KR20220024542A - Hybrid radiation absorbers for solar power plants and methods of making such absorbers - Google Patents

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Abstract

본 발명은 집광형 태양열 발전소용 태양 복사 흡수체에 관한 것으로, 흡수체는 실리콘 카바이드 단일체로부터 형성되고, 흡수의 표면은, 예를 들어, 텅스텐 덴드라이트로 코팅되고, 특히, 태양열 발전소용 시스템 또는 집열기의 생산을 위한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 흡수체의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar radiation absorber for a concentrating solar power plant, wherein the absorber is formed from a silicon carbide monolith, the surface of the absorber is coated, for example, with tungsten dendrite, in particular for the production of systems or collectors for solar power plants is for The present invention also relates to a method for producing such an absorbent body.

Description

태양열 발전소용 하이브리드 복사 흡수체, 및 이와 같은 흡수체를 제조하는 방법Hybrid radiation absorbers for solar power plants and methods of making such absorbers

본 발명은 흑체의 행동과 유사한 특성을 갖는 에너지 흡수체의 분야에 관한 것이다.The present invention relates to the field of energy absorbers having properties similar to the behavior of a black body.

흑체는 반사나 투과 없이, 받은 모든 전자기적 에너지를 완벽하게 흡수하는 이상적인 물체이다. 열교란(thermal agitation)의 영향으로 흑체는 전자기파를 방출한다. 열평형 상태에서, 방출과 흡수는 균형을 이루고 실제로 방출되는 복사는 온도(열 복사)에만 의존한다.A black body is an ideal object that perfectly absorbs all electromagnetic energy it receives, without reflection or transmission. Under the influence of thermal agitation, a blackbody emits electromagnetic waves. In thermal equilibrium, emission and absorption are balanced and the radiation actually emitted depends only on temperature (thermal radiation).

일반적인 비제한적 응용 분야: 기체 유체는 스털링/에릭슨 유형의 외연 기관, 열풍 터빈(터보 교류 발전기), 산업 공정, 조리 등에 가능하고, 액체 유체는 가열하려는 물, 살균할 액체, 표준 터보 교류 발전기, DHW(domestic hot water/heating; 국내 온수/난방), 각종 유체 공급을 위한 증기 생산 등에 가능하다. Typical, non-limiting applications: gaseous fluids are possible for Stirling/Ericsson type external combustion engines, hot air turbines (turbo alternators), industrial processes, cooking, etc., liquid fluids are water to be heated, liquid to be sterilized, standard turbo alternator, DHW (domestic hot water/heating; domestic hot water/heating), steam production for various fluids, etc.

집광기와 스털링 엔진을 결합하는 새로운 장치는 현재 전류를 생성하기 위해 개발되고 있다. 그러나, 열역학적 효율은 입력 온도와 상관 관계가 있고, 최고의 효율을 위해서는 그 온도는 충분히 높아야 한다. 기존 장치는 650/800°C로 제한되므로 40% 효율을 초과할 수 없다. 본 발명은 1200℃에 도달하는 것을 가능하게 하고 따라서 순 효율60%에 도달 및 초과하는 것을 가능하게 한다.A new device that combines a concentrator and a Stirling engine is currently being developed to generate an electric current. However, the thermodynamic efficiency is correlated with the input temperature, and for best efficiency the temperature must be high enough. Existing devices are limited to 650/800°C, so 40% efficiency cannot be exceeded. The present invention makes it possible to reach 1200° C. and thus to reach and exceed a net efficiency of 60%.

선행기술prior art

태양 복사열을 집광시키고, 열을 운반하고 저장하며, 열을 전기로 변환하는 다양한 기술이 있다. 어느 경우에도, 집광형 태양열 발전소의 필수 요소 중 하나는 수신기의 일부를 구성하는 태양 복사 흡수체이다. 흡수체의 효율을 극대화하기 위해, 요즘에는 일반적으로 선택적 코팅 또는 선택적 처리라고 불리는 코팅을 포함한다. 선택적 코팅은 입사되는 태양 에너지를 최대한 흡수하면서 가능한 적외선을 적게 재방출하도록 하기 위한 것이다(흑체 원리). 특히, 이러한 선택적 코팅은 차단 파장보다 작은 모든 파장을 흡수하고 이러한 동일한 차단 파장보다 큰 모든 파장을 반사하는 경우 완벽한 것으로 여겨진다. 최적의 차단 파장은 고려되는 흡수체 요소의 작동 온도에 따라 달라지며 일반적으로 1.5pm에서 2.5pm사이이다. 최적의 차단 파장은 예를 들어, 온도가 650K 정도인 경우 1.8pm이다.There are various technologies for collecting solar radiation, transporting and storing heat, and converting heat into electricity. In any case, one of the essential elements of a concentrating solar power plant is a solar radiation absorber that forms part of the receiver. In order to maximize the efficiency of the absorber, coatings these days commonly referred to as selective coatings or selective treatments are included. The selective coating is intended to absorb as much incident solar energy as possible while re-emitting as little infrared light as possible (blackbody principle). In particular, this selective coating is considered perfect if it absorbs all wavelengths less than the cutoff wavelength and reflects all wavelengths greater than this same cutoff wavelength. The optimal cutoff wavelength depends on the operating temperature of the absorber element being considered and is typically between 1.5 pm and 2.5 pm. The optimal cutoff wavelength is, for example, 1.8 pm when the temperature is on the order of 650 K.

특허 출원 US2015033740은 다음을 포함하는 태양열 수신기를 설명한다:Patent application US2015033740 describes a solar receiver comprising:

* 최대 2기압에서 작동하는 저압 유체 챔버, 유체 입구, 유체 출구 및 집광된 태양 복사열을 수용하기 위한 개구부를 포함한다.* Includes a low pressure fluid chamber operating at up to 2 atmospheres pressure, fluid inlet, fluid outlet and openings to receive concentrated solar radiation.

* 저압 유체 챔버 내에 수용된 태양열 흡수기; 및* Solar absorber housed in a low pressure fluid chamber; and

* 저압 유체 챔버의 분할된 벽을 구비하는 복수의 투명 물체;* a plurality of transparent objects having divided walls of the low pressure fluid chamber;

* 개구부를 통해 수신된 집광된 태양 복사열은 분할된 벽을 통과하고 투명한 물체 사이를 통과하여 저압 유체 챔버로 통과하고 태양열 흡수체에 충돌한다. * Concentrated solar radiation received through the opening passes through the partitioned walls and between the transparent objects into the low pressure fluid chamber and impinges on the solar absorber.

특허 출원 US4047517은 외부 부분에서 내부 스로트 부분으로 수렴 구성으로 배열된 복수의 긴 베인 구조를 포함하고, 베인의 외부의 중간 표면은 적어도 부분적으로 반사 표면이고 베인의 중간 내지 내부 표면은 작은 입사각에서 선택 표면에 충돌하는 복사 에너지를 흡수하는 선택 표면의 적어도 한 부분이나, 더 큰 입사각으로 충돌하는 복사 에너지를 반사하여 베인의 외부 부분에 충돌하는 복사 에너지는 베인의 스로트쪽으로 반사되고 내부 부분의 복사 에너지는 상대적으로 작은 각도로 선택 표면에 충돌하고, 상대적으로 큰 입사각에서 선택 표면에 충돌하는 것이 베인의 스로트에 인접한 상승된 온도를 생성하기 위해 베인의 스로트로 반사되는 동안 베인에 대한 복사 에너지의 이동 방향의 초기 또는 실제 반전이 흡수되었음을 나타내는, 복사 에너지 수신기를 기술한다.Patent application US4047517 includes a plurality of elongated vane structures arranged in a converging configuration from an outer portion to an inner throat portion, wherein the outer intermediate surface of the vane is at least partially reflective surfaces and the intermediate to inner surface of the vane selected at a small angle of incidence Radiant energy impinging at least one portion of the surface that absorbs the radiant energy impinging on the surface, or the outer part of the vane by reflecting the radiant energy impinging at a greater angle of incidence, is reflected towards the throat of the vane and radiant energy of the inner part is impinging on the selection surface at a relatively small angle, and the movement of radiant energy relative to the vane while impinging the selection surface at a relatively large angle of incidence is reflected into the throat of the vane to create an elevated temperature adjacent the throat of the vane. Describes a radiant energy receiver that indicates that an initial or actual reversal of direction has been absorbed.

선행기술의 단점Disadvantages of prior art

최신 기술 과제해결원리의 성능은 효율성이 제한에 이르는, 흡수체의 에너지 변환 용량에 의해 제한된다. The performance of the state-of-the-art problem-solving principles is limited by the energy conversion capacity of the absorber, which limits the efficiency.

또한, 공지된 흡수체는 상당한 열 손실을 발생시키는 외기에 노출된다. 공지된 흡수체는 매끄럽고, 흡수성이 낮고 방출성이 높은 집열 표면을 가지고 있다. 공지된 흡수체의 재료는 고온에서 사용할 수 없고 과도한 압력이나 응력을 견딜 수 없다.In addition, known absorbers are exposed to ambient air which results in significant heat losses. Known absorbers have a smooth, low absorptive and high emissive heat collecting surface. Known absorber materials cannot be used at high temperatures and cannot withstand excessive pressure or stress.

본 발명은 특히 이상적으로 태양광 발전보다 30% 정도 더 효율적이지만, 부피가 크고 대용량 전기의 생산에 보다 적합한, HHO 또는 재생 가능한 화염 태양열 방법의 화염에 의해 공급된 태양열 발전소에 의한 태양 복사로부터 생산된 에너지를 위해 의도된 흡수체의 분야에 관한 것이다. The present invention is particularly ideal for solar radiation produced from solar radiation by solar power plants, which is 30% more efficient than solar power, but is more suitable for the production of bulky and large-capacity electricity, either by HHO or by flames of the renewable flame solar method. It relates to the field of absorbers intended for energy.

이러한 단점을 해결하기 위해, 본 발명은 가장 일반적인 의미에서 단일체 실리콘 카바이드 피스로 형성되고, 그 흡수의 표면은, 예를 들어 텅스텐 덴드라이트(또는 기타 기판)로 코팅된 것을 특징으로 하는, 집광형 태양열 발전소용 태양열 복사 흡수체에 관한 것이다. 또한 본 발명은 집광형 태양열 발전소용 집열기에 관한 것으로, 예를 들어, 본 발명에 따른 흡수체가 배치된 투명한 입구 윈도우를 갖는, 흑연 캐피티와 같은, 캐피티에 의해 형성되고, 흡수의 표면은 이상적으로 텅스텐(또는 다른) 덴드라이트로 코팅되고, 실리콘 카바이드의 단일체(monolithic piece)로 형성되는 것을 특징으로 한다. In order to solve this drawback, the present invention is characterized in that it is formed from a monolithic piece of silicon carbide in the most general sense, the surface of which is absorbing, for example, coated with tungsten dendrite (or other substrate). It relates to solar radiation absorbers for power plants. The present invention also relates to a collector for a concentrating solar power plant, formed by a cavity, for example a graphite cavity, having a transparent entrance window arranged with an absorber according to the invention, the surface of which is ideally Coated with tungsten (or other) dendrite, characterized in that it is formed from a monolithic piece of silicon carbide.

유리하게는, 집열기는 흡수체의 방향으로 화염을 유도시키는, 상기 캐비티에 배열된 버너를 포함한다.Advantageously, the collector comprises a burner arranged in said cavity, which directs the flame in the direction of the absorber.

일 변형에 따르면, 집열기는 태양 에너지를 흡수체로 전송하는 광섬유로 구성되어 있다.According to one variant, the collector consists of an optical fiber that transmits solar energy to the absorber.

유리하게는, 캐비티의 내부 표면의 적어도 일부는 라이트 트랩(원뿔형 벌집)처럼 행동하는 캐피티를 갖는다. Advantageously, at least part of the inner surface of the cavity has a cavity that behaves like a light trap (conical honeycomb).

본 발명은 또한 열 기계의 입구에 열적으로 기계적으로 결합된 집광형 태양열 발전소용 집열기로 구성된 시스템에 관한 것으로, 상기 집열기는 실리콘 카바이드의 단일체로 형성된 흡수체가 배치된 투명한 입구 윈도우가 있는 흑연 캐비티에 의해 형성되고, 그 흡수면은 텅스텐 덴드라이트로 코팅되는 것을 특징으로 하는 집열기이다. The present invention also relates to a system comprising a collector for a concentrating solar power plant thermally and mechanically coupled to the inlet of a thermal machine, said collector by means of a graphite cavity with a transparent inlet window disposed with an absorber formed as a monolith of silicon carbide. formed, and its absorption surface is coated with tungsten dendrite.

유리하게는, 실리콘 카바이드로 만들어진 상부 부분을 갖는 상기 팽창 기계.Advantageously, said expansion machine has an upper part made of silicon carbide.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 흡수체의 제조 방법에 관한 것으로, 제조 방법은 예를 들어 실리콘 카바이드 단일체의 표면 상의 플라즈마 스프레이 또는 텅스텐 덴드라이트의 집광된 태양 플럭스로 구성될 수 있는 방사선을 흡수하는 얇은 층을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 층은 또한 유리하게는 몰딩에서 나오자마자 증착될 수 있고, 획득된 페이스트는 상대적으로 점착적이어서 간단한 기계적 스프레이 또는 파우더링에 의해 덴드라이트의 용이한 고정을 허용한다.The present invention also relates to a method for manufacturing an absorber according to the present invention, wherein the manufacturing method comprises, for example, a thin layer absorbing radiation which may consist of a plasma spray on the surface of a silicon carbide monolith or a concentrated solar flux of tungsten dendrites. It characterized in that it comprises the step of depositing. Said layer can also advantageously be deposited as soon as it emerges from the moulding, and the paste obtained is relatively cohesive, allowing easy fixation of the dendrites by simple mechanical spraying or powdering.

일 변형에 따르면, 이러한 방법은 실리콘 카바이드로 만들어진 단일체의 표면에 텅스텐 덴드라이트의 레이저 투사 단계를 포함한다.According to one variant, this method comprises the step of laser projection of tungsten dendrites onto the surface of a monolith made of silicon carbide.

다른 변형에 따르면, 본 발명은 다음과 관련이 있다.According to another variant, the present invention relates to:

흡수의 표면이 텅스텐 덴드라이트에 의해 코팅된, 순도의 실리콘 카바이드의 단일체에 의해 형성된 흡수체에 배치되어 투명한 입구 윈도우와 함께, 진공 상태하에 고립된 캐비티, 예를 들어 흑연 캐비티에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양열 발전소용 집열기.Characterized in that the surface of the absorber is formed by an isolated cavity under vacuum, for example a graphite cavity, disposed in an absorber formed by a monolith of pure silicon carbide, coated by tungsten dendrite, with a transparent entrance window. Collectors for concentrating solar power plants.

유리하게는, 집광형 태양열 발전소용 태양 복사 흡수체는:Advantageously, the solar radiation absorber for a concentrating solar power plant comprises:

- 벌집 구성, 흡수체의 셀은 중앙에서 더 큰 높이로 원뿔형/나팔형이고 마이크로캐비티를 나타낸다. - Honeycomb configuration, the cells of the absorber are conical/trumpet-shaped with a greater height in the center and represent microcavities.

- 열역학적 장치에 벌집과 핀 및 나사 연결이 있는 지지대가 있는 어셈블리/씰링 플랜지 역할을 하는 씰링된 구형 상부/하부 지지 인터페이스. - Sealed spherical top/bottom support interface that serves as an assembly/sealing flange with supports with honeycomb and pin and threaded connections to the thermodynamic device.

- 중앙에 더 높은 높이의 마이크로캐비티를 포함하고 로제트(rosette) 형태의 유체로 열 교환을 위한 핀 - Fins with a higher height microcavity in the center and heat exchange with a rosette-shaped fluid

- 씰링 디스크 및 유체 통로 포트. - Sealing discs and fluid passage ports.

- 90° 리턴 및 나팔/원뿔형 형태를 가진 중앙 나선형 절두 단면. - Central spiral truncated section with 90° return and trumpet/conical shape.

- 상기 캐비티 내부에 배치되어, 화염을 상기 흡수체의 방향으로 유도시키는 버너. - A burner disposed inside the cavity to guide the flame in the direction of the absorber.

- 마이크로캐비티로 표면을 교환한다. - Exchange the surface with microcavities.

- 본 발명은 또한 배관(고온 유체 출구) 또는 열 기계의 입구에 열적으로 및 기계적으로 결합된 전술한 집광형 태양열 발전소용 집열기로 구성된 시스템에 관한 것으로, 상기 집열기는 실리콘 카바이드의 모놀리식 조각으로 형성된 흡수체가 배치된 투명한 입구 윈도우가 있는 흑연 캐비티에 의해 형성되며, 흡수의 표면은 텅스텐 덴드라이트로 코팅된다. - The present invention also relates to a system comprising a collector for the aforementioned concentrating solar power plant thermally and mechanically coupled to a tubing (hot fluid outlet) or an inlet of a thermal machine, said collector comprising a monolithic piece of silicon carbide The formed absorber is formed by a graphite cavity with a transparent entrance window disposed therein, the surface of which is coated with tungsten dendrite.

바람직하게는, 실리콘 카바이드로 만들어진 상부 부분을 갖는 상기 팽창 기계.Preferably, the expansion machine has an upper part made of silicon carbide.

유리하게는, 이것은 실리콘 카바이드로 제조된 모놀리식 조각의 표면에 텅스텐 덴드라이트를 코팅하는 플라즈마 스프레이 단계 및/또는 모놀리식 실리콘 카바이드 조각의 표면에 텅스텐 덴드라이트의 페이스트상(pasty phase)에서 제조되는 동안 분말화에 의한 증착 단계를 포함한다.Advantageously, it is produced in a plasma spraying step of coating tungsten dendrite on the surface of a monolithic piece made of silicon carbide and/or in a pasty phase of tungsten dendrite on the surface of a monolithic silicon carbide piece. It includes a deposition step by pulverization while forming.

본 발명에 따른 흡수체는 예를 들어 태양 및 "태양 연료" = HHO (또는 바이오가스, 석유 유도체 등)와 같은, 다른 열원들의 혼성화를 가능하게 하므로, 태양 플럭스의 변동 또는 부재에도 불구하고 최대 전력으로 설비의 지속적인 작동을 가능하게 한다.The absorber according to the present invention allows for the hybridization of other heat sources, such as for example solar and "solar fuel" = HHO (or biogas, petroleum derivatives, etc.), and thus at full power despite fluctuations or absence of solar fluxes. Enables continuous operation of the equipment.

본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여, 후술되는 본 발명의 비제한적인 실시예의 상세한 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 것이다.
- 도 1은 벌집을 포함하는 상부(태양/화염)를 향한 상부, 중앙(3)의 씰링된 인터페이스 및 하단의 유체 교환기의 핀, 흡수체를 도시한다.
- 도 2는 중앙에 나선형 원뿔이 있는 교환기의 저면도를 도시한다.
- 도 3은 인터페이스 부분과 하부만을 도시한다.
- 도 4는 벌집을 도시한다.
- 도 4a는 덴드라이트를 도시한다.
- 도 5는 벌집 행렬의 단순화하여 표현한 것이다.
- 도 6은 텅스텐 덴드라이트의 제1 형태를 도시한다.
- 도 6a는 텅스텐 덴드라이트의 다른 형태를 도시한다.
- 도 7은 CSi 지지대에 융합된 덴드라이트의 클로즈업을 도시한다.
- 도 8은 외부 격납건물 인클로저(태양광 집광기를 위한 유닛)를 나타낸다.
- 도 9는 나선형 원뿔의 상세 단면을 도시한다.
- 도 10은 장치의 이해를 위한 나선형 원뿔의 3D 표현을 도시한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be better understood by reading the detailed description of the non-limiting embodiments of the present invention set forth below with reference to the accompanying drawings.
- Figure 1 shows the pin, absorber body of the fluid exchanger at the top, the sealed interface in the center (3) and the bottom towards the top (sun/fire) comprising a honeycomb.
- Figure 2 shows a bottom view of the exchanger with a helical cone in the center;
- Figure 3 shows only the interface part and the lower part.
- Figure 4 shows a honeycomb.
- Figure 4a shows a dendrite.
- Figure 5 is a simplified representation of the honeycomb matrix.
6 shows a first form of tungsten dendrite.
- Figure 6a shows another form of tungsten dendrite.
7 shows a close - up of a dendrite fused to a CSi support.
Figure 8 shows the external containment enclosure (unit for solar concentrators).
9 shows a detailed cross-section of a helical cone;
- Figure 10 shows a 3D representation of a helical cone for the understanding of the device.

본 발명의 비제한적인 실시예에 대한 상세한 설명DETAILED DESCRIPTION OF THE NON-LIMITING EMBODIMENTS OF THE INVENTION

본 발명에 따른 흡수체의 사용 상황에 대한 설명Description of the use situation of the absorber according to the present invention

열 집열기는 태양 복사를 흡수하여 열로 변환한다. 이러한 열은 열 전달 유체로 전달된다. 집열기는 흡수체, 열 전달 유체, 단열재, 때로는 글레이징 및 반사체로 구성된다.A heat collector absorbs solar radiation and converts it into heat. This heat is transferred to the heat transfer fluid. The collector consists of an absorber, heat transfer fluid, insulation, sometimes glazing and reflector.

흡수체는 집열기의 가장 중요한 부분 중 하나이다. 흡수체는 태양 복사를 열로 변환한다.The absorber is one of the most important parts of the collector. The absorber converts solar radiation into heat.

흡수체는 두 가지 매개변수가 있다.The absorber has two parameters.

- 태양광 흡수 계수 a*(또는 흡수도): 입사 광선 복사에 의해 흡수된 광선 복사의 비율; - solar absorption coefficient a* (or absorbance): the fraction of the light radiation absorbed by the incident light radiation;

- 적외선 방출 계수 e(또는 방사도): 흡수체가 뜨거울 때 적외선에서 복사되는 에너지와 동일한 온도에서 흑체가 복사하는 에너지 사이의 비율. - Infrared emission coefficient e (or irradiance): the ratio between the energy radiated in infrared light when the absorber is hot and the energy radiated by a black body at the same temperature.

태양열 난방 분야에서, 목표는 최고의 태양열 흡수 계수/적외선 방출 계수 비율을 얻는 것이다. 이러한 비율을 선택성이라고 한다.In the field of solar heating, the goal is to obtain the best solar absorption coefficient/infrared emission coefficient ratio. This ratio is called selectivity.

흡수체의 구성 물질은 일반적으로 구리 또는 알루미늄으로 만들어지지만, 때로는 플라스틱으로 만들어지기도 한다. 흡수체로 사용되는 일부 물질의 특성.The material of the absorber is usually made of copper or aluminum, but sometimes it is also made of plastic. Properties of some materials used as absorbers.

흡수체의 구조는 도 1, 2, 3 및 8에 예시적으로 설명된다. The structure of the absorber is exemplarily described in FIGS. 1, 2, 3 and 8 .

흡수체는 윈도우(10)을 통해 태양 복사에 노출되는 벌집 구조(1)를 포함한다. 흡수체는 플랜지(2)로 인클로저에 고정된다. 멤브레인(3)은 씰링된 인터페이스를 형성한다. 씰(4)은 플랜지(2)와 인클로저의 내부 숄더 사이의 밀성(tightness)을 보장한다. 구조(6, 12)는 하부 핀(5)이 있는 중앙 나선형 절두 단면을 가지고 있다. 흡수체는 나사(7)로 고정된다.The absorber comprises a honeycomb structure 1 exposed to solar radiation through a window 10 . The absorber is secured to the enclosure with a flange (2). The membrane 3 forms a sealed interface. The seal 4 ensures tightness between the flange 2 and the inner shoulder of the enclosure. Structures 6 , 12 have a central spiral truncated cross-section with a lower fin 5 . The absorber is fixed with screws (7).

씰링 디스크(11)는 구조(12) 아래로 연장된다.A sealing disk 11 extends below the structure 12 .

윈도우(10)과 벌집형 구조(1) 사이의 영역에서, 버너는 고온의 가스를 분사한다.In the region between the window 10 and the honeycomb structure 1 , the burner injects hot gas.

이러한 영역은 배출구들(14)을 가지고 있다. This area has outlets 14 .

벌집 구조는 열 흐름을 수용하고, 중앙에 씰링된 인터페이스를 가지고 있고, 측면에는 전체 높이에 걸쳐 핀이 있는 플랜지가 있고(고압을 견딜 수 있음), 중앙 아래에는 나선형 원뿔의 (유체를 90°로 되돌릴 수 있음), 씰링 디스크의 하단에 = 유체 회로가 씰링되고 주변으로부터 중앙 및 그 반대로(가역적/양자택일적으로)의 순환을 허용한다.The honeycomb structure accommodates heat flow, has a sealed interface in the center, has flanges with fins over the entire height on the sides (which can withstand high pressure), and a spiral cone below the center (directs the fluid at 90°). reversible), at the bottom of the sealing disk = fluid circuit is sealed and allows circulation from the periphery to the center and vice versa (reversible/alternatively).

물질matter 흡수율absorption rate 방사율emissivity 선택성selectivity 최대 온도maximum temperature α*α* εε α*/ ε α* / ε 니켈nickel 0.88 - 0.980.88 - 0.98 0.03-0.250.03-0.25 3.7 - 323.7 - 32 300°C300°C 흑연 필름graphite film 0.876 - 0.920.876 - 0.92 0.025-0.0610.025-0.061 14.4 - 36.814.4 - 36.8 250°C250°C 흑동black copper 0.97 - 0.980.97 - 0.98 0.020.02 48.5 - 4948.5 - 49 250°C250°C 흑크롬black chrome 0.95 - 0.970.95 - 0.97 0.09-0.300.09-0.30 3.2 - 10.83.2 - 10.8 350-425°C350-425°C

따라서 더 나은 효율성을 얻기 위해, 특정 시스템은 특정한 코팅으로 구성된다.Therefore, in order to achieve better efficiency, certain systems are constructed with certain coatings.

열 전달 유체는 흡수체에 저장된 열을 방출하고 소비될 곳으로 전달할 수 있다.The heat transfer fluid can dissipate the heat stored in the absorber and transfer it to where it will be consumed.

우수한 열 전달 유체는 다음 조건을 고려해야 한다.A good heat transfer fluid should consider the following conditions:

- 특히 집열기가 정체된 경우처럼, 고온에 도달할 때 화학적으로 안정한다.- It is chemically stable when reaching high temperatures, especially when the collector is stagnant.

- 현지 기상 조건과 관련된 항동결적 특성을 보유해야 한다.- It should have anti-freezing properties related to local weather conditions.

- 집열기 회로에 존재하는물질의 특성에 따라 항부식적 특성을 갖는다.- It has anti-corrosive properties depending on the properties of the material present in the collector circuit.

- 열을 효율적으로 운반하기 위해 높은 비열과 열전도율을 가져야 한다.- In order to transport heat efficiently, it must have high specific heat and thermal conductivity.

- 독성이 없고 환경에 미치는 영향이 적다.- Non-toxic and low environmental impact.

- 순환 펌프의 작업을 용이하게 하기 위해 낮은 점도를 가져야 한다.- It should have a low viscosity to facilitate the operation of the circulation pump.

- 쉽게 구할 수 있고 저가여야 한다.- It should be readily available and inexpensive.

이러한 기준에 대한 타당한 절충안은 물과 글리콜(자동차 냉각제에 사용됨)의 혼합물이나, 용도에 따라 순수한 물 또는 단순히 공기로 작동하는 시스템을 어렵지 않게 찾아볼 수 있다.A reasonable compromise to this criterion is a mixture of water and glycol (used in automotive coolants), but it is not difficult to find systems that operate on pure water or simply air, depending on the application.

글레이징은 환경의 영향으로부터 집열기 내부를 보호하고 온실 효과에 의해 시스템의 효율성을 향상시킨다.Glazing protects the inside of the collector from environmental influences and improves the efficiency of the system by the greenhouse effect.

- 효과적인 글레이징이 필요한 경우, 다음과 같은 특성이 있어야 한다. - When effective glazing is required, it must have the following characteristics:

- 기울기에 관계없이 빛의 복사를 최소한으로 반사한다. - Minimally reflects light radiation regardless of its inclination.

- 빛을 최소한으로 흡수한다. - Absorbs minimal light.

- 적외선 복사를 최대로 유지하여 우수한 단열성을 갖는다. - It has excellent thermal insulation properties by maximizing infrared radiation.

- 시간이 지남에 따라, 환경의 영향(비, 우박, 일사량 등)과 큰 온도 변화를 버틴다. - Over time, withstanding environmental influences (rain, hail, insolation, etc.) and large temperature changes.

집열기에 사용되는 주요 글레이징은 철을 함유하지 않는 유리 또는 아크릴 유리를 기반으로 하고, 종종 반사 방지 코팅이 되어 있다.The main glazing used in collectors is based on iron-free or acrylic glass, often with an anti-reflective coating.

단열재는 열 손실을 제한하고, 그 특성은 전도율로; 전도율이 낮을수록, 단열성이 좋다.Insulation limits heat loss, and its properties include conductivity; The lower the conductivity, the better the heat insulation.

집열기에 사용되는 주요 물질은 암석 및 유리솜, 폴리우레탄 폼 또는 멜라민 수지이다The main materials used in the collector are rock and glass wool, polyurethane foam or melamine resin.

열 집열기에 사용되는 일부 절연체:Some insulators used in heat collectors:

물질matter 열 전도도thermal conductivity 암면rock wool 0.032 - 0.040 W/m.K0.032 - 0.040 W/m.K 유리솜glass wool 0.030 - 0.040 W/m.K0.030 - 0.040 W/m.K 불리우레탄(방수)Polyurethane (waterproof) 0.022 - 0.030 W/m.K0.022 - 0.030 W/m.K

글레이즈 된 집열기의 경우 유리와 흡수체 사이의 단열재를 공기로 대체하는 것 또한 흥미롭다. 실제로, 공기는 단열력이 뛰어나, 이중 유리창에 사용된다. 여전히 더 나은 효율성을 얻기 위해, 일부 제조업체는 아르곤 또는 제논과 같은, 다른 가스를 사용하고, 가능하다면, 진공을 사용하는 것이 더 바람직하다. 절연체로 사용되는 가스의 절연 계수는 다음과 같다.In the case of glazed collectors, it is also interesting to replace the insulation between the glass and the absorber with air. In fact, air is used for double-glazed windows because of its excellent thermal insulation properties. To still achieve better efficiencies, some manufacturers use other gases, such as argon or xenon, preferably vacuum, if possible. The insulation coefficient of the gas used as an insulator is as follows.

기체gas 283 K, 1 bar에서 열전도도Thermal Conductivity at 283 K, 1 K bar 공기air 0.0253 W/m.K0.0253 W/m.K 아르곤argon 0.01684 W/m.K0.01684 W/m.K 제논xenon 0.00540 W/m.K0.00540 W/m.K

본 발명에 따른 흡수체에 대한 설명Description of the absorber according to the present invention

본 발명에 따른 흡수체는 페이스트상에서 제조하는 동안 증착되거나 레이저 또는 플라즈마, 텅스텐 덴드라이트, 적외선 복사의 98%를 흡수하는 결정질 형태에 의해 투사된 CSi의 단일체로 이루어지고, 이는 용융점이 3,400°C 이상이다. The absorber according to the present invention consists of a monolith of CSi deposited during manufacture on a paste or projected by a laser or plasma, tungsten dendrite, a crystalline form that absorbs 98% of infrared radiation, which has a melting point of 3,400 °C or higher. .

본 특허의 목적을 위해, 용어 "덴드라이트"는 응고에 의해 수득되고 수목(arborescent) 모양을 갖는 결정질 형태를 의미하는 것으로 이해된다. 예를 들어, 눈송이는 덴드라이트적 구조를 가지고 있다. 상기 덴드라이트는 바람직하게는 산업적 잔류물 또는 먼지이거나 고온에서 솔라 루트(solar route)에 의해 생성된다.For the purposes of this patent, the term "dendrite" is understood to mean a crystalline form obtained by solidification and having an arborescent shape. For example, snowflakes have a dendrite-like structure. The dendrites are preferably industrial residues or dust or are produced by the solar route at high temperatures.

CSi 상의 텅스텐 덴드라이트의 응집은 고온 상태 하 얇은 층 또는 다른 방법으로 수행될 수 있다.The agglomeration of tungsten dendrites on CSi can be carried out in a thin layer under high temperature conditions or by other methods.

따라서 흡수체는 흑체에 가까운 특성을 갖기 위해, 특히 몰딩 중에 생성된 마이크로캐비티를 사용하여, 라이트 트랩(light trap)을 형성한다. Therefore, the absorber forms a light trap by using a microcavity created during molding, in particular, in order to have properties close to that of a black body.

본 발명에 대한 상세한 설명DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

흡수체의 주요한 특징들은 다음과 같다. The main characteristics of the absorber are as follows.

a) 최대한 많은 양의 에너지를 받고 전달한다.a) receive and transmit as much energy as possible;

b) 매우 우수한 열 전도체이다.b) It is a very good heat conductor.

c) IR(적외선)을 반사하거나 방사하지 않는다.c) Does not reflect or radiate IR (infrared rays).

d) 매우 높은 에너지 밀도를 제공한다.d) provides a very high energy density.

e) 열 충격을 견디고 화학적으로 불활성 상태를 유지한다.e) Withstand thermal shock and remain chemically inert.

f) 시간이 지남에 따라 악화되지 않는다. f) does not deteriorate over time;

g) 가능한 가장 낮은 제조 비용을 가진다.g) It has the lowest possible manufacturing cost.

h) 공업화되기 쉽다.h) prone to industrialization.

i) 상당한 기계적 성질을 가진다. i) It has significant mechanical properties.

흡수체의 제1 특징은 복사(태양/화염)을 받아 가능한한 최고의 효율로 방사선을 유체로 전달하는 능력이다.The first characteristic of an absorber is its ability to receive radiation (sun/fire) and transmit the radiation into a fluid with the highest possible efficiency.

흡수체는 완벽한 단열을 가능하게 하는 진공 챔버에 있다. 이러한 단열은 이상적으로 흑연으로 생성되고 태양 복사에 투명하고 광학 손실을 제한하는 반사 방지 코팅으로 덮인 윈도우로 덮여 있다. 진공 캐비티는 버너가 장착되어 있어 태양 플럭스가 없을 때 필요한 에너지를 공급할 수 있고 연소 잔류물을 배출하기 위한 배출구가 장착되어 있다.The absorber is in a vacuum chamber that allows for complete insulation. This insulation is ideally covered with a window made of graphite and covered with an anti-reflective coating that is transparent to solar radiation and limits optical losses. The vacuum cavity is equipped with a burner that can supply the required energy in the absence of solar flux and is equipped with an vent for evacuating combustion residues.

공지된 흡수체의 대부분은 흡수성/선택성 코팅이 있거나 없는, 스테인리스 스틸과 같은 재료를 사용한다. 이러한 재료는 흡수율이 매우 제한적이고, 적외선 복사의 상당 부분을 재확산한다. 또한 전도도는 약 20W/mK로 매우 제한적이며, 이는 흡수체의 품질에 중요한 특성으로, 열전도체로서 20배 더 우수하다고 입증된 구리 = 386 W/m.k와 같이, 다른 공지된 물질에 비해 매우 부족하다. 스테인리스 스틸은 최대 800°C까지만 사용될 수 있으므로, 고온 범위에서 유리한 열역학적 효율이 제한된다. 본 발명에서 제공된 적합한 재료 및 본 발명에서 인용될 적합한 재료 중 하나는 비교적 순수한 형태의 CSi(실리콘 카바이드; silicon carbide)이다.Most of the known absorbers use materials such as stainless steel, with or without an absorbent/selective coating. These materials have very limited absorption and re-diffuse a significant portion of infrared radiation. Also, the conductivity is very limited at about 20 W/mK, which is an important property for the quality of the absorber, which is very poor compared to other known materials, such as copper = 386 W/m.k, which has proven to be 20 times better as a heat conductor. Stainless steel can only be used up to 800°C, which limits its beneficial thermodynamic efficiency in the high temperature range. One suitable material provided herein and one suitable material to be recited herein is silicon carbide (CSi) in relatively pure form.

순수한 CSi는 최대 1200℃의 우수한 열전도체로 최대 전도도가 350W/m.k로 구리에 근접하여 탁월한 특성을 제공하고; 이는 IR(적외선) 또한 완벽하게 전도한다. 순수한 CSi는 상당한 열충격도 버티며, 순수한 CSi의 매우 높은 경도와 기계적 강도는 부품이 매우 높은 응력을 견딜 수 있게 설계할 수 있으므로, 열전도율이 우수한 얇은 부품을 생산할 수 있다. 순수한 CSi는 화학적으로 불활성 상태이고, 매우 높은 온도를 견디며 시간이 지남에 따라 열화되지 않는다.Pure CSi is an excellent conductor of heat up to 1200°C, providing excellent properties close to copper with a maximum conductivity of 350 W/m.k; It also conducts IR (infrared) perfectly. Pure CSi also withstands significant thermal shock, and the very high hardness and mechanical strength of pure CSi allows parts to be designed to withstand very high stresses, resulting in thin parts with good thermal conductivity. Pure CSi is chemically inert, withstands very high temperatures and does not degrade over time.

반대로, 순수한 CSi는 유리와 비슷하게, 태양 복사에 대개 투명하기 때문에 집광된 태양 플럭스를 흡수하지 않아 몇 가지 문제로 손상된다. In contrast, pure CSi, similar to glass, is usually transparent to solar radiation and therefore does not absorb the concentrated solar flux and is damaged by several problems.

게다가, 거의 완벽한 흡수체를 생산하는 데 필요한 복잡한 형상을 가진 부품을 생산하는 것은 매우 어렵다. 끝으로, 완벽한 흡수체의 구현은 많은 양의 에너지와 매우 높은 온도를 요구한다.Moreover, it is very difficult to produce parts with the complex shapes required to produce near-perfect absorbers. Finally, the realization of a perfect absorber requires a large amount of energy and very high temperature.

이를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 흡수체는 열원에 노출된 면이 텅스텐 덴드라이트의 얇은 층으로 덮여 있다. 텅스텐 덴드라이트는 화염으로부터 태양 복사 또는 복사를 완벽하게 포착하여 98%의 효율로 지지 기판으로 전달하는 특성을 가지고 있다. 이를 위해, 덴드라이트는 예를 들어, 플라즈마 토치 또는 기타 적절한 방법에 의해과 같은, 수단에 의해 증착되고, 특히 몰딩 과정에서 CSi가 나올 때, 점착성 페이스트 점성도는 완벽한 응집을 가능하게 한다. To solve this, the absorber according to the present invention has a surface exposed to a heat source covered with a thin layer of tungsten dendrite. Tungsten dendrites have the property of perfectly capturing solar radiation or radiation from the flame and transferring it to the supporting substrate with an efficiency of 98%. To this end, the dendrites are deposited by means such as, for example, by a plasma torch or other suitable method, and the tacky paste viscosity allows perfect cohesion, especially when the CSi is released during the molding process.

입사 플럭스를 최대한 효율적으로 흡수하기 위해서는, 입사 복사를 포착하고 포착할 수 있는 특정한 형상을 생성해야 한다. 공지된 흡수체는 일반적으로 표면이 평활하여 복사의 많은 부분을 반사한다. 본 발명은 라이트 트랩 역할을 수행하고, 흑체와 비교되는 기하학적 형태를 가지고 있다. 이를 위해, 표면은 원뿔형이고 상단이 얇고 하단이 넓은 벌집 구조로 구성된다.In order to absorb the incident flux as efficiently as possible, it is necessary to capture the incident radiation and create a specific shape capable of capturing it. Known absorbers generally have smooth surfaces and reflect a large portion of the radiation. The present invention acts as a light trap and has a geometric shape compared to a black body. To this end, the surface is conical and consists of a honeycomb structure with a thin top and a wide bottom.

따라서, 들어오는 복사는 탈출할 수 없고 덴드라이트에 의해 완벽하게 포획되어 플럭스를 CSi 기판으로 전달하기 때문에 가능할 수 있는 가장 큰 효율로 포획될 수 있다.Thus, the incoming radiation cannot escape and can be captured with the greatest possible efficiency as it is perfectly captured by the dendrites and transfers the flux to the CSi substrate.

본 발명은 두 가지 혁신적인 방법으로 인해 이러한 문제를 해결하는 것을 가능하게 한다. 하나는 고압 등방압이고, 다른 하나는 3D 프린터에 의한 적층 제조이다. 본 발명자가 개발한 고압 등방압은 CSi 페이스트를 플라스틱 또는 금속 사출과 거의 유사한 두 개 이상의 부품으로 형성된 몰드로 보내는 것을 가능하게 하며, 하나는 상부용이고 두번째는 하부용이며, 세번째는 스크류/언스크류 기능 또는 두 개의 독립적인 몰딩 하프 쉘(half-shell)이 필요할 수 있는 중앙 나선형 원뿔일 수 있다. 따라서 이러한 유형의 생산을 가능하게 하는 부품의 기하학적 구조인 밀리미터 정도일 수 있는 매우 얇은 두께를 가진 복잡한 형상의 부품을 얻는 것이 가능한다. 씰링 디스크는 모놀리식 부품을 얻기 위해 바로 추가될 수 있다. The present invention makes it possible to solve this problem due to two innovative methods. One is high pressure isostatic pressure, and the other is additive manufacturing by 3D printer. The high pressure isostatic pressure developed by the present inventor makes it possible to send the CSi paste into a mold formed of two or more parts, almost similar to plastic or metal injection, one for the upper part, the second for the lower part, and the third for the screw/unscrew It may be a central helical cone that may require a function or two independent molded half-shells. It is therefore possible to obtain parts with complex shapes with very thin thicknesses that can be on the order of millimeters, which is the geometry of the part that makes this type of production possible. The sealing disc can be added directly to obtain a monolithic part.

본 발명자가 성공적으로 테스트한 두 번째 방법은 적층 인쇄 또는 3D 인쇄이다. 노즐 또는 노즐의 세트는 CSi 페이스트를 플레이트에 도포하여 점진적으로 형상을 가진 부품을 형성하는데, 상기 부품의 복잡성들은 거의 무한하거나 다른 방법으로는 달성할 수 없는 모양을 얻는 것이다.A second method we have successfully tested is additive printing or 3D printing. A nozzle or set of nozzles applies CSi paste to a plate to progressively form a shaped part, the complexities of which are nearly infinite or achieve a shape that would otherwise not be achievable.

벌집 모양의 표면은 이상적으로는 빛을 유리하게 흡수하고 덴드라이트의 용이한 부착을 허용하는 마이크로캐비티를 갖는 거친 표면으로 구성된다. 마찬가지로, 하부의 핀은 미세 난류를 생성하는 마이크로캐비티를 가질 수 있고, 이는 한편으로는 열교환 계수를 증가시키고 다른 한편으로는 전체 효율을 증가시키는 표면의 마찰을 감소하는 데 기여한다.The honeycomb-shaped surface ideally consists of a roughened surface with microcavities that favorably absorb light and allow easy attachment of dendrites. Likewise, the lower fins can have microcavities that create micro-turbulence, which on the one hand contributes to reducing the friction of the surface which increases the heat exchange coefficient and on the other hand increases the overall efficiency.

다양한 적절한 처리 이후, 부품은 종래에는 가스 또는 전기가 공급되는 고온의 용광로에서 소결되나, 생산 비용을 크게 절감하기 위해 고집광된 솔라 루트(solar route)를 통해 소결되는 것이 이상적이다. 태양광원의 부재는 이상적으로 HHO 혼합물의 연소에 의해 보상되며, 이러한 연소는 2800°C의 매우 고품질의 화염을 생성하며, 연소의 잔류물은 무기한으로 재활용될 수 있는 수증기뿐이다. "태양 연료"라고도 하는 HHO 혼합물은 이상적으로는 솔라 루트(solar route)를 통해 생산할 수 있고 그에 따라 에너지 비용을 낮출 수 있다. 이러한 태양열 방법의 또 다른 장점은 제어된 어닐링이 장력을 해제하는 것으로 간주될 수 있는 것으로, 이는 매우 저렴하다. After various suitable treatments, the parts are conventionally sintered in a high-temperature furnace supplied with gas or electricity, but ideally via a highly concentrated solar route to significantly reduce production costs. The absence of a solar light source is ideally compensated for by the combustion of the HHO mixture, which produces a very high quality flame at 2800 °C, the only residue of combustion being water vapor which can be recycled indefinitely. HHO mixtures, also referred to as “solar fuels,” can ideally be produced via the solar route, thereby lowering energy costs. Another advantage of this solar method is that controlled annealing can be considered to release tension, which is very inexpensive.

따라서 탄소 지수가 0에 가깝거나 같으면서도 매우 빠른 속도와 매우 낮은 제조 비용으로 복잡한 형상의 부품을 산업적으로 생산하는 것을 예상할 수 있다.Therefore, it can be expected to industrially produce parts with complex shapes at a very high speed and very low manufacturing cost while having a carbon index close to or equal to zero.

흡수기는 모놀리식이나, 설명의 편의를 위해, 여기서는 세 부분으로 나누어 설명한다. 제1 부분은 열 흐름을 수용하는 상부고, 제2부분은 두 개의 주요 부분을 지지하고 압력을 받는 구조에서 견고함을 보장하면서 어셈블리를 수행할 수 있도록 하는 인터페이스이다. 제3 부분은 유체 내에서 열 에너지를 전달하는, 하부이다. 어셈블리는 에너지의 포집과 전달을 최적화하기 위해 모양이 오목할 뿐 아니라 에너지 흐름과 표면에 가해지는 기계적 힘을 균일하게 만듦으로써 최고의 기계적 강도를 보장한다.The absorber is monolithic, but for convenience of explanation, it is divided into three parts here. The first part is the upper part that receives the heat flow, and the second part is the interface that supports the two main parts and allows the assembly to be performed while ensuring rigidity in the structure under pressure. The third part is the bottom, which transfers thermal energy within the fluid. The assembly is not only concave in shape to optimize the capture and transmission of energy, but also ensures the highest mechanical strength by equalizing the energy flow and mechanical forces applied to the surface.

상술한, 상부는 온도 구배를 균일하게 하기 위해 반대쪽을 향해 벌린 원뿔형 벌집형 구조이며(도 4), 그 표면은 텅스텐 덴드라이트의 얇은 층으로 덮여 있다. 이 원뿔은 는 태양 플럭스나 불꽃이 항상 중심에서 더 크다는 사실 때문에 중심에서 더 높고 넓으므로, 더 높은 밀도의 물질을 필요로 하는 물질의 것은 전도에 의해 주변 요소로 전달된다.As described above, the upper part has a conical honeycomb structure that is open to the opposite side to make the temperature gradient uniform (FIG. 4), and the surface thereof is covered with a thin layer of tungsten dendrite. This cone is higher and wider at the center due to the fact that the solar flux or flame is always greater at the center, so that of the material requiring a higher density is transferred to the surrounding elements by conduction.

CSi의 우수한 특성 및 본 발명에 따른 구현 방법으로 인해 상부에 밀리미터 정도의 두께를 갖는 대류 핀(벌집)을 제조하는 것이 가능하다. 직사광선이나 화염(따라서 상단)을 받는 "리딩 에지"(전문 용어)는 굉장히 깨지기 쉬운 날카로운 모서리를 피하고 벗겨질 수 있도록 둥글게 처리되었다.Due to the excellent properties of CSi and the implementation method according to the present invention, it is possible to manufacture a convection fin (honeycomb) having a thickness of the order of millimeters on the top. A "leading edge" (the jargon) that is exposed to direct sunlight or flames (hence the top) is rounded to avoid peeling and sharp edges that are very fragile.

벌집 구조의 또 다른 장점은 열적 및 기계적 응력을 완벽하게 분산한다는 것이다. 벌집의 높이는 주변보다 중앙에서 더 높기 때문에 열 및 기계적 응력이 전체 표면에 균일하게 분포되어 구조물은 중앙에서 훨씬 더 큰 압력을 받을 수 있으므로, 예를 들어 표면이 평활하고, 구형이고, 일정한 두께를 갖는 스테인리스강처럼, 공지된 흡수체와는 달리, 극도의 에너지 및 기계적 밀도를 견딜 수 있게 한다. Another advantage of the honeycomb structure is that it perfectly dissipates thermal and mechanical stresses. Because the height of the honeycomb is higher at the center than at the periphery, the thermal and mechanical stresses are uniformly distributed over the entire surface, so that the structure can be subjected to much greater pressure at the center, for example, having a smooth, spherical surface and a constant thickness. Like stainless steel, unlike known absorbers, it is able to withstand extreme energy and mechanical densities.

벌집 구조의 연속성에는 상부와 하부, 두 개의 교환 부품을 수용하는 "인터페이스"(하부 및 상부를 분리하는 씰링된 오목형 디스크)가 있다. 이러한 인터페이스는 반대되는 두 부품 사이의 씰의 연속성과 전체 표면에 균일하게 분포된 적절한 에너지 전달을 보장한다. 그 모양은 바람직하게는 구형이고 오목한 부분이 상부(흐름을 받는 부분)를 향하고 있어 흡수체가 가능한 가장 얇은 두께로 매우 높은 압력을 견딜 수 있게 해 열 효율에 기여한다. 이 작은 두께는 또한 큰 두께에서 기계적 응력 또는 알려진 분자 결함을 제한할 수 있을 뿐만 아니라 흡수체의 내구성과 신뢰성을 보장하는 데 필수적인 소결의 품질을 제한할 수 있다.In the continuity of the honeycomb structure there is an "interface" (a sealed concave disk separating the lower and upper parts) that accommodates the upper and lower, two interchangeable parts. This interface ensures the continuity of the seal between the two opposing parts and an adequate energy transfer evenly distributed over the entire surface. Its shape is preferably spherical and the concave part faces upward (the part receiving the flow), which allows the absorber to withstand very high pressures with the thinnest possible thickness, which contributes to thermal efficiency. This small thickness can also limit the mechanical stress or known molecular defects at large thicknesses, as well as limit the quality of sintering, which is essential to ensure the durability and reliability of the absorber.

흡수체가 열상 장비의 다양한 구성 요소 사이에 단단히 장착되도록 하기 위해, 외부 주변은 외부 장치와 조립되는, 플랜지와 유사한 주변 베어링 표면으로 구성된다. 이것은 가해질 응력에 적합한 두께이며 흡수체가 위치한 약간 더 큰 부분의 실린더에 맞도록 설계되어 단단한 조립을 보장한다.To ensure that the absorber is securely mounted between the various components of the thermal imaging device, the outer perimeter consists of a flange-like perimeter bearing surface that is assembled with an external device. It is thick enough for the stress to be applied and is designed to fit the slightly larger section of the cylinder where the absorber is located to ensure a rigid assembly.

이를 위해, 매우 높은 압력이 가해진 상황에서, 이상적인 플랜지 내에서 정의된 제한된 표면에 압력을 가하기 위해 중심 주변에서 생산되는, 씰과 동일한 링을 구상할 수 있다.To this end, one can envision a ring equivalent to a seal, produced around the center to apply pressure to a defined limited surface within an ideal flange, under very high pressure.

플랜지 내부로 정의된 제한된 표면에 압력을 가하기 위해 중앙 주변에 생성된 씰과 이 돌출된 링은 표준 씰을 수용하는 홈으로 대체되거나 특히 금속 타입의, 특정 플랫 씰을 위한 평평한 표면으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 흑연으로 만들어진, 절연 씰은 고온을 견디는 이상적인 방법으로 간주될 수 있다. 이 유형의 개스킷(gasket)의 다른 장점은 열교를 구성하여 외부 지지대로 열이 전달되는 것을 방지한다는 것이다.A seal created around the center to apply pressure to a limited surface defined inside the flange and this protruding ring can be replaced with a groove to accept a standard seal or a flat surface for a specific flat seal, especially of the metal type. . An insulating seal made of graphite, for example, can be considered an ideal way to withstand high temperatures. Another advantage of this type of gasket is that it forms a thermal bridge and prevents heat transfer to the external support.

이 경우, 흡수기는 도 8과 같이, 외부 수용 실린더에 직접 장착되고, 특히 흡수체를 수용하는 캐비티의 윈도우가 이상적으로 진공 상태임을 고려할 때 튜브리스 타이어와 같이 빠르고 쉽게 장착할 수 있도록 충분한 가스 압력이 가해진다. 이것은 씰링된 표면에서 흡수기의 자체 조정 및 변위를 허용함으로써 장치의 다양한 구성 요소의 팽창 차이로 기계적 응력이 생성되는 것을 방지한다. In this case, the absorber is mounted directly on the external accommodating cylinder, as shown in FIG. 8, and in particular, given that the window of the cavity accommodating the absorber is ideally in a vacuum state, sufficient gas pressure is applied so that it can be mounted quickly and easily like a tubeless tire. all. This allows for self-adjustment and displacement of the absorber on the sealed surface, thereby avoiding the creation of mechanical stresses due to differences in expansion of the various components of the device.

"플랜지"의 하부는 추가 구성 요소와 장치의 장착을 허용하며, 이러한 의미에서 나사 또는 적절한 조립 시스템, 특히 빠르고 경제적인 조립을 허용하는 1/4 회전 유형 조립과 같은 기계적 결합을 허용하는 요를 가진다. 상기 나사 또는 조립 장치는 씰링 장치/씰에 가해지는 압력의 완벽한 유지를 허용하면서 내구성 있고 안전한 기계적 조립을 허용하기 양쪽에 배치될 수 있다.The lower part of the "flange" allows for the mounting of additional components and devices, in this sense has a yaw that allows for mechanical coupling such as screws or suitable assembly systems, especially quarter turn type assembly which allows quick and economical assembly . The screw or assembly device may be positioned on either side to allow for a durable and secure mechanical assembly while allowing perfect maintenance of the pressure applied to the sealing device/seal.

도 2 및 도 3의 하단은 로제트를 형성하는 미세한 핀으로 구성되어 열에너지가 열전달 유체 또는 작동 유체/유체에 전달되어 가열될 수 있도록 한다. 핀은 특히 고압을 견디고 힘을 균일하게 분배하는 단일체를 얻기 위해 전체 높이에 걸쳐 "플랜지" 부분에 내포된다.The lower end of FIGS. 2 and 3 is composed of fine fins forming a rosette so that thermal energy can be transferred to the heat transfer fluid or working fluid/fluid to be heated. The pin is embedded in the "flange" part over its entire height to obtain a monolith that, in particular, withstands high pressure and distributes the force evenly.

집광된 태양 플럭스는 즉, 중심에 최대 강도인 가우스 곡선과 유사한다. 결과적으로, 유체는 씰링 플랜지의 열 손실을 피하기 위해 이상적으로 주변에서 중앙으로 이동한다. The focused solar flux resembles a Gaussian curve, i.e. the maximum intensity at the center. As a result, the fluid ideally moves from the periphery to the center to avoid heat loss in the sealing flange.

이를 위해, 유체가 통과할 수 있도록 핀 입구의 주변 전체에 "포트"(통로)가 만들어진다.To this end, “ports” (passages) are created all around the perimeter of the pin inlet to allow fluid to pass through.

이 포트는 핀에 부착된 씰링 디스크에 의해 부과되고 변위 또는 진동을 방지하기 위해 마운팅 러그(mounting lugs)와 같은 방법으로 잠긴다.This port is imposed by a sealing disk attached to the pin and locked in the same way with mounting lugs to prevent displacement or vibration.

그 어셈블리는 또한 제조 방법에 따라 유리하게 모놀리식 형태일 수 있고, 후자는 기계적 고정/유지 장치의 추가를 피한다.The assembly may also advantageously be in monolithic form, depending on the method of manufacture, the latter avoiding the addition of mechanical fastening/retaining devices.

원의 일부가 다른 내부에 중첩된 이러한 배열(로제트)은 특정 수의 난류를 생성을 가능하게 하고, 유체를 매우 정확한 방향으로 안내하는 것을 가능하게 한다. 또한, 구심력은 핀 표면의 유체의 상호작용을 증가시켜 열교환 계수를 향상시킨다. 이 독특한 배열은 또한 교환 표면을 증가시키고 흡수체의 열 효율을 높일 수 있다. 핀 사이의 공간은 표면에 구현된 에너지 밀도와의 완벽한 상관 관계를 위해 중심보다 주변부에서 더 크다.This arrangement (rosette), in which parts of the circle are superimposed inside another, makes it possible to create a certain number of turbulences and to guide the fluid in a very precise direction. In addition, the centripetal force increases the interaction of the fluid on the fin surface to improve the heat exchange coefficient. This unique arrangement can also increase the exchange surface and increase the thermal efficiency of the absorber. The spacing between the fins is larger at the periphery than at the center for a perfect correlation with the energy density embodied in the surface.

게다가, 핀은 주변보다 중심에서 더 높아, 한편으로는 열 교환이 최적화되도록 하고, 가장 큰 에너지 밀도는 중심에 있게 하고, 다른 한편으로는 특히 열역학적 장치, 예를 들어 스털링 유형에 필요한 매우 높은 압력을 받을 때 어셈블리의 기계적 강도에 기여한다. 이를 통해, 매우 높은 압력에 대한 극도의 기계적 저항을 보장하면서 매우 얇은 인터페이스를 가질 수 있다.Moreover, the fins are higher at the center than at the periphery, on the one hand allowing heat exchange to be optimized, allowing the greatest energy density to be at the center and, on the other hand, in particular the very high pressures required for thermodynamic devices, e.g. Stirling types. Contributes to the mechanical strength of the assembly when receiving. This makes it possible to have very thin interfaces while ensuring extremely mechanical resistance to very high pressures.

핀의 특정 형상으로 인해 하부 구조의 중앙에 빠른 와류가 형성되며, 이는 수직 방향 또는 배관을 향한, 또는 특정 열역학적 장치의 경우 피스톤 쪽으로 초기 흐름의 방향을 취하는 절두원뿔형 단면에 의해 흡수기 외부로 재유도된다. 상기 절두원뿔형 부분은 한편으로는 새로운 수직 축으로 흐름을 유도하고, 다른 한편으로는 벤츄리(Venturi) 효과에 의해 증가된 유속으로 인해 입사 열복사에 가장 많이 노출된 중앙 영역의 과열을 방지할 수 있게 하는 나선형 핀을 포함한다. 원뿔의 중심은 비교적 두꺼운 반면, 끝은 더 얇다. 절두원뿔형 부분의 하부 베이스는 전체 효율을 저해하는 과도한 난기류 및 압력 강하를 피하기 위해 유리하게 휘어져 있다. 이 나선형 모양은 바람직하게는 유체의 한 방향에서, 누출 또는 안내 결함과 관련된 손실을 피하기 위해 씰링 디스크에 접근한다.Due to the specific shape of the fins, a rapid vortex is formed in the center of the substructure, which is redirected out of the absorber by a frusto-conical cross-section taking the direction of the initial flow in a vertical direction or towards the tubing, or, in the case of certain thermodynamic devices, towards the piston. . The frusto-conical section, on the one hand, directs the flow in a new vertical axis and on the other hand makes it possible to prevent overheating of the central region most exposed to incident thermal radiation due to the increased flow rate by the Venturi effect. Includes spiral pins. The center of the cone is relatively thick, while the tip is thinner. The lower base of the frustoconical section is advantageously curved to avoid excessive turbulence and pressure drop which impedes overall efficiency. This helical shape preferably approaches the sealing disk in one direction of the fluid, to avoid losses associated with leaks or guiding defects.

하부의 밀성을 보장하기 위해, 씰링 디스크를 사용하여 하부를 닫을 수 있어 유체를 완벽하게 가열하도록 유도할 수 있다. 이 디스크는 피스톤에 보내거나, 배관에 있는 실린더 부분뿐만 아니라, 핀의 직경보다 경미하게 작은 외부 지름에 의해 연결 가능한 중앙의 개구부를 포함하여, 주변으로부터 유체의 통행을 가능하게 한다.To ensure the tightness of the bottom, a sealing disc can be used to close the bottom, leading to perfect heating of the fluid. This disk contains a central opening connectable by an outer diameter slightly smaller than the diameter of the pin as well as a cylinder portion in the tubing, either to the piston or to the tubing, to allow passage of fluid from the periphery.

흡수체의 본체가 있는 부착 장치는 씰링 디스크에서 생산되며, 후자는 러그, 노치 또는 기타 조립 방법과 같은 여러 가지 방법 또는 적층 인쇄의 경우 모놀리식 어셈블리를 구성함으로써 수행된다. 또 다른 유리한 방법은 흡수체의 몸체가 몰딩에서 나오는 즉시 디스크를 조립하고 접착한 다음 쉽게 이루어지며, 심지어 생산 중에도 적층 인쇄를 통해 조립할 수 있다는 것이다. The attachment device with the body of the absorber is produced from a sealing disc, the latter being accomplished by constructing a monolithic assembly in the case of lamination printing or several methods such as lugs, notches or other assembly methods. Another advantageous method is that as soon as the body of the absorber comes out of the molding, the discs are assembled and glued and then easily assembled, even during production, by lamination printing.

일반적으로, 유체의 움직임을 방해하는 모든 예리한 각도는 난류 및 기타 유해한운 압력 강하를 방지하기 위해 반올림된다.In general, all sharp angles that impede the movement of fluids are rounded off to prevent turbulence and other harmful cloud pressure drops.

또한 하부는 FPSE 프로세스(free piston Stirling engine; 자유 피스톤 방식 스털링 엔진, 이는 초당 수십 사이클의 주파수를 가질 수 있음)의 경우처럼, 외부 및 복귀 방향에서 유체의 머리 손실 없이 빠르게 왕복할 수 있도록 설계되었다. The lower part is also designed to reciprocate quickly without loss of head of fluid in the external and return directions, as is the case with the FPSE process (free piston Stirling engine, which can have a frequency of several tens of cycles per second).

Claims (12)

진공 상태 하 고립형 캐비티, 예를 들어 흑연 캐비티에 의해 형성되고, 투명한 입구 윈도우와 함께 실리콘 카바이드의 단일체에 의해 형성된 흡수체가 배치되고, 상기 흡수체의 흡수의 표면은 텅스텐 덴드라이트로 코팅되는 것을 특징으로 하는, 집광된 태양열 발전소용 집열기.
An absorber formed by a monolith of silicon carbide with a transparent inlet window and formed by an isolated cavity under vacuum, for example a graphite cavity, is disposed, the surface of the absorber of the absorber being coated with tungsten dendrite A collector for a condensed solar power plant.
제1항에 있어서, 벌집 구조를 갖고, 상기 벌집 구조의 셀들은, 중앙에서 더 큰 높이의 원뿔형/나팔형으로 마이크로캐비티를 제공하는 것을 특징으로 하는, 집광된 태양열 발전소용 태양 복사 흡수체.
The solar radiation absorber of claim 1 having a honeycomb structure, wherein the cells of the honeycomb structure provide microcavities in the form of cones/trumpets of greater height in the center.
제1항에 있어서, 벌집 구조와 핀 및 열역학적 장치 상의 파이프의 나사 연결을 갖는 지지대 및 어셈블리 역할을 수행하는 인터페이스를 지지하는 씰링된 구형의 상부 및 하부를 갖는 것을 특징으로 하는, 집광된 태양열 발전소용 태양 복사 흡수체.
2. For a concentrating solar power plant according to claim 1, characterized in that it has a sealed spherical top and bottom supporting an interface serving as an assembly and a support with a honeycomb structure and fins and threaded connections of pipes on the thermodynamic device. Solar radiation absorber.
제1항에 있어서, 유체와의 열교환을 위한 로제트 형태의 핀을 갖고, 중앙에 높이가 더 높은 마이크로캐비티를 갖는 것을 특징으로 하는, 집광된 태양열 발전소용 태양 복사 흡수체.
The solar radiation absorber for a concentrated solar power plant according to claim 1, characterized in that it has rosette-shaped fins for heat exchange with a fluid and has a higher microcavity in the center.
제1항에 있어서, 씰링 디스크 및 유체 통로 포트를 갖는 것을 특징으로 하는, 집광된 태양열 발전소용 태양 복사 흡수체.
The solar radiation absorber of claim 1 having a sealing disk and a fluid passage port.
제1항에 있어서, 90° 리턴 및 나팔형과 원뿔형 모양을 갖는 중앙 나선형 절두 단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 집광된 태양열 발전소용 집열기.
The collector of claim 1 , characterized in that it has a central spiral truncated cross-section with a 90° return and flare and conical shape.
제1항에 있어서, 상기 캐비티 내부에 배치되고, 화염을 상기 흡수체 방향으로 향하게 하는 버너를 포함하는 것을 특징으로 하는, 집광된 태양열 발전소용 집열기.
The collector of claim 1 , comprising a burner disposed inside the cavity and directing a flame in the direction of the absorber.
제1항에 있어서, 마이크로캐비티가 있는 교환 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 집광된 태양열 발전소용 집열기.
The collector of claim 1 comprising an exchange surface with microcavities.
제1항에 있어서, 배관(고온 유체 배출구) 또는 열상 기계의 유입구에 열적 및 기계적으로 결합되고, 상기 집열기는 실리콘 카바이드의 단일체로 형성된 흡수체가 배치된 투명한 입구 윈도우가 있는, 흑연 캐비티에 의해 형성되고, 상기 집열기의 흡수의 표면은 텅스텐 덴드라이트로 코팅된 것을 특징으로 하는, 집광형 태양열 발전소용 집열기로 구성된 시스템.
2. A graphite cavity according to claim 1, wherein the collector is thermally and mechanically coupled to a tubing (hot fluid outlet) or an inlet of a thermal imaging machine, the collector having a transparent inlet window disposed with an absorber formed in a monolith of silicon carbide and , A system consisting of a collector for a concentrating solar power plant, characterized in that the surface of the absorber of the collector is coated with tungsten dendrite.
제1항 내지 제9항에 있어서, 실리콘 카바이드로 만들어진 상부가 있는 팽창 기계를 특징으로 하는, 집광형 태양열 발전소용 집열기로 구성된 시스템.
10 . The system according to claim 1 , characterized by an expansion machine with a top made of silicon carbide.
제1항에 있어서, 실리콘 카바이드로 만들어진 단일체 부분의 표면에 텅스텐 덴드라이트를 코팅하는 플라스마 스프레이 단계를 포함하는, 흡수체를 제조하는 방법.
The method of claim 1, comprising a plasma spraying step of coating a surface of the monolithic part made of silicon carbide with tungsten dendrite.
제1항 내지 제10항에 있어서, 실리콘 카바이드 단일체의 표면에 텅스텐 덴드라이트의 페이스트상(pasty phase)에서 생산되는 동안 분말화에 의한 침착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 흡수체를 제조하는 방법.11. Method according to claim 1, characterized in that it comprises the step of depositing by pulverization during production in the pasty phase of tungsten dendrite on the surface of the silicon carbide monolith. .
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