KR100420867B1 - 비대칭 반사면을 갖는 태양열 집속집열기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 또는 평판형의 태양열 흡수기를 중심축으로 좌·우 태양열 반사판의 각 반사면이 이루는 태양광 입사 허용각을 서로 다르게 설계하여 상기 좌·우 반사면이 상호 비대칭 반사면을 이루도록 함으로써, 설치 경사각에 제한받지 않고 가능한 한 많은 태양 에너지를 집속 집열할 수 있도록 한, 비대칭 반사면을 갖는 태양열 집속집열기에 관한 것이다.

본 발명의 집속집열기는 흡수기를 중심으로 하여, 그 좌·우측에 구비되는 반사면의 곡면이 흡수기의 형상에 따라 좌측으로부터 우측으로 포물선-신개선-신개선-포물선 또는 외측 포물선-내측 포물선-원호-원호-내측 포물선-외측 포물선을 이루거나, 포물선-원호-포물선을 이루도록하면서 좌·우 반사면의 입사 허용각을 달리하여 흡수기를 중심으로 하여 좌·우 두 반사면을 비대칭형으로 구성함에 본 발명의 기술적 특징이 있다.

본 발명은 원형 흡수관 및 평판 흡수기를 중심으로 좌측 반사면과 우측 반사면의 입사 허용각을 다르게 설계하여 비대칭 반사면을 구성함으로서 설치 경사각에 제한을 받지 않고 대칭형 반사면보다 연간 획득가능한 에너지량이 많다는 장점이 있다.

Description

비대칭 반사면을 갖는 태양열 집속집열기{Solar asymmetric compound parabolic concentrator with a tubular absorber or flat plate absorber}

본 발명은 태양의 위도에 따른 고도각의 변화 및 불균일한 일사량 분포를 고려하여 고정 형태로 태양열을 집속하기 위한 태양열 집속집열기에 관한 것으로, 더 자세하게는 원통형 또는 평판형의 태양열 흡수기를 중심축으로 좌·우 태양열 반사판의 각 반사면이 이루는 태양광 입사 허용각을 서로 다르게 설계하여 상기 좌·우 반사면이 상호 비대칭 반사면을 이루도록 함으로써 설치 경사각에 제한받지 않고 가능한 한 많은 태양 에너지를 집속 집열할 수 있도록 한, 비대칭 반사면을 갖는 태양열 집속집열기에 관한 것이다.

무제한 에너지원인 태양열 에너지의 이용에 있어서 무엇보다도 중요한 점은 태양열을 모으는 집열기의 고효율화에 있다고 할 수 있으며, 이러한 고효율화는 고효율 전열 소자인 히트 파이프와 함께 진공 기술을 적용하므로써 어느정도 성과를 거두고 있다.

상기와 같이 태양열을 모으는 집열기는 집열 방법과 집열기의 형태 및 사용 온도 범위에 따라 집광식과 비집광식으로 분류되며, 집광식은 렌즈나 반사 거울 등을 사용하여 점이나 선 위에 태양열을 집중시키는 방식으로 렌즈나 반사 거울 등이 태양의 움직임을 자동적으로 추적할 수 있도록 태양 추적 시스템이 구비되고, 보통 80℃ 이상의 중온 또는 200℃ 이상 고온의 열이 필요한 경우에 사용되는 방식이다.

비집광식 집열기의 대표적인 것은 평판형 집열기로서, 이는 집열기들 중에서가장 저온인 보통 80℃ 이하의 취득 온도가 얻어지며, 가정용 태양열 온수 급탕 시스템에 사용되는 기본적인 태양열 집열기로서 가격이 저렴할 뿐 아니라, 가장 효율적인 집열기로 알려져 있으나 태양열 집열판의 온도 상승에 따른 열 손실이 커서 60∼70℃ 이상의 온도 영역에서는 집열 효율이 낮아 사용이 제한된다.

집광식은 가장 높은 취득 온도를 얻을 수 있어 태양열 발전에도 적용될 수 있으나 계속적으로 변화하는 태양의 고도각과 방위각을 추적할 수 있는 2축 추적 시스템이 구비되는 경우에는 초기 시설비 및 관리 비용이 높을 뿐 아니라, 현재로서는 일조 조건이 좋은 사막 지역이어야 실용화가 가능하다는 단점이 있다.

일반적으로 태양열 집열기를 사용 온도별로 분류해 보면, 저온용, 중온용, 고온용으로 나눌 수 있으며 저온용으로는 현재 평판형 집열기가 주를 이루고 있으나, 중온용 이상으로 태양열을 이용하기 위해서는 태양열을 흡수하는 흡수기의 단위 면적당 에너지 밀도를 높여 주어야 하기 때문에 태양열을 효과적으로 집속하는 것이 필수적이다.

태양열을 집속하는 집열기로는 태양을 1축, 혹은 2축으로 추적하는 추적식 집속집열기가 있고 태양을 추적하지 않고 집속하는 고정 형태의 태양열 집속집열기가 있다.

추적식 태양열 집속집열기로는 피이티씨(PTC, Parabolic Trough Concentrator), 접시형 집속집열기(Dish Concentrator) 등이 있고, 고정 형태의 집속집열기로는 씨이피씨(CPC, Compound Parabolic Concentrator)가 대표적인 집속집열기에 속한다.

그러나, 상기 피이티씨 및 접시형은 복잡한 태양 추적 씨스템이 필요한 단점이 있으며, 씨이피씨식은 태양 추적 씨스템은 필요치 않으나 집광식임에도 불구하고 집광판의 구조가 복잡하고 제작이 쉽지 않은 단점은 있으나, 고정식으로 그 설비가 단순단하면서 집속 효율이 비교적 우수하기 때문에 여전히 많은 연구가 이루어지고 있다.

통상적으로 '씨이피씨'라고 불리우고 있는 상기 고정 형태의 집속집열기는 입사되는 태양광을 1차 반사시키는 반사면의 형상에 따라 다양한 형태의 종류가 있다.

씨이피씨와 같은 대부분의 고정형 태양열 집속집열기는 태양광의 입사 허용각(acceptance angle)에 의해서 년 중 고정형태를 취하기도 하나, 최대의 집속 효율을 얻을 수 있도록 계절별로 그 설치 각도를 조절하여 주기도 한다.

상기 입사 허용각이라 함은 반사면에 입사된 태양광이 반사하여 태양광 흡수기에 도달할 수 있는 각도 범위를 뜻하는 것으로서, 상기 입사 허용각을 벗어난 태양광은 흡수기에 도달되지 못하고 손실된다.

지금까지 개발된 대표적인 씨이피씨들로는 도 1에 도시된 바와 같이 평판형, 수직 평판형, '∧'형 또는 원관형 태양열 흡수기(11)(12)(13)(14)에 단일 포물선 구조(1) 내지는 원과 포물선이 조합된 구조(2)의 좌우 대칭형 반사면을 갖는 반사판이 각각 결합된 다양한 형태들이 있다.

종래의 씨이피씨들을 구성하는 반사면의 구조는 일반적으로 흡수기를 중심축으로 하여 그 반사면이 좌·우 대칭형으로 이루어진 형태로서, 이러한 씨이피씨들은 태양광의 입사각에 따라 균일한 집속비를 얻을 수는 있으나, 계속 변화하는 태양의 고도와 불균일한 일사 분포 때문에 연중 획득 가능한 전체 에너지에 대한 집속 에너지의 효율이 떨어지는 단점이 있다.

상기 대칭형 반사면을 이용한 집속기의 에너지 집속 효율을 향상시키기 위하여 반사면이 흡수기를 중심축으로 하여 비대칭형인 집속기가 개발되었으며, 이 집속기는 상기 대칭형 집속기보다 집속 효율이 좋을 뿐 아니라, 집속기의 설치 경사각을 낮게 할 수 있어 설치가 보다 간편한 장점이 있다.

국내 특허출원 제1994-028528에는 상기 비대칭 반사면을 이용한 태양열 집속기가 개시되어 있다.

상기 발명은 기초원의 원주일점에서 양 측으로 전개되는 신개선 반사면과, 이 신개선 반사면의 단부에서 시작되고 타측 신개선 반사면 단부 내측에 촛점이 있는 포물선형 반사면의 조합으로 이루어진 태양열 집속기에 관한 것으로, 동지점 이상의 태양고도를 허용하거나 하지점 이하의 태양 고도를 허용하도록 반사면을 구성하여 반사체의 개구부면이 수직 혹은 수평을 이루기 때문에 설치시 제한이 따르게 되고, 반사면의 전개 방식이 기초원을 기준으로 하였기 때문에 흡수관의 사용이 원통형으로 제한이 될 뿐 아니라, 포물선형 반사면이 일측의 신개선으로부터만 전개되기 때문에 집속비가 낮은 단점이 있다.

본 발명은 종래의 고정식 비대칭 반사면을 갖는 태양열 집속집열기가 갖는제반 문제점을 해결하기 위하여 평판 또는 원통형의 태양열 흡수기를 중심축으로 하여 좌·우 반사면을 비대칭형으로 구성하는 동시에, 흡수기의 형상에 따라 반사면의 전개를 달리할 수 있으며, 두 반사면에 대한 태양광의 입사 허용각을 다르게 구성하여 연중 획득가능한 에너지양을 가능한 한 증가시키면서 상기 입사 허용각을 조절하므로써 집속집열기의 설치 경사각에 제한을 받지 않는 비대칭 반사면을 갖는 태양열 집속집열기를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 대칭형 반사면을 갖는 집속집열기를 보인 단면 개념도로서,

(가)는 평판형 흡수기와 포물선형 반사면으로 구성된 집속집열기이고,

(나)는 평판형 흡수기와 원 및 포물선 조합형 반사면으로 구성된 집속집열기이며,

(다)는 수직 평판 또는 "∧"형 흡수기와 포물선형 반사면으로 구성된 집속집열기이고,

(라)는 원관형 흡수기와 포물선 및 신개선 조합형 반사면으로 구성된 집속집열기이다.

도 2는 원관형 흡수기를 갖는 본 발명 일실시예 집속집열기의 단면 개념도.

도 3은 평판형 흡수기를 갖는 본 발명 일실시예 집속집열기의 단면 개념도.

도 4는 경사 설치되는 본 발명 일실시예 집속집열기의 단면 개념도로서,

(가)는 원관형 흡수기를 가진 집속집열기이고,

(나)는 평판형 흡수기를 가진 집속집열기이다.

도 5는 경사 각도에 따라 반사면 위치가 변화되는 본 발명 일실시예 집속집열기의 단면 개념도로서,

(가)는 원관형 흡수기를 가진 집속집열기이고,

(나)는 평판형 흡수기를 가진 집속집열기이다.

도 6은 다수의 본 발명 일실시예 집속집열기가 장착된 태양열 집속집열기 모듈을 보인 것으로,

(가)는 원관형 흡수기를 가진 집속집열기 모듈의 개략 사시도이고,

(나)는 평판형 흡수기를 가진 집속집열기 모듈의 개략 사시도이다.

도 7은 건물 벽면에 수직으로 설치되는 본 발명 일실시예 집속집열기의 단면 개념도.

도 8은 건물 바닥면에 수평하게 설치되는 본 발명 일실시예 집속집열기의 단면 개념도.

도 9는 다수의 본 발명 일실시예 집속집열기가 장착된 수직 설치용 집속집열기 모듈의 개략 사시도.

((도면의 주요 부분에 대한 부호 설명))

11,12,13,14,23,33. 흡수기 21,31,71. 좌측 반사면

22,32,72. 우측 반사면 73,83. 기준원

61,91. 케이싱 62,92. 평판 유리

본 발명의 상기 목적은 태양광 흡수기를 중심축으로 하여 좌·우로 비대칭 반사면을 이루되 태양광에 대한 각각의 입사 허용각이 다르며, 신개선과 포물선 및 원호로 이루어지는 좌·우측 두 개의 반사면에 의하여 달성된다.

상기 입사 허용각은 집속집열기를 연중 고정된 상태로 사용할 때 태양 에너지의 집속 효율이 가장 좋도록 결정되는 반사면의 경사각으로서, 하지와 동지시 최고 태양 고도각 사이의 차이로서, 태양열 집속집열기가 설치되는 지역의 위도에 따라 달라진다.

서울 지방(위도 : 37.4˚)을 예로 들면, 서울 지방의 경우 최고 태양 고도각은 대략 76°정도이므로 최소 허용 태양 고도각을 0°라고 하면 허용각은 76°로 선택할 수 있으나, 실제적으로 낮은 태양 고도각(0∼10˚)에서는 일사량이 낮기 때문에 이 부분의 일사량을 허용할 필요성이 없다. 따라서 허용 태양 고도각을 10∼76°로 설정하면 입사 허용각은 66°가 된다.

일반적으로 집속형 태양열 집열기의 집속효율을 나타내는 척도로 사용되는 집속비는 상기 입사 허용각에 대한 싸인(sine)값의 역수를 취하나, 이 값은 이론적으로 얻을 수 있는 최대의 집속비로서 이러한 집속비를 얻기 위해서는 반사면의 높이를 상당히 높게 하여야 하기 때문에 실제 응용에 있어서는 제작, 설치 장소 등에 많은 제약이 따르게 된다.

따라서, 대부분의 집속집열기는 반사면의 높이를 줄여 현장 적용이 편리하도록 어느 일정 높이로 반사면의 높이를 낮추어야 함에 따라 집속비는 상기 이론적인 값보다 작아져 실제의 집속비는 태양광을 허용하는 개구부 면적을 흡수기 면적으로 나눈 값을 사용하며, 이러한 이론적 집속비와 실제 집속비를 고려한 집속비의 최적화를 위하여 흡수기 형상에 따라 반사면의 전개 방법을 달리하게 된다.

그리고, 좌측 반사면의 입사 허용각이 우측 반사면의 입사 허용각보다 작도록 해야 하는 바, 이는 좌측 반사면의 허용각이 우측 반사면의 허용각 보다 작아야 우측 반사면의 개구면이 넓어져 태양 고도각이 높을 경우 더욱 많은 태양 에너지를 받아들 일 수 있기 때문이며, 정확한 양 측 반사면의 허용각을 결정하기 위해서는 일사량 자원을 토대로 하여 시간별, 일별, 월별에 따라 허용 되는 일사량을 계산하여야 한다.

상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 고안의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.

도 2에 원관형의 흡수기를 갖는 본 발명 일실시예 태양열 집속집열기의 반사면 개념도를 도시하였다.

도시된 바와 같이, 비대칭 반사면을 구성하기 위해서, 입사 허용각이 각각및인 집속집열기(20)의 좌측 반사면(21)과 우측 반사면(22)은 원관형 흡수기(23)의 외주면 원호상의 한 지점 A로부터 ∠AOC 및 ∠AOB 만큼 각각 회전된 곳에서의 접선(CC')(BB')과 만나는 점 C'와 점 B' 까지 전개되는 좌측 신개선(21A)과 우측 신개선(22A) 및 각 신개선의 선단부인 점 C'와 B'에서 신개선으로부터 연장되어 전개되는 좌·우 포물선(21B)(22B)으로 이루어지며, 이들 좌·우측 각 신개선(21A)(22A)과 포물선(21B)(22B)은 다음의 식 2와 3에 의해 전개된다.

그리고, 상기 각 신개선이 전개되는 각도는 다음 식1과 같다.

,

,

,

상기 식에서, r은 원(23)의 반경이다.

그러나 원형이 아닌 평판형 흡수기를 사용할 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이, 집속집열기(30)의 좌측 반사면(31)은 평판형 흡수기(33)의 일측 선단부인 점 Q'를 중심으로 반경이 f₁이고 중심각이인 원호 OG'(31A)를 구성하며, 이 원호(31A)의 선단부인 점 G'로부터 점 Q'를 중심으로만큼 회전이동되고 초점이 Q'에 위치하며 초점길이가 f₁인 내측 포물선 G'H'(31B)를 연장한 후, 이 내측 포물선(31B)의 선단부인 점 H'에서 점 Q를 중심으로만큼 회전이동되고 초점이 Q에 위치하며 초점길이가 f₂(도면 미도시)인 외측 포물선 H'I'(31C)를 연장시켜 구성한다.

우측 반사면(32)은 평판형 흡수기(33)의 타측 선단부인 점 Q를 중심으로 반경이 f₁이고 중심각이인 원호 OG(32A)를 구성하며, 이 원호(32A)의 선단부인 점 G로부터 점 Q를 중심으로만큼 회전이동되고 초점이 Q에 위치하며 초점길이가 f₁인 내측 포물선 GH(32B)를 연장한 후, 이 내측 포물선(32B)의 선단부인 점 H에서 점 Q'를 중심으로만큼 회전이동되고 초점이 Q'에 위치하며 초점길이가 f₂인 외측 포물선 HI(32C)를 연장시켜 구성한다.

이때, 좌·우 외측 두 포물선(31C)(32C)의 초점길이인 f₂는 임의로 결정되는 것이 아니라, X축과 좌·우 내측 두 포물선(31B)(32B)의 교점인 점 H'와 H를 지나도록 결정되어야 하며, 이는 상기 좌·우 내측 두 포물선(31B)(32B)이 X축과 각각 만나는 점들에서 좌·우 외측의 두 포물선(31C)(32C)과 만나야 반사면의 개구면 폭이 가장 넓게 되기 때문이다.

상기 원호(31A))(32A), 내측 포물선(31B)(32B) 및 외측 포물선(31C)(32C)은 각각 다음 식 4 내지 6에 의하여 전개된다.

그리고, 상기 내측 포물선(32B)이 X축과 만나는 점을 (X₁,0)이라고 하면, 상기 식 5는 다음의 식 7이 된다.

상기 식 7로부터 X₁값을 구할 수 있으며, 상기 내측 포물선(32B)은 점 (X₁, 0)을 지나야 하므로, 외측 포물선(32C)의 방정식에 (X₁, 0)을 대입하면, 식 6은 다음의 식 8이 된다.

상기 식 8에서 f₂를 구하고 초점 길이가 f₂인 외측 포물선(32C)의 초점을 Q'에 오도록 구성한 다음,만큼 회전시키면 이 외측 포물선(32C)은 (X₁,0)를 지나게 된다.

상기와 같이 수학적 함수로 표현되며 비대칭 반사면을 갖는 본 발명의 집속집열기를 수평면에 대하여 설치시 경사각 β만큼 기울인 경우를 보인 것이 도 4의 (가)와 (나)이다.

도시된 바와 같이, 비대칭 반사면(21,22)(31,32)과 원관형 흡수기(23) 또는 평판형 흡수기(33)을 갖는 태양열 집속집열기(20)(30)를 수평면(W)에 대해서 경사각 β만큼 기울였을 경우, 상기 집속집열기(20)(30)가 받아들일 수 있는 태양 고도각 α_min과 α_max는 다음 식 9과 같다.

,

이때, 태양 입사 허용각은 (α_max-α_min)이 되고 다음의 식 10과 같은 관계가 성립하게 된다.

따라서, 설치 경사각과 허용 태양 고도각에 따라 태양열 집속기 우측 반사면(22)(32)과 좌측 반사면(21)(31)을 설계 할 수 있게 된다.

도 5는 허용 되는 태양고도각이 일정하고, 설치 경사각이 다른 경우에 대한 모식도로서, 원관형 흡수기(23)를 갖는 집속집열기(20)는 경사각도(β₁,β₂,β₃)가 변화하여 우측 반사면(22)(22')(22")의 위치가 다르게 되어도 동일한 흡수기를 갖는 반면에 , 평판형 흡수기(30)를 갖는 집속집열기(30)는 설치 경사각(β'₁,β'₂)에 따라 평판형 흡수기(33)(33')의 각도가 달라진다.

또한, 허용되는 태양 고도각이 일정할 경우 비대칭 반사면의 설치 경사각이 커질수록 우측 반사면의 입사 허용각은 작아지고, 그 좌측 반사면의 입사 허용각은 커지도록 설계 되어야 한다.

도 6은 비대칭 반사면을 사용한 다수의 태양열 집속집열기를 모듈화한 것으로, (가)는 원관형 흡수기(23)와 비대칭 반사면(21)(22)으로 구성된 다수의 집속집열기를 상부가 개방된 케이싱(61) 내부에 장착한 후, 그 상부를 평판형 유리덮개(62)로 덮은 평판형 태양열 집속집열기 모듈이고, (나)는 평판형 흡수기(33)와 비대칭 반사면(31)(32)으로 구성된 다수의 집속집열기를 케이싱(61')에 장착한 후, 그 상부를 평판형 유리덮개(62')로 덮은 평판형 태양열 집속집열기 모듈로서, 이때 사용되는 평판형 흡수기(33)는 원관(33A)의 외주면 상호 대향되는 두 곳에 핀(33B)(fin)이 부착된 형태를 취한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 태양열 집속집열기를 지면에 수직한 건물의 벽면이나 수평면인 바닥면에 설치할 경우에는 비대칭 반사면의 곡면 구성이 상기와는 다르게 되는 바, 이를 자세히 살펴보면 다음과 같다.

도 7은 건물의 벽면에 수직으로 설치하기 위한 태양열 집속집열기의 반사면 및 평판형 흡수기를 설계하기 위한 모식도로서, 원점 O를 중심으로 초점 거리가 f₁(선분 OL)인 좌측 포물선(71)을 (90 -α_max)°만큼 회전 이동시키고, 원점 O를 중심으로 반지름이 f₂(선분 OM)인 기준원(73)을 구성하며, 원점 O를 중심으로 초점 거리가 상기 기준원(73)의 반경과 동일한 f₂인 우측 포물선(73)을 -α_min만큼 회전 이동시킨 후 우측 포물선(72)과 기준원(73)의 교점 M 및 좌측 포물선(71)과 기준원(73)의 교점 J를 구한다.

그리고, 좌측 포물선(71)의 중심축(P)과 우측 포물선(72)의 교점 N에서 X축에 수직한 직선(V)과 좌측 포물선(71)의 교점 K를 구하고, 좌측 포물선(71)의 곡선 KJ와 원호 JM 및 우측 포물선(72)의 곡선 MN으로 된 반사면 구성은 다음 식 11 내지 13에 의해 전개시킨다.

이때, 좌측 포물선(71)과 기준원(73)의 교점인 J에서 원의 중심 O까지의 직선 궤적이 평판형 흡수기의 설치 위치가 된다.

우측 포물선 :

상기 수직 설치형 반사면의 경우 전술한 원관형 흡수기를 갖는 비대칭 반사면이나 평판형 흡수기를 갖는 비대칭 반사면을 이용하여 수직 설치형으로 구성할 수 있으나, 상기와 같이 반사면의 전개 방법을 달리한 것은 집속비 측면에서 볼 때 그 효율의 최적성을 유지하기 위해서이다.

도 8은 건물의 옥상 등에 가대 없이 수평으로 설치하기 위한 태양열 집속집열기의 반사면 및 평판형 흡수기를 설계하기 위한 모식도로서, 원점 O를 중심으로 초점 거리가 f₄(선분 OS)인 좌측 포물선(81)을 (90 -α_max)°만큼 회전 이동시키고, 원점 O를 중심으로 반지름이 f₄인 기준원(83)을 구성한다.

그리고, 원점 O를 중심으로 초점 거리가 f₃(선분 OT)인 우측 포물선(82)을 -α_min만큼 회전 이동시키고, 좌측 포물선(81)과 기준원(83)의 교점 S, 우측 포물선(82)과 기준원(83)의 교점 Z를 구한 후, 우측 포물선(82)의 중심축(P')과 좌측 포물선(81)의 교점 R에서 Y축에 수직한 직선(V')과 우측 포물선(82)의 교점 U를 구성하여 좌측 포물선(81)의 곡선 RS와 원호인 SZ와 우측 포물선(82)의 곡선 UZ로 된 반사면을 상기 수직형 반사면과 동일한 방법으로 전개시키고, 우측 포물선(82)과 기준원(83)의 교점 Z에서 기준원(83)의 중심 O까지 평판형 흡수기를 설치한다.

도 9는 도 8에서 구성된 수직 설치형 반사면과 평판형 흡수기로 구성되는 다수의 집속집열기를 수직 케이싱(91)에 장착시키고, 태양측 전면을 평판형 유리덮개(92)로 구성한 것이다.

이때, 케이싱(91) 배면과 집속집열기의 배면 사이에는 단열재가 충진되는 것이 바람직하다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명은 원형 흡수관 및 평판 흡수기를 중심으로 좌측 반사면과 우측 반사면의 입사 허용각을 다르게 설계하여 비대칭 반사면을 구성함으로서 설치 경사각에 제한을 받지 않고 대칭형 반사면보다 연간 획득가능한 에너지량이 많다는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 좌·우 비대칭형 반사면을 갖는 고정식 태양열 집속집열기에 있어서, 입사 허용각이 각각및인 집속집열기(20)의 좌측 반사면(21)과 우측 반사면(22)은 원관형 흡수기(23)의 외주면 원호상의 한 지점 A로부터 ∠AOC 및 ∠AOB 만큼 각각 회전된 곳에서의 접선(CC')(BB')과 만나는 점 C'와 점 B' 까지 전개되는 좌측 신개선(21A)과 우측 신개선(22A) 및 각 신개선(21A)(22A)의 선단부인 C'와 B'에서 신개선으로부터 연장되어 전개되는 좌·우 포물선(21B)(22B)으로 이루어지며, 상기 좌·우측 각 신개선(21A)(22A)과 포물선(21B)(22B)은 다음의 식 2와 3에 의해 전개되고, 상기 각 신개선이 전개되는 각도인 ∠AOC 및 ∠AOB 는 다음 식1에 의해 결정됨을 특징으로 하는 비대칭 반사면을 갖는 태양열 집속집열기.

   수학식 1

   수학식 2

   ,

   수학식 3

   상기 식에서, r은 원(23)의 반경임.
2. 좌·우 비대칭형 반사면을 갖는 고정식 태양열 집속집열기에 있어서, 입사 허용각이 각각및인 집속집열기(30)의 좌측 반사면(31)은 평판형 흡수기(33)의 일측 선단부인 점 Q'를 중심으로 반경이 f₁이고 중심각이인 원호 OG'(31A)를 구성하며, 이 원호(31A)의 선단부인 점 G'로부터 점 Q'를 중심으로만큼 회전이동되고 초점이 Q'에 위치하며 초점길이가 f₁인 내측 포물선 G'H'(31B)를 연장한 후, 이 내측 포물선(31B)의 선단부인 점 H'에서 점 Q를 중심으로만큼 회전이동되고 초점이 Q에 위치하며 초점길이가 f₂인 외측 포물선 H'I'(31C)를 연장시켜 구성되며,

   우측 반사면(32)은 평판형 흡수기(33)의 타측 선단부인 점 Q를 중심으로 반경이 f₁이고 중심각이인 원호 OG(32A)를 구성하며, 이 원호(32A)의 선단부인 점 G로부터 점 Q를 중심으로만큼 회전이동되고 초점이 Q에 위치하며 초점길이가 f₁인 내측 포물선 GH(32B)를 연장한 후, 이 내측 포물선(32B)의 선단부인 점 H에서 점 Q'를 중심으로만큼 회전이동되고 초점이 Q'에 위치하며 초점길이가 f₂인 외측 포물선 HI(32C)를 연장시켜 이루어지고, 상기 원호(31A))(32A)와 내측 포물선(31B)(32B) 및 외측 포물선(31C)(32C)은 각각 다음 식 4 내지 6에 의하여 전게됨을 특징으로 하는 비대칭 반사면을 갖는 태양열 집속집열기.

   수학식 4

   원 호 :

   수학식 5

   내측 포물선 :

   수학식 6

   외측 포물선 :
3. 좌·우 비대칭형 반사면을 갖는 고정식 태양열 집속집열기에 있어서, 최대 및 최소 태양 고도각을 각각 α_max,α_min이라 하고 건물의 벽면에 수직 또는 수평으로 설치하기 위한 태양열 집속집열기의 각 좌측 반사면(71)(81)은 원점 O를 중심으로 초점 거리가 f₁또는 f₄인 좌측 포물선(71)(81)을 (90 -α_max)°만큼 회전 이동시키고, 원점 O를 중심으로 반지름이 f₂또는 f₄인 기준원(73)(83)을 구성하며, 원점 O를 중심으로 초점 거리가 f₂또는 f₃인 우측 포물선(72)(82)을 -α_min만큼 회전 이동시켜 이루어지는 반사면인 좌측 포물선(71)(81)과 원호 JM 또는 SZ 및 우측 포물선(72)(82)은 다음 식 11 내지 13에 의해 전개됨을 특징으로 하는 비대칭 반사면을 갖는 태양열 집속집열기.

   수학식 11

   좌측 포물선 :

   수학식 12

   원 호 :

   수학식 13

   우측 포물선 :