KR840000334B1 - 태양열 집열장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

태양열 집열장치

제1도는 밀폐 압력 탱크 방식에 의한 태양열 집열장치의 계통도.

제2도는 밀폐 압력 탱크의 유체방식에 의한 태양열 집열장치의 계통도.

제3도는 개방 탱크 방식에 의한 태양열 집열장치의 계통도.

제4도는 본 발명에 의한 태양열 집열장치의 계통도.

제5도는 제4도에서의 제어회로의 설명도이다.

본 발명은 순환시에 순환회로를 밀폐회로 구조로 함으로써 소용량의 펌프에 의해 순환할 수 있도록 한 개방식 저탕탱크를 가진 태양열 집열장치에 관한 것이다.

태양열로 냉난방을 하는 경우에 태양열을 집열하는 콜렉터는 일반적으로 햇볕이 잘 닿는 남향의 경사진면에 설치하는 것이 대부분인데 이 햇볕이 잘 닿는 장소는 반면 통풍도 잘 되어 온도가 내려가기 쉽고 이 때문에 겨울철 야간 등에는 콜렉터 내부의 물이 동결될 우려가 있다. 따라서 상기한 바와 같은 동결이 발생하지 않는 태양열 집열장치가 요구된다. 이점에 대해 종래의 각종 방식의 태양열 집열장치에 대해 검토해 본다.

제1도는 밀폐 압력 탱크 방식의 것으로서 온도가 영도(0℃)에 가까워지면 전자벨브의 구조로된 자동배수 밸브에 의해 물을 빼내주어 동결을 방지할 수 있게 되어 있으나 이 방식의 경우에는 상기 자등 배수 밸브가 고장이 난다든가 정전이 되면 물을 빼낼 수 없게 되는 결점이 있다.

제2도는 급탕회로로부터 독립되어 있는 콜렉터 회로에 부동액을 사용하여 동결방지를 꾀하는 방식의 것인데, 이 경우에는 부동액의 수명과 안전성 및 부족분을 보충해 주어야 하는 문제가 있어 바람직하지 못하다.

다음에 제3도는 개방 탱크 방식의 것인데, 이 방식에서는 콜렉터에 직접적으로 압력이 가해져 있지 않으므로 펌프 등의 가압 수단에 의해 양수를 해야 한다. 따라서 펌프가 고장이 난다든가 정전이 발생하면 양수할 수 없으나 자동적으로 콜렉터로부터 물이 빠지게 되므로 동결을 방지하는데 매우 유리한 방식이다. 그러나 상기 제3도 개방 탱크 방식의 경우에는 다음과 같은 문제점이 있다. 즉 이 방식에서는 콜렉터에 직접 수압이 가해져 있지 않으므로 양수나 순환을 시키기 위해 콜렉터가 설치된 높이에 상당하는 양정(楊程)이나 그 이상의 양정을 가지는 대용량의 양수 펌프가 필요하며, 경우에 따라서는 이 양수펌프의 소비전력량이 콜렉터로부터의 집열량보다 클 경우도 있어서, 에너지 절약면에서 바람직하지 못하다. 또한 이와같은 대용량의 펌프는 대개 값이 비싸므로 비경제적이며, 이 때문에 개방 탱크 방식의 태양열 집열장치의 보급에 문제점이 되어왔다.

본 발명은 종래의 장치에서의 결점을 감안하여 이루어진 것으로서 제3도와 같이 양수를 하기 위한 양수펌프(5)와 급탕을 하기 위한 급탕펌프(4)를 사용한 태양열 집열장치에 있어서 개벙식 탱크의 수면에서 탱크의 수면의 약간 상방 위치까지의 양정을 가진 작은 용량의 펌프를 사용하며 그 탱크 수면의 약간 상방 위치에서 콜렉터까지의 양정에 대하여서는 급탕에 사용하는 급탕펌프를 병용하고 양수펌프를 소용량의 펌프로 하는 것과 동시에 급탕펌프는 사이펀(siphon)현상을 이용하여 초기에만 구동되고 다시 정지되므로 에너지 절약형의 태양열 집열장치를 싼값으로 제공하려는 것을 목적으로 한 것이다.

이하 본 발명의 실시예를 제4도 및 제5도를 참조하면서 설명한다. 1은 콜렉터, 2a는 자동급수장치(6) 및 일수관(溢水管)(15)등을 설치하고 상방을 개방시킨 개방식 저탕탱크이다. 12는 그 저탕탱크(2a)의 밑바닥과 콜렉터(1) 하부를 파이프로 접속하고 도중에 소용량의 양수펌프(5a) 및 그 출구쪽에 오리피스 등을 설치한 송수관이다. 13은 일단을 콜렉터(1)의 상부에 접속하고, 타단을 개방식 저탕탱크(2a)의 개방수면 상방에 늘어뜨리고 대기에 개방한 복귀관이다. 10은 밑바닥에 구멍(10a)이 있는 물받이로서, 이 물받이 (10)내의 상방부에는 복귀관(13)의 타단부가 삽입되어 있고 물받이(10)내의 상방측벽에는 수면의 상하변동에 따르는 부유장치(도시하지 않음)에 의해 전기회로를 ON,OFF하는 액면(液面)스위치(11)가 설치되어 있다. 17은 개방식 저탕탱크(2a)의 상층부로부터 급탕펌프(4)와 압력스위치(7)를 거쳐 급탕밸브(3)에 이르는 급탕관이다. 압력스위치(7)는 급탕펌프(4)와 전기적으로 접속되어 있는데 급탕밸브(3)를 열어 급탕관(17)내의 압력이 설정압력이하로, 예를들어 1.25기압 이하로 내려가면 압력스위치(7)가 ON되어 급탕펌프(4)는 구동한다. 또 이 급탕밸브(3)를 닫아 급탕관(17)내의 압력이 설정압력 이상이 되면, 예를들어 2기압 이상으로 되면 압력스위치(7)는 OFF되어 급탕펌프(4)는 정지한다.

18은 압력스위치(7)와 급탕밸브(3) 사이의 급탕관(17)으로부터 분기되어 도중에 전자밸브(8)를 설치하고 송수관(12)에 접속한 연결관이다. 16a는 콜렉터 상방에 부착된 상부온도 센서이다. 16b는 개방식 저탕탱크(2a)의 밑바닥에 부착된 하부온도 센서이다. 9는 상부온도 센서(16a)와 하부온도 센서(16b)와의 사이에 설치되어 상기 양 센서의 온도차를 검출하는 차온 릴레이이며, 한쪽은 양수펌프(5a)에 연결되고 다른 한쪽은 전자밸브(8)를 통하여 액면 스위치(11)에 직렬로 접속되어 있다. 14는 송수관(12)의 양수펌프(5a)의 출구측에 설치한 역류방지용 오리피스 이다.

다음으로 본 발명의 작용을 설명한다. 개방식 저탕탱크(2a)에 소정량의 물을 급수하면 저탕탱크(2a)및 송수관(12)은 동일한 수위로 채워진다. 이 때 물받이(10)에는 물이 채워져 있지 않으므로 액면 스위치(11)가 ON상태로 되어 제5도에 도시한 바와 같이 차온릴레이(9), 전자밸브(8) 및 액면 스위치(11)의 직렬회로가 형성된다. 양수펌프(5a)및 급탕펌프(4)가 정지되어 있는 초기상태에서 태양열에 의하여 콜렉터(1) 내부의 온도가 상승하여 상부 온도 센서(16a)의 온도가 하부온도센서(16b)의 온도보다 설정온도 이상으로 높아지면 차온릴레이(9)가 ON되어 양수펌프(5a)의 회로에 전류가 흘러 소용량의 양수펌프(5a)가 구동되어 송수관(12)내의 물이 송수관(12)의 초기 수위 즉, 그 저탕탱크(2a) 수위로부터 물받이(10)보다 약간 상방까지 양수된과 동시에, 전자밸브(8)및 액면 스위치(11)의 직렬회로에도 전류가 흘러 전자밸브(8)가 개방된다. 즉, 이때는 압력스위치(7)와 급탕밸브(3)사이의 급탕관(17) 및 전자밸브(8)와 급탕관(17)사이의 연결관(18)은 송수관(12)상방부. 콜렉터(1)및 복귀관(13)에 접속되며, 또한 복귀관(13)의 하단부가 대기(1기압)에 개방되어 있기 때문에 압력스위치(7)가 설정치 이하의 압력으로 되고, 그 때문에 급탕관(17)에 설치한 압력 스위치(7)는 ON되고 그 스위치 (7)에 연동되어 있는 급탕펌프(4)가 구동하여 개방식 저탕탱크(2a)상층부의 물을 급탕관(17), 연결관(18), 전자 밸브(8), 송수관(12), 콜렉터(1)를 경유하여 복귀관(13)을 통하여 물받이(10)내로 유입시킨다.

또한 이 경우에 송수관(12)내에는 양수펌프(5a)에 의해 물받이(10)보다 약간상방까지 양수된 물과 급탕펌프(4)에 의해 양수된 물로 가득찬 상태가 된다. 그런데 급탕펌프(4)의 용량이 양수펌프(5a)의 용량보다 크기 때문에 연결관(18)과 송수관(12)과의 접속부에서 송수관(12)의 양수펌프(5a)측으로 급탕펌프(4)의 수압에 밀려 물은 역류하려하지만, 송수관(12)에 설치된 오리피스(14)의 작용에 의하여 콜렉터(1)에 양수되는 양에 비하여 역류된 양이 매우 소량이 되므로 초기작동시 송수관(12)상부나 콜렉터(1)상부로 양수시키는데 악영향을 미치는 일은 없다. 그리고 물받이(10)의 밑바닥에는 구멍(10a)이 있어 유입온수에 비해 유출량이 많지 않도록 하고 있으므로 물받이(10)에는 서서히 온수가 채워지고 복귀관(13)의 하단부가 물받이의 수면밑으로 부유장치 등에 의해 액면 스위치(11)및 OFF로 작동하여 차온릴레이(9), 전자밸브(8) 및 액면 스위치(11)의 직렬회로가 차단되므로 연결관(18)에 설치한 전자밸브(8)가 닫히게 된다. 이에 따라 급탕관(17)내 및 연결관(18)내의 압력이 설정치 이상으로 높아져서 압력스위치(7)가 OFF로 되며 급탕펌프(4)는 정지한다.

급탕펌프(4)가 정지한 시점에서도 양수펌프(5a)는 계속 구동중이며 이 때에도 물받이(10)보다 약간 상방위치까지 송수관(12)를 통해 양수하고 있다. 또한 급탕펌프가(4)가 정지하기 전에 송수관(12), 콜렉터(1)및 복귀관(13)을 통하여 급탕펌프(4)에 의해 양수되고 물받이에 물이 채워져 복귀관(13)의 하단부가 물받이의 온수에 잠기에 대비에 개방되지 않고 밀폐회로로 되며 양수펌프(5a)의 양정이 물받이(10)보다 약간 상방위치에 있게 되므로 사이펀 현상이 발생한다. 이 현상에 의해 급탕펌프(4)를 정지하여도 개방식 저탕탱크(2a)의 수위에서 물받이(10)수위보다 약간 상방까지의 양정을 가지는 소용량의 양수펌프(5)만으로도 그 저탕탱크(2a)의 물을 송수관(12)을 경유하여 콜렉터(1)에 양수하고 집열순환시킬 수가 있다. 또한, 급탕펌프(4)가 정지하고 양수펌프(5a)와 사이펀 현상에 의해 물이 순환되고 있는 시점에서 급탕밸브(3)를 개방하면 급탕관(17)내의 압력이 내려가서 압력스위치(7)가 ON되어 급탕펌프(4)가 구동됨으로 급탕이 가능하게 되므로 뜨거운 물을 사용할 수있으며, 유출된 물의 양에 상당하는 물은 자동급수장치(6)에 의해 자동급수되므로 송수관(12), 콜렉터(1)및 복귀관(13)의 회로에는 저온수와 고온수가 종래와 같이 순환된다. 또한 양수펌프(5a)의 최소한도의 양정능력은 물받이(10)의 수위와 초기상태의 송수관(12내의 수위 즉, 개방식 저탕탱크(2a)의 수위와의 헤드차와 송수관(12)및 콜렉터(1) 등의 내부 저항의 합 이상이면 된다. 즉, 상기 실시예의 물받이(10)수위보다 약간 상방까지의 양정이란 송수관(12), 콜렉터(1) 및 복귀관(13)의 내부저항의 손실분에 해당하는 것이다.

또 상부온도 센서(16a)와 하부온도 센서(16b)와의 온도차가 설정온도 이하(예를들면 야간)가 되면 차온릴레이(9)가 OFF로 되어 양수펌프(5a)는 정지하고 송수관(12), 콜렉터(1)및 복귀관(13)의 온수는 사이펀 현상에 의해 양수펌프(5a)가 구동되는 때와는 반대로 양수펌프(5a)를 설치한 송수관(12)을 거쳐 개방식 저탕탱크(2a)로 유입함과 동시에 물받이(10)의 온수는 밑바닥의 구멍(10a)에서 그 저탕탱크(2a)로 유입되고, 과잉의 물은 일수관(15)으로부터 그 저탕탱크 (2a)밖으로 유출된다. 따라서 그 저탕탱크(2a)내의 물은 일정하게 유지된다. 그리고 야간에 그 저탕탱크(2a)의 온수를 사용하도록할 경우에는 차온릴레이(9)가 작동하지 않고 또한 전자밸브(8)가 폐쇄되어 있으므로 급탕밸브(3)를 개방하므로써 급탕관(17)내는 설정치 이하의 압력이 되고 압력스위치(7)의 신호에 의해 급탕펌프(4)가 구동하여 채탕할 수가 있다.

따라서 본 발명은 상기 구성으로서 이루어지므로, 종래의 순환펌프를 소용량의 저렴한 양수펌프로 치환할 수 있으며, 또한 종래의 급탕펌프를 양수에 이용할 수 있음과 동시에 급탕펌프를 초기구동에만 쓰고 후에는 사이펀 현상과 양수펌프만으로도 되므로 전력의 소비가 적어지며, 태양열 집열장치 전체로서 에너지 절감도되고, 더구나 저렴하게 제공할 수 있다. 또 본 장치는 동결이 완전히 방지되고 또한 장치 전체를 자동적으로 제어할 수 있으므로 가동이 용이하다는 특징이 있다.

Claims (1)

1. 자동급수장치를 설치한 개방식 저탕탱크와 콜렉터를 양수 펌프가 설치된 송수관으로 접속하고, 콜렉터로부터 그 저탕탱크 수면상부까지 복귀관을 배설하여 순환경로를 형성하는 것과 동시에 급탕펌프를 설치한 급탕관을 그 저탕탱크의 개구부에 삽입하고 타단을 급탕밸브에 접속시키고 그 저탕탱크 측벽에 일정 이상의 물을 배수시키기 위한 일수관을 형성시킨 태양열 집열장치에 있어서, 그 저탕탱크 수위 상방부에서 탱크의 개구부에 복귀관의 하단부를 삽입하고 밑바닥에 구멍을 뚫고 또 측벽에 액면 스위치를 설치한 물받이와 콜렉터에 설치한 상부 온도 센서와 그 저탕탱크에 설치한 하부온도센서와의 온도차에 의해 동작하는 차온릴레이와 그 차온릴레이의 신호에 따라 그 저탕탱크내의 물을 양수하는 양수펌프와 양수펌프의 아래쪽에 설치되어 송수관내의 물의 역류를 방지하는 오리피스와 급탕관에 설치되어 그 급탕관내의 압력을 검출하고 급탕펌프의 구동정지를 행하는 압력스위치와 급탕관과 송수관을 연결관으로 접속하며 차온릴레이의 신호에 의해 열리며 액면 스위치의 신호에 따라 폐쇄되는 전자밸브를 갖는 구조를 가지며 차온릴레이의 신호에 따라 그 저탕탱크 동등 수위인 송수관내의 물을 양수펌프로 수송관내에 물받이의 수위보다 약간 상방까지 양수시킴과 동시에, 그 차온 릴레이의 신호에 의하여 전자밸브가 열리고 급탕펌프가, 작동되어 급탕관, 연결관, 송수관, 콜렉터 및 복귀관의 순환회로가 형성되어 물이 물받이에 채워지면 액면위 스위치가 작동하여 전자밸브가 폐쇄되어서 급탕펌프가 정지한 후, 양수펌프와 사이펀 현상에 의해 물을 순환시키고 집열하는 작용을 갖는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.

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