KR20100067519A - 태양열 집열 진공관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공관 후부 원주면에 반사재료를 코팅하여 복사형태의 열손실을 차단함으로서 집열효율을 향상시킬 수 있는 태양열집열 진공관에 관한 것이다.

본 발명은, 태양열을 흡수하는 태양열 집열판과, 상기 태양열 집열판의 중앙부에 설치되어 태양열과 열매체간의 열교환을수행하는 전열소자와, 상기 태영열 집열판과 히트파이프를 내장하도록 태양열 집열판 외부에 설치되며 열손실을 최소화하기 위하여 내부가 진공되어 있는 유리관을 포함하는 태양열 집열 진공관에 있어서, 상기 진공관의 후부 원주면에 반사수단이 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명에 따르면, 진공관 후부에 반사층을 코팅함으로써 진공관 후면에서 복사형태의 열손실이 발생되어 진공관의 집열효율을 저하시키는 요인을 제거함과 동시에, 집열효율을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 진공관 후부에 반사재를 코팅함으로써 코팅공정이 매우 간단하고 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 다른 효과가 있다.

태양열 집열기, 진공관, 집열판, 히트파이프, 반사판

Description

태양열 집열 진공관{Evacuated tubular solar collector}

본 발명은 태양열을 열매체와 교환하여 난방 에너지원으로 사용하기 위한 태양열집열 진공관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공관 외부에서 반사되는 태양열을 흡수하여 집열효율을 향상시킬 수 있는 태양열 집열 진공관에 관한 것이다.

최근들어, 에너지를 획득함에 있어 자원의 고갈과 화석연료의 연소에 따른 환경오염이 심각한 문제로 대두되고 있다. 이에 따라, 대체 에너지원 확보의 중요성이 부각되고 있으며, 주요 선진국을 중심으로 그 개발이 활발히 진행되고 있다. 상기 대체 에너지원 개발의 예로서, 태양열, 풍력, 파력, 지열 등을 이용한 발전을 들 수 있다. 이중 상기 풍력, 파력, 지열을 이용한 발전은 발전장치를 위한 설치장소가 특정 위치에 국한된다는 단점이 있다.

반면에, 상기 태양열을 이용한 발전은 비교적 그 입지조건이 까다롭지 않으며, 건물등에 부가적인 설치가 가능하다는 이점이 있다. 상기와 같은 태양열을 이용한 발전은 크게 집광식과 비집광식으로 나뉘며, 상기 비집광식은 평판형과 진공 관형으로 대분된다. 이중 진공관형 태양열 집열기가 현재 산업용으로 가장 적합한 것으로 인식되며, 각광을 받고 있다.

상기 진공관형 태양열 집열기는 집열을 하는 내부관을 외부 유리관으로 둘러싸고 그 사이를 진공 상태로 유지함으로써 집열기 내부관에서의 대류로 인한 열손실을 최소화하도록 한 것이다.

도1은 종래 기술에 따른 태양열 집열기를 나타낸 개략도이다.

도면에 도시한 바와 같이, 진공관형 태양열 집열기(5)는 태양열을 흡수하는 태양열 집열판(3)과, 상기 태양열 집열판(3)으로부터 열을 공급받아 열매체와 열교환하는 고효율 전열소자인 히트파이프(2)와, 열손실을 최소화하기 위하여 진공상태로 태양열 집열판(3)과 히트파이프를 내장하고 있는 진공유리관(4)으로 구성된다.

미설명부호 1은 매니폴드를 나타낸다.

도2는 종래 기술에 따른 경사진 태양열집열기의 동작과정을 나타낸 개략도이다.

도면에 도시한 바와 같이, 태양열 흡수판(3)에 태양열이 집열되면, 이 태양열은 히트파이프(2)에 전달되고 상기 히트파이프(2)에 내재된 작동유체(열매체)와 열교환한다. 열교환된 열매체는 기화되어 매니폴드(1)로 유입되어 난방에 필요한 열원을 필요장소에 공급하고 히트파이프측으로 순환한다.

상기 히트파이프(2)를 이용하는 대부분의 태양열 집열기(5)는 중력장 방향과 중력장에 수직인 방향사이의 적절한 경사각을 유지하여 설치된다. 이러한 경사각은 히트파이프, 특히 열사이폰을 이용하여 흡수한 태양열을 이송하는 형태의 집열기에 있어서는 집열효율에 상당한 영향을 미치게 된다.

이는 증발부로 귀환하는 작동유체가 파이프 용기 벽면에 분포되는 형태에 따라 비등 열저항이 달라지기 때문이다. 또한 이러한 불균일한 분포는 히트파이프의 열이송 한계의 한 형태인 드라이-아웃 (Dry-out) 한계를 촉진시켜 높은 일사량에서 더 이상 흡수한 태양열을 이송하지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 따라서, 여기서 제안하는 집열판 상측면에 히트파이프(열사이폰)가 부착되는 형태는 흡수한 태양열에 의해 기화되는 작동유체의 열전달 경로가 최단 거리로 형성된다. 이에 따라 열저항을 감소시켜 집열효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 경사각에 따른 열전달 성능(드라이-아웃 한계 등)에 큰 영향을 받지 않게 된다.

한편, 상기 진공관형 태양열 집열기의 핵심은 태양에너지의 집열에 있으며, 상기 집열판(3)과 히트파이트(2) 내부의 작동유체 간의 열전달 효율이 무엇보다 중요하다. 이러한 집열효율을 향상시키기 위하여 종래의 태양열 집열기는 진공 유리관(4)에 의해 히트파이프(2) 및 집열판(3)을 내장하여 상기 히트파이프 및 집열판이 수용된 공간을 고진공시키고 있다.

그런데, 상기와 같은 종래의 진공관형 태양열 집열기의 경우 태양열 복사가 직접 입사되는 상측면만을 고려하여 코팅처리가 되어 있으며, 반사되거나 굴절되어 하측면으로 입사되는 복사는 고려되어 있지 않다. 따라서, 집열효율이 현저히 떨어지는 문제점이 있었다. 또한, 종래에는 히트파이프와 상호 장착된 집열판의 위치는 히트파이프의 상측면에 장착되어 있으며, 이로 인하여 히트파이프의 하측에 유동되는 액체상의 작동유체가 집열판과 직접 접촉되지 못하여 히트파이프의 열전달 성능 을 감소시키는 문제점을 안고 있다.

상기한 문제점을 극복하기 위하여 종래에는 특허 제0779428호 및 특허 제0779547호의 양면코팅 흡수판 태양열 집열기를 제안하였다. 전자 특허는 도3에 도시한 바와 같이 집열기에 직접 또는 간접으로 반사 또는 굴절되어 입사되는 태양열 복사를 고려하여 집열기 하측에 원호형상의 반사판(6)을 설치한 것으로, 직접 태양열 복사를 흡수하는 동시에 비껴가는 성분도 다시 반사하여 집열함으로써 고효율의 집열성능이 발휘되도록 한 것이다.

후자 특허는 전자특허의 반사판(6)과 함께 상기 집열판(3)의 하부면에 집열재를 코팅처리하여 집열성능을 향상시킨 것이다.

그러나, 상기의 구조들은 진공관 내부 집열판(3)의 수광부 면적을 증대시키기 위한 구조로서, 이는 반사판(6) 설치로 인한 제작비용이 증대되고 제조공정이 복잡해질 뿐만 아니라, 장치의 크기가 증대되는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 진공관 후부 원주면에 반사재료를 코팅하여 복사형태의 열손실을 차단함으로서 집열효율을 향상시킬 수 있는 태양열집열 진공관을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 태양열을 흡수하는 태양열 집열판과, 상기 태양열 집열판의 중앙부에 설치되어 태양열과 열매체간의 열교환을수행하는 전열소자와, 상기 태영열 집열판과 히트파이프를 내장하도록 태양열 집열판 외부에 설치되며 열손실을 최소화하기 위하여 내부가 진공되어 있는 유리관을 포함하는 태양열 집열 진공관에 있어서, 상기 진공관의 후부 원주면에 반사수단이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 태양열 집열 진공관을 제공한다.

본 발명의 실시예에서 상기 반사수단이 로이필름 또는 수은코팅막으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 진공관 후부에 반사층을 코팅함으로써 진공관 후면에서 복사형태의 열손실이 발생되어 진공관의 집열효율을 저하시키는 요인을 제거함과 동시에, 집열효율을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 진공관 후부에 반사재를 코팅함으로써 코팅공정이 매우 간단하고 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 다른 효과가 있다.

또한, 본 발명은 반사코팅의 재질을 설치위치에 따라 다른 반사재질을 코팅함으로써 진공관의 시각적 디자인을 미려하게 할 수 있는 다른 효과가 있다.

예를들어, 태양열진공관을 공동주택의 발코니등에 진공관이 설치될 경우에는 로이필름을 진공관 후부에 코팅하고, 벽체, 옥상, 지붕등에는 수은등의 반사형 코팅재를 이용하여 시각적 미려함을 부여할 수 있다.

이하, 첨부된 도5를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 태양열 집열 진공관은 반사코팅을 비교적 간단하고 저렴하게 할 수 있으며, 집열효율을 증대시킬 수 있도록 구현한 것이다.

도5는 본 발명에 의한 태양열 집열 진공관의 일실시예 구성을 나타낸 단면도이다.

통상적인 태양열 진공관은 내부에 열전달 매체가 없어 전도, 대류 형태의 열전달이 일어나지 않고, 복사 형태로만 열전달이 이루어진다. 따라서, 진공관 후면의 경우 복사형태의 열손실이 발생하여 진공관의 집열효율을 저하시키고 있다.

본 발명의 실시예에서는 진공관(12)의 후부 원주면(14)에 반사재(16)를 코팅하여 복사열 손실을 차단한 구조를 제시한다. 이에 따라 태양열 진공관의 집열효율을 향상시킬 수 있게 될 뿐만 아니라, 진공관(2)의 후부면에만 반사재(16)가 코팅되므로 코팅공정이 매우 간단하고, 비교적 저렴한 비용으로 제작이 가능한 잇점이 있다.

여기서, 상기 진공관(12) 후부에 코팅되는 반사재(16)로는 열반사효율이 높은 단열필름 또는 로이필름 등의 복사열차단 필름이나 수은도막재를 이용한다.

특히, 본 발명에서는 태양열 진공관(12)을 공동주택의 발코니등에 설치시, 반사코팅 재질을 로이필름으로 하고, 벽체, 옥상, 지붕등에는 수은 코팅막을 도포 함으로써 진공관의 시각적 디자인을 향상시킬 수 있게 된다.

미설명부호 18은 히트파이프, 20은 집열판을 나타낸다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

도1은 도1은 종래기술에 따른 태양열 집열기를 나타낸 개략도.

도2는 종래기술에 따른 경사진 태양열집열기를 나타낸 개략도.

도3은 종래 기술에 따른 양면코팅 흡수판 태양열집열기의 구성을 나타낸 일예시도.

도4는 종래 기술에 따른 양면코팅 흡수판 태양열집열기의 구성을 나타낸 다른 예시도.

도5는 본 발명에 의한 태양열 집열 진공관의 일실시예 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

12: 진공관 14: 진공관 후부 원주면

16: 반사재

Claims (4)

1. 태양열을 흡수하는 태양열 집열판과, 상기 태양열 집열판의 중앙부에 설치되어 태양열과 열매체간의 열교환을 수행하는 전열소자와, 상기 태영열 집열판과 전열소자를 내장하도록 태양열 집열판 외부에 설치되며 열손실을 최소화하기 위하여 내부가 진공되어 있는 유리관을 포함하는 태양열 집열 진공관에 있어서,

   상기 진공관의 후부 원주면에 반사수단이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 태양열 집열 진공관.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사수단이 복사열차단 필름으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열집열 진공관.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 복사열차단필름이 단열필름, 로이필름중 선택된 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 집열 진공관.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사수단이 수은코팅막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 집열 진공관.

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