WO2018021599A1 - 평판형 태양열 집열기 - Google Patents

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WO2018021599A1
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heat
collecting plate
solar
branch pipe
solar collector
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PCT/KR2016/008371
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조성구
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(주)이맥스시스템
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    • F24S10/90—Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation
    • F24S10/95—Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation having evaporator sections and condenser sections, e.g. heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S40/80—Accommodating differential expansion of solar collector elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/20—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable energy

Definitions

  • the present invention relates to a flat plate solar collector, and more particularly, to a flat plate solar collector which is easy to assemble and install the solar collector and can effectively prevent bending deformation due to thermal expansion of the collector plate due to continuous solar absorption. .
  • a solar collector is a device that collects solar energy and converts it into heat. It is a device that absorbs and stores solar heat in a transparent glass or plastic plate that collects heat, and then heats it with a heat storage tank using a heat transfer medium to use it for heating or hot water. .
  • the flat plate type solar collector is formed in the shape of a rectangular flat plate, which can absorb the maximum amount of sunlight in a thin metal plate made of copper or aluminum.
  • the surface is formed by a heat treatment plate with a special chemical treatment, and a plurality of thin paper tubes made of copper materials and the like that receive heat from the heat collecting plate are arranged at regular intervals and welded to be inserted into a rectangular frame (frame) and transparent to the top.
  • the cover is formed to form an integral collector.
  • the operating principle of the solar collector is that solar heat heats the heat collecting plate, and the heated heat collecting plate transfers heat energy to the heat medium such as water inside the branch pipe, and the heat medium heat-exchanged in the branch pipe is joined in the heat pipe of the heat collector. And provide heat energy collected at the heat exchanger.
  • the plate-type solar collector may be used by directly heating water, but in the region where the winter and the cold season exist, antifreeze may be used as the heat medium rather than water.
  • the vacuum tube solar collector has a glass tube shape and is formed to block heat loss due to convection by vacuuming a closed space in contact with the solar collector surface.
  • the structure is divided into a method using one glass tube and a double vacuum tube using two glass tubes.
  • a method of using one glass tube inserts a heat pipe mounted with a heat pipe inside the glass tube, seals it with a metal stopper while protruding the heat pipe to the top of the glass tube, and vacuums the inside thereof.
  • the solar heat collected from the heat collecting plate surface is prevented from being lost to the outside by convection.
  • the method of using two glass tubes in the form of a double vacuum tube forms a double tube in which the space between the outer tube and a special surface-treated collector tube is vacuum-treated for solar heat collection, and fills the water inside the collector tube, The upper part of the solar cell is heat-sealed by forming an insulating cap to heat the water filled inside the collecting tube. At this time, in the space between the outer tube and the collecting tube to block the heat loss to the outside due to the convection of air.
  • flat collectors are the most popular type due to relatively low manufacturing cost.
  • the structure of the flat plate collector is made of a thin metal plate has a problem that occurs due to the structure of integrating the solar heat absorbing plate and the heat pipe is moved by the ultrasonic welding or the like.
  • the length of the solar absorber plate (Solar absorber plate) is usually 2m or more and the maximum reaching temperature is higher than 200 °C. Therefore, due to thermal expansion of the heat collecting plate processed with a thin metal plate at high temperature, the bending deformation of the center portion rises in a semi-circular shape occurs. As a result, the branch pipe part is damaged or, if severe, the permeated glass forming the heat collector is broken. It also happens.
  • the ultrasonic welding part combined with the paper pipe may be damaged due to heat expansion and contraction of the heat collecting plate, and a fixed angle for fixing the paper pipe combined with the heat collecting plate may be installed to minimize the bending deformation of the heat collecting plate.
  • the assembly and installation process of the solar heat collecting plate is complicated, such as using a rivet to the heat collecting plate.
  • An object of the present invention is to provide a flat solar collector which is easy to assemble and install a solar collector and which can effectively prevent bending deformation due to thermal expansion of the collector plate due to continuous solar absorption.
  • the flat solar collector according to the present invention has a main pipe connected to one side and the other side of the collector frame, at least two or more branch pipes connected to supply heat exchanged heat medium to both main pipes, and each of the plurality of branch pipes.
  • a heat collecting plate coupled to absorb solar heat, and positioned across the longitudinal direction of the paper pipe in a lower direction of the plurality of paper pipes, and at least two or more paper pipes to contact and hold the paper pipe at the same time while being in contact with the heat collecting plate located above.
  • a fixed angle formed with a receiving groove, a stay spring fixing square pipe coupled to one side or both sides of the fixed angle; And a stay spring inserted into one side or both sides of the square pipe to provide an elastic force to the heat collecting plate to prevent bending of the heat collecting plate due to thermal expansion.
  • At least one fixing angle may be installed at the central portion of the branch pipe.
  • the branch pipe may be coupled to the heat collecting plate through an ultrasonic welding part formed by ultrasonic welding.
  • the heat collecting plate may be coupled to the branch pipe in a state in which an end portion of the heat collecting plate or the main pipe is separated from each other to form a predetermined space.
  • the branch pipe receiving groove may have a shape corresponding to the cross-sectional shape of the branch pipe.
  • the branch pipe receiving groove may be formed in a width direction larger than the diameter of the branch pipe.
  • the branch pipe receiving groove may be filled with a glue or an elastic body in the width direction space in which the branch pipe is received.
  • the flat solar collector may further include a double-permeable unit to allow sunlight to penetrate and prevent heat from being emitted to the outside, and a heat insulating material to prevent heat from the heat collecting plate from being emitted to the bottom or sidewalls.
  • the flat solar collector may be used as a collector of a solar dehumidification cooling system.
  • Flat solar collector according to the present invention is easy to assemble and install, there is an effect that can effectively prevent the bending deformation due to thermal expansion of the heat collecting plate due to continuous solar heat absorption.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an assembled state of a flat solar collector according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an enlarged partial schematic view of the connection portion of the main pipe branch of the flat solar collector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an enlarged partial schematic view of the fixed angle and the branch pipe receiving groove portion of the fixed angle of the flat solar collector according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a schematic diagram showing a state in which the deflection deformation of the heat collecting plate caused by heat of a general flat solar collector.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a state of a flat solar collector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a flat solar collector according to an embodiment of the present invention installed with a double-transmitter unit and a heat insulating material.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a state in which a flat plate solar collector according to an embodiment of the present invention is applied to a solar dehumidification cooling system.
  • FIG. 8 is a graph showing the thermal efficiency of the double-transmitter unit in a flat solar collector according to an embodiment of the present invention.
  • the flat solar collector according to the present invention has a main pipe connected to one side and the other side of the collector frame, at least two or more branch pipes connected to supply heat exchanged heat medium to both main pipes, and each of the plurality of branch pipes.
  • a heat collecting plate coupled to absorb solar heat, and positioned across the longitudinal direction of the paper pipe in a lower direction of the plurality of paper pipes, and at least two or more paper pipes to contact and hold the paper pipe at the same time while being in contact with the heat collecting plate located above.
  • a fixed angle formed with a receiving groove, a stay spring fixing square pipe coupled to one side or both sides of the fixed angle; And a stay spring inserted into one side or both sides of the square pipe to provide an elastic force to the heat collecting plate to prevent bending of the heat collecting plate due to thermal expansion.
  • At least one fixing angle may be installed at the central portion of the branch pipe.
  • the branch pipe may be coupled to the heat collecting plate through an ultrasonic welding part formed by ultrasonic welding.
  • the heat collecting plate may be coupled to the branch pipe in a state in which an end portion of the heat collecting plate or the main pipe is separated from each other to form a predetermined space.
  • the branch pipe receiving groove may have a shape corresponding to the cross-sectional shape of the branch pipe.
  • the branch pipe receiving groove may be formed in a width direction larger than the diameter of the branch pipe.
  • the branch pipe receiving groove may be filled with a glue or an elastic body in the width direction space in which the branch pipe is received.
  • the flat solar collector may further include a double-permeable unit to allow sunlight to penetrate and prevent heat from being emitted to the outside, and a heat insulating material to prevent heat from the heat collecting plate from being emitted to the bottom or sidewalls.
  • the flat solar collector may be used as a collector of a solar dehumidification cooling system.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the assembled state of the flat solar collector according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an enlarged connecting portion of the main pipe branch of the flat solar collector according to an embodiment of the present invention Partial schematic diagrams are shown
  • FIG. 3 is a partial schematic diagram illustrating an enlarged angle of a fixed angle and a branch pipe receiving groove portion of the fixed angle solar collector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a general plate-type solar collector having deformation of a heat collecting plate due to heat
  • FIG. 5 is a perspective view showing a state of a plate-type solar collector according to an embodiment of the present invention. .
  • the flat solar collector 100 is a main pipe (Header pipe 110) connected to one side and the other inside the collector frame, at least two connected to supply heat exchanged heat medium to both main pipes Branch pipe (120) above, each of the plurality of branch pipes coupled to each of the heat collecting plate 130 for absorbing solar heat, horizontally to cross the longitudinal direction of the branch pipe 120 in the lower direction of the plurality of branch pipes 120 A fixed angle 150 and at least two fixed pipe accommodation grooves 151 formed thereon so as to be in contact with the heat collecting plate 130 positioned at the top thereof and simultaneously accommodate and fix the paper pipe 120.
  • Header pipe 110 connected to one side and the other inside the collector frame, at least two connected to supply heat exchanged heat medium to both main pipes Branch pipe (120) above, each of the plurality of branch pipes coupled to each of the heat collecting plate 130 for absorbing solar heat, horizontally to cross the longitudinal direction of the branch pipe 120 in the lower direction of the plurality of branch pipes 120
  • a fixed angle 150 and at least two fixed pipe accommodation grooves 151 formed thereon so as
  • Stay spring fixing square pipe 160 is coupled to one side or both sides of), and is inserted into one side or both sides of the square pipe 160 to provide elastic force to the heat collecting plate 130 due to thermal expansion It is configured to include the stay spring 180 for preventing warpage of the panels (130).
  • the main pipe 110 is connected to the heat storage tank and the like through the heat collector frame, the heat storage tank is connected to a plurality of unit heat collectors through a pipe and heat exchange to supply hot water or heating medium.
  • the branch pipe 120 is usually made of copper or aluminum material with high thermal conductivity and is formed with a relatively small diameter so that the heat conducted from the heat collecting plate 6 can quickly heat up the heat medium flowing therein. The diameter can be freely changed according to the design of the solar heat collecting plate.
  • the heat collecting plate 130 is a thin metal plate manufactured using copper or aluminum, and is a heat collecting plate 130 made of a coating having a special chemical treatment on its surface to absorb the sun's rays as much as possible.
  • a coating material a coating material including titanium is generally used, but any coating material that can absorb a lot of solar energy is not particularly limited.
  • the flat solar collector 100 is a fixed angle 150 is formed with a paper tube receiving groove 151 which can be combined with the heat collecting plate 130 to accommodate the paper pipe 120 for fixing the heat collecting plate 130.
  • a paper tube receiving groove 151 which can be combined with the heat collecting plate 130 to accommodate the paper pipe 120 for fixing the heat collecting plate 130.
  • the branch pipe 220 is coupled to the heat collecting plate 230 to fix the heat collecting plate 230, or a fixed angle (not shown) is in contact with the heat collecting plate 230 to collect the heat collecting plate 230.
  • the bending deformation of various types of heat collecting plates 230 due to solar heat, which may occur when the 230 is not fixed, may be effectively prevented.
  • the flat solar collector 100 is fixed to the heat collecting plate 130 together with the branch pipe 120 in a state in which the fixed angle 150 is disposed to cross the longitudinal direction of the branch pipe 120, the checker board as a whole
  • the strain force due to the thermal stress of the heat collecting plate 130 due to solar heat is fixed with the branch pipe 120 in the horizontal and vertical directions.
  • the angles 150 are dispersed and absorbed evenly, respectively, so that the bending deformation of the heat collecting plate 130 can be effectively prevented.
  • the flat solar collector 100 does not use an additional coupling configuration such as rivets that can be used to fix the fixed angle 150 to the heat collecting plate 130, the branch pipe 120 is coupled to the bottom, Since the paper pipe 120 is accommodated in the paper pipe receiving groove 151 of the fixed angle 150 to couple the fixed angle 150 to the heat collecting plate 130, there is an advantage in that the assembly and installation of the flat solar collector is very easy.
  • the paper tube accommodating groove 151 is configured to have a shape corresponding to the cross-sectional shape of the paper tube 120 so as to more easily and stably couple the fixing angle 150 to the heat collecting plate 130.
  • the fixing angle 150 may be coupled to the heat collecting plate 130 by a method of fixing the branch pipe 120 to the branch pipe receiving groove 151 in a manner of fitting or fitting.
  • the branch pipe receiving groove 151 is formed in a width direction larger than the diameter of the branch pipe 120, the width of the branch pipe 120 is received and left in the branch pipe receiving groove 151.
  • the fixing angle 150 may be coupled to the heat collecting plate 130 by filling the directional space 151a with a glue or an elastic body.
  • the elastomer may be, for example, a rubber or a polymer resin having elasticity
  • the glue may be, for example, polyurethane, polyacrylate, epoxy resin, melamine resin, or the like. .
  • the fixed angle 150 may be installed at least one central portion of the branch pipe (120). That is, the fixing angle 150 is arranged at least one or more sequentially across to cross the longitudinal direction of the branch pipe 120 at regular intervals from the center of the branch pipe 120 to combine with the heat collecting plate 130, the fixed Angle 150 may be easily coupled to maximize the bending deformation prevention effect of the heat collecting plate 130.
  • Method or structure for coupling the branch pipe 120 and the heat collecting plate 130 is not particularly limited, for example, may be coupled to each other through an ultrasonic welding formed by ultrasonic welding.
  • the heat collecting plate 130 is preferably coupled to the branch pipe 120 in a state in which end portions are separated from each other and the neighboring heat collecting plate or the main pipe 110 to form a predetermined spaced space 180. That is, the heat collecting plate 130 is coupled to the branch pipe 120 in a state in which the end of the heat collecting plate adjacent to the neighboring heat collecting plate or the main pipe 110 to form a constant separation space 180, so that bending occurs due to solar heat bending Dispersion of the generated force through the separation space 180 and at the same time can prevent the ultrasonic welding portion from being damaged due to thermal expansion and contraction of the heat collecting plate 130 between the branch pipe 120.
  • the stay spring 170 inserted into the square pipe 160 has one side inserted into the square pipe 160 to be in contact with the lower surface, and the other side of the collector frame. It is configured to elastically support the upper portion in contact with the lower surface of the jaw (W) protruding inward.
  • the stay spring 170 has a specific shape is formed so that the side structure has a 'b' cross-section, the lower elastic support is inserted into one square pipe has a ' ⁇ ' shaped flat cross-section structure, the pointed portion is the square pipe ( 160).
  • the vertical elastic support portion connected to both ends of the lower elastic support portion of the stay spring 170 is formed to have a length greater than the diameter of the branch pipe 120, the elastic frame support portion formed at the end of the vertical elastic support portion support force when supporting the jaw of the frame It is formed to be bent in the same direction as the longitudinal direction of the branch pipe 120 to increase the.
  • the bent direction may be formed in a direction crossing the branch pipe (120). Since the length of the elastic frame support is longer, interference may occur, so it is preferably formed in the same direction as the branch pipe 120 so as to be concealed on the protruding jaw lower surface of the frame.
  • the stay spring 170 has at least one end of the fixed angle 150 when the heat collecting plate 130 being collected is heated to a high temperature and such bending generating force is transmitted to the fixed angle 150 when bending occurs due to thermal expansion.
  • the stay spring 170 is preferably made of a material having a greater elastic force than the heat collecting plate 130, for example, it may be made of a metal material to cover the spring role.
  • the elastic frame support portion may be fitted with an insulating tube to prevent heat conduction when in contact with the collector frame, wherein the material of the insulating tube is preferably a material that can minimize the thermal conductivity, for example comprising a ceramic Silicone tubes can be used.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a planar solar collector according to an embodiment of the present invention installed with a double-transmitter unit and a heat insulator
  • FIG. 7 is a planar solar collector according to an embodiment of the present invention.
  • a schematic diagram showing the state applied to the solar dehumidification cooling system is shown
  • FIG. 8 discloses a graph showing the thermal efficiency of the double-transmitter unit in the flat solar collector according to the embodiment of the present invention.
  • the flat solar collector 100 is a heat sink of the dual-permeable unit 300 and the heat collecting plate to allow the sun's rays to pass through and the heat of the inside is not discharged to the outside It may be configured to further include a heat insulating material 400 to prevent the discharge to the side wall.
  • the flat solar collector 100 according to the present invention may be assembled together with the double-permeable unit 300 and the heat insulating material 400 to be manufactured as the final flat solar collector assembly 500.
  • the flat solar collector assembly 500 may be used as a collector of the solar dehumidification cooling system 600.
  • the dual-permeable unit 300 includes each of the transparent bodies 310 between the inner transparent body 310 directly contacting the internal air around the heat collecting plate 130 and the outer transparent body 320 directly contacting the external air.
  • a spacer 351 allowing the 320 to be spaced at regular intervals, an adhesive buffer 352 attached to a contact surface between the spacer 351 and the inner and outer transmissive members 310 and 320 to protect the transmissive member, and the transmissive members.
  • the spacer 351 and the adhesive buffer 352 are kept airtight so as to have a structure including a penetrating body fixing member 340 to prevent intrusion of foreign matter.
  • the heat insulating material 400 is disposed on both sides of the flat solar collector 100, the side of the heat insulating material (410, 420) and the flat solar collector 100 for sealing the flat solar collector 100 from the side
  • the lower heat insulating material 430 sealed in the structure is combined.
  • the sealed flat solar collector 100 surrounded by the double-permeable unit 300 and the heat insulating material 400 may be applied to the collector of the solar dehumidification cooling system 600 in the form of the flat solar collector assembly 500. .
  • the solar dehumidification cooling system 600 is a solar cooling system for effectively eliminating excess heat in summer, and includes a flat solar collector 100 and a dehumidifying air conditioner including a double-permeable unit 300 showing high efficiency in a low temperature region. It can be defined as a solar cooling system combined with.
  • the double-permeable unit 300 applied to the solar dehumidification cooling system 600 uses, for example, anti-reflective (AR) coated low iron double tempered glass, the filling medium is air, and the transmittance is 93.5%. It can be configured as.
  • the heat collecting plate 130 of the flat solar collector 100 may be made of titanium-coated aluminum so that the absorption rate is 95 sul 2% and the emissivity is 4 ⁇ 1%.
  • the material of the main pipe (ex, length 1100 mm, quantity 2) and branch pipe (ex, length 1905 mm, quantity 127H) for transporting the heat medium is formed of copper (Cu), and the outer diameters are 22mm and 8mm, respectively.
  • the lower heat insulating material 430 may be formed using, for example, glass wool, and the heat insulating material 400 frame may be made of aluminum.
  • Dehumidification cooling by the solar dehumidification cooling system 600 may be composed of, for example, a dehumidification rotor, a sensible rotor, a heating coil, an evaporative cooler, and heats the heating coil using solar heat, thereby using it as a regeneration heat source. .
  • the heat storage tank is required for the stable supply of solar heat, such a solar dehumidification cooling system 600 is shown in FIG.
  • the solar dehumidification cooling system 600 stores energy obtained from solar energy in a heat storage tank and uses it as a regeneration heat source of a heating coil of a dehumidification cooler in summer, and can be used directly for heating in winter.
  • Equation 1 the efficiency equation of the solar dehumidification cooling system 600 may be expressed as Equation 1 below.
  • a 1 is the primary heat loss coefficient
  • a 2 is the secondary heat loss coefficient, respectively, 0.7555 and 2.3670.
  • t m is the average temperature of the inlet and outlet of the flat solar collector assembly 500
  • t a is the outside temperature
  • G [W / m 2 ] is the amount of solar radiation.
  • the solar dehumidification cooling system 600 to which the flat solar collector assembly 500 is applied has an average heat collection efficiency even though the inlet temperature of the flat solar collector assembly 500 is 700 ° C. or higher in most of the heat collection operations. Was 40.3%. Therefore, it was confirmed that 700 °C hot water can be continuously produced and supplied to the air conditioner using solar heat.
  • Table 1 below shows the results of using the solar dehumidification cooling system 600.
  • the cooling capacity (Qcool) increases and the power consumption (Qelec) decreases by 0.6 kW.
  • the present invention is a main body connected to one side and the other side of the collector frame, at least two or more branch pipes connected to supply heat exchanged heat medium to both sides of the main body, a heat collecting plate coupled to each of the plurality of branch pipes to absorb solar heat, the plurality of branch pipes A fixed angle at least two branch pipe receiving grooves formed so as to intersect with the longitudinal direction of the branch pipe in a lower direction of the branch pipe, the at least two branch pipe receiving grooves are formed so as to be in contact with the heat collecting plate positioned at the top thereof and simultaneously receive and fix the branch pipe; Or stay spring fixed square pipe coupled to both sides; And a stay spring inserted into one side or both sides of the square pipe to provide elastic force to the heat collecting plate to prevent bending of the heat collecting plate due to thermal expansion.
  • the present invention it is easy to assemble and install the flat solar collector, and it is possible to effectively prevent the bending deformation due to thermal expansion of the heat collecting plate due to continuous solar heat absorption.

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Abstract

본 발명은 집열기 프레임 내부의 일측 및 타측에 연결되는 본관, 열교환된 열매체를 양측 본관에 공급하도록 연결된 적어도 2개 이상의 지관, 상기 다수개의 지관 상부에 각각 결합되어 태양열을 흡수하는 집열판, 상기 다수개의 지관의 하부방향에서 지관의 길이방향과 교차되도록 가로질러 위치하고, 상부에 위치한 상기 집열판과 접촉하면서 동시에 상기 지관을 수용하여 고정할 수 있도록 적어도 2개 이상의 지관 수용홈이 형성된 고정앵글, 상기 고정앵글의 일측 또는 양측에 결합되는 스테이 스프링 고정용 사각파이프; 및 상기 사각 파이프의 일측 또는 양측방향에 삽입되어 상기 집열판에 탄성력을 제공하여 열팽창에 의한 집열판의 휨을 방지하는 스테이 스프링을 포함하는 평판형 태양열 집열기에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 평판형 태양열 집열기의 조립 및 설치가 용이하고, 지속적인 태양열 흡수로 인한 집열판의 열팽창에 의한 휨 변형을 효율적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

평판형 태양열 집열기
본 발명은 평판형 태양열 집열기에 관한 것으로 더욱 상세하게는 태양열 집열기의 조립 및 설치가 용이하고, 지속적인 태양열 흡수로 인한 집열판의 열팽창에 의한 휨 변형을 효율적으로 방지할 수 있는 평판형 태양열 집열기에 관한 것이다.
태양열 집열기는 태양 에너지를 모아서 열로 변환하는 장치로서, 보통 열을 수집하는 투명한 유리나 플라스틱판으로 태양열을 흡수하여 저장한 후, 이를 열전달 매체를 이용하여 축열조와 열교환시켜 난방용이나 온수용 물로 사용하는 장치이다.
이러한 태양열을 이용한 집열기는 크게 평판형과 진공관형으로 크게 구분된다.평판형 태양열 집열기는 몸체가 사각형상의 평판 형태로 이루어진 것으로, 구리나 알루미늄 등을 이용하여 제작된 얇은 금속판에 태양 광을 최대한 흡수할 수 있도록 표면을 특수 화공처리한 집열판으로 형성하고, 상기 집열판으로부터 열을 전달받는 동재질 등으로 이루어진 다수개의 가는 지관을 일정간격으로 배열 후 용접시켜 사각형상의 틀체(프레임) 내에 삽입시키고 그 상부로 투명덮개를 씌어 일체의 집열기를 형성하게 된다.
태양열 집열기의 작동원리는 태양열이 집열판을 가열시키고, 가열된 집열판은 지관 내부 물 등의 열매체에 열에너지를 전달하게 되며, 상기 지관내에서 열교환된 열매체는 집열기의 본관(헤더 파이프)에서 합류되어 축열조나 열교환기에 집열된 열에너지를 제공하도록 구성된다.
이때, 상기 평판형 태양열 집열기는 물을 직접 가열하여 이용하는 경우도 있지만 동절기 및 혹한기가 존재하는 지역에서는 물보다는 부동액을 열매체로 사용하기도 한다.
한편, 진공관형 태양열 집열기는 유리튜브 형상을 하고 있으며 태양열 집열 표면과 접하는 폐쇄된 공간을 진공 처리하여 대류에 의한 열손실을 차단시킬 수 있게 형성된다. 그 구조는 하나의 유리튜브를 사용하는 방법과 2개의 유리튜브를 사용하는 이중 진공관 형태로 구분된다.
먼저 하나의 유리튜브를 사용하는 방법은 유리튜브 내부에 히트파이프가 장착된 집열판을 삽입시키고, 상기 유리튜브의 상단으로 히트파이프를 돌출시킨 상태에서 금속 재질의 마개로 밀폐시키고, 그 내부를 진공 처리함으로써 집열판 표면으로부터 집열된 태양열이 대류에 의해 외부로 손실되는 것을 차단시키게 된다.
또한 2개의 유리튜브를 이중 진공관의 형태로 사용하는 방법은 외부튜브와 태양열 집열을 위해 특수 표면 처리된 집열튜브 사이공간을 진공으로 처리한 이중관을 형성하고, 상기 집열튜브의 내측으로 물을 채우며 이중관의 상부를 단열마개로 밀봉시켜 집열튜브 내측에 채워진 물을 데우도록 형성함으로써 태양에너지를 집열하는 방식이다. 이때, 상기 외부튜브와 집열튜브 사이공간에는 진공 처리에 의해 공기의 대류에 의한 외부로의 열손실을 차단시키게 된다.
이러한 태양열 집열기 중 평판형 집열기는 제작단가가 비교적 낮아 가장 많이 보급된 형태이다. 그러나 평판형 집열기의 구조는 얇은 금속판으로 이루어져 태양열을 흡수하는 집열판과 열매체가 이동하는 지관 사이를 초음파 용접등으로 일체화시키는 구조로 인해 발생하는 문제점이 있다.
즉, 일반적으로 태양열을 흡수하는 집열판(Solar absorber plate)의 길이는 통상 2m 이상이며 최고도달온도는 200℃를 상회한다. 따라서 고온도달시에 얇은 금속 판재로 가공된 집열판의 열팽창으로 인하여 중앙부가 반원형으로 올라오는 휨 변형이 발생하게 되며, 이로 인하여 지관(Branch Pipe) 부위가 파손되거나 심할 경우 집열기를 이루는 투과유리가 파손되는 경우도 발생한다.
또한 집열판의 열팽창에 의한 휨 발생시 지관과 결합된 초음파 용접부위가 집열판의 열팽창과 수축으로 인해 파손될 수 있으며, 집열판의 휨 변형 방지를 최소화할 수 있도록 집열판과 결합된 지관을 고정하기 위한 고정앵글을 장착하기 위해 집열판에 리벳을 사용하는 등 태양열 집열판의 조립과 설치 과정이 복잡해지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 태양열 집열기의 조립 및 설치가 용이하고, 지속적인 태양열 흡수로 인한 집열판의 열팽창에 의한 휨 변형을 효율적으로 방지할 수 있는 평판형 태양열 집열기를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 평판형 태양열 집열기는 집열기 프레임 내부의 일측 및 타측에 연결되는 본관, 열교환된 열매체를 양측 본관에 공급하도록 연결된 적어도 2개 이상의 지관, 상기 다수개의 지관 상부에 각각 결합되어 태양열을 흡수하는 집열판, 상기 다수개의 지관의 하부방향에서 지관의 길이방향과 교차되도록 가로질러 위치하고, 상부에 위치한 상기 집열판과 접촉하면서 동시에 상기 지관을 수용하여 고정할 수 있도록 적어도 2개 이상의 지관 수용홈이 형성된 고정앵글, 상기 고정앵글의 일측 또는 양측에 결합되는 스테이 스프링 고정용 사각파이프; 및 상기 사각 파이프의 일측 또는 양측방향에 삽입되어 상기 집열판에 탄성력을 제공하여 열팽창에 의한 집열판의 휨을 방지하는 스테이 스프링을 포함하는 것으로 구성된다.
상기 고정앵글은 상기 지관의 중앙부에 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
상기 지관은 상기 집열판과 초음파 용접에 의해 형성된 초음파 용접부를 통해 결합될 수 있다.
상기 집열판은 단부가 이웃하는 집열판 또는 상기 본관과 서로 분리되어 일정한 이격공간을 형성하는 상태로 상기 지관에 결합될 수 있다.
상기 지관 수용홈은 상기 지관의 단면 형상에 대응되는 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 지관 수용홈은 상기 지관의 직경보다 큰 폭방향 크기로 형성될 수 있다.
상기 지관 수용홈은 상기 지관이 수용되고 남는 폭방향 공간에는 글루 또는 탄성체가 채워질 수 있다.
상기 평판형 태양열 집열기는 태양광선이 투과되도록 하고 내부의 열이 외부로 방출되지 못하도록 하는 이중투과체 유닛 및 상기 집열판의 열이 하부나 측벽으로 방출되지 못하도록 하는 단열재를 더 포함할 수 있다.
상기 평판형 태양열 집열기는 태양열 제습냉방 시스템의 집열기로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 평판형 태양열 집열기는 조립 및 설치가 용이하고, 지속적인 태양열 흡수로 인한 집열판의 열팽창에 의한 휨 변형을 효율적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 태양열 집열기의 조립 상태를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 태양열 집열기의 본관 지관의 연결 부분을 확대한 부분 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 태양열 집열기의 고정앵글 및 고정앵글의 지관 수용홈 부분을 확대한 부분 모식도이다.
도 4는 일반적인 평판형 태양열 집열기가 열에 의해 집열판 휨 변형이 발생하는 모습을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 태양열 집열기의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 태양열 집열기가 이중 투과체 유닛 및 단열재와 함께 설치된 모습을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 태양열 집열기가 태양열 제습 냉방시스템에 적용된 모습을 나타낸 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 태양열 집열기에서 이중 투과체 유닛의 열효율을 나타낸 그래프이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 평판형 태양열 집열기는 집열기 프레임 내부의 일측 및 타측에 연결되는 본관, 열교환된 열매체를 양측 본관에 공급하도록 연결된 적어도 2개 이상의 지관, 상기 다수개의 지관 상부에 각각 결합되어 태양열을 흡수하는 집열판, 상기 다수개의 지관의 하부방향에서 지관의 길이방향과 교차되도록 가로질러 위치하고, 상부에 위치한 상기 집열판과 접촉하면서 동시에 상기 지관을 수용하여 고정할 수 있도록 적어도 2개 이상의 지관 수용홈이 형성된 고정앵글, 상기 고정앵글의 일측 또는 양측에 결합되는 스테이 스프링 고정용 사각파이프; 및 상기 사각 파이프의 일측 또는 양측방향에 삽입되어 상기 집열판에 탄성력을 제공하여 열팽창에 의한 집열판의 휨을 방지하는 스테이 스프링을 포함하는 것으로 구성된다.
상기 고정앵글은 상기 지관의 중앙부에 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
상기 지관은 상기 집열판과 초음파 용접에 의해 형성된 초음파 용접부를 통해 결합될 수 있다.
상기 집열판은 단부가 이웃하는 집열판 또는 상기 본관과 서로 분리되어 일정한 이격공간을 형성하는 상태로 상기 지관에 결합될 수 있다.
상기 지관 수용홈은 상기 지관의 단면 형상에 대응되는 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 지관 수용홈은 상기 지관의 직경보다 큰 폭방향 크기로 형성될 수 있다.
상기 지관 수용홈은 상기 지관이 수용되고 남는 폭방향 공간에는 글루 또는 탄성체가 채워질 수 있다.
상기 평판형 태양열 집열기는 태양광선이 투과되도록 하고 내부의 열이 외부로 방출되지 못하도록 하는 이중투과체 유닛 및 상기 집열판의 열이 하부나 측벽으로 방출되지 못하도록 하는 단열재를 더 포함할 수 있다.
상기 평판형 태양열 집열기는 태양열 제습냉방 시스템의 집열기로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 구체적인 수치는 실시예에 불과하다.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 태양열 집열기의 조립 상태를 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 태양열 집열기의 본관 지관의 연결 부분을 확대한 부분 모식도가 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 태양열 집열기의 고정앵글 및 고정앵글의 지관 수용홈 부분을 확대한 부분 모식도가 도시되어 있다.
도 4에는 일반적인 평판형 태양열 집열기가 열에 의해 집열판 휨 변형이 발생하는 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 5에는 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 태양열 집열기의 모습을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 평판형 태양열 집열기(100)는 집열기 프레임 내부의 일측 및 타측에 연결되는 본관(Header pipe)(110), 열교환된 열매체를 양측 본관에 공급하도록 연결된 적어도 2개 이상의 지관(Branch pipe)(120), 상기 다수개의 지관 상부에 각각 결합되어 태양열을 흡수하는 집열판(130), 상기 다수개의 지관(120)의 하부방향에서 지관(120)의 길이방향과 교차되도록 가로질러 위치하고, 상부에 위치한 상기 집열판(130)과 접촉하면서 동시에 상기 지관(120)을 수용하여 고정할 수 있도록 적어도 2개 이상의 지관 수용홈(151)이 형성된 고정앵글(150), 상기 고정앵글(150)의 일측 또는 양측에 결합되는 스테이 스프링 고정용 사각파이프(160), 및 상기 사각 파이프(160)의 일측 또는 양측방향에 삽입되어 상기 집열판(130)에 탄성력을 제공하여 열팽창에 의한 집열판(130)의 휨을 방지하는 스테이 스프링(180)을 포함하는 것으로 구성된다.
여기서, 상기 본관(110)은 상기 집열기 프레임을 관통하여 축열조 등과 배관이 연결되며, 축열조는 이러한 단위 집열기 다수개와 배관을 통해 연결되어 열교환됨으로써 온수 또는 난방용 열매체를 공급한다. 또한, 상기 지관(120)은 통상 열전도율이 높은 동 또는 알루미늄 재질로 이루어지고 직경이 비교적 작게 형성되어 집열판(6)으로부터 전도된 열이 내부를 흐르는 열매체를 빨리 승온시키도록 구성되며 지관(120)의 직경은 태양열 집열판의 설계에 따라 자유롭게 변경될 수 있다.
또한, 상기 집열판(130)은 구리나 알루미늄 등을 이용하여 제작된 얇은 금속판으로 태양 광선을 최대한 흡수할 수 있도록 표면을 특수 화공처리한 코팅이 이루어진 집열판(130)이다. 코팅재로는 일반적으로 티타늄을 포함한 코팅재가 많이 사용되나, 태양에너지를 많이 흡수할 수 있는 코팅재라면 특별히 제한되지 않는다.
즉, 본 발명에 따른 평판형 태양열 집열기(100)는 집열판(130)과 결합되어 집열판(130)을 고정하는 지관(120)을 수용할 수 있는 지관 수용홈(151)이 형성된 고정앵글(150)을 지관(120)의 길이 방향과 교차되도록 가로질러 위치시켜 집열판(130)과 지관(120)을 동시에 접촉하면서 지관(120)과 집열판(130)을 모두 안정적으로 고정하는 역할을 한다.
따라서, 도 4의 태양열 집열기(200)에서와 같이 지관(220)만이 집열판(230)에 결합되어 집열판(230)을 고정하거나, 고정앵글(도시하지 않음)이 집열판(230)과 접촉되어 집열판(230)을 고정하지 않는 경우에 발생할 수 있는 태양열에 의한 다양한 형태의 집열판(230) 휨 변형을 효율적으로 방지할 수 있다.
구체적으로, 상기 평판형 태양열 집열기(100)는 고정앵글(150)이 지관(120)의 길이 방향과 교차되도록 가로질러 배치된 상태에서 지관(120)과 함께 집열판(130)을 고정하므로, 전체적으로 바둑판 무늬 구조로 지관(120)과 고정앵글(150)을 교차시켜 집열판(130)을 고정함으로써, 태양열로 인한 집열판(130)의 열응력에 의한 변형력을 가로 방향과 세로 방향에서 지관(120)과 고정앵글(150)이 각각 고르게 분산 흡수하여 집열판(130)의 휨 변형을 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 평판형 태양열 집열기(100)는 지관(120)이 하부에 결합되어 있는 집열판(130)에 고정앵글(150)을 고정하기 위해 사용할 수 있는 리벳 등의 추가 결합구성을 사용하지 않고, 단지 고정앵글(150)의 지관 수용홈(151)에 지관(120)을 수용시켜 집열판(130)에 고정앵글(150)을 결합시키므로, 평판형 태양열 집열기의 조립과 설치가 매우 용이해지는 장점이 있다.
여기서, 상기 고정앵글(150)을 상기 집열판(130)에 더 용이하고 안정적으로 결합시킬 수 있도록, 상기 지관 수용홈(151)을 상기 지관(120)의 단면 형상에 대응되는 형상으로 구성하여 억지끼움이나 끼움 방식으로 상기 지관(120)을 상기 지관 수용홈(151)에 고정시키는 방법으로 상기 집열판(130)에 상기 고정앵글(150)을 결합시킬 수 있다.
또한, 도3에 도시된 바와 같이, 지관 수용홈(151)을 지관(120)의 직경보다 큰 폭방향 크기로 형성하여, 이러한 지관 수용홈(151)에서 상기 지관(120)이 수용되고 남는 폭방향 공간(151a)에는 글루(Glue) 또는 탄성체가 채워지도록 함으로써 집열판(130)에 고정앵글(150)을 결합시킬 수 있다. 이 때, 상기 탄성체는 예를 들어, 고무나 탄성을 갖는 고분자 수지 등을 사용할 수 있으며, 상기 글루(Glue)는 예를 들어, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 에폭시 수지, 멜라민 수지 등을 사용할 수 있다.
상기, 고정앵글(150)은 상기 지관(120)의 중앙부에 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. 즉, 상기 고정앵글(150)을 상기 지관(120)의 중앙부부터 일정한 간격으로 지관(120)의 길이방향과 교차되도록 가로질러 적어도 하나 이상 순차적으로 배치하여 상기 집열판(130)과 결합시킴으로써, 상기 고정앵글(150)을 상기 집열판(130)의 휨 변형 방지 효과가 극대화 될 수 있도록 용이하게 결합시킬 수 있다.
상기 지관(120)을 상기 집열판(130)과 결합시키는 방법이나 구조는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 초음파 용접에 의해 형성된 초음파 용접부를 통해 서로 결합될 수 있다.
상기 집열판(130)은 단부가 이웃하는 집열판 또는 상기 본관(110)과 서로 분리되어 일정한 이격공간(180)을 형성하는 상태로 상기 지관(120)에 결합된 것이 바람직하다. 즉, 집열판(130)은 그 단부가 이웃하는 집열판 또는 상기 본관(110)과 서로 분리되어 일정한 이격공간(180)을 형성하는 상태로 상기 지관(120)에 결합됨으로써, 태양열로 인한 휨 변형 발생시 휨 발생 힘을 상기 이격공간(180)을 통해 분산함과 동시에 지관(120)과의 사이에 초음파 용접부가 집열판(130)의 열팽창과 수축인해 파손되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 사각파이프(160)에 삽입되는 스테이 스프링(Stay Spring)(170)은 도 2에서와 같이 일측이 사각파이프(160) 내로 삽입되어 하부면과 접촉되어 지지되고, 타측은 상기 집열기 프레임의 내측으로 돌출된 턱(W) 하부면에 상부가 접촉되어 탄성 지지되도록 구성된다.
상기 스테이 스프링(170)은 구체적인 형상은 측면 구조가 'ㄴ'단면을 가지도록 형성되며, 일측 사각파이프내로 삽입되는 하부탄성지지부가 '∧'형상 평단면 구조를 가져 뾰쪽한 부분이 상기 사각파이프(160) 내로 삽입된다.
또한 상기 스테이 스프링(170)의 하부탄성지지부 양단과 연결된 수직탄성지지부는 지관(120)의 직경보다 큰 길이를 갖도록 형성되고, 수직탄성지지부의 끝단에서 형성된 탄성프레임지지부는 프레임의 턱에 지지시 지지력을 높이도록 지관(120)의 길이방향과 동일 방향으로 절곡되도록 형성된다. 물론 절곡된 방향이 지관(120)과 교차되는 방향으로 형성될 수도 있다. 단지 탄성프레임지지부의 길이가 길어지면 간섭 현상이 일어날 수 있으므로 바람직하게는 지관(120)과 동일방향으로 형성되어 프레임의 돌출된 턱 하부면에 감추어지도록 형성되는 것이 바람직하다.
이러한, 스테이 스프링(170)은 집열 중인 상기 집열판(130)이 고온으로 승온되면서 열팽창에 따른 휨 발생시 이러한 휨발생 힘이 상기 고정앵글(150)에 전달되면, 상기 고정앵글(150)의 적어도 일측단부에 형성된 사각파이프(160)를 지지하고 있던 스테이스프링을 작동시켜 집열판(130)의 휨방향과 반대 방향으로 탄성력을 제공하게 된다.
따라서 스테이 스프링(170)은 집열판(130)보다 탄성력이 큰 재질로 구성하는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속재 등으로 구성하여 스프링 역할을 감당하도록 할 수 있다.
또한, 상기 탄성프레임지지부는 상기 집열기 프레임과 접촉시 열전도를 방지하기 위하여 절연튜브를 끼울 수 있으며, 이때, 절연튜브의 재질은 열전도율이 최소화될 수 있는 재질이 바람직하며, 예를 들어 세라믹을 포함하는 실리콘 튜브를 사용할 수 있다.
도 6에는 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 태양열 집열기가 이중 투과체 유닛 및 단열재와 함께 설치된 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 7에는 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 태양열 집열기가 태양열 제습 냉방시스템에 적용된 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 8에는 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 태양열 집열기에서 이중 투과체 유닛의 열효율을 나타낸 그래프가 개시되어 있다.
이들 도면과 그래프를 참조하면, 본 발명에 따른 평판형 태양열 집열기(100)는 태양광선이 투과되도록 하고 내부의 열이 외부로 방출되지 못하도록 하는 이중투과체 유닛(300) 및 상기 집열판의 열이 하부나 측벽으로 방출되지 못하도록 하는 단열재(400)를 더 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 평판형 태양열 집열기(100)는 이중투과체 유닛(300) 및 단열재(400)와 함께 조립되어 최종 평판형 태양열 집열기 조립체(500)로 제조될 수 있다. 또한, 이러한 평판형 태양열 집열기 조립체(500)는 태양열 제습냉방 시스템(600)의 집열기로 사용될 수 있다.
상기 이중투과체 유닛(300)은 구체적으로 집열판(130) 주위의 내부공기와 직접 맞닿는 내측 투과체(310)와 외부공기와 직접 맞닿는 외측 투과체(320) 사이에 이들 각 투과체들(310, 320)이 일정한 간격으로 이격되도록 해주는 스페이서(351), 상기 스페이서(351)와 내, 외측 투과체(310, 320)의 접촉면에 부착되어 투과체를 보호하는 접착용 완충재(352), 투과체들(310, 320)의 최외 측면에서 상기 스페이서(351)와 접착용 완충재(352)에 대한 기밀을 유지하여 이물질의 침입을 방지하는 투과체 고정대(340)를 포함하는 구조로 구성된다.
또한, 상기 단열재(400)는 평판형 태양열 집열기(100)의 양측면에 배치되어 상기 평판형 태양열 집열기(100)를 측면에서 밀봉하는 측면 단열재(410, 420)와 평판형 태양열 집열기(100)를 하부에서 밀봉하는 하부 단열재(430)들이 결합된 구조로 구성된다.
이와 같이, 이중투과체 유닛(300)과 단열재(400)에 둘러싸여 밀봉된 평판형 태양열 집열기(100)는 평판형 태양열 집열기 조립체(500) 형태로 태양열 제습냉방 시스템(600)의 집열기에 적용될 수 있다.
상기 태양열 제습냉방 시스템(600)은 하절기 잉여열량을 효과적으로 해소하기 위한 태양열 냉방 시스템으로서, 저온 영역대에서 높은 효율을 보이는 이중투과체 유닛(300)을 포함하는 평판형 태양열 집열기(100)와 제습냉방기를 결합한 태양열 냉방시스템으로 정의할 수 있다.
이러한 태양열 제습냉방 시스템(600)에 적용되는 이중투과체 유닛(300)은 예를 들어, AR(Anti-Reflction)코팅 저철분 이중 강화유리를 사용하고, 충전매체는 공기이며， 투과율은 93.5%인 것으로 구성할 수 있다. 또한, 평판형 태양열 집열기(100)의 집열판(130)은 티타늄 코탱된 알루미늄으로 제작하여 흡수율은 95士2%, 방사율은 4土1%가 되도록 구성할 수 있다.
또한, 열매체 이송을 위한 본관(ex, 길이 1100 mm, 수량 2개)과 지관(ex, 길이 1905 mm, 수량 127H)의 재질은 동(Cu)으로 형성하며, 그 외경은 각각 22mm, 8mm 인 것으로 구성할 수 있다. 또한, 상기 하부 단열재(430)는 예를 들어, 글라스울(Glass Wool)을 사용하여 형성할 수 있으며, 단열재(400) 프레임은 얄루미늄으로 제작할 수 있다.
상기 태양열 제습냉방 시스템(600)에 의한 제습 냉방은 예를 들어, 제습로터, 현열로터, 가열코일, 증발식 냉각기로 이루어질 수 있으며, 태양열을 이용하여 가열코일을 가열함으로써, 이를 재생열원으로 사용한다. 이때, 태양열의 안정적인 공급을 위해서는 축열조가 필요하며, 이러한 태양열 제습냉방 시스템(600)이 도 7에 도시되어 있다.
태양열 제습냉방 시스템(600)은 태양에너지로부터 획득된 에너지를 축열조에 저장하여 이를 하절기에는 제습냉방기의 가열코일의 재생열원으로 사용하고, 동절기에는 난방용으로 직접 사용할 수 있다.
한편, 태양열 제습냉방 시스템(600)의 효율식은 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2016008371-appb-I000001
여기서,
Figure PCTKR2016008371-appb-I000002
는 상기 이중투과체 유닛(300)의 내, 외측 각 투과체(310, 320)의 투과흡수율이고, a1은 1차 열손실 계수이며, a2는 2차 열손실 계수로서, 각각 0.7555, 2.3670, 0.02070이다. 또한, tm은 상기 평판형 태양열 집열기 조립체(500) 입출구의 평균온도이고, ta는 외기온도이며, G[W/m2 ]는 일사량이다.
상기 평판형 태양열 집열기 조립체(500)가 적용된 태양열 제습냉방 시스템(600)은 성능시험 결과 대 부분의 집열운전에서 평판형 태양열 집열기 조립체(500)의 입구온도가 700℃이상이었음에도 불구하고, 평균 집열효율은 40.3%를 나타내었다. 따라서 태양열을 열원으로 하는 냉방기에 700℃ 온수를 지속적으로 생산하고 공급할 수 있다는 것을 확인하였다.
아래의 표 1에 태양열 제습냉방 시스템(600)의 사용결과를 나타냈으며， 70℃이상의 온수가 안정적으로 공급될때 냉방능력(Qcool)은 증가하고 소비전력 (Qelec)은 0.6 kW 감소하는 것을 확인하였다.
[표 1]
Figure PCTKR2016008371-appb-I000003
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명은 집열기 프레임 내부의 일측 및 타측에 연결되는 본관, 열교환된 열매체를 양측 본관에 공급하도록 연결된 적어도 2개 이상의 지관, 상기 다수개의 지관 상부에 각각 결합되어 태양열을 흡수하는 집열판, 상기 다수개의 지관의 하부방향에서 지관의 길이방향과 교차되도록 가로질러 위치하고, 상부에 위치한 상기 집열판과 접촉하면서 동시에 상기 지관을 수용하여 고정할 수 있도록 적어도 2개 이상의 지관 수용홈이 형성된 고정앵글, 상기 고정앵글의 일측 또는 양측에 결합되는 스테이 스프링 고정용 사각파이프; 및 상기 사각 파이프의 일측 또는 양측방향에 삽입되어 상기 집열판에 탄성력을 제공하여 열팽창에 의한 집열판의 휨을 방지하는 스테이 스프링을 포함하는 평판형 태양열 집열기에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 평판형 태양열 집열기의 조립 및 설치가 용이하고, 지속적인 태양열 흡수로 인한 집열판의 열팽창에 의한 휨 변형을 효율적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 집열기 프레임 내부의 일측 및 타측에 연결되는 본관;
    열교환된 열매체를 양측 본관에 공급하도록 연결된 적어도 2개 이상의 지관;
    상기 다수개의 지관 상부에 각각 결합되어 태양열을 흡수하는 집열판;
    상기 다수개의 지관의 하부방향에서 지관의 길이방향과 교차되도록 가로질러 위치하고, 상부에 위치한 상기 집열판과 접촉하면서 동시에 상기 지관을 수용하여 고정할 수 있도록 적어도 2개 이상의 지관 수용홈이 형성된 고정앵글;
    상기 고정앵글의 일측 또는 양측에 결합되는 스테이 스프링 고정용 사각파이프; 및 상기 사각 파이프의 일측 또는 양측방향에 삽입되어 상기 집열판에 탄성력을 제공하여 열팽창에 의한 집열판의 휨을 방지하는 스테이 스프링;
    을 포함하는 평판형 태양열 집열기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고정앵글이 상기 지관의 중앙부에 적어도 하나 이상 설치된 평판형 태양열 집열기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 지관은 상기 집열판과 초음파 용접에 의해 형성된 초음파 용접부를 통해 결합되어 있는 평판형 태양열 집열기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 집열판은 단부가 이웃하는 집열판 또는 상기 본관과 서로 분리되어 일정한 이격공간을 형성하는 상태로 상기 지관에 결합된 평판형 태양열 집열기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 지관 수용홈은 상기 지관의 단면 형상에 대응되는 형상으로 이루어진 평판형 태양열 집열기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 지관 수용홈은 상기 지관의 직경보다 큰 폭방향 크기로 형성되는 평판형 태양열 집열기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 지관 수용홈은 상기 지관이 수용되고 남는 폭방향 공간에는 글루 또는 탄성체가 채워지는 평판형 태양열 집열기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 평판형 태양열 집열기는 태양광선이 투과되도록 하고 내부의 열이 외부로 방출되지 못하도록 하는 이중투과체 유닛 및 상기 집열판의 열이 하부나 측벽으로 방출되지 못하도록 하는 단열재를 더 포함하는 평판형 태양열 집열기.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 평판형 태양열 집열기는 태양열 제습냉방 시스템의 집열기로 사용되는 평판형 태양열 집열기
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