KR20230084856A - 태양열 증기터빈 발전시스템 - Google Patents

태양열 증기터빈 발전시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 태양열 증기터빈 발전시스템을 제공한다. 볼프강 쉐플러 조리기의 역할을 하는 자동 태양추적 자동 초점 태양집광집열기와 프레넬 렌즈로 빛을 모아서 히팅 파이프를 가열함으로써 증기를 발생시켜 증기발전을 하고, 여기에 더하여, 펠티어 소자와 방열판을 이용한 냉각으로 온도 차이를 발생시켜 발전을 하는 것으로, 태양 자동추적 자동 초점 태양열기기를 포함하는 태양집광집열기, 프레넬 렌즈, 펠티어 소자, 풍력발전기 및 방열판이 서로 시너지를 내도록 하여, 기존의 태양광 발전보다 효율적인 에너지 발전을 할 수 있도록 함과 동시에 초소형부터 대형까지 폭 넓은 제작이 가능하여, 원자력 및 화력 발전을 대체하거나 일반 가정에서도 넓은 면적을 차지하지 않으면서 효율적인 발전을 할 수 있도록 하는 태양열 증기터빈 발전시스템에 관한 것이다.

Description

태양열 증기터빈 발전시스템{Solar Steam Turbine Power Generation System}
본 발명은 태양열 증기터빈 발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소형으로는 가정용 발전, 대형으로는 원자력발전과 화력발전 대신에 고온의 온도를 발생시키는 프레넬 렌즈와 고온의 열을 발생시키는 동시에 자동으로 태양을 추적하고, 태양의 빛과 열 초점의 설정이 가능한 볼프강 쉐플러의 태양열 조리기 등의 자동 초점 태양집광집열기를 이용하여 증기터빈 발전을 가동시키는 동시에 펠티어 소자와 풍력발전기를 더하여 시너지 효과를 통해 가정 발전용, 공장 발전용, 지역 발전용은 물론 나아가 원자력과 화력발전의 대체가 가능하도록 효과적인 에너지 발전을 하는 태양열 증기터빈 발전시스템에 관한 것이다.
화석에너지의 고갈 및 지구 기후변화 등으로 인해 화석에너지를 대체할 새로운 에너지원을 개발 중에 있으며, 대체에너지 중에서도 무공해이면서 무한한 이용이 가능한 태양에너지, 풍력, 수력 등의 신재생 에너지가 각광받고 있다.
특히, 태양에너지를 이용한 태양광 및 태양열 발전은 화력이나 원자력 같은 발전설비와 다르게 연료비가 소요되지 않고, 소음 및 공해가 발생하지 않는다는 장점이 있어 널리 사용되고 있다.
이와 같이, 현재 국토의 상당 부분을 훼손시키면서까지 태양광발전 패널이 전국 곳곳에 설치되고 있지만 태양광발전 패널이 생산하는 전력은 원자력과 화력발전에 비하면 매우 미미한 수준이다.
반면에, 발전효율이 높은 원자력이나 화력발전은 폭발 및 환경 오염 등의 심각한 문제를 가지고 있으나, 현재까지는 대용량 발전 시스템인 원자력과 화력발전을 대체 할 만한 친환경적인 대용량의 발전시스템은 없는 실정이다.
이에 더하여, 정부에서는 원자력발전소와 화력발전소의 설립을 억제하고 있는 상황으로, 온실가스 배출량을 2030년까지 2018년(2,605만 톤) 대비 40% 감축하겠다 라는 계획을 사실상 확정하였는데 앞으로 8년 안에 친환경적인 에너지원으로서 증기 터빈을 돌려 대량의 전기를 생산하지 못하면 전력부족 현상을 겪을 수 있다는 문제점이 있다.
등록특허 제10-2041424호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 고온의 온도를 발생시키는 프레넬 렌즈와 자동으로 태양을 추적하고 빛과 열의 초점을 설정 가능한 한 개 또는 복수개의 볼프강 쉐플러의 태양열 조리기 등의 자동 초점 태양집광집열기를 소형 또는 대형화하여, 히팅 파이프 또는 온수 파이프를 가열하고 증기로서 증기터빈을 가동시키는 동시에 펠티어 소자와 풍력발전기를 더하여 방열판과 함께 시너지 효과를 내도록 하여, 주택, 아파트, 공장 등은 물론 원자력과 화력발전의 대체가 가능하도록 우수한 에너지 효율을 가지는 태양열 증기터빈 발전시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 효과적인 에너지 발전을 가능하게 하는 태양열 증기터빈 발전시스템에 있어서, 상기 태양열 증기터빈 발전시스템은, 원형, 타원형, 다각형, +(열십자), X자, *구조(+자 및 x자 혼합구조) 중 적어도 하나의 모양이거나 각각이 서로 혼합된 모양으로 수직, 수평, 수직 및 수평 혼합 형태 중 적어도 하나의 형태를 가지는 기둥을 형성하는 골조인 프레임부; 상기 프레임부 내부에 설정된 순서 또는 순서를 달리하여 한 개 또는 복수개의 모듈이 수직, 수평, 수직과 수평 혼합 구조 중 적어도 하나의 구조로 나열되어 발전을 하는 모듈부; 바람에 의해 전기를 생산하는 풍력발전부; 상기 모듈부로부터 설정된 간격으로 이격되어 선택된 상기 모듈에 빛과 열을 모아주는 역할을 하는 한 개 또는 복수개의 프레넬 렌즈; 및 상기 모듈부로부터 설정된 간격으로 이격되어 선택된 상기 모듈에 빛과 열을 모아주며 자동으로 태양을 추적하여 태양의 빛과 열의 초점을 설정할 수 있는 한 개 또는 복수개의 자동 초점 태양열기기, 태양열 조리기 중 적어도 하나를 포함하여 빛과 열을 모으는 태양집광집열기;를 포함할 수 있다.
이때 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 프레넬 렌즈 및 상기 태양집광집열기는, 한 개 또는 복수개의 상기 프레넬 렌즈 및 한 개 또는 복수개의 상기 태양집광집열기가 서로 혼합하여 형성되거나 한 개 또는 복수개의 상기 프레넬 렌즈 및 한 개 또는 복수개의 상기 태양집광집열기가 단독으로 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 모듈부는, 온수 파이프, 급수 파이프, 히팅 파이프 중 적어도 하나 또는 모두를 포함하여, 물, 증기, 액체 중 적어도 하나의 이송 통로 역할을 하는 한 개 또는 복수개의 파이프; 상기 히팅 파이프로부터 발생된 증기와 고온의 물을 이용하여 터빈을 구동시켜 전기를 발생시키는 증기터빈발전기; 열을 낮추는 역할을 하는 방열판; 상기 증기터빈발전기 또는 상기 히팅 파이프로부터 발생한 고온과 상기 방열판의 냉각으로 인한 온도 차이로 발전을 하는 펠티어 소자; 상기 증기터빈발전기, 상기 펠티어 소자 및 상기 풍력발전부 중 적어도 하나 또는 모두로부터 생산된 전기를 직류에서 교류로 전환하는 인버터; 물을 담는 수조; 및 상기 증기터빈발전기, 상기 펠티어 소자, 상기 풍력발전부로부터 생산된 전기를 상기 인버터로 전송하는 전력케이블;을 포함하되, 물의 이동을 돕는 펌프;를 더 포함하여 각 모듈이 설정된 순서 또는 임의의 순서에 따라 선택적으로 조합이 가능한 것을 특징으로 하고, 상기 히팅 파이프는, 상기 프레넬 렌즈 및 상기 태양집광집열기에서 전달 받은 빛과 열을 이용하여 파이프 내부에서 물을 포함하는 액체를 가열하여 증기를 발생시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 급수 파이프는, 상기 수조의 물을 상기 히팅 파이프로 이동시키고, 상기 온수 파이프는, 상기 히팅 파이프의 고온 온수 및 증기를 고온의 상기 수조로 이동시키고, 상기 히팅 파이프는, 프레넬 렌즈와 태양집광집열기로부터 전달 받은 열로 상기 히팅 파이프 내부의 물 또는 액체를 가열하여 고온수를 만들고 증기를 발생시켜서, 상기 고온수가 상기 온수 파이프로부터 고온의 상기 수조로 이동되어 생성된 고온의 증기를 상기 증기터빈발전기로 이동시켜 증기 발전을 할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 태양열 증기터빈 발전시스템은, 상기 모듈부에 있어서, 상기 풍력발전부를 제외한 상기의 모듈 및 한 개 또는 복수개의 상기 프레넬 렌즈와 한 개 또는 복수개의 상기 태양집광집열기가 단층 또는 다층 구조로 설치될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 증기터빈발전기, 상기 방열판, 상기 펠티어 소자, 상기 인버터, 상기 수조, 상기 파이프, 상기 전력케이블은, 한 개 또는 복수개로 형성될 수 있고 설정된 순서 또는 임의의 순서로 수직, 수평, 수직 및 수평 혼합 구조 중 적어도 하나의 구조로 나열될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수조는, 데워 지기 전의 물을 담는 수조와 데워진 후 고온의 물을 담는 수조 중 적어도 하나일 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 태양집광집열기는, 볼프강 쉐플러 조리기의 역할과 같이 자동으로 태양을 추적하여 태양의 열과 빛의 초점을 자동으로 모아주는 기기로 구성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 히팅 파이프는, 히트파이프, 금속파이프, 합성수지 파이프, 플라스틱 파이프 중 적어도 하나로 제작되거나, 히트파이프, 금속파이프, 합성수지 파이프, 플라스틱 파이프가 복합적으로 조합되어 구성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 풍력발전부는, 바람에 의해 회전하는 풍력날개; 및 상기 풍력날개가 움직임으로써 전기를 생산하는 풍력발전기;를 더 포함하되, 상기 풍력날개 및 상기 풍력발전기는, 수직, 수평, 수직 및 수평의 혼합 구조로 한 개 또는 복수개로 설치가 되어서 바람에 의하여 회전하고, 회전에 의하여 발전할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 방열판 또는 상기 펠티어 소자는, 그 일부분을 땅속에 묻거나 물속으로 잠기도록 하여, 대기 중의 온도와 땅속 또는 물 밖의 온도 차이에 의하여 일정한 전력을 생산할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 태양열 증기터빈 발전시스템은, 태양집광집열기를 대형화하고 사용 대수를 최대한 늘려서 설치함과 동시에 펠티어 소자와 풍력발전기 및 방열판이 서로 시너지를 내도록 하여, 기존의 태양광 발전보다 효율적인 에너지 발전을 할 수 있도록 하며, 햇빛이 없는 날에도 풍력과 온도차에 의하여 발전이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 초소형부터 대형까지 폭 넓게 제작이 가능하여, 대형화 시킬 경우에 원자력발전소 또는 화력발전소처럼 대형 증기터빈을 가동시킬 수 있으므로 원자력 또는 화력발전을 대체할 수 있는 효과가 있고, 초소형으로 제작할 경우에 에어컨 실외기와 같이 베란다에서도 사용이 가능할 뿐만 아니라 증기터빈, 펠티어 소자 및 풍력발전이 동시에 이루어지므로 발전효율이 우수하고 전력량 증대효과를 볼 수 있어, 넓은 면적을 차지하지만 발전량은 적은 기존의 태양광이 가지는 단점을 보완할 수 있다는 장점이 존재한다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 증기터빈 발전시스템을 나타낸 이미지이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레넬 렌즈 및 태양집광집열기의 설치 예시를 나타낸 이미지이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레넬 렌즈와 태양집광집열기를 서로 분리하여 놓은 예시를 나타낸 이미지이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 증기터빈 발전시스템의 하단부를 확대한 이미지이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레넬 렌즈 및 태양집광집열기를 다층형태로 설치한 것을 나타낸 이미지이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 증기터빈 발전시스템(100)을 나타낸 이미지이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레넬 렌즈(150) 및 태양집광집열기(170)의 설치 예시를 나타낸 이미지이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레넬 렌즈(150)와 태양집광집열기(170)를 서로 분리하여 놓은 예시를 나타낸 이미지이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 증기터빈 발전시스템(100)의 하단부를 확대한 이미지이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레넬 렌즈(150) 및 태양집광집열기(170)를 다층형태로 설치한 것을 나타낸 이미지이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면 본 발명에 따른 태양열 증기터빈 발전시스템(100)은, 원형, 타원형, 다각형, +(열십자), X자, *구조(+자 및 x자 혼합구조) 중 적어도 하나의 모양이거나 각각이 서로 혼합된 모양으로 수직, 수평, 수직 및 수평 혼합 형태 중 적어도 하나의 형태를 가지는 기둥을 형성하는 골조인 프레임부(110), 상기 프레임부(110) 내부에 설정된 순서 또는 순서를 달리하여 단수개 또는 복수개의 모듈이 수직, 수평, 수직과 수평 혼합 구조 중 적어도 하나의 구조로 나열되어 발전을 하는 모듈부(120), 바람에 의해 전기를 생산하는 풍력발전부(130), 상기 모듈부(120)로부터 설정된 간격으로 이격되어 선택된 상기 모듈에 빛을 모아주는 역할을 하는 한 개 또는 복수개의 프레넬 렌즈(150) 및 상기 모듈부(120)로부터 설정된 간격으로 이격되어 선택된 상기 모듈에 빛과 열을 모아주며 자동으로 태양열의 초점을 설정할 수 있는 한 개 또는 복수개의 자동 초점 태양열기기 또는 태양열 조리기 중 적어도 하나를 포함하여 빛과 열을 모으는 태양집광집열기(170)를 포함할 수 있다.
상기 프레임부(110)는 금속이나 탄소섬유 콘크리트 등으로 만들어진 골격으로, 상기한 바와 같이 원형, 타원형, 다각형, +(열십자), X자, *구조(+자 및 x자 혼합구조) 등의 다양한 모양을 가질 수 있으며 상기 모양은 상호 혼합된 모양이 가능하지만, 가장 바람직한 것은 수직 원통형 또는 수직 다각형의 구조이다.
또한, 상기 프레넬 렌즈(150) 또는 상기 태양집광집열기(170)는, 한 개 또는 복수개의 상기 프레넬 렌즈(150) 및 한 개 또는 복수개의 상기 태양집광집열기(170)가 서로 혼합하여 형성되거나 한 개 또는 복수개의 상기 프레넬 렌즈(150) 및 한 개 또는 복수개의 상기 태양집광집열기(170)가 단독으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 모듈부(120)는, 온수 파이프(126-1), 급수 파이프(126-2), 히팅 파이프(126-3) 중 적어도 하나 또는 모두를 포함하여, 물, 증기, 액체 중 적어도 하나의 이송 통로 역할을 하는 한 개 또는 복수개의 파이프(126), 상기 히팅 파이프(126-3)로부터 발생된 증기와 고온의 물을 이용하여 터빈을 구동시켜 전기를 발생시키는 증기터빈발전기(121), 열을 낮추는 역할을 하는 방열판(123), 상기 증기터빈발전기(121) 또는 상기 히팅 파이프(126-3)로부터 발생한 고온과 상기 방열판(123)의 냉각으로 인한 온도 차이로 발전을 하는 펠티어 소자(122), 상기 증기터빈발전기(121), 상기 펠티어 소자(122) 및 상기 풍력발전부(130) 중 적어도 하나 또는 모두로부터 생산된 전기를 직류에서 교류로 전환하는 인버터(124), 물을 담는 수조(125) 및 상기 증기터빈발전기(121), 상기 펠티어 소자(122), 상기 풍력발전부(130)로부터 생산된 전기를 상기 인버터(124)로 전송하는 전력케이블(127)을 포함하되, 물의 이동을 돕는 펌프를 더 포함하여 각 모듈이 설정된 순서 또는 임의의 순서에 따라 선택적으로 조합이 가능한 것을 특징으로 하고, 상기 히팅 파이프(126-3)는, 상기 프레넬 렌즈(150) 및 상기 태양집광집열기(170)에서 전달 받은 빛과 열을 이용하여 파이프 내부에서 물을 포함하는 액체를 가열하여 증기를 발생시킬 수 있다. 이때, 전술한 임의의 순서는, 설정된 순서 이외의 불규칙적인 순서를 의미한다.
상기 급수 파이프(126-2)는, 상기 수조(125)의 물을 상기 히팅 파이프(126-3)로 이동시키고, 상기 온수 파이프(126-1)는, 상기 히팅 파이프(126-3)의 고온 온수 및 증기를 고온의 상기 수조(125)로 이동시키고, 상기 히팅 파이프(126-3)는, 프레넬 렌즈와 상기 태양집광집열기(170)로부터 전달 받은 열로 상기 히팅 파이프(126-3) 내부의 물 또는 액체를 가열하여 고온수를 만들고 증기를 발생시켜서, 상기 고온수가 상기 온수 파이프(126-1)로부터 고온의 상기 수조(125)로 이동되어 생성된 고온의 증기를 상기 증기터빈발전기(121)로 이동시켜 증기 발전을 할 수 있다.
또한, 상기 태양열 증기터빈 발전시스템(100)은, 상기 모듈부(120)에 있어서, 상기 풍력발전부(130)를 제외한 상기의 모듈 및 한 개 또는 복수개의 상기 프레넬 렌즈(150)와 한 개 또는 복수개의 상기 태양집광집열기(170)가 단층 또는 다층 구조로 설치될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 프레넬 렌즈(150)와 상기 태양집광집열기(170)는 상기 히팅 파이프(126-3)를 360도로 둘러싼 형태로 설치되고, 상기 프레넬 렌즈(150)와 상기 태양집광집열기(170) 상호 간의 거리와 높이를 조절함으로써 복합적 중복 설치가 가능할 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 히팅 파이프(126-3)를 360도로 둘러싼 형태의 상기 프레넬 렌즈(150) 및 상기 태양집광집열기(170)를 서로 분리하여 각각의 설치 예시를 확인할 수 있다. 또한, 도 5를 참조하면, 상기 프레넬 렌즈(150) 및 상기 태양집광집열기(170)가 다층형태로 설치된 것을 확인할 수 있다. 이때, 다층으로 설치하기 위하여 상기 태양열 증기터빈 발전시스템(100)의 외부에 원형 또는 다각형의 프레임(C)을 더 포함할 수 있으며, 이러한 프레임(C)은 상기 프레넬 렌즈(150) 및 상기 태양집광집열기(170)를 포함하여 단층부터 수백층까지 설치 가능하도록 할 수 있다. 또한, 도 5에 표시된 화살표는 태양의 빛과 열을 표시한 것으로, 상기 태양집광집열기(170)로부터 표시되는 화살표는 상기 프레넬 렌즈(150)를 지나 상기 히팅 파이프(126-3)를 향하도록 하는 것이다.
또한, 상기 증기터빈발전기(121), 상기 방열판(123), 상기 펠티어 소자(122), 상기 인버터(124), 상기 수조(125), 상기 파이프(126), 상기 전력케이블(127)은, 한 개 또는 복수개로 형성될 수 있고 설정된 순서 또는 임의의 순서에 따라 수직, 수평, 수직 및 수평 혼합 구조 중 적어도 하나의 구조로 나열될 수 있다. 이때 전술한 임의의 순서는, 설정된 순서 이외의 불규칙적인 순서를 의미한다.
이와 같이, 수직 나열이 가능한 모듈형으로 제작될 경우 넓은 면적을 차지하지 않고도 우수한 발전 효율을 나타낼 수 있는 장점이 존재한다.
상기 수조(125)는, 데워 지기 전의 물을 담는 수조와 데워진 후 고온의 물을 담는 수조 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 상기 태양집광집열기(170)는, 볼프강 쉐플러 조리기의 역할과 같이 자동으로 태양을 추적하여 태양의 열과 빛의 초점을 자동으로 모아주는 기기로 구성될 수 있다.
또한, 상기 히팅 파이프(126-3)는, 히트파이프, 금속파이프, 탄소파이프, 합성수지 파이프, 플라스틱 파이프 중 적어도 하나로 제작되거나, 히트파이프, 금속파이프, 합성수지 파이프, 플라스틱 파이프가 복합적으로 조합되어 구성될 수 있다.
또한, 상기 풍력발전부(130)는, 바람에 의해 회전하는 풍력날개(132) 및 상기 풍력날개(132)가 움직임으로써 전기를 생산하는 풍력발전기(131)를 더 포함하되, 상기 풍력날개(132) 및 상기 풍력발전기(131)는, 수직, 수평, 수직 및 수평의 혼합 구조로 한 개 또는 복수개로 설치가 되어서 바람에 의하여 회전하고, 회전에 의하여 발전할 수 있다.
또한, 상기 방열판(123) 또는 상기 펠티어 소자(122)는, 그 일부분을 땅속에 묻거나 물속으로 잠기도록 하여, 대기 중의 온도와 땅속 또는 물 밖의 온도 차이에 의하여 일정한 전력을 생산 가능 하도록 할 수 있다. 도 4를 참조하면, L로 표시된 부분은 태양으로부터 전달되는 빛과 열을 뜻하며, 상기 태양열 증기터빈 발전시스템(100)의 최하단에 설치되는 상기 방열판(123)의 경우 (B)로 표시된 것과 같이 땅속에 묻거나 (A)로 표시된 것과 같이 물속을 거쳐 땅속에 묻을 수 있다.
이때, 본 발명의 태양열 증기터빈 발전시스템(100)의 일 실시예로, 가장 하단에 상기 방열판(123)을 설치하되, 상기 방열판(123)의 하단부 일부분은 땅속에 묻거나 물속으로 잠기도록 하고, 위쪽으로는 상기 펠티어 소자(122)를 설치하고, 다시 상기 펠티어 소자(122) 위쪽으로는 상기 방열판(123), 상기 펠티어 소자(122), 상기 히팅 파이프(126-3), 상기 펠티어 소자(122), 상기 방열판(123) 순으로 수직 나열되고, 상기 수조(125)가 다음으로 수직 나열되는데 이때의 수조(125)는 데워지기 전 물을 담는 수조이고, 다음으로 다시 상기 방열판(123), 상기 펠티어 소자(122), 상기 증기터빈발전기(121), 상기 수조(125) 순으로 수직 나열되는데 이때의 수조(125)는 고온의 상태이다. 그리고 이어서, 다시 상기 펠티어 소자(122), 상기 방열판(123), 상기 인버터(124), 상기 풍력발전기(131) 순으로 수직 나열되며, 상기 풍력발전기(131) 상단으로 상기 풍력날개(132)가 연결된다. 이때, 복수개의 상기 프레넬 렌즈(150)는 한 개 또는 복수개의 상기 태양집광집열기(170)와 함께 태양열을 모을 수 있도록 상기 모듈부(120) 주변의 설정된 위치에 형성된다.
상기 프레넬 렌즈(150)는 1600℃의 고온까지 열을 올릴 수 있으며, 1면 내지 4면 내지, 원통형에 360도 방향으로 복수개가 설치될 수 있다. 상기 프레넬 렌즈(150)는 효과적으로 돋보기 구실을 하면서 태양열을 모을 수 있도록 태양과의 각도를 최적화 시킨 후 지면에 또는 골조 프레임에 고정 시키게 된다. 이때, 상기 프레넬 렌즈(150)는 태양열의 초점을 고온의 상기 히팅 파이프(126-3)에 맞추어 상기 히팅 파이프(126-3) 내부의 물의 온도를 고온으로 끌어 올리는 역할을 한다.
또한, 상기 태양집광집열기(170)는 고온의 열을 발생시킬 수 있고, 히팅이 필요한 부분에 초점을 자동으로 맞출 수 있다는 장점이 있다.
상기 프레넬 렌즈(150)와 상기 태양집광집열기(170)를 통해 발생되는 고열로 인해 상기 히팅 파이프(126-3) 내부의 물의 온도가 고온으로 오르며 고온의 상기 수조(125)로 상기 온수 파이프(126-1)를 통해 이동하고, 증기가 발생하며 이때 발생되는 증기가 상기 증기터빈발전기(121)와 연결되는 상기 히팅 파이프(126-3)를 통해 상기 증기터빈발전기(121)로 이동하여 증기터빈을 작동시킬 수 있다. 이때, 상기 프레넬 렌즈(150)와 상기 태양집광집열기(170)를 통해 발생된 고열과 상기 방열판(123) 사이에서 발생되는 온도차에 의하여 상기 펠티어 소자(122)가 전기를 생산하게 된다.
상기 풍력발전부(130)의 경우에는 태양이 없는 밤이나 흐린 날에도 바람이 불면 발전을 할 수 있고, 상기 풍력발전기(131) 하단에 형성되는 상기 방열판(123)을 상기 풍력날개(132)가 회전하면서 생성된 바람으로 냉각시켜서 상기 펠티어 소자(122)로 인한 온도차에 의한 발전이 상호 용이하도록 시너지 효과를 내는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명의 태양열 증기터빈 발전시스템(100)은 상기 프레넬 렌즈(150)와 상기 태양집광집열기(170)를 이용하여 고온의 열을 발생시킬 수 있고, 고열이 필요한 상기 히팅 파이프(126-3) 부분에 초점을 자동으로 맞출 수 있어 효율이 높으며, 발생되는 폐열을 이용하여 상기 펠티어 소자(122) 발전이 가능하고, 발생한 고온의 열과 상기 펠티어 소자(122)의 온도차에 의한 효과에 더하여 상기 풍력발전부(130)를 이용한 발전으로 높은 시너지 효과를 얻을 수 있어 태양광 패널을 이용한 기존의 태양광 발전 시스템과 비교하였을 때 발전 효율이 우수하다는 장점이 있다.
또한, 상기 태양집광집열기(170)를 대형화하고 사용 개수를 최대한 증가시키면 원자력 및 화력 발전을 대체할 수 있는 발전 시스템을 갖추는 것이 가능하고, 초소형으로도 제작이 가능하여 에어컨 실외기와 같이 베란다에서도 사용이 가능하여 가정용으로도 적합하다는 장점이 있다. 이처럼 용도에 따라 다양한 크기로 제작이 가능한 효과가 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 태양열 증기터빈 발전시스템
110: 프레임부
120: 모듈부
121: 증기터빈발전기
122: 펠티어 소자
123: 방열판
124: 인버터
125: 수조
126: 파이프
126-1: 온수 파이프
126-2: 급수 파이프
126-3: 히팅 파이프
127: 전력케이블
130: 풍력발전부
131: 풍력발전기
132: 풍력날개
150: 프레넬 렌즈
170: 태양집광집열기

Claims (11)

  1. 효과적인 에너지 발전을 가능하게 하는 태양열 증기터빈 발전시스템에 있어서,
    상기 태양열 증기터빈 발전시스템은,
    원형, 타원형, 다각형, +(열십자), X자, *구조(+자 및 x자 혼합구조) 중 적어도 하나의 모양이거나 각각이 서로 혼합된 모양으로 수직, 수평, 수직 및 수평 혼합 형태 중 적어도 하나의 형태를 가지는 기둥을 형성하는 골조인 프레임부;
    상기 프레임부 내부에 설정된 순서 또는 순서를 달리하는 한 개 또는 복수개의 모듈이 수직, 수평, 수직과 수평 혼합 구조 중 적어도 하나의 구조로 나열되어 발전을 하는 모듈부;
    바람에 의해 전기를 생산하는 풍력발전부;
    상기 모듈부로부터 설정된 간격으로 이격되어 선택된 상기 모듈에 빛과 열을 모아주는 역할을 하는 한 개 또는 복수개의 프레넬 렌즈; 및
    상기 모듈부로부터 설정된 간격으로 이격되어 선택된 상기 모듈에 빛과 열을 모아주며 자동으로 태양을 추적하여 태양의 빛과 열의 초점을 설정할 수 있는 한 개 또는 복수개의 자동 초점 태양열기기, 태양열 조리기 중 적어도 하나를 포함하여 빛과 열을 모으는 태양집광집열기;를
    포함하는 것을 특징으로 하는,
    태양열 증기터빈 발전시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈 및 상기 태양집광집열기는,
    한 개 또는 복수개의 상기 프레넬 렌즈 및 한 개 또는 복수개의 상기 태양집광집열기가 서로 혼합하여 형성되거나 한 개 또는 복수개의 상기 프레넬 렌즈 및 한 개 또는 복수개의 상기 태양집광집열기가 단독으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    태양열 증기터빈 발전시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 모듈부는,
    온수 파이프, 급수 파이프, 히팅 파이프 중 적어도 하나 또는 모두를 포함하여,
    물, 증기, 액체 중 적어도 하나의 이송 통로 역할을 하는 한 개 또는 복수개의 파이프;
    상기 히팅 파이프로부터 발생된 증기와 고온의 물을 이용하여 터빈을 구동시켜 전기를 발생시키는 증기터빈발전기;
    열을 낮추는 역할을 하는 방열판;
    상기 증기터빈발전기 또는 히팅 파이프로부터 발생한 고온과 상기 방열판의 냉각으로 인한 온도 차이로 발전을 하는 펠티어 소자;
    상기 증기터빈발전기, 상기 펠티어 소자 및 상기 풍력발전부 중 적어도 하나 또는 모두로부터 생산된 전기를 직류에서 교류로 전환하는 인버터;
    물을 담는 수조; 및
    상기 증기터빈발전기, 상기 펠티어 소자, 상기 풍력발전부로부터 생산된 전기를 상기 인버터로 전송하는 전력케이블;을
    포함하되,
    물의 이동을 돕는 펌프를
    더 포함하여 각 모듈이 설정된 순서 또는 임의의 순서에 따라 선택적으로 조합이 가능한 것을 특징으로 하고,
    상기 히팅 파이프는,
    상기 프레넬 렌즈 및 상기 태양집광집열기에서 전달 받은 빛과 열을 이용하여 파이프 내부에서 물을 포함하는 액체를 가열하여 증기를 발생시키는 것을 특징으로 하는,
    태양열 증기터빈 발전시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 급수 파이프는,
    상기 수조의 물을 상기 히팅 파이프로 이동시키고,
    상기 온수 파이프는,
    상기 히팅 파이프의 고온 온수 및 증기를 고온의 상기 수조로 이동시키고,
    상기 히팅 파이프는,
    프레넬 렌즈와 태양집광집열기로부터 전달 받은 열로 상기 히팅 파이프 내부의 물 또는 액체를 가열하여 고온수를 만들고 증기를 발생시켜서,
    상기 고온수가 상기 온수 파이프로부터 고온의 상기 수조로 이동되어 생성된 고온의 증기를 상기 증기터빈발전기로 이동시켜 증기 발전을 하는 것을 특징으로 하는,
    태양열 증기터빈 발전시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 태양열 증기터빈 발전시스템은,
    상기 모듈부에 있어서, 상기 풍력발전부를 제외한 상기의 모듈 및 한 개 또는 복수개의 상기 프레넬 렌즈와 한 개 또는 복수개의 상기 태양집광집열기가 단층 또는 다층 구조로 설치되는 것을 특징으로 하는,
    태양열 증기터빈 발전시스템.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 증기터빈발전기, 상기 방열판, 상기 펠티어 소자, 상기 인버터, 상기 수조, 상기 파이프, 상기 전력케이블은,
    한 개 또는 복수개로 형성될 수 있고 설정된 순서 또는 임의의 순서로 수직, 수평, 수직 및 수평 혼합 구조 중 적어도 하나의 구조로 나열되는 것을 특징으로 하는,
    태양열 증기터빈 발전시스템.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 수조는,
    데워 지기 전의 물을 담는 수조와 데워진 후 고온의 물을 담는 수조 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는,
    태양열 증기터빈 발전시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 태양집광집열기는,
    볼프강 쉐플러 조리기의 역할과 같이 자동으로 태양을 추적하여 태양의 열과 빛의 초점을 자동으로 모아주는 기기로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    태양열 증기터빈 발전시스템.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 히팅 파이프는,
    히트파이프, 금속파이프, 탄소파이프, 합성수지 파이프, 플라스틱 파이프 중 적어도 하나로 제작되거나, 히트파이프, 금속파이프, 합성수지 파이프, 플라스틱 파이프가 복합적으로 조합되어 구성되는 것을 특징으로 하는,
    태양열 증기터빈 발전시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 풍력발전부는,
    바람에 의해 회전하는 풍력날개; 및
    상기 풍력날개가 움직임으로써 전기를 생산하는 풍력발전기;를
    더 포함하되,
    상기 풍력날개 및 상기 풍력발전기는,
    수직, 수평, 수직 및 수평의 혼합 구조로 한 개 또는 복수개로 설치가 되어서 바람에 의하여 회전하고, 회전에 의하여 발전하는 것을 특징으로 하는,
    태양열 증기터빈 발전시스템.
  11. 제 3항에 있어서,
    상기 방열판 또는 상기 펠티어 소자는,
    그 일부분을 땅속에 묻거나 물속으로 잠기도록 하여,
    대기 중의 온도와 땅속 온도 또는 물 밖의 온도 차이에 의하여 일정한 전력을 생산할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는,
    태양열 증기터빈 발전시스템.
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