KR20080000196U - 피티씨형 태양열집광기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 PTC형 태양열 집광기에 관한 것으로 태양을 따라 움직여야 하는 집광식 태양열 기기들의 단점인 설치장소의 제약성을 개선하기 위하여 원통형의 구조물속에 구면의 반사판을 설치한 형식으로 하여 지상에 고정되는 지지점을 늘여서 일반적인 건축물의 지붕이나 옥상에 설치할 수 있게 구조를 개선하여 넓은 집열면적을 확보하여서 태양열로 난방이나 발전을 할 수 있게 하는 것이다.

태양열, 집광기, 구면반사판, 태양추적, 고도각, 방위각

Description

피티씨형 태양열집광기{Parabolic Trough Concentrator}

태양열을 난방이나 발전에 활용하기 위해서 일반 건축물의 지붕이나 옥상에 설치할 수 있게 구조를 개선한 PTC형 태양열 집광기에 관한 것이다.

태양열을 모으는 집열기는 집열 방법과 집열기의 형태 및 사용 온도 범위에 따라 집광식과 비집광식으로 분류되며, 비집광식은 평판형과 진공 유리관형(이하 '진공관형'이라 함)으로 대별되며, 집광식에는 집광형태의 기하학적 구조에 따라 PTC(Parabolic Trough Concentrator)형, CPC(Compound Parabolic Concentrator), 포물선 접시형(Parabolic Dish) 등이 있다.

평판형 집열기는 태양열 집열판의 온도 상승에 따른 열 손실이 커서 60∼70℃ 이상의 온도영역에서는 집열 효율이 낮아 사용이 제한되고 있고 일반 가정용 온수 공급용으로 적합하며 진공관형은 진공 유리관 내에 태양열 집열판과 히트 파이프가 설치된 것으로 열 취득 온도가 중온 영역인 80∼200℃ 범위에 있지만 비추적식이기 때문에 단위면적당 집열효율이 떨어지고 무게가 무겁고 제작비가 많이 들어가는 단점이 있다.

집광식은 렌즈나 반사 거울 등을 사용하여 점이나 선 위에 태양열을 집중시키는 방 식으로 렌즈나 반사 거울 등이 태양의 움직임을 자동적으로 추적할 수 있도록 태양 추적 시스템이 구비되고 보통 200℃ 이상 고온의 열이 필요한 경우에 사용되는 방식이다.

CPC식은 집광식임에도 불구하고 태양추적 시스템은 필요치 않으나 집광판의 구조가 복잡하여 제작이 쉽지 않고 효율이 떨어지는 단점이 있다.

태양열로 겨울철에는 난방용으로 여름철에는 발전용으로 가장 적합한 것은 중고온의 온도범위를 얻을 수 있고 1축이나 2축의 추적이 가능한 PTC형 집광기가 적합할 것이고 또한 난방을 하기위해서는 집열면적이 최소한 20제곱미터 이상은 되어야하기 때문에 제작비가 적게 들고 어느 장소에나 설치가능한 구조여야 하고 특히 일반적인 건축물의 지붕 위에나 옥상에 설치할 수 있어야 할 것이다.

하지만 PTC형 집광식은 태양추적시스템이 필수적이기 때문에 지상에 고정되는 지지점이 2축 추적식은 한 점으로 되어있고 1축 추적식은 두 점정도의 지지점을 가지고 있어서 튼튼하고 강력한 지지대를 필요로 하고 태양의 방위각과 고도각을 따라 집광기 전체가 한점이나 두점을 중심으로 풍압을 이기고 움직이기 위해서는 강력한 힘을 필요로 해서 유압으로 작동하여야 했기 때문에 구조적으로 안정성이 낮을 뿐만 아니라 고비용이므로 경제성이 없었고 일반 건축물의 지붕이나 옥상에는 설치가 불가능한 구조적인 문제가 있어서 넓은 집광면적을 확보할 수 없었다.

태양열 집광기를 지붕이나 옥상에 설치하기 위해서는 집광기의 무게를 줄이고 풍압에 견딜 수 있는 구조여야 하고 힘을 분산시키기 위해서는 지상에 고정되는 지지점을 여러 곳으로 늘려야만 바람의 영향을 적게 받아서 적은 힘으로도 제어가 가능하게 된다.

다수 개의 둥근 원형링(17)을 사용하여 원통형의 기다란 구조물을 지상에 고정할 수 있게 만들고 원형링(17)의 직경과 같은 폭의 구면반사판(10)을 원통형 구조물의 속에 길게 설치 한다. 이때 구면반사판(10)의 초점은 원형링(17)의 중심에 오도록 구면반사판(10)이 제작되어야 하고 또한 구면반사판(10)이 원형링(17)과 만나는 지점에는 U자형 캐스터(14)를 달아서 구면반사판(10)이 원통형링의 내부에서 자유롭게 회전할 수 있게 한다. 초점이 형성되는 원형링(17)의 중심에는 집열관(12)을 설치하고 구면반사판(10)의 구조는 여러 조각으로 이루어지고 조각과 조각 사이(11)에 약간의 공간을 두어서 바람의 통로를 만들어 풍압을 최소화 시킨다.

원통형 링속의 구면반사판(10)을 회전시켜 태양의 고도각이나 방위각 중에 하나만을 추적할 수 있게 하여 1축 추적식 PTC형 태양열집광기를 구성하여 동서나 남북으로 길게 설치한다.

또한 집광기의 길이를 적당히 조절하여 회전할 수 있는 원형의 레일위(20)에 장착하여 회전시키면 고도각과 방위각을 모두 추적할 수 있는 2축 추적식 집광기를 만들 수 있다.

일반적인 건축물의 지붕이나 옥상에 PTC형 태양열 집광기의 설치할 수 있기 때문에 저렴한 가격으로 넓은 집열면적의 확보가 가능하여 난방이나 발전에 활용할 수 있고 또한 기존의 기름보일러에는 축열조를 구비하여 연계하여 사용하면 되고 기존의 축열식 심야전기보일러의 축열조와 집열관을 연결하여 순환시키면 최소한의 비용으로 많은 에너지를 절약할 수 있는 태양열 보일러 시스템을 구축할 수 있을 것이다.

다수 개의 둥근 원형링(17)을 사용하여 원통형의 기다란 구조물을 지상에 고정할 수 있게 만들고 원형링의 직경과 같은 폭의 구면반사판(10)을 원통형 구조물의 속에 길게 설치 한다. 이때 구면반사판(10)의 초점은 원형링의 중심에 오도록 제작되어야 하고 또한 구면반사판(10)이 원형링(17)과 만나는 지점에는 U자형 캐스터(14)를 달아서 반사판이 원통형링의 내부에서 자유롭게 회전할 수 있게 하고 초점이 형성되는 원형링(17)의 중심에는 집열관(12)을 설치하고 구면반사판(10)의 구조는 여러 조각으로 이루어지고 조각과 조각 사이(11)에는 약간의 공간을 두어서 바람의 통로를 만들어 풍압을 최소화 시키고 원통형 링속의 구면반사판(10)을 모터(13)를 사용하여 회전시켜서 태양의 고도각이나 방위각 중에 하나만을 추적할 수 있게 하여 1축 추적식 PTC형 태양열 집광기를 구성하여 동서나 남북으로 길게 설치한 구조이고 또한 집광기의 길이를 적당히 조절하여 회전할 수 있는 원형의 레일(20)위에 U자형 캐스터(18)를 장착하여 고도각 추적 모터(13)와 방위각추적 모터를 작동하여 회전시키면 고도각과 방위각을 모두 추적할 수 있는 2축 추적식 집광기를 만들 수 있다.

원통형의 링 속에 회전하는 반사판을 갖는 구조로 PTC형 태양열 집광기를 제작하면 반사판(10)에 걸리는 풍압을 분산시킬 수 있으며 지상에 고정되는 지지점이 많아저서 보다 안정적이고 쉽게 제어할 수 있으며 일반 건축물의 지붕이나 옥상에 설치가 가능해진다.

도 1은 집광기 전체의 샤시도

도 2는 집광기의 측면도

도 3은 도 1의 집광기를 3대 연결하여 설치한 이미지

도 4는 도 1의 집광기로 고도각과 방위각을 모두 추적하는 2축 추적식의 샤시도

Claims (2)

1. 다수 개의 둥근 원형링(17)을 사용하여 원통형의 기다란 구조물을 지상에 고정할 수 있게 만들고 원형링(17)의 직경과 같은 폭의 구면반사판(10)을 원통형 구조물의 속에 길게 설치 한다. 이때 구면반사판(10)의 초점은 원형링(17)의 중심에 오도록 구면반사판(10)이 제작되어야 하고 또한 구면반사판(10)이 원형링(17)과 만나는 지점에는 U자형 캐스터(14)를 달아서 구면반사판(10)이 원통형링의 내부에서 자유롭게 회전할 수 있게 하고 초점이 형성되는 원형링(17)의 중심에는 집열관(12)을 설치하고 구면반사판(10)의 구조는 여러 조각으로 이루어지고 조각과 조각 사이(11)에 약간의 공간을 두어서 바람의 통로를 만들어 풍압을 최소화 시킨 구조이고 방위각이나 고도각 중 하나만을 추적할 수 있는 1축 추적식 PTC형 태양열집광기.
2. 청구항 1의 PTC형 태양열집광기를 원형의 레일 위에 장착하여 방위각과 고도각을 모두 추적할 수 있는 2축 추적식 PTC형 태양열집광기.

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