KR100959369B1 - 태양열 스팀 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열 에너지를 집광하여 최종적으로 전기에너지로 변환시키는 태양열 스팀 발전기에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 광집열부 및 증기스팀부와 제너레이터부를 통해 태양열 에너지를 증기에너지로 이를 다시 전기 에너지로 변환하되 물탱크의 바닥부에 카본히터를 결합함으로써 보조열원의 추가 없이 보다 신속하게 물탱크의 수온을 상승시켜 간단하면서 발전효율이 증대되는 태양열 스팀 발전기에 관한 것이다.

이를 위해 태양열 스팀 발전기에 있어서, 태양광을 받아 열에너지를 전달시키는 광집열부와, 상기 광집열부의 열을 받아들여 증기를 발생시키는 증기스팀부와, 상기 증기스팀부의 증기스팀을 전기 에너지로 바뀌도록 하는 제너레이터부를 포함하되, 상기 증기스팀부에 카본히터가 포함되며, 상기 광집열부는 태양광을 받아들이는 집광판과, 상기 집광판에 태양열을 최대한 받아들이게 하기 위한 태양광을 감지하는 광센서와, 상기 광센서의 센서값에 의해 구동하여 집열판의 각도를 조절하게 하는 서버모터가 포함된다.

태양열 발전기, 태양열 스팀 발전기, 카본 히터

Description

태양열 스팀 발전기 {solar power steam generator}

본 발명은 태양열 에너지를 집광하여 최종적으로 전기에너지로 변환시키는 태양열 스팀 발전기에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 광집열부 및 증기스팀부와 제너레이터부를 통해 태양열 에너지를 증기에너지로 이를 다시 전기 에너지로 변환하되 물탱크의 바닥부에 카본히터를 결합함으로써 보조열원의 추가 없이 보다 신속하게 물탱크의 수온을 상승시켜 간단하면서 발전효율이 증대되는 태양열 스팀 발전기에 관한 것이다.

흔히 태양열 발전이라고 하면 직접적으로 태양에너지를 이용하는 발전방식을 뜻하는데, 이러한 태양에너지는 다른 에너지원에 비해 잠재하는 열이 무한하나 기후 의존성이 심하고 낮은 에너지 밀도를 가지고 있어 그것을 이용 가능한 기술로 전환하기 위해서는 많은 비용 및 고도의 기술을 필요로 한다.

태양열 발전기는 태양에너지를 이용하여 고온고압의 증기를 발생시켜 증기터빈을 돌림으로써 발전기를 구동하는 발전방식으로, 보통의 화력발전에서 석탄이나 석유를 연소하는 대신에 태양에너지를 이용한다. 통상 반사경을 통해 반사되는 태양광을 집광렌즈를 이용하여 집중(집적)시켜 고온의 태양열 열에너지로 변환하는 데, 이러한 집광-집열방식에 따라 태양열 발전기는 크게 분산형(곡면집광형)과 집중형(타워집광형)으로 나뉜다.

분산형은 포물면 등의 곡면거울을 여러 개 분산 배치하고, 각각의 장소에서 열로 변환시켜 열에너지를 한 군데로 모아 발전한다. 또한 집중형은 여러 개의 평면거울을 이용, 높은 타워의 꼭지점에서 태양빛을 집광하여 한 군데에서 열로 변환하는 방식이다. 특히 집중형의 경우에는 평면거울을 태양의 운행에 맞춰 회전하는 태양의 태양광을 항상 타워의 꼭지점에서 반사하는 평면거울과 추미기구 등으로 이루어진 장치가 필요하다.

한편, 집열기는 표면에 흡수된 태양에너지를 열에너지 또는 전기에너지로 변환시켜 열매체에 전달하는 역할을 하는 것으로서 집열기를 통해 가열된 열매체의 순환이 연속적이고 균일하게 수행되어야 하는데, 태양에너지는 계절이나 기후 등에 따라 공급이 간헐적이고 일정치 않아 가열펌프나 기름 또는 전기와 같은 보조열원을 사용하지 않으면 필요로 하는 온도까지 상승하지 못하므로 이로 인해 상변화 열교환기와 함께 효과적으로 작동될 수 없었다. 또한 지금까지 소개된 태양열 발전시스템은 이동체인 태양광에 대한 반사판의 반사효율 및 집열기의 집열능력이 구조적으로 높지 못해 결과적으로 경제성이 떨어져 상용화가 제대로 이루어지고 못하는 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 광집열부 및 증기스팀부와 제너레이터부를 통해 태양열 에너지를 증기에너지로 이를 다시 전기 에너지로 변환하되 물탱크의 바닥부에 카본히터를 결합함으로써 보조열원의 추가 없이 보다 신속하게 물탱크의 수온을 상승시켜 간단하면서 발전효율이 증대되는 태양열 스팀 발전기를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
태양열 스팀 발전기에 있어서, 열에너지로의 변환을 위해 태양광을 수집하는 광집열부와, 상기 광집열부로부터 입사되는 태양광에 의해 물이 증기로 변환되는 증기스팀부와, 상기 증기스팀부로부터 발생되는 증기에 의해 열에너지가 전기 에너지로 변환되는 제너레이터부를 포함하여 구성되며, 상기 광집열부와 증기스팀부가 일체형으로 이루어지며, 상기 증기스팀부에 카본히터가 결합되되, 상기 광집열부는 반사되는 태양광이 전방 일정지점으로 수집되도록 중심부측이 오목한 원판형상으로 형성되며 중심부에 홈부가 형성되되 홈부 바닥면에는 카본히터가 결합되는 집광판과, 상기 집광판으로부터 반사되는 태양광이 수집되는 지점에 설치되어 수집된 태양광을 집광판의 홈부 바닥면으로 반사하는 반사판과, 상기 집광판에 태양열의 정량치를 검출하는 광센서와, 상기 광센서로부터 검출되는 센싱값에 따라 집광판의 각도를 조절하게 하는 서버모터로 구성되며, 상기 증기스팀부는 집광판 홈부가 밀착되어 수용되도록 집광판 후방에 밀착 결합되며 내측 수용공간에 물이 저수되는 밀폐된 반구형상의 물탱크와, 상기 물탱크에 물을 공급하기 위해 물탱크에 연통 결합되는 급수관과, 밀착 수용되는 집광판 홈부의 전달열에 의해 발생되는 상기 물탱크의 증기를 제너레이터부로 이송시키기 위해 물탱크와 제너레이터부를 연통시키는 스팀보급관으로 이루어진다.

삭제

삭제

삭제

또한 상기 제너레이터부는 스팀보급관을 통해 전달되어진 증기를 피스톤 왕복운동으로 바꾸어지는 2기통 피스톤과, 상기 2기통 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 바꾸어주는 회전판과, 상기 회전판의 회전운동을 전달받아 전력을 발생시키는 발전용 제너레이터로 구성된다.

여기서 상기 회전판의 동력 전달 방식은 상기 2기통 피스톤의 제 1 피스톤의 축과 제 2 피스톤의 축이 상기 회전판의 양면에 높이를 달리하여 결합되어 제 1, 2피스톤의 교차 왕복 직선 운동이 상기 회전판을 회전되게 하며 상기 회전판의 회전운동이 동력 전달용 벨트를 통해 발전용 제너레이터를 가동하게 된다.

삭제

삭제

삭제

상기와 같이 본 발명에 따르면 광집열부 및 증기스팀부와 제너레이터부를 통해 태양열 에너지를 증기에너지로 이를 다시 전기 에너지로 변환하되 물탱크의 바닥부에 카본히터를 결합함으로써 보조열원의 추가 없이 보다 신속하게 물탱크의 수온을 상승시켜 간단하면서 발전효율이 증대되는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 태양열 스팀 발전기에 대해 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명하도록 한다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명에 따른 태양열 스팀 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 태양열 스팀 발전기를 나타내는 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 태양열 스팀 발전기는 크게 열에너지로의 변환을 위해 태양광을 수집하는 광집열부(10)와, 상기 광집열부(10)로 부터 입사되는 태양광에 의해 물이 증기로 변환되는 증기스팀부(20)와, 상기 증기스팀부(20)로부터 발생되는 증기에 의해 열에너지가 전기 에너지로 변환되는 제너레이터부(30)를 포함하여 구성되되, 상기 증기스팀부(20)에는 카본히터(22)가 결합된다.

여기서 상기 광집열부(10)는 태양광을 받아들이는 집광판(11)과, 상기 집광판에 태양열의 정량치를 검출하는 광센서(12)와, 상기 광센서(12)로부터 검출되는 센싱값에 따라 집광판의 각도를 조절하게 하는 서버모터(13)로 구성되어 진다.

상기 광집열부(10)의 집광판(11)은 다수개의 밀러 반사경인 오목 거울로 이루어지며, 상기 광센서(12)는 전술한 상기 증기스팀부(20)의 상단에 위치하여 태양광의 정량치를 감지하여 태양광의 변화에 따라 상기 집광판(11)에 효율적으로 태양광이 전달되도록 상기 집광판(11)의 각도를 달리하도록 센싱값을 상기 서버모터(13)에 전달하게 된다.

여기서 서버모터(13)는 상기 집광판(11)에 결합되어 상기 광센서(12)의 센싱값에 의해 모토가 구동되어 집광판의 각도를 달리하게 한다.

그리고 상기 증기스팀부(20)는 광집열부(10)에 의해 전달되는 태양열 에너지를 증기에너지로 변환하기 위해 물을 저수하는 물탱크(21)와, 상기 물탱크(21)의 바닥부에 결합되어 수온을 보다 빨리 상승시키기 위한 카본히터(22)와, 상기 물탱크(21)에 물을 공급하기 위해 물탱크에 연통 결합되는 급수관(23)과, 상기 물탱크(21)에서 발생되는 증기를 제너레이터부(30)로 이송시키기 위해 물탱크(21)와 제너레이터부(30)를 연통시키는 스팀보급관(24)으로 구성되어 진다.

여기서 상기 카본히터(22)는 상기 집광판(11)의 태양광을 직접 받는 상기 물탱크(21)의 바닥부분에 일정 두께를 형성하여 카본으로 코팅되어 진다. 또한 물탱크(21)의 내벽 전체를 일정 두께의 카본으로 코팅하여 단시간에 물을 데울 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 급수관(23)은 부레를 이용하여 일정 수위를 조절하여 데워진 물이 일정 압력이 되었을 때 상기 스팀보급관(24)을 통해 증기압이 전술한 제너레이터부(30)로 전달되어진다.

상기 제너레이터부(30)는 도 4를 참조하여 상기 스팀보급관(20)을 통해 전달되어진 증기를 피스톤 왕복운동으로 바꾸어지는 2기통 피스톤(31)과, 상기 2기통 피스톤(31)의 왕복운동을 회전운동으로 바꾸어주는 회전판(32)과, 상기 회전판(32)의 회전운동을 전달받아 전력을 발생시키는 발전용 제너레이터(34)로 구성되어 진다.

여기서 상기 제너레이터부(30)의 작동방식을 더욱 상세히 설명하면 상기 스팀보급관(24)을 통해 전달되어진 증기압은 2기통 피스톤(31)을 구동시키게 되며, 상기 2기통 피스톤(31)은 제 1 피스톤(31a)과 제 2 피스톤(31b)으로 구성되어지며 상기 제 1 피스톤(31a)의 축과 제 2 피스톤(31b)의 축은 전술한 상기 회전판(32)의 양면에 결합되어 제1, 2 피스톤의 왕복운동으로 인해 상기 회전판(32)이 회전되며 상기 회전판(32)의 회전으로 인해 동력 전달용 벨트(33)를 회전시켜 발전용 제너레이터(34)를 가동하게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 태양열 스팀 발전기는 주간의 태양열 을 이용하여 발전하게 되며, 이에 반해 풍력발전기는 주,야간을 통해 발전에너지를 획득할 수 있다.

그래서 도 1에 예시되어 있듯이 본 발명에 따른 태양열 스팀 발전기와 풍력발전(70)기를 병행하여 동력이 동시에 각기 발전용 제너레이터를 통해 생성되어진 전기 에너지를 배터리(40)를 통해 저장하여, 인버터(50)를 통하여 콘센트(60)로 일반 동력원으로 공급되도록 할 수 있다.

(실시예 2)

아울러 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 스팀 발전기는 전술한 실시예 1의 태양열 스팀 발전기와 동일한 발전 시스템을 갖추고 있으나 전술한 실시예 1의 태양열 스팀 발전기와 광집열부와 증기스팀부의 구조를 달리하게 되어 집열판에 태양 에너지를 확보되게 한다.

아래 도 3을 참조하여 자세히 설명하도록 하겠다.

도 3은 태양열 스팀 발전기의 실시예 2의 구성도이다.

실시예 2의 태양열 스팀 발전기는 실시예 1의 태양열 스팀 발전기와 같이 열에너지로의 변환을 위해 태양광을 수집하는 광집열부(10)와, 상기 광집열부(10)로부터 입사되는 태양광에 의해 물이 증기로 변환되는 증기스팀부(20)와, 상기 증기스팀부(20)로부터 발생되는 증기에 의해 열에너지가 전기 에너지로 변환되는 제너레이터부(30)를 포함하여 구성되되, 상기 광집열부(10)와 증기스팀부(20)가 일체형으로 이루어지며, 상기 증기스팀부(20)에 카본히터(22)가 결합된다.
여기서 상기 광집열부(10)는 반사되는 태양광이 전방 일정지점으로 수집되도록 중심부측이 오목한 원판형상으로 형성되며 중심부에 홈부가 형성되되 홈부 바닥면에는 카본히터(22)가 결합되는 집광판(11)과, 상기 집광판(11)으로부터 반사되는 태양광이 수집되는 지점에 설치되어 수집된 태양광을 집광판(11)의 홈부 바닥면으로 반사하는 반사판(14)과, 상기 집광판(11)에 태양열의 정량치를 검출하는 광센서(12)와, 상기 광센서(12)로부터 검출되는 센싱값에 따라 집광판의 각도를 조절하게 하는 서버모터(13)로 구성된다.
또한 증기스팀부(20)는 집광판(11) 홈부가 밀착되어 수용되도록 집광판(11) 후방에 밀착 결합되며 내측 수용공간에 물이 저수되는 밀폐된 반구형상의 물탱크(21)와, 상기 물탱크(21)에 물을 공급하기 위해 물탱크(21)에 연통 결합되는 급수관(23)과, 밀착 수용되는 집광판(11) 홈부의 전달열에 의해 발생되는 상기 물탱크(21)의 증기를 제너레이터부(30)로 이송시키기 위해 물탱크(21)와 제너레이터부(30)를 연통시키는 스팀보급관(24)으로 이루어진다.
여기서 상기 집광판(11)의 홈부 바닥면에는 홈부 바닥면으로 반사되어 수집되는 태양광으로부터 발생되는 열을 보다 빨리 높이도록 반원형의 카본히터(22)가 형성되는데, 이러한 카본히터(22)는 물탱크(21) 내벽 전체를 일정 두께의 카본으로 코팅되어 질 수 있음은 물론이다.

삭제

삭제

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 스팀 발전 시스템 구성도.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양열 스팀 발전기.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양열 스팀 발전기.

도 4는 본 발명에 따른 제네레이터부의 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 광집열부 11 : 집광판

12 : 광센서 13 : 서버모터

14 : 반사판 20 : 증기스팀부

21 : 물탱크 22 : 카본히터

23 : 급수관 24 : 스팀보급관

30 : 제네레이터부 31 : 2기통 피스톤

31a : 제 1 피스톤 31b : 제 2 피스톤

32 : 회전판 33 : 동력전달용 벨트

34 : 발전용 제네레이터 40 : 배터리

50 : 인버터 60 : 콘센트

70 : 풍력 발전기

Claims (8)

1. 태양열 스팀 발전기에 있어서,

   열에너지로의 변환을 위해 태양광을 수집하는 광집열부와, 상기 광집열부로부터 입사되는 태양광에 의해 물이 증기로 변환되는 증기스팀부와, 상기 증기스팀부로부터 발생되는 증기에 의해 열에너지가 전기 에너지로 변환되는 제너레이터부를 포함하여 구성되며, 상기 광집열부와 증기스팀부가 일체형으로 이루어지며, 상기 증기스팀부에 카본히터가 결합되되,

   상기 광집열부는 반사되는 태양광이 전방 일정지점으로 수집되도록 중심부측이 오목한 원판형상으로 형성되며 중심부에 홈부가 형성되되 홈부 바닥면에는 카본히터가 결합되는 집광판과, 상기 집광판으로부터 반사되는 태양광이 수집되는 지점에 설치되어 수집된 태양광을 집광판의 홈부 바닥면으로 반사하는 반사판과, 상기 집광판에 태양열의 정량치를 검출하는 광센서와, 상기 광센서로부터 검출되는 센싱값에 따라 집광판의 각도를 조절하게 하는 서버모터로 구성되며,

   상기 증기스팀부는 집광판 홈부가 밀착되어 수용되도록 집광판 후방에 밀착 결합되며 내측 수용공간에 물이 저수되는 밀폐된 반구형상의 물탱크와, 상기 물탱크에 물을 공급하기 위해 물탱크에 연통 결합되는 급수관과, 밀착 수용되는 집광판 홈부의 전달열에 의해 발생되는 상기 물탱크의 증기를 제너레이터부로 이송시키기 위해 물탱크와 제너레이터부를 연통시키는 스팀보급관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열 스팀 발전기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제너레이터부는 스팀보급관을 통해 전달되어진 증기를 피스톤 왕복운동으로 바꾸어지는 2기통 피스톤과, 상기 2기통 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 바꾸어주는 회전판과, 상기 회전판의 회전운동을 전달받아 전력을 발생시키는 발전용 제너레이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양열 스팀 발전기.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 회전판의 동력 전달 방식은 상기 2기통 피스톤의 제 1 피스톤의 축과 제 2 피스톤의 축이 상기 회전판의 양면에 높이를 달리하여 결합되어 제 1, 2피스톤의 교차 왕복 직선 운동이 상기 회전판을 회전되게 하며 상기 회전판의 회전운동이 동력 전달용 벨트를 통해 발전용 제너레이터를 가동하게 되는 것을 특징으로 하는 태양열 스팀 발전기.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images