KR20020061240A - 태양에너지 집열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양에너지 집열장치에 관한 것으로, 태양광의 입사각도 및 입사방향에 따라 집열부를 좌우 회동 및 상하 작동시킴으로써 태양광의 집열효율을 상승시키고, 설치하기 편리하고 설치비용을 획기적으로 줄일 수 있어 소규모 지역의 난방 및 온수 사용에 아주 적합하게 사용할 수 있고 연료비를 절감할 수 있도록 한 태양에너지 집열장치에 관한 것이다.

Description

태양에너지 집열장치 {solar collector}

본 발명은 태양에너지 집열장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 태양광의 입사각도 및 입사방향에 따라 구동부를 구동시켜 회동부에 회전력을 제공하고 이에 따라 집열부를 좌우 회동 및 상하 작동시킴으로써 태양광의 집열효율을 향상시키고, 설치하기 편리하여 소규모 지역의 난방 및 온수 사용에 아주 적합하게 사용할 수 있으며, 설치비용을 획기적으로 줄일 수 있고 연료비를 절감할 수 있는 태양에너지 집열장치에 관한 것이다.

일반적으로, 태양에너지는 무공해, 무한정한 천연에너지로 지구상의 생물이 살아갈 수 있는 근원을 제공하는 것으로, 대기를 통과하여 지표면에 도달하는 태양에너지의 총량은 현 세계 에너지 수요량의 3000배에 이르며 다른 에너지원에 비해 잠재하는 열이 무한한 것에 비해, 에너지밀도가 낮고 계절이나 기후의존성이 심하므로 공급이 일정하지 않아 태양에너지의 집적율을 높이고 이를 효율적으로 사용하기 위한 집열기술의 개발이 필요하다.

예컨대, 집열 및 축열장치를 이용하여 그것의 표면에 흡수된 태양에너지를 열에너지 또는 전기에너지로 변환시켜 열매체에 전달하는 것과 같은 설비를 연중 유효하게 가동시켜 건축물 전체의 에너지소비량을 감소시킬 수 있다.

이러한 태양에너지 집열장치에 관한 기술로서, 국내 특허공개공보 제1999-066002호와 같은 태양열 집열장치가 공지되어 있으나, 상기와 같은 기술은 태양열의 집열효과를 높일 수는 있으나, 제작단가가 고가이고 구조가 복잡하여서 주기적으로 유지 및 보수가 어려워 단독주택이나 상가, 공장 등의 건물에 상용화하기가 곤란하다.

또한, 태양의 이동방향에 따라 태양열을 집열하는 기능 외에는 집열된 태양열이 외부로 그대로 반사되는 것을 방지할 수 없어 태양열의 손실이 많으므로 태양열을 효과적으로 집열하기 어렵다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 태양의 입사각도 및 입사방향에 따라 집열장치를 좌우 회동 및 상하 이동되도록 함으로써 태양에너지의 집열효과가 높은 태양에너지 집열장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 집열된 태양광이 외부로 그대로 반사되어 손실되는 것을 방지함으로써 태양에너지의 집열효과를 향상시키는 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양에너지 집열장치를 나타낸 단면도

도 2 는 도 1 의 축열조를 나타낸 단면도

도 3 은 도 1 의 구동부를 나타낸 부분평면도

＜도면의 주요 부분에 대한 부호설명＞

1 : 태양에너지 집열장치 2 : 집열부

3 : 회동부 4 : 구동부

5 : 흡수판 6 : 반사판

7 : 축열조 8 : 냉온수배관

9 : 프레임 10 : 회동축

11 : 지지대12a,12b : 모터

13a,13b : 피니언14a,14b : 랙

15 : 냉수유입구 16 : 온수배출구

17 : 온도센서 18 : 힌지

20 : 감지부

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 태양에너지 집열장치는, 태양광을 투과 및 단열시키는 판 형상의 흡수판과, 양단이 상기 흡수판의 양단과 결합하여 태양광의 이동에 따라 좌우 회동 및 상하 작동하는 원추형의 반사판 및 상기 반사판의 내측에 설치되어 태양광을 저장하는 축열조로 이루어진 집열부;

일측이 상기 반사판의 외주연에 설치되어 상기 반사판을 지지 및 회동시키는 프레임과, 상기 반사판의 하부와 힌지로 연결되어 상기 반사판을 좌우 회동 및 상하 작동시키는 회동축 및 상기 회동축의 외주연에 설치되어 상기 집열부를 하부로부터 지탱하는 링 형상의 지지대로 이루어진 회동부; 및

상기 지지대의 내측 및 반사판의 상부에 설치되어 구동력을 제공하는 모터와, 상기 프레임의 하부 및 반사판의 상부에 설치되고 상기 모터와 축으로 연결되어 회전되는 피니언 및 상기 지지대의 내주연 및 상부측 프레임의 내주연에 설치되고 상기 피니언과 맞물려 상기 프레임을 좌우 회동 및 반사판을 상하 작동시키는 랙으로 이루어지며, 상기 모터와 인접 설치된 감지부에 의해 구동되는 구동부를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 태양에너지 집열장치는 냉수유입구 및 온수배출구를 구비하는 코일형상의 냉온수배관을 집열부의 축열조 내측에 설치하는 것이 특징이다.

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

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양에너지 집열장치의 구성을 보여준다. 도면을 참조하면, 본 발명의 태양에너지 집열장치는 집열부(2)와, 회동부(3) 및 구동부(4)로 구성된다.

집열부(2)는 복사되는 태양에너지를 집열하는 것으로, 흡수판(5)과, 반사판(6) 및 축열조(7)로 구성되며, 상기 축열조 내부에 냉온수배관(8)이 내장 설치된다.

흡수판(5)은 태양에너지가 투과되면서 집열부 내부의 단열효과를 얻기 위한 판상(版狀)으로, 주로 투과성 및 내후성이 좋고 변색되지 않는 유리가 많이 이용되며, 플라스틱이나 섬유유리가 사용될 수도 있다.

이러한 흡수판(5)은 집열부 내부의 열손실을 방지하는 것 외에도 외부의 충격 및 오염으로부터 보호하는 역할도 한다.

반사판(6)은 일정 각도를 지닌 원추형으로 이루어지며, 상기 반사판의 양끝단은 상기 흡수판의 양끝단과 결합된 상태로, 태양광의 입사방향 및 입사각도에 따라 좌우로 일정 각도만큼 회동하거나 상하로 움직이게 된다.

또한, 이러한 반사판(6)은 상기 흡수판에 의해 흡수된 태양광을 렌즈나 반사거울 등을 사용하여 집열부 내측으로 굴절시켜 집열율을 높이게 된다.

축열조(7)는 상기 반사판의 내측에 설치되어 상기 흡수판 및 반사판에 의해 집열된 태양광이 저장되는 것으로, 열손실을 최소화하고 집열효과를 높일 수 있도록 금속, 비철금속 등이 사용되며, 바람직하게는 유리가 사용된다.

냉온수배관(8)은 물 등의 열매체가 이동하는 관으로서 상기 축열조의 내부에 코일형으로 감긴 상태로 설치되며, 이러한 냉온수배관(8)은 상기 축열조(7)에 집열 저장된 태양에너지에 의해 지속적으로 가열되어서 난방효과를 극대화할 수 있게 된다.

또한, 상기 냉온수배관(8)은 양단에 냉수유입구(15) 및 온수배출구(16)가 형성되어, 상기 냉수유입구로 들어온 물 등의 열매체가 코일형의 냉온수배관을 통해 가열된 후 상기 온수배출구를 통해 배출되는 것이며, 상기 냉수유입구와 온수배출구는 상호 위치를 변경할 수 있다.

이때, 상기 냉온수배관(8)의 내부를 순환하는 열매체가 물일 경우에는 일정비율의 부동액을 함유하여 겨울철 태양에너지의 입사가 없는 야간에 냉온수배관이결빙에 의해 동파되는 것을 방지하도록 한다.

한편, 상기 축열조의 내주연과 냉온수배관 상에는 온도센서(17)가 설치되어, 상기 냉온수배관 내부를 흐르는 물의 온도가 상승되면 상기 온도센서에 의하여 온수를 순환시키는 순환펌프(도시 안함)가 연계 작동함에 따라 건물의 실내를 난방하거나 온수를 사용할 수 있게 된다.

회동부(3)는 상기 집열부(2)를 회동하여 태양광의 집열효율을 상승시키는 것으로, 프레임(9)과, 회동축(10) 및 지지대(11)로 구성된다.

프레임(9)은 일측이 상기 반사판(6)의 상부측에 결합되고 타측이 후술하는 회동축에 결합되어 전체적으로 상기 반사판의 외주연에 설치되며, 상기 프레임이 회동함과 동시에 상기 반사판이 연동하게 된다.

회동축(10)은 상기 반사판의 하부와 힌지(18)로 연결되어 반사판을 아래로부터 지지하는 상태에서 상기 반사판을 상하로 움직이게 하며, 또한 상기 회동축이 좌우 회동하면서 프레임이 회동하게 되고 동시에 반사판이 일정 각도만큼 좌우 회동하게 된다.

지지대(11)는 상기 회동축의 외주연에 설치되어 상기 집열부(2)를 하부로부터 지탱하는 것으로, 전체적으로 링모양으로 되어 있다.

구동부(4)는 상기 회동부(3)에 구동력을 제공하는 것으로, 모터(12a,12b)와, 랙(14a,14b) 및 피니언(13a,13b)으로 구성된다.

모터(12a,12b)는 전력의 공급을 받아 기계동력을 발생하는 원동기로서, 상기 지지대(11)의 내측 및 반사판 상부에 설치되어 상기 프레임을 좌우로 회동시키거나상기 반사판을 상하로 작동시키게 된다.

피니언(13a,13b)은 상기 프레임의 하부 및 반사판의 상부에 설치되고 상기 모터와 축으로 연결되어 구동력을 제공받아 작동된다.

랙(14a)은 톱니모양이 새겨진 벨트로서 바람직하게는 고무로 이루어지며, 상기 지지대(11)의 내주연에 설치되어 상기 모터(12a)의 구동에 따라 프레임에 설치된 피니언(13a)과 맞물려 상기 프레임을 좌우로 회동하여서 집열부(2)를 좌우로 회동시킨다.

또한, 이러한 랙(14b)은 프레임의 상부 내주연에도 설치되어 반사판 상에 설치된 모터(12b)의 구동에 따라 반사판의 상부에 설치된 피니언(13b)과 맞물려 상기 집열부(2)를 상하로 작동시키게 된다.

한편, 상기 구동부(4)의 모터(12a,12b)는 저속으로 구동되는 것으로, 피니언(13a,13b)의 회전속도가 매우 느리게 회전할 수 있도록 치차결합함으로써 하루에 1~2회 왕복할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다.

이러한 구동부(4)는 인접 설치된 감지부(20)에 의해 작동하게 된다.

감지부(20)는 태양광을 감지 및 추적하는 것으로 상기 구동부(4)의 모터에 인접 설치되어 구동부를 작동시키며, 태양에 바로 향하도록 되어 있다.

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

본 발명의 집열장치(1)에 태양에너지가 입사되어 흡수판(5)을 투과 및 반사판(6)에 의해 반사되어 축열조(7)를 가열시키게 되고, 이로 인해 냉온수배관(8)이가열되면서 냉수유입구(15)를 거쳐 상기 냉온수배관 내부를 흐르는 물의 온도가 상승하면, 상기 온도센서(17)의 온도 감지에 의하여 온수를 순환시키는 순환펌프가 연계 작동함에 따라 건물의 실내 바닥면 난방배관을 통해 건물의 실내를 난방하거나 온수를 사용할 수 있다.

이때, 태양광의 입사방향이 변하게 되면, 감지부(20)에 의해 모터(12a)가 구동하면서 피니언(13a)이 지지대(11) 내주연의 랙(14a)과 맞물린 상태로 회전함과 동시에 회동축(10)이 회동하면서 프레임(9)에 회동력을 전달하여 집열부(2)의 반사판(6)이 태양을 따라 회동된다. 이에 따라 흡수판(5)이 태양광에 수직인 상태로 이동하면서 태양광의 집열효과를 상승시킨다.

또한, 태양광의 입사각도가 변하게 되면, 감지부(20)에 의해 모터(12b)가 구동하면서 피니언(13b)이 프레임(9) 상부 내주연의 랙(14b)과 맞물린 상태로 회전하면서 상기 반사판이 프레임을 따라 아래로 이동하면서 태양광을 따라 기울게 된다. 이에 따라 흡수판(5)이 태양광에 수직인 상태로 이동하면서 태양광의 집열효과를 상승시킨다.

이상과 같이 본 발명에 따른 태양에너지 집열장치를 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 집열장치는 태양광의 입사각도 및 입사방향에 따라 집열장치를 좌우로 회동시키거나 상하로 움직이게 함으로써 태양광의 집열효과를 상승시키고, 설치가 편리하고 설치비용 및 제작단가를 감소시킬 수 있으며, 설치가 끝난 후에는 주기적으로 점검 및 보수를 하지 않더라도 반영구적으로 사용 가능하며, 이렇게 집열된 태양에너지는 일반 주택이나 상가, 공장 등의 건물 옥상에 조립 설치하여서 소규모지역의 난방 및 온수로 사용할 수 있고 동시에 에너지절약을 할 수 있다.

Claims (2)

1. 태양광을 투과 및 단열시키는 판 형상의 흡수판(5)과, 양단이 상기 흡수판과 결합하여 태양광의 이동에 따라 좌우 회동 및 상하 작동하는 원추형의 반사판(6) 및 상기 반사판의 내측에 설치되어 태양열을 저장하는 축열조(7)로 이루어진 집열부(2);

   상기 집열부를 회동 및 지지하도록, 상기 반사판을 지지 및 회동시키는 프레임(9)과, 상기 반사판의 하부와 힌지로 연결되어 상기 반사판을 좌우 회동 및 상하 작동시키는 회동축(10) 및 상기 회동축의 외주연에 설치되어 상기 집열부(2)를 하부로부터 지탱하는 링 형상의 지지대(11)로 이루어진 회동부(3); 및

   상기 회동부를 작동시키도록, 상기 지지대의 내측 및 반사판의 상부에 설치되어 구동력을 제공하는 모터(12a,12b)와, 상기 프레임의 하부 및 반사판의 상부에 설치되고 상기 모터와 축으로 연결되어 회전되는 피니언(13a,13b) 및 상기 지지대의 내주연 및 상부측 프레임의 내주연에 설치되고 상기 피니언과 맞물려 상기 프레임을 좌우 회동 및 반사판을 상하 작동시키는 랙(14a,14b)으로 이루어지고, 상기 모터와 인접 설치된 감지부(20)에 의해 구동되는 구동부(4)를 포함하는 태양에너지 집열장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 집열부(2)는 냉수유입구(15) 및 온수배출구(16)를 구비하는 코일형상의 냉온수배관(8)을 상기 축열조(7) 내측에 설치하는 것이 특징인 태양에너지 집열장치.