KR100847537B1 - 포물형 반사판을 이용한 집열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열을 이용한 집열장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양 광선을 하나의 초점선에 집광하는 포물면의 반사면을 갖는 포물형 반사판을 이용하여 집광된 빛을 통과시키는 일직선 모양의 개구부와 내부가 빈 원통형의 공간을 구비한 원통형수광부를 상기 포물형 반사판의 초점선과 일치시켜 구성함으로써 상기 원통형수광부 내부에서 집광과 동시에 바로 열 변환하여 높은 열 변환 효율을 갖도록 하는 포물형 반사판을 이용한 집열장치에 관한 것이다.

태양열, 반사판, 원통형수광부, 열 변환 효율.

Description

포물형 반사판을 이용한 집열장치{SOLAR COLLECTOR USING A PARABOLIC REFLECTION PLATE}

본 발명은 태양열을 이용한 집열장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양 광선을 하나의 초점선에 집광하는 포물면의 반사면을 갖는 포물형 반사판을 이용하여 집광된 빛을 통과시키는 일직선 모양의 개구부와 내부가 빈 원통형의 공간을 구비한 원통형수광부를 상기 포물형 반사판의 초점선과 일치시켜 구성함으로써 상기 원통형수광부 내부에서 집광과 동시에 바로 열 변환하여 높은 열 변환 효율을 갖도록 하는 포물형 반사판을 이용한 집열장치에 관한 것이다.

근래에 들어 화석원료의 과다한 사용에 따른 대기오염 문제와 함께 자원고갈의 문제에 직면하여 대체 에너지원으로 태양열을 이용하는 기술이 꾸준히 개발되고 있는데, 이와 같은 태양열을 에너지원으로 이용하는 기술은 태양열 발전소, 태양열 보일러, 태양열 차량 등이 있다.

일반적으로 태양열을 이용하는 시스템은 집열부(集熱部), 축열부(蓄熱部), 및 이용부(利用部)로 구성되어 있다.

여기서, 태양광을 집광하여 열 에너지 또는 전기 에너지로 변환하여 이용하 기 위하여 집열 및 축적의 단계를 거치게 되는데, 그 중에서도 집광장치에 의하여 태양 광을 집광하고, 집열장치에 의하여 열 변환하여 집열하고, 이를 축적하여 전달하는 문제가 상당히 중요하다.

특히, 고온을 발생하여 동력원으로 사용하고자 하는 장치들에 대해서는 고온용의 집속기를 사용할 필요가 있다. 이러한 고온용 집속기는 사용하고자 하는 목적과 형태에 따라 여러 종류가 있는데, 대표적인 것은 포물형 집속기이다.

도 1은 종래의 포물형의 집속기에 대한 도면이다.

도시한 바와 같이 종래의 태양열을 이용하는 시스템에서의 포물형의 집속기(10)는 태양 광을 하나의 렌즈나 포물형의 반사경(1)을 사용하여 광을 집중 조사하고, 집중된 광을 열로 전환하여 흡수하기 위하여 평판 또는 원통형 관(2)을 사용하여 별도로 구성한 집열장치(미도시)로 전달하여 저장하였다.

그러나, 이러한 종래의 태양열을 집광하는 포물형의 집속기는 주어진 태양의 빛을 하나의 렌즈나 반사경을 통해 원통형의 관에 집중 조사하게 되는데, 이때 반사되는 빛에서 누설되는 양이 존재하게 되는 문제가 있다.

또한, 집중된 빛을 열로 전환하여 저장하기 위하여 별도의 흡열장치 또는 집열장치를 구성함으로써 복잡하고 부피가 크며, 비용이 많이 소요되는 문제가 있다.

또한, 원통형 관에 집광된 빛을 열로 전환함에 있어 별도의 집열장치를 구성하여 사용함으로써 고열의 에너지로 열 변환할 경우에 열 변환 효율이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 집광장치에 의하여 모아진 태양광을 고열의 에너지로 열 변환하는 데 있어 높은 효율을 갖도록 하는 구조의 원통형수광부를 구비한 포물형 반사판을 이용한 집열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 집광된 태양 광을 손실없이 집광함과 동시에 바로 열 변환하여 저장 및 이송하도록 하는 간단한 구조로 구성한 원통형수광부를 구비한 포물형 반사판을 이용한 집열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 포물형 반사판을 이용한 집열장치는 태양열을 이용하는 집광장치에 있어서, 포물면의 반사면과 일부 절개된 긴 원통형으로 구성되어 직선모양의 초점선을 갖는 반사판과; 상기 반사판의 전면에 위치하여 내부에 빈 원통형 공간을 갖고 상기 반사판의 초점선을 따라 좁은 일직선 모양으로 상기 반사판의 초점선과 위치가 일치하도록 형성된 개구부를 갖는 원통형수광부;를 포함하여 구성하되, 상기 원통형수광부는 내주면의 중심점이 외주면의 중심점과 상기 반사판의 초점선 사이에 위치하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 있어서, 상기 원통형수광부는 동 또는 알루미늄으로 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 원통형수광부는 내주면에 무광 흑색의 크롬을 코딩한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 포물형 반사판을 이용한 집열장치는 태양 광선을 하나의 초점선에 집광하는 포물면의 반사면을 갖는 포물형 반사판을 이용하여 집광된 빛을 통과시키는 일직선 모양의 개구부와 내부가 빈 원통형의 공간을 구비한 원통형수광부를 상기 포물형 반사판의 초점선과 일치시켜 구성함으로써 상기 원통형수광부 내부에서 집광과 동시에 바로 열 변환하도록 함으로써 높은 열 변환 효율을 갖도록 하고, 별도의 집열장치나 집열 시스템을 구축할 필요없이 간단하게 구성할 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 포물형 반사판을 이용한 집열장치의 구성 및 기능에 대한 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 포물형 반사판을 이용한 집열장치에 대한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 포물형 반사판을 이용한 집열장치(100)는 반사판(110)과 상기 반사판(110)의 전면에 위치한 원통형수광부(120)로 구성한다.

상기 반사판(110)은 일부 절개된 긴 원통형으로 구성되어 포물면의 반사면으로 이루어져 있어서 긴 원통 축을 따라 직선모양의 초점선(F)을 갖게 된다.

상기 원통형수광부(120)는 내부에 빈 원통형의 공간을 갖고 상기 반사판(110)의 초점선(F)을 따라 좁은 일직선 모양의 개구부(121)를 구비하여 형성된다.

이때, 상기 반사판(110)과 원통형수광부(120)는 서로 마주보게 구성하고, 상기 원통형수광부(120)의 개구부(121)는 상기 반사판(110)의 초점과 일치되는 위치에 구성함이 바람직하다.

이와 같이 상기 원통형수광부(120)의 개구부(121)를 상기 반사판(110)의 초점(F)과 일치시키도록 구성하는 것은 상기 반사판(110)에 반사된 태양광선을 모두 집광되도록 하기 위함이다.

따라서, 본 발명에 따른 포물형 반사판을 이용한 집열장치(100)는 상기 반사판(110)에 입사되는 태양광선이 반사하여 모두 초점(F)를 지나게 하고, 초점(F)을 지난 빛은 상기 원통형수광부(120)의 내주면에 주사되어 집광된다.

도 3은 본 발명에 따른 포물형 반사판을 이용한 집열장치에 사용되는 원통형수광부에 대한 일실시 예를 보여주는 사시도이다.

도시한 바와 같이, 상기 원통형수광부(120)는 외주면과 내주면을 갖는데, 외주면의 중심(O₁)과 내주면의 중심(O₂)과 상기 반사판(110)의 초점(F)은 동일 선상에 존재하도록 구성하되, 상기 내주면의 중심(O₂)은 외주면의 중심(O₁)과 상기 반사판(110)의 초점(F) 사이에 위치하도록 하여 상기 원통형수광부(120)의 단면 모양은 초승달 모양이 되도록 형성한다.

이러한 초승달 모양의 형상은 상기 반사판(110)의 초점(F)을 지나는 태양광선이 상기 원통형수광부(120)의 개구부(121)에서 부딪히거나 반사되는 양을 최소화하는 기능을 하여 최대한의 태양광선이 집광되도록 한다.

또한, 상기 원통형수광부(120)는 동(Cu) 또는 알루미늄(Al)과 같은 열전도성이 좋은 재질을 사용하여 구성함이 바람직하다.

또한, 상기 원통형수광부(120)는 내주면에 열 변환용인 무광 흑색의 크롬으로 코팅함이 바람직하다.

이는 상기 반사판(110)에서 반사된 태양광선이 상기 동이나 알루미늄으로 구성한 원통형수광부(120)에 조사됨과 동시에 바로 열로 변환되도록 하여 그 효율을 높이기 위함이다.

또한, 상기 동이나 알루미늄으로 구성한 원통형수광부(120)는 외부로부터 다른 에너지의 개입 없이 동이나 알루미늄의 열 전도성에 의한 열전달이 자연적으로 이루어지도록 한다.

이상에서 설명한 본 발명은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 종래의 포물형의 집속기에 대한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 포물형 반사판을 이용한 집열장치에 대한 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 포물형 반사판을 이용한 집열장치에 사용되는 원통형수광부에 대한 일실시 예를 보여주는 사시도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 **

1 : 반사경 2 : 원통형 관

10 : 포물형의 집속기 100 : 집열장치

110 : 반사판 120 : 원통형수광부

121 : 개구부

Claims (5)

1. 태양열을 이용하는 집광장치에 있어서,

   포물면의 반사면과 일부 절개된 긴 원통형으로 구성되어 직선모양의 초점선을 갖는 반사판과; 상기 반사판의 전면에 위치하여 내부에 빈 원통형 공간을 갖고 상기 반사판의 초점선을 따라 좁은 일직선 모양으로 상기 반사판의 초점선과 위치가 일치하도록 형성된 개구부를 갖는 원통형수광부;를 포함하여 구성하되,

   상기 원통형수광부는 내주면의 중심점이 외주면의 중심점과 상기 반사판의 초점선 사이에 위치하도록 구성한 것을 특징으로 하는 포물형 반사판을 이용한 집열장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 원통형수광부는 동 또는 알루미늄으로 구성한 것을 특징으로 하는 포물형 반사판을 이용한 집열장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 원통형수광부는 내주면에 무광 흑색의 크롬을 코딩한 것을 특징으로 하는 포물형 반사판을 이용한 집열장치.

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