KR100448512B1 - 태양 추적장치를 이용한 중고온 온수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양 추적장치를 이용한 중고온 온수장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 태양 추적장치를 중고온 온수장치에 적용하여 정밀성과 채열 및 집열효율을 극대화함으로써 효율을 30~60% 정도 높일 수 있도록 하는 태양 추적장치를 이용한 중고온 온수장치에 관한 것이다.

본 발명은 다수의 프레임으로 구성되는 몸체 상측에 설치되며 모터의 구동에 의해 연동 회전하는 회전축에 고정 설치되어 태양열을 집속하는 채열판이 구비되고, 몸체의 하부면에는 채열판에 의해 고온으로 상승된 온수를 저장하는 온수저장탱크와, 상기 온수저장탱크 및 채열판 사이에 물을 순환시키는 순환펌프와, 보충수 저장탱크가 설치되고 태양추적센서부 및 회전감지센서부에 의해 태양을 추적하여 채열판을 태양의 이동궤도를 따라 회동시키는 태양 추적장치를 이용한 중고온 온수장치에 있어서, 상기 채열판은 곡면으로 형성되어 태양광을 반사하여 집광하는 볼록렌즈 기능의 제 1, 제 2 반사경이 구비되고, 상기 제 1, 제 2 반사경은 수직지지대로서 결합된 상.하부지지대에 의해 양측 종단부가 고정되고, 상기 제 1, 제 2 반사경 사이의 내측 중앙부에는 제 1, 제 2 반사경으로부터 반사되는 태양열을 집열하는 양면집열판이 설치되어 구성되고, 상기 양면집열판은 가열매체가 유입된 직경 10~15mm의 파이프가 지그재그 형태로 구비되고, 상기 파이프 외측에는 상기 제 1, 제 2 반사경으로 반사되는 열을 양면으로 흡수하여 파이프로 열을 전도하는 열전도금속판이 교호로 설치되고, 상기 파이프와 열전도금속판의 외측에는 제철분 강화유리를 진공 압출성형된 진공강화유리가 형성되어 이루어진 것에 특징이 있다.

Description

태양 추적장치를 이용한 중고온 온수장치{Apparatus for keeping track of sun and a water heater there with}

본 발명은 태양 추적장치를 이용한 중고온 온수장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 태양 추적장치를 중고온 온수장치에 적용하고, 정밀성과 채열 및 집열효율을 극대화함으로써 효율을 30~60% 정도 높일 수 있도록 하는 태양 추적장치를 이용한 중고온 온수장치에 관한 것이다.

현재 지구상의 인류는 해결하지 않으면 안 될 두가지 문제에 직면해 있다. 첫째는 인류가 사용하는 석유.석탄 등 화석에너지의 고갈문제이며, 둘째는 화석에너지의 사용증가에 따른 지구온난화를 막기 위한 기후변화협약의 이행문제다. 인류가 영원히 사용할 수 있다고 생각했던 화석에너지는 지금과 같은 양으로 계속해 사용한다면 석유는 40년, 석탄은 2백10년, 천연가스 65년, 우라늄은 50년후면 고갈된다고 한다.

이같이 어려운 문제 해결에 소위 '미래에너지' 또는 '그린에너지'라 불리는 청정 대체에너지가 각광을 받고 있으며, 이에 따라 각국은 대체에너지의 개발과 보급에 막대한 투자를 하고 있다.

대체에너지는 태양광, 태양열, 풍력조절, 지열, 연료전지, 수소에너지, 폐기물에너지 등을 들 수 있으나, 본 발명에서는 태양광과 태양열을 이용한 것에 초점을 맞추고자 한다.

태양은 표면 온도가 6,000℃이고, 중심부의 온도는 약 1,500만 ℃에 이르므로 막대한 양의 열과 빛을 내놓는데, 그 양은 무려 9.2×1022kcal에 이르나, 지구는 태양으로부터 약 1억 5,000만 km 떨어져 있기 때문에, 지구에 이르는 태양 복사 에너지의 양(태양 상수)은 약 2cal에 지나지 않는다.

이러한 태양 복사 에너지는 우리의 일상 생활에 필요한 에너지의 근원일 뿐만 아니라, 여러 가지 기상 현상이나 바다에서의 해류의 원동력이 되기도 하며, 그밖에 태양 에너지를 이용한 것으로는 태양 전지를 비롯하여 태양열 온수장치, 태양열 주택, 태양로, 태양열 발전기 등 여러 가지가 있다.

이와 같이 태양열 온수장치, 태양열 주택, 태양로, 태양열 발전기 등 태양열을 이용하는 시스템에 있어 효율을 높이기 위한 가장 중요한 요인은 태양열을 장시간 받아들일 수 있어야 함은 물론, 태양열을 받아들이는 집광장치 역시 효율이 높아야 한다.

즉, 태양은 일출(日出)에서 일몰(日沒)까지의 시간동안 궤도를 따라 이동하게 되므로 태양열을 이용한 장치가 고정되어 있을 경우 태양열을 최적의 조건에서 받아들이지 못하게 되어 시스템의 효율을 저하시키게 된다.

따라서 태양열을 받아들이는 채열장치를 태양의 이동 궤도를 따라 추적하게 될 경우 태양열을 최적의 조건에서 장시간 받아들이게 되어 시스템의 효율을30~60% 상승시킬수 있음은 학계에서 이미 널리 알려져 있을 뿐만 아니라, 많은 사람들에 의해 태양 추적장치가 제안되었다.

그 일예로서, 대한민국 공개특허 제 83-2206호(공개일자:1983.5.23), 제 93-978호(공개일자:1993.1.16), 제 97-16643호(공개일자:1997.4.28), 제 01-25541호(공개일자:2001.4.6) 등 다수 제안되어 있으나, 이와 같은 종래 태양 추적방법은대다수가 마이크로 프로세서에 의해 프로그램적으로 제어하도록 되어 있어 그 구성이 매우 복잡할 뿐만 아니라 정밀성이 결여되어 실용화되지 않고 있는 문제점이 있는 것이다.

또한, 보다 많은 태양광이나 태양열을 집속하기 위한 채열판은 대한민국 등록특허 제 185653호(등록일자:1998.12.28), 등록실용신안 제 210608호(등록일자: 2000.11.6), 등록실용신안 제 194013호(등록일자: 2000.6.16), 공개특허 제 2001 -44368호(공개일자:2001.6.5), 공개특허 제 2001-44369호(공개일자:2001.6.5) 등 다수 제안되어 있으나, 그 구조가 매우 복잡할 뿐만 아니라 정밀성의 결여와 채열효과가 저하되어 실용화되지 않고 있는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양열 온수장치에 태양 추적장치를 적용하여 효율을 30~60% 정도 높임과 동시에 태양열을 집열하는 채열판은 일정 폭과 길이를 갖는 스텐레스 스틸 재질로서 볼록렌즈 기능을 갖도록 곡면형태를 갖는 두 개의 반사경을 서로 대향되게 설치하고, 이 두 개의 반사경 사이에 상기 두 개의 반사경으로부터 발생되는 열을 집속하여 난방수를 가열하는 양면집열판을 설치함으로써 채열 및 집열효율을 극대화할 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

도 1a는 본 발명에 적용되는 태양 추적장치의 사시도.

도 1b는 본 발명에 적용되는 추적장치의 측면도.

도 2a는 본 발명에 적용되는 태양추적센서부의 사시도.

도 2b는 도 2a의 정단면도 및 수광영역을 나타낸 예시도.

도 2c는 도 2a의 일부 평단면도.

도 2d는 본 발명에 적용되는 태양추적센서부인 온도감지센서의 전기회로도.

도 3a는 본 발명에 적용되는 회전감지센서부의 사시도.

도 3b의 (가) 내지 (라)는 회전감지센서부의 동작상태도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 적용되는 태양 추적장치의 전기회로도.

도 5는 본 발명에 따른 태양 추적장치를 이용한 중고온 난방시스템 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 태양 추적장치를 이용한 중고온 난방시스템의

채열판 단면도.

도 7a는 본 발명에 따른 태양 추적장치를 이용한 중고온 난방시스템에 있어

집열판의 단면도.

도 7b는 도 7a의 C-C선 확대단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 몸체 11 : 하부프레임 12,13 : 제 1, 제 2 상부프레임

14a,14b : 보조프레임 20 : 제 1 안치부 21 : 모터

22 : 제 2 안치부 23 : 감속기 24a,24b : 제 1, 제 2 벨트

25 : 회전축 25a : 풀리 26a, 26b : 제 1, 제 2 지지대

30 : 회전감지센서부 31 : 전면패널 32 : 후면패널

33 : 지침계 33a : 균형추 34 : 회전눈금

35 : 볼트 36a~36d : 1 내지 제 4 회전감지 근접스위치

37 : 힌지 38 : 오동작감지 근접스위치

39 : 복귀감지 근접스위치 40 : 채열판

41,42 : 제 1, 제 2 반사경 43 : 상부지지대

44 : 하부지지대 45 : 수직지지대 50 : 집열판

51 : 진공강화유리 52 : 파이프 53 : 가열매체

54 : 열전도금속판 60 : 태양추적센서부

61a~61f : 제 1 내지 제 6 격벽 62a~62e : 제 1 내지 제 5 렌즈

63a~63e : 제 1 내지 제 5 수납부

64a-1~64a-4 : 제 1 내부온도 감지센서

64b-1~64b-4 : 제 2 내부온도 감지센서

65a~65e : 제 1 내지 제 5 수광영역 66 : 받침대

67 : 반구형고정부 68 : 외부온도 감지센서

RY1~RY9 : 제 1 내지 제 9 릴레이

MSW1,MSW2 : 제 1, 제 2 마그네트스위치 L1~L8 : 제 1 내지 제 8 램프

RSW1~RSW9 : 제 1 내지 제 9 릴레이스위치 BD : 정류부

TM : 타이머 TSW : 타이머스위치

이하 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도 1 내지 도 7b를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1a는 본 발명에 적용되는 태양 추적장치의 사시도이며, 도 1b는 본 발명에 적용되는 태양 추적장치의 측면도로서, 하부프레임(11)의 양측 종단부에는 제 1, 제 2 상부프레임(12)(13)이 각각 설치되고, 이 제 1, 제 2 상부프레임(12)(13)은 보조프레임(14a)(14b)에 의해 견고하게 고정되어 몸체(10)를 형성하고 있으며, 상기 몸체(10)의 구성은 설치장소 및 면적에 따라 그 구조가 변경될 수 있다.

상기 몸체(10)를 구성하는 제 1 상부프레임(12) 일측에는 일정 간격을 두고 제 1 안치부(20)와 제 2 안치부(22)가 고정 설치되며, 제 1 안치부(20)의 상면에는 모터(21)가 설치되고, 제 2 안치부(22)의 상면에는 풀리(25a)가 형성된 회전축 (25)을 지지하는 제 1 지지대(26a)가 고정 설치되며, 상기 모터(21)와 감속기(23)는 제 1 벨트(24a)로 연결되고, 감속기(23)와 회전축(25)의 풀리(25a)는 제 2 벨트(24b)로 서로 연결됨으로써 모터(21)구동시 일정한 감속비를 유지하면서 회전축 (25)이 회전하도록 구성된다.

상기 몸체(10)를 구성하는 제 2 상부프레임(13)의 측면 일측에는 전원공급 등 시스템을 제어하기 위한 전기회로가 내장된 콘트롤판넬(17)과, 회전축(25)의 지지 및 회전을 원할하게 하는 제 2 지지대(26b)이 설치되며, 상기 제 2상부프레임(13)의 최상단부에는 태양의 이동 궤도를 임의의 각도 마다 여러 단계로 구분하고, 이 구분된 각도 영역내에서의 감지된 태양열의 온도에 의해 접점이 변화되어 회전축(25)을 태양의 이동 궤도 방향을 따라 회전시키기 위해 모터(21)에 구동신호를 인가하는 태양추적센서부(60)가 설치된다.

상기 회전축(25)의 중앙부에는 태양열을 집열하는 채열판(40)이 회전축(25)의 길이 방향으로 설치되어 모터(21)에 의해 회전시 채열판(40)이 동시에 연동회전하도록 구성되어 있다.

또한, 회전축(25)의 일측에는 상기 태양추적센서부(60)의 접점에 의해 회전축(25)과 동일하게 연동 회전하여 채열판(40)이 최적의 상태로 추적될 경우 이를 감지하여 모터(21)의 구동을 정지시키는 회전감지센서부(30)가 설치된다.

여기서, 채열판(40)은 사용 용도에 따라 달라질수 있으며, 태양광을 이용하여 전기를 발생시키는 태양전지판을 사용하거나, 태양열을 이용하여 고온을 얻을수 있는 집열판 등이 사용될 수 있다.

도 2a는 태양의 이동 궤도을 추적하기 위한 모터(21)를 구동시키는 태양추적센서부(60)의 사시도이며, 도 2b는 도 2a의 정단면도이고, 도 2c는 도 2a의 일부 평단면 및 태양의 이동 궤도에 따른 수광영역을 나타낸 예시도로서, 받침대 (66) 중앙부에 일정 크기의 반구형 고정부(67)가 형성되고, 이 반구형 고정부(67) 위에 일정간격으로 구분된 제 1 내지 제 6 격벽(61a~61f)이 설치되며, 상기 제 1 내지 제 6 격벽(61a~61f) 내부에는 측벽이 설치되어 제 1 내지 제 5 수납부 (63a~63e)가 형성된다.

상기 제 1 내지 제 5 수납부(63a~63e)를 형성하는 각 측벽의 상면에는 태양광을 집속하는 제 1 내지 제 5 렌즈(62a~62e)가 설치되어 그 상면을 통해 태양의 이동 궤도에 따라 최적의 태양광을 흡수할 수 있는 제 1 내지 제 5 수광영역 (65a~65e)을 형성하고 있다.

상기 받침대(66)의 일측에는 도 2c에서와 같이 봄, 가을, 겨울 등과 같이 태양열의 온도가 높지 않은 기후 조건과, 여름과 같이 태양열이 높은 기후 조건을 구분하여 대기의 온도에 따라 점점이 변화되는 외부온도감지센서(68)가 설치되며, 제 2 내지 제 5 수납부(63b~63e) 내부에는 상기 외부온도감지센서(68)의 접점 상태에 따라 동작이 가능하며 봄, 가을, 겨울과 같은 계절에서 동작할 수 있도록 온도가 설정된 제 1 내부온도감지센서(64a-1~64a-4) 및 여름과 같이 태양열의 온도가 높은 기후 조건에서 동작할 수 있도록 온도가 설정된 제 2 내부온도감지센서 (64b-1~64b-4)가 각각 내장 설치되어 있다.

여기서, 상기 외부온도감지센서(68)와 제 1, 제 2 내부온도감지센서(64a-1~ 64a-4)(64b-1~64b-4)는 각각 설정온도를 가변할 수 있으며, 제 2 내지 제 5 렌즈 (62b~62e)를 통해 집광되어진 태양열이 설정된 온도에 도달될 때 접점이 연결되는 2접점 온도스위치 소자를 사용하고, 제 1 수납부(63a) 내부에는 온도센서가 설치되지 않는다.

도 2d는 상기 외부온도감지센서(68)와 제 1, 제 2 내부온도감지센서(64a-1 ~64a-4)(64b-1~64b-4)의 연결회로도로서, 외부온도감지센서(68)는 봄, 가을, 겨울 등과 같이 태양열의 온도가 높지 않은 기후 조건과, 여름과 같이 태양열이 높은 기후 조건을 구분하여 동작되도록 하기 위해 대기의 온도를 감지하는 것으로서, 대기의 온도가 설정된 온도 이하일 경우 ⓐ접점으로 연결되고, 설정된 온도 이상일 경우 ⓑ접점으로 절환되도록 되어 있다.

상기 외부온도감지센서(68)의 ⓐ접점에는 제 2 내지 제 5 수납부(63b~63e)의 내부 온도가 설정된 온도 이하일 경우 오프(ⓐ접점)되고 설정된 온도 이상일 경우 온(ⓑ접점)되는 제 1 내부온도감지센서(64a-1~64a-4)가 연결되며, 상기 외부온도감지센서(68)의 ⓑ접점에는 제 2 내지 제 5 수납부(63b~63e)의 내부 온도가 설정된 온도 이하일 경우 오프(ⓐ접점)되고 설정된 온도 이상일 경우 온(ⓑ접점)되는 제 2 내부온도감지센서(64b-1~64b-4)가 접속되며, 상기 제 1, 제 2 내부온도감지센서(64a-1~64a-4)(64b-1~64b-4)의 각 ⓑ접점은 서로 연결되어 있다.

여기서, 각각의 제 2 내지 제 5 수납부(63b~63e) 마다 두 개의 제 1, 제 2 내부온도감지센서(64a-1~64a-4)(64b-1~64b-4)를 사용하는 이유는, 계절 및 기후조건에 태양열의 온도차이가 발생됨으로 인하여 계절 및 기후조건에 따라 발생될 수 있는 오동작을 방지하도록 한 것이다. 즉, 태양열이 비교적 낮은 봄.가을.겨울철과 비교적 흐린날에는 제 2 내지 제 5 수납부(63b~63e) 내부의 온도는 30℃범위를 유지하게 되며, 태양열이 비교적 높은 여름철에는 40℃ 이상 상승되는 것을 측정에 의해 확인됨으로써 제 1 내부온도감지센서(64a-1~64a-4)의 구동시점 온도는 30℃로 설정하고, 제 2 내부온도감지센서(64b-1~64b-4)의 구동시점 온도는 40℃로 각각 설정한다.

또한, 외부온도감지센서(68)는 제 1, 제 2 내부온도감지센서(64a-1~64a-4)(64b-1~64b-4)를 계절에 따라 선택적으로 동작시키기 위해 25℃를 동작온도로 설정하여 봄.가을.겨울철과 같이 대기온도가 25℃ 이하일 경우에는 제 1 내부온도감지센서(64a-1~64a-4)를 동작시키며, 대기온도가 25℃ 이상일 경우에는제 2 내부온도감지센서(64b-1~64b-4)를 동작시키도록 되어 있다.

그리고, 제 1, 제 2 내부온도감지센서(64a-1~64a-4) (64b-1~64b-4)와 외부온도감지센서(68) 사이에는 다이오드(D)가 순방향으로 연결되어 있어 제 1, 제 2 내부온도감지센서(64a-1~64a-4)(64b-1~64b-4)로부터 외부온도감지센서(68)로 역방향전류가 흐르지 못하도록 하여 오동작을 방지하도록 되어 있다.

본 발명에서는 편의상 태양추적센서부(60)의 수광영역을 편의상 5구역(65a~ 65e)으로 설정하였으나, 수광영역의 개수는 제한하지 않으며, 수광영역의 개수가 많을수록 태양의 이동 궤도에 따른 추적의 정밀성이 높아지고, 제 1 내지 제 5 수납부(63a~63e)를 형성하는 각 측벽의 상면에 설치되어 태양광을 집속하는 볼록렌즈의 제 1 내지 제 5 렌즈(62a~62e) 대신에 보통 평면유리를 사용할 경우 태양광의 집속효과가 저하되므로 두 개의 외부온도감지센서가 필요하게 된다.

도 2a에 의해 태양의 이동 궤도에 따른 태양추적센서부(60)의 수광영역을 설명하면, 먼저 태양(S)이 P1지점(일출지점)에 있을 경우 태양추적센서부(60)의 중심축과 거의 일직선 상에 위치한 제 1 수광영역(65a)에서 태양광을 받아들이게 되고, P2지점에 있을 경우 태양추적센서부(60)의 중심축과 거의 일직선 상에 위치한 제 2 수광영역(65b)에서 태양광을 받아들이게 된다.

또한, 태양(S)이 궤도을 따라 계속적으로 이동하여 태양추적센서부(60)의 중심축상과 일직선이 되는 P3지점에 있을 경우 제 3 수광영역(65c)에서, 그리고 태양(S)이 P4지점에 있을 경우 제 4 수광영역(65d)에서, 또한 태양(S)이 P5지점 (일몰지점)에 있을 경우 제 5 수광영역(65e)에서 각각 태양광을 받아들이게 된다.

여기서, 태양광이 제 1 내지 제 5 수광영역(61a~61e)으로 입사될 때 제 1 내지 제 6 격벽(61a~61f)에 의해 근접된 수광영역에 영향을 미치지 않게됨으로써 태양(S)의 이동 궤도에 따라 태양광을 정확히 받아들일 수 있도록 되어 있으며, 상기 제 1 내지 제 5 수광영역(61a~61e)을 통해 유입되는 태양열은 제 1 내지 제 5 렌즈(61a~61e)를 통해 태양열을 집열하여 제 1 내지 제 5 수납부(63a~63e) 내부로 조사하게 된다.

상기 제 2 내지 제 5 수납부(63b~63e) 내부에 설치된 제 1, 제 2 내부온도감지센서(64a-1~64a-4)(64b-1~64b-4)는 제 2 내지 제 5 렌즈(61b~61e)를 통해 유입되는 태양열의 온도를 감지하고, 이 감지된 태양열이 설정된 온도에 도달될 때 제 1, 제 2 내부온도감지센서(64a-1~64a-4)(64b-1~64b-4)의 내부 전기적 접점이 온(on)상태로 변환되어 모터(21)에 구동 전원을 공급하게 되며, 태양이 각각의 수광영역(61a~61e)을 벗어나 감지된 태양열이 설정된 온도에 미달될 때 제 1, 제 2 내부온도감지센서(64a-1~64a-4)(64b-1~64b-4)의 내부 전기적 접점은 오프(off)상태로 절환된다.

도 3a는 본 발명에 적용되는 태양 추적장치의 구성에 있어 회전축(25)에 설치되어 태양추적센서부(60)의 접점에 의해 채열판(40)이 최적의 각도로 회전되었을 경우 이를 감지하여 모터(21)의 구동을 정지시키는 회전감지센서부(30)의 사시도이다.

즉, 사각 또는 원형의 전면패널(31)과 후면패널(32)은 일정한 공간부를 두고 볼트(35)로 체결되어 있으며, 상기 전면패널(31)의 일측면의 중앙부에는 힌지 (37)에 의해 회동이 자유롭고 회전감지센서부(30) 자체가 회전될 경우 균형추 (33a)의 무게중심에 의해 항시 수직상태를 유지하는 지침계(33)가 설치되고, 이 전면패널(31)의 일측면에는 태양추적센서부(60)의 제 1 내지 제 5 수광영역 (65a~65e)의 갯수에 비례하고 회전영역을 표시하는 회전눈금(34)이 일정한 간격으로 표시되어 있다.

상기 후면패널(32)에는 전면패널(31)에 표시된 회전눈금(34)과 대응하는 위치마다 제 1 내지 제 4 회전감지 근접스위치(36a~36d)와, 시스템의 1주기 동작완료 후 채열판(40)을 일출시점으로 복귀시 정지시키도록 하는 기능을 갖는 복귀감지 근접스위치(39)와, 고장 또는 이상 기후로 인해 시스템에 장애가 생겨 모터 (21)가 계속적으로 구동될 경우 전원을 차단시켜 모터(21)에 과부하가 걸리는 것을 방지하기 위한 안전장치 기능을 갖는 오동작감지 근접스위치(38)가 설치되어 있다.

여기서 제 1 내지 제 4 회전감지 근접스위치(36a~36d), 복귀감지 근접스위치(39), 오동작감지 근접스위치(38)는 균형추(33a)가 근접되어 있을 경우에는 전기적인 접점상태를 온(on)상태로 유지하다가, 균형추(33a)가 각각의 근접스위치를 벗어닐 경우 전기적인 접점상태를 온프(off)상태로 절환되어 모터(21)를 정지시키는 기능을 가진다.

본 발명에서는 편의상 근접스위치를 태양추적센서부(60)의 제 2 내지 제 5수광영역(65b~65e)에 비례하여 4개의 제 1 내지 제 4 회전감지 근접스위치(36a~ 36d)를 설치하였으나, 수광영역이 늘어날수록 그에 비례하여 근접스위치의 개수도 증가하게 된다.

도 3b의 (가) 내지 (마)는 회전감지센서부(30)의 동작상태도로서, 동작과정을 설명하기 위해 도 3b의 (가)도에 도시된 상태가 채열판(40)이 일출지점에 위치한 초기상태로 가정하면, 제 1 내지 제 4 회전감지 근접스위치(36a~36d)는 모두 균형추(33a)에 근접되어 있으므로 온(on)상태를 유지한다.

이 상태에서 태양추적센서부(60)로부터 출력되는 접점의 변화로 인해 모터 (21)가 구동되어 회전축(25)이 반시계 방향으로 회전하게 되면 상기 회전축 (25)에 설치된 회전감지센서부(30) 역시 동일하게 반시계 방향으로 회전하게 되나, 균형추(33a)의 무게 중심에 의하여 항시 지면과 수직을 유지하게 된다.

이때, 회전감지센서부(30)가 회전되어 도 3b의 (나)와같이 제 1 근접스위치 (36a)가 지면과 수직을 유지하고 있는 균형추(33a)의 범위를 벗어나게 되면 제 1 회전감지 근접스위치(36a)의 전기적인 접점을 오프(off)상태로 변환시키게 되고, 회전감지센서부(30)의 지속적인 회전으로 도 3b의 (다)와같이 제 2 회전감지 근접스위치(36b)가 균형추(33a)의 범위를 벗어나게 되면 상기 제 2 회전감지 근접스위치(36b)의 전기적인 접점을 오프(off)상태로 변환시키게 된다.

또한, 회전감지센서부(30)의 지속적인 회전으로 도 3b의 (라)와 같이 제 3 근접스위치(36c)가 균형추(33a)의 범위를 벗어나게 되면 제 3 회전감지 근접스위치(36c)의 전기적인 접점을 오프(off)상태로 변환시키게 되고, 회전감지센서부 (30)의 지속적인 회전으로 도 3b의 (마)와 같이 제 4 회전감지 근접스위치(36d)가 균형추(33a)의 범위를 벗어나게 되면 상기 제 4 회전감지 근접스위치(36d)의 전기적인 접점을 오프(off)상태로 변환시키게 된다.

즉, 제 1 내지 제 4 회전감지 근접스위치(36a~36d)는 지침계(33a)의 범위에근접되어 있을 경우에는 전기적 접점이 온(on)상태를 유지하여 모터(21)에 전원을 공급하다가, 회전에 의해 균형추(33a)가 제 1 내지 제 4 회전감지 근접스위치 (36a~36e)를 벗어나게 되면 근접된 오프(off)상태로 전환되어 모터(21)의 구동 전원을 차단하는 역할을 하게 되는 것이다.

따라서, 상기 제 1 내지 제 4 회전감지 근접스위치(36a~36d)와 균형추(33a)를 포함하는 회전감지센서부(30)에 의해 채열판(40)을 태양의 이동 궤도를 따라 단계별로 정확히 추적함으로써 집열효율을 최대화 할 수 있는 것이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 적용되는 태양 추적장치의 전기회로도이다.

먼저, 도 4a에서와 같이 3상의 AC 220V 전원단에 감압 및 정류하여 DC 전압으로 출력하는 정류부(BD)가 연결되고, 이 정류부(BD)의 출력단에는 태양추적센서부(60)인 제 2 내지 제 5 수납부(63b~63e)에 각각 설치되어 태양열이 세팅된 온도에 도달될 때 온(on)상태로 접점이 이루어지는 제 1 및 제 2 내부온도감지센서 (64a-1 ~64a-4)(64b-1~64b-4)가 병렬로 접속된다.

상기 제 1, 제 2 내부온도감지센서(64a-1~64a-4)(64b-1~64b-4)의 타측단에는 회전감지센서부(30)에 설치되며 균형추(33a)에 근접시에는 온(on)접점을 유지하다가 균형추(33a)와 분리시 오프 접점으로 전환되는 제 1 내지 제 4 회전감지 근접스위치(36a~36d)가 직렬 연결된다.

상기 제 1 내지 제 4 회전감지 근접스위치(36a~36d)의 각 타측단에는 모터 (21)에 전원을 공급 및 차단하는 제 1 내지 제 4 릴레이(RY1~RY4)가 직렬 접속되고, 이 각각의 제 1 내지 제 4 릴레이(RY1~RY4)에는 제 1 내지 제 4 램프(L1~L4)가 병렬 연결되어 있다.

상기 정류부(BD)의 출력단에는 시스템의 이상 동작으로 인해 모터(21)가 태양의 이동 궤도보다 과도하게 회전할 경우 회전감지센서부(30)의 균형추(33a)에 의해 접점이 온상태로 이루어지는 오동작감지 근접스위치(38)가 연결되고, 이 오동작감지 근접스위치(38) 동작시 제 6 릴레이스위치(RSW6)와 제 9 릴레이(RY9) 및 제 9 릴레이스위치(RSW9)를 연쇄적으로 구동하여 메인 마그네트스위치(MC)를 오프시켜 모터(21)에 공급되는 전원을 차단하는 제 6 릴레이(RY6)가 직렬 접속된다.

그리고, 도 4b에서와 같이 정류부(BD)의 출력단에는 상기 제 1 및 제 4 릴레이(RY1~RY4) 구동시 온상태로 접점이 이루어지는 제 1 내지 제 4 릴레이스위치 (RSW1~RSW4)가 병렬로 접속된다.

3상의 AC 220V 전원단에는 채열판(40)을 초기상태로 복귀시키기 위한 시간이 사용자에 의해 설정되어 있는 타이머(TM)가 연결되고, 정류부(BD)의 출력단에는 상기 타이머(TM)에 설정된 시간이 완료될 때 온상태로 접점이 절환되는 타이머스위치(TSW)와, 이 타이머스위치(TSW)에 의해 구동되어 모터(21)를 초기상태로 복귀시키기 위해 역전압을 공급하는 제 8 릴레이(RY8)와, 초기상태로 복귀후 모터 (21)를 정지시키기 위한 복귀감지 근접스위치(39) 및 제 7 릴레이스위치(RSW7a)가 직렬 접속된다.

상기 병렬 접속된 제 1 내지 제 4 릴레이스위치(RSW1~RSW4)의 타측단에는 상기 제 8 릴레이(RY8)에 의해 접점이 변화되는 제 8 릴레이스위치(RSW8a)와, 이 제 8 릴레이스위치(RSW8a)의 접점이 변화 의해 동작되는 제 7 릴레이(RY7)가 직렬 연결된다.

상기 제 7, 제 8 릴레이(RY7)(RY8)의 구동에 의해 접점이 변화되는 제 7, 제 8 릴레이스위치(RSW7b)(RSW8b)의 타측단에는 모터(21)를 정.역회전시키기 위해 순방향 및 역방향전압을 공급하는 정.역회전 마그네트스위치(MSW1)(MSW2)가 연결되어 구성된다.

미설명부호 PSW1는 메인파워스위치, PSW2는 보조파워스위치, C는 평활콘덴서, MSW 마그네트 접점, MC는 모터(21)의 메인 마그네트스위치이다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 적용되는 태양 추적장치의 동작 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 4a 및 도 4b의 전기회로도에 도시된 메인 및 보조파워스위치 (PSW1)(PSW2)를 온 상태로 접속하면 메인 마그네트스위치(MC)가 구동되어 모터 (21)에 동작전원을 공급하게 되며, 이와 동시에 정류부(DB)에서 AC 220V의 전원을 감압 및 정류후 DC로 변환하여 제 1 및 제 9 릴레이(RY1~RY9), 타이머(TM), 제 1 내지 제 4 회전감지 근접스위치(36a~36d), 제 1 및 제 2 내부온도감지센서(64a-1~64a-4) (64b-1~64b-4)를 동작가능한 상태로 만들게 되며, 이러한 상태에서 타이머(TM)를 조작하여 채열판(40)을 초기상태로 복귀시키기 위한 시점의 시간 즉, 일몰시간이 이 완전히 지나간 시간을 세팅시킨다.

여기서, 타이머(TM)의 세팅시간은 계절에 따라 일출 및 일몰시간이 다름으로 인해 사용자가 계절에 따라 임의적으로 변경할 수 있으나, 본 발명에서는 설명의 편의상 21시로 세팅시킨 것으로 가정하며, 현재의 계절을 봄으로 가정하여 제 1 내부온도감지센서(64a-1)가 동작하는 것으로 가정한다.

이러한 상태에서 도 2a에서와 같이 태양이 일출 후 궤도를 따라 이동하여 P1지점(일출지점)에서 P2지점에 도달하였을 경우 태양추적센서부(60)의 제 1 내지 제 5 수광영역(61a~61e) 중에서 태양추적센서부(60) 중심부와 태양(S)이 일직선을 이루고 있는 제 2 수광영역(61b)에서 가장 많은 태양광이 유입되며, 그 외의 제 3 내지 제 5 수광영역(61c~61e)에서는 태양광이 유입되기는 하나, 제 1 내지 제 6 격벽(61b~61f)에 의해 많이 차단됨으로써 그 외의 제 3 내지 제 5 수납부 (63c~63e)내에 설치된 내부온도감지센서에는 영향을 주지않게 된다.

상기 제 2 수광영역(61b)을 통해 유입되는 태양열은 제 2 렌즈(61b)에 의해 집열되어 제 2 수납부(63b) 내부로 조사됨으로써 온도는 상승하게 되고, 대기 온도를 감지하는 외부온도감지센서(68)에 의해 제 1, 제 2 내부온도감지센서(64a-1) (64b-1)의 동작여부가 결정되어 진다.

즉, 도 2d에서와 같이 대기의 온도가 설정된 25℃ 이하일 경우에는 외부온도감지센서(68)는 ⓐ접점으로 연결되어 제 1 내부온도감지센서(64a-1)와 연계 동작하게 되며, 대기 온도가 설정된 25℃ 이상일 경우 에는 외부온도감지센서(68)는 ⓑ접점으로 연결되어 제 2 내부온도감지센서(64b-1)와 연계 동작하게 된다.

또한, 제 2 수납부(63b)의 온도상승에 의해 내부 온도가 30℃에 도달하게 되면 제 1 내부온도감지센서(64a-1)의 내부 스위치가 ⓑ접점으로 연결되며, 지속적인 온도상승에 의해 제 2 수납부(63b) 내부 온도가 40℃에 도달하게 되면 제 2 내부온도감지센서(64b-1)의 내부 스위치가 ⓑ접점으로 연결됨으로써 DC 전원은 제 1 또는 제 2 내부온도감지센서(64a-1)(64b-1)를 통해 출력하게 된다.

즉, 대기의 온도가 설정된 25℃ 이하일 경우에는 외부온도감지센서(68)와 제 1 내부온도감지센서(64a-1)를 통해 폐회로가 구성되며, 대기 온도가 설정된 25℃ 이상일 경우에는 외부온도감지센서(68)와 제 2 내부온도감지센서(64b-1)에 의해 폐회로가 구성되는 것이다.

따라서, 도 4a에서와 같이 제 2 수광영역(65b)에서 제 2 렌즈(61b)를 통해 태양열을 최대로 받아들여 제 1 수납부(63a)에 설치된 제 1 또는 제 2 내부온도감지센서(64a-1)(64b-1)중 어느 하나가 온상태로 연결(ⓑ접점)되면 평상시에 균형추 (33a)의 근접으로 온상태로 접점을 이루고 있는 회전감지센서부(30)의 제 1 회전감지 근접스위치(36a)를 통해 제 1 릴레이(RY1)를 구동시켜 도 4b의 제 1 릴레이스위치(RSW1)를 온상태로 연결하고, 이로 인해 평상시에 온접점을 유지하고 있는 제 8 릴레이스위치(RSW8a)를 통해 제 7 릴레이(RY7)를 연계 동작시키게 되며, 이로 인해 제 7 릴레이스위치(RSW7b)를 온상태로 접속함에 따라 정회전 마그네트스위치(MSW1)를 동작시킴으로써 모터(21)에 순방향의 3상전원을 공급하게 되어 반시계 방향으로 회전하게 된다.

즉, 상기 모터(21)에 순방향 전원이 공급되어 반시계 방향으로 회전하게 되면 도 1a 및 도 1b에서와 같이 제 1 벨트(24a)에 의해 감속기(18)로 전달되어 일정 비율로 감속된 후, 다시 제 2 벨트(24b)에 의해 회전축(25)의 종단부에 형성된 풀리(25a)로 전달되어 결국 회전축(25)과 고정되는 채열판(40)을 반시계 방향으로 회전시키게 된다.

상기 모터(21)의 회전에 의해 회전축(25)이 회전하게 되면 상기 회전축(25)에 설치된 회전감지센서부(30) 자체가 동일한 방향으로 연동 회전하게 되나 도 3a의 (가), (나)도에서와 같이 균형추(33a)의 무게 중심과 힌지(37)에 의하여 지침계(33)와 균형추(33a)는 항시 지면과 수직방향을 유지된다.

이 후, 도 3b의 (나)에서와 같이 회전축(25)의 회전에 의해 회전감지센서부 (30)인 제 1 회전감지 근접스위치(36a)가 지면과 수직을 유지하고 있는 균형추 (33a)로부터 벗어나게 되면 상기 제 1 회전감지 근접스위치(36a)의 전기적인 접점은 오프상태로 절환되고, 이로 인해 도 4a 및 도 4b의 제 1 릴레이(RY1)와 제 1 릴레이스위치(RSW1), 그리고 제 7 릴레이(RY7)와 제 7 릴레이스위치(RSW7b)를 순차적으로 오프시킴으로 인해 정회전 마그네트스위치(MSW1)의 접점을 차단함으로써 모터(21)의 회전을 중지시키게 된다.

이때, 회전축(25)과 고정된 채열판(40)은 제 2 수광영역(61b) 및 태양과의 각도와 일치하게 됨으로써 태양광을 최대로 흡수할 수 있는 위치에 있게 된다.

또한, 도 2b에서와 같이 태양(S)이 궤도를 따라 지속적으로 이동하여 P3지점에 도달하였을 경우 태양추적센서부(60)의 제 3 수광영역(61c)에서 가장 많은 태양광이 유입되며, 이 유입되는 태양열은 제 3 렌즈(61c)에 의해 집열되어 제 3 수납부(63c) 내부로 조사됨으로써 온도는 상승하여 제 1, 제 2 내부온도감지센서 (64a-2)(64b-2)중에서 어느 하나가 설정된 온도에 도달하게 되면 내부 접점이 온상태로 연결다.

상기 제 3 수납부(63c)에 설치된 제 1, 제 2 내부온도감지센서(64a-2) (64b-2)중에서 어느 하나가 접점이 온상태로 연결되면 평상시에 균형추(33a)의 근접으로 온상태로 접점을 이루고 있는 회전감지센서부(30)의 제 2 회전감지 근접스위치(36b)를 통해 제 2 릴레이(RY2)를 구동시켜 도 4b의 제 2 릴레이스위치(RSW2)를 온상태로 연결하고, 이로 인해 평상시에 온접점을 유지하고 있는 제 8 릴레이스위치(RSW8a)를 통해 제 7 릴레이(RY7)를 연계 동작시키게 되며, 이로 인해 제 7 릴레이스위치(RSW7b)를 온상태로 접속함에 따라 정회전 마그네트스위치(MSW1)를 동작시킴으로써 모터(21)에 순방향의 3상전원을 공급하게 되어 반시계 방향으로 회전하게 된다.

이 후, 도 3b의 (다)에서와 같이 회전축(25)의 회전에 의해 회전감지센서부 (30)인 제 2 회전감지 근접스위치(36b)가 균형추(33a)로부터 벗어나게 되면 상기 제 2 회전감지 근접스위치(36b)는 오프상태로 절환되고, 이로 인해 제 2 릴레이 (RY2)와 제 2 릴레이스위치(RSW2), 그리고 제 7 릴레이(RY7)와 제 7 릴레이스위치 (RSW7b)를 순차적으로 오프시킴으로 인해 정회전 마그네트스위치(MSW1)의 접점을 차단함으로써 모터(21)의 회전을 중지시키게 된다.

이때, 회전축(25)과 고정된 채열판(40)은 제 3 수광영역(61c) 및 태양과의 각도와 일치하게 됨으로써 태양광을 최대로 흡수할 수 있는 위치에 있게 된다.

한편, 상기와 같은 과정을 통해 도 2b에서와 같이 태양(S)이 궤도를 따라 지속적으로 이동하여 P5지점에 도달하였을 경우 태양추적센서부(60)의 제 5 수광영역(61e)에서 가장 많은 태양광이 유입되며, 이 유입되는 태양열은 제 5 렌즈 (61e)에 의해 집열되어 제 5 수납부(63e) 내부로 조사됨으로써 온도는 상승하여 제 1, 제 2 내부온도감지센서(64a-4)(64b-4)중에서 어느 하나가 설정된 온도에 도달하게 되면 내부 접점이 온상태로 연결다.

상기 제 5 수납부(63e)에 설치된 제 1, 제 2 내부온도감지센서(64a-4) (64b-4)중에서 어느 하나가 접점이 온상태로 연결되면 도 4a에서와 같이 평상시에 균형추(33a)의 근접으로 온상태로 접점을 이루고 있는 회전감지센서부(30)의 제 4 회전감지 근접스위치(36d)를 통해 제 4 릴레이(RY4)를 구동시켜 도 4b의 제 4 릴레이스위치(RSW4)를 온상태로 연결하고, 이로 인해 평상시에 온접점을 유지하고 있는 제 8 릴레이스위치(RSW8a)를 통해 제 7 릴레이(RY7)를 연계 동작시키게 되며, 이로 인해 제 7 릴레이스위치(RSW7b)를 온상태로 접속함에 따라 정회전 마그네트스위치(MSW1)를 동작시킴으로써 모터(21)에 순방향의 3상전원을 공급하게 되어 반시계 방향으로 회전하게 된다.

이 후, 도 3b의 (마)에서와 같이 회전축(25)의 회전에 의해 회전감지센서부 (30)인 제 4 회전감지 근접스위치(36d)가 균형추(33a)로부터 벗어나게 되면 상기 제 4 회전감지 근접스위치(36d)는 오프상태로 절환되고, 이로 인해 제 4 릴레이 (RY4)와 제 4 릴레이스위치(RSW4), 그리고 제 7 릴레이(RY7)와 제 7 릴레이스위치 (RSW7b)를 순차적으로 오프시킴으로 인해 정회전 마그네트스위치(MSW1)의 접점을차단함으로써 모터(21)의 회전을 중지시키게 된다.

이때, 회전축(25)과 고정된 채열판(40)은 제 5 수광영역(61e) 및 태양과의 각도와 일치하게 됨으로써 태양광을 최대로 흡수할 수 있는 위치에 있게 된다.

한편, 채열판(40)이 제 5 수광영역(61e)과 태양과의 각도(일몰위치)가 일치하여 태양광을 최대로 흡수할 수 있는 상태에서 타이머(TM)에 설정된 구동시간이 완료되면 상기 채열판(40)을 제 1 수광영역(61a)과 태양의 각도(일출위치)가 일치하는 초기 위치로 복귀시키게 된다.

즉, 타이머(TM)에 설정된 시간(21시00분)이 완료되면 도 4b에서와 같이 상기 타이머(TM)에서는 타이머스위치(TSW)를 온상태로 접속하게 되며, 이로 인해 균형추(33a)의 근접으로 온상태로 접점되어 있는 복귀감지 근접스위치(39)와, 제 7 릴레이(RY7)의 오프상태로 인해 온점접으로 연결되는 제 7 릴레이스위치(RSW7b)를 통해 제 8 릴레이(RY8)가 구동하게 되며, 이로 인해 제 8 릴레이스위치(RSW8b)를 온상태로 점점을 연결시킴에 따라 역회전 마그네트스위치(MSW2)를 구동하게 되어 모터(21)에 3상의 역방향 전원이 공급하여 시계 방향으로 역회전됨으로써 채열판 (40)을 제 1 수광영역(61a)의 각도와 일치하는 일출이 시작되는 초기 위치까지 역회전시키게 된다.

이 후, 상기 모터(21)의 지속적인 역회전에 의해 채열판(40)이 일출이 시작되는 초기 위치에 도달되면 도 3b의 (가)에서와 같이 회전감지센서부(30)에 설치된 복귀감지 근접스위치(39)가 균형추(33a)의 범위를 벗어나게 되어 오프상태로 접점이 변화되며, 이로 인해 도 4b에서와 같이 제 8 릴레이(RY8) 및 제 8릴레이스위치(RSW8)를 연쇄적으로 오프시킴에 따라 역회전 마그네트스위치(MSW2)를 오프상태로 만들게되어 모터(21)를 정지시킴에 따라 채열판(40)을 일출이 시작되는 초기 위치까지 정확하게 복귀시키게 되는 것이다.

즉, 타이머(TM)에 설정된 시간이 완료되면 채열판(40)을 일출지점으로 복귀시킴으로써 자동 운전되며, 상기 타이머(TM)의 설정시간은 낮과 밤의 길이가 서로 다른 계절에 따라 사용자가 조정 가능하도록 되어 있다.

한편, 오동작감지 근접스위치(38)에 의해 채열판(40)을 제 5 수광영역(61e)에서 모터(21)를 마지막으로 정지시킨 후, 타이머(TM)에 설정된 시간이 완료될 경우 모터(21)를 역회전시켜 일출시점으로 복귀시켜야 하나, 시스템의 이상동작 또는 센서의 고장으로 인해 오동작감지 근접스위치(38) 범위를 초과하여 회전될 경우 시스템의 공급 전원을 강제로 차단하여 동작을 중지시킴으로서 모터(21)의 파손을 방지하도록 하였다.

즉, 시스템의 이상동작 또는 각종 센서의 고장으로 인해 모터(21)가 지속적으로 반시계 방향으로 회전하여 오동작감지 근접스위치(38)의 범위를 넘어 균형추 (33a)의 범위를 벗어나게 되면 도 4a에서와 같이 상기 오동작감지 근접스위치(38)의 접점은 오프상태로 되고, 이로 인해 제 6 릴레이(RY6), 제 6 릴레이스위치 (RSW6), 제 9 릴레이(RY9), 제 9 릴레이스위치(RSW9)를 차례로 오프상태로 만들어 모터(21)에 공급되는 전원을 차단시킴으로써 과부하에 의한 모터(21)의 파손을 방지하게 되는 것이다.

다음은 전술한 바와 같은 태양 추적장치를 적용하여 본 발명에 따른 중고온난방시스템을 구성한 것으로 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

5는 본 발명에 따른 태양 추적장치를 이용한 중고온 난방시스템의 사시도로서, 회전축(25)의 중앙부에는 태양광을 집광(集光) 및 반사하여 고온의 열을 발생하는 곡면형상의 반사경 기능을 갖는 채열판(40)이 회전축(25)의 길이 방향으로 설치되며, 이 채열판(40)의 내측 중앙부에는 상기 채열판(40)으로부터 발생되는 열을 집열(集熱)하고 이 집열된 열로서 난방수를 가열시키는 양면집열판(50)이 고정 설치되어 회전축(25)이 모터(21)에 의해 회전시 채열판(40)과 양면집열판(50)이 동시에 연동 회전하도록 구성되어 있다.

상기 몸체(10)를 구성하는 하부프레임(11) 상면에는 양면집열판(50)에 의해 고온으로 상승된 온수를 저장하는 온수저장탱크(16)와, 상기 온수저장탱크(16) 및 양면집열판(50) 사이에 물을 순환시키는 순환펌프(15)가 설치되며, 온수저장탱크 (16)에 유입된 온수의 소모시 보충수 저장탱크(19)를 통해 보충하도록 구성되어 있다.

도 6은 본 발명에 따른 태양 추적장치를 이용한 중고온 난방시스템에 있어 채열판(40)의 단면도로서, 일정길이를 가지며 곡면이 내측으로 형성되어 태양광을 반사하여 집광하는 볼록렌즈 기능의 제 1, 제 2 반사경(41)(42)이 길이 방향으로 구비되고, 이 제 1, 제 2 반사경(41)(42)의 양측 종단부에는 상.하부지지대(43) (44)에 의해 고정되며, 상기 상.하부지지대(43)(44)는 수직지지대(45)와 서로 견고하게 결합된다.

그리고, 상부지지대(43)의 중앙부에는 모터(21)의 회전에 의해 채열판(40)을태양의 이동 궤도을 따라 회동시키는 회전축(25)이 설치되고, 제 1, 제 2 반사경(41)(42) 사이의 내측 중앙부에는 상기 제 1, 제 2 반사경(41)(42)으로부터 반사되는 태양열을 집열하는 양면집열판(50)이 설치된다.

도 7a는 본 발명에 따른 태양 추적장치를 이용한 중고온 난방시스템에 있어 양면집열판(50)의 단면도이며, 도 7b는 도 7a의 확대단면도로서, 난방수 또는 오일과 같은 가열매체(53)가 유입되어 있는 직경 10~15mm의 파이프(52)가 지그재그 형태로 구비되고, 상기 파이프(52) 외측에는 채열판(40)인 제 1, 제 2 반사경 (41)(42)으로 반사되는 열을 흡수하여 파이프(52)로 열을 전도하는 열전도금속판 (54)이 교차되게 설치되며, 상기 파이프(52)와 열전도금속판(54)의 외측에는 인서트몰딩에 의해 형성되는 진공강화유리(51)가 설치된다.

여기서, 양면집열판(50)의 길이는 제한하지 않으나, 채열판(40)인 제 1, 제 2 반사경(41)(42)의 길이와 동일하게 하는 것이 집열효율을 최대화 할 수 있으며, 파이프(52)와 열전도금속판(54)는 내구성과 열전도율이 높은 동판 및 스텐레스 스틸을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 태양 추적장치를 이용한 중고온 난방시스템은 전술한 바와 같은 태양 추적장치에 의해 채열판(40)을 태양광이 최대의 양으로 입사되는 위치에 있게 되며, 이러한 태양광이 제 1, 제 2 반사경(41)(42) 전면에 조사되면 도 6에서와 같이 내측으로 형성된 곡면에 의해 반사되어 모두 중앙부에 설치된 양면집열판(50)으로 집중되고, 이때 제 1, 제 2 반사경(41)(42)은 곡면형태의 볼록렌즈 기능을 갖게됨으로써 태양광선은 양면집열판(50)에 초점이 집중되어 200~500℃ 온도까지 상승하게 된다.

상기 제 1, 제 2 반사경(41)(42)에 의해 초점이 맞추어져 200~500℃ 온도까지 상승된 태양광은 도 7a 및 도 7b에서와 같이 진공강화유리(51)를 통해 열전도금속판(54)과 파이프(52)에 집중적으로 조사하게 되어 200~500℃의 열이 열전도금속판(54)에 가해지게 되며, 이로 인해 파이프(52) 내부에 유입되어 있는 난방수 또는 오일과 같은 가열매체(53)를 간접 가열시키게 된다.

따라서, 상기 파이프(52) 내부의 가열매체(53)인 난방수가 일정온도 이상 가열되면 대류현상에 의해 온수저장탱크(16)에 자동으로 유입되는 순환과정을 거치거나, 순환펌프(15)의 동작으로 강제 순환시키게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 태양 추적장치는 간단한 구성과 정밀한 동작에 의해 태양의 이동 궤도를 정확히 추적하게 됨으로써 태양광을 최대로 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 이 추적시스템에 도 6에 도시된 제 1, 제 2 반사경(41)(42)으로 이루어진 채열판(40)과 도 7a 및 도 7b에 도시된 양면집열판(50)을 설치하여 중고온 난방시스템을 구성함으로써 난방수의 온도를 150~300℃까지 상승시킬수 있어 난방효율을 극대화 할 수 있는 것이다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 중고온 난방시스템에 태양열 온수장치를 적용하여 효율을 30~60% 정도 높임과 동시에 태양열을 집열하는 채열판은 일정 폭과 길이를 갖는 스텐레스 스틸 재질로서 볼록렌즈 기능을 갖도록 곡면형태를 갖는 두 개의 반사경을 서로 대향되게 설치하고, 이 두 개의 반사경 사이에 상기 두개의 반사경으로부터 발생되는 열을 집속하여 난방수를 가열하는 양면집열판을 설치함으로써 채열 및 집열효율을 극대화할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 다수의 프레임으로 구성되는 몸체(10) 상측에 설치되며 모터(21)의 구동에 의해 연동 회전하는 회전축(25)에 고정 설치되어 태양열을 집속하는 채열판(40)이 구비되고, 몸체(10)의 하부면에는 채열판(40)에 의해 고온으로 상승된 온수를 저장하는 온수저장탱크(16)와, 상기 온수저장탱크(16) 및 채열판(40) 사이에 물을 순환시키는 순환펌프(15)와, 보충수 저장탱크(19)가 설치되고, 태양추적센서부 (60) 및 회전감지센서부(30)에 의해 태양을 추적하여 채열판(40)을 태양의 이동궤도를 따라 회동시키는 태양 추적장치를 이용한 중고온 온수장치에 있어서,

   상기 채열판(40)은, 곡면으로 형성되어 태양광을 반사하여 집광하는 볼록렌즈 기능의 제 1, 제 2 반사경(41)(42)이 구비되고, 상기 제 1, 제 2 반사경(41) (42)은 수직지지대(45)로서 결합된 상.하부지지대(43)(44)에 의해 양측 종단부가 고정되고, 상기 제 1, 제 2 반사경(41)(42) 사이의 내측 중앙부에는 제 1, 제 2 반사경(41)(42)으로부터 반사되는 태양열을 집열하는 양면집열판(50)이 설치되어 구성되고,

   상기 양면집열판(50)은 가열매체(53)가 유입된 직경 10~15mm의 파이프(52)가 지그재그 형태로 구비되고, 상기 파이프(52) 외측에는 상기 제 1, 제 2 반사경 (41)(42)으로 반사되는 열을 양면으로 흡수하여 파이프(52)로 열을 전도하는 열전도금속판(54)이 교호로 설치되고, 상기 파이프(52)와 열전도금속판(54)의 외측에는 제철분 강화유리를 진공 압출성형된 진공강화유리(51)가 형성되어 이루어진 것을특징으로 하는 태양 추적장치를 이용한 중고온 온수장치.