KR20110078689A - 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 갖는 집광기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집광기에서 반사된 빛의 초점을 보다 좁은 면적에 모아 집광 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 집광된 빛이 조사되는 방향을 원하는 방향으로 조절할 수 있게 한 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 갖는 집광기에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 갖는 집광기는 프레임에 설치된 다수의 반사판을 포함하여 구성된 집광기에 있어서, 상기 반사판에 의해 반사되어 초점이 모아진 빛을 다시 굴절 또는 반사시켜 초점을 더욱 작은 영역에 모아주는 2차 집광수단을 더 설치하여 구성됨을 특징으로 한다.

고집광, 2차 집광, 초점방향, 초점크기

Description

태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 갖는 집광기{Secondary concentrator for solar high concentration and easy changeable focal direction}

본 발명은 태양열 집광 장치에 관한 것으로써, 상세하게는 집광기에서 반사된 빛의 초점을 보다 좁은 면적에 모아 집광 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 집광된 빛이 조사되는 방향을 원하는 방향으로 조절할 수 있게 한 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 갖는 집광기에 관한 것이다.

화석연료가 고갈되어 감에 따라 자연력을 이용한 발전장치들이 개발되고 있으며, 이러한 자연력을 이용한 발전 장치 중의 하나로 태양열을 이용한 태양열발전시스템이 있다.

이러한 태양열발전시스템은 햇빛을 열원으로 사용하는 장치로서 햇빛을 열원으로 사용하기 위해서 햇빛을 한곳에 모아 집광하기 위한 수단이 요구되며, 이러한 집광수단으로는 반사면의 형상에 따라서 평면형, 접시형 등이 있으며, 이들 집광수단에 의해 집광된 빛은 하나의 작은 초점으로 모아져야 그 효율이 높다.

따라서, 태양열집광기는 빛을 한곳에 모을 수 있는 구조로 구성되어 있다. 특히, 접시형 집광기의 경우 다수의 반사판으로 구성되고 각 반사판에 의해 반사되 는 빛은 어느 하나의 초점에 모아지게 배열되어 있다.

이러한 집광기의 일예를 도 1에 도시하였다.

도시한 바와 같이 태양열집광기(100)는 태양을 추적하는 접시형 집광기로, 프레임에 설치된 다수의 반사판을 설치하고, 상기 반사판에 의해 반사되어 모아진 빛을 흡수하는 흡수기(200)를 포함하여 구성된다.

이렇게 구성된 태양열집광기는 반사판에 의해 반사된 빛이 흡수기에 초점이 모아져야하고, 이렇게 각 반사판들의 초점을 흡수기로 모으기 위해 반사판을 설치하는 과정에서 반사판을 정렬하여야 한다.

또 다른 집광시스템의 일예를 도 2에 도시하였다.

도 2에 도시한 집광시스템은 고정형 접시집광기로 구성된 것으로 도시한 바와 같이, 햇빛 추적이 가능한 헬리오스타트(300)에서 반사된 빛을 받아 집광시키는 집광기(100)를 포함하고 있으며, 이러한 집광기와 헬리오스타트 사이에는 빛의 양을 조절하기 위한 셔터(400)가 설치되어 있다.

또한 집광기와 셔터 사이에 흡수기(200)를 설치하여 구성된다.

상기한 바와 같이 구성된 집광시스템은 초점이 흡수기에 모아지게 반사판을 설치한다 하더라도 프레임의 구조나 반사판을 프레임에 고정시키는 구조 등에 의해 모아지는 초점의 범위가 제한될 수 밖에 없다.

즉, 초점이 모아지는 영역이 좁을수록 높을 열을 얻을 수 있으나 위와 같은 여러 문제에 의해 초점이 모아지는 범위를 좁히는데 한계가 있었다.

또한, 위와 같이 구성된 태양열집광기는 보다 많은 양의 빛을 집광할 수 있 게 하기 위해 지상으로부터 높은 곳에 큰 면적으로 설치되고, 이렇게 설치된 태양열집광기는 흡수기의 높이 또한 높아 흡수기와 연동되는 발전 장치와 흡수기의 설치에 많은 어려움이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로서, 초점이 모아지는 범위를 좁힘으로써 보다 고열을 얻을 수 있게 한 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 제공함을 목적으로 한다.

더욱이, 집광된 빛이 조사되는 방향을 조절함으로써 흡수기의 위치를 자유롭게 조절하여 보다 작동이 용이한 위치에 흡수기를 설치하여 조작할 수 있게 한 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 제공함을 목적으로 한다.

이러한 본 발명의 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 갖는 집광기는 프레임에 설치된 다수의 반사판을 포함하여 구성된 집광기에 있어서, 상기 반사판에 의해 반사되어 초점이 모아진 빛을 다시 굴절 또는 반사시켜 초점을 더욱 작은 영역에 모아주는 2차 집광수단을 더 설치하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 2차 집광장치를 설치하여 반사판에 의해 모아진 빛을 다시 한번 집광하여 초점이 보다 좁은 영역에 집광되게 함으로써 집광효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 집광장치를 통과한 빛을 반사시켜 빛의 방향을 조절함으로써 집광된 빛을 흡수하는 흡수기의 위치를 자유롭게 배치할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 2차 집광수단을 구비한 집광장치의 일예의 측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 구성하는 2차 집광수단의 일예를 도시한 사시도이고, 도 5는 2차 집광수단의 다른 일예를 도시한 단면도이고, 도 6은 2차 집광수단의 또 다른 일예를 도시한 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 2차 집광수단을 구비한 집광장치의 다른 일예의 측면도이다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 집광기는 프레임에 설치된 다수의 반사판(100)을 포함하여 구성된 집광기에 있어서, 상기 반사판(100)에 의해 반사되어 초점이 모아진 빛을 다시 굴절 또는 반사시켜 초점을 더욱 작은 영역에 모아주는 2차 집광수단(1)을 더 설치하여 구성된다.

즉, 본 발명의 요지는 반사판(100)에서 반사되어 초점이 모아진 빛을 더욱 집광하여 초점의 크기를 줄임으로써 집광효율을 높인 것이다.

이러한 본 발명의 집광기는 도 3에 도시한 바와 같이 접시형 집광기나 다수 의 평면형 집광기에 의해 모아진 빛을 집광하는 장치로 사용될 수 있다.

상기 2차 집광수단(1)은 도 4내지 도 6에 도시한 바와 같이, 내면에 반사물질(11)이 코팅된 원뿔형상 또는 포물면형상의 통체로 구성된다.

이렇게 구성된 상기 2차 집광수단(1)은 도 3 및 도 7에 도시한 바와 같이, 큰 지름을 갖는 개방면이 반사판(100)을 향하도록 설치되어 반사판(100)들에서 반사되어 초점이 모아진 빛을 다시 반사하거나 굴절시켜 더욱 작은 영역의 초점을 이루게 한다.

즉, 큰 지름의 입사홀로 입사된 빛은 2차 집광수단(1)을 통과하면서 모아져 더욱 작은 영역에 초점이 모아진 상태로 작은 지름의 방사홀로 방사된다.

이러한 상기 2차 집광수단(1)은 도 3내지 도 5에 도시한 바와 같이 그 벽이 포물면을 갖도록 형성되어 큰 지름을 갖는 입사홀로 부터 입사된 빛이 작은 지름의 방사홀로 모아져 방사될 수 있게 하였다.

또한, 본 발명의 집광기는 종래의 집광기와 같이 일측에 흡수기(200)를 구비하고 있으며, 집광기에 의해 집광된 빛은 흡수기(200)로 조사된다.

이렇게 햇빛의 열을 흡수하는 흡수기(200)는 도 3에 도시한 바와 같이 상기 2차 집광수단(1)의 방사홀 측에 설치되거나 도 7에 도시한 바와 같이 지면에 설치될 수 있다.

상기 흡수기(200)와 상기 2차 집광수단(1) 사이의 거리는 가능한 좁게 형성하는 것이 바람직하다.

상기 흡수기(200)와 상기 2차 집광수단(1) 사이의 거리가 지나치게 멀 경우 상기 2차 집광수단(1)을 통과한 빛이 다시 확산될 수 있으므로 상기 흡수기(200)를 상기 2차 집광수단(1)의 방사홀에 인접하게 설치하는 것이 바람직하다.

도 7에 도시한 바와 같이 흡수기(200)를 지면에 설치할 경우에는 상기 2차 집광수단(1)과 흡수기(200) 사이에는 반사수단(2)을 설치한다.

이때, 반사수단(2)은 상기 2차 집광수단(1)의 방사홀과 인접하게 설치하고, 반사수단(2)과 흡수기(200) 사이의 거리는 멀어도 빛의 전달에 아무런 영향을 미치지 않는다.

즉, 도 7에 도시한 바와 같이 고정식의 집광기(100)로 구성된 경우에는 흡수기(200)가 별도의 지지구조물에 설치하되 지면에 인접한 위치에 설치하고, 상기 2차집광수단(1)과 반사수단(2)을 설치하여 흡수기(200)로 빛을 유도할 수 있다.

상기 2차 집광수단(1)에 의해 초점이 더욱 좁은 영역으로 집광된 빛을 상기 반사수단(2)으로 반사시키는 것이다.

이에 따라 흡수기(200)가 설치되는 위치는 도 7에 도시한 바와 같이 지면이 될 수 있고, 그 높이 또는 방향을 조절하여 태양열이용시스템의 구성을 용이하게 할 수 있는 것이다.

위와 같이 구성된 집광기를 구성하는 상기 2차 집광수단(1)는 반사판(100)에 의해 초점이 모아진 빛이 통과하고 이 빛은 고열이므로 열에 의해 변형되거나 손상될 수 있다.

이에 따라 상기 2차 집광수단(1)의 외부에는 냉각수단(12)을 설치하였다.

상기 냉각수단(12)은 본 발명의 집광기가 설치되는 지역에 따라 달리 구성될 수 있는 것으로 기온이 찬 지방의 경우 차가운 외기만으로도 충분히 냉각이 가능함으로 도 5에 도시한 바와 같이 상기 2차 집광수단(1)의 외부에 다수의 냉각핀을 형성하여 구성하고, 더운 지역의 경우에는 도 5에 도시한 바와 같이 상기 2차 집광수단(1)의 외부에 감겨지고 내부에 냉각수가 흐르는 냉각파이프를 설치하여 냉각수를 순환시킴으로써 냉각효율을 높일 수 있는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 집광기는 2차 집광수단을 통해 햇빛의 초점을 더욱 집약하여 좁은 영역에 모아줌으로써 집광효율을 높일 수 있으며, 반사수단을 설치하여 집광된 빛의 방향을 원하는 방향으로 조절하여 보낼 수 있으므로 집광된 빛을 수광하는 흡수기 등이 설치되는 위치를 임의로 변경하여 설치할 수 있으므로 태양열이용시스템의 구성을 보다 용이하게 할 수 있는 것이다.

도 1은 종래의 집광장치의 일예를 도시한 측면도이고,

도 2는 종래의 집광장치의 다른 일예를 도시한 사시도이고,

도 3은 본 발명에 따른 2차 집광수단을 구비한 집광장치의 일예의 측면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 구성하는 2차 집광수단의 일예를 도시한 사시도이고,

도 5는 2차 집광수단의 다른 일예를 도시한 단면도이고,

도 6은 2차 집광수단의 또 다른 일예를 도시한 단면도이고,

도 7은 본 발명에 따른 2차 집광수단을 구비한 집광장치의 다른 일예의 측면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 2차 집광수단 11 : 반사물질 12 : 냉각수단

2 : 반사수단

Claims (7)

1. 프레임에 설치된 다수의 반사판(100)을 포함하여 구성된 집광기에 있어서,

   상기 반사판(100)에 의해 반사되어 초점이 모아진 빛을 다시 굴절 또는 반사시켜 초점을 더욱 작은 영역에 모아주는 2차 집광수단(1)을 더 설치하여 구성됨을 특징으로 하는 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 갖는 집광기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 2차 집광수단(1)은 내면에 반사물질(11)이 코팅된 원뿔형상의 통체로 구성됨을 특징으로 하는 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 갖는 집광기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 2차 집광수단(1)은 내면에 반사물질(11)이 코팅된 원뿔형상의 통체로 구성되는데, 내측면은 포물면을 갖음을 특징으로 하는 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 갖는 집광기.
4. 제 1 항내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 2차 집광수단(1)과 흡수기(200) 사이에는 반사수단(2)이 설치됨을 특징 으로 하는 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 갖는 집광기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 2차 집광수단(1)의 외부에는 냉각수단(12)이 더 설치됨을 특징으로 하는 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 갖는 집광기.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 냉각수단(12)은 상기 2차 집광수단(1)의 외부에 형성된 다수의 냉각핀임을 특징으로 하는 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 갖는 집광기.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 냉각수단(12)은 상기 2차 집광수단(1)의 외부에 감겨지고 내부에 냉각수가 흐르는 냉각파이프임을 특징으로 하는 태양열의 고집광 및 초점방향 전환이 용이한 2차 집광장치를 갖는 집광기.

Images