KR19980033473A - 진공관식 태양열 집열기 - Google Patents

Abstract

직사 또는 산란되어 입사되는 태양광에 노출된 진공관튜브(1)에 진공관튜브장착대(2)의 급수배관(31)을 통하여 상온의 작동유체를 노즐(5)에 의해 진공관튜브(1)에 병렬로 동시에 공급하여 진공관튜브(1)내에서 열에너지로 전환된 고온의 작동유체를 배수튜브(11)을 통하여 배수배관(30)으로 병렬로 동시에 배수함으로써 고온의 열에너지를 여러 용도로 이용할 수 있다.

Description

진공관식 태양열 집열기

본 발명은 태양열 집열기에 관한 것이고, 특히 진공관튜브을 이용하여 작동유체를 중고온 영역에서 다용도로 사용할 수 있는 태양열 집열기에 관한 것이다.

본 발명의 태양열 집열기는 태양의 직사광 또는 산란광을 일정한 집열기 표면에서 열에너지로 전환시키는 장치로서 전체 태양열을 이용한 시스템을 구성하는데 있어서 가장 핵심적인 부분이라고 할 수 있다. 도 1을 참조하면 선행기술에 따른 태양열 집열기 구조를 나타내는 입체도로서 열매체가 탱크(4)로부터 급수배관(2)을 따라 집열판하단의 급수구를 통하여 집열판내부의 동관(6)으로 급수된다. 이때 태양의 직사광 또는 산란광이 저철분 강화유리덮개(5)를 통과하여 블랙크롬 도금판(7)에 닿으면서 열에너지로 전환되어 집열판 왼쪽상부의 출수배관(3)를 통하여 탱크(4)로 유입된다. 이 열매체는 자연대류현상을 이용한 유동으로 탱크(4)내부의 열교환기(12)의 입출구에 열결되어 하나의 밀폐형 회로를 형성하여 탱크급수구(l1)을 통하여 급수되는 상온의 물과 열교환하여 탱크 배수구(10)을 통하여 물을 사용한다. 그러나, 상기한 바와 같이 구조되는 선행기술에 따른 태양열 집열기는 구조가 간단한 장점은 있으나 집열판 동관(6)내부의 열에너지가 강화유리덮개(5) 외부의 대기조건과 전도 및 대류열전달손실을 발생시키며, 강화유리덮개(5) 내부면에 습기가 발생하였을 때 집열효율이 현저히 저하되는 특징을 갖을 뿐만아니라 동파의 위험이 상존한다. 또한 태양광이 강화유리덮개(5)에 대하여 수직으로 입사될 때가 아닌, 예를 들어, 아침에 해뜨는 시점과 해지는 시점과 같이 작은 입사각으로 태양광이 입사될 때 평판형라는 구조적인 한계로 인하여 유효집열 면적이 작아지는 한계를 갖는다. 이와같은 문제점으로 상기와 같이 구조되는 선행기술에 따른 태양열 집열기는 확장성을 가질 수 없으며 저온밖에 생산할 수 없어서 일반가정의 온수기 기능에 한정된다.

[발명의 상세한 내용]

본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술에 따른 태양열 집열기에 내재되었던 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 확장성 및 유효집열면적을 극대화한 중고온의 고효율의 진공관식 태양열 집열기를 제공함에 있다.

상기의 식별자가 없습니다.

도 1은 선행기술에 따른 평판형 태양열집열기의 구조 및 원리를 나타내는 입체도.

도 2는 본 발명에 따른 진공관식 태양열집열기의 전체 소요부품을 확인할 수 있는 입체도.

도 3은 본 발명에 따른 진공관튜브 내부구조 및 로 작동유체의 유로형성을 세부적으로 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 진공관튜브와 선행기술에 의한 평판형 집열판의 집 열원리를 비교하여 알수 있는 입체도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 진공관튜브 2 : 진공관튜브장착대

3 : 온도센서 4 : 노즐지지고무

5 : 노즐 6 : 진공관튜브끝단씰

7 : 진공관튜브 O링 8 : 진공관튜브가스킷

9 : 배수튜브와셔 10 : 배수튜브부싱

11 : 배수튜브 12 : 배수튜브지지스프링

13 : 커플러 14 : 진공관튜브장착대 연결커버

15 : 온도센서 지지스프링 16 : 배수/공수배관 끝단캡

17 : 진공관튜브장착대 끝단커버 18 : 스크류나사

19 : 볼트 및 너트 20 : 반사경

21 : 반사경세로지지대 22 : 반사경끝단고정대

23 : 너트 24 : 집열기체결봉

25 : 반사경가로지지대 26 : 진공관튜브 상단체결대

27 : 진공관튜브 상단지지고무링 28 : 집열기체결봉와셔

29 : 볼트 30 : 배수배관

31 : 급수배관 32 : 집열기체결봉부싱

33 : ㄷ형너트 34 : 배수리듀서

35 : 급수튜브 36 : 진공관튜브장착대커버

37 : 온도센서 피팅 38 : 급배수컵

본 발명의 일면에 따라, 진공관식 태양열 집열기가 제공되고 ; 상기 진공관식 태양열집열기는, 진공관튜브 ; 상기 진공관튜브로 급수하기 위한 급수배관과 급수튜브, 노즐지지고무 및 노즐 ; 및 진공관튜브로부터 배수하기 위한 배수튜브와 배수배관 ; 및 진공관튜브를 장착할 수 있도록 하는 진공관튜브 장착대 ; 및 태양이 동쪽에서 서쪽으로 움직이는 어떠한 위치에서도 진공관튜브로 직사광 또는 산란광을 반사시켜 집열면적을 극대화 시켜주는 기능을 하는 반사경조립체 ; 및 집열기 전체를 구조적인 체결하기 위해 진공관튜브상단체결대와 진공관튜브상단지지고무링 및 집열기 체결봉을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 태양열 집열기는, 상기 진공관튜브 장착대 좌우끝단의 배수/출수배관 사이를 연결시키는 커플러와 끝단 진공관튜브 장착대의 배수/출수배관을 밀폐시키는 배수/급수배관끝단캡 ; 및 진공관튜브 장착대사이를 연결시키는 진공관튜브장착대 연결커버와 진공관튜브장착대 끝단커버를 추가로 구비한다. 본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 태양열 집열기는, 진공관튜브와 진공관튜브장착대사이에서 작동유체의 누수를 방지하기 위하여 진공관튜브 0 링 ; 및 진공관튜브끝단씰 ; 및 진공관튜브가스킷을 추가로 구비한다. 본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 태양열집열기는, 배수튜브와 배수배관으로부터 진공관튜브 장착대 내부로 누수를 방지하기 위하여 배수튜브와셔 ; 및 배수튜브부싱을 추가로 구비한다.

본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 태양열집열기는, 노즐을 통하여 급수된 작동유채를 진공관튜브에서 충분히 열에너지로 전환하여 진공관튜브 상단의 배수배관 구멍으로 유동시키기 위한 배수튜브 ; 및 진공관튜브내부에 배수튜브를 고정시키기 위한 배수튜브스프링 ; 및 진공관튜브 내부의 작동유체온도를 측정하여 제어기를 작동시키기 위한 온도센서 ; 및 온도센서를 진공관튜브 내부에 고정시키기 위하여 온도센서 지지스프링을 추가로 구비한다. 본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 태양열집열기는, 반사경의 구조적 안정성을 위하여 반사경가로지지대 ; 및 반사경끝단고정대 ; 및 반사경의 구조적 안정성 뿐만아니라 집열기를 위도에 따라 경사각을 용이하게 변경시킬 수 있는 반사경세로지지대 ; 및 ㄷ형너트를 추가로 구비한다.

본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 태양열집열기는 집열기상단의 진공관튜브상단체결대와 집열기하단의 진공관튜브장착대를 최종조립 연결하여 구조적 안정성을 부여하기 위하여 집열기체결봉을 추가로 구비한다.

본 발명의 상기 특성들에 따라, 선행기술에 따른 태양열집열기로 부터의 열손실 및 습기발생 및 동파위험을 해결하고, 낮은 집열효율, 유효집열면적의 감소를 해결할 뿐만아니라 필요로하는 열에너지량에 따라 집열기를 추가시킬 수 있는 확장성을 갖게 설계함으로서 중고온의 열에너지를 산업용으로까지 다용도로 이용할 수 있게 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술하며, 도면 전체를 통하여 동일한 부분은 생략하여 도면화하기로 한다.

도 2을 참조하면, 본 발명에 따른 진공관식 태양열집열기의 전체 소요부품의 조립방법을 알수있는 조립도를 도시한다. 또한 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 진공관식 태양열집열기의 진공관튜브 내부로 작동유체의 유로형성 및 작동원리를 세부적으로 나타내는 단면도를 도시한다.

또한 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 진공관튜브에 의한 진공관식 태양열집열기와 선행기술에 의한 평판형집열기의 집열원리를 비교할 수 있는 입체도를 도시한다.

본 발명에 따른 진공관식 태양열집열기는, 직경이 다른 2개의 유리관사이를 진공압력lO^-4torr 이상으로 진공상태로 유지시키기 위해 2개의 유리관을 상하단에서 진공융착시킨 8개의 진공관튜브(1)를 포함하며, 내부유리관의 외부표면에 흡수율은 높고 방사율은 적은 선택적흡수막코팅이 처리되어 있다. 그러므로 진공상태에서 선택적흡수막면을 통하여 외부유리관을 통과한 태양광을 흡수하여, 급수배관(31)상에 놓여있는 여러개의 급수튜브(4)와 이 급수튜브(4)에 체결되어 있는 각각의 노즐(5)을 통하여 여러개의 진공관튜브(1)로 작동유체가 병렬로 동시에 분사되어 급수되는 작동유체를 열에너지로 전환시킨다. 이때 진공관튜브(1)와 진공관튜브장착대(2)사이에서 열에너지로 전환되는 작동유체의 누수를 방지하기 위하여 진공관튜브끝단씰(6)과 진공관튜브 0링(7) 및 진공관튜브가스킷(8)이 제공된다. 여러개의 진공관튜브(1)를 튜브상단에서 잡아주기 위하여 진공관튜브상단체결대(26)상에 진공관튜브상단지지고무링(27)이 제공되며 또한, 진공관튜브(1)를 진공관튜브(1)하단의 진공관튜브장착대(2)와 진공관튜브(1) 상단의 진공관튜브상단체결대(26)에 의해 서로 조립하여 전체 태양열집열기로서의 구조물을 형성하기 위하여 진공관튜브(1) 하단의 진공관튜브장착대(2)로부터 진공관튜브(1) 상단까지 길이를 갖는 3개의 집열기체결봉(24)이 제공되며, 이는 진공관튜브상단체결대(26)의 3개 구멍을 통과시켜 집열기체결봉와셔(28)와 너트(23)로 체결된다.

상기한 바와같이 여러개의 노즐(5)을 통하여 진공관튜브로 급수된 작동유체는 태양광에너지가 열에너지로 지속적으로 전환되면서 서서히 유면의 높이가 증가된다. 일정한 높이를 갖는 유면의 고온작동유체는 여러개의 진공관튜브(1) 내부에 제공되는 각각의 배수튜브(11)를 통하여 진공관튜브(1)하단에 체결되어 있는 진공관튜브장착대(2)내부의 배수배관(30)으로 동시에 배수된다. 이때 배수되는 고온의 작동유체가 노즐(5)을 통하여 급수되는 작동유체와 혼합되는 현상을 방지하기 위하여 배수튜브와셔(9)와 배수튜브부싱(10)이 제공되며, 배수튜브(11) 상단쪽을 통하여 배수되는 고온작동유체의 온도를 측정하여 제어기를 작동시키기 위하여 온도센서(3)가 여러개의 진공관튜브(1)중 오른쪽 끝에 설치된 진공관튜브(1) 내부에 배수튜브의 방향과 같이 추가로 설치되어 제공된다.

본 발명에 따른 진공관식 태양열집열기는, 진공관튜브(1)로 상온의 작동유체를 급수하고, 진공관튜브(1)로부터 고온의 작동유체를 배수시키는 기능 뿐만아니라 대기조건에 노출됨에 따라 동절기에 급수배관(30) 및 배수배관(31) 등의 동파방지 및 열손실을 감소시키기 위해 진공관튜브장착대커버 내부에 우레탄폼에 의해 단열처리된 진공관튜브장착대(2)를 추가로 포함한다. 사용자가 필요로 하는 열에너지량이 증가됨에 따라 집열면적을 증가시켜야 하는데, 이를 위하여 많은 진공관튜브(1)를 필요로 하며, 이 증가된 진공관튜브(1)를 장착하여 급수 및 배수를 가능하게 하기위하여 여러개의 진공관튜브장착대(2)를 직렬 또는 병렬로 연결할 필요성을 갖는다.

본 발명에 의한 진공관식 태양열집열기는, 직럴 또는 병렬로 열결이 가능하게 하기위하여 여러개의 진공관튜브장착대(2) 내부의 배수배관(30)과 급수배관(31) 사이를 시공성이 탁월한 커플러(13)로 간단히 연결하고 여러개의 진공관튜브장착대커버 사이를 상하분리형 진공관튜브장착대연결커버(14)로 연결한 후 스크류나사(18)에 의해 체결되어 여러개의 태양열집열기를 필요에 따라 확장연결할 수 있도록 하였다. 이때 끝단의 진공관튜브장착대(2)의 배수배관(30)과 급수배관(31)은 더 이상의 진공관튜브장착대(2)가 연결되지 않으므로 배수/급수배관끝단캡(16)에 의하여 밀폐되며 상하분리형 진공관튜브 장착대끝단커버(17)에 의해 덮혀진다.

본 발명에 의한 진공관식 태양열집열기는, 반사경(20)을 추가로 포함한다. 이는 태양이 동쪽에서 서쪽으로 움직이는 어떠한 위치에서도 진공관튜브(1)로 직사광 또는 산란광을 반사시켜 유효집열면적을 극대화 시켜주는 기능을 하도록 형상을 갖추고 있으며, 태풍에 의한 하중에도 견딜 수 있도록 구조적 안정성을 부여하기 위하여 반사경(20) 뒷면의 반사경가로지지대(25) 및 반사경끝단세로고정대(22)와 함께 리벳에 의해 체결되어 조립된다.

본 발명에 의한 진공관식 태양열집열기는, 설치장소에 따라 설치각도, 즉 태양광의 입사각을 집열기의 세로길이방향에 대하여 수직으로 하기 위하여 설치장소의 위도와 동일하게 경사각을 이루어야 한다. 이와같이 설치경사각을 용이하게 변경시킬 수 있도록 반사경세로지지대(21) 뒷면의 개구부를 따라 상하로 움직일 수 있는 ㄷ형 너트(33)와 볼트(29)에 의해 별도의 설치구조물에 연결되어 설치시 경사각을 변경시킬 수 있도록 그 기능을 제공한다. 또한 반사경세로지지대(21)는 태양열집열기 전후방향으로 구조적 안정성을 부여할 뿐만아니라 반사경(20)이 진공관튜브와 합당한 높이를 유지하여 최적의 유효집열면적을 이루기 위하여 일정한 높이를 갖는 진공관튜브상단체결대(26)와 체결된다.

본 발명의 상기한 바와 같은 구성에 따라, 반사경에 의해 유효집열면적을 극대화할수 있을 뿐만아니라 열손실이 매우 적은 진공관튜브에 의해 중고온의 열에너지를 다용도로 사용할 수 있으며, 선행기술에 의한 평판형집열기에서와 같은 습기발생 및 동파위험을 방지할 수 있다. 또한 사용자가 필요한 열에너지의 증가에 따라 진공관튜브 및 진공관튜브장착대를 여러개 직렬 또는 병렬로 확장연결시킴으로서 대용량의 태양열시스템을 구성할 수 있도록 한다.

본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니고 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있다.

Claims (13)

1. 진공관식 태양열집열기에 있어,

   진공관튜브 ;

   상기 여러 진공관튜브로 상온의 작동유체를 병렬로 동시에 급수하고 진공관튜브로부터 고온의 작동유체를 병렬로 동시에 배수할 뿐만아니라 여러개의 진공관튜브를 장착시키는 진공관튜브장착대와 진공관튜브 뒷면에 설치되어 태양의 위치변화에도 진공관튜브로 태양광을 반사시켜 유효집열면적을 극대화할 수 있는 반사경조립체를 구비하는 것을 특징으로 하는 진공관식 태양열집열기.
2. 상기 1항에 있어서,

   고온의 작동유체를 진공관튜브장착대 내부의 배수배관으로 배수시키기 위해 진공관튜브 내부에 설치되는 배수튜브 ; 및 배수튜브를 진공관튜브 내부상단에서 지지하기위해 설치되는 배수튜브지지스프링 ; 및 배수배관으로 배수튜브를 연결하기 위한 배수리듀서 ; 및 배수튜브 상단의 유면을 형성하는 고온의 작동유체의 온도를 측정하여 제어기를 작동시키기 위한 아날로그센서 ; 및 아날로그센서를 배수튜브의 축방향에 지지시키기 위해 아날로그센서 상단에 설치되는 아날로그센서 지지스프링을 추가로 구비하는 것을 특징으로하는 진공관식 태양열집열기.
3. 상기 2항에 있어,

   진공관튜브로부터 고온의 작동유체를 진공관튜브장착대 내부의 배수배관으로 배수시배수튜브 하단에 설치되어 누수현상을 방지하기 위해 설치된 배수튜브와셔 ; 및 배수튜브부싱을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 진공관식 태양열집열기.
4. 상기 1항에 있어,

   여러 진공관튜브로 상온의 작동유체를 급수하기 위해 진공관튜브장착대 내부에 설치된 급수배관 ; 및 급수배관으로부터 여러개의 진공관튜브로 병렬로 동시에 작동유체를 급수시키기 위해 설치되는 급수튜브 ; 및 노즐 ; 노즐지지고무를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 진공관식 태양열집열기.
5. 상기 4항에 있어,

   진공관튜브로 상온의 작동유체를 급수할 때 진공관장착대로 누수현상을 방지하기 위한 진공관튜브 0링 ; 및 진공관튜브끝단씰을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 진공관식 태양열집열기.
6. 상기 1항에 있어,

   병렬로 동시에 급배수를 위한 급수튜브 및 배수리듀서와, 아날로그센서를 장착하기 위한 아날로그센서피팅을 용접연결할 뿐만아니라 진공관튜브 0링과 진공관튜브끝단씰을 끼워넣어 진공관튜브를 안착시키기 위해 진공관튜브장착대 내부에 설치된 급배수컵을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 진공관식 태양열집열기.

   ○ 진공관튜브 0링과 진공관튜브끝단씰을 끼워 진공판튜브 안착시킬 수 있도록 급배수컵 상단을 계단식으로 형상가공한 급배수컵

   ○ 배수리듀서, 급수튜브 및 아날로그센서피팅을 급배수컵에 용접연결하기 위한 급배수컵상의 구멍을 급배수컵에 수직으로함으로서 그 구멍가공을 용이하게 할 수 있수 있는 반구형 형상의 급배수컵

   ○ 진공관튜브장착대커버 내부의 배수배관 및 급수배관을 단열처리시 배수 배관 및 급수배관을 진공관튜브장착대커버의 중심에 가깝게 위치시켜 최대의 단열두께가 가능하도록 기능을 하는 반구형상의 급배수컵

   ○ 아날로그센서피팅을 도 2를 기준으로 진공관튜브장착대 좌우방향의 끝 단을 향하게 반구형상의 급배수컵에 용접연결함으로서 진공관튜브장착 대커버 내부를 우레탄폼으로 단열처리하기전에 아날로그센서 장착을 가 능하게 하는 반구형상의 급배수컵
7. 상기 1항에 있어,

   8개의 진공관튜브에 상온의 작동유체를 병렬로 동시에 급수하고 진공관튜브로부터 중고온의 작동유체를 병렬로 동시에 배수할 수 있도록 다기관을 형성하는 진공관튜브장착대를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 진공관식 태양열집열기.
8. 상기 7항에 있어,

   필요한 열에너지량의 증가에 따라 진공관튜브를 추가로 설치하기 위해 여러개의 진공관튜브장착대를 직렬로 연결할 수 있도록 진공관튜브장착대 좌우끝단에 배수배관 및 급수배관을 기계적으로 연결하는 커플러 ; 및 두 진공관튜브장착대 사이에 연결되는 상하분리형의 진공관튜브장착대 연결커버를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 진공관식 태양열집열기.
9. 상기 8항에 있어,

   직렬로 연결된 끝단의 진공관튜브장착대는 밀폐되어야 함으로 이를 위하여 추가로 배수/급수배관끝단캡과 상하분리형의 진공관튜브장착대 끝단커버를 구비하는 것을 특징으로 하는 진공관식 태양열집열기.
10. 상기 8항에 있어,

    진공관튜브가 안착된 진공관튜브장착대를 진공관튜브 상단체결대와 조립체결하여 전체 태양열집열기의 구조적 안정성을 부여하기 위해 집열기체결봉 ; 및 진공관튜브 상단체결대 ; 및 진공관튜브상단지지고무링 ; 및 집열기체결봉와셔 ; 및 너트를 추가로 구비하는것을 특징으로 하는 진공관식 태양열집열기.
11. 상기 1항에 있어,

    태양이 동쪽에서부터 서쪽으로 움직임에 따라 번화되는 유효집열면적을 극대화할 수 있도록 진공관튜브 뒷면에 설치되는 반사경을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 진공관식 태양열집열기.

    ○ 반사율이 0.85정도의 반사판알루미늄, 니켈-크롬도금판, 또는 여러 박 막으로 진공증착반사판 보다도 반사율이 0.95이상으로 높고 내구성이 뛰어난 반사판스테인레스에 의해 성형가공된 반사경

    ○ 태양이 동쪽 또는 서쪽으로부터 15。각도에서도 반사경의 기능을 발화 할 수 있도록 형상을 갖는 반사경
12. 상기 11항에 있어,

    반사경을 리벳에 의해 조립연결할 뿐만아니라 풍속에 의한 하중에 견딜 수 있도록 구조적 안정성을 부여하기 위한 반사경가로지지대 ; 및 반사경 좌우끝단의 반사경끝단고정대를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 진공관식 태양열집열기.
13. 상기 1항에 있어, 반사경, 반사경가로지지대, 반사경끝단고정대로 구성되는 반사경조립체 뒷면에 리벳으로 조립연결되어 본 발명에 의한 진공관식 태양열집열기의 설치각도 설치장소에 따라 자유롭게 변경할 수 있도록 반사경세로지지대 ; 및 ㄷ형너트를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 진공관식 태양열집열기