KR20030033800A - 진공 유리관 태양열 집열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공 유리관 태양열 집열장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 태양열 집열장치는, 내부에 진공이 형성되고, 일정한 길이의 유리관으로 성형되는 복수개의 집열관과; 상기 각각의 집열관의 내부에서, 태양광에 의하여 가열될 수 있도록 배치되고, 내부에는 열매체가 흐르는 내부관; 상기 내부관에서 가열된 열매체를 안내하는 공급파이프; 상기 공급파이프에 의하여 안내된 열매체가, 내부의 물과 열교환하기 위한 축열조; 상기 축열조를 나온 열매체를 상기 집열관 내부로 안내하는 귀환파이프; 그리고 상기 파이프의 어느 일측에 설치되어 열매체를 순환시키기 위한 펌프를 포함하고 있다.

Description

진공 유리관 태양열 집열장치{Evacuated glass tubes solar collector}

본 발명은 진공 유리관 태양열 집열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 특히 복사열에 의한 열전도율을 최대한 확보함으로써 태양열에 대한 집열효율이 높아서 실용성 및 경제성이 우수한 태양열 집열장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양열을 에너지원으로 이용하는 보일러 등의 집열 장치에 있어서는, 태양열을 받는 동판의 하부에 가는 관을 형성하고 그 내부에 열매체가 순환하도록 구성하거나, 내부에 물이 순환되고 있는 동파이프를 직접 태양열에 노출시키는 것으로 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, 무었보다 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 사시도.

도 2는 본 발명의 집열장치의 요부 단면도.

도 3은 본 발명의 집열장치의 요부 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2 ..... 집열관2a ..... 열매체관

4a ..... 공급파이프4b ..... 귀환파이프

6 ..... 프레임8 ..... 보조탱크

10 ..... 축열조

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 태양열 집열장치는, 환상공간에 진공이 형성되고, 일정한 길이의 유리관으로 성형되는 복수개의 집열관과; 상기 각각의 집열관의 내부에서, 태양광에 의하여 가열될 수 있도록 배치되고, 내부에는 열매체가 흐르는 내부관; 상기 열매체관에서 가열된 열매체를 안내하는 공급파이프; 상기 공급파이프에 의하여 안내된 열매체가, 내부의 물과 열교환하기 위한 축열조; 상기 축열조를 나온 열매체를 상기 집열관 내부로 안내하는 귀환파이프; 그리고 상기 파이프의 어느 일측에 설치되어 열매체를 순환시키기 위한 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 집열관은 병렬로 복수개 설치되어 있어 있다.

실시예에 의하면, 상기 열매체관은, 각각의 집열관 내부에서 U형상으로 배치되고, 각각의 U형상관의 입구 및 출구가 동시에 상기 공급파이프와 귀환파이프에 연결되도록 병열로 설치되어 있다.

그리고 상기 집열관은, 프레임에 의하여 일정한 경사를 가지고 설치되는 바람직하다.

실시예 의하면, 상기 귀환파이프의 일측에는, 열매체 보조탱크가 설치되어 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)을 포함하고 있다. 상기 집열관(2)은 그 내부를 진공상태를 유지할 수 있도록 형성되는 것이고, 도시한 바와 같이, 복수개의 집열관(2)이 나란하게 병렬로 배열되는 것이 바람직하다. 그리고 태양광에 대하여 가장 입사효율이 우수하도록 프레임(6)에 의하여 일정한 경사를 가지고 설치되도록 구성하고 있다.

진공상태를 유지하고 있는 상기 집열관(2)의 내부에는, 도 2에 도시한 바와 같은 열매체관(2a)이 설치되어 있다. 상기 열매체관(2a)의 내부에는 액체상태의 열매체가 내장되어 있다. 도시한 실시예에 있어서, 상기 열매체관(2a)은 대략 U형상의 관으로 구성되고 있어서, 열매체가 내부로 유입된 후, 다른 측을 통하여 빠져나올 수 있도록 구성되고 있다.

여기서 상기 집열관(2)의 보다 바람직한 구성에 대하여 도 2를 참조하면서 살펴보기로 한다. 집열관(2)의 내부는 진공으로 성형하여 특히 복사열에 의한 열전도효율을 최대화할 수 있도록 구성되는 것이다. 그리고 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 집열관(2)을, 외부관(2m)과 내부관(2n)으로 구성하고, 그 사이에 환상의 진공공간(3)으로 성형하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 상기 집열관(2)의 내부에 설치되는 열매체관(2a)의 설치 등이 보다 편리하게 진행될 수 있을 것이다.

상기 복수개의 집열관(2) 내부에 있는 복수개의 열매체관(2a)의 일측은 모두 공급파이프(4a)와 연결되어 있고, 타측은 모두 귀환파이프(4b)와 연결되어 있다. 즉 상기 각각의 집열관(2) 내부에 설치되는 열매체관(2a)은 U형상으로 설치되고, 복수개의 열매체관(2a)이 병열로 연결되어 동일한 입구 및 출구를 가지고 있다. 그리고 상기 열매체관(2a)은 상기 진공상태의 집열관(2)의 내부에서 그 길이방향을 따라 배열되어 있다. 따라서 진공상태인 집열관(2) 내부에 위치하는 열매체관(2a)은, 태양광이 입사되면 특히 복사에 의한 열전도가 우수하게 되어, 종래의 것에 비하여 현저하게 높은 집열효율을 나타낼 수 있게 된다.

그리고 본 발명에 있어서, 상기 열매체관(2a)은, 상기 집열관(2)의 내부에 설치되어, 실질적으로 열매체를 순환시키면서 태양광에 의하여 충분히 가열될 수 있도록 구성되는 것이면 충분하다. 따라서 상술한 바와 같은 U형상의 관으로 구성하지 않더라도, 열매체관은 열매체를 내부에서 순환시키면서 가열될 수 있도록, 상기 집열관(2)의 내부에 설치되는 것이면 충분히 본 발명을 구현할 수 있을 것이다.

그리고 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 집열관(2)의 내부에 설치되는 상기 열매체관(2a)은, 집열관(2)의 내부의 길이방향을 따라 내장되고 있다. 그리고 상기 열매체관(2a)이 집열관(2) 내부에서 정확하게 위치설정되고 그 상태에서 지지될 수 있도록 하기 위하여, 상기 열매체관(2a)을 집열관(2) 내부에서 지지하는 지지부재(2b)를 내장시킬 수도 있다.

상기 집열관(2)은 병렬로 복수개 설치되는데, 이 때 집열관 지지프레임(2c)에 의하여 병렬로 배열된 상태가 지지된다. 상기 집열관 지지프레임(2c)에 의하여 지지되고 있는 상기 집열관(2)의 내부에 장착되는 열매체관(2a)에 대하여, 열매체가 출입하는 상술한 바와 같은 부분은, 상기 지지프레임(2c)의 상부에 설치되는 프레임상부(2d)의 내부에 설치되어 있다.

상기 열매체관(2a)의 내부에는 액체상태의 열매체가 내장되어 있으며, 이러한 열매체의 순환에 의하여, 후술하는 바와 같은 축열조(10) 내부에서 열교환이 일어날 수 있게 된다. 열매체는, 태양광에 의한 열에너지를 내부에 축적할 수 있는 액상의 것을 말하는데, 비등점이 높은 액체로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 의한 장치에서 상기 집열관(2)의 내부는 하절기에 거의 300℃ 부근에 이르게 되는데, 이러한 경우에도 끓지 않는 액체 중에서 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들면 자동차에 사용되는 부동액과 같은 액체는 비등점이 상기와 같은 조건을 만족시킬 수 있는 것이기 때문에, 이러한 부동액을 사용하는 것도 가능함은 당연하다.

상기 복수개의 열매체관(2a)의 출구측을 따라 나오는 열매체는, 공급파이프(4a)를 따라서 순환하게 된다. 상기 공급파이프(4a)는 축열조(10)의 내부를 경유하도록 구성되어 있고, 상기 축열조(10)의 내부를 순환하면서,축열조(10) 내부에 있는 물과 열교환을 수행하게 된다. 따라서 상기 공급파이프(4a)를 통하여 상기 축열조(10) 내부로 유입되는 열매체는, 처음에는 고온의 것이고, 상기 축열조(10) 내부의 물과 열교환을 수행하게 되면 상대적으로 저온상태의 것으로 된다.

이렇게 하여 열교환이 완료된 후에는, 열매체는 귀환파이프(4b)를 통하여 상기 열매체관(2a)이 설치되어 있는 집열관(2)의 내부로 다시 유입된다. 상기 열매체가 상기 공급파이프(4a) 및 귀환파이프(4b)를 경유하도록 하기 위하여, 상기 파이프(4a,4b)의 일측부분에는 펌프(7)가 설치되고 있다.

다음에는 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 집열장치의 전체적인 동작을 중심으로 살펴보기로 한다.

상술한 집열관(2)에 태양광이 조사되면, 태양열은 상기 열매체관(2a)으로 전달된다. 이 때 상기 집열관(2)의 내부는 진공상태로 되어 있기 때문에, 특히 복사에 의한 열전도 효율이 최대로 되어, 다른 방식의 열전도와 같이 상기 열매체관(2a)을 가열하게 된다. 상기 열매체관(2a)이 가열되면, 그 내부의 열매체가 가열된다. 이러한 열매체의 가열과 같이 상기 펌프(7)가 동작하게 되어, 상기 열매체관(2a) 내부의 열매체가 공급파이프(4a)를 통하여 순환하게 된다.

그리고 상기 공급파이프(4a)를 통하여 축열조(10) 내부로 유입된 열매체는, 축열조(10) 내부의 물과 열교환을 수행하게 되어, 실질적으로 축열조(10) 내부의 물을 고온화시키게 된다. 이러한 열교환에 의하여 상대적으로 저온화된 열매체는 귀환파이프(4b)를 통하여 다시 상기 집열관(2)의 내부에 유입된다. 집열관(2) 내부로 유입된 열매체는, 다시 태양광에 의하여 가열되어 상술한 바와 같은 순환을 계속하게 될 것이다. 그리고 상기 열매체가 순환하는 부분의 일측에는 보조탱크(8)를 설치하고 있다. 상기 보조탱크(8)는, 열매체의 팽창에 대응할 수 있도록 설치되는 부품이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면, 진공상태의 집열관 내부에서 열매체가 태양광에 의하여 가열되도록 구성하고, 이러한 열매체를 이용하여 열교환을 수행하도록 구성하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 그리고 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

예를 들어, 상술한 내부관은, 진공상태의 집열관(2) 내부에서 열매체을 태양광으로 가열하기 위한 부품이다. 따라서 상기 열매체관(2a)은 상술한 바와 같은 U형상의 관으로 성형하는 것도 가능하지만, 다른 변형도 가능함은 물론이다. 상기 열매체관(2a)은 열매체가 그 내부를 통과하면서, 상기 집열관(2)의 내부에서 태양광에 의하여 가열될 수 있는 범위내에서, 형상 및 내부 배치 등에 대해서는 다른 많은 변형이 가능함은 당연한 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.

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

Claims (8)

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

   상기 각각의 집열관의 내부에서, 태양광에 의하여 가열될 수 있도록 배치되고, 내부에는 열매체가 흐르는 열매체관;

   상기 열매체관에서 가열된 열매체를 안내하는 공급파이프;

   상기 공급파이프에 의하여 안내된 열매체가, 내부의 물과 열교환하기 위한 축열조;

   상기 축열조를 나온 열매체를 상기 집열관 내부로 안내하는 귀환파이프; 그리고

   상기 파이프의 어느 일측에 설치되어 열매체를 순환시키기 위한 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 집열관은 병렬로 복수개 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 집열관은, 외부관(2m)과, 상기 외부관의 내부에 배치되고 그 사이에서 진공공간(3)을 형성하는 내부관(2n)으로 구성되고, 상기 열매체관은 상기 내부관의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
4. 제3항에 있어서 상기 진공공간은, 단면이 환상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 열매체관은, 각각의 집열관 내부에서 U형상으로 배치되고, 각각의 U형상관의 입구 및 출구가 동시에 상기 공급파이프와 귀환파이프에 연결되도록 병열로 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 열매체관은, 상기 집열관의 내부관 내부에서 U형상으로 배치되고, 각각의 U형상관의 입구 및 출구가 동시에 상기 공급파이프와 귀환파이프에 연결되도록 병열로 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집열관은, 프레임에 의하여 일정한 경사를 가지고 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 귀환파이프의 일측에는, 열매체 보조탱크가 연설되어 있는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.