KR20020055870A - Central solar receiver - Google Patents

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KR20020055870A
KR20020055870A KR1020000085114A KR20000085114A KR20020055870A KR 20020055870 A KR20020055870 A KR 20020055870A KR 1020000085114 A KR1020000085114 A KR 1020000085114A KR 20000085114 A KR20000085114 A KR 20000085114A KR 20020055870 A KR20020055870 A KR 20020055870A
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KR
South Korea
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window
housing
solar collector
working fluid
absorber
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Application number
KR1020000085114A
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Korean (ko)
Inventor
카르니자콥
도론핀차스
다니노모쉐
Original Assignee
폴리나 벤-아미, 야코브 코헨
예다 리서치 앤드 디벨럽먼트 캄파니 리미티드
추후
이.디.아이.지. 컨스트럭션 매니지먼트 엘티디.
댄 피어
로템 인더스트리즈 엘티디.
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Publication date
Application filed by 폴리나 벤-아미, 야코브 코헨, 예다 리서치 앤드 디벨럽먼트 캄파니 리미티드, 추후, 이.디.아이.지. 컨스트럭션 매니지먼트 엘티디., 댄 피어, 로템 인더스트리즈 엘티디. filed Critical 폴리나 벤-아미, 야코브 코헨
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    • Y02E10/44Heat exchange systems

Abstract

PURPOSE: A central solar receiver is provided to simplify the design and prevent the improper restraint of a window. The receiver is proper to use at high temperature and under high pressure. CONSTITUTION: A central solar receiver includes an axially symmetrical housing(1) having front and rear ends(3,6) and an opening(4) formed in the front end, a long tubular window(10) mounted in the opening concentric with the housing and having an opened front end(11) fixed to the opening of the front end of the housing, a closed rear end(12) adjacent to the rear end of the housing but not fixed to the housing, a first surface(16) facing incident and concentrated sunlight, and a second surface(18) facing the inside of the housing, volumetric sunlight absorbing elements(50,52) disposed in the housing and extended around the window for absorbing sunlight passing through the window, and a pair of fluid inlet and outlet formed in the housing for the injection and recovering of a working fluid for correlated operation between the volumetric sunlight absorbing element with working fluid.

Description

집중식 태양광 수집기 {CENTRAL SOLAR RECEIVER}Centralized Solar Collector {CENTRAL SOLAR RECEIVER}

본 발명은 집중식 태양광 수집기에 관한 것이고, 특히 집중된 태양광선을 받아들여 통과시키기 위한 그러한 수집기에 사용되는 창에 관한 것이다.The present invention relates to a concentrated solar collector, and more particularly to a window used in such a collector for receiving and passing concentrated sunlight.

본 발명은 특히 고온에서, 대개 500℃ 이상의 온도에서의 집중된 태양광선을 흡수하도록 된 태양광 흡수체와, 태양광 흡수체와 간접 또는 직접적인 열교환 관계로 내부에서 순환하는 작동 유체를 갖는 하우징을 포함하는 집중식 태양광 수집기에 관한 것이다. 그러한 태양광 수집기의 하우징에는 태양광선 집중 시스템의 초점 구역 내에 배치된 개구가 형성되어 있고, 집중 시스템으로부터의 고도로 집중된 태양광선을 받아들여 그것을 태양광 흡수체를 향해 통과시키도록 된 창을 보유한다.The present invention provides a concentrated solar system comprising a housing having a solar absorber adapted to absorb concentrated sunlight at temperatures, in particular at high temperatures, usually at or above 500 ° C., and a working fluid circulating therein in an indirect or direct heat exchange relationship with the solar absorber. Relates to a light collector. The housing of such a solar collector is formed with an opening disposed in the focal region of the solar concentrating system, and has a window adapted to receive the highly concentrated sunlight from the concentrating system and pass it towards the solar absorber.

이러한 종류의 집중식 태양광 수집기에 이용되는 태양광 흡수체는 종종 작동 유체가 유동할 수 있도록 하여 작동 유체에 열을 전달하는 3차원 매트릭스 형태로 제조된 용적형 태양광 흡수체이다. 그러한 태양광 수집기는 일례로 이스라엘 특허 제97091호 및 미국 특허 제5,323,764호에 기재되어 있다.Solar absorbers used in this type of concentrated solar collector are often volumetric solar absorbers made in the form of a three-dimensional matrix that allows the working fluid to flow and transfer heat to the working fluid. Such solar collectors are described, for example, in Israel patent 97091 and US patent 5,323,764.

집중식 태양광 수집기에 이용되는 작동 유체는 대개 열 운반 유체로서 제공되거나 또는 작동 유체의 성분간의 가능한 촉매 작용에 영향을 미치는 열 유발 흡열 화학 반응을 수행하도록 설계된다.Working fluids used in concentrated solar collectors are usually provided as heat carrier fluids or designed to conduct heat induced endothermic chemical reactions that affect the possible catalysis between components of the working fluid.

전기 발생용 가스 터빈의 조작이나 정해진 종류의 흡열 반응의 수행과 같은 다양한 산업상의 적용을 위해, 적어도 약 2기압의 높은 압력에서 작동 유체가 시스템을 통해 순환할 수 있도록 하는 것이 필요하다. 그러한 압력에서, 순환 가스 상태의 작동 유체의 밀도는 비압축 상태로 있을 때 보다 더 높아지게 되어, 순환 중의 압력 손실은 더 낮아지게 된다.For various industrial applications, such as the operation of electricity generating gas turbines or the carrying out of certain types of endothermic reactions, it is necessary to allow the working fluid to circulate through the system at high pressures of at least about 2 atmospheres. At such pressures, the density of the working fluid in the circulating gas state is higher than when it is in an uncompressed state, so that the pressure loss during circulation is lower.

창을 갖는 가압 집중식 태양광 수집기와 관련된 가장 중요한 문제점 중 하나는 창의 기계적 강도이다. 요구되는 광학적 및 열적 특성을 갖는 재료들은 부서지기 쉽고, 큰 압축 응력에 견딜 수 있는 반면 비교적 작은 응력 하에서는 부서지거나 분쇄되는 경향이 있다. 창에서의 응력은 작동 중 가열될 때 수집기 내부의 가스압과 불균일한 창의 열팽창 및 접촉하는 다른 수집기 요소들에 의해 형성된다.One of the most important problems associated with pressurized concentrated solar collectors with windows is the mechanical strength of the windows. Materials with the required optical and thermal properties are brittle and can tolerate large compressive stresses, while tending to break or crush under relatively small stresses. The stress in the window is formed by thermal expansion and other collector elements in contact with the window that are non-uniform with the gas pressure inside the collector when heated during operation.

미국 특허 제5,323,764호 및 제5,421,322호는 창이 전방 및 후방 단부에서 하우징에 고정된 통형의 전방 및 후방 림으로 형성된 전방 대경 및 후방 소경 개방 단부를 갖는 절두원추형 창을 구비한 집중식 태양광 수집기를 개시한다. 하우징의 전방 단부에는 환형 위치 설정 홈이 형성되고 창의 전방 림은 O-링에 의해 그 안에 수용되어 고정된다. 창의 후방 림은 금속 블록 내에 고정되고, 특히 상기 금속 블록은 열팽창 흡수 벨로즈와, 창으로 들어가는 응집된 태양광선로부터 벨로즈 및 블록을 보호하도록 구성된 반사부를 포함한다.US Pat. Nos. 5,323,764 and 5,421,322 disclose centralized solar collectors with truncated conical windows having front large and rear small diameter open ends formed of cylindrical front and rear rims with windows fixed at the front and rear ends to the housing. . An annular positioning groove is formed at the front end of the housing and the front rim of the window is received therein and fixed by the O-ring. The rear rim of the window is fixed in the metal block, in particular the metal block comprises a thermal expansion absorbing bellows and a reflector configured to protect the bellows and the block from the aggregated sunlight entering the window.

본 발명의 목적은 집중식 태양광 수집기에 사용되는 새로운 창과 이를 사용하는 새로운 집중식 태양광 수집기를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a new window for use in a centralized solar collector and a new centralized solar collector using the same.

본 발명의 일 태양에 따르면, a) 전방 단부 및 후방 단부와, 상기 전방 단부에 개구를 갖는 축대칭 하우징과, b) 상기 하우징의 전방 단부에서 하우징에 고정된 개방된 전방 단부 및 하우징의 후방 단부에 인접하여 하우징에 고정되지 않은 폐쇄된 후방 단부와, 입사되어 집중된 태양광선을 향하는 제1 표면 및 하우징의 내부를 향한 제2 표면을 가지며, 상기 개구 내에 하우징과 동축선 상으로 장착된 긴 튜브형 창과, c) 상기 하우징 내에 배치되고 상기 긴 창 주위로 그리고 그를 따라 연장되어 통과된 태양광선을 흡수하는 용적형 태양광 흡수체(volumetric solar absorber)와, d) 상기 하우징에 형성되어, 작동 유체가 상기 용적형 태양광 흡수체와 상호 작용할 수 있게 하는 방식으로, 가압된 작동 유체를 하우징에 주입하고 그리고 하우징으로부터 회수하기 위한 작동 유체 입구 및 출구를 포함하는 집중식 태양광 수집기가 제공된다.According to one aspect of the invention there is provided an asymmetric housing having a) a front end and a rear end, and an opening at the front end; and b) an open front end fixed to the housing at the front end of the housing and a rear end of the housing. An elongated tubular window mounted coaxially with the housing within said opening, having a closed rear end that is not secured to the housing adjacent to, a first surface facing the incident and concentrated sunlight and a second surface facing the interior of the housing; c) a volumetric solar absorber disposed within the housing and extending around and along the elongated window to absorb the sunlight passing therethrough; and d) formed in the housing so that a working fluid is formed in the volume. To inject and withdraw pressurized working fluid into the housing in a manner that allows interaction with the solar absorber; The centralized solar collector is provided which comprises a copper fluid inlet and outlet.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 입사되어 고도로 집중된 태양광선을 수집기 내로 통과시키며, 상기 수집기의 개구에 고정되도록 된 개방된 전방 단부와 어떠한 고정 수단도 없는 폐쇄된 후방 단부를 갖는 긴 튜브형 형상을 갖는, 상기와 같은 종류의 집중식 태양광 수집기에 사용하도록 된 창이 제공된다.According to another aspect of the invention, it has an elongated tubular shape with an open front end adapted to pass incident and highly concentrated sunlight into the collector, and an open front end adapted to be fixed to the opening of the collector and a closed rear end without any fastening means, A window is provided for use in such a concentrated solar collector.

본 발명의 창의 설계 및 창을 집중식 태양광 수집기에 장착(이에 의해, 창이 전방 단부에만 고정됨)하는 방법은 수집기의 설계를 단순화하고 창이 바람직하지 않게 구속되는 것을 방지하는데, 이는 고온 및 고압에서 사용하기에 적합하도록 한다.The design of the window of the present invention and the method of mounting the window to the centralized solar collector, whereby the window is fixed only at the front end, simplify the design of the collector and prevent the window from being undesirably constrained, which can be used at high temperatures and pressures. To suit.

바람직하게도, 창은 절두원추형이고, 그의 개방된 전방 단부는 대경 단부를 갖고, 폐쇄된 후방 단부는 소경 단부를 갖는다. 그러나, 창은, 전방 단부가 창의 다른 부분보다 대경을 갖는 림으로 형성될 있는 경우, 예를 들어 통형인, 어떤 긴축대칭 형상을 가질 수 있다.Preferably, the window is truncated conical, the open front end of which has a large diameter end, and the closed rear end has a small diameter end. However, the window may have any constriction-symmetrical shape, for example cylindrical, where the front end is formed of a rim having a larger diameter than other portions of the window.

바람직하게는, 창의 전방 단부는 창을 제 위치에 유지하고 수집기가 작동될 때 열 및 압력 사이클 중에 그 작용력 하에 그 이동을 방지하는 축력을 창 본체에 영구적으로 가하는 스프링 하중식 클램프 등의 탄성 장착 장치에 의해 하우징에 고정된다.Preferably, the front end of the window is an elastic mounting device such as a spring loaded clamp that permanently exerts an axial force on the window body that holds the window in place and prevents its movement under its action during heat and pressure cycles when the collector is operated. Is fixed to the housing.

바람직하게는, 창의 후방 폐쇄 소경 단부는 창의 원추면과 계속적으로 합쳐지는 캡형 오목면의 형태이다. 이러한 폐쇄 단부와, 창 본체의 절두원추형은 하우징 내로부터 창에 가해진 임의의 압력이 창의 표면을 따라 수직으로 작용하는 힘성분을 생성하여 창을 파손시킬 수 있는 장력보다는 압축 응력을 발생시킨다.Preferably, the rear closed small diameter end of the window is in the form of a cap-shaped concave surface which is continuously joined with the conical surface of the window. These closed ends and truncated cones of the window body generate compressive stresses rather than tensions that can cause any pressure exerted on the window from within the housing to create a force component that acts vertically along the surface of the window to break the window.

바람직하게는, 작동 유체 입구는 창의 상기 폐쇄 단부에 대면하도록 그와 동축상의 하우징의 후방 단부에 인접하여 위치한다. 추가의 태양광 흡수체는 폐쇄 단부를 통과하는 집중된 태양광선을 흡수하기 위해 작동 유체 입구와 창의 폐쇄 단부의 사이에서 하우징 내에 장착되는 것이 더 바람직하다. 이로써, 작동 유체 입구는 집중된 태양광선의 직접 관통으로부터 보호되고 상기 용적형 태양광 흡수체와의 상호 작용 이전에 수집기로 들어가면서 예열된다. 추가의 태양광 흡수체는 또한 용적형 태양광 흡수체일 수 있다.Preferably, the working fluid inlet is positioned adjacent the rear end of the housing coaxial with it so as to face said closed end of the window. Further solar absorbers are more preferably mounted in the housing between the working fluid inlet and the closed end of the window to absorb concentrated sunlight passing through the closed end. As such, the working fluid inlet is protected from direct penetration of concentrated sunlight and is preheated as it enters the collector prior to interaction with the volumetric solar absorber. The further solar absorber may also be a volumetric solar absorber.

본 발명을 이해하고 실제로 어떻게 실시될 수 있는가를 알기 위해서 이제 본 발명의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 한정적이지 않고 예시적으로만 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION In order to understand the present invention and to understand how it may be practiced, embodiments of the present invention will now be described by way of example only, with reference to the accompanying drawings.

도1은 본 발명에 따른 집중식 태양광 수집기의 개략적인 단면도.1 is a schematic cross-sectional view of a concentrated solar collector according to the present invention.

도2는 도1에 도시된 수집기의 영역 A의 확대도.FIG. 2 is an enlarged view of region A of the collector shown in FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 하우징1: housing

3 : 전방 단부3: front end

6 : 후방 단부6: rear end

10 : 창10: window

11 : 전방 개방 대경 단부11: front opening large diameter end

12 : 후방 폐쇄 소경 단부12: rear closed small diameter end

13 : 창 본체13: window body

50 : 제1 흡수체50: first absorber

52 : 제2 흡수체52: second absorber

53 : 수집기 챔버53: Collector Chamber

58 : 작동 유체 입구 덕트58: working fluid inlet duct

60 : 작동 유체 출구 챔버60: working fluid outlet chamber

본 발명의 집중식 태양광 수집기는, 도1에 도시된 바와 같이, 태양광선 집중 시스템(도시되지 않음)과 관련하여 설계되고 종축 X를 갖는 금속 하우징, 집중된 태양광선에 대면하여 그 안에 구멍(4)을 갖는 전방 단부(3), 후방 단부(6) 및 외측벽(8)을 포함한다. 수집기는 하우징(1)과 동축상의 구멍(4)에 장착된 긴 튜브형 창(10)을 더 포함하고, 창은 태양광선 집중 시스템으로부터 고도로 집중된 태양광선의 수용을 위해 구성되고, 고온을 견디어낼 수 있다. 이러한 목적을 위해, 창은 예를 들어, 용화된 석영 등의 소정의 광학적 및 열적 특성을 갖는 임의의 종래의 재료로 이루어질 수 있다.The centralized solar collector of the present invention, as shown in FIG. 1, is designed in connection with a solar focused system (not shown) and has a longitudinal axis X, a hole 4 therein facing the centralized sunlight. And a front end 3, a rear end 6 and an outer wall 8 having a front end 3. The collector further comprises an elongated tubular window 10 mounted in a hole 4 coaxial with the housing 1, the window configured for the reception of highly concentrated sunlight from the solar concentration system and capable of withstanding high temperatures. have. For this purpose, the window can be made of any conventional material having certain optical and thermal properties, such as fused quartz, for example.

창(10)은 전방 개방 대경 단부(11)와, 후방 폐쇄 소경 단부(12) 및 이들 사이에 있는 절두원추형 창 본체(13)를 가지며, 제1 표면(16)은 입사되어 집중된 태양광선에 면하고 제2 표면(18)은 하우징(1)의 내부에 면하여 있다. 창 본체(13)는 원형 단면 형상을 갖지만 이 형상은 다른 양호한 형태를 취할 수도 있다. 또한, 창 본체는 전방 대경 단부가 림의 형태로 된 원통형으로 될 수 있다. 필요하다면, 창(10)은 내측창과 외측창 사이에 간극을 갖는 이중창 형태를 취할 수도 있다.The window 10 has a front open large diameter end 11, a rear closed small diameter end 12, and a truncated conical window body 13 between them, the first surface 16 being faced by incident and concentrated sunlight. And the second surface 18 faces the interior of the housing 1. The window body 13 has a circular cross-sectional shape, but this shape may take other preferred forms. In addition, the window body may be cylindrical in the form of a rim with a front large diameter end. If desired, the window 10 may take the form of a double glazing with a gap between the inner and outer windows.

창(10)은 도2에 상세하게 도시된 것처럼 하우징(1)의 전방 단부(3)에서 개구(4)에 고정되도록 된 이의 대경 단부(11)에 의해 단독으로 하우징(1)에 유지된다. 하우징의 전방 단부(3)는 환형 시일(22)을 구비한 홈 바닥부를 갖는 환형 홈(20)과 홈 측벽(24)으로 형성된다. 창의 대경 단부(11)는 하우징의 개구(4)의 주연을 따라 위치한 다수의 조정 가능한 스프링 부하식 장착 장치(30, 도2에는 하나만 도시됨)에 의해 환형 홈(20)에 고정된다. 각각의 장착 장치(30)는 편심헤드(41) 및 스커트(43)를 갖춘 레그(42)를 갖는 버섯형 클램프(40)를 포함한다. 클램프(40)의 헤드(41)는 창(10)의 절두원추형 본체(13)의 외형에 맞도록 절두원추형 주연을 가지며, 창에 손상을 입히지 않고 이에 접촉하도록 구성된 연질 세라믹 로프(44)에 의해 라이닝된다. 클램프(40)의 스커트(43)는 원형의 제1 스프링(45)과, 제2 스프링(48)에 의해 가압된 플랜지(46) 사이에 유지된다. 클램프(40)는 편심 헤드(41)의 로프(44)가 창 본체(13)의 제2 표면(18)에 인접할 때까지 클램프를 그 축주위로 회전시켜서 창(10)에 적절한 압력을 가함으로써 고정되며, 스프링(45, 48)들은 이 압력을 영구적으로 유지하도록 설계되어 있다. 창 본체(13)의 원추형 형상에 기인하여, 상기 압력은 창을 환형 홈(20)의 바닥부로부터 시일(22)을 향해 밀어내는 축방향 힘을 생성하여, 창을 제 위치에 유지하고 수집기가 작동될 때 열적 및 압력 사이클 중에 그 위에 작용하는 힘의 작용 하에서 창이 이동하는 것을 방지한다.The window 10 is held alone in the housing 1 by its large diameter end 11, which is adapted to be fixed to the opening 4 at the front end 3 of the housing 1 as shown in detail in FIG. 2. The front end 3 of the housing is formed of an annular groove 20 with a groove bottom with an annular seal 22 and a groove side wall 24. The large diameter end 11 of the window is secured to the annular groove 20 by a plurality of adjustable spring loaded mounting devices 30 (only one shown in FIG. 2) located along the periphery of the opening 4 of the housing. Each mounting device 30 comprises a mushroom clamp 40 having a leg 42 with an eccentric head 41 and a skirt 43. The head 41 of the clamp 40 has a truncated cone-shaped periphery to fit the contour of the frusto-conical body 13 of the window 10 and is configured by a soft ceramic rope 44 configured to contact it without damaging the window. Lining. The skirt 43 of the clamp 40 is held between the circular first spring 45 and the flange 46 pressed by the second spring 48. The clamp 40 applies the appropriate pressure to the window 10 by rotating the clamp around its axis until the rope 44 of the eccentric head 41 is adjacent to the second surface 18 of the window body 13. Fixed, springs 45 and 48 are designed to maintain this pressure permanently. Due to the conical shape of the window body 13, the pressure creates an axial force that pushes the window from the bottom of the annular groove 20 toward the seal 22, keeping the window in place and the collector When activated, it prevents the window from moving under the action of forces acting upon it during thermal and pressure cycles.

창(10)의 후방 폐쇄 소경 단부(12)는 창의 절두원추형 본체(13)와 매끄럽게 합쳐지는 캡형 표면의 형태로 되어 있다. 소경 단부(12)가 임의의 고정 수단을 갖지 않기 때문에, 이의 캡형 표면은 예를 들어 오목형, 구형 또는 비구형인 임의의 소정 형상을 취할 수 있거나, 또는 평평하지 않을 수도 있다.The rear closed small diameter end 12 of the window 10 is in the form of a cap-like surface that smoothly merges with the frustoconical body 13 of the window. Since the small diameter end 12 does not have any fastening means, its cap-like surface may take any desired shape, for example concave, spherical or non-spherical, or may not be flat.

수집기는 창(10)의 절두원추형 본체(13) 주위로 연장되어 이에 면하는 제1 튜브형 용적형 흡수체(50)와, 하우징의 후방에 배치되고 창(10)의 폐쇄 단부에 면하는 제2 디스크형 체적 관통 유동형 태양광 흡수체(52)를 더 포함한다. 흡수체(50, 52)들은 창(10)의 제2 표면(18)과 함께 수집기 챔버(53)를 형성한다.The collector has a first tubular volume absorber 50 extending around and facing the frustoconical body 13 of the window 10 and a second disk disposed at the rear of the housing and facing the closed end of the window 10. It further comprises a mold volume flow-through solar absorber (52). The absorbers 50, 52 together with the second surface 18 of the window 10 form the collector chamber 53.

제1 용적형 흡수체(50)는 기부(54)의 하나의 면으로부터 창(10)을 향해 돌출되어 있고 서로로부터 이격된 스파이크형 흡수 부재(56)의 어레이를 구비한 절두원추형 기부(54)를 갖는다. 그러나, 흡수체(50)는 임의의 다른 적당한 설계의 것일 수 있다. 예컨대, 절두원추형이 아니라 다면체-프리즘 형상, 원통 형상, 포물체 형상, 타원 형상 등을 가질 수 있다. 흡수 부재(56)의 스파이크 형상은 중요한 것이 아니며, 예컨대 봉, 중공 원통형 튜브, 원뿔대, 평판 등과 같은 임의의 적당한 형상일 수도 있다.The first volumetric absorber 50 defines a truncated conical base 54 with an array of spiked absorbing members 56 projecting from one side of the base 54 toward the window 10 and spaced apart from each other. Have However, the absorber 50 can be of any other suitable design. For example, it may have a polyhedron-prism shape, a cylindrical shape, a parabolic shape, an elliptic shape, and the like, rather than a truncated cone. The spike shape of the absorbent member 56 is not critical and may be any suitable shape such as, for example, rods, hollow cylindrical tubes, truncated cones, plates, and the like.

제2 용적형 흡수체(52)는 흡수체(50)에 대하여 전술된 것과 유사한 설계를 가질 수 있으며, 차이점은 흡수체(52)의 기부 본체가 천공되거나, 작동 유체를 통과시키도록 설계되어야 한다는 점이다. 예컨대, 벌집형, 격자형, 철망형, 발포형 등과 같은 임의의 다른 적당한 형태의 것일 수도 있다. 용적형 태양광 흡수체(52)의 평행한 디스크 형상은 중요한 것이 아니며, 임의의 다른 적당한 형상이 사용될 수도 있다. 예컨대, 흡수체(52)는 돔 형상으로 형성되거나 비평행 면들을 갖는 디스크의 형태, 보어 등이 구비된 디스크의 형태 등을 가질 수 있다.The second volumetric absorber 52 may have a design similar to that described above for the absorbent body 50, with the difference that the base body of the absorbent body 52 must be perforated or designed to pass the working fluid through. For example, it may be of any other suitable form such as honeycomb, lattice, wire mesh, foam, and the like. The parallel disk shape of the volumetric solar absorber 52 is not critical, and any other suitable shape may be used. For example, the absorber 52 may be in the form of a dome or in the form of a disk having non-parallel faces, in the form of a disk with a bore or the like.

각각의 흡수체(50, 52)는 세라믹 재료, 세라믹 피복된 금속 합금, 실리콘 카바인, 알루미나, 특수 스테인레스강, 니켈 합금 등과 같은 임의의 적당한 내열 재료로 제작된 것일 수 있다.Each absorbent 50, 52 may be made of any suitable heat resistant material, such as ceramic material, ceramic coated metal alloy, silicon carbine, alumina, special stainless steel, nickel alloy and the like.

수집기는 수집기 챔버(53) 내로의 작동 유체의 진입을 위하여 하우징의 후방 단부(6)에서 동축으로 위치된 작동 유체 입구 덕트(58)를 추가로 포함한다. 덕트(58)는 창의 폐쇄 단부(12)의 횡방향 치수보다 큰 횡방향 치수를 갖는 진입 깔때기(59)를 구비한다. 전술된 제2 용적형 흡수체(52)는 양호하게는 깔때기(59)에 장착되며, 덕트(58)가 폐쇄 단부(12)에서 창을 통과한 집중된 태양광선으로부터 보호되고 모든 작동 유체가 수집기 챔버(53) 내로 주입되기 전에 소형 흡수체(52)에 의해 소정 정도로 예비 가열되는 것을 보장한다.The collector further comprises a working fluid inlet duct 58 located coaxially at the rear end 6 of the housing for entry of the working fluid into the collector chamber 53. Duct 58 has an entry funnel 59 having a lateral dimension that is greater than the lateral dimension of the closed end 12 of the window. The second volumetric absorber 52 described above is preferably mounted to a funnel 59, in which the duct 58 is protected from concentrated sunlight passing through the window at the closed end 12 and all working fluid is collected in the collector chamber ( 53) it is ensured to be preheated to some extent by the miniature absorber 52 before being injected into.

수집기는 진입 깔때기(59)를 둘러싸는 작동 유체 환형 출구 챔버(60)를 추가로 포함하고, 출구 챔버는 수집기 챔버(53)로부터 작동 유체를 제거하도록 대형 용적형 태양광 흡수체(50)의 배면에 위치된 환형 배출 오리피스(62)와, 튜브형 배출 통기구(64)를 구비한다.The collector further comprises a working fluid annular outlet chamber 60 surrounding the entry funnel 59, the outlet chamber being on the back of the large volume solar absorber 50 to remove the working fluid from the collector chamber 53. It has an annular discharge orifice 62 positioned and a tubular discharge vent 64.

본 발명의 집중식 태양광 수집기에 사용된 작동 유체는 양호하게는 고온(약 500℃ 이상)에서 그리고 적어도 약 2기압의 고압에서 수집기 챔버(53) 내에서 순환하도록 된 공기 등의 가스이다. 작동 가스는 태양광 흡수체에서 생성된 열의 제거를 위한 열 운반체(carrier)로서 역할에 적당한 임의의 종류의 것일 수 있다. 이에 더하여 또는 대안으로서, 작동 가스는 고온의 태양광 흡수체와의 접촉시 서로 반응하도록, 즉 열 화학 과정을 수행하도록 도입되는 둘 이상의 성분의 혼합물로 구성될 수 있다. 후자의 경우에, 용적형 흡수체(50)의 돌출 부재(56)는 적당한 촉매로 피복될 수 있다.The working fluid used in the concentrated solar collector of the present invention is preferably a gas such as air adapted to circulate in the collector chamber 53 at high temperature (at least about 500 ° C.) and at a high pressure of at least about 2 atmospheres. The working gas may be of any kind suitable to serve as a heat carrier for the removal of heat generated in the solar absorber. In addition or as an alternative, the working gases may consist of a mixture of two or more components introduced to react with each other upon contact with a hot solar absorber, ie to carry out a thermochemical process. In the latter case, the protruding member 56 of the volume absorber 50 may be coated with a suitable catalyst.

가압 작동 유체의 진입 및 배출의 기하학적 구성이 앞서 설명될 필요가 없으며 오히려 특정 설계 요건에 부합하도록 수정될 수 있음을 알아야 한다.It should be appreciated that the geometry of the inlet and outlet of the pressurized working fluid need not be described above, but rather can be modified to meet specific design requirements.

하우징(1)은 제1 용적형 흡수체(50)의 기부(54)와 하우징 외벽(8) 사이의 체적을 모두 채우고 입구 덕트(58), 출구 환기구(64) 및 각방향 출구 챔버(60)를 또한 둘러싸는 절연 재료(65)를 더 구비한다.The housing 1 fills all the volume between the base 54 of the first volume absorbent body 50 and the housing outer wall 8 and defines the inlet duct 58, the outlet vent 64 and the angular outlet chamber 60. Furthermore, it further includes the surrounding insulating material 65.

작동시, 집중된 태양광선은 창(10)의 대경 단부(11)를 통해 진입한다. 이 광선의 대부분은 창의 절두원추형 본체(13)를 통과하고 제1 용적형 태양광 흡수체(50)의 흡수체 부재(56)와 닿는다. 창 본체(13)를 통과하지 않은 입사 태양광선은 창의 폐쇄된 후방 단부(12)를 통과하여 제2 용적형 태양광 흡수체(52)와 닿는다. 이에 의해, 태양광 흡수체(50, 52)들이 가열된다.In operation, concentrated sunlight enters through the large diameter end 11 of the window 10. Most of this light passes through the truncated conical body 13 of the window and contacts the absorber member 56 of the first volumetric solar absorber 50. Incident sunlight that has not passed through the window body 13 passes through the closed rear end 12 of the window and contacts the second volumetric solar absorber 52. Thereby, the solar absorbers 50 and 52 are heated.

가압된 작동 유체는 입구 덕트(58)와 입구 깔때기(59)를 통해 흡수기 내로 주입되고, 이 경우에 작동 유체는 제2 용적형 흡수체(52)를 통해 유동하여 수집기 챔버(53) 내로 유입되기 전에 어느 정도 가열된다. 제2 흡수체(52)를 통과한 후, 작동 유체는 창의 폐쇄된 단부(12)를 향해 그리고 이를 따라 유동하고 이어서 절두원추형 본체(13)를 따라 더 유동하고, 이럼으로써 창은 그 표면을 따라 완전히 냉각된다. 창의 전방 및 후방 단부에 창의 내측창 내에 적절한 유체 통로를 제공하여 창들 사이의 간격을 따라 작동 유체가 유동하는 전술한 이중창 설계를 갖는 창에서도 동일한 효과가 얻어진다.The pressurized working fluid is injected into the absorber through the inlet duct 58 and the inlet funnel 59, in which case the working fluid flows through the second volume absorber 52 and before entering the collector chamber 53. It is heated to some extent. After passing through the second absorbent 52, the working fluid flows towards and along the closed end 12 of the window and then further along the frustoconical body 13, whereby the window is completely along its surface. Is cooled. The same effect is achieved with a window having the above-described double-window design, in which the working fluid flows along the gap between the windows by providing a suitable fluid passage in the inner window of the window at the front and rear ends of the window.

하우징의 전방 단부(3)에 인접한 수집기 챔버(53)의 영역에 접근한 후, 작동 유체는 방향을 돌려 부재(56)의 어레이를 가로지르는 용적형 흡수체(50)를 통해 유동하고, 이 흡수체에서 작동 유체는 가열되거나 흡열 화학 반응에 관계된다. 가열된 작동 유체 및 반응 생성물은 출구 오리피스(62)를 통해 환형의 출구 챔버(60)로 더 유입되고 예컨대 전력 발생 터빈을 작동시키기 위한 출구 환기구(64)를 통해 배출된다.After approaching the region of the collector chamber 53 adjacent the front end 3 of the housing, the working fluid flows through the volumetric absorber 50 across the array of members 56 in a direction, in which The working fluid is heated or involved in endothermic chemical reactions. The heated working fluid and reaction product are further introduced into the annular outlet chamber 60 through the outlet orifice 62 and exit through an outlet vent 64 for operating the power generating turbine, for example.

작동 중에, 흡수기 하우징에 대한 창(10)의 임의의 이동은 스프링 부하식 장착 장치(30)에 의해 보상된다. 대칭이거나 비대칭인 임의의 흡수기 요소의 임의의 열팽창은 단지 대경 단부(11)에 설정되므로 창(10)으로 전달되지 않는다.During operation, any movement of the window 10 relative to the absorber housing is compensated for by the spring loaded mounting device 30. Any thermal expansion of any absorber element, symmetrical or asymmetrical, is only set at the large diameter end 11 and thus is not transmitted to the window 10.

전술한 실시예는 본 발명에 따라 본원에서 사용된 집중식 태양광 흡수기 및 창의 단지 일 실시예이라는 것과 청구범위에 기재된 본 발명의 범위는 당업자에게 자명할 수도 있는 다른 실시예를 완전히 포함한다는 것을 알아야 한다.It should be understood that the foregoing embodiments are merely one embodiment of the concentrated solar absorber and window used herein in accordance with the present invention and that the scope of the invention as set forth in the claims fully includes other embodiments that may be apparent to those skilled in the art. .

본 발명에 따르면, 태양광 수집기의 설계가 단순화되고 창이 바람직하지 않게 구속되는 것이 방지되어, 태양광 수집기가 고온 및 고압에서 사용하기에 적합하게 된다.According to the present invention, the design of the solar collector is simplified and the window is undesirably constrained, making the solar collector suitable for use at high temperatures and pressures.

Claims (20)

a) 전방 단부 및 후방 단부와, 상기 전방 단부에 개구를 갖는 축대칭 하우징과,a) an axisymmetric housing having a front end and a rear end and an opening at the front end; b) 상기 하우징의 전방 단부에서 하우징에 고정된 개방된 전방 단부 및 하우징의 후방 단부에 인접하여 하우징에 고정되지 않은 폐쇄된 후방 단부와, 입사되어 집중된 태양광선을 향하는 제1 표면 및 하우징의 내부를 향한 제2 표면을 가지며, 상기 개구 내에 하우징과 동축선 상으로 장착된 긴 튜브형 창과,b) an open front end fixed to the housing at the front end of the housing and a closed rear end not fixed to the housing adjacent to the rear end of the housing, the first surface facing the incident and concentrated sunlight and the interior of the housing; An elongated tubular window having a second surface facing and mounted coaxially with the housing within the opening; c) 상기 하우징 내에 배치되고 상기 긴 창 주위로 그리고 그를 따라 연장되어 통과된 태양광선을 흡수하는 용적형 태양광 흡수체와,c) a volumetric solar absorber disposed within said housing and absorbing sunlight passing through and extending around said elongate window; d) 상기 하우징에 형성되어, 작동 유체가 상기 용적형 태양광 흡수체와 상호 작용할 수 있게 하는 방식으로, 가압된 작동 유체를 하우징에 주입하고 그리고 하우징으로부터 회수하기 위한 작동 유체 입구 및 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 집중식 태양광 수집기.d) a working fluid inlet and outlet for injecting and withdrawing the pressurized working fluid into the housing and formed in the housing to enable the working fluid to interact with the volumetric solar absorber. Featured solar collector. 제1항에 있어서, 상기 창의 전방 단부는 상기 하우징의 개구 주위에 위치된 탄성 장착 장치에 의해 하우징에 고정되는 것을 특징으로 하는 집중식 태양광 수집기.The centralized solar collector of claim 1, wherein the front end of the window is secured to the housing by an elastic mounting device located around the opening of the housing. 제2항에 있어서, 상기 장착 장치는 스프링 부하식 클램프인 것을 특징으로하는 집중식 태양광 수집기.The centralized solar collector of claim 2, wherein the mounting device is a spring loaded clamp. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 창의 후방 폐쇄 단부는 캡과 같이 오목하게 만곡된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 집중식 태양광 수집기.4. The concentrated solar collector of any one of claims 1 to 3, wherein the rear closed end of the window has a concavely curved shape, such as a cap. 제1항 내지 제4항 중 항에 있어서, 상기 창의 후방 폐쇄 단부는 편평한 것을 특징으로 하는 집중식 태양광 수집기.5. The centralized solar collector of claim 1, wherein the rear closed end of the window is flat. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 유체 입구는 하우징과 동축선 상으로 하우징의 후방 단부에 인접하여 창의 폐쇄 단부를 향하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 집중식 태양광 수집기.6. The centralized solar collector of claim 1, wherein the working fluid inlet is positioned coaxially with the housing adjacent the rear end of the housing toward the closed end of the window. 7. 제6항에 있어서, 작동 유체 입구와 창의 폐쇄 단부 사이에 하우징에 장착된 추가의 태양광 흡수체를 포함하는 것을 특징으로 하는 집중식 태양광 수집기.7. The centralized solar collector of claim 6, comprising an additional solar absorber mounted in the housing between the working fluid inlet and the closed end of the window. 제7항에 있어서, 상기 추가의 흡수체는, 상기 창의 폐쇄 단부를 통해 통과되는 집중된 태양광선을 흡수하도록, 창의 폐쇄 단부의 횡방향 치수보다 큰 횡방향 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 집중식 태양광 수집기.8. The concentrated solar collector of claim 7, wherein the additional absorber has a lateral dimension that is greater than the lateral dimension of the closed end of the window to absorb concentrated sunlight passing through the closed end of the window. 제8항에 있어서, 상기 추가의 용적형 흡수체는 상기 입구로부터 유동하는 작동 유체가 통과할 수 있는 통로를 갖는 것을 특징으로 하는 집중식 태양광 수집기.9. The concentrated solar collector of claim 8, wherein the additional volumetric absorber has a passageway through which working fluid flowing from the inlet can pass. 제9항에 있어서, 상기 입구는 전방 깔때기를 갖는 도관의 형상이며, 상기 추가의 용적형 흡수체는 상기 깔때기 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 집중식 태양광 수집기.10. The centralized solar collector of claim 9, wherein the inlet is in the shape of a conduit with a front funnel and the additional volume absorber is mounted in the funnel. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가의 용적형 흡수체는 대체로 디스크 형상인 것을 특징으로 하는 집중식 태양광 수집기.The concentrated solar collector of claim 7, wherein the further volumetric absorber is generally disc-shaped. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 창은 절두원추형 본체를 갖는 것을 특징으로 하는 집중식 태양광 수집기.12. The concentrated solar collector of claim 1, wherein the window has a frusto-conical body. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 창은, 상기 전방 단부가 원통형 본체의 직경보다 대경을 갖는 림의 형태인 원통형 본체를 것을 특징으로 하는 집중식 태양광 수집기.12. The centralized solar collector of any one of claims 1 to 11, wherein the window is in the form of a rim in which the front end has a larger diameter than the diameter of the cylindrical body. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 창은 이중창 형태인 것을 특징으로 하는 집중식 태양광 수집기.The centralized solar collector of any one of the preceding claims, wherein the window is in the form of a double glazing. 전방 단부에 개구를 갖는 집중식 태양광 수집기에서 사용하도록 된 창에 있어서,A window adapted for use in a concentrated solar collector having an opening at the front end, 상기 창은, 상기 수집기의 개구에 고정되도록 된 개방된 전방 단부와 어떠한 고정 수단도 없는 폐쇄된 후방 단부를 갖는 긴 튜브형 형상을 가지며, 상기 개구에 장착되어 입사되어 고도로 집중된 태양광선을 수집기 내로 통과시키는 것을 특징으로 하는 창.The window has an elongated tubular shape having an open front end adapted to be secured to the opening of the collector and a closed rear end without any fastening means, the window being mounted in the opening to allow incident and highly concentrated sunlight to pass into the collector. The window characterized in that. 제15항에 있어서, 절두원추형 본체를 갖는 것을 특징으로 하는 창.A window as claimed in claim 15 having a truncated cone body. 제15항에 있어서, 전방 단부는 원통형 본체의 직경보다 대경을 갖는 림의 형태인 원통형 본체를 갖는 것을 특징으로 하는 창.The window of claim 15, wherein the front end has a cylindrical body in the form of a rim having a larger diameter than the diameter of the cylindrical body. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 창은 이중창 형태인 것을 특징으로 하는 창.18. The window according to any one of claims 15 to 17, wherein the window is in the form of a double glazing. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 창의 후방의 폐쇄 단부는 오목하게 만곡된 캡형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 창.19. A window according to any one of claims 15 to 18, wherein the closed end of the rear of the window has a concavely curved cap shape. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 창의 후방의 폐쇄된 단부는 편평한 것을 특징으로 하는 창.19. A window according to any one of claims 15 to 18, wherein the closed end of the rear of the window is flat.
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KR101228604B1 (en) * 2011-09-07 2013-01-31 한국에너지기술연구원 Two pass cavity solar receiver with porous plate
US9556855B2 (en) 2012-11-14 2017-01-31 Korea Institute Of Energy Research Double flow channel open-type solar heat absorber having porous plate arrangement

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