KR101235810B1

KR101235810B1 - 솔라타워를 이용한 공동주택용 태양열 발전시스템

Info

Publication number: KR101235810B1
Application number: KR1020120096975A
Authority: KR
Inventors: 강호욱; 이종성
Original assignee: (주)피엔씨
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2013-02-21

Abstract

본 발명은 솔라타워를 도심의 공동주택에 적용하여, 태양광 집광에 의한 집열로 증기발전 및 난방 그리고 풍력발전을 동시에 구사할 수 있도록 한 솔라타워를 이용한 공동주택용 태양열 발전시스템을 제안한다.
본 발명에 따른 솔라타워를 이용한 공동주택용 태양열 발전시스템은, 다수의 공동주택의 건물 상부에서 태양광을 반사시켜 탑 모양의 굴뚝으로 되는 솔라타워의 상부에 태양광을 집광하고, 상기 집광에 의한 집열로 솔라타워 내부 상단의 공기를 가열하며, 상기 집열에 의한 고온의 온도를 열매체배관을 통한 열매체유로 전달받아 솔라타워의 하부의 증기발전기로 공급하여서, 고온을 가진 열매체유를 증기발전기의 열교환으로 증기발전과 온수를 생산하고, 상기 솔라타워의 하부는 공동주택의 지하주자창과 연통하며, 상기 솔라타워 내부 통로에는 다수의 풍력발전기를 설치하여서, 솔라타워 내부 상단의 집열된 고온의 온도와 지하주차장의 저온의 온도편차에 의해 솔라타워 내부에 상승기류가 형성되면서 풍력발전이 양동으로 이루어지게 한 것을 특징으로 한다.

Description

솔라타워를 이용한 공동주택용 태양열 발전시스템{solar tower application multi-unit dwelling solar heat electric system}

본 발명은 솔라타워를 도심의 공동주택에 적용하여, 태양광 집광에 의한 집열로 증기발전 및 난방 그리고 풍력발전을 동시에 구사할 수 있도록 한 솔라타워를 이용한 공동주택용 태양열 발전시스템에 관한 것이다.

솔라타워라 함은 통상 태양방사열을 지면에서 집열시켜, 그 뜨거운 공기가 집열판 중앙에 세운 탑 모양의 굴뚝으로 빠져나가게 하며, 저기압을 메우기 위해 자연발생적으로 생성되는 상승기류를 이용한 풍력의 전력을 생산하는 방식이다. 이는 태양열발전과 풍력발전이 결합된 형태라고 할 수 있는데, 이러한 솔라타워는 통상의 풍력발전과 달리 자연바람이 전혀 필요 없이 온도편차를 이용한 상승기류로 발전을 도모하는 발전시스템이다.

그러나, 이러한 솔라타워는 통상 대규모의 집열판을 시설할 수 있는 넓은 면적(예; 뉴사우스웨일스주의 밀두라 근처에 마련된 솔라타워의 경우, 지름 6~7km)과, 태양광의 조사가 충분한 지리적 위치를 만족하여야만 그 효율성을 보장할 수 있는데, 이러한 솔라타워를 국내 특히 도심 속에 적용하기 어려운 실정이다.

상기의 솔라타워의 원리를 이용하여 도심 속에 적용한 것의 일 예로, 지면에 집열판이 없이 탑 모양의 굴뚝만 마련하고, 굴뚝의 하부에서 상부에 이르는 측면에 태양광이 입사되는 방향으로 투명 투시창을 마련하여, 타워형 굴뚝의 내부공기를 데워서 상승기류가 형성되도록 한 방식이 제안된 바 있었다. 그러나 이는 투명 투시창으로 태양광을 솔라타워로 입사시키는데 한계가 있어 솔라타워 내부의 온도상승이 미미한 수준이었고, 이로 인해 풍속이 느릴 수밖에 없어 효율적이지 못한 문제점이 있었다.

또 다른 방식으로는, 지면에 집열판도 없고, 탑 모양의 굴뚝도 없이 공동주택의 한쪽 벽면에 지상에서 건물 상부에 이르는 풍도를 만들고, 벽면에 집열판을 이용하여 상승기류를 발생시켜서 발전하는 방식이 제안된 바 있었다. 그러나 이 또한 집열판의 온도상승이 낮아 상승기류의 풍속이 느리기 때문에 효율적이지 못하였고, 오히려 공동주택의 한쪽 면을 활용함으로써, 건물 자체의 온도상승과 풍도 설치에 따른 생활환경의 불편에 대한 문제점이 제기되고 있었다.

하여, 본 발명은 지면에 집열판이 없이 탑 모양의 굴뚝을 마련하되, 공동주택의 지하주차장 및 단지 내 조경시설 등을 그대로 활용한 채 탑 모양의 굴뚝을 공동주택의 중앙에 마련하고, 각 공동주택의 건물 상부를 통해 탑 모양의 굴뚝 상부에 태양광을 집광시켜 고온의 집열을 생성하며, 이 집열의 열기를 이용하여 증기발전과 난방을 달성할 수 있고, 동시에 탑 모양의 굴뚝과 지하주차장을 연통시켜 탑 모양의 굴뚝 상부와 지하주차장의 온도편차에 의한 상승기류로 풍력발전이 양동으로 이루어지게 함으로써, 단지 내 온수와 전력공급은 물론 대량의 전력생산이 가능토록 함에 본 발명의 목적이 있다.

이에 본 발명은, 탑 모양의 굴뚝으로 되는 솔라타워와; 상기 솔라타워를 중심으로 원주형으로 배치되는 다수의 공동주택과; 상기 공동주택의 각 상부에 설치되어 태양광을 반사시킬 수 있는 제1반사판과; 상기 제1반사판으로부터 반사된 태양광을 집광할 수 있도록 설치된 솔라타워 상부의 제2반사판과; 상기 제2반사판으로부터 반사된 태양광을 흡수하여 집열할 수 있도록 구성되는 솔라타워 상부 제2반사판 저부 내주벽에 설치된 집열판과; 상기 집열판의 외주면에 접촉되면서 감겨진 형태로 설치되어 집열판의 열기를 흡수할 수 있도록 하는 열매체유가 충만된 열매체배관과; 상기 열매체배관은 솔라타워 주벽에 매립된 채 솔라타워 하부로 직결연결되어 집열된 열매체유를 이용한 증기발전과 온수공급을 할 수 있는 증기발전기와; 상기 증기발전장치에 연결되며 증기발전을 위해 열매체유의 열을 전달하고 남은 잔열을 가진 열매체유를 회수할 수 있는 저온열매체배관과; 상기 저온열매체배관에 연결되어 솔라타워 상부의 열매체배관으로 잔열을 가진 열매체유를 재공급할 수 있는 펌프와; 상기 저온열매체배관은 솔라타워 주벽에 매립된 채 솔라타워 상부로 연결되되, 솔라타워 내부의 중간 중간에 감겨진 형태로 연결설치되며, 상기에서 감겨진 형태로 연결설치된 저온열매체배관의 내주면으로 저온열매체배관의 열을 흡수 및 발산할 수 있도록 설치된 방열판과; 상기 솔라타워 내부 중간 중간에 설치된 방열판의 사이 사이에 설치되는 풍력발전기와; 상기 솔라타워의 하부와 연결되는 공동주택의 지하주차장;으로 이루어진다.

상기와 같이 된 본 발명은, 다수의 공동주택의 건물 상부에서 태양광을 반사시켜 탑 모양의 굴뚝으로 되는 솔라타워의 상부에 태양광을 집광하고, 상기 집광에 의한 집열로 솔라타워 내부 상단의 공기를 가열하며, 상기 집열에 의한 고온의 온도를 열매체배관을 통한 열매체유로 전달받아 솔라타워의 하부의 증기발전기에 공급하여서, 고온을 가진 열매체유를 증기발전기의 열교환으로 전력 및 온수를 생산할 수 있다.

그리고, 상기 솔라타워의 하부는 공동주택의 지하주자창과 연통하며, 상기 솔라타이 내부 통로에는 다수의 풍력발전기를 설치하여서, 솔라타워 내부 상단의 집열된 고온의 온도와 지하주차장의 저온의 온도편차에 의해 솔라타워 내부에 상승기류를 형성시켜 풍력발전에 의한 전력생산을 동시에 구현할 수 있다.

한편, 본 발명은 공동주택을 이용하여 솔라타워의 상부에서 태양광을 집광하기 때문에 집광효율이 좋고, 이로 인해 집열 온도가 상당히 높아 고효율의 전력생산을 달성할 수 있고, 또한 전력생산이 증기발전과 풍력발전 양동으로 이루어지기 때문에 그 생산량을 극대화할 수 있고, 이에 의해 단지 내 온수와 전력수급은 물론 전력의 생산량이 많아 경제성이 대폭 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 솔라타워를 이용한 태양광 집광 및 집열이 공동주택의 단지 내 영향을 끼치지 않아 주민생활의 불편이 없을 뿐 아니라, 오히려 상승기류에 의해 지하주차장 출입구로 유입되는 공기의 흐름으로 사계절 단지 내에 시원한 바람이 불기 때문에 쾌적한 환경을 조성할 수 있는 등의 여러 가지 이점을 낳는다.

도 1은 본 발명의 예시도
도 2는 본 발명의 평면 예시도
도 3은 본 발명의 단면 예시도
도 4는 본 발명의 시스템 계통도이다.

이하, 첨부된 도면과 함께 본 발명을 설명하면 다음과 같다. 다만 본 발명을 설명함에 있어 선등록된 공지기술 및 통상적 기술에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 흐릴 수 있어 생략 또는 간단한 명칭 등으로 대체한다.

본 발명은 도1 내지 도4와 같이, 타워형 굴뚝으로 되는 솔라타워(1)와; 상기 솔라타워(1)를 중심으로 원주형으로 배치되는 다수의 공동주택(2)과; 상기 공동주택(2)의 각 상부에 설치되어 태양광을 반사시킬 수 있는 제1반사판(21)과; 상기 제1반사판(21)으로부터 반사된 태양광을 집광할 수 있도록 설치된 솔라타워(1) 상부의 제2반사판(11)과; 상기 제2반사판(11)으로부터 반사된 태양광을 흡수하여 집열할 수 있도록 구성되는 솔라타워(1) 상부 제2반사판(11) 저부 내주벽에 설치된 집열판(12)과; 상기 집열판(12)의 외주면에 접촉되면서 감겨진 형태로 설치되어 집열판(12)의 열기를 흡수할 수 있도록 하는 열매체유가 충만된 열매체배관(13)과; 상기 열매체배관(13)은 솔라타워(1) 주벽에 매립된 채 솔라타워(1) 하부로 직결연결되어 집열된 열매체유를 이용한 증기발전과 온수공급을 할 수 있는 증기발전기(3)와; 상기 증기발전기(3)에 연결되며 증기발전을 위해 열매체유의 열을 전달하고 남은 잔열을 가진 열매체유를 회수할 수 있는 저온열매체배관(14)과; 상기 저온열매체배관(14)에 연결되어 솔라타워(1) 상부의 열매체배관(13)으로 잔열을 가진 열매체유를 재공급할 수 있는 펌프(15)와; 상기 저온열매체배관(14)은 솔라타워(1) 주벽에 매립된 채 솔라타워(1) 상부로 연결되되, 솔라타워(1) 내부의 중간 중간에 감겨진 형태로 연결설치되며, 상기에서 감겨진 형태로 연결설치된 저온열매체배관(14)의 내주면으로 저온열매체배관(14)의 열을 흡수 및 발산할 수 있도록 설치된 방열판(16)과; 상기 솔라타워(1) 내부 중간 중간에 설치된 방열판(16)의 사이 사이에 설치되는 풍력발전기(4)와; 상기 솔라타워(1)의 하부와 연결되는 공동주택(2)의 지하주차장(22);으로 이루어진다.

상기에서 증기발전기(3)는 열매체유의 열을 축척 할 수 있는 축열기(31), 축열기(31)에 축적된 열로 증기를 발생시킬 수 있는 증기발생기(32), 증기발생기(32)의 증기로 발전을 할 수 있는 증기터빈발전기(33), 증기터빈발전기(33)을 가동하고 나오는 증기로 물을 가열할 수 있는 열교환기(34), 열교환기(34)에 의해 생성되는 온수를 저장할 수 있는 온수저장탱크(35), 온수저장탱크(35)의 온수를 공동주택(2)으로 공급할 수 있는 온수공급장치(36)로 이루어지는 증기발전기를 사용하면 된다.

즉, 본 발명은 솔라타워(1)를 도심의 공동주택(2)에 적용하여, 태양광 집광에 의한 집열로 증기발전 및 난방을 도모하고, 동시에 집열의 온도편차에 의한 상승기류로 풍력발전을 동시에 구사할 수 있도록 한 것이다.

본 발명에서 솔라타워(1)는 다수의 공동주택(2) 중간에 설치되며, 다수의 공동주택(2)은 솔라타워(1)를 중심으로 원주형으로 배치되고, 솔라타워(1)의 하부는 공동주택(2)의 지하주차장(22)과 연결된다.

그리고, 본 발명의 솔라타워(1)는 지면에 집열판(12)이 설치되지 않고, 탑 모양의 굴뚝으로 되는 솔라타워(1)의 상부에 설치되며, 상부에 설치된 집열판(12)은 각 공동주택(2)의 상부 반사판에 의해 솔라타워(1) 상부에서 집광한 다음, 그 집광된 빛으로 집열판(12)을 데워 온도상승을 유도케 한 것이다.

또한, 태양광 집광으로 집열된 열기는 집열판(12) 외주면의 열매체배관(13)의 열매체유에 흡수되고, 흡수된 열기는 솔라타워(1) 하부의 증기발전기(3)로 전달되어 증기발전과 난방을 도모할 수 있게 한다.

한편, 증기발전기(3)에서 열을 소모한 열매체유를 저온열매체배관(14)으로 회수한 다음, 펌프(15)에 의해 다시 열매체배관(13)으로 공급하되, 상기 저온열매체배관(14)은 솔라타워(1) 내부의 중간 중간에 감겨진 형태로 연결설치되며, 그 내주면으로는 저온열매체배관(14)의 열을 흡수 및 발산할 수 있도록 설치된 방열판(16)을 설치한다.

이에, 솔라타워(1)는 상부의 집열판(12)에 의한 고온의 열기에 의해 상승기류가 형성되고 이는 솔라타워(1) 하부와 연결된 지하주차장(22)의 저기압을 끌어들이게 되면서 자연 풍력이 발생하게 된다.

이때, 솔라타워(1) 내부 중간 중간에 설치된 방열판(16)은 지하주차장(22)의 저온공기를 가열하여 솔라타워(1) 상부 집열판(12) 쪽으로 효율적인 유도를 하게 되고, 솔라타워(1) 내부의 방열판(16) 사이사이에 풍력발전기(4)를 설치함으로써, 상승기류에 의한 자연 풍력으로 풍력발전기(4)를 가동시킬 수 있게 한 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 더 바람직하게는, 도1과 같이, 제1반사판(21)은 공동주택(2)의 각 건물 상부 옥상 또는 지붕에 개설하고, 제1반사판(21)은 태양으로부터 입사되는 태양광을 건물의 각 방향에서 솔라타워(1) 상부의 제2반사판(11)으로 반사시키도록 한다. 이때, 상승기류의 형성과 급/배기가 원활하고, 태양광의 집광에 유리하도록, 솔라타워(1)의 상부의 제2반사판(11)은 공동주택(2)의 상부에 있는 제1반사판(21)의 높이보다 더욱 높게 설치함이 바람직하다.

상기 제2반사판(11)은, 도3의 상세도와 같이 상부반사판(111)과 측면반사판(112)으로 구성되며, 상부 반사판(51)은 제1반사판(21)으로 부터 입사되는 태양광을 솔라타워(1) 상부의 내면에 설치되어 있는 집열기(12)로 반사시키도록 한다. 이때, 상기의 측면반사판(112)는 제1반사판(21)으로부터 입사되는 태양광 중 상부반사판(111)에 집중되지 않고 좌우로 벗어나는 태양광을 상부반사판(111)으로 재반사시켜 반사광이 솔라타워(1)를 벗어나지 않도록 한다.

또한, 상기의 상부반사판(111)의 아랫면은 제1반사판(21)에서 반사되어 온 태양광이 솔라타워(1)를 통과하지 않도록 솔라타워(1) 상부에서 내부로 충분히 내려오도록 설치하고, 상기 제2반사판(11)은 상부반사판(111)과 양측의 측면반사판(112)을 한 조로 하여 공동주택(2)의 각 건물 상부에 있는 제1반사판(21)에 대응하도록 설치한다.

상기 제2반사판(11)에서 반사된 태양광은 솔라타워(1) 상부 내면에 설치되어 있는 집열판(12)으로 입사되어 태양열로 흡수케 하며, 상기 집열판(12)은 태양광이 입사되는 표면은 흑화 표면 처리된 알루미늄이나 마그네슘과 같이 열을 잘 흡수하고 잘 전달하는 물질로 선택하고, 상기 집열판(12)의 외주면에는 열을 흡수하는 열매체유가 순환하는 열매체배관(13)에 접촉되도록 한다. 이렇게 하면, 집열판(12)은 태양열에 의해서 수 백도의 높은 온도로 가열되고, 열매체배관(13)에 있는 열매체를 고온으로 가열함과 동시에 집열판(12) 표면에서 발생하는 복사열로 솔라타워(1) 내부의 공기를 뜨겁게 가열하게 된다.

상기 솔라타워(1)의 하부는 지하주차장(22)의 공기의 유입이 자유롭도록 도2에 도시된 바와 같이 공동주택(2) 각 건물 사이에 지하주차장(22) 출입구(221)를 형성함이 바람직하며, 지하주차장(22) 상부에는 공동주택(2)의 공원녹지로 활용하고, 공원녹지 가운데 위치에 솔라타워(1)를 위치시켜서 공동주택(2)의 각 건물로부터 가장 원거리에 위치되도록 함이 바람직하다.

상기 열매체유는 태양열 발전용으로 고온에 사용하기 위해 산화 안정성과 열 안정성, 점도와 유동성, 인체 유해성, 사용수명, 탄화 침전물이나 슬러지에 의한 배관 내의 스케일 생성 등에서 우수한 알킬벤젠계 합성 열매체유나 광유계와 합성유계의 혼합형태인 열매체유가 바람직하다.

따라서, 본 발명은 다수의 공동주택(2)의 건물 상부에서 태양광을 반사시켜 탑 모양의 굴뚝으로 되는 솔라타워(1)의 상부에 태양광을 집광하고, 상기 집광에 의한 집열로 솔라타워(1) 내부 상단의 공기를 가열하며, 상기 집열에 의한 고온의 온도를 열매체배관(13)을 통한 열매체유로 전달받아 솔라타워(1)의 하부의 증기발전기(3)로 공급하여서, 고온을 가진 열매체유를 증기발전기(3)의 열교환으로 증기발전과 온수를 생산하고, 상기 솔라타워(1)의 하부는 공동주택(2)의 지하주자창과 연통하며, 상기 솔라타워(1) 내부 통로에는 다수의 풍력발전기(4)를 설치하여서, 솔라타워(1) 내부 상단의 집열된 고온의 온도와 지하주차장(22)의 저온의 온도편차에 의해 솔라타워(1) 내부에 상승기류가 형성되면서 풍력발전이 양동으로 이루어질 수 있다.

이렇게 하면, 공동주택(2)을 이용하여 솔라타워(1)의 상부에서 태양광을 집광하기 때문에 집광효율이 좋고, 이로 인해 집열 온도가 상당히 높아 고효율의 전력생산을 달성할 수 있고, 또한 전력생산이 증기발전과 풍력발전 양동으로 이루어지기 때문에 그 생산량을 극대화할 수 있고, 이에 의해 단지 내 온수와 전력수급은 물론 전력의 생산량이 많아 경제성이 향상되는 효과와, 솔라타워(1)를 이용한 태양광 집광 및 집열이 공동주택(2)의 단지 내에 영향을 끼치지 않아 생활의 불편이 없을 뿐 아니라, 오히려 상승기류에 의해 지하주차장(22) 출입구로 유입되는 공기의 흐름으로 사계절 단지 내에 시원한 바람이 불기 때문에 쾌적한 환경을 조성할 수 있는 등의 여러 가지 이점을 낳는다.

이상과 같이 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 설명을 위해서 제시한 도면은 예시도로 특징을 부각시키고자 구체적인 장치나 구조 등은 본 발명의 요지를 흐릴 수 있어 간단하게 도시하였다. 이에 해당기술분야의 당업자라면 본 발명의 요지를 충분히 파악할 수 있을 것으로 보이고, 이를 기반으로 본 발명과 동일 또는 유사하게 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이나, 본 발명의 사상 내지 영역으로부터 벗어나지 못한다면 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함될 것이다.

솔라타워(1) 제2반사판(11)
상부반사판(111) 측면반사판(112)
집열판(12) 열매체배관(13)
저온열매체배관(14) 펌프(15)
방열판(16) 공동주택(2)
제1반사판(21) 지하주차장(22)
출입구(221) 증기발전기(3)
축열기(31) 증기발생기(32)
증기터빈발전기(33) 열교환기(34)
온수저장탱크(35) 온수공급장치(36)
풍력발전기(4)

Claims

탑 모양의 굴뚝으로 되는 솔라타워와; 상기 솔라타워를 중심으로 원주형으로 배치되는 다수의 공동주택과; 상기 공동주택의 각 상부에 설치되어 태양광을 반사시킬 수 있는 제1반사판과; 상기 제1반사판으로부터 반사된 태양광을 집광할 수 있도록 설치된 솔라타워 상부의 제2반사판과; 상기 제2반사판으로부터 반사된 태양광을 흡수하여 집열할 수 있도록 구성되는 솔라타워 상부 제2반사판 저부 내주벽에 설치된 집열판과; 상기 집열판의 외주면에 접촉되면서 감겨진 형태로 설치되어 집열판의 열기를 흡수할 수 있도록 하는 열매체유가 충만된 열매체배관과; 상기 열매체배관은 솔라타워 주벽에 매립된 채 솔라타워 하부로 직결연결되어 집열된 열매체유를 이용한 증기발전과 온수공급을 할 수 있는 증기발전기와; 상기 증기발전장치에 연결되며 증기발전을 위해 열매체유의 열을 전달하고 남은 잔열을 가진 열매체유를 회수할 수 있는 저온열매체배관과; 상기 저온열매체배관에 연결되어 솔라타워 상부의 열매체배관으로 잔열을 가진 열매체유를 재공급할 수 있는 펌프와; 상기 저온열매체배관은 솔라타워 주벽에 매립된 채 솔라타워 상부로 연결되되, 솔라타워 내부의 중간 중간에 감겨진 형태로 연결설치되며, 상기에서 감겨진 형태로 연결설치된 저온열매체배관의 내주면으로 저온열매체배관의 열을 흡수 및 발산할 수 있도록 설치된 방열판과; 상기 솔라타워 내부 중간 중간에 설치된 방열판의 사이 사이에 설치되는 풍력발전기와; 상기 솔라타워의 하부와 연결되는 공동주택의 지하주차장;으로 됨을 포함하는 솔라타워를 이용한 공동주택용 태양열 발전시스템.
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