KR20200059962A

KR20200059962A - 태양열 집열장치

Info

Publication number: KR20200059962A
Application number: KR1020180145356A
Authority: KR
Inventors: 조성빈
Original assignee: 조성빈
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2020-05-29
Also published as: KR102174111B1

Abstract

본 발명은 태양열 집열장치에 관한 것으로, 반구(半球) 형상으로 내측에 태양광을 반사하여 중앙에 집중시키는 반사판과, 상기 반사판의 상부를 커버함과 동시에 태양광을 투과시키는 투광판을 포함하여 내부가 진공되도록 상·하 대응 결합되는 투광반사체와; 상기 반사판의 하단 중앙에 관통 결합되며, 상기 투광반사체의 내부 중앙에 소정의 길이로 연장되어 집중되는 태양광의 복사열을 흡수하는 집열부와; 상기 투광반사체의 하측 일 부분을 매립 고정하는 하우징과; 상기 투광반사체의 하부에 위치되며, 상기 하우징에 가로 방향을 관통되어 내부에 열매체가 유동되는 공급관과; 상기 공급관의 내부 중앙에 구비되며, 상기 집열부의 하단에 결합되어 상기 집열부에서 흡수한 태양열을 전달받아 열매체를 가열하는 열전달부를 포함하며, 상기 집열부는 상기 반사판의 중앙에 수직으로 관통 결합되어 상기 열전달부에 태양열을 전달하는 구리봉과; 상기 구리봉의 외부 표면을 커버하여 상기 반사판에 의해 반사된 태양광을 흡수하여 상기 구리봉에 태양열을 전달하는 흑연도가니로 구성되어 열응력에 따른 안정성과 더불어, 열전도성 및 축열 성능 향상은 물론, 열손실 차단 및 열 흡수율이 증가되며, 열교환 면적을 최대한 확보함에 따라 신속한 가열로 효율성이 증가되고, 모듈화를 통해 다수 개를 연속적으로 간편하게 장착할 수 있는 태양열 집열장치에 관한 것이다.

Description

태양열 집열장치{Solar collector}

본 발명은 태양열 집열장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 열응력에 따른 안정성과 더불어, 열전도성 및 축열 성능 향상은 물론, 열손실 차단 및 열 흡수율이 증가되며, 열교환 면적을 최대한 확보함에 따라 신속한 가열로 효율성이 증가되고, 모듈화를 통해 다수 개를 연속적으로 간편하게 장착할 수 있는 태양열 집열장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양광을 에너지원으로 이용하기 위한 방법으로, 태양광을 집광하여 전기에너지를 생성하는 솔라셀을 이용하는 방법이 널리 알려져 있다.

이와 같이, 태양광을 전기에너지로 변환하여 이용하는 방식 이외에 태양광을 이용하는 방법으로서, 태양의 복사열을 효율적으로 집열하여 간접 또는 직접 가열원으로 사용할 수 있는 다양한 형태의 집열기가 있다.

상기 집열기 중 이중의 유리벽을 가지는 진공관의 안쪽에 태양광을 흡수하는 흑색 크롬 등을 도포하여 집열하며, 특히 진공상태에서 대류에 의한 열손실을 줄여 집열효율을 높인 태양열 집열기가 개발되었다.

특허문헌 1과 같은 집열기는 집열면에 직접적으로 열매체가 접촉되어 가온효과가 우수한 장점이 있으나, 온도가 서로 다른 열매체가 단계적으로 층층이 혼입되어 혼재하므로 열매체의 순환이 매우 느리거나 중복되게 진행되어 대류순환이 느리게 되어 열교환 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

또한 유리 재질의 진공관을 금속재질의 열전달부에 결합하는 경우 유리와 금속의 물성차이로 인해 견고한 결합이 쉽지 않아 누수가 발생하고, 결합시키는 과정에서 접촉면의 파손이 빈번하게 발생하는 문제점이 있다.

그리고 상기 진공관 집열기가 외부에 노출되어 충분한 태양열을 흡수해야 하나, 그 진공관 집열기가 외부에 노출되는 경우 쉽게 파손될 수 있으며, 그 진공관이 파손되면 열전달부의 열매체가 누출되어 유지 및 보수가 어려운 문제점이 있어 개선이 필요하다.

그리고, 특허문헌 2의 경우 열매체의 순환을 위해 조립되는 구조임에 태양열 집열의 효율성이 떨어지는 문제점과, 복수로 연결 조립이 불편한 문제점이 있다.

KR 10-0999513 B1 KR 10-2011-0094477 A

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 진공 상태로 태양광을 집중하는 투광반사체, 흑연도가니를 갖는 집열부로 태양열을 흡수하여 매체 공급관의 내부에 구비됨과 동시에 집열부에 연결된 열전달부를 통해 매체를 가열할 수 있도록 구성하여 열응력에 따른 안정성과 더불어, 열전도성 및 축열 성능 향상은 물론, 열손실 차단 및 열 흡수율이 증가되며, 열교환 면적을 최대한 확보함에 따라 신속한 가열로 효율성이 증가되고, 모듈화를 통해 다수 개를 연속적으로 간편하게 장착할 수 있는 태양열 집열장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반구(半球) 형상으로 내측에 태양광을 반사하여 중앙에 집중시키는 반사판과, 상기 반사판의 상부를 커버함과 동시에 태양광을 투과시키는 투광판을 포함하여 내부가 진공되도록 상·하 대응 결합되는 투광반사체와; 상기 반사판의 하단 중앙에 관통 결합되며, 상기 투광반사체의 내부 중앙에 소정의 길이로 연장되어 집중되는 태양광의 복사열을 흡수하는 집열부와; 상기 투광반사체의 하측 일 부분을 매립 고정하는 하우징과; 상기 투광반사체의 하부에 위치되며, 상기 하우징에 가로 방향을 관통되어 내부에 열매체가 유동되는 공급관과; 상기 공급관의 내부 중앙에 구비되며, 상기 집열부의 하단에 결합되어 상기 집열부에서 흡수한 태양열을 전달받아 열매체를 가열하는 열전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치를 제공한다.

여기서, 상기 집열부는 상기 반사판의 중앙에 수직으로 관통 결합되어 상기 열전달부에 태양열을 전달하는 구리봉과; 상기 구리봉의 외부 표면을 커버하여 상기 반사판에 의해 반사된 태양광을 흡수하여 상기 구리봉에 태양열을 전달하는 흑연도가니로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 공급관의 양단에 다른 공급관을 상호 연결되는 결합구를 더 구비하여 상기와 같이 구성된 본 발명의 태양열 집열장치를 연속적으로 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 열응력에 따른 안정성과 더불어, 열전도성 및 축열 성능 향상은 물론, 열손실 차단 및 열 흡수율이 증가되며, 열교환 면적을 최대한 확보함에 따라 신속한 가열로 효율성이 증가되고, 모듈화를 통해 다수 개를 연속적으로 간편하게 장착할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 집열장치를 나타내는 구성도.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 태양열 집열장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 반구(半球) 형상으로 내측에 태양광을 반사하여 중앙에 집중시키는 반사판(110)과, 상기 반사판(110)의 상부를 커버함과 동시에 태양광을 투과시키는 투광판(120)을 포함하여 내부가 진공되도록 상·하 대응 결합되는 투광반사체(100)가 제공된다.

그리고, 상기 반사판(110)의 하단 중앙에 관통 결합되며, 상기 투광반사체(100)의 내부 중앙에 소정의 길이로 연장되어 집중되는 태양광의 복사열을 흡수하는 집열부(200)를 갖는다.

상기 투광반사체(100)의 반사판(110)에 경우 반구(半球) 형상으로 포물선 면적을 통해 직선으로 진입되는 태양광을 반사시켜 중앙에 구비된 집열부(200)에 태양광을 집중시킬 수 있다.

이때, 상기 반사판(110)의 상측을 투광판(120)으로 커버함으로써 상기 투광반사체(100)의 내부에 진공상태를 유지할 수 있으며, 상기 반사판(110)의 이물질 오염에 의한 반사력 감소를 방지할 수 있다.

따라서, 상기 투광반사체(100)의 반사판(110) 및 투광판(120)은 상호 밀폐 결합하는 것이 바람직하다.

상기 투광반사체(100)의 하단에는 상기 투광반사체(100)의 하측 일 부분을 매립 고정하는 하우징(400)이 구성될 수 있다.

상기 하우징(400)은 상기 투광반사체(100)의 반사판(110)을 일부 매립을 위해 플라스틱계열 또는 에어로겔의 단열재(430)로 충전하여 외부 충격으로부터 투광반사체(100), 집열부(200), 열전달부(300) 및 공급관(410)을 보호하고 집열된 열의 외부로 손실을 최소화 할 수 있다.

그리고, 상기 투광반사체(100)의 하부에 위치되는 상기 하우징(400)의 하측 일 부분에는 상기 하우징(400)에 가로 방향을 관통되어 내부에 열매체가 유동되는 공급관(410)이 구비될 수 있다.

여기서, 상기 공급관(410)의 경우 상기 집열부(200)의 하단에 결합되어 상기 집열부(200)에서 흡수한 태양열을 전달받아 열매체를 가열하는 열전달부(300)를 포함할 수 있도록 상기 공급관(410)의 내부 중앙에 구비된다.

따라서, 상기 집열부(200)는 상기 반사판(110)의 중앙에 체결 방식으로 관통 결합되어 하단 일부가 노출되고 열전달 면적을 늘려주는 형상의 상기 열전달부(300)를 상기 집열부(200)의 노출된 일부분에 체결 방식으로 결합하여 일체를 이루게 된다.

한편, 상기 공급관(410)의 경우 상기 열전달부(300)에 의해 열매체가 가열될 때 공급관(410)을 통해 공급되는 열매체의 유동 속도가 가변 될 수 있도록 상기 열전달부(300)의 위치만큼 길이 부분을 더 확장시킬 수 있다.

또한, 상기 집열부(200)는 상기 반사판(110)의 중앙에 수직으로 관통 결합되어 상기 열전달부(300)에 태양열을 전달하는 구리봉(210)과; 상기 구리봉(210)의 외부 표면을 커버하여 상기 반사판(110)에 의해 반사된 태양광을 흡수하여 상기 구리봉(210)에 복사열을 전달하는 흑연도가니(220)로 이루어진다.

즉, 상기 흑연도가니(220)를 구성하는 물질인 흑연은 흑체에 가까운 흑색 물질로서 태양광에 따른 복사열 흡수와 열전도율이 다른 물체에 비해 매우 높아 집열 효율을 극대화할 수 있다.

한편, 상기 공급관(410)의 양단에 다른 공급관(410)을 상호 연결되는 결합구(420)를 더 구비하여 상기와 같이 구성된 본 발명의 태양열 집열장치를 연속적으로 연결 설치할 수 있다.

즉, 본 집열장치를 상기 결합구(420)에 의해 연속적으로 배관을 연결하여 태양광의 입사에 대응하여 다수 개를 설치할 수 있어 대용량의 태양열 집열장치로 사용할 수 있다.

한편, 상기 투광반사체(100)의 하부에는 상기 투광반사체(100)의 하측 일 부분을 매립 고정하는 하우징(400)이 더 구비되며, 상기 공급관(410)이 상기 하우징(400)에 가로 방향으로 관통 형성될 수 있다.

이때, 상기 공급관(410)의 양단에는 동일한 하우징(400)이 연속적으로 설치될 수 있도록 상기 공급관(410)을 상호 연결할 수 있는 결합구(420)를 더 구비하여 단위(모듈)구성된 본 발명의 태양열 집열장치가 연속적으로 연결 설치될 수 있다.

그리고, 상기 반사판(110)의 중앙에 상기 구리봉(210)이 관통 결합됨에 있어서, 각각 반사판(110)과 구리봉(210)의 접촉을 통한 반사판(110)으로 열손실 방지를 위해 상기 구리봉(210)의 둘레를 감싸는 단열튜브(130)가 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구리봉(210)이 상기 공급관(410)의 내부 열매체에 노출되는 경우 상기 구리봉(210)의 틈새를 따라 열매체가 상기 투광반사체(100)의 내부 진공된 공간으로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 구리봉(210)의 단부에는 내열성을 갖는 실링(140)이 더 구비되고, 상기 실링(140)을 커버하는 마감캡(150)을 포함한다.

즉, 상기 실링(140) 및 마감캡(150)의 결합을 통해 상기 공급관(410)의 열매체가 구리봉(210)을 따라 투광반사체(100)로 유입되는 것을 방지한다.

한편, 상기 (200)의 구리봉(210) 단부와 상기 열전달부(300)를 상호 이음 연결하는 연결구(500)가 더 필요하다.

상기 연결구(500)에 경우 상단에는 상기 구리봉(210)의 하단에 형성된 체결 홈에 대응하여 나사 형성된 연결플러그(510)가 돌출 형성되고, 양측에는 상기 나사 형성된 돌기를 체결로 연결할 수 있는 나사 형성된 연결소켓(520)이 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 연결구(500)의 연결플러그(510)를 통해 상기 구리봉(210)의 단부에 연결구(500)를 체결하고, 상기 연결소켓(520)을 통해 상기 열전달부(300)의 단부를 체결하여 상기 공급관(410)의 내부에 상기 열전달부(300)을 위치시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100: 투광반사체
110: 반사판
120: 투광판
130: 단열튜브
140: 실링
150: 마감캡
200: 집열부
210: 구리봉
220: 흑연도가니
300: 열전달부
400: 하우징
410: 공급관
420: 결합구
430: 단열재
500: 연결구
510: 연결플러그
520: 연결소켓

Claims

반구(半球) 형상으로 내측에 태양광을 반사하여 중앙에 집중시키는 반사판(110)과, 상기 반사판(110)의 상부를 커버함과 동시에 태양광을 투과시키는 투광판(120)을 포함하여 내부가 진공되도록 상·하 대응 결합되는 투광반사체(100)와;
상기 반사판(110)의 하단 중앙에 관통 결합되며, 상기 투광반사체(100)의 내부 중앙에 소정의 길이로 연장되어 집중되는 태양광의 복사열을 흡수하는 집열부(200)와;
상기 투광반사체(100)의 하부에 위치되며, 가로 방향으로 연장되어 내부에 열매체가 유동되는 공급관(410)과;
상기 공급관(410)의 내부 중앙에 구비되며, 상기 집열부(200)의 하단에 결합되어 상기 집열부(200)에서 흡수한 태양열을 전달받아 열매체를 가열하는 열전달부(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
청구항 1에 있어서,
상기 집열부(200)는,
상기 반사판(110)의 중앙에 수직으로 관통 결합되어 상기 열전달부(300)에 태양열을 전달하는 구리봉(210)과;
상기 구리봉(210)의 외부 표면을 커버하여 상기 반사판(110)에 의해 반사된 태양광을 흡수하여 상기 구리봉(210)에 태양열을 전달하는 흑연도가니(220)로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
청구항 1에 있어서,
상기 투광반사체(100)의 하부에는,
상기 투광반사체(100)의 하측 일 부분을 매립 고정하는 하우징(400)이 더 구비되며, 상기 공급관(410)이 상기 하우징(400)에 가로 방향으로 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
청구항 3에 있어서,
상기 공급관(410)의 양단에는 동일한 하우징(400)이 연속적으로 설치될 수 있도록 상기 공급관(410)을 상호 연결할 수 있는 결합구(420)를 더 구비하여 단위(모듈)구성된 본 발명의 태양열 집열장치가 연속적으로 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.