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KR100965638B1 - 평판 태양열 집열기 - Google Patents

평판 태양열 집열기 Download PDF

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KR100965638B1
KR100965638B1 KR1020067006059A KR20067006059A KR100965638B1 KR 100965638 B1 KR100965638 B1 KR 100965638B1 KR 1020067006059 A KR1020067006059 A KR 1020067006059A KR 20067006059 A KR20067006059 A KR 20067006059A KR 100965638 B1 KR100965638 B1 KR 100965638B1
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유러피언 올거니제이션 포 뉴클리어 리서치-썬
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Abstract

본 발명은 비우기 가능한(evacuable) 평판 태양열 집열기(1)에 관한 것으로, 적어도 제1 부분(34)이 하우징(2)으로 및 적어도 제2 부분(36)이 투명벽(4)의 금속을 입힌 영역으로 연성 납땜된 연성 금속 리본(32)에 의해 상기 투명벽(4) 및 상기 하우징(2)이 밀봉된다. 본 발명은 또한 상기 평판 태양열 집열기(1) 및 적어도 하나의 외부 거울(54)을 포함하는 평판 태양열 집열 시스템(56) 뿐만 아니라 상기 평판 태양열 집열기(1)의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

평판 태양열 집열기{EVACUABLE FLAT PANEL SOLAR COLLECTOR}
본 발명은 적어도 하나의 흡수기(absorber), 적어도 하나의 도관(conduit), 고정 구조 및 적어도 하나의 투명벽을 포함하는 비우기 가능한(evacuable) 평판 태양열 집열기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 적어도 하나의 거울 및 본 발명에 따른 적어도 하나의 평판 태양열 집열기를 포함하는 평판 태양열 집열 시스템에 관한 것이며, 또한 평판 태양열 집열기 배열에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 본 발명에 따른 비우기 가능한 평판 태양열 집열기의 제조 방법에 관한 것이다.
태양열 집열기, 특히 평판 태양열 집열기들은, 태양에너지를 집열 유체(collection fluid)로 흡수 및 전달하는데 주로 이용되는 잘 알려진 장치들이다. 대개, 태양열 집열기들은 투명한 판유리 창에 의해 정면으로(frontally) 닫혀진 하우징에 포함된 어둡게 된 흡수 실린더 또는 판으로 구성된다. 태양광의 희석성때문에, 열 손실들을 감소시킴에 의해 동작온도를 증가시키기 위해, 태양열 집열기들은, 가스 대류 및 분자성 전도(molecular conduction)를 제거하기 위해 이용되는 동안 비워질 수 있다. 매우 높은 온도들 또한 광 집중에 의해 달성될 수 있다. 그러나, 오직 직사광선만이 집중될 수 있으며, 확산 광은 소실된다. 따라서, 상기 해결책은 태양광의 약 50%가 분산되는 중유럽과 같은 지역에 대해서는 그다지 매력적이지 않다. 평판 태양열 집열기의 비우기(evacuation)가 대기압으로부터 기인한 큰 힘의 영향에서조차 고진공을 유지할 수 있는 구조의 필요 때문에 문제가 되며, 원통형 또는 판형 흡수기를 포함하는 원통형 유리 포장에 근거한 태양열 집열기에 관심이 집중되었다. 그러한 디자인은, 예를 들어, 집열기 튜브 배열의 뒤에 배치된, 분산적으로 반사하는 표면을 갖는, 다중 튜브 태양열 집열기가 개시된 미국특허 US 4,002,160에서 찾을 수 있으며, 상기 집열기는 외부 벽이 전체 주변에 대해 투명한 유리 물질로 이뤄진 복수의 이중 벽 관 부재들을 포함한다.
미국특허 US 4,579,107에 따르면, 용해된 금속을 각 표면 위에 스프레이하거나 증착함에 의해 태양에너지 선택 표면 또는 코팅 및 반사 표면 또는 코팅을 유리 위에 생성하는데 이용되어, 상기 용해된 금속과 접촉하고 있는 유리 퓨즈들이 양호한 접착 및 열적 접촉을 초래하는 방법에 의해 실현된 매우 유용한 특징들을 갖는 튜브형 집열기가 개시되었다.
또한, 미국특허 US 3,960,136에 따른 태양열 집열 시스템은, 외벽의 거의 실질적으로 전체 경계가 투명한 이중벽 유리 튜브의 이용에 기반을 둔다. 상기 이중벽 사이의 공간은 대기압 이하의 압력(sub-atmospheric pressure)에서 밀봉된다.
예로서, 미국특허 US 4,002,160에서 개시된 바와 같이, 튜브형 집열기의 배열에 대해, 평판 집열기가 흡수를 위한 에너지의 최대 활용을 허용하는 것이 잘 알려져 있음에도 불구하고, 튜브형 태양열 집열기는, 고진공을 유지하기 위해 필요한 바와 같이, 그 집열기가 제공하는 유리 대 금속 밀봉의 손쉬운 제조 때문에 여전히 장점이 있는 것으로 가장 자주 고려되고 있다.
미국 특허 US 4,084,576에서는, 평평한 램프 함(envelope)에 삽입되어 암처리된 태양열 흡수기를 포함하는 전구 타입 태양열 집열기가 개시되어, 예를 들어, TV 음극선관으로부터 잘 알려진 신뢰할 만한 밀봉 기술을 이용하게 된다.
미국 특허 US 3,916,871로부터, 내부에 정의된 비워진(evacuated) 챔버를 갖는 하우징, 상기 챔버의 한 면을 형성하는 투명한 평면벽, 및 상기 하우징으로부터 열적으로 격리된 흐름 통로(flow passage)를 갖는 방사 에너지 흡수기를 구비한 평판 태양열 집열기 모듈이 유도될 수 있다. 한 실시예에서, 진공 펌프가 적당한 도관을 통해 상기 집열기 모듈로 필요한 경우 때때로 그것을 비우기 위해 연결된다. 미국 특허 US 3,916,871에 따르면, 1토르(Torr)(1 mmHg)의 영역에서의 진공은 대류 손실(convection loss)을 제거하기에 충분한 것으로 고려된다. 그러나, 이 문서에서, 본질적으로 도전 손실을 또한 제거하는 매우 낮은 압력들은 상업적으로 활용가능하지 않은 기술을 요구하는 것으로 인정되어 진다.
미국 특허 US 5,653,222에서는, 대기에 의해 인가되는 힘(force)들에 저항하기에 충분한 구조를 갖는 비워진 평판 집열기를 비워진 함(Envelope)으로 제공하려는 시도를 한 평판 태양열 집열기가 개시되었다. 대류, 도전 및 열 적외방사(통상, 방사로 불림)로 인한 상기 판 흡수기에서의 열 손실은, 일련의 평행 셀(바람직하게는 단면적이 반원형)을 제공하여, 상기 각 셀이 기본적 광택(primary glazing)을 지지하고 핀-튜브 흡수기를 받도록 구성된, 후면 하우징을 포함하는 평판 태양열 집열기에 의해 극복될 것이다. 이러한 핀 튜브들은, 대부분의 방사가 흡수되고, 방사가 상기 핀-튜브 흡수기들 및 상기 측벽 사이를 거의 통과하지 않도록, 상 기 셀들의 측벽들 사이의 개방된 영역의 적어도 90%를 점유한다. 원형 단면적을 갖는 개개의 셀들은 내부의 진공의 변형력(deformation force)에 대해 최상의 저항을 제공함이 진술되었다. 미국 특허 US 5,653,222에 따른 평판 태양열 집열기는, 칫수가 정확하게 결정되어야만 하고, 또한 복잡한 미리 결정된 방식으로 배열되어야만 하는 다수의 구성요소들을 제공한다. 따라서, 미국 특허 US 5,653,222에 기반한 평판 태양열 집열기는 더욱 비싸며, 제조하기도 또한 더욱 어렵다.
미국 특허 US 4,455,998에서, 티타늄(titanium), 지르코늄(zirconium), 하프늄(hafnium), 스캔듐(scandium), 이트륨(yttrium), 랜더늄(lanthanum), 희토(rare earths), 스트론튬(strontium), 바륨(barium), 바나듐(vanadium), 니오비움(niobium), 탄탈룸(tantalum), 토리움(thorium) 및 부분적으로 수소화된 조건하의 합금 중의 하나 또는 그 이상의 금속으로 구성된 가열가능한, 가역(reversible) 수소 게터(getter)를 포함하는 적어도 하나의 밀봉된 비워진 투명 튜브 또는 함으로 구성된 태양열 집열기가 이용되었다. 수소를 배출하는(release) 가역 수소 게터를 가열함에 의해 수소 압력은 증가되고, 반면에, 상기 가역 수소 게터가 냉각되는 때, 수소는 다시 채워진다. 이 메커니즘은, 상기 태양열 집열기의 열 생성이 상기 주입의 남은 부분의 저장 용량을 초과하는 때, 상기 수소 압력을 증가함에 의해 상기 태양열 집열기의 손실이 증가될 수 있어서, 상기 흡수기의 온도가 너무 높게 되는 경향이 있음에 따라, 상기 태양열 집열기가 그 정상적 고효율을 유지하는 것을 보장한다. 상기 태양열 집열기의 함으로서, 열 파이프의 증발기 부분에 열적으로 전도성있게 연결된 평판 형태의 흡수기를 에워싸고, 둥근 단면적을 갖는 유리 튜브 만이 개시되어 있다.
이제껏 설계된 태양열 집열기의 장점들에도 불구하고, 상기 비워진 튜브형 집열기에는 여전히 일부 큰 불편함들이 있다. 각 튜브는 실내 온도 함(envelope)에 관하여 상기 냉각 파이프의 다른 열적 팽창을 보상하고, 열 전도를 줄이기 위해, 벨로우를 갖는 말단에서의 유리 대 금속 밀봉을 요구한다. 또한, 상기 튜브들은 흡수 용량의 손실을 초래하는 섀도우(shadowing)를 피하기 위해 떨어져 있어야만 한다. 또한, 다중 튜브 구조의 유지 및 세척은 보다 문제가 있다. 따라서, 전송된 빛의 추가 손실을 초래하기도 하지만, 이 문제를 경감하기 위해 종종 추가 전면 유리가 부가된다.
튜브형 태양열 집열기의 상기의 단점들이 적어도 부분적으로 비워진 평판 태양열 패널에 의해 극복될 수 있음에도, 상기 평판 시스템의 대부분의 단점은 여전히 큰 평판 표면이 대기압을 견디기에 덜 적합하다는 것이다. 또한, 상기 주변의 유리 대 금속 밀봉은 여전히 대다수의 문제들의 원인을 제공한다. 아마도 이러한 어려움들 때문에, 미국 특허 US 3,916,871의 평판 태양열 집열기는 투명 플라스틱 전면을 갖는 플라스틱으로 된 하우징에 의존적이다. 결과적으로, 이러한 평판 태양열 집열기는, 공기 대류(그러나, 분자 전도가 아닌)를 제거하기에 충분할 수 있는 정도의 압력인 1 토르까지만 비워진다.
이러한 배경에 반하여, 증가된 효율을 갖고, 매우 긴 기간에 걸쳐 매우 높은 진공을 유지하는, 매우 높은 온도에서 운용될 수 있는 평판 태양열 집열기를 제공하는 것이 본 발명의 목적이었다. 또한, 큰 평판 표면을 또한 구비하고, 대기압을 견딜 수 있으며, 높은 취급 안전성을 보장하는 평판 태양열 집열기를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 더욱이, 상당히 진공밀폐된(vacuum-tight) 평판 태양열 집열기를 제공하는 신뢰할 만한 제조 프로세스를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
상기 목적은, 적어도 하나의 흡수기(특히, 판 흡수기), 적어도 하나의 흡수기와 적어도 부분적으로 열적으로 연결된 적어도 하나의 도관, 주변 프레임을 포함하는 고정 구조(특히, 금속으로 만들어진 고정 구조), 및 적어도 하나의 제1 투명(특히, 평면)벽(특히, 판유리)를 포함하되, 상기 고정 구조(특히, 상기 프레임의 제1 베어링(bearing) 표면) 및 제1 투명벽(특히, 그 주변)은 오버래핑(특히, 주변) 영역을 가지며, 상기 제1 투명벽의 적어도 한 면은, 제1 금속층(특히, 플라즈마 스프레드 구리층) 및 제2 금속층(특히, 주석 커버층)을 특히 포함하는 금속 코팅을, 특히 상기 오버래핑 영역의 적어도 일부 또는 상기 제1 투명벽의 상기 면의 주변 상에, 적어도 부분적으로 포함하여, 상기 투명벽 상에 적어도 하나의 금속화된 영역을 제공하며, 상기 제1 투명벽 및 상기 고정 구조 사이의 접합점을 밀봉하고, 상기 고정 구조(특히, 상기 주변 프레임) 및 상기 제1 투명벽의 상기 금속화 영역에 납땜(특히, 연성 납땜)되도록 된 (특히, 제1의) 연성 금속 리본(특히, 납 또는 구리 리본)을 더 포함하는 평판 태양열 집열기에 의해 달성되었다.
본 발명의 다른 측면에서는, 상기 평판 태양열 집열기는, 상기 고정 구조에 연결되어, 진공밀폐되도록 한 하우징을 형성하는 바닥부를 더 포함한다.
적어도 하나의 연성 금속 리본이 상기 금속 고정 구조에 적어도 부분적으로 평행하게 배열되는 때가 특히 바람직하다. 따라서, 상기 금속 리본은 기대고 있는 상기 고정 구조의 밑의 표면에 가장 편리하게 정렬된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 투명벽의 주변 및 상기 고정 구조에 부착된 바닥부 또는 프레임은 연성 금속 리본의 이용에 의해 함께 고정되며, 상기 연성 금속 리본은, 적어도 하나의 제1 연성 납땜 부분을 통해 상기 고정 구조(특히, 상기 고정 구조의 바닥부 또는 프레임)에 연성 납땜되거나, 적어도 하나의 제2 연성 납땜 부분을 통해 상기 투명벽(특히, 상기 투명벽의 금속화된 영역)으로 연성 납땜되도록 된다.
본 발명은 또한, 상기 고정 구조에 의해 상기 제1투명벽으로부터 떨어져 있는, 적어도 하나의 제2 투명(특히, 평면)벽(특히, 판유리)을 더 포함하는 평판 태양열 집열기를 제공하며, 상기 제2 투명벽(특히, 그 주변) 및 상기 프레임(특히, 그 제2 베어링 표면)이 오버래핑(특히, 주변) 영역을 가지며, 상기 제2 투명벽의 적어도 하나의 면이, 특히 제1 금속층(특히, 플라즈마 스프레드 구리층) 및 제2 금속층(특히, 주석 커버층)을 포함하는 금속 코팅을, 적어도 부분적으로, 특히 상기 오버래핑 영역의 적어도 일부에 또는 상기 제2 투명벽의 상기 면의 주변에 포함하여, 상기 제2 투명벽 상에 적어도 하나의 금속화 영역이 제공되며, 상기 평판 태양열 집열기가, 상기 제2 투명벽 및 상기 고정 구조(특히, 상기 프레임) 사이의 접합점을 밀봉하고, 상기 고정 구조(특히, 그 주변 프레임) 및 상기 제2 투명벽의 상기 금속화된 영역으로 납땜(특히, 연성 납땜)되도록 구성된 (특히, 제2의) 연성 금속 리본(특히, 납 또는 구리 리본)을 더 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 평판 태양열 집열기는 또한 (특히, 스페이서 배열의 형태로)(특히, 금속바로 된) 적어도 하나의 스페이서를 포함한다.
스페이서들은, 특히 판유리가 너무 넓은 표면을 덮고 있을 때, 상기 평판 태양열 집열기의 상기 투명벽을 지지하는 데 적절하게 이용된다. 스페이서들 없이는, 더 큰 투명 전면판(front pane)이 대기압하에서 무너질 것이다. 가장 적합하게는, 세로의 및 가로의 금속 바의 배열, 특히, 상기 집열기 하우징의 깊이와 본질적으로 같은 높이를 갖는 금속 바의 배열이 이용된다. 통상적으로, 약 1 내지 10 밀리미터(mm)의 폭을 갖는 세로 또는 가로 바, 특히, 금속 바를 제공하는 것이 충분하다. 따라서, 상기 고정 구조의 요소들의 크기, 특히, 주변 프레임 및 스페이서들의 크기는, 상기 투명벽을 견고하게 지지하고 있는 상기 고정 구조의 모든 베어링 영역들이 하나의 평면 내에 놓이도록 설계된다. 그러한 방식으로, 상기 투명벽에 가해지는 힘들이 가장 고르게 분포된다.
바람직하게는, 상기 고정 구조에 부착된 바닥부 및 상기 흡수기 사이에 놓여지도록 된, 적어도 하나의 차폐판(특히, 저방사율의 차폐판)이 이용된다. 그러한 차폐판과 함께, 열 손실은 또한, 주로 상기 집열기의 금속 부분과의 상기 흡수기의 방사 교환이 감소되기 때문에, 더 감소될 수 있다.
정기적으로, 상기 투명벽과 상기 하우징의 바닥 사이의 거리는 약 1 내지 10 센티미터(cm)이다. 이롭게는, 상기 고정 구조에 부착된 상기 바닥부 및 상기 전면 투명벽과의 사이의 거리는 약 2 내지 6 센티미터의 범위 내에 있다. 더욱이, 상기 전면 판유리의 두께는 주로 약 1 내지 10 밀리미터의 범위 내에 있다. 상기 전면 판유리의 두께는, 주로 상기 판유리의 표면 크기 및 상기 스페이서들 사이의 거리에 의존적이다.
바람직한 실시예에 따르면, 적어도 상기 고정 구조(특히, 상기 고정 구조의 내부벽의 적어도 일부), 적어도 하나의 스페이서 또는 상기 바닥부(특히, 상기 바닥부의 내부벽)는 상기 흡수기의 방사 손실을 감소시키기 위해 낮은 적외선 흡수 필름(특히, 구리 또는 알루미늄을 포함하는 필름)으로 코팅되거나, 구리, 강철 또는 알루미늄으로 만들어진다. 상기 고정 구조 또는 바닥부를 위해 이용되는 재료는, 특히, 상기 평판 태양열 집열기의 외부에서, 부식에 저항성을 갖도록 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 고정 구조 또는 상기 흡수기의 적어도 일부에, 특히, 1000나노미터(nm) 미만의 평균 두께를 갖는, 적어도 하나의 집중형 게터(lumped getter) 또는 적어도 부분적으로 게터 코팅을 더 포함하는 평판 태양열 집열기가 제공된다. 통합된 펌프를 구비한 본 발명의 평판 태양열 집열기를 제공하기 위해, 게터 기술에 의지하는 것이 바람직하다. 그러한 통합된 펌프를 이용함에 의해, 통상적으로 분자 도전 손실을 상당한 정도로 감소시키는데 필수적인 10- 4토르 보다 낮은 압력을 유지하는 것이 가능하다. 바람직한 실시예에서, 박막 증발불가(non-evaporable) 게터 코팅이, 특히, 상기 흡수기의 뒷면에 또는 상기 고정 구조 또는 상기 하우징의 내부 표면 상에 적용된다. 상기 게터 코팅의 두께가 밑의 구리 또는 알루미늄 합금 코팅의 방사율을 손상시키지 않도록 주의해야 한다. 통상적으로, 상기 게터 코팅의 두께는 수백 나노미터(nm), 특히, 약 100 내지 600 나노미터의 범위 내에 및 가장 바람직하게는 약 100나노미터에서 유지되어야 한다. 상기 게터 코팅 기술은 예를 들어, 미국특허 공보 6,468,043호에 개시되어 있다. 집중형 게터 펌프로서, 예를 들어, SAES 게터스(Getters)에 의해 제작된 에스티(St) 707 증발불가(non-evaporable) 게터와 같이, 상업적으로 활용가능한 게터들이 이용될 수 있다.
또한, 상기 투명벽 및 상기 흡수기 사이에, 적어도 하나의 추가 투명벽, 또는 상기 투명벽의 내부 면상에 또는 상기 추가 투명벽의 양 면에 또는 내부 면상에 적외선 거울 코팅을 더 포함하는 평판 태양열 집열기가 제공된다. 상기 전면 유리벽으로의 방사 손실을 감소시키기 위해, 더 이상의 판유리 또는 적외선 거울층 코팅이 채용될 수 있다.
본 발명의 한 측면에서, 상기 주변 프레임에 통합되고, 특히 적어도 하나의 팽창 벨로우(bellow)를 포함하는 진공밀폐 연결 포트가 제공된다. 또한, 상기 집열기의 초기 비우기를 위한 상기 고정 구조의 측벽 또는 주변 프레임으로 통합되는 펌핑 포트의 형태의 적어도 하나의 연결 포트가 제공될 수 있다. 상기 평판 태양열 집열기 내에 배치되는 냉각 파이프 또는 도관은 진공밀폐 방식으로 상기 평판 태양열 집열기의 하우징의 벽을 통해 연장된다. 상기 하우징 및 상기 도관의 다른 열적 반응 때문에, 팽창 벨로우가 상기 하우징 및 상기 도관 또는 냉각 파이프의 연결 부근에 채용될 수 있다. 상기 펌핑 포트는 바람직하게는, 상기 비우기 과정이 완료된 이후에, 상기 냉각 파이프가 밸브 잠금되도록 설계된다. 상기 연결 파이프(특히, 구리로 만들어지는 경우)는 핀치 오프될 수 있다.
매우 바람직한 실시예에서, 상기 고정 구조(특히, 상기 프레임)는, 측벽, 및 상기 투명벽(특히, 그 주변)을 지탱하도록 개조된 상기 측벽에 연결된 지지 표면(특히, 상기 측벽에 수직인)을 포함하도록 제공될 수 있다. 상기 평판 태양열 집열기의 상기 프레임이, 상기 하우징의 바닥부를 둘러싸고, 특히, 상기 하우징의 바닥부에 수직으로 배열된 주변 측벽을 포함하는 경우라면 더욱 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 상기 측벽에 연결된 상기 지지 표면은, 적어도 상기 지지 표면에 반대인 곳의 하우징의 바닥부에 평행하게 배열된다. 상기 평판 태양열 집열기의 모서리부의 그러한 U자형의 프로파일은 상기 전면 투명벽의 매우 강건한 고정물을 허용한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 적어도 하나의 연성 금속 리본이 상기 프레임의 지지 표면 및 상기 투명벽 사이에 적어도 부분적으로 배열되며, 상기 금속 리본의 적어도 제1 부분이, 상기 투명벽(특히, 그 금속화 영역) 또는 상기 하우징, 특히, 상기 측벽 또는 상기 지지 표면으로 납땜, 특히, 연성 납땜되며, 또는 적어도 상기 금속 리본의 제2 부분이 상기 투명벽(특히, 그 금속화 영역) 또는 상기 하우징, 특히, 상기 측벽 또는 상기 지지 표면으로 납땜, 특히, 연성 납땜되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 평판 태양열 집열기의 매우 효과적인 밀봉이 상기 투명벽의 주석-구리 금속화, 특히, 상기 투명벽의 두 표면 중의 하나의 주변의 금속화에 의해, 달성될 수 있다는 것이 알려져 있다. 다음으로, 연성 금속 리본은, 주로 금속으로 만들어지는 하우징 및 유리벽에 모두 연성 납땜될 수 있다. 상기 연성 금속 리본을 상기 하우징의 측벽에 연결된 상기 지지 표면 및 상기 유리벽의 내부면 사이에 배치함으로써, 진공상태에 있지 않은 체적(dead volume under vacuum)을 최소화하고, 상기 유리벽이 상기 프레임의 지지 표면의 금속성 구조에 대한 마찰로 인해 발생할 수 있는 긁힘으로부터 보호받게 되는 것이 바람직하다.
따라서, 연성 금속 리본의 적어도 하나의 제1 부분이 상기 하우징에, 특히, 상기 프레임 또는 상기 프레임의 지지 표면에 납땜, 특히, 연성 납땜되고, 상기 연성 금속 리본의 제2 부분이 상기 투명벽, 특히, 상기 투명벽의 금속화 영역에 납땜, 특히, 연성 납땜되도록 제공된다.
본 발명의 다른 측면에서는, 상기 흡수기가, 적어도 태양광 방사에 노출되는 해당 면에 선택적 흡수기 필름, 특히, 크롬 블랙으로 코팅된, 적어도 하나의 구리판, 특히, OFE 또는 OFS 구리판을 포함하도록 제공된다. 구리판으로 제작된 흡수기는 주로 예를 들어, OFE 또는 OFS 구리판이 이용되는 때, 약 1 내지 2 밀리미터의 평균 두께를 나타낸다. 대개, 선택적 흡수 필름으로서, 약 350℃ 내지 400℃ 의 긴시간 가열을 견딜수 있는 그러한 필름들이 선호된다. 상기 판 흡수기들의 뒤는 바람직하게는 도관, 예를 들어, 열 추출을 위한 냉각 파이프에 고정된다. 150℃ 까지의 응용에 대해서, 주로 물이 냉각 유체로서 이용될 수 있는 반면에, 더 높은 온도의 응용을 위해서는 기름 또는 공기가 선호된다.
또한, 적어도 하나의, 특히, 본질적으로 U자형의 도관이, 특히, 용접 또는 납땜에 의해, 적어도 하나의 흡수기에 열적으로 부착되거나, 상기 도관이 상기 고정 구조, 특히, 상기 주변 프레임 또는 적어도 하나의 스페이서와, 직접적인 열 접촉을 하지 않도록 배열되는, 평판 태양열 집열기가 제공된다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예에서, 적어도 하나의 외부 펌프, 특히, 터보 분자 펌프 스테이션이 제공된다. 그러한 외부 펌프는 충분히 낮은 압력을 초기에 수립하기 위해 이용될 수 있어서, 다음에서, 통합된 펌프, 예를 들어, 게터 기술에 기반한 펌프를 이용할 수 있다.
본 발명의 목적은, 상기 집열기의 뒷 부분이 투명벽을 포함하는 태양열 집열기에 의해 해결될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 흡수기, 특히, 판 흡수기, 상기 적어도 하나의 흡수기와 적어도 열적으로 연결된 적어도 하나의 도관, 주변 프레임, 특히, 금속 프레임, 전반 투명벽 및 후반 투명벽을 포함하는 평판 태양열 집열기가 제공되고, 상기 프레임의 상부 면 및 상기 전면 투명벽(특히, 그 주변) 및 상기 프레임의 하부 면 및 상기 후면 투명벽 각각이 오버래핑 투명벽을 가지며, 상기 프레임의 상기 상부 면, 특히, 지지 표면에 마주하는 상기 전면 투명벽의 해당 면의 오버래핑 영역의 적어도 일부 및 상기 프레임의 뒷 면, 특히, 지지 표면에 마주하는 후면 투명벽의 해당 면의 오버래핑 영역의 적어도 일부 각각이 적어도 하나의 제1 금속층으로 코팅되고, 특히, 플라즈마 스프레드 구리층으로 금속화되며, 각 제1 금속층은 적어도 하나의 제2 금속층, 특히, 주석 커버층으로 보호되며, 상기 프레임 및 상기 전면 투명벽(특히, 그 주변) 및 상기 프레임 및 상기 후면 투명벽(특히, 그 주변) 각각이, 제1 연성 금속 리본 및 제2 연성 금속 리본(특히 주변 금속 리본, 특히, 납 또는 구리 금속 리본)에 의해 함께 고정된다. 상기 제1 금속리본은, 특히, 적어도 하나의 제1 부분을 통해, 상기 전면 투명벽의 금속화 영역으로 및 적어도 하나의 제2 부분을 통해, 특히, 그 반대 면에, 상기 프레임으로, 특히 정의된 납땜 부분에 걸쳐, 연성 납땜되도록 구성되어 있으며, 상기 프레임 및 상기 후면 투명벽(특히, 그 주변)은 제2(특히, 주변의) 연성 금속 리본, 특히 납 또는 구리 금속 리본의 이용에 의해 함께 고정된다. 상기 제2 연성 금속 리본은, 특히, 적어도 하나의 제1 부분을 통해, 상기 후면 투명벽의 금속화 영역으로 및 적어도 하나의 제2 부분을 통해, 특히, 그 반대 면에, 상기 프레임으로, 특히 정의된 납땜 부분에 걸쳐, 연성 납땜되도록 구성되어 있다. 상기 제1 및 제2 연성 금속 리본은 바람직하게는, 적어도 부분적으로 상기 고정 구조에 평행하도록 배열되어 있다.
본 발명의 평판 태양열 집열기 및 태양광을 상기 후면 투명벽으로 반사하는데 적합한 거울을 함께 이용하여, 상기 흡수기에 가장 효과적으로 입사하는 태양 플럭스가 증가하도록 하는 평판 태양열 집열 시스템에 의해, 특별한 이익들이 이용될 수 있다. 따라서, 이전의 청구항들의 하나에 따른 적어도 하나의 평판 태양열 집열기 및 적어도 하나의 거울, 특히, 본질적으로 반원통형 거울을 포함하는 평판 태양열 집열 시스템이 제공된다. 상기 거울은 빛을 상기 평판 태양열 집열기의 적어도 하나의 투명벽 상으로 반사하도록 되어 있다. 한 바람직한 실시예에서, 상기 평판 태양열 집열기는, 상기 반원통형 거울 위에, 특히, 상기 거울로 입사되는 태양광의 확산 성분 조차 거의 완전하게 상기 평판 태양열 집열기의 후면에 반사될 수 있도록 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 예를 들어, 반원통형 거울이 이용되면, 상기 태양열 집열기는 본질적으로 상기 반원통형 거울의 축을 따라 배치된다.
더욱이, 상기 거울의 단면적은 원형 호, 또는 원형 호의 일부, 특히, 반원보다 작은 일부를 나타내는 것이 제시된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 태양열 집열기가 두 인접한 반원통형 거울 또는 단면적이 원형 호의 형태를 나타내는 거울들의 위에 위치하는 평판 태양열 집열 시스템이 제공된다. 상기 거울들을 서로 인접하도록 위치시킴에 의해, 모두 상기 거울들로 입사되는 태양광을 상기 집열기의 뒷 부분으로 반사시킬 것이다.
전면 벽 및 후면 벽이 투명한 평판 태양열 집열기를 이용하는 때, 상기 흡수기의 전면 및 후면을 선택적인 흡수기 필름, 특히, 크롬 블랙 또는 약 350℃ 내지 400℃ 정도의 장기간의 가열을 견딜 수 있는 다른 코팅으로 암처리하는 것이 바람직하다.
상기 표면 기체 배기(outgassing)는, 본 발명의 전체 평판 태양열 집열기가 바람직하게는 약 150℃ 또는 그 이상에서, 특히, 수시간 동안 가열되는 경우, 상기 집열기를 외부 펌핑 스테이션으로 비우면서, 상당히 감소될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 평판 태양열 집열기는 바람직하게는 이하의 단계에 따라 만들어진다.
a) 적어도 하나의 고정 구조(특히, 적어도 하나의 주변 프레임 또는 적어도 하나의 스페이서), 적어도 하나의 흡수기(특히, 판 흡수기), 적어도 하나의 도관, 적어도 하나의 제1 투명벽, 적어도 하나의 바닥부 또는 적어도 하나의 제2 투명벽을 제공하는 단계로서, 이때 상기 제1 또는 제2 투명벽(특히, 그 주변)이 특히, 제1 금속층(특히, 플라즈마 스프레드 구리층) 및 제2 금속층(특히, 주석 커버층)을 포함하는 금속 코팅을 적어도 부분적으로 포함하는 단계,
b) 상기 스페이서를 상기 주변 프레임에 끼우는 단계,
c) 흡수기에 특히, 용접 또는 납땜에 의해 열적으로 연결된 적어도 하나의 도관을, 특히 적어도 하나의 스냅 피팅(snap fitting) 소자에 의해 적어도 하나의 스페이서로, 및 상기 주변 프레임 내의 연결 포트로 끼우는 단계,
d) 상기 도관의 말단을 상기 연결포트에 용접하는 단계,
e) 상기 제1 투명벽을, 연성 금속 리본이 상기 고정 구조로 연성 납땜된 금속 코팅으로 끼우는 단계,
f) 상기 연성 금속 리본을 상기 고정 구조에 납땜하여, 상기 고정 구조에 본질적으로 평행한 상기 연성 금속 리본의 적어도 일부를 특히 배열하게 되는 단계,
g) 상기 평판 태양열 집열기를 특히, 펌핑 포트를 통해, 적어도 하나의 외부 펌프의 이용에 의해 비우는 단계,
h) 상기 집열기의 충분한 기체 배기(outgassing)를 제공하기 위해, 상기 평판 태양열 집열기를 약 120℃로부터 약 170℃까지(특히, 약 150℃ 까지), 일정 주기의 시간(특히, 적어도 30분) 동안 가열하는 단계,
i) 상기 게터를 동작시키기 위해, 상기 평판 태양열 집열기(특히, 집중형 게터 또는 게터 코팅을 포함하는 상기 평판 태양열 집열기의 부분들)를 170℃ 이상의 온도로(특히, 약 180℃ 또는 그 이상으로) 가열하는 단계, 및
j) 특히, 밸브를 닫거나 상기 펌핑 포트에서의 도관 연결을 핀치 오프함에 의해, 상기 평판 태양열 집열기를 격리하는 단계.
상기 방법의 일부로서 또는 별도로, 상기 게터 펌프 또는 게터 코팅은, 충분한 주기의 시간 동안 상기 평판을 상승된 온도로 유지함에 의해, 상기 펌핑 포트를 닫기 전에 열적으로 활성화될 수 있다. 예를 들면, TiZrV 코팅이 게터 재료로서 이용되면, 가열은 바람직하게는 약 180℃ 내지 200℃에서 약 두 시간 동안 계속된다. 이 방법에 의해서, 10- 8토르 미만의 압력이 얻어질 수 있다. 본 발명에 따른 상기 평판 태양열 집열기는 이후, 밸브 또는 바람직하게는 상기 연결 파이프를 핀치 오프함에 의해 격리된다.
상기 고정 구조 및 상기 바닥부가 이미 결합되지 않았다면, 상기 바닥부를 상기 고정 구조, 특히, 그 프레임에, 진공밀폐방식으로 끼우는 단계는 상기 제조 과정에 통합될 수 있다.
상기 고정 구조의 양면이, 바닥부를 상기 고정 구조에 끼우는 대신에, 상기 투명벽과 함께 제공되어야 하는 경우, 이후의 단계는 상기 제조 과정에 통합되어야만 한다: 연성 금속 리본이 상기 고정 구조에 연성 납땜된 금속 코팅으로 상기 제2 투명벽을 끼우는 단계, 및 상기 연성 금속 리본을 상기 고정 구조에 납땜하는 단계.
따라서, 본 발명은, 매우 낮은 압력에 접근하기 쉬운 평판 태양열 집열기가 얻어질 수 있어서, 꽤 충분한 주변 유리 대 금속 밀봉을 제공하는 놀라운 인식에 기반한 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 평판 태양열 집열기는, 상기 밀봉에 손상을 가함이 없이, 상기 태양열 집열기의 다른 재료들의 다른 팽창으로부터 야기되는 열적 압박을 수용하는데 적절히 적응된다. 따라서, 이러한 평판 태양열 집열기는, 외부 펌핑 스테이션의 이용에 의해 상기 하우징을 비울 필요없이 상당히 긴 기간 동안, 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 평판 태양열 집열기는 다양한 기후 조건 하에서, 다수의 다른 응용예들에 대해 이용될 수 있다. 또한, 약 30℃ 내지 약 300℃ 까지의 상기 전체 온도 범위 및 그 이상이 커버될 수 있다. 본 발명에 따른 평판 태양열 집열기와 함께, 심지어 오직 한 면으로부터 태양 방사에 노출된 것들과 함께, 약 350℃ 및 그 이상의 평형 온도가 얻어졌다. 비워지지 않은 집열기에 의해 이미 달성될 수 있는 내부 가열은 별론으로 하고, 본 발명에 따른 상기 평판 태양열 집열기 또한 전력 생성을 위해, 예를 들어, 집열기 필드를 이용하여, 냉동 및 공기 조절을 위해 이용될 수 있다. 게다가, 본 발명에 따른 평판 태양열 집열기는 물로부터의 수소 생성, 해수의 담수화 및 상업용 또는 주거용 요리를 위한 핫 오일(hot oil)의 생성을 위해 이용될 수 있다.
또한, 상기 태양열 집열기의 유지는 보다 쉬우며, 유지 작업을 위해 필요한 시간은 감소된다. 본 발명의 다른 장점은, 매우 쉽게 조립될 수 있고, 따라서, 경제적인 대량 생산을 허용하는 태양열 집열기가 개시된다는 것이다. 또한, 매우 신뢰할 만한 금속 대 유리 밀봉이 제공된다는 것이 가장 큰 장점이다. 또한, 매우 큰 투명판이 이용될 수 있음에 따라, 매우 다양한 기술 응용예들이 본 발명에 따른 평판 태양열 집열기에 접근 가능하다.
본 발명의 더 이상의 특징들 및 장점들은 이하의 설명들로부터 유도될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예들은 개략적 도면을 바탕으로 한 예시에 의해 상세하게 설명된다.
도 1a는 본 발명에 따른 평판 태양열 집열기의 평면도를 나타낸다.
도 1b는 본 발명에 따른 평판 태양열 집열기의 분해 사시도를 나타낸다.
도 1c는 본 발명에 따른 평판 태양열 집열기의 다른 분해 사시도를 나타낸다.
도 1d는 도 1c에 따른 평판 태양열 집열기의 측면 부분의 개략적 부분도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 평판 태양열 집열기의 주변 밀봉 구성의 개략적 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 평판 태양열 집열기의 주변 밀봉 구성의 개략적 단면도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 평판 태양열 집열기의 주변 밀봉 구성의 개략적 단면도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 평판 태양열 집열기의 주변 밀봉 구성의 개략적 단면도를 나타낸 것이다.
도 6은 냉각 파이프를 포함하는 본 발명에 따른 평판 태양열 집열기의 주변 밀봉 구성의 개략적 단면도를 나타낸 것이다.
도 7은 비우기를 위한 측면 연결을 포함한 본 발명에 따른 평판 태양열 집열 기의 주변 밀봉 구성의 개략적 단면도를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 평판 태양열 집열기의 다른 실시예를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 평판 태양열 집열기의 다른 실시예를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 평판 태양열 집열 시스템의 다른 실시예를 나타낸 것이다.
참고 리스트
1, 1' 평판 태양열 집열기
2 고정 구조
4 투명(평면)벽
6 하우징의 바닥부
8 하우징의 측면 프레임
10 세로 스페이서 금속 바
12 가로 스페이서 금속 바
14 펌핑 포트
16 냉각 파이프
17 연결 포트
18 냉각 파이프
19 연결 포트
20 판 흡수기
24 팽창 벨로우
26 팽창 벨로우
28 프레임(8)의 측벽 세그먼트
30 지지 표면
32 연성 금속 리본
34 연성 납땜 제1 부분
36 연성 납땜 제2 부분
38 냉각 파이프
40 팽창 벨로우
42 측면 연결
44 연결 포트
46 상부 투명 평면 벽
48 하부 투명 평면 벽
50 주변 프레임
52 스페이서 금속 바
54 반원통형 거울
56, 56' 평판 태양열 집열 시스템
58 반원통형 거울
60 반원통형 거울
68 측벽
70 지지 표면
72 지지 표면
74 연성 금속 리본
76 연성 금속 리본
78 연성 납땜 부분
80 연성 납땜 부분
82 연성 납땜 부분
84 연성 납땜 부분
도 1a에는, 직사각형의 모양을 갖고, 금속 박스 형태의 하우징(2) 및 상부 투명(평면)벽(4)을 구비한 평판 태양열 집열기(1)가 도시되어 있다. 상기 하우징(2)은 본질적으로 평평한 바닥부(6) 및 주변(perimetric) 측면 프레임(8)을 포함한다. 상기 상부 투명벽(4)은 상기 프레임(8)의 주위를 따라 위치한다. 세로 및 가로 금속 바(10, 12)는 상기 투명벽(4)을 지지하기 위한 스페이서로 이용된다. 상기 평판 태양열 집열기(1) 내의 저압력은, 프레임(8)을 통한 상기 하우징(2)으로의 측면 연결을 나타내는 연결 포트(connecting port)(14)를 통해 수립될 수 있다. 도관 또는 냉각(cooling) 파이프(16, 18)는 상기 하우징 내에, 바람직하게는 상기 바닥부(6) 및 판 흡수기(20)(밑에 있는 냉각 파이프 시스템을 나타내기 위해 점선으로 나타낸) 사이에 위치한다. 태양광에 노출되기 쉬운(subjectable) 상기 판 흡수기(20)의 표면은 바람직하게는 흑색 필름으로 코팅된다. 또한, 상기 냉각 파이 프(16, 18)는 상기 판 흡수기(20)의 배면에 열적으로 연결된다. 도 1a에 따른 평판 태양열 집열기(1)는, 매우 낮은 압력이 얻어질 수 있고, 또한 매우 긴 기간동안 유지될 수 있는, 예를 들어, 프레임(8)에 가까이 위치한 집중 게터 펌프(lump getter pump)(도시되지 않음)를 더 포함한다. 차등적인 열 팽창에 맞추기 위해, 상기 하우징(2) 외부에 팽창 벨로우(expansion bellows)(24, 26)를 갖는 냉각 파이프(16, 18)를 제공하는 것이 이로운 것으로 인식되어져 왔다.
도 1b에서, 평판 태양열 집열기(1)는 개개의 구성요소들을 조립 위치로부터 인위적으로 떨어뜨린 상태로 도시된다. 상기 고정 구조(2)는 측면 프레임(8) 및 각각이 십자 같은 모양을 형성하는 세로 및 가로 스페이서 금속 바(10, 12)를 갖는 직사각형 모양이다. 상기 스페이서 바(bar)들 및 상기 주변 프레임의 높이는, 상기 투명 평면벽이 냉각 파이프(16, 18) 및 판 흡수기(20)의 위에 배치되는 때, 냉각 파이프(16, 18) 및 판 흡수기(20)가 상기 평판 태양열 집열기(1)의 하우징 내에 수용될 수 있도록 조정된다. 상기 개개의 판 흡수기(20)들은, 그들이 상기 스페이서 바 및 측면 프레임(8)에 의해 생성된 칸막이 내에 맞도록 크기를 갖는다. 상기 냉각 파이프(16, 18)(예를 들어, U자 형태를 갖는)는 상기 개개의 판 흡수기들에 부착되어, 모든 네(four) 판 흡수기(20)들과 접촉하게 된다. 가장 편리하게는, 상기 스페이서 바(10, 12)는, 상기 냉각 파이프(16, 18)를 차지하고 고정하기 위해, 예를 들어, 클립의 모양으로, 각 잘라낸 부분(cut-out)을 갖도록 제공된다. 상기 냉각 파이프(16, 18) 및 스페이서 바(10, 12) 사이에 본질적으로 열성(thermal) 접촉이 없도록 주의해야 한다. 이는, 예를 들어, 클립 또는 다른 떨어져 있는 조각 들을 이용함에 의해 달성될 수 있다. 상기 고정 구조(2) 내의 냉각 파이프(16, 18)의 단자 부분들은 상기 측면 프레임(8)에 통합되어 있는 연결 포트(17, 19)로 각각 합쳐진다.
도 1c로부터, 아래에서 바라본 도 1b에 따른 평판 태양열 집열기의 분해도가 유도될 수 있다. 도 1c에 나타낸 바와 같이, 상기 냉각 파이프(16, 18)는, 상기 판 흡수기(20)로부터 상기 냉각 파이프 내에서 전달되는 유체로의 열 에너지의 최대 전달을 보장하기 위해, 각 개개의 판 흡수기(20)의 전체 바닥부에 부착된다. 대체 실시예에서, 상기 평판 태양열 집열기의 커버 면에 투명벽(4)이 제공될 수 있을 뿐만 아니라, 그 반대 부분이 상기 하우징의 바닥부(6)를 다른 투명 평면벽에 의해 대체할 수 있게 된다. 이 실시예에서, 상기 판 흡수기(20)은 양 면상에서 어둡게 처리된다. 다르게는, 다른 쌍의 판 흡수기(20)가 제2 투명 평면벽 및 상기 냉각 파이프(16, 18) 사이에 위치한다. 그러한 실시예에서, 상기 냉각 파이프(16, 18)는 두 셋트의 판 흡수기 사이에 샌드위치되며, 결국은 열적으로 그 관(tubing)의 반대면 상에서 그 반대 판 흡수기와 연결된다. 그러나, 상기 제2 셋트의 판 흡수기들에 별도의 냉각 파이프 시스템을 제공할 수 있어서, 적어도 두 별도의 냉각 파이프들이 상기 제1 및 제2 셋트의 판 흡수기들 사이에 배치된다.
도 1d에서, 도 1b에 따른 평판 태양열 집열기(1)의 일부가 확대되어 보여질 수 있다. 상기 냉각 파이프(16, 18)의 단자 부분을 차지하는 연결 포트(17, 19)에는, 열적으로 유도된 넓이의 변화에 대응하기 위해 팽창 벨로우(24, 26)가 각각 제공된다. 상기 펌핑(pumping) 포트는, 상기 평판 태양열 집열기(1)의 고도로 진공 밀폐된 하우징을 보장하기 위해 닫히고 핀치 오프(pinched off)된 후에 보여진다.
도 2 내지 5에서, 상기 상부 투명벽(4)을 하우징(2)으로 연결하는 데 이용될 수 있는 다른 밀봉(sealing) 모드들이 도시된다. 도 2에서, 본 발명의 평판 태양열 집열기(1)의 모서리 부분의 단면도가 개략적으로 도시된다. 상기 프레임(8)은 상기 바닥부(6)와 본질적으로 수직인 측벽(28) 세그먼트를 포함하며, 상기 측벽(28)의 외부 모서리에, 바람직하게는 상기 바닥부(6)에 평행하게 연장되어 상기 측벽(28)에 본질적으로 수직으로 향하게 되는 지지 표면(30)이 제공된다. 상기 지지 표면(30) 및 투명벽(4)의 주위 사이에 연성 금속 리본(32)을 배치함에 의해 도 2의 실시예에 따른 상기 평판 태양열 집열기(1)의 밀봉이 달성된다. 이 실시예에서, 바람직하게는 상기 투명벽(4)에 연성 납땜되어야 하는 연성 금속 리본의 그러한 부분이 배치되는 곳에, 상기 투명벽(4)의 적어도 하부 표면이 그 주변을 따라 주석-구리 금속화를 통해 코팅된다. 현재의 예에서, 상기 연성 금속 리본(32)은, 상기 전체 하우징(2) 처럼 금속으로 주로 만들어진 상기 상부의 지지 표면(30)에 연성 납땜되는 제1 부분(34)을 갖는다. 더욱이, 상기 연성 금속 리본(32)은 제2 연성 납땜 부분(36)을 통해 상기 투명벽(4)에 고정되어, 진공 상태에 있지 않은 체적을 최소화하는데 아주 적합한 매우 빈틈없는 밀봉을 제공하게 된다. 상기 투명벽(4) 및 상기 프레임(8) 사이에 직접적인 접촉이 없기 때문에, 상기 투명벽은 상기 프레임의 금속 구조에 대한 마찰로 인해 야기될 수 있는 긁힘으로부터 보호된다. 상기 판유리과 금속 고정 구조 사이의 바람직한 결합 모드의 공통의 특징으로서, 상기 연성 금속 리본은 적어도 부분적으로 본질적으로 상기 금속 고정 구조, 예를 들어, 상기 프레임에 평행하도록 배치된다.
유사하게, 도 5는 상기 투명벽(4)과 상기 지지 표면(30) 간의 직접적인 접촉을 역시 방지하는, 본 발명에 따른 평판 태양열 집열기를 위한 대안적 밀봉 모드를 제공한다. 도 1과 다르게, 상기 연성 금속 리본(32)은, 제1 부분(34)을 통해, 바람직하게는, 상기 연성 금속 리본(32)의 일 단부에 위치한 상기 지지 표면(30)에 연성 납땜되고, 상기 투명벽(4)의 금속화된 정면의 주변에 고정된, 제2 연성 납땜 부분(36)을 통해 상기 상부의 투명벽(4)으로 연성 납땜된다.
다르게는, 빈틈없는 밀봉이, 제1 연성 납땜 부분(34)을 통해 상기 측벽(28)에, 및 제2 연성 납땜 부분(36)을 통해 상기 투명벽(4)의 주변에서 상부 표면에 부착된 연성 금속 리본(32)의 이용에 의해 또한 얻어질 수 있다. 따라서, 상기 연성 금속 리본(32)은 도 3에서 상기 투명벽(4) 및 상기 지지 표면(30)의 접합부를 밀봉한다. 도 4로부터, 제1 연성 납땜 부분(34)을 통해 상기 측벽(28)에 및 제2 연성 납땜 부분(36)을 통해 상기 투명벽(4)의 하부 표면에 부착된 상기 연성 금속 리본(32)에 따른 다른 밀봉 모드가 유도될 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 투명벽(4)의 하부 표면은 앞서 기술된 바와 같이 그 주변을 따라 금속 층으로 덮힌다. 도 2, 3 및 5에 도시된 실시예들과 다르게, 도 4의 평판 태양열 집열기(1)는 하우징(2) 보다 약간 더 큰 사이즈의 투명벽(4)을 이용하여, 그 주위를 따라 측벽(28) 이상으로 연장된다.
도 6에서, 상기 냉각 파이프(38)의 연결이 개략도 내에 도시된다. 한편으로는, 측면 프레임(8) 내의 개구로 연결되고, 다른 한편으로는, 예를 들어 열적 절연 (thermal insulation)으로 연결된 팽창 벨로우(40)가 상기 평판 태양열 집열기(1) 내에 이용되는 다른 물질의 열 팽창 차이를 극복하는데 이용된다. 또한, 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 측면 연결(42)이 외부 펌핑 스테이션을 위한 연결 수단으로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 연결 포트(44)에, 상기 평판 태양열 집열기(1)를 밀봉하기 위해 밸브가 제공될 수 있다. 바람직하게는, 상기 측면 연결이 적절한 밀봉을 제공하기 위해 핀치 오프된다.
도 8로부터, 상부 투명 평면 벽(46), 하부 투명 평면 벽(48) 및 바람직하게는 금속으로 만들어진 주변(circumferencial peripheral) 벽 또는 프레임(50)을 포함하는 대안적 평판 태양열 집열기(1')가 유도될 수 있다. 가장 바람직하게는, 프레임(50)에는, 측벽(68), 및 상부 투명 평면 벽(46) 및 하부 투명 평면 벽(48)이 배치될 수 있는 프레임(50)의 상부 및 하부 상의 주변 지지 표면(70, 72)이 구비된다. 평판 태양열 집열기(1)와 마찬가지로, 상기 대안적 평판 태양열 집열기(1')에는, 스페이서로서 기능하고, 상기 상부 투명 평면 벽(46) 및 하부 투명 평면 벽(48) 모두를 지지하는 금속 바(52)가 제공될 수 있다. 다시, 상기 상부 평면 벽(46)과 상기 표면(70) 사이의 빈틈없는 접합부, 및 상기 하부 평면 벽(48)과 상기 지지 표면(72) 사이의 빈틈없는 접합부는 연성 납땜 부분(78, 80, 82, 84)를 각각 포함하는 개개의 연성 금속 리본들(74, 76) 각각에 의해 달성될 수 있다. 상기 연성 금속 리본들이 연성 납땜되는 상기 평면 벽(46, 48)의 적어도 그러한 부분들이 특히 이중 금속층 시스템, 예를 들어 주석/구리 이중층에 의해 금속화되었다. 상기 상부 지지 표면으로부터 상기 측벽을 따라 상기 하부 지지 표면으로 연장된 하 나의 연성 금속 리본(도시되지 않음)을 이용하는 것 또한 가능하다.
본 발명의 실시예에서, 상기 평판 태양열 집열기(1')는 반원통형 또는 트로(trough) 같은 모양의 거울(54)과 함께 이용되어, 평판 태양열 집열 시스템(56)을 제공한다. 도 9에 도시된 하나의 실시예에서, 평판 태양열 집열기(1')는 상기 거울 개구의 실질적으로 절반을 덮는 반원통형 거울(54)의 축을 따라 위치한다. 다음, 태양광은 상기 태양열 집열기(1')에 의해 덮히지 않은 반원통형 부분으로 입사될 수 있고, 따라서, 상기 집열기의 뒤로 반사될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 흡수기 상으로 입사되는 태양 플럭스가 가장 효과적으로 증가될 수 있다. 바람직하게는, 상기 흡수기는 그 상부 뿐만 아니라 그 하부 상에 흑색 표면으로 코팅된다. 상기 평판 태양열 집열 시스템(56)의 기초를 이루는 개념은 도 10에 도시된 바와 같은 배열과 함께 이용될 수 있다. 도 10의 평판 태양열 집열 시스템(56')은 각각의 모서리 부분에서 적어도 가까이 위치하거나, 결합되거나 부착되어, 실질적으로 W 모양이 된 두 인접한 반원통형 거울을 이용한다. 두 반원통형 모양 거울(58, 60)의 접합부의 상부 상에, 상기 평판 태양열 집열기(1')가 위치하여, 상기 반원통형의 거울(60)의 일부 뿐만 아니라 상기 반원통형 거울(58)의 일부를 덮는다. 다음, 태양광은 평판 태양열 집열기(1')에 의해 덮히지 않은 부분들을 통하여 반원통형 거울들(58, 60)로 입사될 수 있다.
본 발명이 상기 기술들 내에서 상기 도면들과 함께 상세하게 개시되고 기술 된 반면에, 기술된 본 발명은 예시적인 것이며 그에 제한되지 않는다. 또한, 오직 바람직한 실시예들만이 제시되고 기술되었으며, 본 발명의 범위 내에 드는 모든 변화들 및 변경들은 보호되어야 하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (58)

  1. 비울 수 있고 진공밀폐(vacuum-tight)이도록 개조된 평판 태양열 집열기(1,1')로서, 상기 집열기가,
    흡수기(20),
    상기 흡수기(20)와 열적으로 연결된 도관(16, 18),
    측면 프레임(8)을 포함하는 고정 구조(2), 및
    제1 투명벽(4, 46)을 포함하며,
    상기 고정 구조 및 제1 투명벽(4, 46)은 오버래핑 영역을 가지며,
    상기 제1 투명벽(4, 46)의 한 면의 상기 오버래핑 영역 상에 금속코팅이 형성되거나, 상기 금속코팅이 형성되는 상기 제1 투명벽(4, 46)의 면에 금속코팅이 형성되어, 상기 투명벽(4, 46) 상에 금속화 영역을 제공하며,
    상기 평판 태양열 집열기는, 상기 제1 투명벽(4, 46) 및 상기 고정 구조(2) 사이의 접합점을 밀봉하고 상기 고정 구조(2) 및 상기 제1 투명벽(4, 46)의 상기 금속화 영역에 납땜되도록 개조된 연성 금속 리본(32)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡수기(20)는 판 흡수기인 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정 구조(2)는 금속으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명벽은 평면 벽인 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 투명벽은 판유리인 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명벽(4, 46) 및 상기 프레임(8)은 오버래핑 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속 코팅은 제1 금속층 및 제2 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 금속층은 플라즈마 스프레드 구리층인 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 금속층은 주석 커버층인 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  12. 제1항에 있어서,
    상기 연성 금속 리본(32)은 납 또는 구리 리본인 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  13. 제1항에 있어서,
    상기 연성 금속 리본(32)은, 상기 제1 투명벽(4, 46)의 상기 금속화 영역 및 상기 고정 구조(2)의 측면 프레임(8)에 납땜되는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  14. 제1항에 있어서,
    상기 고정 구조(2)에 부착되어, 진공밀폐되도록 개조된 하우징을 형성하는 바닥부(6)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  15. 제1항에 있어서,
    상기 고정 구조(2)에 의해 상기 제1 투명벽으로부터 떨어져 있는, 제2 투명벽(48)을 더 포함하고,
    상기 제2 투명벽(48) 및 상기 프레임(8)이 오버래핑 영역을 가지며,
    상기 제2 투명벽(48)의 한 면의 상기 오버래핑 영역 상에 금속 코팅이 형성되거나, 상기 금속 코팅이 형성되는 상기 제2 투명벽(48)의 면에 금속 코팅이 형성되어, 상기 제2 투명벽(48) 상에 금속화 영역이 제공되며,
    상기 평판 태양열 집열기(1,1')가, 상기 제2 투명벽(48) 및 상기 고정 구조(2) 사이의 접합점을 밀봉하고 상기 고정 구조(2) 및 상기 제2 투명벽(48)의 상기 금속화 영역으로 납땜되도록 개조된 연성 금속 리본을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 투명벽은 평면 판유리인 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제15항에 있어서,
    상기 금속 코팅은 제1 금속층 및 제2 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 금속층은 플라즈마 스프레드 구리층을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제2 금속층은 주석 커버층을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  23. 제15항에 있어서,
    상기 연성 금속 리본은 납 또는 구리 리본인 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  24. 제15항에 있어서,
    상기 연성 금속 리본은 상기 고정 구조(2)의 프레임(8) 및 상기 제2 투명벽 사이의 접합점을 밀봉하도록 개조되는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1,1').
  25. 제1항에 있어서,
    연성 금속 리본(32)이 상기 고정 구조(2)에 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  26. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명벽(4, 46) 및 상기 고정 구조(2)의 바닥부(6) 또는 프레임(8)은 연성 금속 리본(32)의 이용에 의해 함께 고정되며,
    상기 연성 금속 리본(32)은, 제1 연성 납땜 부분(34)을 통해 상기 고정 구조(2)에 연성 납땜되도록 개조되고 제2 연성 납땜 부분(36)을 통해 상기 제1 투명벽(4, 46)에 연성 납땜되도록 개조되는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  27. 제1항에 있어서,
    상기 고정 구조(2)는 금속바 형태의 스페이서(10, 12, 52)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  28. 제1항에 있어서,
    상기 고정 구조에 부착된 바닥부 및 상기 흡수기 사이에 놓여지도록 개조된, 차폐판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  29. 제28항에 있어서,
    상기 차폐판은 저(low)방사율의 차폐판인 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  30. 제15항에 있어서,
    상기 제1 투명벽(4, 46)과, 상기 제2 투명벽(48)과의 사이 또는 상기 고정 구조(2)에 부착되어 진공밀폐되도록 하우징을 형성하는 바닥부(6)와의 사이의 거리가 1 내지 10센티미터(cm)인 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  31. 제1항에 있어서,
    상기 고정 구조, 스페이서, 또는 고정 구조에 부착되어 진공밀폐되도록 하우징을 형성하는 바닥부는 구리, 강철 또는 알루미늄으로 만들어지거나, 또는 저(low)적외선 흡수 필름으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  32. 제1항에 있어서,
    고정 구조에 부착되어 진공밀폐되도록 하우징을 형성하는 바닥부 및 상기 고정 구조를 위해 이용되는 재료는 부식에 저항성을 갖도록 개조된 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  33. 제1항에 있어서,
    상기 고정 구조(2) 또는 상기 흡수기(20) 상에, 집중형 게터(lumped getter) 또는 게터 코팅을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  34. 제33항에 있어서,
    상기 게터 코팅은 1000nm 이하의 평균 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  35. 제1항에 있어서,
    상기 투명벽 및 상기 흡수기 사이에, 추가 투명벽을 더 포함하거나, 또는
    상기 투명벽의 내부 면 상에 또는 상기 추가 투명벽의 하나 또는 양 면 상에 적외선 거울 코팅을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  36. 제1항에 있어서,
    상기 도관은, 상기 측면 프레임(8)에 통합되는 진공밀폐 연결 포트(17, 19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  37. 제1항에 있어서,
    상기 고정 구조의 측벽 또는 측면 프레임으로 통합된 펌핑 포트(44) 형태의 연결 포트 및 상기 펌핑 포트에 연결될 수 있도록 개조된 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  38. 제1항에 있어서,
    상기 고정 구조(2)는,
    측벽(28), 및
    상기 투명벽(4, 46)을 지탱하도록 개조된 상기 측벽에 연결된 지지 표면(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  39. 제26항에 있어서,
    연성 금속 리본(32)의 제1 부분(34)이 상기 고정구조(2)에 납땜되고, 상기 연성 금속 리본(32)의 제2 부분(36)은 상기 제1 투명벽(4, 46)에 납땜되는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  40. 제1항에 있어서,
    상기 흡수기는, 태양광 방사에 노출될 수 있는 면 상에 선택적인 흡수 필름으로 코팅되는 구리판을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  41. 제40항에 있어서,
    상기 구리판은 OFE 또는 OFS 구리판인 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  42. 제40항에 있어서,
    상기 선택적인 흡수 필름은 크롬 블랙인 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  43. 제1항에 있어서,
    도관이 용접 또는 납땜에 의해 흡수기에 열적으로 부착되거나, 상기 도관이 상기 고정 구조와 직접적인 열적 접촉을 하지 않도록 배열되는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기(1, 1').
  44. 제1항 내지 제5항, 제7항, 제9항 내지 제16항, 제20항 내지 제43항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 평판 태양열 집열기(1, 1')와,
    상기 평판 태양열 집열기의 적어도 하나의 투명벽으로 빛을 반사하도록 개조된, 적어도 하나의 거울(54, 58, 60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열 시스템(56, 56').
  45. 제44항에 있어서,
    상기 거울은 반원통형 거울인 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열 시스템(56, 56').
  46. 제45항에 있어서,
    상기 평판 태양열 집열기(1, 1')는 반원통형 거울(54, 58, 60)의 축을 따라 배열된 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열 시스템(56, 56').
  47. 제44항에 있어서,
    상기 거울의 단면적이 원형 호(弧) 형태 또는 원형 호의 일부 형태를 나타내는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열 시스템(56, 56').
  48. 제44항에 있어서,
    상기 평판 태양열 집열기(1, 1')는 두 인접한 반원통형 거울(58, 60) 또는 단면적이 원형 호 형태 또는 원형 호의 일부의 형태를 나타내는 거울(54) 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열 시스템(56, 56').
  49. 제1항 내지 제5항, 제7항, 제9항 내지 제16항, 제20항 내지 제43항 중 어느 한 항에 따른 적어도 두 평판 태양열 집열기, 또는,
    제1항 내지 제5항, 제7항, 제9항 내지 제16항, 제20항 내지 제43항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 평판 태양열 집열기(1, 1')와, 상기 평판 태양열 집열기의 적어도 하나의 투명벽으로 빛을 반사하도록 개조된, 적어도 하나의 거울(54, 58, 60)을 포함하는 평판 태양열 집열 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 집열 어레이.
  50. 제37항에 따른 평판 태양열 집열기의 제조 방법으로서,
    a) 측면 프레임 및 스페이서를 포함하는 고정 구조, 흡수기, 도관, 제1 투명벽, 바닥부 또는 제2 투명벽을 제공하는 단계로서, 이때 상기 제1 투명벽 또는 제2 투명벽이 금속 코팅을 포함하는 단계,
    b) 상기 스페이서를 상기 측면 프레임에 끼우는 단계,
    c) 용접 또는 납땜에 의해 흡수기에 열적으로 연결된 도관을 스페이서로, 및 상기 측면 프레임 내의 연결 포트로 끼우는 단계,
    d) 상기 도관의 말단을 상기 연결포트에 용접하는 단계,
    e) 상기 제1 투명벽을, 연성 금속 리본이 상기 고정 구조로 연성 납땜된 금속 코팅으로 끼우는 단계,
    f) 상기 연성 금속 리본을 상기 고정 구조에 납땜하는 단계,
    g) 외부 펌프의 이용에 의해 상기 평판 태양열 집열기를 비우는 단계,
    h) 상기 집열기의 기체배기(outgassing)를 위해, 상기 평판 태양열 집열기를 120℃로부터 170℃까지, 일정 주기의 시간 동안 가열하는 단계,
    i) 게터를 동작시키기 위해, 집중형 게터 또는 게터 코팅을 포함하는 상기 평판 태양열 집열기의 부분들을 170℃ 이상의 온도로 가열하는 단계, 및
    j) 밸브를 닫거나 상기 펌핑 포트에서의 도관 연결을 핀치 오프함에 의해, 상기 평판 태양열 집열기를 격리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기 제조 방법.
  51. 제50항에 있어서,
    상기 흡수기는 판 흡수기인 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기 제조 방법.
  52. 제50항에 있어서,
    상기 금속 코팅은 제1 금속층 및 제2 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기 제조 방법.
  53. 제52항에 있어서,
    상기 제1 금속층은 플라즈마 스프레드 구리층인 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기 제조 방법.
  54. 제52항에 있어서,
    상기 제2 금속층은 주석 커버층인 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기 제조 방법.
  55. 제50항에 있어서,
    상기 도관은 스냅 피팅 소자에 의해 스페이서로 끼워지는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기 제조 방법.
  56. 제50항에 있어서,
    상기 연성 금속 리본의 일부가 상기 고정 구조에 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기 제조 방법.
  57. 제50항에 있어서,
    상기 바닥부를 상기 고정 구조에 진공밀폐 방식으로 끼우는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기 제조 방법.
  58. 제50항에 있어서,
    상기 제2 투명벽을, 연성 금속 리본이 상기 고정 구조에 연성 납땜된 금속 코팅으로 끼우고, 상기 연성 금속 리본을 상기 고정 구조로 납땜하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 태양열 집열기 제조 방법.
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