KR102200899B1 - 태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널 및 이를 이용한 하우징 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널은, 평판 또는 곡면판으로 이루어지고 외측에 배치된 외측 투명판과, 평판 또는 곡면판으로 이루어지고 내측에 배치된 내측 투명판, 및 상기 외측 투명판 아래에 서로 접하여 배치된 다수의 혼 도파관을 포함하여 이루어지고, 상기 혼 도파관은 상부가 넓고 하부에 좁은 구멍을 구비하는 원뿔형이나, 삼각뿔형, 정사각뿔형, 직사각뿔형 또는 다각뿔형의 형상으로 이루어지고, 상기 혼 도파관의 내측은 알루미늄 재질의 박막 또는 증착 필름으로 이루어지거나 도포된다.

Description

태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널 및 이를 이용한 하우징{Horn waveguide panel for guiding solar radiation energy and housing using the same}

태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널 및 이를 이용한 하우징에 관한 것으로, 특히 태양 복사 에너지를 설비 내부로 들어오도록 유도하면서 복사 에너지가 설비 밖으로 나가지 못하도록 차단하는 혼 도파관 패널 및 이를 이용한 하우징에 관한 것이다.

최근 들어 지구 온난화와 화석연료 고갈에 따라 세계 각국에서는 에너지 절약 및 지구 온난화 방지를 위한 정책을 펴고 있으며, 이에 따라, 에너지 절약 효율 향상과 온실가스 감축을 위한 기술 개발에 동업계에서 매우 활발하게 노력하고 있다.

2015년 파리 기후 변화 협약 당사국 총회에서, 지구 온난화를 막기 위하여 대기 중에 이산화 탄소를 비롯한 온실가스 배출을 줄여 지구의 온도 상승을 막기 위한 국제 협약을 체결하여, 지구 온난화를 막기 위하여 온실가스의 감축에 공동 노력하기로 합의하였다. 그 이후 온실가스 감축을 위한 감축 할당제를 협의하여 국가별로 할당하고 할당받은 개별국가에서는 자국내 일정 규모 이상 에너지 사용 기업체에 재할당하여 국가 재정으로 인센티브까지 주며 온실가스를 감축하기 위한 노력을 다하고 있는 실정이다.

그러나 각국에서 정책자금 등의 인센티브를 주는데도 할당받은 주체들은 감축기술 설비를 곧바로 설치하기를 망설이면서 적극적으로 감축기술 설비 장치 등을 구매설치하지 못하고 있는 실정이다.

이는 에너지 효율 향상 및 온실가스 감축 효율 향상을 위한 설비들을 구매설치하는 데 소요되는 경비를 회수하는 기간이 대부분 5년 이상 장기간 걸리기 때문이다.

특히, 태양 복사에너지를 사용하는 분야에서는, 태양광 발전소자나 태양열 집열판으로 태양 복사에너지를 획득하고 있으나, 여러 번의 에너지상 변환 과정에서 에너지 손실률이 매우 높다는 문제도 있다. 또 유리 식물재배 시설, 비닐 하우스에서는 투명도가 떨어짐에 따라 태양 복사파 이용효율이 떨어지고, 야간 또는 겨울철에 단열이 되지 못하여 별도 덮개를 설치하고 있는 실정이다.

공개특허공보 특2003-0051704호는 태양열 지붕이나 벽면을 제공하는 것으로, 다수의 널판들을 포함하고, 복사열을 투과하는 외부층과 복사열을 흡수하는 내부층 및 그 아래에 파이프를 포함하여, 상기 내부층에 흡수된 열이 파이프 속을 순환하는 열수송유체를 가열하도록 되어 있다.

등록특허공보 제10-0896385호는 이중창호를 갖는 태양열 집열기에 대한 것으로, 흡열판의 경사각을 개선하도록 되어 있고, 태양 복사열이 흡열판으로 전달되고, 이 흡열판에서 열매체 순환튜브로 열전달을 하도록 되어 있다.

이에 상기 여러 가지 문제점을 해결하여 무한대로 쏟아지는 태양 복사에너지를 용이하게 사용할 수 있는 가성비가 양호한 투명 패널의 개발이 요구되고 있는 것이다.

1. 공개특허공보 특2003-0051704호 2. 등록특허공보 제10-0896385호

이에 본 발명은 태양 복사 에너지를 설비 내부로 들어오도록 유도하면서 복사 에너지가 설비 밖으로 나가지 못하도록 차단하는 혼 도파관 패널 및 이를 이용한 하우징을 제공하여, 높은 열효율로 설비비의 회수 기간을 대폭 단축시킬 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널은, 평판 또는 곡면판으로 이루어지고 외측에 배치된 외측 투명판과, 평판 또는 곡면판으로 이루어지고 내측에 배치된 내측 투명판, 및 상기 외측 투명판 아래에 서로 접하여 배치된 다수의 혼 도파관을 포함하여 이루어지고, 상기 혼 도파관은 상부가 넓고 하부에 좁은 구멍과 같은 도파관 통로를 구비하는 원뿔형이나, 삼각뿔형, 정사각뿔형, 직사각뿔형 또는 다각뿔형의 형상으로 이루어지고, 상기 혼 도파관의 내측은 알루미늄 재질의 박막 또는 증착 필름으로 이루어진다.

본 발명에 따른 태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널은, 상기 외측 투명판 상부 일측에 수직 방향으로 세워져 각도 변경이 가능하도록 된 보조 반사판을 구비한다.

본 발명에 따른 태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널은, 상기 내측 투명판에 상기 혼 도파관의 하부의 구멍을 제외한 부분에 복사파를 반사하는 웨이브가이드가 부착되어 있다.

본 발명에 따른 태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널은, 상기 혼 도파관에서 태양빛이 반사되는 반사각이 60도 이상이 되도록 구성되고, 상기 혼 도파관 패널은 태양의 고도에 따라 기울기가 변하도록 되어 있다.

본 발명에 따른 태양 복사 에너지를 이용하는 하우징은, 측면 또는 상면 중의 적어도 하나에 본 발명에 따른 상기 혼 도파관 패널을 구비한다.

본 발명에 따른 혼 도파관 패널 및 이를 이용한 하우징을 적용함으로써, 태양 복사 에너지를 설비 내부로 들어오도록 유도하면서 복사 에너지가 설비 밖으로 나가지 못하도록 차단하여, 높은 열효율로 설비비의 회수 기간을 대폭 단축시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널과 이를 이용한 하우징을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널로서, 평판형 패널에 보조 반사판이 설치된 상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널로서, 곡면형 패널에 보조 반사판이 설치된 상태를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널(1)과 이를 이용한 하우징(20)을 개략적으로 나타낸다.

본 발명에서는 태양의 복사에너지 획득 효율을 향상하기 위하여, 즉 태양 복사에너지의 집속 효율을 높이기 위한 혼 도파관 패널(1)이 구비되어 있다. 혼 도파관 패널(1)은 외측에 배치된 외측 투명판(3)과, 내측에 배치된 내측 투명판(5), 및 상기 외측 투명판(3) 아래에 서로 접하여 배치된 다수의 혼 도파관(7)을 포함하여 이루어진다.

상기 본 도파관 패널(1)의 상기 외측 투명판(3)과 상기 내측 투명판(5) 사이에 태양복사파의 투과율을 떨어뜨리는 물방울 맺힘 현상을 제거하기 위한 제습제를 구비하거나, 또는 내측 투명판(5)에 통기구멍을 구비하거나, 또는 내측 투명판(5)을 흡습재질(PVA 수지판 또는 셀룰로즈 아세테이트 필름)의 투명판 으로 선택하여 이슬맺힘 현상을 억제하는 것이 바람직하다.

상기 외측 투명판(3)은 판유리 또는 투명 폴리 아크릴판 등 투명판에서 선택하고, 태양복사파의 방사 유입율을 높이기 위하여 상기 외측 투명판(3) 위에 쌓이는 미세먼지나 이물질을 제거하는 수세장치 또는 공기 분사장치를 설치하는 것이 바람직하다.

상기 혼 도파관(7)은 상부가 넓고 하부에 좁은 도파관 통로(7a)를 구비하는 깔때기 형상으로 이루어진다. 상기 혼 도파관(7)은 상기 좁은 도파관 통로(7a)를 통하여 상기 설비 내부로 태양 복사 에너지를 유도하도록 되어 있다. 상기 혼 도파관(7)의 깔때기 형상 내측은 복사파의 반사율이 높은 알루미늄 재질의 박막 또는 증착 필름으로 이루어지거나 도포된다.

상기 혼 도파관(7)의 상기 깔때기 형상은 원뿔형이나, 삼각뿔형, 정사각뿔형, 직사각뿔형 또는 다각뿔형의 형상으로 이루어진다. 특히 상기 혼 도파관(7)을 예컨대 기다란 직사각형(단면은 삼각형 형태)으로 형성하면 도파관의 수를 줄일 수 있어서 작업이 간단해지는 이점이 있다. 이 경우에, 단면 형상은 삼각형으로 될 수 있다. 상기 혼 도파관(7)에서 전체 높이는 예시적으로 10 cm로 할 수 있으며, 실제 실시상의 높이는 필요에 따라 조절가능하다. 그리고 복사에너지가 원활하게 내부로 유도될 수 있도록 태양빛이 반사되는 반사각이 60도 이상이 되도록 구성하는 것이 바람직하고, 이에 따라 혼 도파관의 상부의 폭이 크면 하부의 도파관 통로(7a)를 좁게 하기 위해서는 높이도 커져야 된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 혼 도파관 패널(1)에서, 태양의 복사 에너지가 혼 도파관(7)의 내면에 반사되면서 아래로 유도되어 혼 도파관(7)의 넓은 상부 공간을 거쳐 아래의 좁은 도파관 통로(7a)를 통하여 하우징(20)의 내부로 들어간다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 태양의 복사 에너지가 직접 설비의 내부로 들어가도록 유도된다.

도시된 바와 같이, 다수의 혼 도파관(7)이 밀착되어 연결되어 있어서 태양 복사에너지가 혼 도파관(7)에 의하여 유도되어 태양 복사에너지를 수용하는 하우징(20) 내부의 수용체(9)로 전달된다. 상기 혼 도파관(7)의 도파관 통로(7a)를 제외하고, 상기 혼 도파관 패널(1)의 내측 투명판(5) 부분에 복사에너지를 반사하는 예컨대 알루미늄 박막 등의 도파 재질로 구성되는 웨이브가이드(11)를 부착하거나, 상기 혼 도파관(7)의 깔때기 형상 외측에도 도파 재질로 구성하여, 상기 하우징(20) 내측으로 유도된 복사에너지는 외부로 나가지 못하도록 한다. 하우징(20)의 내부 벽면도 웨이브가이드(11)를 부착할 수 있다. 즉, 하우징 안으로 들어온 태양 복사에너지가 다시 밖으로 나가는 것을 웨이브가이드(11)가 차단하도록 한다.

본 발명에 따른 태양 복사 에너지를 이용하는 상기 하우징(20)은, 측면과 상면 중의 적어도 어느 하나에 본 발명에 따른 상기 혼 도파관 패널(1)을 전면적으로 또는 부분적으로 구비한다.

상기 하우징(20)에 구비된 상기 혼 도파관 패널(1)은 태양의 고도에 따라 기울기가 변하도록 하는 것도 가능하다. 태양빛이 상기 혼 도파관 패널(1)에 대하여 수직으로 내리쬐는 것이 효율이 높기 때문에 계절에 따라 또는 시간에 따라 상기 혼 도파관 패널(1)의 기울기를 조절하는 것이 바람직하다.

상기 태양 복사에너지를 수용하는 하우징(20) 내부의 수용체(9)는 예컨대, 재배 식물이 될 수 있으며, 건조시켜야 하는 물품이 될 수도 있고, 작업장으로서 내부 공간이 될 수도 있다.

도 2는 본 발명에 따른 태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널(1)로서, 평판형 패널에 보조 반사판(30)이 설치된 상태를 나타낸다.

상기 혼 도파관 패널(1)은, 상기 외측 투명판(3) 상부 일측에 수직 방향으로 세워져 각도 변경이 가능하도록 된 보조 반사판(30)을 구비한다.

상기 보조 반사판(30)은 혼 도파관 패널(1)의 한쪽 끝과 다른쪽 끝에 힌지로 고정되고, 오전, 정오, 오후 등 태양의 고도가 달라짐에 따라 태양복사파 유입률을 최대한 향상하기 위한 장치이다.

상기 보조 반사판(30)의 재질은 금속판이나 수지판에 알루미늄 박판이나 필름을 증착시키거나 알루미늄판으로 할 수 있으며, 태양 복사파의 적외선, 자외선, 가시광선 모두를 반사하거나 유도할 수 있는 재질이면 된다.

상기 보조 반사판(30)은 태양 고도 변화에 따라 기울기를 조절하기 위하여 힌지 구조로 이루어지고, 모터 및 액튜에이터를 구비할 수 있다. 시간에 따라 기울기를 자동으로 조절할 수 있도록 하는 것도 가능하고, 태양의 고도를 측정하여 그에 따라 상기 보조 반사판(30)의 기울기를 조절할 수 있도록 이른바 해바라기 센서장치를 구비할 수도 있다.

상기 보조 반사판(30)의 작동을 살펴보면, 혼 도파관 패널 상부에서, 예컨대 해뜰때에 동쪽편에 장착된 보조반사판(30)을 동편으로 기울이게 하고 정오까지 점점 수직으로 세우고, 서쪽편에 장착된 보조반사판(30)은 서편으로 기울어지게 하여 아침, 정오, 오후의 태양 복사에너지를 적용설비 안으로 방사유입하는 효율을 최대한으로 높일 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널(1)로서, 곡면형 패널에 보조 반사판(30)이 설치된 상태를 나타낸다.

이러한 곡면으로 이루어진 혼 도파관 패널(1)은 태양 복사에너지를 필요로 하는 설비의 지붕에 적합한 것으로, 예컨대 농작물 재배 시설에 적절히 사용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

상기 보조반사판(1)은 혼도파관 패널(1)이 곡면형 또는 돔형으로 구성된 설비에서는 예컨대 중앙부위에 힌지로 고정되어 오전, 정오, 오후 등 태양의 고도가 변함에 따라 태양복사파의 유입률을 최대한 향상하기 위하여, 그 기울기가 변경될 수 있다.

상기 곡면형 또는 돔형 혼 도파관 패널(1)에서는, 상기 보조 반사판(30)이 해뜰 때에는 동편으로 기울어지고, 정오에는 수직으로 세우고, 해질때까지 서쪽으로 기울어지게 하여 아침, 정오, 오후의 태양 고도 변화에 따라 적용설비 안으로 태양복사파 유입율을 높일 수 있도록 한다.

상기 보조 반사판(30)은 태양 고도 변화에 따라 기울기를 조절하기 위하여 힌지 구조로 이루어지고, 모터 및 액튜에이터를 구비할 수 있다. 시간에 따라 기울기를 자동으로 조절할 수 있도록 하는 것도 가능하고, 태양의 고도를 측정하여 그에 따라 상기 보조 반사판(30)의 기울기를 조절할 수 있도록 이른바 해바라기 센서장치를 구비할 수도 있다.

또한 해바라기 센서장치는 적용설비 하나에 1 셋트만 설치하여 복수의 보조반사판을 운전하도록 구성할 수 있다.

1: 혼 도파관 패널
3: 외측 투명판
5: 내측 투명판
7: 혼 도파관
9: 수용체
11: 웨이브 가이드
20: 하우징
30: 보조 반사판

Claims (5)

1. 태양 복사 에너지를 설비 내부로 유도하는 혼 도파관 패널로서, 평판 또는 곡면판으로 이루어지고 외측에 배치된 외측 투명판과, 평판 또는 곡면판으로 이루어지고 내측에 배치된 내측 투명판, 및 상기 외측 투명판 아래에 서로 접하여 배치된 다수의 혼 도파관을 포함하여 이루어지고, 상기 혼 도파관은 상부가 넓고 하부에 좁은 도파관 통로를 구비하는 원뿔형이나, 삼각뿔형, 정사각뿔형, 직사각뿔형 또는 다각뿔형의 형상으로 이루어지고, 상기 혼 도파관의 내측은 알루미늄 재질의 박막 또는 증착 필름으로 이루어지거나 도포되고,
   상기 혼 도파관은 상기 좁은 도파관 통로를 통하여 태양 복사 에너지를 직접 상기 설비 내부로 들어오도록 유도하는 혼 도파관 패널.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 외측 투명판 상부 일측에 수직 방향으로 세워져 각도 변경이 가능하도록 된 보조 반사판을 구비하는, 태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 혼 도파관에서 태양빛이 반사되는 반사각이 60도 이상이 되도록 구성되고, 상기 혼 도파관 패널은 태양의 고도에 따라 기울기가 변하도록 되어 있는, 태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내측 투명판에 상기 혼 도파관의 하부의 도파관 통로를 제외한 부분에 복사파를 반사하는 웨이브가이드가 부착되어 있는, 태양 복사 에너지를 유도하는 혼 도파관 패널.
   
5. 측면 또는 상면 중의 적어도 하나에 제1항에 따른 혼 도파관 패널을 전면적으로 또는 부분적으로 구비하는, 태양 복사 에너지를 이용하는 하우징.

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