KR20190017480A - 태양열 흡수 패널 - Google Patents

Abstract

제작비용이 저렴하고 최대한 간단한 구조를 가지면서 태양열을 최대한 흡수하여 열교환 효율성을 극대화할 수 있도록 투명의 유리 플레이트; 상기 유리 플레이트의 밑면에 테두리 측으로 구비되는 간격유지구에 의해 형성되는 집열 공간; 상기 집열 공간의 하부에 순환로가 형성되어 마련되는 금속재질의 전열 플레이트; 상기 전열 플레이트의 순환로가 형성된 면으로 고정되는 마감 플레이트; 및 상기 유리 플레이트, 전열 플레이트 및 마감 플레이트의 테두리에 마감되는 테두리틀;을 포함하는 태양열 흡수 패널을 제공한다.
그에 따라 설치비용을 최대한 절감할 수 있을 뿐만 아니라 설치 또한 편리하게 이루어지면서 최소한이 비용으로 온수나 난방을 원활하게 제공받을 수 있는 효과를 가진다.

Description

태양열 흡수 패널{Solar absorption panel}

본 발명은 태양열 흡수 패널에 관한 것으로, 더 상세하게는 제작비용이 저렴하고 최대한 간단한 구조를 가지면서 태양열을 최대한 흡수하여 열교환 효율성을 극대화할 수 있도록 한 태양열 흡수 패널에 관한 것이다.

일반적으로 난방이나 온수를 제공할 목적으로 사용되는 연료에는 화석 연료를 연소시켜 발생되는 화석 에너지는 환경문제를 유발하는 심각한 문제점을 가지고, 원자력 에너지는 방사능 오염을 유발할 수 있는 문제점을 가진다.

또한, 자연 친환경적인 에너지로 풍력에너지가 각광받고 있으나, 이 또한 풍력발전기가 설치되는 지리적인 여러 조건에 제약을 받는다.

반면, 태양열 에너지는 상기한 화석 에너지나 원자력 에너지에 비하여 청정하고 거의 무한정 사용할 수 있으며, 풍력에너지를 생산하기 위한 지리적인 조건에도 크게 구애받지 않는 에너지 중의 하나이다.

태양열 에너지를 이용하는 대표적인 것에는 태양 전지(solar cell)가 대표적이라 할 수 있으나, 이는 경제적으로 비싼 단점과 함께 시설물을 구축하기에도 여러 복잡한 조건을 가진다.

상기와 같은 여러 문제점을 감안하여 종래에도 태양열을 이용하여 열교환 할 수 있도록 하는 기술이 제안된 바, 대한민국 특허공고공보 제10-1981-0001856호(이하 '선행기술문헌 1'이라 한다)에 게시된 바와 같이 두 금속판 사이의 빈 공간 사이로 내부관형 통로를 배열시켜 전환에너지 순환의 높은 효율을 얻을 수 있는 태양열 흡수 패널과 같은 기술이 제안된 바 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0060813호(이하 '선행기술문헌 2'라 한다)에 게시된 바와 같이 구조가 간단하고 설치 비용이 저렴하도록 본체 케이스, 흡방열판, 유도 부재를 포함하는 태양열을 이용한 열 공급패널 및 그 조립체 및 그 열공급패널 조립체를 구비한 태양열 난방 장치와 같은 기술도 제안된 바 있다.

또, 대한민국 등록특허공보 제10-1605594호(이하 '선행기술문헌 3'이라 한다)에 게시된 바와 같이 태양광에 의해 직접 가열되는 태양 에너지 집전기들을 이용하고, 차례로 장치로부터 열 에너지를 추출하기 위해 사용되는 유체를 가열하는 광발전 특성보다는 오히려 열 특성의 태양 에너지 흡수재 장치들과 같은 기술도 제안된 바 있다.

대한민국 특허공고공보 제10-1981-0001856호 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0060813호 대한민국 등록특허공보 제10-1605594호

그러나 선행기술문헌 1은 단순한 구조를 가지나, 그리 효율성이 높지 않은 단점을 가진다.

선행기술문헌 2는 태양열을 이용하여 온풍의 공급은 원활하게 이루어질 수 있었으나 온수를 공급하기에는 부적합한 단점을 가진다.

선행기술문헌 3은 복잡한 구조를 물론 제작비용이 과다하게 소요되는 단점을 가진다.

상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 구체적인 해결과제는 제작비용이 저렴하고 최대한 간단한 구조를 가지면서 태양열을 최대한 흡수하여 열교환 효율성을 극대화할 수 있도록 한 태양열 흡수 패널을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 구체적인 해결과제는 태양열의 집열 효율성을 극대화할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 구체적인 해결과제는 태양열이 약할 경우에도 높은 열교환 효율성을 유지할 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구체적인 해결수단은 태양열이 흡수되는 투명의 유리 플레이트; 상기 유리 플레이트의 밑면에 테두리 측으로 구비되는 간격유지구에 의해 형성되는 집열 공간; 상기 집열 공간의 하부에 상기 유리 플레이트와 집열 공간에서 흡수되고 집열(集熱)되는 열이 집열되고, 상기 집열 공간과 접하는 반대 면에 집열 된 열이 전도(傳導)되면서 열교환 되는 열교환수가 순환되는 순환로가 형성되되, 상기 순환로는 유입구 및 배출구 측에 형성되는 각각의 제1 팽창 유로와 그 제1 팽창 유로 사이에 복수의 제1 분할 유로가 형성되는 금속재질의 전열 플레이트; 상기 전열 플레이트의 순환로가 형성된 면으로 고정되는 마감 플레이트; 및 상기 유리 플레이트, 전열 플레이트 및 마감 플레이트의 테두리에 마감되는 테두리틀;을 포함한다.

상기 전열 플레이트는 동 또는 알루미늄 재질 중 어느 하나이다.

상기 유입구 측에 형성되는 팽창 유로는 상기 복수의 분할 유로와 대응되는 갯수로 분할 형성되며, 상기 배출구 측에 형성되는 팽창 유로는 상기 분할 유로와 대응되는 갯수로 분할되거나 더 많은 갯수로 형성된다.

상기 전열 플레이트의 집열 공간과 접하는 표면에는 넓은 표면적을 가질 수 있게 음각 또는 양각 형태로 형성되는 집열부를 더 포함한다.

상기 전열 플레이트의 집열 공간과 접하는 표면에는 열 흡수제가 코팅되는 것을 더 포함한다.

상기 전열 플레이트가 결합된 마감 플레이트의 반대 면에는 그 마감 플레이트와 접하면 면에 열매체 순환로가 형성되는 열매체 순환 플레이트가 결합되는 것을 더 포함한다.

상기 열매체 순환로는 열매체 순환 플레이트의 열매체 유입구 및 열매체 배출구 측에 구비되는 각각의 제2 팽창 유로와 그 제2 팽창 유로 사이에 형성되는 복수의 제2 분할 유로로 구성된다.

본 발명은 제작비용이 저렴하고 최대한 간단한 구조를 가지면서 태양열을 최대한 흡수하여 열교환 효율성을 극대화할 수 있도록 함으로써, 설치비용을 최대한 절감할 수 있을 뿐만 아니라 설치 또한 편리하게 이루어지면서 최소한이 비용으로 온수나 난방을 원활하게 제공받을 수 있는 효과를 가진다.

또한, 태양열의 집열 효율성을 극대화할 수 있도록 함으로써, 열교환 효율성을 더욱더 높일 수 있는 효과도 가진다.

또, 태양열이 약할 경우에도 높은 열교환 효율성을 유지할 수 있도록 함으로써, 전천후로 사용할 수 있는 높은 효율성도 가진다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 분해 사시도,
도 2는 도 1에 따른 전열 플레이트에 형성된 순환로 구조를 설명하기 위한 저면도,
도 3은 도 1에 따른 결합된 상태의 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 일부 분해 사시도,
도 5는 도 4에 따른 결합된 상태의 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 분해 사시도이며, 도 2는 도 1에 따른 전열 플레이트에 형성된 순환로 구조를 설명하기 위한 저면도이고, 도 3은 도 1에 따른 결합된 상태의 단면도이다.

도시된 바와 같이 태양열 흡수 패널(1)은 구조물의 지붕이나 벽면 등에 설치되거나, 혹은 지면으로부터 프레임 등에 의해 소정 높이로 설치되어 태양열을 흡수하여 후 그 흡수된 열에 의해 물을 열교환 하여 온수 또는 난방수로 제공할 수 있는 기술적 구성을 가진다.

본 발명은 제작비용이 저렴하고 최대한 간단한 구조를 가지면서 태양열을 최대한 흡수하여 열교환 효율성을 극대화할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명에 따른 태양열 흡수 패널(1)은 태양열이 흡수되는 통상적인 판 형태인 투명의 유리 플레이트(10)와; 상기 유리 플레이트(10)의 밑면에 테두리 측으로 구비되는 간격유지구(12)에 의해 형성되는 집열 공간(20)을 포함한다. 상기 간격유지구(12)는 유리 플레이트(10)와 대응되는 틀 형태로 형성할 수 있을 뿐만 아니라 소정 높이를 가지는 복수 개로 형성할 수 있다.

집열 공간(20)은 후술하는 전열 플레이트 사이에서 상기 유리 플레이트를 통하여 흡수된 열을 집열 함과 동시에 그 집열 된 열로 인한 분위기 온도를 상승시키는 역할을 한다.

아울러, 상기 집열 공간(20)의 하부에 상기 유리 플레이트(10)와 집열 공간(20)에서 흡수되고 집열(集熱)되는 열이 집열되고, 상기 집열 공간(20)과 접하는 반대 면에 집열 된 열이 전도(傳導)되면서 열교환 되는 열교환수가 순환되는 순환로(32)가 형성되되, 상기 순환로(32)는 유입구(32A) 및 배출구(32B) 측에 형성되는 각각의 제1 팽창 유로(32-1)와 그 제1 팽창 유로(32-1) 사이에 복수의 제1 분할 유로(32-2)가 형성되는 금속재질의 전열 플레이트(30)와; 상기 전열 플레이트(30)의 순환로(32)가 형성된 면으로 고정되는 마감 플레이트(40); 및 상기 유리 플레이트(10), 전열 플레이트(30) 및 마감 플레이트(40)의 테두리에 마감되는 테두리틀(50);을 포함한다.

마감 플레이트(40)는 전열 플레이트(30)와 테두리 측에 순환로로 순환되는 열교환수가 누수되지 않도록 통상적인 방식인 전열 플레이트 측에 패킹을 구비하여 볼팅 등에 의해 결합할 수 있음은 물론 테두리 측을 브레이징 용접 등에 의해 결합 고정할 수 있다.

테두리틀(50) 또한 통상적인 기밀방식이 적용되어 전열 공간의 집열 된 열이 외부로 누기되지 않도록 마련됨과 동시에 유리 플레이트, 전열 플레이트 및 마감 플레이트가 하나로 셋트화된 형태를 이루도록 하는 기술적 구성을 가진다.

그리고 상기 전열 플레이트(30)는 전도성이 우수하면서 비교적 저렴한 비용과 함께 가공성이 우수하면서 취급이 편리한 동 또는 알루미늄 재질 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성됨에 따라 높은 온도를 가지는 태양 에너지인 태양열은 유리 플레이트를 통하여 흡수됨과 동시에 흡열이 이루어지게 되고, 이렇게 흡수 및 흡열될 열은 유리 플레이트와 전열 플레이트 사이에 마련된 집열 공간에서 집열된다. 즉, 상기 집열 공간은 유리 플레이트를 거처 흡수와 흡열된 열을 전열 플레이트 사이에서 태양열의 지속적인 집열로 인해 분위기 온도가 조성됨과 동시에 상승시키는 역할을 한다.

그에 따라 유리 플레이트를 통하여 흡수된 열에 비해 집열 공간 내의 분위기 온도 상승으로 인해 집열된 온도는 더 높은 조건을 가지게 된다.

이렇게 집열된 열은 열 전도성이 우수한 재질의 전열 플레이트로 전도되고, 그 전도되는 열에 의하여 전열 플레이트에 형성된 순환로에서 순환되는 열교환수는 높은 온도로 열교환이 이루어질 수 있는 것이다.

다시 말해서, 순환로는 하나의 유입구에서 유입된 후 제1 팽창 유로에서 여러 갈래로 팽창됨과 동시에 그 여러 갈래로 팽창된 유로와 대응되게 복수의 제1 분할 유로를 통하여 순환됨으로써, 열교환 효율성을 더욱더 높일 수 있는 조건을 가진다.

즉, 하나의 유입구에서 여러 갈래로 나누어지는 제1 팽창 유로에서 팽창된 후 복수의 제1 분할 유로를 통하여 순환됨에 따라 전도되는 열이 더욱더 넓은 면적에 의해 빠르게 열교환이 이루어질 수 있는 조건을 가지게 된다.

아울러, 배출구 측에 마련된 제1 팽창 유로 역시 복수의 제1 분할 유로를 거쳐 하나의 배출구 측으로 모여지는 역할을 함에 따라 열교환된 열교환수의 배출이 하나의 배출구를 통하여 원활하게 배출이 이루어질 수 있는 것이다.

여기서, 상기 유입구(32A) 측에 형성되는 제1 팽창 유로(32-1)는 상기 복수의 제1 분할 유로(32-2)와 대응되는 갯 수로 분할 형성되며, 상기 배출구(32B) 측에 형성되는 제1 팽창 유로(32-1)는 상기 제1 분할 유로(32-1)와 대응되는 갯 수로 분할되거나 더 많은 갯 수로 형성된다.

그에 따라 하나 유입구로 유입된 열교환수는 제1 팽창 유로에서 여러 갈래로 분할된 후 복수의 제1 분할 유로를 통하여 순환됨으로써, 열교환 효율성을 극대화할 수 있는 조건을 가진다.

또, 복수의 제1 분할 유로를 거쳐 순환된 열교환수는 다시 제1 팽창 유로에서 하나의 배출구로 모여진 상태로 배출되도록 함으로써, 열교환된 열교환수의 배출 또한 원활하게 이루어질 수 있다.

이로써, 본 발명은 복잡한 기술적 구성을 가지는 것이 아니라 간단한 기술적 구성에 의해 태양열의 흡수와 집열 및 전도가 이루어질 수 있도록 함으로써, 열교환 효율성을 최대한 높일 수 있는 장점을 가진다.

또한, 간단한 구조로 인한 제작비용도 최소로 소요될 수 있는 장점도 가진다.

한편, 상기 전열 플레이트(30)의 집열 공간(20)과 접하는 표면에는 넓은 표면적을 가질 수 있게 음각 또는 양각 형태로 형성되는 집열부(30A)를 더 포함한다.

즉, 집열부는 동일 면적에 비하여 음각 또는 양각 형태로 형성됨으로 인해 표면적이 넓어짐으로써, 집열 공간에서 집열된 열이 더 넓은 면적으로 전도될 수 있도록 함에 따라 열교환 효율성을 더욱더 증대시킬 수 있는 조건을 가진다.

또한, 상기 전열 플레이트(30)의 집열 공간(20)과 접하는 표면에는 통상적인 열 흡수제(34)가 코팅되는 것을 더 포함한다. 상기 열 흡수제는 통상적인 분말 형태의 카본 분발이나 용액 형태인 리듐브로마이드, 염화리듐 및 암모니아 등 중 어느 하나가 접착제 성분에 포함되어 공지된 방식에 의해 코팅될 수 있다.

또, 상기 열 흡수제는 공지된 PVD는 물리적 증착법(Physical Vapor Deposition)에 의해 전열 플레이트의 표면으로 코팅될 수 있는 것으로, 이때 열 전도성이 우수하면서 비용적으로 저렴한 마이크로 단위의 알루미늄 분말이나 동 분말 등이 증착될 수도 있다. 또, 상기 마이크로 단위의 알루미늄 분말이나 동 분말 등을 접착제와 혼합하여 코팅할 수 있다. 또, 상기 마이크로 단위의 알루미늄 분말이나 동 분말 등을 박판 형태로 공지된 방식에 의해 제작하여 부착하여도 무방하다.

아울러, 상기 열 흡수제는 통상적인 흑색 페인트를 도포하여도 무방하며, 공지된 열 흡수율이 높은 어떠한 재질의 적용하여도 무방하다.

그에 따라 전열 플레이트에 코팅되는 열 흡수제는 전열 공간에서 전열되는 열을 전열 플레이트 자체로 전열되는 것에 비하여 더욱더 많이 전열될 수 있는 조건을 가지게 되고, 이는 전도 효율성을 더욱더 높이게 됨에 따라 열교환 효율성을 높일 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 일부 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 따른 결합된 상태의 단면도이다.

도시된 바와 같이 상기한 구성에서, 동절기나 일조량이 떨어지는 야간 등에도 열교환 효율성을 지속적으로 가질 수 있는 기술적 구성도 제공한다.

전열 플레이트(30)가 결합된 마감 플레이트(40)의 반대 면에는 그 마감 플레이트와 접하면 면에 통상적인 보일러 등에 의해 히팅된 열매체가 순환될 수 있는 열매체 순환로(62)가 형성되는 열매체 순환 플레이트(60)가 결합되는 것을 더 포함한다. 상기 열매체 순환 플레이트는 마감 플레이트와 테두리 측에 열매체 순환로로 순환되는 열매체가가 누수되지 않도록 통상적인 방식인 열매체 순환 플레이트 측에 패킹을 구비하여 볼팅 등에 의해 결합할 수 있음은 물론 테두리 측을 브레이징 용접 등에 의해 결합 고정할 수 있다. 또, 상기 열매체 순환 플레이트 역시 테두리틀 내에 결합된다. 상기 열매체 순한 플레이트 역시 열전도성이 우수한 동이나 알루미늄 재질로 제작된다.

열매체 순환로(62)는 전술한 열교환수가 순환되는 순환로와 동일한 기술적 구성을 가지는 것으로, 열매체 순환 플레이트(60)의 열매체 유입구(62A) 및 열매체 배출구(62B) 측에 구비되는 각각의 제2 팽창 유로(62-1)와 그 제2 팽창 유로(62-1) 사이에 형성되는 복수의 제2 분할 유로(62-2)로 구성된다. 상기 냉매 순환로는 전술한 순환로와 동일한 작용을 하는 것으로 상세한 설명을 생략한다.

그에 따라 동절기나 일조량이 떨어지는 야간 등에도 본 발명은 열교환이 안되는 것이 아니라 상기 열매체 순환로를 통하여 순환되는 열매체에 의해 지속적으로 열교환수를 높은 효율성을 가지도록 열교환할 수 있는 조건 또한 가진다.

여기서, 열매체 순환 플레이트는 예비적인 것으로, 태양열이 약한 동절기와 야간 등에 일시적으로 사용하는 것이며, 보일러에 의해 직접 온수와 난방수를 공급하는 것에 비하여, 열교환 효율성이 높아 보일러에서 직접 온수와 난방수를 공급하는 것에 비하여 적은 열량으로 온수와 난방수를 공급할 수 있는 장점을 가진다.

한편, 본 발명의 태양열 흡수 패널은 도시하지 않았지만, 필요한 온수 양이나 난방 용도에 따라 복수 개를 구비하여 전열 플레이트와 열매체 순환 플레이트를 통상적인 방식에 의해 연결함으로써, 온수 양과 난방 효율성 또한 극대화할 수 있는 조건을 가질 수 있다.

1 : 태양열 흡수 패널
10 : 유리 플레이트 12 : 간격유지구
20 : 집열 공간 30 : 전열 플레이트
30A : 집열부 32 : 순환로
32-1 : 제1 팽창 유로 32-2 : 제1 분할 유로
32A : 유입구 32B : 배출구
34 : 열 흡수제 40 : 마감 플레이트
50 : 테두리틀 60 : 열매체 순환 플레이트
62 : 열매체 순환로 62-1 : 제2 팽창 유로
62-2 : 제2 분할 유로 62A : 열매체 유입구
62B : 열매체 배출구

Claims (7)

1. 태양열이 흡수되는 투명의 유리 플레이트;
   상기 유리 플레이트의 밑면에 테두리 측으로 구비되는 간격유지구에 의해 형성되는 집열 공간;
   상기 집열 공간의 하부에 상기 유리 플레이트와 집열 공간에서 흡수되고 집열(集熱)되는 열이 집열되고, 상기 집열 공간과 접하는 반대 면에 집열 된 열이 전도(傳導)되면서 열교환 되는 열교환수가 순환되는 순환로가 형성되되, 상기 순환로는 유입구 및 배출구 측에 형성되는 각각의 제1 팽창 유로와 그 제1 팽창 유로 사이에 복수의 제1 분할 유로가 형성되는 금속재질의 전열 플레이트;
   상기 전열 플레이트의 순환로가 형성된 면으로 고정되는 마감 플레이트; 및
   상기 유리 플레이트, 전열 플레이트 및 마감 플레이트의 테두리에 마감되는 테두리틀;을 포함하는 태양열 흡수 패널.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전열 플레이트는 동 또는 알루미늄 재질 중 어느 하나인 태양열 흡수 패널.
3. 제1항에 있어서,
   상기 유입구 측에 형성되는 팽창 유로는 상기 복수의 분할 유로와 대응되는 갯수로 분할 형성되며, 상기 배출구 측에 형성되는 팽창 유로는 상기 분할 유로와 대응되는 갯수로 분할되거나 더 많은 갯수로 형성되는 태양열 흡수 패널.
4. 제1항에 있어서,
   상기 전열 플레이트의 집열 공간과 접하는 표면에는 넓은 표면적을 가질 수 있게 음각 또는 양각 형태로 형성되는 집열부를 더 포함하는 태양열 흡수 패널.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   상기 전열 플레이트의 집열 공간과 접하는 표면에는 열 흡수제가 코팅되는 것을 더 포함하는 태양열 흡수 패널.
6. 제5항에 있어서,
   상기 전열 플레이트가 결합된 마감 플레이트의 반대 면에는 그 마감 플레이트와 접하면 면에 열매체 순환로가 형성되는 열매체 순환 플레이트가 결합되는 것을 더 포함하는 태양열 흡수 패널.
7. 제6항에 있어서,
   상기 열매체 순환로는 열매체 순환 플레이트의 열매체 유입구 및 열매체 배출구 측에 구비되는 각각의 제2 팽창 유로와 그 제2 팽창 유로 사이에 형성되는 복수의 제2 분할 유로로 구성되는 태양열 흡수 패널.

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