U-Pipe 진공관 태양열 집열기: 효율적인 압력 지지 엔지니어링 온수 솔루션

태양열 에너지 열 이용 분야에서 진공관 기술은 뛰어난 열 성능과 폭넓은 적용성으로 주목을 받고 있습니다. 그중에서도 진공관 계열의 고급 제품인 U-튜브 진공관 태양열 집열기는 진공관의 효율적인 열 수집과 평판 시스템의 압력 지지 작동이라는 장점을 완벽하게 결합하여 중대형 태양열 온수 프로젝트에 중요한 선택으로 자리 잡았습니다. 본 글에서는 이 기술의 원리, 특성 및 엔지니어링 적용 가치를 심층적으로 살펴보겠습니다.

 

I. 작동 원리 및 시스템 구조

U자형 진공관 집진기는 독특한 "U자형" 금속관 디자인을 채택했습니다. 핵심 구조는 다음과 같습니다.

 

진공관 조립 

1. 외관 : 고붕규산 유리관으로 높은 광투과율(≥91%)을 보장합니다. 

2. 내부 튜브 : 유리로 제작되었으며, 표면에 선택적 흡수 코팅(α≥0.93)이 코팅되어 있습니다. 

3. 진공층 : 내부와 외부 튜브 사이의 진공도는 10⁻³Pa에 도달하여 대류 및 전도 열 손실을 효과적으로 억제합니다. 

U자형 금속 열교환관 

1. 보라색 구리관을 U자 모양으로 구부려 진공관 내부로 통과시킨다. 

2. 표면은 장기간 열 안정성을 보장하기 위해 산화방지 처리를 거쳤습니다. 

3. 내부순환 부동액 작동매체(프로필렌글리콜 용액 등) 

수집가 시스템 

1. 여러 개의 U자형 진공관을 병렬로 연결하여 컬렉터 어레이를 형성합니다. 

2. 헤더를 통해 각 U자형 튜브를 연결하여 완전한 순환 루프를 형성합니다. 

3. 구조적 안정성을 확보하기 위해 알루미늄 프로파일 브라켓 장착

 

작업 과정:햇빛 → 외부 유리관을 통과 → 흡수 코팅에 포착 → 열에너지 → 복사를 통해 U자형 튜브 핀으로 전달 → U자형 튜브 내부의 작동 매체로 전도 → 가열된 작동 매체는 순환 펌프에 의해 물탱크 열교환기로 전달됩니다.

 

ii. 5가지 핵심 장점

1. 압력 지지 작동 용량 

전금속 유동 채널 설계로 작동 압력이 0.6~1.0MPa에 도달할 수 있습니다. 

건물 급수망에 직접 연결 가능하며, 급수 압력이 안정적입니다. 

엔지니어링 응용 분야의 요구 사항을 충족하기 위해 여러 지점에서 동시에 물 공급을 지원합니다. 

2. 고효율 열 수집 성능

진공 단열은 최소한의 열 손실과 평평한 열 수집 효율 곡선을 보장합니다. 

낮은 일조량과 저온 환경에서도 여전히 좋은 성능을 유지할 수 있습니다. 

겨울철 효율은 평판형 집진기보다 월등히 높습니다.

3. 우수한 동결방지 능력 

진공관 자체는 물을 유지하지 않으므로 동결 위험이 완전히 제거됩니다.

부동액 작동 매체의 빙점은 -35℃ 이하까지 낮아질 수 있습니다.

특히 추운 지역에서 사용하기에 적합합니다.

4. 모듈형 디자인

각 파이프는 독립적으로 작동하며, 국부적인 결함은 시스템 작동에 영향을 미치지 않습니다.

핫스왑 교체를 지원하여 유지관리가 간편하고 편리합니다.

열 수집 영역은 수요에 따라 유연하게 확장 가능합니다.

5. 직사광선에 대한 저항성

진공관은 고온 내구성이 뛰어나 400℃ 이상의 햇빛 노출에도 견딜 수 있습니다.

파이프 파열의 위험이 없으며 안전성과 신뢰성이 매우 높습니다.

III. 기술 매개변수 및 성과 지표

일반적인 성능 매개변수(단일 파이프 ∅58×1800mm):

수광면적 : 개당 0.12m²

작동 매체 용량: 튜브당 0.15-0.2L

작동 온도: -30℃ ~ 150℃

순간 효율: η=0.75-0.05×(Δt/G) (Δt는 온도차, G는 조도)

열손실계수 : ≤1.5W/m²K

시스템 구성 제안

물탱크 용량은 열 수집 면적 1제곱미터당 60~80리터가 되어야 합니다.

부동액 작동 매체의 농도는 지역 최소 주변 온도를 기준으로 결정됩니다.

순환 펌프의 헤드는 시스템 저항과 고도 차이를 고려해야 합니다.

 

Iv. 엔지니어링 응용 솔루션

1. 대형 및 중형 온수 프로젝트

호텔 및 게스트하우스 시스템 : 열 수집 면적 200~500㎡, 30~100톤 단열수조 장착

학교병원 시스템: 시간제 급수 및 일정온도 유지 전략 채택

수영장 시스템 : 수온을 26~28℃로 유지하여 운영비용 대폭 절감

2. 난방 통합 시스템

바닥난방 시스템과 결합하여 겨울철 기본 난방을 제공합니다.

극한의 날씨에도 안정적인 난방을 보장하는 보조 열원이 탑재되어 있습니다.

생활용 온수 공급을 우선시하고, 폐열을 난방에 활용

3. 산업용 예열 응용 분야

40~80℃의 공정열이 필요한 산업에 예열 제공

전기도금, 식품가공, 섬유인쇄 및 염색 및 기타 분야

투자 회수 기간은 일반적으로 2~4년입니다.

4. 농업용 건조 시스템

작물건조, 한약재건조 등

건조 품질을 향상시키기 위해 안정적인 열풍을 제공합니다.

기존 연료 소비를 줄이고 생산 비용을 낮추세요

V. 시스템 설계의 핵심 사항

1. 경사각 설계 최적화

지역 위도에 따라 조정하세요

겨울철 사용에 중점을 둡니다. 위도 +10°-15°

연중 사용: 현지 위도와 동일

여름철 사용에 중점을 둡니다: 위도 -10°-15°

2. 과열 보호

온도차이주기의 상한을 설정합니다(일반적으로 ≤90℃)

라디에이터나 지하수 냉각 등 비상 대책을 도입한다.

계절별 폐색 계획을 고려하세요

3. 캐비테이션 방지 설계

시스템의 가장 높은 지점에 배기 장치가 설치되어 있는지 확인하십시오.

파이프라인 설계는 공기 주머니 형성을 방지합니다.

자동 배기밸브를 채택

4. 스케일링 방지 대책

연수된 물로 작업 매체를 준비하세요

pH 값의 변화를 정기적으로 모니터링하세요

부식 방지제 추가를 고려하세요

Vi. 설치 및 유지 관리 가이드

설치사양

파이프 간격은 뒷좌석이 앞좌석에 의해 가려지지 않도록 최소 0.8m 이상이어야 합니다.

기초 하중 지지 용량은 ≥30kg/m²입니다.

공기 배출구 부분에 설치하지 마십시오.

유지 보수 요구 사항

매년 작업 매체 농도 및 pH 값을 확인하십시오.

진공관 표면은 분기별로 청소하세요

순환펌프의 작동상태를 매월 ​​점검하세요

일반적인 오류 처리

효율 저하 : 진공관의 진공도를 확인하고 고장난 튜브를 교체하십시오.

누출: 밀봉 링의 노후된 부분을 찾아 밀봉 구성 요소를 교체합니다.

순환 불량: 가스를 배출하고 펌프 작동을 확인하십시오.

 

7. 경제 분석

투자 구성(1000m² 프로젝트를 예로 들어):

수집기 시스템: 45%-50%

열 저장 시스템: 25%-30%

제어 시스템: 10%-15%

설치 프로젝트: 10%-15%

수익 분석

수집기 1제곱미터당 연간 에너지 절감량: 350-550kWh

 투자 회수 기간: 3~6년(지역 에너지 가격에 따라 다름)

수명에 따른 수익률: 초기 투자금의 3~8배

Viii. 기존 진공관 수집기와의 비교

U-튜브 수집기는 전통적인 전면 유리 진공관을 특징으로 합니다. 

압력 지지 용량: 압력 지지 작동(0.6-1.0MPa), 비압력 지지 

우수한 동결 방지 성능(작동 매체 순환) 및 양호(배관 내 물이 얼 수 있음) 

배수가 필요한 경우 유지 관리용 단일 분기 파이프를 교체할 수 있습니다. 

효율성과 안정성이 높으나 수질에 영향을 받는다 

비용이 상대적으로 높거나 낮습니다 

중대형 주택 프로젝트뿐만 아니라 소규모 프로젝트에도 적합합니다.

 

결론 

U자형 진공관 태양열 집열기는 혁신적인 구조 설계를 통해 기존 태양열 집열기의 내압 작동, 시스템 유지보수 및 엔지니어링 적용성 측면에서의 한계를 성공적으로 극복했으며, 중대형 태양열 온수 프로젝트에 선호되는 솔루션으로 자리매김했습니다. 탁월한 열 성능, 안정적인 작동 특성, 그리고 뛰어난 확장성을 통해 호텔, 학교, 공장 등 온수 수요가 많은 곳에서 상당한 이점을 제공합니다.

태양열 활용 기술의 지속적인 발전과 엔지니어링 경험 축적을 통해 U-튜브 진공관 집열기는 에너지 전환에 중요한 역할을 계속할 것이며, 화석 에너지 소비를 줄이고 탄소 배출량을 줄이는 신뢰할 수 있는 기술적 길을 제공할 것입니다. U-튜브 시스템을 선택하는 것은 단순히 온수 장치를 선택하는 것이 아니라, 안정적이고 효율적이며 지속 가능한 에너지 미래에 투자하는 것을 의미합니다.