KR101220917B1 - 진공관 방식의 태양열 집열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열 집열기에 관한 것으로, 내부에 열매체가 충진되는 금속재 내관; 상기 내관의 측면과는 소정거리 이격되고 상기 내관과의 사이 공간에 진공층이 형성된 유리재 외관을 포함한다. 이와 같은 구성의 본 발명은 진공관식 집열기에서 진공관의 내벽을 파손이 발생하지 않는 재질로 하고, 그 진공관의 외벽은 태양광의 투과가 용이한 유리재로 하되 하나의 유리층만 통과 하여도 진공단열층이 형성됨은 물론 태양열이 열매체를 가열 할 수 있도록 집열과정을 단순화 하고, 파손이 발생하더라도 상기 내벽의 내측에서 순환되는 열매체가 누설되는 것을 방지하여, 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

진공관 방식의 태양열 집열장치{Vaccum tube type solar collector}

본 발명은 진공관 방식의 태양열 집열장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광의 집열효율을 높일 수 있고 안정성과 조립성이 향상된 진공관 방식의 태양열 집열장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양열을 에너지원으로 이용하기 위한 방법으로, 태양열의 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 파손이 발생하는 등 설치와 사용이 용이하지 않은 문제점이 있었다.

또한 유리내벽(100)과 유리외벽(200)의 이중의 구조로 이루어진 진공관을 사용함으로써, 태양광은 유리외벽(200) 및 진공층을 통과한 후 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, 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 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 제조, 설치 및 유지보수가 보다 용이한 진공관 방식의 태양열 집열장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 내부에 열매체가 충진되는 금속재 내관; 상기 내관의 측면과는 소정거리 이격되고 상기 내관과의 사이 공간에 진공층이 형성된 유리재 외관을 포함한다.

상기와 같은 구성의 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 진공관식 집열기에서 진공관의 내벽을 파손이 발생하지 않는 재질로 하고, 그 진공관의 외벽은 태양광의 투과가 용이한 유리재로 하여, 파손이 발생하더라도 상기 내벽의 내측에서 순환되는 열매체가 누설되는 것을 방지하여, 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 내벽과 외벽의 연결구조를 보다 용이하게 하고, 분리가 가능하도록 하여 설치, 교체 및 유지보수가 용이한 효과가 있는 한편 외벽과 내벽의 신축 팽장율의 차이로 발생한 부하를 탄성재질의 패킹재에 의하여 감소하여 또 다른 파손에 대하여 방지 할 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 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 집열장치의 단면 구성도이다.
도 3은 도 2에서 하부캡의 분리상태 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 집열장치의 단면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 집열장치의 단면 구성도이다.
도 6은 본 발명이 열교환기와 결합된 상태의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 태양열 집열장치의 단면 구성도이다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 태양열 집열장치의 다양한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 집열장치의 구성도이다.

도 2를 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 집열장치는, 상단 외경부에 하향의 결합홈을 제공하는 체결부재(11)을 구비하며, 하단부에서 하향 돌출된 체결돌출부(14)가 형성되고, 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 상하면이 개방된 원통형 유리재 외관(30)과, 상기 유리재 외관(30)과 상기 내관(10)의 하단부를 상호 체결하며, 상기 외관(30)과 내관(10)의 사이 공간의 공기를 유출시킬 수 있는 유출구(41)를 구비하는 하부캡(40)을 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 집열장치의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 금속재인 내관(10)은 하단부가 밀폐되고, 상면은 열매체등의 열전달물질이 충진 및 순환될 수 있도록 개방되는 시험관의 형상이다.

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 상단부 외경에는 하향의 결합홈을 제공하는 체결부재(11)가 마련되어 있으며, 그 체결부재(11)의 결합홈 내에는 하향의 삽입홈을 가지는 탄성체결링(12)이 체결되어 있다.

상기에서는 탄성체결링(12)을 사이에 두고 외관(30)의 상단면과 체결부재(11)가 결합되는 구조에 대해 설명하였으나, 상기 외관(30)의 상단면과 상기 체결부재(11)의 내부면이 직접 접합되는 구조도 가능하다.

상기 외관(30)은 유리재질이고 상기 체결부재(11)는 금속재질이고, 이러한 금속재질과 유리재질을 상호 용접하는 기술은 국내에서 이미 상용화되어 있으므로, 기 공지된 기술을 이용하여 상호 용접을 한다.

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 열도가 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 우수하여, 상기 흡열층(20)에 태양광의 도달율을 높여 복사열의 흡수가 용이하도록 하는 것이며, 파손의 방지를 위하여 붕ㆍ규산유리 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.

외관(30)은 상면과 저면이 모두 개방된 원통형의 구조이며, 상단부가 상기 탄성체결링(12)의 체결홈에 삽입되어 상부가 고정되며, 선택적으로 내열 실리콘 등의 제1접착재층(13)을 상기 체결부재(11)와 외관(30)의 사이에 도포 형성하여 보다 견고하게 고정할 수 있다.

상기와 같은 결합구조에서 상기 내관(10)과 외관(30)은 상호 소정거리 이격되어 있으며, 그 내관(10)과 외관(30)의 하단부에서 하부캡(40)을 체결하여 하단부를 고정시킨다.

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.

도 3은 상기 하부캡(40)의 분리상태 단면 구성도이다.

도 3을 참조하면 상기 하부캡(40)은, 상향의 체결공간을 제공하도록 주변부가 상향 절곡되고, 상기 체결돌출부(14)가 관통하는 통공(42)이 마련된 프레임(41)과, 상기 프레임(41)의 일부에 마련되어 상기 내관(10)과 외관(30) 사이의 공기를 외부로 유출시킬 수 있는 공기유출구를 포함하는 공기유출부(44)와, 상기 프레임(41)의 체결공간에 삽입되며, 상면에 상기 내관(10)과 외관(30)의 하단부가 끼워지는 체결홈(49)을 제공하는 탄성체결부(43)와, 상기 공기유출부(44)의 공기유출구를 기밀하는 기밀부재(44a)와, 상기 공기유출부(44)에 체결되는 캡(46)과, 와셔(47)를 사이에 두고, 상기 통공(42)에 관통삽입된 상기 체결돌출부(14)에 체결되어 프레임(41)을 밀착시키는 체결너트(48)를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 구성의 하부캡(40)은 상기 내관(10)과 외관(30)의 하단부를 견고하게 지지결합함과 아울러 상기 내관(10)과 외관(30)의 사이를 용이하게 진공상태로 할 수 있으며, 그 진공상태가 유지될 수 있도록 하는 구성이다.

상기 프레임(41)은 탄성체결부(43)가 안착되는 공간을 제공할 수 있도록 주변부가 상향으로 절곡되고, 상기 내관(10) 및 외관(30)과의 체결시 그 공기유출구의 위치가 그 내관(10)과 외관(30)의 사이가 되는 공기유출부(44)를 구비한다.

상기 공기유출부(44)는 프레임(40)에 상하 관통된 공기유출구와 공기유출구의 주변으로 하향 돌출되어 나사산을 가지는 체결돌출부재를 포함하는 구성이다.

상기 프레임(41)의 상부에 안착되는 탄성체결부(43)는 그 직경이 상기 프레임(41)의 상부측에서 제공되는 체결공간의 직경과 동일하거나 약간 더 큰 직경의 실리콘 등의 탄성체로서, 압입에 의해 프레임(41)에 안착될 수 있다.

상기 탄성체결부(43)의 상면은 상기 내관(10) 및 외관(30)이 끼워지는 체결홈(49)이 마련되어 있으며, 따라서 끼움결합에 의해 내관(10) 및 외관(30)에 상기 하부캡(40)이 체결될 수 있고, 또한 상기 내관(10) 및 외관(30)의 사이에 공기의 유입이 없도록 기밀상태를 유지할 수 있게 된다.

상기 프레임(41)의 통공(42)에 관통하여 삽입되는 상기 내관(10)의 저면에서 돌출된 체결돌출부(14)는 체결너트(48)에 의해 체결되어 하부캡(40)에 의해 상기 내관(10)과 외관(30)의 하단부가 견고하게 고정된다.

상기 체결너트(48)와 프레임(41)의 사이에는 링형의 와셔(47)를 삽입한다. 또한 상기 프레임(41)과 외관(30)의 사이에는 내열 실리콘 재질의 제2접착제층(15)을 도포하여 보다 견고한 결합상태가 되도록 함과 아울러 기밀을 유지할 수 있다.

이와 같이 결합된 상태에서, 상기 내관(10)과 외관(30)의 사이 공간은 상기 공기유출부(44)에 의해 하부캡(40)의 저면측으로 노출되며, 주사기 바늘형상의 삽입도구가 부착되어 공기를 유출할 수 있는 주사기 또는 진공펌프 등의 수단을 사용하여 그 공기유출부(44)를 통해 내관(10)과 외관(30) 사이의 공기를 배출시켜, 진공상태를 만든다.

그 다음, 상기 내관(10)과 외관(30)을 진공상태로 만든 후에 기밀부재(44a)로 상기 공기유출부(44)를 막아 진공상태를 유지하고, 일측이 기밀된 너트인 캡(46)를 공기유출부(44)에 결합시켜 외부의 공기가 상기 내관(10) 및 외관(30)의 사이로 유입되는 것을 차단하여 진공상태가 지속적으로 유지될 수 있게 한다.

이와 같이 본 발명은 내관(10)과 외관(30)을 서로 분리된 구조로 하고, 상부측과 하부측에서 그 내관(10)과 외관(30)을 고정함과 아울러 사이 영역의 공기를 용이하게 배출하여 진공상태가 되도록 한다.

이때 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 누설염려가 없기 때문에 유지 및 보수가 보다 용이하게 된다.

상기에서는 탄성체결부(43)를 사이에 두고 프레임(41)과 외관(30)의 하단면이 상호 결합되는 구조에 대해 설명하였으나, 상기 금속 재질인 프레임(41)의 내측 상면과 유리재질인 외관(30)의 하단면이 용접에 의해 직접 접합되는 구조도 가능하다. 이러한 용접방법은 상기에서 언급한 바와 같이 공지된 기술을 이용한다.

이와 같은 구성의 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 집열장치는, 내관(10)과 외관(30)의 재질이 서로 다르기 때문에 태양열을 집열할 때, 그 서로 다른 재질의 내관(10)과 외관(30)의 열팽창율의 차이에 의하여 유리재인 외관(30)이 파손될 우려가 있으나, 그 내관(10)과 외관(30)의 상단부와 하단부를 각각 상호 연결하는 탄성체결링(12)과 탄성체결부(43)를 사용하여 열팽창율의 차이에 의해 유리인 외관(30)이 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 집열장치의 단면 구성도이다.

도 4를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 집열장치는, 상기 도 2를 참조하여 설명한 실시예의 구성에서 내관(10)의 내측 중앙부에 순환관(50)이 삽입된 구조이다.

상기 순환관(50)을 통해 가열되지 않은 열매체가 하향으로 이동하며, 그 순환관(50)의 외측면과 상기 내관(10)의 내측면의 사이에서 가열된 열매체가 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(50)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.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 집열장치의 단면 구성도이고, 도 6은 열교환기(80)와의 결합상태 일실시예의 구성도이다.

도 5와 도 6을 각각 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 집열장치는, 열매체가 충진되는 열교환기(80)에 안전하고 열매체의 누설이 발생하지 않는 상태로 결합될 수 있는 상부체결부(60)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 상부체결부(60)는 상기 체결부재(11)의 상부측으로 연장된 내관(10)의 측면부를 통해 상기 순환관(50)측으로 그 열교환기(80)에 충진된 열매체가 유입될 수 있는 유입구(61)이 마련되어 있으며, 상면측으로 상기 내관(10)의 내측에서 상기 흡열층(20)에 의해 가열된 열매체가 상기 열교환기(80) 내부로 공급되는 유출구(62)를 구비하고 있으며, 상기 체결부재(11)의 상부측에 마련되어 상기 열교환부(80)의 저면부에서 돌출된 체결기재(81)에 회전결합되어, 상기 내관(10)을 상기 열교환부(80)에 체결하는 회전체결기재(63)와, 상기 체결기재(81)와 회전체결기재(63)의 내측에 각각 마련되어, 상기 체결기재(81)와 회전체결기재(63)가 체결되었을 때 열매체의 누설을 방지하는 탄성결합체(82) 및 와셔(64)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 본 발명은 하나의 열교환부(80)에 다수로 결합될 수 있으며, 이때 하나의 태양열 집열기가 파손되는 경우에도 집열 및 열매체의 가열을 수행할 수 있다.

상기와 같은 상부체결부(60)의 구성은 종래 유리재인 진공관을 금속으로 이루어진 열교환부(80)에 체결할 때 발생하는 파손이나 체결의 어려움을 해소할 수 있는 것으로, 회전체결기재(63)를 사용하여 금속재인 내관(10)을 직접 연결하기 때문에 파손의 염려가 없으며 보다 견고하고 용이한 체결이 가능하게 된다.

특히 열교환기(80)에서 제공되는 탄성결합체(82)는 내열성 실리콘으로 구성되어, 회전체결기재(63)에서 제공되는 와셔(64)의 상측에 형성된 돌출부와 상기 탄성결합체(82)의 밀착 결합에 의하여 열매체의 누설이 방지될 수 있다.

상기 회전체결기재(63)는 도 4에 도시한 바와 같이 체결부재(11)의 상부측에 별도로 마련될 수 있으며, 체결부재(11)의 외면측을 상부측으로도 절곡지게 하고, 수직으로 절곡된 부분에 나사골을 만들어 별도의 회전체결기재(63)를 사용하지 않고 체결부재(11)로 상기 열교환기(80)에 체결할 수 있다.

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 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 태양열 집열장치의 단면 구성도이다.

도 7을 참조하면 본 실시예에 따른 태양열 집열장치는, 내관(10)을 히트 파이프(heat pipe)로 구성한 것을 특징으로 한다.

히트 파이프(heat pipe)란 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(9)를 채운 다음, 공기를 뺀 파이프이다.

상기 내관(10)의 상단부는 외측면에 다수의 전열핀(91)이 형성된 열교환파이프(90) 내부에 삽입되고, 상기 열교환파이프(90)는 열교환기(80) 내부에 삽입되어 있으며, 상기 열교환파이프(90)와 전열핀(91)의 외측면은 열교환기(80) 내부에 충진된 다른 열매체와 접촉하여 열교환이 이루어진다.

상기 내관(10) 내부에 액상의 열매체(9)가 충진되어 있는 상태에서 태양열에 의해 온도가 상승하면 상기 액상의 열매체(9)는 기화되어 온도가 급속히 상승하여 내관(10)의 내부 상측으로 이동한다.

이렇게 상승된 기상의 열매체(9)는 내관(10) 내부 상측에서 열교환파이프(90) 및 전열핀(91)을 통해 상기 열교환파이프(90)의 외부에 있는 다른 열매체와 열교환이 이루어진 후, 다시 온도가 하강하면 액상으로 변화되어 내관(10)의 내부 하측으로 하강하는 과정이 반복됨으로써, 태양열을 상기 열교환기(80) 내부의 열매체로 전달하게 된다.

상기 구성을 제외하고 내관(10)과 외관(30)을 결합하기 위한 나머지 구성에 대해서는 앞서 설명한 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 태양열 집열장치에 대하여 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.

10:내관 11:체결부재
12:탄성체결링 13:제1접착제층
14:체결돌출부 15:제2접착제층
20:흡열층 30:외관
40:하부캡 41:프레임
42:통공 43:탄성체결부
44:공기유출부 44a:기밀부재
46:캡 47:와셔
48:체결너트 49:체결홈
50:순환관 60:상부체결부
61:유입구 62:유출구
63:회전체결기재 64:와셔
80:열교환기 81:체결기재
82:탄성결합체 90:열교환파이프
91:전열핀

Claims (16)

1. 내부에 열매체가 충진되는 금속재 내관;
   상기 금속재 내관의 외측에는, 흑색 크롬 도막 또는 흑색 티타늄 코팅(이산화 티탄 박막) 또는 상기 흑색 티타늄 코팅에 흑연 분말을 추가로 코팅하여, 태양광의 복사열을 흡수하는 흡열층; 및
   상기 내관의 측면과는 소정거리 이격되고 상기 내관과의 사이 공간에 진공층이 형성된 유리재 외관을 포함하는 진공관 방식의 태양열 집열장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 금속재 내관은 내부에 상기 열매체가 밀봉 충진된 히트 파이프인 것을 특징으로 하는 진공관 방식의 태양열 집열장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 내관과 외관의 하단부를 고정함과 아울러 상기 내관과 상기 외관 사이의 공기를 외부로 유출시킬 수 있는 공기유출부를 구비하는 하부캡을 포함하는 진공관 방식의 태양열 집열장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 내관의 상부측 외면에 하향의 홈을 제공하는 체결부재를 구비하고,
   상기 체결부재의 하향의 홈은 상기 외관의 상단부가 삽입고정되는 홈을 구비하는 탄성체결링이 압입 수용되는 것을 특징으로 하는 진공관 방식의 태양열 집열장치.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 내관의 상부측 외면에 체결부재가 결합되고,
   상기 체결부재의 하면에 상기 외관의 상단부가 접합되는 것을 특징으로 하는 진공관 방식의 태양열 집열장치.
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 내관은,
   저면에서 하향으로 돌출되며, 외주면에 나사산이 형성된 체결돌출부를 더 포함하는 진공관 방식의 태양열 집열장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 하부캡은,
    상향의 체결공간을 제공하도록 주변부가 상향 절곡되고, 상기 체결돌출부가 관통하는 통공이 마련된 프레임;
    상기 프레임의 일부에 마련되어 상기 내관과 상기 외관 사이의 공기를 외부로 유출시킬 수 있는 공기유출구를 포함하는 공기유출부;
    상기 프레임의 상기 체결공간에 삽입되며, 상면에 상기 내관과 외관의 하단부가 끼워지는 체결홈을 제공하는 탄성체결부;
    상기 공기유출부의 공기유출구를 기밀하는 기밀부재;
    상기 공기유출부에 체결되는 캡; 및
    상기 통공에 관통삽입된 상기 체결돌출부에 체결되어 프레임을 밀착시키는 체결너트를 포함하는 진공관 방식의 태양열 집열장치.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 하부캡은,
    상향의 체결공간을 제공하도록 주변부가 상향 절곡되고, 상기 체결돌출부가 관통하는 통공이 마련되며, 상기 외관의 하단부와 접합되는 프레임;
    상기 프레임의 일부에 마련되어 상기 내관과 상기 외관 사이의 공기를 외부로 유출시킬 수 있는 공기유출구를 포함하는 공기유출부;
    상기 공기유출부의 공기유출구를 기밀하는 기밀부재;
    상기 공기유출부에 체결되는 캡; 및
    상기 통공에 관통삽입된 상기 체결돌출부에 체결되어 프레임을 밀착시키는 체결너트를 포함하는 진공관 방식의 태양열 집열장치.
    
12. 제1항에 있어서,
    상기 내관의 내부 중앙부에는 상부측에서 유입되는 열매체를 상기 내관의 하부측으로 하향 순환되도록하고, 가열된 열매체가 상기 내관의 내벽과의 사이공간에서 상향 순환되도록 하는 순환관을 더 포함하는 진공관 방식의 태양열 집열장치.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 순환관은,
    상기 하향 순환되는 열매체와 상기 상향 순환되는 가열된 열매체 사이에 열교환이 일어나는 것을 방지하도록 열전달율이 낮은 재질인 것을 특징으로 하는 진공관 방식의 태양열 집열장치.
    
14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내관의 상부측에는 회전결합에 의해 타 부품과 상기 내관을 체결하는 상부체결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공관 방식의 태양열 집열장치.
    
15. 삭제
16. 삭제

Images