KR20150026170A - Variable flow rate control solar heat system with coil contained heat storage tank - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일출, 일몰 등과 같이 일사량이 낮거나 급탕 부하가 큰 경우 역전현상(Inversion appearance)을 방지하면서 성층화(Stratification)를 극대화할 수 있게 한 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a solar-energy-controlled solar heating system having a coil built-in thermal storage tank, and more particularly, to a solar- The present invention relates to a solar-energy-controlled solar heating system having a built-in coil heat storage tank.
본 발명은 지식경제부 및 에너지기술평가원의 지식경제기술혁신사업(복지형에너지기술개발사업)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2012T100100689, 과제명: 급탕 및 일부난방용 태양열 패키지 콤비시스템 개발].The present invention has been derived from research carried out as part of the Knowledge Economy Technology Innovation Project (Welfare-type Energy Technology Development Project) of the Ministry of Knowledge Economy and the Energy Technology Evaluation and Research Institute [Project number: 2012T100100689, Title: Combination system of hot- Development].
최근, 석유 자원에 대한 대체 에너지로 태양열을 이용하여 전기를 발생시키거나 온수시스템을 적용한 기술이 증가하고 있는 추세이다. 이러한 추세에 따라 태양열을 이용하여 온수를 생산하는 태양열 온수시스템이 널리 상용화되고 있다.In recent years, as alternative energy for petroleum resources, there has been an increasing trend of generating electricity using solar heat or applying hot water system. In this trend, solar hot water systems that produce hot water using solar heat are widely commercialized.
이러한 태양열 온수시스템과 관련된 기술이 특허등록 제0435831호에 제안된 바 있다.A technology related to such a solar hot water system has been proposed in Patent Registration No. 0435831. [
이하에서 종래기술로서 특허등록 제0435831호에 개시된 시스템 구조를 간략히 설명한다.Hereinafter, the system structure disclosed in the patent registration No. 0435831 as a prior art will be briefly described.
도 1은 특허등록 제0435831호(이하 '종래기술'이라 함)에서 태양열 보일러시스템이 개략적인 구성도로 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래기술의 태양열 보일러시스템은 내부에 제1, 2, 3 열교환코일(110, 120, 130)이 설치되고 외측에 상기 제1, 2, 3 열교환코일(110, 120, 130)의 온도를 측정하는 온도센서(640, 620, 610)가 각각 설치되며 상·하부에 직수유입관(140)과 온수배출관(150)이 각각 설치 결합된 축열조(100); 상기 제1열교환코일(110)에 집열배관(220)에 의해 연결되고, 에어밴트(210)와 온도센서(650)가 설치결합된 태양열 집열기(200); 상기 제2, 3 열교환코일(120, 130)에 연결된 열교환기(320)가 구비된 가스보일러(300); 및 상기 열교환기(320)와 난방배관(340)에 의해 연결되고 온도센서(630)가 설치된 난방부하(500)로 구성된 것을 특징으로 한다.FIG. 1 is a schematic view of a solar-heating boiler system in Patent Registration No. 0435831 (hereinafter referred to as "prior art"). Referring to FIG. 1, a conventional solar boiler system includes first, second and third
또한, 도면에는 도시하지 않았지만 종래의 태양열 시스템은 규모가 중, 소형인 경우 축열조의 중간 이하에 열교환 코일이 설치되어 있다. 이 이유는 집열기 출구의 열매체 온도가 축열조 상부의 온도보다 낮을 때 열매체는 축열조의 물을 가열하는 것이 아니고 오히려 냉각시켜 역전 현상이 발생하므로 이를 해소하기 위함이다. 이렇게, 축열조 중간 이하에 설치된 열교환 코일을 통해 축열조 하단을 가열하기 때문에 부력으로 전체가 골고루 혼합되어 축열조 전체의 온도가 균일해지는 것이다. 그러나 상술한 바와 같이 종래의 태양열 시스템은 역전 현상을 방지할 수 있지만 상대적으로 축열조 하단의 온도가 상단보다 높아 발생하는 성층화에 대해서는 포기하여야 하므로 이에 대한 해결책이 요구되고 있다.Although not shown in the drawing, the conventional solar thermal system has a heat exchanger coil at the middle or lower of the heat storage tank when the scale is small and small. The reason for this is that when the temperature of the heating medium at the outlet of the collector is lower than the temperature at the top of the storage tank, the heating medium does not heat the water in the storage tank but rather cools the cooling water. In this way, since the lower end of the heat storage tank is heated through the heat exchange coil provided below the middle of the heat storage tank, the whole is uniformly mixed by buoyancy, and the temperature of the whole heat storage tank becomes uniform. However, as described above, the conventional solar thermal system can prevent the reverse phenomenon, but the stratification in which the temperature at the lower end of the storage tank is higher than the upper temperature is required to be abandoned.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 축열조 내부에 하단보다 상단에 열교환코일을 촘촘하게 배치하여 집열기에서 가열된 열매체가 축열조 상부를 집중적으로 가열하므로 성층화 촉진을 유도 가능하면서, 일출, 일몰 또는 일사상태가 불안정하여 집열기 출구 온도가 축열조 최상부 온도보다 낮은 경우 순환펌프의 순환량을 단계별로 감소시키고, 집열기의 출구 온도와 축열조 출구의 온도차가 순환펌프의 ON 되기 위한 설정 상한값보다 크면 순환펌프의 순환량을 단계별로 증가시켜 변유량(變流量) 적용 방식을 통해 집열 운전시 집열기의 입구온도보다 출구온도가 높아 발생하는 역전현상을 방지할 수 있게 한 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a heat accumulating device capable of inducing stratification promotion by arranging heat exchanger coils densely in the upper part of the heat accumulating tank, If the temperature of the outlet of the collector is lower than the temperature of the top of the storage tank, the circulation amount of the circulation pump is decreased step by step. If the temperature difference between the outlet temperature of the collector and the outlet of the storage tank is higher than the upper limit value And the circulation amount of the circulation pump is increased step by step so as to prevent the reverse phenomenon occurring due to the outlet temperature higher than the inlet temperature of the collector in the heat collection operation through the application of the variable flow rate, System.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 태양열을 집열하는 집열기; 상기 집열기와 연결되고, 그 내부로 상기 집열기에 의해 집열된 태양열이 축적되는 작동매체가 순환하는 집열기순환배관; 상기 작동매체와 생활에 사용되는 물 사이의 열교환이 이루어지는 축열조; 상기 축열조와 연통되어 시수가 유입되고, 상기 축열조의 온수가 부하측으로 공급되는 축열조 순환배관; 상기 축열조에 수용된 상기 용수를 순환시키는 순환펌프; 상기 집열기순환배관과 연통되어 상기 축열조 내부 중 상단에서 하단까지 연결되되, 상단의 밀도가 집중되게 배치되는 열교환 코일; 및 상기 집열기 출구 온도와 축열조 출구 온도의 차에 따른 상기 순환펌프의 ON/OFF 제어와, 상기 집열기 출구 온도와 상기 축열조 최상부 온도의 차에 따른 상기 집열기의 순환유량을 제어하는 제어기를 포함하는 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템을 통해 달성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a solar cell module comprising: a collector for collecting solar heat; A collector circulation pipe connected to the collector and circulating a working medium through which solar heat collected by the collector is accumulated; A heat storage tank for performing heat exchange between the working medium and water used for living; A heat storage tank circulation pipe communicating with the heat storage tank and having a time flow therein and the hot water of the heat storage tank being supplied to the load side; A circulation pump circulating the water accommodated in the heat storage tank; A heat exchange coil communicating with the collector circulation pipe and connected to the lower end of the interior of the heat storage tank, the concentration of the upper end being concentrated; And a controller for controlling on / off control of the circulation pump according to a difference between the outlet temperature of the collector and the outlet temperature of the storage tank, and a controller for controlling a circulation flow rate of the collector according to a temperature difference between the outlet temperature of the collector and the top temperature of the storage tank. Controlled solar heat system with a heat storage tank.
또한, 본 발명에서의 상기 제어기는, 상기 집열기 출구 온도(T2)와 상기 축열조 출구 온도(T1)의 차인 ΔT가 설정 상한값(ΔTon) 이상이면 상기 순환펌프를 ON시키고, 설정 하한값(ΔToff) 이하면 상기 순환펌프를 OFF시키도록 제어하며, 한편 상기 집열기 출구 온도(T2)와 상기 축열조 최상부 온도(T3)의 차인 ΔTcs(=T2-T3)가 설정 상한값 이상이거나 설정 하한값 이하이면 변유량을 제어할 수 있다.The controller of the present invention turns on the circulation pump when the ΔT which is the difference between the collector outlet temperature (T2) and the storage tank outlet temperature (T1) is equal to or higher than the set upper limit value (ΔTon) The controller controls the circulation pump to be turned off while controlling the amount of oil change when ΔTcs (= T2-T3) which is the difference between the collector outlet temperature (T2) and the storage tank top temperature (T3) is equal to or higher than the set upper limit value .
또한, 본 발명에서의 상기 제어기는 ΔTcs > 0 경우, T2 > T3 이거나, 0 < ΔT < ΔToff+δ이면 상기 집열기의 순환유량을 설정 단계씩 감소시키도록 제어할 수 있다.Further, the controller of the present invention can control the circulating flow rate of the collector to be decreased by a set step when T2 > T3 or 0 < T <
또한, 본 발명에서의 상기 제어기는 ΔTcs > 0 경우, ΔT > ΔTon·α이면 상기 집열기의 순환유량을 설정 단계씩 증가시키도록 제어할 수 있다.Further, in the present invention, the controller can control the circulating flow rate of the collector to increase by a set step if? Tcs > 0, and? T >
또한, 본 발명에서의 상기 제어기는 ΔTcs < 0 경우, 즉시 상기 집열기의 순환유량을 설정 단계씩 감소시키도록 제어할 수 있다.In addition, the controller of the present invention can control the circulating flow rate of the collector to be decreased immediately by the set step when? Tcs <0.
본 발명에 의하면, 축열조 내부에 하단보다 상단에 조밀하게 설치한 열교화코일을 통해 집열기에서 가열된 열매체가 축열조 상부를 집중적으로 가열하므로 성층화 촉진을 유도 가능하면서, 일출, 일몰 또는 일사상태가 불안정하여 집열기 출구 온도가 축열조 최상부 온도보다 낮은 경우 순환펌프의 순환량을 단계별로 감소시키고, 집열기의 출구 온도와 축열조 출구의 온도차가 순환펌프의 ON 되기 위한 설정 상한값보다 크면 순환펌프의 순환량을 단계별로 증가시켜 변유량(變流量) 적용 방식을 통해 집열 운전시 집열기의 입구온도보다 출구온도가 높아 발생하는 역전현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since the heating medium heated by the heat collector intensively heats the upper part of the heat accumulating tank through the thermally-conducting coil provided in the upper part of the heat accumulating tank densely than the lower end, the stratification promotion can be induced and the sunrise, sunset, If the outlet temperature of the collector is lower than the uppermost temperature of the storage tank, the circulation amount of the circulation pump is decreased stepwise. If the temperature difference between the outlet temperature of the collector and the outlet of the storage tank is larger than the upper limit value for turning on the circulation pump, It is possible to prevent an inversion phenomenon that occurs due to the outlet temperature being higher than the inlet temperature of the collector in the heat collecting operation.
도 1은 종래기술에 대한 태양열 보일러시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 의한 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템에서 축열조의 구조를 나타낸 개략도이다.FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional solar boiler system.
FIG. 2 is a schematic view showing the structure of a solar-energy-controlled solar thermal system including a coil built-in thermal storage tank according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing the structure of a heat storage tank in a variable flow rate solar control system having a coil built-in thermal storage tank according to the present invention.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims are intended to mean that the inventive concept of the present invention is in accordance with the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to explain its invention in the best way Should be interpreted as a concept.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부"라는 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수도 있다.
Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the term " part "in the description means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.
이하 도면을 참고하여 본 발명에 의한 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템에 대한 실시 예의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the configuration of a solar heat control system with a built-in coil type heat storage tank according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2에는 본 발명에 의한 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템의 구조가 개략도로 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 의한 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템에서 축열조의 구조가 개략도로 도시되어 있다.FIG. 2 is a schematic view showing a structure of a solar-energy-controlled solar thermal system including a coil-built thermal storage tank according to the present invention, and FIG. 3 is a schematic view of the structure of a thermal storage tank in a solar- Respectively.
이들 도면에 의하면, 본 발명의 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템(100)은 축열조(110), 코일(112), 순환펌프(120), 집열기(130), 집열기 순환배관(140), 축열조 순환배관(150), 제어기(160) 및 제1, 2, 3 온도센서(S1, S2, S3)를 포함하여 구성되며, 변유량 적용 방식이 적용된다. 1 is a schematic view of a solar heat control system according to the present invention; FIG. 2 is a perspective view of a solar heat control system according to a first embodiment of the present invention; A heat storage
한편, 본 발명의 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템(100)은 적용 규모가 소형, 중형, 대형 어느 하나에 국한되지 않고 다양한 크기에 적용될 수 있다.Meanwhile, the variable-volume control type solar
여기서, 축열조(110), 축열조 순환배관(150), 순환펌프(120) 및 제2 온도센서(S2)는 실내에, 집열기(130) 및 제1, 3 온도센서(S1, S3)는 실외에 위치하는 것이 바람직하다.The
축열조(110)는 외부로 열이 방출되지 않도록 단열재로 피복되어 실내에 설치되며, 집열기 순환배관(140) 및 축열조 순환배관(150)과 연결된다. 상기 집열기 순환배관(140)은 집열기 유입관(141) 및 집열기 배출관(142)으로 구성되고, 상기 축열조 순환배관(150)은 시수관(151) 및 부하측 공급관(152)으로 구성되는데, 이에 관해서는 하기에서 상세히 살펴보기로 한다. The
즉, 상기 축열조(110)는 하부에 구비된 시수관(151)을 통해 급탕 부하측으로 빠져나간 만큼 시수를 통해 채워질 수 있도록 구비되고, 상부에 구비된 부하측 공급관(152)을 통해 상기 축열조(110)의 온수가 생활에 사용되도록 부하측으로 공급된다.That is, the
본 발명에서는 상기 용수가 가열된 상태를 온수라 하겠다. 상기 축열조(110)로 유입된 온수는 상기 부하측 공급관(152)을 통해 배출되어 생활에 사용된다.In the present invention, the state in which the water is heated will be referred to as hot water. The hot water flowing into the
코일(112)은 집열기 유입관(141) 및 집열기 배출관(142)의 끝단과 연통되어 축열조(110) 내부 중 상단에서 하단까지 연결되며, 상단의 밀도가 집중되게 배치된다. 즉, 상기 코일(112)은 상기 축열조(110)의 상부에서 간격이 좁게 배치하고 중간, 하부로 갈수록 간격이 넓어지게 배치한다.The
이렇게, 상기 코일(112)의 설치 위치에 따라 집열기(130)에서 가열된 열매체는 제2 센서(S2)에 의해 감지된 집열기 출구 온도(T2)가 제3 센서(S3)에 의해 감지된 축열조(110) 최상단 온도(T3)보다 큰 경우 축열조(110) 상부를 집중적으로 가열한 후 중간부 및 하부를 가열하므로 성층화 촉진 측면에서 매우 유리한 구조를 취하고 있다. 여기서, 성층화(Stratification)란 온도가 높은 물은 상단부에 모이게 하고, 온도가 낮은 물은 하단부에 모이게 해서 최대한 양질의 온수를 공급하는 현상을 말한다.The heating medium heated by the
순환펌프(120)는 제어기(160)의 명령으로 작동하며, 축열조(110)에 수용된 용수를 순환시킨다. 여기서, 상기 순환펌프(120)는 집열기(130)의 출구 온도와 그리고 축열조(110)의 출구 온도 혹은 상기 집열기(130)의 입구 온도차를 통해 작동을 제어하는 차온 제어(differential temperature control)에 의해 작동된다.The
더욱이, 도면에 도시하지 않았지만 순환펌프(120)에는 인버터(inverter)가 부가적으로 구비되어 회전수를 제어할 수 있으므로 순환량 조절이 가능하다. 여기서, 상기 순환펌프(120)의 가동이 정지되면 태양열 에너지는 "0" 인 것을 알 수 있다.Further, although not shown in the drawings, an inverter is additionally provided in the
집열기(130)는 건물의 옥상이나 지붕 등과 같이 집열량이 많은 실외에 설치되어, 일측은 상기 집열기 유입관(141)과 연결되고, 타측은 상기 집열기 배출관(142)과 연결된다. The
그리고 상기 집열기(130)는 태양열을 집열하여 상기 순환펌프(120)에 의해 공급된 용수를 가열하는 역할을 하는 것으로, 진공관형, 평판형 등 다양한 종류의 집열기가 사용될 수 있다.The
집열기 순환배관(140)은 외부와 연결되지 않는 폐쇄배관으로, 상기 집열기 순환배관(140)의 일부가 집열기(130)의 내부에 위치하게 된다. 그리고 집열기 순환배관(140)은 집열기(130)와 축열조(110) 간을 연결하며, 상기 집열기(130)에 의해 가열된 용수가 상기 축열조(110)로 배출되도록 유로를 제공한다.The
또한, 집열기 순환배관(140)은 집열기(130)를 기준으로 용수가 유입되는 측에 구비되는 집열기 유입관(141), 온수가 배출되는 측에 구비되는 집열기 배출관(142)을 포함한다. In addition, the
즉, 집열기 유입관(141)은 축열조(110)에 수용된 용수가 집열기(130)로 유입될 수 있도록 구비되며, 집열기 배출관(142)은 상기 집열기(130)에 의해 가열된 용수가 상기 축열조(110)로 유입될 수 있도록 구비된다.That is, the
이러한 구성을 살펴보면, 집열기 배출관(142)이 집열기 유입관(141)에 비해 상대적으로 높은 위치에 구비되며, 상기 집열기 유입관(141)으로는 용수가 흐르고, 상기 집열기 배출관(142)으로는 온수가 흐르게 되는 것을 알 수 있다. 이는 상기 축열조(110) 내에 저장된 온수의 성층화 효과를 높이기 위한 것으로, 상기 축열조(110)로 유입된 용수는 성층화로 인해 하부에 위치하게 되고, 상기 축열조(110) 내에서 상대적으로 높은 위치에 있는 온수의 온도가 낮은 위치에 있는 온수의 온도보다 높기 때문에 보다 높은 온도의 온수를 사용할 수 있다. In this configuration, the
또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 집열기 순환배관(140) 중 상기 집열기(130)에 위치한 부분은 상기 집열기(130)로 집열된 태양열이 최대한 물로 전달될 수 있도록 상기 집열기(130)의 내부에 넓게 분포할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.Although not shown in the drawing, a part of the
축열조 순환배관(150)은 축열조(110)와 연결되며, 상기 축열조(110) 하부로 상기 용수를 유입시키고, 상기 축열조(110) 상부에 위치하는 용수가 배출되도록 유로를 제공하며, 시수관(151) 및 부하측 공급관(152)으로 구성된다. 상기 시수관(151)은 상기 축열조(110)에 저장된 온수의 성층화를 위해 상기 축열조(110)의 하부와 연결되고, 상기 부하측 공급관(152)은 상기 축열조(110)의 상부와 연결된다.The heat storage
제어기(160)는 차온 제어기로서, 후술할 제1, 2, 3 온도센서(S1, S2, S3)로부터 출력되는 신호를 수신하고, 상기 신호에 따라 순환펌프(120)의 가동을 제어하는 기능을 한다. 이때, 상기 제1 온도센서(S1)는 축열조(110)의 출구 온도(T1)를 검출하기 위해 상기 축열조(110)의 출구측 집열기 유입관(141)에 설치되고, 상기 제2 온도센서(S2)는 집열기(130)의 출구 온도(T2)를 검출하기 위해 상기 집열기(110)의 출구측 집열기 배출관(142)에 설치되며, 상기 제3 온도센서(S3)는 상기 축열조(110)내 최상단 온도(T3)를 측정하기 위해 상기 축열조(110)의 내부 상단에 설치된다.The
즉, 상기 제어기(160)는 설정된 시간 동안 제2 온도센서(S2)로부터 검출된 집열기(130)의 용수 배출온도인 집열기 출구 온도(T2)와, 제1 온도센서(S1)에서 검출된 축열조(110)의 용수 배출온도인 축열조 출구 온도(T1)의 차(ΔT=T2-T1)가 설정 상한값(ΔTon) 이상이면 순환펌프(120)을 ON시키도록 제어하고, 설정 하한값(ΔToff) 이하이면 순환펌프(120)을 OFF시키도록 제어한다.That is, the
여기서, 상기 순환펌프(120)를 ON시키는 설정 상한값은 일예로 ΔTon=10~14℃(바람직하게는 12℃)이고, 상기 순환펌프(120)를 OFF시키는 설정 하한값은 일예로 ΔTon=1~3℃(바람직하게는 2℃)이며, 이에 한정하지 않고 온도의 설정값에 대한 증감이 가능하다.The set upper limit value for turning on the
또한, 상기 제어기(160)는 상술한 순환펌프(120)의 ON/OFF 기능에 집열기 출구 온도(T2)와 축열조 최상부 온도(T3)의 차인 ΔTcs(=T2-T3)에 따라 집열기 순환유량을 조정함으로써 역전현상을 방지하고 성층화 현상을 극대화할 수 있다.The
그리고 상기 제어기(160)는 일출, 일몰, 온수 부하가 걸려 축열조(110) 위쪽은 뜨겁고 아래쪽은 차가운 상태 또는 일사상태가 불안정하여 집열기 출구 온도(T2)가 축열조 최상부 온도(T3)보다 낮아질 가능성이 있거나 낮아진 경우 순환펌프(120)의 순환량을 단계별로 감소시키고, 반대로 일사 상태가 좋아지면 다시 상기 순환펌프(120)의 순환량을 단계별로 증가시키는 변유량(變流量) 적용 방식을 통해 집열 운전시 집열기의 입구온도보다 출구온도가 높아 발생하는 역전현상을 방지할 수 있게 제어한다.In addition, the
이렇게, 순환유량의 조절은 인버터(inverter)나 집열기 순환배관(140) 중 집열기 유입관(141)에 밸브(도면에 미도시)를 설치한 후 상기 밸브의 개도 정도에 따라 구현 가능하며, 설정 단계로 나눠 단계별로 운전 가능하다. 여기서, 순환 유량 조절을 위한 단계는 3단계 내지 5단계로 유량차를 두어 진행할 수 있으며, 3단계를 예를 들면 1단계(1단 운전)는 100% 운전 상태를 말하고, 2단계(2단 운전)는 50%의 운전 상태를 말하며, 3단계(3단 운전)는 25%의 운전 상태를 말한다.
The circulation flow rate can be adjusted according to the degree of opening of the valve after the valve (not shown in the figure) is installed in the
이하에서는 상기 제어기(160)에서 변유량을 제어하기 위한 조건을 설명한다.Hereinafter, the conditions for controlling the amount of oil inflow in the
1) ΔTcs(=T2-T3) > 0, 즉, 역전현상의 발생하지 않는 비역전모드1)? Tcs (= T2-T3) > 0, i.e., the non-reversing mode
집열기 출구 온도(T2)가 축열조 최상부 온도(T3)보다 높고, 일출, 일몰 또는 일사상태가 불안정할 때 단계별로 순환유량을 줄이게 되면 작동시간을 길게 할 수 있어 획득열량 증대 효과가 있다.If the outlet temperature T2 of the collector is higher than the uppermost temperature T3 of the heat storage tank and the circulation flow rate is decreased step by step when the sunrise, sunset or solar radiation is unstable, the operation time can be lengthened,
① ΔTcs > 0이면서 0 < ΔT < ΔToff+δ를 만족하면 집열기(130)의 순환유량을 한 단계씩 감소시킨다. (δ는 일예로 1℃) 즉, ΔT(=T2-T1)가 ΔToff+δ(일예로 3℃)보다 작으면 1단 운전(100% 운전)에서 2단 운전(50% 운전)으로 유량을 줄이고 집열기 출구 온도(T2)를 높이게 된다. 여기서, δ는 순환펌프(120)를 OFF시키는 설정 하한값(ΔToff)의 여유 수치를 나타낸다.(1) When? Tcs> 0 and 0 <? T <? Off +?, The circulating flow of the
② ΔTcs > 0이면서 ΔT > ΔTon·α이면 집열기(130)의 순환유량을 한 단계씩 증가시킨다. (α는 일예로 0.75℃) 즉, ΔT가 설정 상한값 ΔTon(일예로 12℃)의 ΔTon·α=9℃ 이상이면 유량을 한 단계 상승시킨다. 여기서, α는 순환펌프(120)을 ON시키는 설정 상한값(ΔTon)의 여유 수치를 나타낸다.
(2) If ΔTcs> 0 and ΔT> ΔTon · α, the circulating flow of the
2) ΔTcs < 0, 즉, 역전현상이 발생하는 역전모드2)? Tcs < 0, i.e., a reversing mode
급탕부하가 걸려 축열조(110)의 하부에 구비된 시수관(151)을 통해 수돗물이 공급되면 상기 축열조(110)의 하부 온도가 낮아지고 상부는 여전히 뜨거운 물로 채워진 경우에 발생할 수 있는 상황이다.When the tap water is supplied through the
① ΔTcs < 0 경우, 즉시 집열기(130)의 순환유량을 한 단계 하강시켜 역전 현상을 방지한다.(1) When? Tcs < 0, the circulating flow of the
② 역전 현상을 막은 상태에서 다시 유량이 늘어나는 조건은 ΔTcs > 0이면서 ΔT > ΔTon·α이면 집열기(130)의 순환유량을 한 단계씩 증가시킨다. (α는 일예로 0.75℃) 즉, ΔT가 설정 상한값 ΔTon(일예로 12℃)의 ΔTon·α=9℃ 이상이면 유량을 한 단계 상승시킨다. 여기서, α는 순환펌프(120)을 ON시키는 설정 상한값(ΔTon)의 여유 수치를 나타낸다. (2) The conditions in which the flow rate increases again when the reverse phenomenon is blocked is that the circulating flow of the
위와 같은 현상에 따른 획득 열량은 하기 수학식1에 의해 구할 수 있다.The obtained calorific value according to the above phenomenon can be obtained by the following equation (1).
여기서, 는 집열기 획득열량이고, 은 순환유량이고, Cp는 비열이며, ΔT =T2-T1이다. 즉, 이 일정한 상태에서 이 작아지면 ΔT가 증가하는 원리를 이용한 것이다.
here, Is the heat amount of the collector, Is the circulating flow rate, Cp is the specific heat, and? T = T2-T1. In other words, In this constant state Is used, the principle that? T increases is used.
그러므로 본 발명의 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템(100)은 일출, 일몰, 온수 부하 또는 일사상태가 불안정하여 ΔT가 설정 하한값보다 낮으면 ΔToff 온도인 2℃ 이하로 순식간에 내려간다. 예를 들어 ΔT가 3℃에 도달하고 ΔToff 온도가 2℃이면 δ값은 1℃가 되어 ΔToff+δ는 3℃가 되며, ΔToff+δ가 3℃이면 태양열 시스템(100)이 잠시 후에 꺼진다는 것을 의미하므로 제어기(160)의 제어에 의해 순환펌프(120)의 순환량을 한 단계 낮춘다.Therefore, the variable-volume-control solar
이때, 순환 유량 조절을 위한 단계를 3단계로 가정하였을 때 순환펌프(120)의 순환량을 한 단계 낮추어 50%의 운전 상태를 말하는 2단계(2단 운전)에 도달하면 ΔT가 3℃에서 6℃로 상승한다.At this time, when the circulation amount of the
그 후, ΔT가 3℃로 다시 떨어지면 태양열 시스템(100)이 잠시 후에 꺼진다는 것을 의미하므로 제어기(160)의 제어에 의해 순환펌프(120)의 순환량을 한 단계 더 낮춰 25%의 운전 상태를 말하는 3단계(3단 운전)에 도달하며, 이 경우에도 ΔT가 3℃에서 6℃로 상승한다.
Then, if ΔT falls back to 3 ° C., it means that the solar
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the appended claims, as well as the appended claims.
100: 변유량 제어식 태양열 시스템
110: 축열조 112: 코일
120: 순환펌프 130: 집열기
140: 집열기 순환배관 150: 축열조 순환배관
160: 제어기 S1, S2, S3: 제1, 2, 3 온도센서100: Transformed Solar System
110: heat storage tank 112: coil
120: Circulation pump 130: Collector
140: Collector circulation pipe 150: Heat storage tank circulation pipe
160: controller S1, S2, S3: first, second and third temperature sensors
Claims (5)
상기 집열기와 연결되고, 그 내부로 상기 집열기에 의해 집열된 태양열이 축적되는 작동매체가 순환하는 집열기순환배관;
상기 작동매체와 생활에 사용되는 물 사이의 열교환이 이루어지는 축열조;
상기 축열조와 연통되어 시수가 유입되고, 상기 축열조의 온수가 부하측으로 공급되는 축열조 순환배관;
상기 축열조에 수용된 상기 용수를 순환시키는 순환펌프;
상기 집열기순환배관과 연통되어 상기 축열조 내부 중 상단에서 하단까지 연결되되, 상단의 밀도가 집중되게 배치되는 열교환 코일; 및
상기 집열기 출구 온도와 축열조 출구 온도의 차에 따른 상기 순환펌프의 ON/OFF 제어와, 상기 집열기 출구 온도와 상기 축열조 최상부 온도의 차에 따른 상기 집열기의 순환유량을 제어하는 제어기를 포함하는 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템.
A collector for collecting solar heat;
A collector circulation pipe connected to the collector and circulating a working medium through which solar heat collected by the collector is accumulated;
A heat storage tank for performing heat exchange between the working medium and water used for living;
A heat storage tank circulation pipe communicating with the heat storage tank and having a time flow therein and the hot water of the heat storage tank being supplied to the load side;
A circulation pump circulating the water accommodated in the heat storage tank;
A heat exchange coil communicating with the collector circulation pipe and connected to the lower end of the interior of the heat storage tank, the concentration of the upper end being concentrated; And
And a controller for controlling on / off control of the circulation pump according to a difference between the outlet temperature of the collector and the outlet temperature of the storage tank and a controller for controlling a circulating flow rate of the collector according to a temperature difference between the outlet temperature of the collector and the top temperature of the storage tank, And a solar control system.
상기 집열기 출구 온도(T2)와 상기 축열조 출구 온도(T1)의 차인 ΔT가 설정 상한값(ΔTon) 이상이면 상기 순환펌프를 ON시키고, 설정 하한값(ΔToff) 이하면 상기 순환펌프를 OFF시키도록 제어하며,
상기 집열기 출구 온도(T2)와 상기 축열조 최상부 온도(T3)의 차인 ΔTcs가 설정 상한값 이상이거나 설정 하한값 이하이면 변유량을 제어하는 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템.
2. The apparatus of claim 1,
The circulation pump is turned on when ΔT, which is a difference between the collector outlet temperature (T2) and the temperature of the storage tank (T1), is higher than a preset upper limit value (ΔTon)
And a coil built-in type heat storage tank for controlling the amount of oil change when ΔTcs, which is a difference between the collector outlet temperature (T2) and the heat storage tank top temperature (T3), is equal to or higher than a set upper limit value or lower than a set lower limit value.
상기 제어기는 ΔTcs > 0 경우, T2 > T3 이거나, 0 < ΔT < ΔToff+δ이면 상기 집열기의 순환유량을 설정 단계씩 감소시키도록 제어하는 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the controller controls the circulation flow rate of the collector to be decreased by a set step when T2 > T3 when? Tcs > 0 or 0 <
상기 제어기는 ΔTcs > 0 경우, ΔT > ΔTon·α이면 상기 집열기의 순환유량을 설정 단계씩 증가시키도록 제어하는 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the controller controls the circulating flow rate of the collector to increase by a set step when? Tc > 0, and when? T>? Ton?
상기 제어기는 ΔTcs < 0 경우, 즉시 상기 집열기의 순환유량을 설정 단계씩 감소시키도록 제어하는 코일 내장형 축열조를 구비한 변유량 제어식 태양열 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the controller controls the circulating flow rate of the collector to be decreased immediately by a predetermined number of steps when? Tcs <0.
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