KR102541838B1 - 이중창 구조의 태양광 창문 시스템 - Google Patents

이중창 구조의 태양광 창문 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 이중창 구조의 태양광 창문 시스템은 내부 창문(100), 외부 창문(200) 및 개폐 실린더(300)로 구성되는 이중창 구조의 창문 시스템으로서, 상기 내부 창문(100)이 내부 창문 프레임(110)과 상기 내부 창문 프레임(110)에 의해 지지되는 투명 또는 반투명 재질의 광투과성 플레이트(120)로 구성되고, 상기 외부 창문(200)이 상기 외부 창문(200)의 외곽을 구성하는 외부 창문 프레임(210); 상기 외부 창문 프레임(210)의 내부에 상하로 배치되는 태양광 패널(220) 및 하부 패널(230); 상기 태양광 패널(220)의 상부를 상기 외부 창문 프레임(210)에 회동 가능하게 연결하는 상부 힌지(240) 및 상기 태양광 패널(220)의 하부와 상기 하부 패널(230)의 상부를 회동 가능하게 연결하는 중간 힌지(250)로 구성되며, 상기 개폐 실린더(300)가 상기 태양광 패널(220) 또는 상기 하부 패널(230)을 밀거나 당겨 상기 태양광 패널(220)의 법선 방향을 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

이중창 구조의 태양광 창문 시스템 {SOLAR WINDOW SYSTEM WITH DOUBLE SASH STRUCTURE}
본 발명은 창문 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 패널을 구비하여 건물 일체형 태양광 발전이 가능하도록 하는 태양광 창문 시스템에 관한 것이다.
온실가스 감축이 세계 각국의 주요 이슈가 됨에 따라 온실가스를 감축하기 위한 방안들이 속속 등장하고 있다. 이러한 방안 중 하나는 화석에너지의 사용을 줄이기 위하여 건축물에 태양광 패널을 설치하거나 건축물의 일부에 태양광 패널이 포함되도록 하는 것인데, 크게 BAPV(Building Applied Photovolatics, 건물 부착형 태양광 발전)과 BIPV(Building Integrated Photovolatic System, 건물 일체형 태양광 발전)으로 나눌 수 있다.
그런데 BIPV의 경우 발전 기능을 하면서 건축물의 건축재 역할을 해야 하므로 설치 환경에 따라 맞춤 제작해야 하는 문제가 있고, 설치를 한다 하더라도 태양광의 조사 각도, 음영 등의 영향으로 인해 발전 효율이 낮다는 문제점이 있다.
이에 따라 태양광의 고도에 따라 태양광 패널의 방향(법선 방향)을 변경할 수 있는 다양한 형태의 태양광 창문 시스템이 개발되었고, 특허문헌 1에 그 일례가 개시되어 있다.
도 1은 특허문헌 1에 개시된 각도조절부가 구비된 태양광 발전창의 분리사시도로서, 종래의 각도조절부가 구비된 태양광 발전창은 상부나 하부에 채광창이 구비된 모듈프레임(1), 태양전지모듈(3), 복수 개의 높이조절부재(5), 지지링크(7)로 구성되어 채광창을 통해 햇빛이 실내로 유입될 수 있도록 하면서 태양전지모듈(3)의 각도를 조절함으로써 태양광 발전 효율을 상승시킨다. 도 1의 구조에서 지지링크(7)를 실린더로 형성하여 태양전지모듈(3)의 개방 정도를 조절하는 실시형태도 특허문헌 1에 개시되어 있고, 종래의 각도조절부가 구비된 태양광 발전창을 건물에 적용되면 도 2와 같이 된다.
종래의 각도조절부가 구비된 태양광 발전창은 태양전지모듈(3) 상단을 복수 개의 높이조절부재(5) 중 하나에 거치함으로써 태양전지모듈(3)의 법선 방향을 변경할 수 있는데 이러한 구조에서는 모듈프레임(1)의 태양전지모듈(3)에 대응되는 부분이 개방되어 있어야 하고{왜냐하면 태양전지모듈(3) 상단을 들어 높이조절부재(5)에 거치해야 하는데 인력을 이용하지 않고 거치 가능한 특별한 수단이 구비되어 있지 않으므로}, 이는 지지링크(7)를 실린더로 형성하는 경우에도 마찬가지이다.
그런데 종래의 각도조절부가 구비된 태양광 발전창은 1개의 모듈프레임(1)이 단일 구조로 되어 있고, 특히 태양전지모듈(3)의 각도 조절을 위해 모듈프레임(1)의 일부가 태양전지모듈(3) 개방 시 외부와 통하는 구조(9)로 되어 있어 겨울철과 같이 외부 온도가 낮은 경우 실질적으로 태양전지모듈(3)의 각도를 조절할 수 없다는 문제점이 있다.
KR 10-2010-0138587 A (2010. 12. 31.)
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실내 온도 저하 없이 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있는 창문 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 이중창 구조의 태양광 창문 시스템은 내부 창문, 외부 창문 및 개폐 실린더로 구성되는 이중창 구조의 창문 시스템으로서, 상기 내부 창문이 내부 창문 프레임과 상기 내부 창문 프레임에 의해 지지되는 투명 또는 반투명 재질의 광투과성 플레이트로 구성되고, 상기 외부 창문이 상기 외부 창문의 외곽을 구성하는 외부 창문 프레임; 상기 외부 창문 프레임의 내부에 상하로 배치되는 태양광 패널 및 하부 패널; 상기 태양광 패널의 상부를 상기 외부 창문 프레임에 회동 가능하게 연결하는 상부 힌지 및 상기 태양광 패널의 하부와 상기 하부 패널의 상부를 회동 가능하게 연결하는 중간 힌지로 구성되며, 상기 개폐 실린더가 상기 태양광 패널 또는 상기 하부 패널을 밀거나 당겨 상기 태양광 패널의 법선 방향을 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이중창 구조의 태양광 창문 시스템은 건물의 실내와 실외가 차단된 상태에서 태양광 패널을 제어할 수 있어, 냉난방이나 우천 등 외부 기상에 영향을 받지 않고 태양광 발전 효율을 최대로 할 수 있다.
또 외부 창문 폐쇄 시 이중창 구조가 형성되므로 단열성, 기밀성, 차음성, 수밀성 등이 우수하다.
도 1은 특허문헌 1에 개시된 각도조절부가 구비된 태양광 발전창의 분리사시도
도 2는 종래의 각도조절부가 구비된 태양광 발전창이 구비된 건물의 예시도
도 3은 본 발명에 따른 이중창 구조의 태양광 창문 시스템의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 이중창 구조의 태양광 창문 시스템의 측단면도
도 5는 태양광 패널과 하부 패널을 단순 힌지 결합하였을 때 외부 창문 개방 시의 예시도
도 6은 외부 창문 중 상부 힌지, 태양광 패널, 중간 힌지, 하부 패널의 분리사시도
도 7은 중간 힌지의 사시도 및 단면도
도 8은 본 발명에 따른 이중창 구조의 태양광 창문 시스템의 사용상태도
이하에서는 본 발명에 따른 이중창 구조의 태양광 창문 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 이중창 구조의 태양광 창문 시스템의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 이중창 구조의 태양광 창문 시스템의 측단면도로서, 본 발명에 따른 이중창 구조의 태양광 창문 시스템은 내부 창문(100), 외부 창문(200) 및 개폐 실린더(300)로 구성되고, 외부 창문(200)에 고도각의 조절이 가능한 태양광 패널(220)이 구비되어 개폐 실린더(300)에 의해 태양광 패널(220)의 개방 정도가 제어된다.
내부 창문(100)은 본 발명에 따른 이중창 구조의 태양광 창문 시스템이 건물에 설치되었을 때 건물의 내부쪽으로 설치되는 창문으로서, 내부 창문 프레임(110)과 내부 창문 프레임(110)에 의해 지지되는 투명 또는 반투명 재질의 광투과성 플레이트(120)로 구성된다. 창문은 건축재로서 채광성, 단열성, 기밀성, 차음성, 수밀성 등(이하 ‘채광성 등’이라 한다)을 요하는데, 내부 창문(100)이 이러한 채광성 등의 효과를 나타낸다. 내부 창문(100)은 내부 창문 프레임(110)이 광투과성 플레이트(120)의 둘레 전부를 밀착하여 지지하기 때문에 내부 창문 프레임(110)과 광투과성 플레이트(120) 사이에 공간이 없고 이에 따라 단열성 등을 만족시킬 수 있다.
광투과성 플레이트(120)는 유리나 합성수지 등 가시광선 영역에서 투명 또는 반투명한 재질로 형성될 수 있다.
외부 창문(200)은 외부 창문 프레임(210), 태양광 패널(220), 하부 패널(230), 상부 힌지(240) 및 중간 힌지(250)로 구성된다.
외부 창문 프레임(210)은 외부 창문(200)의 외곽을 구성하는 구성요소로서, 내부 창문(100)의 내부 창문 프레임(110)과 대향하여 밀접 접촉되어 본 발명에 따른 이중창 구조의 태양광 창문 시스템이 이중창 구조를 가질 수 있도록 한다. 내부 창문 프레임(110) 또는 외부 창문 프레임(210)의 대향하는 면에는 모헤어나 실(seal)이 구비되어 내부 창문 프레임(110)과 외부 창문 프레임(210) 간 수밀이나 기밀이 더 잘 유지되도록 할 수 있다. 외부 창문 프레임(210)의 하부 내측에는 하부 패널(230)의 하단이 상하로 슬라이딩 가능하도록 가이드 하는 가이드 슬릿(211)이 형성된다.
태양광 패널(220)과 하부 패널(230)은 외부 창문 프레임(210)의 내부에 상하로 배치되고, 태양광 패널(220)과 하부 패널(230)의 외곽이 외부 창문 프레임(210)의 내부에 대향하여 최대한 간극이 없도록 구성된다. 태양광 패널(220)과 하부 패널(230)의 외곽 또는 외부 창문 프레임(210)의 내부에도 모헤어나 실이 구비될 수 있다. 하부 패널(230)은 채광과 시야를 위해 내부 창문(100)처럼 광투과성 플레이트를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
태양광 패널(220)의 상부는 외부 창문 프레임(210)에 상부 힌지(240)로 연결되고, 태양광 패널(220)의 하부는 하부 패널(230)에 중간 힌지(250)로 연결되며, 개폐 실린더(300)가 내부 창문 프레임(110)과 태양광 패널(220) 사이 또는 내부 창문 프레임(110)과 하부 패널(230) 사이에 구비되어 상부 힌지(240)를 회전축으로 하여 태양광 패널(220)의 개폐가 가능하도록 한다{개폐 실린더(300)의 일단, 바람직하게는 본체는 외부 창문 프레임(210)에 설치되어도 무방하다}. 하부 패널(230)의 하단에는 가이드 바(231)가 형성되어 외부 창문 프레임(210)의 가이드 슬릿(211)에 삽입되고 이에 따라 하부 패널(230)의 하단이 외부 창문 프레임(210)을 이탈하지 않으면서 상하로 이동될 수 있다. 이러한 태양광 패널(220)과 하부 패널의 회동 구조에 따라 태양광 패널(220)의 법선 방향이 태양광의 유입 방향과 최대한 근접하도록 할 수 있고, 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
하부 패널(230)은 태양광 패널(220)과 조합을 이루어 하부 패널(230)의 하단이 외부 창문 프레임(210)의 하단과 인접하여 태양광 패널(220)과 하부 패널(230)이 평면을 이루어 나란히 되었을 때(이하 ‘외부 창문 폐쇄 시’라 한다), 외부 창문(200)이 이중창 구조의 외부를 이루도록 함으로써 본 발명에 따른 이중창 구조의 태양광 창문 시스템의 단열성, 기밀성, 차음성, 수밀성을 높이는 역할도 하지만, 태양광 패널(220)의 법선 방향이 태양을 향했을 때(이하 ‘외부 창문 개방 시’라 한다) 아래에서 위쪽으로 불어오는 바람에 대해 본 발명에 따른 이중창 구조의 태양광 창문 시스템이 내구성을 가질 수 있도록 한다.
만약 하부 패널(230)이 없다면 하부 패널(230)이 없다면 아래에서 불어오는 상승 기류에 의해 태양광 패널(220)의 태양을 바라보는 반대면에 위로 향하는 힘이 가해지게 되고, 이로 인해 태양광 패널(220)이 굽히거나 개폐 실린더(300)가 파손될 가능성이 있다. 또 기류가 태양광 패널(220)과 내부 창문(100) 사이를 빠져나가면서 생기는 풍절음도 문제가 되는데 하부 패널(230)이 상승 기류를 사선 방향으로 흘러나갈 수 있도록 유도하기 때문에 위와 같은 문제가 발생하지 않거나 발생하더라도 그 정도를 크게 감소시킬 수 있게 된다.
개폐 실린더(300)는 내부 창문 프레임(110) 또는 외부 창문 프레임(210)과 태양광 패널(220) 또는 하부 패널(230) 사이에 설치되어 태양광 패널(220) 또는 하부 패널(230)을 밀거나 당겨 태양광 패널(220)을 외부 창문 프레임(210)에 대해 회동 가능하게 하는 구성요소이다.
단열, 기밀, 차음, 수밀, 풍절음과 관련하여 상부 힌지(240)와 중간 힌지(250)가 보다 보완될 필요가 있다. 도 5는 태양광 패널과 하부 패널을 단순 힌지 결합하였을 때 외부 창문 개방 시의 예시도로서, 태양광 패널(220)과 하부 패널(230) 사이에 갭(D)이 발생하여 풍절음이 발생하게 되고, 이는 외부 창문 프레임(210)과 태양광 패널(220) 사이에서도 마찬가지이다. 또 이러한 갭은 외부 창문 폐쇄 시에 단열, 기밀, 차음, 수밀과 관련하여서도 좋지 않은 영향을 준다. 본 발명에서는 이러한 문제를 종합적으로 해결하기 위하여 상부 힌지(240) 및 중간 힌지(250)의 외면에 대해 태양광 패널(220) 및 하부 패널(230)이 일정하게 좁은 간격을 유지한 채로 회동 가능한 구조를 제시한다.
도 6은 외부 창문 중 상부 힌지, 태양광 패널, 중간 힌지, 하부 패널의 분리사시도로서(설명의 편의를 위해 프레임 위주로 도시하였다), 상부 힌지(240)의 경우 태양광 패널(220)을 파지하는 태양광 패널(220)의 상단의 단면(S)이 반구형이 되도록 형성되고 외부 창문 프레임에 형성된 상부 힌지축(미도시)이 삽입되는 힌지홀(221)을 중심으로 태양광 패널(220)이 회동함으로써 외부 창문 프레임(210)과 태양광 패널(220)의 상단이 일정하게 좁은 간격으로 유지될 수 있다.
도 7은 중간 힌지의 사시도 및 단면도이다. 중간 힌지(250)는 외면이 호형(arc)인 긴 바 모양의 구성요소로서, 내부 창문(100) 쪽으로 제1 홀더(251)와 제2 홀더(253)가 형성되어 태양광 패널(220) 하단에 형성된 제1 힌지축(223)과 하부 패널(230)의 상단에 형성된 제2 힌지축(233)이 각각 제1 홀더(251) 및 제2 홀더(253)에 삽입되어 회동됨으로써 태양광 패널(220), 하부 패널(230)과 중간 힌지(250)가 일정하게 좁은 간격을 유지한 채로 회동된다. 이때 태양광 패널(220)의 하단으로서 제1 힌지축의 타측(225)과 하부 패널(230)의 상단으로서 제2 힌지축의 타측(235)은 중간 힌지(250)의 호형 외면을 따라 근접 유지될 수 있도록 그 끝이 중간 힌지(250)의 호형 외면과 동심을 이루는 위치에 형성된다. 그리고 태양광 패널(220) 하단의 제1 힌지축(223)과 그 타측(225), 하부 패널(230)의 상단의 제2 힌지축(233)과 그 타측(235) 사이에는 기밀을 유지하기 위한 모헤어나 실(255)이 구비될 수 있다.
중간 힌지(250)가 압출 성형되는 경우 양측이 개방되므로, 그 말단을 마개(257)로 폐쇄할 수 있다.
위와 같은 구성으로 본 발명에 따른 이중창 구조의 태양광 창문 시스템은 도 8에 도시된 바와 같이 태양광 패널(220)의 방향을 조절하여 태양광 발전 효율을 높일 수 있고, 태양광 패널(220)이 태양광을 차단하므로 태양광 패널(220)을 차양으로 사용할 수 있는 효과도 발생된다.
100 내부 창문 110 내부 창문 프레임
120 광투과성 플레이트 200 외부 창문
210 외부 창문 프레임 211 가이드 슬릿
220 태양광 패널 221 힌지홀
223 제1 힌지축 225 제1 힌지축의 타측
230 하부 패널 231 가이드 바
233 제2 힌지축 235 제2 힌지축의 타측
240 상부 힌지 250 중간 힌지
251 제1 홀더 253 제2 홀더
255 실 257 마개

Claims (3)

  1. 내부 창문(100), 외부 창문(200) 및 개폐 실린더(300)로 구성되는 이중창 구조의 창문 시스템으로서,
    상기 내부 창문(100)이 내부 창문 프레임(110)과 상기 내부 창문 프레임(110)에 의해 지지되는 투명 또는 반투명 재질의 광투과성 플레이트(120)로 구성되고,
    상기 외부 창문(200)이 상기 외부 창문(200)의 외곽을 구성하는 외부 창문 프레임(210);
    상기 외부 창문 프레임(210)의 내부에 상하로 배치되는 태양광 패널(220) 및 하부 패널(230);
    상기 태양광 패널(220)의 상부를 상기 외부 창문 프레임(210)에 회동 가능하게 연결하는 상부 힌지(240) 및
    상기 태양광 패널(220)의 하부와 상기 하부 패널(230)의 상부를 회동 가능하게 연결하는 중간 힌지(250)로 구성되며,
    상기 개폐 실린더(300)가 상기 태양광 패널(220) 또는 상기 하부 패널(230)을 밀거나 당겨 상기 태양광 패널(220)의 법선 방향을 제어하고,
    외면이 호형인 긴 바 모양으로 형성된 상기 중간 힌지(250)에 상기 내부 창문(100) 쪽으로 제1 홀더(251)와 제2 홀더(253)가 형성되어 상기 태양광 패널(220) 하단의 상기 내부 창문(100) 쪽에 형성된 제1 힌지축(223)과 상기 하부 패널(230)의 상단의 상기 내부 창문(100) 쪽에 형성된 제2 힌지축(233)이 각각 상기 제1 홀더(251) 및 제2 홀더(253)에 삽입되어 회동되며,
    상기 태양광 패널(220)의 하단으로서 상기 제1 힌지축의 타측(225)과 상기 하부 패널(230)의 상단으로서 상기 제2 힌지축의 타측(235)의 끝이 상기 중간 힌지(250)의 호형 외면과 동심을 이루는 위치에 형성되어 상기 중간 힌지(250)의 호형 외면을 따라 이동되는 것을 특징을 하는 이중창 구조의 태양광 창문 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 창문 프레임(210)의 하부 내측에 가이드 슬릿(211)이 형성되고,
    상기 하부 패널(230)의 하단에 가이드 바(231)가 형성되며, 상기 가이드 바(231)가 상기 가이드 슬릿(211)에 삽입되어 상기 하부 패널(230)의 하단이 상하로 이동되는 것을 특징으로 하는 이중창 구조의 태양광 창문 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양광 패널의 상단(221)의 단면(S)이 반구형으로 형성되어 상기 외부 창문 프레임(210)과 태양광 패널(220)의 상단이 일정한 간격으로 유지되면서 상기 태양광 패널(220)이 회동되는 것을 특징으로 하는 이중창 구조의 태양광 창문 시스템.

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