KR20100052248A

KR20100052248A - 태양열 축열장치

Info

Publication number: KR20100052248A
Application number: KR1020080111183A
Authority: KR
Inventors: 박명호
Original assignee: 박명호
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2010-05-19
Also published as: KR101018744B1

Abstract

본 발명은 태양열을 축적하여 열원으로 사용할 수 있도록 한 태양열 축열장치에 관한 것이다.

본 발명은, 태양열을 모으는 집열부(2)와, 집열된 열을 저장하는 축열조(4)로 구성된 태양열 축열장치에 있어서, 상기 집열부(2)는, 상단에 개구부를 갖는 케이스(22)와, 상기 케이스(22)에 통하며 상기 축열조(4)에 통하도록 연결된 보온관(24)과, 상기 케이스(22)의 개구부에 설치된 볼록렌즈(26)와, 상기 보온관(24) 내에 삽입되며 상단에는 상기 케이스(22)의 내측 하부에 위치되는 열전도판(27)을 갖는 일정 길이의 열전도 봉(28)을 포함하여 이루어진다.

태양열, 축열, 열교환

Description

태양열 축열장치{Solar heat accumulation apparatus}

본 발명은 태양열 축열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양열을 축적하여 열원으로 사용할 수 있도록 한 태양열 축열장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양열 에너지는 집열시켜 전기에너지 또는 열에너지원으로 사용될 수 있다.

특히 열에너지원으로 사용하여 난방용 열원으로 사용하거나 온수용 열원으로 사용할 수 있다.

따라서, 근래에는 건물의 옥상에 집열판을 설치하고, 집열된 열원으로 저수된 물을 가열함으로써 전기사용을 절감할 수 있는 태양열 온수장치가 많이 사용되고 있다.

종래 태양열을 축열하기 위한 장치의 일 예가 대한민국 등록특허 제0767279호에 개시되어 있다.

상기 선행특허를 살펴보면, 복수개의 태양열 집열파이프와, 상기 복수개의 집열파이프를 외부와 공간적으로 분리하도록 집열파이프를 감싸는 케이스와, 상기 집열파이프에서 집열된 열을 축열하는 축열조와, 상기 축열조와 연결 설치되어 축열조에 저장된 축열매체와 열교환되어 내부에 저장된 물이 가열 외부로 공급하는 온수조를 포함하는 태양열 집열시스템에 있어서, 상기 집열파이프와 축열조 내부에는 축열매체로서 유성(油性)매체가 충진되어지되, 상기 유성매체는 저점도, 불연성이며 비점이 100℃ 이상인 것을 특징으로 하는 태양열 집열시스템인 것이다.

그러나 종래 기술은 열전도효율이 낮고, 축열조의 보온능력이 낮아 열손실이 많은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 열전달효율 및 축열효율이 향상될 수 있어 태양열의 집열능력이 좋고, 축적된 열의 손실을 최소화시킬 수 있도록 한 태양열 축열장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 태양열을 모으는 집열부와, 집열된 열을 저장하는 축열조로 구성된 태양열 축열장치에 있어서, 상기 집열부는, 상단에 개구부를 갖는 케이스와, 상기 케이스에 통하며 상기 축열조에 통하도록 연결된 보온관과, 상기 케이스의 개구부에 설치된 볼록렌즈와, 상기 보온관 내에 삽입되며 상단에는 상기 케이스의 내측 하부에 위치되는 열전도판을 갖는 일정 길이의 열전도 봉을 포함하여 이루어진 태양열 축열장치에 의해 달성될 수 있다.

상기 축열조는, 보온재로 보온처리되며, 내부에 세라믹재가 충진되고, 내부 일측에는 외부로부터 물이 순환될 수 있도록 열교환 코일이 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 축열조는, 내부함체와 외부함체로 구성되며, 상기 내부함체와 외부함체는 공간부를 두고 이격 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 열전달효율 및 축열효율이 향상될 수 있어 태양열의 집열능력이 좋고, 축적된 열의 손실을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 축열장치를 나타낸 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명(A1)은, 태양열을 모으는 집열부(2)와, 집열된 열을 저장하는 축열조(4)로 구성된다.

상기 집열부(2)는, 상단에 개구부를 갖는 케이스(22)와, 상기 케이스(22)에 통하며 상기 축열조(4)에 통하도록 연결된 보온관(24)과, 상기 케이스(22)의 개구부에 설치된 볼록렌즈(26)와, 상기 보온관(24) 내에 삽입되며 상단에는 상기 케이스(22)의 내측 하부에 위치되는 열전도판(27)을 갖는 일정 길이의 열전도 봉(28)으로 구성된다.

상기 보온관(24)은 원통형의 파이프로써, 자유자재로 각도를 조절할 수 있도록 굴신이 자유로운 자바라 타입이거나 또는 연질의 금속관이 사용되며, 내주면에는 단열재(242)가 코팅되어 있으며, 상·하부가 패킹(244)으로 밀봉되며, 내부에는 보온가스가 충전된다.

상기 볼록렌즈(26)는 태양열을 모아 집중시키기 위한 것이며, 그 촛점이 맞춰진 부위에 상기 열전도판(27)이 위치된다.

상기 열전도판(27)은 집열이 용이하도록 오목하게 접시형상으로 형성된다.

상기 열전도판(27) 및 열전도 봉(28)은 열전달률이 뛰어난 동이나 알루미늄 등의 금속재가 적당하다.

상기 축열조(4)는, 상기 보온관(24)의 하단이 연결되며, 상기 열전도 봉(28)이 내측으로 인입되어 설치되는 사각형의 박스이며, 단열을 위해 보온재로 보온처리되며, 내부에 축열재(5)와 보온가스가 충진되고, 내부에는 외부로부터 물이 순환되는 열교환코일(6)이 설치된다.

상기 축열재(5)는 볼 또는 입자형상의 세라믹 또는 슬래그 재질로 형성된다.

상기 슬래그(slag)는 금속이나 광석을 제련하는 제철 과정에서 발생하는 찌꺼기로써 철광석중 철분을 포함하지 않는 분분이 녹아 용광로로 부터 나오는 고로 슬래그와 제강단계에서 전로로부터 나오는 전로 슬래그이다.

상기 슬래그 재질의 축열재는, 슬래그와 동과 점결제를 혼합한 후 볼가공기에서 고온으로 가열하여 볼 형상으로 제조된다.

즉, 통상의 볼가공기에 입자 40 내지 500 MESH 크기의 슬래그 75 내지 94.8% 를 넣고, 입자 40 내지 500 MESH 크기의 동을 5 내지 15%와, 붕사분말 0.2 내지 10% 를 넣은 후 700℃ 내지 1100℃로 가열하면서 볼로 가공하고, 상온 냉각시킨다.

상기 동입자는 용융하면서 슬래그와 슬래그를 결합시키게 되며, 볼가공기에 의해 볼을 형성하게 된다. 이때 붕사는 상기 슬래그입자와 동입자의 이물질을 제거하여 슬래그입자와 동입자의 결합을 용이하게 한다.

또한, 상기 축열재는 용융된 동입자와 결합 혼합된 슬래그를 통상의 인코트 압연에 의해 제조한 후 소정 크기의 압연 선재 형상으로 형성할 수 있으며, 통상의 볼가공기에서 볼로 형성시킬 수 있다.

상기 열교환코일(6)은 외부의 온수탱크(도시되지 않음)와 연결되고, 상기 열전도 봉(28)을 감싸도록 설치되며, 외면에 다수의 핀(62)이 형성된 것으로, 찬물이 열교환코일(6)을 통해 축열조(4)에서 열교환되어 가열될 수 있다.

또한, 축열조(4)에는 흐린날이나 장마철과 같이 일조량이 부족한 기간에는 전기로 가열할 수 있도록 전기히터(70)가 더 설치된다.

한편, 도 2는 본 발명에 적용되는 축열조의 다른 실시예를 나타낸 도면으로써, 도시된 바와 같이, 다른 실시예(A2)의 축열조(4b)는, 내부함체(44b)와 외부함체(42b)로 구성되며, 상기 내부함체(44b)와 외부함체(42b)는 소정 길이의 지지대에 의해 지지됨으로써 공간부(46b)를 두고 이격 형성된다.

따라서, 상기 공간부(46b)는 진공상태이므로 내부의 열이 외부로 전달되지 않도록 단열시키는 역할을 하게 된다.

상기 내부함체(44b)의 내부에 축열재(5)와 보온가스가 충진되고, 상기 내부함체(44b)의 내부에 외부로부터 물이 순환될 수 있도록 열교환 코일(6)이 설치된다.

또한, 열전도 봉(28)의 하단이 일측으로 절곡되어 꺽임부(281)가 형성됨으로써 축열재(5)와의 접촉면적이 증대되어 가열효율이 향상될 수 있다.

또한, 축열조(4b)에는 흐린날이나 장마철과 같이 일조량이 부족한 기간에는 전기로 가열할 수 있도록 전기히터(70)가 더 설치된다.

한편, 도 3은 본 발명에 적용되는 축열조의 또다른 실시예를 나타낸 도면으로써, 도시된 바와 같이, 또다른 실시예(A3)의 축열조(4c)는, 축열재(5)와 보온가스가 충진된 내부함체(41c)와 중간함체(42c)와 외부함체(43c)로 된 3중 구조이며, 상기 내부함체(41c)와 중간함체(42c)의 사이에는 제1공간부(45c)가 형성되고, 상기 중간함체(42c)와 외부함체(43c)의 사이에는 제2공간부(46c)가 형성된다.

상기 제1 및 제2공간부(45c,46c)도 소정 길이의 지지대에 의해 형성될 수 있다.

상기 외부함체(43c)는 내부에 우레탄폼이 충진되어 단열성능을 갖도록 한다.

상기 제1공간부(45c)는 진공상태를 유지하도록 하며, 상기 열전도 봉(28)의 하단에 평판(285)이 형성됨으로써 접촉면적이 넓어지게 되어 가열효율이 향상될 수 있다.

또한, 축열조(4c)에는 흐린날이나 장마철과 같이 일조량이 부족한 기간에는 전기로 가열할 수 있도록 전기히터(70)가 더 설치된다.

이하 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하기로 한다.

상기 보온관(24)의 각도를 조절하여 케이스(22)가 해를 향하도록 하여 적당하게 조절한다.

상기 볼록렌즈(26)를 통해 입사된 햇빛은 열전도판(27)에 집중되어 가열하게 된다.

따라서, 가열된 열은 열전도 봉(28)을 타고 전달되어 축열조(4)의 축열재(5)를 가열하게 된다.

상기 축열재(5)가 가열됨으로써 이에 접촉된 열교환코일(6)을 지나는 물을 가열하게 된다.

한편, 첨부된 도 4는 본 발명의 집열부의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 다른 실시예에 따른 집열부(2a)는, 상단에 볼록렌즈(26)가 설치된 구형 커넥터(221)와, 상기 구형 커넥터(221)가 결합되도록 반구형으로 형성된 라운드 슬라이딩 프레임(243)이 형성되어 상기 구형 커넥터(221)의 하부에 결합되는 보온관(24)과, 상기 보온관(24)의 내부에 삽입되어 상기 볼록렌즈(26)에 대응되는 열전도판(27)이 형성된 열전도 봉(28)으로 구성된 것으로, 상기 구형 커넥터(221)를 회전시켜 해를 향해 각도를 조절할 수 있도록 한 것이다.

특히, 상기 구형 커넥터(221)의 각도조절은 수동으로 이루어지거나, 센서(미 도시)에 의해 해를 자동으로 추종하는 자동각도조절수단(9)으로 구현될 수 있다.

즉, 상기 자동각도조절수단(9)은, 상기 구형 커넥터(221)의 외측에 형성된 상부판(91)과, 상기 보온관(24)의 라운드 슬라이딩 프레임(243)의 하부에 형성된 하부판(92)과, 상기 상부판(91)과 하부판(92)을 연결하며 외측에 스프링(931)이 설치된 지지핀(93)과, 상기 상부판(91)에 상단이 힌지결합되며 하부판(92)에 나사결합되며 하단에 기어(941)가 축설된 나사축(94)과, 상기 나사축(94)의 기어(941)와 치합되는 기어(952)를 갖는 모터(95)와, 상기 모터(95)의 구동을 제어하는 센서를 포함하여 구성된다.

따라서, 상기 센서가 해를 추종하기 위해 모터(95)를 시계방향으로 구동시키면, 상기 나사축(94)은 반시계방향으로 회전되고, 도면 기준으로 우측의 상부판(91)을 들어올리게 되므로 좌측의 상부판(91)은 내려가게 되고, 이에 따라 구형 커넥터(221)가 라운드 슬라이딩 프레임(243)의 내부에서 회전하여 좌측으로 기울어지게 된다.

이러한 방법으로 해를 추종할 수 있도록 각도를 조절하게 된다.

바람직하게는 상기 자동각도조절수단(9)은 다수로 설치됨으로써 보다 정밀하게 각도조절이 가능하도록 한다.

한편, 본 발명의 집열부(2,2a)에는 해를 따라 회전되도록 회전장치(7)가 더 추가된다.

첨부된 도 5는 회전장치가 설치된 본 발명의 집열부를 나타낸 도면이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 회전장치(7)는, 집열부(2,2a)에 연결된 상부 보온관(241)과, 축열조(4,4b,4c)에 연결된 하부 보온관(242)으로 분할된 보온관(24)과, 상기 상부 보온관(241)과 하부 보온관(242)의 연결부위에 설치된 베어링(244)과, 상기 상부 보온관(241)의 외주에 형성된 풀리(73)와, 상기 풀리(73)에 연결된 모터(71)로 구성된다.

즉, 보온관(24)을 분할하여 상부 보온관(241)과 하부 보온관(242)으로 나누고, 상기 상,하부 보온관(241,242)은 베어링(244)을 삽입하여 결합함으로써 상부 보온관(241)이 외력에 의해 회전될 수 있도록 한다.

상기 상부 보온관(241)의 외주에 풀리(73)를 형성하고, 상기 풀리(73)에 연결되도록 모터(71)를 설치한다.

상기 풀리(73)와 모터(71)의 연결은 통상의 치차결합방식 또는 벨트결합방식 등 공지의 기술이 적용된다.

상기 모터(71)의 회전속도는 해의 이동속도에 맞도록 설정되며, 이는 도시되지 않은 제어부의 마이크로칩에 제어프로그램을 내장하고, 이 제어프로그램에 의해 모터(71)의 회전이 제어되도록 하는 구성에 의해 구현될 수 있다.

따라서, 모터(71)가 구동되어 상부 보온관(241)을 360°회전시키게 되고, 상기한 도 4의 자동각도조절수단(9)에 의해 정확하게 해를 따라 집열부(2,2a)가 움직일 수 있고 최적의 일조량을 얻을 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 축열장치를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 적용되는 축열조의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 적용되는 축열조의 또다른 실시예를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 집열부의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

2 : 집열부 4 : 축열조

5 : 세라믹재 6 : 열교환코일

22 : 케이스 24 : 보온관

26 : 볼록렌즈 27 : 열전도판

28 : 열전도 봉 62 : 핀

Claims

태양열을 모으는 집열부(2)와, 집열된 열을 저장하는 축열조(4,4b,4c)로 구성된 태양열 축열장치에 있어서,

상기 집열부(2)는,

상단에 개구부를 갖는 케이스(22)와, 상기 케이스(22)에 통하며 상기 축열조(4,4b,4c)에 통하도록 연결된 보온관(24)과, 상기 케이스(22)의 개구부에 설치된 볼록렌즈(26)와, 상기 보온관(24) 내에 삽입되며 상단에는 상기 케이스(22)의 내측 하부에 위치되는 열전도판(27)을 갖는 일정 길이의 열전도 봉(28)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.
제 1항에 있어서,

상기 축열조(4)는, 상기 보온관(24)의 하단이 연결되고, 상기 열전도 봉(28)이 내측으로 인입되어 설치되며, 단열을 위해 보온재로 보온처리되며, 내부에 축열재(5)와 보온가스가 충진되고, 내부에는 외부로부터 물이 순환될 수 있도록 열교환 코일(6)이 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.
제 1항에 있어서,

상기 축열조(4b)는, 상기 보온관(24)의 하단이 연결되고, 상기 열전도 봉(28)이 내측으로 인입되어 설치되며, 내부함체(44b)와 외부함체(42b)로 구성되 고, 상기 내부함체(44b)와 외부함체(42b)는 공간부(46b)를 두고 이격 형성되고, 상기 내부함체(44b)의 내부에 축열재(5)와 보온가스가 충진되고, 상기 내부함체(44b)의 내부에 외부로부터 물이 순환될 수 있도록 열교환 코일(6)이 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.
제 3항에 있어서,

상기 공간부(46b)는 단열을 위해 진공상태인 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.
제 1항에 있어서,

상기 보온관(24)은 각도가 조절되도록 굴신되는 파이프로써, 내주면에는 단열재(242)가 코팅되어 있으며, 상,하부가 패킹(244)으로 밀봉되며, 내부에는 보온가스가 충전된 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 열교환코일(6)은, 상기 열전도 봉(28)을 감싸도록 설치되며, 외면에 다수의 핀(62)이 형성된 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.
제 6항에 있어서,

상기 열전도 봉(28)은 하단이 일측으로 절곡되어 꺽임부(281)가 형성되거나 평판(285)으로 형성되어 열접촉면적이 넓어지도록 한 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.
제 1항에 있어서,

상기 축열조(4c)는, 상기 보온관(24)의 하단이 연결되고, 상기 열전도 봉(28)이 내측으로 인입되어 설치되며, 축열재(5)와 보온가스가 충진된 내부함체(41c)와 중간함체(42c) 및 외부함체(43c)로 된 3중 구조이며, 상기 내부함체(41c)와 중간함체(42c)의 사이에는 진공상태의 제1공간부(45c)가 형성되고, 상기 중간함체(42c)와 외부함체(43c)의 사이에는 제2공간부(46c)가 형성된 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.
제 1항, 제 2항, 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 축열조(4,4b,4c)에는 전기로 가열할 수 있도록 전기히터(70)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.
제 1항에 있어서,

상기 열전도판(27)은 오목하게 접시형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.
제 1항, 제 2항, 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 축열재(5)는 입자형상의 세라믹 볼이거나 슬래그 재질의 볼 또는 선재인 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.
제 11항에 있어서,

상기 슬래그 재질의 축열재(5)는, 입자 40 내지 500 MESH 크기의 슬래그 75 내지 94.8%, 입자 40 내지 500 MESH 크기의 동을 5 내지 15% 및 붕사분말 0.2 내지 10%가 혼합되는 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.
태양열을 모으는 집열부(2a)와, 집열된 열을 저장하는 축열조(4,4b,4c)로 구성된 태양열 축열장치에 있어서,

상단에 볼록렌즈(26)가 설치된 구형 커넥터(221)와,

상기 구형 커넥터(221)가 결합되도록 반구형으로 형성된 라운드 슬라이딩 프레임(243)이 형성되어 상기 구형 커넥터(221)의 하부에 결합되는 보온관(24)과,

상기 보온관(24)의 내부에 삽입되어 상기 볼록렌즈(26)에 대응되는 열전도판(27)이 형성된 열전도 봉(28)으로 구성된 것으로,

상기 구형 커넥터(221)를 회전시켜 해를 향해 각도를 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.
제 13항에 있어서,

상기 케이스(22)의 각도조절은 수동으로 이루어지거나, 센서에 의해 해를 자 동으로 추종하는 자동각도조절수단(9)으로 구현되는 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.
제 14항에 있어서,

상기 자동각도조절수단(9)은,

구형 커넥터(221)의 외측에 형성된 상부판(91)과,

상기 보온관(24)의 라운드 슬라이딩 프레임(243)의 하부에 형성된 하부판(92)과,

상기 상부판(91)과 하부판(92)을 연결하며 외측에 스프링(931)이 설치된 지지핀(93)과,

상기 상부판(91)에 상단이 힌지결합되며 하부판(92)에 나사결합되며 하단에 기어(941)가 축설된 나사축(94)과,

상기 나사축(94)의 기어(941)와 치합되는 기어(952)를 갖는 모터(95)와,

상기 모터(95)의 구동을 제어하는 센서를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.
제 1항 또는 제 13항에 있어서,

상기 집열부(2,2a)는 회전될 수 있도록 회전장치(7)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.
제 16항에 있어서,

상기 회전장치(7)는,

상기 집열부(2,2a)에 연결된 상부 보온관(241)과, 축열조(4,4b,4c)에 연결된 하부 보온관(242)으로 분할된 보온관(24)과,

상기 상부 보온관(241)과 하부 보온관(242)의 연결부위에 설치된 베어링(244)과,

상기 상부 보온관(241)의 외주에 형성된 풀리(73)와,

상기 풀리(73)에 연결된 모터(71)로 구성되어,

상기 모터(71)의 구동에 의해 상부 보온관(241) 및 집열부(2,2a)가 360°회전되도록 한 것을 특징으로 하는 태양열 축열장치.