KR100756514B1 - 태양열 집열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열 에너지를 흡수하여 집열하는 태양열 집열장치로서, 열매체를 가열하기 위한 주요부품들을 하나로 모듈화한 구성에 의해 부품 구성 및 조립공정을 단순화함으로써 생산성은 높이고 생산비용은 절감하면서도 집열효율은 극대화할 수 있는 것이다.

이러한 본 발명은, 유입되는 열매체를 경유시킨 후 유출하는 도랑 형태의 흐름로를 구비하되, 하나의 박판을 판금가공하여 상면에 흐름로를 형성시킨 집열몸체와, 집열몸체의 상면에 밀착되어 흐름로를 덮고 태양열을 흡수하여 상기 집열몸체에 전달하는 집열상판으로 이루어진 집열부재와, 집열상판의 상측에 설치되는 보호유리와, 집열몸체의 하측에 설치되어 집열몸체로부터 방출되는 열을 집열몸체로 반사하는 반사판과, 반사판의 하면에 설치되는 단열부재와, 상기 집열부재, 보호유리, 반사판, 단열부재를 함께 고정하여 지지하는 지지프레임을 포함하여 구성된다.

태양열, 집열몸체, 집열장치

Description

태양열 집열장치{Solar collection device}

도 1 및 도 2는 종래의 태양열 집열장치를 설명하기 위한 참조도.

도 3은 본 발명에 의한 태양열 집열장치가 채택된 온수 및 난방시스템의 참조구성도.

도 4는 본 발명에 의한 집열장치의 사시도.

도 5는 본 발명에 의한 집열장치의 분해사시도.

도 6은 본 발명에 따른 집열부재를 설명하기 위한 분해사시도.

도 7은 본 발명에 따른 집열부재의 작용을 설명하기 위한 집열몸체의 평면도.

도 8는 도 4의 A-A'에 따른 단면도.

도 9는 도 4의 B-B'에 따른 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

110 : 지지프레임 120 : 보호유리

130 : 간격재 140 : 집열몸체

150 : 반사판 160 : 단열부재

본 발명은 태양열 집열장치에 관한 것으로, 특히 열매체를 가열하기 위한 주요부품들을 하나로 모듈화한 구성에 의해 부품 구성 및 조립공정을 단순화함으로써 생산성은 높이고 생산비용은 절감하면서도 집열효율은 극대화하는 데 적당하도록 한 태양열 집열장치에 관한 것이다.

일반적으로, 태양열 집열장치는 태양에너지를 열에너지로 변환하여 열매체에 전달하는 1차 열교환기의 일종이다.

이같은 태양열 집열장치는 근래에 다양한 형태로 개발되어 자동차의 동력원으로 이용한다거나, 가정용 또는 집단거주 공간의 온수 및 난방시스템에 사용되고 있다.

이에, 도 1 및 도 2는 종래의 태양열 집열장치를 설명하기 위한 참조도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 태양열 집열장치는 흡열판(19) 및 집열관(12,14,16)을 비롯하여 케이싱(10), 단열층(18), 커버부재(20)를 포함하여 구성된다.

이같은 구성에 따르면 상기 흡열판(19)은 커버부재(20)를 투과하여 입사되는 태양열을 흡수하여 상기 집열관(12,14,16)에 전달한다. 그러면 상기 집열관(12,14,16)은 전달된 열을 받아 그 내부를 흐르는 열매체를 가열하게 된다. 이렇게 열교환을 통해 온도가 높아진 열매체는 정해진 경로를 따라 순환하면서 물탱크나 보일러 등을 경유하여 필요한 열을 공급하게 된다.

이같은 작용을 하는 태양열 집열장치는 상기 흡열판(19)이 입사된 태양열을 얼마나 잘 흡수하고, 집열관(12,14,16)에 얼마나 효과적으로 전달하는가에 따라 그 성능이 결정되었다.

하지만 종래의 태양열 집열장치에 사용되는 흡열판(19)은 상기 집열관(12,14,16)에 열을 전달하는 효율이 상당히 낮거나 생산성이 떨어지는 등의 문제점이 있었다. 예를 들어 종래의 흡열판 중 게루마늄(Ge), 실리콘(Si), 황화납(PbS)와 같은 작은 분말이 섞인 실리콘 바인더(Silicon Binder)로 구성된 반도체성 페인트로 코팅된 것의 경우, 흡수율이 약 0.9 이상인 반면 약 0.7 내지 0.3의 높은 복사율을 지니고 있었다. 이는 실리콘 바인더 자체의 높은 복사율에 기인하는 것으로 흡수율이 떨어지는 요인이 되었다. 한편, 최근 가장 널리 사용되고 있는 방식의 흡열판은 PVD(Cermet, Metal)로 티타늄 진공증착한 PVD 선택 흡열판인데, 이는 비교적 우수한 광학적 성질을 지니고 있고 열적 안정성동 높음에도 불구하고 방사율이 15%를 상회하고 초기 투자비가 높다는 문제점이 있었다.

한편, 종래 기술에 따른 집열관(12,14,16)은 메인관(12,14)과 상기 메인관(12,14)을 서로 연결하는 복수개의 보조관(16)으로 구성되는 데 이들 모두 관체로 형성된 관계로 생산이 용이하지 못하였고 다른 구성요소들과의 조립이 어려웠다. 특히 흡열판(19)과의 밀접한 접촉이 곤란하여 접촉면적이 작고 열교환 면적이 얼마 되지 않아 서로 간에 원활한 열전달을 기대할 수 없었다. 뿐만 아니라 상기 집열관(12,14,16)이 차지하는 두께가 상당히 크기 때문에 집열장치 전체의 두께도 함께 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 상기 케이싱(10)과 커버부재(20)의 결합을 위해 별도의 결합부재(K)가 구비되기는 하였으나 상기 결합부재(K)는 단지 케이싱(10)과 커버부재(20)의 결합을 위한 것이었다. 따라서 그 외의 흡열판, 집열관과 같은 구성요소들을 커버부재와 함께 안정적으로 결합시킬 수 있는 별도의 수단이 마련되어야만 하였다. 따라서 이같은 일관성 없는 결합구조는 집열장치 전체의 조립과정을 어렵게 하고 비용증가의 요인으로 작용하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 생산성은 높이고 생산비용은 절감할 수 있는 효과적인 구조를 가지면서도 집열효율은 극대화할 수 있는 태양열 집열장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 태양열 집열장치는, 태양열을 흡수하여 집열하는 태양열 집열장치에 있어서, 유입되는 열매체를 경유시킨 후 유출하는 도랑 형태의 흐름로를 구비하되, 하나의 박판을 판금가공하여 상면에 상기 흐름로를 형성시킨 집열몸체와, 상기 집열몸체의 상면에 밀착되어 상기 흐름로를 덮고 태양열을 흡수하여 상기 집열몸체에 전달하는 집열상판으로 이루어진 집열부재와, 상기 집열상판의 상측에 설치되는 보호유리와, 상기 집열몸체의 하측에 설치되어 상기 집열몸체로부터 방출되는 열을 상기 집열몸체로 반사하는 반사판과, 상기 반사판의 하면에 설치되는 단열부재와, 상기 집열부재, 보호유리, 반사판, 단열부재를 함께 고정하여 지지하는 지지프레임을 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 집열몸체의 흐름로는, 상기 집열몸체의 일편 가장자리를 따라 종방향으로 형성되고 상기 열매체가 유입되는 유입구를 갖는 제 1주흐름로와, 상기 제 1주흐름로가 형성된 반대편인 상기 집열몸체의 타편 가장자리를 따라 종방향으로 형성되고 상기 열매체가 유출되는 유출구를 갖는 제 2주흐름로와, 상기 제 1주흐름로에서 복수개가 횡방향으로 나란히 분기되어 상기 제 2주흐름로에 연결되는 보조흐름로로 이루어져, 상기 유입구를 통해 유입되는 열매체가 상기 제 1주흐름로를 따라 흐르다가 상기 복수개의 보조흐름로를 통해 분기된 후 상기 제 2흐름로를 따라 모여져서 상기 유출구를 통해 유출되도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 집열몸체는 구리 박판으로부터 한 번의 압착 프레싱에 의해 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 집열상판은 검은색으로 표면 코팅되되, 수산화칼륨에 산화비소 및 브롬칼륨을 혼합한 용액에 담겨진 상태로 무전해 도금된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 집열몸체와 집열상판은 상측으로 오므려진 곡면으로 형성되어 서로 겹쳐지고, 상기 집열몸체의 둘레부는 상측으로 절곡되어 상기 집열상판의 둘레부 끝단을 감싸 고정한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 지지프레임은, 상기 반사판과 단열부재를 하측에서 지지하는 저면부와, 상기 저면부의 둘레를 따라 상방향으로 수직하게 형성된 측벽부와, 상기 측벽부의 상단에서 내측으로 수평하게 연장된 수평연장부로 이루어진 하부 프레임과, 상기 하부 프레임의 수평연장부 끝단에 하방향으로 결합되어 상기 반사판과 단열부재의 측단을 감싸 지지하는 측단 지지부와, 상기 측단 지지부에서 내측으로 수평하게 연장되어 상기 보호유리 및 집열부재의 둘레부를 하측에서 지지하는 하단 지지부로 이루어진 안착편과, 상기 하부 프레임의 상부 외측에 대응하여 끼워지고, 상기 안착편의 하단 지지부에 대응하여 상기 보호유리 및 집열부재의 둘레부를 상측에서 지지하여 고정하는 상단 지지부를 구비하는 상부 프레임으로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

도 3은 본 발명에 의한 태양열 집열장치가 채택된 온수 및 난방시스템의 참조구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 집열장치(100)는 온수 및 난방시스템에 채택되어 사용될 수 있다. 이 경우 본 발명의 집열장치(100)는 태양열을 집열하여 순환관로(51) 내를 흐르는 열매체를 가열하는 역할을 한다. 그러면 가열된 열매체는 순환관로(51)를 따라 흐르면서 물탱크(53)에 저장된 물(W)과 열교환하여 물(W)의 온도를 상승시키게 된다. 이때 온도가 상승한 물(W)은 급수관(55)을 통해 배출되어 온수 사용처(59)에 공급되며, 필요에 따라서는 중간에 보일러(57)에 의해 더 가열되 기도 한다. 단, 본 실시예에서는 설명의 편의상 본 발명의 집열장치(100)가 온수 및 난방 시스템에 채택된 것을 염두하여 설명하지만 태양열의 집열을 필요로 하는 장치 혹은 시스템이라면 얼마든지 사용될 수 있음은 물론이다.

이같은 본 발명의 집열장치(100)는 생산성을 높이고 생산비용은 절감할 수 있는 구조를 가지면서도 집열효율은 극대화할 수 있도록 구성된다.

이하, 본 발명에 의한 태양열 집열장치(100)의 구성을 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 집열장치의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 의한 집열장치의 분해사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 집열부재를 설명하기 위한 분해사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 집열부재의 작용을 설명하기 위한 집열몸체의 평면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 집열장치는 태양열을 흡수하여 열매체와 열교환시키는 집열부재(140)를 중심으로 지지프레임(110), 보호유리(120), 간격재(130), 반사판(150) 및 단열부재(160)를 포함하여 구성된다.

상기 집열부재(140)는 집열몸체(140A) 및 집열상판(147)의 결합으로 하나의 모듈을 이루고 있다. 이 중 상기 집열몸체(140A)를 먼저 설명하면, 상기 집열몸체(140A)는 도 6 및 도 7을 참조할 수 있듯이 유입되는 열매체를 경유시킨 후 유출시키는 도랑 형태의 흐름로(141,142,143)를 구비한다. 상기 흐름로(141,142,143)는 제 1주흐름로(141), 제 2주흐름로(142) 및 보조흐름로(143)가 서로 연결된 형태로 이루어진다. 상기 제 1주흐름로(141)는 상기 집열몸체(140A)의 좌편 가장자리를 따 라 종방향으로 형성되고 상기 열매체가 유입되는 유입구(141A, 도 7 참조)를 갖는다. 상기 제 1주흐름로(141)는 제 1주흐름로(141)가 형성된 반대편인 집열몸체(140A)의 우편 가장자리를 따라 종방향으로 형성되고 상기 열매체가 유출되는 유출구(142A, 도 7 참조)를 갖는다. 단, 상기 유입구(141A)와 유출구(142A)는 대각방향으로 서로 대칭된 위치에 형성된다. 상기 보조흐름로(143)는 제 1주흐름로(141)에서 복수개가 횡방향으로 나란히 분기된 형태로 형성되고 상기 제 2주흐름로(142)에 연결되어 접속된다. 이같은 구성을 갖는 흐름로(141,142,143)에 의해 도 7을 참조하면 상기 유입구(141A)를 통해 유입되는 열매체가 상기 제 1주흐름로(141)를 따라 흐르다가 상기 복수개의 보조흐름로(143)를 따라 분기된다. 이후 상기 제 2주흐름로(142)를 따라 모여 흐르면서 상기 유출구(142A)를 통해 최종적으로 유출된다. 여기서, 집열몸체(140A)에서 열매체의 흐름은 상기 집열몸체(140A)가 태양열에 의해 가열되면 높은 온도의 열매체가 상승하려는 경향으로 인해 자연스럽게 이루어진다.

이같이 자체에 도랑 형태의 흐름로(141,142,143)를 갖는 상기 집열몸체(140A)는 평판형의 구리 박판으로부터 압착 프레싱에 의해 단번에 형성된다. 따라서 상기 집열몸체(140A)는 종래의 관체 형태를 갖는 집열관에 비하면 매우 간단하면서도 저렴하게 생산할 수 있는 것이다. 또한, 상기 집열상판(147)과 밀착될 수 있는 유사한 형태로 만드는 것이 가능하기 때문에 간단한 작업으로 서로를 조립하여 하나의 집열부재(140)를 형성할 수 있는 것이다. 이에 대해서는 차후에 설명하기로 한다. 더욱이 상기 집열몸체(140A)는 흐름로(141,142,143)가 형성된 부위를 제외한 나머지 부위에 대하여 상기 집열상판(147)과 밀착시키는 것이 가능하므로 상기 집열상판(147)과의 열교환 면적이 비약적으로 중대된다. 따라서 상기 집열상판(147)에서 흡수되는 태양열을 더욱 신속하게 받아들여 열매체를 가열할 수 있게 된다. 뿐만 아니라 상기 집열몸체(140A)는 종래의 관체 형태로 된 집열관에 비하면 동일한 기능을 보다 효과적으로 수행하면서도 두께가 얇아 집열장치 전체의 슬림화를 구현하는데 용이하다.

상기 집열몸체(140A)는 상기 집열상판(147)과의 결합을 위해 그 둘레부(145)가 상측으로 절곡되어 상기 집열상판(147)의 둘레부(147A) 끝단을 감싸 고정한다. 이후, 상기 집열상판(147)과 집열몸체(140A)의 둘레부(147A,145) 결합부위를 브레이징(Brazing)하여 접합한다. 그러면 별도의 부품 없이 상기 집열상판(147)과 집열몸체(140A)를 치밀하게 접합할 수 있게 된다. 이같이 집열몸체(140A)와 집열상판(147)의 밀착된 결합은 상기 집열몸체(140A)가 집열상판(147)과 같이 판형상의 형태를 갖기 때문에 가능한 것이다.

상기 집열상판(147)은 태양열을 흡수하여 상기 집열몸체(140A)에 전달하는 역할을 하며, 상기 집열몸체(140A)의 상면에 밀착하여 설치된다. 이를 위해 상기 집열상판(147)은 집열몸체(140A)에 대향하여 밀착될 수 있는 형태를 갖는다. 예컨데 상기 집열몸체(140A)가 완전평면이면 상기 집열상판(147)도 완전평면으로 이루어지고, 상기 집열몸체(140A)가 오므려진 곡면형태를 띠게 되면 집열상판(147) 역시 상기 집열몸체(140A)와 동일하게 오므려진 곡면형태를 띠면 된다. 도시된 바에 의하면 상기 집열상판(147)과 집열몸체(140A)는 여전히 평판형태를 유지하고 있으나 상측으로 약간 정도 오므려진 곡면형태를 띠도록 구성되었다. 이는 상기 집열상 판(147) 및 집열몸체(140A)가 태양을 향했을 때 넓은 면적으로 태양열을 집중화할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 집열상판(147)은 구리 박판의 표면에 검은색 코팅을 한 것으로, 상기 표면 코팅은 수산화칼륨(KOH)에 산화비소(AsO4) 및 브롬칼륨(KBr)을 혼합한 용액에 담가 무전해 도금하는 방식으로 이루어진다. 상기 무전해 도금 방식은 외부로부터 전기에너지를 공급받지 않고 금속 염수용액 중의 금속이온을 환원제가 금속분자로 환원시켜 구리박판의 표면에 석출시키는 방법으로 행해진다. 이같은 무전해 도금 방식은 전기도금에 비하면 도금층이 보다 치밀하고 약 0.012[μm] 정도의 얇은 두께로 도금할 수 있으므로 방사율이 보다 낮다. 또한 도금재로서 상기 산화비소(AsO4) 및 브롬칼륨(KBr)을 사용하면 태양열의 흡수율을 높일 수 있으므로 낮은 방사율을 동시에 달성할 수 있는 것이다. 이들 흡수율 및 방사율은 각각 약 5%와 98%에 달한다.

본 발명에 따른 집열부재(140)는 집열몸체(140A)와 집열상판(147)를 밀접하게 결합시킨 하나의 모듈형태로 만들어져 전체 조립공정을 단순화하는데 큰 특징이 있다. 이로써 상기 집열부재(140)는 상기 집열몸체(140A)와 집열상판(147)의 유기적인 작용으로 내부를 경유하는 열매체를 보다 신속하게 고온(100 ℃ 이상)으로 가열할 수 있게 된다. 또한 전반적으로 두께가 얇아져 제품 전체의 슬림화에 기여하게 된다.

상기 보호유리(120)는 상기 집열부재(140)의 상측에 약간 정도 이격되게 설치되어 수분침투 등을 포함한 다양한 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 한다. 상 기 보호유리(120)와 집열부재(140)와의 이격을 위해 그 사이에 간단한 이격재(130)가 사용될 수 있다.

상기 반사판(150)은 상기 집열부재(140)의 하측에 이격 설치되어 상기 집열부재(140) 특히, 상기 집열몸체(140A)로부터 방출되는 열을 다시 상기 집열몸체(140A)로 반사하여 되돌리는 역할을 한다. 상기 반사판(150)의 설치로 인해 상기 집열부재(140)로부터 방출되어 낭비 가능한 열량을 재활용할 수 있다.

상기 단열부재(160)는 상기 반사판(150)과 함께 상기 하부 프레임(111)의 내측 저면에 설치된다. 이로써 상기 단열부재(160)은 상기 반사판(150)을 통해 방출될 수 있는 열을 차단하여 보온하는 역할을 하게 된다. 상기 단열부재(160)는 우수한 단열성능을 갖는 것이라면 어느 것이나 무방하며 글라스올과 같은 다양한 소재의 것 중 하나로 구비될 수 있다.

상기 지지프레임(110)은 하부 프레임(111), 상부 프레임(112) 및 안착편(113)으로 구성되며, 상기 상부 프레임(112)과 안착편(113)에 의해 상기 보호유리(120), 집열부재(140)의 둘레부를 함께 끼워 고정하는 "ㄷ"자형 틀을 구비하고, 동시에 상기 하부 프레임(111)에 의해 상기 반사판(150) 및 단열부재(160)가 설치되는 설치공간을 마련한다. 아래에서는 상기 지지프레임(110)을 중심으로 본 발명의 결합관계를 설명한다.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 구성요소들의 결합관계를 설명하기 위한 것으로 각각 도 4의 A-A'에 따른 단면도와 B-B'에 따른 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지지프레임(110)은 상부 프레임(112)과 안착편(113)에 의해 상기 보호유리(120), 집열부재(140)를 함께 끼워 고정하는 한편, 상기 하부 프레임(111)에 의해 반사판(150) 및 단열부재(160)가 설치되는 내부 설치공간도 마련한다. 이를 상세히 설명하면 아래와 같다.

상기 하부 프레임(111)은 상기 반사판(150)과 단열부재(160)를 하측에서 지지하는 저면부(111A)와, 상기 저면부(111A)의 둘레를 따라 상방향으로 수직하게 형성되어 상기 반사판(150)과 단열부재(160)의 측단을 감싸 지지하는 측벽부(111B)와, 상기 측벽부(111B)의 상단에서 내측으로 수평하게 연장된 수평연장부(111C)로 이루어진다.

상기 안착편(113)은 하부 프레임(111)의 수평연장부(111C) 끝단에 하방향으로 결합되어 상기 보호유리(120) 및 집열부재(140)의 둘레부(145,147A) 측단을 지지하는 측단 지지부(113A)와 상기 측단 지지부(113A)에서 내측으로 수평하게 연장되어 상기 보호유리(120) 및 집열부재(140)의 둘레부(145,147A)를 하측에서 지지하는 하단 지지부(113B)로 이루어진다.

상기 상부 프레임(112)은 상기 하부 프레임(111)의 상부 외측에 대응하여 끼워지고, 상기 안착편(113)의 하단 지지부(113B)에 대응하여 상기 보호유리(120) 및 집열부재(140)의 둘레부(145,147A)를 상측에서 지지하여 고정하는 상단 지지부(112C)를 구비한다.

이처럼 상기 지지프레임(110)은 상기 상부 프레임(112)의 상단 지지부(112C)와, 상기 안착편(113)의 측단 지지부(113A) 및 하단 지지부(113B)에 의해 상기 보호유리(120) 및 집열부재(140)의 둘레부(145, 147A)를 함께 끼워 고정하는 "ㄷ"자 형 틀을 형성한다. 이같은 구성에 따르면 상기 지지프레임(110)이 하부 프레임(111)과 상부 프레임(112)의 두벌로 분할되어 있다. 따라서 상기 보호유리(120), 집열부재(140)를 먼저 상기 안착편(113)의 하단 지지부(113B)에 안착시킨 후 상기 상부 프레임(112)을 하부 프레임(111)에 끼워 볼트(161)로 체결하는 과정을 순차대로 진행하기만 하면 된다. 이때 상기 볼트(161)로 체결하는 하는 부위는 상기 하부 프레임(111)의 측벽부(111B)와 이에 겹쳐지는 상부 프레임(112)의 최외각 부위가 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 태양열 집열장치의 작용 및 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 태양열이 보호유리(120)를 투과하여 집열부재(140)의 집열상판(147)에 접촉되면 상기 집열상판(147)은 접촉되는 태양열을 흡수한다. 상기 집열상판(147)은 무전해 도금방식에 의해 매우 얇게 검은색으로 표면 코팅되어 있으므로 방사율은 낮고 흡수율은 높다. 따라서 접촉되는 태양열을 효과적으로 흡수할 수 있다.

이후, 상기 집열상판(147)과 밀접하게 접촉된 집열부재(140)의 집열몸체(140A)는 상기 집열상판(147)으로부터 전달되는 열을 받아들여 집열하게 된다. 이때 상기 집열몸체(140A)는 흐름로(141,142,143)가 형성된 부위를 제외한 대부분이 상기 집열상판(147)과 접촉되어 열교환을 위한 열교환 면적을 상당히 넓게 확보하고 있다. 따라서 상기 집열상판(147)과 집열몸체(140A) 간의 열전달이 신속하게 이루어진다.

이후, 상기 집열몸체(140A)는 집열상판(147)으로부터 전달된 열에 의해 고온(100 ℃ 이상)의 상태로 상기 흐름로(141,142,143)를 따라 흐르는 열매체를 가열하게 된다. 이때 상기 흐름로(141,142,143)는 제 1주흐름로(141)로 시작하지만 도중에 복수의 보조흐름로(143)로 분기되어 집열몸체(140A)의 넓은 부위에서 균일하게 분포되어 있다. 따라서 상기 집열몸체(140A)와 열매체 간의 열교환 면적이 넓으므로 신속한 열전달이 가능하게 된다.

이 과정에서 유입구(141A)를 통해 유입된 열매체는 가열되어 온도가 상승함에 따라 제 1주흐름로(141)를 따라 상측으로 흐르는 경향을 갖게 되고, 상측으로 흐르면서 복수의 보조흐름로(143)를 따라 분기된다. 이후 제 2주흐름로(142)에서 다시 모아진다. 그리고 상기 제 2주흐름로(142)를 따라 보다 상측으로 흘러 유출구(142A)를 통해 유출된다.

참고로 상기 집열몸체(140A)의 유출구(142A)를 통해 유출되는 고온의 열매체는 도 3에서 볼 수 있듯이 순환배관(51)을 따라 물탱크(53)를 경유하여 순환한 후 냉각된 상태에서 상기 집열몸체(140A)의 유입구(141A)를 통해 다시 유입된다. 이때 상기 물탱크(53)에서는 저장된 물(W)과 상기 열매체와의 열교환이 이루어지며, 이로 인해 저온이었던 물의 온도가 상승하고 반대로 고온이었던 열매체는 온도가 하강한다.

본 발명의 태양열 집열장치는 상기와 같은 과정에서 낮은 열 방사율과 높은 열 흡수율을 갖는 집열상판(147), 상기 집열상판(147)과 넓게 접촉하여 많은 열량을 신속히 전달받는 집열몸체(140A)의 유기적인 작용에 의해 열매체를 100[℃] 이 상의 고온으로 쉽게 가열할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 태양열 집열장치는 구리 박판을 압착 프레싱하여 단번에 만들어진 집열몸체와 열흡수율이 우수한 집열상판의 조합으로 이루어진 모듈형태의 집열부재를 구비하여 종래의 집열관 및 흡수판을 대체하기 때문에 부품의 단순화 및 조립공정의 단순화를 구현하여 생산성이 높고 생산비용은 절감된다.

또한, 본 발명에 따른 모듈 형태의 집열부재는 두께가 얇아 전체적으로 슬림한 집열장치를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명은 태양열을 흡수하는 집열상판과 열매체를 가열하는 집열몸체가 밀접하게 결합된 한나의 모듈형태를 이루기 때문에 이 둘 간에 열전달이 우수하여 그 내부를 흐르는 열매체를 신속하면서도 100[℃]이상의 고온으로 가열할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 집열부재 중 태양열의 흡수를 담당하는 집열상판의 열 방사율은 낮고 반대로 열 흡수율은 높아 태양열을 효과적으로 흡수할 수 있다.

또한, 본 발명은 두 벌로 분할 구성된 지지프레임에 의해 다른 구성요소들을 지지 고정하여 조립하기가 한층 용이하다.

Claims (6)

1. 태양열을 흡수하여 집열하는 태양열 집열장치에 있어서,

   유입되는 열매체를 경유시킨 후 유출하는 도랑 형태의 흐름로를 구비하되, 하나의 박판을 판금가공하여 상면에 상기 흐름로를 형성시킨 집열몸체와, 상기 집열몸체의 상면에 밀착되어 상기 흐름로를 덮고 태양열을 흡수하여 상기 집열몸체에 전달하는 집열상판으로 이루어진 집열부재와;

   상기 집열상판의 상측에 설치되는 보호유리와;

   상기 집열몸체의 하측에 설치되어 상기 집열몸체로부터 방출되는 열을 상기 집열몸체로 반사하는 반사판과;

   상기 반사판의 하면에 설치되는 단열부재와;

   상기 집열부재, 보호유리, 반사판, 단열부재를 함께 고정하여 지지하는 지지프레임을 포함하여 구성되고,

   상기 집열몸체의 흐름로는, 상기 집열몸체의 일편 가장자리를 따라 종방향으로 형성되고 상기 열매체가 유입되는 유입구를 갖는 제 1주흐름로와, 상기 제 1주흐름로가 형성된 반대편인 상기 집열몸체의 타편 가장자리를 따라 종방향으로 형성되고 상기 열매체가 유출되는 유출구를 갖는 제 2주흐름로와, 상기 제 1주흐름로에서 복수개가 횡방향으로 나란히 분기되어 상기 제 2주흐름로에 연결되는 보조흐름로로 이루어져,

   상기 유입구를 통해 유입되는 열매체가 상기 제 1주흐름로를 따라 흐르다가 상기 복수개의 보조흐름로를 통해 분기된 후 상기 제 2흐름로를 따라 모여져서 상기 유출구를 통해 유출되도록 한 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 집열몸체는 구리 박판으로부터 한 번의 압착 프레싱에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 집열상판은 검은색으로 표면 코팅되되, 수산화칼륨에 산화비소 및 브롬칼륨을 혼합한 용액에 담겨진 상태로 무전해 도금된 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
5. 제 1항, 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 집열몸체와 집열상판은 상측으로 오므려진 곡면으로 형성되어 서로 겹쳐지고, 상기 집열몸체의 둘레부는 상측으로 절곡되어 상기 집열상판의 둘레부 끝단을 감싸 고정한 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 지지프레임은,

   상기 반사판과 단열부재를 하측에서 지지하는 저면부와, 상기 저면부의 둘레를 따라 상방향으로 수직하게 형성된 측벽부와, 상기 측벽부의 상단에서 내측으로 수평하게 연장된 수평연장부로 이루어진 하부 프레임과;

   상기 하부 프레임의 수평연장부 끝단에 하방향으로 결합되어 상기 반사판과 단열부재의 측단을 감싸 지지하는 측단 지지부와, 상기 측단 지지부에서 내측으로 수평하게 연장되어 상기 보호유리 및 집열부재의 둘레부를 하측에서 지지하는 하단 지지부로 이루어진 안착편과;

   상기 하부 프레임의 상부 외측에 대응하여 끼워지고, 상기 안착편의 하단 지지부에 대응하여 상기 보호유리 및 집열부재의 둘레부를 상측에서 지지하여 고정하는 상단 지지부를 구비하는 상부 프레임으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.

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