KR101261569B1

KR101261569B1 - 이중 자켓형 태양열 온수기

Info

Publication number: KR101261569B1
Application number: KR1020110039431A
Authority: KR
Inventors: 이운해
Original assignee: 유한회사 지오선
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2013-06-10
Anticipated expiration: 2031-04-27
Also published as: KR20120121567A

Abstract

본 발명은 이중 자켓형 태양열 온수기에 관한 것으로, 태양열을 이용하여 급수된 물을 가열하여 온수로 생성하는 태양열 온수기에 있어서, 상기 태양열이 집열되는 위치에 배치되어 있으며, 상기 태양열을 집열하여 내부에 순환되는 열매체가 가열되도록 설치되어 있는 태양열 집열부, 상기 태양열 집열부의 상부에 배치되어 있으며, 안쪽으로 케이스 공간을 가지는 케이스, 상기 케이스의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 케이스 공간의 안쪽에 배치되어 있으며, 물이 급수되는 급수관과 온수가 배출되는 출수관이 각각 연결되어 있고, 안쪽으로 물이 가열되는 축열 공간을 가지고, 바깥 면과 상기 축열 공간의 안쪽 면이 전체적으로 알미늄 용융 도금되어 있는 축열 탱크, 상기 축열 탱크의 바깥 둘레에 접촉된 상태로 감싸고 있으며, 상기 태양열 집열부와 연결되어 안쪽으로 상기 열매체가 순환되면서 상기 축열 탱크를 가열시키는 순환 공간을 가지고, 바깥 면과 상기 순환 공간의 안쪽 면이 전체적으로 알미늄 용융 도금되어 있는 순환 탱크, 그리고 상기 케이스의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 케이스 공간의 안쪽에 위치하여 내부 열이 외부로 빠져 나가지 못하도록 단열하는 단열재를 포함하고, 상기 축열 탱크와 상기 순환 탱크가 상호 접촉되어 이중 자켓 탱크 구조로 구비되어 있다.

Description

이중 자켓형 태양열 온수기 {double jacket type solar water heater}

본 발명은 이중 자켓형 태양열 온수기에 관한 것이다.

일반적으로, 온수기는 공급된 물을 가열 수단에 의해 기 설정된 온도로 가열하여 가열된 온수를 생산하는 장치이다. 온수기는 일반 가정, 목욕탕, 음식점, 미용실 등의 장소에서 난방이나 온수를 직접적으로 사용하도록 설치되어 있다. 이런, 통상의 온수기는 석유, 석탄, 그리고 가스 등의 연료를 연소시키는 연소열에 의해 물을 가열시켜 온수를 생산한다. 그러나, 석유, 석탄, 그리고 가스는 자원이 고갈되고 있어 시간이 지날수록 가격이 높아지고, 폭발 사고가 날 위험성이 높으며, 연소에 의해 유해한 가스가 배출됨에 따라 환경이 오염되는 문제점이 있었다.

최근에는, 자원의 고갈로 인해 연료의 수급이 어려움에 따른 대체 에너지의 개발과 유해 가스 배출과 이산화 탄소의 배출에 의한 환경 오염을 억제할 수 있는 청정 에너지의 개발이 요구되고 있음에 따라 통상의 온수기의 수요가 줄어들고 있다.

이에 따라, 고갈되지 않는 자원으로 유해 가스 및 이산화 탄소가 배출되지 않는 태양열을 이용하여 물을 가열하는 온수기가 개발되고 있는 실정이다.

이런, 종래 기술의 태양열 온수기는 태양열을 집열하여 열매체를 가열하는 태양열 집열 장치, 및 가열 장치와 떨어져 가열된 열매체의 열로 물을 가열하여 온수로 만드는 축열 장치로 구성되어 있다. 가열 장치는 태양열을 집열하기 위해 실외에 설치되고, 축열 장치는 가열 장치에서 공급되는 열매체가 외기의 영향을 최소화 하기 위해서 집열기 상단에 일체형으로 설치되거나, 분리형의 경우는 별도의 기계실에 설치된다.

상술된 바와 같이, 종래 기술의 태양열 온수기는 가열 장치와 축열 장치가 실외와 실내에 각각 설치되어 있어 장치의 부피가 커지고, 태양 빛에 의해 가열된 열매체가 실외에서 실내로 이동되면서 열손실이 발생되어 온수 생성 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 가열 장치에서 태양 빛으로 가열된 열매체는 물을 온수로 생산하는 축열 장치와 떨어져 있어 이동과 물의 가열에 따른 이동을 위해서는 펌프와 같은 이동 장치가 설치되어 있어야 하고, 펌프에는 여타의 에너지가 공급되어야 함으로써, 제조 및 유지 비용이 증대되는 문제점이 있었다.

본 발명이 해결하려는 과제는 태양열을 집열하여 발생된 열 에너지로 물을 가열하여 온수가 생성하는 장치가 이중 자켓 형태로 열교환 면적을 극대화하고, 직수의 급수 압력을 온수 공급에 바로 사용이 가능하며, 자연 대류에 의해 열매체가 이동되면서 온수가 생성됨에 따라 유체 이동에 따른 여타의 장치가 사용되지 않음에 따라 장치가 소형화되면서 제작 비용이 축소되는 이중 자켓형 태양열 온수기를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이중 자켓형 태양열 온수기는, 태양열을 이용하여 급수된 물을 가열하여 온수로 생성하는 태양열 온수기에 있어서, 상기 태양열이 집열되는 위치에 배치되어 있으며, 상기 태양열을 집열하여 내부에 순환되는 열매체가 가열되도록 설치되어 있는 태양열 집열부; 상기 태양열 집열부의 상부에 배치되어 있으며, 안쪽을 케이스 공간을 가지는 케이스; 상기 케이스의 상기 케이스 공간 안쪽에 배치되어 있으며, 물이 급수되는 급수관과 온수가 배출되는 출수관이 각각 연결되어 있고, 안쪽으로 물이 가열되는 축열 공간을 가지며, 바깥 면과 상기 축열 공간의 안쪽 면이 전제적으로 알미늄 도금되어 부식이 방지되는 축열 탱크; 상기 축열 탱크의 바깥 둘레에 접촉된 상태로 감싸고 있으며, 상기 태양열 집열부와 연결되어 안쪽으로 상기 열매체가 순환되면서 상기 축열 탱크의 내부에 공급되는 물을 온수로 가열시키는 순환 공간을 가지고, 바깥 면과 상기 순환 공간의 안쪽 면이 전체적으로 알미늄 용융 도금되어 부식이 방지되는 순환 탱크; 및 상기 케이스의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 케이스 공간의 안쪽에 위치하여 내부 열이 외부로 빠져 나가지 못하도록 단열하는 단열재; 를 포함하되, 상기 급수관은 상기 축열 탱크의 일측 하부에 설치되어 있으며, 상기 출수관은 상기 축열 탱크의 타측 상부에 설치되어 있고, 상기 급수관의 상기 축열 공간 방향 끝에 배치되어 있으며, 상기 축열 공간 방향으로 단면적이 확대되어 와류를 방지하는 급수 확산관을 더 구비하며, 상기 급수관으로 공급된 물은 상기 급수 확산관을 통해서 와류가 방지되면서 확산되어 상기 축열 공간에 공급되고, 공급 후에 가열된 상기 온수는 상기 급수관에서 급수되는 압력에 의해 상기 출수관으로 출수되게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 급수관은 상기 축열 탱크의 일측 하부에 설치되어 있으며, 상기 출수관은 상기 축열 탱크의 일측 상부에 설치되어 있고, 상기 급수관은 상기 축열 공간 방향 끝에 배치되어 있으며, 상기 축열 공간 방향으로 단면적이 확대되어 와류를 방지하는 급수 확산관을 더 구비하되, 상기 급수 확산관은 상기 급수관과 상기 출수관이 동일한 일측 방향으로 상하로 위치하고 있어 출수되는 상기 온수가 상기 급수관으로 급수되는 물에 의해 냉각되는 것이 방지되도록 상기 출수관보다 더 길게 형성되고, 상기 급수관으로 공급된 물은 상기 급수 확산관을 통해서 와류가 방지되면서 확산되어 상기 축열 공간에 공급되고, 공급 후에 가열된 상기 온수는 상기 급수관에서 급수되는 압력에 의해 상기 출수관으로 출수되게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 축열 탱크의 일측에 배치되어 있으며, 상기 축열 공간에 연결되어 급수의 가열에 의해 상기 온수 생성 시에 발생되는 부피 변화에 따른 과팽창을 방지하도록 연결 설치되어 있는 팽창 탱크를 더 구비하되, 상기 팽창 탱크는 급수의 공급 후에 가열에 의한 열팽창으로 상기 축열 공간 내부에서 과팽창에 의해 과압되는 압력을 축소시켜 기 설정된 압력이 유지되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 순환 탱크의 일측에 연결되어 있으며, 상기 순환 공간의 내부에서 순환되는 상기 열매체가 부족할 경우 상기 열매체를 공급하도록 연결되어 있는 열매체 공급관을 더 구비하되, 상기 열매체 공급관은 상기 태양열 집엽부에서 집열에 의해 가열되는 상기 열매체가 증발에 의해 순환되는 양이 축소되는 것을 방지하도록 외부에서 공급시키는 것을 특징으로 한다.
상기 태양열 집엽부는, 상기 케이스의 하부에 배치되어 있으며, 상기 태양열이 집열되도록 평판형태로 설치되어 있는 평판형 집열판; 상기 순환 탱크의 타측면에 연결되어 있으며, 상기 평판형 집열판의 타측을 통과하여 안쪽의 하부 위치에서 일측 방향으로 가로 질러 배치되어 있는 배출관; 상기 순환 탱크의 일측면에 연결되어 있으며, 상기 평판형 집열판의 일측 상부 위치에서 안쪽에 타측 방향으로 가로 질러 배치되어 있는 공급관; 및 상기 평판형 집열판의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 공급관과 상기 배출관을 연결하도록 하부에서 상부 방향으로 가로 질러 복수로 배치되어 있는 집열관; 을 포함하되, 상기 평판형 집열판은 상기 태양열에 의해 집열된 열로 상기 집열판을 가열하여 상기 순환 탱크에 연결되어 하부 방향으로 배치된 상기 배출관으로 배출된 상기 열매체가 가열된 열에 의해 상부에 위치한 상기 공급관 방향으로 이동되면서 가열되고, 가열된 상기 열매체는 상기 공급관을 통해서 상기 순환 탱크로 공급됨에 따라 대류에 의해 상기 열매체가 가열 공급될 수 있고, 상기 공급관과 상기 배출관은 상기 축열 탱크의 바깥 둘레에 접촉 설치되어 있는 상기 순환 탱크의 측면 면적에 따라 타원형 또는 원형 중 어느 하나의 형상으로 선택되어 직접 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 태양열 집열부는, 상기 순환 탱크의 하부 방향으로 배치되어 있으며, 일측에서 타측 방향으로 복수로 배열되어 있고, 안쪽으로 상기 순환 공간과 연통되어 열교환된 상기 열매체가 하부로 이동한 후에 가열된 상기 열매체가 상부 방향으로 배출되는 집열 공간을 가지는 내관; 및 상기 순환 탱크의 하부 방향에 일체가 되도록 고정되어 있으며, 상기 내관과 떨어져 안쪽에 진공을 유지하는 진공 공간을 가지도록 상기 내관의 바깥 둘레를 감싸도록 설치되어 있는 외관; 을 포함하되, 상기 내관과 상기 외관은 태양열이 집열되도록 유리관 재질로 이루어져 있으며, 상기 내관과 상기 외관은 진공 형태의 이중관 구조의 유리관으로 이루어져 있고, 상기 순환 탱크와 일체로 설치되도록 구비되어 있어 상기 순환 탱크와 연통된 상기 집열 공간으로 공급되는 상기 열매체가 중력에 의해 하부로 이동된 후에 태양열에 의해 집열되어 가열되면서 상부 방향으로 이동되어 상기 순환 탱크로 공급됨에 따라 대류에 의해 상기 열매체가 가열 공급되는 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 실시예에 따르면, 태양열이 집열되는 장치와 연결되어 공급되는 열매체가 순환하는 장치와 온수가 생성되도록 축열하는 장치가 이중 자켓 구조로 형성되고, 축열하는 축열 탱크가 알미늄 용융 도금되어 있어 부식이 방지됨에 따라 내구성이 향상되는 효과를 제공한다.

또한, 물이 가열되는 축열 탱크와 열매체가 순환되는 순환 탱크가 상호 접촉된 이중 자켓 탱크 구조로 구비되어 사용 압력의 상승에 견딜 수 있는 저항력이 높아지고, 급수 압력을 온수 공급에 전달하여 사용할 수 있으므로 열교환용 코일 사용이 불필요해지므로 원가 절감, 탱크 용량 축소, 온수 사용의 편익을 제공하고, 다양한 용도로 사용이 가능하여 범용성이 증대되는 효과를 제공한다.

그리고, 온수기의 케이스 안쪽으로 단열재가 내부 열이 외부로 빠져나가는 것을 방지하는 단열재가 설치되어 이중 자켓의 열매체와 함께 이중으로 보온 기능으로 보온 기능을 보완하여 축열 탱크의 열손실을 최대한 방지하고, 순환 기능과 열교환 기능, 축열 기능이 일체형으로 이루어짐으로써, 부피가 축소되는 효과를 제공한다.

아울러, 축열 탱크의 부식을 방지하는 알미늄 용융도금은 고가의 법랑 코팅이나 재료 자체를 내부식성 재료인 스텐을 사용하지 않아도 부식을 방지할 수 있어 원가 절감과 열교환 효율이 증대되는 효과를 제공한다.

더불어, 이중자켓 구조의 몸체의 안쪽으로 설치된 열매체가 순환되는 장치에 연결되는 태양열 집열 장치는 이중 진공 형태의 유리관이 축열탱크에 삽입되어 유리관의 안쪽에서 자연대류 되면서 가열되는 구조를 가지고 있으므로 집열을 위한 별도의 배관이 필요 없고, 여타의 동력이 필요 없이 가열이 가능함에 따라 제조비용 과 동력 사용에 따른 에너지 비용이 축소되는 효과를 제공한다.

또한, 열매체가 순환 되는 탱크와 태양열 집열 장치를 연결하는 배관은 자켓 두께에 따라 타원형 또는 원형으로 구비하여 직접 연결되어 연결 효율이 향상되는 효과를 제공한다.

그리고, 축열 탱크에는 내부 압력이 조절되는 팽창 탱크가 연결 설치되어 물의 가열에 의한 압력 변화를 조절하여 과팽창에 따른 변형이 방지되는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 자켓형 태양열 온수기의 사용 상태를 나타내는 사용 상태 사시도.
도 2는 도 1의 이중 자켓형 태양열 온수기의 주요 부분을 나타내는 일부 생략 정 단면도.
도 3은 도 1의 이중 자켓형 태양열 온수기의 주요 부분을 나타내는 일부 생략 측 단면도.
도 4는 도 1의 이중 자켓형 태양열 온수기의 급수관과 출수관의 다른 설치 위치를 나타내는 일부 생략 정 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 자켓형 태양열 온수기의 사용 상태를 나타내는 사용 상태 사시도.
도 6은 도 5의 이중 자켓형 태양열 온수기의 주요 부분을 나타내는 일부 생략 측 단면도.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 자켓형 태양열 온수기는 도 1 내지 도 3을 참고하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 자켓형 태양열 온수기의 사용 상태를 나타내는 사용 상태 사시도이고, 도 2는 도 1의 이중 자켓형 태양열 온수기의 주요 부분을 나타내는 일부 생략 정 단면도이며, 도 3은 도 1의 이중 자켓형 태양열 온수기의 주요 부분을 나타내는 일부 생략 측 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 자켓형 태양열 온수기(100)는 온수가 생성되는 케이스부(110), 열교환부(120), 그리고 태양열 집열부(130)를 포함한다. 케이스부(110)는 태양열을 집열하는 위치인 실외에 배치되어 있는 케이스(111), 축열 탱크(113), 급수관(115), 급수 확산관(115a), 출수관(116), 단열재(117), 그리고 팽창 탱크(118)를 포함한다.

케이스(111)는 태양열이 집열되는 태양열 집열부(130)와 함께 실외에 배치되어 있으며, 안쪽으로 케이스 공간(112)을 가진다. 케이스 공간(112)은 물이 공급되어 온수로 가열되는 축열 탱크(113) 및 열교환부(120)와 단열재(117)가 안쪽에 위치하도록 형성되어 있다.

축열 탱크(113)는 케이스(111)의 안쪽에 배치되어 있으며, 케이스 공간(112)의 내부에 위치하여 안쪽으로 물이 가열되는 축열 공간(114)을 가진다. 축열 공간(114)은 열교환부(120)에서 순환되면서 열교환되어 열매체로 인해 공급된 물이 온수로 가열되도록 형성되어 있다. 즉, 축열 탱크(113)의 바깥 둘레에 접촉되어 있는 열교환부(120)에서 순환되는 열매체에 의해 축열 공간(114)에 공급된 물이 온수가 되도록 가열되는 이중 자켓 탱크 형태로 구비되어 있다.

또한, 축열 탱크(113)는 안쪽 면과 바깥 쪽 면이 전체적으로 알루미늄 용융 도금되어 있음에 따라, 물이 급수되어 가열에 의해 온수가 생성되는 축열 탱크(113)가 알루미늄 용융 도금되어 부식이 방지될 수 있다.

급수관(115)은 축열 탱크(113)의 일측 하부에 연결되어 있으며, 축열 공간(114)의 안쪽으로 물을 공급하도록 연결되어 있다. 급수관(115)은 외부에서 물이 공급되는 장소(미도시됨)와 축열 탱크(113)를 상호 연결하여 축열 공간(114)의 안쪽으로 온수로 생성되는 물을 공급하도록 설치되어 있다. 급수관(115)은 순환되는 열매체에 의한 가열로 상부로 이동되어 출수되도록 축열 탱크(113)의 일측 하부에서 물이 공급되도록 설치되어 있다.

급수 확산관(115a)은 축열 탱크(113)의 안쪽에 배치되어 있으며, 급수관(115)의 축열 공간(114) 안쪽으로 위치한 급수 측 끝에 급수되는 물이 확산되면서 축열 공간(114)에 공급되도록 급수관(115)에서 축열 공간(114) 방향으로 단면적이 확대되도록 설치되어 있다. 급수 확산관(115a)은 급수되는 물이 와류되는 것을 방지하도록 설치되어 있다.

출수관(116)은 축열 탱크(113)의 타측 상부에 연결되어 있으며, 축열 공간(114)의 안쪽으로 가열된 온수를 출수하도록 연결되어 있다. 출수관(116)은 축열 탱크(113)와 온수가 사용되는 장소(미도시됨)를 상호 연결하여 축열 공간(114)에서 생성된 온수를 물이 사용되는 장소로 출수되도록 설치되어 있다. 출수관(116)은 축열 탱크(113)의 타측 상부에 설치되어 급수관(115)에서 급수되는 압력을 이용하여 가열된 온수가 출수되도록 설치되어 있다.

즉, 급수관(115)을 통해서 일측 하부에서 급수된 물은 단면적이 확대되는 급수 확산관(115a)을 통해서 와류가 방지되도록 확산 공급시키고, 확산 공급된 물이 축열 공간(114)의 안쪽에서 열매체의 순환에 의해 가열되어 온수로 생성되면서 급수 압력에 의해 상부로 이동되어 타측 상부에 형성된 출수관(116)을 통해서 급수되는 압력을 이용하여 온수가 출수된다.

다시 말해서, 축열 탱크(113)의 일측 하부에서 급수관(115)을 통해서 급수된 물은 열교환부(120)에서 순환되는 열매체에 의해 가열되어 온수로 생성된 후에 급수되는 압력을 이용하여 출수관(116)을 통해서 출수됨에 따라 다른 동력 공급 없이 온수를 생성하여 출수할 수 있다.

단열재(117)는 케이스(111)의 안쪽에 배치되어 있으며, 케이스 공간(112)의 안쪽에 위치하여 내부의 열이 밖으로 빠져 나가지 못하도록 설치되어 있다.

즉, 축열 탱크(113)는 바깥 둘레에 열매체가 순환되는 열교환부(120)가 구비된 이중 자켓 구조로 구비되고, 단열재(117)가 케이스(111)의 안쪽에 설치되어 단열재(117)와 열교환부(120)의 이중 구조로 축열 효율을 향상시킬 수 있다.

팽창 탱크(118)는 축열 탱크(113)의 일측에 배치되어 있으며, 축열 공간(114)에 연결되어 급수의 가열에 의해 온수 생성 시에 발생되는 부피 변화에 따른 과팽창을 방지하도록 연결 설치되어 있다. 즉, 팽창 탱크(118)는 급수의 공급 후에 가열에 의한 열팽창으로 축열 공간(114) 내부에서 과팽창의 의해 과압되는 압력을 해소시켜 축열 탱크(113)를 보호할 수 있다.

또한, 도 4를 참고하면 본 발명의 케이스부(110)에 급수관(115)과 출수관(116)이 다른 설치예에 관한 것으로, 급수관(115)은 축열 탱크(113)의 일측 하부에 설치되어 축열 탱크(113)의 안쪽으로 급수관(115)에서 축열 공간(114) 방향으로 단면적이 확대되는 급수 확산관(115a)이 구비되어 있다. 급수 확산관(115a)은 축열 공간(114) 방향으로 단면적이 확대되고 급수되는 물의 와류가 방지되도록 설치되어 있다.

여기서, 급수 확산관(115a)은 급수관(115)과 출수관(116)이 동일한 일측 방향으로 상하로 위치하고 있어 출수 축소관(116a)의 길이보다 더 길게 형성되어 급수관(115)에서 급수된 물이 와류가 방지되면서 급수관(115)으로 급수되는 물의 급수 압력으로 출수관(116)으로 출수되는 온수가 냉각되는 것이 방지되도록 길게 형성되어 있다.

즉, 축열 공간(114)은 급수관(115)으로 물이 공급되면 축열 공간(114)의 내부에서 가열되면서 온도가 높아진 온수가 상부로 이동되게 됨에 따라 축열 공간(114)의 내부에는 온도 별로 층이 나누어지는 열의 성층화 구간이 형성된다.

이런 열의 성층화 구간은 상부 위치에서 온도가 가장 높은 온수가 위치하여 이를 출수하기 위해서 상부에 출수관(116)이 설치되어 있다.

즉, 급수 확산관(115a)의 길이가 출수관(116)보다 짧으면, 온도가 낮은 물이 공급 압력에 의해 동일 위치 상부에 높은 온도의 온수에 유입되면서 온도를 하강시켜 온도의 성층화를 유지할 수 없음에 따라 급수 확산관(115a)의 길이를 출수관보다 길게 구비하여 출수관(116)과 떨어진 위치에서 온도가 낮은 물이 와류가 방지되면서 급수됨에 따라 온도의 성층화를 유지할 수 있다. 바람직하기로, 급수 확산관(115a)은 축열 탱크(113)의 타측 방향의 중앙 위치에까지 설치되어 있다.

다시 말해서, 급수관(115)으로 공급된 물은 급수 확산관(115a)을 통해서 와류가 방지되면서 열의 성층화가 유지되어 축열 공간(114)에 공급되고, 공급 후에 가열되면 출수관(116a)을 통과하면서 급수압력이 전달되어 출수관(116)으로 온수가 출수될 수 있다.

열교환부(120)는 축열 탱크(113)의 바깥 둘레에 접촉되어 이중 자켓 상태로 배치된 순환 탱크(121), 및 열매체 공급관(123)을 포함한다.

순환 탱크(121)는 축열 탱크(113)의 바깥 둘레에 접촉된 상태로 감싸고 있으며, 태양열 집열부(130)와 연결되어 안쪽으로 열매체가 순환되면서 축열 탱크(113)를 가열시키도록 열교환되는 순환 공간(122)을 가진다. 순환 공간(122)은 태양열 집열부(130)와 연결되어 가열된 열매체가 공급 및 배출되면서 순환되도록 형성되어 있다. 즉, 순환 탱크(121)는 안쪽 면이 축열 탱크(113)의 바깥면과 접촉되는 이중 자켓 탱크 구조로 구비되어 순환 공간(122)에서 순환되는 가열된 열매체에 의해 축열 탱크(113)의 안쪽에 공급된 물과 열교환 되면서 온수가 되도록 가열시킨다. 순환 탱크(121)는 축열 탱크(113)의 바깥면에 양측면이 노출되도록 돌출 설치되어 태양열 집열부(130) 연결 시에 순환 탱크(121)의 외부로 돌출되는 것이 방지되면서 측면에 직결되어 있음에 따라 외력에 의한 손상을 방지하면서 쉽게 연결이 가능하여 설치 효율성이 향상된다.

또한, 순환 탱크(121)은 안쪽면과 바깥 쪽면이 전체적으로 알루미늄 용융 도금되어 있음에 따라 열매체가 순환되는 순환 공간(122)이 알루미늄 용융 도금되어 부식이 방지될 수 있다.

열매체 공급관(123)은 순환 탱크(121)의 일측면에 연결되어 있으며, 순환 공간(122)의 내부에서 순환되는 열매체의 부족 시에 열매체를 공급하도록 연결되어 있다. 즉, 열매체 공급관(123)은 태양열 집열부(130)에서 집열로 가열되는 열매체가 증발에 의해 순환되는 량이 축소되는 것을 방지하도록 외부에서 공급시킬 수 있다. 여기서, 열매체 공급관(123)은 순환 탱크(121)의 일측면에 직결되는 것으로, 순환 탱크(121)의 두께에 따라 타원 또는 원형의 관형태로 구비되어 있다. 즉, 순환 탱크(121)가 작은 두께로 설치되면 타원형태로 큰 두께로 설치되면 원형 형태로 열매체 공급관(123)을 구비하여 일측면에 직결시킨다.

태양열 집열부(130)는 케이스(111)의 하부에 배치되어 있는 평판형 집열판(131), 배출관(132), 공급관(133), 그리고 집열관(134)을 포함한다. 평판형 집열판(131)은 태양열에 의해 집열되는 통상의 평판형태의 상하로 개방된 순환구조를 가진 모든 집열판이 사용될 수 있는 것으로, 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.

배출관(132)은 순환 탱크(121)의 타측면에 연결되어 있으며, 평판형 집열판(131)의 타측을 통과하여 안쪽의 하부 위치에서 일측 방향으로 가로 질러 배치되어 있다. 배출관(132)은 양측면이 노출되도록 축열 탱크(113)의 바깥면에 배치되어 있는 순환 탱크(121)의 타측면에 직결되어 평판형 집열판(131)의 하부 방향으로 순환 탱크(121) 내를 순환하여 열교환 된 후 온도가 떨어진 저온의 열매체가 이동되도록 설치되어 있다. 또한, 배출관(132)은 순환 탱크(121)의 노출된 두께에 따라 원형 또는 타원형으로 구비된다. 즉, 순환 탱크(121)의 노출된 두께가 작으면 타원형으로 구비되고, 노출된 두께가 크면 원형으로 배출관(132)을 구비하여 타측면으로 직결시킨다.

공급관(133)은 순환 탱크(121)의 일측면에 연결되어 있으며, 평판형 집열판(131)의 일측 상부 위치에서 안쪽의 타측 방향으로 가로 질러 배치되어 있다. 공급관(133)은 양측면이 노출되도록 축열 탱크(113)의 바깥면에 배치되어 있는 순환 탱크(121)의 일측면에 직결되어 평판형 집열판(131)에 상부에 위치하여 가열되어 온도가 높아진 고온의 열매체가 순환 탱크(121)로 공급되도록 설치되어 있다. 또한, 공급관(133)은 순환 탱크(121)의 노출된 두께에 따라 원형 또는 타원형으로 구비된다. 즉, 순환 탱크(121)의 노출된 두께가 작으면 타원형으로 구비되고, 노출된 두께가 크면 원형으로 공급관(133)을 구비하여 타측면으로 직결시킨다.

집열관(134)은 평판형 집열판(131)의 안쪽에 배치되어 있으며, 공급관(133)과 배출관(132)을 연결하도록 하부에서 상부 방향으로 가로 질러 복수로 배치되어 있다. 집열관(134)은 하부에 위치한 배출관(132)과 상부에 배치된 공급관(133)을 일측에서 타측 방향으로 복수로 배열된 상태에서 연결하고, 평판형 집열판(131)의 내부에 설치되어 순환 탱크(121)에서 열교환 후에 배출된 저온의 열매체가 하부에 위치한 배출관(132)에 위치한 상태에서 평판형 집열판(131)에서 집열에 의해 가열되어 상부 방향에 위치한 공급관(133)으로 상승되어 고온의 열매체가 공급되도록 설치되어 있다.

즉, 평판형 집열판(131)은 태양열에 의해 집열된 열로 집열관(134)을 가열하여 순환 탱크(121)에 연결되어 하부 방향으로 배치된 배출관(132)으로 배출된 저온의 열매체가 열에 의해 상부에 위치한 공급관(133) 방향으로 이동되면서 가열되고, 가열된 고온의 열매체는 공급관(133)을 통해서 순환 탱크(121)로 공급됨에 따라 자연 대류에 의해 열매체가 가열 공급될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 자켓형 태양열 온수기는 도 5 및 도 6을 참고하여 살펴본다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 자켓형 태양열 온수기의 사용 상태를 나타내는 사용 상태 사시도이고, 도 6은 도 5의 이중 자켓형 태양열 온수기의 주요 부분을 나타내는 일부 생략 측 단면도이다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 자켓형 태양열 온수기(100)는 케이스부(110), 열교환부(120), 그리고 태양열 집열부(130)를 포함한다. 여기서, 케이스부(110) 및 열교환부(120)의 구성은 도 1 내지 도 3에서 나타내는 이중 자켓형 태양열 온수기(100)의 구성 요소와 실질적으로 동일함에 따라 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.

태양열 집열부(130)는 순환 탱크(121)의 하부에 일체로 구비되어 있는 내관(135) 및 외관(137)을 포함한다. 내관(135)은 순환 탱크(121)의 하부 방향으로 배치되어 있으며, 일측에서 타측 방향으로 복수로 배열되어 있고, 안쪽으로 순환 공간(122)과 연통되어 열교환된 저온의 열매체가 하부로 이동한 후에 가열에 의해 상부 방향으로 고온의 열매체를 배출시키는 집열 공간(136)을 가진다.

외관(137)은 순환 탱크(121)의 하부 방향에 일체가 되도록 고정되어 있으며, 내관(135)과 떨어져 안쪽에 진공을 유지하는 진공 공간(138)을 가지도록 내관(135)의 바깥 둘레를 감싸도록 설치되어 있다. 외관(137)은 안쪽으로 내관(135)이 위치하는 이중관 구조를 가지고 있고, 외관(137)과 내관(135) 사이에 진공이 유지되는 진공 공간(138)을 가지고 있어, 외관(137)과 내관(135)은 이중 진공관 구조를 가진다.

또한, 내관(135)과 외관(137)은 태양열이 집열되도록 유리관 재질로 이루어져 있다. 유리관 재질로 이루어진 외관(137)은 안쪽에 진공을 유지하는 진공 공간(138) 안쪽에 유리관 재질의 내관(135)이 설치되어 이중 진공관 형태로 구비되어 있어 내관(135)의 안쪽에 열매체가 가열되는 공간인 집열 공간(136)으로 공급되는 열매체를 가열시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 내관(135)과 외관(137)은 진공 형태의 이중관 구조의 유리관으로 이루어져 있고, 순환 탱크(121)와 일체로 설치되도록 구비되어 있어 순환 탱크(121)와 연통된 집열 공간(136)으로 공급되는 열교환 후 저온의 열매체가 중력의 의해 하부로 이동된 후에 태양열에 의해 집열되어 가열된 고온의 열매체가 상부 방향으로 이동되어 순환 탱크(121)로 공급됨에 따라 자연 대류에 의해 열매체가 가열 공급될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100 : 태양열 온수기 110 : 케이스부
111 : 케이스 112 : 케이스 공간
113 : 축열 탱크 114 : 축열 공간
115 : 급수관 115a : 급수 확산관
116 : 출수관 117 : 단열재
118 : 팽창 탱크 120 : 열교환부
121 : 순환 탱크 122 : 순환 공간
123 : 열매체 공급관 130 : 태양열 집열부
131 : 평판형 집열판 132 : 공급관
133 : 배출관 134 : 집열관
135 : 내관 136 : 집열 공간
137 : 외관 138 : 진공 공간

Claims

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태양열을 이용하여 급수된 물을 가열하여 온수로 생성하는 태양열 온수기에 있어서,
상기 태양열이 집열되는 위치에 배치되어 있으며, 상기 태양열을 집열하여 내부에 순환되는 열매체가 가열되도록 설치되어 있는 태양열 집열부;
상기 태양열 집열부의 상부에 배치되어 있으며, 안쪽을 케이스 공간을 가지는 케이스;
상기 케이스의 상기 케이스 공간 안쪽에 배치되어 있으며, 물이 급수되는 급수관과 온수가 배출되는 출수관이 각각 연결되어 있고, 안쪽으로 물이 가열되는 축열 공간을 가지며, 바깥 면과 상기 축열 공간의 안쪽 면이 전제적으로 알미늄 도금되어 부식이 방지되는 축열 탱크;
상기 축열 탱크의 바깥 둘레에 접촉된 상태로 감싸고 있으며, 상기 태양열 집열부와 연결되어 안쪽으로 상기 열매체가 순환되면서 상기 축열 탱크의 내부에 공급되는 물을 온수로 가열시키는 순환 공간을 가지고, 바깥 면과 상기 순환 공간의 안쪽 면이 전체적으로 알미늄 용융 도금되어 부식이 방지되는 순환 탱크; 및
상기 케이스의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 케이스 공간의 안쪽에 위치하여 내부 열이 외부로 빠져 나가지 못하도록 단열하는 단열재; 를 포함하되,
상기 급수관은 상기 축열 탱크의 일측 하부에 설치되어 있으며, 상기 출수관은 상기 축열 탱크의 타측 상부에 설치되어 있고, 상기 급수관의 상기 축열 공간 방향 끝에 배치되어 있으며, 상기 축열 공간 방향으로 단면적이 확대되어 와류를 방지하는 급수 확산관을 더 구비하며, 상기 급수관으로 공급된 물은 상기 급수 확산관을 통해서 와류가 방지되면서 확산되어 상기 축열 공간에 공급되고, 공급 후에 가열된 상기 온수는 상기 급수관에서 급수되는 압력에 의해 상기 출수관으로 출수되게 하는 것을 특징으로 하는 이중 자켓형 태양열 온수기.
제2항에 있어서,
상기 급수관은 상기 축열 탱크의 일측 하부에 설치되어 있으며, 상기 출수관은 상기 축열 탱크의 일측 상부에 설치되어 있고, 상기 급수관은 상기 축열 공간 방향 끝에 배치되어 있으며, 상기 축열 공간 방향으로 단면적이 확대되어 와류를 방지하는 급수 확산관을 더 구비하되,
상기 급수 확산관은 상기 급수관과 상기 출수관이 동일한 일측 방향으로 상하로 위치하고 있어 출수되는 상기 온수가 상기 급수관으로 급수되는 물에 의해 냉각되는 것이 방지되도록 상기 출수관보다 더 길게 형성되고, 상기 급수관으로 공급된 물은 상기 급수 확산관을 통해서 와류가 방지되면서 확산되어 상기 축열 공간에 공급되고, 공급 후에 가열된 상기 온수는 상기 급수관에서 급수되는 압력에 의해 상기 출수관으로 출수되게 하는 것을 특징으로 하는 이중 자켓형 태양열 온수기.
제2항에 있어서,
상기 축열 탱크의 일측에 배치되어 있으며, 상기 축열 공간에 연결되어 급수의 가열에 의해 상기 온수 생성 시에 발생되는 부피 변화에 따른 과팽창을 방지하도록 연결 설치되어 있는 팽창 탱크를 더 구비하되,
상기 팽창 탱크는 급수의 공급 후에 가열에 의한 열팽창으로 상기 축열 공간 내부에서 과팽창에 의해 과압되는 압력을 축소시켜 기 설정된 압력이 유지되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 이중 자켓형 태양열 온수기.
제2항에 있어서,
상기 순환 탱크의 일측에 연결되어 있으며, 상기 순환 공간의 내부에서 순환되는 상기 열매체가 부족할 경우 상기 열매체를 공급하도록 연결되어 있는 열매체 공급관을 더 구비하되,
상기 열매체 공급관은 상기 태양열 집엽부에서 집열에 의해 가열되는 상기 열매체가 증발에 의해 순환되는 양이 축소되는 것을 방지하도록 외부에서 공급시키는 것을 특징으로 하는 이중 자켓형 태양열 온수기.
제2항에 있어서,
상기 태양열 집엽부는,
상기 케이스의 하부에 배치되어 있으며, 상기 태양열이 집열되도록 평판형태로 설치되어 있는 평판형 집열판;
상기 순환 탱크의 타측면에 연결되어 있으며, 상기 평판형 집열판의 타측을 통과하여 안쪽의 하부 위치에서 일측 방향으로 가로 질러 배치되어 있는 배출관;
상기 순환 탱크의 일측면에 연결되어 있으며, 상기 평판형 집열판의 일측 상부 위치에서 안쪽에 타측 방향으로 가로 질러 배치되어 있는 공급관; 및
상기 평판형 집열판의 안쪽에 배치되어 있으며, 상기 공급관과 상기 배출관을 연결하도록 하부에서 상부 방향으로 가로 질러 복수로 배치되어 있는 집열관; 을 포함하되,
상기 평판형 집열판은 상기 태양열에 의해 집열된 열로 상기 집열판을 가열하여 상기 순환 탱크에 연결되어 하부 방향으로 배치된 상기 배출관으로 배출된 상기 열매체가 가열된 열에 의해 상부에 위치한 상기 공급관 방향으로 이동되면서 가열되고, 가열된 상기 열매체는 상기 공급관을 통해서 상기 순환 탱크로 공급됨에 따라 대류에 의해 상기 열매체가 가열 공급될 수 있고, 상기 공급관과 상기 배출관은 상기 축열 탱크의 바깥 둘레에 접촉 설치되어 있는 상기 순환 탱크의 측면 면적에 따라 타원형 또는 원형 중 어느 하나의 형상으로 선택되어 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 이중 자켓형 태양열 온수기.
제2항에 있어서,
상기 태양열 집열부는,
상기 순환 탱크의 하부 방향으로 배치되어 있으며, 일측에서 타측 방향으로 복수로 배열되어 있고, 안쪽으로 상기 순환 공간과 연통되어 열교환된 상기 열매체가 하부로 이동한 후에 가열된 상기 열매체가 상부 방향으로 배출되는 집열 공간을 가지는 내관; 및
상기 순환 탱크의 하부 방향에 일체가 되도록 고정되어 있으며, 상기 내관과 떨어져 안쪽에 진공을 유지하는 진공 공간을 가지도록 상기 내관의 바깥 둘레를 감싸도록 설치되어 있는 외관; 을 포함하되,
상기 내관과 상기 외관은 태양열이 집열되도록 유리관 재질로 이루어져 있으며, 상기 내관과 상기 외관은 진공 형태의 이중관 구조의 유리관으로 이루어져 있고, 상기 순환 탱크와 일체로 설치되도록 구비되어 있어 상기 순환 탱크와 연통된 상기 집열 공간으로 공급되는 상기 열매체가 중력에 의해 하부로 이동된 후에 태양열에 의해 집열되어 가열되면서 상부 방향으로 이동되어 상기 순환 탱크로 공급됨에 따라 대류에 의해 상기 열매체가 가열 공급되는 것을 특징으로 하는 이중 자켓형 태양열 온수기.