KR20180073870A - 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양에너지 및 풍력에너지와 같은 자연에너지를 이용하여 일상생활에 사용되는 난방 및 급탕 등에 필요한 온수를 생성하여 제공하는 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양에너지변환모듈부와; 상기 태양에너지변환모듈부로부터 생산된 전력을 제공받아 발열하도록 구성된 발열체부; 그리고 이용용수 내에 상기 발열체부가 수장되어, 상기 발열체부의 발열에 의해 가열되는 상기 이용용수를 저장하는 온수탱크와; 상기 온수탱크 내의 이용용수를 배출하는 배출관; 그리고 상기 온수탱크 내로 이용용수를 유입하는 유입관을 포함하여 구성되는 온수장치를 포함하여 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 본 발명은 태양에너지 및 풍력에너지를 병행하여 온수를 생성하므로, 자연에너지를 활용함에 있어 기상 상황에 따른 의존도가 낮아지고, 이에 따라 온수의 공급 안정성이 확보되는 장점이 있다.

Description

자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템 { WATER HEATING SYSTEM USING NATURAL ENERGY }
본 발명은 자연 에너지를 이용한 온수 제공 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양에너지 및 풍력에너지와 같은 자연에너지를 이용하여 일상생활에 사용되는 난방 및 급탕 등에 필요한 온수를 생성하여 제공하는 시스템에 관한 것이다.
최근 대두되고 있는 지구온난화를 막기 위한 에너지 활용 방법으로 가장 주목받는 것은 태양에너지발전과 풍력에너지발전이고, 이외 자연에너지발전은 지열발전, 수력발전등이 있으며 최근에는 바이오메스발전을 포함되고 있다.
또한, 자연에너지발전은 코제너레이션등도 포함하여 신에너지와 같은 광범위한 개념으로도 사용되며, 태양에너지발전과 풍력에너지발전은 신에너지의 일부로 자리 매김하고 있다.
태양에너지발전과 풍력에너지발전은 현실적인 측면을 고려해 볼 때, 현재 기술적으로나 여건상으로나 가장 기대되는 분야이다.
태양에너지발전은 태양에너지을 직접 전기에너지로 변환시키는 기술이고, 풍력에너지발전은 바람에너지를 전기에너지로 변환 생성하는 방식이다.
현재 사용되고 있는 통상의 태양에너지발전 시스템의 경우, 태양전지모듈 외에도 태양전지모듈에서 생성된 전기에너지를 저장하는 축전지, 축전지에 저장된 전기에너지를 교류로 변환하는 인버터 및 각종 전기 회로 등을 포함하여 그 구성이 복잡하고, 열효율 측면에서도 손실량이 크며, 설치 장소에 대한 제약이 따를 수 있다.
따라서, 한정된 에너지자원 및 환경오염의 문제를 인식함과 동시에 보다 현실적이고 효율적인 자연에너지원 이용시스템에 관한 대안이 마련되지 못하는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제를 개선하기 위해, 본 출원인은 대한민국 공개 특허 제10-2013-0130955호(공개일 : 2013.12.03)에서 태양광 에너지를 이용하여, 주거용 온수를 생산하는 시스템에 대한 기술을 개시한 바 있다.
개시된 종래기술에서는, 태양광 패널을 이용하여 생성된 전력으로, 저항 발열체를 가열하도록 하여, 에너지 효율을 향상시키고 설비의 구조를 간소화시킨 에너지 발전 시스템을 개시한 바 있다.
그러나 이와 같은 종래기술은 축전지를 통한 에너지 전력축적과정이 없어, 에너지 활용 효율면에서는 뛰어난 장점이 있으나, 기상 상황에 따른 의존도가 높아, 수시로 온수를 사용해야 하는 일반 가정용 설비에 적용함에는 공급 안정성이 확보되지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 종래기술과 같은 기술구성에서는 이용 용수에 직접 저항 발열체를 접촉하므로, 누설전류에 대한 2차 피해우려가 있어, 누설전류에 대한 안전성 확보가 요구되는 문제점이 있었다.
대한민국 공개 특허 제10-2013-0130955호( IPC : F24J 2/00, H01L 31/042, F03D 7/00 )
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 일기 변화에 따라 발전효율이 제한되는 종래 태양광 발전 기술의 한계를 극복하여, 태양에너지 및 풍력에너지를 병행시켜 기상 상황에 따른 의존도를 낮춰 공급 안정성이 확보된 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명은 사용 용수에 누설전류가 발생하는 경우에도, 이에 따른 2차 피해를 예방하여, 사용상의 안전성이 확보되는 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양에너지변환모듈부와; 상기 태양에너지변환모듈부로부터 생산된 전력을 제공받아 발열하도록 구성된 발열체부; 그리고 이용용수 내에 상기 발열체부가 수장되어, 상기 발열체부의 발열에 의해 가열되는 상기 이용용수를 저장하는 온수탱크와; 상기 온수탱크 내의 이용용수를 배출하는 배출관; 그리고 상기 온수탱크 내로 이용용수를 유입하는 유입관을 포함하여 구성되는 온수장치를 포함하여 구성된다.
여기서, 본 발명은 상기 태양에너지변환모듈부와 연계되어, 상기 태양에너지변환모듈부 설치 위치의 조도를 감지하는 조도센서와; 상기 태양에너지변환모듈부에 연결되어, 상기 발열체부에 보조전원을 제공하는 보조전원부 및 AC/DC변환부; 그리고 상기 발열체부, 상기 조도센서, 상기 보조전원부 및 상기 AC/DC변환부를 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
또한, 본 발명은 풍력을 전기에너지로 변환시키도록 구비된 풍력에너지변환모듈부와; 상기 풍력에너지변환모듈부로부터 생산된 전력을 제공받아 발열하도록 구성되는 발열체부를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
그리고 본 발명은 상기 풍력에너지변환모듈부와 연계되어, 상기 풍력에너지변환모듈부 설치 위치의 풍속을 감지하는 조도센서와; 상기 풍력에너지변환모듈부에 연결되어, 상기 발열체부에 보조전원을 제공하는 보조전원부 및 AC/DC변환부; 그리고 상기 발열체부, 상기 풍속센서, 상기 보조전원부 및 상기 AC/DC변환부를 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명은 상기 온수 제공 시스템은 보일러를 더 포함하고, 상기 발열체부는 상기 온수탱크의 물을 가열하며, 상기 가열된 이용용수가 상기 보일러에 공급되어 재가열될 수도 있다.
그리고 상기 온수장치는, 가열된 이용용수를 이용하여 건축물의 난방 기능을 수행하는 난방용 온수장치 또는 가열된 이용용수를 사용자에게 온수로 공급하는 급탕용 온수장치일 수도 있다.
또한, 본 발명은 도전체로 형성되어, 상기 온수탱크에 연결된 배관 일 측에 구비되는 접지배관과; 상기 접지배관에 연결되어, 상기 접지배관과 접촉된 이용용수 내의 누설 전류를 접지에 의해 배출시키는 접지배선을 더 포함하여 구성될 수도 있다.
그리고 본 발명은 상기 온수탱크 내에 구비된 전도성 부재의 접지도전체와; 상기 접지도전체에 연결되어, 상기 접지도전체와 접촉되어 상기 온수탱크에 저장된 이용용수 내의 누설 전류를 접지에 의해 배출시키는 접지배선을 포함하여 구성될 수도 있다.
여기서 상기 발열체부는, 금속성 박막으로 형성되는 전극과; 상기 전극 사이에 형성되어, 전기적 저항에 따라 발열되는 발열막층과; 상기 전극 및 발열막층이 안착되는 판상의 제1절연체; 그리고 상기 전극 및 발열막층을 사이에 두고, 상기 제1절연체와 면접하여 접합되는 제2절연체를 포함하여 구성될 수도 있다.
그리고 상기 발열막층은, 카본(carbon) 또는 전이금속 산화물로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 제1절연체는, 세라믹 또는 유리소재의 판상부재일 수도 있다.
그리고 상기 제2절연체는, 합성수지재일 수도 있다.
또한, 상기 발열체부는, (A) 유리재질의 판상 제1절연체 상에 전극 및 발열막층을 도포하여 형성하는 단계와; (B) 상기 전극 및 발열막층이 형성된 상기 제1절연제 상에, 용융상태의 합성수지재를 도포하는 단계; 그리고 (C) 도포된 상기 합성수지재를 경화시켜 제2절연체를 형성하는 단계를 포함하여 수행되는 공정에 의해 생성될 수도 있다.
그리고 본 발명은 상기 접지배선 상에 구비되어, 상기 접지배선 상의 전류흐름을 감지하는 전류감지센서와; 상기 발열체부의 전원 공급 배선 상에 구비되어, 상기 전류감지센서에 의해 접지 전류의 흐름이 감지되면, 상기 발열체부로 공급되는 전원을 차단하는 전원차단스위칭회로를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
또한, 본 발명은 상기 온수탱크에 연결된 배관 일 측에 구비되어, 배관 내의 물의 흐름을 감지하는 물흐름센서와; 상기 발열체부의 전원 공급 배선 상에 구비되어, 상기 물흐름센서에 의해 배관 내의 물흐름이 감지되면, 상기 발열체부로 공급되는 전원을 차단하는 전원차단스위칭회로를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 태양에너지 및 풍력에너지를 병행하여 온수를 생성하므로, 자연에너지를 활용함에 있어 기상 상황에 따른 의존도가 낮아지고, 이에 따라 온수의 공급 안정성이 확보되는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 이형 재료를 통해 발열체를 구성하여, 제품 생산성을 향상시키면서도 수밀구조가 확보되어 누설전류의 발생 가능성을 낮춰 누설전류에 대한 안전성이 향상되는 장점이 있다.
그리고 본 발명은 사용 용수에 누설전류가 발생된 경우에도, 누설 전류를 차단하여 이에 따른 2차 피해를 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템의 구성을 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템의 구성을 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 적용되는 태양에너지변환모듈의 구성을 도시한 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템의 주요 구성을 도시한 개략도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템을 살펴보기로 한다.
설명에 앞서 먼저, 본 발명의 효과, 특징 및 이를 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예에서 명확해진다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서, 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 블록도의 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능하다.
즉, 도시된 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 안전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템의 구성을 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템의 구성을 도시한 개략도이며, 도 3은 본 발명에 적용되는 태양에너지변환모듈의 구성을 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템의 주요 구성을 도시한 개략도이다.
본 발명에 따른 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템의 구체적인 실시예는, 태양에너지변환모듈부(10), 풍력에너지변환모듈부(20), 발열체부(30), 조도센서(40), 풍속감지센서(20c) 및 제어부(50)를 포함하여 구성된다.
상기 태양에너지변환모듈부(10)는 태양에너지를 전기에너지로 변환시키도록 구성된다.
즉, 자연에너지인 태양에너지를 전기에너지로 변환한 친환경적인 에너지를 사용하도록 구성된다.
그리고 상기 태양에너지변환모듈부(10)는 후술되는 발열체부(30)에 전기적으로 연결되도록 구성된다.
또한, 상기 태양에너지변환모듈부(10)를 구성하는 쏠라셀의 개수 및 쏠라셀들로 구성된 태양전지유닛의 크기 및 개수 등은 사용자의 필요에 따라 증감이 가능하다.
전술한 바와 같이, 상기 태양에너지변환모듈부(10)는 상기 발열체부(30)와 연계되어 구성된다.
또한, 상기 태양에너지변환모듈부(10)에는 보조전원부(20a)가 연계되어 설치되는데, 상기 보조전원부(20a)는 후술되는 상기 제어부(50)에 의해 제어되도록 구성된다.
그리고 상기 태양에너지변환모듈부(10)에 구비된 상기 보조전원부(20a)는 AC전원으로 구성되고, 상기 보조전원부(20a)는 AC/DC변환부(20b)와 연결되어 상기 AC/DC변환부(20b) 및 보조전원부(20a)는 상기 제어부(50)에 의해 제어된다.
상기와 같이, 상기 태양에너지변환모듈부(10)에 보조전원부(20a)와,AC/DC변환부(20b)와 를 설치하는 것은, 날씨, 기후 및 시간대에 따라 상기 태양에너지변환모듈부(10)에 부족한 태양광전기에너지를 보충시키기 위해 부족한 양 만큼 전기에너지를 공급하여 상기 태양에너지변환모듈부(10)와 연결된 상기 발열체부(30)에 전기에너지를 지속적으로 공급하도록 하기 위함이다.
또한, 흐린 날 또는 우천시에는 조도가 낮아 일반적인 태양광축전시스템에서는 전기에너지를 생산하지 못하므로, 조도가 낮은 일반적인 태양광축전시스템은 실효성이 거의 없으나, 본 발명에서는 약한 태양광을 모두 활용하면서 부족한 에너지만 AC/DC 변환부(20b)에서 공급하여 필요한 전력을 상기 발열체에 제공할 수 있다.
즉, 저녁(밤)이나, 우중, 흐린 날 등 기후, 날씨, 장소에 관계없이 일정한 전력을 상기 발열체(30)에 공급하기 위한 것이다.
그러나 상기 보조전원부(20a) 및 AC/DC변환부(20b)는 자연에너지를 이용하는 구성은 아니므로, 본 발명에 있어 보조적인 역할을 수행한다.
한편, 상기 풍력에너지변환모듈부(20)는 풍력을 전기에너지로 변환시키도록 구성된다.
즉, 자연에너지인 풍력에너지를 전기에너지로 변환한 친환경적인 에너지를 사용하도록 구성된다.
이를 위해 상기 풍력에너지변환모듈부(20) 역시 상기 발열체부(30)와 연결되어 구성된다.
그리고 상기 풍력에너지변환모듈부(20)의 발전 용량 및 개수 등은 사용자의 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다..
한편, 상기 풍력에너지변환모듈부(20)은 날개(fan), 변속장치, 발전기를 포함하여 구성된다.
상기 날개는 바람에 의해 회전되어 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환하고, 변속장치는 날개에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해서 변속기어에 전달되어 변속기에서 요구되는 회전수로 높여서 발전기를 회전시킨다.
발전기는 날개에서 발생한 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환한다.
한편, 상기 풍력에너지변환모듈부(20)의 풍속을 감지하는 풍속감지센서(20c)가 설치되고, 상기 풍속감지센서(20c)는 상기 제어부(50)에 의해 제어되도록 구성된다.
상기와 같이, 상기 풍력에너지변환모듈부(20)의 풍속을 감지하는 풍속감지센서(20c)가 설치하는 것은, 풍속에 따라 상기 풍력에너지변환모듈부(20)의 연결된 상기 보조전원부(20a)와,AC/DC변환부(20b)의 전원을 이용하여 부족한 풍력전기에너지의 부족량을 추가적으로 제공하기 위한 것이다.
또한, 풍력이 없거나 약하여 일반적인 풍력발전시스템에서는 전기에너지를 거의 생산하지 못하므로, 약한 풍력 상태에서 통상의 풍력발전시스템은 실효성이 거의 없으나, 본 발명에서는 약한 풍력을 모두 활용하면서 부족한 에너지만 AC/DC 변환부(20b)에서 공급하여 필요한 전력을 상기 발열체에 제공할 수 있다.
그리고 상기 풍력에너지변환모듈부(20)와 연결된 상기 보조전원부(20a)는 AC전원으로 구성되고, 상기 보조전원부(20a)는 AC/DC변환부(20b)와 연결되어 설치되며, 상기 AC/DC변환부(20b) 및 보조전원부(20a)는 상기 제어부(50)에 의해 제어되도록 구성된다.
한편, 도 1에 도시하는 바와 같이, 상기 발열체부(30)는 상기 태양에너지변환모듈부(10) 및 풍력에너지변환모듈부(20)와 연결되어, 상기 태양에너지변환모듈부(10) 및 풍력에너지변환모듈부(20)로부터 생산된 전력을 이용하여 열에너지를 발생한다.
상기 발열체부(30)의 구체적인 구성 및 생산방법은 이하에서 다시 상세히 설명하기로 한다.
또한, 상기 조도센서(40)는 도 1에 도시하는 바와 같이, 상기 태양에너지변환모듈부(10)와 연계되고 상기 태양에너지변환모듈부(10)의 조도를 감지하도록 구성된다.
상기 태양에너지변환모듈부(10)에 상기 조도센서(40)를 설치하는 것은 조도를 상기 조도센서(40)가 감지하여 상기 태양에너지변환모듈부(10)에 구비된 상기 보조전원부(20a)와, AC/DC변환부(20b)의 구동을 설정할 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 상기 제어부(50)는 상기 태양에너지변환모듈부(10), 상기 풍력에너지변환모듈부(20), 상기 조도센서(40), 풍속감지센서(20c), 보조전원부(20a) 및 AC/DC변환부(20b)를 제어하도록 구성된다.
즉, 상기 제어부(50)는 상기 조도센서(40) 및 풍속감지센서(20c)의 측정값에 따라 상기 태양에너지변환모듈부(10) 및 상기 풍력에너지변환모듈부(20)에 연결된 보조전원부(20a) 및 AC/DC변환부(20b)의 구동여부를 제어하도록 구성된다.
이에 따라 상기 발열체부(30)는 조도가 높은 때에는 상기 태양에너지변환모듈부(10)로부터 전력을 공급받고, 풍속이 강한 때에는 상기 풍력에너지변환모듈부(20)로부터 전력을 공급받으며, 조도가 낮고 및 풍속이 약한 날에는 보조전원부(20a) 및 AC/DC변환부(20b)에 의해 전력을 공급받아 안정성 있게 전력을 공급받을 수 있다.
한편, 상기 온수장치(60)는 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 상기 발열체부(30)가 설치되어 온수를 생성되도록 구성된다.
즉, 상기 온수장치(60)는 상기 태양에너지변환모듈부(10)와 연결된 상기 발열체부(30)가 온수탱크(61)에 수용된 이용용수(61a)에 수장되도록 구성된다.
또한, 상기 풍력에너지변환모듈부(20)에 연결된 상기 발열체부(30)가 온수탱크(61)에 수용된 이용용수(61a)에 수장되도록 구성된다.
한편, 상기 온수장치(60)는 이용 목적에 따라 그 배관구성이 다소 상이하게 구성될 수 있다.
즉, 상기 온수장치(60)는 난방수 공급을 위해 이용되는 경우와, 급탕온수를 공급하기 위한 것으로 구분되고, 상기 온수장치(60)가 난방수 공급을 위해 이용되는 경우, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 온수장치(60)는 상기 온수탱크(61)의 타 측에 설치된 배출구(62)와, 상기 온수탱크(61)의 일 측에 설치된 유입구(63), 상기 배출구(62)와 상기 유입구(63)와 연결된 순환파이프(64)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 순환파이프(64)에는 이용용수를 순환시키기 위한 순환펌프(67)가 설치되어 구성된다.
그리고 상기 유입구(63) 및 상기 배출구(62) 일측의 상기 순환파이프(64)에 는 밸브(66)가 설치되어 구성된다.
한편, 상기 온수탱크(61)에는 상기 이용용수(61a)의 온도를 감지하도록 온도센서(61b)가 설치되어 구성될 수 있고, 상기 온도센서(61b)는 연계된 상기 제어부(50)로 상기 이용용수(61a)의 온도를 전송한다.
이에 따라, 상기 온도센서(61b)에 의해 상기 태양에너지변환모듈부(10)와 연결된 상기 발열체부(30) 및 상기 풍력에너지변환모듈부(20)와 연결된 상기 발열체부(30)의 발열온도를 제어하여 상기 온수탱크(61)의 상기 이용용수(61a)의 온도를 제어하도로 구성된다.
즉, 상기 온도센서(61b)를 이용하여 상기 온수탱크(61)의 상기 이용용수(61a)의 예열온도를 임의로 조정할 수 있도록 한다.
또한, 상기 이용용수순환펌프(67)는 가열된 이용용수(61a)를 상기 순환파이프(64) 상에서 순환시켜 난방부(65)가 가열되도록 하기 위한 구성이다.
한편, 즉, 상기 온수장치(60)가 급탕온수를 공급하기 위한 것인 경우, 상기 온수장치(60)는 상기 온수탱크(61)의 타 측에 설치된 배출구(62)와, 상기 온수탱크(61)의 일 측에 설치된 유입구(63)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 배출구(62)는 가열된 이용용수(61a)를 욕실, 싱크대 등에 제공되는 급탕 배관으로 연결되는 부분이고, 상기 유입구(63)는 이용용수(61a)를 보충하기 위해 새로운 냉수를 제공받는 부분이다.
그리고 상기 배출구는 추가적인 급탕수의 가열을 위해, 통상의 보일러를 거치도록 구성되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명에 의한 온수탱크(61)에는 상기 발열체부(30)가 직접 수장되어 구성되기 때문에, 상기 발열체부(30) 내부로의 침수에 의한 전류 누설에 대한 보완기술이 요구된다.
이와 같은 보완기술은 누설 전류가 발생되는 경우, 이로 인한 2차 피해를 방지하는 것과, 누설 전류 발생을 방지하는 것으로 구분된다.
먼저, 본 발명에 의한 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템에 적용되는 2차 피해 방지 기술은, 이용용수 내에 누설전류가 흐르는 경우, 상기 누설전류를 제거하고 추가적인 전류 누설을 방지하기 위한 것으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 2개의 실시예로 구분된다.
본 발명에 적용되는 급탕용 온수의 경우, 사용자가 인체에 직접 접촉하는 것으로, 온수 내에 누설전류가 흐르면, 사용자의 안전상에 치명적인 문제를 야기시킬 수 있다.
또한, 난방용 온수의 경우에도, 난방수가 유출되지 않는 한 직접적인 안전상의 위험은 없을 수 있으나, 난방수 유출시에는 안전상의 문제가 발생될 우려가 있다.
한편, 일반적인 누전 차단기의 경우, 일정량 이상의 과전류가 흐르면 회로를 차단하여 과전류 유입을 방지하도록 설계되고 있다. 그러나 이와 같은 일반적인 누전 차단기는 일정한 전압/전류가 제공되도록 설계된 설비(회로)에 적용되는 것으로, 자연에너지를 이용하여 공급 전류가 일정치 않은 본원 발명의 경우, 적용 상에 문제점이 있다.
즉, 본원 발명에 일반적인 전원차단기를 설치하는 경우, 일조량이 적어 발전량이 적은 상태에서, 누설전류가 발생하여도 전원차단이 이루어지지 않을 수 있어, 누설전류에 대한 안정성을 확보하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 이하에서는 본원 발명에 적용되는 누설전류에 의한 2차 피해를 방지하기 위한 기술의 제1실시예를 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 누설전류에 의한 2차 피해를 방지기술의 제1실시예는 접지배관(410), 접지배선(420), 전류감지센서(430) 그리고 전원차단스위칭회로(310, 320)에 의해 구현된다.
상기 접지배관(410)은 상기 온수탱크(61)에 연결된 배관 일측에 구비되는 도전체 재질의 배관이고, 상기 접지배선(420)은 상기 접지배관(410)에 연결되어, 상기 이용용수 내의 누설 전류를 접지에 의해 해소키기 위한 배선으로, 상기 접지배관은 상기 온수탱크(61)의 유출관 측에 구비되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 이용용수 내의 누설전류를 접지에 의해 해소시키더라도, 상기 발열체부(30)로부터 지속적으로 전류의 누설이 발생되면, 이용용수 내의 누설전류를 완전히 제거하는 것이 불가능하다.
따라서 본 발명은 상기 접지배선 상에 전류감지센서(430)를 구비하고, 상기 전류감지센서(430)에 의해 접지 전류의 흐름이 감지되면, 상기 발열체부(30)의 전원 공급 배선 상에 구비된 전원차단스위칭회로(310, 320)가 구동되도록 하여, 상기 발열체부(30)로 공급되는 전원을 강제적으로 차단하도록 구성된다.
한편, 상기 접지배선(420)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 온수탱크(61) 내에 구비된 전도성 부재의 접지도전체(530)와 상기 접지도전체(530)에 연결되어 상기 온수탱크(61) 외부로 연장된 접지배선(520)에 의해서도 구현될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 이용용수 내에 누설전류가 발생되어도, 상기 이용용수 내의 누설전류는 접지배선을 통해 제거됨과 동시에 상기 발열체부(30)에 제공되는 전력을 차단하여 추가적인 누설전류의 발생을 방지할 수 있도록 구성된다.
본원 발명에 적용되는 누설전류에 의한 2차 피해를 방지하기 위한 기술의 제2실시예는, 기본적으로 발생된 누설전류가 사용자에게 접촉되는 것을 예방하기 위한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 접지전도체(530), 접지배선(520), 물흐름센서(510) 및 전원차단스위칭회로(310, 320)에 의해 구현된다.
상기 접지도전체(530)는 상기 온수탱크(61) 내에 구비된 전도성 부재이고, 상기 접지배선(530)은 상기 접지도전체(530)에 연결되어 상기 온수탱크(61) 외부로 연장되어, 상기 이용용수 내에 누설된 누설 전류를 제거하는 부분이다.
그리고 상기 물흐름센서(510)는 상기 온수탱크(61)에 연결된 배관 일 측(바람직하게는 유출관 측)에 구비되어, 배관 내의 물의 흐름을 감지하는 센서이고, 상기 전원차단스위칭회로(310, 320)는 상기 발열체부(30)의 전원 공급 배선 상에 구비되어, 상기 물흐름센서(510)에 의해 배관 내의 물의 흐름이 감지되는 경우, 상기 발열체부(30)로 공급되는 전원을 강제적으로 차단한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 이용용수를 사용자가 이용하는 경우, 배관 내의 물의 흐름이 발생되어 상기 발열체부(30)에 공급되는 전력은 차단되고, 상기 ㅇ이용용수 내에 누설전류가 발생되었더라도, 상기 누설전류는 상기 접지배선(520)을 통해 외부로 제거된다.
물론, 이와 같은 경우, 물흐름이 발생되는 경우 상기 발열체부(30)의 구동이 제한되어, 온수 생성 효율은 다소 저감되는 문제점이 있으나, 누설전류가 이용용수를 통해 사용자에게 전달되는 것을 근본적으로 방지할 수 있는 안전성이 확보되는 것으로, 급탕용 온수 생성시에 효율적으로 적용될 수 있다.
한편, 이 경우도 상기 접지전도체(530) 및 접지배선(520)의 구성은 도 1에 도시된 바와 같은 접지배관(410) 및 접지배선(420)으로 대체되어도 무방하다.
다음으로, 본 발명에 적용되는 누설전류 방지를 위한 발열체부(30)의 구체적인 구성을 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
다음으로, 본 발명에 적용되는 누설전류 방지를 위한 발열체부(30)의 구체적인 구성을 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명에 의한 발열체부(30)는 기본적으로 이용용수내에 직접 침수되는 구성으로, 발열효율이 높아야 하고, 소재의 열전도성이 높아야 하며, 비전도체이면서 수밀구조가 확보되어야 한다.
이에 따라 상기 발열체부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 면상발열체로 구성된다.
상기 면상발열체는 얇은 면상의 발열물질을 적층하여 한정된 공간에서도 충분한 양의 열을 발생시킬 수 있도록 구성되는 것으로, 면 전체에서 고르게 열이 발생하므로 열효율이 높아 일반적으로 사용되는 전기 발열체보다 전력을 절감하는 효과가 있다.
상기 발열체부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 발열층(225), 전극(227) 및 제1절연체(226) 및 제2절연체(229)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 전극(227)으로는 보통 동박이 사용되며, 경우에 따라서는 은이 사용될 수도 있다.
그리고 상기 발열층(225)은 카본(carbon) 또는 전이금속 산화물로 구성되는 것이 바람직하다. 카본 재료는 높은 전기전도성, 열전도성, 내열성, 내식성, 내마모성 및 윤활성 등 전기적, 물리적 특성이 우수하고, 카본으로 상기 발열층(225)을 구성하는 경우, 열전도도가 좋고 열팽창계수가 낮은 장점이 있으며, 열에 대한 내구성이 강하여 고온의 열을 발생시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 전이금속 산화물은 저전압 발열체로 낮은 전압에서도 발열을 할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 제1절연체(226) 및 제2절연체(229)은 서로 다른 재질로 구성되어, 상기 발열체부(30)의 생산성, 열전도성 및 수밀성을 확보할 수 있도록 구성된다.
즉, 상기 제1절연체(226)은 열전도도가 높은 유리재질로 구성된다. 또한, 상기 제2절연체(229)은 폴리에틸렌, 폴리염화비닐 또는 폴리우레탄과 같은 합성수지재로 구성된다.
이에 따라, 상기 발열체부(30)는 고온 변형이 적은 유리재질의 상기 제1절연체(226) 상에 전극(227) 및 발열층(225)을 도포하여 형성하고, 이에 용융상태의 제2절연체(229)을 도포한 후, 경화시켜 발열체부(30)를 생성한다.
이에 따라, 유리재질의 제1절연체(226) 상에 전극(227) 및 발열층(225)를 도포할 수 있어, 생산성이 향상될 뿐만 아니라, 용융상태의 제2절연체가 상기 제1절연체 상에 상기 배선 및 발열층을 포함한 채 밀착되어 경화되므로 수밀성이 확보되는 효과가 있다.
한편, 본 발명에 의한 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 풍력에너지변환모듈부(20) 및 이에 연결된 상기 발열체부(30)가 구비되지 않고, 상기 태양에너지변환모듈부(10)와 이에 연결된 상기 발열체부(30) 만을 포함하여 구성될 수 있다.
이는 풍력에너지변환모듈(10)의 시설물이 비교적 고가인 점을 감안하여, 일반 주택에 설치되는 경우, 경제성이 저하될 수 있기 때문이다.
이상에서 설명된 본 발명에 따른 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 태양에너지 및 풍력에너지와 같은 자연에너지를 이용하여 일상생활에 사용되는 난방 및 급탕 등에 필요한 온수를 생성하여 제공하는 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 태양에너지 및 풍력에너지를 병행하여 온수를 생성하므로, 자연에너지를 활용함에 있어 기상 상황에 따른 의존도가 낮아지고, 이에 따라 온수의 공급 안정성이 확보되는 장점이 있다.
10 : 태양에너지변환모듈부 20 : 풍력에너지변환모듈부
20a : 보조전원부 20b : AC/DC변환부
20c : 풍속감지센서 30 : 발열체부
40 : 조도센서 50 : 제어부
60 : 온수장치 61 : 온수탱크
61a : 이용용수 61b : 온도센서
62 : 배출구 63 : 유입구
64 : 순환파이프 65 : 난방부
66 : 밸브 67 : 이용용수순환펌프
72 : 온도감지센서 225 : 발열박막층
226 : 제1절연체 227 : 전극
229 : 제2절연체 310, 320 : 전원차단스위칭회로
410 : 접지배관 420, 520 : 접지배선
430 : 전류감지센서 510 : 물흐름센서
530 : 접지도전체

Claims (13)

  1. 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양에너지변환모듈부와;
    상기 태양에너지변환모듈부로부터 생산된 전력을 제공받아 발열하도록 구성된 발열체부; 그리고
    이용용수 내에 상기 발열체부가 수장되어, 상기 발열체부의 발열에 의해 가열되는 상기 이용용수를 저장하는 온수탱크와;
    상기 온수탱크 내의 이용용수를 배출하는 배출관; 그리고
    상기 온수탱크 내로 이용용수를 유입하는 유입관을 포함하여 구성되는 온수장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양에너지변환모듈부와 연계되어, 상기 태양에너지변환모듈부 설치 위치의 조도를 감지하는 조도센서와;
    상기 태양에너지변환모듈부에 연결되어, 상기 발열체부에 보조전원을 제공하는 보조전원부 및 AC/DC변환부; 그리고
    상기 발열체부, 상기 조도센서, 상기 보조전원부 및 상기 AC/DC변환부를 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    풍력을 전기에너지로 변환시키도록 구비된 풍력에너지변환모듈부와;
    상기 풍력에너지변환모듈부로부터 생산된 전력을 제공받아 발열하도록 구성되는 발열체부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 풍력에너지변환모듈부와 연계되어, 상기 풍력에너지변환모듈부 설치 위치의 풍속을 감지하는 조도센서와;
    상기 풍력에너지변환모듈부에 연결되어, 상기 발열체부에 보조전원을 제공하는 보조전원부 및 AC/DC변환부; 그리고
    상기 발열체부, 상기 풍속센서, 상기 보조전원부 및 상기 AC/DC변환부를 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 온수 제공 시스템은 보일러를 더 포함하고,
    상기 발열체부는 상기 온수탱크의 물을 가열하며, 상기 가열된 이용용수가 상기 보일러에 공급되어 재가열됨을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온수장치는,
    가열된 이용용수를 이용하여 건축물의 난방 기능을 수행하는 난반용 온수장치 또는 가열된 이용용수를 사용자에게 온수로 공급하는 급탕용 온수장치임을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    도전체로 형성되어, 상기 온수탱크에 연결된 배관 일 측에 구비되는 접지배관과;
    상기 접지배관에 연결되어, 상기 접지배관과 접촉된 이용용수 내의 누설 전류를 접지에 의해 배출시키는 접지배선을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 온수탱크 내에 구비된 전도성 부재의 접지도전체와;
    상기 접지도전체에 연결되어, 상기 접지도전체와 접촉되어 상기 온수탱크에 저장된 이용용수 내의 누설 전류를 접지에 의해 배출시키는 접지배선을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 발열체부는,
    금속성 박막으로 형성되는 전극과;
    상기 전극 사이에 형성되어, 전기적 저항에 따라 발열되는 발열막층과;
    상기 전극 및 발열막층이 안착되는 판상의 제1절연체; 그리고
    상기 전극 및 발열막층을 사이에 두고, 상기 제1절연체와 면접하여 접합되는 제2절연체를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 발열막층은,
    카본(carbon) 또는 전이금속 산화물로 구성됨을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1절연체는,
    세라믹 또는 유리소재의 판상부재임을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2절연체는,
    합성수지재임을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 발열체부는,
    (A) 세라믹 또는 유리재질의 판상 제1절연체 상에 전극 및 발열막층을 도포하여 형성하는 단계와;
    (B) 상기 전극 및 발열막층이 형성된 상기 제1절연제 상에, 용융상태의 합성수지재를 도포하는 단계; 그리고
    (C) 도포된 상기 합성수지재를 경화시켜 제2절연체를 형성하는 단계를 포함하여 수행되는 공정에 의해 생성됨을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 온수 제공 시스템.
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