KR100299918B1 - 태양열집열체와그제조방법 - Google Patents

Abstract

목적 : 본 발명은 태양열 집열체의 생산을 간편 용이하게 하고, 집열체의 열손실이 발생하지 않게 하는 것임.

구성 : 일정 길이로 되고 양단부 소정 개소에 유리로 된 원반상의 스페이서가 장착된 순환관을 원통상 투명유리관의 내부로 장입시킨 다음, 상기 스페이서와 원통상 투명유리관의 양단부를 일체로 융착시키고, 상기 원통상 투명유리관과 양 스페이서에 의해 격리된 공간을 배기하여 진공화시키는 공정을 통해 일정의 길이를 가지고 양단부에 스페이서가 일체로 고착된 순환관과, 상기 스페이서에 내주면 소정 개소가 일체로 융착되어 격리된 공간을 형성하는 원통상 투명유리관과, 상기 스페이서 또는 순환관의 소정 개소에 부가되어 상기 공간을 진공상으로 밀봉되게 하는 배기관을 갖춘 집열체를 얻는 것이다.

효과 : 본 발명은 제조 공정이 간단하고 사용되는 재료와 부품이 저렴하여 생산 원가가 적게 들고, 집열체의 면적당 집열 효율이 우수하고 순환관을 통한 열손실이 극히 낮아지게 된다.

Description

태양열 집열체와 그 제조방법{a solar collector ahd method for manufacturing the same}

본 발명은 태양열 시스템에 관한 것으로서, 특히 태양열로 물을 가온시켜 난방열을 얻는 시스템에 적합한 태양열 집열체와 그 제조 방법에 관한 것이다.

태양열 시스템은 지구가 태양으로부터 받는 에너지의 일부를 난방과 온수 생산에 이용할 수 있는 무한정의 무공해 에너지 시스템으로 평가되고 있다.

태양열의 열 에너지화는 대부분 집열체로 조사되는 태양열에 의해 그 집열체의 내부를 순환하는 물이나 열매체가 가온되게 하는 방법으로 행해진다.

이 때문에 태양열 시스템은 열매체 순환용 관체, 이 관체를 외부와 격리시켜 흡수된 태양열의 손실을 억제하는 집열판, 상기 관체로 열매체를 순환시키는 펌프 등으로 구성된다.

상술한 구성에서 집열체는 구조에 따라 90℃ 이상의 고온수(高溫水)를 제공하거나 또는 70℃ 정도의 평온수(平溫水)를 제공한다.

평온수는 단열되고 상면이 투명한 사각함체의 내부에 집열체를 S자상으로 배열하여 되는 집열판을 통해 얻어진다. 이 집열판을 통해 얻어지는 온수의 온도가 70℃를 밑돌게 되는 이유는 태양열이 집열판에 조사(照射)될 때에 그 조사각이 태양의 위도 차로 시시각각 변화되고, 이에 따라 집열판 면에 대해 직각으로 조사될 수 없어 상당량의 태양광이 입사되지 못하고 반사되기 때문이다.

이와는 달리 도 5에 도시한 구성의 집열체는 태양광의 입사각 변화에 의한 영향이 없어 고온수를 제공할 수 있는 장점을 가지고 있다. 도시한 집열체는 열매체가 순환관(2)을 통해 유입되어서 원통상의 투명용기(4)를 경유하여 순환되게 한방식으로 되어 있고, 가온된 열매체는 투명용기(4)를 고정시켜 주는 스템(6)을 통해 순환하게 되어 있다. 이와 같은 구조의 집열체에서 상기 투명용기(4)의 원주면으로 조사되는 태양광은 어느 위치에서도 조사각이 직각을 이루게 되므로 반사로 인한 광 손실이 극히 적다. 그렇지만 순환관(2)과 투명용기(4), 스템(6)으로 조립된 구조가 비직선상으로 되기 때문에 면적당 집열비율(일정 면적에 다수 배열하였을 때에 집열 면적이 차지하는 비율)이 극히 낮아 얻어지는 고온수의 량이 적게 되고 그 외에 설치 작업도 복잡하게 되는 문제가 있다.

상술한 문제를 해결하기 위하여 최근에 도 6의 도시와 같은 구조의 집열체가 제안되었다. 이 집열체는 순환관(2)이 중심에 놓여지고 그 주위는 원통상 2중 진공유리(4)로 커버됨과 아울러 상기 2중 진공유리(4)의 양단은 실리콘 수지제 스템(6)으로 마감시킨 구조를 가진다. 이와 같은 구조의 집열체는 면적당 집열비율이 높고, 태양광은 원통상 2중 진공유리(4)의 원주면으로 입사되기 때문에 그 입사각이 위도 차에 관계없이 항상 직각을 이루게 되어 고온수를 다량 얻을 수 있다.

그러나 2중 진공유리(4)의 양측단 스템(6) 사이는 완벽하게 밀봉되더라도 순환관과의 열팽창 차이로 인해 통기가 이루어져 이를 통한 열손실이 큰 단점이 있으며, 특히 상기 원통상 2중 진공유리(4)의 제조가 기술적으로 매우 어렵고 불량률이 높아 값이 비싼 까닭에 여러 가지 이점이 있음에도 불구하고 범용화되지 못하고 있다.

본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 생산이 간편 용이하고 열 손실이 전혀 발생하지 않는 새로운 태양열 집열체와 그 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 단열과 집열 효율이 우수한 새로운 태양열 집열체와 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 구현하기 위하여 본 발명은 일정 길이로 되고 양단부 소정 개소에 유리로 된 원반상의 스페이서가 장착된 순환관을 원통상 투명유리관의 내부로 장입시킨 다음, 상기 스페이서와 원통상 투명유리관의 양단부를 일체로 융착시키고, 상기 원통상 투명유리관과 양 스페이서에 의해 격리된 공간을 배기하여 진공화 시키는 공정으로 제조된다.

상기 공정을 통해 얻어지는 집열체는 일정의 길이를 가지고 양단부에 스페이서가 일체로 고착된 순환관과, 상기 스페이서에 내주면 소정 개소가 일체로 융착되어 격리된 공간을 형성하는 원통상 투명유리관과, 상기 스페이서 또는 순환관의 소정 개소에 부가되어 상기 공간을 진공상으로 밀봉되게 하는 배기관을 갖춘 구성으로 되고, 이 때 상기 스페이서와 접촉하는 순환관의 외주면이 요철면으로 형성되어 그 사이로 큰 마찰력이 상존하게 할 수도 있다.

또, 상기 순환관의 도중에는 밸로우즈관을 개삽하여 열팽창 시에 순환관으로 발생하는 응력이 소멸되게 할 수도 있다.

제1도는 본 발명에 관련된 제조 방법의 공정도.

제2도는 본 발명의 집열체에 적용되는 순환관의 보스부위를 도시하는 표면도.

제3도는 제2도에 도시한 순환관으로 부가되는 배기관의 장착 구조를 도시하는 부분 확대 단면도.

제4도는 배기관의 다른 예를 도시하는 부분 확대 단면도.

제5도는 종래의 태양열 집열체에 관한 일 예를 도시하는 측단면도.

제6도는 종래의 태양열 집열체에 관한 다른 예를 도시하는 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 순환관 8 : 스페이서

10 : 원통상 투명유리관 12 : 배기관

14 : 토치 16 : 공간

18 : 요철면 20 : 밸로우즈관

22 : 연결관

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 관련된 집열체의 제조 과정을 나타내는 공정도이다.

도면에서 순환관(2)은 예컨대 90~120㎝ 정도의 일정 길이를 가지는 동관이며, 이 순환관(2)의 양단부 소정 개소에는 유리로 만들어진 원반상의 스페이서(8)가 대향되게 부착되어 있고, 이것은 별도 제작된 원통상 투명유리관(10)의 내부로 장입된다. 상기 스페이서(8) 중의 어느 한쪽에는 배기관(12)이 부가될 수 있다. 또 스페이서(8)의 외경을 원통상 투명유리관(10)의 내경에 거의 일치시키거나 약간 작은 치수로 하여 장입이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

장입된 상기 순환관(2)은 원통상 투명유리관(10)의 내부 중심에 놓여지고 양단의 스페이서(8)에 의해 안정되게 지지된다. 이어서 토치(14)로 상기 원통상 투명유리관(10)의 양단부측 외주면을 가열하여 그 내측에 위치한 스페이서(8)와 일체로 융착되게 하면, 순환관(2)이 원통상 투명유리관(10)과 양 스페이서(8)로 둘러싸여 격리된 공간(16)을 관통하여 배치된 집열체를 얻게 된다.

이렇게 얻어진 집열체의 내부는 어느 한쪽 스페이서(8)에 부가된 배기관(12)을 통해 대략 10^-3Torr 수준으로 진공화된 다음 밀봉된다. 배기관(12)의 밀봉은 공지된 여러 가지 방법에 의존할 수 있으나 고주파 가열로 용해시켜 밀봉하는 것이 가장 간단하다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 집열체에서, 양 스페이서(8)와 그 중심을 관통하여 배치된 순환관(2) 사이는 열팽창계수의 차이로 인한 접촉면의 슬립 현상으로 크랙이 발생할 염려가 높은 곳이다. 본 발명에서는 도 2로 도시한 바와 같이 순환관(2)에서 스페이서(8)가 위치하는 부분의 외주면을 너얼링 등의 기계 가공으로 요철면(18)이 형성되게 하여 상기 스페이서(8)와의 사이로 큰 마찰력이 상존하게 하는 방법으로 접촉면의 슬립을 방지하고 있다. 그리고 상기 순환관(2)이 열팽창될 때에 발생하는 응력을 소멸시키기 위하여 상기 순환관(2)의 도중에 밸로우즈관(20)을 개재시켜 놓을 수도 있다.

또, 상기 배기관(12)은 도 3으로 도시한 바와 같이 순환관(2)에 부가될 수 있다. 예시한 구조에서 배기관(12)은 순환관(2)의 내측에서 양단부를 외측으로 노출시켜 브리지상으로 부착되어 있다. 이와 같은 구조는 순환관(2)의 외주로 스페이서(8)를 부착할 때에 간섭이 생기지 않게 하여 접합부위가 미려하게 되고, 상기 배기관(12)은 스페이서(8)를 경계로 공간(16)과 외부 사이를 연통시켜 주어 진공화 작업을 수행할 수 있게 해준다.

배기관(12)의 다른 배치 예로서 도 4의 도시와 같이 순환관(2)의 외주면에 직접 납땜 등의 방법으로 부착시켜 놓을 수도 있다. 이 구조는 배기관(12)의 부착이 용이하지만 스페이서(8)와의 접합부가 비원형상으로 되기 때문에 진공 후에 접합부를 통한 누설이 생기지 않도록 유의해야 한다.

상술한 구성의 본 발명을 통해 얻어지는 집열체는 단열된 사각관체에 다수 배열되고, 이 때 인접하는 순환관(2) 사이의 한쪽 단부는 도 1에 도시한 연결관(22) 등으로 직결시켜서 지그재그상으로 배열되게 한다.

순환관(2)에는 종래와 마찬가지로 열매체가 유통 순환되면서 원통상 투명유리관(10)을 통해 조사되는 태양광으로 가온된다. 이 때 상기 순환관(2)은 원통상 투명유리관(10)의 중심에 놓여져 있음에 따라 태양의 위도 차에 관계없이 태양광의 조사각도는 항상 원통상 투명유리관(10)의 외주면에 대하여 수직으로 입사되기 때문에 고온수로 된다. 또 원통상 투명유리관(10)의 내부는 진공화되어 있어서 가온된 순환관(2)으로부터 방사되는 열이 외부로 손실되지 않게 차단하는 단열 작용도 아울러 나타내기 때문에 일몰 후에 순환관(2)을 통한 열 손실이 작아지게 된다.

또한, 기존 진공관식 집열관은 단순 진공 성형된 원통 유리관으로 물 혹은 열매체를 통과시키는 것이었으므로 파손 시에 물 또는 열매체가 누수되는 단점이 있었으나, 본 발명에 의해서 제공되는 태양열 집열체는 파손 우려가 없는 동관으로 된 순환관(2)으로 물 혹은 열매체를 이송 및 가열하는 것이므로 외력에 의해 투명유리관(10)이 파손되더라도 물 혹은 열매체의 누수를 염려하지 않아도 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 방법은 스페이서를 갖춘 순환관을 원통상 투명유리관에 장입시키고 상기 스페이서와 원통상 투명유리관 사이를 일체로 융합시킨 다음, 내부를 배기하여 진공화하는 간단한 공정으로 제조되기 때문에 불량이 없이 집열체를 생산할 수 있고, 또 생산된 집열체는 태양의 위도 차에 관계없이 태양광이 항상 직각으로 조사되는 구조이어서 면적당 집열 효율이 높아 고온수를 다량으로 얻게 되며, 일몰 시에는 순환관을 통한 열 방사가 차단되므로 열 손실도 극히 낮아 온수의 온도가 장시간 유지되는 효과를 가지고 있다. 그리고 집열체의 설비시공도 간편하여 저렴한 비용으로 제공할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 발명에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (2)

1. 일정 길이를 가진 순환관의 양단부에 유리로 된 원반상의 스페이서를 삽입 장착한 다음 상기 원반상의 스페이서가 원통상 투명유리관의 내부에서 양측단에 위치하도록 장입시킨 다음, 상기 원통상 투명유리관의 양단 외주면을 가열하여 스페이서와 일체로 융착되게 한 후 상기 원통상 투명유리관의 내부를 진공화시키고 밀봉 처리하는 공정으로 행해짐을 특징으로 하는 태양열 집열체의 제조방법.
2. 일정 길이를 가진 순환관의 주위가 유리로 된 스페이서와 원통상 투명유리관에 의해 둘러싸여 진공상으로 밀봉되고, 상기 스페이서의 중심을 관통하는 순환관의 외주면이 요철면으로 형성됨과 아울러 상기 원통상 투명유리관의 내부에 위치하는 순환관의 도중에 밸로우즈관이 개삽된 구성으로 됨을 특징으로 하는 태양열 집열체.