KR102618303B1 - 오목형 반사경을 이용한 태양광 축열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물 또는 열매체를 저장하는 가열통과, 상기 가열통의 상단에 설치되고 가열통과 일체로 형성되는 집열구와, 상기 가열통의 상부에 위치하는 오목형 반사경과, 상기 오목형 반사경을 태양을 향해 경사를 유지하도록 하기 위한 경사조절구로 구성되는 오목형 반사경을 이용한 태양광 축열장치를 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 효과로는 오목형 반사경을 사용하여 집광과정에서 가열통 내부의 물 또는 열매체가 너무 가열되는 경우 차단막 수단을 오목형 반사경 위에 펼쳐서 태양광을 막아 가열통의 손상이나 폭발, 화재 위험 등을 방지할 수 있고, 또 관절구동수단과 경사조절구에 의해 오목형 반사경의 경사각을 조절할 수 있어 태양광의 집광효과를 최대로 끌어올려 효율적인 축열이 가능하도록 하며, 집열구와 가열통을 일체로 형성하되 집열구로 부터 연장되는 열전달부재와 방열부재에 의해 신속하게 물을 가열할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Description

오목형 반사경을 이용한 태양광 축열장치{Heat saving device using parabola reflecting mirror}

본 발명은 오목형 반사경을 이용한 태양광 축열장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광을 집광함에 있어 오목형 반사경을 이용하되, 효율적인 집광과 축열, 또 저장된 고온의 용수를 안정적으로 관리하기 위한 태양광 축열장치에 관한 것이다.

일반적으로, 태양에너지를 이용하는 장치로는 태양광을 이용한 발전장치와 태양광을 이용한 축열장치로 나누어진다.

특히 태양광을 이용한 축열장치의 태양광 집광수단으로는 렌즈 타입과 반사판 타입으로 구분할 수 있으며, 반사판 타입의 경우 반구형상의 오목형 반사경을 사용한다. 상기 오목형 반사경은 태양광을 반사시켜 집광시킴으로써 고열을 형성할 수 있는 구조이다.

이처럼 오목형 반사경은 태양광을 집광시켜 초점을 맞추게 되면 상기 초점이 맞춰지는 지점에 고열이 발생하게 히고, 이처럼 얻은 고열을 이용하여 물 또는 열매체를 가열한 다음 이를 축열조에 보관하고 필요시 난방이나 발전 용수로 사용하게 된다.

기존 오목형 반사경을 이용한 태양광 축열장치와 관련된 선행기술로는 한국 등록특허 제10-1317361호 "곡면 반사경을 이용한 태양열 발전 장치"에 개시된 바와 같이, 다수 개의 곡면 반사경(11)으로 형성되어 일정한 원호각을 가지는 포물곡면을 형성하는 적어도 1개 이상의 반사체(15)를 통해 태양광을 집속시키는 집광기(10)와, 상기 집광기(10)에 의한 태양광 수집 라인의 끝단부에 상기 집광기(10)를 통하여 집속된 빛을 투과하여 열을 공급받고 열 발산을 방지하는 흡열기(20)와, 축열매체에 따라 정해진 축열 온도에 의해 상기 흡열기(20)에서 전달되는 열을 저장하는 축열기(30)와, 상기 흡열기(20)와 축열기(30)에서 얻어진 열을 작동유체에 공급하여 발전시키는 발전기(40)로 이루어지되, 상기 흡열기(20)는, 케이스(21)와, 상기 케이스(22) 내부에 열매체유가 이동되는 통로인 흡열 파이프(22)를 고정시키는 브라켓(23)으로 이루어지고, 상기 케이스(21)는 상면이 태양광이 투과되는 재질로 형성되고, 상면을 제외한 나머지 면이 열방출을 방지하는 단열 재질로 형성된 것이다.

기존 오목형 반사경과 관련된 또 다른 선행기술로는 등록특허 제10-1570741호 "반사경이 구비된 고정형 태양광 발전기"에 개시된 바와 같이, 집광면이 태양의 남중을 향하도록 설치된 집광판; 상기 집광판의 동측면과 서측면에 각각 회동 가능하게 설치된 제1 및 제2 반사경; 및 상기 제1 및 제2 반사경 중 적어도 하나의 회동 각도를 제어하기 위한 제어 모듈을 포함하고, 상기 제어 모듈은 상기 집광면을 기준으로 한 계절과 시간에 따른 태양의 위치데이터를 기초로 기 설정되어 제어 테이블에 저장된 입사각 데이터를 하기 수학식에 실시간 대입하여 상기 회동 각도를 산출하되, 상기 회동 각도는 반사경의 반사면과 집광판의 집광면 간의 각도를 나타내며, 상기 입사각은 태양이 남중에 위치할 때부터 일출 또는 일몰까지의 구간을 0도 내지 90도 또는 0도 내지 -90도ㄴ로 구분하여 설정된 것이다.

그런데, 기존 오목형 반사경을 사용하여 집광하는 경우에는 집광과정에서 초고온의 열이 발생하고 이로 인해 가열된 물이나 열매체를 효과적으로 관리하기 위한 어떠한 수단도 강구되어 있지 않아 장치의 손상이나 폭발, 화재 위험의 위험 등이 상존하는 단점을 갖는다.

[선행기술문헌]

1. 한국 등록특허 제10-1317361호

2. 한국 등록특허 제10-1570741호

본 발명의 목적은, 오목형 반사경을 사용하여 집광과정에서 발생되는 열과 또 상기 열로 인해 가열된 물이나 열매체를 효과적으로 관리하여 난방이나 발전에 사용할 수 있도록 하되 이를 위해 태양광에 의한 효율적인 축열이 가능하도록 함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 오목형 반사경을 이용한 태양광 축열장치는, 물 또는 열매체를 저장하는 가열통과, 상기 가열통의 상단에 설치되고 가열통과 일체로 형성되는 집열구와, 상기 가열통의 상부에 위치하는 오목형 반사경과, 상기 오목형 반사경을 태양을 향해 경사를 유지하도록 하기 위한 경사조절구로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 가열통 내부에는 가열통 천정부로 부터 연장되어 물 또는 열매체에 잠기도록 하는 열확산부재를 구비함을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 열확산부재는 집열구로 부터 연장되는 열전달부재와, 상기 열전달부재로 부터 연장되는 다수개의 방열부재로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 오목형 반사경의 상부에는 태양광을 차단하기 위한 차단막 수단이 여닫히도록 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 차단막 수단은 오목형 반사경의 일측에 형성된 모터와, 상기 모터에 의해 회전하는 축과, 상기 축에 권취되는 견인줄과, 상기 견인줄에 일단이 연결되고 타단은 코일스프링의 탄성이 작용하는 롤에 권취되어 감겨있는 스크린으로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 경사조절구는 관절부를 구비하여 접거나 펼칠 수 있고, 또 관절부와 관절부 사이에 관절구동수단을 형성하여 오목형 반사경의 경사각을 조절할 수 있도록 구성됨을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 효과로는 오목형 반사경을 사용하여 집광과정에서 가열통 내부의 물 또는 열매체가 너무 가열되는 경우 차단막 수단을 오목형 반사경 위에 펼쳐서 태양광을 막아 가열통의 손상이나 폭발, 화재 위험 등을 방지할 수 있고, 또 관절구동수단과 경사조절구에 의해 오목형 반사경의 경사각을 조절할 수 있어 태양광의 집광효과를 최대로 끌어올려 효율적인 축열이 가능하도록 하며, 집열구와 가열통을 일체로 형성하되 집열구로 부터 연장되는 열전달부재와 방열부재에 의해 신속하게 물을 가열할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오목형 반사경을 이용한 태양광 축열장치의 사시도.
도 2는 도 1의 종단면도.
도 3은 도 1의 횡단면도.
도 4는 본 발명의 작용상태를 보이기 위한 참고도로써, (가)도는 오목형 반사경의 높낮이 및 경사각을 조절하는 상태를 보이기 위한 것이고, (나)도는 오목형 반사경에 의한 태양광의 집광상태를 보이기 위한 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 보이기 위한 도면으로, 경사조절구의 관절부와 관절부 사이에 관절구동수단을 형성한 상태를 보이기 위한 참고도.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 또 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다. 다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

사시도를 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형, 예를 들면 제조 방법 및/또는 사양의 변형이 예상된다. 따라서 실시예들은 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다. 예를 들면, 편평하다고 도시되거나 설명된 영역은 일반적으로 거칠거나/거칠고 비선형인 특성을 가질 수 있다. 또한, 날카로운 각도를 가지는 것으로 도시된 부분은 라운드질 수 있다. 따라서 도면에 도시된 영역은 원래 대략적인 것에 불과하며, 이들의 형태는 영역의 정확한 형태를 도시하도록 의도된 것이 아니고, 본 발명의 범위를 좁히려고 의도된 것이 아니다.

이하, 본 발명에 따른 오목형 반사경을 이용한 태양광 축열장치에 대한 바람직한 실시예들에 대해 첨부된 도면들을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오목형 반사경을 이용한 태양광 축열장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 종단면도이며, 도 3은 도 1의 횡단면도이고, 도 4는 본 발명의 작용상태를 보이기 위한 참고도로써. (가)도는 오목형 반사경의 높낮이 및 경사각을 조절하는 상태를 보이기 위한 것이고, (나)도는 오목형 반사경에 의한 태양광의 집광상태를 보이기 위한 것이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예를 보이기 위한 도면으로, 경사조절구의 관절부와 관절부 사이에 관절구동수단을 형성한 상태를 보이기 위한 참고도이다.

우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.

본 발명 오목형 반사경을 이용한 태양광 축열장치(100)는 물 또는 열매체(A)를 저장하는 가열통(120)과, 상기 가열통(120)의 상단에 설치되고 가열통(120)과 일체로 형성되는 집열구(130)와, 상기 가열통(120)의 상부에 위치하는 오목형 반사경(110)와, 상기 오목형 반사경(110)의 경사를 조절하기 위한 경사조절구(140)로 구성된다.

이때 가열통(120)은 금속의 통체로 이루어짐이 바람직하고 외측은 단열을 위해 단열재로 피복된다. 상기 집열구(130)를 가열통(120)과 일체로 형성하는 이유는 집열구(130)에 모아진 열이 가열통(120)으로 쉽게 전달되도록 하기 위해서이다.

또한 본 발명은 가열통(120) 내부에 가열통(120) 천정부로 부터 연장되어 하단부는 물 또는 열매체에 잠기도록 함으로써 가열통(120) 상부에 가해지는 열이 직접 물 또는 열매체로 전달할 수 있도록 하는 열확산부재를 형성함이 바람직한데, 상기 열확산부재는 가열통(120) 내부 직경을 따라 동그랗게 형성되어 상단과 하단이 가열통(120)에 용접된 금속링(ring)의 구조로 이루어질 수도 있고, 또는 집열구(130)로 부터 연장되는 막대나 판형상의 열전달부재(160)와, 상기 열전달부재(160)로 부터 연장되고 역시 다수개의 막대나 판형상을 갖는 방열부재(161)로 구성될 수도 있다. 상기 열전달부재(160)와 방열부재(161), 즉 열확산부재는 열전달이 양호하면서 부식이 잘 되지 않는 금속성분을 사용함이 바람직하다.

또한 본 발명은 가열통(120)의 물이나 열매체가 오목형 반사경(110)에 의해 너무 가열될 경우 가열통(120)이 손상되거나 폭발, 화재 위험의 위험이 있어 이를 방지할 수 있도록 하기 위해 오목형 반사경(110)를 차단하기 위한 차단막 수단을 설치하도록 한다.

상기 차단막 수단은 힌지구조에 의해 도어와 같이 회전식으로 여닫히도록 구성할 수도 있으나, 구조 및 작동의 효율성을 고려할 때 가장 바람직한 차단막 수단은 오목형 반사경(110)의 일측에 모터(152)를 형성하고 상기 모터(152)에 의해 회전하는 축(151)과, 상기 축(151)에 권취되는 견인줄(153)과, 상기 견인줄(153)에 일단이 연결되고 타단은 코일스프링(미도시)의 탄성이 작용하는 롤에 권취되어 감겨있는 스크린(154)으로 구성되도록 한다. 이때 상기 코일스프링과 롤, 스크린(154)은 평상시에는 케이스(154a)에 내장된 상태이고 상기 스크린(154)은 가열통(120) 내부에 장착된 수온센서에 의해 측정된 온도가 제어부(미도시)에 의해 설정된 온도보다 높다고 판단되면 작동되도록 하는 구조를 갖는다.

상기 오목형 반사경(110)의 하부에는 오목형 반사경(110)를 지지하기 위한 경사조절구(140)는 꺽임상태를 유지할 수 있는 관절부(141)를 구비하여 수동으로 접거나 펼칠 수도 있으나 그보다는 관절부(141)와 관절부(141) 사이에 관절구동수단(170)을 형성하여 오목형 반사경(110)의 경사각을 조절할 수 있도록 구성함이 바람직하다. 상기 관절구동수단(170)은 다양한 엑츄에이터를 사용하여 기계적으로 작동하도록 구성함이 바람직하다. 이때 엑츄에이터라 함은 동력을 이용하여 기계를 동작시키는 구동장치를 의미하는데, 이는 주로 전기 모터 혹은 유압이나 공기압으로 작동하는 피스톤이나 실린더 기구 등으로 이루어진다. 상기 엑츄에이터는 제어수단(미도시)에 의해 태양을 추적하도록 구성할 수도 있다.

본 발명에서 경사조절구(140) 하부는 가열통(120)에 직접 설치할 수도 있으나, 가열통(120)을 감싸도록 설치되는 틀채(121) 위에 설치함이 바람직하고, 또한 오목형 반사경(110)을 경사조절구(140)의 상단에 결합되도록 구성할 수도 있으나 이는 오목형 반사경(110)의 손상우려가 있어 프레임(111)로 오목형 반사경(110)를 감싸고 상기 프레임(111)에 경사조절구(140) 상단을 결합함이 바람직하다.

상술 한 바와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예들에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.

100:태양광 축열장치
110: 오목형 반사경
120: 가열통
130: 집열구
140: 경사조절구
A: 물 또는 열매체

Claims (6)

1. 물 또는 열매체를 저장하는 가열통과, 상기 가열통의 상단에 설치되고 가열통과 일체로 형성되는 집열구와, 상기 가열통의 상부에 위치하는 오목형 반사경과, 상기 오목형 반사경을 태양을 향해 경사를 유지하도록 하기 위한 경사조절구를 구비하는 오목형 반사경을 이용한 태양광 축열장치에 있어서,
   상기 경사조절구는 관절부(141)와 관절부(141) 사이에 관절구동수단(170)을 형성하여 오목형 반사경(110)의 경사각을 조절할 수 있도록 하되,
   상기 관절부(141)의 상단은 오목형 반사경(110) 또는 상기 오목형 반사경(110)을 감싸는 프레임(111)의 가장자리에 결합되어 오목형 반사경(110)을 지탱하도록 하고,
   관절부(141)의 하단은 가열통(120) 또는 틀채(121) 위에 설치되도록 구성됨을 특징으로 하는 오목형 반사경을 이용한 태양광 축열장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 오목형 반사경의 상부에는 태양광을 차단하기 위한 차단막 수단이 형성하되, 상기 차단막 수단은 오목형 반사경의 일측에 형성된 모터와, 상기 모터에 의해 회전하는 축과, 상기 축에 권취되는 견인줄과, 상기 견인줄에 일단이 연결되고 타단은 코일스프링의 탄성이 작용하는 롤에 권취되어 감겨있는 스크린으로 구성됨을 특징으로 하는 오목형 반사경을 이용한 태양광 축열장치.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 가열통 내부에는 가열통 천정부로 부터 연장되어 물 또는 열매체에 잠기도록 하는 열확산부재를 구비하도록 하되, 상기 열확산부재는 집열구로 부터 연장되는 열전달부재와, 상기 열전달부재로 부터 연장되는 다수개의 방열부재로 구성됨을 특징으로 하는 오목형 반사경을 이용한 태양광 축열장치.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

Images