KR20020069913A

KR20020069913A - 태양열 직렬 집적식 보일러

Info

Publication number: KR20020069913A
Application number: KR1020010010503A
Authority: KR
Inventors: 성인식
Original assignee: 성인식
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-09-05
Also published as: KR100404758B1

Abstract

본 발명은 태양열 보일러에 관한 것으로, 태양을 따라 회전이동하면서 태양광을 집적, 집열하여 난방수를 가열하는 방식으로 난방 등을 행할 수 있는 열효율성이 매우 우수한 태양열 직렬 접적식 보일러에 관한 것이다.

즉 본 발명은 반사각도가 임의로 조절되는 반사거울(4,4')이 적어도 하나 이상 프레임(6)상에 설치되는 반사부(1)와, 반사부(1)의 대향측에 설치되어 태양광을 집중적으로 집광하는 집광부(2)가 설치되는 연결프레임(7)에 부착되는 지주대(10)를 고정케이스(20)에 세우고, 지주대(10)를 회전구동부(3)로 회전되도록 한 태양열 직렬 집적식 보일러에 있어서, 회전구동부(3)는 베이스프레임(30)에 마련되는 브라켓(31)에 축핀(31a) 결합되어 자유회동하는 고정케이스(20) 내측으로 베터리(32)와 타이머(32a)에 의해 구동되는 정역모터(33)를 설치하고, 모터축(33a) 상에는 베벨기어(34)를 축결합하여, 지주대(10)에 결합된 베벨기어(35)를 기어 결합하여 지주대(10)가 12시간 주기로 180도 정역회전 하도록 하고, 모터축(33a)은 일방향으로 구동력이 전달되는 감속장치(36)에 축결합하여 출력축(37)으로 출력되는 회전비가 모터축(33a)의 1/2회전시 출력축(37)이 1/365회전할 수 있도록 하며, 출력축(37)에는 회전판(38)을 축결합하고, 회전판(38)과 베이스프레임(30) 상간을 크랭크로드(39)로 연결하되, 크랭크로드(39)의 연결부는 볼죠인트(40)에 의해 연결 구성하여 회전판(38)의 회전에 따라 고정케이스(20)를 1년 주기로 승강할 수 있도록 하고, 반사부(1)에 설치된 반사거울(4,4')의 이면에는 태양열로 축전할 수 있는축전지(41)를 부착하여 베터리(32)를 충전할 수 있도록 하여 태양의 움직임에 따라서 반사부(1)가 회동함과 동시에 계절의 변화에 따라서도 반사부(1)와 태양의 반사각이 변화되도록 하여 항상 최적으로 태양열을 집광할 수 있도록 한 것이다.

Description

태양열 직렬 집적식 보일러{A solar heat boiler by serial integration method}

본 발명은 태양열 보일러에 관한 것으로, 보다 상세히는 태양을 따라 회전이동하면서 태양광을 집적, 집열하여 난방수를 가열하는 방식으로 난방 등을 행할 수 있는 열효율성이 매우 우수한 태양열 직렬 집적식 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 발명자는 태양열 직렬 집적식 보일러(특허 제284103호)를 선출원하여 태양의 움직임에 따라서 집광장치가 함께 움직일 수 있도록 하여 집광효율을 극대화 할 수 있도록 한 것으로 상기한 바와 같은 구성은 도 1,2에 도시된 바와 같이

반사각도가 임의로 조절되는 반사거울(4,4')이 적어도 하나 이상 프레임(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 온수저장탱크간에 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(2)와 배관되어 집광부(2)에서 가열된 고온수가 저장되는 온수저장탱크로 구성되며, 회전구동부(3)는 지주대(10)의 반원기어(22)가 수평기어(23)와 결합되고 수평기어(23)는 감속모터(27)의 회전판(25)과 크랭크아암(24)으로 편심연결되는 바, 상기한 바와 같은 구성의 집광부(2)와 반사부(1)가 설치되는 지주대(10)의 회전 구동은 감속모터(27)로 구동되는 회전판(25)에 수평기어(23)를 크랭크아암(24)으로 연결하여 지주대(10)에 결합된 반원기어(22)를 12시간 주기로 정역 회동 할 수 있도록 하고 있으나, 크랭크아암(24)의 특성상 지주대(10)의 정확한 회전각을 얻을 수 없어 집광효율을 극대화하기에는 미흡하였던 것이다.

이에 본 발명에서는 태양광을 집광할 수 있는 집광장치를 구비하여 집광된 태양광을 집적시켜 용수를 가열, 난방 등을 행하는 집광부와 반사부를 계절 및 시간대에 따라서 태양의 움직임에 부합하여 집광장치가 함께 정확하게 회동하면서 태양광을 집광토록 하여 항상 최선으로 태양광을 집광하여, 집열할 수 있게 함으로서 태양열 보일러로서 우수한 난방효율성을 발휘할 수 있도록 한 것이다.

도 1은 종래의 태양열 직렬 집적식 보일러의 개략적인 정 단면도

도 2는 도 1의 회전 구동부를 보인 평면도

도 3은 본 발명의 일 실시예를 보인 사시도

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 개략적인 정 단면도

도 5는 본 발명의 크랭크판의 작동에 따른 고정케이스의 작동상태도

☞ 도면의 주요부분에 사용된 부호에 대한 설명 ☜

(종래)

1;반사부2;집광부

3;회전구동부4,4';반사거울

6;설치프레임7;연결프레임

9;체결수단10;지주대

11;플랜지12;집광구

13;집광거울14;볼록렌즈

15;수광실16;반사경

17;가열탱크18;유입관

19;공급관20;고정케이스

21;볼베어링22;반원기어

23;평기어24;크랭크아암

25;회전판26;회전축

27;감속모터

(본 발명)

30 ; 베이스프레임31 ; 브라켓

31a ; 축핀32 ; 베터리

32a ; 타이머33 ; 정역모터

33a : 모터축34,35 ; 베벨기어

36 ; 감속장치37 ; 출력축

38 ; 회전판39 ; 크랭크로드

40 ; 볼죠인트41 ; 축전지(蓄電池)

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 보인 정면도이고, 도 4는 본 발명의 구동부 발췌 사시도를 도시한 것으로서 이하에서 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 본 발명자가 선출원 등록한 태양열 직렬 직접식 보일러(특허 284103호)의 회전구동부(3)를 신규하게 구성하여 집광부(2)와 반사부(1)가 설치되어 있는 프레임(6)을 계절이나 시간대에 부합하여 회전 할 수 있도록 하여 집광효율을 극대화 하고자 한 것으로 본 발명의 구성에 있어서, 종래와 동일 구성은 이해를 돕기 위하여 동일 부호를 사용하였다.

본 발명에서는 집광부(2)와 반사부(1)가 설치되는 설치프레임(7)에 부착되는 지주대(10)를 고정케이스(20) 내에 설치되는 회전구동부(3)에 의해 12시간을 주기로 180도 정역회전하도록 구성하고, 고정케이스(20)는 회전구동부(3)의 회전력으로 베이스프레임(30)상에서 1년 주기로 승강할 수 있도록 하여 반사부(1)와 태양이 항상 직각에 가까운 각도가 되도록 하여 집광율을 최적의 상태가 유지될 수 있도록 한 것이다.

즉, 본 발명의 회전구동부(3)는 베이스프레임(30)상에 마련되는 브라켓(31)상에 축핀(31a)으로 결합되어 자유회동하는 고정케이스(20) 내측으로 베터리(32)에 의해 구동되는 정역모터(33)를 설치하되 베터리(32)와 정역모터(33) 사이의 배선상에는 타이머(32a)를 결선하여 정역모터(33)의 구동시간을 제어할 수 있도록 하고, 모터축(33a) 상에는 베벨기어(34)를 축결합하며, 이에는 지주대(10)에 결합된 베벨기어(35)를 기어 결합하되, 이때 기어비는 1:1로 함이 바람직하며 지주대(10)를 12시간 주기로 180도 정역회전되도록 한다.

그리고 상기 모터축(33a)은 일방향으로 구동력이 전달되는 감속장치(36)에 축결합하여 출력축(37)으로 출력되는 회전비가 모터축(33a)의 1/2회전시 출력축 (37)이 1/365회전할 수 있도록 한다.

출력축(37)에는 회전판(38)을 축결합하고, 회전판(38)과 베이스프레임(30) 상간을 크랭크로드(39)로 회전판(38)에 편심되게 연결하되, 크랭크로드(39)의 연결부는 볼죠인트(40)에 의해 연결 구성하여 회전판(38)의 회전에 따라 정역모터(33) 등이 내장 설치된 고정케이스(20)를 1년 주기로 승강할 수 있도록 한 구성이다.

한편 본 발명의 베터리(32)는 일반적인 전기에너지(AC)로 축전하여 사용할 수도 있으나, 본 발명에서는 반사부(1)를 구성하는 반사거울(4,4')의 이면에 태양열로 축전되는 축전지(蓄電池)(41)를 부착하여 베터리(32)가 충전되도록 하였으며, 상기 베터리(32)의 충전 정도는 정역모터(33)를 최소 36시간 이상 구동할 수 있는것을 선택하여 사용함이 바람직하다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 주로 태양열을 집광하여 온수로 사용하는 보일러로 사용될 수 있는 것으로서, 이하에서 본 발명의 작용을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명에 적용되는 반사부(1)와 집광부(2)의 구성 및 작용은 본 발명자가 선출원 등록한 태양열 직렬 집적식 보일러(특허 제284103호)와 동일한 것으로서 이에 대한 구체적인 설명은 생략키로 한다.

태양열을 집광할 수 있는 적정한 위치를 설정하여 본 발명의 장치를 설치하여 세팅하면 반사부(1)의 각 반사거울(4,4')에 의해 태양열의 집광이 이루어 지게되고 아울러 반사거울(4,4')의 이면에 부착되는 축전지(41)가 베터리(32)를 충전하게 되고, 베터리(32)의 구동력으로 구동하는 정역모터(33)가 회전하게 되므로 모터축(33a)에 축설치되는 베벨기어(34)와 지주대(10)에 결합되는 베벨기어(35)에 의해 지주대(10)가 12시간 주기로 정역회전하게 된다. 그리고 모터축(33a)의 단부가 축결합된 감속장치(36)에 의해 구동되는 회전판(38)은 모터축(33a)의 1/2회전시 1/365회전하여 반사부(1) 등이 설치되어 있는 고정프레임(20)을 승하강시키게 된다.

즉, 본 발명에 의하면 모터축(33a)상의 베벨기어(34)와 1:1의 기어비로 되는 지주대(10)상의 베벨기어(35)에 의해 회동하는 지주대(10)가 타이머(32a)의 작동에 의해 정역모터(33)을 정역회전시켜 12시간을 기준으로 180도 정역회전하게 되므로태양의 이동 정도에 부합하여 회전하게 되며, 모터축(33a)으로 일방향 구동되는 감속장치(36)에 의해 감속 구동되어 1년 주기로 1회전하는 회전판(38)과 베이스프레임(30) 상간에 크랭크로드(39)를 볼죠인트(40)로 연결 구성되므로 도 3에 도시된 바와 같이 고정케이스(20)가 축핀(31a)을 기준으로 회동하게 되는 바, 즉 동절기에는 반사부(1)가 지면과 거의 수직에 가깝게 세워졌다가 하절기에는 반사부(1)가 지면과 수평에 가깝게 뉘어져 태양열을 집광하게 되므로 집광율을 가장 이상적으로 행할 수 있게 되는 것이다.

한편 본 발명은 반사부(1)상에 태양광의 광량(光量)정도를 감지할 수 있는 광량감지센서(42)를 부착하고, 이를 회전구동부(3)와 전기적으로 연결하여 태양의 움직임에 따라 회전구동부(3)를 구동할 수 있도록 구성하는 것 등도 가능하며, 집광부(2)내에 집광되는 태양열을 이용하여 발전할 수 있는 발전장치를 내장하여 베터리(32)와 전기적으로 연결하여 베터리(32)를 충전 사용할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.

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 제공할 수 있는 것으로서, 본 발명에 의하면 계절의 변화와 시간대에 따라서 반사부(1)를 최적의 위치로 회전시켜 태양광의 집광을 최선으로 할 수 있으므로 집열효과를 높여 난방효율을 극대화 할 수 있게 되는 등 그 기대되는 가치가 극히 현저한 것이다.

Claims

반사각도가 임의로 조절되는 반사거울(4,4')이 적어도 하나 이상 프레임(6)상에 설치되는 반사부(1)와, 반사부(1)의 대향측에 설치되어 태양광을 집중적으로 집광하는 집광부(2)가 설치되는 설치프레임(7)에 부착되는 지주대(10)를 고정케이스(20)에 세우고, 지주대(10)를 회전구동부(3)로 회전되도록 한 태양열 직렬 집적식 보일러에 있어서,

상기 회전구동부(3)는 베이스프레임(30)에 마련되는 브라켓(31)에 축핀(31a) 결합되어 자유회동하는 고정케이스(20) 내측으로 베터리(32)와 타이머(32a)에 의해 구동되는 정역모터(33)를 설치하고, 모터축(33a) 상에는 베벨기어(34)를 축결합하여, 지주대(10)에 결합된 베벨기어(35)를 기어 결합하여 지주대(10)가 12시간 주기로 180도 정역 회전하도록 하고,

상기 모터축(33a)은 일방향으로 구동력이 전달되는 감속장치(36)에 축결합하여 출력축(37)으로 출력되는 회전비가 모터축(33a)의 1/2회전시 출력축(37)이 1/365회전할 수 있도록 하며,

상기 출력축(37)에는 회전판(38)을 축결합하고, 회전판(38)과 베이스프레임 (30) 상간을 크랭크로드(39)로 연결하되,

크랭크로드(39)의 연결부는 볼죠인트(40)에 의해 연결 구성하여 회전판(38)의 회전에 따라 고정케이스(20)를 1년 주기로 승강할 수 있도록 하고,

상기 반사부(1)에 설치된 반사거울(4,4')의 이면에는 태양열로 축전할 수 있는 축전지(41)를 부착하여 베터리(32)를 충전할 수 있도록 함을 특징으로 하는 태양열 직렬 집적식 보일러.