KR100937629B1

KR100937629B1 - 태양열 집열기

Info

Publication number: KR100937629B1
Application number: KR1020090024408A
Authority: KR
Inventors: 남창민; 남승현
Original assignee: 남창민; 남승현
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2029-03-23
Also published as: WO2010110544A2; WO2010110544A3

Abstract

본 발명은 태양열 집열기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 물이 이송되는 주관의 커버관에 장착되는 이중 진공관으로 이루어지되 일측이 개구되고 타측이 밀폐되는 원형관 형태의 유리관과, 상기 유리관의 개구된 일측으로 수납되되 유리관 내측면에 밀착되는 메탈커버로 이루어지는 흡열판과, 상기 주관에 삽입 고정되고 유리관에 수납되며, 유체가 들어오는 냉수유통관과 온수유통관이 마련되되, 상기 냉수유통관이 온수유통관보다 직경이 크고, 상기 냉수유통관 및 온수유통관의 입구 및 출구가 뾰족하게 이루어지는 'U'자형 집열 파이프를 포함하여 태양열을 흡수하여 물을 가열시키는 태양열 집열기에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명은 물이 자연순환에 의해 이송되어 그 흐름이 원활하도록 마련되고 냉수가 가열되어 온수로 변환시 태양열의 흡수 효율을 높이며 자재 및 설비비를 절약할 수 있다.

태양열, 집열기, 집열, 흡열, 자연순환

Description

태양열 집열기{Solar collectors}

본 발명은 태양열 집열기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 물이 이송되는 주관의 커버관에 장착되는 이중 진공관으로 이루어지되 일측이 개구되고 타측이 밀폐되는 원형관 형태의 유리관과, 상기 유리관의 개구된 일측으로 수납되되 유리관 내측면에 밀착되는 메탈커버로 이루어지는 흡열판과, 상기 유리관에 수납되고, 주관에 삽입 고정되며, 유체가 들어오는 냉수유통관과 온수유통관이 마련되되, 상기 냉수유통관이 온수유통관보다 직경이 크고, 상기 냉수유통관 및 온수유통관의 입구 및 출구가 뾰족하게 이루어지는 'U'자형 집열 파이프를 포함하여 주관을 통해 유입된 냉수가 가열되어 온수로 변환시 태양열의 흡수 효율을 높이고 온수의 흐름을 원활하게 한 태양열 집열기에 관한 것이다.

일반적으로 태양열을 이용하여 물을 가열하기 위한 태양열 집열기는 외형적인 구조와 적용성을 고려하여 평판형과 진공관형 태양열 집열기로 구분되며, 상기 평판형 태양열 집열기는 물을 직접 집열기에서 가열시켜 이용하며 혹한기에는 부동액을 열매체로 집열기를 순환시켜 가열한 후 가열된 부동액이 다시 물을 가열시키 는 방식으로 이루어져 열효율이 낮고 집열판이 태양열에 의해 가열되면 가열된 집열판으로부터 대류에 의해 외부로 열손실이 발생하는 등의 문제점이 있다.

그리고 상기 진공관형 태양열 집열기는 도 1에 도시된 바와 같이 집열튜브(46) 내에 구리판(48)을 말아서 집열튜브(46)의 내면에 밀착시켜 삽입한 후 "U"자형의 구리관(42`)이나 히트파이프(42)를 집열튜브(46)에 삽입된 구리판(48) 사이에 삽입시키는 방식으로 이루어지며, 상기와 같이 종래의 진공관형 태양열 집열기는 물이 이송되는 주관이 냉수와, 온수가 이동하는 두 개의 관으로 이루어져 설치비가 많이 소요되고, U자형으로 형성된 구리관(42`)이나 히트파이프(42)을 통해 이송되며 가열된 물의 흐름이 원활하지 않아 쉽게 배출되지 못하는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해 펌프를 이용해 물이 강제순환되도록 하였으나 전기가 단절되거나 보일러의 온도센서가 불량일 때에는 태양열 집열기가 작동을 하지 않는 문제가 있다.

또한, 상기 태양열 집열기가 물을 강제순환시킬 경우에는 물이 이송되는 개방형 보충탱크에서 온도상승으로 인해 넘치는 현상이 발생할 수 있으며, 보일러의 온도센서가 불량이거나 차단된 상태에서는 물의 순환이 이루어지지 않게 되어 관내에 공기가 차게 되고, 순환모터의 효율이 떨어져 고장이 발생되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 하나의 주관을 통해 냉수와 온수가 이송되어 설비비가 적게 들고, 상기 주관을 통해 이송된 냉수가 집열 파이프을 이동하며 가열된 후 원활하게 배출되어 유통되도록 하는 태양열 집열기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 흡열판의 면적을 줄여 자재를 절약하되 흡열판 내측의 집열 파이프에서 태양열을 많이 흡수할 수 있도록 하는 태양열 집열기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 물의 이동이 펌프에 의한 강제순환뿐 아니라 자연순환이 가능하여 보일러의 온도센서가 불량이거나 전원이 차단된 상태에서도 태양열에 의해 가열되는 태양열 집열기를 제공함에 있다.

본 발명은, 물이 이송되는 주관(1)을 감싸는 커버관(2)에 장착되는 이중 진공관으로 이루어지되 일측이 개구되고 타측이 밀폐되는 원형관 형태의 유리관(100)과; 상기 유리관(100)의 개구된 일측으로 수납되되 유리관(100)의 내측면에 밀착되는 메탈커버로 이루어지는 흡열판(200)과; 상기 주관(1)에 삽입 고정되고, 상기 유리관(100)에 수납된 흡열판(200) 사이로 삽입되며, 유체가 들어오고 나가는 냉수유통관(310)과 온수유통관(320)이 마련되되, 상기 냉수유통관(310)이 온수유통관(320) 보다 직경이 크고, 상기 냉수유통관(310)의 입구(311) 및 상기 온수유통 관(320)의 출구(321)는 유체의 유입 및 배출이 원활하도록 내측부에서 외측부로 하향 경사지게 이루어지는 'U'자형 집열 파이프(300);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는, 상기 흡열판(200)은, 상하로 나뉘어 상기 유리관(100) 및 집열 파이프(300)에 접촉되게 형성되되, 일정부분이 절단되는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는, 상기 흡열판(200)의 절단부위는, 상기 집열 파이프(300) 단면의 중심에서 냉수유통관(310)측에 위치되는 것을 특징으로 한다.

또는, 본 발명은, 물이 이송되는 주관(1)을 감싸는 커버관(2)에 장착되는 이중 진공관으로 이루어지되 일측이 개구되고 타측이 밀폐되는 원형관 형태의 유리관(100)과; 상기 유리관(100)의 개구된 일측으로 수납되되 유리관(100)의 내측면에 밀착되는 흡열판(200)과; 상기 주관(1)에 삽입 고정되고, 상기 유리관(100)에 수납된 흡열판(200) 사이로 삽입되며, 유체가 들어오고 나가는 냉수유통관(310)과 온수유통관(320)이 마련되되, 상기 냉수유통관(310)의 길이가 온수유통관(320)의 길이보다 짧으며, 상기 냉수유통관(310)의 입구(311) 및 상기 온수유통관(320)의 출구(321)는 유체의 유입 및 배출이 원활하도록 내측부의 길이가 외측부의 길이보다 길게 이루어지는 'U'자형 집열 파이프(300);를 포함하여 이루어지되; 상기 집열 파이프(300)의 상기 온수유통관(320)은 나선형으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는, 상기 온수유통관(320)은 상기 냉수유통관(310)을 중심으 로 하여 나선형으로 감싸고, 상기 흡열판(200)은, 'ㄷ'자 형상으로 상기 온수유통관(320)을 외부에서 감싼 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 하나의 주관에 삽입고정되고 냉수유통관과 온수유통관으로 마련되는 U자형 집열 파이프를 통해 냉수와 온수가 이송되어 설비비가 적게 들고, 상기 냉수유통관보다 온수유통관의 직경이 작게 마련되어 온수유통관을 따라 상승하는 온수가 주관으로 이동시 자연순환되어 그 흐름의 원활하도록 마련된다.

또한, 본 발명은, 유리관 내부에 수납되는 흡열판이 유리관의 내측면 일부만을 감싸되 집열 파이프에서 태양열을 흡수하는 효율을 높여 온도가 상승한 온수가 빠르게 주관으로 배출되도록 하며, 자재를 절약하게 된다.

또한, 본 발명은, 상기 집열파이프의 온수유통관이 나선형으로 이루어짐으로써, 집열되는 면적을 넓혀 집열효과를 높인다.

또한, 본 발명은, 물의 이동이 강제순환뿐 아니라 자연순환이 가능하여 보일러의 온도센서가 불량이거나 전원이 차단된 상태에서도 태양열에 의한 물의 가열이 가능하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양열 집열기의 단면구조도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양열 집열기의 평단면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 집열기의 단면구조도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 태양열 집열기는, 건물의 지붕에 설치되어 물을 가열시키는 장치로서, 물이 이송되는 주관(1)의 커버관(2)에 장착되는 이중 진공관으로 이루어지되 일측이 개구되고 타측이 밀폐되는 원형관 형태의 유리관(100)과, 상기 유리관(100)의 개구된 일측으로 수납되되 유리관(100)의 내측면에 밀착되는 메탈커버로 이루어지는 흡열판(200)과, 상기 주관(1)에 삽입고정되고, 상기 유리관(100)에 수납되며, 유체가 들어오고 나가는 냉수유통관(310)과 온수유통관(320)이 마련되되, 상기 냉수유통관(310)이 온수유통관(320) 보다 직경이 크고, 상기 냉수유통관(310) 및 온수유통관(320)의 입구(311) 및 출구(321)가 유체의 흐름이 원활하도록 내측부에서 외측부로 하향 경사지게 이루어지는 'U'자형 집열 파이프(300)를 포함하여 이루어진다.

상기 주관(1)은 냉수와 온수가 함께 이송되는 관으로서, 일측에서 냉수가 유입되고 타측에서 온수가 배출되어 축열조 등에서 가열된 온수를 저장할 수 있도록 하며, 상기 커버관(2)은 주관(1)을 덮는 관으로서, 양측면에 유리관(100)을 끼울 수 있는 홈(미도시)이 형성되되, 상기 홈에는 집열 파이프(300)가 관통될 수 있는 통공이 형성되어 집열 파이프(300)가 끼워지되 용접 등으로 고정되게 설치되며 유 리관(100)이 끼워져 유리관(100) 내부가 밀폐될 수 있도록 마련된다.

상기 유리관(100)은, 밀봉장치로서, 상기 주관(1)을 감싸는 커버관(2)에 장착되되 다수개가 병렬로 연결되어 마련되고, 내부에 흡열판(200)과 집열 파이프(300)가 순서대로 수납되어 구비되되 유리관(100)과 흡열판(200) 사이에 태양열의 흡수효율을 높이기 위한 검정색 필름이 더 삽입될 수 있다. 또한, 상기 유리관(100)은 밀폐된 일측에 받침 역할을 하는 끼움구(110)가 끼워지고 타측이 커버관(2)에 장착되어 마련된다.

상기 흡열판(200)은, 상기 유리관(100)의 전 길이에 걸쳐 전개되고, 상하로 나뉘어 유리관(100)과 집열 파이프(300)에 접촉되게 형성되되, 일정부분이 절단되어 설비비를 줄이는 효과를 얻을 수 있게 되며, 유리관(100)의 내측 전면을 감싸지 않아 면적을 줄임으로써, 자재를 절약할 뿐 아니라 집열 파이프(300)에서 효율적으로 태양열을 흡수할 수 있도록 절단되지 않은 부분이 온수유통관(320)의 전면을 감싸도록 마련된다. 상기와 같이 이루어지는 흡열판(200)에 의해 냉수유통관(310)보다 온도가 높아진 온수유통관(320)은 내부 온수의 밀도가 작아져 밀도차에 의해 상승하며 온수유통관(320)에서 주관(1)으로 빠르게 배출될 수 있게 된다.

상기 집열 파이프(300)는, 구리관 또는 스테인리스관으로 이루어짐이 바람직하며, 직경이 서로 다른 냉수유통관(310)과 온수유통관(320)으로 마련되되 각기 다 른 직경을 가진 냉수유통관(310)과 온수유통관(320)을 연결하기 위한 U관(330)이 더 구비될 수 있다. 상기 U관(330)은 일단이 냉수유통관(310)의 직경에 대응되게 마련되고, 타단이 온수유통관(320)의 직경에 대응되게 마련되며, 물이 가열되는 공간으로 이루어지게 된다. 이때, 상기 U관은 실리콘 고무로 형성될 수 있으며, 실리콘 고무로 형성시 탄력성이 우수하여 물이 팽창하거나 결빙되어도 동파를 방지할 수 있게 된다. 또한, 상기 집열파이프(300) 내에는, 유체에 부동액을 추가함으로써, 동파를 방지하면서 태양열을 집열할 수 있게 된다.

상기 냉수유통관(310)은, 그 입구(311)의 형태가 물의 흐름방향으로 뾰족하게 형성되어 냉수가 용이하게 유입되고, 온수유통관(320)보다 큰 직경을 가져 많은 양의 냉수가 유입되고 가열되도록 마련되며, 상기 온수유통관(320)은 상기 냉수유통관(310)과 U관(330)을 통과하며 형성된 온수가 이동하는 통로이고, 냉수유통관(310)보다 작은 직경을 가져 유체가 좁은 통로를 흐를 때 속력이 증가하고 압력이 낮아지는 베르누이의 원리에 의하여 온수가 빠르게 이동되며, 온수유통관(320)의 끝단에 마련되는 출구(321)가 주관(1)의 중단부보다 높은 위치에 구비되며 뾰족하게 형성되되 온수가 이동되는 방향으로 구멍의 면적이 넓게 마련되어 온수의 흐름이 원활하도록 마련된다. 상기 냉수유통관(310)의 입구(311)는 주관(1)의 내측면 하단부에 위치하고 온수유통관(320)의 출구(321)는 주관(1)의 내측면 중단부에 위치되기 위해 상기 냉수유통관(310)보다 온수유통관(320)의 길이가 더 길게 마련되어 주관(1)의 하단부에 위치한 냉수유통관(310)의 입구(311)를 향해 냉수가 쉽게 유입되고, 주관(1)의 중단부에 위치한 온수유통관(320)의 출구(321)를 통해 온수가 쉽게 배출되게 된다.

이와 같이 본 발명은, 냉수유통관(310)보다 온수유통관(320)을 더 감싸는 흡열판(200)과, 상기 냉수유통관(310)보다 직경이 작은 온수유통관(320)의 구조로 인해 온도차에 의한 물의 순환이 빨라지게 되어 빠르고 높은 흡열 효율을 얻을 수 있게 되고, 상기 주관(1)에 설치되는 온도감지기(미도시)의 감지에 의해 작동되는 순환모터(미도시)의 작동이 빨라져 전체적인 물의 순환량이 많아지게 되므로 많은 열량을 얻을 수 있게 된다.

이때, 상기 집열 파이프(300)의 외측면에는, 집열 파이프(300)가 좌우로 유동되지 않도록 고무패킹이 밀착되도록 마련될 수 있는바, 상기 고무패킹은 유리관(100) 내부로 2~3개 정도가 삽입되어 고정되게 설치될 수 있다.

상기와 같은 실시예에 따르면, 본 발명의 태양열 집열기는, 상기 주관(1)에 집열 파이프(300)가 다수개가 삽입설치되되, 내측면에 흡열판(200)이 감싸진 유리관(100)이 외삽되어 태양열을 집열하는 밀폐공간이 형성되며, 일조 시간대 태양열이 조사되어 집열된 유리관(100) 내부에 수납된 집열 파이프(300)에 의해 물이 자연순환되며 계속적으로 데워짐으로써, 가정에서 태양열에 의해 온수를 용이하게 사용할 수 있도록 마련된다. 이때, 상기 주관(1)에서 집열 파이프(300)로, 집열파이 프(300)에서 주관(1)으로 이송되는 물은 펌프에 의해 강제순환될 수 있으며, 강제순환뿐 아니라 자연순환이 가능하여 보일러의 온도센서가 불량이거나 전원이 차단된 상태에서도 태양열에 의한 가열이 가능하게 된다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 집열기는 상기 집열 파이프(300)의 온수유통관(320)이 나선형으로 이루어지는바, 상기 온수유통관(320)은 냉수유통관(310)보다 작은 직경으로 마련되고 상기 냉수유통관(310)을 따라 나선형으로 회전하며 상승되는 구조로 이루어져 냉수유통관(310)의 입구(311)를 통해 유입된 냉수가 나선형으로 상승하되 데워지는 면적이 넓어 온도가 높아져 빠르게 상승하며 온수유통관(320)의 출구(321)를 통해 배출될 수 있게 된다.

상기와 같이 이루어진 태양열 집열기는 주관(1)과 커버관(2)을 관통한 집열 파이프(300)가 삽입되어 고정되게 설치되고, 상기 집열 파이프(300)에 유리관(100)이 외삽되되 유리관(100)의 개구된 부위가 커버관(2)에 형성된 홈(미도시)에 끼워져 유리관(100) 내부가 밀폐된 공간으로 이루어지게 된다. 이때, 상기 태양열 집열기에는, 상기 유리관(100) 내측으로 알루미늄 또는 구리로 이루어지고 온수유통관(320)을 따라 'ㄷ'자 형상으로 감싸는 판스프링으로 구비된 흡열판(200)을 삽입함으로써 흡열 효율을 더 높이게 된다.

따라서, 상기와 같은 본 발명은, 하나의 주관에 삽입고정되고 냉수유통관과 온수유통관으로 마련되는 U자형 집열 파이프를 통해 냉수와 온수가 이송되어 설비 비가 적게 들고, 상기 냉수유통관보다 온수유통관의 직경이 작게 마련되어 온수유통관을 따라 상승하는 온수가 주관으로 이동시 자연순환되어 그 흐름의 원활하도록 마련되며, 흡열판이 집열 파이프에서 태양열을 흡수하는 효율을 높여 온도가 상승한 온수가 빠르게 주관으로 배출되도록 할 뿐 아니라 자재를 절약하게 된다.

또한, 본 발명은, 상기 집열파이프의 온수유통관이 나선형으로 이루어짐으로써, 집열되는 면적을 넓혀 집열효과를 높이게 된다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

도 1은 종래 진공관형 태양열 집열기의 단면구조도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양열 집열기의 단면구조도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양열 집열기의 평단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 집열기의 단면구조도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 주관 2 : 커버관

100 : 유리관 110 : 끼움구

200 : 흡열판 300 : 집열 파이프

310 : 냉수유통관 311 : 입구

320 : 온수유통관 321 : 출구

330 : U관

Claims

물이 유입되는 주관(1)과 이를 감싸는 커버관(2)이 구비되되, 이중관으로 된 유리관(100)의 외관 일단이 상기 커버관(2)에 연통되어 고정 설치되고 상기 유리관(100)의 타단은 끼움구(110)에 의해 고정 설치되며, 상기 유리관(100)의 내측에는 태양열을 모아주는 흡열판(200)이 구비되고 그 이면에는 상기 주관(1)으로 삽설된 냉수유통관(310)과 온수유통관(320)이 U관(330)을 매개로 연결 구비되며 상기 흡열판(200)에 모아진 태양열에 의해 상기 주관(10)을 통해 상기 냉수유통관(310)으로 유입되는 물이 데워지면서 상기 온수유통관(320)을 통해 다시 상기 주관(1)으로 토출되도록 하여 공급되는 물을 가열시켜주는 태양열 집열기에 있어서,

상기 유리관 (100)의 내부에 구비된 상기 온수유통관(320)은 상기 냉수유통관(310)에 비해 그 직경을 작게 형성되도록 하여 상기 냉수유통관(310)으로 유입되는 물이 상기 온수유통관(320)을 통해 빠르게 공급될 수 있도록 하고, 또 상기 흡열판(200)은 상하로 나뉘어 설치되며 각각 일정부분이 절단되어 구비되되,

상기 흡열판(200)의 절단부위는 상기 유리관(100) 내측에 구비된 상기 냉수유통관(310)측에 위치되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
삭제
삭제
물이 유입되는 주관(1)과 이를 감싸는 커버관(2)이 구비되되, 이중관으로 된 유리관(100)의 외관 일단이 상기 커버관(2)에 연통되어 고정 설치되고 상기 유리관(100)의 타단은 끼움구(110)에 의해 고정 설치되며, 상기 유리관(100)의 내측에는 태양열을 모아주는 흡열판(200)이 구비되고 그 이면에는 상기 주관(1)으로 삽설된 냉수유통관(310)과 온수유통관(320)이 U관(330)을 매개로 연결 구비되며 상기 흡열판(200)에 모아진 태양열에 의해 상기 주관(10)을 통해 상기 냉수유통관(310)으로 유입되는 물이 데워지면서 상기 온수유통관(320)을 통해 다시 상기 주관(1)으로 토출되도록 하여 공급되는 물을 가열시켜주는 태양열 집열기에 있어서,

상기 유리관 (100)의 내부에 구비된 상기 온수유통관(320)은 상기 냉수유통관(310)을 따라 나선형으로 형성되고 상기 온수유통관(320)은 상기 냉수유통관(310)을 중심으로 하여 나선형으로 감싸고, 상기 흡열판(200)은 ‘ㄷ’자 형상으로 상기 온수유통관(320)을 외부에서 감싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
삭제