KR20170115663A - 태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건물의 외부에 설치된 태양열 집광-집열부를 이용하여 건물의 내부 난방 및 온수 등을 공급받을 수 있도록 한 태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치를 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 태양광을 집광, 집열하기 위한 집광-집열부(1)는 박스형의 케이싱 내부에 설치되는 열교환부재(6)와;
상기 열교환부재(6) 상부에 설치되어 태양광을 집광하기 위한 다수의 볼록렌즈(2)로 이루어진 집광패널(7)을 구비한 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 집광-집열부(1)의 케이싱 하부에는 별도의 유체가온챔버(8)가 형성될 수도 있으며, 상기 열교환부재(6)는 주름관을 지그재그형으로 배관하여 열교환 표면적을 극대화 할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치{Heating and hot water and electricity supply using solar power}

본 발명은 태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 건물의 외부에 설치된 태양열 집광-집열부를 이용하여 건물의 내부 난방 및 온수와 전기 등을 공급받을 수 있는 태양열을 이용한 난방 및 온수 및 전기 공급장치를 제공코자 하는 것이다.

화석연료 등의 자원 고갈과 더불어 환경오염 등의 문제로 인해 대체 에너지원의 개발이 에너지 업계의 화두로 대두된 것은 오래된 일이다.

대체 에너지원은 태양광, 파력, 풍력, 지열 등 다양한 자연 에너지를 이용하여 난방 및 온수, 발전 등을 행하고 있으며, 건물 등에서는 발전을 위한 태양광 발전설비가 다수 설치되고 있는 실정이다.

그러나 기존에 알려져 있는 태양열 난방장치 등의 경우 그 구성이 복잡하고, 전반적인 제어가 난이하며 고장률이 높아 보다 염가로 제작이 가능하면서 내구성, 사용 편의성을 갖는 난방장치의 개발이 요망되었던 것이다.

KR 공개특허 10-2012-0130441 KR 등록특허 10-1380828 KR 등록실용 20-0408782

이에 본 발명에서 제공하는 태양열을 이용한 난방 및 온수 공급장치는 염가로 제작이 가능하며, 내구성이 우수하고, 태양열 집광, 집열 효과가 높으며, 고장률 등이 낮고 사용 편의성이 양호한 태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치를 제공코자 하는 것이다.

본 발명은 태양광을 집광, 집열하여 건물의 난방을 위한 방열부로 공급되는 공기, 물을 가온하거나, 온수를 공급하기 위한 물을 가온하거나 가온된 온수의 증기를 통해서 전기를 발전, 활용토록 한 태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치에 있어서;

태양광을 집광, 집열하기 위한 집광-집열부는 박스형의 케이싱 내부에 설치되는 열교환부재와;

상기 열교환부재 상부에 설치되어 태양광을 집광하기 위한 다수의 볼록렌즈로 이루어진 집광패널을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 집광-집열부의 케이싱 하부에는 별도의 유체가온챔버가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열교환부재는 주름관을 지그재그형으로 배관하여 열교환 표면적을 극대화 할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제공하는 태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치는 태양광을 집광, 집열하여 열교환부재 내부를 경유하는 공기, 물 등을 가온시킨 후 건물의 난방 및 온수 공급 및 스팀을 이용한 발전이 가능토록 한 것으로,

집광을 위한 집광패널을 다수개의 볼록렌즈를 사용토록 하여 집광 효율을 극대화 할 수 있고,

집광되는 태양광이 가진 열원을 열교환하기 위한 열교환부재는 주름관을 사용토록 하여 열교환 효율 역시 극대화시켜 단시간에 별도의 전원 공급 없이도 태양광만을 이용하여 건물의 난방, 온수 공급 및 발전 등을 할 수 있고,

자연대류 방식으로 공기, 온수 등을 순환시켜 고장률이 거의 없는 내구성 있는 장치 보급이 가능하며, 제작비용도 염가로 제작이 가능한 것이다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 태양열을 이용한 난방 및 온수 공급장치의 바람직한 일 실시예를 보인 전체 구성도
도 2는 본 발명에서 제공하는 태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치에 있어서, 집광-집열부를 발췌한 일부 분해 사시도
도 3은 본 발명에서 제공하는 태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치에 있어서, 집광-집열부를 발췌한 단면 구성도
도 4는 본 발명에서 제공하는 태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치에 있어서, 집광-집열부의 일부 다른 실시예를 발췌한 단면 구성도

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 약, 실질적으로 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 발명에서 제공하는 태양열을 이용한 난방 및 온수 공급장치는 태양광을 집광, 집열하여 열교환부재 내부를 경유하는 공기, 유체(난방수, 온수, 발전용 스팀) 등을 가온토록 하고, 가온된 공기, 유체 등은 자연대류 방식으로 순환시켜 별도의 제어장치 없이도 건물의 실내 난방 및 온수 공급과 스팀을 이용한 발전 등이 이루어질 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 태양광 집광 및 집열을 위한 집광-집열부는 볼록렌즈가 전체적으로 형성된 집광패널과,

상기 집광-집열부의 케이싱 내부에는 집광패널을 통해 집광된 빛으로부터 열교환을 할 수 있는 열교환부재가 설치되고, 상기 열교환부재는 열전도성이 우수하고 열교환 면적을 극대화하기 위해 주름관을 사용하거나, 케이싱 하부에 별도의 온수, 스팀 등을 가온할 수 있는 유체가온챔버를 구비토록 하며, 상기 열교환부재와 집광패널의 케이싱 내부 표면에는 흑색으로 표면을 마감하여 집광효율을 높이도록 한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치의 바람직한 일 실시예를 보인 전체 구성도이다.

도시한 바와 같이 본 발명은 태양광을 집광, 집열하기 위한 집광-집열부(1)와,

상기 집광-집열부(1)에서 복수개의 렌즈(2)를 사용하여 집열된 태양광이 가진 열원을 이용하여 가온된 공기나 온수, 스팀 등을 난방, 온수공급, 발전 등을 위해 사용토록 한다.

상기 집광-집열부(1)는 건물(3)의 외부 태양광을 집광하기 좋은 건물(3)의 지붕이나 남향 등의 위치에 설치하게 되며, 상기 집광-집열부(1)에서 가온된 공기 등이 자연대류 방식으로 순환이 될 수 있도록 건물(3)로 배관된 공급관(5)을 통해 가온된 공기가 실내로 유입될 수 있도록 하며, 건물(3) 내부로 공급된 가온된 공기는 난방을 행하면서 상부로 상승 또는 열교환을 수행 후 하강하여 환기관(4)을 통해 다시 집광-집열부(1)로 순환공급이 될 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명에서 제공하는 태양열을 이용한 난방 및 온수 공급장치에 있어서, 주요부인 집광-집열부(1)를 발췌한 일부 분해 사시도이다.

상기 집광-집열부(1)는 상부가 개방이 되고 단열이 된 박스체로 제작되고, 내부에 주름관(Corrugate Tube)과 같은 단위 표면적이 넓은 관체로 이루어진 열교환부재(6)가 지그재그형으로 배관되어 양 단부가 각각 공급관(5)과 환기관(4)과 연결토록 한다.

상기 열교환부재(6)는 주름관 등으로 이루어져 표면적이 극대화되어 집광시 집열효과가 극대화 될 수 있다.

그리고 열교환부재(6)의 재질은 구리(Cu), 알루미늄(Al)과 같은 열전도성이 우수한 재질로 제작토록 한다.

상기 열교환부재(6)의 표면에는 집광효율을 높이기 위해 흑색 계열의 도막층을 형성토록 한다.

상기 열교환부재(6)의 상부에는 집광패널(7)이 설치된다.

상기 집광패널(7)은 태양광이 조사(照射)되었을 시에 집광효과를 극대화하기 위해 다수개의 볼록렌즈(convex lens; 2)로 구성된다.

이는 아크릴수지와 같은 다양한 합성수지재나 유리 등 다양한 재질로 제작이 가능하며, 규칙적으로 다수개의 볼록렌즈(2)를 엠보싱 형태로 형성하여 태양광이 열교환부재(6)에 빛을 최대로 집광토록 하여 열교환 효율을 극대화 할 수 있도록 함이 바람직하다.

상기 볼록렌즈(2)는 한쪽으로 볼록한 형태의 엠보싱을 형성한 판재를 상호 반대방향으로 일체화시켜 양쪽으로 렌즈부가 형성되도록 하여 볼록렌즈(2)를 경량화, 제작비용을 보다 염가로 제작이 가능하며, 이러한 경우 볼록렌즈(2)의 내부에는 태양광의 조도를 높일 수 있는 유체를 밀봉시켜 제작하여 집광 및 집열효과를 높일 수도 있는 것이다.

도 3은 본 발명에서 제공하는 태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치에 있어서, 집광-집열부(1)를 발췌한 단면 구성도이다.

즉, 본 발명은 태양광이 사계절 가장 이상적으로 조사될 수 있는 남향 각도로 건물의 지붕 등 외부에 설치되어 태양광이 집광-집열부(1)의 상부면에 위치한 집광패널(7)로 조사될 수 있도록 한다.

물론, 근자에는 계절의 변화에 따라 태양의 각도에 맞게 집광효율을 높일 수 있도록 자동 각도조절되는 장치 등이 개시되어 있으므로, 그러한 자동 각도조절장치에 본 발명의 집광-집열부(1)를 설치하여 사용하는 것도 바람직하다.

집광패널(7)에 형성된 다수개의 볼록렌즈(2)를 통해 태양광은 집광-집열부(1) 내부에 지그재그상으로 배관되어 있는 열교환부재(6)의 표면에 집광되어 태양열이 열교환부재(6) 내부를 경유하는 공기, 또는 각종 유체와 열교환을 수행하게 된다.

상기 열교환부재(6) 표면부에는 흑색 도막층이 형성되어 태양광을 보다 잘 흡수를 하게 되는 것이다.

도 4는 본 발명에서 제공하는 태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치에 있어서, 집광-집열부(1)의 일부 다른 실시예를 발췌한 단면 구성도이다.

상기 열교환부재(6)의 하부에는 유체가온챔버(8)를 별도로 제작하여 열전도성이 우수한 열교환부재(6)와 더불어 유체가온챔버(8) 내부의 유체도 동시에 가온토록 한다.

이와 같은 실시예는 태양열을 열교환 할 수 있는 표면적이 보다 극대화되어 단시간에 공기 및 유체 등을 가온하게 되어 가온된 공기는 건물(3) 내부 실내 난방을 수행하게 되며, 가온된 유체(온수)는 온수 또는 난방수로 공급받아 사용할 수 있게 되는 것이다.

또한 가온된 온수의 증기는 발전기 터빈을 돌려서 전기를 발전하는데 사용을 할 수도 있는 것이다.

그리고 공급관(5)을 통해서 실내에 공급된 가온된 공기는 실내를 난방 시킨 후 열교환이 이루어져 차가워진 공기는 하부로 내려 앉게 되므로 이를 환기관(4)을 통해 다시 집광-집열부(1)로 환기시켜 가온을 행한 후 건물(3) 내부로 다시 공급하는 순환 과정을 거쳐 난방을 수행하게 되는 것이다.

물론, 상기 집광-집열부(1)의 열교환부재(6) 내부에 물을 투입하여 이를 가온하여 온수로 사용할 경우에는 물을 공급할 수 있는 수도관 등과 열교환부재(6)를 연결하여 연속 공급이 가능토록 하며, 물을 가온하여 바닥을 난방 등을 행하고자 할 시에는 건물(3) 바닥에 시공되는 난방용 온수 배관으로 대체될 것이다.

또한 상기 집광-집열부(1)의 열교환부재(6)는 필요에 따라서 온수용 또는 공기를 가온하여 사용하는 난방용의 목적으로 개별적으로 사용 할 수도 있으며, 궁극적으로는 집광-집열부(1)를 통해서 가온된 공기나 온수의 증기를 활용해서 전기를 발전하는데도 활용 할 수가 있다.

이상과 같이 구성될 수 있는 본 발명의 태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치는 태양광을 집광, 집열하여 공기, 물 등을 가온시킨 후 건물의 난방 및 온수 공급, 발전 등이 가능토록 한 것으로, 집광을 위한 집광패널(7)을 다수개의 볼록렌즈(2)를 사용토록 하여 집광 효율을 극대화 할 수 있고, 집광되는 태양광이 가진 열원을 열교환하기 위한 열교환부재(6)는 주름관 등을 사용하거나 유체가온챔버(8)를 추가로 구비하여 열교환 효율 역시 극대화시켜 단시간에 별도의 전원 공급 없이도 태양광만을 이용하여 건물의 난방 및 온수와 전기공급 등을 받을 수 있고, 자연대류 방식으로 공기는 순환시켜 고장률이 거의 없는 내구성이 있는 장치 보급이 가능하며, 제작비용도 염가로 제작이 가능한 특징이 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명의 태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치는 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

1: 집광-집열부 2: 볼록렌즈 3: 건물 4: 환기관 5: 공급관 6: 열교환부재 7: 집광패널 8: 유체가온챔버

Claims (3)

1. 태양광을 집광, 집열하여 건물(3)의 난방을 위해 공급되는 공기, 물을 가온하거나, 온수와 발전을 위한 물을 가온키 위한 태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치에 있어서;
   태양광을 집광, 집열하기 위한 집광-집열부(1)는 박스형의 케이싱 내부에 설치되는 열교환부재(6)와;
   상기 열교환부재(6) 상부에 설치되어 태양광을 집광하기 위한 다수의 볼록렌즈(2)로 이루어진 집광패널(7)을 구비한 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 난방 및 온수와 전기 공급장치.
   
2. 제 1 항에 있어서;
   상기 집광-집열부(1)의 케이싱 하부에는 별도의 유체가온챔버(8)가 형성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 난방 및 온수 공급장치.
   
3. 제 1 항에 있어서;
   상기 열교환부재(6)는 주름관을 지그재그형으로 배관하여 열교환 표면적을 극대화 할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 난방 및 온수 공급장치.

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