KR102438772B1 - 태양열 비축 시스템 및 이를 적용하는 발전 시스템 - Google Patents

태양열 비축 시스템 및 이를 적용하는 발전 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102438772B1
KR102438772B1 KR1020200181240A KR20200181240A KR102438772B1 KR 102438772 B1 KR102438772 B1 KR 102438772B1 KR 1020200181240 A KR1020200181240 A KR 1020200181240A KR 20200181240 A KR20200181240 A KR 20200181240A KR 102438772 B1 KR102438772 B1 KR 102438772B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
collector
medium
storage system
regenerator
Prior art date
Application number
KR1020200181240A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220090238A (ko
Inventor
배석만
Original Assignee
주식회사 빛고운
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 빛고운 filed Critical 주식회사 빛고운
Priority to KR1020200181240A priority Critical patent/KR102438772B1/ko
Publication of KR20220090238A publication Critical patent/KR20220090238A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102438772B1 publication Critical patent/KR102438772B1/ko

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S60/00Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/02Devices for producing mechanical power from solar energy using a single state working fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/063Tower concentrators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/30Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
    • F24S80/20Working fluids specially adapted for solar heat collectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
    • F24S80/30Arrangements for connecting the fluid circuits of solar collectors with each other or with other components, e.g. pipe connections; Fluid distributing means, e.g. headers
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20Optical components
    • H02S40/22Light-reflecting or light-concentrating means
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

태양열을 비축하는 축열 시스템 및 이를 적용하는 태양열 발전 시스템을 개시한다. 개시된 축열 시스템은 하나 또는 그 이상의 축열 블록에 의한 몸체를 가지는 축열기, 축열기에 설치되는 것으로 그 내부에 유동성 매질이 유동하는 가열기, 태양광을 집광하는 것으로 그 내부에 유동성 매질이 유동하는 집열기, 집열기에 태양열을 집중시키는 집광장치, 집열기에서 가열된 유동성 매질을 상기 가열기로 이송하는 열매체 수송관을 포함하는 매질 이송 시스템, 열비축 블록에 설치되어 내부의 작동 유체를 가열시키는 열흡수기, 그리고, 집열기와 가열기와의 사이의 유동성 매질의 순환 경로를 제공하는 열매체 순환관;을 포함한다..

Description

태양열 비축 시스템 및 이를 적용하는 발전 시스템{Solar heat storage system and power generation system adopting the storage system}
본 개시는 태양열 발전을 위한 축열기 및 이를 적용하는 태양열 발전 시스템에 관한 것이다.
태양 에너지를 이용한 다양한 형태의 발전 및 에너지의 이용 방법이 존재한다. 그 중의 하나는 태양광을 이용하는 것이며, 다른 하나는 태양열을 이용하는 것이다.
일반적으로 태양열 발전은 집열판을 이용해 물을 끓이고 이 물을 이용해 증기를 발생시켜 이를 이용해 터빈을 돌리는 과정을 포함한. 일몰 후 야간 발전을 위해서는 태양열의 축열(heat accumulation)이 필요하며, 이에 대한 계속적인 연구가 필요하다. 또한, 태양열로부터 획득한 에너지는 다양하게 효율적으로 사용하는 방법에 대한 연구는 바람직하다.
하나 또는 그 이상의 실시 예는 효과적으로 태양열을 축적할 수 있는 축열 시스템 및 이를 적용하는 발전 시스템을 제시한다.
하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 태양열 축열 시스템:은
하나 또는 그 이상의 축열 블록에 의한 몸체를 가지는 축열기;
상기 축열기에 설치되는 것으로 그 내부에 유동성 매질이 유동하는 가열기;
태양광을 집광하는 것으로 그 내부에 유동성 매질이 유동하는 집열기;
상기 집열기에 태양열을 집중시키는 집광장치;
상기 집열기에서 가열된 유동성 매질을 상기 가열기로 이송하는 열매체 수송관을 포함하는 매질 이송 시스템;
상기 열비축 블록에 설치되어 내부의 작동 유체를 가열시키는 열흡수기;
상기 집열기와 가열기와의 사이의 유동성 매질의 순환 경로를 제공하는 열매체 순환관;을 포함할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 축열 시스템에서, 상기 축열 블록은 화강암 또는 대리석 중의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 축열 시스템에서, 상기 유동성 매체는 모래 또는 세라믹 입자를 포함할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 축열 시스템에서, 상기 유동성 매체는 오일 또는 윤활유를 포함할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 축열 시스템에서, 상기 축열기는 중공형 원통형 몸체를 구비하며, 상기 가열기는 상기 원통형 몸체의 외주면 또는 내부면에 설치되고, 상기 열흡수기는 상기 축열기를 관통하여 설치될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 축열 시스템에서, 상기 축열기는 지중에 설치되고, 상기 집광 장치 및 그 하부의 집열기는 상기 축열기의 상부에 설치될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 태양열 발전 시스템:은
상기 축열 시스템;
상기 축열 시스템의 열흡수기로부터의 작동매체에 의해 작동하는 터빈;
상기 터빈에 의해 전력을 생산하는 발전기;를 포함할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 태양열 발전 시스템:은
상기 축열기는 중공형 원통형 몸체를 구비하며, 상기 가열기는 상기 원통형 몸체의 외주면 또는 내부면에 설치될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 태양열 발전 시스템은 상기 작동 매체로서 물 또는 CO2 가스를 사용할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 태양열 발전 시스템:은 상기 축열기는 지중에 설치되고, 상기 집광 장치 및 그 하부의 집열기는 상기 축열기의 상부에 설치되는 구조를 가질 수 있다.
태양열을 이용하여 유동성 매질을 가열하고 가열된 유동성 매질을 축열 시스템의 축열 블록에 열을 저장한다. 저장된 열은 축열 시스템에 설치된 열흡수기 또는 증발기를 통해 별도의 발전이나 온수 공급에 필요한 작동 매체 또는 열전달 매체를 통해 열에너지 소비 구조에 공급된다. 이러한 시스템은 태양열을 효과적으로 비축하고 이를 효과적으로 사용할 수 있도록 하며, 특히 열집중이 효과적인 열흡수기 및 열비축이 탁월한 열비축 블록을 이용함으로써 주야 효율적인 온수 공급 및 발전을 가능하게 된다.
도1은 일 실시 예에 따른 발전 시스템의 개념을 설명하는 가장 기본적인 개략적 구성도이다.
도2는 한 실시 예에 따른 원통형 몸체를 가지는 축열기를 예시한다.
도3은 한 실시 예에 따른 축열 시스템에서 가열부와 흡열부가 설치된 축열기의 사시도이다.
도4는 한 실시 예에 따른 축열 시스템에서 가열부와 흡열부가 설치된 축열기를 다른 방향에서 본 사시도이다.
도5는 한 실시 예에 따른 축열 시스템에 적용되는 단위 흡열부 또는 증발부의 개략적 사시도이다.
도6은 한 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 일부 구조를 예시한다.
도7은 한 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템에 적용되는 집광 시스템의 개략적 사시도이다.
도8은 도6 및 도7에 도시된 발전 시스템의 보다 구체적인 설치 구조를 보인다.
도9은 도8에 도시된 발전 시스템에서 우물 구조체의 하부에서 바라본 축열시스템을 보인다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명 개념의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명 개념의 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들로 인해 한정 되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명 개념의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명 개념을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명 개념의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 반대로 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 개시에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명 개념을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함한다” 또는 “갖는다” 등의 표현은 명세서에 기재된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 여기에 사용되는 모든 용어 "및/또는"은 언급된 구성 요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "기판"은 기판 그 자체, 또는 기판과 그 표면에 형성된 소정의 층 또는 막 등을 포함하는 적층 구조체를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "기판의 표면"이라 함은 기판 그 자체의 노출 표면, 또는 기판 위에 형성된 소정의 층 또는 막 등의 외측 표면을 의미할 수 있다. 또한 "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
이하에서 설명되는 모범적 실시 예들에 적용되는 태양열 발전 시스템은 특정 구조에 제한되지 않는다. 즉, 하나 또는 그 이상의 실시 예에 적용되는 태양열 발전 시스템은 태양열을 축열기에 축적하고 축열기를 이용해 고압의 가스 또는 고압 증기를 발생시키고 그리고 고압 증기를 이용해 터빈 발전기를 이용해 전기를 발생한다. 발전기를 돌리는 터빈으로는 고압 증기 터빈 또는 CO2 가스 터빈이 이용될 수 있다.
도1은 일 실시 예에 따른 발전 시스템의 개념을 설명하는 가장 기본적인 개략적 구성도이다.
도1은 참조하면, 태양열 발전 시스템의 주요 요소로서 열을 축적하고 축적된 열을 이용해 물 또는 가스 등의 작동 유체(working fluid, Fw)를 고압의 증기 또는 초임계 가스로 상변화를 일으키는 가열 구조체로서의 축열기(heat accumulating system, 20)이 마련되어 있다.
축열기(20)는 태양열에 의해 가열된 죽, 머드(mud) 또는 슬러지(sludge) 상태의 유동성 매질(Fm, fluid medium)에 전달된 열을 흡수하여 축적하는 것으로 잠열이 크고 열전도도가 낮은 암석을 주재료로 하는 하나 또는 그 이상의 축열 블록(20u)을 포함한다.
상기 유동성 매질(Fm)은 유동성 액체와 유동성 액체에 분산되어 있는 하나 또는 그 이상의 물질로 된 고체 입자를 포함할 수 있다. 상기 유동성 액체는 고온 하에서 증기를 발생이 없거나 적게 발생하는 물질일 수 있다. 그리고, 상기 고체에는 모래 또는 세라믹 입자가 포함될 수 있다. 또한, 상기 액체에는 오일, 윤활유가 포함될 수 있다.
상기 축열기(20)에는 배관 구조물로 된 가열기(21)와 증발기 또는 흡열기(22)가 설치된다. 그리고 선택적으로 축열기(20)의 온도를 조절하는 냉각기(23)가 형성된다.
상기 가열기(21)는 태양열에 의해 고온으로 가열된 유동성 매질(Fm)이 유동하는 배관 구조를 가지며, 흡열기(22)는 상기 축열기(20)의 축열 블록(20u)으로부터 열을 흡수하는 물 또는 가스 등의 작동 유체(Fw)가 유동한다. 한편, 축열기에는 축열 블록(20u)의 과열을 방지하여 작동 유체(Fw)의 가열에 필요한 적정 온도를 유지시키도록 냉각 매체가 유동하는 냉각기(23)가 설치될 수 있다.
상기 가열기(21)는, 가열기(21)를 경유하는 순환 배관 구조에 의해 축열기(20)의 상부에 위치하는 집열기(10)에 연결되며, 흡열기(22)는, 흡열기(22)를 경유하는 순환 배관 구조에 의해 발전기(40)를 구동하는 터빈(30)으로 연결되며, 그리고 냉각기(23)는 냉각기(23)를 경유하는 순환 배관 구조에 의해 냉각수 등의 냉매(Fc)를 공급하는 냉매 공급장치(50)에 연결된다.
한편, 상기 집열기(10) 위에는 태양(100)으로부터의 광을 집열기(10)로 집광하는 광학적 집광 장치(11)가 마련된다. 집광 장치(11)는 태양광을 집열기(10)에 집중시키는 다수의 렌즈(11a)를 포함한다.
상기 집열기(10)는 태양광을 효과적으로 흡수할 수 있도록 유동성 매질이 유동하는 파이프가 소정 패턴, 예를 들어 판상 나선형 구조의 흡열부(10a)를 가질 수 있다.
상기 터빈(30)과 축열기(20)을 경유하는 작동 유체의 유동 경로상에는 증기 터빈 발전, 초임계 CO2 가스 발전 등에 요구되는 부가적 장치, 예를 들어 펌프가 추가될 수 있다. 또한, 유동성 매체(Fm)가 이송되는 경로 상에 유동성 매체(Fm)의 이송을 위한 펌프가 마련될 수 있다.
도2는 한 실시 예에 따라, 원통형 몸체를 가지는 축열기(20)를 예시한다.
도2에 도시된 바와 같이 축열기(20)의 몸체 중앙에는 몸체의 수직 중심축을 관통하는 센터홀(20c)이 형성되어 있고, 그 주위에 일정한 각도 간격으로 형성되는 주변홀(20p)이 다수 형성된다. 상기 센터홀(20c)과 주변홀(20p)은 축열기(20)의 상하 길이방향으로 관통 형성되며, 상호 나란하게 배치된다. 그리고 주변홀(20p)은 상부 일부의 대직경부와 그 나머지 하부의 소직경부를 포함할 수 있다. 이는 도5에서 설명되는 U 형 축열 블록(22u)의 형상에 대응한다.
상기 축열기(20)는 암석으로 형성되며, 한 실시 예에 따라 원통형 구조를 가진다. 축열기(20)에 사용되는 암석은 하나의 몸체로 형성될 수 있으며, 다른 실시 예에 따라 단위 축열 블록(20u)이 다수 집적된 구조를 가질 수도 있다.
이러한 축열부에 사용되는 암석으로는, 예를 들어 암석은 잠열이 크고 열전도도가 낮은 현무암 또는 대리석이 사용될 수 있다.
도3은 가열기(21)와 흡열기(22)가 설치된 도2에 도시된 축열기(20)을 위에서 바라 본 사시도이며, 도4는 상기 축열기(20)의 하부에서 올려 본 사시도이다. 그리고, 도5는 상기 축열기(20)에 설치되는 단위 흡열부(22u)의 개략적 사시도이다.
도3과 도4에 도시된 바와 같이, 축열기(20)는 축열 블록(20u)이 다수 집적된 원통형 적층 구조물이다.
축열기(20)의 몸체 외주면에는 가열기(21)가 코일형태로 감겨 있고, 그 몸체 수직으로는 다수의 흡열기(22)를 형성하는 배관이 관통 설치되어 있다. 상기 가열기(21)는 상기 축열기(20)의 센터홀(20c)의 내벽에도 설치될 수 있다.
상기 코일형 가열기(21)는 전술한 집열기(10)에 연결되는 열매체 유동관(21a)을 포함한다.
한편, 흡열기(22)는 도5에 도시된 바와 같이, 센터홀(20c)에 설치되는 제1부분(22c)과 주변홀(20p)에 설치되는 제2부분(22p)을 가지는 U 형 단위 열 흡열부(22u)를 다수 구비한다. 상기 제1부분(22c)은 한쪽이 짧은 U 형이며, 상기 제2부분(22p)은 상기 제1부분(22c)에 비해 굵은 직경을 가지는 작동 매체 유입부(working fluid inlet)에 해당하며, 이는 주변홀(20p)의 내부의 상부에서 상기 제1부분(22c)과 연결된다.
한편, 상기 축열기(20)의 상부에서 센터홀(20c)에 설치되는 제1부분(22c)들은 링형 제1커플러(22c')에 하나로 결합되며, 제2부분(22p)은 링형 제2커플러(22p')에 의해 하나로 결합된다. 상기 제1, 제2커플러(22c', 22p')는 배관을 위한 결합요소로서 다양한 형태로 구현 가능하다.
도6은 상기 축열기(20)을 적용하는 태양광 발전 시스템의 일부 구조를 예시하며, 도7은 상기 축열기(20)의 위치에 지상에 설치되는 집광 시스템의 개략적 사시도이다.
지중(1)에 소정 깊이로 형성되어 있는 열차단/보호 우물 구조체(30) 내에 축열기(20)이 매설되어 있다. 전술한 바와 같이 축열기(20)는 하나 또는 그 이상의 단위 축열 블록이 다수 조적되어 있는 조적식 적층 구조물의 형태를 가진다. 상기 우물 구조체(30)의 내벽에는 원통형 내열 및 단열부(31)가 마련되어 있다.
축열기(20)의 위의 지상(2)에 광학적 집광장치(11)가 소정 높이로 태양에 노출되게 설치되어 있다. 집광장치(11)는 태양광을 집광하는 다수의 렌즈(11a)를 포함하는 집광장치(11)를 포함하며, 이 집광장치(11)는 지지기둥(11')에 의해 소정의 고도를 설치되어 있다.
한편, 상기 집광장치(11)의 하부에는 태양광이 집중되는 평면 상에 스파이럴 형태의 배관 구조에 의한 집열기(10)가 소정 높이로 들려 있는 지지대(10') 위에 소정 높이 들려져 있다.
상기 집열기(10)로부터의 유동성 매체(Fm)의 순환 이송을 위한 배관은 그 하부의 축열기(20)의 외주면 또는 내주면에 감겨 있는 가열기(21)로 연결된다.
도8은 도6 및 도7에 도시된 발전 시스템의 보다 구체적인 설치 구조를 도시하며, 도9은 우물 구조체(30)의 하부에서 바라본 축열기(20)을 도시한다.
전술한 바와 같이, 지중(1)에 형성되어 있는 우물 구조체(30) 내에 축열기(20)이 매설되어 있고, 그 주위는 단열부(31)에 의해 보호되고 있다. 그리고 축열기(20) 위의 지상(2)에는 태양광을 집광하는 다수의 렌즈(11a)를 포함하는 집광장치(11)를 포함하는 광학적 집광장치(11) 및 그 하부에는 상기 집광장치(11)에 의해 태양광이 집중되는 평면 상에 스파이럴 형태의 배관 구조에 의한 집열기(10)가 설치되어 있다.
상기 집열기(10)와 가열기(21)는 소정의 배관 시스템에 의해 연결되며, 유동성매질(Fm)은 집열기(10)와 가열기(21)를 경유하는 배관을 갖춘 순환 이송 시스템을 통해 이송되며, 이 순환 이송 시스템에는 매질(Fm)의 강제 이송을 위한 펌프, 예를 들어 머드 펌프(mud pump)가 설치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 축열기(20)는 가열기(21)에 의해 가열되는 축열 블록(20a)을 이용해 열을 축적하고, 그리고 가열된 축열 블록(20a)를 통과하는 흡열기(22)의 작동 유체(Fw)를 가열하는 열 교환기로서의 기능을 가진다.
상기와 같이 열 교환기로서의 기능을 가지는 축열기(20)는 증기 터빈 발 전, 초임계 CO2 터빈 발전 등에 적용될 수 있으며, 나아가서는 온수를 공급하는 온수 공급 장치로서도 사용 가능하다.
이러한 실시 예 따르면 축열기(20)는 태양열을 축적하여 재사용하거나 또는 전기 에너지로의 변환을 가능케 하는 열 에너지 소스로 사용될 수 있다.
태양열 발전 시스템은, 상기 축열기에 설치되는 흡열부에 의해 증기 발생부 또는 초임계 가스 발생부를 얻을 수 있고, 이러한 증기 발생부 또는 초임계 가스 발생부로 부터의 고압 증기 또는 가스에 의해 작동하는 터빈 발전기;를 구비할 수 있다.
또한, 축열기를 이용하는 온수 공급 장치는 상기 흡열부에 연결되는 온수 공급 라인을 포함할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 이러한 축열기에 적용되는 축열 블록 암석을 주재료로 형성되며, 상기 암석에는 잠열이 크고 열전도율이 낮은 현무암 또는 대리석이 포함될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 매질은 유동성 액체와 유동성 액체에 분산되는 나 또는 그 이상의 물질로 된 고체 입자를 포함할 수 있다. 상기 유동성 액체는 고온 하에서 증기를 발생이 없거나 적게 발생하는 물질일 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 고체에는 모래 또는 세라믹 입자가 포함될 수 있으며, 나아가서는 상기 액체에는 오일, 윤활유가 포함될 수 있다.
또한, 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 유동성 매질(Fm)의 순환 경로 상에는 펌프가 마련될 수 있으며, 구체적으로 머드 펌프가 마련될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 축열기는 원통형의 구조를가질 수 있으며, 그 외부는 지중 우물 형태의 공간 및 이에 설치되는 열적 차단 구조물에 의해 보호될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 축열기는 중공부(中空部)를 가지는 원통형 구조를 가질 수 있으며, 다른 실시 예에 따르면, 다각형의 구조를 가질 수 있다.
본 개시에서 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명 하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀 두고자 한다.

Claims (10)

  1. 다수의 축열 블록이 원통형으로 집적되어 그 중앙에 상기 축열 블록들에 의해 싸여 있는 수직의 센터홀이 마련되어 있는 몸체를 가지는 것으로, 상기 센터홀을 감싸는 다수 주변홀이 상기 다수의 축열 블록을 수직으로 관통하여 형성되어 있는 축열기;
    상기 축열기의 몸체의 외주면 또는 내부면을 감싸는 것으로 그 내부에 유동성 매질이 유동하는 코일형태의 가열기;
    태양광을 집광하는 것으로 그 내부에 유동성 매질이 유동하는 스파이럴 형태의 집열기;
    상기 집열기에 태양열을 집중시키는 집광장치;
    상기 집열기에서 가열된 유동성 매질을 상기 가열기로 이송하는 열 매체 수송관을 포함하는 매질 이송 시스템;
    상기 몸체의 주변홀에 설치되는 제1부분과 상기 센터홀에 설치되는 제2부분을 가지는 것으로, 상기 제2부분은 작동유체가 유입되는 부분으로서 상기 제1부분에 비해 굵은 직경을 가지는 형성 되어 있는 다수의 U형 열흡수기;
    상기 집열기와 가열기와의 사이의 유동성 매질의 순환 경로를 제공하는 열매체 순환관;을 포함하는 태양열 축열 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축열 블록은 화강암 또는 대리석 중의 적어도 어느 하나로 형성되어 있는, 태양열 축열 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유동성 매질은 모래 또는 세라믹 입자를 포함하는, 태양열 축열 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유동성 매질은 오일 또는 윤활유를 포함하는, 태양열 축열 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 축열기는 지중에 설치되고,
    상기 집광 장치 및 그 하부의 집열기는 상기 축열기의 상부에 설치되는, 태양열 축열 시스템.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 축열 시스템;
    상기 축열 시스템의 열흡수기로부터의 작동매체에 의해 작동하는 터빈;
    상기 터빈에 의해 전력을 생산하는 발전기;를 포함하는 태양열 발전 시스템.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 작동 매체로서 물 또는 CO2 가스를 사용하는, 태양열 발전 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 축열기는 지중에 설치되고,
    상기 집광 장치 및 그 하부의 집열기는 상기 축열기의 상부에 설치되는, 태양열 발전 시스템.
KR1020200181240A 2020-12-22 2020-12-22 태양열 비축 시스템 및 이를 적용하는 발전 시스템 KR102438772B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200181240A KR102438772B1 (ko) 2020-12-22 2020-12-22 태양열 비축 시스템 및 이를 적용하는 발전 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200181240A KR102438772B1 (ko) 2020-12-22 2020-12-22 태양열 비축 시스템 및 이를 적용하는 발전 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220090238A KR20220090238A (ko) 2022-06-29
KR102438772B1 true KR102438772B1 (ko) 2022-09-01

Family

ID=82270501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200181240A KR102438772B1 (ko) 2020-12-22 2020-12-22 태양열 비축 시스템 및 이를 적용하는 발전 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102438772B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3218262B2 (ja) * 1993-07-21 2001-10-15 住友電気工業株式会社 光導波路部品
KR101030458B1 (ko) * 2010-10-06 2011-04-25 김동호 지하 축열장치를 구비한 신재생 에너지총합시스템
JP2012211756A (ja) * 2011-03-30 2012-11-01 Tseng-Tung Hung 蓄熱装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3218262U (ja) * 2018-07-05 2018-10-04 信義 三島 熱媒体加熱装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3218262B2 (ja) * 1993-07-21 2001-10-15 住友電気工業株式会社 光導波路部品
KR101030458B1 (ko) * 2010-10-06 2011-04-25 김동호 지하 축열장치를 구비한 신재생 에너지총합시스템
JP2012211756A (ja) * 2011-03-30 2012-11-01 Tseng-Tung Hung 蓄熱装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220090238A (ko) 2022-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hussain et al. Advances in solar thermal harvesting technology based on surface solar absorption collectors: A review
JP5990652B2 (ja) 流体貯蔵設備の動作方法
US9394771B2 (en) Single well, self-flowing, geothermal system for energy extraction
US7340899B1 (en) Solar power generation system
JP2014202149A (ja) 地熱発電システム
JP2014047992A (ja) 蓄熱システム及びそれを備える発電システム
CN101932220A (zh) 半导体应用装置借自然蓄温体均温系统
KR20110052571A (ko) 전기를 생산하기 위하여 천공된 유정 내에서 지열을 포착하는 시스템 및 방법
CA2802077A1 (en) Geothermal exchanger including a capillary-type heat pipe, apparatus for preventing icing on a road/bridge, and geothermal cooling and heating apparatus
CN104081049A (zh) 利用太阳热能的发电系统
CN110243080B (zh) 热管密度变化的微生物土壤净化的太阳能环路热管系统
KR101322470B1 (ko) 지열교환기 및 이를 이용한 열교환 시스템
US11085424B2 (en) Solar power collection system and methods thereof
KR101431193B1 (ko) 지열을 이용한 열교환 장치
US6776154B2 (en) Solar energy system with direct absorption of solar radiation
KR102438772B1 (ko) 태양열 비축 시스템 및 이를 적용하는 발전 시스템
US9568217B2 (en) Getter support structure for a solar thermal power plant
TWI548854B (zh) 逆流熱虹吸向下傳熱裝置
JP7315952B2 (ja) 地熱回収装置
CN104567028B (zh) 传热改善型蓄热式太阳能集热装置
KR20210040711A (ko) 태양열 발전 시스템
KR101429233B1 (ko) 타워형 태양열 발전 시스템
KR101587495B1 (ko) 지열을 이용한 냉난방 시스템
KR20190081998A (ko) 축열 시스템
KR102093891B1 (ko) 태양광 및 태양열 발전을 이용한 정수 및 온수생산 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right