KR200187581Y1 - 태양열을 이용한 집열·축열장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 집열체의 열교환효율 증대와 축열탱크내 열매체 및 온수의 정체현상해소에 따른 축열효과상승, 열교환기와 온수조의 스케일 방지와 열교환효율의 증대 및 축열시간의 연장에 유효한 태양열을 이용한 집열·축열장치를 제공하기 위한 것으로서, 바닥 반사판(3)의 앞쪽에 하위의 유입관(4a)과 상위의 유출관(4b)을 복수의 가열관(4c)으로 연결한 가열부(4)가 설치된 집열체(1)와 열교환기(9)의 겉에 온수조(10)가 설치된 축열탱크(2)로 된 것에 있어서, 상기 가열관(4c)은 외관(6)에 내관(5)을 끼워서 이들 사이에 열매체 통과용 환상 가열공간(7)이 남도록 동심원상에 배치하고, 내관(5)의 상단과 하단은 유입관(4a)과 유출관(4b)을 관통시켜 집열체(1)의 온기가 통과하도록 하며, 상기 열교환기(9)는 구동장치(11)로 회전되는 회전식 열교환기로 하며, 상기 온수조(10)의 주위에 집열체(1)에서 유입되는 온기 계류용 온기실(13)을 형성한 것이다.

Description

태양열을 이용한 집열·축열장치{Focusing and storaging the fever device utilizing the sun fever}

본 고안은 집열체에서 태양열을 이용하여 생산된 열매체와의 열교환작용으로 축열시켜 필요할 때 난방과 온수를 이용하는 용도의 태양열을 이용한 집열·축열장치에 관한 것이며, 특히 열매체의 신속한 가온, 축열탱크내 열매체와 온수의 정체현상배제에 따른 열교환효율의 증대와 열교환기 및 온수조의 스케일 방지, 그리고 축열시간의 연장에 기여할 수 있게 한 태양열을 이용한 집열·축열장치에 관한 것이다.

통상의 태양열을 이용한 축열장치에 있어서 집열체는 태양광과 반사판의 복사열로 가열관이 가열되어 열매체가 가열되고, 집열체에서 가온된 열매체를 받아 저장하면서 열교환으로 축열하는 축열탱크는 오로지 열매체와의 열교환과 축열만 할 뿐이다. 그리고 열교환기는 비회전식이다.

상기 집열체의 가열관은 관경이 크든 작든지 간에 관의 중심을 흐르는 열매체가 적정 수준에 이르려면 상당한 시간이 걸리는 만큼 열교환율이 낮아 이른 시간에 고온의 온수를 생산하기 어렵다.

또, 축열탱크의 열교환기와 온수조는 온수가 정체되는 현상 때문에 가운데 물과 가장자리쪽 물의 수온차가 심하여 열손실이 크고 쉽게 물때가 끼는 데다 녹도 잘 슬어 기계적 수명이 짧은 흠이 있다.

본 고안은 상기한 종래 태양열을 이용한 집열·축열장치의 문제점을 해소하여 집열체의 열교환 효율을 극대화함으로서 이른 시간에 고온의 열매체를 얻을 수 있고, 집열체에서 가온되어 축열탱크로 유입된 열매체와 온수조의 온수가 정체되지 않도록 유동성을 부여하여 부위별 수온차 없이 고수온으로 유지되고 또한 열교환기와 온수조의 스케일발생이 억제되며, 축열시간이 긴 태양열을 이용한 집열·축열장치를 제공하려는 것이다.

본 고안은 집열체의 가열관을 내관과 외관 사이에 형성되는 얇은 두께의 열매체용 환상 가열공간이 형성되도록 이중관으로 구성하여 안팎에서 열매를 가온함으로서 가온시간을 단축하고, 내관은 반사판에서 달궈진 온기통로로 활용하여 상기 가열공간을 통과하는 열매체가 신속하게 가온되게 하며, 축열탱크는 중심에 열교환기가 위치하는 온수조의 주위에 온기실을 형성하여 온수조를 열교환기와 함께 안팎에서 동시에 가온하게 함으로서 온수조 수온의 조기상승과 축열시간의 연장에 이바지하며, 상기 열교환기를 회전식으로 구성하여 열매체와 온수의 정체현상을 배제함으로서 온수조와의 열교환효율의 증진과 스케일방지 및 축열시간의 연장효과가 나타나게 한 태양열을 이용한 집열·축열장치를 제공한다.

도 1은 본 고안에 의한 태양열을 이용한 집열·축열장치의 부분절개 구성도

도 2는 집열체의 종단면도

도 3은 집열체의 부분 확대 횡단면도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 집열체 2 : 축열탱크

4 : 가열부 4c: 가열관

5 : 내관 6 : 외관

7 : 가열공간 9 : 열교환기

10 : 온수조 11 : 구동장치

13 : 온기실

도 1과 도 2에서, 본 고안은 집열체(1)와 축열탱크(2)로 이뤄진다. 집열체(1)는 바닥에 반사판(3)을 깔고 반사판(3)의 앞쪽에는 하위의 유입관(4a)과 상위의 유출관(4b) 사이에 복수의 가열관(4c)을 병렬로 연결한 가열부(4)를 설치하여 유입관(4a)으로 유입되는 열매를 태양광과 반사판(3)의 복사열로 뜨거워지는 가열관(4c)에서 가온하게 된다.

도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하자면, 가열관(4c)은 외관(6)에 내관(5)을 끼운 이중관으로 한다. 내관(5)과 외관(6)은 이들 사이에 열매체용 환상 가열공간(7)이 남도록 동심원으로 배치한다. 그리고 내관(5)의 상단과 하단은 유입관(4a)과 유출관(4b)을 관통시켜 집열체(1)내에서 데워진 온기가 하단으로 들어와서 상단으로 빠져나가게 하고, 외관(6)은 유입관(4a)과 유출관(4b)에 내부적으로 통하도록 연결한다. 외관(6)은 또 외주면에 핀(8)을 형성하여 수열효과를 높인다.

한편, 집열체(1)에서 유입되는 열매체가 담기는 열교환기(9)의 겉에 이것과의 열교환으로써 별도의 경로로 유입되는 물을 가온시키는 온수조(10)가 설치된 축열탱크(2)에 있어서, 상기 열교환기(9)는 구동장치(11)로 회전되는 회전식 열교환기로 개조하여 열매체와 온수조(10)측 저장수에 유동성을 부여할 수 있게 한다. 회전식 열교환기(9)는 축(12a,b)을 관축으로 하여 열매체의 유입과 온도가 낮아진 하층부 열매체의 유출이 가능하도록 한다. 상기 구동장치(11)는 모터(11a)와 구동기어(11b) 그리고 축(12a)에 설치된 종동기어(11c)로 구성된다

이와 함께 온수조(10)의 겉 공간은 온기실(13)로 하여 집열체(1)에서 가온돼 들어 오는 온기를 계류시켜서 온수조(10)의 가열에 이용되도록 한다.

배관에 있어서는 가열부(4)의 유입관(4a)과 열교환기(9)의 유출관겸 하부 축(12b), 가열부(4)의 유출관(4c)과 열교환기(9)의 유입관겸 상부 축(12a), 집열체(1)의 유입구(14)와 온기실(13)의 배기구(15), 집열체(1)의 배기구(16)와 온기실(13)의 유입구(17)는 개별 도관으로 연결한다.

도 1에서, 도면부호 (18)은 온수조(10)의 유출관, (19)는 그 유입관, (20)은 온수조(10)의 보충수 장치를 표시한다.

태양광을 받아 온도가 높아진 집열체(1) 내의 온기는 내관(5)의 하단으로 들어가서 유입관(4a)에서 유출관(4b)을 향하여 가열공간(7)내의 열매체를 데우는 데 쓰인 후 그 상단으로 빠져 나왔다가 집열체(1)의 상층 기류에 섞여 회류하면서 재가열되기도 하고 더러는 상층 기류와 함께 배기구(16)를 거쳐 온기실(13)로 들어가서 온수조(10)의 물을 데우는데 쓰이며, 여기서의 열교환에 따라 온도가 저하되면 집열체(1)로 순환되어 재가열되는 과정을 되풀이한다.

가열공간(7)내의 열매체는 일종의 얇은 열매체막을 형성하여 안에서는 내관(5)의 온기로 가온되고 밖에서는 외관(6)에 의해 동시 가열이 이뤄지므로 단관으로 된 종래의 가열관에 비해 가열속도가 아주 빠르다.

축열탱크(2)에서, 열교환기(9)를 회전장치(11)로 회전시키면 저장된 열매체가 유동하고 온수조(10)의 물도 덩달아 일렁인다. 이같이 저장 열매체가 유동하게 되면 온수조(10)와의 열교환이 더욱 원활하고, 또한 온수조(10)의 물을 출렁이게 만들어 이때 생기는 마찰로써 물때가 벗겨지고 스케일이 끼는 것도 방해한다. 이에 따라 열교환기(9)의 외면과 온수조(10)의 내부청소빈도가 대폭 줄어 그 만큼 관리가 편해진다.

그리고 온기실(13)로 유입된 고온의 온기는 온수조(10)의 외부를 가온하여 안쪽의 열교환기(9)와 함께 온수조(10)내의 수온상승에 기여하므로 축열시간이 연장되는 고무적인 결과도 나타난다.

이상 설명한 바와 같은 본 고안은 집열체의 가열관을 이중관으로 구성하므로서 형성되는 내관과 외관 사이의 얇은 두께의 환상 가열공간으로 열매체를 보내서 안에서는 내관을 통과하는 집열체의 온기가 그리고 밖에서는 태양광과 반사판의 복사열은 받는 외관에 의해 동시에 가열되므로 열매체의 가온시간이 크게 단축되어 온수조에서의 열교환에 의한 온수와 온기를 신속히 얻을 수 있다.

또, 중심에 열교환기가 위치한 온수조의 겉 공간을 온기실로 한 축열탱크는 온수조의 수온상승속도가 빠르고 고수온으로 유지되므로 축열시간이 길어진다. 게다가 축열탱크의 회전식 열교환기는 열매체와 온수조측 물의 정체현상을 막아 부위별 온도편차로 인한 급격한 수온저하와 열교환효율의 저하, 축열시간 단축, 스케일 발생과 같은 부작용을 막는데 기여한다.

Claims (1)

1. 바닥 반사판(3)의 앞쪽에 하위의 유입관(4a)과 상위의 유출관(4b)을 복수의 가열관(4c)으로 연결한 가열부(4)가 설치된 집열체(1)와 열교환기(9)의 겉에 온수조(10)가 설치된 축열탱크(2)로 된 것에 있어서, 상기 가열관(4c)은 외관(6)에 내관(5)을 끼워서 이들 사이에 열매체 통과용 환상 가열공간(7)이 남도록 동심뭔상에 배치하고, 내관(5)의 상단과 하단은 유입관(4a)과 유출관(4b)을 관통시켜 집열체(1)의 온기가 통과하게 하며, 상기 열교환기(9)는 구동장치(11)로 회전되는 회전식 열교환기로 하며, 상기 온수조(10)의 주위에 집열체(1)에서 유입되는 온기 계류용 온기실(13)을 형성한 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 집열·축열장치.