KR101281074B1 - 태양에너지를 이용한 발전 및 난방 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명 태양에너지를 이용한 발전 및 난방 시스템은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 태양 전지 모듈과, 상기 태양 에너지를 집열하기 위한 다수의 집열봉으로 구성된 집열 수단과, 상기 태양광 집열 수단으로 부터 집열된 열을 보유한 열매체유가 관을 통하여 열교환을 하고, 태양 전지 모듈에서 발전한 전기 에너지로부터 발열하는 전열체를 구비하며 유체가 저장된 열교환 저장 탱크와, 상기 열교환 저장 탱크에 저장된 유체로부터 발생한 증기가 유입되어 내부의 터빈을 회전시키는 터빈부와, 상기 터빈부의 터빈 회전에 의하여 발전하는 발전기와, 상기 터빈부에서 터빈을 회전시킨 증기를 회수하여 응축시키는 응축기와, 응축기에서 응축된 유체를 이용하여 건물의 난방을 하는 난방부와, 상기 건물의 난방부를 통한 난방으로 온도가 낮아진 유체를 회수하고 열교환 저장 탱크로 송수하기 위한 급수 펌프 및 상기 발전기로부터 생산된 전력을 저장하고 상기 전열체와 전기적으로 연결되도록 한 축전지로 구성된 것으로 태양 에너지를 효율적으로 이용할 수 있는 것이다.

Description

태양에너지를 이용한 발전 및 난방 시스템{Generator System and Heating System by Using Solar Energy}
본 발명은 태양 전지와 태양열 집열봉을 이용하여 발전하고 건물의 냉난방을 하기 위한 것에 관한 것이다. 상기와 같이 태양광을 이용한 발전과 집열봉을 이용하여 태양광 발전으로 얻어진 전력을 태양광이 없는 야간이나 비오는 날 등의 난방 전원으로 사용할 수 있도록 구성된 것이다. 상기에서 태양광 발전을 반도체를 이용하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것이고, 태양열 집열봉은 태양광을 집열과 축열을 통하여 태양에너지를 터빈 및 발전기로 전기 에너지를 얻거나 상기 집열 에너지를 직접 건물의 난방용으로 사용할 수 있는 것이다.
본 발명과 같은 종래의 기술은 대한민국 특허 등록 제10-1079642호에 개시되어 있다. 도 1은 종래의 태양열 및 태양광 발전을 이용한 난방 시스템의 구성도이다. 상기도 1에서 종래의 태양열 및 태양광 발전을 이용한 난방시스템은 건축물의 외벽에 태양열을 받아 온실효과를 내는 단위유닛(100)을 설치하여 구성된 것이다. 상기 단위유닛(100)의 바깥쪽에는 단위유닛(100)내로 햇빛이 들어오도록 투광창(120)이 형성되고, 단위유닛(100)의 실내쪽에는 단위유닛(100)내로 들어온 햇빛을 효율적으로 에너지화시키기 위해 검은색으로 된 흡열판(110)이 형성된 것이다. 또한, 상기 흡열판(110)에는 실내의 공기가 유입되는 유입공(111)이 형성되고, 단위유닛(100) 내로 유입된 실내공기를 태양열로 가열하여 실내로 다시 방출시키는 유출공(113)이 형성된 것이고, 상기 유입공(111)으로는 단위유닛(100)의 내부온도보다 낮은 온도의 공기가 유입되므로 아래쪽에 형성시키고, 유출공(113)으로는 실내의 온도보다 높은 온도의 공기가 방출되므로 위쪽에 형성시켜 자연적인 대류현상이 일어나도록 유도한 것이다. 또한, 상기 단위유닛(100)은 사각형 함체 형상을 갖는 것으로, 투광창(120)의 소재로는 투명비닐이나, 유리, 아크릴판 등이 사용될 수 있고 상기 흡열판(110)은 태양열을 흡수하는 곳으로, 검은색으로 도색되거나 검은색 재질의 재료로 제작된 것이다. 또한, 테두리(130)는 함체가 지지될 수 있도록 합성수지 또는 금속재로 제작되어도 무방하다. 여기에서, 검은색 재질이란 시중에서 흔히 볼 수 있는 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA)일 수 있고, 상기 단위유닛(100)은 자연적인 대류에 의해 실내공기를 유입시키거나 방출시킬뿐만 아니라 강제 송풍방식이 채택될 수도 있는 것이다.
상기와 같은 종래의 태양열 및 태양광 발전을 이용한 난방 시스템은 평판 형태의 태양 흡열판을 이용함으로써 집열 효율이 낮은 문제점이 있는 것이다. 또한 상기와 같은 종래의 태양열 및 태양광 발전을 이용한 난방 시스템은 태양광 에너지를 난방 시스템으로만 이용함으로써 에너지 이용의 효율성이 낮은 문제점이 있는 것이다. 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명 태양에너지를 이용한 발전 및 난방 시스템의 목적은 태양에너지의 집열 효율을 높여 에너지를 최대한 효율적으로 이용하기 위한 것이다. 또한 본 발명의 다른 목적은 태양광 발전 출력을 축전지에 저장한 후 에너지 저장 탱크의 동력원으로 사용함으로써 야간이나 태양 빛이 적은 궂은 날씨 등에도 효율적으로 난방 시스템을 가동하도록 하기 위한 것이다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명 태양에너지를 이용한 발전 및 난방 시스템은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 태양 전지 모듈과, 상기 태양 에너지를 집열하기 위한 다수의 집열봉으로 구성된 집열 수단과, 상기 태양광 집열 수단으로 부터 집열된 열을 보유한 열매체유가 관을 통하여 열교환을 하고, 태양 전지 모듈에서 발전한 전기 에너지로부터 발열하는 전열체를 구비하며 유체가 저장된 열교환 저장 탱크와, 상기 열교환 저장 탱크에 저장된 유체로부터 발생한 증기가 유입되어 내부의 터빈을 회전시키는 터빈부와, 상기 터빈부의 터빈 회전에 의하여 발전하는 발전기와, 상기 터빈부에서 터빈을 회전시킨 증기를 회수하여 응축시키는 응축기와, 응축기에서 응축된 유체를 이용하여 건물의 난방을 하는 난방부와, 상기 건물의 난방부를 통한 난방으로 온도가 낮아진 유체를 회수하고 열교환 저장 탱크로 송수하기 위한 급수 펌프 및 상기 발전기로부터 생산된 전력을 저장하고 상기 전열체와 전기적으로 연결되도록 한 축전지로 구성된 것으로, 상기와 같이 순환 싸이클을 이루도록 시스템을 구성함으로써 태양 에너지를 효율적으로 이용할 수 있는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 태양에너지를 이용한 발전 및 난방 시스템은 태양 에너지 이용을 극대화할 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 효과는 화석에너지 사용을 줄임으로써 친환경적인 에너지이며 이산화탄소 및 일산화탄소 발생을 줄일 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한 본 발명의 다른 효과는 발전기에서 발전된 전력을 열교환 탱크의 에너지원으로 사용함으로써 열교환 탱크를 야간과 같이 태양 에너지를 이용할 수 없는 시간에도 효율적으로 가동할 수 있는 효과가 있는 것이다.
도 1은 종래 태양열 및 태양광 발전을 이용한 난방 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 태양에너지를 이용한 발전 및 난방 시스템의 전체 구성도,
도 3은 본 발명에 적용되는 태양열 집열봉의 사시도,
도 4는 본 발명에 적용되는 태양열 집열봉의 분해 사시도,
도 5는 본 발명에 적용되는 태양열 집열봉의 단면 구성도,
도 6은 본 발명에 적용되는 태양열 집열봉의 가로 단면 구성도,
도 7은 본 발명에 적용되는 태양열 집열 수단의 단면 구성도이다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명의 태양 에너지를 이용한 발전 및 난방 시스템을 도 2 내지 도 7을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 태양에너지를 이용한 발전 및 난방 시스템의 전체 구성도 이다. 상기도 2에서 본 발명 태양에너지를 이용한 발전 및 난방 시스템은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 태양 전지 모듈(10)과, 상기 태양 에너지를 집열하기 위한 다수의 집열봉으로 구성된 태양광 집열 수단(20)과, 상기 태양광 집열 수단(20)으로부터 집열된 열을 보유한 열매체유가 흐르는 관(37)을 통하여 열교환을 하고, 태양 전지 모듈(10)에서 발전한 전기 에너지로부터 발열하는 전열체를 구비하며 유체가 저장되어 있는 열교환 저장 탱크(30)와, 상기 열교환 저장 탱크(30)에 저장된 유체로부터 발생한 증기가 유입되어 내부의 터빈(41)을 가동하는 터빈을 회전시키는 터빈부(40)와, 상기 터빈부(40)의 터빈 회전에 의하여 발전하는 발전기(50)와, 상기 터빈부(40)에서 터빈을 회전시킨 증기를 회수하여 응축시키는 응축기(60)와, 응축기(60)에서 응축된 유체를 이용하여 건물의 난방을 하는 난방부(70)와, 상기 건물의 난방부(70)를 통한 난방으로 인하여 온도가 낮아진 유체를 회수하고 열교환 저장 탱크로 송수하기 위한 급수 펌프(80) 및 상기 발전기(50)로부터 생산된 전력을 저장하고 상기 전열체와 전기적으로 연결되도록 한 축전지(90)로 구성된 것이다. 또한 상기 발전기(50)로부터 생산된 전력은 축전지(90)에 저장되었다가 상기 전열체(35)를 발열하기 위한 것으로 사용될 수도 있으나 축전지(90)를 충전하고 남은 여분의 전력은 건물(95)의 조명 등의 에너지원으로 상용할 수 있도록 시스템을 구출할 수 있는 것이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 태양열 집열봉의 사시도 이다. 상기도 3에서 본 발명에 적용되는 태양열 집열봉(25)은 집열봉 본체(21) 내에 삽입되는 집열봉 지지대(22)에 삽입 지지되는 발열봉 지지축(23)과, 상기 지지축(23)에 삽입되어 집열봉 본체(21) 내부를 밀봉하는 커버(24)와, 상기 커버(24)에 삽입된 발열봉 지지축(23)의 끝단에 삽입 설치되는 발열봉(27)으로 구성된 것을 나타내고 있는 것이다. 상기 발열봉 몸체(28)는 원통 형상, 사각 형상 및 다각 형상 등 다양하게 구현 가능한 것이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 태양열 집열봉의 분해 사시도 이다. 상기도 4에서 본 발명에 적용되는 태양열 집열봉(25)은 밑면이 라운드된 집열봉 본체(21)와, 집열봉 본체(21) 내로 삽입 설치되는 집열봉 지지대(22)와, 상기 집열봉 지지대(22)의 중심에 삽입 설치되는 발열봉 지지축(23)과, 상기 발열봉 지지축(23)에 삽입되어 체결 시 집열봉 본체(21)의 내부을 밀봉하는 커버(24)와, 상기 커버(24) 상부에서 발열봉 지지축(23)에 체결되는 발열봉(27)으로 구성된 것을 나타내고 있는 것이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 태양열 집열봉의 단면 구성도이다. 상기도 5에서 본 발명에 적용되는 태양열 집열봉(25)은 내측으로 형성된 밀폐된 진공부인 공간부(29)와 상기 공간부(29) 내의 면부에 부착되는 세라믹과 카본이 코팅된 필름(29-1)을 구비하고 밑면이 밀폐된 집열봉 몸체(21)와, 상기 집열봉 몸체(21) 내측에 형성된 공간부(29) 내측으로 삽입 설치되는 집열봉 지지대(22)와, 상기 집열봉 지지대(22)의 중앙에 삽입 설치되는 것으로 내부에 형성된 제2공간부(29-2)에 프레시온 가스가 충전된 발열봉 지지축(23)과, 상기 발열봉 지지축(23)에 삽입되고 상기 집열봉 몸체(21) 상부 끝단에 밀폐되도록 설치되는 석면으로 된 커버(24)와, 상기 발열봉 지지축(23)과 일체로 체결되고 상기 발열봉 지지축(23)의 내부 제2공간부(29-2)와 연통하도록 내부 제3공간부(29-3)가 형성되며 주철 및 은의 합금으로 제조된 발열봉(27)으로 구성된 것을 나타내고 있는 것이다. 상기와 같이 구성된 집열봉(25)은 집열봉 몸체(21)에 태양열이 가하여 지면 집열봉 몸체(21) 내부의 공간부(29) 일면에 코팅된 필름(29-1)에서 태양열을 효율적으로 흡수하여 발열봉 지지축(23)의 내부 제2공간부(29-2)에 충진된 프레시온 가스를 가열하게 되며, 가열되어 온도가 상승한 프레시온 가스는 상부로 상승하여 발열봉(27)의 내부 제3공간부(29-3)에서 충전하게 되는 것이다. 상기에서 집열봉(25)의 집열봉 몸체(21)의 외측면은 유리로 구성되어 태양광이 잘 투과하도록 구성하는 것이다.
도 6은 본 발명에 적용되는 태양열 집열봉의 가로 단면 구성도이다. 상기도 6에서 본 발명에 적용되는 태양열 집열봉(25)은 집열봉 몸체(21) 내측으로 밀폐된 공간부(29)가 형성되고 상기 공간부(29) 일측면에는 필름(29-1)이 부착되는 것이고, 상기 집열봉 몸체(21)의 공간부(29) 내측으로는 양 끝단이 폐로를 형성하는 U자 형상의 집열봉 지지대(22)가 삽입되어 설치되는 것이다. 또한 상기 집열봉 지디대(22)의 중심에는 발열봉 지지축(23)에 삽입 설치되는 구조임을 나타내고 있는 것이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 태양열 집열 수단의 단면 구성도이다. 상기도 7에서 본 발명에 적용되는 태양열 집열 수단(20)은 유입구(20-1)와 유출구(20-2)를 통하여 열매체유가 흐르는 집열 탱크(20-3)와, 상기 집열 탱크(20-3) 내부에 발열봉(27)이 삽입되고 집열봉 몸체(21)는 집열 탱크(20-3) 외부로 노출되도록 설치되는 다수의 집열봉(25)이 구성되는 구조임을 나타내고 있는 것이다. 상기에서 열매체유는 상기 집열 탱크(20-3)의 유입구(20-1)를 통하여 집열 탱크(20-3)로 유입되며 상기 집열봉(25)의 발열봉(27)에서 발산하는 열에 의하여 가열된 후 유출구(20-2)를 통하여 흘러 열교환 저장탱크(30)로 유입되는 것이다. 또한 상기 집열 탱크(20-3)의 하부에 노출되고 외피가 유리로 된 집열봉 몸체(21) 외측으로는 태양열이 쪼이게 되며 상기 집열봉(21)의 몸체 내측에 구비된 필름(29)에서 효과적으로 상기 태양열 에너지를 흡수하고 상기 집열봉 몸체(21) 내측의 발열봉 지지축(23) 내부 제2공간부(29-2)에 충진된 프레시온 가스를 가열하도록 작용하는 것이다. 상기와 같이 가열된 프레시온 가스는 집열 탱크(20-3) 내부에 위치한 발열봉(27) 내부 제3공간부(29-3)로 상승하며 상기 집열 탱크(20-3) 유입구(20-1)를 통하여 유입된 열매체유를 가열하는 것이고, 상기 열매체유를 가열하여 온도가 낮아진 프레시온 가스는 액화하여 다시 집열봉(25)의 몸체 내부 제2공간부(29-2)로 하강하며 다시 태양열 에너지를 흡수하여 가열되면 상기와 같은 싸이클을 반복하는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 태양 에너지를 이용한 발전 및 난방 시스템은 에너지 낭비를 최소한으로 하면서 효과적으로 태양에너지를 이용할 수 있는 시스템인 것이다.
10 : 태양전지 모듈, 20 : 태양광 집열 수단,
20 : 열교환 저장탱크, 21 : 집열봉 본체,
22 : 집열봉 지지대, 23 : 발열봉 지지축,
24 : 커버, 27 : 발열봉,
29 : 공간부, 29-1 : 필름,
29-2 : 제2공간부, 40 : 터빈부,
50 :발전기, 60 : 응축기,
70 : 난방부, 80 : 급수펌프,
90 : 축전지

Claims (14)

  1. 태양열을 집열하기 위한 태양열 집열봉에 있어서,
    상기 태양열 집열봉은,
    집열봉 몸체(21)와;
    상기 집열봉 몸체(21) 내측에 형성된 공간부(29) 내측으로 삽입 설치되는 집열봉 지지대(22)와;
    상기 집열봉 지지대(22)의 중앙에 삽입 설치되는 것으로 내부에 형성된 제2공간부(29-2)가 형성된 발열봉 지지축(23)과;
    상기 발열봉 지지축(23)에 삽입되고 상기 집열봉 몸체(21) 상부 끝단에 밀폐되도록 설치되는 커버(24)와;
    및 상기 발열봉 지지축(23)과 일체로 체결되고 상기 발열봉 지지축(23)의 내부의 제2공간부(29-2)와 연통하도록 내부 제3공간부(29-3)가 형성되는 발열봉(27)으로 구성된 것을 특징으로 하는 태양열 집열봉.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공간부(29)의 일면에는 필름(29-1)이 부착된 것을 특징으로 하는 태양열 집열봉.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2공간부(29-2)에는,
    프레시온 가스가 충진되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열봉.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커버(24)는,
    석면재로 된 것을 특징으로 하는 태양열 집열봉.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 집열봉 몸체(21)는,
    그 외피가 유리로 된 것을 특징으로 하는 태양열 집열봉.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 필름(29-1)은,
    세락믹과 카본이 코팅된 필름(29-1)인 것을 특징으로 하는 태양열 집열봉.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 발열봉(27)과 발열봉 지지축(23)은,
    주철과 은의 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 집열봉.


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