KR20020029523A - 태양에너지 집열기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양에너지 집열기에 관한 것으로, 단열재 및 파이프가 설치된 집열판을 프레임으로 보강하고 전방에 프레임으로 고정되는 유리판을 설치함으로써, 구조가 간단하고 설치비용을 획기적으로 줄일 수 있어 소규모 지역의 난방 및 온수 사용에 아주 적합하게 사용할 수 있고 겨울철 연료비를 절감할 수 있으며 주기적으로 점검 및 보수를 하지 않아도 반영구적으로 사용할 수 있도록 한 태양에너지 집열기에 관한 것이다.

Description

태양에너지 집열기 {solar collector}

본 발명은 태양에너지 집열기에 관한 것으로서, 구체적으로는 단열재 및 파이프가 설치된 집열판을 프레임으로 보강하고 전방에 프레임으로 고정되는 유리판을 설치함으로써, 구조가 간단하고 설치비용을 획기적으로 줄일 수 있어 소규모 지역의 난방 및 온수 사용에 아주 적합하게 사용할 수 있고 겨울철 연료비를 절감할 수 있으며 주기적으로 점검 및 보수를 하지 않아도 반영구적으로 사용할 수 있는 태양에너지 집열기에 관한 것이다.

일반적으로, 태양에너지는 고갈될 염려가 없는 청정 에너지로서 태양계에 존재하는 지구와 같은 행성에 생물이 살아갈 수 있는 근원을 제공하며, 특히 우리나라와 같은 자원 빈약국에서는 이 무한의 에너지인 태양에너지에 대한 개발이 반드시 필요하다.

그런데, 태양에너지는 다른 에너지원에 비해 잠재하는 열이 무한한 것에 비해 기후의존성이 심하고 낮은 에너지 밀도를 가지고 있어 그것을 이용 가능한 기술로 전환하기 위해서는 많은 비용 및 고도의 기술을 필요로 하는 등 상당한 어려움을 가지고 있다. 즉, 태양에너지의 집적효율은 15~20%정도로 낮으므로 집적효율을 높이기 위해 많은 기술개발이 필요하고 또한 태양에너지의 효율을 높여 이를 산업에 이용하기 위해 태양열 발전소나 태양에너지 집열기 등에 대한 개발이 이루어지고 있다.

상기와 같은 기술은 집열 및 축열장치를 이용하여 집열된 태양에너지를 태양열 냉난방시스템에 의해 기계적 또는 비기계적 순환방식에 따라 건물의 냉난방이나온수 및 급탕, 농수산물의 재배 및 건조, 태양열발전 등 산업공정에 필요한 열을 공급하는데 사용하는 것이다.

이 때 집열기는 집열기 표면에 흡수된 태양에너지를 열에너지 또는 전기에너지로 변환시켜 열매체에 전달하는 역할을 하는 것으로서, 집열기를 통해 가열된 열매체의 순환이 연속적이고 균일하게 수행되어야 하지만 태양에너지는 계절이나 기후 등에 따라 공급이 간헐적이고 일정치 않아 가열펌프나 기름 또는 전기와 같은 보조열원을 사용하지 않으면 필요로 하는 온도까지 상승하지 못하므로 이로 인해 상변화 열교환기와 함께 집열기가 효과적으로 작동될 수 없다.

그리고, 태양에너지 집열기 내부의 열매체 이동관 및 태양열 반사수단은 구조가 복잡하고 고가일 뿐만 아니라, 이동관이 협소하고 순환이 순조롭지 않기 때문에 계속적인 유지 및 보수를 필요로 한다.

이러한 태양에너지 집열기에 대한 종래 기술의 일예로서, 국내 특허공개공보 공개번호 제96-11342호와 같은 태양광 집광 집열기가 개시되어 있다. 내용을 살펴보면, 상기 발명은 포물 곡면반사체와 인볼류트 곡면반사체가 결합된 상향 반사체와, 하지점 태양고도광을 집열관에 집속하는 포물 곡면반사체와 인볼류트 곡면반사체가 결합된 전향 반사체를 비대칭으로 구성하여서 된 것이다.

위와 같은 구조는 곡면반사체에 의하여 계절에 따라 곡면반사체의 각도를 태양을 따라가며 조절할 수 있도록 구성되어 있어서 태양열의 집광 집열도를 높일 수는 있으나 제작단가가 고가이어서 상용화되지 못하는 것이고, 구조가 복잡하여서 주기적으로 점검 및 보수하여야 하는 단점을 지니고 있어서 유지 및 보수가 어려워단독주택이나 농가, 상가, 공장 등의 건물에는 상용화할 수가 없다는 단점을 지녔다.

이에 따라 구조가 간단하면서도 저비용으로 설치할 수 있고 열매체의 순환이 순조로우면서 여러 건물에 상용화하기 쉬운 집열기의 개발이 요구되었다.

덧붙여, 본 발명은 본 출원인의 선 등록된 국내 실용신안등록 제0193815호의 태양에너지 집열장치에 대하여 개량된 발명이다.

위와 같은 태양에너지 집열장치의 구조를 살펴보면, 다수의 집열패널이 조립된 집열패널조립체와, 상기 집열패널조립체의 앞쪽에 설치되어 집열효과를 배가시키는 다수의 유리면과, 상기 유리면의 하단에 설치하여 태양에너지를 반사시키는 반사판으로 구성되어 있다.

그러나 상기 구조에서 집열패널조립체상에 다수의 유리면을 적층하여 고정시키는 구조가 복잡하고, 다수의 유리면을 고정시키는 작업이 다소 곤란하여 제품의 규격화가 어려운 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구조 및 설치가 간단한 반면 다양한 건물에 상용화하기 용이하고 계속적인 점검 및 유지관리를 하지 않아도 태양에너지의 집열효과가 높은 태양에너지 집열기를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 집열판 상에 유리판을 고정시키는 프레임의 구조를 개선하여서 다층의 유리판을 용이하게 고정시키는 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양에너지 집열기를 나타낸 정면도

도 2 는 도 1 의 A - A 선을 절단한 단면도

도 3 은 도 2 의 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 프레임을 나타낸 일부확대도

도 4 는 도 1 의 태양에너지 집열기를 다수 조립시킨 상태의 정면도

도 5 는 도 2 의 설치상태도

＜도면의 주요 부분에 대한 부호설명＞

1 : 태양에너지 집열기 2 : 집열판

3 : 프레임 4 : 유리판

5 : 전면판 6 : 후면판

7 : 단열재 8 : 파이프

9 : 간격유지구 10 : 공간부

11 : 삽입홈 12 : 반사판

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 태양에너지 집열기는, 전방에 파이프가 고정되는 적어도 하나 이상의 집열판; 상기 집열판의 가장자리에 설치되는 프레임; 및 상기 집열판의 전방에 일정한 공간부를 가지며 상기 프레임에 의해 고정되는 적어도 하나 이상의 유리판을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 태양에너지 집열기는 상기 유리판을 고정하도록 상기 프레임의 내측면 사방에 적어도 하나 이상 형성되는 삽입홈을 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 태양에너지 집열기는 상기 삽입홈이 유리판의 삽입이 용이하도록 어느 한쪽의 삽입홈을 더 깊게 형성한 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면들을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양에너지 집열기의 구성을 보여주며, 상기 태양에너지 집열기는 일반 주택이나 상가, 공장 등의 건물 옥상에 적어도 하나 이상 조립 설치하여 소규모 지역의 난방과 온수를 사용할 수 있는 것이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 태양에너지 집열기는 집열판(2)과, 프레임(3) 및 유리판(4)으로 구성된다.

상기 집열판(2)은 흡수된 태양에너지를 열에너지로 변환시켜 열매체에 전달하는 것으로 열전도성이 뛰어난 재료를 사용하며, 전면판(5)과, 후면판(6)과, 단열재(7) 및 파이프(8)로 구성된다.

상기 전, 후면판(5,6)은 열에너지로 전환된 태양에너지의 열흡수를 최대한으로 증진시키기 위해 검은색의 도료로 도장하는 것이 좋다.

상기 단열재(7)는 상기 전, 후면판(5,6) 사이에 일정한 두께를 가지고 부착되며 본 발명에 따른 집열기(1)의 열손실을 최소화하는 작용을 하는 것으로 주로 스티로폼과 같은 재질로 이루어진다.

상기 파이프(8)는 물이나 공기와 같은 열매체가 이동하는 관으로서 주로 동파이프가 사용되며, 상기 전면판(5)의 전방에 고정되고 코일과 같이 좌우를 오가면서 지그재그로 배열되도록 하며 적어도 2장 이상으로 된 다수의 집열판(2)상에 조립하여 구성될 수 있다.

또한 상기 파이프(8)는 상기 집열판(2)의 제조과정 시에 집열판(2)상에 미리 파이프(8)가 부착 고정된 상태로 제조될 수도 있으며, 양끝의 곡면을 이루는 부분의 파이프는 별도로 제작하여 조립할 수 있다.

한편, 상기 파이프(8)의 내부를 순환하는 열매체가 물일 경우에는 일정비율의 부동액을 함유하여 겨울철 태양에너지의 입사가 없는 야간에 파이프가 결빙에 의해 동파되는 것을 방지하도록 한다.

상기 프레임(3)은 집열판(2)의 전체에 걸쳐 가장자리에 설치되는 것으로 집열판(2)의 내구성을 보강하고, 상기 집열판(2)의 전방에 다수의 적층된 유리판(4)을 고정하기 위한 것이다.

이러한 프레임(3)은 내측면 사방에 적어도 하나 이상의 삽입홈(11)이 형성되고, 상기 유리판(4)은 이 삽입홈(11)에 삽입 고정되는 것이다.

이때 프레임(3)의 상부 내측면의 삽입홈은 둥근 형상으로 된 여유공간을 갖도록 안쪽으로 더 깊게 형성하고, 프레임(3)의 하부 내측면의 삽입홈은 유리판(4)이 삽입되는 폭만큼 형성되는데, 이는 유리판(4)을 상기 프레임(3)의 삽입홈(11)에 삽입 시 마치 유리창을 창틀에 끼워 고정시키는 것과 같이 상기 유리판(4)의 위쪽을 프레임(3)의 상부에 형성된 삽입홈에 비스듬히 끼워 넣은 다음 (도 3 참조) 유리판(4)의 아래쪽을 프레임(3)의 하부에 형성된 삽입홈에 끼워 맞추는 것이다.

상기 유리판(4)은 태양에너지가 투과될 수 있으면서 집열기 내부의 단열효과를 얻기 위한 것으로, 집열판(2)의 전방에 다수의 간격유지구(9)로 지지되고 유리판의 테두리 부분은 상기 프레임(3)의 삽입홈(11)에 삽입 고정되며, 유리판(4)에 의하여 집열판(2)은 사방이 막힌 상태로 공간부(10)를 갖게 된다.

그리고 상기 간격유지구(9)에 의하여 적어도 하나 이상의 유리판(4)이 일정간격을 두고 다층으로, 바람직하게는 2~3층으로 적층된 상태로 구성될 수 있으며, 상기 집열판(2)에 의하여 가열된 파이프(8)와 공간부(10)는 외기와 차단되어 공간부(10)의 온도와 외기 온도와의 차이를 줄여서 집열된 태양에너지가 다시 외부로 손실되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

한편, 상기 유리판(4)은 투명한 플라스틱을 사용할 수 있지만, 이 경우 표면이 긁히기 쉽고 일정 기간 지나면 변색되어 투과성 및 강도가 떨어질 우려가 있으므로 유리를 사용하는 것이 바람직하며 외부충격에 쉽게 깨지지 않는 강화유리가좋다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 태양에너지 집열기를 사용하는 예를 설명하면 다음과 같다.

열전도성이 좋은 전면판(5)과 후면판(6) 사이에 단열재(7)를 부착하고 상기 전면판(5) 전방에는 동파이프(8)를 다수개 설치하여 조립한 집열판(2)을 준비한다. 상기 집열판(2)의 가장자리에 전체에 걸쳐 프레임(3)을 설치하고, 상기 집열판(2)의 전방에는 태양에너지를 투과 및 방출차단 기능을 하도록 간격유지구(9)에 의해 지지되는 두 장의 유리판(4)을 설치하며 이 유리판(4)은 프레임(3)의 내부 측면 삽입홈(11)에 삽입 고정시킨다.

상기 프레임(3) 내측면의 삽입홈(11)에 유리판(4)을 삽입 시에는 먼저 좌측 유리판의 위쪽을 프레임(3)의 상부 삽입홈에 비스듬히 끼워 넣은 후 프레임(3) 하부 삽입홈에 유리판의 아래쪽을 맞춰 끼워 넣고 이것을 프레임의 좌측 삽입홈 쪽으로 약간 밀어 넣는다. 그리고나서 우측 유리판도 위와 동일한 방법으로 프레임(3) 내부의 삽입홈(11)에 밀어 넣은 후 상기 좌측 유리판 및 우측 유리판을 서로 조정하여 양측 유리판이 프레임(3)의 중앙에 위치하도록 한 다음 상하좌우측으로 밀리는 것을 방지하도록 이들의 연결부위에 실리콘으로 처리하는데, 이때 집열판(2)과 유리판(4) 사이에 공간부(10)가 형성되며 이렇게 하여 집열기(1)가 완성된다.

완성된 집열기(1) 내부 소정의 위치에 감지센서를 설치하고 집열기에 태양에너지가 입사되어 상기 집열판(2)에 설치된 동파이프(8)가 가열되면서 동파이프(8) 내부를 흐르는 물의 온도가 상승하면 상기 감지센서의 온도 감지에 의하여 온수를순환시키는 순환펌프가 연계 작동함에 따라 동파이프(8)와 배관된 축열조나 건물의 실내 바닥면 난방배관을 통해 건물의 실내를 난방하거나 온수를 사용할 수 있는 것이다.

도 3 및 도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양에너지 집열기의 구성을 나타낸다. 여기서 도 2 에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.

본 실시예에 따르면 상기 집열기를 여러 대 조립하여 설치하는 경우, 다수대가 배열된 집열판과 집열판 사이의 프레임(3)의 내부 측면에 삽입홈(11)이 이중으로 형성된다.

즉, 이는 도 3 의 하단에 도시된 프레임에서 보여지듯이, 유리판(4)의 아래쪽이 삽입되는 프레임(3)의 삽입홈은 유리판(4)이 삽입될 수 있는 폭만큼 형성되고, 유리판(4)의 위쪽이 삽입되는 프레임(3)의 삽입홈은 유리판(4)을 삽입 시 걸리지 않도록 둥근 형상의 여유공간을 안쪽으로 더 깊게 형성하여 작업의 편리성을 도모한 것이며, 이렇게 함으로써 집열기를 상하 또는 좌우방향으로 여러 대 조립시킬 수 있는 것이다.

또한 상기 삽입홈(11)은 설치되는 유리판(4)의 매수에 따라 프레임(3) 내측에 다수개 형성될 수 있으며, 이때 집열판(2)들은 별도의 고정수단에 의해 서로 결합된다.

한편, 상기 태양에너지 집열기는 도 5 에 도시된 바와 같이 완성된 집열기(1) 하단 또는 상하 양단에 선택적으로 반사거울이 부착된 반사판(12)을 일정각도로 경사지게 설치하여 일부 반사되는 태양에너지를 집열기(1)를 향해 재반사하도록 하여서 태양에너지 집열효과를 상승시킬 수도 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 태양에너지 집열기를 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며 그 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 태양에너지 집열기는 단열재를 내장한 일정한 두께의 집열판에 파이프를 고정하고, 집열판 가장자리에 집열판을 보호하고 유리판을 고정시키는 프레임을 설치하며, 상기 집열판 전방에 공간부가 형성되도록 다수의 유리판을 설치함으로써, 제품의 규격화를 기할 수 있고 태양에너지 집열기의 설치에 있어서 비교적 구조가 간단하여 설치비용을 획기적으로 줄일 수 있어서 저렴한 비용으로 태양에너지 집열기를 설치할 수 있으며, 집열기의 설치가 끝난 후에는 주기적으로 점검 및 보수를 하지 않더라도 반영구적으로 태양에너지를 집열하여서 소규모 지역 예컨대, 농어촌이나 주택, 상가, 공장 등의 난방효과가 우수하다.

또한 집열기가 설치된 상태에서 난방용 온수온도가 70℃ 이상까지 상승하여 겨울철 연료비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 가정용 보일러와 호환이 되도록 하여 주간에는 가정용 보일러를 사용하지 않아도 본 발명의 집열기에 의해 가열된 온수로 난방효과를 기대할 수 있으며, 야간에는 가정용 보일러와 같은 보조열원과 더불어 본 발명의 집열기를 통해 열에너지를 저장하는 축열조를 이용하여 난방 및 온수를 사용할 수 있다.

Claims (3)

1. 전방에 파이프(8)가 고정되는 적어도 하나 이상의 집열판(2);

   상기 집열판(2)의 가장자리에 설치되는 프레임(3); 및

   상기 집열판(2)의 전방에 일정한 공간부(10)를 가지며 상기 프레임(3)에 의해 고정되는 적어도 하나 이상의 유리판(4)을 포함하는 태양에너지 집열기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유리판(4)을 고정하도록 상기 프레임(3)의 내측면 사방에 적어도 하나 이상 형성되는 삽입홈(11)을 더 포함하는 태양에너지 집열기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 삽입홈(11)은 유리판(4)의 삽입이 용이하도록 어느 한쪽의 삽입홈을 더 깊게 형성한 것을 특징으로 하는 태양에너지 집열기.