KR101240074B1 - 태양열 온수시스템용 집열관의 과열 및 동파방지장치 - Google Patents

태양열 온수시스템용 집열관의 과열 및 동파방지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양열을 이용하여 가정에서 필요로 하는 온수를 공급하므로서 가정에서의 난방 및 온수를 사용하게 되는 태양열 온수시스템에 있어서 동절기에 낮은 외부온도에 의해 집열관 내측에 투입된 물이 얼어 집열관이 동파 되는 것을 방지하고 온수의 수요가 적은 하절기에 지나치게 과열되는 것을 방지할 수 있도록 하는 태양열온수시스템용 집열관의 과열 및 동파방지장치에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 태양광으로 가열하여 내측의 물을 가열하는 집열관과 집열관의 상,하부에 장치되어 집열관에 냉수를 공급하고 데워진 온수를 수집하는 집열통으로 구성되는 집열부와 집열부의 가열된 온수를 수집하여 저장하며 온수를 공급하는 축열탱크(5)로 구성되는 태양열 온수시스템에 있어서;
집열부는 직사각의 박스체로 형성되는 케이스(1)의 내측에 집열관(3)을 투입하고 집열관(3)의 상측에 스크린(47)이 감겨진 스크린권취축(49)과 와이어(46)(46a)가 감겨진 와이어권취구(41)(41a) 및 보조로울러(42)(42a)와 와이어로울러(43)(43a)로 구성되는 개폐형의 스크린(47)을 장치하며 스크린(47)의 상부에 투명커버(11)를 케이스(1)와 결합한 구성으로 되어 집열관이 외부의 케이스로 보호되므로서 외기의 영향을 받지 않아 기온이 낮은 동절기에 외기의 온도에 따른 손상을 방지하고 기온이 높고 일조량이 많은 하절기에 집열관을 스크린으로 가려 태양광을 조사량을 제한하므로서 과열을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Description

태양열 온수시스템용 집열관의 과열 및 동파방지장치{Jipyeolgwanui taeyangyeolonsusiseutemyong overheat and frost protection device}
본 발명은 태양열 온수시스템용 집열관의 과열 및 동파방지장치에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 태양열을 이용하여 가정에서 필요로 하는 온수를 공급하므로 가정에서의 난방 및 온수를 사용하게 되는 태양열 온수시스템에 있어서 동절기에 낮은 외부온도에 의해 집열관 내측에 투입된 물이 얼어 집열관이 동파 되는 것을 방지하고 온수의 수요가 적은 하절기에 지나치게 과열되는 것을 방지할 수 있도록 하는 집열관의 과열 및 동파방지장치에 관한 것이다.
근래에 들어 화석연료의 고갈 및 환경오염 등의 폐단을 방지하고자 다양한 대체에너지의 연구가 활발히 진행되고 있으며 특히 태양열을 에너지원으로 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
또한 상기 태양열을 에너지원으로 사용하는 기술은 이미 일반화되어 있으며 태양열을 이용하여 전기를 생산하는 태양열 발전시스템과 태양열을 이용하여 냉수를 온수로 가열시킨 다음 이를 축열탱크에 저장하여 필요시에 사용하도록 하는 태양열 온수시스템 등은 태양열을 이용한 대표적인 예라 할 수 있다.
상기 태양열을 이용하여 냉수를 온수로 전환시켜 사용하는 태양열 온수시스템은 냉수를 집열관의 내측으로 통과시키고 이 집열관을 태양열로 가열하여 집열관 내의 냉수가 데워지면 이 온수를 축열탱크에 담아 저장하였다가 사용하는 것이 기본원리로 구성되어 진다.
이를 다시 설명하면 태양열 온수시스템은 집열통에 다수가 연결되며 외관과 내관으로 형성되고 그 사이에 진공이 유지되는 2중 구조를 가지는 집열관을 결합하고 내관 내부에 가열매체인 물을 수용하도록 하여 태양열로 가열하도록 구성되며 가열된 온수는 축열탱크에 저장하여 가정에서 필요로 하는 온수를 공급하게 되며 축열탱크의 내부에 열교환기를 장치하여 온수보일러와 연결하므로 건물을 난방하는 구성으로 된다.
상기와 같이 되는 종래의 태양열 온수시스템은 일조량이 많고 온수 및 난방의 수요가 적은 하절기에는 필요 이상의 높은 온도로 물이 가열되어 집열통 및 축열탱크 내에서 고압의 수증기 및 뜨거운 온수의 끓어 넘침 등이 발생하고 이로 인한 배관 및 장치의 손상을 초래하게 되며 동절기에는 적은 일조량 및 특히 야간에 낮은 외부의 온도 등으로 인하여 태양열 온수시스템의 외부노출부분인 집열관의 내측에 투입된 물이 얼어 집열관이 동파되어 수리 및 보수를 하여야 하므로 태양열 온수시스템의 유지보수비용이 증가하게 되는 원인으로 작용하였다.
또한 상기와 같이 되는 종래의 태양열 온수시스템은 축열장치에 저장되는 온수의 온도를 제어할 수 없는 문제점이 있었다.
한편 상기와 같이 태양열 온수시스템의 문제점을 개선코자 종래에도 다양한 시도가 있어 왔으며 특히 대한민국특허등록 제0993809호에서와 같이 하절기에 지나치게 고온으로 온도가 상승하여 내부에 압력이 발생하는 것을 방지하는 수단으로 집열부와 연결배관 등에 냉각팬 등으로 송풍하여 과열된 온수를 식혀주고 집열관을 스크린으로 가려 집열관으로 투사되는 태양광을 차단하여 과열을 방지하는 것이 제안되어 사용되고 있다.
또한 동절기에 적은 일조량 및 낮은 외기에 의해 배관 및 밸브 등에 잔존하는 물이 어는 것을 방지하는 수단으로 가열매체인 물에 부동액 혼입하거나 가열매체로서 물을 사용하지 않고 빙점이 낮은 기름 등의 사용하는 것이 제안되어 있으나 이 경우에는 용도가 열 교환형의 태양열 온수기에 한정되어 그 사용범위를 매우 좁게 한정시키게 되고 부동액 등은 배관 자재 등을 부식시켜 수명이 짧아지게 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하고자 안출 한 것으로서 집열관이 외부로 노출되지 않도록 하므로 동절기에 낮은 외기의 온도에 의해 집열관 내에 잔존하는 물이 어는 것을 방지하여 집열관이 동파 되는 것을 방지하고 온수 및 난방의 수요가 적은 하절기에 집열관을 비추는 태양광을 차단할 수 있도록 하여 집열관의 과열을 방지할 수 있도록 하는 스크린의 각동구성을 간단하게 한 태양열 온수시스템용 집열관의 과열 및 동파방지장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 집열관이 외부로 노출되지 않도록 집열관(3)의 외측에 케이스(1)를 형성하므로 집열관(3)이 외기의 영향을 받지 않도록 하고 집열관(3)의 상부에 개폐형의 스크린(47)을 장치하되, 케이스(1)의 일측 상부와 하부에 결합되는 장치구(4)(4a)의 내측으로 양단에 와이어권취구(41)(41a)를 가진 스크린권취축(49)의 양단이 회동하게 결합하고 일측 장치구(4)의 외측에 모터(M)를 장치하며 스크린(47)과 와이어(46)(46a)는 권취방향이 서로 반대방향으로 각각 권취하고 스크린(47)의 끝에 스크린고정구(48)를 결합하며 와이어권취구(41)(41a)에 감긴 와이어(46)(46a)를 와이어로울러(43)(43a)에 걸고 와이어(46)(46a)의 끝을 스크린고정구(48)에 결합고정함으로써 스크린권취축(49)에 권취된 스크린(47)이 감김방향으로 구동하면 스크린(47)이 스크린권취축(49)에 감겨지게 되고 와이어(46)(46a)는 스크린(47)이 권취되는 양 만큼 와이어권취구(41)(41a)에서 풀어지게 되며 스크린권취축(49) 및 와이어권취구(41)(41a)를 상기의 역방향으로 구동하면 와이어(46)(46a)가 와이어권취구(41)(41a)에 감겨지게 되므로 와이어(46)(46a)는 스크린(47)의 끝 즉 스크린고정구(48)를 당기게 되고 이와 동시에 스크린권취축(49)은 와이어권취구(41)(41a)와 함께 회전하여 스크린(47)을 풀어주게 되므로서 스크린(47)으로 집열관(3)을 가열하는 태양광을 차단하여 집열관(3)이 지나치게 과열되는 것을 방지하며 축열탱크(5)에 온도센서(51)(51a)를 장치함으로써 축열탱크(5) 내의 온수온도를 검출하고 온수온도설정에 따른 스크린(47)의 개폐량을 조정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양열 온수시스템용 집열관의 과열 및 동파방지장치에 따르면 집열관이 외부의 케이스로 보호되므로 외기의 영향을 받지 않아 기온이 낮은 동절기에 외기의 온도에 따른 손상을 방지하는 이점이 있고 기온이 높고 일조량이 많은 하절기에 집열관을 스크린으로 가려 태양광을 조사량을 제한함으로써 과열을 방지할 수 있으며 특히 스크린을 구동하는 장치가 간단하게 구성되어 제조원가를 절감할 수 있으며 축열탱크 내의 온수온도를 검출하여 스크린의 개폐량을 제어하므로 자동화가 가능하고 항상 일정한 온도의 온수 및 목적하는 온수의 온도를 설정할 수 있는 태양열 온수시스템을 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명 태양열 온수시스템의 대략적 구성을 나타낸 예시도.
도 2는 집열관 및 케이스의 구성을 나타낸 평면예시도이다.
도 3은 도 2의 가-가' 선단면도
도 4는 도 2의 나-나' 선단면도
도 5는 스크린의 작동구성을 나타낸 사시도
도 6은 스크린의 작동실시예를 나타낸 예시도
도 7은 스크린작동부를 나타낸 것으로 (가)는 도 5의 (A), (나)는 도 5의 (B), (다)는 도 5의 (C)를 나타낸 확대도이다.
태양열 온수시스템은 일반적으로 태양광으로 온수를 가열하는 집열관과 집열관의 상,하부에 장치되어 집열관에 의해 데워진 온수를 수집하는 집열통으로 구성되는 집열부와 집열부의 가열된 온수를 수집하여 저장하고 열교환기와 온수노즐이 장치되어 온수를 공급하는 축열탱크(5)로 구성되는 축열부로 구성되며 본 발명은 상기와 같이 구성되는 태양열 온수시스템에 있어서, 태양광으로 가열하는 집열부의 구성에 관한 것으로 하기 명세서상에서 집열관은 집열관과 집열통 등이 케이스 내에 일체로 투입되는 구성으로 본 발명의 집열관은 종래 집열부의 구성을 통칭하는 용어임을 미리 밝혀둔다.
본 발명은 바닥판의 외측 사방이 외주벽으로 형성되어 직사각의 박스체로 형성되는 케이스(1)의 내측에 집열관(3)을 투입하고 집열관(3)의 상측에 스크린(47)이 감겨진 스크린권취축(49)과 와이어(46)(46a)가 감겨진 와이어권취구(41)(41a) 및 보조로울러(42)(42a)와 와이어로울러(43)(43a)로 구성되는 개폐형의 스크린(47)을 장치하며 스크린(47)의 상부에 투명커버(11)를 케이스(1)와 결합하여 집열관(3)이 케이스(1)의 내부에 수납된 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 2와 도 3 과 도 4에 본 발명의 케이스에 집열관 및 스크린을 장치한 실시예가 도시되어 있다.
본 발명의 케이스(1)는 바닥판의 사방외주에 외주벽을 형성하여 상부가 개방된 박스체로 형성되며 바닥판의 상면에 반사판(2)이 장치된다.
상기의 반사판(2)은 상면 거울과 같이 반사면이 형성되며 도 3과 도 4에서와 같이 반원형의 단면을 가진 호형으로 형성하므로 태양광의 조사시에 반사각도를 집열관(3)에 집중할 수 있도록 구성된다.
상기 반사판(2)의 상면에 집열관(3)이 장치되며 집열관(3)은 상기 호형의 반사판(2) 내에 각각 투입되게 장치된다.
도 5에 본 발명 스크린의 구성이 도시되어 있다.
본 발명의 스크린(47)은 상기 케이스(1)에 장치된 집열관(3)의 상부에 개폐형으로 장치된다.
즉 케이스(1)의 일측 상부와 하부에 결합되는 장치구(4)(4a)의 내측으로 양단에 와이어권취구(41)(41a)를 가진 스크린권취축(49)을 상,하측 장치구(4)(4a)에 양단이 회동하게 결합하고 일측 장치구(4)의 외측에 모터(M)를 장치하여 스크린권취축(49)과 연결하여 구성된다.
상기에 있어서 스크린권취축(49) 및 와이어권취구(41)(41a)에는 스크린(47) 및 와이어(46)(46a)가 권취되어 있으며 스크린(47)과 와이어(46)(46a)는 권취방향이 서로 반대방향으로 각각 권취되고 스크린(47)의 풀림된 끝에 스크린고정구(48)가 결합되어 있다.
또한 케이스(1)내의 장치구(4)(4a) 설치부 타측에 로울러브라켓(44)(44a)에 장치되어 공회전하는 와이어로울러(43)(43a)를 형성하며 상,하 장치구(4)(4a) 및 상,하 로울러브라켓(44)(44a) 중 선택된 어느 일측의 장치구(4)와 와이어로울러(43) 일측에 리미트스위치(45)(45a)를 형성하고 와이어권취구(41)(41a)와 이웃하여 보조로울러(42)(42a)를 장치하여 상기 와이어권취구(41)(41a)에 감긴 와이어(46)(46a)를 보조로울러(42)(42a)를 통하여 와이어로울러(43)(43a)에 걸고 와이어(46)(46a)의 끝을 스크린고정구(48)에 결합고정하여 구성된다.
상기와 같이 집열관(3) 및 개폐형 스크린(47)이 내장된 케이스(1)의 상면은 투명커버(11)를 결합하여 케이스(1) 내로 태양광이 투광되는 구성이다.
상기와 같이 되는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명에 있어서 스크린권취축(49)과 와이어권취구(41)(41a)는 동일축선상에 일체로 형성되어 모터(M)의 구동에 의해 일체로 구동함을 주지하여야 한다.
즉 본 발명은 스크린(47)을 권취시에 모터(M)를 구동하여 스크린권취축(49)에 권취된 스크린(47)이 감김방향으로 구동하면 스크린(47)이 스크린권취축(49)에 감겨지게 되고 이때 와이어(46)(46a)는 스크린(47)과 권취방향이 반대로 와이어권취구(41)(41a)에 권취되어 있으므로 와이어(46)(46a)는 스크린(47)이 권취되는 양 만큼 와이어권취구(41)(41a)에서 풀어지게 되고 이는 와이어로울러(43)(43a)를 통하여 스크린(47)의 감김량을 보전하여 주게 되며 반대로 스크린(47)을 펼쳐서 태양광을 차단시에는 스크린권취축(49) 및 와이어권취구(41)(41a)를 상기의 역방향으로 구동하면 와이어(46)(46a)가 와이어권취구(41)(41a)에 감겨지게 된다.
따라서 와이어(46)(46a)는 스크린(47)의 끝 즉 스크린고정구(48)를 당기게 되는데 이때 와이어(46)(46a)는 와이어로울러(43)(43a)에 걸려 있으므로 와이어로울러(43)(43a)의 방향으로 스크린(47)을 당겨주게 되고 이와 동시에 스크린권취축(49)은 와이어권취구(41)(41a)와 함께 회전하여 스크린(47)을 풀어주게 되므로서 스크린(47)이 펼쳐지게 되는 것이다.
상기에 있어서 장치구(4)(4a)에 장치되는 보조로울러(42)(42a)는 와이어(46)(46a)의 풀림 및 감김위치를 스크린(47)의 작동위치와 근접하게 하기 위하여 장치되며 리미트스위치(45)(45a)는 작동폭 즉 스크린(47)의 개폐완료시에 스크린고정구(48)가 리미트스위치(45)(45a)에 접촉하므로서 모터(M)의 작동을 제한하기 위함이다.
상기와 같이 되는 본 발명은 집열관(3)이 케이스(1) 내에 수납되고 케이스(1)의 상면은 투명커버(11)로 밀폐되어 있으므로 동절기에 낮은 온도의 외기를 차단하게 되고 투명커버(11)를 통하여 태양광이 조사되므로 집열관(3) 내의 물이 가열되는 것이며 집열관(3) 사이로 투사되는 태양광은 반사판(2)을 통하여 집열관(3)의 배면에 조사된다.
따라서 집열관(3)의 효율이 우수하고 동절기에 기온이 낮은 외기를 케이스(1)가 차단하여 집열관(3) 내의 물이 어는 것이 방지되고 하절기에는 스크린(47)을 펼쳐 집열관(3)에 조사되는 태양광을 차광하여 집열관(3)이 과열되는 것을 방지하며 스크린(47)의 개폐량을 조절하면 필요로 하는 온수의 온도를 조절할 수 있게 된다.
또한 상기와 같은 구성에 의하면 스크린(47)의 개폐량을 조절할 수 있으므로 도 1에서와 같이 축열탱크(5)에 온도센서(51)(51a)를 장치하고 검출된 온도에 의하여 설정온도의 차를 검출하여 스크린(47)의 개폐량을 결정하도록 프로그래밍하면 항상 원하는 온수의 온도를 얻을 수 있게 되는 것이다.
1 : 케이스 11 : 투명커버
12 : 커버고정구 2 : 반사판
3 : 집열관 4.4a : 장치구
41.41a : 와이어권취구 42.42a : 보조로울러
43.43a : 와이어로울러 44. 44a : 로울러브라켓
45.45a : 리밋트스위치 46.46a : 와이어
47 : 스크린 48 : 스크린고정구
49 : 스크린권취축 5 : 축열탱크
51.51a : 온도센서 M : 모터

Claims (4)

  1. 집열관에 냉수를 공급하고 태양광으로 가열하여 데워진 온수를 수집하는 집열통으로 구성되는 집열부와, 집열부의 가열된 온수를 수집하여 저장하며 온수를 공급하는 축열탱크(5)로 구성되며, 집열관을 직사각의 박스체로 형성되는 케이스(1)의 내측에 형성하고 집열관(3)의 상부에 개폐형 스크린(47)이 장치되어 집열관을 가려 과열을 방지하는 태양열 온수시스템에 있어서;
    케이스(1)의 일측 상부와 하부에 결합되는 장치구(4)(4a)의 내측으로 양단에 와이어권취구(41)(41a)를 가진 스크린권취축(49)의 양단이 회동하게 결합하고 일측 장치구(4)의 외측에 모터(M)를 장치하며 스크린(47)과 와이어(46)(46a)는 권취방향이 서로 반대방향으로 각각 권취하고 스크린(47)의 끝에 스크린고정구(48)를 결합하며 와이어권취구(41)(41a)에 감긴 와이어(46)(46a)를 와이어로울러(43)(43a)에 걸고 와이어(46)(46a)의 끝을 스크린고정구(48)에 결합 고정하여 스크린권취축(49)에 권취된 스크린(47)이 감김방향으로 구동하면 스크린(47)이 스크린권취축(49)에 감겨지게 되고 와이어(46)(46a)는 스크린(47)이 권취되는 양 만큼 와이어권취구(41)(41a)에서 풀어지게 하고 스크린권취축(49) 및 와이어권취구(41)(41a)를 역방향으로 구동하면 와이어(46)(46a)가 와이어권취구(41)(41a)에 감겨지게 하여 스크린(47)을 당겨주게 하여 스크린(47)을 개폐하는 것을 특징으로 하는 태양열 온수시스템용 집열관의 과열 및 동파방지장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    케이스(1)의 바닥판은 상면을 반사판(2)으로 형성하되,
    반사판(2)는 반원형의 단면을 가진 호형으로 연속 형성한 것을 특징으로 하는 태양열 온수시스템용 집열관의 과열 및 동파방지장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
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