KR20090027712A - 복층형 태양열 집열판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열 에너지를 흡수하여 순환하는 열매체를 가열하는 태양열 집열판에 관한 것으로서, 순환용 열매체에 보다 많은 태양열 에너지가 전달될 수 있도록 특수 코팅된 표면의 상판과, 순환용 열매체가 흐르는 열매체관, 그리고 열매체유 층으로 이루어진 복층 구조이며, 열매체관의 옆면과 밑면에 열매체유가 충전되어 열매체관이 상부의 표면으로부터 직접적으로 받지 못하는 태양열 에너지를 열매체유가 흡수하여 순환용 열매체의 옆면과 밑면에 전달해주는 방법으로, 동일 면적에서의 태양열 에너지 흡수 효율을 향상시키는 효과가 있다.

태양열 집열판, 열매체유, 복층형

Description

복층형 태양열 집열판{Dual Layer Solar Collector}

본 발명은 태양열 집열판에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 상판이 태양열을 흡수하여 열매체관을 순환하는 열매체를 가열하는 방식의 태양열 집열판에 관한 것이다.

현재까지의 태양열 집열판은 진공관 히팅파이프를 이용하거나 넓은 판에 동파이프를 U자형으로 용접시켜 사용해왔고, 최근에는 사각진 직선형 알루미늄관을 여러 개 병렬로 배열하여 직접 태양열을 순환하는 열매체가 받을 수 있는 구조가 발명되었다.

하지만 진공관 히팅파이프의 경우 부피가 커지고 진공관이 파손되는 일이 자주 발생하여 유지관리비용이 많이 들고, 동관을 U자형으로 접합하는 경우 동관이 지나가는 그 이외의 공간에서 흡수한 에너지를 동관에 효과적으로 전달하지 못하며, 직선형 구조일 경우 순환하는 열매체가 태양열 에너지를 흡수하는 구간의 길이가 짧아 곡선형 구조에 비해 상대적으로 에너지를 흡수할 수 있는 시간이 짧아 이를 극복하기 위해 직렬 결합이나 병렬 결합을 해야 하므로 구조가 복잡해지고 면적이 커지는 문제점이 있다.

또한 직선형 구조의 유로 길이 증대를 위한 병렬 결합은 그 결합수가 많아질수록 병목 현상 발생 부분의 증가로 인해 원활한 열매체의 순환이 이루어지지 않는 단점이 있다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 용접이 아닌 사출 또는 압출 방식으로 성형한 알루미늄 재질로 이루어진, 태양열을 받는 특수 코팅된 상판과 밑면의 길이가 높이보다 긴 얇은 열매체관으로 이루어진 본체로, 열매체관은 직사각형태이며 상판 밑에 위치해 있고 내부에는 순환용 열매체가 흐르고 있으며, 밑판은 합성수지류 절연체의 사용하고, 본체와 밑판은 사이에 간격을 두고 있으며, 그 본체와 밑판(50)과의 사이 부분을 열매체유가 채우는 복층구조의 것을 특징으로 하는 태양열 집열판과, 이에 있어서 열매체관의 옆면 및 밑면이 굴곡 처리가 되어 열매체유와의 접촉면적을 증대시킨 구조의 열매체관을 특징으로 하는 태양열 집열판이 해결 수단이며, 이로 인하여 기존 제품보다 동일 면적에서 순환하는 열매체의 에너지 흡수 효율을 최대한 높일 수 있으며 유지관리가 용이하게 할 수 있다.

위와 같은 해결 수단을 갖는 본 발명에 따르면, 열매체관 상부에서 직접 흡수하는 태양열 에너지뿐만 아니라 그 여백의 태양열 에너지가 열매체유를 통해 열매체관 옆면과 밑면에서 모두 흡수 가능해지므로 동일 넓이의 면적에서 에너지 흡수 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한 상판과 일체형으로 알루미늄을 사출 또는 압출 성형하였으므로 진공관 이용이나 용접으로 인한 누수현상이 발생하지 않아 유지관리가 용이하다.

위의 효과를 달성하기 위하여, 본 발명은 표면이 특수코팅 처리된 상판(20)과 얇은 직사각형으로 이루어진 열매체관(10)을 S자 형태로 배치한 본체(40)를 알루미늄 사출 또는 압출 방식으로 용접부위가 없도록 형성을 하며, 밑판(50)은 합성수지류의 열전도율이 낮은 절연체를 이용하여 열매체관(10)과 약간의 이격 거리를 두고 배치하고, 본체(40)와 밑판(50)의 사이를 열매체유(30)로 채우는 태양열 집열판을 제공한다.

이때, 열매체관(10)과 밑판(50)의 이격 거리는 열매체관(10)의 두께를 초과하지 않도록 유의해야 하는데, 이는 일출 초기 가열시 충전된 열매체유(30)가 열매체관(10)을 흐르는 순환용 열매체(11)에 비해 과도한 태양열 에너지를 필요로 하지 않도록 하기 위함이고, 이러한 현상은 일출 초기의 열매체유(30)가 순환용 열매체(11)보다 온도가 높아질 때까지에 한정된 것으로, 이후에는 지속적인 태양열 흡수로 흐르지 않고 충전되어 있는 열매체유(30) 전체의 온도는 열매체유(30)의 최 고온도로 유지되게 된다.

여기서 사용될 열매체유(30)의 선택에 대한 제약을 두지 않으나, 태양열 에너지를 최대한 흡수하여 보존할 수 있는 특성이 있고, 순환용 열매체(11)로의 열 에너지 전달이 신속하며, 열매체유(30)의 최고온도가 순환용 열매체(11)의 최고 온도보다 높은 열매체유(30)를 선택하여야 본 발명의 취지에 부합된다.

또한 표면의 특수 코팅 처리는 태양열 에너지를 흡수하는 1차 과정으로 상판(20)에서 태양열 에너지를 더욱 잘 흡수하기 위한 처리로써, 본 발명에서는 이에 대한 제약을 두지 않으며, 예를 들어 특허 10-0625258와 같은 상판 처리기술을 사용하면 된다.

본 발명의 효율을 높이기 위한 방법으로, 열매체관과 열매체유가 접촉하는 면적을 증가시키는 방법이 있는데, 열매체관의 표면에 굴곡을 주어 증가한 면적만큼 열매체유와 순환용 열매체 간의 에너지 교환이 더 많이 이루어 지게 된다.

도 1은 본 발명의 기본 개념과 특징을 설명하기 위한 단면도이다.

도 1에는 상판(20)과 열매체관(10)의 결합인 본체(40)와 밑판(50)과의 사이를 열매체유(30)가 채워주고 있으며, 열매체관(10)은 밑면의 길이가 높이보다 긴 얇은 형태로 이와 같은 기본 개념을 가진 태양열집열판의 일부를 나타내고 있다.

도 2는 본 발명이 적절히 적용될 열매체관(10)의 경로의 한 예를 표현한 것으로, 일반적인 직선형이 아닌 S자 곡선형의 유로를 갖고 있는 형태의 열집열판을 나타내고 있으며, 곡선형 구조로 인한 여백을 열매체유(30)가 채워줌으로써 태양열 에너지의 전달이 용이해질 수 있음을 보여준다.

도 2와 같은 형태의 S자 곡선형 열매체관(10)은 순환용 열매체(11)의 유속에 큰 영향을 끼치지 않으면서 유로의 총 길이를 증가시켜 집열판을 1회 통과하는 동안 상판으로부터 보다 많은 태양열 에너지를 흡수할 수 있도록 해준다.

또한 도 3 역시 도 2와 마찬가지로 본 발명이 효율적으로 적용될 열매체관(10) 배치의 일 예이다.

도 4는 본 발명의 효율을 상승시키기 위한 응용의 예로, 태양열 집열판의 일부를 단면으로 표시하였다.

도 4의 변형된 열매체관(10-1, 10-2)는 순환용 열매체(11)가 태양열 집열판을 채우고 있는 열매체유(30)로부터 같은 시간 동안 많은 열을 흡수하기 위하여 그 표면적을 증가시킨 예시도로서, 도 1의 매끈한 열매체관(10) 옆면 및 밑면에 굴곡 변형을 주어 열매체유(30)가 열매체관(10)과 접촉할 수 있는 면적을 증가시킨 것이다.

위에서 본 발명의 기본 개념과 특징, 그리고 효과적으로 적용되기 위한 조건과 그 예를 설명한 것으로, 이를 바탕으로 한 여러 가지 응용된 형태가 개발될 수 있다.

도 1은 본 발명의 특징을 설명하기 위한 단면도.

도 2는 본 발명이 적용될 형태의 열매체관 구성도 예시 1.

도 3은 본 발명이 적용될 형태의 열매체관 구성도 예시 2.

도 4는 본 발명의 효율을 상승시키기 위한 응용의 예시 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 열매체관 10-1, 10-2 : 열매체관의 변형 예시

11 : 순환용 열매체

20 : 상판

30 : 열매체유

40 : 본체

50 : 밑판

Claims (2)

1. 용접이 아닌 사출 또는 압출 방식으로 성형한 알루미늄 재질로 이루어진, 태양열을 받는 특수 코팅된 상판(20)과 밑면의 길이가 높이보다 긴 얇은 열매체관(10)으로 이루어진 본체(40)로, 열매체관(10)은 직사각형태이며 상판(20) 밑에 위치해 있고 내부에는 순환용 열매체(11)가 흐르고 있으며, 밑판(50)은 합성수지류 절연체의 사용하고, 본체(40)과 밑판(50)은 사이에 간격을 두고 있으며, 그 본체(40)와 밑판(50)과의 사이 부분을 열매체유(30)가 채우는 복층구조의 것을 특징으로 하는 태양열 집열판.
2. 청구항 1에 있어서 열매체관(10)의 옆면 및 밑면이 굴곡 처리가 되어 열매체유(30)와의 접촉면적을 증대시킨 구조의 열매체관을 특징으로 하는 태양열 집열판.

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