KR102080600B1 - 유체 흐름의 제어가 가능한 매니폴드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집열기에 설치되어 유체의 흐름을 유도하는 매니폴드로서, 양측단이 개구되어 유체의 출입이 가능하고, 히트파이프의 응축부가 삽입되도록 형성된 다수개의 열방출홀이 내부 중심상에서 상호 이격되어 배열되어 있는 매니폴드 본체와 매니폴드 본체의 개구된 양측단중 적어도 일측에 각각 결합되며 측면에는 유체통로가 상부의 일부분에 형성되어 있는 엔드 캡 및 유체통로의 외측으로 돌출 형성된 안착부에 안착되면서 매니폴드 본체의 내부에 설치되어 매니폴드 본체 내에서 유동하는 유체에 유동을 제어하는 유동제어부재를 포함하고, 유동제어부재는, 트위스트된 상태로 제작되어 매니폴드 본체의 내부를 유동하는 유체에 와류를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

Description

유체 흐름의 제어가 가능한 매니폴드{MANIFOLD WITH CONTROL OF FLUID FLOW}

본 발명은 매니폴드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 매니폴드 내를 유동하는 유체의 흐름을 능동적으로 제어하는 유체 흐름의 제어가 가능한 메니폴드에 관한 것이다.

일반적으로 태양열 집열 장치라 함은 태양광 에너지를 이용하여 열 에너지를 얻은 후 상기한 열 에너지로 물을 가열하여 온수를 생성하는 일련의 장치로써, 크게 집열부와, 온수 저장탱크 및 스탠드로 구성된다.

여기서, 상기 집열부는 태양광 에너지를 제공받아 열 에너지로 변환하는 일련의 구성이고, 상기 온수 저장탱크는 상기 집열부에 의해 얻은 열 에너지로 온수를 생성하는 일련의 구성이며, 상기 스탠드는 상기 집열부 및 온수 저장탱크를 지붕 등에 설치하는 일련의 구성이다.

특히, 상기한 집열부의 내부에는 열매체가 유동되는 매니폴드 어셈블리가 구비되며, 상기한 매니폴드 어셈블리는 집열부의 양측에 각각 구비되면서 열매체의 유입 및 유출이 이루어지는 한 쌍의 모관과, 상기 두 모관간을 연결하는 복수의 지관을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 모관과 지관과의 연결은 상기 지관의 끝단이 상기 모관을 관통하여 서로 간의 내부 공간이 연통되도록 설치한 후 상기 모관과 지관을 서로 용접함으로써 결합 고정하고 있다.

그러나, 전술한 모관과 지관 간의 연결 구조는 상기 지관의 관통 깊이에 대한 고려없이 연결이 이루어졌기 때문에 실질적인 지관의 관통 깊이는 모두 다를 수밖에 없었다는 문제점을 가진다.

즉, 상기한 지관의 관통 깊이가 일률적이지 못하여 상대적으로 과도한 관통이 이루어진 부위는 열매체의 유동에 따른 간섭이 크게 작용되어 원활한 열매체의 유동이 이루어지지 못하였고, 상대적으로 짧은 관통이 이루어진 부위는 해당 부위의 파손에 대한 우려가 클 수밖에 없었던 문제점을 가진다.

뿐만 아니라, 전술한 종래의 모관과 지관 간의 연결 구조는 모관에 형성된 관통공의 어느 한 측으로 상기 지관이 쏠린 상태로 연결될 경우 상대적으로 용접 부위가 극히 작은 곳에 대한 파손의 우려가 발생되었던 문제점 역시 있다.

또한, 전술한 모관과 지관 간의 연결 구조에 있어서, 상기 지관의 열매체 유출측은 상기 모관의 중심 부위를 향하도록 설치하여야만 상기 모관 내를 유동하는 열매체가 원활한 유속을 가지면서 유동될 수 있지만, 이의 경우 상기 모관이 상기 열매체의 유동을 가로막는 형태를 이루게 됨으로써, 실질적인 열매체의 유동에 따른 저항으로 작용되었던 문제점을 추가적으로 가진다.

대한민국 등록실용신안번호 제20-0453485호(발명의 명칭 : 태양열 집열장치의 매니폴드 어셈불리)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 매니폴드 내에 유체를 균등하게 흐르게 하거나 와류를 발생시키는 기능이 구비된 유체 흐름의 제어가 가능한 매니폴드를 제공하는 것이다.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 집열기에 설치되어 유체의 흐름을 유도하는 매니폴드로서, 양측단이 개구되어 유체의 출입이 가능하고, 히트파이프의 응축부가 삽입되도록 형성된 다수개의 열방출홀이 내부 중심상에서 상호 이격되어 배열되어 있는 매니폴드 본체와 매니폴드 본체의 개구된 양측단중 적어도 일측에 결합되며 측면에는 유체통로가 상부의 일부분에 형성되어 있는 엔드 캡 및 유체통로의 외측으로 돌출 형성된 안착부에 안착되면서 매니폴드 본체의 내부에 설치되어 매니폴드 본체 내에서 유동하는 유체에 유동을 제어하는 유동제어부재를 포함하고, 유동제어부재는, 트위스트된 상태로 제작되어 매니폴드 본체의 내부를 유동하는 유체에 와류를 발생시킬 수 있다.

또한, 유동제어부재는 1개가 설치되는 경우에는 1.5피치 이하의 트위스트가 형성될수 있다.

또한, 유동제어부재는, 3개가 동일한 방향으로 삼각모양이 형성되도록 결합링으로 결합되어 한 쌍을 이루면서 안착부에 안착되며, 크기의 변화를 통해 트위스터된 피치가 조절될 수 있다.

또한, 유동제어부재가 3개가 설치되는 경우에는 2피치 이하의 트위스트가 형성될 수 있다.

또한, 유동제어부재는, 4개가 동일한 방향으로 사각모양이 형성되도록 결합링으로 결합되어 한 쌍을 이루면서 안착부에 안착되며, 크기의 변화를 통해 트위스터된 피치가 조절될 수 있다.

또한, 유동제어부재가 4개가 설치되는 경우에는 2피치 이상의 트위스트가 형성될 수 있다.

또한, 유동제어부재는, 3개가 동일한 방향으로 연직 모양이 형성되도록 상기 결합링으로 결합되어 한 쌍을 이루면서 매니폴드 본체 내부에서 열방출홀들 사이에 설치될 수 있다.

또한, 유동제어부재가 3개가 설치되는 경우에는 1피치의 트위스트가 형성될 수 있다.

또한, 유체통로는 엔드 캡에서 편심된 상태로 형성될 수 있다.

또한, 유동제어부재의 소재는 강재나 합성수지일 수 있다.

또한, 매니폴드 본체에 형성되는 열방출홀들은 서로 지그재그로 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 매니폴드 내에 트위스트된 형상의 유동제어부재를 설치하여 유체에 와류를 발생시켜서 열전달 효율을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 다양한 종류의 유동제어부재를 복수로 매니폴드 본체의 설정된 부분에 설치하여 유체 유동의 정밀한 제어가 가능하다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 흐름의 제어가 가능한 매니폴드의 전체적인 개념도이다.
도 2a, 2b는 상기 유동제어부재 1개가 설치된 상기 매니폴드의 모습을 나타낸 도면이다.
도 3a, 3b, 3c는 상기 유동제어부재 3개가 설치된 상기 매니폴드의 모습을 나타낸 도면이다.
도 4a, 4b는 상기 유동제어부재 4개가 설치된 상기 매니폴드의 모습을 나타낸 도면이다.
도 5a, 5b는 상기 유동제어부재 3개가 설치된 상기 열방출홀 사이에 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 상기 매니폴드 본체와 엔드 캡을 나타낸 도면이다.
도 7은 상기 매니폴드 본체에 상기 열방출홀이 지그재그로 배치된 모습을 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 흐름의 제어가 가능한 매니폴드의 전체적인 개념도이고, 도 2a, 2b는 상기 유동제어부재 1개가 설치된 상기 매니폴드의 모습을 나타낸 도면이며, 도 3a, 3b, 3c는 상기 유동제어부재 3개가 설치된 상기 매니폴드의 모습을 나타낸 도면이고, 도 4a, 4b는 상기 유동제어부재 4개가 설치된 상기 매니폴드의 모습을 나타낸 도면이며, 도 5a, 5b는 상기 유동제어부재 3개가 설치된 상기 열방출홀 사이에 설치된 모습을 나타낸 도면이고, 도 6은 상기 매니폴드 본체와 엔드 캡을 나타낸 도면이며, 도 7은 상기 매니폴드 본체에 상기 열방출홀이 지그재그로 배치된 모습을 나타낸 도면이다.

도 1내지 도 7에 도시된 바와 같이, 집열기에 설치되어 유체의 흐름을 유도하는 매니폴드로서, 본 발명은 매니폴드 본체(100), 엔드 캡(200) 및 유동제어부재(300)를 포함할 수 있다. 주로, 태양열 집열기에 설치되어 유체의 효율적인 흐름을 유도할 수 있다.

매니폴드 본체(100)는 양측단이 개구되어 유체의 출입이 가능하고, 히트파이프의 응축부가 삽입되도록 형성된 다수개의 열방출홀(30)이 내부 중심상에서 상호 이격되어 배열되어 있는 구조일 수 있다. 구체적으로, 매니폴드 본체(100)는 단부에서 45mm떨어진 부분에 열방출홀(30)이 형성되어 있고, 곡률부분의 내경이 67.4mm이고, 열방출홀(30)의 내경은 24.5mm이며, 외경은 26.5mm이고, 엔드 캡(200)과는 6mm 깊이로 나사결합된다.

엔드 캡(200)은 매니폴드 본체(100)의 개구된 양측단중 적어도 일측(예 : 입구측)에 결합되며 측면에는 유체통로(50)가 상부의 일부분에 형성되어 있는 구조일 수 있다. 또한, 엔드 캡(200)은 매니폴드 본체(100)의 개구된 양측단에 각각 결합될 수도 있다. 구체적으로, 엔드 캡(200)의 곡선부분의 외경은 71mm이고 내경은 67.4mm, 중심에서 곡선부분에 다다르는 세로 길이는 19.75mm, 곡선부분의 전체폭은 59mm이고, 유체통로(50)의 직경은 25mm이며, 안착부(70)의 길이는 31mm 이다. 엔드 캡 측면길이는 43mm이다.

유동제어부재(300)는 유체통로(50)의 외측으로 돌출 형성된 안착부(70)에 안착되면서 매니폴드 본체(100)의 내부에 설치되어 매니폴드 본체(100) 내에서 유동하는 유체에 유동을 제어할 수 있다.

유동제어부재(300)는 트위스트된 상태로 제작되어 매니폴드 본체(100)의 내부를 유동하는 유체에 와류를 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 유동제어부재(300) 1개 설치될 경우에는 전체길이가 68mm이고, 1.5피치 이하의 트위스트가 형성될 수 있다. 피치는 일반적으로 같은 형의 것이 같은 간격으로 늘어서 있을 때 그 간격을 나타낸 치수를 말하는 것으로, 나사의 경우 서로 근접하여 만나는 나사산의 상대에 따른 2점을 축선에 평행하게 잰 거리를 일컫는다.

유동제어부재(300)는 3개가 동일한 방향으로 삼각모양이 형성되도록 결합링으로 결합되어 한 쌍을 이루면서 안착부(70)에 안착되며, 크기의 변화를 통해 트위스터된 피치가 조절될 수 있다. 구체적으로, 유동제어부재(300) 3개 설치될 경우에는 전체길이가 68mm이고, 하나의 직경이 11.6mm이며, 전체의 직경이 23.8mm로 2피치 이하의 트위스트가 형성될 수 있다.

또 다른 실시예로, 유동제어부재(300)는 4개가 동일한 방향으로 사각모양이 형성되도록 결합링으로 결합되어 한 쌍을 이루면서 안착부(70)에 안착되며, 크기의 변화를 통해 트위스터된 피치가 조절될 수 있다. 구체적으로, 유동제어부재(300) 4개 설치될 경우에는 전체길이가 68mm이고, 하나의 직경이 10.36mm로 2피치 이상의 트위스트가 형성될 수 있다.

유동제어부재(300)는 3개가 동일한 방향으로 연직 모양이 형성되도록 결합링으로 결합되어 한 쌍을 이루면서 매니폴드 본체(100) 내부에서 열방출홀(30)들 사이에 설치될 수 있다. 구체적으로, 유동제어부재(300) 3개 매니폴드 본체(100) 내부에 설치될 경우에는 전체길이가 84.71mm이고, 하나의 직경이 21.13mm로 1피치 정도의 트위스트가 형성될 수 있다.

또한, 다수개가 형성된 열방출홀(30)들 사이사이에 복수개의 유동제어부재(300)를 설치하여 보다 효율적인 와류의 발생이 가능하다.

유체통로(50)는 엔드 캡(200)에서 편심된 상태로 형성될 수 있다. 이는 편심 엔드 캡(200)의 유체통로(50)가 상측에 형성되어 있으며, 이로 인하여 유체가 매니폴드 본체(100) 내부의 상측을 중심으로 유동되는 현상을 방지하기 위하여, 하측으로 유입된 유체가 더욱 유동하도록 하여, 매니폴드 본체(100)의 내부에서 균일한 유체유동이 발생하도록 하기 위한 것이다.

유동제어부재(300)의 소재는 강재나 합성수지로 제작될 수 있다. 유동제어부재(300)의 재료로 쓰이는 합성수지의 종류로는 페놀수지, 폴리 우레탄수지, 폴리 아미드수지, 아크릴 수지, 우레아/멜라민 수지, 실리콘 수지 등이 있다.

매니폴드 본체의 길이는 2m 정도이며 18개 정도의 열방출홀이 형성되고, 매니폴드 본체 내부를 흐르는 유체의 유속은 대략 V=5L/min일 수 있다.

매니폴드 본체(100)에 형성되는 열방출홀(30)들은 중심을 기준으로 하여 서로 지그재그 형상으로 배치될 수 있다. 구체적으로, 열방출홀(30)들을 하나씩 엇갈리게 지그재그로 배치하거나 다수개를 묶어서 일직선과 지그재그를 혼용하여 배치하는 것도 가능하다.

본 발명의 매니폴드(10)는 매니폴드(10) 내에 트위스트된 형상의 유동제어부재(300)를 설치하여 유체에 와류를 발생시키거나 유체의 균등한 흐름의 제어가 가능하다.

또한, 다양한 종류의 유동제어부재(300)를 복수로 매니폴드 본체(100)의 설정된 부분에 설치하여 유체 유동의 정밀한 제어가 가능하다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

10 : 매니폴드
20 : 히트파이프
30 : 열방출홀
50 : 유체통로
70 : 안착부
100 : 매니폴드 본체
200 : 엔드 캡
300 :　유동제어부재

Claims (11)

1. 집열기에 설치되어 유체의 흐름을 유도하는 매니폴드로서,
   양측단이 개구되어 상기 유체의 출입이 가능하고, 히트파이프의 응축부가 삽입되도록 형성된 다수개의 열방출홀이 내부 중심상에서 상호 이격되어 배열되어 있는 매니폴드 본체;
   상기 매니폴드 본체의 개구된 양측단중 적어도 일측에 결합되며 측면에는 유체통로가 상부의 일부분에 형성되어 있는 엔드 캡; 및
   상기 유체통로의 외측으로 돌출 형성된 안착부에 안착되면서 상기 매니폴드 본체의 내부에 설치되어 상기 매니폴드 본체 내에서 유동하는 유체에 유동을 제어하는 유동제어부재;를 포함하고,
   상기 유동제어부재는,
   트위스트된 상태로 제작되어 상기 매니폴드 본체의 내부를 유동하는 유체에 와류를 발생시키며,
   3개가 동일한 방향으로 삼각모양이 형성되도록 결합링으로 결합되어 한 쌍을 이루면서 상기 안착부에 안착되되, 전체길이는 68 mm, 하나의 직경이 11.6 mm, 전체의 직경이 23.8 mm로 2피치 이하의 트위스트를 형성하고,
   상기 매니폴드 본체는,
   길이가 2 m로 이루어지며, 상기 열방출홀들은 일직선과 지그재그를 혼용하여 18개 배치되고,
   상기 유동제어부재는,
   상기 일직선의 열방출홀들과 상기 지그재그의 열방출홀들의 사이사이에 복수개로 설치되어, 상기 매니폴드 본체 내의 유체에 와류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 제어가 가능한 매니폴드.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 유체통로는 상기 엔드 캡에서 편심된 상태로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 제어가 가능한 매니폴드.
   
10. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

    청구항 1에 있어서,
    상기 유동제어부재의 소재는 강재나 합성수지인 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 제어가 가능한 매니폴드.
    
11. 삭제

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