KR101194036B1 - 태양에너지를 활용한 유체가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양에너지를 이용하여 유체를 가열하고, 이를 생활용수로 사용할 수 있도록 하는 태양에너지를 활용한 유체가열장치에 관한 것으로, 내부에 유체를 저장하도록 밀폐공간을 형성하되, 유체를 공급하고 배출하기위한 출/입구를 형성하며, 광투과성 또는 열전도성을 구비한 재질로 이루어진 수조와, 실내 창문의 양측에 수직방향으로 설치되고, 상기 창문으로 입사된 태양광 및 태양열로 상기 유체가 가열되도록 상기 수조를 승강시키는 승강부와, 상기 승강부의 동작을 제어하는 콘트롤부를 포함하여 구성된다.

Description

태양에너지를 활용한 유체가열장치{fluid heating device using solar energy}

본 발명은 태양에너지를 활용한 유체가열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양에너지를 이용하여 유체를 가열하고, 이를 생활용수로 사용할 수 있도록 하는 태양에너지를 활용한 유체가열장치에 관한 것이다.

현재 지구상의 인류는 해결하지 않으면 안 될 두가지 문제에 직면해 있다. 첫째는 인류가 사용하는 석유, 석탄 등 화석에너지의 고갈문제이며, 둘째는 화석에너지의 사용증가에 따른 지구온난화를 막기 위한 기후변화협약의 이행문제다.

인류가 영원히 사용할 수 있다고 생각했던 화석에너지는 지금과 같은 양으로 계속해 사용한다면 석유는 40년, 석탄은 2백10년, 천연가스 65년, 우라늄은 50년후면 고갈된다고 한다.

이같이 어려운 문제 해결에 소위 '미래에너지' 또는 '그린에너지'라 불리는 청정 대체에너지가 각광을 받고 있으며, 이에 따라 각국은 대체에너지의 개발과 보급에 막대한 투자를 하고 있다.

대체에너지는 태양광, 태양열, 풍력조절, 지열, 연료전지, 수소에너지, 폐기물에너지 등을 들 수 있으나, 본 발명에서는 태양광과 태양열을 이용한 것에 초점을 맞추고자 한다.

태양은 표면 온도가 6,000℃이고, 중심부의 온도는 약 1,500만 ℃에 이르므로 막대한 양의 열과 빛을 내놓는데, 그 양은 무려 9.2×1022kcal에 이르나, 지구는 태양으로부터 약 1억 5,000만km 떨어져 있기 때문에, 지구에 이르는 태양 복사 에너지의 양(태양 상수)은 약 2cal에 지나지 않는다.

이러한 태양 복사 에너지는 우리의 일상 생활에 필요한 에너지의 근원일 뿐만 아니라, 여러 가지 기상 현상이나 바다에서의 해류의 원동력이 되기도 하며, 그밖에 태양 에너지를 이용한 것으로는 태양 전지를 비롯하여 태양열 온수장치, 태양열 주택, 태양로, 태양열 발전기 등 여러 가지장치가 제안된 바 있다.

본 발명은 태양 에너지를 이용하여 물을 가열시킴에 따라 기존에 온수를 공급받기 위해 지출했던 연료비 및 전기요금을 절감하면서도 생활에 필요한 온수를 공급 받을 수 있는 태양에너지를 활용한 유체가열장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 그 구성이 간편하여 설치 및 제거가 용이하기 때문에 장소를 변경해가면서 설치할 수 있고, 제작단가가 저렴하여 경제적일 뿐 아니라, 에너지 효율 증가를 위한 특수장치를 추가 설치하지 않더라도 태양에너지를 집광시키거나 반사시켜 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 태양에너지를 활용한 유체가열장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내부에 유체를 저장하도록 밀폐공간을 형성하되, 유체를 공급하고 배출하기위한 출/입구를 형성하며, 광투과성 또는 열전도성을 구비한 재질로 이루어진 수조와, 실내 창문의 양측에 수직방향으로 설치되고, 상기 창문으로 입사된 태양광 및 태양열로 상기 유체가 가열되도록 상기 수조를 승강시키는 승강부와, 상기 승강부의 동작을 제어하는 콘트롤부를 포함하는 태양에너지를 활용한 유체가열장치를 제공한다.

또한, 상기 수조는 유리재질로 이루어진 태양에너지를 활용한 유체가열장치를 제공한다.

또한, 상기 수조는 집광성능이 우수한 볼록렌즈로 이루어진 태양에너지를 활용한 유체가열장치를 제공한다.

또한, 상기 수조는 직육면체의 형태를 취하며, 바닥면 및 실내쪽 측면에 반사층을 형성하여 입사된 태양광 및 태양열이 수조내부로 반사되도록 하는 태양에너지를 활용한 유체가열장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 태양 에너지를 이용하여 물을 가열시킴에 따라 기존에 온수를 공급받기 위해 지출했던 연료비 및 전기요금을 절감하면서도 생활에 필요한 온수를 공급 받을 수 있으며, 그 구성이 간편하여 설치 및 제거가 용이하기 때문에 장소를 변경해가면서 설치할 수 있고, 제작단가가 저렴하여 경제적일 뿐 아니라, 에너지 효율 증가를 위한 특수장치를 추가 설치하지 않더라도 태양에너지를 집광시키거나 반사시켜 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양에너지를 활용한 유체가열장치 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 태양에너지를 활용한 유체가열장치의 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 수조가 승강하는 모습을 보인 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 수조가 승강하는 모습을 보인 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 수조의 다른 실시 예를 보인 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 수조의 또 다른 실시 예를 보인 단면도.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명에 따른 태양에너지를 활용한 유체가열장치의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 태양에너지를 활용한 유체가열장치 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양에너지를 활용한 유체가열장치의 정면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 수조가 승강하는 모습을 보인 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 수조가 승강하는 모습을 보인 정면도이다.

상기 도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이 발명은 내부에 유체(20)를 저장하도록 밀폐공간을 형성하되, 유체(20)를 공급하고 배출하기 위한 출/입구(110, 120)를 형성하며, 광투과성 또는 열전도성을 구비한 재질로 이루어진 수조(100)와, 실내 창문(30)의 양측에 수직방향으로 설치되고, 상기 창문(30)으로 입사된 태양광 및 태양열로 상기 유체(20)가 가열되도록 상기 수조를 승강시키는 승강부(200)와, 상기 승강부(200)의 동작을 제어하는 콘트롤부(300)를 포함하는 구성이다.

먼저, 수조(100)는 유체(20)를 공급하고 배출하기 위한 출/입구(110, 120)를 형성하며, 광투과성 또는 열전도성을 구비한 재질로 이루어진 구성으로, 그 형상은 직육면체의 박스 형상을 비롯한 구형 및 다양한 형태를 취할 수 있고, 태양광 및 태양열을 최대한으로 받을수 있도록 투명하여 광투과성 또는 열전도성을 구비하는 유리, 아크릴 등의 소재로 이루어질 수 있다.

상기 수조(100)는 출/입구(110, 120)를 구비하는데, 유체(20)의 대류현상을 감안하여 비교적 상부에 온수가 빠져나가도록 출구(110)를 구비하고, 하부에 유체(20)를 공급받도록 입구(120)를 구비하며, 경우에 따라서, 상기 출/입구(110, 120)는 통합된 하나의 출입구로 이루어질 수 있다.

상기 출구(110)로 배출된 온수는 난방수로 사용되거나, 머리 감기, 설겆지, 청소, 빨래를 비롯한 각종 생활용 온수로 사용될 수 있다.

또한, 상기 수조(100)는 특히 직육면체의 형태를 취할 경우, 상면(100c)이 개방가능하도록 측면(100b, 100d)과 힌지(600)로 연결되고, 개방된 상부로 온수를 퍼내거나, 유체(20)를 공급할 수 있다. 뿐만 아니라 상기 수조(100)의 상면(100c)의 상부에는 쿠션재질 또는 나무, 합성수지, 직물 등과 같은 재질로 만들어진 커버(500)를 적층하거나 씌워서 상기 수조(100)가 실내바닥(40)에 접하도록 하강하여 실내바닥(40)에 의해 지지될 경우, 상기 수조(100)가 의자 및 선반으로 활용되도록 한다.

승강부(200)는 실내 창문(30)의 양측에 수직방향으로 설치되고, 상기 창문(30)으로 입사된 태양광 및 태양열로 상기 유체(20)가 가열되도록 상기 수조(100)를 승강시키는 작용을 한다.

상기 승강부(200)는 크게 수동방식과 구동방식이 있는데, 먼저 구동방식의 경우 공지의 다양한 승강수단이 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 일 실시예를 설명하면, 상기 승강수단(200)은 동력을 제공하는 모터등의 동력발생부(210)와, 상기 동력발생부(210)와 연결되어 정, 역회전하는 구동풀리(220)와, 상기 수조(100)의 양측 상단에 고정된 종동풀리(230), 그리고 상기 종동풀리(230) 상단의 벽면(50)에 고정되는 제1,2안내풀리(240, 250) 및 상기 구동풀리(220)에 권취되고 제1안내풀리(240)를 거쳐 종동풀리(230)를 감싸고 제2안내풀리(250)를 거쳐 벽면(50)에 고정되는 벨트(260)를 포함하며, 상기 구동풀리(220)가 정, 역회전하여 벨트(260)가 권취되거나 풀리는 과정에서 수조(100)가 상승 또는 하강하도록 형성될 수 있다.

이 밖에도, 상기 승강부(200)는 동력발생부의 출력축에 맞물리되, 창문(30)의 양측에 설치되는 피니언기어 및 상기 피니언기어와 맞물리며 승강하는 랙기어를 포함하며, 상기 랙기어와 수조(100)가 브라켓으로 연결되어 상기 랙기어가 승강하는 과정에서 상기 수조(100)가 승강될 수 있다.

또한, 실린더와 피스톤, 체인과 스프로킷, 외주면과 내주면에 각각 나사산이 형성된 샤프트와 파이프에 의해 승강부(200)가 형성될 수 있다.

수동방식은 도르래 및 로프, 체인 등과 같은 공지의 다양한 방식을 이용하여 사용자가 직접 상기 수조(100)를 승강시키는 것이다.

이 때, 상기 승강부(200)는 수동방식 또는 구동방식일 경우에도, 상기 수조(100)가 상승된 상태에서 고정될 수 있도록 벽면(50)에 별도의 스토퍼를 추가적으로 설치해야 한다.

콘트롤부(300)는 상기 승강부(200)의 동작을 제어하는 작용을 한다.

상기 승강부(200)가 수동방식일 경우, 로프나 체인의 일측에 마련된 손잡이 부분이 콘트롤부(300)로 작용하고, 구동방식일 경우 동력발생부(210)와 전기적으로 연결된 상하이송 버튼 및 온/오프 스위치 등이 이에 해당한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 수조(100)는 유리재질로 이루어진다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 수조(100)는 집광성능이 우수한 볼록렌즈로 이루어진다.

볼록렌즈는 집광렌즈라고도 하는데, 이는 중심으로 갈수록 두께가 두꺼워서 빛을 모으는 작용을 하기 때문에다.

상기 볼록렌즈는 그 자체로 수조(100)의 각면을 구성할 수 있고, 수조(100)의 각 면에 볼록렌즈를 부착하거나, 볼록렌즈처럼 수조(100)의 표면을 가공하는 방식으로 형성될 수 있다.

참고로, 주로 OHP(Over Head Projector), 자동차의 미등 등에 쓰이는 프레스넬 렌즈 (Fresnel lens)로 수조(100)의 각면을 형성할 수 있는데, 상기 프레스넬 렌즈는 중심과 외곽쪽의 굴적각도가 다르게 되어 볼록렌즈처럼 집광효과가 있으면서 평편한 렌즈이다.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 수조의 다른 실시 예를 보인 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 수조의 또 다른 실시 예를 보인 단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 수조(100)는 직육면체의 형태를 취하며, 바닥면(100a) 및 실내쪽 측면(100b)에 반사층(400)을 형성하여 입사된 태양광 및 태양열이 수조(100) 내부로 반사되도록 한다.

반기 반사층(400)은 반사필름을 수조(100)의 바닥면(100a) 및 실내쪽 측면(100b)에 부착하거나, 반사경을 바닥면(100a) 및 실내쪽 측면(100b)에 부착하는 방식으로 형성할 수 있다.

사이 반사층(400)은 창문쪽 측면(100d) 및 상면(100c)으로 입사된 태양광 및 태양열이 의 바닥면(100a) 및 실내쪽 측면(100b)으로 통과되지 못하게끔 반사시키되, 이때 반사된 태양광 및 태양열 다시 수조(100)내부의 유체(20)를 가열시키는 열원으로 공급되므로 에너지 효율이 향상될 수 있다.

상기 본 발명에 따르면, 태양 에너지를 이용하여 물을 비롯한 각종 유체를 가열시킴에 따라 기존에 온수를 공급받기 위해 지출했던 연료비 및 전기요금을 절감하면서도 생활에 필요한 온수를 공급 받을 수 있으며, 그 구성이 간편하여 설치 및 제거가 용이하기 때문에 장소를 변경해가면서 설치할 수 있고, 제작단가가 저렴하여 경제적일 뿐 아니라, 에너지 효율 증가를 위한 특수장치를 추가 설치하지 않더라도 태양에너지를 집광시키거나 반사시켜 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10 : 태양에너지를 활용한 유체가열장치
20 : 유체 30 : 창문
100 : 수조 100a : 바닥면
100b : 측면 110, 120 : 출/입구
200 : 승강부 300 : 컨트롤부
400 : 반사층

Claims (4)

1. 창문을 구비한 건물 내부에 설치되는 것으로,
   내부에 유체를 저장하도록 밀폐공간을 형성하되, 유체를 공급하고 배출하기위한 출/입구를 형성하며, 광투과성 또는 열전도성을 구비한 재질로 이루어진 수조;
   실내 창문의 양측에 수직방향으로 설치되고, 상기 창문으로 입사된 태양광 및 태양열로 상기 유체가 가열되도록 상기 수조를 승강시키는 승강부;
   상기 승강부의 동작을 제어하는 콘트롤부;
   상기 수조의 상부에 형성되는 쿠션재질의 커버;를 포함하며, 상기 수조의 온수는 생활용수로 사용되는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 활용한 유체가열장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 수조는 유리재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양에너지를 활용한 유체가열장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 수조는 집광성능이 우수한 볼록렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 활용한 유체가열장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 수조는 직육면체의 형태를 취하며, 바닥면 및 실내쪽 측면에 반사층을 형성하여 입사된 태양광 및 태양열이 수조내부로 반사되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 활용한 유체가열장치.

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