KR102453312B1 - 태양열 집광기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특허출원 제10-2021-0176409호(출원일자: 2021.12.10.)의 분할출원으로서, 원형 고리형태로 밴딩되고 서로 다른 직경을 갖는 복수의 각관; 상기 각 각관의 상면 중앙을 따라 용접되어 직립되는 고리형태의 지지용 평철; 및 하단은 상기 지지용 평철들에 함께 삽입되어 고정되고 상단에는 태양광을 반사시키는 미러가 부착되되, 복수개의 미러가 길이방향으로 서로 겹쳐지지 않도록 부착되는 미러 부착용 지지대;를 포함하여 이루어지고, 상기 미러 부착용 지지대는 상기 지지용 평철을 따라 복수개가 원형으로 인접하여 설치됨으로서 접시모양을 이루는 것을 특징으로 하는 태양열 집광기를 제공한다.

Description

태양열 집광기{Solar concentrator}
본 발명은 특허출원 제10-2021-0176409호(출원일자: 2021.12.10.)의 분할출원으로서, 보다 구체적으로는 태양열을 이용하여 가동되는 발전기의 집열부에 태양광을 정확하게 반사시켜 집광 효율을 최대한 증가시킬 수 있도록 한 태양열 집광기에 관한 것이다.
태양열 발전 기술이란 태양으로부터 복사광선을 흡수하여 열에너지로 변환시킨 후, 냉난방, 산업공정 열, 열 발전 등에 활용하는 기술을 일컫는다.
보통, 태양열 발전 시스템은 열매체의 구동장치 유무에 따라 수동형 시스템과 능동형 시스템으로 구분되며, 수동형 시스템의 경우에는 온실, 트롬 윌(Trombe wall)과 같이 창문이나 벽면 등, 주로 건축 구조물을 활용하여 태양열을 집열하고, 능동형 시스템의 경우에는 집열기를 별도로 설치하여 펌프와 같은 열매체 구동장치를 활용해서 태양열을 집열한다. 여기서 능동형 시스템을 흔히 말하는 태양열 발전 시스템이라 한다.
태양열 발전 시스템에서 가장 중요한 구성요소는 태양광 내지 태양열을 집열할 수 있는 집열기(또는 집광기)라 할 수 있는데, 이 집열기는 평판형 집열기, 진공관형 집열기, PTC형 집열기, CPC형 집열기, 접시형 집열기 등으로 구분된다.
집열기 중에서도 가장 보편적으로 사용되는 접시형 집열기는 오목한 접시형태의 집광 접시로 태양광을 초점위치에 반사시키고 초점위치에 열매체를 순환시켜 열매체를 가열한 후, 가열도니 열매체의 열을 이용하여 전력을 생산하거나, 혹은 냉난방 에너지로 이용한다.
이러한 접시형 집열기와 관련된 선행기술로 한국 공개특허공보 제10-2011-0037325호에 '접시형 태양광 집열장치'가 게시되어 있다. 이 선행기술은 태양의 고도각 변화에 대응하여 유입구 커버가 자중에 의해 유입구의 개폐면적을 자동으로 조절함으로써 별도의 제어장치를 구비하지 않고도, 자동으로 정밀한 조절이 가능토록 한 기술이다.
그러나 위 선행기술은 정확한 초점거리에 태양광을 반사시킬 수 없어 집광 효율이 비교적 낮은 문제점이 있었다.
한국 공개특허공보 제10-2011-0037325호(접시형 태양열 집열장치, 2011.04.13. 공개) 한국 공개특허공보 제10-2014-0105089호(태양열 집열장치, 2014.09.01. 공개) 한국 공개특허공보 제10-2021-0127563호(집광 렌즈를 구비한 태양열 집열기, 2021.10.22. 공개)
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 정확한 초점거리에 태양광을 반사시켜 집광 효율을 최대한 증가시킬 수 있는 태양열 집광기를 제공하는 것이다.
그러나 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 원형 고리형태로 밴딩되고 서로 다른 직경을 갖는 복수의 각관(111); 상기 각 각관(111a,111b,111c)의 상면 중앙을 따라 용접되어 직립되는 고리형태의 지지용 평철(112); 및 하단은 상기 지지용 평철들(112a,112b,112c)에 함께 삽입되어 고정되고 상단에는 태양광을 반사시키는 미러(114)가 부착되되, 복수개의 미러가 길이방향으로 서로 겹쳐지지 않도록 부착되는 미러 부착용 지지대(113);를 포함하여 이루어지고, 상기 미러 부착용 지지대(113)는 상기 지지용 평철(112)을 따라 복수개가 원형으로 인접하여 설치됨으로서 접시모양을 이루는 것을 특징으로 하는 태양열 집광기를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 미러 부착용 지지대(113)의 상면에는, 하면은 상기 미러 부착용 지지대(113)의 상면에 각도를 조절할 수 있도록 부착되고 상면에는 하나의 미러가 부착되는 복수개의 미러 부착판(115)이 구비되며, 상기 미러 부착용 지지대(113)의 상면은 상기 미러 부착판들이 계단식으로 부착될 수 있도록 계단식 면(113c)으로 이루어지고, 하나의 계단식 면(113c)에는 하나의 미러 부착판이 체결된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 미러 부착판(115)의 상측 모서리 부분은 제1볼트(116)를 통해 상기 미러 부착용 지지대(113)의 상면에 체결되고 하측 모서리 부분은 제2볼트(117)를 통해 상기 미러 부착용 지지대(113)의 상면에 체결되며, 상기 미러 부착판(115)의 하면과 상기 미러 부착용 지지대(113)의 상면 사이에는 상기 제2볼트(117)의 외면에 끼워져 상기 미러 부착판(115)의 하면과 상기 미러 부착용 지지대(113)의 상면 사이를 서로 이격시켜주면서 상기 미러 부착판(115)의 각도를 조절할 수 있게 하는 스프링(118)이 구비된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 집광기(110)의 하부에 구비되어 상기 집광기(110)의 각도를 변화시키거나 태양을 바라보도록 회전시키는 유압 펌프 및 상기 유압 펌프를 제어하는 제어기와, 상기 집광기(110)의 상면 중앙에 구비되어 태양광 추적정보를 상기 제어기로 전송하는 태양광 추적센서로 구성된 구동부를 더 포함한다.
본 발명의 태양광 집광기에 의하면, 집광기의 미러들을 계단식으로 설치하고, 각 미러의 각도를 조절하여 정확한 초점위치에 태양광을 반사시킬 수 있어 집광 효율을 최대한 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집광기의 전체 구성을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집광기를 자세하게 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집광기의 미러 부착용 지지대의 구성을 자세하게 보여주는 도면.
이하, 특허출원 제10-2021-0176409호의 분할출원인 본 발명의 기술적 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전반에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
또한, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 해석되어서는 안 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집광기의 전체 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광기(110)는 태양광을 반사시켜 소정의 초점위치에 집광하며, 중심으로 갈수록 하향 경사진 접시 형태로 제작된다.
상기 집광기(110)의 하부에는 집광기(110)가 태양의 방향을 따라 트래킹(tracking)할 수 있도록 구동하는 구동부(도면 미도시)가 구비되며, 상기 구동부는 상기 집광기(110)의 각도를 변화시키거나 태양을 바라보도록 회전시킬 수 있는 유압 펌프와 상기 유압 펌프를 제어하는 제어기 및 상기 집광기(110)의 상면 중앙에 구비되어 태양광 추적정보를 상기 제어기로 전송하는 태양광 추적센서를 포함한다.
또한, 상기 제어기는 시간 또는 날씨의 변화에 따른 트래킹 패턴을 학습 알고리즘에 의해 저장하는 딥러닝 학습모듈을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 딥러닝 학습모듈은 DFN(Deep feedforward network), CNN(Convolutional neural network), GNN(Graph neural network), DNN(Deep neural network), RNN(Recurrent neural network), SVM(Support vector machine), ANN(Artificial neural network), LSTM(Long short-term memory), GRU(Gated recurrent units), DRN(Deep residual network), GAN(Generative adversarial network), GCN(Graph convolutional network), SNN(Spiking neural network) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 알고리즘을 적용할 수 있다.
또한, 상기 유압 펌프는 유압 실린더를 통해 상기 집광기(110)를 상하로 구동하고 유압링 기어를 통해 상기 집광기(110)를 회전시킬 수 있다.
그러나 상기 유압 펌프는 전기모터로도 대체가 가능하다.
또한, 도 2는 집광기(110)를 자세하게 보여주는 도면이고, 도 3은 집광기(110)의 미러 부착용 지지대(113)와 미러(114)의 결합관계를 자세하게 보여주는 도면이다.
도 2와 도 3을 함께 참조하면, 상기 집광기(110)는 원형의 고리 형태로 밴딩되며 직경이 서로 다른 복수의 각관(111)을 포함한다.
또한, 상기 각 각관(111a,111b,111c)의 상면 중앙에는 고리 형태의 지지용 평철(112)이 용접되어 직립되게 설치된다.
참고로 도면들에서는 상기 각관들(111a,111b,111c)이 세개로 구성되는 것을 도시하였으나, 그 개수에 특별한 제약은 없다.
또한, 상기 각관들(111a,111b,111c) 중, 직경이 가장 작은 각관(111a)에서 직경이 가장 큰 각관(111c)으로 갈 수록 지면에서 높게 위치한다.
또한, 상기 각 각관(111a,111b,111c)에 직립되게 세워지는 각 지지용 평철(112a,112b,112c)에는 미러 부착용 지지대(113)의 하단이 삽입되어 고정되며, 상기 미러 부착용 지지대(113)는 상기 지지용 평철(112a,112b,112c)을 따라 복수개가 원형으로 인접하여 설치됨으로서 도 1과 같은 접시모양을 이룬다.
또한, 상기 미러 부착용 지지대(113)에는 상기 지지용 평철(112a,112b,112c)이 삽입되어 고정될 수 있는 지지용 평철 체결용 절개홈(a)이 형성된다.
즉, 하나의 미러 부착용 지지대(113)의 하단은 복수개의 지지용 평철(112a,112b,112c)에 함께 삽입되어 고정된다.
또한, 상기 미러 부착용 지지대(113)는 일측 지지대(113a)와 상기 일측 지지대(113a)와 이격된 타측 지지대(113b)를 포함하여 이루어진다.
그러나 상기 미러 부착용 지지대(113)는 상기 일측 지지대(113a)와 상기 타측 지지대(113b)가 서로 연결된 일체로 제작이 가능하다.
또한, 상기 미러 부착용 지지대(113)의 상면은 계단식 면(113c)으로 이루어지는데, 상기 계단식 면(113c)은 집광기(110)의 외곽에서 중앙으로 갈수록 높이가 점차 낮아진다.
또한, 상기 각 계단식 면(113c)에는 미러 부착판(115)이 체결되고, 상기 미러 부착판(115)의 상면에는 태양광을 반사시킬 수 있는 미러(114)가 부착된다.
또한, 상기 미러(114)는 상기 미러 부착판(115)의 상면에 실리콘 등의 접착제를 이용하여 접착될 수 있다.
또한, 상기 미러 부착판(115)은 집광기(110)의 외곽을 향하는 상측 모서리 부분이 제1볼트(116)로 체결되고, 집광기(110)의 중심을 향하는 하측 모서리 부분은 제2볼트(117)로 체결된다.
또한, 상기 미러 부착판(115)과 상기 계단식 면(113c) 사이에는 상기 제2볼트(117)의 외면에 끼워져, 상기 미러 부착판(115)과 상기 계단식 면(113c)을 서로 이격시켜주어, 상기 제2볼트(117)의 체결 정도에 따라 상기 미러 부착판(115)의 각도를 조절할 수 있게 하는 스프링(118)이 구비된다.
즉, 작업자는 상기 제1볼트(116)를 체결하여 상기 미러 부착판(115)의 상측 모서리를 고정하고, 상기 제2볼트(117)의 체결정도를 조절해가며, 상기 미러 부착판(115)의 각도를 간편하게 조절할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 모든 미러(114)의 각도를 개별적으로 조절할 수 있어 정확한 초점위치에 태양광을 집광할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 계단식 면(113c)들은 지면에 대해 모든 면의 각도가 동일하지 않고, 가장 높은 면에서 가장 낮은 면으로 갈수록 지면과 이루는 각도가 작아질 수 있다.
예를 들어, 상기 계단식 면(113c)이 7개의 면으로 이루어질 경우 가장 높은 제1면은 지면(v)과 27.7°, 그 다음 면인 제2면은 지면과 25.5°, 그 다음 면인 제3면은 지면과 22.9°, 그 다음 면인 제4면은 지면과 21.6°, 그 다음 면인 제5면은 지면과 18.3°, 그 다음 면인 제6면은 지면과 16.3°, 가장 낮은 제7면은 지면과 12.9° 를 이루도록 각도가 조절될 수 있다.
상술한 내용을 요약하면, 본 발명은 집광기의 미러들을 계단식으로 설치하고, 각 미러의 각도를 조절하여 정확한 초점위치에 태양광을 반사시킬 수 있어 집광 효율을 최대한 증가시킬 수 있는 장점을 지닌 매우 유용한 발명이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 태양열 집광기에 대한 실시예를 설명하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 자명하다.
a : 절개홈 v : 지면
110 : 집광기 111 : 각관
112 : 지지용 평철 113 : 미러 부착용 지지대
113a : 일측 지지대 113b : 타측 지지대
113c : 계단식 면 114 : 미러
115 : 미러 부착판 116 : 제1볼트
117 : 제2볼트 118 : 스프링

Claims (4)

  1. 태양광을 반사시켜 초점위치에 집광하는 태양열 집광기(110)에 있어서,
    원형 고리형태로 밴딩되고 서로 다른 직경을 갖는 복수의 각관(111);
    상기 각 각관(111a,111b,111c)의 상면 중앙을 따라 용접되어 직립되는 고리형태의 지지용 평철(112); 및
    하단은 상기 지지용 평철들(112a,112b,112c)에 함께 삽입되어 고정되고 상단에는 태양광을 반사시키는 미러(114)가 부착되되, 복수개의 미러가 길이방향으로 서로 겹쳐지지 않도록 부착되는 미러 부착용 지지대(113);를 포함하여 이루어지고,
    상기 미러 부착용 지지대(113)는 상기 지지용 평철(112)을 따라 복수개가 원형으로 인접하여 설치됨으로서 접시모양을 이루며,
    상기 미러 부착용 지지대(113)의 상면에는,
    하면은 상기 미러 부착용 지지대(113)의 상면에 각도를 조절할 수 있도록 부착되고 상면에는 하나의 미러가 부착되는 복수개의 미러 부착판(115)이 구비되며,
    상기 미러 부착용 지지대(113)의 상면은 상기 미러 부착판들이 계단식으로 부착될 수 있도록 계단식 면(113c)으로 이루어지고,
    하나의 계단식 면(113c)에는 하나의 미러 부착판이 체결되며,
    상기 미러 부착판(115)의 상측 모서리 부분은 제1볼트(116)를 통해 상기 미러 부착용 지지대(113)의 상면에 체결되고 하측 모서리 부분은 제2볼트(117)를 통해 상기 미러 부착용 지지대(113)의 상면에 체결되며,
    상기 미러 부착판(115)의 하면과 상기 미러 부착용 지지대(113)의 상면 사이에는 상기 제2볼트(117)의 외면에 끼워져 상기 미러 부착판(115)의 하면과 상기 미러 부착용 지지대(113)의 상면 사이를 서로 이격시켜주면서 상기 미러 부착판(115)의 각도를 조절할 수 있게 하는 스프링(118)이 구비되는 것을 특징으로 하는 태양열 집광기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 집광기(110)의 하부에 구비되어 상기 집광기(110)의 각도를 변화시키거나 태양을 바라보도록 회전시키는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프를 제어하는 제어기와, 상기 집광기(110)의 상면 중앙에 구비되어 태양광 추적정보를 상기 제어기로 전송하는 태양광 추적센서로 구성된 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집광기.
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