KR20080019365A - 태양열 진공관 내부 집열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열 집열 장치에 관한 것으로, 최근 세계적인 고유가와 함께 이산화탄소 등의 화석 연료로부터 뿜어져 나오는 매연 등의 문제가 심각하여, 신재생에너지 등의 대체 에너지의 중요성이 대두 되면서, 태양열 에너지의 필요성이 날로 더하고 있어 태양열 에너지를 효과적으로 집열하여 사용하는 문제가 중요한 연구과제로 등장한바, 이에 본 발명은 최근 세계적으로 널리 사용되고 있는 2중 유리진공관 태양열 집열 장치에 대하여 지금까지의 장치들이 가지고 있는 문제점을 보완하고, 효율적으로 더 싼값에 설치하기 쉬우며, 안정적인 효과를 내는 태양열 장치를 널리 사용할 수 있도록 연구한바, 종래의 기술을 개략 살펴보면,

첫째로 '수관형' 이 있는데 진공관 안으로 열매체를 직접 넣어 자연 대류현상에 의하여 뜨거워진 열매체는 위의 축열탱크에 모이고, 차가워진 열매체는 아래로 내려오는 과정을 거치면서 열 교환을 통하여 태양열을 집열하는 방법으로, 이는 우박 등에 의해 유리 진공관이 하나라도 파손되면 전체의 사용이 불가능한 심각한 문제를 안고 있으며,

둘째로 '유관형' 이라하여 진공관 속으로 U자형의 동관을 돌아 나오도록 배관하고, 그 배관 속으로 흐르는 열매체로 열을 집열하는 방법을 택하고 있는데, 이는 배관의 어려움과, 그 비용이 만만치 않고 효율 면에서도 문제가 있으며,

셋째로 '히트파이프' 형이 연구되어 있으나, 이는 고가의 금속재료를 사용하여 복잡한 배관을 하여야 하고, 유리와 진공관을 용접해야 하는 등의 특수한 과정 에 의하여 고가의 제품이 되어 대중화하기에 어려운 문제점이 있는바, 이에 본 발명에서는 쉽고 간편하게 배관을 하고 집열 효율을 높이고, 상대적으로 저렴한 가격으로 생산하여 보급할 수 있으며, 효과적으로 가정에서나 산업현장에서 활용할 수 있도록 발명한 것이다.

연결관, 밀봉마개, 내집열관, 유리진공관, 축열탱크, 열교환기, 순환모타, 역지변, 바이패스밸브, 에어밴드, 온도 및 솔라센서,

Description

태양열 진공관 내부 집열장치 {solar heat vacuum-tube inside collector}

도 1은 본 발명에 따른 태양열 집열 장치의 회로 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 태양열 진공관 내부 집열장치의 구성 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 태양열 진공관 내부 집열장치의 밀봉마개,

도 4는 본 발명에 따른 내집열관의 단면도,

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 열매체 연결관 200 : 밀봉마개

201 : 연결관 삽입구 202 : 진공관 결합 홈

203 : 내집열관 결합 홈 300 : 유리 진공관

400 : 내집열관 401 : 내집열관 마개골무

500 : 축열탱크. 501 : 에어밴드

502 : 열교환기 600 : 온도 및 솔라센서

700 : 바이패스밸브 800 : 역지변

900 : 순환 모터

본 발명은 태양열 진공관 집열장치에 관한 것으로,

그간 '유수관'의 집열장치들이 많이 사용되고 보급되어 있으나, 이것은 온수용으로는 일정한 효과가 있으나 난방은 어려우며, 고온을 얻기가 어렵고, 유리 진공관이 하나라도 우박 등에 의하여 파손이 되면, 시스템 전체를 다시 수리해야 하는 문제가 있으며,

무거운 축열탱크가 상부에 있고, 여기에 다수의 구멍을 뚫고 진공관을 설치하게 되므로, 여름이나 겨울 등에 급격한 온도변화에 팽창 수축을 반복 하면서, 연결 부위가 이완이 되어 이탈 하거나, 열매체가 새어 나오는 등 많은 하자가 발생하여, 1년도 못되어 A/S가 발생하거나 공급자가 파산하여 A/S도 받지 못하는 등 많은 문제를 안고 있는 현실이며,

'유관형'은 외국에서 특허 받은 기술로, 이는 그 배관을 동 파이프를 U자형으로 유리 진공관 안으로 돌아 나오도록 배관하여 진공관이 한두 개 터지거나 하여도 문제는 없으나, 배관 자체의 기술이 힘들고 어려워서 고가의 제품이 되어 대중적으로 보급이 못되는 문제가 있으며, 가느다란 동 배관을 이용하여 진공관속의 열을 집열 하여야 하는 관계로 집열 효율이 떨어지는 단점을 동시에 가지고 있어 널리 보급되고 있지 않는 실정이며,

'히트파이프'형은 진공관속의 열교환을 위하여 열전도가 잘되는 금속에 다수의 핀을 감고 그 끝을 상부에 있는 원통형의 축열조에 다수의 구멍을 뚫고 그 속으로 삽입하고, 그 통속의 열매체를 데우고 열교환기를 통하여 태양열을 온수나 난방용으로 사용하므로, 진공관이 한두개 터진다 하더라도 심각한 문제가 발생하지는 않지만, 이도 역시 진공관의 밀폐를 위한 문제 때문에 유리진공관을 동관과 연결키 위한 초음파 용접 등의 어려운 작업을 하고 있으므로 비싸질 수밖에 없어 보급에 한계를 느끼고 있는 실정이므로,

태양열 에너지의 빠른 보급과 활용을 위하여, 더 효율적이고 터지고 깨져도 문제가 없으며, 설치가 간편하고 저렴하며, 20년을 써도 안전한 정도의 견고한 제품의 개발 생산이 절실한 시점으로, 이러한 때에 본 고안은 가장 간편하고 쉬우며, 저렴한 가격으로 공급하고 고장 없는 제품으로 가정과 산업현장 등 모든 곳에 활용이 되어 고유가 시대와 공해시대를 이기는데 작은 보탬이 될 것으로 본다.

이에 본 발명은, 진공관이 한두 개 파손이 된다 하더라도 시스템 자체에 심각한 문제를 야기치 않으면서도, 저렴한 가격에 생산할 수 있어야 하고, 열효율도 뛰어나며, 설치 보수에도 간편하고 안정적인 장치를 만들고자 하여,

진공관 상부에 다수의 구멍이 뚫린, 무겁고 커다란 축열탱크를 설치하지 않고, 열매체의 연결관 으로 다수의 진공관과 연결하므로, 누수 등의 문제를 근본적으로 해결하고, 진공관속에 내집열관을 금속관으로 만들어서, 진공관과 1-2mm 정도로 가깝게 설치하여 최대한 집열 면적을 넓게 하여 집열효율을 높이고, 유리진공관이 터지고 깨져도 열매체가 쏟아지고 새어 나오는 일이 없고, 장치에 문제를 일으키지 않도록 하고,

여기에 열매체 입구쪽 연결관을 길게 하여 내집열관의 하부까지 연결하여, 찬 열매체는 신속히 내집열관 밑으로 유입되고, 밑으로부터 내집열관의 넓은 면적 에서 태양에너지를 집열 하면서 위로 올라와, 상부에 위치한 열매체 연결관을 통하여 다음 진공관의 하부에 유입이 되며, 이렇게 다수의 진공관을 통과하면서 순차적으로 뜨거워진 열매체는 축열탱크로 모이고, 여기에서 열교환기를 통하여 온수나 난방수록 사용하도록 하는데,

이를 위하여, 진공관과 열매체 연결관을 연결하는 밀봉마개가 중요해지는데, 밀봉마개는, 금속재료나 열에 강한 내열성의 실리콘 등으로 성형해야 하는데, 이는 태양열이 진공관에 들어오면 순간온도가 300도에 이르는 높은 온도에 이르며, 열매체를 200도 까지 올릴 수 있으므로, 열에 강한 재료를 선택하는 것이 필요하고,

또한, 탭을 내거나 나사조임 등의 작업이 어려우므로 접착제로 밀봉고정을 해야 하는데, 여기에도 300도 이상에서 안정적으로 사용할 수 있는 테프론계 영구 고정형 접착제를 넓게 감싸서 사용할 필요가 있고, 내압능력이 10kg/cm 이상으로 강한 특수한 접착제의 사용이 요구된다.

내집열관은 열전달이 잘되는 알미늄계 금속관이나 스테인리스 파이프 등 화학 약품에 안정적인 제품을 사용하되 겉은 검은색으로 코팅하여 열의 흡수를 최대한 돕도록 한다. 이를 위하여 긴 관의 끝이 막힌 관이 있으면 좋겠지만 기술적으로 어려우며 주문생산은 가격이 너무 높아지는 문제가 있으므로, 기 생산된 파이프를 일정크기로 자르고 밑 부분을 밀봉골무로 막아서 사용하는 것도 괜찮을 것으로 보이나, 이 밀봉골무도 역시 위에서 언급한 밀봉마개와 같은 조건이 요구된다,

이하 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명은 태양열 진공관의 집열효과를 높이고, 진공관의 파손등에 의한 시스템의 심각한 손상을 방지함과 동시에, 설치가 쉽고, 저렴하게 생산할 수 있어야 한다는 조건아래 다음과 같이 발명 하였다,

도 1은 본 발명에 따른 태양열 진공관 내부 집열장치의 구성도이다.

여기에서 연결관(100)은 밀봉마개(200)의 연결관 삽입구(201)를 통하여 금속으로 만들어진 내집열관(400)속으로 길게 들어오고 연결관(100)은 연결관삽입구(201)에 접착제로 고정된다. 내집열관(400)은 밀봉마개(200)의 내집열관결합홈(203)에 접착제로 고정되며, 또한 내집열관(400)을 감싸고 있는 유리진공관(300) 도 밀봉마개(200)의 진공관결합홈(203)에 접착되어 고정된다.

밀봉마개(200)의 상부에 있는 또 하나의 연결관 삽입구(201)에는 다음 진공관(300)으로 연결되는 짧은 연결관(100)이 밀봉마개(200)의 연결관삽입구(201)에 접착제로 고정된다.

내집열관(400)의 하부에는 내집열관 골무마개(401)가 내집열관(400)의 밑 부분을 접착제로 고정 밀봉하여, 열매체가 진공관(300)으로 흘러나오는 것을 막는다.

따라서 유리 진공관(300)이 파손이 되더라도 열매체가 외부로 흘러나와 시스템을 망가트리지 않게 된다. '수관형'에 있어서는 뜨거워진 유리진공관(300)에 차거운 물이나 열매체가 갑자기 유입되면 급격한 온도차로 인하여 유리진공관(300)이 깨지고 만다. 그러나 내집열관(400)은 금속으로 만들어져 있어서 그런 경우에도 파손의 우려가 없다. 또한 유리진공관(300)이 파손이 되어도 금속의 내집열관(400)은 파손되지 않으므로 열매체가 흘러나와 시스템을 망가트리지 않게 된다.

이렇게 하여, 정말 간단하고 저렴하면서도 설치가 쉬우며, '수관형' 이나 '유관형' 또는 '히트파이프' 형 등과 같이 축열탱크가 상부에 있고 다수의 연결구가 뚫린 태양열 집열 장치보다 더욱 안정적이고 효율적으로 태양열 에너지를 집열할 수가 있게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 열매체 연결관(100), 밀봉마개(200), 내집열관(400), 밀봉골무(401) 그리고 유리 진공관(300)의 결합 전개도이다.

도 3은 본 발명에 따른 밀봉마개(200)의 상면도와, 밀봉마개의 측단면도, 밀봉마개 하면도, 이다.

도 4는 본 발명에 따른 내집열관(400)의 상단면도, 와 내집열관 측단면도, 이다. 또한 내집열관 마개골무(401)의 측 단면도가 있다.

이상에서와 같은 '태양열 진공관 내부 집열장치' 는, 종래의 태양열 집열장치들의 문제점인 진공관 파손 시 열매체의 누수 및 복잡한 배관 등으로 인한 가격 상승, 설치의 복잡하고 어려움 등을 해결하고 고장없이 안정적이고 효과적인 태양열 집열에 기여 할 것으로 보이며,

보 개수 등 A/S의 문제도 줄어들어 태양에너지, 신재생에너지, 대체에너지의 보급에 일익을 담당 할 것으로 보이며, 이는 좀 더 쾌적한 삶의 환경 증진에 도움이 될 것으로 사료된다.

Claims (6)

1. '태양열 진공관 내부 집열장치'에 있어서,

   열매체가 흐르는 연결관(100)이 이어지는 밀봉마개(200)의 연결관 삽입구(201)를 통하여 내집열관(400) 속 하부까지 연결되어 열매체가 내집열관(400) 하부에서 위로 흐르도록 하는 연결관(100)이 밀봉마개(200)와 접착되고, 밀봉마개(200)에 접착되는 내집열관(400)에는 내집열관 마개골무(401)가 있으며, 이를 감싸고 유리진공관(300)이 밀봉마개(200)에 접착되고 밀봉마개(200)에 뚫린 연결관 삽입구(201)를 통하여 또 다른 진공관(300)으로 연결관(100)을 통하여 연결되는 직렬연결로 입,출 열매체 순환통로로 연결되거나, 개별적으로 병렬로 입, 출 열매체 순환통로로 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 '태양열 진공관 내부 집열장치'.
2. 청구항 1에 있어서 입구쪽 연결관(100)이 내집열관(400) 하부까지 깊이 들어가는 것을 특징으로 하는 '태양열 진공관 내부 집열장치'.
3. 제 1항에 있어서 밀봉마개(200)에 내집열관 접착홈(203)과, 진공관 접착홈(202)과, 연결관삽입구(201)가 설치되어 있는 밀봉마개(200)가 있는 것을 특징으로 하는 '태양열 진공관 내부 집열장치'
4. 제1항에 있어서 밀봉마개(200)에 내집열관(400)과 진공관(300)이 접착고정 되는 것을 특징으로 하는 태양열 진공관 내부 집열장치.
5. 제 1항에 있어서 내집열관(400)에 마개골무(401)가 접착된 것을 특징으로 하는 내집열관(400)이 있는 태양열 진공관 내부 집열장치.
6. 제 1항에 있어서 유리 진공관 내집열관(400) 장치 다수가, 개별적으로 입, 출의 열매체 순환통로에 직, 병렬로 연결 되는 것을 특징으로 하는 태양열 진공관 집열장치.

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