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KR101424575B1 - 태양열 집열기의 연결 유니온 - Google Patents

태양열 집열기의 연결 유니온 Download PDF

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KR101424575B1 KR1020130010187A KR20130010187A KR101424575B1 KR 101424575 B1 KR101424575 B1 KR 101424575B1 KR 1020130010187 A KR1020130010187 A KR 1020130010187A KR 20130010187 A KR20130010187 A KR 20130010187A KR 101424575 B1 KR101424575 B1 KR 101424575B1
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류남진
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Abstract

본 발명은 집열기 가동중에 작동 온도의 변동에 따른 분배헤더의 열팽창을 흡수할 수 있도록 한 태양열 집열기의 연결 유니온을 제공한다.
이를 구현하기 위한 본 발명은 두 개의 집열기에 각각 구비되어 있는 분배헤더를 연결하는 태양열 집열기 연결 유니온에 있어서, 원통 형태로 양 단부로 상기 분배헤더의 단부에 끼워지기 위한 삽입부가 형성된 유니온 본체와, 상기 유니온 본체의 삽입부 둘레면 및 상기 분배헤더의 단부 둘레면에 각각 연장 형성되는 플랜지와, 상기 유니온 본체의 삽입부에 끼워지며 상기 유니온 본체의 플랜지와 상기 분배헤더의 플랜지 사이에 위치한 상태에서 상기 분배헤더의 열팽창에 따른 텐션력을 발휘하는 핑거스프링 및 상기 유니온 본체와 상기 분배헤더를 서로 연결 고정시키는 메탈클립으로 구성한 것을 기술적 요지로 한다.

Description

태양열 집열기의 연결 유니온{union for solar collector}
본 발명은 태양열 집열기의 연결 유니온에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 집열기 가동중에 작동 온도의 변동에 따른 분배헤더의 열팽창을 흡수할 수 있도록 한 태양열 집열기의 연결 유니온에 관한 것이다.
현재 주요 에너지원 중 하나인 화석 에너지는 지하에 매장된 양이 한정되어 있어 점차 고갈되고 있고, 더욱이 화석 에너지는 연소 과정에서 이산화탄소 등의 유해가스를 배출하여 대기 오염을 일으키는 등의 문제가 있어 화석 에너지를 대체할 대체 에너지의 개발이 활발히 진행되고 있다.
오늘날 화석 에너지를 대체할 만한 대표적인 에너지원으로써 풍력, 파력, 지열, 태양열 등이 있으나, 풍력, 지열, 파력 등은 이용가능한 위치 또는 지역에 있어 많은 제약이 따르기 때문에 상대적으로 위치나 지역적 제약이 적은 태양열을 이용하는 방법에 대한 연구가 특히 활발하다.
태양에너지는 무공해 에너지원으로서 화석 연료를 바탕으로 하는 기존 에너지 생산을 대체함과 동시에 환경문제도 해결하여 인류가 풍요롭고 쾌적한 삶을 영위하기 위해 필요한 청정에너지 생산산업이다. 태양에너지는 이산화탄소를 배출하는 화석연료와 달리 환경오염 없는 그린 에너지로 각종 환경규제에 가장 적극 대응할 수 있는 산업이며, 에너지 소비 및 수급 특성상 우리나라 여건에 필수적인 산업이다.
태양열 시스템의 구성은 태양으로부터 에너지를 모아서 열로 변환하는 집열부, 모여진 열을 저장했다가 필요시 사용하기 위한 축열부, 축열부에 저장된 태양열이나 직접온수, 냉난방, 발전 등을 위해 효과적으로 공급하는 이용부와 태양열을 효과적으로 집열, 축열, 공급하기 위한 제어장치로 구성된다. 태양열 에너지는 집열온도에 따라서 저온 분야와 중고온 분야로 분류하여 저온 분야는 건물의 냉난방 및 급탕과 대규모 온수급탕 시설이 포함되고, 중고온 분야는 산업공정별 및 열발전과 기타 특수분야에 이용된다.
통상, 태양열을 이용하는 경우 우선 태양 빛에 포함된 열을 모을 수 있도록 하는 집열장치는 통상 흡수판, 집열 분기관 및 분배헤더로 이루어진 집열판 흡수부재 및 케이스로 구분된다. 열을 받는 집열판 흡수부재(120)는 운전 온도 범위가 대기 온도에서 대기온도 + 200℃까지 상승할 수 있다. 이 경우 선팽창율이 높은 흡수부재의 동파이프인 집열 분기관이나 집열 배관의 길이 팽창은 최대 10mm 까지도 팽창할 수 있다.
따라서 분배헤더와, 상기 분배헤더로 유체를 전달하기 위한 외부이송관과의 연결부위에는 별도의 연결유니온이 연결된다.
상기한 연결유니온과 관련한 대표적인 선행기술로는 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 제 10-1081035 호(명칭: 태양열 집열장치의 열매체 이송관 연결유닛)을 예로 들 수 있다.
상기 선행기술은 태양열 집열장치로부터 태양광에 의해 가열된 열매체가 토출되도록 설치된 제1 이송관과, 상기 제1 이송관의 열매체를 축열탱크로 전달하는 제2 이송관을 상호 연결하기 위한 것으로서, 상기 제1, 제2 이송관이 삽입될 수 있는 중공이 길이방향을 따라 형성되어 있는 커넥터와, 상기 커넥터의 내부에 설치되고 상기 제1, 제2 이송관 중 적어도 하나의 내부로 삽입되되 외주면이 상기 제1, 제2 이송관 중 삽입되는 관의 내주면에 지지됨으로써 상기 제1 또는 제2 이송관이 상기 커넥터에 의해 가압되어 내부로 인입 변형되는 것을 방지하는 보강부싱으로 구성한 것을 기술적 요지로 하고 있다.
그러나 상기 선행기술은 비록 분배헤더의 수축 및 팽창을 보강부싱이 흡수한다고는 하나, 기본적인 메커니즘이 나사 체결구조를 통해 분배헤더와 외부 이송관을 서로 연결 고정하는 방식임에 따라 열팽창 및 흡수를 효과적으로 수행할 수 없어 결과적으로 연결유닛이 크랙되거나 파손되어 누수의 원인을 제공하게 된다.
선행기술 문헌
문헌 1: 대한민국 특허청 등록특허공보 등록번호 제 10-1081035 호
따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 두 개의 집열기에 구비되어 있는 각 분배헤더를 연결하는 연결유니언이 수축 및 이완이 자유롭도록 구조를 개선하고 그 설치에 있어서도 클립을 끼우는 하나의 동작으로 설치할 수 있도록 한 태양열 집열기의 연결 유니온을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 집열기 가동중에 열매체가 가지는 열원으로 인한 분배헤더와 유니온간의 연결부위나 혹은 유니언 자체에서 발생하는 크랙으로 인한 유체의 누설을 방지할 수 있도록 한 태양열 집열기의 연결 유니온을 제공함에 있다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 두 개의 집열기에 각각 구비되어 있는 분배헤더를 연결하는 태양열 집열기 연결 유니온에 있어서, 원통 형태로 양 단부로 상기 분배헤더의 단부에 끼워지기 위한 삽입부가 형성된 유니온 본체와, 상기 유니온 본체의 삽입부 둘레면 및 상기 분배헤더의 단부 둘레면에 각각 연장 형성되는 플랜지와, 상기 유니온 본체의 삽입부에 끼워지며 상기 유니온 본체의 플랜지와 상기 분배헤더의 플랜지 사이에 위치한 상태에서 상기 분배헤더의 열팽창에 따른 텐션력을 발휘하는 핑거스프링 및 상기 유니온 본체와 상기 분배헤더를 서로 연결 고정시키는 메탈클립으로 구성함을 특징으로 한다.
상기 메탈클립은 반원 형태로 중앙에는 상기 유니온 본체 및 상기 분배헤더의 플랜지가 끼워지기 위한 구멍이 형성된 상부클립부와, 상기 상부클립부 아래에 위치하며 중앙에는 상기 유니온 본체 및 상기 분배헤더의 플랜지가 끼워지기 위한 구멍이 형성된 하부클립부 및 상기 상, 하부클립부의 단부를 서로 연결하는 연결부로 구성함이 바람직하다.
상기 유니온 본체의 삽입부 외주면에는 실리콘씰이 끼워지도록 구성함이 바람직하다.
상기 핑거스프링의 양측 외주면에는 상기 유니온 본체의 플랜지와 상기 분배헤더의 플랜지에 각각 탄력적으로 밀착되는 적어도 하나 이상의 탄성편이 돌출 형성되도록 구성함이 바람직하다.
본 발명은 두 개의 집열기에 구비되어 있는 각 분배헤더를 연결하는 연결유니언이 수축 및 이완이 자유롭도록 하여 분배헤더의 열팽창을 연결유니언이 효과적으로 흡수하여 유니온의 크랙 등으로 인한 분배헤더의 연결부 주변의 열매채 누수 위험을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
아울러 나사 체결방식이 아니라 메탈클립을 통해 분배헤더 및 연결유니온을 간편히 연결 고정할 수 있어 작업의 편의성을 도모할 수 있는 상승적인 효과를 달성한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양열 집열기의 전체 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에서 구현하고자 하는 태양열 집열기 연결 유니온의 구조를 입체적으로 도시한 도면.
도 3은 도 2에서 도시하고 있는 태양열 집열기 연결 유니온의 조립된 상태를 입체적으로 도시한 도면.
도 4는 도 3의 단면을 도시한 도면.
도 5는 분배헤더의 열팽창에 따른 연결 유니온의 팽창 흡수상태를 도시한 도면.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.
본 발명의 연결 유니온은 유니온 본체, 핑거스프링, 실리콘 씰, 메탈 클립으로 구성되어 집열기의 가동중 작동 온도의 변동에 따른 분배헤더의 수축 및 팽창을 흡수할 수 있는 연결부 구조로 되어 있으며, 분배헤더는 연결 유니온이 체결될 수 있도록 설계되어 내부에는 연결유니온의 씰링고무와 접하면 면을 설계하여 누설을 방지할 수 있도록 하며, 그 끝단부에는 유니온과의 고정을 위한 면을 가진 구조를 가진다.
분배헤더와 연결 유니온 접촉면 사이에 실리콘 씰을 배치하여 연결부 소켓의 끝단면에는 핑거스프링을 설치하여 최초 설치시에는 핑거스프링과 분배헤더의 간극을 항상 일정하게 유지할 수 있도록 하며, 온도 상승시 핑거스프링이 수축하여 분배헤더의 열팽창을 흡수할 수 있도록 한다. 또한 분배헤더와 연결유니온의 체결은 메탈클립을 적용하여 원터치 체결이 가능하도록 제작한다.
이러한 구조의 분배헤더와 연결유니온 구조를 접용하면 연결부의 누설을 근본적으로 방지할 수 있고, 또한 설치가 용이하며 비용 또한 상당히 절감할 수 있는특징을 가진다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 기술하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양열 집열기의 전체 구조를 도시한 도면이다.
도 1에서 도시하고 있는 바와 같이, 태양열 집열기(10)는 열매체를 유입 및 유출시키는 복수개의 분배헤더(12)와, 상기 분배헤더(12) 사이에 연결되는 적어도 하나 이상의 집열분기관(14) 그리고 상기 집열분기관(14)의 일면에 덮혀지는 흡수판(16)을 포함하여 구성한다. 이때 상기 분배헤더(12)의 단부 외경에는 플랜지(18)를 연장 형성하여 후술하는 연결 유니온(20)과의 연결 작업이 용이해질 수 있도록 구성한다.
상기한 구성의 집열기(10)를 구성하는 분배헤더(12)의 일단에는 다른 집열기(10)의 분배헤더(12)가 연결될 수 있도록 연결 유니온(20)이 결합된다.
첨부된 도 2는 본 발명에서 구현하고자 하는 태양열 집열기 연결 유니온의 구조를 입체적으로 도시한 도면이며, 도 3은 도 2에서 도시하고 있는 태양열 집열기 연결 유니온의 조립된 상태를 입체적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 단면을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 태양열 집열기 연결 유니온(20)은 유니온 본체(22)와, 핑거스프링(30) 및 메탈클립(40)을 포함하여 구성한다.
상기 유니온 본체(22)는 연결 유니온(20)의 외형을 구성하는 것으로서, 원통의 파이프 형태로 양단은 개방된 상태에서 내부에는 열매체가 통과할 수 있도록 공간이 형성되도록 성형된다.
상기 유니온 본체(22)의 양 단부에는 삽입부(24)가 일체 구비되고, 상기 삽입부(24)는 각 집열기(10)의 분배헤더(12) 단부에 각각 끼워지며 두 개의 집열기 분배헤더(12)를 서로 연결 구성하게 된다.
상기 삽입부(24)의 외주면에는 플랜지(26)가 일체 연장 형성되며, 상기 플랜지(26)는 메탈클립(40)의 상, 하부클립부(42, 44) 중앙에 관통 형성되어 있는 구멍(42a, 44a)에 끼워진 상태로 걸림 고정된다.
또한 상기 삽입부(24)의 외경에는 적어도 하나 이상의 실리콘씰(28)이 끼워지며, 상기 실리콘씰(28)은 상기 분배헤더(12)와, 상기 분배헤더(12)의 단부에 삽입되는 연결유니온(22)의 삽입부(24) 사이 간극(틈새)으로 열매체가 누수되지 않도록 차단하게 된다.
상기 핑거스프링(30)은 분배헤더(12)의 열팽창에 따른 텐션력을 발휘하며 분배헤더(12)로 전해지는 응력을 흡수시키게 된다.
상기 핑거스프링(30)은 원판 형태로 중앙으로는 유니온 본체(22)의 삽입부(24)가 통과하기 위한 구멍(31)이 형성되며 그 양측 외주면을 따라 적어도 하나 이상의 탄성편(32)이 돌출 형성된 구조를 가진다.
상기 탄성편(32)은 상기 핑거스프링(30)의 외주면에서 한면을 제외한 나머지 삼면이 절개되도록 펀칭 처리하여 상기 핑거스프링(30)에서 일체 형성되도록 구성함이 바람직하다.
상기한 핑거스프링(30)은 유니온본체(22)의 삽입부(24)가 분배헤더(12)에 삽입되고 나면 상기 분배헤더(12)의 단부에 형성되어 있는 플랜지(18)와 상기 유니온본체(22)의 플랜지(26) 사이에 위치한 상태에서 상기 분배헤더(12)가 열팽창할 때, 탄성편(32)들이 외측방향에서 내측방향으로 탄력적으로 오무려지며 분배헤더(12)의 팽창력을 흡수시키게 된다.
상기 메탈클립(40)은 상기 분배헤더(12)와 연결유니온(20)을 서로 연결 고정시키는 수단으로서 반원 형태의 상부클립부(42) 그리고 상기 상부클립부(42) 아래에 위치하는 반원 형태의 하부클립부(44) 및 상기 상, 하부클립부(42, 44)의 단부를 서로 연결하는 연결대(46)로 구성한다.
상기 상, 하부클립부(42, 44)의 중앙에는 구멍(42a, 44a)이 관통 형성되며, 상기 구멍(42a, 44a)으로는 분배헤더(12)의 플랜지(18)와 유니온 본체(22)의 플랜지(26)가 끼워지며 분배헤더(12)와 연결유니온(20)을 분리됨 없이 서로 연결 고정시키게 된다.
이하, 본 발명에 따른 태양열 집열기 연결 유니온의 작용을 첨부된 도 4와 도 5를 참조하여 기술하기로 한다.
본 발명의 연결 유니온을 이용하여 두 개의 집열기(10)에 구비되어 있는 분배헤더(12)를 서로 연결하고자 할 때에는 먼저, 도 4에서 도시하고 있는 바와 같이 연결 유니온(20)을 구성하는 유니온 본체(22)의 양 단부에 구비되어 있는 삽입부(24) 외경에 핑거스프링(30)을 각각 끼워넣은 다음, 상기 핑거스프링(30)이 끼워진 유니온 본체(22)의 삽입부(24)를 각 분배헤더(10)의 단부에 삽입시키도록 한다.
이때 상기 유니온 본체(22)의 삽입부(24)의 외경에는 적어도 하나 이상의 실리콘씰(28)이 끼워지며 상기 유니온 본체(22)의 삽입부(24)와 분배헤더(12) 사이의 틈새를 기밀 처리하여 열매체의 누수를 방지하게 된다.
다음, 상기 유니온 본체(22)의 삽입부(24)가 분배헤더(12)의 단부에 삽입되고 나면 메탈클립(40)을 구성하는 상, 하부클립부(42, 44)의 구멍(42a, 44a)에 유니온 본체(22)의 삽입부(24) 외주면에 형성된 플랜지(26)와 분배헤더(12)의 단부에 형성된 플랜지(18)를 끼워넣어 분배헤더(12)와 연결유니온(20)을 서로 연결 고정시키게 된다.
상기와 같이, 두 개의 분배헤더(12)를 본 발명의 연결 유니온(20)으로 연결 구성한 상태에서 만일 열매체가 가지는 열원으로 인한 분배헤더(12)가 열팽창하면 도 5에서와 같이 분배헤더(12)의 플랜지(18)와 연결 유니온(20)의 플랜지(26)에 각각 접촉하고 있는 핑거스프링(30)의 탄성편(32)은 분배헤더(12)의 열팽창에 따른 누름 압력으로 외측방향에서 내측방향으로 탄력적으로 오무려지며 분배헤더(12)의 팽창력을 흡수하게 되며, 이를 통해 분배헤더(12)의 단부에 설치되는 연결유니온(20)이 크랙되거나 파손되는 것을 방지할 수 있어 분배헤더(12)의 연결부 누수를 근본적으로 해결할 수 있게 된다.
10: 태양열 집열기 12: 분배헤더
18: 플랜지 20: 연결 유니온
22: 유니온 본체 24: 삽입부
26: 플랜지 28: 실리콘씰
30: 핑거스프링 32: 탄성편
40: 메탈클립 42: 상부클립부
44: 하부클립부

Claims (4)

  1. 두 개의 집열기(10)에 각각 구비되어 있는 분배헤더(12)를 연결하는 태양열 집열기 연결 유니온에 있어서,
    원통 형태로 양 단부로 상기 분배헤더(12)의 단부에 끼워지기 위한 삽입부(24)가 형성된 유니온 본체(22)와;
    상기 유니온 본체(22)의 삽입부(24) 둘레면 및 상기 분배헤더(12)의 단부 둘레면에 각각 연장 형성되는 플랜지(18, 26)와;
    상기 유니온 본체(22)의 삽입부(24)에 끼워지며 상기 유니온 본체(22)의 플랜지(26)와 상기 분배헤더(12)의 플랜지(18) 사이에 위치한 상태에서 상기 분배헤더(12)의 열팽창에 따른 텐션력을 발휘하는 핑거스프링(30) 및 ;
    상기 유니온 본체(22)와 상기 분배헤더(12)를 서로 연결 고정시키는 메탈클립(30)으로 구성하며;
    상기 메탈클립(30)은;
    반원 형태로 중앙에는 상기 유니온 본체(22) 및 상기 분배헤더(12)의 플랜지(18, 26)가 끼워지기 위한 구멍(42a)이 형성된 상부클립부(42)와;
    상기 상부클립부(42) 아래에 위치하며 중앙에는 상기 유니온 본체 및 상기 분배헤더(12)의 플랜지(18, 26)가 끼워지기 위한 구멍(44a)이 형성된 하부클립부(44) 및 ;
    상기 상, 하부클립부(42, 44)의 단부를 서로 연결하는 연결부(46)로 구성하며;
    상기 유니온 본체(22)의 삽입부(24) 외주면에는 실리콘씰(28)이 끼워지도록 구성하고;
    상기 핑거스프링(30)의 양측 외주면에는 상기 유니온 본체(22)의 플랜지(26)와 상기 분배헤더(12)의 플랜지(18)에 각각 탄력적으로 밀착되는 적어도 하나 이상의 탄성편(32)이 돌출 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 태양열 집열기 연결 유니온.
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KR101801641B1 (ko) * 2016-05-16 2017-11-27 주식회사 한화건설 태양열 집열장치

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