KR200170613Y1 - 히트파이프를 이용한 진공식 평판형 태양열 집열기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 히트파이프를 이용한 진공식 평판형 태양열 집열기에 관한 것으로, 히트파이프가 내장된 진공상태의 집열판을 필요 용량에 맞도록 간단하게 조립한 집열판과, 이를 온수탱크와 연결한 태양열집열기에 관한 것이다.

본 고안의 구성은 평판형 태양열 집열기에 있어서, 물이 충전되고, 히트파이프 콘덴서가 삽입된 온수탱크(1)와, 각각 3개 또는 다수의 히트파이프를 내장한 모듈형 집열판(2)과, 상기 온수탱크와, 다수개의 모듈형 집열판과의 접합부를 연결하는 밀봉부(3)가 결합되어 구성하되, 상기 모듈형 집열판(2)은 내부에 히트파이프(21)와 블랙-크롬 도금되어 태양열을 흡수하여 이 열을 히트파이프로 전달함과 동시에 히트파이프를 지지해주는 동판(26)과 평판형 유리덮개(22) 및 유리패킹재(27)를 설치하여 진공상태로 하였으며 집열판의 외부프레임(25)의 내부를 진공으로 하였다.

집열판 외부프레임(25) 상단 중심부에 구멍이 형성되어 히트파이프가 관통되고 관통된 히트파이프의 콘덴서가 온수탱크와 연결되는 밀봉부(3)가 있으며 이것은 집열판 외부프레임(25)과 온수탱크를 연결하는 인서트(31)와, 인서트(31) 내경 방향으로 삽입되고 일측단이 인서트(31) 상단부에 걸리도록 턱이 형성된 속와셔(32)와, 속와셔(32) 내부에 삽입되고 히트파이프(21)와 접하며 일측단이 인서트(31) 상단부에 걸리도록 턱이 형성된 실리콘재(33)와, 온수탱크쪽에서 히트파이프를 고정하도록 인서트부를 조이는 고정 윗나사(34) 및 인서트를 온수탱크에 고정하는 탱크고정나사(35)와, 온수탱크와 인서트간을 밀봉하는 실링재(36)로 구성되며 집열판 내면에 흡기제를 사용하여 사용과정중 발산한 미소량의 기체를 흡수한다.

Description

히트파이프를 이용한 진공식 평판형 태양열 집열기{Vacuum type and flat plate type solar collector using heat pipe}

본 고안은 히트파이프를 이용한 진공식 평판형 태양열 집열기에 관한 것으로, 특히 모듈화된 히트파이프가 내장된 진공상태의 집열판을 필요 용량에 맞도록 간단하게 조립한 집열판과, 이를 온수탱크와 연결한 태양열 집열기에 관한 것이다.

일반적으로 태양열온수기의 집열방식은 평판형과 진공관식으로 되어 있다.

상기 평판형 집열판은 열매체(부동액)를 사용하는 간접식으로서 열효율이 떨어질 뿐 아니라 환경오염물질인 열매체 누출시에 인체에 나쁜 영향을 줄 수 있으며 이 경우 A/S가 거의 불가능하다. 또 열매체를 사용하기 때문에 온수탱크의 물의 온도를 올리기 위해서 탱크내부에 열교환기를 설치하거나 이중 탱크로 제작을 하여야 하므로 온수탱크 내부의 잦은 고장 및 파손이 발생하여 사용자의 불편이 뒤따른다.

또 진공관식은 이중 유리 방식과 히트파이프 방식의 두가지 형태로 되어 있는데 이중 유리 방식은 급격한 온도변화에 따른 유리파손이 심하기 때문에 진공관 파손시 온수탱크 내부의 물이 파손부분으로부터 외부로 유출이 된다.

또 히트파이프방식은 히트파이프의 콘덴서 부분과 진공관의 접합부분(Neck)에 대한 균열(Crack)현상이 심하다.

상술한 평판형 집열판과 진공관식 등 두가지 방식은 하자발생시에 치명적이므로 보수가 거의 불가능하며 평판형 집열판은 열효율이 낮을뿐 아니라 온수탱크 내부의 잦은 고장 및 파손으로 인하여 사용할 때 가장 큰 문제점이 되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은 집열판의 내부를 진공상태로 하여 열손실을 최대로 줄였으며 열매체가 들어있는 지관(동관) 대신 히트파이프(내부진공, 작동유체 주입)를 사용하여 평판형 집열판의 단점인 열효율 및 온수탱크 내부파손을 보완하고 히트파이프의 장점인 신속한 온도상승 및 높은 열효율을 활용함과 동시에 동파를 방지하고,

외부프레임은 평판형으로 그리고 내부는 진공관식으로 하여 종래 방식의 특성 중 장점만을 조합하여 제작하며, 특히 히트파이프의 콘덴서 부분과 집열판 외부프레임의 접합부분에 발생하는 균열(크랙)을 방지하기 위한 장치를 제공하여 종래의 접합부분 균열로 인한 파손을 방지하며,

또한, 집열판 외부 프레임은 내부에 단열재를 사용하는 대신 진공으로 하여 단열효과를 높일뿐 아니라 집열판을 4개 또는 다수개로 분리하여 모듈화함으로써 하자 발생시 신속히 보수 및 교체가 용이하고 교체시에 비용이 저렴할 뿐만 아니라 무게도 경량화하여 운반, 설치, 보수시에 편리하도록 고안하였으며 소형화시 등산 등 야외에서도 활용이 가능하게 하고 단순한 구조로 인한 재질의 경량화 및 저렴화로 경제적이며 실용적인 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 고안의 목적은 평판형 태양열 집열기에 있어서,

물이 충전되고, 히트파이프의 콘덴서가 삽입된 온수탱크와, 각각 3개 또는 다수의 히트파이프를 내장한 다수개의 모듈형 집열판과, 상기 온수탱크와, 다수개의 모듈형 집열판과의 접합부를 연결하는 밀봉부가 결합되어 구성하되,

상기 모듈형 집열판은 외부를 이루는 내부가 진공상태인 외부프레임과, 이와 접하는 내부 공간부에 히트파이프와, 블랙-크롬 도금되어 태양열을 흡수하여 이 열을 히트파이프로 전달함과 동시에 히트파이프를 상하에서 지지해주는 동판을 설치한 후 평판형 유리덮개를 유리패킹재를 사용하여 외부프레임에 접합한 후 고무패킹을 통해 공기를 빼 공간부(23)가 진공을 유지하도록 설치구성되며;

상기 밀봉부는 온수탱크와, 다수의 모듈형 집열판을 관통한 히트파이프와의 접합부 기밀을 유지하도록 온수탱크 및 집열판 외부프레임에 형성된 구멍에 동시에 끼워지고, 중심부에 구멍이 형성되어 히트파이프가 관통되는 인서트와, 인서트 내경 방향으로 삽입되고 일측단이 인서트 상단부에 걸리도록 턱이 형성된 속와셔와, 속와셔 내부에 삽입되고 히트파이프와 접하며 일측단이 인서트 상단부에 걸리도록 턱이 형성된 실리콘재와, 온수탱크쪽에서 히트파이프를 고정하도록 인서트부를 조이는 고정 윗나사 및 온수탱크를 고정하는 탱크고정나사와, 온수탱크와 인서트간을 밀봉하는 실링재로 구성되는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 진공식 평판형 태양열 집열기를 제공함으로써 달성된다.

도 1 은 본 고안의 전체 사시도,

도 2 는 본 고안의 내부 결합을 보인 전체 사시도,

도 3 은 본 고안 모듈형 집열판의 사시도,

도 4 는 도 3 의 A-A선 단면도,

도 5 는 본 고안의 밀봉부를 보인 단면도이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 온수탱크 (2) : 모듈형 집열판

(3) : 밀봉부 (21) : 히트파이프

(21a) : 콘덴서 (22) : 평판형 유리덮개

(23) ; 공간부 (24) : 내부

(25) : 외부프레임 (26) : 동판

(27) : 유리패킹재 (28) : 체크밸브

(31) : 인서트 (32) : 속와셔

(33) : 실리콘재 (34) : 고정 윗나사

(35) : 탱크고정나사 (36) : 실링재

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 고안의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 고안의 전체 사시도이고, 도 2 는 본 고안의 내부 결합을 보인 전체 사시도로서, 평판형 태양열 집열기에 있어서, 물이 충전되고, 히트파이프가 삽입된 온수탱크(1)와, 각각 3개의 히트파이프를 내장한 다수개의 모듈형 집열판(2)과, 상기 온수탱크와, 다수개의 모듈형 집열판과의 접합부를 연결하는 밀봉부(3)가 결합된 모습을 도시하고 있다.

도 3 은 본 고안 모듈형 집열판의 사시도이고, 도 4 는 도 3 의 A-A선 단면도로서, 모듈형 집열판(2)은 상부면에 히트파이프(21) 및 평판형 유리덮개(22)가 설치되도록 단층진 공간부(23)가 형성되고, 내부(24)가 진공상태인 외부프레임(25)과, 블랙-크롬 도금되어 태양열을 흡수하고 히트파이프를 고정하는 동판(26) 설치 후 공간부(23)를 덮는 유리덮개(22)를 덮은 후 체크밸브(28)을 통해 공기를 빼 공간부(23)가 진공을 유지하도록 구성한다.

상기 유리덮개(22)는 외부프레임의 단층진 면에 칠해진 유리패킹재(27)에 의해 하부면이 결합된다.

상기 히트파이프(21)의 콘덴서(21a)는 외부프레임(25)을 관통하여 온수탱크내에 삽입된다.

상기 히트파이프(21)의 하단부는 외부프레임에 설치된 고정부재(도시 없음)를 이용하여 고정시킨다.

도 5 는 본 고안의 밀봉부를 보인 단면도로서, 밀봉부(3)는 온수탱크(1)와, 다수의 모듈형 집열판(2)을 관통한 히트파이프(21)와의 접합부 기밀을 유지하도록 온수탱크(1) 및 집열판(2) 외부프레임(25)에 형성된 구멍에 동시에 끼워지고, 중심부에 구멍이 형성되어 히트파이프(21)가 관통되는 인서트(31)와, 인서트(31) 내경 방향으로 삽입되고 일측단이 인서트(31) 상단부에 걸리도록 턱이 형성된 속와셔(32)와, 속와셔(32) 내부에 삽입되고 히트파이프(21)와 접하며 일측단이 인서트(31) 상단부에 걸리도록 턱이 형성된 실리콘재(33)와, 온수탱크쪽에서 히트파이프를 고정하도록 인서트부를 조이는 고정윗나사(34) 및 온수탱크를 고정하는 탱크고정나사(35)와, 온수탱크와 인서트간을 밀봉하는 실링재(36)로 구성되어 결합된다.

하단에 보이는 체크밸브(28)은 집열판 내부를 진공시 사용하고 밀봉한다. 따라서 별도의 용접수단과 같은 방법으로 이종재를 접합하지 않아도 된다.

상기와 같은 본 고안의 작용은 다음과 같다.

필요한 용량만큼 개별 모듈형 집열판을 결합한 후 동판이 태양열을 공급받으면 진공식 히트파이프가 가열되어 히트파이프의 콘덴서가 삽입된 온수탱크내의 물이 가열되어 계절 및 일교차에 따른 온도변화에 영향을 적게 받으면서 집열판의 동파 문제없이 안정적으로 온수를 공급하게 된다.

상기와 같은 본 고안의 효과는 다음과 같다.

1. 동파방지형 집열판(Resistance to freeze) : 집열판의 내부가 진공상태로 되어 있기 때문에 동파 염려가 없다.

2. 신속한 온도상승(Fast start-up) : 일반적으로 Sunstrip에 동파이프(열매체사용)를 사용하는 것과는 달리 히트파이프(내부진공, 작동유체)를 사용하므로서 같은 시간내에 보다 신속한 온도 상승효과를 볼 수 있다.

3. 높은 열효율 : 일반 평판형 집열기에 비해 높은 열효율을 나타내므로 산업용으로도 사용할 수 있다.

4. 낮은 열손실(Low heat losses): 집열판 자체가 진공으로 되어 있기 때문에 대류현상으로 인한 열손실이 거의 없다.

5. 높은 압력조건하에서도 사용할 수 있다(Resistance to high pressure): 일반 집열판과는 달리 내부순환 열매체가 없기 때문에 순환 펌프에서 발생하는 높은 압력과는 아무런 상관이 없다.

6. 온도변화에 따른 높은 저항력(Resistance to heat thermal shock): 계절 및 일교차에 따른 변화에도(-40℃ ∼ 150℃) 집열판 성능에 영향을 미치지 않는다. 4계절이 있는 환경에 안성맞춤.

7. 유지 보수가 용이 : 집열판이 4개로 분리되어 있어서 하자 발생시 신속히 보수 및 교체가 용이하고 교체시에도 비용이 저렴하다.

8. 환경 친화적 : 환경 오염 물질인 열매체(에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 메탄올 등)를 사용치 않는다.

9. 무게의 경량 : 무게가 가볍기 때문에 보수 설치가 용이/편리하며, 소형화시 등산 등 야외에서도 활용이 가능하다.

10 : 경제적 : 단순한 구조로 인한 재질의 경량화 및 저렴화로 경제적이며 실용적이다.

11. 집열판 내면에 흡기제를 사용하여 사용과정 중 발산한 미소량의 기체를 흡수한다.

12. 기존에 용접 등으로 발생하는 목부분 크랙(Crack)을 방지할 수 있다는 등의 장점이 있다.

Claims (1)

1. 평판형 태양열 집열기에 있어서,

   물이 충전되고, 히트파이프(21)의 콘덴서(21a)가 삽입된 온수탱크(1)와, 각각 3개 또는 다수의 히트파이프(21)를 내장한 다수개의 모듈형 집열판(2)과, 상기 온수탱크(1)와, 다수개의 모듈형 집열판(2)과의 접합부를 연결하는 밀봉부(3)가 결합되어 구성하되,

   상기 모듈형 집열판(2)은 외부를 이루는 내부(24)가 진공상태인 외부프레임(25)과, 이와 접하는 내부 공간부(23)에 히트파이프(21)와, 블랙-크롬 도금되어 태양열을 흡수하여 이 열을 히트파이프로 전달함과 동시에 히트파이프(21)를 상하에서 지지해주는 동판(26)을 설치한 후 평판형 유리덮개(22)를 유리패킹재(27)를 사용하여 외부프레임(25)에 접합한 후 체크밸브(28)을 통해 공기를 빼 공간부(23)가 진공을 유지하도록 설치구성되며;

   상기 밀봉부(3)는 온수탱크(1)와, 다수의 모듈형 집열판(2)을 관통한 히트파이프(21)와의 접합부 기밀을 유지하도록 온수탱크(1) 및 집열판(2) 외부프레임(25)에 형성된 구멍에 동시에 끼워지고, 중심부에 구멍이 형성되어 히트파이프(21)가 관통되는 인서트(31)와, 인서트(31) 내경 방향으로 삽입되고 일측단이 인서트(31) 상단부에 걸리도록 턱이 형성된 속와셔(32)와, 속와셔(32) 내부에 삽입되고 히트파이프(21)와 접하며 일측단이 인서트(31) 상단부에 걸리도록 턱이 형성된 실리콘재(33)와, 온수탱크쪽에서 히트파이프를 고정하도록 인서트부를 조이는 고정 윗나사(34) 및 온수탱크를 고정하는 탱크고정나사(35)와, 온수탱크와 인서트간을 밀봉하는 실링재(36)로 구성되는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 진공식 평판형 태양열 집열기.