KR101204269B1 - 집열 배관 응력 해소기구를 적용한 평판형 태양열 집열기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집열 배관을 케이스에 고정시키는 소켓의 둘레면에 완충용 그로맷을 설치하여 집열기 흡수부재의 수축 및 팽창을 흡수하도록 하여 집열 배관으로 전해지는 응력을 해소토록 한 집열 배관 응력 해소기구를 적용한 평판형 태양열 집열기를 제공한다.
이를 구현하기 위한 본 발명은 집열기 케이스에 조립되는 집열 배관의 응력을 해소하는 집열 배관 응력 해소기구를 적용한 평판형 태양열 집열기구에 있어서, 상기 집열 배관의 양단에는 소켓이 설치되며, 상기 소켓은 상기 집열기 케이스에 형성되어 있는 구멍에 끼워지도록 하며, 상기 구멍 주연부와 상기 소켓의 외주면 사이에는 공간이 형성되도록 하고, 상기 공간에는 완충용 그로맷이 설치되도록 한 것을 기술적 요지로 한다.

Description

집열 배관 응력 해소기구를 적용한 평판형 태양열 집열기{A solar energy collector}

본 발명은 집열 배관 응력 해소기구를 적용한 평판형 태양열 집열기에 관련되는 것으로서, 더욱 상세하게는 집열 배관을 케이스에 고정시키는 소켓의 둘레면에 완충용 그로맷을 설치하여 집열기 흡수부재의 수축 및 팽창을 흡수하도록 하여 집열 배관으로 전해지는 응력을 해소토록 한 집열 배관 응력 해소기구를 적용한 평판형 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.

통상, 태양열을 이용하는 경우 우선 태양 빛에 포함된 열을 모을 수 있도록 하는 집열장치는 도 7에서 도시하고 있는 바와 같이 통상 흡수판(124), 집열 분기관(126) 및 집열 배관(122)으로 이루어진 집열판 흡수부재(120) 및 케이스(110)로 구분된다. 열을 받는 집열판 흡수부재(120)는 운전 온도 범위가 대기 온도에서 대기온도 + 200℃까지 상승할 수 있다. 이 경우 선팽창율이 높은 흡수부재(120)의 동파이프인 집열 분기관(126)이나 집열 배관(122)의 길이 팽창은 최대 10mm 까지도 팽창할 수 있다.

이에 따라 집열기 흡수부재(120)과 케이스(110)는 근본적으로 팽창 길이가 상이하다. 특히 집열 배관(122)과 케이스(110)의 연결 부위는 통상 4곳(연결부)으로 지지되고 있는 데, 이 때문에 종방향 선팽창과 횡방향 선팽창을 고려해야 한다. 집열기의 횡방향 선팽창은 덜 민감한데, 그 원인은 용접부와 팽창방향이 180°로 응력에 강한 특성이 있다. 이에 비해 집열기의 종방향 선팽창의 경우는 흡수판 동파이프의 길이도 길며(통상 2m) 용접부와 팽창부의 방향이 90°로 횡방향 선팽창에 비해 더욱 큰 영향을 미친다.

그러나 종래 집열 배관(120)과 케이스(110)의 연결부위는 이러한 수축 및 팽창성을 고려하지 아니한 채, 단순히 집열 배관(120)을 케이스(110)에 커플러(140)를 이용한 나사 체결방식을 채택함에 따라 흡수부재(120)의 수축 및 팽창이 작용할 때, 집열 배관(122)이 유동있게 대응하지 못하고 과도한 응력을 받게 됨으로서, 집열 배관(122)이 파손되는 등 집열기의 사용수명을 단축시키는 결과를 초래하게 된다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 집열배관을 케이스에 고정시키는 소켓의 둘레면에 완충용 그로맷을 설치하여 집열기 흡수부재의 수축 및 팽창을 흡수하도록 하여 집열 배관으로 전해지는 응력을 해소토록 한 집열 배관 응력 해소기구를 적용한 평판형 태양열 집열기를 제공함에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 소켓의 외주면에 이탈방지링을 더 설치하여 설치과정에서 집열 배관이 집열기 케이스에서 빠지지 않도록 한 집열 배관 응력 해소기구를 적용한 평판형 태양열 집열기를 제공함에 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 집열기 케이스에 조립되는 집열 배관의 응력을 해소하는 집열 배관 응력 해소기구를 적용한 평판형 태양열 집열기에 있어서, 상기 집열 배관의 양단에는 소켓이 설치되며, 상기 소켓은 상기 집열기 케이스에 형성되어 있는 구멍에 끼워지도록 하며, 상기 구멍 주연부와 상기 소켓의 외주면 사이에는 공간이 형성되도록 하고, 상기 공간에는 완충용 그로맷이 설치되도록 함을 특징으로 한다.

상기 완충용 그로맷은 중앙으로 상기 소켓이 끼워지기 위한 구멍이 형성되고, 그 외주면에는 상기 구멍의 주연부가 끼워지기 위한 끼움홈이 형성되도록 함이 바람직하다.

상기 소켓의 외주면에는 이탈방지링이 끼워지며, 상기 이탈방지링은 상기 집열기 케이스에 접촉되며 상기 소켓이 상기 집열기 케이스의 구멍에서 빠져나오지 않도록 한다.

상기 이탈방지링은 중앙으로 상기 소켓이 끼워지기 위한 구멍이 형성되고, 상기 구멍의 주연부에는 상기 소켓의 외주면에 형성되어 있는 걸림홈에 걸려지는 적어도 하나 이상의 경사걸림편들이 돌출 형성되도록 함이 바람직하다.

본 발명은 집열배관을 케이스에 고정시키는 소켓의 둘레면에 완충용 그로맷을 설치하여 집열기 흡수부재의 수축 및 팽창을 흡수하도록 하여 집열 배관으로 전해지는 응력을 해소토록 함으로서 집열 배관의 파손을 방지하여 집열기의 사용수명을 연장시킬 수 있는 작용효과를 가진다.

또한 본 발명은 소켓의 외주면에 이탈방지링을 더 설치하여 설치과정에서 집열 배관이 집열기 케이스에서 빠지지 않도록 한 상승적인 효과를 달성한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 집열기의 전체 구조를 평면에서 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에서 집열 배관 및 케이스 연결 부위를 발췌하여 상세하게 도시한 도면.
도 3은 도 2에서 도시하고 있는 응력해소 기구를 입체적으로 도시한 도면.
도 4는 도 3에서 도시하고 있는 응력해소 기구의 단면을 도시한 도면.
도 5는 집열기 흡수부재의 횡방향 수축과 팽창에 따른 응력해소 기구의 동작상태를 각각 도시한 도면.
도 6은 집열기 흡수부재의 종방향 수축과 팽창에 따른 응력해소 기구의 동작상태를 각각 도시한 도면.
도 7은 종래 태양열 집열기의 주요구성을 발췌하여 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.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 집열기의 전체 구조를 평면에서 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 주요구성을 발췌하여 도시한 도면이다.

도 1과 도 2에서 도시하고 있는 바와 같이, 태양열 집열기(100)는 크게 집열기 흡수부재(20)와, 상기 집열기 흡수부재(20)를 지지하는 집열기 케이스(10)로 나뉘어져 구성한다.

상기 집열기 흡수부재(20)는 열매체를 유입 및 유출시키는 복수개의 집열 배관(22)과, 상기 집열 배관(22) 사이에 연결되는 적어도 하나 이상의 집열분기관(24) 그리고 상기 집열분기관(24)의 일면에 덮혀지는 흡수판(26)을 포함하여 구성한다.

상기한 구성의 집열기 흡수부재(20)를 집열기 케이스(10)에 고정할 때, 집열기 흡수부재(20)를 구성하는 집열 배관(22)의 양단에 응력해소 기구를 설치하고, 상기 응력해소 기구를 집열기 케이스(10)에 조립시켜 고정하게 된다.

첨부된 도 3은 응력해소 기구를 입체적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에서 도시하고 있는 응력해소 기구의 단면을 도시한 도면이다.

도 3과 도 4에서 도시하고 있는 바와 같이, 응력해소 기구는 원통체 형태를 가지며 집열기 흡수부재(20)를 지지하는 집열기 케이스(10)에 형성되어 있는 구멍(12)에 끼워지는 소켓(30)으로 외형을 구성한다. 상기 소켓(30)은 상기 집열 배관(22)의 양단에 설치되어, 상기 집열 배관(22)을 상기 집열기 케이스(10)의 구멍(12)에 조립시키게 된다. 이때 상기 소켓(30)은 상기 집열기 케이스(10)의 구멍(12) 보다 직경이 작도록 제작하여 조립시, 소켓(30)과 구멍(12) 사이에 공간(14)이 형성되도록 구성함이 바람직하다.

상기 소켓(30)의 외주면에는 홈(32)이 형성되고, 상기 홈(32)에는 완충용그로맷(34)이 끼워진다. 상기 완충용그로맷(34)은 링 형태를 가지며 탄성력을 가지는 고무재질로 성형된다.

구체적으로, 상기 완충용 그로맷(34)은 중앙으로 상기 소켓(30)이 끼워지기 위한 구멍(36)이 형성되고, 그 외주면에는 상기 구멍(36)의 주연부가 끼워지기 위한 끼움홈(38)이 형성되도록 구성한다. 상기한 완충용 그로맷(34)은 상기 소켓(30)과 집열기 케이스(10) 구멍(12) 사이 공간(14)에 위치한 상태에서 상기 소켓(30)을 상기 집열기 케이스 구멍에 고정시킨 상태에서 집열기 흡수부재(20)가 종방향 및 횡방향으로 수축 및 팽창할 때, 이를 흡수토록 하여 상기 소켓(30)을 통해 집열기 케이스(10)에 조립되는 집열 배관(22)으로 전해지는 응력을 해소시키게 된다.

첨부된 도 5는 집열기 흡수부재(20)의 횡방향 수축과 팽창에 따른 응력해소 기구의 동작상태를 각각 도시한 도면들이다.

도시된 바와 같이, 집열기 흡수부재(20)가 횡방향으로 수축 및 팽창하는 것은 집열기 흡수부재(20)의 구성품중에서 집열 배관(22)이 수축 및 팽창하는 것에 해당하며, 이때에는 소켓(30)과 집열기 케이스(10) 구멍(12) 사이 공간(14)에 위치하고 있는 응력해소 기구인 완충용 그로맷(34)이 자체 탄성력으로 집열 배관(22)의 횡방향 수축 및 팽창에 따라 유동하며 응력을 흡수토록 함으로서, 집열 배관(22)의 파손을 방지할 수 있게 된다.

첨부된 도 6은 집열기 흡수부재의 종방향 수축과 팽창에 따른 응력해소 기구의 동작상태를 각각 도시한 도면들이다.

도시된 바와 같이, 집열기 흡수부재(20)가 종방향으로 수축 및 팽창하는 것은 집열기 흡수부재(20)의 구성품중에서 집열 분기관(24) 및 흡수판(26)이 수축 및 팽창하여 집열 배관(22)에 종방향으로 응력을 작용시키는 것에 해당하며, 이때에도 소켓(30) 외주면과 집열기 케이스(10) 구멍(12) 사이 공간(14)에 위치하고 있는 응력해소 기구인 완충용그로맷(34)이 자체 탄성력으로 집열 배관(22)의 종방향으로 작용하는 응력을 흡수토록 함으로서 집열 배관의 파손을 방지할 수 있는 것이다.

한편, 전술한 응력해소 기구인 소켓의 외경에는 이탈방지링이 더 포함되어 설치된다.

도 2 내지 도 4에서 도시하고 있는 바와 같이, 이탈방지링(40)은 중앙으로 소켓(30)이 끼워지기 위한 구멍(42)이 형성되고, 그 구멍(42)의 주위면을 따라 적어도 하나 이상의 걸림편(44)들이 돌출 형성된 구조를 가진다. 상기 걸림편(44)들은 소켓(30)이 이탈방지링(40)의 구멍(24)에 끼워지고 나면 상기 소켓(30)의 외주면에 형성되어 있는 걸림홈(46)에 걸려지며 이탈방지링(40)을 소켓(30)에 걸림 고정시키게 된다.

상기한 이탈방지링(40)은 소켓(30)에 끼워진 상태에서 집열기 케이스(10) 구멍(12)에서 소켓(30)이 이탈하는 것을 방지시키게 된다. 즉, 소켓(30)을 케이스(10) 구멍(12)에 고정시키고 있는 완충용그로맷(34) 만으로는 소켓(30)을 집열기 케이스(10) 구멍(12)에 고정시키기에는 무리가 있으며, 따라서 설치 작업중에 소켓(30)으로 외력이 작용할 경우, 소켓(30)이 집열기 케이스(10) 구멍(12) 한쪽으로 빠져나올 우려가 있는 바, 본 발명은 이탈방지링(40)을 소켓(30)에 끼워넣어, 외력에 의해 상기 소켓(30)이 집열기 케이스(10) 구멍(12) 한쪽으로 빠져나오려 할 때, 상기 이탈방지링(40)이 집열기 케이스(10)에 접촉하며 걸려지도록 하여 소켓(30)의 이탈을 방지할 수 있게 되는 것이다.

10: 집열기 케이스 12: 구멍
14: 공간 20: 집열기 흡수부재
22: 집열 배관 24: 집열 분기관
26: 흡수판 30: 소켓
34: 완충용 그로맷 40: 이탈방지링

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 집열기 케이스(10)에 조립되는 집열 배관(22)의 응력을 해소하는 집열 배관 응력 해소기구를 적용한 평판형 태양열 집열기에 있어서,
   상기 집열 배관(22)의 양단에는 소켓(30)이 설치되며, 상기 소켓(30)은 상기 집열기 케이스(10)에 형성되어 있는 구멍(12)에 끼워지도록 하며;
   상기 구멍(12) 주연부와 상기 소켓(30)의 외주면 사이에는 공간(14)이 형성되도록 하고, 상기 공간(14)에는 완충용 그로맷(34)이 설치되도록 하며;
   상기 완충용 그로맷(34)은 중앙으로 상기 소켓(30)이 끼워지기 위한 구멍(36)이 형성되고, 그 외주면에는 상기 구멍(36)의 주연부가 끼워지기 위한 끼움홈(38)이 형성되며;
   상기 소켓(30)의 외주면에는 이탈방지링(40)이 끼워지며, 상기 이탈방지링(40)은 상기 집열기 케이스(10)에 접촉되며 상기 소켓(30)이 상기 집열기 케이스(10)의 구멍(12)에서 빠져나오지 않도록 함을 특징으로 하는 집열 배관 응력 해소기구를 적용한 평판형 태양열 집열기.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 이탈방지링(40)은 중앙으로 상기 소켓(30)이 끼워지기 위한 구멍(42)이 형성되고, 상기 구멍(42)의 주연부에는 상기 소켓(30)의 외주면에 형성되어 있는 걸림홈(46)에 걸려지는 적어도 하나 이상의 경사걸림편(44)들이 돌출 형성되도록 함을 특징으로 하는 집열 배관 응력 해소기구를 적용한 평판형 태양열 집열기.
   
   
   
   
   

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