KR101081035B1 - 태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주간과 야간의 온도차에 의해 열매체가 이송하는 연결관의 팽창과 수축의 반복으로 누수가 발생하는 것을 방지하기 위한 태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛에 관한 것으로, 본 발명에 따른 태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛은 열매체가 이송되는 제1, 제2 이송관을 상호 연결하기 위한 것으로서, 상기 제1, 제2 이송관이 삽입될 수 있는 중공이 길이방향을 따라 형성되어 있는 커넥터와, 상기 커넥터의 내부에 설치되고 상기 제1, 제2 이송관 중 적어도 하나의 내부로 삽입되어 상기 제1, 제2 이송관이 상기 커넥터에 의해 가압되어 내부로 인입 변형되는 것을 방지하는 보강부싱을 구비한다.

본 발명에 따른 태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛은 주·야간의 온도차에 의해 열매체가 이송하는 이송관들이 수축하여 이송관들을 상호 연결하는 연결유닛과 상기 이송관 사이에 열매체가 누출될 수 있는 누출공간이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

태양열 집열장치, 연결유닛, 보강부싱

Description

태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛 {Connecting unit for solar heat collector}

본 발명은 태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주간과 야간의 온도차에 의해 열매체가 이송하는 연결관의 팽창과 수축의 반복으로 누수가 발생하는 것을 방지하기 위한 태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛에 관한 것이다.

화석 에너지의 고갈과 환경오염 문제로 인해 점차 신재생 에너지에 관한 관심이 고조되고 있다. 신재생 에너지는 태양, 풍력, 연료전지, 수소, 소수력, 지열 에너지와 같이 자연에서 쉽게 얻을 수 있으며, 무한한 공급이 가능한 에너지를 말한다.

태양에너지는 태양광 에너지와 태양열 에너지로 나눌 수 있는데, 현재 태양광을 이용한 발전 시스템에 관한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있으며, 태양열 에너지에 대한 연구 개발 역시 활발하게 진행중이다.

태양으로부터 오는 복사에너지를 생활에 사용될 수 있는 열에너지로 변환하기 위한 시스템은 집열장치, 축열장치, 제어 및 설계와 같은 분야로 나뉠 수 있다.

태양열의 집열은 보통 집열모듈을 통해 이루어진다. 집열모듈의 대표적인 예가 평판형 집열모듈인데, 평판형 집열모듈은 윗부분이 투명한 유리로 덮여 있고, 그 내부에는 태양열의 집열을 통해 뜨거워진 열매체가 흐르는 관이 설치되어 있다. 집열모듈에 햇빛이 비치면 온실효과가 일어나고, 그 결과 열매체에 태양열이 전달되면 이 열매체의 열에너지를 축열한 뒤 이를 난방 또는 온수공급에 사용하게 된다.

종래의 태양열 집열모듈은 상기 열매체가 이동하도록 상기 태양열 집열모듈의 내부를 통과하는 내부이동관과, 가열된 열매체를 축열장치까지 공급할 수 있도록 내부이동관의 단부에 연결되는 외부이동관의 연결을 통해 열매체의 전달이 이루어졌다.

그런데 상기 열매체가 이동하는 관들 중 특히 태양열 집열모듈의 내부에서 연장되는 내부이동관은 태양열의 집열이 용이하도록 열전도율이 높은 금속재로 제작되기 때문에 주간에는 열매체의 온도 상승 및 태양광의 흡수로 인해 팽창하고, 야간에는 냉각에 의해 수축이 이루어지게 된다. 이렇게 내부이동관이 수축되면 열매체가 연결지점에서 발생하는 이격공간을 통해 외부로 누출되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 주간과 야간의 외부 온도차 및 열매체의 온도차에 의해 관과 연결유닛 사이에 열매체가 누출되는 누출공간이 발생하지 않는 태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛은 열매체가 이송되는 제1, 제2 이송관을 상호 연결하기 위한 것으로서, 상기 제1, 제2 이송관이 삽입될 수 있는 중공이 길이방향을 따라 형성되어 있는 커넥터와, 상기 커넥터의 내부에 설치되고 상기 제1, 제2 이송관 중 적어도 하나의 내부로 삽입되어 상기 제1, 제2 이송관이 상기 커넥터에 의해 가압되어 내부로 인입 변형되는 것을 방지하는 보강부싱을 구비한다.

상기 커넥터는 길이방향을 따라 중공이 형성되어 있는 메인바디와, 상기 메인바디의 양측에 각각 결합되는 결합부재와, 상기 메인바디의 양단으로 삽입되는 제1, 제2 이송관의 외주면을 감싸도록 설치되며, 상기 결합부재과 상기 메인바디의 결합시 상기 결합부재에 의해 가압되어 상기 제1, 제2 이송관을 메인바디에 가압 고정하는 가압부재를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 메인바디의 중공이 형성된 내주면에는 내측으로 돌출된 걸림턱이 형성되어 있으며, 상기 보강부싱은 상기 걸림턱에 걸릴 수 있도록 상기 메인바 디의 중공의 직경에 대응하는 외경을 갖는 플랜지부와, 상기 플랜지부로부터 연장되며 상기 제1, 제2 이송관의 내부로 삽입되는 삽입부를 포함할 수 있으며, 상기 보강부싱은 성형이 용이한 구리재로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛은 주·야간의 온도차에 의해 열매체가 이송하는 이송관들이 수축하여 이송관들을 상호 연결하는 연결유닛과 상기 이송관 사이에 열매체가 누출될 수 있는 누출공간이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛(이하 '연결유닛'이라 함)을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 연결유닛(20)은 태양열 집열장치(10)에 사용되는 것으로서, 태양열 집열장치(10)는 태양열을 집열하여 열매체를 가열하는 집열모듈(11)과, 집열모듈(11)을 지지하는 서포트부(12)를 포함한다.

도시되지는 않았으나, 상기 집열모듈(11)은 케이스의 내부에 내부이송관(13)을 통해 흐르는 열매체를 가열하기 위한 집열판이 마련되어 있으며, 케이스의 내부에는 집열판과 내부이송관(13)으로부터 외부로 열이 방출되는 것을 차단하기 위해 단열부재가 충진되어 있다.

열매체 공급관(15)을 통해 집열모듈(11)로 유입된 열매체는 내부이송관(13)을 통해 유동하는 과정에서 집열모듈(11)에서 집열한 태양열 에너지에 의해 가열된 후 축열장치(미도시)로 공급된다.

연결유닛(20)은 상기 집열모듈(11)로부터 연장된 내부이송관(13)과 축열장치로 열매체를 전달하기 위한 외부이송관(14)을 상호 연결하기 위한 것이다.

연결유닛(20)은 내부이송관(13)과 외부이송관(14)의 각 단부가 상호 끼움결합되며 내부에 열매체가 유동할 수 있도록 중공(32)이 형성되어 있는 커넥터(30)와, 커넥터(30)에 설치되어 내부이송관(13)이 내측으로 인입 변형되는 것을 방지하기 위한 보강부싱(50)을 포함한다.

커넥터(30)는 메인바디(31)와, 메인바디(31)의 양측에 각각 결합되는 제1, 제2 결합부재(41,42) 및 제1, 제2 결합부재(41,42)에 의해 상기 내부이송관(13)과 외부이송관(14)을 가압하여 상기 메인바디(31)에 고정결합시키는 제1, 제2 가압부재(48,49)를 구비한다.

메인바디(31)는 길이방향을 따라 중공(32)이 형성되어 있으며, 외주면에는 양측 단부에 상기 제1, 제2 결합부재(41,42)가 결합될 수 있도록 나사산이 형성되어 있다. 또한 상기 나사산들의 사이에는 메인바디(31)와 제1, 제2 결합부재(41,42)를 체결 또는 분리할 때, 스패너와 같은 체결공구를 사용할 수 있도록 육각의 제1 공구파지부(33)가 형성되어 있다.

상기 메인바디(31)의 내주면에는 상기 중공(32)의 중심을 향해 돌출된 걸림턱(34)이 형성되어 있는데, 상기 걸림턱(34)은 메인바디(31)의 내주면에서 중공(32)의 원주방향을 따라 환형으로 연장되게 형성되어 있다. 상기 걸림턱(34)은 후술하는 보강부싱(50)의 체결을 위한 것이다. 그리고 메인바디(31)의 양 단부에는 각각 외주면으로부터 내주면으로 연장될수록 메인바디(31)의 내측으로 경사지게 형성된 제1 경사부분(35)이 형성되어 있는데, 이는 상기 제1, 제2 결합부재(41,42)와의 결합시에 제1, 제2 가압부재(48,49)가 내부이송관(13)과 외부이송관(14)을 가압할 수 있도록 하기 위한 것이다.

제1, 제2 결합부재(41,42)는 상기 메인바디(31)에 나사결합되는 것으로서, 상기 메인바디(31)의 나사산이 형성된 부분의 외경에 대응하는 체결홈(43)을 가지며, 상기 체결홈(43)의 내주면에도 메인바디(31)와 나사결합이 이루어질 수 있도록 나사산이 형성되어 있다.

제1, 제2 결합부재(41,42)의 외주면에는 체결공구를 파지할 수 있도록 각각 육각의 제2, 제3 공구파지부(44,45)가 형성되어 있고, 상기 메인바디(31)와 결합되는 일측면에 대향되는 타측면에는 상기 메인바디(31)의 내부로 연장되는 내부이송관(13) 또는 외부이송관(14)이 삽입될 수 있게 삽입홀(46)이 형성되어 있는데, 상기 삽입홀(46)은 내부이송관(13)과 외부이송관(14)의 외경에 대응하는 직경으로 형성되는 것이 바람직하며, 따라서 상기 체결홈(43)의 직경에 비해 상대적으로 작게 형성된다.

제1, 제2 결합부재(41,42)에는 삽입홀(46)과 체결홈(43)의 경계부분에 삽입홀(46)로부터 체결홈(43)을 향해 연장되는 방향으로 진행할수록 내경이 점점 확장되는 제2 경사부분(47)이 형성되어 있다. 제2 경사부분(47)은 제1 경사부분(35)과 함께 가압부재의 양 단부와 접촉하여 제1, 제2 결합부재(41,42)의 체결이 진행될수록 가압부재가 내부이송관(13) 또는 외부이송관(14)을 가압할 수 있게 하기 위한 것이다.

제1, 제2 가압부재(48,49)는 링 형상이며 내부이송관(13) 또는 외부이송관(14)을 감쌀 수 있게 내경이 내부이송관(13)과 외부이송관(14)의 외경에 대응하도록 형성된다. 또한 가압부재의 외주면은 양 단으로부터 중심을 향해 연장될수록 외경이 점점 커지게 형성되어 있어서, 상기 커넥터(30)와의 결합시, 일측은 상기 메인바디(31)의 제1 경사부분(35)에 접촉하게 되고, 타측은 제1, 제2 결합부재(41,42)의 제2 경사부분(47)에 접촉하게 된다.

상기 제1, 제2 결합부재(41,42)가 메인바디(31)와 결합하여 나사결합이 진행될수록 상기 가압부재는 내경이 점점 줄어들어 내부이송관(13) 또는 외부이송관(14)을 가압함으로써 내부이송관(13)과 외부이송관(14)이 메인바디(31)에 고정 결합된다.

보강부싱(50)은 커넥터(30)에 의해 내부이송관(13)이 내측으로 인입 변형되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상술한 바와 같이 내부이송관(13)에는 주간에 태양열에 의해 가열된 열매체가 흐르게 되는데, 통상적으로 내부이송관(13)은 열매체의 가열이 원활하게 이루어질 수 있도록 구리와 같이 열전도율이 높은 금속으로 형성된다. 따라서 내부이송관(13)은 주간에는 열에 의해 팽창되고, 야간에는 냉각되면서 그 부피가 축소되는데, 이렇게 온도에 따라 부피가 변형됨에 따라 내부이송관(13)과 커넥터(30) 사이에 이격공간이 형성되면서 열매체가 누출되는 문제가 발생하게 된다. 따라서 열매체의 누출이 발생하면 이를 막기 위해 사용자는 제1 결합부재(41)를 메인바디(31) 측으로 이동하도록 회동시켜 내부이송관(13)을 커넥터(30)에 밀착시킨다.

그런데 열매체의 가열과 태양열에 의해 내부이송관(13)의 팽창과 수축이 발생하게 되면 열매체의 누출은 불가피하게 되며, 제1 결합부재(41)를 계속 회전시키다보면 상기 내부이송관(13)에 변형이 발생하여 교체를 요하게 되는 문제가 발생하게 된다.

따라서 보강부싱(50)을 설치하여 내부이송관(13)이 인입변형되는 것을 방지하게 되는데, 보강부싱(50)은 원통형의 삽입부(51)와, 상기 삽입부(51)의 단부로부터 연장되며 삽입부(51)에 비해 상대적으로 직경이 크게 형성되어 있는 플랜지부(52)를 포함한다.

상기 플랜지부(52)는 외경이 상기 메인바디(31)의 내경에 대응하기 때문에 메인바디(31)의 내부로 삽입하면 플랜지부(52)가 걸림턱(34)에 걸리게 된다.

상기 삽입부(51)는 메인바디(31)에 결합되는 내부이송관(13)의 관내로 삽입될 수 있게 형성되는데, 내부이송관(13)이 커넥터(30)에 결합될 때, 상기 삽입부(51)가 내부이송관(13)의 내부로 삽입되어 내부이송관(13)이 가압부재의 가압에 의해 인입변형이 발생하는 것을 방지하게 된다.

상기 보강부싱(50)은 구리로 제작하는 것이 바람직한데, 구리는 다른 금속에 비해 상대적으로 가공이 쉽기 때문에 상호 직경이 다른 삽입부(51)와 플랜지부(52)를 갖는 보강부싱(50)의 형태를 가공하는 것이 상대적으로 용이하다.

본 실시예에서는 상기 보강부싱(50)이 내부이송관(13)의 내부로 삽입되어 내부이송관(13)의 변형을 방지할 수 있도록 되어 있으나, 필요에 따라서 보강부 싱(50)이 외부이송관(14)에 삽입되도록 설치될 수도 있다.

본 발명에 따른 연결유닛(20)의 설치과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 내부이송관(13)에 제1 결합부재(41)와 제1 가압부재(48)를 순차적으로 끼운 뒤, 내부이송관(13)을 메인바디(31)의 일측을 통해 내부로 삽입한다.

그리고 메인바디(31)의 타측을 통해 보강부싱(50)의 삽입부(51)가 먼저 메인바디(31)의 내부로 삽입되도록 인입하면 보강부싱(50)이 메인바디(31)의 내부로 삽입되며, 상기 플랜지부(52)가 걸림턱(34)에 걸리면서 보강부싱(50)이 메인바디(31)의 내부에 위치하게 되며, 상기 삽입부(51)는 내부이송관(13)의 관내로 삽입된다.

보강부싱(50)이 메인바디(31)의 내부로 삽입되면, 상기 제1 결합부재(41)를 메인바디(31)와 체결하는데, 제1 결합부재(41)와 메인바디(31)의 나사결합이 진행될수록 가압부재가 내부이송관(13)을 가압하여 고정상태가 유지되도록 한다.

외부이송관(14) 역시 동일한 방법으로 체결하게 되는데, 외부이송관(14)에 먼저 제2 결합부재(42)와 제2 가압부재(49)를 순차적으로 끼운 다음 외부이송관(14)이 메인바디(31)의 내부로 삽입된 상태에서 제2 결합부재(42)를 메인바디(31)에 나사결합함으로써 제2 가압부재(49)가 외부이송관(14)을 가압하여 고정되게 한다.

이와 같은 과정을 통해 연결유닛(20)이 내부이송관(13)과 외부이송관(14)을 상호 연결하게 되는데, 상기 보강부싱(50)의 삽입부(51)가 내부이송관(13)의 내부에 삽입되어 있으므로, 내부이송관(13)이 주·야간의 온도차에 의해 부피변화가 발생하더라도 내부이송관(13)의 내경이 상기 보강부싱(50)에 의해 일정수준 이하로 줄어드는 것이 방지된다.

따라서 내부이송관(13)의 부피변화에 의해 열매체가 누출되는 누출공간이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또한 상기 내부이송관(13)을 가압하여 메인바디(31)에 대한 고정력을 높이고, 열매체의 누출공간 형성을 차단하기 위해 제1 결합부재(41)의 체결력을 높이더라도 내부이송관(13)이 보강부싱(50)에 의해 지지되어 있기 때문에 내측으로 인입되어 변형되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛이 설치된 태양열 집열장치를 도시한 사시도,

도 2는 도 1의 내부이송관과 외부이송관을 상호 연결하는 연결유닛을 도시한 부분발췌 사시도,

도 3은 도 2의 연결유닛을 도시한 분리사시도,

도 4는 도 2의 연결유닛의 결합상태를 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10; 태양열 집열장치

13; 내부이송관

20; 연결유닛

30; 커넥터

31; 메인바디

41,42; 제1, 제2 결합부재

48,49; 제1, 제2 가압부재

50; 보강부싱

Claims (4)

1. 태양열 집열장치로부터 태양광에 의해 가열된 열매체가 토출되도록 설치된 제1 이송관과, 상기 제1 이송관의 열매체를 축열탱크로 전달하는 제2 이송관을 상호 연결하기 위한 것으로서,

   상기 제1, 제2 이송관이 삽입될 수 있는 중공이 길이방향을 따라 형성되어 있는 커넥터와;

   상기 커넥터의 내부에 설치되고 상기 제1, 제2 이송관 중 적어도 하나의 내부로 삽입되되 외주면이 상기 제1, 제2 이송관 중 삽입되는 관의 내주면에 지지됨으로써 상기 제1 또는 제2 이송관이 상기 커넥터에 의해 가압되어 내부로 인입 변형되는 것을 방지하는 보강부싱;을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 커넥터는 길이방향을 따라 중공이 형성되어 있는 메인바디와;

   상기 메인바디의 양측에 각각 결합되는 결합부재와;

   상기 메인바디의 양단으로 삽입되는 제1, 제2 이송관의 외주면을 감싸도록 설치되며, 상기 결합부재과 상기 메인바디의 결합시 상기 결합부재에 의해 가압되어 상기 제1, 제2 이송관을 메인바디에 가압 고정하는 가압부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 메인바디의 중공이 형성된 내주면에는 내측으로 돌출된 걸림턱이 형성 되어 있으며,

   상기 보강부싱은 상기 걸림턱에 걸릴 수 있도록 상기 메인바디의 중공의 직경에 대응하는 외경을 갖는 플랜지부와, 상기 플랜지부로부터 연장되며 상기 제1, 제2 이송관의 내부로 삽입되는 삽입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 보강부싱은 성형이 용이한 구리재로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛.

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