KR20030039391A - 집광형 태양열에너지 축열 집열기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집광 렌즈를 이용하여 태양열에너지를 축열하기 위하여 유화 중점제를 원형 형상을 한 부채꼴 모양의 집열기 내부를 통과 시키게 하고 집열기를 통과하면서 고온으로 축열된 상기 유화중점제를 급탕이나 난방시에 사용하도록 한 집광형 태양열에너지 축열기에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 연료비 및 설치비가 최소하도록 구성되어 있고 종래의 열손실이 많았던 부분을 개선하여 열효율을 높였을 뿐만 아니라 계절에 따라 사용이 제한 되던 것을 4계절 언제나 사용이 용이하고 간편한 구성으로 설치할 수 있도록 한 것이다.

Description

집광형 태양열에너지 축열 집열기{CONDENSER TYPE SUN-SOLAR HEAT ACCUMULAYOR}

본 발명은 집광형 태양열에너지를 이용한 축열에 관한 것으로 유화 중점제(에티그리콜, 윤활유 등)를 원형 형상을 한 부채꼴 모양의 집열기 내부를 통과 시키게 하고 집열기를 통과 하면서 고온으로 축열된 상기 유화중점제를 급탕이나 난방 시에 사용하도록 한 집광형 태양열에너지 축열 집열기에 관한 것이다.

종래 태양열 집열기는 넓은 장소와 부피가 크게 집열판을 세워야 하였고, 가정의 옥상이나 건물 외부에 설치하여 미관을 손상시키고 공간 확보에도 어려움이 많아 여러가지 문제점이 발생하였다.

또한, 지금까지 연구 개발하였던 평판형 태양열 집열 시스템은 중온(65℃)이하의 온도를 얻는데 적합하였기에 가정용 온수 급탕이나 난방에 주로 사용되어 왔지만, 중온(65℃)이상의 온도를 사용 하고자 할 경우 넓은 열손실 면적 때문에 오히려 열 효율이 떨어져 대규모의 온수 급탕이나 난방에는 이용하기가 불가능하였고 각 집열체의 구성품 가격이 고가이어서 설치하는데 어려움이 많았다.

아울러, 종래의 집열체와 열 매체가 대소간에 온수의 적정 수준에 이르까지는 상당한 시간이 필요하고 , 집열체에서 가온이 되어 저장하면서 열교환으로 축열 하는 축열탱크는 열 매체와 열 교환기뿐이며, 비 회전 방식 때문에 열 효율이 급격히 떨어져 소비자들의 큰 불편이 있었다. 그리고, 계절에 따라 사용이 불규칙하여 집열체를 이용하는 데 많은 불편이 발생되었고, 잦은 고장과 부식으로 장기적으로 사용하기가 힘들었으며, 집열 판을 여러 겹으로 설치하여 태양열 시스템을 구성하기 때문에 집열기 설치 구조물에 따라 소비자의 부담이 커졌을 뿐만 아니라 집열체의 구성 대부분이 수입에 의존하였다.

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도1은 본 발명에 의한 집열기의 사시도

도2-1은 본 발명의 집열기 측면 절개도

도2-2는 본 발명의 집열기 하측 절개도

도2-3은 본 발명의 상측 절개도

도3은 본 발명의 집열기 보호장치 전개도

도4는 본 고안의 축열탱크의 정면도

도5-1은 본 고안의 1차 축열 온수탱크 내부 상세도

도5-2는 본 고안의 2차 축열 온수탱크 내부 상세도

도5-3은 본 고안의 축열 온수탱크 내부에 설치된 브라겟트 상세도

도5-4은 본 고안의 5차 축열탱크 내부 상세도

도6은 본 발명의 집열기를 이용한 전체 계통도

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

1 ; 집광 렌즈 2 : 렌즈집

3 : 렌즈 기둥 4 : 렌즈 홈

5 : 렌즈 고정 나사 6 : 집열기

7 : 집열기 보호 장치 8 : 반사경

9 : 투명 유리 10 : 채광판

11 : 열 전달대 12 : 열 감지 센서

13 ; 집열기 캡 14 : 집열기 고정 볼트

15 : 인입 파이프 16 ; 배출 파이프

17 : 축열 중간 탱크 18 : 축열 탱크

19 : 축열 분배 탱크 20 : 물 탱크

21 : 모 터 22 : 1차 축열 온수 탱크

23 : 동 파이프 24 : 2차 축열 온수 탱크

25 : 2줄 동파이프 26 : 파이프 지지대

27 : 브라켓트 28,29 : 3,4차 축열 온수 탱크

30 : 5차 축열 온수 탱크 31 : 3줄 동파이프

32 : 일체형 파이프 지지대 33 : 온수 저장 탱크

34 : 온도계 35 : 모 터

36 : 유화 중점제 탱크 37 : 38,39,40,41 벨부

42 : 전기 예열기

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 집열기 사시도 이고, 도2-1은 본 발명의 집열기의 측면 절개도 이며, 도2-3은 본 발명의 집열기 하측 절개도이고, 도2-4은 상측 절개도를 나타낸 것이다.

이에 따르면, 본 발명의 집열기(6)의 상측 면은 원형 모양으로 하되 바람직 하게는 8각 형태로 하고,열전도 효과와 고열의 팽창 압력과 장시간 사용을 위하여 집열기(6)의 각 사이에 버팀 줄(43)을 중간 까지 설치하였고, 위에서 아래까지는 버팀줄(44)을 4줄로 하여 내렸으며, 위 상측 버팀줄(45)은 집열기(6)상측면에 대향하여 16줄로 설치하였으며, 중앙에는 각 버팀줄(43, 44)을 지지할 수 있도록 중앙 테두리 버팀줄(46)을 설치하여 고열 팽차의 힘을 고르게 분산 시키도록 하였다.

상기 집열기(6) 상부 표면 중앙에 일정한 크기와 두께를 하여 채광판(10)을 설치하여 집광 렌즈로부터 전달된 태양에너지를 집중적으로 채열할 수 있도록 하였고, 채광판(10)에 부착된 열 전달대(11)를 설치하여 집열기(6)로 유입되는 유화중점제가 신속하게 축열될 수 있도록 하였다.

집열기(6)의 상측면 하부(47)는 유화중제를 가능한 빠른 시간에 축열할 수 있는 내부 공간을 확보하기 위하여 원형 나팔꽃 형상으로 하였으며, 하측면(48)은 원형 상태로 하되 집열기 내의 유화 중점제 유출을 원활하게 하기위하여 파이프 라인 2곳을 예비하여 두었고 바닥은 나사식 캡(13)으로 밀페된 공간을 열고 닫도록 하였으며, 나사식 캡(13) 양쪽으로 돌출된 고정대(49)를 형성시켜 집열기를 고정할 때 사용하도록 하였다.

또한, 나사형 캡(13) 안쪽으로 예비된 파이프 라인을 유화 중점제가 들어올때 인입 파이프(15)는 크기를 작게하고, 고온으로 된 유화 중점제가 나오는 배출 파이프(16)는 크기를 크게 함게동시에 온도 센서(12)를 부착하여 집열기 안에서 유화중점제의 축열이 지속적으로 될 수 있도록 하였다.

상기 온도센서(12)의 설치와 이에 따른 모터(35)의 작동은 통상적인 방법이기에 본 발명에서는 설명을 생략한다.

또한, 상기 집열기(6)와 연계 구성된 채광판(10)과 열 전달대(11) 및 각 버팀줄(43,44, 45,46)은 동시에 주물로 구성하며 재료는 주로 청동과 동 및 주석응 사용하는 것이 바람직하다.

도3은 보호장치 전개도로서 집열기 보호장치(7) 상부는 투명 유리(9)를 설치하여 집광레즈(1)를 동시에 통과하는 태양열 에너지를 집열기(6)로 투과 할 수 있도록 하였고, 집열기 보로장치(7) 한쪽에 연결고리(50)를 만들어 서로 결합 시키거나 용접을 하여 결합 시키되 V자의 형태로 하여 비나 바람을 막으며, 열 손실을 최소화할 수 있도록 하고 제질은 스테인레스로 하는 것이 바람직하며, 집열기 보호장치(7)의 내부 하단 주위 반사경(8)을 부착하여 집열기(6)의 음영진 곳에도 반사되도록 하였다.

집광 렌즈(1)는 렌즈기둥(3)에 집광렌즈 집(2)을 만들어 집열하지 않을때는집광렌즈 집(2)에 보관토록 하였으며, 집광 렌즈(1)을 고정시키는 기둥 상단에는 집광렌즈(1)가 상하로 이동이 가능하도록 렌즈 홈(4)을 형성시켜 태양열 에너지의 채광을 최대한 용이하게 하고 렌즈고정나사(5)를 사용하여 집광 렌즈(1)를 렌즈 홈(4)에 고정시키도록 하였다.

도4 축열 탱크의 정면도로서 고온 유화중점제를 보관하는 축열탱크(18)로서 외부에는 보온을 위해 자갈망(51)을 설치하고 시멘트 기둥(52)사이에 찰흙을 일정하게 채워 축열탱크(18)을 지지하게 하고, 축열탱(18)의 둘레는 통상적인 보온제(53)를 사용하여 처리 하였으며, 축열 탱크 압력계기(54)와 온도 센서기(55)를 통하여 통상적인 열 관리 하도록 하였고, 축열 탱크 간에 연결이 잘되도록 파이프라인(56)을 설치하고, 축열탱크 내부의 사이에 지주(57)를 세워주어 축열탱크(18)을 지지할 수 있도록 하였고, 고온에서 발생 될 수 잇는 과열을 막기 위해 물탱크(20)와 연결된 파이프라인(58)과 가스 자동출구(59)기를 달았으며, 또한 온도 과열에 따른 축열 탱크의 팽창을 막기 위해 철제 칸막이 벽(60)을 세워 안전하게 사용할 수 있도록 하였다.

도5-1은 1차 축열 온수 탱크의 상세도로서 1차 축열 온수 탱크(22)의 내부에 용수철 모양의 동 파이프(23)를 설치하여 상기 동 파이프(23)을 통하여 축열된 유화 중점제로 1차 가열할 수 있도록 하였다.

도5-2는 2차 축열 온수 탱크의 상세도이고, 도5-3은 축열 온수탱크 내부에 설치된 브라켓트 상세도로서 2차 축열 온수 탱크(24)의 내부에 2줄 동 파이프(25)를 지지할 수 있도록 안내홈(61)이 형성된 파이프 지지대(26)를 3개소로 나뉘어 설치하고, 상기 파이프 지지대(26)을 지지하도록 2차 축열 온수탱크(24)안 벽에 용접한 브라켓트(27)와 지지대(62)를 설치하여 파이프 지지대(26)의 지지를 받는 2줄 동파이프(25)가 2차축열 온수탱크(24) 안에서 떨림이나, 굴절방지 및 잔고장을 최소화 하였으며,

또한, 3차, 4차 축열 온수 탱크(28,29)에서도 상기 2차 축열 온수탱크(24)와 동일한 방식으로 구성하여 상기 2차 축열 온수 탱크(22)에서 나타나는 작용효과가 가능 하도록 하였고,

도5-4는 5차 축열 온수탱크의 내부 상세도로서 사용자가 원하는 온도 유지를 위하여 3줄 동파이프(31)로 구성되게 하여 필요한 온도를 유지하도록 하였고, 일체형 파이프 지지대(32)로 상기 도5-3에 도시되어 있는 것과 동일한 방식으로 3줄 동파이프(31)를 지지하게 하엿다.

도6은 계통도로서 집광 렌즈(1)를 통하여 태양열에너지를 축열할 목적으로 유화 중점제(에티렌 그리콜, 윤활유)를 가열하도록 하였고, 렌즈를 사용한 후 렌즈집(2)에 보관하며, 렌즈 기둥(3)과 렌즈 초점을 위해 올리고 내리는 식(4)으로 하여서 집광렌즈를 고정시키는 나사(5)를 부착하엿다. 부채꼴 모양의 집열기(6)와 집열기 표면은 원형으로 하되 바람직하기는 8각 형태로 하 고, 열 효율을 높이기 위해 집열기 보호장치(7)와 그 안에 반사경(8)과 보호장치 상부면 을 투명 유리(9)로 덮어 열 손실을 막고, 집광렌즈로 부터 초점이되는 곳 중앙에 렌즈 초점 직사각형(10)과 연결하여 열 전달을 위한 십자형(11)을 주물과 함께 제작하여 유화 중점제를 가열 하도록 하엿고, 열 감지 센서(12)와 하단 바닥에는 집열기의 캡(13)은 밀 페하되 열고 닫도록 하였고, 양쪽으로 돌출된 곳은 보호대와 함께 안착기키때 볼트(14)로 고정시키며, 본 캡 인입, 배출파이프(15,16)를 나사식으로 고정하여 집열기를 통해 고온이된 요화중점제를 축열 중간탱크(17)와 축열탱크(18)로 축열 하도록 하였다.

또한 온수, 급탕을 사용하기 위해 축열 분배 탱크(19)와 물 탱크(20) 사이에 냉수를 보내는 모터(21)응 이용하여 1차 축열 온수탱크(22) (온수를 위한 고온 유화 중점제 탱크)속으로 동 파이프(23)를 통과시키고, 2차 축열 온수 통과 탱크(24) 안에 2줄 동 파이프(25)에 온수파이프 지지대(26)를 (온수 피이프를 양쪽에서 끼워 주도록 홈을 만듦)은 계속되는 온수의 온도를 올려주고 또 탱크안 고온 유화 중점제의 분산된 열을 모아 온수유지를 위해 부분적으로 나뉘어 결합 하였으며, 파이프를 안전하게 잡아주는 브라켓트(27)를 달아서 파이프가 흔들리거나, 굴절되는 것을 방지하였고, 1, 2차 축열 온수 탱크 통과하는 동일한 방법으로 (28, 29)탱크에도 연게 설치하고, 5차 축열 온수 통과 탱크(30)는 최종 단계로 온수 파이프를 3줄로(31)로 나누고 온수파이프 지지대를 길게 하나(32)로 부착하여서 온수 저장탱크(33)에 비축하여 사용하도록 하였다.

고온 유화중점제가 온수 급탕으로 온도계(34)를 통해 온도가 떨어진 것을 모터(35)를 이용하여 다시 유화 중점제 탱크(36)로 보내도록 되어 있고, 집열이 불, 가능 할때를 대비하여 온수, 급탕, 난방 비례하여 축열하였으나, 비 축열(축열 에너지 초과)로 집열이 불가동 될때를 대비하여 전기 예열기(42)를 30번 탱크안에 설치하였으며, 심야 전기 사용할 때는 모터에서 분배탱크(19)까지 잠금 벨부을 달아28, 29, 30번 탱크만 사용토록하였고, 22, 24, 36, 18탱크 사이에 있는 벨부를 잠그므로 유화중점제 회전을 간단하게 축소 시키여 비 축열 시에도 사용에 불편이 없도록 하여서 환경오염과 무공해로 자연 보호에도 조금도 부족함이 없는 집광형 태양열 에너지 집열기와 집열기 보호장치를 구성하여 축열 된 열 손실없이 열 효율을 극대화하여서 유화중점제를 통한 축열 난방기기를 발명 한 것이다.

본 발명은 집열기와 고온의 유화중점재를 통한 축열방식이 갭발되므로 쾌적하고 편리한 태양에너지 시대를 우리가 열어 간다는데 의미를 두고 싶다. 태양에너지는 무공해, 무한정으로 대체 에너지원으로 많은 나라들이 앞다투어 연구 개발에 힘을 기울이고 특히 중고온 분야 산업공정열, 냉방 및 발전분야에 연구를 집중하고 있어서 그 중요성은 아무리 강조하여도 지나침이 없다 하겟다. 앞으로 기후가 온난화로 되어 가는 시점에서 태양열에너지 개발은 팰수 불가결한 것으로 난방비가 전혀 들지 않으면서 그 이용은 극대화하여 주택, 아파트, 대형빌딩, 병원, 수영장, 농사, 학교, 전기등 그 이용의 가치는 무궁하며, 유한한 석유 자원과 언제 또 닥쳐올 석유파동은 예측하기 어려운 실정에, 반영구적으로 사용 가능하며 4계절용으로 아파트나 산업 현장에 적정 온도를 필요로 하는 곳에 설치한다면 난방비나 제품생산비 절감으로 경쟁력을 다시 회복 할것으로 믿는바 이다.

본 발명으로 완전 국산화는 물론 그것도 집열기와 고온 유화 중점제를 통한 축열 장치로 완전 제작생산 할 수 있어서 에너지 수입 대체효과와 수출할 수 있는 기반이며, 태양에너지 분야에 더욱 연구 개발한다면 그 가치가 크다고 하겠다.

Claims (13)

1. 태양열을 에너지원으로 하는 집광 렌즈형 태양열 집열기를 이용한 집광 렌즈 장치
2. 태양열을 에너지원으로 하는 집광 렌즈형 태양에너지 이용장치에 있어서 주물로 사용되는 태양열 집열기
3. 태양열을 에너지원으로 하는 집광 렌즈형 태양열 집열기 내부를 구성하고 있는 금속 장치
4. 태양열을 에너지우너으로 하는 집광 렌즈형 태양열 집열기를 공간(나팔꽃 모양)으로된 모든 구조물
5. 태양열을 에너지원으로 하는 집광 렌즈형 태양열 집열기를 금형에 의 하여 제작한 태양열 집열기
6. 태양열을 에너지원으로 하는 집광 렌즈형 태양열 집열기안에 물질을 이용하여 열 에너지를 구하는 태양열 집열기
7. 태양열을 에너지원으로 하는 집공 렌즈형 태양열 집열기안의 용량의 차이를 둔 집열기
8. 태양열을 에너지원으로 하는 집광 렌즈형 태양열의 집열기를 열고 닫고하는 나사형 cap의 집열기
9. 태양열을 에너지원으로 하는 집광 렌즈형 태양열 집열기 속으로 파이프를 장치하는 집열기
10. 태양열을 에너지원으로 하는 집광 렌즈형 태양열 집열기를 통해 축열과 축열 탱크
11. 태양열을 에너지원으로 하는 집광 렌즈형 집열기를 통한 축열 물질을 이용한 온수, 난방 system
12. 태양열을 에너지원으로 하는 집광렌즈형 태양열 집열기(유화물질)속으로 파이프(동, 스텐, 연, )통해 냉수를 온수, 급탕, 난방으로 사용하기 위한 축열 장치 및 파이프 지지대, 브라켓트식
13. 태양열을 에너지원으로 하는 집열기를 모양, 형태 변형으로 축열을 위한 장치