KR20170038515A - 진공집열튜브와 차광막을 사용한 태양열 온수난방 보일러 시스템 - Google Patents

진공집열튜브와 차광막을 사용한 태양열 온수난방 보일러 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공집열튜브와 차광막을 사용한 태양열 온수난방 보일러 시스템에 관한 것으로, 진공집열튜브와 반사판을 사용하여 축열속도 및 집열효과를 향상시키고, 온도센서에 의해 동작하는 차광막을 사용하여 과열을 방지할 수 있다.
본 발명에 의한 태양열 온수난방 보일러 시스템은, 내부공간에 물을 공급받아 저장하는 보충탱크(130); 상기 보충탱크(130)로부터 난방용 물을 공급받아 소정의 높이로 저장하는 축열탱크(120); 상기 축열탱크(120)의 구멍에 상단부가 삽입되어 설치되며, 상기 축열탱크(120)에 저장된 난방용 물이 내부로 순환되면서 태양열에 의해 가열되도록 이중진공관으로 형성된 복수의 진공집열튜브(180); 상기 축열탱크(120) 내부에 가열된 난방수를 배출하는 난방용 배관(150); 상기 축열탱크(120) 내부의 난방용 물에 잠기도록 배치되며, 상기 보충탱크(130)로부터 공급받은 온수용 물을 난방용 물의 열전도에 의해 가열시켜 온수로 배출하는 열교환관(170); 상기 축열탱크(120)에 저장된 난방용 물의 온도를 검출하는 온도센서(160); 상기 진공집열튜브(180)의 상단부에 배치되며, 상기 진공집열튜브(180) 위로 차광막(201)을 개폐하는 차광막장치(200); 및 상기 온도센서(160)에서 검출된 난방용 물의 온도가 소정의 온도 이상일 때 상기 차광막장치(200)를 작동시켜 상기 진공집열튜브(180)를 차폐시키는 제어부(240);를 포함하고 있다.

Description

진공집열튜브와 차광막을 사용한 태양열 온수난방 보일러 시스템{HOT-WATER AND HEATING WATER BOILER SYSTEM FOR SOLAR HEAT USING LIGHT BARRIER AND VACUUM HEAT COLLECTOR TUBE}
본 발명은 태양열 온수난방 보일러 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공집열튜브와 차광막을 사용하여 축열속도 및 집열효과를 향상시키고 과열을 방지할 수 있는 태양열 온수난방 보일러 시스템에 관한 것이다.
오늘날, 태양열을 에너지원으로 이용하는 기술은 태양열 발전소, 태양열 온수기, 태양열 보일러, 태양열 차량 등이 있다. 이 중에 태양열 보일러는 다수 배열되는 집열관을 열매체로서 물을 저장하는 탱크와 연결되고, 상기 탱크에는 난방용의 온수 및 냉수 배관이 연결되어 있다. 이에 따라 종래의 태양열 보일러는 주간에 집열관을 통해 집열되는 에너지를 사용하여 난방 및 온수 공급이 이루어지게 된다.
그러나, 이같은 종래의 태양열 보일러는 난방 및 온수의 공급 효율성이 낮은 단점이 있다. 예컨대, 태양열 보일러를 설치하는 주택의 난방 평수에 따라 난방 및 온수의 온도가 일정하지 못하고 편차가 심하게 발생하면서 난방 및 온수의 공급불량을 초래하는 문제가 있다.
또한, 종래의 태양열 보일러는, 자연에너지를 사용하여 에너지의 절약을 유도하는 것에 그 설치 목적이 있으나, 집열 및 난방 효율이 떨어져서 별도의 보조가열수단인 기름보일러, 가스보일러 등을 부가적으로 갖추어야 하는 실정이다. 이는 보조가열수단의 설치에 따른 비용이 추가적으로 필요함은 물론, 보일러 등 보조가열수단의 가동시 오히려 전기 사용량이 증가되면서 자원 낭비를 초래하는 폐단이 있다.
또한, 종래의 태양열 보일러는 열효율이 낮을 뿐만 아니라 고장이 잦고, 성능이 떨어지며 품질에 비해 가격이 비싼 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0082280호(2013.07.19. 공개)
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이중 진공관형 진공집열튜브를 사용하여 난방수를 자연 순환시킴으로써, 축열속도 및 집열효과를 높일 수 있는 태양열 온수난방 보일러 시스템을 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 전기, 기름, 가스를 전혀 사용하지 않고 이중 진공관형 진공집열튜브를 이용하여 태양열에너지로 온수기내의 물을 데워 난방수 및 생활 온수를 공급할 수 있는 태양열 온수난방 보일러 시스템을 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 온도센서에 의해 자동으로 차폐되는 차광막을 사용하여 과열을 방지할 수 있는 태양열 온수난방 보일러 시스템을 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 진공집열튜브 아래에 반사판을 설치하여 축열속도 및 집열효과를 향상시킬 수 있는 태양열 온수난방 보일러 시스템을 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 기존의 기름보일러, 가스보일러 등과 함께 사용하여 연료비를 절감시킬 수 있는 태양열 온수난방 보일러 시스템을 제시하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 의한 태양열 온수난방 보일러 시스템은, 내부공간에 물을 공급받아 저장하는 보충탱크(130); 상기 보충탱크(130)로부터 난방용 물을 공급받아 소정의 높이로 저장하는 축열탱크(120); 상기 축열탱크(120)의 구멍에 상단부가 삽입되어 설치되며, 상기 축열탱크(120)에 저장된 난방용 물이 내부로 순환되면서 태양열에 의해 가열되도록 이중진공관으로 형성된 복수의 진공집열튜브(180); 상기 축열탱크(120) 내부에 가열된 난방수를 배출하는 난방용 배관(150); 상기 축열탱크(120) 내부의 난방용 물에 잠기도록 배치되며, 상기 보충탱크(130)로부터 공급받은 온수용 물을 난방용 물의 열전도에 의해 가열시켜 온수로 배출하는 열교환관(170); 상기 축열탱크(120)에 저장된 난방용 물의 온도를 검출하는 온도센서(160); 상기 진공집열튜브(180)의 상단부에 배치되며, 상기 진공집열튜브(180) 위로 차광막(201)을 개폐하는 차광막장치(200); 및 상기 온도센서(160)에서 검출된 난방용 물의 온도가 소정의 온도 이상일 때 상기 차광막장치(200)를 작동시켜 상기 진공집열튜브(180)를 차폐시키는 제어부(240);를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 진공집열튜브(180)는, 상부가 개구되고 하부가 밀폐된 U자형의 유리관으로 된 외관(181); 상기 외관(181)의 내부에 배치되며, 상부가 개구되고 하부가 밀폐된 U자형의 유리관으로 형성되며, 상기 외관(181)과 상단이 서로 연결되어 상기 외관(181)과의 사이에 진공을 형성하고, 상기 축열탱크(120) 내부의 물이 내부공간으로 출입하는 내관(182); 및 상기 내관(182)의 외표면에 동막층이 형성되고, 상기 동막층 상부에 광원 조사에 따른 복사열을 흡수하는 검은색의 필름층이 형성된 복사열 흡수피막(183);을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 태양열 온수난방 보일러 시스템은, 태양전지패널(212)과 풍력발전장치부(216)에 의해 태양광 및 풍력을 이용하여 전기에너지를 발생하는 태양광풍력발전장치(210); 상기 태양광풍력발전장치(210)에서 발생한 전기에너지를 저장하는 축전지(220);를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 제어부(240)는 상기 축전지(220)의 전기에너지를 1차로 공급받고 상기 축전지(220)의 전기에너지가 없을 경우 상용전기(230)를 공급받아, 상기 온도센서(160)에서 검출한 난방용 물의 온도에 따라 상기 차광막장치(200)를 작동시켜 상기 진공집열튜브(180)를 차폐시킬 수 있다.
상기 태양열 온수난방 보일러 시스템은, 상기 진공집열튜브(180) 아래에 평판형 반사판(310) 또는 곡면형 반사판(320)이 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이중 진공관형 진공집열튜브를 사용하여 난방수를 자연 순환시킴으로써, 축열속도 및 집열효과를 높일 수 있고, 수돗물의 물때가 끼지 않고 탁월한 부식방지 성질로 항상 깨끗한 온수를 공급할 수 있다.
또한, 온도센서에 의해 자동으로 차폐되는 차광막을 사용하여 과열을 방지할 수 있다.
또한, 진공관 방식으로 열효율이 좋아 고온의 온수가 생성되며 기존 태양열과는 달리 절대 동파 위험이 없으며, 타 제품에 비해 가격이 저렴한 장점이 있다.
또한, 자연 에너지인 태양열을 사용하므로 반영구적이고 내구성이 강한 환경 친화적이며, 일조량이나 난방평수에 따라 타사의 제품에 비해 설치비용이 약 50∼80%가 절감되므로 2∼3년 정도 사용하면 설치 투자비를 회수 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전기, 기름, 가스를 사용하지 않아 폭발이나 감전의 위험이 없고, 강풍에도 잘 견딜 수 있도록 설계되어 있다. 또한, 모양이 깔끔하고 세련되어 어떤 장소에 설치를 하더라도 외관을 해치지 않는다.
또한, 산업용 온수기, 수영장, 양어장, 온실, 목욕탕, 공장, 기숙사, 가정용 온수기, 전원주택, 단독, 다세대, 연립, 펜션하우스, 기타 난방기기와 결합하여 사용이 가능하고, 기존의 기름, 가스보일러 등과 함께 사용시 연료비를 대폭 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도1 내지 도11은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 의한 태양열 온수난방 보일러 시스템을 나타낸 도면으로서,
도1은 태양열 온수난방장치(100)의 사시도이고,
도2는 태양열 온수난방장치(100)의 정면도이고,
도3은 차광막(201)의 설치 동작 모습을 나타낸 도면이고,
도4는 집열탱크(120) 내부에 열교환관(170)이 배치된 모습을 나타낸 도면이고,
도5는 집열탱크(120)에 복수의 진공집열튜브(180)가 연결 배치된 모습의 사시도이고,
도6은 진공집열튜브(180)의 단면도이고,
도7은 진공집열튜브(180)의 단면 사시도이고,
도8은 태양열 온수난방장치(100)를 측면에서 바라본 내부 단면도이고,
도9는 태양광풍력발전장치(210)와 히터봉(200) 구동부를 나타낸 구성도이고,
도10은 태양광풍력발전장치(210)의 구성도이고,
도11은 컨트롤 박스(190)를 나타낸 개략도이다.
도12 내지 도14는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 의한 태양열 온수난방 보일러 시스템을 나타낸 도면으로서,
도12는 태양열 온수난방장치(300)의 구성도이고,
도13은 태양열 온수난방장치(300)를 측면에서 바라본 내부 단면도이고,
도14는 곡면형 반사판(320)을 나타낸 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
태양열 온수난방 보일러 시스템의 제1실시 예
도1 내지 도11은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 의한 태양열 온수난방 보일러 시스템을 나타낸 도면으로서, 도1은 태양열 온수난방장치(100)의 사시도이고, 도2는 태양열 온수난방장치(100)의 정면도이고, 도3은 차광막(201)의 설치 동작 모습을 나타낸 도면이고, 도4는 집열탱크(120) 내부에 열교환관(170)이 배치된 모습을 나타낸 도면이고, 도5는 집열탱크(120)에 복수의 진공집열튜브(180)가 연결 배치된 모습의 사시도이고, 도6은 진공집열튜브(180)의 단면도이고, 도7은 진공집열튜브(180)의 단면 사시도이고, 도8은 태양열 온수난방장치(100)를 측면에서 바라본 내부 단면도이고, 도9는 태양광풍력발전장치(210)와 히터봉(200) 구동부를 나타낸 구성도이고, 도10은 태양광풍력발전장치(210)의 구성도이고, 도11은 컨트롤 박스(190)를 나타낸 개략도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 태양열 온수난방 보일러 시스템은 태양열 집열장치(100)와 태양광풍력발전장치(210)로 구성되어 있다.
상기 태양열 집열장치(100)는 도1 내지 도3에 나타낸 바와 같이, 프레임(111), 축열탱크(120), 보충탱크(130), 물 배관(140), 난방수 공급관(141), 온수관(142), 배출관(143), 난방용 배관(150), 온수 배관(151), 열교환관(170), 진공집열튜브(180)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 프레임(111)은 상기 이중 진공관형 태양열 집열장치(100)를 지지하는 지지대로서, 측면이 삼각형 구조를 갖도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 프레임(111)은 스테인레스(stainless), 알루미늄(Al)을 포함한 금속 재질로 구성되거나 열처리 및 도금 처리하여 내마모 성능이 향상되도록 구성될 수 있다.
상기 프레임(111)의 상부에는 상기 축열탱크(120)가 배치될 수 있다. 상기 축열탱크(120)는 난방수(121)를 저장하는 탱크로서, 원통 형상을 갖는 금속 재질로 구성될 수 있다.
상기 축열탱크(120)의 상부에는 상기 축열탱크(120)로 난방수를 보충하여 주는 보충탱크(130)가 배치될 수 있다. 상기 보충탱크(130)는 물 배관(140)으로부터 물을 공급받아 난방수 공급관(141)을 통해 상기 축열탱크(120)로 난방수를 보충하여 준다. 이때, 상기 물 배관(140)은 수돗물의 급수관으로 연결될 수 있다.
상기 보충탱크(130)와 상기 축열탱크(120) 사이에는 난방수 공급관(141)과 온수관(142)과 연결관(143)이 연결되어 있다. 이때, 상기 난방수 공급관(141)은 상기 보충탱크(130)에 저장된 물을 상기 축열탱크(120)로 공급하거나 보충하는 역할을 한다. 그리고 상기 온수관(142)은 상기 보충탱크(130)에 저장된 물을 상기 축열탱크(120) 내부에 설치된 열교환관(170)으로 공급하는 통로이다. 상기 연결관(143)은 상기 축열탱크(120)에 저장된 난방수가 끊어 넘칠 때 상기 보충탱크(130)로 보내어 냉수와 혼합되도록 함으로써 순환시키는 역할을 한다. 여기서, 기존에는 상기 축열탱크(120)의 난방수가 끊어 넘칠 때에 배수관을 통해 버려졌으나, 본 발명에서는 상기 보충탱크(130)로 보내어 냉수와 혼합되도록 함으로써 물을 절약할 수 있다.
또한, 상기 보충탱크(130)에는 배출관(미도시)이 추가로 설치될 수 있다. 이 배출관은 상기 보충탱크(130)에 저장된 물이 가득 넘칠 때 또는 소정 높이 이상의 수위를 가질 때 자동 배출되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 배출관은 상기 보충탱크(130)의 상부 측면에 설치되어 아래로 물이 배출되도록 구성될 수 있다.
상기 축열탱크(120)는 상기 난방수 공급관(141)을 통해 상기 보충탱크(130)로부터 난방수를 보충받아 내부에 저장하게 된다.
또한, 상기 축열탱크(120)에는 난방용 배관(150), 온수 배관(151)이 연결되어 설치될 수 있다. 이때, 상기 난방용 배관(150)은 상기 축열탱크(120)에서 가열된 난방수를 배출하는 역할을 하며, 상기 온수 배관(151)은 상기 축열탱크(120)의 내부에 설치된 열교환관(170)에서 가열된 온수를 배출하는 역할을 한다.
상기 열교환관(170)은 상기 축열탱크(120)의 내부공간에 저장된 난방용 물 또는 난방수에 잠기도록 배치될 수 있다. 상기 열교환관(170)은 도3에 나타낸 바와 같이, 스크류 형태를 갖는 나선형 또는 원형 고리 형상으로 구성될 수 있다. 하지만, 반드시 여기에 국한된 것은 아니며, 톱니 모양, 지그재그 모양, 물결 모양, 구형파 펄스 모양 등 여러 가지 모양과 형태로 구성될 수도 있다.
상기 난방수 공급관(141)을 통해 상기 열교환관(170)으로 공급된 상기 보충탱크(130)의 물(냉수)은 상기 열교환관(170)을 통해 순환되면서 상기 축열탱크(120)에서 가열된 난방수의 열전도에 의해 가열되게 된다. 이때, 상기 열교환관(170)에서 가열된 물은 상기 온수 배관(151)을 통해 댁내의 수도꼭지나 샤워기로 배출되도록 구성될 수 있다. 그리고, 상기 온수 배관(151)으로 물이 배출되지 않을 경우 상기 열교환관(170)에서 가열된 물은 순환관(171)을 통해 상기 열교환관(170)의 입구쪽으로 피드백되어 순환되도록 구성될 수 있다. 상기 순환관(171)은 상기 열교환관(170)의 배출구 쪽에 있는 물을 상기 열교환관(170)의 유입구 쪽으로 되돌려 보내는 역할을 한다.
상기 열교환관(170)은 상기 축열탱크(120)의 내부에서 상기 난방수(121) 속에 잠기도록 구성되어 있으며, 상기 난방수(121)의 열전도에 의해 가열되게 된다. 따라서 상기 열교환관(170)은 상기 축열탱크(120)의 난방수와는 별개로 온수를 공급하도록 구분되어 있다.
상기 축열탱크(120)의 하부에는 복수의 진공집열튜브(180)가 내부 공간과 연통되도록 연결 설치될 수 있다(도 4 참조). 상기 진공집열튜브(180)은 상기 축열탱크(120)에 상단부가 연결되어 상기 축열탱크(120)의 내부공간과 연통되게 배치되고, 상기 축열탱크(120) 내부에 저장된 물이 내부의 공간으로 출입하도록 이중진공관으로 형성되어 있다.
상기 축열탱크(120)의 하단에는 상기 복수의 진공집열튜브(180)을 삽입하여 설치하기 위한 복수의 튜브삽입구가 내부로 관통 형성되어 있다. 상기 진공집열튜브(180)는 상기 축열탱크(120)의 튜브삽입구에 고정패킹(도4의 184)을 사용하여 밀폐되도록 설치될 수 있다.
상기 진공집열튜브(180)은 도6 및 도7에 나타낸 바와 같이, 외관(181), 내관(182), 복사열 흡수피막(183)으로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 외관(181)은 상부가 개구되고 하부가 밀폐된 U자형의 유리관으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 내관(182)은 상기 외관(181)의 내부에 배치되며, 상부가 개구되고 하부가 밀폐된 U자형의 유리관으로 형성되며, 상기 외관(181)과 상단이 연결되어 상기 외관(181)과의 사이에 진공을 형성하고, 상기 난방수가 내부공간에 수용되도록 형성될 수 있다. 상기 복사열 흡수피막(183)은 상기 내관(182)의 외표면에 형성되며, 검은색의 필름층(미도시)과 동막층(미도시)으로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 동막층은 상기 내관(182)의 외표면에 형성되고, 상기 검은색의 필름층은 상기 동막층의 상부에 형성되어 광원 조사에 따른 복사열을 흡수하게 된다.
상기 진공집열튜브(180)은 하나의 관을 형성함에 있어 관을 이중으로 형성시키고 중간 부분이 밀봉되어 진공상태가 유지되도록 구성되어 있다. 이러한 상태에서 진공관의 내부, 즉 상기 내관(182)의 바깥쪽 표면을 형성하고 있는 부분에 태양 빛을 효과적으로 흡수할 수 있도록 동막이 코팅으로 처리되어 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 진공집열튜브(180)은 복사열에 의한 열전도율을 최대한 확보할 수 있도록, 먼저 흡수된 열이 외부로 달아나지 않도록 진공단열기능을 제공하되 외관(181)과 내관(182) 사이에 진공 공간이 형성되어 진공단열이 이루어지게 된다. 그리고, 상기 내관(182)의 외표면에 피복되는 상기 복사열 흡수피막(183)은 산화구리, 카본성분 등과 같은 흡수제로 구성될 수 있으며, 도료형태나 코팅되는 형태로 피복되는 것이 바람직하다.
따라서 태양 빛은 진공관의 외부를 통과하여 진공상태 또한 쉽게 통과하게 되며 다시 진공관 안쪽의 코팅처리되어 있는 코팅에 의하여 효과적으로 흡수되게 된다. 이때, 상기 내관(182)의 내부에는 물이 담겨져 있는데, 여름철이나 겨울철에도 물의 온도를 충분히 난방용으로 사용할 수 있을 수준으로까지 확장시킬 수 있다.
상기 진공집열튜브(180)은 상기 축열탱크(120)에 상부가 결합되고, 상기 프레임(111)의 전방 하단에 배치된 하단프레임(112)에 하부가 결합되어 설치될 수 있다. 이때, 상기 하단프레임(112)의 하단에는 상기 프레임(111)을 지지하는 지반대(113)가 배치되어 있다.
상기 이중 진공관형 태양열 집열장치(100)는 태양복사열에 의해 상기 진공집열튜브(180)의 내부에 가열된 물이 상승하여 상기 축열탱크(120)의 내부로 들어가고, 상기 축열탱크(120)의 내부에 상대적으로 낮은 온도를 갖는 물이 상기 진공집열튜브(180)의 내부로 유입되면서 순환되게 된다. 이러한 물의 순환 과정이 반복되면서 상기 축열탱크(120)의 내부에 저장된 난방수가 데워지게 된다. 그리고 상기 축열탱크(120)의 난방수가 가열되게 되면 상기 축열탱크(120)의 내부에 배치된 열교환관(170)이 가열되면서 온수를 만들게 된다.
계속해서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 태양열 집열장치(100)는 온도센서(160)와 차광막장치(200)가 추가로 설치될 수 있다.
이때, 상기 온도센서(160)는 상기 축열탱크(120) 내부에 저장된 난방용 물의 온도를 실시간으로 검출하는 역할을 하며, 상기 축열탱크(120) 내부에 설치될 수 있다.
그리고, 상기 차광막장치(200)는 상기 축열탱크(120) 내부의 난방용 물이 소정의 온도보다 높을 경우(예를 들어, 100℃ 이상) 상기 진공집열튜브(180)를 차폐시키는 역할을 한다. 상기 차광막장치(200)는 상기 진공집열튜브(180)의 상단부, 즉 상기 축열탱크(120)와 상기 진공집열튜브(180)의 연결부위의 상부에 배치될 수 있다. 상기 차광막장치(200)는 구동모터(202)에 의해 상기 진공집열튜브(180) 위로 차광막(201)을 개폐하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 차광막장치(200)는 구동모터(202) 없이 일측에 마련된 회전식 손잡이를 돌려서 차광막(201)이 개폐되도록 구성될 수도 있다.
상기 차광막장치(200)의 동작을 제어하기 위해 제어부(240)가 추가로 구성될 수 있다. 상기 제어부(240)는 상기 온도센서(160)에서 검출된 난방용 물의 온도가 소정의 온도(예를 들어, 100℃ 이상) 또는 사용자가 설정한 설정 온도보다 높을 때 상기 차광막장치(200)의 구동모터(202)를 작동시켜 상기 진공집열튜브(180) 위로 차광막(201)을 차폐시킴으로써 난방용 물이 더이상 가열되지 않도록 제어할 수 있다. 또한, 반대로, 상기 제어부(240)는 상기 온도센서(160)에서 검출된 난방용 물의 온도가 소정의 온도 또는 설정 온도보다 낮을 때 상기 차광막장치(200)의 구동모터(202)를 작동시켜 상기 차광막(201)을 개방시킴으로써 상기 진공집열튜브(180)에 의해 난방용 물이 가열되도록 제어할 수 있다.
상기 차광막장치(200)는 태양광 또는 풍력에 의해 발생된 전기에너지를 동력원으로 사용할 수 있다. 이를 위해, 본 발명에서는 도9 내지 도10에 나타낸 바와같이, 태양광풍력발전장치(200), 축전지(220), 상용전기(230), 제어부(240)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 태양광풍력발전장치(210)는 태양전지패널(212)과 풍력발전장치부(216)에 의해 태양광 및 풍력을 이용하여 전기에너지를 발생하도록 구성될 수 있다. 상기 태양광풍력발전장치(210)는 기둥(211)에 태양전지패널(212)이 설치되고, 상기 기둥(211)의 상단부에 풍력발전장치부(216)가 설치될 수 있다. 이때, 상기 풍력발전장치부(216)는 상기 기둥(211) 상단부에 회전 가능하게 설치된 회전축(213)과, 상기 회전축(213)의 상단부에 설치된 날개(214)와 방향키(215)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 축전지(220)는 상기 태양광풍력발전장치(210)에서 발생한 전기에너지를 저장하는 역할을 수행한다. 상기 제어부(240)는 상기 축전지(220)의 전기에너지를 1차로 공급받고 상기 축전지(220)의 전기에너지가 없을 경우 상용전기(230)를 공급받아, 상기 온도센서(160)에서 검출한 난방용 물의 온도에 따라 상기 차광막장치(200)를 작동시켜 차광막(201)을 차폐 또는 개방시키도록 제어하게 된다.
계속해서 도11을 참조하여 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 태양열 집열장치(100)는 난방수의 온도를 설정하여 난방수와 생활 온수의 공급을 제어하고, 동절기때 어는 것을 방지하기 위해 상기 물 배관(140)에 설치된 열선의 온도를 설정 및 제어하는 컨트롤 박스(190)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 컨트롤 박스(190)는 상기 태양열 집열장치(100)의 뒷쪽 프레임(111)에 설치될 수 있다. 또한, 상기 컨트롤 박스(190)는 상기 태양열 집열장치(100) 이외에 건물이나 주택의 외부 또는 내부에 설치될 수 있다.
상기 컨트롤 박스(190)에는 난방온도조절기(191), 열선온도조절기(192), 제어부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 난방온도조절기(191)는 난방수의 온도를 설정하는 조절기로서, 회전식 스위치로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 열선온도조절기(192)는 상기 물 배관(140)의 외표면에 접촉되게 배치된 열선(미도시)의 히팅 온도를 설정하는 조절기로서, 회전식 스위치로 구성될 수 있다. 이때, 상기 열선은 동절기때 상기 물 배관(140)이 얼어서 물 공급이 되지 않거나 동파되는 것을 방지하기 위해 상기 물 배관(140)을 히팅시키는 역할을 한다. 상기 제어부는 난방수의 온도가 설정온도 이상일 경우 난방수와 온수를 공급하도록 제어하고, 난방수의 온도가 설정온도 이하일 경우 온수만을 사용하도록 난방수의 공급을 제어하며, 상기 물 배관(140)이 동절기때 어는 것을 방지하기 위해 상기 열선온도조절기(192)의 설정온도에 따라 상기 열선을 가열하도록 제어하게 된다.
태양열 온수난방 보일러 시스템의 제2실시 예
도12 내지 도14는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 의한 태양열 온수난방 보일러 시스템을 나타낸 도면으로서, 도12는 태양열 온수난방장치(300)의 구성도이고, 도13은 태양열 온수난방장치(300)를 측면에서 바라본 내부 단면도이고, 도14는 곡면형 반사판(320)을 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제2실시 예에 의한 태양열 온수난방 보일러 시스템은 제1실시 예에서 상기 진공집열튜브(180) 아래에 반사판(310,320)을 설치하여 축열속도 및 집열효과가 향상되도록 구성된 것이다. 이때, 상기 반사판(310,320)은 상기 태양열 집열장치(100)의 프레임(111)에 설치될 수 있으며, 금속 재질로 구성될 수 있다.
그 예로서, 도13은 평판형 반사판(310)을 나타낸 것으로, 상기 태양열 집열장치(100)의 전면에 설치된 복수의 진공집열튜브(180) 아래에 프레임(111) 상에 설치될 수 있다. 상기 반사판(310)은 상기 진공집열튜브(180)와 그 사이로 통과한 빛을 상기 진공집열튜브(180)로 반사시킴으로써, 축열속도 및 집열효과를 향상시킬 수가 있다.
도14는 곡면형 반사판(320)을 나타낸 것으로, 상기 태양열 집열장치(100)의 전면에 설치된 복수의 진공집열튜브(180) 아래에 프레임(111) 상에 설치될 수 있다. 상기 곡면형 반사판(320)은 상기 진공집열튜브(180)와 그 사이로 통과한 빛이 반사되어 상기 진공집열튜브(180)로 집중되도록 곡면 형태로 구성될 수 있다. 상기 곡면형 반사판(320)은 그 단면 모양이 반원형, 타원형, 삼각형, 톱니형 등으로 형성될 수 있다. 이러한 형상들 중에 어느 하나의 형상을 갖는 상기 곡면형 반사판(320)은 햇빛이 반사되는 면에 삼각형 또는 톱니모양의 돌출부가 일체로 형성될 수 있다. 이때, 이 돌출부는 반사판으로 입사되는 다양한 각도의 빛이 상기 진공집열튜브(180)로 집중되도록 반사시킴으로써, 축열속도 및 집열효과를 향상시킬 수가 있다.
한편, 도12 내지 도13에 나타낸 실시 예에서 차광막장치(200)의 동작은 앞에서 설명한 제1실시 예의 차광막장치(200)과 그 구성 및 동작이 동일하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 이중 진공관형 태양열 집열장치는, 진공집열튜브와 반사판을 사용하여 축열속도 및 집열효과를 향상시키고, 온도센서에 의해 동작하는 차광막을 사용하여 과열을 방지함으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : 태양열 온수난방 보일러 시스템의 제1실시 예
111 : 프레임 112 : 하단프레임
113 : 지반대 120 : 축열탱크
121 : 난방수 130 : 보충탱크
140 : 물 배관 141 : 난방수 공급관
142 : 온수관 143 : 연결관
150 : 난방용 배관 151 : 온수 배관
160 : 온도센서 170 : 열교환관
171 : 순환관 180 : 진공집열튜브
181 : 외관 182 : 내관
183 : 복사열 흡수피막 184 : 고정패킹
190 : 컨트롤박스 191 : 난방온도조절기
192 : 열선온도조절기 200 : 차광막장치
201 : 차광막 202 : 구동모터
210 : 태양광풍력발전장치 211 : 기둥
212 : 태양전지패널 213 : 회전축
214 : 날개 215 : 방향키
216 : 풍력발전장치부 220 : 축전지
230 : 상용전기 240 : 제어부
300 : 태양열 온수난방 보일러 시스템의 제2실시 예
310 : 평판형 반사판 320 : 곡면형 반사판

Claims (4)

  1. 내부공간에 물을 공급받아 저장하는 보충탱크(130);
    상기 보충탱크(130)로부터 난방용 물을 공급받아 소정의 높이로 저장하는 축열탱크(120);
    상기 축열탱크(120)의 구멍에 상단부가 삽입되어 설치되며, 상기 축열탱크(120)에 저장된 난방용 물이 내부로 순환되면서 태양열에 의해 가열되도록 이중진공관으로 형성된 복수의 진공집열튜브(180);
    상기 축열탱크(120) 내부에 가열된 난방수를 배출하는 난방용 배관(150);
    상기 축열탱크(120) 내부의 난방용 물에 잠기도록 배치되며, 상기 보충탱크(130)로부터 공급받은 온수용 물을 난방용 물의 열전도에 의해 가열시켜 온수로 배출하는 열교환관(170);
    상기 축열탱크(120)에 저장된 난방용 물의 온도를 검출하는 온도센서(160);
    상기 진공집열튜브(180)의 상단부에 배치되며, 상기 진공집열튜브(180) 위로 차광막(201)을 개폐하는 차광막장치(200); 및
    상기 온도센서(160)에서 검출된 난방용 물의 온도가 소정의 온도 이상일 때 상기 차광막장치(200)를 작동시켜 상기 진공집열튜브(180)를 차폐시키는 제어부(240);
    를 포함하는 태양열 온수난방 보일러 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진공집열튜브(180)는,
    상부가 개구되고 하부가 밀폐된 U자형의 유리관으로 된 외관(181);
    상기 외관(181)의 내부에 배치되며, 상부가 개구되고 하부가 밀폐된 U자형의 유리관으로 형성되며, 상기 외관(181)과 상단이 서로 연결되어 상기 외관(181)과의 사이에 진공을 형성하고, 상기 축열탱크(120) 내부의 물이 내부공간으로 출입하는 내관(182); 및
    상기 내관(182)의 외표면에 동막층이 형성되고, 상기 동막층 상부에 광원 조사에 따른 복사열을 흡수하는 검은색의 필름층이 형성된 복사열 흡수피막(183);
    을 포함하는 태양열 온수난방 보일러 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 태양열 온수난방 보일러 시스템은,
    태양전지패널(212)과 풍력발전장치부(216)에 의해 태양광 및 풍력을 이용하여 전기에너지를 발생하는 태양광풍력발전장치(210);
    상기 태양광풍력발전장치(210)에서 발생한 전기에너지를 저장하는 축전지(220);를 더 포함하며,
    상기 제어부(240)는 상기 축전지(220)의 전기에너지를 1차로 공급받고 상기 축전지(220)의 전기에너지가 없을 경우 상용전기(230)를 공급받아, 상기 온도센서(160)에서 검출한 난방용 물의 온도에 따라 상기 차광막장치(200)를 작동시켜 상기 진공집열튜브(180)를 차폐시키는,
    태양열 온수난방 보일러 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 태양열 온수난방 보일러 시스템은,
    상기 진공집열튜브(180) 아래에 평판형 반사판(310) 또는 곡면형 반사판(320)이 배치된 태양열 온수난방 보일러 시스템.
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