KR100807846B1 - 태양열 보일러의 반원통형 집열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열 보일러의 반원통형 집열장치에 관한 것으로서, 벽면 및 지붕 등에 설치가 이루어지면서도 집광효율성이 우수하며, 동절기에는 지열을 이용하여 동파 염려를 해소토록 한 태양열 보일러의 반원통형 집열장치를 제공코자 한 것이다.

즉, 본 고안은 태양열 보일러의 집열장치(1)에 있어서, 상기 집열장치(1)는 반원통 형상이며 양단부가 측벽(3)에 의해서 막혀진 집광통(2)과, 집광통(2) 내면에 빛을 반사하도록 형성한 거울로 구성된 집광판(2a)과, 집광통(2)의 전면을 밀폐하는 투명체(3)와, 집광판(2a)의 내측에 위치하도록 측벽(4)에 설치한 열교환관(5)과, 순환수의 온도를 감지하도록 열교환관에 내장 설치한 열 감지센서(6)와, 열교환관(5)의 양 단부를 축열탱크(20)에 연결하는 순환관(7)과, 열 감지센서(6)의 신호에 따라 작동하도록 순환관(7)에 설치한 순환펌프(8)와, 태양빛을 감지하도록 집광통(2)에 설치한 빛 감지센서(9)와, 열 감지센서(6)의 신호 및 빛 감지센서(9)의 신호에 따라 개폐되도록 축열탱크(20)와 접하는 순환관(7)에 설치한 전자밸브(10)와, 전자밸브(10)와 순환펌프(8) 사이에 보조관(12)으로 연결되는 지하에 매설된 지중열교환관(11) 및 열 감지센서(6)의 신호 및 빛 감지센서(9)의 신호에 따라 개폐되도록 보조관(12)에 설치한 전자밸브(13)와, 열 감지센서(5) 및 빛 감지센서(9), 순환펌프(8), 전자밸브(10)(13)를 일괄적으로 제어하는 제어기(14)를 포함하는 것으로서, 설치장소에 구애 없이 건물의 벽면 혹은 지붕 등에 설치하여 사용 할 수 있고, 태양의 고도가 변하더라도 반원통형 구성의 집광판(2a) 및 집광유도판(15)에 의해 집광 효율성을 극대화 할 수 있는 것이며, 지중열교환관(11)을 통해 집광통(2)을 경유하는 열교환관(5) 내의 순환수를 가온할 수 있으므로 동파 염려를 일소할 수 있는 것이다.

태양열 보일러의 반원통형 집열장치, 집광통, 열교환관, 지중열교환관, 집광유도판

Description

태양열 보일러의 반원통형 집열장치{Semi-cylindrical type of solar collection boiler}

도 1은 본 발명이 바람직한 일 실시예를 보인 개략적인 사시도

도 2는 본 발명의 측면도

도 3은 본 발명에 적용된 집광통 발췌 파절상태 사시도

도 4는 본 발명에 적용된 집광통에 의해 집광되는 예를 보인 평단면도

도 5는 본 발명의 다른 실시예로 집광통에 집광유도판을 적용한 상태 평단면도

도 6은 도 5의 집광유도판에 의해 집광되는 예를 보인 평단면도

☞도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명☜

1:(태양열 보일러의 반원통형) 집열장치

2:집광통 2a:집광판

3:투명커버 4:측벽

5:열교환관 6:열 감지센서

7:순환관 8:순환펌프

9:빛 감지센서 10,13:전자밸브

11:지중열교환관 12:보조관

14:제어기 15:집광유도판

본 발명은 태양열 보일러의 반원통형 집열장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 벽면 및 지붕 등에 설치가 이루어지면서도 집광효율성이 우수하며, 동절기에는 지열을 이용하여 동파 염려를 해소토록 한 태양열 보일러의 반원통형 집열장치를 제공코자 한 것이다.

통상 대체에너지의 하나로서 태양광을 집광, 집열하여 난방 등을 행하는 태양열 보일러가 이용되고 있으며, 이러한 태양열 보일러는 태양열을 직접 집광하는 직렬방식이 아닌 병렬방식으로 열을 흡수하고 이의 열을 이용, 용수를 가온하여 난방을 행하게 되는 것이다.

상기한 구성의 종래 태양열 보일러의 난방은 단순히 태양열을 흡수하여 난방수를 가온시키게 되어 그 난방효율이 저조하였다.

이러한 문제점을 해결코자 본 발명자는 태양의 움직임에 따라 수개의 반사거울이 이동되게 하고, 이 반사거울에서 반사되는 빛을 한곳에 집중되게 하여 난방수 를 가열토록 한 태양열 직렬 집적식 보일러(특허 제0284103호 및 제0404758호)를 출원 등록한 바 있다.

본 발명자가 출원등록 한 상기 태양열 직렬 집적식 보일러는 태양열을 한곳에 집중시켜 빠른 시간 내에 난방수를 가열할 수 있는 등의 이점이 있으나, 반사거울이 설치되는 구조체에 반사거울을 배열 결합해야 하며, 또한 구조체가 태양과 같이 움직이게 구동시켜야 함으로 구성이 복잡하고 설치공간을 많이 차지하는 등의 문제점과, 집광부를 경유하도록 설치한 옥외에 설치한 난방수관이 동절기 야간에 동파되는 문제점 등으로 인해 일반 가정에서 설치 사용하기가 어려웠다.

이에 본 발명자는 장소에 구애 없이 설치가 가능하면서도 집광효율을 높일 수 있고, 동절기 옥외 배관의 파손도 방지할 수 있게 함에 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 연구 개발하여 완성한 것이다.

상기 기술적 과제를 해결할 수단으로 본 발명에서는 집광판을 반원통형으로 구성함으로 해서 집광효율을 극대화 할 수 있게 하였으며, 집광판에 의해 가열되도록 배관되어 있는 열교환관과 지하에 매설된 지중열교환관과 보조관으로 연결하여 순환모터에 의해 순환되게 함으로 해서 동절기 열교환관 및 순환관의 동파 염려를 일소할 수 있게 함에 그 특징이 있는 것이다.

도 1은 본 발명이 바람직한 일 실시예를 보인 개략적인 사시도를 도시한 것이며, 도 2는 본 발명의 측면도, 도 3은 본 발명에 적용된 집광통 발췌 파절상태 사시도 등을 도시한 것으로서, 이하에서 본 발명의 구성을 설명한다.

본 발명에서 제공하는 태양열 보일러의 반원통형 집열장치(1)는 도시된 바와 같이 반원통형상이며 양단부가 측벽(3)에 의해서 막혀진 집광통(2) 내면에 빛을 반사하는 거울로 구성된 집광판(2a)을 형성하고, 집광통(2)의 전면에는 유리, 아크릴판 등과 같은 재질로 구성된 투명커버(3)를 설치하여 열효율을 높일 수 있게 한다.

상기 집광통(2)은 1개를 설치하여도 난방수를 가열할 수 있으나, 난방면적 등을 고려하여 2개 이상 병렬로 배열하여 사용하는 것이 바람직하다.

각 집광통(2)의 측벽(4)에는 집광판(2a)의 내측에 위치하는 열교환관(5)을 설치하고, 열교환관(5)에는 순환수의 온도를 감지할 수 있는 열 감지센서(6)를 내장 설치하며, 열교환관(5)의 양단부에는 축열탱크(20)와 연결된 순환관(7)을 배관하고, 순환관(7)에는 열 감지센서(6)의 신호에 따라 작동하는 순환펌프(8)를 설치한다.

상기 열교환관(5)은 반원통 형상의 집광통(2)을 평면에서 볼 때 집광통(2)의 양단부 점A, 점B를 잇는 선분AB의 중간점 C에서 수직방향으로 그어지며 선분AC와 같은 길이를 갖는 선분CD의 1/2지점에 설치함이 열교환에 가장 유리하다.

상기 집광통(2)에는 태양빛을 감지하는 빛 감지센서(9)를 설치하고, 축열탱크(20)와 접하는 순환관(7)에는 열 감지센서(6)의 신호 및 빛 감지센서(9)의 신호에 따라 개폐되는 전자밸브(10)를 설치하며, 이때 상기 순환펌프(8)는 열교환관(5) 쪽에 위치되게 한다. 상기 전자밸브(10)를 구동하는 조건으로 열 감지센서(6)는 열교환관(5)에 내의 순환수 온도가 10도 이하일 때이며, 빛 감지센서(9)는 일몰시이다.

상기 열 감지센서(6) 및 빛 감지센서(9)는 집광통이 2개 이상 병렬로 설치될 때 선택된 하나의 집광통(2)에만 적용하면 된다.

상기 전자밸브(10)를 기준으로 전자밸브(10)와 순환펌프(8) 사이에는 지하에 매설되어 있는 지중열교환관(11)과 보조관(12)으로 연결하며, 보조관(12)에는 상기 열 감지센서(6)의 신호 및 빛 감지센서(9)의 신호에 따라 개폐되는 전자밸브(13)를 설치한다.

그리고 본 발명은 상기 열 감지센서(5) 및 빛 감지센서(9), 순환펌프(8), 전자밸브(10)(13) 등을 일괄적으로 제어하는 제어기(14)를 포함하는 구성이다.

도 5 내지 도6은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 이는 상기 집광통(2)의 전방 양쪽에 집광유도판(15)을 경사지게 설치하되, 이들 양쪽에 설치되는 집광유도판(15)의 내각(α)은 90˚이하가 되게 설계하여 집광율을 극대화 할 수 있게 한다.

본 발명에서는 집광통(2)을 반원통형으로 구성하였으나, 필요에 따라서 반구형 등으로 설계 변형하여 실시될 수 있음은 당연하다.

이상과 같이 구성되는 본 발명 태양열 보일러의 반원통형 집열장치(1)는 건물의 벽면 혹은 지붕 등에 설치하여 사용할 수 있는 것으로서, 이하에서 본 발명에 따른 작용 등을 설명한다.

본 발명은 태양열을 이용하여 축열탱크(20)에 저장되는 순환수를 가열하는 장치로서, 제어기(14)에 의해 각 구성요소에 전원을 인가한 상태에서 태양빛이 제공되면 먼저 빛 감지센서(9)에서 이를 감지하여 순환관(7)에 설치되어 있는 전자밸브(10)를 개방하게 된다.

이러한 상태에서 햇빛이 반원통 형상의 집광통(2) 내면에 설치되어 있는 집광판(2a)에 반사되어 도 4에 도시된 바와 같이 열교환관(5)에 집중되어 열교환관(5) 내의 순환수를 급속도로 가열하게 된다. 또한 제 2실시예와 같이 구성할 경우 도 6과 같이 집광통(2)의 전방으로 경사지게 설치되는 집광유도판(15)에서 햇빛을 집광판(2a)으로 유도하게 되므로 열교환관(5)으로 더욱 많은 햇빛을 집광 가열할 수 있게 되는 것이다.

이렇게 열교환관(5) 내부의 순환수가 가열되어 내장되어 있은 열 감지센서(6)에 설정치 이상의 온도로 가온되면 제어기(14)에서는 순환펌프(8)를 구동시켜 가온된 순환수를 축열탱크(20)로 공급하고 가온되지 않은 찬 순환수를 열교환관(5)으로 공급하는 동작을 주기적으로 행하여 축열탱크(20) 내부의 순환수를 가열하게 된다.

한편 상기와 같이 낮 동안에 햇빛을 이용하여 축열탱크(20) 내의 순환수를 가열하다가 일몰이 되면 빛 감지센서(9)에서 어두워진 것을 감지하고, 그 신호에 따라 제어기(14)에서 순환관(7)에 설치되어 있는 전자밸브(10)를 차단하게 된다.

이러한 상태에서 봄, 가을에서는 큰 문제가 없으나, 동절기에는 열교환관(5) 및 순환관(7)의 동파 염려가 있는데, 본 발명에 의하면 열교환관(5) 내에 있는 순환수의 온도가 5도 이하로 떨어질 때 열 감지센서(6)에서는 이를 감지하여 제어기(14)에 고지하고, 제어부(14)에서는 전자밸브(10)를 기준으로 전자밸브(10)와 순환펌프(8) 사이에 연결되며 지하에 매설되어 있는 지중열교환관(11)과 연결되는 보조관(12)상의 전자밸브(13)를 개방함과 동시에 순환펌프(8)를 구동하게 되는데, 이때 지열에 의해 13~15℃로 보존된 지중열교환관(11)쪽 순환수가 열교환관(5) 쪽으로 공급되므로 동파 염려를 일소할 수 있는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명 태양열 보일러의 반원통형 집열장치(1)는 내면에 집광판(2a)이 형상된 반원통 형상의 집광통(2)에 축 방향으로 통과하는 열교환관(5)을 설치하며, 또한 동절기 열교환관(5)의 동파 방지를 위해서 지하에 매설된 지중열교환관(11)을 부가 구성한 것으로서, 본 발명을 사용할 경우 설치장소에 구애 없이 건물의 벽면 혹은 지붕 등에 설치하여 사용할 수 있고, 태양의 고도가 변하더라도 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 반원통형 구성의 집광판(2a) 및 집광유도판(15)에 의해 집광 효율성을 극대화 할 수 있는 것이며, 지중열교환관(11)을 통해 집광통(2)을 경유하는 열교환관(5) 내의 순환수를 가온할 수 있으므로 동파 염려를 일소할 수 있는 등 기대 이상의 효과를 제공할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 태양열 보일러의 집열장치(1)에 있어서,

   상기 집열장치(1)는 반원통 형상이며 양단부가 측벽(3)에 의해서 막혀진 집광통(2)과,

   집광통(2) 내면에 빛을 반사하도록 형성한 거울로 구성된 집광판(2a)과,

   집광통(2)의 전면을 밀폐하는 투명체(3)와,

   집광판(2a)의 내측에 위치하도록 측벽(4)에 설치한 열교환관(5)과,

   순환수의 온도를 감지하도록 열교환관에 내장 설치한 열 감지센서(6)와,

   열교환관(5)의 양 단부를 축열탱크(20)에 연결하는 순환관(7)과,

   열 감지센서(6)의 신호에 따라 작동하도록 순환관(7)에 설치한 순환펌프(8)와,

   태양빛을 감지하도록 집광통(2)에 설치한 빛 감지센서(9)와,

   열 감지센서(6)의 신호 및 빛 감지센서(9)의 신호에 따라 개폐되도록 축열탱크(20)와 접하는 순환관(7)에 설치한 전자밸브(10)와,

   전자밸브(10)와 순환펌프(8) 사이에 보조관(12)으로 연결되는 지하에 매설된 지중열교환관(11) 및 열 감지센서(6)의 신호 및 빛 감지센서(9)의 신호에 따라 개폐되도록 보조관(12)에 설치한 전자밸브(13)와,

   열 감지센서(5) 및 빛 감지센서(9), 순환펌프(8), 전자밸브(10)(13)를 일괄적으로 제어하는 제어기(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 보일러의 집열 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 열교환관(5)은 반원통 형상의 집광통(2)을 평면에서 볼 때 집광통(2)의 양단부 점A, 점B를 잇는 선분AB의 중간점 C에서 수직방향으로 그어지며 선분AC와 같은 길이를 갖는 선분CD의 1/2지점에 설치한 것을 특징으로 하는 태양열 보일러의 집열장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 집광통(2)의 전방 양쪽에 집광유도판(15)을 경사지게 설치하되, 이들 양쪽에 설치되는 집광유도판(15)의 내각(α)은 90˚이하인 것을 특징으로 하는 태양열 보일러의 집열장치.

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