KR101056911B1 - Dish Solar Collector - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 태양광을 집광시키는 접시형 반사판과, 상기 반사판으로부터 반사된 태양광을 집열하여 개질기의 반응기의 열원으로 이용하는 집열모듈과, 상기 반사판의 집광 면적을 조절하는 차양 수단과, 상기 반응기의 작동 온도를 설정 온도 범위로 유지하도록 상기 차양 수단으로 하여금 상기 반사판의 집광 면적을 조절하게 하는 제어부를 포함하는 접시형 태양열 집열 장치를 제공한다.The present invention provides a dish-shaped reflector for condensing sunlight, a heat collecting module for collecting the sunlight reflected from the reflector and using it as a heat source for the reactor of the reformer, shading means for adjusting the condensing area of the reflector, and the reactor. It provides a dish-type solar heat collecting device comprising a control unit for causing the shading means to adjust the light collecting area of the reflecting plate to maintain the operating temperature in the set temperature range.
따라서, 상기 접시형 반사판의 집광 면적이 차양 수단에 의하여 조절될 수 있기 때문에, 상기 개질기의 반응기의 작동 온도가 최적 온도 범위 내에서 유지될 수 있다. 이로부터, 상기 개질기의 반응기에서 발생되는 그을림 현상이 감소되고, 카바이드의 생성도 억제된다.Therefore, since the light collecting area of the dish-shaped reflector can be adjusted by the shading means, the operating temperature of the reactor of the reformer can be maintained within the optimum temperature range. From this, the burning phenomenon generated in the reactor of the reformer is reduced, and the production of carbide is also suppressed.
Description
본 발명은 접시형 태양열 집열 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집열량이 조절될 수 있는 접시형 태양열 집열 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a dish-type solar heat collecting device, and more particularly to a dish-type solar heat collecting device that can control the amount of heat collected.
일반적으로, 태양에너지는 풍력 및 수력 등과 함께 청정한 자연친화적 성격의 무한한 에너지원으로 고갈 위험에 처해 있는 화석원료의 유용한 대체 수단으로 기능한다. 특히, 태양에너지는 다른 에너지원에 비해 그 활용이 쉽고, 고효율의 풍부한 에너지를 얻을 수 있다는 유용함에 기인하여 최근 태양에너지를 이용한 각종 자연 친화적 제품들이 속속 등장하고 있는 실정이다. 그 중에서도 태양열을 집열하여 이를 전기에너지로 변환시키거나 혹은 온수 및 난방용 열원으로 활용되게 하는 기술로 발전되고 있다.In general, solar energy, along with wind and hydropower, serves as a useful alternative to fossil raw materials that are at risk of depletion into an endless energy source of clean nature. In particular, solar energy is easier to use than other energy sources, and due to the usefulness of obtaining abundant energy with high efficiency, various natural friendly products using solar energy have recently appeared one after another. Among them, it is being developed into a technology that collects solar heat and converts it into electrical energy or utilized as a heat source for hot water and heating.
이러한 태양열 집열장치는, 일정한 규격으로 집열판을 형성하고, 상기 집열판에 의해 유체가 순환되는 관로를 형성하여, 태양의 복사열에 의하여 상기 유체를 가열하게 된다. 일반적으로, 태양열 집광장치에는 집광형태의 기하학적 구조에 따라 PTC(Parabolic Trough Concentrator)형, CPC(Compound Parabolic Concentrator), 포물선 접시형(Parabolic Dish) 등이 있다. 상기 포물선 접시형 집열장치는 태양의 위치를 정확히 추적하는 2축(방위각, 고도각)방식으로 높은 집광비로 인해 고온을 얻을 수 있는 장치이고, 이러한 고온을 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 포물선 접시형 집광장치의 집광기는 형상이 1차원 포물선을 360ㅀ회전하여 생긴 포물면 형태이고 이러한 포물면에 입사하는 태양광은 포물면의 초점으로 태양광을 반사시키는 성질을 갖고 있다. 넓은 포물면의 면적에 비해 반사광이 집광되는 초점지역 면적은 작기 때문에 집광비가 매우 크고 열손실이 다른 집열장치에 비해 작다는 장점을 갖고 있다. 또한 접시형 태양열 집열장치는 설치 면적이 다른 집광장치에 비해 매우 작기 때문에 설치 부지 선정에 따른 문제점을 해결할 수가 있다.The solar heat collecting device forms a heat collecting plate to a certain standard, forms a conduit through which the fluid is circulated by the heat collecting plate, and heats the fluid by radiant heat of the sun. In general, solar light concentrators include Parabolic Trough Concentrator (PTC), Compound Parabolic Concentrator (CPC), Parabolic Dish (Parabolic Dish), and the like, according to a condensing geometry. The parabolic dish collecting device is a device that can obtain a high temperature due to a high condensing ratio in a two-axis (azimuth, altitude) method that accurately tracks the position of the sun, and can generate power by using the high temperature. The condenser of the parabolic dish-type light collecting device has a parabolic shape formed by rotating the one-dimensional parabolic 360 °, and the sunlight incident on the parabolic surface reflects the sunlight to the focal point of the parabolic surface. Compared to the large parabolic area, the area of the focal area where the reflected light is collected is small, and thus the light collecting ratio is very large and heat loss is smaller than that of other heat collecting devices. In addition, since the plate-type solar heat collecting device is very small compared to other light collecting devices, it is possible to solve the problem of selecting the installation site.
그런데, 접시형 집열장치를 이용하여, 연료전지에 구비되는 개질기의 반응기를 가열할 경우, 상기 반응기의 작동온도는 상기 접시형 집열장치의 집열량에 따라 변동될 수밖에 없기 때문에, 상기 반응기의 작동온도가 최적 온도로 유지되기 어렵다. 따라서, 상기 반응기의 내부에 그을림 현상(또는 코킹 현상)이 발생하고, 카바이드(carbide)가 생성되는 문제점이 있다.However, when the reactor of the reformer provided in the fuel cell is heated by using a plate-type collector, the operating temperature of the reactor can only be changed according to the amount of heat collected by the plate-type collector, so that the operating temperature of the reactor is increased. It is difficult to maintain the optimum temperature. Therefore, a burning phenomenon (or caulking phenomenon) occurs inside the reactor, and there is a problem that carbide is produced.
본 발명은 집열량이 조절될 수 있는 접시형 태양열 집열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a dish-type solar heat collecting device that can control the amount of heat collected.
본 발명은, 태양광을 집광시키는 접시형 반사판과, 상기 반사판으로부터 반 사된 태양광을 집열하여 개질기의 반응기의 열원으로 이용하는 집열모듈과, 상기 반사판의 집광 면적을 조절하는 차양 수단과, 상기 반응기의 작동 온도를 설정 온도 범위로 유지하도록 상기 차양 수단으로 하여금 상기 반사판의 집광 면적을 조절하게 하는 제어부를 포함하는 접시형 태양열 집열 장치를 제공한다.The present invention provides a dish-shaped reflector for condensing sunlight, a heat collecting module that collects sunlight reflected from the reflector and uses it as a heat source for the reactor of the reformer, shading means for adjusting the condensing area of the reflector, and the reactor. It provides a dish-type solar heat collecting device comprising a control unit for causing the shading means to adjust the light collecting area of the reflecting plate to maintain the operating temperature in the set temperature range.
본 발명에 있어서, 상기 반사판은 원주 방향을 따라 이격되어 배치되는 복수 개의 반사경들을 포함할 수 있다. 상기 차양 수단은, 상기 복수 개의 반사경들에 각각 설치되어 있는 차양막들과, 상기 차양막들을이 상기 반사경들을 커버하는 면적을 조절하는 구동부를 포함한다. 이 때, 상기 구동부는, 상기 차양막들을 롤 블라인드 방식으로 말거나 펼칠 수 있다. 하지만, 상기 구동부는, 상기 차양막들을 자바라 방식으로 접거나 펼칠 수도 있다.In the present invention, the reflecting plate may include a plurality of reflecting mirrors spaced apart in the circumferential direction. The sunshade means includes sunshade films provided on the plurality of reflectors, respectively, and a driver for adjusting the area in which the sunshade films cover the reflectors. In this case, the driving unit may roll up or spread the sunscreens in a roll blind manner. However, the driving unit may fold or unfold the sunscreens in a bellows manner.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 태양광을 집광시키는 접시형 반사판과, 상기 반사판으로부터 반사된 태양광을 집열하여 개질기의 반응기의 열원으로 이용하는 집열모듈과, 상기 집열모듈로 입사되는 태양광의 입사 면적을 조절하는 차양 수단과, 상기 반응기의 작동 온도를 설정 온도 범위로 유지하도록, 상기 차양 수단으로 하여금 상기 집열모듈의 입사 면적을 조절하게 하는 제어부를 포함하는 접시형 태양열 집열 장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention, a plate-shaped reflector for condensing sunlight, and a heat collecting module for collecting the light reflected from the reflecting plate to use as a heat source of the reactor of the reformer, and the solar incident to the collecting module It provides a dish-type solar heat collecting device comprising a shading means for adjusting the incident area of the light, and a control unit for causing the shading means to adjust the incident area of the heat collecting module to maintain the operating temperature of the reactor in a set temperature range. .
본 발명에 따른 접시형 태양열 집열 장치에서는, 접시형 반사판의 집광 면적이 차양 수단에 의하여 조절될 수 있기 때문에, 개질기의 반응기의 작동 온도가 최적 온도 범위 내에서 유지될 수 있다. 따라서, 상기 개질기의 반응기에서 발생되 는 그을림 현상이 감소되고, 카바이드의 생성도 억제된다.In the dish-type solar heat collecting apparatus according to the present invention, since the light collecting area of the dish-shaped reflector can be adjusted by the shading means, the operating temperature of the reactor of the reformer can be maintained within the optimum temperature range. Therefore, the burning phenomenon generated in the reactor of the reformer is reduced, and the production of carbide is also suppressed.
도 1 내지 도 3에 본 발명의 일 실시예에 따른 접시형 태양열 집열 장치(100)가 도시되어 있다. 도 1은 상기 접시형 태양열 집열 장치(100)의 개략적인 사시도이고, 도 2는 상기 접시형 태양열 집열 장치(100)의 제어 흐름을 보여주는 블록도이다.1 to 3 illustrate a dish-type solar
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 접시형 태양열 집열 장치(100)는, 접시형 반사판(110), 집열모듈(120), 차양 수단(130), 제어부(140) 및 메모리부(150)를 포함한다. 상기 접시형 반사판(110)은 접시형 타입이며, 태양광을 집광시키는 기능을 수행한다. 상기 접시형 반사판(110)은, 접시 구조를 가지는 프레임(111)과, 상기 프레임(111)의 원주 방향을 따라 이격되어 배치되는 복수 개의 반사경(112)들을 포함한다. 상기 접시형 반사판(110)에는 구동수단(미도시)이 설치되어 있어서, 태양을 추적한다.1 and 2, the dish-type solar
상기 집열모듈(120)은 상기 프레임(111)에 상대 회전 가능하게 결합된 보조 프레임(125)에 고정되어 있다. 상기 집열모듈(120)은 내부에 개질기의 반응기를 포함하고, 상기 접시형 반사판(110)에서 집열된 열을 상기 개질기의 반응기의 열원으로 이용한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 개질기의 반응기가 상기 집열모듈(120)과 별도의 구성을 가질 수 있다. 이 때, 상기 집열모듈(120)은 집열된 열을 상기 개질기의 반응기로 공급하는 기능을 수핸한다.The
상기 개질기의 반응기는, 메탄가스 및 이산화탄소 가스를 이용하여, 수소 가 스를 생성한다. 이 때, 상기 수소 가스의 생성을 위해서는 열에너지가 필요하다. 상기 개질기의 반응기는 상기 열에너지로서 집열된 태양열을 이용하는 것이다. 본 실시예에서는, 상기 반응기의 공급 기체로서 메탄가스 및 이산화탄소 가스를 이용하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다양한 공급 기체가 이용될 수 있다. 즉, 상기 반응기의 공급 기체로서 이산화탄소 가스 대신에 수증기 가스가 이용될 수도 있고, 상기 메탄가스 대신에 메탄올 또는 에탄올이 이용될 수도 있다.The reactor of the reformer generates hydrogen gas using methane gas and carbon dioxide gas. At this time, thermal energy is required for generation of the hydrogen gas. The reactor of the reformer uses solar heat collected as the thermal energy. In this embodiment, although methane gas and carbon dioxide gas are used as the feed gas of the reactor, the present invention is not limited thereto, and various feed gases may be used. That is, steam gas may be used instead of carbon dioxide gas as the feed gas of the reactor, and methanol or ethanol may be used instead of the methane gas.
상기 차양 수단(130)은 상기 반사판(110)의 집광 면적을 조절하는 기능을 수행한다. 도 3에 상기 차양 수단(130)이 상기 접시형 반사판(110)에 설치된 상태를 보여주는 개략적인 부분 단면도가 도시되어 있다. 상기 차양 수단(110)은 차양막(135)들 및 구동부(139)를 포함한다. 상기 차양막(135)들은 상기 반사경(112)들에 각각 설치되어 있다. 상기 구동부(139)는 각 차양막(135)을 독립적으로 제어한다. 상기 구동부(139)는, 각 반사경(112)의 외곽 부분에 설치되는 구동모터(미도시)와, 상기 구동모터(미도시)에 의하여 회전하여 상기 차양막(112)을 롤 블라인드 방식으로 말거나 펼치는 롤부(131)와, 상기 차양막(112)의 양측을 따라 설치되는 가이드부(132)들과, 상기 차양막(135)의 단부에 고정되고 양단부들이 상기 가이드부(132)들을 따라서 이동하면서 상기 차양막(135)을 전진시키거나 후진시키는 가이드부재(133)를 포함한다. 상기 가이드부재(133)는, 중공의 제1링크(도면부호 미표시), 상기 제1링크 내에 삽입되어 슬라이딩 운동하는 제2링크(도면부호 미표시), 및 상기 제1링크의 내부 단부와 상기 제2링크의 외부 단부 사이에 배치되어 상기 가이드부재(133)의 길이를 신축시키는 스프링부재(미도시)를 포함한다. 상기와 같 은 구조에 의하여, 상기 구동모터(미도시)가 정회전하면 상기 차양막(135)이 펼쳐지고, 상기 구동모터(미도시)가 역회전하면 상기 차양막(135)이 말려진다.The shading means 130 performs a function of adjusting the light collecting area of the reflecting
상기 차양 수단(130)은 다양한 구조를 가질 수 있다. 도 4에 변형예에 따른 차양 수단(230)이 접시형 반사판(210)에 설치된 상태를 보여주는 개략적인 부분 평면도가 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 상기 차양 수단(230)은 차양막(235) 및 구동부(239)를 포함한다. 상기 구동부(239)는, 상기 차양막(235)의 양측을 따라 설치되는 가이드부(232)들과, 상기 차양막(235)의 단부에 고정되고 양단부들이 상기 가이드부(232)들을 따라서 이동하면서 상기 차양막(235)을 전진시키거나 후진시키는 가이드부재(233)와, 상기 가이드부재(233)를 전진시키거나 후진시키는 실린더부(234)를 포함한다. 상기와 같은 구조에 의하여, 상기 실린더부(234)가 상기 가이드부재(233)를 밀면 상기 차양막(235)이 펼쳐지고, 상기 실린더부(234)가 상기 가이드부재(233)를 잡아당기면 상기 차양막(235)이 자바라 방식으로 접혀진다. 본 변형예에서, 상기 실린더부(234)는 단순한 전후진 구조를 가지지만, 상기 실린더부(234)는 링크 메커니즘을 이용한 로봇팔 구조를 가질 수도 있다.The shading means 130 may have various structures. 4 is a schematic partial plan view showing a state in which the shading means 230 according to the modification is installed in the dish-shaped reflecting
다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 제어부(140)는 상기 개질기의 반응기의 작동 온도를 설정 온도 범위로 유지하도록 상기 구동부(139)를 제어한다. 상기 개질기의 반응기의 작동 온도는 870 내지 1400℃이며, 이러한 정보는 상기 메모리부(150)에 저장되어 있다. 상기 제어부(140)는 상기 개질기의 반응기의 작동 온도가 870℃ 이하이면, 상기 구동부(139)가 상기 차양막(135)들을 말도록 하여 상기 반사판(110)의 집광 면적을 증가시킨다. 하지만, 상기 개질기의 반응기의 작동 온 도가 1400℃ 이상이면, 상기 제어부(140)는 상기 구동부(139)가 상기 차양막(135)들을 펼치게 하여, 상기 반사판(110)의 집광 면적을 감소시킨다.Referring again to FIGS. 1 and 2, the
상기와 같이, 상기 반사판(110)의 집광 면적이 조절될 수 있기 때문에, 상기 개질기의 반응기의 작동 온도가 최적 온도 범위 내에서 유지될 수 있다. 이로부터, 상기 개질기의 반응기에서 발생되는 그을림 현상이 감소되고, 카바이드의 생성도 억제된다.As described above, since the light collecting area of the
도 5에 본 발명의 다른 실시예에 따른 접시형 태양열 집열 장치(300)의 개략적인 구성도가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 상기 접시형 태양열 집열 장치(300)는, 접시형 반사판(310), 집열모듈(320), 차양 수단(330), 제어부(미도시) 및 메모리부(미도시)를 포함한다.5 is a schematic configuration diagram of a dish-type solar
상기 접시형 반사판(310)은 태양광을 집광시킨다. 상기 집열모듈(320)은, 상기 반사판(310)으로부터 반사된 태양광을 집열하여, 상기 집열모듈(320) 내에 구비된 개질기의 반응기의 열원으로 이용한다. 상기 차양 수단(330)은 상기 집열모듈(320)로 입사되는 태양광의 입사 면적을 조절한다. 상기 차양 수단(330)은, 상기 집열모듈(320)에서 태양광이 수신되는 부분에 배치되는 차양막(335)과, 상기 차양막(335)을 이동하여 상기 태양광이 수신되는 부분을 가리거나 개방하는 구동부(339)를 포함한다.The
상기 메모리부(미도시)는 상기 개질기의 반응기의 작동 설정 온도가 저장되어 있으며, 상기 제어부(미도시)는 상기 개질기의 반응기의 작동 온도가 상기 설정 온도 범위를 유지하도록 상기 구동부(339)를 제어한다. 즉, 상기 개질기의 반응기의 작동 온도가 상기 설정 온도 이하이면, 상기 제어부(미도시)는 상기 구동부(339)를 작동하여 상기 태양광이 수신되는 부분을 상기 더 개방하도록 상기 차양막(335)을 움직이고, 상기 개질기의 반응기의 작동 온도가 상기 설정 온도 이상이면 상기 구동부(339)를 작동하여 상기 태양광이 수신되는 부분을 더 가리도록 상기 차양막(335)을 움직인다.The memory unit (not shown) stores the operation set temperature of the reactor of the reformer, the control unit (not shown) controls the
상기와 같이, 본 실시예에서는 상기 접시형 반사판(310)에 비하여 상대적으로 크기가 작은 상기 집열모듈(320)의 태양광 입사 면적을 제어함으로써, 상기 개질기의 반응기의 작동 온도를 최적의 상태로 유지할 수 있다.As described above, in the present embodiment by controlling the solar light incident area of the
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접시형 태양열 집열 장치의 개략적인 사시도이다.1 is a schematic perspective view of a dish-type solar heat collecting device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 접시형 태양열 집열 장치의 제어 흐름을 보여주는 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a control flow of the dish-type solar heat collecting device shown in FIG. 1.
도 3은 도 1에 도시된 차양 수단이 접시형 반사판에 설치된 상태를 보여주는 개략적인 부분 단면도이다.3 is a schematic partial cross-sectional view showing a state in which the shading means shown in FIG.
도 4는 도 1에 도시된 차양 수단의 변형예로서, 상기 차양 수단이 접시형 반사판에 설치된 상태를 보여주는 개략적인 부분 평면도이다.FIG. 4 is a schematic partial plan view of a modification of the shading means shown in FIG. 1, showing a state in which the shading means is installed in the dish-shaped reflector.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 접시형 태양열 집열 장치의 개략적인 구성도이다.5 is a schematic configuration diagram of a dish-type solar heat collecting device according to another embodiment of the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 ><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>
100, 300: 접시형 태양열 집열장치100, 300: dish type solar collector
110, 210, 310: 접시형 반사판 120, 320: 집열모듈110, 210, 310:
130, 230, 330: 차양 수단 135, 235, 335: 차양막130, 230, 330: Shading means 135, 235, 335: Shading screen
139, 239, 339: 구동부 140: 제어부139, 239 and 339: drive unit 140: control unit
150: 메모리부150: memory
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