KR20110068333A - Solar thermal conduction heat-pipe for heating water - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양광 에너지를 집열하는 유리진공관 내부에 유리진공관이 집열한 태양광 에너지를 최소한의 손실로 효율적으로 흡열하고 흡열된 에너지를 직접적으로 물관 내부에 흐르는 물에 전달하여 열교환을 유도하는 태양광 흡열 온수 히트파이프에 관한 것이다.The present invention efficiently absorbs the solar energy collected by the glass vacuum tube inside the glass vacuum tube that collects solar energy with minimal loss and transfers the absorbed energy directly to the water flowing inside the water tube to induce heat exchange. An optical endothermic hot water heat pipe.
태양은 지구의 1백9배크기로 지구로 부터 1억5천만km 떨어진 곳에 위치해 수소 73%, 헬륨 24%로이뤄진 기체덩어리로서 초당 3.8 x 10의 23승kW의 에너지를 우주에 방출하는 거대한 화염이다.The sun is a mere nineteen times the size of the earth, 150 million kilometers from the earth, a mass of 73% hydrogen and 24% helium, a massive flame that emits 3.8 x 10 23 kW of energy into space. .
지구는 태양으로부터 지표면 1m2당 7백W의 에너지를 받게 되는데, 이는 다시 말해 지구전체에 도달하는 태양에너지의 양이 태양자신이 방사하는 에너지량의 23억분의 1이고 그 에너지량 (1.2 x 1014kW)은 전 인류의 소비 에너지량 (1.2 x 1010kW)의 약 1만배에 달하는 것이다. The Earth receives 700W of energy per cubic meter of the Earth's surface, ie the amount of solar energy reaching the earth is one-third of the amount of energy that the sun radiates, and its energy (1.2 x 1014kW) Is about 10,000 times the amount of energy consumed by humankind (1.2 x 1010 kW).
이처럼 태양에너지는 무한하며 깨끗할 뿐만 아니라 어디서나 이용 가능한 유일한 에너지원이다.Thus, solar energy is infinite and clean, and it is the only energy source available anywhere.
아직까지 전세계적으로 태양 에너지 연구는 주택의 난방 및 급탕 시스템, 온수기, 농·수산물 건조기,저가 집열기 및 소규모 태양광 발전 등이 주류를 이루고 있으며, 태양광 발전에 관한 연구는 발전에 필요한 고온 획득 방법과 고온 재료 개발 등이 문제가 되어 큰 진전을 보지 못하고 있었으나 지난 80년대 중반 미국에서 10 MW급의 태양광 발전 시스템의 실용화가 이루어진 이후 각국에서집중적인 개발 투자를 계속하고 있어 2000년대에는 가장 강력한 태양 에너지 이용 방법으로 광범위하게 보급될 전망이며, 향후고갈되어지고 단가상승 및 환경의 위협적인 화석에너지의 대체 할 중요 에너지원이라 할 수 있다.So far, solar energy research in the world is mainly composed of heating and hot water supply system of homes, water heaters, agricultural and marine product dryers, low-cost collectors and small-scale solar power generation. The development of high-temperature materials and problems have not made much progress, but since the development of the 10 MW solar power system in the United States in the mid-80s, the country has been intensively investing in development. It is expected to be widely used as a method of using energy, and is an important energy source that will be exhausted, increase in unit price, and replace fossil energy threatening the environment.
또한, 상기와 같은 태양광 에너지를 집열하는 유리진공관 내부에 설치되는 히트파이프의 경우 다양한 산업 분야에서 열교환의 필수 요소로 자리매김하고 있으며, 기존의 어떤 금속이나 합금에 보다 높은 열전도율(98.5%)과 열전달속도(구리의 1,300배), 낮은 열저항치(구리의 1/3,000)를 가지며 무동력 열이송체라는 강점이 있다.In addition, the heat pipe installed inside the glass vacuum tube that collects the solar energy as described above is positioned as an essential element of heat exchange in various industrial fields, and higher thermal conductivity (98.5%) to any existing metal or alloy. It has a strong heat transfer speed (1,300 times copper), low heat resistance (1 / 3,000 copper), and is a non-powered heat transfer body.
상기 배경기술의 태양 에너지를 활용하는 방식 중에 유리진공관(10)을 집열기로 활용하여 태양광 에너지를 이용하여 냉수를 온수로 만드는 종래의 기술에 있어, 단순히 유리진공관(10)안에 열전도율이 높은 구리로 만들어진 물관을 밀착시켜 유리진공관(10)이 집열한 태양광 에너지를 전도 받아 물관에 흐르는 물을 가열시키는 방식은 유리진공관(10)이 집열한 태양광 에너지를 전도함에 있어 히트파이프에 비해 열저항치가 높고, 열전도율이 낮은 구리를 물관으로 사용함에 있어 손실되는 에너지가 크며 효율성도 떨어진다.In the conventional technique of utilizing the
또한, 상기에서 언급했듯이 열의 특성상 위로 전달되어지는데 유리진공관(10)이 집열한 태양광 에너지가 구리 물관에 흡수되는 과정에서 유리진공관(10)의 상단으로 이동하게 되고 단순히 유리진공관(10) 내부에 구리 물관을 설치한 형태의 기존의 방식으론 상단으로 전달되어 대기중으로 소모되어지는 열을 활용할 수 있는 방법이 없어 집열된 태양광 에너지를 활용하는 효율에 있어서 그 한계가 있다는 문제점이 있다. In addition, as mentioned above is transferred to the nature of the heat is transferred to the
본 발명을 통해 종래의 유리진공관(10)이 집열한 태양광 에너지를 유리진공관(10) 내벽에 구리 물관을 밀착시키는 방식을 이용한 흡열 및 열전도의 효율성에 있어서 상기 유리진공관(10) 내벽에 밀착되는 구리로 이루어진 원형의 통을 작동유체(F)를 내장한 진공상태의 히트파이프로 대체하고 이 히트파이프를 U자 형태로 관 통하는 물관(23)을 내부에 이중관의 형태로 설치하는 하단부(22)를 통해 집열기인 유리진공관(10)내벽에 집열된 태양광 에너지를 효율적이고 최소한의 손실로 흡열하여 초전도 히트파이프 내부의 물관(23)에 전달하여 종래의 태양광 에너지를 이용한 온수 생산 시스템의 효율성의 한계를 극복한다. Solar energy is collected by the conventional
또한, 하단부(22)의 상부에 구성된 헤드(21)부분을 통해 종래의 유리진공관(10) 상단 부분에 단순히 커버를 덮는 등의 방식으로 유리진공관(10)과 그 내부의 상단으로 대류 혹은 전도되어 대기중으로 소모되는 태양광 에너지를 하단부(22) 내부를 관통하여 올라오는 물관이 똬리 형태의 물관(24)이 내장되어 있는 헤드(21)부분을 통해 최소화 하고 태양광 흡열 온수 히트파이프(20) 내부에 위치한 물관(23)의 흡열 면적을 최대화하여 그 효율성을 증가시키고 에너지의 낭비를 줄이는 효과가 있다.In addition, through the
본 발명에 따른 태양광 흡열 온수 히트파이프(20)는 기존의 태양광을 이용한 여타의 시스템에서 접근하지 못했던 집열기인 유리진공관(10) 내면에 밀착하고 작동유체(F)를 내장하고 진공상태인 초전도 히트파이프 내부에 물관을 관통시켜 기존의 열전도 방식을 이용함과 동시에 열전도율과 열저항치에 근거하여 전도되지 못하고 대기중으로 소모되어지는 열을 최소화하며, 열의 특성상 상단으로 전달되어 대기중으로 소모되는 에너지를 헤드(21)부분을 통하여 최소화하고 헤드(21)부분에 내장되는 물관의 경우 똬리 형태로 구성하여 물관(23)이 태양광 흡열 온수 히트파이프(20) 내부에서 흡열하는 면적을 최대화 하여 궁극적으로 집열기인 유리진공관(10)이 집열시킨 태양광 에너지를 보다 효율적으로 물로 전달시키는 효과가 있다.The solar heat absorbing hot water heat pipe 20 according to the present invention is in close contact with the inner surface of the
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 태양광 집열기인 유리진공관(10) 내벽에 구리 물관을 밀착시켜 집열된 태양광 에너지를 이용하는 통상의 태양광 시스템에 있어서, 상기 유리진공관(10) 내면에 밀착되며 유리진공관(10) 내부의 깊이와 동일한 길이의 구리로 이루어진 원형의 통을 작동유체(F)를 내장한 진공상태의 히트파이프로 대체하고 이 히트파이프를 관통하는 물관(23)을 내부에 U자 형태의 이중관의 형태로 설치하는 하단부(22)를 통해 집열기인 유리진공관(10)내벽에 집열된 태양광 에너지를 효율적이고 최소한의 손실로 흡열하여 히트파이프 내부의 물관(23)에 전달하며, 상기 하단부(22)의 상단에 하단부(22)의 초전도 히트파이프와 연통되어 진공상태이며 똬리 형태의 물관(24)을 내장된 헤드(21)부분을 통해 종래의 유리진공관(10) 상단 부분에 단순히 커버를 덮는 등의 방식으로 유리진공관(10)과 그 내부의 상단으로 대류 혹은 전도되어 대기중으로 소모되는 태양광 에너지를 하단부(22) 내부를 관통하여 올라오는 물관이 똬리 형태의 물관(24)이 내장되어 있는 헤드(21)부분을 통해 이용하고 태양광 흡열 온수 히트파이프(20) 내부에 위치한 물관(23)의 흡열 면적을 최대화하여 그 효율성을 증가시키고 에너지의 낭비를 줄이는 형태로 구성되는 태양광 흡열 온수 히트파이프(20)를 제공한다.In the present invention, in order to achieve the above object, in the conventional solar system using the solar energy collected by closely contacting the copper water pipe to the inner wall of the
또한, 태양광 집열기인 유리진공관(10) 내부에 설치되는 태양광 흡열 온수 히트파이프(20)의 하단부(22)와 상단부인 헤드(21)부분의 연결은 작업의 편이성과 견고함, 진공상태의 유지를 위하여 리듀서(Reducer)를 활용하며 용접을 통한 방법을 사용하여 연결하는 것을 특징으로하며, 이 헤드(21)부분에 내장된 물관은 똬리 형태를 이루게 제작하여 태양광 흡열 온수 히트파이프(20) 내부에서 흡열하는 면적을 최대화 하여 효율을 높이는 것을 특징으로 한다.In addition, the connection between the
또한, 상기 태양광 흡열 온수 히트파이프의 하단부(22) 내부를 관통하는 물관(23)이 태양광 흡열 온수 히트파이프(20) 내벽에 밀착하여 열전도 효율을 높이기 위하여 U자 형태로 밴딩되어 이루어진 물관(23)의 사이에 고르게 지지대를 받쳐주어 용접을 통하여 고정시켜 물관(23)이 하단부(22)의 초전도 히트파이프 내벽에 고르게 밀착시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 태양광 흡열 온수 히트파이프(20) 내부는 진공상태인 것을 특징으로 한다.In addition, the inside of the solar heat absorbing hot water heat pipe 20 is characterized in that the vacuum state.
또한, 상기 태양광 흡열 온수 히트파이프(20) 내부에 수용되는 작동유체(F)는 상기 태양광 흡열 온수 히트파이프(20) 내부 전체 체적의 약 20%인 것을 특징으로 한다. In addition, the working fluid (F) accommodated in the solar heat absorbing hot water heat pipe 20 is characterized in that about 20% of the total volume inside the solar heat absorbing hot water heat pipe 20.
(실시예)(Example)
본 발명에 따른 태양광 흡열 온수 히트파이프(20)의 구성 및 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.With reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the solar heat absorbing hot water heat pipe 20 according to the present invention will be described in detail.
첨부한 도면, 도 1은 종래의 방식으로 구성된 태양광 온수 모듈을 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양광 흡열 온수 히트파이프(20)를 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 태양광 흡열 온수 히트파이프(20)를 병렬형태로 연 결하여 만든 태양광 모듈 한 세트의 도면이다.1 is a cross-sectional view showing a solar hot water module constructed in a conventional manner, Figure 2 is a cross-sectional view showing a solar heat absorbing hot water heat pipe 20 according to the present invention, Figure 3 is a view according to the present invention Figure 1 is a diagram of a set of photovoltaic modules made by connecting the endothermic hot water heat pipe 20 in parallel.
본 발명에 따른 태양광 흡열 온수 히트파이프(20)의 구성은 도면에 나타낸 바와 같이 태양광 집열기인 유리진공관(10) 내벽에 밀착되며 깊이와 동일한 길이인 구리로된 원형의 통 안에 U자 형태로 밴딩된 물관(23)을 설치하여 작동유체(F)를 내장하여 진공상태인 하단부(22)와 이 하단부와 연통되어 진공상태이며 하단부 내부를 U자 형태로 관통 하여 나온 물관(23)의 끝점과 연결된 똬리 형태의 물관(24)을 내장한 상단부인 헤드(21)부분으로 구성되어 태양광 흡열 온수 히트파이프(20)를 이룬다.As shown in the drawing, the solar heat absorbing hot water heat pipe 20 according to the present invention has a U-shaped shape in a circular tube made of copper, which is in close contact with the inner wall of the
우선 집열기인 유리진공관(10)이 태양광에 노출됨에 따라 태양광을 집열시키고 집열된 에너지가 유리진공관 내부에 설치된 태양광 흡열 온수 히트파이프의 하단부(22)에 전달된다.First, as the
그러면 상기 태양광 흡열 온수 히트파이프(20) 하단부(22)에 전달된 열이 내부에 수용된 작동유체(F)가 열을 흡수하게 되면서 기화하게 된다.Then, the heat transmitted to the
본 발명에서 태양광 흡열 온수 히트파이프(20) 내부에 수용되는 작동유체(F)는 초전도 히트파이프에 통상적으로 사용되는 작동유체들을 사용한다.In the present invention, the working fluid F accommodated inside the solar heat absorbing hot water heat pipe 20 uses working fluids commonly used in superconducting heat pipes.
그리고 기화된 작동유체(F)는 상기 태양광 흡열 온수 히트파이프(20)의 상단부인 헤드(21) 부분으로 이동되면서 태양광 흡열 온수 히트파이프(20)의 내부로 전도되며 내부에 설치된 물관(23)과 이에 연결된 헤드(21) 부분에 내장된 똬리 형태의 물관(24)에 흐르는 냉수로 열을 전도시킴과 동시에 기화된 작동유체(F)는 액화되는 과정을 거치고 다시 상기와 같은 과정을 반복하는 열교환이 이루어진다.And the vaporized working fluid (F) is transferred to the inside of the solar heat absorbing hot water heat pipe 20 while being moved to the
이때 상기 태양광 흡열 온수 히트파이프(20) 내부에 수용되는 작동유체(F)는 상기 태양광 흡열 온수 히트파이프(20) 내부 전체 체적의 약 20% 이며 상기 태양광 흡열 온수 히트파이프(20) 내부는 진공된 상태이다.At this time, the working fluid F accommodated in the solar heat absorbing hot water heat pipe 20 is about 20% of the total volume of the solar heat absorbing hot water heat pipe 20 and the solar heat absorbing hot water heat pipe 20 Is a vacuum state.
상기 태양광 흡열 온수 히트파이프(20) 내부가 진공상태인 것은 초전도 및 열교환을 하는 과정 중에서 작동유체(F)가 외부로 배출되어 없어지는 것을 방지하기 위한 것이며 상기 작동유체(F)가 상기 태양광 흡열 온수 히트파이프(20) 내부 전체 체적의 약 20%로 했을 때 효율적인 열교환이 이루어 지기 때문이다.The inside of the solar heat absorbing hot water heat pipe 20 is a vacuum state to prevent the working fluid (F) from being discharged to the outside during the superconducting and heat exchange process, and the working fluid (F) is the solar light This is because efficient heat exchange is achieved when the endothermic hot water heat pipe 20 is about 20% of the total volume.
상기와 같은 열교환 과정을 통해 집열기인 유리진공관(10)이 집열시킨 태양광 에너지를 냉수가 흐르는 물관에 전달시켜 온수를 만드는 효과를 기존의 모듈과 비교하면 다음과 같다.Compared with the existing module, the effect of making hot water by transferring the solar energy collected by the
상기 표에서 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 흡열 온수 히트파이프(20)는 기존의 태양광 모듈과 비교하여 유리진공관(10)에 집열된 태양광 에너지를 더욱 효과적으로 물관 내부의 냉수에 전달하여 보다 효율적인 태양광 에너지를 활용하는 효과가 있다.As shown in the table, the solar heat absorbing hot water heat pipe 20 according to the present invention more effectively transfers the solar energy collected in the
도 1은 종래에 따른 태양광 온수 모듈을 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing a solar hot water module according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 흡열 온수 히트파이프를 나타낸 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing a solar heat absorbing hot water heat pipe according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 흡열 온수 히트파이프를 병렬형태로 연결시킨 한 세트를 나타낸 단면도.Figure 3 is a cross-sectional view showing a set of connecting the solar heat absorbing hot water heat pipe according to the present invention in parallel.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Description of the Related Art [0002]
20 : 태양광 흡열 온수 히트파이프 21 : 헤드20: heat absorbing hot water heat pipe 21: head
22 : 하단부 23 : 물관22: lower portion 23: water pipe
24 : 똬리 형태의 물관 F : 작동유체24: water pipe in the form of a flower F: working fluid
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
WO2013181914A1 (en) * | 2012-06-05 | 2013-12-12 | 常州市美润太阳能有限公司 | Solar heating cabinet |
CN110030618A (en) * | 2019-04-09 | 2019-07-19 | 广东五星太阳能股份有限公司 | One kind being based on transpiration-cooled heating solar heat absorber |
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2009
- 2009-12-16 KR KR1020090125227A patent/KR20110068333A/en not_active Application Discontinuation
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WO2013181914A1 (en) * | 2012-06-05 | 2013-12-12 | 常州市美润太阳能有限公司 | Solar heating cabinet |
CN110030618A (en) * | 2019-04-09 | 2019-07-19 | 广东五星太阳能股份有限公司 | One kind being based on transpiration-cooled heating solar heat absorber |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
E601 | Decision to refuse application |