KR20060096190A - 태양 자동추적 열전기발전 무선송수신장치. - Google Patents
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Abstract
본 발명품은 태양광에 의해 2종류간의 이종금속에 의한 온도차로 열기전력이 발생하여 전류가 생성되는 구조이며, 열전발전반도체 가열부에서 집광된 태양열에 의해 가열되어 전하가 냉각부로 이동하면서 기전력이 발생하여 전기가 생산된다. 온도차가 크면 클수록 전기 생산양이 높음으로 관속에 냉매유가 흘러 전기 생산효율을 높인다. 냉매유는 열교환기에 의해 축열조탱크내의 물을 가열하고, 생산된 전력은 전열기 전원 및 가정용 전기를 공급하고, 생산된 온수는 난방용으로 사용한다. 상기 열전발전반도체는 투명한 원형유리관내에 위치하고 내부는 진공상태를 유지하며, 열전발전반도체에서 생산된 전기를 거리 및 공간에 제약을 받지 않도록 마이크로웨이브파로 전기를 보내고 받을 수 있는 무선송수신안테나가 설치되고 지속적 태양열을 얻기 위해 2축 자동추적식 시스템을 이용한다.
열전기발전유리관,상부가열판,집열판하우스,광센서상자,수평방향디씨모터,수직방향디씨모터,스크류,P형열전발전반도체,N형열전발전반도체,고무벨트체인.
Description
도1은 전체를 조립한 측면도이다.
도2는 열전기발전유리관 사시도이다.
도3은 수직고도각검출기 상세도이다.
도4는 수평방위각검출기 상세도이다.
도5는 광센서상자 사시도이다.
도6은 수평디씨모터 정지시 평면투시도이다.
도7은 수평디씨모터 작동시 평면투시도이다.
도8은 수직디씨모터 정지시 평면투시도이다.
도9는 수직디씨모터 작동시 평면투시도이다.
도10은 도1에 대한 정면도이다.
도11은 무선송수신안테나 블럭도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1. 집열판하우스 1-1.밀폐용투명유리판 1-2.광센서상자 1-3.상부가열판
1-4. 하부가열판 1-5. 우측가열판 1-6. 좌측가열판 2. 스크류회전베어링
3. 수직방향디씨모터 3-1.수직고도각검출기
4. 수평방향디씨모터 4-1. 수평방위각검출기
5. 티자형수직지지대 5-1.수직부베어링 5-2.자동제어기 5-3.수직회전중심축
6. 회전판 7.선형집광기 8.열전기발전유리관 8-1. P형열전발전반도체
8-2. N형열전발전반도체 8-3.열전발전집열판 8-4. 구리관 8-5. 전선
9. 왕복이송가이드 9-1. 스크류 9-2.스크류체결축 9-3.이송가이드회전중심축
10. 고무벨트체인 11. 고정판 11-1. 볼캐스터 11-2. 내부수직지지대
12. 수평지지대 13. 축열조탱크 14. 1차순환펌프 15. 2차순환펌프
16. 굴절용유입관 17. 굴절용배출관 18. 압력조절탱크 19. 열교환기
20. 수광다이오드 21. 발광다이오드 22. 씨디에스센서 23. 전열기 24. 인버터
25. 무선송수신안테나 26.무선송수신인버터 27. 발진부 28. 검파/변조부
29. 검파/믹서부 30. 듀플렉스 31.수신부 32. 영상여파기 33.저잡음증폭부
34. 감시제어부 35. 무선전송제어마이크로프로세스 36.영상여파증폭기
37. 감지기
본 발명이 속하는 기술분야는 열역학 및 열전발전,전파공학,기게공학 분야에 속하며, 종래기술은 본 발명과 같은 개념이 전무한 상태로 태양을 자동추적하는 장치로 온수생산으로 난방을 하고 열전기발전을 통한 생산된 전기를 전파로 변환시켜 공간 및 장소에 구애됨이 없이 무선송수신하는 장치는 세계에서 유일한 발명품이다.
2축 자동추적을 통해 태양열을 집광하여 온수 및 전기를 생산하고 생산된 전기를 공간 및 장소에 구애됨이 없이 전파로 변환시켜 전기를 공급하는 것이 기술적 과제이다.
본 발명의 구성은 지속적 태양광을 흡수할 수 있도록 2축 추적시스템, 열전기발전 및 축열조탱크 및 생산된 전기를 무선으로 전송할 수 있는 무선송수신안테나시스템등으로 구성된다. 상기 태양추적시스템에서 도(1)에서 보듯이 집열판하우스(1)는 에프알피(FRP)로 구성되고 형상은 밀폐된 상자형상에서 상부가 개방된 형태이며 상부는 밀폐용투명유리판(1-1)로 밀폐시켜,{밀폐용투명유리판(1-1)은 강화유리 및 폴리카보네이트로 구성된다.} 열손실을 막아 열효율을 높이고 내부는 집열효율을 높이도록 흑색으로 도장하고 내부는 습기가 생성되는 것을 예방하기 위해 자동 작동되는 습기 방출용 통로를 설치 한다. 추적시스템,열전기발전, 온수시스템 작동 예에서, 굴절용유입관(16)에 설치된 1차순환펌프(14)의 작동으로 냉매유가 집열판하우스(1)내에 고정 설치된 선형집광기(7)의 중앙부에 위치한 열전기발전유리관(8)의{상기 선형집광기(7)의 구성은 0.5mm 스테인레스면을 정밀 연마한 밀러판을 오목한 형태로 제작하고 집광능력은 1분 동안의 태양의 열량은 1㎡당 16㎉이며,선형집광기(7)의 집광비가 20:1일 경우 1분당 열량은 320㎉이고 10분당 3200㎉이고 한 시간당 19200㎉이며, 8시간의 열량은 153600㎉이다. 상기의 열량은 P형열전발전반도체(8-1) 및 N형열전발전반도체(8-2)를 분당 연속적으로 320℃로 가열할 수 있는 열량이다. 상기의 열전발전반도체는 양단간에 온도차가 크면 클수록 전력 생산 효율이 높아 짐으로 냉각부는 냉매유를 강제 순환시켜 온도를 낮춘다. 상기의 P,N형열전발전반도체(8-1),(8-2)의 형상은 도(2)에서 보듯이 지름이 65mm인 투명강화유리관으로 구성된 진공 상태인 열전기발전유리관(8)내에 돌기가 있는 주름이 있는 흑색으로 티타늄이 진공증착된 구리판으로 내부는 0.1mm이하의 얇은 세라믹층이 상기 구리판 내부에 부착되어 열전달을 원활 하게 하고 상기 P형. N형열전발전반도체가 같은 전극판을 사용하므로 전기의 누전 및 단락을 예방한다.
열전발전집열판(8-3)속에 원형으로 된 지름이 5cm이고 길이가 100cm인 P,N형열전발전반도체(8-1),(8-2)가 교대로 설치된 10여개가 설치되고 또한 지름이 2cm인 구리관(8-4)이 위치하는 구조이고 상기 구리관(8-4)의 외부 표면에 0.1mm이하 얇은 세라믹층이 부착되어 같은 전극판을 사용하므로 전기의 단락 및 누전을 방지 한다.상기에서 생산된 직류전기는 집열판하우스(1) 측면 중앙부에 고정된 무선송수신안테나(26)에 설치된 발진부(27)를 통해 전기를 무선으로 송신하고 수신부(31)로 전력을 수신하는 구조이고 상기 열전기발전유리관(8)의 유리 및 구리용접은 초음파로 용접한다. 가열부와 냉각부에 전선(8-5)을 설치하여 전기를 인버터(24)쪽으로 전송하고 상기를 이용해 직류를 교류로 전환시킨다. 상기에서 열전발전반도체 재료는 P형열전반도체에 텔루르화비스무트 및 N형열전반도체에는 텔루르화납을 사용한다.
전력생산에서,본 열전발전반도체는 지름이 5cm, 길이가 100cm로 면적이(구리 관 면적제외)2823㎠이고 시중에 판매되는 열전발전반도체 면적이 25㎠이고 생산되는 전력양은 25W이므로 본 열전발전반도체 면적이 113배이므로 전력생산도 25W*113배는 2825W이고 열전발전유리관이 10개 일 경우 28.25㎾이고 8시간 발전할 경우 226㎾이다.}구리관(8-5)을 통과한 후 계속 순환과정을 거쳐 하부 열전기발전유리관(8)을 거치면서 냉매유는( 냉매유는 글리세린을 사용하고 열전기발전유리관(8)을 통과하면서 1차 가열된 온도는 45℃로 상승하고 초기 냉매유 온도는 20℃이다.)
상부에 설치된 상부가열판(1-3)과 연결되어 흐르고,또한 연결된 우측가열판(1-5)을 거쳐 연결된 하부가열판(1-4)을 통과하여{상기의 하부가열판(1-4)의 냉매유관속에 냉매유가 원활히 작동 하도록 2차순환펌프(15)를 설치하여 냉매유가 잘 순환되도록 한다.} 연결된 좌측가열판(1-6)을 거치면서 ( 상기의 가열판은 구리판에 흑색티타늄을 진공증착하였고 하부는 구리관이 용접 부착된 구조이다.) 냉매유 온도는 80℃로 상승되어 굴절용배출관(17)을 통해 축열조탱크(13)내의 열교환기(19)로 유입되어 축열조탱크(13)내의 2500ℓ물을 75℃로 간접 가열시켜 25평 규모의 단독 주택을 난방하고 상기의 열교환기(19)의 상부와 연결된 압력조절탱크(18)은 과도한 압력 팽창으로 인한 열전발전유리관(8)을 보호하기위 축열조탱크(13)의 상부에 설치하고 축열조탱크(13) 내부는 기상조건이 좋지 못해 햇빛이 이틀 이상 구름으로 가려질 경우 전열기(23)을 이용해 물을 가열해 적절한 난방 온도를 유지한다.(일일 온수생산양은 2500ℓ이고 1㎡당 복사열량은 75㎉이다. )
상기의 집열판하우스(1)은 티자형수직지지대(5)와 체결되도록 합금알루미늄 프레임을 설치하고, 도(5)의 사시도에서 볼 수 있듯이 집열판하우스(1)의 상부중앙 부측면에 광센서상자(1-2)가 설치되며, 내부는 광센서인 씨디에스센서(22)가 설치되고 광센서상자(1-2)의 상부 투광되는 홈은 자외선차단용 필름이 부착되어 씨디에스센서(22)를 자외선에 의한 파손을 막는다, 시스템 운용 방식은 씨디에스센서(22)와 수평방위각 및 수직고도각 검출기(4-1),(3-1)의 전기적 신호를 입력받아 마이크로프로세스내에 프로그램 순서도에 따라 자동 작동하고 수직부 및 수평부 제어각도는 0.06˚ 와 0.1˚ 이내에서 제어된다.
수직 및 수평방향 제어시스템 방법은, 도(5)에서 볼 수 있듯이 일차적으로 5개의 씨디에스센서(22)가 설치되어 있는 광센서상자(1-2)에 의해 태양위치의 동서방향의 위치를 파악하여 움직인다. 실시 작동예는 도(6)과 도(7), 도(8)과 도(9)에서 볼수 있듯이 다섯개의 광센서는 덧셈기호 모양과 같은 (+)형상으로 배열되고 상기 밀착된 형태로 조합되는 씨디에스센서(22)를 덮고 있는 광센서상자(1-2)의 상부면의 중앙부는 작은 홈이있고 사방이 밀폐된 금속 및 합성수지속로 구성된다.
작동예로 도(6)에서 볼 수 있듯이, 중앙 및 좌우에 위치하는 씨디에스센서(22)에 빛이 수직으로 투사될 때{ 점선으로 된 원형점선은 태양빛이 수직으로 투사되는 지역을 의미하며, 씨디에스센서(22)의 광량이 동등하다는 것은 저항값이 감소함을 의미} 정지된다. 상기 작동원리는 빛이 수직으로 입사될 때 광센서의 광량의 유무에 따라 기전력에 따른 저항의 감소로 5볼트에서 2볼트로 변화되므로 변화된 저항값은 자동제어기(5-2)의 마이크로프로세스내의 중앙연산처리장치의 입력부로 전송되고 짜여진 프로그램의 순서도에 따라 낮아진 저항값에 대응하는 다음 동작을 수행토록 출력부로 전기신호를 단락시켜 회전판(6)위 고정된 수평방향디씨모터(4) 를 정지시켜 집열판하우스(1)를 햇빛이 투사되는 방향과 일치시키면, 상기 내부에 설치된 선형집광기(7)에 의해 빛이 집광되면서 열이 발생하므로,도(10)에서,굴절용유입관(16)에 설치된 1차순환펌프(14)의 작동으로 냉매유가 열전기발전유리관(8)으로 통과 하면서 전기생산 및 온수를 얻을 수 있으며, 1차 가열된 냉매유는 상기 집열판하우스(1) 내부에 설치된 상부가열판(1-3)과 우측가열판(1-5),하부가열판(1-4)에 부착된 2차순환펌프(15) 작동 및 좌측가열판(1-6)을 통과하면 2차 가열되어 굴절용배출관(17)을 통해 축열조탱크(13)의 열교환기(19)에 저장되고, 또한 상기 각각의 가열판과 선형집광기(7),열전기발전유리관(8)들과 집열판하우스(1) 외부에 설치된 광센서상자(1-2) 및 무선송수신안테나(25)도 햇빛이 투사되는 방향과 일치 된다.
예에서, 도(7)에서 볼 수 있듯이( 원형점선은 햇빛이 투과되는 지역임), 15초후 태양의 위치가 정지위치에서 서쪽으로 움직일 경우 씨디에스센서(22)의 값은 순간적으로 저항값이 5볼트 수준으로 상승되고 { 5개의 씨디에스센서(22)중 좌측부및 중앙부,상하부 씨디에스센서(22)가 햇빛이 투광되지 않으므로 저항값이 상승함. 만약 5개의 씨디에스센서(22) 전체에 빛이 투광될 경우 저항이 감소함. } 상기의 경우에 프로그램은 저항값을 낮추도록 프로그램이 작성되었기 때문에 다시 수평방향디씨모터(4)를 작동시켜 서쪽방향으로(프로그램적으로 다시 동쪽으로 움직이지 않는다.)움직이다 정지시킨다. 상기의 경우에서,집열판하우스(1) 내 선형집광기(7)의 중심에 위치한 열전기발전유리관(8)이 태양을 향하면서 열을 생산하여 전기 및 온수를 생산 한다. 태양을 원활하게 추적하기 위해 추적장치의 구조물은 고정판 (11)에 내부수직지지대(11-2)를 설치하고 강풍 및 태풍의 영향으로 전복되지 않도록 분해조립이 가능한 수평지지대(12)를 체결하고 고정판(11)위 회전을 원활하기 위해 볼캐스터(11-1)를 설치하며, 상기 고정판(11)의 중심부 내부수직지지대(11-2)를 용접 체결하며, 회전판(6)에 고정된 스프라켓이 체결된 감속비가 1600:1인 수평방향디씨모터(4)에 전원을 인가해 회전시켜 레이저를 이용해 기어 형상으로 가공된 고정판(11)에 연결된 고무벨트체인(10)을 구동하여 회전판(6) 위의 집열판하우스(1)와 ,상부가열판(1-3),우측가열판(1-5),하부가열판(1-4),좌측가열판(1-6)선형집광기(7),열전기발전유리관(8),광센서상자(1-2),무선송수신안테나(25)들을 움직인 태양을 향하도록 한다. 상기의 고무벨트체인(10)은 강선 및 아라미드 섬유가 포함된 기어 형상이고 내구성을 높이기 위해 상기 고무벨트체인(10)의 내부는 고정판(11) 및 모터 스프라켓과 같은 기어가 닿는 부분에 금속으로 기어를 덮는 형상으로 고무벨트와 결합시킨 형태이다.
상하방향의 추적을 원활하게 위해 회전판(6)은 고정판(11)위에 위치하고 상기의 상부면에 티자형수직지지대(5)가 설치되고 상기 최상부면에 집열판하우스(1)를 상하로 작동할 수 있도록 수직회전중심축(5-3)을 체결하고 티자형수직지지대(5)의 돌출된 측면부에 왕복이송가이드(9)를 설치하며,상하 이동이 가능하도록 이송가이드회전중심축(9-3)에 체결하고 왕복이송가이드(9)에 스크류(9-1)의 한쪽부에 수직방향디씨모터(3)가 연결되고 반대부는 스크류체결축(9-2)이 집열판하우스(1)에 체결되고 체결부위 스크류회전베어링(2)이 체결된다.
제어부에서 (+)형상의 씨디에스센서(22)의 중앙부에서 상하에 위치한 씨디에 스센서(22)에서 태양의 위치가 하에서 상으로 상승할 경우 변환되는 저항값으로 수직방향디씨모터(3)에 연결된 스크류(9-1)를 회전시켜 집열판하우스(1)를 상승시켜 태양의 위치와 일치시킨다. 중앙부 위치한 선형집광기(7)와 상기의 중앙부에 위치한 열전기발전유리관(8)과 광센서상자(1-2) 및 무선송수신안테나(25)도 같이 상승되어 태양의 위치와 일치되므로, 굴절용유입관(16)에 설치된 1차순환펌프(14)의 작동으로 냉매유는 상기의 집열판하우스(1)의 선형집광기(7)의 중심부에 설치된 열전기발전유리관(8)으로 통과하면서 전기를 생산하고 또한 온수를 1차 가열하며, 내부에 상하에 설치 고정된 상부가열판(1-3)과 우측가열판(1-5) 통과한 냉매유는 하부가열판(1-4)의 2차순환펌프(15)의 작동으로 좌측가열판(1-6)을 통과한 냉매유는 2차 가열되고 굴절용배출관(17)을 통해 축열조탱크(13)내 열교환기(19)에 저장된다.
실시예 도(8)에서 볼 수 있듯이,집열판하우스(1)와 태양의 위치가 일치할 경우 상기 광센서상자(1-2)내에 (+)형의 씨디에스센서(22)중 중앙부의 상하에 있는 씨디에스센서(22)에 투광되는 빛의 양이 동등할 경우 발생되는 저항값은 5볼트에서 2볼트로 감소하므로 자동제어기(5-2)내 마이크로프로세스내의 중앙처리장치의 입력부로 입력되어 짜여진 프로그램으로 순서도에 따라 동작을 수행토록 출력부를 통해 전기적 신호를 티자형수직지지대(5) 중앙부에 측면에 설치된 왕복이송가이드(9)면에 부착한 회전비 1000:1인 감속기가 부착된 수직방향디씨모터(3)에 전기신호를 단락시켜 중지시킨다.
( 원형점선은 빛이 투광되는 지역이 동등함으로 저항값 감소함.) 상기에서 태양의 위치가 기존보다 상승하면 도(9)에서 볼 수 있듯이 빛이 투광되는 씨디에스 센서(22)의 면적이 동등하지 않으므로 즉 저항값이 상승하므로{중앙 및 좌우와 하부 씨디에스센서(25)가 빛이 투광 되지 않음.} 자동제어기(5-2)내의 마이크로프로세스의 짜여진 프로그램 순서도에 따라 감속기가 부착된 수직방향디씨모터(3)의 한쪽면에 스크류(9-1)가 연결 고정되고 반대쪽은 스크류회전베어링(2)이 집열판하우스(1)와 연결되어 상승쪽으로 회전하여 이동해 멈춘다. 상기에서 티자형수직지지대(5)면 상부에 수직부베어링(5-1)이 집열판하우스(1)와 연결되어 상하작동을 원활하게 작동시킨다.
상기의 예는 태양의 위치가 하강할 경우도 똑같이 적용된다. { 수직부 제어에서 마이크로프로세스와 같이 작동되는 타이머 기능의 칩을 통해 정오 12시(계절별 동일) 이하에서 12시 방향으로 상승 작동하고 하강방향으로 작동하지 않고 또한 12시를 넘은 오후에는 상승하지 않고 하강방향으로만 작동하도록 한다. }
상기의 경우 시스템 운용시 구름이 가려지면 수직부 작동에서, 도(3)에서 볼 수 있듯이 수직고도각검출기(3-1)의 하부는 티자형수직지지대(5)의 중앙부에 부착한 왕복이송가이드(9)의 대략 1/3 거리에 고정지지대에 고정되고 도(3)에서 볼 수 있듯이 수직고도각검출기(3-1)의 상부는 왕복이송가이드(9)면에 부착되며, 상기의 모양은 원형으로 납작한 형태이고 고정부 내부는 수광다이오드(20)가 15˚ 간격으로 180˚ 반원형으로 위치하고, 회전부 내부는 집열판하우스(1)의 수직으로 위치하는 정중앙 반원형내 한개의 발광다이오드(21)가 설치된다. 수직고도각검출기(3-1)는 측면에서 볼때 360˚ 원형으로 수직부방향으로 설치되고 내부 수광다이오드(20)는 원형중 반쪽부만 설치된 형태이고 다른 반대쪽은 수광다이오드(20)가 설치되지 않은 형태로 수직방향으로 설치된다. 상기에서 고정부 수광다이오드(20)의 0˚ 는 집열판하우스(1)가 태양이 서쪽으로 일몰된 후 집열판하우스(1)가 수직형태로 위치하는데 위치 이탈을 막기위해 회전부 발광다이오드(21)를 이용해 전기적 신호를 식별하여 0˚ 즉 초기 일출각도를 일치시키고 수직으로 집열판하우스(1)가 위치할 경우 북서풍이나 강풍,태풍에 의해 파손될 경우가 있으므로 회전부 발광다이오드(21)를 고정부 120˚ 에 위치한 수광다이오드(20)와 일치되도록 위로 상승시켜 서로 신호가 감지되면 작동을 멈춰 바람의 영향을 최소화 한다. ( 상기의 120˚ 는 경사각도가 수평에 가깝다. )
자세하게 변화되는 시간값과 수광다이오드(20) 내용은 다음과 같다. 10˚ 는 8시17분에 해당되고 20˚ 는 8시34분, 30˚ 는 8시51분, 40˚ 는 9시8분, 50˚ 는 9시25분, 60˚ 는 9시 52분,70˚ 10시9분, 80˚ 10시26분, 90˚ 10시 43분, 100˚ 11시, 110˚ 11시17분, 120˚ 11시 34분, 130˚ 11시 49분, 140˚ 12시에 해당된다. 예에서 집열판하우스(1)가 10시경에 추적을 하다가 구름이 2시간 가량 머무르고 있을 경우, 집열판하우스(1)는 자동제어기(5-2)내의 마이크로프로세스의 중앙연산처리장치에서 프로그램화된 순서도에 따라 타이머의 시간값 10시에서 2시간이 경과한 12시에 해당하는 회전부 발광다이오드(21)를 이용해 고정부 수광다이오드(20)를 식별하기 위해 중간 각도인 80˚ 서 10시26분에 집열판하우스(1)가 멈추고, 90˚ 10시 43분, 100˚ 11시, 110˚ 11시17분 120˚ 11시34분,130˚ 11시49분에 정지 시키는 과정을 거쳐 상기 집열판하우스(1)를 12시에 해당하는 수광다이오드(20)를 회전부 발광다이오드(21)와의 전기적 신호가 감지될 때 집열판하우스(1)를 정지시 켜 운전 과 정지를 반복시킨다.
12시 이후 집열판하우스(1)가 상승하지 않고 하강만 되도록 프로그램화 되었으며, 140˚ 수광다이오드(20)는 집열판하우스(1)의 이탈을 막는 역할을 한다.
수평방향 제어에서, 구름이 가려질 경우 도(4)에서 볼 수 있듯이 수평방위각검출기(4-1) 하부는 고정판(11)과 용접된 내부수직지지대(11-2) 상부에 돌출부를 설치해 티자형수직지지대(5)의 상부 구멍을 통해 외부로 돌출된 돌출부에 고정된다. 수평방위각검출기(4-1)의 하부 고정부는 티자형수직지지대(5)에 고정되어 수평방위각검출기(4-1)의 상하부는 서쪽으로 250˚ 회전이 된다. 상기에서 하부 고정부는 10˚ 간격으로 0˚ ~ 190˚ 범위내 수광다이오드(20)가 설치되며, 시간대별 발광다이오드(21)의 관계는 동쪽 방향에 해당하는 0˚ 8시에 해당하고 10˚ 8시30분, 20˚ 9시,30˚ 9시3분,40˚ 10시,50˚ 10시30분, 60˚ 11시,70˚ 11시30분,80˚ 12시,90˚ 12시30분,100˚ 1시, 110˚ 1시30분, 120˚ 2시,130˚ 2시30분,140˚ 3시,150˚ 3시30분, 160˚ 4시,170˚ 4시30분,180˚ 5시,190˚ 5시30분이며,일몰에 해당하는 서쪽방향 수광다이오드(20)이다. 상부 회전부 발광다이오드(21)는 한개만 설치되고 광센서상자(1-2)내의 씨디에스센서(22)에 의해 정지및운전을 반복하다가 구름이 오후 1시경에 1시간 가량 머무를 경우 집열판하우스(1)는 1시30분 해당하는 방위각에 위치해야 하므로 고정부 수광다이오드(20)를 감지하기 위해 회전부 발광다이오드(21)를 서쪽방향 즉 110˚ 로 이동하다가 감지식별이 되면 자동적으로 멈추고 30분 경과후 2시에 해당하는 120˚ 정지한 후 계속 정지와 운전을 반복한다.
상기 자동제어기(5-2) 내부는 마이크로프로세스로 구성되고 작동상황 및 전 력생산양과 제어부를 한눈에 파악할 수 있도록 LCD화면을 통해 디스플레이된다.
상기의 제어시스템은 향후 중앙제어실에서도 원격 제어할 수 있도록 한다.
무선송수신시스템
무선전송은 무선통신과 같은 개념으로 전선없이 무선으로 먼거리의 지역에 전기를 공급하는 것을 의미하고 즉 전기에너지의 주파수를 높여 전파가 레이저광처럼 직진성을 갖게하여 전기에너지를 일정 지역에 보내는 방식을 의미하고, 사용되는 마이크로파의 특성은 파장범위가 1~10mm, 주파수범위는 30㎒에서 300㎓를 가리키며, 도(11)에서 보듯이 마이크로파의 발진부(27)는 듀플렉스(30)와 연계되어 설치되고{상기 발진부(27)는 열전기발전을 통해 생산된 직류 전기를 무선으로 전송 시키는 역활을 한다.} 도(11)에서, 발진원으로 전자관인(마그네트론) 실리콘임팩트다이오드를 사용하고 듀플렉스(30)는 송수신주파수가 다를 때,송신단 주파수만을 통과하는 밴드패스필터(BPF)와 수신단 주파수만을 통과하는 밴드패스필터(BPF)를 붙여서 만든것이다.
저잡음증폭부(33)는 주파수로 전송되는 전기를 수신할 경우 여러 주파수에 의한 간섭으로 효율이 저하됨으로 간섭전파를 상쇄시키고,주파수 검파/변조부(28)는 원하는 신호만을 골라내고 또한 저잡음증폭부(33)에서 증폭된 신호중 치명적인 주파수가 검파/믹서부(29)로 전달되는 것을 막고 상기에 쓰이는 재료로 갈륨비소다이오드를 사용한다.검파/믹서부(29)로 실리콘접촉다이오드를 사용하고 영상여파기(32)는 주파수의 안정화를 도모한다. 영상여파증폭기(36)는 영상여파기(32)수신되는 미세한 전파를 증폭시켜,감지기(37)로 전파를 보내 전기가 전파로 변환된 전파 만을 최종적으로 감지하는 기능을 한다.상기 감지기(37)는 감시제어부(34)에 연결되어 듀플렉스(30)를 제어하고 상기는 무선전송제어마이크로프로세스(35)의 프로그램에 의해 제어된다. 상기 감지기(37)에서 수신된 주파수는 수신부(31)에 수광다이오드로 비소화인화인듐다이오드와 인화인듐 애벌란시다이오드등을 통과하면서 디씨전기로 변환하고 이를 교류로 변환하기 위해 무전송수신인버터(26)를 사용하여 전기가 필요한 가전제품 및 전열기(23)를 작동시킨다. 열전기발전유리관(8)에서 생산된 직류전류를 발진부(27)로 전송하여 전기를 필요로 하는 먼 지역에 무선으로 전기를 공급 한다. 무선송수신안테나는(25)는 마이크로파의 주파수폭이 광대역이므로 송전부안테나는 액티브어레이방식의 고이득안테나를 사용하고 수신부안테나는 비교적 소형 다이폴안테나를 사용하며, 무선송수신안테나(25)는 송수신안테나가 통합된 형태의 안테나이고 먼거리까지의 무선전력송수신이 가능 하다. 기상조건에 따라 무선전력송신의 효율이 떨어지므로 30㎒이하로 발진할 수 있도록 하며, 기상조건이 좋을 경우 15㎓에서 300㎓대의 주파수 범위내에서 직류전기를 전파로 자동적으로 전송할 수 있도록 무선전송제어마이크로프로세스(35)를 프로그램하고 또한 무선전력송신 주파수가 전자파 안전기준 1㎽/㎠ 을 초과하지 않도록 감시제어부(34)를 구성한여 과도한 주파수가 송수신 될 경우 자동적으로 송수신 작동을 멈추도록 한다.
상기 무선전송 송신효율은 대략 65％이내로 열전기반도체에서 생산된 226㎾ 전력중 146㎾를 실제로 사용할 수 있는 효율을 가진다. 주파수 형태의 전기는 직류로 전송되므로 이를 수신한 후 교류로 변환시키기 위한 무선송수신인버터(26)가 무선송수신안테나(24)뒷 공간 상자에 설치된다. 상기 무선송수신인버터(26)는 직류전 기를 교류로: 교류전기를 직류로 전환시키는 작동을 사용자의 선택에 의해 자동적으로 전환시키며,무선전송제어마이크로프로세스(35)에 의해 제어된다.
안테나 재료는 알루미늄을 사용한다.
작동예에서, 무선송수신안테나(25) 집열판하우스(1)의 측면 중앙부에 고정 설치되었고 상기 집열판하우스(1)는 씨디에스센서(22)의 광량을 자동제어기(5-2)의 중앙연산처리장치의 제어로 수평방향디씨모터(4)와 수직방향디씨모터(3)의 작동에 의해 태양과의 방향을 일치시킨다. 상기의 경우에서 무선송수신안테나(25)도 태양과의 방향이 일치된다. 상기 집열판하우스(1)내의 선형집광기(7)의 중심부에 있는 열전기발전유리관(8)의 P형열전발전반도체(8-1)과 N형열전발전반도체(8-2)에서 생산된 직류전기는 무선송수신안테나(25)에 설치된 발진부(27)를 통해 전기를 전파로 형태로 변환시켜 가까운 곳의 휴대폰 기지국을 거쳐거나 인공위성을 통해 먼 지역에 무선수신장치설비 및 태양 자동추적 열전기발전 무선송수신장치의 무선송수신안테나(25)의 수신부(31)에 수신되어 상기 지역에 설치된 무선송수신인버터(26)로 교류로 전환시켜 가정용품 및 산업용 전기로 사용 한다.
열전기발전반도체부문
본 발명으로 인한 효과는 우리나라 년간 원유 수입금액 500억 달러중 가정,상업부문과 공공부문에서 사용하는 원유양은 24.15％에 해당하고 금액으로 환산하면 120억 달러이고 본 발명품이 10년간 400만대가 보급이 되어 가정,상업부문에서 40％의 원유수입 대체 효과가 있을 경우 이를 금액으로 환산하면 48억 달러이고 원 화로 환산하면 4조8천억원에 이르고 10년내 400만대가 보급데는 과정중 누적 원유수입 대체금액은 217억 달러이고 본 발명품의 사용수명을 20년으로 볼 경우 10년 후 절감금액은 480억 달러이며, 총 원유절감 효과 금액은 217*480억 달러= 697억 달러에 이르고 원화로 환산하면 69조 7천억원이다.
이산화탄소 배출 감소효과는 한해 가정,상업 및 공공부문에서 19,180천톤의 이산화탄소를 배출하므로 2013년 부터 지구온난화 배출가스 감축의무 해당국가로 지정될 경우 이산화탄소 배출가스 19,180천톤(현재 톤당 원화로 만 원선이지만 2013년 부터는 1톤당 13만원으로 거래될 경우 가정)은 금액으로 2조49백억원의 감소 효과가 있다.
전력부문에서 본 발명품으로 한대당 일일 226㎾의 전력을 생산한다면 400만대 보급시 총 발전양은 7억1천4십만㎾이므로 백만㎾ 원전발전소 70여개와 맞먹는 전력양으로 잉여전력은 북한 및 개성공단등 남북공동단지에 1차적으로 전력을 무상으로 공급할 수 있는양이다.
온수부문
현재 정부에서 시행하고 있는 발전차액보조금 제도로 ㎾당 716원에 보조금을 지원하고 있는데 본 발명으로 생산된 하루 전력량 177.6㎾를 금액으로 환산하면 177.6㎾ * 716원 = 127,121원이고 일년일 경우 38,136,300원으로 한대당 1천3백만원에 구입할 경우 6개월만에 투자비를 회수할 수 있다. 생산된 온수양 2520ℓ는 기름보일러로 가열할 경우 25ℓ의 연료가 소모되므로 금액으로 환산하면 25ℓ*870원= 21,750원에 해당하는 원유 및 금액을 절약할 수 있다.
무선전력부문
본 발명으로 인한 효과는 전선 없이 거리 및 공간의 제약없이 자동 추적식 태양열 전기발전을 통해 생산된 전기를 무선으로 공급하므로 도시 및 시외 지역의 전봇대와 전선이 사라짐으로 미관적인 측면에서 뛰어나고 전봇대 및 전선을 설치하는 비용 및 보수비용이 연간 수조억원에 이르고 있는데 이를 절감할 수 있고 먼 지역의 섬이나 가정내 가전전자제품의 전선이 사라지는 효과도 있어 차기 가전산업을 특히 무선전력 개념의 휴대폰 및 휴대용 노트북등 아이티(IT)산업을 부흥시킬 수 있고 무선전송 개념을 바탕으로 한 무선전력수신장치만 설치된 무선전기자동차가 실용화 되어 새로운 형식의 자동차가 탄생하는 효과로 제3의 자동차산업을 세계 최초로 발전시킬 수 있으며, 이를 계기로 세계자동차 흐름을 이끌 수 있어 로얄티 및 기술부분에 있어 수직상승할 수 있는 밑거름이 될 것이고 또한 우리나라에는 휴대폰기지국이 전국을 덮고 있어 인공위성을 굳이 사용하지 않더라도 무선전력 연결망으로 활용할 수 있다. 또한 잠수함 및 군함 과 일반상선에 인공위성을 이용하여 무선으로 전력을 공급하여 추진동력으로 활용할 수 있고 향후에 무선전력의 마이크로파로 적기의 침입시 간섭 방해전파(5㎓~15㎓)를 쏠수 있도록 하여 우리나라의 영공을 지키도록 한다. 상업적 발전거래에 있어서 자동추적 열전기발전무선송수신장비가 있을 경우 기상 및 공간의 제약없이 전기를 매매할 수 있는 토양이 제공되고 일부 무선전력수신부만 설치되었을 경우 전기 생산자가 판매를 할 수 있고 인공위성을 이용한 국제간 무선전력거래가 가능하고 기상조건이 좋은 외국지역에 대규모로 자동추적 열전기발전무선송신설비 설치해 국내 및 제3국에 전기를 판매할 수 있다. 상기의 내용과 같이 운송수단에 이 기술이 적용될 경우 연료절감 효과로 상업가정용과 같은 연료소비 구조로 20년간 80조의 연료를 절감 할 수 있고 무선전송기술을 이용해 새로운 개념의 가전제품 및 자동차산업을 일으켜 20년간 기여한 금액을 계산하면 100조억원과 250조억원이고 군사용으로 활용할 경우 전략적 가치도 클 뿐아니라 금액으로 환산하면 2년간 100조억원의 기여도가 있고 통일이 되었을 경우 송전선 설치비용인 30조억원을 절감할 수 있는 효과가 있다. 본 발명품인 태양 자동추적 열전기발전 무선전송수신장치의 효과는 총 631조의 절약 효과가 있다.
Claims (5)
- 일사량이 양호한 장소에 태양열을 집광하는 집열판하우스(1)와, 상기 집열판하우스(1)로 굴절용유입관(16)에 설치된 1차순환펌프(14) 및 2차순환펌프(15)로 냉매유를 이송하는 구조이며,온수 및 전력을 축열조탱크(13)와 인버터(24)로 저장 및 전송할 수 있는 태양열 집광장치에 있어서, 상기 집열판하우스(1)는 회전판(6)에 수직으로 설치된 티자형수직지지대(5)의 최상부에 수직회전중심축(5-3)에 체결되고, 상기 회전판(6)은 일사량이 양호한 장소에 고정된 고정판(11) 상부에 볼캐스터(11-1)가 설치되며, 중심부에 내부수직지지대(11-2)가 설치되어 집열판하우스(1)가 태양의 위치에 따라 회전판(6)에 설치된 수평방향디씨모터(4)로 수평으로 작동 시키고, 회전축(5-3)을 중심으로 상하 작동됨을 특징으로 하는 태양 자동추적 열전기발전 무선송수신장치.
- 제1항에 있어서,회전판(6)에는 수평방향디씨모터(4)가 설치되고, 고정판(11)에는 레이저로 가공된 기어가 수평방향디씨모터(4)와 고무벨트체인(10)로 체결되어, 광센서상자(1-2)로 광량의 유무를 전기적 신호가 자동제어기(5-2)의 입력부로 입력되고 프로그램화된 순서도에 따라 전원의 인가와 단락과 같은 동작을 반복 하면서 수평방향디씨모터(4)를 이용해 일정거리 만큼 수평으로 집열판하우스(1)를 이동시켜 정지시키고 또한 회전판(6)의 중심부에 티자형수직지지대(5)가 수직으로 고정되고 측면부에 왕복이송가이드(9)를 원형으로 돌출된 이송가이드회전중심축(9-3) 에 체결하고, 상기 왕복이송가이드(9)를 따라 왕복이동 되는 수직방향디씨모터(3)축에 스크류(9-1)를 체결하고 상기 반대편에 집열판하우스(1)가 스크류회전축(9-2)과 체결되며, 원활한 회전을 위해 스크류회전베어링(2)을 양면에 체결되어 자동제어기(5-2)에 의해 수직방향디씨모터(3)가 작동함으로 스크류(9-1)가 회전하여 집열판하우스(1)가 수직회전중심축(5-3)을 중심으로 상하 이동되는 태양 자동추적 열전기발전 무선송수신장치.
- 제1항에 있어서, 회전판(6)의 중심부에 수직으로 설치된 티자형수직지지대(5)의 상부에 고정된 수평방위각검출기(4-1)와 수직고도각검출기(3-1)를 이용해 구름으로 햇빛이 투광되지 않을 경우 상기 수평방위각검출기(4-1)과 수직고도각검출기(3-1)내의 수광다이오드(20)과 발광다이오드(21)의 상호 전기적 신호 검출로 집열판하우스(1)가 변화된 신호 검출로 집열판하우스(1)가 변화된 태양의 방위각 및 고도각에 위치하도록 정밀 제어되는 태양 자동추적 열전기발전 무선송수신장치.
- 제1항에 있어서,집열판하우스(1)내의 상부에 밀페용투명유리판(1-1)이 덮힌 상자체이고, 내부 빛을 집광하기 위해 U자형의 오목한 다수의 선형집광기(7)가 등간격으로 설치되며,상기 각각의 중심부에 태양열을 흡수하여 온수 및 전기를 생산할 수 있는 열전기발전유리관(8)이 설치되 서로 연결되고, 굴절용유입관(16)에 설치된 1차순환펌프(14)를 작동시켜, 냉매유를 열전기발전유리관(8)의 상부 유입부로 이송시켜, 이송된 냉매유는 하부쪽 열전기발전유리관(8)의 배출부를 통해 상부가열 판(1-3)으로 이송되어 우측가열판(1-5)으로 이송되고 하부가열판(1-4)에 부착된 2차순환펌프(15)의 작동으로 냉매유는 좌측가열판(1-6)통과하면서 온도가 가열되어 굴절용배출관(17)을 통해 축열조탱크(13)내 열교환기(19)에 저장되어 상기 축열조탱크(13)내의 물을 가열해 난방을 하는 태양 자동추적 열전기발전 무선전송수신장치.
- 제4항에 있어서, 상기의 P,N형열전발전반도체(8-1),(8-2)의 형상은 지름이 65mm인 투명강화유리관으로 구성된 진공 상태인 열전기발전유리관(8)내에 돌기가 있는 주름이 있는 흑색으로 티타늄이 진공증착된 구리판으로 열전발전집열판(8-3)속에 원형으로 된 P형열전발전반도체(8-1),N형열전발전반도체(8-2)가 교대로 설치되고 내부에 구리관(8-4)이 위치하는 구조이고 상기에서 생산된 직류전기는 집열판하우스(1) 측면 중앙부에 고정된 무선송수신안테나(25)에 설치된 발진부(27)를 통해 전기를 무선으로 송신하고 수신부(31)로 무선으로 전력을 수신하는 태양 자동추적 열전기발전 무선송수신장치.
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