KR101632834B1 - 난방 장치 및 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 난방 장치는 입사되는 광 중에서 적외선 대역을 차단하는 적외선 차단층; 및 적외선 차단층의 하부에 마련되며, 입사되는 광의 파장을 적외선 대역의 파장의 광으로 변환하는 양자점을 구비한 광변환층을 포함한다.

Description

난방 장치 및 구조{Apparatus and structure for heating}

본 발명은 난방 장치 및 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광의 파장을 적외선 대역으로 변환하여 구조물의 내부 공간으로 유입시키고, 내부 공간에 유입된 적외선이 외부로 유출되는 것을 방지하여 온실 효과에 의해 난방을 유지하는 장치 및 구조에 관한 것이다.

전통적인 실내 난방은 바닥에 열을 가해 실내 공기를 데우는 온돌방식이다. 이때, 상기 바닥을 데우는 방법은 돌바닥을 가열하여 전도에 의해 실내 바닥 전체를 데우는 방법과, 온수관을 바닥에 고르게 매설하여 온수관을 통해 흐르는 온수의 열로 바닥을 데우는 방법 등이 있다. 하지만 이러한 온돌방식은 과도한 열원공급에 의해 불필요하게 에너지를 낭비하는 문제점이 있었다.

한편, 일반적으로 태양이나 조명등에서 방출되는 광 중에 적외선 대역은 온도를 높이는 효과가 있는 것으로 알려져 있으며, 이는 지구의 온실 효과의 원리가 된다.

도 1은 온실 효과의 원리를 나타낸다.

즉, 도 1을 참조하면, 태양에서 방출된 광의 에너지 중 50% 정도는 대기에서 반사되거나 흡수되고, 나머지는 50%가 지표에 도달하여 열에너지나 파장이 긴 적외선으로 바뀐 후 방출된다. 이때, 방출되는 적외선 중 약 50%는 외부 공간으로 방출되고, 나머지는 온실 효과 기체인 구름, 수증기, 또는 이산화탄소 등에 의해 지표로 되돌아와 지구의 온도를 상승시키는 온실 효과를 일으킨다.

상술한 바와 같은 온실 효과를 난방에 이용할 경우, 온돌방식에 따른 에너지 낭비를 획기적으로 줄일 수 있다. 따라서 구조물의 내부 공간에 온실 효과를 유도하여 난방을 유지할 수 있는 새로운 방식의 난방 기술이 필요한 실정이다.

KR 10-2009-0098623 A

본 발명의 목적은 광의 파장을 적외선 대역으로 변환해 구조물의 내부 공간으로 유입시키고, 내부 공간에 유입된 적외선이 외부로 유출되는 것을 방지하여 온실 효과에 의해 난방을 유지하는 장치 및 구조를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 난방 장치는, (1) 입사되는 광 중에서 적외선 대역을 차단하는 적외선 차단층, (2) 적외선 차단층의 하부에 마련되며, 입사되는 광의 파장을 적외선 대역의 파장의 광으로 변환하는 양자점을 구비한 광변환층을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 적외선 차단층은 입사되는 광 중에서 적외선 대역의 광을 반사시키는 것이 바람직하다.

구체적으로, 본 발명에 따른 난방 장치는 벽, 문, 또는 창문용으로서, 패널, 방풍 부재, 차광 부재 및 스크린 블라인드 중 어느 하나로 이용되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 난방 장치는, 내부 공간을 갖는 구조물의 난방 장치로서, (1) 입사되는 광 중에서 적외선 대역을 차단하는 적외선 차단층, (2) 적외선 차단층 보다 내부 공간에 더 인접하게 마련되며, 입사되는 광의 파장을 적외선 대역의 파장의 광으로 변환하는 양자점을 구비한 광변환층을 포함하여 구성된다.

상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 난방 장치 및 구조는 적외선 차단층을 구비함에 따라 내부 공간에서 외부로 방출되는 적외선 대역의 광을 차단함과 동시에, 광변환층을 구비함에 따라 외부의 광을 적외선 대역의 광으로 변환하여 내부 공간으로 유입시켜 온실 효과에 의한 난방 효율을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 난방 장치 및 구조는 광학적 특성이 뛰어난 양자점을 이용하여 입사광의 파장을 적외선 대역의 파장으로 변환함에 따라, 광의 파장 변환의 효율성을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양질의 적외선을 내부 공간으로 유입시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 난방 장치 및 구조는 광변환층이 적외선 차단층 보다 내부 공간에 더 인접하게 마련됨에 따라, 내부 공간으로부터 방출되어 광변환층을 거쳐 적외선 대역으로 변환된 광을 적외선 차단층에 의해 다시 내부 공간으로 유입시켜 난방 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 온실 효과의 원리를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 장치 및 구조의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 외부로부터 태양광이 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 장치 및 구조로 입사되는 경우를 나타내는 도면.
도 4는 내부 공간으로부터 광이 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 장치 및 구조로 입사되는 경우를 나타내는 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 다만 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

또한 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 외에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 실시예들을 첨부 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 장치 및 구조의 구성을 나타낸다. 또한, 도 3은 외부로부터 태양광이 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 장치 및 구조로 입사되는 경우를 나타내고, 도 4는 내부 공간으로부터 광이 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 장치 및 구조로 입사되는 경우를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 난방 장치 및 구조는 외부의 태양광이나, 조명등으로부터 조사되는 조명광을 이용하여 내부 공간에 온실효과를 발생시켜 난방을 유지하는 장치 및 구조로서, 외부로부터 분리된 내부 공간을 갖는 구조물에 포함되는 장치 및 구조인 것이 바람직하다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 장치 및 구조는, 도 2에 도시된 바와 같이, 적외선 차단층(10) 및 광변환층(20)을 포함하여 구성된다.

먼저, 적외선 차단층(10)은 외부나 내부 공간으로부터 입사되는 광 중에서 적외선 대역(예를 들어, 0.74㎛ 내지 400㎛)을 차단하는 구성이다. 즉, 적외선 차단층(10)은 입사되는 광을 통과시키되, 적외선 대역의 광은 차단시키는 온실 효과 기체와 같은 역할을 한다.

이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 외부로부터 태양광이나 조명광이 입사될 경우, 적외선 차단층(10)은 적외선 대역을 제거하고 나머지 대역의 광을 광변환층(20)으로 전달하게 된다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 공간으로부터 광이 입사될 경우, 적외선 대역의 광은 적외선 차단층(10)에 의해 외부로의 유출이 차단되어 내부 공간의 난방을 유지할 수 있게 된다. 특히, 내부 공간으로 적외선 대역의 광을 더 많이 공급하여 난방 효율을 향상시킬 수 있도록, 적외선 차단층(10)은 적외선 대역의 광을 차단할 뿐만 아니라 반사시키는 역할까지 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 광변환층(20)은 입사되는 광의 파장, 특히 가시광선 대역(예를 들어, 380㎚ 내지 800㎚)의 파장을 적외선 대역의 파장의 광으로 변환하는 양자점(quantum dot)을 포함하는 층으로서, 예를 들어 투명 기재와 양자점을 구비한 양자점 필름으로 구성될 수 있다.

만일, 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 장치 및 구조가 적외선 차단층(10)만 구비할 경우, 내부 공간에서 외부로 방출되는 적외선 대역의 광을 차단할 수 있지만, 반대로 외부에서 내부 공간으로 유입되는 적외선 대역의 광도 차단하기 때문에 난방 효율을 증가시키기 어려운 문제점이 발생한다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 장치 및 구조는 적외선 차단층(10) 외에 광변환층(20)을 추가로 구비하여, 외부의 광을 적외선 대역의 광으로 변환하여 내부 공간으로 유입하게 하며, 이에 따라 내부 공간에 존재하는 적외선 대역의 광의 양을 늘려 난방 효율을 증가시킨다.

이때, 광변환층(20)은 양자점을 이용하여 입사되는 광의 파장을 적외선 대역의 파장으로 변환시켜 출사한다.

양자점(Quantum Dots)은 나노 크기의 0차원 구조를 갖는 반도체 물질로서, 단위 부피당 표면적이 넓고, 대부분의 원자들이 나노 결정의 표면에 존재하며, 고전 물리에서 관찰되지 않았던 양자 제한(quantum confinement), 양자 수송(quantum transport) 등의 양자 효과가 발생하여 종래의 물질과 다른 전기적·광학적 특성을 갖는다.

양자점의 발광은 전도대에서 가전자대로 들뜬 상태의 전자가 전이하면서 발생되는 것으로서, 같은 물질의 경우에도 입자 크기에 따라 파장이 달라지는 특성을 나타낸다. 특히, 양자점은 그 크기의 조절만으로도 발광 파장을 쉽게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 색순도 및 PL(photoluminescence) 발광효율 등이 뛰어난 특성을 나타낸다.

즉, 광학적 특성이 뛰어난 양자점을 이용하여 입사광의 파장을 적외선 대역의 파장으로 변환함에 따라, 광변환층(20)은 광의 파장 변환의 효율성을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양질의 적외선을 내부 공간으로 유입시킬 수 있게 된다.

특히, 내부 공간으로 적외선 대역의 광을 더 많이 유입시켜 난방 효율을 향상시킬 수 있도록, 광변환층(20)은 적외선 차단층(10)의 하부, 즉 적외선 차단층(10) 보다 내부 공간에 더 인접하게 마련되는 것이 바람직하다.

즉, 광변환층(20)이 적외선 차단층(10)의 하부에 구비됨에 따라, 본 발명의 일 실시예에 다른 난방 장치 및 구조는, 도 3에 도시된 바와 같이, 외부로부터 입사되어 적외선 차단층(10)을 거쳐 적외선 대역이 제거된 광을 광변환층(20)을 통해 적외선 대역의 광으로 변환하여 내부 공간에 유입시킬 수 있을 뿐만 아니라, 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 공간으로부터 방출된 적외선 대역의 광 또는 내부 공간으로부터 방출되어 광변환층(20)을 거쳐 적외선 대역으로 변환된 광을 적외선 차단층(10)에 의해 다시 내부 공간으로 유입시켜 난방 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 장치 및 구조는 내부 공간을 갖는 구조물 중 외부와 연결되는 구성에 구비되는 것이 바람직하며, 예를 들어 건물의 벽, 문, 또는 창문용으로 사용되는 패널, 방풍 부재, 보온단열재, 차광 부재 및 스크린 블라인드 중 어느 하나에 이용될 수 있다.

이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.

10 : 적외선 차단층 20 : 광변환층

Claims (4)

1. 입사되는 광 중에서 적외선 대역을 차단하는 적외선 차단층; 및
   적외선 차단층의 하부에 마련되며, 입사되는 광의 파장을 적외선 대역의 파장의 광으로 변환하는 양자점을 구비한 광변환층;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 난방 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 적외선 차단층은 입사되는 광 중에서 적외선 대역의 광을 반사시키는 것을 특징으로 하는 난방 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 난방장치는 벽, 문, 또는 창문용으로서,
   패널, 방풍 부재, 차광 부재 및 스크린 블라인드 중 어느 하나로 이용되는 것을 특징으로 하는 난방장치.
4. 내부 공간을 갖는 구조물의 난방 장치로서,
   입사되는 광 중에서 적외선 대역을 차단하는 적외선 차단층; 및
   적외선 차단층 보다 내부 공간에 더 인접하게 마련되며, 입사되는 광의 파장을 적외선 대역의 파장의 광으로 변환하는 양자점을 구비한 광변환층;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 난방 장치.

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