KR20210108660A

KR20210108660A - 태양열 보일러 시스템

Info

Publication number: KR20210108660A
Application number: KR1020200023512A
Authority: KR
Inventors: 유정환
Original assignee: 유한회사 예원농업회사법인
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2021-09-03

Abstract

본 발명은 태양열을 열원으로 하여 일반 가정은 물론 공장, 각종 건축 구조물의 난방을 가능케 하는 태양열 보일러 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 실내, 외 온도와 사용자에 의해 설정된 온도를 비교하여 이를 바탕으로 보일러의 가동 비율을 조절함으로써 효율적인 에너지 관리가 가능하고, 최적의 난방 조건을 얻을 수 있는 태양열 보일러 시스템에 관한 것이다.
태양열 집열을 위해 설치되는 강화유리를 가지며, 온실 효과를 통해 집열 도관에 흐르는 열매체를 가열하여 공급하는 집열 유니트; 내부 공간에 상수가 급수되어 충수 되며, 이 내부 공간의 하부에 상기 집열 도관과 연결되는 축열 도관이 구비되어 상기 집열 도관에서 공급된 열매체가 축열 도관을 따라 흐르면서 상수에 열을 전달하여 가열하는 축열 탱크; 상기 축열 탱크에서 공급된 온수를 재가열하여 공급하는 보조 보일러; 상기 보조 보일러에서 공급된 온수로 펌핑하여 실내를 난방하는 난방 수단; 상기 집열 유니트의 집열 도관과 축열 탱크의 축열 도관을 연결하여 열매체를 공급하는 열매체 순환관; 상기 열매체 순환관에 흐르는 열매체의 일부를 저장하여 보일러의 가동에 따라 재공급하는 열매체 일시 저장관; 상기 집열 유니트에 손실된 열매체를 보충하는 보충 탱크를 구비하되, 보충 탱크에서 공급되는 열매체는 인접하여 설치된 팽창 탱크와 감압 펌프를 통과하여 공급되도록 하는 열매체 공급량 조절부; 실외에 설치되는 집열 유니트에 근접하여 구비되고, 사용자가 원하는 실내에 각각 설치되어 온도를 감지하는 실내외 온도 감지부로 이루어진 감지부; 상기 실내외 감지부에서 입력된 온도와 사용자에 의해 설정된 온도를 1차, 2차 비교하여 그 편차에 따라 보일러를 가동하는 제어부;로 구성된 기술적인 특징을 갖는 것으로 달성된다.

Description

태양열 보일러 시스템{Solar boiler system}

본 발명은 태양열 보일러 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양열을 열원으로 하여 일반 가정은 물론 공장, 각종 건축 구조물의 난방을 가능케 하는 태양열 보일러 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 실내, 외 온도와 사용자에 의해 설정된 온도를 비교하여 이를 바탕으로 보일러의 가동 비율을 조절함으로써 효율적인 에너지 관리가 가능하고, 최적의 난방 조건을 얻을 수 있는 태양열 보일러 시스템에 관한 것이다.

또 본 발명은 열매체의 제어하여 흐름을 날씨의 변화 및 설정 온도에 따른 급격한 변화에도 효과적인 대처할 수 있는 태양열 보일러 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 사용되는 온수 보일러는 유류, 가스 혹은 목재 등을 연소시켜 발생하는 열이나, 혹은 전류 공급에 따른 저항 발열을 이용하여 물을 가열하고 생성된 온수를 펌프로 이송, 순환시켜 난방 또는 온수 공급이 이루어지도록 하는 구성이다.

그런데 최근에 온수 보일러의 주 열원인 석유, 가스, 석탄 등의 화석 연료가 고갈되면서 이를 대체할 수 있는 에너지의 개발이 이루어지고 있다.

그린 에너지 혹은 신 재생 에너지라 불리며, 자연에서 쉽게 얻을 수 있고, 무한한 공급이 가능하며, 토양 및 대기 오염과 같은 1차적인 혹은 2차적으로 환경을 파괴하지 않는 에너지로 지금까지 나온 것은 태양 에너지와, 풍력, 수력, 또한 지구의 지표면의 열을 이용한 지열 발전이 있다.

특히 태양 에너지는 태양의 빛 에너지를 태양 전지라는 광전 변환기를 써서 직접 전기 에너지로 변환시켜 이용하거나, 태양열을 이용하여 온수를 생산하여 난방을 가능케 하는 등 아직도 활용 범위가 무궁한 에너지이다.

이중 태양열을 모아 가정이나 공장에서 난방용으로 이용하는 태양열 보일러는 집열장치와, 축열장치 및 제어장치로 이루어지며, 집열 장치에서 가열된 열매체가 축열장치로 유입되어 상수와 열교환이 이루어짐으로써 난방이 이루어지도록 하는 구성이다.

근래, 이러한 태양열 보일러는 다양한 발전이 이루어지면서 여러 종류의 태양열 보일러가 등장하고 있다.

예를 들어 국내 특허 590385호의 가정용 보일러와 연계한 태양열 급탕, 난방 시스템은 센서에 의해 태양열 축열조 각 부의 온도, 태양열집열기 온도, 난방수 온도 등을 감지하고 태양열집열기 및 가스보일러와 연결된 열교환코일을 축열조 내부에 각각 설치하여, 난방열원으로 태양열과 가스보일러를 사용함과 아울러 온수가열 열원으로 태양열을 사용하되 센서에 감지된 각 부분의 온도에 따라 필요할 때 온수가열 및 난방 가열의 보조열원으로 가스보일러를 이용하도록 한 발명이다.

그러나 이러한 발명은 센서를 이용하여 가정용 보일러와의 연계는 가능할지 모르나 날씨 변환에 따른 난방 온도의 변화에는 대처하기 어려운 문제가 있다.

다시 말해, 상기한 종래 보일러 이외에 모든 종류의 보일러는 실내외의 온도 변화에 따른 보일러의 가동 및 열매체의 흐름을 제어하는 기능이 없어 날씨 변화 및 사용자의 설정 온도에 따른 변화에 효과적으로 대처하기 어려운 문제가 있다.

또한, 이러한 종래의 태양열 보일러는 온도에 변화에 따른 체계적인 대처가 어려운 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 날씨 변화 및 사용자에 의해 설정된 온도의 변화에 따라 열매체의 공급량을 조절하고, 급수량 및 온수를 제어하여 태양열 보일러의 본래 기능인 에너지 절약을 가능하게 하고, 환경을 보호하며, 열 효율을 향상시킬 수 있는 태양열 보일러 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 체계화된 데이터를 바탕으로 보일러를 가동함으로써 사용자에게 편의를 제공하고, 에너지 절감 효과를 통해 경제적인 이득을 얻을 수 있는 태양열 보일러 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 사용자가 설정한 설정 온도와, 감시부에 의해 감지된 실내, 외 온도를 비교하여 이를 바탕으로 사용자가 원하는 실내 온도를 유지시킴으로써, 불필요한 에너지의 낭비를 방지할 수 있는 태양열 보일러 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명은 태양열 집열을 위해 설치되는 강화유리를 가지며, 온실 효과를 통해 집열 도관에 흐르는 열매체를가열하여 공급하는 집열 유니트; 내부 공간에 상수가 급수되어 충수 되며, 이 내부 공간의 하부에 상기 집열도관과 연결되는 축열 도관이 구비되어 상기 집열 도관에서 공급된 열매체가 축열 도관을 따라 흐르면서 상수에 열을 전달하여 가열하는 축열 탱크; 상기 축열 탱크에서 공급된 온수를 재가열하여 공급하는 보조 보일러;

상기 보조 보일러에서 공급된 온수로 펌핑하여 실내를 난방하는 난방 수단; 상기 집열 유니트의 집열 도관과 축열 탱크의 축열 도관을 연결하여 열매체를 공급하는 열매체 순환관; 상기 열매체 순환관에 흐르는 열매체의 일부를 저장하여 보일러의 가동에 따라 재공급하는 열매체 일시 저장관; 상기 집열 유니트에 손실된 열매체를 보충하는 보충 탱크를 구비하되, 보충 탱크에서 공급되는 열매체는 인접하여 설치된 팽창 탱크와 감압 펌프를 통과하여 공급되도록 하는 열매체 공급량 조절부; 실외에 설치되는 집열 유니트에 근접하여 구비되고, 사용자가 원하는 실내에 각각 설치되어 온도를 감지하는 실내외 온도 감지부로 이루어진 감지부; 상기 실내외 감지부에서 입력된 온도와 사용자에 의해 설정된 온도를 1차, 2차 비교하여 그 편차에 따라 보일러를 가동하는 제어부;로 구성된 기술적인 특징을 갖는 것으로 달성된다.

본 발명은 첫째, 태양열을 이용하여 환경을 보호하고, 에너지를 절감하며, 그에 따른 경제적인 이득을 얻을수 있는 발명이다.

둘째, 본 발명의 태양열 보일러 시스템은 실내, 외의 온도와 사용자에 의해 입력된 설정 온도를 비교하여 보일러의 가동을 결정하고, 결정된 값을 바탕으로 열매체의 온도 및 공급량, 온수의 온도, 상수의 공급량을 감지하며 보일러를 가동시킴으로써, 체계적인 에너지 관리가 가능하며, 또한 날씨 변화에 효과적으로 대처할 수 있는 발명이다.

셋째, 본 발명의 태양열 보일러는 자동화된 시스템을 바탕으로 온도 변화에 따라 정적 온도를 유지시킴으로써 소비자에게 편리함을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 태양열 보일러 시스템의 계통도,
도 2는 본 발명 태양열 보일러 시스템의 사시도,
도 3은 본 발명 태양열 보일러 시스템에서 열매체의 흐름을 나타낸 일 측면도,
도 4는 본 발명 태양열 보일러 시스템의 요부 확대도,
도 5는 본 발명 태양열 보일러 시스템의 순서도,

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 첨부된 도 1은 본 발명 태양열 보일러 시스템의 계통도이고, 도 2는 본 발명 태양열 보일러 시스템의 사시도 이며, 도 3은 본 발명 태양열 보일러 시스템에서 열매체의 흐름을 나타낸 일측면도 이다.

또한, 도 4는 본 발명 태양열 보일러 시스템의 요부 확대도 이며, 도 5는 본 발명 태양열 보일러 시스템의 순서도를 도시한 것이다.

도면에서 본 발명의 태양열 보일러 시스템은 청구범위에 국한하여 다양한 형태로 변형 실시될 수 있다. 즉 본 발명은 명세서에 기재된 보일러 시스템 이 외에 다른 형태의 보일러 시스템에도 적용될 수 있다.

도면에서 본 발명의 태양열 보일러 시스템(10)은 기본적으로 열매체가 충진되며, 강화유리를 통해 집열된 태양열로 집열 도관에 흐르는 열매체를 가열하고, 이 열매체를 축열탱크에 공급하여 축열탱크에 충수된 상수와 열교환이 이루어지도록 하는 것으로,

강화유리(102)를 가지며, 온실 효과를 통해 집열 도관(130)에 흐르는 열매체를 가열하여 공급하는 집열 유니트(100)와; 상기 집열 유니트(100)에서 공급된 열매체의 열이 전열되어 내부에 충수된 상수를 가열하되, 가열된 온수를 공급하는 축열 탱크(200)와; 가스 혹은 기름을 열원으로 하며, 상기 축열탱크(200)에서 공급된 온수를 재가열하여 공급하는 보조 보일러(300) 및, 상기 보조 보일러(300)에서 공급된 온수를 순환시켜 실내를 난방하는 난방 수단(400)으로 이루어진다.

또한, 본 발명의 핵심이라 할 수 있는 열매체 일시 저장관(520)은 집열 유니트(100)로부터 축열탱크(200)에 배관되어 열매체를 공급하는 열매체 순환관(500)에 연결되어 이 열매체 순환관(500)을 통과하는 열매체의 일부를 제어부(900)의 신호에 따라 일시 저장함으로써 급격한 온도 변화에 대처할 수 있도록 하는 것이다.

또, 본 발명은 집열 유니트(100)에 열매체를 보충하는 보충 탱크를 갖는 열매체 조절부(600)가 구비하되, 상기 보충 탱크와 열매체 순환관을 연결하여 과부하가 발생할 때 열매체의 일부를 보충 탱크에 공급하여 재사용 할 수 있도록 하고, 실내외 온도 및 습도와 열매체 온도, 온수 온도를 주기적으로 감지하는 감지수단(800)이 갖추어짐과 아울러 이들 감지수단과 사용자에 의해 설정된 설정 온도를 비교하여 보일러를 가동시키는 제어부(900)로 구성된다.

- 집열 유니트(100)

상기 집열 유니트(100)는 실외 옥상, 지붕 혹은 실외 바닥 등에 설치되는 것으로, 함체형의 케이스(110)의 내부에 공간을 가지며, 이 공간에 단열재(120)를 구비하고, 이 단열재(120)의 상면에 집열 도관(130)을 안착시킨 구성으로, 상기 집열 도관(130)에는 열매체가 공급되어 순환하며, 케이스(110) 상부에는 강화 유리(102)가 갖추어진 구성이다.

이러한 구성의 집열 유니트(100)는 태양열에 의한 온실 효과를 이용하여 열매체를 가열하고, 가열된 열매체를 집열 도관(130)과 연결된 후술하는 열매체 순환관(500)을 통해 축열 탱크(200)에 공급한다.

- 축열 탱크(200)

상기 축열 탱크(200)는 내부에 공간을 갖는 탱크로, 이 내부 공간에 상수가 급수되어 충수되고, 내측 하부에 축열 도관(210)에 배관된 구성으로, 상기 집열 유니트(100)에서 공급된 열매체가 이 축열 도관(210)을 따라 흐르면서 상수에 열을 전달하는 즉, 열교환을 통해 상수를 가열하여 온수가 공급되도록 하는 구성이다.

- 보조 보일러(300)

상기 축열 탱크(200)에서 공급된 온수는 재가열을 통해 난방 수단(400)으로 공급된다. 이를 위해 본 발명의 태양열 보일러 시스템(10)에는 가스, 기름 혹은 목탄을 열원으로 하는 보조 보일러(300)가 구비된다.

여기서 보조 보일러(300)는 일반적으로 각 가정에 사용되는 보일러이며, 경우에 따라서는 그 작동을 멈추고 사용하지 않을 수도 있다.

예컨대 여름철 및 봄 가을에는 축열 탱크(200)에서 공급되는 온수만으로 충분히 난방이 가능함으로 보조 보일러는 사용되지 않을 수 있다.

난방 수단(400)

상기 난방 수단(400)은 각 가정에 배관되어 난방 및 온수 공급을 가능케 하는 것으로, 실내 바닥에 깔려지는 배관(410)과 보조 보일러(300) 혹은 축열 탱크(200)와 연결되어 온수를 공급하는 온수 공급관(420)으로 구성되며, 모터(430)가 갖추어져 온수가 순환될 수 있도록 한다.

- 열매체 순환관(500)

상기 집열 유니트(100)와 축열 탱크(200) 사이에 배관되어 열매체를 공급하는 열매체 순환관(500)은 축열 탱크(200)의 내부에 배관된 축열 도관(210)과 연결되어 열매체를 공급하는 구성으로, 중앙에 하기에 설명되는 열매체 일시 저장관(520)이 연결된다.

- 열매체 일시 저장관(520)

본 발명의 핵심 기술 중에 하나인 열매체 일시 저장관(520)은 열매체 순환관(500)을 따라 흐르는 열매체의 일부를 공급받아 일시 저장하고, 저장된 열매체를 집열 유니트(100)에 공급하여 온도 변화에 대처할 수 있도록하는 것이다.

다시 말해, 집열 유니트(100)에서 가열된 열매체는 열매체 순환관(500)을 통해 축열 탱크(200)에 공급되고, 열교환 후 다시 열매체 공급관(660)을 통해 집열 유니트(100)로 유입된다.

이 과정에서 열매체 순환관(500)에 흐르는 열매체의 일부가 제어부(900)의 신호에 따라 저장관(520)에 공급되는데, 제어부(900)는 일시 저장관(520)의 상단 및 하단 각각에 구비된 밸브(920)를 개폐시켜 저장, 공급이 이루어지도록 하는 것이다.

이러한 일시 저장관(520)에 구비된 열매체는 날씨의 변화 및 설정 온도의 변화에 따라 집열 유니트에 공급되어 열매체의 공급량을 빠르게 증가시켜 빠른 대처가 가능하도록 하는 것이다.

-열매체 공급량 조절부(600)

열매체 공급량 조절부(600)는 열매체를 보충하여 원활한 난방이 이루어지도록 하는 것으로, 열매체 보충 탱크(620)와, 팽창 탱크(640) 및 감압 펌프(660) 그리고 열매체 공급관(680)으로 구성된다.

열매체 보충 탱크(620)는 증발 등에 의해 모자란 열매체를 인위적으로 보충하며, 팽창 탱크(640)와 감압 펌프(660)는 공급된 열매체는 팽창 및 감압 과정을 거처 집열 유니트(100)에 공급된다.

한편, 상기 열매체 공급관(680)은 축열 탱크(200)와 연결되어 열매체를 회수함과 동시에 열매체 보충탱크(620)에서 공급된 열매체가 팽창 탱크(640)를 거처 감압 펌프(660)를 통과한 열매체도 공급될 수 있도록 연결되어 있다.

또한, 상기 열매체 보충 탱크(620)는 상기 열매체 순환관(500)과 연결된 제 1바이패스관(662)과 이 바이패스관(662)과 열매체 공급관(680)과 연결된 제 2바이패스관(664)을 갖는다.

상기 제 1바이패스관(662)은 열매체 순환관(500)을 따라 흐르는 과정에서 과부하가 발생하면 제어부(900)의 지시에 따라 열매체를 보충 탱크에 공급하는 것이고, 제2바이패스관(664)은 축열탱크에서 열교환을 마친 열매체의 일부를 제 1바이패스관(662)으로 순환시켜 재공급이 이루어지도록 하는 것이다.

- 룸 제어기(700)

룸 제어기(700)는 각종 건축물 및 가정의 실내에 설치되는 것으로, 사용자에 의해 온도가 설정되고 설정된 온도는 제어부(900)에 입력되어 난방 온도가 조절될 수 있도록 하는 것으로, 로타리식 혹은 버튼식으로 구성된다.

- 감지수단(800)

본 발명에 적용되는 감지수단(800)은 실외 온도와 실내 온도를 감지하는 실내, 외 온도 감지부(820)와, 집열유니트(100)를 통과한 열매체가 축열 탱크(200)로 유입될 때의 온도를 감지하는 열매체 입력온도 감지부(840)와, 열교환 후 축열 탱크(200)에서 빠져나온 열매체의 온도를 감지하는 열매체 출력 온도 감지부(860) 및 온수의 온도를 감지하는 온수 감지부(880)로 구성되며, 여기에 상수 급수량을 측정하는 상수 제어부(802)로 구성된다.

상기 실내, 외 온도 감지부(820) 중 실외 온도 감지부는 집열 유니트(100)에 근접하게 설치되어 실외 온도를 감지하고, 사용자가 원하는 실내에 설치되어 실내 온도를 감지하여 제어부(900)에 측정값을 입력한다.

상기 열매체 입력 및 출력 온도를 감지하는 감지부(840)(860)는 축열 탱크에 인접하게 설치되어 정확한 온도를 측정하여 제어부에 그 신호를 입력하되, 제어부(900)는 입력된 온도와 출력 온도를 비교하여 기 설정된 온도 이상이며, 상기 제 1바이패스관(662)을 개방하여 열매체의 공급량을 조절한다.

제 2바이패스관(664) 역시 동일한 기능을 가지며, 본 발명에서 이를 통해 열매체의 공급량을 조절하여 에너지절약은 물론 열 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.

상기 온수 감지부(880)는 보조 보일러에 인접되게 설치되어 온수의 온도를 감지하여 제어부에 전달하되, 제어부(900)는 온수 온도가 낮거나 높음을 감안하여 상기 제 1,2 바이패스관과 일시 저장관을 개방하여 열매체의 흐름을 제어한다.

한편, 상기 실내, 외 온도 감지부(820)는 그 값을 지속적으로 저장하여 계절별, 월별 그리고 일별 평균 온도가 산출될 수 있도록 한다.

즉 상기 실내외 온도 감지부(820)에서 감지된 온도는 후술하는 제어부에서 지속적으로 저장하여 보일러 가동에 활용될 수 있도록 한다. 이에 대해서는 후술한다.

- 제어부(900)

상기 제어부(900)는 보일러의 가동을 제어하여 실내 난방은 물론 급탕을 가능하게 하는 것으로, 감지수단에서 입력된 측정값과 사용자에 의해 설정된 설정값을 비교하여 보일러를 제어한다.

즉, 사용자가 룸 제어기(700)를 통해 난방 온도를 설정하면 그 설정값이 제어부(900)에 입력되고, 제어부(900)는 수시로 입력되는 상기 감지수단(800)의 실내외 감지부(920)의 입력값과 비교하여 그 비교값에 따라 난방 온도를 높일 것인가 혹은 낮출 것인가를 결정한다.

보일러의 가동이 결정되면 제어부(900)는 각 감지부(820)(840)(860) 그리고 상수 제어부(880)로부터 다시 신호를 받게 되고 이들 값에 따라 열매체와 온수의 흐름을 조절하여 실내 온도를 높이거나 혹은 낮추게 된다.

다음은 이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 사용 상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 태양열 보일러(10)는 사용자에 의한 온도 설정으로부터 시작된다. 각 가정이나 건축물의 실내에 설치된 룸 제어기(700)를 통해 사용자가 온도를 설정하면, 제어부(900)는 먼저 사용자에 의해 입력된 설정값과 실외 감지부(820)에서 입력된 측정값을 비교하여 산출하고 그 비교값에 따라 보일러를 가동한다.

다시 말해, 사용자에 의해 온도가 설정되면, 상기 제어부(900)는 실내, 외 감지부(920)에서 입력된 실내 온도와 실외 온도를 1차적으로 비교하고, 다시 실내외 감지부(920)에서 입력된 온도 중 실외 온도와 사용자의 설정 온도를 비교하여 2차 비교값을 얻는다.

다음은 본 발명의 구체적인 실시예이다.

- 혹한기

날씨가 추운 혹한기 경우 제 2비교값이 제 1비교값 보다 항상 크다.

예컨대, 실외 온도가 -10℃이고, 실내 온도가 15℃라면, 제어부(900)는 1차 비교에서 25를 얻을 것이다. 여기서 사용자가 룸제어기(700)를 통해 실내 온도를 25℃로 설정하였다면, 제어부는 2차 비교 즉, 실외 온도와 설정 온도의 비교에서 35를 얻을 것이다.

따라서 제어부(900)는 제 2비교값이 제 1비교값 보다 크기 때문에 보일러의 가동을 결정한다.

반대로 혹서기의 경우

실외 온도를 30℃로 가정하고, 실내 온도는 35℃ 그리고, 설정온도가 5℃라면, 1차 비교값에서는 5를 얻을 것이고, 2차 비교값에서는 설정 온도가 실외 온도보다 낮게 설정되게 때문에 온도를 낮추는 것이라 판단하고 -25를 얻게 된다.

다시 말해, 본 발명의 제어부(900)는 설정 온도가 실외 온도보다 낮은 경우 (설정 온도-실외 온도)로 산출하고, 실외 온도보다 실내 온도가 낮은 경우에도 (실외 온도-실내 온도)로 산출하여 결과를 얻는다.

따라서, 제 1비교값 5 보다 제 2비교값 -25가 낮기 때문에 보일러는 가동하지 아니한다.

또 다른 예로,

실외 온도 20℃, 실내 온도 17℃, 설정 온도 19℃인 경우이다. 앞서 설명한 바와 같이 실내 온도가 높기 때문에 제 1비교값은 -3이 된다. 그리고 제 2비교값은 -1이 되고 따라서 제 2비교값이 높기 때문에 보일러는 가동한다.

보일러의 가동이 결정되면 제어부(900)는 열매체를 순환시켜 축열 탱크(200)에 충수된 상수를 가열하고, 축열탱크에서 가열된 상수는 보조 보일러(300) 혹은 직접적으로 난방수단(400)에 공급하여 실내 난방이 이루어지도록 한다.

실내 난방이 설정 온도에 도달하면, 제 1비교값과 제 2비교값의 편차는 0이 될 것이고, 제어부(900)는 열매체의 일부를 일시 저장관(520)에 공급하여 저장한다. 이는 실내 온도 및 온수의 온도가 설정 온도에 도달했기 때문에 일정 시간 동안은 그 온도를 유지할 수 있기 때문이며, 이때에 각 펌프의 가동을 저속으로 혹은 멈춰 에너지를 절감할 수 있도록 한다.

일정 시간 후 온수 온도가 일정 범위 이상 떨어지면 제어부(900)는 열매체 일시 저장관(520)을 밀폐하고 있는 밸브를 개방하여 집열 유니트(100)에 공급하여 열교환을 마친 열매체와 혼합되어 급격하게 가열될 수 있도록 한다.

여기서 일시 저장관에 저장된 열매체의 공급을 1차적으로 온수의 온도로 결정하는 것은 온수 사용 및 급탕을 많이 사용하기 때문이다. 물론 실내 온도가 낮아지며 제 1비교값, 제 2비교값의 편차 변화하기 때문에 열매체는 공급된다.

또한, 본 발명의 제어부(900)는 열매체 입력온도 감지부(840)와, 열교환 후 축열 탱크(200)에서 빠져나온 열매체를 감지하는 열매체 출력 온도 감지부(860)의 온도에 따라서도 저장관을 개방할 수 있다.

이들의 온도가 어떠한 요인 예컨대, 날씨 변화에 따라 집열 유니트(100)에 태양열이 원하는 온도만큼 도달하지 아니하면 열매체의 온도가 낮아질 수 있다. 이때 본 발명의 제어부는 저장관에 보관된 열매체를 공급하는 것이다.

10 : 보일러 시스템 100 : 집열 유니트
102 : 강화 유리 130 : 도관
200 : 축열 탱크 210 : 축열 도관
300 : 보조 보일러 400 : 난방 수단
500 : 열매체 순환관 520 : 열매체 저장관
600 : 공급량 조절부 620 : 보충 탱크
640 : 팽창탱크 700 : 룸 제어기
800 : 감지부 820 : 실내외 감지부
900 : 제어부

Claims

태양열을 열원하는 보일러로써,
태양열 집열을 위해 설치되는 강화유리를 가지며, 온실 효과를 통해 집열 도관에 흐르는 열매체를 가열하여 공급하는 집열 유니트;
내부 공간에 상수가 급수되어 충수 되며, 이 내부 공간의 하부에 상기 집열 도관과 연결되는 축열 도관이 구비되어 상기 집열 도관에서 공급된 열매체가 축열 도관을 따라 흐르면서 상수에 열을 전달하여 가열하는 축열탱크;
상기 축열 탱크에서 공급된 온수를 재가열하여 공급하는 보조 보일러;
상기 보조 보일러에서 공급된 온수로 펌핑하여 실내를 난방하는 난방 수단;
상기 집열 유니트의 집열 도관과 축열 탱크의 축열 도관을 연결하여 열매체를 공급하는 열매체 순환관;
상기 열매체 순환관에 흐르는 열매체의 일부를 저장하여 보일러의 가동에 따라 재공급하는 열매체 일시 저장관;
상기 집열 유니트에 손실된 열매체를 보충하는 보충 탱크를 구비하되, 보충 탱크에서 공급되는 열매체는 인접하여 설치된 팽창 탱크와 감압 펌프를 통과하여 공급되도록 하는 열매체 공급량 조절부;
실외에 설치되는 집열 유니트에 근접하여 구비되고, 사용자가 원하는 실내에 각각 설치되어 온도를 감지하는 실내외 온도 감지부로 이루어진 감지부;
상기 실내외 감지부에서 입력된 온도와 사용자에 의해 설정된 온도를 1차, 2차 비교하여 그 편차에 따라 보일러를 가동하는 제어부;로 구성된 것을 특징으로 하는 태양열 보일러 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 열매체 순환관은 집열 유니트에 설치된 집열 도관과 축열 탱크에 배관에 축열 도관 사이에 배관되어 열매체를 공급하되, 열매체 저장관은 축열 도관과 집열 유니트를 연결하여 열교환이 이루어진 열매체를 집열 유니트에 공급하는 열매체 공급관과 상기 열매체 순환관 사이에 배치된 것을 특징으로 태양열 보일러 시스템,
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 열매체 저장관은 선단 열매체 순환관과 근접하여, 그리고 하단 열매체 열매체 공급관에 근접된 위치 각각에 밸브가 구비되어 제어부에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 태양열 보일러 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 열매체 공급량 조절부의 보충 탱크와 열매체 순환관 사이에 제 1바이패스관이 구비되어 열매체의 과다 공급시 제어부의 제어에 따라 열매체의 일부가 보충 탱크로 흘러들어가도록 하는 것을 특징으로 하는 태양열 보일러 시스템.
제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 축열 탱크와 집열 유니트는 열매체 공급관으로 연결되어 열교환이 이루어 관이 구비되어 열교환을 마친 열매체의 일부를 보충 탱크로 유입시키는 것을 특징으로 하는 태양열 보일러 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 감지부는 실내 및 실외 온도를 감지하는 실내외 감지부를 구비하고, 집열 유니트를 통과하여 축열 탱크에 공급된 열매체를 감지하는 열매체 입력온도 감지부를 가지며, 열교환 후 축열 탱크에서 빠져나온 열매체의 온도를 감지하는 열매체 출력 온도 감지부 및 온수의 온도를 감지하는 온수 감지부로 구성된 것을 특징으로 하는 태양열 보일러 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는 감지부의 실내외 온도 감지부에서 입력된 온도를 1차 비교하여 제 1비교값을 얻고, 실외 온도와 사용자에 의해 설정된 온도를 비교하여 제 2비교값을 산출하여, 이들 제 1비교값과 제 2비교값을 대비하여 제 2비교값이 큰 경우 보일러의 가동을 결정하는 것을 특징으로 하는 태양열 보일러 시스템.
제 1항 또는 제 7항에 있어서, 상기 제어부는 사용자의 설정 온도가 실외 온도보다 낮은 경우 설정 온도에서 실외 온도 뺀 것으로 제 1비교값을 얻고, 실외 온도보다 실내 온도가 낮은 경우에도 실외 온도에서 실내 온도 뺀 것으로 제 2비교값을 얻어 제 1비교값과 제 2비교값을 대비하여 판단하는 것을 특징으로 하는 태양열 보일러 시스템.
태양열을 열원하는 보일러로써,
태양열 집열을 위해 설치되는 강화유리를 가지며, 온실 효과를 통해 강화유리 내측에 구비된 집열 도관에 흐르는 열매체를 가열하여 공급하는 집열 유니트;
내부 공간에 상수가 급수되어 충수되며, 이 내부 공간의 하부에 상기 집열 도관과 연결되는 축열 도관이 배관되어 집열 도관에서 공급되는 열매체가 축열 도관을 따라 흐르면서 상수에 열을 전달하여 가열하는 축열탱크;
상기 축열 탱크에서 공급된 온수를 재가열하여 공급하되, 가스 전기 혹은 목탄 중 어느 하나를 열원으로 하는 보조 보일러;
상기 보조 보일러에서 공급된 온수로 펌핑하여 실내를 난방하는 난방 수단;
상기 집열 유니트의 집열 도관과 축열 탱크의 축열 도관을 연결하여 열매체를 공급하는 열매체 순환관;
상기 열매체 순환관에 흐르는 열매체의 일부를 저장하여 보일러의 가동에 따라 재공급하되, 선단 하단 각각에 밸브가 구비되어 이 밸브의 개폐에 따라 열매체의 저장 혹은 공급이 이루어지도록 하는 열매체 일시 저장관;
상기 집열 유니트에 손실된 열매체를 보충하는 보충 탱크를 구비하되, 이 보충 탱크에서 공급되는 열매체는 인접하여 설치된 팽창 탱크와 감압 펌프를 통과하여 공급되도록 하되, 상기 보충 탱크와 상기 열매체 순환관 사이에 바이패스관이 구비되어 열매체 순환관을 따라 흐르는 열매체의 일부가 보충 탱크에 공급될 수 있도록 하는 열매체 공급량 조절부;
실외에 설치되는 집열 유니트에 근접하여 구비되고, 사용자가 원하는 실내에 각각 설치되어 온도를 감지하는 실내외 온도 감지부를 가지며, 집열 유니트를 통과하여 축열 탱크에 공급된 열매체를 감지하는 열매체 입력온도 감지부를 구비하고, 열교환 후 축열 탱크에서 빠져나온 열매체의 온도를 감지하는 열매체 출력 온도 감지부 및 온수의 온도를 감지하는 온수 감지부로 이루어진 감지부;
상기 실내외 감지부에서 입력된 온도를 비교하여 제 1비교값을 산출하고, 상기 실외 온도 감지부에서 입력된 실외 온도와 사용자에 의해 설정된 설정 온도를 비교하여 제 2비교값을 산출한 다음, 상기 제 1비교값과 제 2비교값을 대비하여 보일러의 가동을 결정하는 제어부;
로 구성된 것을 특징으로 하는 태양열 보일러 시스템.