KR200453485Y1 - 태양열 집열장치의 매니폴드 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 고안은 태양열 집열장치에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 태양열 집열장치의 집열부를 이루는 각 지관에 대한 모관과의 연결 구조를 개선하여 열매체의 유동에 따른 저항이 최소화될 수 있도록 함과 더불어 안정적인 설치 상태의 유지가 가능한 새로운 형태의 태양열 집열장치의 매니폴드 어셈블리에 관한 것이다.

이를 위해, 본 고안은 태양광을 제공받아 열에너지로 변환하는 집열기 내의 양측을 따라 설치되면서 서로 간의 대향면에는 복수의 관통공이 형성된 한 쌍의 모관과, 상기 두 모관의 설치 방향과는 수직한 방향을 따라 설치되면서 양 끝단은 상기 두 모관의 서로 대향되는 관통공에 각각 연결되는 복수의 지관을 포함하여 구성되고, 상기 지관의 양 끝단 부위인 상기 모관과의 연결 부위에는 상기 모관의 외벽면에 걸려 관통 깊이를 제한하는 확장부가 더 형성됨을 특징으로 하는 태양열 집열장치용 매니폴드 어셈블리가 제공된다.

태양열 집열장치, 매니폴드 어셈블리, 모관, 지관, 절곡, 확장부

Description

태양열 집열장치의 매니폴드 어셈블리{device for collecting solar energy of a manifold assembly}

본 고안은 태양열 집열장치에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 태양열 집열장치의 집열부를 이루는 각 지관에 대한 모관과의 연결 구조를 개선하여 열매체의 유동에 따른 저항이 최소화될 수 있도록 함과 더불어 안정적인 설치 상태의 유지가 가능한 새로운 형태의 태양열 집열장치의 매니폴드 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 태양열 집열 장치라 함은 태양광 에너지를 이용하여 열 에너지를 얻은 후 상기한 열 에너지로 물을 가열하여 온수를 생성하는 일련의 장치로써, 크게 집열부와, 온수 저장탱크 및 스탠드로 구성된다.

여기서, 상기 집열부는 태양광 에너지를 제공받아 열 에너지로 변환하는 일련의 구성이고, 상기 온수 저장탱크는 상기 집열부에 의해 얻은 열 에너지로 온수를 생성하는 일련의 구성이며, 상기 스탠드는 상기 집열부 및 온수 저장탱크를 지붕 등에 설치하는 일련의 구성이다.

특히, 상기한 집열부의 내부에는 열매체가 유동되는 매니폴드 어셈블리가 구비되며, 상기한 매니폴드 어셈블리는 집열부의 양측에 각각 구비되면서 열매체의 유입 및 유출이 이루어지는 한 쌍의 모관과, 상기 두 모관간을 연결하는 복수의 지관을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 모관과 지관과의 연결은 상기 지관의 끝단이 상기 모관을 관통하여 서로 간의 내부 공간이 연통되도록 설치한 후 상기 모관과 지관을 서로 용접함으로써 결합 고정하고 있다.

그러나, 전술한 모관과 지관 간의 연결 구조는 상기 지관의 관통 깊이에 대한 고려없이 연결이 이루어졌기 때문에 실질적인 지관의 관통 깊이는 모두 다를 수밖에 없었다는 문제점을 가진다.

즉, 상기한 지관의 관통 깊이가 일률적이지 못하여 상대적으로 과도한 관통이 이루어진 부위는 열매체의 유동에 따른 간섭이 크게 작용되어 원활한 열매체의 유동이 이루어지지 못하였고, 상대적으로 짧은 관통이 이루어진 부위는 해당 부위의 파손에 대한 우려가 클 수밖에 없었던 문제점을 가진다.

뿐만 아니라, 전술한 종래의 모관과 지관 간의 연결 구조는 모관에 형성된 관통공의 어느 한 측으로 상기 지관이 쏠린 상태로 연결될 경우 상대적으로 용접 부위가 극히 작은 곳에 대한 파손의 우려가 발생되었던 문제점 역시 있다.

또한, 전술한 모관과 지관 간의 연결 구조에 있어서, 상기 지관의 열매체 유출측은 상기 모관의 중심 부위를 향하도록 설치하여야만 상기 모관 내를 유동하는 열매체가 원활한 유속을 가지면서 유동될 수 있지만, 이의 경우 상기 모관이 상기 열매체의 유동을 가로막는 형태를 이루게 됨으로써, 실질적인 열매체의 유동에 따른 저항으로 작용되었던 문제점을 추가적으로 가진다.

본 고안은 전술한 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 고안의 목적은 모관에의 연결이 안정적으로 이루어질 수 있도록 함과 더불어 모관 내를 유동하는 열매체의 유동에 대한 방해를 최소화할 수 있도록 하며, 더욱 원활한 열매체 유동이 이루어질 수 있는 새로운 형태의 태양열 집열장치용 매니폴드 어셈블리에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 태양열 집열장치용 매니폴드 어셈블리에 따르면 태양광을 제공받아 열에너지로 변환하는 집열기 내의 양측을 따라 설치되면서 서로 간의 대향면에는 복수의 관통공이 형성된 한 쌍의 모관과, 상기 두 모관의 설치 방향과는 수직한 방향을 따라 설치되면서 양 끝단은 상기 두 모관의 서로 대향되는 관통공에 각각 연결되는 복수의 지관을 포함하여 구성되고, 상기 지관의 양 끝단 부위인 상기 모관과의 연결 부위에는 상기 모관의 외벽면에 걸려 관통 깊이를 제한하는 확장부가 더 형성됨을 특징으로 한다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 고안에 따른 태양열 집열장치용 매니폴드 어셈블리는 각 지관의 양 끝단 부위에 확장부를 형성함으로써 상기 각 지관을 모관에 관통 결합하는 높이를 모두 일정하게 유지시킬 수 있게 되어 상기 모관 내의 열매체 흐름에 대한 방해 요인을 최소화할 수 있게 된 효과를 가진다.

특히, 상기한 확장부는 각 지관을 모관에 용접하는 과정에서 용접 대상 부위로 제공됨으로써 충분한 용접 부위의 제공으로 인한 원활한 용접 작업이 가능할 뿐 아니라, 용접의 균일성에 대한 향상으로 인해 안정적인 고정 상태로의 유지가 가능하게 된 효과를 가진다.

또한, 본 고안에 따른 태양열 집열장치용 매니폴드 어셈블리는 각 지관을 모관에 연결하는 구조가 상기 모관의 중심에 비해 높은 위치로부터 관통되면서 상기 모관 내의 중심을 향하도록 구성함으로써 상기한 지관이 모관 내를 유동하는 열매체의 유동에 간섭을 주는 현상을 최소화할 수 있게 된 효과를 가진다.

이하, 본 고안에 따른 태양열 집열장치용 매니폴드 어셈블리의 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.

먼저, 첨부된 도 1과 같이 본 고안의 실시예에 따른 매니폴드 어셈블리는 크게 한 쌍의 모관(100) 및 확장부(210)를 갖는 복수의 지관(200)을 포함하여 구성된다.

이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하도록 한다.

상기 한 쌍의 모관(100)은 온수탱크(도시는 생략됨)로 열매체를 제공받거나 제공하기 위한 일련의 구성으로써, 집열기(10) 내의 양측을 따라 각각 하나씩 설치되는 메인 관로이다.

이때, 상기 집열기(10)라 함은 태양광을 제공받아 열에너지로 변환하는 부분이다.

또한, 상기한 한 쌍의 모관(100) 중 서로 간의 대향면에는 열매체의 유동 방향을 따라 복수의 관통공(110)이 각각 형성된다.

이때, 상기 각 관통공(110)은 첨부된 도 2와 같이 상기 모관(100)의 중심에 비해 높은 위치에 형성된다.

이와 함께, 상기한 각 관통공(110)에는 외측으로 돌출된 돌출단(111)이 형성된다. 이때, 상기 돌출단(111)은 지관(200)과의 용접 면적을 증가시키기 위한 일련의 구성으로써, 상기한 관통공(110)을 형성하는 과정에서 T뽑기 작업을 통해 상기 관통공(110)의 둘레 부위에 대한 일부가 외부로 돌출되도록 함으로써 형성된다.

다음으로, 상기 각 지관(200)은 상기한 두 모관(100)을 따라 유동되는 열매체를 집열기(10)에 의해 생성된 열에너지와 열교환되도록 하는 일련의 구성이다.

즉, 상기한 각 지관(200)은 상기 두 모관(100)을 따라 유동되는 열매체가 상대 모관을 향해 유동될 수 있도록 하여 열매체가 집열기(10)에 의해 생성된 열에너지와의 열교환을 최대한 오랜 시간동안 이루어질 수 있도록 함과 더불어 어느 한 모관을 통해 유입된 열매체가 다른 한 모관을 통해 유출될 수 있도록 하는 일련의 구성이다.

상기한 역할을 수행하는 각 지관(200)은 두 모관(100)의 설치 방향과는 수직한 방향을 따라 설치되며, 양 끝단은 상기 두 모관(100)의 서로 대향되는 관통공(110)에 각각 연결된다.

또한, 본 고안의 실시예에서는 첨부된 도 3 및 도 4와 같이 상기 각 지관(200)이 상기 두 모관(100)에 형성된 관통공(110)들에 비해 상대적으로 상부에 위치되도록 설치되고, 상기 각 지관(200)의 양 끝단 부위는 서로 대응되는 관통공(110)을 향해 하향 절곡 형성됨을 제시한다.

특히, 상기 각 지관(200)의 양 끝단은 상기 모관(100)의 관 중심을 향하도록 경사 각도가 결정된다.

전술한 각 지관(200)의 양 끝단 부위에 대한 구조는 상기 각 지관(200)의 양 끝단에 의해 해당 모관(100)을 따라 유동되는 열매체의 흐름에 간섭을 주게 됨을 최대한 방지할 수 있도록 한 것이다.

즉, 상기한 각 지관(200)의 양 끝단을 경사지게 형성함으로써 열매체의 유동에 따른 흐름이 원활히 이루어질 수 있도록 하여 더욱 우수한 열교환이 가능하도록 한 것이다.

이때, 상기한 각 지관(200)의 양 끝단이 이루는 경사각도(θ)는 대략 13∼17° 사이의 범위(바람직하게는 15° 정도)로 결정됨이 바람직하다. 이는, 상기한 각 지관(200)이 동 파이프로 형성됨을 고려할 때 경사 각도(θ)가 17°를 초과하게 되면 과도한 절곡으로 인한 크랙(crack)의 발생 우려가 크고, 경사 각도(θ)가 13°에 미치지 않을 경우에는 모관(100)을 따라 유동되는 열매체와의 맞닿는 부위가 커짐에 따라 열매체 유동이 원활히 이루어지지 않는다는 문제점을 가지기 때문이다.

또한, 상기 각 지관(200)의 양 끝단 부위인 상기 모관(100)과의 연결 부위에는 확장부(210)가 형성된다.

이때, 상기 확장부(210)는 상기한 각 지관(200)의 모관(100)에 대한 관통 깊이를 제한하는 일련의 구성으로써, 각 지관(200)을 포밍하여 형성된다.

즉, 상기한 확장부(210)에 의해 상기 각 지관(200)이 모관(100)을 관통하는 관통 깊이가 제한됨으로써 각 지관(200)의 모관(100)에 대한 관통 깊이는 모두 일정하게 유지될 수 있고, 이로 인해 모관(100)을 따라 흐르는 열매체의 유동에 대한 방해를 최소화할 수 있게 된다.

특히, 상기한 확장부(210)는 해당 지관(200)을 상기 모관(100)에 고정하기 위한 용접 부위(W)의 확장을 이룰 수 있도록 함으로써 용접 품질의 균일성이 더욱 향상되도록 하는 역할을 추가로 수행한다.

즉, 지관(200)이 상기 모관(100)을 관통하는 과정에서 첨부된 도 5와 같이 관통공(110)의 어느 한 측 부위로 쏠림이 발생되더라도 상기한 확장부(210)에 의해 관통공(110)의 전 부분을 덮을 수 있게 되어 실질적인 용접 면적이 더욱 넓어진 효과를 얻게 되고, 이로 인해 용접의 균일성 및 더욱 안정적인 고정 상태의 유지가 가능하게 되는 것이다.

또한, 본 고안의 실시예에서는 상기 확장부(210)가 형성되는 위치를 상기 지관(200)의 양 끝단 부위 중 모관(100) 내로 삽입되는 부위의 깊이가 상기 모관(100)이 이루는 직경의 1/4(반지름의 절반)를 초과하지 않을 정도의 위치로 결정됨을 추가로 제시한다.

이러한 구조는, 상기 지관(200)이 모관(100) 내에 삽입되는 깊이가 과도하게 깊지 않도록 함으로써 상기 모관(100) 내를 유동하는 열매체의 유동이 최대한 원활히 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.

하기에서는, 전술한 본 고안의 태양열 집열장치용 매니폴드 어셈블리에 대한 제조 과정을 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

먼저, 두 모관(100)의 대향면에 관통공(110)을 각각 형성한다.

이때, 상기 관통공(110)은 상기 각 모관(100)의 중심에 비해 높이 위치되도록 한다.

이와 함께, 상기한 관통공(110)을 형성하는 과정에서는 T뽑기 작업을 통해 상기 관통공(110)의 둘레로 돌출단(111)이 형성되도록 한다.

다음으로, 양 끝단 부위가 하향 경사지게 절곡된 각 지관(200)의 양 끝단을 서로 대응되는 두 모관(100)의 관통공(110)에 각각 삽입한다.

이때, 상기 각 지관(200)에 형성된 확장부(210)는 관통공(110)을 통과하지 못하고 상기 돌출단(111)에 걸림으로써 상기 각 지관(200)의 관통 깊이를 제한하게 되며, 이로 인해 각 지관(200)의 관통 깊이는 모두 일정하게 된다.

이후, 용접 작업을 통해 상기 각 지관(200)을 모관(100)에 고정한다. 이때, 상기 각 지관(200)의 확장부(210)는 상기 모관(100)과의 접촉 부위에 대한 확장성을 제공하게 되어 용접의 균일성을 얻을 수 있게 되고, 이로 인해 상기 각 지관(200)의 안정적인 고정이 이루어질 수 있게 된다.

결국, 전술한 일련의 과정을 통해 제조되는 매니폴드 어셈블리의 구조에 의해 모관(100)과 지관(200) 간의 결합은 더욱 안정적으로 이루어질 수 있을 뿐 아니라 상기 각 지관(200)의 관통 깊이가 모두 일정한 깊이를 유지할 수 있게 된다.

특히, 상기한 각 지관(200)의 끝단 부위는 하향 경사지게 형성되어 있기 때문에 상기한 모관(100) 내로 돌출된 각 지관(200)의 양 끝단 부위가 상기 모 관(100) 내부를 유동하는 열매체에 닿이는 부위가 최소화될 수 있게 되어 상기한 열매체의 유동은 원활히 이루어질 수 있게 된다.

도 1은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 태양열 집열장치용 매니폴드 어셈블리의 전체 구조를 설명하기 위해 나타낸 정면도

도 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 태양열 집열장치용 매니폴드 어셈블리의 모관에 형성되는 관통공의 형성 위치를 설명하기 위해 나타낸 요부 확대도

도 3은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도

도 4 및 도 5는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 태양열 집열장치용 매니폴드 어셈블리의 지관과 모관 간의 결합 구조를 설명하기 위해 나타낸 요부 확대 단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10. 집열기 100. 모관

110. 관통공 200. 지관

210. 확장부

Claims (5)

1. 태양광을 제공받아 열에너지로 변환하는 집열기 내의 양측을 따라 설치되면서 서로 간의 대향면에는 복수의 관통공이 형성된 한 쌍의 모관과,

   상기 두 모관의 설치 방향과는 수직한 방향을 따라 설치되면서 양 끝단은 상기 두 모관의 서로 대향되는 관통공에 각각 연결되는 복수의 지관을 포함하여 구성되고,

   상기 지관의 양 끝단 부위인 상기 모관과의 연결 부위에는 상기 모관의 외벽면에 걸려 관통 깊이를 제한하는 확장부가 더 형성됨을 특징으로 하는 태양열 집열장치용 매니폴드 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 각 지관은 상기 두 모관에 형성된 관통공들에 비해 상대적으로 상부에 위치되도록 설치되고,

   상기 각 지관의 양 끝단 부위는 서로 대응되는 관통공을 향해 하향 절곡 형성됨을 특징으로 하는 태양열 집열장치용 매니폴드 어셈블리.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 각 지관의 양 끝단은 상기 모관의 관 중심을 향하도록 경사 각도가 결정됨을 특징으로 하는 태양열 집열장치용 매니폴드 어셈블리.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 각 지관의 양 끝단이 이루는 경사 각도는 13∼17° 사이의 범위로 결정됨을 특징으로 하는 태양열 집열장치용 매니폴드 어셈블리.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 지관의 양 끝단에 형성되는 확장부의 위치는

   상기 지관의 양 끝단 중 모관 내로 삽입되는 부위의 깊이가 상기 모관이 이루는 직경의 1/4를 초과하지 않을 정도의 위치로 결정됨을 특징으로 하는 태양열 집열장치용 매니폴드 어셈블리.

Images