KR20020028645A - 태양에너지 집열용 반사판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양에너지 집열용 반사판에 관한 것으로, 건물의 지붕이나 옥상에 설치하여 태양에너지를 집열하는 집열기의 상하단에 반사판을 설치하되 하단의 반사판을 일정각도로 움직이도록 설치함으로써, 특히 겨울철의 태양에너지의 집열 및 축열기능을 확장할 수 있도록 한 태양에너지 집열용 반사판에 관한 것이다.

Description

태양에너지 집열용 반사판 {reflector to assist in effecting a collection of solar energy}

본 발명은 태양에너지 집열용 반사판에 관한 것으로서, 구체적으로는 건물의 지붕이나 옥상에 설치하여 태양에너지를 집열하는 집열기의 상하단에 반사판을 설치하고 하단의 반사판을 일정각도로 회동 가능하도록 함으로써, 특히 겨울철에 입사되는 태양에너지의 집열 및 축열기능을 확장할 수 있도록 한 태양에너지 집열용 반사판에 관한 것이다.

일반적으로, 태양에너지는 태양이 있는 한 계속 공급되는 에너지원이고 공해를 일으키지 않는 청정에너지로서 우리나라와 같은 자원 빈약국에서는 화석연료가 아닌 다른 대체에너지의 개발에 관심을 기울여야 하는 여건 속에서 무엇보다도 태양에너지에 대한 개발이 불가피하다.

그런데, 태양에너지는 단위면적당 에너지로 사용할 수 있는 양이 적어서 필요한 에너지를 얻으려면 넓은 면적에서 모아야 하고, 또한 다른 에너지원에 비해 잠재하는 열이 무한한데 비해 기후의 의존성이 심하고 낮은 에너지 밀도를 가지고 있어 그것을 이용가능한 기술로 전환하는데 많은 비용을 필요로 하는 등 상당한 어려움을 가지고 있다. 즉, 태양에너지의 집적효율은 15~20%정도로 낮아 집적효율을 높이기 위해 많은 기술개발이 필요하고 이에 따라 태양열 에너지의 효율을 높이기 위한 집열기술, 축열기술 등이 개발되고 있다.

상기 기술은 집열 및 축열장치를 이용하여 집열된 태양에너지를 태양열 냉난방시스템에 의해 기계적 또는 비기계적 순환방식에 따라 주로 건물의 냉난방이나 온수 및 급탕, 농수산물의 재배 및 건조, 태양열발전 등 산업공정에 필요한 열을 공급하는데 사용하는 것이다.

이 때 집열기는 집열기 표면에 흡수된 태양에너지를 열에너지 또는 전기에너지로 변환시켜 열매체에 전달하는 역할을 한다. 이러한 집열기는 태양에너지를 모으는 방식에 따라 집광형과 비집광형으로 나누어진다.

집광형은 열흡수체 면적이 태양에너지를 유입하기 위한 개구부 면적보다 크므로 흡수체 표면에 에너지를 집중시키는 것으로, 이러한 집광형 집열기는 태양복사열의 대부분을 직달 일사에 의해 얻게 되므로 구름 낀 날이나 흐린 날에는 작동할 수 없고 비교적 맑은 날이 많은 지역에 유리하며, 비집광형 집열기에 비해 2배 이상의 높은 온도를 얻을 수 있으나 반사면의 유지나 관리상의 문제가 있고 비용이 많이 든다는 결점이 있다.

비집광형 즉, 평판형 집열기는 열흡수체 표면이 평평하여 집광면적과 집열기 면적이 동일하고, 형태가 단순하여 일반적으로 사용되는 것이다. 이 평판형 집열기는 조립 및 설치관리에 소요되는 비용이 저렴하고 건물 형태와 잘 조화시킬 수 있는 구조이나 집열효율이 집광형에 비해 낮고, 열매체로서 물을 사용한 경우 동결의 위험성이 있고, 또 공기를 사용한 경우에는 열전달 효율이 낮고 공기 운송을 위한 전력이 필요하며 고온을 얻기가 어렵다는 결점이 있다.

한편, 집열기는 원칙적으로 건물의 지붕 위에 설치하고 햇빛을 가리는 장애물이 없어야 하며 일조 조건이 좋은 곳을 선택해야 한다. 또한, 계절에 따라 설치각도를 변경해 주어야 하고 태양의 입사각도에 대해 수직으로 설치하는 것이 좋은데, 여름에는 너무 많은 양의 태양에너지를 받아들이므로 그늘이나 단열을 위한 장치가 요구되고 집열판의 설치각도를 낮게, 예컨대 10~20°가 적당하고, 열량이 가장 많이 요구되는 겨울에는 낮은 태양고도로 태양에너지가 잘 미치지 않을 수 있으므로 집열판의 설치각도를 높게 예컨대 40~60°로 설치하는 것이 가장 효율적이며, 또한 겨울에는 집열기를 설치 후 주간에는 단열판을 벗겨 태양열을 저장하고, 야간에는 단열판을 덮어 저장된 열의 손실을 방지, 내부로 복사되게 하여 난방에 이용한다.

그러나 이러한 방식들은 번거로울 뿐만 아니라 집열기에 흡수되지 못하고 반사되면서 손실되는 태양에너지의 양이 많았다.

이에 본 발명은 집열기에 의해 집열되는 태양에너지 외에 반사로 인한 태양에너지의 손실을 줄이고자 하는 것이다.

덧붙여, 본 발명은 본 출원인의 선 등록된 국내 실용신안등록 제0193815호의 태양에너지 집열장치에 대하여 개량된 발명이다.

상기 선등록된 태양에너지 집열장치는 집열패널조립체에 의하여 우수한 태양에너지 집열효과를 갖고 있으나 집열패널조립체로 태양에너지를 반사시키는 반사판의 구조가 취약하여서 동절기에 집열량을 증대시키기 어려웠다. 또한 태양에너지를 반사시키는 반사판의 구조가 고정되어 있어서 계절에 따라 태양에너지를 효과적으로 집열하기 위해 반사각도를 조정할 수 없었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 집열기에 의해 태양에너지가 집열되는 반면 반사로 인해 손실되는 태양에너지를 집열기에 다시 집열될 수 있도록 한 태양에너지 집열용 반사판을 제공하는데 목적이 있다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양에너지 집열용 반사판을 나타낸 개략적인 측면도

도 2 는 본 발명의 반사판의 회동각도에 따른 태양광의 집열방향 표시도

＜도면의 주요 부분에 대한 부호설명＞

1 : 집열기 2: 집열판

3 : 단열판 5: 상부 반사판

6 : 하부 반사판7: 힌지

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 태양에너지 집열용 반사판은, 지면과 일정각도를 이루는 집열기와, 상기 집열기의 상단부와 110~130°의 각도로 이루도록 고정된 상부 반사판 및 상기 집열기의 하단부에 힌지로 결합되어 회동이 가능한 하부 반사판을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 태양에너지 집열용 반사판은 하부 반사판(6)이 힌지(7)를 기점으로 하여 버팀고정구나 레버 또는 모터로 작동하는 기어 중 선택된 어느 하나의 버팀수단을 더 포함한다.

이하 첨부된 도면들을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양에너지 집열용 반사판의 구성을 보여준다. 도면을 참조하면, 본 발명의 태양에너지 집열용 반사판은 집열기(1)와, 상기 집열기의 양단에 연하여 설치된 상, 하부 반사판(5,6)으로 구성된다.

상기 집열기(1)는 집열판(2)과 단열판(3)으로 구성된다.

상기 집열판(2)은 집열기(1) 내부에 설치되며, 열에너지로 전환된 태양에너지의 열흡수를 증진시키기 위해 검은색으로 도장하는 것이 좋고, 열전도성이 뛰어난 재료를 사용한다.

상기 단열판(3)은 상기 집열판(2)의 후면에 설치되며 상기 집열기(1)의 열손실을 최소화하기 위해 부착된다.

이와 같이 구성된 집열기(1)는 건물의 바닥면 등에 경사지도록 설치되는데, 집열기(1)는 태양광선에 수직인 경우 가장 효율적이고, 특히 겨울철에는 태양광선이 집열기(1)에 닿은 각도가 30°보다 작을 때에는 반사에 의한 손실이 집열되는 것보다 많으므로 본 발명에 있어서의 집열기(1)의 경사각도는 60°가 바람직하다.

한편, 본 발명에 있어서 집열기는 상기 구성으로 된 것에만 한정되지 않고당업계에서 사용되는 집열기라면 어느 것을 사용하여도 무방하다.

상기 상부 반사판(5)은 평면 형태의 거울이나 알루미늄과 같은 판으로, 상기 집열기(1)의 상단 끝에 연하여 설치되고 집열기(1)와 이루는 경사각도는 110~130° 바람직하게는 120°가 좋으며, 강풍에 대비하여 별도의 프레임으로 고정된다.

상기 하부 반사판(6)은 평면 형태의 거울이나 알루미늄과 같은 판으로, 상기 집열기(1)의 하단 끝에 회동가능하도록 힌지(7)로 결합되지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이 외에도 버팀고정구로 받치거나 또는 레버를 부착하여 이를 돌려 하부 반사판(6)을 회동 승강시키거나 모터로 작동하는 기어 등의 버팀수단을 사용할 수도 있으며 이에 따라 수동 혹은 자동조작으로 작동될 수 있다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 태양에너지 집열용 반사판을 사용하는 예를 설명하면 다음과 같다.

검은색으로 도장한 집열판(2)의 후면에 단열판(3)을 부착한 집열기(1)를 준비한다.

상기 집열기(1)의 상단 끝에 집열기(1)와 120°를 이루도록 반사거울이 부착된 상부 반사판(5)을 고정되게 설치하고, 도 2 의 (A)에 도시된 바와 같이 상기 집열기(1)의 하단 끝에 집열기와 120°를 이루도록 반사거울이 부착된 하부 반사판(6)을 설치하되 집열기(1)와 하부 반사판(6)을 힌지(7)로 결합하여 상하로 회동가능하도록 한다.

이와 같이 상, 하부 반사판(5,6)이 설치된 집열기(1)를 건물과 물리적으로 일체화시키는데, 남향에 햇빛을 가리는 장애물이 없고 일조조건이 양호한 건물의지붕에 설치하되 지면에 대해 경사각도 60°를 이루도록 설치한다.

상기 상, 하부 반사판(5,6)의 설치각도는 태양에너지를 가장 많이 필요로 하는 겨울철 동지를 기준으로 하여 도 1 과 같이 집열판(2)과 120°의 경사각을 이루도록 설치한다.

그리고 도 2 의 (b)에 도시되는 바와 같이 상기 하부 반사판(6)을 위쪽을 향해 상승시켜 줌으로써 겨울철 낮은 태양고도에 의해 경사도가 낮게 입사되는 태양에너지에 있어서 집열기(1)에 의해 일부 흡수되고 일부 반사되는 주변의 태양에너지를 상기 반사판(5,6)에 의해 상기 집열기(1)로 재반사시켜 태양에너지를 집열하도록 도와주는 것이다.

이렇게 집열기(1) 및 상, 하부 반사판(5,6)에 의해 흡수된 태양열은 축열조에 저장되었다가 태양에너지가 부족하거나 급탕부하가 증가하는 때 적절히 사용 가능하였다.

즉, 건물 위에 설치된 집열기(1)는 직접 입사된 태양에너지와 상, 하부 반사판(5,6)에 의해 재입사된 태양에너지로 인해 집열판(2)이 뜨거워지고 집열판(2) 밑의 난방관을 가열한 다음 뜨거워진 난방관 속의 물탱크 쪽으로 이동하여 순환펌프에 의하여 일정한 지역을 난방하는 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 태양에너지 집열용 반사판을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며 그 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 태양에너지 집열용 반사판에 따르면, 집열기의 상하단에 반사판을 설치하여서 집열기의 단위면적당 태양에너지의 집열량을 증가시킴으로써 야간이나 흐린 날에 태양에너지의 집열에 도움이 되며 특히 겨울철 동지의 정오에 입사되는 태양에너지의 집열 시 더욱 효과적이다.

또한 설치 및 사용방법이 간단하고 계절변화로 인한 태양의 고도에 따라 집열기의 설치각도를 변경하는 번거로움을 피할 수 있고, 지금까지는 태양에너지의 입사량이 건물의 난방열 부하가 거의 없는 하절기에 가장 많고, 열부하가 큰 동절기의 입사량이 최소가 되는 등의 태양열을 난방용 열원으로 이용하고자 할 때는 에너지의 수요와 공급의 시간적 불일치의 문제가 있었으나 본 발명에 의하여 이와 같은 문제점을 극복하여 에너지 수급간의 불균형을 해결할 수 있다.

Claims (2)

1. 지면과 일정각도를 이루는 집열기(1);

   상기 집열기(1)의 상단부와 110~130°의 각도로 이루도록 고정된 상부 반사판(5); 및

   상기 집열기(1)의 하단부에 힌지(7)로 결합되어 회동이 가능한 하부 반사판(6)을 포함하는 태양에너지 집열용 반사판.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 하부 반사판(6)은 힌지(7)를 기점으로 하여 버팀고정구나 레버 또는 모터로 작동하는 기어 중 선택된 어느 하나의 버팀수단을 더 포함하는 태양에너지 집열용 반사판.