KR100647440B1

KR100647440B1 - 복사열 흡수 시연장치

Info

Publication number: KR100647440B1
Application number: KR1020050097154A
Authority: KR
Inventors: 송규섭; 김광수; 한재섭; 윤장수
Original assignee: 주식회사 에이팩
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2006-11-23

Abstract

본 발명은 태양열에 의한 복사에너지를 시각적으로 이해할 수 있도록 마련되는 복사열 흡수 시연장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조사수단에 의해 가열되는 히트파이프의 상측에 폐회로로 구성되는 순환유로를 일정부분이 교차되도록 함으로써 순환유로의 온도변화에 따라 복사열의 존재를 쉽게 이해할 수 있으며, 상기 순환유로의 내부에 온도변화에 따라 색이 변하는 변색수단을 첨가함으로써 순환유로 내의 온도변화를 보다 용이하게 이해하고, 호기심 유발에 따른 학습 성취 효과를 증대시킬 수 있는 복사열 흡수 시연장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 빛을 조사하는 조사수단과; 상기 조사수단에 의해 가열되는 히트파이프와, 열손실을 최소화하기 위하여 진공상태로 상기 히트파이프를 내장하는 진공유리관을 포함하여 이루어지는 복사열집열기와; 상기 복사열집열기 상측에 장착되며, 히트파이프의 응축부가 삽입되도록 형성된 다수개의 열방출홀이 상호 이격되어 형성되어 있는 매니폴더와; 상기 매니폴터의 일측과 연통되어 유체를 공급하는 유체공급부;를 포함하여 구성되되, 상기 매니폴더 내에는 공급되는 유체의 온도변화를 측정하는 측정수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 복사열 흡수 시연장치.

복사에너지, 복사열집열기, 매니폴더, 히트파이프, 할로겐램프

Description

복사열 흡수 시연장치 {Demonstration Apparatus of Radiant Heat Absorption}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복사열 흡수 시연장치를 개략적으로 나타내는 도면.

도 2는 도 1의 A-A단면도.

도 3은 도 2에 흡수판이 설치된 모습을 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 매니폴더와 디스플레이부 및 순환유로를 나타내는 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 조사수단 20 : 복사열집열기

21 : 히트파이프 21a : 응축부

21b : 흡수판 22 : 진공유리관

30 : 매니폴더 31 : 열방출홀

40 : 유체공급부 41 : 연통홀

50 : 순환유로 60 : 시온잉크

70 : 집열커버 80 : 디스플레이부

90 : 태양전지

일반적으로 태양에서 빛이 발산되고 이 빛이 물질에 닿을 때 상기 물질에 에너지가 발생한다는 복사에너지에 관한 것은 기초적인 지식이다.

그러나, 이러한 기초적인 지식도 종래에는 실험기구가 제대로 갖춰지지 않아 단순히 그림이나 교과서만 통하여 이론적으로 공부할 수밖에 없었으며, 실험기구라 하는 것도 단순히 색상을 달리한 알루미늄 컵등에 온도계를 꽂아 놓고 온도측정을 하는 것이 고작이였기 때문에 정확한 복사에너지를 측정할 수 없었다.

즉, 종래에는 온도계가 꽂혀 있는 검은색 알루미늄통과 흰색 알루미늄통을 준비한 후, 검은색 알루미늄통은 복사열을 잘 흡수하고 흰색 알루미늄통은 복사열을 잘 흡수하지 못한다는 실험만 하였다.

그러나, 태양빛에 의한 복사에너지의 흡수 원리를 보다 알기 쉬우며 학습 의 욕을 증대시키는 복사열 흡수 시연장치의 필요성이 요구된다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 조사수단에 의해 가열되는 히트파이프의 상측에 폐회로로 구성되는 순환유로를 일정부분이 교차되도록 함으로써 순환유로의 온도변화에 따라 복사열의 존재를 쉽게 이해할 수 있으며, 상기 순환유로의 내부에 온도변화에 따라 색이 변하는 변색수단을 첨가함으로써 순환유로 내의 온도변화를 보다 용이하게 이해하고, 호기심 유발에 따른 학습 성취 효과를 증대시킬 수 있는 복사열 흡수 시연장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명의 일실시예는 빛을 조사하는 조사수단과; 상기 조사수단에 의해 가열되는 히트파이프와, 열손실을 최소화하기 위하여 진공상태로 상기 히트파이프를 내장하는 진공유리관을 포함하여 이루어지는 복사열집열기와; 상기 복사열집열기 상측에 장착되며, 히트파이프의 응축부가 삽입되도록 형성된 다수개의 열방출홀이 상호 이격되어 형성되어 있는 매니폴더와; 상기 매니폴터의 일측과 연통되어 유체를 공급하는 유체공급부;를 포함하여 구성되되,

상기 매니폴더 내에는 공급되는 유체의 온도변화를 측정하는 측정수단이 설치된다.

아울러 본 발명의 다른 실시예는 빛을 조사하는 조사수단과; 상기 조사수단에 의해 가열되는 히트파이프와, 열손실을 최소화하기 위하여 진공상태로 상기 히 트파이프를 내장하는 진공유리관을 포함하여 이루어지는 복사열집열기와; 상기 복사열집열기 상측에 장착되며, 히트파이프의 응축부가 삽입되도록 형성된 다수개의 열방출홀이 상호 이격되어 형성되어 있는 매니폴더와; 상기 매니폴터의 일측과 타측을 관통하여 수집되는 복사열을 흡수하는 순환유로;를 포함하여 구성되되,

상기 매니폴더 양측에 인접하는 순환유로에 유체의 온도를 측정하는 측정수단이 설치된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복사열 흡수 시연장치를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1의 A-A단면도이며, 도 3은 도 2에 흡수판이 설치된 모습을 나타내는 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예는 크게 빛을 방출하는 조사수단(10)과, 상기 조사수단(10)에 의해 방출되는 빛을 흡수하며 히트파이프(21)와 진공유리관(22)으로 구성되는 복사열집열기(20)와, 상기 히트파이프(21)의 상측부를 수용하여 복사열을 전달받는 매니폴더(30)와, 상기 매니폴더(30) 내에 유체를 공급하는 유체공급부(40)와, 상기 매니폴더(30) 내의 유체 온도 변화를 측정하는 측정수단 및 이를 표시하는 디스플레이부(80)로 구성된다.

여기서 상기 조사수단(10)은 고출력 발광램프인 할로겐 램프인 것이 바람직하며, 보다 빠른 실험결과를 얻기 위해 다수개 설치할 수 있다.

또한 상기 조사수단(10)에 의해 방출되는 빛이 복사열집열기(20)에 집중되도 록 집열커버(70)가 설치되는데, 상기 집열커버(70)의 양단은 내측으로 절곡되어 복사에너지가 히트파이프(21)로 전달되도록 유도한다.

한편 상기 복사열집열기(20)는 조사수단(10)에 의해 가열되는 히트파이프(21)와, 열손실을 최소화하기 위하여 진공상태로 상기 히트파이프(21)를 내장하는 진공유리관(22)으로 구성된다.

상기 히트파이프(21)는 내부에 작동유체를 함유하고 있으며, 열이 가해짐에 따라 작동유체가 액상에서 기상으로 상태변화하여 히트파이프(21)의 상측부인 응축부(21a)로 이동하는데, 응축부(21a)에 도달한 작동유체는 열에너지를 방출하고 응축되면서 액상으로 상태변화하여 중력에 따라 히트파이프(21) 하부측으로 이동하게 된다.

이는 조사되는 빛의 복사에너지를 히트파이프(21)의 응축부(21a)와 연결되는 매니폴더(30)에 전달하기 위한 구성이며, 이러한 순환사이클은 계속하여 수행된다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 진공유리관(22) 내의 히트파이프(21)에는 보다 신속한 빛의 흡수를 유도하기 위해 흡수판(21b)이 결합될 수 있으며, 상기 흡수판(21b)을 통해 흡수된 복사에너지는 히트파이프(21)로 전달되고, 다시 매너폴더(30)로 이동된다.

한편 상기 매니폴더(30)는 복사열집열기(20)를 통해 흡수된 복사에너지를 전달받아 유체공급부(40)에 의해 공급되는 매니폴더(30) 내의 유체에 전달된다.

상기 매니폴더(30)에는 히트파이프(21)를 관통 수용하도록 열방출홀(31)이 형성되며, 일측에는 유체공급부(40)로부터 유체를 공급받도록 연통홀(41)이 형성됨 은 물론이다.

이에 따라 유체공급부(40)에서 매니폴더(30)로 이동된 유체는 히트파이프(21)로부터 열을 전달받아 온도가 상승하게 되며 이는 매니폴더(30) 내측에 설치된 측정수단에 의해 측정된다.

본 발명의 경우 복사에너지 실험 장치이므로 상기 측정수단은 히트파이프(21)로부터 열을 전달받기 전과 전달받은 후의 온도변화를 알기 쉽도록 각각의 온도데이터를 측정하여 디스플레이부(80)로 전송하여 표시되도록 함이 바람직하다.

상기 디스플레이부(80)는 일반 LCD 표시장치임이 바람직하며 조사수단의 조사 시작 전과 후의 온도데이터를 각각 표시하도록 2개 이상의 표시부가 마련된다.

또한 상기 디스플레이부(80)는 조사수단에 의해 방출되는 빛을 흡수하여 전기에너지로 전환하는 태양전지에 의해 작동되도록 마련되는데, 상기 태양전지에 관한 기술은 공지된 것으므로 설명은 생략하도록 한다.

이에 따라 본 실시예의 작동을 요약하여 설명하면 다음과 같다.

유체공급부(40)로부터 매니폴더(30)로 유체를 공급받아 측정수단을 통하여 온도데이터를 검출한다.

상기 검출된 온도데이터를 디스플레이부(80)로 전송하여 표시되도록 하며, 조사수단에 전원을 인가하여 빛을 방출하도록 한다.

이에 따라 복사열집열기(20)의 히트파이프(21)는 가열되며 이에 따라 히트파이프(21) 내의 작동유체가 기상으로 상태변화하여 히트파이프(21)의 상측부인 응축부(21a)에 흡수된 열을 전달한다.

상기 응축부(21a)를 수용하는 매니폴더(30)에는 유체공급부(40)로부터 공급받은 유체가 채워져 있으며 상기 응축부(21a)로부터 방출되는 복사에너지는 유체를 가열하여 온도를 변화시킨다.

이에 따라 변화된 유체의 온도데이터는 측정수단에 의해 측정되고 이는 다시 디스플레이부(80)에 전송되어 표시된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 매니폴더와 디스플레이부 및 순환유로를 나타내는 개략도이다.

본 발명의 다른 실시예는 크게 빛을 방출하는 조사수단(10)과, 상기 조사수단(10)에 의해 방출되는 빛을 흡수하며 히트파이프(21)와 진공유리관(22)으로 구성되는 복사열집열기(20)와, 상기 히트파이프(21)의 상측부를 수용하여 복사열을 전달받는 매니폴더(30)와, 상기 매니폴더(30)의 일측과 타측을 관통하여 수집되는 복사열을 흡수하는 순환유로(50), 상기 매니폴더(30) 양측에 인접하는 순환유로(50)에 유체의 온도를 측정하는 측정수단 및 측정된 온도데이터를 표시하는 디스플레이부(80)로 구성된다.

본 실시예에 따라 매니폴더(30) 양측을 관통하는 순환유로(50)는 히트파이프(21)의 응축부(21a)에서 방출하는 복사에너지를 전달받도록 마련되는데, 상기 순환유로(50)는 폐회로를 구성하며 일정부분이 매니폴더(30) 내측에 수용된다.

이에 따라 상기 매니폴더(30) 양 외측부의 순환유로(50)에는 측정수단이 설치되어 있어 온도데이터를 검출하고 이를 디스플레이부(80)로 전송, 표시하도록 구 성됨은 물론이다.

또한 복사에너지의 원리를 보다 알기 쉽게 이해하도록 순환유로(50)에는 물 등의 유체외에 변색수단을 첨가하여 온도의 변화에 따른 색의 변화를 통하여 시각적으로 복사에너지의 존재를 이해하도록 할 수 있다.

이러한 변색수단으로는 시온잉크가 바람직하며, 시온잉크 외에 온도의 변화에 따라 변색되는 물질이면 어느 것이든 가능함은 물론이다.

또한 상기 변색수단이 변색되는 것을 시각적으로 확인할 수 있도록 매니폴더(30) 및 순환유로(50)는 투명성 재질이어야 함은 물론이며, 상기 투명성 재질로는 아크릴 수지임이 바람직하다.

아울러 상기 순환유로(50)는 자연대류로 순환유로(50) 내의 유체가 순환되는데, 물론 순환펌프(P)에 의해 순환되도록 구성할 수 있으며 이 때 순환펌프(P)를 제어하여 유체의 순환 속도를 적절히 조절하도록 구성할 수 있음은 물론이다.

본 발명의 일실시예 또는 다른 실시예의 진공유리관(22) 외연 일정부분에 시온안료를 도포하여 복사열집열기(20)의 상측부로 갈수록 온도가 점차 증가함을 시각적으로 표시하도록 구성할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 복사열 시연장치의 각 구성요소들은 다수개의 연결프레임(1)으로 지지됨은 물론이다.

상기에서 기술된 바와 같이 본 발명은 조사수단에 의해 가열되는 히트파이프 의 상측과 폐회로로 구성되는 순환유로의 일정부분이 교차되도록 함으로써 순환유로의 온도변화에 따라 복사열의 존재를 쉽게 이해할 수 있다.

또한 상기 순환유로의 내부에 온도변화에 따라 색이 변하는 변색수단을 첨가함으로써 순환유로 내의 온도변화를 보다 용이하게 이해하고, 호기심 유발에 따른 학습 성취 효과를 증대시킬 수 있다.

Claims

빛을 조사하는 조사수단(10)과;

상기 조사수단(10)에 의해 가열되는 히트파이프(21)와, 열손실을 최소화하기 위하여 진공상태로 상기 히트파이프(21)를 내장하는 진공유리관(22)을 포함하여 이루어지는 복사열집열기(20)와;

상기 복사열집열기(20) 상측에 장착되며, 히트파이프(21)의 응축부(21a)가 삽입되도록 열방출홀(31)이 형성되어 있는 매니폴더(30)와;

상기 매니폴터(30)의 일측과 연통되어 유체를 공급하는 유체공급부(40);를 포함하여 구성되되,

상기 매니폴더(30) 내에는 공급되는 유체의 온도변화를 측정하는 측정수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 복사열 흡수 시연장치.
빛을 조사하는 조사수단(10)과;

상기 조사수단(10)에 의해 가열되는 히트파이프(21)와, 열손실을 최소화하기 위하여 진공상태로 상기 히트파이프(21)를 내장하는 진공유리관(22)을 포함하여 이루어지는 복사열집열기(20)와;

상기 복사열집열기(20) 상측에 장착되며, 히트파이프(21)의 응축부(21a)가 삽입되도록 열방출홀(31)이 형성되어 있는 매니폴더(30)와;

상기 매니폴더(30)의 일측과 타측을 관통하여 수집되는 복사열을 흡수하는 순환유로(50);를 포함하여 구성되되,

상기 매니폴더(30) 양측에 인접하는 순환유로(50)에 유체의 온도를 측정하는 측정수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 복사열 흡수 시연장치.
제 2항에 있어서,

상기 순환유로(50)의 내측에는 온도의 변화를 시각적으로 확인할 수 있도록 변색수단이 함유되며, 상기 변색수단이 변색되는 것을 확인할 수 있도록 순환유로(50) 및 매니폴더(30)는 투명성 재질인 것을 특징으로 하는 복사열 흡수 시연장치.
제 3항에 있어서,

상기 변색수단은 시온잉크(60)인 것을 특징으로 하는 복사열 흡수 시연장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 조사수단(10)은 할로겐 램프인 것을 특징으로 하는 복사열 흡수 시연장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 조사수단(10)에 의한 복사열집열기(20)의 집열효율을 증대하도록 조사수단(10) 후단에 집열커버(70)가 설치된 것을 특징으로 하는 복사열 흡수 시연장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 측정수단과 연결되어 측정데이터를 표시하는 디스플레이부(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복사열 흡수 시연장치.
제 7항에 있어서,

상기 디스플레이부(80)는 복사에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환하는 태양전지에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 복사열 흡수 시연장치.