KR20110017643A - 태양열을 이용한 온수 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외체를 형성하는 케이스; 상기 케이스 내부에 설치된 온수관; 상기 온수관 외주면 일측에 맞닿아 설치되는 제 1열증폭관; 상기 제 1열증폭관과 평행하게 마주보도록 상기 온수관 외주면 타측에 맞닿아 설치되는 제 2열증폭관; 상기 제 1열증폭관의 외주면과 상기 제 2열증폭관의 외주면을 접하여 부착되는 열보관판; 상기 온수관, 상기 제 1열증폭관 및 상기 제 2열증폭관의 외주면을 감싸며 수직하게 설치되는 다수개의 열흡착판; 상기 열흡착판 위로 상기 케이스를 가로막아 하부 공간을 밀폐하도록 설치되는 제 1유리판; 상기 각각의 온수관과 서로 일대일 대응이 되도록 상기 각각의 온수관과 길이 방향으로 평행하게 상기 제 1유리판 상면에 각각 설치되는 집광체; 및 상기 집광체 위로 상기 케이스를 가로막아 하부 공간을 밀폐하도록 설치되는 제 2유리판; 을 포함하고, 상기 집광체는 횡단면이 반원형이며 종단면이 장방형인 2개의 줄렌즈가 모서리 결합되어 이루어지고, 상기 집광체에 투과되는 태양광의 초점을 상기 온수관에 맞추는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 온수 공급 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 열 효율이 월등히 향상된 태양열을 이용한 온수 공급 장치를 제공할 수 있다.

태양열, 태양광, 집열, 집광, 렌즈, 온수

Description

태양열을 이용한 온수 공급 장치{HOT WATER SUPPLY DEVICE USING SOLAR HEAT}

본 발명은 태양열을 이용한 온수 공급 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온의 온수를 얻을 수 있고, 열 효율이 월등히 향상된 태양열을 이용한 온수 공급 장치에 관한 것이다.

본 발명은 태양열을 이용한 온수 공급 장치에 관한 것이다.

에너지 자원의 고갈과 대기오염이 심각한 문제로 대두되면서 그 대책의 일환으로서 그린 에너지의 활용방안이 각광을 받기 시작했으며, 그 다양한 활용방안 중의 하나가 무한정한 무공해의 에너지원인 태양열을 이용하는 것으로 태양열 발전, 태양열 주택, 태양열 온수 공급 장치등 여러 분야에서 응용되고 있다.

기존의 태양열 온수 공급 장치는 태양의 복사 에너지를 이용하는 수단으로서 다수개의 수로관이 내부에 설치되어 있으며 각 수로관의 양측으로 급수라인과 온수라인을 설치하도록 구성된 집열판을 사용하여 왔다.

그런데, 단순한 이와 같은 종래의 태양열 집열판은 다수의 수로관에 태양의 복사에너지가 집중되어 전달되지 않아, 수로관 내에 축적되는 태양의 복사열량이 충분하지 못하게 되고, 결과적으로 온도를 충분히 상승시키지 못한 상태에서 온수라인을 통해 미온의 물을 그대로 배출시키게 되므로 만족스러운 효과를 기대할 수 없는 문제점이 있었다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 줄렌즈를 결합한 집광체를 이용하여 고온의 온수를 얻고, 면적 대비 열 효율이 월등히 향상된 태양열을 이용한 온수 공급 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 태양광의 입사 각도가 변하더라도 온수관으로 태양열을 효율적으로 전달하는 태양열을 이용한 온수 공급 장치를 제공하기 위함이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 외체를 형성하는 케이스, 상기 케이스 내부에 설치된 온수관, 상기 온수관 외주면 일측에 맞닿아 설치되는 제 1열증폭관, 상기 제 1열증폭관과 평행하게 마주보도록 상기 온수관 외주면 타측에 맞닿아 설치되는 제 2열증폭관, 상기 제 1열증폭관의 외주면과 상기 제 2열증폭관의 외주면을 접하여 부착되는 열보관판, 상기 온수관, 상기 제 1열증폭관 및 상기 제 2열증폭관의 외주면을 감싸며 수직하게 설치되는 다수개의 열흡착판, 상기 열흡착판 위로 상기 케이스를 가로막아 하부 공간을 밀폐하도록 설치되는 제 1유리판, 상기 각각의 온수관과 서로 일대일 대응이 되도록 상기 각각의 온수관과 길이 방향으로 평행하게 상기 제 1유리판 상면에 각각 설치되는 집광체 및 상기 집광체 위로 상기 케이스를 가로막아 하부 공간을 밀폐하도록 설치되는 제 2유리판 을 포함하고, 상기 집광체는 횡단면이 반원형이며 종단면 이 장방형인 2개의 줄렌즈가 모서리 결합되어 이루어지고, 상기 집광체에 투과되는 태양광의 초점을 상기 온수관에 맞추는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스는, 내부면에 반사경이 설치되고, 일측 모서리에 외부 방향으로 반사판이 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 집광체는 각도 조절 가능한 체결구를 더 포함하고, 상기 줄렌즈는 상기 체결구에 의해서 모서리 결합되는 것을 특징으로 한다.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 줄렌즈를 결합한 집광체를 이용하여 고온의 온수를 얻고, 면적 대비 열 효율이 월등히 향상된 태양열을 이용한 온수 공급 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 태양광의 입사 각도가 변하더라도 온수관으로 태양열을 효율적으로 전달하고, 그 구조가 간단하여 기존의 온수 공급 장치의 열 효율 대비 제작단가를 낮은 태양열을 이용한 온수 공급 장치를 제공 할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 태양열을 이용한 온수 공급 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 온수 장치의 내부 단면도와 부분 확대도이다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결합된 줄렌즈를 나타낸 사시도이다. 도 3는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 온수 장치의 측면 단면도를 나타낸 사시도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열을 이용한 온수 공급 장치(100)는 외체를 형성하는 케이스(370), 상기 케이스(370) 내부에 설치된 온수관(110), 상기 온수관(110) 외주면 일측에 맞닿아 설치되는 제 1열증폭관(120), 상기 제 1열증폭관(120)과 평행하게 마주보도록 상기 온수관 외주면 타측에 맞닿아 설치되는 제 2열증폭관(122), 상기 제 1열증폭관(120)의 외주면과 상기 제 2열증폭관(122)의 외주면을 접하여 부착되는 열보관판(240), 상기 온수관(110), 상기 제 1열증폭관(120) 및 상기 제 2열증폭관(122)의 외주면을 감싸며 수직하게 설치되는 다수개의 열흡착판(130), 상기 열흡착판(130) 위로 상기 케이스(370)를 가로막아 하부 공간을 밀폐하도록 설치되는 제 1유리판(330), 상기 각각의 온수관(110)과 서로 일대일 대응이 되도록 상기 각각의 온수관(110)과 길이 방향으로 평행하게 상기 제 1유리판(330) 상면에 각각 설치되는 집광체(310) 및 상기 집광체(310) 위로 상기 케이 스(370)를 가로막아 하부공간을 밀폐하도록 설치되는 제 2유리판(332)를 포함한다.

상기 케이스(370)는 태양열을 이용한 온수 공급 장치(100)의 외부를 형성하는데, 도 1, 3을 참조하면 장방형의 모양을 갖는 것이 바람직하나 다소 모양이 변형되어도 무관하고, 내부에 온수관등을 설치할 수 있도록 공간이 형성되어 있다.

그 재질은 단열효과를 형성하는 단열재를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 케이스 내부면에는 우레탄에 설치될 수 있다.

상기 온수관(110)은 상기 케이스(370) 내부에 설치되는데 집광체와 일대일 대응될 수 있도록 직선 구간을 갖도록 설치된다. 이러한 직선 구간의 개수는 온수 이용량에 따라 증감된다.

그 재질은 고온의 물을 견딜 수 있는 금속이면 되나, 열 전달율이 높은 동이 바람직하다고 그 지름은 지름이 작을수록 물의 온도가 빨리 올라가고, 지름이 크면 물의 온도가 더디게 올라가므로 온수 공급 장치의 크기, 온수 이용량등에 따라 조정될 수 있다.

이러한 온수관에는 열증폭관이 부설되는데, 상기 온수관(110)과 길이방향으로 평행하게 외주면이 서로 맞닿아 설치된다.

도 1을 참고하면, 제 1열증폭관(120)과 제 2열증폭관(122)은 온수관(110)을 기준으로 5시와 7시 방향에 붙어 있고, 그 지름은 온수관(110)보다 약간 큰 것이 바람직하고, 그 재질은 열전도도가 뛰어난 동이 바람직하다.

또한, 온수관(110) 하부에 열보관판(240)과 함께 일정 공간이 형성될 수 있도록 열증폭관이 온수관에 부착되어야 한다.

이러한 열증폭관은 태양광의 입사각이 변화하여 태양광의 초점이 온수관으로부터 떨어지더라도 열증폭관이 입사된 태양광이 갖는 열에너지를 전도, 복사등을 통해 온수관에 전달하여 열효율을 높이고, 고온의 온수를 배출할 수 있다.

상기 열보관판(240)은 온수관(110)과 열증폭관들 사이에 일정 공간이 형성되도록 제 1열증폭관(120)과 제 2열증폭관(122)에 아래에 접하도록 부착된다.

상기 열보관판(240)으로 인하여 온수관(110) 하부를 따라 일정 공간이 냉수 투입구(140)부터 온수 배출구(150)까지 형성된다.

따라서 상기 일정 공간으로 인하여 온수관, 열증폭관들에서 배출되는 열을 외부로 빠져나가는 것을 막고, 추후 케이스(370) 내부에 반사경(350)이 설치되는 경우에는 반사경(350)으로부터 반사되는 태양광을 흡수하여 온수관(110)에 전달한다.

그 재질은 역시 열전도도가 높은 동인 것이 바람직하다.

상기 열흡착판(130)은 반원형으로, 상기 온수관(110)과 제 1열증폭관(120), 제 2열증폭관(122)의 상부 외주면을 감싸며, 수직하게 설치된다. 그 재질은 동이 바람직하고, 그 두께는 1.5mm ~ 2mm 가 바람직하나, 온수 공급 장치의 크기, 온수 이용량등에 따라 변화될 수 있다.

상기 열흡착판(130)의 간격은 온수관의 지름, 열증폭관의 지름, 온수 공급 장치의 크기, 온수 이용량등에 따라 조정된다.

상기 열흡착판(130)은 입사되는 태양광을 온수관(110)으로 반사, 전도시키고, 추후 케이스(370) 내부에 반사경(350)이 설치되는 경우에는 반사경(350)으로부 터 반사되는 태양광을 반사, 전도등을 통하여 온수관(110)에 전달한다.

상기 제 1유리판(330)은 케이스 내부를 밀폐시키기 위하여 상기 열흡착판(130), 온수관(110), 열증폭관들을 덮도록 상기 케이스(370)를 가로막아 설치된다.

상기 제 1유리판(330)은 태양광이 투과되어 온수관(110)에 도달하기 위하여 투명한 유리 재질인 것이 바람직하다.

상기 집광체(310)는 도 2를 참조하면, 횡단면이 반원형이며 종단면이 장방형인 2개의 줄렌즈(320)가 모서리 결합되어 이루어진다.

상기 집광체(320)는 각각의 줄렌즈에 투과되는 태양광의 초점을 상기 온수관(110)에 맞추어 열전달율을 최대로 하기 위하여 온수관의 직선 구간에 대응되도록 제 1유리판(330) 상면에 설치된다.

따라서 온수관의 직선 구간의 개수만큼의 집광체가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 집광체(310)와 온수관(110)의 높이는 온수관에 태양광의 초점이 맞춰지도록 조정하는 것이 바람직하다.

상기 줄렌즈(320)는 종래의 볼록렌즈를 개량한 것으로서, 종래의 볼록렌즈는 온수관에 맞게 부착하면 동그란 볼록렌즈의 사이마다 일정한 간격을 둘 수 밖에 없어 열효율이 떨어지는 반면, 줄렌즈는 긴 모양으로 형성되어 태양광의 초점을 온수관에 따라 맞출 수 있다.

상기 줄렌즈(320)는 모서리 결합 및 제 1유리판(330) 상면에 설치되기 위하 여 모서리 부분이 가공되는 것이 바람직하다.

상기 제 2유리판은 집광체(310)를 덮어 그 케이스(370)의 하부공간을 밀폐시킬 수 있도록 집광체(310) 위로 설치되고, 그 아래면이 집광체와 닿는 것이 고정에 바람직하다.

이 역시 제 1유리판(330)과 마찬가지로 태양광을 투과시킬 수 있도록 투명한 유리 재질로 제작되는 것이 바람직하다.

따라서 제 1유리판(330) 및 제 2유리판(332)은 케이스를 밀폐시켜 단열 효과를 갖게 하고, 집광체(310)가 설치될 수 있도록 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열을 이용한 온수 공급 장치에 있어서, 상기 케이스(370)는 내부면에 반사경(350)이 설치되고, 일측 모서리에 외부 방향으로 반사판(340)이 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 반사경(350)은 상기 케이스의 내부면에 설치되어 제 1유리판(330)을 통과하여 온수관(110), 열증폭관등에 닿지 못하고 반사경(350)까지 도달한 태양광을 반사시켜 열보관판(240), 열흡착판(130), 제 1열증폭관(120), 제 2열증폭관(122)에 전달한다

상기 반사경(350)은 도 3을 참조하면, 케이스 위쪽 모서리에 설치되어 제 1유리판(330)쪽으로 입사되지 않고, 반사판(340)쪽으로 입사되는 태양광을 다시 제 1유리판(330)쪽으로 반사함으로써 면적 대비 태양광의 이용율을 높여 온수 공급 장치의 열 효율을 증가 시킨다.

따라서 반사경(350), 반사경(350)의 재질은 태양광을 반사할 수 있는 거울이 바람직하나, 반사효과가 있는 금속 등으로도 대체 될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열을 이용한 온수 공급 장치에 있어서, 상기 집광체(310)는 각도 조절 가능한 체결구를 더 포함하고, 상기 줄렌즈(320)는 상기 체결구에 의해서 모서리 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 체결구는 각각의 줄렌즈를 나사등으로 고정시키고, 각도가 조정 가능한 일반적인 경첩 형태를 가지는 것이 바람직하다.

태양광의 입사각이 변하여도 상기 줄렌즈(320)가 이루는 각도를 바꾸여, 집광체를 투과하는 태양광의 초점이 온수관에 맞춰지도록 조정할 수 있으므로, 열 효율이 향상된다.

또한, 본 발명의 높낮이를 조정할 수 있는 조절부(380)가 포함될 수 있다.

이는 두개의 봉을 포함하는데 도 3에 도시된 것처럼, 고정된 외부봉과 외부봉 내부로 삽입되어 상하로 움직여 높이를 조절하는 내부봉이다.

이는 태양열을 이용한 온수 공급 장치(100)의 높낮이를 조절할 수 있어 태양광의 입사각이 변화하더라도, 그에 따라 최대의 태양광을 이용할 수 있도록 한다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변 형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 온수 장치의 내부 단면도와 부분 확대도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결합된 줄렌즈를 나타낸 사시도이다.

도 3는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 온수 장치의 측면 단면도를 나타낸 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 태양열을 이용한 온수장치 110 : 온수관

120 : 제 1열증폭관 122 : 제 2열증폭관

130 : 열흡착판 140 : 냉수 투입구

150 : 온수 배출구 240 : 열보관판

310 : 집광체 320 : 줄렌즈

330 : 제 1유리판 332 : 제 2유리판

340 : 반사판 350 : 반사경

360 : 우레탄 370 : 케이스

380 : 조절부

Claims (3)

1. 외체를 형성하는 케이스;

   상기 케이스 내부에 설치된 온수관;

   상기 온수관 외주면 일측에 맞닿아 설치되는 제 1열증폭관;

   상기 제 1열증폭관과 평행하게 마주보도록 상기 온수관 외주면 타측에 맞닿아 설치되는 제 2열증폭관;

   상기 제 1열증폭관의 외주면과 상기 제 2열증폭관의 외주면을 접하여 부착되는 열보관판;

   상기 온수관, 상기 제 1열증폭관 및 상기 제 2열증폭관의 외주면을 감싸며 수직하게 설치되는 다수개의 열흡착판;

   상기 열흡착판 위로 상기 케이스를 가로막아 하부 공간을 밀폐하도록 설치되는 제 1유리판;

   상기 각각의 온수관과 서로 일대일 대응이 되도록 상기 각각의 온수관과 길이 방향으로 평행하게 상기 제 1유리판 상면에 각각 설치되는 집광체; 및

   상기 집광체 위로 상기 케이스를 가로막아 하부 공간을 밀폐하도록 설치되는 제 2유리판; 을 포함하고,

   상기 집광체는 횡단면이 반원형이며 종단면이 장방형인 2개의 줄렌즈가 모서리 결합되어 이루어지고, 상기 집광체에 투과되는 태양광의 초점을 상기 온수관에 맞추는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 온수 공급 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 케이스는,

   내부면에 반사경이 설치되고, 일측 모서리에 외부 방향으로 반사판이 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 온수 공급 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 집광체는 각도 조절 가능한 체결구를 더 포함하고,

   상기 줄렌즈는 상기 체결구에 의해서 모서리 결합되는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 온수 공급 장치.

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