KR101594001B1 - 발코니 난간에 설치된 태양열집열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발코니 난간에 설치된 태양열집열장치 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 공동주택의 발코니 난간에 다수개의 집열판(태양광솔라셀)이 형성된 태양열집열장치를 설치한 후, 태양의 이동 방향에 따라 집열판이 대응해가면서 태양열을 손실 없이 회수하여 얻어진 태양에너지를 태양광발전장치를 통해 전기에너지로 변환하여 가정의 냉,난방으로 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다.
그 구성은 상, 하단에 길이방향으로 형성되는 상부고정바(10) 및 하부고정바(20); 상기 상부고정바(10) 및 하부고정바(20)에 길이방향으로 간격을 두고 설치되어 연결구(30)에 의해 분리 및 연결되는 원호형 집열판(40); 상기 상부고정바(10) 및 하부고정바(20)에 설치되어 발코니 난간(60)에 결합하는 고정브라켓(50);을 포함하여 구성한 것을 특징으로 특징으로 한다.

Description

발코니 난간에 설치된 태양열집열장치{Solar heat collection device installed on the balcony railing}

본 발명은 발코니 난간에 설치된 태양열집열장치 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 공동주택의 발코니 난간에 다수개의 집열판(태양광솔라셀)이 형성된 태양열집열장치를 설치한 후, 태양의 이동 방향에 따라 집열판이 대응해가면서 태양열을 손실 없이 회수하여 얻어진 태양에너지를 태양광발전장치를 통해 전기에너지로 변환하여 가정의 냉,난방으로 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다.

최근 비용 및 공해문제로 인하여 화석연료의 사용량을 줄이고자 하는 노력이 세계적으로 이루어지고 있다. 이를 위하여 태양에너지를 이용한 대체에너지 또는 에너지 저감기술 개발이 이루어지고 있는 실정이다.

이러한 기술 분야에는 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지를 다수 배열시켜 발전을 하는 태양광 발전장치, 태양의 열에너지를 이용하는 태양열 집열관을 다수 배열시켜 활용한 온수 및 발전장치, 태양광을 실내로 유입시키는 자연채광 및 조명 장치 등이 연구되고, 개발되어 서서히 보급이 증대되고 있다.

그러나 태양전지의 경우 태양광에서 전력으로의 변환 효율은 아직까지는 20%를 넘지 못하고 있으며 염료 감응형 태양전지의 경우 10%를 넘지 못하고 있는 실정이다. 점진적인 효율개선이 진행되고 있지만, 이 분야에서의 1% 효율을 높이는데 필요한 자본과 기술, 시간제약이 크다.

이러한 이유로 기존 태양에너지 기술에서 태양광을 최대로 입사시키기 위한 기술들이 가치를 인정받아 개발되었고, 보급되고 있는데, 태양광을 최대로 활용하는 방위각과 고도각으로 태양에너지 장치들을 대향시켜서 효율을 최대로 하기 위한 노력들이 그것이다.

일반적으로 태양 에너지를 이용하는 태양에너지 변환모듈(태양전지, 집열관, 조명장치, 반사 장치 등)에 입사되는 빛의 입사각에 따라 그 출력이 달라지므로, 태양전지를 일중 태양의 이동을 추적하게 하여 전지의 출력이 최대가 되게 만들어 주기 위해 고안된 장치를 태양광 추적장치(Tracking system)라고 하며 태양의 태양 에너지의 최대 출력지점을 찾기 위한 위치 검출장치와 그 결과에 따라 태양에너지 변환 모듈을 태양의 방위각과 고도각에 대향시키도록 추미구동(태양을 따라 구동)하는 구동장치로 이루어져 있다.

태양위치 검출장치는 태양의 위치를 예측할 수 있는 프로그램 또는 그 산출물을 미리 산출하여 저장하고, 시각에 따라 그 정보를 추미구동장치에 이용하여 제어하는 간접정보 이용방식과 태양위치 검출센서나 기기를 사용하는 직접 정보 검출 방식이 있다.

이의 사용에는 맑은 날에는 직접 정보 검출 방식으로 추미구동하고 담천공 등 우천시에는 프로그램에 의해 자동적으로 작동을 정지하거나 태양의 위치를 계산하여 추미구동하는 간접방식이 병용되고 있다.

종래의 이런 추미구동장치는 주로 하루 중 태양의 이동에 따라 태양 전지나 태양 집광판도 동에서 서로 이동하며, 여러 장의 태양전지나 집광렌즈, 집열관을 직/병렬로 연결하여 제조된 대면적 모듈을 추미구동장치에 얹어 한꺼번에 움직이게 한다.

이는 설치공간의 제약을 갖고 있어 주로 평지에 추미구동에 필요한 공간을 확보한 후 설치되고 있고, 계절별 고도각에 대한 추미구동 역시 대면적의 태양광 변환모듈을 대상으로 하기 때문에, 같은 제약을 가지고 있으며 설치공간의 제약이 있는 건물의 옥상 등 협소공간에서는 그나마 무시되거나 수동으로 조작하고 있는 실정이며, 최근 태양광전지에 의한 발전시스템이 건물의 옥상 등에 설치되고 있으나, 이러한 공간의 제약으로 인하여 아예 남향에 비스듬히 고정하여 설치되고 있는 실정이다.

더욱이, 상기에 언급했듯이 최근의 정부 노력과 기술 발전, 환경에 대한 개인의 관심고조, 고유가 등으로 이제는 가정에서도 태양광 발전이나 태양광 집열관을 이용한 온수 시스템 등의 도입이 점차 증대되고 있는데도, 우리나라와 같이 아파트가 많은 지역에서의 가정 내 태양광 이용시스템의 도입은 많은 제약을 가하고 있다.

아파트와 같은 공동주택의 경우, 그 옥상 외에는 공간과 장소에 있어 현재의 태양광 시스템을 도입하기가 더욱 마땅치 않다. 왜냐하면, 아파트 등 공동주택은 대부분 태양이 비추는 지붕도 없고 마당도 없다. 설치할 장소라고는 외벽과 창호와 발코니밖에 없다. 그나마 남아 있는 발코니도 확장하여 실내공간으로 사용하는 실정으로, 대상공간이 더욱 사라지고 있다.

또한, 아파트 등 공동주택에서는 설혹 태양광 기기들이 세대별 창호나 외벽에 설치된다 하여도 종래의 기술로 대면적을 시설할 경우 강풍, 우천시, 우박 강하시 안전성을 확보하기 곤란하며, 더욱이 심미성 부분에서 매우 취약하여 주민들이 매우 꺼리고 있는 실정이며, 이런 상황에서 태양광 이용기기는 물론이거니와 종래의 추미구동 장치는 적용하기가 아예 곤란하다. 더욱이 복잡한 태양추적 검출장치까지 부가되면 문제는 더욱 복잡해진다.

이에 따라 이러한 환경에 맞는 독특한 추미구동장치가 보급되지 않으면 공동주택에 태양광 에너지 기기를 보급하는 것은 한계가 있을 것으로 예측된다.

또 다른 측면으로 비록 태양광 활용 기기가 설치되었다고 하여도, 이러한 공동주택의 평면구조상, 태양이 비추는 공간은 일 측면에 불과하고, 다른 동 건물이나 향 배치의 제약으로 인하여 태양이 비치는 공간이 더욱 한정적이다.

이에 따라 주어진 조건에서 이용 가능한 태양광을 최대한 활용하는 장치가 더욱 필요한 주거 공간이기도 하다. 난간은 건물의 외부에 설치되는 안전펜스이나 기능적으로 재발견하고, 활용성을 재창출 하면, 본래의 기능인 안전펜스 역할을 유지하면서도, 다양한 활용이 가능하다.

대개는 창호의 안전성을 보완하고, 베란다 등에서의 안전펜스역할을 하므로 태양이 비치는 곳에서의 난간의 역할을 새로이 조명할 필요가 있으나, 종래의 난간은 제대로 활용되지 않고 있다.

그리하여 국내 등록특허 제10-1364189호가 개시되었으나, 수평으로 설치한 난간마다 수평집열판을 설치하고, 상기 수평집열판이 기어방식에 의해 태양의 이동에 따라 상하로 회전할 수 있도록 구성한 것으로, 그 구성이 복잡하고 다루기가 어렵기 때문에 사용상에 많은 어려움이 있었던 것이다.

그뿐만 아니라 국내 실용신안 공고 제 20-1986-0000529호에 개시된 태양열 집열장치의 종래기술에서는 발코니 난간에 태양열 집열판을 경사지게 설치하여 구성한 것이 개시되었으나, 이는 풍압에 의하여 쉽게 낙하하지 않도록 단단한 고정수단으로 발코니에 고정되는 것이 보통이어서 태양열집열관의 교환이나 장치의 보수에 극히 불편하고 고층주택의 경우에는 위험한 작업이 강요되기도 하였다.

따라서 상기 문제점을 개선한 것으로, 4각형으로 형성한 프레임에 복수본의 태양열집열관을 평행으로 설치하고 각 집열관의 둘레에 이 집열관의 축심선을 중심으로 하여 회동하는 곡면경체(曲面鏡體)를 설치함과 동시에 이 프레임 내에 열매체의 유로(流路)를 형성하고 또한 이 프레임을 바닥면측을 기점으로 하여 발코니 등의 안쪽으로 자재로 기울어질 수 있게 입설하고 기립상태에 있을 때, 프레임 상부로 발코니 등의 난간의 일부를 구성할 수 있게 한 것으로, 그 구성이 복잡하고 태양열집열판의 내부에 유로를 형성하고 있기 때문에, 그 구성이 복잡함은 물론 고장이 나면 보수가 어려웠던 것이다.

1. 국내 등록특허 제10-1364189호 2. 국내 실용신안 공고 제 20-1986-0000529호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 태양의 고도에 따라 집열판이 태양에 대응해가면서 태양열을 손실 없이 회수하여 가정용 전기로 사용할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

또한, 태양열집열장치나 집열판을 발코니 난간에 간단하게 설치하여 집열할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

그뿐만 아니라 발코니 난간에 설치된 태양열집열장치의 집열판과 인접한 집열판 사이의 공간으로 통풍이 실내로 원활하게 이루어질 수 있도록 하는데에도 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 발코니에 설치되는 태양열집열장치에 의하면, 상, 하단에 길이방향으로 형성되는 상부고정바(10) 및 하부고정바(20);

상기 상부고정바(10) 및 하부고정바(20)에 길이방향으로 간격을 두고 설치되어 연결구(30)에 의해 분리 및 연결되는 원호형 집열판(40);

상기 상부고정바(10) 및 하부고정바(20)에 설치되어 발코니 난간(60)에 결합하는 고정브라켓(50);을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 원호형 집열판(40)의 곡면경사각(θ)은 6~9°이고, 곡면길이(L)는 500~600mm로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 상부고정바(10)와 하부고정바(20)에 원호형 집열판(40)이 연결구(30)에 의해 연결할 수 있도록 원호형 집열판(40)의 상,하단부에 각각 형성된 연결공(41) 및 상기 연결공(41)에 대응하여 형성되는 상부고정바(10)와 하부고정바(20)에 각각 형성되는 연결공(11)(21)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 원호형 집열판(40)과 인접한 원호형 집열판(40)을 서로 구리봉(70)으로 분리 및 결합되게 연결하여 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 원호형 집열판(40)의 후면에 고정브라켓(50)을 형성하고, 원호형 집열판(40)과 원호형 집열판(40)에 간격을 두고 구리봉(70)으로 분리결합할 수 있도록 다수개 연결하고, 상기 다수개 연결한 원호형 집열판(40)을 난간(60)의 가로봉(61)에 고정브라켓(50)으로 걸어 고정시켜서 집열할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 태양열집열장치(100)에서 집열된 태양에너지를 태양광발전장치(110)에서 전기에너지로 변환하여 가정의 냉,난방(130)에 사용할 수 있도록 함과 동시에 전기에너지의 효율이 떨어질 때에는 가정용 전원(120)으로 연결될 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따르면, 태양열 집열판은 구조를 간단하게 하여 제작원가를 줄임은 물론 저가의 비용으로 시공비를 최대로 줄여서 난간에 시공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 태양열집열장치의 집열판은 원호형으로 형성되어 있기 때문에, 태양의 고도에 따라 대응해가면서 태양열을 손실 없이 회수하여 태양광발전장치에 의해 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 가정의 냉,난방으로 공급할 수 있는 효과가 있다.

그뿐만 아니라 태양열집열장치를 발코니 난방에 간단하게 설치 및 분리할 수 있음은 물론 상부고정바 및 하부고정바에서 집열판을 간단하게 분리 및 결합할 수 있도록 함으로서 보수가 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발코니의 난간을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 태양열집열장치를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 발코니 난간에 태양열집열장치를 결합하여 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 집열판을 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 또 실시 예로 집열판을 직접 난간에 설치한 상태를 나타낸 사시도 및 측면도.
도 6은 본 발명에 따라 발생된 전기를 공급하기 위한 블록도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한, 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

본 발명에 따른 발코니에 설치된 태양열집열장치에 의하면, 태양의 에너지를 전기에너지로 바꾸어 가정에서 사용할 수 있도록 발코니의 난간(60)에 걸어서 고정할 수 있게 고정브라켓(50)이 설치된 상부고정바(10)와 하부고정바(20) 및 상기 상부고정바(10) 및 하부고정바(20)에 연결되는 원호형 집열판(40)으로 구성된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 구성을 도 1 및 도 4에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 발코니 난간(60)은 상부와 하부에 가로봉(61)이 형성되고, 가로봉(61) 사이에는 간격을 두고 세로봉(62)이 형성되어 발코니에 설치된다.

그리고 발코니 난간(60)에 설치되는 태양열집열장치(100)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 발코니의 난간(60) 길이방향으로 설치되는 상부고정바(10)와 하부고정바(20)가 형성되고, 상기 상부고정바(10)와 하부고정바(20)에는 후술하는 원호형 집열판(40)을 길이 및 세로방향으로 간격을 두고 연결구(30)에 의해 연결할 수 있도록 연결공(11)(21)이 천공되어 있다. 이때 연결공(11)(21)은 두개의 연결공이 한쌍으로 이루어져 간격을 두고 천공된다.

또한, 발코니 난간(60)에 걸어 고정할 수 있도록 상부고정바(10) 및 하부고정바(20)에 고정브라켓(50)을 연결하여 구성한다.

또 태양열을 집열하기 위한 원호형 집열판(40)은 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 원호형으로 형성되어 태양의 고도(즉, 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지는 각도)에 대응하여 태양열을 집열할 수 있도록 구성된다.

이때 원호형 집열판(40)의 곡면경사각(θ)은 6~9°이고, 곡면길이(L)는 500~600mm로 이루어진다. 즉, 태양이 아침에 떠오를 때에는 원호형 집열판(40)의 A부분에서 태양열을 집열하게 되고, 또 태양이 중천에 떠오르면 원호형 집열판(40)의 B부분에서 집열하고, 또 태양이 서쪽으로 넘어갈 때에는 원호형 집열판(40)의 C부분에서 태양열을 집열하여 손실 없이 태양의 고도에 대응하여 태양열을 집열 할 수 있도록 구성한 것이다.

이때 경사각이 6°보다 적으면 태양열이 원호형 집열판(40)을 벗어나게 되므로 집열효과가 높지 않고, 또 경사각이 9°이상이면 태양열이 원호형 집열판(40)의 후면으로 조사되어 원호형 집열판(40)에서 벗어나게 되므로 집열 효과를 높일 수 없게 되는 것이다.

그리고 원호형 집열판(40)의 곡면길이는 500~600mm는 곡면경사각(θ)에 대응하여 길이를 선정함으로써 곡면경사각과 비례하게 되는 것이다. 즉, 상기 곡면경사각에 의해 태양열을 손실 없이 집열할 수 있도록 하기 위한 것이다.

또한, 상기 원호형 집열판(40)과 인접한 원호형 집열판(40)은 구리봉(70)으로 연결하여 구성한다. 이때 구리봉(70)은 원호형 집열판(40)에 집열된 전기가 구리봉(70)을 타고 축전지로 이동할 수 있도록 구성한 것이다. 이때 구리봉(70)은 요철로 형성되어 원호형 집열판(40)과 인접한 원호형 집열판(40)을 분리 및 결합하여 연결할 수 있는 구성이라면 모두 포함된다.

상기와 같이 태양열집열장치(100)에 의해 집열된 태양에너지를 전기에너지로 바꾸어 냉, 난방(130)에 사용할 수 있도록 함은 물론 이때 비가 오거나 흐려서 태양열 에너지를 회수하지 못할 때에는 가정용 전원(120)이 연결되어 냉, 난방으로 공급되도록 구성한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 발코니 난간에 설치된 태양열집열장치의 시공방법 및 작동상태를 설명하며 다음과 같다.

먼저, 도 2에 나타내는 바와 같이, 태양열집열장치(100)를 조립하여 구성한다. 즉, 상부고정바(10)와 하부고정바(20)에 간격을 두고 천공된 한쌍의 연결공(11)(21)에 원호형 집열판(40)들을 연결구(30)로 연결한다. 이때 원호형 집열판(40)과 원호형 집열판(40)을 연결할 때 형성되는 간격은 발코니로 통풍이 원활하게 이루어질 수 있도록 하기 위한 것이다.

그리고 상기 조립된 태양열집열장치(100)를 발코니 난간(60)에 고정하기 위하여는 태양열집열장치(100)의 상부고정바(10)와 하부고정바(20)에 각각 장착된 고정브라켓(50)을 발코니 난간(60)에 걸어서 체결구(미도시)로 고정한다.

상기와 같이 발코니 난간(60)에 태양열집열장치(100)를 설치한 후에는 태양열이 동쪽에서 서쪽으로 이동할 때, 즉, 태양이 동쪽에서 떠오를 때에는 태양열을 집열하기 위한 원호형 집열판(40)의 A부분에서 태양열을 집열하게 되고, 또 태양이 중천에 떠있으면 원호형 집열판(40)의 B부분에서 집열하고, 또 태양이 서쪽으로 기울어질 때에는 원호형 집열판(40)의 C부분에서 태양열을 집열하게 하여 손실없이 태양의 고도에 대응하여 태양열을 집열 할 수 있게 되는 것이다.

그리고 상기 원호형 집열판(40)에 의해 집열된 태양에너지는 태양광발전장치(110)에서 전기에너지로 변환된 후, 가정의 냉, 난방(130)으로 사용하게 된다. 이때 눈, 비가 오거나 흐려서 태양에너지를 회수하지 못할 때에는 도 6에 나타내는 바와 같이, 가정용 전원(120)으로 연결되어 전기에너지를 사용할 수 있는 것이다.

또한, 태양열발전장치(100)에서 변환된 전기에너지는 도시하지는 않았지만, 별도로 형성된 축전지에 충전하여 가정에 공급하게 되는 것이다.

본 발명의 또 다른 실시 예로 도 5에 나타내는 바와 같이, 개개의 집열판(40) 후방에 고정브라켓(50)을 설치하여 원호형 집열판(40)과 인접한 원호형 집열판(40)을 구리봉(70)으로 분리결합하여 연결할 수 있도록 구성하고, 구리봉(70)으로 연결된 원호형 집열판(40)들을 원호형 집열판(40)의 후방에 장착된 고정브라켓(50)을 난간(60)의 가로봉(61)에 걸어 고정시켜서 집열할 수 있도록 구성된 것이다.

상기와 같이 원호형 집열판(40)에 집열된 전기는 도 6에 나타내는 바와 같이 축전지에 저장하여 가정으로 고정하여 가정용 전원으로 사용할 수 있도록 한다.

10. 상부고정바 20. 하부고정바
11, 21. 41, 연결공 30. 연결구
40. 집열판 50. 고정브라켓
60. 난간 70. 구리봉
100. 태양열집열장치 110. 태양광발전장치
120. 가정용 전원 130. 냉, 난방

Claims (6)

1. 상, 하단에 길이방향으로 형성되는 상부고정바(10) 및 하부고정바(20);
   상기 상부고정바(10) 및 하부고정바(20)에 길이방향으로 간격을 두고 설치되어 연결구(30)에 의해 분리 및 연결되는 원호형 집열판(40);
   상기 상부고정바(10) 및 하부고정바(20)에 설치되어 발코니 난간(60)에 결합하는 고정브라켓(50);을 포함하여 구성하되,
   상기 원호형 집열판(40)의 곡면경사각(θ)은 6~9°이고, 곡면길이(L)는 500~600mm로 이루어지고,
   상기 상부고정바(10)와 하부고정바(20)에 원호형 집열판(40)이 연결구(30)에 의해 연결할 수 있도록 원호형 집열판(40)의 상,하단부에 각각 형성된 연결공(41) 및 상기 연결공(41)에 대응하여 형성되는 상부고정바(10)와 하부고정바(20)에 각각 형성되는 연결공(11)(21)으로 구성되며,
   상기 원호형 집열판(40)과 인접한 원호형 집열판(40)을 서로 구리봉(70)으로 분리 및 결합되게 연결하여 상기 원호형 집열판(40)에 집열되는 전기가 구리봉(70)을 타고 축전지로 이동할 수 있도록 구성하고,
   태양열집열장치(100)와 상기 원호형 집열판(40)에서 집열된 태양에너지를 태양광발전장치(110)에서 전기에너지로 변환하여 가정의 냉,난방(130)에 사용할 수 있도록 함과 동시에 전기에너지의 효율이 떨어질 때에는 가정용 전원(120)으로 연결될 수 있도록 구성하되,
   상기 구리봉(70)은 요철로 형성되어 상기 원호형 집열판(40)과 인접한 원호형 집열판(40)을 분리 및 결합하여 연결할 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 발코니 난간에 설치된 태양열집열장치.
   
   
   
   
   
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