KR20200083857A - 하이브리드 무전력 펌프 장치와 보일러 시스템 - Google Patents

하이브리드 무전력 펌프 장치와 보일러 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20200083857A
KR20200083857A KR1020180173775A KR20180173775A KR20200083857A KR 20200083857 A KR20200083857 A KR 20200083857A KR 1020180173775 A KR1020180173775 A KR 1020180173775A KR 20180173775 A KR20180173775 A KR 20180173775A KR 20200083857 A KR20200083857 A KR 20200083857A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
water
pump
chamber
boiler system
boiler
Prior art date
Application number
KR1020180173775A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102135118B1 (ko
Inventor
김점성
Original Assignee
김점성
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 김점성 filed Critical 김점성
Priority to KR1020180173775A priority Critical patent/KR102135118B1/ko
Publication of KR20200083857A publication Critical patent/KR20200083857A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102135118B1 publication Critical patent/KR102135118B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/04—Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid driven
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/005—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  the axis being vertical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/30—Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/34—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/12—Combinations of two or more pumps
    • 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
    • F24D11/002—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system
    • F24D11/003—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system combined with solar energy
    • 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
    • F24D3/02—Hot-water central heating systems with forced circulation, e.g. by pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F7/00—Ventilation
    • F24F7/007—Ventilation with forced flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/18—Water-storage heaters
    • F24H1/20—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes
    • F24H1/201—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes using electric energy supply
    • F24H1/202—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes using electric energy supply with resistances
    • 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
    • F24S10/40—Solar heat collectors using working fluids in absorbing elements surrounded by transparent enclosures, e.g. evacuated solar collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/10—Cleaning arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40—Thermal components
    • H02S40/42—Cooling means
    • H02S40/425—Cooling means using a gaseous or a liquid coolant, e.g. air flow ventilation, water circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/40—Transmission of power
    • F05B2260/403—Transmission of power through the shape of the drive components
    • F05B2260/4031—Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2210/00—Working fluids
    • F05D2210/10—Kind or type
    • F05D2210/11—Kind or type liquid, i.e. incompressible
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S2020/10—Solar modules layout; Modular arrangements
    • F24S2020/17—Arrangements of solar thermal modules combined with solar PV modules
    • 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
    • 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
    • Y02B10/30—Wind power
    • 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
    • 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
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • 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
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines
    • 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
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Abstract

무전력 펌프 장치는 바람에 의해 회전하는 회전 구조물에 연결되는 메인 회전축과, 메인 회전축의 회전력에 의해 작동하는 워터 펌프를 포함한다. 워터 펌프는, 메인 회전축에 연결되어 메인 회전축이 회전함에 따라 회전하는 펌프 회전축과, 펌프 회전축의 둘레에 형성되는 임펠러와, 임펠러를 사이에 두고 유체 연통되는 물 입구과 물 출구를 포함하고, 메인 회전축의 회전에 의해 임펠러가 펌프 회전축의 회전 중심을 중심으로 회전하여 물 입구로부터 물 출구로의 물의 흐름을 유발한다.

Description

하이브리드 무전력 펌프 장치와 보일러 시스템 { Hybrid non-electric pump device and boiler system having the same }
본 발명은 하이브리드 무전력 펌프 장치 및 이를 구비한 보일러 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍력을 이용해 무전력을 작동 가능한 펌프 장치 및 태양열 등 친환경 에너지에 의해 건물 등에 필요한 온수를 생성 공급할 수 있는 하이브리드 보일러 시스템에 관한 것이다.
환경 오염이나 자원 고갈 등을 이유로 친환경 및 저전력 장치에 대한 관심이 높아지고 있다.
가정 등에서 필수적으로 사용해야하는 물, 특히 온수를 만들어 필요한 곳에 공급하는 보일러 시스템의 영역에서도 친환경 및 저전력에 대한 요구가 있다.
종래기술에 따르면, 특허문헌 1과 같이 온수를 순환시킴에 있어서 복수의 전기 제어식 펌프가 사용되고 있다.
이러한 구성에 따르면 복잡한 제어를 통해 정확한 펌프의 제어는 가능하겠지만, 필요 이상의 전력이 소모된다는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2012-0003050호
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 바람을 이용한 무전력 펌프 장치를 이용해 건물 등에서 물을 순환시키고, 순환되는 물을 태양열 등의 친환경 에너지를 이용해 온수를 생성할 수 있는 하이브리드형 보일러 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 바람 및 태양열에 의해 작동하는 하나의 통합형 장치를 이용해 온수를 생성함과 동시에 전력을 생성하여 건물에 사용되는 전력 충당에 일조하는 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 바람에 의해 회전하는 회전 구조물에 연결되는 메인 회전축과 상기 메인 회전축의 회전력에 의해 작동하는 워터 펌프를 포함하는 무전력 펌프 장치가 제공된다. 상기 워터 펌프는, 상기 메인 회전축에 연결되어 상기 메인 회전축이 회전함에 따라 회전하는 펌프 회전축; 상기 펌프 회전축의 둘레에 형성되는 임펠러와, 상기 임펠러를 사이에 두고 유체 연통되는 물 입구과 물 출구를 포함하고, 상기 메인 회전축의 회전에 의해 상기 임펠러가 상기 펌프 회전축의 회전 중심을 중심으로 회전하여 상기 물 입구로부터 상기 물 출구로의 물의 흐름을 유발하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 메인 회전축에는 메인 베벨 기어가 형성되고, 상기 펌프 회전축에는 상기 메인 베벨 기어와 치합되는 펌프 베벨 기어가 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 회전 구조물은 건물의 외측에 설치되어 바람에 의해 회전하는 건물 환기용 벤츄레이터(ventilator)이다.
일 실시예에 따르면, 무전력 펌프 장치는 상기 메인 회전축에 결합되어 상기 메인 회전축과 함께 회전하는 회전자 코일과, 상기 무전력 펌프 장치의 프레임에 고정되는 고정자 코일을 구비하는 풍력 발전기를 포함하고, 회전 구조물의 회전에 의한 풍력 발전으로 전기를 생성하여 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 회전 구조물은, 건물의 외측에 설치되어 바람에 의해 회전하는 건물 환기용 벤츄레이터와, 상기 벤츄레이터 상단에 연결되어 바람의 저항을 상승시키는 풍력 날개를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 바람에 의해 회전하는 회전 구조물과, 건물에 필요한 물을 저장하는 물 탱크와 연결되는 파이프와, 상기 파이프를 통해 흐르는 물을 가열하는 온수 생성 장치를 포함하는 보일러 시스템이 제공된다. 상기 파이프는 상기 물 입구 및 상기 물 출구와 유체 연통되도록 연장되고, 풍력에 의해 상기 무전력 펌프 장치가 작동하여 상기 파이프에서의 물의 흐름을 유도하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 무전력 펌프 장치는 상기 온수 생성 장치로의 물의 흐름을 유도한다.
일 실시예에 따르면, 상기 무전력 펌프 장치는 복수의 워터 펌프를 포함하고, 각각의 워터 펌프의 펌프 회전축이 상기 메인 회전축에 연결되어, 상기 메인 회전축의 회전에 의해 복수의 워터 펌프가 동시에 작동한다.
일 실시예에 따르면, 두 개의 워터 펌프가 상기 온수 생성 장치의 입구 및 출구 측에 각각 연통되어, 상기 온수 생성 장치의 입구에서 출구로의 물의 흐름을 일으킨다.
일 실시예에 따르면, 상기 온수 생성 장치는, 태양열을 흡수하여 내부의 수용된 유체를 가열하는 복수의 진공관과 상기 복수의 진공관 내부에서 가열된 유체가 모이는 축열 탱크를 포함하는 태양열 보일러이고, 상기 파이프는 상기 축열 탱크 내부를 통과하여 연장되고, 상기 파이프를 따라 유동하는 물이 상기 가열된 유체와 열교환하여 가열된다.
일 실시예에 따르면, 보일러 시스템은 태영열을 흡수하여 전기를 생성하기 위한 태양광 패널이 경사 프레임에 비스듬하게 배치된 태양광 발전기를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 진공관은 상기 태양광 패널을 가리지 않도록 상기 경사 프레임에 간격을 두고 형성되거나, 상기 축열 탱크 둘레를 따라 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 태양광 발전기는 온도 센서와, 상기 태양광 패널에 물을 살포할 수 있는 살수 노즐을 포함하고, 상기 태양광 패널에 물을 살포하여 냉각 또는 청소를 수행한다.
일 실시예에 따르면, 상기 살수 노즐은, 상기 태양광 패널의 상단으로 물을 흘려 내릴 수 있는 상측 살수 노즐과, 상기 태양광 패널의 하단을 따라 배치되어 상기 태양광 패널의 하단에 물을 살포하는 하측 살수 노즐을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 온수 생성 장치는, 제1 챔버와, 상기 제1 챔버의 외부를 둘러싸는 제2 챔버를 포함하는 캡슐형 몸체와, 상기 제1 챔버로 물이 유출입 가능하도록 상기 제1 챔버에 연통되는 생활용수 유입구 및 생활용수 유출구와, 상기 제2 챔버로 물이 유출입 가능하도록 상기 제2 챔버에 연통되는 난방용수 유입구 및 난방용수 유출구와, 상기 제1 챔버 내부에 설치되는 전열봉을 포함하는 전기 보일러이다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 챔버는 이중벽 구조로 형성되고, 상기 제1 챔버에서 물은 상기 제1 챔버의 내부 및 상기 이중벽 사이의 공간을 채운다.
일 실시예에 따르면, 상기 전열봉은, 제1 전열봉과, 상기 제1 전열봉에 비해 용량이 작은 제2 전열봉을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 전기 보일러는 상기 제2 챔버를 둘러싸는 제3 챔버를 더 포함하고, 상기 제3 챔버에는 상기 제3 챔버로 물이 유출입 가능하도록 연통되는 살수용수 유입구 및 살수용수 유출구가 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 전기 보일러는 복수의 캡슐형 몸체를 포함하고, 하나의 캡슐형 몸체의 생활용수 유출구는 각각 다른 캡슐형 몸체의 생활용수 유입구에 연결되고, 물의 흐름 방향에서 최상류측의 캡슐형 몸체의 생활용수 유입구와 최하류측의 캡슐형 몸체의 생활용수 유출구는 상기 물 탱크에 연통된다.
일 실시예에 따르면, 상기 전기 보일러는 복수의 캡슐형 몸체를 포함하고, 각각의 캡슐형 몸체의 난방용수 유입구과 난방용수 유출구는 건물의 각 방으로 연장되는 별도의 난방 배관과 연결된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전력 펌프 장치의 개념도이다.
도 2 및 3은 도 1의 무전력 펌프 장치의 일 구성인 워터 펌프를 도시한 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 보일러 시스템의 시스템 개념도이다.
도 6 및 도 7은 도 1의 무전력 펌프 장치와 일 실시예에 따른 태양열 보일러가 결합된 통합형 장치의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 보일러의 측단면도이다.
도 9는 도 8의 전기 보일러의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무전력 펌프 장치의 개념도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전력 펌프 장치(100)의 개념도이고, 도 2 및 3은 무전력 펌프 장치(100)의 일 구성인 워터 펌프(120)를 도시한 것이다. 도시 및 설명의 편의를 위해 도 1에서는 워터 펌프(120)를 제외한 무전력 펌프 장치(100)를 도시하고, 도 2 및 도 3에서 워터 펌프(120)를 따로 도시하고 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 무전력 펌프 장치(100)는 바람에 의해 회전하는 회전 구조물(110)과 연결되는 메인 회전축(130)과, 상기 메인 회전축(130)의 회전력에 의해 작동하는 워터 펌프(120)를 포함한다.
도 1에 자세히 도시된 바와 같이, 회전 구조물(110)은 프레임(101)에 회전 가능하게 고정된다. 메인 회전축(130)은 회전 구조물(110)의 아래에서 프레임(101)의 내측으로 연장되어, 회전 구조물(110)의 회전에 의해 함께 회전한다.
본 실시예에 따르면, 회전 구조물(110)은 복수의 날개(112)가 대략 사각형 형태를 가져서 전체적으로 원통형을 이루는 건물 환기용 벤츄레이터(111)에 더하여, 소규모 풍력 발전이 가능한 정도로 바람의 저항을 상승시키는 임펠러(114)를 가지는 풍력 날개(114)가 벤츄레이터(111)의 상단에 형성된 구조를 가진다.
벤츄레이터(111)는 대부분의 건물에 형성되어 건물 환기의 기능을 하는 구조로서, 그 복수의 날개(112) 사이의 틈은 프레임(101)의 내부와 공기 연통한다. 프레임(101)에는 환기구(102)가 개구되어 있고, 환기구(102)는 도시하지 않은 관과 연결되어 건물의 내부와 공기 연통한다. 바람이 불면 복수의 날개(112)가 바람과 저항을 일으켜 벤츄레이터(111)(회전 구조물(110))가 회전하고, 벤츄레이터(111)가 환기구(102)와 연통된 건물 내부로부터의 공기 흐름을 유발하여, 건물 내부 공기를 환기하는 역할을 한다. 이러한 벤츄레이터(111)의 작용에 의해 건물 환기가 이루어지는 과정은 이미 공지된 것으로 본 발명의 사상을 벗어나는 것이므로, 여기서는 더 자세한 설명은 생략한다.
본 실시예와 같이, 벤츄레이터(111) 상단에 풍력 날개(114)를 설치하면 동일한 에너지의 바람에 의해 벤츄레이터(111)의 회전수 증가에 따른 건물 환기 효율 증가시킬 수 있고, 더불어 메인 회전축(130)의 회전수 증가로 후술하는 무전력 펌프 장치(120)의 펌핑 효율 상승을 기대할 수 있다. 나가아, 후술하는 바와 같이, 풍력 발전을 통한 전기 생산도 가능하다.
본 실시예에 따르면, 건물 환기를 위해 사용되는 벤츄레이터(111)에 메인 회전축(130)을 설치하고, 메인 회전축(130)의 회전력을 이용해 워터 펌프(120)가 작동한다. 따라서, 일반적인 대략 구 형태의 벤츄레이터와 그와 연결되는 환기구가 있는 건물이라면, 기존의 벤츄레이터를 도 1의 회전 구조체(110)로 간단히 교체함으로써 본 실시예에 따른 무전력 펌프 장치(110)와 이를 이용한 후술하는 보일러 시스템을 용이하게 설치할 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 무전력 펌프 장치의 회전 구조물(110)은 도 1의 구조에 한정되지 않으며, 일반적으로 사용되는 대략 구 형태의 건물 환기용 벤츄레이터가 이용될 수 있다. 아울러, 회전 구조물(110)은 반드시 건물 환기용 벤츄레이터를 포함하는 것을 한정되지 않으며, 날개(임펠러)를 구비하여 바람에 의해 회전할 수 있는 구조라면 회전 구조물(110)로 이용될 수 있을 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 워터 펌프(120)는 메인 회전축(130)에 연결되어 메인 회전축(130)이 회전함에 따라 회전하는 펌프 회전축(122)과, 상기 펌프 회전축(122)의 일측 단부의 둘레에 형성되는 임펠러(125)를 포함한다. 펌프 회전축(122)과 임펠러(125)는 인클로져(121)에 수용되어 있다.
인클로져(121)에는 임펠러(125)를 사이에 두고 물 입구(123)와 물 출구(124)가 형성되어 있다. 물 입구(123)와 물 출구(124)는 인클로져(121)의 내부 공간을 통해 서로 유체 연통되어 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 메인 회전축(130)의 단부에는 메인 베벨 기어(131)가 형성되어 있고, 펌프 회전축(122)의 단부에는 펌프 베벨 기어(126)가 설치되어 있다.
본 실시예에 따르면 펌프 회전축(122)은 대략 메인 회전축(130)에 90도를 이루어 배치되어 있고, 펌프 베벨 기어(126)가 메인 베벨 기어(131)에 치합된다. 따라서, 메인 회전축(130)에 풍력에 의해 회전하면, 두 베벨 기어의 치합에 따라 펌프 회전축(122)이 회전한다.
펌프 회전축(122)이 회전하면 임펠러(125)가 회전하게 되고, 임펠러(125)의 형성 방향에 의해 인클로저(121) 내부의 물을 끌어올려 물 출구(124) 쪽으로 물을 밀어낸다. 이에 따른 압력 변화로 물 입구(123)로부터 물이 끌어올려져 물 입구(123)에서 물 출구(124)로의 물의 흐름이 유발된다.
한편, 본 실시예에 따른 무전력 펌프 장치(100)에는 베벨 기어에 의한 구동 전달 구조를 이용해 복수의 워터 펌프가 동시에 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 메인 회전축(130)에는 메인 베벨 기어(131)보다 크기가 작은 보조 베벨 기어(132)가 추가로 형성될 수 있다. 이러한 보조 베벨 기어(132)에는 워터 펌프(120)(경우에 따라서, "제1 워터 펌프(120)"라고도 한다)와 다른 제2 워터 펌프(120')의 펌프 회전축(122')에 연결된 펌프 베벨 기어(126')가 치합된다. 이에 따라서, 메인 회전축(130)의 회전에 의해 제1 워터 펌프(120)와 제2 워터 펌프(120')가 동시에 작동하도록 할 수 있다.
도 1에서는 제1 워터 펌프(120)와 제2 워터 펌프(120')의 메인 회전축(130)에 대한 감속비를 달리하기 위해서 보조 베벨 기어(132)를 추가하고 있지만, 제1 워터 펌프(120)와 제2 워터 펌프(120')의 펌프 베벨 기어(126, 126')는 크기가 돌일하게 형성되어 메인 베벨 기어(131)의 서로 다른 위치에 동시에 치합되어도 좋다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따르면, 제1 워터 펌프(120)의 펌프 베벨 기어(126)의 전방에는 제2 워터 펌프(120')의 펌프 베벨 기어(126')와 같은 크기의 베벨 기어(127)가 형성되어 보조 베벨 기어(132)에 치합된다.
단부에 베벨 기어(134)가 형성된 보조 회전축(133)이 베벨 기어(126', 127)에 치합되도록 연결함으로써, 메인 회전축(130)의 회전력이 보조 회전축(133)이 회전하도록 할 수 있다. 이에 따라서, 회전 구조물(110)의 회전 중심을 중심으로 회전하는 메인 회전축(130)의 길이를 실질적으로 연장할 수 있다. 보조 회전축(133)의 다른 단부나 중간에 베벨 기어를 설치함으로써, 워터 펌프를 추가로 설치하는 것이 가능해진다.
이와 같은 베벨 기어를 이용한 구조에 따르면, 풍력에 의해 회전하는 하나의 회전 구조물(110)에 의해 작동하는 워터 펌프의 수를 필요에 따라 용이하게 증감시킬 수 있다. 나아가, 베벨 기어의 기어비를 조정하여 워터 펌프의 회전수를 각각 조정할 수 있다.
본 실시예에 따른 무전력 펌프 장치(100)는 온수를 생성하고 생성된 온수를 건물 내부의 파이프를 통해 순환시키는 건물용 보일러 시스템에 적용된다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 시스템(10)의 시스템 개념도이다.
본 실시예에 따른 보일러 시스템(10)은 회전 구조물(110)에 의해 작동하는 무전력 펌프 장치(100)와, 건물에 필요한 물을 저장하는 물 탱크(600)와 연결되어 무전력 펌프 장치(100) 내지 건물의 사용처로 연장되는 파이프(21 내지 31)를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 무전력 펌프 장치(100)는 주로 건물에 난방용수 및/또는 생활용수를 제공하기 위한 온수 생성 장치에서 만들어진 온수를 물 탱크(600)로 이동/순환시키기 위해 사용된다.
도 6 및 도 7은 무전력 펌프 장치(100)와 온수 생성 장치의 일 예인 태양열 보일러(200)가 통합된 통합형 장치(20)를 도시한다. 도 6에서는 무전력 펌프 장치(100)의 프레임이 투명 처리되어 내부 구조가 확인되도록 도시되었다.
본 실시예에 따른 온수 생성 장치는 태양열을 이용해 물을 가열하는 태양열 보일러(200)이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 태양열 보일러(200)는 태양열을 흡수하여 내부의 수용된 유체를 가열하는 복수의 진공관(221, 222)과, 복수의 진공관(221, 222)의 내부에서 가열된 유체가 모이는 축열 탱크(210)를 포함한다.
축열 탱크(210)는 수직 다리(431)와 경사 프레임(432)에 의해 소정 높이에 고정된 원통형의 탱크이다. 본 실시예에 따르면, 복수의 진공관은 경사 프레임(432)을 따라 경사지게 배치되는 복수의 제1 진공관(221)과, 축열 탱크(210)의 둘레를 따라 배치되는 복수의 제2 진공관(222)을 포함한다.
본 실시예에 따른 진공관(221, 222)은 다층 유리관 구조로 내부 유리관을 감싸는 태양열 흡수 필름은 태양 에너지를 열 에너지로 변환시키고, 진공관 내부에 수용된 유체가 열 에너지에 의해 가열되는 구조를 가진다.
진공관(221, 222)은 축열 탱크와 유체 연통되어 있다. 진공관(221, 222)에서 가열된 유체는 대류 현상에 의해 축열 탱크(222)로 모인다.
자세히 도시하지는 않았지만, 축열 탱크(222)의 내부에는 파이프가 코일 형태로 통과하도록 연장되고, 해당 파이프에는 물이 유동한다. 축열 탱크(222)의 내부를 통과하는 파이프를 따라 유동하는 물이 진공관에 의해 가열되어 축열 탱크(222)에 모여 있는 유체와 열 교환을 하여 가열되어 온수가 생성된다.
한편, 본 실시예에 따르면, 제1 진공관(221)을 설치하기 위한 경사 프레임(432)에 태양광 패널(410)을 비스듬하게 배치함으로써, 태양열을 흡수하여 전기를 생성할 수 있는 태양광 발전기(400)도 포함한 통합형 장치(20)를 구성할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 진공관(221)은 태양광 발전기(400)에서 태양광 패널(410)을 가리지 않도록 간격을 두고 형성된다. 이에 따라서, 통합형 장치(20)를 이용해 태양열을 이용한 온수 생성 및 전기 생성을 동시에 수행할 수 있다.
태양광 발전기(400)를 통해 생성된 전기는 예를 들어, 동력 펌프(510)를 구동하기 위한 용도 등 보일러 시스템을 가동학 위한 용도로 사용될 수도 있고, 건물에 필요한 일반 전기로 사용될 수도 있다.
도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 태양광 발전기(400)는 경사 프레임(432)의 한편에 형성되어 태양광 패널(410)의 온도를 잴 수 있는 온도 센서(420)르 포함한다.
또한, 태양광 발전기(400)는 태양광 패널(410)에 물을 살포할 수 있는 살수 노즐(441, 443)을 포함한다. 상측 살수 노즐(441)은 태양광 패널(410)의 상부에 위치하여 경사진 태양광 패널(410)의 상단으로 물을 흘려 내릴 수 있도록 구성된다. 하측 살수 노즐(443)은 태양광 패널(410)의 하단에서 태양광 패널(410)을 따라 배치되는 파이프(442) 중간중간에 설치되어 태양광 패널(410)의 하단에 물을 살포할 수 있도록 구성된다.
태양광 패널(410)의 온도가 지나치게 올라가거나 태양광 패널(410)에 먼지가 끼면 태양광 패널(410)에 의한 태양광 발전 효율이 크게 떨어진다.
본 실시예에 따르면, 온도 센서(420)에 의해 태양광 패널(410)의 온도가 소정 값 이상으로 올라가게 되면, 살수 노즐(441, 443)을 통해 물을 살포하여 태양광 패널(410)을 냉각시켜 온도를 낮출 수 있다. 또한, 온도 센서(420)가 외부 온도를 측정할 수 있도록 구성하고 태양광 패널(420)이 특정 외부 온도에서 정상 작동시 가져야 할 온도에 비해 소정 값 이하로 낮은 것으로 측정되면, 태양광 패널(410)에 먼지가 껴서 태양광 패널(410)이 제 기능을 수행하지 못하는 것으로 판단하여 살수 노즐로 물을 살포해 태양광 패널(410)을 청소하는 것도 가능하다. 이러한 먼지 제거는 온도에 따르지 않고 일정 시간 간격으로 이루어지도록 할 수도 있다.
다시 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 실시예에 따른 보일러 시스템(10)의 구성에 대해 더 자세히 설명한다.
보일러 시스템(10)은 건물 외부로부터 내부로 상수도로부터 냉수를 공급하기 위한 냉수 파이프(30)와 물 탱크(600)에 저장된 소정 온도 이상의 온수를 사용 공급하기 위한 온수 파이프(31)가 연결되는 건물의 물 사용 시설(620)을 포함한다. 온수 파이프(31)에는 밸브(514)가 설치되어 필요에 따라 온수 파이프(31)를 통해 물 탱크(600)로 냉수를 공급할 수도 있다.
물 사용 시설(620)은 화장실, 주방 등 온수/냉수를 필요로 하는 생활용수 사용처 및/또는 온돌 배관 등 난방용수 사용처를 포함하는 것이고, 도 4에서는 물 사용 시설(620)의 건물마다 상이할 것이므로 한 곳에 집중된 단순히 블록 형태로 표현하였다. 물 사용 시설(620)은 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들어 사워기(621)나 난방 배관(622)일 수 있다.
냉수 파이프(30)와 연결되어 냉수가 흐르는 냉수 공급 파이프(22)는 무전력 펌프 장치(100)의 메인 베벨 기어(131)에 연결된 제1 워터 펌프(120)의 물 유입구(123)에 연결된다.
제1 워터 펌프(120)의 물 유출구(124)에는 냉수 유입 파이프(21)가 연결된다. 냉수 유입 파이프(21)는 태양열 보일러(200)의 축열 탱크(220)의 내부를 코일 형태로 통과 연장된다.
편의를 위해 구분하였지만, 본 실시예에 따르면 축열 탱크(220)의 내부로 들어가는 냉수 유입 파이프(21)와 축열 탱크(220)의 외부로 나오는 온수 유출 파이프(23)는 하나로 연결된 것으로 하나의 경로를 형성하는 파이프이다.
온수 유출 파이프(23)(냉수 유입 파이프(21)를 통해 흐르는 냉수는 축열 탱크(220)를 통과하는 동안 축열 탱크(220)의 내부의 가열된 유체와 열교환하여 소정 온도로 가열된다.
온수 유출 파이프(23)는 제2 워터 펌프(120')의 물 유입구와 연결되어 있고, 제2 워터 펌프(120')의 물 유출구에는 온수 공급 파이프(24)가 연결되어 있다.
온수 공급 파이프(24)에는 태양열 보일러(200)를 통과한 물의 온도 및 유량을 측정할 수 있는 온도계 및 유량계를 구비할 수 있다.
보일러 시스템(10)의 제어기는 온수 공급 파이프(24)를 통해 공급되는 온수의 온도 및 유량이 설정된 물 탱크(600) 내의 온수 온도를 유지하는데 충분하지 않다고 판단하면, 보조/추가적인 보일러를 가동한다.
후술하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 보조/추가적인 보일러는 전기에 의해 가동하는 전기 보일러(700)이지만, 가스나 다른 연료의 연소를 이용한 연소 보일러여도 좋다.
도 5에 도시된 바와 같이, 온수 공급 파이프(24)는 두 갈래로 분기되고, 분기된 제1 분기관(24-1)은 물 탱크(600)와 연결되고, 제2 분기관(24-2)은 전기 보일러(700)와 연결되어 있다. 전기 보일러(700)에 대해서는 후술한다.
본 실시예에 따르면, 두 개의 워터 펌프(120, 120')가 메인 회전축(130)에 연결되고, 메인 회전축(130)의 회전에 의해 두 개의 워터 펌프(120, 120')가 동시에 작동한다. 두 개의 워터 펌프(120, 120')는 태양열 보일러(200)의 축열 탱크(220)의 입구 및 출구 측에 각각 연통되어, 태양열 보일러(200)의 입구에서 출구로의 물의 흐름을 일으켜서 생성된 온수가 물 탱크(600) 및/또는 전기 보일러(700)로 보내지도록 한다.
본 실시예에 따르면, 두 개의 워터 펌프가 동시에 작동하여, 태양열 보일러(200)를 통과하는 물의 흐름을 더 강하게 펌핑하고 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 물 탱크(600)가 태양열 보일러(200)와 가까이 위치하는 경우 하나의 워터 펌프(120)를 태양열 보일러(200)의 입구 또는 출구측에 설치하여 태양열 보일러(200)로부터 물 탱크(600)로의 물의 흐름을 생성할 수도 있다.
또한, 제1 워터 펌프(120)의 물 유입구에는 냉수 공급 파이프(22)만이 연결되어 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 온도 센서(610)에 의해 감지된 물 탱크(600) 내의 온도가 소정 값보다 낮은 경우, 밸브(513)를 통해 냉수 공급 파이프(22)로부터의 냉수 공급을 중단하고, 2-way 밸브(미도시) 등을 통해 냉수 공급 파이프(22)와 연결된 파이프를 통해 물 탱크(600) 내에 저장된 물을 제1 워터 펌프(120)의 물 유입구로 보내 온도가 낮아진 온수를 태양열 보일러(200)에 의해 재가열하도록 할 수도 있다.
한편, 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따르면 메인 회전축(130)에는 메인 베벨 기어(제1 메인 베벨 기어)(131)의 상단 쪽에 제2 메인 베벨 기어(136)가 설치되어 있고, 제2 메인 베벨 기어(136)에는 제3 워터 펌프(120")의 펌프 베벨 기어(126")가 연결되어 있다. 제2 메인 베벨 기어(136)가 회전함에 따라서 제3 워터 펌프(120")의 펌프 회전축(121")이 회전하여 임펠러(125")가 회전한다.
제3 워터 펌프(120")의 물 유입구에는 물 탱크(600)와 연결된 온수 유입 파이프(26)가 연통된다. 제3 워터 펌프(120")의 물 유출구에는 온수 유출 파이프(25)가 연결되고, 온수 유출 파이프(25)는 전기에 의해 작동하는 다른 예에 따른 온수 생성 장치인 전기 보일러(700)와 연결되어 있다.
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 실시예에 따른 전기 보일러(700)에 대해 설명한다.
도 8은 전기 보일러(700)의 측단면도이고, 도 9는 전기 보일러(700)의 사시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 전기 보일러(700)는 대략 원통형의 캡슐형 몸체를 가진다. 캡슐형 몸체는 복수의 챔버(701, 702, 703)가 서로 간격을 가지고 배치되는 다중 챔버 구조를 가진다.
구체적으로, 캡슐형 몸체는 제일 내측에 위치하는 제1 챔버(701), 상기 제1 챔버(701)의 외부에서 간격을 두고 제1 챔버(701)를 둘러싸는 제2 챔버(702) 및 상기 제2 챔버(702)의 외부에서 간격을 두고 제2 챔버(702)를 둘러싸는 제3 챔버(703)를 포함한다.
본 실시예에 따른 제1 챔버(701)는 내피(701-1)와 상기 내피(701-1)의 외부에서 간격을 두고 내피(704)를 둘러싸는 외피(701-2)를 가지는 이중벽 구조로 형성되어 있다.
제1 챔버(701)에는 그 내부(705, 706)로 물이 유출입될 수 있도록 제1 챔버(701)에 연통되는 생활용수 유입구(731)와 생활용수 유출구(732)가 형성되어 있다. 상기 제2 챔버(702)에는 그 내부(제1 챔버(701)와 제2 챔버(702) 사이의 공간(707))로 물이 유출입될 수 있도록 제2 챔버(702)에 연통되는 난방용수 유입구(741)와 난방용수 유출구(742)가 형성되어 있다. 제3 챔부(703)에는 그 내부(제2 챔버(702)와 제3 챔버(703) 사이의 공간(708))로 물이 유출입될 수 살수용수 유입구(751) 및 살수용수 유출구(752)가 형성되어 있다.
제1 챔버(701)의 내부(705)에는 전기에 의해 코일(711, 721)을 작동시켜 열을 생성하는 전열봉(710, 720)이 삽입되어 있다. 전열봉(710, 720)은 물을 급속도로 가열할 때 사용되는 대용량의 제1 전열봉(710)과, 제1 전열봉(720)에 비해 용량이 작은 소용량의 절전형 제2 전열봉(720)을 포함한다. 본 실시예에 따르면, 전기 보일리(700)는 캡슐형 몸체 하나 당 총 3개의 제2 전열봉(720)이 포함된다. 복수의 제2 전열봉(720)은 동시에 작동하여도 좋지만, 필요에 따라 가동되는 제2 전열봉(720)의 수 및 각각의 제2 전열봉(720)의 가열 온도가 달리 제어되어도 좋다. 이에 따라서, 온도 조건에 따라 열원의 조건을 다양화하여 에너지 효율을 달성할 수 있다.
여기서, 전열봉(710, 720)의 작동을 위한 전기는 상술한 태양열 발전기로부터 얻어지는 전기를 사용하여도 좋고, 외부로부터 공급되는 전기를 사용하여도 좋다.
도 9에 잘 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전기 보일러(700)는 복수의 캡슐형 몸체(700-1, 700-2, 700-3)가 서로 연결되는 구조로 형성 가능하다.
이때, 도 9를 참조하면, 복수의 캡슐형 몸체는 하나의 캡슐형 몸체(700-1)의 유출구가 다른 캡슐형 몸체(700-2)의 대응하는 유입구에 연결되는 형태로 서로 연결된다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 캡슐형 몸체(700-1)의 생활용수 유출구(732)는 인접한 제2 캡슐형 몸체(700-2)의 생활용수 유입구(731)에 연결된다. 또한, 도 9에 도시되지는 않았지만, 제1 캡슐형 몸체(700-1)의 난방용수 유출구(742) 및 살수용수 유출구(752)는 인접한 제2 캡슐형 몸체(700-2)의 난방용수 유입구(731) 및 살수용수 유출구(751)에 각각 연결될 수 있다.
도 9에서는 세 개의 캡슐형 몸체가 연결되어 있지만, 도 4에 도시된 바와 같이, 두 개의 캡슐형 몸체가 연결될 수도 있다. 또한, 캡슐형 몸체는 세 개보다 많은 수일 수 있다. 또한, 전기 보일러(700)는 단일의 캡슐형 몸체를 구비하여도 좋다.
다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 전기 보일러(700)의 물의 흐름 방향에서 최상류측의 캡슐형 몸체(제1 캡슐형 몸체(700-1))의 생활용수 유입구(731)는 제3 워터 펌프(120")를 경유하는 온수 유출 파이프(25)와 온수 유입 파이프(26)를 통해 물 탱크(600)와 연결된다. 또한, 전기 보일리(70)의 물의 흐름 방향에서 최하류측의 캡슐형 몸체(제3 캡슐형 몸체(700-3)의 생활용수 출입구(732)는 온수 공급 파이프(27)를 통해 물 탱크(600)와 연결된다.
예를 들어, 사용자가 샤워기(621) 등을 사용하고자 생활 온수 사용 기능을 작동시킨다고 가정한다. 보일러 시스템(10)의 제어기는 태양열 보일러에 의해 가열되어 저장된 물 탱크(600)의 온도가 사용자 또는 시스템에서 설정된 생활 온수에 만족하지 못한다고 판단되면, 전기 보일러(700)의 전열봉(710, 720)을 가동한다. 이때, 필요한 온도에 따라 에너지 효율이 최고가 되는 제1 전열봉(710) 및/또는 제2 전열봉(720)이 선택 가동된다.
본 실시예에 따르면, 무전력 펌프 장치(100)의 풍력에 의한 동작으로 복수의 캡슐형 몸체의 제1 챔버(701) 내부에는 거의 항시 물이 저장되어 순환하고 있다. 따라서, 전열봉(710, 720)을 가동하는 즉시(빠른 시간 안에) 제1 챔버(701) 내부의 온수(태양열 보일러에 의해 일정 가열된 온수)가 추가로 가열된다.
이때, 세 개의 캡슐형 몸체 각각에서 비교적 적은 양의 물에 각각 열을 가하므로, 세 개의 캡슐형 몸체와 동일한 용량의 큰 챔버 하나에 열을 가하는 것에 비해 단시간 안에 효과적으로 물을 승온시킬 수 있다.
전기 보일러(700)에 의해 가열된 온수는 물 탱크(600)로 공급되어 물 탱크(600) 내부의 물의 온도를 올린다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 난방 배관(622)은 제1 캡슐형 몸체(700-1)의 난방용수 유입구(741)과 제3 캡슐형 몸체(700-3)의 난방용수 유출구(742)에 순환 경로를 형성하도록 연결되어 있다.
또한, 제1 캡슐형 몸체(700-1)의 난방용수 유입구(741)에는 온수 공급 파이프(24)의 제2 분기관(24-2)이 연결되어 있다.
전기 보일러(700)를 중심으로 난방 배관(622)을 순환하는 난방용수는 사용자 또는 시스템이 설정한 난방 온도에 맞도록 전기 보일러(700)에 의해 가열된다.
전기 보일러(700)에서 난방용수는 제1 챔버(701)와 제2 챔버(702) 사이의 공간(707)을 통과해 흐른다. 본 실시예에 따르면, 전열봉(710, 720)의 작동에 의해 제1 챔버(701) 내부(705, 706)의 물이 소정 온도 이상으로 가열되고, 제2 챔버(702) 내부의 난방용수는 제1 챔버(701)와의 열 교환을 통해 가열된다. 이때, 제1 챔버(701) 내부의 가열된 물은 제1 챔버(701)의 내피(701-1)와 외피(701-2) 사이의 이중벽 사이 공간(706)에도 채워진다. 따라서, 비교적 적은 부피의 물이 제2 챔버(702)와 열교환을 하면서, 이중벽 사이 공간(706)에서 대류가 활발하게 일어나게 되므로, 제2 챔버(702) 내부의 난방용수의 승온 효율을 증가시킬 수 있다.
난방 배관(622) 내부에서의 난방용수의 유실에 대응하여 물을 조금씩 급수하거나, 난방용수 교체 등을 위해 난방 배관(622)에 새로 물을 채울 때는 제2 분기관(24-2)을 통해 물을 공급한다. 제2 분기관(24-2)을 통해 공급되는 물은 태양열 보일러에 의해 승온된 온수이므로, 난방 배관(622) 내부의 난방용수를 가열하는데 필요한 에너지를 절약할 수 있다.
도 5에서는 난방 배관(622)이 제1 캡슐형 몸체(700-1)의 난방용수 입구(741)에 연결되고, 제1 내지 제3 캡슐형 몸체의 서로 연통된 제2 챔버를 통과해, 제3 캡슐형 몸체(700-3)의 난방용수 출구(742)를 거치도록 되어 있지만, 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 제1 내지 제3 캡슐형 몸체는 제1 챔버끼리는 서로 연통되어 있지만, 제2 챔버끼리는 연통되지 않도록 하여도 좋다. 즉, 각각의 캡슐형 몸체에는 독립된 난방 배관이 각각 연결되고, 각각의 난방 배관은 건물의 여러 개의 방으로 각각 연장 설치되어도 좋다. 이에 따르면, 각각의 방의 난방 온도를 별도 제어할 수 있는 제어 시스템을 제공하는 것이 가능하다.
한편, 도 4를 참조하면, 태양광 패널(410)의 살수 노즐(441)에는 살수 파이프(28)가 연결되고, 살수 파이프(28)에는 전기 구동 펌프(501)가 연결된다. 살수 제어기(500)는 태양광 패널(410)에 살수가 필요한 경우 밸브(511, 512)를 개방하고 펌프(510)를 구동시켜 노즐(441)을 통해 물을 살포한다. 살포된 물은 배수 파이프(29)로 모여져 이동한다. 본 실시예에서는 살수 작업이 전기 구동 펌프(501)에 의해 이루어지지만, 펌프(501)는 앞서 설명한 워터 펌프에 의한 무전력 펌프 장치에 의해 구성될 수도 있을 것이다. 이는 도 6 및 도 7과 같이, 무전력 펌프 장치가 태양열 보일러(200) 및 태양광 발전기(400)와 하나의 통합형 장치(20)로 통합되어 인접하여 위치하기 때문에 구성 가능하다.
배수 파이프(29)는 전기 보일러(700)의 살수용수 유입구(751)에 연결된다. 살수용수는 살수용수 유입구(751)를 통해 제2 챔버(702) 및 제3 챔버(703) 사이의 공간(708)을 유동하고 살수용수 유출구(752)를 통해 빠져나간다. 살수용수 유출구(752)는 다시 살수 파이프(28)에 연결되어 살수용수를 재사용하여도 좋다.
제2 챔버(702) 및 제3 챔버(703) 사이의 공간(708)을 흐르는 살수용수는 제1 챔버(701) 및 제2 챔버(702) 사이의 공간(707)을 흐르는 난방용수와 열교환할 수 있다. 겨울철에 온수로 형성된 난방용수로부터 소정의 열을 공급받음으로써, 살수 노즐(411)과 그 관련된 파이프를 흐르는 살수용수가 결빙되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 전기 보일러(700)가 작동하지 않는 경우에도 풍력에 의한 제3 워퍼 펌프(120")의 동작에 의해 물 탱크(600)와 전기 보일러(700) 사이의 물의 순환이 자연적으로 이루어지고 있어, 전기 보일러(700)를 가동하고 빠른 시간 안에 온수가 생성되어 물 탱크(600)로 공급될 수 있다. 다만, 제3 워터 펌프(120")에 연결되는 온수 유출 파이프(25) 또는 온수 유입 파이프(26)에 밸브(미도시)를 설치하고, 전기 보일러(700)를 가동할 때 해당 밸브를 개방하여 제3 워터 펌프(120")에 의한 물 탱크(600)와 전기 보일러(700)에의 물의 순환이 이루어지도록 하여도 좋다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무전력 펌프 장치(100')의 구성도이다.
본 실시예에 따르면, 메인 회전축(130)에는 메인 회전축(130)과 함께 회전하는 회전자 코일(801)이 설치되고, 무전력 펌프 장치(100')의 프레임(101)에 고정되는 고정자 코일(802)을 구비하는 발전기(800)를 포함한다. 즉, 회전 구조물(특히, 풍력 날개(114)의 바람에 의한 회전에 의해 풍력 발전으로 전기를 생산할 수 있다.
다만, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 통합형 장치(20)는 태양열 보일러(200)의 축열 탱크(222)의 일 측에는 바람에 의해 회전할 수 있는 임펠러(310)를 구비한 풍력 발전기(300)를 구비하여도 좋다.
풍력 발전에 의해 생성된 전기는 물을 순환시키기 위한 용도 등 보일러 시스템을 가동하는 용도로 사용될 수도 있고, 건물에 필요한 일반 전기로 사용될 수도 있다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 무전력 펌프 장치(120)는 펌프 회전축(122)이 메인 회전축(130)과 평행하게 연장되어 있고, 파이프(21, 22)가 대략 일자로 연결되어 있다. 이와 같이 무전력 펌프 장치(120)의 펌프 회전축 및 물 유출입구의 방향은 설치 공간에 따라 변경될 수 있다.
또한, 도시된 바와 같이, 파이프(21, 22)를 바이패스하는 파이프(32)를 추가로 설치하고, 파이프(32)에 전기 구동 펌프 및 밸브(34)를 설치하여도 좋다. 바람이 무전력 펌프 장치(120)를 충분한 힘으로 구동시킬 수 없을 때는 밸브(34)를 개방하고 전기 구동 펌프(33)를 작동시켜 태양열 보일러(200) 등에서의 물의 순환을 유발할 수 있을 것이다.
위와 같이, 본 발명에 따르면, 건물에는 거의 구비되는 벤츄레이터 등을 그대로 또는 조금 변경한 회전 구조물을 이용해 바람의 에너지를 이용한 무전력 펌프 장치를 구성할 수 있다.
벤츄레이터 등의 회전 구조물은 바람이 강한 건물의 옥상 등에 주로 설치되므로, 태양열 보일러, 태양광 발전기 및 풍력 장치 등 주로 옥상에 설치되는 시설과 통합된 여러 천연 에너지를 이용할 수 있는 하이브리드 보일러 시스템을 용이하게 구성할 수 있다. 따라서, 각각의 친환경 장치를 따로따로 설치하여야 하는 노력과 비용이 절약될 수 있다.
무전력 펌프 장치를 이용해 건물에 필요한 온수 등을 공급하는 하이브리드 보일러 시스템을 구성함으로써, 건물의 필요 전기량을 감소시킬 수 있다.

Claims (20)

  1. 바람에 의해 회전하는 회전 구조물에 연결되는 메인 회전축;
    상기 메인 회전축의 회전력에 의해 작동하는 워터 펌프;를 포함하고,
    상기 워터 펌프는, 상기 메인 회전축에 연결되어 상기 메인 회전축이 회전함에 따라 회전하는 펌프 회전축; 상기 펌프 회전축의 둘레에 형성되는 임펠러; 상기 임펠러를 사이에 두고 유체 연통되는 물 입구과 물 출구를 포함하고,
    상기 메인 회전축의 회전에 의해 상기 임펠러가 상기 펌프 회전축의 회전 중심을 중심으로 회전하여 상기 물 입구로부터 상기 물 출구로의 물의 흐름을 유발하는 것을 특징으로 하는 무전력 펌프 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 회전축에는 메인 베벨 기어가 형성되고,
    상기 펌프 회전축에는 상기 메인 베벨 기어와 치합되는 펌프 베벨 기어가 형성되는 것을 특징으로 하는 무전력 펌프 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전 구조물은 건물의 외측에 설치되어 바람에 의해 회전하는 건물 환기용 벤츄레이터인 것을 특징으로 하는 무전력 펌프 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메인 회전축에 결합되어 상기 메인 회전축과 함께 회전하는 회전자 코일과, 상기 무전력 펌프 장치의 프레임에 고정되는 고정자 코일을 구비하는 풍력 발전기를 포함하고,
    회전 구조물의 회전에 의한 풍력 발전으로 전기를 생성하여 제공하는 것을 특징으로 하는 무전력 펌프 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회전 구조물은,
    건물의 외측에 설치되어 바람에 의해 회전하는 건물 환기용 벤츄레이터와,
    상기 벤츄레이터 상단에 연결되어 바람의 저항을 상승시키는 풍력 날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 무전력 펌프 장치.
  6. 제1항에 따른 무전력 펌프 장치;
    바람에 의해 회전하는 회전 구조물;
    건물에 필요한 물을 저장하는 물 탱크와 연결되는 파이프;
    상기 파이프를 통해 흐르는 물을 가열하는 온수 생성 장치;를 포함하고,
    상기 파이프는 상기 물 입구 및 상기 물 출구와 유체 연통되도록 연장되고,
    풍력에 의해 상기 무전력 펌프 장치가 작동하여 상기 파이프에서의 물의 흐름을 유도하는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 무전력 펌프 장치는 상기 온수 생성 장치로의 물의 흐름을 유도하는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 무전력 펌프 장치는 복수의 워터 펌프를 포함하고,
    각각의 워터 펌프의 펌프 회전축이 상기 메인 회전축에 연결되어, 상기 메인 회전축의 회전에 의해 복수의 워터 펌프가 동시에 작동하는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    두 개의 워터 펌프가 상기 온수 생성 장치의 입구 및 출구 측에 각각 연통되어, 상기 온수 생성 장치의 입구에서 출구로의 물의 흐름을 일으키는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
  10. 제7항 또는 제9항에 있어서,
    상기 온수 생성 장치는, 태양열을 흡수하여 내부의 수용된 유체를 가열하는 복수의 진공관과, 상기 복수의 진공관 내부에서 가열된 유체가 모이는 축열 탱크를 포함하는 태양열 보일러이고,
    상기 파이프는 상기 축열 탱크 내부를 통과하여 연장되고,
    상기 파이프를 따라 유동하는 물이 상기 가열된 유체와 열교환하여 가열되는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    태영열을 흡수하여 전기를 생성하기 위한 태양광 패널이 경사 프레임에 비스듬하게 배치된 태양광 발전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 진공관은 상기 태양광 패널을 가리지 않도록 상기 경사 프레임에 간격을 두고 형성되거나, 상기 축열 탱크 둘레를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 태양광 발전기는 온도 센서와, 상기 태양광 패널에 물을 살포할 수 있는 살수 노즐을 포함하고,
    상기 태양광 패널에 물을 살포하여 냉각 또는 청소를 수행하는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 살수 노즐은,
    상기 태양광 패널의 상단으로 물을 흘려 내릴 수 있는 상측 살수 노즐과,
    상기 태양광 패널의 하단을 따라 배치되어 상기 태양광 패널의 하단에 물을 살포하는 하측 살수 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 온수 생성 장치는,
    제1 챔버와, 상기 제1 챔버의 외부를 둘러싸는 제2 챔버를 포함하는 캡슐형 몸체;
    상기 제1 챔버로 물이 유출입 가능하도록 상기 제1 챔버에 연통되는 생활용수 유입구 및 생활용수 유출구;
    상기 제2 챔버로 물이 유출입 가능하도록 상기 제2 챔버에 연통되는 난방용수 유입구 및 난방용수 유출구;
    상기 제1 챔버 내부에 설치되는 전열봉을 포함하는 전기 보일러인 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 챔버는 이중벽 구조로 형성되고, 상기 제1 챔버에서 물은 상기 제1 챔버의 내부 및 상기 이중벽 사이의 공간을 채우는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 전열봉은,
    제1 전열봉과, 상기 제1 전열봉에 비해 용량이 작은 제2 전열봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 전기 보일러는 상기 제2 챔버를 둘러싸는 제3 챔버를 더 포함하고,
    상기 제3 챔버에는 상기 제3 챔버로 물이 유출입 가능하도록 연통되는 살수용수 유입구 및 살수용수 유출구가 형성된 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 전기 보일러는 복수의 캡슐형 몸체를 포함하고,
    하나의 캡슐형 몸체의 생활용수 유출구는 각각 다른 캡슐형 몸체의 생활용수 유입구에 연결되고,
    물의 흐름 방향에서 최상류측의 캡슐형 몸체의 생활용수 유입구와 최하류측의 캡슐형 몸체의 생활용수 유출구는 상기 물 탱크에 연통되는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 전기 보일러는 복수의 캡슐형 몸체를 포함하고,
    각각의 캡슐형 몸체의 난방용수 유입구과 난방용수 유출구는 건물의 각 방으로 연장되는 별도의 난방 배관과 연결되는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
KR1020180173775A 2018-12-31 2018-12-31 하이브리드 무전력 펌프 장치와 보일러 시스템 KR102135118B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180173775A KR102135118B1 (ko) 2018-12-31 2018-12-31 하이브리드 무전력 펌프 장치와 보일러 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180173775A KR102135118B1 (ko) 2018-12-31 2018-12-31 하이브리드 무전력 펌프 장치와 보일러 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200083857A true KR20200083857A (ko) 2020-07-09
KR102135118B1 KR102135118B1 (ko) 2020-07-20

Family

ID=71602277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180173775A KR102135118B1 (ko) 2018-12-31 2018-12-31 하이브리드 무전력 펌프 장치와 보일러 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102135118B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112303779A (zh) * 2020-10-31 2021-02-02 叶航艇 一种节能新风系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110116942A (ko) * 2010-04-19 2011-10-26 민승기 펌프를 위하는 풍력회전장치
KR20120003050A (ko) 2010-07-02 2012-01-10 권태윤 난방용 온수의 순환 시스템
KR20120065515A (ko) * 2010-12-13 2012-06-21 김준섭 풍력과 태양열을 병용한 온수난방장치
KR20160006530A (ko) * 2014-07-09 2016-01-19 챌린저 서플라이 인코포레이티드 보일러 및 그의 제어방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110116942A (ko) * 2010-04-19 2011-10-26 민승기 펌프를 위하는 풍력회전장치
KR20120003050A (ko) 2010-07-02 2012-01-10 권태윤 난방용 온수의 순환 시스템
KR20120065515A (ko) * 2010-12-13 2012-06-21 김준섭 풍력과 태양열을 병용한 온수난방장치
KR20160006530A (ko) * 2014-07-09 2016-01-19 챌린저 서플라이 인코포레이티드 보일러 및 그의 제어방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112303779A (zh) * 2020-10-31 2021-02-02 叶航艇 一种节能新风系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR102135118B1 (ko) 2020-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5168271B2 (ja) 冷却塔
EP3537060B1 (en) Vertical fluid heat exchanger installed within natural thermal energy body
US20180306466A1 (en) Improvements to heating, ventilation and air conditioning systems
CN102512087A (zh) 一种蒸汽烤箱
US20110100587A1 (en) Vertical fluid heat exchanger installed within natural thermal energy body
KR102135118B1 (ko) 하이브리드 무전력 펌프 장치와 보일러 시스템
JP3889626B2 (ja) 熱利用システム
US4254636A (en) Heat transfer system
KR20190049005A (ko) 태양 전지 셀과 태양열 진공관과 풍력발전기를 결합 필요한 에너지를 이용 셀의 온도 감지센서 의해 작동밸브 구동 물을 살수한 물을 열 교환 보일러 튜브 외부로 유입 시켜 열 이용과 환기용 풍력벤치레이터 중심축에 종 감속기어에 의하여 무 전력 순환 펌프 임펠러 동작과 무전력 환기 임펠러
CN207797827U (zh) 换热器组件及自调流量换热器
CN202436901U (zh) 蒸汽烤箱
JP6895160B2 (ja) 空調装置
WO2014204412A2 (en) Closed system of external units of a heat pump and of an air conditioning appliance, of closed type with auto-regulatory system for heating or cooling
CN112922186B (zh) 房屋建筑墙体结构及施工方法
CN107388859A (zh) 换热器组件及自调流量换热器
KR101685683B1 (ko) 태양에너지를 이용한 온수생산 및 전기발생장치
CN208475639U (zh) 一种智能型空气能热泵
CN210740709U (zh) 一种泳池热泵热水器
CN106839169A (zh) 地下蓄水箱与闭式冷水机组联合的蒸发冷却通风空调
CN108302829A (zh) 一种太阳能水循环系统中的供水结构
JP4010703B2 (ja) 住宅家屋における冷暖房システム
CN219797350U (zh) 一种基于集中供暖系统的室内供暖装置
JP7325110B2 (ja) 地中熱利用装置
CN209263715U (zh) 一种全铝暖气片
CN208139417U (zh) 暖气加热淋浴系统

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant