KR101081857B1 - 태양열을 이용한 용수공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 한 쌍으로 구비된 보조집열판에 각각 하나씩 매칭(Matching))되어 설치된 집열기를 통해서 태양열을 집열시켜 온수 및 난방 등의 용수에 사용되는 열에너지(Energy)로 공급하기 위한 장치에 관한 것이다.
프레임(Frame)에 한 쌍으로 설치되어 집열기에 태양열을 집열시켜 주기 위한 반원형상의 보조집열판; 상기 보조집열판에 길이 방향으로 각각 설치된 집열기; 상기 집열기에는 유체저장탱크(Tank)에 저장된 유체가 유체이송파이프(Pipe)에 연결된 유체유입구를 거쳐 유체파이프(Pipe)를 통해 유체관에 유입되어 상기 보조집열판에 의해 진공관이 집열되고, 상기 집열된 유체가 다시 유체파이프(Pipe)를 거쳐 유출에 이어 유체유출구에 연결된 유체이송파이프(Pipe)를 통해 직렬로 연결된 또 다른 집열기의 유체유입구를 거쳐 유체파이프(Pipe)를 통해 유체관에 유입되어 상기 보조집열판(100a)(100b)에 의해 진공관(1230)이 집열됨과 함께, 상기 직렬로 연결된 또 다른 집열기에서 집열된 유체가 다시 유체파이프(Pipe)를 거쳐 유체유출구에 연결된 유체이송파이프(Pipe)를 통해 칸막이로 격리(隔離)된 복수 개의 제1온수조; 및 제2온수조에 각각 내장된 제1축열기; 및 제2축열기에 공급되어, 상기 제1온수조에 채워진 제1용수; 및 상기 제2온수조에 채워진 제2용수와 각각 열교환이 이루어지는 열교환기(2500); 를 포함하여 구성된 것을 그 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 집열판에 한 쌍으로 구비시킨 반원형상의 보조집열판에 각각 하나씩 설치된 집열기를 직렬로 연결시켜 집열용량의 증가와 함께 태양열의 집열효율 향상 및 집열시간을 단축시켜 줌으로써, 온수 및 난방 등의 각종 용수로 보다 편리하게 사용할 수 있는 효과를 제공한다.
집열판, 보조집열판, 반사체, 솔라셀, 개방부, 집열기, 열교환기, 축열기

Description

태양열을 이용한 용수공급장치{SOLAR COLLECTING APPARATUS}
본 발명은 태양열을 집열시켜 온수 및 난방 등의 용수에 사용되는 열에너지(Energy)로 공급하기 위한 것에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 개방부를 구비한 반원형상의 보조집열판을 제1회동축을 중심으로 양쪽에 한 쌍으로 구비시키고, 상기 보조집열판에 각각 하나씩 매칭(Matching)되어 설치된 집열기를 직렬로 연결시켜 태양열을 집열시킨 다음, 상기 집열기에 구비된 유체유출구로부터 유출된 유체가 열교환기에 내장된 복수(複數) 개의 제1 및 제2축열기(蓄熱器)에 공급되고, 이때 용수펌프를 거쳐 제1 및 제2솔레노이드밸브를 통해 제1용수가 채워지는 고온용의 제1온수조(溫水槽) 및 상기 제1온수조 보다는 저온이고, 상기 제1온수조의 예열을 위해 제2용수가 채워지는 예열용 제2온수조(溫水槽)와 서로 열교환이 이루어지도록 함으로써, 고온으로 단시간에 축열(蓄熱)된 상기 제1온수조의 제1용수부터 용수유출구를 통해 온수 및 난방 등의 용수로 공급이 이루어질 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
최근 들어서 전세계는 전기 및 가스, 석유 등 한정된 자원에만 의존해 온 탓으로 인해 석유에너지(Energy)의 공급부족 현상이 점차 현실화되고, 반면에 유가의 가격도 지속적으로 상승하고 있으며, 또한 석유에너지의 사용에 따른 온실가스 등의 증가로 인해 환경오염 문제가 매우 심각하게 제기되고 있어, 지구 온난화를 방지하기 위한 차원에서 이산화탄소(CO₂)의 배출을 최대한 줄이고자 하는 노력이 세제적으로 가속화되고 있는 실정이다.
이에 따라, 환경적인 공해가 발생되지 않고 친환경적인 차원에서 무한정으로 사용할 수 있는 태양광이나 태양열을 비롯하여 풍력, 조력 등 자연을 이용한 대체 에너지의 개발에 대한 관심이 집중되고 있으며, 그 중에서도 특히 태양광이나 태양열을 이용하여 가정, 산업체에 필요한 전기 에너지의 생산은 물론 온수, 난방 등에 필요한 열원을 생산하기 위한 장치의 개발이 활발히 진행되고 있는 추세이다.
도 1은 종래의 태양열을 집열하기 위한 집열장치를 나타낸 도면이다.
종래의 태양열 집열기(10)는 상부면에 태양(16)으로부터 발산(發散)되는 태양열을 수집하기 위한 평판타입(Type)의 투명한 유리(11)를 장착시킨 바디(Body)(12)가 구비된다.
또한, 상기 바디(12)의 내측에는 반사면(13-1)을 가진 반원형상의 반사체(13)를 구비함과 함께 상기 반사체(13)의 내부에는 유체(流體)(15)가 채워져서 순환되는 일정한 직경으로 이루어진 유체파이프(Pipe)(14)를 설치하여 구성된다.
그리고, 상기 집열기(10)에는 태양(16)으로부터 발산되는 직사광선을 유리(11)를 통해 유체파이프(14)에 직접적으로 수집되거나, 또는 반사면(13-1)을 통해 반사된 태양열이 간접적으로 상기 유체파이프(14)에 전달되어 수집이 이루어지게 된다.
이와 같은 종래의 집열기(10)는 상기 유체파이프(14)에 채워진 유체(15)의 온도를 태양열을 이용하여 온수 또는 난방에 적합한 온도이상(예를 들면; 40℃ 이상)으로 올려서 생산하기에는 상당한 한계점이 따르게 되고, 특히 날씨가 흐린 경우에 있어서는 상기 집열기(10)의 집열효율이 한층 더 떨어지는 문제점을 가지고 있는 것이다.
따라서, 종래의 기술로는 열용량이 적은 가정에서 일반적인 생활 온수로만 사용할 수 밖에 없었기 때문에 열에너지(Energy) 절감차원에서는 설치비용에 비해서 그 기여도가 매우 미약한 편이고, 이를 확대 적용하고자 하는 시점에서는 많은 무리가 따르는 실정이다.
도 2는 종래의 태양열을 집열시켜 용수를 공급하기 위한 열교환기의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
종래의 열교환기(5500)는 도 1을 참조하여 앞에서 설명한 바와 같이 상기 집열기(10)를 통해 태양열의 집열이 이루어지면, 이때 상기 집열기(10)에 구비된 유체파이프(14)에 채워진 유체(15)의 온도가 상승함과 함께 이를 온도감지센서(도시 생략함.)에서 감지하여 상기 유체(15)를 순환시켜 주기 위한 순환펌프(도시 생략함.)가 가동(稼動)됨으로써, 상기 유체(15)가 열교환기(5500)에 내장 설치된 축열기(5521)에 공급되어 진다.
이때, 상기 축열기(5521)는 용수유입구(5531)을 통해서 온수조(5501)에 채워진 용수(5511)와 서로 열교환이 이루어지게 되고, 이어서 상기 열교환된 용수(5511)는 용수유출구(5540)를 통해서 온수 및 난방 등의 용수(5511)로 공급이 이 루어지게 된다.
하지만, 이와 같은 종래의 방식은 하나의 온수조(5501)에 매칭(Matching)되어 축열기(5521)가 구비되어 짐으로 인해 상기 순환펌프가 가동되어 상기 유체(15)의 순환에 의한 열교환 동작이 지속적으로 이루어지더라도, 상기 용수(5511)의 온도를 보다 더 높은 고온(예를 들면; 60℃ 이상)으로 상승시켜 사용하기 위해서는 많은 시간이 소비되는 등의 한계가 따르게 되고, 결국 상기 열교환기(5500)의 열교환 효율이 떨어지는 등의 문제점을 초래하고 있었다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 개방부를 구비한 반원형상의 보조집열판을 제1회동축을 중심으로 양쪽에 한 쌍으로 구비시키고, 상기 보조집열판에 각각 하나씩 매칭(Matching)되어 설치된 집열기를 직렬로 연결하여 태양열의 집열용량을 증가시켜 집열시킨 다음, 상기 집열기에 구비된 유체유출구로부터 유출된 유체가 열교환기에 내장된 복수(複數) 개의 제1 및 제2축열기(蓄熱器)에 공급되고, 이때 용수펌프를 거쳐 제1 및 제2솔레노이드밸브를 통해 제1용수가 채워지는 고온용의 제1온수조(溫水槽) 및 상기 제1온수조 보다는 저온이고, 상기 제1온수조의 예열을 위해 제2용수가 채워지는 예열용 제2온수조(溫水槽)와 서로 열교환이 이루어지도록 함으로써, 고온으로 단시간에 축열(蓄熱)된 상기 제1온수조의 제1용수부터 용수유출구를 통해 온수 및 난방 등의 용수로 공급이 이루어지도록 함으로써 열교환 효율을 보다 향상시켜 줄 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단으로는 프레임(Frame)에 한 쌍으로 설치되어 집열기에 태양열을 집열시켜 주기 위한 반원형상의 보조집열판이 구성된 것을 그 특징으로 한다.
또한, 상기 보조집열판에 길이 방향으로 각각 설치된 집열기가 구성된 것을 그 특징으로 한다.
또한, 상기 집열기에는 유체저장탱크(Tank)에 저장된 유체가 유체이송파이 프(Pipe)에 연결된 유체유입구를 거쳐 유체파이프(Pipe)를 통해 유체관에 유입되어 상기 보조집열판에 의해 진공관이 집열되고, 상기 집열된 유체가 다시 유체파이프(Pipe)를 거쳐 유출에 이어 유체유출구에 연결된 유체이송파이프(Pipe)를 통해 직렬로 연결된 또 다른 집열기의 유체유입구를 거쳐 유체파이프(Pipe)를 통해 유체관에 유입되어 상기 보조집열판(100a)(100b)에 의해 진공관(1230)이 집열됨과 함께, 상기 직렬로 연결된 또 다른 집열기에서 집열된 유체가 다시 유체파이프(Pipe)를 거쳐 유체유출구에 연결된 유체이송파이프(Pipe)를 통해 칸막이로 격리(隔離)된 복수 개의 제1온수조 및 제2온수조에 각각 내장된 제1축열기 및 제2축열기에 공급되어, 상기 제1온수조에 채워진 제1용수 및 상기 제2온수조에 채워진 제2용수와 각각 열교환이 이루어지는 열교환기(2500)를 포함하여 구성된 것을 그 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 해결하고자 하는 과제 및 해결수단들은 첨부한 도면에 나타난 다양한 실시 예들의 상세한 설명을 통해서 보다 더 명백하여 질 것이다.
이와 같이 본 발명은 첫째, 본 발명은 집열판에 한 쌍으로 구비시킨 반원형상의 보조집열판에 각각 하나씩 설치된 집열기를 직렬로 연결시켜 집열용량의 증가와 함께 태양열의 집열효율 향상 및 집열시간을 단축시켜 줌으로써, 온수 및 난방 등의 각종 용수로 보다 편리하게 사용할 수 있는 효과를 제공한다.
둘째, 본 발명은 열교환기에 제1축열기가 내장된 고온용 제1온수조 및 상기 제1온수조 보다는 저온이며, 상기 제1온수조의 예열을 위해 제2축열기가 내장된 예 열용 제2온수조를 복수 개로 구비하여, 상기 제1온수조에 채워지는 제1용수에 대해 빠른 시간 내(內)에 고온으로 축열시켜 온수 및 난방 등의 각종 용수로 편리하게 사용할 수 있도록 함으로써 열교환 효율을 보다 향상시켜 주는 효과를 제공한다.
셋째, 본 발명은 집열판을 강한 맞바람으로부터 손상되는 것을 방지할 수 있도록 함으로써, 바람이 강하게 부는 날씨에도 태양열의 집열작용을 보다 효율적으로 할 수 있는 또 다른 효과를 제공한다.
넷째, 본 발명은 다수 개 구비된 제1회동축에 설치된 집열판이 동서 및 남북 방향으로 태양을 향해 일체로 회동 가능하기 때문에 태양열을 보다 효율적으로 집열시킬 수 있는 또 다른 효과를 제공한다.
다섯째, 본 발명의 집열판을 반사체 또는 솔라셀로 구성시켜 줌으로써 태양열의 집열을 이용하여 난방 및 급수용으로 사용할 수 있고, 아울러 태양광의 집광을 통해서는 전력의 생산도 동시에 할 수 있는 또 다른 효과를 제공해 준다.
본 발명의 구체적인 실시사례를 설명함에 있어서, 본 발명의 도면에 의해 도시되어 있고, 이에 따른 구성과 동작들은 적어도 하나의 일실시 사례로서 설명되어 지는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심적인 구성 및 동작들이 제한받지는 않아야 할 것이다.
참고할 사항으로, 본 발명에서 설명되어지는 각 도면들에 부호를 표기함에 있어서, 동일한 구성요소는 비록 다른 도면에 표기되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부여하였음에 특히 유의하여야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 태양열을 이용하여 온수 및 난방 등에 용수로 공급하기 위한 장치에 대해서 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 다수 개의 집열판을 통해 태양열을 집열시키기 위한 집열장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 일실시사례 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 도 3에 있어서 집열된 태양열을 이용하여 용수를 공급하기 위한 장치의 개략적인 구성을 나타낸 일실시사례 도면이다.
일반적으로 태양열을 이용하는 바람직한 방법에는 집열기에서 집열되는 온도의 범위에 따라 50 내지 100℃ 범위의 저온이용을 비롯하여 100 내지 300℃ 범위의 중온이용, 그리고 300℃ 이상 범위의 고온이용 등 3종류로 구분하고 있다.
그리고, 흔히 말하는 태양열 주택이란 상기 저온이용 방법의 일종으로 주로 주택의 난방 및 온수용으로 태양열을 이용하는 것을 말하며, 또한 설치되는 시스템의 성격에 따라 구분하면 자연형 시스템(Passive Solar System)과 설비형 시스템(Active Solar System) 등으로 나눌 수 있다.
상기 자연형 시스템은 특별한 동작기구 없이 태양열을 자연적인 방법(예를 들면; 건물의 구조체를 이용하는 방식)으로 집열 및 저장하여 난방 및 온수를 이용하는 방식이며, 또한 상기 설비형 시스템은 별도의 열매체를 이용하여 태양열을 흡수 및 분배한 다음 집열기, 열교환기, 유체저장탱크, 제어장치 등의 설비를 통해서 역시 난방 및 온수를 사용하는 방식이다.
먼저, 본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단으로 제1실시사례에 대한 구성에 대해서 설명하기로 한다.
태양(900)으로부터 발산(發散)되는 태양열의 집열량을 증가시켜 주기 위해 프레임(Frame)(110)에 한 쌍으로 설치되어 집열기(1200)에 태양열을 집열시켜 주기 위한 반원형상의 보조집열판(100a)(100b)이 구비되고, 상기 보조집열판(100a)(100b)에 길이 방향으로 각각 설치된 집열기(1200)가 구성된다.
또한, 상기 집열기(1200)에는 유체저장탱크(Tank)(2600)에 저장된 유체(1280)가 유체이송파이프(Pipe)(1282a)에 연결된 유체유입구(1262)를 거쳐 유체파이프(Pipe)(1272)를 통해 유체관(1232)에 유입되어 상기 보조집열판(100a)(100b)에 의해 진공관(1230)이 집열된다.
상기 집열된 유체(1280)가 다시 유체파이프(Pipe)(1272)를 거쳐 유출에 이어 유체유출구(1264)에 연결된 유체이송파이프(Pipe)(1282)를 통해 직렬로 연결된 또 다른 집열기(1200)의 유체유입구(1262)를 거쳐 유체파이프(Pipe)(1272)를 통해 유체관(1232)에 유입되어 상기 보조집열판(100a)(100b)에 의해 진공관(1230)이 집열됨과 함께, 상기 직렬로 연결된 또 다른 집열기(1200)에서 집열된 유체(1280)가 다시 유체파이프(Pipe)(1272)를 거쳐 유체유출구(1264)에 연결된 유체이송파이프(Pipe)(1282a)를 통해 칸막이(2520)로 격리(隔離)된 복수 개의 제1온수조(2501) 및 제2온수조(2502)에 각각 내장된 제1축열기(2521) 및 제2축열기(2522)에 공급되어, 상기 제1온수조(2501)에 채워진 제1용수(2511) 및 상기 제2온수조(2502)에 채워진 제2용수(2512)와 각각 열교환이 이루어지는 열교환기(2500)를 포함하여 구성된 것을 그 특징으로 한다.
여기서, 상기 유체파이프(1272)는 유체(1280)가 채워진 상기 유체관(1232)의 중심부위에 삽입 설치되고, 상기 유체관(1232)은 상기 진공관(1230)의 공간부(1231a) 중심부위에 삽입 설치된 것을 그 특징으로 한다.
다음은 본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단으로 제2실시사례에 대한 또 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
앞에서 언급한 제1실시사례와 마찬가지로, 태양(900)으로부터 발산(發散)되는 태양열의 집열량을 증가시켜 주기 위해 프레임(Frame)(110)에 한 쌍으로 설치되어 집열기(1200)에 태양열을 집열시켜 주기 위한 반원형상의 보조집열판(100a)(100b)이 구비되고, 상기 보조집열판(100a)(100b)에 길이 방향으로 각각 설치된 집열기(1200)가 구성된다.
또한, 상기 집열기(1200)에는 유체저장탱크(Tank)(2600)에 저장된 유체(1280)가 유체이송파이프(Pipe)(1282a)에 연결된 유체유입구(1262)를 거쳐 유체파이프(Pipe)(1272)를 통해 진공관(1230)에 유입되어 상기 보조집열판(100a)(100b)에 의해 상기 진공관(1230)이 집열된다.
상기 집열된 유체(1280)가 다시 유체파이프(Pipe)(1272)를 거쳐 유출에 이어 유체유출구(1264)에 연결된 유체이송파이프(Pipe)(1282)를 통해 직렬로 연결된 또 다른 집열기(1200)의 유체유입구(1262)를 거쳐 유체파이프(Pipe)(1272)를 통해 진공관(1230)에 유입되어 상기 보조집열판(100a)(100b)에 의해 상기 진공관(1230)이 집열됨과 함께, 상기 직렬로 연결된 또 다른 집열기(1200)에서 집열된 유체(1280)가 다시 유체파이프(Pipe)(1272)를 거쳐 유체유출구(1264)에 연결된 유체이송파이프(Pipe)(1282a)를 통해 칸막이(2520)로 격리(隔離)된 복수 개의 제1온수조(2501) 및 제2온수조(2502)에 각각 내장된 제1축열기(2521) 및 제2축열기(2522)에 공급되어, 상기 제1온수조(2501)에 채워진 제1용수(2511) 및 상기 제2온수조(2502)에 채워진 제2용수(2512)와 각각 열교환이 이루어지는 열교환기(2500)를 포함하여 구성된 것을 그 특징으로 한다.
여기서, 상기 유체파이프(1272)는 유체(1280)가 채워진 상기 진공관(1230)의 중심부위에 삽입 설치된 것을 그 특징으로 한다.
다음은 본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단으로 제3실시사례에 대한 또 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
앞에서 언급한 제1실시사례와 마찬가지로, 태양(900)으로부터 발산(發散)되는 태양열을 이용하여, 집열기(1200)에 태양열을 집열시켜 주기 위해 한 쌍으로 구비된 반원형상의 보조집열판(100a)(100b)에 길이 방향으로 각각 설치된 집열기(1200)가 구성된다.
또한, 상기 집열기(1200)와 또 다른 집열기(1200) 서로 간에는 유체이송파이프(Pipe)(1282)에 의해 상기 집열기(1200)들에 구비된 유체유출구(1264)와 유체유입구(1262)를 번갈아 가면서 직렬로 연결하고, 상기 직렬로 연결된 최종 집열기(1200)의 유체유출구(1264)에 연결된 유체이송파이프(Pipe)(1282a)를 통해 상기 집열기(1200)로부터 유출된 유체(1280)가 칸막이(2520)로 격리(隔離)된 복수 개의 제1온수조(2501) 및 제2온수조(2502)에 각각 내장된 제1축열기(2521) 및 제2축열기(2522)에 공급되어, 상기 제1온수조(2501)에 채워진 제1용수(2511) 및 상기 제2온수조(2502)에 채워진 제2용수(2512)와 각각 열교환이 이루어지는 열교환기(2500) 를 포함하여 구성된 것을 그 특징으로 한다.
다음은 상기와 같이 구성된 본 발명에 포함될 수 있는 일실시사례들에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 상기 열교환기(2500)에는 외부로부터 유입되는 차가운 용수(用水)가 용수파이프(Pipe)(2811)를 통해 용수펌프(2800)에 공급되고, 이어서 상기 용수펌프(2800)에 연결된 용수파이프(2821)를 통해 제1솔레노이드밸브(2351), 제1용수유입구(2531)를 거쳐서 제1용수(2511)가 채워지는 제1온수조(2501) 및 상기 용수펌프(2800)에 연결된 용수파이프(2821)를 통해 제2솔레노이드밸브(2352), 제2용수유입구(2532)를 거쳐서 제2용수(2512)가 채워지는 제2온수조(2502)가 구성된다.
또한, 상기 제1온수조(2501) 및 상기 제2온수조(2502) 내(內)에 각각 구비되어, 상기 제1용수(2511)의 온도(T2)를 감지하는 제2온도감지센서(2251)와 상기 제2용수(2512)의 온도(T3)를 감지하는 제3온도감지센서(2252) 및 상기 집열기(1200)의 유체관(1232) 또는 진공관(1230)에 채워진 유체(1280)의 온도(T1)를 감지하는 제1온도감지센서(1266)가 구성된다.
또한, 상기 제2온도감지센서(2251)와 상기 제3온도감지센서(2252)에서 각각 감지된 상기 제1용수(2511)와 상기 제2용수(2512)의 온도(T2)(T3) 및 상기 제1온도감지센서(1266)에서 감지된 유체(1280)의 온도(T1) 차이를 실시간(實時間)으로 판별하는 판별부(2200)가 구성된다.
이어서, 상기 판별부(2200)에서 판별된 상기 각각의 온도(T1)(T2)(T3) 차이에 의해 상기 용수펌프(2800)의 온-오프(On-Off)제어 및 상기 제1솔레노이드밸 브(2351), 제2솔레노이드밸브(2352)에 대한 오픈-클로즈(Open-Close)제어를 위해 제어신호를 출력시키는 제어부(2300)를 포함하여 구성된 것을 그 특징으로 한다.
한편, 첨부된 도 4 및 도 14 내지 도 15에 나타낸 바와 같이 상기 판별부(2200)에서 판별된 유체(1280)의 온도(T1)와 상기 제1용수(2511)의 온도(T2) 차이가 T1>T2 상태이면, 다시 말해서 유체(1280)의 온도(T1)가 상기 제1용수(2511)의 온도(T2) 보다 더 높게 되면, 이때 제어부(2300)에서 출력되는 제어신호에 의해 용수펌프(2800)가 온(On)(또는 "가동(稼動)")되고, 이어서 상기 제1솔레노이드밸브(2351)가 오픈(Open)되어 상기 제1온수조(2501)에 제1용수유입구(2531)를 통해서 상기 제1용수(2511)가 채워지고, 또한 상기 제2솔레노이드밸브(2352)는 클로즈(Close)되는 것을 그 특징으로 한다.
또한, 상기 판별부(2200)에서 판별된 유체(1280)의 온도(T1)와 상기 제1용수(2511)의 온도(T2) 차이가 T1≤T2 상태이면, 다시 말해서 유체(1280)의 온도(T1)가 상기 제1용수(2511)의 온도(T2) 보다 더 낮게 되면, 이때 상기 제어부(2300)에서 출력되는 제어신호에 의해 용수펌프(2800)가 온(On)(또는 "가동(稼動)")되고, 이어서 상기 제2솔레노이드밸브(2352)가 오픈(Open)되어 상기 제2온수조(2502)에 제2용수유입구(2532)를 통해서 상기 제2용수(2512)가 채워지고, 또한 상기 제1솔레노이드밸브(2351)는 클로즈(Close)되는 것을 그 특징으로 한다.
또한, 상기 판별부(2200)에서 판별된 유체(1280)의 온도(T1)와 상기 제1용수(2511)의 온도(T2) 차이가 T1≤T3 상태이면, 다시 말해서 유체(1280)의 온도(T1)가 상기 제2용수(2512)의 온도(T2) 보다 더 낮게 되면, 이때 상기 제어부(2300)에 서 출력되는 제어신호에 의해 용수펌프(2800)가 오프(Off)(또는 "정지")되고, 이어서 상기 제1솔레노이드밸브(2351)와 상기 제2솔레노이드밸브(2352)가 모두 클로즈(Close)되어, 상기 제1온수조(2501)와 상기 제2온수조(2502)에는 상기 제1용수(2511)와 상기 제2용수(2512)가 채워지지 않는 것을 그 특징으로 한다.
여기서, 상기 제2온도감지센서(2251) 및 상기 제3온도감지센서(2252)에서 감지되는 상기 제1용수(2511) 및 상기 제2용수(2512)의 온도(T2)(T3), 그리고 상기 제1온도감지센서(1266)에서 감지되는 유체(4280)의 온도(T1) 차이를 실시간(實時間; Real-time)으로 판별하는 판별부(200) 및 그 판별결과에 따른 제어신호를 출력시키는 제어부(300)는 마이컴(Micom)으로 이루어지도록 하는 것이 바람직할 것이다.
한편, 상기 열교환기(2500)의 칸막이(2520)에는 상기 제1온수조(2501) 측의 수압에 의해 오픈(Open) 및 클로즈(Close) 작용을 하는 수압밸브(Valve)(2551)가 일체로 구비된 관통파이프(Pipe)(2550)를 설치하고, 상기 수압밸브(2551)는 상기 제1온수조(2501)의 수압이 상기 제2온수조(2502)의 수압 보다 낮아지면 오픈(Open)되고, 이때 상기 관통파이프(Pipe)(2550)를 통해서 상기 제2온수조(2502)에 채워진 제2용수(用水)(2512)가 상기 제1온수조(2501) 측으로 이동(또는 "유입"이라고도 한다.)되어 용수유출구(2540)를 통해 온수 또는 난방 등의 용수로 공급되는 것을 그 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1온수조(2501) 및 상기 제2온수조(2502) 사이에 설치되는 칸막이(2520)는 단열재를 사용하여 상기 제1용수(用水)(2511) 및 상기 제2용수(用 水)(2512)에 대한 보온이 잘 이루어지도록 하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 상기 열교환기(2500)의 제1온수조(2501) 측에는 전기히터(Heater)(2560)를 추가로 별도 내장하여 태양(900)이 없는 흐린 날이나, 또는 야간에 있어서 상기 제1용수(用水)(2511)의 온도(T2)를 상기 제2용수(用水)(2512)의 온도(T3) 보다 더 높게 상승시켜 주도록 하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 상기 열교환기(2500)에는 제1온수조(2501)의 용적(容積)을 제2온수조(2502)의 용적(容積) 보다 더 작게 하거나, 또는 상기 제1온수조(2501)에 내장된 제1축열기(2521)의 단면적을 상기 제2온수조(2502)에 내장된 제2축열기(2522)의 단면적 보다 더 크게하여 줌으로써, 상기 제1용수(用水)(2511)의 온도(T2)가 상기 제2용수(用水)(2512)의 온도(T3) 보다 더 높게 되도록 하는 것을 그 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환기(2500)의 제1온수조(2501)에 채워진 제1용수(2511)의 온도(T2)와 제2온수조(2502)에 채워진 제2용수(2512)의 온도(T3) 차이는 T2>T3 인 것을 그 특징으로 한다.
다시 말해서, 상기 제1온수조(2501)는 통상적으로 용수(用水)유출구(2540)를 통해서 제1용수(2511)가 먼저 유출이 이루어지기 때문에 고온수조이며, 또한 상기 제2온수조(2502)는 제2용수(2512)가 관통파이프(2550)를 통해서 나중에 유출이 이루어지게 되는 저온수조에 해당된다.
여기서, 상기 칸막이(2520)에 의해 격리되어 복수 개로 구비되는 제1온수조(2501) 및 제2온수조(2502)는 적어도 두 개 이상으로 구성되는 것이 바람직할 것이며, 이때 상기 용수유출구(2540)가 구비된 상기 제1온수조(2501)가 역시 상기 제 2온수조(2502)의 온도 보다 더 높은 고온용으로 사용되는 것이다.
이와 같이 본 발명은 열교환기(2500)에 제1축열기(蓄熱器)(2521)가 내장된 고온용의 제1온수조(溫水槽)(2501) 및 상기 제1온수조(2501) 보다는 저온이며, 상기 제1온수조(2501)의 예열을 위해 제2축열기(蓄熱器)(2522)가 내장된 예열용 제2온수조(2502)를 구비하되, 상기 제1온수조(2501)에 채워지는 제1용수(2511)에 대해서는 상기 제2온수조(2502)에서 미리 저온으로 예열(예를 들면; 40℃ 이하)된 제2용수(2512)를 상기 관통파이프(2550)를 통해 이동이 이루어지도록 하여, 이를 이용해서 상기 제1용수(2511)를 빠른 시간 내(內)에 고온(예를 들면; 60℃ 이상)으로 축열시켜 줌으로써, 이때 상기 제1온수조(2501)의 제1용수(2511)부터 용수유출구(2540)를 통해 열효율이 한층 더 향상된 온수 및 난방 등의 각종 용수로 공급이 이루어게 되는 것이다.
여기서, 첨부된 도 4 및 도 14에 있어서 미설명부호(1282b)는 유체(1280)가 이송되는 유체이송파이프(Pipe)이며, 또한 미설명부호(2751)는 유체이송파이프(Pipe)(1282a)1282b)를 각각 연결 및 고정시켜 주기 위한 별도의 커플링(Coupling) 등을 사용한 연결부재이다.
또한, 첨부된 도 4에 있어서, 상기 유체저장탱크(Tank)(2600)에 구비된 벤트(Vent)(2650)는 유체(1280)의 온도 상승으로 인해 팽창되어 외부로 오우버플로우(Overflow)되는 것을 방지하여 주기 위함이다.
다음은 상기와 같이 구성된 본 발명에 포함될 수 있는 또 다른 일실시사례들에 대해서 설명하기로 한다.
한편, 상기 보조집열판(100a)(100b)에는 길이 방향으로 장방형(長方形)의 개방부(130)를 형성시키되, 상기 개방부(130)를 따라 평행으로 상기 집열기(1200)가 각각 설치된 것을 그 특징으로 한다.
이때, 상기 개방부(130)는 첨부된 도 8에 나타낸 바와 같이 상기 집열기(1200)와 길이방향으로 평행하게 보조프레임(Frame)(111)(111a) 사이에 형성된 것을 그 특징으로 한다.
또한, 상기 개방부(130)는 상기 집열기(1200)와 길이 방향으로 상기 보조집열판(100a)(100b)에 적어도 1개소 이상 평행하게 설치하여 강한 맞바람에 대응하도록 하는 것이 바람직하며, 상기 개방부(130)의 면적은 보조집열판(100a)(100b)의 크기에 따라 적절하게 형성시켜 주되, 상기 보조집열판(100a)(100b) 하나에 대한 면적을 기준으로 적어도 5 내지 30% 범위로 형성시켜 주는 것이 맞바람의 대응에 유리할 것이다.
또한, 상기 개방부(130)는 역시 집열기(1200)와 길이방향으로 상기 보조집열판(100a)(100b)에 적어도 1개소 이상 평행하게 설치하되, 상기 개방부(130)의 직경(D1)은 상기 집열기(1200)에 구비된 진공관(1230)의 직경(D2)과 동일한 직경(D1=D2)으로 형성시켜 줌으로써 맞바람의 통과에 훨씬 유리하도록 구성한 것을 그 특징으로 한다.
다시 말해서, 상기 개방부(130)가 형성되는 보조집열판(100a)(100b)의 부위는 상기 진공관(1230)에 의해 태양(900)의 그림자가 부분적으로 생성되는 부위이기도 하며, 따라서 상기 개방부(130)의 면적을 너무 적게 형성하면 상대적으로 상기 보조집열판(100a)(100b)의 면적이 증가하여 태양열 또는 태양광의 집열에는 유리하나 강한 맞바람의 대응에는 불리한 조건이 되며, 반면에 상기 개방부(130)의 면적을 너무 크게 형성하면 상대적으로 상기 보조집열판(100a)(100b)의 면적이 감소하여 강한 맞바람의 대응에는 유리하나 태양열 또는 태양광의 집열에는 매우 불리한 조건이 될 수 있는 것이다.
상기 보조집열판(100a)(100b)은 제2회동축(300)에 크로스(Cross) 결합되는 적어도 하나 이상의 제1회동축(200)에 설치되고, 상기 제1회동축(200)을 중심으로 양쪽에 걸쳐 상기 프레임(Frame)(110)을 통해 상기 보조집열판(100a)(100b)을 한 쌍으로 구비시킨 집열판(100)(100-1)이 구성된다.
이때, 상기 보조집열판(100a)(100b)이 설치된 제1회동축(200)은 동서방향으로 회동되고, 또한 상기 제1회동축(200)이 크로스(Cross) 결합된 제2회동축(300)은 동서방향으로 설치되어 남북방향으로 회동되는 것을 그 특징으로 한다.
또한, 상기 보조집열판(100a)(100b)이 제1회동축(200)을 중심으로 양쪽에 걸쳐 한 쌍으로 구비된 집열판(100)(100-1)이 구비되고, 상기 집열판(100)(100-1)은 상기 제1회동축(200)이 크로스(Cross) 결합된 제2회동축(300)을 기준으로 양쪽 즉, 남북방향에 서로 대칭으로 설치된 것을 그 특징으로 한다.
그리고, 상기 집열판(100)(100-1)에 각각 구비된 보조집열판(100a)(100b)은 태양(900)으로부터 발산되는 태양광을 집광시켜 주기 위해 상기 태양광을 받으면 전류가 생성되는 광전효과(光電效果) 특성을 이용한 솔라셀(Solar Cell)(120)이 프레임(Frame)(110)에 구성된 것을 그 특징으로 한다.
또한, 집열판(100)(100-1)에 각각 구비된 보조집열판(100a)(100b)은 태양(900)으로부터 발산되는 태양열을 상기 집열기(1200)에 집열시켜 주기 위해 광반사가 이루어지는 반사체(120a)가 프레임(Frame)(110)에 구성된 것을 그 특징으로 한다.
이때, 상기 반사체(120a)의 표면에는 태양(900)으로부터 발산되는 태양열의 반사효율을 높여 주기 위해 반사율이 높은 재질을 사용하는 것이 바람직할 것이며, 이는 상기 표면을 거울과 같이 매끄럽게 가공처리하거나, 또는 상기 표면에 도금처리를 하거나, 또는 상기 표면에 박막으로 된 반사필름 또는 은박지를 별도의 접착수단을 이용하여 부착시키는 것이 가능할 것이다.
물론, 상기 반사체(120a)는 친환경적으로 유해하지 않아야 할 것이며, 특히 녹이 잘 발생하지 않는 재질로 구비하는 것이 바람직할 것이다.
그리고, 상기 집열판(100)(100-1)에 구비된 보조집열판(100a)(100b)의 중심부위에는 길이 방향으로 상기 보조집열판(100a)(100b)을 향해 불어오는 강한 맞바람을 통과시키기 위한 장방형(長方形)의 개방부(130)를 따라 평행으로 각각 설치되는 집열기(1200)가 구성된다.
이때, 상기 집열기(1200)와 또 다른 집열기(1200) 서로 간에는 첨부된 도 3 및 도 8에 나타낸 바와 같이 유체이송파이프(Pipe)(1282)에 의해 유체유출구(1264)와 유체유입구(1262)를 번갈아 가면서 직렬로 연결시켜 주는 것이 바람직하며, 이는 상기 집열기(1200)의 전체적인 집열면적을 증가시켜 줌으로써, 결국 태양열의 집열용량을 훨씬 증가시켜 주는 작용을 하게 된다..
다음은 본 발명에 따른 상기 집열기(1200)에 구비된 진공관(1320)의 구성에 대해 첨부된 도 10 내지 도 13을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
상기 진공관(1230)의 재질은 태양(900)으로부터 발산되는 태양열의 효율적인 흡수를 위해 검정색상 또는 검정색상에 가까운 짙은 색 등으로 착색처리되거나, 또는 코팅(Coating)처리된 유리 또는 합성수지물로 구비시키되, 이때 여름철에 강한 태양열의 흡수에 따른 고온에서도 팽창 등에 의해 잘 파손되지 않아야 하며, 또한 겨울철에 강추위에 따른 저온에서도 수축 등에 의해 잘 파손되지 않도록 강화재질을 사용하는 것이 바람직할 것이다.
그리고, 상기 유체관(1232)의 외측으로는 공간부(1231a)를 가지고 있고, 또한 한겹 이상의 진공부(1231)를 구비시킨 이중으로 이루어진 진공관(1230)을 사용하는 것을 그 특징으로 한다.
다시 말해서, 이는 태양(900)으로부터 발산된 태양열이 집열판(100)(100-1)을 통해서 상기 진공관(1230)의 표면에 집열되면, 이에 따른 복사열로 상기 유체관(1232)에 채워진 유체(1280) 또는 상기 진공관(1230)에 채워진 유체(1280)의 온도가 상승하게 될 것이고, 이때 상기 유체(1280)는 진공부(1231)에 의해 외부 공기와의 단열을 시켜 주기 때문에 장시간 동안 보온유지에도 더 유리하기 때문에 이중으로 된 진공관(1230)을 사용하는 것이 더 바람직할 것이다.
여기서, 상기 공간부(1231a)도 진공으로 처리하여 줌으로써 상기 유체(1280)에 대한 보온유지는 물론 상기 진공관(1230)의 표면에 집열된 태양열을 상기 유체관(1232)에 채워진 유체(280)에 복사시켜 주는 작용에 있어서 그 집열효율을 한층 더 높여 줄 수 있을 것이다.
한편, 상기 유체(1280)는 첨부된 도 10 및 도 12에 나타낸 바와 같이 진공관(1230)의 공간부(1231a)에는 채워지지 않는 것을 그 특징으로 하는데, 이는 상기 유체(1280)가 진공관(1230)의 공간부(1231a) 내(內)에 채워지면 상기 유체(1280)의 열팽창에 따른 상기 진공관(1230)의 파손 우려가 있고, 이로 인해 상기 집열기(1200)의 수명을 단축시키는 요인을 방지할 수 있기 때문이다.
그리고, 상기 유체파이프(1272)는 유체(1280)가 채워진 상기 유체관(1232)의 중심부위에 하나씩 매칭(Matching)되어 삽입 설치되고, 상기 유체관(1232)은 상기 진공관(1230)의 공간부(1231a) 중심부위에 하나씩 매칭(Matching)되어 삽입 설치된 것을 그 특징으로 한다.
여기서, 첨부된 도 10 내지 도 13에 나타낸 바와 같이 상기 유체관(1232)의 끝단부위 또는 유체파이프(1272)의 끝단부위에는 상기 진공관(1230)의 내벽(1235)을 보호하기 위해 스펀지, 고무, 우레탄 등과 같은 다양한 재질의 완충캡(Cap)(1234)(1234a)을 각각 끼워줌으로써, 상기 진공관(1230)이 충격 등으로부터 파손되는 것을 방지시켜 주는 것이 바람직할 것이다.
이때, 상기 완충캡(Cap)(1234)(1234a)은 장시간 사용하여도 유체(1280)의 화학적인 작용 등에 의해 변질되지 않는 재질을 사용하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 상기 유체파이프(1272)의 재질은 금속물 또는 합성수지물을 사용하여도 무방하나, 가능하면 열전도율이 높고 녹이 잘 발생하지 않는 동파이프를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
참조사항으로, 첨부된 도 10 및 도 11에 있어서 미설명부호(1261)(1263)(1265)는 유체유입구(1262), 유체유출구(1264), 감지선(1267)을 캡(Cap)(1250)에 각각 연결 및 고정시켜 주기 위한 별도의 커플링(Coupling) 등을 사용한 연결부재이다.
그리고, 미설명부호(1213)는 상기 집열기(1200)의 캡(Cap)(1250)과 바디(Body)(1210)를 패킹(Packing)(1253)을 통해 서로 일체로 고정시켜 유체(1280)가 외부로 누출되지 않도록 하기 위해 별도의 고정볼트와 너트 등을 사용한 고정부재이다.
또한, 상기 집열판(100)(100-1)은 동서 방향으로 설치되는 제2회동축(300)을 양쪽에서 결합시켜 주는 축고정부(310)를 거쳐서 별도의 고정수단 및 용접 등에 의해 접합된 제1지지부(810) 및 제2지지부(820)로 이루어진 지지부(800)에 의해 견고하게 지지가 되는 구성으로 된다.
이때, 상기 제2회동축(300)의 양쪽 끝에 구비된 어느 하나의 축고정부(310)를 통해서는 또 다른 집열판(100)(100-1)을 추가로 연장 설치시켜 줌으로써, 상기 태양열의 집열면적 및 집열용량을 더욱 증가시켜 줄 수 있게 된다.
그리고, 상기 지지부(800)는 제2지지부(820)에 앵커(Anchor)볼트(Bolt) 등과 같은 별도의 고정부재(부호 생략함,)를 사용하여 건물의 옥상이나, 지면 등의 바닥면(850)에 견고하게 고정시켜 줌으로써 본 발명의 집열판(100)(100-1)에 대한 설치가 이루어진다.
여기서, 상기 프레임(110) 및 보조프레임(111)(111a), 지지부(800) 등은 집 열판(100)(100-1)이 강한 맞바람에 의해 파손되지 않도록 충분한 강도가 요구되며, 이는 금속물질 또는 이와 동등 이상의 강도를 지닌 재질로 이루어지는 것이 바람직할 것이다.
그리고, 상기 집열판(100)(100-1)을 도면에 표시된 화살표와 같이 동서방향으로 회동시켜 주기 위해 별도의 동력전달부재(210)(220)를 포함하여 상기 제1회동축(200)에 구동력을 전달하는 제1구동체(400)가 구성된다.
또한, 상기 집열판(100)(100-1)을 도면에 표시된 화살표와 같이 남북방향으로 회동시켜 주기 위해 역시 별도의 동력전달부재(320)를 포함하여 상기 제2회동축(300)에 구동력을 전달하는 제2구동체(500)가 구성된 것을?貪? 특징으로 한다.
상기 제1구동체(400), 제2구동체(500)는 도 3 및 도 5 내지 도 6에 나타낸 바와 같이 전동모터(Motor)(부호 생략함.)가 내장된 리니어 액추에이터(linear Actuator)로 이루어지는 것을 그 특징으로 한다.
상기 제1구동체(400), 제2구동체(500)에 구비된 전동모터는 소정의 교류전압을 비롯하여 직류전압 12볼트(V), 24볼트(V) 등 다양한 구동전압에 의해 제어동작이 이루어지게 된다.
그리고, 상기 어느 하나의 집열판(100)(100-1)에는 동서 및 남북방향에 있는 태양(900)의 위치를 감지하기 위한 광센서부(600)가 설치되고, 상기 광센서부에 의해 감지된 태양광의 위치를 추척하는 별도의 위치추적장치(700)에 의해 상기 집열판(100)(100-1)이 동서 및 남북방향으로 상기 태양(900)을 추적하여 회동되는 것을 그 특징으로 한다.
여기서, 상기 간략하게 언급한 광센서부(600) 및 위치추적장치(700)는 본 발명에 따른 기술적인 사상과 혼동을 피하기 위해 보다 더 구체적인 동작설명에 대해서는 생략하기로 한다.
한편, 상기 보조집열판(100a)(100b)에 설치된 집열기(1200)는 상기 유체유입구(1262)와 유체유출구(1264)가 구비된 바디(Body)(1210)를 북쪽방향으로 일치시켜 설치하여 진공관(1230)의 관단(1233) 보다 항상 높은 위치를 유지하도록 함으로써, 상기 진공관(1230) 또는 유체관(1232)에 채워진 부동액이나 절연유 등과 같은 유체(1280)가 상기 유체저장탱크(2600)에서 유체유입구(1262)로 유입되어 유체유출구(1264)에서 열교환기(2500)쪽으로 유출되는 순환동작이 용이하게 이루어지도록 하는 것이 바람직할 것이다.
여기서, 상기 직렬로 연결된 집열기(1200) 중에서 적어도 어느 하나에는 유체(1280)의 온도를 감지하는 제1온도감지센서(1266)를 설치시켜 온도감지선(1267)을 거쳐 상기 감지된 유체(1280)의 온도가 판별부(2200)에서 판별이 이루어지고, 그에 따라 순환펌프(2700)를 가동시켜 상기 유체(1280)를 순환시켜 주게 된다.
이어서, 상기 유체저장탱크(Tank)(2600)에 저장되어 있던 유체(1280)가 유체이송파이프(Pipe)(1282a)에 연결된 유체유입구(1262)로 유입되어 유체파이프(1272)를 통해 유체관(1232) 또는 진공관(1230) 안으로 밀려 들어감과 동시에 상기 유체관(1232) 또는 진공관(1230)에서 뜨거워진 상태로 보온 유지된 유체(1280)를 첨부된 도 10 및 도 11에 나타내 바와 같이 화살표(A) 방향으로 밀어서 유체유출구(1264)에 연결된 유체이송파이프(Pipe)(1282a)를 통해서 상기 열교환기(2500) 쪽 으로 유출되도록 함으로써 상기 유체(1280)의 순환동작이 이루어지게 되는 것이다.
또한, 상기 집열기(1200)는 첨부된 도 3 및 도 7에 나타낸 바와 같이 바디(1210) 부위와 진공관(1230)의 관단(1233) 부위를 제1고정구(1291)(1291a)와 제2고정구(1292)(1292a)를 통해 프레임(110)에 각각 고정 설치되는 것을 그 특징으로 한다.
이때, 상기 제1고정구(1291)(1291a)와 제2고정구(1292)(1292a)는 밴드(Band)등과 같은 별도의 고정부재를 사용하여 상기 프레임(110)에 견고하게 설치시켜 주는 것이 바람직할 것이다.
여기서, 상기 진공관(1230)의 관단(1233) 부위를 고정시에는 고무, 스펀지, 우레탄 등과 같은 완충부재(1293)를 사용하여 제2고정구(1292)(1292a)가 고정되도록 함으로써, 상기 진공관(1230)을 충격 등으로부터 파손을 방지하도록 하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 상기 제1회동축(200)에 설치된 집열판(100)(100-1)은 상기 제2회동축(300)을 기준으로 서로 대칭으로 설치시켜, 앞에서 언급한 제1구동체(400) 및 제2구동체(500)에 의해 상기 집열판(100)(100-1) 동서 및 남북 방향으로 태양(900)을 향해 동시에 동일한 회전각으로 회동 가능하도록 함으로써 태양열의 집열 또는 태양광의 집광효율을 향상시켜 주는 동작을 하게 된다.
여기서, 상기 제1회동축(200)은 제2회동축(300)에 구비된 축고정부(230)를 통해 서로 크로스(Cross) 결합되어 앞에서 언급된 바와 같은 동서 방향으로 회동작용이 이루어지는 것을 그 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 집열판(100)(100-1)은 태양(900)으로부터 발산(發散)되는 태양열을 상기 집열판(100)(100-1)에 구비된 보조집열판(100a)(100b)의 반사체(120a)의 표면을 통해서 수집하게 되고, 이어서 상기 보조집열판(100a)(100b)의 중심부위에 길이방향으로 설치된 집열기(1200)의 진공관(1230) 표면에 초점이 맞추어지도록 집중적으로 반사되도록 집열시켜 줌으로써, 이에 따라 태양열에 대한 집열동작이 이루어지게 되는 것이다.
마찬가지로, 상기 집열판(100)(100-1)은 태양(900)으로부터 발산(發散)되는 태양광을 상기 집열판(100)(100-1)에 구비된 보조집열판(100a)(100b)의 솔라셀(120)의 표면을 통해서 수집하게 됨으로써, 이에 따라 태양광에 대한 집광동작이 이루어지게 되는 것이다.
한편, 상기 축고정부(230)(310)는 베어링(Bearing)이 내장된 것을 사용함으로써, 상기 제1회동축(200) 및 제2회동축(300)을 통해 결합된 상기 집열판(100)(100-1)이 동서 및 남북방향으로의 회동작용을 보다 용이하게 해 주도록 하는 것이 바람직할 것이다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위에서 다양한 변경과 수정 등이 가능함을 자명하게 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 언급된 바와 같은 실시 예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 특허청구 범위에 의하여 정해져야 함이 바람직할 것이다.
도 1은 종래의 태양열을 집열하기 위한 집열장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 태양열을 집열시켜 용수를 공급하기 위한 열교환기의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 다수 개의 집열판을 통해 태양열을 집열시키기 위한 집열장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 일실시사례 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 도 3에 있어서 집열된 태양열을 이용하여 용수를 공급하기 위한 장치의 개략적인 구성을 나타낸 일실시사례 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 도 3에 있어서 태양열을 집열시키기 위한 집열장치를 나타낸 일실시사례 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 도 3에 있어서 태양열을 집열시키기 위한 집열장치를 나타낸 일실시사례 정면도이다.
도 7은 본 발명에 있어서 (가)는 집열판에 집열기가 설치된 상태를 바디측에서 바라본 상태를 나타낸 일실시 사례 도면이고, (나)는 집열판에 집열기가 설치된 상태를 보호캡측에서 바라본 상태를 나타낸 일실시 사례 도면이다.
도 8은 본 발명에 있어서 집열판에 집열기가 설치되기 전의 집열판의 상태를 상세하게 나타낸 일실시 사례 평면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 집열판을 동서 및 남북 방향으로 회동시켜 주기 위한 제2회동축에 제1회동축이 결합된 상태를 상세하게 나타낸 일실시사례 저면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 집열판에 설치되는 집열기가 조립된 상태를 상세하 게 나타낸 일실시사례 정면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 집열판에 설치되는 집열기가 조립된 상태를 상세하게 나타낸 제2실시사례 정면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 도 10에 있어서, 진공관의 구성을 일부절개하여 보다 상세하게 나타낸 일실시사례 측단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 도 11에 있어서, 진공관의 구성을 일부절개하여 보다 상세하게 나타낸 일실시사례 측단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 도 3 및 도 4에 있어서 용수펌프를 통해 공급되는 용수를 축열시키기 위한 열교환기의 구조를 보다 상세하게 나타낸 일실시사례 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 집열기의 유체온도와 제1온수조의 제1용수의 온도 및 제2온수조의 제2용수의 집열온도에 따라 용수펌프와 제1솔레노이드밸브 및 제2솔레노이드밸브의 동작상태를 나타낸 일실시사례 테이블이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100, 100-1 : 집열판
100a, 100b : 보조집열판
110 : 프레임(Frame)
111, 111a : 보조프레임(Frame)
120 : 솔라셀(Solar Cell)
120a : 반사체
130 : 개방부
200 : 제1회동축
210, 220 : 동력전달부재
230, 310 : 축고정부
300 : 제2회동축
310 : 축고정부
320 : 동력전달부재
400 : 제1구동체
500 : 제2구동체
800 : 지지부
810 : 제1지지부
820 : 제2지지부
850 : 바닥면
900 : 태양
1200 : 집열기
1210 : 바디(Body)
1213 : 고정부재
1230 : 진공관
1231 : 진공부
1231a : 공간부
1232 : 유체관
1233 : 관단
1234, 1234a : 완충캡(Cap)
1235 : 내벽
1250 : 캡(Cap)
1253 : 패킹(Packing)
1261, 1263, 1265, 2751 : 연결부재
1262 : 유체유입구
1264 : 유체유출구
1266 : 제1온도감지센서
1267 : 감지선
1272 : 유체파이프(Pipe)
1280 : 유체
1282, 1282a, 1282b : 유체이송파이프(Pipe)
1291, 1291a : 제1고정구
1292, 1292a : 제2고정구
1293 : 완충부재
2200 : 판별부
2251 : 제2온도감지센서
2252 : 제3온도감지센서
2300 : 제어부
2351 : 제1솔레노이드밸브(Solenoid Valve)
2352 : 제2솔레노이드밸브(Solenoid Valve)
2500 : 열교환기
2501 : 제1온수조
2502 : 제2온수조
2511 : 제1용수(用水)
2512 : 제2용수(用水)
2520 : 칸막이
2521 : 제1축열기
2522 : 제2축열기
2531 : 제1용수유입구
2532 : 제2용수유입구
2540 : 용수(用水)유출구
2550 : 관통파이프(Pipe)
2551 : 수압밸브(Valve)
2560 : 전기히터(Heater)
2600 : 유체저장탱크(Tank)
2650 : 벤트(Vent)
2700 : 순환펌프(Pump)
2800 : 용수펌프(Pump)
2811, 2821 : 용수파이프(Pipe)

Claims (22)

  1. 프레임(Frame)(110)에 한 쌍으로 설치되어 집열기(1200)에 태양열을 집열시켜 주기 위한 반원형상의 보조집열판(100a)(100b);
    상기 보조집열판(100a)(100b)에 길이 방향으로 각각 설치된 집열기(1200);
    상기 집열기(1200)에는 유체저장탱크(Tank)(2600)에 저장된 유체(1280)가 유체이송파이프(Pipe)(1282a)에 연결된 유체유입구(1262)를 거쳐 유체파이프(Pipe)(1272)를 통해 유체관(1232)에 유입되어 상기 보조집열판(100a)(100b)에 의해 진공관(1230)이 집열되고, 상기 집열된 유체(1280)가 다시 유체파이프(Pipe)(1272)를 거쳐 유출에 이어 유체유출구(1264)에 연결된 유체이송파이프(Pipe)(1282)를 통해 직렬로 연결된 또 다른 집열기(1200)의 유체유입구(1262)를 거쳐 유체파이프(Pipe)(1272)를 통해 유체관(1232)에 유입되어 상기 보조집열판(100a)(100b)에 의해 진공관(1230)이 집열됨과 함께, 상기 직렬로 연결된 또 다른 집열기(1200)에서 집열된 유체(1280)가 다시 유체파이프(Pipe)(1272)를 거쳐 유체유출구(1264)에 연결된 유체이송파이프(Pipe)(1282a)를 통해 칸막이(2520)로 격리(隔離)된 복수 개의 제1온수조(2501); 및 제2온수조(2502)에 각각 내장된 제1축열기(2521); 및 제2축열기(2522)에 공급되어, 상기 제1온수조(2501)에 채워진 제1용수(2511); 및 상기 제2온수조(2502)에 채워진 제2용수(2512)와 각각 열교환이 이루어지는 열교환기(2500);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유체파이프(1272)는 유체(1280)가 채워진 상기 유체관(1232)의 중심부위에 삽입 설치되고, 상기 유체관(1232)은 상기 진공관(1230)의 공간부(1231a) 중심부위에 삽입 설치된 것;
    을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  3. 프레임(Frame)(110)에 한 쌍으로 설치되어 집열기(1200)에 태양열을 집열시켜 주기 위한 반원형상의 보조집열판(100a)(100b);
    상기 보조집열판(100a)(100b)에 길이 방향으로 각각 설치된 집열기(1200);
    상기 집열기(1200)에는 유체저장탱크(Tank)(2600)에 저장된 유체(1280)가 유체이송파이프(Pipe)(1282a)에 연결된 유체유입구(1262)를 거쳐 유체파이프(Pipe)(1272)를 통해 진공관(1230)에 유입되어 상기 보조집열판(100a)(100b)에 의해 상기 진공관(1230)이 집열되고, 상기 집열된 유체(1280)가 다시 유체파이프(Pipe)(1272)를 거쳐 유출에 이어 유체유출구(1264)에 연결된 유체이송파이프(Pipe)(1282)를 통해 직렬로 연결된 또 다른 집열기(1200)의 유체유입구(1262)를 거쳐 유체파이프(Pipe)(1272)를 통해 진공관(1230)에 유입되어 상기 보조집열판(100a)(100b)에 의해 상기 진공관(1230)이 집열됨과 함께, 상기 직렬로 연결된 또 다른 집열기(1200)에서 집열된 유체(1280)가 다시 유체파이프(Pipe)(1272)를 거쳐 유체유출구(1264)에 연결된 유체이송파이프(Pipe)(1282a)를 통해 칸막이(2520)로 격리(隔離)된 복수 개의 제1온수조(2501); 및 제2온수조(2502)에 각각 내장된 제1축열기(2521); 및 제2축열기(2522)에 공급되어, 상기 제1온수조(2501)에 채워진 제1용수(2511); 및 상기 제2온수조(2502)에 채워진 제2용수(2512)와 각각 열교환이 이루어지는 열교환기(2500);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유체파이프(1272)는 유체(1280)가 채워진 상기 진공관(1230)의 중심부위에 삽입 설치된 것;
    을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  5. 집열기(1200)에 태양열을 집열시켜 주기 위해 한 쌍으로 구비된 반원형상의 보조집열판(100a)(100b)에 길이 방향으로 각각 설치된 집열기(1200);
    상기 집열기(1200)와 또 다른 집열기(1200) 서로 간에는 유체이송파이프(Pipe)(1282)에 의해 상기 집열기(1200)들에 구비된 유체유출구(1264)와 유체유입구(1262)를 번갈아 가면서 직렬로 연결하고, 상기 직렬로 연결된 최종 집열기(1200)의 유체유출구(1264)에 연결된 유체이송파이프(Pipe)(1282a)를 통해 상기 집열기(1200)로부터 유출된 유체(1280)가 칸막이(2520)로 격리(隔離)된 복수 개의 제1온수조(2501); 및 제2온수조(2502)에 각각 내장된 제1축열기(2521); 및 제2축열기(2522)에 공급되어, 상기 제1온수조(2501)에 채워진 제1용수(2511); 및 상기 제2온수조(2502)에 채워진 제2용수(2512)와 각각 열교환이 이루어지는 열교환기(2500);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  6. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 열교환기(2500)는 용수펌프(2800)에 연결된 용수파이프(2821)를 통해 제1솔레노이드밸브(2351), 제1용수유입구(2531)를 거쳐서 제1용수(2511)가 채워지는 제1온수조(2501); 및 상기 용수펌프(2800)에 연결된 용수파이프(2821)를 통해 제2솔레노이드밸브(2352), 제2용수유입구(2532)를 거쳐서 제2용수(2512)가 채워지는 제2온수조(2502);
    상기 제1온수조(2501)와 상기 제2온수조(2502) 내(內)에 각각 구비되어, 상기 제1용수(2511)의 온도(T2)를 감지하는 제2온도감지센서(2251)와 상기 제2용수(2512)의 온도(T3)를 감지하는 제3온도감지센서(2252) 및 상기 집열기(1200)의 유체관(1232) 또는 진공관(1230)에 채워진 유체(1280)의 온도(T1)를 감지하는 제1온도감지센서(1266);
    상기 제2온도감지센서(2251)와 상기 제3온도감지센서(2252)에서 각각 감지된 상기 제1용수(2511)와 상기 제2용수(2512)의 온도(T2)(T3); 및 상기 제1온도감지센서(1266)에서 감지된 유체(1280)의 온도(T1) 차이를 실시간(實時間)으로 판별하는 판별부(2200);
    상기 판별부(2200)에서 판별된 상기 각각의 온도(T1)(T2)(T3) 차이에 의해 상기 용수펌프(2800)의 온-오프(On-Off)제어; 및 상기 제1솔레노이드밸브(2351), 제2솔레노이드밸브(2352)에 대한 오픈-클로즈(Open-Close)제어를 위해 제어신호를 출력시키는 제어부(2300);
    를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  7. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 보조집열판(100a)(100b)에 길이 방향으로 형성된 장방형(長方形)의 개방부(130);
    상기 개방부(130)를 따라 평행으로 각각 설치된 집열기(1200);
    를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  8. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 보조집열판(100a)(100b)에 길이 방향으로 형성된 장방형(長方形)의 개방부(130);
    상기 개방부(130)는 상기 집열기(1200)와 길이 방향으로 상기 보조집열판(100a)(100b)에 적어도 1개소 이상 평행하게 설치하되, 상기 개방부(130)의 면적은 상기 보조집열판(100a)(100b) 하나에 대한 면적을 기준으로 적어도 5 내지 30% 범위로 형성된 것;
    을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  9. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 보조집열판(100a)(100b)에 길이 방향으로 형성된 장방형(長方形)의 개방부(130);
    상기 개방부(130)는 집열기(1200)와 길이 방향으로 보조집열판(100a)(100b)에 적어도 1개소 이상 평행하게 설치하되, 상기 개방부(130)의 직경(D1)은 집열기(1200)에 구비된 진공관(1230)의 직경(D2)과 동일한 직경(D1=D2)으로 형성된 것;
    을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  10. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 집열기(1200)와 또 다른 집열기(1200) 서로 간에는 유체이송파이프(Pipe)(1282)에 의해 유체유출구(1264)와 유체유입구(1262)를 번갈아 가면서 직렬로 연결시킨 것;
    을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  11. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 집열기(1200)는 상기 유체유입구(1262)와 유체유출구(1264)가 구비된 바디(Body)(1210)가 북쪽 방향으로 설치된 것;
    을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  12. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 보조집열판(100a)(100b)은 태양(900)으로부터 발산되는 태양열을 상기 집열기(1200)에 집열시켜 주기 위한 반사체(120a); 또는
    상기 보조집열판(100a)(100b)은 태양(900)으로부터 발산되는 태양광을 집광시키기 위한 솔라셀(Solar Cell)(120) 중에서 적어도 어느 하나인 것;
    을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  13. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 보조집열판(100a)(100b)은 제2회동축(300)에 크로스(Cross) 결합되는 적어도 하나 이상의 제1회동축(200)에 설치되고, 상기 제1회동축(200)을 중심으로 양쪽에 걸쳐 프레임(Frame)(110)을 통해 보조집열판(100a)(100b)을 한 쌍으로 구비시킨 집열판(100)(100-1);
    을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  14. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 보조집열판(100a)(100b)이 설치된 제1회동축(200)은 동서방향으로 회동되고; 그리고
    상기 제1회동축(200)이 크로스(Cross) 결합된 제2회동축(300)은 동서방향으로 설치되어 남북방향으로 회동되는 것;
    을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  15. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 보조집열판(100a)(100b)이 제1회동축(200)을 중심으로 양쪽에 걸쳐 한 쌍으로 구비된 집열판(100)(100-1);
    상기 집열판(100)(100-1)은 상기 제1회동축(200)이 크로스(Cross) 결합된 제2회동축(300)을 기준으로 양쪽에 서로 대칭으로 설치된 것;
    을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  16. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 열교환기(2500)의 칸막이(2520)에는 제1온수조(2501) 측에 수압밸브(Valve)(2551)가 구비된 관통파이프(Pipe)(2550)를 설치하고, 상기 수압밸브(2551)는 제1온수조(2501)의 수압이 제2온수조(2502)의 수압보다 낮아지면 오픈(Open)되어, 상기 관통파이프(Pipe)(2550)를 통해서 제2온수조(2502)에 채워진 제2용수(用水)(2512)가 제1온수조(2501) 측으로 이동되는 것;
    을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  17. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 열교환기(2500)의 제1온수조(501) 측에는 전기히터(Heater)(2560)를 내장하여 제1용수(用水)(2511)의 온도(T2)를 제2용수(用水)(2512)의 온도(T3) 보다 상승시켜 주도록 한 것;
    을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  18. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 열교환기(2500)에는 제1온수조(2501)의 용적(容積)을 제2온수조(2502)의 용적(容積) 보다 더 작게 하거나; 또는
    상기 제1온수조(2501)에 내장된 제1축열기(2521)의 단면적을 제2온수 조(2502)에 내장된 제2축열기(2522)의 단면적 보다 더 크게 한 것;
    을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  19. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 열교환기(2500)의 제1온수조(2501)에 채워진 제1용수(2511)의 온도(T2)와 제2온수조(2502)에 채워진 제2용수(2512)의 온도(T3) 차이는;
    T2>T3 인 것;
    을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  20. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 유체(1280)의 온도(T1)와 제1용수(2511)의 온도(T2) 차이가 T1>T2 상태로 판별부(2200)에서 판별되면, 제어부(2300)에서 출력되는 제어신호에 의해 용수펌프(2800)가 온(On)되고, 제1솔레노이드밸브(2351)가 오픈(Open)되어 제1온수조(2501)에 제1용수유입구(2531)를 통해서 제1용수(2511)가 채워지고; 그리고
    제2솔레노이드밸브(2352)는 클로즈(Close)되는 것;
    을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  21. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 유체(1280)의 온도(T1)와 제1용수(2511)의 온도(T2) 차이가 T1≤T2 상태로 판별부(2200)에서 판별되면;
    제어부(2300)에서 출력되는 제어신호에 의해 용수펌프(2800)가 온(On)되고, 제2솔레노이드밸브(2352)가 오픈(Open)되어 제2온수조(2502)에 제2용수유입구(2532)를 통해서 제2용수(2512)가 채워지고; 그리고
    제1솔레노이드밸브(2351)는 클로즈(Close)되는 것;
    을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 용수공급장치.
  22. 제1항 또는 제3항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 유체(1280)의 온도(T1)와 제1용수(2511)의 온도(T2) 차이가 T1≤T3 상태로 판별부(2200)에서 판별되면;
    제어부(2300)에서 출력되는 제어신호에 의해 용수펌프(2800)가 오프(Off)되고, 제1솔레노이드밸브(2351) 및 제2솔레노이드밸브(2352)가 모두 클로즈(Close)되어 제1온수조(2501) 및 제2온수조(2502)에는 제1용수(2511) 및 제2용수(2512)가 채워지지 않는 것;
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