KR0181200B1 - 태양광 집광집열 장치 - Google Patents

Abstract

추적하지 않고 집광집열하는 태양 복사에너지 수집장치로, 상향반사체와 전향반사체가 비대칭 통형으로 구성되는 바, 제작 및 설치가 용이 저렴한 중, 고온 열매 생산용이다. 상향반사체만을 취하여 벽구조물 대체재로 적용할 수 있어 하절기엔 냉방부하 경감 작용이 크며, 배면 보온하여 미장카바 설치시 빌딩, 가옥, 아파트 등 어디든 적용가능하다. 화석연료 고갈, 대기오염등의 제반 문제에 청정 태양에너지로 가정 및 산업용 열매체 생산을 보다 효율높게 적용할 수 있고, 아파트 등의 베란다, 발코니, 옥상난간 등 좁은 면적의 부지만 확보되면 설치할 수 있는 토지경제성을 갖춘 장치이다.

Description

태양광 집광 집열 장치

제1도는 태양광 작용상태가 도시된 본 발명 장치의 개요 단면도.

제2도는 실시예를 도시한 단면도.

제3도는 다층건물 외벽에 적용한 본 발명장치의 단면도.

제4도는 본 발명 실시예를 도시한 사시도.

제5도는 간이 추적장치가 도시된 단면도.

제6도는 내면반사체 작동장치가 도시된 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 집열관 2 : 인볼류트(INVORLUTE)곡면 반사체

3 : 포물곡면 반사체 4 : 건물 벽유리

6 : 투과체 8 : 후레임

9: 카바 및 케이싱재 13 : 집열관 지지구

19 : 콘트롤 판넬 24 : 부라켓(BRACKET)

T : 곡면연결 결합점 L : 위도(해당 위도의 춘, 추분 태양고도광)

S.S : 하지점태양고도광 W.S : 동지점 태양고도광

F.L : FLOOR(층, 바닥면) W : 태양광 수광폭(WIDTH)

본 발명은 평판형 집열기와 같이 고정식이면서 집광집열하는 것으로 가정용 난방 및 급탕은 물론 산업용 중, 고온수 생산용 태양광 집광집열 장치에 관한 것이다.

한국특허 85-1135 태양광 수집 장치에 도시된 파라보라형 반사경은 집열시에도 정밀기구 장치로 추적하여야만 되고, 실용신안 86-5310 태양열 집열 장치에 적용된 반사체는 집열관원주 길이보다 수광폭이 좁아 집광집열되지 않으며, 특허 81-768 태양열 집열 방법에 적용한 제2반사체는 추적장치있는 제1반사체에서 집속된 반사광만을 수광 집열 할 뿐만 아니라 수광 개구폭이 60도이상 되지 못하였으며, 이와 유사한 일본 특허 91-55735 집광집열기에 소개된 복합파라보라형 반사경은 중, 고온 집열은 용이하나 집열관에 작용하지 못하는 반사누광 태양광이 많은 결점이 있으며 반사누광을 없애기 위해서는 상기와 같이 수광개구폭이 필연적으로 좁아지게 되며 대부분의 집광용 반사체는 정입사 하는 태양광을 좌우양측 반사체가 동시에 동일촛점 구성하는 대칭형이다.

본 발명은 평판집열기와 같이 저렴한 제작설치비로, 보다 고온열매를 생산케 하였을 뿐만 아니라 좁은 공간에서의 설치는 물론 벽기능 집열장치로 활용시 기존의 벽구조물 대체재로 설치될 수 있는 경제성 높은 집열장치이다.

첨부도면이나 이하 기술하는 고도광은 북위 35도(남위 35도 또한 같다)를 적용 설명하였다.

제1도에서 동지점 태양고도광(W.S)을 집열관(1)에 집속하는 포물곡면 반사체(3)와 인볼류트 곡면 반사체(2)를 결합, 집열관 기준 상향전개되는 상향반사체와, 하지점 태양고도광(S.S)을 집열관(1)에 집속하는 포물곡면(3-1)와 상기한 인볼류트곡면(2)과 반대방향으로 전개되는 인볼류트 곡면 반사체(2-1)가 결합, 집열관 기준 전방쪽으로 전개되는 전향반사체를 비대칭적으로 구성 상향반사체(2.3)와 전향방사체(2-1, 3-1)의 (이하 양반사체로 표기함) 전개 부분 일부를 취하여, 제4도와 같이 양반사체 , 투과체(6) 및 양측면투과체(6-3)로 통형 구성되는 집열 장치로 단일의 후레임(8)과 카바 및 케이싱재(9)로 제작, 추적하지 않고, 입사되는 태양광을 집열관에서 수광 집열작용케 한 것이다.

지역에 따라 차이는 다소 있으나, 태양강도는 하지 이후에 최고 동지이후에 최소치가 되며, 평균기온은 7,8월이 가장 높고, 1,2월이 가장 낮은 특징이 있으며, 집열에 유효한 임의 위도의 태양고도는 하지점 남중광(S.S)의 가장 높고 동짓날 일출후 및 일몰전 고도광이 가장 낮다.

상기와 같은 이유로 전향반사체의 포물곡면 반사체(3-1)를 하지점 남중고도광(S.S)보다 낮은 고도광을 적용 구성하면 보다 큰 수광폭(제5도에서 실선으로 표기한 3-1)이 얻어진다. 달리 표현하면 벌어짐(개구폭, W)이 증가되므로 반사누광이 일부 발생되더라도 혹한기에 보다 많은 집열에너지를 얻게되는 것으로, 하지점 고도광(L)과 동지점광을 비교 도시하였다.

제5도에 도시된 상향 및 전향반사체 포물곡면반사체(3, 3-1)를 이용 간이 고도추적을 설명하면, 포물곡면반사체를 회동절로 분리구성하고 각회동힌지(22)점으로 부터 동일거리에 연결줄(23) 상호 연결시키고, 상향반사체(3) 배면에 조작선(10)을 결착하여 외부로 인출, 안내로라(26)에 안내되고 스넵형 멈춤구(12)로 조작선을 압착케하여 반사체(3, 3-1) 위치 설정케 하는 것이다.

동지날을 기준으로 태양고도가 증가함에 따라 조작선(10)의 단부 손잡이(11)를 당기면 안내로라(26)에 안내되어 조작선이 당겨지므로 회전힌지(22)점 외측의 반사체는 회동케 되므로 스넵형멈춤구(12)로 조작선(10)을 압착하므로 반사체의 자중으로 인한 하향회전력이 억제케 되므로 위치 설정되는 것으로 하지이후 동지까지는 반대 동작시키면 된다. 일정 기간을 정하거나 또는 하루 한번씩 필요에 따라 편리 조작하므로서 추적기능을 하는 것이다. 제3도는 상향반사체(3)만을 추적하는 경우이며 부품 6-2는 상부의 건물유리창(4)에 경사 입사한 광을 통과시키는 투과체를 도시한 것으로 복사에너지의 건물가열을 방지키 위함이며 아래층 경우는 하지점 남중고도광을, 위층은 춘, 추분 남중고도광(L)을 수광하는 상태도이고, 아래층에 가상선 표기 위치는 동지점 반사체(3)상태이다.

제2도에서 전향반사체는 인볼류트(2-1)곡면 반사체만으로 적용하여 반사체(3,2,2-1) 배면은 보온(7)하고 카바 및 케이싱재(9) 설치하여 수광전면은 건물벽유리(4)로 구성된 벽기능을 갖는 집열장치가 동지점광을 수광하는 상태도로 건물벽, 난간, 발코니, 베란다등에 설치되는 것이다.

부라켓(24)을 이용 제1도에서와 같이 전향반사체(3-1)를 돌설시키는 형식으로도 실시됨을 도시한 경우로 가상선으로 표기 하였으며, 수광전면 투과체는 6C와 같이 동지점광과 수직되게, 6B와 같이 보다 급경사물매로, 제1도 6A는 춘, 추분광과 수직되게 양반사체 및 투과체 구성시킨 것이다.

제3도는 집열관(1)의 제3사분면 원주일점을 기점으로 하는 상향 반사체(2,3)만으로 구성되고 수직투과체(4) 구성된 벽기능을 갖는 경우이다. 제2도와 함께 벽기능과 집열기능을 가졌음으로 여름철 건물실내 냉방부하의 큰 요인인 태양복사를 집열하므로 에너지 절약, 벽기능, 집열기능을 갖는 다기능 장치이다.

제6도는 양면반사체로 된 내면반사체(14)를 24시간 타이머스위치의 양분(12시간 간격) 간격으로 조정 콘트롤되는 정, 역기능 모타(18)의 동력을 체인(17)으로 전달 내면반사체(14)가 회전 나사축(16)상을 타고 안내축(15)에 안내되면서 12시간 간격으로 직선 왕복 운동하여 일출시부터 정오까지는 동측경사광을 수광케 서측으로 내면반사체 위치시켜 반사작용케하고, 정오부터 일몰시까지의 서측경사광은 내면반사체 동측으로 위치시켜 집열관(1)에 작용케한 것으로, 도면은 오후 서측광 작용상태이며 작동은 정오와 자정에 1회씩만 작동시키면 되는 것으로 리미트 스위치(21)로 모타정역회전 반대 회로 구성하고 타이머 스위치(20)에 위하여 정확한 12시간 간격 동작을 하게된 것으로 투과체는 생략 도시하였다. 본 발명 장치의 작용 효과를 기술하면; 집열관(1)에 직달 및 확산일사(구름낀 날등의 불규칙 경사일사)를 연중 집광수광하므로 집열관(1)을 공지의 진공관식 집열관(부품 1-1은 투명외관을 도시)으로 한다면 고온집열을 보다 효과적으로 하게 된다.

제1도, 2도, 4도 및 5도에서 도시된 투과체(6) 경사각은 위도, 용도(급탕, 난방 또는 산업용 열원) 및 지역 기후특성에 따라 양반사체의 전개길이와 수광폭(W)을 적절히 적용하면 된다. 상향 포물곡면반사체의 초점위치는 반드시 집열관 정점에 구성시킬 필요는 없으며, 포물곡면반사체와 인볼류트곡면반사체의 연결 결합점(T)을 회동힌지점(22)으로 구성하여도 된다.

집열관과 양반사체는 투과체(6,4,6-3)와 양반사체 배면 케이싱으로 외부와 격리된채 보호되므로 오손되지 않으며, 투과체 외부청소만으로 설치초기때와 같은 상태를 유지 시킬 수 있다. 건물벽기능용으로 구성시 기존 건물벽 공사비에 일부의 비용만 추가 투자하면 되므로 경제적 이익이 크고, 좁은 공간도 이용할 수 있는 특징이 있다.

양반사체로 또는 제3도와 같이 상향 단일반사체로 구성되는 집열관(1) 상의 경계기점(또는 시점)은 위도, 용도, 특징(벽기능용 등) 및 기후 특성을 고려 최대수광량을 얻을 수 있는 집열관 원주일점을 택하면 된다.

상기와 같은 특징으로 무공해 청정 태양에너지로 화석연료에 대체 열생산하는 유지비가 극히 저렴한 것으로 인구밀도가 높고 토지가격이 비싼 중, 고위도 지역에 특히 적합한 외부로의 반사누광이 극히 적은 집광집열장치이다.

양반사체 고정식과 간이추적식으로 대별구성되며, 일사강도가 적은 겨울광을 많이 수광하고 상대적으로 일사강도가 많은 여름광은 적게 수광하는 기하학적 특징이 있다.

Claims (6)

1. 동지점 태양고도광을 집열관에 집속하는 포물곡면 반사체(3)와 인볼류트 곡면반사체(2)가 결합된 상향반사체와 하지점 태양고도광을 집열관에 집속하는 포물곡면반사체(3-1)와 인볼류트 곡면반사체(2-1)결합된 전향반사체를 비대칭으로 구성, 투과체, 양측면투과체, 후레임 및 케이싱재로 통형 구성되는 태양광 집광집열장치.
2. 제1항에 있어서, 전향반사체의 포물곡면반사체(3-1)를 하지점 고도광보다 낮게 구성, 수광폭 증가시킴을 특징으로 하는 태양광집열 장치.
3. 제1항 및 2항에 있어서, 포물곡면 반사체(3, 3-1)를 회동절로 분리 구성하고 각 회동점으로부터 동일거리에 연결줄(23)로 상호 연결하고, 상향 포물곡면반사체(3) 배면에 조작선(10)을 결착 외부로 인출, 안내로라(26)에 안내되고 스넵형멈춤구(12)로 조작선 압착하여 반사체 위치 설정케하는 간이 고도추적장치를 갖는 태양광 집광집열장치.
4. 제1항에 있어서, 전향반사체는 인볼류트곡면 반사체 만으로 하고 반사체(3,2,2-1) 배면은 보온 및 케이싱 설치, 건물벽 기능을 갖는 태양광 집광집열장치.
5. 제1항에 있어서, 집열관의 제3사분면 원주일점을 기점으로 하는 상향반사체만으로 구성되고 수직투과체 구성된 벽기능을 갖는 태양광 집광집열장치.
6. 제1항에 있어서, 양면반사체로 된 내면반사체(14)가 24시간 타이머 스위치로 정오기준 12시간 간격으로 콘트롤 되는 정, 역가능 모타의 동력으로 회전나사축(16)과 안내축(15)상을 따라 직선 왕복운동케 하여 경사광을 집열관 및 양반사체에 작용케 한 것을 특징으로 하는 태양광 집열장치.