KR20190080105A - 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템 및 이를 이용한 계간 축열 방법 - Google Patents

계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템 및 이를 이용한 계간 축열 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 계간 축열을 이용한 태양열 시스템은 태양열로부터 열을 수집하는 제1 집열기; 상기 제1 집열부와 열매체를 교환하도록 연결되는 계간 축열조; 상기 계간 축열부와 열매체를 교환하도록 연결되는 열교환기; 상기 열교환기와 열매체를 교환하도록 연결되는 다수의 부하; 및 상기 다수의 부하 사이에 연결되며, 태양열로부터 열을 수집하는 적어도 하나의 제2 집열기;를 포함하고, 상기 열교환기는 공급라인을 통해 상기 부하로 열매체를 공급하며, 상기 부하는 환수라인을 통해 상기 열매체를 상기 열교환기 또는 상기 제2 집열기로 열매체를 보내는 것에 기술적 특징이 있다.

Description

계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템 및 이를 이용한 계간 축열 방법{DISTRIBUTED SOLAR SYSTEM USING SEASONAL STORAGE AND METHOD OF USING THEREOF}
본 발명은 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템 및 이를 이용한 계간 축열 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 계간 축열을 이용하면서도 분산형 집열 구조를 적용하여 효율이 향상된 태양열 시스템 및 이를 이용한 계간 축열 방법에 관한 것이다.
태양에너지 이용분야는 집열온도에 따라서 저온분야와 중, 고온분야로 분류하며, 저온분야는 주로 건물의 냉, 난방 및 급탕과 대규모 온수급탕 시설이 포함되고, 중, 고온분야는 산업공정열 및 열 발전과 기타 특수분야에 적용되고 있고, 태양열 시스템에 적용되는 주요 기술들은 크게 태양열 집열기술, 태양열 축열기술, 태양열 이용기술로 분류할 수 있다.
이 중에서 최근 태양열 축열기술이 각광을 받고 있으며, 특히 우리나라에서는 4계절의 기후가 뚜렷하여 태양열 축열기술 중 계간(계절간) 축열이 주목을 받고 있다.
계간 축열이란 비난방기에 남는 잉여열을 저장하여 열수요가 많은 난방기에 사용하는 축열방식으로서 발전폐열, 산업폐열, 폐기물 소각열, 연료전지, 바이오매스, 태양열 등 연중 생산되는 (폐)열을 열원으로 이용하는 것으로, 간헐적이거나 배출온도가 일정치 않거나 온도가 낮아서 전력생산이나 산업용으로 이용하기 곤란한 열도 회수하여 건물 냉난방 또는 농업용으로 사용 가능하다.
국내의 경우 90년대 중반부터 연구되었으며 진천 친환경에너지타운에 태양열을 저장하는 계간 축열 시스템을 2016년 구축 예정이고, 유럽지역에서 주로 태양열을 이용한 계간 축열 시스템으로 개발되어 운영되고 있으며 태양열 단독난방 대비 경제성이 50% 높은 것으로 보고되고 있다.
그리고, 태양열 블록히팅 또는 태양열 지역난방(이하 '태양열 블록히팅')은 일정 규모 이상의 단지(건물의 지붕 또는 기타 설치 가능한 공간)에 분산 또는 집중 설치된 태양열 집열기를 하나의 시스템으로 묶어서 계간 대용량의 장기 축열시스템과 연계시켜 집열된 태양열을 중앙에서 축열 및 공급하는 일련의 중앙 집중형 열공급 방식의 태양열 시스템이다.
적게는 소규모 단지에서부터 크게는 지역난방에 이르기까지 그 규모도 다양하게 적용할 수 있으며 이러한 태양열 블록히팅 시스템은 일반적으로 열부하가 적은 봄부터 가을에 이르기까지 남는 태양열을 저장하였다가 부족할 때 사용하는 대규모 용량의 중장기 축열체인 계간 축열(Seasonal Heat Storage) 시스템을 필요로 한다.
태양열 블록히팅 시스템은 기존 열 설비는 물론이고, 지열 히트펌프, 바이오 연료, 우드펠렛, 폐기물 에너지 등 타 신·재생 히팅 시스템과 복합적으로 구성도 가능하며, 열부하 전체를 신·재생에너지만으로도 공급이 가능한 특징이 있어, 신·재생에너지원 별 장점을 살리고 단점은 보완하며 태양열과 같은 자연에너지 활용을 극대화할 수 있다.
계간 축열을 통해 비난방기에 남는 잉여열을 저장하여 사용하므로 태양열의존율을 크게 높일 수 있고, 연중 태양열 이용이 가능하여 태양열 분야의 단점이었던 난방분야에 효율적 적용이 가능하며 또한, 경제성을 높이고 화석연료의 의존도가 높은 우리나라에 이산화탄소 저감 효과에 크게 기여하는 장점이 있고, 또한 건물별 신재생에너지 적용에 한계가 있는 건물 밀도가 높은 지역에 계간 축열시스템을 적용시키면 기존 열원과의 효율적인 연계가 가능하여 폭 넓은 보급 확대가 예상된다.
관련 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1724536호(발명의 명칭: 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치, 등록일자: 2017년 4월 3일)가 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 계간 축열을 이용하면서도 분산형 집열 구조를 적용하여 효율이 향상된 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 태양열로부터 열을 수집하는 제1 집열기; 상기 제1 집열기와 열매체를 교환하도록 연결되는 계간 축열조; 상기 계간 축열조와 열매체를 교환하도록 연결되는 열교환기; 상기 열교환기와 열매체를 교환하도록 연결되는 다수의 부하; 및 상기 다수의 부하 사이에 연결되며, 태양열로부터 열을 수집하는 제2 집열기;를 포함하고, 상기 열교환기는 공급라인을 통해 상기 부하로 열매체를 공급하며, 상기 부하는 환수라인을 통해 상기 열매체를 상기 열교환기 또는 상기 제2 집열기로 열매체를 보내는 것에 기술적 특징이 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 상기 제2 집열기가 상기 공급라인에 연결될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 상기 제2 집열기가 상기 환수라인에 연결될 수 있다.
바람직하게는 환수라인의 열매체가 제2 집열기와 열교환 후 다시 공급라인으로 이동하도록 구성될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 상기 제2 집열기와 상기 부하 사이에 연결되는 제2 열교환기를 더 포함하고, 상기 제2 집열기는 내부의 열매체 온도가 상기 부하의 온도보다 높아진 경우, 상기 열교환기측의 밸브를 개방하여 상기 부하로 열매체를 공급할 수 있다.
또한 상기 제2 집열기는 내부의 열매체 온도가 상기 부하의 온도보다 낮아진 경우, 상기 열교환기측의 밸브를 폐쇄할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 상기 계간 축열조와 상기 제1 열교환기 사이에 연결되는 방열펌프를 더 포함하고, 상기 환수라인의 온도가 미리 설정된 온도 이하로 내려가는 경우, 상기 방열펌프를 동작시키도록 구성될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 상기 환수라인의 온도가 미리 설정된 온도를 유지하는 경우, 상기 방열펌프의 동작이 정지되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 상기 계간 축열조와 상기 제1 열교환기 사이에 연결되는 축열펌프를 더 포함하고, 상기 환수라인의 온도가 미리 설정된 온도 이상으로 올라가는 경우, 상기 축열펌프를 동작시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 태양열 시스템을 이용한 계간 축열 방법은 상기 부하에서 멀리 설치되는 제1 집열기가 태양열을 집열하는 단계; 상기 제1 집열기에 연결된 계간 축열조에 열이 저장되는 단계; 상기 계간 축열조의 열매체가 상기 부하로 전달되는 단계; 및 상기 부하로 열매체가 공급되는 공급라인 내부의 열매체 온도가 계간 축열조 내부의 열매체 온도와 소정 수치 이상 차이가 나는 경우, 부하에서 가깝게 설치되는 제2 집열기에 의해 집열된 열매체가 상기 부하로 전달되는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 태양열 시스템을 이용한 계간 축열 방법은 상기 부하로부터 상기 계간 축열조로 열매체가 환수되는 환수라인의 온도가 미리 설정된 온도 이하로 내려가는 경우, 상기 계간 축열조와 열교환기 사이에 연결되는 방열펌프를 동작시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 태양열 시스템을 이용한 계간 축열 방법은 상기 환수라인의 온도가 미리 설정된 온도에 도달하는 경우, 상기 계간 축열조와 상기 열교환기 사이에 연결되는 방열펌프를 정지시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 태양열 시스템을 이용한 계간 축열 방법은 상기 환수라인의 온도가 미리 설정된 온도 이상으로 올라가는 경우, 상기 계간 축열조와 열교환기 사이에 연결되는 축열펌프를 동작시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 계간 축열을 이용하면서도 분산형 집열 구조를 적용하여 부하가 계간 축열조로부터 거리가 멀리 떨어져 있더라도 효율적으로 열을 전달할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 계간 축열조로 환수되는 열매체의 온도를 상승시켜 시스템 전체를 효율적으로 운용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템의 개략적인 구성도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템의 개략적인 구성도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 태양열 시스템을 이용한 계간 축열 방법의 순서도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분산형 태양열 시스템을 이용한 계간 축열 방법 순서도
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템의 개략적인 구성도이다.
본 발명에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 태양열로부터 열을 수집하는 제1 집열기(10); 제1 집열기(10)와 열매체를 교환하도록 연결되는 계간 축열조(20); 계간 축열조(20)와 열매체를 교환하도록 연결되는 열교환기(30); 열교환기(30)와 열매체를 교환하도록 연결되는 다수의 부하(40); 및 다수의 부하(40) 사이에 연결되며, 태양열로부터 열을 수집하는 제2 집열기(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 집열기(10)는 내부에 열매체를 저장하여 태양열에 의해 가열됨으로써 온도를 상승시키는 구성요소로서, 열매체는 대표적으로 물이 될 수 있으며 필요에 따라 물 대신 다른 물질이 이용될 수 있고, 물과 다른 물질이 혼합되어 이용될 수도 있다.
제1 집열기(10)는 내부의 열매체의 온도를 태양열을 이용해 가열시킨 이후에 제1 집열기(10)에 연결된 배관을 통해 계간 축열조(20)로 보내는데, 이때 제1 집열기(10)에 연결된 배관은 히트파이프 형태로 구성될 수 있고, 필요에 따라 이중관이나 다른 형태로 구성될 수도 있다.
계간 축열조(20)는 제1 집열기(10)와 열매체를 교환하도록 연결되는 구성요소로서, 제1 집열기(10)로부터 열매체를 전달받아 열을 저장(축열)할 수 있도록 구성될 수 있다. 계간 축열조(20)는 열매체를 보내거나 받기 위해 제1 집열기(10) 및 열교환기(30)와 배관으로 연결되며, 이러한 배관 역시 히트파이프 형태로 구성될 수 있고, 필요에 따라 이중관이나 다른 형태로 구성될 수도 있다.
또한 계간 축열조(20)에 연결되는 배관에는 유동하는 열매체의 온도를 측정하기 위해 온도 센서(미도시)가 부착될 수 있고, 열매체를 유동시키기 위한 펌프가 설치될 수 있으며, 유량을 측정하기 위해 유량계(미도시)가 설치될 수도 있다.
도 1을 참고하여 제1 집열기(10)와 계간 축열조(20) 사이의 동작을 간단하게 설명하면, 열매체가 제1 집열기(10)에서 태양열에 의해 가열된 다음, 제1 집열기(10)와 계간 축열조(20) 사이에 설치된 위쪽 배관을 통해 계간 축열조(20)로 공급되고, 제1 집열기(10)와 계간 축열조(20) 사이에 설치된 아래쪽 배관을 통해 열매체가 제1 집열기(10)로 회수되는 순환 동작에 의해 열매체의 온도를 상승시켜 계간 축열조(20)에 열이 저장될 수 있다.
열교환기(30)는 계간 축열조(20)와 열매체를 교환하도록 연결되는 구성요소로서, 계간 축열조(20)로부터 열매체를 전달받아 부하(40)측으로 전달하도록 구성될 수 있다. 즉, 열교환기(30)는 배관으로 계간 축열조(20)와 연결될 수 있는데, 이러한 배관은 히트파이프 형태로 구성될 수 있고, 필요에 따라 이중관이나 다른 형태로 구성될 수도 있다. 또한 예를 들어, 열교환기(30)는 열매체를 동시에 주고 받을 수 있도록 두 개의 파이프에 의해 계간 축열조(20)와 연결될 수 있다.
이러한 열교환기(30)는 히트펌프 사이클 또는 냉방 사이클에서 응축기나 증발기 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 열교환기(30)는 계간 축열조(20)에 열을 저장할 때 응축기 역할을 할 수 있고, 부하(40)에 열을 공급할 때 증발기 역할을 할 수 있다.
부하(40)는 열교환기(30)와 열매체를 교환하도록 연결되는 구성요소로서, 예를 들어 학교와 같은 교육기관, 공공기관, 의료기관, 및 주거시설 등 다양한 형태의 건물이나 시설이 될 수 있다. 예를 들어 대학교에 본 발명에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템이 적용되는 경우, 대학교 캠퍼스의 각 건물에 설치된 난방 및 온수 공급을 위한 장치를 부하로 볼 수 있다.
제2 집열기(50)는 다수의 부하(40) 사이에 연결되어 태양열로부터 열을 수집하는 구성요소로서, 내부에 열매체를 저장하여 태양열에 의해 가열됨으로써 온도를 상승시킨다.
이때 열교환기(30)로부터 다수의 부하(40) 각각으로 열매체를 공급하는 공급라인(60)이 설치될 수 있고, 다수의 부하(40) 각각으로부터 열교환기(30)로 열매체가 환수되는 환수라인(70)이 설치될 수 있다. 이러한 공급라인(60) 및 환수라인(70)은 배관 형태를 가지며, 히트파이프 형태로 구성될 수 있고, 필요에 따라 이중관이나 다른 형태로 구성될 수도 있다. 그리고 이때 열교환기(30)는 공급라인(60)을 통해 부하(40)로 열매체를 공급할 수 있고, 부하는(40) 환수라인(70)을 통해 열매체를 열교환기(30) 또는 제2 집열기(50)로 열매체를 보낼 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 제1 집열기(10)가 메인이 되는 집열기 역할을 하고, 다수의 부하(40) 쪽에 설치되는 제2 집열기(20)가 보조 역할을 수행하여, 특히 제1 집열기(10)로부터 거리가 먼 부하(40)에도 효율적으로 열매체가 전달되어 난방 또는 온수의 공급이 원활하게 이루어 질 수 있는 분산형 태양열 시스템으로 볼 수 있다.
또한 본 발명에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 제2 집열기(50)가 공급라인(60)에 연결되도록 구성될 수 있다. 이때 제2 집열기(50)는 계간 축열조(20)로부터 소정 거리 이상 떨어진 거리에 있는 부하(40)에 열매체가 공급되도록 설치될 수 있다. 이때 소정 거리는 수치적으로 특별히 한정되지 않으나, 계잔 축열조(20)로부터 공급되는 열매체가 부하(40)에 도달할 때 열손실이 발생할 수 있을 정도의 거리를 의미할 수 있다.
예를 들어 부하(40)가 계간 축열조(20)로부터 거리가 너무 멀리 떨어져 있다면, 계간 축열조(20)로부터 열교환기(30) 및 공급라인(60)을 통해 열매체를 전달 받더라도, 그 거리가 멀기 때문에 열매체가 전달되는 동안 열 손실이 발생하여 온도의 강하가 있을 수 있고, 이로 인해 원래 온도보다 더욱 낮은 온도의 열매체가 부하(40)로 전달될 수 있다.
그러나 본 발명에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 제2 집열기(50)는 계간 축열조(20)로부터 소정 거리 이상 떨어진 거리에 있는 부하(40)에 열매체가 공급되도록 설치됨으로써, 즉 계간 축열조(20)로부터 열매체의 열 손실이 발생할 만큼 멀리 떨어진 부하(40)에는 제2 집열기(50)가 집열한 열매체를 전달함으로써 부하(40)측에서는 마치 열손실이 없는 것처럼 열매체를 전달 받을 수 있다.
이는 시스템 전체적으로 봤을 때 부하(40)측으로 효율적으로 열을 전달하는 것으로 볼 수 있다. 만일 제2 집열기(50)가 전혀 설치되지 않는 구성에서, 계간 축열조(20)로부터 열매체의 열 손실이 발생할 만큼 멀리 떨어진 부하(40)에 열을 제대로 전달하려면, 예상되는 열 손실만큼 더 높은 온도의 열매체를 전달해야만 하는데 이는 제1 집열기(10) 및 계간 축열조(20)의 성능에 따라 불가능할 수도 있으며, 계간 축열조(20)에 저장되는 열매체의 온도를 높여야만 하기 때문에 효율이 매우 떨어지게 된다. 그러나 본 발명은 제2 집열기(50)가 부하(40)측에 형성됨으로써, 제2 집열기(50)로부터 부하(40)측으로 효율적인 열매체의 전달이 가능해진다.
또한 본 발명에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 제2 집열기(50)가 환수라인(70)에 연결되도록 구성될 수 있다. 특히 제2 집열기(50)가 설치될 수 있는 유휴 부지가 있는 경우, 유휴 부지에 제2 집열기(50)와 환수라인(70)이 서로 연결되도록 설치하기가 용이할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 환수라인(70)의 열매체가 제2 집열기(50)와 열교환 후 다시 공급라인(60)으로 이동하도록 구성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 제2 집열기(50)와 부하 사이에 연결되는 제2 열교환기(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 제2 집열기(50)는 내부의 열매체 온도가 부하(40)의 온도, 즉 부하로 연결되는 공급라인(60) 내부의 열매체 온도보다 높아진 경우, 상기 열교환기(30)측의 밸브를 개방하여 부하(40)로 열매체를 공급할 수 있고, 제2 집열기(50)는 내부의 열매체 온도가 부하(40)의 온도, 즉 부하로 연결되는 공급라인(60) 내부의 열매체 온도보다 높아진 경우, 열교환기(30)측의 밸브를 폐쇄하여 열매체의 공급을 중단할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면 본 발명에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 계간 축열조(20)와 제1 열교환기(10) 사이에 연결되는 방열펌프(80)를 더 포함하여 구성될 수 있고, 필요에 따라 계간 축열조(20)와 제1 열교환기(10) 사이에 연결되는 축열펌프(90)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 이러한 구성에서, 방열펌프(80) 또는 축열펌프(90)를 동작시킬 수 있다. 예를 들어 환수라인(70)의 온도, 즉 환수라인(70)을 통과하는 열매체의 적정 온도가 30~45℃로 설정될 수 있는데, 이때 미리 설정된 적정 온도의 하단인 30℃ 보다 3℃만큼 더 내려가는 경우, 계간 축열조(20)와 제1 열교환기(10) 사이에 연결되는 방열펌프(80)를 동작시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 환수라인(70)의 온도가 소정 수치 이하로 내려가는 경우에 계간 축열조(20)와 제1 열교환기(10) 사이에 연결되는 방열펌프(80)를 동작시켜 환수라인(70)의 온도가 유지되도록 할 수 있다. 이러한 동작은 방열펌프(80)의 인버터를 PID(Proportional Integral Derivation)제어하여 이루어지거나, 3-way valve를 적용하여 구현될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 환수라인(70)의 온도가 소정 수치 이하로 내려가는 경우에 계간 축열조(20)와 제1 열교환기(10) 사이에 연결되는 축열펌프(90)를 동작시켜 계간 축열조(20)에 열을 저장할 수 있다.
예를 들어 환수라인(70)의 온도, 즉 환수라인(70)을 통과하는 열매체의 적정 온도가 30~45℃로 설정될 수 있는데, 이때 미리 설정된 적정 온도의 상단인 45℃ 보다 3℃만큼 더 올라가는 경우, 계간 축열조(20)와 제1 열교환기(10) 사이에 연결되는 축열펌프(90)를 동작시킬 수 있다. 이러한 동작은 축열펌프(90)의 인버터를 PID(Proportional Integral Derivation)제어하여 이루어지거나, 3-way valve를 적용하여 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 태양열 시스템을 이용한 계간 축열 방법의 순서도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 분산형 태양열 시스템을 이용한 계간 축열 방법은 부하(40)에 멀리 설치되는 제1 집열기(10)가 태양열을 집열하는 단계(S310); 제1 집열기(10)에 연결된 계간 축열조(20)에 열이 저장되는 단계(S320); 계간 축열조의 열매체가 부하(40)로 전달되는 단계(S330); 및 부하(40)로 열매체가 공급되는 공급라인(60) 내부의 열매체 온도가 계간 축열조(20) 내부의 열매체 온도와 소정 수치 이상 차이가 나는 경우, 부하(40)에 가깝게 설치되는 제2 집열기(50)에 의해 집열된 열매체가 상기 부하로 전달되는 단계(S340)를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분산형 태양열 시스템을 이용한 계간 축열 방법 순서도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 분산형 태양열 시스템을 이용한 계간 축열 방법은 기본적으로, 부하(40)에 멀리 설치되는 제1 집열기(10)가 태양열을 집열하는 단계(S410); 제1 집열기(10)에 연결된 계간 축열조(20)에 열이 저장되는 단계(S420); 계간 축열조의 열매체가 부하(40)로 전달되는 단계(S430); 및 부하(40)로 열매체가 공급되는 공급라인(60) 내부의 열매체 온도가 계간 축열조(20) 내부의 열매체 온도와 소정 수치 이상 차이가 나는 경우, 부하(40)에 가깝게 설치되는 제2 집열기(50)에 의해 집열된 열매체가 상기 부하로 전달되는 단계(S440)를 포함하고, 부하(40)로부터 계간 축열조(20)로 열매체가 환수되는 환수라인(70)의 온도가 미리 설정된 온도 이하로 내려가는 경우, 계간 축열조(20)와 열교환기(30) 사이에 연결되는 방열펌프를 동작시키는 단계(S450)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어 환수라인(70)의 온도, 즉 환수라인(70)을 통과하는 열매체의 적정 온도가 30~45℃로 설정될 수 있는데, 이때 미리 설정된 적정 온도의 하단인 30℃ 보다 3℃만큼 더 내려가는 경우, 계간 축열조(20)와 제1 열교환기(10) 사이에 연결되는 방열펌프(80)를 동작시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 분산형 태양열 시스템을 이용한 계간 축열 방법은 환수라인(S460)의 온도가 미리 설정된 온도 이상으로 올라가는 경우, 계간 축열조(20)와 열교환기(30) 사이에 연결되는 축열펌프(90)를 동작시키는 단계(S460)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어 환수라인(70)의 적정 온도가 30~45℃로 설정될 수 있는데, 이때 미리 설정된 적정 온도의 상단인 45℃ 보다 3℃만큼 더 올라가는 경우, 계간 축열조(20)와 제1 열교환기(10) 사이에 연결되는 축열펌프(90)를 동작시킬 수 있는데, 이러한 동작에 의해 계간 축열조(20)에 열을 저장할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 분산형 태양열 시스템을 이용한 계간 축열 방법은 환수라인(70)의 온도가 미리 설정된 온도에 도달하는 경우, 계간 축열조(20)와 열교환기(30) 사이에 연결되는 방열펌프(80)를 정지시키는 단계(S470)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 환수라인(70)의 적정 온도가 30~45℃로 설정될 수 있는데, 환수라인(70)의 온도가 30℃ 이하에서 온도가 상승하여 30℃로 도달하는 경우, 계간 축열조(20)와 열교환기(30) 사이에 연결되는 방열펌프(80)를 정지시킬 수 있다.
참고적으로 도면에 도시 되지는 않았지만, 제1 집열기(10), 계간 축열조(20), 열교환기(30), 제2 집열기(50), 방열펌프(80) 및 축열펌프(90) 등 본 발명에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템을 이루는 구성들은 서버 또는 제어부에 연결되어, 사용자가 서버 또는 제어부를 통해 제어할 수 있도록 구성될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 계간 축열을 이용하면서도 분산형 집열 구조를 적용하여 부하가 계간 축열조로부터 거리가 멀리 떨어져 있더라도 효율적으로 열을 전달할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따른 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템은 분산형 집열 구조 중 하나인 제2 집열기(20)의 동작으로 부하(40)가 커버될 경우, 중앙 집중형 집열 구조인 제1 집열기(10) 및 계간 축열조(20)에서의 방열을 멈추고, 분산형 집열 구조 중 하나인 제2 집열기(20)로부터 얻은 열을 축열할 수 있도록 하여 시스템을 효율적으로 운용할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 제1 집열기 20: 계간 축열조
30: 열교환기 40: 부하
50: 제2 집열기 60: 공급라인
70: 환수라인 80: 방열펌프
90: 축열펌프

Claims (13)

  1. 태양열로부터 열을 수집하는 제1 집열기;
    상기 제1 집열부와 열매체를 교환하도록 연결되는 계간 축열조;
    상기 계간 축열부와 열매체를 교환하도록 연결되는 열교환기;
    상기 열교환기와 열매체를 교환하도록 연결되는 다수의 부하; 및
    상기 다수의 부하 사이에 연결되며, 태양열로부터 열을 수집하는 적어도 하나의 제2 집열기;를 포함하고,
    상기 열교환기는 공급라인을 통해 상기 부하로 열매체를 공급하며,
    상기 부하는 환수라인을 통해 상기 열매체를 상기 열교환기 또는 상기 제2 집열기로 열매체를 보내는 것을 특징으로 하는 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 집열기가 상기 공급라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 집열기가 상기 환수라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 환수라인의 열매체가 제2 집열기와 열교환 후 다시 공급라인으로 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 집열기와 상기 부하 사이에 연결되는 제2 열교환기를 더 포함하고,
    상기 제2 집열기는 내부의 열매체 온도가 상기 부하의 온도보다 높아진 경우, 상기 열교환기측의 밸브를 개방하여 상기 부하로 열매체를 공급하는 것을 특징으로 하는 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 집열기는 내부의 열매체 온도가 상기 부하의 온도보다 낮아진 경우, 상기 열교환기측의 밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 계간 축열조와 상기 제1 열교환기 사이에 연결되는 방열펌프를 더 포함하고,
    상기 환수라인의 온도가 미리 설정된 온도 이하로 내려가는 경우, 상기 방열펌프를 동작시키는 것을 특징으로 하는 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 환수라인의 온도가 미리 설정된 온도를 유지하는 경우, 상기 방열펌프의 동작이 정지되는 것을 특징으로 하는 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 계간 축열조와 상기 제1 열교환기 사이에 연결되는 축열펌프를 더 포함하고,
    상기 환수라인의 온도가 미리 설정된 온도 이상으로 올라가는 경우, 상기 축열펌프를 동작시키는 것을 특징으로 하는 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템.
  10. 부하에서 멀리 설치되는 제1 집열기가 태양열을 집열하는 단계;
    상기 제1 집열기에 연결된 계간 축열조에 열이 저장되는 단계;
    상기 계간 축열조의 열매체가 상기 부하로 전달되는 단계; 및
    상기 부하로 열매체가 공급되는 공급라인 내부의 열매체 온도가 계간 축열조 내부의 열매체 온도와 소정 수치 이상 차이가 나는 경우, 부하에서 가깝게 설치되는 제2 집열기에 의해 집열된 열매체가 상기 부하로 전달되는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 태양열 시스템을 이용한 계간 축열 방법.
  11. 청구항 10항에 있어서,
    상기 부하로부터 상기 계간 축열조로 열매체가 환수되는 환수라인의 온도가 미리 설정된 온도 이하로 내려가는 경우, 상기 계간 축열조와 열교환기 사이에 연결되는 방열펌프를 동작시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 태양열 시스템을 이용한 계간 축열 방법.
  12. 청구항 11항에 있어서,
    상기 환수라인의 온도가 미리 설정된 온도에 도달하는 경우, 상기 계간 축열조와 상기 열교환기 사이에 연결되는 방열펌프를 정지시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 태양열 시스템을 이용한 계간 축열 방법.
  13. 청구항 10항에 있어서,
    상기 환수라인의 온도가 미리 설정된 온도 이상으로 올라가는 경우, 상기 계간 축열조와 열교환기 사이에 연결되는 축열펌프를 동작시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 태양열 시스템을 이용한 계간 축열 방법.


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