KR101580799B1

KR101580799B1 - 열에너지 저장기 및 그의 제조방법, 이를 이용한 태양열 발전 시스템

Info

Publication number: KR101580799B1
Application number: KR1020140129132A
Authority: KR
Inventors: 이종원; 김용관; 이교성; 민지홍; 박미애
Original assignee: 현대건설 주식회사
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2015-12-29

Abstract

본 발명은, 열저장 모듈을 다른 재료에 비해 저렴한 콘크리트를 사용하여 제조하기 때문에 비용이 절감될 수 있다. 또한, 콘크리트보다 열전도율이 높은 탄소섬유를 콘크리트에 혼합하여 제조함으로써, 상기 콘크리트만으로 이루어진 경우에 비해 열전도율이 높기 때문에 상기 열매체의 열이 상기 열저장 모듈로 보다 빠르게 전달되어 열저장 효율이 향상될 수 있다. 또한, 열저장 모듈이 적어도 하나 이상이 결합될 수 있는 모듈형으로 제작되어, 태양열 발전 시스템의 운전에 따라 열저장 용량의 변화시 추가 또는 제거가 가능한 이점이 있다. 또한, 제작이 간편하고 비용이 적게 들기 때문에, 현장에서 제작 및 설치가 가능하여 시공 편의성이 향상될 수 있다.

Description

열에너지 저장기 및 그의 제조방법, 이를 이용한 태양열 발전 시스템{System for storing thermal energy and the method for manufacturing of the same, and solar power generation system using the same}

본 발명은 열에너지 저장기 및 그의 제조방법, 이를 이용한 태양열 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양열로부터 얻은 고온의 열에너지를 저장할 수 있는 열에너지 저장기 및 그의 제조방법, 이를 이용한 태양열 발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 태양열 에너지는 태양으로부터 방사된 열을 이용하는 에너지를 말하며, 열을 한 곳에 모아 얻은 고열을 직접 난방에 이용하거나 열교환기를 이용해 터빈 등을 돌리는 힘으로 이용하여 전기를 생산하는 태양열 발전 등에 활용한다. 태양열을 이용해 가정에서는 온수, 난방, 냉방에 이용할 수 있으며, 공장이나 발전소를 움직이는 산업에너지로도 사용된다. 또한, 최근에는 해수의 담수화에도 활발하게 적용되고 있다.

그러나, 태양열 에너지는 하루 중 일정시간에만 활용이 가능하고, 기후의 영향을 받기 때문에 태양열 발전 설비의 이용률 증대를 위해서는 열에너지 저장기가 필수적이다. 또한, 태양열 발전 설비가 늘어나면서 대용량이면서도 합리적인 가격의 열에너지 저장기에 대한 수요는 점차 증가하고 있다.

한국등록특허 10-1429233

본 발명의 목적은, 열저장 효율은 높고 제조비용이 절감될 수 있는 열에너지 저장기 및 그의 제조방법, 이를 이용한 태양열 발전 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 열에너지 저장기는, 열을 흡수한 열매체가 통과하는 복수의 열교환 튜브들과, 상기 복수의 열교환튜브들이 관통되고, 콘크리트보다 열전도율이 높은 섬유가 콘크리트에 함침된 구조로 이루어져, 상기 섬유가 상기 열교환튜브들로부터 상기 콘크리트에 열 전도율을 향상시키는 열저장 모듈을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 열에너지 저장기는, 열을 흡수한 열매체가 통과하는 복수의 열교환 튜브들과, 상기 복수의 열교환튜브들이 관통되고, 콘크리트보다 열전도율이 높은 탄소소재가 콘크리트에 함침된 구조로 이루어져, 상기 탄소소재가 상기 열교환튜브들로부터 상기 콘크리트에 열 전도율을 향상시키는 열저장 모듈을 포함한다.

본 발명에 따른 태양열 발전 시스템은, 태양열을 모으는 집열기와, 상기 집열기에 모아진 열을 흡수하는 흡수기와, 상기 흡수기에서 가열된 열매체가 통과하도록 형성되고, 콘크리트에 그라파이트 섬유가 함침된 구조로 이루어져, 상기 열매체의 열을 상기 콘크리트에 저장하는 열에너지 저장기와, 상기 흡수기와 상기 열에너지 저장기를 연결하여, 상기 흡수기에서 가열된 열매체의 열을 상기 열에너지 저장기로 전달하는 열저장 유로와, 상기 열에너지 저장기에 저장된 열을 전달받아 전기를 발생시키는 발전부와, 상기 열에너지 저장기와 상기 발전부를 연결하여, 상기 열에너지 저장기에 저장된 열을 상기 발전부로 전달하는 방열 유로를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 태양열 발전 시스템은, 태양열을 모으는 집열기와, 상기 집열기에 모아진 열을 흡수하는 흡수기와, 상기 흡수기에서 가열된 용융염이 통과하도록 형성되어, 상기 흡수기에서 가열된 용융염의 열을 저장하는 용융염 저장기와, 상기 용융염 저장기와 병렬로 배치되고 상기 흡수기에서 가열된 열매체가 통과하도록 형성되며 콘크리트에 그라파이트 섬유가 함침된 구조로 이루어져, 상기 열매체의 열을 상기 콘크리트에 저장하는 콘크리트 저장기를 포함하는 열에너지 저장기와, 상기 흡수기의 온도가 미리 설정된 설정 온도 이상이면, 상기 흡수기의 열을 상기 용융염 저장기로 전달하고, 상기 흡수기의 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이면 상기 흡수기의 열을 상기 콘크리트 저장기로 전달하도록 형성된 열저장 유로와, 상기 용융염 저장기와 상기 콘크리트 저장기 중 적어도 하나에 저장된 열을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기와, 상기 용융염 저장기와 상기 콘크리트 저장기 중 적어도 하나에 저장된 열을 전달받아 난방이나 급탕에 사용하는 열수요처를 포함한다.

본 발명에 따른 열에너지 저장기의 제조방법은, 거푸집에 복수의 열교환 튜브들을 배치하는 단계와, 콘크리트와 탄소섬유를 설정 비율로 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계와, 상기 거푸집에 상기 혼합물을 타설하는 단계와, 상기 혼합물이 경화되면 상기 거푸집을 제거하여, 상기 복수의 열교환 튜브들이 삽입된 탄소섬유 열저장 모듈을 완성하는 단계를 포함한다.

본 발명은, 열저장 모듈을 다른 재료에 비해 저렴한 콘크리트를 사용하여 제조하기 때문에 비용이 절감될 수 있다.

또한, 콘크리트보다 열전도율이 높은 탄소섬유를 콘크리트에 혼합하여 제조함으로써, 상기 콘크리트만으로 이루어진 경우에 비해 열전도율이 높기 때문에 상기 열매체의 열이 상기 열저장 모듈로 보다 빠르게 전달되어 열저장 효율이 향상될 수 있다.

또한, 열저장 모듈이 적어도 하나 이상이 결합될 수 있는 모듈형으로 제작되어, 태양열 발전 시스템의 운전에 따라 열저장 용량의 변화시 추가 또는 제거가 가능한 이점이 있다.

또한, 제작이 간편하고 비용이 적게 들기 때문에, 현장에서 제작 및 설치가 가능하여 시공 편의성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양열 발전 시스템의 주간 운전상태가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양열 발전 시스템의 야간 운전상태가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 3은 도 2의 열에너지 저장기가 도시된 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 열에너지 저장기가 일부 절개된 사시도이다.
도 5는 도 3의 I-I선 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열에너지 저장기의 제조방법이 도시된 블록도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양열 발전 시스템이 작동예가 도시된 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양열 발전 시스템의 다른 작동예가 도시된 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양열 발전 시스템의 주간 운전상태가 개략적으로 도시된 도면이다. 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양열 발전 시스템의 야간 운전상태가 개략적으로 도시된 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 태양열 발전 시스템(1)은, 집열기(2), 흡수기(3), 열에너지 저장기(10) 및 발전기(5)를 포함한다.

상기 집열기(2)는 태양열을 모아주는 역할을 한다. 상기 집열기(2)는 포물선 구유형(Parabolic-trough) 또는 중앙집중 타워형(Tower)으로 이루어진다. 상기 집열기(10)는 복수개가 연결될 수 있으며, 본 실시예에서는 1개인 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 흡수기(3)는, 상기 집열기(2)에서 모은 태양열을 흡수한다. 상기 흡수기(3)는 상기 열에너지 저장기(10)와 열저장 유로(3a)로 연결된다.

상기 발전기는, 상기 열에너지 저장기(10)에 저장된 열을 전달받아 전기를 발생시키는 터빈(5a)과 모터(5b)를 포함한다. 상기 터빈(5a)은 스팀 터빈이다. 상기 터빈(5a)에서 나온 열매체는 응축기(6)와 펌프(7)를 거쳐 후술하는 열교환기(4)로 순환한다. 상기 응축기(6)는 냉각탑 또는 난방이나 급탕을 위한 온수가 저장되는 저탕조(8) 등에 유로로 연결된다.

상기 열교환기(4)는, 상기 열에너지 저장기(10)에서 저장된 열을 흡수하여 상기 열교환기(4)로 공급하기 위한 제1방열 유로(4a)와, 상기 열교환기(4)에서 열을 흡수하여 상기 터빈(5a)으로 공급하기 위한 제2방열 유로(4b)가 연결된다. 상기 제1방열 유로(4a)는 상기 열저장 유로(3a)에서 분기되어 이루어진 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 제1방열 유로(4a)는 상기 열저장 유로(3a)와 별도로 구비되는 것도 물론 가능하다.

상기 제1방열 유로(4a)와 상기 열저장 유로(3a)가 연결된 지점에는 각각 제1,2삼방밸브(13)(14)가 설치된다. 상기 제1,2삼방밸브(13)(14)는 일조량이 충분하거나 주간시에는 상기 흡수기(3)에서 가열된 열매체의 열이 상기 열에너지 저장기(10)로 공급되도록 유로를 개방하고, 기상악화 등으로 일조량이 부족하거나 야간시에는 상기 열에너지 저장기(10)에 저장된 열이 수요처에 공급되도록 상기 제1방열 유로(4a)를 개방한다.

도 3은 도 2의 열에너지 저장기가 도시된 사시도이다. 도 4는 도 3에 도시된 열에너지 저장기가 일부 절개된 사시도이다. 도 5는 도 3의 I-I선 단면도이다.

한편, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 열에너지 저장기(10)는, 열교환튜브(40), 열저장 모듈(20) 및 단열재(30)를 포함한다.

상기 열교환튜브(40)는 상기 흡수기(3)로부터 열을 흡수한 열매체가 통과하는 관이다. 상기 열매체는, 물, 용융염, 증기 등을 포함한다. 상기 열교환튜브(40)는 복수개가 서로 소정간격 이격되게 배치되고, 상기 열저장 모듈(20)의 길이방향으로 길게 배치된다. 상기 열교환튜브(40)는 강관으로 이루어진 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 열교환튜브(40)의 일단에는 상기 태양열 흡수기로부터 상기 열매체가 유입되는 입구 헤더(11)가 결합되고, 타단에는 상기 열저장 모듈(20)을 통과한 열매체를 배출하는 출구 헤더(12)가 결합된다.

상기 열저장 모듈(20)은, 상기 복수의 열교환튜브들(40)이 관통되고, 콘크리트(20a)보다 열전도율이 높은 섬유(20b)가 콘크리트(20a)에 함침된 구조를 갖는 콘크리트 블록이다. 즉, 상기 열저장 모듈(20)은 상기 콘크리트(20a)와 상기 섬유(20b)가 혼합되어 블록 형상으로 제조된 것이다. 상기 섬유(20b)는 탄소섬유이며, 상기 탄소섬유 중에서 그라파이트(Graphite) 섬유를 사용한다. 상기 그라파이트 섬유의 열전도율은 약 150W/m.k이고, 상기 콘크리트의 열전도율은 약 1.5W/m.k이다. 상기 콘크리트와 상기 탄소섬유의 혼합 비율은 실험 등에 의해 미리 설정된 설정 비율로 혼합된다.

상기 단열재(30)는, 상기 열저장 모듈(20)의 외부를 감싸도록 구비되어, 외부 대기와 상기 열저장 모듈(20)의 열교환을 차단한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열에너지 저장기의 제조방법이 도시된 블록도이다.

도 6을 참조하여, 상기와 같이 구성된 열에너지 저장기의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 열저장 모듈(20)의 형상에 맞게 거푸집을 제작한다.(S1) 본 실시예에서는, 상기 열저장 모듈(20)은 직육면체 형상인 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 거푸집에 상기 복수의 열교환튜브들(40)을 상하 및 좌우방향으로 서로 소정간격 이격되게 배치한다.(S2)

상기 콘크리트(20a)와 상기 탄소섬유(20b)를 설정 비율로 혼합하여 혼합물을 생성한다.(S3)

상기 복수의 열교환튜브들(40)이 배치된 상기 거푸집에 상기 혼합물을 타설한다.(S4) 상기 혼합물을 부으면, 상기 혼합물이 상기 거푸집에서 상기 복수의 열교환튜브들(40)사이를 채우게 된다.

상기 혼합물을 타설한 후 일정 시간이 경과되어 상기 혼합물이 경화되면, 상기 거푸집을 제거한다.(S5)

상기 거푸집을 제거한 후, 상기 열저장 모듈(20)의 외측면을 상기 단열재(30)로 포장하면(S6), 상기 복수의 열교환튜브들(40)이 삽입된 열저장 모듈(20)이 완성된다.

상기와 같이 제조된 상기 열저장 모듈(20)은 다른 재료에 비해 저렴한 콘크리트를 사용하기 때문에 비용이 절감될 수 있다. 또한, 상기 탄소섬유를 콘크리트에 혼합하여 사용하기 때문에, 상기 콘크리트만으로 이루어진 경우에 비해 열전도율이 높기 때문에 상기 열매체의 열이 상기 열저장 모듈(20)로 보다 빠르게 전달되어 열저장 효율이 향상될 수 있다.

상기 열저장 모듈(20)은 적어도 하나 이상이 결합될 수 있는 모듈형으로 제작되어, 상기 태양열 발전 시스템의 운전에 따라 열저장 용량의 변화시 추가 또는 제거가 가능하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 태양열 발전 시스템(1)의 작동을 설명하면, 다음과 같다.

먼저, 도 1을 참조하면, 일조량이 충분한 시기나 주간시에는 상기 제1,2삼방밸브(13)(14)가 상기 열저장 유로(3a)를 개방하고, 상기 제1방열 유로(4a)를 차폐한다.

따라서, 상기 집열기(2)에서 모아진 열은 상기 흡수기(3)에서 흡수된 후, 상기 열저장 유로(3a)를 통해 상기 열에너지 저장기(10)로 유입되어 저장된다.

상기 열에너지 저장기(10)는 상기 콘크리트(20a)와 상기 탄소섬유(20b)가 혼합되어 이루어진 것이므로, 상기 탄소섬유(20b)가 상기 열저장 유로(3a)를 통과하는 열매체로부터 상기 콘크리트(20a)로의 열전달을 보다 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 콘크리트(20a)의 열저장 효율이 보다 향상될 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 일조량이 미리 설정된 설정 범위보다 낮거나 야간시에는 상기 제1,2삼방밸브(13)(14)가 상기 제1방열 유로(4a)를 개방한다.

상기 제1방열 유로(4a)가 개방되면, 상기 열에너지 저장기(10)에 저장된 열이 상기 제1방열 유로(4a)를 통해 상기 열교환기(4)로 공급된다.

상기 열교환기(4)에서는 상기 제2방열 유로(4b)와의 열교환이 이루어진다. 상기 열교환기(4)에서 열교환되어 열을 공급받은 상기 제2방열 유로(4b)상의 열매체는 상기 터빈(5a)으로 공급되어 전기를 발생시킨다.

따라서, 상기 열에너지 저장기(10)의 열저장 효율이 높기 때문에, 상기 열에너지 저장기(10)에 저장된 열을 이용하는 상기 터빈(5)의 발전 효율도 향상될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양열 발전 시스템이 작동예가 도시된 도면이다. 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양열 발전 시스템의 다른 작동예가 도시된 도면이다.

한편, 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 태양열 발전 시스템(1')의 열에너지 저장기(10)는, 용융염 저장기(50)와 콘크리트 저장기(70)를 포함하도록 구성되어, 상기 흡수기(3)의 온도에 따라 상기 흡수기(3)에서 흡수된 열이 상기 용융염 저장기(50)와 상기 콘크리트 저장기(70) 중 적어도 하나에 공급되고, 상기 용융염 저장기(50)에 저장된 열은 상기 발전기(5)에 전달되고, 상기 콘크리트 저장기(70)에 저장된 열은 난방이나 급탕을 위한 열수요처(94)에 전달되는 것이 상기 제1실시예와 상이하고 그 외 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.

상기 흡수기(3)에는 열저장 유로(60)가 연결되고, 상기 열저장 유로(60)는 상기 용융염 저장기(50)에 연결되는 제1열저장 유로(61)와 상기 콘크리트 저장기(70)에 연결되는 제2열저장 유로(62)로 분기된다. 상기 열저장 유로(60)와 상기 제1,2열저장 유로(61)(62)가 연결된 지점에는 제1,2삼방밸브(81)(82)가 설치된다. 상기 제1,2삼방밸브(81)(82)는 상기 제1,2열저장 유로(61)(62)를 선택적으로 개방 또는 차폐한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 흡수기(3)에 상기 제1,2열저장 유로(61)(62)가 각각 별도로 직접 연결되는 것도 물론 가능하다.

상기 흡수기(3)에는 상기 흡수기(3)의 내부 또는 상기 흡수기(3)를 통과하는 용융염의 온도를 감지하는 온도센서(미도시)가 구비된다.

상기 용융염 저장기(50)는, 상기 흡수기(3)에서 가열된 용융염이 통과하도록 형성되고, 상부는 고온, 하부는 저온으로 성층화시켜 저장하는 것도 가능하고, 고온 탱크와 저온 탱크가 별도로 구비되는 것도 가능하다. 본 실시예에서는, 상기 용융염 저장기(50)는 고온 탱크(50a)와 저온 탱크(50b)를 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 용융염 저장기(50)는 부식성이 강한 용융염의 사용이 가능하도록 알루미나, 탄화규소(SiC), 콘크리트(Concrete) 등의 재질로 이루어진다. 상기 콘크리트를 사용할 경우, 상기 콘크리트에 탄소섬유를 포함시키는 것도 가능하다. 상기 용융염 저장기(50)는 제1열교환기(91)와 제1방열 유로(51)로 연결된다. 상기 제1열교환기(91)는 상기 발전기(5)와 제2방열 유로(91a)로 연결된다.

상기 콘크리트 저장기(70)는, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 복수의 열교환튜브들(40)이 관통되고, 콘크리트(20a)보다 열전도율이 높은 섬유(20b)가 콘크리트(20a)에 함침된 구조를 갖는다. 즉, 상기 열저장 모듈(20)은 상기 콘크리트(20a)와 상기 섬유(20b)가 혼합되어 블록 형상으로 제조된 것이다. 상기 섬유(20b)는 탄소섬유이며, 상기 탄소섬유 중에서 그라파이트(Graphite) 섬유를 사용한다. 상기 그라파이트 섬유의 열전도율은 약 150W/m.k이고, 상기 콘크리트의 열전도율은 약 1.5W/m.k이다. 상기 콘크리트와 상기 탄소섬유의 혼합 비율은 실험 등에 의해 미리 설정된 설정 비율로 혼합된다. 상기 열교환튜브들(40)을 관통하는 열매체는 용융염인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 용융염 이외에 다른 열매체가 사용될 경우, 상기 제2열저장 유로(62)는 상기 열저장 유로(60)에서 분기되지 않고, 상기 흡수기(3)에 별도의 유로로 구비되어야 한다.

상기 콘크리트 저장기(70)는 제2열교환기(92)와 제3방열유로(92a)로 연결되고, 상기 제2열교환기(92)는 상기 열 수요처(94)와 제4방열유로로 연결된다. 여기서, 상기 열 수요처(94)는 난방이나 급탕에 사용되는 온수가 저장되는 저탕조인 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 제2열저장 유로(62)와 상기 제3방열 유로(92a)가 연결된 지점에는 제3,4삼방 밸브(83)(84)가 설치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예에 따른 태양열 발전 시스템(1')의 작동을 설명하면, 다음과 같다.

먼저, 도 7을 참조하면, 상기 흡수기(3)내의 온도가 미리 설정된 설정 온도 이상이면, 상기 흡수기(3)에서 흡수된 열이 상기 용융염 저장기(50)로 전달된다.

즉, 상기 흡수기(3)내의 온도가 미리 설정된 설정 온도 이상이면, 상기 제1,2삼방밸브(81)(82)가 상기 제1열저장 유로(61)를 개방하고, 상기 제2열저장 유로(62)를 차폐한다. 상기 제1열저장 유로(61)는 개방되고, 상기 제2열저장 유로(62)가 차폐되면, 상기 흡수기(3)에서 흡수된 열은 상기 용융염 저장기(50)에만 저장된다.

상기 용융염 저장기(50)에 저장된 열은 상기 제1열교환기(91)를 통해 상기 발전기(5)로 전달되어, 상기 발전기(5)에서 전기를 발생하는 데 사용될 수 있다.

한편, 도 8을 참조하면, 상기 흡수기(3)내의 온도가 상기 설정 온도 미만이면, 상기 흡수기(3)에서 흡수된 열이 상기 콘크리트 저장기(70)로 전달된다.

즉, 상기 흡수기(3)내의 온도가 상기 설정 온도 미만이면, 상기 제1,2삼방밸브(81)(82))가 상기 제2열저장 유로(62)를 개방하고, 상기 제1열저장 유로(61)를 차폐한다. 상기 제2열저장 유로(62)는 개방되고, 상기 제1열저장 유로(61)가 차폐되면, 상기 흡수기(3)에서 흡수된 열은 상기 콘크리트 저장기(70)에만 저장된다.

상기 콘크리트 저장기(70)에 저장된 열은 상기 제3,4삼방밸브(83)(84)의 개폐에 따라 상기 제2열교환기(92)를 통해 상기 저탕조(94)로 전달될 수 있다.

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 흡수기(3)내의 온도가 미리 설정된 설정 온도 이상인 경우, 상기 제1열저장 유로(61)와 상기 제2열저장 유로(62)를 모두 개방하여, 상기 흡수기(3)에서 흡수된 열을 상기 용융염 저장기(50)와 상기 콘크리트 저장기(70)에 모두 저장하는 것도 물론 가능하다.

상기와 같이 본 실시예에서는, 상기 용융염 저장기(50)에 저장된 열이 상기 콘크리트 저장기(70)에 저장된 열보다 온도가 높기 때문에, 상기 용융염 저장기(50)에 저장된 열은 상기 발전기(5)를 작동시키는 데 주로 사용하고, 상기 콘크리트 저장기(70)에 저장된 열은 난방이나 급탕을 위한 온수를 가열하는 데 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 용융염 저장기(50)에 저장된 열을 난방이나 급탕을 위한 온수에 사용하거나, 상기 콘크리트 저장기(70)에 저장된 열을 상기 발전기(5)에 사용하는 것도 물론 가능하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예에 따른 태양열 발전 시스템은, 상기 열에너지 저장기로 상기 용융염 저장기(50)와 상기 콘크리트 저장기(70)를 모두 이용함으로써, 상기 흡수기(3)에서 흡수된 용융염의 온도에 따라 상기 용융염 저장기(50)와 상기 콘크리트 저장기(70) 중 어느 하나에 열을 전달할 수 있으며, 상기 용융염 저장기(50)와 상기 콘크리트 저장기(7)에 저장된 열은 상기 발전기(5)와 상기 저탕조(94) 중 어느 하나에서 사용될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 열에너지 저장기 20: 열저장 모듈
30: 단열재 40: 열교환 튜브
50: 용융염 저장기 70: 콘크리트 저장기

Claims

열을 흡수한 열매체가 통과하는 복수의 열교환 튜브들과;
상기 복수의 열교환튜브들이 관통되고, 콘크리트보다 열전도율이 높은 섬유가 콘크리트에 함침된 구조로 이루어져, 상기 섬유가 상기 열교환튜브들로부터 상기 콘크리트에 열 전도율을 향상시키는 열저장 모듈과;
상기 열저장 모듈의 일측에 배치되어 상기 열매체를 상기 열교환 튜브들에 공급하는 입구 헤더와;
상기 열저장 모듈의 타측에 배치되어 상기 열교환 튜브들을 통하여 상기 열저장 모듈을 통과한 상기 열매체를 배출하는 출구 헤더와;
상기 열저장 모듈의 외부를 감싸서, 외부와 상기 열저장 모듈 사이의 열교환을 차단하는 단열재를 포함하는 열에너지 저장기.
열을 흡수한 열매체가 통과하는 복수의 열교환 튜브들과;
상기 복수의 열교환튜브들이 관통되고, 콘크리트보다 열전도율이 높은 탄소소재가 콘크리트에 함침된 구조로 이루어져, 상기 탄소소재가 상기 열교환튜브들로부터 상기 콘크리트에 열 전도율을 향상시키는 열저장 모듈과;
상기 열저장 모듈의 일측에 배치되어 상기 열매체를 상기 열교환 튜브들에 공급하는 입구 헤더와;
상기 열저장 모듈의 타측에 배치되어 상기 열교환 튜브들을 통하여 상기 열저장 모듈을 통과한 상기 열매체를 배출하는 출구 헤더와;
상기 열저장 모듈의 외부를 감싸서, 외부와 상기 열저장 모듈 사이의 열교환을 차단하는 단열재를 포함하는 열에너지 저장기.
청구항 1에 있어서,
상기 섬유는 그라파이트(Graphite) 섬유를 포함하는 열에너지 저장기.
청구항 2에 있어서,
상기 탄소소재는 그라파이트(Graphite) 섬유를 포함하는 열에너지 저장기.
태양열을 모으는 집열기와;
상기 집열기에 모아진 열을 흡수하는 흡수기와;
상기 흡수기에서 가열된 열매체가 통과하도록 형성되고, 콘크리트에 그라파이트 섬유가 함침된 구조로 이루어져, 상기 열매체의 열을 상기 콘크리트에 저장하는 열에너지 저장기와;
상기 흡수기와 상기 열에너지 저장기를 연결하여, 상기 흡수기에서 가열된 열매체의 열을 상기 열에너지 저장기로 전달하는 열저장 유로와;
상기 열에너지 저장기에 저장된 열을 전달받아 전기를 발생시키는 발전부와;
상기 열에너지 저장기와 상기 발전부를 연결하여, 상기 열에너지 저장기에 저장된 열을 상기 발전부로 전달하는 방열 유로를 포함하며,
상기 열에너지 저장기는,
상기 흡수기에서 가열된 열매체가 통과하는 복수의 열교환 튜브들과;
상기 열저장 모듈의 일측에 배치되어 상기 열저장 유로로부터 유입되는 열매체를 상기 열교환 튜브들에 공급하는 입구 헤더와;
상기 열저장 모듈의 타측에 배치되어 상기 열교환 튜브들을 통하여 상기 열저장 모듈을 통과한 상기 열매체를 상기 흡수기로 배출하는 출구 헤더와;
상기 열저장 모듈의 외부를 감싸서, 외부와 상기 열저장 모듈 사이의 열교환을 차단하는 단열재를 포함하는 태양열 발전 시스템.
태양열을 모으는 집열기와;
상기 집열기에 모아진 열을 흡수하는 흡수기와;
상기 흡수기에서 가열된 용융염이 통과하도록 형성되어, 상기 흡수기에서 가열된 용융염의 열을 저장하는 용융염 저장기와, 상기 용융염 저장기와 병렬로 배치되고 상기 흡수기에서 가열된 열매체가 통과하도록 형성되며 콘크리트에 그라파이트 섬유가 함침된 구조로 이루어져, 상기 열매체의 열을 상기 콘크리트에 저장하는 콘크리트 저장기를 포함하는 열에너지 저장기와;
상기 흡수기의 온도가 미리 설정된 설정 온도 이상이면, 상기 흡수기의 열을 상기 용융염 저장기로 전달하고, 상기 흡수기의 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이면 상기 흡수기의 열을 상기 콘크리트 저장기로 전달하도록 형성된 열저장 유로와;
상기 용융염 저장기와 상기 콘크리트 저장기 중 적어도 하나에 저장된 열을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기와;
상기 용융염 저장기와 상기 콘크리트 저장기 중 적어도 하나에 저장된 열을 전달받아 난방이나 급탕에 사용하는 열수요처를 포함하는 태양열 발전 시스템.
거푸집에 복수의 열교환 튜브들을 배치하는 단계와;
콘크리트와 탄소섬유를 설정 비율로 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계와;
상기 거푸집에 상기 혼합물을 타설하는 단계와;
상기 혼합물이 경화되면 상기 거푸집을 제거하여, 상기 복수의 열교환 튜브들이 삽입된 열저장 모듈을 완성하는 단계와;
상기 열저장 모듈의 일측에 상기 열교환 튜브들의 일단과 연결되는 입구 헤드를 설치하는 단계와;
상기 열저장 모듈의 타측에 상기 열교환 튜브들의 다단과 연결되는 출구 헤더를 설치하는 단계와;
상기 열저장 모듈의 외부를 단열재로 감싸서, 외부와 상기 열저장 모듈 사이의 열교환을 차단하는 단계를 포함하는 열에너지 저장기의 제조방법.