KR100897439B1 - 태양열 집열관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외벽에는 진공부가 형성되고, 내부에는 태양광이 조사되어 집열되는 집열공간이 형성된 본체와; 상기 본체의 집열공간에 일부가 인입되어 상기 집열공간의 열을 상기 집열공간 외부로 전달하는 히트파이프와; 상기 집열공간에 위치되어 상기 히트파이프에 밀착되고, 상기 태양광을 조사받아 집열하여 상기 히트파이프에 전달하는 집열판과; 상기 집열판에 의해 가려져 상기 태양광이 조사되지 않는 상기 집열공간의 내벽면에 형성되어 상기 집열공간의 열이 외부로 방출되는 것을 방지하는 단열코팅층을 포함하고 있다. 상기 집열판은 상기 히트파이프가 밀착되는 밀착부분이 형성되고, 상기 밀착부분의 양측으로 연장되되, 상기 태양광의 조사방향으로 볼록한 형태로 형성되어 상기 태양광을 조사받아 집열하는 집열부분으로 이루어진다. 상기 집열부분에는 볼록하게 형성된 다수의 집열골이 형성된다.

본 발명은 집열판의 집열면적을 넓히고, 방열을 방지하며, 태양열을 균일하게 집열하여 히트파이프에 전달함으로써, 집열효율이 향상되고, 집열부분에 의해 태양광을 반사하여 히트파이프를 가열함으로써 히트파이프의 가열효율이 향상되는 장점이 있다.

태양광, 집열판, 집열골, 반사, 단열코팅, 만곡

Description

태양열 집열관{SOLAR COLLECTOR}

본 발명은 태양열 집열관에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조사되는 태양광을 집열하여 온수, 난방수등을 생성할 수 있는 태양열 집열관에 관한 것이다.

일반적으로 태양열 집열관은 태양으로부터 열을 흡수하는 흡열체로 흡열판을 사용하여 태양열을 흡열하는 흡열형 태양열 집열관과, 반사판을 사용하여 태양열을 고온으로 집열하는 집광형 태양열 집열관이 있다.

흡열형 태양열 집열관은 태양광을 투과시키고 내부가 진공상태로 유지되는 투명한 유리재질의 진공관이 구비되고, 진공관의 내부 공간에 흡열판과 열매체가 유동할 수 있도록 내부통로를 갖는 열매체관이 결합구성된다.

그리고, 열매체관의 양단은 진공관의 외부로 돌출된다.

집광형 태양열 집열관은 진공관과, 진공관의 내부 공간에 위치되고 태양광을 반사하여 일정 지점에 집열할 수 있는 반원통형의 반사판과, 상기 태양광이 집열되는 위치에 설치되는 열매체관으로 이루어져 있다.

이와 같은 태양열 집열관은 흡열판 또는 반사판에 의해 열매체관이 가열되면, 열매체관내의 열매체가 가열되고, 열매체가 열매체관 내에서 대류되어 외부로 열을 전달하게 된다. 그리고, 이 열을 이용하여 온수, 난방수를 생성하게 된다.

그러나, 종래기술의 태양열 집열관은 흡열판을 이용한 태양열 집열관은 열매체의 온도가 일정온도(대략 60℃)이상일 경우에는 흡열효율이 급격히 저하되어 고온의 온수를 생성하는 데에 어려움이 있으며, 반사판을 이용한 태양열 집열관은 고온의 온수를 생성하기에는 좋으나 흡열량이 적어 반사판을 크게 하여야하는 문제점이 있어 실용하기에는 어려움이 있었다.

또한, 진공관의 진공상태인 내부 공간에 열매체관, 반사판, 흡열판이 내장되어 있으므로, 열매체관, 반사판, 흡열판의 교체 및 수리가 용이하지 않은 문제점이 있었다. 그리고, 가열 및 냉각으로 열매체관, 반사판, 흡열판이 수축 및 팽창됨으로써, 진공관이 파손될 염려가 있었다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 집열효율이 향상된 태양열 집열관을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 설치되는 집열판, 히트파이프의 수리 및 교체가 용이하고, 히트파이프의 수축 및 팽창에 의해 파손이 방지되는 태양열 집열관을 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 외벽에는 진공부가 형성되고, 내부에는 태양광이 조사되어 집열되는 집열공간이 형성된 본체와; 상기 본체의 집열공간에 일부가 인입되어 상기 집열공간의 열을 상기 집열공간 외부로 전달하는 히트파이프와; 상기 집열공간에 위치되어 상기 히트파이프에 밀착되고, 상기 태양광을 조사받아 집열하여 상기 히트파이프에 전달하는 집열판과; 상기 집열판에 의해 가려져 상기 태양광이 조사되지 않는 상기 집열공간의 내벽면에 형성되어 상기 집열공간의 열이 외부로 방출되는 것을 방지하는 단열코팅층을 포함하고 있다.

상기 집열판은 중심부에 상기 히트파이프가 밀착되는 밀착부분이 형성되고, 상기 밀착부분의 양측으로 연장되되, 상기 태양광의 조사방향으로 볼록한 형태로 형성되어 상기 태양광을 조사받아 집열하는 집열부분으로 이루어진다.

상기 집열부분에는 집열면적을 넓히기 위해 상기 태양광의 조사방향으로 볼록하게 형성된 다수의 집열골이 형성된다.

상기 집열부분이 불균형하게 가열되지 않도록 상기 집열공간의 가열된 공기의 대류를 억제하기 위해 상기 집열부분에 형성된 다수의 집열골은 지그재그로 형성된다.

본 발명은 집열판의 집열면적을 넓히고, 방열을 방지하며, 태양열을 균일하게 집열하여 히트파이프에 전달함으로써, 집열효율이 향상되는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 집열판의 열전달이외에, 집열부분에 의해 태양광을 반사하여 히트파이프를 가열함으로써 히트파이프의 가열효율이 향상되는 장점이 있다.

또 한편으로, 본 발명은 히트파이프가 관통 설치된 마개가 고무재질인 패킹부재의 탄성력으로 진공관에 결합되어 있기 때문에, 히트파이프의 팽창 또는 수축으로 변화되는 신장에 따라 마개가 패킹부재의 탄성한도내에서 이동되어 진공관의 파손이 방지되고, 히트파이프 및 집열판의 수리 및 교체가 용이한 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도 1 내지 도 3에 나타내 보였다.

도 1, 도 2를 참조하면, 본 실시 예는 외벽에 진공부(11)가 형성되고 내부에 태양광이 조사되어 집열되는 집열공간(12)이 형성된 본체(10)와, 집열공간에 일부가 인입되는 히트파이프(20)와, 집열공간에 위치되고 태양광을 조사받아 집열하여 히트파이프에 전달하는 집열판(30)과, 집열판에 의해 가려져 태양광이 조사되지 않는 상기 집열공간의 내벽면에 구비되어 상기 집열공간의 열이 외부로 방출되는 것 을 방지하는 단열코팅층(40)으로 이루어져 있다.

본체(10)는 일측이 개구되게 내부에 집열공간(12)이 구비된 원통형으로 형성되고 외벽은 이중벽구조로 하여 이중벽 사이를 진공시킨 진공부(11)가 구비된 진공관(13)과, 집열공간(12)이 밀폐되게 진공관(13)의 개구된 일측에 결합되는 마개(14)와, 마개(14)와 진공관(13)의 밀착부위에 위치되는 고무재질의 패킹부재(15)로 이루어져 있다.

진공관(13)은 태양광이 집열공간(12)에 조사되도록 투과성재질(유리, 수지등)로 이루어진다.

히트파이프(20)는 마개(14)를 관통하여 설치된다. 따라서, 히트파이프(20)의 일부분은 집열공간(12)에 인입되고, 나머지 부분은 본체(10) 외부로 노출된다.

고무재질인 패킹부재(15)는 마개(14)와 진공관(13)의 결합이 탄성력에 의해 결합되게 한다. 그리고, 패킹부재(15)는 히트파이프(20)의 가열 및 냉각으로 인해 팽창 또는 수축으로 길이가 가변될 때, 마개(14)를 탄성력에 의해 이동가능하게 한다.

집열판(30)은 히트파이프(20)와 밀착되는 밀착부분(31)과, 태양광을 조사받아 집열하도록 밀착부분(31)의 양측으로 연장된 집열부분(32)으로 이루어진다. 그리고, 집열효율이 좋은 구리, 스테인레스 재질이 사용된다.

밀착부분(31)은 히트파이프(20)의 외면의 형상에 대응되는 형상으로 형성되어 밀착율을 향상시켜 열전달이 잘 이루어지도록 한다.

집열부분(32)은 태양광의 조사방향으로 볼록한 형태로 만곡되게 형성된다. 그리고, 집열부분(32)에는 집열면적을 넓히기 위해 다수의 집열골(33)이 태양광의 조사방향으로 볼록하게 형성된다. 도 3을 참조하면, 집열골(33)은 지그재그 형태로 배열된다.

단열코팅층(40)은 열을 흡수하는 검정색의 도료로 도포되어 형성된다. 물론, 검정색 도료를 도포하지 않고, 검정색의 천, 검정색 도료가 피복된 금속판등이 사용될 수 있다.

이하에서는, 이와 같이 구성된 본 실시 예의 작용 및 효과에 대해 설명한다.

도 4는 참조하면, 본 실시 예인 태양열 집열관을 프레임(50)에 다수 배열하고 노출된 히트파이프(20)의 일측을 가열될 원수가 지나는 원수파이프(60)에 연결한다.

이와 같이 설치된 상태에서, 태양열 집열관에 태양광이 조사되게 한다.

히트파이프(20) 및 집열판(30)은 태양광의 조사로 가열된다. 집열판(30)은 집열하여 히트파이프(20)에 열전달하게 된다.

특히, 본 실시 예의 집열판(30)은 집열골(33)에 의해 집열면적이 넓어짐으로써, 집열효율이 향상된다. 그리고, 만곡하게 형성된 집열판(30)의 집열부분(32)은 태양광을 반사하여 히트파이프(20)에 집중시키게 된다. 이에, 히트파이프(20)는 집열판(30)의 열전달과, 태양광의 반사광에 의해 이중으로 가열된다.

그리고, 집열골(33)이 일방향, 즉 태양광의 조사방향으로만 돌출되어 태양광의 반사되는 집열부분(32)의 표면에 돌출부가 형성되어 있지 않기 때문에, 태양광의 반사율이 향상된다.

한편, 집열판(30)에 가려져 태양광이 조사되지 않는 집열판(30) 후방에 해당되는 집열공간(12)의 공기는 집열판(30)의 열에 의해 가열된다. 가열된 공기의 열은 단열코팅층(40)에 의해 외부로 배출되지 않고 흡수되고, 공기는 고온상태를 유지하게 된다. 이에, 집열판(30)의 방열이 방지되고, 집열판(30)의 집열효율이 향상된다.

그리고, 도 3을 참조하면, 집열판(30)의 후방으로 돌출된 다수의 집열골(33)이 지그재그로 형성되어 있기 때문에, 가열된 공기는 흐름이 억제되어 정체된다. 그러므로, 집열판(30) 후방에 해당되는 집열공간(12)의 공기는 균일한 온도를 유지하게 된다. 따라서, 집열판(30)에 태양열이 균일하게 집열되고, 히트파이프(20)에 전달된다.

이와 같이, 본 실시 예는 집열면적이 넓은 집열판(30)에 의해 태양열을 균일하게 집열하여 히트파이프(20)에 전달하고, 또한, 태양광을 반사하여 히트파이프(20)를 가열하게 된다.

앞에서 설명된 본 발명의 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 집열관의 실시 예를 도시한 도면,

도 2는 도 1의 실시 예인 태양열 집열관의 횡단면을 도시한 도면,

도 3은 도 1의 실시 예인 태양열 집열관에서 집열판 후방의 고온 공기의 흐름을 도시한 도면,

도 4는 도 1의 실시 예인 태양열 집열관을 프레임에 다수 설치한 예를 도시한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 본체 11 : 진공부

12 : 집열공간 20 : 히트파이프

30 : 집열판 32 : 집열부분

33 : 집열골 40 : 단열코팅층

50 : 프레임 60 : 원수파이프

Claims (4)

1. 삭제
2. 외벽에는 진공부(11)가 형성되고, 내부에는 태양광이 조사되어 집열되는 집열공간(12)이 형성된 본체(10)와;

   상기 본체(10)의 집열공간(12)에 일부가 인입되어 상기 집열공간(12)의 열을 상기 집열공간(12) 외부로 전달하는 히트파이프(20)와;

   상기 집열공간(12)에 위치되어 상기 히트파이프(20)에 밀착되고, 상기 태양광을 조사받아 집열하여 상기 히트파이프(20)에 전달하는 집열판(30)과;

   상기 집열판(30)에 의해 가려져 상기 태양광이 조사되지 않는 상기 집열공간(12)의 내벽면에 형성되어 상기 집열공간(12)의 열이 외부로 방출되는 것을 방지하는 단열코팅층(40)을 포함하고,

   상기 집열판(30)은

   중심부에 상기 히트파이프(20)가 밀착되는 밀착부분이 형성되고, 상기 밀착부분의 양측으로 연장되되, 상기 태양광의 조사방향으로 볼록한 형태로 형성되어 상기 태양광을 조사받아 집열하는 집열부분(32)으로 이루어지고,

   상기 집열부분(32)에는 집열면적을 넓히기 위해 상기 태양광의 조사방향으로 볼록하게 형성된 다수의 집열골(33)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양열 집열관.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 집열부분(32)이 불균형하게 가열되지 않도록 상기 집열공간(12)의 가열된 공기의 대류를 억제하기 위해 상기 집열부분(32)에 형성된 다수의 집열골(33)은 지그재그로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열관.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 본체(10)는

   일측이 개구되게 상기 집열공간(12)을 내부에 구비한 원통형으로 형성되며, 외벽은 이중벽으로 형성되고 상기 이중벽의 사이를 진공시킨 상기 진공부(11)가 마련된 진공관(13)과;

   상기 집열공간(12)이 밀폐되게 상기 진공관(13)의 개구된 일측에 결합되고, 상기 히트파이프(20)의 일부가 노출되게 관통되는 마개(14)와;

   상기 진공관(13)과 상기 마개(14)의 밀착부위에 위치되어 상기 집열공간(12)이 밀폐되게 하는 고무재질의 패킹부재(15)로 이루어지는 것을 특징으로 태양열 집열관.

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