KR101162988B1

KR101162988B1 - 태양열 집열기 및 이를 포함하는 집열시스템

Info

Publication number: KR101162988B1
Application number: KR1020120046945A
Authority: KR
Inventors: 안익로
Original assignee: 안익로
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2012-07-09
Also published as: CN104350337A; WO2013165116A1

Abstract

본 발명은 태양열 집열기 및 이를 포함하는 집열시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조가 간단하고 저렴하며 설치가 용이한 태양열 집열기 및 이를 포함하는 집열시스템에 관한 것이다.
본 발명의 태양열 집열기는, 내부에 열전달매체인 집열매체를 수용하여 태양열을 받아들이는 유연 재질의 집열튜브와; 상기 집열튜브를 둘러싸며, 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보온막과; 상기 보온막의 일부에 마련되어, 상기 집열튜브 주위의 태양광을 상기 집열튜브로 반사시키는 유연 재질의 제1반사막과; 설치되는 지면과 함께 상기 보온막을 둘러싸며, 상기 보온막 및 상기 지면과의 사이에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보호막을 포함하고, 사용시에 집열매체 및 보온기체를 선택적으로 주입가능하다.

Description

태양열 집열기 및 이를 포함하는 집열시스템{A solar heat collector and a solar heat collecting system comprising the same}

본 발명은 태양열 집열기 및 이를 포함하는 집열시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조가 간단하고 저렴하며 설치가 용이한 태양열 집열기 및 이를 포함하는 집열시스템에 관한 것이다.

도 1을 참조하여 종래의 집열기, 예를 들어 공기식 태양열 집열기의 구성을 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래의 공기식 태양열 집열기의 개략도이다.

일반적으로 집열기는 태양의 직사광 또는 산란광을 열에너지로 전환시키는 장치로서 태양열 집열시스템을 구성하는데 있어서 가장 핵심적인 부분이라고 할 수 있다. 상기 공기식 태양열 집열기(100)는 통상 육면체의 납작한 상자 형태로 이루어진 케이스(110)를 가지며, 내부에 열매체인 공기를 흐르게 하여 집열이 이루어지는 집열덕트(120)가 배열되고 공기의 출입을 위하여 유입구와 유출구가 마련된다.

공기식 태양열 집열기의 집열면은 투명한 유리 또는 폴리카보네이트 등으로 덮여 있으며 집열면을 제외한 나머지 면은 통상 열손실을 방지하기 위하여 지지부를 이용하여 보온을 한다.

상기 집열덕트(120)는 알루미늄과 같이 열전달 효율이 좋은 재질을 사용하여 상기 케이스(110) 내부에 지그재그로 절곡되어 형성되어 있다.

공기식 태양열 집열기는 지면에 대하여 일정각도로 기울여 설치되는 것이 보통이나 도 1과 같이 반사판(130)을 둘 경우 지면에 수직이 되도록 설치되기도 한다.

종래의 공기식 태양열 집열기를 이용한 집열과정을 설명하면 다음과 같다.

태양의 직사광, 반사광 또는 산란광이 유리덮개를 통과하여 집열덕트에 닿으면 열에너지로 전환된다. 또한 일부의 태양광은 온실효과로 집열기 내부의 공기를 가열하고 가열된 공기의 대류와 전도에 의해 열이 집열덕트에 전달된다. 이 열은 유입구를 통하여 집열덕트에 들어온 공기를 가열한다. 가열된 공기는 유출구를 통하여 집열기를 빠져나가 필요에 따라 난방이나 온수제조의 용도로 사용되게 된다.

그러나 상술한 종래의 태양열 집열기에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 종래의 태양열 집열기는 유리와 금속, 목재 등을 사용하여 제조비용이 고가인 문제점이 있었다.

둘째, 형상이 고정되어 있기 때문에 건물의 옥상 등 제한된 장소에 설치되어 집열량에 한계가 있는 문제점이 있었다.

셋째, 집열기를 특정장소에 설치한 다음 다른 장소로 이동시키는 것이 자유롭지 못한 문제점이 있었다.

그래서, 본 출원인은 한국공개특허공보 제10-2008-0089954에 개시된 바와 같이, 집열막과 보온막 및 반사막을 유연한 재질로 형성하여 사용시에 입체적인 형태를 갖도록 연결된 집열기를 발명하여 출원한 바 있다.

하지만, 상기 집열기는 집열막과 보온막이 격막을 통해 연결되고 이에 반사막도 연결되는 등 구조가 복잡하여 제조하기가 어려운 문제가 있고, 집열기의 보온 및 집열 성능 향상을 위해 반사막과 진공막을 추가할수록 집열기의 구조가 더욱 복잡해지는 문제가 있었다.

또한, 집열기의 구조가 간단한 제1실시예의 경우, 상대적으로 다른 실시예보다 그 구조가 복잡하지 않지만, 원하는 만큼의 집열 성능을 얻을 수 없는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 설치하기 쉽고 저가이면서도 집열 성능이 우수한 태양열 집열기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 넓은 지역에 설치하여 집열량을 높일 수 있는 집열기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동, 설치와 보관이 용이한 집열기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열기는, 내부에 열전달매체인 집열매체를 수용하여 태양열을 받아들이는 유연 재질의 집열튜브와; 상기 집열튜브를 둘러싸며, 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보온막과; 상기 보온막의 일부에 마련되어, 상기 집열튜브 주위의 태양광을 상기 집열튜브로 반사시키는 유연 재질의 제1반사막과; 설치되는 지면과 함께 상기 보온막을 둘러싸며, 상기 보온막 및 상기 지면과의 사이에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보호막을 포함하고, 사용시에 집열매체 및 보온기체를 선택적으로 주입가능하다.

상기 보호막은 그 길이가 폭에 비해 상대적으로 길게 형성되고, 상기 보호막은 길이 방향의 양 단부가 개방된 것이 바람직하다.

상기 보호막은 설치되었을 때 경사면을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 보호막은 빛이 통과할 수 있도록 투명 또는 반투명한 재질로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 보호막의 일부는 상기 보온막의 일측에 부착되어 고정되거나 탈착가능하게 연결되는 것이 바람직하다.

상기 태양열 집열기는, 상기 보온막의 일측부 바닥에 설치되어 태양광을 상기 집열튜브 또는 상기 제1반사막으로 반사시키는 제2반사막을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 태양열 집열기는, 지면에 설치되어 지면으로부터의 습기 침투를 막고 열손실을 줄이는 기저막을 더 포함하고, 상기 제2반사막은 상기 기저막의 일부에 마련되는 것이 바람직하다.

상기 태양열 집열기는, 상기 보호막을 팽팽하게 당기도록 상기 기저막의 양측에 마련되어 지면에 고정되는 고정막을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 집열매체는 물 또는 공기이고, 상기 보온기체는 공기인 것이 바람직하다.

상기 집열매체로 물이 사용될 때, 상기 집열튜브에는 집열튜브 내로 대기압 이상의 압력으로 물을 주입하는 장치가 연결될 수 있다.

상기 집열튜브의 적어도 일단부에는 집열매체 출입부가 마련되고, 상기 보온막의 적어도 일단부에는 보온기체 출입부가 마련되는 것이 바람직하다.

상기 집열튜브의 타단부는 막히도록 이루어질 수 있다.

상기 보호막은 상기 보온막의 외측면에 연결되어 설치되는 지면과 함께 상기 보온막의 하부를 둘러싸도록 이루어진 것이 바람직하다.

상기 태양열 집열기는, 상기 집열튜브 및 상기 보온막과 연결되고 일측에 집열매체 출입부와 보온기체 출입부가 구비되는 마개부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 집열기는, 내부에 열전달매체인 집열매체를 수용하여 태양열을 받아들이는 유연 재질의 집열튜브와; 상기 집열튜브를 둘러싸며, 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보온막과; 상기 보온막의 일부에 마련되어, 상기 집열튜브 주위의 태양광을 상기 집열튜브로 반사시키는 유연 재질의 제1반사막을 포함하고, 상기 집열매체로 공기가 사용되며, 상기 집열튜브의 일측에는 집열튜브 내부로 유입되는 공기가 상기 집열튜브와 보온막 사이의 공간으로 유출되도록 하는 통기공이 형성된다.

상기 통기공에는 보온막 내부로 유입된 공기가 다시 유출되지 않도록 하는 체크밸브가 설치된 것이 바람직하다.

본 발명의 또다른 실시예에 따른 태양열 집열기는, 내부에 열전달매체인 집열매체를 수용하여 태양열을 받아들이는 집열튜브와; 상기 집열튜브를 둘러싸며, 보온기체를 수용하는 보온막과; 상기 보온막의 일부에 마련되어, 상기 집열튜브 주위의 태양광을 상기 집열튜브로 반사시키는 제1반사막과; 지면에 설치되어 지면으로부터의 습기 침투를 막고 열손실을 줄이는 기저막과; 상기 기저막의 일부에 마련되어, 태양광을 상기 집열튜브 또는 상기 제1반사막으로 반사시키는 제2반사막을 포함한다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열시스템은, 집열매체를 이용하여 태양열을 받아 열을 수집하는 태양열 집열기와; 상기 태양열 집열기와 연결되고 상기 집열기의 집열매체를 순환시켜 열교환하여 집열매체의 열을 축열매체에 축열하는 축열장치와; 상기 집열기의 집열매체를 상기 축열장치로 순환시키도록 연결하는 연결장치를 포함하고,

상기 태양열 집열기는, 내부에 열전달매체인 집열매체를 수용하여 태양열을 받아들이는 유연 재질의 집열튜브와, 상기 집열튜브를 둘러싸며, 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보온막과, 상기 보온막의 일부에 마련되어, 상기 집열튜브 주위의 태양광을 상기 집열튜브로 반사시키는 제1반사막을 포함한다.

상기 태양열 집열기의 집열매체와 상기 축열장치의 축열매체로 동일한 액체가 사용되고, 상기 연결장치는, 상기 축열장치의 하부와 연결되어 상대적으로 저온의 액체를 공급하는 제1유로와; 상기 축열장치의 상부와 연결되어 상기 집열기에서 집열되어 상대적으로 고온의 액체를 상기 축열장치로 공급하는 제2유로와; 상기 집열기의 집열튜브와 연결되어 상기 제1유로로부터 공급되는 액체를 상기 집열튜브로 공급하는 제3유로와; 상기 제1유로, 제2유로 및 제3유로가 만나는 곳에 설치되어 상기 액체의 유동 방향을 조절하는 삼방밸브와; 상기 집열튜브 내의 집열된 집열매체를 상기 제3유로 및 제2유로를 거쳐 상기 축열장치의 상부로 끌어올리는 펌프를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 태양열 집열기는, 물을 집열매체로 사용하는 제1집열기와, 공기를 집열매체로 사용하는 제2집열기를 포함하고, 상기 제2집열기의 집열튜브 내 공기는 상기 제1집열기의 보온막 내 공기와 연결되어 순환될 수 있다.

상기 태양열 집열기는 집열매체로 공기를 사용하고, 상기 축열장치는 축열매체로 물을 사용하며, 상기 태양열 집열기의 집열튜브 내 공기는 상기 축열장치 내에서 순환하는 물과 열교환하도록 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 집열시스템은, 집열매체를 이용하여 태양열을 받아 열을 수집하는 태양열 집열기와; 상기 태양열 집열기와 연결되고 상기 집열기의 집열매체를 순환시켜 열교환하여 집열매체의 열을 액체 상태의 축열매체에 축열하는 축열장치와; 상기 집열기의 집열매체를 상기 축열장치로 순환시키도록 연결하는 연결장치를 포함하고,

상기 축열장치는, 하부에 상기 축열매체가 주입되고 그 상부로 상기 집열매체가 흐르면서 축열매체와의 직접 접촉에 의해 열교환하도록 이루어진 유연 재질의 축열튜브를 포함한다.

상기 축열장치는, 상기 축열튜브의 적어도 상부를 둘러싸도록 연결되어 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 축열보온막을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 축열장치는 상기 축열튜브의 하부를 감싸서 상기 축열튜브가 안착되도록 형성된 지지부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양열 집열기는, 내부에 열전달매체인 집열매체를 수용하여 태양열을 받아들이는 유연 재질의 집열튜브와, 상기 집열튜브를 둘러싸며, 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보온막과, 상기 보온막의 일부에 마련되어, 상기 집열튜브 주위의 태양광을 상기 집열튜브로 반사시키는 유연 재질의 반사막을 포함하는 제1집열기와; 내부에 열전달매체인 집열매체를 수용하여 태양열을 받아들이는 유연 재질의 집열튜브와, 상기 집열튜브를 둘러싸며, 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보온막과, 상기 보온막의 일부에 마련되어, 상기 집열튜브 주위의 태양광을 상기 집열튜브로 반사시키는 유연 재질의 반사막을 포함하는 제2집열기를 포함하고, 상기 제2집열기의 집열튜브 내 집열매체는 상기 제1집열기의 보온막 내부와 연통되어 순환된다.

상기한 본 발명의 태양열 집열기 및 이를 포함하는 집열시스템에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 설치하기 쉽고 저가이면서도 집열 성능이 우수한 태양열 집열기를 얻을 수 있다.

둘째, 나대지 또는 농한기의 논밭 등 넓은 면적에 설치함으로써 태양광의 특성인 낮은 입사밀도를 극복하여 대량의 태양에너지를 집열할 수 있다. 이를 위해, 복수의 집열기를 병렬 또는 직렬로 연결하여 집열 효율을 더욱 높일 수 있다.

셋째, 집열기 내에 보온기체와 집열매체를 선택적으로 주입 또는 추출할 수 있어 부피를 줄일 수 있으므로 집열기의 이동, 설치와 보관이 용이하다.

네째, 집열기와 축열기를 연결하여 저렴하며 설치가 용이하고 성능이 우수한 집열시스템을 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 태양열 집열기의 개략도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 태양열 집열기를 나타낸 사시도.
도 3은 도 2의 태양열 집열기를 구성하는 각 부분을 분리하여 나타낸 사시도.
도 4는 도 2의 태양열 집열기의 단면도.
도 5는 도 4의 태양열 집열기의 변형례를 이용한 태양열 집열방법을 나타낸 개략도.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 태양열 집열기의 집열튜브 및 보온막을 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 의한 태양열 집열기의 집열튜브 및 보온막을 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 의한 태양열 집열기의 집열튜브 및 보온막을 나타낸 사시도.
도 9는 본 발명의 제5실시예에 의한 태양열 집열기를 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명의 제6실시예에 의한 태양열 집열기에 장착될 수 있는 말단부 마개부재를 나타낸 사시도.
도 11은 본 발명의 제7실시예에 의한 태양열 집열기를 나타낸 단면도.
도 12는 본 발명에 의한 태양열 집열기를 복수개 연결하여 구성한 개략도.
도 13은 본 발명의 제1실시예에 의한 태양열 집열시스템을 나타낸 개략도.
도 14는 본 발명의 제2실시예에 의한 태양열 집열시스템을 나타낸 개략도.
도 15는 본 발명의 제3실시예에 의한 태양열 집열시스템을 나타낸 개략도.
도 16은 본 발명의 제4실시예에 의한 태양열 집열시스템을 나타낸 개략도.
도 17은 본 발명의 제5실시예에 의한 태양열 집열시스템을 나타낸 개략도.
도 18은 본 발명의 제5실시예에 의한 축열장치의 사시도.
도 19는 본 발명의 제5실시예에 의한 축열장치의 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 5에는 본 발명의 제1실시예에 의한 태양열 집열기가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양열 집열기(200)는, 내부에 열전달매체인 집열매체를 수용하여 태양열을 받아들이는 유연 재질의 집열튜브(210)와; 상기 집열튜브를 둘러싸며, 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보온막(220)과; 상기 보온막의 일부에 마련되어, 상기 집열튜브 주위의 태양광을 상기 집열튜브로 반사시키는 유연 재질의 제1반사막(230)과; 설치되는 지면과 함께 상기 보온막을 둘러싸며, 상기 보온막 및 상기 지면과의 사이에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보호막(240)을 포함한다.

상기 집열튜브(210)는 내부에 태양열을 받아들이는 집열매체를 수용한다.

이 집열튜브(210)는 태양열을 잘 흡수할 수 있도록 검은색 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

이 집열튜브(210)에 수용되는 열전달매체인 집열매체로는 주위에서 쉽게 구할 수 있는 물 또는 공기를 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 집열튜브(210)는 집열매체를 집어넣었을 때 부풀어 오를 수 있도록 유연한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

공기를 집열매체로 사용하는 경우, 상기 집열튜브(210)에 주입되는 공기의 압력에 따라 상기 유연한 집열튜브(210)가 부풀어 올라 원하는 형태가 될 수 있고, 집열매체인 공기를 빼내거나 교환하는 경우 상기 집열튜브(210)를 외부에서 누르거나 송풍기 등으로 부압을 발생시켜 공기를 빼낼 수 있다.

물을 집열매체로 사용하는 경우에도, 집열튜브(210) 내에서 태양열에 의해 온도가 상승된 물을 차가운 물로 교환하기 위해 빼낼 때 외부에서 누르거나 펌프 등으로 부압을 발생시켜 물을 빼낼 수 있다.

상기 보온막(220)은 상기 집열튜브(210)를 둘러싸며 내부에서 집열튜브(210)와의 사이에 보온기체를 수용한다.

보온기체로는 주위에서 흔한 공기를 사용하는 것이 손쉽게 구할 수 있고 다루기 쉬우므로 바람직하다.

상기 보온막(220)은 태양광이 통과할 수 있도록 투명한 재질로 이루어지고, 보온기체에 의해 부풀려질 수 있도록 유연한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

그러한 재질의 예로는 비닐계 수지 또는 고무 등을 들 수 있다.

상기 보온막(220)은 양 단부가 막혀 있어서 그 내부는 상기 집열튜브(210)를 감싸는 밀폐된 공간을 이루게 된다.

상기 보온막(220) 내부에 보온기체를 채우거나 흐르게 하면 상기 집열튜브(210)를 감싸고 있는 보온막(220)이 부풀어 올라서 집열튜브(210)의 열기가 차가운 외기 쪽으로 손실되는 것을 감소시킬 수 있다.

상기 보온막(220) 내부에 배치되는 상기 집열튜브(210)는 중력에 의해 지면에 놓이는 상기 보온막(220)의 내면에 접촉된다.

상기 집열튜브(210)의 외면은 상기 보온막(220)의 내면과 접촉되지 않는 것이 보온을 위해 바람직하지만, 상기 집열튜브(210)를 고정하는 부품이 없다면 상기 집열튜브(210)는 상기 보온막(220)이 지면에 접촉하는 부위에서 상기 보온막(220)과 접촉할 것이다.

그래서, 지면으로부터의 냉기의 영향을 덜 받기 위해 상기 집열튜브(210)의 주위에는 상기 보온막(220)과의 간격을 유지하도록 상기 집열튜브(210)를 고정하는 고정부재(미도시)를 더 포함할 수도 있다.

상기 제1반사막(230)은 상기 보온막(220)의 일부에 마련되어 상기 집열튜브(210) 주위의 태양광을 집열튜브로 향하도록 반사시킨다.

이 제1반사막(230)은 상기 보온막(220)이 원통형으로 이루어질 때, 도 4의 단면도에 도시된 바와 같이, 보온막(220)의 대략 좌반면에 마련되고 보온막(220)의 외면에 형성될 수 있다.

상기 제1반사막(230)은 상기 보온막(220)에 반사 도료를 칠하거나, 알루미늄 시트 등의 반사재를 코팅 또는 합지하거나 부착할 수도 있고, 알루미늄 등의 반사재료를 증착시킬 수도 있다.

또한, 상기 제1반사막(230)은 도 5에 도시된 바와 같이, 보온막(220)의 내면에 형성될 수 있다.

상기 보온막(220)은 상기 제1반사막(230)이 부착 또는 합지되거나 도장되거나 증착된 상태의 반제품으로 제작되는 것이 집열기의 설치가 용이하기 때문에 바람직하다.

상기 보호막(240)은 설치되는 지면과 함께 보온막(220)을 둘러싸며, 이 보호막(240)과 상기 보온막(220) 및 상기 지면에 의해 이루어지는 공간에 보온기체를 수용한다.

이 보호막(240)도 투명 또는 반투명의 유연한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 보호막(240)은 그 일부가 상기 보온막(220)과 접촉되도록 이루어질 수 있다.

한편, 상기 보호막(240)은 상기 보온막(220)과 접촉되지 않고 소정 거리 이격되도록 이루어질 수도 있을 것이다.

이를 위해서 보호막(240)의 상단부를 고정하는 별도의 고정부재(미도시)를 사용하여 설치할 수도 있고, 그 내부에 주입되는 공기 압력에 의해 상기 보호막(240)이 보온막(220)과 이격되도록 할 수도 있을 것이다.

상기 보호막(240)은 도 4에 도시된 바와 같이, 지면에 설치되면 상기 보온막(220)의 상부를 덮되, 양측방으로 하향 경사지는 경사면을 형성하도록 설치되는 것이 바람직하다.

상기 보호막(240)은 주로 상기 보온막(220)의 측부와 이격되어 보온 공간을 형성하므로 보온 역할을 한다.

또한, 상기 보호막(240)이 상기 보온막(220)에 의해 들리게 되면 보온막(220)을 감싸는 경사면을 형성하게 되어 눈 또는 비가 이 경사면을 따라 흘러내릴 수 있게 된다.

이러한 측면에서 보면 상기 보호막(240)은 상기 보온막(220)을 "보호"하는 역할도 하기 때문에 그 명칭을 "보호막"이라고 하였다.

아울러, 상기 보호막(240)의 경사면에 의해 상기 보온막(220)에 미치는 바람의 영향을 줄일 수 있다.

상기 보호막(240)은 길이 방향의 양 단부가 개방된 형태로 설치될 수 있다.

이때, 상기 보호막(240)의 양 단부 근처에서는 개방된 부분을 통해 일부 열 손실이 발생할 수 있다.

하지만, 상기 보호막(240)은 그 길이가 폭에 비해 상대적으로 매우 긴 형태이기 때문에, 상기 보호막(240)의 양 단부 근처를 제외하고는 대부분의 구역에서 상기 개방된 양 단부에 의한 열 손실의 영향은 미미하다.

상기 보호막(240)의 일부는 상기 보온막(220)의 일측에 부착되어 고정되거나 탈착가능하게 연결될 수 있다.

도 4에서는 상기 보온막(220)의 상부에 단순히 접촉되어 놓여 있는 것으로 도시되어 있으나, 설치 후에 상기 보호막(240)이 움직이는 것을 방지하기 위해 상기 보호막(240)이 상기 보온막(220)의 상단부에 부착되거나 연결되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 보호막(240)의 일부가 상기 보온막(220)의 상단부에 접착제 또는 열접착에 의해 영구적으로 부착되어 고정될 수도 있고, 벨크로 테이프 등을 이용하여 탈착가능하게 부착될 수도 있다.

상기 태양열 집열기(200)는, 지면에 설치되어 지면으로부터의 습기 침투를 막고 열손실을 줄이는 기저막(250)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 기저막(250)은, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 보호막(240)의 양 단부 사이의 폭에 해당하는 폭을 가지는 것이 바람직하다.

이 기저막(250)은 집열기가 설치되는 지면에 깔리는 것으로서 투명하거나 유연한 재질로 만들 필요가 없으나, 지면으로부터의 습기와 냉기를 차단할 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

다만, 이 기저막(250)도 상기 보온막 또는 상기 보호막과 동일한 재질로 제작할 수 있음은 물론이다.

상기 태양열 집열기(200)는, 상기 기저막(250)의 일부에 마련되어, 태양광을 상기 집열튜브(210) 또는 상기 제1반사막(230)으로 반사시키는 제2반사막(260)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이 제2반사막(260)은 상기 기저막(250)의 일부 표면에 상기 제1반사막(230)과 같이 반사 도료를 칠하거나, 알루미늄 시트 등의 반사재를 코팅 또는 합지하거나 부착할 수도 있고, 알루미늄 등의 반사재료를 증착시킬 수도 있다.

또한, 상기 제2반사막(260)은 상기 기저막(250) 없이 제2반사막(260) 자체가 태양광을 반사할 수 있는 재질로 이루어져 지면에 깔리도록 구성할 수도 있을 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 태양열 집열기(200)의 우측이 남쪽을 향하도록 설치되면, 상기 제2반사막(260)은 상기 기저막(250)의 우측 일부에 마련된다.

태양은 남중할 때 고도가 가장 높아 태양열이 가장 강하므로 태양열을 효율적으로 받을 수 있도록 상기 집열튜브(210)는 동서로 설치되고 상기 제2반사막(260)은 상기 집열튜브(210)의 우측 바닥에, 즉 남쪽에 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1반사막(230)은 상기 보온막(220)의 측면 중에서도 상기 제2반사막(260)이 있는 우측의 반대쪽인 좌측에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 태양열 집열기(200)는, 상기 보호막(240)을 팽팽하게 당기도록 상기 기저막(250)의 양측에 마련되어 지면에 고정되는 고정막(270)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이 고정막(270)은 땅 속에 매설하거나 고정막(270) 위에 무거운 물체를 올려 놓아 고정할 수 있다.

이 고정막(270)은 상기 보호막(240)의 양 단부와 연결되어 보호막(240)이 부풀려졌을 때 팽팽하게 당겨지도록 고정할 수 있다.

또한, 이 고정막(270)은 상기 보호막(240)과 일체로 형성되어 보호막(240)의 양 단부가 지면에 고정되는 방식으로 고정될 수도 있을 것이다.

그리고, 상기 기저막(250)은 투명 또는 반투명한 막으로 이루어지고, 이 기저막(250) 아래에 기저막(250)과 거의 같은 크기로 형성되어 지면에 깔리는 반사막 부착용 막(미도시)을 더 포함할 수도 있다.

이 반사막 부착용 막의 일부에는 상기 제2반사막(260)이 마련되어 태양광을 반사하여 상기 집열튜브(210) 쪽으로 향하도록 반사할 수 있음이 이해될 것이다.

한편, 상기 집열튜브(210)와 상기 기저막(250)은 태양열을 잘 흡수할 수 있도록 검은색 재질인 것이 바람직하다.

도 5를 참조하여 본 발명의 태양열 집열기를 이용한 집열 작용을 설명한다.

도 5에는 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 집열기에서 태양광이 직접 또는 반사에 의해 집열튜브에 도달하는 것이 도시되어 있다.

도 5에서 집열기를 비추는 태양광의 일부가 점선으로 도시되어 있다.

태양광 A는 보호막(240)과 보온막(220)을 통과하여 상기 집열튜브(210)를 직접 비추는 직달광이다.

태양광 B는 보호막(240)과 보온막(220)을 통과하여 상기 제1반사막(230)에 의해 반사되어 상기 집열튜브(210)로 향한다.

태양광 C는 보호막(240)을 통과하여 상기 제2반사막(260)에 의해 반사되고 보온막(220)을 통과하여 상기 집열튜브(210)로 향한다.

태양광 D는 보호막(240)을 통과하여 상기 제2반사막(260)에 의해 반사되고 보온막(220)을 통과하여 다시 상기 제1반사막(230)에 의해 반사되어 상기 집열튜브(210)로 향한다.

이와 같이, 본 발명의 태양광 집열기에 의하면 두 반사막에 의해 상당히 넓은 폭의 태양광이 상기 집열튜브(210)에 도달하도록 할 수 있다.

집열튜브(210)가 검은색 재질로 이루어져 있기 때문에 상기 집열튜브(210)에 도달한 태양광은 그 열에너지가 집열튜브(210)에 잘 흡수될 수 있다.

그리고, 상기 집열튜브(210)의 일단부에는 집열매체 출입부(212)가 마련되고, 상기 보온막(220)의 일단부에는 보온기체 출입부(222)가 마련되는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 집열매체 출입부(212)는 상기 집열튜브(210)의 양 단부에 마련되어 후술하는 축열장치 등으로 연결되는 연결튜브와 연결될 수 있으나, 상기 집열튜브(210)의 일단부에만 마련될 수도 있다(도 8 참조).

상기 집열매체 출입부(212)는 상기 연결튜브와의 결합이 용이하도록 나사가 형성되거나 클램프 등으로 조이거나 고무밴드 등을 이용하여 묶을 수 있도록 이루어질 수 있다.

물론, 보호막(240)을 통과하여 집열기로 입사되는 태양광 전부가 집열튜브(210)에 도달하지는 않는다. 이 경우, 일부의 빛은 반사되어 집열기 밖으로 나가기도 하지만 일부는 온실효과로 인하여 보호막(240)과 보온막(220) 사이의 공기와 보온막(220) 내부의 보온기체를 데우기도 한다. 이때 데워진 공기 또는 보온기체의 온도가 집열튜브(210) 내부의 집열매체의 온도보다 높으면 대류나 전도와 같은 열전달 현상에 의해 열이 집열튜브(210) 쪽으로 이동하게 되므로 집열의 목적을 달성할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 의한 태양열 집열기에 의하면 직달광, 산란광 뿐만 아니라 집열튜브의 전면에 위치한 평면 형태의 제2반사막(260)에 의한 반사와 후면에 위치한 오목한 곡면 형태의 제1반사막(230)에 의한 반사를 통한 반사광에 의해서도 집열을 할 수 있게 된다.

한편, 상기 집열기(200)를 이루는 각 구성품인 보온막(220), 보호막(240), 기저막(205), 고정막(207)들은 상호간에 열접착이나 접착제에 의해 영구적으로 접합시키는 것도 가능하지만, 벨크로나 지퍼 등을 이용하여 착탈식으로 결합시키는 방법으로 제작할 수도 있다.

착탈식으로 제작할 경우의 이점은 사용 중 손상된 구성품을 신제품으로 교체할 수 있을 뿐만 아니라, 예를 들어 상기 집열기(200) 위에 쌓인 눈을 제거하고자 할 경우 지면에 부착시킨 고정막을 분리한 다음 집열기를 뒤집어서 손쉽게 눈을 제거하고 다시 결합할 수 있는 등의 사용상의 편의를 위해서이다.

도 6에는 본 발명의 제2실시예에 의한 태양열 집열기의 집열튜브 및 보온막을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.

제2실시예에 의한 태양열 집열기에서는, 상기 집열튜브(210)에 주입되는 집열매체로서 물이 아니라 보온기체와 동일한 공기가 사용되고, 상기 집열튜브(210)의 일측에는 집열튜브(210) 내부로 유입되는 공기가 집열튜브(210)와 보온막(220) 사이의 공간으로 유출되도록 하는 통기공(214)이 형성되어 있다.

본 실시예의 집열기에서는 상기 집열튜브(210)의 양 단부에 집열매체 출입부(212)가 마련되어 있지만, 상기 보온막(220)의 일단부에 보온기체 출입부를 마련하지 않아도 된다.

그 대신에, 상기한 통기공(214)이 형성되어 있기 때문에 상기 집열매체 출입부(212)를 통해 집열튜브(210) 내로 공기를 주입하면, 공기가 집열튜브(210)를 통과하면서 공기 중 일부가 상기 통기공(214)을 통해 집열튜브(210) 밖으로 빠져나가 상기 보온막(220) 내부 공간을 채우면서 보온막(220)을 부풀리게 된다.

도 7에는 본 발명의 제3실시예에 의한 태양열 집열기의 집열튜브 및 보온막을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.

본 실시예에 의한 태양열 집열기에서는 도 6에 도시된 태양열 집열기에서 상기 통기공(214)에 보온막(220) 내부로 유입된 공기가 다시 유출되지 않도록 하는 체크밸브(216)가 추가로 설치된다.

이 체크밸브(216)에 의하면, 상기 집열튜브(210) 내부의 공기 압력이 떨어지더라도 상기 보온막(220) 내에 한번 주입된 공기가 빠지지 않도록 할 수 있다.

한편, 보온막(220) 내에 주입된 보온기체인 공기를 빼내어야 하는 경우에는 상기 체크밸브(216)에 빨대 등을 밀어넣어서 공기가 빠지도록 할 수 있다.

도 8에는 본 발명의 제4실시예에 의한 태양열 집열기의 집열튜브 및 보온막을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.

본 실시예에 의한 태양열 집열기에서는 상기 집열튜브(210)의 일단부에만 집열매체 출입부(212)가 마련되어 있고, 그 타단부(218)는 막혀 있다.

또한, 상기 보온막(220)의 일단부에는 보온기체 출입부(222)가 마련되어 있다.

따라서, 집열매체로 물 또는 공기가 상기 집열매체 출입부(212)를 통해 주입되고, 집열매체를 추출할 때는 상기 집열매체 출입부(212) 측에 부압을 형성하면 집열튜브(210)가 유연한 재질로 되어 있기 때문에 압착되면서 그 내부의 집열매체가 빠져나오게 된다.

보온기체는 집열매체와 별도로 상기 보온기체 출입부(222)를 통해 주입된다.

도 9에는 본 발명의 제5실시예에 의한 태양열 집열기를 나타낸 단면도가 도시되어 있다.

본 실시예에서는 상기 보호막(240)이 보온막(220)의 상부와 접촉하면서 이를 덮도록 마련된 것이 아니라 보온막(220)의 측면에 연결되어 있다.

이 경우, 상기 제1반사막(230)은 상기 보온막(220)의 외면보다는 내면에 마련되는 것이 상기 보호막(240)과의 간섭을 피할 수 있어서 바람직할 것이다.

상기 보호막(240)은 상기 보온막(220)을 보호하면서 상기 집열튜브(210)를 보온하기 위해 설치하는 것인데, 상기 집열튜브(210)는 상기 보온막(220) 내부 바닥에 배치된다.

상기 집열튜브(210)의 상부는 상기 보온막(220)과 충분한 간격을 갖도록 설치되기 때문에, 상기 보호막(240)은 상기 보온막(220)의 상면을 덮지 않더라도 집열튜브의 상부 보온 기능은 충분히 달성할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 상기 보호막(240)을 상기 보온막(220)의 측면에 연결함으로써 상기 집열튜브(210)의 측부 및 하부를 보온하면서도 상기 보온막(220)을 보호하는 역할을 할 수 있다.

상기 보온막(220)도 원형 파이프 형태이기 때문에 그 상면에 비나 눈이 내리면 흘러내릴 수 있고, 상기 보온막(220)의 측면에 연결된 보호막(240)도 경사면을 형성하도록 이루어져 있어서 마찬가지 기능을 할 수 있다.

도 10에는 본 발명의 제6실시예에 의한 태양열 집열기에 장착될 수 있는 말단부 마개부재를 나타낸 사시도가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 태양열 집열기에서는 상기 집열튜브(210) 및 상기 보온막(220)의 일단부에 집열매체 출입부(292)와 보온기체 출입부(294)가 구비되는 마개부재(290)가 결합된다.

이 마개부재(290)는 상기 보온막(220)의 일단부에 삽입되는 마개본체(291)와 상기 집열튜브(210)의 일단부에 삽입되는 집열튜브 결합부(293)가 마련되어 있다.

상기 마개본체(291)의 막힌 쪽 단부에는 상기 집열튜브 결합부(293)와 연통되도록 형성된 집열매체 출입부(292)가 마련되어 있어서 집열매체의 유로를 형성하는 연결튜브(미도시)와 연결될 수 있다.

또한, 상기 마개본체(291)의 막힌 쪽 단부에는 보온기체 출입부(294)가 마련되어 있어서, 이를 통해 공기 등의 보온기체를 주입할 수 있다.

이와 같은 마개부재(290)를 이용하여 태양열 집열기를 연결하는 경우, 집열튜브와 보온막은 얇은 막으로 이루어진 일정한 단면 형태로 상당한 길이로 제작할 수 있다.

따라서, 생산성이 향상되고, 설치 현장의 여건에 따라 집열튜브와 보온막 등을 필요한 길이로 절단하여 사용할 수 있기 때문에 설치 작업의 능률이 향상될 수 있다.

이러한 마개부재(290)는 집열튜브와 보온막과 기밀되도록 연결되어야 할 것이다.

이 마개부재(290)의 연결방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 상기 집열튜브 결합부(293)를 집열튜브(210)의 일단부에 끼워넣고 집열튜브(210)의 외측면에서 클램프로 조이거나 고무밴드 등을 이용하여 묶는다.

그 다음 상기 마개본체(291)를 보온막(220)의 일단부에 끼워넣고 보온막(220)의 외측면에서 클램프로 조이거나 고무밴드 등을 이용하여 묶는다.

도 11은 본 발명의 제7실시예에 의한 태양열 집열기를 나타낸 단면도가 도시되어 있다.

본 실시예의 태양열 집열기에서는 하나의 보호막(240) 내에 두 개 이상의 보온막(2201, 2202)과 집열튜브(2101, 2102)가 마련된다.

아울러, 각각의 보온막(2201, 2202)에는 제1반사막(2301, 2302)이 마련되어 있고, 하나의 기저막(250) 상면 일부에는 보온막(2201, 2202) 우측에 각각 제2반사막(2601, 2602)이 마련되어 있다.

상기 보호막(240)의 양측 단부에 마련된 고정막(270)의 경우 다른 실시예와 동일하다.

도 12에는 본 발명에 의한 태양열 집열기를 복수개 연결하여 구성한 개략도가 도시되어 있다.

본 실시예에서는 복수개의 태양열 집열기(201, 202, 203, 204, 205, 206)를 병렬 또는 직렬로 연결하여 넓은 면적에 걸쳐 설치함으로써, 태양광의 입사 밀도가 낮은 경우에도 대량의 태양에너지를 집열할 수 있다.

도 12에서 4개의 태양열 집열기(201, 202, 203, 204)는 서로 병렬로 연결되고, 2개의 태양열 집열기(205, 206)는 서로 직렬로 연결되어 있다.

복수의 태양열 집열기 사이에 연결된 선들은 집열매체의 연결튜브(2000)를 나타낸다.

이러한 태양열 집열기의 수와 연결 방법은 집열되어야 하는 태양에너지의 양과 설치 현장의 상태 등을 고려하여 적절하게 선택할 수 있을 것이다.

한편, 상기한 실시예들에서는 보온막(220)과 보호막(240)을 동시에 구비한 태양열 집열기에 대하여 설명하였으나, 보호막(240) 없이 보온막(220)만을 구비한 태양열 집열기로도 구성할 수 있다.

이 경우, 상기한 제1반사막(230) 이외에 제2반사막(260)도 구비되는 것이 바람직하고, 보온기체는 상기 보온막(220) 내부에만 주입된다.

이러한 실시예의 경우, 보호막(240)이 없기 때문에 비 또는 눈에 의한 영향을 더 많이 받을 수 있고 보호막에 의한 보온 효과를 받을 수 없지만, 높은 집열 성능을 요구하지 않는 경우라면 간단한 구성으로 설치할 수 있어서 유용할 수 있다.

다음으로, 도 13에는 본 발명의 제1실시예에 의한 태양열 집열시스템을 나타낸 개략도가 도시되어 있다.

본 발명의 제1실시예에 의한 태양열 집열시스템은, 집열매체를 이용하여 태양열을 받아 열을 수집하는 태양열 집열기(200)와, 상기 집열기와 연결되고 상기 집열기의 집열매체를 순환시켜 열교환하여 집열매체의 열을 축열매체에 축열하는 축열장치(500)와, 상기 집열기의 집열매체를 상기 축열장치로 순환시키도록 연결하는 연결장치(600)와, 상기 집열매체의 공급 및 순환을 제어하는 제어장치(700)를 포함한다.

본 발명의 태양열 집열시스템에서는 상술한 태양열 집열기에 관한 실시예들이 적용될 수 있다.

도 13에서는 상기 태양열 집열기(200)가 도 2 내지 도 5에 나타낸 제1실시예에 따른 태양열 집열기와 마찬가지로 구성될 수 있으나, 엄밀하게는 집열튜브 및 보온막의 타단부가 막혀 있는 도 8의 제4실시예에 따른 태양열 집열기를 개략적으로 나타낸 것이다.

상기 태양열 집열기(200)의 경우 상술한 바와 같으므로, 여기서 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

상기 축열장치(500)는 물을 축열매체로 사용하여 상기 태양열 집열기(200)에 의해 데워진 물이 순차적으로 교환되어 물의 온도를 점점 올리게 된다.

이를 위해 상기 축열장치(500)와 상기 태양열 집열기(200)는 집열매체이자 축열매체인 물이 이동할 수 있는 유로를 형성하여 물을 이동시키는 연결장치(600)에 의해 연결된다.

이 연결장치(600)는 상기 집열기의 집열매체를 상기 축열장치로 순환시키도록 연결하는데, 상기 "순환"은 축열장치에 있던 축열매체를 집열기에 집열매체로서 주입해서 집열한 다음 이를 추출하여 다시 축열장치에 저장하는 것을 포함하는 개념이다.

상기 태양열 집열기(200)의 집열매체와 상기 축열장치(500)의 축열매체로 동일한 액체가 사용될 수 있는데, 이 경우 상기 연결장치(600)는, 상기 축열장치의 하부와 연결되어 상대적으로 저온의 액체를 공급하는 제1유로(610)와, 상기 축열장치의 상부와 연결되어 상기 집열기에서 집열되어 상대적으로 고온의 액체를 상기 축열장치로 공급하는 제2유로(620)와, 상기 집열기(200)의 집열튜브(210)와 연결되어 상기 제1유로로부터 공급되는 액체를 상기 집열튜브로 공급하는 제3유로(630)와, 상기 제1유로, 제2유로 및 제3유로가 만나는 곳에 설치되어 상기 액체의 유동 방향을 조절하는 삼방밸브(640)와, 상기 집열튜브(210) 내에서 집열된 집열매체를 상기 제3유로 및 제2유로를 거쳐 상기 축열장치(500)의 상부로 끌어올리는 펌프(650)를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어장치(700)는 집열매체의 공급 및 순환을 제어하는데, 상기 태양열 집열기(200) 내부의 물 온도와 상기 축열장치(500) 내부의 물 온도를 측정하는 온도 센서(710, 720)가 각각 마련되는 것이 바람직하다.

상기 제어장치(700)는 상기 온도 센서(710, 720)로부터 측정된 온도 값의 차이에 따라 상기 삼방밸브(640) 및 상기 펌프(650)의 작동을 제어함으로써, 물의 공급 및 순환을 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 태양열 집열시스템의 작동을 설명한다.

여기서는 집열매체로 사용되는 액체가 물인 경우로 한정하여 설명하기로 한다.

먼저, 상기 삼방밸브(640)를 작동하여 상기 축열장치(500)의 상부에 연결된 상기 제2유로(610)는 닫고, 상기 축열장치(500)의 하부에 연결된 상기 제1유로(610)와 상기 태양열 집열기(200)의 집열튜브와 연결된 제3유로(630)를 연통시키면, 상기 축열장치(500) 내부에 저장된 물의 압력에 의해 그 물이 상기 태양열 집열기(200)의 집열튜브(210) 내로 공급된다.

상기 태양열 집열기(200)의 집열튜브 내에 있던 물이 태양열을 받아 그 온도가 높아지고, 상기 두 온도 센서(710, 720)에서 측정된 온도가 소정의 차이값 이상이 되면, 상기 삼방밸브(640)의 유로를 바꾸어 상기 제1유로(610)는 닫고 상기 축열장치(500)의 상부에 연결된 상기 제2유로(620)와 상기 제3유로(630)가 연통되도록 한다.

그리고, 상기 펌프(650)를 작동시켜 집열튜브 내에 있던 물을 끌어올려서 상기 축열장치(500)로 보낸다.

그런 다음, 다시 삼방밸브(640)의 유로를 바꾸어 상기 태양열 집열기(200)의 집열튜브(210)로 다시 물을 공급하여 상기 집열 과정을 반복한다.

이렇게 물의 공급과 태양열 집열 및 물의 추출 과정을 반복함에 따라 상기 축열장치(500) 내에 저장된 물의 온도는 점점 높아진다.

물은 4℃ 이상일 때 온도가 높을수록 밀도가 작기 때문에 낮은 온도의 물은 상기 축열장치(500) 내부에서 아래로 내려가고 높은 온도의 물은 위로 올라가게 된다.

그래서, 상기 축열장치(500)에서 집열을 위해 상기 태양열 집열기(200)로 공급되는 물은 상대적으로 낮은 온도의 물이 공급될 수 있다.

상기 제어장치(700)는 상기 두 온도센서(710, 720)의 차이값에 따라 상기 삼방밸브(640)와 펌프(650)의 작동을 제어하지만, 상기 축열장치(500) 내 물의 온도가 점점 높아짐에 따라 그 차이값은 점점 작아질 것이다.

따라서, 상기 축열장치(500) 내 물의 온도에 따라 상기 제어에 적용되는 기준값인 차이값을 점점 작게 설정하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 상기 집열기(200) 내부의 물 온도와 상기 축열장치(500) 내부의 물 온도 사이의 차이값이 아니라, 상기 축열장치(500) 내 물의 온도를 기준으로 집열시스템의 작동을 제어할 수도 있음은 물론이다.

이 경우, 상기 축열장치(500) 내 물의 온도가 소정 온도 이상이 될 때까지 집열시스템을 작동시킨 후 그 소정 온도가 되면 정지시킬 수 있다.

한편, 상기 태양열 집열기(200)의 집열튜브(210)는 유연한 재질로 이루어지는데, 상기 집열매체로 물과 같은 액체가 사용될 때 상기 집열튜브(210) 내로 대기압 이상의 압력으로 물을 주입하는 장치가 연결될 필요가 있다.

본 실시예에서는 상기 삼방밸브(640)를 작동하여 상기 제1유로(610)와 제3유로(630)를 연결하기만 하면, 상기한 축열장치(500) 내부에 있는 물의 압력에 의해 자동으로 상기 집열튜브(210) 내로 물이 주입되어 집열튜브가 부풀려지게 된다.

따라서, 상기 축열장치(500)가 상기 집열튜브(210) 내로 대기압 이상의 압력으로 물을 주입하는 장치 역할을 하는 것이다.

도 14에는 본 발명의 제2실시예에 의한 태양열 집열시스템을 나타낸 개략도가 도시되어 있다.

본 실시예가 제1실시예와 다른 점은 태양열 집열기가 제1집열기와 제2집열기의 2개로 이루어져 있다는 것이다.

즉, 본 실시예의 태양열 집열시스템에서는, 상기 태양열 집열기가, 내부에 열전달매체인 집열매체를 수용하여 태양열을 받아들이는 유연 재질의 집열튜브(310)와, 상기 집열튜브를 둘러싸며, 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보온막(320)과, 상기 보온막의 일부에 마련되어, 상기 집열튜브 주위의 태양광을 상기 집열튜브로 반사시키는 유연 재질의 반사막을 포함하는 제1집열기(300)와; 내부에 열전달매체인 집열매체를 수용하여 태양열을 받아들이는 유연 재질의 집열튜브(410)와, 상기 집열튜브를 둘러싸며, 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보온막(420)과, 상기 보온막의 일부에 마련되어, 상기 집열튜브 주위의 태양광을 상기 집열튜브로 반사시키는 유연 재질의 반사막을 포함하는 제2집열기(400)를 포함한다.

여기서, 상기 제2집열기(400)의 집열튜브(410) 내 집열매체는 상기 제1집열기(300)의 보온막(320) 내부와 연통되어 순환된다.

즉, 상기 제2집열기(400)의 집열매체는 상기 제1집열기(300)의 보온기체와 동일한 물질이 사용되고, 그 예로서 주위에서 흔한 공기를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제1집열기(300)의 집열매체는 물 또는 공기가 사용될 수 있는데, 도시된 실시예에서는 액체인 물을 축열장치(500)의 축열매체 및 제1집열기(300)의 집열매체로 사용하는 경우를 도시한 것이다.

도 14에 도시된 바와 같이, 상기 제1집열기(300)의 집열튜브는 일단부가 상기 제3유로(630)와 연결되어 있고, 그 타단부는 막혀 있다.

상기 제1집열기(300)의 보온막(320)은 양 단부가 모두 순환유로(350)에 연결되도록 이루어져 있다.

상기 제2집열기(400)의 집열튜브(410) 내에는 상기 제1집열기(300)의 보온막(320) 내 공기가 집열매체로 사용되어 상기 순환유로(350)를 통해 상기 제1집열기(300)의 보온막(320) 내부로 순환한다.

이때, 이 공기를 순환시키기 위해 상기 순환유로(350)의 일측에 송풍기(360)가 설치되어 있다.

상기 제1집열기(300)의 보온막은 물이 들어있는 집열튜브를 보온하는 역할을 하는데, 보온매체로서 상온의 공기가 아니라 제2집열기(400)에서 집열된 공기를 이용하여 상기 제1집열기(300)의 집열튜브(310)를 보온한다.

따라서, 상기 제1집열기(300)의 집열튜브(310) 내에는 공기에 비해 큰 비열을 가져서 천천히 데워지는 물이 들어 있는데, 이 물은 상기 제2집열기(400)에서 데워진 공기로부터 열을 받아 더 가열될 수 있다.

한편, 도 14에서 설명하지 않은 도면부호 340과 440은 각각 제1집열기(300)의 보호막과 제2집열기(400)의 보호막을 나타내고, 이들에 대하여는 상술한 바와 같다.

도 15에는 본 발명의 제3실시예에 의한 태양열 집열시스템을 나타낸 개략도가 도시되어 있고, 도 16에는 본 발명의 제4실시예에 의한 태양열 집열시스템을 나타낸 개략도가 도시되어 있다.

제3실시예 및 제4실시예에 의한 태양열 집열시스템은, 상기 태양열 집열기(200)가 집열매체로 공기를 사용하고, 상기 축열장치(500)는 축열매체로 물을 사용하며, 상기 태양열 집열기(200)의 집열튜브 내 공기는 상기 축열장치 내에서 순환하는 물과 열교환하도록 이루어진다.

도 15에 도시된 바와 같이, 상기 축열장치(500)는 물 순환유로(510)를 연결하고 이에 펌프(520)를 설치하여 내부에 저장된 물을 하부에서 상부로 끌어올린 다음 분사장치(530)를 통해 물을 분사한다.

상기 분사장치(530)의 하부에는 다공성 물질(540)이 배치되어 있어서, 공기와의 접촉을 원활하게 유도함으로써 열교환을 촉진한다.

상기 태양열 집열기(200)의 집열튜브는 연결유로(370)를 통해 상기 축열장치(500)의 측면에서 물의 최고수위보다 약간 높은 위치에 연결된다.

상기 축열장치(500)의 상부에는 그 내부를 통과한 공기가 상기 태양열 집열기(200)로 다시 공급되도록 순환유로(350)가 연결된다.

이 순환유로(350)의 일측에는 송풍기(360)가 설치되어 있어서 공기를 순환시킨다.

상기 태양열 집열기(200)에서 데워진 공기는 상기 송풍기(360)에 의해 상기 연결유로(370)를 통해 축열장치(500) 내부로 들어가고 상부로 올라가면서 상기 분사장치(530)에서 분사되는 물과 열교환하여 물의 온도를 올린다.

물과 열교환된 공기는 상기 축열장치(500)의 상부에 연결된 순환유로(350)를 통해 다시 상기 태양열 집열기(200)로 들어가서 태양열을 집열한다.

한편, 상기 축열장치(500) 상부와 송풍기(360) 사이에 순환유로(350)을 두지 않고 집열시스템을 구성하는 것도 가능하다.

이 경우 송풍기(360)에 의해 흡입된 외기가 집열기(200)에서 가열되어 축열장치(500) 내에서 축열매체인 물과 열교환한 다음 축열장치(500)의 상부를 통해서 외부로 배출된다.

도 16의 제4실시예에 의한 태양열 집열시스템은, 상기 축열장치(500)의 구성에 있어서 상기 제3실시예의 것과 다르다.

즉, 상기 축열장치(500)는 하부의 물을 상부로 펌핑하기 위해 측부에 물 순환유로(510)를 연결하고 이에 펌프(520)를 설치한 것은 제3실시예와 동일하나, 펌핑된 물을 분사시키는 분사장치가 마련되어 있지 않고 단순히 물이 위에서 아래로 흐르도록 한다.

대신, 상기 축열장치(500)의 내부에는 물이 지그재그로 흘러내릴 수 있도록 복수의 단(550)이 배치되어 있고, 이 복수의 단(550) 사이로 공기가 지그재그로 올라가면서 흘러내리는 물과 열교환하도록 이루어진다.

도 17에는 본 발명의 제5실시예에 의한 태양열 집열시스템을 나타낸 개략도가 도시되어 있고, 도 18에는 본 발명의 제5실시예에 의한 축열장치의 사시도가 도시되어 있으며, 도 19에는 본 발명의 제5실시예에 의한 축열장치의 단면도가 도시되어 있다.

본 실시예에 의한 태양열 집열시스템은, 집열매체를 이용하여 태양열을 받아 열을 수집하는 태양열 집열기(200)와, 상기 태양열 집열기와 연결되고 상기 집열기의 집열매체를 순환시켜 열교환하여 집열매체의 열을 액체 상태의 축열매체에 축열하는 축열장치(500)와, 상기 집열기의 집열매체를 상기 축열장치로 순환시키도록 연결하는 연결장치를 포함하고,

상기 축열장치(500)는, 하부에 상기 축열매체가 주입되고 그 상부로 상기 집열매체가 흐르면서 축열매체와의 직접 접촉에 의해 열교환하도록 이루어진 유연 재질의 축열튜브(560)와, 상기 축열튜브의 적어도 상부를 둘러싸도록 연결되어 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 축열보온막(570)을 포함한다.

제5실시예에 의한 태양열 집열시스템은, 상기 태양열 집열기(200)가 집열매체로 공기를 사용하고, 상기 축열장치(500)는 축열매체로 물을 사용하며, 상기 태양열 집열기(200)의 집열튜브 내부에서 가열된 공기가 상기 축열장치(500) 내에서 물의 상부를 흐르면서 물과의 직접 접촉에 의해 열교환하도록 이루어진다.

도 17에 도시된 바와 같이, 집열매체인 공기는 상기 송풍기(360)에 의해 상기 집열기(200)와 상기 축열장치(500) 사이에서 집열과 축열을 하면서 계속적으로 순환된다.

도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 축열장치(500)는 수평면상에 배치된 축열튜브(560)의 하부에 축열매체인 물을 채우고, 상기 집열기(200)에서 가열되어 상기 순환유로(350)을 통하여 상기 축열장치(500)에 유입된 공기로 하여금 물의 상부를 흐르도록 하여 물과의 직접 접촉에 의해 열교환하도록 이루어진다.

이때, 축열매체인 물의 보온을 위하여 상기 축열튜브(560)의 상부에 축열보온막(570)을 설치하고, 상기 축열튜브(560)와 상기 축열보온막(570) 사이의 공간에는 보온기체로서 공기를 채우는 것이 바람직하다. 여기서 공기를 채우는 방법은 상기 축열튜브(560)의 일단에 통기공(564)을 뚫거나 상기 축열보온막(570)의 일단에 보온기체 출입부(미도시)를 두어 상기 축열튜브(560)와 상기 축열보온막(570) 사이의 공간에 공기를 채우는 방법에 의해 가능하다.

상기 축열장치(500)는 상기 축열튜브(560)의 하부를 감싸서 상기 축열튜브가 안착되도록 형성된 지지부(580)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 지지부(580)를 두는 목적은 집열매체인 물의 지면으로의 열손실 저감 뿐만 아니라 유연한 재질로 이루어지고 물이 들어있는 집열튜브의 단면 형태를 안정적으로 유지하여 물의 상부를 흐르는 공기와 잘 접촉할 수 있도록 하는 것이다.

도 19에 도시된 바와 같은 소정 형태를 가진 지지부(580)를 상기 축열튜브(560)의 하부에 둠으로써, 상기 축열튜브(560)와 축열보온막(570)을 구성하는 재료로서 비닐계 수지나 고무와 같이 유연하면서도 값이 싼 재료를 사용하여 상기 축열장치(500)을 구현할 수 있다.

한편, 상기 집열기(200)와 축열장치(500) 사이에서 공기를 순환시키지 않고 통과시키는 형태로 집열시스템을 구성하는 것도 가능하다.

이 경우, 상기 송풍기(360)에 의해 흡입된 외기가 집열기(200)에서 가열되어 축열장치(500) 내로 유입되고, 축열장치(500) 내부를 통과하면서 축열매체인 물과 열교환한 다음 축열장치(500)의 외부로 배출되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 태양열 집열기에 의하면, 저가의 재료를 이용하여 원하는 길이로 용이하게 제작 및 설치할 수 있고, 상황에 따라 복수의 집열기를 병렬 또는 직렬로 연결하여 배치하여 넓은 면적에 걸쳐 설치함으로써 낮은 입사 밀도를 가진 태양광일지라도 대량의 태양에너지를 집열할 수 있다.

또한, 종래의 집열기는 특정 장소에 설치된 다음 다른 장소로 이동하는 것이 자유롭지 못하였으나, 본 발명에 의한 태양열 집열기는 유연한 재질로 이루어지고 집열기 내에 보온기체와 집열매체를 주입 또는 추출하여 부피를 가감하는 것이 가능하므로 원하는 장소에 이동, 설치 및 보관이 용이하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

200: 태양열 집열기
210: 집열튜브
212: 집열매체 출입부
214: 통기공
216: 체크밸브
218: 집열튜브의 타단부
220: 보온막
222: 보온기체 출입부
226: 보온막의 타단부
230: 제1반사막
240: 보호막
250: 기저막
260: 제2반사막
270: 고정막
290: 마개부재
300: 제1집열기
350: 순환유로
360: 송풍기
370: 연결유로
400: 제2집열기
500: 축열장치
560: 축열튜브
570: 축열보온막
580: 지지부
600: 연결장치
610: 제1유로
620: 제2유로
630: 제3유로
640: 삼방밸브
650: 펌프
700: 제어장치
710: 제1온도센서
720: 제2온도센서

Claims

내부에 열전달매체인 집열매체를 수용하여 태양열을 받아들이는 유연 재질의 집열튜브와;
상기 집열튜브를 둘러싸며, 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보온막과;
상기 보온막의 일부에 마련되어, 상기 집열튜브 주위의 태양광을 상기 집열튜브로 반사시키는 유연 재질의 제1반사막과;
설치되는 지면과 함께 상기 보온막을 둘러싸며, 상기 보온막 및 상기 지면과의 사이에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보호막을 포함하고,
사용시에 집열매체 및 보온기체를 선택적으로 주입가능한 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
제1항에 있어서,
상기 보호막은 그 길이가 폭에 비해 상대적으로 길게 형성되고,
상기 보호막은 길이 방향의 양 단부가 개방된 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
제1항에 있어서,
상기 보호막은 설치되었을 때 경사면을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
제1항에 있어서,
상기 보호막은 빛이 통과할 수 있도록 투명 또는 반투명한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
제1항에 있어서,
상기 보호막의 일부는 상기 보온막의 일측에 부착되어 고정되거나 탈착가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
제1항에 있어서,
상기 태양열 집열기는, 상기 보온막의 일측부 바닥에 설치되어 태양광을 상기 집열튜브 또는 상기 제1반사막으로 반사시키는 제2반사막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
제6항에 있어서,
상기 태양열 집열기는, 지면에 설치되어 지면으로부터의 습기 침투를 막고 열손실을 줄이는 기저막을 더 포함하고,
상기 제2반사막은 상기 기저막의 일부에 마련되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
제7항에 있어서,
상기 태양열 집열기는, 상기 보호막을 팽팽하게 당기도록 상기 기저막의 양측에 마련되어 지면에 고정되는 고정막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 집열매체는 물 또는 공기이고,
상기 보온기체는 공기인 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
제9항에 있어서,
상기 집열매체로 물이 사용될 때, 상기 집열튜브에는 집열튜브 내로 대기압 이상의 압력으로 물을 주입하는 장치가 연결되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 집열튜브의 적어도 일단부에는 집열매체 출입부가 마련되고,
상기 보온막의 적어도 일단부에는 보온기체 출입부가 마련되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
제11항에 있어서,
상기 집열튜브의 타단부는 막히도록 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보호막은 상기 보온막의 외측면에 연결되어 설치되는 지면과 함께 상기 보온막의 하부를 둘러싸도록 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 태양열 집열기는, 상기 집열튜브 및 상기 보온막과 연결되고 일측에 집열매체 출입부와 보온기체 출입부가 구비되는 마개부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
내부에 열전달매체인 집열매체를 수용하여 태양열을 받아들이는 유연 재질의 집열튜브와;
상기 집열튜브를 둘러싸며, 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보온막과;
상기 보온막의 일부에 마련되어, 상기 집열튜브 주위의 태양광을 상기 집열튜브로 반사시키는 유연 재질의 제1반사막을 포함하고,
상기 집열매체로 공기가 사용되며,
상기 집열튜브의 일측에는 집열튜브 내부로 유입되는 공기가 상기 집열튜브와 보온막 사이의 공간으로 유출되도록 하는 통기공이 형성된 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
제15항에 있어서,
상기 통기공에는 보온막 내부로 유입된 공기가 다시 유출되지 않도록 하는 체크밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
내부에 열전달매체인 집열매체를 수용하여 태양열을 받아들이는 집열튜브와;
상기 집열튜브를 둘러싸며, 보온기체를 수용하는 보온막과;
상기 보온막의 일부에 마련되어, 상기 집열튜브 주위의 태양광을 상기 집열튜브로 반사시키는 제1반사막과;
지면에 설치되어 지면으로부터의 습기 침투를 막고 열손실을 줄이는 기저막과;
상기 기저막의 일부에 마련되어, 태양광을 상기 집열튜브 또는 상기 제1반사막으로 반사시키는 제2반사막을 포함하는 태양열 집열기.
집열매체를 이용하여 태양열을 받아 열을 수집하는 태양열 집열기와;
상기 태양열 집열기와 연결되고 상기 집열기의 집열매체를 순환시켜 열교환하여 집열매체의 열을 축열매체에 축열하는 축열장치와;
상기 집열기의 집열매체를 상기 축열장치로 순환시키도록 연결하는 연결장치를 포함하고,
상기 태양열 집열기는,
내부에 열전달매체인 집열매체를 수용하여 태양열을 받아들이는 유연 재질의 집열튜브와,
상기 집열튜브를 둘러싸며, 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보온막과,
상기 보온막의 일부에 마련되어, 상기 집열튜브 주위의 태양광을 상기 집열튜브로 반사시키는 제1반사막을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열시스템.
제18항에 있어서,
상기 태양열 집열기의 집열매체와 상기 축열장치의 축열매체로 동일한 액체가 사용되고,
상기 연결장치는,
상기 축열장치의 하부와 연결되어 상대적으로 저온의 액체를 공급하는 제1유로와;
상기 축열장치의 상부와 연결되어 상기 집열기에서 집열되어 상대적으로 고온의 액체를 상기 축열장치로 공급하는 제2유로와;
상기 집열기의 집열튜브와 연결되어 상기 제1유로로부터 공급되는 액체를 상기 집열튜브로 공급하는 제3유로와;
상기 제1유로, 제2유로 및 제3유로가 만나는 곳에 설치되어 상기 액체의 유동 방향을 조절하는 삼방밸브와;
상기 집열튜브 내에서 집열된 집열매체를 상기 제3유로 및 제2유로를 거쳐 상기 축열장치의 상부로 끌어올리는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열시스템.
제18항에 있어서,
상기 태양열 집열기는,
물을 집열매체로 사용하는 제1집열기와,
공기를 집열매체로 사용하는 제2집열기를 포함하고,
상기 제2집열기의 집열튜브 내 공기는 상기 제1집열기의 보온막 내 공기와 연결되어 순환되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열시스템.
제18항에 있어서,
상기 태양열 집열기는 집열매체로 공기를 사용하고,
상기 축열장치는 축열매체로 물을 사용하며,
상기 태양열 집열기의 집열튜브 내 공기는 상기 축열장치 내에서 순환하는 물과 열교환하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 집열시스템.
집열매체를 이용하여 태양열을 받아 열을 수집하는 태양열 집열기와;
상기 태양열 집열기와 연결되고 상기 집열기의 집열매체를 순환시켜 열교환하여 집열매체의 열을 액체 상태의 축열매체에 축열하는 축열장치와;
상기 집열기의 집열매체를 상기 축열장치로 순환시키도록 연결하는 연결장치를 포함하고,
상기 축열장치는,
하부에 상기 축열매체가 주입되고 그 상부로 상기 집열매체가 흐르면서 축열매체와의 직접 접촉에 의해 열교환하도록 이루어진 유연 재질의 축열튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열시스템.
제22항에 있어서,
상기 축열장치는, 상기 축열튜브의 적어도 상부를 둘러싸도록 연결되어 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 축열보온막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열시스템.
제23항에 있어서,
상기 축열장치는 상기 축열튜브의 하부를 감싸서 상기 축열튜브가 안착되도록 형성된 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열시스템.
내부에 열전달매체인 집열매체를 수용하여 태양열을 받아들이는 유연 재질의 집열튜브와, 상기 집열튜브를 둘러싸며, 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보온막과, 상기 보온막의 일부에 마련되어, 상기 집열튜브 주위의 태양광을 상기 집열튜브로 반사시키는 유연 재질의 반사막을 포함하는 제1집열기와;
내부에 열전달매체인 집열매체를 수용하여 태양열을 받아들이는 유연 재질의 집열튜브와, 상기 집열튜브를 둘러싸며, 내부에 보온기체를 수용하는 유연 재질의 보온막과, 상기 보온막의 일부에 마련되어, 상기 집열튜브 주위의 태양광을 상기 집열튜브로 반사시키는 유연 재질의 반사막을 포함하는 제2집열기를 포함하고,
상기 제2집열기의 집열튜브 내 집열매체는 상기 제1집열기의 보온막 내부와 연통되어 순환되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.