KR101816084B1 - 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치에 관한 것으로;
그 기술구현의 목적은, 발전소자중 펠티어라 불리는 소재, 예컨대, P-N 반도체 소자로 이루어진 발전소자를 이용하여 써모모듈화 형성함으로서, 일련의 제조작업을 편리하게 하고, 그에 따라 생산성을 극히 향상되도록 하며, 아울러, 그 기능에 있어, 외부기온 등 환경변화의 영향을 최소화되도록 하고, 그외, 써모모듈(열전소자)의 온도보상, 출력감도, 직선성, 측정정밀도 등에 있어서 또한, 우수한 성능을 발휘되도록 하여 사용효율성을 극히 향상시킬 수 있도록 한 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치를 제공함에 있다.
따라서, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적 수단으로는;
전천 일사계에 설치 적용되는 써모모듈을 형성시키되;
상기 써모모듈은, 상,하 한쌍의 전기전도판을 기초 구성으로 하여, 그 한쌍의 전기전도판 내측면 사이에 P-N반도체 소자가 적층 결합되고, 상기 한쌍의 전기전도판 일측면에 +,- 출력선이 더 연결형성된 열전소자와;
상기 열전소자의 상부측 전기전도판 상부면에 도포처리되는 흑체도료와;
상기 열전소자가 부착 결합되는 마운트를 포함하는 구성으로 하여 달성된다.
그 기술구현의 목적은, 발전소자중 펠티어라 불리는 소재, 예컨대, P-N 반도체 소자로 이루어진 발전소자를 이용하여 써모모듈화 형성함으로서, 일련의 제조작업을 편리하게 하고, 그에 따라 생산성을 극히 향상되도록 하며, 아울러, 그 기능에 있어, 외부기온 등 환경변화의 영향을 최소화되도록 하고, 그외, 써모모듈(열전소자)의 온도보상, 출력감도, 직선성, 측정정밀도 등에 있어서 또한, 우수한 성능을 발휘되도록 하여 사용효율성을 극히 향상시킬 수 있도록 한 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치를 제공함에 있다.
따라서, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적 수단으로는;
전천 일사계에 설치 적용되는 써모모듈을 형성시키되;
상기 써모모듈은, 상,하 한쌍의 전기전도판을 기초 구성으로 하여, 그 한쌍의 전기전도판 내측면 사이에 P-N반도체 소자가 적층 결합되고, 상기 한쌍의 전기전도판 일측면에 +,- 출력선이 더 연결형성된 열전소자와;
상기 열전소자의 상부측 전기전도판 상부면에 도포처리되는 흑체도료와;
상기 열전소자가 부착 결합되는 마운트를 포함하는 구성으로 하여 달성된다.
Description
본 발명은 전천 일사계에 적용되는 센서장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 그 센서장치로 적용되는 써모모듈의 구성을, P-N 반도체 소자로 이루어진 열전소자로 형성되게 하여, 제조를 용이하게 하고, 써모모듈의 부피를 소형화되도록 하며, 그 제품의 기능적 측면에 있어서 또한, 온도보상, 출력감도, 직진성 등, 일련의 효율성을 향상되도록 한 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치에 관한 것이다.
태양으로부터 지구를 향해 방사되는 에너지를 일반적으로 일사라 부르며, 이는, 기상관측의 복사량 또는 복사 에너지의 측정에 매우 중요한 역할을 하고 있는 것으로, 이러한, 복사에너지의 측정은 에너지 산업분야에 매우 중요한 기초 관측정보로 활용되고 있음을 알 수 있다.
이에, 태양으로부터 방사되는 에너지를 측정하는 수단, 예컨대, 일사의 강도를 측정하는 기구를 우리는 통상 일사계라 칭하며, 이러한, 일사계는, 일사계 센서(센서모듈)를 탑재한 형태로서, 그 탑재된 일사계 센서(센서모듈)에 의해 태양복사에너지를 측정하게 되는 것이다.
여기서, 특히, 태양의 일사량 또는 복사에너지 측정에 이용되는 상기 일사계 센서는, 태양빛을 복사하는 소자로서, 이는, 일반적으로, 광소자와 써모모듈 두가지 방식의 센서로 구분되고 있음을 알 수 있다.
이에, 먼저, 상기 광소자 형태의 일사센서는 구성이 간단하고 제작이 쉬워 가격이 저렴하기 때문에 보통 기상환경을 측정할 때 사용되고 있는 실정이기는 하나, 이의, 가장 큰 단점은 기상관측분야 및 에너지 관측분야에서는 사용할 수 없음이 결정적인 문제라 할 수 있다. 그 이유인 즉, 태양으로부터 지구를 향해 방사되는 에너지를 측정하기 위해서는 파장범위가 200~3000nm 범위의 빛을 측정할수 있어야 한다는 WMO규정이 마련되어 있음도 불구하고, 상기 광소자형 센서는 측정 파장범위가 300~1100nm 정도 범위로 한정되어, 그 규정에 미달되는 것이며, 따라서, 이러한 이유로 인해 기상관측분야 및 에너지 관측분야에는 결코 적용할 수 없는 것이다.
한편, 또 다르게, 상기 써모모듈 형태의 일사센서는 WMO 규정에 부합되는 것으로, 파장범위가 200 ~ 3000nm이고, 각도 기울기에 있어, 코사인성능 및 응답속도 등에 대한 규정이 있고, 특히, 태양에너지의 전파장대의 빛을 용이하게 흡수할 수 있도록, 지백 효과의 원리를 이용, 두가지 다른 금속을 연결, 기전력을 출력되게하여 태양열에 대한 에너지를 W/m2로 변환, 사용하게 하는 특징을 갖는 것으로, 일반적으로 우리는 이를 일컬어 열전대 온도계, 즉, 전천일사 센서 또는 써모커플이라 칭하는 것이며, 이와 같은, 전천일사 센서는, 대한민국 특허청에 선출원 등록(특허 제 1307908호)된 "지표면 도달 일사량 계산을 위한 장치"외 다양한 일사계 등에 널리 적용되고 있는 실정임을 알 수 있다.
하지만, 전술한 전천일사 센서는, 수백만원대의 고가이며, 국산화 센서가 없어 전량 수입에 의존하고 있음이 현실적인 문제점으로서, 이에, 경제성과 사용기능성을 충족시킬수 있는 전천일사 센서의 개발을 절실한 해결과제로 남게 하는 것이다.
따라서, 본 발명은 종래 전천일사 센서, 즉, 서모커플의 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로;
본 발명의 목적은, 발전소자중 펠티어라 불리는 소재, 예컨대, P-N 반도체 소자로 이루어진 발전소자를 이용하여 써모모듈화 형성함으로서, 일련의 제조작업을 편리하게 하고, 그에 따라 생산성을 극히 향상되도록 하며, 아울러, 그 기능에 있어, 외부기온 등 환경변화의 영향을 최소화되도록 하고, 그외, 써모모듈(열전소자)의 온도보상, 출력감도, 직진성, 측정정밀도 등에 있어서 또한, 우수한 성능을 발휘되도록 하여 사용효율성을 극히 향상시킬 수 있도록 한 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치를 제공함에 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 목적은, 전방사율 및 내열온도가 우수한 SiZrO4, Cr2O3, 산화철계 무기안료 등의 도료를 이용하여, 열전소자에 적용되는 흑체도료를 형성되게 함으로서, 일사계의 태양 방사에너지 측정기능을 극히 향상되도록 한 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치를 제공함에 있다.
따라서, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치의 구체적 수단으로는;
전천 일사계에 설치 적용되는 써모모듈을 형성시키되;
상기 써모모듈은, 상,하 한쌍의 전기전도판을 기초 구성으로 하여, 그 한쌍의 전기전도판 내측면 사이에 P-N반도체 소자가 적층 결합되고, 상기 한쌍의 전기전도판 일측면에 +,- 출력선이 더 연결형성된 열전소자와;
상기 열전소자의 상부측 전기전도판 상부면에 도포처리되는 흑체도료와;
상기 열전소자가 부착 결합되는 마운트를 포함하는 구성으로 하여 달성된다.
이상, 본 발명에 따른 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치는, P-N 반도체로 이루어진 열전소자를 이용하여 써모모듈을 형성토록 함에 따라, 기존 서모커플 이용에 따른, 금속선의 결선작업은 물론 그 결선부위의 마감을 위한 별도 용접작업 등을 배제되게 한 것으로, 이에, 일련의 제조작업을 편리하게 하고, 그에 따라, 생산성을 향상되게 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은, 그 기능적인 측면에 있어서 또한, 펠티어라 불리는 열전소자를 이용하여, 써모모듈을 형성함에 따라, 외부기온 등 환경변화의 영향을 최소화되게 함은 물론, 써모모듈(열전소자)의 온도보상, 출력감도, 직직성, 측정정밀도 등에 있어, 우수한 성능을 발휘되게 한 것으로서, 사용효율성을 극히 향상되게 하는 효과를 제공한다.
또 다르게, 본 발명에 따른 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치는, 흑체도료의 성분을, 전방사율 및 내열온도가 우수한 SiZrO4, Cr2O3, 산화철계 무기안료 등을 이용함에 따라 일사계의 태양 방사에너지 측정기능을 극히 향상되도록 한 것으로, 이는, 매우 유용한 기대효과를 제공한다.
도 1은 본 발명이 설치 적용된 전천일사계의 개략 구성도
도 2는 본 발명에 따른 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치의 분해사시도
도 3은 본 발명에 따른 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치의 결합사시도
도 4는 본 발명에 적용되는 열전소자의 원리를 나타낸 기초회로도
도 2는 본 발명에 따른 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치의 분해사시도
도 3은 본 발명에 따른 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치의 결합사시도
도 4는 본 발명에 적용되는 열전소자의 원리를 나타낸 기초회로도
이하, 본 발명에 따른 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치의 바람직한 실시예 구성을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.
이에, 첨부도면을 참고로 하여, 본 발명의 개략적인 구성을 살펴보면;
이는, 전천 일사계(100)에 적용되는 태양방사 에너지 측정 수단으로서, 열전소자(1)와, 흑체도료(2), 그리고, 마운트(3)로 이루어진 써모모듈(200)로 구성된다.
여기서, 상기 전천 일사계(100)는, 태양으로부터 방사되는 에너지를 측정하는 수단, 예컨대, 일사의 강도를 측정하는 기구를 의미하는 것으로, 이는 도 1로 도시된 바와 같이, 외관몸체(101) 상부면에 이중구조의 유리돔(102)이 형성되고, 상기 외관몸체(101) 내측면에 태양 방사에너지 측정에 필요한 다양한 전기장치(도시생략)들이 내설되며, 상기 유리돔(102) 내측면에 본 발명에 따른 써모모듈(200)이 장착되는, 일반적 구성의 전천 일사계를 그대로 적용하게 되는 것인바, 따라서, 이러한, 전천 일사계는 일반적인 전천 일사계와 상이함이 없는 동일 구성으로서, 구체적인 도면의 도시와 구성요소의 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 써모모듈(200)은 본 발명의 핵심적인 요지구성으로서, 이러한 써모모듈(200)에 있어, 먼저, 상기 열전소자(1)는, 전기전도도가 우수한 동소재를 이용하여, 사각판체 구조를 취하는 상,하 한쌍의 전기전도판(11)(11')을 형성하고, 상기 한쌍의 전기전도판(11)(11') 내측면 사이에, 도 2로 도시된 바와 같이, P-N반도체 소자(12), 예컨대, P형 반도체와, N형반도체를 한쌍의 조합으로 하여, 이들을 규칙적이고 반복적인 다수개의 배치구성으로 적층결합시키며, 재차, 상기 상기 P-N반도체 소자(12)가 결합된 한쌍의 전기전도판(11)(11') 일측면에 + 출력선(13)과, - 출력선(13')을 더 연결토록 하여 형성함이 바람직하다.
이때, 이와 같이, 형성되는 열전소자(1)는, 최적의 사용조건을 위하여, 설정된 규격범위로 제작되는 것인바, 이에, 이러한, 열전소자(1)는, P-N 반도체(12) 소자의 커플수, 예컨대, P형 반도체와 N형반도체를 하나의 조합으로 하여, 이들 조합된 커플수를 20커플하고, 그 외형적 규격, 즉, 상,하 한쌍의 전기전도판(11)(11')의 크기는 가로6㎝×세로6㎝로 하며, 재차, 상기 P-N 반도체(12)와 한쌍의 전기전도판(11)(11')이 결합하여 형성된 열전소자(1)의 전체 두께는 2.1mm의 미니형 필름구조로 설정 형성하게 되는 것이다.
또한, 상기 써모모듈(200)에 있어, 흑체도료(2)는, 태양 방사 에너지의 흡수체로서, 이와 같은, 흑체도료(2)는 전방사율이 0.94% 이상 우수하고, 내열온도는 1500℃ 이상 우수한 도료로서 SiZrO4, Cr2O3 을 주성분으로 하는 산화철계 무기안료를 선택 이용함이 바람직하고, 아울러, 이와 같은, 흑체도료에 이용되는 용제로는, 디메틸에테르(Dimethyl ether), 이소프로판올(Isopropanol), 알킬실리케이트(Alkyl silicate), 알킬지르코네치트(Alkyl zirconates), 에틸실리케이트(Ethyl silicate), 부틸실리케이트(Butyl silicate) 중 어느 하나의 성분을 용제로 사용함이 바람직하다.
끝으로, 상기 써모모듈(200)에 있어, 마운트(3)는, 일사센서를 장착(부착)되게 하여 복사관측을 효율적으로 실행할 수 있도록 하는 수단, 즉, 전천 일사계에 적용되는 통상의 구성인 것인바, 이에, 본 발명에 있어서의, 마운트(3)는, 일사센서를 장착(부착)되게 하는 통상의 그것과 상이함이 기능 구성을 갖는 것이고, 따라서, 그에 대한, 구체적 설명은 생략하기로 한다.
따라서, 상기와 같은 결합구성으로 이루어진 본 발명에 따른, 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치의 상호 결합관계를 살펴보면;
이는, 도 2 또는 도 3으로 도시된 바와 같이, 열전소자(1)를 구성하는 상,하 한쌍의 전기전도판(11)(11')에 있어, 상부측 전기전도판(11) 상부면에 흑체도료(2)를 일종의 코팅구조로 적층 도포처리하고, 상기 흑체도료(2)가 도포처리된 열전소자(1)에 있어, 하부측 전기전도판(11')을 마운트(3) 상부면에 결합되게 하여, 써모모듈(200)을 형성하며, 이와 같이, 형성된 써모모듈(200)을 전천 일사계(100)에 마련된, 이중구조의 유리돔(102)내에 도 1로 도시된 바와 같은, 방식으로 탑재 구성되게 함으로서, 본 발명에 따른 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치를 구현한다.
이때, 흑체도료(2)의 도포 및 열전소자(1)와 마운트(3)의 결합관계는 에폭시수지 등 도전성 수지를 접착수단으로 하여 그 결합 관계를 갖도록 하는 것이다.
따라서, 상기와 같은 결합구성으로 이루어진 본 발명에 따른 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치는, 통상의 전천 일사계 사용관계와 같이, 태양으로부터 방사되는 에너지를 측정하게 되는 것인바, 이에, 도 4는 본 발명에 적용되는 열전소자의 원리를 나타낸 기초회로도로서, 이러한, 열전소자(1)는 그 소자마다 지백상수가 있는 것으로, 그 출력전압의 기본공식은 아래 수학식1과 같음을 알 수 있다.
여기서, V: 출력전압.
S: 지백상수 uV/℃.
DT: Th-Tc 온도차.
한편, 또 다르게, 본 발명에 적용되는 열전소자(1)는, 무부하시의 전압을 측정할 수 있는 것으로, 이러한 무부하시의 전압데이터는 제조사로부터 제공되며, 이에 따라, 출력계산 및 부하시의 전압출력을 쉽게 조절 및 보완할수 있어 쉽게 정밀한 측정값을 돌출할수 있는 것인바, 이러한, 무부하시의 출력공식은 아래 수학식2와 같음을 알 수 있다.
여기서, Vo: 무부하시의 전압.
Rm: 열전소자의 저항.
V: 출력전압.
1 : 열전소자 2 : 흑체도료 3 : 마운트
11,11' : 전기전도판 12 : P-N반도체 13 : + 출력선
13' : - 출력선 100 : 전천 일사계 200 : 써모모듈
11,11' : 전기전도판 12 : P-N반도체 13 : + 출력선
13' : - 출력선 100 : 전천 일사계 200 : 써모모듈
Claims (4)
- 써모모듈이 형성된 전천 일사계(100) 센서장치에 있어서;
상기 써모모듈(200)은, 상,하 한쌍의 대칭구조를 이루는 동소재의 전기전도판(11)(11')을 기초 구성으로 하여, 상기 한쌍의 전기전도판(11)(11') 내측면 사이에 P-N반도체 소자(12)가 규칙적 배치구성으로 적층 결합되고, 상기 P-N반도체 소자(12)가 결합된 한쌍의 전기전도판(11)(11') 일측면에 +,- 출력선(13)(13')이 더 연결형성된 필름형 구조의 열전소자(1)가 마련되는 것을 포함하며, 상기 P-N 반도체(12) 소자의 커플수는 20커플, 외형규격은 가로6㎝ ×세로6㎝, 그리고, 두께는 2.1mm의 미니형 필름구조로 설정 형성되고;
상기 열전소자(1)의 상부측 전기전도판(11) 상부면에 흑체도료(2)가 코팅구조로 적층 도포처리되며;
상기 흑체도료(2)가 도포처리된 열전소자(1)가 부착 결합되는, 마운트(3)를 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서;
상기 흑체도료(2)는, SiZrO4, Cr2O3 을 성분으로 하는 산화철계 무기안료임을 특징으로 하는 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서;
상기 흑체도료(2)는, 디메틸에테르(Dimethyl ether), 이소프로판올(Isopropanol), 알킬실리케이트(Alkyl silicate), 알킬지르코네치트(Alkyl zirconates), 에틸실리케이트(Ethyl silicate), 부틸실리케이트(Butyl silicate) 중 어느 하나의 성분을 용제로 사용함을 특징으로 하는 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020150123820A KR101816084B1 (ko) | 2015-09-01 | 2015-09-01 | 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150123820A KR101816084B1 (ko) | 2015-09-01 | 2015-09-01 | 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR20170027193A KR20170027193A (ko) | 2017-03-09 |
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ID=58402532
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| KR1020150123820A KR101816084B1 (ko) | 2015-09-01 | 2015-09-01 | 발전소자를 이용한 전천일사계용 센서장치 |
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| KR (1) | KR101816084B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101337225B1 (ko) * | 2012-08-06 | 2013-12-09 | 호서대학교 산학협력단 | 열전 소자를 이용한 방열 특성 성능 측정 장치 및 그 측정 방법 |
| JP7006842B2 (ja) * | 2019-05-10 | 2022-01-24 | 株式会社村田製作所 | 押圧センサ |
-
2015
- 2015-09-01 KR KR1020150123820A patent/KR101816084B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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| JP7006842B2 (ja) * | 2019-05-10 | 2022-01-24 | 株式会社村田製作所 | 押圧センサ |
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| Publication number | Publication date |
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