KR20140045926A - 내부 압력 인디케이터가 구비된 진공 태양열 패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양 복사에 투명한 적어도 하나의 전면판(11) 및 상기 전면판(11)을 위한 지지 구조체(12)를 포함하는 진공-밀폐 외피(10); 상기 진공-밀폐 외피(10) 내에 봉인된 열-흡수 수단; 및 진공 외피(10) 내에 진공 상태를 유지하기 위한 주 게터 수단을 포함하고, 상기 진공 태양열 패널(1)은 상기 전면판(11)의 내부측에 증착된 반응성 물질의 압력 인디케이터 스폿(13)을 더 포함하고, 상기 반응성 물질은 상기 외피 내의 압력이 한계값을 초과할 때 진공-밀폐 외피(11)의 외부측으로부터 감지할만한 반응을 하는 것을 특징으로 하는 진공 태양열 패널(1)에 관한 것이다.

Description

내부 압력 인디케이터가 구비된 진공 태양열 패널{VACUUM SOLAR THERMAL PANEL PROVIDED WITH AN INTERNAL PRESSURE INDICATOR}

본 발명은 내부 압력 인디케이터가 구비된 진공 태양열 패널 및 상기 진공 태양열 패널을 제조하기 위한 관련 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 진공 태양열 패널은 적어도 전면판이 태양 복사에 투명한 진공-밀폐 외피(envelope)를 포함한다. 패널은 진공 외피 내에 배치되는 열 흡수장치 및 열전달 유체를 이송하는 파이프를 포함한다.

태양 복사는 따라서 전면판을 통해 진공 외피로 들어가고 열 흡수장치에 의해 수집되고 열로 전환된다. 전환된 열은 그 다음 파이프로 흐르는 열전달 유체로 전달된다.

공지된 타입의 진공 태양열 패널은 예를 들어 동일한 출원인의 WO 2010/003653 하에 공개된 PCT 출원에 기재되어 있다.

현재의 태양열 패널의 종류의 특징인 외피 내의 진공은, 대류 열손실을 현저하게 감소시켜서 디바이스의 더 높은 효율을 가져온다. 최근 고진공 패널에서 내부 압력은 대류 손실을 극소량으로 하기 위해서 10^-3 Torr 미만으로 유지되어야 한다.

시간의 경과에 따라 상기 고진공 상태를 유지하기 위해서, 화학 반응 및/또는 흡착 수단을 사용하여 잔여 가스 분자를 포획할 수 있는 게터(getter) 물질이 진공 외피 내에 봉인된다. 이러한 구성은 대개 게터 펌프로 알려져 있다.

그러나, 게터 펌프의 포화 및/또는 진공 외피의 진공-밀폐 밀봉의 손상은 패널의 내부 압력을 점진적으로 증가시켜 이러한 압력이 10^-2 Torr를 초과할 때 그 효율에 갑작스러운 열화를 발생시킬 수 있다.

이러한 경우, 손상된 진공 패널을 교체하고 열 플랜트의 최초 효율을 회복하기 위해서 가능한 빨리 임계적 상태를 감지하는 것이 필수적이다. 그러나, 패널의 시각적 검사는 최초의 고진공 상태의 부분 손실을 평가하는데 불충분할 수 있다. 사실상, 대기압에 의한 진공 외피의 변형에 대한 변화는 감지하기 매우 어려운데, 그 이유는 이들이 압력차와 대략 선형이고, 그러므로 내부 압력이 10 Torr, 패널의 효율이 허용불가능한 수준으로 떨어졌을 때의 수치 보다 1000배 더 높은 수치를 초과할 때만 뚜렷하다.

진공 태양열 패널의 내부 압력을 감지하고 확인하기 위한 공지된 해결책은 패널 자체에 고진공 게이지를 부착하는 것이지만, 그러나 이러한 게이지의 높은 비용 때문에 화력 플랜트를 구성하는 모든 단일 패널에 게이지를 부착하는 것은 상업적으로 허용불가능하다.

그러므로 본 발명의 근본적인 기술적 문제는 정확하고 비용 효율적인 내부 압력 인디케이터를 갖는 진공 태양열 패널을 제공하는 것이다.

상기 언급한 기술적 문제에 대한 해결책은 태양 복사에 투명한 적어도 하나의 전면판 및 상기 전면판을 위한 지지 구조체를 포함하는 진공-밀폐 외피; 상기 진공-밀폐 외피 내에 봉인된 열-흡수 수단; 및 진공 외피 내에 고진공을 유지하기 위한 주 게터 수단을 포함하는 타입의 진공 태양열 패널에 의해 제공되고, 상기 진공 태양열 패널은 상기 전면판의 내부측에 증착된 반응성 물질의 압력 인디케이터 스폿을 더 포함한다. 상기 외피 내의 압력이 한계값을 초과하면, 반응성 물질은 진공-밀폐 외피의 외측으로부터 감지할만한 반응을 한다.

본 발명의 근본적인 아이디어는 진공-밀폐 외피 내의 고진공 상태의 손실을 시각적으로 감지하기 위해서 반응 물질의 스폿을 사용하는 것이다.

유리하게, 이러한 반응성 물질은 원소 바륨일 수 있다.

바륨은 진공 외피로 들어가는 가스 분자와 빠르게 반응하기 때문에, 압력 증가와 함께 바륨 스폿은 크기가 감소할 것이고, 결국 은색에서 흰색으로 변화하여 패널을 교체해야 한다는 것을 나타낸다.

만약 바륨이 때때로 진공 시스템에서 게터로서 사용되더라도, 이러한 원소는 본 발명에서 다른 목적, 즉 사전-정의된 한계값을 초과하여 내부 압력이 어떠한 증가라도 하는 것을 감지하는 목적으로 사용된다는 것에 주지하여야만 한다. 사실상, 상기 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 진공 태양열 패널은 이미 압력 인디케이터 스폿 이외에 주 게터 수단을 갖는다.

스폿은 게터 펌프의 기능을 수행하지 않기 때문에, 그것의 크기는 적절히 제한될 수 있고; 전면판 상의 반응성 물질의 커다란 증착은 그것의 투명성을 현저히 감소시켜서 패널 효율의 열화를 유발할 수 있기 때문에 이것은 매우 중요하다.

동일한 이유로 플래시 게터 타입이 아닌 주 게터 수단을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 주 게터 수단은 공지된 타입의 비증발성 게터를 유리하게 포함할 수 있다.

상기 언급한 바와 같이, 압력 인디케이터 스폿은 가능한 작게 유지되어야 하고, 가능한 10 cm²를 초과하지 않아서 태양 복사를 차단하지 않아야 한다.

동일한 이유로 그것의 면적은 전면판의 총 투명 면적의 최대 1%인 것이 바람직하다.

또한, 반응 물질의 양 및 압력 인디케이터 스폿의 크기는 스폿 외관의 변화를 결정하는 압력 한계값을 확인한다. 압력 인디케이터 스폿의 면적은 1 cm² 내지 3 cm²로 유지하는 것이 유리하고, 반면 반응성 물질의 총량은 1 내지 5 mg로 유지하는 것이 유리하다. 이러한 특성을 갖는 바륨의 스폿은 내부 압력이 대략 1O^-2 Torr의 임계치에 도달할 때 크기 및/또는 색을 변화시킬 것이다.

본 발명에 따른 진공 태양열 패널은 전면판의 내부측 옆의 지지 구조체에 강고하게 부착된 반응성 물질 저장소를 유리하게 포함할 수 있다. 상기 저장소는 제조단계에서 사용되며, 반응성 물질을 승화하기 전에 포함하게 된다.

바람직하게는 고리 형상인 저장소는 전면판의 내부측으로부터 1 내지 3 mm 간격으로 위치할 수 있다.

상기 언급한 저장소는 사전 정의된 함량의 반응성 물질을 갖는 상업적으로 이용가능한 플래시 게터일 수 있다.

지지 구조체는 후면판 및 상기 후면판을 상기 전면판에 연결하는 복수의 업라이트(upright)를 포함할 수 있고, 상기 언급한 저장소는 상기 업라이트 중 하나에 강고하게 부착될 수 있다.

바람직하게는, 진공 태양열 패널의 전면판은 실질적으로 편평하다.

상기 언급한 기술적 문제는 또한 하기 단계를 포함하는 진공 태양열 패널의 제조방법에 의해 해결된다:

태양 복사에 투명한 적어도 하나의 전면판 및 상기 전면판을 위한 지지 구조체를 포함하는 진공-밀폐 외피를 제공하는 단계;

상기 진공-밀폐 외피 내에 봉인된 열-흡수 수단을 제공하는 단계;

상기 진공 외피 내에 진공 상태를 유지하기 위한 주 게터 수단을 제공하는 단계;

상기 외피 내의 압력이 한계값을 초과했을 때 진공-밀폐 외피의 외부측으로부터 감지할만한 반응을 하는 압력 인디케이터 스폿을 형성하기 위해서 상기 전면판의 내부측 상에 반응성 물질을 증착하는 단계.

유리하게는, 상기 전면판의 내부측 상에 반응성 물질을 증착하는 단계는 하기 단계를 더 포함한다:

상기 반응성 물질을 포함하는 저장소를 전면판의 내부측 옆의 지지 구조체에 부착하는 단계;

상기 물질을 증발하고 상기 압력 인디케이터 스폿을 형성하는 전면판의 내부측 상에 증착하는 방식으로 상기 반응성 물질을 유도 가열하는 단계(플래싱 단계).

원소 바륨을 사용할 때, 플래싱 전 저장소에 위치하는 물질의 양은 1 mg 내지 5 mg인 것이 바람직하다.

다른 특징 및 이점은 예시적이고 비제한적 목적으로 제공되는 첨부 도면을 참조하여, 바람직하지만 본 발명의 배타적 실시형태는 아닌 이하에 개관되는 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 진공 태양열 패널을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 도 1의 진공 태양열 패널의 상세를 개략적으로 나타낸다.

도면, 특히 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 진공 태양열 패널을 나타내며 일반적으로 (1)로 표시한다.

진공 태양열 패널(1)은 태양 복사에 투명한 전면판(11) 및 전면판(11)을 지지하기 위한 지지 구조체(12)로 이루어지는 진공-밀폐 외피(10)를 포함한다.

지지 구조체(12)는 실질적으로 직사각형 후면판(12a) 및 후면판(12a)의 둘레로부터 상승하는 측벽(12c)을 포함한다. 실질적으로 편평한 유리판인 전면판(11)은 후면판(12a) 및 측벽(12c)으로 형성된 박스-유사 구조를 폐쇄한다. 지지 구조체(12)는 후면판(12a)을 전면판에 연결하는 복수의 업라이트(12b)를 더 포함한다. 업라이트(12b)의 주요 기능은 대기압을 견디는 유리판을 지지하는 것이다.

공지된 타입의 열-흡수 수단이 진공-밀폐 외피 내에 봉인되고; 상기 흡수 수단은 진공-밀폐 외피(10)를 가로지르는 파이프에 열적으로 연결된다. 열-흡수 수단 및 파이프는 간략화 목적으로 도면에서는 생략되었다.

비증발성 게터가 진공-밀폐 외피 내에, 바람직하게는 알약의 형태로 열-흡수 수단과 양호한 열 접촉으로 제공된다. 비증발성 게터 수단은 간략화 목적으로 도면에서는 생략되었다. 비증발성 게터는 진공-밀폐 외피(10) 내에서 작용하는 주 게터 수단을 나타낸다.

비증발성 게터는 플래시 게터에 대한 바람직한 대안으로서 선택되었으며, 이는 후자가 전면판(11)을 구성하는 윈도우판의 투명성을 저하시켜서, 진공 태양열 패널(1)의 효율을 감소시키기 때문이다.

진공 태양열 패널(1)은 전면판(11)에 제공된 압력 인디케이터 스폿(13)을 포함한다.

압력 인디케이터 스폿(13)은 원소 바륨의 박막으로 이루어지며, 이것은 하기 설명하는 플래싱 프로세스에 의해 전면판(11)의 내부측에 증착된다. 압력 인디케이터 스폿(13)은 거의 원형 형상을 나타내고, 1 cm² 내지 3 cm²의 면적을 갖는다. 전면판의 총 투명 표면이 1 m²으로 주어지면, 압력 인디케이터 스폿(13)은 단지 이러한 표면의 1% 미만을 차지한다.

압력 인디케이터 스폿(13)은 진공-밀폐 외피 내에 고진공을 유지하는 한 은색을 갖고; 내부 압력이 1O^-2 Torr 초과하여 높아지자마자 압력 인디케이터 스폿(13)은 크기가 감소하고/감소하거나 흰색으로 변하여 문제의 명백한 시각적 지표를 제공한다.

압력 인디케이터 스폿(13)은 지지 구조체(12)의 업라이트(12b) 중 하나 옆에 증착된다. 고리-형상 저장소(14)가 업라이트(12b)에 강고하게 부착된다. 저장소(14)는 전면판(11)의 내부측으로부터 1 mm 내지 3 mm의 간격으로 압력 인디케이터 스폿(13)이 증착될 곳 바로 아래에 위치하고, 전면판(11)에 대하여 개방된다.

이러한 저장소는 후술하는 바와 같이 진공 태양열 패널(1)의 제조의 플래싱 단계 동안 사용된다.

저장소(14)는 다른 화합물과 조합된 원소 바륨의 적당량(1 mg to 3 mg)으로 채워져서 공지된 타입의 후술하는 플래싱 공정을 용이하게 한다. 진공-밀폐 외피(10)가 배기 및 밀봉될 때, 저장소(14)의 온도는 발열성 반응이 일어날 때까지 유도 가열에 의해 증가된다. 그 다음 원소 바륨이 전면판(11)의 내부측으로 증발하고, 압력 인디케이터 스폿(13)으로 나타내는 박막을 형성한다.

명백하게, 상기 설명한 발견은 가능하고 특정한 요구를 만족시킬 목적으로 당업자에 의해 많은 변형 및 변화가 이루어질 수 있고, 모두 하기 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 보호 범위에 포함된다.

Claims (16)

1. 태양 복사에 투명한 적어도 하나의 전면판(11) 및 상기 전면판(11)을 위한 지지 구조체(12)를 포함하는 진공-밀폐 외피(envelope)(10); 상기 진공-밀폐 외피(10) 내에 봉인된 열-흡수 수단; 및 진공 외피(10) 내에 진공 상태를 유지하기 위한 주 게터(getter) 수단을 포함하고, 상기 전면판(11)의 내부측 상에 증착된 반응성 물질의 압력 인디케이터 스폿(13)을 더 포함하고, 상기 반응성 물질은 상기 외피 내의 압력이 한계값을 초과할 때 진공-밀폐 외피(11)의 외부측으로부터 감지할만한 반응을 하는 것을 특징으로 하는 진공 태양열 패널(1).
2. 제1항에 있어서, 전면판(11) 상의 압력 인디케이터 스폿(13)은 최대 10 cm²의 면적을 갖는 진공 태양열 패널 (1).
3. 제2항에 있어서, 압력 인디케이터 스폿 (13)의 면적은 1 cm² 내지 3 cm²인 진공 태양열 패널 (1).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 인디케이터 스폿(13)의 면적은 전면판(11)의 총 투명 면적의 최대 1%인 진공 태양열 패널 (1).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 인디케이터 스폿 (13)을 형성하는 반응성 물질의 양은 1 내지 5 mg인 진공 태양열 패널 (1).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 인디케이터 스폿(13)을 형성하는 반응성 물질은 원소 바륨인 진공 태양열 패널 (1).
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 주 게터 수단은 비증발성 게터를 포함하는 진공 태양열 패널 (1).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 저장소(14)가 전면판(11)의 내부측 옆의 지지 구조체(12)에 강고하게 부착되고, 상기 저장소(14)는 플래싱 전에 반응성 물질을 함유하게 되는 진공 태양열 패널 (1).
9. 제8항에 있어서, 상기 저장소(14)는 전면판(11)의 내부측으로부터 1 내지 3 mm 간격으로 위치한 진공 태양열 패널 (1).
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 지지 구조체(12)는 후면판(12a) 및 상기 후면판(12a)을 상기 전면판(11)에 연결하는 복수의 업라이트(12b)를 포함하고, 상기 저장소(14)는 상기 업라이트(12b) 중 하나에 강고하게 부착된 진공 태양열 패널 (1).
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저장소(14)는 고리 형상인 진공 태양열 패널 (1).
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전면판(11)은 실질적으로 편평한 진공 태양열 패널 (1).
13. 태양 복사에 투명한 적어도 하나의 전면판(11) 및 상기 전면판(11)을 위한 지지 구조체(12)를 포함하는 진공-밀폐 외피(10)를 제공하는 단계;
    상기 진공-밀폐 외피(10) 내에 봉인된 열-흡수 수단을 제공하는 단계;
    상기 진공 외피(10) 내에 진공 상태를 유지하기 위한 주 게터 수단을 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 외피 내의 압력이 한계값을 초과할 때 진공-밀폐 외피(11)의 외부측으로부터 감지할만한 반응을 하는 압력 인디케이터 스폿(13)을 형성하기 위해서 상기 전면판(11)의 내부측 상에 반응성 물질을 증착하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 진공 태양열 패널(1)의 제조방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 전면판(11)의 내부측 상에 반응성 물질을 증착하는 단계는,
    상기 반응성 물질의 소정량을 포함하는 저장소(14)를 전면판(11)의 내부측 옆의 지지 구조체(12)에 부착하는 단계;
    상기 물질을 증발하고 상기 압력 인디케이터 스폿(13)을 형성하는 전면판(11)의 내부측 상에 증착하는 방식으로 상기 반응성 물질을 유도 가열하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 반응성 물질은 원소 바륨인 방법.
16. 제15항에 있어서, 저장소(14)에 위치한 원소 바륨의 양은 1 mg 내지 5 mg인 방법.

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