KR100748839B1 - 진공관식 태양열 집열기의 집광장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공관식 태양열 집열기의 집광장치에 관한 것이다.

이 같은 본 발명은, 태양열을 열매체에 전달하는 진공관식 집열기의 진공관 튜브를 곡면형이나 각형의 집광분산부가 내,외부면에 형성된 집광렌즈로 감싸도록 한 것으로, 단순한 구조를 통해 집열기에 의한 집열효율을 높이면서 태양에너지의 효용을 넓히는 효과를 얻을 수 있고, 아울러 원가 측면에서 저렴한 비용으로 유지 보수가 용이하게 이루어지도록 하여 태양에너지 관련 시장에 활력을 불어넣을 수 있는 진공관식 태양열 집열기의 집광장치이다.

태양열 보일러, 집열기, 진공관 튜브, 집광분산부, 집광렌즈

Description

진공관식 태양열 집열기의 집광장치 {Condenser for Solar Heat Absorber of Vacuum Tube type}

도 1은 종래 태양열 보일러의 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명의 제1실시예가 적용된 집광렌즈 구조의 사시도.

도 3은 본 발명의 제1실시예를 보인 도 2의 집광렌즈부 평단면도.

도 4는 도 2의 집광렌즈에 진공관 튜브가 결합된 상태의 사시도.

도 5는 도 4의 집광렌즈에 진공관 튜브가 결합된 상태의 평단면도.

도 6은 오목렌즈형 집광분산부가 적용된 제2실시예의 집광렌즈 사시도.

도 7은 진공관 튜브에 집광렌즈가 결합된 상태의 제2실시예의 평단면도.

도 8은 프리즘형 집광분산부가 적용된 제2실시예의 집광렌즈 사시도.

도 9는 진공관 튜브에 집광렌즈가 결합된 상태의 제2실시예의 평단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 ; 집광렌즈 20, 20', 20" ; 집광분산부

1 ; 진공관튜브 2 ; 탱크

3 ; 집열기판

본 발명은 진공관식 태양열 집열기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양열을 열매체에 전달하는 진공관식 집열기의 진공관 튜브를 집광렌즈가 감싸도록 구성하여, 집열기에 의한 집열효율을 높이도록 하는 진공관식 태양열 집열기의 집광장치에 관한 것이다.

근래에 들어 화석원료의 과다한 사용에 따른 대기오염 문제와 함께 자원고갈의 문제에 직면하여 대체 에너지원으로 태양열을 이용하는 기술이 꾸준히 개발되고 있는 바, 상기 태양열을 에너지원으로 이용하는 기술은 태양열 발전소, 태양열 보일러, 태양열 차량 등이 있다.

이때, 상기 태양열 보일러는 도 1에서와 같이 진공관식 집열기인 진공관 튜브(1)를 열매체로서 물을 저장하는 탱크(2)와 연결하고, 상기 탱크(2)에는 난방용의 온수 및 냉수 배관을 연결하는 것이다.

그리고, 상기 진공관 튜브(1)는 태양열을 집열하는데에 있어 상당히 중요한 역할을 담당하는 것으로, 상기 진공관 튜브(1)의 하측부위에는 집열기판(3)이 위치하도록 하였다.

이때, 상기 진공관 튜브(1)로 이루어진 집열기는 열손실을 최소화하였기 때문에, 비집광식 집열기로서 평판형 집열기에 비하면 매우 우수한 열효율을 가지는 것이 사실이다. 그러나, 집광식 태양열 집열기에 비하면 흡열성능이 크게 미치지 못해 그 효용성이 온수 사용 정도에 국한될 수 밖에 없는 것이 현실이다.

더욱이, 상기 진공관 튜브(1)를 적용한 집광식 태양열 집열기는, 주어진 태 양의 빛을 렌즈나 반사경을 통해 집중 조사함으로써 태양에너지의 열효율을 극대화 할 수 있는 장점이 있으며, 이를 위해서는 태양의 조도 및 방사각도에 따라 변환 가능한 장비가 필요한데, 이는 매우 복잡하고 고가의 장비로서 관리 비용도 한 몫을 하는 까닭에 시장에서 가격 경쟁력이 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 태양열을 열매체에 전달하는 진공관식 집열기의 진공관 튜브를 구조가 단순하고 저비용으로 제작되는 커버형의 집광렌즈로 감싸도록 하여, 집열기에 의한 집열효율을 높이면서 태양에너지의 효용성이 배가되도록 하는 진공관식 태양열 집열기의 집광장치를 제공하려는데 그 목적이 있는 것이다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명 진공관식 태양열 집열기의 집광장치는, 탱크에 결합되는 집열기판, 그리고 상기 탱크에 결합되면서 집열기판 위에 평행하게 다수 배열되는 진공관 튜브를 포함하는 태양열 집열기에 있어서, 상기 진공관 튜브에는 태양광의 집열효율을 높이도록 일측 개구형의 집광렌즈를 결합 구성하고, 상기 집광렌즈에는 진공관 튜브의 표면에 접촉되어 집광렌즈의 외부면으로 집중조사가 유도되는 태양광을 진공관 튜브의 표면으로 균일하게 전달하는 집광분산부를 구성함을 특징으로 한다.

다른 일면에 따라, 상기 집광렌즈는 유리, 플라스틱, 크리스탈 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 집광렌즈는 태양광의 집중조사를 유도하도록 상면이 진공관 튜브를 감싸며 끼움 결합되는 저면이 개방된 ∩자형으로 구성함을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 집광렌즈의 일측 개구면은 집중조사되는 태양광의 집열손실을 방지하도록 집열기판에 근접되게 구성함을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 집광렌즈의 내부면 또는 외부면 중 어느 한면에 형성되는 집광분산부는 일정패턴으로 반복 배열되는 곡면형의 렌즈인 것을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 집광렌즈의 내부면 또는 외부면 중 어느 한면에 형성되는 집광분산부는 일정패턴으로 반복 배열되는 각형의 렌즈가 사용되고, 이때 상기 각형의 렌즈는 프리즘이 사용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 제1실시예인 볼록렌즈형의 집광분산부가 내부면에 적용된 집광렌즈 구조의 사시도이고, 도 3은 도 2의 평단면도이며, 도 4는 본 발명의 제1실시예의 집광렌즈가 진공관 튜브에 결합된 상태의 사시도이고, 도 5는 도 4의 평단면도 이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예인 진공관식 태양열 집열기는 도 1의 종래 도면에서와 같이 탱크(2)에 결합되는 집열기판(3)과 진공관 튜브(1)를 포함하고, 상기와 같은 태양열 집열기의 집광장치는 집광렌즈(10)와 이 집광렌즈(10)의 일면에 제공되는 집광분산부(20)를 포함한다.

상기 집광렌즈(10)는 태양광의 집열효율을 높이기 위해, 상기 진공관 튜브(1)에 끼움 결합되는 일측 개구형의 ∩자형으로 구성되며, 이는 유리, 플라스틱, 크리스탈 중 어느 하나로서 태양광의 집중조사를 유도하게 된다.

이때, 상기 집광렌즈(10)의 일측 개구면은 집중조사되는 태양광의 집열손실을 방지하도록 집열기판(3)에 근접되거나 또는, 상기 집열기판(3)에 고정되는 구조를 이루지만, 상기 집열기판(3)에 근접 설치하면서 그 수리 교환이 가능하도록 함이 바람직하다.

상기 집광분산부(20)는 진공관 튜브(1)의 표면에 접촉되어 집광렌즈(10)의 외부면으로 집중조사가 유도되는 태양광의 조사각도 변화를 모두 수용하여 상기 진공관 튜브(1)의 표면으로 균일하게 태양광을 전달하는 것으로, 이는 태양의 위치에 관계없이 언제나 일정한 굴절율을 유지할 수 있게 한다. 이러한 집광분산부(20)는 상기 집광렌즈(10)의 내부면 또는 외부면 중 어느 한면에 선택적으로 구성되며, 그 구조는 일정패턴으로 반복 배열되는 곡면형의 렌즈 즉, 볼록렌즈의 형상을 가진다.

이와 같이 본 발명의 제1실시예는 집광렌즈(10)의 내부면에 일정패턴으로 반복 배열되는 볼록렌즈형의 집광분산부(20)를 형성한 상태에서, 상기 집광렌즈(10)를 진광관 튜브(1)에 억지 끼움으로 결합시킴으로써, 상기 집광렌즈(10)의 외부면으로 태양광의 집중조사가 유도될 때, 상기 유도되는 태양광은 상기 집광렌즈(10)의 내부면에 일정패턴으로 반복 배열되는 볼록렌즈형의 집광분산부(20)에 의해 일정패턴으로 분산된다.

그러면, 상기 진공관 튜브(1)의 전체 표면에는 균일한 태양광이 전달되고, 이와 동시에 상기 진공관 튜브(1)내의 공간에는 어느 한 부분에서 태양광이 집열되는 것이 아니라 전체 공간에서 동시에 태양광의 집열이 이루어지고, 이에 따라 태양열 보일러의 난방은 물론, 온수의 공급 성능을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

한편, 도 6 및 도 7은 본 발명의 제2실시예로서, 도 6은 오목렌즈형 집광분산부가 적용된 제2실시예의 집광렌즈 사시도이고, 도 7은 진공관 튜브에 집광렌즈가 결합된 상태의 제2실시예의 평단면도를 도시한 것이다.

즉, 본 발명의 제2실시예는 집광렌즈(10)의 내부면에 일정패턴으로 반복 배열되는 오목렌즈형의 집광분산부(20')를 형성한 상태에서, 상기 집광렌즈(10)를 진광관 튜브(1)에 억지 끼움으로 결합시킨 것으로, 상기 집광렌즈(10)의 외부면으로 태양광의 집중조사가 유도될 때, 상기 유도되는 태양광은 상기 집광렌즈(10)의 내부면에 일정패턴으로 반복 배열되는 오목렌즈형의 집광분산부(20')에 의해 일정패턴으로 분산되는 것이다. 다만 제2실시예에 있어서 본 발명의 제1실시예와 동일부분에 대하여는 동일부호로 표시하여 그 중복되는 설명은 생략한다.

또한, 도 8 및 도 9는 본 발명의 제3실시예로, 도 8은 프리즘형 집광분산부가 적용된 제2실시예의 집광렌즈 사시도, 도 9는 진공관 튜브에 집광렌즈가 결합된 상태의 제2실시예의 평단면도를 도시한 것이다.

즉, 본 발명의 제3실시예는 집광렌즈(10)의 내부면에 일정패턴으로 반복 배열되는 프리즘형의 집광분산부(20")를 형성한 상태에서, 상기 집광렌즈(10)를 진광관 튜브(1)에 억지 끼움으로 결합시킨 것으로, 상기 집광렌즈(10)의 외부면으로 태양광의 집중조사가 유도될 때, 상기 유도되는 태양광은 상기 집광렌즈(10)의 내부 면에 일정패턴으로 반복 배열되는 프리즘형의 집광분산부(20")에 의해 일정패턴으로 분산되는 것이다. 이같은 제3실시예에 있어서도 본 발명의 제1실시예와 동일부분에 대하여는 동일부호로 표시하여 그 중복되는 설명은 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 태양열을 열매체에 전달하는 진공관식 집열기의 진공관 튜브를 곡면형이나 각형의 집광분산부가 내외부면에 형성된 집광렌즈로 감싸도록 한 것으로, 단순한 구조를 통해 집열기에 의한 집열효율을 높이면서 태양에너지의 효용성을 배가시키는 효과를 얻을 수 있고, 아울러 원가 측면에서 저렴한 비용으로 유지 보수가 용이하게 이루어지도록 하여 태양에너지 관련 시장에 활력을 불어넣을 수 있는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (5)

1. 탱크에 결합되는 집열기판, 그리고 상기 탱크에 결합되면서 집열기판 위에 평행하게 다수 배열되는 진공관 튜브를 포함하는 태양열 집열기에 있어서,

   상기 진공관 튜브에는 태양광의 집열효율을 높이도록 일측 개구형의 집광렌즈를 결합 구성하고, 상기 집광렌즈에는 진공관 튜브의 표면에 접촉되어 집광렌즈의 외부면으로 집중조사가 유도되는 태양광을 상기 진공관 튜브의 표면으로 균일하게 전달하는 집광분산부를 구성함을 특징으로 하는 진공관식 태양열 집열기의 집광장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 집광렌즈는, 태양광의 집중조사를 유도하도록 상면이 진공관 튜브를 감싸며 끼움 결합되는 저면이 개방된 ∩자형으로 구성함을 특징으로 하는 진공관식 태양열 집열기의 집광장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 집광렌즈의 일측 개구면은 집중조사되는 태양광의 집열손실을 방지하도록 집열기판에 근접되게 구성함을 특징으로 하는 진공관식 태양열 집열기의 집광장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 집광렌즈의 내부면 또는 외부면 중 어느 한면에 형성되는 상기 집광분산부는, 일정패턴으로 반복 배열되는 곡면형의 렌즈인 것을 특징 으로 하는 진공관식 태양열 집열기의 집광장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 집광렌즈의 내부면 또는 외부면 중 어느 한면에 형성되는 상기 집광분산부는, 일정패턴으로 반복 배열되는 각형의 렌즈인 것을 특징으로 하는 진공관식 태양열 집열기의 집광장치.

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