KR101578398B1 - 태양집열판 지붕패널의 구조 - Google Patents

태양집열판 지붕패널의 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양집열판 지붕패널의 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지붕패널에 태양집열판이 일체로 형성되어 태양열에 의한 난방을 할 수 있는 동시에 단열효과, 방음효과 및 방수효과가 뛰어난 고품질·고기능성의 태양집열판 지붕패널에 관한 것이다.
전술한 본 발명의 특징은, 제1가이드홈(12a)과 제2가이드홈(12b)들 사이에 유통로(13)가 형성된 상부 골조프레임(11) 및 하부 골조프레임(11)의 양측에는 지지프레임(14)이 막혀져 사각 틀을 이루어 결합되는 테두리프레임(10); 상기 제1가이드홈(12a)에 끼워지는 상부유리(20); 상기 유통로(13)의 지지벽에 뚫려진 체결공(13a)들에 각각 끼워지며, 내부에는 액상의 열매체가 주입되어 가열되면 기화(氣化)되는 히트파이프(30); 상기 제2가이드홈(12b)에 끼워지는 하부판재(40)로 구성되며, 상부 골조프레임(11)의 유통로(13)에는 히트파이프(30)에서 가열된 열매체가 충진되어 난방수를 가열하는 열매체로 사용할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 태양집열판 지붕패널의 구조에 의하여 달성될 수 있는 것이다.

Description

태양집열판 지붕패널의 구조{a solar collector roofing panel construction}
본 발명은 태양집열판 지붕패널의 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지붕패널에 태양집열판이 일체로 형성되어 태양열에 의한 난방을 할 수 있는 동시에 단열효과, 방음효과 및 방수효과가 뛰어난 고품질·고기능성의 태양집열판 지붕패널에 관한 것이다.
일반적으로 태양에너지는 태양열을 수집하여 난방이나 온수·급탕에 이용하는 태양열을 사용하는 분야와 반도체로 구성된 태양전지(solar cell)의 광전효과(photoelectric effect)를 이용하여 전기를 생성하는 태양광을 이용하는 분야로 나뉘어져 있으며, 최근에는 태양전지 뿐 아니라 태양열 관련 기술의 발달에 힘입어 태양열을 이용한 난방이 상용화되어 있다.
상기 태양집열판은 태양 복사열을 모아 냉각액을 가열하는 장치로 주택에서 사용할 온수를 만들고 난방을 하는데 사용되는 것으로서 주로 태양전지판을 설치할 때는 일사량(日射量)이 높은 지붕 위에 설치하는 것이 대부분이다.
또한, 태양집열판의 설치는 주로 기존의 지붕 위에 별도의 지지대를 설치하여 태양전지판을 지탱하여 사용하거나 지붕의 일부를 개량하여 태양집열판을 설치함에 따라 상당한 공사비용이 지출되는 등의 문제점이 발생되었다.
따라서, 지붕부재로 사용하는 지붕패널에 태양집열판이 일체로 구성되고, 지붕패널을 시공할 때 집열판 구조가 설치되어 작업의 편의성을 높여주는 한편 설치비용을 절감시킬 수 있는 태양집열판 지붕패널의 제안이 절실히 요구되었다.
종래에는 등록특허 제10-1272766호 "태양열 집열기와 지붕구조"(선행기술1) 및 등록실용신안 제20-0252959호 "태양열 집열기"(선행기술2)가 제안된 바 있다.
상기 선행기술1은 지붕 구조재; 지붕 구조재 위에 시공되는 단열층; 단열층 위에 시공되는 축열층; 축열층 위로 수키와와 암키와에 의해 시공되는 기와지붕으로 구성되며, 상기 수키와는 내부에 빈 공간을 형성한 유리기와로 시공되며, 상기 수키와 내부 빈 공간에는 태양열 집열배관이 축열층에 안착 설치된 것을 특징으로 하는 태양열 집열기와 지붕구조이다.
상기 선행기술2는 본체의 내부 바닥이 요철로 형성되고, 오목부의 바닥을 선택 흡수막으로 처리하며, 볼록부에 액상의 패킹을 설치하고, 덮개 유리를 일체로 조립하여 유체통로를 형성하되 냉각수공급구와 온수공급구가 바닥에 설치된 것을 특징으로 하는 태양열 집열기이다.
그러나, 상기 선행기술1은 기와지붕의 형태를 그대로 유지하면서 집열기를 설치하는 구조이므로 지붕부재의 구조가 복잡하면서도 집열 배관을 수키와에 근접시키고 돌출 리브를 통해 급수배관을 설치하여 배관통로를 형성하는 까다로운 암수 기와의 조립과정을 거쳐야하는 등의 폐단이 발생되었다.
또한, 상기 선행기술2는 본체, 냉각수공급관, 냉각수유입구, 온수연결관, 온수 배출구, 유리, 유체통로, 보온재, 외피 등으로 구성되어 집열기의 구조가 복잡하면서도 제작이 까다로울 뿐 아니라 본원 발명과 같이 제작이 간단하여 제조원가를 저렴하게 유지하거나 단열 및 방음효과에 의하여 난방비를 절감시키는 등의 효과는 기대할 수 없었다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 그 목적은 지붕의 골조 위에 지붕패널을 시공하면 태양집열판이 일체로 구비되어 태양에 의한 난방을 할 수 있고, 단열, 방음 및 방수효과가 뛰어난 고품질·고기능성의 태양집열판 지붕패널을 제공함에 있는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 제1가이드홈(12a)과 제2가이드홈(12b)들이 형성된 상부 골조프레임(11) 및 하부 골조프레임(11)의 양측에는 지지프레임(14)이 막혀져 사각 틀을 이루어 결합되는 테두리프레임(10); 상기 제1가이드홈(12a)에 끼워지는 상부유리(20); 상기 테두리프레임(10) 내부에 설치되며, 내부에는 액상의 열매체가 주입되어 가열되면 기화(氣化)되는 히트파이프(30) 및 상기 제2가이드홈(12b)에 끼워지는 하부판재(40)로 구성된 태양집열판 지붕패널에 있어서, 상기 제1가이드홈(12a)과 제2가이드홈(12b)들 사이에는 유통로(13)가 형성되고, 유통로(13)의 지지벽에는 체결공(13a)들이 뚫려지며, 체결공(13a)들에는 히트파이프(30)의 선단에 형성된 나선부(30a)가 나사 결합되면서 패킹(31)에 의하여 밀폐되고, 상부 골조프레임(11)의 유통로(13)에는 히트파이프(30)에서 가열된 열매체가 유입되어 난방수를 가열하는 열매체로 사용되며, 상기 히트파이프(30)와 하부판재(40) 사이에는 연속된 반원형의 반사기(51)가 장착되어 태양 광(光)이 초점을 이루어 히트파이프(30)에 집중 조사되도록 구성한 것을 특징으로 하는 태양집열판 지붕패널에 의하여 달성될 수 있는 것이다.
이상에서 상술한 바와 같은 본 발명은 기둥(2a), 들보, 서까래, 형강프레임(2b)의 결합으로 구성된 골조(2) 위에 지붕패널(1)들을 연속 설치하고 연결부를 실링(sealing)하면 간편하게 지붕패널(1)의 시공(施工)이 완료되는 것이므로 지붕부재를 대체하는 태양열 지붕패널(1)에 의하여 별도의 지붕부재를 사용할 필요가 없어 지붕설치 공사비용을 상당부분 절감시킬 수 있을 뿐 아니라 지붕패널(1)의 히트파이프(30)를 통해 생성되는 열을 이용하여 주택의 난방 및 급탕용 온수로 사용할 수 있는 것이므로 주택의 난방비용을 최소화시킬 수 있는 동시에 지붕패널(1)은 밀폐된 케이스 형태로 구성되고 내부에는 단열부재(50)가 삽입되어 단열효과 및 방음효과가 뛰어나 지붕의 단열시공을 이룰 수 있는 것이므로 추운 겨울철에는 열 손실을 막아 난방비를 절약하고, 더운 여름철에는 열의 흡수를 차단하여 실내를 쾌적한 상태로 유지할 수 있는 것으로서 주택의 난방이 가능하면서도 단열 및 방음효과가 뛰어난 고품질·고기능성의 단열패널을 구현할 수 있는 등의 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예를 예시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일실시예를 예시한 분해사시도,
도 3은 본 발명의 일부를 절단한 분해사시도,
도 4는 본 발명의 일실시예를 예시한 단면도,
도 5a와 5b는 본 발명의 다른 실시예를 예시한 단면도,
도 6은 본 발명에 의한 지붕패널이 축열탱크와 열 교환파이프로 연결된 상태를 예시한 평단면도,
도 7은 본 발명에 의한 지붕패널이 지붕에 장착된 상태를 예시한 사용상태도.
이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지는 도 7에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 태양집열판 지붕패널(1)은 사각 틀을 이루는 테두리프레임(10)과 상,하부에 결합되는 상부유리(20)와 하부판재(40) 및 내부에 결합되는 히트파이프(30)로 구성되어 액자와 같은 케이스 형태로 구성되어 있다.
즉, 테두리프레임(10)을 구성하는 상부 골조프레임(11) 및 하부 골조프레임(11)에는 제1가이드홈(12a)과 제2가이드홈(12b)이 각각 형성되어 있고, 제1가이드홈(12a)과 제2가이드홈(12b)들 사이에는 유통로(13)가 형성된 구성으로 되어 있으며, 상,하부 골조프레임(11)들의 양측에는 지지프레임(14)이 막혀져 사각 틀을 이루어 결합된다.
상기 제1가이드홈(12a)에는 상부유리(20)가 끼워져 있으며, 상부유리(20)는 투명도가 높은 저(底)철분 유리로 구성되어 있고, 저 철분 유리는 지붕패널(1) 내부로 충분한 햇빛이 조사(照射)되도록 하여 히트파이프(30)의 가열이 효율적으로 이루어질 수 있도록 구성한 것이다.
상기 유통로(13)의 지지벽에는 체결공(13a)들이 뚫려져 있고, 체결공(13a)들에는 히트파이프(30)들이 각각 끼워져 결합되며, 히트파이프(30)의 선단에 형성된 나선부(30a)가 체결공(13a)에 나사 결합되면서 패킹(31)에 의하여 밀폐되는 구조이다.
상기 히트파이프(30)의 내부에는 액상의 열매체가 주입되어 있으며, 태양열에 의하여 가열되면 순간적으로 기화(氣化)되어 열 전달이 신속하게 이루어질 수 있도록 구성되어 있다.
상기 제2가이드홈(12b)에는 하부판재(40)가 끼워져 있고, 하부판재(40)는 유리판, 금속판 및 합성수지판으로 구성되어 있으나, 복층유리(pair glass)를 하부판재(40)로 사용하여 단열 및 방음효과를 더욱 높여줄 수 있도록 할 수 있다.
경우에 따라서는 도 5a에서 도시한 바와 같이, 상기 히트파이프(30)와 하부판재(40)들 사이에는 단열부재(50)를 삽입하여 단열효과를 더욱 높여줄 수 있다.
본 발명에서는 스티로폼이나 폴리우레탄폼으로 구성된 단열부재(50)를 사용하였으며, 이때 단열부재(50)는 태양열 흡수효과가 높은 흑색(黑色)의 소재를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 도 5b에서 도시한 바와 같이, 상기 히트파이프(30)의 하부에 반원형 반사기(51)를 설치하여 사용할 수 있고, 반원형이 연속된 반사기(51)들은 태양 광(光)이 초점을 이루어 히트파이프(30)에 집중 조사되도록 하므로 히트파이프(30)의 가열 효과를 더욱 높여줄 수 있는 것이다.
상부 골조프레임(11)의 유통로(13)에는 히트파이프(30)를 통해 가열된 열매체가 충진되고, 열매체는 난방수를 가열하여 주택의 난방용으로 사용되거나, 급탕용 온수로 사용할 수 있도록 구성되어 있다.
즉, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 유통로(13)에는 열 교환파이프(61)의 양단이 접속되고, 열 교환파이프(61)에서 나선형으로 감겨진 코일부(61a)가 축열탱크(60)에 내장되어 축열탱크(60)에 담겨진 난방수를 가열시킬 수 있도록 구성되어 있다.
따라서, 태양열에 의하여 히트파이프(30)가 가열되면 유통로(13)에 접속된 열 교환파이프(61)를 통해 열매체가 순환되는 과정에서 코일부(61a)에서 축열탱크(60)의 내부에 저장된 난방수가 열 교환되어 가열되고, 데워진 난방수는 온수 유입관(60a) 및 회수관(60b)을 통해 주택을 난방하는 용수(用手)로 사용되거나 급탕용 온수로 사용할 수 있는 것이다.
전술한 구성으로 이루어진 본 발명은 기둥(2a), 들보, 서까래, 형강프레임(2b)의 결합으로 구성된 골조(2) 위에 지붕패널(1)들을 연속 설치하고 연결부를 실링(sealing)하면 간편하게 지붕패널(1)의 시공(施工)이 완료되는 것이므로 지붕부재를 대체하는 태양열 지붕패널(1)에 의하여 별도의 지붕부재를 사용할 필요가 없어 지붕의 공사비용을 상당부분 절감시킬 수 있을 뿐 아니라 지붕패널(1)에 내장된 히트파이프(30)를 통해 생성되는 열을 이용하여 주택의 난방용 온수 및 급탕용 온수로 사용할 수 있는 것으로서 주택 난방비용의 상당부분을 절감시킬 수 있는 것이다.
또한, 상기 지붕패널(1)은 액자와 같은 케이스 형태로 구성되어 내부는 밀폐되고, 내부에는 스티로폼과 같은 단열부재(50)가 삽입되어 단열효과 및 방음효과가 뛰어나 지붕의 단열시공을 이룰 수 있는 것으로서 추운 겨울철에는 열 손실을 막아 난방비를 절약하고, 더운 여름철에는 열의 흡수를 차단하여 실내를 쾌적한 상태로 유지할 수 있는 것으로서 주택의 난방이 가능하면서도 단열 및 방음효과가 뛰어난 고품질·고기능성의 단열패널을 구현할 수 있는 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
1 : 지붕패널 2 : 골조
2a : 기둥 2b : 형강프레임
10 : 테두리프레임 11 : 골조프레임
12a : 제1가이드홈 12b : 제2가이드홈
13 : 유통로 13a : 체결공
14 : 지지프레임 20 : 상부유리
30 : 히트파이프 30a : 나선부
31 : 패킹 40 : 하부판재
41 : 복층유리 50 : 단열부재
51 : 반사기 60 : 축열탱크
60a : 유입관 60b : 회수관
61 : 열 교환파이프 61a : 코일부

Claims (3)

  1. 제1가이드홈(12a)과 제2가이드홈(12b)들이 형성된 상부 골조프레임(11) 및 하부 골조프레임(11)의 양측에는 지지프레임(14)이 막혀져 사각 틀을 이루어 결합되는 테두리프레임(10); 상기 제1가이드홈(12a)에 끼워지는 상부유리(20); 상기 테두리프레임(10) 내부에 설치되며, 내부에는 액상의 열매체가 주입되어 가열되면 기화(氣化)되는 히트파이프(30) 및 상기 제2가이드홈(12b)에 끼워지는 하부판재(40)로 구성된 태양집열판 지붕패널에 있어서,
    상기 제1가이드홈(12a)과 제2가이드홈(12b)들 사이에는 유통로(13)가 형성되고, 유통로(13)의 지지벽에는 체결공(13a)들이 뚫려지며, 체결공(13a)들에는 히트파이프(30)의 선단에 형성된 나선부(30a)가 나사 결합되면서 패킹(31)에 의하여 밀폐되고, 상부 골조프레임(11)의 유통로(13)에는 히트파이프(30)에서 가열된 열매체가 유입되어 난방수를 가열하는 열매체로 사용되며, 상기 히트파이프(30)와 하부판재(40) 사이에는 연속된 반원형의 반사기(51)가 장착되어 태양 광(光)이 초점을 이루어 히트파이프(30)에 집중 조사되도록 구성한 것을 특징으로 하는 태양집열판 지붕패널.
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