KR101623265B1

KR101623265B1 - 태양광을 이용하는 온장고

Info

Publication number: KR101623265B1
Application number: KR1020140117355A
Authority: KR
Inventors: 김성진
Original assignee: 김성진
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2016-05-20
Also published as: KR20160028638A

Abstract

본 발명은 태양광이나 난로 등의 적외선 복사에너지를 이용하여 동작하는 온장고로서 단열 된 공간 중 한 면을 중간이 진공인 2중 유리로 구성하여 적외선은 통과시키고 대류 및 전도에 의한 열손실은 줄일 수 있는 구조이며, 내부 공간은 흑체 역할을 할 수 있는 재료로 둘러싸여 있으며, 흑체 후면에는 남는 열을 저장할 수 있는 축열재가 수용되어 있으며, 내부 하단에는 바이메탈 원리를 이용하여 내부 온도 상승시 투과체 도어를 밀어올려 외부 공기가 유입되도록 하여 내부 온도를 조절할 수 있는 구조로, 전기에너지 사용 없이 내부 온도를 일정하게 유지할 수 있고 축열기능과 보온기능이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 온장고.

Description

태양광을 이용하는 온장고 { Heating cabinet to use the sunlight }

본 발명은 전기에너지를 사용하지 않는 작은 온장고를 구현하기 위한 것으로, 좀 더 상세하게 설명하면, 단열 된 공간 중 한쪽 면을 투명 재료로 구성하여 태양광을 투과시켜 내용물을 가열시키고, 남는 열은 축열재에 저장하여 태양광이 없는 시간에도 온도를 유지할 수 있도록 축열기능과 보온기능을 갖춘 온장고로서, 전기에너지 사용 없이 태양광이나 난로 주변의 적외선을 이용하여 가동되며, 보온 시간을 연장하기 위한 축열 및 단열 기술과 온도조절 기술 등을 적용한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 태양 에너지를 사용함에 있어, 에너지 사용이 가능한 시간대와 에너지가 필요한 시간대가 일치하지 않아 발생하는 문제점을 해결하여, 추가적인 전기에너지 투입 없이 항상 사용 가능한 온장고를 구현하고자 하는 것으로, 광학, 단열, 축열, 온도제어 등의 기술을 이용한다.

현재 이와 관련된 기술을 이용하는 제품으로는 태양열 조리기가 있으나 이것은 태양광을 집광하여 고온으로 조리하는 기구로서 태양이 있는 주간에만 사용 가능하며 축열기능이 없어 본 발명에서 구현하고자 하는 작은 온장고의 기능으로 변형하기는 어려우며,

태양열 온수기를 변형하여 축열 된 열에너지를 이용하면 본 발명에서 구현하고자 하는 작은 온장고를 만들 수 도 있으나 이것은 열에너지를 물에 흡수시켜 축열 시킴으로써 설비가 복잡하고, 효율이 낮으며, 소형으로 만들기가 어렵다.

또한, 온장고 특허(특허번호 : 10-2010-0079897)의 경우 본 발명과 가장 유사하나 온장고 주변에 보온용 유체를 사용하여 태양 복사에너지를 흡수하여 열을 발생시키고, 이 열을 이용하여 내부를 가열하는 원리로, 이럴 경우 대류 및 전도에 의한 열손실로 인하여 보온이 안 되며, 창문에 부착하였다가 분리하는 번거로움도 있다.

실내로 유입되는 태양광이나 난로 주변의 적외선 파장을 사용하여 가동되고, 축열기능 및 단열기능을 강화하여 보온시간을 연장함으로써 태양광이 없는 시간대에도 전기 에너지 투입 없이 사용 가능한 온장고를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자 전체적인 구조는 6면체 중 5면을 단열재로 구성하고 한쪽 면은 투과체로 된 박스형태와 그것을 지지하기 위한 받침이 각도 조절 및 구속이 가능한 형태로 결합되어 있는 구조로

상기 투과체는 적외선 파장을 잘 투과시키고 내구성이 좋은 유리 재질로 구성하되 투과되어 발생하는 열에너지의 대류 및 전도에 의한 손실을 줄이기 위하여 중간이 진공인 2중 유리 형태로 구성하고 상부에는 경첩을 달아 도어의 역할도 동시에 할 수 있도록 구성한다

내부 공간은 태양광이 열로 잘 변환될 수 있도록 흑체 역할을 할 수 있는 재료를 사용하며, 보온 시간을 증가시키기 위하여 흑체 하부에 축열재를 배치하고 그 외부는 단열재로 감싼다.

또한, 많은 양의 태양복사가 오랜 시간 조사되면 내부가 과열될 수 있음으로 내부 온도가 올라가면 투명체 도어를 밀어 올려 외부 공기가 유입될 수 있도록 하고 온도가 내려가면 다시 닫힐 수 있도록 바이메탈 원리를 이용한 온도조절장치를 구비한다.

태양광이 조사되는 시간이 짧지만 보온 시간을 증가시키려면 단열재의 및 진공층의 두께를 두껍게 하거나, 축열재의 양을 늘리는 방법이 가능하며, 반대로 태양광이 조사되는 시간이 긴 경우는 2중 유리의 내측을 적외선을 반사하는 로이 유리로 사용하면 내부 가열 시간은 증가하지만 내부에서 발생된 열의 방사 손실은 줄일 수 있어 보온시간 연장이 가능하다. 또한, 내측 유리에 적외선 흡수 필름을 부착하면 투과되는 적외선이 흡수되어 열로 발생되고 내부 공간을 가열하는데 사용됨으로 짧은 일조 시간에 내부 온도를 빠르게 상승시킬 수 있고 내부에서 방사되는 적외선을 차단하여 복사 손실을 줄일 수 있음으로 사용 환경에 따라 적절하게 변형하여 제작할 수 있다.

적외선 파장을 많이 방출하는 전기스토브나 난로 주변에 온장고의 투광면을 위치시키면 태양광이 없는 흐린 날씨에도 사용이 가능하다.

에너지 취득량을 산술적으로 계산해보면 700W/m²의 일사 조건하에서 30cm*30cm 크기의 집광면을 갖는 온장고로 약 80%가 투과되어 유입된다면 약 50.4W의 에너지를 얻을 수 있고 이 조건에서 1시간을 사용하면 총 43,200cal의 에너지를 얻을 수 있다. 이는 1리터의 물을 43도 이상 높일 수 있는 에너지이며 2-3시간을 집광한다면 남는 에너지가 축열재에 저장되어 장시간 보온도 가능하다. 따라서 본 발명 아이디어가 적용된 온장고에 음료수나 물 등을 넣고 햇볕이 들어오는 창가에 놓아두면 추워지는 저녁에도 따듯하게 마실 수 있으며, 또한 축열 성능이 좋은 석재나 모래주머니를 넣어두면 퇴근하면서 손난로로도 사용할 수 있다.

현재 사용되고 있는 온장고는 보온기능이 없어 에너지 소모가 많고, 손난로 또한 usb 충전 방식이나 화학반응을 이용한 1회용 들이 많이 사용되고 있어 이 역시 전기에너지를 소모하거나 환경오염을 유발할 수 있다. 그러므로 본 아이디어가 적용된 온장고를 사용하면 전기에너지를 절약할 수 있고, 환경문제를 개선할 수 있는 효과도 있다.

[도1]은 온장고 전체 구성도이며
[도2]는 온장고를 중심의 위치에서 우측평면으로 절단하여 본 단면도이며
[도3]은 바이메탈을 이용하여 온도를 조절하는 원리를 설명한 도면이다.

상기 목적을 달성하고자 본 발명의 기술적 수단을 도면을 통하여 상세하게 설명하면 다음과 같다

전체적인 외관은 [도1]과 같이 투과체 도어(100), 단열재 및 케이스(200), 각도 조절 및 구속장치(300), 받침(400), 온장고 내부 공간(500), 온도조절장치(600), 수납공간 받침(700)로 구성되어 있다.

[도1]에서 투과체 도어(100)는 태양광을 잘 투과시키고 내부에서 발생되는 열손실을 줄이기 위한 구조로 [도2]의 확대 도면과 같이 태양광이 투과되는 상면(110)과 하부 투과체(130) 및 그 중간 진공층(120)으로 이루어져 있으며 상부 투과체(110)와 하부 투과체(130) 사이의 진공층(120)의 테두리는 단열성과 기밀성이 좋은 재료를 사용하였고, 투과체 도어(100) 상면의 상부에는 경첩(140)을 부착하고 하부에는 손잡이(150)를 부착하여 온장고의 문으로 사용하도록 구성되어있다.

내부공간(500)은 투과된 태양광이 열로 발생되고 축열 및 보온을 하기 위한 구조로 [도2]와 같이 표면은 검은색 천이나 페인트를 도포하여 흑체(510) 역할을 하도록 하였으며, 흑체(510)의 후면에는 발생된 열을 저장하기 위한 축열재(520)가 수용되어 있으며, 그 다음 후면 및 측면은 단열재(210)로 감싸 열손실을 줄이도록 구성되어 있다.

[도3]는 온도조절을 위한 장치로 열팽창계수가 작은 금속판(610)과 열팽창계수가 큰 금속판(620)을 붙이고 중간을 프레임(630)으로 고정하여 온도가 상승하면 팽창률의 차이에 의해 양 끝단이 휘어지면서 투과체 도어(100)를 밀어 올려 외부 공기가 내부로 유입되면서 온도가 내려가고, 온도가 내려가면 양 끝단의 휘어지는 각도가 감소하면서 투과체 도어(100)가 닫히는 원리로 온도가 조절되며, 내부 온도 설정은 프레임(630)의 높이 조절로 가능하며, 이를 위해 스크류(640)와 조절 다이얼(650)이 후면에 부착되어 있고 [도2]의 슬라이드 홈(660)을 따라 움직이도록 구성되어 있다.

[도1]의 각도 조절 및 구속장치(300)는 태양의 고도가 계절과 시간에 따라 변함으로, 필요시 태양광의 수광각을 수동으로 조절하기 위한 용도로 사용하도록 구성하였으며, 방위각 조절을 위한 받침의 변경도 필요에 따라 추가할 수 있다.

100 : 투과체 도어
110 : 투과체 도어 상부 유리
120 : 투과체 중간 진공층
130 : 투과체 하부 유리
140 : 투과체 도어 경첩
150 : 투과체 도어 손잡이
200 : 단열재 및 케이스
300 : 각도 조절 및 구속 기구
400 : 온장고 받침
500 : 온장고 내부 공간
510 : 태양광을 열로 변환하기 위한 흑체
520 : 남는 열을 저장하기 위한 축열재
600 : 온도조절을 위한 바이메탈 장치
610 : 열팽창계수가 낮은 금속판
620 : 열팽창계수가 높은 금속판
630 : 바이메탈 고정 프레임
640 : 온도 조절 스크류
650 : 온도 조절 다이얼
660 : 슬라이드 홈
700 : 수납공간 받침

Claims

한 면이 태양광을 투과하는 재질로 이루어지고 나머지 다섯 개 면이 단열재로 둘러싸여 있으며 각도 조절이 가능하도록 받침과 연결되어 있는 구조로서, 전기에너지 투입 없이 투과체가 태양을 향하게 하거나 또는 흐린 날이 계속되는 경우 투과체가 난로와 같은 열원을 향하게 하면 적외선 파장이 투과체를 통과하여 내부를 가열하는 방식으로 가동되며, 축열 기능 및 보온 기능이 추가된 것을 특징으로 하는 온장고에 있어서

상면 투과체 도어의 투과면은 중간이 진공인 2중 유리로 구성하고 상부에는 경첩을 하부에는 손잡이를 부착하여 문의 역할과 투과체 역할을 동시에 할 수 있는 구조로 구성되며

내부 공간은 투과된 태양광이 열에너지로 원활하게 변환될 수 있도록 바닥면과 그 주변 4개 면을 흑체 역할을 할 수 있는 재질로 구성하며, 흑체 후면에는 남는 열을 저장할 수 있는 축열재가 수용되어 있고, 그 주변을 단열재로 감싼 구조이며

내부 공간의 하부에는 바이메탈 원리를 적용하여 온도가 상승하면 상면 투과체 도어를 밀어올려 외부 공기가 유입되게 하고, 온도가 내려가면 닫히는 구조로 온도 조절이 가능한 온장고.
청구1항에 있어 투과체 도어 상부 유리 및 투과체 하부 유리는 적외선 파장 투과율이 높고 내구성이 좋은 재료를 사용하며, 투과체 상부 유리와 중간 진공층 그리고 투과체 하부 유리를 연결하는 테두리는 단열재료와 기밀재료를 사용하여, 적외선은 잘 투과되고, 내부에서 발생 되는 열의 투과체를 통한 대류 및 전도 손실은 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는 온장고
청구1항에 있어 내부 공간은 투과된 적외선 파장이 열에너지로 변환될 수 있도록 흑체 역할을 하는 재질을 사용하고, 그 후면에는 변환된 열에너지의 일부를 저장하였다가 태양이 없는 시간대에도 내부 온도를 보다 더 길게 유지하기 위한 축열재를 배치하며, 그 외부는 단열재로 감싸 필요한 보온시간을 유지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 온장고.
청구1항의 온도조절장치는 열팽창계수가 낮은 금속판과 높은 금속판을 상하로 붙이고 그 중간을 고정하는 프레임과 이 프레임의 높이를 조절하는 슬라이드 홈, 스쿠류, 조절 다이얼로 구성되며 내부 온도 상승에 따라 바이메탈 판이 휘어지면서 커버를 밀어올리고 온도가 내려가면 금속판이 원상태로 복원되면서 내부 공간으로 외부 공기 유입을 조절할 수 있으며, 후면에 프레임의 높이를 조절할 수 있는 다이얼을 후면에 부착하여 내부 온도를 설정할 수 있는 기능이 포함된 온장고.
청구2항의 투과체의 하부 유리를 로이 유리로 사용하면 가열 시간이 길어지지만 보온 시간을 증가시킬 수 있으며, 내부유리 내측 면에 적외선 흡수 필름을 부착하면 낮은 일사량 조건에서도 내부 온도를 높일 수 있어 사용 환경에 따라 다양하게 변형 할 수 있는 것을 특징으로 하는 온장고