KR101166976B1

KR101166976B1 - 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러

Info

Publication number: KR101166976B1
Application number: KR1020100038264A
Authority: KR
Inventors: 김동원
Original assignee: 김동원
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2012-07-23
Also published as: KR20110118883A

Abstract

본 발명은 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러에 관한 것으로, 지상 또는 건물에 고정되는 고정부(10)와; 상기 고정부(10)에 의해 회동가능하게 지지되며 태양의 방위각을 추종하기 위해 지면에 대략 수직(80° ~ 100°)인 제1 각변위벡터(V1)를 갖도록 제1 회전축(C1)으로 회전하는 회전체(20)와; 상기 회전체(20)를 회전시키는 회전수단(30)과; 상기 회전체(20) 상부에 돌출 설치되는 지지구(40)와; 상기 지지구(40)에 의해 회동가능하게 지지되며 태양의 고도각을 추종하기 위해 상기 제1 각변위벡터(V1)와 대략 수직(80° ~ 100°)을 이루는 제2 각변위벡터(V2)를 갖도록 제2 회전축(C2)으로 회전하는 보일러(50)와; 상기 보일러(50)와 일체로 거동하도록 설치되는 집광부(60)와; 상기 보일러(50)와 집광부(60) 결합체를 회전시켜 상기 보일러(50)의 앙각(仰角, 보일러(50) 법선 벡터와 지평면이 이루는 각도)을 조절하는 앙각조절장치(70);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러에 관한 것이다.

Description

태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러 { High Efficency Solar Light Boiler }

본 발명은 태양 위치 추적과 거울을 이용한 집광 기능을 구비하여 고온의 스팀 발생이 가능하며 2축 추적을 위한 구동소스를 최소화하여 발전 효율을 증대시킬 수 있으며 집광에 의해 비용 대비 가열 효율을 증가시킨 태양 위치 추적 및 거울 집광형 태양광 보일러에 관한 것이다.

종래의 태양추적에 관한 기술은 현재 상당히 활발하게 진행중에 있으며, 다양한 방법들이 시도되고 있다. 양측추적식의 경우 태양 추적의 정확성은 증가하지만 장치의 구성이 복잡해지고 양축 추적 장치를 거동하기 위해서는 에너지가 많이 소모되고 그 장치의 제어를 위해 여러 추가 장비가 필요하여 실제적으로 투자 대비 얻을 수 있는 상대적 발전 효율이 적은 문제점이 있었다.

단축 추적식 태양광 발전장치의 예로서, 대한민국 등록특허 제10-0886971, 단축식 태양광 트랙커는 "설치상태에서 상단의 높이 차이가 발생하는 적어도 2개 이상의 포스트와; 상기 포스트의 상단에 구비된 힌지브라켓과; 수직한 회동평면을 가지도록 상기 힌지브라켓에 힌지결합되고 내부에 원형단면의 결합구멍이 구비된 회동베이스와; 상기 회동베이스의 결합구멍을 관통하여 돌출되는 하측결합단과, 상기 하측결합단이 상기 결합구멍에 삽입되는 깊이를 제한하도록 단면이 확장되어 형성된 중앙플랜지와, 상기 중앙플랜지로부터 상기 하측결합단의 반대방향으로 돌출되며 상기 하측결합단과 동심축을 이루고 동일한 단면크기로 형성된 상측결합단을 일체로 구비한 회동매개결합체와; 상기 회동매개결합체의 하측결합단 또는 상측결합단의 외측에 삽입되는 결합파이프가 양단에 구비되고, 상측면에 다수의 태양전지모듈이 평면을 이루어 배치된 수광판과; 상기 수광판과 상기 포스트 사이에 설치되어 상기 수광판을 상기 회동매개결합체의 길이방향을 따른 축을 따라 회동시키는 작동수단; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 단축식 태양광 트랙커를 게시하고 있으나, 단축 추적식으로서 태양전지판과 태양의 입사각이 이루는 각도가 수직이 되지 못하여 작동을 위한 소용 에너지 대비 발전 효율이 작고 개개 장치의 제어에 있어서 비효율적인 문제점이 있었다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러는, 지상 또는 건물에 고정되는 고정부(10)와;

상기 고정부(10)에 의해 회동가능하게 지지되며 태양의 방위각을 추종하기 위해 지면에 대략 수직(80° ~ 100°)인 제1 각변위벡터(V1)를 갖도록 제1 회전축(C1)으로 회전하는 회전체(20)와;

상기 회전체(20)를 회전시키는 회전수단(30)과;

상기 회전체(20) 상부에 돌출 설치되는 지지구(40)와;

상기 지지구(40)에 의해 회동가능하게 지지되며 태양의 고도각을 추종하기 위해 상기 제1 각변위벡터(V1)와 대략 수직(80° ~ 100°)을 이루는 제2 각변위벡터(V2)를 갖도록 제2 회전축(C2)으로 회전하는 보일러(50)와;

상기 보일러(50)와 일체로 거동하도록 설치되는 집광부(60)와;

상기 보일러(50)와 집광부(60) 결합체를 회전시켜 상기 보일러(50)의 앙각(仰角, 보일러(50) 법선 벡터와 지평면이 이루는 각도)을 조절하는 앙각조절장치(70);를 포함하여 구성된다.

본 발명은 태양 위치 추적과 거울을 이용한 집광 기능을 구비하여 고온의 스팀 발생이 가능하며 2축 추적을 위한 구동소스를 최소화하여 발전 효율을 증대시킬 수 있으며 집광에 의해 비용 대비 가열 효율을 증가시킨 태양 위치 추적 및 거울 집광형 태양광 보일러가 제공된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러 측면 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러 사시도.
도 3(a, b)은 본 발명의 일실시예에 따른 보일러 단면 구성도 및 가열관 평면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러 측면 구성도 및 지지프레임 배면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정부, 회전체 상세 단면도.
도 6a는 앙각조절장치를 보이기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전체, 앙각조절장치 평면도.
도 6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정부, 회전체, 앙각조절장치, 지지프레임 측면도.
도 6c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속적으로 연결된 앙각조절장치 구성도.
도 6d는 도 6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정부, 회전체, 및 복수개의 지지프레임 측면도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 작동축, 지지구 상세도.
도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 위치조절장치 상세도, 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 최대앙각 조절장치 상세도.
도 9(a, b)는 오목 거울 사시도 및 정면도.
도 10a는 오목 거울 설치도, 도 10b는 오목 거울 배면도.
도 11(a, b)은 오목거울 고정구 사시도, 평면도, 정면도, 측면도.
도 12a는 앙각조절장치를 설명하기 위한 본 발명의 제2실시예에 따른 태양광 발전 장치 사시도.
도 12b는 앙각조절장치를 설명하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전 장치 측면도.
도 12c는 앙각조절장치를 설명하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전 장치 평면도.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 작동 예시도.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전 장치 정단면도.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 장력제공수단 상세도,
도 16은 본 발명의 텐션 스프링부 상세도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지구 및 앙각조절장치 사시도.

이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러 측면 구성도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러 사시도, 도 3(a, b)은 본 발명의 일실시예에 따른 보일러 단면 구성도 및 가열관 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러 측면 구성도 및 지지프레임 배면도이다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정부, 회전체 상세 단면도, 도 6a는 앙각조절장치를 보이기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전체, 앙각조절장치 평면도, 도 6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정부, 회전체, 앙각조절장치, 지지프레임 측면도, 도 6c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속적으로 연결된 앙각조절장치 구성도, 도 6d는 도 6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정부, 회전체, 및 복수개의 지지프레임 측면도이다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 작동축, 지지구 상세도이다. 도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 위치조절장치 상세도, 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 최대앙각 조절장치 상세도이다.

도 12a는 앙각조절장치를 설명하기 위한 본 발명의 제2실시예에 따른 태양광 발전 장치 사시도, 도 12b는 앙각조절장치를 설명하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전 장치 측면도, 도 12c는 앙각조절장치를 설명하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전 장치 평면도, 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 작동 예시도, 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전 장치 정단면도이다. 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지구 및 앙각조절장치 사시도이다.

도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 장력제공수단 상세도, 도 16은 본 발명의 텐션 스프링부 상세도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러는, 지상 또는 건물에 고정되는 고정부(10)와; 상기 고정부(10)에 의해 회동가능하게 지지되며 태양의 방위각을 추종하기 위해 지면에 대략 수직(80° ~ 100°)인 제1 각변위벡터(V1)를 갖도록 제1 회전축(C1)으로 회전하는 회전체(20)와; 상기 회전체(20)를 회전시키는 회전수단(30)과; 상기 회전체(20) 상부에 돌출 설치되는 지지구(40)와; 상기 지지구(40)에 의해 회동가능하게 지지되며 태양의 고도각을 추종하기 위해 상기 제1 각변위벡터(V1)와 대략 수직(80° ~ 100°)을 이루는 제2 각변위벡터(V2)를 갖도록 제2 회전축(C2)으로 회전하는 보일러(50)와; 상기 보일러(50)와 일체로 거동하도록 설치되는 집광부(60)와; 상기 보일러(50)와 집광부(60) 결합체를 회전시켜 상기 보일러(50)의 앙각(仰角, 보일러(50) 법선 벡터와 지평면이 이루는 각도)을 조절하는 앙각조절장치(70);를 포함하여 구성된다.

지지구(40)에 지지프레임(F1)이 회동가능하게 고정되고 상기 오목거울(61)과 상기 보일러(50)는 지지프레임(F1)에 고정되며, 집광부(60)는 빛을 모으는 오목거울(61)과 상기 오목거울(61)로부터 입사된 빛을 상기보일러(50)에 투사하는 볼록거울(65)로 구성된다.

도 1 내지 도 4, 도 5 내지 도 7(제 실시예 : 지지프레임 복수), 도 12 내지 도 14, 도 17(제2 실시예 : 지지프레임 단수)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러는, 고정부(10)와 회전체(20)와 회전수단(30)과 지지구(40)와 보일러(50)와 집광부(60)와 앙각조절장치(70);를 포함하여 구성된다.

고정부(10)와 회전체(20), 회전수단(30), 및 지지구(40)에 대하여 설명한다.

<고정부 및 회전체>

도 6b, 도 6d, 도 12b에 도시된 바와 같은 고정부(10)는 지상 또는 건물에 고정된다. 회전체(20)는 고정부(10)에 의해 회동가능하게 지지되며 태양의 방위각을 추종하기 위해 지면에 대략 수직(80° ~ 100°)인 제1 각변위벡터(V1, 도 6d)를 갖도록 제1 회전축(C1)으로 회전한다. 도 5, 도 12a에 도시된 바와 같은 회전수단(30)은 회전체(20)를 회전시킨다.

본 발명에 따른 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같은 태양광 보일러에 도 6b, 도 6d, 도 12b에 도시된 바와 같은 고정부(10) 및 회전체(20), 도 5, 도 12a에 도시된 바와 같은 회전수단(30)이 사용될 수 있음은 당연하다.

도 5, 도 6b, 도 6d에 도시된 바와 같은 본 발명의 제1 실시예(고정부, 회전체, 및 앙각조절수단 관련)에 있어서, 고정부(10)는 지상 또는 건물에 고정된다. 고정부(10)는 지상 또는 지상에 설치된 프레임 또는 건물을 포함하는 인공구조물의 일부에 고정설치된다. 회전체(20)는 고정부(10)에 지지된 상태에서 상부지지체(21)이 태양의 방위각을 추종하도록 제1회전축(C1)을 기준으로 회전한다.

도 5, 도 6b, 도 6d에 도시된 바와 같은 본 발명의 제1 실시예(고정부, 회전체, 및 앙각조절수단 관련)에 있어서, 회전체(20)는 지지구(40)를 지지하는 상부지지체(21)와 고정부(10)에 지지되어 회전하는 하부통체(25)로 구성된다. 도시된 바와 같이, 상부지지체(21)의 지지면(21a)과 지면이 이루는 각도(A1)는 30 ~ 60°를 이루며, 지지프레임(F1)은 상부지지체(21)에 상하 방향으로 나란하게 형성된다.

도 5에 도시된 바와 같은 실시예에서 고정부(10)와 회전체(20)의 하부통체(25)는 플라스틱 사출로 제조될 수 있다. 고정부(10)는 하부통체 안치홈(13)과, 상기 하부통체 안치홈(13)을 형성하는 제1 외벽부(12)와 바닥부(14), 그리고 바닥부(14) 중심에 형성된 중공의 회전축홀더(11)로 구성된다. 바닥부에는 바퀴안내홈(34)이 형성된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 회전체(20)는 상부지지체(21)와 고정부(10)에 지지되어 회전하는 하부통체(25)로 구성된다. 하부통체(25)는 상부지지체(21)를 경사진 상태로 지탱하기 위한 경사판(25a)과 경사판(25a)을 지지하는 중공의 몸통(25b)와, 몸통(25b) 하부에 구성되고 하부통체 안치홈(13) 안에서 회전하는 내통체(25c)와 중공의 몸통(25b)의 저면부(27) 중심에 돌출형성되어 제 1회전축(C1)을 형성하는 축부(21)로 구성된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 회전체(20)의 내통체(25c) 외면과 고정부(10)의 제1 외벽부(12) 내면 사이의 마찰을 줄이기 위해 내통체(25c)에 회전가능하게 고정된 상태에서 고정부(10)의 제1 외벽부(12) 내면을 구름운동하는 측면롤러(35)를 추가로 구비할 수 있다.

도 12(a, b, c), 도 14에 도시된 바와 같은 고정부, 회전체, 및 앙각조절수단 관련 제2 실시예에 있어서, 고정부(10)과 회전체(20)는 플라스틱 사출로 제조되는 것이 바람직하다. 고정부(10)는 회전체 안치홈(11)과, 회전체 안치홈(11)을 형성하는 'ㄷ' 단면 형상의 제1 외벽부(12)와 평판부(14)로 구성된다. 회전체(20)은 원형의 바닥부(21)와, 바닥부(21)의 외주면으로부터 하향 연장되어 형성된 제2 외벽부(22)와, 바닥부(31) 중심 저면에 형성된 중공의 축부(24)로 구성되는 것이 바람직하다.

<회전수단>

도 5에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 있어서, 회전체(20)를 회전시키는 회전수단(30)은 모터(M)에 의해 회전되는 구동기어(31)가 회전체(20)의 외주면에 형성된 톱니부(32)와 맞물려 회전체(20)를 회전시킨다.

도 12a, 도 14에 도시된 제2 실시예에 있어서, 모터(M)에 의해 회전되는 구동기어(31)가 회전체(20)의 외주면에 형성된 톱니부(32)와 맞물려 회전체(20)를 회전시킨다. 모터의 힘으로 원판 또는 회전체를 회전시키는 공지의 기술은 본 발명의 회전수단(30)의 범위에 포함된다.

<지지구>

도 6d, 도 7, 도 17, 도 12a, 또는 도 12b에 도시된 바와 같이, 지지구(40)는 회전체(20) 상부에 돌출 설치된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 지지구(40)는 지지프레임(F1)과 체결을 용이하게 하기 위해 핀통과홀이 구비된 체결브라켓(41)이 상부에 구비되고 중간 후방에 작동축(S1)이 내삽되는 관통부(43)가 형성된 회전축용 브라켓(42)이 구비된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 지지프레임(F1)의 후면에는 작동와이어용 와이어고리가 형성되고 체결브라켓(41)에 결합되기 위해 핀홀을 구비한 브라켓이 형성된다.

<지지프레임>

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 지지프레임(F1)은 지지구(40)에 의해 회동가능하게 지지되며 태양의 고도각을 추종하기 위해 제1 각변위벡터(V1)와 대략 수직(80° ~ 100°)을 이루는 제2 각변위벡터(V2)를 갖도록 제2 회전축(C2)으로 회전한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 지지프레임(F1)의 브라켓(B4)에 제2 회전축(C2)이 삽입된다.

보일러(50)와 집광부(60)는 지지프레임(F1)에 지지된 상태에서 지지구(40)에 의해 회동가능하게 지지되는 것이 바람직하다. 즉, 보일러(50)와 집광부(60)은 지지프레임(F1)을 매개 수단으로 하여 지지구(40)에 의해 회동가능하게 지지되는 것이 바람직하다.

도 1 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 지지프레임(F1)은 하부골격(101)과 구면을 형성하는 상부골격(102, 103)으로 구성된다. 브라켓(105)을 구비하여 브라켓(105)과 제2 회전축(C2)을 통해 지지구(40)에 회동가능하게 지지되는 하부골격(10)을 포함하고 일실시예에서 하부골격(10)은 각형상의 프레임이다. 상부 골격은 방사형 골격(103)과 원형 골격(102)으로 구성된다. 상부 골격의 전면에 조각형 오목 거울이 부착된다.

<집광부>

도1 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 집광부(60)는 빛을 모으는 오목거울(61)과 오목거울(61)로부터 입사된 빛을 상기 보일러(50)에 반사하는 볼록거울(65)로 구성된다. 집광부(60) 중 오목거울은 지지프레임(F1)의 전면에 설치된다. 볼록거울(65)은 상기 오목거울(61)로부터 전방으로 돌출된 거치대(66)에 의해 고정된다.

도 9(a, b)는 오목 거울 사시도 및 정면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 오목 거울은 같은 곡률을 갖는 여로 조각의 오목 거울이 모여 하나의 초점을 형성하는 오목 거울(61)을 이룬다.

도 1, 도 4, 도 9에 도시된 바와 같이, 오목거울(61)의 중심에 빛투과홈(62)이 형성되고, 볼록거울(65)은 상기 오목거울(61)로부터 전방으로 돌출된 거치대(66)에 의해 고정된다.

볼록거울(65)은 오목거울(61)로부터 입사된 빛을 상기 빛투과홈(62)으로 투사하고, 빛투과홈(62)을 통과한 빛은 오목거울(61)의 중심 후방에 위치한 보일러(50)로 입사된다. 오목거울(61)은 동일한 곡률을 갖도록 복수개로 조각진 형태로 생산되어 구면 형태의 지지프레임(F1)에 의해 지지되고, 유동하는 공기가 통과할 수 있게 통과홈(63)이 형성된다. 오목 거울은 표면을 크롬 도금하여 제조할 수 있다.

도 10a는 오목 거울 설치도, 도 10b는 오목 거울 배면도, 도 11(a, b)은 오목거울 고정구 사시도, 평면도, 정면도, 측면도이다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 오목거울 몸체(61a)는 반경방향 리브(103a)와 원주방향 리브(102a)에 체결구(120)로 고정될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 체결구(120)는 양쪽 저면에 날개(122)가 형성된 직육면체형 몸체(121)에 반경방향 리브(103a)가 관통하는 세로방향 체결홈(123)이 형성된다. 또한, 가로방향 체결홈(124)이 세로방향 체결홈(123)에 수직으로 서로 엇갈리게 형성된다. 오목거울 몸체(61a)는 플라스틱 사출로 형성될 수 있으며 보강리브가 형성된다.

<보일러>

도 1에 도시된 보일러(50)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 보일러 몸체(51) 내부에 형성된 집수통(52)과, 상기 집수통(52)에 물을 공급하는 급수구(53)와, 상기 집수통(52)으로부터 물을 공급받아 태양열로 가열하는 가열관(54)와, 상기 가열관(54)의 하류에 연결되어 배출 통로를 형성하는 온수출구(55)와, 상기 가열관(54)를 보호하기 위해 보일러 몸체(51)의 상부를 덮는 투명판(56)으로 구성된다. 가열관(54)은 권회된 파이프가 판형상을 이룬다. 본 발명의 실시예에서 가열관(54)이 이루는 평면에 수직인 방향으로 빛이 볼록 거울(65)로부터 입사하게 된다.

<무게추>

도 1 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 지지구(40)에 고정되는 무게추(90)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 무게추(90)는 보일러(50)와 집광부(60) 결합체의 반대편에 균형을 위해 구성된다. 도 1에 도시된 바와 같이 무게추(90)는 지지구(40)에 힌지(93)로 회동되게 고정되고 와이어(91)로 지지프레임(F1)에 연결되어 지지프레임(F1)과 연동하여 회전하게 구성할 수 있다.

<앙각조절장치>

도 6(a, b, c, d)는 제1 실시예에 있어서 앙각조절장치(70)를 잘 보여주며, 도 12(a, b, c)는 제2 실시예에 있어서 앙각조절장치(70)를 잘 보여준다. 양 실시예에 있어서 그 원리는 같으며 그 구성도 동일 내지 유사하다.

양 실시예에 있어서, 앙각조절장치(70)는 보일러(50)와 집광부(60) 결합체 또는 보일러(50)와 집광부(60)가 고정된 지지프레임(F1)를 회전시켜 보일러(50)와 집광부(60) 중 오목 거울(61)의 앙각(仰角, 보일러 법선 벡터와 지평면이 이루는 각도, 오목 거울의 중심선과 지평면이 이루는 각도)을 조절한다.

도 6(a, b, c) 또는 도 12(a, b, c)에 도시된 바와 같이, 앙각조절장치(70)는, 지지구(40)에 회전가능하게 지지되며 구동풀리(72)가 형성된 작동축(S1)과, 상기 회전체(20)의 회전력으로써 상기 구동풀리(72)를 회전시키는 구동와이어(W1)와, 상기 구동와이어(W1) 타측을 당기는 장력제공수단(T1)을 포함한다.

구동와이어(W1)의 일단은 회전체(20)와 달리 회전하지 않는 고정점(P1)에 고정되고, 구동와이어(W1)의 중간부는 상기 회전체(20)에 위치하는 작동점(P2)에 슬라이딩 가능하게 고정된 후 상기 구동풀리(72)를 권회하고, 구동와이어(W1)의 타단은 상기 작동축(S1)을 기준으로 상기 작동점(P2)의 반대편 측 회전체(20) 부분에 설치된 장력제공수단(T1)에 감겨진다.

도 6(a, b, c) 또는 도 12(a, b, c)에 도시된 바와 같이, 앙각조절장치(70)는, 작동축(S1)에 형성된 피동풀리(75)와, 피동풀리(75)를 권회한 후 양단이 보일러(50) 및 집광부(60) 결합체(또는 지지프레임(F1))에 각각 고정되는 작동와이어(W2)를 더 포함하여 구성된다.

도 6(a, b, c) 또는 도 12(a, b, c)에 도시된 바와 같이, 고정점(P1)은 상기 회전체(20)에 근접하되 회전하지 않는 물체, 상기 고정부(10)의 한 지점, 또는 상기 고정점(P1)을 계절에 따라 이동시켜서 보일러(50) 또는 오목거울(61)의 최대 앙각을 설정하는 최대앙각 조절장치(500) 중 하나에 설치된다. 도 6a 또는 도 12c에 도시된 바와 같이, 작동점(P2)은 상기 회전체(20)에 구성된 안내홈(21) 안에서 일년에 한 사이클씩 이동함으로써 상기 제2 회전축(C2)을 기준으로 하는 회전(고도 추종 회전)의 각변위 및 각속도가 계절에 따라 변경된다.

도 13은 본 발명의 앙각조절장치(70)의 작동 원리를 보여준다. P2의 위치를 변경함으로써 회전체(10)의 회전각변위(방위각 추종) 대비 오목 거울 또는 보일러의 회전각 변위(고도각 추종)의 비율, 또는 양자의 각속도 비율을 계절에 따라 조절할 수 있다.

도 13에서와 같이, 하루 중 고도각 추종을 위한 앙각 조절시 P1은 고정된다. P1-P3의 길이가 길어질수록 구동와이어(W1)는 P3쪽에 있는 장력제공수단(T1)으로부터 와이어를 공급받는다. 따라서, P2 지점과 장력제공수단(T1) 사이에 감겨진 구동풀리(72)는 구동와이어(W1)가 감겨지고 풀어짐에 의해 회전하게 되고 작동축(S1)이 회전하게 된다.

도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 위치조절장치 상세도이고, 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 최대앙각 조절장치 상세도이다.

도 6(a)에 도시된 바와 같이, 작동점(P2)은 위치조절장치(400)에 의해서 상기 안내홈(310)을 따라 일년에 한 사이클씩 이동할 수 있다. 도 6(a) 또는 도 8a에 도시된 바와 같이, 위치조절장치(400)는, 작동점(P2)을 형성하며 구동와이어(W1)가 고정되는 작동고리부(410)와, 작동고리부(410)가 고정되며 나사부(420a)가 형성된 로드(420)와, 나사부(420a)에 외삽되고 모터(440)에 의해 고정된 위치에서 회전되는 회전너트(450)와, 회전너트(450)를 회전시키는 제2 모터(440)로 구성된다.

도 8b에 도시된 바와 같은 최대앙각 조절장치(500)는 고정점(P1)을 계절에 따라 이동시켜서 지지프레임(F1)의 최대 앙각을 설정한다. 최대앙각 조절장치(500)를 사용하지 않고 수동으로 태양전지판의 초기 위치(또는 최대앙각)를 설정할 수 있음은 당연하다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 최대앙각 조절장치(500)는 고정점(P1)을 형성하며 구동와이어(W1)가 고정되는 작동고리부(510)와, 상기 작동고리부(510)가 고정되며 나사부(520a)가 형성된 로드(520)와, 나사부(520a)에 외삽되고 제3 모터(540)에 의해 고정된 위치에서 회전되는 회전너트(550)와, 회전너트(550)를 회전시키는 제5 모터(540)로 구성된다.

도 6c에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 있어서, 복수의 작동축(S1)들이 서로 평행하며 나란하게 배치된다. 구동와이어(W1)는 서로 평행하며 나란하게 배치된 한 세트의 작동축(S1)들 중 하나의 구동풀리(72)를 권회한다. 구동와이어(W1)가 권회된 구동풀리(72)를 갖는 작동축(S1)은 구동와이어(W1)가 권회되지 않는 다른 제1 회전축(C1)과 체인(73)으로 연결된다. 구동와이어(W1)가 권회된 구동풀리(72)를 갖는 하나의 작동축(S1)이 태양의 고도각 추종을 위해 회전하면 한 세트에 속하는 다른 작동축(S1)들도 같은 각속도로 회전한다.

도 15는 본 발명의 장력제공수단 상세도이고, 도 16은 본 발명의 텐션 스프링부 상세도이다. 작동와이어(W2)의 중간에 텐션을 유지하거나 조절하기 위한 텐션 스프링부(80)가 개재될 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 텐션 스프링부(80)는, 중공의 길이조절박스(83)와, 상기 길이조절박스(83) 안에서 슬라이딩 하는 중공의 스프링박스(82)와, 길이조절박스(83) 내부 일측면에 지지된 후 상기 스프링박스(82)의 일측면을 통과하고 타단에 스프링 지지편(84)가 형성된 스프링축(89)을 포함한다. 또한, 일측면은 상기 스프링박스(82)의 일측면에 지지되고 타측면은 상기 스프링 지지편(84)에 의해 지지되는 스프링(85)과, 길이조절박스(83)의 일측면에 고정된 길이조절 나사볼트(86)와, 길이조절 나사볼트(86)에 체결된 길이조절 나사너트(87)와, 스프링박스(82)의 타측면에 형성된 연결고리(81)로 구성된다.

도 15에 도시된 바와 같은 장력제공수단(T1)은 나선형(Spiral Type)를 포함하며 회전체(20)의 상면에 설치된다.

제어부(미도시)는 회전수단(30)의 모터(M)를 제어하여 회전체(20)의 방위각 추정을 위한 각변위와 각속도를 제어한다. 또한, 제어부(미도시)는 위치조절장치(400)의 모터(440)를 제어하여 1년에 한 사이클씩 미리 입력된 변위만큼 작동점(P2)을 이동시킨다. 또한, 제어부(미도시)는 최대앙각 조절장치(500)는 제3 모터(540)를 제어하여 계절에 따른 지지프레임(F1), 보일러(50), 또는 오목거울(61)의 최대 앙각(하루 중 초기 또는 말기 의 앙각)을 설정한다.

이하에서 본 발명의 작용을 설명한다. 도 13(도 6, 도 12)은 본 발명의 작용을 설명하는 도면이다. 1. 태양 전지판(보일러 또는 오목거울)은 태양과 정면으로 배치되어야 Energy를 많이 받을 수 있다. 2. 태양은 오전에 동쪽에서 떠서 12시에 남중하고 서쪽으로 진다. 3. 태양 전지판(보일러 또는 오목거울)이 태양을 향하여 동서로 회전하게 모터 시계를 정착한다. 4. 태양의 위치에 따라 태양의 고도가 달라지므로 태양 전지판(보일러 또는 오목거울)의 각도를 조절하여야 한다. 5. 회전판에 그림과 같이 와이어를 연결하면 시간에 따라 와이어의 길이가 달라진다. 6. 그림과 같이 와이어는 구동풀리(72) 또는 작동축(S1)를 회전시킨다.

7. 같은 작동축(S1)에 연결되어 있는 피동풀리(75)가 회전하므로 FH, HG의 길이가 달라지므로 보일러(50) 또는 지지프레임(F1)의 각도를 자동으로 움직일 수 있다. 8. P2의 위치를 조절하여 P2P3의 길이가 조절되면 P1P2+P2P3의 길이가 계절에 따라 별표에 따른 각속도가 달라짐을 조절할 수 있다. 9. one chip micoprosesor를 이용 매월 1회씩 태양 남중시에 P2의 위치와 P1의 남중시의 기울기와 시계 모터의 속도를 조절한다.

계절에 따른 남중고도

위도 → A, 자전기울기 → B

하지 → 90°-(A - B)→ 90° -(38° - 23.5°) → 75.5°

춘분, 추분 → 90° - A → 90° - 38° → 52°

동지 → 90° - (A + B) → 90° - (38° + 23.5°) → 28.5°

계절에 따른 일조 시간

? 위도 - A

? 자전기울기

	하지	춘분, 추분	동지
(AB) 계절에 따른 남중고도	90°-(A-B) 한국 90°-(38°-23.5°)-75.5°	90°-A → 90°-38° → 52°	90°-(A + B)→ 90°-(38° +23.5°)→ 28.5°
일출에서 남중시간 남중에서 일몰시간	7h 22m →7.36HR	6HR	4h 32m→4.53HR
일출에서 남중 남중에서 일몰시 사이의 각도의 변화 (서울기준)	90°-14.5° →75.5°	90°-38° →52°	90°-61.5° →28.5°
각 속도(θ/hr)시간 당	75.5/7.36→10.3°	52/6→8.6°	28.5/4.53→6.3°
남중시간	12.35	12.30	12.30

본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.

아래의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.

10 : 고정부 20 : 회전체
21 : 상부지지체 21a : 지지면
25 : 하부통체 30 : 회전수단
32 : 톱니부 40 : 지지구
50 : 보일러 51 : 보일러 몸체
52 : 집수통 53 : 급수구
54 : 가열관 55 : 온수출구
56 : 투명판 60 : 집광부
61 : 오목거울 62 : 빛투과홈
65 : 볼록거울 66 : 거치대 70 : 앙각조절장치 72 : 구동풀리 73 : 체인 75 : 피동풀리 90 : 무게추 400 : 위치조절장치
410 : 작동고리부 420 : 로드
420a : 나사부 440 : 제2 모터
450 : 회전너트 500 : 최대앙각 조절장치
510 : 작동고리부 520 : 로드
520a : 나사부 540 : 제3 모터
550 : 회전너트
C1 : 제1 회전축 C2 : 제2 회전축
F1 : 지지프레임 M : 모터
P1 : 고정점 P2 : 작동점
S1 : 작동축 T1 : 장력제공수단
V1 : 제1 각변위벡터 V2 : 제2 각변위벡터
W1 : 구동와이어 W2 : 작동와이어

Claims

삭제
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지상 또는 건물에 고정되는 고정부(10)와;
상기 고정부(10)에 의해 회동가능하게 지지되며 태양의 방위각을 추종하기 위해 지면에 80° ~ 100°인 제1 각변위벡터(V1)를 갖도록 제1 회전축(C1)으로 회전하는 회전체(20)와;
상기 회전체(20)를 회전시키는 회전수단(30)과;
상기 회전체(20) 상부에 돌출 설치되는 지지구(40)와;
상기 지지구(40)에 의해 회동가능하게 지지되며 태양의 고도각을 추종하기 위해 상기 제1 각변위벡터(V1)와 대략 수직(80° ~ 100°)을 이루는 제2 각변위벡터(V2)를 갖도록 제2 회전축(C2)으로 회전하는 보일러(50)와;
상기 보일러(50)와 일체로 거동하도록 설치되는 집광부(60)와;
상기 보일러(50)와 집광부(60) 결합체를 회전시켜 상기 보일러(50)의 앙각(仰角, 보일러(50) 법선 벡터와 지평면이 이루는 각도)을 조절하는 앙각조절장치(70);를 포함하여 구성되되,

상기 앙각조절장치(70)는,
상기 지지구(40)에 회전가능하게 지지되며 구동풀리(72)가 형성된 작동축(S1)과,
상기 회전체(20)의 회전력으로써 상기 구동풀리(72)를 회전시키는 구동와이어(W1)와,
상기 구동와이어(W1) 타측을 당기는 장력제공수단(T1)을 포함하고,
상기 구동와이어(W1)의 일단은 상기 회전체(20)와 달리 회전하지 않는 고정점(P1)에 고정되고,
상기 구동와이어(W1)의 중간부는 상기 회전체(20)에 위치하는 작동점(P2)에 슬라이딩 가능하게 고정된 후 상기 구동풀리(72)를 권회하고,
상기 구동와이어(W1)의 타단은 상기 작동축(S1)을 기준으로 상기 작동점(P2)의 반대편 측 회전체(20) 부분에 설치된 장력제공수단(T1)에 감겨지는 것을 특징으로 하는 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러.
제3항에 있어서,
상기 앙각조절장치(70)는,
상기 작동축(S1)에 형성된 피동풀리(75)와,
상기 피동풀리(75)를 권회한 후 양단이 상기 보일러(50) 및 집광부(60) 결합체에 각각 고정되는 작동와이어(W2)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 고정점(P1)은 상기 회전체(20)에 근접하되 회전하지 않는 물체, 상기 고정부(10)의 한 지점, 또는 상기 고정점(P1)을 계절에 따라 이동시켜서 보일러(50)의 최대 앙각을 설정하는 최대앙각 조절장치(500) 중 하나이고,
상기 작동점(P2)은 상기 회전체(20)에 구성된 안내홈(21) 안에서 일년에 한 사이클씩 이동함으로써 상기 제2 회전축(C2)을 기준으로 하는 회전(고도 추종 회전)의 각변위 및 각속도가 계절에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러.
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제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 지지구(40)에 고정되는 무게추(90)를 더 포함하여 구성되되,
상기 무게추(90)는 보일러(50)와 집광부(60) 결합체의 반대편에 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 위치 추적 및 집광형 태양광 보일러.