KR100999832B1 - 이중진공관형 태양열 집열장치의 온도 과승 방지구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 태양열 집열장치에 관한 것으로, 이중 진공관 내부에 설치되는 열매체관에 계절별 또는 온도별로 열이 전달되는 정도가 자동으로 조절되도록 하는 특히 여름철에 집열을 최소화하도록 하는 구조에 관한 것이다.
본 발명은 진공관의 내부에 열매체관을 설치함에 있어서 열매체관을 바이메탈 방식으로 온도에 따라 움직이는 전도체가 감싸도록 구성함으로써 온도에 따라 저온일 때는 전도체가 열매체관을 감싸면서 전도율을 높이고, 고온일 때는 전도체가 벌어지면서 전도율을 낮추도록 함으로써 과도한 열전도가 발생하지 않도록 함을 특징으로 하는 것이다.

Description

이중진공관형 태양열 집열장치의 온도 과승 방지구조{Temperature excessive climbing prevention structure of solar collector}

본 고안은 태양열 집열장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 이중 진공관 내부에 설치되는 열매체관에 계절별 또는 온도별로 열이 전달되는 정도가 자동으로 가변되도록 하는 것인바, 특히 여름철에 온도가 과하게 상승하는 것을 방지하여 집열을 최소화하도록 하는 구조에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 태양열 집열장치는 태양광선의 파동성질을 이용하는 태양에너지 광열학적 이용분야로 태양열의 흡수·저장·열변환 등을 통하여 건물의 냉난방 및 급탕 등에 활용하는 기술로서, 그 중의 대표적인 한 예가 진공관식 집열장치이다.

이러한 진공관식 집열장치는 빛을 잘 흡수하는 검은색 관 속으로 물을 흐르게 하는 평판 집열관으로 이것은 빛을 투과하는 투명한 외부층(유리나 플라스틱)이 빛을 흡수하는 검은색의 내부구성물을 둘러싼 형태로 이루어져 온실효과를 일으키는 것으로, 빛이 집열판 속으로 들어오면 이것은 검은색의 내부에 부딪혀 적외선으로 바뀌는데 적외선은 투명층을 통과하지 못하므로 내부는 점점 더 뜨거워지고, 이렇게 뜨거워진 내부에는 열을 흡수하였다가 전달하는 열매체가 흐르는데 이 뜨거워진 열매체는 물과 열을 교환하여 난방용 또는 온수용 물을 생산하는 원리이다.

그런데 이러한 종래 진공관식 집열장치가 갖는 단점의 하나는 계절이나 기온에 따른 변화없이 집열이 이루어진다는 것이고, 이러한 문제에 의해 태양광의 온도가 매우 높음에도 열원의 소요가 거의 없는 여름철에는 열매가 과하게 온도가 상승하는 문제가 있었다.

이에 따라서 열매체관이나 이중 진공관의 파손이 일어날 수 있고 각 부분의 수명단축과 방열에 추가로 전력이 소요되는 등 많은 문제점이 존재하고 있었다.

상기 문제점을 감안하여 안출한 본 발명은 진공관 내부의 열매체관이 흡수하는 열의 정도를 온도에 따라 자동으로 가변되도록 함으로써 과하게 온도가 집열됨에 의한 각 부분의 수명단축 등 문제를 방지하고, 필요한 시기에 원활한 집열이 유지될 수 있도록 하며, 전반적으로 태양열 집열장치를 매우 효율적으로 유지관리할 수 있도록 함을 목적으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 진공관의 내부에 열매체관을 설치함에 있어서, 열매체관을 감싸는 열전달 전도체를 설치함에 있어서 전도체가 온도에 따라 변형율이 다른 재질로 구성한 전도체 또는 바이메탈 등을 적용하여 저온일 때는 전도체가 열매체관을 감싸면서 전달율을 높이고, 고온일 때는 전도체가 벌어지면서 전달율을 낮추도록 함으로써 하절기 온수 및 난방부하량이 작은 경우 태양에너지로부터 얻어지는 열전달량을 최소화할 수 있도록 열전도관과 열매체관의 접촉면적을 줄여주는 구조로 제작하여 불필요한 온도의 과승(過昇)을 막고자 함을 특징으로 하는 것이다.

이러한 본 발명에 의하면, 한여름과 같이 기온이 상당히 높아서 불필요하게 과도한 집열이 일어나는 경우에 바이메탈 방식의 가변 전도체가 벌어지면서 열전달율을 낮추게 되므로, 과도한 열에 의해 집열장치 전반적인 부분의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있고, 유지관리를 원활하게 할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 진공관식 집열장치의 정면도
도 2는 도 1의 A-A선 단면도
도 3은 도 2의 요부확대도
도 4는 도 2의 부분 확대도
도 5는 도 4의 작용상태도
도 6은 본 발명의 요부 사시도
도 7은 본 발명의 다른 실시 예시도
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예시도

이하 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 구성 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 진공관식 집열장치를 살펴보면, 이중으로 된 진공관(10)의 내부에 열전도관(11)을 구성하고 열전도관(11)의 내부에는 마주보는 위치에 U자형으로 순환하는 열매체관(12)을 설치하며, 열전도관(11)의 내부에는 상기 열매체관(12)을 감싸는 형태로 C자형의 전도체(13)를 설치하였다.

상기 전도체(13)는 바이메탈 형식으로 내면부와 외면부에 열팽창계수가 다른 재질을 접합하여 내면층(13-1)과 외면층(13-2)을 구성함으로써 온도에 따라 열매체관(12)을 감싸는 정도가 달라지도록 하며, 내면층(13-1)과 외면층(13-2) 모두 열전도율이 높은 금속재질을 선택한다.

상기 전도체(13)의 변형되는 상태로는 내면층(13-1)이 외면층(13-2)보다 열팽창계수가 높은 재질로 구성하여 온도가 높은 여름철의 경우에는 열매체관(12)과 이격되면서 전도체(13)가 벌어지고 온도가 낮은 겨울철의 경우에는 전도체(13)가 열매체관(12)을 완전히 감싸도록 구성함을 특징으로 하는 것이다.

상기 전도체(13)는 열전도관(11)의 내부에 용접하여 일체화시킬 수도 있고, 또는 도 7의 실시 예에 의하면 열전도관(11)의 내부에 길이방향으로 삽입홈(11')을 마련하고 전도체(13)에는 삽입홈(11')에 맞게 삽입되는 삽입부(13')를 마련하여 조립시 삽입홈(11')에 삽입부(13')를 끼워 넣도록 구성하면, 조립이 간편하고 전도체(13)의 교체도 용이하게 되는 효과가 있다.

또한 도 8의 실시 예에 의하면 열매체관(12)과 전도체(13a)의 사이에 열팽창률이 높은 팽창편(13b)를 삽입고정하여 주는 실시 예를 나타낸 것인데, 이러한 실시 예의 경우 고온이 될수록 팽창편(13b)이 팽창하면서 전도체(13a)를 열매체관(12)으로부터 이격시키도록 하는 것이다.

도면 중 미설명된 부호 20은 반사판이다.

이러한 구성으로 된 본 발명의 작용을 살펴보면, 일반적으로 열매유가 열매체관(12)을 순환하면서 태양열에 의해 가열이 되고 가열된 열매는 물과 열교환하여 물을 난방이나 온수용 등으로 사용하게 된다.

특히 본 발명에 의하면 열매가 열매체관(12)을 통과하면서 열전도관(11)과 전도체(13)의 영향을 받으면서 가열되는 정도가 달라지는데, 여름철에 진공관의 내부가 갖는 통상의 온도인 150℃ 이상에서는 전도체가 도 3 및 도 4와 같이 벌어지므로 열이 전도되는 정도가 매우 미약하게 된다. 따라서 열매가 과도하게 열을 흡수하는 것이 차단되고 열 흡수가 최소화되는 것이다.

또한 반대로 겨울철에 이중진공관(10)의 통상 내부온도가 100℃ 정도이므로 이러한 온도에 따라 전도체(13)는 열매체관(12)을 완전히 감싸게 되므로 최대한의 열전도가 이루어지는 것이다.

이러한 작용에 의해 여름철에 과도한 열매가열이 방지되는 것이고 또한 겨울철에는 충분한 집열이 가능하게 되므로 태양열 집열을 효율적으로 하면서 집열장치의 유지관리도 효과적으로 하게 되는 것이다.

10: 진공관
11: 열전도관
12: 열매체관
13: 전도체

Claims (4)

1. 이중으로 된 진공관(10)의 내부에 열전도관(11)을 구성하고 열전도관(11)의 내부에는 U자형으로 순환하는 열매체관(12)을 설치하며,
   열전도관(11)의 내부에는 상기 열매체관(12)을 감싸는 형태로 C자형의 전도체를 설치하며,
   전도체는 바이메탈 또는 열에 의해 팽창하는 재질에 의해 온도가 높을수록 열매체관과의 사이가 벌어지고 온도가 낮을수록 열매체관에 밀착되도록 구성함을 특징으로 하는 이중진공관형 태양열 집열장치의 온도 과승 방지구조
2. 제1항에 있어서,
   상기 전도체(13)는 바이메탈 형식으로 내면부와 외면부에 열팽창계수가 다른 재질을 접합하여 내면층(13-1)과 외면층(13-2)을 구성함으로써 온도에 따라 열매체관(12)을 감싸는 정도가 달라지도록 하며,
   내면층(13-1)이 외면층(13-2)보다 열팽창계수가 높은 재질로 구성함을 특징으로 하는 이중진공관형 태양열 집열장치의 온도 과승 방지구조.
3. 제1항에 있어서,
   열매체관(12)과 전도체(13a)의 사이에 열팽창률이 높은 팽창편(13b)를 삽입고정하여 고온이 될수록 팽창편(13b)이 팽창하면서 전도체(13a)를 열매체관(12)으로부터 이격시키도록 구성함을 특징으로 하는 이중진공관형 태양열 집열장치의 온도 과승 방지구조.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   열전도관(11)의 내부에 길이방향으로 삽입홈(11')을 마련하고 전도체(13)에는 삽입홈(11')에 맞게 삽입되는 삽입부(13')를 마련하여 조립시 삽입홈(11')에 삽입부(13')를 끼워 넣도록 구성함을 특징으로 하는 이중진공관형 태양열 집열장치의 온도 과승 방지구조.

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