KR101262749B1 - 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양열을 이용하여 온수를 생성하는 동시에 태양광을 이용하여 생성한 전기를 상용 전원 공급처에 제공하고, 상용 전원을 이용한 전기히터를 통해 온수를 생성할 수 있도록 할 목적으로, 내부에 공간이 형성된 투명 소재의 하우징(11)과, 상기 하우징의 외면에 부분적으로 형성되어 태양광으로부터 전기를 생성하는 솔라셀(12)과, 상기 하우징의 내측 공간을 관통하고 내측으로 물이 순환되는 복수 개의 유수관(14)을 포함하는 발전부(10); 상기 유수관의 출구 측과 연결된 제1유수로(41)를 매개로 연결되어 상기 유수관을 경유한 물이 저장되는 저장탱크(21)와, 상기 저장탱크에 설치되어 물을 가열하는 전기히터(24)와, 상기 전기히터에 상용 전원을 공급하는 전원 공급부(25)를 포함하는 보일러(20); 상기 저장탱크의 출구 측과 연결된 제2유수로(42)를 매개로 연결되고 'ㄹ'자 형태로 굴절되며 온수의 열기를 외부로 방열 가능하게 하는 방열관(31)을 포함하는 방열부(30); 상기 방열관의 출구 측 및 상기 유수관의 입구 측을 상호 연결하는 제3유수로(43)와, 상기 유수관 및 제1 내지 제3유수로 내의 물을 순환시키는 순환펌프(40)로 이루어진 것이 특징인 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템에 관한 것으로, 보다 상게하게는 태양광을 이용하여 얻은 전력과 일반적으로 사용되는 상용 전원을 이용하여 얻은 온수로 비닐하우스 또는 주택의 난방을 실시할 수 있도록 하는 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 태양광을 이용한 발전은 햇빛을 직류 전기로 바꾸어 전력을 생산하는 발전 방법으로서 태양광발전(太陽光發電)은 여러 개의 태양 전지들이 붙어있는 태양광 패널을 이용한다. 재생가능 에너지에 대한 수요가 증가함에 따라, 태양 전지와 태양광 어레이의 생산도 크게 늘어나고 있는 추세이며, 반영구적으로 활용할 수 있고, 태양 전지를 사용해서 유지 보수가 간편하며, 무공해, 무한의 태양 에너지원을 사용하는 점 등으로 미래의 대체 에너지원으로 기대되고 있다.
이러한 이유로 주택에서 겨울철에는 태양광을 이용하여 온수를 발생시켜 급탕과 난방을 실시할 수 있고, 여름철에는 태양광을 이용하여 발전시킴으로써 냉방용 전원으로 공급되도록 하여 냉방기에 사용되는 전기에너지의 사용을 보조할 수 있도록 하는 기술이 점차 확대되고 있으며, 이에 관한 기술의 일 예로서 대한민국 특허공개 제 2012-0118327호 공개특허공보(특허문헌 1)에는 건물의 지붕에 설치되며 일정 면적을 갖는 프레임; 상기 프레임의 내부에 다수개로 장착되며 태양광을 집광하여 전기를 생산하는 발전부; 상기 프레임의 내부에 매립되어 태양광을 흡수하여 난방 및 급탕을 하는 급탕부를 포함하는 것이 특징인 태양에너지를 이용한 난방 및 발전장치를 제안한 바 있다.
그러나, 겨울철 난방을 위해 온수를 만들기 위해서는 많은 전력이 요구되는데 특허문헌 1과 같이 태양광만을 이용하여 발전하는 경우에는 그 전력이 충분하지 않다는 단점이 있으며, 또한 태양이 뜨고 지는 시점이나 고저 등의 위치에 따라 전력 생산량이 상이하므로 높은 발전 효율을 기대할 수 없다는 단점이 있다.
상기의 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 태양열을 이용하여 온수를 생성하는 동시에 태양광을 이용하여 생성한 전기를 상용 전원 공급처에 제공하고, 태양열을 이용한 온수 생성이 충분하지 않을 경우 상용 전원을 이용한 전기히터를 통해 온수를 생성할 수 있도록 하는 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 공간이 형성된 투명 소재의 하우징(11)과, 상기 하우징의 외면에 부분적으로 형성되어 태양광으로부터 전기를 생성하는 솔라셀(12)과, 상기 하우징의 내측 공간을 관통하고 내측으로 물이 순환되는 복수 개의 유수관(14)을 포함하는 발전부(10); 상기 유수관의 출구 측과 연결된 제1유수로(41)를 매개로 연결되어 상기 유수관을 경유한 물이 저장되는 저장탱크(21)와, 상기 저장탱크에 설치되어 물을 가열하는 전기히터(24)와, 상기 전기히터에 상용 전원을 공급하는 전원 공급부(25)를 포함하는 보일러(20); 상기 저장탱크의 출구 측과 연결된 제2유수로(42)를 매개로 연결되고 'ㄹ'자 형태로 굴절되며 온수의 열기를 외부로 방열 가능하게 하는 방열관(31)을 포함하는 방열부(30); 상기 방열관의 출구 측 및 상기 유수관의 입구 측을 상호 연결하는 제3유수로(43)와, 상기 유수관 및 제1 내지 제3유수로 내의 물을 순환시키는 순환펌프(40)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시 예로서 본 발명은 상기 유수관(14)의 외측에 외측관(13)이 형성되고, 상기 유수관 외면과 외측관 내면 사이에 공간이 형성되되, 상기 공간은 진공 상태인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 하우징(11)에 태양광을 감지하는 광센서(15)가 구비되고 상기 하우징의 저부에 회전축(16)이 형성되어 태양의 움직임에 의한 상기 광센서(15)의 광량에 따라 상기 하우징이 회전 가능하게 된 것을 특징으로 한다.
이때 상기 유수관의 출구측 및 입구측과 각각 커플링(17)을 매개로 연결된 제1유수로(41) 및 제3유수로(43)는 유연성이 있는 호스로 제조되어 상기 하우징의 회전시 연동 가능하게 하는 것이 바람직하다.
바람직한 실시 예로서 본 발명은, 상기 저장탱크(21)에 물의 온도를 감지하는 온도센서(23)가 구비되어 설정 온도 이하의 온도 감지시 상기 전기히터(24)를 통해 물을 가열할 수 있게 되는 한편, 상기 저장탱크(21) 외측에 열 유출을 차단하는 외통(22)이 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 외측면에 부분적으로 솔라셀을 갖춘 투명하우징의 내부 공간으로 물이 순환되는 복수 개의 유수관이 관통되는 구조여서 태양광 에너지를 이용하여 발전하는 솔라셀에 의해 전기를 생성할 수 있는 동시에 태양열 에너지를 이용하여 유수관으로 흐르는 물을 데울 수 있으므로 발전과 물 히팅을 동시에 수행할 수 있다.
또한 솔라셀에 의해 생성된 전기를 상용 전원 공급처(국내의 경우 한전)에 제공할 수 있게 되어 겨울철이나 여름철 과도한 전력 사용으로 인한 전력부족 사태를 예방할 수 있고, 태영광 및 태양열이 약한 경우 상용 전원으로 보일러에서 온수를 가열할 수 있으므로 원활한 난방의 수행이 가능하다.
더욱이 유수관의 외측에 외측관을 설치하고, 외측관과 유수관 사이를 진공으로 하면 물을 더욱 빠르게 가열할 수 있는 동시에 열 손실을 최소화할 수 있게 되어 효율적이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템을 개략적으로 보인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템에서 발전부의 요부를 보인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템에서 발전부의 요부를 보인 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 보인 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 첨부된 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예이므로 본 발명을 한정하는 것으로 의도되지 않으며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 기술이거나 용이하게 도출되는 정도의 기술에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템을 개략적으로 보인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템에서 발전부의 요부를 보인 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하는 바와 같이 본 발명의 난방 시스템은 크게 발전부(10), 보일러(20), 방열부(30) 및 순환펌프(40)로 이루어진다.
상기 발전부(10)는 내부에 밀폐된 공간이 형성되고 유리(내열 유리)와 같이 투명 소재로 된 하우징(11)과, 상기 하우징(11)의 바닥면에 형성되어 태양광으로부터 전기를 생성하는 솔라셀(12)과, 상기 하우징(11)의 내측 공간을 관통하고 내측으로 물이 순환되는 복수 개의 유수관(14)을 포함하며, 이때 상기 유수관(14)은 태양광에 의해 신속하게 가열되도록 하기 위해 구리나 알루미늄 등의 금속 소재로 이루어진 파이프 형태일 수 있으며, 도시한 것과 같이 3개가 설치되거나 그 이하 또는 그 이상이 병렬 형태로 설치된다.
상기 하우징(11)은 도 2와 같이 원통형의 내열유리일 수 있고, 이때 반원을 기준으로 하부 반원은 솔라셀(12)이 구성되고 상부 반원은 내열유리로 구성됨으로써 태양광이 하우징(11) 내부로 유입되면 하우징(11) 내부 공간의 온도를 높이는 동시에 솔라셀(12)에서 전기를 생성할 수 있도록 한다. 이때 상부 반원의 내열 유리 부분과 하부 반원의 솔라셀(12) 부분이 서로 분리될 수 있게 하면, 내부 수리나 유지 보수시 더욱 유리하다.
도 1의 부분 확대도와 같이 상기 유수관(14)의 외측에는 유수관(14)의 외면과 일정 거리 이격되도록 외측관(13)을 마련하여 상기 유수관(14) 외면과 외측관(13) 내면 사이에 공간이 형성되게 하며, 이때 상기 공간은 진공 상태로 하여 열 전도 매체를 제거하는 것이 바람직한데, 이 경우 유수관(14)의 열기가 외부로 방열되는 것이 최소화되고 또한 태양광이 더 직접 유수관(14)에 도달하게 되어 유수관(14)을 비롯한 물을 신속하게 가열할 수 있으므로 열 효율성이 우수하다.
상기 보일러(20)는 상기 유수관(14) 내에서 데워진 물을 저장하는 동시에 수온이 설정 온도, 즉 난방에 충분한 온도 이하인 경우 별도의 전기적 발열수단에 의해 가열하기 위한 것으로, 이를 위해 제1유수로(41)의 일단은 상기 유수관(14)의 출구 측과 연결되고 타단은 상기 보일러(20)의 저장탱크(21)와 연결된다.
상기 저장탱크(21)는 스테인리스와 같이 내열성이 우수한 동시에 부식이 되지 않는 소재로 제조할 수 있고, 그 저부에는 전기 저항에 의해 가열되는 전기히터(24)가 장착되며, 상기 전기히터(24)는 상용 전원으로부터 전원을 공급받는 전원 공급부(25)와 연결되어, 전원 공급시 저장탱크(21) 내의 물을 가열할 수 있다.
이때 상기 저장탱크(21)에 물의 온도를 감지하는 온도센서(23)를 장착할 수 있고, 이 경우 온도센서(23)가 물의 온도를 지속적으로 또는 일정한 주기로 감지하게 되는데, 만약 설정 온도 이하의 온도, 즉 난방을 수행하는데 충분하지 않은 온도 감지시 상기 전원 공급부(25)에서 상기 전기히터(24)에 전원을 자동으로 공급하여 물을 가열하도록 할 수도 있다.
또한, 상기 저장탱크(21) 외측에는 저장탱크(21) 내의 물의 열기가 외부로 방출되는 것을 최소화하기 위해 보온재 등이 내재된 외통(22)이 구비될 수 있다.
상기 방열부(30)는 상기 발전부(10) 또는 상기 보일러(20)에서 가열된 온수의 열기를 외부로 방출하기 위한 것으로, 도시한 것과 같이 'ㄹ'자 형태로 굴절되거나 'Z'자나 'S'자 형태로 굴절된 방열관(31)을 포함하고, 제2유수로(42)의 일단은 상기 보일러(20)의 저장탱크(21) 출구 측과 연결되고 타단은 상기 방열관(31)의 입구 측과 연결되며, 상기 방열관(31)은 구리나 알루미늄과 같이 열 전도도가 좋은 금속 소재 또는 유연성을 가진 합성수지 호스 등으로 제조될 수 있다.
도면에서는 방열부(30)의 난방 대상물을 비닐하우스(32)로 도시하였으나, 본 발명은 도시된 예에 한정되는 것은 아니고, 상기 방열부(30)는 주택의 난방이나 또는 축사나 공장 등의 난방은 물론 직접 온수로도 사용할 수 있다.
상기 방열부(30)에서 열교환에 의해 차가워진 물을 다시 발전부(10) 및 보일러(20)로 순환시키기 위해 제3유수로(43) 및 순환펌프(40)가 더 구비되는데, 보다 상세하게는 상기 제3유수로(43)의 일단이 상기 방열관(31)의 출구 측과 연결되고 타단은 상기 발전부(10)의 유수관(14) 입구 측과 연결되며, 상기 순환 펌프(40)는 제1유수로(41) 내지 제3유수로(43) 어디에든지 설치 가능하다.
한편, 지구의 자전에 의해서 태양은 동쪽에서 뜨고 서쪽에서 지는데, 이때 태양의 위치적 변화나 변위에 따라 상기 솔라셀(12) 및 하우징(11)의 방향이 변동하는 것이 발전효율 및 열효율 측면에서 유리하다.
이를 위해 상기 하우징(11)에는 태양광을 감지하는 광센서(15)가 구비되고 상기 하우징(11)의 저부에는 하우징(11) 전체를 회전시킬 수 있는 회전축(16)이 형성되며, 상기 회전축(16)은 모터(미도시) 등과 연결되어 있다.
이 경우 상기 광센서(15)가 태양의 움직임을 감지하고 위치가 변화하는 것에 연동하여 모터(미도시)가 가동하여 상기 회전축(16)을 회전시키면 상기 광센서(15)의 광량 측정치에 따라 상기 하우징(11)이 회전 가능하게 되므로 결국 솔라셀(12) 및 하우징(11) 표면이 항상 태양을 정면으로 보는 형태가 되어 발전량 및 가열 효율을 증대시킬 수 있다.
한편, 상기 제1유수로(41) 및 제3유수로(43)가 금속 관체라면 상기 하우징(11)이 회전하는 것에 의해 유수관(14) 및 그것과 연결된 제1, 제3유수로(41)(43)의 연결부분이 파손될 것이다.
따라서 제1유수로(41)와 유수관(14), 제3유수로(43)와 유수관(14) 사이를 커플링(17)으로 상호 연결하되 제1유수로(41)와 제2유수로(43)를 부분적으로 유연성(flexible)이 있는 호스나 주름관 등으로 구성하면, 하우징(11)의 회전시에도 제1유수로(41) 및 제3유수로(43)가 하우징(11)을 따라 연동하여 자유롭게 신축되거나 구부려지므로 파손을 방지할 수 있다.
이하, 상술한 내용의 본 발명의 작용을 상세히 설명하며, 이를 통해 본 발명의 특징이 더욱 구체화될 것이다.
물은 순환펌프(40)에 의해서 상기 하우징(11) 내부의 유수관(14), 제1유수로(41), 보일러(20), 제2유수로(42), 방열관(31) 및 제3유수로(43)를 차례로 순환하며, 유수관(14) 내부를 흐를 때 태양열로 인해 가열되어 온수가 생성되는 한편, 수온이 낮은 경우 상기 보일러(20)에서 전기히터(24)를 통해 추가 가열하여 희망하는 온도까지 물의 온도를 상승시킨 후 방열관(31)으로 송기한다.
방열관(31)에서 열이 방출되어 차가워진 물은 다시 하우징(11) 내의 유수관(14)으로 보내져서 다시 가열될 수 있다.
한편, 상기 하우징(11)의 솔라셀(12)에서 생성된 전기는 컨버터(18)를 경유하여 상용 전원 공급처(국내의 경우 한국전력공사 등)로 제공할 수 있으며, 이를 댓가로 전기 요금을 감면받거나 면제받는 등의 방안을 모색할 수 있을 뿐 아니라, 필요시 상기 보일러(20)의 전기히터(24)를 가열하는데 사용하여도 좋다.
이상의 설명은 비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구범위에 속함은 자명하다.
10: 발전부 11: 하우징
12: 솔라셀 13: 외측관
14: 유수관 15: 광센서
16: 회전축 17: 커플링
18: 인버터 19: 전신주
20: 보일러 21: 내통
22: 외통 23: 온도센서
24: 전기히터 25: 전원공급부
30: 방열부 31: 방열관
32: 비닐하우스 40: 순환펌프
41: 제1유수로 42: 제2유수로
43: 제3유수로
12: 솔라셀 13: 외측관
14: 유수관 15: 광센서
16: 회전축 17: 커플링
18: 인버터 19: 전신주
20: 보일러 21: 내통
22: 외통 23: 온도센서
24: 전기히터 25: 전원공급부
30: 방열부 31: 방열관
32: 비닐하우스 40: 순환펌프
41: 제1유수로 42: 제2유수로
43: 제3유수로
Claims (8)
- 내부에 밀폐 공간이 형성된 투명 소재의 하우징(11)과, 상기 하우징의 바닥면에 태양광으로부터 전기를 생성하는 솔라셀(12)과, 상기 하우징의 내측 공간을 관통하고 내측으로 물이 순환되어 태양열에 의해 가열되도록 한 복수 개의 유수관(14)을 포함하는 발전부(10);
상기 유수관의 출구 측과 연결된 제1유수로(41)를 매개로 연결되어 상기 유수관을 경유한 물이 저장되는 저장탱크(21)와, 상기 저장탱크에 설치되어 물을 가열하는 전기히터(24)와, 상기 전기히터에 상용 전원을 공급하는 전원 공급부(25)를 포함하는 보일러(20);
상기 저장탱크의 출구 측과 연결된 제2유수로(42)를 매개로 연결되고 온수의 열기를 외부로 방열 가능하게 하는 방열관(31)을 포함하는 방열부(30);
상기 방열관의 출구 측 및 상기 유수관의 입구 측을 상호 연결하는 제3유수로(43)와, 상기 유수관 및 제1 내지 제3유수로 내의 물을 순환시키는 순환펌프(40)로 이루어지되,
상기 하우징(11)은 유리 소재의 상부와 솔라셀(12)로 이루어진 하부로 구성되고, 상부 유리와 하부 솔라셀은 상호 분리 가능하게 된 것을 특징으로 하는, 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 유수관(14)의 외측에 외측관(13)이 형성되고, 상기 유수관 외면과 외측관 내면 사이에 공간이 형성되되, 상기 공간은 진공 상태인 것을 특징으로 하는, 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 하우징(11)에 태양광을 감지하는 광센서(15)가 구비되고 상기 하우징의 저부에 회전축(16)이 형성되어 태양의 움직임에 의한 상기 광센서(15)의 광량에 따라 상기 하우징이 회전 가능하게 된 것을 특징으로 하는, 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템.
- 제 4항에 있어서,
상기 유수관의 출구측 및 입구측과 각각 커플링(17)을 매개로 연결된 제1유수로(41) 및 제3유수로(43)의 일부 또는 전부는 유연성이 있는 호스 또는 주름관으로 제조된 것을 특징으로 하는, 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 저장탱크(21)에 물의 온도를 감지하는 온도센서(23)가 구비되어 설정 온도 이하의 온도 감지시 상기 전기히터(24)를 통해 물을 가열할 수 있게 된 것을 특징으로 하는, 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 저장탱크(21) 외측에 열 유출을 차단하는 외통(22)이 구비된 것을 특징으로 하는, 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 방열관(31)은 'ㄹ'자, 'Z'자, 'S'자 중 어느 하나의 형태로 굴절된 것을 특징으로 하는 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130009942A KR101262749B1 (ko) | 2013-01-29 | 2013-01-29 | 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130009942A KR101262749B1 (ko) | 2013-01-29 | 2013-01-29 | 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101262749B1 true KR101262749B1 (ko) | 2013-05-09 |
Family
ID=48665879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130009942A KR101262749B1 (ko) | 2013-01-29 | 2013-01-29 | 태양 에너지 및 상용 전원 겸용 난방 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101262749B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102270213B1 (ko) * | 2020-12-30 | 2021-06-29 | 김규환 | 태양열을 이용한 하우스 난방 시스템 |
-
2013
- 2013-01-29 KR KR1020130009942A patent/KR101262749B1/ko active IP Right Grant
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|---|---|---|---|---|
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