KR20170056856A - 태양열 발전시스템 - Google Patents

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KR20170056856A
KR20170056856A KR1020150160191A KR20150160191A KR20170056856A KR 20170056856 A KR20170056856 A KR 20170056856A KR 1020150160191 A KR1020150160191 A KR 1020150160191A KR 20150160191 A KR20150160191 A KR 20150160191A KR 20170056856 A KR20170056856 A KR 20170056856A
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heat
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heating medium
medium
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KR1020150160191A
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이상태
서호영
엄홍선
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주식회사 우신산업
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Abstract

본 발명은 태양열 발전시스템에 관한 것으로서, 태양열에 의해 제1 열매체를 가열하는 집열기와, 상기 제1 열매체가 유입되고, 상기 제1 열매체를 임시저장하여 축열하는 버퍼탱크와, 내부에 제3 열매체가 수용되는 축열탱크와, 상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체가 유입되는 경우 상기 제1 열매체와 상기 축열탱크의 제3 열매체를 열교환하는 열교환기와, 상기 열교환기를 통과한 상기 제1 열매체를 상기 집열기로 이송하는 제1 펌프유닛과, 상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체가 유입되는 경우 상기 제1 열매체와 제2 열매체를 열교환하고, 상기 제2 열매체의 열에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전장치 및 상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체가 상기 열교환기를 통과하지 않고 상기 집열기로 이동되도록 상기 제1 열매체의 이동로를 제공하는 바이패스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전시스템을 제공한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 집열동작 및 발전동작시 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체가 축열탱크의 제3 열매체와 열교환하지 않도록 바이패스부를 통해 집열기로 이동되도록 함으로써 을 따라 집열기로 이동되도록 함으로써 전기 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있는 태양열 발전시스템을 제공함에 있다.

Description

태양열 발전시스템{The power generation system using solar energy}
본 발명은 태양열 발전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집열동작 및 발전동작시 제1 열매체가 열교환기를 거치지 않고 버퍼탱크 또는 증발기로부터 집열기로 직접 이동되도록 함으로써 제1 열매체가 축열탱크 내 제3 열매체와 열교환되는 것을 방지하여 전기 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있는 태양열 발전시스템에 관한 것이다.
최근 들어서 전세계는 전기 및 가스, 석유 등 한정된 자원에만 의존해 온 탓으로 인해 석유에너지(Energy)의 공급부족 현상이 점차 현실화되고, 반면에 유가의 가격도 지속적으로 상승하고 있으며, 또한 석유에너지의 사용에 따른 온실가스 등의 증가로 인해 환경오염 문제가 매우 심각하게 제기되고 있어, 지구 온난화를 방지하기 위한 차원에서 이산화탄소(CO2)의 배출을 최대한 줄이고자 하는 노력이 세제적으로 가속화되고 있는 실정이다.
이에 따라, 환경적인 공해가 발생되지 않고 친환경적이면서도 무한한 태양광이나 태양열을 비롯하여 풍력, 조력 등 자연을 이용한 대체에너지의 개발에 대한 관심이 집중되고 있는데, 그 중에서도 특히 태양광이나 태양열을 이용하여 가정, 산업체에 필요한 전기 에너지의 생산은 물론 온수, 난방 등에 필요한 열원을 생산하기 위한 장치의 개발이 활발히 진행되고 있다.
이와 같은, 태양에너지를 이용하여 전기 에너지로 발전을 하는 방식에는 앞서 언급한 바와 같이 태양광(太陽光)을 이용하는 방식과 태양열(太陽熱)을 이용하는 방식의 2가지가 있다.
여기서, 태양광을 이용하는 방식 중 가장 일반적으로 사용되는 태양전지, 일명 솔라셀(solar cell)은 주로 실리콘 재질을 이용하여 제작이 되는 것으로서, 가시광선 파장 영역에서 광전 효과를 이용하여 전기를 발생시키는 원리를 가지고 있다.
한편, 태양열을 이용하여 발전하는 방식의 일 예로 공개특허 제10-2011-0008513호에서 "태양광 발전 시스템"이 제시된 바 있다.
이러한 공개특허 제10-2011-0008513호에 따른 태양광 발전 시스템(이하, '종래의 태양광 발전 시스템'이라 함)은 태양열을 집열하는 태양열 집열장치, 태양열 집열장치 내에 설치되며 태양열 집열장치에 의하여 집열된 태양열을 이용하여 열매체를 기화시키는 열매체 기화장치, 열매체 기화장치에 연결되며 열매체 기화장치에 의하여 기화된 고압의 열매체에 의하여 회전하는 터빈, 터빈의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전장치 및 터빈에 연결되며 터빈을 회전시킨 열매체를 수축시켜 열매체 기화장치에 다시 공급하는 수축장치로 구성되고, 태양열에 의해 기화되는 열매체로 터빈을 회전하여 전기를 발전한다.
그런데, 종래의 태양광 발전 시스템은 태양열 집열장치를 통해 열매체가 태양열에 의해 직접 가열되어 기화하는 구조를 취하고 있는 바 구름이 많이 낀 날과 같이 태양열이 불규칙하게 제공되는 경우 그 날씨환경에 따라 태양열에 가열되는 열매체의 온도가 시시각각으로 변화되면서 온도편차가 발생됨으로써 안정적으로 터빈을 회전할 수 없어 전기를 효율적으로 발전할 수 없고, 이에 따라 전기 생산 효율이 크게 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 집열동작 및 발전동작시 제1 열매체가 열교환기를 거치지 않고 버퍼탱크 또는 증발기로부터 집열기로 직접 이동되도록 함으로써 제1 열매체가 축열탱크 내 제3 열매체와 열교환되는 것을 방지하여 전기 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있는 태양열 발전시스템을 제공함에 있다.
그리고, 본 발명은 발전동작시 축열탱크 내에 저장된 제3 열매체를 제2 열매체의 응축수로 사용함으로써 발전효율이 향상되도록 함과 아울러 온수발생효율 또한 향상시킬 수 있는 태양열 발전시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 태양열을 열원으로 하여 제1 열매체를 가열하고, 이를 버퍼탱크에 임시저장함으로써 태양열을 축적하고, 축적된 열을 통해 제2 열매체를 일정한 온도로 가열하여 전기를 발전함으로써 안정적으로 전기를 발전할 수 있을 뿐 아니라 이에 따라 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있는 태양열 발전시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 열매체를 저장하는 축열탱크를 구비한 태양열 발전시스템에 있어서, 태양열에 의해 제1 열매체를 가열하는 집열기와, 제1 열매체가 유입되고, 제1 열매체를 임시저장하여 축열하는 버퍼탱크와, 내부에 제3 열매체가 수용되는 축열탱크와, 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체가 유입되는 경우 제1 열매체와 축열탱크의 제3 열매체를 열교환하는 열교환기와, 열교환기를 통과한 제1 열매체를 집열기로 이송하는 제1 펌프유닛과, 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체가 유입되는 경우 제1 열매체와 제2 열매체를 열교환하고, 제2 열매체의 열에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전장치 및 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체가 열교환기를 통과하지 않고 집열기로 이동되도록 제1 열매체의 이동로를 제공하는 바이패스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전시스템을 제공한다.
그리고, 상기 열교환기는 상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 미만인 경우 상기 제1 열매체가 내부로 유입되고, 상기 발전장치는 상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 이상인 경우 상기 제1 열매체가 내부로 유입되며, 상기 바이패스부는 상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 미만인 경우 상기 버퍼탱크로부터 상기 제1 열매체가 내부를 통과하여 상기 집열기로 이동되되, 상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 미만인 경우 사용자의 요청에 따라 상기 제1 열매체가 상기 열교환기 또는 상기 바이패스부 중 어느 하나에 선택적으로 유입되는 것이 바람직하다.
또한, 바이패스부는 일단부가 버퍼탱크에서 열교환기로 이동되는 제1 열매체의 이동로 일측에 연결되고, 타단부가 열교환기에서 집열기로 이동되는 제1 열매체의 이동로 일측에 연결되는 바이패스관 및 제1 열매체의 이동로 일측에 설치되고, 제1 열매체의 이동로를 개폐하여 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 이상인 경우 제1 열매체가 바이패스관을 통해 집열관으로 이동되도록 하고, 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 미만인 경우 제1 열매체가 열교환관으로 이동되도록 하는 밸브체를 포함할 수 있다.
아울러, 발전장치는 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체가 유입되는 경우 상기 제1 열매체와 제2 열매체를 열교환하는 증발기와, 증발기를 통과한 제2 열매체가 유입되고, 제2 열매체를 팽창하여 동력을 발생하는 팽창기와, 팽창기에 의해 발생된 동력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기와, 팽창기를 통과한 제2 열매체가 유입되고, 제2 열매체를 응축하는 응축기 및 응축된 제2 열매체를 증발기로 이송하는 제2 펌프유닛을 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 바이패스부는 축열탱크 내 제3 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 이상인 경우 제1 열매체가 열교환관을 통과하지 않고 집열기로 이동되도록 할 수 있다.
또한, 발전기가 전력을 생산하는 경우 축열탱크 내에 저장된 제3 열매체가 응축기로 유입되어 제2 열매체를 응축하는 것이 바람직하다.
아울러, 발전장치는 축열탱크의 제3 열매체가 응축기로 이동되는 제3 열매체의 이동로 일측에 설치되고, 제3 열매체를 냉각하는 냉각기를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 집열동작 및 발전동작시 제1 열매체가 열교환기를 거치지 않고 버퍼탱크 또는 증발기로부터 집열기로 직접 이동되도록 함으로써 제1 열매체가 축열탱크 내 제3 열매체와 열교환되는 것을 방지하여 전기 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 발전동작시 축열탱크 내에 저장된 제3 열매체를 제2 열매체의 응축수로 사용함으로써 발전효율이 향상되도록 함과 아울러 온수발생효율 또한 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 태양열을 열원으로 하여 제1 열매체를 가열하고, 이를 버퍼탱크에 임시저장함으로써 태양열을 축적하고, 축적된 열을 통해 제2 열매체를 일정한 온도로 가열하여 전기를 발전함으로써 안정적으로 전기를 발전할 수 있을 뿐 아니라 이에 따라 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 태양열 발전시스템을 도시한 구성도,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 발전시스템의 전체동작도를 개략적으로 도시한 도면,
도3은 본 발명의 실시예에 따른 태양열 발전시스템을 각 동작별로 도시한 블럭도.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 태양열 발전시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도1에서 보는 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 발전시스템(1)은 태양열을 열원으로 하여 얻은 열에너지를 집열기(10)를 통해 제1 열매체에서 제2 열매체로 전달하고, 제2 열매체에서 팽창기(82)를 통해 열에너지를 이용하여 운동에너지로 전환하여 전기를 생산하는 시스템으로서, 크게 제1 열매체가 순환하여 열에너지를 전달하는 1차 사이클 및 제1 열매체에서 전달받은 열에너지 통해 제2 열매체가 순환하여 전기를 생산하는 2차 사이클인 유기랭킨사이클(ORC: Organic Rankine Cycle)로 구성된다.
여기서, 1차 사이클은 제1 열매체인 물 또는 열매체유가 순환하는 집열기(10), 버퍼탱크(20), 열교환기(30), 축열탱크(40), 바이패스부(51), 제1 펌프유닛(70) 및 제3 펌프유닛(52)을 포함하여 구성되고, 2차 사이클인 발전장치(80)는 제2 열매체인 유기 냉매가 순환하는 증발기(81), 팽창기(82), 응축기(83), 수액기(85) 및 제2 펌프유닛(86)을 포함하는 발전장치(80)로 구성된다.
집열기(10)는 제1 열매체가 순환하는 유로가 형성된 집광부 및 집광부의 유로에 태양열을 집중시키기 위해 태양광을 반사시키는 반사판을 포함하며, 집광부와 반사판이 하나의 모듈형태로 복수개가 구성된다.
이러한 집열기(10)는 1차 사이클에서 태양열을 이용하여 제1 열매체를 가열하는 것으로서, 제1 열매체는 집열기(10) 내부에서 순환하는 동안 태양열에 의해 고온으로 가열되는데, 여기서 제1 열매체는 물이 사용될 수 있다.
그리고, 집열기(10)는 CPC형 집열기(10)를 사용될 수 있으며, 작동온도 범위인 80℃ ~ 200℃에서 집광비에 따라 제1 열매체의 온도를 조절한다.
버퍼탱크(20)는 집열기(10)에서 가열된 고온의 제1 열매체가 유입되어 이를 임시저장하는 것으로서, 버퍼탱크(20) 내 제1 열매체의 온도가 기설정온도 이상일 경우 버퍼탱크(20) 내의 제1 열메체는 후술하는 발전장치(80)의 증발기(81)로 유입되고, 기설정온도 이하일 경우 열교환기(30)로 유입된다.
이러한, 버퍼탱크(20)는 집열기(10)에서 가열된 제1 열매체를 임시저장하여 제1 열매체로부터 전달되는 태양열을 축적함으로써 날씨변화등과 같은 외부요인에 의해 발생하는 제1 열매체 및 제2 열매체의 온도편차를 최소화함으로써 안정적인 발전이 이루어지도록 하는 특징이 있다.
열교환기(30)는 버퍼탱크(20)로부터 제1 열매체가 유입되면, 제1 열매체가 축열탱크(40)의 제3 열매체와 열교환되도록 함으로써 축열탱크(40) 내의 제3 열매체를 가열하는 역할을 하는데, 이러한 열교환기(30)는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자가 상용적으로 공급되는 것을 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것임이 자명한 것으로서, 구체적인 구성설명은 생략하도록 한다.
축열탱크(40)는 내부에 제3 열매체가 수용되는 수용공간이 형성되고, 수용된 제3 열매체가 제1 열매체에 의해 가열되어 발생된 온수를 일정시간 저장한 후 이를 가정집과 같은 온수 공급처로 공급하는 역할을 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 축열탱크(40)는 온수공급기능 외에 내부에 수용된 제3 열매체를 발전장치(80)의 응축기(83)로 공급하여 제3 열매체가 제2 열매체와 열교환되도록 함으로써 제2 열매체가 응축되도록 한다.
바이패스부(50)은 버퍼탱크(20) 내에 저장된 제1 열매체가 열교환기를 통과하지 않고, 집열기(10)로 이동될 수 있도록 제1 열매체의 이동로를 제공하는 것으로서, 바이패스관(51)과 밸브체(52)를 포함하여 구성될 수 있다.
바이패스관(51)은 일단부가 버퍼탱크(20)에서 열교환기(30)로 이동되는 제1 열매체의 이동로 일측에 연결되고, 타단부가 열교환기(30)에서 집열기(10)로 이동되는 제1 열매체의 이동로 일측에 연결되어 버퍼탱크(20) 내 제1 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 이상인 경우 제1 열매체가 발전장치(80)로부터 집열기(10)로 이동되도록 함으로써 제1 열매체와 축열탱크(40) 내 제3 열매체간 열교환에 의해 제1 열매체의 열손실이 발생되는 것을 방지하는 역할을 한다.
밸브체(52)는 제1 이동로의 일측 중 바이패스관(51)과 연결된 일측에 설치되고, 제1 열매체의 이동로를 개폐하여 버퍼탱크(20) 내 제1 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 이상인 경우 제1 열매체가 바이패스관(51)을 통해 발전장치(80)로부터 집열관으로 이동되도록 하고, 버퍼탱크(20) 내 제1 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 미만인 경우 제1 열매체가 버퍼탱크(20)로부터 열교환관으로 이동되도록 하는 역할을 하는데, 이러한 밸브체(52)는 삼방밸브가 사용될 수 있다.
제1 펌프유닛(70) 및 제3 펌프유닛은 일반적인 펌프가 사용될 수 있는데, 여기서 제1 펌프유닛(70)은 제1 열매체가 집열기(10)로 이송하는 역할을 하고, 제3 펌프유닛(60)은 축열탱크(40) 내에 저장된 제3 열매체가 응축기(83), 축열탱크(40) 및 열교환기(30)를 순환하도록 하는 역할을 한다.
다음, 본 발명의 일실시예에 따른 발전장치(80), 즉 ORC 발전시스템 중 증발기(81)는 버퍼탱크(20) 내 제1 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 이상일 경우, 버퍼탱크(20)로부터 유입되는 제1 열매체와, 제2 열매체가 상호 열교환하도록 하여 열원인 제1 열매체에 의해 제2 열매체의 온도가 상승하도록 함으로써 제2 열매체가 기화되도록 하는 역할을 하고, 증발기(81)를 통과한 제1 열매체는 열교환기(30)를 거치지 않고 집열기(10)로 이동된다.
팽창기(82)는 기화된 제2 열매체가 유입되고, 유입된 제2 열매체가 내부에 배치된 발전기의 축을 회전시켜 전기가 발생되도록 하는 역할을 한다.
여기서, 팽창기(82)는 터보형(터빈)과 용적형으로 구분되며, 터보형 팽창기(82)는 주로 대용량에 적합하고, 용적형 팽창기(82)로는 왕복동, 로타리, 스크롤 등이 있는데, 본 발명에서는 스크롤형 팽창기(82)를 사용하며, 출력용량이 1~5kW 인 것이 바람직하다.
한편, 스크롤형 팽창기(82)는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자가 상용적으로 공급되는 것을 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것임이 자명한 것으로서, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
응축기(83)는 팽창기(82)를 통과한 제2 열매체를 냉각시켜 응축되도록 하는 역할을 하는데, 본 실시예에서 응축기(83)는 제2 열매체와, 축열탱크(40) 내 제3 열매체가 상호 열교환되도록 함으로써 제2 열매체가 제3 열매체에 의해 응축되도록 한다.
이때, 제2 열매체의 응축효율을 향상시키기 위해 응축기(83)로 이동되는 제3 열매체의 이동로 일측에 냉각기(84)를 설치하여 응축기(83)로 이동되는 제3 열매체가 냉각기(84)에 의해 냉각된 후 제2 열매체와 열교환되도록 하는 것이 바람직하다.
제2 펌프유닛(86)은 응축기(83)에서 응축된 제2 열매체를 증발기(81)로 강제압송하는 것으로서, 제2 펌프유닛(86) 또한 일반적인 펌프가 사용될 수 있다.
미설명부호 100은 응축된 제2 열매체를 일시저장하는 수액기(85)이다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 발전시스템의 전체동작도를 개략적으로 도시한 도면이고, 도3은 본 발명의 실시예에 따른 태양열 발전시스템을 각 동작별로 도시한 블럭도.이다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 발전시스템의 동작을 도2 및 도3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 발전시스템의 전체 동작은 크게 집열동작과, 발전동작 및 축열동작으로 구분될 수 있다.
집열동작
본 발명의 일실시예에 따른 태양열 발전시스템의 집열동작은 집열기(10)를 이용하여 버퍼탱크(20)에 열을 축적하는 동작으로서, 도3의 (a)에서 보는 바와 같이 집열기(10)에서 태양열에 의해 가열된 제1 열매체가 버퍼탱크(20)로 유입되어 열을 축적하고, 버퍼탱크(20) 내의 제1 열매체가 열교환기(30)를 통하지 않고 바이패스관(51)을 통해 다시 집열기로 이송되어 반속순환된다.
발전동작
본 발명의 일실시예에 따른 태양열 발전시스템의 발전동작은 도3의 (b)에서 보는 바와 같이 버퍼탱크(20) 내에 제1 열매체가 일정시간 저장되면서 버퍼탱크(20)에 열이 약 90℃이상으로 축적되면, 버퍼탱크(20)에서 제1 열매체가 발전장치(80), 즉 ORC 발전시스템의 증발기(81)로 유입되고, 증발기(81)에서 제1 열매체와 제2 열매체가 열교환하여 제2 열매체가 기화된다.
기화된 제2 열매체는 팽창기(82)로 유입되고, 기화된 제2 열매체의 의해 발전기(B)의 축이 회전하면서 전력을 생산한다.
이후, 팽창기(82)를 통과한 제2 열매체는 응축기(83)로 유입되어 냉각되고, 수액기(85)에 일정시간 저장된 후 제2 펌프유닛(86)에 의해 다시 증발기(81)로 이동되어 반복순환된다.
그리고, 축열탱크에 있는 제3 열매체는 냉각기(84)를 거쳐 냉각된 후 응축기(83)로 유입되고, 제2 열매체와 열교환하여 제2 열매체를 응축시키며, 제2 열매체와 열교환함에 따라 온도가 상승한 상태로 축열탱크(40)로 재유입되어 일정시간 저장된 후 각 온수공급처로 공급된다.
한편, 상기한 집열동작 및 발전동작에서 집열기(10)에서 가열된 제1 열매체가 버퍼탱크(20)에 열을 축적한 후 열교환기(30)의 배관을 통해 다시 집열기로 유입되는 경우 제3 열매체의 이동이 없다하더라도 대류나 전도에 의해 제3 열매체와 제1 열매체가 열교환되어 제1 열매체가 상당한 열을 빼앗김에 따라 버퍼탱크(20)의 온도를 높이는데 많은 시간이 소요될 뿐 아니라 버퍼탱크(20) 내 축적되는 열이 원하는 온도까지 높게 오르지 못하게 된다.
이에 본 실시예에서는 집열동작에서는 제1 열매체가 열교환기(30)를 통하지 않고 바이패스관(51)을 통해 집열기(10)로 유입되도록 하고, 발전동작에서는 증발기(81)를 통과한 제1 열매체가 바이패스관(51) 및 열교환기(30)를 통하지 않고 집열기로(10)로 직접 유입되도록 함으로써 제1 열매체의 열손실을 최대한 방지하고, 이에 따라 버퍼탱크(20) 내 제1 열매체의 온도를 높이는데 시간을 단축함과 아울러 높은 온도로 집열할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 집열동작과 발전동작시 제3 열매체는 열교환기(30)에서 발생되는 전도, 대류에 의해 열이 차단되어 낮은 온도에서 응축기(83)의 응축수로 사용되도록 함으로써 전력생산효율을 크게 높일 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
축열동작
본 발명의 일실시예에 따른 태양열 발전시스템의 축열동작은 버퍼탱크 내에 축적된 열이 미리 설정된 온도 미만인 경우 온수공급처에 온수를 공급하기 위해 축열탱크에 열을 축적하는 동작으로서, 도3의 (c)에서 보는 바와 같이 버퍼탱크(20) 내의 제1 열매체가 바이패스관(51)이 아닌 열교환기(30)로 유입되고, 열교환기(30)에서 제1 열매체와 제3 열매체가 열교환한 후 제1 열매체는 제1 펌프유닛(70)에 의해 집열기로 이송되며, 제3 열매체는 온수 형태로 축열탱크에 일정시간 저장되어 필요에 따라 온수공급처로 공급된다.
이때, 제3 열매체는 축열동작시 축열탱크와 열교환기를 순환하여 제1 열매체에 의해 가열되어 온수공급처에 온수를 공급하는 온수공급기능을 수행하고, 집열동작 또는 발전동작시에는 응축기(83)의 응축수로 사용되어 제2 열매체의 냉매기능을 수행한다.
한편, 앞서 설명한 집열동작과 축열동작은 전력 또는 온수의 사용량에 근거하여 사용자의 요청에 따라 선택적으로 이루어질 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
10 : 집열기 20 : 버퍼탱크
30 : 열교환기 40 : 축열탱크
51 : 바이패스관 52 : 밸브체
60 : 제3 펌프유닛 70 : 제1 펌프유닛
80 : 발전장치 81 : 증발기
82 : 팽창기 83 : 응축기
85 : 수액기 86 : 제2 펌프유닛

Claims (7)

  1. 열매체를 저장하는 축열탱크를 구비한 태양열 발전시스템에 있어서,
    태양열에 의해 제1 열매체를 가열하는 집열기와;
    상기 제1 열매체가 유입되고, 상기 제1 열매체를 임시저장하여 축열하는 버퍼탱크와;
    내부에 제3 열매체가 수용되는 축열탱크와;
    상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체가 유입되는 경우 상기 제1 열매체와 상기 축열탱크의 제3 열매체를 열교환하는 열교환기와;
    상기 열교환기를 통과한 상기 제1 열매체를 상기 집열기로 이송하는 제1 펌프유닛과;
    상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체가 유입되는 경우 상기 제1 열매체와 제2 열매체를 열교환하고, 상기 제2 열매체의 열에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전장치; 및
    상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체가 상기 열교환기를 통과하지 않고 상기 집열기로 이동되도록 상기 제1 열매체의 이동로를 제공하는 바이패스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 미만인 경우 상기 제1 열매체가 내부로 유입되고,
    상기 발전장치는 상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 이상인 경우 상기 제1 열매체가 내부로 유입되며,
    상기 바이패스부는 상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 미만인 경우 상기 버퍼탱크로부터 상기 제1 열매체가 내부를 통과하여 상기 집열기로 이동되되,
    상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 미만인 경우 사용자의 요청에 따라 상기 제1 열매체가 상기 열교환기 또는 상기 바이패스부 중 어느 하나에 선택적으로 유입되는 것을 특징으로 하는 태양열 발전시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바이패스부는
    일단부가 상기 버퍼탱크에서 상기 열교환기로 이동되는 상기 제1 열매체의 이동로 일측에 연결되고, 타단부가 상기 열교환기에서 상기 집열기로 이동되는 제1 열매체의 이동로 일측에 연결되는 바이패스관; 및
    상기 제1 열매체의 이동로 일측에 설치되고, 상기 제1 열매체의 이동로를 개폐하여 상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 이상인 경우 상기 제1 열매체가 상기 바이패스관을 통해 상기 집열관으로 이동되도록 하고, 상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 미만인 경우 상기 제1 열매체가 상기 열교환관으로 이동되도록 하는 밸브체를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발전장치는
    상기 버퍼탱크 내에 저장된 제1 열매체가 유입되는 경우 상기 제1 열매체와 제2 열매체를 열교환하는 증발기와;
    상기 증발기를 통과한 제2 열매체가 유입되고, 상기 제2 열매체를 팽창하여 동력을 발생하는 팽창기와;
    상기 팽창기에 의해 발생된 동력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기와;
    상기 팽창기를 통과한 제2 열매체가 유입되고, 상기 제2 열매체를 응축하는 응축기; 및
    응축된 상기 제2 열매체를 상기 증발기로 이송하는 제2 펌프유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바이패스부는 상기 축열탱크 내 제3 열매체의 온도가 미리 설정된 온도 이상인 경우 상기 제1 열매체가 상기 열교환관을 통과하지 않고 상기 집열기로 이동되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 발전기가 전력을 생산하는 경우 상기 축열탱크 내에 저장된 제3 열매체가 상기 응축기로 유입되어 상기 제2 열매체를 응축하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발전장치는
    상기 축열탱크의 제3 열매체가 상기 응축기로 이동되는 상기 제3 열매체의 이동로 일측에 설치되고, 상기 제3 열매체를 냉각하는 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전시스템.
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