KR101547097B1 - Solar collector - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평판 타입으로 제작된 태양열 집열기의 내부에 양면으로 코팅층을 형성시킨 V-밴딩 형태의 흡수판을 일정한 간격을 유지하면서 설치하고, 그 아래에는 태양광을 반사시켜 상기 흡수판에 반사할 수 있도록 하는 타원형태의 대칭구조로 된 반사판을 설치함으로써 태양광 흡수율을 극대화하고 집열 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 고정 집광형 평판 타입의 태양열 집열기를 제시한다.A V-banding type absorption plate in which a coating layer is formed on both sides of a built-in type solar collector is installed at a predetermined interval, and sunlight is reflected therefrom to be reflected on the absorption plate And a reflection plate having a symmetrical structure of an elliptical shape is provided so as to maximize the solar absorption rate and improve the heat collection efficiency.

Description

고정 집광형 평판 타입의 태양열 집열기{Solar collector}Fixed condensing type flat plate type solar collector {Solar collector}

본 발명은 고정 집광형 평판 태양열 집열기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양열 집열기의 반사판 및 흡수판의 구조를 최적화함은 물론 흡수판의 표면에 코팅층을 형성함으로써 집열 효율을 향상시킬 수 있는 고정 집광형 평판 타입의 태양열 집열기에 관한 것이다.
The present invention relates to a fixed condensing type flat panel solar collector, and more particularly, to a fixed condensing type flat panel solar collector capable of improving the heat collection efficiency by optimizing the structure of the reflection plate and the absorption plate of the solar collector, Flat plate type solar collector.

잘 알려진 바와 같이, 태양열 집열기는 진공관형 집열기와 평판형 태양열 집열기로 크게 구분되어 있으며, 그 중에서 진공관형 태양열 집열기는 중국에서 붕규산 유리관의 가격경쟁력을 바탕으로 연간 태양열 집열면적 1,200만 ㎡ 이상을 생산하여 내수시장은 물론 유럽시장에 수출할 정도로 발전하고 있는 추세이다. 특히 중국 산동지방의 황명(Himin), 력낙(Linuo), 북경의 청화양강(Qinghua), 강소성의 태양우(SunRain), 광동성의 화제(Vantage) 등이 선두 수출기업으로 2004년 하반기 이후 한국 태양열 시장을 위협하고 있는 실정이다.As is well known, the solar collectors are divided into vacuum tube type solar collectors and flat type solar collectors. Among them, the vacuum tube type solar collectors produce more than 12 million square meters of annual solar collecting area based on the price competitiveness of borosilicate glass tubes in China It is developing to export to domestic market as well as European market. Especially, Himin, Linuo in Beijing, Qinghua in Beijing, SunRain in Jiangsu Province, and Vantage in Guangdong Province have been the leading exporters since the second half of 2004, In the world.

태양열 이용 기술 분야는 과거에는 비교적 저온이용(약 60℃) 범위에서 점차 태양열 냉방 분야 및 산업공정열 이용 분야 등으로 그 적용 범위를 확대하면서 태양열 이용 온도 또한 60~150℃ 범위로 확대되고 있는 실정이다. 태양열 냉방 분야에서 필요한 집열기 온도 범위는 95℃ 정도가 요구되는 흡수식 냉동기 연계 태양열 냉방 시스템이 있으며, 제습 냉방 분야에서는 70℃ 내외의 물 온도가 필요한 실정으로 목적에 맞는 새로운 집열기의 개발이 지속적으로 필요한 실정이다.In the past, the use of solar heat technology has been expanding to a range of 60 to 150 ° C, while the application range has been expanded to a relatively low temperature (about 60 ° C) range, such as solar thermal cooling and industrial heat utilization. In the field of solar cooling, there is a solar-cooling system connected with an absorption type refrigerator which requires a temperature of 95 ° C for a collector temperature range. In the dehumidification cooling field, a water temperature of about 70 ° C is required. to be.

이러한 중고온의 사용온도 범위에서 이용하기 위해서는 집열기의 열손실 특성이 아주 우수한 제품이 필요하며, 진공관형 집열기 및 CPC 집열기 등이 이에 속한다. 하지만 이러한 집열기는 가격이 비싸고 설치에 제약이 있어 대규모 설치시 많은 제약이 따른다.In order to use the product in the service temperature range of this medium-high temperature, a product having a very high heat loss characteristic of the collector is required, and a vacuum tube type collector and a CPC collector are included. However, this type of collector is expensive and there are restrictions on the installation, which causes a lot of restrictions on large-scale installation.

한편, 2005년 IEA에서는 중온 태양열 집열기에 대한 연구의 필요성으로 TASK 33/IV에서 중온 집열기(80~250℃ 범위)에 대한 개발, 성능향상, 최적화에 대한 연구를 수행하였다. 이러한 범주의 집열기를 제조하는 회사는 Solaire사, SCHUCO사, AoSol사 Solarfocus사 PARASOL사, SOLITEM 사 등이 있으며, 집열기의 구조를 달리하거나 집광하는 형태로 제품을 개발하여 고온 효율이 높은 특성이 있다.On the other hand, IEA conducted research on the development, performance improvement and optimization of TESK 33 / IV for medium temperature solar collector (80 ~ 250 ℃ range) as a necessity of research on mid solar solar collector in 2005. Solaire, SCHUCO, AoSol, Solarfocus, PARASOL, SOLITEM, etc., have developed high-temperature efficiency products with different structure or condenser structure.

중ㆍ고온 이용 분야인 집광형 태양열 집열기는 집광 형태의 기하학적 구조에 따라 진공관형, PTC(Parabolic trough Concentrator), CPC(Compound Parabolic Concentrator, 파라볼릭 복합집열기), Parabolic Dish형 등이 있다.Condensing type solar collectors, which are used in medium and high temperature, are classified into vacuum tube type, PTC (Parabolic trough concentrator), CPC (Compound Parabolic Concentrator), Parabolic Dish type and so on according to the geometrical structure of condensing type.

이와 같은 집광형 집열기는 얻을 수 있는 에너지 밀도가 비 집광형 집열기에 비해 매우 크기 때문에 산업 현장에서 공정열이나 태양열 냉방, 태양열 발전 등으로 선진국을 중심으로 그 활용 범위가 확대되고 있는 실정이다.Since the energy density of such a collector type collector is much larger than that of the non-collector type collector, the application range of the collector is expanding mainly in industrial countries due to process heat, solar thermal cooling, and solar power generation.

CPC형 태양열 집열기는 태양을 추적하지 않고 고정으로 설치되며, 태양에너지 흡수 면적이 태양에너지 입사면적보다 적은 집열기로 정의되고, 중온(100~200℃)범위의 온도를 얻을 수 있는 고정형태의 집광형 집열기로 집광비가 10 이하로 선택에 따라 원하는 온도를 얻을 수 있다.The CPC type solar collector is fixedly installed without tracking the sun. It is defined as a collector whose solar energy absorption area is smaller than the incident area of solar energy, and is a fixed type condensing type which can obtain a temperature in the middle temperature range (100 to 200 ° C) As the collector has a light collection ratio of 10 or less, a desired temperature can be obtained according to the selection.

고효율 CPC 태양열 집열기의 구조는 크게 반사판, 흡수판, 열전달 배관, 프레임 등으로 구성되어 지며 집열기의 형태는 주로 진공관형 집열기와 많이 연계 개발되어 이용된다.The structure of the high efficiency CPC solar collector is mainly composed of reflector, absorption plate, heat transfer pipe, frame, etc., and the shape of the collector is mainly used in connection with vacuum tube type collector.

이러한 CPC 집열기의 특징은 집광을 통해 에너지를 집중함으로써 보다 높은 온도를 얻을 수 있어 주로 70 ~ 150℃의 고온의 에너지를 필요로 하는 산업공정용 혹은 95℃ 내외의 고온수를 이용하는 태양열 냉방시스템에 이용할 수 있다.This CPC collector is characterized by concentrating energy through condensation to obtain a higher temperature, which is mainly used for industrial processes requiring high temperature energy of 70 to 150 ° C. or for solar cooling system using high temperature water of about 95 ° C. .

최근까지 대부분의 CPC 태양열 집열기는 진공관형 태양열 집열기 형태로 개발되어 그 성능은 비교적 높으나 가격이 높고 설치시 각각의 진공관을 조립해야 하는 부분 때문에 대규모 상업용 시스템의 설치시 설비비가 많이 소요되고, 설계가 까다로운 점이 있어 종래의 평판형 태양열 집열기에 비하여 불합리한 점이 다수 있었다.Until recently, most CPC solar collectors have been developed in the form of vacuum tube solar collectors, and their performance is relatively high. However, due to the high cost and the need to assemble each vacuum tube during installation, the installation cost of large-scale commercial systems is high and the design is difficult And there were many unreasonable points compared with the conventional flat plate type solar collector.

최근 CPC 집열기에 대한 연구는 주로 반사경의 형상 변화에 따른 집광비 증가 방안, 흡수기 설계, 진공관형 집열기와의 접목을 통한 성능 향상 모색 등에 집중되어 있다. 하지만 이러한 연구 또한 일부 연구기관에서 국산화 연구가 일부 진행되어 왔으며, 실제 제품 또한 진공관형 집열기와 연계한 제품이 일부 개발되었으나 평판형 집열기 형태의 제품은 연구개발 및 상용화 실적이 미비한 실정이다.
Recent studies on CPC collectors have mainly focused on increasing the condensing ratio according to the shape of the reflector, designing the absorber, and seeking to improve the performance by combining with vacuum tube type collector. However, some of these researches have been carried out in some research institutes, and actual products have also been developed in connection with vacuum tube type heat collectors. However, the products in the form of flat plate type heaters have not achieved the results of R & D and commercialization.

등록특허공보 등록번호 제10-0692950호(발명의 명칭: 찬넬형 흡열판을 이용한 평판형 태양열 집열기. 공개일자: 2007년 02월 12일)Registered Patent Publication No. 10-0692950 (Title: Plate-type solar collector using a channel-type endothermic panel) Published date: February 12, 2007 등록특허공보 등록번호 제10-0993809호(발명의 명칭: 태양열 집열기 및 이를 이용한 태양열 집열 시스템. 공고일자: 2010년 11월 12일)Registered Patent Publication No. 10-0993809 (entitled: SOLAR SOLAR AND SOLAR HEAT COLLECTION SYSTEM USING THE SAME) 공개특허공보 공개번호 제20-2002-0047766호(발명의 명칭: 투명 단열재를 이용한 평판형 태양열 집열기. 공개일자: 2002년 06월 22일)Open Publication No. 20-2002-0047766 (Title: Plate-type solar collector using transparent insulation) Published date: June 22, 2002 등록특허공보 등록번호 제10-0388044호(발명의 명칭: 태양열 집열기의 집열판 및 그 제조장치. 공개일자: 2002년 03월 09일)Registered Patent Publication No. 10-0388044 (entitled "Collecting Plate of Solar Collector and Device for Producing the Same", published on Mar. 09, 2002)

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양열 집열기의 반사판 및 흡수판의 구조를 최적화시켜 태양광 흡수율을 극대화할 수 있도록 구성한 고정 집광형 평판 타입의 태양열 집열기를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a fixed condensing type flat panel type solar collector which is configured to maximize the solar absorption rate by optimizing the structure of the reflection plate and absorption plate of the solar collector. have.

또한 본 발명은 흡수판의 표면에 코팅층을 형성하여 집열 효율을 향상시킬 수 있도록 구성한 고정 집광형 평판 타입의 태양열 집열기를 제공하는데 그 목적이 있다.
It is another object of the present invention to provide a fixed condensing type flat panel type solar collector which is configured to improve a heat collection efficiency by forming a coating layer on a surface of an absorption plate.

본 발명은 통상의 프레임과 커버 및 투과체로 구성되며, 내부에는 단열재, 반사판, 흡수판이 순차적으로 설치되며, 그리고 외부로부터 열매체를 공급하기 위한 통상의 흡수배관 및 라이즈를 포함하여 구성된 통상의 고정 집광형 평판 타입의 태양열 집열기에 있어서, 상기 반사판은 각 시간대별로 달라지는 태양입사각에 대하여 상기 흡수판에 최대한 반사가 이루어질 수 있도록 타원형 대칭 구조로 형성되며, 상기 흡수판은 흡수율을 최대화할 수 있도록 V-밴드형 구조로 형성됨을 특징으로 한다.
The present invention relates to an ordinary fixed condensing type condenser comprising a frame, a cover and a transparent body, in which a heat insulating material, a reflecting plate and an absorbing plate are sequentially installed, and a normal absorption pipe for supplying a heating medium from outside and a riser In the flat plate-type solar collector, the reflector is formed in an elliptic symmetrical structure so as to maximally reflect on the absorption plate with respect to the sun incident angle that varies with each time zone, and the absorption plate has a V- Structure.

본 발명은 평판형 태양열 집열기의 내부에 양면 코팅된 V-밴딩 형태의 흡수판을 설치하고 그 아래에는 태양광을 반사하여 흡수판에 반사할 수 있는 타원형 대칭구조의 반사판을 설치하여 모든 각도에서 입사되는 태양광을 효율적으로 흡수할 수 있게 설치하였으며, 이를 통해 태양열 집열기의 흡수율을 최대화할 수 있는 장점이 있다.A V-banding type absorption plate is coated on both sides of a flat plate type solar collector, and an elliptically symmetrical reflection plate capable of reflecting sunlight onto the absorption plate is installed under the absorption plate. And the absorption rate of the solar collector can be maximized.

또한, 본 발명은 집광비 2.4를 통해 종래의 집열기의 1:1 집광에 비하여 높은 집광으로 인해 흡수판의 전면을 통한 적외선 방사 손실 면적을 줄임으로 인해 집열기의 열 손실률을 크게 개선할 수 있는 이점이 있다. 뿐만 아니라 본 발명의 흡수판은 직접광 및 반사광을 적절히 흡수할 수 있도록 양면으로 코팅층을 형성하으로서 집열 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.Further, the present invention has an advantage that the heat loss rate of the collector can be greatly improved due to the reduction of the infrared radiation loss area through the front surface of the absorption plate due to the high condensation compared to the 1: 1 condensation of the conventional collector through the light collection ratio 2.4 have. In addition, the absorption plate of the present invention has an advantage that the heat collection efficiency can be improved by forming a coating layer on both sides so as to suitably absorb direct light and reflected light.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 고정 집광형 평판 타입의 태양열 집열기의 구성을 보여주고 있는 도면.
도 2는 도 1에서 도시하고 있는 고정 집광형 평판 타입의 태양열 집열기의 기술적 구성을 분해하여 보여주고 있는 도면.
도 3은 도 1에서 도시하고 있는 고정 집광형 평판 타입의 태양열 집열기의 기술적 구성을 확대하여 보여주고 있는 도면.
도 4는 도 3에서 도시하고 있는 흡수판(18)의 단면을 보여주고 있는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 흡수판(18)의 표면 전처리 변경 후 NaOH 비율에 따른 반사율과 방사율의 변화를 보여주고 있는 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a configuration of a fixed condensing type flat panel type solar collector according to a preferred embodiment of the present invention. FIG.
Fig. 2 is an exploded view showing a technical configuration of the fixed condensing type flat panel type solar collector shown in Fig. 1. Fig.
Fig. 3 is an enlarged view showing a technical configuration of the fixed condensing type flat panel type solar collector shown in Fig. 1. Fig.
Fig. 4 is a cross-sectional view of the absorption plate 18 shown in Fig. 3; Fig.
5 is a graph showing changes in reflectance and emissivity according to the NaOH ratio after the surface pretreatment of the absorber 18 according to the present invention.

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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following detailed description, exemplary embodiments of the present invention will be described in order to accomplish the above-mentioned technical problems. And other embodiments which may be presented by the present invention are replaced by descriptions in the constitution of the present invention.

본 발명에서는 평판 타입으로 제작된 태양열 집열기의 내부에 양면으로 코팅층을 형성시킨 V-밴딩 형태의 흡수판을 일정한 간격을 유지하면서 설치하고, 그 아래에는 태양광을 반사시켜 상기 흡수판에 반사할 수 있도록 하는 타원형태의 대칭구조로 된 반사판을 설치함으로써 태양광 흡수율을 극대화하고 집열 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 고정 집광형 평판 타입의 태양열 집열기를 구현하고자 하는 것이다.In the present invention, a V-banding absorber having a coating layer formed on both sides of a solar collector constructed as a flat type is installed at a certain interval and sunlight is reflected therefrom to be reflected on the absorber And a reflector having a symmetrical structure of an elliptical shape is provided so as to maximize the solar absorption rate and improve the heat collecting efficiency, thereby realizing a fixed condensing type flat plate type solar collector.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 고정 집광형 평판 타입의 태양열 집열기를 보여주고 있는 도면이다. 본 발명에 따른 태양열 집열기(10)는 직사각 형태의 뼈대를 이루는 통상의 프레임(28)과 커버(12) 및 투과체(20)로 구성되며, 내부에는 단열재(14), 타원형의 대칭구조로 된 반사판(16), V-밴드형 타입의 흡수판(18)이 순차적으로 설치되며, 그리고 외부로부터 열매체를 공급하기 위한 통상의 흡수배관(22) 및 라이즈(24)를 포함하여 구성된다.1 to 3 are views showing a fixed condensing type flat plate type solar collector according to a preferred embodiment of the present invention. The solar collector 10 according to the present invention is constituted by a normal frame 28 constituting a rectangular frame, a cover 12 and a transmitting body 20, and a heat insulating material 14 and an elliptical symmetrical structure A reflection plate 16 and a V-band type absorption plate 18 are sequentially installed and configured to include a normal absorption pipe 22 and a riser 24 for supplying a heating medium from the outside.

이때, 상기 반사판(16)과 흡수판(18)은 본 발명의 필수구성요소에 해당하는데, 태양열 집열기(10)를 구성함에 있어서 태양광의 흡수율을 높이고 집열 효율을 향상시킬 수 있도록 구성된다. 이는 하기의 구체적인 설명에 의해 용이하게 이해될 것이다.At this time, the reflection plate 16 and the absorption plate 18 correspond to essential components of the present invention. In constituting the solar collector 10, the absorption rate of sunlight can be increased and the heat collection efficiency can be improved. This will be easily understood by the following detailed description.

상기 도 1 내지 도 3을 참조하면, 태양열 집열기(10)의 외곽 사각틀을 형성하는 프레임(28)은 통상 알루미늄을 압출하여 제작되며, 단열성능을 높이기 위하여 케이스(28)의 중앙부는 중공층(28a)을 형성하고, 또한 전면의 투과체(20)를 고정하기 위한 홈을 형성한 것이다. 이때 상기 투과체(20)는 투명한 재질 또는 반투명 재질로 성형되며, 통상 유리 재질로 구성된다.1 to 3, the frame 28 forming the outer frame of the solar collector 10 is usually manufactured by extruding aluminum. In order to improve the heat insulation performance, the central portion of the case 28 is formed of a hollow layer 28a And a groove for fixing the transmitting body 20 on the front face is formed. At this time, the transparent body 20 is formed of a transparent material or a translucent material, and is usually made of a glass material.

상기 프레임(28)의 후면에는, 구체적으로는 상기 투과체(20)와 마주보는 지점에는 커버(10)가 설치되며, 상기 투과체(20)와 커버(10) 사이에는 단열재(14), 반사판(16), 흡수판(18)이 각각 설치된다. 이때 상기 프레임(28)의 일측단 내부에는 통상의 흡수배관(22)이 설치되며, 상기 흡수배관(22)에는 복수의 라이즈(24)가 각각 연결된다. 상기 흡수배관(22)과 라이즈(24)에는 외부로부터 공급되는 열매체가 흐르는 통로이며, 흡수배관(22)의 일측단에는 연결배관(26)이 설치된다. 이와 같은 구조는 태양열 집열기(10)를 구성함에 있어서, 통상적인 기술적 구성에 해당하므로 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 설명은 생략하기로 한다.A cover 10 is provided on a rear surface of the frame 28 so as to face the transmitting body 20 and a heat insulating material 14 and a reflecting plate 20 are provided between the transmitting body 20 and the cover 10. [ (16) and an absorption plate (18) are respectively installed. At this time, a normal absorption pipe 22 is installed in one end of the frame 28, and a plurality of risers 24 are connected to the absorption pipe 22. The absorption pipe 22 and the riser 24 are passages through which the heating medium supplied from the outside flows. The connection pipe 26 is installed at one end of the absorption pipe 22. Since such a structure corresponds to a conventional technical structure in constituting the solar collector 10, a detailed description thereof will be omitted in the detailed description of the present invention.

한편, 본 발명의 필수구성요소에 해당하는 반사판(16)은 도 3에서 도시하고 있는 바와 같이 단열재(14)의 상단부에 설치되며, 상기 반사판(16)은 태양광의 흡수율을 높이고 집열 효율을 향상시키는 구조로 성형된다. 즉, 상기 반사판(16)은 타원형 대칭 구조로 성형되어 반사 효율을 최대한 높일 수 있으며, 바람직하게는 도 3과 알파벳 'W' 모양인데 아랫부분이 라운드져 형성된 것으로 이러한 모양이 계속해서 연결되어 형성된다. 이와 같은 형상에 따라 반사판(16)은 각 시간대별로 달라지는 태양 입사각에 대하여 흡수판(18)에 최대한 반사할 수 있다. 또한 상기 반사판(16)은 전면부(도 3에서는 상면)에 태양광을 반사할 수 있도록 반사코팅 처리되어 있다.3, the reflector 16 corresponds to an essential component of the present invention. The reflector 16 is disposed at an upper end of the heat insulating material 14 as shown in FIG. 3. The reflector 16 enhances the absorption efficiency of solar light . That is, the reflection plate 16 is formed in an elliptical symmetrical structure to maximize the reflection efficiency. Preferably, the reflection plate 16 has a letter 'W' shape as shown in FIG. 3 and the lower portion is rounded. . According to such a shape, the reflection plate 16 can reflect to the absorption plate 18 as much as possible with respect to the sun incident angle that varies with each time zone. In addition, the reflection plate 16 is subjected to reflection coating treatment so as to reflect sunlight on the front surface (the upper surface in FIG. 3).

상기 흡수판(18)은 도 3,4와 같이 알파벳 'V' 모양으로 형성되는데, 구체적으로는 V-밴드형 구조로 형성되며 상기 반사판(16)에서 반사된 태양광(또는 반사광)과 태양광 직접입사광을 각각 흡수할 수 있다. 이와 같이 상기 흡수판(18)을 V-밴드 구조로 성형함으로써 길이방향의 변형에 대하여 최대한 변화가 적게 발생하도록 하였다. 또한 상기 흡수판(18)의 중간 모서리 저면에는 도 4와 같이 전술한 라이즈(24)가 배열되어 있다. The absorbing plate 18 is formed in the shape of an alphabet 'V' as shown in FIGS. 3 and 4. Specifically, the absorbing plate 18 is formed in a V-band structure and includes solar light (or reflected light) It is possible to directly absorb incident light. As described above, by forming the absorbing plate 18 into a V-band structure, the variation in the longitudinal direction is minimized. 4, the above-described riser 24 is arranged on the bottom edge of the middle corner of the absorbing plate 18. [

특히, 상기 흡수판(18)의 전면부와 배면부에는 태양광을 최대한 흡수할 수 있도록 코팅층(30a,30b)이 형성된다. 이때 상기 코팅층(30a,30b)은 흡수판(18)의 양면 또는 한쪽면에 선택적으로 코팅 처리될 수 있다. 한편 상기 코팅층(30a,30b)은 아래에서 구체적으로 후술 될 코팅 방법 및 조성물에 의해 형성된다. In particular, coating layers 30a and 30b are formed on the front surface and the back surface of the absorption plate 18 to absorb sunlight as much as possible. At this time, the coating layers 30a and 30b may be selectively coated on both sides or one side of the absorber 18. Meanwhile, the coating layers 30a and 30b are formed by a coating method and a composition specifically described below.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 태양열 집열기(10)는 전산 해석을 통해 태양광 입사 각도별 광 흡수율을 평가하여 최적의 구조를 구현한 것으로, 반사판(16)은 타원형 대칭구조이고, 흡수판(18)은 V-밴드현 구조이다. 이러한 구조의 반사판(16) 및 흡수판(18)의 구조적용을 통해 입사각 0°, 15°, 30°, 45°, 60° 조건에서 태양광 흡수율이 각각 100%, 95.7%, 85.6%, 81.8%, 89%로 광 손실이 적어 태양열 집열기(10)로서의 충실한 기능을 발휘하였다. 또한 집광비에 있어서도 2.4로 비교적 높은 수준의 집광비 달성을 통해 평판형태의 고정 집광형 태양열 집열기로써 상당한 품질 수준이다. The reflector 16 has an elliptical symmetrical structure, and the absorbing plate 18 (see FIG. 1) has the same structure as the absorbing plate 18 ) Is a V-band current structure. The structure of the reflection plate 16 and absorption plate 18 having such a structure allows the solar absorption coefficients to be 100%, 95.7%, 85.6% and 81.8% at the incident angles of 0 °, 15 °, 30 °, 45 ° and 60 ° %, And 89%, respectively, so that it exhibited a faithful function as the solar collector 10. Also, the condensing ratio is 2.4, which is a considerable quality level as a fixed type condensing type solar collector by achieving a light collection ratio of a relatively high level.

하기의 표 1에서는 태양광선 전산해석을 통해 태양광 입사각에 따른 광 흡수율을 구체적으로 나타내고 있다.Table 1 below shows the specific absorption rate of the solar radiation according to the angle of incidence of sunlight through computational analysis of sunlight.

태양광 입사각(°)Solar incident angle (°) 00 1515 3030 4545 6060 태양광선 전산해석Solar ray computer analysis

Figure 112013084896676-pat00001
Figure 112013084896676-pat00001
Figure 112013084896676-pat00002
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Figure 112013084896676-pat00003
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Figure 112013084896676-pat00004
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Figure 112013084896676-pat00005
Figure 112013084896676-pat00005
 광흡수율(%)Light absorption (%) 100100 95.795.7 85.685.6 81.881.8 8989

한편, 본 발명에서는 도 4에 도시한 바와 같이 흡수판(18)의 양면에 코팅층(30a,30b)을 형성하게 되는데, 상기 코팅층(30a,30b)을 형성함으로써 태양광의 흡수율을 최대화할 수 있었다. 아래에서는 상기 흡수판(18)의 광기능 습식 표면 처리방법에 대해서 구체적으로 제시할 것이다.4, the coating layers 30a and 30b are formed on both sides of the absorption plate 18. By forming the coating layers 30a and 30b, the absorption rate of sunlight can be maximized. Hereinafter, a detailed description will be given of a method of wet-type surface treatment of the absorbing plate 18.

구리(Cu) 소재로 된 흡수판(18)의 표면은 열적, 화학적 산화 조건에 따라 Cu2O, CuO 등의 다양한 형태의 산화층이 형성된다. 이 중에서 black copper oxide인 CuO (cupric oxide)가 태양열 흡수체 기능을 할 수 있는 물질이다. 본 발명에서는 potassium persulfate(KPS, K2S2O8), sodium hydroxide(NaOH) 및 sodium carbonate(SC, Na2CO3)를 사용하여 구리산화층을 형성하였으며, 산화용액 내에서는 일어나는 반응은 아래의 화학식 1과 같다.
Various types of oxidation layers such as Cu 2 O and CuO are formed on the surface of the absorption plate 18 made of copper (Cu) according to thermal and chemical oxidation conditions. Among them, CuO (cupric oxide), which is a black copper oxide, can act as a solar absorber. In the present invention, a copper oxide layer was formed using potassium persulfate (KPS, K 2 S 2 O 8 ), sodium hydroxide (NaOH) and sodium carbonate (SC, Na 2 CO 3 ) Lt; / RTI >

[화학식 1][Chemical Formula 1]

ＫＰＳ／ＮａＯＨ 처리공정KPS / NaOH treatment process

Figure 112013084896676-pat00006
Figure 112013084896676-pat00006

SCSC 처리공정 Treatment process

위 공정에서 미반응 CuSO4가 추가적으로 CuO로 처리되는 과정이다.Unreacted in the above process is a process in which the treatment with CuSO 4 further CuO.

Figure 112013084896676-pat00007
Figure 112013084896676-pat00007

CuO 구조를 결정하는 단계는 대부분 KPS/NaOH 공정에서 이루어지며, 위 화학반응 메카니즘에서 알 수 있듯이, KPS와 NaOH의 비율 및 처리시간에 의해 산화층의 구조 및 두께가 조절된다. 형성되는 CuO 산화층의 구조는 대부분 나노~마이크로 크기의 침상, 층상 형태이며 산화층의 두께가 증가할수록 산화층은 점점 검은 색을 띠며 광흡수율이 증가하게 된다.The CuO structure is mostly determined by the KPS / NaOH process. As shown in the above chemical reaction mechanism, the structure and thickness of the oxide layer are controlled by the ratio of KPS and NaOH and the treatment time. The structure of the CuO oxide layer to be formed is mostly nano- to micro-sized acicular or laminar. As the thickness of the oxide layer increases, the oxide layer gradually becomes blackish and the light absorption rate increases.

이 경우, 광흡수 증가에 따른 열방사율의 증가가 필연적으로 나타날 수밖에 없는데, 흡수된 태양열이 적외선 형태로 대부분 손실이 일어나기 때문에 태양열 집열기 흡수판으로 적용하는데 한계가 있다. 따라서 본 발명에서는 산화층 구조 및 두께를 최적화시켜 방사율을 최대한 낮추면서도 흡수율이 우수한 산화층을 제조하고자 하였다. 이과정에서 표면 전처리를 통해 반사율 및 방사율을 낮출수 있는 구조로 표면 전처리시 hydrogen peroxide를 도입하였는데, 이 경우 위 KPS/NaOH 용액내에서의 CuO 형성반응이 상당히 지연되는 것이 관찰되었으며, 이에 따라 NaOH함량 및 산화시간을 증가시켜 최적조건을 도출하였다. 초기 제품의 반사율/방사율이 15/15% 정도인 것에 비하여, 표면처리이후 최적조건에서는 반사율/방사율값이 10/10%로 태양열 흡수판으로써 우수한 결과를 확보하였다. 한편, 도 5의 그래프에서는 전술한 흡수판(18)의 표면 전처리 변경후의 NaOH 비율에 따른 반사율과 방사율의 변화를 나타내었다.
In this case, the increase of the heat emissivity due to the increase of light absorption inevitably occurs. However, since the absorption of the solar heat largely occurs in the form of infrared rays, application to the solar collector absorbing plate is limited. Accordingly, in the present invention, an oxide layer having an excellent absorption rate while minimizing the emissivity by optimizing the oxide layer structure and thickness was manufactured. In this process, hydrogen peroxide was introduced during surface pretreatment to reduce reflectance and emissivity through surface pretreatment. In this case, CuO formation reaction in the above KPS / NaOH solution was considerably retarded, and thus NaOH content And the oxidation time was increased to derive optimum conditions. The reflectance / emissivity of the initial product is 15/15%, and the reflectance / emissivity value is 10/10% at the optimal condition after the surface treatment. On the other hand, in the graph of FIG. 5, the reflectance and the emissivity of the absorbing plate 18 were changed according to the NaOH ratio after the surface pretreatment was changed.

10: 태양열 집열기 12: 커버
14: 단열재 16: 반사판
18: 흡수판 20: 투과체
22: 흡수배관 24: 라이즈
26: 배관연결체 28: 프레임
30a, 30b: 코팅층10: solar collector 12: cover
14: Insulation material 16: Reflector
18: absorbing plate 20: permeable body
22: Absorption piping 24: Rise
26: piping connector 28: frame
30a, 30b: coating layer

Claims (5)

알루미늄 재질로 제작되고 단열 성능을 높이기 위하여 중앙부에 중공층(28a)이 형성된 프레임(28)과 커버(12) 및 투과체(20)로 구성되며, 내부에는 단열재(14), 반사판(16), 흡수판(18)이 순차적으로 설치되며, 그리고 외부로부터 열매체를 공급하기 위한 통상의 흡수배관(22) 및 라이즈(24)를 포함하여 구성된 통상의 고정 집광형 평판 타입의 태양열 집열기에 있어서,
상기 반사판(16)은 각 시간대별로 달라지는 태양입사각에 대하여 상기 흡수판(18)에 최대한 반사가 이루어질 수 있도록 "W" 모양으로 아랫부분이 라운드진 모양의 타원형 대칭 구조로 형성되되, 이러한 모양이 연속적으로 연결되어 형성되며;
상기 흡수판(18)은 흡수율을 최대화할 수 있도록 V-밴드형 구조로 형성되되, 상기 흡수판(18)의 양면에는 potassium persulfate, sodium hydroxide 및 sodium carbonate을 사용하여 구리산화층을 형성한 코팅층(30a,30b)이 구성됨을 특징으로 하는 고정 집광형 평판 타입의 태양열 집열기.
A cover 12 and a transmitting body 20 which are formed of aluminum and have a hollow layer 28a formed at a central portion thereof in order to improve the heat insulating performance and are provided with a heat insulating material 14, In a conventional fixed condensing type flat plate type solar collector including an absorption plate 18 sequentially installed and a normal absorption pipe 22 and a riser 24 for supplying a heating medium from the outside,
The reflection plate 16 is formed in an elliptic symmetrical structure having a "W" shape and a bottom portion rounded so as to maximally reflect on the absorption plate 18 with respect to a solar incident angle that varies according to each time zone. ;
The absorbing plate 18 is formed in a V-band structure so as to maximize the absorption rate. The coating layer 30a formed by forming a copper oxide layer on both sides of the absorbing plate 18 by using potassium persulfate, sodium hydroxide, , 30b). The stationary condensing type flat plate type solar collector according to claim 1 or 2,
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