KR960007402B1 - 태양열 난방 시스팀 및 난방방법 - Google Patents

태양열 난방 시스팀 및 난방방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

태양열 난방 시스팀 및 난방방법
제1도는 본 발명에 따른 태양열 난방 시스팀의 전체구조를 나타내는 사시도.
제2도는 상기 태양열 난방 시스팀에 사용되는 집열장치의 집열 유니트에 대한 정면도.
제3도는 제 2 도의 집열 유니트에 대한 측면도.
제4도는 제 1 도에 도시한 집열장치와 집열탱크의 설치상태를 나타내는 측면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 태얄열 난방 시스팀 12 : 집열장치
14 : 집열 유니트 16 : 집열 파이프
18 : 유리 20 : 보온재
22 : 고정용 앵글 24 : 집열함
26 : 혼합통 28 : 보온 집열탱크
30 : 강제순환 파이프 32 : 직수 유입구
34 : 체크밸브 36 : 온수 출구
38 : 안전밸브 40 : 히터
42 : 보일러 44 : 센서
46 : 환수 파이프 48 : 버너
50 : 펌프 52 : 보일러 출구
56 : 주름관 60 : 수실
62 : 자연순환 파이프
본 발명은 태양열 난방 시스팀에 관한 것으로, 특히 태양열을 이용한 직접 난방 시스팀 및 직접 난방방법에 관한 것이다.
솔라 하우스(solar house)라 함은, 태양열을 이용하여 난방, 급탕 등을 하는 주택을 말하며, 이를 가리켜 태얄열 난방주택이라고도 한다.
그러나, 기존의 태양열 난방주택은 태양열에 의해 덥혀진 온수를 그대로 직접적으로 난방 및 급탕에 사용하는 것이 아니고, 태양열에 의해 덥혀진 온수를 보온 집열탱크로 보내어 온수의 열 전달에 의해 보온 집열 탱크내에 있는 물을 데움으로써 이 데워진 물을 난방 및 급탕에 사용하는 간접적인 방법을 사용하여 왔다.
그러므로, 난방효율이 당연히 떨어지게 되며, 데워진 온수는 난방에 사용되지 못하고 급탕 목적으로만 사용되어 왔던 것이 관례였다.
또한, 상기 선행기술에서는, 태양열을 수집하는 집열판의 단면이 사각형으로 되어 있어서, 흡열 면적이 작게 되고 태양열 흡수효율도 떨어지게 되며 집열판의 하부보다는 상부에 있는 물의 온도 및 압력이 높게 됨으로 인하여 발생되는 하중에 견디지 못하고 집열판의 상부부분이 팽창되는 경향이 있었다.
본 발명은 상기한 바와같은 선행기술의 단점들을 극복하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 주된 목적은, 집열판에서 데워진 물을 직접적으로 난방에 사용하여 난방비가 대폭적으로 절감될 수 있도록 하는 태양열 난방 시스팀 및 그 난방방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 난방에 사용되는 물의 온도가 소정온도 이상일 때에는 데워진 물이 급탕용수를 데우는데 사용될 수 있도록 하는 태양열 난방 시스팀 및 그 난방방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 눈이나 비가 올 때 또는 야간에도 난방이 가능하게 하는 태양열 집열효율이 개선된 태양열 난방 시스팀 및 난방방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따라, 태양열 난방 시스팀이 제공되며; 상기 태양열 난방 시스팀은, 태양열을 흡수하기 위한 하나 이상의 집열판을 갖는 하나 이상의 집열 유니트를 포함하는 집열장치; 특정량의 물이 체류되는 수실과 수실내의 물의 온도를 감지하기 위한 센서와 수실내의 물의 온도가 소정온도 미만일 때 수실내의 물을 가열하기 위한 버너와 가열된 물을 펌핑하기 위한 펌프를 구비하는 보일러; 및 펌프의 작동에 따라 집열장치로부터 데워진 물을 보일러의 수실에 공급하고, 난방에 사용되고나서 환수 파이프로 배출되는 물을 집열장치로 다시 공급하는 강제순환 파이프로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 상기 난방 시스팀은, 온수 출구와 직수 유입구를 포함하고 집열장치의 상부에 위치되는 보온 집열탱크, 및 집열장치의 상부에 연결되어 보온 집열탱크를 관통하고나서 집열장치에 다시 연결되는 자연순환 파이프를 추가로 구비한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 상기 난방 시스팀은 집열장치의 하단부에 제공되는 하나 이상의 히터, 및/또는 보온 집열탱크의 내부에 제공되는 히터를 추가로 구비한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 상기 집열판은 원형 횡간단면을 가지며, 보온 집열탱크의 내부를 관통하는 자연순환 파이프의 부분은 주름관으로서 형성된다.
본 발명에 따라, 태양열 난방방법이 제공되고; 상기 난방방법은, 보일러의 수실에 있는 물의 온도를 측정하는 단계와; 수실내의 물의 온도가 소정온도 미만일 때 버너에 의해 상기 물을 가열하는 단계와; 가열된 물을 펌핑하여 집열판에서 데워진 물이 상기 수실로 유동되도록 하는 단계; 및 난방에 사용되고 나오는 환수를 집열판의 하부에 다시 공급하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 상기 방법은, 물의 온도가 소정온도 이상이 될 때 물이 자연순환 파이프를 따라 집열장치의 상부로 자연순환되도록 하여 보온 집열탱크내의 물을 간접적으로 데우는 단계; 및 자연순환된 물을 집열장치로 다시 유동시키는 단계를 추가로 구비한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 상기 방법은, 히터를 사용하여 집열판의 하부에 있는 물을 데우는 단계, 및/또는 히터를 사용하여 보온 집열탱크내의 물을 데우는 단계를 추가로 구비한다.
본 발명의 또다른 측면에 따라, 상기 집열판은 원형 횡간단면을 가지며, 보온 집열탱크의 내부를 관통하는 자연순환 파이프의 부분은 주름관으로서 형성된다.
본 발명의 상기와 같은 특성들에 따라, 태양열을 이용하여 집열장치에서 데워진 물을 직접적으로 난방에 사용할 수 있게 되고, 물의 온도가 소정온도 이상일 때 물은 자연순환 방식에 의해 보온 집열탱크 유동되어 보온 집열탱크내의 물을 간접적으로 데우게 된다. 그러므로, 태양열을 이용하여 직접적인 난방 및 간접적인 급탕이 이루어지게 되므로 연료가 대폭적으로 절감되어 난방비가 현저히 감소될 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술하며, 도면 전체를 통하여 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
제1도에는 본 발명에 따른 태양열 난방 시스팀(10)의 전체구조가 도시되고 있다. 난방 시스팀(10)은, 집열장치(12), 보일러(42), 보온 집열탱크(28), 강제순환 파이프(30), 및 자연순환 파이프(62)를 포함한다.
상기 집열장치(12)는, 제 4 도에 도시한 바와같이 지면에 대하여 경사되는 방식으로 설치되고, 보온 집열 탱크(28)은 집열장치(12)의 상방에 위치된다.
제1도 내지 3도를 참조하면, 집열장치(12)는 다수의 집열 유니트(14)로 구성된다. 각각의 집열 유니트(14)는 집열함(24), 집열함(24)의 상면에 끼워지는 태양열 흡수유리(18), 유리(18)의 하방에 위치되는 다수의 집열 파이프(16), 집열 파이프(16)의 상하방에서 집열 파이프(16)에 연결되는 혼합통(26), 집열 파이프(16)내의 물의 온도를 유지하기 위해 집열 파이프(16)의 하방에 위치되는 보온재(20) 및 집열 파이프(16)을 정위치에 유지시키기 위한 두개 이상의 고정용 앵글(22)를 구비한다.
집열장치(12)의 좌측 하방에 있는 혼합통(26)에는 직수 유입구(32)가 연결되고, 여기에 히터(40)이 설치된다.
집열 파이프(16)은 원형 횡간단면을 갖는데, 이는 원형 횡간단면을 유지하게 됨으로 인하여 종래의 사각형 집열판에 비해 집열 파이프(16)의 상부로 이동되는 온수의 압력에 잘 견딜 수 있게 되고 열전달율의 현저한 개선이 이루어지게 된다.
좌측에 있는 집열 유니트(14)의 상부 혼합통(26)에는 하방으로 강제순환 파이프(30)이 연결되며, 상방으로 자연순환 파이프(62)가 연결된다.
보일러(42)는 강제순환 파이프(30)에 연결되는 수실(60), 수실(60)내의 물의 온도를 감지하기 위한 센서(44),센서(44)에 의해 감지된 물의 온도가 소정온도 미만 일 때 물을 가열하는 버너(48), 및 가열된 물을 펌핑하기 위한 펌프(50)으로 구성된다.
그러므로, 최초에 센서(44)가 수실(60)내의 물위 온도를 감지하고 감지된 온도에 따라 보일러(42)가 작동되면, 수실(60)내의 물이 데워지고, 수실(60)내의 물의 온도가 소정온도 이상이 되면 펌프(50)에 의해 펌핑이 개시되며, 집열장치(12)에 의해 데워진 물은 펌프(50)의 작동에 따라 보일러(42)를 향하여 강제 유동된다. 펌프(50)에 의해 펌핑된 물은 난방에 사용되고, 그리고나서 환수 파이프(46)을 경유하여 집열장치(12)의 우측 하방에 있는 혼합통(26)으로 강제 순환된다. 혼합통(26)으로 유입된 물은 다시 태양열에 의해 데워지며, 온도가 상승되면 유체 역학적인 원리에 따라 상부에 있는 혼합통(26)을 향하여 서서히 상승된다.
집열장치(12)에서 태양열을 많이 흡수하여 난방에 사용되는 전체 물의 온도가 소정온도를 상회하게 되면, 집열장치(12)의 우측 상단부에 있는 혼합통(26)내의 물은 자연순환 파이프(62)를 경유하여 집열장치(12)의 상방에 위치되는 보온 집열탱크(28)을 향하여 상방으로도 유동된다.
보온 집열탱크(28)에는 직수 유입구(32) 및 온수 출구(36)이 연결되고, 안전밸브(38) 및 히터(40)이 장착된다. 자연순환 파이프(62)는 보온 집열탱크(28)을 관통하여 통과하며, 보온 집열탱크(28)을 통과하는 자연순환 파이프(62)의 부분은 주름관(56)으로서 형성되어 파이프(62)로부터 보온 집열탱크(28)내의 있는 물로 열이 양호한 방식으로 전달될 수 있도록 한다.
준이나 비가 와서 주간에도 태양열을 흡수할 수가 없을 때 또는 야간에는 히터(40)이 작동되어 집열 파이프(16)내에 있는 물을 가열할 수 있게 된다.
또한, 보온 집열탱크(28)내에 제공되는 히터(40)도 태양열을 흡수하는 것이 불가능할 경우에 작동될 수 있게 된다.
보온 집열탱크(28)을 통과한 자연순환 파이프(62)는 다시 하방으로 연장되어 체크밸브(34)를 경유하여 집열장치(12)의 우측 하방에 있는 혼합통(26)에 연결되는 강제순환 파이프(30)의 부분에 결합된다. 체크밸브(34)는 강제순환 파이프(30)내의 물이 자연순환 파이프(62)를 따라 상방으로 유동되는 것을 방지한다.
본 발명의 본 실시예에서는 상기 집열장치(12)의 집열 유니트(14)는 네개로 구성되고, 각각의 집열 유니트(14)는 다섯개의 집열 파이프(16)을 포함하며, 각각의 집열 파이프(16)은 용도에 알맞은 특정량의 물을 수납할 수 있도록 길이 및 직경이 결정된다.
본 발명의 상기한 바와같은 구성에 따라, 집열장치(12)에 의해 데워진 물을 직접적으로 난방에 사용할 수 있게 되고 난방수의 전체 온도가 소정온도 이상일 때에는 이 물을 다시 급탕 용수를 데우는데에 사용할 수 있게 되며 집열 파이프(16)이 원형 횡간단면을 갖고 보온 집열탱크(29)을 관통하는 자연순환 파이프(62)의 부분이 주름관(56)으로서 형성되므로 열효율이 개선되어, 전체적으로 볼 때 보일러 연료가 대폭적으로 절감되어 난방비가 현저히 감소될 수 있게 된다.
본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 태양열 난방 시스팀(10)에 있어서, 하나 이상의 집열판(16)을 갖는 하나 이상의 집열 유니트(14)를 포함하는 집열장치(12)와; 특정량의 물이 체류되는 수실(60)과 수실(60)내의 물을 가열하기 위한 버너(48)과 가열되는 물의 온도를 감지하기 위한 센서(44)와 가열된 물을 펌핑하기 위한 펌프(50)을 구비하는 보일러(42); 및 집열장치(12)로부터 데워진 물을 보일러(42)의 수실(60)에 공급하고 보일러(42)의 환수 파이프(46)로부터 나오는 물을 집열장치(12)로 다시 공급하게 되는 강제순환 파이프(30)를 구비하며; 여기에, 온수 출구(36)과 직수 유입구(32)를 포함하면서 상기 집열장치(12)의 상부에 위치되게 되는 보온 집열탱크(28); 상기 집열장치(12)의 상부로부터 인출되는 강제순환 파이프(30)에 연결되어 상기 보온 집열탱크(28)을 관통하고 최종적으로 상기 집열장치(12)의 하부에 연결되는 상기 강제순환 파이프(30)에 다시 연결되게 되는 자연순환 파이프(62); 및 상기 집열장치(12)의 하부에서 상기 강제순환 파이프(30)에 연결되는 상기 자연순환 파이프(62)의 부분에 제공되어 강제순환 파이프(30)내의 물이 상기 자연순환 파이프(62)를 따라 상부로 유동되는 것을 방지하게 되는 체크밸브(34)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 태양열 난방 시스팀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 집열장치(12)의 하단부 및 보온 집열탱크(28)의 내부에 하나 이상의 히터(40)가 제공되는 것을 특징으로 하는 태양열 난방 시스팀.
  3. 제1항 또는 제 2 항에 있어서, 집열장치(12) 내축에 복수 구성되는 상기 집열판(16)이, 최대의 열흡수 효과를 유지할 수 있도록 원형 횡간단면으로 구성됨을 특징으로 하는 태양열 난방 시스팀.
  4. 제1항 또는 제 2 항에 있어서, 보온 집열탱크(28)의 내부를 관통하여 설치되는 상기 자연순환 파이프(60)가, 주름관(56)으로서 성형되는 것을 특징으로 하는 태양열 난방 시스팀.
  5. 태양열 난방 방법에 있어서, 집열판(16)내에 있는 물을 태양열을 통하여 데우는 단계; 상기 데워진 물을 보일러(42)의 수실(60)에 공급하는 단계; 센서(44)에 의해 상기 수실(60)내의 물의 온도를 감지하는 단계; 상기 수실(60)내의 물의 온도가 소정온도 이하일 때 버너(48)을 이용하여 가열하는 단계; 상기 수실(60)내의 물의 온도가 소정온도 이상일 때 상기 버너(48)의 작동을 정지시키는 단계; 상기 소정온도 이상의 물을 난방을 위해 펌프(50)으로 펌핑하는 단계; 및 난방에 사용되고 나오는 환수를 상기 집열판(16)의 하부로 공급하는 단계로 이루어지며; 상기 집열장치(12)의 하부로 유입되는 물의 온도가 소정온도 이상일 때 자연순환 파이프(62)를 따라 상기 집열장치(12)의 상부로 온수를 자연 순환시켜 보온 집열탱크(28)내의 물을 데우는 단계; 및 상기 집열장치(12)의 하부에 제공되는 체크밸브(34)를 관통하여 상기 자연순환된 온수를 상기 집열장치(12)의 하부로 유동시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 태양열 난방 방법.
  6. 제5항에 있어서, 히터(40)을 사용하여 상기 집열판(16)의 하부 및 보온 집열탱크(28)내의 물을 데우는 단계를 선택적으로 수행함을 특징으로 하는 태양열 난방 방법.
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