KR100874575B1

KR100874575B1 - 태양광집광기용 태양위치추적 장치

Info

Publication number: KR100874575B1
Application number: KR1020070081495A
Authority: KR
Inventors: 김철수
Original assignee: 서석토
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2008-12-16
Also published as: KR20060107458A; KR20070102444A

Abstract

본 발명은 고온용 태양광집광기에 장착되는 태양위치추적 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 반사판이 착설되는 고도조절프레임과 상기 고도조절프레임을 지지하는 경도조절프레임을 힌지 결합하여 상기 고도조절프레임이 소정 각도 상하회동 가능케 하되, 상기 경도조절프레임의 수직간 상단부와 고도조절프레임 간을 외부로부터의 전기적 신호에 의해 작동하는 고도조절용 모터에 연동하여 왕복동하는 로드가 구비된 고도조절엑츄에이터로 연결함으로써 상기 고도조절프레임을 태양의 고도에 따라 조절 가능토록 하고, 상기 경도조절프레임의 하측에 위치하는 수평부 중앙부와 장치 전체를 설치면상에 안정되게 지지하는 고정프레임의 중앙부를 축착하여 상기 경도조절프레임이 좌우회동 가능케 하되, 상기 경도조절프레임의 저부인 수평부와 상기 고정프레임 사이에 환형의 레일을 취착하고, 상기 경도조절프레임의 수평부와 상기 레일이 교차하는 지점부에 외부로부터의 전기적 신호에 의해 작동하는 경도조절용 모터에 연동하여 회전하는 구동롤러가 구비된 경도조절엑츄에이터와 적어도 둘 이상의 아이들롤러를 설치함으로써 상기 경도조절프레임을 태양의 경도에 따라 조절 가능토록 한 구조로 하여, 종래의 태양위치추적 장치에 비해 보다 안정적이면서도 간단한 구조를 갖고 한결 저렴한 설치비용이 소요되는 효과가 있는 태양광집광기용 태양위치추적 장치에 관한 것이다.

태양광집광기, 반사판, 집광구, 고도조절프레임, 경도조절프레임, 고정프레임, 고도조절엑츄에이터, 경도조절엑츄에이터

Description

태양광집광기용 태양위치추적 장치 {The solar tracking apparatus for sunlight collectors}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광집광기의 사시도

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광집광기의 측면도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광집광기의 배면 하부를 도시한 입체도

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 경도조절엑츄에이터부의 입체도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

100: 고정프레임 110: 레일

200: 경도조절프레임 210: 수평부

211: 축착용 판 212: 베어링

220: 수직간 230: 경도조절엑츄에이터

231,231': 경도프레임용 브라켓 232: 구동롤러

233: 경도조절용 모터 234: 아이들롤러

235: 감속기 300: 고도조절프레임

301: 힌지결합용 횡간 310: 고도조절엑츄에이터

311: 고도조절용 모터 312: 로드

313: 실린더체 314: 고도프레임용 브라켓

R : 반사판 C : 집광구

본 발명은 고온용 태양광집광기용 태양위치추적 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 반사판이 착설되는 고도조절프레임과 상기 고도조절프레임을 지지하는 경도조절프레임을 힌지 결합하여 상기 고도조절프레임이 소정 각도 상하회동 가능케 하되, 상기 경도조절프레임의 수직간 상단부와 고도조절프레임 간을 외부로부터의 전기적 신호에 의해 작동하는 고도조절용 모터에 연동하여 왕복동하는 로드가 구비된 고도조절엑츄에이터로 연결함으로써 상기 고도조절프레임을 태양의 고도에 따라 조절 가능토록 하고, 상기 경도조절프레임의 하측에 위치하는 수평부 중앙부와 장치 전체를 설치면상에 안정되게 지지하는 고정프레임의 중앙부를 축착하여 상기 경도조절프레임이 좌우회동 가능케 하되, 상기 경도조절프레임의 저부인 수평부와 상기 고정프레임 사이에 환형의 레일을 취착하고, 상기 경도조절프레임의 수평부와 상기 레일이 교차하는 지점부에 외부로부터의 전기적 신호에 의해 작동하는 경도조절용 모터에 연동하여 회전하는 구동롤러가 구비된 경도조절엑츄에이터와 적어도 둘 이상의 아이들롤러를 설치함으로써 상기 경도조절프레임을 태양의 경도에 따라 조절 가능토록 한 구조로 하여, 종래의 태양위치추적 장치에 비해 보다 안정적이면서도 간단한 구조를 갖고 한결 저렴한 설치비용이 소요되는 효과가 있는 태양광집광기용 태양위치추적 장치의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 태양광은 그 무공해성과 무한성으로 인해 차세대 청정 대체에너지로 가장 유망하고 또한 선호되고 있으며, 그 열에너지를 이용한 주택의 난방, 온수의 공급 외에 발전에 이르기까지 폭 넓은 연구 및 상용화가 진행 중에 있다. 다만, 지구에 복사되는 태양광 자체는 에너지 밀도가 낮아 산업상 활용을 위해서는 태양광집광장치를 이용, 한 곳으로 집광하여 그 밀도를 높여주어야 하며, 이러한 태양광집광장치는 집광량 및 집광비에 따라 실용화 및 경제성 있는 제품화가 결정된다.

이와 같은 고밀도의 에너지를 얻기 위한 장치가 태양광집광기로서 대부분 건물 외부나 지상에 반사판 내지 수광면이 하늘을 향하도록 고정 설치되고 있으며, 이러한 태양광집광기에는 집광효율을 높이기 위해 태양의 위도 및 경도 변화에 대응하여 상기 반사판 내지 수광면이 지속적으로 태양과 수직상태를 유지토록 하기 위한 태양위치추적 장치 또는 구조들이 적용되게 된다.

그러나 종래의 태양열집광기용 태양위치추적 장치나 그 구조는 대부분이 고가의 유압제어기기로 이루어져 있어 높은 제작비용이 소요되고 이에 따라 태양열집광기의 실용화가 저해된다는 문제점이 있으며, 태양의 경도변화에 따라 좌우 회동토록 한 경도조절프레임이 통상 하나의 수직기둥을 포함하여 이루어져 상기 경도조절프레임에 의해 지지되는 고도조절프레임과 반사판 등의 중량부하와 특히 태풍이 많은 우리나라 지형 특성상의 풍압부하를 견디기에 용이하지 않아 구조적으로 안정성이 떨어진다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 외부로부터의 전기적 신호에 의해 작동되는 간단한 구조의 경도조절엑츄에이터 및 고도조절엑츄에이터를 각각 고정프레임과 경도조절프레임 사이 및 경도조절프레임과 고도조절프레임 사이를 연결토록 설치함으로써 장치의 간소화 및 낮은 제작비용을 구현하는 한편, 고도조절프레임을 지지하는 경도조절프레임을 좌우에 위치하는 한 쌍의 수직간을 포함하여 구성함으로써 보다 높은 안정성을 제공토록 한 태양열집광기용 태양위치추적 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

이하 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 실시예에 따른 태양광집광기의 사시도와 측면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광집광기의 배면 하부를 도시한 입체도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 경도조절엑츄에이터부의 입체도로서,

본 발명은 장치 전체를 장치의 설치면상에 안정되게 지지하는 고정프레임(100)과, 상기 고정프레임(100) 상부에 좌우로 회동 가능하게 설치되는 경도조절프레임(200)과, 저부에 소정 면적의 포물선 형상을 갖는 반사판(R)이 착설되고 상부의 상기 포물선의 초점부에 상당하는 위치상에 집광구(C)가 설치되어 소정 각도 상하로 회동 가능하도록 상기 경도조절프레임(200)의 상단부에 결합, 지지되는 고도조절프레임(300)을 포함하여 이루어진 태양광집광기용 태양위치추적 장치에 있어서,

상기 경도조절프레임(200)과 상기 고도조절프레임(300)을 힌지결합하여 상기 고도조절프레임(300)이 소정 각도 상하회동 가능케 하되, 상기 경도조절프레임(200)의 수직간(220) 상단부와 상기 고도조절프레임(300) 간을 외부로부터의 전기적 신호에 의해 작동하는 고도조절용 모터(311)에 연동하여 왕복동하는 로드(312)가 구비된 고도조절엑츄에이터(310)로 연결함으로써 상기 고도조절프레임(300)을 태양의 고도에 따라 조절 가능토록 하고, 상기 경도조절프레임(200)의 하측에 위치하는 수평부(210) 중앙부와 장치 전체를 설치면상에 안정되게 지지하는 고정프레임(100)의 중앙부를 축착하여 상기 경도조절프레임(200)이 좌우회동 가능케 하되, 상기 경도조절프레임(200)의 저부인 수평부(210)와 상기 고정프레임(100) 사이에 환형의 레일(110)을 취착하고, 상기 경도조절프레임(200)의 수평부(210)와 상기 레일(110)이 교차하는 지점부에 외부로부터의 전기적 신호에 의해 작동하는 경도조절용 모터(233)에 연동하여 회전하는 구동롤러(232)가 구비된 경도조절엑츄에이터(230)와 적어도 둘 이상의 아이들롤러(234)를 설치함으로써 상기 경도조절프레임(200)을 태양의 경도에 따라 조절 가능토록 한 구조를 가짐에 그 특징이 있다.

도면중 미설명 부호 235는 감속기이다.

먼저 본 발명의 실시예에 따른 태양광집광기용 태양경도추적 장치의 구조를 보다 상세히 살펴보면, 상기 고정프레임(100)의 중앙 상부에는 고리형의 레일(110)이 취착되고, 상기 경도조절프레임(200)은 정중앙부가 상기 고정프레임(100)의 정중앙부와 회동 가능하게 축착되는 수평부(210)와 상기 수평부(210)의 좌우 양측 대응되는 위치상에 상측으로 수직 입설되어 그 상단부가 상기 고도조절프레임(300)을 지지하는 한 쌍의 수직간(220)으로 이루어지며, 상기 경도조절프레임(200)의 수평부(210)와 상기 레일(110)이 교차하는 일 지점부에서 상기 경도조절프레임(200)의 수평부(210) 저면에 부착되는 경도프레임용 브라켓(231)에 의해 고정되고 상기 레일(110)과 접하여 회전하는 구동롤러(232)와 상기 구동롤러(232)를 회전시키는 경도조절용 모터(233)로 이루어진 경도조절엑츄에이터(230)가 구비되고, 상기 경도조절프레임(200)의 수평부(210)와 상기 레일(110)이 교차하는 적어도 하나 이상의 다른 지점부에서 상기 경도조절프레임(200)의 수평부(210) 저면에 부착되는 경도프레임용 브라켓(231')에 의해 고정되고 상기 레일(110)과 접하여 회전하는 아이들롤러(234)가 각각 설치됨을 특징으로 한다.

상기 경도조절프레임(200)의 수평부(210)는 폭에 비해 길이가 긴 사각형상을 가지며 그 폭은 상기 경도조절프레임(200)이 상기 고도조절프레임(300)과 반사판(R) 전체를 안정되게 지지할 수 있는 정도의 범위에서 제한을 두지 않으며, 그 길이는 상기 반사판(R)의 전체 설치 길이에 대응하는 길이를 갖는다. 또한, 상기 경도조절프레임(200)의 수평부(210)는 장치의 간소화와 경량화를 위해 상기 고정프레임(100)의 중앙부와 축착되는 중앙부의 축착용 판(211) 설치부를 제외하고는 내측이 비어 있는 사각틀 형상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 아이들롤러(234)의 수가 하나일 경우에는 상기 경도조절프레임(200)의 안정성이 떨어지므로 그 수가 둘 이상이 되어야 하며, 그 수가 둘일 경우에는 각 아이들롤러(234)와 상기 구동롤러(232)의 위치가 삼각형상의 꼭짓점을 이루도록 할 것이다. 다만, 보다 바람직하게는 상기 아이들롤러(234)의 수를 셋으로 하여 각 아 이들롤러(234)와 상기 구동롤러(232)의 위치가 사각형상의 꼭짓점을 이루도록 한다.

상기 경도조절프레임(200) 수평부(210)의 축착용 판(211)과 상기 고정프레임(100)의 중앙부가 축착되는 부위에는 상기 경도조절프레임(200)의 원활한 좌우 회동을 위해 베어링(212)이 설치된다.

상기 경도조절프레임(200)은 아래쪽에 위치하는 그 수평부(210)의 좌우 양측에 각각 하나씩 한 쌍의 수직간(220)이 수직 입설되어 이 수직간(220)의 상단부가 상기 고도조절프레임(300)을 안정되게 지지하게 된다.

상기 경도조절용 모터(233)는 구동력의 선택적 전달 및 차단 기능을 갖는 통상의 브레이크모터를 이용하는 것이 바람직하며, 도시되지는 않았지만 센서가 구비된 외부의 컨트롤러와 전선으로 연결된다.

이와 같이 된 본 발명의 태양경도추적 장치는 하루 중의 태양의 경도 변화를 감지한 미도시 외부 컨트롤러로부터의 전기적 신호에 의해 상기 경도조절용 모터(233)가 정회전 또는 역회전을 하게 되고, 이에 따라 상기 구동롤러(232)가 회전을 하게 되며, 상기 구동롤러(232)는 상기 경도조절프레임(200)의 수평부(210) 저면에 고정되어 있고 또한 상기 레일(110)에 압접되어 있으므로 그 회전반발력에 의해 상기 레일(110)을 따라 구르게 되고 결과적으로 상기 경도조절프레임(200) 전체가 태양의 경도 변화에 따라 고정프레임(100)과의 축착부를 회전중심으로 하여 좌 또는 우 방향으로 회전하게 되는 것이다. 이때, 상기 아이들롤러(234)들이 상기 경도조절프레임(200)을 상기 구동롤러(232)와 균일한 높이상에 지지함과 동시에 상기 경도조절프레임(200)의 좌우 회동을 원활하게 하는 역할을 하게 된다.

다음으로 본 발명의 실시예에 따른 태양광집광기용 태양고도추적 장치의 구조를 보다 상세히 살펴보면, 상기 고도조절프레임(300)은 그 양측면의 중앙부가 상기 경도조절프레임(200)의 한 쌍의 수직간(220) 상단부와 각각 힌지 결합되고, 하단부에 고도조절용 모터(311)가 설치되고 상기 고도조절용 모터(311)의 회전에 따라 상단부로 입출하는 로드(312)가 내설된 실린더체(313)의 하부가 상기 한 쌍의 수직간(220) 중 어느 하나의 후측부에 부착된 고도프레임용 브라켓(314)에 상하 회동 가능하게 힌지 결합되며 상기 로드(312)의 선단부는 상기 고도조절프레임(300)의 일측면 후방 하부에 고정되도록 한 고도조절엑츄에이터(310)가 구비됨을 특징으로 한다.

상기 경도조절프레임(200)의 수직간(220)은 상기 고도조절프레임(300)의 양측면 중앙부와 힌지 결합되므로 상기 고도조절프레임(300)이 상하로 회동 가능하게 된다.

상기 고도조절프레임(300)은 통상 반사판(R)이 안정되게 착설되도록 그 저부는 소정의 폭을 가져 직사각형상을 이루되 집광구(C)가 부착되는 상단부는 수평간으로 이루어져 그 양측면부가 삼각형상을 이루는 바, 상기 고도조절프레임(300)의 저부 및 그 양측면부 또한 장치의 단순화와 경량화를 위해 내부가 채워진 판상보다는 각각 내부가 비워져 있는 사각틀 및 삼각틀 형상으로 하며, 다만 상기 경도조절프레임(200)의 각 수직간(220) 상단부와 상기 고도조절프레임(300)의 각 측면부와의 힌지결합을 위해 상기 고도조절프레임(300)의 양측면부에는 힌지결합용 횡간(301)을 각각 설치하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 경도조절프레임(200)의 수직간(220) 상단부와 상기 고도조절프레임(300)의 각 측면부의 힌지결합부는 동일 높이 상에 위치하여 상기 고도조절프레임(300)의 회동시 회전축을 이루게 된다.

상기 고도조절용 모터(311) 또한 구동력의 선택적 전달 및 차단 기능을 갖는 통상의 브레이크모터를 이용하는 것이 바람직하며, 역시 도시되지는 않았지만 센서가 구비된 외부의 컨트롤러와 전선으로 연결되어 태양의 고도 변화를 감지하여 컨트롤러부터 전송된 신호에 따라 정회전 또는 역회전을 하게 된다.

이와 같이 된 본 발명의 태양고도추적 장치는 매일간의 태양의 고도 변화를 감지한 미도시 외부 컨트롤러로부터의 전기적 신호에 의해 상기 고도조절용 모터(311)가 정회전 또는 역회전을 하게 되고, 이에 따라 상기 로드(312)가 상기 실린더체(313)로부터 인출 또는 인입하게 되며, 상기 고도조절프레임(300)의 일측면 후방 하부가 상기 로드(312)의 선단부와 고정 부착되어 있으므로 상기 로드(312)가 실린더체(313) 외부로 인출되는 경우에는 상기 고도조절프레임(300)의 후방부가 상승하게 되어 상기 고도조절프레임(300) 전체가 상기 경도조절프레임(200)의 각 수직간(220) 상단부와 상기 고도조절프레임(300)의 양측면부와의 힌지결합부를 회전축으로 하방향으로 회동하게 되고 이와 반대로 상기 로드(312)가 실린더체(313) 내로 인입되는 경우에는 상기 고도조절프레임(300)의 후방부가 하강하게 되고 따라서 상기 고도조절프레임(300) 전체가 상방향으로 회전하게 되어, 결과적으로 상기 고도조절프레임(300) 전체가 태양의 고도 변화에 따라 양측 힌지결합부 및 그 연결선상을 회전중심으로 하여 상 또는 하 방향으로 회전하게 되는 것이다.

이상의 본 발명의 실시예에 따른 태양경도추적 장치 및 태양고도추적 장치는 하나의 태양광집광기에 함께 구비됨으로써 태양의 경도 및 고도 변화에 따라 태양의 위치를 추적하는 태양위치추적 장치를 형성하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 태양위치추적 장치의 구조는 매우 간단한 구조의 경도조절엑츄에이터 및 고도조절엑츄에이터를 각각 고정프레임과 경도조절프레임 사이 및 경도조절프레임과 고도조절프레임 사이를 연결토록 설치함으로써 장치의 간소화 및 낮은 제작비용을 구현하여, 무공해 청정 대체에너지 자원인 태양광을 이용토록 한 태양광집광기의 효율향상은 물론 그 광범위한 보급에 크게 도움이 되도록 하는 유용한 효과가 있으며, 나아가 고도조절프레임을 지지하는 경도조절프레임을 그 좌우에 대응되게 위치하는 한 쌍의 수직간을 포함하여 구성함으로써 보다 높은 안정성을 제공하는 효과도 함께 갖는다.

Claims

장치 전체를 장치의 설치면상에 안정되게 지지하는 고정프레임(100)과, 상기 고정프레임(100) 상부에 좌우로 회동 가능하게 설치되는 경도조절프레임(200)과, 저부에 소정 면적의 포물선 형상을 갖는 반사판(R)이 착설되고 상부의 상기 포물선의 초점부에 상당하는 위치상에 집광구(C)가 설치되어 소정 각도 상하로 회동 가능하도록 상기 경도조절프레임(200)의 상단부에 결합, 지지되는 고도조절프레임(300)을 포함하여 이루어진 태양광집광기용 태양위치추적 장치에 있어서,

상기 고정프레임(100)의 중앙 상부에는 고리형의 레일(110)이 취착되고, 상기 경도조절프레임(200)은 정중앙부가 상기 고정프레임(100)의 정중앙부와 회동 가능하게 축착되는 수평부(210)와 상기 수평부(210)의 좌우 양측 대응되는 위치상에 각각 상측으로 수직 입설되어 그 상단부가 상기 고도조절프레임(300)을 지지하는 한 쌍의 수직간(220)으로 이루어지며, 상기 경도조절프레임(200)의 수평부(210)와 상기 레일(110)이 교차하는 일 지점부에서 상기 경도조절프레임(200)의 수평부(210) 저면에 부착되는 경도프레임용 브라켓(231)에 의해 고정되고 상기 레일(110)과 접하여 회전하는 구동롤러(232)와 상기 구동롤러(232)를 회전시키는 경도조절용 모터(233)로 이루어진 경도조절엑츄에이터(230)가 구비되고, 상기 경도조절프레임(200)의 수평부(210)와 상기 레일(110)이 교차하는 적어도 하나 이상의 다른 지점부에서 상기 경도조절프레임(200)의 수평부(210) 저면에 부착되는 경도프레임용 브라켓(231')에 의해 고정되고 상기 레일(110)과 접하여 회전하는 아이들롤러(234)가 각각 설치된 구조를 갖는 태양경도추적 장치를 포함함을 특징으로 하는 태양광집광기용 태양위치추적 장치
장치 전체를 장치의 설치면상에 안정되게 지지하는 고정프레임(100)과, 상기 고정프레임(100) 상부에 좌우로 회동 가능하게 설치되는 경도조절프레임(200)과, 저부에 소정 면적의 포물선 형상을 갖는 반사판(R)이 착설되고 상부의 상기 포물선의 초점부에 상당하는 위치상에 집광구(C)가 설치되어 소정 각도 상하로 회동 가능하도록 상기 경도조절프레임(200)의 상단부에 결합, 지지되는 고도조절프레임(300)을 포함하여 이루어진 태양광집광기용 태양위치추적 장치에 있어서,

상기 고도조절프레임(300)은 그 양측면의 중앙부가 상기 경도조절프레임(200)의 한 쌍의 수직간(220) 상단부와 각각 힌지 결합되고, 하단부에 고도조절용 모터(311)가 설치되고 상기 고도조절용 모터(311)의 회전에 따라 상단부로 입출하는 로드(312)가 내설된 실린더체(313)의 하부가 상기 한 쌍의 수직간(220) 중 어느 하나의 후측부에 부착된 고도프레임용 브라켓(314)에 상하 회동 가능하게 힌지 결합되며 상기 로드(312)의 단부는 상기 고도조절프레임(300)의 일측면 후방 하부에 고정되도록 한 고도조절엑츄에이터(310)가 구비된 구조를 갖는 태양고도추적 장치를 포함함을 특징으로 하는 태양광집광기용 태양위치추적 장치
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