KR20180077371A - 직접흡수식 태양열 집열기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직접흡수식 태양열 집열기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공투과체와 태양광반사판 사이를 유동하는 열전달 작동유체가 상기 진공투과체를 통과한 태양광에 의해 1차 가열될 수 있도록 하고, 상기 열전달 작용유체를 통과한 태양광이 상기 태양관반사판에 의해 반사되어 재차 상기 열전달 작동유체에 가해지도록 함으로써 태양광의 흡수율을 높일 수 있도록 하는 직접흡수식 태양열 집열기에 관한 것이다.
본 발명은 태양빛을 투과하고 먼지 등의 이물질을 차단하는 평판형 진공투과체; 상기 진공투과체로부터 하측방향으로 일정간격 이격되게 설치되어 열전달 작용유체가 유동할 수 있도록 하고, 상측면에 요철형상의 반사굴곡이 길이방향을 따라 지그재그형으로 형성된 평판형 태양광반사판; 상기 태양광반사판의 하측면에 장착되며 단열기능을 갖는 평판형 단열판;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

직접흡수식 태양열 집열기{SOLAR COLLECTOR OF DIRECT ABSORPTION TYPE}

본 발명은 직접흡수식 태양열 집열기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공투과체와 태양광반사판 사이를 유동하는 열전달 작동유체가 상기 진공투과체를 통과한 태양광에 의해 1차 가열될 수 있도록 하고, 상기 열전달 작용유체를 통과한 태양광이 상기 태양관반사판에 의해 반사되어 재차 상기 열전달 작동유체에 가해지도록 함으로써 태양광의 흡수율을 높일 수 있도록 하는 직접흡수식 태양열 집열기에 관한 것이다.

화석 에너지는 연소 과정에서 이산화탄소 등의 유해가스를 배출하여 대기 오염을 일으키는 등의 문제가 있어 화석 에너지를 대체할 대체 에너지의 개발이 활발히 진행되고 있다.

오늘날 화석 에너지를 대체할 만한 대표적인 에너지원으로써 풍력, 파력, 지열, 태양열 등이 있으나, 풍력, 지열, 파력 등은 이용가능한 위치 또는 지역에 있어 많은 제약이 따르기 때문에 상대적으로 위치나 지역적 제약이 적은 태양열을 이용하는 방법에 대한 연구가 특히 활발하다.

태양에너지는 무공해 에너지원으로서 화석 연료를 바탕으로 하는 기존 에너지 생산을 대체함과 동시에 환경문제도 해결하여 인류가 풍요롭고 쾌적한 삶을 영위하기 위해 필요한 청정에너지 생산산업이다.

태양에너지는 이산화탄소를 배출하는 화석연료와 달리 환경오염 없는 그린 에너지로 각종 환경규제에 가장 적극 대응할 수 있는산업이며, 에너지 소비 및 수급 특성상 우리나라 여건에 필수적인 산업이다.

태양열 시스템의 구성은 태양으로부터 에너지를 모아서 열로 변환하는 집열부, 모여진 열을 저장했다가 필요시 사용하기 위한 축열부, 축열부에 저장된 태양열이나 직접온수, 냉난방, 발전 등을 위해 효과적으로 공급하는 이용부와 태양열을 효과적으로 집열, 축열, 공급하기 위한 제어장치로 구성된다.

태양열 에너지는 집열온도에 따라서 저온 분야와 중고온 분야로 분류하여 저온 분야는 건물의 냉난방 및 급탕과 대규모 온수급탕 시설이 포함되고, 중고온 분야는 산업공정별 및 열발전과 기타 특수분야에 이용된다.

통상, 태양열을 이용하는 경우 우선 태양 빛에 포함된 열을 모을 수 있도록 하는 집열장치의 종류로는 태양열을 집열하는 방식에 따라 집광식과 비집광식으로 구분되고, 다시 비집광식은 진공관형과 평판형으로 나뉘어진다.

전자의 진공관형 태양열 집열기는 집열을 하는 내부관을 외부관으로 둘러싸고 그 사이를 진공 상태로 유지함으로써 집열기 내부관에서의 대류로 인한 열손실을 최소화할 수 있어 열 효율이 강조되는 산업용으로 많이 사용되고 있다.

상기 진공관형 태양열 집열기는 내부로 단열재가 충진된 매니폴더, 상기 매니폴더 내부에 설치되며 열매체를 흘려 보내는 분배헤더, 상기 분배헤더에 분기관으로 각각 개별적으로 연결 구성되는 진공관, 상기 진공관 내부에 중심 축선을 따라 길게 배열되어 외부의 축열부까지 연결되어 있는 히트파이프, 상기 히트파이프 외주면의 대향 위치에 반경 방향으로 배열되도록 부착되어 있는 집열판을 포함하여 구성한다.

그러나 이러한 구조의 진공관형 태양열 집열기는 진공관이 가지는 취약한 내구성으로 인해 잦은 파손이 요구되어 유지 보수에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.

한편, 후자의 직접흡수식 태양열 집열기는 태양열 온수 급탕 시스템에 사용되는 기본적인 태양열 집열기로서 가격이 저렴할 뿐 아니라 가장 효율적인 집열기로 알려져 있다.

상기한 직접흡수식 태양열 집열기를 구성하는 구성품중에서 투과체는 통상 유리로 제작하고, 흡수체는 구리 및 알루미늄 금속소재로 제작됨에 따라 고가의 원자재로 인해 생산단가가 상승할 뿐 아니라, 특히 유리 및 금속이 가지는 무게로 인해 제품의 중량화를 가져오는 문제점이 있다.

또한, 종래 직접흡수식 태양열 집열기의 경우, 투과체의 투과효율이 떨어짐은 물론 흡수체의 구조적 문제로 인해 열매체의 열전달율이 낮아지는 단점이 실정이다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 대한민국 등록특허 제10-0692950호의 찬넬형 흡열판을 이용한 직접흡수식 태양열 집열기와, 대한민국 등록특허 제10-0993890호의 태양열 집열기 및 이를 이용한 태양열 집열 시스템이 개시되어 있다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 진공투과체와 태양광반사판 사이에 열전달 작동유체가 유동할 수 있도록 하고, 상기 진공투과체를 통과한 태양광이 상기 열전달 작동유체에 직접 가해지고, 상기 열전달 작용유체를 통과한 태양광이 상기 태양관반사판에 의해 반사되어 재차 상기 열전달 작동유체에 가해짐으로써 태양광의 흡수율을 높일 수 있도록 하는 직접흡수식 태양열 집열기를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 태양빛을 투과하고 먼지 등의 이물질을 차단하는 평판형 진공투과체; 상기 진공투과체로부터 하측방향으로 일정간격 이격되게 설치되어 열전달 작용유체가 유동할 수 있도록 하고, 상측면에 요철형상의 반사굴곡이 길이방향을 따라 지그재그형으로 형성된 평판형 태양광반사판; 상기 태양광반사판의 하측면에 장착되며 단열기능을 갖는 평판형 단열판;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양광반사판의 상측면은 태양광을 반사할 수 있도록 코팅처리되고, 상기 진공투과체와 태양광반사판, 단열판을 수용하되 상측면이 투명재질로 이루어지고, 일측에 상기 진공투과체와 태양광반사판 사이의 이격공간으로 열전달 작용유체를 유입하기 위한 유입공이 형성되며, 타측에 유출공이 형성된 보호케이스를 더 포함하여 구성된다.

또한, 상기 진공투과체와 태양광반사판, 단열판은 상기 보호케이스의 일측에서 타측으로 지그재그 형태로 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 진공투과체와 태양광반사판 사이를 유동하는 열전달 작동유체가 상기 진공투과체를 통과한 태양광에 의해 1차 가열되고, 상기 태양광반사판(20)을 통해 반사된 태양광에 의해 2차 가열됨에 따라 태양광의 흡수율을 효과적으로 높일 수 있게 되고, 상기 진공투과체(10)와 태양광반사판(20) 사이 공간을 유동하는 열전달 작용유체가 1,2차에 걸쳐 태양광에 의해 가열되면서 지그재그로 유동함에 따라 체류시간의 증가를 통한 태양광 흡수효율을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 직접흡수식 태양열 집열기의 상태를 나타낸 상태도,
도 2는 본 발명에 따른 직접흡수식 태양열 집열기의 단면 상태를 나타낸 상태도,
도 3은 본 발명에 따른 태양광반사판의 상측면 상태를 개략적으로 나타낸 상태도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

어떤 구성요소나 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니며 제품을 생산하는 생산자나 제조자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있을 것이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 직접흡수식 태양열 집열기를 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 직접흡수식 태양열 집열기의 상태를 나타낸 상태도이고, 도 2는 본 발명에 따른 직접흡수식 태양열 집열기의 단면 상태를 나타낸 상태도이며, 도 3은 본 발명에 따른 태양광반사판의 상측면 상태를 개략적으로 나타낸 상태도이다.

상기 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 직접흡수식 태양열 집열기는 태양빛을 투과하는 진공투과체(10)와, 상기 진공투과체(10)로부터 하측방향으로 일정간격 이격되게 설치되는 태양광반사판(20)과, 상기 태양광반사판(20)의 하측에 장착되는 단열판(30)으로 이루어진다.

상기 진공투과체(10)는 태양빛을 투과하고 먼지 등의 이물질을 차단하도록 내부가 진공내 진공관 형태의 평판으로 이루어진다.

또한, 상기 태양광반사판(20)은 평판형으로, 상기 진공투과체(10)로부터 하측방향으로 일정간격 이격되게 설치되어 열전달 작용유체가 유동할 수 있도록 하고, 상측면에 요철형상의 반사굴곡(21)이 길이방향을 따라 지그재그형으로 형성된다. 이때, 상기 태양광반사판(20)의 상측면은 태양광(S)을 반사할 수 있도록 코팅처리되는 것이 바람직할 것이다.

즉, 상기 진공투과체(10)와 태양광반사판(20) 사이 공간(A)으로 열전달 작용유체가 유동하게 되고, 상기 열전달 작용유체가 상기 진공투과체(10)와 태양광반사판(20)사이 공간(A)을 유동하는 과정에서 상기 진공투과체(10)를 통과한 태양광(S)이 상기 열전달 작용유체에 직접 가해져 가열된다.

이후, 상기 열전달 작용유체를 통과한 태양광(S)이 상기 태양광반사판(20)의 상측면에 반사되어 재차 상기 열전달 작용유체에 가해짐으로써 태양광의 흡수율을 높일 수 있게 된다.

또한, 상기 태양광반사판(20)의 상측면에 형성된 반사굴곡(21)에 의해 열전달 작용유체를 통과한 태양광이 상기 진공투과체(10)와 태양광반사판(20) 사이 공간(A)을 유동하는 열전달 작용유체에 넓은 면적으로 확산됨에 따라 태양광 흡수율을 더욱 높일 수 있게 된다.

상기와 같이 진공투과체(10)와 태양광반사판(20) 사이 공간(A)을 유동하면서 뜨거워진 열전달 작용유체는 별도의 축열장치로 유입되어 열교환된다.

또한, 본 발명에 따른 태양열 집열기에서는 상기와 같은 구성으로 인해 종래와 같이 별도의 내부 관을 설치하지 않음에 따라 열전달과정의 열 손실을 최대한 줄일 수 있어 집열 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 단열판(30)은 단열기능을 갖는 평판형으로, 상기 태양광반사판(20)의 하측면에 장착된다. 이때, 상기 단열판(30)은 알루미늄이나 크롬을 포함하는 금속 또는 내열수지로 이루어질 수 있음을 밝혀두는 바이다.

또한, 상기 진공투과체(10)와 태양광반사판(20), 단열판(30)은 별도의 보호케이스(40)에 수용되게 설치되는데, 상기 보호케이스(40)는 상기 진공투과체(10)와 태양광반사판(20), 단열판(30)을 수용하되 상측면이 개구되거나 투명재질로 이루어지고, 일측에 상기 진공투과체(10)와 태양광반사판(20) 사이의 이격공간(A)으로 열절단 작용유체를 유입하기 위한 유입공(41)이 형성되며, 타측에 유출공이 형성된다.

즉, 상기 유입공(41)을 통해 상기 진공투과체(10)와 태양광반사판(20) 사이 공간(A)으로 유입된 열전달 작용유체는 상기 진공투과체(10)를 통과하는 태양광(S)에 의해 1차 가열된 후, 상기 태양광반사판(20)을 통해 반사된 태양광(S)에 의해 2차 가열되면서 상기 유출공을 통해 유출되는 것이다. 이때, 상기 진공투과체(10)와 태양광반사판(20) 사이 공간(A)을 유동하는 열전달 작용유체는 1,2차에 걸쳐 태양광에 의해 가열되면서 지그재그로 유동함에 따라 체류시간의 증가를 통한 태양광 흡수효율을 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

상기와 같이 본 발명을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형실시가 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 한정하지 않고, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라, 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 진공투과체 20: 태양광반사판
30: 단열판 40: 보호케이스

Claims (4)

1. 태양빛을 투과하고 먼지 등의 이물질을 차단하는 평판형 진공투과체;
   상기 진공투과체로부터 하측방향으로 일정간격 이격되게 설치되어 열전달 작용유체가 유동할 수 있도록 하고, 상측면에 요철형상의 반사굴곡이 길이방향을 따라 지그재그형으로 형성된 평판형 태양광반사판;
   상기 태양광반사판의 하측면에 장착되며 단열기능을 갖는 평판형 단열판;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직접흡수식 태양열 집열기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 태양광반사판의 상측면은 태양광을 반사할 수 있도록 코팅처리된 것을 특징으로 하는 직접흡수식 태양열 집열기.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 진공투과체와 태양광반사판, 단열판을 수용하되 상측면이 투명재질로 이루어지고, 일측에 상기 진공투과체와 태양광반사판 사이의 이격공간으로 열전달 작용유체를 유입하기 위한 유입공이 형성되며, 타측에 유출공이 형성된 보호케이스를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직접흡수식 태양열 집열기.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 진공투과체와 태양광반사판, 단열판은 상기 보호케이스의 일측에서 타측으로 지그재그 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 직접흡수식 태양열 집열기.
   

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