KR20150084424A - 태양열 온수시스템 - Google Patents

태양열 온수시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20150084424A
KR20150084424A KR1020140004423A KR20140004423A KR20150084424A KR 20150084424 A KR20150084424 A KR 20150084424A KR 1020140004423 A KR1020140004423 A KR 1020140004423A KR 20140004423 A KR20140004423 A KR 20140004423A KR 20150084424 A KR20150084424 A KR 20150084424A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hot water
pipe
storage tank
solar
boiler
Prior art date
Application number
KR1020140004423A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101557753B1 (ko
Inventor
김순기
배내수
Original Assignee
주식회사 경동나비엔
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 경동나비엔 filed Critical 주식회사 경동나비엔
Priority to KR1020140004423A priority Critical patent/KR101557753B1/ko
Publication of KR20150084424A publication Critical patent/KR20150084424A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101557753B1 publication Critical patent/KR101557753B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D15/00—Other domestic- or space-heating systems
    • F24D15/02—Other domestic- or space-heating systems consisting of self-contained heating units, e.g. storage heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/10—Feed-line arrangements, e.g. providing for heat-accumulator tanks, expansion tanks ; Hydraulic components of a central heating system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/25—Solar heat collectors using working fluids having two or more passages for the same working fluid layered in direction of solar-rays, e.g. having upper circulation channels connected with lower circulation channels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20—Solar thermal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

본 발명은 태양열 온수공급장치에서 태양열 온수 공급 중 보일러 온수 공급으로의 전환 시에 온수 공급 온도를 균일하게 유지하여 안정적인 온수 공급이 이루어지도록 하는 태양열 온수시스템을 제공함에 목적이 있다.
본 발명은, 태양열 집열기(100); 상기 태양열 집열기(100)의 출구측과 입구측을 연결하여 열매체가 순환하는 열매체 순환관(200); 상기 태양열에 의해 가열된 열매체와 내부에 수용되는 온수 간에 열교환이 이루어지는 축열조(300); 상기 축열조(300)의 온수를 수전(450) 측으로 공급하는 온수공급부(400); 및 상기 축열조(300)의 온수 온도가 설정온도 미만인 경우에 상기 축열조(300)의 온수를 보조적으로 가열하여 공급하는 보일러(500);를 포함하되, 상기 온수공급부(400)는, 상기 축열조(300)의 상부에 연결되어 상기 축열조(300)로부터 온수가 배출되는 태양열 온수 배출관(410)과, 상기 태양열 온수 배출관(410)에서 일측으로 분기되어 상기 수전(450)으로 연결되며 그 관로 상에는 온수의 흐름을 단속하는 이방밸브(430)가 설치된 온수 공급관(420)과, 상기 태양열 온수 배출관(410)에서 타측으로 분기되어 상기 보일러(500)의 입구에 연결되는 제1연결관(470)과, 상기 보일러(500)의 출구와 상기 이방밸브(430)의 출구측으로 이격된 지점의 상기 온수 공급관(420) 사이를 연결하는 제2연결관(480)을 포함하여 구성된다.

Description

태양열 온수시스템{SYSTEM FOR SUPPLYING HOT WATER USING SOLAR ENEGY}
본 발명은 태양열 온수시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양열을 이용한 온수 공급 중 태양열 에너지의 부족 시 보일러의 보조열원을 이용한 온수공급으로의 전환 시 온수공급온도를 균일하게 유지하여 안정적인 온수 공급을 가능하게 하는 태양열 온수시스템에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 난방 및 온수공급 등을 목적으로 사용되고 있는 온수시스템은 주로 연탄, 기름, 가스 및 전기 등의 연료를 사용하는 보일러 시스템의 형태로 개발되어 왔다. 그런데, 갈수록 심화되고 있는 화석연료의 고갈과 대체 에너지 자원의 확보를 위한 방안의 일환으로 태양열 에너지를 이용한 온수시스템이 개발되고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 태양열 온수시스템에서 태양열 에너지가 충분한 경우에 태양열을 이용한 온수공급상태를 보여주는 구성도, 도 2는 종래기술에 따른 태양열 온수시스템에서 태양열 에너지의 부족 시 보일러를 이용한 온수공급상태를 보여주는 구성도이다.
종래 기술에 따른 태양열 온수시스템은, 태양열 집열기(10)와, 이를 통과하는 열매체가 순환되는 열매체 순환관(20), 열매체 순환관(20)이 내부를 경유하는 열교환기(30), 온수가 내부에 수용되는 축열조(40), 축열조(40) 내부의 온수가 상기 열교환기(30)의 내부를 경유하며 열매체와 열교환되도록 설치되는 온수 순환관(50), 축열조(40) 내의 온수가 수전(62, 수도꼭지) 측으로 공급되도록 연결되는 온수 공급관(60), 태양열 에너지의 부족 시에 축열조(40) 내의 온수를 공급받아 보조적으로 가열하여 공급하는 보일러(70), 및 온수시스템의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(80)를 포함하여 구성된다.
상기 태양열 집열기(10)에는, 집열기 온도센서(11)와, 열매체의 기수분리를 위한 공기밸브 및 적정 압력의 유지를 위한 안전밸브가 구비된다.
상기 열매체 순환관(20)에는, 열매체가 순환되도록 압송하는 열매체 순환펌프(21)와, 열매체의 압력 변화를 흡수하기 위한 팽창탱크(22)가 설치된다. 열매체의 보충을 위한 구성으로, 열매체 순환관(20)의 일측에는 열매체 보충탱크(23)에 연결되는 열매체 보충관(24)이 분기되고, 열매체 보충관(24)의 관로 상에는 열매체 보충펌프(25)가 구비된다. 그리고, 열매체 순환관(20)에는 압력계와, 열교환기(20)의 통과 전후의 열매체의 온도 측정을 위한 온도계, 및 열매체의 흐름을 단속하기 위한 각종 밸브가 구비된다.
상기 열교환기(30)의 내부에는, 열매체 순환관(20)과 온수 순환관(50)이 경유하고, 열매체 순환관(20)의 내부를 따라 흐르는 열매체와 온수 순환관(50)의 내부를 따라 흐르는 온수 사이에 열교환을 위한 열전달 유체가 충진된다.
상기 축열조(40)에는, 상부와 하부에 위치하는 온수의 온도 감지를 위한 축열조 상부 온도센서(41)와 축열조 하부 온도센서(42)가 구비되고, 축열조(40)의 하부에는 직수 공급관(43)과 배수관(44)이 연결된다. 그리고, 축열조(40)에는 압력계와 온도계 및 안전밸브가 구비된다.
상기 온수 순환관(50)에는, 축열조(40)의 내부에 수용된 온수가 온수 순환관(50)을 따라 순환되도록 압송하는 온수 순환펌프(51)와, 열교환기(20)의 통과 전후의 온수 온도 측정을 위한 온도계 및 온수의 흐름을 단속하기 위한 각종 밸브가 구비된다.
상기 온수 공급관(60)은, 축열조(40)의 상부에 일단이 연결되어 수전(62) 측으로 연장되도록 설치되고, 온수 공급관(60)에는 보일러(70)의 입구와 직수 공급관(43)에 연결되는 제1연결관(71)이 설치되고, 보일러(70)의 출구와 온수 공급관(60) 사이에는 제2연결관(72)이 설치된다. 그리고, 온수 공급관(60)과 제1연결관(71)이 만나는 분기점에는 온수의 유로전환을 위한 삼방밸브(61)가 설치된다.
상기 제어부(80)는, 집열기 온도센서(11)에서 측정된 온도와, 축열조 하부 온도센서(42)에서 측정되는 온수의 온도 간의 온도차가 설정된 온도차 이상인 경우에는 열매체 순환펌프(21)와 온수 순환펌프(51)가 작동되도록 제어하고, 축열조 상부 온도센서(41)에서 측정된 온도와 설정온도값을 비교하여 삼방밸브(61)의 유로 전환 동작 및 보일러(70)의 작동 여부를 제어한다.
상기 축열조 상부 온도센서(41)에서 측정된 온도가 설정온도값 이상인 경우, 상기 제어부(80)는 축열조(40)의 내부에 수용된 온수의 온도가 온수로 사용하기에 충분한 열에너지를 보유하고 있는 것으로 판단하고, 도 1에서 화살표로 표시된 바와 같이, 축열조(40)로부터 배출된 온수가 온수 공급관(60)을 그대로 통과하여 수전(62)으로 공급되도록 삼방밸브(61)를 작동시키는 동시에 보일러(70)의 작동이 중단되도록 제어한다. 이와 같이, 태양열 온수 공급 시에는 축열조(40) 내부에서 가열된 온수가 온수 공급관(60)을 통하여 수전(62)으로 전량 공급되고, 제1연결관(71)과 보일러(70) 및 제2연결관(72) 내부의 물은 저온 상태로 잔류하게 된다.
이와 달리, 축열조 상부 온도센서(41)에서 측정된 온도가 설정온도값 미만인 경우, 상기 제어부(80)는 축열조(40)의 내부에 수용된 온수의 온도가 온수로 사용하기에 충분치 않은 열에너지를 보유하고 있는 것으로 판단하고, 도 2에서 화살표로 표시된 바와 같이, 축열조(40)로부터 배출된 온수가 제1연결관(71)과 보일러(70) 및 제2연결관(72)을 경유하여 수전(62)으로 공급되도록 삼방밸브(61)의 유로를 전환하는 동시에 보일러(70)가 점화되도록 제어하게 된다. 이에 따라 태양열 에너지만으로 부족한 온수의 온도를 보일러(70)에서의 열교환에 의해 승온시킨 후에 공급되도록 한다.
그러나, 이와 같이 구성된 종래의 태양열 온수시스템에서는, 태양열 온수 공급 중 태양열 에너지의 부족으로 보일러 온수 공급으로 전환 시에, 온수 공급 초기에는 제1연결관(71)과 보일러(70) 및 제2연결관(72)의 관로 내에 잔류하고 있던 저온 상태의 물이 수전(62)을 통해 배출되므로, 잔류하고 있던 저온의 물이 모두 배출되고 보일러(70)에 의해 가열된 온수가 공급되는 시점까지의 시간 동안 낮은 온도의 물이 온수로 공급되므로 안정적인 온수 공급이 이루어지지 않는 문제점이 있다.
이와 같이 태양열 에너지의 부족 시 보일러를 보조 열원으로 활용하는 선행기술은, 등록특허 제10-1054503호, 등록특허 제10-1168542호에 소개되어 있으나, 이러한 선행문헌들에는 상기한 바와 같이 태양열 온수 공급 중 보일러 온수 공급으로 전환 시에 발생되는 온수 온도의 불안정한 공급 문제를 해결하기 위한 구성은 나타나 있지 않다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양열 온수공급장치에서 태양열 온수 공급 중 보일러 온수 공급으로의 전환 시에 온수 공급 온도를 균일하게 유지하여 안정적인 온수 공급이 이루어지도록 하는 태양열 온수시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 태양열 온수시스템은, 태양열을 집열하여 열매체를 가열하는 태양열 집열기(100); 상기 태양열 집열기(100)의 출구측과 입구측을 연결하여 열매체가 순환하는 폐회로를 구성하는 열매체 순환관(200); 상기 열매체 순환관(200)의 일부가 내부를 경유하도록 구비되어, 상기 태양열에 의해 가열된 열매체와 내부에 수용되는 온수 간에 열교환이 이루어지는 축열조(300); 상기 축열조(300)의 온수를 수전(450) 측으로 공급하는 온수공급부(400); 및 상기 축열조(300)의 온수 온도가 설정온도 미만인 경우에 상기 축열조(300)의 온수를 보조적으로 가열하여 공급하는 보일러(500);를 포함하되, 상기 온수공급부(400)는, 상기 축열조(300)의 상부에 연결되어 상기 축열조(300)로부터 온수가 배출되는 태양열 온수 배출관(410)과, 상기 태양열 온수 배출관(410)에서 일측으로 분기되어 상기 수전(450)으로 연결되며 그 관로 상에는 온수의 흐름을 단속하는 이방밸브(430)가 설치된 온수 공급관(420)과, 상기 태양열 온수 배출관(410)에서 타측으로 분기되어 상기 보일러(500)의 입구에 연결되는 제1연결관(470)과, 상기 보일러(500)의 출구와 상기 이방밸브(430)의 출구측으로 이격된 지점의 상기 온수 공급관(420) 사이를 연결하는 제2연결관(480)을 포함하여 구성된다.
상기 제2연결관(480)에는, 상기 보일러(500)의 출구로부터 상기 온수 공급관(420)을 향하는 방향으로의 온수 흐름은 허용하되, 그 반대방향으로의 온수 흐름은 차단하는 체크밸브(490)가 구비될 수 있다.
상기 축열조(300)에는, 상기 축열조(300) 내의 상부에 수용된 온수의 온도를 검출하기 위한 축열조 상부 온도센서(310)가 구비되고, 상기 축열조 상부 온도센서(310)에서 검출된 온도가 설정온도 이상인 경우에는 상기 이방밸브(430)가 개방되도록 하고, 상기 축열조 상부 온도센서(310)에서 검출된 온도가 설정온도 미만인 경우에는 상기 이방밸브(430)가 닫히도록 제어하는 동시에 상기 보일러(500)가 점화되도록 제어하는 제어부(600)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 축열조 상부 온도센서(310)에서 검출된 온도가 설정온도 이상인 경우, 상기 축열조(300)에 수용된 온수는, 상기 태양열 온수 배출관(410)과 상기 온수 공급관(420)을 경유하여 상기 수전(450)으로 공급되는 동시에, 상기 축열조(300)에 수용된 온수 중 일부는 상기 태양열 온수 배출관(410), 제1연결관(470), 보일러(500), 제2연결관(480) 및 온수공급관(420)을 경유하여 상기 수전(450)으로 공급되는 것으로 구성될 수 있다.
상기 축열조 상부 온도센서(310)에서 검출된 온도가 설정온도 미만인 경우, 상기 축열조(300)에 수용된 온수는, 상기 태양열 온수 배출관(410)과 제1연결관(470)을 경유하여 상기 보일러(500)로 유입되고, 상기 보일러(500)에서 열교환에 의해 가열된 후에 상기 제2연결관(480)과 온수공급관(420)을 경유하여 상기 수전(450)으로 공급되는 것으로 구성될 수 있다.
상기 축열조(300)의 하부에는 직수가 보충 공급되는 직수 공급관(330)이 연결되고, 상기 직수 공급관(330)에는 상기 온수 공급관(420)으로 분기되는 바이패스관(460)이 연결되며, 상기 바이패스관(460)과 온수 공급관(420)의 연결부에는 믹싱밸브(440)가 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 태양열 온수시스템에 의하면, 태양열 온수 배출관의 일측으로 분기되어 수전으로 연결되는 온수 공급관의 관로 상에 이방밸브를 설치하고, 태양열 온수 배출관의 타측에는 보일러의 입구에 연결되도록 분기되는 제1연결관과, 보일러의 출구와 이방밸브의 출구측으로 이격된 지점의 온수 공급관 사이에 제2연결관을 연결하여, 태양열 온수 공급 시에도 온수의 일부 유량이 제1연결관과 보일러 및 제2연결관을 경유하여 순환되도록 구성함으로써, 태양열 온수 공급 중 보일러 온수 공급으로 전환 시에 온수 공급 온도를 균일하게 유지하여 안정적인 온수 공급이 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 태양열 온수시스템에서 태양열 에너지가 충분한 경우에 태양열을 이용한 온수공급상태를 보여주는 구성도,
도 2는 종래기술에 따른 태양열 온수시스템에서 태양열 에너지의 부족 시 보일러를 이용한 온수공급상태를 보여주는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 태양열 온수시스템에서 태양열 에너지가 충분한 경우에 태양열을 이용한 온수공급상태를 보여주는 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 태양열 온수시스템에서 태양열 에너지의 부족 시 보일러를 이용한 온수공급상태를 보여주는 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 태양열 온수시스템의 제어 블록도,
도 6은 종래기술에 따른 태양열 온수시스템에서 태양열 온수 공급에서 보일러 온수 공급으로의 전환 시 온수 공급 상태를 보여주는 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 태양열 온수시스템에서 태양열 온수 공급에서 보일러 온수 공급으로의 전환 시 온수 공급 상태를 보여주는 그래프.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 태양열 온수시스템에서 태양열 에너지가 충분한 경우에 태양열을 이용한 온수공급상태를 보여주는 구성도, 도 4는 본 발명에 따른 태양열 온수시스템에서 태양열 에너지의 부족 시 보일러를 이용한 온수공급상태를 보여주는 구성도, 도 5는 본 발명에 따른 태양열 온수시스템의 제어 블록도이다.
본 발명에 따른 태양열 온수시스템은, 태양열 집열기(100), 상기 태양열 집열기(100)의 출구측과 입구측을 연결하여 열매체가 순환되는 폐회로를 구성하는 열매체 순환관(200), 상기 열매체 순환관(200)의 일부가 내부를 경유하도록 구비되어 상기 태양열에 의해 가열된 열매체와 내부에 수용되는 온수 간에 열교환이 이루어지는 축열조(300), 온수 사용 시 상기 축열조(300)의 온수를 수전(450) 측으로 공급하는 온수 공급부(400), 상기 축열조(300)에 수용된 온수의 온도가 온수 사용에 적합한 온도보다 낮은 경우에 상기 축열조(300)의 온수를 보조적으로 가열하여 공급하는 보일러(500), 및 온수시스템의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(600)를 포함하여 구성된다.
상기 태양열 집열기(100)는, 태양열을 집열하여 그 내부를 통과하는 열매체에 태양열을 전달하는 것으로, 배출측에는 태양열에 의해 가열된 열매체의 온도를 감지하기 위한 집열기 온도센서(110)가 구비된다.
상기 열매체 순환관(200)은, 태양열 집열기(100)의 출구측에서 축열조(300)의 내부를 경유하는 열교환관(200b)의 일단에 연결되는 열매체 배출관(200a)과, 상기 열교환관(200b)의 타단과 태양열 집열기(100)의 입구측에 연결되는 열매체 환수관(200c)으로 구성된다.
상기 열매체 환수관(200c)에는, 열매체가 순환되도록 압송하는 열매체 순환펌프(210)와, 열매체의 압력 변화를 흡수하기 위한 팽창탱크(220)와, 열매체 환수관(200c) 내부의 압력을 감지를 위한 압력센서(230)가 설치된다. 열매체의 보충을 위한 구성으로, 열매체 환수관(200c)의 일측에는 열매체 보충탱크(240)에 연결되는 열매체 보충관(250)이 분기되고, 열매체 보충관(250)의 관로 상에는 열매체 보충펌프(260)가 구비된다. 그리고, 상기 열매체 배출관(200a)에는 열매체 보충탱크(240)에 연결되도록 분기되는 배출관(270)이 연결되고, 상기 배출관(270)에는 열매체의 급격한 압력상승을 방지하기 위한 안전밸브(271)가 설치된다. 또한, 열매체의 과열 방지를 위한 구성으로, 열매체 배출관(200a)에는 삼방밸브(280)에 연결되는 바이패스관(290)이 설치되고, 바이패스관(290)에는 방열기(291)가 설치될 수 있다.
상기 축열조(300)에는, 상부와 하부에 위치하는 온수의 온도 감지를 위한 축열조 상부 온도센서(310)와 축열조 하부 온도센서(320)가 구비된다. 축열조 상부 온도센서(310)는 축열조(300)의 내부에 수용된 온수의 최대온도를 감지하게 되고, 축열조 하부 온도센서(320)는 축열조(300)의 내부에 수용된 온수의 최저온도를 감지하게 된다. 그리고, 축열조(300)의 하부에는 직수 공급관(330)이 연결된다. 또한, 축열조(300)의 일측에는 축열조(300)의 압력이 적정하게 유지되도록 과열된 증기와 온수가 배출되는 안전밸브(340)와, 배수관(350)이 구비될 수 있다.
상기 온수 공급부(400)는, 상기 축열조(300)의 상부에 연결되어 축열조(300)로부터 온수가 배출되는 태양열 온수 배출관(410)과, 상기 태양열 온수 배출관(410)에서 일측으로 분기되어 수전(450) 측으로 연결되며 그 관로 상에는 온수의 흐름을 단속하는 이방밸브(430)가 설치된 온수 공급관(420)과, 상기 태양열 온수 배출관(410)에서 타측으로 분기되어 보일러(500)의 입구에 연결되는 제1연결관(470)과, 보일러(500)의 출구와 상기 이방밸브(430)의 출구측으로 이격된 지점의 온수 공급관(420) 사이를 연결하는 제2연결관(480)을 포함하여 구성된다.
상기 제2연결관(480)에는, 상기 보일러(500)의 출구로부터 상기 온수 공급관(420)을 향하는 방향으로의 온수 흐름은 허용하되, 그 반대방향으로의 온수 흐름은 차단하는 체크밸브(490)가 구비된다.
상기 직수 공급관(330)에는 상기 온수 공급관(420)으로 분기되는 바이패스관(460)이 연결되며, 상기 바이패스관(460)과 온수 공급관(420)의 연결부에는, 온수와 직수의 혼합유량을 조절하여 수전(450)을 통해 배출되는 온수의 온도를 온도조절기(540)에서 설정된 온도에 맞추어 조절하기 위한 믹싱밸브(440)가 구비된다.
상기 보일러(500)는, 태양열 에너지의 부족 시, 축열조(300)로부터 제1연결관(470)을 통하여 유입되는 온수를 가열하고, 가열된 온수를 제2연결관(480)을 통하여 공급하는 보조열원의 역할을 하는 이외에, 일반적인 난방용으로 사용될 수 있으며, 이 경우 가열된 난방수가 난방부하(530) 측으로 공급되는 난방공급관(510)과, 난방부하(530)를 경유한 난방수가 환수되는 난방환수관(520)이 연결 설치된다.
상기 제어부(600)는, 집열기 온도센서(110)에서 측정된 온도와, 축열조 하부 센서(320)에서 측정되는 온수의 온도 간의 온도차가 설정된 온도차 이상인 경우에는 열매체 순환펌프(210)가 작동되도록 제어한다. 또한, 제어부(600)는 축열조 상부 온도센서(310)에서 측정된 온도와 설정온도값을 비교하여, 이방밸브(430)의 개폐 동작 및 보일러(500)에 구비되는 버너의 점화 동작을 제어한다. 또한, 제어부(600)에서는, 온도 조절기(540)에서 사용자가 설정한 온도의 온수가 공급되도록 믹싱밸브(440)의 개도를 제어하고, 압력센서(230)에서 검출된 열매체의 압력이 설정압력 미만인 경우에는 열매체의 유량이 부족한 것으로 판단하여 열매체 보충펌프(260)가 동작하도록 제어한다.
도 3을 참조하면, 상기 축열조 상부 온도센서(310)에서 검출된 온도가 설정온도 이상인 경우, 제어부(600)는 이방밸브(430)가 개방되도록 제어한다. 이 경우 축열조(300)에 수용된 온수는, 도 3에서 실선 화살표로 표시된 바와 같이 태양열 온수 배출관(410)과 온수 공급관(420)을 경유하여 수전(450) 측으로 공급되는 동시에, 도 3에서 점선 화살표로 표시된 바와 같이 축열조(300)에 수용된 온수 중 일부는 태양열 온수 배출관(410), 제1연결관(470), 보일러(500), 제2연결관(480) 및 온수공급관(420)을 경유하여 수전(450) 측으로 공급된다.
이와 같이, 태양열 에너지가 온수의 공급을 위한 열원으로 충분한 경우에는, 보일러(500)의 연소가 중단된 상태에서 축열조(300)에 수용된 온수는 태양열 온수 배출관(410)을 통해 배출되어 그 중 일부 유량의 온수가 제1연결관(470)과 보일러(500) 및 제2연결관(480)을 경유하여 온수 공급관(420)으로 합류되어 공급되도록 구성함으로써, 태양열 온수 공급 중에도 제1연결관(470)과 보일러(500) 및 제2연결관(480) 내부에는 축열조(300)로부터 공급되는 온수가 순환하게 되어, 종래기술에서와 달리 잔류하는 물의 온도 저하를 방지할 수 있게 된다.
도 4를 참조하면, 상기 축열조 상부 온도센서(310)에서 검출된 온도가 설정온도 미만인 경우, 제어부(600)는 이방밸브(430)가 닫히도록 제어함으로써, 태양열 온수 공급에서 보일러 온수 공급으로 전환되도록 제어하게 된다.
이 경우 축열조(300)에 수용된 온수는, 도 4에서 화살표로 표시된 바와 같이 태양열 온수 배출관(410)과 제1연결관(470)을 경유하여 상기 보일러(500)로 유입되고, 상기 보일러(500)에서 열교환에 의해 가열된 후에 상기 제2연결관(480)과 온수공급관(420)을 경유하여 수전(450) 측으로 공급되게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 태양열 온수 공급에서 보일러 온수 공급으로 전환되는 경우에, 전술한 바와 같이 제1연결관(470)과 보일러(500) 및 제2연결관(480)의 내부에는 일정 온도로 가열된 상태의 온수가 충진되어 있는 상태에 있으므로, 종래기술에서 잔류하는 물의 온도 저하에 따라 온수 공급 온도가 불안정해지는 문제를 해결할 수 있게 된다.
이하, 종래기술에 따른 태양열 온수시스템과 본 발명에 따른 태양열 온수시스템에서 태양열 온수 공급에서 보일러 온수 공급으로의 전환 시 온수의 공급 상태에 대한 비교 실험 결과를 제시하기로 한다.
도 6은 종래기술에 따른 태양열 온수시스템에서 태양열 온수 공급에서 보일러 온수 공급으로의 전환 시 온수 공급 상태를 보여주는 그래프, 도 7은 본 발명에 따른 태양열 온수시스템에서 태양열 온수 공급에서 보일러 온수 공급으로의 전환 시 온수 공급 상태를 보여주는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 종래기술에 따른 태양열 온수시스템의 실험조건은, 축열조 상부 온도는 50℃, 축열조 하부 온도는 11℃, 외기온도는 15.4℃, 보일러 온도 조절기 설정온도는 50℃로 설정되고, 온수유량은 일정하게 공급되도록 설정되었다. 그래프에서 열용량은 보일러의 연소 열용량을 나타내는 것이다.
태양열 온수가 공급되는 초기 6분 동안, 축열조에서 평균온도 48℃의 온수가 공급되었으며, 태양열 온수에서 보일러 온수로 변환되는 30초 동안 평균온도 40.2℃(최대온도 : 48.1℃, 최소온도 : 26.8℃)로 최대온도와 최소온도의 온도편차는 21.3℃ 차이가 나는 것을 볼 수 있다.
보일러 온수 공급 시, 평균온도 48.2℃(최대온도 : 49.1℃, 최소온도 : 46.6℃)로 최대온도와 최소온도의 온도편차는 2.5℃로 공급되었으며, 보일러는 그 내부에서 측정된 온수 온도가 50℃에서 연소 동작(ON)되고, 60℃에서 연소 중지(OFF)되도록 제어되었다. 보일러는 점화 후 6회 온/오프를 반복하였고, 연소 시 24분 까지(보일러의 직수온도 : 19℃)는 최소열량을 공급하였고, 이후 최대 39%까지 열량을 공급하였다.
상기 그래프의 수전 온도를 살펴보면, 태양열 온수 공급에서 보일러 온수 공급으로 전환되는 구간(30초간)에서 온수의 온도가 큰 편차로 낮게 공급됨을 알 수 있으며, 이는 보일러의 점화 전에 제1연결관과 보일러 및 제2연결관 사이 구간의 배관에 잔류하는 낮은 온도의 물이 공급되기 때문이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 태양열 온수시스템의 실험조건은, 축열조(300)의 상부 온도는 61℃, 축열조(300)의 하부 온도는 35℃, 외기온도는 18.9℃, 보일러 온도 조절기(540)의 설정온도는 50℃로 설정되고, 온수유량은 일정하게 공급되도록 설정되었으며, 이방밸브(430)는 20분간 닫힌 후에 개방되도록 설정되었다.
태양열 온수 공급 초기에, 보일러(500)가 점화되지 않은 상태에서, 보일러(500)로 유입되는 온도와 보일러(500)로부터 배출되는 물의 온도는 각각 2℃와 8℃로 측정되었고, 1분 30초 경과 후에는 각각 45℃와 36.5℃로 상승하였다.
태양열 온수가 공급되는 초기 20분 동안, 축열조(300)에서 평균온도 47.3℃의 온수가 공급되었으며, 태양열 온수에서 보일러 온수로 변환되는 40초 동안 평균온도 46.6℃(최대온도 : 48℃, 최소온도 : 46℃)로 최대온도와 최소온도의 온도편차는 2℃의 차이가 나는 것을 볼 수 있으며, 20분 경과 후에는 평균온도 46.8℃의 온수가 공급되었다.
이와 같이, 본 발명에 따른 태양열 온수 시스템에서는, 태양열 온수 공급에서 보일러 온수 공급으로 전환되는 구간(40초간)에도, 제1연결관(470)과 보일러(500) 및 제2연결관(480)에는 소정 온도로 가열된 온수가 충진된 상태에서 보일러(500)에서 보조적으로 가열된 후에 공급되므로, 보일러 온수 공급으로의 전환 전후에 온도 편차를 최소화할 수 있게 되어 균일한 온도의 온수를 안정적으로 공급할 수 있게 된다.
10 : 태양열 집열기 11 : 집열기 온도센서
20 : 열매체 순환관 21 : 열매체 순환펌프
22 : 팽창탱크 23 : 열매체 보충탱크
24 : 열매체 보충관 25 : 열매체 보충펌프
30 : 열교환기 40 : 축열조
41 : 축열조 상부 온도센서 42 : 축열조 하부 온도센서
43 : 직수 공급관 44 : 배수관
50 : 온수 순환관 51 : 온수 순환펌프
60 : 온수 공급관 61 : 삼방밸브
62 : 수전 70 : 보일러
71 : 제1연결관 72 : 제2연결관
80 : 제어부 100 : 태양열 집열기
110 : 집열기 온도센서 200 : 열매체 순환관
210 : 열매체 순환펌프 220 : 팽창탱크
230 : 압력센서 240 : 열매체 보충탱크
250 : 열매체 보충관 260 : 열매체 보충펌프
270 : 배출관 271 : 안전밸브
280 : 삼방밸브 290 : 바이패스관
291 : 방열기 300 : 축열조
310 : 축열조 상부 온도센서 320 : 축열조 하부 온도센서
330 : 직수 공급관 340 : 안전밸브
350 : 배수관 400 : 온수공급부
410 : 태양열 온수 배출관 420 : 온수 공급관
430 : 이방밸브 440 : 믹싱밸브
450 : 수전 460 : 바이패스관
470 : 제1연결관 480 : 제2연결관
490 : 체크밸브 500 : 보일러
510 : 난방공급관 520 : 난방환수관
530 : 난방부하 540 : 온도조절기
600 : 제어부

Claims (6)

  1. 태양열을 집열하여 열매체를 가열하는 태양열 집열기(100);
    상기 태양열 집열기(100)의 출구측과 입구측을 연결하여 열매체가 순환하는 폐회로를 구성하는 열매체 순환관(200);
    상기 열매체 순환관(200)의 일부가 내부를 경유하도록 구비되어, 상기 태양열에 의해 가열된 열매체와 내부에 수용되는 온수 간에 열교환이 이루어지는 축열조(300);
    상기 축열조(300)의 온수를 수전(450) 측으로 공급하는 온수공급부(400); 및
    상기 축열조(300)의 온수 온도가 설정온도 미만인 경우에 상기 축열조(300)의 온수를 보조적으로 가열하여 공급하는 보일러(500);를 포함하되,
    상기 온수공급부(400)는,
    상기 축열조(300)의 상부에 연결되어 상기 축열조(300)로부터 온수가 배출되는 태양열 온수 배출관(410)과, 상기 태양열 온수 배출관(410)에서 일측으로 분기되어 상기 수전(450)으로 연결되며 그 관로 상에는 온수의 흐름을 단속하는 이방밸브(430)가 설치된 온수 공급관(420)과, 상기 태양열 온수 배출관(410)에서 타측으로 분기되어 상기 보일러(500)의 입구에 연결되는 제1연결관(470)과, 상기 보일러(500)의 출구와 상기 이방밸브(430)의 출구측으로 이격된 지점의 상기 온수 공급관(420) 사이를 연결하는 제2연결관(480)을 포함하는 태양열 온수시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2연결관(480)에는, 상기 보일러(500)의 출구로부터 상기 온수 공급관(420)을 향하는 방향으로의 온수 흐름은 허용하되, 그 반대방향으로의 온수 흐름은 차단하는 체크밸브(490)가 구비된 것을 특징으로 하는 태양열 온수시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 축열조(300)에는, 상기 축열조(300) 내의 상부에 수용된 온수의 온도를 검출하기 위한 축열조 상부 온도센서(310)가 구비되고,
    상기 축열조 상부 온도센서(310)에서 검출된 온도가 설정온도 이상인 경우에는 상기 이방밸브(430)가 개방되도록 하고, 상기 축열조 상부 온도센서(310)에서 검출된 온도가 설정온도 미만인 경우에는 상기 이방밸브(430)가 닫히도록 제어하는 동시에 상기 보일러(500)가 점화되도록 제어하는 제어부(600)를 더 포함하여 구성된 태양열 온수시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 축열조 상부 온도센서(310)에서 검출된 온도가 설정온도 이상인 경우, 상기 축열조(300)에 수용된 온수는, 상기 태양열 온수 배출관(410)과 상기 온수 공급관(420)을 경유하여 상기 수전(450)으로 공급되는 동시에, 상기 축열조(300)에 수용된 온수 중 일부는 상기 태양열 온수 배출관(410), 제1연결관(470), 보일러(500), 제2연결관(480) 및 온수공급관(420)을 경유하여 상기 수전(450)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 태양열 온수시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 축열조 상부 온도센서(310)에서 검출된 온도가 설정온도 미만인 경우, 상기 축열조(300)에 수용된 온수는, 상기 태양열 온수 배출관(410)과 제1연결관(470)을 경유하여 상기 보일러(500)로 유입되고, 상기 보일러(500)에서 열교환에 의해 가열된 후에 상기 제2연결관(480)과 온수공급관(420)을 경유하여 상기 수전(450)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 태양열 온수시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 축열조(300)의 하부에는 직수가 보충 공급되는 직수 공급관(330)이 연결되고, 상기 직수 공급관(330)에는 상기 온수 공급관(420)으로 분기되는 바이패스관(460)이 연결되며, 상기 바이패스관(460)과 온수 공급관(420)의 연결부에는 믹싱밸브(440)가 구비된 것을 특징으로 하는 태양열 온수시스템.
KR1020140004423A 2014-01-14 2014-01-14 태양열 온수시스템 KR101557753B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140004423A KR101557753B1 (ko) 2014-01-14 2014-01-14 태양열 온수시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140004423A KR101557753B1 (ko) 2014-01-14 2014-01-14 태양열 온수시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150084424A true KR20150084424A (ko) 2015-07-22
KR101557753B1 KR101557753B1 (ko) 2015-10-06

Family

ID=53874370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140004423A KR101557753B1 (ko) 2014-01-14 2014-01-14 태양열 온수시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101557753B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106765492A (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 青海聚正新能源有限公司 一体机式太阳能供暖系统
CN109882973A (zh) * 2019-02-13 2019-06-14 山东飞天新能源有限公司 太阳能、多热源供热系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200431547Y1 (ko) * 2006-08-31 2006-11-23 김행섭 태양열이용시설의 난방 겸용을 위한 보일러 연계 배관 및제어 시스템
KR101168542B1 (ko) 2011-02-23 2012-07-27 주식회사 경동나비엔 공동주택의 단위세대별 축열탱크가 구비된 태양열 온수시스템 및 그 제어방법
KR101168538B1 (ko) * 2011-02-23 2012-07-27 주식회사 경동나비엔 공동 축열탱크가 구비된 공동주택 태양열 온수시스템 및 그 제어방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106765492A (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 青海聚正新能源有限公司 一体机式太阳能供暖系统
CN109882973A (zh) * 2019-02-13 2019-06-14 山东飞天新能源有限公司 太阳能、多热源供热系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR101557753B1 (ko) 2015-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101557754B1 (ko) 태양열 온수시스템
US12025322B2 (en) Integrated recirculation pump for non-condensing water heater
CN104272030A (zh) 提高供暖效率的可同时使用供暖及热水的锅炉
CN105972814B (zh) 燃气壁挂炉及补水控制方法、控制装置、控制系统
JP5462009B2 (ja) 太陽熱給湯システム
CN203413833U (zh) 一种燃气热水器出水系统
KR101557753B1 (ko) 태양열 온수시스템
JP5901920B2 (ja) 太陽熱利用システム
JP2016040498A (ja) ハイブリッド給湯システム
KR101168551B1 (ko) 공동주택의 단위세대별 축열탱크가 구비된 태양열 온수시스템에서 집열 열원 공급 및 과열 방지방법
KR101168538B1 (ko) 공동 축열탱크가 구비된 공동주택 태양열 온수시스템 및 그 제어방법
KR101485373B1 (ko) 난방 장치
KR200446160Y1 (ko) 연탄보일러의 난방/온수 자동제어시스템
JP4560724B2 (ja) 熱回収装置
KR101797646B1 (ko) 순간식 보일러의 계절에 따른 온수 비례제어장치 및 그 방법
KR101168539B1 (ko) 공동 축열탱크가 구비된 공동주택 태양열 온수시스템에서 집열 열원 공급 및 과열 방지방법
KR101250466B1 (ko) 변유량 태양열 집열 제어장치 및 이를 이용한 제어방법
JP2012042090A (ja) 貯湯式給湯装置
KR101168542B1 (ko) 공동주택의 단위세대별 축열탱크가 구비된 태양열 온수시스템 및 그 제어방법
JP6362469B2 (ja) 貯湯システム
KR101664792B1 (ko) 태양열 에너지와 연소장치를 연계한 온수공급장치
KR20130075383A (ko) 태양열을 이용한 온수 시스템
JP6015924B2 (ja) 貯湯給湯システム
JP2013083376A (ja) 給湯システム
EP1939540A2 (en) A Heating System

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right