KR20190073755A

KR20190073755A - 와이퍼를 이용한 집광장치 반사판 이물질 제거방법

Info

Publication number: KR20190073755A
Application number: KR1020170174885A
Authority: KR
Inventors: 조장현; 최동호; 이동윤
Original assignee: 선다코리아주식회사
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-06-27

Abstract

본 발명은 반사판 이물질 제거용 와이퍼를 포함하는 집광 장치 및 반사판 이물질 제거방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 곡률을 가지는 반사판에 레일부가 길이방향으로 형성되고 상기 레일부에 맞물려 이동하는 와이퍼 구동부에 와이퍼가 설치되어, 상기 와이퍼가 상기 반사판 상면과 접하면서 이동하면서 반사판 상면의 이물질을 제거함으로써 집광 효율을 높일 수 있는 집광 장치 및 반사판 이물질 제거방법에 관한 것이다.

Description

반사판 이물질 제거용 와이퍼를 포함하는 집광 장치 및 반사판 이물질 제거방법{Condensing sunlight apparatus having wiper for removing impurities of relfector and method of using the same}

태양열을 모으는 집광 장치는 집광 방법, 장치의 형태 및 사용온도 범위에 따라 집광식과 비집광식으로 분류된다. 비집광식은 평판형과 진공유리관형으로 구분되며, 집광식에는 집광형태의 기하학적 구조에 따라 PTC(Parabolic Trough Concentrator)형, CPC(Compound Parabolic Concentrator), 포물선 접시형(Parabolic Dish) 등으로 구분된다. 상기 평판형은 태양열 집열판의 온도 상승에 따른 열 손실이 커서 6070℃ 이상의 온도영역에서는 집열 효율이 낮아 사용이 제한되고 있고 일반 가정용 온수 공급용으로 적합하다. 상기 진공관형은 진공 유리관 내에 태양열 집열판과 히트 파이프가 설치된 것으로 열 취득 온도가 중온 영역인 80200℃ 범위에 있지만 비추적식이기 때문에 단위면적당 집열 효율이 떨어지고 무게가 무겁고 제작비가 많이 들어가는 단점이 있다. 상기 집광식은 렌즈나 반사 거울 등을 사용하여 점이나 선 위에 태양열을 집중시키는 방식으로 렌즈나 반사판 등이 태양의 움직임을 자동적으로 추적할 수 있도록 태양 추적 시스템이 구비되고 보통 200℃ 이상 고온의 열이 필요한 경우에 사용되는 방식이다. 이러한 집광식 중에서 중고온의 온도범위를 얻을 수 있고 1축이나 2축의 추적이 가능한 PTC형 집광 장치가 가장 바람직한데, 통상의 PTC형 집광 장치는 얇은 판 형태의 금속 반사판을 2차원 포물 형태의 곡률을 가지도록 벤딩하여 초점이 띠 형태를 이루게 되며, 초점에 반사판으로부터 반사되는 태양열을 집열하기 위한 집열관 등이 위치한다. 그러나, 이러한 종래의 PTC형 집광 장치에 적용되는 곡률 반사판은 외부에 노출되다 보니 먼지나 눈 등이 쌓여 집광 효율이 떨어지는 문제가 발생하였다. 이러한 반사판에 형성된 이물질 제거를 위해 별도의 세척장비를 구비하는 경우도 있었으나, 이 경우 겨울철에는 액상의 세척제로 인해 반사판 상면이 얼음이 형성되어 오히려 집광 효율이 더 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0086128호 (2015.07.27) 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0053902호 (2016.05.13)

상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 곡률을 가지는 반사판에 레일부가 길이방향으로 형성되고 상기 레일부에 맞물려 이동하는 와이퍼 구동부에 와이퍼가 설치되어, 상기 와이퍼가 상기 반사판 상면과 접하면서 이동하면서 반사판 상면의 이물질을 제거함으로써 집광 효율을 높일 수 있는 집광 장치 및 반사판 이물질 제거방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

태양광을 반사하여 중심축에 위치한 집열관에 집광하도록 일정한 곡률을 가지는 반사판; 및 상기 반사판을 회전시키는 회전구동부;를 포함하는 집광 장치에 있어서, 상기 반사판의 일정 위치에 길이 방향으로 형성된 레일부; 및 상기 레일부와 맞물려 길이 방향으로 이동이 가능한 와이퍼 구동부; 상기 와이퍼 구동부와 결합되어 상기 와이퍼 구동부의 이동에 따라 상기 반사판 상면의 이물질을 제거하는 와이퍼;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사판은 상측 반사판과 하측 반사판으로 이격되어 일정한 공간부가 형성되며, 상기 레일부는 상기 공간부에 위치할 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상기 집광 장치의 반사판 이물질 제거방법에 관한 것으로서, 태양광 세기가 설정 기준에 충족함에도 상기 집광 장치의 전력 변환율이 설정 기준 미만인 경우, 상기 반사판에 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계; 및 상기 와이퍼 구동부가 상기 와이퍼 레일부를 따라 이동하면서, 상기 와이퍼가 상기 반사판 상면을 닦는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 집광 장치의 반사판 이물질 제거방법은

상기 와이퍼 구동부의 이동이 종료한 후 전력 변환율이 설정 기준 미만일 경우, 상기 회전구동부의 작동에 의해 상기 반사판을 일정 각도 범위 내에서 상하 회전운동시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 집광 장치의 반사판 이물질 제거방법은

상기 반사판의 상하 회전운동이 종료한 후 전력 변환율이 설정 기준 미만일 경우, 상기 회전구동부의 작동에 의해 상기 반사판 상면이 지면을 향하도록 아래방향으로 회전시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.

1. 반사판에 레일부가 형성되고, 상기 레일부와 맞물려 이동하는 와이퍼 구동부에 와이퍼가 결합됨으로써, 상기 와이퍼가 반사판의 상면과 접한 상태로 이동하면서 상면에 있는 이물질을 보다 용이하게 제거할 수 있으며, 그에 따라 전력 변환율을 설정 기준 이상으로 일정하게 지속시킬 수 있다.

2. 평상 상태에서는 상기 와이퍼를 반사면 일측에 위치시킴으로써, 상기 와이퍼에 의해 태양광이 가려지는 것을 방지할 수 있어 집광 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

3. 반사판에 이물질이 쌓인 정도에 따라, 1차적으로는 상기 와이퍼를 이동시켜 제거하고, 그럼에도 전력 전환율이 회복되지 않은 경우 2차적으로 상기 반사판을 일정 각도 범위에서 상하 회전 운동시켜 상기 이물질을 반사판 상면에서 더욱 용이하게 이탈시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 집광 장치의 사시도.
도 2는 도 1의 레일부와 맞물린 와이퍼 구동부의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 집광 장치의 반사판 이물질의 제거방법에 관한 순서도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명이 이하에 설명된 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명이 속하는 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있는 것이라는 점은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 집광 장치(100)의 사시도이며, 도 2는 레일부(140)와 맞물린 와이퍼 구동부(150)의 단면도이다. 상기 집광 장치(100)는 PTC(Parabolic Trough Concentrator)형으로서, 포물선형상의 곡률을 가지는 반사판(110) 및 태양의 고도에 따라 태양을 추적하며 상기 반사판(110)을 회전축(121)을 중심으로 회전시키는 회동구동부(120)가 구비되며, 반사판(110)의 초점축에 태양광을 흡수하는 집열관(130)이 배열된다. 상기 회전구동부(120)는 모터나 실린더 등의 액추에이터의 구동력을 동력전달부재를 통해서 회전축(121)에 전달함으로써 반사판(110)이 태양을 추적하기 위하여 회전하게 된다.

상기 반사판(110)에 눈이나 먼지 등의 이물질이 쌓이게 되면 집광 효율이 떨어지게 되는데, 이러한 이물질을 제거하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 집광 장치(100)는 상기 반사판(110)의 일정 위치에 반사판(110)의 길이 방향으로 레일부(140)가 형성된다. 상기 레일부(140)의 길이는 반사판의 일측에서 타측까지 형성하는 것이 바람직하며, 이를 통해 와이퍼 구동부(150)가 반사판(110)의 길이방향 처음과 끝까지 이동할 수 있게 된다.

상기 레일부(140)가 형성되는 위치는 하기 서술하는 외이퍼(160)가 이동하면서 상기 반사판(110) 상면에 존재하는 이물질을 제거할 수 있다면 특별히 제한되지 않으나, 도 1과 같이 반사판(110)의 중앙에 위치하는 것이 바람직하다. 이는 상기 와이퍼(160)를 와이퍼 구동부(150)의 상측과 하측에 각각 배치함으로써 보다 안정적으로 이물질을 제거할 수 있기 때문이다. 이 경우 반사판(110) 중앙에 레일부(140)가 형성되면 해당 부분을 레일부(140)가 가리게 되어 집광 효율이 떨어질 수 있으므로, 도 1과 같이 반사판(110)을 상측 반사판(111)과 하측 반사판(112)로 이격 분리하고, 이격 분리에 따라 형성된 일정한 공간부에 상기 레일부(140)를 배치하는 것이 바람직하다.

와이퍼 구동부(150)은 도 2와 같이 레일부(140)와 맞물려 이동하도록 내부에 메인기어(151) 및 구동모터와 연동된 모터기어(152) 등을 포함하여 이루어진다. 그러나, 상기 레일부(140)의 형태 및 상기 레일부(140)와 맞물려 이동하는 와이퍼 구동부(150)의 구성은 도 2로 한정되는 것은 아니며, 통상의 레일 및 이와 맞물려 이동가능한 구성으로 이루어진 것이라면 모두 이에 해당할 수 있다.

와이퍼(160)는 상기 와이퍼 구동부(150)에 수직방향으로 결합하되, 특별히 반사판(110)의 상면과 일정부분 접하도록 결합한다. 상기 와이퍼(160)는 하단에 일정한 탄성을 가지는 고무패킹이 더 포함할 수 있는데, 이를 통해 반사판(110)과의 밀착력을 더욱 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 와이퍼(160)가 이동하면서 반사판(110) 상면에 있는 이물질을 깨끗이 닦으면서 제거할 수 있다.

이하, 앞서 설명한 상기 집광 장치(100)의 반사판에 형성된 이물질을 제거하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.

상기 집광 장치(100)는 전력 변환율을 측정하는 전력변환율 측정모듈(200) 및 태양광 세기를 측정하는 태양광 측정모듈(300)이 집광 장치(100)의 내부 또는 외부에 추가로 더 포함된다.

먼저, 전력변환율 측정모듈(200)에서 상시적으로 상기 집광 장치(100)의 전력 전환율을 측정하다,(S100 단계) 만약 상기 전력 변환율이 설정 기준 미만인 경우가 발생하면, 태양광 측정모듈(300)에서 태양광의 세기를 측정한다.(S200 단계) 측정한 태양광 세기가 기 설정한 기준에 충족하는 경우에는, 상기 전력 전환율 저하 현상이 태양광 문제(구름 등에 의한 태양광 가림 등)가 아닌 반사판(110)의 집광 효율이 떨어진 것으로 간주될 수 있으므로, 이러한 경우에는 반사판(110)에 이물질이 존재하는 것으로 판단한다.(S300 단계)

따라서, 이 경우 상기 집광 장치(100)는 이물질 제거모드로 전환되며, 그에 따라 1단계 이물질 제거수단인 와이퍼(160)를 통해 이물질을 제거하도록 한다.(S400 단계) 이를 위해 상기 와이퍼 구동부(150)를 구동하여 레일부(140)를 따라 상기 와이퍼 구동부(150)가 이동하도록 하고, 그 결과 와이퍼(160)가 반사판(110) 상면과 접하면서 이동하면서 반사판(110) 상면을 닦도록 한다. 이러한 과정을 통해, 반사판(110) 상면에 존재하는 이물질이 제거될 수 있다.

만약, 상기 와이퍼 구동부(150)의 이동이 종료한 후 일정 시간 동안 측정한 전력 변환율이 여전히 설정 기준 미만일 경우에는 이물질이 완전히 제거되지 않은 상태이므로 추가적인 이물질 제거수단을 구동시키며, 이는 집광 장치(100)의 회전구동부(120)를 작동시켜 상기 반사판(110)이 일정 각도 범위 내에서 상하 회전운동을 하도록 하는 것이다.(S500 단계) 상기 회전운동을 통해 반사판(110) 상면에 존재하는 이물질이 중력에 의해 지면으로 떨어지게 할 수 있다. 이때, 앞서 와이퍼(160)도 함께 이동하면 이물질 제거가 더욱 용이해진다.

상기 반사판(110)의 회전운동이 종료한 후 일정 시간 동안 측정한 전력 변환율이 여전히 설정 기준 미만일 경우에는 반사판(110)의 상면에 존재하는 이물질을 제거하여도 계속하여 이물질이 상면에 쌓이는 경우로 판단할 수 있다. 이러한 경우는 일 예로서 강설량이 많아 반사판(110)의 상면에 쌓인 눈을 제거하여도 지속적으로 눈이 적설되고 있는 경우가 이에 해당한다. 따라서 이 경우에는 집광 작업을 잠시 중단하는 것이 집광 장치(100) 보호에 더 바람직할 수 있으므로, 집광 장치(100)의 회전구동부(120)를 작동시켜 상기 반사판(100) 상면이 지면을 향하도록 아래방향으로 회전시켜 더 이상 이물질이 반사판(110) 상면에 쌓이지 않도록 한다.(S600 단계)

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.

100 : 집광 장치 110 : 반사판
111 : 상측 반사판 112 : 하측 반사판
113 : 공간부 120 : 회동구동부
130 : 집열관 140 : 레일부
150 : 와이퍼 구동부 151 : 메인 기어
151 : 모터 기어 160 : 와이퍼
161 : 상단 와이퍼 162 : 하단 와이퍼
200 : 전력변환율 측정모듈 300 : 태양광 측정모듈

Claims

태양광을 반사하여 중심축에 위치한 집열관에 집광하도록 일정한 곡률을 가지는 반사판; 및 상기 반사판을 회전시키는 회전구동부;를 포함하는 집광 장치에 있어서,
상기 반사판의 일정 위치에 길이 방향으로 형성된 레일부; 및
상기 레일부와 맞물려 길이 방향으로 이동이 가능한 와이퍼 구동부;
상기 와이퍼 구동부와 결합되어 상기 와이퍼 구동부의 이동에 따라 상기 반사판 상면의 이물질을 제거하는 와이퍼;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광 장치.
제1항에 있어서,
상기 반사판은 상측 반사판과 하측 반사판으로 이격되어 일정한 공간부가 형성되며, 상기 레일부는 상기 공간부에 위치하는 것을 특징으로 하는 집광 장치.
제1항 또는 제2항에 따른 집광 장치의 반사판 이물질 제거방법에 있어서,
태양광 세기가 설정 기준에 충족함에도 상기 집광 장치의 전력 변환율이 설정 기준 미만인 경우, 상기 반사판에 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계; 및
상기 와이퍼 구동부가 상기 와이퍼 레일부를 따라 이동하면서, 상기 와이퍼가 상기 반사판 상면을 닦는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광 장치의 반사판 이물질 제거방법.
제3항에 있어서,
상기 와이퍼 구동부의 이동이 종료한 후 전력 변환율이 설정 기준 미만일 경우, 상기 회전구동부의 작동에 의해 상기 반사판을 일정 각도 범위 내에서 상하 회전운동시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광 장치의 반사판 이물질 제거방법.
제4항에 있어서,
상기 반사판의 상하 회전운동이 종료한 후 전력 변환율이 설정 기준 미만일 경우, 상기 회전구동부의 작동에 의해 상기 반사판 상면이 지면을 향하도록 아래방향으로 회전시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광 장치의 반사판 이물질 제거방법.