KR20110114404A - 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템에 관한 것으로;
그 기술구현의 목적은, 태양열 온수/난방시스템에 적용되는 집열판의 설치구조를, 다수개의 격자형 배열구조로, 배치형성하고, 이들을, 태양 방위각 변화에 따라 가변적으로 위치가 회전, 조절되는 태양열 위치 추적식 구조로 설계되도록 하여, 태양의 일사시간을 대폭 증가되게 함으로서, 난방수 및 온수의 공급량 증대와 함께 열 흡수효율 또한 극히 상승되도록 한 태양열 추적기능을 갖는 태양열 온수/난방시스템을 제공함에 있다.
이에, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적 수단으로는;
상,하 회동분할 구조로 결합된 회동축과 고정지주를 구비하고, 그 내경부에 배관유도공을 더 구비시킨 기둥 본체;
상기 회동축에 구동력을 전달하기 위한 동력전달장치;
상기 회동축 상단면에 경사구조로 결합, 형성되는 설치프레임;
상기 설치프레임 상부면에 다수개의 격자형 배치구조로 결합되는 집열판;
그리고, 상기 집열판의 온수 순환을 유도하는 공급배관과, 순환배관을 구비되게 하여, 달성된다.

Description

태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템{Solar heating system}

본 발명은 태양열을 이용한 온수/난방시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 태양열을 에너지원으로 하는, 일련의 온수/난방시스템에, 태양의 입사각 변화에 대응하는, 일종의 태양열 추적기능을 부여되도록 하여, 일사시간을 증대되도록 한 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방시스템에 관한 것이다.

일반적으로 널리 사용되고 있는 화석연료, 예컨데, 석탄, 석유, 가스에너지 등은, 고도의 성장 가도를 달리는 오늘날의 산업사회와, 그에 따른 인구증가율을 고려할 때, 그 매장량이 극히 제한적인 것으로, 이에 무분별한 사용관계가 지속 될 경우, 근시일 내에 자원고갈이라는 심각한 위기에 직면하게 될 상황이며, 특히, 이러한, 화석연료는 연소시 다량의 이산화탄소를 필연적으로 발생 되게 하는 것으로, 이에, 지구 온난화를 가속화되게 하는 등, 심각한 환경오염 문제로 또한 부각 되고 있음이 오늘날의 현실임을 알 수 있다.

따라서, 이와 같은, 화석연료 사용의 문제점을 해결하기 위하여, 세계 각국은 자연 친화적인 대체 에너지원 개발에 많은 연구와 노력을 기울이고 있으며, 국내에서도 또한 산업자원부와 과학기술부 주도로 새로운 대체 에너지원의 개발과 교육에 힘쓰고 있는 실정이다.

이에, 근래에는 화석연료를 대체할 수 있는 자연친화적인 에너지원, 예컨데, 태양, 바이오 매스, 지열, 조력, 파력, 풍력 등을 이용한 에너지원이 이미 상용화 단계에 이르고 있는 실정이며, 특히, 여기서, 태양에너지는 고갈의 위험성이 없는 무한 자원, 즉, 자연 에너지의 근원을 이루는 것으로, 이는 오늘날 태양열 발전기, 태양열 집열장치, 태양열 온수/난방시스템 등, 산업 전반에 걸쳐 다양한 대체 에너지원으로 응용, 발전 되고 있음을 알 수 있다.

한편, 전술한 태양 에너지를 이용한 다양한 장치에 있어, 특히 태양열 온수/난방시스템은, 태양의 복사열을 평면구조의 집열판에 집열시키고, 그 집열된 태양열에 의해 순환하는 열교환 매체, 예컨데, 순환수의 온도를 상승 되게 함으로서, 온수공급 및 실내 난방 기능을 부여하게 되는 것이다.

하지만, 일반적으로 널리 이용되고 있는 종래의 태양열 온수/난방시스템은, 태양 복사열을 집열되게 하는 집열판의 구조가, 단순한 평면구조로서, 그 평면구조의 집열판을 태양의 방위각(입사각)에 대응하는 경사각, 예컨데, 45°범위의 경사면구조로, 고정 설치되게 한 구성에 불과한 것이었던바;

따라서, 이러한 종래의 태양열 온수/난방시스템은 각도 내지 방향 변화가 전혀 이루어지지 못하는 단순한, 일방향 고정식 설치구조로 인해, 시간 경과에 따른 태양 방위각의 변화, 예컨데, 해가 뜨는 일출 시간으로 부터, 해가 지는 일몰 일몰시간에 이르기까지, 그 태양의 방향변화에 온전히 대응하지 못한체, 고정된 설치 범위로서, 일사시간을 단축되게 하는 문제점을 주는 것이었으며, 이러한, 일사시간 단축에 따라 집열기능 또한 극히 저하되게 하여, 효율적인 난방기능을 기대할 수 없는 문제점을 상존되게 하는 것이었다.

따라서, 본 발명은, 종래 태양열 온수/난방시스템의 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로;

본 발명의 목적은 태양열 온수/난방시스템에 적용되는 집열판의 설치구조를, 다수개의 격자형 배열구조로, 배치형성하고, 이들을, 태양 방위각 변화에 따라 가변적으로 위치가 회전, 조절되는 태양열 위치 추적식 구조로 설계되도록 하여, 태양의 일사시간을 대폭 증가되게 함으로서, 난방수 및 온수의 공급량 증대와 함께 열 흡수효율 또한 극히 상승되도록 한 태양열 추적기능을 갖는 태양열 온수/난방시스템을 제공함에 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 목적은, 태양열 온수/난방시스템에 있어, 순환수의 유입과 배출관계를 단속하는 일련의 배관구조를, 집열판의 회전,작동관계에 간섭됨 없이, 자연스럽게 회피, 유도되게 하여, 보다 용이하고, 원활한 작동관계를 갖도록 한 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방시스템을 제공함에 있다.

이에, 상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방시스템의 구체적 수단으로는;

상,하 회동분할 구조로 결합된 회동축과 고정지주를 구비하고, 그 내경부에 배관유도공을 더 구비시킨 기둥 본체;

상기 회동축에 구동력을 전달하기 위한 동력전달장치;

상기 회동축 상단면에 경사구조로 결합, 형성되는 설치프레임;

상기 설치프레임 상부면에 다수개의 격자형 배치구조로 결합되는 집열판;

그리고, 상기 집열판의 온수 순환을 유도하는 공급배관과, 순환배관을 구비되게 하여, 달성된다.

따라서, 본 발명에 따른 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템은, 태양의 방위각 변화에 따라, 집열판의 위치 또한 가변적으로 회전, 조절되는, 태양열 위치 추적식 구조로 형성한 것으로, 이에, 이러한, 위치추적식 구조에 따라 태양의 일사시간을 대폭 연장되게 하여, 집열판의 열 흡수효율을 극히 증대되도록 한 것이며, 또한, 이와 같은, 열 흡수효율의 증대로서, 온수 내지 난방수의 공급을 보다 풍부하고 원활하게 이루어지도록 하여, 일련의 사용효율 또한 상승 되게 하는 효과를 제공한다.

특히, 또 다르게, 본 발명에 따른 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템은, 순환수(온수)의 유입과 배출관계를 단속하는 일련의 배관구조, 예컨데, 공급배관과, 배출배관을, 기둥본체의 배관유도공으로 유도 설치하여, 집열판의 회전,작용시 배관에 의한 간섭 내지 걸림 현상 없이 원활한 회전 작동관계를 갖도록 한 것으로, 이는 매우 유용한 기대효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템의 부분 분해 사시도
도 2는 본 발명에 따른 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템의 측단면 설치상태도
도 3은 본 발명에 적용되는 동력전달장치의 요부확대 사시도
도 4는 본 발명에 따른 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템의 요부 확대 단면도
도 5는 본 발명에 따른 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템의 평면 구성도
도 6은 본 발명에 따른 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템의 이실시예도
도 7은 본 발명에 따른 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템의 삼실시예도

이하, 본 발명에 따른 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템의 바람직한 실시예 구성을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

이에, 전술한, 도면을 참고로 하여, 본 발명의 개략적인 구성을 살펴보면, 이는, 회동축(1)과 고정지주(2)와, 배관유도공(3)으로 이루어진 기둥본체(100)를 기초로 하여, 여기에, 동력전달장치(4)와, 설치프레임(5), 그리고, 집열판(6)을 더 조합, 형성되게 하여 구성된다.

여기서, 먼저, 상기 기둥본체(100)를 이루는 회동축(1)은, 후술하는 동력전달장치(4)로부터 구동력을 전달받아, 정,역 방향으로 선택적 회전작용되도록 한 구성인바, 이에, 이러한, 회동축(1)은, 소정의 길이를 갖는 원통형상으로서, 도 2의 A부분 확대도로 도시된 바와 같이, 그 상부 외경 일측면에 후술하는 배관유도공(3)과 관통 연결되는 배관유도창(11)을 형성하고, 하부 외경 둘레에, 도 3으로 도시된 바와 같이, 종동기어(12)를 더 형성되게 함이 바람직하다.

또한, 상기 기둥본체(100)를 이루는 고정지주(2)는, 지면에 매설, 설치되는 일종의 기초설치 구조물로서, 이와 같은, 고정지주(2)를 본 발명에 적용함에 있어서는, 도 2로 도시된 바와 같이, 소정의 길이를 갖는 원통형 구조로 하여, 그 상단면 외경부에 회동유도구(211), 예컨데, 베어링이 장착된 축결합구(21)를 형성하고, 고정지주(2) 하단면에 매설설치빔(22)을 더 형성되게 함이 바람직하다.

또한, 상기 기둥본체(100)를 이루는 배관유도공(2)은, 후술하는, 공급배관(63)과, 배출배관(65)을 기둥본체(100) 내부로 유도, 설치되게 하는 수단으로서, 이러한, 배관유도공(2)은, 전술한 회동축(1)과, 고정지주(2)의 내측면을 수직 관통구조로 연결하는 구조, 예컨데, 도 2로 도시된 바와 같은, 수직 공간구성으로 형성되게 함이 바람직하다.

또한, 상기 동력전달장치(4)는, 전술한 회동축(1)에 회전구동력을 전달되게 하는 수단으로서, 이와 같은, 동력전달장치(4)는, 도 2 또는 도 3으로 도시된 바와 같이, 구동모터(41)와, 구동기어(42), 그리고, 상기 구동모터(41)의 작동관계를 제어하는 수단, 예컨데, 회로제어기판(도시생략)이 내설된, 케이스 구조의 구동제어부(43)를 더 구비되게 함이 바람직하다.(도면 미설명 부호 S는 동력전달축)

이때, 동력전달장치(4)에 있어, 구동제어부(43)는, 도 3으로 도시된 바와 같은, 일련의 조작신호 제어구조로서, 구동모터(41)의 작동관계를 단속하는 온/오프 제어스위치(431)와, 상기 작동되는 구동모터(41)의 회전속도와 작동시간을 설정하는 구동설정 타이머(432), 그리고, 상기 작동되는 구동모터(41)의 회전방향을 설정하는 방향전환 스위치(433)를 더 구비하게 된다.

또한, 상기 설치프레임(5)은, 후술하는 집열판(6)을 안착, 설치되게 하는 구성으로서, 이와 같은, 설치프레임(5)은 도 1로 도시된 바와 같이, 통상의 창문틀 구조와 같은, 직사각체의 격자형 프레임 구조로 하여, 그 내측 중앙부에 고정설치판(51)을 형성하고, 재차, 설치프레임(5)의 하부 내측 사방면에 도 2로 도시된 바와 같이, 아치형 구조를 이루는 다수개, 예컨데 2개 이상, 4개 이하의 수량으로 이루어진 보조지지대(52)를 더 구비되게 함이 바람직하다.

끝으로, 상기 집열판(6)은, 태양열을 집열하여, 온수를 생성되게 하는 통상의 구성으로서, 이와 같은, 집열판(6)은, 도 1 또는 도 5로 도시된 바와 같이, 직사각 케이스 구조를 취하는 온수탱크(61) 하부면에 다수개의 집열 진공관(62)을 규칙적이고 반복적인 배열구조로, 배치 형성하게 된다.

이때, 이러한 통상의 집열판(6)을 본 발명에 적용함에 있어서는, 그 집열판(6)의 구성을 4개 이상 다수개로 구비되게 하고, 이와 같이, 구비된 집열판(6)을, 도 5로 도시된 바와 같은, 일련의 배관연결, 예컨데, 외부로 부터 순환수가 공급되는 공급배관(63)과, 그 공급된 순환수를 다수개로 구비된 각 집열판(6)의 온수탱크(61)로 경유되게 하여 온도가 상승 될 수 있도록 흐름 유도하는 순환배관(64), 그리고, 상기 온도가 상승된 순환수(온수)를, 실내로 공급되게 하는 배출배관(65)에 의해 상호 배관연결되게 함이 바람직하다.

따라서, 상기와 같은, 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템을 상호 결합함에 있어서는;

먼저, 고정지주(2)의 축결합구(21)에, 회동유도구(베어링)(211)에 의한 상,하 회전 분할구조로서, 회동축(1)을 연결시켜, 원형 직립구조의 기둥본체(100)를 형성한다.

이때, 상기와 같이, 기둥본체(100)가 형성될 경우, 그 기둥본체(100)의 내경, 예컨데, 고정지주(2)와 회동축(1)의 내측면으로는, 수직 통공구조의 배관유도공(3)이 구비된다.

이어, 이와 같은, 상태하에, 회동축(1)의 하부 외경 둘레로 형성된, 종동기어(12) 일측면에, 도 1 내지 도 3으로 도시된 바와 같이, 동력전달장치(4)를 치합, 연결시키고, 연속하여, 회동축(1) 상단면에 아치형 보조지지대(52)에 의한 경사구조로서, 설치프레임(5)을 일체로 결합 형성시키며, 재차, 이러한, 설치프레임(5) 상부면에 도 1 또는 도 5로 도시된 바와 같이, 공급배관(63)과, 순환배관(64), 그리고, 배출배관(65)에 의해 연결된 다수개의 집열판(6)을 격자형 배열구조로 배치되게 함으로서, 본 발명에 따른 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템을 구현한다.

이때, 상기 공급배관(63)과, 배출배관(65)은, 도 2로 도시된 바와 같이, 배관유도창(11)을 통해 배관유도공(3) 내로 유입 연결되는 것이며, 이와 같이, 연결되는 공급배관(63)과, 배출배관(65)은, 별도 마련된 신축성을 갖는 연질의 보조연결배관, 예컨데, 도 로 도시된 바와 같은, 제1 유동연결관(P)과, 제2 유동연결관(P)에 의해 지면에 매설된 급수파이프(7)와, 온수파이프(8)에 각각 휨 변형 및 비틀림 변형이 가능 한 배관 구조로, 더 연결되는 것이다.

이에, 전술한 바와 같은, 일련의 결합관계로 이루어진 본 발명에 따른 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템은, 일반 가정 내지 각종 산업시설 등에, 설치된 상태하에, 생활 온수를 공급하는 기능을 행하게 되는 것으로, 그러한 일련의 작동관계 및 그에 따른 상호 작용관계를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 온수/난방 시스템에 있어, 구동제어부(43)에 마련된 구동설정 타이머(432)를 기상청 등에서 제공하는 일출시간으로부터 일몰시간, 예컨데, 해가 떠서 지는데 까지의 소요시간 정보를 토대로, 작동개시 시간과, 그 시간 경과에 따른 구동모터(41)의 회전속도를 설정한 후, 온/오프 제어스위치(431)를 온 시키게 되면, 동력전달장치(4)로 구비된 구동기어(41)는, 그 발생되는 동력을 종동기어(12)와의 치합 관계에 따라 회동축(1)으로 전달하게 된다.

따라서, 이와 같이, 회전되는 회동축(1)은, 회동축(1) 상단면으로 결합 배치된, 집열판(6)을 설정된 시간과, 속도, 예컨데, 태양 입사각 변화를 추적하는 작동관계로서, 좌,우 180도 범위로 회전작동되게 하여, 태양 집열시간(일사시간)을 증대되게 하고, 그에 따라, 온수공급 효율을 향상시키는 기능을 행하게 되는 것이다.

이때, 상기와 같이, 회동축(1)에 의해 집열판(6)이 회전작동됨에 있어, 온수의 흐름을 유도하는 공급배관(63)과, 배출배관(65)은, 기둥본체(100)의 축 중심부, 예컨데, 배관유도공(3) 내로 유입 연결됨과 동시에, 그 연결되는 공급배관(63)과, 배출배관(65)이, 재차, 제1 유동연결관(P) 및 제2 유동연결관(P')에 의해 지면에 매설된 급수파이프(7) 및 온수파이프(9)와 유동성 있는 연결 관계를 갖게 됨으로, 이에, 집열판(6) 회전시, 제1 유동연결관(P) 및 제2 유동연결관(P')에 의한 탄력적 비틀림 작용에 따라, 불필요한 간섭 내지 걸림 현상 없이 집열판(6)의 원할한 회전작동관계를 갖게 하는 것이다.

또 다르게, 전술한 바와 같은, 본 발명은, 여름철과 같이, 난방 내지 온수의 사용량이 상대적으로 많지 않은 경우에 있어서는, 방향전환 스위치(433) 조작에 의해 동력전달장치(4)에 마련된 구동모터(41)의 회전방향을, 역방향 회동기능, 예컨데, 태양의 입사각 변화 방향과 반대방향으로 설정하여, 집열 효과를 감소시키는 기능 또한 병행하게 되게 함으로서, 그 일련의 사용관계를 갖게 되는 것이다.

한편, 도 6은 본 발명에 따른 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템의 이실시예로서, 이러한, 이실시예로서의 본 발명은, 전술한 일실시예의 설치프레임(5)에 있어, 고정설치판(51) 상부면 중앙에, 태양광의 입사각을 감지하여, 추적하는 태양입사각 감지센서(53)를 더 장착 구비되게 함이 바람직하다.

따라서, 이러한 이실시예로서의 본 발명은, 전술한 일실시예와 같은 작동설정관계, 예컨데, 구동설정 타이머(432)에 의한 작동시간 및 회전속도 등의 설정관계를 배제시킨 형태로서, 단지, 일출에 따른 태양광 감지기능과, 시간 경과에 따른 태양의 입사각 변화를, 상기 태양입사각 감지센서(53)에 의해 자동 감지되게 하여, 그 감지된 신호에 의해 구동모터(41)를 작동시키고, 그에 따라, 태양광을 추적하는 구조로, 집열판을 회전작동 되게 할 수 있는 것이다.

또한, 도 7은 본 발명에 따른 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템의 삼실시예로서, 이와 같은, 삼실시예로서의, 본 발명은, 전술한 일실시예로서의 동력전달장치(4)에 있어, 구동모터(41)의 동력전달축(S) 단부에, 구동기어의 회전작동 관계를 수동으로 강제, 제어되게 하는, 수동조작핸들(44)을 더 구비되게 하여, 사용자의 필요에 따라, 집열판(6)의 회전각도 내지 위치를 임의적으로 조절하게 할 수 있는 것으로, 이 또한 본 발명의 범주에서 벗어나는 것은 아니다.

1 : 회종축 2 : 고정지주 3 : 배관유도공
4 : 동력전달장치 5 : 설치프레임 6 : 집열판
11 : 배관유도창 12 : 종동기어 21 : 축결합구
41 : 구동모터 42 : 구동기어 43 : 구동제어부
44 : 수동조작핸들 51 : 고정설치판 52 : 보조지지대
53 : 태양입사각 감지센서 100 : 기둥본체

Claims (5)

1. 회동축(1)과 고정지주(2)를 회동유도구(211)에 의해 상,하 분할,연결구조로 결합시키고, 그 결합된 회동축(1)과 고정지주(2) 내경부에 배관유도공(3)을 더 구비시킨 기둥 본체(100)를 형성하되;
   상기 회동축(1)은, 그 상,하부면에 배관유도공(3)과 관통연결되는 배관유도창(11)과, 회전구동력을 전달받기 위한 종동기어(12)를 더 형성하고;
   상기 종동기어(12) 일측면에, 구동모터(41)와, 구동기어(42), 그리고, 구동제어부(43)를 구비한 동력전달장치(4)를 치합,연결시키며;
   상기 회동축(1) 상단면에 아치형 보조지지대(52)에 의한 경사구조로서, 설치프레임(5)을 일체로 결합 형성시키고;
   상기 설치프레임(5) 상부면에 공급배관(63)과, 순환배관(64), 그리고, 배출배관(65)에 의해 연결된 다수개의 집열판(6)을 격자형 배열구조로 배치시키며;
   상기 공급배관(63)과, 배출배관(65)을 배관유도창(11)을 통해 배관유도공(3) 내로 유입되게 하여, 상기 공급배관(63)은 지면에 매설된 급수파이프(7)와, 그리고, 상기 배출배관(65)은 지면에 매설된 온수파이프(8)에 각각 배관 연결되게 함을 특징으로 하는 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서;
   상기 동력전달장치(4)는, 구동모터(41)의 동력전달축(S) 단부에, 구동기어(42)를 수동제어 하는, 수동조작핸들(44)을 더 구비함을 특징으로 하는 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템.
   
3. 제 1항에 있어서;
   상기 동력전달장치(4)로 구비된 구동제어부(43)는, 온/오프 제어스위치(431)가 구비되는 것을 포함하며, 여기에, 구동 설정타이머(432)와, 방향전환 스위치(433)가 더 구비됨을 특징으로 하는 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템.
4. 제 1항에 있어서;
   상기 공급배관(63)은, 급수파이프(7)와 배관 연결되는 부위에 제1 유동연결관(P)이 더 연결 설치되고;
   상기 배출배관(65)은, 온수파이프(8)와 배관 연결되는 부위에 제2 유동연결관(P')이 더 연결 설치됨을 특징으로 하는 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템.
   
5. 제 1항에 있어서;
   상기 설치프레임(5)은, 그 내측 중앙부에 고정설치판(51)이 형성되고, 상기 고정설치판(51) 상부면 중앙에, 태양입사각 감지센서(53)가, 더 장착 구비됨을 특징으로 하는 태양열 추적기능을 갖는 온수/난방 시스템.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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