KR20220155807A - 발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템 - Google Patents
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Abstract
발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템은, 외부 전원 공급원으로부터 공급되는 전원을 저장하기 위한 전기 저장장치; 및 상기 전기 저장장치로부터 공급되는 전원을 발열체에 인가하여 열매체유를 가열하고, 상기 열매체유로 온수 및 난방수를 승온시키도록 된 열매체 보일러를 포함하고, 상기 열매체 보일러가 작동하지 않을 때 상기 전기 저장장치로부터 공급되는 전원으로 작동하여 발전하고 발전된 전원은 상기 전기 저장장치에 저장하는 보조 발전수단이 구비되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 외부로부터 전원을 공급받아 저장하면서 열매체 보일러를 가동시키고, 보일러가 가동되지 않을 때에는 보조 발전수단을 작동시켜 전원을 보충하도록 된 발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템에 관한 것이다.
지구 온난화 해소 및 화석 연료 고갈에 대한 대책으로서, 신재생 에너지에 대한 관심과 관련 기술의 개발이 적극적으로 이루어지고 있다. 특히, 풍력, 태양광, 연료 전지 시스템 등의 신재생 에너지 시스템에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이들을 이용하는 경우에 있어서, 각각의 독립적이고, 전용의 전력변환장치 및 이를 제어하는 장치를 제조 또는 사용한다.
일반적으로, 태양광 발전 시스템이라 함은 태양전지를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 시스템으로서, 독립 전력원으로 이용되거나 또는 계통 연계형 태양광 발전 시스템으로 상용교류전원의 계통과 연계되어 보조 전력원으로 이용된다.
한편, 실내의 난방이나 온수를 공급하기 위하여 보일러를 사용하게 되는데, 이러한 일반적인 보일러는 석유, 석탄, 가스 등과 같은 화석연료를 연소시켜 그 연소열에 의해 물을 가열하게 된다. 그런데 이러한 화석연료를 연소시키는 과정에서 환경을 오염시킬 수 있는 배기가스가 발생하게 되는 문제점이 있어서, 최근에는 새롭게 대두 되고 있는 보일러가 전기를 이용한 전기 보일러이다.
전기 보일러는 발열체로 물을 가열하여 난방이나 온수를 사용하도록 구성된다.
종래기술로서, 대한민국공개특허 제10-2001-67842호(2001.07.13)에는 보조 발전수단을 갖는 전기 보일러가 개시되어 있다. 종래기술에 의한 보조 발전수단을 갖는 전기 보일러는, 열매체(20)가 충전된 저장탱크(22)와, 이 저장탱크(22)에 설치되어 열매체(20)를 가열시키는 전기히터(28)를 포함하여 구성된 전기보일러에 있어서, 상기 전기히터(28)의 전원 입력단에는 정류기(14)와 평활회로(16)가 구비된 A/D 변환부(10)가 더 구비되어, 전원공급측에서 공급되는 교류전원(12)을 상기 A/D변환부(10)를 통해서 직류전원으로 컨버팅하여, 이 컨버팅된 직류전원을 상기 전기히터(28)에 공급하도록 구성된 것이다.
이러한 보조 발전수단을 갖는 전기 보일러에 의하면, A/D변환부를 사용하여 교류전원을 직류로 컨버팅하여 이 직류전원을 전기히터에 공급함으로써, 전기히터의 출력을 일정하게 유지시키고, 교류에서 발생하던 무효전력분을 제거함으로써, 효율을 높여 전력소비량을 줄일 수 있었으나, 높은 전력 소비를 요구하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 열매체유를 이용하는 직류 전기 보일러에 있어서, 외부로부터 전원을 공급받아 배터리에 저장하고, 저장된 전원으로 열매체 보일러를 가동시키며, 보일러가 가동되지 않을 때에는 보조 발전수단을 구동시켜 전원을 보충하도록 된 발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 열매체유를 이용하는 직류 전기 보일러의 온수나 열매체유와 상온수의 온도 차이를 이용하여 보조 발전수단을 구동시켜 전원을 보충하도록 된 발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 외부 전원 공급원으로부터 공급되는 전원을 저장하기 위한 전기 저장장치; 및 상기 전기 저장장치로부터 공급되는 전원을 발열체에 인가하여 열매체유를 가열하고, 상기 열매체유로 온수 및 난방수를 승온시키도록 된 열매체 보일러를 포함하고, 상기 열매체 보일러가 작동하지 않을 때 상기 전기 저장장치로부터 공급되는 전원으로 작동하여 발전하고 생산된 전기는 상기 전기 저장장치에 저장하는 발전수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템에 의해 달성된다.
상기 외부 전원 공급원은, 태양광 발전장치 및 산업용이나 가정용 콘센트로 이루어질 수 있다.
상기 발전수단은, 상기 전기 저장장치로부터 인가되는 전원에 의해 구동되는 구동모터; 및 상기 구동모터에 의해 회전 작동되어 전기를 발전시키기 위한 발전기를 포함하여, 상기 전기 저장장치로부터 인가되는 전원을 이용하여 발전하도록 구성될 수 있다.
상기 발전수단은, 상기 열매체 보일러의 작동으로 열메체유가 승온되면, 상기 열매체유의 열 에너지를 전기 에너지로 변환하여 상기 전기 저장장치에 저장하는 보조 발전수단이 구비될 수 있다.
상기 보조 발전수단은, 상기 열매체 보일러에서 승온된 열매체유의 열을 이용하여 발전하도록, 상기 열매체 보일러로부터 가열된 열매체유를 공급받아 임시 저장하기 위한 제1 임시 수용탱크; 상기 열매체 보일러로부터 상온수를 공급받아 임시 저장하기 위한 제2 임시 수용탱크; 및 한쪽은 상기 제1 임시 수용탱크의 열매체유에 노출되고, 다른 한쪽은 상기 제2 임시 수용탱크의 상온수에 노출되어 열매체유와 상온수의 온도차에 의해 전기를 발생시키는 열전소자로 이루어질 수 있다.
상기 보조 발전수단은, 상기 열매체 보일러와 상기 제1 임시 수용탱크를 연결하고 밸브들을 구비하여 마련되는 제1 공급관 및 제1 회수관과, 상기 제1 임시 수용탱크에 임시 수용되는 열매체유의 온도를 감지하기 위한 제1 온도 감지센서와, 상기 제1 온도 감지센서가 감지한 열매체유의 온도가 설정온도보다 낮으면 상기 열매체 보일러의 열매체유를 상기 제1 임시 수용탱크로 순환시키기 위한 제1 순환펌프를 포함하는 제1 순환부; 및 상기 열매체 보일러와 상기 제2 임시 수용탱크를 연결하고 밸브들을 구비하여 마련되는 제2 공급관 및 제2 회수관과, 상기 제2 임시 수용탱크에 임시 수용되는 상온수의 온도를 감지하기 위한 제2 온도 감지센서와, 상기 제2 온도 감지센서가 감지한 상온수의 온도가 설정온도보다 높으면 상기 열매체 보일러의 상온수를 상기 제2 임시 수용탱크로 순환시키기 위한 제2 순환펌프를 포함하는 제2 순환부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 보조 발전수단은, 상기 열매체 보일러에서 승온된 열매체유의 열을 이용하여 발전하도록, 상기 열매체 보일러 또는 상수도관으로부터 상온수를 공급받아 임시 저장하기 위한 제3 임시 수용탱크; 상기 제3 임수 수용탱크와 상기 열매체 보일러의 열매체유 탱크 사이에 배치되는 단열체; 및 한쪽은 상기 제3 임시 수용탱크의 상온수에 노출되고, 다른 한쪽은 상기 열매체유 탱크에 수용된 열매체유에 노출되어 상온수와 열매체유의 온도차에 의해 전기를 발생시키도록 상기 단열체에 설치되는 열전소자로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 외부로부터 전원을 공급받아 전기 저장장치에 저장하고, 저장된 전원으로 열매체 보일러를 가동시키며, 보일러가 가동되지 않을 때에는 발전수단을 구동시켜 발전하여 전원을 보충하도록 구성됨으로써, 직류 전기 보일러의 우수한 성능을 유지하면서도 전기 에너지를 현저하게 절약할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
또한, 열매체 보일러의 온수와 냉수 또는 상온수와 열매체유의 온도차를 이용하여 열 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전기를 발생시킬 수 있음으로써, 별도의 에너지 소모가 발생하지 않고, 특히 고온으로 승온되는 열매체유의 열을 이용하므로 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 변환효율이 향상될 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 외부 전원이 전기 저장장치에 임시로 저장된 후 열매체 보일러에 사용되므로, 외부의 전원이 차단(정전 등)되더라도 열매체 보일러의 작동이 원할하게 이루어질 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 종래기술에 의한 전기 보일러를 도시한 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템을 도시한 개략적 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템을 도시한 개략적 블럭도이다.
도 4는 도 3에 도시된 보조 발전수단의 다른 실시예를 설명하기 위한 개략적 구성도이다.
도 5는 도 3에 도시된 보조 발전수단의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 개략적 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템을 도시한 개략적 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템을 도시한 개략적 블럭도이다.
도 4는 도 3에 도시된 보조 발전수단의 다른 실시예를 설명하기 위한 개략적 구성도이다.
도 5는 도 3에 도시된 보조 발전수단의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 개략적 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 명세서에서, 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서, 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니고, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
첨부된 도면 중에서, 도 2는 본 발명에 따른 발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템을 도시한 개략적 블럭도이고, 도 3은 도 2에 도시된 제2 보조 발전수단을 설명하기 위한 개략적 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템(100)은, 외부 전원 공급원(150)으로부터 공급되는 전원을 저장하기 위한 전기 저장장치(110)와, 전기 저장장치(110)로부터 공급되는 전원을 발열체(122)에 인가하여 열매체유(124A)를 가열하고, 열매체(124)로 온수 및 난방수를 승온시키도록 된 열매체 보일러(120)를 포함한다. 그리고, 열매체 보일러(120)가 작동하지 않을 때 전기 저장장치(110)로부터 공급되는 전원으로 작동하여 발전하고 발전된 전기은 전기 저장장치(110)에 저장하는 발전수단(200A)을 포함한다.
이를 보다 구제척으로 설명한다.
전기 저장장치(110 - Energy Storage System)는, 태양광 발전장치(150A) 및/또는 산업용이나 가정용 콘센트(150B)로 이루어진 외부 전원 공급원(150)으로부터 공급되는 전원을 임시 저장하고 외부의 사용처로 공급하도록 구성된 것이다. 이러한 전기 저장장치(110)는 전원을 임시로 저장하고 있으므로, 외부 전원 공급원(150)으로부터 다양한 원인(정전이나 고장 등)으로 외부 전원이 차단되더라도 열매체 보일러(120)는 전기 저장장치(110)가 허용하는 범위 내에서 원할하게 작동될 수 있다.
외부 전원 공급원(150)은, 전기 보일러 시스템(100)에 외부 전원을 공급하기 위한 것으로, 이러한 외부 전원 공급원(150)은, 태양광 발전장치(150A)만으로 이루어질 수 있고, 산업용이나 가정용 전원 즉, 산업용이나 가정용 콘센트(150B)로만 이루어질 수 있으며, 태양광 발전장치(150A)과 콘센트(150B)로 이루어질 수 있다. 특히, 심야전기가 허용되는 지역에서는 콘센트(150B)로 이루어지는 것이 바람직하다.
전기 보일러 시스템(100)은, 제어부(140)를 구비한다. 제어부(140)는 전기 저장장치(110)에 마련되는 전압 측정기(142)가 감지한 전기 저장장치(110)의 전압이 설정치보다 낮아질 경우에 외부 전원 공급원(150)으로부터 전원을 공급받고, 설정치보다 높을 경우에는 외부 전원을 차단하도록 구성된다.
열매체 보일러(120)는, 열매체유(124A)가 저장되는 열매체유 탱크(124)와, 열매체유 탱크(124)에 배관되는 난방수 파이프(123A) 및 온수 파이프(123B)와, 열매체유 탱크(124) 내부에 설치되는 발열체(122)를 포함하여 구성 된다. 열매체유 탱크(124) 내부에는 잠열재가 내장될 수 있다. 다른 실시예로서 난방수 파이프(123A) 및 온수 파이프(123B)가 열매체유 탱크(124) 내부에 설치되지 않고, 별도의 난방수 탱크와 온수 탱크가 각각 열매체유 탱크(124)와 연통되도록 구성될 수 있다.
전술한 열매체 보일러(120)는 전기 저장장치(110)로부터 공급되는 전원을 발열체(122)에 인가하여 열매체유(124A)를 가열하고, 승온된 열매체유(124A)로 온수 및 난방수를 승온시키도록 구성된다.
그리고, 열매체 보일러(120)의 발열체(122)는 직류에 의해 발열되도록 구성된다. 이는 발열체(122)의 출력을 일정하게 유지시키고, 발열 효율을 높여 전력소비량을 줄이기 위한 것이다.
전기 보일러 시스템(100)는, 열매체 보일러(120)가 작동하지 않을 때 전기 저장장치(110)로부터 공급되는 전원으로 작동하여 발전하고 발전된 전기는 전기 저장장치(110)에 다시 저장하기 위한 발전수단(200A)을 구비한다.
발전수단(200A)은, 전기 저장장치(110)로부터 인가되는 전원을 이용하여 발전하도록 된 것으로, 전기 저장장치(110)로부터 인가되는 전원에 의해 구동되는 구동모터(212)와, 구동모터(212)에 의해 회전 작동되어 전기를 발전시키기 위한 발전기(214)를 포함하여 구성된다. 이러한 발전수단(200A)은 구동모터(212)가 구동됨에 따라 발전기(214)로 발전하고, 발전된 전기를 전기 저장장치(110)를 충전하는 역할을 수행한다.
한편, 전기 보일러 시스템(100)은 외부 전원 공급원(150)으로부터 전기 저장장치(110)로 공급되는 전원을 제어하고, 열매체 보일러(120)를 제어하며, 발전수단(200A)을 제어하기 위한 제어부(140)를 구비한다.
제어부(140)는, 전기 저장장치(110)의 전압 측정기(142)가 감지한 전기 저장장치(110)의 전압을 토대로 외부 전원 공급원(150)로부터 공급되는 전원을 제어하고, 열매체 보일러(120)에 구비되는 온도센서, 발열체(122), 펌프 등을 제어하도록 구성된다.
한편, 발전수단(200A)의 발전기(214)가 교류발전기인 경우에는 발전기(214)에서 발전된 전기는 D.C 인버터를 통하여 직류로 변환된 후 전기 저장장치(110)에 충전된다. 또한, 열매체 보일러(120)가 교류전기를 이용한 보일러로 구성된 경우에 전기 저장장치(110)로부터 열매체 보일러(120)로 공급되는 전원을 교류로 변환하기 위한 D.C 인버터를 구비한다.
이와 같이 구성된 발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템(100)의 작용을 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 외부 전원 공금원(150)으로부터 공급된 전원은 전기 저장장치(110)에 충천되어 임시 저장된다. 이때, 콘센트(150B)로부터 공급되는 교류는 D.C 컨버터에 의해 직류로 변환된 후 저장된다.
이어서 열매체 보일러(120)의 작동신호가 입력되면, 제어부(140)는 전기 저장장치(110)에 저장된 전원을 열매체 보일러(120)로 공급하여 발열체(122)를 발열시킨다.
발열체(122)의 가열로 열매체유(124A)는 가열되어 설정된 온도로 승온되고, 승온된 열매체유(124A)에 의해 온수와 난방수가 승온된다. 승온된 난방수는 난방공간으로 순환하고 온수는 온수 사용처로 공급된다.
이와 같이, 태양광 발전장치(150A)로부터 낮에 발전된 전기와 및 산업용이나 가정용 콘센트(150B)로부터 공급된 전기를 임시로 저장한 후, 열매체 보일러(120)에 전원을 공급하여 작동시킴으로써 에너지를 절감할 수 있다.
특히, 친환경 에너지인 태양광을 이용하는 태양광 발전장치(150A)로부터 발생된 전기를 전기 저장장치(110)에 저장한 후 필요시에 열매체 보일러(120)를 작동시킴으로써 에너지 절약을 실현할 수 있다.
또한, 발전수단(200)이 구비됨으로써, 열매체 보일러(120)가 작동하지 않을 때 전기 저장장치(110)에 저장된 전기로 발전기(214)를 작동시켜 전기를 생산할 수 있음으로써 에너지를 절약할 수 있게 된다.
한편, 첨부된 도면 중에서, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템을 도시한 개략적 블럭도이고, 도 4은 도 2에 도시된 보조 발전수단의 다른 실시예를 설명하기 위한 개략적 구성도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 전기 보일러 시스템(100)은, 보조 발전수단(200B)이 구비된 것을 제외하고는 전술한 실시예와 같다. 즉, 열매체 보일러(120)를 이용하여 발전하도록 구성된 보조 발전수단(200B)이 구비된 것을 제외하고는 전술한 실시예와 같다.
보조 발전수단(200B)은, 열매체 보일러(120)로부터 가열된 열매체유를 공급받아 임시 저장하기 위한 제1 임시 수용탱크(242)와, 열매체 보일러(120)로부터 상온수를 공급받아 임시 저장하기 위한 제2 임시 수용탱크(262)와, 한쪽은 제1 임시 수용탱크(242)의 열매체유에 노출되고, 다른 한쪽은 제2 임시 수용탱크(262)의 상온수에 노출되어 열매체유와 상온수의 온도차에 의해 전기를 발생시키는 열전소자(280)로 이루어진 것이다. 본 실시예에서는 발열체(122)에 의해 고온으로 승온되는 열매체유가 제1 임시 수용탱크(242)로 순환하도록 구성되고, 상온수가 제2 임시 수용탱크(262)로 순환하도록 구성된 것을 기준으로 설명한다, 물론, 열매체유 대신에 온수가 제1 임시 수용탱크(242)로 순환하도록 구성될 수도 있다.
열매체 보일러(120)를 이용하여 발전하는 보조 발전수단(200B)은, 열매체유를 제1 임시 수용탱크(242)로 순환시키기 위한 제1 순환부(H)와, 상온수를 제2 임시 수용탱크(262)로 순환시키기 위한 제2 순환부(C)를 더 구비한다.
제1 순환부(H)는, 열매체 보일러(120)와 제1 임시 수용탱크(242)를 연결하고 밸브(241)들을 구비하여 마련되는 제1 공급관(244A) 및 제1 회수관(244B)과, 제1 임시 수용탱크(242)에 임시 수용되는 열매체유의 온도를 감지하기 위한 제1 온도 감지센서(246)와, 제1 온도 감지센서(246)가 감지한 열매체유의 온도가 설정 온도보다 낮으면 열매체 보일러(120)의 발열체(122)가 가열한 열매체유를 제1 임시 수용탱크(242)로 순환시키기 위한 제1 순환펌프(248)를 포함하여 구성된다. 이러한 제1 순환부(H)는 제1 임시 수용탱크(242)에 수용되는 열매체유의 온도가 설정된 온도를 유지하도록 하는 역할을 한다.
제2 순환부(C)는, 열매체 보일러(120)와 제2 임시 수용탱크(262)를 연결하고 밸브(261)들을 구비하여 마련되는 제2 공급관(264A) 및 제2 회수관(264B)과, 제2 임시 수용탱크(262)에 임시 수용되는 상온수의 온도를 감지하기 위한 제2 온도 감지센서(266)와, 제2 온도 감지센서(266)가 감지한 상온수의 온도가 설정온도보다 높으면 열매체 보일러(120)로부터 상온수를 제2 임시 수용탱크(262)로 순환시키기 위한 제2 순환펌프(268)를 포함하여 구성된다. 이러한 제2 순환부(C)는 제2 임시 수용탱크(262)에 수용되는 상온수의 온도가 설정된 온도를 유지하도록 하는 역할을 한다.
한편, 제1 순환부(H)의 제1 임시 저장탱크(242)와 제2 순환부(C)의 제2 임시 저장탱크(262)에는 수위 감지기도 구비된다.
그리고, 제1 순환부(H) 및 제2 순환부(C)는, 전술한 제어부(140)에 의해 제어된다. 즉, 제어부(140)는, 제1,2 온도 감지센서(246,266)가 감지한 온도를 토대로 제1,2 순환펌프(248,268)를 작동 제어하여 제1,2 임시 저장탱크(242,262)에 임시 수용되는 승온된 열매체유 및 상온수의 온도가 설정된 온도를 유지하도록 한다.
한편, 제2 임시 저장탱크(262)로 순환하는 상온수는, 열매체 보일러(120)에 구비되는 상온수 저장탱크(127)로부터 공급 및 순환되도록 구성될 수 있고, 열매체 보일러(120)와 연결된 상수도 연결관으로부터 분기된 분기관으로부터 공급 받을 수 있고, 이 경우에 온도가 설정치 보다 높아진 상온수는 외부로 배출되거나, 온수나 난방수로 공급될 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 제1 순환부(H)로 열매체유를 순환시키는 것을 기준으로 설명하나 이에 국한되는 것은 아니고, 열매체유에 의해 승온된 온수를 순환시키도록 구성될 수도 있다.
열전소자(280)는, 열매체유와 상온수의 온도차에 의해 전기 에너지를 발생시키도록 구성된 것으로, 열에너지를 전기에너지로 변환하도록 된 소자이다. 즉, 열전소자(280)는, 소자의 양단에 온도 차이를 부여하면 전기를 발생하는 제베크 효과(Seebeck Effect)를 갖는다. 이러한 열전소자(280)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 한쪽은 제1 임시 수용탱크(242) 내에 설치되어 승온된 열매체유에 노출되고, 다른 한쪽은 제2 임시 수용탱크(262) 내에 설치되어 상온수에 노출된다. 따라서 상온수와 이 상온수에 비하여 놓은 온도로 승온된 열매체유의 온도차에 의해 전기를 발생시키게 된다. 열전소자(280)에 의해 발생된 전기는 전기 저장장치(110)에 저장된다.
이와 같이 구성된 다른 실시예에 따른 보조 발전수단(200)은, 제어부(140)에 의해 작동 제어된다.
좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
열매체유는 제1 순환펌프(248)에 의해 제1 임시 수용탱크(242)로 공급되고, 제1 온도 감지센서(246)가 감지한 열매체유의 온도에 따라 열매체유를 순환시킨다. 즉, 제1 임시 수용탱크(242)에 임시 수용되는 열매체유의 온도가 설정된 온도보다 낮으면 상대적으로 온도가 높은 열매체 보일러(120) 내의 열매체유를 제1 임시 수용탱크(242)로 순환시켜 제1 임시 수용탱크(242)에 임시 수용되는 열매체유의 온도가 설정된 온도 이상을 유지하도록 한다.
또한, 상온수는 제2 순환펌프(268)에 의해 제2 임시 수용탱크(262)로 공급되고, 제2 온도 감지센서(266)가 감지한 상온수의 온도에 따라 순환된다. 즉, 제2 임시 수용탱크(262)에 임시 수용되는 상온수의 온도가 설정된 온도보다 높으면 상대적으로 온도가 낮은 열매체 보일러(120) 내의 상온수 또는 상수도관의 상온수를 제2 임시 수용탱크(262)로 순환시켜 제2 임시 수용탱크(262)에 임시 수용되는 상온수의 온도가 설정된 온도 이하를 유지하도록 한다.
제1 임시 수용탱크(242)에 수용되는 열매체유의 온도를 최대한 높게 유지시키고, 제2 임시 수용탱크(262)에 수용되는 상온수의 온도를 최대한 낮게 유지시키는 것은 열전소자(280)의 양쪽에 큰 온도차이를 부여하기 위한 것이다. 즉, 열전소자(280)의 일단이 열매체유에 노출되어 접하고, 타단이 상온수에 노출되어 접한 상태에서, 열매체유와 상온도의 온도 차이가 클수록 열전소자(280)가 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 효율이 향상되기 때문이다.
전술한 과정으로, 열매체 보일러(120)에서 발생되는 열 에너지로부터 변환된 전기 에너지는 전기 저장장치(110)에 저장(충전)된다.
이와 같이, 열매체 보일러(120)에서 발생되는 열 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전기 저장장치(110)에 저장할 수 있음으로써 에너지 절약할 수 있게 된다.
첨부된 도면 중에서, 도 5는 도 3에 도시된 보조 발전수단의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 개략적 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시예에 따른 보조 발전수단(200C)은, 은, 열매체 보일러(120)의 열매체유와 상온수의 온도 차이를 이용하여 발전하도록 구성된 것으로, 열매체 보일러(120) 또는 상수도관으로부터 상온수를 공급받아 임시 저장하기 위한 제3 임시 수용탱크(262A)와, 제3 임시 수용탱크(262A)와 열매체 보일러(120)의 열매체유 탱크(128) 사이에 배치되어 열매체유 탱크(128)의 열이 제3 임시 저장탱크(262A)에 전달되지 않도록 하기 위한 단열체(290)와, 한쪽은 제3 임시 수용탱크(262A) 내에 위치하여 상온수에 노출되고, 다른 한쪽은 열매체유 탱크(128) 내에 위치하여 열매체유(124A)에 노출되어 상온수와 열매체유의 온도차에 의해 전기를 발생시키도록 단열체(290)에 설치되는 열전소자(280)을 포함하여 구성되는 것을 제외하고는 전술한 실시예와 같다.
이때, 제3 임시 저장탱크(262A)는 상수도관과 연결되어 상온수가 연속적으로 순환하도록 구성될 수 있으며, 이를 위하여 순환펌프가 구비될 수도 있다.
이와 같이, 열매체 보일러(120)에서 발생된 열 에너지를 열전소자(280)를 이용하여 전기 에너지로 변환하여 발전함으로써 전기 에너지를 절약할 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 전기 보일러 시스템 110 : 전기 저장장치
120 : 열매체 보일러 122 : 발열체
124 : 열매체유 128 : 열매체 탱크
140 : 제어부 200 : 보조 발전수단
242 : 제1 임시 수용탱크 244A : 제1 공급관
244B : 제1 회수관 246 : 제1 온도 감지센서
248 : 제1 순환펌프 262 : 제2 임시 수용탱크
264A : 제2 공급관 264B : 제2 회수관
266 : 제2 온도 감지센서 268 : 제2 순환펌프
280 : 열전소자 290 : 단열체
262A : 제3 임시 수용탱크 H : 제1 순환부
C : 제2 순환부
120 : 열매체 보일러 122 : 발열체
124 : 열매체유 128 : 열매체 탱크
140 : 제어부 200 : 보조 발전수단
242 : 제1 임시 수용탱크 244A : 제1 공급관
244B : 제1 회수관 246 : 제1 온도 감지센서
248 : 제1 순환펌프 262 : 제2 임시 수용탱크
264A : 제2 공급관 264B : 제2 회수관
266 : 제2 온도 감지센서 268 : 제2 순환펌프
280 : 열전소자 290 : 단열체
262A : 제3 임시 수용탱크 H : 제1 순환부
C : 제2 순환부
Claims (7)
- 외부 전원 공급원으로부터 공급되는 전원을 저장하기 위한 전기 저장장치; 및
상기 전기 저장장치로부터 공급되는 전원을 발열체에 인가하여 열매체유를 가열하고, 상기 열매체유로 온수 및 난방수를 승온시키도록 된 열매체 보일러를 포함하고,
상기 열매체 보일러가 작동하지 않을 때 상기 전기 저장장치로부터 공급되는 전원으로 작동하여 발전하고 생산된 전기를 상기 전기 저장장치에 저장하는 보조 발전수단이 구비되는 것을 특징으로 하는,
발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 발전수단은,
상기 전기 저장장치로부터 인가되는 전원에 의해 구동되는 구동모터; 및
상기 구동모터에 의해 회전 작동되어 전기를 발전시키기 위한 발전기를 포함하여,
상기 전기 저장장치로부터 인가되는 전원을 이용하여 발전하도록 구성된 것을 특징으로 하는,
발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 발전수단은,
상기 열매체 보일러의 작동으로 열메체유가 승온되면, 상기 열매체유의 열 에너지를 전기 에너지로 변환하여 상기 전기 저장장치에 저장하는 보조 발전수단이 구비되는 것을 특징으로 하는,
발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 보조 발전수단은,
상기 열매체 보일러에서 승온된 열매체유의 열을 이용하여 발전하도록,
상기 열매체 보일러로부터 가열된 열매체유를 공급받아 임시 저장하기 위한 제1 임시 수용탱크;
상기 열매체 보일러로부터 상온수를 공급받아 임시 저장하기 위한 제2 임시 수용탱크; 및
한쪽은 상기 제1 임시 수용탱크의 열매체유에 노출되고, 다른 한쪽은 상기 제2 임시 수용탱크의 상온수에 노출되어 열매체유와 상온수의 온도차에 의해 전기를 발생시키는 열전소자로 이루어진 것을 특징으로 하는,
발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 보조 발전수단은,
상기 열매체 보일러와 상기 제1 임시 수용탱크를 연결하고 밸브들을 구비하여 마련되는 제1 공급관 및 제1 회수관과, 상기 제1 임시 수용탱크에 임시 수용되는 열매체유의 온도를 감지하기 위한 제1 온도 감지센서와, 상기 제1 온도 감지센서가 감지한 열매체유의 온도가 설정온도보다 낮으면 상기 열매체 보일러의 열매체유를 상기 제1 임시 수용탱크로 순환시키기 위한 제1 순환펌프를 포함하는 제1 순환부; 및
상기 열매체 보일러와 상기 제2 임시 수용탱크를 연결하고 밸브들을 구비하여 마련되는 제2 공급관 및 제2 회수관과, 상기 제2 임시 수용탱크에 임시 수용되는 상온수의 온도를 감지하기 위한 제2 온도 감지센서와, 상기 제2 온도 감지센서가 감지한 상온수의 온도가 설정온도보다 높으면 상기 열매체 보일러의 상온수를 상기 제2 임시 수용탱크로 순환시키기 위한 제2 순환펌프를 포함하는 제2 순환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는,
발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 보조 발전수단은,
상기 열매체 보일러에서 승온된 열매체유의 열을 이용하여 발전하도록,
상기 열매체 보일러 또는 상수도관으로부터 상온수를 공급받아 임시 저장하기 위한 제3 임시 수용탱크;
상기 제3 임수 수용탱크와 상기 열매체 보일러의 열매체유 탱크 사이에 배치되는 단열체; 및
한쪽은 상기 제3 임시 수용탱크의 상온수에 노출되고, 다른 한쪽은 상기 열매체유 탱크에 수용된 열매체유에 노출되어 상온수와 열매체유의 온도차에 의해 전기를 발생시키도록 상기 단열체에 설치되는 열전소자로 이루어진 것을 특징으로 하는,
발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 외부 전원 공급원은,
태양광 발전장치 및 산업용이나 가정용 콘센트로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템.
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| KR1020210063527A KR102616761B1 (ko) | 2021-05-17 | 2021-05-17 | 발전수단을 갖는 전기 보일러 시스템 |
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- 2021-05-17 KR KR1020210063527A patent/KR102616761B1/ko active IP Right Grant
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