KR19990079541A - 태양 집열기 - Google Patents

Abstract

휜붙이 집열관을 포위하는 원을 기초원으로 하는 양측전개 인볼류트형 반사체 집광수단, 인볼류트반사체를 내부반사체로 포물선형 외부반사체 결합되는 집광수단, 양측전개 인볼류트반사체와 상향 및 전향 포물선명반사체와 결합되는 집광수단을 구성, 기·액 집열매체를 고정또는 추적식으로 가열하여 열창출하는 태양집열기이다.

구조판넬, 벽기능판넬 등으로 기능용도가 부가되고, 집열효율 및 집광효율이 향상된 중온용 집열 발명이다.

종전 집열기보다 경박한 구조로 고온 집열하는 진보 개량 기술이고 경사 집열관, 고체축열재부착 집열관, 집·방열전용 삼방변, 광댐퍼 조작걸이 수단등이 신규 출원되는 복합기술이다.

Description

태양 집열기

본 발명은 무공해 태양에너지를 7이하 저집광비로 집광하여 열에너지를 창출하는 고정및 1축추적식 집열기(장치)에 관한 것으로 기·액 열매체 모두 적용 되는 것이다.

가장 일반적인 평판형 집열기는 급탕용 저온집열에만 주로 사용 되었고, 동파방지를 위해 부동액을 사용하는 공해성 유해물질 용기였다.

중·고온용 집열기로 널리 알려진 P.T.C(Parabola Trough Collector)는 직달일사만을 정밀 1축 추적 집광집열하므로 흐린날이나 공해많은 지역에서는 적용하기 곤란하였고 전면 투과체 없는 형식으로 반사체 오손이 많았으며 집열관이 수평설치 되므로 열유체 순환펌프가 필히 설치되어야만 하였다.

상기와 같은 결점을 해소키 위해 본인은 "태양광 집광집열장치(94.9.7 출원 94-22415호) "축선을 경계로 포물선과 인볼류트반사체로 집광기 구성되는 집열기(94.11.1 출원 94-28528호) "태양광집광기 및 집방광이용장치"(94.12.14 출원 94-34126호) "집광용광학씨스템, 집광광수광이용장치 및 동장치의 설치방법"(96.6.13 출원 96-21138호), "구조성판넬기능을 갖는 집열장치및 다단계 집열씨스템"(96.1.26 출원 96-1658호)및 "1축 추적식 집광집열장치, 광발전겸용장치 및 에너지자급형 씨스템"(96.7.16 출원 96-28737호) 등을 출원하였는바,

상기한 발명들은 그 목적에 충분히 작용하였다.

본 발명은 전술한 출원 발명을 진보 개량하는 목적으로 보다 경박형으로 집광비를 향상시키면서 집광광 외부재반사(누광)를 극력 억제 고온집열하고, 기능을 향상시킨 신규기술이 추가된 발명이다.

뿐만아니라 집열관내 열유체 함유량을 경감 하중을 감소시키므로 구조물 또는 설치부재가 절감되는 간접효과가 있는 것이다. 집열효율향상, 집열온도상승, 광이용률 향상, 경박형 저중량 집열기가 다양한 기능으로 새로이 전개되는 기술이다.

본 출원은 북반구를 기준하여 설명하나, 남반구에서도 용이 실시할수 있는 것으로 동지를 하지로 하지를 동지로 용어 교환만 하면된다.

상기의 식별자가 없습니다.

제 1 도는 본 발명 태양집열기의 집광상태 도시용 단면도

제 2 도는 제 1도 기준 태양집열기의 실시 사시도

제 3 도는 벽기능성 액체식 태양집열기의 요부 단면도

제 4 도는 벽기능성 공기식 태양집열기의 단면도

제 5 도는 열유체가 양측유입되는 경사집열관의 실시 사시도

제 6 도는 벽기능성 집·방열겸용기의 요부 단면도

제 7 도는 제 6도 기준 실시 사시도

제 8 도는 통형 집열기의 실시 단면도

제 9 도는 추적중심과 집열관 중심이 동심으로 구성되는 추적식 집열기의 실시 단면도

제 l0 도는 추적중심과 집열관중심이 이심으로 구성되는 추적식 집열기의 구동부쪽 측면도

제 11 도는 제 9도의 B - B부 단면도

제 12 도는 집·방열겸용기 전용 삼방변 실시 단면도

제 13 도는 제 12도 삼방변의 유로구성상태 도시 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

F : 초점 V : 정점(VERTEX) θ₁: 입사각

θ₂: 반사각 CL : 축선 X : 법선

T : 교점(Tie Point),접합점

SS : 임의 위도 설치점의 하지 남중고도광

WS : 임의 위도 설치점의 동지 남중고도광

S : 광댐퍼 조작거리(이동 Stroke)

본 발명집광기는 직달일사와 확산일사를 동시집광하는 특징이 있고, 설치위도에 따라 반사체 구성방법이 상이한 바 이후 설명하는 "임의 설치장소" 란 집열기 설치되는 위도 위치를 뜻하는 것이고, 연중 태양고도가 가장낮은 동지날 오전 10시부터 오후 3시까지의 임의 시각 일사광이 최저 고도로 입사되는 포물선형반사체를 고정식 집열기에 적용, 동지날 입사량이 하지날 입사량보다 월등많게 구성하였다.

제 1 도 및 제 2 도에서, 수광전면엔 투과체(8)설치되고 반사체(1) 배면은 보온(12)되어 케이싱(또는 카바재, 11)과 후레임(10)으로 결합구성되는 태양집열기에 있어서, 한개이상의 휜(FIN,6)이 부착된 집열관(5)을 포위하는 원(CIRCLE)을 기초원(2)으로 하는 양측전개 인볼류트형 반사체(신개선형,1)를 집광수단으로 하고, 집열판(5) 원주 일부엔 고체축열재(7) 고착하여서 된 제 1도 단면구조의 집광집열수단이 제 2 도와 같이 선형적으로 구성되어 제작 설치되는 태양집열기로, 판넬형으로 그늘막(SUN-SHADE) 건축물 벽 또는, 지붕재, 방음벽 또는 경계벽등을 대체 실시되는 특징이 있다.

헤다(HEADER,25) 는 단위 집열기 다수기를 결합하는 열매체 집합관이며, 고체축열재(7)기능은 비일사시(구름이 갑자기 지나갈 때등) 급격한 집열온도 하강을 방지하고 겨울철 야간에는 주간 집열열을 집열관(5)내부 열유체에 열전달하여 결빙되는 것을 방지키위한 수단으로 그 두께와 폭은 기온조건, 제작구성상태, 기밀도, 보온성 등을 감안하여 고착시키면 된다.

제 3 도는 인볼류트반사체(1) 하나만을 취하여 내부반사체로하고 그 전개단부 내측에 초점(F)이 있고 임의설치장소 동지날 오전 1O시부터 오후 3시까지의 시간중 임의시각 고도광을 축선(CL)으로 하는 상향 일측 전개 포물선형반사체(4)를 외부반사체로 하여 상기 포물선형반사체(4) 하단부와 인볼류트반사체(1) 곡면간 집광광 광로상에 내부투과체(9) 설치하고 집열관(5,6) 배면은 보온(12)하여서 구성된 건물벽등을 대신하는 벽기능성 판넬형 태양집열기로,

제 1 도 집열관(5,6) 배면은 반사체(1)로 구성되나, 제 3 도 집열관 배면은 보온되는 차별성이 있으며, 이중투과체(8,9)로 구성되고 배면 보온되므로 물을 열매체로 하여도 동결되지 않게된다.

반사체(4)단부 일부가 제거된 형식이므로, 축선(CL)부근 입사 태양광 일부는 집열휜(6)에 직접 작용된다.

제 6 도 및 제 7 도는 제 3 도와 같은 벽기능성 집열장치로 임의설치장소 동지날 오전 10시부터 오후 3시까지의 임의시각 고도광을 측선(CL)으로 하고 초점(F)이 최외측 집열휜(6) 선단부에 있는 상향 일측전개 포물선형반사체(4)와 상향 인볼류트반사체(1)가 결합구성되어 벽기능성 판넬재로 실시되는 것이다.

제 1 도에서 입사광은 인볼류트반사체(1)에서 법선(X) 기준 입사각(θ₁)과 반사각(θ₂) 동일한 반사법칙이 적용되고 법선은 기초원(2)의 접선이 된다. 입사된 광은 직달및 산란(확산)일사 불문하고 외부 재반사(누광)되지 않는 집광장치 구성되는 것이다.

제 4 도는 제 3도와 같은 구조로 구성되고 실내공기 가열 난방식 집열기로 다수의 공기유로(14)가 관통된 판넬형 고체 축열재(13)를 집광광수광수단으로 내부투과체(9)에 이격하여 설치하고 판넬배변 하부에는 실내공기 유임공(18)구성하고 재진휠타(21)설치, 판넬상부에는 가열공기 배출공(19)을 구성,

인볼류트반사체(1)의 곡면과 포물선형반사체(4) 하단배면간에 반사판재 광댐퍼(15)설치하고, 실내로 가요성 조작선(24)을 연장하고 그 단부에 걸고리(17)접속하여 가열공기 배출공(19)을 걸고리 걸이수단으로 광로개폐 또는 집광광로 면적 조정케(개도 조정)하는 기구구성, 실내먼지를 휠타(21)로 제진,

자외선으로 공기중 세균살군, 고체축열재(13)를 집열수단으로 공기가열하여 실내 난방하는 태양집열기로 광댐퍼(15)조작시 위취 결정수단으로 공기 유출공(19)을 이용하는 것이 전 출원 광댐퍼 구성특징과 차별화된 것이다.(98..18 출원 98- 4868호)

부품 26은 유리 창문용 후레임을 도시한 것이고 24는 조작선(24)의 원활한 작동을 위해 설치한 가이드로라이다.

전면투과체(8), 반사체(1,4), 내부투과체(9), 보온재(12)와 휠타(21)등 차음및 보온성 부재와 함께 후레임(10)과 케이싱(11)재로 일체 구조물 제작되므로 벽기능 집열설비 실시되며, 열불필요시는 도면과 같이 광댐퍼(15)차단하면 된다.

제 6도및 7도는 제 3도 집열판넬에도 실시되는 집·방열겸용설비로, 포물선형반사체(4) 상부쪽 배면에 실내공기 유출·입공(18,19)형성하고 그 내부 공간에 집열관(5)과 연결배관되는 방열휜(22)부착된 방열관(23)을설치하고 양측 입상관(RISER PIPE, 27)과 집열판(5) 배관 접속부에는 제12도의 통로(50)가 저면에 또다른 유체 통로(51)가 양측으로 관통되는 삼방유로 형성된 밸브보디(43)에 경사사면(42)을 갖는 원통 회전식 밸브디스크(41)를 양측 유체통로 개폐수단으로 하고 디스크 상면에는 상광하협한 페킹재(47)를 설하여 밸브카바(45) 내돌설턱(46)으로 페킹재를 밸브보디(43) 상부 경사면에 압삭하는 구조의 삼방변(THREE-WAY VALVE 40)을 핸들(48)조작으로 원하는 유로 구성하는 것을 도시한 벽기능 실내 난방방열 설비이다.

제 7 도는 삼방변이 방열 난방하는 개로 구성도이고, 축열조, 순환펌프, 열유체용도 부하설비등에 연결배관되는 입상관(27)은 폐쇄된 상태도이다. 제 12도에서 49는 가이드 붓싱을 도시한 것이고,52로 표기한 요홈은 작동안정을 위한 안내홈이다.

제 13도 "0 및 "P" 도는 일측관로 폐쇄 타측관로 개로된 상태도이고, Q 도는 양측 동시 개방된 상태도로다.

고온난방, 저온난방, 축열조 저장유로구성등 필요에 따른 유로 구성되는 설비이다.

제 6,7 및 8 도에 표기하는 "T" 는 인볼류트 반사체(1)와 포물선형반사체(4)가 서로 접합되는 접합부 도시기호이다.

제 8도에서, 외향 집열판(6) 최선단부에 초점(F1)이 있고, 임의 설치장소 동지날 오전 11시부터 오후 2시까지의 임의 시각 고도광(WS)을 축선(CL1)으로 하는 상향 포물선명반사체(4-1)와 상기 집열핀(6) 최선단부에 초점(F2)이 있고 하지날 남중고도광(SS)을 축선(CL2)으로 하는 전향 포물선형반사체(4-2)가 인볼류트형반사체(1)와 각각 결합되어 집광광학계 구성되는 통형구조 고정식 집광기로 연중 전일사를 누광없이 집열판(5,6)에 작용시켜 열 창출케 된다.

28로 표기된 것은 기초(PEDESTAL)이다.

제 9 도는 상향 전개 포물선형 반사체(4) 정점(V)에 집열관(5)의 중심과 추적축중심(C)이 동심으로 되는 집열광학계 구성하고 회전구조체 구성 장착, 자동추적 또는 수동추적되는 1축 추적식 집열장치 이다.

31은 가이드로라(GUIDE ROLLER) 32는 구동용 연장축(SHAFT)을 도시한 단면 상태이고 제 11도 33은 베어링을 도시한 것이다.

제 10도는 추적축중심(V)과 집열관(5)중심이 편위되어 추적운전되는 이심 추적식 집열기로, 집열관 연결배관부에 공지의 후렉시블 파이프(튜브)를 연결수단으로 하면 추적운전에 지장이 없게 되며, 수동 간헐 운전식으로 눈금(INDEX, 34) 지시침(35), 구동기어(30) 및 가이드로라(31)를 도시하였다.

제 9도와 10도 기준 추적 운전을 함에 있어서, 동지에서 하지간은 태양 운행보다 지연되게, 하지에서 동지간은 선행되게 1개월 이내의 임의주기로 간헐고도 추적운전케한 기구 구성도 이다.

제 3,4,6 및 제 7 도 벽기능성 고정집열기는 동절기 수광량이 하절기보다 많은 특징이 있고, 추적식은 태양추적 하므로 하절기 집열온도가 동절기보다 높은 특징이 있어 산업용에 특히 적합하다.

제 5도, 제 9도 기준 11도는 열유체 가열유출부(20)가 유입부(20-1)보다 높게 경사 집열관(5,6)구성하여 열유체 대류순환을 순환펌프 유무에 관계없이 향상케하는 특징으로, 도면에서는 양측 유입 중앙부로 단일유출하는 형식이나 일측유입 타측유출되는 단관형으로도 실시되며, 추적식에서는 연결 후렉시불관을 연결관(20,20-1)에 구성하면 된다.

경사 집열관(5,6)구성을 위해 제 7도는 집열핀(6)의 폭이 순차적으로 변하는 것을 도시하였다.

제 8 도에서 기초원 위치에 유리관(3)을 구성 집열손실을 경감하고보다 고온 집열하는 경우를 예시한 것으로 집열관과 집열휜을 포위하는 기초원 이상의 관경을 갖는 유리관(3)을 설치한 것이다.

진공관식을 포함 집열관 외주를 유리관으로 포위하는 구조로 실시되는 것이다.

인볼류트반사체 전개용 기초원이 휜부착 집열관이므로, 집열관 관경이 감소되어 집열기는 경박형으로 제작되고 함유 유체량이 적게되어 집열기 무게가 가볍게 되고, 보다 고온 집열되며 일단 전면 투과체(8) 통과한 입사광은 천공으로 누광되지 않는 광학적 특징이 있다.

물사용시에도 추위에는 얼지 않고 공기는 물론 액체 열매체 설비 모두 실시된다.

가정용 산업용 중온 집열설비 실시되므로 난방은 물론 산업용 공정열원 생산 설비로도 이용되게 된다. 집·방열 겸용 벽기능성 판넬형 집열기에 전용 삼방변이 실치 되므로 집열즉시 실내 열방출 난방이용할 수있고 축열조, 급탕부하용 등 공지의 태양열 이용 씨스템과 공용설비로도 적용된다.

그늘막, 건축부재, 방음벽, 울타리등 구조물 시설에 대체 설치되는 경제성이 매우 높은 태양에너지 시대가 도래한다. 공지의 진공관식 집열관은 물론 유리관 쒸움식 집열기로 실시된다. 공지의 추적장치 장착된 상시 추적장치는 물론 수동 간헐주기 운전, 전동 간헐주기 추적등 다양한 씨스템이 실시된다. 집광 및 집열효율 향상, 열유체 순환수두 손실경감, 누광없는 집광광학계등 신규하고 진보된 기술이 태양집열기에 이용되는 발명이다.

Claims (11)

1. 수광 전면에 투과체 설치되고 배면엔 보온되는 태양집열기에 있어서,한개이상의 휜(6)이 부착된 집열관(5)을 포위하는 원을 기초원(2)으로 하는 양측전개 인볼류트형반사체(1)를 집광수단으로 하고 집열관(5) 원주일부엔 고체축열재(7) 고착하여서 된 단면구조의 집광집열수단이 선형적으로 구성되어 제작 설치되는 태양집열기.
2. 제 1항에 있어서, 일측전개 인볼류트반사체(1)하나만을 내부반사체로하고, 그 전개 단부 내측에 초점(F)이 있고 임의 설치장소 동지날 오전 10시부터 오후 3시까지의 임의 시각 고도광을 축선(CL) 으로하는 상향일측 전개 포물선형반사체(4)를 외부반사체로 하여, 상기 포물선형반사체하단부와 인볼류트반사체 곡면간에 내부투과체(9) 설치하고 집열관(5,6)배면은 보온하여서 구성된 벽기능성 판넬형 태양집열기.
3. 제 1항에 있어서, 임의 설치장소 동지날 오전 10시부터 오후 3시까지의 임의시각 고도광을 축선(CL)으로 하고 초점(F)이 최외측 집열휜(6) 선단부에 있는 상향 일측전개 포물선형 반사체(4)와 상향 일볼류트형반사체(1)가 결합되어 벽기능성 판넬재로 실시되는 태양집열기.
4. 제 2항에 있어서, 다수의 공기 유로가 관통된 고체축열재(13)를 집광광 수광수단으로 내부투과체(9)에 이격하여설하고 판넬 배면하부에는 실내공기 유입공 구성하고 제진휠타 설치, 판넬상부에는 가열공기 배출공(19)을 구성, 인볼류트반사체(1)임의 곡면과 포물선형반사체 하단 배면간에 반사판재 광댐퍼(15) 설치하고 실내로 가용성 조작선(24)연장 그 단부에 걸고리(l7) 접속하여 가열공기 배출공을 걸고리 걸이수단으로 개도 조정하는 기구구성, 실내공기 제진, 살균, 가열하는 특징을 갖는 벽기능성 판넬형 태양집열기.
5. 제 2항 또는 3항에 있어서, 포물선형반사체(4) 상부쪽 배면에 실내공기 유출·입공 형성하고 그 내부 공간에 집열관(5)과 연결배관되는 방열관(23)을 설치하고,

   양측 입상관(27)과 집열관(5) 배관 접속부에는 유체 통로가 저면에 또다른 유체 통로가 양측으로 관통되는 삼방유로 형성되고 경사 사면(42)을 갖는 원통 회전식 밸브 디스크(41)를 개폐수단으로 디스크 상면에는 상광하협한 페킹재(47)설하여 밸브카바(45) 내돌설턱(46)으로 페킹재 밸브보디(43)에 압착하는 구조의 삼방변(40)을 핸들(48)조작하여 원하는 유로 구성하는 것을 특징으로 하는 벽기능성집·방열 겸용 태양집열기.
6. 제 1항에 있어서, 외향 집열핀(6) 최선단부에 초점(F1)이 있고 임의 설치장소 동지날 오전11부터 오후 2시까지의 임의 시각 고도광을 축선(CL)으로하는 상향 포물선반사체(4-1)와,

   상기 집열핀(6) 최선단부에 초점(F2)이 있고 하지날 남중 고도광을 축선(CL)으로 하는 전향 포물선형반사체(4-2)가 양측 인볼류트형(1) 반사체와 각각 결합되어 집광광학계 구성되는 통형구조의 태양집열기
7. 제 2항에 있어서, 포물선형반사체 정점(V)에 집열관(5)의 중심과 추적축 중심(C)이 동심으로 되는 집열강학계 구성하고 회전 구조체 구성 공지의 추적장치 장착, 1축추적운전되는 것을 특징으로하는 태양집열기.
8. 제 7항에 있어서, 추적축 중심과 집열관 중심이 편위되어 추적운전되는 이심 추적식 태양집열기.
9. 제 7항 또는 8항에 있어, 동지에서 하지간은 태양 운행보다 지연되게 하지에서 동지간은 선행되게 1개월 이내의 임의 주기로 간헐고도 추적운전되는 태양집열기.
10. 제 2,3,5,6,7 항 또는 8항에 있어서, 열유체 가열 유출부가 유입부보다 높게 경사 집열관(5,6) 구성되어 열유체 대류순환 향상케 하는 특징을 갖는 태양집열기.
11. 제 4항 및 9항을 제외한 전체항중 어느한 항에 있어서, 집열과 집열휜을 포위하는 기초원 이상의 관경을 갖는 유리관(3)을 설치, 집열열손실경감하고 집열온도 향상케하는 특징을 갖는 태양집열기.