KR20130117849A

KR20130117849A - 태양 복사를 기계 동력으로 전환하는 것을 위한 방법 및 조립체

Info

Publication number: KR20130117849A
Application number: KR1020137021232A
Authority: KR
Inventors: 비탈리아노 루쏘; 지오르지오 타르가
Original assignee: 신크론 에스.알.엘.
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-10-28
Also published as: WO2012095305A1; JP2014503045A; US20140013745A1; ES2522537T3; EP2476902B1; EP2476902A1; CA2824797A1; SA112330172B1; MA34892B1; CN103429892A; BR112013017898A2

Abstract

본 발명은, 특히 오로지 전력을 생산하는 것뿐 아니라, 태양 복사를 기계 동력으로 전환하는 것을 위한 방법이고, 태양 장치에 의하여 가열된 뜨거운 유체를 스털링(Stirling) 엔진의 핫 실린더에 공급하는 스텝을 포함하는 유형의 방법에 있어서, 흡착 냉동 장치의 흡착 스테이지 내에서 냉각된 차가운 유체를 상기 스털링 엔진의 콜드 실린더에 공급하는 스텝을 포함하고, 특히 오로지 발전기를 작동하는 것을 위한 것이 아닌 상기 스털링 엔진으로부터 기계 동력을 얻는, 방법이다.

Description

태양 복사를 기계 동력으로 전환하는 것을 위한 방법 및 조립체{METHOD AND ASSEMBLY FOR CONVERTING SOLAR RADIATION IN MECHANICAL POWER}

본 발명은 특히 오로지 전력의 생산뿐 아니라, 태양 복사를 기계 동력으로 전환하는 것을 위한 방법에 관련된 것이다. 그리고, 그 방법을 수행하는 것을 위한 조립체에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 태양광선으로부터 기계 동력을 얻기 위한 필요는 느껴져 왔다.

이러한 목적에 대하여, 터빈을 작동시키는 것을 위한 극도로 고온의 증기를 발생시키기 위하여, 보일러 상에 태양광선을 집중시키는 조립체가 알려져 있다. 그 목적을 만족시키고 일반적으로 만족스럽더라도, 그러한 조립체는 낮은 효율성을 드러낸다. 그러므로, 그 투자에 바쳐진 자원들은 회복되기 위한 긴 시간이 걸린다.

본 발명의 기저를 이루는 과제는, 전술한 필요를 만족시킬 수 있는 특징을 갖고 동시에 종래기술과 관련한 전술한 결점을 극복하는 특정한 타입의 방법을 제공하는 것이다.

이러한 문제점은 청구항 1에 따른 방법에 의하여 극복된다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예는 청구항 2 및 3에 기술된다.

본 발명은 청구항 4에 따른 태양 복사를 기계 동력으로 전환하는 것을 위한 조립체에 또한 관련된다.

본 발명에 따른 조립체의 바람직한 실시예는 청구항 청구항 4 내지 8에 기술된다.

본 발명의 추가적인 특징 및 장점은, 본 발명에 따른 조립체를 개략적으로 보여주는 첨부된 도면과 관련한 비제한적인 예에 의하여 오로지 제공되는, 그것의 실시예의 기술로부터 분명할 것이다.

도 1은 본 발명의 태양 복사를 기계 동력으로 전환하는 것을 위한 조립체의 구성dj도이다.kl

첨부된 도면과 관련하여, 태양 복사를 기계 동력으로 전환하는 것 및 기계 동력을 전력으로 전환하는 것을 위한, 바람직한 그러나 배타적이지 않은 실시예에 따른 조립체는 1로 표시되어 있다.

조립체(1)는 피스톤(piston)과 실린더(cylinder) 유닛(3), 소위 핫 실린더, 및 피스톤과 실린더 유닛(4), 소위 콜드 실린더를 포함한 그 자체로 알려진 스털링(Stirling) 보일러(2)를 포함한다.

핫 실린더(3) 및 콜드 실린더(4)는 열 바퀴(thermal wheel 18), 예를 들면 미세하게 나누어진 금속 재료, 가 그것을 따라 배열되는 도관(7)을 통하여 소통하는 각각의 실린더(5, 6)를 포함한다. 도관(7) 및 실린더(5, 6) 내에는 적절한 가스, 예를 들면 헬륨, 가 제공된다.

하나는 뜨겁고 하나는 차가운 각각의 유체에 의하여 통과되는 각각의 열 교환기(9, 10)는, 각각의 실린더 내에 제공된 상기 유체 및 가스를 열 교환 관계에 놓이게 하기 위하여, 가스통 실린더(5, 6) 주위에 배열된다.

각각의 피스톤(11, 12)은 실린더(5, 6) 내에서 움직일 수 있고, 그 실린더(5, 6)는 각각의 커넥팅 로드(connecting rod, 13, 14)를 통하여 크랭크 축(crankshaft, 15)을 작동시킨다. 이 크랭크 축(15)은 발전기(16a), 예를 들면 교류 발전기를 차례로 작동시키고, 전선로(16b), 예를 들면 삼상 전선로는 이 발전기에서 출발한다.

핫 실린더(3)를 가열하기 위하여, 조립체(1)는 태양광선의 수집 및 집중을 위한 그 자체로의 종래의 태양 장치(20)를 포함한다. 특히, 장치(20)는, 프레넬(Fresnel) 선형 반사면을 구성하기 위하여 평면 내에 배열되고, 각각 지향가능하고, 21로 지시되는 복수의 거울, 포물선 모양의 거울(22), 및 포물선 모양의 거울(22)의 초점을 따라 배열되고, 열 교환기를 구성하는 실질적으로 관 모양의 요소(23)를 포함한다.

유체, 예를 들면 투열성(diathermic)의 오일, 가 그 안에서 순환하는 유체 회로(24)는 그것을 따라 유체가 가열되는 관 모양의 요소(23)를 저장 탱크(25)와 연결하고, 그 저장 탱크(25) 안에는 뜨거운 유체가 밤 시간 동안 조차도 연속적인 작동을 보장하도록 충분한 양으로 함유된다. 회로(24)를 따른 유체의 순환은 펌프(26)에 의하여 보장된다.

같은 유체, 예를 들면 전술한 투열성 오일, 가 그 안에서 순환하는 추가의 유체 회로(27)는, 뜨거운 유체를 스털링 엔진(2)의 핫 실린더(3)의 실린더(5)로 이끌기 위하여, 저장 탱크(25) 및 열 교환기(9) 사이에 연장된다. 회로(27)를 따른 유체의 순환은 순환펌프(28)에 의하여 보장된다.

실제로, 회로(24) 및 회로(27)는 태양 복사에 의하여 가열된 유체를 그것의 가열을 위한 스털링 엔진의 핫 실린더로 전송하는, 일반적으로 29로 지시된 유체 회로를 전체로서 구성한다.

콜드 실린더(4)를 냉각시키기 위하여, 조립체(1)는 그 자체로 알려진 흡착 냉동 장치(absorption refrigeration appratus, 30)를 포함한다.

흡착 냉동 장치(30)는 흡착 스테이지(absorption stage, 31)과 탈착 스테이지(desorption stage, 32)를 포함한다.

흡착 스테이지(31)는 그 안에 액체 암모니아 및 기체 암모니아가 함유되고 그 안에서 액체로부터 기체로의 암모니아의 상태의 변화가 강한 냉각과 함께 연속적으로 일어나는 용기(33)를 포함한다. 그러한 냉각을 이용하기 위하여, 저온 환경, 약 -60℃에 실질적으로 놓이는 열 교환기(34)는 용기(33)안에 수용되고, 액체상의 암모니아 내에 묻힌다.

탈착 스테이지(32)는 물을 함유하는 용기(35)를 포함하고, 그 용기(35) 안에서 기체 암모니아가 용해되고, 물속에 용해된 기체 암모니아가 강력한 가열에 기인하여 연속적으로 방출된다. 그러한 목적을 위하여, 열의 근원 정확히는 열 교환기(36)는 물속에 수용되고 담가진다.

나셀(nacelle, 40)은 용기(33)의 지붕에 구비된다. 나셀(40)은 물을 함유하고, 그 안에 기체 암모니아가 용해된다. 순환 펌프(42)에 의하여, 나셀(40)로부터 물을 끌어오고, 기체 암모니아를 끌어 당기는 배수구(43)을 통하여 나셀 상에 물을 뿌리는 물 회로(41)는 물 속에 기체 암모니아를 용해하는 것을 돕는다.

나셀(44)은 용기(35)의 지붕에 구비된다. 물로부터 방출된 기체 암모늄은 나셀(44) 내에 응축된다. 나셀 내에 수용되고, 유체, 예를 들면 물, 회로(46)에 속하고, 유체 회로를 따라 순환 펌프(49)가 구비된 코일(45)은 이러한 응축을 돕는다. 회로(46)는, 팬(48)을 통하여 암모니아의 응축열을 주변으로 방산시키는 방열기(47)에 의하여 제어된다.

펌프(50)를 가진 도관(49)은 나셀(40)으로부터 용기(35)까지 물과 그 안에 용해된 암모니아를 가진다. 한편, 조절밸브(51)를 가진 도관(50)은 용기(35)로부터 나셀(40)까지 물을 가진다.

조절밸브(53)을 가진 도관(52)은 나셀(44)에 의하여 응축된 암모니아를 용기(33)까지 이끈다.

유체, 예를 들면 저점도의 투열성 오일, 가 그 안에서 순환하는 유체회로(60)는, 열 교환기(34)로부터 스털링 엔진(2)의 콜드 실린더(4)의 실린더(6)로 차가운 유체를 이끌기 위하여, 열 교환기(34)와 열 교환기(10) 사이에 연장된다.

바람직하게도, 본 발명에 따르면, 투열성 오일의 유체회로(70)는 저장 탱크(25)와 열 교환기(36) 사이에 연장되고, 뜨거운 유체를 용기(35)에 이끌고 물에서 그 안에 용해된 암모니아를 없애기 위하여, 순환펌프(71)를 구비한다.

실제로, 회로(24) 및 회로(70)는 물로부터 암모니아를 방출하기 위해 요구되는 열을 탈착 스테이지에 공급하기 위하여 태양 복사에 의하여 가열된 유체를 가지는 유체회로(72)를 형성한다.

앞서 기술된 흡착 냉동 장치(30)에서, 암모니아가 소위 용질 유체 같은 다른 유체에 의하여 대체될 수 있는 것처럼 물은 소위 용매 유체 같은 다른 유체에 의하여 대체될 수 있다는 것이 주시되어야 한다.

본 발명에 따르면, 조립체(1)는 한정된 프리셋(preset) 값, 바람직하게 400℃ 내에서 유체의 최대온도를 유지하는 것을 위한, 태양 장치(20)에 결합된 자동온도조절 회로(80)를 포함한다. 자동온도조절 회로(80)는 유체의 실제 온도를 감지하는 것을 위한, 회로(24)에 결합된 온도 감지기(81), 요구되는 참조 프리셋 온도, 바람직하게는 400℃를 수동으로 설정하는 것을 위한 유닛(82), 및 실제 온도와, 차동 신호가 완전히 제거되기까지 그것의 방향을 바꾸는 것을 위한 복수의 거울에 대하여 작용하는 액츄에이터(84)를 제어하기 위하여 이용되는 설정 온도와의 사이의 차동 신호를 방사하는 것을 위한 비교 측정기 노드(83)를 포함한다.

조립체(1)는 태양 복사를 기계 동력으로 전환하는 것, 특히 전력을 생성하는 것을 위한 본 발명에 따른 방법을 수행한다.

본 방법은 스털링 엔진(2), 태양 장치(20) 및 흡착 냉동 장치(30)를 제공하는 스텝, 스털링 엔진(2)의 핫 실린더(3)에 태양 장치(20)에 의해 가열된 뜨거운 유체를 공급하는 스텝, 및 냉동 장치(30)의 흡착 스테이지(31)에 의하여 냉각된 차가운 유체를 스털링 엔진의 콜드 실린더(4)에 공급하는 스텝을 포함하고, 이렇게 하여 특히 발전기를 작동시키는 것을 위한 스털링 엔진으로부터 기계 동력을 얻는다.

본 방법은 태양 장치에 의하여 가열된 뜨거운 유체를 흡착 냉동 장치의 탈착 스테이지에 공급하는 스텝을 포함한다.

본 방법은 한정된 프리셋 값, 바람직하게 400℃ 내에서 태양 장치에 의하여 가열된 뜨거운 유체의 최대 온도를 유지하는 스텝을 포함한다.

본 발명의 주요 장점은 극도의 열역학적 온도 T1(400℃+273℃=673K)과 T2(주위의 온도+273℃) 사이의 높은 차이에 기인한 이례적으로 높은 효율성에 있다. 스털링 엔진의 효율성은, 차가운 유체(-60℃)와 뜨거운 유체(400℃)가 거기에 가해지는 온도들 사이의 높은 차이에 기인한 것뿐만 아니라, 그러한 온도 범위가 0℃미만의 온도를 포함하는 사실, 환언하면 그러한 범위가 절대 0도에 더 가깝게 놓인다는 사실에 기인하여, 또한 그 자체로 높다.

본 발명의 추가적인 장점은 높은 환경 친화성에 있고, 환언하면, 관련된 낮은 최대 온도, 그런 이유로 태양 복사의 전체적인 지역 흡착이 아닌 부분적인 흡착 때문에, 조립체가 그 안에 수용되는 환경에 대하여 발생하는 낮은 손상에 있다.

추가적인 장점으로서, 보통 사용되는 기계적 구성 재료, 예를 들면 스틸(steel), 와 양립가능한 값 내에 포함되는, 관련된 최대 온도를 위한 안전한 작동 조건 하에서의 긴 기간의 작동이 기대될 것이다.

게다가, 작동이 연속적으로 재사용되는, 즉 외부로부터 조립체로 계속해서 공급되거나 또는 심지어 외부 환경으로 그것에 의하여 계속해서 방출되는 액체를 요구하지 않고 폐 회로를 연속적으로 순환하는, 유체, 액체와 기체 모두를 이용하는 사실은 완전한 작동의 독립성 및 완벽한 환경 친화성의 추가적인 고려할만한 장점으로 이끈다.

추가적인 장점은 조립체 내에 개별적으로 시끄러운 구성품이 전혀 없는 것에 기인한 조용함이다. 또한, 스털링 엔진은, 하나의 실린더로부터 또 다른 하나의 실린더로 부어지고, 한번은 뜨겁고 한번은 차가우며, 열 바퀴를 통과하고, 그 안에 교호적으로 가열되고 냉각되는 유체의 가열과 냉각에 기초한 엔진임을 고려하면 조용하다. 예를 들면, 복잡한 내부 연소 엔진의 전형적인 시끄러운 연소가 그곳에 일어나지 않는다.

추가적인 장점은 즉각적인 조정의 가능성뿐만 아니라 밤에 작동하는 것을 위한 저장탱크가 낮 동안의 태양 조립체로부터 열 에너지를 끌어오는 즉각적인 열 교환기에 결합되어 있다는 사실에 기인한 밤낮 전체에 걸친 작동 지속성에 있다.

특정의, 그리고 부수적인 필요를 확실히 만족시키기 위하여, 그 기술 분야의 통상의 기술자는 앞서 기술한 방법 및 조립체에 대하여 뒤따르는 청구항에 의하여 기술된 본 발명의 보호 범위에 해당하는 수많은 수정과 다양한 변형이 가능하다.

1: 조립체
3: 핫 실린더
4: 콜드 실린더
9, 10, 23, 34, 36: 열 교환기
20: 태양 장치
25: 저장 탱크
29, 72: 유체 회로
30: 흡착 냉동 장치
31: 흡착 스테이지
32: 탈찰 스테이지
80: 자동온도조절 회로

Claims

특히 오로지 전력을 생산하는 것뿐 아니라, 태양 복사를 기계 동력으로 전환하는 것을 위한 방법이고, 태양 장치에 의하여 가열된 뜨거운 유체를 스털링(Stirling) 엔진의 핫 실린더에 공급하는 스텝을 포함하는 유형의 방법에 있어서,
흡착 냉동 장치(absorption refrigeration appratus)의 흡착 스테이지 내에서 냉각된 차가운 유체를 상기 스털링 엔진의 콜드 실린더에 공급하는 스텝을 포함하고,
특히 오로지 발전기를 작동하는 것만을 위한 것이 아닌 상기 스털링 엔진으로부터 기계 동력을 얻는,
방법.
제1항에 있어서,
상기 태양 장치에 의하여 가열된 뜨거운 유체를 상기 흡착 냉동 장치의 탈착 스테이지로 공급하는 스텝을 포함하는,
방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 뜨거운 유체의 최대 온도를 낮은 프리셋(preset) 값으로 유지하는 스텝을 포함하는,
방법.
특히 오로지 전력을 생산하는 것뿐 아니라, 태양 복사를 기계 동력으로 전환하는 것을 위한 조립체(1)이고, 각각의 열 교환기(9, 10)를 가진 핫 실린더(3) 및 콜드 실린더(4), 열 교환기(23) 상에 태양광선의 수집 및 집중을 위한 태양 장치(20), 및 상기 태양 장치(20)의 상기 열 교환기(23)와 상기 핫 실린더의 상기 열 교환기(9) 사이에 연장되는 유체 회로(29)를 가지는 스털링 엔진(20)을 포함하는 유형의 조립체(1)에 있어서,
각각의 열 교환기(34, 36)을 가지는 흡착 스테이지(31) 및 탈착 스테이지(32), 및 상기 흡착 스테이지(31)의 상기 열 교환기(34)와 상기 콜드 실린더(6)의 상기 열 교환기(9) 사이에 연장되는 유체 회로(60)를 가지는 흡착 냉동 장치(30)를 포함하는,
조립체(1).
제4항에 있어서,
상기 태양 장치(20)의 상기 열 교환기(23)와 상기 탈착 스테이지(32)의 상기 열 교환기(36) 사이에 연장되는 유체 회로(72)를 포함하는,
조립체(1).
제5항에 있어서,
상기 뜨거운 유체의 최대 온도를 낮은 프리셋 값으로 제한하는 것을 위한 자동온도조절 회로의 뜨거운 유체의 온도를 검출하는 것을 위한 수단(81)을 포함하는,
조립체(1).
제6항에 있어서,
상기 자동온도조절 회로(80)는 400℃로 설정되는,
조립체(1).
제1항에 있어서,
상기 유체 회로(29)를 따라 상기 뜨거운 유체를 위한 저장 탱크(25)를 포함하는,
조립체(1).