KR200210608Y1 - 집열각도가 자동으로 조절되는 태양에너지용 집열장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 개선된 기능을 갖는 태양에너지의 집열장치에 관한 것으로, 특히 태양에너지를 효율적으로 집열하여 급탕용 온수공급은 물론 난방용 에너지원으로 충분히 활용될 수 있도록 태양광과 집열판의 각도가 일직선이 유지되게 태양의 각도변화에 대응하여 집열판의 각도 역시 다축을 통해 자동으로 조절되도록 한 집열장치에 관한 것인바, 이를 위하여 본 고안은 충입된 물이 순환될 수 있도록 내 공간부를 형성하면서 전/후면으로는 복층 유리면이 설치된 집진판과, 상기 집진판의 후면을 기준으로 배치된 채 집진판의 후면 중앙을 향해 반사각도가 설정되도록 지지 프레임으로 연결된 복수의 반사유리면을 포함하는 집진수단; 상기 집진수단이 태양의 위치 변화에 의한 감응센서의 조도편차에 따라 자동으로 상기 감응센서의 조도가 일정해지는 방향 및 위치로 집진수단의 각도가 상/하, 좌/우로 조절되도록 복수의 동력발생수단이 마련됨을 그 기술적 특징으로 한다.

Description

집열각도가 자동으로 조절되는 태양에너지용 집열장치 {Solar energy storage device}

본 고안은 개선된 기능을 갖는 태양에너지의 집열장치에 관한 것으로, 특히 태양에너지를 효율적으로 집열하여 급탕용 온수공급은 물론 난방용 에너지원으로 충분히 활용될 수 있도록 제공되는 것인데, 이를 위하여 태양광과 집열판의 각도가 항상적인 일직선이 유지되도록 태양의 각도변화에 대응하여 집열판의 각도 역시 다축 회전을 통해 자동으로 조절되게 하여 태양에너지의 효율적인 활용을 도모하는 집열장치에 관한 것이다.

일반적으로, 태양에너지는 풍력 및 수력 등과 함께 청정한 자연친화적 성격의 무한한 에너지원으로 고갈 위험에 처해있는 화석원료의 유용한 대체수단으로 기능한다.

특히, 태양에너지는 다른 에너지원에 비해 그 활용이 쉽고, 고효율의 풍부한 에너지를 얻을 수 있다는 유용함에 기인하여 최근 태양에너지를 이용한 각종 자연 친화적 제품들이 속속 등장하고 있는 실정이다.

그 중에서도 태양열을 집열하여 이를 전기에너지로 변환시키거나 혹은 온수 및 난방용 열원으로 활용되도록 한 기술의 발전은 태양열 에너지 이용의 보편화를 가져왔다는 순 기능을 부여받고 있다.

먼저, 대한민국 특허출원 제 1997-58932호 “태양에너지 이용시스템 및 가스보일러 내장형 축열조”는 태양광을 일측전개 포물선반사체를 집광수단으로 집광하여 히트파이프를 열전달수단으로 이용하거나 또는 빛자체를 조명용에 조사하는 겸용기능을 갖는 태양에너지 이용시스템과 집열시스템 필수요소로 구비되는 축열조내에 가스보일러가 내장된 장치로서 태양복사에너지를 집속하여 이를 열 에너지 및 빛 에너지형태로 가정과 산업에 이용토록 한 것이다.

또한, 대한민국 특허출원 제 1997-60256호 “공동형 태양에너지 수집이용장치”는 축선기준 일 측으로만 전개된 포물선형 반사체를 좌/우에 임의 간격으로 분리 전개한 것을 집광수단으로 하고, 양측 초선광을 집열휜, 인볼류트반사체, 구형공동 또는 구형공동반사체 등으로 공동구성, 집광광을 집열 또는 광화학반응 용도 등에 이용하는 태양에너지의 집광을 이용한 기술로서,산업용 대단위 설비 및 소규모 가정용 열설비 적용은 물론 물질성상변화까지 저비용으로 실시되도록 함을 제안하고 있다.

그러나, 상기와 같이 제안된 각 태양에너지의 이용시스템 및 장치는 각각 태양열을 집열하기 위해 마련되는 제반수단이 복잡하며, 그 제작비용 역시 과다한 것이어서 주기적인 유지 보수를 필요로 하고 있으며, 태양고도광을 집열판에 집속함에 있어 집열판이 태양의 위상 변화에 즉시 대응하지 못하여 집열장치의 출력이 떨어지거나 효율성이 낮아 현실적으로 이러한 점은 가정 및 산업용으로 이용하기에 먼저 개선되어야 할 부분으로 지적되고 있다.

이와 함께, 대한민국 특허공개공보 제 1996-11342호로 공개된 “태양광 집광 집열장치”를 살펴보면, 곡면반사체에 의하여 계절에 따라 곡면반사체의 각도를 태양을 따라가며 조절할 수 있도록 되어 있어 태양열의 집열도를 향상시킬 수 있으나 전술한 바와 같이 그 제작비용이 매우 고가이고 복잡하여 사용화되지는 못하고 있는 실정이며, 앞서 언급한 대한민국 특허출원 제 1997-60256호 역시 일출시부터 일몰시까지 태양을 추적 운전되는 구동모타의 구동력을 기어 전달방식으로 집열관에 전달되도록 한 바란스웨이트를 장치함으로 전열 응답성을 높일 수 있게 하였으나, 그 외부적 구성형태가 집열관을 일정하게 경사진 상태로 한 후 연접된 기어를 통해 집열관의 중심축 하단을 회동시켜 줌으로서 집열관의 일정한 회동을 유지할 수 있게 하여 결국 일방향을 향한 반복적인 회전운동에 불과함으로 태양의 각도 변화에 따른 입사광에 적절히 대응할 수 없었으며, 또한 입사광 및 집열열의 방사손실을 최소화 하기 위해 수반되는 주변 구성이 복잡하고 공지의 1축 추적식 PTC형 집열기의 단점인 예컨대, 집열관에서 집광광의 반사손실이 많다는 점이나 집열열 저온 복사의 방사손실이 많다는 등의 문제점을 해결하지는 못하였다.

때문에, 본 고안은 비교적 간단한 기구적 구성으로서 고효율의 태양에너지를 집열하기 위해 다축 회전 시스템을 도입하되, 감응센서에 의해 태양의 각도변화에 신속하면서도 정확한 대응이 가능할 수 있게 함으로 열 응답성이 우수한 집열효과를 수반케하여 반영구적으로 제품의 신뢰성 보장과 아울러 가열 공급되는 물이 95℃이상을 유지하는 등 최소온도요건을 만족함으로 온수 및 난방효율의 극대화를 구 현함에 본 고안의 안출된 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 고안은 충입된 물이 순환될 수 있도록 단열처리된 내 공간부를 형성하면서 전/후면으로는 태양에너지를 집열할 수 있도록 복층 유리면이 설치된 집진판과, 상기 집진판의 후면을 기준으로 배치된 채 집진판의 후면 중앙을 향해 반사각도가 설정되도록 집진판과 지지 프레임으로 연결 고정된 복수의 반사유리면을 포함하는 집진수단; 및 상기 집진수단이 태양의 위치 변화에 따라 집진판에 설치된 각 감응센서의 조도에 편차가 발생함에 따라 자동으로 상기 감응센서의 조도가 일정해지는 방향 및 위치로 집진수단의 각도가 조절될 수 있도록 지지 프레임의 후단부를 축 결합하고, 스크류 가공되어 회동기어와 맞물린 상단부가 정/역 구동되면서 승/하강되도록 감응센서의 제어신호를 인가받아 구동되는 동력발생수단과, 원형의 가이드 레일을 따라 지지 프레임 자체가 회동 할 수 있도록 각 하단부에 캐스터를 설치하며, 가이드 레일 안에 위치되도록 지지 프레임의 중앙 하단에 원형 플레이트를 설치하되, 원형 플레이트의 하단 중앙에 기어를 형성하여 역시 감응센서의 제어신호를 인가받아 구동되는 동력발생수단과 체인으로 연결된 구동수단을 그 기술적 사상의 특징으로 한다.

도 1은 본 고안 집열장치의 전체적 구성상태를 도시해 보인 사시도.

도 2는 본 고안에 있어, 집열수단의 자동각도조절을 위한 각 구동수단을 도시해 보인 것으로,

(A)는 상/하 작동되는 집열 구동수단의 작동부분을 발췌 도시한 것이며,

(B)는 좌/우 회전되는 집열 구동수단의 작동부분을 발췌 도시한 것이다.

도 3의 (A)는 도 2의 (A)에 관한 본 고안의 다른 실시예이며,

(B)는 도 2의 (B)에 관한 본 고안의 다른 실시예도이다.

도 4는 본 고안이 태양의 각도변화에 따라 동일하게 집열판의 각도가 자동조절됨을 도시해 보인 예시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 집진판 1a : 유리면

2 : 반사유리면 3 : 지지 프레임

4 : 감응센서 5 : 축

6 : 스크류 7,16 : 회동기어

8,14 : 정/역 구동모터 9 : 가이드 레일

10 : 집진수단 11 : 캐스터

12 : 원형 플레이트 13 : 기어

15 : 체인 20 : 구동수단

이하, 본 고안의 태양에너지용 집열장치를 첨부도면을 참조로 하여 보다 구체적으로 설명한다.

첨부된 도 1은 본 고안 집열장치의 사시도이며, 도 2의 (A)는 구동수단의 상/하 작동부분. 그리고 (B)는 구동수단의 좌/우 작동부분을 각각 설명한 것이다.

상기의 도면은 본 고안의 바람직한 일 실시예를 설명한 것인데, 이에 따르면 본 고안의 집열장치는 집진수단(10)과 구동수단(20)으로 구분되고, 다시 집열수단 (10)은 집진판(1)과 반사유리면(2)으로 구분되는데, 외부로 부터 순환펌프를 통해 충입되어진 물이 일정 온도로 상승될 때 까지 충입되어 있다가 별도의 온수 온도 감지센서에 의해 배출되어져 온수 혹은 난방용 파이프를 통해 연속 반복적으로 적이 공급될 수 있도록 단열처리된 내 공간부를 형성하면서 전/후 각 면으로는 태양에너지의 집광 집열도를 현저히 높일 수 있도록 복층 유리면(1a)이 설치된 집진판(1)이 일정한 사이즈로 마련되는데, 효율성의 배가를 위해 각각의 유리면 (1a)은 별도의 간격 조절구에 의해 일정 간격이 이격된 채 설치될 수 있도록 함이 요망되는 것이라 하겠으나 굳이 본 구조에 한정되지는 않는다.

이와 같은 상기 집진판(1)의 후면을 기준으로 상호 대칭구조의 반사유리면 (2)이 배치되는데, 이러한 반사유리면(2)은 집진판(1)과는 달리 판 상의 유리면으로만 구성되어 있으며, 조사되는 태양에너지를 수용하여 이를 집진판(1)의 후면 중앙을 향해 반사함으로서 집진판(1)은 전/후면에서의 집열효과를 배가시킬 수 있게되는데, 이를 위하여 집진판(1)의 후면으로는 방사형으로 지지 프레임(3)을 견고하게 연결 고정시키고, 이 지지 프레임(3)에 복수의 반사유리면(2)을 연결 고정시키게 되는데, 본 고안에서는 그 갯수에 제한받지 아니한다.

이와 같은 구성의 집진수단(10)이 구동수단(20)을 통해 일출에서 부터 일몰까지 태양의 위치 변화에 따라 적절히 그 위치가 자동으로 변하여 항상적으로 태양과는 일직선상이 유지될 수 있도록 함으로 일율적인 집광성능이 가능할 수 있도록 제일 전면에 돌출되게 형성된 집진판(1)의 각 테두리부 적정 지점에 태양빛에 의한 조도상태를 검출할 수 있도록 복수의 감응센서(4)가 마련되어 있고, 이러한 감응센서(4)에 조도편차가 발생할 경우(즉, 태양과 집열판의 각도에 편차가 발생하여 태양과 일직선상이 유지되지 않을 때)자동으로 상기 감응센서(4)의 조도가 일정해지는 방향 및 위치로 집진수단(10)의 각도가 조절될 수 있도록 하단으로 길게 연설된 지지 프레임(3)의 일 측 후단부를 축(5)으로 결합하고, 상단부의 하단을 스크류(6) 형식으로 나선 가공하여 웜 기어 형식의 회동기어(7)와 맞물리게 함으로 상단부가 정/역 구동되면서 승/하강되는데, 상기 축(5)을 기준으로 호형상태로 승/하강됨에 따른 원활함과 간섭요인을 최소화하기 위해 상기 스크류(6)가공된 상단부 역시 승/하강에 따라 전/후 이동이 가능해질 수 있도록 각별히 배려되어야 한다.

상기 회동기어(7)의 정/역 구동은 전술한 감응센서(4)의 제어신호를 인가받아 구동되는 정/역 구동모터(8)의 동력발생수단을 통해 충분히 구현될 수 있으며, 첨부된 도 3의 (A)인 다른 실시예에서와 같이 체인 형식을 통하여 스크류(6) 가공된 상단부의 균일한 승/하강 동작을 발생시킬 수 도 있다.

이와는 달리 집진수단(10)의 좌/우 회전을 가능케 하기 위해서는 하단으로 연설된 지지 프레임(3)이 설치 장소에 고정 형성된 원형의 가이드 레일(9)위에 위치되어 설치될 수 있도록 구성되어야 하며, 상기 가이드 레일(9)을 따라 지지 프레임(3) 자체가 자유로이 회동 할 수 있도록 각 하단부에는 이동 자재한 캐스터(11)를 설치하여 가이드 레일(9)과 이탈되지 않도록 한 후 이러한 가이드 레일(9) 안에 위치될 수 있도록 지지 프레임(3)의 중앙 하단에 원형 플레이트(12)를 일체로 설치하되, 이러한 원형 플레이트(12)의 하단 중앙 축부에 기어(13)를 형성하여 역시 감응센서의 제어신호를 인가받아 구동되는 또 다른 정/역 구동모터(14)의 동력발생수단과 체인(15)으로 연결하여 지지 프레임(3)내에서 발생하는 동력으로 적절한 회전 상태를 구현할 수 있게 되는데, 첨부된 도 3의 (B)인 다른 실시예에서와 같이 체인(15)을 대신하여 회동기어(16)와 맞물림 형식으로 회전 운동을 구현할 수 있을 것이며, 경우에 따라 벨트 감착식 등 자유로운 방식이 채택될 수 있을 것이다.

한편, 첨부된 도 4는 이와 같은 구성의 본 고안이 태양의 각도변화에 따라서 각도가 자동조절됨을 보인 예시도인데, 도시된 바와 같이 일출에서 부터 일몰까지 태양의 위치변화에 의한 조도편차가 전술한 감응센서(4)에 의해 첵크되어 각 정/역 구동모터(8)(14)의 동력발생수단에 전달됨으로서 집열수단(10)인 집열판(1)과 반사유리면(2)의 위치 및 방향에 자동으로 변화를 줄 수 있게 되는데, 이러한 동력발생수단의 온/오프 기능 역시 전술한 감응센서(4)의 조도 감응에 따라 자동으로 작동될 수 있게 되어 일출과 일몰에 따라 자동으로 본 고안 집열장치가 온/오프됨으로 대응 작동될 수 있게 한 것이다.

특히, 집열판(1)과 반사유리면(2)의 양 방향 집광효과는 반사손실을 최소화하고, 열 집중력을 향상시켜 순간 온도를 높여줌으로 빠른 온수처리를 가능케하는 유용성을 부여한다.

따라서, 본 고안은 매우 간단한 기구적 구성에 따라 효율적으로 태양광을 집진하여 이를 활용함으로서 고온의 온수를 보다 빠른 시간안에 생산할 수 있음과 동시에 모든 제어 동작이 감응센서에 의해 자동으로 처리되어 일일이 사용자가 각 기구적 상태나 작동 여부를 점검할 필요가 없는 등 안전성과 편리성을 갖추고 있음은 물론, 종래 1축 추적방식에서 벗어난 다축 방식을 통해 태양에너지의 손실없는 수용을 가능케하여 우수한 내구성과 신뢰성으로 급탕용 온수공급은 물론 난방용 에너지로의 활용이 가능해 지는 것이다.

한편, 본 고안은 그에 관한 최선의 실시예만을 언급하였으나 이에 한정되는 것이 아님은 물론이고 본 고안과 관련된 통상의 지식인이면 본 고안의 청구범위에 국한되는 범위내에서 자유로이 본 고안의 변형적 실시예를 생각할 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 충입된 물이 순환될 수 있도록 내 공간부를 형성하면서 전/후면으로는 태양에너지를 집열할 수 있도록 복층 유리면이 설치된 집진판과, 상기 집진판의 후면을 기준으로 배치된 채 집진판의 후면 중앙을 향해 반사각도가 설정되도록 지지 프레임으로 연결 고정된 복수의 반사유리면을 포함하는 집진수단; 및

   상기 집진수단이 태양의 위치 변화에 따른 감응센서의 조도편차에 의해 자동으로 조도가 일정해지는 방향 및 위치로 집진수단의 각도가 조절되게 집진판과 반사유리면이 동시에 승/하강되도록 감응센서의 제어신호로 구동되는 동력발생수단과, 원형의 가이드 레일을 따라 캐스터가 설치된 지지 프레임이 회동할 수 있도록 지지 프레임의 중앙 하단에 원형 플레이트를 설치하되, 원형 플레이트의 하단 중앙에 기어를 형성하여 역시 감응센서의 제어신호로 구동되는 동력발생수단과 연결되도록 구동수단이 구비됨을 특징으로 하는 집열각도가 자동으로 조절되는 태양에너지용 집열장치.