KR101179832B1 - 태양전지의 열을 이용한 난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 건물 옥상이나 지붕이나 외벽과 같은 설치대상과 사이에 열 방출을 위한 방열공간이 마련되도록 설치된 태양전지 패널 및 실내에 방열공간 측 열에 의하여 소정의 온도 이상으로 가열된 실외공기를 공급하는 급기수단을 포함하는 난방장치를 제공한다.

Description

태양전지의 열을 이용한 난방장치 {Heating Apparatus using Heat Generated from Solar Cell}

본 발명은 태양전지에서 부수적으로 발생되는 열을 난방에 이용할 수 있도록 한 난방장치에 관한 것이다.

일반적으로, 태양전지를 이용하여 자연에너지인 태양광의 에너지를 전기에너지로 변환, 제공하는 태양광 발전기는 다수 개의 태양전지를 직렬이나 병렬로 연결하여 필요로 하는 발전용량을 가지도록 패널화한 태양전지 패널(도 1의 도면부호 110 참조)을 포함한다.

태양광 발전 시, 태양전지 패널의 태양전지는 그 특성상 일사 등의 영향으로 인하여 온도가 약 60℃ 이상의 고온으로 상승되면서 발열한다. 이 발열현상의 지속(고온 유지)은 태양전지의 발전성능을 저해하는 요인으로서 작용하므로, 이전에는 태양전지 패널을 건물의 옥상이나 지붕이나 외벽과 같은 설치대상(도 1의 도면부호 E 참조)에 근접되거나 접촉되도록 설치하였으나, 근래에 들어서는 이 설치대상으로부터 일정한 거리 이격되도록 설치(도 1 참조)하여 태양전지 패널의 후방인 태양전지 패널과 설치대상의 사이에 방열공간(도 1의 도면부호 105 참조)을 마련하고 있다.

이와 같은 방열공간에 의하면, 태양전지에서 발생하는 열에 의하여 가열되는 방열공간 측 공기는 방열공간으로 유입되는 자연바람으로 인하여 방열공간으로부터 배출되어, 태양전지는 자연적으로 냉각된다.

태양전지에서 발생하는 열은 태양광 발전 시에 별도로 에너지를 투입함이 없이 부수적으로 생기는 것이고, 태양광 발전 시의 방열공간 측 공기는 이 같은 태양전지의 열에 의하여 가열되어 열에너지를 가지는 것이다. 즉, 태양광 발전 시의 방열공간 측 열에너지는 부수적으로 생기는 것인 데다, 다방으로 활용이 가능한 정도의 충분한 열량을 가지는 것이나, 이전까지는 이 열에너지를 무의미하게 대기 중으로 버려 소멸시켰는바, 이렇듯 단지 소멸시켰던 방열공간 측 열에너지를 유용하게 활용하기 위한 대책 마련이 시급히 요구되고 있다.

본 발명은 태양전지에서 태양광 발전 시에 부수적으로 발생하는 열에 의하여 실내의 난방을 이룰 수 있는 난방장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 실외에 설치대상과 사이에 열 방출을 위한 방열공간이 마련되도록 설치된 태양전지 패널과; 실내에 상기 방열공간 측의 열에 의하여 가열된 실외공기를 공급하는 급기수단을 포함하는 난방장치가 제공된다.

상기 급기수단은 상기 방열공간 측의 실외공기가 상기 실내로 유입되도록 상기 방열공간과 상기 실내를 연결하는 급기라인을 포함할 수 있다. 또, 상기 급기수단은 상기 급기라인을 개폐하는 급기라인 개폐기구를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 난방장치는 상기 방열공간 측 온도를 측정하는 제1온도센서와; 상기 실내의 온도를 측정하는 제2온도센서와; 상기 제1온도센서로부터의 측정온도가 기 설정된 제1설정온도 이상이고 상기 제2온도센서로부터의 측정온도가 기 설정된 제2설정온도 이하이면 상기 급기라인이 개방되도록 상기 급기라인 개폐기구를 작동시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 난방장치는 상기 방열공간을 이 방열공간의 외부와 차단할 수 있도록 구성되고 방열공간 개폐기구를 가져 이 방열공간 개폐기구의 개폐작동에 따라 상기 방열공간을 외부와 차단하거나 이 방열공간의 차단을 해제하는 방열공간 차폐수단을 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제어부는 상기 제1온도센서로부터의 측정온도가 기 설정된 제1설정온도 이상이고 상기 제2온도센서로부터의 측정온도가 기 설정된 제2설정온도 이하이면 상기 방열공간이 차단되도록 상기 방열공간 개폐기구를 작동시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 난방장치는 상기 실내의 공기가 상기 방열공간 측으로 배출되도록 상기 방열공간과 상기 실내를 연결하는 배기라인과; 상기 배기라인을 개폐하는 배기라인 개폐기구를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제어부는 상기 제1온도센서로부터의 측정온도가 기 설정된 제1설정온도 이상이고 상기 제2온도센서로부터의 측정온도가 기 설정된 제2설정온도 이하이면 상기 배기라인이 개방되도록 상기 배기라인 개폐기구를 작동시킬 수 있다.

한편, 상기 급기수단은 상기 실내에 공급되는 상기 방열공간 측의 실외공기를 정화하는 여과기를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 동절기에 실내의 난방에너지를 절감할 수 있는 한편, 과열로 인한 태양전지의 발전성능 저하를 방지할 수 있다.

도 1은 일반적인 태양전지 패널의 설치구조가 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명이 도시된 구성도이다.
도 3은 도 2의 A 부분이 도시된 사시도이다.
도 4는 도 2의 B 부분이 도시된 확대도이다.
도 5는 본 발명이 도시된 블록도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 작동상태도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명함에 있어서, 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의를 위하여 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자의 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이러한 용어들의 정의는 이 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

도 2는 본 발명의 전체적인 구성이 도시된 도면으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 건물(1)의 외부인 실외에 위치된 사각형의 태양전지 패널(10) 및 건물(1)의 내부인 실내(1A)에 이 태양전지 패널(10) 측 실외공기를 공급하는 급기수단(20)을 포함한다.

도 3은 도 2의 A 부분이 도시된 사시도로, 도 3에 도시된 바와 같이, 태양전지 패널(10)은 서로 간에 직렬이나 병렬로 연결된 다수 개의 태양전지를 포함한다. 태양전지 패널(10)은 마운팅 프레임(15)과 같은 마운팅수단에 의하여 건물(1)의 옥상이나 지붕(1B)이나 외벽과 같은 설치대상에 이 설치대상으로부터 일정한 거리 이격되도록 설치되어, 태양전지 패널(10)의 후방인 태양전지 패널(10)과 설치대상 사이에는 둘레의 사방이 개방된 방열공간(5)이 마련된다.

태양광 발전 시, 태양전지 패널(10)의 태양전지는 그 온도가 일사 등의 영향으로 약 60℃ 이상의 고온으로 상승되면서 발열하므로, 방열공간(5) 측 실외공기는 이 태양전지에서 발생되는 열에 의하여 가열된다.

도 4는 도 2의 B 부분이 도시된 확대도이다.

급기수단(20)은 실내(1A)에 이렇게 태양전지의 열에 의하여 가열된 방열공간(5) 측 실외공기를 공급한다. 급기수단(20)은 방열공간(5) 측 실외공기를 실내(1A)로 유입하기 위한 적어도 하나의 급기라인(21) 및 이 급기라인(21) 상에 설치된 여과기(23)를 포함한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 급기라인(21)으로는 주름관식의 에어 덕트를 적용하였다. 에어 덕트인 급기라인(21)은 방열공간(5)과 실내(1A)에 그 양단 부분이 각각 위치하도록 설치되어 실외에 위치한 방열공간(5)과 실내(1A)를 공간적으로 연결한다. 여과기(23)는 이러한 급기라인(21)을 따라 실내(1A)로 유입되는 방열공간(5) 측 실외공기를 정화한다. 급기라인(21)의 양단 중 실내(1A)에 위치하는 급기출구에는 급기라인(21)을 따라 유입되는 방열공간(5) 측 실외공기가 실내(1A)에 확산되도록 배출하는 확산기구(22)가 연결된다.

이와 같은 급기수단(20)은 급기라인 개폐기구(24)를 더 포함하는데, 이 급기라인 개폐기구(24)는 급기라인(21)의 급기출구 측에 이 급기출구를 개폐할 수 있도록 설치된 개폐부재(25) 및 이 개폐부재(25)에 개폐작동을 하는 데 필요로 하는 동력을 제공하는 동력원(26)을 포함한다. 여기서, 개폐부재(25)가 회전운동을 하면서 급기출구를 개폐하도록 구성된 것이라면, 동력원(26)은 일례로 모터일 수 있다.

급기수단(20)은 또, 방열공간(5) 측 실외공기를 급기라인(21)으로 강제 유입시키는 급기 팬(27)을 더 포함한다. 바람직하게는, 이 급기 팬(27)은 급기라인(21)의 양단 중 방열공간(5)에 위치하는 급기입구 측에 설치된다.

본 발명은 방열공간(5)으로의 자연바람 유입이 방지되도록 방열공간(5)을 외부와 차단하거나 이 방열공간(5)의 차단을 해제하여 자연바람이 유입될 수 있게 하는 방열공간 차폐수단(30)을 더 포함한다. 이러한 방열공간 차폐수단(30)은 방열공간(5)을 둘러싸도록 이 방열공간(5)의 둘레 사방에 한 개씩 위치되고 이 상태로 설치대상에 각각 하단이 상하회전 가능하게 설치되어 회전방향에 따라 방열공간(5)을 차폐하거나 차폐를 해제하는 네 차폐부재(35) 및 이 네 차폐부재(35)를 회전시키기 위한 동력을 제공하는 동력원(도시되지 않음)을 포함한다. 이 때, 방열공간 차폐수단(30)의 동력원은 네 차폐부재(35)를 각각 회전시키는 모터일 수 있다. 또는, 모터 대신, 공압이나 유압을 이용하는 실린더일 수도 있다. 또는, 실시조건에 따라서는, 동력원의 동력은 전동기구에 의하여 네 차폐부재(35)에 전달할 수도 있다.

또한, 본 발명은 실내(1A)의 공기를 방열공간(5) 측으로 배출하기 위한 배기수단(40)을 더 포함하는데, 이 배기수단(40)은 적어도 하나의 배기라인(41), 배기라인 개폐기구(44) 및 배기 팬(47)을 포함한다.

여기에서, 배기라인(41)은 방열공간(5)과 실내(1A)에 양단 부분이 각각 위치하도록 설치된 주름관식의 에어 덕트이다. 배기라인 개폐기구(44)는 배기라인(41)의 양단 중 실내(1A)에 위치하는 배기입구 측에 이 배기입구를 개폐할 수 있게 설치된 개폐부재를 포함하는데, 이 배기라인 개폐기구(44)의 개폐부재도 급기라인 개폐기구(24)와 마찬가지로 동력원으로부터의 동력에 의하여 개폐작동이 이루어진다. 배기 팬(47)은 배기라인(41)의 양단 중 방열공간(5)에 위치하는 배기출구 측에 설치될 수 있는바, 실내공기를 방열공간(5) 측으로 강제 배출한다.

살펴본 바와 같이 구성되는 본 발명은 태양광 발전 시(흐린 날씨 등으로 태양광 발전이 비원활한 때가 아닌, 원활한 때)에 급기라인(21)이 개방되도록 급기라인 개폐기구(24)를 작동시키는 것과 동시에, 급기 팬(27)을 작동시키면 태양전지에서 발생되는 열에 의하여 가열된 방열공간(5) 측 실외공기가 급기 팬(27)의 작용에 의하여 급기라인(21)으로 유입되고 여과기(23)에 의하여 정화된 후, 실내(1A)에 공급된다.(도 6 참조) 이 때, 태양전지는 방열공간(5)으로부터의 열에너지 유출로 인하여 냉각되는 한편, 실내(1A)는 열에너지를 가지는 방열공간(5) 측 실외공기의 공급으로 인하여 난방이 이루어진다. 따라서, 동절기에 본 발명을 이렇게 작동시키면 태양전지 냉각 및 난방에너지 절감효과를 함께 거둘 수 있다.

이와 같은 태양전지에서 부수적으로 발생되는 열을 이용한 난방과정에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 방열공간(5)이 외부와 차단되도록 방열공간 차폐수단(30)을 작동시키면 방열공간(5)으로의 자연바람 유입이 방지되어 대기 중으로 버려짐에 따라 소멸되는 열에너지의 양을 줄일 수 있게 때문에, 보다 향상된 난방효과를 볼 수 있다. 아울러, 배기라인(41)이 개방되도록 배기라인 개폐기구(44)를 작동시키는 것과 동시에, 배기 팬(47)을 작동시키면 실내공기가 방열공간(5)을 거친 후, 다시 실내(1A)로 되돌아오는 식으로 순환되므로 환기를 이룰 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 하절기에 태양광 발전이 원활한 경우에는 방열공간 차폐수단(30)에 의한 방열공간(5)의 차단을 해제하는 것과 동시에, 급기 및 배기라인(21,41)을 폐쇄하면, 태양전지는 방열공간(5)으로 유입되는 자연바람에 의하여 냉각되고, 열에너지를 가지는 방열공간(5) 측 실외공기는 실내(1A)로의 유입이 방지된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 도 7의 상태에서 배기라인(41)을 개방하고 배기 팬(47)을 작동시키면, 태양전지는 방열공간(5)으로 유입되는 자연바람과 방열공간(5)으로 강제 배출되는 실내공기(냉방 중인 경우에는 냉각된 실내공기)의 동시적인 냉각작용으로 냉각된다. 물론, 실내(1A)는 실내공기의 배출에 따라 환기가 이루어진다.

도 9는 방열공간(5)의 차단을 해제하고 급기 및 배기라인(21,41)을 개방시킨 상태를 나타내는바, 하절기 야간이나 하절기에 태양광 발전이 비원활한 경우에는 본 발명을 이 같이 작동시킬 수 있음을 예시한다. 이 경우, 필요에 따라서는 급기 팬(27)과 배기 팬(47)을 작동시킬 수도 있다.

이상과 같은 본 발명은 그 작동이 자동적으로 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 이를 위한 제어수단을 더 포함한다.

도 5는은 제어수단이 도시된 블록도이다. 이 도 5에 도시된 바와 같이, 방열공간(5) 측의 온도를 측정하는 제1온도센서(52), 실내(1A)의 온도를 측정하는 제2온도센서(54), 이 제1 및 제2온도센서(52,54)로부터 입력되는 측정온도에 따라 급기라인 개폐기구(24), 급기 팬(27), 방열공간 차폐수단(30), 배기라인 개폐기구(44) 및 배기 팬(47)을 작동시키는 제어부(56)를 포함한다. 또, 도시된 바는 없으나, 제어수단은 모드 설정부를 더 포함한다.

모드 설정부에 의하면, 사용자(재실자)는 난방모드와 냉각모드 중 하나를 선택할 수 있다. 난방모드 설정 시, 제어부(56)는 제1온도센서(52)로부터의 측정온도가 미리 설정하여 둔 제1설정온도 이상이고 제2온도센서(54)로부터의 측정온도가 미리 설정하여 둔 제2설정온도 이하이면 급기라인(21)이 개방되고 방열공간(5) 측 실외공기가 강제로 유입되며 방열공간(5)이 외부와 차단되고 배기라인(41)이 개방되고 실내공기가 강제로 배출되도록 급기라인 개폐기구(24), 급기 팬(27), 방열공간 차폐수단(30), 배기라인 개폐기구(44) 및 배기 팬(47)을 작동시킨다.

여기에서, 방열공간(5) 측 온도를 측정하고 이 측정온도를 제1설정온도와 비교하는 이유는 태양광 발전이 원활한지의 여부를 실시간으로 파악하기 위함이므로, 제1설정온도는 태양광 발전이 원활한 때의 방열공간(5) 측 평균온도일 수 있다. 참고로, 여기에서의 제1설정온도는 제2설정온도와 함께 사용자가 변경 가능하도록 할 수도 있다. 이에, 본 발명은 설정온도 조작부를 더 포함할 수 있다.

정리하면, 난방모드 시에는 방열공간(5) 측 온도가 제1설정온도 이상이고 실내온도가 제2설정온도 이하이면 실내(1A)에 열에너지를 가지는 방열공간(5) 측 실외공기가 공급되어 난방이 자동적으로 이루어진다. 이를 응용하여 이 같이 난방 중에 실내온도가 제2설정온도를 초과하면 방열공간(5) 측 실외공기의 공급이 자동으로 중단되게 할 수도 있다.

냉각모드 설정 시, 제어부(56)는 제1온도센서(52)로부터의 측정온도가 미리 설정하여 둔 제1설정온도 이상이고 제2온도센서(54)로부터의 측정온도가 미리 설정하여 둔 제3설정온도 이하이면 급기라인(21)이 폐쇄되고 방열공간(5)의 차단이 해제되며 배기라인(41)이 개방되면서 실내공기가 강제로 배출되도록 급기라인 개폐기구(24), 방열공간 차폐수단(30), 배기라인 개폐기구(44) 및 배기 팬(47)을 작동시킨다.

여기에서, 제1온도센서(52) 및 제1설정온도는 위와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다. 실내온도를 측정하여 제3설정온도와 비교하는 이유는 실내온도가 비교적 높아 방열공간(5)으로 고온의 실내공기가 배출되면 오히려 냉각효율이 떨어질 수 있기 때문이다.

정리하면, 냉각모드 시에는 방열공간(5) 측 온도가 제1설정온도 이상이고 실내온도가 제3설정온도 이하이면 실내공기가 방열공간(5) 측으로 배출되어 태양전지의 냉각이 자동적으로 이루어진다. 물론, 이 또한 응용하여 이렇게 냉각 중에 방열공간(5) 측 온도가 제1설정온도 미만이면 실내공기의 배출이 자동으로 중단되게 할 수도 있다.

이상, 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

5 : 방열공간 10 : 태양전지 패널
20 : 급기수단 21 : 급기라인
23 : 여과기 24 : 급기라인 개폐기구
27 : 급기 팬 30 : 방열공간 차폐수단
40 : 배기수단 41 : 배기라인
44 : 배기라인 개폐기구 47 : 배기 팬
52 : 제1온도센서 54 : 제2온도센서
56 : 제어부

Claims (7)

1. 실외에 설치대상과 사이에 열 방출을 위한 방열공간이 마련되도록 설치된 태양전지 패널과;
   실내에 상기 방열공간 측의 열에 의하여 가열된 실외공기를 공급하는 급기수단과;
   상기 방열공간이 외부와 차단되도록 밀폐하되 개폐작동에 따라 방열공간과 외부 간을 개폐하는 개폐기구를 가지는 방열공간 차폐수단;을 포함하여 이루어지되,
   상기 급기수단은,
   상기 방열공간 측의 실외공기가 상기 실내로 유입되도록 상기 방열공간과 상기 실내를 연결하는 급기라인과, 상기 급기라인을 개폐하는 급기라인 개폐기구를 포함하여 이루어지며,
   상기 실내의 공기가 상기 방열공간 측으로 배출되도록 상기 방열공간과 상기 실내를 연결하는 배기라인과, 상기 배기라인을 개폐하는 배기라인 개폐기구가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 열을 이용한 난방장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 방열공간 측의 온도를 측정하는 제1온도센서와;
   상기 실내의 온도를 측정하는 제2온도센서와;
   상기 제1온도센서로부터의 측정온도가 기 설정된 제1설정온도 이상이고 상기 제2온도센서로부터의 측정온도가 기 설정된 제2설정온도 이하이면 상기 급기라인이 개방되도록 상기 급기라인 개폐기구를 작동시키는 제어부가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 열을 이용한 난방장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 급기수단은 상기 실내에 공급되는 상기 방열공간 측의 실외공기를 정화하는 여과기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 열을 이용한 난방장치.
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