KR100365771B1 - Upgradable concentration ratio CPC(Compound parabolic concentrator) compared with acceptance angle and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양열 집광기에 관한 것으로, 이러한 태양열 집광기는 좌·우 포물선을 15도 각도로 경사지게 한 상태에서 수평방향으로 이동시켜 초점이 상대방 포물선과 접촉되게 하고, 이들 포물선의 접점과 초점들을 지나는 제 1원을 그리고, 제 1원의 중심을 지나는 수평선을 그려 제 1원 양측과 만나는 수평선 양단부를 중심으로 수평선 중앙을 지나는 제 2원을 그리며, 상기 제 2원을 수평이동시켜 각 포물선과 접촉되도록 한 다음 상기 수평선 하부의 제 2원구간 및 제 2원구간과 만나 상기 제 2원 구간과 동일방향으로 연장된 포물선을 제외한 나머지 부분을 삭제하여 W형상을 갖추는 반사포물선을 형성하고,The present invention relates to a solar collector, which moves in a horizontal direction while tilting a left and right parabola at an angle of 15 degrees so that the focal point is brought into contact with the other parabola and passes through the parabolic contacts and focal points. Draw a circle, draw a horizontal line passing through the center of the first circle, and draw a second circle passing through the center of the horizontal line around both ends of the horizontal line that meet both sides of the first circle, and move the second circle horizontally so as to contact each parabola. A reflection parabola having a W shape is formed by deleting the remaining portions except the parabola extending in the same direction as the second circle section, meeting the second circle section and the second circle section below the horizontal line;
상부에 상기 반사포물선과 같은 단면을 가진 복수 개의 포물선이 병열식으로 배치되는 프레임; 상기 프레임 상부의 포물선 밀접하게 안착고정되는 반사판; 판상의 몸체가 130도 형상으로 경사지게 형성되고, 상기 반사포물선 중앙부분에 설치되는 복수 개의 수열부; 상기 프레임 상부에 고정되어 태양열을 집열하는 이중 집열창; 열교환매체가 수용되고 상기 수열부 저면에 설치되는 흡열관; 상기 반사판에 반사된 열을 차단하기 위해 상기 프레임 하부에 설치되는 보온재; 상기 프레임 하부에 부착되는 외부케이싱;을 포함하는 것을 특징으로 한다.A frame in which a plurality of parabolas having a cross section same as the reflective parabola are arranged in parallel on an upper portion thereof; A reflection plate fixedly mounted and parabolic on the upper portion of the frame; A plurality of heat-receiving parts formed in a plate-like body inclined in a 130-degree shape and installed in a central portion of the reflective parabola; A double heat collecting window fixed to an upper part of the frame to collect solar heat; An endothermic tube accommodating a heat exchange medium and installed at a bottom of the heat receiving portion; An insulating material disposed under the frame to block heat reflected by the reflector; And an outer casing attached to the lower portion of the frame.
Description
본 발명은 태양광을 집광하여 중·고온의 열 에너지로 변환하고, 이를 다시 산업 공정열이나 흡수식 냉·난방에 이용할 수 있는 CPC형 집광기에 관한 것으로, 특히 종래 집광장치의 문제점인 유효 입사각(acceptance angle)과 집광비 사이의 반비례관계를 개선한 집광기에 관한 것이다.The present invention relates to a CPC-type condenser that collects sunlight and converts it into heat energy of medium and high temperatures, and can be used again for industrial process heat or absorption cooling and heating, and particularly an effective incident angle which is a problem of the conventional condenser. The present invention relates to a light collector which improves an inverse relationship between an angle and a light collecting ratio.
최근 발표된 에너지기술연구소의 논문, 고집적 태양광 집속기의 새로운 광학적 설계 및 개발, 한국태양에너지학회 논문집, August 1998, p 187에 의하면 R. Winston(1966, 1974)이 제창한 CPC(Compound Parabolic Concentrator)가 이상적인 집속기로 평가 되었으나, 반사판의 면적이 입사면의 개구면적보다 많이 큰 것과 집속기 자체가 너무 두꺼운 것이 단점으로 지적하고 있다.이 논문집은 일반적으로 비추적형인 집광기는 집속비가 2이하 이여야 고정된 위치에서 사용할 수 있으며, 완전한 비추적형의 집속비는 약 1.7이라고 보고되고 있다. 또한, 집광기에 입사되는 광선은 집광기의 양쪽 포물면을 기울인 각도의 범위 내에서만 수열부에 도달하게 되며, 그보다 큰 각도로 입사하는 광선은 다시 입사면 밖으로 되돌아 나가게 된다고 보고하였다.(p.188)According to the recently published paper from the Institute of Energy Technology, New Optical Design and Development of Highly Integrated Photovoltaic Integrators, Journal of the Korean Solar Energy Society, August 1998, p 187, C. (Compound Parabolic Concentrator) proposed by R. Winston (1966, 1974) ) Is evaluated as an ideal focusing point, but the disadvantage is that the area of the reflecting plate is larger than the opening area of the entrance surface and the focusing body itself is too thick. It is reported that it can be used in a fixed position and that the total nontracking focusing ratio is about 1.7. In addition, it is reported that the light beam incident on the collector reaches the heat receiving portion only within the range of the angle of inclination of both paraboloids of the collector, and the light incident at a larger angle returns out of the entrance plane again (p. 188).
즉, 사용하는 온도가 높을수록 집속비는 높아지고, 집속비가 높아질수록 유효입사각(한계입사각, acceptance angle)은 작아지며, 집속비가 2 이상이 될 때는 위치조정을 하여야만 일정시간 이상 집열을 할 수가 있음을 의미한 것이다.That is, the higher the temperature used, the higher the focusing ratio, and the higher the focusing ratio, the smaller the effective incident angle (limiting acceptance angle, acceptance angle), and when the focusing ratio is 2 or more, it is possible to collect more than a certain time by adjusting the position. It means.
종래의 태양열 집광기의 반사판은 도 1 과 같은 제조공정으로 제조되는데, 도 1 은 반사판으로 사용되는 포물선을 확보하기 위한 과정을 나타내고 있다.The reflection plate of the conventional solar collector is manufactured by the manufacturing process as shown in FIG. 1, which shows a process for securing a parabola used as a reflection plate.
도 1a 는 2개의 포물선 중 좌측 포물선(21)과 우측 포물선(11)은 각각의 초점(12, 22)을 중심으로 유효입사각(acceptance angle이 30도만큼 기울어져 있다. 다시 말해, 도면에 도시된 바와 같이 수직선을 기준으로 좌측 포물선(21)은 좌측으로 30도 기울어지고, 우측 포물선(11)은 우측으로 기울어져 있다. 상기 좌측 포물선(21)은 장차 CPC의 우측 반사판이 되고, 우측 포물선(11)은 좌측 반사판이 된다.1A shows that the left parabola 21 and the right parabola 11 of the two parabolas are inclined by an angle of 30 degrees around the respective focal points 12 and 22. As described above, the left parabola 21 is inclined 30 degrees to the left and the right parabola 11 is inclined to the right as a reference to the vertical line, and the left parabola 21 becomes the right reflector of the CPC in the future, and the right parabola 11 ) Becomes the left reflector.
이러한 상태에서 도 1b 와 같이 상기 도 1a 의 2개의 포물선(11)(21)을 수평으로 서로 겹치게 이동시켜 각 초점(12, 22)이 상대방의 포물선과 접촉되도록 하고, 이후에 도 1c 와 같이 각 초점(12, 22)사이를 수평선으로 연결하는데, 상기 수평선이 집광기의 수열부(41)의 단면을 형성하게 된다.In this state, as shown in FIG. 1B, the two parabolas 11 and 21 of FIG. 1A are horizontally overlapped with each other so that each of the focal points 12 and 22 is in contact with the other's parabola. The horizontal lines between the focal points 12 and 22 form a cross section of the heat receiving portion 41 of the collector.
도 1d 는 상기 수열부(41)를 중심으로 좌·우측 포물선(11)(21)을 하부를 삭제하고 상부에 확보된 항아리 형상의 포물선이 종래 집광기의 반사판 단면을 형성하게 되는 것이다.FIG. 1D illustrates a bottom of the left and right parabolas 11 and 21 around the heat receiving portion 41 and a jar-shaped parabola secured to the upper portion forms a reflector plate cross section of a conventional light collector.
이러한 종래의 방법은 태양을 추적하지 않고도 중·고온의 태양열을 얻는데에는 성공하였으나, 개구폭에 비해 집광기의 깊이가 너무 깊기 때문에, 반사판적이 증가하여 제조 단가가 비싸짐은 물론 집광기 제작시 제작품이 너무 두꺼운 문제가 발생한다. 또한 개구면적 대비 수열면적(집광비)이 2:1만 되어도 유효입사각이 30도 이상 될 수가 없기 때문에 좌·우로. 혹은 상·하로 ±30도 이상의 각도로 입사하는 태양광은 다시 재 반사되어 밖으로 나가게 되며, 유효 입사각을 30도 이상으로 설계하면, 그만큼 집광비가 작아지기 때문에 요구하는 온도를 얻기가 힘들었다.This conventional method has been successful in obtaining solar heat of medium and high temperature without tracking the sun, but since the depth of the condenser is too deep compared to the opening width, the reflector area is increased so that the manufacturing cost is high and the manufactured product is too high when the condenser is manufactured. Thick problem occurs. In addition, the effective incident angle cannot be more than 30 degrees even if the heat-receiving area (condensation ratio) is 2: 1 compared to the opening area. Alternatively, the solar light incident at an angle of more than ± 30 degrees up and down again reflects out again, and when the effective incidence angle is designed at 30 degrees or more, it is difficult to obtain the required temperature because the concentration ratio becomes smaller.
이를 도 5 에서 자세하게 도시하고 있는데, 0-30도의 각도범위 내에서 조사되는 태양광은 상기 수열부(41)에 입사되고 있으나 30도를 벗어나 35도의 경우에는 일측 포물선에서 반사된 태양광이 수열부(41)에 입사되지 않고 타측 포물선으로 재반사되어 결국 밖으로 반사됨을 도시하고 있다.따라서, 이러한 문제점로 인해 종래 방법으로 실제 상용화가 이루어지기에는 여러 가지 기술적, 구조적, 경제적 문제점이 뒤따르게 된다.This is illustrated in detail in FIG. 5, wherein the sunlight irradiated within the angle range of 0-30 degrees is incident on the heat receiving portion 41, but the sunlight reflected from one parabola is more than 30 degrees. It is shown that it is reflected back to the other parabola and is reflected outward, rather than entering (41). Accordingly, this problem is accompanied by various technical, structural, and economic problems for actual commercialization by the conventional method.
본 발명은 상기와 같은 종래의 태양열 집광기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 집광비가 2 이상이 되면서도 유효 입사각은 ±45도를 유지할 수 있고, 전체적인 집광기의 깊이도 획기적으로 낮출 수 있도록 하는 태양열 집광기를 제공함에 있다.이러한 태양열 집광기의 일 실시예 구성은, 하부로 볼록한 2개의 좌·우 포물선을 수직선을 기준으로 상부가 서로 근접되게 15도 각도로 경사지게 한 상태에서 이들 각 포물선을 수평방향으로 이동시켜 각 포물선의 초점이 상대방 포물선과 접촉되게 하고, 이들 포물선의 하부 중앙접점과 상기 각 포물선의 초점을 지나는 제 1원을 그리고, 이 제 1원의 중심을 지나는 수평선을 그려 제 1원 양측과 만나는 상기 수평선 양단부를 중심으로 수평선 중앙을 지나는 한 쌍의 제 2원을 그리며, 상기 제 2원을 서로 외측으로 이동시켜 각 포물선과 접촉되도록 한 다음 상기 수평선 하부의 제 2원구간 및 제 2원구간과 만나 상기 제 2원 구간과 동일방향으로 연장된 포물선을 제외한 나머지 부분을 삭제하여 전체 형상이 W형상을 갖추는 한 쌍의 반사포물선을 형성하고,상부에 상기 반사포물선과 같은 단면을 가진 복수 개의 포물선이 방열식으로 배치되는 프레임; 상기 반사포물선과 같은 단면을 가지며 상기 프레임 안착면에 밀접하게 안착되고, 그 상단부는 지지바로 고정되는 반사판; 판상의 몸체가 130도 형상으로 경사지게 형성되고, 상기 한 쌍의 반사포물선 중앙부분에 설치되는 복수 개의 수열부; 상기 프레임 상부에 앵글로 고정되어 태양열을 집열하는 이중 집열창;내부에 열교환매체가 수용되고 상기 수열부 저면에 설치되는 흡열관; 상기 반사판에 반사된 열이 외부로 전달하지 않도록 상기 프레임 하부에 설치되는 보온재; 상기 프레임 및 보온재를 보호할 수 있도록 상기 프레임 하부에 부착되는 외부 케이싱;을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is to solve the above problems of the conventional solar collector, its purpose is to maintain the effective incidence angle ± 45 degrees while the condensing ratio is 2 or more, the solar heat to significantly lower the overall condenser depth One embodiment configuration of such a solar collector includes two parabolic left and right parabolas horizontally inclined at a 15 degree angle with their tops adjacent to each other with respect to a vertical line. To move the focal point of each parabola into contact with the other parabola, draw a first circle passing through the parabola's lower center contact point and the focal point of each parabola, and draw a horizontal line passing through the center of the first circle. Draw a pair of second circles passing through the center of the horizon centered on both ends of the horizontal line meeting each other, and the second circles Move outward to make contact with each parabola, and then meet with the second circle section and the second circle section below the horizontal line, and delete the remaining portions except for the parabola extending in the same direction as the second circle section. A frame having a pair of reflective parabolas having a plurality, and having a plurality of parabolas having a cross-section same as that of the reflective parabola thereon; A reflection plate having a cross-section similar to the reflection parabola and closely seated on the frame seating surface, the upper end of which is fixed by a support bar; A plurality of heat-receiving portions formed in a plate-shaped body inclined in a 130-degree shape and installed in a central portion of the pair of reflective parabolas; A double heat collecting window fixed at an angle to the upper part of the frame to collect solar heat; a heat absorbing tube accommodated inside the heat sink and installed on a bottom surface of the heat receiving part; A heat insulating material disposed under the frame such that heat reflected by the reflector is not transmitted to the outside; And an outer casing attached to the lower portion of the frame to protect the frame and the heat insulating material.
도 1a 는 종래 태양열 집광기의 반사판을 형성하기 위한 공정으로, 반사판 단면과 같은 형상을 갖는 2개의 포물선이 겹치기 전 상태를 보인 도면도 1b 는 도 1a 의 2개의 포물선 각 초점이 상대방 포물선과 접촉된 상태를 보인 도면도 1c 는 도 1b 의 2개의 포물선 각 초점과 상대방 포물선과 접촉된 부분을 수평선으로 연결한 상태를 보인 도면도 1d 는 도 1c 의 수평선과 이 수평선 상부의 포물선을 분리한 도면FIG. 1A is a process for forming a reflector of a conventional solar collector. FIG. 1B is a view illustrating a state before two parabolas having the same shape as a cross section of the reflector overlap. FIG. 1B is a state in which two parabolic focal points of FIG. 1A are in contact with the other parabola. FIG. 1C is a view showing a state in which two parabolic focal points of FIG. 1B and a portion in contact with the other parabola are connected with a horizontal line. FIG. 1D is a diagram illustrating a horizontal line of FIG. 1C and a parabola above the horizontal line.
도 2a 는 본 발명에 따른 태양열 집광기의 반사판을 형성하기 위한 공정으로, 반사판 단면과 같은 형상을 갖는 2개의 포물선이 겹치기 전 상태를 보인 도면도 2b 는 도 2a 의 2개의 포물선 각 초점이 상대방 포물선과 접촉된 상태를 보인 도면도 2c 는 도 2b 의 2개의 포물선 교차점과 각 포물선의 초점을 지나도록 원이 도시되고, 이 원의 양측 단부를 중심으로 또 다른 원이 도시된 도면도 2d 는 도 2c 의 주요부를 도시하여 그 형상이 W와 같은 형상을 가지며, 그 중앙부에 수열부가 설치된 도면Figure 2a is a process for forming a reflecting plate of the solar collector according to the present invention, the two parabolas having the same shape as the cross-section of the reflecting plate is a state before overlapping Figure 2b is the two parabolas of Figure 2a each focal point of the other parabola Figure 2c shows a state in contact with the circle passing through the two parabola intersections and the focal point of each parabola of Figure 2b, with another circle around both ends of the circle. The main part is shown and its shape is W-like, and the heat-receiving part is provided in the center part.
도 3a 는 본 발명에 따른 태양열 집광기의 프레임 나타내는 정면도도 3b 는 도 3a 의 프레임에 파이프와 지지바가 설치된 상태의 정면도도 3c 는 도 3b 의 프레임에 수열부가 설치된 상태의 정면도도 3d 는 도 3c 의 프레임 상부에 이중창이 설치된 상태의 정면도Figure 3a is a front view of the frame of the solar collector according to the present invention 3b is a front view of the pipe and the support bar is installed in the frame of Figure 3a is a front view of the heat receiving portion is installed in the frame of Figure 3b 3d is a frame of Figure 3c Front view with double glazing installed on top
도 4 는 본 발명에 따른 태양열 집광기의 정단면도4 is a front sectional view of a solar collector according to the present invention;
도 5 는 종래 태양열 집광기의 광추적을 나타내는 각 실시예 개념도5 is a conceptual view of each embodiment showing the light tracking of the conventional solar collector
도 6 은 본 발명의 태양열 집광기의 광추적을 나타내는 각 실시예 개념도Figure 6 is a conceptual diagram of each embodiment showing the light tracking of the solar collector of the present invention
도 7 은 본 발명에 따른 태양열 집광기의 평면도7 is a plan view of a solar collector according to the present invention;
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
11, 21 : 포물선(parabola) 12, 22 : 포물선의 초점(focus)11, 21: parabola 12, 22: focus of parabola
13 : 집광장치 프레임 14 : 무게경감용 구멍13: condenser frame 14: hole for weight reduction
15, 16 : 프레임 연결 구조용 파이프 부착 부위15, 16: pipe attachment area for frame connection structure
30 : 수평선 31, 32 : 파형곡선의 시점30: horizontal line 31, 32: waveform curve start point
33 : 포물선의 교차점 34, 35 : 파형곡선과 포물선의 접점33: Intersection point of parabola 34, 35: Corrugation curve and parabolic contact point
41 : 수열부 42 : 열매체관41: heat receiving part 42: heat medium tube
43 : 수열부 지지바(bar) 44 : 수열부 말단부 이중 절곡부위43: heat receiving portion support bar (44) 44: heat receiving portion terminal double bent portion
51 : 반사판 52, 53, 56 : 프레임 연결 구조용 파이프51: reflector 52, 53, 56: pipe for frame connection structure
54, 55 : 반사판 지지바 61 : 알미늄 프로파일54, 55: reflector support bar 61: aluminum profile
62 : 집광장치 케이스 63 : 보온재62: light collecting device case 63: heat insulating material
71 : 저철분 강화유리 72 : 감봉71: low iron tempered glass 72: reduction rod
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 따른 태양열 집광기의 일 실시예 구성을 상세히 설명하겠다.Hereinafter, an embodiment of the solar collector according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 태양열 집광기의 반사판을 형성하기 위한 공정으로, 반사판 단면과 같은 형상을 갖는 반사포물선을 형성하기 위한 공정을 나타내는 도면이고, 도 3 은 본 발명에 따른 태양열 집광기을 제조공정을 보인 정면도이며, 도 4 는 본 발명에 따른 태양열 집광기의 정단면도다. 그리고, 도 6 은 본 발명의 태양열 집광기의 광추적을 나타내는 각 실시예 개념도이고, 도 7 은 본 발명에 따른 태양열 집광기의 평면도이다.Figure 2 is a process for forming a reflector of the solar collector according to the present invention, a view showing a process for forming a reflective parabola having the same shape as the cross-section of the reflector, Figure 3 shows a manufacturing process of the solar collector according to the present invention 4 is a front sectional view of a solar collector according to the present invention. 6 is a conceptual diagram illustrating each embodiment of the light tracking of the solar collector of the present invention, and FIG. 7 is a plan view of the solar collector according to the present invention.
상기 도면에서와 같이 본 발명의 태양열 집광기는 먼저 반사판(51)을 형성하기 위해 이 반사판(51) 단면과 같은 반사포물선(L)을 그리고, 이후 이 반사포물선(L)과 같은 단면 형상으로 반사판(51)을 형성하여 이 반사판(51)을 프레임(13) 상부에 고정하여 제조한다.As shown in the drawing, the solar collector of the present invention first draws a reflective parabola L such as the cross section of the reflecting plate 51 to form the reflecting plate 51, and then has a reflecting plate ( 51 is formed to fix the reflecting plate 51 to the upper portion of the frame (13).
이와 같은 제조순서에 따라, 먼저 반사포물선(L)을 그리는 과정을 설명하겠다. 도 2a 와 같이 하부로 볼록한 2개의 좌·우 포물선(21)(11)을 수직선을 기준으로 상부가 서로 근접되게 15도 각도로 경사지게 배치한다. 이러한 상태에서 이들 각 포물선(21)(11)을 수평방향으로 이동시켜 도 2b 와 같이 각 포물선(21)(11)의 초점(22)(12)이 상대방 포물선과 접촉되게 한다. 그리고, 이들 포물선(21)(11)의 하부 중앙접점(33)과 상기 각 포물선의 초점(22)(12)을 지나는 제 1원(C1)을 그리고, 이 제 1원(C1)의 중심을 지나는 수평선(30)을 그려 제 1원(C1) 양측과 만나는 상기 수평선(30) 양단부를 중심으로 수평선(30) 중앙을 지나는 한 쌍의 제 2원(C2)을 그린다.According to the manufacturing procedure as described above, first, the process of drawing the reflective parabola (L) will be described. As shown in FIG. 2A, two left and right parabolas 21 and 11 which are convex downward are inclined at an angle of 15 degrees so that the upper portions are close to each other with respect to the vertical line. In this state, each of these parabolas 21 and 11 is moved in the horizontal direction so that the focal 22 and 12 of each parabola 21 and 11 are in contact with the other parabola as shown in FIG. 2B. Then, the first circle C1 passing through the lower center contact point 33 of these parabolas 21 and 11 and the focal points 22 and 12 of the parabolas is drawn, and the center of the first circle C1 is drawn. A pair of second circles C2 passing through the center of the horizontal line 30 are drawn on both ends of the horizontal line 30 that meet both sides of the first circle C1 by drawing the horizontal line 30 passing through the horizontal line 30.
여기서, 상기 제 1원(C1)의 중심(30)을 통과하는 수평선(30)과 원이 만나는 양쪽의 점(31, 32)사이가 수열부(41)가 된다.Here, the heat receiving portion 41 is formed between the horizontal lines 30 passing through the center 30 of the first circle C1 and the points 31 and 32 on which both circles meet.
계속해서, 도 2c 와 같이 상기 제 2원(C2)을 서로 외측으로 이동시켜 각 포물선과 접촉되도록 한 다음 상기 수평선(30) 하부의 제 2원(C2)구간 및 제 2원(C2)구간과 만나 상기 제 2원(C2) 구간과 동일방향으로 연장된 포물선을 제외한 나머지 부분을 삭제하여 구성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2C, the second circle C2 is moved outward to contact each parabola, and then the second circle C2 section and the second circle C2 section below the horizontal line 30 Manna is formed by deleting the remaining portion except the parabola extending in the same direction as the second circle (C2) section.
이와 같이 그려진 반사포물선(L)은 도 2d 와 같이 한 쌍으로 구성되며 그 전체 형상이 W형상을 갖는다.The reflection parabola L drawn as described above is constituted by a pair as shown in FIG. 2D, and its overall shape has a W shape.
여기서, 중요한 점은 종래 집광기와는 반대로, 즉 장차 집광장치의 우측 포물면이 될 좌측 포물선(21)은 우측으로 좌측 포물면이 될 우측 포물선(11)은 좌측으로 15도 경사지게 기울인다는 점이다.Here, the important point is that, contrary to the conventional condenser, that is, the left parabola 21, which will be the right parabolic surface of the light concentrator, is inclined 15 degrees to the left.
이와 같이 반사포물선(L)이 그려지면, 이후에 상기 반사포물선(L)과 같은 다면을 가진 반사판(51)을 형성하는데, 이 반사판(51)은 탄성체를 갖는 박판체로 구성되어 굽힘을 용이하게 할 수 있도록 한다.When the reflective parabolic line L is drawn in this way, a reflective plate 51 having a same plane as the reflective parabolic line L is formed later. The reflective plate 51 is made of a thin plate body having an elastic body to facilitate bending. To help.
또한, 상기 반사판(51)이 탑재되는 프레임(13) 상부도 상기 반사포물선(L)의 단면 형상과 같은 형태로 구성한다.In addition, the upper portion of the frame 13 on which the reflective plate 51 is mounted is configured in the same shape as the cross-sectional shape of the reflective parabola L. FIG.
여기서, 태양열 집광기를 구성하는 구성요소를 구체적으로 살펴보면, 상기 반사판(51)과 프레임(13) 및 태양열을 집열하는 수열부(41), 상기 프레임(13)상에 설치되고 태양열을 집열하는 이중 집열창(71), 내부에 열교환매체가 수용되고 상기 수열부(41) 저면에 설치되는 흡열관(42), 상기 프레임(13) 하부에 설치되는 보온재(63), 상기 프레임(13) 하부에 부착되는 외부케이싱(62);을 포함하여 구성된다.Here, looking at the components constituting the solar collector in detail, the reflecting plate 51 and the frame 13 and the heat receiving portion 41 for collecting the solar heat, is installed on the frame 13 to collect the solar heat Double heat collection window 71, the heat absorbing medium is accommodated therein, the heat absorbing pipe 42 is installed on the bottom surface of the heat receiving portion 41, the heat insulating material 63 is installed below the frame 13, the lower frame 13 It is configured to include; an outer casing (62) attached to.
상기 프레임(13)은 도 3a 와 같이 상부에 미리 그려진 한 쌍의 반사포물선(L)과 같은 단면 형상으로 복수 개의 포물선이 병열식으로 배치되는데, 상기 반사포물선(L)의 사이는 지지바(55)를 수용하여 고정할 수 있도록 일정두께를 가지는 것이 좋은데, 지지바(55)의 너비와 같은 두께가 바람직하다.The frame 13 has a plurality of paraboloids arranged in parallel in a cross-sectional shape, such as a pair of reflective parabolas L previously drawn on the upper portion as shown in FIG. 3A, and the support bar 55 is disposed between the reflective parabolas L. FIG. It is good to have a certain thickness so as to accommodate and fix), preferably a thickness such as the width of the support bar (55).
상기 프레임(13)은 무게의 경감을 위하여 전체적인 강도에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 몸체 소정위치에 구멍(14)을 내고, 복수 개의 프레임(13)이 사용될 경우 각 프레임(13) 사이를 지지할 구조용 구멍(15)도 가공된다.The frame 13 makes holes 14 at predetermined positions in the body within a range that does not affect the overall strength for weight reduction, and supports a space between the frames 13 when a plurality of frames 13 are used. The structural hole 15 is also processed.
이와 같이 구성된 프레임(13)은 정밀 레이저를 이용하여 독립적 또는 연속적으로 제조할 수 있다.The frame 13 configured as described above may be manufactured independently or continuously using a precision laser.
도 3b 와 같이 구성된 복수 개의 프레임(13)들을 연결할 때는 구조용 파이프(52, 53, 56)를 길이방향으로 용접하여 고정시킨다. 그리고 이와 같이 조립된 프레임(13) 상부에 반사판(51)을 밀착시킨 후 'ㄱ'자형 지지바(54) 및 'ㄷ'자형 지지바(55)로 반사판(51)을 고정시켜 구조용 파이프(52, 53)위에 리벳으로 고정한다. 이 공정에 의해 반사판(51)이 변형 없이 자체의 탄성으로 인해 프레임(13)의 형상에 밀착되게 된다.상기 수열부(41)는 도 4 와 같이 판상의 몸체가 130도로 절곡된 'ㅅ'자형 단면을 갖도록 형성하여, 두 점(34, 35)사이에 상기 수열부(41)의 양 끝단을 위치시킨다. 이후에 수열부(41) 너비의 약 10%의 설계여유를 둔다. 상기 수열부(41)의 끝단(44)은 열 등에 의해 변형이 가지 않도록 'ㄴ'자로 이중 절곡을 한다. 상기와 같이 제작된 수열부(41)를 열전달이 없도록 절연체로 정밀 가공된 테프론 지지바(43)위에 올려놓고 리벳 및 나사고정을 한다.제4도에서는 수열부(41)의 지지상태 말단부(44)의 절곡상태 및 반사판(51)과 'ㄷ'형 지지바(55)의 고정상태 등을 보여준다.상기 이중 집열창(71)은 도 3d 와 같이 저철분 강화유리로 구성된 집열창 사이에 감봉(72) 및 패킹(74)을 넣어 이중 집열창(71)을 제작한다. 이후, 각각의 지지바(54, 55)위에 공기의 유동이 없도록 패킹을 넣은 후에 이중 집열창(71)을 조립한다. 이때 알미늄 'ㄱ'형 앵글(73)을 리벳으로 고정하여 집열창을 고정하며, 앵글과 이중 집열창(71) 사이에도 패킹을 개재시킨다. 이후에 코킹작업을 하여 방수처리를 한다.상기 흡열관(42)은 상기 각 수열부(41) 후면에 연속되게 용접되도록 지그재그식으로 고정되어 수열부(41)에서 받아들인 태양열이 신속히 그 내부에 저장된 열매체에 전달될 수 있도록 하여 이 열매체의 열을 이용할 수 있도록 하는 것으로, 통상적으로 사용되는 파이프 형상을 갖는다.상기 보온재(63)는 상기 프레임(13) 하부에 부착되어 반사판(51)에 반사된 열이 프레임(13) 외부도 방열되는 것을 방지하는 기능을 한다.상기 외부케이싱(62)은 상기 프레임(13) 및 보온재(63)를 보호할 수 있도록 상기 프레임(13) 상부를 제외한 부분에 부착된다.이상과 같이 구성된 본 발명의 태양열 집광기는 도 6 에서와 같이 각도별로 태양광을 추적하게 되는데, 집속비 2.2 이상에서 유효입사각은 ±40도 이며, 유효입사각 이상의 큰 각도로 입사를 해도 어느정도의 손실(loss)분을 제외하고는 모두 수열부(41)로 모여지는 것을 볼 수 있다.또한 개구폭에 비해 깊이가 얕아져서, 전체적인 집광장치의 두께가 감소하며, 제작비의 절감, 무게경감 등의 효과가 있다.도 7 은 본 발명의 집광기의 평면도로서, 각 반사판(51)은 프레임(13) 연결 구조용 파이프(53)에 의해 하나의 독립구조(cell)를 이룬다. 집열창(71)의 이중유리 또한 이중창 사이의 감봉(72)에 의해 독립구조를 갖는다. 이러한 반사판(51)과 이중 집열창(71)의 독립구조로 인하여, 방열 손실의 감소 및 전체적인 집광장치의 효율증가를 유도할 수 있다.When connecting the plurality of frames 13 configured as shown in Figure 3b is fixed by welding the structural pipes (52, 53, 56) in the longitudinal direction. The reflective plate 51 is attached to the upper part of the assembled frame 13, and then the reflective plate 51 is fixed to the structural member 52 by fixing the 'a' shaped support bar 54 and the 'c' shaped support bar 55. , 53) with rivets on top. By this process, the reflecting plate 51 is in close contact with the shape of the frame 13 due to its elasticity without deformation. The heat receiving portion 41 has a 's' shape in which the plate-shaped body is bent at 130 degrees as shown in FIG. It is formed to have a cross section, and both ends of the heat receiving portion 41 are positioned between two points 34 and 35. After that, the design margin of about 10% of the width of the heat receiving portion 41 is allowed. The end 44 of the heat receiving portion 41 is double bent 'b' so that deformation does not occur due to heat. The heat receiving portion 41 manufactured as described above is placed on the Teflon support bar 43 which is precisely processed with an insulator so that there is no heat transfer, and rivets and screws are fixed. In FIG. 4, the supporting state end portion 44 of the heat receiving portion 41 is fixed. ) And a fixed state of the reflector plate 51 and the 'c' type support bar 55. The double heat collecting window 71 is formed of a low-strength glass as shown in FIG. 3d. 72) and the packing 74 is put into a double heat collection window 71. Thereafter, the packing is placed so that there is no flow of air on each of the support bars 54 and 55, and then the double heat collecting windows 71 are assembled. At this time, the aluminum 'b'-type angle 73 is fixed by rivets to fix the collecting window, and the packing is interposed between the angle and the double collecting window 71. After the caulking operation is performed waterproofing. The heat absorbing tube 42 is fixed in a zigzag form to be continuously welded to the rear of each heat receiving portion 41 so that the solar heat received from the heat receiving portion 41 is quickly therein. The heat of the heat medium can be transferred to the stored heat medium so as to utilize heat of the heat medium. The heat insulating material 63 is attached to the bottom of the frame 13 and reflected on the reflecting plate 51. The outer casing 62 serves to prevent heat from being radiated to the outside of the frame 13. The outer casing 62 is attached to a portion except the upper portion of the frame 13 to protect the frame 13 and the heat insulating material 63. The solar collector of the present invention configured as described above tracks sunlight by angle as shown in FIG. 6, and the effective incident angle is ± 40 degrees at a focal ratio of 2.2 or more, and a large angle greater than the effective incident angle. It can be seen that all incident to the heat-receiving portion 41 except for a certain loss even upon incidence. Also, since the depth is shallower than the opening width, the overall thickness of the light collecting device is reduced, and the manufacturing cost is reduced. FIG. 7 is a plan view of the light collector of the present invention, wherein each reflecting plate 51 forms a single cell by a pipe 53 for a frame 13 connection structure. The double glazing of the heat collection window 71 also has an independent structure by means of a rod 72 between the double glazing. Due to the independent structure of the reflecting plate 51 and the double heat collecting window 71, it is possible to reduce the heat radiation loss and increase the efficiency of the overall light collecting device.
이상과 같이 구성된 본 발명은 CPC형 집광장치의 반사판을 종래의 방법과는 다르계 설계하여(종래에는 두 포물선 상부가 서로 벌어지도록 경사지게 배치), 종래 집광기의 문제점들을 개선하여, 개구부가 넓어져서 유효입사각이 크고, 집광비도 증가시킴으로 해서 실용화에 있어서의 문제점들을 대폭 개선하였다.또한, 전체적인 집광장치의 깊이를 낮춤으로 해서 제작시 집광기의 두께가 얇아져, 집광기의 무게가 경감되어 이동 및 설치가 용이해 졌고, 반사판의 면적이 감소되어 제작비의 절감이 가능하도록 해준다.The present invention configured as described above is designed to reflect the reflection plate of the CPC type light collecting device differently from the conventional method (in the past, two parabolic tops are inclined so as to be spaced apart from each other), to improve the problems of the conventional light collector, the opening is wide and effective The large angle of incidence and the increase of the light collecting ratio have greatly improved the problems in practical use. In addition, by lowering the depth of the overall light collecting device, the thickness of the light collector is reduced in manufacturing, and the weight of the light collector is reduced, making it easy to move and install. In addition, the area of the reflector is reduced, which makes it possible to reduce manufacturing costs.
이 뿐만 아니라, 전체의 반사판을 복수 개(도면에서는 3개)의 독립구조로 분할하여, 방열 손실율 감소와 전체적인 효율 향상을 도모하였으며, 개구부에는 이중 집열창을 사용하여 입사면으로 열의 재 유출을 최대한 억제하였고, 필요에 따라 진공 상태나 특수 개스의 봉입을 가능하게 하여 보온효율의 향상을 도모하였으며, 이 또한 분할 구조를 갖게 하여, 유리의 강도 향상 및 투과율 증가와 무게경감이 가능해지는 장점이 있다.In addition, the entire reflecting plate was divided into a plurality of independent structures (three in the drawing) to reduce the heat dissipation loss rate and improve the overall efficiency. It was suppressed, and the vacuum state or the sealing of a special gas was possible as needed, and the thermal insulation efficiency was improved, and this also has the division structure, and it has the advantage of improving the strength of glass and increasing transmittance and weight reduction.
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