KR980010236A - 1축 추적식 집광집열장치, 광발전 겸용장치 및 에너지 자급형 씨스템 - Google Patents

Abstract

반포물선형 반사체가 선형적으로 구성된 것을 1차 집광기로 진공관식 집열관을 기초원으로 하는 인볼류트 반사체를 2차 집광기로 하는 집광용 반사체의 집열관으로 구성되는 집광집열계를, 집열관을 회동 중심점으로 하는 일축 추적식 구성, 확산일사 및 직달일사를 모두 수집하는 구조적 특징을 갖는 장치와, 반포물선형 상단부에 연장 설치되는 태양전지 모듈에서 광발전 수행하는 겸용장치에 관한 태양에너지 수집 이용 복합장치 발명이며, 이를 요소로 열에너지와 전기에너지를 자급하는 에너지 자급형 씨스템이 우리의 생활에 전개되므로 화석연료 사용을 경감시켜 공해배출 억제기능을 갖는 바람직한 청정에너지 이용관련 발명이다.

Description

1축 추적식 집광집열장치, 광발전 겸용장치 및 에너지 자급형 시스템

제1도는 본 발명 장치들의 요부 단면도.

제2도는 본 발명 장치의 실시 사시도.

제3도는 제2도 X-X' 확대 단면도.

제4도는 수동조작 추적용 장치기구의 사시도.

제5도는 추적용 인덱스(Index)의 단면도.

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 1축 추적(TRACKING)식으로 태양복사에너지를 집광 집열하는 장치, 광발전을 동시에 수행하는 겸용장치 및 집열열은 축열조에 광발전전력은 축전지에 에너지 보관하여 필요시 회로 개방하여 사용하는 에너지 자급형 시스템에 관한 복수의 관련 발명이다.

태양복사에너지를 1축 추적식으로 집광 집열하는 대표적이고도 널리 공지된 장치로는 축선(Axis Line)을 중심으로 양측으로 일측 90도 이하의 림각으로 대칭 전개되고 그 초선상에 집열관 설치하여 집광집열하는 선형적 장치가 있으나, 직달일사만 초선형으로 수집 이용하고 확산일사는 전혀 사용하지 못하는 장치로 흐린날씨나 태양이 구름사이(뭉게구름등)를 드나드는 날에는 집열난조가 발생하였으며, 투과체를 설치하기 힘든 구조로 오염이 심한 도시 및 공단지역이나 눈이 많은 지역등에서는 반사체의 오손방지와 취약한 진공관의 보호가 힘들었다.

초선집광을 해야하므로 거대 반사체가 정밀제작됨은 물론 정밀추적해야만 집열목적을 수행할 수 있었다.

본 출원은 열 및 전기에너지를 지급하는 시스템을 개시하고저 있는 것이다.

집광용 광학시스템 및 집열장치는 본인이 한국특허청에 출원한 "축선을 경계로 포물선과 인볼류트 반사체로 집광기 구성되는 집열장치"(94-28528, 94. 11. 1)를 기본발명으로 하여 추적 용이토록 개량 발전시킨 이용발명 장치이다.

[발명의 구성 및 작용]

제1도의 A, C 및 D도와 제2도에서 1축 추적식 집광집열장치를 설명하면; 90도 이상의 림각(Rim Angle)으로 상향 전개되는 반포물선형 반사체(1)를 선형적으로 구성한 것을 1차 집광수단, 상기 반사체(1)의 초점("F")과 정점("V")간 축선(A, L, Axis Line)상에 공지의 진공관식 집열관(3) 중심점을 위치시키고 축선 이상의 고도 입사광을 최종적으로 집열관(3)에 작용시키는 집열관이 기초원으로 되는 인볼류트 반사체(2)를 2차 집광 수단으로 하는 집광집열계를 구성, 상기 집열관(3)을 회동 중심점으로 전개각 50도 이상의 호상 스롯 홀(Slot Hole)에 구동기어(7)와 치합되는 치차절편(8)을 조림하고 180도 이상 호상으로 전개되는 외주연(5-1)이 적어도 2개 이상의 회전지지용 안내로라(9)에 회동 지지되는 좌, 우 주후레임(5)을 집광집열계와 함께 다수의 결속부재(6, 6-1)와 지지부재(12)로 회전구조체 제작 정·역 회전 가능한 전동기(14)의 구동력으로 1축 추적하는 것으로, 축선 이상의 고도 입사광을 진공집열관에서 열로 최종 수집케한 집광집열장치이다.

진공관집열관(3)은 다수의 지지구(17)로 결속지지되고, 열매체(Working Fluid)는 가요 후렉시블 튜브(13)와 배관 연결된 것이며, 양측 주후레임(5)은 반포물선형 반사체(1) 배면부와 인볼류트 반사체(2) 배면후 후레임이 용접으로 일체 제작된 것을 도시하였고, 결속부재는 다수의 타이볼트(6)와 버팀보강재(6-1)로 구성하였다. 전동기(14) 구동력은 단일 장축(20)을 이용 좌·우 주후레임(5)을 동시에 동작시키는 치합구조로 하였다.

본 장치의 추적각도는 동지점 정오광 고도각과 하지점 정오광 고도각 기준 47도만 추적 운전하면 되나, 동지날 정오광 이전(오전)의 여유추적을 위해 50도이상의 각으로 구성하였으며, 전체장치의 안정적 회전운동을 위해 주후레임상의 회전 안내부인 외주연(외주부)의 화상전개 각은 180도 이상으로 정의하였다.

제1도 "A"는 최저 고도광이 지면기준10도 저개림각 112도를 도시한 것으로 B, C, D도에 도시한 각도는 최저 수광 고도광(축선각)과 전개림각을 집광집열계 구성형상과 함께 도시한 것이다.

인볼류트(2) 반사체는 집열관(3)을 기초원(Basic Circle)으로 일측전개(제1도의 C, D도)되는 양측전개(제1도의A, B)되는 집광집열에는 지장없다.

제1도 "B"는 정점 이상의 반포물선형 반사체(1) 일부 구간을 인볼류트 반사체(2)로 대체 연장구성 시킨 것으로 집광집열에는 차이가 없다.

대기오염이 심하지 않거나 동절기 강설량이 적은 지역은 전술한 내용의 장치로 집열하면, 반사체(1, 2)에 유입된 빗물은 인볼류트 반사체(2)의 최저부 양측으로 배수되므로 운전에 지장이 없으나, 반사체면을 손상시킨 정도의 오염지역이나 폭설이 많은 지역에서 진공관 파손방지를 위하여 제4도 도면과 같이 좌,우 인볼류트 반사체(2) 측부는 내면 반사재 구성된 판재(15-1)로, 저면 수광부와 좌, 우 측면은 투과체(15)로 밀폐하여 내부 반사체(1, 2)면 과 집열관(3)의 오손 및 임루질 유입을 방치케하는 구조로 하였다.

제4도는 추적동력을 전동기 대신 인력 조작하는 경우로, 수동조작핸들(26) 조작력을 워엄(7-1)과 워엄휘일(7-2)의 치합기구로 전달하여 추적 운전케하고 본 발명장치가 설치되는 임의 위도 및 분석을 고려한 월별 태양고도 눈금판(25, INDEX)을 부착 설치하여 경사고도 선택케한 것이다.

제4도 지시침(25-1)의 지시점은 춘분점(3월 21일, 또는 22일, 반대 조작시 추분점)이고 제5도는 10월 5일경을 지시하는 것으로, 본 발명은 365일 정밀추적 않고 주기적(5일, 7일, 10일등의 일정주기) 또는 필요시 간헐 조작으로도 집열 및 광발전 기능을 수행할 수 있는 특징이 있다.

지금까지 집열기능만을 설명하였으나, 반포물선형 반사체(1)의 상단부에 축선(A, L)에 직교하는 태양저지 모듈(11)을 연장 설치하여 집열과 광발전을 둥시 수행하는 광발전겸용 장치를 구성한 것으로 고정식 광발전 태양전기 모듈보다 수광 및 발전효율을 증기시킬 수 있기 때문이다.

사람이 기거하는 건축물이나 산업시설물에는 열과 전력은 항상 필요한 요소로; 적어도 1일 4시간 이상 연속 일사가 작용하는 지붕 및 또는 발코니 등 평탄부나 주변 공터에 집광집열과 광발전 겸용 장치를 일사 중심시간 ±1시간 범위 태양고도에 직교 설치하여 집열열은 축열조에, 발전 전력은 축전지에 에너지를 저장시키고 필요시 회로 (집열열은 배관망, 전력은 교류변환장치를 포함하는 회로망)개방하여 에너지 소모 사용케 되는 것을 태양에너지를 이용한 에너지 자급형 씨스템으로 구성하였다.

일사 중심시간이란 연중 연속적으로 태양광을 수광하는 시간대의 중심시간을 뜻하는 것으로, 장애물이 없는 남향(남반구는 북향)건물의 평탄 지붕옥상은 정오가 중심시간이 되고, 오전 9시부터 오후 1시까지의 4시간 연속 수광 가능 건축물의 중심시간은 오전 11시가 되며, ±1시간 범위는 오전 10시에서 정오까지의 시간대로 설치되는 지역의 계절별 시간별 태양강도와 에너지 수요 및 용도를 감안 설치방향 결정하면 된다.

[발명의 작용과 효과]

본 발명 집열장치는 가정용 급탕 및 난방은 물론 흡수식 냉동기의 열원과 산업용 공정열을 생산하는 종온용(80℃∼200℃)에 특히 적합한 것으로 지역기후 및 오염정도에 따라 투과체 구성 유무 결정을 할 수 있으며, 동력 소모없이 인력으로 추적할 수도 있는 장점이 있는 집열장치이다. 연장되는 태양전지 어레이 에서는 추적 발전을 하므로 고가의 태양전지 설치면적을 일부라도 축소시킬 수 있는 경제성 높은 겸용장치이다.

무공해 무한정의 태양광을 별도 비용없이 운전하여 도시지역은 물론 산간오지, 낙도 등에서 에너지를 자급할 수 있는 청정에너지 시대가 전개된다.

광발전 겸용 장치를 구성요소로 하는 에너지 자급형 씨스템의 반포물선형 반사체와 태양전지 구성 면적은, 부하측 용량(급탕, 난방, 산업용 및 기타 열부하량 조명, 전열 및 동력등 전력부하)과 설치방향, 일사강도 및 계절특성 등을 설계인자로 필요면적 산정, 열에너지와 전력에너지 자급 씨스템을 구성할 수 있으며 태양집열 잉여 열량은 대기 방출하여도 지구의 열 오염이 없는 바 집열 설비는 과대설계 하여도 큰 무리는 없다.

Claims (6)

1. 90도 이상 림각으로 상향 전개되는 반포물선형 반사체를 선형적으로 구성한 것을 1차 집광수단, 반포물선형 반사체의 초점과 정점간 축선상에 진공관식 집열관 중심점을 위치시키고, 집열관이 기초원으로 되는 인볼류트 반사체를 2차 집광수단으로 집광 집열계 구성, 집열관을 화동중심점으로 전개각 50도 이상의 호상 스롯홀에 구동기어와 치합되는 치차 절편을 조립하고 180도 이상 호상 전개되는 외주연이 적어도 2개 이상의 회전지지용 안내로라에 지지되는 좌, 우 후레임을 집광집열계와 다수의 결속부재와 지지부재로 회전구조체제작, 정, 역회전 전동기와 동일축 기어 구동력으로 추적케하여 축선 이상의 입사관을 열로 수집하는 1축 축적식 집광집열장치.
2. 제1항에 있어서, 정점 이상의 반포물선형 반사체 일부구간을 인볼류트 반사체로 대체 구성시킨 1축 추적식 집광집열장치.
3. 제1항에 있어서, 좌, 우 인볼류트 반사체 측부는 내면반사체 구성된 판재로 전면 수광부와 좌, 우 측면은 투과체로 밀폐시킨 구조의 1축 추적식 집광집열장치.
4. 제1항에 있어서, 수동조작 핸들의 조작력을 워엄과 워엄휘일의 치합기구로 전달, 추적 운전케하고 월별 태양고도 눈금판을 부착, 고도 선택케하는 수동 추적장치를 갖는 1축 추적식 집광열 장치.
5. 1축 추적식 집광집열장치에 있어서, 반포물선형 반사체의 상단부에 축선에 직교하는 태양전지 모듈을 연장 설치하여 집열과 광발전을 동시 추적 수행하는 광발전 겸용 장치.
6. 1일 4시간 이상 연속 일사 작용하는 건축물의 평탄부나 공터에 집열과 광발전 겸용장치를 일사 중심시간 ±1시간 범위 태양고도에 직교 설치하여, 집열열은 축열조에, 발전전력은 축전지에 에너지 저장시키고, 필요시 회로 개방하여 에너지 소모 사용케하는 특징을 갖는 에너지 자급형 씨스템.

   ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.