KR102180173B1 - 산업공정용 태양열 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산업공정용 태양열 시스템에 관한 것으로, 태양열을 집열하고 열매체를 가열시키는 태양열집열부와, 상기 열매체가 이동되는 열매체 순환부와, 상기 열매체 순환부와 연결되고, 상기 열매체가 저장되는 축열부와, 상기 열매체 순환부와 연결되고, 상기 열매체를 통해 열교환이 일어나는 스팀발생부와, 상기 스팀발생부에 응축수를 공급하는 응축수탱크부를 포함할 수 있다.

Description

산업공정용 태양열 시스템{Solar heat system of industrial process}
본 발명은 산업공정용 태양열 시스템에 관한 것으로, 태양열을 통해 열매체 온도를 높여서 열을 생산하고 스팀발생기와 열교환을 통해 스팀을 생산하는 산업공정용 태양열 시스템에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 최근 수년간 우리나라의 에너지 소비증가 추세는 주요경쟁국가에 비하여 다소 높은 수준에 달하고 있으며 그 대부분을 화석연료에 의존하는 실정이기 때문에 온실가스 배출량 증가율 또한 높은 증가추세로 나타내고 있다.
이러한 온실가스 배출량을 줄이기 위해 세계 기후협약 협약준수 및 화석연료를 기타 대체에너지로 전환하는 녹색성장 산업을 추구하는 목표로 여러 가지 유익한 아이디어가 계획되고 실시되고 있다.
이에 따라서 최근에는 무공해 저탄소 그린에너지와 관련하여 태양광발전, 풍력발전, 조력발전 등 다양한 대체에너지 개발에 노력하며 이와 관련된 신기술들이 선보이고 있으며 특히 이 가운데에서 태양열 에너지를 이용한 기술들이 활발히 진행되고 있는데 가정이나 산업용으로 온수 사용과 난방 시스템에 사용될 수 있도록 다양한 형태의 집열장치 개발과 열교환 성능향상에 대한 특수한 기술들이 연구되고 있다.
기존의 태양열 스팀장치의 경우 평판형으로 구성한 파이프를 이용하여 스팀을 생산하는 방식은 겨울철에는 효율이 크게 저하될 뿐만 아니라 온도가 낮아 산업시설에 공급하기에는 부족하다.
또한, 실질적으로 야간에 사용하기 위하여 효율성을 높이는 목적으로 심야 전기 사용을 병행하여 실시하여서 전기사용량 증가와 같은 역효과를 낳게 되어 비경제적이다.
1. 대한민국 등록특허 제10-0268512호(2000. 07. 13. 등록) 2. 대한민국 공개특허 제10-2014-0046191호(2014. 04. 18. 공개)
본 발명은 태양열을 통해 열매체 온도를 높여서 열을 생산하고 스팀발생부에서 열교환을 통해 스팀을 생산하여 산업시설에 스팀을 제공하는 산업공정용 태양열 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 태양열을 집열하고 열매체를 가열시키는 태양열집열부와, 상기 열매체가 이동되는 열매체 순환부와, 상기 열매체 순환부와 연결되고, 상기 열매체가 저장되는 축열부와, 상기 열매체 순환부와 연결되고, 상기 열매체를 통해 열교환이 일어나는 스팀발생부와, 상기 스팀발생부에 응축수를 공급하는 응축수탱크부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열매체 순환부는, 상기 축열부 또는 스팀발생부에 상기 열매체를 선택적으로 제공하도록 밸브가 구비될 수 있다.
또한, 상기 스팀발생부와 연결되고, 상기 스팀발생부에서 생성된 스팀이 이동되는 스팀파이프부와, 상기 스팀파이프부와 연결되고, 제조시설에 상기 스팀을 공급하는 스팀헤더부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 스팀파이프부와 연결되고, 상기 스팀이 부족한 경우에 상기 스팀헤더부에 상기 스팀을 추가로 공급하는 스팀보일러부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 태양열을 통해 열매체 온도를 높여서 열을 생산하고 스팀발생부에서 열교환을 통해 스팀을 생산함으로써, 산업보일러 대신 사용 가능한 에너지원을 생산하여 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산업공정용 태양열 시스템을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산업공정용 태양열 시스템의 태양열집열부를 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 산업공정용 태양열 시스템의 태양열집열부의 집열기를 나타낸 도면이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산업공정용 태양열 시스템의 기수분리부를 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 산업공정용 태양열 시스템의 태양열집열부의 반사판을 나타낸 도면이며,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산업공정용 태양열 시스템의 스팀발생부를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산업공정용 태양열 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산업공정용 태양열 시스템의 태양열집열부를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 산업공정용 태양열 시스템의 태양열집열부의 집열기를 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산업공정용 태양열 시스템의 기수분리부를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 산업공정용 태양열 시스템의 태양열집열부의 반사판을 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산업공정용 태양열 시스템의 스팀발생부를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 산업공정용 태양열 시스템은 태양열집열부(100), 열매체 순환부(200), 축열부(300), 스팀발생부(400), 응축수탱크부(500), 스팀파이프부(600), 스팀헤더부(700), 스팀보일러부(800), 기수분리부(900) 등을 포함할 수 있다.
태양열집열부(100)는 도 2를 참조하면, 태양열을 집열하고 열매체를 가열시키기 위해 수직지지대(110), 수평지지대(120), 수평센서(130), 균형추(140), 반사판(150), 고정대(160), 집열기(170) 등을 포함할 수 있다.
여기에서, 열매체로는 오일 또는 물을 사용할 수 있다. 건물의 난방에 이용되는 100℃ 이하의 저온 시스템에는 열매체로 물을 사용하고, 산업공정용 고온 열수나 스팀 공급에 이용되는 300℃ 이하의 중고온 시스템에는 열매체로 오일을 사용할 수 있다. 오일 방식의 경우 고온시 압력이 높아지는 것을 방지하며, 스팀 열교환기를 통해 스팀을 공급할 수 있다.
수직지지대(110)는 기둥 형태로 적어도 하나가 구비되고, 하부가 받침대(111)에 고정이 되어 수직방향으로 지지될 수 있다.
수평지지대(120)는 수평 방향으로 구비되고, 수직지지대(110)의 상부에 결합될 수 있다.
또한, 수평지지대(120)는 웜기어가 설치되어 움직이면서 각도가 변화될 수 있고, 제어부의 제어에 따라 작동될 수 있다.
수평센서(130)는 수평지지대(120)의 양 끝단에 구비되고, 시공, 운영 시 수평이 어긋날 경우, 제어부에 전달하여 시공, 운영을 멈추도록 하여 시설 안정성을 높일 수 있다.
균형추(140)는 수평지지대(120)에 설치되어 좌우로 움직이면서 균형을 맞출 수 있다.
여기에서, 균형추(140)는 'H'형태로 상부가 수평지지대(120)에 결합되는 균형대(141), 균형대(141)의 하부에 구비되는 무게추(142) 등을 포함할 수 있다.
본 발명은 1차적으로 태양광을 반사하는 반사판(150)과 반사판(150)이 반사한 태양광을 2차적으로 반사하여 열매체파이프(210)에 집광하는 후술할 집열기(170)의 반사면(173a)을 포함할 수 있다.
반사판(150)은 수평지지대(120)의 상부에 고정되도록 설치되어 태양광을 반사 시켜 집열되도록 할 수 있다.
또한, 반사판(150)은 수평지지대(120)의 움직임에 따라서 같이 이동될 수 있다.
그리고, 반사판(150)은 연마 처리한 알루미늄 시트, 스테인리스강 시트, 구리 시트 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 여러 개로 분할된 작은 조각으로 이어 붙이거나 하나의 면으로 만들어 제작한다.
또한, 반사판(150)은 반사율을 높이기 위하여 유리로 제작할 수 있다. 유리는 강도가 약해 취급이나 설치가 불편하여 우수한 반사 성능에도 불구하고, 많은 문제점을 가지고 있다. 본 발명은 이중유리로 반사판을 구성함으로써 이러한 단점을 극복할 수 있다.
여기에서, 반사판(150)은 도 5를 참조하면, 이중유리로 유리(151) 사이에 금속코팅층(152)이 형성되고, 유리(151) 사이에 접합용 필름(153)을 구비할 수 있다.
또한, 금속코팅층(152)은 알루미늄, 은 및 크롬 중에서 선택된 하나의 금속으로 형성될 수 있다. 금속코팅층(152) 하부에 접합용 필름(153) 증착이 되고, 은 등의 금속의 반사율이 높기 때문에, 단일 유리구조와 반사율에서 큰 차이를 보이지 않아 집광률이 떨어지지 않으며, 외부에 노출되어 자연재해 및 기타 환경요인에 따른 파손율을 낮출 수 있다는 장점이 있다.
여기에서, 접합용 필름(153)은 금속코팅층(152)과 유리(151)를 접합을 유지하며 금속코팅층(152)을 보호한다. 접합용 필름(153)을 금속코팅층(152)과 유리 사이에 배치하거나 코팅 처리되고, 금속코팅층(152)과 유리(151)를 접합하며 금속코팅층(152)을 보호할 수 있는 필름이면 제한 없이 사용될 수 있다. 투명 소재 또는 불투명 소재일 수 있다. 투명 소재로는 우레탄 필름을 사용할 수 있으며, 우레탄을 분사하거나 UV 코팅하여 접합용 필름(153)을 형성할 수 있다.
본 발명에서, 금속코팅층(152)을 보호하기에 충분한 강도를 가지는 접합용 필름(153)을 사용하면 제2 유리는 생략할 수 있다.
고정대(160)는 반사판(150)에 상부 방향으로 결합되어 고정될 수 있고, 집열기(170)의 개수에 따라 복수 개가 구비될 수 있다.
집열기(170)는 고정대(160)의 끝단에 구비되어 열매체를 가열시킬 수 있다.
여기에서, 집열기(170)는 도 3을 참조하면, 진공관(171), 연결판(172), 진공관 축열부(173) 등을 포함할 수 있다.
진공관(171)은 내측이 진공상태를 유지하도록 내부가 빈 관 형태로 이루어지고, 내부에 후술할 열매체 순환부(200)의 열매체파이프(210)가 진공관(171)의 길이방향으로 삽입될 수 있다.
연결판(172)은 진공관(171)과 진공관 축열부(173) 사이에 위치하고, 진공관(171)으로 입사되는 태양광의 일부 또는 전부가 진공관 축열부(173)의 반사면(173a)에 의해 연결판(172)에 집광되어 열매체 순환부(200)에 열을 전달하도록 진공관(171)의 길이방향을 따라 설치될 수 있다.
또한, 연결판(172)은 진공관 축열부(173) 상에 열매체 순환부(200)와 접하도록 고정되거나, 진공관(171)의 내측면으로부터 진공관 축열부(173)을 통과하여 열매체 순환부(200)에 접하도록 고정될 수 있다.
여기에서, 연결판(172)은 알루미늄, 스테인레스, 구리 등의 금속 소재로 이루어짐으로써, 열전달 효율을 높일 수 있다.
진공관 축열부(173)은 진공관(171)의 내측면으로부터 이격되거나, 진공관(171)의 내측면에 밀착되도록 구비될 수 있다.
또한, 진공관 축열부(173)은 반사면(173a), 축열체(173b) 등을 포함할 수 있다.
여기에서, 반사면(173a)은 연마 처리한 알루미늄 시트, 스테인리스강 시트, 구리 시트 중 어느 하나로 이루어질 수 있고, 여러 개로 분할된 작은 조각으로 이어 붙이거나 하나의 면으로 만들어 제작할 수 있다.
반사면(173a)은 반사판(150)의 초점 즉, 곡률반경의 중심에 위치한다. 본 발명의 태양열 시스템에 입사되는 태양광의 흐름을 살펴보면, 반사판(150)의 오목한 면으로 입사된 태양광이 반사된 후, 반사면(173a)의 오목한 면에서 다시 반사되어 열매체파이프(210)에 도달한다.
또한 반사면(173a)은 반사율을 높이기 위하여 유리로 제작할 수 있다. 이중유리로 유리 사이에 금속코팅층이 형성되고, 유리 사이에 접합용 필름을 구비할 수 있다.
또한, 금속코팅층은 알루미늄, 은 및 크롬 중에서 선택된 하나의 금속으로 형성될 수 있다. 금속코팅층 하부에 접합용 필름 증착이 되고, 은 등의 금속의 반사율이 높기 때문에, 단일 유리구조와 반사율에서 큰 차이를 보이지 않아 집광률이 떨어지지 않으며, 외부에 노출되어 자연재해 및 기타 환경요인에 따른 파손율을 낮출 수 있다는 장점이 있다.
여기에서, 접합용 필름은 금속코팅층과 유리를 접합을 유지하며 금속코팅층을 보호한다. 접합용 필름을 금속코팅층과 유리 사이에 배치하거나 코팅 처리되고, 금속코팅층과 유리를 접합하며 금속코팅층을 보호할 수 있는 필름이면 제한 없이 사용될 수 있다. 투명 소재 또는 불투명 소재일 수 있다. 투명 소재로는 우레탄 필름을 사용할 수 있으며, 우레탄을 분사하거나 UV 코팅하여 접합용 필름을 형성할 수 있다.
본 발명에서, 금속코팅층을 보호하기에 충분한 강도를 가지는 접합용 필름을 사용하면 제2 유리는 생략할 수 있다.
상술한 바와 같이 반사면(173a)이 알루미늄 시트, 스테인리스강 시트, 구리 시트 등 금속 소재로 제작되는 경우, 태양광의 반사율이 최대 70% 수준에 그치고 나머지는 반사면(173a)이 흡수한다. 기존 반사면(173a) 구조에서는 흡수된 태양광의 에너지가 열로 소모되고 있다.
이러한 에너지 소모를 줄이기 위해 반사면(173a)의 후면에 반사면(173a)으로부터 발생한 열을 흡수하는 상변화물질을 포함하는 축열체(173b)가 구비될 수 있다.
이러한 상변화물질은 일정한 온도에서 많은 양의 잠열을 흡수하기 때문에 축열이나 온도 조절용 수단으로 사용되고 있으며, 최근 상변화물질인 파라핀 시트를 건축물의 개구부나 벽체 마감재로 활용하는 연구개발이 시도되고 있다.
여기에서, 상변화물질이란 온도가 변화함에 따라 물질의 상태가 고체에서 액체로 또는 액체에서 고체로 변하면서 열을 저장하거나 열을 방출하는 물질을 의미한다. 상변화물질은 녹는점보다 낮은 온도에서 고체 상태로 존재하며, 열에너지가 가해지면 고체 상태는 변하지 않으면서 온도만 높아지게 된다. 마찬가지로, 상변화물질은 녹는점보다 높은 온도에서 액체 상태로 존재하며, 열에너지가 가해지면 액체 상태는 변하지 않으면서 온도만 높아지게 된다. 이와 같이 온도의 상승을 수반할 때 소요되는 열을 현열(sensible heat)이라 한다. 또한, 상변화물질은 녹는점에 해당하는 온도에서 고체와 액체가 공존하는 상태이며, 열에너지가 가해지더라도 이 열은 상태의 변화에만 쓰일 뿐 온도변화는 일어나지 않는다. 이러한 열을 잠열(latent heat)이라 한다.
상변화물질은 일정한 온도에서 고체에서 액체로 상변화하면서 잠열을 흡수하거나 액체에서 고체로 상변화 하면서 열을 방출할 수 있는 다양한 종류 중 하나로 선택될 수 있다.
상변화물질은 밀도가 낮고 잠열량이 많으며 부식이 작고 부피팽창이 작은 유기물 상변화 물질과, 밀도가 높고 잠열량이 크며 부식성이 강하고 부피팽창이 큰 무기물 상변화 물질로 구분될 수 있는 바, 이 또한 적용되는 대상 및 목적에 따라 적정 비율을 설정하여 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 적용되는 상변화물질은 상변화 온도 즉, 용융점이 50~150℃ 범위의 물질이 적합하고, 이러한 상변화물질로는 파라핀계 소재, 염 수화물계 소재, 글리세롤, 자일리톨, 소르비톨 등의 당 알코올 등이 있다.
본 발명에 사용되는 상변화 물질은 태양광의 일사량이 충분하면 상변화물질이 고체에서 액체로 변화되면서 열을 흡수하였다가 태양광의 일사량이 감소하면 상변화물질이 액체에서 고체로 변하면서 연결판(172)으로 열을 방출하여 열매체파이프(210)에 열을 제공하게 되는 것이다.
이렇게 축열체(173b)가 흡수한 열을 연결판(172)을 통해 열매체파이프(210)에 전달함으로써, 기후와 상관없이 일정한 열을 공급하여 지속적인 가열이 가능하여 열매체의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있다.
축열체(173b)는 상변화물질로 형성할 수 있고, 부직포에 상변화물질을 함침하여 형성된 축열 시트일 수 있다. 함침은 상변화물질과 접착성을 갖는 수지를 액체 상태로 혼합하여 부직포 안에 침투시키는 것으로, 함침된 상변화물질은 수지와 함께 경화되어 연질의 시트 형상이 된다.
축열체(173b)는 반사면(173a)의 후면에 코팅되어 형성될 수도 있다. 코팅 방법으로는 코팅재료의 결합제로 밀착성을 확보하기 위하여 폴리올 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지 등으로 이루어진 군으로부터 일부 또는 전부를 선택하여 사용하고, 열전도율을 높이기 위하여 코팅재료에 흑연 미분말을 섞어서 코팅할 수 있으며, 상변화물질, 결합제, 흑연 미분말을 코팅하기 용이하도록 액체 상태로 보관하기 위하여 코팅재료에 혼합되는 용매로는 메틸에틸케톤, 톨루엔, 자일렌, 이소프로알콜, 부틸아세테이트 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
열매체 순환부(200)는 열매체가 열매체파이프(210)를 통해 이동되고, 축열부(300) 또는 스팀발생부(400)에 열매체를 선택적으로 제공하도록 갈래에 제1 밸브(220)가 구비될 수 있다.
여기에서, 열매체 순환부(200)는 태양열집열부(100)에 연결되어 열매체가 가열되고, 가열된 열매체가 축열부(300) 또는 스팀발생부(400)를 거치도록 구비되며, 축열부(300) 또는 스팀발생부(400)를 거친 열매체가 열매체파이프(210)를 통해 다시 순환이 되도록 순환펌프(230)가 구비될 수 있다.
축열부(300)는 열매체 순환부(200)와 연결되고, 열매체가 저장 또는 순환될 수 있다.
여기에서, 축열부(300)는 태양열집열부(100)에서 집열된 태양열을 저장하였다가 필요한 시간에 공급하기 위해 필요한 열 저장장치이다. 태양열 시스템에서 축열은 집열되는 시점과 사용시기가 일치하지 않기 때문에 필요하다. 태양열 축열은 현열축열과 상변화 물질을 활용한 잠열축열에 의한 방법이 있으나, 현재 저온용으로 물의 온도를 올려서 축열하는 현열 축열방법이 주로 사용된다.
축열부(300) 내부에 태양열 집열 열교환기의 삽입 여부, 난방 축열부 내부에 온수열교환기 또는 온수탱크의 삽입 여부 등에 따라서 여러 가지 형태가 있을 수 있다. 대부분의 태양열 축열부는 일반적으로 물의 온도를 높여 열에너지를 저장하는 수축열조이며, 온도가 높은 물이 축열조 상단부에, 그리고 온도가 낮은 물은 하단부에 위치하도록 하는 온도 성층화 장치가 있다.
또한, 축열부(300)는 열매체의 온도가 0~120℃ 이거나, 스팀생산이 필요하지 않은 경우, 열매체를 태양열집열부(100)로 순환시킬 수 있다.
스팀발생부(400)는 열매체 순환부(200)와 연결되고, 열매체를 통해 열교환이 일어남으로써, 스팀을 생산할 수 있다.
또한, 스팀발생부(400)는 응축수는 순환이 되고 열교환을 통해 발생한 스팀은 상부로 이동되어 스팀파이프부(600)로 이동될 수 있다.
여기에서, 다른 실시예에 따른 스팀발생부(400`)는 도 6 및 7을 참조하면, 스팀발생부(400`)에서 발생되는 스팀과 스팀과 함께 떠다니는 수분이 스팀분리부(1000`)로 이동될 수 있다.
그리고, 스팀분리부(1000`)는 'T'자 모양으로 입구(1100`)는 스팀발생부(400`)와 연결되고, 출구(1200`)는 스팀파이프부(600`)와 연결되며, 입구(1100`)에서 출구(1200`) 방향으로 증기가 이동되고, 내부에 고속으로 회전하여 원심 흐름을 만드는 회전기(1300`)가 구비되고, 스팀이 회전기(1300`)로 인해 소용돌이 쳐서 수분이 내벽에 맺히게 되며, 수분이 중력에 의해 내벽을 타고 하부로 수분이 모이도록 할 수 있다.
여기에서, 스팀분리부(1000`)의 하부가 응축수탱크부(500`)와 연결되어 수분이 응축수탱크부(500`)로 회수될 수 있다.
이와 같이, 스팀 내의 수분을 제거함으로써, 스팀파이프부(600)의 부식, 침식 등을 미연에 방지하는 효과가 있다.
응축수탱크부(500)는 스팀발생부(400)에 물을 공급하기 위해서 물을 저장하고 배출하는 응축수탱크(510), 응축수가 이동되는 응축수관(520), 응축수가 스팀발생부(400)로 이동되도록 가압하는 응축수펌프(530) 등을 포함할 수 있다.
여기에서, 응축수탱크부(500)는 스팀발생부(400)를 거친 응축수가 다시 순환되어 들어올 수 있고, 내부에 수위기가 구비되어 응축수가 증발 또는 소모되어 수위가 기준보다 낮을 경우에는 연수기를 통해 수량을 공급받을 수 있다.
스팀파이프부(600)는 스팀발생부(400), 스팀헤더부(700), 스팀보일러부(800)와 연결되고 스팀발생부(400), 스팀보일러부(800)에서 생산된 스팀을 스팀헤더부(700)로 공급할 수 있다.
또한, 스팀파이프부(600)는 3방향으로 이동이 가능하도록 '
Figure 112018119032346-pat00001
' 형태로 형성되고 갈래에 제2 밸브(610)가 형성되고, 상부는 스팀보일러부(800), 하부는 스팀발생부(400), 우측은 스팀헤더부(700)와 연결될 수 있다.
여기에서, 스팀발생부(400)에서 생성되는 스팀의 양이 충분한 경우에는 상부로 이동하는 길을 막고 스팀발생부(400)에서 발생된 스팀이 바로 스팀헤더부(700)로 이동되도록 할 수 있다.
그리고, 스팀발생부(400)에서 생성되는 스팀의 양이 부족한 경우에는 스팀발생부(400)에서 발생된 스팀이 바로 스팀헤더부(700)로 이동된 다음에, 하부로 이동하는 길을 막고 스팀보일러부(800)에서 발생된 스팀이 바로 스팀헤더부(700)로 이동되도록 할 수 있다.
스팀헤더부(700)는 스팀파이프부(600)와 연결되어 스팀발생부(400), 스팀보일러부(800)에서 생산된 스팀을 받아서, 제조시설에 스팀을 공급할 수 있다.
스팀보일러부(800)는 스팀파이프부(600)와 연결되고 스팀이 부족한 경우에 스팀헤더부(700)에 스팀을 추가로 공급할 수 있다.
기수분리부(900)는 열매체 순환부(200)에 연결되어 고온인 열매체의 수분과 공기를 분리할 수 있다.
여기에서, 기수분리부(900)는 도 4를 참조하면, 분리부(910), 제1 탱크부(920), 제2 탱크부(930) 등을 포함할 수 있다.
분리부(910)는 열매체파이프(210) 내에서 순환되는 고온용 열매체가 유입되고 배출되도록 할 수 있다.
여기에서, 분리부(910)는 일측에서 고온용 열매체가 유입되고 가열된 열매체로 인해 분리부(910)의 용기 하부는 고온용 열매체가 위치하고, 상부는 수분 및 공기가 뒤섞여서 존재할 수 있다.
이러한 공기는 가열될 때 고온용 열매체와 분리되어 공기 중으로 분산되어야 하지만, 고온용 열매체가 시공된 배관 내부를 통해 순환되기 때문에 열매체에 잔류하고 있는 공기는 외부로 배출되지 못한 상태에서 고온용 열매체와 함께 순환된다.
이와 같이, 열매체에 잔류하고 있는 공기는 방울 현상으로 배관 파이프 내면에 밀착되어, 난방관과 열매체 사이에 공간층을 형성하여 열전달을 방해하게 된다.
따라서, 고온용 열매체에 잔류하고 있는 수분 및 공기는 난방효율을 크게 저하시키고, 수분 및 공기에 의한 부식 위험성을 높이기 때문에, 수분 및 공기를 제거하는 것이 중요하다.
분리부(910)의 일측에는 열매체파이프(210)가 연결되어 축열부(300) 또는 스팀발생부(400)를 통과한 열매체가 유입되고, 분리부(910)의 타측에는 기수분리된 열매체가 배출되어, 열매체는 열매체파이프(210)를 통해 집열부(100)로 이동된다.
또한, 분리부(910)는 용기, 액면계, 알람기를 포함할 수 있다.
액면계는 분리부(910)에 구비되어 고온용 열매체의 용량 및 수위를 확인하고 실시간으로 감시할 수 있다.
여기에서, 액면계는 게이지글라스식 액면계, 플로트식 액면계, 정압식 액면계 등이 사용될 수 있다.
게이지글라스식 액면계는 똑바로 세운 유리관의 상단 및 하단을 용기에 통과하도록 연결시켜서 액면계가 용기 외부에 위치하도록 하는 것이다.
이를 통해, 게이지글라스식 액면계는 액면을 밖에서 직접 볼 수 있게 하여 사용자가 용기의 안을 보지 않고도 외부에서 수위를 파악하고 대응할 수 있다는 장점이 있다.
플로트식 액면계는 액면에 부표를 띄우고, 부표의 위치를 눈금판에 표시하여 수위를 확인할 수 있다.
정압식 액면계는 압력계와 공기관을 구비하여 용기의 바닥면에 공기를 쏴서 용기의 바닥에 걸리는 액체압을 측정해서 액면의 높이를 간접적으로 구하여 수위를 확인할 수 있다.
이렇게 액면계를 통해 고온용 열매체의 용량 및 수위를 실시간으로 확인함으로써, 고온용 열매체가 일정량을 유지하도록 하여 고온용 열매체의 효율이 떨어지는 것을 미연에 방지할 수 있다.
알람기는 액면계를 통해 열매체의 수위가 낮아지면 알람을 발생시키고 통신모듈을 통해 관리자 PC, 관리단말기 등에 알람을 보내서 확인할 수 있도록 할 수 있다.
제1 탱크부(920)는 분리부(910)의 상부에 연결되어 분리부(910) 상부에 포집되는 수분 및 공기가 이동될 수 있다.
여기에서, 수분 및 공기는 가볍기 때문에 위로 올라가면서 제1 탱크부(920)로 이동될 수 있고, 이동된 수분 및 공기가 저장될 수 있다.
또한, 제1 탱크부(920)는 수분을 배출하는 수분배출관(921)를 통해 외부로 수분을 배출시킬 수 있다.
제2 탱크부(930)는 제1 탱크부(920)와 연결되어 제1 탱크부(920) 내부에 존재하는 공기만 흡입될 수 있다.
여기에서, 제2 탱크부(930)는 공기만 흡입하기 위해 제1 탱크부(920)와 연결되는 곳에 필터가 설치되어 수분이 통과되지 않도록 할 수 있고, 흡입장치가 구비되어 제1 탱크부(920) 내의 공기를 흡입할 수 있다.
또한, 제2 탱크부(930)는 공기분리배관(931)을 통해 흡입한 공기를 외부에 배출시킬 수 있다.
본 발명은 태양열을 통해 열매체 온도를 높여서 열을 생산하고 스팀발생부에서 열교환을 통해 스팀을 생산함으로써, 산업보일러 대신 사용 가능한 에너지원을 생산하여 공급할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
100: 태양열집열부 200: 열매체 순환부
300: 축열부 400: 스팀발생부
500: 응축수탱크부 600: 스팀파이프부
700: 스팀헤더부 800: 스팀보일러부
900: 기수분리부

Claims (4)

  1. 태양열을 집열하고 열매체를 가열시키는 태양열집열부와,
    상기 열매체가 이동되는 열매체 순환부와,
    상기 열매체 순환부와 연결되고, 상기 열매체가 저장되는 축열부와,
    상기 열매체 순환부와 연결되고, 상기 열매체를 통해 열교환이 일어나는 스팀발생부와,
    상기 스팀발생부에 응축수를 공급하는 응축수탱크부와,
    상기 스팀발생부와 연결되고, 상기 스팀발생부에서 생성된 스팀이 이동되는 스팀파이프부와,
    상기 스팀파이프부와 연결되고, 제조시설에 상기 스팀을 공급하는 스팀헤더부와,
    상기 스팀발생부에서 발생되는 스팀과 스팀과 함께 떠다니는 수분이 이동되되, T'자 모양의 스팀분리부를 포함하고,
    상기 스팀분리부는, 입구는 상기 스팀발생부와 연결되고, 출구는 상기 스팀파이프부와 연결되며, 하부는 상기 응축수탱크부와 연결되고, 고속으로 회전하여 원심 흐름을 만들어 수분을 내벽에 맺히도록 하는 회전기를 내부에 구비하며, 상기 내벽에 맺힌 수분이 상기 응축수탱크부로 회수되는 것을 포함하는 산업공정용 태양열 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열매체 순환부는, 상기 축열부 또는 스팀발생부에 상기 열매체를 선택적으로 제공하도록 밸브가 구비되는 산업공정용 태양열 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스팀파이프부와 연결되고, 상기 스팀이 부족한 경우에 상기 스팀헤더부에 상기 스팀을 추가로 공급하는 스팀보일러부를 더 포함하는 산업공정용 태양열 시스템.
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