KR880000664B1 - 태양열 온수장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

태양열 온수장치

도면은 본 발명의 1실시예를 표시한 일부 개략 단면 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 진공 2중 집열관 5 : 온수탱크

8 : 절환 밸브 유닛 9 : 절환 밸브

10 : 냉수 공급관 15 : 온수 취출관

16 : 제 1급수배관 18 : 온수도관

22 : 급수관 23 : 토출구

24 : 저부 26 : 제 2급수배관

29 : 드레인 관 31 : 센서

a : 정상 작동축 b : 이상 휴지측(異常休止側)

h₁: 만수레벨

본 발명은 동결(凍結)과 빈붙때는 것을 방지한 태양열 온수장치에 관한 것이다.

성(省)에너지가 외쳐지고 있는 오늘날에 있어서는 급탕용이나 난방용등에 각종의 태양열 온수기가 널리 사용되고 있다. 이 태양열 온수기의 하나로서 투명외관과 집열내관으로 된 진공 2중 집열관을 사용한 것이 있으나 이 진공 2중 집열관을 사용한 태양열 온수기에 있어서는 집열내관의 내부에 가열매체인 물을 수용하도록 되어 있기 때문에 이 집열내관내가 만수(滿水)상태로 있을때에의 기온이 내려가 그물이 동결하게 되면 그체적의 증대로 인해 진공 2중 집열관을 파괴할 염려가 있었다.

이것을 방지하기 위한 수단으로서 가열매체인 물에 부동제(不凍劑)를 혼입하는 수단이 있으나 이 경우에는 용도가 열교환형의 태양열 온수기에 한정되어 응용범위를 매우 한정시키게 되는 외에 배관재료등의 수명상으로 바람직하다고 말할 수 없다. 또 외기온의 저하시에 진공 2중 집열관의 파괴를 방지하는 다른 수단으로서 외기온의 저온시에 물을 순환시키는 펌프를 작동하는 수단도 있으나 펌프의 구동전력이 낭비로 되어 결코 바람직한 수단이라고는 말할 수 없다.

그리하여 저온시의 진공 2중 집열관의 파괴를 방지하기 위하여 진공 2중 집열관내의 물을 전부 빼내는 수단이 강구되고 있으나 외기온의 상승에 앞서 진공 2중 집열관에 대한 급수를 잊어버리면, 외기온이 상승하였을 때에 진공 2중 집열관이 빈붙때는 상태로 되고, 이 상태에서 냉수를 급수하였을 경우 집열내관의 내외면에 커다란 온도차를 발생케하여 진공 2중 집열관이 파괴될 염려가 있다.

이상과 같이 종래의 진공 2중 집열관을 사용한 태양열 온수기에 있어서는 진공 2중 집열관의 동결과 빈붙때는 것을 방지할 수 있도록 한 유효한 수단은 없으며 이 때문에 이런 종류의 태양열 온수기의 이용범위를 좁히고 있었다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 진공 2중 집열관의 동결과 빈붙때는 것을 자동적으로 방지할 수 있도록하여 태양열 온수기의 이용가치를 일층 고양시키도록한 태양열 온수장치를 제공하는 것이다.

다음에 본 발명의 1실시예를 도면에 따라 상세히 설명한다.

도면에 있어서(1)은 일단을 잠그고 타단을 개구시킨 투명외관(2)과 집열내관(3)으로 된 진공 2중 집열관으로서 이 진공 2중 집열관(1)을 복수 병설하여 온수 생성부를 구성하고 있다. 그리고 온수 생성부를 구성하는 각 진공 2중 집열관(1)은 옥상 또는 지붕에 고정시킨 설치 프레임(도시생략)에 그 구부(口部)(4)를 상부로 하여 적의 경사진 상태로 지지되는 것으로서 이 경사각도는 도시하지 않았으나 소요 경사각도로 조절 가능케하고 있다.

5는 상기 진공 2중 집열관(1)의 상단 보다도 상방에 위치 시켜서 부착하여야 할 온수탱크로서, 이 온수탱크(5)는 단열재(6)에 의해 피복되어 있으며, 그 상부에는 온수탱크(5) 내부에 의기에 연통시키는 연통관(7)을 설치해서 이루어지는 것이다.

8은 상기 진공 2중 집열관(1)의 하단 보다도 하방에 위치시켜서 부착되어야 할 절환밸브 유닛이며 이 절환밸브 유닛(8)은 정상 작동측(a)에 대한 회로와 이상 휴지축(休止側)(b)에 대한 회로와의 2회로를 절환하는 절환밸브(9)를 갖추고 있다.

10은 일단을 온수탱크(5)에 접속하고 타단을 수도관에 접속하여 온수탱크(5)내에 냉수를 공급하는 냉수 공급관이며 이 냉수 공급관(10)의 온수탱크(5)에 대한 급수구(11)는 온수탱크(5)내에 필요 최소한도의 공간(12)을 남기는 만수레벨(h₁) 부근에 개구한다. 13은 냉수공급관(10)으로 부터 온수탱크(5)내로 공급된 냉수가 만수레벨(h₁)에 달한 것을 검지하여 상기 냉수 공급관(10)의 급수구(11)를 잠거서 냉수의 공급을 정지시키도록한 보울탭이다.

14는 온수탱크(5)에 접속하여 온수탱크(5)내의 온수를 취출하는 온수 취출관이며, 이 온수탱크(5)에 접속한 온수 취출관(14)의 온수 취출구(15)는 온수탱크(5)내에 적어도 상기 모든 진공 2중 집열관(1)내를 만수시키는데 필요한 양의 물을 예비수로서 보유시키는 수면레벨(h₂)의 부위에 개구하나 이 개구위치는 특히 상기 수면레벨(h₂) 의 부위에 한정되는 것은 아니고 수면레벨(h₂)의 부위보다 상방이면 되고 바람직하기는 수면레벨(h₂)보다 약간 상방의 부위로 개구하도록 한다. 16은 온수탱크(5)에 그 일단을 접속하여 온수탱크(5)의 저부에 송수구(17)를 개구시킨 제1급 수배관이며 이 제1급 수배관(16)의 타단을 상기 절환 밸브 유닛(8)의 절환 밸브(9)에 접속한다.

18은 상기 진공 2중 집열관(1)에 의해서 생성된 온수를 상기 온수탱크(5)에 도입하는 온수도관으로서 이 온수도관(18)의 일단으로 되는 온수 토출구(19)는 온수탱크(5)내 상기 수면레벨(h₁)보다 약간 하위레벨(h₃)에 개구해 있고 타단은 상기 각 진공 2중 집열관(1)의 집열내관(3)내에 삽입한 온수 상승관(20)과 온수집수(集收)헤더(21)를 통하여 접속하고 있다.

이 온수 상승관(20)은 그 일단을 진공 2중 집열관(1)의 집열내관(3)내 상방에 위치하고 있다. 22는 진공 2중 집열관(1)의 집열내관(3)내에 삽입한 집열내관(3)내에 물을 공급하는 급수관이면 이 급수관(22)의 일단의 토수구(吐水口)(23)는 집열내관(3)내에 있어서 이미 생성된 온수와 공급한 물과의 혼류를 방지하기 위하여 그리고 후술하는 수단에 의해 집열내관(3)내의 물을 빼내기 위하여 집열내관(3)의 저부(24) 부근에 개구하고 있으며 타단은 급수헤더(25)를 통하여 제2급수 배관(26)과 접촉하고 있다. 27은 진공 2중 집열관(1)의 구부(4)를 막는 캡이며, 28은 진공 2중 집열관(1)의 구부(4) 부근을 에워싸는 단열재에 의해 형성된 커버이다.

상기 일단을 급수헤더(25)를 통하여 급수관(22)에 접속한 제2급수 배관(26)의 타단을 상기 절환 밸브 유닛(8)의 절환 밸브(9)에 접속하고 상기 제1급수 배관(16)과 제2급수 배관(26)을 절환 밸브 유닛(8)의 정상 작동측(a)의 회로에 위치한 절환 밸브(9)를 통하여 연통하도록하고, 절환 밸브(9)를 이상 휴지측(b)의 회로에 절환하면 제1급수 배관(16)과 제2급수 배관(26)과의 연통은 차단되어 제1급수 배관(16)의 절환 밸브(9)측의 단부가 폐쇄되며, 그리고 제2급수 배관(26)의 절환 밸브(9)측의 단부는 이상 휴지측(b)에 절환된 절환 밸브(9)를 통하여 드레인 관(29)과 연통하도록 되어 있다.

△H1은 진공 2중 집열관(1)의 하단과 이로부터 하방에 위치하는 절환 밸브 유닛(8)과의 수두차(水頭差)를 표시한 것이며, △H2는 진공 2중 집열관(1)의 하단과, 또 그 하방에 위치하는 드레인 관(21)의 배출구(30)와의 수두차를 표시한 것이다.

31은 외기온을 검지하여 상기 절환 밸브 유닛(8)의 절환 밸브(9)를 정상 작동측(a)의 회로, 이상 휴지측(b)의 회로도 절환동작을 시키는 온도센서이며 예컨데 물이 동결하는 직전의 온도(2℃-4℃)를 설정하고 외기온이 설정온도 이하로된 때 온도센서(31)가 이를 검지하여 절환 밸브 유닛(8)의 절환 밸브(9)를 이상 휴지측(b)의 회로로 절환하고, 외기온이 설정온도 이상으로된 때 온도센서(31)가 이를 검지하여, 절환 밸브(9)를 정상 작동측(a)의 회로로 절환하는 것이다.

상기 온도센서(31)에 의한 외기온의 검지에 의하여 절환 밸브 유닛(8)의 절환 밸브(9)를 절환 동작시키는 구체적인 실시의 1예를 설명하면 다이아프램 또는 벨로우즈를 사용하여 안에 기체 또는 액체를 봉입하고 온도변화에 의한 기체등의 체적 변화를 이용하여 그 변화를 스트로우크의 변화에 전달하여 상기 절환 밸브(9)를 동작시키도록해도 되며, 기타 절환 밸브(9)를 절환 동작할 수 있는 것이면 되며 각종의 온도센서(31)를 이용할 수가 있는 것이다.

또한 이 실시예에서는 온도센서(31)로 외기온을 검지하도록 되어 있으나 진공 2중 집열관(1)의 집열내관(3)내에 설치하여 집열내관(3)내의 관내온도를 검지하도록 해도 된다.

32는 냉수 공급관(10)에 설치된 냉수 공급 밸브이며, 33은 온수 취출관(14)에 설치된 온수 취출 밸브이다.

다음에 본 발명의 작용을 설명한다.

먼저 본 발명에 관한 태양열 온수장치에 신규로 냉수를 공급하는 경우에 대하여 설명한다. 냉수 공급시의 전제로서 외기온이 물의 동결 온도보다도 높은 온도의 경우임은 당연한 것이며, 온도센서(31)에 의하여 절환 밸브 유닛(8)의 절환 밸브(9)는 정상 작동측(a)의 회로에 위치하여, 제1급수 배관(16)과 제2급수 배관(26)과는 연통한 상태로 되어 있다. 그래서 냉수 공급 밸브(32)를 열어서 냉수 공급관(10)으로 부터 온수 탱크(5)내로 냉수를 공급한다.

온수탱크(5)내에 공급된 냉수는, 온수 탱크(5)와 진공 2중 집열관(1)과의 수두차에 의하여 사이펀 효과가 작용하여 온수탱크(5)의 저부에 개구된 송수구(17)로 부터 제1급수 배수관(16), 절환 밸브 유닛(8)의 정상 작동측(a)의 회로, 제2급수 배관(26)을 경유하여 급수헤더(25)로 유입되며, 그리고 각 진공 2중 집열관(1)내로 삽입된 급수관(22)으로 부터 각 진공 2중 집열관(1)의 집열내관(3)에 유입되어 각 집열내관(3)내가 냉수로 충만되면 다음에 냉수는 상기 온수탱크(5)내로 서서히 저류되어 온수탱크(5)내의 냉수가 만수레벨(h₁)에 달한 때에 이를 보울탭(13)이 검지하여 온수탱크(5) 내로의 냉수의 공급을 자동적으로 정지한다. 온수탱크(5)내로의 냉수의 공급을 정지하면 냉수 공급 밸브를 폐쇄한다.

여기에 있어서 온수탱크(5), 제1급수 배관(16), 제2급수 배관(26), 급수관(22), 집열내관(3), 온수상승관(20), 온수도관(18)에는 모두 물이 만수된 상태로 된다.

다음에 일사(日射)시의 온수생성에 대하여 설명하면, 각 진공 2중 집열관(1)의 집열내관(3) 내에서 태양열에 의하여 따뜻하게 생성된 온수는, 그 비중차에 의하여 각 진공 2중 집열관(1)의 상부 즉 구부(4)측으로 상승하여 온수 상승관(20)의 흡입구로 부터 온수집수(集收) 헤더(21), 온수도관(18)을 거쳐 온수탱크(5)내로 도입된다. 동시에 온수탱크(5)내의 물은 온수탱크(5)의 저부의 송수구(17)로 부터 제1급수 배관(16), 절환 밸브 유닛(8)의 정상 작동측(a)의 회로, 제2급수 배관(269, 급수헤더(25), 급수관(22)을 거쳐 각 진공 2중 집열관(1)의 집열내관(3) 내로 유입되어 여기서 제차 데워져서 상기의 순환을 반복한다. 이물의 순환의 반복에 의하여 온수탱크(5)내의 물은 서서히 상승한다.

이와 같이해서 생성된 온수를 온수탱크(5)로 부터 취출하는 경우에 있어서는, 온수 취출관(14)에 설치된 온수 취출 밸브(33)를 열어서 취출한다. 이때에 온수 취출구(15)는 온수탱크(5)내에 적어도 모든 진공 2중 집열관(1)내를 만수함에 필요한 양의 물을 예비수로서 보유시키는 수면레벨(h₂)의 부위에 개구한 것이므로 온수탱크(5)내의 온수가 전부 취출되는 것은 아니고 반드시 상기 소정량의 예비수가 온수탱크(5)내로 잔류하게 된다.

상기한 바와 같이해서 온수가 생성되며 또한 취출되는 것으로, 다음에 특히 동계절의 야간등에 있어서 외기온이 저하한 경우에 대하여 설명한다.

온수탱크(5)내로 부터 온수를 취출하여도 온수탱크(5) 내에는 상기와 같이 예비수가 잔류되고 있으며 또 각 진공 2중 집열관(1)의 집열내관(3)내도 만수의 상태에 있다.

이 상태에서 외기온이 저하하고, 집열내관(3)내의 물이 동결하면 물의 동결에 의한 체적의 팽창에 의하여 진공 2중 집열관(1)이 파괴되어 버린다. 본 발명은 외기온이 물이 동결하 온도로 가까와 지면 온도센서(31)가 이를 검지하여 절환 밸브 유닛(8)의 절환 밸브(9)를 정상 작동측(a)의 회로로 부터 이상 휴지측(b)의 회로로 자동적으로 절환한다.

이 절환밸브(9)의 이상 휴지측(b)의 회로로의 절환에 의하여 제1급수 배관(16)과 제2급수 배관(26)은 차단되어 제1급수 배관(16)은 폐쇄되고 제2급수 배관(26)은 이상 휴지측(b)의 회로로 절환된 절환 밸브(9)를 통하여 드레인 관(29)에 접속 연통된다. 그리하여 이때 제2급수 배관(26)의 절환 밸브 유닛(8)측의 선단부와 진공 2중 집열관(1)의 하단과의 사이의 수두차 △H1의 존재에 의하여 사이펀 효과가 작용하여 진공 2중 집열관(1)의 집열내관(3)내의 물은 저부(24) 부근에 토출구(23)를 지닌 급수관(22)으로 부터 급수헤더(25), 제2급수 배관(26), 절환 밸브 유닛(8)의 이상 휴지측(b)의 회로에 위치하는 절환 밸브(9)를 거쳐 드레인 관(29)의 배출구(30)로 부터 집열내관(3) 외로 배출되며, 특히 물이 드레인 관(29)의 배출구(30)까지오면 진공 2중 집열관(1)의 하단과 배출구(30)와의 수두차는 △H2로 되며 사이펀 효과가 일층 조장되어 배수를 촉진하게되며, 그리하여 급수관(22)의 투출구(23)가 집열내관(3)의 저부(24) 부근에 위치시켜 두었으므로 집열내관(3)내의 물은 거의 전부 집열내관(3) 외로 배출되어 외기온이 물의 동결온도에 달하여도 그에 의하여 진공 2중 집열관(1)이 파괴된다고 하는 일이 없다.

다음에 각 집열내관(3) 내의 물을 배출한 후 외기가 상승한 경우를 설명한다.

물의 동결온도까지 저하한 외기온이 상승하면 온도센서(31)가 이를 검지하고 절환 밸브 유닛(8)의 절환 밸브(9)를 이상 휴지측(b)의 회로로 부터 정상 작동측(a)의 회로로 자동적으로 절환된다. 이 절환 밸브(9)의 정상 작동축(a)의 회로로의 절환에 의하여 제1급수 배관(16)과 제2급수 배관(26)이 연통하여 그 결과 온수탱크(5)내에 잔류되어 있는 예비수가 온수탱크(5)와 진공 2중 집열관(1)과의 수두차에 의한 사이펀 효과에 의하여 제1급수 배관(16), 제2급수 배관(26), 급수헤더(25), 급수관(22)을 거쳐 진공 2중 집열관(1)의 집열내관(3)내로 유입되어 만수상태로 된다. 그리하여 각 진공 2중 집열관(1)이 빈붙때는 상태로 되는일은 없고 각 진공 2중 집열관(1)의 과열에 의한 파괴나 성능 열화가 방지 되며 또 새로 냉수를 공급하여도 냉수는 집열내관(3)내의 온수와 혼합되어 진공 2중 집열관(1)의 급냉에 의한 파괴, 이른바 히이트 쇼크를 방지한다. 또 냉수를 공급하지 않은 경우, 집열내관(3)내의 온수의 온도가 상승하여 100℃가까이 되어 증기의 발생을 보아도, 증기는 온수 상승관(20), 온수집수 헤더(21), 온수도관(18)을 거쳐 온수탱크(5)내로 방출되므로 집열내관(3)내의 과압(過壓)에 의한 진공 2중 집열관(1)의 파괴도 일어나지 않는다.

이상과 같이 본 발명은 상기와 같은 구성으로 이루어지며, 작용을 가지고 있는것이므로, 태양열 온수장치로서의 본래의 목적인 온수의 생성, 취출은 물론이거니와 외기온 혹은 진공 2중 집열관내의 온도가 물이 동결할 온도에 가까와지면, 온도센서가 이를 검지하여, 절환 밸브 유닛의 절환 밸브를 정상 작동측의 회로로 부터 이상 휴지측의 회로로 자동적으로 절환되므로써, 진공 2중 집열관내의 물의 관외로 배출하므로 진공 2중 집열관 내에서의 물의 동결에 의한 진공 2중 집열관의 파괴가 확실하게 방지할 수 있다. 그리고 진공 2중 집열관내의 물을 배출한 후 외기온 혹은 진공 2중 집열관내의 온도가 상승한 때 온도센서가 재차 이를 검지하여 절환 밸브 유닛의 절환 밸브를 이상 휴지측의 회로로 부터 정상 작동측의 회로에 자동적으로 절환하므로써 온수탱크내에 잔류하고 있는 예비수가 진공 2중 집열관내로 유입되어 만수상태로 되므로, 온도가 상승하여도 진공 2중 집열관이 빈붙때는 상태로 되는 일은없고, 진공 2중 집열관의 과열에 의한 파괴나 성능 열화를 확실하게 방지할 수 있으며, 새로 냉수를 공급하여도 냉수는 진공 2중 집열관내의 온수와 혼합되어 진공 2중 집열관의 급냉에 의한 파괴를 확실히 방지하며, 또 냉수를 공급하지 않아, 진공 2중 집열관내의 온수의 온도가 상승하여 100℃ 가깝게 되어 증기의 발생이 되더라도 이 증기는 온수탱크내로 방출되도록 되어 있으므로 진공 2중 집열관내의 과압에 의한 파괴도 방지하게 되므로, 태양열 온수장치로서 그 이용가치가 일층 고양된다. 더우기 구성이 간단하므로 제조가 용이하며 안가로 될 수 있는등의 효과가 있다.

Claims (1)

1. 옥상등에 소요 경사 각도를 가지고 부착되어야 할 진공 2중 집열관, 상기 진공 2중 집열관이 상단보다도 상방에 위치시켜서 부착되어야 할 내부를 외기에 연통시킨 온수탱크 및 상기 진공 2중 집열관의 하단보다도 하방에 위치시켜서 부착되어야할 정상 작동측과 이상 휴지측(休止側)의 2회로 절환 밸브를 갖춘 절환 밸브 유닛을 가지고 구성하고, 상기 온수탱크에는 만수(滿水) 레벨 부근에 개구시킨 냉수 공급관과 온수탱크내에 적어도 상기 진공 2중 집열관을 만수케하는데 필요한 양의 물을 보유시키는 저부에 다가선 레벨의 부위 또는 그것보다 상부에 개구시킨 온수 취출관과, 온수탱크의 저부에 개구하여 일단을 상기 절환 밸브 유닛과 접속하는 제1급수배관과, 상기 온수탱크의 상방에 개구하여 상기 진공 2중 집열관의 상부의 온수를 온수탱크내로 도입하기 위한 온수도관을 각각 접속하고, 또 상기 진공 2중 집열관에는 그 저부 부근에 토출구를 가지며 진공 2중 집열관내에 물을 공급하는 급수관을 설치하여 이 급수관과 상기 절환 밸브 유닛을 제2급수 배관으로 접속하고, 상기 제1급수 배관과 제2급수 배관을 상기 절환 밸브 유닛의 정상 작동측의 회로를 통하여 연통하도록하는 동시에, 제2급수 배관에는 절환 밸브 유닛의 이상 휴지측의 회로를 통하여 드레인 관과 연통하도록 하고, 그리고 또 상기 시스템에는 외기온 혹은 진공 2중 집열관내의 온도를 검지하여 상기 절환 밸브 유닛의 정상 작동측회로, 이상 휴지측회로의 밸브 절환 동작을 시키는 온도센서(senser)를 설치한 것은 특징으로 하는 태양열 온수장치.

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