KR20150044049A - 태양열 집적장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 햇빛열 집적장치는, 발열부와 열 저장부와 송풍부와 지지부로 구성되고, 발열부는 외부에서 발열부 하단으로 유입되는 공기 유입구와, 상기 공기 유입구로 연결되는 제1 단열공간 안으로 유색 천 또는 유색비닐 등이 바탕 단열판 앞으로 접착되고, 둘레 가장자리로 중간 단열재가 유색 천 또는 유색비닐 앞에 접착되고, 상부로는 뜨거운 공기 배출구가 결합되어, 투명 단열구성체가 접착으로 밀폐 조립되고, 투명 단열 구성체 둘레 가장자리 앞으로 중간 단열재가 상기의 방법으로 한 겹 더 적층 되어 밀폐된 제2 단열공간을 이루고 이 같은 방법으로 제2 단열공간 앞으로 다수 단열공간으로 다수의 적층 밀폐 단열공간을 이루고, 상기 제1 단열공간의 상부 뜨거운 공기 배출구로 흡입 단열호스가 끼워져 결합되고 흡입 단열호스는 송풍기로 연결되고 송풍기는 송풍 단열호스로 연결된다.
여기에 열 저장부는 햇빛을 받아 공기를 가열하여 뜨거운 공기를 상부에 모으되, 밀폐된 공간의 여러 적층의 단열공간을 앞으로 하여 투명 단열구성체로 햇빛을 받아들이고 단열성을 높여 공기를 뜨겁게 하는 역할을 하되, 벽 지지부로 발열부를 길게 수직으로 또는 기울이게 시설한다. 발열부 하부 제1 단열공간으로 들어오는 공기는 햇빛으로 뜨거워진 유색 천 또는 유색비닐로부터 지속적으로 상층으로 올라가며 열교환되어 뜨거워져 상단 열저장소에 모여 단열 공간에 갇히고 그 뜨거워진 공기는 뜨거운 공기배출구에 연결된 흡입 단열호스를 통하여 송풍기 가동으로 흡입되어 송풍 단열호스로 공기열이 공급된다.

Description

햇빛열 집적장치{A CONCENTRATED HEAT OF THE SUN'S EQUIPMENT}

본 발명은 햇빛의 열을 모아 집적하는 장치로서 햇빛에 가열되어 뜨거워진 공기열을 더욱 가열해서 집적해서 모으고 열의 낭비 없이 모아 이용하는 태양열 장치에 관한 것이다.

햇빛이 많은 우리나라에서 햇빛이 에너지로 이용하려는 여러가지 시도는 있었지만 태양열을 이용하는 것은 드물고 태양열 온수기를 이용하거나 태양전지판을 이용하여 전기를 생산하는데, 이러한 설비는 많은 비용이 드는 문제점이 있고, 태양열을 이용하는 것은 열을 집중해서 모을 수 없어 활성화되지 못하고 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 햇빛열 집적장치를 통해 햇빛을 모으되 저렴한 비용으로 시설하고 열이 단열이 잘되게 하여 햇빛에 의해 열이 더욱 가열되게 하여 그 뜨거워진 공기 열을 열손실 없이 단열호스로 유입되게하여 물을 데우거나 난방을 할 수 있게 하는 등 햇빛을 통한 열에너지를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 햇빛열 집적장치는, 발열부와 열 저장부와 송풍부와 지지부로 구성되고, 발열부는 외부에서 발열부 하단으로 유입되는 공기 유입구와, 상기 공기 유입구로 연결되는 제1 단열공간 안으로 유색 천 또는 유색비닐 등이 바탕 단열판 앞으로 접착되고, 둘레로 중간 단열재가 유색 천 또는 유색비닐에 접착되고, 상부로는 뜨거운 공기 배출구가 결합되어, 투명 단열구성체가 접착으로 밀폐 조립되고, 투명 단열구성체 둘레 앞으로 중간 단열재가 상기의 방법으로 한 겹 더 적층 되어 밀폐된 제2 단열공간을 이루고 이 같은 방법으로 앞으로 다수 단열공간으로 다수의 적층 밀폐 단열공간을 이루고, 상기 제1 단열공간 상부의 뜨거운 공기배출구로 흡입 단열호스가 끼워져 결합되고 흡입 단열호스는 송풍기로 연결되고 송풍기는 송풍 단열호스로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

열 저장부는 햇빛을 받아 공기를 가열하여 상부에 모으되 밀폐된 공간을 여러 적층의 단열공간으로 하여 투명 단열구성체로 햇빛을 받아들이고 단열성을 높여 공기를 뜨겁게 하는 역할을 하되, 벽 지지부로 발열부를 길게 수직으로 또는 기울이게 시설되게 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 발열부는 투명 단열구성체로 덮여진 여러 단의 단열층으로 이루어진 다수 단열공간으로 이루어져 제1 단열공간은 단열성이 뛰어나고, 제1 단열공간 바닥에는 유색 천 또는 유색비닐이 접착되어 있어 다수 투명 단열구성체로 들어오는 햇빛이 유색 천 또는 유색비닐을 가열하여 온도를 높이되 열 손실이 없어 온도가 계속 상승 되게 되는데, 이때 하단으로 유입되는 공기가 햇빛에 의해 데워진 뜨거운 유색 천 또는 유색비닐의 열을 흡수하면서 길게 수직 또는 기울이게 시설된 길이를 따라 위로 올라가며 온도가 계속 상승하여 뜨거워지며 상단 열저장소에 모여 높은 단열로 유지되어 열손실이 거의 없이 송풍 단열호스로 송풍 되어 필요한 뜨거운 공기열을 얻는다. 이러한 결과는 기존의 열의 낭비가 많은 햇빛열을 이용하는 방법보다는 공기를 길게 수직 상승하며 몹시 뜨거운 공기열로 가열 집적할 수 있고, 경제성이 떨어져 시설을 못하고 비어있는 많은 아파트 벽면 등에 설치 가능하며, 많은 햇빛의 열을 저렴하게 고효율로 편리하게 취득 이용할 수 있는 장점이 있다.

도1은 본 발명 햇빛열 집적장치의 사시도.
도2a는 본 발명 햇빛열 집적장치의 바탕 단열판 조립도.
도2b는 본 발명 햇빛열 집적장치의 유색 천 또는 유색비닐 조립도.
도2c는 본 발명 햇빛열 집적장치의 중간 단열재 조립도.
도2d는 본 발명 햇빛열 집적장치의 제1 단열공간 조립도.
도2e는 본 발명 햇빛열 집적장치의 중간 단열재 조립도.
도2f는 본 발명 햇빛열 집적장치의 제2 단열공간 조립도.
도2g는 본 발명 햇빛열 집적장치의 다수 단열공간 조립도.
도2h는 본 발명 햇빛열 집적장치의 윗 단열재 조립도.
도2i는 본 발명 햇빛열 집적장치의 발열부 단면도.
도3a는 본 발명 햇빛열 집적장치의 수직 사시도.
도3b는 본 발명 햇빛열 집적장치의 앞으로 기울이기 사시도.
도3c는 본 발명 햇빛열 집적장치 발열부의 기울이기 단면도.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 말하는 실시예에 한정되지 않는다. 그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 햇빛열 집적장치(100)에 대하여 도1 내지 도3을 참고하여 설명한다. 도1을 참조하면, 본 발명에 따른 햇빛열 집적장치(100)는, 발열부(10), 열 저장부(20), 송풍부(30)를 포함하여 구성된다. 발열부(10)는 햇볕을 받는 면적에 따라 적정한 넓이와 길이로 하되, 가능하면 길이를 길게 한다. 넓이는 발열부(10)를 벽에 시설하거나 지면에 세울 경우 강한 눈, 비, 바람에 견딜 정도의 넓이의 폭으로 하면 된다. 그러면 강한 눈, 비, 바람에 충분히 튼튼해진다. 발열부 하단에 공기가 유입되는 공기 유입구(16)가 있고 공기 유입구(16) 위로 제1 단열공간(22)이 형성되는데 햇빛(25)이 들어오는 앞쪽으로는 투명 단열구성체(11)가 있고, 햇빛(25)을 받아 열을 발생시키는 유색 천 또는 유색비닐(12)이 바닥에 있게 된다. 제1 단열공간(22) 위로는 뜨거운 공기배출구(19)가 있고, 둘레 가장자리로 중간 단열재(14)가 접착제(17)로 밀착 접착되어 밀봉되며 가능한 넓은 공간을 유지시킨다.

이러한 구성을 보면 먼저 도2a와 같이 먼저 투명 단열구성체(11)를 깔고 그 앞에 단열성이 뛰어난 두꺼운 바탕 단열판(13)을 접착제(17)로 붙인다. 그리고 도2b와 같이 유색 천 또는 유색비닐(12)을 바탕 단열판(13) 앞에 접착제(17)로 붙여 고정하고, 그 앞에 도2c와 같이 중간 단열재(14)를 열에 강한 유색 천 또는 유색비닐(12) 앞으로 서로 접착제(17)로 밀착하여 붙이되 상부로는 뜨거운 공기배출구(19)를 고정해 붙이고, 아래로는 공기가 들어올 수 있게 공기 유입구(16)를 두게 한다. 그리고 도2d와 같이 중간 단열재(14)를 붙여 고정하되 투명 단열구성체(11)로 둘레를 돌려 감는 식으로 하면 편리하다. 중간 단열재(14)와 닿는 투명 단열구성체(11)에는 접착제(17)로 붙인다. 그러면 길이 방향으로 긴 위로 뜨거운 공기배출구(19)와 아래로 공기 유입구(16)를 제외한 밀폐된 제1 단열공간(22)이 형성된다. 그리고 제2 단열공간(23)은 도2e와 같이 도2d위에서처럼 중간 단열재(14)를 투명 단열구성체(11) 앞에 가장자리로 완전 밀폐되게 붙이며, 도2f에서처럼 투명 단열구성체(11)를 접착제(17)로 밀착하여 밀폐되게 붙인다. 마찬가지로 중간 단열재(14)와 닿는 투명 단열구성체(11)에는 접착제(17)로 붙인다. 그러면 제2 단열공간(23)은 제1 단열공간(22) 앞으로 겹쳐지게 되며 공기가 든 상태로 완전히 밀봉된다. 도2g에서와 같이 다수 단열공간(24)도 위의 방법과 같은 방식으로 여러 개 만든다. 이렇게 더 많은 여러 단열공간층을 필요에 따라 적층 하여 만들 수 있다. 그 바깥으로는 최종적으로 도2h와 같이 발열부(10) 상부에 윗 단열재(15)를 접착제(17)로 붙여 상단 열저장소(21)로 모이는 열이 갇히는 모양이 되게 한다. 이렇게 하여 완성된 발열부(10)의 상단에 있는 뜨거운 공기배출구(19)에 흡입 단열호스(32)를 연결하여 송풍기(31)에 연결하고 송풍기(31)에서 송풍 단열호스(33)를 연결한다.

발열부(10)는 길이 방향으로 세워서 시설하되, 수직 또는 기울여 시설할 수 있다. 또한 발열부(10)를 나란히 다수 개 시설하여 넓은 면적을 아우르는 많은 열을 생산할 수 있다. 햇빛이 잘 드는 아파트나, 가정의 건물의 벽면 등에 시설하면 견고하고 시설하기도 편리하고 열 이용이 좋다. 빈 땅에도 강풍에 견딜 수 있게 지주를 세워 시설하면 공간 활용이 좋다.

그러면 이러한 햇빛열 집적장치(100)의 구체적인 원리를 알아보기 위해 도3c에서와 같이 기울기(18)

로 이루어진 예로 설명한다. 기울기가 없이 수직으로 세워지거나 뒤로 기울어진 형태도 가능하나 앞으로 약간 기울어진 도3c와 같은 경우가 효율이 좋다. 먼저 열 저장부(20) 하단에 있는 공기 유입부(16)로 공기가 들어오면 제1 단열공간(22)으로 들어오게 되는데, 제1 단열공간(22)은 햇빛(25)을 받는 앞쪽으로 필요에 따라 제2 단열공간(23)과 다수 단열공간(24)으로 여러 층의 단열공간이 형성되며 그 단열공간 안으로는 공기가 밀폐되어 있어 단열효과를 높인다. 제1 단열공간(22) 및 다수 단열공간(24) 상하 측면으로는 바깥 방향으로 긴 두꺼운 형태의 단열재로 되게 되어 단열 효과가 높다. 도3c와 같이 여러 투명 단열구성체(11)로 적층 되는 앞에서 햇빛(25)이 들어오면 여러 투명 단열구성체(11)를 통과한 햇빛(25)은 유색 천 또는 유색비닐(12)에 도달하여 빛이 유색으로 흡수되어 반사되는 빛이 거의 없으므로 거의 모두 열로 바뀌어 유색 천 또는 유색비닐(12)을 뜨겁게 달군다. 그러므로 밀폐되고 단열 된 제1 단열공간(22) 안에서는 높은 단열효과로 계속 온도가 상승할 수밖에 없다. 이렇게 뜨거워진 유색 천 또는 유색비닐(12)로 공기가 닿으면 대류현상으로 위로 공기 흐름(26)이 생기는데 이 상승기류는 열 저장부(20)가 앞으로 기울어진 관계로 뜨거워진 유색 천 또는 유색비닐(12)과 계속 접촉하며 상승하여 공기는 유색 천 또는 유색비닐(12)로부터 계속 열을 흡수해 더욱더 뜨거워지며 긴 길이방향을 따라 온도를 흡수하며 열 저장부(20) 상단에 이를 때는 매우 뜨겁게 된다. 이 뜨거운 공기는 비중이 낮아져 발열부(10) 상단의 상단 열저장소(21)에 머물게 되며 윗 단열재(15)로 보호되어 열이 거의 빠져나가지 않는다. 이렇게 모인 뜨거운 열의 공기를 저장부(20)의 상부에 있는 뜨거운 공기배출구(19)를 통하여 흡입 단열호스(32)로 송풍기(31)를 가동하여 뜨거운 공기를 흡입하여 송풍 단열호스(33)를 거쳐 송풍이 된다. 이 송풍된 공기는 뜨겁기 때문에 물을 끓이거나 물을 데워 저장하거나 또는 알맞게 보내어 난방으로 이용한다.

상기와 같이 뜨거운 공기열로 집적되는 이유는 보통 햇빛은 1㎡당 1Kw의 열을 발생시키므로 큰 에너지를 갖고 있다. 겨울철에는 20% 감소로 볼 때 1㎡당 800w의 열을 발생시킨다고 볼 수 있다. 그러므로 다소 면적을 크게 하면 고 열량의 큰 에너지를 얻을 수 있다. 그러나 이러한 큰 에너지가 많은 햇볕에 있음에도 불구하고 대체로 큰 에너지를 얻지 못하는 일반적인 이유는 열 모음 장비의 효율저하를 꼽을 수 있다. 즉 열의 손실이 커 모으기 힘든다는 이유인데, 이는 단열성을 높이므로 해결될 수 있다. 단열이 가장 좋은 진공은 자연상태에서 얻기 어렵고, 인공적인 방법은 큰 시설과 비용으로 얻기가 어렵다. 본 발명의 방법처럼 단열재의 두께를 두껍게 하면 일단 단열 효과는 크게 높고(좌,우. 측면과 뒷면의 단열재를 두껍게 하고), 앞으로 공기가 든 투명 단열구성체(11)로 된 비교적 많은 다수 단열공간(24)을 두어 단열 효과를 높이고, 햇빛(25)으로 계속 데워진 길이 방향으로 긴 뜨거워진 유색 천 또는 유색비닐(12)로 공기를 지속적으로 접촉케 하여 부분적으로 최고로 뜨거워지는 공기가 비중이 낮아 계속 상층으로 열교환되면서 오르게 하여 상단 열저장소(21)의 윗 단열재(15) 안으로 갇히게 하므로 마치 아이스 박스에 얼음이 갇히듯 열 이동 없이 보호가 되며 최상의 뜨거운 공기만 위로 모이게 되어 효율을 높이게 된다.

또한 길이를 길게 한 발열부(10)는 옆으로 눕힌 형태로 제조 방법에 따라 80m 롤 형태의 투명 비닐로도 펼쳐서 제작이 가능하고, 그 이상도 가능하여 송풍기(31)로 발생한 뜨거운 공기를 흡입 가능해 빈 땅이나 밭에 길게 시설하여 사용할 수 있다. 그 길이는 제조 방법에 따라 80m 이상 몇 백m도 가능하다. 또한 열 저장부(20)는 단열공간을 많게 하여 단열성을 높여 제1 단열공간(22) 안의 공기 온도를 100℃이상 높게 하여 그 공기를 흡입하여 물을 끓일 수도 있다. 이것은 햇빛(25)으로 들어오는 열량이 단열로 새어나가는 열량보다 월등히 높을 때 가능하며, 예로 비닐 하우스 등에는 열이 비닐로 30% 정도 열이 빠져나가고 단열성이 좋지않아 하우스 내부는 온도가 오를수록 그만큼 열이 빠져나가 하우스 내부의 열의 온도가 오르지 않는다. 본 발명으로는 햇빛(25)이 들어오며 열이 빠져나가기 쉬운 가장 취약한 통로인 투명 단열구성체(11)로 된 곳을 비교적 많은 여러 단의 단열공간을 층으로 하므로 햇빛은 잘 들어오고 단열은 충분히 잘되게 한다. 상, 하, 측면과 뒷면은 단열재가 두께가 충분히 두꺼워 단열이 우수한 단열재료와 더불어 열의 이동이 지극히 어려워 단열은 충분하다. 그리고 예를 들어 오목거울로 햇빛을 모아 집중시키면 솥 안의 물도 끓일 수 있는데, 이는 단열이 안 되는 금속의 솥임에도 불구하고 열을 집중해 물을 끓이는 것이 가능하다. 이와 마찬가지로 본 발명에서도 단열만 충분하다면 오히려 충분히 햇빛의 열을 계속 흡수하여 열을 계속 쌓으므로 유색 천 또는 유색비닐(12)로 온도를 몇 백℃이상 까지도 계속 올릴 수 있고, 긴 열교환으로 계속되는 공기는 그의 온도에 이르는 온도가 충분히 가능하다. 물론 단열재와 투명 단열구성체(11)와 유색 천 또는 유색 비닐(12)은 높은 온도에 강한 재료를 쓴다. 저온의 경우 스티로폼을 이용하면 값싸게 시설할 수도 있다. 발열부를 낮은 곳 즉 하단에 두면 대류로 공급되는 뜨거운 공기열을 송풍기를 끈 채 공급할 수도 있다.

이같이 하면 햇빛이 있는 한 어떠한 아파트 벽면이나, 빈 공간에도 경제적인 이유로 시설할 수 없었던 온열 공급을 충분히 공급할 수 있고 값이 싼 재료로 많은 햇빛 에너지를 충분히 흡수 활용할 수 있다.

사용재료들은 화재를 대비 불연재나 난연재가 좋고, 공기 유입구(16)로는 벌레가 들어오지 않게 방충망을 설치한다.

10 : 발열부
11 : 투명 단열구성체
12 : 유색 천 또는 유색비닐
13 : 바탕 단열판
14 : 중간 단열판
15 : 윗 단열판
16 : 공기 유입구
17 : 접착제
18 : 기울기
19 : 뜨거운 공기배출구
20 : 열 저장부
21 : 상단 열저장소
22 : 제1 단열공간
23 : 제2 단열공간
24 : 다수 단열공간
25 : 햇빛
26 : 공기 흐름
30 : 송풍부
31 : 송풍기
32 : 흡입 단열호스
33 : 송풍 단열호스
34 : 전선
40 : 지지부
41 : 벽 고정틀
42 : 고임목
100 : 햇빛열 집적장치

Claims (5)

1. 하부로부터 공기가 유입되어 상부로 뜨거운 공기가 배출되는 발열부;
   하부로 공기가 유입되어 공기를 데우는 제1 단열공간과, 제1 단열공간 앞에 제2 단열공간을, 제2 단열공간 앞에 다수 단열공간을 가지는 열 저장부;
   상기 발열부의 선단에 결합되며 흡입 단열호스와 송풍기 및 송풍 단열호스로 연결되는 송풍부; 및
   상기 발열부를 벽에 지지 고정하는 벽 고정틀과 고임목을 구비하는 지지부;로 구성되되
   상기 열 저장부는 하부에서 외부로부터 공기가 들어오는 공기 유입구를 가지고, 상부로는 뜨거운 공기배출구를 가지며, 햇빛을 받아 발열하는 유색 천 또는 유색비닐을 바탕으로 하고, 앞으로는 다수 투명 단열구성체를 가지며 상, 하, 좌우 가장자리와 뒤를 두꺼운 단열재로 하여 길이방향으로 길게 서로 접착되어 밀봉되는 것을 특징으로 하는 햇빛열 집적장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 단열공간 앞의 제2 단열공간은, 앞으로는 투명 단일구성체를 가지며 상, 하, 좌우가장자리를 단열재로 하여 길이방향으로 길게 서로 접착되어 공기로 밀봉된 공간을 가지는 것을 특징으로 하는 햇빛열 집적장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제2 단열공간 앞의 다수 단열공간은, 앞으로는 투명 단일구성체를 가지며 상, 하, 좌우 가장자리를 단열재로 하여 길이방향으로 길게 서로 접착되어 공기로 밀봉된 공간을 가지는 것을 특징으로 하는 햇빛열 집적장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 다수 단열공간 앞의 위에 윗 단열재를 접착하여 상단 열저장소를 두어 상부로 모이는 뜨거운 공기를 단열하는 것을 특징으로 하는 햇빛열 집적장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 송풍부는 상기 발열부의 선단에 결합된 흡입 단열호스로 뜨거운 공기를 송풍기 가동이나 대류로 흡입하며 송풍 단열호스로 뜨거운 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 햇빛열 집적장치.

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