WO2012165684A1 - 태양열 냉방겸용 급탕시스템 - Google Patents

태양열 냉방겸용 급탕시스템 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a solar cooling combined hot water supply system, and more particularly to a solar cooling combined hot water supply system that provides both hot water load and cooling load for each generation of the building by using heat collected by solar heat.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solar hot water system according to the prior art.
  • the solar hot water system 10 is configured to heat the water for hot water through the heat exchanger 13 through a heat medium (antifreeze) circulating in the collector 11.
  • a heat medium antifreeze
  • the solar hot water system 10 is equipped with a collector inlet pipe and a discharge pipe (11a, 11b) to absorb the solar heat to heat the water circulated by the circulation pump 15 and the collector 11 is installed outdoors
  • the heat exchanger 13 is provided to condense the collector inlet pipe and the outlet pipe 11a and 11b into the heat exchanger, and the heat storage inlet pipe 17a and the heat storage drawer inside the heat exchanger 13.
  • Each end of the pipe (17b) is in communication with the inner side, the heat storage pump 17c installed in the middle of the heat storage draw-out pipe (17b) to be circulated through the heat exchanger (13) It consists of a heat storage tank (17) which is provided to be able to supply the heat exchanged hot water through the hot water inlet pipe and the withdrawal pipe (17d, 17e).
  • the solar hot water supply system which is usually applied to apartments, has high heat collection efficiency in summer, and the amount of hot water used decreases, causing excess heat to deteriorate the economics and causing heat collector damage due to overheating.
  • An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by installing a heat storage tank installed in the basement of the existing building so as to be located in the elevator tower on the roof of the building can supply hot water of the heat storage tank by gravity while freezing the pipe It can also be prevented, the length of connecting pipe can be minimized, the heat collected by solar heat is used to provide both the hot water load to some households and the cooling load by using surplus heat in summer, and the hot water load to most households. It is to provide economical solar cooling and hot water supply system that can supply only.
  • the present invention for achieving the object as described above, the present invention, a collector for collecting solar heat; A heat storage tank storing solar heat collected by the heat collector; A controller for controlling the operation of two circulation pumps installed in the collector circulation pipe and the storage tank circulation pipe by a difference between the circulation medium discharge temperature of the collector and the circulation medium discharge temperature of the heat storage tank; A boiler for communicating with the hot water drawing pipe communicating with the heat storage tank for each generation branch pipe that is branched by generation to supply hot water to the load side to supply hot water to the load side; And an air conditioner connected to the generation branch pipe of the upper generation requiring cooling among the generation branch pipes communicating with the boiler to produce cold water using a driving heat source stored in the heat storage tank for cooling. Is achieved through.
  • the internal hot water of the heat storage tank is supplied to the boilers of the previous generation for hot water hot water supply, and in the summer, the surplus heat is installed in some households while the internal hot water of the heat storage tank is supplied to the boilers of the previous generation for hot water hot water supply.
  • the air conditioner may be supplied as a driving heat source.
  • the heat storage tank may be installed in an elevator tower on the roof of a building adjacent to the collector.
  • the heat storage tank installed in the basement of the existing building to be located in the elevator tower on the roof of the building, it is possible to supply the hot water of the heat storage tank by gravity, and also to prevent the freezing of the pipe, and to minimize the length of the connecting pipe
  • the heat collected by solar heat is used to provide hot water loads to all households year-round, and to provide cooling loads with surplus heat in summer to some households.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solar hot water system according to the prior art.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a solar heating / cooling hot water supply system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a solar cooling and hot water supply system according to a second embodiment of the present invention.
  • collector 112 collector circulation pipe
  • V1, V2 valve
  • collector 212 collector circulation piping
  • heat storage tank 234a hot water withdrawal pipe
  • V1, V2 valve
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a solar cooling system for hot water supply system according to a first embodiment of the present invention.
  • the solar cooling and hot water supply system 100 of this embodiment includes a heat collector 110, a heat exchanger 120, a heat storage tank 130, a boiler 140, a cooler 150 and a controller (C). do.
  • the solar cooling and hot water supply system 100 of the present invention supplies the internal hot water of the heat storage tank 130 for the hot water hot water supply to all generations of the building (hereinafter referred to as an 'apartment') in the winter or the middle period, and the summer While supplying the internal hot water of the heat storage tank 130 for hot water hot water supply to the previous generation, it is characterized in that to supply the excess heat of the heat storage tank 130 to the cooler 150 as a driving heat source.
  • the boiler 140 is installed in all households, such as apartments, and the air conditioner 150 is installed only in a few households that require cooling, and hot water can be supplied by gravity in the process of supplying hot water to the lower generation, while supplying hot water. This prevents heat loss from occurring.
  • the collector 110 serves to heat the heat medium (antifreeze), which is a circulating medium that is circulated and grafted with a flat plate, through solar heat, and is installed outdoors with a large amount of heat collected, such as a roof or a roof of a building. In the embodiment, it has a closed structure while being installed in close contact with the gable roof of the apartment.
  • the heat medium antifreeze
  • the collector 110 when passing through the portion located in the collector 110 while the heat medium flows, the heat collector circulation pipe 112 and both sides to absorb the solar heat collected by the heat collector 110 and to transfer to the heat medium.
  • This communication is performed, and the collector inlet pipe 112a and the left side communicate with each other, and the collector drawer pipe 112b and the right side communicate with each other.
  • the inner end of the collector 110 side of the collector circulation pipe 112 is widely distributed inside the collector 110 so that heat collected by the collector 110 can be transferred to the heat medium as much as possible. It is preferable.
  • the collector inlet pipe 112a is provided with a temperature sensor S1 for measuring the heat medium discharge temperature T1 through the collector inlet pipe 112a and the collector 110, and the temperature sensor S1 is a controller C. Is electrically connected to the And the collector draw-out pipe (112b) is forced to circulate the heat medium through the circulation pump (P1) installed on the way to enable a smooth circulation of the heat medium.
  • the heat storage tank inlet pipe 132a is provided with a temperature sensor S2 for measuring the heat medium discharge temperature T2 through the heat storage tank inlet pipe 132a and the heat storage tank 130, and the temperature sensor S2 is a controller C. Is electrically connected). And the heat storage tank withdrawal pipe (132b) is forced to circulate the circulation water through the circulation pump (P2) installed on the way to enable a smooth circulation of water.
  • the circulating pumps P1 and P2 operate simultaneously with the control command of the controller C.
  • the circulating pumps P1 and P2 operate simultaneously with the control command of the controller C.
  • the heat exchanger 120 is provided such that heat exchange is performed by conduiting neighboring ends of the heat storage circulation pipe 112 and the heat storage tank circulation pipe 132 communicating with the heat storage tank 130 to the inside.
  • the heat storage tank 130 serves to accumulate the solar heat collected by the heat collector 110 through indirect heat exchange, and the stored heat is stored in the stored water, and is coated with a heat insulating material so that heat is not released to the outside.
  • the heat storage tank 130 is installed in the elevator tower on the roof of the building (apartment) close to the collector (110).
  • the controller C, the circulation pumps P1, P2, and P3 and the heat exchanger 120 may be disposed at a position close to the heat storage tank 130 to minimize heat loss.
  • the heat storage tank 130 accommodates the water introduced through the heat storage tank inlet pipe, that is, the water used for living (living water, tap water), and the received living water is discharged through the heat storage tank withdrawal pipe 134b.
  • the heat storage tank 130 allows forced circulation through the circulation pump P2 installed in the middle of the heat storage tank withdrawal pipe 132b so that the hot water exchanged in the heat exchanger 120 is withdrawn through the hot water withdrawal pipe 132a and the hot water. To be introduced through the inlet pipe 132b.
  • the heat storage tank 130 sends the hot water supply to each household through gravity through the hot water withdrawal pipe 134a such as the longitudinal direction and the household branch pipe 136 such as the transverse direction, but through the sisu pipe as far as it exits to the load side. Is filled.
  • the boiler 140 is connected to the gas boiler, and installed in the hot water withdrawal pipe 134a communicating with the heat storage tank 130 so as to communicate with the inlet and withdrawal pipes for each of the generation branch pipes 136 branched by each generation of the apartment. It serves to hot water the circulation medium of the heat storage tank 130.
  • the boiler 140 is operated when the temperature T3 of the heat storage tank 130 is lower than or equal to the set temperature Td, and when the boiler 140 is higher than or equal to the set temperature Td, the hot water of the heat storage tank 130 is stopped. Supplying directly to the load side without passing through 140). At this time, since the boiler 140 requires hot water hot water during the summer, middle and winter seasons, it is preferable to install the boiler 140 in all generations.
  • the set temperature (Td) which is a reference for determining whether the boiler 140 is operated, is in the range of 35 ° C to 45 ° C, preferably 40 ° C.
  • the boiler 140 is operated when the temperature of the heat storage tank 130 is 40 ° C. or lower, and when the temperature of the heat storage tank 130 is 40 ° C. or higher, hot water is supplied to the load side without passing through the boiler 140. .
  • the generation branch pipe 136 and the inlet piping of the boiler 140 so that the hot water of the heat storage tank 130 is supplied to the cooler 150 or the hot water supply pipe 136a for the hot water supply installed in some households.
  • the valve V1 is installed at the intersection point.
  • the valve (V1) is a three-way valve (3-way valve) to draw hot water from one side, and to selectively adjust the valve at the starting point to both sides at the time of withdrawal to select only one of the two, the controller (C)
  • the connection or disconnection of the pipe is controlled. That is, the generation branch pipe 136 and the boiler 140 communicate with each other through the control of the valve V1 by the controller C, or the generation branch pipe 136 and the hot water supply pipe 136a.
  • the boiler 140 is in communication with the inlet pipe to the opening and closing control through the valve (V1) to the generation branch pipe 136, the withdrawal pipe is in communication with the generation branch pipe 136, so that the hot water heated for hot water It is withdrawn.
  • the air conditioner 150 is connected to the generation branch pipe 136 of the generation requiring cooling among the generation branch pipe 136 communicated with the boiler 140 by using hot water which is a driving heat source stored in the heat storage tank 130 for cooling. It will produce cold water.
  • the air conditioner 150 is installed in a utility room or balcony of a part of apartments close to the location of the heat storage tank 130 to minimize heat loss, and the generation branch pipe 136 connected to a generation requiring hot water supply and cooling.
  • a pressurized water pump (P3) can be used if necessary for smooth hot water supply.
  • the branched, three-way valve may be provided at the starting point of the branch valve (V2) that selectively controls the opening and closing so that the hot water of the heat storage tank 130 can be supplied to the cooler 150 or the hot water supply pipe (136b).
  • the generation branch pipe 136 is in direct communication with the hot water supply pipe 136a.
  • the air conditioner 150 is a dehumidification cooler that can operate with hot water at about 60 ° C., using hot water introduced through the generation branch pipe 136 branched from the hot water withdrawal pipe 134a of the heat storage tank 130. As the moisture is removed, the latent heat load is treated, and water is evaporated in the dehumidified air to lower the outside air temperature to cool.
  • the air conditioner 160 is a regenerative regenerative evaporative cooler (REC), for example, is a kind of indirect evaporative cooler that cools by indirect heat exchange and is supplied to a room using a part of the cooled air. Indirect evaporative cooling of the air.
  • indirect evaporation can be performed by using water as a coolant without using a refrigerant or the like to indirectly evaporate the air supplied to the room, not to emit pollutants in the production and use processes, as well as indoor and outdoor circulation devices. To transport outdoor air indoors through humidity control, dust removal, filtration and cooling.
  • the principle of operation of the regenerative evaporative cooler is not shown in the drawing, but the intake air passes through the gun channel to lower the temperature, and some of the lower temperature low temperature air is exhausted so that the wet channel installed in parallel with the gun channel is connected to the flow direction of the main air. Go in reverse.
  • the air passing through the wet channel cools down as the water on the wet channel surface evaporates, taking sensible heat from the dry channel and reducing the temperature of the main air.
  • the temperature of the wet channel air is lowered by the latent heat of evaporation, thereby cooling the temperature of the air passing through the dry channel as the sensible heat of the dry channel is taken away. In theory, cooling to the dew point temperature of the inlet air is possible.
  • the controller C receives signals output from the temperature sensors S1 and S2 and controls the operation of the circulation pumps P1 and P2 in accordance with the signals.
  • the controller C controls the circulation pump P1 to operate in order to maintain the temperature of the collector circulation pipe 112 when the temperature detected from the temperature sensor S1 is equal to or less than the reference temperature for a set time, and then sets the time. If the temperature detected during the temperature sensor (S2) is less than the reference temperature, the circulation pump (P2) is controlled to maintain the temperature of the heat storage tank circulation pipe 132.
  • the controller C also outputs a signal indicating whether the boiler 140 operates according to the temperature sensing while sensing the temperature in the heat storage tank 130, and controls whether the valves V1 and V2 are driven.
  • the operation sequence of the solar cooling system for hot water according to the present embodiment is as follows.
  • the collector 110 in this embodiment has a closed structure and is installed in close contact with the gable roof of the apartment, the boiler 140 is installed in all generations, and the air conditioner 150 is an apartment in the generation that requires cooling
  • the heat storage tank 130 is installed in the elevator tower on the roof of the apartment, and the controller C, the circulation pumps P1, P2, and P3 and the heat exchanger 120 are located in the vicinity of the heat storage tank 130. Etc. are arranged.
  • the solar heat collected by the collector 110 is transferred to the heat medium, and the heat medium flows along the heat storage tank circulation pipe 132 while the heat medium flows along the heat collector circulation pipe 112.
  • the water for hot water is stored in the heat storage tank 130 through heat exchange.
  • the collector circulation pipe 112 and the heat storage tank circulation pipe 132 is forced to circulate the water for the heat medium and hot water by the circulation pump (P1, P2) the operation is controlled through the controller (C).
  • the controller C outputs a signal to operate the boiler 140, and the temperature of the heat storage tank 130 is maintained. Is 40 ° C. or more, the controller C controls the operation of the valve V2 such that the hot water of the heat storage tank 130 is directly supplied to the load side through the load side supply pipe without passing through the boiler 140. .
  • the boiler 140 is installed in all generations, but since cooling is used only in the summer, the heat storage tank 130 is installed in the elevator tower on the roof of the apartment, Considering the minimization, it is preferable that the air conditioner 150 is mainly installed only in the upper floor of the apartment.
  • the internal hot water of the heat storage tank 130 is supplied to the hot water hot water supply or the boiler 140 to all households through gravity through the generation branch pipe 136 branched from the hot water withdrawal pipe 134a.
  • the excess heat of the heat storage tank 130 is supplied to the air conditioner 150 as a driving heat source for cooling while supplying the internal hot water of the heat storage tank 130 for hot water hot water supply or the boiler 140 to all generations. .
  • the air conditioner 160 processes latent heat load by removing moisture from the air by using hot water stored in the heat storage tank 130 through the regenerative regenerative evaporative cooler applied thereto, and evaporates water in the dehumidified air to remove the outside temperature. Lowers the temperature to cool, and supplies it indoors.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a solar heating / cooling hot water supply system according to a second embodiment of the present invention.
  • the solar heating and cooling hot water system 200 of the present invention includes a heat collector 210, a heat storage tank 230, a boiler 240, a cooler 250 and a controller (C), a separate heat exchanger
  • the solar cooling and hot water supply system 200 communicates with the collector 210 and the heat storage tank 130 through a pipe without the collector 210, and the boiler 240, the cooler 250, and the controller C.
  • the collector 210 and the heat storage tank 130 communicates with the collector 210 and the heat storage tank 130 through a pipe without the collector 210, and the boiler 240, the cooler 250, and the controller C.
  • the collector 210 communicates with the heat storage tank 230 through the collector circulation pipe 212 and is located inside the collector 210 to serve as a passage through which water flows.
  • the collector drawer pipe 212a and the collector drawer pipe are arranged in the collector 210. It is composed of 212b, and when the water passes through the portion located in the collector 210, serves to absorb and transfer the solar heat collected by the collector 110 to the water.
  • the inner end of the collector 210 side of the collector circulation pipe 212 is preferably distributed widely inside the collector 210 so that the heat collected by the collector 210 can be transferred to the water which is the working medium as much as possible. .
  • a temperature sensor S1 measuring water temperature through the collector inlet pipe 212a is installed in the collector inlet pipe 212a, and the temperature sensor S1 is electrically connected to the controller C.
  • the circulation pump P1 operates under the control command of the controller C, and the water temperature in the collector inlet pipe 212a of the water contained in the collector 210 and the collector circulation pipe 212 is the collector outlet pipe 212b. If the water temperature is lower than the set value, the water is forced to circulate.
  • 234a is a hot water draw pipe
  • 234b is a hot water draw pipe
  • 236 is a generation branch pipe
  • 236a, 236b is a hot water supply pipe
  • V1 is a valve.

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Abstract

본 발명은 태양열 냉방겸용 급탕시스템에 관한 것으로, 본 발명은, 태양열을 집열하는 집열기; 상기 집열기의 순환 매체 배출 온도와 상기 축열조의 순환 매체 배출 온도차로 집열기 순환배관과 축열조 순환배관에 설치된 두 대의 순환펌프의 가동여부를 제어하는 제어기; 상기 축열조와 연통된 온수 인출배관에 세대별로 분기된 세대 분기배관마다 연통되어 부하측에 온수를 공급하도록 상기 축열조의 순환 매체를 급탕시키는 보일러; 및 상기 보일러와 연통된 상기 세대 분기배관 중 냉방을 요하는 일부 세대의 세대 분기배관에 연통되어 냉방을 위해 상기 축열조에 저장된 구동열원을 이용하여 냉수를 생산하는 냉방기;를 포함한다. 본 발명에 의하면, 기존의 건물 지하에 설치된 축열조를 건물 옥상의 승강기 탑 내에 위치되도록 설치하여 축열조의 온수를 중력에 의해 공급 가능하면서 배관의 동파 역시 방지가 가능하고, 연결 배관 길이의 최소화가 가능하며, 태양열에 의해 집열된 열을 이용하여 모든 세대에 온수 부하를 제공하고, 일부 세대에는 추가로 여름철 잉여열로 냉방 부하의 제공이 가능한 효과가 있다.

Description

태양열 냉방겸용 급탕시스템
본 발명은 태양열 냉방겸용 급탕시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양열에 의해 집열한 열을 이용하여 건물의 세대별로 온수 부하와 냉방 부하를 모두 제공하는 태양열 냉방겸용 급탕시스템에 관한 것이다.
최근, 저장량이 한정되어 있는 석유 자원에 대한 대체 에너지로 환경적 부하를 최소화시키면서 녹색산업의 필요성에 따라 태양열을 이용하여 열을 발생시키거나 집열한 후 급탕 및 난방 일부에 공급하는 시스템이 증가하고 있는 추세이다.
도 1에는 종래 기술에 의한 태양열 온수시스템이 개략적인 구성도로 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 태양열 온수시스템(10)은 집열기(11)를 순환하는 열매체(부동액)를 열교환기(13)를 통하여 온수용 물을 가열 가능하도록 구성된다.
즉, 상기 태양열 온수시스템(10)은 태양열을 흡수하여 순환펌프(15)에 의해 순환되는 물을 가열시키기 위해 집열기 인입배관 및 인출배관(11a, 11b)을 갖추어 옥외에 설치되는 집열기(11)와, 상기 집열기 인입배관 및 인출배관(11a, 11b)을 내부로 도관시켜 열교환이 이루어지도록 구비되는 열교환기(13)와, 상기 열교환기(13) 내측으로 축열용 인입배관(17a)과 축열용 인출배관(17b)을 도관되게 각각의 일단이 내측과 연통되되, 상기 축열용 인출배관(17b) 도중에 설치된 축열용 펌프(17c)를 통하여 순환 가능하도록 하여 상기 열교환기(13)에서 열교환이 이루어짐과 아울러 열교환된 온수를 온수용 인입배관 및 인출배관(17d, 17e)을 통하여 공급 가능하게 구비되는 축열조(17)로 이루어진다.
통상 아파트 등에 적용되는 태양열 급탕 전용시스템은 하절기에 집열 효율이 높고, 급탕 사용량이 줄어들어 잉여열이 발생하여 경제성을 저하시키고 과열로 인해 집열기 파손의 요인이 되었다.
또한, 종래의 태양열 온수시스템(10)은 축열조(17)가 대부분 건물 지하에 설치되므로 축열용 인입배관(17a)과 축열용 인출배관(17b) 및 부속 배관의 길이가 길어짐에 따라 시공 단가, 시공 시간 및 인력 소모가 크며, 기온이 영하로 떨어지는 날씨가 계속되는 동절기에 길이가 긴 축열용 인입배관(17a)과 축열용 인출배관(17b) 및 부속 배관의 동파가 빈번히 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 건물 지하에 설치된 축열조를 건물 옥상의 승강기 탑 내에 위치되도록 설치하여 축열조의 온수를 중력에 의해 공급 가능하면서 배관의 동파 역시 방지가 가능하고, 연결 배관 길이의 최소화가 가능하며, 태양열에 의해 집열된 열을 이용하여 일부 세대에 온수 부하와 여름철의 잉여열을 이용하여 냉방 부하를 모두 제공하고, 대부분의 세대에는 온수 부하의 공급만 가능한 경제성 있는 태양열 냉방겸용 급탕시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 태양열을 집열하는 집열기; 상기 집열기에서 집열된 태양열이 저장되는 축열조; 상기 집열기의 순환 매체 배출 온도와 상기 축열조의 순환 매체 배출 온도차로 집열기 순환배관과 축열조 순환배관에 설치된 두 대의 순환펌프의 가동여부를 제어하는 제어기; 상기 축열조와 연통된 온수 인출배관에 세대별로 분기된 세대 분기배관마다 연통되어 부하측에 온수를 공급하도록 상기 축열조의 순환 매체를 급탕시키는 보일러; 및 상기 보일러와 연통된 상기 세대 분기배관 중 냉방을 요하는 상층 세대의 세대 분기배관에 연통되어 냉방을 위해 상기 축열조에 저장된 구동열원을 이용하여 냉수를 생산하는 냉방기;를 포함하는 태양열 냉방겸용 급탕시스템을 통해 달성된다.
또한, 동절기 또는 중간기에는 상기 축열조의 내부 온수를 전 세대의 보일러에 온수 급탕용으로 공급하고, 하절기에는 상기 축열조의 내부 온수를 전 세대의 보일러에 온수 급탕용으로 공급하면서 잉여 열을 일부 세대에 설치된 상기 냉방기에 구동 열원으로 공급할 수 있다.
또한, 상기 축열조는 상기 집열기와 근접한 건물 옥상의 승강기 탑 내에 설치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 기존의 건물 지하에 설치된 축열조를 건물 옥상의 승강기 탑 내에 위치되도록 설치하여 축열조의 온수를 중력에 의해 공급 가능하면서 배관의 동파 역시 방지가 가능하고, 연결 배관 길이의 최소화가 가능하며, 태양열에 의해 집열된 열을 이용하여 모든 세대에 연중 온수 부하를 제공하고, 일부 세대에 여름철 잉여열로 냉방 부하를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 태양열 온수시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 태양열 냉방겸용 급탕시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 태양열 냉방겸용 급탕시스템의 개략적인 구성도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100: 제 1 실시예의 태양열 냉방겸용 급탕시스템
110: 집열기 112: 집열기 순환배관
120: 열교환기 130: 축열조
132: 축열조 순환배관 134a: 온수 인출배관
134b: 온수 인입배관 136: 세대 분기배관
136a, 136b: 급탕배관 140: 보일러
150: 냉방기 C: 제어기
V1, V2: 밸브
200: 제 2 실시예의 태양열 냉방겸용 급탕시스템
210: 집열기 212: 집열기 순환배관
230: 축열조 234a: 온수 인출배관
234b: 온수 인입배관 236: 세대 분기배관
236a, 236b: 급탕배관 240: 보일러
250: 냉방기 C: 제어기
V1, V2: 밸브
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 도면을 참고하여 본 발명에 의한 태양열 냉방겸용 급탕시스템의 실시예의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.
< 실시예 1 >
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 태양열 냉방겸용 급탕시스템의 구성도가 개략도로 도시되어 있다.
이들 도면에 의하면, 본 실시예의 태양열 냉방겸용 급탕시스템(100)은 크게 집열기(110), 열교환기(120), 축열조(130), 보일러(140), 냉방기(150) 및 제어기(C)를 포함한다.
더욱이, 본 발명의 태양열 냉방겸용 급탕시스템(100)은 동절기 또는 중간기에는 상기 축열조(130)의 내부 온수를 건물(이하 '아파트' 라 함)의 전 세대에 온수 급탕용으로 공급하고, 하절기에는 상기 축열조(130)의 내부 온수를 전 세대에 온수 급탕용으로 공급하면서 축열조(130)의 잉여 열을 상기 냉방기(150)에 구동 열원으로 공급하는 것을 특징으로 한다.
특히, 보일러(140)는 아파트 등의 전 세대에 설치되고, 냉방기(150)는 냉방을 요하는 일부 세대에만 설치되어 하층 세대로 온수를 공급하는 과정에서 중력에 의한 온수 공급이 가능하면서 온수 공급 시 발생하는 열 손실을 방지하게 된다.
집열기(110)는 평판형 등이 접목되며 순환되는 순환 매체인 열매체(부동액)를 집열한 태양열을 통해 가열하는 역할을 하는 것으로, 건물의 옥상이나 지붕 등과 같이 집열량이 많은 실외에 설치되며, 본 실시예에서는 폐쇄형 구조를 가지면서 아파트 박공형 지붕에 밀착되게 설치하는 것으로 예시한다.
이때, 집열기(110)는 열매체가 흐르면서 집열기(110)에 위치한 부분을 통과할 때, 상기 집열기(110)에 의해 집열된 태양열을 흡수하여 열매체에 전달하는 역할을 하는 집열기 순환배관(112)과 양측이 연통되는데, 도 2를 기준으로 집열기 인입배관(112a)과 좌측이 연통되고, 상기 집열기 인출배관(112b)과 우측이 연통되는 것이다. 이때, 도면에는 도시하지 않았지만 집열기 순환배관(112) 중 집열기(110)측 내측단은 상기 집열기(110)로 집열된 열이 최대한 열매체로 전달될 수 있도록 상기 집열기(110)의 내부에 넓게 분포시키는 것이 바람직하다.
집열기 인입배관(112a)에는 상기 집열기 인입배관(112a) 및 집열기(110)를 통한 열매체 배출 온도(T1)를 측정하는 온도 센서(S1)가 설치되며, 상기 온도 센서(S1)가 제어기(C)와 전기적으로 연결된다. 그리고 집열기 인출배관(112b)에는 도중에 설치된 순환펌프(P1)를 통해 열매체를 강제 순환시킴에 따라 원활한 열매체의 순환이 가능토록 한다.
그리고 축열조 인입배관(132a)에는 상기 축열조 인입배관(132a) 및 축열조(130)를 통한 열매체 배출 온도(T2)를 측정하는 온도 센서(S2)가 설치되며, 상기 온도 센서(S2)가 제어기(C)와 전기적으로 연결된다. 그리고 축열조 인출배관(132b)에는 도중에 설치된 순환펌프(P2)를 통해 순환수를 강제 순환시킴에 따라 원활한 물의 순환이 가능토록 한다.
즉, 순환펌프들(P1, P2)는 제어기(C)의 제어 명령으로 동시에 작동하며, T1과 T2의 온도차가 설정상한값 이상으로 차이 나면 작동이 되며, 설정 하한값 이하가 되면 작동이 멈추게 된다.
열교환기(120)는 집열기(110)에 연통되는 집열기 순환배관(112)과 축열조(130)에 연통되는 축열조 순환배관(132)의 이웃단을 각각 내부로 도관시켜 열교환이 이루어지도록 구비된다.
축열조(130)는 집열기(110)에서 집열한 태양열을 간접적인 열교환을 통해 축열시키는 역할을 하면서, 비축한 열이 저장된 물에 저장되고, 외부로 열이 방출되지 않도록 단열재로 피복되며, 본 실시예에서는 집열기(110)와 근접한 건물(아파트) 옥상의 승강기 탑 내에 설치되는 것으로 예시한다. 이렇게, 축열조(130)가 아파트 옥상의 승강기 탑 내에 설치될 경우, 부속 배관길이를 최소화함으로써 시공 단가 및 시간 등이 감소하는 이점이 있다. 그리고 축열조(130)와 근접한 위치에 제어기(C), 순환펌프(P1, P2, P3) 및 열교환기(120) 등을 배치하여 열 손실을 최소화할 수 있다.
더욱이, 축열조(130)는 축열조 인입배관을 통해 유입된 물, 즉 생활에 사용되는 용수(생활용수, 수돗물)를 수용하고, 수용된 생활용수는 축열조 인출배관(134b)을 통해 배출된다.
그리고 축열조(130)는 축열조 인출배관(132b)의 도중에 설치된 순환펌프(P2)를 통하여 강제 순환 가능하도록 하여 열교환기(120)에서 열교환된 온수를 온수 인출배관(132a)을 통해 인출되게 하고, 온수 인입배관(132b)를 통해 인입되게 한다.
그리고 축열조(130)는 각 세대로의 온수 공급을 종 방향 등의 온수 인출배관(134a) 및 횡 방향 등의 세대 분기배관(136)을 통해 중력으로 보내지만, 부하측으로 빠져나간 만큼 시수 배관을 통해 채워진다.
보일러(140)는 가스 보일러 등이 이에 접목되며, 축열조(130)와 연통된 온수 인출배관(134a)에 아파트의 각 세대별로 분기된 세대 분기배관(136)마다 인입, 인출 배관과 각각 연통되도록 설치되어 축열조(130)의 순환 매체를 급탕시키는 기능을 한다.
더욱 상세하게는 보일러(140)가 상기 축열조(130)의 온도(T3)가 설정 온도(Td) 이하이면 작동되고, 설정 온도(Td) 이상이면 작동 중지되면서 상기 축열조(130)의 온수가 보일러(140)를 경유하지 않고, 부하측으로 직접 공급하게 된다. 이때, 보일러(140)는 하절기, 중간기 및 동절기 때 온수 급탕을 요하므로 전 세대에 설치되는 것이 바람직하다.
여기서, 보일러(140)의 작동 여부를 결정짓는 기준인 설정 온도(Td)는 35℃~45℃ 범위이며, 바람직하게는 40℃이다. 결국, 보일러(140)는 축열조(130)의 온도가 40℃ 이하가 될 때 작동되며, 40℃ 이상 되면 상기 축열조(130)로부터 온수는 상기 보일러(140)를 경유하지 않고, 부하측에 공급되는 것이다.
한편, 축열조(130)의 온수가 보일러(140)나 일부 세대에 설치된 냉방기(150) 또는 급탕을 위한 급탕 배관(136a)에 공급되도록 세대 분기배관(136)과 보일러(140)의 인입 배관과의 교차 기점에 밸브(V1)가 설치된다.
여기서, 밸브(V1)는 온수를 한쪽에서 인입하게 되고, 인출 시 양쪽으로 분기된 기점에서 밸브를 선택적으로 조정하여 둘 중 한쪽만 택하는 3 웨이 밸브(3-way valve)로, 제어기(C)에 의해 해당 배관의 연결 또는 차단이 제어된다. 즉, 제어기(C)에 의한 밸브(V1)의 제어를 통해 세대 분기배관(136)과 보일러(140)를 연통시키거나, 상기 세대 분기배관(136)과 급탕 배관(136a)을 연통시키는 것이다.
그리고 보일러(140)는 인입 배관이 세대 분기배관(136)에 밸브(V1)를 통해 개폐의 제어가 가능하도록 연통되면서, 인출 배관이 상기 세대 분기배관(136)에 연통되므로 급탕을 위해 데워진 온수가 인출되는 것이다.
냉방기(150)는 보일러(140)와 연통된 세대 분기배관(136) 중 냉방을 요하는 세대의 세대 분기배관(136)에 연통되어 냉방을 위해 축열조(130)에 저장된 구동열원인 온수를 이용하여 냉수를 생산하게 된다.
이때, 냉방기(150)는 열 손실을 최소화하도록 축열조(130)의 위치와 근접한 아파트 일부 세대의 다용도실 혹은 발코니 등에 설치하게 되며, 온수 급탕과 냉방을 요하는 세대에 연결되는 세대 분기배관(136)의 도중에 원활한 온수 공급을 위해 필요 시 가압급수 펌프(P3)를 사용할 수 있다.
특히, 냉방기(150)가 설치되는 경우, 상기 냉방기(150)와 온수 인출배관(134a)을 연통시키는 세대 분기배관(136)의 도중(보일러의 인출 배관과 냉방기의 사이)에 급탕 배관(136b)이 분기되며, 분기 기점에 축열조(130)의 온수가 상기 냉방기(150) 또는 상기 급탕 배관(136b)으로 공급될 수 있도록 선택적으로 개폐를 제어하는 밸브(V2)인 3 웨이 밸브가 구비될 수 있다. 그리고 상기 냉방기(150)가 설치되지 않을 경우, 세대 분기배관(136)이 급탕 배관(136a)과 직접 연통되게 한다.
여기서, 냉방기(150)는 약 60℃ 정도의 온수로 작동 가능한 제습 냉각기로, 축열조(130)의 온수 인출배관(134a)에서 분기된 세대 분기배관(136)을 통해 유입된 온수를 이용하여 공기 중의 습기를 제거함에 따라 잠열부하를 처리하고, 제습된 공기 속에서 물을 증발시켜 외기 온도를 낮추어 냉기화시킨다.
여기에서, 냉방기(160)는 일 예로 재생형 재생 증발 냉각기(Regenerative Evaporative Cooler, REC)가 적용되며, 간접적으로 열교환시켜 냉각시키는 일종의 간접 증발식 냉각기로, 냉각된 공기의 일부를 이용하여 실내로 공급하는 공기를 간접 증발 냉각하는 방식을 말한다. 더욱 상세히 간접 증발에 대해 설명하면, 실내로 공급하는 공기를 간접 증발시킬 때 냉매 등을 사용하지 않고 물을 냉각제로 사용하여 생산 과정과 사용 과정에서 오염 물질을 방출하지 않을 뿐만 아니라 실내, 실외 순환 장치를 사용하여 습도 조절, 먼지 제거, 여과, 냉각 등 절차를 통해 실외 공기를 실내로 수송하는 것이다.
재생 증발 냉각기의 작동원리는 도면에는 도시하지 않았지만 흡입 공기가 건채널을 통과하여 온도가 낮아지고, 온도가 낮아진 저온 공기 중 일부는 배기되어 건채널과 평행하게 설치된 습채널을 주 공기의 유동방향과 반대로 이동한다. 습채널을 통과하는 공기는 습채널 표면의 물이 증발하면서 냉각되어, 건채널로부터 현열을 빼앗아 주 공기의 온도를 감소시킨다. 그리고 물 공급기를 통해 습채널에 뿌려지는 물이 증발하면서 증발잠열에 의해 습채널 공기의 온도가 낮아져 건채널의 현열을 빼앗음에 따라 건채널을 통과하는 공기의 온도를 냉각시키기 때문에 공급공기의 습도 증가가 없고, 이론적으로는 입구공기의 이슬점 온도까지 냉각이 가능하다.
제어기(C)는 온도 센서(S1, S2)로부터 출력되는 신호를 수신하고, 상기 신호에 따라 순환펌프(P1, P2)의 가동을 제어한다.
즉, 상기 제어기(C)는 설정된 시간 동안 온도 센서(S1)로부터 검출된 온도가 기준온도 이하이면, 집열기 순환배관(112)의 온도 유지를 위해 순환펌프(P1)가 가동되도록 제어하며, 설정된 시간 동안 온도 센서(S2)로부터 검출된 온도가 기준온도 이하이면, 축열조 순환배관(132)의 온도 유지를 위해 순환펌프(P2)가 가동되도록 제어한다. 그리고 상기 제어기(C)는 축열조(130)내 온도를 감지하면서 상기 온도 감지에 따른 보일러(140)의 작동 여부 신호를 출력하며, 밸브(V1, V2) 구동 여부 역시 제어하게 된다.
그러므로 본 실시예에 의한 태양열 냉방겸용 급탕시스템의 작동 순서를 설명하면 다음과 같다.
우선, 본 실시예에서의 집열기(110)는 폐쇄형 구조를 가지면서 아파트 박공형 지붕에 밀착되게 설치되고, 보일러(140)는 전 세대에 설치되고, 냉방기(150)는 냉방을 요하는 세대 가운데서 아파트의 일부 세대에만 설치되며, 축열조(130)는 아파트 옥상의 승강기 탑 내에 설치되고, 상기 축열조(130)와 근접한 위치에 제어기(C), 순환펌프(P1, P2, P3) 및 열교환기(120) 등을 배치한 상태이다.
다음으로, 집열기(110)에서 집열된 태양열을 흡수하여 열매체에 전달하고, 상기 열매체가 집열기 순환배관(112)을 따라 유동하면서 축열조 순환배관(132)을 따라 유동하는 물을 열교환기(120)를 통하여 열교환하면서 축열조(130)에 온수용 물이 저장되게 한다.
이때, 집열기 순환배관(112)과 축열조 순환배관(132)에는 제어기(C)를 통해 작동이 제어되는 순환펌프(P1, P2)에 의해 열매체 및 온수용 물을 강제 순환시키게 된다. 또한, 축열조 내부에 설치된 온도 센서(S3)를 통해 축열조(130)의 온도가 40℃ 이하로 감지되면 보일러(140)가 작동되도록 제어기(C)에서 신호를 출력하며, 상기 축열조(130)의 온도가 40℃ 이상 되면 상기 축열조(130)의 온수가 상기 보일러(140)를 경유하지 않고, 부하측 공급배관을 통해 부하측에 직접 공급되게 하도록 상기 제어기(C)에서 밸브(V2)의 작동을 제어하게 된다.
한편, 온수는 동절기 또는 중간기는 물론 하절기에도 온수 급탕용으로 사용되므로 전 세대에 보일러(140)가 설치되지만, 냉방은 하절기에만 사용하므로 축열조(130)가 아파트 옥상의 승강기 탑 내에 설치되면서 열 손실의 최소화를 감안하였을 때 냉방기(150)가 주로 아파트 상층에만 설치되는 것이 바람직하다.
결국, 동절기 또는 중간기에는 축열조(130)의 내부 온수를 온수 인출배관(134a)에서 분기된 세대 분기배관(136)을 통해 중력을 이용하여 전 세대에 온수 급탕용 또는 보일러(140) 공급용으로 공급하고, 하절기에는 상기 축열조(130)의 내부 온수를 전 세대에 온수 급탕용 또는 보일러(140) 공급용으로 공급하면서 축열조(130)의 잉여 열을 냉방을 위해 냉방기(150)에 구동 열원으로 공급한다.
더욱이, 냉방기(160)는 이에 적용된 재생형 재생 증발 냉각기를 통해 축열조(130)에 저장된 온수를 이용하여 공기 중의 습기를 제거함에 따라 잠열부하를 처리하고, 제습된 공기 속에서 물을 증발시켜 외기 온도를 낮추어 냉기화시키며 이를 실내로 공급한다.
< 실시예 2 >
도 3는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 태양열 냉방겸용 급탕시스템의 구성도가 개략도로 도시되어 있다.
이들 도면에 의하면, 본 발명의 태양열 냉방겸용 급탕시스템(200)은 크게 집열기(210), 축열조(230), 보일러(240), 냉방기(250) 및 제어기(C)를 포함하며, 별도의 열교환기 없이 집열기(210)의 집열한 태양열을 축열조(230)에 직접적으로 열 전달하는 개방형 구조를 채택한 사항이 제 1 실시예와 상이하다.
즉, 본 실시예에 따른 태양열 냉방겸용 급탕시스템(200)은 집열기(210) 없이 집열기(210)와 축열조(130)를 배관을 통해 연통시키며, 보일러(240), 냉방기(250) 및 제어기(C)는 제 1 실시예의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.
집열기(210)는 집열기 순환배관(212)을 통해 축열조(230)와 연통되어 상기 집열기(210)의 내부에 위치되어 물이 유동하는 통로역할을 하는 것으로, 집열기 인입배관(212a)과 집열기 인출배관(212b)으로 구성되며, 물이 흐르면서 상기 집열기(210)에 위치한 부분을 통과할 때, 상기 집열기(110)에 의해 집열된 태양열을 흡수하여 물에 전달하는 역할을 한다.
이때, 집열기 순환배관(212) 중 집열기(210)측 내측단은 상기 집열기(210)로 집열된 열이 최대한 작동매체인 물로 전달될 수 있도록 상기 집열기(210)의 내부에 넓게 분포시키는 것이 바람직하다.
그리고 집열기 인입배관(212a)에는 상기 집열기 인입배관(212a)을 통한 물 온도를 측정하는 온도 센서(S1)가 설치되며, 상기 온도 센서(S1)가 제어기(C)와 전기적으로 연결된다.
즉, 순환펌프(P1)는 제어기(C)의 제어 명령으로 작동하며, 집열기(210) 및 집열기 순환배관(212) 내에 수용된 물 중 집열기 인입배관(212a) 내의 물 온도가 집열기 인출배관(212b) 내의 물의 온도보다 설정값 이상으로 낮은 경우 물을 강제 순환시킨다.
여기서, 설명하지 않은 부호 중 234a는 온수 인출배관이고, 234b는 온수 인입배관이고, 236은 세대 분기배관이고, 236a, 236b는 급탕배관이고, V1, V2는 밸브이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (3)

  1. 태양열을 집열하는 집열기;
    상기 집열기에서 집열된 태양열이 저장되는 축열조;
    상기 집열기의 순환 매체 배출 온도와 상기 축열조의 순환 매체 배출 온도차로 집열기 순환배관과 축열조 순환배관에 설치된 두 대의 순환펌프의 가동여부를 제어하는 제어기;
    상기 축열조와 연통된 온수 인출배관에 세대별로 분기된 세대 분기배관마다 연통되어 부하측에 온수를 공급하도록 상기 축열조의 순환 매체를 급탕시키는 보일러; 및
    상기 보일러와 연통된 상기 세대 분기배관 중 냉방을 요하는 상층 세대의 세대 분기배관에 연통되어 냉방을 위해 상기 축열조에 저장된 구동열원을 이용하여 냉수를 생산하는 냉방기;를 포함하는 태양열 냉방겸용 급탕시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    동절기 또는 중간기에는 상기 축열조의 내부 온수를 전 세대의 보일러에 온수 급탕용으로 공급하고,
    하절기에는 상기 축열조의 내부 온수를 전 세대의 보일러에 온수 급탕용으로 공급하면서 잉여 열을 일부 세대에 설치된 상기 냉방기에 구동 열원으로 공급하는 태양열 냉방겸용 급탕시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 축열조는 상기 집열기와 근접한 건물 옥상의 승강기 탑 내에 설치되는 태양열 냉방겸용 급탕시스템.
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