KR20130094031A - 발열장치 및 이를 이용한 난방시스템 - Google Patents

발열장치 및 이를 이용한 난방시스템 Download PDF

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Abstract

발열장치(100) 및 이를 이용한 난방시스템(200)이 제시된다. 발열장치(100)는 태양전지모듈(110) 및 상기 태양전지모듈(110)에 직접 연결되는 발열체(120)로 구성되고, 상기 태양전지모듈(110)에서 생성된 전기에너지가 상기 발열체(120)에 인가되어 열을 발생시키는 것을 특징으로 한다. 상기 발열체(120)의 발열물질(125)은 카본으로 구성될 수 있고, 상기 발열체는 면상발열체일 수 있으며, 이 경우 발열물질은 열전도성이 있는 유리 위에 도포될 수 있다. 이로써, 친환경적이고 경제적으로 열을 발생시키며, 단순화된 구조로 인해 그 효율을 높인 발열장치(100)가 제공된다.
상기 난방시스템(200)은 상기 발열장치(100) 및 온수탱크(130)를 포함하고, 상기 발열장치(100)의 발열체(120)가 상기 온수탱크(130)에 삽입되어 직접 물을 가열하여 난방을 하거나, 물을 예열하고 이를 보일러(300)에 공급하여 난방을 하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 사용자에게 즉각적으로 난방을 공급하고 에너지 및 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 난방시스템(200)이 제공된다.

Description

발열장치 및 이를 이용한 난방시스템{HEATING APPARATUS AND HEATING SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 발열장치 및 이를 이용한 난방시스템에 관한 것으로, 더 자세하게는 태양전지모듈과 발열체를 직접 연결하여 태양전지모듈에서 생성되는 전기에너지를 발열체에 인가하여 열을 발생시키는 발열장치 및 이를 온수탱크에 삽입하여 난방을 하는 난방시스템에 관한 것이다.
종래 난방시스템의 온수탱크에는 그 내부 또는 외부에 별도의 히터가 구비되어 이를 가동함으로써 온수탱크 내부의 물을 가열한다. 이러한 방식은, 난방을 위해 보일러를 가동하게 되면 물을 적당한 온도로 상승시키기 위해 상당한 시간의 예열과정을 필요로 하고, 따라서 사용자에게 즉각적인 난방을 제공하는 것이 어렵다. 또한, 이러한 예열과정에 소모되는 연료 및 에너지의 낭비, 소모 비용, 그리고 이로 인한 환경오염 역시 문제점으로 지적되어 왔다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 천연에너지원, 특히 태양에너지를 이용하는 방법이 고안될 수 있는데, 현재 사용되고 있는 통상의 태양광 발전 시스템의 경우, 태양전지모듈 외에도 태양전지모듈에서 생성된 전기에너지를 저장하는 축전지, 축전지에 저장된 전기에너지를 교류로 변환하는 인버터 및 각종 전기 회로 등을 포함하여 그 구성이 복잡하고, 비용 측면에 있어서도 손해가 크며, 설치 장소에 대한 제약이 따를 수 있다. 또한, 태양에너지가 최종적으로 사용되기까지 많은 설비를 거치기 때문에 그에 따른 에너지 손실도 고려되어야 한다.
따라서, 한정된 에너지 자원 및 환경오염의 문제를 인식함과 동시에 보다 현실적이고 효율적인 천연에너지원 이용 시스템에 관한 대안 마련이 시급한 실정이다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 천연에너지원인 태양에너지를 이용하여 친환경적이고 경제적으로 열을 발생시키며, 에너지 고갈 문제에도 효과적으로 대처할 수 있는 발열장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 태양전지모듈을 발열체에 직접 연결함으로써 그 구성을 단순화시켜 초기 비용 및 유지 비용이 적고, 중간과정에서의 에너지 손실을 배제한 고효율의 발열장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 발열장치를 이용하여 사용자가 난방을 원할 때 즉각 난방을 공급할 수 있는 난방시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 발열장치를 이용하여 태양에너지가 아닌 별도의 전원에 의한 에너지를 사용할 수 있는 난방시스템을 제공하고, 필요에 따라 사용자가 그 운용 방식을 선택할 수 있도록 하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 발열장치로 직접 물을 가열하여 난방을 할 수도 있고, 필요에 따라 보일러를 더 포함하여 상기 발열장치를 예열용으로도 사용할 수 있는 난방시스템을 제공하는 것에 있다.
이에, 본 발명에 따른 발열장치는 태양전지모듈 및 태양전지모듈에 직접 연결되는 발열체로 구성된다. 태양전지모듈은 태양광을 받아 전기에너지를 생성하고, 전기에너지는 태양전지모듈에 직접 연결된 발열체에 인가되며, 이로써 발열체는 열을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 발열장치의 발열체의 발열물질은 카본으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 발열체는 면상발열체일 수 있다. 면상발열체의 경우, 전극, 절연물 및 발열물질을 포함하는데 절연물로서 열전도성이 있는 유리가 사용되어 발열물질을 열전도성이 있는 유리 위에 도포할 수 있다.
본 발명에 따른 난방시스템은 상술한 발열장치 및 온수탱크를 포함하도록 구성된다. 상기 발열장치의 발열체는 온수탱크에 삽입되어 온수탱크의 물을 가열하고, 이 가열된 물을 난방부에 공급하여 난방 하는 것을 특징으로 한다.
상기 발열체는 복수로 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 날씨에 따라, 또는 시간대에 따라 태양광을 이용할 수 없는 경우도 있으므로, 복수의 발열체 중 일부는 태양전지모듈이 아닌 별도의 전원에 연결되어 발열되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 난방시스템은 보일러를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 이 경우 발열장치는 온수탱크의 물을 예열하는 용도로 사용된다. 이 예열된 물은 보일러에 공급되고, 보일러에서 가열되어 난방부에 공급되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성되어, 그 단순화된 구조로 인해 초기 비용 및 유지 비용을 낮출 수 있고, 중간과정에서의 에너지 손실을 배제할 수 있으며, 천연에너지원인 태양에너지를 이용하여 친환경적이고 경제적으로 열을 발생시킬 수 있다. 또한, 태양에너지를 이용하여 지속적으로 물을 가열하거나 예열하므로 사용자에게 즉각적인 난방을 공급할 수 있고, 별도의 전원에 의한 운용이 가능하여 사용자로서는 그 활용의 폭이 넓어진다. 보일러가 더 포함되는 경우에는 발열장치는 예열용으로 사용되어 이러한 예열 장치가 없는 기존의 보일러 시스템에 비해 에너지 및 비용의 획기적인 절감이 가능하다.
본 발명에 따르면 천연에너지원인 태양에너지를 에너지원으로 이용하므로 친환경적이고 경제적으로 열을 발생시키며, 에너지 고갈 문제에도 효과적으로 대처할 수 있는 발열장치를 제공할 수 있다.
또한, 태양전지모듈을 발열체에 직접 연결하는 단순한 구조이므로, 복잡한 기존의 방식에 비해 초기 비용 및 유지 비용이 적고, 중간과정에서의 에너지 손실을 배제한 고효율의 발열장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 난방시스템에 따르면, 태양에너지를 이용하여 지속적으로 온수탱크의 물을 가열하거나, 예열하므로 사용자가 난방을 원할 때 즉각 난방을 공급할 수 있다.
뿐만 아니라, 발열체는 태양전지모듈이 아닌 별도의 전원에 연결되어 운용될 수도 있기 때문에 필요에 따라 사용자가 그 운용 방식을 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 소규모의 난방을 원하는 경우에는 태양에너지만을 이용하여 난방을 할 수 있고, 대규모의 난방이 필요한 경우나 야간의 경우에는 별도의 전원에 의해 난방을 할 수도 있다.
이에 더하여, 보일러가 더 포함되는 경우에는 상기 발열장치를 예열용으로 사용함으로써, 이러한 예열 장치가 없는 기존의 보일러 시스템에 비해 에너지 및 비용의 획기적인 절감이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 발열장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 발열장치의 발열체의 구조에 대한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 난방시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 난방시스템의 일실시예를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 난방시스템의 다른 일실시예를 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명에 따른 발열장치(100) 및 이를 이용한 난방시스템(200)에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 발열장치(100)의 개략도이다.
도시된 바와 같이, 발열장치(100)는 태양전지모듈(110)과 발열체(120)로 구성되어 있고, 태양전지모듈(110)과 발열체(120)는 연결부재(115)로 직접 연결되어 있다.
우선, 본 실시예에서 연결부재(115)는 전선으로 표현되어 있으나, 연결부재(115)는 태양전지모듈(110)에서 생성되는 전기에너지를 발열체(120)로 전달할 수 있는 것이기만 하면 되며, 그 재질 또는 형상에 구애 받지 않는다. 또한, 설치 장소 또는 사용 목적에 따라 상기 연결부재(115)의 길이 역시 다양할 수 있다.
다음으로 태양전지모듈(110)을 설명하면, 태양전지모듈을 구성하는 솔라셀(solar cell)의 개수, 태양전지모듈(110)의 크기 및 개수 등도 사용자의 필요에 따라 증감이 가능하다. 태양전지모듈(110)이 복수인 경우, 이를 직렬로 연결하면 전압이 올라가고, 병렬로 연결시키면 전류가 증가한다. 이러한 직, 병렬 조합을 통해 사용자가 원하는 전압 및 전류를 가진 태양전지모듈(110)을 구비할 수 있다.
한편, 상기 태양전지모듈(110)은 태양광선과 90도의 각도일 때 가장 효율이 좋으므로 정남향 방향으로 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 경사 각도는 수평면을 기준으로, 겨울에는 설치지역의 위도 + 15도, 여름에는 설치지역의 위도 -15도 정도인 것이 바람직하다. 필요에 따라 매 순간 경사 각도 및 설치 방향을 조정하는 것도 가능함은 물론이다.
다음, 발열체에 대해 설명하면, 발열체(120)는 그 소재에 따라 크게 금속발열체, 비금속발열체로 나눌 수 있고, 전기에너지를 받아 발열이 가능하다면 그 종류에 제한이 없다. 형태 또한 선, 면, 봉 모양 등 다양한 형태가 채용될 수 있다. 위와 같이 설치된 태양전지모듈(110)은 태양광을 받아 전기에너지를 생성하며, 이를 발열체(120)에 연결부재(115)를 통해 전달한다. 전기에너지를 인가 받은 발열체(120)는 그 즉시 열을 발생시킨다. 이로써, 기존의 태양광 발전 시스템에 비해 확연히 단순화되어 초기 비용 및 유지 비용의 대량 절감 효과를 얻을 수 있고, 중간과정에서의 에너지 손실을 배제할 수 있는 고효율의 발열장치(100)가 제공될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 발열장치(100)의 발열체(120)는 난방을 위하여 온수탱크(130) 내부에 삽입되어 있으나, 설치 장소 및 사용 목적에 따라 그 위치는 다양할 수 있다. 예를 들어, 상기 발열체(120)는 전기장판, 라디에이터, 실내 바닥 장판의 내측 등에 삽입되어 실내를 직접 난방하는 용도로 사용될 수 있고, 겨울철 노면이 결빙되었을 때, 이를 해결하기 위한 해동장치 내에 삽입되어 활용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 발열장치(100)는 열을 발생시키는 모든 장치에 채용될 수 있어 그 활용의 폭이 매우 크다.
또한, 사용자의 선택에 따라 상기 발열체(120)는 복수일 수 있고, 그 중 일부는 별도의 전원(도시되지 않음)에 의해 발열될 수 있다. 태양에너지를 얻을 수 없는 날씨가 흐린 경우, 야간의 경우 또는 대규모의 난방이 필요한 경우에는 상기 태양전지모듈(110)이 아닌 별도의 전원에 의해 발열되는 발열체(120)를 추가로 배치할 수 있다. 이로써, 사용자는 태양에너지 이용 방식과 별도 전원 이용 방식을 선택할 수 있고, 경우에 따라서는 양자를 동시에 가동할 수도 있다.
이에 더하여, 상기 발열장치(100)는 별도의 센서(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 상기 센서를 통해 태양에너지 이용 방식과 별도 전원 이용 방식 간의 자유로운 전환이 가능하다. 구체적으로, 상기 센서를 통해 상기 태양전지모듈(110)에서 생성되는 전기에너지의 양을 측정하여 그 양이 일정량 이하일 경우에는 별도의 전원에 의해 상기 발열체(120)가 발열되도록 하는 것이 바람직하다. 또는 태양광을 직접 측정하여 센싱하는 방법도 가능하다. 이로써, 본 발명에 따른 발열장치(100)는 열을 발생시키는 모든 장치에 있어서 주 수단 및 보조 수단으로 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 발열장치(100)의 발열체(120)의 구조에 대한 개략도이다.
도시된 바와 같이, 발열체(120)는 면상발열체일 수 있다. 발열체(120)를 면상발열체로 구현함으로써 공간의 활용 효율을 높일 수 있다. 즉, 필요에 따라 얇은 면상의 발열물질을 적층하여 한정된 공간에서도 충분한 양의 열을 발생시킬 수 있다.
또한, 면상발열체는 면 전체에서 고르게 열이 발생하므로 열효율이 높아 일반적으로 사용되는 전기 발열체보다 전력을 절감하는 효과가 있다.
면상발열체(120)는 도시된 바와 같이, 전극(127), 절연물(126), 발열물질(125)을 포함하여 구성된다. 전극(127)으로는 보통 동박이 사용되며, 경우에 따라서는 은이 사용될 수도 있다. 절연물(126)로는 보통 폴리에스터, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리우레탄 등이 사용되는 실정인데, 온도가 올라감에 따라 이들이 연화되어 변형되기 때문에 이들로 이루어진 면상발열체의 최대 사용온도는 100℃ 정도에 머무를 수 있다. 따라서, 전기장판 등과 같은 실내 난방용품에는 이들을 사용한 면상발열체가 적용될 수 있으나, 온수탱크(130)에 삽입되어 물을 가열하는 등의 용도로는 부적당하여 그 사용 용도가 매우 제한된다.
따라서, 본 발명에 따른 발열장치(100)의 발열체(120)의 절연물(126)은 열전도성이 있는 유리인 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성하여 유리 위에 발열물질(125)을 도포하는 경우, 절연물이 다른 물질인 경우에 비해 도포가 훨씬 용이하며, 고온에서도 변형이 없어 면상발열체(120)의 내구성을 증가시키는 효과가 있다. 이로써, 기존 면상발열체에 비하여 훨씬 다양한 사용 용도를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 발열장치(100)의 발열체(120)의 발열물질(125)은 카본(carbon)으로 구성되는 것이 바람직하다. 카본 재료는 높은 전기전도성, 열전도성, 내열성, 내식성, 내마모성 및 윤활성 등 전기적, 물리적 특성이 우수하여 그 중요성이 증대되고 있으며, 이에 대한 연구 또한 활발하다. 카본으로 상기 발열물질(125)을 구성하는 경우, 열전도도가 좋고 열팽창계수가 낮은 장점이 있으며, 열에 대한 내구성이 강하여 고온의 열을 발생시킬 수 있어 사용 용도가 광범위해진다.
도 3은 본 발명에 따른 난방시스템(200)의 개략도이다.
상기 시스템(200)은 도시된 바와 같이, 상술한 발열장치(100)와 온수탱크(130)를 포함한다. 온수탱크(130) 상부에는 발열체(120)에 의해 가열된 물이 배출되는 배출구(135)가 구비되고, 상기 가열된 물은 난방부(220)로 공급된다. 난방을 마친 후 식은 물은 온수탱크(130) 하부에 구비된 유입구(136)를 통해 다시 온수탱크(130) 내부로 유입된다. 상기 배출구(135), 난방부(220) 및 유입구(136)는 파이프(210)를 통해 상호 연결되며, 상기 파이프(210)에는 물의 흐름을 제어할 수 있는 각종 밸브(V) 및 물을 순환시킬 수 있는 펌프(도시되지 않음)를 구비할 수 있다. 이러한 설비는 보일러 난방시스템에 통상적으로 채용되는 것이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 발열장치(100)로만 가동되는 난방시스템(200)은 소규모 난방이 필요한 곳에서 사용되는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명에 따른 난방시스템(200)의 일실시예에 대한 개략도이다.
도 3과의 차이점은 별도의 전원(117)에 의해 발열되는 발열체(121)가 더 포함되어 있다는 점이다. 즉, 온수탱크(130) 내에 삽입되는 발열체(120, 121)는 복수일 수 있고, 그 중 일부(121)는 별도의 전원(117)에 의해 발열되어 대규모 난방이 필요한 곳이나, 태양광을 얻을 수 없는 날씨가 흐린 경우 또는 야간의 경우에 사용될 수 있다.
본 실시예에서, 발열장치(100)의 규모에 따라 태양에너지가 주 에너지원이 될 수도 있고, 보조 에너지원이 될 수도 있어, 사용자는 그 필요에 따라 선택이 가능하다. 예를 들어, 주간에는 태양에너지를 주로 이용하고, 야간에는 별도의 전원(117)을 이용하는 방법도 있을 것이다.
또한, 상기 발열장치(100)는 도 1에서 설명된 것과 같이 별도의 센서(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 상기 센서를 통해 태양에너지 이용 방식과 별도 전원 이용 방식 간의 자유로운 전환이 가능하다. 구체적으로, 상기 센서를 통해 상기 태양전지모듈(110)에서 생성되는 전기에너지의 양을 측정하여 그 양이 일정량 이하일 경우에는 별도의 전원에 의해 상기 발열체(120)가 발열되도록 하는 것이 바람직하다. 또는 태양광을 직접 측정하여 센싱하는 방법도 가능하다.
도 5는 본 발명의 따른 난방시스템(200)의 다른 일실시예를 나타낸 개략도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 난방시스템(200)은 도 3, 4에 비하여 보일러(300)를 더 포함하고 있다. 이와 같이 구성하면 본 발명에 따른 발열장치(100)는 온수탱크(130) 내부의 물을 예열하는 용도로 사용될 수 있다. 즉, 천연에너지원인 태양에너지를 이용하여 발열체(120)를 발열시켜 그 열을 이용해 온수탱크(130)의 물을 1차로 예열하고, 예열된 물을 보일러에 공급한 후, 보일러(300)에서 다시 2차로 가열하여 난방부(220)에 공급하는 방식이다. 이로써, 온수탱크(130)의 물을 고온 상태로 유지할 수 있으며, 이는 상당한 에너지 절감 효과를 가져다 준다. 이러한 예열 과정이 없는 보일러 시스템에서는 보일러에서 바로 물을 가열하여 난방부로 공급함으로써 에너지가 더 많이 소모되게 된다. 또한, 본 실시예에 따르면, 온수탱크(130)의 물이 고온으로 유지되고 있기 때문에 사용자가 보일러(300)를 가동할 때 즉각적인 난방을 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
100 : 발열장치 110 : 태양전지모듈
115, 116 : 연결부재 117 : 전원
120, 121 : 발열체 130 : 온수탱크
135 : 배출구 136 : 유입구
200 : 난방시스템 210 : 파이프
220 : 난방부 300 : 보일러
V : 밸브

Claims (6)

  1. 태양전지모듈; 및
    상기 태양전지모듈에 직접 연결되는 발열체;
    로 구성되고,
    상기 태양전지모듈에서 생성된 전기에너지가 상기 발열체에 인가되어 열을 발생시키는 것을 특징으로 하는 발열장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발열체의 발열물질은 카본으로 구성된 것을 특징으로 하는 발열장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발열체는 면상발열체로서,
    상기 면상발열체는
    전극;
    절연물;
    발열물질을 포함하며,
    상기 절연물은 열전도성이 있는 유리인 것을 특징으로 하는 발열장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 발열장치; 및
    온수탱크를 포함하고,
    상기 발열장치의 발열체는 상기 온수탱크에 삽입되어 상기 온수탱크의 물을 가열하고, 상기 가열된 물이 난방부에 공급되는 것을 특징으로 하는 난방시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발열체는 복수이되, 일부는 별도의 전원에 의해 발열되는 것을 특징으로 하는 난방시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 시스템은 보일러를 더 포함하고,
    상기 발열장치는 상기 온수탱크의 물을 예열하며, 상기 예열된 물이 상기 보일러에 공급되어 가열되고, 상기 가열된 물이 난방부에 공급되는 것을 특징으로 하는 난방시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101530442B1 (ko) * 2013-12-09 2015-06-22 최원희 태양전지로 구동되는 발열벽체 어셈블리
CN104791882A (zh) * 2014-05-03 2015-07-22 刘晓 家用独立太阳能综合自助供暖***
KR20190140975A (ko) * 2017-12-28 2019-12-20 고쿠사이 간쿄 가이하츠 가부시키가이샤 발열 장치 및 그 용도

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