KR101181242B1 - 태양열 집열기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집열기를 구성하는 투과체와 흡수체 그리고 단열재와 지지프레임 및 덮개플레이트를 폴리머소재로 제작하여 원가절감 효과와 제품의 경량화를 구현할 수 있도록 한 태양열 집열기를 제공한다.
이를 구현하기 위한 본 발명은 태양에너지를 투과시키는 투과체와, 상기 투과체 아래에 일정거리 이격되게 설치되며 투과된 태양에너지의 열원을 흡수하여 내부를 순환하는 열매체를 가열시키는 흡수체와, 상기 흡수체 아래에 순차적으로 배치되는 단열재 및 덮개플레이트 및 상기 투과체와 흡수체, 단열재 및 덮개플레이트 외곽에 설치되는 지지프레임을 포함하며, 상기 투과체와 흡수체, 단열재 및 덮개플레이트 그리고 지지프레임은 폴리머 소재로 성형한 것을 기술적 요지로 한다.

Description

태양열 집열기{SOLAR COLLECTOR}

본 발명은 태양열 집열기에 관련되는 것으로서, 더욱 상세하게는 집열기를 구성하는 투과체와 흡수체 그리고 단열재와 지지프레임 및 덮개플레이트를 폴리머소재로 제작하여 원가절감 효과와 제품의 경량화를 구현할 수 있도록 한 태양열 집열기에 관한 것이다.

현재 주요 에너지원 중 하나인 화석 에너지는 지하에 매장된 양이 한정되어 있어 점차 고갈되고 있고, 더욱이 화석 에너지는 연소 과정에서 이산화탄소 등의 유해가스를 배출하여 대기 오염을 일으키는 등의 문제가 있어 화석 에너지를 대체할 대체 에너지의 개발이 활발히 진행되고 있다.

오늘날 화석 에너지를 대체할 만한 대표적인 에너지원으로써 풍력, 파력, 지열, 태양열 등이 있으나, 풍력, 지열, 파력 등은 이용가능한 위치 또는 지역에 있어 많은 제약이 따르기 때문에 상대적으로 위치나 지역적 제약이 적은 태양열을 이용하는 방법에 대한 연구가 특히 활발하다.

태양에너지는 무공해 에너지원으로서 화석 연료를 바탕으로 하는 기존 에너지 생산을 대체함과 동시에 환경문제도 해결하여 인류가 풍요롭고 쾌적한 삶을 영위하기 위해 필요한 청정에너지 생산산업이다. 태양에너지는 이산화탄소를 배출하는 화석연료와 달리 환경오염 없는 그린 에너지로 각종 환경규제에 가장 적극 대응할 수 있는 산업이며, 에너지 소비 및 수급 특성상 우리나라 여건에 필수적인 산업이다.

태양열 시스템의 구성은 태양으로부터 에너지를 모아서 열로 변환하는 집열부, 모여진 열을 저장했다가 필요시 사용하기 위한 축열부, 축열부에 저장된 태양열이나 직접온수, 냉난방, 발전 등을 위해 효과적으로 공급하는 이용부와 태양열을 효과적으로 집열, 축열, 공급하기 위한 제어장치로 구성된다. 태양열 에너지는 집열온도에 따라서 저온 분야와 중고온 분야로 분류하여 저온 분야는 건물의 냉난방 및 급탕과 대규모 온수급탕 시설이 포함되고, 중고온 분야는 산업공정별 및 열발전과 기타 특수분야에 이용된다.

본 발명은 저온 태양열 기술에 해당하며, 특히 태양으로부터 에너지를 모아서 열로 변환하는 집열부에 관한 것이다. 2008년 에너지관리공단 신재생에너지센터에서 발표한 자료에서 저온 태양열 기술의 분류상 "건물 및 산업 태양열 기술"로서 활용하기 위한 저온 태양열 기술에 있어서 저가 고효율 태양열 첨단 집열기술에 해당하며, 세부 기술 분류로서는 "효율 향상을 위한 코팅기술이 적용된 신소재 적용 집열기 신 생산공정 기술"에 해당한다.

통상, 태양열을 이용하는 경우 우선 태양 빛에 포함된 열을 모을 수 있도록 하는 집열장치의 종류로는 태양열을 집열하는 방식에 따라 집광식과 비집광식으로 구분되고, 다시 비집광식은 진공관형과 평판형으로 나뉘어진다.

전자의 진공관형 태양열 집열기는 집열을 하는 내부관을 외부관으로 둘러싸고 그 사이를 진공 상태로 유지함으로써 집열기 내부관에서의 대류로 인한 열손실을 최소화할 수 있어 열 효율이 강조되는 산업용으로 많이 사용되고 있다.

상기 진공관형 태양열 집열기는 내부로 단열재가 충진된 매니폴더, 상기 매니폴더 내부에 설치되며 열매체를 흘려 보내는 분배헤더, 상기 분배헤더에 분기관으로 각각 개별적으로 연결 구성되는 진공관, 상기 진공관 내부에 중심 축선을 따라 길게 배열되어 외부의 축열부까지 연결되어 있는 히트파이프, 상기 히트파이프 외주면의 대향 위치에 반경 방향으로 배열되도록 부착되어 있는 집열판을 포함하여 구성한다.

그러나 이러한 구조의 진공관형 태양열 집열기는 진공관이 가지는 취약한 내구성으로 인해 잦은 파손이 요구되어 유지 보수에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.

한편, 후자의 평판형 태양열 집열기는 태양열 온수 급탕 시스템에 사용되는 기본적인 태양열 집열기로서 가격이 저렴할 뿐 아니라 가장 효율적인 집열기로 알려져 있다.

상기한 평판형 태양열 집열기를 구성하는 구성품중에서 투과체는 통상 유리로 제작하고, 흡수체는 구리 및 알루미늄 금속소재로 제작됨에 따라 고가의 원자재로 인해 생산단가가 상승할 뿐 아니라, 특히 유리 및 금속이 가지는 무게로 인해 제품의 중량화를 가져오는 문제점이 있다.

또한 종래 평판형 태양열 집열기의 경우, 투과체의 투과효율이 떨어짐은 물론 흡수체의 구조적 문제로 인해 열매체의 열전달율이 낮아지는 단점이 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 투과체와 흡수체 그리고 단열재와 지지프레임 및 덮개플레이트를 폴리머소재로 제작하여 원가절감 효과와 제품의 경량화를 구현할 수 있도록 한 태양열 집열기를 제공함에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 투과체의 표면에 자외선차단/무반사 코팅층을 형성하여 투과효율을 높일 수 있도록 한 태양열 집열기를 제공함에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 흡수체를 구성하는 흡열판의 표면에 저방사(Low-E)코팅층을 형성하여 태양에너지의 흡수율을 높여 열매체의 열효율을 높일 수 있도록 한 태양열 집열기를 제공함에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 흡수체를 구성하는 유입헤더와 흡열판을 서로 초음파 열융착하여 접합부의 내구성을 확보할 수 있도록 한 태양열 집열기를 제공함에 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 태양열 집열기에 있어서, 태양에너지를 투과시키는 투과체와, 상기 투과체 아래에 일정거리 이격되게 설치되며 투과된 태양에너지의 열원을 흡수하여 내부를 순환하는 열매체를 가열시키는 흡수체와, 상기 흡수체 아래에 순차적으로 배치되는 단열재 및 덮개플레이트 및 상기 투과체와 흡수체, 단열재 및 덮개플레이트 외곽에 설치되는 지지프레임을 포함하며, 상기 투과체와 흡수체, 단열재 및 덮개플레이트 그리고 지지프레임은 폴리머 소재로 성형함을 특징으로 한다.

상기 투과체의 표면에는 자외선차단/무반사 코팅층(10a)을 형성함이 바람직하다.

상기 흡수체는 내부에 다수개의 순환통로들이 관통 형성된 흡열판과, 상기 흡열판의 일측에 부착되며 상기 순환통로로 열매체를 유입시키는 유입헤더 및 상기 흡열판의 타측에 부착되며 상기 순환통로로 유입된 열매체를 유출시키는 유출헤더를 포함하며, 상기 흡열판의 표면에는 저방사(Low-E)코팅층이 더 형성됨이 바람직하다.

본 발명에 따른 태양열 집열기는 다음과 같은 많은 효과들을 달성한다.

먼저, 투과체와 흡수체 그리고 단열재와 지지프레임 및 덮개플레이트를 폴리머소재로 제작함으로서 원가절감 효과와 제품의 경량화를 구현할 수 있는 작용효과를 가진다.

또한 투과체의 표면에 자외선차단/무반사 코팅층을 형성하여 투과효율을 높일 수 있으며, 아울러 흡수체를 구성하는 흡열판의 표면에 저방사(Low-E)코팅층을 형성하여 태양에너지의 흡수율을 높여 열매체의 열효율을 높일 수 있는 효과를 가진다.

그리고 흡수체를 구성하는 유입헤더와 흡열판을 서로 초음파 열융착하여 접합부의 내구성을 확보할 수 있는 상승적인 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양열 집열기의 전체 구성을 도시한 도면.
도 2는 도 1에서 도시하고 있는 태양열 집열기의 단면을 도시한 도면.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.

본 발명에서는 태양열 집열기를 구성하는 투과체와 흡수체를 구성하는 흡열판과, 유입헤더 및 유출헤더 그리고 단열재와 지지프레임 및 덮개플레이트를 폴리머소재로 제작하여, 종래 유리 소재로 제작된 투과체와, 동이나 알루미늄의 금속소재로 제작된 흡수체가 가지는 무게로 인해 태양열집열기의 중량화를 경감할 수 있으며, 아울러 원자재의 비용을 절감시켜 집열기의 생산단가를 낮출 수 있도록 한 것에 그 기술적 특징을 가지도록 한다.

이러한 태양열 집열기의 구성품에 폴리머 소재를 적용하기 위해서 고온, 고압에서 집열기의 내구성이 높아야 하며, 태양에너지 변환 효율이 높아야 한다. 본 발명은 폴리머 소재를 이용하되, 태양열 집열기의 효율 및 내구성을 확보하는 것을 큰 목표로 하고, 금속 소재를 폴리머로 대체하여 30% 이상의 원가를 절감할 수 있도록 한 것을 목표로 한다.

이러한 목표를 위해 투과체 효율 및 내구성 향상을 위한 구조 설계 및 코팅 기술을 적용하였으며, 흡수체 부분은 열전달 특성 향상 구조 및 코팅 기술 적용을 통해 열흡수율을 높일 수 있도록 하였다. 이러한 일련의 기술을 적용한 고효율 폴리머 평판형 태양열 집열기는 기존 제품대비 가격 경쟁력 확보 및 경량화를 통해 내수 뿐 아니라 해외수출의 효과까지 기대되며, 향후 기존의 금속 집열기를 빠르게 대체 할 수 있을 것으로 판단된다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 기술하기로 한다.

첨부된 도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양열 집열기의 전체 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에서 도시하고 있는 태양열 집열기의 단면을 도시한 도면이다.

도 1과 도 2에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 태양열 집열기(100)는 크게 투과체(10)와 흡수체(20), 단열재(30) 및 덮개플레이트(40)를 포함하며, 그리고 상기 투과체(10)와 흡수체(20), 단열재(30) 및 덮개플레이트(40)의 외곽을 따라 지지프레임(50)이 더 설치된 구조를 가진다.

상기 투과체(10)는 평판의 플레이트 타입으로 태양에너지를 흡수체(20)로 투과시키게 된다. 상기 투과체(10)의 표면에는 자외선차단/무반사 코팅층(10a)을 형성하여 태양에너지의 투과효율을 높일 수 있도록 구성함이 바람직하다.

상기 흡수체(20)는 상기 투과체(10) 아래에 일정거리 이격되게 설치되며 상기 투과체(10)를 투과한 태양에너지의 열원을 흡수하여 내부를 순환하는 열매체를 가열시키게 된다.

상기 흡수체(20)는 내부에 열매체를 순환시키기 위한 다수개의 순환통로(23)들이 서로 연통한 상태로 병렬로 구획 형성된 흡열판(22)과, 상기 흡열판(22)의 일측에 설치되며 외부에서 공급된 열매체를 상기 흡열판(22)의 순환통로(23)로 유입시키는 유입헤더(24) 그리고 상기 흡열판(22)의 타측에 설치되며 상기 흡열판(22)의 순환통로(23)를 순환한 열매체를 유출시키는 유출헤더(26)를 포함하여 구성한다.

상기 흡열판(22)의 양측에 조립되는 유입헤더(24) 및 유출헤더(26)의 결합부위는 초음파 열 융착(S) 처리하여 흡열판(22)과 유입헤더(24) 그리고 유출헤더(26) 접합 면의 내구성을 높일 수 있도록 한다.

상기 흡열판(22)의 표면에는 금속박막을 코팅 처리하는 저방사(Low-E)코팅층(22a)을 형성하여 태양에너지의 열원을 보다 효과적으로 흡수하여 순환통로를 순환하는 열매체의 가열효율을 높일 수 있도록 한다.

한편, 본 발명에서는 태양열 집열기(100)를 구성하는 투과체(10)와 흡수체(20)를 구성하는 흡열판(22)과, 유입헤더(24) 및 유출헤더(26) 그리고 단열재(30)와 덮개플레이트(40) 및 지지프레임(50)을 폴리머 소재로 제작한 것에 특징을 가지며, 이를 통해 종래 유리 소재로 제작된 투과체(10)와, 동이나 알루미늄의 금속소재로 제작된 흡수체(20)가 가지는 무게로 인해 태양열 집열기(100)의 중량화를 경감할 수 있으며, 아울러 원자재의 비용을 절감시켜 집열기(100)의 생산단가를 낮출 수 있게 된다.

10: 투과체 20: 흡수체
30: 단열재 40: 덮개플레이트
50: 지지프레임

Claims (3)

1. 태양에너지를 투과시키는 투과체(10)와, 상기 투과체(10) 아래에 일정거리 이격되게 설치되며 투과된 태양에너지의 열원을 흡수하여 내부를 순환하는 열매체를 가열시키는 흡수체(20)와, 상기 흡수체(20) 아래에 순차적으로 배치되는 단열재(30)와 덮개플레이트(40) 및 상기 투과체(10)와 흡수체(20), 단열재(30) 및 덮개플레이트(40) 외곽에 설치되는 지지프레임(50)으로 구성한 태양열 집열기에 있어서,
   상기 투과체(10)의 표면에는 자외선차단/무반사 코팅층(10a)이 형성되며;
   상기 흡수체(20)는;
   내부에 다수개의 순환통로(23)들이 관통 형성된 흡열판(22)과;
   상기 흡열판(22)의 일측에 부착되며 상기 순환통로(23)로 열매체를 유입시키는 유입헤더(24) 및 ;
   상기 흡열판(22)의 타측에 부착되며 상기 순환통로(23)로 유입된 열매체를 유출시키는 유출헤더(26)를 포함하되;
   상기 흡열판(22)의 양측에 조립되는 상기 유입헤더(24) 및 유출헤더(26)의 결합부위는 초음파 열 융착(S) 처리하여 접합 면의 내구성을 높이도록 하며;
   상기 흡열판(22)의 표면에는 저방사(Low-E)코팅층(22a)이 더 형성되도록 구성하며;
   상기 투과체(10)와 흡수체(20), 단열재(30) 및 덮개플레이트(40) 그리고 지지프레임(50)은 폴리머 소재로 성형함을 특징으로 하는 태양열 집열기.
2. 삭제
3. 삭제

Images