KR101956211B1

KR101956211B1 - 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스 및 이로부터 형성된 발전소 보일러 태양 물 가열 공급 시스템

Info

Publication number: KR101956211B1
Application number: KR1020177007777A
Authority: KR
Inventors: 이롱 첸; 슈추안 후; 얀펭 장
Original assignee: 종잉 창지앙 인터내셔널 뉴 에너지 인베스트먼트 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2019-03-08
Also published as: AP2017009825A0; US20170159945A1; SG11201701348YA; BR112017003615A2; KR20170044182A; RU2017109301A; JP6309172B2; CN104197310A; RU2017109301A3; ZA201701932B; EP3184931A4; AU2015305171B2; CA2958917A1; JP2017525933A; CN104197310B; WO2016026351A1; MX2017002336A; AU2015305171A1; EP3184931A1

Abstract

본 발명은 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스와 발전소 보일러(1)의 태양 물 가열 공급 시스템에 관한 것이다. 태양 물 가열 공급 시스템은 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스로 형성되어 있다. 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스는 적어도 하나의 분자체 열 저장 베드(18) 및 열 저장 물 탱크(17)를 구비한다. 분자체 열 저장 베드(18)는 원통 열 저장 베드 외부 케이싱(18.1)을 구비하고, 다수의 열 저장 튜브(18.5)는 열 저장 베드 외부 케이싱(18.1) 내부에 제공된다. 각각의 열 저장 튜브(18.5)는 메쉬를 가진 금속 튜브(18.5.1) 및 메쉬를 가진 금속 튜브(18.5.1)의 표면에 부착된 흡수제층(18.5.2)으로 형성되고, 열 저장을 위해 사용된다. 흡수제층(18.5.2) 내의 흡수제 물질은 작동 매체 쌍으로서 작용하기 위해 물과 함께 쌍을 이룰 수 있는 분자체 흡수제 물질이다. 시스템은 발전소 보일러(1)의 보조 연료로서 태양 에너지의 완전한 이용을 가능하게 하고, 보일러(10)의 정상 운전은 태양 에너지의 불안정성, 단속성 등에 의해 영향을 받지 않고, 발전소 비용이 현저히 감소된다.

Description

태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스 및 이로부터 형성된 발전소 보일러 태양 물 가열 공급 시스템{Solar water heating auxiliary heat storage device and power plant boiler solar water heating supply system formed thereof}

본 발명은 발전소의 보일러용 물 공급 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스 및 이를 구비하는 태양 물 가열 보조 공급 시스템에 관한 것이다.

현재 세계의 에너지는 매우 부족하고, 보일러 특히, 대규모의 발전소 보일러는 석탄, 천연 가스, 및 바이오매스를 포함하는 다양한 종류의 에너지들을 다량으로 소모한다. 특성의 불안정성과 단속성 때문에, 태양 에너지는 보일러 연료의 지위에 포함되지 못하고 있다. 과학이 발전함에 따라, 중간-온도의 태양열 수집기들이 개발되고 열 저장 기술 또한 개선됨으로써 태양 에너지는 보조 연료 보일러로 가능하게 되었다.

바이오매스 발전소들을 예로 들면, 보일러용 보조 연료로서 태양 에너지는 바이오매스 발전소들을 위해 특히 중요하다. 현재의 바이오매스 발전소들의 용량은 대부분 30 내지 50MW로서 크지 않고, 심지어 태양 에너지가 연료의 1/3을 보충하기 때문에 경제적인 이점들이 상당하다. 30MW의 바이오매스 발전소들을 예로 들면, 태양 에너지 보충이 연료의 1/3에 도달하면, 대략 31.5백만 RMB인, 대략 7만톤의 바이오매스 연료가 절약된다. 또한, 태양 에너지 보충이 연료의 1/3이 될 필요가 있기 때문에, 태양 에너지 디바이스를 위한 점유 면적이 크지 않으므로 운전 가능하다.

전술한 문제점들을 고려하여, 본 발명의 하나의 목적은 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스 및 이를 구비하는 태양 물 가열 보조 공급 시스템을 제공하는 것이다. 태양 에너지는 발전소의 보일러의 보충 연료로서 완전히 이용되고, 보일러의 운전이 태양 에너지의 불안정성과 단속성에 의해 영향을 받지 않으므로, 발전소의 제조 원가를 현저하게 감소시킨다.

본 발명의 기술적 구도(scheme)는 다음과 같다.

태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스는 적어도 하나의 분자체(molecular sieve) 열 저장 베드 및 열 저장 물 탱크를 구비한다. 분자열(molecular heat) 저장 베드는 분자열 저장 베드의 원통 하우스 및 분자열 저장 베드의 하우스 내에 배치된 다수의 열 저장 파이프들을 구비한다. 열 저장 파이프는 소실(areolae)을 가진 금속 파이프들 및 열 저장용 소실을 가진 금속 파이프들의 각각의 표면 상에 부착된 흡수제(absorbent)층에 의해 형성된다. 흡수제층 내의 흡수제 물질은 열 저장 작동 매체로서 물과 매칭하도록 구성된 분자체 흡수제 물질이다. 열 저장 베드의 하우스의 2개의 끝단들 모두는 실링(sealing) 밸브들을 가지도록 구성되고 각각 공기 파이프들을 통해 공기 예열기의 공기 입구와 공구 출구에 연결된다. 열 저장 베드의 하우스의 일단의 사이드는 열 저장 물 탱크의 물 출구에 연결하기 위한 물 입구를 가지도록 구성되고, 열 저장 베드의 하우스의 타단의 사이드는 연속되는 설비로 온수를 출력하기 위한 물 출구를 가지도록 구성된다.

전술한 기술적 해결책에서, 흡수제층은 양호한 열전도성을 가진 금속 파우더에 흡수제 물질을 혼합함으로써 형성되거나 흡수제 물질은 화학적 중합(polymerization)을 이용하여 준비된 흡수제 물질을 사용한다.

전술한 기술적 해결책에서, 흡수제층 내의 흡수제 물질은 실리카겔, 천연 제올라이트, 인공 제올라이트, 칼슘 클로라이드, 또는 복합 흡수제 물질을 이용한다.

전술한 기술적 해결책에서, 흡수제층 내의 흡수제 물질은 인공 제올라이트 13X 분자체이다.

전술한 기술적 해결책에서, 가열 저장 베드의 하우스는 폴리우레탄 절연층으로 샌드위치된 스틸 플레이트들의 이중층에 의해 형성된다.

태양 물 가열 보조 공급 시스템은 전술한 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스를 구비하고, 시스템은: 컨덴서, 응축물 펌프, 샤프트 실링 히터, 다단 저압 히터들, 탈기기, 및 터빈의 가스 출구들에 각각 연결된 다단 고압 히터들을 구비한다. 최종단 고압 히터는 보일러의 물 입구에 연결된다. 물 파이프들은 밸브들과 물 펌프들을 가지도록 구성되고, 공기 파이프들은 밸브들과 블로어 팬들을 가지도록 구성된다. 시스템은: 중간-온도 태양열 수집기, 이차 태양 히터, 및 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스를 더 구비한다.

중간-온도 태양열 수집기의 물 입구는 샤프트 실링 히터의 물 출구에 연결되고, 중간-온도 태양열 수집기의 물 출구는 최종단 저압 히터의 물 입구에 연결된다.

이차 태양 히터의 물 입구는 중간-온도 태양열 수집기의 물 출구에 연결되고, 이차 태양 히터의 물 출구는 최종단 저압 히터의 물 입구, 1단 고압 히터의 물 입구, 및 공기 예열기의 물 입구에 연결된다.

공기 예열기의 물 출구는 중간-온도 태양열 수집기의 물 입구에 연결된다. 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스의 분자체 열 저장 베드의 물 출구는 최종단 저압 히터의 물 입구에 연결된다.

전술한 기술적 해결책에서, 중간-온도 태양열 수집기는 100℃를 넘는 열 수거 온도를 가진 진공 태양열 수집기이다.

전술한 기술적 해결책에서, 이차 태양 히터는 슈트(chute)-타입 태양열 수집기 또는 CPC 열 수집기이다.

전술한 기술적 해결책에서, 이차 태양 히터의 물 출구는 흡수 타입 냉동기에 더 연결되고, 흡수 타입 냉동기의 물 출구는 중간-온도 태양열 수집기의 물 입구에 연결된다.

전술한 기술적 해결책에서, 흡수 타입 냉동기는 리튬 브롬화물 냉동기이다.

선행기술과 비교하여, 본 발명의 장점들은 다음과 같이 요약된다.

1) 태양 진공 튜브 수집기는 150℃ 이상의 온도의 온수 또는 태양 조사 강도(irradiation intensity)가 충분(>600w/m²)할 때 0.2 메가파스칼 압력의 스팀을 준비하기 위한 일차 가열 디바이스로서 사용되고, 온수 또는 스팀은 보일러의 물을 보충하기 위해 물 펌프에 의해 저압 히터로 직접 전송될 수 있다.

2) 이차 태양 가열기는 물 온도를 더 개선하기 위해 사용되고, 이것은 에너지를 절약할 뿐만 아니라 태양 조사 강도가 상대적으로 낮을 때 태양 에너지의 활용을 보장한다. 태양 조사 강도가 충분히 높을 때, 이차 태양 히터는 물을 150℃ 이상의 온도로 가열할 수 있고, 그러면 가열된 물은 보일러의 물 공급을 보충하기 위해 고압 히터로 직접 도입된다.

3) 시스템의 핵심 디바이스는, 본 발명의 혁신적인 다비이스인, 분자체 가열 저장 베드이다. 분자체 가열 저장 베드는 열 흡수와 열 저장을 위해 분자체를 이용하고 큰 열 저장 용량을 가지고 시스템의 연속적인 열 공급을 보장하는 핵심 디바이스이다. 한편으로, 분자체 열 저장 베드는 높은 수준의 열량을 보존하기 위해 이차 태양 가열기에 의해 가열된 고온의 물을 이용할 수 있고, 다른 한편으로, 야간 동안 또는 태양 조사가 상대적으로 낮을 때, 분자체 열 저장 베드는 물 온도를 더 개선하기 위해 열 저장 물 탱크로부터 방출되는 온수를 가열할 수 있으므로, 공급되는 온수의 품질과 연속성을 보장한다. 게다가, 분자체 열 저장 베드는 온도 증가의 큰 규모, 큰 열 저장 용량, 양호한 열 보존 성능, 낮은 제조비 면에서 또한 유용하다.

4) 태양 에너지의 완전한 이용에 부가하여, 본 발명은 또한 작동 매체로서 기능하는 발전소의 가스 배출로부터 응축물로서 발전기의 배기열을 완전히 이용한다.

5) 시스템에 의해 공급되는 물은 상대적으로 높은 온도를 가지기 때문에, 흡수제 냉동기의 열원으로서 또한 사용될 수 있으므로, 물 가열 시스템을 위한 사용의 다중-경로를 제공한다.

6) 이차 태양 히터는 물 가열 시스템이 상대적으로 높은 수준의 열량을 얻게 하고, 이 과정에서, 분자체 열 저장 디바이스는 시스템의 연속적인 작동을 보장하기 위해 사용된다. 큰 투자비가 필요하고 복합적인 작업 공정들을 가진 용융염 열 저장 시스템과 비교하여, 본 발명의 열 저장 디바이스는 훨씬 저렴하고 온도 증가의 큰 규모, 큰 열 저장 용량, 및 뛰어난 절연 성능의 관점에서 유용하므로, 발전소의 보일러의 보조 물 가열 공급 시스템에 적응될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 물 가열 보조 공급 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 분자체 열 저장 베드의 구성도이다.
도 3은 도 1의 A-A 부분을 취한 단면도이다.
도 4는 도 2 및 도 3의 열 저장 파이프의 횡단면도이다.
도 5는 도 1의 작동 원리를 설명하는 다이어그램이다.

이하, 본 발명의 특정 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스는 적어도 하나의 분자체 열 저장 베드와 열 저장 물 탱크(17)를 구비한다. 분자 열 저장 베드(18)는 분자 열 저장 베드의 원통 하우스(18.1) 및 분자 열 저장 베드의 하우스(18.1) 내에 배치된 다수의 열 저장 파이프들(18.5)을 구비한다. 열 저장 파이프(18.5)는 소실을 가진 금속 파이프들(18.5.1) 및 열 저장의 목적을 위해 소실을 가진 금속 파이프들(18.5.1)의 각각의 표면에 부착된 흡수제층(18.5.2)에 의해 형성된다. 흡수제층(18.5.2) 내의 흡수제 물질은 열 저장 작동 매체로서 물과 매칭하도록 구성된 분자체 흡수제 물질이다. 열 저장 베드의 하우스(18.1)의 2개의 끝단들 모두는 실링(sealing) 밸브들(18.2)을 가지도록 구성되고 공기 파이프들을 통해 공기 예열기(23)의 공기 입구와 공기 출구에 각각 연결된다. 열 저장 베드의 하우스(18.1)의 일단의 사이드는 열 저장 물 탱크(17)의 물 출구에 연결하기 위한 물 입구를 가지도록 구성되고, 열 저장 베드의 하우스(18.1)의 타단의 사이드는 이어지는 설비로 온수를 출력하기 위한 물 출구를 가지도록 구성된다.

태양 보조 열 저장 디바이스가 직접 발전을 위해 600-800℃에서 열원을 제공하기 보다는 보일러용 연료를 절약할 목적으로 150-250℃에서 물을 단지 제공하기 때문에, 열 저장 디바이스는 큰 투자비가 필요하고 복잡한 작업 절차들을 가진 고온의 용융염 열 저장 시스템과 같은 시스템을 필요로 하지 않고 간단한 저온 열 저장 디바이스를 이용한다. 열 저장 디바이스는 전체적으로 요구사항들을 만족할 수 있다.

열 보존을 용이하게 하기 위하여, 선택적으로, 본 실시예의 열 저장 베드의 하우스(18.1)는 대략 100mm의 두께를 가진 폴리우레탄 절연층으로 샌드위치된 스틸 플레이트들의 이중층들에 의해 형성된다. 열 저장 물 탱크(17)는 선택적으로 스틸과 열 절연층으로 제조되거나 강화 콘크리트 구조와 열 절연층으로 제조된다.

본 실시예의 흡수제층(18.5.2)은 바람직하게 양호한 열 전도성을 가진 금속 파우더와 흡수제층의 혼합에 의해 형성된다. 흡수제층(18.5.2) 내의 흡수제 물질은 바람직하게, 실리카겔, 천연 제올라이트, 인공 제올라이트, 또는 복합 흡수제이다.

본 실시예의 흡수제층(18.5.2)은 바람직하게 인공 제올라이트 13X와 양호한 열 전도성을 가진 금속 파우더를 혼합하고 결과적인 혼합물을 소실을 가진 금속 파이프들(18.5.1)의 표면들에 부착시킴에 의해 형성된다. 일반적으로, 인공 제올라이트 13X 분자체는 640 kj/kg의 열 저장 밀도를 가지고 재사용 가능하고 리사이클 가능하다. 열 저장 용량은 안정하고 추출이 없는 경우 열 손실이 발생하지 않는다. 만약, 화학적 중합이 사용되면, 높은 열 전도성 물질의 박층이 흡수제의 입자의 표면에 덮여진다. 그러므로, 열 전도성 메쉬의 연속된 층은 입자의 열 전도성 성능을 개선하고 흡수제 내의 내부 열전달의 온도 구배를 감소시키기 위하여 높은 열 전도성 폴리머의 적은 양을 사용하여 흡수제의 입자의 표면 상에 형성됨으로써, 흡수제의 열전달 성능을 강화시킨다. 그러한 수단은 흡수제의 흡수 능력에 최소의 영향을 미치는 것으로 입증되었다. 본 프로젝트는 열 전도성의 폴리아닐린을 열 전도성 작동 매체로 예비적으로 사용하고, 그러한 작동 매체는 열 전도성 메쉬의 균일하고 연속된 층을 형성하기 위해 열 전도성 폴리아닐린의 적은 양을 만들기 위해 제올라이트 입자들의 표면 상에 직접 산화 및 중합될 수 있으므로, 흡수제의 전도 계수를 현저하게 향상시키게 된다. 한편, 흡수제와 그 위에 덮인 높은 분자 열 전도층을 전체로 뭉치기 위하여, 제올라이트에 전체로서 부착시킴과 함께 열 저장 디바이스들 내에서 빽빽한 다짐 배치를 위해 일부 접착제들이 흡수제에 첨가된다. 제조 공정 동안, 흡수제는 흡수제의 흡수 용량을 큰 감소를 회피하기 위해 충분한 흡수 채널들을 가져야만 함을 유의해야 한다. 또한, 접착제를 선택할 때, 접착제는 흡수제와의 반응이 회피되어야만 한다.

열 저장 디바이스의 작동 원리는 다음과 같다.

메커니즘이 열을 저장할 때, 태양 에너지에 의해 가열된 열은 공기 예열기(23)로 보내지고, 가열된 공기의 온도는 점차적으로 120-150℃에 도달한다. 그러면, 가열된 공기는 분자체 열 저장 베드(18)로 도입되고, 거기서 가열된 공기는 열 저장 파이프(18.5) 위로 통과되도록 강제되어 흡수제층(18.5.2)과 열을 교환한다. 인공 제올라이트 분자체가 가열되고 물 증기가 증발된다. 그러므로, 열 흡수와 저장이 구현되고 습한 공기가 방출된다. 열 저장 후에, 실링 밸브(18.2)는 2개의 끝단들에서 폐쇄된다.

메커니즘이 열을 배출할 때, 열 저장 물 탱크(17) 내의 대략 60-70℃의 물은 분자체 열 저장 베드(18)로 도입되고, 물은 매우 건조한 인공 제올라이트와 완전히 접촉하여 열을 방출함으로써, 물 온도가 상승한다. 열 저장 물 탱크(17)와 매칭하기 위하여, 분자체 열 저장 베드(18)의 사이즈는 너무 크지 않아야 한다. 선택적으로, 시스템의 정상 및 안정된 작동을 보장하기 위해 4-8개의 분자체 열 저장 베드들(18)이 평행하게 배치된다.

발전소의 보일러의 태양 물 가열 공급 시스템은 도 1 내지 도 4에 도시된다. 시스템은: 각각 터빈의 가스 출구들에 연결된, 컨덴서(4), 응축물 펌프(5), 샤프트 실링 히터(14), 3단 저압 히터들(8, 9, 10), 탈기기(6), 탈기 물 탱크(7), 2단 고압 히터들(12, 13)을 구비한다. 최종 고압 히터(13)는 보일러(1)의 물 입구에 연결된다. 시스템은: 중간-온도 태양열 수집기, 이차 태양 히터, 및 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스를 더 구비한다.

중간-온도 태양열 수집기는 플랫 태양열 수집기(15)를 사용한다. 플랫 태양열 수집기(15)의 물 입구는 샤프트 실링 히터(14)의 물 출구에 연결되고, 플랫 태양열 수집기(15)의 물 출구는 최종단 저압 히터(10)의 물 입구에 연결된다.

이차 태양 히터는 CPC 열 수집기(16)를 이용한다. CPC 열 수집기(16)의 물 입구는 플랫 태양열 수집기(15)의 물 출구에 연결되고, CPC 열 수집기(16)의 물 출구는 최종단 저압 히터의 물 입구, 1단 고압 히터(12)의 물 입구, 및 공기 예열기(23)의 물 입구에 연결된다. 공기 예열기(23)의 물 입구는 플랫 태양열 수집기(15)의 물 입구에 연결된다.

태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스의 분자체 열 저장 베드(18)의 물 출구는 최종단 저압 히터(10)의 물 입구에 연결된다. 야간에 사용에 적응하기 위하여, 열 저장 물 탱크(17)의 설계 용량은 보일러(1)의 8-10시간의 용량이다.

한편, 상이한 작업 조건들을 구현하기 위하여, 물 파이프들은 필요한 경우 관련된 위치들 상에 밸브들과 물 펌프들(21)을 구비하도록 구성된다. 그리고, 공기 파이프들은 밸브들과 블로워 팬들(22)을 구비하도록 구성된다.

열 저장 디바이스의 작동 원리는 다음과 같다.

메커니즘이 열을 저장할 때, 태양 에너지에 의해 가열된 물은 공기 예열기(23)로 보내지고, 가열된 공기의 온도는 120-150℃에 점차적으로 도달한다. 그러면, 가열된 공기는 분자체 열 저장 베드(18)로 도입되고, 거기서 가열된 공기는 열 저장 파이프(18.5) 위로 통과하도록 강제되어 흡수제층(18.5.2)과 열을 교환한다. 인공 제올라이트 분자체가 가열되고 물 증기가 증발된다. 그러므로, 열 흡수와 저장이 구현되고 습한 공기가 배출된다. 열 저장 후에, 2개의 끝단들에 있는 실링 밸브들(18.2)이 폐쇄된다.

메커니즘이 열을 배출할 때, 열 저장 물 탱크(17) 내의 대략 60-70℃의 물이 분자체 열 저장 베드(18)로 도입되고, 물은 열을 방출하기 위해 매우 건조한 인공 제올라이트와 완전히 접촉됨으로써, 물 온도가 증가된다. 열 저장 물 탱크(17)와 매칭하기 위하여, 분자체 열 저장 베드(18)의 사이즈는 너무 크지 않아야 한다. 선택적으로, 4-8개의 분자체 열 저장 베드들(18)은 시스템의 정상 및 안정적 작동을 보장하기 위해 평행하게 배치된다.

본 발명의 작동 원리는 도 1 내지 도 5에 도시된다. 응축물은 온수 공급 시스템의 작동 매체로서 발전소의 샤프트 실링 히터(14)로부터 추출되어 물 펌프(21)를 경유하여 플랫 태양열 수집기(15)로 전송된다. 하루 동안의 기간에 태양 조사 강도가 충분히 강할 때(> 600 w/m²), 태양 에너지가 흡수되어 물을 150℃로 가열한다. 가열된 물은 다음과 같이 3개의 경로들로 출력된다.

1) 가열된 물은 저압 히터(10)로 직접적으로 도입된 후, 탈기기(6)로 도입된다. 탈기된 물은 고압 히터들(12, 13)을 통과하여 보일러(1)로 간다.

2) 가열된 물은 저장을 위해 열 저장 물 탱크(17)로 들어간다. 야간에 태양 에너지가 수집될 수 없을 때, 가열된 물은 물의 온도를 150℃ 보다 높게 만들기 위한 2차 가열을 위해 물 펌프(21)에 의해 열 저장 물 탱크(17)로부터 분자체 열 저장 베드(18)로 추출된다. 그 후, 가열된 물은 저압 히터(10)로 보내진 후 탈기기(6)로 보내진다. 탈기된 물은 각각 고압 히터들(12, 13)을 통과하여 보일러(1)로 들어간다. 그러므로, 태양 에너지는 야간에 활용되거나 태양 에너지의 부재에서 다른 조건들로 활용된다.

3) 가열된 물은 2차 가열을 위해 물 펌프에 의해 CPC 열 수집기(16)로 도입되고, 가열된 물은 다음과 같은 4가지 측면들로 사용된다: 3.1) CPC 열 수집기(16)의 물 출구에서 물의 온도가 250℃보다 더 높을 때, 가열된 물은 물이 가열된 후 보일러(1)로 전송되는 고압 히터들(12, 13)로 직접 도입되고; 3.2) 가열된 물이 냉동을 위한 열원으로서 흡수 타입 냉동기로 전송되고, 출구 끝단에서 가열된 물은 리사이클링을 위해 플랫 태양열 수집기(15)의 물 입구로 다시 보내지고; 3.3) 태양 조사가 약하고 CPC 열 수집기(16)의 물 출구에서 물 온도가 200℃보다 낮을 수 있을 때, 배출된 물은 저압 히터(10)로 보내진 후 탈기를 위해 탈기기(6)로 보내지고; 탈기된 물은 각각 고압 히터들(12, 13)을 통과하여 보일러(1)에 도달하고; 3.4) 가열된 물은 공기 예열기(23)로 보내져서 분자체 열 저장 베드(18) 내의 저온의 습한 공기를 가열한다. 흡수제층(18.5.2) 내에 저장된 에너지가 이용되고, 공기 예열기(23)로부터 배출된 물이 플랫 태양열 수집기(15)로 복귀된다.

전술한 작동 조건들은 실제적 조건들에 따라 절환될 수 있다.

본 발명의 핵심은 중간-온도 태양 히터, 2차 태양 히터, 공기 히터, 탈기 물 탱크, 분자체 열 저장 베드(18), 및 흡수 타입 냉동기 메커니즘에 의해 형성된 태양 물 가열 및 공급 시스템에 있고, 발전소의 보일러의 물 공급 시스템에 연결되어 있을 때 발전소로 60-25℃의 물을 연속적으로 공급할 수 있다. 태양 물 가열 및 공급 시스템은 발전소의 보일러용 보조 연료로서 태양 에너지를 완전히 활용하고, 보일러의 정상 작동은 태양 에너지의 불안정성과 단속성에 의해 영향을 받지 않기 때문에, 발전소의 생산비가 현저히 감소된다. 시스템의 핵심 디바이스는, 시스템이 연속적으로 높은 레벨의 열량을 제공하게 하는, 분자체 열 저장 베드(18)이다.

본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예들에 의해 한정되는 것은 아니다. 변화들과 변형들은 본 발명의 더 넓은 측면들에서 본 발명을 벗어나지 않는 한 가능하고, 예를 들어, 분자체 열 저장 베드의 2개의 끝단들이 공기로 하여금 그들의 2개의 사이드들을 통과하게 하고 물이 통과하게 하고 열 저장 조건들이 만족되는 한,분자체 열 저장 베드(18)의 열 저장 파이프(18.5)의 수와 배치는 전술한 실시예들의 특정 모드들에 한정되는 것은 아니다. 다른 예에 있어서, 흡수제층(18.5.2) 내의 흡수제 물질로서 인공 제올라이트의 사용은 바람직한 실시예인 한편, 열 저장 물질들로서 액티브 카본 또는 실리카겔의 사용 또한 본 발명의 기술적 구도를 구현할 수 있다. 또 다른 예에서, 이차 태양 히터는 CPC 열 수집기(16)뿐만 아니라 슈트-타입 태양열 수집기들을 포함하는 다른 중간 온도/고온의 열 수집기를 사용한다. 그러므로, 첨부된 청구항들 내의 목적은 본 발명의 정신과 범위 내에 속할 때 모든 그러한 변화들과 변형들을 포섭한다.

1...보일러
2...터빈
3...발전기
4...컨덴서
5...응축물 펌프
6...탈기기
7...탈기 물 탱크
8-10...저압 히터
11...모터-구동 공급 펌프
12-13...고압 히터
14...샤프트 실링 히터
15...플랫 태양열 수집기
16...CPC 열 수집기
17...열 저장 물 탱크
18...분자체 열 저장 베드
18.1...열 저장 베드의 하우스
18.2...실링 밸브
18.3...통풍 팬
18.4...물 조절 밸브
18.5...열 저장 파이프
18.5.1...소실을 가진 금속 파이프
18.5.2...흡수제층
19...정압 디바이스
10...리튬 브롬화물 냉동기
21...물 펌프
22...블로워 팬
23...공기 예열기

Claims

공기 파이프들을 통해 공기 예열기(23)의 공기 입구와 공기 출구에 각각 연결되도록 양 끝단들에 각각 마련된 실링(sealing) 밸브들(18.2)을 구비하고, 일단의 사이드에서 열 저장 물 탱크(17)의 물 출구에 연결하기 위한 물 입구와 타단의 사이드에서 이어지는 설비로 온수를 출력하기 위한 물 출구를 구비하는 원통의 하우스(18.1), 및 소실(areolae)을 가진 금속 파이프들(18.5.1)과 열 저장을 위해 상기 금속 파이프들(18.5.1)의 각각의 표면 상에 부착된 흡수제층(18.5.2)에 의해 각각 형성되고, 상기 하우스(18.1) 내에 배치된 다수의 열 저장 파이프들(18.5)을 포함하는 적어도 하나의 분자체(molecular seive) 열 저장 베드(18)를 구비하고,
상기 흡수제층(18.5.2) 내의 흡수제 물질은 열 저장 작동 매체로서 물과 매칭하도록 구성된 분자체 흡수제 물질이고;
열을 저장할 때, 태양 에너지에 의해 가열된 열에 의해 작동되는 상기 공기 예열기(23)에 의해 가열된 공기가 도입되고, 가열된 공기가 상기 열 저장 파이프(18.5) 위로 통과되도록 강제되어 상기 흡수제층(18.5.2)과 열을 교환하도록 구성되고,
열을 배출 할 때, 상기 열 저장 물 탱크(17) 내의 물이 도입되고, 도입된 물이 상기 흡수제층(18.5.2)과 접촉하여 열을 방출하도록 구성된, 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스.
청구항 1에서,
상기 흡수제층(18.5.2)은 미리 결정된 열 전도성을 가진 금속 파우더와 흡수제 물질의 혼합에 의해 형성되거나,
상기 흡수제층(18.5.2)은 화학적 중합을 이용하여 준비된 흡수제 물질을 이용하는, 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스.
청구항 1에서,
상기 흡수제 물질은 실리카겔, 천연 제올라이트, 인공 제올라이트, 칼슘 클로라이드, 또는 복합 흡수제 물질을 이용하는, 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스.
청구항 3에서,
상기 흡수제 물질은 인공 제올라이트 13X 분자체인, 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스.
청구항 1에서,
상기 하우스는 폴리우레탄 절연층으로 샌드위치된 스틸 플레이트들의 이중층들에 의해 형성된, 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항의 디바이스; 터빈의 가스 출구들에 각각 연결된 컨덴서(4), 응축물 펌프(5), 샤프트 실링 히터(14), 다단 저압 히터들, 탈기기(6), 및 다단 고압 히터들을 구비하고; 최종단 고압 히터가 보일러(1)의 물 입구에 연결되고; 물 파이프들이 밸브들과 워터 펌프들(21)을 구비하도록 구성되고, 공기 파이프들이 밸브들과 블로워 팬들(22)을 구비하는 태양 물 가열 보조 공급 시스템에 있어서,
상기 시스템은, 중간-온도 태양열 수집기, 이차 태양 히터, 및 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스를 더 구비하고;
상기 중간-온도 태양열 수집기의 물 입구는 샤프트 실링 히터(14)의 물 출구에 연결되고, 상기 중간-온도 태양열 수집기의 물 출구는 최종단 저압 히터의 물 출구에 연결되고;
상기 이차 태양 히터의 물 입구는 상기 중간-온도 태양열 수집기의 물 출구에 연결되고, 상기 이차 태양 히터의 물 출구는 상기 최종단 저압 히터의 물 입구, 제1단 고압 히터(12)의 물 입구, 및 공기 예열기(23)의 물 입구에 연결되고; 상기 공기 예열기(23)의 물 입구는 상기 중간-온도 태양열 수집기의 물 입구에 연결되고;
상기 태양 물 가열 보조 열 저장 디바이스의 상기 분자체 열 저장 베드(18)의 물 출구는 최종단 저압 히터의 물 입구에 연결된 태양 물 가열 보조 공급 시스템.
청구항 6에서,
상기 중간-온도 태양열 수집기는 100℃를 넘는 열 수집 온도를 가진 진공 태양열 수집기인, 태양 물 가열 보조 공급 시스템.
청구항 6에서,
상기 이차 태양 히터는 슈트(chute)-타입 태양열 수집기 또는 CPC 열 수집기인, 태양 물 가열 보조 공급 시스템.
청구항 6에서,
상기 이차 태양 히터의 물 출구는 흡수 타입 냉동기에 더 연결되고,
상기 흡수 타입 냉동기의 물 출구는 상기 중간-온도 태양열 수집기의 물 입구에 연결된, 태양 물 가열 보조 공급 시스템.
청구항 9에서,
상기 흡수 타입 냉동기는 리튬 브롬화물 냉동기(20)인, 태양 물 가열 보조 공급 시스템.