KR20170059169A - 부하 대응형 축열조시스템 및 축열조 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축열탱크의 후단측 상부에 고온의 온수를 출수할 수 있는 고온수 출수부를 형성하고, 고온수 출수부의 하부에 미온의 온수를 출수할 수 있는 미온수 출수부를 형성하며, 상기 고온수 출수부와 미온수 출수부의 후단에 신호에 의해 밸브의 개방정도를 조절할 수 있도록 하는 전자식 온도조절 밸브를 각각 설치하고, 난방부하의 내부에 전자식 온도조절 밸브를 조절하는 제어부를 설치하며, 고온수 출수부와 미온수 출수부의 후단에 설치되어 하나로 합쳐지는 관로에는 출수되는 온수의 온도를 제어부에 전달하는 합수온도감지센서를 설치하여 난방에 필요한 만큼의 고온의 온수를 사용할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

부하 대응형 축열조시스템{Load alignment type heat storage tank system}

본 발명은 히트펌프와 난방부하 사이에 설치되어, 히트펌프에 의해 가열된 온수를 축열탱크 내부로 유입하고, 상기 가열된 온수를 난방 부하측으로 순환시켜 난방을 할 수 있도록 하는 부하 대응형 축열조시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 난방부하 측에 설치된 조절기에 온도가 설정되면 제어부에 신호를 전달하고 신호를 전달받은 제어부는 전자밸브에 동작신호를 전달하여, 축열조에 높이를 달리하고 복수개 형성된 출수부의 후단에 구비된 전자밸브의 개방정도를 조절하면서 적당한 온도의 온수를 출수하여 효율적인 난방을 할 수 있도록 하는 부하 대응형 축열조시스템에 관한 것이다.

일반적으로 물은 온도에 따라 밀도를 달리하며, 온도가 높아질수록 그 밀도가 낮아지게 된다. 따라서, 히트펌프에 의해 가열되어 축열조 내부로 유입된 온수는 축열조 내부에서 온도에 따라 고온의 물은 상부에 층을 형성하고, 저온의 물은 하부에 층을 형성하게 된다.

상기와 같이 저장된 물은 난방을 위해 난방 부하 내부를 순환하게 되는데 종래의 축열조는 난방을 위해 물을 배출하는 출수부를 고온의 물이 층을 형성하고 있는 상부에만 설치하고 있어, 고온의 난방이 필요 없는 경우에도 고온의 온수만을 출수하게 되어, 설정온도를 맞추기 위해 모터펌프를 지속적으로 껐다 켰다 하는 동작을 반복하여야 하므로 모터펌프를 구동하기 위한 시동전류를 반복적으로 끌어다 쓰게 되어 순간적으로 높은 전류가 투입되는 시동전류로 인하여 모터펌프에 무리를 주게되어 수명을 단축시키게 되는 문제점이 있었고, 시동전류로 인한 전기의 낭비로 불필요한 전기사용료를 발생시키게 되는 문제점이 있었다.

또한, 고온의 온수의 지속적인 출수로 인하여 내부에 저장된 열을 오랫동안 저장할 수 없는 문제점이 있었고, 매우 높은 고온의 온수에 지속적으로 노출되는 축열조시스템의 구성요소가 빠르게 노후화되어 유지보수가 힘들게 되는 문제점이 있었다.

한국 등록특허 제10-1324902호(지열 히트펌프를 이용한 냉난방 축열 시스템 및 그 시스템을 사용한 냉난방 및 축열방법)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 모터펌프의 안정된 동작을 통해 불필요한 전력의 낭비를 줄이고 모터펌프의 수명을 늘일 수 있도록 하며, 축열조 내부에 저장된 열에너지를 오랫동안 보존할 수 있도록 하는 부하 대응형 축열조시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 부하 대응형 축열조시스템은 축열탱크 후단측 상부에 고온수 출수부를 형성하고, 상기 고온수 출수부의 하부에 일정거리 간격을 띄우고 미온수 출수부를 형성하며 상기 출수부의 후단에 각각 제어부의 신호에 의해 개방량을 조절할 수 있도록 하는 전자식 온도조절 밸브를 설치하고, 상기 고온수 출수부의 후단과 미온수 출수부의 후단에 설치되어 하나로 합쳐지는 관로에 합수온도감지센서를 설치하여 제어부를 이용한 전자식 온도조절 밸브의 개방량 조절을 통해 난방에 필요한 만큼의 고온수만을 사용할 수 있도록 구성할 수 있다.

본 발명의 부하 대응형 축열조시스템은 난방 부하측에 제어부를 설치하고, 고온수 출수부 및 미온수 출수부의 후단에 전자식 온도조절 밸브를 구비하여 조절기에 입력된 설정온도에 따라 제어부가 전자식 온도조절 밸브의 개방정도를 조절할 수 있도록 함으로써, 난방을 하기위해 적당한 온도의 온수만을 출수하여 난방을 하는 것이 가능하므로 불필요하게 고온의 온수를 출수하는 것이 방지되어 열에너지를 오랫동안 유지할 수 있게 하는 효과가 있고, 난방부하에서 급격한 온도 변화가 발생하지 않아 모터펌프를 짧은 시간에 반복적으로 껐다 켰다할 필요가 없게 되어 모터펌프의 수명을 늘이고, 시동전류로 인해 낭비되는 불필요한 전력의 누수를 막아 전기사용료를 감소시키는 효과가 있다.

또한, 설정온도에 알맞은 온수를 배출하여 매우 높은 온도의 고온수에 축열조시스템의 구성요소가 노출되는 것을 방지하도록 함으로써, 축열조시스템 구성요소의 노화가 억제되어 축열조시스템의 유지보수로 투입되는 비용을 감축시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 전체적인 구성을 나타낸 정면도
도 2는 본 발명의 축열탱크의 내부를 단면화하여 도시한 단면도
도 3은 본 발명의 제어부에서 적당한 온도의 온수를 얻기 위해 전자식 온도조절 밸브를 제어하는 흐름을 개략적으로 나타낸 블록도

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 부하 대응형 축열조시스템에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 부하 대응형 축열조시스템은 히트펌프(12)를 통해 가열된 고온수를 내부로 유입하고, 상기 가열된 고온수의 열에너지를 오랫동안 저장할 수 있도록 하는 저장시설인 축열탱크(1)를 구비한다. 상기 축열탱크(1)의 내부는 금속재로 형성하고, 그 외부를 단열재로 둘러싸는 형태로 형성하여 축열탱크(1) 내부에 저장된 열에너지가 외부로 방출되는 것을 억제할 수 있도록 한다.

상기 축열탱크(1)의 전단에는 히트펌프(12)를 구비한다. 상기 히트펌프(12)는 지열, 공기열 등을 이용하여 온수를 가열하고 가열된 고온수를 축열탱크(1)에 전달하는 역할을 하는데, 축열탱크(1)의 전단측 중심부에 히트펌프(12)에서 가열된 고온수를 받아들일 수 있도록 고온수 유입구(8)를 형성하고, 전단측 하부에는 난방을 함에 따라 난방부하에 열에너지를 빼앗긴 저온수를 히트펌프(12)로 배출할 수 있도록 저온수배출구(9)를 형성한다.

상기와 같은 구성은 히트펌프(12)에 의해 가열된 고온수는 축열탱크(1)로 유입되어 내부에 저장된 온수와 섞여 축열탱크(1) 내부 온수의 온도를 올릴 수 있도록 하고, 난방부하(11)를 통과하며 열에너지를 빼앗겨 축열탱크(1)의 하부에 층을 형성하는 저온수는 히트펌프(12)로 배출되어 재가열 될 수 있도록 하여 축열탱크(1) 내부에 열에너지를 효율적으로 저장할 수 있게 한다.

축열탱크(1)의 후단에는 축열탱크(1) 내부에 저장된 온수를 이용하여 난방부하(11)를 따뜻하게 난방할 수 있도록 온수를 배출할 수 있도록 하는 출수부를 형성하는데, 축열탱크(1)에 저장된 온수는 온도차에 따라, 온도가 높아 밀도가 낮은 고온의 온수는 자연스럽게 상부에 층을 형성하게 되고, 그에 비해 온도가 낮은 미온의 온수는 하부에 층을 형성하게 되므로 축열탱크(1)의 후단측 상부에는 고온의 온수가 출수될 수 있도록 고온수 출수부(2)를 형성하고, 상기 고온수 출수부(2)의 하부에는 미온의 온수가 출수될 수 있도록 미온수 출수부(3)를 형성한다.

상기 고온수 출수부(2)와 미온수 출수부(3)의 온수 출수구 전단에는 밀도차에 의해 형성된 온수층의 온도를 확인할 수 있도록 온수온도감지센서(6')를 구비하여, 형성된 온수층의 온도를 일정시간 간격으로 확인하고, 검출된 온수층의 온도를 제어부(7)에 전달하여 상기 제어부(7)에서 전자식 온도조절 밸브(5)의 개폐정도를 조절하는데 도움을 줄 수 있도록 한다.

또한, 상기 고온수 출수부(2)와 미온수 출수부(3)의 후단에는 각각 전자식 온도조절 밸브(5)를 설치하고, 그 후단의 관로는 하나로 합쳐지도록 형성하여 상기 관로에 합수온도감지센서(6)를 설치한다.

한편, 난방부하(11) 측에는 조절기(10)에 설정된 난방온도에 따라 신호를 발생하여 전자식 온도조절 밸브(5)의 개방정도를 조절할 수 있도록 하는 제어부(7)가 설치되는데, 상기 제어부(7)는 조절기(10)에 난방온도가 설정되면 미온수 출수부(3)의 후단에 설치된 전자식 온도조절 밸브(5)를 크게 개방하여 합수온도감지센서(6)에서 온도를 인식하도록 하고, 온도가 부족하면 제어부(7)는 고온수 출수부(2)의 후단에 설치된 전자식 온도조절 밸브(5)를 조금씩 개방하여 난방에 필요한 만큼의 고온의 온수를 배출해 온도를 맞출 수 있도록 하여 불필요하게 많은 양의 고온의 온수를 사용하여 열에너지를 낭비하지 않도록 한다.

이를 통해 작동 주기에 따라 히트펌프(12)가 동작하고 있지 않는 상태에서도, 난방부하(11)를 통과하며 열에너지를 빼앗긴 온수를 축열탱크(1)의 후단측 하부에 형성된 회수구(4)를 통해 회수하고 저장된 열에너지를 이용해 데워 사용할 수 있으므로 효율적인 난방이 가능하게 되는 것이다.

또한, 상기와 같이 적당한 온도에 의해 난방이 되는 난방부하(11)는 온도의 급격한 변화가 일어나지 않으므로 히트펌프(12)를 짧은시간동안 반복하여 껐다 켰다하며 사용할 필요가 없으므로, 시동전류에 의해 발생하는 모터펌프(13)의 손상을 줄일 수 있고, 불필요한 전력낭비에 따른 전기사용료를 낮출 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 부하 대응형 축열조시스템의 작용에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

히트펌프(12)에 의해 가열된 온수가 축열탱크(1)의 전단측 중심부부에 형성된 고온수 유입구(8)를 통해 유입되면, 유입된 고온의 온수는 축열탱크(1) 내부에 저장된 온수와 섞이며 축열탱크(1) 내부 온수의 온도를 올릴 수 있도록 한다.

또한, 난방부하(11)를 통과하며 열에너지를 빼앗겨 냉각된 저온수는 저온수배출구(9)를 통해 배출되어 히트펌프(12)의 내부로 유입되고 다시 가열되어 순환된다.

상기와 같이 축열탱크(1)의 내부로 고온수가 유입되어 저장된 온수의 온도가 높아지면 열에너지가 저장되어 난방부하(11)를 난방할 수 있게 되는데, 난방부하(11)의 내부에 설치된 조절기(10)에 설정온도가 설정되면 제어부(7)는 전자식 온도조절 밸브(5)의 개방량을 조절하는 신호를 발생한다.

상기와 같이 신호가 발생되면 미온수 출수부(3)의 후단에 설치된 전자식 온도조절 밸브(5)는 최대 개방상태가 되어 미온의 온수를 출수하게 되고, 출수된 미온의 온수는 모터펌프(13)에 의해 순환하며 합수온도감지센서(6)를 통과하게 된다.

상기 합수온도감지센서(6)에서 측정된 온도가 제어부(7)에 전달되면, 온도가 적당할 경우 온수를 그대로 순환하게 되고, 온도가 부족할 경우 제어부(7)는 고온수 출수부(2)의 후단에 설치된 전자식 온도조절 밸브(5)를 조금씩 개방하여 출수되는 온수의 온도를 높일 수 있도록 한다. 또한, 고온수 출수부(2)의 후단에 설치된 전자식 온도조절 밸브(5)가 최대로 개방된 상태에서도 온도가 부족하면 제어부(7)는 신호를 발생하여 미온수 출수부(3)의 후단에 설치된 전자식 온도조절 밸브(5)를 조금씩 잠그며 온도를 조절한다.

또한, 적당한 온도의 온수가 출수되어 축열조시스템이 동작하게 되면, 시간의 흐름에 따라 난방부하(11)와의 열교환을 통해 냉각된 온수가 회수되어 축열탱크(1) 내부 온수의 온도가 조금씩 냉각되거나, 히트펌프(12)를 통해 유입된 고온수에 의하여 축열탱크(1) 내부 온수의 온도가 조금씩 가열되게 되는데, 이 때, 고온수 출수부(2)와 미온수 출수부(3)의 전단에 각각 설치되어 있는 온수온도 감지센서(6')가 일정시간 간격으로 제어부(7)에 현재 출수되고 있는 온수의 온도를 전달하여 상기 제어부(7)에서 전자식 온도조절 밸브(5)의 개방정도를 가감하여 고온수 출수부(2)와 미온수 출수부(3)에서 출수되어 합수되어 난방부하(11)의 내부를 순환하는 온수의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 한다.

상기와 같이 고온의 온수를 최대한 축열탱크(1)에서 배출되지 않도록 하는 제어부(7)에 의해 축열탱크(1)의 내부에는 고온의 온수가 오랫동안 저장될 수 있게 되어 작동 주기에 따라 히트펌프(12)가 동작하고 있지 않은 상황에서도, 난방부하(11)를 난방하며 열에너지를 빼앗긴 온수가 축열탱크(1)의 후단측 하부에 형성된 회수구(4)로 회수되면 축열탱크(1)에 저장되어 있는 고온의 온수의 열에너지는 회수된 온수를 재가열하는데 도움을 주게 되므로 효율적인 난방이 가능하게 되는 것이다. 또한, 적당한 온도에 의해 난방된 난방부하(11)는 온도의 급격한 변화가 발생하지 않으므로 모터펌프(13)는 짧은시간에 반복하여 꺼졌다 켜졌다하지 않게되어 짧은 시간동안 급격하게 유입되는 시동전류로 인해 손상되는 것이 방지되고, 불필요한 전력을 낭비하지 않게 되므로 모터펌프(13)의 수명이 늘어나 유지보수가 쉽고, 난방비를 절감할 수 있는 부하 대응형 축열조시스템을 제공할 수 있게 되는 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 축열탱크 2 : 고온수 출수부
3 : 미온수 출수부 4 : 회수구
5 : 전자식 온도조절 밸브 6 : 합수온도감지센서
6' : 온수온도감지센서 7 : 제어부
8 : 고온수 유입구 9 : 저온수배출구
10 : 조절기 11 : 난방부하
12 : 히트펌프 13 : 모터펌프

Claims (1)

1. 축열조 시스템에 있어서, 축열탱크(1)의 후단측 상부에 고온의 온수를 출수할 수 있는 고온수 출수부(2)를 형성하고, 고온수 출부수(2)의 하부에 미온의 온수를 출수할 수 있는 미온수 출수부(3)를 형성하며, 상기 고온수 출수부(2)와 미온수 출수부(3)의 후단에 신호에 의해 밸브의 개방정도를 조절할 수 있도록 하는 전자식 온도조절 밸브(5)를 각각 설치하고, 난방부하(11)의 내부에 전자식 온도조절 밸브(5)를 조절하는 제어부(7)를 설치하며, 고온수 출수부(2)와 미온수 출수부(3)의 후단에 설치되어 하나로 합쳐지는 관로에는 출수되는 온수의 온도를 제어부(7)에 전달하는 합수온도감지센서(6)를 설치하여 난방에 필요한 만큼의 고온의 온수를 사용할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 부하 대응형 축열조 시스템.

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