KR0181201B1 - 태양광 집광기 및 집광광 이용장치 - Google Patents

Abstract

반포물선형 집광반사체의 초점과 정점간의 축선아래에 구형반사체, 직선반사체 및 심부반사체로 광피트를 구성, 입사한 확산 및 직달 전일사를 누광 없이 광피트 심부(CORE)에서 재집광-수광하는 집광기로, 집열, 태양광발전 및 자연광 조명용채광 장치등에 단일은 물론 겸용설비 장치에 적용한 것이다.

벽기능을 갖는 기능성 판넬로 제작되므로 별도의 토지없이도 건물이나 경계벽등에 설치되므로 경제성을 높은 집광기 및 집광기의 집광광 이용장치 발명이다.

집열장치 구성시는 장치 배면에 방열기를 설치, 동절기는 집방열을 동시에 수행하며, 채광설비나 발전설비가 있는 겸용설비는 연중 태양광을 유효히 생활에 사용할 수 있는 장치이다.

Description

태양광 집광기 및 집광광 이용장치

제1도는 태양광 집광기의 구성상태를 설명한 단면도.

제2도는 제 1 도 A부의 확대 단면도.

제3도는 광피트 분기되고 광댐퍼 동작 도시한 단면도.

제4도는 양측카바 해체된 집방열장치의 사시도.

제5도는 집광광을 선택적으로 이용하는 겸용장치의 실시 단면도들.

제6도는 경계벽기능을 갖는 집열장치의 사시도.

제7도는 제 6 도의 요부 확대 단면도

제8도는 집광광 채광이용장치의 단면도.

제9도는 광댐퍼 주변부의 분해 사시도.

제10도는 집광광 이용장치 실시 단면도들.

본 발명은 집열 및 조명용채광등 태양광을 이용하는 산업분야 범용적으로 적용할 수 있는 집광기와 집광한 광을 수광 이용하는 발명을 실용화코져 하는데 목적이 있다.

공지된 집공기는 집열, 광발전 및 채광등 2종이상 용도에 적용할 수 없었으며, 추적식 수집장치는 정밀도높게 제작 고정밀 추적하여야만 했기에 비용이 소요되었고, 평판형집열기는 수광면 전체를 금속재로 누수없이 기밀 제작 하고 고가의 선택흡수성 도표를 도포하므로 가격이비싼 실정인데도 난방에 충분한 열매체 량이나 온도를 얻지 못하였다.

상기 결점의 일부를 해소키위해 본인이 선출원한 축선을 경계로 포물선과 인볼류트반사체로 집광기 구성되는 집열장치 (1994.11.1 출원번호 28528호)가 있으나 집열 전용장치 용도에는 적합하나, 조명용 채광이나 광발전용에는 적용키 곤란하였다. 이상 지적한 문제점을 해결하고, 저렴한 제작비로 벽기능을 갖는 기능성 설비로 실용화 될 수 있는 발명이다.

태양광 집광기를 첨부 제 1,2도에 의거 설명하면, 축선(C, L)을 기준으로 일측으로만 전개되는 반포물선형 집광용 반사체(100, 이하 반포물선형 반사체 라 간략히 칭한다.)에 있어서, 상기 반사체에 축선평행으로 입사하는 기준광 중에서 초점(F) 통과한 정점(V)기중 근거리 반사광은 축선(C, L)아래로 재반사시키고 반사체(100)의 기준광중 최종단반사광(L, F)은 그 단부에서 근접통과시키는 초점(F)아래 최종단반사광 선상에 중심점이 있는 구형반사체(101), 초점을 통과한 최종반사광(L, F)을 기준으로 평행이상 경사확장되는 직선반사체(102) 및 반포물선형 반사체(100) 정점(V)에 접속되고 집광광의 용도, 용도요구 집광비 및 용도장치의 설치방향등에 특히 적합한 형상으로 점차적으로 단면 축소되는 심부반사체(103)로 광피트(PIT)구성하고 입사전면부엔 투과체(111)설치된 구조로, 우수 및 오물유입을 방지하고, 반포물선형 반사체(100) 입사광을 단면축소된 광피트 심부(Core)에서 집광광을 수광 이용케 하는 집광기이다.

제 1 도 및 2 도는 축선(C, L)에 평행한 기준광이 광피트 심부에 도달하는 집광상태도이고, 제 3,5,7,8 및 10 도는 다양한 각도의 입사광들이 집광돼 수광 이용되는 광 작용상태도이다.

심부반사체(103)의 적합한 형상은 첨부도면에서와 같이 용도(집열,자연광채광 및 두가지 겸용용도 등), 요구집광비, 설치위도, 용도장치의 설치방향(남향 또는 동서향 경사상태) 및 용도장치의 설치유형(건물용 또는 경계벽용) 등에 따라 결정되므로 매우 다양해지며. 직선반사체(102) 길이는 심부반사체(103)형상에도 관계되나 초점(F)과 정점(V)간의 거리 2배가이내가 되며, 최종 단반사광에 최소한 평행하거나 경사 확장되는 구조로 구성된다.

제 3 도는 집광광을 두가지 용도에 선택적으로 사용케 한 집광기로, 광피트 심부반사체(103)를 분기 구성하고 분기점을 회동 중심점으로 정점(V)과 직선반사체(102)간을 회동하는 양면반사재로 된 광댐퍼(104)를 설치, 광로 선택케한 것으로 제 6 도에서는 광피트 분기점에 다수의 스롯홀(110, Slot hole), 광댐퍼(104 Damper) 일측에는 소형돌기(107)구성하여, 돌기가 스롯홀에 삽입 설치되어 회동하는 기구로, 조작핸들(114)을 장치의 카바(406)에 있는 안내홈(113) 외측으로 돌설시켜 광로선택 조작케한 광로분기형 집광기이다.

분기 광피트에 광댐퍼를 설치하므로 집광광으로 집열, 실내조명용 채광 또는 광발전을 선택적으로 하므로서 전력소비를 크게 경감시킬 수 있는바, 제 5 도에서 용도선택 실시도를 도시하였으며, 집광광 이용장치는 후술한다.

제 6 도 및 7 도에 도시한 투과체(11)는 제 3,4,5,8 도 및 10 도 에서의 전면 투과체(111)와 동일 기능을 가진것으로 광피트 상부에 축선(C, L)과 유사한 경사각으로 투과체(111) 설치하고 정점(V)이하 투과체(111)상부의 심부반사체에는 우수배출공(115)을 구성하여, 반포물선형 반사체(100)에 유입된 유수, 먼지 또는 청소한 물을 배면 배설케 한것으로, 물홈통으로 바당 배수하거나 장치 배면으로 자연낙수 시키면 되는 것이다. 수광 전면에 투과체 설치해도 되나 농어촌등 오염물질이 적은 곳에서는 광피트에 경사투과체 설치하는 것이 제조비나 광의 효율적 이용을위해 유리하며, 도시도면은 축선(C. L)위치에 투과체 설치된 경우이다.

지금까지 설명한 집광기를 구성요소로 집광광을 수광 이용하는 장치를 설명하면, 제 4,5,6,7 도 및 10 도에서 집광기의 광피트 심부에 집열관(200)을 설치하고 후레임(402) 구성, 집광광을 집열에 이용하는 집열장치이다.

제 4,5 및 9 도는 배면보온 건물벽 대체 설치한 것이고, 제 6 도 및 7 도는 배면과 측면에 다수의 기둥(404)으로 지지되는 후레임(402) 조립된 판넬식 집열장치로 방음벽 또는 경계벽등 벽기능을 갖게한 기존의 벽구조물 대체재로 설치된 경우로, 전술한 전출원 집열기 및 집열장치에서의 인볼류트형 반사체보다 제장이 용이하고 광피트부분을 필요에 따라 연장 또는 축소 설계할 수 있는 장점이 있으며, 기하학적 집광비 구성범위가 넓고 용이한바 광손실이 적은 단면축소형 광피트를 구성하면 된다.

제 4 도 및 5 도에서, 반포물선형 반사체(100)상부 배면에 U-자형 방열관(202)을 설치하고 상부에는 가열공기 유출고(205)가 배면에는 실내공기유입구(204) 가공된 케이싱(401, 카바) 조립, 난방기에는 집열매체(물)를 방열기(202) 경유시켜 방열열로 난방하고 비난방기에는 상승관 관말의 축열조나 저탕조등에 열매체 직속하는 것으로 패시브(Passive, 자연형)형 설비 구성이 된다.

도면은 난방기의 밸브상태로 방열기쪽은 열려있고 U-자형 방열기 사이 상승관 밸브는 잠겨있는 상태이며, 도면중복 작성을 피하기위해 설치되는 U-자형 방열기(202)를 상부에 별도 도시 하였다.

제 5 도 좌측단면도, 제 8 도 및 9 도는 집광기의 광피트 심부를 개구하고 그 개구부에 투과체(111) 설치하여 집광광을 실내 조명에 사용하는 것으로, 제 8 도는 옥상등 평탄지붕에 설치한 경우이다.

제 5 도 우측단면도는 광피트 심부를 개구하고 그 개구부에 광전지 어레이(500, Solar Cell module) 설치하여 광발전하는 것이다.

지금까지는 집광광을 집열, 채광 및 광발전용의 단일용도에 사용하는 경우 였으나, 제 3 도 기준, 제 5,9 도 및 10 도에서 분기된 광피트에 겸용장치 구성되는 경우를 설명하면; 집광기의 광댐퍼(104) 일측 광피트 심부에는 집열관(200)을 타측에는 투과체(111)있는 채광구를 설치하여 집열과 채광을 선택적으로하는 장치와, 광피트 심부에는 집열관(200)을 타측에는 광전지모듈(500)을 설치하여 집열과 광발전을 선택적으로 하는 겸용장치로 광댐퍼(104)로 두가지 이용장치중 하나를 택일적으로 선택 집광광 광로를 구성하면 된다.

제 10 도 좌측도는 건물 임의층에 광발전과 집열을하는 겸용장치 기능과 방열기 구성된 판넬형 장치를 도시한 것이고, 우측도는 채광과 집열 겸용장치가 스라브지붕에 설치되는 실시예의 단면도 이다.

태양에너지는 열, 전기, 빛 상태로 이용되는 것이 현재까지의 기술인바, 집광광을 에너지 저장이 가능한 전기와 열로, 즉시 소모되는 빛으로 본발명 장치는 수집 이용한다. 열은 집열즉시 실내 난방용으로 즉시 이용할 수도 또는 축열하여 사용할 수도 있게 하였다.

집광기의 반사체는 반포물선형 반사체와 구형반사체, 직선반사체 및 심부반사체로 구성되는 광피트로 구성되는바 추적식 반사체처럼 정밀제작 않고서도 목적하는 기능은 충분히 발휘된다.

이상 집광기와 집광광을 이용하는 장치에서 설명한 본발명은 집열, 광발전 및 자연고아채광 장치가 벽기능성 장치로 제작되는바 공지의 장치와 같이 옥상 등에 돌출되는 미관상의 문제가 없을 뿐만 아니라, 건물벽 설치때는 투과체, 반사체 및 보온배면으로 판넬식으로 구성되므로 실내의 냉,난방 부하를 경감시키는 경제성이 높은 안가의 태양에너지 이용장치가 된다. 공항, 고속도로, 철도, 공단등 사회간접자본시설의 경계벽에서 집열한다면 별도의 토지공간 없이도 용도에 적합한 열매체 생산가능하며, 집광광으로 광발전도 가능하므로 고가의 광전지를 대면적으로 배열 설치않고도 효율높게 발전할 수 있다.

단일장치에서 두가지 기능을 선택적으로 하므로 제작설치에 소요된 비용을 단기에 회수할 수 있는 장점이 있다.

건물벽체 설치시는 동절기엔 난방수단으로, 타계절엔 실내조명용 채광을 하거나 광발전을 하므로 에너지를 생산하는 벽체가 개시된다.

추적식 집광장치와는 달리, 축선이상의 고도광으로 입사되는 직달 및 확산일사를 모두 집광할 수 있으며, 열수요가 많은 동절기 수광량을 하절기보다 많게 설계 제작할 수 있다.

Claims (8)

1. 반포물선형 반사체에 있어서, 축선평행으로 입사하는 기준광중에서 초점을 통과한 근거리 반사광은 축선 아래로 재반사시키고 최종단반사광은 그 단부에서 근접통과시키는 초점아래 최종단 반사광에 평행이상으로 경사확장되는 직선반사체 및 반포물선형 반사체의 정점에 접속되는 심부반사체로 점차 단면축소되는 광피트 구성하고 입사 전면부엔 투과체 설치된 단면구조로, 광피트의 심부에서 집광광을 수고아 이용케하는 태양광 집광기.
2. 제 1 항에 있어서, 심부반사체를 분기 구성하고 분기점을 회동 중심점으로 정점과 직선반사체간을 회동하는 양면반사재로 된 광댐퍼를 설치하여 광로 선택케하는 광로분기형 태양고아 집광기.
3. 제 1 항의 투과체에 있어서, 광피트 상부에 축선과 유사한 경사각으로 투과체 설치하고 투과체 상부에는 우수배출공을 구성하여 배면 배출케하는 태양광 집광기.
4. 태양광 집광기의 광피트 심부에 집열관을 설치 집광광을 집열에 이용하는 집열장치.
5. 태양광 집광기의 광피트 심부를 개구하구 개구부에 투과체 설치하여 집광광을 채광하는 조명용 채광장치.
6. 광로분기형 집광기의 일측 심부에는 집열관을 타측에는 투과체 있는 채광구를 설치, 집열과 채광을 선택적으로 하는 집광광 이용장치.
7. 제 6 항에 있어서, 채광구의 투과체를 태양전지로 구성하여 집열과 광발전을 선택적으로 하는 집광광 이용장치.
8. 제 4,6 또는 제 7항에 있어서, 반포물선형 반사체의 상부 배변에 U-자형 방열관을 설치하고 상승관에 밸브구성 연결배관하여 상부에는 가열공기 유출구가 배면에는 실내공기 유입구 가공된 케이싱 조립, 난방기에는 집열매체 방열기 경유시켜 난방케하고 비난방기는 집열매체 축열조에 직송시키는 집,방열 겸용기능을 갖는 집광광 이용장치.