KR200259093Y1 - 태양열 집열장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 집열기의 구조를 간단히 하면서 열손실이 최소화되도록 하여 집열성능이 우수한 태양열 집열장치를 제공하기 위한 것이다.

이러한 태양열 집열장치는 집열기에 의해 집열된 열을 축열탱크로 저장하고, 축열탱크내에 설치된 열교환기의 열교환 작용에 의해 사용수가 가열되는 태양열 집열장치에 있어서, 상기 집열기는 상부면이 개방된 케이스와, 상기 케이스내에 안치되는 단열재와, 상기 단열재 상에 구비되어 열교환기에 연결되도록 배관되고 태양광이 투과되는 투명 파이프와, 상기 투명 파이프 내에 충진되어 순환되며 태양광 흡수율이 높은 착색액체로 된 열흡수 전달매체와, 상기 케이스의 상부면을 차폐하며 태양광이 투과되는 투명창으로 구성된다.

Description

태양열 집열장치{Solar collector}

본 고안은 난방 및 온수용 태양열 집열장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집열효율이 높으면서 간단한 구조에 의해 열손실을 최소화시킬 수 있도록 한 태양열 집열장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양열을 이용하는 시스템에서 가장 널리 알려진 장치로는 태양으로부터 복사열을 흡수하고 그 열을 이용하여 주택의 난방이나 온수로 활용할 수 있는 태양열 집열장치이다. 이러한 태양열 집열장치는 주간에는 태양열을 집열한 현열(現熱)을 사용하여 난방 및 온수로 이용하고, 야간에는 축열(蓄熱)을 사용하여 난방 및 온수로 사용하도록 되어 있다.

도 1은 일반적인 태양열 집열장치를 나타낸 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 도 1의 'A-A'선을 나타낸 단면도이다.

이에 나타내 보인 바와 같이 태양열 집열장치는 크게 태양열을 집열하는 집열기(100)와, 이 집열기(100)를 통해 집열된 열에너지를 저장하는 축열탱크(200) 그리고 열교환을 수행하는 열교환기(300)로 구성된다.

집열기(100)는 다수개의 집열부(110)로 구성되며, 상기 각 집열부(110)는 통상 케이스(120)와 단열재(130) 그리고 집열판(140) 및 열흡수 전달 파이프(p) 그리고 투명창(160)으로 이루어진다.

여기서, 상기 케이스(120)는 집열부(110)의 전체적인 외체를 형성하는 것으로서, 대략 상부면이 개방되면서 내부에 소정크기의 공간부를 갖는 상자형상으로 마련된다. 이러한 개방된 상부면으로는 투명창(160)이 차폐시키는 구성이며, 그 내부에는 소정두께를 가지면서 열손실을 최소화하기 위한 단열성이 우수한 단열재(130)가 안치된다.

그리고, 상기 단열재(130)의 상부면으로는 열전도율이 높은 구리와 같은 금속재의 집열판(140)이 설치되며, 이 집열판(140)은 실질적으로 태양열을 집열하는부재로서 통상 복사 에너지를 흡수하면서 방사하지 않는 광학성을 갖는 물질이 코팅된다.

한편, 상기 집열판(140)에는 집열된 열을 축열탱크(200)로 전달시키기 위한 열매체(150)가 충진된 열흡수 전달 파이프(p)가 설치되며, 이때의 열흡수 전달 파이프(p)는 집열판(140) 상에서 열전달 저항이 최소화되도록 배치된다.

이와 같은 상기 열흡수 전달 파이프(p)는 각 집열부(110)상에서 서로 연속적으로 연결되도록 구성되며, 일단과 타단이 각각 축열탱크(200)에 연결된다.

상기 축열탱크(200)의 내부에는 열흡수 전달 파이프(p)의 열매체(150)가 순환되는 열교환기(300)가 설치되며, 또한 사용수를 공급 및 출수시킬 수 있도록 하기 위한 입수관(p1) 및 배수관(p2)이 연결되는 구조이다.

이와 같은 구성에 의해 종래의 태양열 집열장치는 상기 집열판(140)으로 집열된 열은 열흡수 전달 파이프(p)를 통해 열매체(150)를 가열시키게 되고, 이 열매체(150)는 축열탱크(200)로 유동되어 열교환기(300)를 순환하게 된다.

이어서, 상기 열교환기(300)의 열교환 작용에 의해 축열탱크(200)내에 저장된 사용수가 일정온도로 열교환되어 가열됨으로써 고온의 난방수 또는 온수를 얻을 수 있게 된다. 이러한 난방수 또는 온수는 배수관(p2)을 따라 출수되고, 다시 입수관(p1)을 통해 저온의 사용수가 축열탱크(200)내로 공급된다.

그러나, 상기의 태양열 집열장치는 비교적 다수의 부품으로 집열기(100)를 구성시키는 것에 의해 열손실이 큰 단점이 있다.

상기 집열기(100)는 다수개의 구성품 즉, 집열판(140)과 열흡수 전달파이프(p) 그리고 열매체(150) 간에 열전달이 이루어지게 되는데, 이와 같이 다수개의 구성품으로 열전달을 이루는 경우 각 구성품간에 열저항으로 인한 열손실이 발생하게 된다.

따라서 상기의 열손실로 인한 태양열 집열장치의 전체적인 열효율이 낮아지는 문제점이 있다.

본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 집열기의 구조를 간단히 하면서 열손실이 최소화되도록 하여 집열성능이 우수한 태양열 집열장치를 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 태양열 집열장치를 나타낸 구성도,

도 2는 종래 기술에 따른 도 1의 'A-A'선을 나타낸 단면도,

도 3 및 도 4는 본 고안에 따른 태양열 집열장치에서 집열기를 나타낸 단면도,

도 5는 본 고안에 따른 태양열 집열장치에서 집열기의 구성을 나타낸 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 집열기 10 : 케이스

20 : 단열재 30 : 열흡수 전달매체

40 : 투명 파이프 50 : 투명창

상기의 목적을 실현하기 위한 본 고안에 따른 태양열 집열장치는 집열기에 의해 집열된 열을 축열탱크로 저장하고, 축열탱크내에 설치된 열교환기의 열교환에 의해 사용수가 가열되는 태양열 집열장치에 있어서,

상기 집열기는 상부면이 개방된 케이스와, 상기 케이스내에 안치되는 단열재와, 상기 단열재 상에 구비되어 열교환기에 연결되도록 배관되는 태양광이 투과되는 투명 파이프와, 상기 투명 파이프 내에 충진되어 순환되며 태양광 흡수율이 높은 착색액체로 된 열흡수 전달매체와, 상기 케이스의 상부면을 차폐하며 태양광이 투과되는 투명창으로 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 고안의 상기 열흡수 전달매체는 흑색으로 착색되면서 부동액이 혼합된 액체인 것에 특징이 있다.

이하 본 고안에 따른 태양열 집열장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3내지 도 4는 본 고안에 따른 태양열 집열장치에서 집열기를 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 고안에 따른 태양열 집열장치의 집열기 일구성을 나타낸 사시도이다. 그리고 이하에서는 도 1을 참조하여 설명하며, 동일 부품에 대해서는 동일한 부호를 부여하였다.

도 1에 나타내 보인 바와 같이 태양열 집열장치는 태양열을 집열하는 집열기(100)와, 집열기(100)의 열을 전달받으면서 사용수가 공급 및 배출되도록 배관된 축열탱크(200)와, 그리고 축열탱크(200)내에 설치되어 열교환에 의해 사용수를 난방수 및 온수로 가열시키는 열교환기(300)로 구성된다.

이와 같이 구성되는 태양열 집열장치에서 본 고안은 간소한 구조에 의해 고효율의 집열성능을 갖는 집열기의 구조를 제안한 것으로서, 본 고안의 집열기는 도면에 나타내 보인 바와 같이 전체적인 외체를 형성하는 케이스(10)를 구비하여 이루어진다.

상기 케이스(10)는 대략 사각형의 상자형으로 상부면이 개방된 형태로 마련되며, 개방된 상부면으로는 투과율이 우수한 투명한 유리 또는 합성수지재로 성형된 투명창(50)이 구비된다. 이러한 케이스(10)의 하부에는 열손실을 억제하기 위한 단열재(20)가 구비된다.

상기 단열재(20)는 후술할 투명 파이프(40) 및 열흡수 전달매체(30)의 열손실을 최소화시키기 위한 단열작용을 수행하는 것이다.

한편, 상기 단열재(20)의 상부면에는 투명한 재질로 성형되면서 내부에는 관로를 형성하는 투명 파이프(40)가 구비되며, 이때의 투명 파이프(40)는 상기 축열탱크(200)내의 열교환기(300)를 순환하도록 배관된다.

이와 같은 투명 파이프(40)는 태양광의 투과율이 우수한 유리관이 사용되거나 또는 유리에 비해 성형성이 양호한 합성수지재의 투명관이 사용될 수 있다. 특히, 상기의 투명 파이프(40)는 내부에 충진되는 열흡수 전달매체(30)의 태양광 흡수율을 높일 수 있도록 도 3 내지 도 4에 나타낸 바와 같이 원형 또는 사각형의 관로를 갖도록 성형될 수 있다.

상기 투명 파이프(40)의 내부에는 충진되는 열흡수 전달매체(30)는 본 고안의 실질적인 특징을 갖는 것으로서, 태양광 흡수율이 높은 흑색으로 착색된 액체가 사용된다. 이러한, 열흡수 전달매체(30)는 부동액과 혼합되어 사용됨으로써 겨울에 동파되는 것이 방지되도록 이루어진다.

이와 같이 구성되는 본 고안에 따른 태양열 집열장치에서 집열기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 집열기(1)는 흑색으로 착색된 액체 상태의 열흡수 전달매체(30)가 투명 파이프(40)를 투과한 태양열을 직접 흡수하게 된다. 이러한 구조에 의해 열흡수 전달매체(30)는 높은 태양광 흡수율이 보장되고 열전달 저항에 따른 손실을 제거할 수 있게 된다.

즉, 상기 열흡수 전달매체(30)가 직접 집열기능을 하므로 종전의 집열판 구조에서의 집열판 온도에 비하여 저온이 되므로 외기와의 온도차이가 적게 되어 열손실이 줄어들게 된다.

이와 같이 태양열을 집열한 열흡수 전달매체(30)는 투명 파이프(40)를 따라 도 1에 나타낸 축열탱크(200)내로 유동되어 열교환기(300)를 순환하게 된다. 이때 상기 축열탱크(200)의 내부에는 난방 및 온수로 활용하기 위한 저온의 사용수가 저장되어 있으며, 이러한 사용수는 열교환기(300)의 열교환 작용에 의해 고온으로 가열되게 된다. 이렇게 가열된 사용수는 난방 및 온수용으로 활용될 수 있게 되는 것이다.

본 고안은 기재된 실시예에 한정하는 것이 아니고, 본 고안의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 고안의 실용신안등록청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 태양열 집열장치는 집열기의 구조가 종전에 비하여 극히 간소해지므로 열손실이 최소화되어 고효율을 도모할 수 있게 되고, 특히 간소한 구조에 의해 정비성이 향상되는 이점이 있다.

또한, 고가의 집열판과 금속재로 된 열흡수 전달 파이프를 필요로 하지 않으므로 경제적인 태양열 집열장치의 제작을 가능케 하는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 집열기에 의해 집열된 열을 축열탱크로 저장하고, 축열탱크내에 설치된 열교환기의 열교환에 의해 사용수가 가열되는 태양열 집열장치에 있어서,

   상기 집열기는 상부면이 개방된 케이스와;

   상기 케이스내에 안치되는 단열재와;

   상기 단열재 상에 구비되어 열교환기에 연결되도록 배관되며 태양광이 투과되는 투명 파이프와;

   상기 투명 파이프 내에 충진되어 순환되며 태양광 흡수율이 높은 착색액체로 된 열흡수 전달매체와;

   상기 케이스의 상부면을 차폐하며 태양광이 투과되는 투명창;

   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열흡수 전달매체는 흑색으로 착색되면서 부동액이 혼합된 액체인 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.