KR101436206B1 - Thermoelectric Cell Compound Solar Heat Generation System Direct Concentrating of Bottle Lens - Google Patents
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Abstract
본 발명은 렌즈를 아주 저렴한 액체렌즈(Bottle Lens)로 생산하여 고효율의 태양열발전을 실현하기 위한 보틀렌즈로 직접집광한 열전지 복합 태양열 발전시스템에 관한 발명이다.
또한 본 발명은 열전발전소자인 열전지로 에너지변환이 없이 직접발전하면 더 효과적인 고효율발전을 할 수 있다. 더불어 대단위 발전을 위하여 이 태양열에너지를 증기발생기로 증기(steam)를 발생시켜 터빈발전하는 기존의 방식도 병행한다.
본 발명은 저렴한 액체평면 볼록렌즈 (Bottle Plano Convex Lens)로 태양열을 직접집광하여 얻은 고열로 열전지를 통한 직접발전(열전발전)하는 방식과, 증기발생기에서 스팀을 발생시켜 발전을 하는 일반 터빈발전방식이 응용되는 발명이다.
본 발명은 열흡수 시스템과,제1 집열시스템, 제2 집열시스템, 제3 집열시스템, 축열시스템 으로 구성되며 상기 각 시스템의 설치위치를 효과적으로 배정하여 최대의 집광효과를 기대할 수 있으며 흡열시스템의 열은 히트파이프 라인을 통해 열전달시스템을 거처 축열시스템에 저장되었다가 발전시스템으로 보내 발전하는 복합태양열 발전 시스템이다,The present invention relates to a thermoelectric composite solar power generation system in which a lens is produced as a very inexpensive liquid lens (Bottle Lens) and directly condensed by a bottle lens for realizing high efficiency solar power generation.
Further, according to the present invention, a thermoelectric power generator, which is a thermoelectric power generator, can directly generate electricity without energy conversion, thereby achieving more efficient high-efficiency power generation. In addition, the conventional method of generating turbine by generating steam by using this solar energy as a steam generator is also performed in order to develop a large scale.
The present invention relates to a method of directly generating electricity (thermoelectric power generation) through thermal electricity by a high-temperature heat obtained by directly condensing solar heat with an inexpensive liquid flat convex lens and a general turbine power generation method of generating steam by generating steam from a steam generator This is an invention to be applied.
The present invention relates to a heat absorbing system comprising a heat absorbing system, a first heat collecting system, a second heat collecting system, a third heat collecting system, and a heat storage system, Is a complex solar power generation system that is stored in a heat storage system via a heat pipe line and then sent to a power generation system.
Description
인류는 화석연료를 사용하면서 비약적인 발전의 시대를 구가하고 있다. 하지만 한정된 자원을 대량소비하다 21세기에 들어서 에너지난에 봉착되어 있다고 할 수 있다.Human beings are making use of fossil fuels to make a breakthrough. However, it can be said that it is facing the energy crisis in the 21st century to spend a limited amount of resources.
이를 타개하면서 지속적인 발전과 생존을 유지해 가기 위하여 여러 가지 대체에너지를 연구 개발하고 있는 데, 가장 효과적이고 지속가능한 에너지가 태양에너지이다. To overcome this, we are researching and developing alternative energy sources to maintain sustainable development and survival. The most effective and sustainable energy is solar energy.
이 태양에너지 중 주로 우주공간에서 효과적으로 이용하던 에너지가 태양광발전인 태양전지(Solar Cells)인데, 이보다 더 효과적이고 대형화할 수 있는 신 재생에너지가 태양열발전이라고 할 수 있다.Solar energy, which is mainly used in space, is solar energy, and more efficient and large-scale renewable energy is solar power.
현재 이용하고 있는 태양열발전방식은 구유형(PTC, Parabolic Trough Concentrator)과 타워형(CRT,Central Receiver System), 접시형(Dish-Stirling)으로 분류되는데 모두 거울에 의한 반사집광 방식이다.Currently, solar power generation systems are classified into PTC (Parabolic Trough Concentrator), Tower (CRT, Central Receiver System), and Dish-Stirling.
이런 기존의 반사집광 방식보다 렌즈를 통한 직접 집광방식이 훨씬 효과적이지만 렌즈 제조비용이 너무 과다하게 소요되어 실용화에 어려움이 있는 실정이다.Although the direct focusing method through the lens is much more effective than the conventional reflection focusing method, the manufacturing cost of the lens is excessively high, which makes it difficult to put it into practical use.
이 렌즈를 아주 저렴한 액체렌즈(Bottle Lens)로 생산하면 고효율의 태양열발전을 실현할 수 있다.Producing this lens as a very cheap liquid lens (Bottle Lens) can realize high efficiency solar power generation.
또한 열전발전소자인 열전지로 에너지변환이 없이 직접발전하면 더 효과적인 고효율발전을 할 수 있다.In addition, thermoelectric power generation, a thermocouple, can directly generate electricity without energy conversion, resulting in more efficient high-efficiency power generation.
즉, 이 발명은 기존의 발전방식보다 더 효율적이며 저렴한 액체평면 볼록렌즈 (Bottle Plano Convex Lens)로 태양열을 직접집광하여 얻은 고열로 열전지를 통한 직접발전(열전발전)하는 방식과,That is, the present invention relates to a method of direct power generation (thermoelectric power generation) through thermal electricity by high temperature obtained by directly condensing solar heat with a liquid flat convex lens which is more efficient and cheap than existing power generation methods,
위의 액체평면 볼록렌즈(Bottle Plano Convex Lens)로 태양열을 직접집광하여 얻은 고열로 스팀을 발생시켜 발전을 하는 일반 터빈발전방식에 대한 고안이다.
It is a design for a general turbine power generation method which generates steam by generating high-temperature steam obtained by direct condensing of solar heat with a liquid flat convex lens on the above.
모스크바에는 직경 30~50m의 렌즈를 이용하는 직접집광 태양열발전장치가 있다. 태양에너지 집열효과가 뛰어나지만 렌즈제조비용이 과다 소요되어 실용성이 없는 실정이다. 본 출원인은 선물로 받은 보드카 안에 모스크바 유명성당 그림을 보면서 병렌즈(Bottle Lens)를 발명하여 저렴한 태양열발전시스템을 연구하게 되었다. There is a direct-condensing solar power generator in Moscow that uses a lens with a diameter of 30 to 50 meters. Although the effect of collecting solar energy is excellent, there is no practicality because the manufacturing cost of the lens is excessively high. The present inventor invented Bottle Lens while studying a cheap solar power generation system while viewing a Moscow famous cathedral painting in vodka as a gift.
저렴한 Bottle Lens로 태양열을 직접집광하여 흡열시스템에 흡수케 하여, 히트파이프 열전달시스템를 통하여 축열시스템에 저장되고, 다시 히트파이프 열전달시스템을 통하여 발전시스템에 열이 전달되어 발전하는 시스템을 완성하게 된다.It is an inexpensive bottle lense that collects solar heat directly and absorbs it into the endothermic system. It is stored in the heat storage system through the heat pipe heat transfer system, and heat is transferred to the power generation system through the heat pipe heat transfer system.
대한민국특허 10-0971160(태양열선형발전장치)과 10-1003294(태양광 집광기구 및 그를 이용한 태양광 접속식 발전장치),10-1053031(태양열발전기)에서와 같이 태양열발전의 기술이 있으나 효율성에서 떨어져 시장에 보급되기가 어려울 수 있다.As in Korean Patent 10-0971160 (Solar Line Generator) and 10-1003294 (Solar Concentrator and Photovoltaic Power Generator Using It), 10-1053031 (Solar Generator), there is a technology of solar power generation, It may be difficult to spread to the market.
또한, 대한민국특허 10-0985591(태양열발전용 자연순환형 태양열 흡수기), Korean Patent 10-0985591 (natural circulation type solar absorber for solar power generation),
대한민국특허 10-0997752(태양광 집광모듈)은 태양광과 태양열발전에 관한 발명이지만, 효용성은 부족하다고 할 수 있다. Korean Patent No. 10-0997752 (solar concentrator module) is an invention relating to solar power and solar power generation, but its utility is inferior.
대한민국특허 10-0904666(열전소자를 이용한 태양광 발전장치)는 집광된 태양열이 직접 열전소자에 전달되어 고온과 초고온에 대한 보완이 필요하고 지속적인 발전 등 효율에서 어려움이 내포되어 있어 실용화가 어려워져 보이고,Korean Patent No. 10-0904666 (a photovoltaic device using a thermoelectric element) shows that condensed solar heat is directly transferred to a thermoelectric element, which requires supplementation of high temperature and ultra-high temperature, and difficulties in practical efficiency due to the difficulty in continuous efficiency of power generation ,
대한민국특허 10-1056941(접시형 태양열 집열장치)는 접시형(Dish-Stirling) 반사집광 방식으로 고효율성에서 어려움이 예상되며,Korean Patent No. 10-1056941 (dish type solar collecting apparatus) is expected to have a difficulty in high efficiency due to the dish-type (Dish-Stirling)
대한민국특허 10-1019352(투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치)는 일반볼록렌즈를 채택하여 제조비용과 대형화에 어려움이 있으며 태양열과 태양광의 복합발전방식에서 실용화에 어려움이 예상Korean Patent No. 10-1019352 (condensing type solar and solar combined power generation device provided with light-transmitting collecting lens and auxiliary condenser lens) has difficulty in manufacturing cost and large size by adopting general convex lens and is practically used in the combined power generation method of solar and solar Expected difficulty in
된다.do.
대한민국특허 10-1015608(태양열을 이용한 적층형 열전발전장치)는 일반볼록렌즈와 반사판을 사용하고 열전발전소자에 직접 집광태양열이 전달케 하는 시스템으로 실용성이 떨어진다. Korean Patent No. 10-1015608 (laminated thermoelectric generator using solar heat) uses a general convex lens and a reflector and directs condensed solar heat directly to a thermoelectric element, which is not practical.
대한민국특허 10-1001328(태양에너지를 이용한 복합발전장치)는 일반볼록렌즈로 집광하는 태양에너지를 이용하는 열전발전소자와 태양전지가 복합으로 장치된 발전장치로 지속적인 발전과 고효율에서도 어려움이 많은 발명이라 할 수 있다. Korean Patent No. 10-1001328 (combined power generation device using solar energy) is a power generation device in which a solar cell is combined with a thermoelectric power generation device that uses solar energy to be converged by a general convex lens, and it is a difficult invention in terms of continuous power generation and high efficiency .
대한민국특허 10-0999513(태양광 및 태양열은 이용한 복합발전장치)는 주축인 태양전지 주변에 열전발전소자를 이용한 복합발전장치로 지속성 고효율성에서 실용화가 어려운 기술이라 할 수 있다.Korean Patent No. 10-0999513 (combined power generation device using solar and solar heat) is a combined power generation device using a thermoelectric power generator around a solar cell, which is a main axis, and is a technology that is difficult to be put to practical use due to its sustainable high efficiency.
위에서 살펴본 발명들은 나름의 기술적인 특성은 있지만, 다른 화석에너지나 신재생에너지에 비해 경쟁력이 떨어지고 고효율성에서도 의문시 되는 기술이라고 할 수 있다.Although the inventions described above have their own technical characteristics, they are less competitive than other fossil or renewable energy sources and are highly questionable in terms of high efficiency.
그래서 일반 화석에너지와도 시장에서 경쟁할 수 있는 고생산성과 고효율성을 갖춘 고효율 복합 태양열발전을 발명하게 되었다.
Therefore, we have invented a high efficiency hybrid solar power generation system with high productivity and high efficiency that can compete with the general fossil energy market.
태양열을 직접집광하는 방식에서는 고가의 렌즈를 저렴하게 생산할 수 있어야 비로소 시장 경쟁력 갖는다. In the case of direct condensing of solar heat, the market competitiveness can be achieved only by producing expensive lenses at low cost.
시장성 있는 렌즈는 액체렌즈(Bottle Lens)인데,저렴한 이 액체평면 볼록렌즈(Bottle Plano Convex Lens)를 제조할 수 있는 방법과 이 렌즈가 고온과 태양광선에서 내구성과 투명성을 지속적으로 유지할 수 있는 과제,Marketable lenses are liquid lenses (Bottle Lens), which can be used to manufacture low cost liquid flat convex lenses (Lens) and the challenges of maintaining the durability and transparency of these lenses at high temperatures and sunlight,
흡열 시스템에서 축열 시스템으로 열을 전달하는 히트 파이프라인에서 태양빛을 따라 집열시스템과 함께 회전하는 흡열시스템에서 축열시스템에 효율적으로 열을 전달할 수 있는 과제, Heat transfer from the endothermic system to the heat storage system Heat transfer from the endothermic system to the heat storage system, which rotates along with the heat collection system along with the sunlight,
그리고 액체프리즘렌즈의 특수한 구성 및 내구성을 유지하는 방법과 흡열시스템의 고온을 축열시스템에 잘 저장하여 태양빛이 없을 때도 지속적인 발전을 할 수 있는 축열시스템을 구성하는 과제,In addition, there is a problem of maintaining a special configuration and durability of the liquid prism lens and a problem of constructing a heat storage system capable of continuously generating electricity even when there is no sunlight by storing the high temperature of the endothermic system in the heat storage system,
이 시스템의 효과적인 보온 단열방법이 이 태양열발전시스템을 완성하는 데 중요한 과제이다.
The effective thermal insulation method of this system is an important task in completing this solar power generation system.
저렴한 렌즈는 액체렌즈(Bottle Lens)를 특수구조로 구성시키므로 써 가능한데, 이 액체렌즈는 햇빛을 받아 수증기가 발생하는 등으로 투명도를 떨어뜨리고 내구성을 저해하게 되는 문제점을 해결하는 것이다. Inexpensive lenses can be made by constructing a bottle lens with a special structure. This liquid lens solves the problem of reducing the transparency and durability by generating water vapor by receiving sunlight.
이 액체평면 볼록렌즈(Bottle Plano Convex Lens)의 구성은 평면유리를 한면을 볼록하게 곡면처리하고 다른 면을 평면인 유리로 하여 용접방식으로 접착한 후 이렌즈의 비어있는 공간부에 투명한 에틸렌글리콜이나 프로필렌글리콜을 채워 렌즈 (Bottle Plano Convex Lens)를 완성한다. This Bottle Plano Convex Lens is composed of a flat glass surface with convex curved surface and the other surface with a flat glass, which is welded, and the transparent space of this lens is filled with transparent ethylene glycol Fill the lens (Bottle Plano Convex Lens) with propylene glycol.
상기한 액체렌즈는 햇빛을 받아 수증기가 발생하는 등으로 투명도를 떨어뜨리고 내구성을 저해하게 되는 문제점을 해결하기 위하여 위 액체에 이산화규소 (SiO2)0.5~2%의 수용액을 첨가하며, 또한 렌즈의 가장자리 양쪽에 구멍을 뚫어 호스나 파이프를 연결하여 액체를 순환시키도록 함으로써 문제점을 해결한다.In order to solve the problem that transparency is lowered and durability is deteriorated due to generation of water vapor due to sunlight due to sunlight, an aqueous solution of 0.5 to 2% silicon dioxide (SiO2) is added to the liquid, The problem is solved by drilling holes on both sides and connecting the hose or pipe to circulate the liquid.
본 발명에서는 최소 설치면적에서 중앙부의 흡열시템으로 열이 손실없이 전달되어 집열효과를 극대화 하기 위하여 제1 집열시스템, 제2 집열시스템, 제3 집열시스템을 설치한다.In the present invention, the first collection system, the second collection system, and the third collection system are installed in order to maximize the heat collecting effect by transferring heat from the minimum installation area to the heat absorption system at the central portion without loss.
집열시스템은 태양을 90°로 정확히 추적하여야 집열 효율이 극대화되므로 동에서 서로 회전하게 되고, 이때 흡열시스템도 같이 회전하게 되는데,In order to maximize the heat collection efficiency, the heat collection system must be accurately tracked at 90 ° to the sun,
흡열시스템의 열을 축열시스템에 전달하는 열 전달시스템인 히트파이프라인 중간에 볼 조인트 방식 등 선행기술에서 알려진 여러가지 구성의 태양추적 시스템을 선택하여 사용함으로 써 열 손실이 없이 회전하며 축열시스템에 열을 전달하여 위 과제를 해결한다.By selecting and using various solar tracking systems known in the prior art such as a ball joint method in the middle of the heat pipe which is a heat transfer system for transferring the heat of the endothermic system to the heat storage system, To solve the above problems.
본 발명에서 제1 집열시스템을 구성하는 집열렌즈의 구조는 상부는 볼록하고 하부는 평면상태의 렌즈로 구성되며 또 제2의 집열시스템의 집열렌즈는 상면은 평면으로, 외측면은 60°의 경사면으로, 내측면은 볼록하게 구성하며, 제3집열 시스템의 반사경은 열반사 효율이 우수한 금속제 또는 거울이고 흡열 시스템으로의 집광효과를 높이기 위하여 중앙부가 비어있는 환(環)형태의 포물 반사경으로 구성한다.In the present invention, the structure of the heat collecting lens constituting the first heat collecting system is composed of a lens having a convex upper portion and a lower flat portion, and the heat collecting lens of the second heat collecting system has a flat upper surface, And the inner surface is convex. The reflector of the third heat collecting system is made of metal or mirror having excellent heat reflection efficiency and is formed of a parabolic parabolic reflector whose central part is empty in order to enhance the light condensing effect to the heat absorbing system .
상기 제1,2 집열시스템의 프리즘 렌즈는 액체렌즈(Bottle Lens)로서 액체유입관 및 유출관을 구성하여 렌즈 내부의 액체가 순환하도록 한다. The prism lenses of the first and second collecting systems constitute a liquid inflow tube and an outflow tube as liquid lenses to circulate the liquid inside the lenses.
각각의 과정에서 열손실을 최소로 하기 위한 단열은 히트파이프 외부 및 축열시스템의 외부와 열전발시스템의 외부를 에어로겔(Aerogel)로 도포 단열한다. In order to minimize the heat loss in each process, the insulation is applied to the outside of the heat pipe and the outside of the heat storage system and the outside of the thermoelectric generation system with Aerogel.
또한, 태양 빛이 없어 집열할 수 없을 때는 흡열 시스템이나 축열 시스템에서 열 전달부가 분리되도록 구성하거나 열류가 방지되는 특수 히트파이프를 사용하여 고열이 방열되어 효율이 떨어지는 것을 방지한다.In addition, when heat can not be collected because there is no sunlight, the heat transfer part is separated from the endothermic system or the heat storage system, or a special heat pipe is used to prevent heat from being radiated due to heat radiation.
또한 태양 빛이 없어도 지속적으로 발전을 할 수 있는 축열 시스템이 매우 중요한 구성으로서, 이 축열 시스템은 축열 효율이 뛰어난 납석, 감람석, 각섬석, 알칼리휘석, 흑운모, 편운모, 화강암 등의 쇄석이나 입방체나 직육면체 모양의 절단석 형태와 분말 성형된 벽돌 형태로 구성하여 축열시스템을 구축하는 것이 바람직하다.In addition, a thermal storage system that can continuously generate electricity even without sunlight is a very important constituent. This thermal storage system can be used for crushed stones such as pyrophyllite, olivine, biotite, alkali pyroxene, biotite, It is preferable to construct a heat storage system by forming a shape of a cutting stone and a shape of a powder molded brick.
특히 본 발명 축열시스템은 에어로겔(Aerogel)로 보온 단열기능이 뛰어나도록 구성하는 것이다. Particularly, the thermal storage system of the present invention is constructed so as to have excellent thermal insulating function with an aerogel.
이 보틀렌즈로 직접집광한 열전지 복합 태양열 발전시스템의 발명효과는 고효율인 직접집광 태양열발전시스템의 고가 렌즈를 아주 저렴한 액체렌즈(Bottle Lens)로 해결함으로 써 고효율의 태양열발전시스템을 완성하여 다른 에너지와 시장에서 경쟁할 수 있는 효과를 가져 오고,The inventive effect of thermocouple composite solar power generation system that is directly condensed with this bottle lens is accomplished by solving a high cost lens of high efficiency direct condensing solar power generation system with a very inexpensive liquid lens (Bottle Lens) It has the effect of competing in the market,
신 재생에너지가 일반 화석에너지보다 생산비가 높아 비효율적인 시스템으로 인식되고 있는데, 이런 인식을 해소하는 효과를 가져 온다.New and renewable energy is recognized as an inefficient system because it is more expensive than general fossil energy, and it has the effect of solving this perception.
또한 전기에너지를 접하기 어려운 대평원이나 대양 사막 산악 등 외딴 지역에서도 아주 효과적인 전기에너지를 얻을 수 있는 효과가 있다.
It also has the effect of obtaining very effective electric energy in remote areas such as the Great Plains and the Ocean Desert Mountain where it is difficult to reach the electric energy.
도1은 본 발명 집열 및 흡열 시스템의 분해사시도.
도2는 본 발명 집열 및 흡열 시스템의 평면도.
도3은 본 발명 시스템의 정면도.
도4 도5는 본 발명 시스템의 태양추적 동작상태도.
도6은 본 발명 제1 집열시스템의 집열렌즈 단면도.
도7은 본 발명 제2 집열시스템의 집열렌즈 사시도.
도8은 본 발명 제2 집열시스템의 집열렌즈 단면도.
도9는 본 발명 축열시스템의 단면도.
도10은 본 발명 축열시스템의 열 흡수부재 설치상태 사시도.
도11은 본 발명 열 흡수부재에 열 공급 파이프라인과 열 배출 파이프라인이 설치된 상태의 사시도. 1 is an exploded perspective view of a heat collecting and heat absorbing system according to the present invention.
2 is a top view of the inventive collection and heat absorbing system.
3 is a front view of the system of the present invention;
FIG. 4 is a solar tracking operating state view of the system of the present invention. FIG.
6 is a sectional view of a heat collecting lens of the first heat collecting system of the present invention.
7 is a perspective view of a heat collecting lens of the second heat collecting system of the present invention.
8 is a sectional view of a heat collecting lens of the second heat collecting system of the present invention.
9 is a sectional view of the heat storage system of the present invention.
10 is a perspective view of the heat accumulating system of the present invention in a state where a heat absorbing member is installed;
11 is a perspective view of a heat absorbing member according to the present invention in which a heat supply pipeline and a heat exhaust pipeline are installed.
1. 흡열시스템1. Endothermic system
흡열시스템(10)은 본 발명 전체시스템의 중앙부에 설치되며 열전도 효율이 우수한 금속을 소재로 구형(球形)으로 구성되고 내부에 열 전달물질이 충진되는 흡열체(11)이며 표면에 지지프레임(12)이 구비되고 흡열체(11)의 저면에는 축열시스템으로 열을 공급하는 히트 파이프라인(13)을 구비한다.
The
2.제1 집열시스템2. First Collecting System
제1 집열시스템 (20)은 내부가 공간으로 구성된 볼록한 상태의 상면(21)과 수평상태의 저면(22)을 갖는 유리재질의 제1 집열렌즈(L1)로 구성되며 상기 제1 집열렌즈(L1)의 외곽 연부에 접착구성되는 보강 프레임(23)과, 상기 보강 프레임을 관통하는 액체유입관(24),액체 유출관(25)이 구비되고 상기 흡열시스템(10)의 직 상방에 설치된다.
The
3.제2 집열시스템3. Second Collecting System
제2 집열시스템 (30)은 내부가 공간으로 구성되며 수평상태의 상면(31),볼록한 상태의 빛 투과면(32), 경사진 프리즘면(33), 수직상태의 전 후면(34)을 갖는 제2 집열렌즈(L2)로 구성되며 상기 공간에는 에틸렌글리콜이나 프로필렌글리콜의 액체가 채워진다.The
상기 제2 집열렌즈(L2)의 상 하부를 고정하는 액체 유입관(35),액체 유출관(36)이 구비되며 다수개의 상기 제2 집열렌즈(L2)를 상기 흡열시스템(10)의 주위에 방사상으로 설치한다.A
상기 제2 집열렌즈(L2)의 프리즘면(33) 경사각은 60°이다
The inclination angle of the
4.제3 집열시스템4. Third Collecting System
제3 집열시스템(40)은 열반사 효율이 우수한 스텐레스나 거울 등의 금속 판제 (41)로 구성되며 중앙부에 공간(42)을 구비하는 환형 형태의 포물형 제3 집열반사경(L3)으로 구성되며 상기 제3 집열반사경(L3)은 상기 흡열시스템(10)의 직 하방에 설치한다.
The third
5.축열 시스템5. Heat storage system
태양열 발전은 날씨가 쾌청해야 태양열을 집광하여 집광된 고열로 발전을 하는 시스템으로 날씨가 흐리거나 눈 비가 오거나 태양 빛이 없는 야간에는 태양 에너지를 얻을 수 가없다.Solar power is a system that generates high heat by condensing solar heat when the weather is clear. It can not get solar energy at night when the weather is cloudy, snowy or sunless.
그래서 태양 빛이 강할 때 집광한 고열을 저장(축열)하여 태양에너지를 얻을 수 없을 때 저장된 열로 지속적으로 발전을 하므로 각광받는 재생 에너지라 할 수 있다.Therefore, when the sunlight is strong, it can be said that it is a spotlight for renewable energy because it keeps developing with the stored heat when it can not obtain solar energy by storing the accumulated high heat.
이 태양 에너지를 열로 저장하는 선행기술이 많이 알려지고 있으나 축열 기술에서는 많은 문제점이 있는 것이다.There are many prior arts for storing this solar energy as heat, but there are many problems in storage technology.
본 발명은 축열 효율이 우수한 축열시스템을 구축하는 것으로 축열 효율이 뛰어난 다양한 소재를 이용한 열 흡수부재를 특이한 구조로 구성하고 열 저장과 열 배출기능을 하는 히트 파이프 라인을 효율적으로 배치하여 축열기능과 열 배출기능을 향상시키는 것이다. The present invention is to construct a heat storage system having excellent heat storage efficiency, and a heat absorbing member using various materials having excellent heat storage efficiency is structured with a unique structure, and a heat pipe which performs heat storage and heat discharge function is disposed efficiently, Thereby improving the discharge function.
이를 목적으로 하는 본 발명 축열시스템(50)은 상기 흡열시스템(10)의 히트 파이프라인(13)으로 부터 공급받은 열을 고기능의 축열 물질로 구성된 열 흡수부재에 의해 축열 되었다가 필요시에 열을 발전시스템으로 공급하는 것으로 그 구성은 보온 단열 케이싱(51)의 내부에 열 흡수 축열기능이 우수한 소재로 구성되며 다수개가 적층되는 육면채의 열흡수 부재(52), 상기 열흡수 부재(52)의 전후 및 상하 좌우 면에는 반원상의 요홈(53)이 요설되고, 상기 요홈(53)으로는 히트 파이프 라인(13)과 연결되는 열공급 파이프라인(54)과 축열된 에너지를 발전시스템(60)으로 공급하는 열배출 파이프라인(55)이 배열 설치되며 상기 열공급 파이프라인(54)과 열배출 파이프라인(55)의 내부에는 열전달 물질이 들어있다.The
상기 각 시스템은 연결 프레임(F1)에 의해 연결 고정되며 제3 집열 반사렌즈Each of the systems is connected and fixed by a connection frame F1,
(L3)의 지지체(F)를 기체(1)에 설치된 공지의 태양 방향 추적시스템(S)에 의해 구동되도록 고정 시키고 상기 흡열시스템(10)의 히트 파이프라인(13)은 제3 집열 반사경(L3)의 중앙부에 구성된 공간(42)을 관통하여 축열시스템(50)으로 연결된다.The support F of the heat collection system L3 is fixed to be driven by a known solar tracking system S provided on the
본 발명 흡열시스템(10)의 흡열체(11)는 열을 잘 흡수하고 열전달부인 히트파이프 라인(13)으로 열이 손실없이 전달될 수 있도록 내부에 염화나트륨 (NaC1) 60~90%의 수용액을 채우는 것이 바람직하다.The
본 발명의 주요 구성요소인 상기 제1 집열렌즈(L1), 제2 집열렌즈(L2)의 공간부에는 액체(g)가 충진되는 보틀렌즈(Bottle Lens)로서 상기 액체(g)는 투명성과 내한성이 우수한 에틸렌글리콜이나 프로필렌글리콜을 사용하는 것이 바람직하다.The liquid g as a bottle lens in which the liquid g is filled in the spaces of the first and second heat collecting lenses L1 and L2 which are the main constituent elements of the present invention has transparency and cold resistance It is preferable to use ethylene glycol or propylene glycol having excellent properties.
또한 상기 액체(g)에는 렌즈의 투명도를 유지하고 부패를 방지하기 위하여 Further, in order to maintain the transparency of the lens and to prevent the decay of the liquid (g)
0.5~2%의 이산화 규소 수용액을 첨가하는 것이 바람직하다.It is preferable to add 0.5 to 2% of the silicon dioxide aqueous solution.
이렇게 구성되는 상기 제1 집열렌즈(L1)는 일반 투명유리를 윗면을 볼록하게 곡면처리를 하고, 저면을 평면유리를 그대로 사용하여, 외부를 평면유리 렌즈모양으로 제조하고, 두 부분을 일반 유리 용접방식으로 접합하여 만드는 액체 평면볼록렌즈(Bottle Plano Convex Lens)이다. The first condenser lens L1 configured as described above is formed by forming a flat glass lens shape on an outer surface of a general transparent glass by curving the top surface convexly and using the flat glass as its bottom surface, (Bottle Plano Convex Lens).
이 렌즈는 완전한 원형의 렌즈형태로 구성되어, 태양열 에너지를 효율적으로 집광하도록 하며, 볼록한 면이 위로 위치하게 하고 아래면은 평면유리로 하며, 가장자리는 원형의 가이드 프레임으로 지지하여 설치한다.This lens is composed of a complete circular lens shape, which allows efficient condensation of solar energy, with convex side up, lower side flat glass, and edge supported by a circular guide frame.
또 이 렌즈의 가장자리에 180°방향으로 구멍을 뚫어 액체유입관과 액체유출관을 연결하고 렌즈의 공간에 투명한 에틸렌글리콜이나 프로필렌글리콜 등의 액체를 채워 이 특별한 렌즈를 완성한다.A special lens is completed by piercing a hole at the edge of this lens in a direction of 180 ° to connect the liquid inlet pipe and the liquid outlet pipe and filling the space of the lens with transparent liquid such as ethylene glycol or propylene glycol.
이런 액체는 겨울이나 추운 지방에서 결빙되는 것을 막고 증발을 최소화하는 물질을 사용하여야 이 발전시스템의 효율 저하를 막을 수 있다.These liquids should be used to prevent freezing in winter or cold regions and to minimize evaporation to prevent degradation in efficiency of this power generation system.
또, 이 액체는 지속적으로 태양 빛을 받으므로, 증발되어 투명도를 떨어뜨려 효율을 저하되는 것을 막고, 앙금이나 변질을 막기 위하여서도 렌즈에 액체유입관과 액체 유출관을 관통하여 지속적으로 액체를 순환 시킨다. In addition, since this liquid continuously receives the sunlight, it is evaporated to lower the transparency to prevent the efficiency from being lowered. In order to prevent sedimentation or deterioration, the liquid continuously flows through the liquid inflow pipe and the liquid outflow pipe, .
상기 제1 집열렌즈(L1)인 액체평면볼록렌즈(Bottle Plano Convex Lens)는 태양열 에너지를 직접집광하는 제1 집열시스템이며, 그 직하방에는 집광된 태양열을 흡수할 수 있는 흡열시스템이 설치되고,A liquid level convex lens (Bottle Plano Convex Lens), which is the first heat collecting lens (L1), is a first collecting system for directly collecting solar energy, and a heat absorbing system capable of absorbing condensed solar heat is installed directly below the first collecting system.
상기 흡열 시스템의 주위에는 다수개의 제2 집열렌즈가 방사상으로 배치되는 제2 집열시스템이 설치되며 제2 집열렌즈의 프리즘면(33)은 경사각을 60°로 하여A second collection system in which a plurality of second collection lenses are disposed radially is provided around the heat absorbing system, and a prism surface (33) of the second collection lens has a tilt angle of 60 degrees
프리즘면(33)에서 굴절된 빛이 흡열체에 손실없이 전달되도록 한다.So that light refracted at the
제2 집열렌즈의 설치상태는 다수개를 방사상으로 8개를 설치하는 것이 기본이나 설치면적이나 렌즈의 규격에 따라서 렌즈의 숫자를 가감할 수 있다.Although the number of the second heat collecting lenses is eight in a radial direction, the number of the lenses can be increased or decreased according to the installation area or the standard of the lens.
상기 흡열 시스템의 직 하방에는 설치되는 제3 집열시스템은 열반사 기능을 갖는 환형의 포물 반사렌즈로 구성되는 것으로 렌즈의 저면은 열반사 효율이 높은 스테인레스와 같은 금속제나 거울을 사용하고 렌즈의 상면은 열 투과효율이 높은 유리로 구성된다.The third collecting system disposed directly below the heat absorbing system is composed of an annular parabolic reflecting lens having a heat reflecting function. The bottom surface of the lens is made of metal or mirror such as stainless steel having high heat reflecting efficiency. It is composed of glass with high heat transmission efficiency.
제3 집열시스템의 제3 집열반사경(L3)은 제1 집열렌즈보다 외경을 크게 구성하여 제1 집열렌즈에 의해 태양 빛이 가리지 않도록 한다.The third heat collecting reflector L3 of the third heat collecting system is configured to have an outer diameter larger than that of the first heat collecting lens so that sunlight is not blocked by the first heat collecting lens.
상기한 구성으로 이루워진 본 발명의 작용효과를 구체적으로 설명한다.The function and effect of the present invention constructed as described above will be described in detail.
상기 흡열 시스템은 상기 제1~제3 집열시스템으로 부터 흡수한 500~2000℃의 열을 히트파이프를 통해 축열시스템(50)으로 보내지며 열전달 시스템으로 보내진 열은 축열효율이 뛰어난 납석과 감람석 각섬석 알칼리휘석 흑운모 편운모 화강암 등의 쇄석이나 분말 성형된 벽돌 형으로 구성된 열 흡수부재로 이루워진 축열시스템(50)에 전달되어 저장된다.The heat absorbing system sends 500 to 2000 ° C heat absorbed from the first to third heat collecting systems to the
축열시스템(50)에서는 고온의 열을 축열하여 발전시스템(60)로 보내며 직접발전방식에서는 고효율의 열전발전소자인 열전지로 발전하는데, 축열시스템에서 히트파이프로 고열을 전달받아 다중의 열전지 패널의 안쪽면에 300℃이상의 열을 전달케 하고, 발정시스템의 바깥 면에는 지하수와 집열시스템의 순환된 액체의 열을 이용하여 상시 20℃ 이하의 저온을 전달케 하여 열전발전을 한다.In the
간접발전방식으로 이용하는 증기터빈 발전방식은 대단위 발전을 하는데 적합한 방식으로, 축열부에서 히트파이프를 통하여 고온을 증기 발생부로 전달받아 증기(Steam)를 발생시켜 터빈을 회전하여 발전하는 방식이다.The steam turbine power generation method used for indirect power generation is a method suitable for large-scale power generation. In this method, steam is generated by rotating the turbine by receiving steam from a heat storage pipe through a heat pipe.
이와 같은 구성으로 이루워지는 본 발명은 흡열 시스템을 중앙에 두고 직 상부에 제1집열시템, 외곽 주위에 제2 집열시템, 직 하방에 제3 집열시스템 을 구성시키므로 써 시스템의 설치범위 내의 태양빛을 손실없이 흡수하여 흡열 시스템으로 전달하게 되고 흡열 시스템 에서는 히트 파이프라인을 통해 고온의 열을 축열 시스템(50)으로 공급하는 것으로 축열 시스템 (50)은 단열 케이싱 (51)내부에 축열 기능이 우수한 소재로 구성된 육면체의 열 흡수부재(52)내장 시키고 열 흡수부재(52)의 육면부에 구성된 요홈(53)을 통해 열공급 파이프라인(54)을 배치하여 열이 손실되지않고 열 흡수부재(52)에 흡수되었다가 필요할 때 열 배출 파이프라인(55)을 통해 고열을 발전시스템(60)으로 보내는 것이다.According to the present invention constructed as described above, since the first heat collecting system is formed on the upper side of the heat absorbing system, the second heat collecting system is formed on the periphery of the heat gathering system, and the third heat collecting system is formed on the lower and upper sides, The
특히 본 발명 축열시스템은 열 흡수력과 보온력이 우수한 열 흡수부재(52)를 사용하고 열 흡수 부재(52)에 요설된 요홈(53)을 이용하여 열 공급 파이프라인 (54)과 열 배출 파이프라인(55)을 열공급과 배출이 고루게 이루워지도록 배치하므로 써 축열 및 발전효율을 크게 높일 수가 있는 것이다.
Particularly, the heat storage system according to the present invention uses a
(10):흡열시스템, (11):흡열체, (12)히트 파이프라인
(20):제1 집열시스템, (L1): 제1 집열렌즈, (21):상면, (22)저면
(24):액체유입관, (25):액체유출관,
(30):제2 집열시스템, (L2):제2 집열렌즈, (31):상면, (32):빛 투과면,
(33):프리즘면, (34)전 후면, (35):액체유입관, (36):액체유출관,
(40):제3 집열시스템, (L3):제3 집열반사경, (41):공간
(50):축열시스템, (51):단열케이싱, (52):열 흡수부재, (53):요홈
(54):열 공급 파이프라인, (55)열 배출 파이프라인(10): endothermic system, (11): heat absorbing body, (12) heat pipe line
(L1): first condenser lens (21): upper surface, (22) bottom surface
(24): liquid inlet pipe, (25): liquid outlet pipe,
(L2): a second heat collecting lens, (31): an upper surface, (32): a light transmitting surface,
(33): prism surface, (34) front and rear surfaces, (35): liquid inflow pipe, (36)
(40): third collection system, (L3): third collection reflector, (41): space
(50): heat storage system, (51): heat insulating casing, (52): heat absorbing member, (53)
(54): heat supply pipeline, (55) heat exhaust pipeline
Claims (8)
상기 흡열시스템(10)의 직상방에 설치되는 제1 집열시스템(20), 상기 흡열시스템(10)의 외곽주위에 설치되는 제2 집열시스 시스템(30), 상기 흡열시스템(10)의 직 하방에 설치되는 제3 집열시스템(40),상기 흡열시스템(10)으로 부터 열을 공급받아 저장하는 축열시스템(50)이 더 포함되되;
상기 제1 집열시스템 (20)은 내부가 공간으로 구성되는 볼록한 상태의 상면(21)과 수평상태의 저면(22)을 갖는 유리재질의 제1 집열렌즈(L1)로 구성되며 상기 제1 집열렌즈(L1)는 액체유입관(24)과 액체 유출관(25)이 구비되는 것을 특징으로 하는 보틀렌즈로 직접 집광한 열전지 복합 태양열 발전시스템.
A known heat absorbing system (10) comprising a spherical heat absorbing body (11) having a heat transfer material filled therein and a heat transfer heat pipe line (12)
A first heat collecting system 20 installed in an upper portion of the heat absorbing system 10; a second heat collecting sheath system 30 installed around an outer periphery of the heat absorbing system 10; And a heat storage system (50) for receiving and storing heat from the heat absorbing system (10), wherein the third heat collecting system (40)
The first collecting system 20 includes a first collecting lens L1 made of glass and having a top surface 21 in a convex shape and a bottom surface 22 in a horizontal state, (L1) is provided with a liquid inlet pipe (24) and a liquid outlet pipe (25), and is directly condensed by a bottle lens.
상기 제2 집열시스템(30)은 내부가 공간으로 구성되는 수평상태의 상면(31),볼록한 상태의 빛 투과 면(32), 경사진 프리즘면(33), 수직상태의 전 후면(34)을 갖는 제2 집열렌즈(L2)로 구성되며 상기 제2 집열렌즈(L2)는 액체유입관(35)과 액체 유출관(36)이 구비되고 다수개의 상기 제2 집열렌즈(L2)를 상기 흡열시스템(10)의 주위에 방사상으로 설치하는 것을 특징으로 하는 보틀렌즈로 직접 집광한 열전지 복합 태양열 발전시스템.
The method according to claim 1,
The second collecting system 30 includes a horizontal upper surface 31, a convex light transmitting surface 32, an inclined prism surface 33 and a front and rear surfaces 34 in a vertical state, And the second heat collecting lens L2 is composed of a liquid inflow pipe 35 and a liquid outflow pipe 36 and a plurality of the second heat collecting lenses L2 are connected to the heat absorbing lens L2, (10), wherein the condenser is directly condensed by a bottle lens.
상기 제2 집열렌즈(L2)의 프리즘면(33)의 경사각이60°인 것을 특징으로 하는 보틀렌즈로 직접 집광한 열전지 복합 태양열 발전시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the inclination angle of the prism surface (33) of the second heat collecting lens (L2) is 60 °.
상기 제3 집열시스템(40)은 열반사 효율이 우수한 거울이나 스텐레스 등의 금속 판제로 구성되며 중앙부에 공간(41)을 구비하는 포물형 제3 집열반사경(L3) 으로 구성되는 것을 특징으로 하는 보틀렌즈로 직접 집광한 열전지 복합 태양열 발전시스템.
The method according to claim 1,
The third collection system 40 is composed of a parabolic third collection reflector L3 made of a metal plate made of mirror or stainless steel excellent in heat reflection efficiency and having a space 41 at the center thereof. A thermoelectric composite solar power generation system condensed directly with a lens.
상기 축열시스템(50)은 보온 단열 케이싱(51)의 내부에 열 흡수 저장기능이 우수한 소재로 구성되며 다수개가 적층되는 육면채의 열흡수 부재(52), 상기 열흡수 부재(52)의 전후 및 상하 좌우 면에는 반원상의 요홈(53)이 요설되고, 상기 요홈(53)으로는 히트 파이프라인(13)과 연결되는 열 공급 파이프라인(54)과 발전시스템(60)으로 열을 보내는 열 배출 파이프라인(55)이 구비되는 것을 특징을 하는 보틀렌즈로 직접 집광한 열전지 복합 태양열 발전시스템.
The method according to claim 1,
The heat storage system 50 includes a heat absorbing member 52 made of a material having excellent heat absorbing and storing function inside a heat insulating casing 51 and having a plurality of layers stacked thereon, A semicircular grooves 53 are formed in upper, lower, left and right sides, and the groove 53 has a heat supply pipeline 54 connected to the heat pipe line 13 and a heat exhaust pipe 54 for sending heat to the power generation system 60. [ And a line (55) is provided on the surface of the thermally coupled composite solar power generation system.
상기 제1 집열렌즈(L1), 제2 집열렌즈(L2)의 공간부에는 에틸렌글리콜 또는 프로필렌글리콜 액체(g)가 채워지는 것을 특징을 하는 보틀렌즈로 직접 집광한 열전지 복합 태양열 발전시스템.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the space between the first and second heat collecting lenses (L1, L2) is filled with ethylene glycol or propylene glycol liquid (g).
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