KR100420594B1 - 태양 에너지의 복합 이용장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양 에너지의 복합 이용장치에 관한 것으로 브라인더 기능을 겸한 하나의 집열판에 태양열을 집열하여 난방용 열풍과 축열을 사용하는 집열수단과 태양빛을 실내에 조명용으로 투사하는 조명수단과, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 전기 발생수단 및 집광판을 회전시키는 구동수단을 구비시키어, 건물의 창문, 벽, 유리지붕 등에 다수의 태양 에너지 변환장치를 개폐 가능하게 설치하여 태양 에너지를 열과 빛을 이용한 전기로 변환시키어 다목적 용도로 사용할 수 있게 한 것이다.

Description

태양 에너지의 복합 이용장치{APPARATUS FOR COMPOUND USE OF SOLAR ENERGY}

본 발명은 태양 에너지 복합 이용장치에 관한 것으로 하나의 판상(板狀) 본체에 태양에너지의 집열(集熱)수단과 집광(集光)수단, 및 광전(光電)수단을 구비시키어 태양 에너지를 동시에 열과 빛과 전기로 변환시키어 복합적인 용도로 유용하게 사용할 수 있게 한 것을 특징으로 한 것이다.

일반적으로 태양 에너지를 이용하는 수단은 다양한 장치가 알려져 있고 사용되고 있다.

종래 태양 에너지를 이용한 난방용 집열수단은 투명성 유리판이 덮인 상자형 집열판 내부에 열매체가 순환되는 다수의 열교환기를 내장하여 일조량이 비교적 많은 지붕 위나 마당에 가설된 설치대에 설치하여 태양 에너지에 의하여 가열된 열매체를 순환수단에 의하여 축열탱크로 순환시킨 다음 축열된 열을 이용하여 난방하게 된 것이 알려져 있다.

종래의 집열수단은 구조가 복잡하고 집열판의 설치공간과 장소조건이 적합해야 하는 공간장소의 제한성이 있고 또 많은 설치비용이 드는 것에 반하여 집열판에 의하여 집열된 태양에너지의 사용범위가 난방에 한정되는 문제가 있었다. 또 집열판에 쌓이는 눈이나 먼지 등을 수시로 닦아 내야 하는 번거로운 불편이 있었다.

또한 종래 태양 에너지의 광전수단은 다수의 광전지가 평면적으로 배열된 패널을 지붕이나 마당에 가설된 설치대에 태양을 향하도록 설치하여 태양에너지로부터 전기를 얻는 장치가 알려져 있다.

태양전지는 구조가 비교적 간단하고 집열판에 비하여 설치의 간편성과 취급의 용이성이 있는 이점이 있다.

그러나 이것 역시, 별도의 사용공간과 장소조건이 적합해야 하고 집열판처럼 광전지판에 쌓인 눈이나 먼지 등을 수시로 소제하야 하는 불편한 문제점이 있었다.

종래의 태양광 집광수단은 건물의 지하에 태양광에 의하여 조명할 수 있도록 지붕 위에 커다란 집광렌즈를 설치하고 집광된 광선은 광섬유 다발을 통하여 지하공간으로 유도하여 조명하게 되어 있다.

이와 같이 종래의 태양 에너지의 이용장치는 개별기능에 한정하고 집열과 집광 및 광전기눙이 결합된 장치가 없으며 따라서 사용범위가 한정되는 미비점이 있었다.

본 발명의 목적은 가옥이나 아파트, 빌딩, 학교 강당 등의 창문공간을 이용하여 간편하게 설치할 수 있고, 태양 에너지로 부터 집열수단에 의한 난방용 열과, 집광수단에 의한 실내조명용 빛과, 광전수단에 의한 생활용 전기를 동시에 얻을 수 있는 태양 에너지의 복합 이용장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 태양 에너지의 이용의 극대화를 통하여 고가의 상용(商用)전력이나, 석유, 가스 에너지의 사용을 절감하여, 생활 에너지 사용의 경제적 부담을 경감하고 사용 및 취급이 간편한 복합적인 태양 에너지 이용장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 태양 에너지의 복합 이용장치는 창문에 설치하기에 적합하도록 개폐가 가능하고 브라인드의 기능을 겸하는 내부에 공간을 둔 좁고 긴 관상의 본체에 집열수단과, 집광수단과, 광전수단 및 구동수단이 결합 구성되어 있다.

본 발명의 본체는 투명색 페널로 된 외부커버를 겸하며 흑색의 집열판(集熱板)과 백색의 방열판(放熱板)의 열교환수단을 수용하는 공간을 두고 앞,뒤에서 상호 결합되어 있다.

상기 본체는 좌우 폭이 좁고 두께는 열교환수단이 내장될 수 있는 공간폭이 유지되어 있으며 상하 길이는 창문 높이만큼 길고 본체의 상하의 한쪽에 형성된 열교환 파이프의 축을 지점으로 좌우로 180도 가동(可動)하게 되어 있다.

본체의 180도 개폐동작에 의하여 흑색의 집열수단과 광전수단을 교체사용 할 수 있고 집열판과 방열판의 위치변위에 의하여 집열작용을 잠정적으로 정지시킬 수도 있다. 또 본체를 90도 회전에 의하여 본체를 나란히 열면, 창문을 열고 통풍할 수 있고 본체 사이를 통하여 외부를 조망(眺望)할 수도 있다.

또한 태양 에너지의 복합 이용장치의 본체는 구동수단에 의하여 개폐되며 180도의 개폐로 인하여 본체의 양면의 청소가 용이하다.

본 발명의 집열(集熱)수단은 본체의 내부공간 전후면에 흑색의 집열판(集熱板)과 백색의 방열판(放熱板)이 대칭으로 결합 구성되어 있고 그 내부 공간의 일측에 열교환수단이 장치되어 있으며 열교환수단의 파이프 외부에는 다수의 핀이 형성된 관상의 열교환기로 구성되어 있다. 이 열교환기의 상하 양단부의 파이프는 상기 본체의 관상 지축 내부를 통하여 상하로 관통되어 순환펌프에 의하여 열매체가 순환되는 축열탱크와 연결되어 있다. 따라서 상기 축열탱크의 열매체는 열교환기에 순환되면서 흑색 집열판에 의하여 집열된 태양 열에너지를 열매체와 열교환하여 축열탱크로 이송하여 축열하게 된다. 상기 축열탱크의 축열은 별도의 공기순환 회로를 통하여 환풍기에 의하여 실내 공기의 흡입구로 유입된 공기를 가열하여 방출구를 통하여 실내에 방출하여 열풍 난방하게 된다.

본 발명의 집광(集光)수단은 상기 본체 내부의 집열판의 한쪽 외면에서 다른쪽 방열판 외면으로 관통한 다수의 봉상(棒狀) 집광렌즈가 평면 배열로 이루어져 있다. 집열판은 흑색의 차광성(遮光性)으로 되어 있으나 집열판에 배치된 집광렌즈에 의하여 외부의 태양광이 집광된 다음 실내에 투사하여 실내의 조명이 가능하며, 실내가 전 유리창에서 투광되는 것처럼 밝다.

상기 집광수단의 집광렌즈의 분포도는 집광렌즈의 초점거리에 의하여 정하여 진다.

집광렌즈의 초점거리가 길수록 광선의 확산각이 작게 됨으로 집광렌즈의 분포도가 조밀하게 되고 집광렌즈의 초점거리가 짧을 수록 광선의 확산각이 크게 됨으로 집광렌즈의 분포도가 느슨하게 된다. 그러나 집광렌즈의 분포도가 지나치게 조밀하면 집열면적이 상대적으로 감소되므로 집열과 집광이 평형을 이루도록 집광면적과 조명조건을 고려하여 실시에 따라 정하면 된다.

본 발명에서 사용되는 집광렌즈는 고강도의 투명성 합성수지 렌즈이다. 물론 유리질 렌즈도 가능하고 코어가 중심부에 형성되어 있는 유리섬유 렌즈의 사용도 가능하다. 유리섬유 렌즈의 경우에는 굴곡성이 있기 때문에 렌즈의 입광(入光)측과 투광(投光)측의 위치변형이 가능한 이점이 있다.

본 발명의 집광수단은 한정된 면적의 집광판에서 유효한 집열면적을 확보한 조건에서도 여전히 집열판의 표면적에 상당하는 태양광량을 실내에 투사하여 실내를 밝힐 수 있는 점이다. 이것은 집열판에 집광수단을 결합시키었기 때문에 가능하게 된 것이다.

본 발명 장치에 의하여 집열과 집광이 동시에 가능하고 집광에 의하여 실내에 태양광에 의한 조명이 가능하기 때문에 창문위치에 본 발명장치를 설치하여도 주간에 별도의 전기조명을 사용할 필요가 없다.

본 발명의 광전(光電)수단은 상기 집광판이 위치한 쪽의 본체의 일측 연부에 공지한 다수의 광전지판을 상하 직열배열로 이루어져 있다. 각 광전지판은 서로 연결되어 있고 태양 에너지를 전기에너지로 변환시킨 다음 도선을 따라 별도로 마련된 축전지에 충전하게 되어 있다. 광전지판에 의하여 태양 에너지로부터 전기에너지를 얻는 것은 일반적인 것이나, 본 발명에서는 공지한 광전지판을 집열판과 결합시키어 집열기능과 집광기능 및 집전기능의 결합으로 구성하여 종합적인 에너지 변환장치에 의하여 다목적으로 사용할 수 있게 한 점에 특징이 있다.

하나의 본체에 배치된 광전지판의 면적은 본체 표면적의 일부에 지나지 않으나 다수의 본체를 평면적으로 가동 가능하게 배치한 경우에는 광전지판의 총면적은 실용적인 태양 에너지로 부터의 전기에너지를 얻는데 유효한 면적을 이루게 된다.

축전지에 축전된 직류는 그대로 사용할 수도 있고 교류인버터에 의하여 교류로 변환시키어 각종 가전제품을 사용할 수도 있다. 특히 넓은 공간의 체육관이나 학교 강당 등에서는 냉방기를 가동할 수도 있고 전광판의 전원으로도 유용하다.

본 발명의 구동수단은 상기 본체의 개페구동에 필요한 구성으로서 통상적으로 모터의 구동장치와 전동장치로 구성된다. 전동장치는 본체의 지축에 설치된 풀리나 체인기어 등을 포함하며 모터의 구동력에 의하여 모든 본체를 한 지축으로 하여 동시에 소정의 각도로 개폐할 수 있다.

또 본 발명의 태양 에너지의 복합 이용장치는 종래의 집열판이나 광전지판의 설치공간이나 장소조건에 별로 구애받지 않고 아파트나 빌딩, 일반 가정의 가옥 등의 건물 옥상, 벽, 특히 유리창 안쪽에 간편하게 설치가능하며 유리창 안쪽의 옥내에 설치된 경우에는 사용 중 본체에 외부의 눈비를 맞지 않고 먼지가 별로 끼이지 않으며 소제가 간편한 이점이 있다.

또 본 발명의 태양 에너지의 복합 이용장치에 의하면 집열수단에 의한 난방용 태양열을 이용할 수 있는 동시에 집광수단에 의한 실내의 조명을 위한 채광이 가능하며, 또한 광전수단에 의하여 전력을 얻을 수 있어서 고가의 상용 전기에너지를 절감할 수 있을 뿐 아니라 석유, 가스 등의 연료 에너지비용을 경제적으로 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 다수의 태양 에너지 복합 이용장치를 배치한 상태를 보인 한 실시예의 정면도이다.

도 2는 동 태양 에너지 복합 이용장치의 집열수단 및 집광수단과 광전지수단 및 구동수단을 보인 일부를 절결한 정면도이다.

도 3은 동 태양 에너지 복합 이용장치의 종단면도이다.

도 4는 동 태양 에너지 복합 이용장치의 평단면도이다.

도 5는 난방용 열교환수단의 회로도이다.

[도면중 주요 부분에 대한 부호 설명]

1 : 본체, 1a : 커버, 1b : 집열판, 1c : 방열판,

1x : 지축, 2 : 집열수단, 2a : 열교환기, 2b : 핀,

2c : 열교환 파이프, 2t : 축열탱크, 3 : 집광수단, 3a : 투명막대렌즈,

3b : 입광부, 3c : 투광부, 3d : 렌즈몸체, 4 : 광전수단,

4a : 광전지판, 4v : 축전지, 5 : 구동수단, 5a : 전동장치,

5 P : 풀리, 5b : 벨트, A : 태양 에너지의 복합이용장치.

본 발명을 첨부도면에 의하여 한 실시예를 들어 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예를 보인 측면 예시도이고 도 2는 동 태양에너지 이용장치의 일부를 절결한 측면도, 도3은 동 종단면도이고 도 4는 동 횡단면도이다.

본 발명의 태양에너지 복합 이용장치(A)는 창문에 설치하기에 적합하도록 개폐가 가능하고 브라인드의 기능을 겸하는 내부에 공간을 둔 좁고 긴 본체(1)에 집열수단(2)과, 집광수단(3)과, 광전수단(4) 및 구동수단(5)이 결합되어 있다.

본체(1)는 투명성 패널로 된 외부 커버(1a)와 흑색의 집열판(集熱板)(1b)과 백색의 방열판(放熱板)(1c) 및 열교환기(2a)를 수용하는 공간(1d)을 두고 앞, 뒤에서 상호 단면으로 결합되어 있다.

상기 본체(1)은 좌우 폭이 좁고 두께는 열교환수단이 내장할 수 있는 폭이 유지되어 있으며 상하 길이는 창문 높이만큼 길며 본체(1)의 상하의 한쪽에 형성된 관상의 지축(1x)은 축수 등의 지지수단(1e)에 설치되어 지축(1x)을 지점으로 좌우로 180도 구동수단(5)에 의하여 가동(可動)하게 되어 있다.

본체(1)의 180도 개폐동작에 의하여 흑색의 집열판(1b)과 백색의 방열판 (1c)의 위치가 앞뒤로 바뀔 수 있다. 또 본체(1)를 90도 회전에 의하여 나란하게 열리게 되어 창문을 열고 통풍할 수 있고 본체 사이를 통하여 외부를 조망(眺望)할 수도 있다.

또한 본체(1)의 180도 개폐 가동에 의하여 본체의 내면과 외면을 편리하게 소제할 수 있다.

본 발명의 집열(集熱)수단(2)은 본체의(1)의 내부 공간(1d)에 흑색의 집열판 (1b)과 백색의 방열판(1c)가 앞, 뒤로 공간을 두고 결합되어 있고 그 한쪽 공간내부에 다수의 핀(2b)이 형성된 관상의 공지한 열교환기(2a)가 설치된 구성으로 되어 있다. 상기 열교환기(2a)의 상하 양단부의 파이프(2c)는 상기 본체(1)의 상하 관상 지축(1x)을 관통하여 순환펌프(2p)에 의하여 열매체가 순환되는 축열탱크(2t)에연관되어 있고 흑색의 집열판(1b)에 의하여 집열된 태양 열에너지를 열교환기(2a)에 의하여 열매체와 열교환한 다음 축열탱크(2t)로 이송하여 축열하게 되어 있다.

상기 축열탱크(2t)의 축열은 별도의 공기순환 회로(L)를 통하여 환풍기(f)에 의하여 실내공기의 흡입구(i)로 유입된 공기를 가열하여 방출구(u)를 통하여 실내에 방출하여 열풍 난방 하게된다.

본 발명의 집광(集光)수단(3)은 상기 집열판(1b) 측에서 다른쪽 방열판(1c)측을 관통한 다수의 봉상 투명막대렌즈(3a)의 평면 배열로 이루어져 있다. 투명막대렌즈(3a)의 볼록 곡면으로 된 입광부(3b)는 집열판(1b)의 외부에 노출되어 있어 외부광선을 집광하게 되고 투명막대렌즈(3a)의 볼록 곡면으로 된 투사부(3c)는 방열판(1c)의 외측으로 노출되어 집광된 태양광을 실내측으로 투사하여 조명하게 되어 있다. 투명막대렌즈의 중간의 봉상의 몸통(3d)은 집광렌즈의 양단간에 광선을 유도하는 역할을 한다. 본체(1) 내부의 집열판(1b)은 흑색의 차광성(遮光性)으로 되어 있으나 투명막대렌즈(3a)에 의하여 외부의 태양광이 집광된 다음 실내에 투사하기 때문에 조명이 가능하며, 실내가 유리창처럼 밝게 유지된다.

상기 집광수단(3)의 투명막대렌즈(3a)의 분포도는 투명막대렌즈(3a)의 광선 확산각도를 고려하여 설치장소의 조건에 따라 적당한 분포도로 배치한다.

본 발명에서 사용되는 투명막대렌즈(3a)는 고강도의 투명성 합성수지 렌즈이다.

본 발명에서는 한정된 소정 면적의 본체(1)의 집열판(1b)에서 유효한 집열면적이 확보 가능하며 또 한편으로 유효한 조명용 채광이 가능한 특징이 있다. 이것은 본체(1)에 집열수단(2)과 집광수단(3)이 결합 구성되어 있기 때문에 가능하게 된 것이다.

본 발명에 의하여 집열과 집광이 동시에 가능하고 집광에 의하여 실내에 태양광에 의한 조명이 가능하기 때문에 주간에 별도의 전기조명을 사용할 필요가 없다.

본 발명의 광전수단(4)은 상기 집열판(1b)이 위치한 쪽의 본체(1)의 일측 연부에 공지한 다수의 광전지판(4a)을 상하 배열로 이루어져 있다. 각 광전지판(4a)은 도선에 의하여 서로 연결되어 있고 태양에너지를 전기에너지로 변환시킨 다음 도선을 따라 별도로 마련된 축전지(4v)에 충전하게 되어 있다.

본 발명에서는 사용하는 광전지판(4a)은 공지한 것이나 광전수단(4)이 다른 집열수단(2) 및 집광수단(3)과 함께 본체(1)에 결합구성되어 있기 때문에 집열기능과 집광기능 및 광전기능이 구비된 태양 에너지 복합 이용장치(A)의 종합적인 작용과 기능에 의하여 복합적으로 유용하게 사용할 수 있다.

하나의 변환장치(A)의 본체(1)에 배치된 광전지판(4a)의 면적은 집열판의 표면적의 일부에 지나지 않으나 다수의 본체가 평면적으로 배치되면 광전지판의 총면적은 태양 에너지로 부터의 실용적인 전기에너지를 얻는데 유효한 면적을 이루게 된다.

축전지(4v)에 충전된 직류는 그대로 사용할 수도 있고 교류인버터(도시되지 않음)에 의하여 교류로 변환시키어 각종 가전제품에 사용한다

본 발명의 구동수단(5)은 상기 태양변환장치 본체(1)의 하부측 지축(1x)에복수의 전동장치와 도시되지 않은 구동모터로 되어 있다. 전동장치는 풀리나 체인기어를 포함하며 도2에는 풀리(5p)와 벨트(5b)가 표시되어 있다. 도시되지 않은 모터의 구동력에 의하여 모든 본체(1)는 지축(1x)을 지점으로 하여 상기 구동수단(5)에 의하여 좌우 180도 각도로 개폐할 수 있다.

도 1에는 다수의 태양 에너지 변환장치의 본체(1)가 창문 내측 공간에 설치된 실시예가 표시되어 있으며, 집열판(1b)의 집열작용에 의하여 태양 에너지로부터 열을 얻고 투명막대렌즈(3a)에 의하여 실내조명에 필요한 빛을 얻으며 동시 광전지판(4a)에 의하여 전자기기용 전기에너지를 얻게 된다.

도 4와 같이 본체(1)를 반대측 180도로 회전시키면 집열판(1b)과 방열판(1c)의 위치가 상반되므로 집열판(1b)에 의한 집열작용은 정지되고 광전지판(4a)에 의한 광전작용과 투명막대렌즈(3a)에 의한 집광작용이 이루어 진다.

본체(1)를 90도 각도로 열면 창문을 통한 통기와 외부의 조망이 가능하다.

또 본 발명의 태양에너지의 이용장치는 종래의 집열판이나 광전지판의 설치공간이나 장소조건에 별로 구애받지 않고 아파트나 빌딩, 일반 가정의 건물 옥상, 벽, 특히 유리창 안쪽에 간편하게 설치하여 사용한다.

또 유리창 안쪽의 옥내에 설치된 경우에는 본체가 외부의 눈비를 맞지 않고 먼지가 별로 끼이지 않으며 소제가 간편한 이점이 있다.

또 본 발명의 태양 에너지의 이용장치에 의하면 집열수단에 의한 난방용 태양열을 이용할 수 있는 동시에 집광수단에 의한 실내의 조명을 위한 채광이 가능하며, 또한 광전수단에 의하여 각종 전자기기용 전력을 얻을 수 있어서, 고가의 상용 전기에너지 비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라 석유, 가스 등의 연료 에너지 비용을 경제적으로 절감할 수 있다.

또한 하나의 태양 에너지 이용장치에 의하여 열과 빛과 전기를 동시에 얻을 수 있기 때문에 종래의 단일기능밖에 없는 태양열 이용장치에 비하여 다목적으로 유용하게 사용할 수 있는 등 여러 가지 효과가 있다.

Claims (5)

1. 태양 에너지의 복합 이용장치(A)의 판상 본체(1)에 태양열을 집열하는 집열판과 방열판 및 열교환기로 된 난방용 집열수단(2)과, 다수의 봉상 렌즈가 상기 집열판의 내외로 평면 배열되어 태양광을 집광하는 실내 조명용 집광수단(3)과, 다수의 광전지판이 본체의 일측면에 배치되어 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전수단(4) 및 본체(1)를 소정의 각도로 개폐하는 구동수단(5)을 결합 구성하여 태양 에너지로부터 동시에 난방용 열과 조명용 빛과 전자기기용 전기로 변환시키게 된 것을 특징으로 하는 태양 에너지의 복합 이용장치
2. 제1항에 있어서, 본체(1)는 투명색 페널로 된 외부커버(1a)로 되고 흑색의 집열판(1b)과 백색의 방열판(1c)및 열교환기(2a)가 수용되는 공간(1d)을 두고 앞,뒤에서 결합되어 있으며, 본체(1)의 상하 일측에 형성된 관상(管狀)의 지축(1x)이 베어링 축수 등의 지지수단(1e)에 지지되어 구동수단(5)에 의하여 180도 좌우로 개폐 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 태양 에너지의 복합 이용장치.
3. 제1항에 있어서, 집열수단(2)은 본체(1)의 내부공간(1d)에 상기 흑색의 집열판(1b)과 백색의 방열판(1c)이 앞 뒤로 결합되고 그 내부공간의 한쪽에, 다수의 핀(2b)이 형성된 공지한 관상 열교환기(2a)가 설치되며 상기 열교환기(2a)의 상하 양단부의 파이프(2c)가 상기 본체(1)의 상하 관상 지축(1x)을 관통하여 순환펌프(2p)에 의하여 난방용 열매체가 순환되는 측열탱크(2t)와 연관되어, 집열판(1b)에 의하여 수열된 태양 열에너지를 열교환기(2a)에 의하여 열매체와 열교환하여 축열탱크(2t)로 이송하여 축열하게 구성된 것을 특징으로 하는 태양 에너지의 복합 이용장치.
4. 제1항에 있어서, 집광(集光)수단(3)은 상기 본체(1) 내부의 한쪽 집열판(1b)면에서 다른쪽 방열판(1c)면측으로 관통한 다수의 봉상 투명막대렌즈(3a)의 평면 배열로 이루어지고 투명막대렌즈(3a)의 볼록 곡면으로 된 입광부(3b)는 집열판(1b)의 외부에 노출되어 있어 외부광선을 집광하게 되며 투명막대렌즈(3a)의 볼록 곡면으로 된 투사부(1c)는 방열판(1c)의 외측으로 노출되어 집광된 태양광을 실내측으로 투사하여 조명하게 구성된 것을 특징으로 하는 태양에너지의 복합 이용장치.
5. 제1항에 있어서, 광전지수단(4)은 공지한 광전지판(4a)이 집열수단(2)과 집광수단(3)이 구비된 본체(1)의 반대편에 배열형성되어 집열기능과 집광기능 및 광전기능이 결합 구성된 것을 특징으로 하는 태양 에너지의 복합 이용장치.