WO2017204382A1 - 태양열 진공집열패널 - Google Patents

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WO2017204382A1
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solar
heat
glass window
collecting panel
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박래준
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주식회사엑스엘
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    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Definitions

  • the present invention relates to a solar vacuum collecting panel that collects solar energy, and specifically, a heat absorbing plate and a heat medium circulation pipe are mounted therein, so that the structure of the glass window can withstand external stress and the heat is collected therein.
  • the present invention relates to a solar vacuum collecting panel which minimizes the loss of solar energy.
  • the heat collecting plate absorbs the radiant rays from the sun
  • the heat energy is absorbed through heat transfer and the heated heat medium is flowed to produce hot water for use in cooling and heating of buildings and hot water. It is used for thermal energy and thermal power generation.
  • the core of the solar energy utilization technology is solar heat collection, heat storage, and system control. Solar energy is low energy density, seasonal and time-varying energy, which is the most fundamental technology, and various attempts for heat storage heat storage have been made. there was.
  • Utility Model Publication No. 20-1982-0000933 relates to a solar vacuum flat plate collector, in which a mold is welded and welded to a solar vacuum flat plate collector so as not to leak air into the vacuum high pressure. It is reinforced safety. It is made of single sheet of steel plate from the bottom of the collector to four sides and formed to withstand high pressure from the upper glass insertion jaw to the bent side on the slope, so that the outer surface of FRP and resin materials can be prevented from decaying Of high pressure protection bolts in the gap space from the bottom of the collector to the glass surface with synthetic resin plates and metal sheets installed to cover the inner body with FRP and synthetic resin materials and to protect the insulation from high pressure.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2007-178056 relates to a vacuum solar heat collecting device, wherein a window glass is supported by a support shaft to prevent breakage by atmospheric pressure applied to the window glass, and a hole for inserting the support shaft on the heat collecting plate.
  • the vacuum solar collector has a dome-shaped window glass through which sunlight penetrates and a central portion is inflated from the periphery, a metal frame surrounding the window glass, and an outer circumferential surface of the window glass.
  • U.S. Patent No. 06119683 relates to a solar heat collecting device, in which a heat absorbing plate for absorbing solar radiation is installed in a vacuum container, and solar heat accumulated in the heat absorbing plate is transferred to a working medium in a pipe connected to the heat absorbing plate, An upper surface layer is formed on top of the heat absorbing plate through which solar radiation irradiated to the heat absorbing plate reflects infrared radiation from the heat absorbing plate, and a lower surface layer for reflecting infrared radiation from the heat absorbing plate is formed on the bottom of the heat absorbing plate, An insulating film is formed between the bottom of the heat absorbing plate and the bottom surface of the vacuum vessel, the reflective layer is formed on the bottom surface of the vacuum vessel, and a film for passing solar radiation and reflecting infrared radiation is provided with the top surface of the heat absorbing plate and the vacuum vessel. Provided between the upper walls of the solar cell and the upper wall of the vacuum vessel is formed to have a plurality of transparent curved surfaces. It provides a description
  • Korean Patent Publication No. 10-0340625 relates to an integrated plate heat collecting plate of a flat plate solar collector, and has various shapes such as heat absorbing plate, riser tube and riser in order to improve thermal performance, unlike conventional heat collecting plate's shape, welding method, and branch water limit.
  • the heat-absorbing top plate and the heat-absorbing bottom plate which are formed by integrally symmetrical headers, are manufactured by pressing the heat absorbing top plate and the bottom plate against each other, and the outside of the mold is core-welded to prevent leakage.
  • the manufacturing method of automatic welding by spot welding and the heat collecting plate manufactured by the above manufacturing method are proposed.
  • An object of the present invention is to provide a solar vacuum collector panel which minimizes energy loss and conduction loss due to air layer convection generated in a conventional atmospheric pressure plate collector as a solar vacuum collector panel.
  • a large area heat absorbing plate and a heat medium circulation tube are mounted therein, and an upper transmission window provides a vacuum collecting panel in which a plurality of transmission windows are formed by dividing the area integrally to provide a large area solar vacuum collecting panel. It is done.
  • the present invention is the shape of the vacuum collecting panel so that the upper transmission window used as a member in the solar vacuum collecting panel has a sufficient strength to withstand the atmospheric pressure load to the internal vacuum, and the internal vacuum is maintained to 10 -3 torr and
  • the purpose is to provide a structure.
  • the present invention is a solar heat collecting panel for collecting energy by collecting solar heat, the vacuum collecting panel, the case made of glass or metal material;
  • a glass window mounted on an upper portion of the case to form a space together with the case;
  • a heat collecting part including a heat absorbing plate placed inside the case and the glass window, and at least one heat medium circulation pipe attached to the lower portion of the heat absorbing plate by brazing welding and mounted through one side of the case;
  • a side spacer of a metal material which connects an edge of the glass window and an edge of the case to each other;
  • An inner spacer penetrating the heat absorbing plate to support the case and the glass window at a predetermined interval;
  • a vacuum exhaust pipe mounted on one side of the case and configured for vacuum exhaust inside the panel.
  • the case is composed of a bottom surface portion, a side portion formed integrally with the bottom surface portion, a connecting portion formed integrally with the upper end of the side portion, the bottom surface portion is formed with a horizontal embossed groove horizontally, vertically A plurality of vertical embossed grooves are formed to cross each other, a plurality of vertical embossed grooves are formed in the side portion, the connecting portion is formed in a plane, side spacers are bonded to the connecting portion.
  • the side spacer is characterized in that formed in the 'b' or 'c' type angle.
  • the glass window comprises a horizontal groove formed at a predetermined interval, a vertical groove formed at a predetermined interval while crossing the horizontal groove, a plurality of domed transmission windows formed between the horizontal groove and the vertical groove,
  • the outer horizontal groove and the outermost vertical groove are formed of an edge connecting portion formed to meet each other to form an outer groove and formed around the outer groove, wherein the side spacers are joined by direct bonding or fritz bonding. do.
  • the inner spacer a plurality of cylindrical or spherical spacers which are mounted in a plurality along the vertical groove at the bottom of the vertical groove formed in the center of the glass window to support the glass window, and the lower portion of the plurality of cylindrical or spherical spacers And an angle type spacer installed in pairs facing each other in the longitudinal direction to the case.
  • the case front surface, the inner surface of the side spacer, one surface or both surfaces of the heat absorbing plate or a part of the heat absorbing plate is coated with a getter is characterized in that to adsorb the gas inside the vacuum collecting panel.
  • the inner spacers are made of metal, ceramic, glass or inorganic materials.
  • the glass window is characterized in that the organic or inorganic material for increasing the light transmittance and lower the reflectance is coated on the inner surface or the outer surface.
  • the solar vacuum collecting panel according to the present invention has a plurality of transparent windows and a partition is formed integrally, and a heat absorbing plate and a heat medium circulation tube are mounted therein, so that a large area can be achieved and maintenance is easy. It is low price.
  • FIG. 1 is a perspective view of a solar vacuum collecting panel according to the present invention.
  • FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the solar vacuum collecting panel according to the present invention.
  • FIG. 3 is a partially cut perspective view of the solar vacuum collecting panel according to the present invention.
  • Figure 4 is an enlarged view of a portion of the edge portion of the solar vacuum collecting panel according to the present invention.
  • FIG 5 is an enlarged view of a part of the inner spacer portion of the solar vacuum collecting panel according to the present invention.
  • Figure 6 is a perspective view from the bottom of the solar vacuum collecting panel according to the present invention.
  • Figure 7 is a (a) plan view, (b) cut line G-G and (c) cut line J-J of the solar vacuum collecting panel according to the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line (a) L-L and (b) the cut line M-M in the view of FIG. 7;
  • FIG 9 is an enlarged view of a portion of the side spacer portion.
  • the best mode for carrying out the present invention is a solar vacuum collecting panel that collects solar heat to obtain energy, the vacuum collecting panel comprising: a case made of glass or metal; A glass window mounted on an upper portion of the case to form a space together with the case; A heat collecting part including a heat absorbing plate placed inside the case and the glass window, and at least one heat medium circulation pipe attached to the lower portion of the heat absorbing plate by brazing welding and mounted through one side of the case; A side spacer of a metal material which connects an edge of the glass window and an edge of the case to each other; An inner spacer penetrating the heat absorbing plate to support the case and the glass window at a predetermined interval; And a vacuum exhaust pipe mounted on one side of the case for a vacuum exhaust inside the panel.
  • FIG. 1 is a perspective view of a solar vacuum collecting panel according to the present invention
  • Figure 2 is a partially cutaway perspective view of the solar vacuum collecting panel according to the present invention
  • Figure 3 is a partially cutaway perspective view of the solar vacuum collecting panel according to the present invention
  • Figure 4 is a partially enlarged view of the edge portion of the solar vacuum collecting panel according to the present invention
  • Figure 5 is a partially enlarged view of the inner spacer portion of the solar vacuum collecting panel according to the present invention
  • Figure 6 is a solar vacuum collecting panel according to the present invention
  • 7 is a perspective view of the solar vacuum collecting panel according to the present invention
  • FIG. 8 is (a) in the drawing of FIG. A cut line of LL line, and a cut line of (b) MM line.
  • FIG. 9 is a partially enlarged view of the side spacer part.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an outer side surface of the solar vacuum collecting panel according to the present invention.
  • the outer surface of the solar vacuum collecting panel according to the present invention the case 200, the glass window 100 mounted on the upper portion of the case 200, the case 200 and the glass window ( It is formed by the side spacers 400 connecting the edges of each other 100.
  • Figure 2 is a perspective view of a partially cut glass window 100 of the solar vacuum collecting panel according to the present invention.
  • the glass window 100 is elongated in the longitudinal direction, and is formed between the longitudinal grooves 103 and the horizontal grooves 102, and between the longitudinal grooves 103 and the horizontal grooves 102.
  • the dome-shaped transmission window 101 is formed, and the edge connecting portion 104 formed at the edge.
  • the grooves 102 and 103 between the dome-shaped transmission window 101 and the transmission window 101 which are formed to protrude arcuately forward, can be offset by some external stress by their own structure. That is, even when the dome-shaped transmission window 101 is extended by heat, the grooves 102 and 103 can buffer, and thus the stress due to external action can be canceled out.
  • the heat collecting part 300 is mounted below the glass window 100.
  • the heat collecting part 300 includes a heat absorbing plate 301, a heat medium circulation pipe 302 brazed and welded to the lower part of the heat absorbing plate 301, and a support angle 303 for supporting the heat absorbing plate 301.
  • the support angle 303 fixes the heat absorbing plate 301 at the top of the heat absorbing plate 301.
  • the heat absorbing plate 301 may be a surface treatment or metal or inorganic coating to increase the surface absorption rate and lower the reflectance on the upper surface.
  • the case 200 includes a bottom surface portion 201, a side portion 204 integrally formed with the bottom surface portion 201 to form a side surface, and a connection portion 206 to which a side spacer 400 is joined to an upper end of the side surface 204. ) Is formed.
  • the connection portion 206 is preferably formed in a plane so that the side spacers 400 can be easily bonded.
  • the side surface portion 204 is equipped with a vacuum exhaust pipe 207 and the heat medium circulation pipe 302, and thus the side portion 204 may serve as a support for the heat medium circulation pipe 302.
  • the horizontal embossing 203 and the vertical embossing 202 are formed in the bottom surface part 201 and the mass moment of inertia becomes large, it is possible to absorb the stress change caused by the external environment.
  • the side surface embossing 205 is formed on the side portion 204, so as to absorb the stress change acting on the side surface.
  • the embossing 202, 203, and 205 increases the surface area, the area to which the getter can be applied can be widened, thereby increasing the adsorption performance of the gas generated in the vacuum state, thereby increasing the vacuum degree to -3 torr It can be kept constant as follows.
  • an inner spacer 500 is mounted on a bottom of the vertical groove 103 formed in the center of the glass window 100, and the glass window 100 is formed by the inner spacer 500.
  • the case 200 is maintained at a constant interval, and also can withstand the pressure by the atmospheric pressure by the inner spacer 500.
  • the inner spacer 500 may be formed in a cylindrical or spherical shape.
  • a separate angle spacer 501 may be further installed below the inner spacer 500.
  • the angled spacer 501 is formed long in the longitudinal direction, so that the angle spacer 501 can withstand the pressure acting by the atmospheric pressure well.
  • the inner spacer 500 penetrates through the heat absorbing plate 301. In the case of the vacuum exhaust pipe 207, the vacuum exhaust pipe 207 is sealed to maintain a constant pressure.
  • the connecting portion 206 of the side portion 204 and the side spacer 400 are connected.
  • the connecting portion 206 is connected to the side spacer 400 by welding or direct bonding.
  • the side spacers 400 may be formed of 'b' or 'c' shaped angles to buffer the external stress.
  • the side spacers 400 are bonded to the edge connecting portion 104 of the glass window 100. Bonding of the glass window 100 and the side spacers 400 may be directly bonded, or may be bonded to each other through a low melting Fritz bonding. Fritz bonding refers to a method in which ceramic special liquids are directly applied to glass and bonded together. Therefore, the glass window 100 may be directly bonded to the side spacers 400 made of metal.
  • FIG. 5 shows the relationship between the inner spacer 500 and the heat absorbing plate 301, and is supported by the angle spacer 501.
  • the heat absorbing plate 301 is formed with a hole of a constant diameter, the inner spacer 500 is inserted into the hole, the hole is to have a larger diameter than the inner spacer 500 Less heat transfer occurs at 301.
  • the angle spacer 501 is formed long in the longitudinal direction to support the inner spacer 500.
  • the angle spacer 501 may serve to support the heat absorbing plate 301, and it is preferable to reduce the possible contact area when supporting the heat absorbing plate 301.
  • FIG. 6 shows a bottom perspective view of the case 200. As shown in the figure, the horizontal embossing 203 and the vertical embossing 202 are alternately formed, and the side portion 204 is formed with the side embossing 205.
  • FIG. 7 is a plan view and a cut-away view of the vacuum heat absorbing panel. As shown in the figure, it has a domed transmissive window 101 as shown in (b) which is a sectional view seen from the J-J line, and a horizontal groove 102 is formed between the transmissive windows.
  • (c) is a cross-sectional view seen from the G-G line. As shown in (c), the inner spacer 500 is mounted in each section.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the drawing of FIG. 7.
  • (a) is a cross-sectional view seen from the line L-L.
  • a set of heat medium circulation pipe 302 is bonded to the heat absorbing plate 301.
  • an inner spacer 500 and an angle spacer 501 supporting the inner spacer 500 are shown.
  • (b) is a sectional drawing seen from the M-M line
  • FIG. 9 illustrates that the side spacer 400 is bonded to the connection portion 206 of the side portion 204, and the edge connection portion 104 of the glass window 100 is directly bonded to the side spacer 400. Therefore, since the glass window 100 is directly bonded to the side spacers 400 of the metal material, durability against vacuum tightness may be ensured.
  • the getter material may be applied to a portion other than the window glass through which sunlight is transmitted.
  • the getter material may be applied to the bottom or side and side spacers of the case.
  • it may be applied to one side or both sides of the heat absorbing plate, it may be appropriately applied according to the degree of vacuum to be maintained.
  • the inner spacer 500 may be made of metal, ceramic, glass, or an inorganic material.
  • the side spacers 400 may have a structure such as a corrugation shape capable of absorbing stress generated by the temperature difference between the window glass 100 and the case 200.
  • the present invention can be variously modified and described with reference to preferred embodiments of the present invention.
  • the present invention is not limited to these embodiments, and the technical field to which the present invention pertains in the claims and the detailed description of the present invention. It should be understood that the techniques that can be used by those skilled in the art are naturally included in the technical scope of the present invention.
  • the present invention relates to a solar vacuum collecting panel that collects solar energy, which can effectively cope with external stresses by the structure of the glass window and the shape of the case, and can minimize the loss of solar energy collected therein. It is an invention with high industrial applicability.

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Abstract

본 발명은 태양열 에너지를 집열하는 태양열 진공집열패널에 관한 것으로서, 구체적으로는 흡열판 및 열매체 순환관이 내부에 장착되고, 글라스 윈도우의 구조에 의해 외부 응력에 견딜 수 있도록 함과 아울러 내부에서 집열된 태양열 에너지의 손실을 최소화한 태양열 진공집열패널에 관한 것으로서, 태양열을 집열하여 에너지를 얻는 태양열 진공집열패널에 있어서, 상기 진공집열패널은, 유리 또는 금속재로 이루어지는 케이스; 상기 케이스의 상부에 장착되어 상기 케이스와 함께 공간을 형성하는 글라스 윈도우; 상기 케이스와 글라스 윈도우 내부에 안치되는 흡열판과, 상기 흡열판의 하부에 브레이징 용접되어 부착되고, 상기 케이스의 일측을 관통하여 장착되는 하나 이상의 열매체 순환관으로 이루어진 집열부; 상기 글라스 윈도우의 가장자리와 상기 케이스의 가장자리를 서로 연결하는 금속재의 측면 스페이서; 상기 흡열판을 관통하여 케이스와 글라스 윈도우을 일정간격으로 지지하는 내측 스페이서; 및 상기 케이스의 일측에 장착되어 상기 패널 내부의 진공배기를 위한 진공배기관;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양열 진공집열패널을 제공한다.

Description

태양열 진공집열패널
본 발명은 태양열 에너지를 집열하는 태양열 진공집열패널에 관한 것으로서, 구체적으로는 흡열판 및 열매체 순환관이 내부에 장착되고, 글라스 윈도우의 구조에 의해 외부 응력에 견딜 수 있도록 함과 아울러 내부에서 집열된 태양열 에너지의 손실을 최소화한 태양열 진공집열패널에 관한 것이다.
일반적으로 태양열을 에너지원으로 이용하기 위한 방법으로, 태양열을 집광하여 전기에너지를 생성하는 솔라셀을 이용하는 방법이 널리 알려져 있다. 이와 같이 태양열을 전기에너지로 변환하여 이용하는 방식 이외에 태양열을 이용하는 방법으로서, 태양의 복사열을 효율적으로 집열하여 간접 또는 직접 가열원으로 사용할 수 있는 다양한 형태의 집열장치가 있다.
즉, 태양으로부터 오는 복사광선을 집열판이 흡수한 후 이 열에너지를 열매체가 열전달을 통하여 흡수하도록 하고 이 뜨거워진 열매체를 유동시키는 방법 등을 통해서 하여 온수를 생산하여 건물의 냉난방 및 급탕에 이용하거나, 산업공정열, 열발전 등에 활용되고 있다. 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 기술이며, 집열 축열을 위한 다양한 시도들이 있었다.
종래기술을 살펴보면, 실용신안공고 제20-1982-0000933호는 태양열 진공 평판형 집열기에 관한 것으로서, 태양열 진공 평판형집열기에 체대를 일매의 철판으로 형압 또 용접 제관하여 진공 고압에 공기가 누입치 않도록 안전을 강화시킨 것인데 일매의 철판으로 집열기의 저면부터 4면 측면으로 하여 상면 유리 삽입턱에서 사면에 절곡측면까지 단일체로 고압에 견딜 수 있게 형성하여 외부면에는 철판의 부패를 방지하도록 FRP 및 합성수지재를 피복시키거나 체대 전체를 FRP 및 합성수지재로 형성하였고 또 내부 5면에 단열재를 고압에 보호하기 위하여 합성수지판 및 금속박판을 설치한 집열기 내부 저면에서 유리면까지 간격 공간에 고압 보호 볼-트 다수개를 부착 설치시키고, 유리삽입턱에 고무 바킹을 부착하고 그 상부에다 유리를 삽입한후 실콘 접착제로 밀폐시키고 집열기 내부 공간에 공기를 배기콕크로 인출하여 진공으로 하고 집열기내 공간에 진공으로 의한 고압력에 파손 방지에는 유리면과 저면판 공간 사이에 고압 보호 볼-트를 받친 것으로 고압력에 견딜수 있게된, 태양열진공평판형 집열기에 관한 기술을 제시하고 있다.
일본 특허공개공보 특개2007-178056호는 진공 태양열 집열장치에 관한 것으로서, 윈도 글라스는 윈도 글라스에 가해지는 대기압에 의해 파손되는 것을 방지하기 위해 지지축에 의해 지지되고, 집열판 위에 지지축을 삽입하기 위해 홀을 형성할 필요가 있는데 이 문제점을 해결하기 위해, 진공 태양열 집열장치는 태양광이 관통하며 주변보다 중앙부가 부풀어 오른 돔 형상 윈도 글라스와, 상기 윈도 글라스를 감싸는 금속제 테두리와, 상기 윈도 글라스의 외주면과 상기 금속제 테두리 사이에 삽입되는 금속 개스킷과, 측벽이 테두리의 외주를 둘러싸도록 형성되고 저면판이 내부측으로 볼록한 용기 상의 케이스와, 상기 케이스에 수용되어 태양광의 열을 받는 집열판을 구비하는 것으로, 다수의 지지축과 지지축 홀을 없게 하여 구조를 단순화 시킨 진공 태양열 집열장치에 대한 기술을 제시하고 있다.
미국 특허 제06119683호는 태양열 집열장치에 관한 것으로서, 태양 방사를 흡수하기 위한 흡열판이 진공 용기에 설치되고, 상기 흡열판에 축적된 태양열이 흡열판에 연결된 파이프에 있는 작동매체에 전달되고, 흡열판에 조사되는 태양방사를 통과시키고 흡열판으로부터의 적외선 방사가 반사되는 상기 흡열판의 상부에 상부 표면층이 형성되며, 흡열판으로부터의 적외선 방사를 반사하기 위한 하부 표면층이 흡열판의 저면에 형성되고, 절연필름이 흡열판의 저면과 진공 용기의 바닥 표면 사이에 형성되며, 반사층이 진공 용기의 바닥 표면에 형성되고, 태양 방사를 통과하고 적외선 방사를 반사하기 위한 필름이 흡열판의 상부면과 진공 용기의 상부 벽 사이에 제공되며, 진공 용기의 상부벽은 다수의 투명한 곡선면을 가지도록 형성되는 태양열 포집 장치에 관한 기술을 제시하고 있다.
등록특허공보 제10-0340625호는 평판형 태양열 집열기의 일체식 판형 집열판에 관한 것으로, 기존 집열판의 형태, 용접방식 및 지관수 제한과 달리 열 성능 향상을 꾀하고자 다양한 형태로 흡열판, 라이져 튜브 및 헤더를 일체 대칭으로 구성한 금형을 프레스로 2짝인 흡열 상부판과 흡열 하부판를 제작하여 상기 흡열 상부판 및 하부판을 서로 맞대어 외곽은 누수방지를 위해 심용접으로 하고, 내부는 라이져 튜브 회로 확보 및 압력에 의한 확관을 막기 위해 점 용접으로 자동 용접하는 제조방법과 상기의 제작 방법으로 제작된 집열판에 관한 기술을 제시하고 있다.
그런데, 종래의 이러한 집열패널은 다음과 같이 태양 열에너지가 효과적으로 열매체로 전달되지 못하고 손실되는 문제가 있었다.
또한, 구조적으로 응력에 의해 효과적으로 대응하지 못하기 때문에 유리의 파손 등이 발생하는 경우가 많았다.
본 발명은, 태양열 진공집열패널로서 기존의 상압평판집열기에서 발생되는 공기층 대류에 의한 에너지 손실 및 전도 손실을 최소화한 태양열 진공집열패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해 대면적화된 흡열판 및 열매체 순환관이 내부에 장착되고, 상부 투과창은 복수 개의 투과창이 구역을 나누어 일체로 형성된 진공집열패널을 제공하여, 대면적화된 태양열 진공집열패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 태양열 진공집열패널에 부재로 사용되는 상부 투과창이 내부진공에 대한 대기압하중을 견딜 수 있는 충분한 강도를 갖도록 하고, 내부진공이 10-3torr가 유지되도록 하는 진공집열패널의 형상 및 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 태양열을 집열하여 에너지를 얻는 태양열 진공집열패널에 있어서, 상기 진공집열패널은, 유리 또는 금속재로 이루어지는 케이스; 상기 케이스의 상부에 장착되어 상기 케이스와 함께 공간을 형성하는 글라스 윈도우; 상기 케이스와 글라스 윈도우 내부에 안치되는 흡열판과, 상기 흡열판의 하부에 브레이징 용접되어 부착되고, 상기 케이스의 일측을 관통하여 장착되는 하나 이상의 열매체 순환관으로 이루어진 집열부; 상기 글라스 윈도우의 가장자리와 상기 케이스의 가장자리를 서로 연결하는 금속재의 측면 스페이서; 상기 흡열판을 관통하여 케이스와 글라스 윈도우을 일정간격으로 지지하는 내측 스페이서; 및 상기 케이스의 일측에 장착되어 상기 패널 내부의 진공배기를 위한 진공배기관;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양열 진공집열패널을 제공한다.
본 발명에서 케이스는, 바닥면부와, 상기 바닥면부에 일체로 형성되는 측면부와, 상기 측면부의 상단에 일체로 형성되는 연결부로 이루어지고, 상기 바닥면부에는 가로로 형성되는 가로 엠보싱 홈과, 세로로 형성되는 세로 엠보싱 홈이 서로 교차하여 다수 개로 형성되고, 상기 측면부에는 세로 엠보싱 홈이 다수 개로 형성되며, 상기 연결부는 평면으로 형성되고, 상기 연결부에 측면 스페이서가 접합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 측면 스페이서는, 'ㄱ' 또는 'ㄷ'형 앵글로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 글라스 윈도우는, 일정간격으로 형성되는 가로형 홈과, 상기 가로형 홈과 교차하면서 일정간격으로 형성되는 세로형 홈과, 상기 가로형 홈과 세로형 홈 사이에 형성되는 다수의 돔형 투과창과, 최외각 가로형 홈과 최외각 세로형 홈은 서로 만나서 외측 홈을 형성하고 상기 외측 홈의 주변으로 형성되는 가장자리 연결부로 구성되고, 상기 가장자리 연결부에는 상기 측면 스페이서가 직접 접합 또는 프리츠 접합으로 접합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 내측 스페이서는, 글라스 윈도우 중앙에 형성되는 세로형 홈 저면에서 상기 세로형 홈을 따라 다수로 장착되어 상기 글라스 윈도우를 지지하는 원통형 또는 구형 스페이서와, 상기 다수의 원통형 또는 구형 스페이서 하부를 지지하며 상기 케이스에 길이방향으로 길게 서로 마주보며 한 쌍으로 설치되는 앵글형 스페이서로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 케이스 전면, 측면 스페이서의 내측면, 흡열판의 일면이나 양면 또는 흡열판의 일부면에는 게터가 도포되어 진공집열패널 내부의 가스를 흡착하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 내측 스페이서는, 금속, 세라믹, 유리 또는 무기질 재료로 제작되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 글라스 윈도우는, 내측면 또는 외측면에 광투과율을 높이고 반사율을 낮추기 위한 유기 또는 무기 재료가 코팅되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양열 진공집열패널은, 싱부 투과창을 복수 개의 투과창으로 하고 구획을 나누어 일체로 형성됨과 아울러, 흡열판 및 열매체 순환관이 내부에 장착되기 때문에 대면적화가 가능하고 유지보수가 쉽고 저가이다.
유리판이 다수의 라운드형으로 되어 있고 각 구간마다 절곡되어 있어서, 외부 환경에 노출된 상태에서 기상변화에 의한 전면 유리창 파손의 원인이 되는 응력들이 각 구역에서 상쇄되어 파손의 가능성을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 내부에 스페이서가 적정하게 장착되어 있기 때문에, 내부 진공압에 대한 대기압 하중을 충분히 견디게 되는 효과가 있다.
또한 본 발명의 구성에 따른 진공집열평판 내부에 도포된 게터에 의해 진공봉입 후 10-3 torr 이하의 진공압력이 지속적으로 유지되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널의 일부 절개 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널의 일부 절단 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널 가장자리 부분의 일부 확대도.
도 5는 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널 내측 스페이서 부분의 일부 확대도.
도 6은 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널의 하부에서 본 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널의 (a)평면도, (b)G-G선 절단면도 및 (c)J-J선 절단면도.
도 8은 도 7의 도면에서 (a)L-L선 절단면도, (b)M-M선 절단면도.
도 9는 측면 스페이서 부분의 일부 확대도.
본 발명의 실시를 위한 최선의 형태는, 태양열을 집열하여 에너지를 얻는 태양열 진공집열패널에 있어서, 상기 진공집열패널은, 유리 또는 금속재로 이루어지는 케이스; 상기 케이스의 상부에 장착되어 상기 케이스와 함께 공간을 형성하는 글라스 윈도우; 상기 케이스와 글라스 윈도우 내부에 안치되는 흡열판과, 상기 흡열판의 하부에 브레이징 용접되어 부착되고, 상기 케이스의 일측을 관통하여 장착되는 하나 이상의 열매체 순환관으로 이루어진 집열부; 상기 글라스 윈도우의 가장자리와 상기 케이스의 가장자리를 서로 연결하는 금속재의 측면 스페이서; 상기 흡열판을 관통하여 케이스와 글라스 윈도우을 일정간격으로 지지하는 내측 스페이서; 및 상기 케이스의 일측에 장착되어 상기 패널 내부의 진공배기를 위한 진공배기관;으로 구성된다.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널의 일부 절개 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널의 일부 절단 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널 가장자리 부분의 일부 확대도이고, 도 5는 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널 내측 스페이서 부분의 일부 확대도이고, 도 6은 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널의 하부에서 본 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널의 (a)평면도, (b)G-G선 절단면도 및 (c)J-J선 절단면도이고, 도 8은 도 7의 도면에서 (a)L-L선 절단면도, (b)M-M선 절단면도이고, 도 9는 측면 스페이서 부분의 일부 확대도이다.
도 1은 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널의 전체 사시도로서 외측면을 도시하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널의 외측면은, 케이스(200)와, 케이스(200)의 상부에 장착되는 글라스 윈도우(100)와, 케이스(200)와 글라스 윈도우(100)의 가장자리를 서로 연결하는 측면 스페이서(400)에 의해 형성된다.
도 2는 본 발명에 따른 태양열 진공집열패널의 글라스 윈도우(100)를 일부 절개한 사시도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 글라스 윈도우(100)는 길이방향으로 길게 형성되고, 세로방향 홈(103) 및 가로방향 홈(102)과, 세로방향 홈(103)과 가로방향 홈(102) 사이에 형성되는 돔형 투과창(101)과, 가장자리에 형성되는 가장자리 연결부(104)로 구성된다. 전방으로 둥글게 아치형으로 돌출되도록 형성되는 돔형 투과창(101)과 투과창(101) 사이의 홈(102, 103)들에 의해 자체적인 구조에 의해 어느 정도의 외부 응력은 상쇄할 수 있게 된다. 즉, 돔형 투과창(101)이 열에 의해 늘어나는 경우라고 하더라도 홈(102, 103)이 완충작용을 할 수 있기 때문에 외부 작용에 의한 응력을 상쇄할 수 있다. 또한, 글라스 윈도우(100)의 재질을 태양광 투과율이 높은 붕산유리로서 금속과 직접 접합할 수 있는 열팽창 계수를 갖는 유리를 사용함이 바람직하며, 글라스 윈도우(100)의 내측면과 외측면에는 광투과율을 높이고 반사율을 낮추기 위한 무기 또는 유기 재료로 코팅을 할 수 있다. 글라스 윈도우(100)의 하부에는 집열부(300)가 장착된다. 집열부(300)는 흡열판(301)과 흡열판(301) 하부에 브레이징 용접되는 열매체 순환관(302)과, 흡열판(301)을 지지하기 위한 지지앵글(303)로 구성된다. 지지앵글(303)은 흡열판(301)의 상부에서 흡열판(301)을 고정시켜 준다. 흡열판(301)은 상면에 표면 흡수율을 높이고 반사율을 낮추기 위한 표면처리 또는 금속이나 무기질 코팅을 할 수 있다. 케이스(200)는 바닥면부(201)와, 바닥면부(201)에 일체로 형성되어 측면을 형성하는 측면부(204)와, 측면부(204)의 상단에는 측면 스페이서(400)가 접합되는 연결부(206)가 형성된다. 연결부(206)는 측면 스페이서(400)가 쉽게 접합될 수 있도록 평면으로 형성됨이 바람직하다. 또한, 측면부(204)에는 진공 배기관(207)과 열매체 순환관(302)이 관통 장착되고, 그에 따라 측면부(204)는 열매체 순환관(302)의 지지대 역할을 수행할 수 있다. 바닥면부(201)에는 가로 엠보싱(203)과 세로 엠보싱(202)이 형성되어 질량 관성 모멘트값이 크지기 때문에, 외부 환경에 의한 응력변화를 흡수할 수 있게 된다. 또한, 측면부(204)에도 측면 엠보싱(205)가 형성되어, 측면에 작용하는 응력변화를 흡수할 수 있도록 한다. 또한, 엠보싱(202, 203, 205)은 표면적을 넓게 하기 때문에, 게터를 도포할 수 있는 면적이 넓어질 수 있고, 그에 따라 진공상태에서 발생되는 가스의 흡착성능을 높여주어 진공도를 10-3 torr 이하로 일정하게 유지할 수 있게 한다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 글라스 윈도우(100)의 중앙에 형성되는 세로형 홈(103)의 저면에는 내측 스페이서(500)가 장착되고, 내측 스페이서(500)에 의해 글라스 윈도우(100)와 케이스(200)는 일정 간격을 유지하게 되고, 또한 내측 스페이서(500)에 의해 대기압에 의한 압력을 견딜 수 있게 된다. 내측 스페이서(500)는 원통형 또는 구형으로 형성될 수 있다. 내측 스페이서(500)의 하부에는 별도의 앵글형 스페이서(501)가 더 설치될 수 있다. 앵글형 스페이서(501)는 길이방향으로 길게 형성되는데, 이는 대기압에 의해 작용하는 압력을 잘 견딜 수 있도록 하기 위함이다. 내측 스페이서(500)는 흡열판(301)을 관통하여 설치된다. 진공배기관(207)의 경우는, 진공배기 후 밀봉하여 일정한 압력을 유지하도록 한다.
도 4는 측면부(204)의 연결부(206)와 측면 스페이서(400)가 연결된 것을 도시하고 있다. 연결부(206)는 측면 스페이서(400)와 용접이나 직접 접합을 통해서 연결된다. 측면 스페이서(400)는 외부응력에 의한 완충 작용을 할 수 있도록 'ㄴ' 또는 'ㄷ'자형 앵글로 형성될 수 있다. 또한, 측면 스페이서(400)는 글라스 윈도우(100)의 가장자리 연결부(104)와 접합된다. 글라스 윈도우(100)와 측면 스페이서(400)의 접합은 직접 접합하거나, 저융점의 프리츠 접합을 통해서 서로 접합할 수 있다. 프리츠 접합은 세라믹 계열의 특수 액체를 유리에 직접 도포하여 접착하는 방식을 말한다. 따라서, 직접 글라스 윈도우(100)와 금속재의 측면 스페이서(400)와 직접 접합할 수 있다.
도 5는 내측 스페이서(500)와 흡열판(301)의 관계와, 앵글 스페이서(501)에 의해 지지되고 있음이 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 흡열판(301)에는 일정한 직경의 홀이 형성되고, 상기 홀에 내측 스페이서(500)가 삽입되는데, 상기 홀은 내측 스페이서(500) 보다 큰 직경을 가지도록 하여 흡열판(301)에서 열전달이 적게 발생하도록 한다. 앵글 스페이서(501)는 길이방향으로 길게 형성되어 내측 스페이서(500)를 지지한다. 앵글 스페이서(501)는 흡열판(301)을 지지하는 역할을 수행할 수 있으며, 흡열판(301)을 지지하는 경우 가능한 접촉 면적을 적게 함이 바람직하다.
도 6은 케이스(200)의 하부 사시도를 도시하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 가로 엠보싱(203)과 세로 엠보싱(202)이 서로 교대로 형성되고, 측면부(204)에는 측면 엠보싱(205)이 형성된다.
도 7은 진공흡열패널의 평면도와 절단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, J-J선에서 본 절단면도인 (b)도에 도시된 바와 돔형 투과창(101)을 가지고, 투과창 사이에는 가로형 홈(102)이 형성된다. (c)도는 G-G선에서 본 절단면도이다. (c)도에 도시된 바와 같이, 구간 마다 내측 스페이서(500)가 장착된다.
도 8은 도 7의 도면에서의 절단면도를 도시한 것인데, 도면에 도시된 바와 같이, (a)도는 L-L 선에서 본 절단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이 한 조의 열매체 순환관(302)이 흡열판(301)에 접착된다. 중앙에는 내측 스페이서(500)와 내측 스페이서(500)를 지지하는 앵글 스페이서(501)가 도시되어 있다. (b)도에는 M-M 선에서 본 절단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이 홈(102) 부분이기 때문에 평면으로 보여진다.
도 9는 측면부(204)의 연결부(206)에 측면 스페이서(400)가 접합되고, 측면 스페이서(400)에는 글라스 윈도우(100)의 가장자리 연결부(104)가 직접 접합되는 것을 도시하고 있다. 따라서, 글라스 윈도우(100)가 금속재의 측면 스페이서(400)에 직접 접합되기 때문에 진공기밀성에 대한 내구성이 보장될 수 있다.
본 발명에서는 태양광이 투과되는 윈도우 글라스를 제외한 부분에 게터물질이 도포될 수 있다. 게터물질은 케이스의 바닥면부나 측면부 그리고 측면 스페이서에 도포될 수 있다. 또한 흡열판의 일측면 또는 양측면에 모두 도포될 수 있으며, 유지하고자 하는 진공도에 따라 적당히 도포하면 된다. 또한, 내측 스페이서(500)는 금속, 세라믹, 유리 또는 무기재료로 제작할 수 있다. 또한 측면 스페이서(400)는 윈도우 글라스(100)와 케이스(200)의 온도차에 의해 발생하는 응력을 흡수할 수 있는 주름 형상 등의 구조를 가질 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 다양하게 변형실시가 가능한 것으로, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정된 것은 아니고, 본 발명의 청구 범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 변형하여 사용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.
본 발명은 태양열 에너지를 집열하는 태양열 진공집열패널에 관한 것으로서, 글라스 윈도우의 구조와 케이스의 형태에 의해 외부 응력에 효과적으로 대응할 수 있음과 아울러 내부에서 집열된 태양열 에너지의 손실을 최소화할 수 있는 것으로서 산업상 이용가능성이 높은 발명이다.

Claims (8)

  1. 태양열을 집열하여 에너지를 얻는 태양열 진공집열패널에 있어서,
    상기 진공집열패널은,
    유리 또는 금속재로 이루어지는 케이스;
    상기 케이스의 상부에 장착되어 상기 케이스와 함께 공간을 형성하는 글라스윈도우;
    상기 케이스와 글라스 윈도우 내부에 안치되는 흡열판과, 상기 흡열판의 하부에 브레이징 용접되어 부착되고, 상기 케이스의 일측을 관통하여 장착되는 하나 이상의 열매체 순환관으로 이루어진 집열부;
    상기 글라스 윈도우의 가장자리와 상기 케이스의 가장자리를 서로 연결하는 금속재의 측면 스페이서;
    상기 흡열판을 관통하여 케이스와 글라스 윈도우를 일정간격으로 지지하는 내측 스페이서; 및
    상기 케이스의 일측에 장착되어 상기 패널 내부의 진공배기를 위한 진공배기관;
    으로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양열 진공집열패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는,
    바닥면부와, 상기 바닥면부에 일체로 형성되는 측면부와, 상기 측면부의 상단에 일체로 형성되는 연결부로 이루어지고,
    상기 바닥면부에는 가로로 형성되는 가로 엠보싱 홈과, 세로로 형성되는 세로 엠보싱 홈이 서로 교차하여 다수 개로 형성되고,
    상기 측면부에는 세로 엠보싱 홈이 다수 개로 형성되며,
    상기 연결부는 평면으로 형성되고, 상기 연결부에 측면 스페이서가 접합되는 것을 특징으로 하는 태양열 진공집열패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측면 스페이서는, 'ㄱ' 또는 'ㄷ'형 앵글로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양열 진공집열패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 글라스 윈도우는, 일정간격으로 형성되는 가로형 홈과, 상기 가로형 홈과 교차하면서 일정간격으로 형성되는 세로형 홈과, 상기 가로형 홈과 세로형 홈 사이에 형성되는 다수의 돔형 투과창과, 최외각 가로형 홈과 최외각 세로형 홈은 서로 만나서 외측 홈을 형성하고 상기 외측 홈의 주변으로 형성되는 가장자리 연결부로 구성되고,
    상기 가장자리 연결부에는 상기 측면 스페이서가 직접 접합 또는 프리츠 접합으로 접합되는 것을 특징으로 하는 태양열 진공집열패널
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내측 스페이서는,
    상기 글라스 윈도우 중앙에 형성되는 세로형 홈 저면에서 상기 세로형 홈을 따라 다수로 장착되어 상기 글라스 윈도우를 지지하는 원통형 또는 구형 스페이서와, 상기 다수의 원통형 또는 구형 스페이서 하부를 지지하며 상기 케이스에 길이방향으로 길게 서로 마주보며 한 쌍으로 설치되는 앵글형 스페이서로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양열 진공집열패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 케이스 전면, 측면 스페이서의 내측면, 흡열판의 일면이나 양면 또는 흡열판의 일부면에는 게터가 도포되어 진공집열패널 내부의 가스를 흡착하는 것을 특징으로 하는 태양열 진공집열패널.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 내측 스페이서는, 금속, 세라믹, 유리 또는 무기질 재료로 제작되는 것을 특징으로 하는 태양열 진공집열패널.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 글라스 윈도우는, 내측면 또는 외측면에 광투과율을 높이고 반사율을 낮추기 위한 유기 또는 무기 재료가 코팅되는 것을 특징으로 하는 태양열 진공집열패널.
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