KR20110080615A - 흡수율은 높이고 열손실은 줄일 수 있는 집열기 흡수관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반사판에 의해 반사된 빛과 태양으로부터 직사된 빛을 효율적으로 흡수할 수 있고, 흡수된 열이 배출되는 것을 최소화 할 수 있게 한 흡수율은 높이고 열손실은 줄일 수 있는 집열기의 흡수관에 관한 것으로, 집열기를 구성하는 홈통형의 반사면을 갖는 반사판에 의해 반사된 빛의 열을 흡수하는 흡수관이 상기 반사판과 대향되는 면은 반원 형상으로 구성되고, 바깥쪽을 향한 면은 평탄면으로 구성하여 반사광 및 직사광이 항상 수직으로 조사되어 흡수율을 높이고, 단면적을 줄여 열손실을 줄일 수 있는 구조를 특징으로 한다.

Description

흡수율은 높이고 열손실은 줄일 수 있는 집열기 흡수관{absorption tube of parabolic trough concentrator for reducing the heat loss}

본 발명은 태양열 집열시스템의 집열기용 흡수관에 관한 것으로써, 상세하게는 반사판에 의해 반사된 빛과 태양으로부터 직사된 빛을 효율적으로 흡수할 수 있고, 흡수된 열의 손실을 최소할 할 수 있는 집열기 흡수관 구조에 관한 것이다.

동력원의 연료로 가장 많이 사용되는 것 중 의 하나가 화석연료이고, 이러한 화석연료의 고갈에 따라 자연력을 이용한 동력 발생 장치들이 많이 개발되고 있다.

이러한 자연력을 이용한 동력 발생장치들로는 풍력 발전 장치, 조력 발전 장치, 태양력 발전 장치 등이 있으며, 이러한 동력 발생 장치들 중 태양을 이용한 동력 발생 장치는 태양광을 이용하는 경우와 태양열을 이용하는 경우가 있다.

이중 태양열을 이용하기 위한 집열장치로는 평판형, 접시형, PTC(Parabolic Trough Type Concentrator) 등이 있으며, 열매체의 온도가 높지 않아도 되는 난방이나 온수 설비에는 평판형이 주로 사용되고, 보다 높은 온도를 요구하는 냉난방 시스템 및 건조장치 응용분야나 발전 분야에는 접시형이나 PTC형이 많이 사용되고 있다.

이러한 집열기 중 PTC형 집열기는 도 1에 도시한 바와 같이, 홈통형으로 굽혀진 반사면을 갖는 반사판(100)과, 상기 반사판(100)에 의해 반사되는 빛이 모아지는 부분에 설치된 흡수관(200)로 구성되어 있다.

이렇게 구성된 PTC형 집열기의 반사판(100)에 반사된 빛은 보다 많이 흡수관(200)을 통해 흡수되어야하고, 흡수관에 흡수된 열은 외부로 손실되지 않고 최대한 흡수관 내을 순환하는 열매체에 전달되어야 한다.

따라서, 흡수관의 직경이 작을수록 대류나 전도에 의한 열손실을 적게 할 수 있으나, 너무 작게 만들면 반사판의 곡률 오차나 추적장치의 오차에 의해 집열 효율이 급격하게 떨어지는 문제가 발생한다.

즉, 흡수관의 직경이 작을수록 집광비(집광면적/흡수관 면적)가 커져 고온으로 축열할 수 있고, 방열 손실을 줄일 수 있으나, 손실을 줄이기 위해 흡수관의 직경을 줄이면 흡수관에 초점을 맞추기 위해 반사판이나 추적장치를 더 정밀해야 제작하여야 하고 이에 따라 비용이 추가되는 문제점이 발생함으로 현재는 집광비가 30~40 정도를 사용하는 제품들이 주로 출시되고 있다.

이로 인해 흡수관에 의한 열손실이 다른 부분에 비해 상대적으로 높은 편이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로써, 반사광 및 직사광이 항상 흡수관의 표면에 수직으로 조사되게 하여 흡수율을 높이며, 방열 면적을 최소화하여 열손실을 줄일 수 있도록 구성된 흡수율은 높이고 열손실은 줄일 수 있는 집열기 흡수관을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 흡수관을 반사판과 대향되는 면은 반원 모양으로 구성하고, 태양과 대향되는 면은 평탄면으로 구성하여, 반사광 및 직사광이 항상 흡수관에 수직으로 조사되며, 흡수관의 표면적도 줄일 수 있게 한 것이다.

흡수관 형상의 단면을 반원형으로 구성하여 반사광 및 직사광이 항상 수직으로 조사될 수 있도록 하면 흡수관에 의한 태양광 흡수 효율이 높아져 좀더 많은 에너지를 축열 할 수 있으며, 원형으로 구성 할 때 보다 단면적이 줄어 방열 손실도 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 집열기의 일예를 도시한 측면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 흡수관을 구비한 집열기의 일예를 도시한 사시도이고,
도 3은 도 2에 도시한 집열기의 측면도이다.

이하, 본 발명에 따른 흡수율은 높이고 열손실은 줄일 수 있는 집열기의 흡수관을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 흡수관은 빛의 흡수 효율은 높이고, 흡수된 빛에 의해 발생된 열의 방출은 최소화 할 수 있게 한 것이다.

즉, 본 발명의 흡수관은 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 집열기를 구성하는 홈통형의 반사면을 갖는 반사판(100)에 의해 반사된 빛의 열을 흡수하는 흡수관(1)에 있어서, 상기 흡수관(1)은 상기 반사판(100)과 대향되는 면은 반원 형상으로 구성되고, 바깥쪽을 향한 면은 평탄면으로 구성된 것이 특징이다.

이렇게 구성하면 흡수관(1)의 반사판과 대향되는 반원면(1a)은 홈통형 반사면을 갖는 반사판(100)에 의해 반사된 빛의 초점이 항상 수직으로 조사될 수 있으며, 상부의 평탄면(1b)는 직사광이 항상 수직으로 조사될 수 있는 구조가 된다.

본 발명의 반원형 흡수관(1)과 종래의 원통형 흡수관을 비교하여 보면 아래와 같다.

본 발명과 종래의 흡수관의 반지름(r)과 길이(t)가 동일하다고 가정한다.

종래의 흡수관은 단면이 원형이므로 표면적은

이고,

본 발명과 같이 반원형일 경우에 표면적은

이므로

본 발명의 흡수관은 종래의 흡수관보다 표면적이 감소하게 된다.

따라서, 본 발명의 흡수관이 외부와 접촉되는 면적이 줄어 종래의 흡수관보다 대류나 전도에 의한 열손실을 약 20% 정도 줄일 수 있게 된다.

도면과 상기의 설명에서는 본 발명에 따른 흡수관(1)과 반사판(100)의 단면이 진원의 일부인 반원 형상을 갖도록 구성된 것을 일예로 도시하고 설명하였으나, 반사판의 형상에 따라 타원의 일부를 절개한 호형상으로 구성하거나, 포물면을 갖는 호형상으로 구성될 수도 있다.

즉, 반사판의 형상이

의 포물선 방정식에 따라 항상 반사광이 초점에 모일 수 있는 구조로 제작될 수 있고 이렇게 제작된 바사판의 구조에 따라 흡수관의 단면형상은 당라질 수 있으며, 궁극적으로는 이러한 형상은 반사판(100)에 의해 반사된 빛과 태양으로부터 직접 조사된 빛이 흡수관(1)에 항상 수직으로 조사되어 흡수율을 높이는 형상으로 구성되는 것이 바람직하다.

1 : 흡수관
1a : 반원면
1b : 평탄면
100 : 반사판

Claims (2)

1. 집열기를 구성하는 홈통형의 반사면을 갖는 반사판(100)에 의해 반사된 빛의 열을 흡수하는 흡수관(1)에 있어서,
   상기 흡수관(1)에서 태양광의 흡수율을 높이기 위해 반사광 및 직사광이 항상 흡수관에 수직으로 조사될 수 있도록 반사판(100)과 대향되는 면은 반원 형상으로 구성되고, 바깥쪽을 향한 면은 평탄면으로 구성됨을 특징으로 하여 흡수율은 높이고 열손실은 줄일 수 있는 구조를 갖는 집열기 흡수관.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 흡수관(1)의 단면 모양을 반원형으로 구성함으로서 집광비가 같은 흡수관이라도 표면적을 줄일 수 있게 구성됨을 특징으로 하여, 흡수율은 높이고 열손실은 줄일 수 있는 구조를 갖는 집열기 흡수관.
   
   

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