KR200283336Y1 - 태양열 집열판의 진공관 내에 형성되는 집열 파이프 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 태양열 집열판 내에 들어가는 진공관 내부에 형성되는 집열 구조에 관한 것으로, 상기 진공관(10) 내부에 삽입되는 파이프(31)와, 상기 파이프(31)의 내경 한측면에 길게 길이 방향으로 고정 설치되며 파이프(31)의 직경보다 작은 직경으로 이루어지는 소형파이프(32)와, 상기 소형파이프(32)와 대향한 파이프(31)의 상면에 고정되게 길이 방향으로 길게 설치되는 집열판(33)을 포함하게 구성하여, 열매체가 소형파이프(32) 내경과 파이프(31) 내경 사이에서 대류에 의해 순환되게 한 것을 특징으로 하며, 상기한 소형파이프(32)는 파이프(31) 보다 더 길게 열매체탱크(2) 내에 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기한 소형파이프(32), 파이프(31) 및 집열판(33)은 구리 재질인 것을 특징으로 한다

Description

태양열 집열판의 진공관 내에 형성되는 집열 파이프 구조{solar collecting pipe structure formed in a vacuum pipe of solar collector}

본 고안은 태양열 집열판의 집열 구조에 관한 것으로, 특히 집열구조에서 사용되는 진공관의 내부 구조에 관한 것이다

현재까지 발전해 온 태양열 집열기는 평판형 집열기가 가장 널리 사용되어 오고 있다.

종래의 진공관형 집열기에서 사용되는 진공관(10)은, 도 1 에 예시한 바와같이, 내부에 히프 파이프(1)가 내장되어 태양광을 진공관(10)에 받으면 이 열이 그 진공관(10) 내의 히프파이프(1)를 가열하고 가열된 히트파이프(1)는 열매체탱크(2)안으로 돌출된 단부(3)에 열전달되어서 열매체탱크(2) 내의 오일 성분의 열매체(4)를 가열한다. 이러한 열매체탱크(2)는 여러개 연결되고 또 이들 열매체탱크(2)의 양단엔 열교환기(20)가 연결되어 열교환이 이루어지게 되어 있다

상기한 구조와 같은 예에서 진공관(10)은 그 길이 방향으로 여러개 나란히 열매체탱크(2)와 연결되어 탱크 내의 열매체(4)를 가열하게 된다.

그러나 이러한 구조로는 히트 파이프(1)의 단부(3)에 의한 가열로만 이루어 지므로 열교환이 충분하지 못한 단점이 있다. 따라서 이를 보완하기 위하여는 반드시 핀(5) 과 같은 열교환구조가 설치하여야 하므로 그 구조가 복잡하여지고 고장이 생기며 제조비가 고가로 되는 단점이 있다

따라서 이를 개선하기 위하여 히트파이프(1)의 단부(3)를 직선형이 아닌 "U" 자형으로 만들되 이 "U"자 형태를 도 2 에서 보듯이, 한쪽은 길게 다른 한쪽은 짧게 만들어서 두 길이 차이로 인한 "a" 위치 및 "b" 위치 상의 가열 온도 차이에 의하여 열매체(4)의 대류가 원활히 이루어지게 시도한 것이 있으나 이것은 극히 짧은 거리상의 차이에서 발생될 수 있는 온도차가 미미하여 온도 차이에 의한 자연대류에 의한 열교환을 충분히 기대하지 못한다는 단점이 있다

또한 상기한 진공파이프(1)에 내장되는 히트 파이프는 대부분 수입에 의존하며 매우 고가이어서 제조비가 매우 비싼 단점이 있다

본 고안은 상기한 점을 감안하여 고안한 것으로, 고가의 히트 파이프를 사용하지 않고도 충분한 열교환이 더욱 효율적으로 이루어지게 할 수 있는 새로운 열교환 구조를 제공함에 본 고안의 목적이 있다.

도 1 은 종래의 태양열 집열 시스템을 설명하기 위한 설명도

도 2 는 종래의 진공관(10) 내에 형성되는 집열 구조에 대한 설명도

도 3 은 본 고안에 따른 집열 구조를 설명하기 위한 일부 사시도

도 4 는 도 3 을 단면으로 본 도면

도 5 는 본 고안에 따른 집열 파이프 구조를 설치한 상태와 그 작동 관계를 설명하기 위한 도면

도 6 은 도 5 에 대한 본 고안의 다른 구성예

상기한 본 고안의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 주요 구성은, 진공관(10) 내부에 삽입되는 파이프(31)와, 상기 파이프(31)의 내경 한측면에 길게 길이 방향으로 고정 설치되며 파이프(31)의 직경보다 작은 직경으로 이루어지는 소형파이프(32)와, 상기 소형파이프(32)와 대향한 파이프(31)의 상면에 고정되게 길이 방향으로 길게 설치되는 집열판(33)을 포함하게 구성하여, 열매체가 소형파이프(32) 내경과 파이프(31) 내경 사이에서 대류에 의해 순환되게 한 것을 특징으로 하며, 상기한 소형파이프(32)는 파이프(31) 보다 더 길게 또는 더 짧게 열매체탱크(2) 내에 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기한 소형파이프(32), 파이프(31) 및 집열판(33)은 구리 재질인 것을 특징으로 한다

상기한 특징 외의 다른 특징 및 구조와 동작에 대하여 이하, 첨부도면과 함께 상술한다.

도 3 은 본 고안에 따른 열교환 구조를 설명하기 위한 일부 사시도로, 도 1 의 단부(3)에 해당하는 부위에 대한 일부 사시 구성도이다

도시한 바와 같이, 본 고안에서는 히트파이프(1)를 사용하지 않는다. 대신 구리 재질로 이루어지는 파이프(31) 내경에 또 다른 구리 재질의 소형파이프(32)를 설치하였다. 그리고 파이프(31)의 상부면으로는 즉, 소형파이프(32)의 설치 위치와 반대되는 위치에 집열판(33)을 설치하였다

집열판(33)은 동일 구리 재질의 판상으로 이루어지고 파이프(31)의 전 길이에 걸쳐 전개되듯이 용접 등으로 고정시킨다

도 4 는 이에 대한 단면 구성도이다

소형파이프(32) 역시 파이프(31)의 내경 내에 용접 등을 일체로 고정한다

집열판(33)은 파이프(31)의 상면을 감싸는 형태로 고정되며 그 고정은 용접부(34)에 선상으로 고정하며 용접부(34)의 양측으로 벌어지는 날개부(35)는 파이프(31)의 외면과 접촉되지 않게 한다. 즉, 집열판(33) 전체가 파이프(31)를 상면에서 둘러싸는 식으로 감싸되 상단만 파이프(31)와 접촉하게 한다

도 5 는 본 고안에 따른 열교환구조를 진공관(10) 안에 내장하여 열매체탱크(2)에 설치한 것을 예들들어 보여 주는 도면이다. 본 도면 역시 앞선 설명과 마찬가지로, 진공관(10) 및 그와 결합되는 부품들에 대하여는 단지 하나만 예들들어 설명한다.

도시한 바와 같이, 소형파이프(32)는 열매체탱크(2) 안으로 깊숙이 삽입되며 파이프(31)는 그 보다 짧게 삽입되게 설치한다. 소형파이프(32)가 일체로 결합된 파이프(31)는 진공관(10) 내에 삽입된다.

진공관은 이중 유리로 이루어져 그 안에 진공부(11)를 형성하고 있다. 진공부(11) 내에는 흡열을 돕는 검정색상의 흡열막(12)이 내장되어 있다. 이러한 진공관(10)은 공지의 것으로 이미 판매되고 있는 제품이어서 더 이상의 상세한 설명은 하지 않는다.

본 고안에서는 이러한 공지의 진공관(10)은 그대로 이용하되 그 안에 내장되는 종래 히트 파이프 대신, 도 3 및 도 4 와 같은 구조의 집열 파이프 구조를 진공관(10) 안에 내장 설치하는 것이다.

한편 파이프(31)의 하단엔 마개(36)를 설치한다

진공관(10) 내부의 통공(13)에 상기 구조의 파이프(31)를 내장한 후, 캡(41)과 함께 진공관(10)과 결합한 후, 이 조립체를 열매체탱크(2)의 연결 니플(42)과 연결하여 수밀 고정한다.

상기 구성에 의한 동작을 이하, 설명한다.

태양이 떠 올라 햇볕이 진공관(10)을 비추면 진공관(10) 내의 파이프(31)를 가열하게 된다. 이때 파이프(31)의 상면엔 집열판(33)이 형성되어 있어 도 4 에서 보듯이 판상으로 이루어진 집열판(33)이 가장 먼저 신속하게 가열된다. 그러면 비록 파이프(31) 자체도 태양열에 의하여 가열되지만 특히 집열판(33)과 접촉하고 있는 파이프(31)의 용접부(34)가 파이프(31)의 다른 부위 보다 더 집중적으로 가열된다. 즉, 도 4 에서 파이프(31)의 "c" 단면적 부위가 집중적으로 가열된다

그러면 "c" 부위와 그 아래의 소형파이프(32) 부근 위치와는 온도차가 생긴다. 그러면 도 5 에서 먼저 데워진 "c" 부위의 열매체가 열매체탱크(2) 안으로 들어오고 아래로는 상대적으로 차거운 열매체가 소형파이프(32)로 들어간다. 이것은 더운 유체는 상방으로 가고 찬 유체는 아래로 내려오는 자연 대류 현상이다.

따라서 이런 자연 대류 현상에 의해 순환이 자연스럽게 그리고 활기차게 이루어질 수 있다.

상기 도 5 의 구조는, 복합구조의 열교환기에 적합하다.

즉, 별도의 대형 열매체 탱크가 있고 그리고 이 대형 열매체탱크에 약 10~20리터 용량의 소형의 열매체탱크가 여러개 직렬로 연결되는 구조에서 이 소형의 열매체탱크에 도 5 와 같은 구조의 진공관(10)을 연결하기에 적합하다.

만약, 열매체탱크가 160~250 리터 정도의 대용량인 열매탱크 일체형의 열교환기일 경우엔, 그 연결된 열매체탱크의 크기가 크므로 탱크의 상층과 하층의 온도차가 크게 발생하므로 이 경우엔 도 5 의 큰 직경의 파이프(31)를 소형파이프(32)의 높이 보더 더 높게 형성시킨다

즉, 도 6 에서 보듯이, 열매체탱크(2) 안으로 돌출되는 파이프(31)의 길이를 소형파이프(32)의 길이 만큼 연장시키고 소형파이프(32)는 파이프(31)의 돌출 길이 정도로 낮게 형성시킨다. 그리고 소형파이프(32) 끝은 절곡시켜 둔다

상기 도 6 의 구성에 의하면, 더운 열매체가 상층을 바로 올라가게 구성되었고 찬 열매체는 하층으로 유입되게 되어 있어 그 대류에 의한 순환이 더욱 자연스럽게 이루어 지게 하였다

특히 대형 열매체 탱크 경우엔 상하층의 온도차가 당연히 생기므로 도 6 의 구조가 도 5 의 경우 보다 더욱 유리하게 대류 작용으로 순환 시킬 수 있다

이상과 같은, 본 고안에 의하면 축열과정이 신속하게 그리고 효율적으로 이루어 질 수 있는 효과가 있다

또한 본 고안에 의하여 고가의 히트 파이프를 사용하지 않아도 되므로 태양열 주택을 지을 경우 발생되는 비용을 크게 혁신적으로 절감할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 태양열 집열판 내에 들어가는 진공관 내부에 형성되는 집열 구조에 있어서,

   상기 진공관(10) 내부에 삽입되는 파이프(31)와,

   상기 파이프(31)의 내경 한측면에 길게 길이 방향으로 고정 설치되며 파이프(31)의 직경보다 작은 직경으로 이루어지는 소형파이프(32)와,

   상기 소형파이프(32)와 대향한 파이프(31)의 상면에 고정되게 길이 방향으로 길게 설치되는 집열판(33)을 포함하게 구성하여, 열매체가 소형파이프(32) 내경과 파이프(31) 내경 사이에서 대류에 의해 순환되게 한 것을 특징으로 하는 태양열 집열판의 진공관 내에 형성되는 집열 파이프구조
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 소형파이프(32)는 파이프(31) 보다 더 길게 열매체탱크(2) 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열판의 진공관 내에 형성되는 집열 파이프구조
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 소형파이프(32), 파이프(31) 및 집열판(33)은 구리 재질인 것을 특징으로 하는 태양열 집열판의 진공관 내에 형성되는 집열 파이프구조
4. 제 1 항에 있어서,

   상기한 파이프(31)는 소형파이프(32) 보다 더 길게 열매체탱크(2) 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열판의 진공관 내에 형성되는 집열 파이프구조