KR101443533B1 - 집광형 태양열 발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양에서 방사되는 빛에너지를 집광하여 고온고압의 과열증기를 생성하여 축열한 후에 열교환을 통해 발생된 포화증기로 발전하는 집광형 태양열 발전시스템에 관한 것으로, 태양을 추적하면서 하나 이상으로 조립된 집광기에서 태양광을 집광하여 집광기와 일정 간격을 두고 위치한 집열기의 가열로 집열기에 공급된 열매(Heating Medium)를 가열시켜 고온의 과열증기(Superheated Steam)를 생성하는 집열장치; 상기 집열장치에서 발생된 과열증기로 온돌방식의 축열조를 가열하여 열을 저장하는 축열장치; 상기 축열장치에 저장된 열로 증기터빈을 작동시켜 발전기를 구동시킬 수 있는 고온고압의 포화증기로 열교환시키는 열교환장치, 및 상기 집열장치 및 축열장치로 저온의 열매를 공급하고 열교환장치를 거쳐 유입된 열매를 저장하는 열매수조를 포함하여 이루어진 것이다. 본 발명은 태양을 추적하면서 태양에너지를 고효율의 집광기로 짧은 초점거리에서 집광할 수 있어 열손실을 최소화하여 집광 효율이 높고, 집열기에서 고온의 과열증기를 발생시켜 온돌방식의 축열조에서 열을 저장하여 야간이나 우천 시에도 잠열을 이용할 수 있으며, 축열조의 잠열을 열교환시켜 발생된 포화증기로 증기터빈을 가동시켜 지속적인 발전을 도모할 수 있고, 또, 열교환으로 발생된 포화증기로 냉난방이나 음식물 조리 등 다양한 분야에서 활용할 수 있는 이점이 있다.

Description

집광형 태양열 발전시스템{System for Generation using Concentrated Solar Heat}
본 발명은 집광형 태양열을 이용하여 발전하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양에서 방사되는 빛에너지를 집광하여 고온고압의 과열증기를 생성하여 축열한 후에 열교환을 통해 발생된 포화증기로 발전하는 집광형 태양열 발전시스템에 관한 것이다.
문명의 발전에 따라 급속한 화석연료의 사용은 지구온난화와 더불어 심각한 환경오염 문제를 초래하였고, 이러한 문제는 국제사회의 화두로 회자되고 있지만 선진국과 개발도상국 및 후진국들 사이에 자국의 이익과 관련된 이견으로 바람직하지 못한 방향으로 나아가고 있는 실정이다. 이에 대응하여 지구온난화와 환경문제에 적극적으로 대처할 수 있는 신재생에너지의 개발을 위하여 다양한 노력이 진행되고 있다.
신재생에너지는 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지이다. 이는 지속 가능한 에너지 공급체계를 위한 미래에너지원을 그 특성으로 한다. 신재생에너지는 유가의 불안정과 기후변화협약의 규제 대응 등으로 그 중요성이 커지게 되었다. 재생에너지로는 태양열, 태양광, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지 등이 포함되고, 신에너지로는 연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지 등이 포함된다.
신재생에너지, 특히 태양광으로 전기를 생산하는 단가는 화석연료를 사용하는 기존의 화력발전 단가와 균형점을 이루는 그리드 패리티(Grid Parity)에 미치지 못하는 문제점을 안고 있다.
그러나 신재생에너지 중에서 태양열로 전기를 생산하는 태양열 발전은 기술개발의 진전으로 전기를 생산하는 단가가 계속 낮아지고 있고 발전 효율은 점점 높아지고 있는 실정이다.
본 발명에 관련된 태양열 발전시스템에 관한 선행기술로, 대한민국 등록특허공보 제10-0666056호는 태양의 광원을 계속적으로 반사시킬 수 있도록 다수의 광반사경(12)이 고정브래킷(14)을 매개로 반사판지주(16)에 일정높이로서 설치된 광반사판(10)과, 각각의 광반사경(12)들에 의해 1차 반사되는 태양광의 핵점들이 전방의 집광렌즈(24)를 통해 2차 반사되어 발전에 필요한 열원으로 균등하게 농축 집열되면서 통과되는 물을 가열시켜 증기를 생성시킬 수 있도록 상기 집광렌즈(24) 후방으로 증기발생탱크(30)가 형성된 다수의 집열기(20)를 포함한 것이 개시되어 있다. 이는 복수의 광반사경을 포함하는 광반사판이 설치되고, 광반사판으로부터 일정 거리에 집열기가 설치되어 있어 집광을 위한 넓은 면적의 공간이 필요하고 설치에 따른 비용이 증가하며 광반사판과 집열기가 일정 거리에 고정되어 열손실이 발생하고 집광효율이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 선행기술로, 대한민국 등록특허공보 제10-0931400호는 지주대(101)의 상단에 구비되며, 집열부를 상하좌우로 작동시키는 구동부(110); 상기 구동부(110)의 작동에 의해 동작되며, 태양광을 포집하여 히팅부를 가열시키는 집열부(120); 및 상기 집열부(120)의 선단에 구비되며, 내부를 순환하는 물을 열교환하면서 가열시키는 히팅부(140);에 태양열 집열 장치(100)가 구비된 것이 개시되어 있다. 이는 접시형상으로 이루어진 복수의 집열부가 히팅부를 향하도록 설치되어 물을 가열하는 구조로 집광효율이 떨어지고 열손실을 초래하며 집열에 따른 물의 가열 효과도 떨어지는 단점이 있다.
또한, 선행기술로, 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0100276호는 다수의 반사체에서 반사되는 태양열이 타워의 상측에 설치된 집열체에 집열되어 가열매체를 가열하고, 그 가열된 가열매체에 의해 증기발생기에서 발생된 증기로 발전용 설비를 구동하여 전기를 발생하는 구성에서, 상기 타워는 교량의 중앙에 설치되고, 상기 교량을 지지하는 교각에 연설되는 지지체반사부에 상기 반사체가 형성된 것이 개시되어 있다. 이는 집열체가 설치된 타워와 다수의 반사체를 설치하기 위하여 넓은 면적의 공간이 필요하고 설치에 따른 비용이 증가하며 반사체와 집열체가 일정 거리에 고정되어 열손실과 집광 효율이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 선행기술로, 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0084169호는 태양열을 한 곳으로 집열하여 고열을 발생시킬 수 있도록 구비하는 정방 형상의 프레넬렌즈와, 상기 프레넬렌즈가 발생시키는 고열을 전도 받아 유체를 가열하여 증기를 발생시키는 증기발생기와, 상기 증기발생기와 증기관으로 연결되어 발생된 증기를 공급받아 터빈을 회전시켜 회전력을 발생시키는 증기터빈과, 상기 증기터빈과 연결되어 증기터빈의 회전력을 전달받아 발전을 수행하는 발전기로 구성된 것이 개시되어 있다. 이는 정방형의 프레넬로부터 일정 거리를 두고 증기발생기가 설치되어 있어 설치를 위한 공간 확보가 불리하고 태양이 없는 경우에는 발전을 할 수 없으며 집광에 따른 발전 효율이 낮은 문제가 있다.
이와 같이 선행기술들의 태양열 발전시스템은 설치에 따른 공간 확보 문제와 더불어 집광 및 발전 효율성 저하 등의 문제점이 노출되었다.
대한민국 등록특허공보 제10-0666056호(2007.01.09.공고); 태양열을 이용한 발전시스템 대한민국 등록특허공보 제10-0931400호(2009.12.14.공고); 태양열 집열장치 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0100276호(2010.09.15.공개); 태양열 발전시스템 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0084169호(2012.07.27.공개); 태양열 발전시스템
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양을 추적하면서 태양광을 효율적으로 집광하고, 집광된 태양에너지로 집열기를 가열하여 고온의 과열증기를 생성하며, 생성된 과열증기를 축열조에 저장하였다가 축열조의 잠열을 열교환으로 포화증기를 생성하여 증기터빈을 구동시켜 발전하기 위한 것이 목적이다.
또한, 본 발명은 집광 및 가열 효율을 향상시키고 온돌방식에 의한 열에너지의 축열로 태양으로부터 빛에너지를 공급받지 못하는 시간에도 발전이 이루어지도록 하기 위한 것이 다른 목적이다.
또한, 본 발명은 태양열을 집광하는 발전시스템의 설치에 따른 비용 대비 고효율의 에너지를 생산할 수 있도록 하여 신재생에너지의 확대보급을 증대시키기 위한 것이 다른 목적이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 태양을 추적하면서 하나 이상으로 조립된 집광기에서 태양광을 집광하여 집광기와 일정 간격을 두고 위치한 집열기의 가열로 집열기에 공급된 열매(Heating Medium)를 가열시켜 고온의 과열증기(Superheated Steam)를 생성하는 집열장치; 상기 집열장치에서 발생된 과열증기로 온돌방식의 축열조를 가열하여 열을 저장하는 축열장치; 상기 축열장치에 저장된 열로 증기터빈을 작동시켜 발전기를 구동시킬 수 있는 고온고압의 포화증기로 열교환시키는 열교환장치, 및 상기 집열장치 및 축열장치로 저온의 열매를 공급하고 열교환장치를 거쳐 유입된 열매를 저장하는 열매수조를 포함하여 이루어진 집광형 태양열 발전시스템을 제공한 것이 특징이다.
또한, 본 발명에서, 상기 집광기는 한 쌍의 반구형 투명판이 접합된 양볼록물렌즈집광기, 반구형 투명판에 평판형 투명판이 접합된 평볼록물렌즈집광기 또는 어느 한 면에 요철이 형성되어 점 초점을 형성하는 프레넬렌즈집광기 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 양볼록물렌즈집광기와 평볼록물렌즈집광기는 각각 사각의 틀 내에 고정부재로 고정되고, 투명판의 접합으로 인하여 형성된 내부 공간에 주입공을 통해 소금이 용융된 염수가 주입되며, 투명판 사이로 주입된 염수의 부피 팽창으로 투명판의 늘어남을 흡수하는 팽창주머니가 상부에 구비되고, 풍압을 조절하기 위한 복수의 통기공이 관통 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 집열장치는 평면상 복수의 격자가 형성된 격자망 형상으로 격자 내에 집광기를 고정 결합하는 케이스와, 상기 케이스 아래에 위치된 집열기를 지지하도록 케이스와 결합된 지지바와, 상기 케이스 양측면 중심을 힌지 결합으로 지지하고 케이스를 회동시키는 수직모터가 결합된 스탠드와, 상기 스탠드 하단에 회전롤러가 결합되고 회전롤러를 회동시키는 수평모터가 결합되며 지면에 고정된 기초판 위에 설치된 포스트, 및 상기 집열기에 열매를 공급하는 급수관과 집열기에서 배출된 열매를 공급하는 증기관, 그리고 증기관에서 공급된 열매를 일시 저장하는 증기드럼을 지지하는 배관지지대를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 케이스 상단에 태양의 고도를 감지하는 수직 태양광센서가 장착되고, 상기 포스트 전면에 태양의 방위각을 감지하는 수평 태양광센서가 장착되며, 상기 포스트에 수직 태양광센서와 수평 태양광센서의 감지신호를 수신하여 케이스가 태양과 직각이 유지되도록 수직모터 또는 수평모터를 구동시키는 전자제어반이 장착될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 상기 축열조에는 석영암 및 모래를 포함하는 축열재가 내장되고, 집열장치에서 과열증기를 공급하는 나선형 또는 지그재그형 과열증기관이 배관되며, 열매수조에서 열매를 공급하는 나선형 또는 지그재그형 열매공급관이 배관될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 보조 열원으로 우드펠릿이나 폐기물 성형고체연료를 연소시켜 과열증기를 생성하여 공급하는 보일러를 더 포함하고, 보일러는 생성된 과열증기를 배관을 통해 상기 축열장치로 공급하고 열매수조로부터 배관을 통해 열매를 공급받을 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 열교환장치는 외부에서 공급되어 정수기를 거쳐 정수된 물과 증기터빈에서 응축기를 거쳐 응축된 물을 저장하는 정수조를 포함하고, 축열장치의 축열조에서 배관을 통해 공급된 열매와 정수조에서 배관을 통해 공급된 물이 열교환되되, 물을 일정 온도로 예열하는 예열기, 예열기에서 예열된 물을 포화증기로 생성하는 증기발생기 및 증기발생기의 포화증기를 가열하는 가열기가 순차 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 열매는 용융염수 또는 혼합부동액을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 집열기에서 가열된 과열증기의 온도는 800~1,200℃ 일 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 집열기는 원통형으로 내부 중심에 설치된 원통형 제1흑연관과, 상기 흑연관 외측에 일정 간격을 두고 설치된 원통형 제2흑연관과, 상기 제2흑연관 외주면에 결합되어 열을 차폐하는 제1세라믹단열재와, 상기 제1흑연관, 제2흑연관 및 제1세라믹단열재 평면에 적층 결합되는 중앙에 통공이 형성된 원통형 제2세라믹단열재 및 원반형 제1흑연판과, 상기 제1흑연관, 제2흑연관 및 제1세라믹단열재 저면에 적층 결합되는 원반형 제2흑연판 및 원통형 제3세라믹단열재와, 상기 제1세라믹단열재 내지 제3세라믹단열재 외주면에 결합된 하우징이 일체 결합되고, 상기 집열기 측면에 급수관과 증기관이 연결될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 제1흑연관 외주면과 제2흑연봉 내주면에 요철이 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 태양을 추적하면서 태양에너지를 고효율의 집광기로 짧은 초점거리에서 집광할 수 있어 열손실을 최소화하여 집광 효율이 높고, 집열기에서 고온의 과열증기를 발생시켜 온돌방식의 축열조에서 열을 저장하여 야간이나 우천 시에도 잠열을 이용할 수 있으며, 축열조의 잠열을 열교환시켜 발생된 포화증기로 증기터빈을 가동시켜 지속적인 발전을 도모할 수 있고, 또, 열교환으로 발생된 포화증기로 냉난방이나 음식물 조리 등 다양한 분야에서 활용할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시 예로, 집광형 태양열 발전시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 집광형 태양열 발전시스템에서 집광기의 다양한 실시 예를 나타낸 정면 및 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 집광형 태양열 발전시스템에서 집열장치를 나타낸 정면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 집광형 태양열 발전시스템에서 집열장치를 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 집광형 태양열 발전시스템에서 집열장치를 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 집광형 태양열 발전시스템에서 집열장치의 스탠드 및 포스트를 나타낸 사시도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 집광형 태양열 발전시스템에서 집열장치의 집열기를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 집광형 태양열 발전시스템에 관한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에서, 본 발명은 태양광을 집광하여 집열하는 집열장치(1)와, 집열장치에서 생성된 열을 저장하는 축열장치(2), 그리고 축열장치에서 저장된 열을 열교환에 의해 발생된 증기로 증기터빈을 작동시켜 전기에너지를 발생시킬 수 있도록 하는 열교환장치(3)로 구분할 수 있다.
집열장치(1)는 태양을 추적하면서 태양광을 집광하는 것이다. 집열장치(1)는 태양광을 집광하는 하나 이상의 집광기(10)가 격자망 형상의 케이스(17)에 조립된다. 집광기(10)와 일정 간격을 두고 집열기(70)가 위치한다. 즉 하나의 집광기(10)에 하나의 집열기(70)가 구비되는 것이 좋다. 집열기(70)에는 열매(Heating Medium)가 유입되고 배출되는 흐름이 형성되어 집열기에 집열된 열로 열매를 가열시킨다. 이때, 열매는 가열되어 고온의 과열증기(Superheated Steam)가 된다.
집광기의 실시 예로 도 2를 참조하면, 한 쌍의 반구형 투명판(11a, 11b)이 접합된 양볼록물렌즈집광기(10)가 제공된다. 양볼록물렌즈집광기(10)는 격자망 형상으로 이루어진 케이스(17)의 격자 틀 내에 형강과 볼트 및 너트 등을 포함하는 고정부재(14)로 고정된다. 양볼록물렌즈집광기(10)는 한 쌍의 반구형 투명판(11a, 11b)의 접합으로 인하여 형성된 내부 공간에 주입공(12)을 통해 염수(15)가 주입된다. 주입공(12)에는 염수(15)를 주입한 후에 마개 등으로 밀폐시키는 것이 좋다. 염수(15)는 일정 중량의 소금이 용융된 것이다. 이는 동절기에 염수가 쉽게 얼지 않도록 하는 것이다. 양볼록물렌즈집광기(10) 상부에 팽창주머니(13)가 구비된다. 팽창주머니(13)는 양볼록물렌즈집광기(10)로 접합되어 염수가 주입된 투명판 사이에 염수가 동절기에 냉각되어 부피가 팽창되면 투명판이 늘어남에 따라 이를 흡수할 수 있도록 하는 것이다. 또한, 외부의 바람에 의하여 양볼록물렌즈집광기(10)에 가해지는 풍압을 감소시키기 위하여 복수의 통기공(16)이 관통 형성되어 바람이 통과되도록 하는 것이 좋다. 따라서 양볼록물렌즈집광기(10)는 한 쌍의 반구형 투명판(11a, 11b) 사이에 형성된 공간에 채워진 염수에 의하여 입사된 태양광이 일정의 초점거리로 집광하여 투과되도록 한다. 투명판(11a, 11b)의 구면 곡률은 태양광의 집광효율을 향상시키기 위하여 다양하게 변화될 수 있을 것이다. 그리고 투명판(11a, 11b) 내에는 염수 이외에 고효율의 집광을 위한 액체나 고체 또는 기체가 채워질 수 있다. 또한, 양볼록물렌즈집광기(10)의 투명판은 열에 강한 폴리카보네이트 등의 재질이 적용되는 것이 좋다.
또한, 집광기의 다른 실시 예로 도 3을 참조하면, 반구형 투명판(51b)에 평판형 투명판(51a)이 접합된 평볼록물렌즈집광기(50)가 제공된다. 평볼록물렌즈집광기(50)는 격자망 형상으로 이루어진 케이스(17)의 격자 틀 내에 형강과 볼트 및 너트 등을 포함하는 고정부재(54)로 고정된다. 평볼록물렌즈집광기(50)는 어느 한 면이 평판형 투명판(51a)이고 다른 한 면은 반구형 투명판(51b)의 접합으로 인하여 형성된 내부 공간에 주입공(52)을 통해 염수(55)가 주입된다. 주입공(52)에는 염수(55)를 주입한 후에 마개 등으로 밀폐시키는 것이 좋다. 염수(55)는 일정 중량의 소금이 용융된 것이다. 이는 동절기에 염수가 쉽게 얼지 않도록 하는 것이다. 평볼록물렌즈집광기(50) 일측에 팽창주머니(53)가 구비된다. 팽창주머니(53)는 양볼록물렌즈집광기(50)로 접합되어 염수가 주입된 투명판 사이에 염수가 동절기에 냉각되어 부피가 팽창되면 투명판이 늘어남에 따라 이를 흡수할 수 있도록 하는 것이다. 또한, 외부의 바람에 의하여 평볼록물렌즈집광기(50)에 가해지는 풍압을 감소시키기 위하여 복수의 통기공(56)이 관통 형성되어 바람이 통과되도록 하는 것이 좋다. 따라서 평볼록물렌즈집광기(50)는 반구형 투명판(51b)과 평판형 투명판(51a) 사이에 형성된 공간에 채워진 염수에 의하여 입사된 태양광이 일정의 초점거리로 집광하여 투과되도록 한다. 반구형 투명판(51b)의 구면 곡률은 태양광의 집광효율을 향상시키기 위하여 다양하게 변화될 수 있을 것이다. 그리고 투명판(51a, 51b) 내에는 염수 이외에 고효율의 집광을 위한 액체나 고체 또는 기체가 채워질 수 있다. 또한, 평볼록물렌즈집광기(50)의 투명판은 열에 강한 폴리카보네이트 등의 재질이 적용되는 것이 좋다.
또한, 집광기의 다른 실시 예로 도 4를 참조하면, 어느 한 면에 요철이 형성되어 점 초점을 형성하는 프레넬렌즈집광기(61)가 제공된다. 프레넬렌즈집광기(61)는 격자망 형상으로 이루어진 케이스(17)의 격자 틀 내에 형강과 볼트 및 너트 등을 포함하는 고정부재(64)로 고정된다. 프레넬렌즈집광기(61)는 어느 한 면에 대략 톱니 모양으로 요철이 형성되어 점 초점이 형성된다. 프레넬렌즈집광기(61) 일측에 외부의 바람에 의하여 프레넬렌즈집광기(61)에 가해지는 풍압을 감소시키기 위하여 복수의 통기공(66)이 관통 형성되어 바람이 통과되도록 하는 것이 좋다. 프레넬렌즈집광기(61)에 형성된 요철의 폭이나 높이 등에 따라 입사된 태양광이 일정의 초점거리로 집광하여 투과되도록 한다. 따라서 프레넬렌즈집광기(61) 요철 구조는 태양광의 집광효율을 향상시키기 위하여 다양하게 변화될 수 있을 것이다. 또한, 프레넬렌즈집광기(61)는 열에 강한 유리나 폴리카보네이트 등의 재질이 적용되는 것이 좋다.
도 5에서, 집열장치(1)는 평면상 복수의 격자가 형성된 격자망 형상으로 격자 내에 집광기를 고정 결합하는 케이스(17)가 구비된다. 케이스(17) 상단에는 태양의 고도를 감지하는 수직 태양광센서(27)가 장착된다. 케이스(17)는 양측면 중심을 힌지 결합으로 지지하고 케이스(17)를 회동시키는 스탠드(25)에 결합된다.
도 6에서, 스탠드(25)는 대략 U형상으로 케이스(17)가 회동될 수 있도록 고정 지지하는 것이다. 스탠드(25) 측면에 수직모터(26)가 장착되어 스탠드(25) 내측에 힌지 결합된 케이스(17)가 수직으로 회동되도록 한다. 그리고 스탠드(25)를 지면으로부터 고정 지지하기 위한 포스트(18)가 결합된다. 포스트(18)는 지면에 고정된 기초판(19) 위에 설치된다. 포스트(18) 상부에는 회전롤러(24)가 결합되어 있다. 그리고 포스트(18)에는 수평모터(29)가 장착되어 회전롤러(24)를 수평으로 회동시킨다. 포스트(18) 전면에 태양의 방위각을 감지하는 수평 태양광센서(28)가 장착된다.
또한, 포스트(18)에는 수직 태양광센서(27)와 수평 태양광센서(28)의 감지신호를 수신하여 케이스(17)가 태양과 직각이 유지되도록 수직모터(26) 및/또는 수평모터(29)를 구동시키는 전자제어반(30)이 장착된다.
도 7 및 도 8에서, 케이스(17) 아래에 위치한 집열기(70)를 지지하기 위하여 복수의 지지바(45)가 케이스(17)와 결합된다. 지지바(45)는 각 집열기(70)를 고정하여 케이스(17)와 일체로 결합되도록 한다. 집열기(70)에는 열매를 공급하는 급수관(21)과 집열기(70)에서 배출된 열매를 공급하는 증기관(22), 그리고 증기관(22)에서 공급된 열매를 일시 저장하는 증기드럼(20)을 지지하는 배관지지대(23)가 설치된다.
도 9와 도 10a 및 도 10b에서, 집열기(70)는 원통형상이다. 집열기(70)는 내부 중심에 제1흑연관(71)이 위치되고, 제1흑연관(71) 외측에 일정 간격을 두고 원통형 제2흑연관(72)이 위치된다. 제2흑연관 외주면에는 열을 차폐하는 제1세라믹단열재(73)가 결합된다. 그리고 평면에 원통형 제2세라믹단열재(75)와 원반형 제1흑연판(74)이 적층된다. 제2세라믹단열재(75)는 중앙에 통공(78)이 형성된다. 그리고 저면에 원반형 제2흑연판(76)과 원통형 제3세라믹단열재(77)가 적층 결합된다. 제1세라믹단열재(73) 내지 제3세라믹단열재(77) 외주면에 스테인리스 재질의 하우징(79)이 일체 결합된다. 제1흑연관(71) 외주면과 제2흑연봉관(72) 내주면에 요철이 형성된다. 상기 제1흑연관(71) 내부와 제1흑연관(71)과 제2흑연관(72) 사이에 공간이 형성된다. 집열기(70) 측면에 열매가 공급되는 급수관(21)이 연통되고, 과열증기화된 열매가 배출되는 증기관(22)이 연통된다.
따라서 집광기(10)를 통해 집광된 태양광이 집열기(70)에 형성된 통공(78)을 통해 제1흑연판(74)에 초점이 맺히면서 가열되고 제1흑연판(74)에 가열된 열은 제1흑연관(71) 및 제2흑연관(72), 그리고 제2흑연판(76)까지 전달된다. 이때, 집열기(70)의 급수관(21)을 통해 제1흑연관(71)과 제2흑연관(72) 사이로 유입된 열매는 가열된 제1흑연관(71)과 제2흑연관(72) 및 제1흑연판(74)과 제2흑연판(76)에 의하여 과열증기로 변화된다. 집열기(70)에서 가열된 과열증기의 온도는 대략 800~1,200℃이 된다. 집열기(70)에서 생성된 과열증기는 증기관(22)을 통해 증기드럼(20)으로 유입되고, 증기드럼(20)은 증기배관을 통해 축열조(35)로 과열증기를 공급한다. 열매는 용융염수나 혼합부동액이 적용된다. 열매는 가열온도, 즉 과열증기의 온도를 일정 온도 이상으로 상승시킬 수 있도록 하는 것이 좋다.
축열장치(2)는 집열장치(1)에서 발생된 과열증기로 온돌방식의 축열조(35)를 가열하여 열을 저장한다. 축열조(35)에는 축열재가 내장되어 과열증기를 흡수한다. 축열재는 석영암, 모래, 황토 등 축열이 가능한 다양한 재료가 포함된다. 축열조(35)에는 집열장치(1)에서 과열증기를 공급하는 나선형 또는 지그재그형 과열증기관이 배관된다. 그리고 축열조(35)에는 열매수조(34)에서 열매를 공급하는 나선형 또는 지그재그형 열매공급관이 배관된다. 열매수조(34)는 집열장치(1)와 축열장치(2)로 저온의 열매를 공급하고 열교환장치(3)를 거친 유입된 열매를 저장하는 것이다.
또한, 야간이나 우천 또는 흐린 날에 집열장치가 태양광을 집광하여 과열증기를 생성하지 못하는 경우에 보조 보일러(36)를 이용하여 과열증기를 공급받도록 한다. 보일러(36)는 보조 열원으로 우드펠릿이나 폐기물 성형고체연료 등을 연소시켜 과열증기를 생성하여 공급한다. 보일러(36)는 생성된 과열증기를 배관을 통해 축열장치(2)로 공급하고 열매수조(34)로부터 배관을 통해 열매를 공급받는다.
한편, 열교환장치(3)는 축열장치(2)에 저장된 열로 증기터빈(41)을 작동시켜 발전기(40)를 구동시킬 수 있도록 하는 고온고압의 포화증기를 발생시킨다. 열교환장치(3)는 외부에서 공급된 물을 정수하는 정수기(39)와, 정수기(39)를 거쳐 정수된 물과 증기터빈(41)에서 응축기(37)를 거쳐 응축된 물을 저장하는 정수조(38)를 포함한다.
또한, 열교환장치(3)는 축열장치(2)의 축열조(35)에서 배관을 통해 공급된 열매와 정수조(38)에서 배관을 통해 공급된 물을 열교환시킨다. 열교환장치(3)는 물을 일정 온도로 예열하는 예열기(33)와, 예열기에서 예열된 물을 포화증기로 생성하는 증기발생기(32), 그리고 증기발생기(32)의 포화증기를 가열하는 가열기(31)가 순차 설치된다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
1: 집열장치 2: 축열장치 3: 열교환장치 10, 50, 60: 집광기 11a, 11b, 51b: 반구형 투명판 12, 52: 주입구 13, 53: 팽창주머니 14, 54, 64: 고정부재 15, 55: 염수 16, 56, 66: 통기공 17: 케이스 18: 포스트 19: 기초판 20: 증기드럼 21: 급수관 22: 증기관 23: 배관지지대 24: 회전롤러 25: 스탠드 26: 수직모터 27: 수직 태양광센서 28: 수평 태양광 센서 29: 수평모터 30: 전자제어반 31: 가열기 32: 증기발생기 33: 예열기 34: 열매수조 35: 축열조 36: 보일러 37: 응축기 38: 정수조 39: 정수기 40: 발전기 41: 증기터빈 45: 지지바 51a: 평판형 투명판 70: 집열기 71, 72: 흑연관 73, 75, 77: 세라믹단열재 74, 76: 흑연판 78: 통공 79: 하우징

Claims (12)

  1. 태양을 추적하면서 하나 이상으로 조립된 집광기에서 태양광을 집광하여 집광기와 일정 간격을 두고 위치한 집열기의 가열로 집열기에 공급된 열매(Heating Medium)를 가열시켜 고온의 과열증기(Superheated Steam)를 생성하는 집열장치;
    상기 집열장치에서 발생된 과열증기로 온돌방식의 축열조를 가열하여 열을 저장하는 축열장치;
    상기 축열장치에 저장된 열로 증기터빈을 작동시켜 발전기를 구동시킬 수 있는 고온고압의 포화증기로 열교환시키는 열교환장치, 및
    상기 집열장치 및 축열장치로 저온의 열매를 공급하고 열교환장치를 거쳐 유입된 열매를 저장하는 열매수조를 포함하고,
    상기 집광기는 한 쌍의 반구형 투명판이 접합된 양볼록물렌즈집광기, 반구형 투명판에 평판형 투명판이 접합된 평볼록물렌즈집광기 또는 어느 한 면에 요철이 형성되어 점 초점을 형성하는 프레넬렌즈집광기 중 어느 하나를 포함하며,
    상기 양볼록물렌즈집광기와 평볼록물렌즈집광기는 각각 사각의 틀 내에 고정부재로 고정되고, 투명판의 접합으로 인하여 형성된 내부 공간에 주입공을 통해 소금이 용융된 염수가 주입되며, 투명판 사이로 주입된 염수의 부피 팽창으로 투명판의 늘어남을 흡수하는 팽창주머니가 상부에 구비되고, 풍압을 조절하기 위한 복수의 통기공이 관통 형성된 집광형 태양열 발전시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 집열장치는
    평면상 복수의 격자가 형성된 격자망 형상으로 격자 내에 집광기를 고정 결합하는 케이스와,
    상기 케이스 아래에 위치된 집열기를 지지하도록 케이스와 결합된 지지바와,
    상기 케이스 양측면 중심을 힌지 결합으로 지지하고 케이스를 회동시키는 수직모터가 결합된 스탠드와,
    상기 스탠드 하단에 회전롤러가 결합되고 회전롤러를 회동시키는 수평모터가 결합되며 지면에 고정된 기초판 위에 설치된 포스트, 및
    상기 집열기에 열매를 공급하는 급수관과 집열기에서 배출된 열매를 공급하는 증기관, 그리고 증기관에서 공급된 열매를 일시 저장하는 증기드럼을 지지하는 배관지지대를 포함하는 집광형 태양열 발전시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 케이스 상단에 태양의 고도를 감지하는 수직 태양광센서가 장착되고, 상기 포스트 전면에 태양의 방위각을 감지하는 수평 태양광센서가 장착되며, 상기 포스트에 수직 태양광센서와 수평 태양광센서의 감지신호를 수신하여 케이스가 태양과 직각이 유지되도록 수직모터 또는 수평모터를 구동시키는 전자제어반이 장착된 집광형 태양열 발전시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 축열조에는 석영암 및 모래를 포함하는 축열재가 내장되고, 집열장치에서 과열증기를 공급하는 나선형 또는 지그재그형 과열증기관이 배관되며, 열매수조에서 열매를 공급하는 나선형 또는 지그재그형 열매공급관이 배관된 집광형 태양열 발전시스템.
  7. 제1항에 있어서, 보조 열원으로 우드펠릿이나 폐기물 성형고체연료를 연소시켜 과열증기를 생성하여 공급하는 보일러를 더 포함하고, 보일러는 생성된 과열증기를 배관을 통해 상기 축열장치로 공급하고 열매수조로부터 배관을 통해 열매를 공급받는 집광형 태양열 발전시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 열교환장치는 외부에서 공급되어 정수기를 거쳐 정수된 물과 증기터빈에서 응축기를 거쳐 응축된 물을 저장하는 정수조를 포함하고, 축열장치의 축열조에서 배관을 통해 공급된 열매와 정수조에서 배관을 통해 공급된 물이 열교환되되, 물을 일정 온도로 예열하는 예열기, 예열기에서 예열된 물을 포화증기로 생성하는 증기발생기 및 증기발생기의 포화증기를 가열하는 가열기가 순차 설치된 집광형 태양열 발전시스템.
  9. 제1, 4, 6, 7, 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열매는 용융염수 또는 혼합부동액인 집광형 태양열 발전시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 집열기에서 가열된 과열증기의 온도는 800~1,200℃ 인 집광형 태양열 발전시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 집열기는 원통형으로
    내부 중심에 설치된 원통형 제1흑연관과,
    상기 흑연관 외측에 일정 간격을 두고 설치된 원통형 제2흑연관과,
    상기 제2흑연관 외주면에 결합되어 열을 차폐하는 제1세라믹단열재와,
    상기 제1흑연관, 제2흑연관 및 제1세라믹단열재 평면에 적층 결합되는 중앙에 통공이 형성된 원통형 제2세라믹단열재 및 원반형 제1흑연판과,
    상기 제1흑연관, 제2흑연관 및 제1세라믹단열재 저면에 적층 결합되는 원반형 제2흑연판 및 원통형 제3세라믹단열재와,
    상기 제1세라믹단열재 내지 제3세라믹단열재 외주면에 결합된 하우징이 일체 결합되고,
    상기 집열기 측면에 급수관과 증기관이 연결된 집광형 태양열 발전시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1흑연관 외주면과 제2흑연봉 내주면에 요철이 형성된 집광형 태양열 발전시스템.
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