KR101651667B1

KR101651667B1 - 태양열 집열 장치

Info

Publication number: KR101651667B1
Application number: KR1020160042428A
Authority: KR
Inventors: 조영상
Original assignee: 조영상; 조정희
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2016-08-26
Also published as: WO2017176028A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따라, 태양열 집열 장치가 개시된다. 상기 장치는 적어도 하나의 집광 렌즈를 포함하는 집광부; 및 상기 집광 렌즈를 통해 집열된 태양열을 내부의 유체에 전달함으로써, 상기 유체를 가열하는 가열부를 포함하고, 상기 가열부는 외부로부터 공급되는 상기 유체를 1차 가열하는 예열부 및 상기 예열부로부터 전달되는 유체를 2차 가열하는 가열 패널부를 포함할 수 있다.

Description

태양열 집열 장치{APPRATUS FOR COLLECTING SOLAR HEAT}

본 발명은 태양열 집열 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 집광 렌즈에 의해 집열된 태양열을 이용하여 유체를 효율적으로 가열할 수 있는 태양열 집열 장치에 관한 것이다.

산업의 급속한 발전으로 인해 화석 연료의 사용은 꾸준히 급증하고 있으나, 화석 연료는 천연원료로서 그 매장량이 한정되어 있어, 현재의 사용 추세에 따르면 수십년 내에 연료원이 고갈될 수 있는 위기에 처해 있다. 이로 인해, 근래 대체에너지의 개발이 활발히 추진되고 있는데, 이러한 대체에너지는 상기 화석 연료의 고갈문제에 대한 대응 방안이 될 수 있으며, 또한, 화석 연료 사용에 따른 이산화탄소의 발생을 최소화하여 지구 온난화 방지할 수 있는 훌륭한 대안이 될 수 있다.

대체에너지로는 태양열 에너지, 풍력에너지, 조력에너지 등 자연현상을 이용한 에너지원과, 연료전지, 2차 전지 등 재료의 물성을 이용하는 에너지원 등이 있다. 특히, 이들 중 태양열 에너지를 재활용하는 연구가 꾸준히 이루어지고 있는데, 그 일 분야로서, 태양열을 집열하여 물 등을 가열함으로써, 온수 또는 증기 등을 생산하는 태양열 집열 장치를 들 수 있다. 태양열 집열 장치는 기름, 가스, 전기 등을 연료로 사용하지 않고, 자연 에너지인 태양광을 이용하여 온수 또는 다른 장치를 구동하기 위한 증기를 생성해낼 수 있기 때문에, 상술한 화석 연료의 고갈 문제 및 환경 문제 등을 방지할 수 있게 된다.

이러한 태양열 집열 장치의 일례로서, 대한민국등록실용신안 제20-0242949호(“집광렌즈를 구비한 태양열 집열기”)가 제안된 바 있다. 상기 등록실용신안은 태양광을 집광렌즈를 통해 집광하여 열흡수 파이프에 직접 조사하거나, 열흡수 파이프에 접하도록 부착된 집광 보조판에 조사함으로써, 열흡수 파이프에 포함된 용수를 가열할 수 있도록 구성된 태양열 집열기에 관한 것이다.

그러나, 이러한 태양열 집열 장치의 경우, 외부에 노출된 열흡수 파이프의 표면을 가열하고, 열흡수 파이프의 내면과 접촉되는 유체에 열을 전달하여 유체가 가열되도록 하는 방식으로 가열 효율이 매우 떨어지며, 이로 인해 온수 또는 증기를 생산하는데 소요되는 시간이 길다는 단점을 가지고 있었다.

KR

20-0242949

Y1

본 발명은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 더 구체적으로는 상이한 집광 렌즈에 의해 태양열이 집열되는 예열부 및 가열 패널부를 통해 유체에 대한 2단 가열을 수행함으로써, 가열 효율을 극대화할 수 있는 태양열 집열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

바람직하게는, 상기 집광 렌즈는, 상기 가열 패널부에 태양열을 집열하는 적어도 하나의 제 1 집광 렌즈; 및 상기 제 1 집광 렌즈의 둘레를 따라 배치되어, 상기 예열부에 태양열을 집열하는 적어도 하나의 제 2 집광 렌즈를 포함할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 가열 패널부는 상판의 적어도 일 영역이 상기 제 1 집광 렌즈의 기준 초점에 위치하도록 배치되고, 상기 예열부는 상판의 적어도 일 영역이 상기 제 2 집광 렌즈의 기준 초점에 위치하도록 배치되되, 상기 제 1 집광 렌즈의 초점 거리는 상기 제 2 집광 렌즈의 초점 거리보다 클 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 예열부는 중심부가 관통되는 고리 형상으로 구성될 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 가열 패널부의 상판의 내면에는 상기 가열 패널부 내부의 유체와 직접 접촉됨으로써 집열된 태양열을 상기 유체에 전달하는 적어도 하나의 열전달부가 소정의 간격으로 이격 배치될 수 있다.

또한, 바람직하게는, 제 1 항에 있어서, 상기 가열 패널부는 일 측에 상기 예열부로부터 전달되는 유체를 내부로 유입시키는 유입구가 형성되는 제 1 패널부; 및 상기 제 1 패널부의 상측에 부착되며, 상기 제 1 패널부로부터 전달되는 기화된 유체를 수집하는 제 2 패널부를 포함하고, 상기 제 2 패널부의 중심부에 소정의 관통홀이 형성되어 상기 제 1 패널부의 상판 중 일 영역을 노출시킴으로써, 상기 노출된 일 영역에 태양열이 집열되게 할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 제 1 패널부 및 상기 제 2 패널부는 상호 연통되며, 상기 제 2 패널부의 일 측에는 수집된 상기 기화된 유체를 배출하기 위한 유출구가 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상이한 집광 렌즈에 의해 태양열이 집열되는 예열부 및 가열 패널부를 통해 유체에 대한 2단 가열을 수행함으로써, 가열 효율을 높임과 동시에 온수, 증기 등의 생산 속도를 증대할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 집열된 태양열을 전달하는 열전달부가 유체에 직접 접촉하도록 함으로써, 대기 등으로의 열 손실을 최소화하여 가열 효율을 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 태양광 추적부를 통해, 집광 렌즈에 대한 태양광의 입사 각도를 자동 제어함으로써, 집광 및 집열 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 집광부를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 예열부를 도시한다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 가열 패널부 및 가열 패널부의 상판을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 집광부를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 예열부를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 가열 패널부를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 동작을 예시적으로 도시한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치를 도시하고, 도 2는 태양열 집열 장치의 집광부를 도시한다. 또한, 도 3은 태양열 집열 장치의 예열부를 도시하고, 도 4a 및 도 4b는 태양열 집열 장치의 가열 패널부 및 이의 상판을 도시한다.

도시되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치(1000)는 집광부(100) 및 가열부(200, 300)를 포함할 수 있다.

집광부(100)는 입사되는 태양광을 굴절시켜 가열부(200, 300)의 소정의 영역 에 집광하기 위한 것으로서, 적어도 하나의 집광 렌즈(110, 120)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 집광부(100)는 중심부에 구비되는 제 1 집광 렌즈(110)와 이러한 제 1 집광 렌즈(110)의 둘레를 따라 배치되는 적어도 하나의 제 2 집광 렌즈(120)로 구성될 수 있다. 이러한 제 1 집광 렌즈(110) 및 제 2 집광 렌즈(120)는, 이하 상술되는 바와 같이, 가열 패널부(300) 및 예열부(200)의 상판에 각각 태양광을 집광하게 된다.

제 1 집광 렌즈(110) 및 제 2 집광 렌즈(120)는 프레즈널(fresnel) 렌즈, 볼록 렌즈 등으로 구성될 수 있으며, 렌즈의 직경, 굴절률 등의 물리적인 특성에 따라 고유의 기준 초점 및 초점 거리를 가지도록 구현될 수 있다. 특히, 제 1 집광 렌즈(110)의 직경을 제 2 집광 렌즈(120)보다 소정의 비율만큼 크게 구성함으로써, 제 1 집광 렌즈(110)의 초점 거리를 제 2 집광 렌즈(120)보다 길게 함과 동시에 보다 많은 태양광을 가열 패널부(300)에 집광할 수 있도록 구현될 수 있다. 여기서 기준 초점은 태양광이 집광 렌즈(110, 120)에 수직 입사될 때(즉, 태양광의 입사 각도가 0°일 때), 집광 렌즈(110, 120)를 투과한 태양광이 집중되는 가상의 점을 지칭할 수 있으며, 초점 거리는 집광 렌즈(110, 120)로부터 기준 초점까지의 거리를 지칭할 수 있다.

한편, 실시예에 따라, 집광부(100)의 전면 및 후면에는 보호 커버가 더 부착될 수 있다. 보호 커버는, 바람직하게는, 투광 필름 재질로 구현될 수 있으며, 집광 렌즈(110, 120)가 직접 외부 환경에 노출되지 않도록 함으로써, 집광 렌즈(110, 120)를 이물질 등으로부터 보호하는 역할을 수행할 수 있다.

가열부(200, 300)는 집광 렌즈(110, 120)를 통해 집광된 태양광으로 인하여 발생(또는, 집열)되는 열(즉, 태양열)을 이용하여 내부의 유체를 가열할 수 있다. 여기서 유체는 물, 기름 등의 소정의 열용량 및 끓는점을 가지며, 상온에서 액체 상태인 물질로 구성될 수 있다.

가열부(200, 300)는 예열부(200) 및 가열 패널부(300)로 구성될 수 있다.

예열부(200)는 외부로부터 전달된 유체를 1차적으로 가열할 수 있다. 구체적으로, 예열부(200)는 집광부(100)로부터 제 2 집광 렌즈(120)의 초점 거리만큼 이격 배치되어, 상판의 적어도 일 영역이 제 2 집광 렌즈(120)의 기준 초점에 위치하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제 2 집광 렌즈(120) 각각에 의해 굴절된 태양광은 예열부(200)의 상판의 적어도 일 영역에 집광될 수 있으며, 예열부(200)는 태양광에 의해 집열된 열을 내부의 유체에 전달함으로써, 유체에 대한 1차적 가열을 수행할 수 있다. 예열부(200)를 통해 1차적으로 가열된 유체의 온도는 20 내지 50°C일 수 있다.

예열부(200)는 제 1 집광 렌즈(110)에 의해 가열 패널부(300)에 집광되는 태양광의 경로를 차단하지 않도록 중심부가 관통된 사각형 또는 원형의 고리 형상으로 구현 또는 배치될 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 예열부(200) 상판의 내면에는 내부의 유체와 직접 접촉되어 태양열을 유체에 전달하기 위한 소정의 열전달부(미도시)가 내측을 향하여 돌출 형성될 수 있다.

예열부(200)의 측면 중 적어도 하나에는 외부로부터 유체를 공급받기 위한 유입구(210)와 1차 가열된 유체를 배출하기 위한 유출구(220)가 형성될 수 있다. 이러한 유입구(210) 및 유출구(220)는, 바람직하게는, 예열부(200)의 동일 측면에 나란히 형성될 수 있다. 또한, 예열부(200) 내부의 유입구(210)와 유출구(220) 사이 영역에는 유입구(210)에서 유출구(220)로의 유체 흐름을 차단하기 위한 소정의 차단 벽이 형성될 수 있다. 이를 통해, 유입구(210)를 통해 내부로 유입된 유체가 바로 유출구(220)를 통해 배출되지 않고, 유출구(220)의 반대 방향으로 일 방향으로 회전하도록 하여 예열부(200) 내부에서의 유체의 체류 시간을 증대시킴으로써, 유체에 대한 최소한의 가열 시간을 확보할 수 있게 된다. 한편, 유출구(220)로부터 배출되는 1차 가열된 유체는 튜브 등을 통해 가열 패널부(300)로 전달될 수 있다.

가열 패널부(300)는 예열부(200)로부터 전달되는 유체에 대한 2차적 가열을 수행할 수 있다. 구체적으로, 가열 패널부(300)는 집광부(100)로부터 제 1 집광 렌즈(110)의 초점 거리만큼 이격 배치되어, 상판의 적어도 일 영역(특히, 중심 영역)이 제 1 집광 렌즈(110)의 기준 초점에 위치하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제 1 집광 렌즈(110)에 의해 굴절된 태양광은 상판의 적어도 일 영역에 집광될 수 있으며, 가열 패널부(300)는 태양광에 의해 집열된 열을 내부의 유체에 전달함으로써, 유체에 대한 2차적 가열을 수행할 수 있다. 이때, 제 1 집광 렌즈(110)는 제 2 집광 렌즈(120)에 비해 높은 집광/집열 효율을 갖기 때문에, 가열 패널부(300)는 내부의 유체를 100°C 이상으로 가열할 수 있게 된다.

가열 패널부(300)는 소정의 두께를 가지는 판 형상으로 구현될 수 있으며, 태양광이 집광되는 상판의 내면에는 복수의 열전달부(330)가 소정의 간격으로 이격 배치될 수 있다. 이러한 열전달부(330)가 내측을 향하여 돌출되도록 구성되어 내부의 유체와 직접 접촉됨으로써, 집열된 태양열을 유체에 신속/효율적으로 전달할 수 있게 된다. 열전달부(330)는, 도 4b에 도시되는 바와 같이, 가열 패널부(300)의 상판에 부착되는 제 1 판(332)과 이에 수직으로 결합되는 제 2 판(334)으로 구성될 수 있다. 제 1 판(332) 및 제 2 판(334)은 각각 소정의 길이 및 두께를 가지는 판 형상으로 구성될 수 있으며, 제 1 판(332)과 제 2 판(334)의 결합은 제 2 판(334)의 체결홈에 제 1 판(332)의 일부가 삽입되는 끼움 결합 방식으로 수행될 수 있다. 하나의 제 1 판(332)에 다수의 제 2 판(334)이 결합됨으로써 유체와의 접촉 면적을 보다 극대화할 수 있으며, 이를 통해, 집열된 태양열을 보다 효과적으로 유체에 전달할 수 있게 된다.

가열 패널부(300)의 측면 중 적어도 하나에는 외부로부터 유체를 공급받기 위한 유입구(310)와 2차 가열된 유체를 외부로 배출하기 위한 유출구(320)가 형성될 수 있다. 이때, 유출구(320)를 통해 배출되는 유체는 액체 또는 기체(예를 들어, 온수 또는 증기) 상태로서, 용수로 직접 이용되거나, 외부의 다른 장치(예를 들어, 전기 생산을 위한 증기 터빈 등)에 구동력을 전달하는 매체로 이용될 수 있다.

예열부(200) 및 가열 패널부(300)는 내부식성을 가진 금속 재질로 구현될 수 있으며, 바람직하게는, 구리, 알루미늄 또는 스테인리스(stainless) 재질로 구현될 수 있다. 한편, 실시예에 따라, 태양광이 집광되는 상판을 제외한 나머지 영역은 스티로폼 등의 단열 재질로 감싸지도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 외부로의 열 손실을 최소화함으로써, 유체에 대한 가열 효율을 증대할 수 있게 된다.

다만, 이러한 예열부(200) 및 가열 패널부(300)의 구성 및 재질은 예시적인 것으로서, 본 발명이 적용되는 실시예에 따라, 다양한 구성 및 재질로 변형될 수 있다. 또한, 설명의 편의상 도시되어 있지는 않으나, 태양열 집열 장치(1000)는 외부의 유체 공급원, 예열부(200), 가열 패널부(300) 등을 상호 연결하고 유체를 이송하기 위한 튜브 등의 구성을 더 포함할 수 있으며, 예열부(200) 및 가열 패널부(300)의 유입구(210, 310) 및 유출구(220, 320)에는 유체 공급량 또는 배출량을 조절하기 위한 조절 밸브가 더 결합될 수 있다.

일 실시예에서, 태양열 집열 장치(1000)는 태양광 추적부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 태양광 추적부는 태양 감지부 및 구동부로 구성될 수 있다. 태양 감지부는 태양광의 입사 여부 및 태양의 현재 위치를 감지하기 위한 것으로서, 당해 분야에서 알려진 다양한 감지 장치를 이용하여 구현될 수 있다. 구동부는 태양 감지부의 감지 결과에 따라, 집광부(100)가 감지된 태양의 위치를 향하도록 태양열 집열 장치(1000)의 적어도 일부를 회전시킬 수 있다. 이때, 구동부는 전기 모터 등의 1 이상의 구동 수단과 상기 구동 수단의 동작을 제어하기 위한 제어 모듈로 구현될 수 있다. 이러한 태양광 추적부를 통해, 집광 렌즈(110, 120)에 대한 태양광의 입사각을 소정의 범위(바람직하게는, 0°) 내로 유지함으로써, 태양열 집열 장치(1000)의 집열 효율을 보다 증대시킬 수 있게 된다.

또한, 일 실시예에서, 태양열 집열 장치(1000)는 태양광으로부터 전력을 생산하기 위한 전력 생성부(미도시)가 더 구비될 수 있다. 이러한 전력 생성부는 소정의 크기의 태양광 패널부 및 생산된 전력을 저장하기 위한 배터리부로 구성될 수 있다. 이때, 태양광 패널부는 당해 분야에서 알려진 다양한 태양광 패널을 통해 구현될 수 있다. 전력 생성부에 의해 생산 및 저장된 전력은 태양열 집열 장치(1000)에 포함된 다양한 전기 장치(특히, 태양광 추적부)를 구동하기 위한 전원으로 활용될 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 집광부를 도시한다.

도 5를 참조하면, 집광부(500)는 2 이상의 제 1 집광 렌즈(510-1, 2)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 제 1 집광 렌즈(510-1, 2) 각각의 둘레를 따라, 적어도 하나의 제 2 집광 렌즈(520-1, 2)가 환형 배치될 수 있다. 이 경우, 예열부(200) 및 가열 패널부(300)는 제 1 집광 렌즈(510-1, 2)의 개수에 대응하여 복수 개로 구비될 수 있으며, 하나의 예열부(200)에 하나의 가열 패널부(300)가 튜브 등을 통해 각각 상호 연결되어, 유체를 전달받도록 구현될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 태양열 집열 장치는 온수 또는 증기의 생산량 및 생산 속도를 보다 증대시킬 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 예열부(횡 단면도)를 도시한다.

도 6을 참조하면, 예열부(600)에는 유체를 예열부(600) 내부에서 일 방향으로 이동시키기 위한 유로(630)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 이러한 유로(630)는 예열부(600)의 유입구(610)로부터 유출구(620)까지 유체 연통되도록 연장 형성되되, 도 6에서 도시되는 바와 같이, 예열부(600)의 적어도 일 영역에서 일 방향과 반대 방향을 반복하여 왕복하는 지그재그(zigzag) 형태를 이루도록 구현됨으로써, 유로(630)의 총 길이가 소정의 길이 이상이 되도록 구성될 수 있다. 이러한 형태의 유로(630)를 통해, 태양열 집열 장치(1000)는 예열부(600) 내부에서의 유체의 체류 시간이 소정 이상이 되도록 최소 잔류 시간을 확보함으로써, 유체의 가열을 위한 시간을 보다 증대시킬 수 있게 된다.

한편, 예열부(600)는 복수의 단위 블록(640)을 결합함으로써, 구성될 수 있다. 이때, 각각의 단위 블록(640)의 내부에는 일부 유로(630)가 형성되며, 상기 결합을 통해 각각의 유로(630)가 유체 연통될 수 있게 된다. 이때, 각 모서리에 배치되는 2개의 단위 블록(640)은 연결 튜브(650)를 통해 상호 결합되도록 구현될 수 있다. 이와 같이, 단위 블록(640)의 결합을 통해 예열부(600)를 구성함으로써, 태양열 집열 장치(1000) 및/또는 집광부(100)의 크기에 적합하도록 예열부(600)의 크기를 용이하게 확장할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 가열 패널부를 도시한다.

도 7을 참조하면, 가열 패널부(700)는 2층 구조를 가지도록 구현될 수 있다. 구체적으로, 가열 패널부(700)는 제 1 패널부(800)의 상측에 제 2 패널부(900)가 결합됨으로써, 2층 구조를 형성하게 된다.

제 1 패널부(800)는 도 1 내지 도 4b를 참조하여 상술한 가열 패널부(300)와 동일하게 구성되어, 예열부(200)로부터 전달되는 유체를 상판의 일 영역에 집열되는 태양열을 통해 가열할 수 있다. 한편, 제 2 패널부(900)는 제 1 패널부(800)와 소정의 연결공을 통해 유체 연통하도록 구성되며, 제 1 패널부(800)에서 가열에 의해 기화된 유체를 전달받아 수집할 수 있다. 제 2 패널부(900)의 중심부에는 소정의 관통홀(740)이 형성될 수 있다. 이러한 관통홀(740)을 통해 제 1 패널부(800)의 상판 중 일 영역이 노출됨으로써 제 1 집광 렌즈(110)에 의해 굴절되는 태양광이 노출된 영역에 집광되며, 이를 통해, 집열된 태양열은 상판에 결합된 열전달부에 의해 제 1 패널부(800) 내부의 유체에 전달될 수 있다.

한편, 제 1 패널부(800) 및 제 2 패널부(900)의 일 측면에는 예열부(200)로부터 전달되는 유체를 유입시키기 위한 유입구(710)와 기화된 유체를 외부로 배출하기 위한 유출구(720)가 각각 형성될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 동작을 예시적으로 도시한다.

도 8을 참조하여, 태양열 집열 장치(1000)의 동작을 정리하면 다음과 같다.

집광부(100)에 태양광이 수직으로 입사하면, 제 1 집광 렌즈(110)에 의해 굴절된 태양광은 가열 패널부(300)의 상판에 집광되고, 제 2 집광 렌즈(120)에 의해 굴절된 태양광은 예열부(200)에 집광된다. 한편, 외부로부터 예열부(200)로 공급된 유체는 제 2 집광 렌즈(120)를 통해 상판에 집열된 태양열을 전달받아, 예를 들어, 20 내지 50°C까지 1차 가열될 수 있다. 예열부(200)에서 1차 가열된 유체는 튜브 등을 통해 연결된 가열 패널부(300)로 전달될 수 있다. 가열 패널부(300)로 전달된 유체는 제 1 집광 렌즈(110)를 통해 상판에 집열된 태양열을 전달받아, 예를 들어, 100°C 이상으로 2차 가열될 수 있다.

한편, 온수 또는 증기 등의 형태로 사용되기 위해 가열 패널부(300)로부터 유체가 배출됨에 따라, 예열부(200) 내부의 유체가 튜브를 통과하여 가열 패널부(300)로 이동되며, 또한, 이에 따라, 외부로부터 유체가 추가적으로 공급되어 예열부(200) 내부에 새롭게 채워지게 된다. 이러한 방식을 통해, 태양열 집열 장치(1000)는 거의 연속적으로 온수 또는 증기 등의 형태로 가열된 유체를 지속적으로 생산할 수 있게 된다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100, 500 집광부 110, 510-1, 2 제 1 집광 렌즈
120, 520-1, 2 제 2 집광 렌즈 200, 600 예열부
210, 310, 610, 710 유입구 220, 320, 620, 720 유출구
300, 700 가열 패널부 330 열전달부
332 제 1 판 334 제 2 판
640 단위 블록 650 연결 튜브
740 관통홀 800 제 1 패널부
900 제 2 패널부 1000 태양열 집열 장치

Claims

태양열 집열 장치로서,
적어도 하나의 집광 렌즈를 포함하는 집광부; 및
상기 집광 렌즈를 통해 집열된 태양열을 내부의 유체에 전달함으로써, 상기 유체를 가열하는 가열부를 포함하고,
상기 가열부는 외부로부터 공급되는 상기 유체를 1차 가열하는 예열부 및 상기 예열부로부터 전달되는 유체를 2차 가열하는 가열 패널부를 포함하고,
상기 가열 패널부는
일 측에 상기 예열부로부터 전달되는 유체를 내부로 유입시키는 유입구가 형성되는 제 1 패널부; 및
상기 제 1 패널부의 상측에 부착되며, 상기 제 1 패널부로부터 전달되는 기화된 유체를 수집하는 제 2 패널부를 포함하고,
상기 제 2 패널부의 중심부에 소정의 관통홀이 형성되어 상기 제 1 패널부의 상판 중 일 영역을 노출시킴으로써, 상기 노출된 일 영역에 태양열이 집열되게 하는, 태양열 집열 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 집광 렌즈는,
상기 가열 패널부에 태양열을 집열하는 적어도 하나의 제 1 집광 렌즈; 및
상기 제 1 집광 렌즈의 둘레를 따라 배치되어, 상기 예열부에 태양열을 집열하는 적어도 하나의 제 2 집광 렌즈를 포함하는, 태양열 집열 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 가열 패널부는 상기 제 1 패널부의 상기 노출된 일 영역이 상기 제 1 집광 렌즈의 기준 초점에 위치하도록 배치되고, 상기 예열부는 상판의 적어도 일 영역이 상기 제 2 집광 렌즈의 기준 초점에 위치하도록 배치되되,
상기 제 1 집광 렌즈의 초점 거리는 상기 제 2 집광 렌즈의 초점 거리보다 큰, 태양열 집열 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 예열부는 중심부가 관통되는 고리 형상으로 구성되는, 태양열 집열 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 패널부의 상판의 내면에는 상기 가열 패널부 내부의 유체와 직접 접촉됨으로써 집열된 태양열을 상기 유체에 전달하는 적어도 하나의 열전달부가 소정의 간격으로 이격 배치되는, 태양열 집열 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 패널부 및 상기 제 2 패널부는 상호 연통되며, 상기 제 2 패널부의 일 측에는 수집된 상기 기화된 유체를 배출하기 위한 유출구가 형성되는, 태양열 집열 장치.