KR20120130813A

KR20120130813A - 태양열 진공 집열관

Info

Publication number: KR20120130813A
Application number: KR1020110048802A
Authority: KR
Inventors: 김범준; 이영국
Original assignee: 주식회사 강남에너텍
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2012-12-04

Abstract

본 발명은 내, 외부관으로 되는 진공 집열관의 내부관에 열교환관이 설치되게 하는 한편, 이 열교환관의 외부면에 히트파이프가 에워싸며 결합되게 하여 계절별, 시간별 변화가 심한 태양열의 온도편차가 보상되게 함으로써, 균일한 수축 및 팽창에 의한 내부관의 내구성이 향상되게 하는 태양열 진공 집열관에 관한 것이다.

Description

태양열 진공 집열관{SOLAR RECEIVER}

본 발명은 태양열 진공 집열관에 관한 것으로, 특히, 내, 외부관으로 되는 진공 집열관의 내부관에 열교환관이 설치되게 하는 한편, 이 열교환관의 외부면에 히트파이프가 에워싸며 결합되게 하여 계절별, 시간별 변화가 심한 태양열의 온도편차가 보상되게 함으로써, 균일한 수축 및 팽창에 의한 내부관의 내구성이 향상되게 하는 태양열 진공 집열관에 관한 것이다.

일반적으로 태양열은 우리나라의 신 에너지 및 재생 에너지 개발, 이용, 보급촉진법 제2조의 규정에 의거 태양광, 바이오, 풍력, 수력, 해양, 폐기물, 지열 등과 함께 재생 에너지로 정의되어 있고, 연료전지, 석탁액화가스화 및 중질잔사유가스화, 수소에너지 등이 신 에너지로 정의되어 있다.

상기 재생 에너지로 정의되어 있는 태양열은 태양으로부터 오는 복사광선을 흡수해서 열에너지로 변환(필요시 저장)시켜 건물의 냉난방 및 급탕, 산업공정열, 열 발전 등에 활용되고 있으며, 태양열 이용 기술의 핵심은 태양열의 집열, 축열, 시스템 제어 등에 있는데, 태양열 에너지는 에너지 밀도가 낮고 계절별, 시간별 변화가 심한 에너지로 집열과 축열이 가장 근본이 되는 기술이다.

상기 태양열 에너지의 집열과 축열은 도 1 도시와 같이 물탱크(13)에 다수개의 진공 집열관(11)이 설치되게 하는 것이 상용화되고 있는데, 상기 진공 집열관(11)은 외부관(12)은 투명하게 되고, 내부관(14)은 태양열 흡수막이 코팅되며, 외부관(12)과 내부관(14)의 사이에는 진공공간(16)이 형성된다.

따라서 빛을 흡수하는 내부관(14)을 투명한 외부관(12)이 둘러싼 형태로 온실효과를 일으키게 된다.

즉, 태양으로부터 오는 복사광선이 외부관(12)을 통해 들어오면 내부관(14)에 부딪혀서 적외선으로 바뀌게 되고, 적외선은 투명한 외부관(12)을 통과하지 못하게 됨으로 진공공간(16)은 점점 더 뜨거워지게 되며, 이렇게 뜨거워진 내부에는 열을 흡수하였다가 전달하는 매체가 흐르게 되는데, 이 뜨거워진 매체는 내부관(14)의 공급수와 열을 교환하여 온수를 생산하게 된다.

종래 상기와 같은 진공 집열관(11)은 태양열이 계절별, 시간별 변화가 심하고, 태양을 마주하는 면의 반대편 쪽은 음지가 되어 온도편차에 의한 내부관(14)이 균일하게 수축 및 팽창되지 않아 내구성이 저하될 염려가 있으며, 더욱이 이상 기온에 의해 기온이 급격히 떨어지면 내부관(14)에 충전된 물이 얼어서 그 체적이 증대되어 내부관(14)이 파손될 염려가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 내, 외부관으로 되는 진공 집열관의 내부관에 열교환관이 설치되게 하는 한편, 이 열교환관의 외부면에 히트파이프가 에워싸며 결합되게 하여 계절별, 시간별 변화가 심한 태양열의 온도편차가 보상되게 함으로써, 균일한 수축 및 팽창에 의한 내부관의 내구성이 향상되게 하는 태양열 진공 집열관을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양열 진공 집열관은 물탱크(140)에 외부관(112)과 내부관(114)의 사이공간이 진공상태로 되는 진공 집열관(110)이 다수개 결합되는 태양열 집열장치에 있어서, 하부의 외주면에 수나사부(140a)가 형성되고 상기 물탱크(140)에 상부가 결합되는 분기관(142); 원형관체로, 상부 개구의 둘레면에 걸림환턱(122)이 형성되는 한편, 하부 개구에 밀봉캡(124)이 결합되고, 상기 걸림환턱(122)이 상기 분기관(142)과 동일 중심을 이루면서 맞닿게 되며, 상기 내부관(114)의 중심에 삽입되어 내부로 유입되는 냉수가 온수로 되게 하는 열교환관(120); 상기 열교환관(120)의 외부면에 에워싸며 결합되는 히트파이프(126); 원형관체로, 상부 개구의 내주면에는 상기 분기관(142)의 수나사부(140a)에 대응하는 암나사부(130a)가 형성되고, 하부 개구에는 상기 열교환관(120)의 걸림환턱(122)에 대응하는 걸림환턱(130b)이 형성되며, 상기 열교환관(122)이 상기 분기관(142)에 결합되게 하는 밀봉부재(130); 상기 밀봉부재(130)를 에워싸게 되며, 상기 내부관(114)의 개구 내주면에 결합되는 밀봉링(110b); 및 상기 분기관(142)을 에워싸게 되며, 상기 밀봉링(110b)의 상부에서 상기 내부관(114)의 개구 내주면에 결합되는 내압링(110a);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히트파이프(126)는 외주면에 방사상으로 방열핀(126a)이 동일 중심을 이루면서 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 내, 외부관(114)(112)으로 되는 진공 집열관(110)의 내부관(114)에 열교환관(120)이 설치되게 하는 한편, 이 열교환관(120)의 외부면에 히트파이프(126)가 에워싸며 결합되게 하여 계절별, 시간별 변화가 심한 태양열의 온도편차가 보상되게 함으로써, 균일한 수축 및 팽창에 의한 내부관(114)의 내구성이 향상되게 하는 효과가 있는 것이다.

도 1은 일반적인 진공 집열관의 단면도,
도 2는 본 발명의 단면도,
도 3은 도 2의 전체 분해사시도,
도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예의 사시도 이다.

다음 본 발명을 도면에 의거하여 설명하겠다.

도 2 및 도 3 에는 본 발명에 따른 태양열 진공 집열관이 도시되어 있는데, 이 태양열 진공 집열관 본체(100)는 물탱크(140)의 전면 하부에 약 45°각도로 전방을 향해 상부가 결합되는 분기관(142)과, 상기 분기관(142)에 동일 중심을 이루면서 맞닿게 되고, 내, 외부관(114)(112)으로 되는 진공 집열관(110)의 상기 내부관(114)에 삽입되는 열교환관(120)과, 상기 열교환관(120)의 외주면에 에워싸며 결합되는 히트파이프(126)와, 상기 열교환관(120)을 상기 분기관(142)에 결합되게 하는 밀봉부재(130)와, 상기 밀봉부재(130)를 에워싸며 상기 내부관(114)의 내주면에 결합되는 밀봉링(110b)과, 상기 분기관(142)을 에워싸며, 상기 밀봉링(110b)의 상부에서 상기 내부관(114)의 내주면에 결합되는 내압링(110a)으로 구성된다.

상기 진공 집열관(110)은 외부관(112)의 내부에 내부관(114)이 동일 중심을 이루면서 형성되고, 외부관(112)과 내부관(114)의 사이공간은 진공 상태가 되며, 외부관(112)은 투명체로, 내부관(114)은 태양열 흡수막이 코팅된다.

따라서 태양열 흡수막에 의해 빛을 흡수하는 내부관(114)을 투명한 외부관(112)이 둘러싼 형태로 온실효과를 일으키게 되고, 태양의 복사광선이 외부관(112)을 통해 들어오면 내부관(14)에 부딪혀서 적외선으로 바뀌게 되며, 적외선은 투명한 외부관(112)을 통과하지 못하게 됨으로 내, 외부관(114)(112) 사이의 진공공간은 점점 더 뜨거워지게 된다.

상기 열교환관(120)은 상기 내부관(114) 보다 작은 직경을 이루는 원형관체로 형성되고, 상부 개구의 둘레면에 동일중심을 이루는 걸림환턱(122)이 일체로 형성되며, 하부 개구에 밀봉캡(124)이 결합된다.

상기 걸림환턱(122)의 상부면은 상기 분기관(142)의 하부면과 맞닿게 되는데, 패킹(122a)이 개재된 상태로 맞닿게 되고, 열교환관(120)과 분기관(142)은 동일중심을 이루게 되며, 상기 진공 집열관(110)의 내부관(114) 내부 중심에 동일 중심을 이루면서 삽입된다.

따라서 진공 집열관(110)이 뜨거워짐에 따라 열교환관(120)의 내부로 유입되는 냉수가 온수로 된다.

상기 열교환관(120)의 외부면에는 히트파이프(126)가 에워싸며 결합된다.

상기 히트파이프(126)는 중앙이 수직으로 관통되는 원형통체로 형성되는데 상기 열교환관(120)의 외부면을 감싸는 크기의 직경을 갖는 작은 직경의 내부원통과, 이 내부원통보다 더 큰 직경의 외부원통이 동일중심을 이루면서 형성되고, 내, 외부원통은 중심을 제외한 상, 하부면이 막혀지게 형성되며, 각각의 원통 내주면에는 위크(wick)가 설치되고, 내부에는 작동유체가 채워지게 된다.

따라서 상기 히트파이프(126)의 작동유체는 상기 열교환관(120)의 온수를 열원으로 하여 증기로 증발되어 발열하게 되고, 증발된 작동유체는 모세관 작용을 하는 위크에 의해 증발부로 환류하게 된다.

상기에 있어, 히트파이프(126)는 도 4 도시와 같이 외주면에 방사상으로 방열핀(1226a)이 형성되게 하여서 된다.

상기 밀봉부재(130)는 원형관체로 형성되고, 상부 개구의 내주면에 암나사부(130a)가 형성되며, 하부 개구에 걸림환턱(122)이 동일중심을 이루면서 형성된다.

상기에 있어, 걸림환턱(122)은 내부면에 상기 열교환관(120)의 걸림환턱(122) 저면이 맞닿은 상태로 되게 하는 한편, 암나사부(140a)가 분기관(142)의 수나사부(140a)에 나사 결합됨에 의해 상기 걸림환턱(122)을 밀어 올리게 된다.

상기 분기관(142)은 하부의 외주면에 수나사부(140a)가 형성되고 상부의 일 부위가 상기 물탱크(140)의 내부에 삽입되는 상태로 결합되는데, 다수개가 일정한 간격을 유지하면서 결합된다.

이렇게 구성되는 본 발명은

a) 물탱크(140)에서 분기된 분기관(142)의 외부면에 내압링(110a)이 감싸져 결합되게 하되, 분기관(142)의 수나사부(140a) 상부 외부면에 결합되게 한다.

b) 이어서 외부면에 밀봉링(110b)이 감싸져 결합된 밀봉부재(130)를 열교환관(120)의 하부로부터 끼워지게 한 후 올려서, 밀봉부재(130)의 걸림환턱(130b)에 열교환관(120)의 걸림환턱(122)이 얹혀지게 하고, 암나사부(130a)가 분기관(142)의 수나사부(140a)에 나사 결합되게 하되, 열교환관(120)의 걸림환턱(122) 상부면과, 물탱크(140)에서 분기된 분기관(142)의 하부면 사이에 패킹(122a)이 개재되게 하여 결합되게 한다.

c) 이어서 상기 열교환관(120)의 외부면을 히트파이프(126)가 감싸져 결합되게 한다.

d) 이어서 상기 히트파이프(126)가 결합된 상기 열교환관(120)을 진공 집열관(110)의 내부관(114)에 동심원이 되게 삽입하되, 상기 밀봉링(110b)과, 이 밀봉링(110b)의 상부에 위치하는 내압링(110a)이 내부관(114)의 개구 내주면에 결합되게 하면 되는 것으로,

e) 태양의 복사광선이 외부관(112)을 통해 들어오면 내부관(114)에 부딪혀서 적외선으로 바뀌게 되고, 적외선은 투명한 외부관(112)을 통과하지 못하게 됨으로 내, 외부관(114)(112) 사이의 진공공간은 점점 더 뜨거워지게 되는데, 이때 열교환관(120)으로 유입되는 냉수는 온수로 된다.

f) 이때 히트파이프(126)의 작동유체는 온수를 열원으로 하여 증기로 증발되어 발열하게 되는데, 상기 히트파이프(126)에서의 발열은 계절별, 시간별 온도 변화와, 태양을 마주하는 면의 반대편 쪽이 음지가 되어 발생되는 온도편차를 보상하게 된다.

100 : 본체 110 : 진공 집열관
110a : 내압링 110b : 밀봉링
112 : 외부관 114 : 내부관
120 : 열교환관 122 : 걸림환턱
124 : 밀봉캡 126 : 히트파이프
126a : 방열핀 130 : 밀봉부재
130a : 암나사부 130b : 걸림환턱
140 : 물탱크 142 : 분기관
142a : 수나사부

Claims

물탱크에 외부관과 내부관의 사이공간이 진공상태로 되는 진공 집열관이 다수개 결합되는 태양열 집열장치에 있어서,
외주면에 수나사부가 형성되고 상기 물탱크에 상부가 결합되는 분기관;
원형관체로, 상부 개구의 둘레면에 걸림환턱이 형성되는 한편, 하부 개구에 밀봉캡이 결합되고, 상기 걸림환턱이 상기 분기관과 동일 중심을 이루면서 맞닿게 되며, 상기 내부관의 중심에 삽입되어 내부로 유입되는 냉수가 온수로 되게 하는 열교환관;
상기 열교환관의 외부면을 에워싸며 결합되는 히트파이프;
원형관체로, 상부 개구의 내주면에는 상기 분기관의 수나사부에 대응하는 암나사부가 형성되고, 하부 개구에는 상기 열교환관의 걸림환턱에 대응하는 걸림환턱이 형성되며, 상기 열교환관이 상기 분기관에 결합되게 하는 밀봉부재;
상기 밀봉부재를 에워싸게 되며, 상기 내부관의 개구 내주면에 결합되는 밀봉링; 및
상기 분기관을 에워싸게 되며, 상기 밀봉링의 상부에서 상기 내부관의 개구 내주면에 결합되는 내압링; 을 포함하는 태양열 진공 집열관.
제 1 항에 있어서,
상기 히트파이프는 외주면에 방사상으로 방열핀이 형성되는 것을 특징으로 하는 태양열 진공 집열관.