KR20130076326A - 태양광 발전설비의 효율향상설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각수와 공기에 의한 이상 유동을 발생하여서 유체의 충돌 제트를 분사함으로써 냉각 및 세정 효과를 개선하면서 냉각수의 사용량을 절감하도록 개선한 태양광 발전설비의 효율향상설비를 개시하며, 상기 태양광 발전설비의 효율향상설비는, 태양광을 집광하여 전기를 발생시키는 태양광 모듈을 포함하여 구성되는 태양광 발전설비에 냉각수를 분사하여 효율을 유지 또는 향상시키는 태양광 발전설비의 효율향상설비에 있어서, 냉각수를 저장 및 공급하는 냉각수 공급 수단; 및 상기 냉각수 공급 수단으로부터 공급된 상기 냉각수를 상기 태양광 모듈로 분사하는 냉각수 분사 수단;을 포함하며, 상기 냉각수 분사수단은, 상기 냉각수 공급 수단으로부터 공급되는 상기 냉각수의 흐름에 의해서 좌우 왕복 회전하는 회전체; 및 상기 회전체를 통하여 공급되는 상기 냉각수와 상기 냉각수의 흐름에 대응하여 내부로 유입되는 공기에 의한 이상 유동을 발생하여 상기 냉각수와 상기 공기가 혼합된 펄스를 갖는 유체를 충돌 제트로 분사하는 분사체;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

태양광 발전설비의 효율향상설비{EFFICIENCY ENHANCEMENT EQUIPMENT FOR SOLAR PHOTOVOLTAIC POWER FACILITIES}

본 발명은 태양광 발전설비의 효율향상설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각수와 공기에 의한 이상 유동을 발생하여서 유체의 충돌 제트를 분사함으로써 냉각 및 세정 효과를 개선하면서 냉각수의 사용량을 절감하도록 개선한 태양광 발전설비의 효율향상설비에 관한 것이다.

일반적으로 태양에너지를 이용하는 방법은 크게 태양열을 이용하는 방법과 태양광을 이용하는 방법으로 구분된다. 태양열을 이용하는 방법은 태양에 의해 데워진 물 등을 이용하여 난방 및 발전을 하는 방법이며, 태양광을 이용하는 방법은 태양의 빛을 이용하여 전기를 발생시킴으로써 이 전기로 각종 기계 및 기구를 작동시킬 수 있도록 하는 방법으로 태양광 발전이라고 한다.

상술한 방법 중 태양광 발전은 실리콘 결정 위에 n형 도핑을 하여 p-n접합을 한 태양광 전지판에 태양광을 조사하면 광 에너지에 의해 전자-정공에 의한 기전력이 발생하게 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 전기를 발생시킨다.

이를 위하여 태양광을 집광하기 위한 태양전지(solar cell), 태양전지의 집합체인 태양광 모듈(photovoltaic module) 및 태양전지를 일정하게 배열한 태양광 어레이(solar array) 등이 요구된다.

일례로, 외부에서 빛이 태양광 모듈에 입사되면 p형 반도체의 전도대(conduction band)의 전자(electron)가 입사된 광에너지에 의해 가전자대(valance band)로 여기되고, 이렇기 여기된 전자는 p형 반도체 내부에 한 개의 전자-정공쌍(electron hole pair; EHP)을 형성하게 되며, 이렇게 발생된 전자-정공쌍 중 전자는 p-n 접합 사이에 존재하는 전기장(electron field)에 의해 n형 반도체로 넘어가게 되어 외부에 전류를 공급하게 된다.

태양광은 화석원료 등의 기존 에너지원과는 달리 지구 온난화를 유발하는 온실가스 배출, 소음, 환경파괴 등의 위험성이 없는 청정 에너지원이며 고갈의 염려도 없다. 또한 여타 풍력이나 해수력과 달리 태양광 발전설비는 설치가 자유롭고 유지비용이 저렴하다는 장점을 갖는다.

하지만, 가장 널리 사용되고 있는 실리콘 태양전지의 경우 태양광 모듈의 온도가 올라갈 경우 1℃ 당 0.5%의 출력 감소가 발생한다. 이러한 특성에 따라 태양광 발전의 출력은 태양이 가장 긴 여름이 아닌 봄과 가을에 최고치를 기록한다. 이러한 온도 상승은 태양광 발전의 발전 효율을 저하시키는 주요 원인이 되고 있다.

또한, 이러한 태양광 모듈은 태양 전지판에 황사, 악천후 등의 기상현상 등에 의해 오물이 쉽게 쌓일 수 있다는 단점을 갖는다. 태양광 모듈에 오물이 쌓일 경우 태양광 모듈은 광흡수율이 현저히 떨어지므로 따라서 발전효율 또한 저하될 수 있다.

또한, 겨울철에 비나 눈 등이 태양 전지판에 내릴 경우 발전효율의 저하가 발생할 수 있다.

이러한 오물, 눈, 비로 인한 발전효율의 저하의 방지를 위해 태양광 발전설비의 효율향상설비(유지설비)가 사용된다.

태양광 발전설비의 효율향상설비는 태양광 모듈의 온도를 식혀주는 냉각 작용과 태양 전지판에 쌓인 오물, 눈, 비 등을 세척, 제설 등을 함으로써 태양광 모듈이 일정한 출력의 발전을 수행할 수 있도록 태양광 발전설비를 유지관리하는 기능을 한다.

만약, 태양광 발전설비의 효율향상설비의 태양광 모듈에 대한 냉각 작용이 원활하지 않거나 태양 전지판의 세정 작용이 원할하지 않으면 태양광 모듈의 출력이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 태양광 발전설비의 효율향상설비는 태양광 모듈의 냉각 및 세척을 위하여 막대한 양의 물(기능상 냉각수, 세척수, 제설수 등으로 표현될 수 있으나, 이하 통칭하여 냉각수라 함)을 사용하게 된다. 입지에 따라 지하수, 수돗물, 강물 등을 냉각수로 사용하게 되는데, 충분한 냉각수의 공급이 어려운 지역이 많고, 냉각수의 공급 및 분사를 위해 사용되는 전기 또한 전체적으로 태양광 발전설비의 효율을 감소시키는 요인이 된다.

따라서, 냉각수의 사용을 줄이면서 효율적인 냉각 및 세정 작용이 가능한 태양광 발전설비의 효율향상설비의 제안이 요구되고 있다.

또한, 태양광 발전설비의 효율향상설비는 냉각수를 사용하여 냉각 및 세정을 수행함에 있어서 각 부품들에 대한 신뢰성이 보장되어야 한다. 만약, 냉각수를 냉각 및 세정을 위하여 분사하는 메카니즘에서 각 부품들의 손상을 유발하는 작용이 발생한다면 부품들의 신뢰성 뿐만 아니라 설비 자체의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 냉각수와 외부 공기의 공급에 의한 이상 유동(Two phase flow)을 발생하여서 펄스를 갖는 충돌 제트를 태양광 모듈로 분사하여서 이상 유동에 의해 태양광 모듈의 냉각 및 세척 성능을 향상하고 냉각수 사용량을 절감하는 태양광 발전설비의 효율향상설비를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 냉각수 분사수단이 별도의 전기 동력없이 냉각수의 흐름을 이용한 기계적 메카니즘에 의해 왕복 회전할 수 있는 태양광 발전설비의 효율향상설비를 제공함을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 냉각수 분사수단의 노즐 유니트에서 이상 유동을 발생함으로써 전단의 부품들이 이상 유동에 따른 영향을 받는 것을 최소화할 수 있는 태양광 발전설비의 효율향상설비를 제공함을 또다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 발전설비의 효율향상설비는, 태양광을 집광하여 전기를 발생시키는 태양광 모듈을 포함하여 구성되는 태양광 발전설비에 냉각수를 분사하여 효율을 유지 또는 향상시키는 태양광 발전설비의 효율향상설비에 있어서, 냉각수를 저장 및 공급하는 냉각수 공급 수단; 및 상기 냉각수 공급 수단으로부터 공급된 상기 냉각수를 상기 태양광 모듈로 분사하는 냉각수 분사 수단;을 포함하며, 상기 냉각수 분사수단은, 상기 냉각수 공급 수단으로부터 공급되는 상기 냉각수의 흐름에 의해서 좌우 왕복 회전하는 회전체; 및 상기 회전체를 통하여 공급되는 상기 냉각수와 상기 냉각수의 흐름에 대응하여 내부로 유입되는 공기에 의한 이상 유동을 발생하여 상기 냉각수와 상기 공기가 혼합된 펄스를 갖는 유체를 충돌 제트로 분사하는 분사체;를 포함함을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 회전체는, 외부로부터 상기 냉각수가 유입되어 배출되도록 양측에 인입구 및 배출구가 형성된 하우징; 상기 하우징 내부에 장착되어 상기 인입구를 통해 유입된 상기 냉각수가 통과하며 서로 반대의 유동 방향 성분이 형성되도록 서로 다른 방향의 유로를 갖는 제 1 및 제 2 유동홀이 관통 형성되는 분리 격판; 상기 하우징 내부에 회전 가능하게 장착되어 상기 냉각수가 상기 제 1 유동홀 또는 제 2 유동홀을 통과함에 따라 형성된 서로 다른 방향의 냉각수 유동력에 의해 양방향으로 왕복 회전하는 회전 수차; 상기 회전 수차의 왕복 회전에 연동하여 양방향으로 왕복 회전하며 상기 제 1 및 제 2 유동홀을 교대로 개폐하는 회전 개폐 유닛; 및 상기 회전 수차와 상기 회전 개폐 유닛을 연동시키는 링크 유닛;을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 분리 격판은 평판형으로 상기 하우징 내부에 횡방향으로 고정 장착되고, 상기 제 1 및 제 2 유동홀은 상기 분리 격판의 두께 방향에 대해 경사지게 형성되는 직선 유로를 갖도록 각각 적어도 하나 이상씩 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 유동홀의 경사 방향은 상기 분리 격판의 두께 방향에 대해 서로 대칭되게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 회전 개폐 유닛은, 상기 링크 유닛과 연결 결합되어 회전하는 회전 블록부; 및 상기 회전 블록부에 맞물림되어 회전하며 상기 제 1 및 제 2 유동홀을 교대로 개폐하도록 상기 분리 격판에 접촉 결합되는 개폐 클러치부;를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 분사체는 상기 회전체의 상부에 결합되어서 상기 회전체와 함께 회전하면서 상기 냉각수를 분사하도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 분사체는, 상기 회전체에서 유입되는 상기 냉각수의 흐름을 출구로 가이드하는 이송구가 형성된 노즐 캡; 상기 이송구 내에 삽입되며 상기 이송구에서 유입되는 상기 냉각수를 상기 이송구의 상기 출구쪽으로 분사하는 오리피스; 상기 노즐 캡의 상기 이송구의 상기 출구에 일부가 삽입되면서 삽입된 단부가 상기 오리피스와 결합되고 상기 노즐캡의 내벽과 유격을 갖도록 측벽이 형성되며 상기 측벽을 따라 유입된 상기 공기가 내부로 유입되는 것을 보장하는 다수의 관통구가 상기 노즐 캡의 이송구와 중첩된 영역에 형성되며 상기 오리피스에서 분사되는 상기 냉각수와 다수의 상기 관통구로 유입된 상기 공기의 상기 이상 유동이 발생하는 에어 챔버; 및 상기 에어 챔버의 상기 노즐 캡의 이송구 외부로 노출된 단부와 착탈가능하게 결합되면서 상기 에어 챔버 내에서 상기 이상 유동으로 상기 냉각수와 상기 공기가 혼합된 상기 유체를 전달받아서 충돌 제트로 분사하는 분사 팁;을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 노즐 캡의 상기 이송구의 상기 출구의 측벽을 관통하는 나사공이 형성되고 상기 나사공에 스크류가 결합되어서 상기 스크류로 상기 이송구 내의 상기 에어 챔버의 고정 상태를 지지할 수 있다.

그리고, 상기 노즐 캡은, 내측에 결합 공간을 형성하는 케이스; 상기 결합 공간을 이루는 상기 케이스의 저면에서 하부로 연장되어 상기 결합 공간 외부로 일정 길이 돌출되어 상기 냉각수 공급원과 체결 가능한 체결관; 상기 결합 공간의 일측 상부로 돌출되게 형성되어 상기 이송구의 상기 출구를 이루는 배출관; 및 경사를 갖도록 형성된 상기 배출관과 상기 체결관의 중공들을 연통시키는 연통관;을 포함함으로써, 상기 이송구가 연통되는 상기 체결관과 상기 연통관 및 상기 배출관의 중공을 포함하여 형성될 수 있다.

그리고, 상기 체결관은 상기 냉각수 공급원과 체결을 위하여 연장되면서 외측으로 돌출되어 단턱을 갖는 돌기가 형성된 체결 팁이 단부에 복수 개 형성될 수 있다.

그리고, 상기 오리피스는, 중공이 형성된 오리피스관; 및 상기 오리피스관의 일단부에 상기 오리피스관의 외경보다 큰 직경의 환형 테두리를 가지며 상기 오리피스관에 연통되면서 작은 직경을 갖는 오리피스구가 형성된 배출부;를 포함하며, 상기 오리피스는 상기 연통관의 내경보다 상기 배출관의 내경이 커서 형성되는 단차에 상기 배출면의 상기 환형 테두리가 걸리면서 상기 오리피스관이 상기 연통관에 삽입되도록 고정될 수 있다.

그리고, 상기 에어 챔버는, 상기 오리피스의 상기 배출면과 결합되는 결합부; 상기 분사팁의 입구에 삽입되는 접속부; 상기 결합부와 상기 접속부 사이에 상기 노즐캡의 상기 배출관의 내벽과 상기 공기의 유입을 보장하기 위하여 유격을 형성하도록 상기 결합부 및 상기 접속부보다 낮은 높이를 갖는 측벽; 및 상기 유격을 유지하면서 상기 측벽의 외면에 상기 공기 유입을 보장하기 위한 오픈 영역이 형성된 하나 이상의 환형 리브;를 포함하며, 상기 결합부와 상기 결합부에 가장 인접한 상기 환형 리브 사이의 측벽에 내부로 공기가 유입되는 것을 보장하는 다수의 상기 관통구가 형성되며 상기 측벽의 일부가 상기 노즐캡의 상기 배출관에 삽입될 수 있다.

그리고, 상기 에어 챔버는, 상기 오리피스와 결합되는 결합부; 상기 분사팁에 삽입되는 접속부; 상기 결합부와 상기 접속부 사이에 상기 노즐캡의 내벽과 상기 공기의 유입을 보장하기 위하여 유격을 형성하도록 상기 결합부 및 상기 접속부보다 낮은 높이를 갖는 측벽; 및 상기 유격을 유지하면서 상기 측벽의 외면에 상기 공기 유입을 보장하기 위한 오픈 영역이 형성된 하나 이상의 환형 리브;를 포함하며, 상기 결합부와 상기 결합부에 가장 인접한 상기 환형 리브 사이의 측벽에 내부로 공기가 유입되는 것을 보장하는 다수의 상기 관통구가 형성되며 상기 측벽의 일부가 상기 노즐캡의 상기 배출관에 삽입될 수 있다.

그리고, 상기 분사 팁은, 분사 입구와 분사 출구가 연통되며 상기 분사 출구 쪽으로 일정 경사각으로 좁아지는 형상을 가지며 상기 분사 입구가 상기 에어 챔버의 상기 노즐 캡의 이송구 외부로 노출된 단부를 삽입하여 착탈 가능하게 구성됨으로써 상기 유체를 일정한 분사 각도로 분사할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 이상 유동을 분사체에서 발생하여 냉각수와 물을 혼합한 유체를 충돌 제트로 분사함으로써 태양광 모듈의 냉각 및 세척 성능을 향상하고 냉각수 사용량을 절감하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 냉각수 분사수단이 별도의 전기 동력없이 냉각수의 흐름을 이용한 기계적 메카니즘에 의해 왕복할 수 있어서 유지 및 관리에 소요되는 비용을 절감하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 분사체에서 이상 유동이 발생하므로 이상 유동에 의한 작용이 회전체에 영향을 미치지 않기 때문에 부품의 신뢰성 및 설비의신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 분사 팁을 착탈식으로 교환할 수 있어서 다양한 분사각도로 충돌 제트를 분사할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 공기가 공급되는 관통홀의 사이즈를 다르게 채용함으로써 공기의 유입량을 조절할 수 있고 관통홀의 개수를 다르게 채용함으로써 충돌 제트의 펄스의 주파수를 조절할 수 있으므로 대상물에 따라 관통홀의 사이즈 또는 수가 다른 관통홀을 채용함으로써 대상물 별로 최적의 조건으로 냉각 및 세정이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전설비의 효율향상설비의 구성을 설명하는 개략도.
도 2는 도 1에 구성되는 냉각수 분사수단의 사시도.
도 3은 도 2의 회전체의 단면도.
도 4는 도 2의 회전체의 분해도.
도 5는 도 2의 회전체의 내부 구성요소의 연결 관계를 도시한 사시도.
도 6 및 도 7은 회전 수차의 회전 동작 구조를 도시한 사시도.
도 8은 제1 및 제2 유동홀의 개폐 상태를 도시한 저면도.
도 9는 도 1의 분사체의 사시도.
도 10은 도 9의 분사체의 측면도.
도 11은 도 9의 분사체의 평면도.
도 12는 도 11의 A-A 단면도.
도 13은 도 9의 실시예의 분해도.
도 14는 도 9의 실시예의 이상 유동 발생 및 충돌 제트 분사를 설명하는 도 11의 A-A 단면도.
도 15는 종래의 충돌 제트를 예시하는 사진.
도 16은 본 발명에 따른 이상 유동 발생에 의한 펄스를 갖는 충돌 제트를 예시하는 사진.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전설비의 효율향상설비의 구성을 설명하는 개략도이다.

도 1의 본 발명에 따른 태양광 발전설비의 효율향상설비는 저장탱크(1), 냉각수 분사수단(6), 냉각수 공급관(5), 펌프(25), 밸브(20) 및 제어부(3)를 포함한다.

냉각수 분사수단(6)은 태양광 모듈(7) 각각에 대응하도록 설치되어 냉각수를 공급 받아 태양광 모듈(7)로 냉각수를 분사하는 수단이다. 냉각수를 태양광 모듈(7)에 흘려 주거나 약하게 분사하면 충분한 냉각 및 세정 효과를 얻기 어려우므로, 본 실시예에서는 냉각수의 충돌 제트를 태양광 모듈(7)에 분사하도록 한다.

충돌 제트는 냉각수로부터 충돌면으로의 열전달과 물질전달 효과가 뛰어나므로 냉각 및 세정 효과를 향상시킬 수 있으며, 물때의 발생도 감소시킬 수 있다.

다만, 충돌제트를 발생시키기 위해서는 태양광 모듈(7)에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사수단(6)의 입구를 기준으로 냉각수의 속도가 30m/s 이상이고 압력이 1.6kg/cm² 이상이 되는 것이 바람직하다. 여기서 냉각수 분사수단(6)의 입구란 외부로 냉각수가 분사되는 냉각수 분사수단(6)의 끝부분을 말한다.

냉각수 공급관(5)은 펌프(25)를 통하여 저장탱크(1)에서 공급 받은 냉각수를 분사수단(6)까지 전달하는 역할을 한다. 냉각수 공급관(5)은 냉각수의 온도를 유지시키기 위하여 지중에 매설되는 것이 바람직하다.

펌프(25)는 저장탱크(1)에 저장된 냉각수를 펌핑하여 냉각수 공급관(5)을 통해 냉각수를 냉각수 분사수단(6)으로 공급하며, 밸브(20)는 냉각수 공급관(5)을 개폐하여 냉각수 분사수단(6)을 통해 냉각수 분사를 조절한다.

제어부(3)는 펌프(25) 및 밸브(20)를 포함한 구동부(9)를 제어하는 부분으로, 펌프(25)를 구동 또는 정지시키고, 밸브(20)를 개폐한다.

제어부(3)가 펌프(25) 및 밸브(20)를 제어하는 방식은 특별히 제한되지 않으나, 냉각수의 사용 효율을 최대화할 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다. 냉각수의 사용 효율을 향상시킬 수 있는 제어 방식을 예를 들어 설명하도록 한다.

첫 번째 예로서 시간에 따른 제어 방식이다. 구체적으로, 제어부(3)는 구동개시시간인지를 판단하고, 구동개시시간이면 펌프(25)를 구동하고, 밸브(20)를 순차적으로 설정된 시간 동안 개방하고 폐쇄한다. 태양광 발전설비가 설치된 지역 및 설비의 특성 등을 고려하여 구동개시시간 및 밸브(20)의 개방 시간을 설정할 수 있다.

다른 예로서 온도 제어 방식이다. 구체적으로, 모듈(7)의 온도와 냉각수의 온도 차이 측정값이 모듈(7)의 온도와 냉각수의 온도 차이 설정값 이상인지를 판단하고, 모듈(7)의 온도와 냉각수의 온도 차이 측정값이 모듈(7)의 온도와 냉각수의 온도 차이 설정값 이상이면 그 미만이 될 때까지 펌프(25)를 구동하고 밸브(20)를 순차적으로 개방하고 폐쇄한다. 태양광 발전설비가 설치된 지역 및 설비의 특성 등을 고려하여 모듈(7)의 온도와 냉각수의 온도 차이 설정값을 설정할 수 있다.

어떠한 제어 방식을 선택하더라도 냉각수 공급관(5) 내의 압력을 측정하고 그 압력이 설정된 소정 압력 범위를 벗어날 경우 효율향상설비의 기동을 종료하는 것이 바람직하다.

측정된 압력이 설정된 압력 범위의 최대값을 초과하는 경우는 냉각수 공급관(5) 내에 냉각수의 동결이 발생하는 등의 문제가 발생한 경우이고, 측정된 압력이 설정된 압력 범위의 최소값에 미달하는 경우 냉각수 공급관(5)에 누수가 발생하는 등의 문제가 발생한 경우이므로, 설비의 고장을 막고 냉각수의 효율적 사용을 위해 기동을 종료하게 된다.

또한, 저장탱크(1)에 저장된 냉각수의 양 및 저장탱크(1)로 공급되는 냉각수의 공급 속도를 고려하여 냉각수를 구동시간 동안 적절히 분배되도록 냉각수의 분사량을 제어하는 것이 바람직하다. 이때 냉각수의 분사량은 매 시간 동일한 속도로 분사되도록 제어할 수도 있고, 시간대 별로 차등을 두어 분사되도록 제어할 수도 있다.

본 발명에 따른 냉각수 분사수단(6)은 저장 탱크(1)와 밸브(20) 및 펌프(25)를 포함하는 냉각수 공급 수단으로부터 공급되는 냉각수의 흐름에 의해서 좌우 왕복 회전하는 회전체 및 회전체를 통하여 공급되는 냉각수와 냉각수의 흐름에 대응하여 내부로 유입되는 공기에 의한 이상 유동을 발생하여 냉각수와 공기가 혼합된 펄스를 갖는 유체를 충돌 제트로 방출하는 분사체를 포함한다.

본 발명에 따른 분사체는 오리피스를 이용하여 분사되는 냉각수에 공기를 유입시켜서 이상유동(Two phase flow)을 발생하는 이상 유동 발생 노즐로 구성된다. 이상유동 즉 공기와 물이 혼합된 유체를 이용한 충돌 제트는 냉각수만을 이용한 충돌 제트에 비해 열전달 및 모멘텀 전달 효과가 훨씬 우수하므로 냉각 및 세척 효율을 향상시키고 냉각수의 사용량을 절감할 수 있다.

또한, 회전체는 별도의 동력 없이 냉각수의 흐름을 이용한 기계적 메카니즘을 통해 냉각수 분사수단(6)을 왕복 회전시킴으로써 태양광모듈(7)의 전면을 고르게 냉각 및 세척하도록 할 수 있고, 운용 비용을 크게 절감시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 분사수단(6)에 대하여 도 2 내지 도 14를 참조하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 분사수단(6)은 도 2와 같이 회전체(100) 및 분사체(60)를 포함한다. 여기에서 분사체(60)는 본 발명에 따른 이상 유동 발생 노즐의 실시예이다.

회전체(100)는 유입되는 냉각수에 의하여 회전하는 것으로서, 하우징 본체(110)와 하우징 덮개(120)로 이루어진 하우징으로 이루어지며, 도 3 및 도 4와 같이 분사체(60)를 회전 가능하게 하기 위한 구성요소로 내부에 분리 격판(200), 회전 수차(300), 회전 개폐 유닛(400) 및 링크 유닛(500)이 장착된다.

회전체(100)는 내부에 수용 공간이 형성되고 내부 공간에 냉각수가 유입되어 배출되도록 길이 방향의 양측에 인입구(121) 및 배출구(111)가 형성된다.

회전체(100)의 형상은 양측면이 폐쇄된 중공의 원통형으로 형성되며, 회전체(100)의 내부에는 상기한 구성요소들이 안정적으로 장착될 수 있도록 별도의 원통형 지지 경통(130)이 구비될 수 있다. 지지 경통(130)에는 후술할 회전 수차(300) 및 개폐 클러치부(430)가 회전 가능하게 장착되도록 고정 지지축(131)이 형성되며, 이러한 고정 지지축(131)에 분리 격판(200)이 고정 장착될 수 있다. 이러한 지지 경통(130)은 인입구(121)와 연통되게 회전체(100)의 일측 내측면에 고정 결합되어 인입구(121)로 유입된 냉각수가 지지 경통(130)의 내부를 통과하며 진행할 수 있도록 구성될 수 있다. 그러나 이러한 지지 경통(130)은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 이러한 지지 경통(130) 없이 고정 지지축(131)이 회전체(100) 내측면에 형성되는 방식으로 구성될 수도 있을 것이다. 한편, 회전체(100)는 일면이 개방된 중공의 원통형상으로 폐쇄된 일측면에 배출구(111)가 형성된 하우징 본체(110)와, 하우징 본체(110)의 개방된 일면에 결합되며 인입구(121)가 형성되는 하우징 덮개(120)로 분리 형성될 수 있다.

분리 격판(200)은 회전체(100) 내부에 횡방향으로 결합되도록 원형 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 분리 격판(200)에는 인입구(121)를 통해 회전체(100) 내부로 유입된 냉각수가 통과하며 서로 반대 방향의 유동 방향 성분이 형성되도록 서로 다른 방향의 유로를 갖는 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)이 관통 형성된다. 즉, 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)은 이를 통과한 냉각수의 유동 방향이 각각 서로 반대인 방향 성분, 예를 들어 X방향 성분 및 -X방향 성분이 발생되도록 형성되는데, 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.

회전 수차(300)는 다수 개의 회전 날개(310)가 원주 방향을 따라 등간격으로 이격 배치된 형태로 형성되며, 중심축(C)이 고정 지지축(131)에 형성된 결합홈(415)에 삽입되어 회전 가능하게 결합되는 방식으로 구성되며, 분리 격판(200)의 일측면에 인접하게 배치되어 분리 격판(200)의 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)을 통과한 냉각수의 유동력에 의해 회전하도록 구성된다. 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)을 통과한 냉각수의 유동 방향은 전술한 바와 같이 서로 반대 방향 성분을 가지는데, 이때 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)은 후술할 회전 개폐 유닛(400)에 의해 교대로 개폐되므로 제 1 유동홀(210) 또는 제 2 유동홀(220)을 통과한 서로 반대 방향 성분을 갖는 냉각수의 유동력에 의해 회전 수차(300)는 양방향으로 왕복 회전하게 된다.

회전 개폐 유닛(400)은 회전 수차(300)의 왕복 회전에 연동하여 왕복 회전하도록 회전체(100) 내부에 회전 가능하게 장착되며, 이러한 회전에 따라 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)을 교대로 개폐하도록 구성된다. 이러한 회전 개폐 유닛(400)은 별도의 링크 유닛(500)에 의해 회전 수차(300)와 연동되는데, 링크 유닛(500)은 다수개의 링크 플레이트, 체인, 벨트 등 다양한 동력 전달 기계 요소를 통해 다양한 방식으로 구성될 수 있으며, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 다수개의 기어를 이용하여 구성될 수 있다.

후술되는 분사체(60)는 배출구(111)를 통해 회전체(100) 내부 공간과 연통되어 회전체(100)로부터 배출되는 냉각수를 분사하도록 구성된다. 또한 분사체(60)는 회전체(100) 내부의 회전 개폐 유닛(400)에 결합되어 회전 개폐 유닛(400)과 일체로 회전하며 냉각수를 분사한다. 따라서, 분사체(60)가 회전하며 냉각수를 분사하기 때문에, 태양광 모듈(7) 전체 면적에 고르게 냉각수가 분사된다.

이러한 구조에 따라 회전체(100)는 냉각수가 공급되며 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)을 교대로 통과한 냉각수의 유동력에 의해 회전 수차(300)가 왕복 회전하여서 상부의 분사체(60)를 회전시킨다.

따라서, 회전체(100)는 별도의 전기 동력을 사용하지 않고 기계적 메카니즘을 통해서 상부의 분사체(60)를 회전시키도록 구성되어 에너지 효율이 우수하며 태양광 모듈(7)의 세척 기능을 원활히 수행할 수 있는 구조를 갖는다.

다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 분사체(60)를 양방향으로 회전하는 메카니즘에 대해 보다 상세히 살펴본다.

분리 격판(200)은 전술한 바와 같이 평판형으로 회전체(100) 내부에 횡방향으로 고정 장착되며, 이러한 분리 격판(200)에는 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)이 형성된다. 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)은 분리 격판(200)의 두께 방향에 대해 경사지게 형성되는 직선 유로를 갖도록 각각 적어도 하나 이상씩 형성된다.

이때 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)의 경사 방향은 분리 격판(200)의 두께 방향에 대해 서로 대칭되게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 유동홀(210)은 도 6을 기준으로 회전 수차(300)를 반시계 방향으로 회전시키는 냉각수 유동력이 형성되도록 경사지게 형성되고, 제 2 유동홀(220)은 회전 수차(300)를 시계 방향으로 회전시키는 냉각수 유동력이 형성되도록 경사지게 형성될 수 있다.

따라서, 제 1 유동홀(210)을 통과한 냉각수는 제 1 유동홀(210)의 경사 방향에 따른 유동 방향 성분이 형성되어 회전 수차(300)를 반시계 방향으로 회전시키고, 제 2 유동홀(220)을 통과한 냉각수는 제 1 유동홀(210)과 서로 대칭인 제 2 유동홀(220)의 경사 방향에 따른 유동 방향 성분이 형성되어 회전 수차(300)를 시계 방향으로 회전시킨다.

이때, 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)은 회전 수차(300)를 회전시키는 냉각수 유동력의 강화를 위해 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 분리 격판(200)에 원주 방향을 따라 각각 서로 180°각도의 위치에 2개씩 형성될 수 있으며, 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)의 개수는 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)이 원주 방향을 따라 서로 교번하는 형태로 3개, 4개 등등 다양하게 변경 가능할 것이다.

한편, 회전 개폐 유닛(400)은 회전 수차(300)의 왕복 회전에 연동하여 양방향으로 왕복 회전하며 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)을 교대로 개폐한다. 따라서, 회전 개폐 유닛(400)의 왕복 회전에 의해 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)이 교대로 개폐되며, 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)이 교대로 개폐됨에 따라 이를 통과하는 냉각수 유동력이 서로 반대 방향 성분을 갖게 되며 이에 따라 회전 수차(300)가 왕복 회전하게 되고, 이러한 회전 수차(300)의 왕복 회전은 다시 회전 개폐 유닛(400)을 왕복 회전시키는 순환 메카니즘이 발생된다. 이러한 순환 메카니즘에 의해 회전 수차(300) 및 회전 개폐 유닛(400)의 왕복 회전은 회전체(100) 내부로 냉각수가 공급되는 한 계속적으로 반복된다.

이와 같은 회전 개폐 유닛(400)의 구성을 좀 더 자세히 살펴보면, 회전 개폐 유닛(400)은 본 발명의 일 실시예에 따라 링크 유닛(500)과 직접 연결 결합되어 회전 수차(300)와 연동하여 회전하는 회전 블록부(410)와, 회전 블록부(410)에 맞물림되어 회전 블록부(410)와 일체로 회전하며 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)을 교대로 개폐하도록 분리 격판(200)에 접촉 결합되는 개폐 클러치부(430)를 포함하여 구성된다.

이때, 회전 블록부(410)는 본 발명의 일 실시예에 따라 링크 유닛(500)과 연결 결합되며 중앙부에 관통홀(416)이 형성된 원형 회전판(411)과, 관통홀(416)에 연통되도록 회전판(411)의 일면에 돌출 형성되어 분사체(60)와 결합되는 연결 슬리브(412)와, 개폐 클러치부(430)와 맞물림되도록 회전판(411)의 외측부에 회전체(100)의 길이 방향을 따라 연장 형성된 걸림바(413)를 포함하여 구성될 수 있으며, 이러한 회전판(411), 연결 슬리브(412) 및 걸림바(413)는 일체로 형성되는 것이 바람직하나, 각각 별개로 형성되어 상호 결합되는 방식으로 제작될 수도 있다.

이때, 연결 슬리브(412)는 분사체(60)가 탈착 가능하게 결합되도록 구성되는데, 이러한 탈착 가능한 결합 방식으로는 후술되는 체결 팁을 이용한 끼워맞춤 결합 방식 또는 나사 결합 방식이 적용될 수 있으며, 이외에도 별도의 볼트 체결 방식 등 다양한 방식으로 변경 가능하다.

또한, 개폐 클러치부(430)는 본 발명의 일 실시예에 따라 분리 격판(200)의 일측면에 접촉되어 회전 가능하게 장착되는 작동판(431)과, 작동판(431)과 일체로 회전하도록 결합되고 회전 블록부(410)의 걸림바(413)와 맞물림되며 회전하도록 분리 격판(200)의 외측으로 돌출되게 형성되는 작동 걸림판(432)을 포함하며, 작동판(431)이 회전하며 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)을 교대로 개폐하도록 구성될 수 있으며, 작동판(431)과 작동 걸림판(432)은 서로 일체로 형성될 수도 있을 것이다. 한편, 개폐 클러치부(430)는 작동판(431)이 제 1 유동홀(210)을 폐쇄하는 방향으로 회전하도록 작동판(431)을 탄성 편의시키는 탄성 스프링(433)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

따라서, 회전 개폐 유닛(400)은 회전 블록부(410)와 개폐 클러치부(430)로 형성되어 분사체(60)와 결합되어 분사체(60)가 회전하도록 하는 기능을 수행함과 동시에 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)을 교대로 개폐하는 기능을 수행한다.

이러한 회전 개폐 유닛(400)의 동작 상태를 회전 블록부(410)와 개폐 클러치부(430)로 분리하여 좀 더 자세히 살펴보면, 먼저 회전 블록부(410)는 링크 유닛(500)에 의해 회전 수차(300)에 연동하여 회전한다.

좀 더 구체적으로는, 도 5에 도시된 바와 같이 회전 수차(300)가 왕복 회전하면 링크 유닛(500)에 직접 연결 결합되는 원형 회전판(411) 및 연결 슬리브(412)가 왕복 회전하고, 이에 따라 연결 슬리브(412)에 결합된 분사 유ㄴ니트(60)가 왕복 회전된다.

또한, 연결 슬리브(412)가 왕복 회전하는 경우 연결 슬리브(412)의 외측부에 연장 형성된 걸림바(413) 또한 왕복 회전하게 되는데, 이때 걸림바(413)가 개폐 클러치부(430)의 작동 걸림판(432)과 맞물림 되기 때문에 작동 걸림판(432)은 걸림바(413)와 함께 왕복 회전하게 된다.

작동 걸림판(432)이 왕복 회전하면 이와 일체로 결합된 작동판(431)이 왕복 회전하게 되고, 이러한 작동판(431)의 왕복 회전에 따라 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)이 교대로 개폐된다. 이러한 제 1 및 제 2 유동홀(210,220)의 선택적 개폐는 전술한 바와 같이 다시 회전 수차(300)의 왕복 회전을 유도하게 되며, 결국 회전 개폐 유닛(400)이 계속적으로 왕복 회전하게 된다.

이때, 회전 블록부(410)의 걸림바(413)와 개폐 클러치부(430)의 작동 걸림판(432)은 걸림바(413)의 양방향 회전시 모두 맞물림되도록 형성될 수도 있으나, 도 5에 도시된 바와 같이 걸림바(413)의 일방향 회전시에만 맞물림되고 반대 방향 회전시에는 맞물림 해제되는 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 작동판(431) 및 작동 걸림판(432)이 제 1 유동홀(210)을 폐쇄한 상태로 회전한 상태에서, 걸림바(413)가 일방향으로 회전하면 작동 걸림판(432)이 이에 맞물림되어 회전하여 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 작동판(431)이 제 2 유동홀(220)을 폐쇄하도록 회전하게 된다.

이와 같이 작동판(431)이 제 2 유동홀(220)을 폐쇄한 상태에서 다시 걸림바(413)가 반대 방향으로 회전하게 되면, 이 경우에는 작동 걸림판(432)이 걸림바(413)에 맞물림되지 않기 때문에 작동 걸림판(432) 및 작동판(431)이 회전하지 않고 제 2 유동홀(220)을 폐쇄한 상태로 유지된다.

따라서, 이 경우에는 도 8에 도시된 바와 같이 작동판(431)을 탄성 편의시키는 별도의 탄성 스프링(433)에 의해 작동판(431)이 제 1 유동홀(210)을 폐쇄하도록 회전하게 된다.

한편, 회전 개폐 유닛(400)은 이상에서 설명한 동작 원리에 따라 왕복 회전하게 되는데, 이러한 회전 개폐 유닛(400)은 본 발명의 일 실시예에 따라 왕복 회전 각도가 조절될 수 있도록 별도의 회전 스토퍼(420)가 장착될 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 회전 블록부(410)의 외측 방향으로 돌출되는 회전 스토퍼(420)가 회전 블록부(410)의 회전판(411) 상부면에 결합되고, 회전체(100)의 내주면 일측에는 이러한 회전 스토퍼(420)가 회전함에 따라 회전 스토퍼(420)와 맞물림될 수 있는 고정 돌기(132)가 형성될 수 있다.

따라서, 회전 블록부(410)는 회전 스토퍼(420) 및 고정 돌기(132)에 의해 최대 회전 각도가 제한된다. 이때, 회전 스토퍼(420)는 결합홀(421)을 통해 도 5에 도시된 바와 같이 연결 슬리브(412)에 관통되게 결합될 수 있는데, 결합홀(421)의 내주면에는 결합 돌기(422)가 형성되고 연결 슬리브(412)의 외주면에는 결합 돌기(422)가 삽입될 수 있는 결합홈(415)이 원주 방향을 따라 이격되게 다수개 형성되며, 이러한 결합 돌기(422) 및 결합홈(415)에 의해 회전 스토퍼(420)가 회전 블록부(410)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

따라서, 회전 스토퍼(420)의 결합 위치는 다수개의 결합홈(415) 중 결합 돌기(422)가 결합되는 결합홈(415)의 위치에 따라 회전판(411)에 대한 다양한 상대 위치를 갖도록 변경되며, 이러한 결합 위치의 변경에 따라 회전 스토퍼(420)에 의해 제한되는 회전 블록부(410)의 최대 회전 각도가 조절된다.

다음으로, 회전 개폐 유닛(400)과 회전 수차(300)를 연동시키는 링크 유닛(500)에 대해 좀 더 자세히 살펴보면, 회전 개폐 유닛(400)의 내주면에 기어의 치형(G)이 형성되는 중공 원통형의 기어 치형부(414)가 형성되고, 링크 유닛(500)은 이러한 회전 개폐 유닛(400)에 치합되는 다수개의 기어를 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 링크 유닛(500)은 회전 수차(300)의 중심축(C)에 결합되어 회전하는 구동 기어(510)와, 구동 기어(510)에 치합되며 구동 기어(510)의 회전력을 전달하는 감속 기어부(520)와, 감속 기어부(520)에 치합되어 구동 기어(510)의 회전력이 전달되는 종동 기어(530)를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 종동 기어(530)가 회전 개폐 유닛(400)의 기어 치형부(414)와 치합되게 장착된다.

따라서, 회전 수차(300)가 회전하게 되면, 회전 수차(300)의 중심축(C)에 결합된 구동 기어(510)가 회전하게 되고, 구동 기어(510)의 회전에 따라 감속 기어부(520) 및 종동 기어(530)가 회전하며 이에 따라 회전 개폐 유닛(400)이 회전하게 된다.

이때, 감속 기어부(520)는 구동 기어(510)의 회전 속도가 감속될 수 있도록 다수개의 컴파운드 기어(521)를 통해 구성될 수 있으며, 이러한 감속 기어부(520)에 의해 회전 개폐 유닛(400)의 회전 속도가 회전 수차(300)의 회전 속도보다 상대적으로 느리게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 링크 유닛(500)은 본 발명의 일 실시예에 따라 종동 기어(530)에 치합되어 회전하는 회전 개폐 유닛(400)을 지지하도록 기어 치형부(414)에 치합되는 적어도 하나 이상의 아이들 기어(540)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 링크 유닛(500)은 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 회전체(100) 내부에 구비된 별도의 기어 박스(550)를 통해 장착될 수 있다.

기어 박스(550)는 중공의 원통형 기어 박스 본체(551)와 기어 박스 본체(551)의 일면을 폐쇄하는 평판형 기어 박스 덮개(553)로 분리 형성되며, 기어 박스 본체(551)의 내부에 형성된 기어 지지부(552)에 감속 기어부(520)가 안착되고, 기어 박스 덮개(553)의 상면에 종동 기어(530) 및 아이들 기어(540)가 안착되는 형태로 구성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따라 이상 유동 발생 노즐의 실시예인 분사체(60)는 도 9 내지 도 14를 참조하여 설명될 수 있으며, 도 9는 분사체의 사시도이고, 도 10은 도 9의 실시예의 측면도이며, 도 11은 도 9의 실시예의 평면도이고, 도 12는 도 11의 A-A 단면도이며, 도 13은 도 9의 실시예의 분해도이고, 도 14는 도 9의 실시예의 이상 유동 발생 및 충돌 제트 분사를 설명하는 도 11의 A-A 단면도이다.

먼저, 분사체(60)는 노즐 캡(600), 오리피스(602), 에어 챔버(604), 분사 팁(606), 및 스크류(608)를 포함한다.

여기에서, 노즐 캡(600)은 도 3에 도시된 바와 같이 회전 개폐 유닛(400)의 연결 슬리브(412)에 결합되어서 이를 통하여 유입되는 냉각수의 흐름을 출구로 가이드하는 이송구가 형성된 구조를 갖는다.

보다 구체적으로, 노즐 캡(600)은 하부의 내측에 결합 공간(610)을 형성하는 케이스(612)와, 결합 공간(610)을 이루는 케이스(612)의 저면(613)에서 하부로 연장되어 결합 공간(610)의 하측 외부로 일정 길이 돌출되어 회전 개폐 유닛(400)의 연결 슬리브(412)와 체결 가능한 체결관(614), 결합 공간(610)의 일측 상부로 경사를 가지면서 돌출되게 형성되어 이송구의 출구를 이루는 배출관(616), 및 경사를 갖도록 형성된 배출관(616)과 체결관(614)의 중공들을 연통시키는 연통관(618)을 포함한다.

여기에서 이송구는 회전 개폐 유닛(400)의 연결 슬리브(412)로부터 유입되는 냉각수를 출구로 가이드하기 위한 것으로서 서로 일체로 연결되는 체결관(614), 연통관(618) 및 배출관(616)의 연통된 중공을 의미하며, 이송구의 입구는 체결관(614)의 중공을 의미하고 이송구의 출구는 배출관(616)의 중공을 의미한다.

그리고, 체결관(614)은 회전 개폐 유닛(400)의 연결 슬리브(412)와 체결을 위하여 하측으로 연장되면서 결합 공간(610)의 외측으로 돌출되어 단턱을 갖는 돌기(628)가 형성된 체결 팁(630)이 단부에 복수 개 형성된다. 여기에서 체결 팁(630)은 회전 개폐 유닛(400)의 연결 슬리브(412)의 내측에 압착되거나 또는 단턱 또는 요홈과 체결될 수 있다.

본 발명에 따른 실시예는 체결관(614)의 단부에 체결 팁(630)을 구성한 것을 예시하였으나 이에 국한되지 않고 제작자에 의도에 따라 다양하게 실시될 수 있으며, 일예로 회전 개폐 유닛(400)의 연결 슬리브(412)에 암나사가 구성되는 경우 체결관(614)의 단부는 수나사로 가공하여 구성될 수 있다.

그리고, 이송부의 출구를 이루는 배출관(616)의 내경은 연통관(618)의 내경보다 크도록 구성됨이 바람직하며, 그에 따라서 배출관(616)과 연통관(618)의 경계에는 단차가 형성된다.

그리고, 노즐 캡(600)의 케이스(612)에는 저면(613)에서 하부로 분리되어 연장된 외벽(620)과 내벽(622)이 분리 형성되며, 외벽(620)은 케이스(612)의 외곽 테두리를 이루고, 내벽(622)은 케이스(612) 하부의 외벽(620)과 체결관(114) 사이의 보강구조를 이루면서 결합 공간(610)을 형성한다.

그리고, 노즐 캡(600)의 출구를 이루는 배출관(616)의 상면에는 측벽을 관통하는 나사공(624)이 형성된 나사부(626)가 형성되며 나사공(624)에는 스크류(608)가 나사 결합된다. 이때 스크류(608)는 배출관(616) 내에 위치하는 에어 챔버(604)의 고정 상태를 지지한다.

한편, 오리피스(602)는 노즐 캡(600)의 이송구 내 즉 연통관(618) 내에 삽입되며 이송구를 이루는 체결관(614)을 통하여 유입되는 냉각수를 이송구의 출구를 이루는 배출관(616) 쪽으로 분사하는 기능을 갖는다.

이를 위하여 오리피스(602)는 중공이 형성된 오리피스관(632)과 오리피스관(632)의 일단부에 오리피스관(632)의 외경보다 큰 직경의 환형 테두리(634)를 가지며 오리피스관(632)에 연통되면서 작은 직경을 갖는 오리피스구(636)가 형성된 배출부(638)를 포함하는 구성을 갖는다.

상기한 오리피스(602)는 연통관(618)에 삽입되면서 환형 테두리(634)가 연통관(618)과 배출관(616) 사이에 형성된 단턱에 걸리도록 고정된다.

여기에서 오리피스관(632)의 중공과 오리피스구(636) 간의 직경의 차이가 크다. 그러므로 오리피스관(632)으로 가압되어 유입되는 냉각수는 '베르누이 정리'에 의하여 오리피스구(636)를 통과하면서 속력은 증가하고 내부 압력이 낮아진다.

즉, 오리피스(602)는 빠른 속력과 낮은 압력으로 냉각수를 자신에 이어져서 연결된 에어 챔버(604)로 분사한다. 그에 따라서 에어 챔버(604) 내부의 압력은 낮아진다.

오리피스(602)는 오리피스구(636)의 사이즈에 따라서 유량이 달라질 수 있다.

한편, 오리피스(602)와 결합되는 에어 챔버(604)의 구성에 대하여 설명한다.

에어 챔버(604)는 노즐 캡(600)의 이송구의 출구인 배출관(616)에 일부가 삽입되면서 삽입된 단부가 오리피스(602)와 결합되고 노즐 캡(600)의 배출관(616)의 내벽과 유격을 갖는다. 그에 따라 에어 챔버(604)는 오리피스(602)에서 분사되는 냉각수와 노즐 캡(600)의 배출관(616)과 자신의 측멱(644) 사이에 형성된 유격을 따라 가이드되어 내부로 유입되는 공기의 이상 유동이 발생하는 기능을 갖는다.

상기한 기능을 갖는 에어 챔버(604)의 구성에 대하여 보다 상세히 설명한다.

에어 챔버(604)는 오리피스(602)의 배출부(638)와 결합되는 결합부(640), 분사팁(606)의 입구에 삽입되는 접속부(642), 결합부(640)와 접속부(642) 사이에 공기의 유입을 보장하기 위하여 노즐캡(600)의 배출관(616)의 내벽과 유격을 형성하도록 결합부(640) 및 접속부(642)보다 낮은 높이를 갖는 측벽(644), 및 유격을 유지하면서 측벽(644)의 외면에 공기 유입을 보장하기 위한 오픈 영역(646)이 형성된 하나 이상의 환형 리브(648)을 포함한다. 그리고, 에어 챔버(604)는 결합부(640)와 결합부(640)에 가장 인접한 환형 리브(648) 사이의 측벽(644)에 내부로 공기가 유입되는 것을 보장하는 다수의 관통구(650)가 형성되며 측벽(644)의 일부가 노즐캡(100)의 배출관(116)에 삽입된다.

상술한 바와 같이 에어 챔버(604)가 구성되므로 에어 챔버(604) 내부에는 오리피스(602)에서 고속 및 저압으로 분사되는 냉각수와 내부의 낮은 압력에 의하여 배출관(616)과 측벽(644) 간의 유격과 환형 리브(648)의 오픈 영역(646) 및 관통구(650)를 통하여 유입되는 공기의 이상 유동이 발생한다.

즉, 에어 챔버(604) 내에서 발생한 이상 유동에 의하여 공기와 냉각수가 혼합된 유체가 분사 팁(606)으로 제공되며, 이때 유체는 이상 유동에 의하여 펄스를 가지며 펄스의 주파수는 관통구(650)의 개수의 가변에 의하여 조절 가능하며 공기 유입량은 관통구(650)의 사이즈를 가변하여 조절 가능하다. 이상 유동에 의한 유체의 펄스는 관통구(650)의 개수를 줄이면 높아지고 관통구의 개수를 늘이면 낮아진다. 그리고, 공기의 유입량은 관통구(650)의 사이즈를 늘이면 많아지고 관통구(650)의 사이즈를 줄이면 줄어든다.

한편, 상술한 바와 같이 에어 챔버(604) 내에서 발생한 이상 유동에 의하여 냉각수와 공기가 혼합된 유체는 분사 팁(606)으로 진행하며, 분사 팁(606)을 통하여 충돌 제트로 분사될 수 있다.

여기에서, 분사 팁(606)은 에어 챔버(604)의 노즐 캡(600)의 배출관(616) 외부로 노출된 단부와 착탈가능하게 결합될 수 있으며, 분사 팁(606)은 배출관(616)과 이격 간격을 유지할 수 있도록 결합되고 상기한 분사 팁(606)의 결합에 의하여 공기가 에어 챔버(604)와 배출관(616) 사이의 이격된 공간으로 유입될 수 있도록 보장한다.

상기한 분사 팁(606)은 분사 입구(652)와 분사 출구(654)가 연통되며 분사 출구(654) 쪽으로 일정 경사각으로 좁아지는 형상을 갖는다. 분사 출구(654) 쪽으로 좁아지는 경사각에 의하여 유체의 분사 각도가 결정될 수 있다. 분사 팁(606)의 분사 입구(652)와 결합되는 에어 챔버(604)의 접속부(642)는 분사 입구(652)의 내벽과 결합을 위한 지지력을 얻을 수 있을 정도의 다수의 돌기들로 형성될 수 있다.

분사 각도는 분사 팁(606)의 분사 출구(654)에서 충돌 제트가 분사되는 범위에 대응된다. 본 발명에 따른 이상 유동 발생 노즐은 착탈식으로 구성되는 분사 팁(606)을 교체함으로써 유체의 분사 각도가 변경될 수 있으므로 냉각 및 세정할 대상에 따라서 충돌 제트의 분사 각도를 다양하게 변경할 수 있다.

그에 따라서 에어 챔버(604)로부터 진행된 펄스를 갖는 유체는 분사 입구(652)를 통하여 분사 팁(606) 내로 진입하며 분사 출구(654)를 통하여 특정 분사 각도를 갖는 충돌 제트로 분사된다.

상술한 도 9 내지 도 13과 같이 본 발명에 따른 분사체(60)가 실시될 수 있으며, 도 14를 참조하여 분사체(60) 내의 냉각수와 공기의 이상 유동 및 유체의 충돌 제트 분사에 대하여 설명한다.

회전 개폐 유닛(400)의 연결 슬리브(412)로부터 가압되어서 공급되는 냉각수는 노즐 캡(600)의 체결관(614)을 통하여 화살표 A1과 같이 유입되며, 냉각수는 체결관(614)에 이이지는 연통관(618)로 이동한 후 화살표 A2와 같이 오리피스(602)의 오리피스관(632) 내로 유입된 후 화상표 A3와 같이 오리피스구(636)를 통과하여 고속 및 저압으로 에어 챔버(604) 내로 방출된다.

상술한 바와 같이 오리피스(602)를 통하여 냉각수가 에어 챔버(604) 내로 방출됨에 따라서 에어 챔버(604) 내부는 저압이 형성된다. 그에 따라서 에어 챔버(604)의 측벽을 따라 공기가 화살표 A4와 같이 유입되며 공기는 에어 챔버(604)의 측벽(644)에 형성된 관통구(650)를 통하여 화살표 A5와 같이 내부로 유입된다.

결과적으로 에어 챔버(604) 내에서 냉각수와 공기의 이상 유동이 발생되며 결과적으로 냉각수와 공기가 혼합되면서 펄스를 갖는 유체가 화살표 A6와 같이 분사 팁(606)을 통하여 충돌 제트로 분사된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 노즐에서 이상 유동이 발생하므로 이상 유동에 의한 유체가 영향을 미치는 부품이 최소화될 수 있다. 즉, 가압하여 냉각수를 공급하기 위한 부품들(수차 등) 즉 노즐 캡(100)의 체결관(114) 이전에 구성되는 회전체(100)의 부품에 영향을 미치지 않으므로 부품들의 수명을 보장할 수 있고 그 결과 설비의 신뢰성을 확보할 수 있다.

일반적인 경우의 충돌 제트는 도 15와 같이 분사될 수 있으나, 본 발명의 이상 유동 발생에 따른 충돌 제트는 도 16과 같이 펄스에 의한 분사 형태를 갖는다.

도 16과 같이 본 발명에 따른 실시예에 의하여 분사되는 충돌 제트는 충돌 분사시 맥동주파수가 증가할수록 열전달계수도 함께 증가한다. 그러므로 냉각 및 세정 효과가 증대될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 공기가 같이 이상 유동되며 유체에 혼합되므로 그 만큼 냉각수의 사용량이 줄어들 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 저장탱크 3 : 제어부
5 : 냉각수 공급관 6 : 냉각수 분사수단
7 : 태양광 모듈 20 : 밸브
25 : 펌프 60 : 분사체
100 : 회전체 110 : 하우징 본체
120 : 하우징 덮개 200 : 분리 격판
300 : 회전 수차 400 : 회전 개폐 유닛
500 : 링크 유닛 600 : 노즐 캡
602 : 오리피스 604 : 에어 챔버
606 : 분사 팁 608 : 스크류
610 : 결합 공간 612 : 케이스
613 : 저면 614 : 체결관
616 : 배출관 618 : 연통관
620 : 외벽 622 : 내벽
624 : 나사공 626 : 나사부
628 : 돌기 630 : 체결팁
632 : 오리피스관 634 : 환형 테두리
636 : 오리피스구 638 : 배출부
640 : 결합부 642 : 접속부
644 : 측벽 646 : 오픈 영역
648 : 환형 리브 650 : 관통구
652 : 분사 입구 654 : 분사 출구

Claims (13)

1. 태양광을 집광하여 전기를 발생시키는 태양광 모듈을 포함하여 구성되는 태양광 발전설비에 냉각수를 분사하여 효율을 유지 또는 향상시키는 태양광 발전설비의 효율향상설비에 있어서,
   냉각수를 저장 및 공급하는 냉각수 공급 수단; 및
   상기 냉각수 공급 수단으로부터 공급된 상기 냉각수를 상기 태양광 모듈로 분사하는 냉각수 분사 수단;을 포함하며,
   상기 냉각수 분사수단은,
   상기 냉각수 공급 수단으로부터 공급되는 상기 냉각수의 흐름에 의해서 좌우 왕복 회전하는 회전체; 및 상기 회전체를 통하여 공급되는 상기 냉각수와 상기 냉각수의 흐름에 대응하여 내부로 유입되는 공기에 의한 이상 유동을 발생하여 상기 냉각수와 상기 공기가 혼합된 펄스를 갖는 유체를 충돌 제트로 분사하는 분사체;를 포함함을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
   
2. 제1 항에 있어서, 상기 회전체는,
   외부로부터 상기 냉각수가 유입되어 배출되도록 양측에 인입구 및 배출구가 형성된 하우징;
   상기 하우징 내부에 장착되어 상기 인입구를 통해 유입된 상기 냉각수가 통과하며 서로 반대의 유동 방향 성분이 형성되도록 서로 다른 방향의 유로를 갖는 제 1 및 제 2 유동홀이 관통 형성되는 분리 격판;
   상기 하우징 내부에 회전 가능하게 장착되어 상기 냉각수가 상기 제 1 유동홀 또는 제 2 유동홀을 통과함에 따라 형성된 서로 다른 방향의 냉각수 유동력에 의해 양방향으로 왕복 회전하는 회전 수차;
   상기 회전 수차의 왕복 회전에 연동하여 양방향으로 왕복 회전하며 상기 제 1 및 제 2 유동홀을 교대로 개폐하는 회전 개폐 유닛; 및
   상기 회전 수차와 상기 회전 개폐 유닛을 연동시키는 링크 유닛;을 포함하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
   
3. 제2 항에 있어서,
   상기 분리 격판은 평판형으로 상기 하우징 내부에 횡방향으로 고정 장착되고, 상기 제 1 및 제 2 유동홀은 상기 분리 격판의 두께 방향에 대해 경사지게 형성되는 직선 유로를 갖도록 각각 적어도 하나 이상씩 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 유동홀의 경사 방향은 상기 분리 격판의 두께 방향에 대해 서로 대칭되게 형성되는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
   
4. 제2 항에 있어서, 상기 회전 개폐 유닛은,
   상기 링크 유닛과 연결 결합되어 회전하는 회전 블록부; 및
   상기 회전 블록부에 맞물림되어 회전하며 상기 제 1 및 제 2 유동홀을 교대로 개폐하도록 상기 분리 격판에 접촉 결합되는 개폐 클러치부;를 포함하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
   
5. 제1 항에 있어서,
   상기 분사체는 상기 회전체의 상부에 결합되어서 상기 회전체와 함께 회전하면서 상기 냉각수를 분사하도록 구성되는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
   
6. 제5 항에 있어서, 상기 분사체는,
   상기 회전체에서 유입되는 상기 냉각수의 흐름을 출구로 가이드하는 이송구가 형성된 노즐 캡;
   상기 이송구 내에 삽입되며 상기 이송구에서 유입되는 상기 냉각수를 상기 이송구의 상기 출구쪽으로 분사하는 오리피스;
   상기 노즐 캡의 상기 이송구의 상기 출구에 일부가 삽입되면서 삽입된 단부가 상기 오리피스와 결합되고 상기 노즐캡의 내벽과 유격을 갖도록 측벽이 형성되며 상기 측벽을 따라 유입된 상기 공기가 내부로 유입되는 것을 보장하는 다수의 관통구가 상기 노즐 캡의 이송구와 중첩된 영역에 형성되며 상기 오리피스에서 분사되는 상기 냉각수와 다수의 상기 관통구로 유입된 상기 공기의 상기 이상 유동이 발생하는 에어 챔버; 및
   상기 에어 챔버의 상기 노즐 캡의 이송구 외부로 노출된 단부와 착탈가능하게 결합되면서 상기 에어 챔버 내에서 상기 이상 유동으로 상기 냉각수와 상기 공기가 혼합된 상기 유체를 전달받아서 충돌 제트로 분사하는 분사 팁;을 포함하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
   
7. 제6 항에 있어서,
   상기 노즐 캡의 상기 이송구의 상기 출구의 측벽을 관통하는 나사공이 형성되고 상기 나사공에 스크류가 결합되어서 상기 스크류로 상기 이송구 내의 상기 에어 챔버의 고정 상태를 지지하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
   
8. 제6 항에 있어서, 상기 노즐 캡은,
   내측에 결합 공간을 형성하는 케이스;
   상기 결합 공간을 이루는 상기 케이스의 저면에서 하부로 연장되어 상기 결합 공간 외부로 일정 길이 돌출되어 상기 냉각수 공급원과 체결 가능한 체결관;
   상기 결합 공간의 일측 상부로 돌출되게 형성되어 상기 이송구의 상기 출구를 이루는 배출관; 및
   경사를 갖도록 형성된 상기 배출관과 상기 체결관의 중공들을 연통시키는 연통관;을 포함함으로써,
   상기 이송구가 연통되는 상기 체결관과 상기 연통관 및 상기 배출관의 중공을 포함하여 형성되는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
   
9. 제8 항에 있어서,
   상기 체결관은 상기 냉각수 공급원과 체결을 위하여 연장되면서 외측으로 돌출되어 단턱을 갖는 돌기가 형성된 체결 팁이 단부에 복수 개 형성되는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
   
10. 제8 항에 있어서, 상기 오리피스는,
    중공이 형성된 오리피스관; 및
    상기 오리피스관의 일단부에 상기 오리피스관의 외경보다 큰 직경의 환형 테두리를 가지며 상기 오리피스관에 연통되면서 작은 직경을 갖는 오리피스구가 형성된 배출부;를 포함하며,
    상기 오리피스는 상기 연통관의 내경보다 상기 배출관의 내경이 커서 형성되는 단차에 상기 배출면의 상기 환형 테두리가 걸리면서 상기 오리피스관이 상기 연통관에 삽입되도록 고정되는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
    
11. 제10 항에 있어서, 상기 에어 챔버는,
    상기 오리피스의 상기 배출면과 결합되는 결합부;
    상기 분사팁의 입구에 삽입되는 접속부;
    상기 결합부와 상기 접속부 사이에 상기 노즐캡의 상기 배출관의 내벽과 상기 공기의 유입을 보장하기 위하여 유격을 형성하도록 상기 결합부 및 상기 접속부보다 낮은 높이를 갖는 측벽; 및
    상기 유격을 유지하면서 상기 측벽의 외면에 상기 공기 유입을 보장하기 위한 오픈 영역이 형성된 하나 이상의 환형 리브;를 포함하며,
    상기 결합부와 상기 결합부에 가장 인접한 상기 환형 리브 사이의 측벽에 내부로 공기가 유입되는 것을 보장하는 다수의 상기 관통구가 형성되며 상기 측벽의 일부가 상기 노즐캡의 상기 배출관에 삽입되는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
    
12. 제6 항에 있어서, 상기 에어 챔버는,
    상기 오리피스와 결합되는 결합부;
    상기 분사팁에 삽입되는 접속부;
    상기 결합부와 상기 접속부 사이에 상기 노즐캡의 내벽과 상기 공기의 유입을 보장하기 위하여 유격을 형성하도록 상기 결합부 및 상기 접속부보다 낮은 높이를 갖는 측벽; 및
    상기 유격을 유지하면서 상기 측벽의 외면에 상기 공기 유입을 보장하기 위한 오픈 영역이 형성된 하나 이상의 환형 리브;를 포함하며,
    상기 결합부와 상기 결합부에 가장 인접한 상기 환형 리브 사이의 측벽에 내부로 공기가 유입되는 것을 보장하는 다수의 상기 관통구가 형성되며 상기 측벽의 일부가 상기 노즐캡의 상기 배출관에 삽입되는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
    
13. 제6 항에 있어서, 상기 분사 팁은,
    분사 입구와 분사 출구가 연통되며 상기 분사 출구 쪽으로 일정 경사각으로 좁아지는 형상을 가지며 상기 분사 입구가 상기 에어 챔버의 상기 노즐 캡의 이송구 외부로 노출된 단부를 삽입하여 착탈 가능하게 구성됨으로써 상기 유체를 일정한 분사 각도로 분사하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.

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