KR20110038316A - High-efficiency solar collecting apparatus and boiler system using the same - Google Patents

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KR20110038316A KR1020090095556A KR20090095556A KR20110038316A KR 20110038316 A KR20110038316 A KR 20110038316A KR 1020090095556 A KR1020090095556 A KR 1020090095556A KR 20090095556 A KR20090095556 A KR 20090095556A KR 20110038316 A KR20110038316 A KR 20110038316A
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Abstract

PURPOSE: A high-efficient solar heat collecting apparatus and a boiler system using the same are provided to enhance heat storage efficiency and to minimize heat loss by the smooth heat exchange between a heat medium of a high temperature and another heat medium of a heat storage tank. CONSTITUTION: A high-efficient solar heat collecting apparatus comprises a heat collecting pipe(130), an inlet, an outlet, a heat collecting tank(110), and an auxiliary pipe(150). The lower part of the heat collecting pip is closed and its upper part is opened. A heat medium flows into the inlet. The heat medium is discharged through the outlet. The upper parts of the heat collecting pipe are installed on the lower part of the heat collecting tank at a given interval. The auxiliary pipe is installed in the heat collecting tank and discharges the heat medium to the lower space of the heat collecting pipe. The heat medium flows into the inlet.

Description

고효율 태양열 집열장치 및 이를 이용한 보일러 시스템{High-Efficiency Solar Collecting Apparatus And Boiler System Using The Same}High-efficiency Solar Collecting Apparatus And Boiler System Using The Same}

본 발명은 축열효율을 향상시킬 수 있는 고효율 태양열 집열장치 및 이를 이용한 보일러 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 태양열에 의해 온도가 상승된 축열된 열매체가 냉각된 열매체와 대류에 의해 열교환이 충분히 이루어지기 전에 외부 공기와 열교환되는 것을 방지하고, 축열된 열매체와 냉각된 열매체 간에 열교환히 원활히 이루어져 축열효율을 대폭 향상시킬 수 있는 고효율 태양열 집열장치 및 이를 이용한 보일러 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a high-efficiency solar heat collector and a boiler system using the same, which can improve heat storage efficiency. Specifically, the heat-generated heat medium whose temperature is increased by solar heat is cooled before heat exchange is sufficiently performed by heat medium and convection. The present invention relates to a high-efficiency solar heat collector and a boiler system using the same, which prevent heat exchange with air and smoothly heat exchange between a heat storage medium and a cooled heat medium.

고유가와 화석에너지 자원의 고갈 및 이들의 사용에 의한 대기오염이 심각한 문제로 대두되면서 그 대책의 일환으로서 대체 에너지의 활용방안이 각광을 받기 시작했으며, 그 다양한 활용방안 중의 하나가 무한정한 무공해의 에너지원인 태양열을 이용하는 것으로 태양열 발전, 태양열 주택, 태양열 급탕기 등 여러 분야에서 응용되고 있다. As the depletion of high oil prices and fossil energy resources and air pollution caused by their use have become a serious problem, the use of alternative energy has come into the spotlight as part of its countermeasures, and one of the various uses is infinite pollution-free energy. It is used in various fields such as solar power generation, solar housing, and solar water heater.

태양열 주택에서 사용되는 태양열 급탕기는, 통상 주택시설의 지붕에 있는 집열장치(solar collector)에서 축열된 물을 펌프를 이용하여 축열탱크로 보내어 열을 저장하는 방식으로 이루어진다. 축열탱크에 저장된 온수를 이용하여 난방 및 온수공급을 하게 된다.Solar water heaters used in solar houses are usually made by a method of storing heat by sending heat stored in a solar collector on a roof of a housing facility to a heat storage tank using a pump. The hot water stored in the heat storage tank is used for heating and hot water supply.

상기 집열장치는 크게 물 등의 열매체가 수용되고 열매체가 유입 및 배출되는 유입구 및 배출구가 형성된 집열조와, 상기 집열조의 하부에 복수 배치되어 태양열을 집열하는 복수의 집열관을 포함하여 이루어진다. 상기 집열조의 배출구는 댁내에 구비된 축열탱크의 열교환부의 유입부와 배관에 의해 연결되고, 상기 집열조의 유입구는 상기 축열탱크의 열교환부의 배출구와 배관에 의해 연결된다.The heat collecting device includes a heat collecting tank in which a heat medium such as water is largely accommodated, and an inlet and an outlet through which the heat medium is introduced and discharged are formed, and a plurality of heat collecting tubes arranged in a lower portion of the heat collecting tank to collect solar heat. The outlet of the heat collection tank is connected by an inlet of the heat exchanger of the heat storage tank provided in the house by a pipe, and the inlet of the heat collection tank is connected by a pipe of the heat exchanger of the heat storage tank.

상기 집열관 내에 집열되어 고온의 열매체와 상기 집열조에 수용된 열매체는 온도차에 의해 발생하는 대류현상에 의해 자연적으로 열교환된다. 상기 집열관의 고온의 열매체와 상기 집열조의 열매체가 대류현상에 의해 열교환됨에 따라 열교환에 소요되는 시간이 길어져 축열효율이 좋지 못하다. 또한 상기 집열관의 고온의 열매체가 상대적으로 낮은 외부공기와 열교환되어 열손실이 발생할 우려가 있는 문제가 있다.The heat medium collected in the heat collecting tube and the high temperature heat medium and the heat medium accommodated in the heat collecting tank are naturally heat exchanged by the convection phenomenon caused by the temperature difference. As the high temperature heat medium of the heat collecting tube and the heat medium of the heat collecting tank are heat-exchanged by convection, the time required for heat exchange is long, and heat storage efficiency is not good. In addition, there is a problem that heat loss may occur because the high temperature heat medium of the heat collecting tube exchanges heat with relatively low external air.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 태양열에 의해 집열된 집열관의 고온의 열매체와 집열조의 열매체 간에 열교환히 원활히 이루어져 집열관의 고온의 열매체가 외부 공기와 열교환되는 것을 방지할 수 있는 등 축열효율을 대폭 향상시킬 수 있는 고효율 태양열 집열장치 및 이를 이용한 보일러 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention for solving the conventional problems as described above, the heat transfer between the high temperature heat medium of the heat collecting tube and the heat collecting tank heat-collected by the solar heat is made smoothly to prevent the high temperature heat medium of the heat collecting tube heat exchange with the outside air. The purpose is to provide a high efficiency solar heat collector and a boiler system using the same, which can greatly improve the heat storage efficiency.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving such an object,

하부는 폐쇄되고 상부가 개방되는 복수의 집열관과; 열매체가 유입 및 배출되는 유입구 및 배출구가 각각 형성되고, 하부에 상기 복수의 집열관 상부가 일정한 간격으로 설치되는 집열조를 포함하여 이루어지고,A plurality of heat collecting tubes having a lower portion closed and an upper portion opened; Inlets and outlets through which the heat medium is introduced and discharged are formed, respectively, and includes a heat collection tank in which the plurality of heat collection pipes are installed at regular intervals,

상기 집열조 내에 구비되고 상기 유입구에 연통결합되어 상기 유입구로 유입되는 열매체를 상기 복수의 집열관의 하부공간으로 배출시키는 보조관부가 구비되는 것을 특징으로 하는 고효율 태양열 집열장치를 제공한다.It is provided in the collection tank and is coupled to the inlet is provided with a high efficiency solar heat collection device characterized in that the auxiliary pipe portion for discharging the heat medium flowing into the inlet to the lower space of the plurality of collecting pipes.

그리고 본 발명은 상기 보조관부가,And the present invention is the auxiliary pipe portion,

일단부가 상기 유입구에 연통결합되고 타단부가 폐쇄된 주관과;A main pipe having one end connected to the inlet and the other end closed;

상기 주관에 일정한 간격으로 연통결합되고, 하부가 상기 복수의 집열관의 하부공간에 배치되어, 상기 유입구를 통해 상기 주관 내로 유입된 열매체를 상기 복수의 집열관의 하부공간으로 배출시키는 복수의 분기관;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 태양열 집열장치를 제공한다.A plurality of branch pipes are communicatively coupled to the main pipe at a predetermined interval, and a lower portion thereof is disposed in the lower spaces of the plurality of heat collecting pipes, and discharges the heat medium introduced into the main pipes through the inlet to the lower spaces of the plurality of heat collecting pipes. It provides a high efficiency solar heat collector, characterized in that consisting of.

또한, 본 발명은 상기 집열조의 유입구 및 배출구가 상기 집열조의 일측면 및 타측면에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 고효율 태양열 집열장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a high efficiency solar heat collecting device, characterized in that the inlet and outlet of the collecting tank is provided on one side and the other side of the collecting tank, respectively.

아울러 본 발명은 상기 고효율 태양열 집열장치가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 고효율 태양열 집열장치를 이용한 보일러 시스템를 제공한다.In addition, the present invention provides a boiler system using a high efficiency solar heat collector, characterized in that the high efficiency solar heat collector is included.

본 발명의 고효율 태양열 집열장치는 태양열에 의해 집열된 집열관의 고온의 열매체와 집열조의 열매체 간에 열교환이 원활히 이루어짐에 따라 축열효율을 대폭 향상시킬 수 있고 또한 열손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.The high efficiency solar heat collector of the present invention can significantly improve heat storage efficiency and minimize heat loss as heat exchange is smoothly performed between the heat medium of the heat collector and the heat medium of the heat collection tank collected by solar heat. .

이하, 본 발명의 고효율 태양열 집열장치를 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the high efficiency solar heat collecting apparatus of the present invention will be described in detail with reference to Examples. The scope of the present invention is not limited to the following Examples.

도 1은 본 발명의 일실시예인 고효율 태양열 집열장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 집열조 및 집열관의 종단면 상태를 나타내는 종단면도이며, 도 3은 집열조 및 집열관의 횡단면 상태를 나타내는 횡단면도이다.1 is a perspective view schematically showing a high efficiency solar heat collecting device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view illustrating a vertical cross-sectional state of a heat collecting tank and a heat collecting tube, and FIG. 3 shows a cross-sectional state of a heat collecting tank and a heat collecting tube. Cross section view.

본 발명의 고효율 태양열 집열장치(10)는 도 1 내지 도 3과 같이 크게 집열조(110), 복수의 집열관(130) 및 보조관부(150)를 포함하여 이루어진다.The high efficiency solar heat collecting apparatus 10 of the present invention includes a heat collecting tank 110, a plurality of heat collecting tubes 130, and an auxiliary pipe part 150 as shown in FIGS. 1 to 3.

상기 집열조(110)는 열매체가 수용되는 수용공간(111)과, 댁내에 설치된 축열탱크의 열교환부와 배관에 연결되는 유입구(112) 및 배출구(114)가 구비된다. 상기 배출구(114)는 상기 집열조(110)의 수용공간(111)에 수용되어 축열된 열매체를 상기 댁내의 축열탱크의 열교환부로 배출하기 위한 것이고, 상기 유입구(112)는 상기 댁내의 축열탱크의 열교환부로부터 열교환되어 냉각된 열매체를 상기 수용공간(111)으로 유입시키기 위한 것이다.The heat collecting tank 110 is provided with a receiving space 111 that accommodates the heat medium, the inlet 112 and the outlet 114 connected to the heat exchange unit and the pipe of the heat storage tank installed in the house. The discharge port 114 is for discharging the heat medium received and stored in the storage space 111 of the heat collecting tank 110 to the heat exchange part of the heat storage tank of the house, and the inlet 112 of the heat storage tank of the house It is for introducing the heat medium cooled by heat exchange from the heat exchanger into the accommodation space 111.

그리고 상기 집열조(110)에는 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 수용공간(111)에 수용된 열매체가 외부 공기와 열교환되는 것을 방지하기 위한 단열층이 구비되는 것이 좋다.And although not shown in the drawing, the heat collecting tank 110 is preferably provided with a heat insulating layer for preventing the heat medium accommodated in the receiving space 111 is heat-exchanged with the outside air.

그리고 상기 복수의 집열관(130)은 태양열을 집열하기 위한 것으로서, 상기 집열조(110)의 하부에 일정한 간격으로 연통설치된다.In addition, the plurality of heat collecting tubes 130 are for collecting solar heat, and are installed in communication at a predetermined interval in the lower portion of the heat collecting tank 110.

상기 복수의 집열관(130)은 집열이 원활히 이루어지고 집열된 열매체가 외부공기와 열교환되어 열손실이 발생하는 것을 최소화하기 위해 적어도 외주면이 진공상태로 이루어진 투명재질로 이루어지는 것이 좋다. 상기 복수의 집열관(130)의 저 부에는 효과적으로 태양광을 집열하기 위하여 반사판이 구비될 수 도 있으나, 상기 복수의 집열관(130)의 저부면에 반사층이 구비될 수 도 있음은 물론이다.The plurality of heat collecting tubes 130 may be made of a transparent material having at least an outer circumferential surface thereof in a vacuum state in order to minimize the heat loss due to heat collection and heat exchange of the collected heat medium with external air. The bottom of the plurality of heat collecting tubes 130 may be provided with a reflector to effectively collect sunlight, but a reflective layer may be provided on the bottom surfaces of the plurality of heat collecting tubes 130.

상기 복수의 집열관(130)은 도 1 내지 도 3과 같이 하부는 폐쇄되고 상부가 개방형성되어 이루어지고, 상부가 상기 집열조(110)의 하부에 일정한 간격으로 연통설치된다.1 to 3, the plurality of heat collecting tubes 130, the lower portion is closed and the upper portion is formed open, the upper portion is installed in communication at regular intervals in the lower portion of the collecting tank (110).

상기 복수의 집열관(130)에 충진된 열매체는 태양광을 집열하여 온도가 상승하고, 온도가 상승된 열매체는 상기 집열조(110)에 수용된 열매체와 온도차에 따른 대류현상에 의하여 순환되어 열교환이 이루어진다.The heat medium filled in the plurality of heat collecting tubes 130 collects sunlight to increase the temperature, and the heat medium whose temperature is increased is circulated by the convective phenomenon according to the heat medium and the temperature difference accommodated in the heat collecting tank 110, thereby exchanging heat exchange. Is done.

상기 집열관(130)의 열매체와 상기 집열조(110)의 열매체 간에 열교환이 원활히 이루어지도록 상기 보조관부(150)가 구비된다.The auxiliary pipe part 150 is provided to facilitate heat exchange between the heat medium of the heat collecting tube 130 and the heat medium of the heat collecting tank 110.

상기 보조관부(150)는 상기 집열조(110) 내에 구비되어 상기 집열조(110)의 유입구(112)를 통해 유입되는 열매체를 상기 복수의 집열관(130)의 하부공간으로 배출시키도록 구성되고, 상기 보조관부(150)에 의해 상기 집열관(130)의 열매체와 댁내의 축열탱크의 열교환부에 의해 열교환되어 냉각된 열매체를 효과적으로 열교환시킬 수 있다.The auxiliary pipe part 150 is provided in the heat collecting tank 110 and configured to discharge the heat medium flowing through the inlet 112 of the heat collecting tank 110 into the lower spaces of the plurality of heat collecting tubes 130. By the auxiliary pipe part 150, the heat medium of the heat collecting tube 130 and the heat exchange part of the heat storage tank of the house can be effectively heat-exchanged.

상기 집열조(110)의 유입구(112)를 통해 유입되는 냉각된 열매체를 상기 집열관(130)의 집열된 열매체와 대류현상에 의해 서서히 열교환시키지 않고 직접 상기 집열관(130)의 집열된 열매체에 배출시켜 직접적으로 열교환시킴으로써, 열교환이 활발히 이루어져 외부공기에 의한 집열된 열매체의 열손실을 최소화할 수 있는 등 축열효율을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.The cooled heat medium flowing through the inlet 112 of the heat collecting tank 110 is not directly heat-exchanged by the heat condensation with the heat collected heat medium of the heat collecting tube 130, and directly to the heat collecting heat medium of the heat collecting tube 130. By direct heat exchange by discharging, heat exchange is actively performed, and thus heat storage efficiency can be greatly improved by minimizing heat loss of the heat medium collected by external air.

상기 보조관부(150)는 도 3과 같이 상기 집열조(110)의 유입구(112)에 일단부가 연통결합되고 타단부가 폐쇄된 주관(152)과, 상부가 상기 주관(152)에 일정한 간격으로 연통결합되고 하부가 상기 복수의 집열관(130)의 하부공간에 위치하는 복수의 분기관(154)으로 이루어진다.As shown in FIG. 3, the auxiliary pipe part 150 is connected to the inlet 112 of the heat collecting tank 110 with one end connected to the main pipe 152 and the other end closed, and the upper part of the main pipe 152 at regular intervals. A plurality of branch pipes 154 are communicatively coupled and positioned in a lower space of the plurality of heat collecting tubes 130.

상기 집열조(110)의 유입구(112)로 유입된 냉각된 열매체는 상기 보조관부(150)의 주관(152)으로 유입된 후 상기 복수의 분기관(154)으로 분기되어 상기 복수의 분기관(154)의 배출공을 통해 상기 집열관(130)의 하부공간으로 배출된다.The cooled heat medium flowing into the inlet 112 of the heat collecting tank 110 flows into the main pipe 152 of the auxiliary pipe part 150 and then branches into the plurality of branch pipes 154 to provide the plurality of branch pipes ( It is discharged to the lower space of the heat collecting tube 130 through the discharge hole of 154.

상기 집열관(130)의 하부공간으로 배출되는 냉각된 열매체는 상기 집열관(130)의 집열된 열매체와 열교환됨과 동시에 상기 집열관(130)에 집열된 열매체를 강제로 상기 집열조(110) 내로 상승시킨다. 이에 따라 상기 집열조(110) 내로 상승된 상기 집열관(130)의 집열된 열매체는 상기 집열조(110)의 열매체와 열교환된다. 즉, 상기 집열관(130)의 하부공간에 수용된 열매체는 상기 유입구(112)로 유입된 열매체와 열교환되고, 상기 집열관(130)의 상부공간에 수용된 열매체는 상기 집열조(110)의 열매체와 열교환됨으로써, 열교환이 활발히 이루어진다.The cooled heat medium discharged into the lower space of the heat collecting tube 130 is heat-exchanged with the heat collecting medium of the heat collecting tube 130 and at the same time forcibly heats the heat medium collected in the heat collecting tube 130 into the heat collecting tank 110. Raise. Accordingly, the heat collected heat medium of the heat collecting tube 130 raised into the heat collecting tank 110 is heat-exchanged with the heat medium of the heat collecting tank 110. That is, the heat medium accommodated in the lower space of the heat collecting tube 130 is heat-exchanged with the heat medium introduced into the inlet 112, and the heat medium accommodated in the upper space of the heat collecting tube 130 is connected to the heat medium of the heat collecting tank 110. By heat exchange, heat exchange is performed actively.

그리고 상기 집열조(110) 내에서 열교환 및 축열된 열매체는 상기 집열조(110)의 배출구(114)를 통해 배관을 따라 상기 댁내이 축열탱크로 공급되어 수용된다.The heat medium heat-exchanged and stored in the heat collecting tank 110 is supplied to the heat storage tank along the pipe through the discharge port 114 of the heat collecting tank 110 to be received.

한편, 상기 복수의 분기관(154)은 하부가 개방형성될 수 도 있고, 상기 하부가 밴딩되어 상측을 향하도록 형성될 수 있다. 또한 상기 복수의 분기관(154)의 하부 외주면에 복수의 분출공이 형성될 수도 있다.On the other hand, the plurality of branch pipes 154 may be formed in the lower portion, the lower portion may be formed to be directed upward. In addition, a plurality of ejection holes may be formed on the lower outer peripheral surface of the branch pipes 154.

아울러 본 발명은 상기 태양열 집열장치(10)가 포함되어 이루어진 보일러 시스템으로 구현될 수 있다. 즉 본 발명의 보일러 시스템은 종래의 보일러 시스템의 축열탱크의 열교환부에 상기 태양열 집열장치(10)의 집열조(110)의 유입구(112) 및 배출구(114)가 각각 연결되어 구현될 수 있다.In addition, the present invention can be implemented as a boiler system comprising the solar heat collector (10). That is, the boiler system of the present invention may be implemented by connecting the inlet port 112 and the outlet port 114 of the heat collecting tank 110 of the solar heat collecting device 10 to the heat exchange unit of the heat storage tank of the conventional boiler system, respectively.

도 1은 본 발명의 일실시예인 고효율 태양열 집열장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 1 is a perspective view schematically showing a high efficiency solar heat collecting device according to an embodiment of the present invention,

도 2는 집열조 및 집열관의 종단면 상태를 나타내는 종단면도이며, 2 is a longitudinal cross-sectional view showing a vertical cross-sectional state of the heat collecting tank and the heat collecting tube,

도 3은 집열조 및 집열관의 횡단면 상태를 나타내는 횡단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a cross-sectional state of the heat collecting tank and the heat collecting tube.

Claims (4)

하부는 폐쇄되고 상부가 개방되는 복수의 집열관과; 열매체가 유입 및 배출되는 유입구 및 배출구가 각각 형성되고, 하부에 상기 복수의 집열관 상부가 일정한 간격으로 설치되는 집열조를 포함하여 이루어지고,A plurality of heat collecting tubes having a lower portion closed and an upper portion opened; Inlets and outlets through which the heat medium is introduced and discharged are formed, respectively, and includes a heat collection tank in which the plurality of heat collection pipes are installed at regular intervals, 상기 집열조 내에 구비되고 상기 유입구에 연통결합되어 상기 유입구로 유입되는 열매체를 상기 복수의 집열관의 하부공간으로 배출시키는 보조관부가 구비되는 것을 특징으로 하는 고효율 태양열 집열장치.A high efficiency solar heat collecting device, characterized in that provided in the collection tank and the auxiliary pipe portion for communicating with the inlet is introduced into the inlet to discharge the lower space of the plurality of collecting pipes. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 보조관부는,The auxiliary pipe part, 일단부가 상기 유입구에 연통결합되고 타단부가 폐쇄된 주관과;A main pipe having one end connected to the inlet and the other end closed; 상부가 상기 주관에 일정한 간격으로 연통결합되고, 하부가 상기 복수의 집열관의 하부공간에 위치되어, 상기 유입구를 통해 상기 주관 내로 유입된 열매체를 상기 복수의 집열관의 하부공간으로 배출시키는 복수의 분기관;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 태양열 집열장치.A plurality of upper portions are in communication with the main pipe at regular intervals, the lower portion is located in the lower space of the plurality of heat collecting tubes, the plurality of heat medium to discharge the heat medium introduced into the main pipe through the inlet to the lower space of the plurality of heat collecting tubes Branch pipe; high efficiency solar heat collector, characterized in that consisting of. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 집열조의 유입구 및 배출구는 상기 집열조의 일측면 및 타측면에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 고효율 태양열 집열장치.High efficiency solar heat collection device, characterized in that the inlet and outlet of the collection tank is provided on one side and the other side of the collection tank, respectively. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 고효율 태양열 집열장치가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 고효율 태양열 집열장치를 이용한 보일러 시스템.A boiler system using a high efficiency solar heat collector, comprising a high efficiency solar heat collector of any one of claims 1 to 3.
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