KR20190017599A - 태양열 수집장치 - Google Patents

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Abstract

태양에너지를 효과적으로 집열할 수 있는 태양열 수집장치가 소개된다.
이 태양열 수집장치는 에너지 흡수매체의 이동할 수 있는 흡수매체 유로를 제공하기 위한 집열관; 및 태양에너지를 상기 집열관에 집중시키기 위한 렌즈를 포함하는 태양열 수집장치를 포함할 수 있다.

Description

태양열 수집장치{SOLAR ENERGY COLLECTOR}
본 발명은 태양열 수집장치에 관한 것이다.
태양에너지는 지구상에서 가장 풍부한 에너지 자원이고, 태양으로부터 지구로 방출되는 복사에너지(열과 빛)로 정의될 수 있다. 최근 이러한 태양에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 것이 주목받고 있다.
태양광 시스템은 태양에너지 중 태양광(太陽光)을 주로 이용하여 전기를 발생시키고, 태양열 시스템은 태양에너지 중 태양열(太陽熱)을 주로 이용하여 전기를 발생시킨다.
그러나, 태양광 시스템은 발전효율이 낮기 때문에, 요구되는 전력량을 충당하기 위해서는 광범위한 영역에 집광판이 설치되어야 하는 단점이 있다. 또한, 태양광 시스템은 날씨가 흐려서 태양 빛이 약할 때에는 전기를 생산할 수 없다. 따라서, 태양광 시스템은 태양 빛이 약할 때에 전기 공급을 위하여 에너지 저장을 위해 매우 비싸고 큰 용량을 가지는 배터리(BATTERY)를 포함해야 한다는 단점이 있다. 이런 이유로 태양광 시스템을 상업적인 발전(發電)에 이용하는 것에는 한계가 있다.
한편, 태양열 시스템은 태양열 수집 효율이 매우 낮고, 태양열 시스템을 위한 시설과 장비를 갖추는데 고비용이 요구된다는 단점이 있다.
이에 따라, 태양열 시스템은 태양광의 수집 효율을 개선하고, 에너지 생산비용, 및 시설과 장비의 설치비용을 저렴하게 하며, 전기를 안정적으로 생산하게 할 것이 요구되고 있다.
등록특허공보 제10-1052120호(2011. 07. 20)
본 발명의 실시예들은 태양에너지를 효과적으로 흡수할 수 있는 태양열 수집장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 에너지 흡수매체가 이동할 수 있는 흡수매체 유로를 제공하기 위한 집열관; 및 태양에너지를 상기 집열관에 집중시키기 위한 렌즈를 포함하는 태양열 수집장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 집열관은 상기 렌즈에 의해 집중되는 상기 태양에너지를 상기 집열관의 내부로 통과시키기 위한 집열 부분을 포함하는 집열 몸체부; 및 상기 집열 몸체부 중 상기 집열 부분을 제외한 나머지 부분의 적어도 일부를 커버하는 집열 단열부;를 포함하는 태양열 수집장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 집열 단열부는 상기 집열 몸체부와 접촉하도록 배치되고, 상기 집열 단열부는 상기 집열 몸체부로부터 분리될 수 있도록 구성되는 태양열 수집장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 집열관은 상기 흡수매체 유로를 제공하는 집열 지지부; 상기 집열 지지부를 커버하는 집열 단열부; 및 상기 태양에너지가 통과되도록 상기 집열 지지부에 연결되는 집열 윈도우부를 포함하고, 상기 집열 윈도우부는 상기 집열 지지부의 곡률반경과 동일한 곡률반경을 가지는 원호 형상의 횡단면을 가질 수 있다.
또한, 상기 집열관은 상기 집열 지지부의 내면에 배치되는 집열 반사경부를 더 포함하고, 상기 집열 반사경부는 원호 형상의 횡단면을 가지고, 상기 집열 지지부와 동심으로 배치되는 태양열 수집장치가 제공될 수 있다.
또한, 소정 거리 이격되어 상기 집열관을 커버하는 수집관을 더 포함하고, 상기 수집관은, 수집 몸체부; 및 상기 렌즈에 의해 집중되는 상기 태양에너지를 상기 수집관의 내부로 통과시키는 포커싱 부분을 포함하는 수집 윈도우부;를 포함하는 태양열 수집장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 렌즈는, 상기 집열관의 내부 중심을 향해 상기 태양에너지를 집중시키고, 상기 집열관의 길이방향을 따라 연장되며, 폭방향에 있어서의 중심부로 갈수록 두꺼운 두께를 가지거나, 또는, 폭방향에 있어서의 일측 단부에서 타측 단부로 갈수록 두꺼운 두께를 가지도록 구성되는 태양열 수집장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 집열 윈도우부는, 상기 태양에너지가 입사되는 방향의 반대 방향으로 복사 열전달되는 것을 억제하는 일방향 윈도우를 포함하는 태양열 수집장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 수집관은 상기 수집 몸체부의 내면에 제공되는 수집 반사경부를 더 포함하는 태양열 수집장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 수집 몸체부는 상기 태양에너지의 흡수를 위한 흡수물질이 도포된 흡수부를 더 포함하는 태양열 수집장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 수집 윈도우부는 상기 태양에너지가 입사되는 방향의 반대 방향으로의 복사 열전달을 억제하는 일방향 윈도우를 포함하는 태양열 수집장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 태양에너지의 입사각도를 측정하기 위한 감지센서; 상기 집열관, 상기 수집관 및 상기 렌즈를 회전시키기 위한 액츄에이터; 및 상기 컨트롤러는 상기 감지센서로부터 측정된 상기 입사각도에 기초하여 상기 액츄에이터의 구동을 제어하는 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 집열관, 상기 수집관 및 상기 렌즈는 상기 컨트롤러의 제어에 의해 상기 집열 윈도우부, 상기 수집 윈도우부 및 상기 렌즈가 상기 태양에너지의 입사 방향을 향하도록 회전되는 태양열 수집장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 렌즈는 초점라인이 렌즈의 가장자리를 지나도록 배치되는 프레넬 렌즈를 포함하는 태양열 수집장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 렌즈는 초점라인이 렌즈의 정중앙과 가장자리 사이를 지나도록 배치되는 프레넬 렌즈를 포함할 수 있다.
또한, 상기 렌즈는 2개 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 집열관을 통한 태양에너지의 효과적인 집광이 가능함으로써, 태양열 발전에 필요한 열원을 안정적으로 공급할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양열 수집장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 "A-A"선부를 절개하여 도시한 횡단면도이다.
도 3은 제 1 실시예의 일 변형예에 따른 태양열 수집장치의 렌즈를 도시한 것이다.
도 4는 제 1 실시예의 다른 변형예에 따른 태양열 수집장치의 렌즈를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양열 수집장치를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 "B-B"선부를 절개하여 도시한 횡단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 태양열 수집장치를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 "C-C"선부를 절개하여 도시한 횡단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 태양열 수집장치를 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9의 "D-D"선부를 절개하여 도시한 횡단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 태양열 수집장치를 도시한 사시도이다.
도 12는 도 11의 "E-E"선부를 절개하여 도시한 횡단면도이다.
도 13은 제 5 실시예의 변형예에 따른 태양열 수집장치를 도시한 사시도이다.
도 14는 도 13의 "G-G"선부를 절개하여 도시한 횡단면도이다.
도 15는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 태양열 수집장치를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
그리고 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양열 수집장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 "A-A"선부를 절개하여 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양열 수집장치는, 중공의 튜브 형태를 가지는 집열관(100)과, 태양에너지를 집열관(100)에 집중시키기 위한 렌즈(200)를 포함할 수 있다.
집열관(100)은 일 방향으로 연장되는 튜브의 형상을 가질 수 있다. 이러한 집열관(100)의 내부에는 에너지 흡수매체의 이송을 위한 흡수매체 유로(W)가 제공될 수 있다. 흡수매체 유로(W)는 집열관(100)의 길이방향(일방향)으로 연장 형성될 수 있다. 흡수매체는 흡수매체 유로(W) 내에서 길이방향을 따라 흐를 수 있다. 또한, 흡수매체는 흡수매체 유로(W) 내에서 흐르는 동안 렌즈(200)를 통해 집열관(100)으로 입사된 태양에너지에 의해 가열될 수 있다. 여기서, 에너지 흡수매체는 태양에너지(태양 복사열)를 흡수하여 이송될 수 있는 모든 유체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 에너지 흡수매체는, 에어, 휘발성 유체(메탄올 아세톤, 수은 등), 물(수증기 포함), 오일, 에틸렌글리콜의 혼합물 등일 수 있다. 흡수매체 유로(W)에서 가열된 에너지 흡수매체는 발전기와 같은 열에너지 활용기(미도시)로 이동될 수 있다. 에너지 흡수 매체가 발전기로 이동되면 전기 생산을 위한 발전기의 열원으로 사용될 수 있다.
집열관(100)은 열전도율이 높은 재질을 포함하거나, 태양에너지를 투과시킬 수 있는 재질을 포함할 수 있다. 일 예로, 집열관(100)은 열전도율이 높은 알루미늄, 구리 또는 이들 금속의 합금을 포함하거나, 태양에너지를 효과적으로 통과시킬 수 있는 유리, 수정 또는 투명한 플라스틱 등을 포함할 수 있다.
집열관(100)은 원형 고리 단면을 갖는 튜브 형태일 수 있다. 물론, 이에 한정되지는 아니하며, 집열관(100)은 다양한 형상 단면을 갖는 튜브로 제공될 수 있다. 예를 들어, 집열관(100)은 타원형 고리 단면을 갖거나, 다각형 고리 단면을 가질 수 있다.
렌즈(200)는 태양에너지가 집열관(100)에 집중되도록, 태양에너지를 굴절시킬 수 있다. 이러한 렌즈(200)는 집열관(100)의 길이방향을 따라 연장 형성되는 바(bar) 형상을 가질 수 있다. 또한, 렌즈(200)는 효율적인 태양에너지의 수집을 위해 집열관(100)보다 폭방향(도 2에서의 상하방향)으로 더 길게 형성될 수 있다.
또한, 렌즈(200)는 집열관(100)의 중심을 지나는 종축선(O)과 평행하게 배치되는 바(bar) 형상을 가질 수 있다. 또한, 렌즈(200)는 입사되는 태양에너지를 집열관(100)의 종축선(O)과 내부 중심을 향해 포커싱시킬 수 있다. 다시 말해, 렌즈(200)는 길이방향에 수직인 횡단면에서 보았을 때 중심부가 볼록한 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 렌즈(200)의 폭방향에 있어서의 중심부는 폭방향에 있어서의 단부보다 더 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 본 실시예에서, 렌즈(200)는 바(bar) 형 렌즈(200)인 것으로 기재하였으나, 이에 한정되지는 아니하며, 프레넬 렌즈 같은 평면형 렌즈일 수도 있다.
도 3은 제 1 실시예의 일 변형예에 따른 태양열 수집장치의 렌즈를 도시한 것이고, 도 4는 제 1 실시예의 다른 변형예에 따른 태양열 수집장치의 렌즈를 도시한 것이다.
이러한 일 변형예에 따르면, 도 3a에서 보듯이, 렌즈(200)는 초점라인이 렌즈의 가장자리를 지나도록 구성되는 프레넬 렌즈 1개를 포함할 수 있다. 이러한 초점라인은 굴절되지 않고 렌즈(200)의 초점을 지나는 빛의 경로로 정의될 수 있다. 즉, 초점라인은 렌즈(200)의 초점을 지나면서 렌즈(200)에 수직인 경로를 의미한다. 또한, 도 3b에서 보듯이, 렌즈(200)는 초점라인이 렌즈의 가장자리를 지나도록 구성되는 프레넬 렌즈 2개(201a, 201b)를 포함할 수 있다. 이러한 2개의 프레넬 렌즈(201a, 201b)는 동일한 초점라인을 가지도록 배치될 수 있다. 또한, 2개의 프레넬 렌즈(201a, 201b)는 서로 대칭적으로 배치될 수 있다.
또한, 도 3c에서 보듯이, 렌즈(렌즈)는 초점라인이 렌즈의 정중앙과 가장자리 사이를 지나도록 구성되는 프레넬 렌즈(201d)를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 사상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 다른 변형예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 렌즈(200)는 2개 이상의 프레넬 렌즈(201a, 202a, 203a, 201b, 202b, 203b…)를 포함할 수 있으며, 동일한 초점라인을 가지도록 배치될 수 있다. 이러한 초점라인은 렌즈를 통과할 수도 있으나(도 4의 렌즈(203a, 203b), 렌즈(200)를 통과하지 않을 수도 있다(201a, 201b, 202a 202b).
본 실시예에서는, 태양에너지를 집열관(100)에 집중시키기 위해, 길이방향에 대해 수직인 횡단면에서 보았을 때 중심부가 볼록한 바 형 렌즈(200)가 사용되었지만, 이에 한정되지는 않는다. 따라서, 렌즈(200)는 태양에너지를 집열관(100)에 집중시키기 위한 다양한 종류의 렌즈 또는 반사경이 본 실시예에 적용될 수 있을 것이다. 예를 들면, 다수개의 볼록 렌즈가 집열관(100)의 길이방향을 따라 이격 배치되거나, 폭방향에 있어서의 중심부가 오목한 바 형 반사경이 포함될 수도 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양열 수집장치를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 "B-B"선부를 절개하여 도시한 횡단면도이다.
도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 태양열 수집장치의 집열관(100)은, 집열 몸체부(110)와 집열 단열부(120)를 더 포함할 수 있다. 이하, 본 발명의 제2 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 제1 실시예와 비교하였을 때 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 제1 실시예를 원용한다.
집열 몸체부(110)는 렌즈(200)에 의해 집중된 태양에너지를 내부로 통과시키는 집열 부분(F)과, 집열 부분(F)을 제외한 나머지 부분으로 나눌 수 있다. 집열 부분(F)을 제외한 나머지 부분에는, 열의 반출을 최소화시키기 위한 집열 단열부(120)가 제공될 수 있다. 이러한 집열 단열부(120)는 나머지 부분 전체를 감싸지 않고 나머지 부분의 일부를 감싸도록 구성되는 것도 가능하다.
예컨대, 집열관(100)은 집열 부분(F)을 통해, 렌즈(200)에 의해 집중되는 태양에너지를 전달받을 수 있고, 집열 단열부(120)는 집열관(100) 내부로 전달된 태양에너지가 집열관(100)의 외부로의 방출되는 것을 차단할 수 있다. 다시 말해, 집열 단열부(120)는 집열관(100)에서의 열 손실을 최소화할 수 있다.
집열 몸체부(110)는 태양에너지를 열전도율이 높은 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 집열관(100)은 열전도율이 높은 알루미늄, 구리 또는 이들 금속의 합금을 포함할 수 있다. 집열 몸체부(110)의 재료는 집열관(100) 내 최대 예상온도에서의 강도, 절연성, 내식성 및 비용 등을 고려하여 선택될 수 있다. 또한, 집열 몸체부(110)는 횡단면이 소정의 곡률 반경을 가지는 원호형 또는 원형으로 구성될 수 있다.
집열 단열부(120)는 집열 부분(F)을 제외한 집열 몸체부(110)의 나머지 부분의 단열을 위하여, 집열 몸체부(110)의 나머지 부분을 감싸도록 배치될 수 있다. 집열 단열부(120)는 분리될 수 있도록 집열 몸체부(100)와 인접하게 배치되는 필름 등의 부재일 수 있고, 증착에 의해 표면에 일체로 형성되는 코팅층일 수 있다. 이러한 집열 몸체부(110)는 일 예로, 우레탄 단열재, 스프링메탈 단열재, 비닐 단열재, 발포 고무단열재, 폴리스틸렌 단열재(발포 스폰지), 단열필름 등과 같은 단열재일 수 있다. 이 이외에도, 집열관(100)에 대한 단열을 위한 다양한 종류의 재료가 집열 단열부(120)의 재료로 사용될 수 있음은 물론이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 태양열 수집장치를 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7의 "C-C"선부를 절개하여 도시한 횡단면도이다.
도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 태양열 수집장치의 집열관(100)은, 집열 지지부(110'), 집열 단열부(120) 및 집열 윈도우부(130)를 포함할 수 있다.
집열 지지부(110')는 원통의 일부분의 형상을 가질 수 있다. 집열 지지부(110')는 원호 형상의 횡단면을 가질 수 있다. 집열 윈도우부(130)는 원통의 다른 일부분의 형상을 가질 수 있다. 집열 윈도우부(130)은 원호 형상의 횡단면을 가질 수 있다. 집열 지지부(110') 및 집열 윈도우부(130)의 조합은 앞서 설명한 집열 몸체부(110)와 대응되는 형태(즉, 원통형)일 수 있다. 집열 윈도우부(130)는 집열 지지부(110') 및 집열 단열부(120)에 연결될 수 있다. 이하, 본 발명의 제3 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 실시예들과 비교하였을 때 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 실시예들을 원용한다.
집열 윈도우부(130)는 태양에너지의 집중 조사가 이루어지는 집열 부분(F)에 배치될 수 있고, 태양에너지가 투과될 수 있도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 집열 윈도우부(130)는 태양에너지가 입사되는 일방향에 대해서만 복사 열전달을 허용하고, 태양에너지가 이러한 일방향의 반대 방향인 타방향에 대해서는 복사 열전달을 방지하는 일방향 윈도우일 수 있다. 이러한 집열 윈도우부(130)는 그 횡단면이 집열 지지부(110')의 곡률 반경과 실질적으로 동일한 곡률 반경을 가지도록 원호형일 수 있으나, 본 발명의 사상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 평면형으로도 구성될 수도 있다.
본 실시예에서, 집열 윈도우부(130)는 일예로 태양에너지의 투과가 가능한 편광 글라스로 구성될 수 있다. 또한, 다른 예로 집열 윈도우부(130)는 편광 글라스 이외에도, 집열 윈도우부(130)는 태양에너지가 입사되는 일방향에 대해서만 복사 열전달을 허용할 수 있는 편광필름 또는 편광 플라스틱으로 구성될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 태양열 수집장치를 도시한 사시도이고, 도 10은 도 9의 "D-D"선부를 절개하여 도시한 횡단면도이다.
도 9 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따르면, 태양열 수집장치의 집열관(100)은 집열 반사경부(140)를 더 포함할 수 있다. 이하, 본 발명의 제4 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 실시예들과 비교하였을 때 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 실시예들을 원용한다.
집열 반사경부(140)는 집열관(100)의 내측으로 입사된 태양에너지를 반사시킬 수 있다. 이러한 집열 반사경부(140)는 집열 지지부(110')의 내면에 제공될 수 있다. 이 집열 반사경부(140)는 반사물질을 집열 지지부(110')의 내면에 배치되는 필름 등의 부재일 수 있고, 증착에 의해 내면에 일체로 형성되는 코팅층일 수 있다. 또한, 집열 반사경부(140)는 그 횡단면이 집열 지지부(110')와 동심이 되도록 배치되는 원호형 또는 원형으로 구성될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 태양 수집장치를 도시한 사시도이고, 도 12는 도 11의 "E-E"선부를 절개하여 도시한 횡단면도이다.
도 11 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 태양열 수집장치는, 수집관(300)를 더 포함할 수 있다. 이하, 본 발명의 제5 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 실시예들과 비교하였을 때 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 실시예들을 원용한다.
수집관(300)은 집열관(100)을 둘러싸도록 집열관(100)과 동심으로 배치될 수 있으며, 일 방향으로 연장되는 튜브 형상을 가질 수 있다. 렌즈(200)를 통해 수집관(300)으로 입사되는 태양에너지를 집열관(100)에 전달할 수 있다. 이를 위해, 수집관(300)은 열전도율이 높은 재질로 구성될 수 있다. 일 예로, 수집관(300)은 열전도율이 높은 알루미늄, 구리 또는 이들 금속의 합금을 포함할 수 있다.
수집관(300)의 내부에는 집열관(100)이 배치될 수 있고, 수집관(300)의 내면과 집열관(100)의 외면 사이에는 공동(V)이 형성될 수 있다. 공동(V)은 단열재 충진과 같은 단열처리되지 않은 빈 공간일 수 있다. 이러한 공동(V)은 수집관(300) 내로 입사된 태양에너지를 집열관(100)에 열손실 없이 효과적으로 전달할 수 있다.
이러한 수집관(300)은 내면이 집열관(100)의 외면과 소정 거리로 이격배치될 수 있는 튜브 형상의 수집 몸체부(310)와, 수집관(300)의 포커싱 부분에 형성되는 수집 윈도우부(330)를 포함할 수 있다. 포커싱 부분은 렌즈(200)에 의해 집중되는 태양에너지가 수집관(300)의 내부로 통과하기 위해 지나는 수집관(300)의 부분을 포함한다. 수집 몸체부(310)의 내면과 집열관(100)의 외면 간의 이격 거리는 집열관(100) 외면의 원주 둘레를 따라 일정하게 유지될 수 있으며, 이러한 이격 거리는 집열관(100)의 길이방향을 따라 일정하게 유지될 수 있다.
수집 윈도우부(330)는 태양에너지가 입사되는 일방향에 대해서만 복사를 허용하는 일방향 윈도우(예를 들면, 편광 글라스)일 수 있다.
본 실시예에서, 수집관(300)은 원형 고리 단면을 갖는 튜브 형태일 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 아니하며, 수집관(300)은 다양한 형상 단면을 갖는 튜브로 제공될 수 있다. 예를 들어, 수집관(300)은 타원형 고리 단면을 갖거나, 다각형 고리 단면을 가질 수 있다.
도 13은 제 5 실시예의 변형예에 따른 태양열 수집장치를 도시한 사시도이고, 도 14는 도 13의 "G-G"선부를 절개하여 도시한 횡단면도이다.
이하, 본 발명의 제5 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 실시예들과 비교하였을 때 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 실시예들을 원용한다.
도 13 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 수집 몸체부(310)는 태양에너지의 효과적인 흡수를 위한 흡수물질이 도포된 흡수부(311)를 더 포함할 수 있고, 수집관(300)은 수집 반사경부(340)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 흡수물질은 Al2O3, Al2O3 + Mo + Al2O3, TiNOx, Solkote 또는 이들과 유사한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서는 흡수물질로, 생산품명 TiNOx(Almeco Solar 제조) 또는 생산품명 Solkote(SOLEC Solar Energy Corp 제조)이 사용될 수 있다.
수집 반사경부(340)는 수집 몸체부(310)의 내면에 수집관(300)의 내측으로 입사된 태양에너지를 반사하기 위한 반사면을 제공할 수 있다. 이 수집 반사경부(340)는 반사물질을 수집 반사경부(340)의 내면에 형성되는 코팅막으로 구성되거나, 수집 몸체부(310)의 내면과 함께 일체로 성형될 수 있다.
본 실시예에서, 집열관(100)의 구성은 제 1 실시예에서 설명한 집열관(100)의 구성과 동일한 구성이지만, 본 발명의 설치 환경에 따라, 제 2 실시예, 제 3 실시예 또는 제 4 실시예에서 설명한 집열관(100)의 구성과 동일한 구성으로 변경될 수 있음은 물론이다.
도 15는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 태양열 수집장치를 도시한 것이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 태양열 수집장치는, 감지센서(400), 액츄에이터(500) 및 컨트롤러(600)를 더 포함할 수 있다. 이하, 본 발명의 제6 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 실시예들과 비교하였을 때 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 실시예들을 원용한다.
감지센서(400)는 태양에너지의 입사각도를 실시간으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 감지센서(400)는 태양에너지의 입사각도를 소정 간격의 시간마다 측정하고, 측정된 입사각도에 대한 각도 정보를 컨트롤러(600)에 인가할 수 있다.
액츄에이터(500)는 집열관(100), 수집관(300) 및 렌즈(200)를 소정 각도 회전시킬 수 있다. 액츄에이터(500)는 작동프레임(미도시)에 설치될 수 있고, 작동프레임에 회전력을 제공할 수 있다.
따라서, 컨트롤러(600)의 작동 신호가 액츄에이터(500)에 인가되면, 액츄에이터(500)의 작동에 의해, 집열관(100), 수집관(300) 및 렌즈(200)가 장착된 작동프레임이 회전될 수 있고, 작동프레임의 회전에 의해, 집열 윈도우부(130), 수집 윈도우부(330) 및 렌즈(200)가 태양에너지의 조사 방향과 나란하게 유지될 수 있다.
컨트롤러(600)는 태양에너지의 입사각도에 대한 각도 정보를 감지센서(400)로부터 인가 받아, 집열 윈도우부(130), 수집 윈도우부(330) 및 렌즈(200)를 감지센서(400)의 각도 정보에 맞추어 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(600)는 집열 윈도우부(130), 수집 윈도우부(330)가 태양에너지의 입사방향을 향하도록 집열관(100)과 수집관(300)을 회전시키고, 렌즈(200)의 길이방향 및 폭방향에 대하여 태양에너지가 평균적으로 대략 수직 방향으로 입사하도록 렌즈(200)를 회전시킬 수 있다. 이러한 컨트롤러(600)는 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치에 의해 구현될 수 있으며, 그 구현 방식은 당업자에게 자명한 사항이므로 더 이상의 자세한 설명을 생략한다.
예컨대, 감지센서(400)가 태양에너지의 입사각도에 대한 각도 정보를 컨트롤러(600)에 인가하면, 컨트롤러(600)는 감지센서(400)의 각도 정보를 토대로 집열관(100), 수집관(300) 및 렌즈(200)를 회전시키기 위한 작동 신호를 액츄에이터(500)에 인가할 수 있다. 컨트롤러(600)에 의해 제어되는 액츄에이터(500)는 집열 윈도우부(130), 수집 윈도우부(330) 및 렌즈(200)를 태양에너지의 조사 방향과 나란하게 유지될 수 있고, 이에 따라, 태양에너지에 대한 집광효율이 향상될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 집열관을 통한 태양에너지의 효과적인 집광이 가능함으로써, 태양열 발전에 필요한 열원을 안정적으로 공급할 수 있고, 태양에너지의 조사 방향에 맞추어 수집장치의 집광 방향을 조절함으로써, 집광효율을 향상시킬 수 있다는 등의 우수한 장점을 가질 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안 되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
100 :집열관 110 :집열 몸체부
120 :집열 단열부 130 :집열 윈도우부
140 :집열 반사경부 200 :렌즈
300 :수집관 310 :수집 몸체부
330 :수집 윈도우부 340 :수집 반사경부
400 :감지센서 500 :액츄에이터
600 :컨트롤러

Claims (15)

  1. 에너지 흡수매체의 이동을 위한 흡수매체 유로를 갖는 집열관; 및
    태양에너지를 상기 집열관에 집중시키기는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 태양열 수집장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 집열관은
    상기 렌즈에 의해 집중되는 상기 태양에너지를 상기 집열관의 내부로 통과시키기 위한 집열 부분을 포함하는 집열 몸체부; 및
    상기 집열 몸체부 중 상기 집열 부분을 제외한 나머지 부분의 적어도 일부를 커버하는 집열 단열부;를 포함하는 태양열 수집장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 집열 단열부는 상기 집열 몸체부와 접촉하도록 배치되고, 상기 집열 단열부는 상기 집열 몸체부로부터 분리될 수 있도록 구성되는 태양열 수집장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 집열관은
    상기 흡수매체 유로를 제공하는 집열 지지부;
    상기 집열 지지부를 커버하는 집열 단열부; 및
    상기 태양에너지가 통과되도록 상기 집열 지지부에 연결되는 집열 윈도우부를 포함하고,
    상기 집열 윈도우부는 상기 집열 지지부의 곡률반경과 동일한 곡률반경을 가지는 원호 형상의 횡단면을 가지는 태양열 수집장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 집열관은 상기 집열 지지부의 내면에 배치되는 집열 반사경부를 더 포함하고,
    상기 집열 반사경부는 원호 형상의 횡단면을 가지고, 상기 집열 지지부와 동심으로 배치되는 태양열 수집장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    소정 거리 이격되어 상기 집열관을 커버하는 수집관을 더 포함하고,
    상기 수집관은,
    수집 몸체부; 및
    상기 렌즈에 의해 집중되는 상기 태양에너지를 상기 수집관의 내부로 통과시키는 포커싱 부분을 포함하는 수집 윈도우부;를 포함하는 태양열 수집장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는,
    상기 집열관의 내부 중심을 향해 상기 태양에너지를 집중시키고,
    상기 집열관의 길이방향을 따라 연장되며,
    폭방향에 있어서의 중심부로 갈수록 두꺼운 두께를 가지거나, 또는, 폭방향에 있어서의 일측 단부에서 타측 단부로 갈수록 두꺼운 두께를 가지도록 구성되는 태양열 수집장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 집열 윈도우부는,
    상기 태양에너지가 입사되는 방향의 반대 방향으로 복사 열전달되는 것을 억제하는 일방향 윈도우를 포함하는 태양열 수집장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 수집관은
    상기 수집 몸체부의 내면에 제공되는 수집 반사경부를 더 포함하는 태양열 수집장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 수집 몸체부는
    상기 태양에너지의 흡수를 위한 흡수물질이 도포된 흡수부를 더 포함하는 태양열 수집장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 수집 윈도우부는
    상기 태양에너지가 입사되는 방향의 반대 방향으로의 복사 열전달을 억제하는 일방향 윈도우를 포함하는 태양열 수집장치.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 태양에너지의 입사각도를 측정하기 위한 감지센서;
    상기 집열관, 상기 수집관 및 상기 렌즈를 회전시키기 위한 액츄에이터; 및
    상기 컨트롤러는 상기 감지센서로부터 측정된 상기 입사각도에 기초하여 상기 액츄에이터의 구동을 제어하는 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 집열관, 상기 수집관 및 상기 렌즈는 상기 컨트롤러의 제어에 의해 상기 집열 윈도우부, 상기 수집 윈도우부 및 상기 렌즈가 상기 태양에너지의 입사 방향을 향하도록 회전되는 태양열 수집장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는
    초점라인이 렌즈의 가장자리를 지나도록 배치되는 프레넬 렌즈를 포함하는 태양열 수집장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는
    초점라인이 렌즈의 정중앙과 가장자리 사이를 지나도록 배치되는 프레넬 렌즈를 포함하는 태양열 수집장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는
    2개 이상인 태양열 수집장치.
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