KR20030033799A - 히트파이프 태양열 집열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트파이프를 이용한 진공관 태양열 집열장치에 관한 것이다. 본 발명 장치는, 내부에 진공이 형성되고, 일정한 길이의 유리관으로 성형되는 복수개의 집열관(2)과; 상기 집열관에서 전달되는 열에 의하여 가열되는 열매체가 내장되어 있는 축열조(1); 그리고 상기 집열관의 내부에서 길이방향으로 설치되어 태양광에 의하여 가열되고, 상기 축열조의 내부까지 일단부가 연장된 히트파이프(4)를 포함하고; 상기 히트파이프를 통하여 전도되는 열에 의하여 축열조 내부의 물이 가열되도록 구성하고 있다.

Description

히트파이프 태양열 집열장치{Evacuated glass tubes solar collector by using heat pipe}

본 발명은 히트파이프를 이용한 태양열 집열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공 분위기 하에서 태양열을 보다 효율적으로 집열하여 물탱크와의 열교환이 이루어질 수 있도록 구성되는 태양열 집열장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양열을 에너지원으로 이용하는 보일러 등의 집열 장치에 있어서는, 내부에 물이 순환되고 있는 동파이프를 직접 태양열에 노출시키는 것으로 구성하거나, 태양열을 받는 동판의 하부에 가는 관을 형성하고 그 내부에 열매체가 순환하도록 구성하고 있다. 그러나 이와 같이 동판 등을 직접 태양열에 노출시켜서 태양열을 집열하는 것은, 효율적으로 그리 높지 않아서 이러한 장치의 실용화 및 경제성에 일정한 한계가 대두되고 있다.

태양열을 에너지원으로 이용하기 위한 장치에 있어서, 무엇보다 중요한 것은 효율이라고 할 수 있음은 당연하다.

본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로, 보다 효율이 높은 태양열 집열장치를 제공하는 것을 기본적인 목적으로 하고 있다.

도 1은 본 발명에 의한 집열장치의 정면도.

도 2는 본 발명의 집열장치의 측면도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 장치의 예시 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 ..... 축열조2 ..... 집열관

4 ..... 히트파이프6 ..... 프레임

10 ..... 온수저장탱크12a,12b ..... 펌프

14a, 14b ..... 파이프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 태양열 집열장치는, 환상공간에에 진공이 형성되고, 일정한 길이의 유리관으로 성형되는 복수개의 집열관과; 상기 집열관에서 전달되는 열에 의하여 가열되는 열매체가 내장되어 있는 축열조; 그리고 상기 집열관의 내부에서 길이방향으로 설치되어 태양광에 의하여 가열되고, 상기 축열조의 내부까지 일단부가 연장된 히트파이프를 포함하고; 상기 히트파이프를 통하여 전도되는 열에 의하여 축열조 내부의 열매체가 가열도록 구성되고 있다.

그리고 집열관은 병렬로 복수개 설치되는 것이 바람직하다.

그리고 히트파이프는 열전도성이 높은 구리로 만들어지는 실시예를 보이고 있다.

그리고 프레임에 의하여, 상기 집열관은 일정한 경사를 가지고 설치되고, 상기 축열조는 상기 집열관의 상부측에서 연결, 지지되도록 구성하는 것이 바람직하다.

그리고 다른 실시예에 의하면, 상기 축열조와 연결되는 파이프와, 상기 파이프와 연결되는 온수저장탱크를 더 포함하고; 상기 축열조 내부에는 상기 온수저장탱크와 연결되도록 물이 내장되어 있다.

이러한 실시예에 있어서, 상기 축열조와 온수저장탱크 사이에 물을 순환시키기 위한 펌프를 더 포함하여 구성되고 있다.

다음에는 도면에 도시한 실시예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 집열장치는, 유리로 만들어지고 일정한 길이를 가지는 다수개의 집열관(2)과, 상기 집열관(2)의 길이방향을 따라서 그 내부에 설치되어 있는 히트파이프(4), 그리고 상기 히트파이프(4)에서의 열을 전달받는 축열조(1)를 포함하여 구성된다.

상기 유리로 만들어지는 집열관(2)은 환상공간으로 되며 환상공간의 내부는 완전한 진공상태 또는 진공에 극히 가까운 상태를 유지할 수 있도록 만들어지는 것이다. 이와 같이 집열관(2)의 내부를 진공상태로 형성하는 것에 의하여, 복사열의 전도효율을 극대화시킬 수 있게 되고, 따라서 실질적으로 집열효율을 최대화시킬 수 있게 되는 것이다. 주로 전도에 의하여 태양열을 집열하던 종래의 집열장치에 비하여, 상기와 같이 진공관으로 만들어지는 집열관(2)을 이용함으로써, 복사에 의한 열전도가 특히 우수하게 되어, 높은 집열효율을 제공할 수 있게 된다.

도 1의 확대부분에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 집열관(2)은, 이중의 유리관으로 형성하는 것이 보다 바람직하다. 즉, 상기 집열관(2)의 외부관(2a)와, 상기 외부관 내부에 내장되는 내부관(2b)로 구성하고, 상기 외부관과 내부관 사이에서 형성되는 환상공간(3)을 진공부분을 형성하는 것이다. 이와 같은 구성을 통하여 후술하는 히트파이프(4)의 장착 및 구성이 보다 용이하게 구현될 수 있다.

그리고 상기 집열관(2)은, 도시한 바와 같이, 일정한 경사를 가지도록 설치되는 것이 바람직하다. 또한 상기 집열관(2)은, 태양광을 향하여 경사진 상태로, 복수개 병렬로 설치하고 있음을 알 수 있다.

그리고 상기 집열관(2)의 내부에는, 집열관의 길이방향을 따라 히트파이프(4)가 설치되어 있다. 상기 히트파이프(4)는, 예를 들면 구리 등과 같은 열전도성이 우수한 재질의 것으로 만들어짐과 동시에 예를 들면 직경이 8mm 정도의 작은 세관으로 구성되고 있다. 상기 히트파이프(4)은, 집열관(2)의 내부에서 길이방향으로 정중앙에 위치하도록 설치하는 것이 가장 바람직하다.

상기 히트파이프(4)의 상단부는 축열조(1)의 내부와 연결되어 있다. 따라서 상기 축열조(1)의 내부에 들어있는 열매체는 상기 히트파이프(4)에서 전도되는 열에 의하여, 가열될 수 있는 상태로 된다. 따라서 예를 들어 상기 축열조(1)의 내부에 물이 들어있는 경우에는, 상기 히트파이프(4)에서 전도되는 열에 의하여 가열되어, 사용자에게 공급될 수 있게 되는 것이다.

그리고 상기 축열조(1) 및 집열관(2)은, 도 2에 도시한 바와 같은 프레임(6)에 의하여 지지되고 있다. 상기 프레임(6)은, 집열관(2)을 태양광의 입사에 유리한 각도로 지지할 수 있도록 구성되고, 상기 축열조(1)를 집열관(2)의 상부에서 지지할 수 있도록 구성되는 부분이다.

동작과정을 살펴보면, 태양열이 유리로 만들어진 집열관(2)에 조사되면, 상기 집열관(2) 내부의 히트파이프(4)는 복사 및 기타 열전도방법에 의하여 가열된다. 이렇게 가열되는 히트파이프(4)는, 상기 축열조(1)의 내부에 일단부가 노출되어 있어서, 상기 노출된 단부를 통하여 상기 축열조(1) 내부에 있는 물 등과 같은 열매체를 가열할 수 있게 된다. 따라서 상기 축열조(1) 내부의 물 등은 소정의 온도까지 충분히 가열될 수 있게 되고, 온수 등의 용도가 편리하게 사용될 수 있게 된다.

다음에는 도 3에 도시한 본 발명의 다른 실시예를 살펴보기로 한다. 본 실시예는, 상술한 실시예에 대하여 온수저장탱크(10)를 더 포함하고 있으며, 상기 온수저장탱크(10)와 축열조(1) 사이의 물을 순환시킬 수 있도록 구성되는 실시예이다.

도시한 바와 같이, 상기 축열조(1)와 온수저장탱크(10)는, 파이프(14a,14b)에 의하여 연결되어 있다. 본 실시예에 있어서는, 상기 온수저장탱크(10)의 내부에는 상기 축열조(1)의 내부와 같이 물이 저장되어 있다. 또한 상기 파이프(14a,14b)의 중간에는, 상기 축열조(1)와 온수저장탱크(10) 사이에서 물을 순환시키기 위한 펌프(12a,12b)가 설치되어 있다. 그리고 다른 부분의 구성은 상술한 실시예와 동일하다.

본 실시예에서, 상기 집열관(2) 내부의 히트파이프에 의하여 상기 축열조(1)의 내부에 들어있는 물은 태양광에 의하여 고온화된다. 그리고 이렇게 하여 고온화된 물은, 상기 펌프(12a,12b)에 의하여 상기 온수저장탱크(10)와 순환하게 되어, 실질적으로 상기 온수저장탱크(10) 내부의 물은 원하는 온도까지 고온화시킬 수 있게 되는 것이다. 본 실시예에 있어서도, 상기 집열관(2) 및 축열조(1)가 태양광 에너지를 흡수하여, 축열조(1) 내부의 물을 고온화시키는 것은 상술한 실시예와 동일하다. 그리고 이렇게 하여 상기 축열조(1) 내부에서 고온화되는 물은, 펌프(12a,12b)에 의하여 온수저장탱크(10)로 순환하게 된다.

본 실시예에 있어서도, 상기 온수저장탱크(10) 내부에서 고온화된 물은, 사용자가 원하는 장소에서 사용될 수 있을 것임은 당연하다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 의한 태양열 집열장치는, 진공상태를 유지하고 있는 집열관 내부의 히트파이프에 의하여 축열조(1) 내부의 물을 고온화시키는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 기술자에게 있어서 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다. 그리고 본 발명은 첨부한 특허청구의 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면, 상기 집열관의 내부를 진공상태로 유지하고, 이를 통하여 태양열을 흡수하도록 구성함으로써, 종래의 것에 비하여 집열효율을 현저하게 높일 수 있게 된다. 본 발명자의 실험에 의하면, 종래의 것에 비하여 100% 이상 집열효율이 높아지고 있었다.

따라서 본 발명에 의한 집열장치를 사용하는 것에 의하여, 실질적으로 태양열의 이용효율을 현저하게 높일 수 있어서, 경제적 및 실용적으로 충분한 효용가치를 가지는 태양열 집열장치를 실현시킬 수 있게 되는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (7)

1. 환상공간에 진공이 형성되고, 일정한 길이의 유리관으로 성형되는 복수개의 집열관과;

   상기 집열관에서 전달되는 열에 의하여 가열되는 열매체가 내장되어 있는 축열조; 그리고

   상기 집열관의 내부에서 길이방향으로 설치되어 태양광에 의하여 가열되고, 상기 축열조의 내부까지 일단부가 연장된 히트파이프를 포함하고;

   상기 히트파이프를 통하여 전도되는 열에 의하여 축열조 내부의 열매체가 가열되는 태양열 집열장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 집열관은, 외부관(2a)와 외부관의 내부에 설치되고, 그 사이에서 환상의 진공공간을 형성하는 내부관(2b)으로 구성되고, 상기 히트파이프는 내부관의 내측에 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 집열관은 병렬로 복수개 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 히트파이프는 구리로 만들어지는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 프레임에 의하여, 상기 집열관은 일정한 경사를 가지고 설치되고, 상기 축열조는 상기 집열관의 상부측에서 연결, 지지되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 축열조와 연결되는 파이프(12a,12b)와,

   상기 파이프와 연결되는 온수저장탱크(10)를 더 포함하고;

   상기 축열조 내부에는 상기 온수저장탱크와 연결되도록 물이 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 축열조와 온수저장탱크 사이에 물을 순환시키기 위한 펌프를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.