KR100996231B1 - 조립구조가 간단하고 태양열의 집열단계가 최소화된 진공관 방식의 태양열 집열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리재의 외관을 측면과 저면이 밀폐된 유리병 형상으로 구성하여 조립구조를 간소화함과 아울러 태양광의 집열효율을 높일 수 있고 진공관의 진공밀폐 기능 및 열매체의 누수 방지 기능이 향상된 조립구조가 간단하고 태양열의 집열단계가 최소화된 진공관 방식의 태양열 집열장치에 관한 것이다.
본 발명은 내부에 열매체가 충진되는 금속재 내관과, 상기 내관의 측면과는 소정거리 이격되고 상기 내관과의 사이 공간에 진공층이 형성된 유리재 외관을 포함하고, 상기 외관은 상면이 개방되고, 측면과 저면은 밀폐된 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

조립구조가 간단하고 태양열의 집열단계가 최소화된 진공관 방식의 태양열 집열장치{Vacuum tube type solar collector having simple assembling structure and minimized steps of collecting solar heat}

본 발명은 조립구조가 간단하고 태양열의 집열단계가 최소화된 진공관 방식의 태양열 집열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유리재의 외관을 측면과 저면이 밀폐된 유리병 형상으로 구성하여 조립구조를 간소화함과 아울러 태양광의 집열효율을 높일 수 있고 진공관의 진공밀폐 기능 및 열매체의 누수 방지 기능이 향상된 조립구조가 간단하고 태양열의 집열단계가 최소화된 진공관 방식의 태양열 집열장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양열을 에너지원으로 이용하기 위한 방법으로, 태양열을 집광하여 전기에너지를 생성하는 솔라셀을 이용하는 방법이 널리 알려져 있다. 이와 같이 태양열을 전기에너지로 변환하여 이용하는 방식 이외에 태양열을 이용하는 방법으로서, 태양의 복사열을 효율적으로 집열하여 간접 또는 직접 가열원으로 사용할 수 있는 다양한 형태의 집열장치가 있다.

상기 집열장치 중 이중의 유리벽을 가지는 진공관의 안쪽에 태양광을 흡수하는 흑색 크롬 등을 도포하여 집열을 하며, 특히 진공상태에서 대류에 의한 열손실을 줄여 집열효율을 높인 태양열 집열장치가 개발되었으며, 이와 같은 종래 태양열 집열장치의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 종래 태양열 집열장치의 단면 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래 태양열 집열장치는, 상부가 개방된 실린더형의 유리내벽(100)과, 상기 유리내벽(100)의 표면에 코팅된 흑색크롬층(110)과, 상기 유리내벽(100)의 외면에 소정거리 이격되어 위치하며, 그 유리내벽(100)과의 사이에서 진공분위기를 제공하는 유리외벽(200)을 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 종래 태양열 집열장치의 구성을 보다 상세히 설명한다.

먼저 유리내벽(100)과 유리외벽(200)은 각각 시험관과 같이 상면이 개방되고 측면과 저면부가 밀폐된 형상이며, 그 유리내벽(100)이 유리외벽(200)의 내측에 공간을 두고 삽입된 구조를 가지고 있다.

또한 상기 유리내벽(100)과 유리외벽(200)의 사이 공간은 집열효율을 증가시키기 위해 진공상태가 되도록 하며, 유리내벽(100)과 유리외벽(200)의 상단부는 상호 연결되어 그 진공상태가 유지될 수 있도록 한다.

상기 유리내벽(100)에는 흑색크롬층(110)이 코팅되어 조사되는 태양 복사열을 흡수하여 가열된다. 이와 같이 흑색크롬층(110)에 의해 집열된 열을 에너지로서 이용하기 위해서 상기 유리내벽(100)의 내측 공간에는 그 내부에 열매체 등의 열전달물질이 충진된 금속관이 삽입되어 있고, 상기 유리내벽(100)의 내측면과 상기 금속관의 외측면 사이 공간에는 열전도성 윤활제(예를 들면 구리스)가 충진된다.

이와 같이 종래 태양열 집열장치는 대류에 의한 열손실을 줄이며, 태양 복사열의 조사가 용이하도록 하기 위하여 유리내벽(100) 및 유리외벽(200)을 사용하고 있으나, 유리를 사용할 때의 문제점인 파손의 발생과, 그 파손의 발생시 유리외벽(200) 뿐만 아니라 유리내벽(100)까지도 파손되어 상기 열전달물질인 열매체 등이 외부로 유출되는 문제점이 있었다.

또한 유리내벽(100)과 유리외벽(200)을 이용한 진공관의 형태를 제조하기가 용이하지 않을 뿐만 아니라 그 유리내벽(100)과 유리외벽(200) 결합체를 열교환기 등에 연결할 때 연결부에서 파손이 발생하는 등 설치와 사용이 용이하지 않은 문제점이 있었다.

또한 유리내벽(110)과 유리외벽(200)의 이중 구조로 이루어진 진공관을 사용함으로써, 태양광은 유리외벽(200) 및 진공층을 통과하여 흑색크롬층(110) 및 유리내벽(100)에 집열이 된 후, 상기 유리내벽(100)과 윤활제 및 금속관을 통해 그 금속관 내부의 열매체에 열이 전달되는 구조로 되어 있어, 태양열이 열매체에 전달되기 까지 여러 단계를 거쳐야 하므로 집열 효율을 높이는데 한계가 있다.

또한 우리 나라의 에너지 소비구조는 다양한 형태를 띠는데, 그 중 에너지 소비가 가장 많은 분야에 적합한 중온 이용 분야에서 태양열 집열기술의 개발이 절실히 요구되고 있다. 특히, 중, 고온 이용을 위한 태양열 집열기술 분야에서는 가열되는 열매체의 온도가 80~150℃ 정도 되어야 하나, 상기와 같이 이중 구조로 이루어진 진공관을 사용하는 경우에는 태양열만으로 이러한 열매체의 온도를 구현하기가 어려운 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 조립구조가 간단하면서도 조립된 상태에서 진공밀폐 기능 및 열매체의 누수 방지 기능이 향상된 진공관 방식의 태양열 집열장치를 제공함에 있다.

또한 태양열이 열매체에 전달되는 경로를 단순화시켜 집열 효율을 높일 수 있는 진공관 방식의 태양열 집열장치를 제공함에 있다.

또한 파손이 발생되더라도 열전달을 위한 열매체가 누수되지 않는 진공관 방식의 태양열 집열장치를 제공함에 있다.

또한 제조, 설치 및 유지보수가 보다 용이한 진공관 방식의 태양열 집열장치를 제공함에 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 조립구조가 간단하고 태양열의 집열단계가 최소화된 진공관 방식의 태양열 집열장치는, 내부에 열매체가 충진되는 금속재 내관과, 상기 내관의 측면과는 소정거리 이격되고 상기 내관과의 사이 공간에 진공층이 형성된 유리재 외관을 포함하고, 상기 외관은 상면이 개방되고, 측면과 저면은 밀폐된 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 유리재의 외관을 측면과 저면이 밀폐된 유리병 형상으로 구성함으로써 내관과 외관 간의 결합구조를 간소화하고 내관과 외관의 상부 체결구조를 개선함으로써 진공밀폐 기능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 내관과 열교환기 간의 조립구조가 간단하면서도 조립된 상태에서 열매체의 누수 방지 기능이 우수한 효과가 있다.

또한 본 발명은 내관과 외관이 분리 가능한 구조로 이루어져 설치, 교체 및 유지보수가 용이한 효과가 있는 한편 외관과 내관의 신축 팽창율의 차이로 발생한 부하를 탄성재질의 패킹재에 의하여 감소시켜 또 다른 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 이중의 유리층으로 이루어진 진공관 대신에 단일의 유리관을 사용함으로써 태양열이 열매체에 전달되는 경로를 최소화할 수 있어 태양열의 집열 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 진공관의 내관을 파손이 발생하지 않는 재질로 하고, 그 진공관의 외관은 태양광의 투과가 용이한 유리재로 하여, 외관이 파손되더라도 상기 내관의 내측에서 순환되는 열매체가 누설되는 것을 방지하여, 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명은 집열된 열에 의해 가열 및 순환되는 순환구조를 개선하여 집열 및 열전달 효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 태양열 집열장치의 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 진공관 방식의 태양열 집열장치의 제1실시예를 보여주는 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 진공관 방식의 태양열 집열장치의 제2실시예를 보여주는 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 진공관 방식의 태양열 집열장치의 제3실시예를 보여주는 단면 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 진공관 방식의 태양열 집열장치의 제4실시예를 보여주는 단면 구성도이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 진공관 방식의 태양열 집열장치의 제1실시예를 보여주는 단면 구성도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 진공관 방식의 태양열 집열장치는, 내부에 열매체가 충진되고 상면이 개방된 실린더형의 금속재 내관(10)과, 상기 내관(10)의 표면에 코팅되어 태양 복사열을 흡수하는 흡열층(20)과, 상기 내관(10)이 내측에 삽입되도록 체결되며 상면이 개방되고 측면과 저면은 밀폐된 유리병 형상으로 이루어진 유리재 외관(30)을 포함하고, 상기 내관(10)의 상부측 외면에는 내관(10)을 외관(30)과 열교환기(60)에 결합하기 위한 체결부재(11)가 구비된다.

상기 금속재인 내관(10)은 하단부가 밀폐되고, 상면은 열매체 등의 열전달물질이 충진 및 순환될 수 있도록 개방된 시험관의 형상이다.

상기 내관(10)의 재질로는 동을 사용할 수 있으나, 가공성이 우수하며 적당한 강도를 가져 쉽게 파손되지 않으며, 열전달물질에 의해 부식이 일어나지 않는 금속재이면 그 종류에 무관하게 적용할 수 있다.

상기 내관(10)의 상부측 외면에는 외측으로 돌출된 뒤에 그 단부에서 각각 하향과 상향으로 절곡되어 연장형성되고 외주면에는 나사산이 형성된 하향 절곡부(11a)와 상향 절곡부(11b)를 갖는 체결부재(11)가 구비되어 있다.

상기 체결부재(11)의 하향 절곡부(11a)는 내관(10)과 외관(30) 간의 결합을 위한 것이고, 체결부재(11)의 상향 절곡부(11b)는 내관(10)과 열교환기(60) 간의 결합을 위한 것으로, 그 결합구조는 후술하기로 한다.

상기 내관(10)의 내측 중앙부에는 순환관(40)이 삽입된 구조로 이루어진다.

상기 내관(10)의 상부 일측에는 상기 체결부재(11)의 상부측으로 연장된 내관(10)의 측면부를 통해 상기 순환관(40) 측으로 열교환기(60)에 충진된 열매체가 유입될 수 있는 유입구(51)가 형성되어 있고, 내관(10)의 상단부에는 상기 내관(10)의 내측에서 흡열층(20)에 의해 가열된 열매체가 상기 열교환기(60) 내부로 공급되는 유출구(52)가 형성되어 있다.

상기 순환관(40)을 통해 가열되지 않은 열매체는 하향으로 이동하고, 그 순환관(40)의 외측면과 내관(10)의 내측면의 사이에서 가열된 열매체는 상향으로 이동하는 순환구조가 발생한다.

이와 같은 순환은 유리재인 외관(30)을 통해 태양 복사열을 흡수한 흡열층(20)의 열에 의해 금속재인 내관(10)이 가열되어 그 내관(10)의 내측에 접한 열매체를 가열하여 대류를 형성함으로써 지속된다.

상기 대류에 의한 순환이 보다 원활하게 이루어지도록 하기 위하여 상기 순환관(40)은 내측에서 하향으로 흐르는 열매체와 외측에서 상향으로 흐르는 열매체의 온도차이를 더 크게 발생시킬 수 있는 재질로 하는 것이 바람직하다.

즉, PVC 등 열전도율이 낮은 재질을 사용하여, 내관(10)의 내측에 인접하여 가열된 열매체와 상기 내관(10)의 하부측으로 공급되는 열매체의 사이에서 열교환이 일어나는 것을 최소화하여 대류에 의한 순환이 용이하게 일어나도록 할 수 있다.

상기 내관(10)의 외측면에는 태양 복사열을 흡수하여 열을 발생시키는 흡열층(20)이 코팅된다. 상기 흡열층(20)은 흑색 크롬 도막, 흑색 티타늄 코팅(이산화티탄 박막)을 사용할 수 있다. 이는 밀도가 높고 흑색을 나타내는 금속을 사용하여 태양 복사열의 흡수와 열전도가 용이하도록 한 것이다. 이 외에 흑연분말을 추가로 코팅하여 상기 흡열층(20)을 형성할 수도 있다.

또한 별도의 흡열층(20)을 코팅하는 대신 금속 재질의 내관(10) 외표면을 산화시켜 흑색 산화피막을 형성시킴에 의해 흡열층(20)을 형성시킬 수도 있다. 즉, 내관(10)의 재질이 구리, 알루미늄인 경우 그 표면이 산화구리, 산화알루미늄으로 산화되어 이 산화피막이 흡열층(20)을 형성하게 된다.

이처럼 상기 흡열층(20)의 조건은 흑색을 나타내어 태양 복사열의 흡수가 용이하며, 열전도성이 우수하고, 코팅 접착력이 우수한 것이면 그 성분에 무관하게 적용할 수 있다.

상기 흡열층(20)이 코팅된 내관(10)의 외측에는 유리재의 외관(30)이 결합된다. 상기 외관(30)의 내경은 내관(10)의 외경보다 큰 것으로, 그 내관(10)이 외관(30)의 내측에서 소정간격 이격되도록 위치하게 된다.

상기 외관(30)은 유리재로서 태양광의 투과율이 우수하며, 상기 흡열층(20)에 태양광의 도달율을 높여 복사열의 흡수가 용이하도록 하는 것이며, 파손의 방지를 위하여 붕·규산유리 등의 강화유리를 사용함이 바람직하다.

상기 외관(30)은 내열성이 우수하고, 광투과율이 우수하며, 이후에 설명될 진공의 형성시 압력을 견딜 수 있는 강도를 가지는 재료를 사용할 수 있다.

상기 외관(30)은 상면이 개방되고 측면과 저면은 밀폐된 원통형의 구조이며, 외관(30)의 하면에는 내관(10)의 하면과의 사이에 끼워져 내관(10)과 외관(30)의 신축 팽창율의 차이로 발생하는 부하를 감소시킴과 아울러 내관(10)과 외관(30) 사이의 진공층의 간격이 일정하도록 외관(30)의 내측에 내관(10)을 고정 지지하기 위한 탄성부재(35)가 구비된다. 상기 탄성부재(35)는 도 2에서 평면도로 확대하여 나타낸 바와 같이 중심으로부터 방사상으로 일정한 각도 간격으로 배치되며 일정 두께를 갖는 실리콘으로 구성될 수 있다.

이와 같은 구조의 태양열 집열장치에 의하면, 태양광은 외관(30) 및 진공층을 통과한 후 곧바로 흡열층(20) 및 내관(10)에 도달하므로 열전달 경로가 단순화되어 집열 효율을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 구성요소 간의 결합구조를 설명한다.

먼저, 내관(10)과 외관(30) 간의 결합구조를 설명하면 다음과 같다.

상기 체결부재(11)의 하향 절곡부(11a)는 내관(10)과 외관(30)을 결합하기 위한 것으로, 하향 절곡부(11a)의 내측에 형성된 결합홈 내에는 외관(30)의 상단부가 끼워져 밀착되도록 하향의 삽입홈이 형성된 제1기밀유지부재(12)가 압입 수용된다.

상기 제1기밀유지부재(12)의 삽입홈에 외관(30)의 상단부가 끼워지면, 상기 제1기밀유지부재(12)의 내측면과 외측면에는 내관(10)의 외주면과 외관(30)의 내주면이 밀착됨과 아울러 제1기밀유지부재(12)의 하측으로 내관(10)과 외관(30) 사이에는 진공 형성을 위한 공간이 마련되고, 상기 하향 절곡부(11a)와 외관(30) 사이에는 내열 실리콘 등의 제2기밀유지부재(13)를 도포 형성하여 견고하게 고정시킴으로써 내관(10)과 외관(30) 사이에 공기의 유입이 없도록 기밀상태를 유지할 수 있게 된다.

또한 상기 제2기밀유지부재(13)가 도포된 하향 절곡부(11a)의 저면과 외측면 둘레에는 회전체결기재(15)가 결합된다.

상기 회전체결기재(15)의 저면에는 외관(30)의 외경 크기의 홀이 형성되어 있고, 상향의 체결공간을 제공하도록 주변부가 상향 절곡되어 있으며, 그 내주면에는 하향 절곡부(11a)의 외주면에 형성된 나사산에 나사결합되는 나사산이 형성되어 있다. 또한 회전체결기재(15)와 외관(30)의 외주면 사이에 형성되는 홈의 내측에는 제3기밀유지부재(14)가 개재되어 있어 회전체결기재(15)를 회전시켜 하향 절곡부(11a)에 나사결합시킬 경우 제3기밀유지부재(14)는 제2기밀유지부재(13)가 도포된 하향 절곡부(11a)의 하단면과 회전체결기재(15)의 바닥면에 의해 눌려져 양측방향으로 탄성변형됨으로써 진공의 누설을 보다 확실하게 차단시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 내관(10)과 외관(30) 사이의 진공층이 형성되는 공간의 직상방에 위치된 지점의 체결부재(11)에는 내부에 실리콘이 충진된 공기유출구(11c)가 형성되어 있어, 상기와 같이 내관(10)과 외관(30)이 결합된 상태에서 상향 절곡부(11b) 내측의 공간을 통해 주사기의 바늘을 상기 공기유출구(11c)와 그 하측에 결합된 제1기밀유지부재(12)를 관통하여 삽입시킨 후에 진공층이 형성될 공간의 공기를 빨아들여 진공상태를 만들게 된다.

여기서, 상기 공기유출구(11c)의 내부에 실리콘을 충진하는 구성 이외에 도 2에서 일부 확대 도시한 바와 같이 에어밸브(19)가 설치된 것으로 구성할 수도 있다. 상기 에어밸브(19)는 차량용 타이어의 공기주입 밸브와 유사한 구성으로 이루어진 것으로, 상기 공기유입구(11c)의 내측면에 외주면이 나사결합으로 접합되는 본체(19a)와, 상기 본체(19a)의 내측에서 상하로 이동되어 진공층과 연통되는 공기소통구(19e)를 개폐하는 밸브체(19c)와, 상기 밸브체(19c)의 상측으로 연장되는 누름부재(19b)와, 상기 밸브체(19c)와 누름부재(19b)에 상방향의 탄성력을 인가하는 탄성부재(19d)를 포함한다.

진공층의 형성시 상기 에어밸브(19)의 상부 내측으로 진공펌프의 연결구를 삽입하여 누름부재(19b)를 아래방향으로 누르게 되면 밸브체(19c)가 하방향으로 이동되면서 공기소통구(19e)가 개방되고, 진공펌프를 작동시켜 내관(10)과 외관(30) 사이 공간에 존재하는 공기를 배출시켜 진공상태를 만들게 되며, 진공이 형성된 후에 에어밸브(19)의 상부 내측 공간에 삽입되어 있던 진공펌프의 연결구를 분리하게 되면 탄성부재(19d)의 탄성력에 의해 밸브체(19c)가 상향이동되어 공기소통구(19e)는 밀폐상태가 유지된다.

다음으로, 내관(10)과 열교환기(60) 간의 결합구조를 설명하면 다음과 같다.

내관(10)의 상부와 열교환기(60) 간에는 열매체가 충진되는 열교환기(60)에 열매체의 누설이 발생하지 않는 상태로 안전하게 회전결합되는 상부체결부가 구비된다.

상부체결부는 체결부재(11)의 상향 절곡부(11b)와 그 내측의 홈에 삽입되는 제4기밀유지부재(16)를 포함하여 구성된다.

상기 내관(10)의 상부가 삽입되는 열교환기(60)의 저면에는 하측으로 돌출된 뒤에 그 하단부에서 외측으로 절곡되어 연장형성된 체결부재(62)가 구비되고, 상기 체결부재(62)의 절곡된 하단의 상면에는 하향의 체결공간을 제공하도록 주변부가 하향 절곡되고 그 내주면에는 상향 절곡부(11b)의 외주면에 형성된 나사산에 나사결합되는 나사산이 형성된 회전체결기재(66)가 구비된다.

이러한 구성에 따라 내관(10)의 상부를 상기 체결부재(62)의 내측에 형성된 통공을 통해 열교환기(60)의 내측으로 삽입시켜 회전체결기재(66)와 상향 절곡부(11b)에 형성된 나사산을 서로 일치시킨 후에 회전체결기재(66)를 회전시키면 상향 절곡부(11b)의 홈에 삽입된 제4기밀유지부재(16)의 상면이 체결부재(62)의 저면에 밀착됨으로써 열교환기(60) 내부에 충진된 열매체가 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있게 된다.

본 실시예에서는 체결부재(11)에 하향 절곡부(11a)와 상향 절곡부(11b)가 일체로 형성된 구조에 대하여 설명하였으나, 상기 하향 절곡부(11a)와 상향 절곡부(11b)는 별도로 분리된 구조로 구성될 수 있다. 또한 외관(30)의 외주면에 구비되는 회전체결기재(15)는 외관(30)에 분리형 또는 일체형으로 형성될 수 있고, 열교환기(60)의 체결부재(62)에 구비되는 회전체결기재(66)도 체결부재(62)에 분리형 또는 일체형으로 구성될 수 있다.

상기와 같은 상부체결부의 구성에 의한 내관(10)과 열교환기(60) 간의 결합구조에 의하면, 종래 유리재인 진공관을 금속으로 이루어진 열교환부(60)에 체결할 때 발생하는 파손이나 체결의 어려움을 해소할 수 있고, 회전체결기재(66)를 사용하여 금속재인 내관(10)을 직접 연결하기 때문에 파손의 염려가 없으며 보다 견고하고 용이한 체결이 가능하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 태양열 집열장치는 하나의 열교환부(60)에 다수로 결합될 수 있으며, 이에 따라 하나의 태양열 집열장치가 파손되는 경우에도 집열 및 열매체의 가열을 수행할 수 있다.

또한 상기 실시예에서는 내관(10)의 외표면에 별도의 흡열층(20)이 코팅되는 구조에 대해 설명하였으나, 내관(10) 자체의 색상이 흑색인 경우에는 별도의 흡열층(20)이 코팅되지 않는 구조도 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 진공관 방식의 태양열 집열장치의 제2실시예를 보여주는 단면 구성도이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 진공관 방식의 태양열 집열장치는, 내관(10)을 히트 파이프(heat pipe)로 구성한 것을 특징으로 한다.

히트 파이프란 열을 효율적으로 전도하는 파이프로서, 알루미늄, 강철, 구리 파이프 등의 안쪽에 유리 섬유나 망상(網狀)의 동선(銅線) 등 심재(心材)를 붙이고, 프레온·암모니아 등의 열매체(7)를 채운 다음, 공기를 뺀 파이프이다.

상기 내관(10)의 상단부는 외측면에 다수의 전열핀(71)이 형성된 열교환파이프(70) 내부에 삽입되고, 상기 열교환파이프(70)는 열교환기(60) 내부에 삽입되어 있으며, 상기 열교환파이프(70)와 전열핀(71)의 외측면은 열교환기(60) 내부에 충진된 다른 열매체와 접촉하여 열교환이 이루어진다.

상기 내관(10) 내부에 액상의 열매체(7)가 충진되어 있는 상태에서 태양열에 의해 온도가 상승하면 상기 액상의 열매체(7)는 온도가 급속히 상승하여 기화되면서 내관(10)의 내부 상측으로 이동하게 된다.

이렇게 상승된 기상의 열매체(7)는 내관(10) 내부 상측에서 열교환파이프(70) 및 전열핀(71)을 통해 상기 열교환파이프(70)의 외부에 있는 다른 열매체와 열교환이 이루어진 후, 다시 온도가 하강하면 액상으로 변화되어 내관(10)의 내부 하측으로 하강하는 과정이 반복됨으로써, 태양열을 상기 열교환기(60) 내부의 열매체로 전달하게 된다.

상기 구성을 제외하고 내관(10)과 외관(30) 간의 결합구조 및 내관(10)과 열교환기(60) 간의 결합구조는 앞서 설명한 제1실시예와 동일하게 구성된다.

도 4는 본 발명에 따른 진공관 방식의 태양열 집열장치의 제3실시예를 보여주는 단면 구성도이다.

본 발명의 제3실시예에 따른 진공관 방식의 태양열 집열장치는, 상기 제1실시예를 일부 변형하여 구성된 것으로, 유리재의 외관(30)의 상부 내주면에 나사산을 형성하고, 체결부재(11)의 하측에 위치하는 내관(10)의 일부분을 상기 외관(30) 측으로 돌출형성하고 그 외주면에 나사산을 형성하여 외관(30)의 상부 내주면과 내관(10)의 외주면 간에 나사결합되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 진공층의 상측으로 내관(10)과 외관(30)이 나사결합에 의해 체결되므로 진공의 누설 방지 효과를 더욱 높일 수 있는 이점이 있다.

본 실시예의 구성은 상술한 제1실시예의 구성과는 달리 상기 외관(30) 측으로 돌출형성된 내관(10)의 일부분을 상하로 관통하여 공기유출구(11d)가 형성된다. 상기 공기유출구(11d)의 내측 하부에는 실리콘이 충진되고, 상기 공기유출구(11d)의 내측 상부에는 진공상태의 형성 후 기밀유지를 위해 압착볼트(11e)가 체결된다.

또한 제1실시예의 구성과 달리 하향 절곡부(11a)의 홈에 삽입되는 제1기밀유지부재(12a)는 평평한 구조로 이루어진다.

상기 구성을 제외한 나머지 구성은 상술한 제1실시예와 동일하다.

도 5는 본 발명에 따른 진공관 방식의 태양열 집열장치의 제4실시예를 보여주는 단면 구성도이다.

본 발명의 제4실시예에 따른 진공관 방식의 태양열 집열장치는, 상기 제3실시예의 내관(10)을 히트 파이프로 변형하여 구성된 실시예로서, 히트 파이프의 구성은 앞서 설명한 제2실시예와 동일하고, 구성요소 간의 결합구조는 제3실시예와 동일하게 구성된 것이다.

상기와 같이 본 발명에서는 외관(30)이 유리병 형상으로 구성됨에 따라 내관(10)과 외관(30) 사이의 공간에 진공층을 형성함에 있어서 진공층의 하부에는 진공밀폐를 위한 별도의 결합구조를 구비할 필요가 없고 진공층의 상부에만 진공밀폐를 위해 내관(10)과 외관(30) 사이를 밀봉하는 결합구조를 구비하면 되므로, 내관(10)과 외관(30) 간의 결합구조를 간소화할 수 있게 된다.

또한 본 발명은 내관(10)과 외관(30)이 서로 분리 가능한 구조로 구성되어, 외관(30)이 외부의 충격이나, 열 등에 의해 파손되는 경우에도 금속재인 내관(10)은 파손되지 않으며, 따라서 내관(10)에 수용되어 열을 전달하는 열매체가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한 외관(30)이 파손된 경우에도 외관(30)만을 교체함이 가능하기 때문에 유지 및 보수 비용을 줄일 수 있으며, 이때에도 열매체의 누설 염려가 없기 때문에 유지 및 보수작업을 보다 용이하게 수행할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 진공관식 태양열 집열장치에 대한 바람직한 실시예들을 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

7 : 열매체 10 : 내관
11 : 체결부재 11a : 하향 절곡부
11b : 상향 절곡부 11c : 공기유출구
12 : 제1기밀유지부재 13 : 제2기밀유지부재
14 : 제3기밀유지부재 15 : 회전체결기재
16 : 제4기밀유지부재 18 : 체결돌출부
19 : 에어밸브 20 : 흡열층
30 : 외관 35 : 탄성부재
40 : 순환관 51 : 유입구
52 : 유출구 60 : 열교환기
62 : 체결부재 66 : 회전체결기재
70 : 열교환파이프 71 : 전열핀

Claims (12)

1. 내부에 열매체가 충진되는 금속재 내관;
   상기 내관의 측면과는 소정거리 이격되고 상기 내관과의 사이 공간에 진공층이 형성된 단일층의 유리재 외관;을 포함하고,
   상기 외관은 상면이 개방되고, 측면과 저면은 밀폐된 형상으로 이루어지고,
   상기 내관의 하면과 외관의 하면 사이에는 탄성부재가 개재되어 있으며,
   상기 내관의 상부측 외면에 하향의 홈을 제공하는 하향 절곡부가 구비된 체결부재;
   상기 체결부재의 홈에 압입 수용되고 상기 외관의 상단부가 밀착되는 제1기밀유지부재; 및
   상기 외관의 상부측 외주면 둘레에 구비되고 상기 체결부재의 하향 절곡부에 나사결합되는 회전체결기재;를 더 포함하며,
   상기 진공층을 형성하기 위한 공기유출구가 상기 체결부재에 형성된 것을 특징으로 하는 조립구조가 간단하고 태양열의 집열단계가 최소화된 진공관 방식의 태양열 집열장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 내관의 내부 중앙부에는 상부측에서 유입되는 열매체를 상기 내관의 하부측으로 하향 순환되도록 하고, 가열된 열매체가 상기 내관의 내벽과의 사이 공간에서 상향 순환되도록 하는 순환관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조립구조가 간단하고 태양열의 집열단계가 최소화된 진공관 방식의 태양열 집열장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 내관은 내부에 상기 열매체가 밀봉 충진된 히트 파이프인 것을 특징으로 하는 진공관 방식의 태양열 집열장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1기밀유지부재에는 상기 외관의 상단부가 삽입고정되는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 조립구조가 간단하고 태양열의 집열단계가 최소화된 진공관 방식의 태양열 집열장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 하향 절곡부와 상기 외관 사이에는 제2기밀유지부재가 도포 형성된 것을 특징으로 하는 조립구조가 간단하고 태양열의 집열단계가 최소화된 진공관 방식의 태양열 집열장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 외관의 외주면과 사이에 형성되는 상기 회전체결기재의 홈의 내측에는 제3기밀유지부재가 개재된 것을 특징으로 하는 진공관 방식의 태양열 집열장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 외관의 상부 내주면과 상기 내관의 외주면에는 서로 대응되는 나사산이 형성되어 나사결합된 것을 특징으로 하는 조립구조가 간단하고 태양열의 집열단계가 최소화된 진공관 방식의 태양열 집열장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 내관의 상부측에는 회전결합에 의해 타 부품과 상기 내관을 체결하는 상부체결부를 더 포함하고,
    상기 상부체결부는,
    상기 체결부재에서 상방향으로 연장 형성되어 상기 내관의 상부측 외면에 상향의 홈을 제공하고 상기 타 부품의 저면에 구비된 회전체결기재에 나사결합되는 상향 절곡부;
    상기 상향 절곡부의 홈의 내측에 삽입되는 제4기밀유지부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립구조가 간단하고 태양열의 집열단계가 최소화된 진공관 방식의 태양열 집열장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 체결부재에는 상기 내관과 상기 외관 사이의 상측으로 공기유출구가 형성되고, 상기 공기유출구의 상측으로 상기 제4기밀유지부재가 삽입되는 것을 특징으로 하는 조립구조가 간단하고 태양열의 집열단계가 최소화된 진공관 방식의 태양열 집열장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 공기유출구에는 에어밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 조립구조가 간단하고 태양열의 집열단계가 최소화된 진공관 방식의 태양열 집열장치.
    
    
    

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