KR101030973B1 - 태양열을 이용한 유체 이송 펌핑 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열을 이용한 유체 이송 펌핑 장치에 관한 것으로서, 태양열을 사용하여 유체를 이송하는 펌프에 있어서, 태양열을 집열하여 열에너지로 변환하는 태양열 집열수단과, 상기 태양열 집열수단에서 발생된 열에너지를 전송하는 열전달 수단과, 상기 열전달 수단에서 전송된 열에너지에 따라 부피변화가 이루어져 팽창/수축을 반복하는 열팽창수단과, 상기 열팽창 수단의 팽창/수축에 따라 유체저장탱크에 저장된 유체를 사용처에 공급하는 유체공급수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 일정한 주기로 유체를 이송할 수 있으므로 센서류의 세척이나 도로, 화단, 지붕 세척 등과 같은 다양한 용도에 적용할 수 있는 효과가 있으며, 구조가 매우 간단하여 제작이 용이하므로 설비비가 대폭 저감되고 유지비가 소요되지 않는 경제적인 효과가 있다.

Description

태양열을 이용한 유체 이송 펌핑 장치{FLUID TRANSFER PUMPING APPARATUS USING SOLAR HEAT}

본 발명은 태양열에 의한 휘발성 액체의 기화/액화에 따른 부피 변화를 이용하여 유체를 일정한 주기로 이송하는 펌프 장치에 관한 것으로, 상세하게는 야간에 휘발성 액체가 액화되어 유체저장탱크 내부의 신축성 튜브가 수축되면서 유체가 유입되었다가, 주간에 태양열에 의해 휘발성 액체가 기화되어 신축성 튜브가 팽창되면서 유체저장탱크의 유체가 유체 배출용 배관으로 배출 이송되므로 유체를 이송할 수 있는 태양열을 이용한 유체 이송 펌핑 장치에 관한 것이다.

일반적으로 물, 소독액 등과 같은 액체 또는 산소, 압축공기 등과 같은 기체에 해당하는 유체를 목적에 따라 이송하기 위해서 주로 펌프나 콤프레서 등의 가압 장치를 사용하는데, 이러한 가압 장치는 설비비가 고가인데다 전기, 화석연료를 동력원으로 사용하여 구동하고 담당자가 지속적으로 유지 관리해야 하기 때문에 유지비도 과다하게 소요된다.

그런데, 센서류의 세척이나 도로, 화단, 지붕 세척 등과 같이 유체를 지속적으로 공급할 필요가 없고, 단지 유체를 일정한 주기로 공급하면 되는 분야가 현실적으로 다수 존재하는데, 이러한 분야에 펌프나 콤프레서 등과 같이 전기, 화석연료가 동력원인 가압 장치를 사용하여 유체를 공급하는 것은 대단히 비경제적일 뿐만 아니라 매우 번거롭다.

이에 따라 천연에너지인 태양광 또는 태양열을 사용하여 유체를 이송하는 장치 또는 방법 등에 대한 연구개발이 진행된 바, 한국 공개특허공보 제2004-74539호(발명의 명칭 : 태양열 물펌핑 장치)에서는 태양열을 동력원으로 하고 n-펜탄과 같은 저온 상변화물질의 팽창과 응축과정에서 발생하는 압력과 진공상태를 이용하여 물을 양수할 수 있도록 한 저온 상변화물질 특성을 이용한 태양열 물펌핑 장치가 개시되어 있으나, 이러한 태양열 물펌핑 장치는 구조가 매우 복잡하여 설비비용이 과다하게 소요되고, 소형화가 극히 곤란하여 일정한 규모 이상의 시스템에서만 적용 가능하다는 문제점이 있다.

또한, 한국 등록실용신안공보 제20-0426456호(고안의 명칭 : 태양열을 이용한 물 또는 액체의 열팽창에 의한 물 또는 액체의 양수장치)에서는 태양열 집열기를 비롯하여 열교환기와 집수 및 충전조와 체크벨브로 양수시스템을 구성하여 태양열만으로 물을 양수할 수 있게 하고 동시에 고온에 의한 물을 살균까지 할 수 있는 양수 장치가 개시되어 있으나, 이러한 양수 장치는 구조가 매우 복잡하여 설비 비용이 과다하게 소요되고 양수 가능한 물이 매우 소량으로서 비효율적이고 비경제적일 뿐만 아니라, 소형화가 극히 곤란하여 일정한 규모 이상의 시스템에서만 적용 가능하다는 문제점이 있다.

또한, 일본 특허공개공보 제2007-46484호(발명의 명칭 : 회전식 태양열 증기 엔진)에서는 액체를 충만시킨 밀폐 용기 내에, 복수의 용적실을 설치한 로터를 회전 가능하게 배치하고, 투광부를 통과한 태양광선이 용적실 내의 액체를 가열하고 증기를 발생시켜 증기가 로터를 회전시키게 하는 증기 엔진이 개시되어 있으나, 이러한 증기 엔진은 액체를 응축시키는 콘덴서를 구비해야 하고, 회전 에너지가 발생하므로 구조가 복잡한 엔진으로서 활용된다는 점에서 문제점이 있다.

일본 특허공개공보 제2005-257140호(발명의 명칭 : 솔라 히트 펌프 시스템 및 그 운전 방법)에서는 태양열을 집열하는 집열기, 상기 집열기에 열적으로 접속되어 휘발성 매체를 흡착해 상기 휘발성 매체의 증기를 내부에 유통시키는 흡방열기, 상기 증기를 응축해 저장하는 저장부, 상기 흡방열기와 상기 저장부를 접속하는 휘발성 매체 유로를 가지는 흡방열 사이클 장치와, 압축기, 방열기, 팽창 밸브, 상기 저장부와 열적으로 접속되고 있는 증발기를 갖추고 있는 시스템이 개시되어 있으나, 상기 시스템은 태양전지 패널을 사용하고, 작동 방식이 온도에 따라 작동한다는 점에서 차이가 있으며 구조도 매우 복잡하다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양열을 이용하여 유체를 이송할 수 있도록 야간에 휘발성 액체가 액화되어 유체저장탱크 내부의 신축성 튜브가 수축되면서 유체가 유입되었다가, 주간에 태양열에 의해 휘발성 액체가 기화되어 신축성 튜브가 팽창되면서 유체저장탱크의 유체가 유체 배출용 배관으로 배출되어 이송되도록 하는 태양열을 이용한 유체 이송 펌핑 장치를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 태양열을 이용한 유체 이송 펌핑 장치는, 태양열을 사용하여 유체를 이송하는 펌프에 있어서, 태양열을 집열하여 열에너지로 변환하는 태양열 집열수단과, 상기 태양열 집열수단에서 발생된 열에너지를 전송하는 열전달 수단과, 상기 열전달 수단에서 전송된 열에너지에 따라 부피변화가 이루어져 팽창/수축을 반복하는 열팽창수단과, 상기 열팽창 수단의 팽창/수축에 따라 유체저장탱크에 저장된 유체를 사용처에 공급하는 유체공급수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 열전달 수단은, 상기 집열수단으로부터 발생된 열에너지를 고효율로 전달하는 금속파이프, 히트파이프 또는 엑셀파이프 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 열팽창수단은, 상기 열전달수단에 의해 전송된 열에너지를 전달받아 방열하는 방열 기구와, 상기 방열 기구에 의해 방출된 열에 의해 기화가 이루어져 부피가 급격히 팽창하는 성질을 갖는 물질을 충진한 신축성 튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 유체공급수단은, 상기 열팽창 수단의 팽창에 따라 상기 유체저장탱크에 저장된 유체를 사용처에 공급하는 유체 배출용 배관과, 상기 열팽창 수단의 수축에 따라 유체를 상기 유체저장탱크로 흡입하는 유체 흡입용 배관을 포함하고, 상기 유체 배출용 배관 및 유체 흡입용 배관은 각각 유체를 단방향으로만 통과시키는 유출 역지변 및 유입 역지변을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 신축성 튜브는, 천연고무, 실리콘 고무 또는 폴리우레탄 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 신축성 튜브에 충진되는 물질은, 알콜, 프레온, 프레온 대체 물질로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 유체저장탱크는, 태양광이 입사할 수 있도록 측면이 투명한 재질의 투명체로 이루어지고, 상기 투명체로 입사한 태양광이 반사할 수 있도록 하단부는 빛을 반사시키는 재질로서 볼록한 형태의 모양을 갖는 반사체로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 유체저장탱크는, 상기 열팽창수단에 충진된 물질과 접촉하고, 태양전지로부터 전원을 공급받아 발열하는 발열코일을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 유출 역지변은, 상기 유체저장탱크에 저장된 유체가 고압 분사될 수 있도록 소정 압력 이상에서 작동하는 스프링 구조 또는 자석 구조를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 일정한 주기로 유체를 이송할 수 있으므로 센서류의 세척이나 도로, 화단, 지붕 세척 등과 같은 다양한 용도에 적용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 구조가 매우 간단하여 제작이 용이하므로 설비비가 대폭 저감되고 유지비가 소요되지 않는 경제적인 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 유체 이송 펌핑 장치의 유체 흡입 과정을 나타내는 작동 상태도
도 2는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 유체 이송 펌핑 장치의 유체 배출 과정을 나타내는 작동 상태도
도 3a는 기화성능을 향상시키기 위해 투명체 및 반사체를 사용하는 구조도
도 3b는 기화성능을 향상시키기 위해 발열코일을 사용하는 구조도
도 4a는 스프링을 사용한 유출 역지변의 구조
도 4b는 자석을 사용한 유출 역지변의 구조도
도 5는 스프링 및 자석을 사용한 유출 역지변의 밸브 개방 성능을 비교한 그래프

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어지지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 본 발명이 속한 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면상에서 동일한 참조부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명은 태양열에 의한 휘발성 액체의 기화/액화에 따른 부피 변화를 이용하여 유체를 일정한 주기로 이송하도록, 태양열 집열기에 연결되고 천연고무 또는 합성고무 재질로 이루어져서 내부에 휘발성 액체가 충진된 신축성 튜브가 유체저장탱크에 구비되는 펌프 장치를 제공하는 것을 기술적 사상으로 하고 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 유체 이송 펌핑 장치의 유체 흡입 과정을 나타내는 작동 상태도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 유체 이송 펌핑 장치의 유체 배출 과정을 나타내는 작동 상태도이다.

도 1, 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명은 유체를 흡입 및 배출할 수 있도록 동력원으로 태양열을 집열기(11)로 집열하여 열에너지로 전환하는 태양열 집열수단과, 태양열 집열 수단에 의해 발생된 열에너지를 유체저장탱크(14)에 구비된 열팽창수단으로 공급하는 열전달수단과, 상기 열전달 수단에 의해 전달된 열에너지를 방출하고 이에 따라 휘발성 액체의 기화/액화에 따른 부피변화가 이루어지는 열팽창수단과, 상기 열팽창수단의 부피변화에 따라 유체의 흡입 및 배출이 이루어져 유체를 필요한 곳에 공급하는 유체공급수단을 포함한다.

상기 태양열 집열수단에 대해 설명하면, 태양열을 한 기점으로 집열하여 열에너지로 전환하는 장치로서 평판형 집열기(Flat-plate absorber)부터 진공관형 태양열 집열기(Evacuated envelope) 그리고 다양한 형태의 집광형 태양열 집열기와 같은 공지된 집열기(11)로서 집열기의 형태에 따라 200 ~ 250 ℃의 온도는 손쉽게 얻을 수 있고 최대 수백 ℃ 이상도 가능하다.

상기 열전달수단에 대해 설명하면, 집열기(11)로부터 수집된 열에너지를 열팽창수단으로 공급하기 위한 라인 형태의 열전달 라인(13)으로서 집열기(11)로부터 발생된 열에너지를 손실없이 전달할 수 있는 매체로서 금속 재질의 파이프, 히트파이프 또는 엑셀파이프가 바람직하다. 금속 재질의 파이프는 열전도성이 높은 구리 등과 같은 금속이 적합하다. 또한 히트파이프는 밀폐용기 내부의 작동유체가 연속적으로 기-액간의 상변화 과정을 통하여 용기 양단 사이에 열을 전달하는 장치로 잠열(latent heat)을 이용하여 열을 이동시키는 열전달 매체로서 현재 가장 열전달 효율이 우수한 장치이나 가격이 고가이며, 엑셀파이프의 경우 폴리에틸렌 소재로서 가격이 저렴하고 일반적인 난방용으로 많이 활용되는 열전달 매체로서 당업자는 실시형태에 따라 상기 금속 재질의 파이프, 히트파이프 또는 엑셀파이프를 사용할 수 있으며 다른 형태의 열전달 매체도 얼마든지 적용 가능하다.

상기 열팽창수단에 대해 설명하면, 상기 열전달수단에 의해 전송된 열에너지를 전달받아 방열하는 방열 기구(15)와, 외부는 유체저장탱크(14)에 저장되어 흡입 및 배출되는 유체와 상시 접촉하고 있으며, 방열 기구(15)에 의해 방출된 열에 의해 기화가 이루어져 부피가 급격히 팽창하는 성질을 갖는 물질을 충진한 신축성 튜브(12)로 이루어진다. 상기 신축성 튜브(12)는 내부에 충진된 휘발성 액체 또는 이송 대상인 유체가 투과되지 않고 신축성이 매우 우수한 천연고무 또는 실리콘 고무, 폴리우레탄 등과 같은 합성고무로 이루어져야 한다. 그런데, 신축성 튜브(12)의 내부에 충진된 휘발성 액체 또는 이송 대상인 유체에 의해 신축성 튜브(12)가 용해 또는 열화 또는 팽윤되는 현상이 발생할 수 있으며, 이러한 현상을 방지하기 위하여 내화학성이 우수한 합성고무를 사용하여 신축성 튜브(12)가 구성되는 것이 바람직하며, 내화학성 합성고무 중에서도 내화학성과 신축성이 탁월한 합성고무인 실리콘(silicone) 고무를 사용하여 신축성 튜브(12)가 구성되는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같이 천연고무 또는 합성고무 재질로 이루어져서 내부에 휘발성 액체가 충진된 신축성 튜브(12)가 유체저장탱크(14)에 내부 구비되고, 열전달 라인(13)에 의해 상기 유체저장탱크(14) 외부에 설치된 태양열 집열기(11)와 연결되는 구조를 이룬다. 태양열 집열기(11)로부터 태양열이 공급되지 않으면 내부에 충진된 휘발성 액체가 액화되어 신축성 튜브(12)가 수축하게 되는 반면, 태양열 집열기(11)로부터 태양열이 공급되면 내부에 충진된 휘발성 액체가 기화되어 신축성 튜브(12)가 팽창하게 된다.

또한, 상기 신축성 튜브(12)에 충진된 물질은 열에 의해 부피가 팽창하여 유체저장탱크(14)에 저장된 유체를 외부로 펌핑할 수 있는 물질로서 기화 성질이 우수하고 이에 따라 부피 팽창이 크게 이루어지는 알콜, 프레온, 프레온 대체 물질 등과 같이 비점이 낮고 휘발성을 갖는 휘발성 액체가 바람직하고 휘발성 액체 이외에도 높은 열적 팽창 성질을 갖는 물질이면 어느 것이든 구현 가능하다. 예컨대, 상온에서는 액체 상태이고 온도가 상승하면 쉽게 증발하는 액체로서 64.7℃의 끓는점을 같는 메탄올을 사용할 수 있다.

상기에서 상기 신축성 튜브(12)에 충진되는 휘발성 액체의 기화성능을 향상시키기 위해 본 발명은 투명체(14a) 및 반사체(14b)를 사용하는 구조와 태양전지를 전원으로 사용한 발열코일(14c)을 사용하는 구조를 사용하는데 이를 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3a는 기화성능을 향상시키기 위해 투명체 및 반사체를 사용하는 구조도이고, 도 3b는 기화성능을 향상시키기 위해 발열코일을 사용하는 구조도이다.

먼저 도 3a를 참조하여 투명체 및 반사체를 사용하는 구조에 대해 설명하면, 신축성 튜브(12)에 충진되어 있는 휘발성 액체는 열에 의해 기화가 활발하게 일어나 신축성 튜브(12)를 손쉽게 팽창시키는 것이 바람직하다. 그러므로 상기 열전달 라인(13)에 의해 전달되는 열 이외에 유체저장탱크(14) 주변의 태양열을 활용하기 위해 유체저장탱크(14) 측면에는 투명한 물질로 이루어진 투명체(14a)를 사용하여 주변의 태양열을 쉽게 흡수할 수 있도록 하고, 유체저장탱크(14)의 하단부는 볼록한 모양의 반사 기능을 갖는 물질로 이루어진 반사체(14b)를 사용하여 볼록거울 역할을 하도록 한다. 또한 상기 유체저장탱크(14)는 전체적으로 빛은 통과시키면서 공기의 유통은 없게 하여 비닐하우스와 같은 온실효과를 유발하게 함으로써, 상기 투명체(14a)로 입사된 태양광은 반사체(14b)의 볼록거울 기능에 의해 열에너지가 신축성 튜브(12)에 충진되어 있는 휘발성 액체로 집중되고 이로 인해 휘발성 액체의 기화가 더욱 활발하게 진행된다

또한, 상기 투명체(14a) 및 반사체(14b)를 사용하는 구조와 달리 태양전지를 전원으로 사용하는 발열코일(14c)을 사용할 수 있는데, 이러한 구조가 도 3b에 도시되어 있다. 도 3b에 나타난 바와 같이 유체저장탱크(14) 하단의 휘발성 액체가 모여있는 소정 장소에 발열코일(14c)을 설치하고 발열코일(14c)에 태양전지로부터 발생한 전원을 공급한다. 그러면 신축성 튜브(12) 내부에 충진되어 있는 휘발성 액체는 가열되기 시작하고 이로 인해 휘발성 액체의 기화는 더욱 활발하게 진행된다.

상기와 같이 투명체(14a) 및 반사체(14b)를 사용하는 구조나 발열코일(14c)을 사용하는 구조를 상기 유체저장탱크(14)에 구비하게 되면 상기 신축성 튜브(12) 내부에 충진되어 있는 휘발성 액체는 더욱 기화가 활발하게 일어나고 이로써 신축성 튜브(12)의 팽창은 더욱 손쉽게 이루어질 수 있다.

상기 유체공급수단에 대해 설명하면, 상기 열팽창수단의 부피가 수축하면 유체저장탱크(14) 내로 외부로 방출할 만큼의 유체가 흡입되는 유체 흡입용 배관(17)과, 열팽창수단의 부피가 팽창하면 유체저장탱크(14) 내에 저장된 유체의 배출이 이루어져 사용처로 이송되는 유체 배출용 배관(16)으로 이루어진다. 또한, 상기 유체저장탱크(14)와 연결된 유체 흡입용 배관(17) 및 유체 배출용 배관(16)의 소정 위치에 각각 유체의 역류를 방지하는 유출 역지변(22) 및 유입 역지변(21)이 형성된다.

상기 유체 흡입용 배관(17)에 형성되는 유입 역지변(21)은 유체가 흡입되는 경우 유체저장탱크(14)의 유체 압력에 의해 자동적으로 폐쇄되어 유체 흡입용 배관(17)이 차단되므로, 상기 유체저장탱크(14)에 일시 저장되는 유체가 유체 흡입용 배관(17)으로 역류되어 유출되지 않는다.

또한, 상기 유출 역지변(22)은 유체를 배출하는 경우 유체저장탱크(14)로부터의 유체 압력에 의해 자동적으로 개방되어 유체 배출용 배관(16)을 통하여 유체가 정방향으로 배출되며, 상기 유체가 역방향으로 흐르게 되면 상기 유출 역지변(22)이 자동적으로 폐쇄되므로 상기 유체가 역류하는 것이 방지된다.

그런데, 유체저장탱크(14)에 일시 저장된 유체를 유체 배출용 배관(16)으로 고압분사하기 위해서는, 상기 유출 역지변(22)은 일정한 유체압력 이상에서만 개방되도록 해야 한다. 그러므로 상기 유출 역지변(22)은 스프링이나 자석 등이 장착되어 상당한 수준의 유체압력 이상에서만 개방되도록 구성된다.

상기에서 유출 역지변(22)이 유체를 고압분사할 수 있는 구조로서 본 발명의 실시예에서는 스프링을 사용한 구조 및 자석을 사용한 구조를 사용하고, 이에 대해 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명하도록 한다.

도 4a는 스프링을 사용한 유출 역지변의 구조도이고, 도 4b는 자석을 사용한 유출 역지변의 구조도이다. 먼저, 스프링(22a)을 사용한 유출 역지변(22)은 유체가 스프링(22a)의 탄성 이상의 압력이 가압되어야 개방이 이루어지고, 개방과 동시에 유출 대기중인 유체가 고압으로 분사될 수 있다. 그리고 상기 스프링(22a)을 사용한 유출 역지변(22)에 비해 1회 배출량을 더욱 늘릴 수 있는 구조가 도 4b에 도시된 자석(22b)을 사용한 유출 역지변(22)이다. 도 5를 참조하여 자석을 사용한 유출 역지변의 원리에 대해 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 스프링 및 자석을 사용한 유출 역지변의 밸브 개방 성능을 비교한 그래프이다. 도 5를 참조하여 설명하면, 스프링(22a)을 사용한 유출 역지변(22)은 펌프 내부에 일정한 압력이상이 있어야 유체가 배출이 되는데, 본 발명에서 사용하고자 하는 유체는 일정한 압력이상이 되면 배출이 되고, 한번 배출되면 가급적 많은 유체를 배출시킬 수 있는 것이 더욱 바람직하다. 예컨데 어떠한 센서류의 세정을 목표로 한다면 소정의 압력이상이 펌프 모체에 형성이 되면 가급적 많은 유체가 배출되어야 세정효과를 극대화할 수 있다.

도 4b에 나타난 바와 같이 유출 역지변(22)에 자석(22b)을 채용할 경우 이러한 현상을 유도할 수 있다. 일반적으로 자기력의 세기는 거리의 제곱에 반비례한다. 즉 자력은 자석과 금속이 어떤 힘에 의해 분리되기 직전에 가장 큰 힘이 작용을 한다.

도 5의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 스프링(22a)을 사용한 유출 역지변(22)을 채용할 경우 압력과 역지변의 작용은 상부의 그래프와 같이 선형적인 형태를 나타낸다. 즉, 펌프 내부의 압력이 일정 압력 이상이 되어야 유체를 외부를 분출시킨다. 그러나 자석(22b)을 이용할 경우 하부의 그래프와 같이 거리의 제곱에 대해 반비례한다. 그래프에 나타난 바와 같이 a 기압에서 스프링(22a)을 사용한 유출 역지변(22)의 밸브가 열리게 되어 있다면 스프링(22a)은 a 기압 이상이 되면 유체를 배출하므로 유체 배출에 의해 기압이 a 기압 아래로 내려가면 곧바로 닫히게 된다. 따라서 유체저장탱크(14) 내부의 압력이 지속적으로 증가한다는 조건하에서 매우 적은 양을 여러 번에 나누어 배출하므로 충분한 세척효과를 기대하기 어렵다.

그러나 자석(22b)을 이용할 경우 a 기압이 될 때까지 개방되지 않다가 a 기압이 되면 자석이 분리되어 개방이 되고, 이때 개방된 밸브는 내부압력이 a 기압 이하가 되어도 닫히지 않고 유체를 배출하다고 b 기압까지 떨어질 때까지 배출하므로 1회 배출량을 높일 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서 유출 역지변(22)은 스프링(22a)을 사용하는 방식과 자석(22b)을 사용하는 방식으로 구현되고, 자석(22b)을 사용한 유출 역지변(22)은 스프링(22a)을 사용한 유출 역지변(22)에 비해 밸브 개방이 오래동안 유지되므로 1회 배출량이 많이 필요한 사용처에 적합하다. 또한 본 발명은 유체를 더욱 고압으로 분사할 수 있도록 유출 역지변(22)의 일측에 피스톤이 구비된 실린더 또는 신축성 튜브 등을 장착할 수 있다.

상기의 구성으로 이루어진 본 발명인 태양열을 이용한 유체 이송 펌핑 장치의 동작에 대해 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.

야간에 태양열 집열기(11)로 태양열이 집열되지 않으면 상기 태양열 집열기(11)의 열전달 라인(13)에 연결된 신축성 튜브(12)로 태양열이 공급되지 않게 되며, 상기 신축성 튜브(12) 내부에 충진된 휘발성 액체가 액화되어 부피가 감소되면서 신축성 튜브(12)가 수축된다. 신축성 튜브(12)의 수축에 따라서 유체저장탱크(14) 내부에 유체를 저장할 수 있는 공간이 증가하고 대기압이 감소되면서, 유체 흡입용 배관(17)을 통해 상기 유체저장탱크(14)의 내부로 유체가 유입되어 일시 저장된다.

주간에 태양열 집열기(11)로 태양열이 집열되면 상기 태양열 집열기(11)에 연결되어 있는 열전달 라인(13)으로 집열된 태양열이 전달되게 되고, 열전달 라인(13)과 연결되어 있는 신축성 튜브(12)의 방열기구(15)로 태양열이 공급된다. 방열기구(15)가 열을 방열함에 따라 신축성 튜브(12) 내부에 충진된 휘발성 액체가 기화되고 부피가 증가하면서 신축성 튜브(12)가 팽창하게 된다.

이와 동시에 유체저장탱크(14)의 구조가 도 3a라면 태양광은 투명체(14a)로 입사되고 입사된 태양광은 볼록거울 형태의 반사체(14b)에 반사되면서 신축성 튜브(12) 내부에 충진되어 있는 휘발성 액체에 열이 집중되게 되고 이에 따라 휘발성 액체의 기화는 상기 열전달 라인(13)으로 전달된 열과 함께 더욱 활발하게 일어나게 된다. 기화가 더욱 활발하게 이루어지면 신축성 튜브(12)의 팽창은 더욱 빨리 이루어진다.

또한 유체저장탱크(14)의 구조가 도 3b라면 태양전지로부터 전력이 발생하여 발열코일(14c)에 전원공급이 이루어져 발열이 일어나고 상기 발열코일(14c)과 접촉하고 있는 휘발성 액체를 가열한다. 이에 따라 휘발성 액체의 기화는 상기 열전달 라인(13)으로 전달된 열과 함께 더욱 활발하게 이루어지고 신축성 튜브(12)의 팽창은 더욱 빠르게 일어난다.

상기 신축성 튜브(12)의 팽창에 따라서 유체저장탱크(14) 내부에 유체를 저장할 수 있는 공간이 감소되면서 유체저장탱크(14) 내부의 유체압력이 순차적으로 증가되며, 상기 유체압력에 의해 유출 역지변(22)이 개방되어 유체저장탱크 내부의 유체가 유체 배출용 배관(16)을 거쳐서 배출되고 사용처로 이송된다.

상기에서 유출 역지변(22)의 구조가 도 4a에 도시된 스프링(22a)을 사용하는 구조라면 신축성 튜브(12)가 팽창하면서 유체저장탱크(14)의 내부 압력이 증가되고, 스프링(22a)의 탄성을 넘어서는 순간 밸브가 열리면서 유체저장탱크(22a)에 저장되어 있는 유체는 고압으로 분사되게 된다. 고압으로 분사가 이루어진 후 유체저장탱크(14)의 내부 압력이 스프링(22a)의 탄성 이하가 되면 밸브가 닫히면서 유체의 분사는 더 이상 이루어지지 않게 되고, 다시 내부 압력이 증가되어 밸브가 다시 열리게 되면 다시 분사가 이루어져 반복적으로 분사가 이루어진다.

또한 유출 역지변(22)의 구조가 도 4b에 도시된 자석(22b)를 사용하는 구조인 경우, 유체저장탱크(14)의 내부 압력이 증가되어 도 5에 도시된 a의 압력에 도달하게 되면 자석(22b)의 자기력의 세기를 넘어 밸브가 열리고 유체저장탱크(14)에 저장되어 있는 유체가 고압으로 분사되게 된다. 그리고 앞서 설명한 바와 같이 유체가 고압으로 분사되어 유체저장탱크(14)의 내부 압력이 다소 하강하더라도 밸브는 즉시 닫히지 않고 일정 시간 동안 유체의 분사는 계속 이루어지고 내부 압력이 b에 도달하게 되면 밸브는 닫히게 되어 유체의 분사는 더 이상 이루어지지 않는다. 다시 유체저장탱크(14)의 내부 압력이 증가되어 a에 도달하게 되면 앞서 설명한 것과 같이 밸브가 다시 열리고 다시 분사가 이루어진다. 그러므로 도 4b의 자석(22b)을 사용하는 구조는 유체의 1회 분사량이 스프링(22a)을 사용하는 구조에 비해 더 많게 된다.

상기의 모든 동작을 거치게 되면 본 발명에 따른 태양열을 이용한 유체 이송 펌핑 장치가 구현된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 주/야간의 일정한 주기로 유체를 이송할 수 있으므로, 센서류의 세척이나 도로, 화단, 지붕 세척 등과 같은 다양한 용도에 적용할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 하지만, 본 발명의 실시예들은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 하기되는 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 태양열 집열기 12 : 신축성 튜브
13 : 열전달 라인 14 : 유체저장탱크
14a : 투명체 14b : 반사체
14c : 발열코일 15 : 방열기구
16 : 유체 배출용 배관 17 : 유체 흡입용 배관
21 : 유입 역지변 22 : 유출 역지변
22a : 스프링 22b : 자석

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 태양열을 사용하여 유체를 이송하는 펌프에 있어서,
   태양열을 집열하여 열에너지로 변환하는 태양열 집열수단과,
   상기 태양열 집열수단에서 발생된 열에너지를 전송하는 열전달 수단과,
   상기 열전달 수단에서 전송된 열에너지에 따라 부피변화가 이루어져 팽창/수축을 반복하는 열팽창수단과,
   상기 열팽창수단의 팽창에 따라 유체저장탱크에 저장된 유체를 사용처에 공급하며 유체를 단방향으로만 통과시키는 유출 역지변이 구비된 유체 배출용 배관과, 상기 열팽창수단의 수축에 따라 유체를 상기 유체저장탱크로 흡입하며 유체를 단방향으로만 통과시키는 유입 역지변이 구비된 유체 흡입용 배관으로 이루어지는 유체공급수단을 포함하며,
   상기 유체저장탱크는, 태양광이 입사할 수 있도록 측면이 투명한 재질의 투명체로 이루어지고, 상기 투명체로 입사한 태양광이 반사할 수 있도록 하단부는 빛을 반사시키는 재질로서 볼록한 형태의 모양을 갖는 반사체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 유체 이송 펌핑 장치.
8. 태양열을 사용하여 유체를 이송하는 펌프에 있어서,
   태양열을 집열하여 열에너지로 변환하는 태양열 집열수단과,
   상기 태양열 집열수단에서 발생된 열에너지를 전송하는 열전달 수단과,
   상기 열전달 수단에서 전송된 열에너지에 따라 부피변화가 이루어져 팽창/수축을 반복하는 열팽창수단과,
   상기 열팽창수단의 팽창에 따라 유체저장탱크에 저장된 유체를 사용처에 공급하며 유체를 단방향으로만 통과시키는 유출 역지변이 구비된 유체 배출용 배관과, 상기 열팽창수단의 수축에 따라 유체를 상기 유체저장탱크로 흡입하며 유체를 단방향으로만 통과시키는 유입 역지변이 구비된 유체 흡입용 배관으로 이루어지는 유체공급수단을 포함하며,
   상기 유체저장탱크는, 상기 열팽창수단에 충진된 물질과 접촉하고, 태양전지로부터 전원을 공급받아 발열하는 발열코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 유체 이송 펌핑 장치.
9. 태양열을 사용하여 유체를 이송하는 펌프에 있어서,
   태양열을 집열하여 열에너지로 변환하는 태양열 집열수단과,
   상기 태양열 집열수단에서 발생된 열에너지를 전송하는 열전달 수단과,
   상기 열전달 수단에서 전송된 열에너지에 따라 부피변화가 이루어져 팽창/수축을 반복하는 열팽창수단과,
   상기 열팽창수단의 팽창에 따라 유체저장탱크에 저장된 유체를 사용처에 공급하며 유체를 단방향으로만 통과시키는 유출 역지변이 구비된 유체 배출용 배관과, 상기 열팽창수단의 수축에 따라 유체를 상기 유체저장탱크로 흡입하며 유체를 단방향으로만 통과시키는 유입 역지변이 구비된 유체 흡입용 배관으로 이루어지는 유체공급수단을 포함하며,
   상기 유출 역지변은, 상기 유체저장탱크에 저장된 유체가 고압 분사될 수 있도록 소정 압력 이상에서 작동하는 스프링 구조 또는 자석 구조를 사용하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 유체 이송 펌핑 장치.

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