KR20200043093A - Hybrid type collecting solar energy for hot water - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드형 태양열 집열 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 태양열에 의해 가열되는 공기열을 이용하여 온수의 생산 및 소형 발전기를 이용한 전기 에너지의 생산이 가능한 하이브리드형 태양열 집열 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a hybrid solar heat collecting device, and more particularly, to a hybrid solar heat collecting device capable of producing hot water and producing electric energy using a small generator using air heat heated by solar heat.
최근 화석에너지의 고갈과 에너지 수급의 불안정 및 온실가스 배출로 인한 지구 온난화와 같은 환경 문제의 대두로 태양 에너지를 비롯한 깨끗하고 풍부한 신재생 에너지 개발의 필요성이 절실한 상황이다.Recently, as environmental issues such as depletion of fossil energy, instability in energy supply and demand, and global warming due to greenhouse gas emissions, the necessity of developing clean and abundant renewable energy including solar energy is urgent.
일반적으로 열에너지를 얻는 방법으로는 가연물질을 연소시키거나 전기, 화학적 작용 및 반응 등을 이용하고 있으며, 상기 연소 및 작용, 반응에 의하여 얻어진 열에너지를 축열장치에 축열시키거나 이용 가능한 상태로 변환시킨 후 이를 냉, 난방 혹은 가열을 위한 수단으로 이용하고 있다. In general, as a method of obtaining thermal energy, combustible materials are burned or electricity, chemical action, and reaction are used. After thermal energy obtained by the combustion, action, and reaction is stored in a heat storage device or converted into a usable state, It is used as a means for cooling, heating or heating.
그러나, 상기와 같이 열에너지를 얻기 위한 방법은 연소시킬 수 있는 가연물질을 준비해야하고 또, 이를 연소시키면서 열 에너지를 얻어야 하기 때문에 상기 가연물질을 연소시키기 위한 장치의 필요성과 더불어 상기 가연물질의 연소로 인한 환 경오염물질의 생성으로 인한 폐해를 걱정하지 않을 수 없으며 실제 상기 가연물질의 연소로 인한 환경오염이 심각한 상태에 이르고 있다. However, as described above, the method for obtaining thermal energy requires the preparation of a combustible material that can be combusted, and the thermal energy must be obtained while burning it. It is inevitable to worry about the harm caused by the generation of environmental pollutants, and the environmental pollution due to the combustion of the above combustible materials has reached a serious state.
또한, 전기적, 화학적 작용에 의하여 열에너지를 얻는 방법은 상기 가연물질을 연소시키는 방법에 비하여 오염물질의 생성이 현저하게 적게 되지만, 상기한 전기적, 화학적 방법 등은 이들 반응을 위한 물질이나 장치를 필요로 하기 때문에 많은 양의 열에너지를 얻고자 할 때에는 이에 따른 장치의 부피가 방대하게 되는 폐단이 있고, 상기 장치는 안전성을 구비해야 함으 로써 이를 위한 장치가 열에너지를 얻기 위한 장치보다 방대해지는 결점이 있으며, 상기 장치에 비하여 얻어지는 열은 그 다지 많지 않으므로 시설투자에의 어려움이 많게 되는 문제점이 있다.In addition, the method of obtaining thermal energy by electrical and chemical action produces significantly less pollutants than the method of burning the combustible material, but the electrical and chemical methods described above require materials or devices for these reactions. Therefore, when trying to obtain a large amount of thermal energy, there is a drawback that the volume of the device accordingly is enormous, and the device must have safety, so that the device for this has a drawback that it is larger than the device for obtaining thermal energy. Since there is not much heat obtained compared to the device, there is a problem in that it is difficult to invest in facilities.
일반적으로 태양열은 에너지 밀도가 낮은 에너지원이나, 그 잔존량이 무한하며, 그 사용 비용은 전혀 없기 때문에 신 재생 에너지원으로서 풍력과 함께 주목받고 있으며, 기술의 발달과 경제성이 뛰어나 각 나라별로 거대 발전 사업으로 두각을 보이고 있다.In general, solar energy is an energy source with low energy density, but its residual amount is infinite, and its use cost is not at all, so it is attracting attention with wind power as a renewable energy source. Is showing off.
일반적으로 태양을 이용한 집열기는 크게 평판형과 진공관형으로 크게 구분되는데 평판형 태양열 집열기는 대개 몸체가 사각형상의 평판 형태로 이루어진 것으로, 구리나 알루미늄 등을 이용하여 제작된 얇은 금속판에 태양 광선을 최대한 흡수할 수 있도록 집열판을 형성하는 한편, 상기 집열판의 일측 표면에 동재질인 다수개의 가는 지관을 일정간격으로 용접시켜서 사각형상의 틀체 내에 삽입시키고 그 상부로 투명 덮개를 씌어 일체의 집열기를 형성하게 된다.Generally, solar collectors are largely divided into flat plate type and vacuum tube type. Flat plate solar collectors are usually made of a rectangular plate shape, and absorb solar light to the thin metal plate made of copper or aluminum. On the other hand, a heat collecting plate is formed so as to be formed, and a plurality of fine branch pipes of the same material are welded at regular intervals to one surface of the heat collecting plate, inserted into a rectangular frame, and a transparent cover is put on top to form an integral heat collector.
그러나 이와 같은, 종래의 평판형 태양열 집열기는 주로 집열관의 상부에 투명덮개를 사용함에도 불구하고, 열 매체의 열교환시 대류현상에 의한 외부로의 열손실이 크게 발생되어 집열효율이 통상 50%이하로 낮아 60 내지 70℃ 이상의 온도 영역에서는 사용이 제한되는 등 기능적인 문제를 비롯한 적지 않은 문제가 발생되고 있다.However, although such a conventional flat-panel solar collector mainly uses a transparent cover on the top of the heat collecting pipe, the heat loss to the outside due to the convection phenomenon during heat exchange of the heat medium is large, so the heat collection efficiency is usually 50% or less. As it is low, in the temperature range of 60 to 70 ° C or higher, there are a number of problems, including functional problems such as limited use.
이러한 평판형 태양열 집열기의 문제를 해결하기 위하여, 태양열 집열표면과 접하는 폐쇄된 공간을 진공 처리하여 대류에 의한 열손실을 차단시킬 수 있는 진공관형 태양열 집열기를 이용하거나, 집열판의 형태를 변형시켜 고효율의 집열 성능을 확보하기 위한 기술이 다수 개발되었다. In order to solve the problem of the flat-panel solar heat collector, a vacuum-processed closed space in contact with the solar heat-collecting surface is used to prevent heat loss due to convection, or the shape of the heat collecting plate is modified to achieve high efficiency. A number of technologies have been developed to ensure heat collection performance.
다만, 이러한 평판형 태양열 집열기의 구조적인 변형을 통해, 고효율의 집열 성능을 확보하고자 하는 기술의 다수는 실제로 태양열 집열기로 제조 시, 이론적인 접근에 비해, 고효율의 집열 성능 확보가 어렵거나, 태양열 집열기로의 제조 시, 제작 비용이 많이 발생하여, 태양열 집열기로의 이용 시, 제작 단가를 고려함에 있어 가열 수단으로의 이용에 적합하지 않은 문제가 있다. However, through the structural modification of such a flat-type solar heat collector, many of the technologies that seek to secure high-efficiency heat collecting performance are actually difficult to secure high-efficiency heat collecting performance when compared to the theoretical approach when manufacturing with the solar heat collector, or the solar heat collector. In the production of the furnace, the production cost is high, and when used as a solar heat collector, there is a problem that is not suitable for use as a heating means in consideration of the production cost.
본 발명의 목적은 하이브리드형 태양열 집열 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a hybrid solar heat collecting device.
본 발명의 다른 목적은 제1 집열기 및 제2 집열기의 위치를 상, 하단에 위치하여 가열된 공기의 부력에 의한 상승 원리를 이용하여 제2 집열기로의 이동을 용이하게 하여, 에너지 손실을 최소화하는 하이브리드형 태양열 집열 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to position the first collector and the second collector at upper and lower positions to facilitate movement to the second collector by using the rising principle of buoyancy of the heated air to minimize energy loss. It is to provide a hybrid solar heat collecting device.
본 발명의 다른 목적은 제1 집열기 및 제2 집열기 내의 집열판에 단열 코팅층을 형성하여 집열 효율을 높일 수 있는 하이브리드형 태양열 집열 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a hybrid solar heat collecting device capable of increasing heat collecting efficiency by forming an insulating coating layer on the heat collecting plates in the first and second heat collectors.
본 발명의 다른 목적은 집열기에 의해 가열된 공기가 부력에 의해 상승하는 점을 이용하여, 이동관에 소형 발전기를 위치시켜 프로펠러를 회전시켜 전기 에너지를 함께 생산할 수 있는 하이브리드형 태양열 집열 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a hybrid solar heat collecting device capable of producing electric energy by rotating a propeller by placing a small generator in a moving tube by using a point in which the air heated by the heat collector rises by buoyancy. .
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 태양열 집열 장치는 태양열을 집열하여 내부 공기를 가열하는 제1 집열기; 상기 제1 집열기의 상부에 위치하며, 제1 이동관으로 연결되는 제1 소형 발전기; 상기 제1 소형 발전기와 제2 이동관으로 연결되며, 태양열을 집열하여 내부 공기를 가열하는 제2 집열기; 상기 제2 집열기의 상부에 위치하며, 제3 이동관으로 연결되는 제2 소형 발전기; 및 상기 제2 소형 발전기와 제4 이동관으로 연결되어 가열된 공기열에 의해 물과 열교환하기 위한 수축열 탱크를 포함하며, 상기 제1 집열기 및 제2 집열기는 집열기의 본체; 상기 본체의 일면 최상단에 형성되어, 태양열이 상기 본체의 내부로 투과되도록 하는 투과체; 상기 투과체의 저면에 이격되어 형성되며 수평 배치되어 태양 에너지가 집열되는 집열판; 및 상기 본체의 내부에 형성되는 단열재를 포함한다.In order to achieve the above object, a hybrid solar heat collecting apparatus according to an embodiment of the present invention comprises: a first heat collector that heats internal air by collecting solar heat; A first small generator located at an upper portion of the first collector and connected to a first moving tube; A second collector that is connected to the first small generator and a second moving tube, and heats internal air by collecting solar heat; A second small generator located above the second collector and connected to a third moving tube; And a contraction heat tank connected to the second small generator and the fourth moving tube to exchange heat with water by heated air heat, wherein the first collector and the second collector are the main body of the collector; It is formed on the uppermost end of one surface of the main body, the transparent body to transmit the heat to the interior of the main body; A heat collecting plate formed to be spaced apart from the bottom surface of the transmissive body and arranged horizontally to collect solar energy; And a heat insulating material formed inside the body.
상기 제1 집열기의 상부에 형성되는 제1 이동관은 제1 소형 발전기와 연결되며, 상기 제1 소형 발전기는 제2 이동관이 형성되어 제2 집열기의 하부에 연결되어, 가열된 공기의 흐름을 용이하게 하기 위하여, 제2 집열기가 제1 집열기의 상단에 위치한다.The first moving tube formed on the top of the first collector is connected to a first small generator, and the first small generator is formed on a second moving tube and connected to the bottom of the second collector, thereby facilitating the flow of heated air. In order to do this, the second collector is located on top of the first collector.
상기 집열판은 동판 또는 동관이 다수 결합되어 형성될 수 있다. The heat collecting plate may be formed by combining a plurality of copper plates or copper tubes.
상기 집열판은 동판 및 동관이 다수 결합되어 형성되며, 집열 효율을 높이기 위하여 단열 코팅층이 형성될 수 있다. The heat collecting plate is formed by combining a plurality of copper plates and copper tubes, and an insulating coating layer may be formed to increase heat collecting efficiency.
상기 집열 코팅층은 단열 코팅 조성물로 형성되며, 상기 단열 코팅 조성물은 미세 기공이 형성된 세라믹 입자; 및 유기 바인더를 포함하며, 상기 세라믹 안정화 지르코니아(YSZ, Yttria stabilized zircornia), NiO-YSZ, LaMnO 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. The heat collecting coating layer is formed of an insulating coating composition, and the insulating coating composition includes ceramic particles having fine pores; And an organic binder, and may be selected from the group consisting of the ceramic stabilized zirconia (YSZ, Yttria stabilized zircornia), NiO-YSZ, LaMnO, and mixtures thereof.
상기 투과체는 유리 재질로 형성되며, 상기 투과체는 내측면 및 외측면에 광투과율을 높이고 반사율을 높이기 위한 코팅층이 형성될 수 있다. The transmissive body is formed of a glass material, and the transmissive body may be formed with coating layers on the inner and outer surfaces to increase light transmittance and increase reflectivity.
상기 단열재는 집열기 본체의 투과체가 형성된 일면을 제외한 다른 일면에 모두 부착되며, 상기 단열재는 부직포 또는 발포 합성수지이다. The heat insulating material is attached to all other surfaces except the one surface on which the permeable body is formed, and the heat insulating material is a non-woven fabric or a foamed synthetic resin.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 하이브리드형 태양열 집열 시스템은 태양열을 집열하여 내부 공기를 가열하는 제1 집열부; 상기 제1 집열부의 상부에 위치하며, 제1 이동관으로 연결되는 제1 소형 발전부; 상기 제1 소형 발전부와 제2 이동관으로 연결되며, 태양열을 집열하여 내부 공기를 가열하는 제2 집열부; 상기 제2 집열부의 상부에 위치하며, 제3 이동관으로 연결되는 제2 소형 발전부; 및 상기 제2 소형 발전부와 제4 이동관으로 연결되어 가열된 공기열에 의해 물과 열교환하기 위한 수축열 탱크부를 포함하며, 상기 제1 집열부 및 제2 집열부는 집열부의 본체부; 상기 본체부의 일면 최상단에 형성되어, 태양열이 상기 본체의 내부로 투과되도록 하는 투과체부; 상기 투과체의 저면에 이격되어 형성되며 수평 배치되어 태양 에너지가 집열되는 집열판부; 및 상기 본체의 내부에 형성되는 단열재부를 포함할 수 있다.A hybrid solar heat collecting system according to another embodiment of the present invention includes a first heat collecting unit that heats the internal air by collecting solar heat; A first small power generation unit located at an upper portion of the first heat collecting unit and connected to a first moving tube; A second heat collecting part which is connected to the first small power generating part and a second moving tube, and heats internal air by collecting solar heat; A second small power generation unit located on the second heat collecting unit and connected to a third moving tube; And a contraction heat tank part connected to the second small power generation unit and the fourth moving tube to exchange heat with water by heated air heat, wherein the first heat collecting part and the second heat collecting part are body parts of the heat collecting part; It is formed on the uppermost end of one surface of the main body portion, the transmission body portion to allow the solar heat to pass into the interior of the body; A heat collecting plate part spaced apart from the bottom surface of the transparent body and disposed horizontally to collect solar energy; And it may include a heat insulating material formed inside the body.
본 발명은 제1 집열기 및 제2 집열기의 위치를 상, 하단에 위치하여 가열된 공기의 부력에 의한 상승 원리를 이용하여 제2 집열기로의 이동을 용이하게 하여, 에너지 손실을 최소화하며, 상기 제1 집열기 및 제2 집열기 내의 집열판에 단열 코팅층을 형성하여 집열 효율을 높일 수 있다. The present invention is located at the upper and lower positions of the first collector and the second collector to facilitate movement to the second collector by using the rising principle of buoyancy of the heated air, thereby minimizing energy loss. The heat collecting efficiency can be improved by forming an insulating coating layer on the heat collecting plate in the 1 heat collector and the 2 heat collectors.
또한, 집열기에 의해 가열된 공기가 부력에 의해 상승하는 점을 이용하여, 이동관에 소형 발전기를 위치시켜 프로펠러를 회전시켜 전기 에너지를 함께 생산할 수 있다.In addition, by using the point where the air heated by the collector is raised by buoyancy, a small generator is placed in a moving tube to rotate the propeller to produce electrical energy together.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 태양열 집열 장치에 관한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 태양열 집열 장치에 관한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집열기의 단면에 관한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 발전기에 관한 도면이다. 1 is a view of a hybrid solar heat collecting apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view of a hybrid solar heat collecting apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a view of a cross-section of a heat collector according to an embodiment of the present invention.
4 is a view of a small generator according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 예에 의한 차량용 필터의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 통상의 실시자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, with reference to the drawings of a vehicle filter according to an embodiment of the present invention will be described in detail. The following examples are provided as examples to ensure that the spirit of the present invention can be sufficiently transmitted to ordinary practitioners. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. In addition, in the drawings, the size and thickness of the device may be exaggerated for convenience. Throughout the specification, the same reference numbers indicate the same components.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only the present embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and the ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same components throughout the specification. The size and relative size of layers and regions in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing the embodiments, and thus is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, "comprise" and / or "comprising" refers to the components, steps, operations and / or elements mentioned above, the presence of one or more other components, steps, operations and / or elements. Or do not exclude additions.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 태양열 집열 장치에 관한 도면이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 태양열 집열 장치로, 제1 집열기(100), 제2 집열기(200), 수축열 탱크(300), 제1 소형 발전기(400), 제2 소형 발전기(410) 및 이동관(510, 520, 530, 540, 550)을 포함한다. 1 is a view of a hybrid solar heat collecting apparatus according to an embodiment of the present invention. More specifically, as a hybrid solar heat collecting device according to an embodiment of the present invention, the
상기 도 1에 따르면, 제1 집열기(100) 및 제2 집열기(200)는 상, 하단에 위치하여, 가열된 공기가 부력에 의해 이동 시, 에너지 손실을 방지할 수 있다. According to FIG. 1, the
즉, 제1 집열기(100)에 의해 공기가 가열되고, 가열된 공기는 부력에 의해 상승한다. 이때, 상승하는 공기를 에너지 손실 없이 이동시키기 위하여, 제1 이동관(510) 및 제2 이동관(520)이 제1 집열기(100)에 비해, 상단에 위치하고 있는 제2 집열기(200)로 이동시켜준다. That is, the air is heated by the
이때, 제1 이동관(510) 및 제2 이동관(520)은 제1 소형 발전기(400)를 통과하도록 구성하여, 고온 공기의 흐름에 의해 소형 발전기 내의 프로펠러(410)를 회전할 수 있도록 구성하여, 상기 프로펠러(410)의 회전에 의해 전기가 생성될 수 있다. At this time, the first moving
상기 제1 소형 발전기(400)를 통과한 고온의 공기는 제2 이동관(520)을 거쳐, 제2 집열기(200)로 이동하고, 제2 집열기(200) 내에서 태양열에 의해 공기가 2차로 가열하여, 제1 집열기(100)에 의해 1차 가열된 공기를 2차 가열시켜, 더 고온의 공기를 생성할 수 있다. The high-temperature air that has passed through the first
제2 집열관(200)에 의해 가열된 공기는 제3 이동관을 통해 제2 소형 발전기(410)로 이동하며, 이때, 제2 소형 발전기(410)는 제2 집열관(200)의 상단부에 위치하여, 가열된 공기의 부력에 의한 이동에 의해 에너지 손실을 최소화하여, 제2 소형 발전기(410) 내의 프로펠러를 회전시켜 전기를 생성할 수 있다. The air heated by the second
제2 소형 발전기(410)를 통과한 고온의 공기는 제4 이동관(540)을 통해, 수축열 탱크(300)로 이동하여, 탱크 내부의 물과 열 교환하여, 온수를 제조할 수 있다. The hot air that has passed through the second
온수의 제조에 이용된 공기는 탱크 내부의 물과 열 교환에 의해 다시 저온의 공기로 변환되고, 저온의 공기는 다시, 제5 이동관(550)에 의해 제1 집열기(100)로 이동하게 된다. The air used for the production of hot water is converted into low-temperature air again by heat exchange with water in the tank, and the low-temperature air is again moved to the
상기의 실시예와 같이, 1회 순환에 의해 수축열 탱크(300)에서 온수 생성도 가능하며, 제1 소형 발전기(400) 및 제2 소형 발전기(410) 내의 프로펠러(410) 회전에 의해 전기의 생성도 가능하게 한다. As in the above embodiment, it is also possible to generate hot water in the
즉, 종래 태양열 집열 장치는 태양열에 의해 가열된 공기를 이용하여 단순하게 온수의 생성에만 이용하였다면, 본 발명은 소형 발전기(400, 410)를 위치시켜, 온수의 생성뿐 아니라, 소형 발전기(400, 410)에 의핸 전기의 생산도 가능하다고 할 것이다. That is, if the conventional solar heat collecting device is used only for the generation of hot water simply by using air heated by the solar heat, the present invention places the
본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치는 종래 태양열 집열 장치와 달리, 제1 집열기(100) 및 제2 집열기(200)로 구성되어 있고, 상기 제1 집열기(100) 및 제2 집열기(200)의 위치를 상, 하단에 위치시켜, 가열된 공기의 에너지 손실을 최소화할 수 있다. Unlike the conventional solar heat collecting device, the solar heat collecting device according to an embodiment of the present invention includes a
즉, 도 2와 같이, 제1 집열기(100') 및 제2 집열기(200')의 위치를 나란하게 위치시키고, 동일하게 공기를 순환시켜, 온수의 생성 및 전기 생성에 대한 효율을 비교한 결과, 가열된 공기의 에너지 손실 여부에 의해 최대 20%에서 최소 10%까지 온수 생성 및 전기 생성의 효율 차이가 발생함을 확인하였다. That is, as shown in FIG. 2, the positions of the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집열기의 단면에 관한 도면으로, 제1 집열기(100) 및 제2 집열기(200)는 본체(110), 투과체(120), 집열판(130) 및 단열재(140)을 포함한다. 3 is a view of a cross-section of a collector according to an embodiment of the present invention, the
보다 구체적으로 집열기의 본체(110); 상기 본체의 일면 최상단에 형성되어, 태양열이 상기 본체의 내부로 투과되도록 하는 투과체(120); 상기 투과체의 저면에 이격되어 형성되며 수평 배치되어 태양 에너지가 집열되는 집열판(130); 및 상기 본체의 내부에 형성되는 단열재(140)를 포함한다. More specifically, the body 110 of the collector; It is formed on the top of one surface of the main body, the
상기 집열판(130)은 동판 또는 동관이 다수 결합되어 형성되며, 집열 효율을 높이기 위하여 단열 코팅층이 형성된다. The
단순히 동판 및 동관이 다수 결합된 집열판(130)에 비해, 단열 코팅층이 형성되는 경우, 집열기 내부 공기의 온도 상승에 더욱 효과적이라고 할 것이다. Compared to the
즉, 동판 및 동관이 태양열에 의해 가열되고, 가열된 상태에서 발생하는 복사열에 의해 내부의 공기가 가열되는 것에 비해, 단열 코팅층이 형성되는 경우, 복사열의 발생이 용이해져, 내부 공기의 온도 상승에 더욱 효과적이라고 할 것이다. In other words, when the copper plate and the copper tube are heated by solar heat and the air inside is heated by radiant heat generated in the heated state, when the insulating coating layer is formed, the generation of radiant heat is facilitated and the temperature of the internal air increases. It would be more effective.
상기 집열 코팅층은 단열 코팅 조성물로 형성되며, 상기 단열 코팅 조성물은 미세 기공이 형성된 세라믹 입자; 및 유기 바인더를 포함하며, 상기 세라믹 입자는 안정화 지르코니아(YSZ, Yttria stabilized zircornia), NiO-YSZ, LaMnO 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. The heat collecting coating layer is formed of an insulating coating composition, and the insulating coating composition includes ceramic particles having fine pores; And an organic binder, wherein the ceramic particles are selected from the group consisting of Yttria stabilized zircornia (YSZ), NiO-YSZ, LaMnO, and mixtures thereof.
바람직하게, 상기 세라믹 입자는 안정화 지르코니아(YSZ, Yttria stabilized zircornia)이며, 상기 단열 코팅 조성물은 안정화 지르코니아 및 탄소 섬유를 포함한다. 상기와 같이 세라믹 입자만을 포함하여 단열 코팅 조성물을 형성하는 경우에 비해, 탄소 섬유를 포함하는 경우, 탄소 섬유에 의핸 태양열 흡수 효과로 인해, 복사열 발생이 용이해져, 내부 공기의 온도 상승 효과가 더욱 상승하게 된다. Preferably, the ceramic particles are stabilized zirconia (YSZ, Yttria stabilized zircornia), and the insulating coating composition comprises stabilized zirconia and carbon fibers. Compared to the case of forming an insulating coating composition containing only ceramic particles as described above, when carbon fibers are included, radiant heat is easily generated due to the solar heat absorption effect by the carbon fibers, and the temperature rise effect of internal air is further increased. Is done.
상기 탄소 섬유는 레이온계 탄소섬유(Rayon based carbon fiber), PAN계 탄소 섬유(PAN based carbon fiber), 피치계 탄소 섬유(Pitch based carbon fiber) 및 기상 성장 탄소 섬유(Gas phase grown carbon fiber on Vapor grown carbon fiber)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상이지만, 예시에 국한되는 것은 아니다. The carbon fiber is Rayon based carbon fiber, PAN based carbon fiber, Pitch based carbon fiber and Gas phase grown carbon fiber on Vapor grown carbon fiber), but is not limited to any one example.
상기 유기 바인더는 고분자 수지 및 용매를 혼합한 것이며, 상기 고분자 수지는 아크릴 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지 및 비닐에스터(VE, vinyl ester) 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상이지만, 바람직하게는 고강성의 아크릴 수지로, 하기 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 고분자 수지를 포함한다:The organic binder is a mixture of a polymer resin and a solvent, and the polymer resin is any one or more selected from the group consisting of acrylic resins, epoxy resins, urethane resins, and vinyl ester (VE) resins, but is preferably highly rigid. As an acrylic resin, it includes a polymer resin represented by the following formula (1) and formula (2):
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
상기 용매는 물 또는 유기 용제이며, 보다 구체적으로 물, n-헥산, n-헥산올, 자일렌, n-옥탄, n-부탄올, 카본 테트라클로라이드, 사이클로헥사논, 벤젠, n-부탄올, 에탄올, 메탄올, 디메틸폼알데하이드, 아세톤, 톨루엔 및 디옥산으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 이용할 수 있지만, 예시에 국한되는 것은 아니다. The solvent is water or an organic solvent, more specifically water, n-hexane, n-hexanol, xylene, n-octane, n-butanol, carbon tetrachloride, cyclohexanone, benzene, n-butanol, ethanol, Any one or more selected from the group consisting of methanol, dimethylformaldehyde, acetone, toluene, and dioxane can be used, but is not limited to examples.
상기와 같이, 화학식 1 및 2로 표시되는 고분자 수지에 용매로 n-헥산을 혼합하여 유기 바인더를 제조하고, 상기 유기 바인더에 안정화 지르코니아(YSZ, Yttria stabilized zircornia) 및 PAN계 탄소 섬유(PAN based carbon fiber)를 혼합하여 단열 코팅 조성물을 제조할 수 있다. As described above, an organic binder is prepared by mixing n-hexane with a solvent in the polymer resins represented by Chemical Formulas 1 and 2, and stabilized zirconia (YSZ, Yttria stabilized zircornia) and PAN-based carbon fiber are added to the organic binder. fiber) to prepare an insulating coating composition.
바람직하게, 상기 단열 코팅 조성물은 용매 100 중량부에, 화학식 1로 표시되는 고분자 수지 40 내지 60 중량부, 화학식 2로 표시되는 고분자 수지 40 내지 60 중량부, 안정화 지르코니아(YSZ, Yttria stabilized zircornia) 20 내지 40 중량부 및 PAN계 탄소 섬유(PAN based carbon fiber) 5 내지 10 중량부로 포함할 수 있다. Preferably, the thermal insulation coating composition is 100 parts by weight of a solvent, 40 to 60 parts by weight of a polymer resin represented by Chemical Formula 1, 40 to 60 parts by weight of a polymer resin represented by Chemical Formula 2, and Yttria stabilized zircornia (YSZ) 20 To 40 parts by weight and 5 to 10 parts by weight of PAN based carbon fiber.
상기 범위 내에서 동판 및 동관이 다수 결합된 집열판(130)의 부착력이 높고, 단열 효과가 우수하여, 단열 코팅층을 미 형성된 집열판에 비해 내부 공기의 온도 상승 효과가 차이가 발생한다. Within the above range, the adhesion strength of the
상기 투과체(120)는 유리 재질로 형성되며, 상기 투과체(120)는 내측면 및 외측면에 광투과율을 높이고 반사율을 높이기 위한 코팅층이 형성될 수 있다. The
상기 코팅층은 유리 재질에 당업자가 광투과율 및 반사율을 높이기 위해 사용할 수 있는 코팅 조성물은 제한 없이 사용 가능하다. The coating layer is a glass material that can be used by a person skilled in the art to increase light transmittance and reflectivity, coating composition can be used without limitation.
상기 단열재(140)는 집열기 본체의 투과체가 형성된 일면을 제외한 다른 일면에 모두 부착되며, 상기 단열재(140)는 부직포 또는 발포 합성수지이다. The
상기 단열재(140)는 태양열에 의해 내부 온도가 상승하는 경우에, 외부로 열이 유출되는 것을 방지하기 위한 것으로, 태양열이 투과되는 투과체(120)가 형성된 면을 제외한 본체(110)의 모든 면에 형성되어, 단열 효과를 높일 수 있다. The insulating
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 하이브리드형 태양열 집열 시스템은 태양열을 집열하여 내부 공기를 가열하는 제1 집열부; 상기 제1 집열부의 상부에 위치하며, 제1 이동관으로 연결되는 제1 소형 발전부; 상기 제1 소형 발전부와 제2 이동관으로 연결되며, 태양열을 집열하여 내부 공기를 가열하는 제2 집열부; 상기 제2 집열부의 상부에 위치하며, 제3 이동관으로 연결되는 제2 소형 발전부; 및 상기 제2 소형 발전부와 제4 이동관으로 연결되어 가열된 공기열에 의해 물과 열교환하기 위한 수축열 탱크부를 포함하며, 상기 제1 집열부 및 제2 집열부는 집열부의 본체부; 상기 본체부의 일면 최상단에 형성되어, 태양열이 상기 본체의 내부로 투과되도록 하는 투과체부; 상기 투과체의 저면에 이격되어 형성되며 수평 배치되어 태양 에너지가 집열되는 집열판부; 및 상기 본체의 내부에 형성되는 단열재부를 포함할 수 있다. A hybrid solar heat collecting system according to another embodiment of the present invention includes a first heat collecting unit that heats the internal air by collecting solar heat; A first small power generation unit located at an upper portion of the first heat collecting unit and connected to a first moving tube; A second heat collecting part which is connected to the first small power generating part and a second moving tube, and heats internal air by collecting solar heat; A second small power generation unit located on the second heat collecting unit and connected to a third moving tube; And a contraction heat tank part connected to the second small power generation unit and the fourth moving tube to exchange heat with water by heated air heat, wherein the first heat collecting part and the second heat collecting part are body parts of the heat collecting part; It is formed on the uppermost end of one surface of the main body portion, the transmission body portion to allow the solar heat to pass into the interior of the body; A heat collecting plate part spaced apart from the bottom surface of the transparent body and disposed horizontally to collect solar energy; And it may include a heat insulating material formed inside the body.
제조예Manufacturing example
공기식 집열기의 제조Manufacturing of pneumatic collector
하기 화학식 1 및 2로 표시되는 고분자 수지에 용매로 n-헥산을 혼합하여 유기 바인더를 제조하고, 상기 유기 바인더에 안정화 지르코니아(YSZ, Yttria stabilized zircornia) 및 PAN계 탄소 섬유(PAN based carbon fiber)를 혼합하여 단열 코팅 조성물을 제조하였다:An organic binder is prepared by mixing n-hexane with a solvent in a polymer resin represented by the following Chemical Formulas 1 and 2, and stabilized zirconia (YSZ, Yttria stabilized zircornia) and PAN based carbon fiber are added to the organic binder. Mixing to prepare an insulating coating composition:
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
집열기의 본체를 제조하고, 일면은 강화 유리를 이용하여 투과체를 제조한 이후, 내부에 발포 합성 수지를 이용하여 단열재를 형성하였다. 이후, 동판에 상기 단열 코팅 조성물을 이용하여 0.5 내지 1mm의 단열 코팅층을 형성하여 집열판을 제조한 이후, 집열기 본체에 부착시켜 집열기를 제조하였다. After manufacturing the main body of the collector, and one side using a tempered glass to prepare a permeable body, an insulating material was formed using a foamed synthetic resin therein. Thereafter, an insulating coating layer of 0.5 to 1 mm was formed on the copper plate using the insulating coating composition to prepare a heat collecting plate, and then attached to the body of the heat collecting machine to prepare a heat collecting machine.
상기 단열 코팅 조성물의 구체적인 함량은 하기 표 1과 같다. The specific content of the thermal insulation coating composition is shown in Table 1 below.
(단위 중량부)(Unit weight part)
실험예Experimental example
내부 공기 온도 상승 효과 실험Experiment of internal air temperature rise effect
상기의 집열기에 대한 온도 상승 효과를 실험하기 위하여, DC 1 내지 DC4의 코팅 조성물로 집열판을 코팅한 집열기를 2018년 8월 6일부터 8월 9일까지 건물 옥상에 설치하고, 오전 9시에 내부 공기 온도를 측정하고, 오후 4시에 내부 온도를 측정하여, 내부 공기의 온도 변화를 실험하였다. 실험을 실시한 일자의 온도는 최고 34℃, 최저 32℃를 기록하였다. In order to test the temperature rise effect on the heat collector, a heat collector coated with a heat collecting plate with a coating composition of DC 1 to DC4 was installed on the roof of the building from August 6 to August 9, 2018, and inside at 9 AM The air temperature was measured, and the internal temperature was measured at 4 pm, and the temperature change of the internal air was tested. The temperature of the date of the experiment was recorded at a maximum of 34 ° C and a minimum of 32 ° C.
실험 결과는 하기 표 2와 같고, 오후 4시에 측정한 온도에서 오전 9시에 측정한 온도를 뺀 온도 상승 정도를 측정하고, 4일간의 온도 변화에 대한 평균치를 기록하였다. The results of the experiment are as shown in Table 2 below, and the degree of temperature rise minus the temperature measured at 9:00 am minus the temperature measured at 4:00 pm was measured, and the average value of the temperature change over four days was recorded.
(온도 변화 정도 측정)(Measurement of temperature change)
상기 표 2에 따르면, DC1 및 DC4의 경우, 아침(오전 9시)에 비해, 오후에 내부 공기의 온도가 상승하였음을 확인하였으나, DC2 및 DC3에 비해 온도 상승 정도가 미비함을 확인하였다. According to Table 2, in the case of DC1 and DC4, compared to the morning (9 am), it was confirmed that the temperature of the internal air rose in the afternoon, but it was confirmed that the degree of temperature rise was insufficient compared to DC2 and DC3.
이러한 사정에 비추어, DC1 및 DC4에 비해, DC2 및 DC3의 코팅 조성물을 이용하여 집열판을 코팅하는 경우에, 집열기의 온도 상승 효과가 극대화될 것이다. In light of these circumstances, when the heat collecting plate is coated using the coating composition of DC2 and DC3, the effect of temperature increase of the heat collector will be maximized compared to DC1 and DC4.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
100: 제1 집열기
110: 집열기 본체
120: 투과체
130: 집열판
140: 단열재
200: 제2 집열기
300: 수축열 탱크
400: 제1 소형 발전기
410: 제2 소형 발전기
510: 제1 이동관
520: 제2 이동관
530: 제3 이동관
540: 제4 이동관
550: 제5 이동관100: first collector
110: collector body
120: transparent body
130: heat collecting plate
140: insulation
200: second collector
300: shrink heat tank
400: first small generator
410: second small generator
510: first moving tube
520: second moving tube
530: 3rd moving tube
540: fourth moving tube
550: fifth moving tube
Claims (8)
상기 제1 집열기의 상부에 위치하며, 제1 이동관으로 연결되는 제1 소형 발전기;
상기 제1 소형 발전기와 제2 이동관으로 연결되며, 태양열을 집열하여 내부 공기를 가열하는 제2 집열기;
상기 제2 집열기의 상부에 위치하며, 제3 이동관으로 연결되는 제2 소형 발전기; 및
상기 제2 소형 발전기와 제4 이동관으로 연결되어 가열된 공기열에 의해 물과 열교환하기 위한 수축열 탱크를 포함하며,
상기 제1 집열기 및 제2 집열기는 집열기의 본체;
상기 본체의 일면 최상단에 형성되어, 태양열이 상기 본체의 내부로 투과되도록 하는 투과체;
상기 투과체의 저면에 이격되어 형성되며 수평 배치되어 태양 에너지가 집열되는 집열판; 및
상기 본체의 내부에 형성되는 단열재를 포함하는
하이브리드형 태양열 집열 장치.A first collector that heats the internal air by collecting solar heat;
A first small generator located at an upper portion of the first collector and connected to a first moving tube;
A second collector that is connected to the first small generator and a second moving tube, and heats internal air by collecting solar heat;
A second small generator located above the second collector and connected to a third moving tube; And
It is connected to the second small generator and the fourth moving tube and includes a heat shrink tank for heat exchange with water by heated air heat,
The first collector and the second collector are the main body of the collector;
It is formed on the uppermost end of one surface of the main body, the transparent body to transmit the heat to the interior of the main body;
A heat collecting plate formed to be spaced apart from the bottom surface of the transmissive body and arranged horizontally to collect solar energy; And
Including a heat insulating material formed inside the body
Hybrid solar collector.
상기 제1 집열기의 상부에 형성되는 제1 이동관은 제1 소형 발전기와 연결되며,
상기 제1 소형 발전기는 제2 이동관이 형성되어 제2 집열기의 하부에 연결되어,
가열된 공기의 흐름을 용이하게 하기 위하여, 제2 집열기가 제1 집열기의 상단에 위치하는
하이브리드형 태양열 집열 장치.According to claim 1,
The first moving pipe formed on the upper portion of the first collector is connected to the first small generator,
The first small generator is formed with a second moving tube and connected to the lower portion of the second collector,
In order to facilitate the flow of heated air, the second collector is located on top of the first collector
Hybrid solar collector.
상기 집열판은 동판 또는 동관이 다수 결합되어 형성되는 것인
하이브리드형 태양열 집열 장치.According to claim 1,
The heat collecting plate is formed by combining a plurality of copper plates or copper tubes.
Hybrid solar collector.
상기 집열판은 동판 및 동관이 다수 결합되어 형성되며,
집열 효율을 높이기 위하여 단열 코팅층이 형성되는
하이브리드형 태양열 집열 장치. According to claim 3,
The heat collecting plate is formed by combining a plurality of copper plates and copper tubes,
In order to increase the heat collection efficiency, an insulating coating layer is formed.
Hybrid solar collector.
상기 집열 코팅층은 단열 코팅 조성물로 형성되며,
상기 단열 코팅 조성물은 미세 기공이 형성된 세라믹 입자; 및 유기 바인더를 포함하며,
상기 세라믹 입자는 안정화 지르코니아(YSZ, Yttria stabilized zircornia), NiO-YSZ, LaMnO 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는
하이브리드형 태양열 집열 장치.According to claim 4,
The heat collecting coating layer is formed of an insulating coating composition,
The thermal insulation coating composition includes ceramic particles having fine pores; And an organic binder,
The ceramic particles are selected from the group consisting of Yttria stabilized zircornia (YSZ), NiO-YSZ, LaMnO and mixtures thereof.
Hybrid solar collector.
상기 투과체는 유리 재질로 형성되며,
상기 투과체는 내측면 및 외측면에 광투과율을 높이고 반사율을 높이기 위한 코팅층이 형성되는
하이브리드형 태양열 집열 장치.According to claim 1,
The permeable body is formed of a glass material,
The transmissive body is formed with a coating layer to increase light transmittance and increase reflectivity on the inner and outer surfaces.
Hybrid solar collector.
상기 단열재는 집열기 본체의 투과체가 형성된 일면을 제외한 다른 일면에 모두 부착되며,
상기 단열재는 부직포 또는 발포 합성수지인
하이브리드형 태양열 집열 장치.According to claim 1,
The heat insulating material is attached to all other surfaces except for one surface on which the transparent body is formed,
The insulating material is a non-woven fabric or foam synthetic resin
Hybrid solar collector.
상기 제1 집열부의 상부에 위치하며, 제1 이동관으로 연결되는 제1 소형 발전부;
상기 제1 소형 발전부와 제2 이동관으로 연결되며, 태양열을 집열하여 내부 공기를 가열하는 제2 집열부;
상기 제2 집열부의 상부에 위치하며, 제3 이동관으로 연결되는 제2 소형 발전부; 및
상기 제2 소형 발전부와 제4 이동관으로 연결되어 가열된 공기열에 의해 물과 열교환하기 위한 수축열 탱크부를 포함하며,
상기 제1 집열부 및 제2 집열부는 집열부의 본체부;
상기 본체부의 일면 최상단에 형성되어, 태양열이 상기 본체의 내부로 투과되도록 하는 투과체부;
상기 투과체의 저면에 이격되어 형성되며 수평 배치되어 태양 에너지가 집열되는 집열판부; 및
상기 본체의 내부에 형성되는 단열재부를 포함하는
하이브리드형 태양열 집열 시스템.A first heat collecting unit that heats the internal air by collecting solar heat;
A first small power generation unit located at an upper portion of the first heat collecting unit and connected to a first moving tube;
A second heat collecting part which is connected to the first small power generating part and a second moving tube, and heats internal air by collecting solar heat;
A second small power generation unit located on the second heat collecting unit and connected to a third moving tube; And
It is connected to the second small power generation unit and the fourth moving tube and includes a shrink heat tank unit for heat exchange with water by heated air heat,
The first heat collecting part and the second heat collecting part are body parts of the heat collecting part;
It is formed on the uppermost end of one surface of the main body portion, the transmission body portion to allow the solar heat to pass into the interior of the body;
A heat collecting plate part spaced apart from the bottom surface of the transparent body and disposed horizontally to collect solar energy; And
Including a heat insulating material formed inside the body
Hybrid solar heat collection system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180123750A KR102154639B1 (en) | 2018-10-17 | 2018-10-17 | Hybrid type collecting solar energy for hot water |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020180123750A KR102154639B1 (en) | 2018-10-17 | 2018-10-17 | Hybrid type collecting solar energy for hot water |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200043093A true KR20200043093A (en) | 2020-04-27 |
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| KR1020180123750A KR102154639B1 (en) | 2018-10-17 | 2018-10-17 | Hybrid type collecting solar energy for hot water |
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2018
- 2018-10-17 KR KR1020180123750A patent/KR102154639B1/en active IP Right Grant
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| KR102154639B1 (en) | 2020-09-10 |
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