KR20120007684A

KR20120007684A - 고정식반사태양열집열장치

Info

Publication number: KR20120007684A
Application number: KR1020100068334A
Authority: KR
Inventors: 강충석
Original assignee: 강충석
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2012-01-25

Abstract

본 발명은 반사태양열집열기로 고열을 효과적으로 많이 집열하는 것과, 집열된 태양열에너지를 고열로 축열하는 것에 있어서,
단위 면적당 에너지밀도가 낮은 태양열을 반사판을 이용한 태양열을 효과적인 방법으로 고열을 많이 집열하고, 또 고열로 저장하기 위하여서는, 면적이 크고 작은 포물선형반사판 2개를 대칭으로 서로 마주보게 하여 한쪽은 태양광이 들어 올 수 있도록, 집열판 단면적의 3배정도 크기로 하고, 또 한쪽은 2개의 포물선형반사판을 약간 겹치게 하면서도 2개의 반사판 사이에 간격을 두어 설치하여, 각도 47°도 내에서는 어떠한 각도에서 태양광선이 들어와도 중앙의 집열판에 태양광선이 집중하도록 하고, 또 반사판이나 집열관의 빗물이나 오물이 그 간격 사이로 자유 낙하하게 한다,
상기의 방법으로 하는 것은 지구의 축이 23.5°기울려저 있으므로 남북으로 적도 0도 기준, 태양의 직사각이 춘,추분을 0°로 할때, 남쪽으로 23.5°북쪽으로도 23.5°, 남북 합계가 47°의 태양의 직사광선의 각도가 변동하여서 태양광이 비치는 각도에 따라 변하므로 이것을 각도을 조정하여 1년 사계절 태양빛이 반사판에서 반사되여 진공집열관에 집중 하도록 할려면, 반사하는 반사판을 포물선으로 제작하여 태양광선의 입사각, 반사각을 정확히 계산하여, 가운데 중앙의 집열판에 태양광선이 집중 하도록 하면서, 포물선형태양광집열기이나 태양광선을 따라 태양을 추적하지 않고, 고정하는 것으로 장치가 간단하고 설치후 사후 관리가 간편한것이 장점이다
본 평판형집열관은 직사각형 유리관내부에 집열판과 집열판내부에 동파이프를 설치한 것으로, 본 발명의 포물선형집열기에 사용하면 평판형집열관의 양면에서 평판형집열관 면적의 3배정도의 태양광의 열을 흡수 하므로 동절기의 집열 효율 저하를 방지할 수가 있고, 집열면적이 3배나 되므로 고열을 얻을수 있는 장점이 있다고 할 것이다.
축열조는 축열용량이 많고 고온으로 축열할 수 있는 고체와 끊은점이 높은 액체를 사용하여 고체를 축열조 내부에 상하,좌우로 일정한 간격을 두고 쌓아 그 간격 사이로 액체가 흐르게 하여 집열관에서 고열로 모은 열을 액체를 이용하여 고체에 축열하는 방법으로, 태양열집열기에서 고열로 집열한 열에너지를 간단하게 고열로 축열 하므로 축열조의 체적이 적어지고 많은 열을 축열할 수가 있고, 나중에 고열을 사용할 수 있는 장점이 있다.

Description

고정식반사태양열집열장치{Fixture Parabolic Trough Concentrating}

본 발명은 태양에너지를 집열하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양열평판집열기, 진공관집열기, PTC집열기, CPC집열기, 타워형집열기등 여러가지 형태의 태양에너지을 집열하는 방법에 관한 것으로, 단위 면적당 에너지 밀도가 낮은 태양에너지를 효과적으로 많이 집열하기 위하여서는, 크고 작은 면적의 포물선형반사판을 2개를 서로 마주보게 하고, 그 중앙에 집열기를 설치하고, 또 고정식으로 하여 집열하는 태양열의 에너지밀도을 높여,본 발명의 장치에 조사되는 태양빛을 손실없이 전부 태양열집열기에 집중 조사하게 하여 집열효과를 높여 고열을 얻고,집열된 열 에너지를 고열로 축열하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 태양열 에너지를 이용하기 위하여서는,태양열집열판은 평판형은 기온이 낮아지면 효율이 떨어지고, 진공관형은 효율이 높다 하나 설치시, 에너지 밀도가 낮은 태양 에너지를 집열하는 진공관 간격이 많이 벌어져 단위 면적당 생산하는 열의 양이 적고, PTC집열기, CPC집열기, 타워형집열기등이 있으나, 반사판을 이용하여 집열하므로 태양광의 직사광만 이용하고 산란광은 이용하지 못하여 에너지 밀도가 떨어지고, 또 태양의 위치가 계절에 따라 고도가 변하고, 아침저녁으로 하루에도 태양의 위치가 계속 변하니 태양을 추적하는 태양추적기를 부착하여야 하는등 장비가 복잡하고, 또 설치후 관리 또한 복잡하다.

집열된 태양에너지를 축열하는 방법도 물을 사용하여 축열하기 때문에 축열장치가 너무 크고 또 열를 축열하는 열에너지의 양이 너무 적다.

상기와 같은 방법으로는 에너지 밀도가 낮은 태양에너지를 효율적으로 집열하는 방법과 축열하는 방법에 문제점이 많아 실용적이지 못하다.

본 발명은 단위 면적당 에너지 밀도가 낮으나 무공해로 무한대로 많이 있는 태양열에너지를, 단위 면적당 효과적으로 많이 집열하는 방법과, 또 집열된 열에너지를 축열함에 있어, 그 열에너지를 고온으로 하여 축열용량이 많고 축열장치의 체적을 적게하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명은 고정식반사태양열집열기로 고열을 효과적으로 집열하는 것과, 집열된 태양열에너지를 고열로 축열하는 것에 있어서,

상기 반사태양열집열기에는 크고작은 포물선형 반사판 2개을 서로 마주보게 하고, 그 중앙에 태양열집열기를 설치하는데, 크고 작은 포물선형반사판은 설치 각도가 47°내에서는 어떠한 각도에서 태양광이 입사 되어도 중앙의 태양열집열관에 태양광이 집중하도록, 태양광의 입사각과 반사각을 계산하여 각각 면적이 다른 크고 작은 포물선형반사판 2개를 제작하여, 포물선형반사판 2개를 마주보게 설치하고 2개의 포물선형반사판을 설치할 때에는 한쪽은 태양광이 입사 하도록 중앙태양열집열관 원형의 직경보다 약 3배이상 넓게 하여서 태양광이 들어오게 하면 태양열집열광에 조사되는 태양광의 조사면적이 집열관 직경의 약3배 이상을 조사되여 효과적으로 많은 열과 고열을 얻을수 있고 고정식으로 하는 원리와 방법.

또 한쪽은 2개의 포물선형반사판 2개가 겹치게 하면서도, 앞 뒤로는 약간 간격이 벌어지게 하고, 설치시 위도 같은 각도로 경사지게 설치하면 포물선형반사판과 태양열집열관에 떨어진 빗물이나 오물이 반사판에 고이지 않고 그 간격 사이를 통하여 아래로 자유 낙하 하도록 하는 원리와 방법.

태양열집열관은 2개의 포물선형반사판에서 반사하는 태양광을 입사각 47°내에서는 항상 태양열집열관에 집중하는 위치에 설치하는 원리와 방법.

태양열집열관은 원형의 태양열진공관집열관 또는 태양열평판형집열관을 사용하고, 태양열평판형집열관은 직사각형의 유리관 내부에 직사각형집열판을 삽입하고 그 직사각형집열판 내부에 동파이프를 2개를 U자모양으로 삽입하여 액체가 들어가서 가열되여 나오게 하는 원리와 방법.

집열된 열에너지를 사용하고 남은 열을 저장함에 있어, 축열조 내벽과 외벽사이에는 열을 차단하는 단열제를 넣고, 그 축열조 내부 밑에는 태양열집열관에서 얻은 뜨거운 액체가 들어와서 그 열을 축열조에 전달하고 나가는 파이프를설치하고 그 위는 열을 축열하는 축열매체를, 고온으로 축열하면서 축열용량이 큰 고체를 상하, 좌우 적당한 간격을 두고 내부에 쌓아, 그 간격사이로 끓은점이 높은 액체를 흐르게 하여 뜨거워진 액체가 고체 사이로 흐르면서 열을 고체에 전달하여 축열하고, 그 위는 난방용과 온수용의 파이프속의 액체가 들어와서 고열의 액체에 의하여 가열되여 나가 난방과 온수로 사용하게 하고, 액체는 난방용과 온수용파이프 위에 까지 넣어 난방용,온수용파이프가 액체속에 충분히 잠기도록 하여 파이프를 가열하기에 충분하도록 하고, 그 위는 약간의 공간를 두어 축열조가 가열되여 팽창을 할수 있는 공간를 두고 제일 윗쪽에는 압력밸브를 설치하여 과열 팽창을 조절 하도록 하는 원리와 방법.

본 발명은 에너지 밀도가 낮은 태양열을 효율적으로 고열을 집열할 수 있으며, 특히 수평면에 입사하는 태양열을 동절기에는 하절기에 비교하여 훨씬 넓은 면적의 수평면을 집열할 수가 있어 열이 많이 필요한 동절기에 효과적이라 할수 있고, 또 사용하고 남은 열을 축열할 때도 고열로 축열할 수 있는 고체와 액체를 사용하여 축열 하므로, 고열로 축열할 수가 있어 축열조 체적을 획기적으로 적게할 수 가 있다.

도 1은 본 발명의 반사태양열집열장치 원리의 정면도면.
도 2은 본 발명의 집열관이 원형진공관집열관설치측면도 (위도 36°의 경우).
도 3은 본 발명의 집열관이 평판형집열관설치 측면도 (위도 36°의 경우).
도 4은 본 발명의 평판형집열관의 개략적인 상세 단면도,정면도.
도 5은 본 발명의 하지의 태양광선방향도면 (위도 36°의 경우)
도 6은 본 발명의 춘, 추분의 태양광선방향도면( 위도 36°의 경우)
도 7은 본 발명의 동지의 태양광선방향도면 (위도 36 의 경우)
도 8은 본 발명의 (하지, 춘추분, 동지의) 여러개 연결한 측면도면
도 9은 본 발명의 상하로 여러개 연결한 정면도면
도 10은 본 발명의 발명의 축열장치의 단면도
도 11은 본 발명의 축열장치의 평면도

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 광선의 입사각이 47°내에서는 중앙의 집열관에 집중할 수 있게, 2개의 반사판을 포물선으로 하여 상부의 포물선반사경(1-a)은 크게하고, 하부의 포물선 반사경(1-b)는 적게하여, 한쪽은 원형의 진공관집열판(3) 직경의 3배정도의 넓이로 하고, 또 한쪽은 2개의 포물선반사판(1-a)(1-b)이 겹치게 하면서도 약간의 간격(2)이 있게 하여, 집열판 넓이의 3배의 태양광선의 빛을 집열판에 조사 되도록 하고, 또 2개의 포물선반사경(1-a)(1-b)이 겹치는 부분의 간격(2)사이로 현장에 설치시 반사판 또는 집열관에 떨어진 빗물이나 오물이 아래로 자유 낙하 하도록 하는 원리도면이며.

도 2는 태양광선이 사계절(춘 추분,하지,동지때의) 태양광선이 2개의 포물선반사경(1-a)(1-b)에서 반사되여서 원형의 진공관집열판(3) 직경의 약 3배정도의 면적의 태양광선이 중앙의 진공관집열판(3)에 집중되는 원리도면으로, 사계절 태양광선(5)이 포물선반사판(1-a,1-b)에서 반사되여,중앙의 집열판(3)에 조사되여 집열판(3)이 가열되면 동파이프(4)속의 액체가 가열되여,도 9의 파이프(9)를 통하여 도 10의 축열조내부 액체 가열파이프(15)로 흐르면 축열조 내부의 액체(12)에게 열을 전달하고, 액체(12)는 그 열을 위로 상승하면 축열조 내부에 있는 고체(13)에게 전달되여 고체(13)에 축열하게 한다.

고체에(13) 축열된 열은 축열조 내의 상부에 있는 난방용파이프(16)와온수용파이프(17)를 축열조 내부에 있는 액체(12)가 축열조 내부를 상하로 순환 하면 고체(13)에 축열된 열을 이용하여 난방용파이프(16)과 온수용파이프(17)를 가열하여 난방과 온수를 사용하게 한다.

도 4의 평판형집열관을 중앙의 태양열집열관으로 사용한, 도 3은 상기의 도 2와 똑같은 것으로 다만 원형의 진공관집열관 대신 평판형집열관을 사용하는 것으로, 사용법은 상기의 도 2와 같으나 평판형집열관은 제작하기가 쉽고 또 크게 할 수 있는 장점이 있고, 또 평판형집열관은 동절기 기온이 하강하면 효율이 많이 떨어지나, 본 발명은 집열관을 반사판이 북쪽에 설치되고 옆면이 막아지고, 태양빛이 들어오는 남쪽만 개방되므로 평판형집열관의 효율저하를 어는 정도 막을수 있고, 또 집열관에 집열관 집열 면적의 3배정도의 태양열 조사 되므로 고온의 열을 얻으니 동절기의 기온 저하에 의한 열손실을 최소화 할 수 있으며, 고온의 열을 축열 할 수 있다.

Claims

반사태양열집열기로 고열로 효과적으로 집열하는 것과, 집열된 태양열에너지를 고열로 축열하는 것에 있어서,
상기 반사태양열집열기에는 크고 작은 포물선형 반사판 2개을 서로 마주보게 하고, 그 중앙에 태양열집열기를 설치하는데, 크고 작은 포물선형반사판은 설치 각도가 47°내에서는 어떠한 각도에서 태양광이 입사 되어도 중앙의 태양열집열관에 태양광이 집중할 수 있도록, 태양광의 입사각과 반사각을 정확히 계산하여 각각 면적이 다른 크고 작은 포물선형반사판 2개를 제작하여, 포물선형반사판 2개를 마주보게 설치 하고 2개의 포물선형반사판을 설치할 때에는 한쪽은 태양광이 입사할 있도록 하여, 중앙의 태양열집열관 원형의 직경보다 약 3배이상 넓게 하여서 태양광이 들어오게 하면, 태양열집열광에 조사되는 태양광의 조사면적이 집열관 직경의 약3배 이상을 태양빛이 조사되여 효과적으로 많은 열과 도 고열을 얻을수 있고, 또 고정식으로 한다는 원리와 방법.
또 한쪽은 2개의 포물선형반사판 2개가 겹치게 하면서도, 앞 뒤로는 약간 간격이 벌어지게 하고, 설치시 위도와 같은 각도로 경사지게 설치하면 포물선형반사판과 태양열집열관에 떨어진 빗물이나 오물이 반사판에 고이지 않고 그 간격 사이를 통하여 아래로 자유 낙하 하도록 하는 원리와 방법.
태양열집열관은 2개의 포물선형반사판에서 반사하는 태양광을 입사각 47 내에서는 항상 태양열집열관에 집중하는 위치에 설치하는 원리와 방법.
태양열집열관은 원형의 태양열진공관집열관 또는 태양열평판형집열관을 사용하고, 태양열평판형집열관은 직사각형의 유리관 내부에 직사각형집열판을 삽입하고 그 직사각형집열판 내부에 동파이프를 2개를 U자 모양으로 삽입하여 액체가 들어가서 가열되여 나오게 하는 원리와 방법.
축열조는 고열로 생산된 열을 저장하는 것으로, 축열조는 이중으로 제작하여 외부와 내부사이는 보온를 하여 내부의 열이 외부로 손실되지 않게 하고, 밀폐된 내부에 제일 윗부분에는 난방용 배관과 온수용 배관을 설치 하고 그 아래에는 점토 또는 고체로 축열이 좋은 재료를 넣은 다음, 끓은점이 높고 축열이 많은 액체를 제일 윗쪽에 있는 온수배관이 잠길 정도로 넣고, 고체의 재료 사이를 일정한 간격을 두고 쌓아, 그 간격 사이로 액체가 통하게 하고 아래에는 축열조에 열을 가 할수 있는 축열조 가열파이프를 배관하고, 액체에서 열을 전달받아 점토 또는 고체의 재료에 열을 축열할 수 있게 하고, 액체는 축열조의 내부 위쪽의 냉,난방 온수용 배관 위에 까지 넣고, 축열조 윗쪽 제일 높은 곳에는 약간의 공간을 두어 축열조가 가열되면 액체가 뜨거워 팽창 하므로 일정한 공간이 있어야 한다는 것으로, 위와 같이 축열조 내부에 가열배관, 냉난방배관, 온수배관 외에 점토 등 고체를 축열재로 쌓고, 그 틈으로 끓은점이 높은 액체를 넣어 액체의 고열이 점토을 가열하여 축열한다는 것으로 작은 체적에 고열을 많이 축열 한다는 원리 방법.