KR100776333B1

KR100776333B1 - 자연태양 및 인공태양을 이용한 창호 차양 실험과 태양열열량 측정 장비

Info

Publication number: KR100776333B1
Application number: KR1020060067257A
Authority: KR
Inventors: 김철수; 홍영주
Original assignee: 주식회사 케이티이엔지
Priority date: 2006-07-19
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2007-11-13

Abstract

본 발명은, 인공적인 태양복사열을 만들어주는 인공태양 실험장비와 건물을 축소 설계한 창호차양 실험장비로 구성되며, 태양복사열을 수집할 수 있는 측정 장치에 관한 것으로, 태양과 같은 정도의 일사량 방사 가능한 인공일사장치(55)와, 상기한 인공일사장치(55)의 조명을, 빛을 차단하는 차양체(2)를 거쳐 빛을 받았을 경우, 내부에 수집된 열량을 측정할 수 있게 구성한 측정장치(3)와, 상기한 측정장치(3)와 연결되어 내부 온도가 일정 온도 이상으로 승, 하강하지 않도록 조절하는 냉동장치(21)와, 상기한 냉동장치(21)와 측정장치(3)의 온도를 제어 하는 제어판(16)을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기한 측정장치(3)는, 조명이 들어오는 차양장치(2)와, 창호(7)를 전면으로 하고, 그 주위를 둘러싸는 구조로 이루어져 내부에 공간이 형성되게 구성되는 벽체를 이루는 단열재(4)와, 단열재(4)의 벽과 차양장치(7)의 구성에 의해 형성되는 공간에 내부에 설치되며, 집열판(11)과 집열관(12)을 포함하여 구성되는 집열기(5)와, 집열기(5)의 전방에 설치되며 강화유리로 이루어지는 투과체(7a)와, 집열기(5)의 후방에 설치되는 팬(13) 및 냉각코일(14)과, 상기한 집열기(5)에 설치되어 온도를 측정하는 온도센서(33)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기한 창호(7)는 유리재질로 이루어지며, 투과체(7a)의 후면은 엠보싱면(7b)을 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기한 인공일사장치(55)는, 램프(57)가 중앙에 장착되는 타원형 반사판(61)을 갖춘 일사장치(55)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기한 냉동장치(21)는, 냉각코일(27)을 갖춘 냉각탱 크(24,25)와, 상기한 냉각탱크(24,25)의 온도를 일정하게 유지시켜주기 위한 냉동시스템에 수액기(38), 그리고 응축기(39), 압축기(40), 액분리기(41)를 거쳐 다시 냉각탱크(24,25)로 순환되게 구성한 것을 특징으로 하며, 상기한 냉동장치(21)에 설치되는 냉각탱크(24,25)에는 온도센서(28)를 설치하며, 상기한 집열기(5)에서 순환열매체가 가열되어 나와 냉각탱크(24,25)로 들어가는 그 중간에 온도센서(31)를 설치하며, 순환열매체가 냉각탱크(25)로 회수되어 냉각후 냉각탱크(24)로 공급되며 다시 집열기(5)로 투입되는 그 중간에도 온도센서(32)를 설치하며, 상기한 온도센서(28,31,32)들은 제어판(16)과 연결되는 것을 특징으로 한다.

인공일사장치, 냉동시스템, 태양열 집열판, 단열박스

Description

자연태양 및 인공태양을 이용한 창호 차양 실험과 태양열 열량 측정 장비{measuring apparatus of solar heat blocking efficiency and sun thermal using sun and artificial sun}

도 1 은 본 발명에 따른 장치 전체를 설명하기 위한 개념도

도 2 는 측정장치(3)에 대한 상세 구성도

도 3 은 냉동장치(21)에 대한 구성을 설명하기 위한 예시 도면

도 4 는 냉동장치의 흐름에 대한 구성을 설명하기 위한 개념도.

본 발명은 자연태양 및 인공태양을 이용한 창호 차양 실험과 태양열 열량 측정 장비에 관한 것이다

좀 더 상세히 설명하면, 실제 건물에서 사용되는 차양장치의 성능을 평가하기 위해, 태양 또는 인공적으로 태양의 조도와 태양의 고도에 따른 일사량 등을 임의 조절 하여 차양의 성능을 실험할 수 있는 실험 장비에 관한 것이다.

종래의 경우, 이러한 실험 장비가 없어, 실제 건축물에 여러 형태로 차양 장치 등을 직접 설치하여 그 열차단 등의 효과를 장시간에 걸쳐 알아보아야 하므로 그 시간과 실험을 위한 자재 등의 경비가 많이 소요된다.

또한 실험시, 계절적인 영향을 감안하여 외부 기후 조건에 따라 일사량, 태양의 고도 등이 변하는데 그 변화에 맞추어 실험하기에는 매우 장기간이 소요된다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 이동 가능한 간단한 실험장비를 이용하여 단시간에 실험 할 수 있는 장비를 개발하였다

또한 본 발명에서는 차양 실험을 위한 대상 다양한 종류의 차양장치를 설치하여 테스트 할 수 있어 그 실험을 위한 자재 및 경비가 적게 소요되도록 하였다. 또한 본 발명에 의하면, 긱종 실험 조건을 인위적으로 조절하여 테스트 할 수 있다. 또한 본 발명에선 제어판에서 손쉽게 제어 및 실험 상태를 확인할 수 있게 하였다.

본 발명의 주요 구성은, 태양과 같은 정도의 일사량 방사 가능한 인공일사장치(55)와, 상기한 인공일사장치(55)에서 나오는 일사량이, 빛을 차단하는 차양장치(2)를 거쳐 들어올 때, 내부의 복사열을 측정할 수 있는 측정장치(3)와, 상기한 측정장치(3)과 연결되어 내부 온도를 일정 하게 유지시켜 신뢰성을 주기위한 냉동장치(21)와, 상기한 냉동장치(21)와 측정장치(3)의 온도를 제어 하는 제어판(16)을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기한 집열장치(5)는, 조명이 들어오는 차양장치(2)와, 창호(7)를 전면으로 하고, 그 주위를 둘러싸는 구조로 이루어져 내부에 공간이 형성되게 구성되는 벽체를 이루는 단열재(4)와, 단열재(4)의 벽과 창호(7)의 구성에 의해 형성되는 공간에 내부에 설치되며, 집열판(11)과 집열관(12)을 포함하여 구성되는 집열기(5)와, 집열기(5)의 전방에 설치되며 강화유리로 이루어지는 투과체(7a)와, 집열기(5)의 후방에 설치되는 팬(13) 및 냉각코일(14)과, 상기한 집열기(5)에 설치되어 온도를 측정하는 온도센서(33)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기한 차양장치(7)는 유리재질로 이루어지며, 투과체(7a)의 후면은 엠보싱면(7b)을 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기한 인공일사장치(55)는, 램프(57)가 중앙에 장착되는 타원형 반사판(61)을 갖춘 일사장치(58)를 포함하는며, 외부에 빛의 산란을 방지하는 커버(58)이 설치된 것을 특징으로 하며, 상기한 냉동장치(21)는, 냉각코일(27)을 갖춘 냉각탱크(24,25)와, 상기한 냉각탱크(24,25)를 일정한 온도로 유지시켜주는 냉동시스템의 수액기(38), 그리고 응축기(39), 압축기(40), 액분리기(41)를 거쳐 다시 냉각탱크(24,25)로 순환되게 구성한 것을 특징으로 하며, 상기한 냉동장치(21)에 설치되는 냉각탱크(24,25)에는 온도센서(28)를 설치하며, 상기한 집열기(5)에서 순환열매체가 가열되어 나와 냉각탱크(24,25)로 들어가는 그 중간에 온도센서(31)를 설치하며, 순환열매체가 냉각탱크(24,25)를 거쳐 나와 다시 집열기(5)로 투입되는 그 중간에도 온도센서(32)를 설치하며, 상기한 온도센서(28,31,32)들은 제어판(16)과 연결되는 것을 특징으로 한다

상기한 특징 외의 다른 특징 및 구성에 대하여 이하, 첨부 도면에 의거 추가로 상술한다

도 1 은 본 발명에 따른 장치에 대한 전체 시스템에 대한 개략 구성도이다

도시한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 테이블(1) 위에 차양장치(2)를 갖춘 측정장치(3)가 설치된다. 차양장치(2)는 필요에 따라 다양하게 변화하여 실험할 수 있다.

전면엔 창호(7)가 설치된다. 창호는 일반적으로 유리, 이중 유리 또는 특수 가공된 유리를 사용하나 기타 건물의 내외를 구분하는 다른 투명 또는 불투명 재질의 것을 사용하여도 된다. 그리고 차양장치(2)는 유리 내,외면에 소정의 다른 차양수단 예를들어 블라인더, 커튼 등을 더 설치하여 여러가지 필요한 테스트를 할 수 있다.

측정장치(3)의 외벽은 단열재(4)로 이루어지며 성능이 좋은 우레탄 폼으로 단열하였다.

도 2 는 측정장치(3)를 설명하기 위한 내부 구성에 대한 일부 단면도이다

도시한 바와 같이, 창호(7)는 예를들어 이중유리를 사용하였다.

내측으로는 강화유리로 이루어지는 투과체(7a)를 형성하며, 투과체(7a)의 내면은 엠보싱처리하여 집열효과를 증가시키기위해 엠보싱면(7b)을 이루고 있다

집열기(5)는 예를들어 동판으로 이루어지는 집열판(11)과 동관으로 이루어지는 집열관(12)으로 구성된다. 집열기(5)의 후방에는 팬(13)과 냉각코일(14)이 설치되고 판(68)이 설치되어 실내의 공기를 순환시킬 수 있도록 구성되어 있다.

이 팬(13)과 냉각코일(14)은 측정장치(3) 내부의 온도를 일정하게 유지시켜 측정 데이터의 신뢰성을 높이기 위한 것이다. 본 발명의 장치 전체를 컨트롤하는 제어판(16)이 소정의 위치에 설치된다.

도 1 에서 보듯이, 본 발명의 장치에는 냉동장치(21)가 설치된다

그리고 본 발명에 따른 냉동장치(21)에는, 원하는 실험 조건을 맞추기 위해, 도 3 에서 보듯이, 상,하에 2 개의 냉각탱크(24,25)를 설치한다.

냉각탱크(24)에는 예를들어 냉각을 위한 물이 채워지고 그 가운데 냉각코일(27)이 내부에 설치된다. 냉각탱크(24,25)의 역할은 일정한 온도의 냉수(순환열매체)를 공급하기 위한 것이다. 냉동장치(21)는 냉각탱크(24,25)의 온도를 실험조건에 맞도록 제어한다.

도 3 은 실물 제작상의 예를 들어 설명한 것이다. 그러나 이러한 설치 위치적인 것은 설계에 따라 달라 질 수 있으므로 중요한 점이 아니다

냉각탱크(24,25)에는 온도센서(28)와 전기히터(29)를 설치하여, 온도센서(28)의 감지로, 필요에 따라 내부 온도를 높일 필요가 있으면 전기히터(29)를 가동시킨다. 예를들어, 집열기(5)에서 온도센서(33)에 의해 측정된 온도는 제어판(16)로 신호가 보내어지고, 회수되는 순환열매체는 온도센서(31) 및 유동계(35)를 거쳐 냉각탱크(24,25)로 유입되어 가열된 열을 식히거나 또는 순환열매체의 온도가 낮을 경우엔 전기히터(29)의 작동으로 가열시킨 후, 펌프(37)의 작동으로 집열기(5) 쪽으로 보내지는 순환 과정을 거친다. 이때 집열기(5)로 유입되는 순환열매체의 온도는 온도센서(32)에 의해 측정되어, 이 측정치를 제어판(16)로 신호가 보내어진다

도 3 은 냉동장치(21)의 시스템을 개략 설명하기 위한 것이다

냉각탱크(25,24)를 거친 순환열매체(예를들어, 물)는 그 내부의 냉각코 일(27)을 거치면서 냉각된 후, 수액기(38), 응축기(39), 압축기(40), 액분리기(41)를 거쳐 냉각탱크(25,24)로 들어 가는 순환 과정을 거친다. 상기한 냉각코일(27)은 증발기 역할을 하는 것이다

도 4 는 냉각장치(21)에 대한 이해를 돕기 위한 개념도이다

본 도면에서는 도 1 및 도 3 에서는 구체적으로 도시하지 않은 전자밸브(51), 사이트글라스(52), 그리고 필터드라이어(53)를 도시하였다

사이트글라스(SIGHT GLASS)는 튜브나 배관의 유체 흐름을 관측하기위해 사용되는 것으로, 상부가 유리로 되어 있어 냉매의 주입량과 상태를 직접적이고 간단한 방법으로 파악할 수 있도록 되어 있다. 일반적으로 사용되는 필터드라이어(FILTER DRIER)는 시스템에 심각한 손상을 초래할 수 있는 유해한 요소를 제거하기 때문에 종종시스템 보호기라고도 한다. 밸브나 회로 내의 장애를 일으킬 수 있는 이물질을 걸러 시스템을 깨끗하게 유지시켜 운전장애를 방지하는 역할을 한다. 이물질에는 먼지, 금속류와 같은 고체가 있을 수 있고 다른 유해물인 산, 왁스와 같은 용해 물질도 걸러 준다.

그러면, 이하 태양빛의 일사량 정도의 조건과 근접한 조명장치에 대하여 도면 1 을 참고로 설명한다.

인공일사장치(55) 상부에는 일사장치(58)가 설치된다. 일사장치(58)는 일반 선풍기와 같이 상하 승강 가능하게 이루어진다. 일사장치(58)는 램프(57)를 장착한 타원형 반사판(61)이 여러개 설치된다. 타원형 반사판(61)은 위성방송 안테나와 같이 오목한 호형상으로 이루어지며 그 중앙부에 램프(57)가 설치되어 조명이 중앙으 로 집중되어 반사될 수 있게 하였다.

상기한 조명 기구는 태양과 같은 정도의 일사량을 방사할 수 있도록 램프(57)의 용량과 그 설치 갯수 조절로 조절하여 만들어 낼 수 있다

그 외 각종 야외 조건에 맞게 조절이 가능하다. 예를들어 흐린날의 경우, 인공일사장치(58)의 발광 정도를 조절하여 빛의 일사량을 인위적으로 조절하여 방사하게 할 수 있다. 이와 같은 것은 일사량을 조절하기 위한 디밍제어기(59)를 사용하여 일사량을 예를들어 4단계로 조절하여 사용할 수 있다

또한 좌우, 상하 및 일사장치(58)의 기울어짐 등을 조절하여 태양빛이 여러 조건에서 비춰어지는 것과 같이 상황에 맞게 조절 가능하다

이상과 같은 본 발명에 의하면, 태양과 유사한 조건으로 방사될 수 있게 그리고 조절가능하게 구성한 인공일사장치(55)에서 방사되는 빛을, 측정장치(3)에서 손쉽게 측정할 수 있도록 구성하여, 측정장치에 장착한 각종 차양장치(2)에 대한 차양 효율 등을 단시간(약 1 시간 정도)에 손쉽게 측정할 수 있다

또한 본 발명에 의하면, 실내에서 이동 가능하게 설치할 수 있고, 실내에서 간단히 측정 가능하다

또한 본 발명은 태양빛에 의한 차양 효과 등을 효과적으로 손쉽고 신속하게 측정할 수 있다. 상기한 본 발명에 의하면 차양기구들에 대한 실제 현장 적용 및 활용면에서 매우 유용하게 이용할 수 있다

Claims

태양과 같은 정도의 일사량 방사가 가능한 인공일사장치(55)와,

상기한 인공일사장치(55)에서 나오는 일사량이, 빛을 차단하는 차양장치(2)를 거쳐 들어올 때, 내부의 온도를 측정할 수 있게 구성한 측정장치(3)와,

상기한 측정장치(3)와 연결되어 내부 온도가 일정 온도 이상으로 승,하강하지 않도록 조절하는 냉동장치(21)와,

상기한 냉동장치(21)와 측정장치(3)의 온도를 제어 하는 제어판(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자연태양 및 인공태양을 이용한 창호 차양 실험과 태양열 열량 측정 장비
제 1 항에 있어서,

상기한 측정장치(3)는,

조명이 들어오는 차양장치(2)와, 창호(7)를 전면으로 하고, 그 주위를 둘러싸는 구조로 이루어져 내부에 공간이 형성되게 구성되는 벽체를 이루는 단열재(4)와, 단열재(4)의 벽과 차양장치(7)의 구성에 의해 형성되는 공간에 내부에 설치되며, 집열판(11)과 집열관(12)을 포함하여 구성되는 집열기(5)와, 집열기(5)의 전방에 설치되며 강화유리로 이루어지는 투과체(7a)와, 집열기(5)의 후방에 설치되는 팬(13) 및 냉각코일(14)과, 상기한 집열기(5)에 설치되어 온도를 측정하는 온도센서(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자연태양 및 인공태양을 이용한 창호 차양 실험과 태양열 열량 측정 장비
제 2 항에 있어서,

상기한 차양장치(7)는 유리재질로 이루어지며, 투과체(7a)의 후면은 엠보싱면(7b)을 형성하는 것을 특징으로 하는 자연태양 및 인공태양을 이용한 창호 차양 실험과 태양열 열량 측정 장비
제 1 항에 있어서,

상기한 인공일사장치(55)는, 램프(57)가 중앙에 장착되는 타원형 반사판(61)을 갖춘 인공일사장치(58)를 포함하며, 일사량을 조절하기 위한 디밍제어기(59)를 사용하여 일사량을 4단계로 조절하는 것을 특징으로 하는 자연태양 및 인공태양을 이용한 창호 차양 실험과 태양열 열량 측정 장비
제 1 항에 있어서,

상기한 냉동장치(21)는,

냉각코일(27)을 갖춘 냉각탱크(24,25)와,

상기한 냉각탱크(24,25)를 거쳐 들어오는 순환열매체를 수용하는 수액기(38), 그리고 응축기(39), 압축기(40), 액분리기(41)를 거쳐 다시 냉각탱크(24,25)로 순환되게 구성한 것을 특징으로 하는 자연태양 및 인공태양을 이용한 창호 차양 실험과 태양열 열량 측정 장비
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기한 냉동장치(21)에 설치되는 냉각탱크(24,25)에는 온도센서(28)를 설치하며, 상기한 집열기(5)에서 순환열매체가 가열되어 나와 냉각탱크(24,25)로 들어 가는 그 중간에 온도센서(31)를 설치하며, 순환열매체가 냉각탱크(24,25)를 거쳐 나와 다시 집열기(5)로 투입되는 그 중간에도 온도센서(32)를 설치하며, 상기한 온도센서(28,31,32)들은 제어판(16)과 연결되는 것을 특징으로 하는 자연태양 및 인공태양을 이용한 창호 차양 실험과 태양열 열량 측정 장비