KR100374163B1

KR100374163B1 - 태양열판넬집열장치

Info

Publication number: KR100374163B1
Application number: KR1019960001658A
Authority: KR
Inventors: 박화랑
Original assignee: 박화랑
Priority date: 1996-01-26
Filing date: 1996-01-26
Publication date: 2003-05-12
Also published as: KR970059653A

Abstract

본 발명은 태양열 집열장치에 관한 것으로서, 반사체의 구조를 변경하여 태앙광이 보다 많이 입사될 뿐만 아니라 건물의 벽체에 설치하여 사용하거나 방음벽이나 담장 등의 벽체로 사용할 수 있는 태양열 판넬 집열장치에 관한 것이다.

본 발명은 인볼류트반사체와 집열관으로 구성된 복수개의 집광집열기와, 집광집열기를 수용하며 투과체를 갖는 프레임으로 이루어진 집열판의 내부인 집광집 열기와 프레임 사이에 골판재를 설치하고, 집광집열기를 프레임의 골판재에 고정시키기위한 조립금구를 설치하며, 인볼류트반사체의 변형을 방지하는 안착패드를 설치함과 아울러 복수개의 집광집열기를 서로 연결고정시키고, 골판재에 고정시키는 고정금구를 설치한 것을 특징으로 한다.

따라서, 집열판을 수직으로 설치하여도 집광집열기가 집열판으로 부터 이탈 되지 않으며, 인볼류트 반사체가 변형되지 않으므로 집열판을 건물의 벽체에 수직 부착하여 사용할 수 있을 뿐만 아니라 방음벽이나 벽체 대용으로 사용할 수도 있는 효과가 있다.

Description

태양열 판넬 집열장치{Panel type Solar heat collector}

본 발명은 태양열 집열장치에 관한 것으로서, 반사체의 구조를 변경하여 태양광이 보다 많이 입사될 뿐만 아니라 건물의 벽체에 설치하여 사용하거나 방음벽이나 담장 등의 벽체로 사용할 수 있는 태양열 판넬 집열장치에 관한 것이다.

일반적인 종래 기술에 의한 태양열 집열장치는 태양열을 집열하는 집열파이프가 순환가능한 폐루프 형태로 내장되고, 집열파이프에 태양열을 투과시키는 철분등이 함유된 유리재질의 투과체가 설치된 프레임으로 이루어진 집열판과, 집열판의 일측면에 설치되고 집열판에서 집열된 태양열을 저장하는 헤더 및 축열탱크로 구성되며, 별도의 지지프레임에 의하여 기립되어 건물의 옥상이나 평지에 설치된다.

이러한 태양열 집열장치는 경사형 집열장치라고 불리우는데, 이와 같은 경사형 집열장치는 제조비용이 저렴하고 제작이 용이한 장점은 있으나, 태양열의 집열이 작용이 미흡하여 투과체를 2중(DOUBLE)으로 설치하기도 하여야 하는 문제가 있었다.

그러나, 이러한 2중(DOUBLE) 투과체를 설치하여도 집열 온도가 낮고 바람이 불때는 집열열의 발산손실이 매우 많아 동절기 난방용으로 사용하기에는 매우 어려웠으며 별도의 지지프레임을 이용하여 반드시 경사 설치하여야만 하는 문제도 있었다.

이와 달리 한국공개특허 제90-5132호에 기재된 태양열 집열장치의 경우에는 복수개의 히트파이프를 수직으로 설치하여 경사식이 아닌 평판식으로 제작하였으나, 히트파이프의 내부에 열매체용 상변화물질이나 부동액 등을 주입하여 사용하여야 하므로 가격인상은 물론 열매체 누출시 토양 및 수질오염 원인이 되기도 하였다.

그리고, 또 다른 종래 기술에 의한 태양열 집열장치중 고온 집열용 추적식 집열장치가 설치된 미국의 모하비 사막에 설치된 발전용 장치의 경우에는 고온집열을 하기 위하여 고가의 정밀추적장치 및 대형 정밀반사체 등이 제작되어 설치되어야 하므로 일반산업체나 가정용으로 사용하기에는 불가능하다는 문제가 있었다.

여기서, 또 다른 종래 기술인 일본특허 평 제3-55735호의 "집광집열기"와 한국실용신안등록 제 86-531호의 "태양열 집열장치"에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 일본특허 "집광집열기"의 경우에는 집광집열기에 설치된 반사필름이 곡선진 현수식으로 구성되어 그 구조상 집열파이프나 히트파이프, 또는 진공관식 집열관을 수직으로 설치할 수는 있으나 수평설치가 불가능할 뿐만 아니라 상당량의 입사광이 외부로 재 반사되는 문제가 있었으며, 또한 시간이 흐름에 따라 반사체의 형상이 변형되므로 반사체의 형상을 장기간 유지시키기가 어렵다는 문제가 있었다.

다음, 한국 실용신안등록 제 86-531호의 경우에는 길게 형성된 인볼류트 곡선을 닮은 박판재형 반사체의 경사각도를 임의로 조정 및 회동이 가능하도록 구성 하였으나, 반사체가 길게 형성되어 반사체를 장기간 설치시 반사체가 변형될 뿐만 아니라 반사체를 외부와 차단시킬 수 있는 투과체나 유리 등이 미설치되어 반사체에 빗물이 고이거나 눈 등이 쌓이는 문제가 있었다.

한편, 도 1은 이러한 인볼류트 곡선형 반사체의 반사작용을 설명하기 위한종래 기술에 의한 인볼류트(INVOLUTE) 반사체의 개략적인 개략도로서, 인볼류트반사체(1)의 단면 곡선은 도시된 바와 같이 기초원(B·C)을 중심으로 양측전개시 하트형 모양으로 구성된다.

그리고, 기초원의 정점(T)에서 수평연장선(100)을 그을 경우 수평연장선(100)과 인볼류트반사체(1)가 교차되는 교점에서 인볼류트반사체(1)는 그 전개폭(태양광 수광폭)이 최대로 만개된다.

이때, 인볼류트반사체(1)에 입사되는 모든 광은 기초원(B·C) 방향으로 입사 하게 되며, 인볼류트반사체(1)의 개구폭은 도시된 바와 같이 π·D 가 된다.

그러나, 이와 같은 인볼류트반사체(1)의 경우 인볼류트반사체(1)의 개구폭인 π·D를 벗어난 태양광은 입사가 안되는 문제가 있었으며, 인볼류트반사체(1)에 입사후 반사되는 반사광은 재입사를 할 수 없는 문제도 있었다.

즉, 인볼류트반사체(1)의 최대 전개폭이 π·D 로 한정되어 태양광을 보다 효율적으로 입사시키지 못하는 문제가 있었다.

한편, 전술한 태양열 집열장치 이외에 C.P.C (COMPOUND PARABOLIC CONCENTRATOR)형 집열장치도 있으나 C.P.C형 집열장치의 경우에는 파라볼라형 반사체와, 반사체를 지지하는 베이스와, 베이스를 구동시키는 모터 등을 설치하여야 하므로 제작이 어려울 뿐만 아니라 반사체의 개구 수광폭에 비하여 전개높이가 높아 집열관 최소제작가능 관경을 감안 하더라도 차지하는 공간면적이 넓어 판넬식으로 제작키는 어려운 문제가 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양광을 반사시키는 반사체에 별도의 반사체를 부착하여 외부 재반사광(누광)의 양을 최대로 경감시켜 태양광을 보다 많이 입사 시킬 수 있으며, 태양열 집열장치를 판넬형으로 형성하여 벽체에 수직으로 고정설치할 수 있는 태양열 판넬 집열장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 반사체의 배면에 반사체를 지지해주는 안착패드를 설치하여 반사체외 변형을 방지할 수 있는 태양열 판넬 집열장치를 제공하는 것이 다른 목적이다.

도 1은 종래 기술에 의한 인볼류트(INVOLUTE) 반사체를 개략적으로 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 의한 집광집열기의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,

도 3은 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치의 전체적인 구성을 도시한 일부절개 사시도,

도 4는 도 3에 도시된 A-A'선을 확대 도시한 단면도,

도 5는 도 4에 도시된 고정금구를 도시한 사시도,

도 6은 도 3에 도시된 집열관을 고정하는 조립금구 사시도,

도 7은 도 3에 도시된 B-B'선의 일부를 확대 도시한 단면도,

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 집열판을 도시한 단면도,

도 9는 도 8에 도시된 안착패드를 도시한 사시도,

도 10은 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치가 방음벽으로 사용된 사용상태 사시도,

도 11은 도 10에 도시된 C-C'선을 확대 도시한 단면도,

도 12는 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치가 건물의 벽체에 설치되어 사용되는 사용상태 사시도,

도 13은 도 12에 도시된 D-D'선을 확대 도시한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 인볼류트반사체 2: 직선반사체

3 : 집열관 3-1: 수광집열관

3-2: 타이로드 3-3: 경판금구

4 : 고정금구 4-1: 걸쇠

4-2 : 톱니턱 5: 조립금구

5-1: 안착편 5-2 : 안장부

6 : 안착패드 7 : 골판재

7-1: 소공 8: 투과체

9: 후레임 9-1: 엔드박스

10 : 스프링 11: 축열조

12 : 헤더 13: 외장카바

14 : 내장판 15: 보온재

16 : 방음벽 17: 흡음재

18 : 트러스 19: 물홈통

20 : 기둥 21 : U볼트

22 : 연결관 23: 앵커플레이트

30 : 집 열기 300: 집열판

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치는, 만개된 상태가 되도록 좌 ·우로 대칭되어 설치되는 한쌍의 인볼류트반사체와, 인볼류트반사체의 접촉부위에 설치되고 인볼류트반사체의 기초원보다 대구경을 갖는 진공관식 집열관으로 구성되는 복수개의 집광집열기와, 집광집열기를 내부에 수용하며 집광집열기를 외부와 차단시키고 태양열이 집광집열기에 집열되도록 하는 투과체가 일측면에 설치된 프레임으로 구성된 집열판과, 상기 집광집열기의 집열관에 파이프로 연통배관된 헤더 및 축열조로 이루어진 태양열 집열장치에 있어서, 상기 집열판은 프레임 내측에 골과 소공을 갖는 마루가 형성된 골판재가 설치되고, 골판재의 골에 집광집열기가 연속적으로 삽입설치되는 것과; 집광집열기의 배면과 골판재 사이에는 집광집열기와 골판재를 일정간격으로 이격시켜주며, 인볼류트반사체를 지지하여 인볼류트반사체의 형태를 유지시켜주는 복수개의 비철금속재 안착패드와, 집광집열기를 안착 및 지지하는 안착편과 안장부를 가지며, 집광집열기의 집열관을 감싸서 고정하는 고정용 스프링이 설치된 복수개의 조립금구가 설치되는 것과; 연속적으로 설치된 집광집열기의 인볼류트반사체 사이에는 복수개의 집광집열기들이 서로 연결되면서 골판재에 밀착고정될 수 있도록, 일단부에 양방향으로 절개되어 절곡된 한쌍의 걸쇠가 형성되고, 타단부에 톱니파 모양의 톱니턱을 갖는 고정금구의 걸쇠가 착설되고, 고정금구의 톱니턱은 골판재의 소공에 웨지 결합되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 집광집열기의 구성을 개략적으로 도시한 개략도로서, 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 집광집열기는 만개상태가 되도록 좌·우 대칭되어 설치되는 한쌍의 인볼류트반사체(1)와, 한쌍으로 이루어진 인볼류트반사체(1)의 접촉부위에 설치되고 인볼류트반사체(1)의 기초원(B·C)보다 대구경을 가지며 진공층이 형성된 진공관식 집열관(3)으로 구성된 집광집열기(30)로 이루어 진다.

여기서, 진광집열기(30)에 진공관식 집열된(3)을 사용하는 이유는 진공관식 집열관(3)은 반사체 없이 그 자체 만으로도 고온집열이 가능하기 때문이다.

한편, 인볼류트반사체(1)의 양측면에는 보다 많은 양의 태양광을 입사시키기 위한 평판형의 직선반사체(2)가 연장 형성되는데, 이러한 직선반사체(2)는 기초원(B·C)의 중심에 형성되는 중심선을 수평으로 연장한 중심연장선(200)과 인볼류트반사체(1)의 교점(M)에서 연장형성된다.

여기서, 직선반사체(2)를 연장형성하는 이유는 인볼류트반사체(1)와 직선반사체(2)를 일체형으로 형성하기 위함이지만, 이와 달리 인볼류트반사체(1)의 측면에 직선반사체(2)를 덧붙여 일체형이 아닌 분할형으로 구성할 수도 있다.

한편, 직선반사체(2)를 인볼류트반사체(1)의 교점(M)에서 연장형성하거나 인볼류트반사체(1)의 측면에 덧붙일 경우 직선반사체(2)는 인볼류트반사체(1)를 기준으로 했을때, 인볼류트반사체(1)의 외측면으로 20도 이하의 외확장경사각(θ)을 갖도록 연장형성하거나 덧붙여 부착하여야 하며, 직선반사체(2)의 외확장경사각(θ)의 각도는 5도 이상 20도 이하로 형성되도록 하는 것이 바람직 하다.

그리고, 직선반사체(2)를 인볼류트반사체(1)에 연장형성하거나 덧붙일 경우 직선반사체(2)의 전체 전개 개구폭(W)은 전개높이(H) 보다 넓게 구성되도록 하여야 한다.

따라서, 본 발명에 의한 인볼류트반사체(1)는 인볼류트반사체(1)의 전개폭을 증대시킬 수 있는 직선반사체(2)를 연장형성하여 종래 기술에 의한 인볼류트반사체와 달리, 태양광의 입사면적을 증대시켜 수광량을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 인볼류트반사체(1)에 입사된후 반사되는 반사광을 다시 재입사시킬 수 있다.

미설명부호 L0는 인볼류트반사체(1)의 기초원(B·C)에 접하여 수직입사되고 인볼류트반사체(1)에 수직작용하는 최근접광이고, L1은 인볼류트반사체(1)의 기초원(B·C)을 통과하고 외부로 재반사되는 모든 입사광이다.

도 3은 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치의 전체적인 구성을 도시한 일부절개 사시도로서, 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치는 전술된 복수개의 집광집열기(30)와, 집광집열기(30)를 내부에 수용하며 태양열을 투과시키는 투과체(8)가 일측면에 설치된 프레임(9)으로 구성된 집열판(300)으로 이루어지며, 집광집열기(30)의 집열관(3) 양측 단부는 원추형의 경판금구(3-3)로 마무리 된다.

한편, 투과체(8)는 집광집열기(30)를 외부로 부터 차단 및 보호하는 역할과 함께 집광집열기(30)에 보다 많은 태양열이 투과되도록 하는 역할을 하므로 집광집열기(30)의 집열을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 외기로 부터 훼손 및 오염되는 것을 방지할 수 있으며, 투과체(8)는 2중 투과체가 설치된 종래 기술에 의한 경사형 집열장치와 달리 한장(한겹)만으로 구성되는 것이 바람직 하다.

그리고, 집열판(300)의 내부인 집광집열기(30)와 프레임(9) 사이, 즉 프레임(9) 내측에는 골과 마루가 형성된 골판재(7)가 설치되며, 골판재(7)의 골에는 복수개의 집광집열기(30)가 연속적으로 삽입설치된다.

또한, 복수개의 집광집열기(30)의 사이에는 집광집열기(30)를 서로 연결하면서 집열기(30)를 골판재(7)에 고정해주는 박판형의 고정금구(4)가 설치된다.

그리고, 집열기(30)의 집열관(3)에는 집열관(3)이 골판재(7)에서의 이탈되는 것을 방지하고, 골판재(7)에 더욱 견고하게 고정시키기 위하여 후술되는 조립금구(5)의 스프링(10)이 감기게 된다.

한편, 집열판(300)에 평판이 아닌 골이 형성된 골판재(7)를 사용하는 이유는 프레임(9)에 판재를 설치할 경우 골판재(7)가 평판재에 비하여 구조적 강도가 우수 하기 때문이며, 골판재(7)에는 골이 형성되어 있어 집광집열기(30)를 설치하기가 용이 하기 때문이다.

계속해서, 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치는 집열판(300)에 내설된 집광집열기(30)의 집열관(3) 내부에 내장된 열유체를 순환시키는 파이프가 연통배관되고 U볼트에 의하여 프레임(9)에 고정된 축열조(11)로 구성된다.

그리고, 축열조(11)의 외부면에는 축열조(11)를 외부와 차단시키는 외장커버(13)를 갖는 박스형태의 엔드박스(9-1)를 설치할 수 있다.

물론, 외장커버(13)는 엔드박스(9-1) 이외의 프레임(9)에도 적용하여 집열판(300)이 외부로 부터 차단 및 보호될 수 있도록 할 수 있으며, 축열조(11)에는 동파방지 및 단열용 보온재를 설치할 수도 있다.

여기서, 미설명 부호 23은 앵커플레이트로서, 집열판(300)의 형태를 구성하는 프레임(9)에 부착되며, 집열판(300)은 앵커플레이트(23)에 의하여 벽체나 옥상의 파라펫 등에 수직으로 설치될 수 있다.

즉, 집열판(300)을 벽체나 옥상의 파라펫 등에 수직으로 설치한후 앵커플레이트(23)에 앵커볼트 등의 체결수단을 이용하여 벽체나 파라펫에 고정설치할 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 A-A'선을 확대 도시한 단면도이다.

여기서, 집광집열기(30)에 설치된 집열관(3)을 좀더 자세히 설명하면, 집열관(3)은 내부에 열유체가 내장된 수광집열관(3-1)과, 수광집열관(3-1)의 중앙에 설치되는 타이로드(3-2)와, 수광집열관(3-1)의 외측에 형성되는 진공층으로 이루어진다.

그리고, 이러한 집열관(3)이 설치된 집광집열기(30)는 전술된 고정금구(4)에 의하여 서로 연결됨과 동시에 골판재(7)에 고정된다.

한편, 골판재(7)의 마루부분에는 슬롯형태의 소공(7-1)이 형성되고, 소공(7-1)에는 고정금구(4)의 하단부가 삽입설치된다.

이러한 고정금구(4)는 도 5에 잘 나타나 있는데, 도 5는 도 4에 도시된 고정금구를 도시한 사시도로서, 고정금구가 횡방향으로 설치된 모습을 도시한 것이며, 도 5를 참조하여 고정금구(4)를 설명하면 다음과 같다.

도 5에 도시된 바에 의하면 고정금구(4)는 일단부에 양방향으로 절개되어 절곡된 한쌍의 걸쇠(4-1)를 가지며 타단부에는 톱니파 모양의 톱니턱(4-2)이 형성되어 이루어 진다.

이러한 고정금구(4)의 걸쇠(4-1) 한쌍은 복수개 설치된 집광집열기(30)의 인볼류트반사체(1)에 각각 걸려 고정되고, 톱니턱(4-2)은 골판재(7)의 소공(7-1)에 삽입되어 웨지결합하게 된다.

즉, 고정금구(4)는 걸쇠(4-1)가 복수개 설치된 집광집열기(30)의 인볼류트반사체(1) 사이 접촉부위에 설치되어 각각의 인볼류트반사체(1)를 서로 연결고정시켜 주며, 동시에 인볼류트반사체(1)가 골판재(7)에 고정될 수 있도록 톱니턱(4-2)이 골판재(7)의 마루부에 형성된 소공(7-1)에 웨지결합된다.

따라서, 복수개의 집광집열기(30)는 서로 밀착연결될 수 있을 뿐만 아니라 골판재(7)에 고정설치될 수 있다.

물론, 고정금구(4)의 걸쇠(4-1)가 걸려 고정되는 인볼류트반사체(1)는 인볼류트반사체(1)에 연장형성되는 직선반사체(2)의 접촉부분이기도 하다.

도 6은 도 3에 도시된 집열관을 고정하는 조립금구를 도시한 사시도이고, 도7은 조립금구의 사용상태를 도시한 단면도로서 도 3에 도시된 B-B' 선의 일부를 확대 도시한 단면도이다.

도 7에 도시되고 도 3의 설명에서 언급된 바와 같이 조립금구(5)는 집열관(3)이 골판재(7)에서 이탈되는 것을 방지하고, 골판재(7)에 더욱 견고하게 고정시키기 위한 것이다.

이러한 조립금구(5)는 도시된 바와 같이 삼각형 형태의 단면으로 이루어지고 집광집열기(30)를 안착 및 지지하는 박판형의 안착편(5-1)과 안장부(5-2)를 가지며, 집광집열기(30)의 집열관(3)을 감싸서 고정하는 코일형 스프링(10)으로 구성되어 스크류나 볼트와 같은 체결부재에 의하여 골판재(7)에 고정된다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 집열판을 도시한 단면도로서, 집열판 내부에 안착패드가 설치된 것이 도시되어 있으며, 도 9는 도 8에 도시된 안착패드를 도시한 사시도이다.

도시된 도면에 의하면, 안착패드(6)는 단면이 만곡진 삼각형의 형태를 가지며, 상부면에 안착패드(6)결합용 관통구멍이 형성되어 스크류나 볼트 등에 의하여 골판재(7)에 결합되도록 구성된다.

물론, 안착패드(6)의 단면은 만곡지게 형성되되, 하부면은 볼록한 만곡이 형성되고 양 측면은 오목한 만곡이 형성된다.

한편, 안착패드(6)는 하부면이 골판재(7)와 결합되고, 오목하게 만곡진 양측면은 집광집열기(30)의 인볼류트반사체(1)에 밀접하게 면접되면서 인볼류트반사체(1)를 지지해주게 된다.

따라서, 인볼류트반사체(1)는 안착패드(6)에 의하여 골판재(7)와 일정간격이격되게 되는데, 이때 골판재(7)는 전술된 절곡형 골판재(7)와 달리 만곡을 갖는 파형식 골판재(7)로 할 수 있으며, 파형식 골판재(7)의 경우에도 마루부분에 절곡된 골판재(7)와 동일한 슬롯형 소공(7-1)이 형성되어 고정금구(4)가 웨지결합 된다.

만약, 파형식 골판재(7)가 아닌 절곡진 골판재(7)를 사용할 경우 안착패드(6)의 하부면은 도시된 바와 달리 볼록하게 만곡지지 않고 편평하게 형성 되어야 할 것은 자명하다.

한편, 골판재(7)의 배면에는 태양열의 보온을 위한 보온재(15)를 충전할 수 있으며, 이렇게 충전된 보온재(15)가 프레임(9)의 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위하여 보온재(15)의 후방인 프레임(9) 내측에 평판형의 내장판(14)을 설치할 수 있다.

물론, 내장판(14)이 대신 전술된 외장커버(13)를 사용하여 프레임(9)의 개구부를 밀폐하여 보온재(15)의 이탈을 방지할 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치는 수직이나 수평으로 기립되어져 사용되며, 태양열 집열장치만을 단독으로 기립하여 사용하거나 벽체나 파라펫 등에 부착하여 사용할 수 있다.

이러한 본 발명의 작용을 설명하면, 먼저 직선반사체(2)가 연장형성된 인볼류트반사체(1)에 태양광이 수광되는데, 직선반사체(2)로 인하여 태양광은 종래 기술에 의한 인볼류트반사체(1)와 달리 보다 많은 양의 태양광을 수광하게 되고, 수광된 태양광은 집광집열기(30)의 집열관(3)에 입사하게 된다.

그리고, 수광된 태양광중 일부 반사되는 태양광은 직선반사체(2)에 다시 재반사 되어 집광집열기(30)의 집열관(3)에 입사하게 된다.

따라서, 입사된 태양광에 의하여 집열관(3) 내의 열유체는 고온으로 가열되어 열유체 순환용 파이프에 의하여 프레임(9)에 고정된 축열조(11)에 유입되며, 축열조(11)는 이러한 고온의 열유체를 이용하여 전력을 발생시키거나 온수를 공급하게 된다.

물론, 전력을 발생시키기 위하여는 열에너지를 전기에너지로 변환시켜주는 미도시된 별도의 열교환기가 설치되는데, 이러한 열교환기는 일반적으로 사용되는 공지된 열교환기를 이용한다.

한편, 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치는 수직이나 수평으로 장기간 설치되어 있어도 안착패드(6)에 의하여 인볼류트반사체(1)가 변형되지 않을 뿐만 아니라 고정금구(4)에 의하여 복수개의 집광집열기(30)는 서로 유동되지 않고 프레임(9)의 골판재(7)에 견고히 고정되어 있게 된다.

또한, 집광집열기(30)의 집열관(3) 역시 조립금구(5)에 의하여 프레임(9)의 골판재(7)에 견고히 고정되어 있게 되며, 골판재(7)의 배면에 보온재(15)를 삽입하였을 경우에는 보온재(15)가 집열판(300)을 외부의 외기와 단열시킴과 동시에 보온 시켜주는 작용을 하므로 고온으로 가열된 집광집열기(30)의 집열관(3) 내부 열유체를 보온시켜주게 된다.

한편, 집광집열기(30)는 태양열로 인하여 수축과 팽창을 하는 미동운동을 하게 되는데, 이러한 미동운동이 이루어 지더라도 고정금구(4)에 의하여집광집열기(30)는 안정되게 골판재(7)에 고정되어 있게 된다.

도 10은 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치가 방음벽으로 사용된 사용상태 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시된 C-C' 선을 확대 도시한 단면도이다.

도시된 도면에 의하면 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치는 도시된 바와 같이 집열판(300)에 복수개의 기립용 지지수단을 장착하여 도로의 양측에 설치하여 방음벽으로 사용할 수 있는데, 이러한 경우에는 집열판(300)이 차음판 역할을 하므로 차음형 방음벽으로 사용된다.

여기서, 지지수단은 도시된 바와 같은 기등(20)이 사용될 수 있으며, 지지수단인 기둥(20)을 설치하지 않고 집열판(300) 자체의 프레임(9)을 기립용 지지수단으로 사용할 수도 있다.

물론, 전술된 바와 달리 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치를 흡음형으로도 사용할 수 있으며, 흡음형으로 사용할 경우에는 집열판(300)의 배면에 흡음재(17) 및 차음재를 가지며 기립수단인 기둥(20)이 설치된 방음벽(16)을 설치 하여 사용할 수 있다.

한편, 집열판(300)의 내부에 설치된 복수개의 집광집열기(30)가 도 10에 도시된 바와 같이 종방향으로 길게 설치될 경우에는 편의상 수직설치형(V) 이라고 할수 있는데, 이러한 수직설치형(V)의 경우에는 도시된 바와 같이 축열조(11)가 아닌 헤더(11)를 설치하여 열매체 저장장치로 사용할 수 있으며, 이러한 헤더(12)에는 동파방지 및 외기의 단열, 보온을 하기 위한 보온재(15)가 설치된다.

그리고, 도 11에서와 같이 집열판(300)의 내부에 설치된 복수개의 집광집열기(30)가 횡방향으로 설치될 경우에는 편의상 수평설치형(H)이라고 할 수 있으며, 수평설치형(H)의 경우에도 역시 도시된 바와 같이 축열조(11)가 아닌 헤더(11)를 설치하여 사용할 수 있다.

물론, 방음벽의 일측면에는 수직설치형(V)을 설치하고 타측면에는 수평설치형(H)을 설치하여 수직설치형(V)과 수평설치형(H)을 병합하여 사용할 수도 있다.

결론적으로 설명하면, 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치를 방음벽으로 이용하면 방음기능과 집열기능을 동시에 할 수 있다.

이와 같이 구성된 방음벽을 사용할 경우 전술된 바와 같이 집열판(300)의 집열기(30)에 의하여 태양열을 저장하여 사용할 수 있으며, 집열판(300)에 의하여 도로의 소음을 반사 및 차음할 수 있어 차음식 방음벽으로도 사용할 수 있다.

그리고, 집열판(300)에 흡음재가 설치된 방음벽을 설치하였을 경우에는 도로에서 발생되는 소음의 일부는 방음벽의 흡음재에 흡음시키고, 다른 일부 소음은 집열판(300)이 반사시킬 수 있어 차음 및 흡음식 방음벽으로 사용할 수도 있다.

물론, 현대 사회와 같이 교통수단의 고속화와 교통량의 폭발적인 증가로 인하여 소음이 증대되므로 도로에 설치되는 방음벽은 필수라고 할 수 있으며, 이러한 방음벽을 효율적으로 사용하기 위하여 일반적인 방음벽 대신 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치를 설치하는 것이 효과적이라 할 수 있다.

도 12는 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치가 건물의 벽체에 설치되어 사용되는 사용상태 사시도이고, 도 13은 도 12에 도시된 D-D'선을 확대 도시한 단면도이다.

도 12와 도 13에 도시된 도면에 의하면, 전술된 수직설치형(V) 태양열 판넬 집열장치를 건물의 외벽에 복수개 부착하고, 건물의 지붕이나 옥상의 파라펫에는 수직설치형(V)과 다른 경사설치형(V1)을 복수개 설치하는데, 경사설치형(V1)의 경우에는 수직설치형(V)을 경사지게 설치한 것이다.

여기서, 복수개 설치된 태양열 판넬 집열장치의 집열판(300)들은 열매체를 서로 교환할 수 있도록 도 13에 도시된 바와 같은 일반적으로 사용되고 있는 신축이음용 연결관(22)이 설치되며, 이러한 연결관(22)에 의하여 복수개의 집열판(300)들은 서로 연결된다.

다시 말하면, 도시된 바와 같이 건물의 벽체에는 수직설치형(V) 집열판(300)을 설치하고, 건물의 지붕에는 경사설치형(V1)을 설치한 다음, 수직설치형(V) 집열판(300)과 경사설치형(V1) 집열판(300)의 집열관(3)들을 연결관(22)으로 연결하여 집열판(300)에 내장된 열매체가 서로 교환되도록 한다.

이때, 복수개 설치된 수직설치형(V) 및 경사설치형(V1) 태양열 판넬 집열장치는 집열판(300) 마다 각각의 열매체저장용 축열조(11)나 헤더(12)를 설치하는 것보다는 복수개의 집열판(300)에 저장된 고온의 열매체를 일괄적으로 저장하는 별도의 축열조(11)를 설치하는 것이 바람직하다.

물론, 별도의 축열조(11)에 열매체를 저장하기 위하여는 복수개의 집열판(300)에 내장된 열매체를 연결해주는 파이프형 이음관이 설치되어야 함은 자명한 것이며, 이러한 이음관은 축열조(11)에 연통배관 되어 구성된다.

그리고, 이러한 축열조(11)는 복수개의 집열판(300)에 내장된 많은 양의 열매체를 일괄적으로 저장하기 위하여 대용량으로 제조되어 설치되어야 한다.

한편, 도시된 바와 달리 건물이 고층일 경우에는 건물의 벽체에 집열판(300)을 연속적으로 복수개 설치하고, 복수개의 집열판(300)을 전술된 바와 같은 연결관(22)으로 서로 연결할 수 있다.

즉, 집열판(300)의 상부나 하부, 또는 양측면에 연속적으로 다른 집열판(300) 들을 복수개 설치하여 건물의 벽체 전체에 집열판(300)들이 부착될 수 있도록 할 수 있다.

이러한 고층건물에 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치를 부착할 경우에는 보다 많은 태양열을 집열할 수 있을 뿐만 아니라 집열효과가 뛰어나 경제적으로 효과적이라 할 수 있다.

여기서, 미설명된 미설명 부호 18은 강재 트러스이고, 19는 물흠통이다.

이와 같이 건물에 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열판을 설치하게되면, 태양열은 전술된 바와 동일한 방법으로 집열판(300)에서 집열되고, 집열된 태양열은 열매체를 고온으로 가열하게되며, 가열된 열매체는 연결관(22)을 경유하여 파이프 등의 이음관으로 이송되어 축열조(11)에 저장되게 된다.

따라서, 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치는 건물의 외벽이나 벽체 등에 여러개를 수직이나 경사지게 설치하여 사용할 수 있으며, 여러개의 태양열 판넬 집열장치가 수직으로 연속 적층되는 구조인 다층형식으로 설치하여 사용할 수 있다.

물론, 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치는 건물의 외벽이나 벽체에 설치되므로 태양열 판넬 집열장치를 설치하기 위하여 별도의 장소나 공간이 필요하지않게 되며, 경우에 따라서는 전술된 방음벽의 실시예에서 처럼 태양열 판넬 집열장치만을 설치하여 건물의 담장으로 사용할 수도 있다.

즉, 가정집이나 산업시설 등의 경계시설물로서 사용할 수 있으며, 가정집이나 산업시설물 이외의 일반적인 옥상이나 공터에도 설치하여 경계시설물로 사용할수도 있다.

이렇게 건물의 외벽에 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치를 사용하게 되면 하절기의 경우 건물의 외벽에 비춰지는 복사광에 의한 건물 내부 온도 상승을 감소시킬 수 있으며, 이로 인하여 냉방에너지를 절감할 수 있다.

그리고, 동절기에는 복사광을 이용한 온수로 건물을 난방하거나 온수를 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같 본 발명에 의한 태양열 판넬 집열장치는 인볼류트반사체에 직선반사체가 부착되어 태양광의 수광량이 증가되는 효과가 있을 뿐만 아니라 인볼류트반사체에서 반사되는 반사광을 집열관으로 다시 재반사 시켜 입사시키므로 누광을 감소시킬 수 있어 집열효과를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고, 앵커플레이트를 이용하여 집열판을 벽체에 수직으로 고정설치할 수 있어 집열판을 설치하기 위한 별도의 공간이 필요하지 않는 효과도 있으며, 집열판을 수직으로 설치할 수 있어 광학적으로 직달일사의 대부분을 누광없이 수광할 수 있는 효과도 있다.

또한, 인볼류트반사체의 배면에 안착패드가 설치되어 반사체의 변형을 방지할 수 있는 효과도 있으며, 집열판을 자체를 도로에 설치하여 차음형 방음벽으로 사용하거나, 집열판에 흡음형 방음벽을 부착하여 흡음형 방음벽으로 사용할 수도 있어 방음기능과 집열기능을 동시에 할 수 있는 효과도 있다

아울러, 건물에 여러개의 집열판들을 연속적으로 설치하여 설치할 수 있어 대용량의 태양열을 집열할 수 있는 효과도 있으며, 집열판에 투과체가 부착되어 태양열의 수광효과를 증대시킬수 있을 뿐만 아니라 투과체로 인하여 집광집열기가 외부로 부터 차단되므로 집광집열기가 훼손 및 오염되는 것을 방지할 수 있는 효과도 있다.

Claims

만개된 상태가 되도록 좌·우로 대칭되어 설치되는 한쌍의 인볼류트반사체(1)와, 인볼류트반사체(1)의 접촉부위에 설치되고 인볼류트반사체(1)의 기초원(B·C)보다 대구경을 갖는 진공관식 집열관(3)으로 구성되는 복수개의 집광집열기(30)와, 집광집열기(30)를 내부에 수용하며 집광집열기(30)를 외부와 차단시키고 태양열이 집광집열기에 집열되도록 하는 투과체(8)가 일측면에 설치된 프레임으로 구성된 집열판(300)과, 상기 집광집열기(30)의 집열관(3)에 파이프로 연통배관된 헤더(12) 및 축열조(11)로 이루어진 태양열 집열장치에 있어서,

상기 집열판(300)은 프레임(9) 내측에 골과 소공(7-1)을 갖는 마루가 형성된 골판재(7)가 설치되고, 골판재(7)의 골에 집광집열기(30)가 연속적으로 삽입설치되는 것과; 집광집열기(30)의 배면과 골판재(7) 사이에는 집광집열기(30)와 골판재(7)를 일정간격으로 이격시켜주며, 인볼류트반사체(1)를 지지하여 인볼류트반사체(1)의 형태를 유지시켜주는 복수개의 비철금속재 안착패드(6)와, 집광집열기(30)를 안착 및 지지하는 안착편(5-1)과 안장부(5-2)를 가지며, 집광집열기(30)의 집열관(3)을 감싸서 고정하는 고정용 스프링(10)이 설치된 복수개의 조립금구(5)가 설치되는 것과; 연속적으로 설치된 집광집열기(30)의 인볼류트반사체(1) 사이에는 복수개의 집광집열기(30)들이 서로 연결되면서 골판재(7)에 밀착고정될 수 있도록, 일단부에 양방향으로 절개되어 절곡된 한쌍의걸쇠(4-1)가 형성되고, 타단부에 톱니파 모양의 톱니턱(4-2)을 갖는 고정금구(4)의 걸쇠(4-1)가 착설되고, 고정금구(4)의 톱니턱(4-2)은 골판재(7)의 소공(7-1)에 웨지 결합되는 것을 특징으로 하는 태양열 판넬 집열장치.
제 1항에 있어서,

상기 집열판(300)의 인볼류트반사체(1) 양측면에는 5도 이상 20도 이하의 외확장경사각(θ)을 갖는 평판형의 직선반사체(2)가 인볼류트반사체(1)의 기초원(B ·C)에서 연장된 중심연장선(200)과 인볼류트반사체(1)가 만나는 교점(M)에 경사지게 연장형성되어 인볼류트반사체(1)와 직선반사체(2)의 전체 개구폭(W)이 인볼류트반사체(1)와 직선반사체(2)의 전개높이(H) 보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 태양열 판넬 집열장치.
제 1항에 있어서,

상기 골판재(7)의 배면에는 보온재(15)가 충전되고, 보온재(15)의 후방에는 보온재(15)의 이탈을 방지할 수 있도록 내장판(14)이 프레임(9) 내측으로 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열 판넬 집열장치.
제 1항에 있어서,

상기 집열판(300)의 배면에는 흡음재(17) 및 차음재를 가지며 기립수단인 기둥(20)에 의하여 기립되는 방음벽(16)이 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열 판넬집열장치.
제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 집열판(300)은 도로의 양측에 기립되어 차음판으로 사용되는 것을 특징으로 하는 태양열 판넬 집열장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 프레임(9)에는 벽체고정용 앵커프레이트(23)가 복수개 부착되는 것을 특징으로 하는 태양열 판넬 집열장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 집열판(300)은 상 ·하부나 양 측면으로 상기 집열판(300)과 동일한 집열판(300)이 연속적으로 복수개 설치되고, 복수개 설치된 집열판(300)의 집열관(3)에는 열매체를 교환하기 위한 신축이음용 연결관(22)이 각각 설치되어 복수개의 집열판(300)들은 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 태양열 판넬 집열장치.