KR101545270B1 - 태양열온수기의 가열 및 집열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열을 이용한 온수기에 관한 것으로 보다 구체적으로는 반사판을 갖춘 이중진공관형태의 고정 집광형 집열부를 이용하여 온수탱크를 간접가열하여 온수를 얻을 수 있도록 하므로서 하절기에 온수의 끓어넘침 및 동절기의 동파를 방지할 수 있도록 하는 태양열온수기의 가열 및 집열장치에 관한 것으로 집열관(2)은 내관(22)의 중심부에 히트파이프(21)가 위치하게 장치되며 상기 히트파이프(21)의 일측은 집열관(2)의 상부입구의 외측으로 돌출되어 집열히트파이프(3)의 내측으로 관통하여 장치하고 집열히트파이프(3)는 좌,우 양측이 길이방향의 가운데부로 열을 전달하도록 2개를 히트파이프를 이용하여 열전달방향을 대향되게 연결하여 형성하며 집열히트파이프(3)의 연결부인 중앙부에는 열교환히트파이프(4)가 장치되고 열교환히트파이프(4)는 그 단부가 냉수를 저장하는 집열통(5)의 내측으로 투입되게 집열통(5)과 결합한 구성으로 되어 집열관(2)의 내측에 투입되는 집열매체를 히트파이프(21)를 사용하도록 하여 냉각되어 부피가 팽창하는 가열용매(6)를 배재하여 동파를 방지하는 효과가 있고 집열관(2)에 가열용매(6)를 투입하여도 가열용매(6)가 순환되지 않고 집열관(2) 내측에 위치하므로서 그 구성이 간단하고 배관자재등의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양열온수기의 가열 및 집열장치{Collecting device heating and solar water heater}

본 발명은 태양열을 이용한 온수기에 관한 것으로 보다 구체적으로는 반사판을 갖춘 이중진공관형태의 고정 집광형 집열부를 이용하여 온수탱크를 간접가열하여 온수를 얻을 수 있도록 하므로서 하절기에 온수의 끓어넘침 및 동절기의 동파를 방지할 수 있도록 하는 태양열온수기의 가열 및 집열장치에 관한 것이다.

화석연료의 소진과 대기 및 수질과 같은 환경오염의 염려는 다른 대체에너지의 개발을 적극적으로 유도하는 원인이 되었으며 근래들어 태양열을 이용한 기술이나 풍력발전, 수력과 조력발전, 자연을 이용한 미래에너지원 확보의 개발이 활발하게 진행되고 있으며 특히 태양열 에너지를 활용하는 기술은 국가적 차원에서 개발과 연구가 진행되어 실생활에도 적용되고 있다.

태양열은 무한히 공급되는 에너지원으로, 연료비가 전혀 소비되지 않을뿐 만 아니라 환경오염을 발생하지 않으므로 환경친화적 에너지원이며 태양열을 이용하여 냉수를 온수로 전환시킨 다음 이를 축열조 탱크에 저장하여 필요시에 사용하도록 하므로서 물을 데워 쓰는 태양열 온수장치 및 태양열을 발전등을 그 예로 들 수 있다.

본 발명은 태양열을 이용하여 냉수를 온수로 데워서 사용하는 태양열 온수기의 가열 및 집열장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양열 온수장치는 태양열 집열기능을 갖는 집열관의 내측으로 가열용매를 투입하여 가열용매를 가열하고 파이프를 축열조 탱크내에 수중에 위치하게 하고 가열용매를 집열관으로 부터 파이프로 순환시킴으로서 물을 가열하는 열교환방식의 간접가열방식과, 태양열 집열기능을 갖는 집열관으로 냉수를 투입하여 태양열에 의해 가열하고 가열된 온수를 집수통에 저장하여 온수를 사용할 수 있도록 하는 직접가열식 태양열온수장치가 있다.

상기 간접가열식 태양열 온수장치로서 선등록된 특허등록 제1203033호를 예로 들 수 있으며 이는 태양열을 집열하는 집열기와, 상기 집열기와 연결되고, 그 내부로 상기 집열기에 의해 집열된 태양열이 축적되는 가열용매가 순환하는 집열기순환배관과 상기 가열용매와 생활에 사용되는 물 사이의 열교환이 이루어지는 축열조, 상기 축열조와 연통되고 물이공급되는 온수배관, 온수순환배관의 일측에 구비되고 선택적으로 개폐되어 상기 축열조의 물이 상기 온수순환배관 내부로 선택적으로 흐르게 하는 동파방지밸브, 및 상기 온수순환배관의 일정 부분의 온도와 상기 축열조의 물 온도 중 적어도 하나 이상의 온도변화에 따라 상기 동파방지밸브의 작동을 제어하여 상기 온수순환배관의 동파를 방지하는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는 온수순환배관의 일정부분의 온도(T1)가 T1 < Ta(3℃≤Ta≤6℃) 일 경우 상기 동파방지밸브를 개방하고, 상기 온수순환배관의 일정부분의 온도 및 상기 축열조의 물 온도가 조건을 만족할 경우 상기 동파방지밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 것으로 가열용매가 순환하는 집열기순환배관을 축열조의 내측에서 열교환방식으로 장치되는 태양열온수장치를 예로 들 수 있으며 직접가열식 태양열온수장치로서 본 출원인 선등록한 특허등록 제1240074호를 예로 들 수 있다.

상기 본 출원인의 선등록특허 제1240074호는 집열관에 냉수를 공급하고 태양광으로 가열하는 방식으로 데워진 온수를 수집하는 집열통으로 구성되는 집열부와, 집열부의 가열된 온수를 수집하여 저장하며 온수를 공급하는 축열탱크로 구성되며, 집열관을 직사각의 박스체로 형성되는 케이스의 내측에 형성하고 집열관의 상부에 개폐형 스크린을 장치하여 집열관을 가려 하절기에 과열을 방지하고 동절기에 외기에 의한 집열관 내의 물이 얼어 동파되는 것을 방지하도록 하는 태양열 온수장치를 제안한 것이다.

상기의 특허등록 제1203033호와 같은 간접가열방식은 부동액이 혼합된 물 또는 빙점이 낮은 기름 등을 가열용매로 사용하므로서 열교환장치와 같은 부속장치 및 연결배관을 필요로 하므로서 그 장치가 복잡하고 그 사용범위를 매우 좁게 한정시키게 되며 부동액 등은 배관 자재 등을 부식시켜 수명이 짧아지게 되는 문제점이 있었다.

또한 집열관에 냉수를 공급하는 등록특허 제1240074호 직사각의 박스체의 케이스의 내측에 집열관을 장치하므로서 동절기에 집열관이 외기에 노출되지 않도록 하여 동파를 방지하고 개폐식스크린을 장치하므로서 하절기에 스크린으로 태양열을 가려 과열을 방지하는 효과가 있으나 동절기에 외부의 온도가 지나치게 낮게되면 집열관내의 물이 얼어 부피가 증대됨으로서 발생하는 집열관의 동파를 완벽하게 방지하지는 못하는 결점이 있었다.

특허등록 제1203033호 등록특허 제1240074호

본 발명은 상기와 같은 종래의 결점을 개선코자 안출한 것으로 특히 집열관이 외기에 의해 동파 되는것을 방지하는 것에 기술적 주안점을 두고 완성한 것으로서 집열관의 내측에 가열용매를 제거하여 집열관의 동파를 방지할수 있도록 하는 태양열온수기의 간접 가열장치를 제안함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 개폐형스크린(11)을 갖는 보호케이스(1)내에 장치되는 집열관(2)의 내측에 히트파이프(21)를 장치하고 각각의 히트파이프(21)를 집열히트파이프(3)와 결합하며 집열히트파이프(3)는 집열통(5)의 내측으로 투입되어 가열매체인 물과 접촉하는 열교환히트파이프(4)와 연결하므로서 집열관(2)의 내측에 히트파이프(21)를 투입하여 집열하도록 하여 가열용매를 배제하므로서 외기의 냉각에 의한 부피의 변화가 없도록 하여 집열관(2)의 동파를 방지하는 것을 특징으로 한다.

또한 집열관(2)내에 기름과 같은 빙점이 낮은 가열용매(6)를 투입하되, 가열용매(6)가 순환하지 않토록 구성하고 가열용매(6)의 열을 히트파이프(21)를 이용하여 집열통(5)으로 전달할 수 있도록 한 것을 그 특징으로 한다.

상기와 같이되는 본 발명은 집열관(2)의 내측에 투입되는 집열매체를 히트파이프(21)를 사용하도록 하여 냉각되어 부피가 팽창하는 가열용매를 배재하여 동파를 방지하는 효과가 있다.

또한 집열관(2)에 가열용매(6)를 투입한다 하더라도 가열용매(6)가 순환되지 않고 집열관(2) 내측에 위치하므로서 그 구성이 간단하고 배관자재등의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 구성을 나타낸 정면도
도 2는 본 발명의 실시상태를 나타낸 예시도
도 3은 본 발명의 집열관의 구성을 나타낸 단면도
도 4는 본 발명의 주요부를 나타낸 확대단면예시도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 1에 본 발명의 구성이 도시되어 있다.

즉 본 발명은 바닥과 사방이 외주벽으로 형성되어 직사각의 박스체로 형성되는 케이스와, 케이스의 내측에 장치되는 개폐형스크린 및 케이스의 상면은 투명체의 커버가 결합되는 보호케이스(1)의 내측에 집열관(2)이 장치된다.

상기의 집열관(2)은 이중관으로 되며 내관(22)과 외관(23)사이에 진공이 유지된다.

상기 집열관(2)은 내관(22)의 중심부에 히트파이프(21)가 위치하게 장치되며 상기 히트파이프(21)의 일측은 집열관(2)의 상부입구의 외측으로 돌출되어 집열히트파이프(3)의 내측으로 관통하여 장치된다.

상기에 있어서 집열히트파이프(3)는 좌,우 양측이 길이방향의 가운데부로 열을 전달하도록 2개를 히트파이프를 이용하여 열전달방향을 대향되게 연결하여 형성하며 집열히트파이프(3)의 연결부인 중앙부에는 열교환히트파이프(4)가 장치되고 열교환히트파이프(4)는 그 단부가 냉수를 저장하는 집열통(5)의 내측으로 투입되게 집열통(5)과 결합된다.

상기와 같이되는 본 발명은 케이스내에 다수의 집열관(2)이 장치되고 각각의 집열관(2)의 내측에 투입된 히트파이프(21)가 집열히트파이프(3)에 결합되므로서 각각의 히트파이프(21)는 집열관(2)에서 집열된 열을 집열히트파이프(3)로 전달하며 집열히트파이프(3)는 각각의 히트파이프(21)로 부터 집열된 열을 연결부인 중앙부로 모아주게 되고 중앙부에 결합된 열교환히트파이프(4)에 의해 집열통(5)내의 냉수를 가열하게 되는 것이다.

상기와 같이되는 본 발명은 히트파이프(21)가 투입되는 집열관(2)의 내측 즉 집열관(2)의 내관(22)에 가열용매(6)을 투입하여 가열용매(6)을 태양열로 가열하고 가열용매(6)의 열을 히트파이프(21)를 통하여 집열관(2) 외측의 집열히트파이프(3)로 전달 할 수도 있다.

상기에서 가열용매(6)는 집열관(2)에 담겨진 형태로 되며 히트파이프는 가열용매(6)에 잠겨진 형태로 집열관(2)과 결합된다.

1: 보호케이스 2: 집열관
21: 히트파이프 3: 집열히트파이프
4: 열교환히트파이프 5: 집열통

Claims (2)

1. 바닥판과 사방이 외주벽으로 형성되는 케이스의 내측에 개폐형스크린(11)을 장치하고 케이스의 상면은 투명체의 커버가 결합하여 사각의 박스체로 형성되는 보호케이스의 내측에 다수의 집열관을 장치하여서 되는 태양열온수장치에 있어서,
   내관(22)과 외관(23)의 이중관으로 되고 내관(22)의 중심부에 히트파이프(21)가 위치하게 하며 히트파이프(21)의 일측은 집열관(2)의 상부입구 외측으로 돌출되어 집열히트파이프(3)의 내측으로 관통하여 장치되는 집열관(2)과:
   좌,우 양측이 길이방향의 가운데부로 열을 전달하도록 2개를 히트파이프를 열전달방향이 대향되게 연결하여 집열히트파이프(3)와:
   집열히트파이프(3)의 중앙에 장치되어 끝이 집열통(5)의 내측으로 투입되어 집열히트파이프(3)에 집열된 열을 집열통(5)의 내측에서 방출하는 열교환 히트파이프:
   로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양열온수기의 가열 및 집열장치
   
2. 제 1항에 있어서
   집열관(2)의 내측에 가열용매(6)를 충진하여 히트파이프(21)가 가열용매(6)에 잠겨지게 한 것을 특징으로 하는 태양열온수기의 가열 및 집열장치.

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