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KR101333989B1 - 태양열 집열판의 진공관 - Google Patents

태양열 집열판의 진공관 Download PDF

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KR101333989B1 KR1020130000513A KR20130000513A KR101333989B1 KR 101333989 B1 KR101333989 B1 KR 101333989B1 KR 1020130000513 A KR1020130000513 A KR 1020130000513A KR 20130000513 A KR20130000513 A KR 20130000513A KR 101333989 B1 KR101333989 B1 KR 101333989B1
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Abstract

본발명은 태양열 집열판의 진공관에 관한 것으로, 태양열에 의하여 물을 데워서 난방을 하기 위한 진공관(200)이 내부에 설치되는 태양열 집열판(10)의 진공관 설치구조에 있어서, 상기 집열판(10)은 상부가 후방으로 경사지게 설치되되, 집열판(10) 전방에 전방진공관(201)이 수평으로 설치되고, 상기 전방진공관(201) 후부에 후방진공관(202)이 수평으로 설치되며, 상기 전방진공관(201)과 후방진공관(202)은 높이 방향으로 서로 지그재그 모양으로 어긋나게 설치되어, 겨울철 상기 집열판(10) 내부의 전방진공관(201)과 후방진공관(202)이 모두 태양열을 용이하게 받을 수 있는 것으로,
본발명은 태양열 집열판을 후방으로 경사지게 설치하고, 또한 집열판 내부의 전방진공관과 후방진공관이 높이방향으로 서로 지그재그 모양으로 어긋나게 설치되어, 겨울철에 전방진공관과 후방진공관이 모두 태양열을 용이하게 받게 되어 태양열 집열판의 성능이 개선되고, 태양열 이용효율이 높아지는 현저한 효과가 있다.

Description

태양열 집열판의 진공관{VACUUM PIPE OF SOLAR HEAT COLLECTING PLATE}
본발명은 태양열 집열판의 진공관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양열 집열판을 후방으로 경사지게 설치하고, 또한 집열판 내부의 전방진공관과 후방진공관을 높이방향으로 서로 지그재그 모양으로 어긋나게 설치하여 겨울철에 전방진공관과 후방진공관이 모두 태양열을 용이하게 받게 되는 태양열 집열판의 진공관에 관한 것이다.
일반적으로 태양열을 이용하여 냉수를 온수로 전환시켜 사용하는 온수시스템은 등록특허공보 10-1051760호에 종래기술로 기재된 바와 같이, 냉수를 파이프내로 유입시킨 뒤이 파이프를 태양열로 가열하여 파이프내의 냉수가 데워지면 이 온수를 축열탱크에 담아두었다가 사용하는 기본원리로 구성되어 지지만, 집열과 축열, 열 교환 등에 있어서 얼마나 효율성이 높으냐에 따라 시스템의 성능이나 실제적용에의 성공여부가 판가름되므로 태양열 집열부분에 대한 기술개발이 보다 폭넓고 깊게 행하여져왔다.
진공관형 태양열 집열기술은 태양의 복사열로 물을 데워서 보관하는 이른바 진공보온병(Thermo Flask)의 원리를 응용한 것으로, 이중벽(Double Skin) 사이공간을 진공 단열처리 하여 대류나 열전도로 인한 열손실을 최소화시킴에 따라 오랫동안 온수를 보관하도록 사용되어 왔다.
여기서, 태양열 집열기는 상기 종래기술에 기재된 바와 같이, 외형적인 구조와 적용성을 고려하여 평판형과 진공관형의 태양열 집열기로 구분되며, 유리튜브를 (단일)진공관의 형태로 사용하는 방법이 개발되어서 유리튜브 내부에 집열판이 장착된 히트파이프를 삽입시키고 유리튜브의 상단으로 히트파이프를 돌출 설치시킨 상태에서 금속재질의 마개로 밀폐시키고 그 내부를 진공처리하여 집열판 표면에서 집열된 태양열을 대류에 의한 외부로의 열손실을 차단시키는 것이 있으며, 두 개의 유리튜브를 이중진공관의 형태로 사용하는 방법의 진공관형 태양열 집열기 등도 있다. 그러나, 이경우 매체(물)를 집열튜브 내에 직접 채워서 가열하는 방식은 일부에서 동절기등의 혹한기에 동파 문제나, 태양열에 의해 가열된 집열튜브내에 물이 갑자기 유입되면 열응력에 의해 열쇼크 현상이 발생하여 집열튜브가 파손되는 문제가 발견되고 있으며 또한, 튜브가 파손되면 축열조의 물이 파손된 튜브로 누수되는 위험성이 있다.
따라서 상기 등록특허공보 10-1051760호는 태양열을 이용하여 파이프내의 냉수를 온수로 전환시켜주는 태양열 집열부와; 파이프로 이동하는 상기 가열된 온수가 모아지도록 단열재로 피복되어 지상에 설치되는 온수탱크나 지하에 매설되는 탱크를 포함하며, 지하에 매설되는 축열탱크는 축열실과 선택적으로 설치되는 축열조를 구성하면서 지상이나 혹은 지하의 축열조를 독립적 혹은 혼합적으로 복합 연결하여 설치되는 축열부와; 축열된 온수가 냉난방용으로 사용가능하게 공간난방이나 베드난방 또는 지중난방을 위한 온수가 흐르는 배관에 연결되는 열이용부와; 상기한 온수의 집열과 축열 및 축열온수의 공급과 순환을 각각 제어하는 이용부 운전제어시스템과 개별 차온 제어시스템이 포함된 통합운전 자동제어시스템과; 상기 집열부에는 설치장소의 여건에 따라 평판형, 진공관형, 지붕재형의 집열기를 독립 혹은 혼합하여 설치됨과 아울러 복수개가 블록단위로 설치되는 단위구성별로 표준설계 및 시공을 위하여 특정모델로 규격화하여 이루어진 FU모듈(Field Unit Module)로 구성된 것을 특징으로 하는 태양열온수를 이용한 난방 플랜트를 공개하고 있다.
또한, 공개특허공보 공개번호 10-2012-0017310호에는 주택 및 아파트의 외벽이나 난간에 설치되어 태양열을 집열하여 공급된 원수를 가열하는 태양열 보일러에 있어서, 상기 태양열을 집열하도록 일정 길이의 관상으로 형성된 다수개의 집열관; 상기 집열관의 상부 또는 하부에 구비되어 인접되는 집열관을 연결하여 하나의 통로를 갖도록 일렬로 형성시키고, 상기 집열관을 진공상태로 형성하는 연결관과; 상기 연결관에 의해 일렬로 형성된 상기 집열관의 내부에 나선형상으로 말아져 형성되고, 일단을 통해 공급되는 원수가 대류하면서 가열되어져 타단을 통해 배출되는 대류관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 보일러가 공개되어 있다.
그러나 상기 종래 태양열 집열판의 진공관는 집열판 내부의 전방진공관과 후방진공관의 높이가 서로 일치되게 설치되어, 겨울철에 후방진공관이 전방진공관에 의하여 태양빛이 가려지게 되어 태양열 집열판의 성능이 저하되고, 태양열 이용효율이 낮아지는 단점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 태양열 집열판을 후방으로 경사지게 설치하고, 또한 집열판 내부의 전방진공관과 후방진공관이 높이방향으로 서로 지그재그 모양으로 어긋나게 설치되어, 겨울철에 전방진공관과 후방진공관이 모두 태양열을 용이하게 받게 되어 태양열 집열판의 성능이 개선되고, 태양열 이용효율이 높아지는 태양열 집열판의 진공관를 제공하고자 하는 것이다.
본발명은 태양열 집열판의 진공관에 관한 것으로, 태양열에 의하여 물을 데워서 난방을 하기 위한 진공관(200)이 내부에 설치되는 태양열 집열판(10)의 진공관 설치구조에 있어서, 상기 집열판(10)은 상부가 후방으로 경사지게 설치되되, 집열판(10) 전방에 전방진공관(201)이 수평으로 설치되고, 상기 전방진공관(201) 후부에 후방진공관(202)이 수평으로 설치되며, 상기 전방진공관(201)과 후방진공관(202)은 높이 방향으로 서로 지그재그 모양으로 어긋나게 설치되어, 겨울철 상기 집열판(10) 내부의 전방진공관(201)과 후방진공관(202)이 모두 태양열을 용이하게 받을 수 있는 것을 특징으로 한다.
본발명은 태양열 집열판을 후방으로 경사지게 설치하고, 또한 집열판 내부의 전방진공관과 후방진공관이 높이방향으로 서로 지그재그 모양으로 어긋나게 설치되어, 겨울철에 전방진공관과 후방진공관이 모두 태양열을 용이하게 받게 되어 태양열 집열판의 성능이 개선되고, 태양열 이용효율이 높아지는 현저한 효과가 있다.
도 1은 본발명 태양열 집열판의 진공관 설치구조 사시도
도 2는 본발명 여름철 태양열 집열판의 진공관 설치각도와 태양광 조사각도 설명도
도 3은 본발명 겨울철 태양열 집열판의 진공관 설치각도와 태양광 조사각도 설명도
도 4는 본발명 태양열 집열판의 진공관 내부에 설치되는 난방부재 설치 사진
도 5는 도 4의 난방부재 설치 상세사진
도 6은 본발명 태양열 집열판의 진공관 내부에 설치되는 사각막대형 난방부재 사시도
도 7은 본발명 태양열 집열판의 진공관 내부에 설치되는 사다리꼴형 난방부재 사시도
도 8은 본발명 태양열 집열판의 진공관 내부에 설치되는 사각막대형 난방부재에 오목홈이 형성된 단면도
도 9는 본발명 태양열 집열판의 진공관 내부에 설치되는 사다리꼴형 난방부재에 오목홈이 형성된 단면도
도 10은 본발명 태양열 집열판의 진공관 내부에 설치되는 내부부재와 외부부재가 일체로 된 사각막대형 난방부재 단면도
도 11은 본발명 태양열 집열판의 진공관 내부에 설치되는 내부부재와 외부부재가 일체로 된 사다리꼴형 난방부재 단면도
본발명은 태양열 집열판의 진공관에 관한 것으로, 태양열에 의하여 물을 데워서 난방을 하기 위한 진공관(200)이 내부에 설치되는 태양열 집열판(10)의 진공관 설치구조에 있어서, 상기 집열판(10)은 상부가 후방으로 경사지게 설치되되, 집열판(10) 전방에 전방진공관(201)이 수평으로 설치되고, 상기 전방진공관(201) 후부에 후방진공관(202)이 수평으로 설치되며, 상기 전방진공관(201)과 후방진공관(202)은 높이 방향으로 서로 지그재그 모양으로 어긋나게 설치되어, 겨울철 상기 집열판(10) 내부의 전방진공관(201)과 후방진공관(202)이 모두 태양열을 용이하게 받을 수 있는 것을 특징으로 한다.
본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본발명 태양열 집열판의 진공관 설치구조 사시도, 도 2는 본발명 여름철 태양열 집열판의 진공관 설치각도와 태양광 조사각도 설명도, 도 3은 본발명 겨울철 태양열 집열판의 진공관 설치각도와 태양광 조사각도 설명도, 도 4는 본발명 태양열 집열판의 진공관 내부에 설치되는 난방부재 설치 사진, 도 5는 도 4의 난방부재 설치 상세사진, 도 6은 본발명 태양열 집열판의 진공관 내부에 설치되는 사각막대형 난방부재 사시도, 도 7은 본발명 태양열 집열판의 진공관 내부에 설치되는 사다리꼴형 난방부재 사시도, 도 8은 본발명 태양열 집열판의 진공관 내부에 설치되는 사각막대형 난방부재에 오목홈이 형성된 단면도, 도 9는 본발명 태양열 집열판의 진공관 내부에 설치되는 사다리꼴형 난방부재에 오목홈이 형성된 단면도, 도 10은 본발명 태양열 집열판의 진공관 내부에 설치되는 내부부재와 외부부재가 일체로 된 사각막대형 난방부재 단면도, 도 11은 본발명 태양열 집열판의 진공관 내부에 설치되는 내부부재와 외부부재가 일체로 된 사다리꼴형 난방부재 단면도이다.
본발명은 태양열에 의하여 물을 데워서 난방을 하기 위한 진공관(200)이 내부에 설치되는 태양열 집열판(10)의 진공관 설치구조이다. 상기 집열판(10)은 상부가 후방으로 경사지게 설치된다. 그러므로 여름에는 태양의 고도가 높으므로 태양빛을 집열판이 많이 받지 못하는 각도가 되나, 겨울에는 태양의 고도가 여름보다 낮아지므로, 집열판이 상부가 후방으로 경사가 져서 태양빛을 여름보다 많이 받게 되는 효과가 있다.
그리고 상기 집열판(10) 내부에 설치되는 진공관은 크게 집열판 내부 전방에 지면과 수평으로 설치되는 전방전방진공관(201)과, 상기 전방진공관(201) 후부에 지면과 수평으로 설치되는 후방진공관(202)으로 구분된다. 상기 전후방진공관은 집열판의 높이방향을 따라 일정구간씩 다수 개가 평행하게 설치된다.
그리고 상기 전방진공관(201)과 후방진공관(202)은 높이방향으로 서로 지그재그 모양으로 어긋나게 설치되어, 겨울철 상기 집열판(10) 내부의 전방진공관(201)과 후방진공관(202)이 모두 태양열을 고루고루 균일하게 받을 수 있게 된다.
곧, 전방진공관이 후방진공관이 태양열을 받는데 방해가 되지 않게 되는 것이다.
한편, 본발명은 진공관(200) 내부에 난방부재(100)를 설치할 수 있다.
그리고 상기 난방부재(100)는 단면이 사각형인 사각막대이며, 상기 사각막대 양 끝단에는 철판과 같은 금속재질의 탄성이 있는 고정대(120)가 설치된다.곧, 상기 고정대(120)가 진공관(200)내부에 탄성력에 의해 긴밀하게 고정되는 것으로, 상기 고정대(120)는 가로, 세로 밴드(121, 122)가 사각막대의 양끝단에서 십자형으로 교차하며 내부로 굴곡되며 난방부재의 양끝단을 파지하며, 동시에 고정대(120)의 가로, 세로 밴드(121, 122)의 측면 굴곡된 부위 가 진공관(200) 내면에 탄성력에 의해 긴밀하게 이탈되지 않게 고정된다.
상기와 같이 삽입설치된 난방부재에 의해 진공관 내부의 물흐름 구간을 나누게 되므로, 진공관 내부에서 태양열에 의해 가열되어 수온이 높은 부위와 수온이 상대적으로 낮은 부위가 서로 혼합되어 흐름을 방해하여 물 및 온도의 흐름이 원활하지 않아 온수의 온도를 떨어뜨리는 현상을 방지하게 된다.
한편, 본발명의 상기 난방부재(100)는 단면이 사다리꼴형인 사다리꼴막대로 형성할 수 있다.
한편, 본발명의 상기 난방부재(100)는 내부부재와 상기 내부부재 외부에 일체로 형성되는 외부부재로 이루어지게 성형하는 것으로, 상기 내부부재는 강성이 높은 고밀도폴리에틸렌 재질이며, 외부부재는 탄성이 있는 저밀도폴리에틸렌 또는 실리콘 재질로 이루어진다. 그러므로 상기 난방부재(100)를 진공관(200)내부에 삽입할 시 상기 탄성이 있는 외부부재가 진공관(200) 내부에 밀착되며 고정되는 것이다. 이 경우 상기 난방부재의 형상은 사각막대 또는 사다리꼴 막대이다.
한편, 본발명에서 난방부재를 내외부를 일체로 하는 방법에 대해 기재하면, 인서트 사출방법을 이용하는 것으로 상기 난방부재의 내부부재를 먼저 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 재질로 사출성형하는 것으로, 사각형 또는 사다리꼴 단면 형상의 금형 내부에 가열용융된 수지를 넣고 사출성형하여 사각막대 또는 사다리꼴 막대형상으로 제작하고, 이후 상기 사출성형된 내부부재를 별개의 금형 내에 안치한 후, 저밀도폴리에틸렌(LDPE) 또는 실리콘 재질 가열용융수지를 인서트 사출하여 내부부재 및 외부부재가 일체로 성형되는 것이다.
한편, 상기 난방부재의 외면은 오목홈을 형성하여 유체의 와류현상을 감소하게 할 수 있다.
따라서 본발명은 태양열 집열판을 후방으로 경사지게 설치하고, 또한 집열판 내부의 전방진공관과 후방진공관이 높이방향으로 서로 지그재그 모양으로 어긋나게 설치되어, 겨울철에 전방진공관과 후방진공관이 모두 태양열을 용이하게 받게 되어 태양열 집열판의 성능이 개선되고, 태양열 이용효율이 높아지는 현저한 효과가 있다.
10 : 집열판
200 : 진공관 100 : 난방부재
101 : 내부부재 102 : 외부부재
103 : 오목홈
120 : 고정대 121 : 가로밴드
122 : 세로밴드
201 : 전방진공관 202 : 후방진공관

Claims (1)

  1. 태양열에 의하여 물을 데워서 난방을 하기 위한 진공관(200)이 내부에 설치되는 태양열 집열판(10)의 진공관 설치구조에 있어서, 상기 집열판(10)은 상부가 후방으로 경사지게 설치되되, 집열판(10) 전방에 전방진공관(201)이 수평으로 설치되고, 상기 전방진공관(201) 후부에 후방진공관(202)이 수평으로 설치되며, 상기 전방진공관(201)과 후방진공관(202)은 높이 방향으로 서로 지그재그 모양으로 어긋나게 설치되어, 겨울철 상기 집열판(10) 내부의 전방진공관(201)과 후방진공관(202)이 모두 태양열을 용이하게 받을 수 있으며,
    또한, 상기 진공관(200) 내부에 난방부재(100)를 설치하는 것으로, 상기 난방부재(100)는 단면이 사각형인 사각막대이며, 상기 사각막대 양 끝단에는 철판과 같은 금속재질의 탄성이 있는 고정대(120)가 설치되며, 상기 고정대(120)가 진공관(200)내부에 탄성력에 의해 긴밀하게 고정되는 것으로, 상기 고정대(120)는 가로, 세로 밴드(121, 122)가 사각막대의 양끝단에서 십자형으로 교차하며 내부로 굴곡되며 난방부재의 양끝단을 파지하며, 동시에 고정대(120)의 가로, 세로 밴드(121, 122)의 측면 굴곡된 부위가 진공관(200) 내면에 탄성력에 의해 긴밀하게 이탈되지 않게 고정되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열판의 진공관.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110127450A (ko) * 2010-05-19 2011-11-25 세라믹뱅크 주식회사 태양열 온수기용 집열장치

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