KR20110010159U - 튜브 내장 평판형 태양열 집열시스템 - Google Patents

Abstract

무한한 태양에너지를 사용하기 위해 현재 진공 튜브형 집열기가 가장 열효율이 높아 많이 사용되고 있으나 이는 설치시 별도의 거치대와 같은 구조물이 필요하고 설치할 공간 또한 필요하므로 개인 주택의 경우 많은 면적에 설치가 어려워 온수사용 정도로만 이용되고 있고 또한 외부 충격에 약한 단점이 있다. 따라서 본 고안은 그림과 같이 매니폴드에 다수의 진공튜브를 연결하고 매니폴드의 구성은 구리 및 스테인리스 파이프 2중 구조로 열매체를 채우고 집열판의 배면과 양 측면은 열손실을 막기 위해 단열재로 마감하며, 전면부는 강화유리나 투명 폴리카보네이트 재질로 박스를 만들면 외부 충격에 강하며 에너지 효율이 높은 집열판을 만들 수 있고 또 이런 형태는 건축물의 외장재로 쉽게 부착이 가능하여 많은 면적의 시공이 가능해 온수 사용 및 난방도 가능하여 에너지 효율이 높은 Solar House개발에 한 발 더 나아갈 수 있다.

Description

튜브 내장 평판형 태양열 집열시스템{Tube internal organs type solar heat collection system}

태양열 에너지는 무한한 미래에너지 확보 및 산업구조 전환에 필수적이며 지속 가능한 에너지로, 화석 연료를 바탕으로 하는 기존 에너지 생산을 대체함은 물론 환경오염 문제도 해결하여 향 후 인류가 풍요롭고 쾌적한 삶을 영위하기에 필요한 미래 산업분야이다.

태양열 에너지는 많은 장점이 있지만, 단위 면적당 공급받을 수 있는 에너지량이 적고, 흐리거나 비 오는 날처럼 항상 태양에너지를 사용할 수 없다는 점에서 태양에너지를 이용한 기술의 어려움이 있으며 유한한 화석 에너지의 사용상 한계를 극복할 수 있는 대안으로 중장기적으로 무한의 에너지원 확보라는 측면에서 경제적 효과도 크다고 본다.

본 고안은 경제성 및 효율성을 최적화하여 차세대 태양열 집열 시스템을 구현, 현실화할 수 있는 시스템 설치 및 실증 그리고 이를 모듈 형태로 제작 생산하여 별도의 거치 대와 같은 구조물 없이 건축물의 외장재로 사용하여 외관상 미려함을 주고 일정의 유지보수만으로 설치 후 20~30년 이상 사용할 수 있는 내구성을 갖는 형태의 태양열 집열 시스템을 구현하고자 한다.

현재 가장 많이 사용하고 있는 진공튜브 타입의 태양열집열판이 별도의 거치대로 지붕에 설치하지 않고 건물의 외장재로 사용할 경우 내구성과 외부의 충격에 약한 단점이 있고, 평판형 집열기는 외부 충격이나 내구성은 우수하고, 단위 면적당 가격은 상대적으로 저렴하나 흡입되는 열매체가 외부로 손실되는 비중이 커서 에너지 효율이 진공관식보다 훨씬 떨어진다 따라서 본 고안에 의한 고효율 튜브 내장 평판형 태양열 집열판은 위 두 가지 방식의 집열판의 장점을 혼용하여 대표 도면에서와 같이 전면에 강화 유리나 투명폴리카보네이트(이하 PC라 칭함) 재질로 구성하고 내부에는 다수의 태양열 진공튜브를 매니폴드에 장착하고 배면과 양 측면은 단열재로 막아 열효율을 높이고 외부 충격이나 내구성을 향상시킨다. 또한, 진공튜브 상단에는 매니폴드가 연결되는데 그 내부에는 이중 구리관에 열매체가 들어있어 별도의 중앙축열조에 온수를 저장하게 된다.

이렇게 박스 형태로 만들어진 진공튜브가 내장된 평판형 집열기 시스템은 일정 규격으로 모듈형태로 제작 생산되면 우수한 건축물 외장재로 사용되어 외견상 평판형 태양열집열판 형태를 보인다. 그러나 그 성능은 진공튜브형 효율 정도로 발휘할 수 있고 특히 겨울철 동파 문제 그리고 외부 충격에 의한 문제 등도 해소할 수 있을 것으로 사료된다. 특히 경제성 측면에서 보면 난방용으로 대량 설치시 온수사용뿐 아니라 난방도 가능한 정도로 에너지 효율이 우수한 제품이 될 수 있다. 또한, 본 고안에 의한 모듈 형태의 집열 시스템은 실생활에서 경제성이 탁월한 보급형 Solar House 개발이 가능해 사계절 온수가 필요한 목욕탕/식당/모텔 등 상업 시설과 농가구 온수, 난방 시스템에 적합하게 사용될 수 있다.

도1 …… 본 고안에 의한 시스템의 대표도면(3D)
도2 …… heat pipe가 있는 튜브형 진공관
도3 …… manifold
도4 …… manifold의 절단면
도5 …… 정면도

본 고안에 의한 시스템은 간단히 분류하면 Heat pipe가 내장된 진공관식 튜브(⑤), 다수의 진공튜브를 연결하는 매니폴드부(⑦), 이를 단열하고 모듈화 시킨 외부 케이스(④,⑥) 그리고 별도의 장소에 설치되는 보조 보일러 부분으로 나눌 수 있다. 우선 본 시스템의 내부는 다수의 튜브 진공형 히트파이프로 구성되고 이와 연결되는 매니폴드에 PC재질의 외부 박스와 배면과 양 측면은 단열재로 마감되어 외견상 평판형 집열판으로 보인다. 또 동절기 대응 센서 부착형 매니폴드에 재질은 구리 및 스테인리스 파이프 2중 구조로 이루어지고, 다수의 튜브형 집열기가 연결된다. 또 동절기 동파 방지를 위해 매니폴드 모듈에 온도센서와 전열기 모듈을 장착한다. 히트파이프의 경우 한계치 350도까지 허용되고 동파의 위험은 집열기 내부에서는 간접 열전달 방식이므로 발생하지 않는다고 볼 수 있으나 최악의 경우 결빙현상이 생길 경우를 대비하여 안전 장치로서 온도센서와 매니폴드 파이프 연결부위에 온도센서가 장착되어 열매체의 온도가 영하로 내려갈 경우 종래의 태양열 온수/난방 시스템의 보조난방기구 부에 있는 히터가 자동으로 열매체를 순환시켜 준다.

종래의 진공튜브형 집열기의 경우 에너지효율이 가장 좋은 것으로 나타나는데 본 고안에 의한 튜브내장형 평판집열기의 경우 외관은 평판형집열기의 모습을 하나 에너지 효율은 진공튜브형과 동일하게 나타난다. 따라서 본 고안에 의한 시스템을 일정 크기의 모듈형태로 제작하여 생산하여 건축의 외장재로 사용할 경우 종래의 튜브형처럼 별도의 거치대와 같은 구조물이나 별도의 공간을 필요로 하지 않고 충격에 강하므로 바로 건축물의 외장재로 사용 가능하고 외관도 미려하여 실생활에 경제성이 탁월한 Solar House 건축이 가능하다.

① …… 2중 구조의 열매체가 내장된 pipe
② …… 단열재로 충전
③ …… Heat pipe와 manifold의 연결부
④ …… 강화유리 또는 투명 폴리카보네이트
⑤ …… Heat pipe가 내장된 진공튜브
⑥ …… 단열재로 마감된 측면
⑦ …… 매니폴드

Claims (1)

1. 이중구조로 된 매니폴더에 다수의 태양열 집열 진공튜브가 연결되어 배면과 양 측면에는 단열재로 마감되고 전면에는 강화유리나 투명 폴리카보네이트의 재질로 박스 형태로 제작되는 튜브 내장형 평판형 태양열 집열장치

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