환시키는 펌프; 및,
상기 외부열교환기와 저온저장탱크 사이에 전열매체를 순환시키는 펌프;를 포함하여 구성되어,
상기 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열을 상기 외부열교환기를 통해 저온저장탱크에 저장함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 30 항에 있어서, 상기 저온교환모듈은,
내부에 전열매체가 흐르는 공간이 마련되고, 상기 공간 내부에 전열매체와 접촉하는 하나 이상의 열교환핀이 형성되며, 외부 일측면이 열전소자부 흡열면에 접촉하는 열교환몸체;
상기 열교환몸체 상부에 장착되며, 상부에 전열매체가 유입되는 상부연결관이 마련되고, 내부 공간이 하부로 갈수록 넓어져 전열매체가 열교환몸체 전체로 고르게 퍼져 흐를 수 있도록 하는 상부캡;
내열 및 단열 소재로 이루어지며, 상기 상부캡과 열교환몸체 사이에 삽입되어 기밀을 유지하는 상부패킹;
상기 열교환몸체 하부에 장착되며, 하부에 전열매체가 유출되는 하부연결관이 마련되고, 내부 공간이 하부로 갈수록 좁아져 열교환몸체를 흐르던 전열매체가 고르게 모아져서 유출될 수 있도록 하는 하부캡; 및,
내열 및 단열 소재로 이루어지며, 상기 열교환몸체와 하부캡 사이에 삽입되어 기밀을 유지하는 하부패킹;을 포함하여 구성되어,
상기 상부캡의 상부연결관을 통해 유입되는 전열매체가 열교환몸체를 통해 하부캡의 하부연결관으로 유출되는 동안 열전소자부 흡열면과의 열 교환이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 축열제어부는,
하나 이상의 온도센서로 이루어져, 고온교환저장부 및 저온교환저장부 각 부의 온도를 검출하는 온도검출부;
사용자에 의해 조작되는 스위치부;
열전소자부에 공급되는 전원 공급을 제어하는 열원발생제어부;
고온교환저장부의 전열매체를 순환시키는 펌프와, 저온교환저장부의 전열매체를 순환시키는 펌프의 동작을 제어하는 펌프제어부;
상기 온도검출부에서 검출한 온도 데이터와, 열원발생제어부의 동작 데이터 및, 펌프제어부의 동작 데이터 등을 나타내는 표시부;
상기 온도 데이터와 열원발생제어부 동작 데이터와 펌프 동작 데이터 등을 저장하는 데이터저장부;
상기 온도검출부와 스위치부와 열전소자제어부와 펌프제어부와 표시부 및 데이터저장부 사이에 접속되어, 상기 온도검출부에서 검출하는 온도에 따라 펌프제어부와 열원발생제어부의 동작을 제어하여 상기 열전소자부 발열면에서 생성되는 고온의 열은 고온저장탱크에 저장하고, 흡열면에서 발생하는 저온의 열은 저온저장탱크에 저장하며, 동작 상태를 표시부에 표시하고 저장하도록 제어하는 제어부; 및,
상기 각 구성요소에 동작 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함하여 구성됨을특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
제 33 항에 있어서, 상기 축열제어부는, 하나 이상의 유량검출센서로 이루어지며, 상기 고온교환저장부의 전열매체 흐름 경로나, 저온교환저장부의 전열매체 흐름 경로, 또는 태양열 집열기와 고온저장탱크 전열매체 순환 경로 상에 설치되어, 고온교환저장부를 흐르는 전열매체의 유량, 또는 저온교환저장부를 흐르는 전열매체의 유량, 또는 태양열 집열기와 고온저장탱크 사이에 흐르는 전열매체의 유량을 검출하는 유량검출부;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템.
태양광 발전을 수행하는 하나 이상의 태양전지로 태양광발전부를 구성하여 발전 전력을 열원발생부에 공급하고,
하나 이상의 태양열 집열기로 태양열집열부를 구성하여 태양열을 집열하고, 하나 이상의 열전소자로 일측면에서는 발열작용을 하고 타측면에서는 흡열작용을 하도록 열원발생부를 구성하고,
저장매체가 저장되는 열원저장탱크 내부 공간에 분리막을 설치하여 상기 열원저장탱크 내부 공간을 고온저장공간과 저온저장공간으로 분리하고,
상기 분리막을 경계로 하여 고온저장공간에서는 발열작용이 일어나고 저온저장공간에서는 흡열작용이 일어나도록 열원발생부를 장착하여,
상기 태양열집열부에서 집열한 열과 열원발생부 발열면에서 발생하는 고온의 열은 고온저장공간에 저장하고,
상기 열원발생부 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 저온저장탱크에 분리하여 저장함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 방법.
태양광 발전을 수행하는 하나 이상의 태양전지로 태양광발전부를 구성하여 발전 전력을 열전소자부에 공급하고, 하나 이상의 태양열 집열기로 태양열집열부를 구성하여 태양열을 집열하고,
하나 이상의 열전소자로 일측면에서는 발열작용을 하고 타측면에서는 흡열작용을 하도록 열전소자부를 구성하고,
상기 열전소자부 흡열면과 열 교환을 수행하는 저온교환모듈과 발열면과 열 교환을 수행하는 고온교환모듈을 상기 열전소자부 흡열면과 발열면에 각각 장착하여,
상기 태양열집열부에서 집열한 열과 열원발생부 발열면에서 발생하는 고온의 열은 상기 태양열집열부와 고온저장탱크 사이와, 상기 저온교환모듈과 저온저장탱크 사이에 전열매체를 순환시켜 고온저장공간에 저장하고,
상기 열원발생부 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 저온교환모듈과 저온저장탱크 사이에 전열매체를 순환시켜 저온저장탱크에 분리하여 저장함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 방법.
제 35 항에 있어서, 상기 태양광발전부에서 발전한 전력을 열원발생부에 공급할 경우에는, 상기 태양광발전부에서 발전되는 직류 전압 값이 특정한 값을 갖도록 태양전지를 직렬 접속하거나 병렬 접속, 또는 직병렬 접속하고, 상기 열원발생부가 상기 태양광발전부에서 발전되는 특정의 직류 전압 값으로 동작하도록 열전소자를 직렬 접속하거나 병렬 접속, 또는 직병렬 접속하여, 상기 태양광발전부에서 발전되는 직류 전압을 열원발생부에 직접 공급함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 방법.
제 35 항에 있어서, 상기 열원저장탱크에 분리막을 설치하여 열원저장탱크 내부 공간을 고온저장공간과 저온저장공간으로 나눌 경우에는, 수평으로 분리막을 설치하여 상기 수평으로 설치된 분리막을 경계로 하여 열원저장탱크 상부 공간을 고온저장공간으로 하고, 열원저장탱크 하부 공간을 저온저장공간으로 함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 방법.
제 35 항에 있어서, 상기 열원저장탱크에 분리막을 설치하여 열원저장탱크 내부 공간을 고온저장공간과 저온저장공간으로 나눌 경우에는, 수직으로 분리막을 설치하여 상기 수직으로 설치된 분리막을 경계로 하여 열원저장탱크 일측 공간을 고온저장공간으로 하고, 타측 공간을 저온저장공간으로 함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 방법.
제 35 항에 있어서, 상기 열원발생부에서 발생하는 고온의 열원과 저온의 열원을 고온저장공간과 저온저장공간에 저장할 경우에는, 상기 열원저장탱크에 채워지는 저장매체의 자연대류에 의해 열 교환이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 방법.
태양광 발전을 수행하는 하나 이상의 태양전지로 이루어져 발전 전력을 열원발생부에 공급하는 태양광발전부와, 하나 이상의 태양열 집열기로 이루어져 태양열을 집열하는 태양열집열부와, 하나 이상의 열전소자로 이루어져 일측면에서는 흡열작용을 하고 타측면에서는 발열작용을 하는 열원발생부와, 내부에 분리막을 설치하여 내부 공간을 고온저장공간과 저온저장공간으로 나눈 후 고온의 열과 저온의 열을 상기 고온저장공간과 저온저장공간에 분리하여 저장하는 열원저장탱크와, 열원저장탱크에의 축열동작을 제어하는 축열제어부를 포함하여 이루어져, 상기 태양열집열부에서 집열하는 열과 열원발생부 발열면에서 발생되는 고온의 열은 상기 열원저장탱크 고온저장공간에 저장하고, 상기 열원발생부 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 상기 열원저장탱크 저온저장공간에 저장하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템에 있어서,
상기 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템의 제어방법은,
상기 열원저장탱크 고온저장공간, 또는 저온저장공간의 목표 온도를 설정하는 동작조건설정단계;
상기 동작조건설정단계를 수행한 후, 열원저장탱크의 온도를 검출하여 열원발생부의 동작을 제어하는 제어량을 산출하여 상기 열원발생부의 동작을 제어하는 열원발생제어단계;
상기 열원발생제어단계를 수행한 후, 상기 단계에서 검출한 온도 데이터와 제어량 및 동작 데이터 등을 표시하는 표시단계; 및,
상기 표시단계를 수행한 후, 온도 데이터와, 동작 데이터 등을 저장하는 데이터저장단계;를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 시스템의 제어방법.
태양광 발전을 수행하는 하나 이상의 태양전지로 이루어져 발전 전력을 열전소자부에 공급하는 태양광발전부와, 하나 이상의 태양열 집열기로 이루어져 태양열을 집열하는 태양열집열부와, 하나 이상의 열전소자로 이루어져 일측면에서는 흡열작용을 하고 타측면에서는 발열작용을 하는 열전소자부와, 상기 열전소자부 발열면에서 생성되는 고온의 열을 고온교환모듈을 통해 고온저장탱크에 저장하는 고온교환저장부와, 상기 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열을 저온교환모듈을 통해 저온저장탱크에 저장하는 저온교환저장부와, 상기 고온저장탱크와 저온저장탱크에의 축열동작을 제어하는 축열제어부;를 포함하여 이루어져, 상기 태양열집열부에서 집열하는 열과 열전소자부 발열면에서 발생하는 고온의 열은 고온저장탱크에 저장하고, 상기 열전소자부 흡열면에서 생성되는 저온의 열은 저온저장탱크에 저장하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템에 있어서,
상기 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 저장 시스템의 제어방법은,
상기 고온저장탱크, 또는 저온저장탱크의 목표 온도를 설정하는 동작조건설정단계;
상기 동작조건설정단계를 수행한 후, 상기 고온저장탱크, 또는 저온저장탱크의 온도를 검출하여 열전소자부 제어량과 펌프 제어량을 산출 한 후, 상기 산출된 값으로 열전소자부와 전열매체 순환 펌프의 동작을 제어하는 열원발생제어단계;
상기 열원발생제어단계를 수행한 후, 상기 단계에서 검출한 온도 데이터와 제어량 및 동작 데이터 등을 표시하는 표시단계; 및,
상기 표시단계를 수행한 후, 온도 데이터와, 동작 데이터 등을 저장하는 데이터저장단계;를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 시스템의 제어방법.
제 41 항 또는 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열원발생제어단계를 수행한 후, 태양열집열부의 온도를 검출하여 전열매체를 순환시키는 펌프의 동작을 제어하는 집열제어단계;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 시스템의 제어방법.
제 43 항에 있어서, 상기 집열제어단계에서 펌프의 동작을 제어할 경우에는 펌프 가동률을 제어하여 전열매체의 유량을 제어함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열전소자 열원 분리 시스템의 제어방법.