KR20000025176A - 태양열직렬집적식보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양을 따라 이동하여 태양광을 가장 효율적이고 집중적으로 집광하여 집적 집열하는 방식으로 난방 등을 행할 수 있게 한 태양열 보일러에 관한 것으로서,

반사각도가 임의로 조절되는 반사거울(4,4')이 적어도 하나 이상 설치프레임(6)상에 설치되는 반사부(1)와, 반사부(1)의 대향측에 설치되어 반사거울(4,4')로부터 반사된 태양광을 집중적으로 집광할 수 있도록 집광구(12)와 집광거울(13) 및 볼록렌즈(14)가 설치된 집광부(2)와, 집광부(2)의 수광실(15) 내측면 반사경(16)에 의해 반사된 태양광이 집열되어 난방수가 가열되는 가열탱크(17)와, 가열탱크(17)와 온수저장탱크(28)간에 배관되어 저온수가 유입되는 유입관(18) 및 가열된 고온수가 공급되는 공급관(19)과, 반사부(1)와 집광부(2)를 연결하는 연결프레임(7)과, 연결프레임(7)을 지주대(10)에 결합하여 회전시킴으로서 연결프레임(7)상의 반사부(1)와 집광부(2)를 태양의 위치에 따라 회전시키는 회전구동부(3)와, 연결프레임(7)과 고정케이스(20)의 지주대(10)를 상호 체결하여 연결프레임(7)을 각운동조절할 수 있게 함으로서 연결프레임(7)상의 반사부(1)와 집광부(2)를 태양의 고,위도에 따라 조절할 수 있게 하는 체결수단(9)과, 집광부(1)와 배관되어 집광부(1)에서 가열된 고온수가 저장되는 온수저장탱크(28)로 구성된다.

Description

태양열 직렬 집적식 보일러

본 발명은 태양열 보일러에 관한 것으로, 본 발명의 특징은 태양을 따라 이동하면서 태양광을 집적 집열하여 난방수를 가열하는 방식으로 난방 등을 행할 수 있게 한 열효율성이 매우 우수한 태양열 보일러에 관한 것이다.

통상 대체에너지의 하나로서 태양광을 집광, 집열하여 난방 등을 행하는 태양열 보일러는 태양열을 직접 집광하는 직렬방식이 아닌 병렬방식으로 열을 흡수하고 이의 열을 이용, 용수를 가온하여 난방을 행하게 되는 것으로서, 이러한 태양열 보일러의 난방은 단순히 태양열을 흡수하여 난방수를 가온시키게 되어 그 난방효율이 저조한 것이었으며, 특히 기존의 태양열 보일러는 태양광을 집광하는 집광판이 주택 등의 지붕 등에 고정적으로 설치되어 태양의 움직임에 따른 집광판의 집광효율을 최선으로 도모하지 못하게 됨으로서 기대하는 난방효과를 득하기 곤란한 것이었다.

또한, 이러한 태양집광판과 배관되어 태양열로 가온된 고온수를 저장하는 저장탱크 역시 고온수와 보충수가 순환, 보충되는 단순 구조로 제작되어 이러한 저장탱크로부터 소실되는 열손실도 상당히 발생하게 됨으로서 난방효율성이 저조한 문제점이 있었던 것이다.

이에 본 발명에서는 태양광을 집광할 수 있는 집광장치를 구비하여 집광된 태양광을 집적시켜 용수를 가열, 난방 등을 행할 수 있게 하며, 특히 태양의 움직임에 따라 집광장치가 함께 이동하면서 태양광을 집광토록 하여 항시 최선으로 태양광을 집광하여, 집열할 수 있게 함으로서 태양열 보일러로서 우수한 난방효율성을 발휘할 수 있도록 한 것이다.

도 1는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 보인 사시도

도 2는 본 발명의 구성을 보인 정면도

도 3는 본 발명의 측면도

도 4는 본 발명 중 회전구동부를 보인 평면도

도 5는 본 발명중 온수저장탱크의 구성도

☞ 도면의 주요부분에 사용된 부호에 대한 설명 ☜

1;반사부 2;집광부

3;회전구동부 4,4';반사거울

5,5';힌지축 6;설치프레임

7;연결프레임 8;플랜지

9;체결수단 10;지주대

11;플랜지 12;집광구

13;집광거울 14;볼록렌즈

15;수광실 16;반사경

17;가열탱크 18;유입관

19;공급관 20;고정케이스

21;볼베어링 22;반원기어

23;평기어 24;크랭크아암

25;회전판 26;회전축

27;감속모터 28;온수저장탱크

29,29';칸막이칸 30,30';저장실

31;상향관 32;하향관

33;고온수입수관 34;고온수출수관

35;회수관 36;보충수관

37;저온수출수관

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 보인 사시도, 도 2는 본 발명의 구성을 보인 정면도, 도 3은 본 발명의 측면도를 도시한 것으로,

본 발명은 태양광을 하나의 중심점에 집중적으로 반사시키는 반사부1와, 반사부1와 함께 설치되어 반사된 태양광을 집광하는 집광부2, 집광된 태양광으로부터 난방수를 가온시키고 상기 반사부1와 집광부2를 태양광의 반사각과 입사각을 일정하게 유지시키면서 지구의 자전속도와 동일한 속도로 회전시키는 회전구동부3로 대분 구성된다.

반사부1는 다수의 반사거울4,4'이 설치프레임6상에 설치되는 바, 반사거울4,4'은 사용목적과 규모, 설치장소 등에 따라 그 수량을 달리하게 되며, 태양광이 입사되는 각도와 반사되는 각도의 내각이 최소화가 되어야만 한 속에 집광되는 태양광의 단위면적당 최대치 광밀도를 기대할 수 있으므로 반사거울4,4'은 그 각도를 임의로 조절가능하게 구성한다.

즉, 반사거울4,4'은 후측에 힌지축5,5'을 형성하여 설치프레임6상에 고정설치함으로서 반사거울4,4'을 상하, 전후 및 좌우의 임의 각도로서 각 개별적으로 조절할 수 있게 한다

이러한 반사거울4,4'은 적어도 하나 이상 설치하여 집광이 이루어지도록 하는 것으로, 반사거울4,4'은 그 규격을 최소한 집광부2의 집광구12보다 작은 규격으로 형성하는 것이 효율적인 집광기능을 달성하는 데에 바람직하다.

상기 반사거울4,4'이 설치된 설치프레임6은 반사거울4,4'의 대응측에 집광부2가 설치되어 반사거울4,4'로부터 반사된 태양광이 집광될 수 있게 하는 바,

반사부1와 집광부2는 원호상의 연결프레임7으로서 일체적으로 구성된다.

한편, 집광부2는 반사거울4,4'의 대응방향에 반사거울4,4'로부터 반사된 태양광이 한 곳에 모여 집광될 수 있도록 집광구12가 형성되는 바, 상기 집광구12의 입구측에는 집광거울13을 결합하여 집광구12로 집광되는 태양광중 집광구12를 벗어나는 태양광을 반사시켜 집광구12 내측으로 집광할 수 있도록 하게 되며, 이와 같은 집광거울13이 부착된 집광구12 내측에는 볼록렌즈14를 결합하여 집광된 태양광의 초점이 집광부2의 수광실15 내부로 집적, 집열되게 한다.

수광실15 내측면은 전체를 집광된 태양광이 반사되도록 반사경16으로 구성하고, 이러한 수광실15 내부 중앙에는 난방수가 가열될 수 있도록 가열탱크17를 설치한다.

상기 가열탱크17는 집광구12로부터 집광된 태양광이 수광실15의 반사경16에 의해 반사되어 집중되게 함으로서 이의 집열작용으로 가열될 수 있게 하고, 상기 가열탱크17에는 저온수를 공급하여 가열시키도록 하는 유입관18과 집열작용으로 가열된 고온수를 난방 등의 목적으로 공급하는 공급관19이 배관된다.

상기 가열탱크17는 동(銅) 등과 같이 흡열성 등 열전도성이 우수한 재질로 제작하되, 상당한 고온으로 가열되므로 열팽창계수가 낮은 재질로 구성함이 바람직하며, 가열탱크17에 배관되는 유입관18과 공급관19은 반사부1와 집광부2를 연결하는 연결프레임7 내측으로 배관하는 것이 외관상 바람직할 것이다.

한편, 상기한 반사부1와 집광부2를 연결하는 연결프레임7은 회전구동부3가 내설된 고정케이스20의 지주대10 상단에 설치하게 되는 데,

상기 지주대10 상단에는 플랜지11를 형성하고 연결프레임7상에도 플랜지8를 형성하여 상호 조립볼트와 너트 등의 체결수단9으로서 체결하여 결합할 수 있게 함으로서 체결수단9을 축으로 하여 지주대10상의 연결프레임7을 각운동시켜 반사부1의 위치와 각도를 계절 등에 따른 태양의 고도 등에 맞추어 조절할 수 있게 한다.

그리고 상기 지주대10는 고정케이스20의 회전구동부3와 연결되어 반사부1와 집광부2를 지구의 자전 속도에 맞추어 회전시키게 된다. 즉 태양의 회전방향에 따른 회전하면서 태양광을 집광하여 난방수를 가열하게 되는 것으로, 이하 회전구동부3에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

반사부1와 집광부2가 연결프레임7상에 설치되어 연결프레임7이 고정된 지주대10는 고정케이스20 내측의 볼베어링21에 회전축설된다.

그리고 지주대10 일측에는 반원기어22가 형성되어 평기어23와 치차결합되고, 평기어23는 크랭크아암24으로 감속모터27의 회전축26에 설치된 회전판25에 편심연결됨으로서 감속모터27의 회전으로 회전판25에 편심연결된 크랭크아암24이 직선운동을 하게 되고, 크랭크아암24의 직선운동은 평기어23에 전달되어 평기어23의 직선운동으로 반원기어22를 회전시키도록 한 것이다.

상기 감속모터27의 회전력으로 회전하는 지주대10는 반사부1와 집광부2를 태양의 일출과 일몰 시간 등에 맞추어 저속으로 회전되게 하여야 하므로 매우 저속의 회전비를 가지는 감속모터27 등을 사용하게 된다.

즉, 태양의 하루 주기와 같이 반사부1와 집광부2를 회전시킬 수 있도록 24시간 1회전하는 매우 저속의 감속모터27를 사용하게 되는 것으로, 이러한 감속모터27 및 감속모터27와 함께 설치되어 회전비의 감속 조절이 가능하게 하는 감속장치의 구성은 일반적인 것이며, 도시한 구성 외에도 일반적인 여러 감속수단과 장치 등을 사용하여 다양하게 실시할 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 가열탱크17와 배관되는 온수저장탱크28는 당연히 내열단열성의 재질로 되고, 내부는 상하로 3단 내지 4단으로 구획 분할 형성된다.

즉, 온수저장탱크28는 내부에 경사상의 칵막이판29,29'이 상하로 결합되어 구획 분할형성되며, 최상단 일측에는 가열탱크17로부터 가열된 고온수가 공급관19으로부터 유입되는 고온수입수관33이 형성되고 타측에는 상기 고온수입수관33으로부터 유입된 고온수를 난방 등의 목적으로 공급하는 고온수출수관34이 형성되어 고온수출수관34을 통하여 고온수가 난방 등을 목적으로 펌핑모터 등에 의해 공급, 순환된 다음 회수관35을 통해 회수된다.

그리고 각 칸막이판29,29'에 의해 분할 형성된 각 저장실30,30'은 일측에 상향관31이 형성되고, 타측에는 하향관32이 형성되어 상,하부 저장실30,30'을 서로 연통시켜 온도차에 의한 자연대류로 순환되도록 하는 바, 상향관31은 고온수를 온도차에 의해 상부로 올리게 하는 것이므로 비교적 높은 길이로 형성하게 되고, 하향관32은 상부 저장실30,30'로부터 저온수가 하부로 내려와서 하측 저온수출수관37을 통하여 가열탱크17의 유입관18측으로 공급되어 태양열에 의해 가열될 수 있도록 하는 것으로, 하향관32은 비교적 짧은 길이로 형성하여도 무방하다.

한편, 상기 저온수출수관37 타측에는 보충수를 유입하기 위한 보충수관36이 형성되는 바, 온수저장탱크28가 집광부2의 위치보다 낮게 설치되면 최상부 저장실30,30' 일측에 강제순환펌프와 열센서 등을 설치하여 강제순환펌프에 의해 자동으로 작동시킬 수 있도록 하는 등의 여러 부수장비를 배관, 설치하게 되는 것으로, 이와 같이 난방이나 급탕 등 온수공급 등을 목적으로 온수저장탱크28에 순환펌프 등을 설치하는 것은 일반적이며, 본 발명은 비단 상기한 온수저장탱크28는 물론 일반 온수저장탱크를 사용할 수 도 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명은 태양광을 집적 집광하여 난방수를 가열시키게 되어 매우 우수한 열효율성으로 최선의 난방효과 등을 도모케 되는 것이다.

반사부1의 반사거울4,4'은 태양의 고, 위도 등에 따라 가장 적합한 반사각과 입사각으로 집광부2로 집광시킬 수 있도록 반사각도를 조절하여 설치하게 되고,

반사거울4,4'의 각도가 조절된 반사부1와 집광부2를 연결하는 설치프레임6은 고정케이스20상의 지주대10에 설치되어 회전구동부3에 의해 24시간 1회전하게 된다.

한편, 반사각이 조절된 반사거울4,4'이 설치된 반사부1는 다시 지주대10로부터 태양의 고, 위도 등에 따라 그 각도를 조절하게 되는 데, 이는 플랜지8,11상에 이들을 고정결합하는 체결수단9을 분리하여 체결수단9을 축으로 반사부1의 각도를 태양의 고, 위도 등에 따라 적정 각도로 조절한 다음 다시 체결고정시키게 된다.

이와 같이 반사거울4,4'의 반사각이 조절된 반사부1의 설치각도가 태양의 고도 등에 따라 적절히 조절된 상태에서 태양의 위치 등에 따라 회전되도록 설치를 완료하게 되면, 반사거울4,4'이 태양의 위치에 따라 움직이게 됨으로서 항시 최적으로 태양광을 집광하게 된다.

반사거울4,4'에 반사되어 집광부2의 집광구12로 입사되는 태양광은 집광구12의 집광거울13에 의해 반사거울4,4'로부터 반사된 태양광을 효과적으로 집광하게 되고, 집광구12로 입사되는 태양광은 볼록렌즈14에 의해 수광실15내부로 집약된다.

이와 같이 수광실15 내부로 집광된 태양광은 다시 수광실15 내벽의 반사경16에 의해 가열탱크17로 반사되어 가열탱크17에 집열됨으로서 가열탱크17내의 난방수를 가열시키게 된다.

그리고, 상기와 같이 가열된 고온수는 공급관19을 통하여 온수저장탱크28 내로 유입되어 고온수출수관37을 통해 난방이나 온수사용 등을 목적으로 공급된다.

온수저장탱크28로 유입된 고온수는 당연히 저장실30,30'에 저장되어 전술에서 살펴본 바와 같이 고온수출수관37을 통해 펌핑모터의 구동에 의해 순환, 공급되는 데, 온수가 난방 등을 행한 다음 회수관35을 통해 회수된 저온수와 혼합되고 보충수가 공급되는 과정에서는 온수저장탱크28 내의 온수중 고온수는 일측 상향관31을 따라 상부로 대류 이동하여 고온수출수관33을 통해 공급되고, 비교적 저온수는 하향관32을 통해 하측으로 이동하여 저온수출수관37을 통해 집광부2의 가열탱크17 내로 보내져서 다시 고온수로 가열된 다음 온수저장탱크28내로 다시 유입된다.

이와 같이 자연대류에 의한 자연순환방식으로 태양열에 의해 가열된 고온수를 매우 효과적으로 저장하여 난방수 및 온수를 공급하게 됨으로서 저장에 따른 열손실없게 되어 이로부터 매우 우수한 난방효과를 득하게 되는 것이다.

한편, 본 발명은 태양의 주기에 따라 태양광을 집광하기 위한 반사부1와 집광부가2 태양을 따라 함께 이동하면서 최적으로 태양광을 집광, 집열하는 것에 특징이 있는 것으로,

반사부1상에 태양광의 광량(光量)정도를 감지할 수 있는 센서 등을 부설하여 이를 회전구동부3와 연결함으로서 태양의 움직임에 따라 반사부1 전체가 자동으로 움직일 수 있도록 구성하는 것 등도 가능한 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 태양열을 이용함에 있어서, 태양의 이동위치에 따라 함께 이동하면서 태양광을 가장 효율적으로 집광하여 직렬, 집적방식으로 난방수를 가열하여 난방 등을 행할 수 있는 태양열 보일러를 제공하게 됨으로서 집광판이 고정식으로 설치된 기존 태양열 보일러에 대하여 태양광의 집열효과를 높여 매우 고온으로 난방수를 가열할 수 있게 되어 이로부터 우수한 난방효율성을 득하게 되는 것이며, 특히 집광, 집열과정과 가열된 고온수의 저장 과정 등에서 열을 허실발생되지 않아 보일러로서 최적의 열효율을 발휘하게 되는 것으로서,

본 발명은 상기 언급한 바 외에도 대체에네지중의 하나인 태양열을 이용한 보일러로서 저렴한 설치비와 유지비 등으로 상당한 경제적 이득은 물론 사용자에게 보다 편익하고 쾌적한 생활환경을 제공하게 되는 것으로, 그 기대되는 가치가 극히 현저한 것이다.

Claims (1)

1. 반사각도가 임의로 조절되는 반사거울4,4'이 적어도 하나 이상 설치프레임6상에 설치되는 반사부1와, 반사부1의 대향측에 설치되어 반사거울4,4'로부터 반사된 태양광을 집중적으로 집광할 수 있도록 집광구12와 집광거울13 및 볼록렌즈14가 설치된 집광부2와, 집광부2의 수광실15 내측면 반사경16에 의해 반사된 태양광이 집열되어 난방수가 가열되는 가열탱크17와, 가열탱크17와 온수저장탱크28간에 배관되어 저온수가 유입되는 유입관18 및 가열된 고온수가 공급되는 공급관19과, 반사부1와 집광부2를 연결하는 연결프레임7과, 연결프레임7을 지주대10에 결합하여 회전시킴으로서 연결프레임7상의 반사부1와 집광부2를 태양의 위치에 따라 회전시키는 회전구동부3와, 연결프레임7과 고정케이스20의 지주대10를 상호 체결하여 연결프레임7을 각운동조절할 수 있게 함으로서 연결프레임7상의 반사부1와 집광부2를 태양의 고,위도에 따라 조절할 수 있게 하는 체결수단9과, 집광부1와 배관되어 집광부1에서 가열된 고온수를 저장하는 온수저장탱크28로 구성되며,

   상기 회전구동부3는 지주대10의 반원기어22가 수평기어23와 결합되고 수평기어23는 감속모터27의 회전판25과 크랭크아암24으로 편심연결되며,

   상기 온수저장탱크28는 내부가 칸막이판29,29'에 의해 수개의 저장실30,30'로 구획 분할형성되고, 각 저장실30,30'간에는 고온수를 상부로 자연대류이동시키는 상향관31과 저온수는 하부로 자연대류이동시키는 하향관32이 구비된 것을 특징으로 하는 태양열 직렬 집적식 보일러.