KR101167927B1 - 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템과 이를 이용한 친환경 발전방법 - Google Patents

태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템과 이를 이용한 친환경 발전방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템과 이를 이용한 친환경 발전방법에 관한 것으로 상세하게는 집광부와, 집광부로 인해 가열되는 히트파이프, 배관상에 설치되어 추가 가열하는 고온증기 발생부, 증기로 발전하는 발전부, 증기를 응축시키는 응축기, 제1,2 순환펌프, 증기를 통과시켜 물을 다시 가열하는 열교환기 및 외부에서 유입되는 물을 가열하는 예열장치로 구성되어 물을 태양광으로 가열하여 증기화 시킨뒤 발전부로 공급하여 발전하고, 증기를 액화시켜 사용자가 사용할 수 있도록 하고, 순환되는 물을 열교환기를 통해 증기의 열로 재가열하여 히트파이프로 순환시키는 것을 특징으로 하는 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템과 이를 이용한 친환경 발전방법에 관한 것이다.

Description

태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템과 이를 이용한 친환경 발전방법{electricity generation method to eco-friendly wueing for electricity generation system And electricity generation system to eco-friendly useing of concentrate light for light of the sun}
본 발명은 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템과 이를 이용한 친환경 발전방법에 관한 것으로 상세하게는 집광부와, 집광부로 인해 가열되는 히트파이프, 배관상에 설치되어 추가 가열하는 고온증기 발생부, 증기로 발전하는 발전부, 증기를 응축시키는 응축기, 제1,2 순환펌프, 증기를 통과시켜 물을 다시 가열하는 열교환기 및 외부에서 유입되는 물을 가열하는 예열장치로 구성되어 물을 태양광으로 가열하여 증기화 시킨뒤 발전부로 공급하여 발전하고, 증기를 액화시켜 사용자가 사용할 수 있도록 하고, 순환되는 물을 열교환기를 통해 증기의 열로 재가열하여 히트파이프로 순환시키는 것을 특징으로 하는 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템과 이를 이용한 친환경 발전방법에 관한 것이다.
일반적으로 가정에서는 대규모 발전소로부터 발전된 전력을 전력선으로부터 공급받아서 전자제품을 사용하고 있다.
그러나, 상기한 대규모 발전소에서는 석유나 석탄등의 화석연료를 주로 사용하여 전기를 발전하므로, 공해를 유발하는 문제점과 아울러 자원 고갈의 문제점을 유발하고 있다.
이에 따라 최근 소형 발전장치를 구비한 가정 및 사업장이 증가되고 있으며, 이중 종래의 일반적인 발전기는 피스톤을 사용한 왕복엔진이나 가스터빈을 사용하여 회전력을 이용하여 전기에너지를 만들고 있으나, 이러한 종래의 발전기는 그구조가 복잡하고 제조비가 고가일 뿐 아니라 발전기를 구동하는 엔진으로부터 큰 소음이 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 유지비용이 저렴한 형태인 태양열을 이용한 발전장치가 사용되고 있으나, 종래에는 태양열을 집열하기 위한 집열판의 면적이 커서 공간을 많이 차지하는 문제점이 있었다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 집광부에서 집광되어진 빛으로 물을 가열하고, 가열되어진 물로 발전부를 돌려 전력을 발전하며, 가열되어진 물을 빼내 쓸 수 있도록 하는 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템과 이를 이용한 친환경 발전방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템과 이를 이용한 친환경 발전방법에 관한것으로서, 집광부와, 집광부로 인해 가열되는 히트파이프, 배관상에 설치되어 추가 가열하는 고온증기 발생부, 증기로 발전하는 발전부, 증기를 응축시키는 응축기, 제1,2 순환펌프, 증기를 통과시켜 물을 다시 가열하는 열교환기 및 외부에서 유입되는 물을 미리 가열하는 예열장치로 구성되어진다.
본 발명은 집광부에서 집광되어진 빛으로 물을 가열하고, 가열되어진 물로 발전부를 돌려 전력을 발전하므로 공해없이 발전을 할 수 있는 효과가 있으며, 발전을 한뒤 순환되는 가열된 물을 토출시켜 사용자가 쓸 수 있도록 하므로 물을 별도로 가열하지 않아 가열에 사용되는 에너지를 절약 할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 열교환장치에서 증기를 통해 물을 재가열 하므로 순환되는 물의 가열시간이 짧아지고, 물의 가열에 따른 에너지를 절약 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템의 제2 터빈에 고온증기 발생부가 추가되어진 것을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템의 배출배관과 유입배관상에 유량센서와 온도센서가 설치된 것을 나타낸 부분구성도,
도 4는 본 발명에 따른 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템을 이용한 친환경 발전방법의 순서를 나타낸 순서도.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와같이 본 발명은 태양광을 집광하는 집광부(10)와; 상기 집광부(10)의 하측에 설치되어 집광부(10)에서 집광되어지는 빛을 통해 내부의 물을 가열하여 증기화시키는 히트파이프(20)와; 상기 히트파이프(20)의 일측에 연결되어지는 배관(100)에 설치되어 배관(100)을 가열하는 고온증기 발생부(30)와; 상기 배관(100)에 설치되어 배관(100)에서 유동되어지는 증기를 통해 발전을 하는 발전부(40)와; 상기 발전부(40)를 통과한 증기를 액화시키는 응축기(50)와; 상기 응축기(50)에서 액화되어진 물을 순환시키는 제1 순환펌프(60)와; 상기 제1 순환펌프(60)를 통해 순환되어지는 물을 상기 발전부(40)와 연결되어 공급되는 증기를 순환시켜 증기의 열로 재가열하는 열교환기(70)와; 상기 열교환기(70)를 통과한 물을 히트파이프(20)로 순환시키는 제2 순환펌프(65)와; 상기 열교환기(70)에 연결되어 열교환기(70)를 통과하는 물을 일부 배출시키고,물의 양을 조절하는 밸브(81)가 설치되는 배출배관(80)과; 상기 열교환기(70)와 연결되어 공급펌프()를 통해 유입배관(90)으로 공급되는 물을 가열시키는 예열장치(91);를 포함하여 구성되어진다.
도 1에 도시된 바와같이 상기 발전부(40)는 고온증기 발생부(30)를 통과한 증기를 통해 회전하는 제1 터빈(41)과, 제1 터빈(41)을 통과하여 열교환기(70)를 거쳐 공급되어지는 증기로 회전하는 제2 터빈(42)과, 상기 제1,2 터빈(41,42)을 통해 발전을 하는 제네레이터(43)로 구성되어진다.
상기 고온증기 발생부(30)는 태양광이 부족한 경우에 작동되어지며, 부탄 또는 메탄가스 또는 목재 또는 저전력 탄소섬유히터 중 한가지를 이용하는 가열장치(110)를 통해 가열되어 배관(100)을 가열하게된다.
도 2에 도시된 바와같이 상기 열교환기(70)와 제2 터빈(42) 간에는 가열장치(110)와 연결되어지는 고온증기 발생부(30)가 추가로 설치되어 열교환기(70)를 통과한 증기를 재가열하게된다.
즉, 본 발명을 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와같이 집광부(10)와, 집광부(10)로 인해 가열되는 히트파이프(20), 배관(100)상에 설치되어 추가 가열하는 고온증기 발생부(30), 고온증기 발생부를 가열하는 가열장치, 증기로 발전하는 발전부(40), 증기를 응축시키는 응축기(50), 제1,2 순환펌프(60,65), 증기를 통과시켜 물을 다시 가열하는 열교환기(70) 및 외부에서 유입되는 물을 가열하는 예열장치(91)로 구성되어진다.
상기 집광부(10)는 다수의 집광렌즈가 모듈화되어 구성되어지며, 태양광을 집광하여 히트파이프(20)를 가열하게된다.
상기 히트파이프(20)는 내부에 주입되어진 물이 집광부(10)를 통해 가열되어 증기로 기화되어지고, 일측에 연결되어지는 배관(100)으로 유동되어진다.
상기 고온증기 발생부(30)는 부탄, 메탄가스 또는 목재 또는 저전력 탄소섬유히터등의 저공해 가열매체를 이용하는 가열장치(110)와 연결되어 가열장치(110)를 통해 가열되고, 상기 히트파이프(20)의 일측에 연결되는 배관(100)상에 설치되어 배관(100)을 추가 가열하거나 태양광이 없는 경우 집광부(10)를 대신해 배관(100)을 가열하게 된다.
상기 발전부(40)는 제1,2 터빈(41,42)과 제네레이터(43)로 구성되어지며, 제1 터빈(41)은 고온증기 발생부(30)를 통과한 증기를 이용하여 회전시키고, 제1 터빈(41)을 통과한 증기가 열교환기(70)를 통과하여 제2 터빈(42)으로 유입되어 제2 터빈(42)을 회전시키고, 제1,2 터빈(41,42)으로 인해 제네레이터(43)가 발전을 하게 되며, 제2 터빈(42)을 통과한 증기가 응축기(50)로 유동되어진다.
상기 응축기(50)는 증기를 냉각시켜 액체상태로 액화시키며, 제1 순환펌프(60)를 통해 열교환기(70)로 유동시키게 된다.
상기 열교환기(70)는 응축기에서 액화되어진 물이 통과하는 과정에서 제1 터빈(41)을 통과한 증기가 재가열 하도록 하며, 열교환기(70) 내측에서 물이 통과하는 배관(100)에 물이 배출되는 배출배관(80)과 유입되는 유입배관(90)이 각각 연결되어진다.
이러한 상기 열교환기(70) 내의 배관(100)에 연결되는 배출배관(80)은 사용자가 뜨거운 물을 사용할 수 있도록 연결되어지며, 유입배관(90)은 물공급펌프(92)가 설치가 되어 물을 유입하고, 유입되는 물을 가열하여 공급하도록 예열장치(91)가 유입배관(90) 상에 설치되어진다.
도 3에 도시된 바와같이 상기 배출배관(80)과 유입배관(90)에는 유량센서와 온도센서가 설치되어 배출 및 유입되어지는 물의 온도와 유량을 측정하여 표시장치로 표시하게 된다.
상기 예열장치(91)는 고출력 LED등의 저전력 가열장치를 이용하여 물을 예열하게 된다.
도 2에 도시된 바와같이 상기 열교환기(70)와 제2 터빈(42) 간에는 가열장치(110)와 연결되어 가열장치(110)로 가열되어지는 고온증기 발생부(30)가 설치되어 열교환기(70)를 통과하는 증기를 재가열 하도록 구성할 수 있다.
도 4에 도시된 바와같이 본 발명의 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템을 이용한 발전 방법은 제1 가열단계(S10)와, 유동단계(S20), 제2 가열단계(S30), 발전단계(S40), 액화단계(S50) 및 순환단계(S60)로 이루어진다.
상기 제1 가열단계(S10)는 집광부(10)에서 빛을 집광하여 히트파이프(20)를 가열하는 단계이다.
상기 유동단계(S20)는 가열된 히트파이프(20) 내부의 물은 증기로 기화되어 히트파이프 일측에 연결된 배관(100)상에 설치되는 고온증기 발생부(30)를 통과해 유동되어 발전부(40)로 공급되어지는 단계이다.
상기 제2 가열단계(S30)는 발전부(40)의 제1 터빈(41)으로 유입되어 제1 터빈(41)을 회전시키고, 제1 터빈(41)을 통과한 증기가 열교환기(70)를 통과하여 열교환기(70)를 통과하는 물을 재가열하는 단계이다.
상기 발전단계(S40)는 열교환기(70)를 통과한 증기가 제2 터빈(42)을 회전시켜 제1,2 터빈(41,42)이 제네레이터(43)를 구동시켜 발전을 하도록 하는 단계이다.
상기 액화단계(S50)는 제2 터빈(42)을 통과한 증기가 응축기(50)로 유동되어 응축기(50) 내에서 냉각되어 액화되어지는 단계이다.
상기 순환단계(S60)는 액화되어진 물이 제1 순환펌프(60)를 통해 열교환기(70)를 통과하며 재가열되어지고, 제2 순환펌프(65)를 통해 히트파이프(20)의 타측으로 유입되어지는 단계이다.
상기 제1 가열단계(S10)에서 태양광이 부족하여 히트파이프(20)가 가열되지 않을 경우 가열장치와 연결되어 가열장치(110)로 가열되어지는 고온증기 발생부(30)에서 가열하게 되고, 상기 순환단계(S60)에서 열교환기(70)를 톨과하는 물을 토출시켜 사용하도록 배출배관(80)이 배관(100)상에 연결되어지고, 순환되어지는 물의 양을 보충하도록 유입배관(90)이 배관(100)과 연결되어지며, 유입배관(90)상에 물을 예열 시키는 예열장치(91)가 설치되어진다.
도 1내지 도 4에 도시된 바와같이 좀더 상세하게 설명하면 집광부(10)에서 빛을 집광하여 히트파이프(20)를 가열하게 되고, 가열된 히트파이프(20) 내부의 물은 증기로 기화되어 히트파이프(20) 일측에 연결된 배관(100)을 통해 유동되어지고, 고온증기 발생부(30)를 통과해 발전부(40)의 제1 터빈(41)으로 유입되어 제1 터빈(41)을 회전시키고, 제1 터빈(41)을 통과한 증기가 열교환기(70)를 통과하며 열교환기(70)를 통과하는 물을 재가열하며, 열교환기(70)를 통과한 증기가 제2 터빈(42)을 회전시켜 제1,2 터빈(41,42)이 제네레이터(43)를 구동시켜 발전을 하도록 하고, 상기 제2 터빈(42)을 통과한 증기가 응축기(50)로 유동되어 응축기(50) 내에서 냉각되어 액화되어지고, 액화되어진 물이 제1 순환펌프(60)를 통해 열교환기(70)를 통과하며 재가열되어지고, 제2 순환펌프(65)를 통해 히트파이프(20)의 타측으로 유입되어진다.
상기 히트파이프(20)의 일측에 설치되는 고온증기 발생부(30)는 태양광이 없는 경우 가열장치를 작동하여 고온증기 발생부를 가열하게되고, 이로인해 집광부(10)를 대신하여 물을 증기로 기화시키게된다.
상기 열교환기(70) 내부를 통과하는 물을 외부에서 사용할 수 있도록 배출되어지는 배출배관(80)이 열교환기(70)를 통과하는 배관(100)에 연결되어 토출되어지며, 토출되는 배출배관(80)에 밸브(81)가 설치되어 토출양을 조절할 수 있게 된다.
그리고, 상기 배출배관(80)에서 물이 토출되어지면 순환되어지는 물이 부족하게 되므로 외부에서 유입되어지는 유입배관(90)이 열교환기(70)를 통과하는 배관(100)에 연결되어 물공급펌프(92)로 외부의 물을 공급하며, 유입배관(90) 상에 예열장치(91)가 설치되어 유입되는 물을 예열시켜 가열 시간을 줄이게 된다.
도 2에 도시된 바와같이 상기 열교환기(70)와 제2 터빈(42) 간에 가열장치(110)와 연결되어 부탄 또는 메탄가스 또는 목재 또는 저전력 탄소섬유히터 중 한가지를 이용하여 작동되는 가열장치(110)로 가열되어지는 고온증기 발생부(30)가 추가로 설치되어 열교환기(70)를 통과하는 증기를 재가열하여 제2 터빈(42)을 구동시키도록 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와같이 상기 배출배관(80)과 유입배관(90)에는 유량센서와 온도센서가 설치되어 배출 및 유입되어지는 물의 온도와 유량을 측정하여 표시장치로 표시하게 된다.
10 : 집광부 20 : 히트파이프
30 : 고온증기 발생부 40 : 발전부
50 : 응축기 60,65 : 1,2 순환펌프
70 : 열교환기 80 : 배출배관
90 : 유입배관 100 : 배관
110 : 가열장치

Claims (6)

  1. 태양광을 집광하는 집광부(10)와;
    상기 집광부(10)의 하측에 설치되어 집광부(10)에서 집광되어지는 빛을 통해 내부의 물을 가열하여 증기화시키는 히트파이프(20)와;
    상기 히트파이프(20)의 일측에 연결되어지는 배관(100)에 설치되어 배관(100)을 가열하는 고온증기 발생부(30)와;
    상기 고온증기 발생부(30)와 연결되어 고온증기 발생부(30)를 가열하며, 친환경 가열장치(110)와;
    상기 배관(100)에 설치되어 배관(100)에서 유동되어지는 증기를 통해 발전을 하는 발전부(40)와;
    상기 발전부(40)를 통과한 증기를 액화시키는 응축기(50)와;
    상기 응축기(50)에서 액화되어진 물을 순환시키는 제1 순환펌프(60)와;
    상기 제1 순환펌프(60)를 통해 순환되어지는 물을 상기 발전부(40)와 연결되어 공급되는 증기를 순환시켜 증기의 열로 재가열하는 열교환기(70)와;
    상기 열교환기(70)를 통과한 물을 히트파이프(20)로 순환시키는 제2 순환펌프(65)와;
    상기 열교환기(70)에 연결되어 열교환기(70)를 통과하는 물을 일부 배출시키고,물의 양을 조절하는 밸브(81)가 설치되는 배출배관(80)과;
    상기 열교환기(70)와 연결되어 물공급펌프(92)를 통해 유입배관(90)으로 공급되는 물을 가열시키는 예열장치(91);를 포함하여 구성되어지는 것을 특징으로 하는 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발전부(40)는 고온증기 발생부(30)를 통과한 증기를 통해 회전하는 제1 터빈(41)과, 제1 터빈(41)을 통과하여 열교환기(70)를 거쳐 공급되어지는 증기로 회전하는 제2 터빈(42)과, 상기 제1,2 터빈(41,42)을 통해 발전을 하는 제네레이터(43)로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고온증기 발생부(30)는 태양광이 부족한 경우에 작동되어지며, 부탄 또는 메탄가스 또는 목재 또는 저전력 탄소섬유히터 중 한가지를 이용하는 가열장치(110)를 통해 가열되어 배관(100)을 가열하는 것을 특징으로 하는 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환기(70)와 제2 터빈(42) 간에는 가열장치(110)와 연결되어지는 고온증기 발생부(30)가 추가로 설치되어 열교환기(70)를 통과한 증기를 재가열하는 것을 특징으로 하는 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템.
  5. 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템을 이용한 발전 방법에 있어서,
    집광부(10)에서 빛을 집광하여 히트파이프(20)를 가열하는 제1 가열단계(S10)와;
    상기 가열된 히트파이프(20) 내부의 물은 증기로 기화되어 히트파이프(20) 일측에 연결된 배관(100)상에 설치된 고온증기 발생부(30)를 통과해 유동되어 발전부(40)로 공급되어지는 유동단계(S20)와;
    상기 발전부(40)의 제1 터빈(41)으로 유입되어 제1 터빈(41)을 회전시키고, 제1 터빈(41)을 통과한 증기가 열교환기(70)를 통과하여 열교환기(70)를 통과하는 물을 재가열하는 제2 가열단계(S30)와;
    상기 열교환기(70)를 통과한 증기가 제2 터빈(42)을 회전시켜 제1,2 터빈(41,42)이 제네레이터(43)를 구동시켜 발전을 하도록 하는 발전단계(S40)와;
    상기 제2 터빈(42)을 통과한 증기가 응축기(50)로 유동되어 응축기(50) 내에서 냉각되어 액화되어지는 액화단계(S50)와;
    상기 액화되어진 물이 제1 순환펌프(60)를 통해 열교환기(70)를 통과하며 재가열되어지고, 제2 순환펌프(65)를 통해 히트파이프(20)의 타측으로 유입되어지는 순환단계(S60);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템을 이용한 친환경 발전방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 가열단계(S10)에서 태양광이 부족하여 히트파이프(20)가 가열되지 않을 경우 가열장치와 연결되어 가열장치(110)로 가열되어지는 고온증기 발생부(30)에서 가열하게 되고, 상기 순환단계(S60)에서 열교환기(70)를 톨과하는 물을 토출시켜 사용하도록 배출배관(80)이 배관(100)상에 연결되어지고, 순환되어지는 물의 양을 보충하도록 유입배관(90)이 배관(100)과 연결되어지며, 유입배관(90)상에 물을 예열 시키는 예열장치(91)가 설치되어지는 것을 특징으로 하는 태양광 집광을 이용한 친환경 발전 시스템을 이용한 친환경 발전방법.
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