KR100911048B1

KR100911048B1 - 태양열 집열셀

Info

Publication number: KR100911048B1
Application number: KR1020070100489A
Authority: KR
Inventors: 이광선
Original assignee: 쏠라포스 주식회사
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2009-08-06
Also published as: KR20090010853A

Abstract

본 발명은 태양열 집열셀에 관한 것으로서, 열전도성을 갖는 금속 중공체로 마련되는 집열관본체와, 상기 집열관본체로부터 열전달 가능하게 상기 집열관본체 내에 마련되며 내부에 열전달매체가 주입된 열전도관을 갖는 집열관과; 상기 집열관을 소정의 간격을 두고 둘러싸는 광투과성 플라스틱 재질의 외부케이싱과; 상기 집열관과 상기 외부케이싱의 양측을 기밀시키는 한 쌍의 밀폐캡과; 상기 열전도관의 일측에 연결되며 외부로 연장된 열전달봉과; 상기 열전도관의 타측에 마련되는 진공유니온을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 집열성능이 향상되고, 구조적으로 공간의 제약 없이 설치와 취급이 용이한 태양열 집열셀이 제공된다.

태양열, 집열, 진공, 열전도

Description

태양열 집열셀{A Solar collector cell}

본 발명은 태양열 집열셀에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집열구조와 집열성능이 개선되고, 취급이 용이한 태양열 집열셀에 관한 것이다.

일반적인 태양열 집열장치는 다수의 사각 평판형 집열셀들과, 집열셀들로부터 전달되는 열원을 축열하는 축열조로 구성되어 있다. 이때, 각 집열셀은 사각의 외형틀과, 외형틀 내에 평면적으로 설치되며 태양열을 흡수하도록 표면이 특수하게 화공 처리된 판상의 집열판과, 집열판의 배면에 소정 간격을 두고 용접되며 열전달매체가 흐르는 다수의 열전도관과, 외형틀을 덮는 투명한 유리덮개로 이루어져 있다.

이러한 집열셀들은 태양열이 집열판을 가열하면 이 열에너지가 열전도관으로 전달되고 열전도관 내부의 열전달매체가 온도 상승된다. 이렇게 온도 상승된 각 집열셀들의 열전달매체는 축열조에 저장되었다가 난방이나 온수에 이용된다.

그런데, 이러한 종래 평판형 집열셀은 유리덮개를 구비하고 있음에도 불구하 고 대류현상에 의해 집열판에서 외부로의 열손실이 많이 발생하여 집열효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 평판형의 구조상 다수의 집열셀들을 설치하기 위한 넓은 면적의 설치공간이 필요하기 때문에, 설치공간의 제약이 따르는 문제점이 발생하였으며, 비교적 큰 면적과 유리덮개 구조를 갖는 집열셀들의 운반 및 설치 시공 등에 있어 취급이 용이하지 못한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 집열성능이 향상되고, 구조적으로 공간의 제약 없이 설치와 취급이 용이한 태양열 집열셀을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라서, 태양열 집열셀에 있어서, 열전도성을 갖는 금속 중공체로 마련되는 집열관본체와, 상기 집열관본체로부터 열전달 가능하게 상기 집열관본체 내에 마련되며 내부에 열전달매체가 주입된 열전도관을 갖는 집열관과; 상기 집열관을 소정의 간격을 두고 둘러싸는 광투과성 플라스틱 재질의 외부케이싱과; 상기 집열관과 상기 외부케이싱의 양측을 기밀시키는 한 쌍의 밀폐캡과; 상기 열전도관의 일측에 연결되며 외부로 연장된 열전달봉과; 상기 열전도관의 타측에 마련되는 진공유니온을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열셀에 의해 달성된다.

여기서, 상기 집열관본체는 타원형, 각형, 원형 중 어느 하나의 관상체 형상을 갖는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 열전도관은 상기 집열관본체와 직접 접촉되어 있는 것이 효과적이다.

또한, 상기 집열관본체와 상기 열전도관을 열전도 가능하게 연결하는 열전달판을 포함할 수 있다.

또한, 상기 열전달매체는 메탄올, 에탄올, 프레온, 암모니아수, 아세톤, 탄산가스 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 상기 외부케이싱에는 산화방지제 또는 자외선안정제가 포함되는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 밀폐캡은 상기 집열관의 양단부가 기밀하게 결합되는 집열관결합부와, 상기 외부케이싱이 기밀하게 결합되는 케이싱결합부와, 중앙에 형성된 관통구를 가지되; 상기 양 밀폐캡 중 일측의 밀폐캡에 형성된 관통구에는 상기 열전달봉이 결합되고, 타측 밀폐캡의 관통구에는 체크밸브가 설치되는 것이 보다 효과적이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 집열셀의 사시도이며, 도 2는 도 1의 태양열 집열셀의 분해사시도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 부분단면도이고, 도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 부분단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양열 집열셀(1)은 태양열을 흡수하는 집열관(10)과, 집열관(10)을 보호하도록 둘러싸는 광투과성 재질의 외부케이싱(20)과, 집열관(10)과 외부케이싱(20) 사이공간을 진공상태로 기밀하게 밀폐하는 밀폐캡(30)과, 집열관(10)에서 발생된 열에너지를 축열시스템(미도시)으로 전달하는 열전달봉(40)을 포함한다.

집열관(10)은 태양열을 흡수하는 집열관본체(11)와, 집열관본체(11)로부터 열전달 가능하도록 집열관본체(11) 내에 마련된 열전도관(13)을 가지고 있다. 집열관본체(11)와 열전도관(13)의 중공체로서 열전달성능이 우수한 알루미늄이나 구리 등의 금속재를 이용하여 상호 일체로 형성되어 있다.

이때, 집열관본체(11)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 반원형의 관상체 형상을 가질 수 있으며, 도 5와 같이, 원형 관상체 형상을 가질 수도 있다. 물론 집열관본체(11)는 다각형이나 타원 등의 관상체 형상을 가질 수도 있다.

그리고, 열전도관(13)은 도 2와 같이 집열관본체(11)와 직접적으로 접하도록 집열관본체(11) 내에 형성될 수도 있으며, 도 5와 같이, 열전달판(15)에 의해 집열 관본체(11)에 대해 열전달 가능하도록 집열관본체(11) 내에 배치될 수도 있다. 이 열전도관(13) 내부에는 열전달매체(17)가 수용되는데 열전달매체(17)는 메탄올, 에탄올, 프레온, 암모니아수, 아세톤, 탄산가스 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

이러한 열전도관(13)의 일측은 열전달봉(40)과 연결되며, 타측에는 열전도관(13) 내부에 열전달매체(17)의 주입한 후 진공시키시 위한 진공유니온(13a)이 마련되어 있다. 진공유니온(13a)은 열전도관(13) 내부에 열전달매체(17)를 주입한 후, 열전도관(13) 내부를 진공시킨 후 기밀하게 밀폐된다.

또한, 집열관(10)은 진공유니온(13a) 측의 집열관본체(11)와 열전도관(13) 사이 영역이 밀폐되며, 열전달봉(40) 연결 측의 집열관본체(11)와 열전도관(13) 사이 영역은 공기유동홀(13c)이 형성되어 있는 차단판(13b)에 의해 차단된다.

차단판(13b)의 공기유동홀(13c)은 열전달봉(40)과 밀폐캡(30)의 관통구(35) 사이의 간극(32a)으로 유입되는 외부의 공기가 집열관본체(11)와 열전도관(13) 사이공간으로 유입되도록 함으로써, 집열관본체(11)와 열전도관(13) 사이공간의 공기압력을 완화시켜주고, 열전달봉(40)의 열이 밀폐캡(30)으로 전달되는 것을 방지함과 동시에, 열전도관(13) 내부에 주입된 열전달매체(17)의 온도상승 효율을 향상시킨다.

이러한 구조의 집열관(10)은 그 양단부가 후술할 밀폐캡(30)의 집열관결합부(31)에 기밀하게 결합 고정된다.

외부케이싱(20)은 집열관(10)을 동심적으로 둘러싸는 관상체로서 외부충격 등에 대한 강성을 갖는 투명플라스틱 재료로 마련된다. 이 외부케이싱(20)은 집열관(10)과의 사이에 소정의 간격을 유지하면서 집열관(10)을 둘러싸는 크기로 형성되어 있으며, 그 양단부가 후술할 밀폐캡(30)의 케이싱결합부(33)에 기밀하게 결합 고정된다. 그리고, 집열관(10)과 외부케이싱(20) 사이의 공간은 진공을 유지하게 된다. 이때, 외부케이싱(20)은 산화방지제나 자외선안정제 등을 포함하여 산화와 자외선에 의한 손상을 방지하는 것이 바람직하다.

밀폐캡(30)은 외부케이싱(20)과 집열관(10)이 상호 동심적으로 배치된 상태에서 이들 사이의 공간을 밀폐시키는 것으로서, 그 내측에는 집열관(10)의 양단부가 기밀하게 결합되는 집열관결합부(31)가 형성되어 있으며, 외측에는 외부케이싱(20)이 기밀하게 결합되는 케이싱결합부(33)가 형성되어 있다. 이때, 집열관결합부(31)와 집열관(10) 사이는 단열재료(31a)에 의해 단열처리되어 열손실이 방지되며, 케이싱결합부(33)와 외부케이싱(20)은 접착제(33a) 등에 의해 상호 기밀하게 결합된다.

그리고, 밀폐캡(30)의 중앙에는 관통구(35)가 형성되어 있는데, 집열관(10)의 진공유니온(13a) 측에 결합되는 밀폐캡(30)에 형성된 관통구(도 4의 35)는 집열관본체(11)와 외부케이싱(20) 사이의 진공 형성을 위한 진공구 역할을 하게 되며, 이를 위해 체크밸브(13d)가 설치되어 있다. 그리고, 열전달봉(40) 연결 측의 집열관(10)과 외부케이싱(20)에 결합되는 밀폐캡(30)의 경우 열전달봉(40)을 결합하기 위한 결합구로 이용된다.

한편, 열전달봉(40)은 열전도성이 우수한 알루미늄이나 구리 등의 금속재로 마련되며, 집열관(10)의 일측에서 열전도관(13)과 기밀하게 결합된 상태에서 밀폐캡(30)의 관통구(35)를 통과하여 외부로 노출되어 있다. 외부로 노출된 열전달봉(40)은 도시하지 않은 축열시스템과 열전달 가능하게 연결된다. 이때, 열전달봉(40)과 관통구(35) 사이는 간극(32a)이 형성된다.

이러한 구성에 의해서 본 발명에 따른 태양열 집열셀(1)은 집열관본체(11)에서 태양열을 흡수하면 열전도작용에 의해 집열관본체(11)로부터 열전도관(13)으로 열이 전달되어 열전도관(13) 내부의 열전달매체(17)가 온도 상승하게 된다. 이렇게 온도 상승된 열에너지는 열전달봉(40)을 통해 도시하지 않은 축열시스템으로 저장되었다가 난방이나 온수에 이용된다.

이때, 본 발명에 따른 태양열 집열셀(1)은 외부로의 열손실이 없이 열에너지가 열전달봉(40)으로 통해 도시하지 않은 축열시스템으로 전달됨으로써 집열효율이 우수하게 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 태양열 집열셀(1)은 열전달 매체에 의해 집열 효율을 높임으로써, 그 부피를 최소화하면서 우수한 집열효율을 얻을 수 있다. 이에 의해 태양열 집열장치의 구성을 위해 다수의 집열셀(1)을 이용하더라도 설치공간을 최소화할 수 있기 때문에 설치공간의 제약을 최소화 할 수 있다.

또한, 외부케이싱(20)을 플라스틱 재료로 구성함으로써, 집열셀(1)들의 운반 및 설치 시공 등에 있어 취급이 용이하고 파손 등으로부터 안전성을 확보할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 태양열 집열셀은 집열성능이 향상되고, 구조적으로 공간의 제약 없이 설치와 취급이 용이하다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 집열셀의 사시도,

도 2는 도 1의 태양열 집열셀의 분해사시도,

도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 부분단면도,

도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 부분단면도,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 집열셀의 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 집열관 11 : 집열관본체

13 : 열전도관 17 : 열전달매체

20 : 외부케이싱 30 : 밀폐캡

31 : 집열관결합부 33 : 케이싱결합부

40 : 열전달봉

Claims

태양열 집열셀에 있어서,

열전도성을 갖는 금속 중공체로 마련되는 집열관본체와, 상기 집열관본체로부터 열전달 가능하게 상기 집열관본체 내에 마련되며 내부에 열전달매체가 주입된 열전도관을 갖는 집열관과;

상기 집열관을 소정의 간격을 두고 둘러싸는 광투과성 플라스틱 재질의 외부케이싱과;

상기 집열관과 상기 외부케이싱의 양측을 기밀시키는 한 쌍의 밀폐캡과;

상기 열전도관의 일측에 연결되며 외부로 연장된 열전달봉과;

상기 열전도관의 타측에 마련되는 진공유니온을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열셀.
제1항에 있어서,

상기 집열관본체는 타원형, 각형, 원형 중 어느 하나의 관상체 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 태양열 집열셀.
제1항에 있어서,

상기 열전도관은 상기 집열관본체와 직접 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 태양열 집열셀.
제1항에 있어서,

상기 집열관본체와 상기 열전도관을 열전도 가능하게 연결하는 열전달판을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열셀.
제1항에 있어서,

상기 열전달매체는 메탄올, 에탄올, 프레온, 암모니아수, 아세톤, 탄산가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양열 집열셀.
제1항에 있어서,

상기 외부케이싱에는 산화방지제 또는 자외선안정제가 포함되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열셀.
제1항에 있어서,

상기 밀폐캡은 상기 집열관의 양단부가 기밀하게 결합되는 집열관결합부와, 상기 외부케이싱이 기밀하게 결합되는 케이싱결합부와, 중앙에 형성된 관통구를 가지되;

상기 양 밀폐캡 중 일측의 밀폐캡에 형성된 관통구에는 상기 열전달봉이 결합되고, 타측 밀폐캡의 관통구에는 체크밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열셀.