KR101616757B1 - 집중가열이 가능한 태양 자동 추적 집광기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 넓은 면적으로 조사되는 태양광을 한 곳으로 집중하여 가열하도록 장치를 구성함으로써, 높은 온도로 많은 양의 액체 가열이 가능하도록 하는 집중가열이 가능한 태양 자동 추적 집광기에 관한 것이다.
Description
본 발명은 넓은 면적으로 조사되는 태양광을 한 곳으로 집중하여 가열하도록 장치를 구성함으로써, 높은 온도로 많은 양의 액체 가열이 가능하도록 하는 집중가열이 가능한 태양 자동 추적 집광기에 관한 것이다.
화석 연료의 개발과 함께 산업혁명이 시작되면서 인류의 발전 속도는 더욱 가속화되고 있다. 이러한 화석연료는 지금도 여전히 사용되고 있으며 전 세계적으로 소모되는 에너지 중 70% 이상을 이들이 차지하고 있다. 또한 앞으로 커다란 에너지원의 변화가 없는 한 지구상에 매장된 화석연료가 고갈될 때까지 사용될 것이다.
태양광발전을 포함하여 풍력, 태양열, 태양광발전, 바이오매스, 폐기물 에너지 등의 재생에너지와 연료전지, 액화석탄, 수소 에너지 등의 신 에너지 분야에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
태양광 집광기는 태양전지의 변환 효율을 증가시키려는 연구개발이 진행되던 중에 고안되었으며, 변환 효율을 증가시키며 가격경쟁력에서 유리한 광학부품을 사용함으로써 발전단가를 감소시킬 수 있는 방법으로 그 활용방안이 대두되고 있다.
태양광 집광기의 형태와 종류는 다양하다. 프레넬 렌즈(Fresnel lens)를 비롯하여 빛의 굴절을 이용한 렌즈형, 빛의 반사를 이용한 경면처리된 금속판의 반사판형, 반사판과 내부렌즈를 결합한 복합형이 있다.
본 발명의 집광기와 관련하여, 종래 대한민국 등록특허 10-0924300(2009.10.23) '태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치'; 대한민국 등록특허 10-1247221(2013.03.19) '추적방식 태양 광 조명장치의 집광기'; 대한민국 등록특허 10-1304959(2013.09.02) '태양 추적식 집광기와 보조 조명원을 이용한 태양광 조명장치'; 대한민국 등록특허 10-1087553(2011.11.22) '무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈, 그리고 그를 구비하는 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치'; 대한민국 등록특허 10-0924300(2009.10.23) '태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치'; 대한민국 등록특허 10-1093773(등록일자 2011.12.07) '태양광 집광장치'와, 대한민국 등록특허 10-1102893(등록일자 2011.12.29) '지붕설치형 양방향 태양광 추적 집광장치'와, 대한민국 등록특허 10-1251900(등록일자 2013.04.02) '태양광 추적 집광장치'와, 대한민국 공개특허 10-2012-0059711(공개일자 2012.06.11) '집광형 태양전지'에 대한 기술이 개시된 바 있다.
그러나 종래 개시된 기술들의 대부분은 많은 양의 태양광을 효과적으로 이용하기에 부적합하여 에너지 이용률이 낮다는 문제가 있다.
본 발명은 넓은 면적으로 조사되는 태양광을 효율적으로 집광하여 한 지점으로 집중 가열하도록 함으로써, 많은 양의 액체를 단시간에 높은 온도로 가열할 수 있도록 하는 집중가열이 가능한 태양 자동 추적 집광기를 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원판형 및 원통형 프레임이 다수 적층되어 상협하광의 구조를 이루고, 상기 프레임 상에 다수의 볼록렌즈를 방사형으로 배열하여 설치하는 입광부;
상기 입광부 하부에 설치되되, 고리형의 프레임이 중심부를 향하여 반복배열되어 상호 연결구조를 갖는 반사거울 프레임과, 상기 반사거울 프레임 상에 다수로 설치되어 상기 입광부로부터 유입되는 태양광을 반사하는 반사거울을 포함하는 태양광반사부;
상기 태양광반사부를 내부에 수용하여 상기 입광부에 연결된 구조를 이루되, 고리형의 제1 베이스 프레임과, 상기 제1 베이스 프레임의 외측면으로부터 수직방향으로 뻗어 상기 입광부의 저부에 고정되는 다수의 지지기둥과, 상기 제1 베이스 프레임의 외부 양측면으로부터 돌출 형성되는 방위각 프레임 회전핀과, 상기 방위각 프레임 회전핀의 어느 한쪽에 연결 설치되는 방위각 회전용 서버모터와, 상기 제1 베이스 프레임의 내측 중심부에 형성되는 태양광 집중가열통 수납부를 포함하여 상기 입광부의 방위각을 조절하는 방위각 조절부;
상기 태양광 집중가열통 수납부에 설치되어 상기 태양광반사부로부터 반사되어 조사되는 태양광에 의해 내부에 흐르는 액체를 가열하는 태양광 집중가열통;
상기 방위각 조절부의 외측으로 형성되되, 상기 방위각 조절부의 방위각 프레임 회전핀과 양측으로 관통 결합을 이루는 사각형의 제2 베이스 프레임과, 상기 제2 베이스 프레임의 외부 양측면으로부터 돌출 형성되는 고도각 프레임 회전핀과, 상기 고도각 프레임 회전핀의 어느 한쪽에 연결 설치되는 고도각 회전용 서버모터를 포함하여 상기 입광부의 고도각을 조절하는 고도각 조절부;
테이블 형의 프레임 구조로 이루어지되, 상기 고도각 조절부의 고도각 프레임 회전핀과 양측으로 관통 결합을 이루어 입광부, 태양광반사부, 방위각 조절부, 태양광 집중가열통 및 고도각 조절부를 전체적으로 지지하는 역할을 하는 집광기지지부를 포함하여 이루어지는 집중가열이 가능한 태양 자동 추적 집광기를 제공한다.
본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기는 간단한 장치 구성을 통해 넓은 면적으로 조사되는 태양광을 한 곳으로 집중하여 가열하도록 함으로써, 많은 양의 열량 확보가 가능하고, 이로 인해 많은 양의 액체를 높은 온도로 단시간에 가열할 수 있다는 장점을 갖는다.
그리고 태양 위치 자동 추적 기술을 접목시킴으로써, 태양과 지속적으로 직각도를 유지하여 높은 가열효율을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기를 보인 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기를 보인 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기를 보인 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기의 집광 원리도.
도 5는 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기의 고도각(남쪽방향) 회전상태를 보인 측면도.
도 6은 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기의 고도각(북쪽방향) 회전상태를 보인 측면도.
도 7은 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기의 방위각(동쪽방향) 회전상태를 보인 측면도.
도 8은 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기의 방위각(서쪽방향) 회전상태를 보인 측면도.
도 9는 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기가 오전 10시에 방위각, 고도각 회전 상태를 보인 사시도.
도 10은 상기 도 9에 도시된 태양 자동 추적 집광기의 다른 위치상의 사시도.
도 11은 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기가 오후 3시에 방위각, 고도각 회전 상태를 보인 사시도.
도 12는 상기 도 11에 도시된 태양 자동 추적 집광기의 다른 위치상의 사시도.
도 13은 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 방위각 조절부, 고도각 조절부, 집광기지지부 사이의 결합상태를 보인 정면도.
도 14는 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 방위각 조절부, 고도각 조절부, 집광기지지부의 결합상태를 보인 사시도.
도 15는 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 방위각 조절부, 고도각 조절부, 집광기지지부의 상호 결합을 통한 방위각 회전 상태를 보인 사시도.
도 16은 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 방위각 조절부, 고도각 조절부, 집광기지지부의 상호 결합을 통한 방위각, 고도각 회전 상태를 보인 사시도.
도 17은 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 입광부의 볼록렌즈가 탈부착 가능함을 도시한 측단면도.
도 18은 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 반사거울 프레임을 도시한 사시도.
도 19는 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 입광부, 태양광반사부, 태양광 집중가열통을 도시한 측면도.
도 20은 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 태양광반사부의 반사거울과, 상기 반사거울의 각도를 조절하기 위한 반사거울 각도조절기를 도시한 사시도.
도 21은 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 태양광 집중가열통을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기를 보인 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기를 보인 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기의 집광 원리도.
도 5는 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기의 고도각(남쪽방향) 회전상태를 보인 측면도.
도 6은 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기의 고도각(북쪽방향) 회전상태를 보인 측면도.
도 7은 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기의 방위각(동쪽방향) 회전상태를 보인 측면도.
도 8은 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기의 방위각(서쪽방향) 회전상태를 보인 측면도.
도 9는 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기가 오전 10시에 방위각, 고도각 회전 상태를 보인 사시도.
도 10은 상기 도 9에 도시된 태양 자동 추적 집광기의 다른 위치상의 사시도.
도 11은 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기가 오후 3시에 방위각, 고도각 회전 상태를 보인 사시도.
도 12는 상기 도 11에 도시된 태양 자동 추적 집광기의 다른 위치상의 사시도.
도 13은 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 방위각 조절부, 고도각 조절부, 집광기지지부 사이의 결합상태를 보인 정면도.
도 14는 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 방위각 조절부, 고도각 조절부, 집광기지지부의 결합상태를 보인 사시도.
도 15는 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 방위각 조절부, 고도각 조절부, 집광기지지부의 상호 결합을 통한 방위각 회전 상태를 보인 사시도.
도 16은 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 방위각 조절부, 고도각 조절부, 집광기지지부의 상호 결합을 통한 방위각, 고도각 회전 상태를 보인 사시도.
도 17은 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 입광부의 볼록렌즈가 탈부착 가능함을 도시한 측단면도.
도 18은 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 반사거울 프레임을 도시한 사시도.
도 19는 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 입광부, 태양광반사부, 태양광 집중가열통을 도시한 측면도.
도 20은 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 태양광반사부의 반사거울과, 상기 반사거울의 각도를 조절하기 위한 반사거울 각도조절기를 도시한 사시도.
도 21은 본 발명의 태양 자동 추적 집광기를 구성하는 태양광 집중가열통을 도시한 사시도.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기(1)는 원판형 및 원통형 프레임(101, 102)이 다수 적층되어 상협하광의 구조를 이루고, 상기 프레임(101, 102) 상에 다수의 볼록렌즈(103)를 방사형으로 배열하여 설치하는 입광부(10);
상기 입광부(10) 하부에 설치되되, 고리형의 프레임이 중심부를 향하여 반복배열되어 상호 연결구조를 갖는 반사거울 프레임(201)과, 상기 반사거울 프레임(201) 상에 다수로 설치되어 상기 입광부(10)로부터 유입되는 태양광을 반사하는 반사거울(202)을 포함하는 태양광반사부(20);
상기 태양광반사부(20)를 내부에 수용하여 상기 입광부(10)에 연결된 구조를 이루되, 고리형의 제1 베이스 프레임(301)과, 상기 제1 베이스 프레임(301)의 외측면으로부터 수직방향으로 뻗어 상기 입광부(10)의 저부에 고정되는 다수의 지지기둥(302)과, 상기 제1 베이스 프레임(301)의 외부 양측면으로부터 돌출 형성되는 방위각 프레임 회전핀(303)과, 상기 방위각 프레임 회전핀(303)의 어느 한쪽에 연결 설치되는 방위각 회전용 서버모터(304)와, 상기 제1 베이스 프레임(301)의 내측 중심부에 형성되는 태양광 집중가열통 수납부(305)를 포함하여 상기 입광부(10)의 방위각을 조절하는 방위각 조절부(30);
상기 태양광 집중가열통 수납부(305)에 설치되어 상기 태양광반사부(20)로부터 반사되어 조사되는 태양광에 의해 내부에 흐르는 액체를 가열하는 태양광 집중가열통(40);
상기 방위각 조절부(30)의 외측으로 형성되되, 상기 방위각 조절부(30)의 방위각 프레임 회전핀(303)과 양측으로 관통 결합을 이루는 사각형의 제2 베이스 프레임(501)과, 상기 제2 베이스 프레임(501)의 외부 양측면으로부터 돌출 형성되는 고도각 프레임 회전핀(502)과, 상기 고도각 프레임 회전핀(502)의 어느 한쪽에 연결 설치되는 고도각 회전용 서버모터(503)를 포함하여 상기 입광부(10)의 고도각을 조절하는 고도각 조절부(50);
테이블 형의 프레임 구조로 이루어지되, 상기 고도각 조절부(50)의 고도각 프레임 회전핀(502)과 양측으로 관통 결합을 이루어 입광부(10), 태양광반사부(20), 방위각 조절부(30), 태양광 집중가열통(40) 및 고도각 조절부(50)를 전체적으로 지지하는 역할을 하는 집광기지지부(60);를 포함하여 이루어진다.
상기 태양 자동 추적 집광기(1)는 태양광 집광을 위한 태양 위치 추적기술이 적용되며, 이때 태양 위치 추적기술은 일반적으로 통용되고 있는 기술을 사용한다. 즉 추적신호의 생성방식에 따라 태양위치계산에 의해 방위각 및 고도각으로 표시되는 프로그램방식, 태양센서로부터의 입력을 I/O 인터페이스를 통하여 들어오는 센서값을 마이크로프로세서를 사용하여 추적 가능각도를 계산하는 센서방식, 프로그램과 센서를 조합한 혼합방식 중 선택사용한다. 이외에 태양 위치 추적할 수 있는 기술이라면 특별한 제한을 두지 않고 적용가능하며, 이와 같은 기술은 종래 일반적으로 개시된 기술이므로 본 발명에서는 그 구체적인 설명을 생략하도록 한다.
즉, 본 발명에 따른 집광기는 태양 위치 추적기술을 접목시켜 태양과 렌즈가 지속적으로 직각도를 유지하도록 하고, 이와 같은 렌즈를 통해 유입되는 태양광을 효율적으로 집광하여 태양광 집중가열통(40)을 집중적으로 가열하도록 장치 구성을 이룸으로써, 상기 태양광 집중가열통(40) 내로 통과하여 흐르는 많은 양의 액체를 높은 온도로 가열하기에 효과적인 기술을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 기술 구성을 도면과 함께 구체적으로 살펴보고자 한다.
도 4는 본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기의 집광 원리도를 도시한 것으로서, 입광부(10)에 설치되어 있는 다수의 볼록렌즈(103)를 통해 유입되는 태양광은 상기 볼록렌즈(103)의 아래 방향에 위치하고 있는 다수의 반사거울(202)에 조사되고, 이와 같이 조사된 태양광은 반사되어 태양광 집중가열통(40)을 집중적으로 가열하게 된다.
상기 반사거울(202)은 볼록렌즈(103)를 통해 유입되는 태양광이 집중적으로 태양광 집중가열통(40)을 가열할 수 있도록 하기 위하여 반사거울(202)의 각도 조절이 필요하며, 이때 각도조절은 도 4에 도시된 바와 같이, 볼록렌즈(20)와 태양광 집중가열통(50)과의 위치 관계를 고려하여 이루어진다.
이때 한 번의 각도조절이 이루어진 후에는 초기 각도조절 상태를 지속적으로 유지하게 되기 때문에 별도의 반사거울(202) 각도조절을 위한 조작이 불필요하다.
다만, 상기 볼록렌즈(103)의 설치 개수, 위치변경이 있는 경우에는 상황에 맞춰 반사거울(202)의 각도를 조절하면 된다. 그리고 상기 각도조절은 반사거울(202)의 하부에 설치되어 있는 반사거울 각도조절기(203)에 의해 이루어진다.
상기 볼록렌즈(103)의 초점은 렌즈의 위치에 따라 다르나, 항상 태양광 집중가열통(40)의 표면에 일치한다.
이때 태양광 집중가열통(40)의 표면에 닿는 볼록렌즈(103)의 초점은 정확한 초점이 아니라 90%의 초점을 유지하도록 하며 이는 좁은 면적으로 높은 온도로 집광하는 경우보다 태양광 집중가열통(40) 전체에 걸쳐 넓은 면적으로 가열하는 경우에 더 효과적으로 가열할 수 있기 때문이다.
이때 볼록렌즈(103)의 설치 개수는 태양광 집중가열통(40)의 크기에 따라 증감이 가능하며, 볼록렌즈(103) 열의 숫자도 증가시킬 수 있다.
도 5 내지 도 12는 본 발명에 따른 집광기(1)가 태양의 위치에 따라 방위각과 고도각을 달리하면서 이동함을 보인 도면으로서, 계절 및 시간에 따라 태양을 자동 추적하면서 태양과 볼록렌즈(103)가 지속적으로 직각도를 유지할 수 있도록 한다.
이때 방위각(동쪽, 서쪽간), 고도각(남쪽, 북쪽간)의 변화는 방위각 회전용 서버모터(304)와 고도각 회전용 서버모터(503)를 통해 이루어진다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 집광기(1)를 구성하는 방위각 조절부(30), 고도각 조절부(50), 집광기지지부(60)의 결합관계와, 상기 방위각 조절부(30)와 고도각 조절부(50)의 회전방향에 따라 방위각과 고도각의 변화를 효율적으로 이룰 수 있음을 보이고 있다.
상기 방위각 조절부(30)와 고도각 조절부(50)는 태양 위치 추적에 따라 입광부(10)와 태양이 직각도를 유지하도록 방위각 회전용 서버모터(304)와 고도각 회전용 서버모터(503)를 이용하여 회전 구동하게 된다.
상기 방위각 조절부(30)는 상기 입광부(10)의 원판형 프레임(101)의 하부 가장자리를 따라 지지기둥(302)를 통해 결합관계를 유지함으로써, 방위각 조절부(30)의 이동방향에 따라 입광부(10)가 그대로 이동하게 된다.
이와 같은 방위각 조절부(30)는 도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 고리형의 제1 베이스 프레임(301)과, 상기 제1 베이스 프레임(301)의 외측면으로부터 수직방향으로 뻗어 상기 입광부(10)의 저부에 고정되는 다수의 지지기둥(302)과, 상기 제1 베이스 프레임(301)의 외부 양측면으로부터 돌출 형성되는 방위각 프레임 회전핀(303)과, 상기 방위각 프레임 회전핀(303)의 어느 한쪽에 연결 설치되는 방위각 회전용 서버모터(304)와, 상기 제1 베이스 프레임(301)의 내측 중심부에 형성되는 태양광 집중가열통 수납부(305)를 포함하여 이루어지는 것으로서, 입광부(10)의 방위각을 조절하는 기능을 하게 된다.
이때 방위각 조절부(30)는 양측에 형성되어 있는 방위각 프레임 회전핀(303)을 통해 사각 프레임 구조를 이루는 고도각 조절부(50)와 결합을 이룸으로써, 상기 방위각 프레임 회전핀(303)을 회전축으로 하여 동쪽, 서쪽간 방위각 회전을 이루게 된다. 그리고 회전을 이루기 위한 구동력은 태양 위치 추적에 따른 방위각 회전용 서버모터(304)의 작동에 의해 발생하게 된다.
상기 고도각 조절부(50)는 상기 방위각 조절부(30)의 방위각 프레임 회전핀(303)과 양측으로 관통 결합을 이루는 사각형의 제2 베이스 프레임(501)과, 상기 제2 베이스 프레임(501)의 외부 양측면으로부터 돌출 형성되는 고도각 프레임 회전핀(502)과, 상기 고도각 프레임 회전핀(502)의 어느 한쪽에 연결 설치되는 고도각 회전용 서버모터(503)를 포함하여 이루어진다.
이때 상기 고도각 조절부(50)는 양측에 형성되어 있는 고도각 프레임 회전핀(502)을 통해 테이블 구조의 집광기지지부(60)와 결합을 이룸으로써, 상기 고도각 프레임 회전핀(502)을 회전축으로 하여 남쪽, 북쪽간 고도각 회전을 이루게 된다. 그리고 회전을 이루기 위한 구동력은 태양 위치 추적에 따른 고도각 회전용 서버모터(503)의 작동에 의해 발생하게 된다.
결과적으로 상기 입광부(10)는 방위각 조절부(30)와 고도각 조절부(50)를 모두 회전시킴으로써 태양 위치에 따라 방위각과 고도각을 자유자재로 변경할 수 있다.
또한, 방위각 변경만 필요한 경우에는 고도각 조절부(50)의 회전을 중지시킨 상태에서 방위각 조절부(30) 만을 회전시킴으로써 달성되며,
고도각 변경만 필요한 경우에는 방위각 조절부(30)의 회전을 중지시킨 상태에서 고도각 조절부(50) 만을 회전시킴으로써 달성된다.
도 17은 입광부(10)에 설치되는 볼록렌즈(103)가 탈부착 가능함을 도시한 것이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 입광부(10)의 볼록렌즈(103)는 원판형 및 원통형 프레임(101, 102) 상부에 탈부착 방식으로 설치되는 것으로서,
원판형 및 원통형 프레임(101, 102) 상부에는 볼록렌즈(103)와의 결합을 위한 '┗ ┛'의 측단면 형상을 갖는 홈이 형성되고,
상기 홈에 결합시킨 볼록렌즈(103)의 상부 가장자리에 고정판(104)을 위치시킨 후, 고정볼트(105)를 이용하여 상기 고정판(104)을 원판형 및 원통형 프레임(101, 102)에 고정함으로써, 볼록렌즈(103)는 원판형 및 원통형 프레임(101, 102) 상부에 설치된다.
따라서, 상기 볼록렌즈(103)를 교체하고자 하는 경우에는 상기 고정볼트(105)를 푼 후, 볼록렌즈(103)의 상부 가장자리에 설치되어 있는 고정판(104)을 제거한 다음 상기 홈으로부터 상기 볼록렌즈(103)를 제거한 후 새로운 볼록렌즈(103)로 교체하면 된다.
도 18은 태양광반사부(20)를 구성하는 반사거울 프레임(201)을 도시한 것으로서,
상기 반사거울 프레임(201)은 고리형의 베이스 프레임(201a)과, 상기 베이스 프레임(201a) 간의 연결을 이루도록 하는 프레임연결부(201b)와, 상기 베이스 프레임(201a) 상부에 다수로 돌출 형성되는 반사거울 설치가이드부(201c)를 포함하여 이루어진다.
상기 고리형의 베이스 프레임(201a)은 내측 중심부를 향하여 다수로 설치되며, 이때 베이스 프레임(201a)은 내측 중심부에 가까워질수록 점차 직경이 작아지는 형상을 이루게 된다.
그리고 내측과 외측에 형성되는 베이스 프레임(201a) 상호간에는 판형의 프레임연결부(201b)를 통해 연결되어 고정된다.
단, 상기 베이스 프레임(201a)은 도 19에 도시된 바와 같이 중심부에 가까워질수록 베이스 프레임(201a)의 설치높이는 점차 높아져 상기 입광부(10)와 같은 상협하광의 구조를 이루게 된다.
이와 같이 상협하광의 구조를 이루는 이유는 보다 많은 반사거울(202)의 설치를 통해 넓은 면적으로 유입되는 태양광을 최대한 활용하여 태양광 집중가열통(40)을 집중적으로 가열하기에 효과적인 구조를 이루기 때문이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 상협하광의 구조를 이루는 입광부(10) 상부에 설치되어 있는 볼록렌즈(103)를 통해 유입되는 태양광은 입광부(10) 하부에 다수로 설치되어 있는 반사거울(202)에 조사된다.
상기 반사거울(202)은 층 간격을 두어 적층 구조를 이루는 베이스 프레임(201a) 상부에 방사형으로 설치되는 것으로서, 반사거울(202)를 통해 태양광이 한 지점으로 집중되도록 한다.
상기 반사거울(202)은 상기 도 4에서 확인한 바와 같이, 설치 위치에 따라 경사각을 달리하여 입광부(10)를 통해 유입되는 태양광이 태양광 집중가열통(40)에 집중되도록 한다.
도 20은 상기 반사거울(202)의 경사각 조절을 위한 반사거울 각도조절기(203)를 도시한 것이다.
상기 반사거울(202)은 반사거울 설치가이드부(201c)에 형성되어 있는 관통홀을 통해 양측으로 반사거울 회전핀(202a)을 끼워 넣어 반사거울(202)이 반사거울 설치가이드부(201c)와 결합을 이루어 회전되도록 한다.
이때 반사거울(202)의 회전을 통한 각도조절은 반사거울 각도조절기(203)에 의한다.
상기 반사거울 각도조절기(203)는 측단면이 '┏┓' 형상을 이루는 헤드부(203a)와,
상기 헤드부(203a)홈과 결합을 이루되, 회전핀(203a')을 통해 헤드부(203a)와 결합되어 상기 헤드부(203a)가 회전가능하도록 하는 각도조절볼트(203b)와,
상기 각도조절볼트(203b)와 일측이 관통결합되고, 타측이 베이스 프레임(201a)에 고정시켜 상기 각도조절볼트(203b)를 지지하는 각도조절볼트 지지대(203c)와,
상기 각도조절볼트(203b)와 각도조절볼트 지지대(203c)의 관통결합된 부위가 제대로 고정되도록 하기 위하여 설치하는 고정너트(203d)를 포함하여 이루어진다.
도 21은 태양광 집중가열통(40)을 도시한 도면으로서, 태양광 집중가열통(40)은 원판형의 베이스부(401)와,
상기 베이스부(401)에 형성되는 반구형의 보온유리 돔(402)과,
상기 보온유리 돔(402) 내부로 저온 또는 상온의 액체를 공급하고, 상기 보온유리 돔(402) 내부에서 가열된 액체를 유출시켜 순환시키는 액체순환관(403)을 포함하여 이루어진다.
상기 액체순환관(403)은 보온유리 돔(402)의 양측에 형성되어 있어, 일측 액체순환관을 통해 유입된 미가열 액체는 상기 보온유리 돔(402) 내부에서 가열되고, 이와 같이 가열된 액체는 타측 액체순환관을 통해 외부로 배출된다.
이때 상기 보온유리 돔(402)의 내부에는 가열을 더 효과적으로 하기 위하여, 별도의 금속소재 가열통을 설치할 수도 있다.
본 발명에 따른 태양 자동 추적 집광기는 넓은 영역에 걸쳐 조사되는 태양광을 한 곳으로 집중하여 가열하도록 함으로써 많은 양의 액체를 높은 온도로 가열할 수 있어 에너지 효율면에서 뛰어나 산업상 이용가능성이 크다.
1 : 집광기 10 : 입광부
20 : 태양광반사부 30 : 방위각 조절부
40 : 태양광 집중가열통 50 : 고도각 조절부
101: 원판형 프레임 102: 원통형 프레임
103: 볼록렌즈 201: 반사거울 프레임
202: 반사거울 301: 제1 베이스 프레임
302: 지지기둥 303: 방위각 프레임 회전핀
304: 방위각 회전용 서버모터 305: 태양광 집중가열통 수납부
501: 제2 베이스 프레임 502: 고도각 프레임 회전핀
503: 고도각 회전용 서버모터
20 : 태양광반사부 30 : 방위각 조절부
40 : 태양광 집중가열통 50 : 고도각 조절부
101: 원판형 프레임 102: 원통형 프레임
103: 볼록렌즈 201: 반사거울 프레임
202: 반사거울 301: 제1 베이스 프레임
302: 지지기둥 303: 방위각 프레임 회전핀
304: 방위각 회전용 서버모터 305: 태양광 집중가열통 수납부
501: 제2 베이스 프레임 502: 고도각 프레임 회전핀
503: 고도각 회전용 서버모터
Claims (5)
- 원판형 및 원통형 프레임(101, 102)이 다수 적층되어 상협하광의 구조를 이루고, 상기 프레임(101, 102) 상에 다수의 볼록렌즈(103)를 방사형으로 배열하여 설치하는 입광부(10);
상기 입광부(10) 하부에 설치되되, 고리형의 프레임이 중심부를 향하여 반복배열되어 상호 연결구조를 갖는 반사거울 프레임(201)과, 상기 반사거울 프레임(201) 상에 다수로 설치되어 상기 입광부(10)로부터 유입되는 태양광을 반사하는 반사거울(202)을 포함하는 태양광반사부(20);
상기 태양광반사부(20)를 내부에 수용하여 상기 입광부(10)에 연결된 구조를 이루되, 고리형의 제1 베이스 프레임(301)과, 상기 제1 베이스 프레임(301)의 외측면으로부터 수직방향으로 뻗어 상기 입광부(10)의 저부에 고정되는 다수의 지지기둥(302)과, 상기 제1 베이스 프레임(301)의 외부 양측면으로부터 돌출 형성되는 방위각 프레임 회전핀(303)과, 상기 방위각 프레임 회전핀(303)의 어느 한쪽에 연결 설치되는 방위각 회전용 서버모터(304)와, 상기 제1 베이스 프레임(301)의 내측 중심부에 형성되는 태양광 집중가열통 수납부(305)를 포함하여 상기 입광부(10)의 방위각을 조절하는 방위각 조절부(30);
상기 태양광 집중가열통 수납부(305)에 설치되어 상기 태양광반사부(20)로부터 반사되어 조사되는 태양광에 의해 내부에 흐르는 액체를 가열하는 태양광 집중가열통(40);
상기 방위각 조절부(30)의 외측으로 형성되되, 상기 방위각 조절부(30)의 방위각 프레임 회전핀(303)과 양측으로 관통 결합을 이루는 사각형의 제2 베이스 프레임(501)과, 상기 제2 베이스 프레임(501)의 외부 양측면으로부터 돌출 형성되는 고도각 프레임 회전핀(502)과, 상기 고도각 프레임 회전핀(502)의 어느 한쪽에 연결 설치되는 고도각 회전용 서버모터(503)를 포함하여 상기 입광부(10)의 고도각을 조절하는 고도각 조절부(50);
테이블 형의 프레임 구조로 이루어지되, 상기 고도각 조절부(50)의 고도각 프레임 회전핀(502)과 양측으로 관통 결합을 이루어 입광부(10), 태양광반사부(20), 방위각 조절부(30), 태양광 집중가열통(40) 및 고도각 조절부(50)를 전체적으로 지지하는 역할을 하는 집광기지지부(60);를 포함하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 집중가열이 가능한 태양 자동 추적 집광기.
- 청구항 1에 있어서,
태양광반사부(20)의 반사거울 프레임(201)은 다수의 고리형 베이스 프레임(201a)과, 상기 베이스 프레임(201a) 사이를 연결하는 프레임연결부(201b)와, 상기 베이스 프레임(201a) 상부에 다수로 돌출 형성되는 반사거울 설치가이드부(201c)를 포함하는 것으로서,
상기 베이스 프레임(201a)은 내측 중심부를 향하여 점차 직경이 작은 베이스 프레임(201a)이 반복 설치되고, 이와 같이 반복설치된 베이스 프레임(201a) 상호 간에는 프레임연결부(201b)를 통해 고정을 이루되,
중심부에 가까워질수록 베이스 프레임(201a)의 설치높이를 점차 높게 하여 전체 형상의 상협하광의 구조를 이루도록 하는 것임을 특징으로 하는 집중가열이 가능한 태양 자동 추적 집광기.
- 청구항 1에 있어서,
태양광반사부(20)의 반사거울(202)은 반사거울 각도조절기(203)에 의해 각도조절이 이루어지며,
상기 반사거울 각도조절기(203)는 측단면이 '┏┓' 형상을 이루는 헤드부(203a)와,
상기 헤드부(203a)홈과 결합을 이루되, 회전핀(203a')을 통해 헤드부(203a)와 결합되어 상기 헤드부(203a)가 회전가능하도록 하는 각도조절볼트(203b)와,
상기 각도조절볼트(203b)와 일측이 관통결합되고, 타측이 베이스 프레임(201a)에 고정시켜 상기 각도조절볼트(203b)를 지지하는 각도조절볼트 지지대(203c)와,
상기 각도조절볼트(203b)와 각도조절볼트 지지대(203c)의 관통결합된 부위가 제대로 고정되도록 하기 위하여 설치하는 고정너트(203d)를 포함하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 집중가열이 가능한 태양 자동 추적 집광기.
- 청구항 1에 있어서,
태양광 집중가열통(40)은 원판형의 베이스부(401)와,
상기 베이스부(401)에 형성되는 반구형의 보온유리 돔(402)과,
상기 보온유리 돔(402) 내부로 저온 또는 상온의 액체를 공급하고, 상기 보온유리 돔(402) 내부에서 가열된 액체를 유출시켜 순환시키는 액체순환관(403)을 포함하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 집중가열이 가능한 태양 자동 추적 집광기.
- 청구항 1에 있어서,
입광부(10)의 볼록렌즈(103)는 원판형 및 원통형 프레임(101, 102) 상부에 탈부착 방식으로 설치되는 것으로서,
원판형 및 원통형 프레임(101, 102) 상부에는 볼록렌즈(103)와의 결합을 위한 '┗ ┛'의 측단면 형상을 갖는 홈이 형성되고,
상기 홈에 결합시킨 볼록렌즈(103)의 상부 가장자리에 고정판(104)을 위치시킨 후, 고정볼트(105)를 이용하여 상기 고정판(104)을 원판형 및 원통형 프레임(101, 102)에 고정함으로써, 볼록렌즈(103)는 원판형 및 원통형 프레임(101, 102) 상부에 설치되는 것임을 특징으로 하는 집중가열이 가능한 태양 자동 추적 집광기.
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