KR20190115896A

KR20190115896A - 열매체 순환회로를 가진 집광형 태양열 발전 축열 시스템

Info

Publication number: KR20190115896A
Application number: KR1020180039157A
Authority: KR
Inventors: 배미선
Original assignee: 배미선
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2019-10-14

Abstract

본 발명은 태양에서 방사되는 빛 에너지를 집광하여 발전하고 축열하는 태양열 발전시스템에 관한 것으로서,
더욱 상세하게는 태양광의 낮은 집광율을 개선하기 위하여 태양 추적방식을 사용하고, 단독 또는 복수의 수량으로 조립된 태양광을 집광하는 장방형의 수직방향으로 골을 가진 프렌넬렌즈 집광기와 상기 렌즈부의 선형의 초점 위치에서 태양열을 수집하고 내장된 열매체를 가열하여 내장된 축열물질에 열을 저장하고 균등한 순환을 위해 열매체가 순환할 수 있는 구조를 가진 집열기, 집열기의 저장된 열에 의해 생성된 열매체의 고온 증기로 구동 발전하는 발전기, 하나 이상으로 조립된 집열기의 온도 또는 압력을 제어하여 지속발전을 도모하는 발전 제어기 등을 포함하는 집광형 태양열 집열 발전장치와,
집광형 태양열 집열 발전에 사용된 증기를 공급받아 열교환 하여 증기를 냉각하는 열교환기와 열교환기 응축탱크, 교환된 열을 저장하여 사용하는 축열조, 열교환 후 냉각된 증기를 회수하는 순환배관 등을 가진 축열순환장치를 가진 것을 특징으로 하는 시스템 이다.
이에 의해, 100℃ ~ 650℃의 중, 고온의 온도를 얻을 수 있으며, 기존의 집광형 집열장치에 비해 높은 집광 면적을 가지고 있어 태양광 집광 단위면적당 생산단가가 저렴하며, 태양열 발전에 사용된 증기의 에너지를 회수하여 냉난방에 활용할 수 있도록 하여 열 이용 효율을 개선시킨 특장점을 가지고 있다.

Description

열매체 순환회로를 가진 집광형 태양열 발전 축열 시스템{Heat storage and electric generation system by circulation of heat medium circulation by solar heat}

본 발명은 집광형 태양열을 이용하여 발전하는 시스템과 발전한 열매체와 열을 회수하고 축열 저장하는 시스템에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 태양에서 방사되는 빛 에너지를 집광하여 고온고압의 열매체 증기를 생성하여, 발생한 증기로 발전하는 태양열 발전 시스템과 발전 후 증기를 회수하고, 발전 후 열매체의 열을 저장하는 축열조 등 가진 열매체 순환회로를 가진 태양열 발전 축열 시스템에 관한 것이다.

화석에너지로 인한 에너지 수급의 불안정성 및 온실가스 배출로 인한 지구 온난화, 미세먼지로 인한 환경문제의 대두로 깨끗하고 풍부한 신재생 에너지 개발이 절실한 상황이다.

일반적인 태양열은 에너지 밀도가 낮은 에너지원이나, 그 잔존량이 무한하고 사용비용이 거의 없기 때문에 우수한 에너지원으로 주목 받고 있다. 태양 에너지를 이용하는 방법에는 열을 이용하여 냉난방을 하는 방법, 태양열을 이용 발전에 이용하는 방법 등이 있다. 본 발명은 기존의 태양열 이용한 발전 축열 시스템을 개선하여 에너지 이용효율을 개선하는 것을 목표로 한다.

본 발명과 관련된 선행기술로,

대한민국 등록특허공보 제10-1499357호 및 대한민국 등록특허공보 제10-1443533호는 프렌넬렌즈를 이용한 태양열 축열장치에 대한 것으로 프렌넬렌즈를 사용함에 있어서 유사한 점이 있으나, 오목반사경 또는 원형의 프렌넬렌즈를 사용한 것은 태양열을 효율적으로 집적하는 점 초점으로 가열기를 가열한다. 형상이 본 고안의 프렌넬렌즈에 비교하면 고온 형성에 유리한 점은 있으나, 태양열을 집적하는 배치에 있어서 점 초점은 선 초점의 본고안과 비교 시 구간면적 손실이 발생하고 렌즈의 배치가 어려운 점이 있으며, 열매체가 축열장치로 이동 시 필수적으로 온도 저감 구간이 발생 한다.

또한, 선행기술로, 대한민국 등록특허공보 제10-1172578호는 집광형 태양열 집열장치에 대한 것으로 일체형의 다수의 포물면형 반사경으로 구성된 집광부와 태양 추적부를 포함하고 있으나 나뭇가지상의 구성으로 인하여, 상기의 대한민국 등록특허공보 제10-1499357호와 동일하게 열매체가 이동 시 온도 저감 구간이 발생 한다.

이러한 온도 저감 구간의 열 손실을 방지하기 위한 목적으로 열매체 이동구간에 보온 단열재 사용이 필요하며 집열장치와 축열장치의 거리 배치를 최소화 하는 등의 구조 설계 및 배관 설비의 복잡도 증가로 에너지 손실 및 제조비용 증가 등이 발생 한다.

또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1443533호 집광형 태양열 발전시스템은 양볼록물렌즈집광기와 평볼록물렌즈집광기를 사용함에 있어, 염수 주입하고 사용하여 외부 기온에 따라 내부의 염수가 팽창 수축으로 렌즈 집광의 초점이 이동하여 집광률이 저하되는 결함이 있고, 기온변화에 따라 염수의 염화물 석출로 석출경화가 발생되면 렌즈의 투명도를 저감시켜 집광기 내구성 저하 및 집광효율을 저감 시키는 등의 결함을 가지고 있다.

또한 본 발명과 관련된 선행기술로, 대한민국 등록특허공보 제10-0872486호 열 시스템의 무동력식 열 매체 순환장치는 집열부와 순환을 제어하는 열매체 순환장치가 분리되어 있으며, 열교환후의 열매체가 순환토록 구성되어 있어 매체의 온도 및 압력제어를 용이하게 할 수 없는 단점을 가지고 있어 기존의 태양열 시스템이 가지고 있는, 고온 고압으로 내부 열매체 온도가 상승하여 집열기 또는 열매체 용기의 파열, 파손이 발생하는 결함을 가지고 있다.

이와 같이 선행기술들의 태양열 집열에 대한 공간 활용성 문제와 더불어 집광 및 발전 효율성, 내구성, 에너지 이용 효율성 저하 등의 문제점이 노출 되었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양광의 집광율을 개선하여 중, 고온의 가열증기를 생산하고, 집열기를 단독 혹은 복수의 수량을 배치 시 발생되는 온도 저감 구간을 최소하여 설비 복잡도를 개선하고 제조비용을 절감하며,

고온 또는 고압의 열매체를 제어하여 열매체 용기의 과열, 파손 등을 방지하며,

열매체 증기로 발전기를 통해 전기를 생산하며, 전기 생산에 사용된 열매체 증기의 열을 축열조에 회수하여 축열 하며, 발전 후 열매체 증기를 회수하여 에너지 이용 효율을 개선함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은 태양을 추적하면서 단독 또는 복수의 수량으로 연결 조립된 장방형의 수직방향으로 골을 가진 프렌넬렌즈를 사용하는 집광기; 상기의 집광기에 연결하여 집광기에서 발생된 열을 내장된 열매체와 축열 물질에 저장하고, 열매체의 균등한 온도유지를 위해 순환하는 구조를 가진 집열기; 단독 또는 복수 수량의 집열기에 저장된 고온의 열에 의해 생성된 열매체 증기의 온도 또는 압력을 측정하여 증기를 발전기로 보내고 발전하는 발전량과 열교환량의 제어가 가능한 발전 제어기와 발전기; 발전기를 구동하여 사용된 열매체 증기를, 냉각하여 압력과 온도를 감소시켜 열매체 증기를 응축하여 순환토록 하는 열교환기와 열교환기 응축탱크, 순환배관; 사용된 증기를 냉각하는 열매체를 공급하고 순환, 저장하는 축열조와 보조축열탱크를 포함하여 이루어진 집광형 태양열 발전 축열시스템을 제공하는 것을 특징이다.

또한, 본 발명에서 상기 집광기는 단독 또는 복수의 수량으로 연결 조립된 장방형의 수직방향으로 골을 가진 한쪽 면은 렌즈의 볼록형상을 다른 면은 프렌넬렌즈의 요철을 형성하는 양볼록형의 프렌넬렌즈를 사용하며, 태양열 집광 발전장치의 태양열 집광면에 수직방향으로 배치하여 선 초점을 형성하는 특징이 있다.

또한, 본 발명에서 상기 집광기는 단독 또는 복수의 수량으로 연결 조립된 장방형의 수직방향으로 골을 가진 한쪽 면은 평편하고 다른 면은 프렌넬렌즈의 요철을 형성하는 프렌넬렌즈를 사용하며, 태양열 집광 발전장치의 태양열 집광면에 수직방향으로 배치하여 선 초점을 형성하는 프렌넬렌즈를 포함 할 수 있다.

또한, 상기의 집광기는 각각의 틀 내에 고정부재로 고정되어 변형을 방지하며, 집광율을 증가시키며 프렌넬렌즈의 각도를 보정하는 보조 고정부재를 하나 이상 포함할 수 있다.

또한, 상기의 집광기의 프렌넬렌즈는 투명도와 내열도가 높은 플라스틱 재질을 사용하며, 표면 보호를 위해 투명도가 높고 경도가 우수한 재질의 보호판 또는 보호 필름, 혹은 코팅막 등을 하나 이상 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에서 집열기는 집광기의 선 초점에 배치된 집열부와 축열물질을 내장한 축열부, 그리고 가열된 열매체가 순환하는 순환관, 축열부에 일정 압력 이상이면 자동으로 개폐되는 자동압력개폐밸브, 발전기에서 사용 후 열교환기에 의해 냉각되어 응축된 열매체가 순환 공급되는 배관, 그리고 역류방지 밸브, 그리고 열매체의 응축 순환을 제어하는 모터제어 자동 개폐밸브, 온도측정센서, 압력측정센서 등을 하나 이상 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 집열기의 집열부는 가열되는 열매체와 열교환 면적을 늘리는 내부에 주름을 가진 구조 또는 넓은 접촉 면적을 가진 해면상의 금속체 등을 하나 이상 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에서 집열기의 축열부는 연결배관을 통해 보조 축열부를 하나 이상 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 집열기의 축열부와 순환관 등은 보온 단열재로 보온되는 구조를 포함한다. 또한 열팽창을 흡수하거나 견디는 구조이다.

또한, 본 발명에서 발전기는 하나 또는 복수개의 집열기에서 공급되는 증기로 전기를 발전한다.

또한, 본 발명에서 발전 제어기는 집열기에서 검지되는 온도 측정센서 또는 압력측정센서의 신호를 받아 모터제어 자동 제어 개폐밸브를 여닫는 기능과, 태양을 추적하는 태양추적센서의 신호를 받아 태양열 집광 발전장치의 집광면을 태양으로 향하게 하는 기능, 열매체의 순환 흐름을 제어하는 순환펌프들의 운전 등을 포함 한다.

또한, 본 발명에서 집광형 태양열 집열 발전장치는 상기의 집광기, 집열기 등을 고정하는 케이스와 발전기, 발전 제어기, 그리고 집광면을 태양으로 향하게 구동하는 수평모터와 수직모터를 포함하는 구동부, 그리고 상기의 장치들을 지면에 고정시키는 기초판 등을 포함하는 구조 이다.

또한, 본 발명에서 열교환기는 발전기에서 발전에 사용된 증기를 공급받아 냉각하고 응축하여 압력을 감소시키는 구조를 지닌 열교환기 응축탱크를 포함할 수 있다.

또한 열교환기는 축열조에서 공급되는 상대적으로 낮은 온도의 열매체와 열교환 하는 구조 이다.

또한, 열교환기는 증기가 응축된 열매체를 집광형 태양열 집열 발전장치에서 회수토록 순환펌프를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에서 순환배관은 열교환기와 축열조, 보조축열탱크, 집광형 태양열 집열 발전장치를 연결하여 열매체를 공급하고 순환하며, 축열조로부터 집광형 태양열 집열 발전장치에 열매체를 보충 공급 하거나, 열매체를 보충하는 보조배관 통로를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에서 순환배관은 축열조와 축열부를 열교환기를 우회 연결하여 우천시나 야간에도 전기 발전이 가능한 보조배관 통로를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에서 열매체 및 축열조의 열매체는 지방산, 염수화물, 폴리알콜 등의 상변환 물질을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 축열조는 고체상의 암석 및 모래 등 주변에 흔히 구입이 가능한 일반적인 축열재료를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 집열기에서 가열된 증기의 온도는 100~650℃ 일 수 있다.

본 발명에 따르면, 태양을 추적하면서 태양에너지를 고효율로 집광기하여 넓은 집광면적을 가지고 있고, 선 초점을 지닌 프렌넬렌즈를 사용하여 구조가 간단하고 열 손실을 최소화하여 단위면적당 집광 효율이 높아 에너지 생산 효율이 높고, 생산단가가 저렴한 장점을 가지고 있다. 집열기와 축열조를 이용하면 주간 및 야간이나 우천시에도 열 에너지를 이용할 수 있는 특장점을 가지고 있다.

축열조의 열에너지는 냉난방, 급수, 급탕 및 음식물 조리 등 다양한 분야에 활용이 가능한 이점을 가지고 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 집광형 태양열 발전 축열 시스템의 구성을 보여주는 사시도
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 집광형 태양열 집열 발전장치의 구성을 보여주는 사시도
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 집광형 태양열 집열 발전장치의 단독 또는 복수의 수량으로 연결 조립된 장방형의 수직방향으로 골을 가진 프렌넬렌즈 구성을 보여주는 사시도
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 집광형 태양열 집열 발전장치의 집광기 구성을 보여주는 사시도
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 집광형 태양열 집열 발전장치의 집열기 구성을 보여주는 사시도
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 집광형 태양열 집열 발전장치의 집광기 및 집열기를 포함하는 케이스 등의 구성을 보여주는 사시도
도 7는 본 발명의 실시 예에 따른 집광형 태양열 발전 축열 시스템의 발전 작동 구성을 보여주는 도면
도 8은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 집광형 태양열 발전 축열 시스템의 집열부의 구성을 보여주는 사시도
도 9은 본 발명의 제 3실시 예에 따른 집광형 태양열 발전 축열 시스템의 보조축열부 설치의 구성을 보여주는 도면

이하, 본 발명에 따른 태양열 집열장치 및 발전 시스템에 관한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시 예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 또 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다. 다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

사시도를 참조하여 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시 예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형, 예를 들면 제조 방법 및/또는 사양의 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다. 예를 들면, 편평하다고 도시되거나 설명된 영역은 일반적으로 거칠거나/거칠고 비선형인 특성을 가질 수 있다. 또한, 날카로운 각도를 가지는 것으로 도시된 부분은 라운드 질 수 있다. 따라서 도면에 도시된 영역은 원래 대략적인 것에 불과하며, 이들의 형태는 영역의 정확한 형태를 도시하도록 의도된 것이 아니고, 본 발명의 범위를 좁히려고 의도된 것이 아니다. 그러므로 그 요지를 이탈하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

도 1에서, 본 발명의 실시 예에 따른 집광형 태양열 발전 축열 시스템의 구성을 보여주는 사시도 이다.

도 1을 참조하면, 태양광을 집광하여 집열하고 전기를 생산하는 집광형 태양열 집열 발전장치(1)와, 집광형 태양열 집열 발전장치(1)에서 사용된 증기를 공급받아 열교환하여 증기를 냉각하는 열교환기(2)와, 교환된 열을 저장하고 사용하는 축열조(3), 열교환 후 냉각된 증기를 회수하며 순환되고 우천시나 야간에 전기를 생산하기 위한 우회배관 등을 가진 순환배관(4) 등으로 구분할 수 있다.

집광형 태양열 집열 발전장치(1)의 실시 예로 도 2를 참조하면,

집광형 태양열 집열 발전장치(1)는 태양을 추적하면서 태양광을 집광 한다. 단독 또는 복수의 수량으로 조립된 태양광을 집광하는 집광기(10)는 집열기(11)와 함께 케이스(12)에 조립된다. 단독 또는 복수의 수량으로 조립된 집광기(10), 집열기(11), 케이스(12)는 격자 틀 내에 형강과 볼트 및 너트 등을 포함하는 고정부재(13)에 고정 된다.

이 고정부재(13)는 기둥(131)에 힌지 결합으로 고정되어 있고 수직으로 회동되도록 한다. 그리고 기둥(131)은 기둥(131)을 지면에 고정 지지하기 위한 기초판(132)에 설치 된다. 기둥(131)은 수평모터(133)가 장착되어 수평으로 회동 된다. 고정부재(13)의 수직회동은 힌지에 결합으로 고정부재(13)와 기둥(131) 또는 기초판(132)에 고정된 선형 구동소자(모터 내장 엑츄에이터)(134)로 수직으로 회동 된다. 이 수평모터(133)과 선형 구동소자(모터 내장 엑츄에이터)(134)는 태양추적센서(135)의 감지신호에 따라 구동시키는 발전제어기(14)에 의해 제어 한다.

도 3 내지 도 4를 참조하면 본 고안의 집광기(10)는,

본 고안에서 사용하는, 단독 또는 복수의 수량으로 연결 조립된 장방형의 수직방향으로 골을 가진 한쪽 면은 볼록하고 다른 면은 오목 하지만 프렌넬렌즈의 요철을 형성하는 프렌넬렌즈(101)를 하나 이상으로 배치하고, 프렌넬렌즈(101)의 변형을 방지하고 고정하는 보조고정부재(102)를 하나 이상으로 배치하여 고정하며, 프렌넬렌즈(101)의 손상을 방지하는 보호판(103)과 함께 결합 하여 태양광을 선 초점형태로 형성하여 집열기(11)에 태양열을 집열 한다.

원형 프렌넬렌즈에 비하면 본 고안에 사용되는 장방형 수직방향 골을 가진 프렌넬렌즈(101)는 초점부위의 온도는 낮으나 보조고정부재(102)가 프렌넬렌즈(101)의 형상을 고정하고 변형을 방지하여 원형에 비해 크기를 크게 만들 수 있으며, 원형 프렌넬렌즈가 가지고 있는 대형으로 제작할수록 처짐, 변형 등의 발생 및 렌즈가장자리의 집광 효율저하를 보조고정부재(102)등으로 보정이 가능한 특장점을 가지고 있다.

도 5 내지 도 7를 참조하면 본 고안의 집열기(11)는,

간략하게는 원통형의 축열부(111)와 집열부(112), 그리고 집열순환배관(113) 등으로 구성 되며 태양열을 집열 하여 열매체 가열증기를 생성하여 발전기(140)로 보내는 기능을 한다.

좀더 상세하게는, 집열부(112)는 프렌넬렌즈의 선 초점에 위치하여 태양열 집열이 연속적으로 이루어 지도록 하여, 집광면적 손실을 줄이고 내부 열매체 온도를 끊김 없이 지속적인 상승을 만들 수 있게 한다. 집열부(112)의 표면에는 열의 흡수를 높일 수 있는 물질을 표면에 도포하는 것이 좋다. 집열부(112) 내부에는 순환되는 열매체의 접촉면적을 늘리기 위한 방법으로 해면상의 금속체(119)를 삽입하여 열매체의 열교환 면적을 늘리거나 해면상의 금속체(119) 대체하는 구조로 집열부(112)가 내부에 주름을 가진 금속 배관을 적용하는 것이 좋다.

축열부(111)는 집열 된 태양열을 임시 저장하고 열매체 증기를 발생하는 곳 이다. 원통형 형상의 축열부(111)는 집열부(112)와 결합되며, 내부에는 고체상의 축열물질(118)을 내장하고 있고, 상단에는 자동압력개폐밸브(114)가 설치되어 내부의 열매체 증기가 일정 온도 또는 압력까지 유지 하도록 하여 일정 기준에 도달하면 자동으로 자동압력개폐밸브(114)가 열리게 되며 이때 상부에 고여있는 열매체 증기는 축열부(111) 외부의 발전기(140)를 거쳐 낮은 압력의 열교환기 응축탱크(210)로 이송 된다. 열매체의 압력이 낮아지면 자동압력개폐밸브(114)가 닫히게 되고 발전기(140)의 발전은 정지하게 된다.

축열부(111)에 내장된 축열물질(118)은 고체상의 것으로 열매체 증기가 자동압력개폐밸브(114)가 열렸을 때 발전기(140)로 이송되어 감소되는 열매체 증기를 열교환기 응축탱크(210)에서 공급받은 저온의 열매체를 가열하여 지속적으로 열매체 증기를 발생시키는 목적을 가진다. 축열물질(118)은 암석 등과 같은 주변에 흔히 구할 수 있는 일반적인 축열재료를 사용한다.

축열부(111)의 하단에는 집열순환배관(113)을 설치하고 집열부(112)의 하단에 결합하여 자동압력개폐밸브(114)가 닫혀 있는 동안 내부의 열매체가 집열부(112)에 의해 가열되어 대류 순환토록 하는 구조를 가진다. 집열순환배관(113)의 한쪽 지관에는 모터제어 자동 개폐밸브(117)와 역류방지 밸브(117a) 를 설치하여 저온 저압의 응축 열매체가 유입 되도록 구성 한다. 또한, 역류방지 밸브(117a)는 고온 열매체 증기가 발전하며, 모터제어 자동 개폐밸브(117)가 열리고 닫히는 경우 고압의 축열부(111) 열매체가 저압의 열교환 응축탱크(210)로 역류되지 않도록 한다. 또한 축열부(111)와 집열순환배관(113)의 외부는 보온단열재(116)로 저장된 열이 외부로 세어나가 못하도록 단열 한다.

축열부(111) 상단의 또 다른 한쪽에는 온도센서(115) 또는 압력센서(115a)를 설치하고 센서의 감지 신호를 발전 제어기(14)로 보낸다.

도 6을 참조하면,

본 고안의 집광기(10)와 집열기(11), 그리고 케이스(12)를 결합하는 예를 설명하고 있다.

차열판(121)은 빛의 산란으로 열의 확산을 막고 모터제어 자동 개폐밸브(117) 및 온도센서(115) 또는 압력센서(115a)의 제어 전선 등이 고온에 노출되지 않도록 하는 단열기능을 가진다.

차열판(121)을 먼저 케이스(12)에 고정부재로 설치 후 집열기(11)를 집광기(10)의 선 초점에 명확히 일치하게 설치하여 고정 한다.

고정 방법 및 고정부재는 볼트, 너트, 배관 고정 클립 그리고 기타 고정부재, 접합용 용제, 용접 등 본 고안의 사상과 개념을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 조립방법을 사용할 수 있다.

도 7을 참조하여,

본 고안의 발전 제어기(14)의 세 가지 기능을 설명 한다.

하나는 태양을 추적하는 태양추적센서(135)의 신호를 받아 태양열 집광 발전장치(1)의 집광면을 태양으로 향하게 하도록 하는 기능, 집열기(11)에서 검지되는 온도센서(115) 또는 압력센서(115a) 신호를 받아 모터제어 자동 개폐밸브(117)를 여닫고 발전하는 기능, 발전기(140)에서 생산된 전력의 제어, 이송, 관리 기능 등이 있다. 이 기능 등은 발전기(140) 용량과 크기에 따라 하나 이상 복수 개를 설치하여 각각의 기능 분산토록 설치할 수도 있다.

본 발명을 설명함에 있어, 널리 공지된 태양을 추적하는 태양추적센서(135)의 신호를 받아 태양열 집광 발전장치(1)의 집광면을 태양으로 향하게 하도록 하는 2축형 태양추적 기능은 도 2에서 간략히 이미 설명하고 있다. 관련된 공지기능 혹은 구성은 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략 한다. 또한, 발전 제어기(14)가 가진 기능 중 발전기(140)에서 생산된 전력의 제어, 이송, 관리 등과 관련된 공지기능 혹은 구성은 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략 한다.

본 발명의 발전 제어기(14)의 발전 제어 기능은 아래와 같다.

하나 이상의 집열기(11)에서 검지되는 온도센서(115) 또는 압력센서(115a) 신호를 받아 모터제어 자동 개폐밸브(117)를 여닫는다. 열매체 온도가 낮은 상태에서 기준 압력 값과 비교하여 낮은 압력 상태이면 자동압력개폐밸브(114)는 항시 닫혀 있고 열매체 증기가 공급되지 않아 발전기(140)는 운전되지 않는다. 집열기(11)의 온도 또는 압력 값이 일정 기준에 도달하여 자동압력개폐밸브(114)의 설정 값 보다 높아지면 자동으로 자동압력개폐밸브(114)가 열리게 되며, 이때 상부에 고여있는 열매체 증기는 발전기(140)를 거쳐 낮은 압력의 열교환기(2)로 이송 된다.

이때 발전기(140)는 전력을 생산하며, 축열조(3)에서는 발전기(140)를 통과한 열매체 보다 낮은 온도의 열매체가 나선형 또는 지그재그 형상의 열교환기(2)에 공급 되고, 발전기(140)를 통과한 높은 온도의 열매체는 열교환기(2) 내부에서 분무 형태로 열교환기(2) 코일표면에 분사된다. 열교환기(2) 표면에서 열매체는 축열조(3)에서 공급된 상대적으로 낮은 열매체와 열교환 하고 열과 압력을 잃고 응축되어 열교환기 응축탱크(210)에 내부에 흘러 고이게 된다.

열교환기 응축탱크(210)의 열매체 수위가 일정수준에 달하면, 수위센서(211)에서 신호를 발전 제어기(14)에 보내고 발전 제어기(14)는 검지되는 하나 이상의 온도센서(115) 또는 압력센서(115a) 중 낮은 값의 집열기(11)에 해당하는 모터제어 자동 개폐밸브(117)를 열고 열매체 순환펌프(212)를 운전하여 응축된 열매체를 공급 한다. 응축된 열매체를 공급되면 집열기(11)의 내부 압력과 온도 값은 낮아지고 자동압력개폐밸브(114)는 낮아진 압력 값에 따라 자동으로 닫히게 된다. 자동압력개폐밸브(114)가 닫히면 열매체 증기의 공급이 차단되고 발전기(140)는 전력 생산을 멈춘다.

낮아진 응축탱크 수위센서(211) 신호와 온도센서(115) 또는 압력센서(115a) 신호 값을 발전 제어기(14)에 전달 받고 발전 제어기(14)는 열려있는 모터제어 자동 개폐밸브(117)를 닫고 열매체 순환펌프(212)의 운전을 정지 한다.

도 7의 실시 예는 본 고안의 개념인 열매체의 온도와 압력을 낮추는 냉각 및 응축에 실시 예를 표현한 것으로 팽창밸브를 사용하거나 모세관을 사용하는 등 다양한 방법과 운용이 가능 하며 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것 이다.

도 8를 참조하면, 본 고안의 제 2 실시 예로 하나의 집열기(11)에 하나 이상의 집열부(112)를 가진 집열기(11)의 실시 예를 보여주는 도면 이다.

하나 이상의 집열부(112)에서 생성된 고온의 열매체 증기가 집열기(11)의 상단에 열매체 증기가 모이도록 구성하고, 한 쪽에 자동압력개폐밸브(114)를 설치한 실시 예 이다.

본 실시 예에 따른 집광형 태양열 발전 축열 시스템의 집열부(112)는 열매체의 증기발생 용량을 증가 시켜 발전 효율을 향상 시키고 구조를 단순화 시킬 수 있다.

이상의 설명에서 본 발명의 특정 실시 예와 관련하여 도시 및 설명 하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것 이다.

집광형 태양열 집열 발전장치(1),
집광기(10), 프렌넬렌즈(101), 보조고정부재(102), 보호판(103)
집열기(11), 축열부(111), 집열부(112), 집열순환배관(113), 자동압력개폐밸브(114), 온도센서(115) 또는 압력센서(115a), 보온단열재(116), 모터제어 자동 개폐밸브(117), 역류방지 밸브(117a), 축열물질(118), 해면상의 금속체(119)
케이스(12), 차열판(121), 보조축열탱크(122), 열매체 보조축열 순환펌프(123)
고정부재(13), 기둥(131), 기초판(132), 수평모터(133), 선형 구동소자(모터 내장 엑츄에이터)(134), 태양추적센서(135)
발전 제어기(14), 발전기(140), 집열발전 상부 배관(141) , 집열발전 하부 배관(142),
열교환기(2), 열교환기 응축탱크(210), 응축탱크 수위센서(211), 열매체 순환펌프(212), 열교환기 온도센서(213) 또는 열교환기 압력센서(213a),
축열조(3), 축열조 열매체 순환펌프(310)
순환배관(4)

Claims

태양을 추적하면서 단독 또는 복수의 수량으로 연결 조립된 장방형의 수직방향으로 골을 가진 프렌넬렌즈를 사용하는 집광기;
상기의 집광기의 선형 초점에 위치하여, 집광에 의해 발생한 태양열을 수집하고 내장된 열매체를 가열하여 내장된 열매체와 축열물질에 열을 저장하며, 균등한 온도유지를 위해 열매체를 순환시킬 수 있는 구조를 가진 집열기;
상기의 단독 또는 복수 수량의 집열기에서 발생된 고온의 열을 축열부에 저장하여 증기를 발생시키는 집열기;
태양추적센서에 의해 태양을 추적하여 집광면이 태양을 향하도록 수평모터와 수직모터를 제어하고;
상기의 단독 또는 복수 수량의 집열기에 저장된 고온의 열에 의해 생성된 증기를 공급받아 발전하는 발전기의 운전을 집열기의 온도 또는 압력을 측정하여 하나 또는 복수개의 모터제어 자동 개폐밸브를 제어하여 전기 발전량을 제어하고;
열매체의 순환 회로와 축열을 제어하는 기능 등을 가진 태양열 발전 축열 제어 시스템;
발전기를 구동하는데 사용된 증기를, 열교환 또는 기타 기구적인 방법에 의해 압력 및 온도를 감소시켜 열매체 가열증기를 냉각하고 응축하여 순환토록 하는;
집열기, 열교환기와 열교환기 응축탱크, 순환배관, 축열조 등을 포함하는 열매체 순환회로를 가진 집광형 태양열 발전 축열 시스템;
열매체 증기를 발전에 사용하며, 발전 후 증기를 회수하여 냉각 또는 응축하여 순환시키는 열매체 순환회로를 가진 태양열 발전 시스템