KR20140097617A - 태양열 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 태양열 발전장치는, 태양열을 받는 고온판; 상기 고온판과 이격되어 배치된 냉각판; 및 상기 고온판과 냉각판 사이에서 배치되며 열에너지를 전력으로 전환시키는 열전소자;를 포함하며, 상기 냉각판은 냉각수의 증발을 통해 잠열을 방출시키도록 구성된다.
이와 같이 본 발명은, 고온판의 상면에 진공챔버가 형성됨으로써 입사된 태양열이 주위 공기와의 대류에 의하여 방열되는 것을 방지할 수 있고, 냉각판의 하면에 모세관현상이 발생하도록 모세관홈이 구성됨으로써 냉각수가 모세관홈을 따라 상방 이동하면서 수막으로 형성되어 대기의 상대습도와 연관되어 증발됨에 따라 냉각효과를 극대화할 수 있다.
이에 따라 본 발명은 열전소자의 출력을 높임으로써 발전량을 증대시킬 수 있다.

Description

태양열 발전장치{Apparatus for generating of electric power by solar energy}

본 발명은 태양열 발전장치로서, 입사된 태양열이 주위 공기와의 대류에 의하여 방열되는 것을 방지하고, 냉각수가 상방 이동하면서 수막으로 형성되어 증발됨에 따라 냉각효과를 극대화하는 태양열 발전장치에 관한 것이다.

석유로 대표되는 화석연료는 수많은 장점에 의하여 발전시설 등에도 사용되고 있다.

그러나 화석연료의 매장량의 한계로 인하여 가격급등, 그리고 온실효과 등의 대기오염과 같이 많은 한계점과 문제점이 있기 때문에, 대체에너지를 위한 기술의 필요성이 대두되고 있다.

이로 인하여 태양열 발전이 제시되어 있는데, 태양열 발전이란 태양광선의 파동성질을 이용하는 태양에너지 광열학적 이용분야로 태양열의 흡수, 저장, 열변환 등을 통하여 건물의 냉난방 및 급탕 등에 활용하는 기술이다.

이와 같은 태양열 발전에 있어서 열전소자가 활용될 수 있는데, 일례로서 발전용 열전모듈에는 일단을 고온판에 접촉시키고 타단을 저온판에 접촉시키면 양단에 직류전류가 발생되는 제벡(Seebeck) 효과를 가지는 다수 개의 열전소자가 활용될 수 있는데, 이러한 다수 개의 열전소자를 직렬로 연결하여 그 온도차를 이용함으로써 발전을 하게 된다.

여기에서, 고온판에 태양광이 조사되면 고온판의 온도는 상승되지만 온도의 상승과 함께 주변 공기와의 대류 열전달에 의하여 방열이 동시에 수반된다.

이러한 결과로 고온판의 온도는 태양광에 의한 입열량과 주위공기에 의한 냉각 열량이 평형을 이루는 지점에서 유지된다.

이때, 열전소자의 출력을 높게 하기 위해서는 열전소자의 고온판 온도를 높게 유지하는 것이 필요하다.

구체적으로, 고온판은 태양열을 받게 되면 온도가 상승하는데 열전소자를 통하여 냉각판으로 열전달이 이루어지는 과정에서 전력이 발생한다.

이와 같이 발생되는 전력에 있어서의 전력발생량은 상기 열전달량에 비례하여 증가하므로, 고온판의 온도를 가능한 한 높게 유지하고 냉각판의 온도는 낮게 유지하는 것이 중요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 입사된 태양열이 주위 공기와의 대류에 의하여 방열되는 것을 방지하고, 냉각수가 상방 이동하면서 수막으로 형성되어 증발됨에 따라 냉각효과를 극대화하기 위해, 고온판의 상면에 진공챔버가 형성되고 냉각판의 하면에 모세관현상이 발생하도록 모세관홈이 구성되는 태양열 발전장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 발전장치는, 태양열을 받는 고온판; 상기 고온판과 이격되어 배치된 냉각판; 및 상기 고온판과 냉각판 사이에서 배치되며 열에너지를 전력으로 전환시키는 열전소자;를 포함하며, 상기 냉각판은 냉각수의 증발을 통해 잠열을 방출시키도록 구성된다.

이때, 상기 냉각판은, 하부에 냉각수가 수용되는 냉각수조가 형성되고, 상기 냉각수조로부터 상부로 이어지는 하면에 모세관구조가 형성된 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기 모세관구조는 상기 냉각판의 하면에 상기 냉각수조로부터 상방 연장되는 복수 개의 모세관 홈으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고온판은 상면이 진공챔버로 커버된 것이 바람직하다.

아울러, 상기 진공챔버는 유리재질로 이루어진 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 태양열 발전장치는, 고온판의 상면에 진공챔버가 형성됨으로써 입사된 태양열이 주위 공기와의 대류에 의하여 방열되는 것을 방지할 수 있고, 냉각판의 하면에 모세관현상이 발생하도록 모세관홈이 구성됨으로써 냉각수가 모세관홈을 따라 상방 이동하면서 수막으로 형성되어 대기의 상대습도와 연관되어 증발됨에 따라 냉각효과를 극대화할 수 있는 효과를 가진다.

이에 따라 본 발명은 열전소자의 출력을 높임으로써 발전량을 증대시킬 수 있는 장점을 지닌다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 발전장치를 나타낸 개략도이다.
도 2은 도 1의 태양열 발전장치의 모세관홈에서 냉각수가 증발되는 것을 나타낸 도면이다.

본 발명의 태양열 발전장치는, 입사된 태양열이 주위 공기와의 대류에 의하여 방열되는 것을 방지하고, 냉각수가 상방 이동하면서 수막으로 형성되어 증발됨에 따라 냉각효과를 극대화하기 위해, 고온판의 상면에 진공챔버가 형성되고 냉각판의 하면에 모세관현상이 발생하도록 모세관홈이 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 발전장치를 나타낸 개략도이고, 도 2은 도 1의 태양열 발전장치의 모세관홈에서 냉각수가 증발되는 것을 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면(20a), 태양열을 받는 고온판(10)과, 상기 고온판(10)과 이격된 냉각판(20), 및 상기 고온판(10)과 냉각판(20) 사이에 배치된 열전소자(30)를 포함한다.

상기 고온판(10)은 태양열을 받아서 온도가 올라가는 집열부로서, 태양열을 충분히 받을 수 있도록 적정한 크기로 형성되며, 이에 대한 구체적인 구성에 대해서는 본 발명에 의해 한정되지 않으며 종래의 어떠한 부재도 활용될 수 있음은 물론이다.

이러한 고온판(10)은 태양광이 조사되면 온도는 상승되지만 온도의 상승과 함께 주변 공기와의 대류 열전달에 의하여 방열이 동시에 일어난다.

즉, 고온판(10)은 태양광에 의한 입열량 모두를 온전히 보존하기는 어려운데, 이는 주위공기에 의해 냉각으로 열손실이 발생하게 된다.

이와 같이 고온판(10)에 접촉되는 주변 공기에 의해 열손실이 발생하는 것을 방지하기 위해, 상기 고온판(10)은 상면(10a)이 진공챔버(11)로 커버될 수 있다. 이때, 고온판(10)의 상면(10a)은 태양광이 조사되는 측의 면을 지칭한다.

이러한 진공챔버(11)는 태양광이 통과되도록 유리재질로 이루어질 수 있다.

이와 같은 진공챔버(11)는 고온판(10) 위에서 열전달 매체가 되는 공기를 제거함으로써, 고온판(10)의 온도가 공기와의 대류에 의하여 냉각되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.

이러한 진공챔버(11)에 의해 상기 고온판(10) 온도를 높게 유지시킴으로써 열전소자(30)의 출력을 높일 수 있다.

그리고, 상기 냉각판(20)은 고온판(10)과 이격되어 배치되어, 냉각수(1)의 증발을 통해 잠열을 방출시키도록 구성된다.

구체적으로, 상기 냉각판(20)은 하부에 냉각수(1)가 수용되는 냉각수조(21)가 형성될 수 있다. 즉, 냉각판(20)은 하부로 연장되는 부분이 냉각수(1)를 수용할 수 있는 상방개구된 구조를 취하게 된다.

이와 같이 냉각판(20)에서 냉각수(1)가 수용되도록 상방개구된 하부구조가 냉각수조(21)로서 기능을 수행한다.

이때, 냉각판(20)의 냉각수조(21)에 대한 냉각수(1) 공급은 발전을 하는 과정에서 적정 수위를 계속해서 유지할 수 있도록 구성되는 종래의 어떠한 냉각수 자동공급기기 등이 활용될 수 있음은 물론이다.

여기에서, 상기 냉각판(20)은 냉각수조(21)로부터 상부로 이어지는 하면(20a)에 모세관구조가 형성될 수 있다. 이때 냉각판(20)의 하면(20a)은 냉각판(20)이 대기와 접촉하는 대기 측 표면을 지칭한다.

즉, 상기 냉각판(20)은 냉각수조(21)에 수용된 냉각수(1)가 하면(20a)을 따라 상측으로 이동할 수 있도록 하면(20a)에 모세관구조가 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 모세관 구조는 냉각판(20)의 하면(20a)에 냉각수조(21)로부터 상방 연장되는 복수 개의 요철라인으로 이루어질 수 있다.

이러한 요철라인은 냉각판(20)의 하면(20a)에 모세관구조를 형성시키기 위해, 하면(20a)에서 냉각수조(21)로부터 상측으로 이어지는 모세관홈(22)을 가지는 구조를 취하는데, 이와 같은 모세관홈(22)을 따라 냉각수(1)가 상측으로 이동하게 된다.

이때, 상기 모세관홈(22)은 냉각판(20)의 하면(20a)에 미세한 홈으로서 형성되는데, 도 2에 도시된 바와 같이 단면이 역삼각형 또는 사각형 형상을 취할 수 있으며 물론 이에 한정되지 않고 모세관 현상을 일으킬 수 있는 적정한 형상이라면 어떠한 형상도 취할 수 있다.

이와 같은 모세관홈(22)에 냉각수조(21)의 냉각수(1)가 상방 이동되어 존재함으로써, 냉각판(20)의 하면(20a)에 항상 수막이 형성되도록 한다.

이와 같이 냉각판(20)은 모세관홈(22)의 구조를 통해 냉각수(1)가 하면(20a)에 계속해서 이동되어 유지되는 상태를 취함으로써, 고온판(10)으로부터 전달된 태양열이 냉각수(1)를 증발시킴에 따라 냉각작용이 이루어지게 된다.

상기와 같이 냉각판(20)의 모세관홈(22)에 존재하는 냉각수(1)는 외기의 습도에 따라 증발온도가 결정되며 섭씨 100도 이하의 온도에서도 증발이 가능하다.

이때, 냉각수(1)가 증발하기 위해서는 냉각판(20)으로부터 잠열을 흡수하여야 하므로, 냉각판(20)을 단순히 공기로 냉각하는 것보다 단위 면적당 열제거 효과를 극대화할 수 있고 이로 인하여 단위 면적당 발전량을 증대시킬 수 있다.

물론 냉각판(20)을 단순히 냉각수에 잠기게 하여 냉각수의 대류를 통해 냉각할 수 있으나, 이와 같은 접촉을 통한 냉각은 온도변화를 동반하는 현열을 제거하는 것으로서 잠열의 제거보다는 냉각효과가 뛰어나지 않다.

한편, 본 발명에서의 열전소자(30)는 상기 고온판(10)과 냉각판(20) 사이에서 배치되며 열에너지를 전력으로 전환시키는 부재로서, 본 발명에 의해 한정되지 않으며 종래의 어떠한 소자도 사용될 수 있음은 물론이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 고온판(10)의 상면(10a)에 진공챔버(11)가 형성됨으로써 입사된 태양열이 주위 공기와의 대류에 의하여 방열되는 것을 방지할 수 있고, 냉각판(20)의 하면(20a)에 모세관현상이 발생하도록 모세관홈(22)이 구성됨으로써 냉각수(1)가 모세관홈(22)을 따라 상방 이동하면서 수막으로 형성되어 대기의 상대습도와 연관되어 증발됨에 따라 냉각효과를 극대화할 수 있다.

이에 따라 본 발명은 열전소자(30)의 출력을 높임으로써 발전량을 증대시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

1 : 냉각수 10 : 고온판
10a : 상면 11 : 진공챔버
20 : 냉각판 20a : 하면
21 : 냉각수조 22 : 모세관홈
30 : 열전소자

Claims (5)

1. 태양열을 받는 고온판(10);
   상기 고온판(10)과 이격되어 배치된 냉각판(20); 및
   상기 고온판(10)과 냉각판(20) 사이에서 배치되며 열에너지를 전력으로 전환시키는 열전소자(30);를 포함하며,
   상기 냉각판(20)은 냉각수(1)의 증발을 통해 잠열을 방출시키도록 구성되는 태양열 발전장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각판(20)은, 하부에 냉각수(1)가 수용되는 냉각수조(21)가 형성되고, 상기 냉각수조(21)로부터 상부로 이어지는 하면(20a)에 모세관구조가 형성된 것을 특징으로 하는 태양열 발전장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 모세관구조는 상기 냉각판(20)의 하면(20a)에 상기 냉각수조(21)로부터 상방 연장되는 복수 개의 모세관 홈으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열 발전장치.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 고온판(10)은 상면(10a)이 진공챔버(11)로 커버된 것을 특징으로 하는 태양열 발전장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 진공챔버(11)는 유리재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 발전장치.
   

Images