WO2010024579A2

WO2010024579A2 - 태양열 선형 발전장치

Info

Publication number: WO2010024579A2
Application number: PCT/KR2009/004741
Authority: WO
Inventors: 채수조
Original assignee: Chae Soo Joh
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2010-03-04
Also published as: CN102138046B; KR20100025148A; KR100971160B1; WO2010024579A3; EP2317241A2; US8418464B2; CN102138046A; US20110209476A1

Abstract

본 발명은 종래의 복잡한 스터링 엔진과 달리 간단한 구성의 태양열을 이용한 선형엔진을 사용하여 피스톤 및 실린더에 마그넷 및 코일을 설치함으로써 고효율의 발전을 이루어낼 수 있고, 설치의 안정성 및 유지보수의 용이성이 제고되며, 친환경적인 태양열 선형 발전장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양열 선형 발전장치는, 프레임과, 태양광을 집광하는 태양광 집광부와, 피스톤에 의해 전후단부가 구획된 실린더 및 상기 실린더의 전후단부에 각각 수용된 고압기체로 구성되며, 상기 실린더의 전후단부에 각각 수용된 고압기체가 상기 태양광 집광부로부터 집광된 태양광을 교대로 전달받아 열팽창 또는 압축되어 상기 피스톤을 직선 왕복운동시키는 열기관과, 상기 피스톤의 외경에 길이방향을 따라 설치된 복수의 마그넷 및 상기 실린더의 외경에 길이방향을 따라 권선된 코일로 구성되고, 상기 피스톤의 직선 왕복운동에 따라 상기 마그넷이 진동하여 상기 코일로부터 전기를 발생시키는 발전부를 포함하여 이루어진다.

Description

태양열 선형 발전장치

본 발명은 종래의 복잡한 스터링 엔진과 달리 간단한 구성의 태양열을 이용한 선형엔진을 사용하여 피스톤 및 실린더에 마그넷 및 코일을 설치함으로써 고효율의 발전을 이루어낼 수 있고, 설치의 안정성 및 유지보수의 용이성이 제고되며, 친환경적인 태양열 선형 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양에너지를 이용하여 전기를 생산하는 방법으로 태양광을 전기에너지로 직접 변화시키는 방법과 태양열을 이용한 열기관으로 발전기를 구동하는 방법이 있다.

태양광을 전기에너지로 변화시키는 태양광 발전장치는 태양전지(SOLAR CELL)을 이용하여 태양에너지를 직접 전기로 변환시키는 발전장치로서 수명이 길고, 발전시스템을 반자동화 또는 자동화시키기 용이하여 널리 이용되고 있다. 그러나, 태양에너지 중 태양광 발전에 이용되는 것은 광자(photon)의 에너지가 충분한 가시광선에서 적외선 일부 영역이고, 대부분의 장파장 적외선 영역의 광자는 에너지가 낮아 발전에 이용되지 못하고, 태양전지의 온도만 상승시켜 발전 효율만 떨어뜨린다. 또한, 태양전지는 비싸고 발전효율이 열기관에 비해 현저히 낮다는 단점이 있다.

반면에, 태양열을 이용한 열기관으로 발전기를 구동하는 태양열 발전장치는 고밀도로 집광된 열원으로 가동되는 터빈이나 스터링 엔진(stirling ngine)과 같은 열기관을 이용해 전기를 생산하는 것으로서, 이론적인 열기관 효율이 태양전지의 효율보다 높다. 특히, 태양열로 발전기를 구동시키기 위해서는 수증기를 발생시켜 터빈을 구동시키거나 스터링 엔진의 고온부를 가열함으로써 이루어진다. 스터링 엔진은 실린더와 피스톤으로 이루어진 공간 내에 수소나 헬륨 등 작동가스를 밀봉하고, 이를 외부에서 가열 및 냉각시킴으로써 피스톤을 상하로 움직여 기계에너지를 얻는 외연기관의 일종이다. 그러나, 상기와 같이 터빈이나 스터링 엔진을 구동시켜 발전기를 구동시키기 위해서는 전체적인 장치가 커지고, 복잡해져 설치비용, 유지보수의 어려움 등의 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 종래의 복잡한 스터링 엔진과 달리 간단한 구성의 태양열을 이용한 선형엔진을 사용하여 피스톤 및 실린더에 마그넷 및 코일을 설치함으로써 고효율의 발전을 이루어낼 수 있고, 설치의 안정성 및 유지보수의 용이성이 제고되며, 친환경적인 태양열 선형 발전장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양열 선형 발전장치는, 프레임과, 상기 프레임에 설치되고, 태양광을 집광하는 태양광 집광부와, 피스톤에 의해 전후단부가 구획된 실린더 및 상기 실린더의 전후단부에 각각 수용된 고압기체로 구성되며, 상기 실린더의 전후단부에 각각 수용된 고압기체가 상기 태양광 집광부로부터 집광된 태양광을 교대로 전달받아 열팽창 또는 압축되어 상기 피스톤을 직선 왕복운동시키는 열기관과, 상기 피스톤의 외경에 길이방향을 따라 설치된 복수의 마그넷 및 상기 실린더의 외경에 길이방향을 따라 권선된 코일로 구성되고, 상기 피스톤의 직선 왕복운동에 따라 상기 마그넷이 진동하여 상기 코일로부터 전기를 발생시키는 발전부를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 태양광 집광부는, 상기 프레임에 설치되는 주반사경과, 상기 주반사경으로부터 반사된 태양광을 재반사하여 일점으로 집광하는 부반사경을 포함하고, 상기 주반사경 및 부반사경은 공초점이 허초점이 되는 카세그레인 타입인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양광 집광부는, 상기 프레임에 설치되는 주반사경과, 상기 주반사경으로부터 반사된 태양광을 재반사하여 일점으로 집광하는 부반사경을 포함하고, 상기 주반사경 및 부반사경은 공초점이 실초점이 되는 그레고리안 타입인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양광 집광부의 부반사경에 재반사되어 집광된 태양광을 상기 열기관의 실린더 전후단부에 각각 수용된 고압기체를 향해 교대로 조사되도록 상기 부반사경을 틸팅시키는 틸팅부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 틸팅부는, 상기 부반사경을 회전 가능하게 지지하는 틸팅축과, 상기 틸팅축을 정역회전시키는 틸팅모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열기관은, 상기 태양광 집광부로부터 집광된 태양광이 상기 실린더의 전후단 내부에 각각 수용된 고압기체를 향해 조사되도록 상기 실린더의 전후단부에 각각 설치된 광투과성의 집광창을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열기관은, 상기 실린더의 전후단 내부에 각각 설치되고, 상기 집광창을 통해 조사된 태양광을 흡수하여 상기 실린더의 전후단 내부에 각각 수용된 고압기체를 향해 열전달하는 흑체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 흑체는, 미립자 형태의 카본 블랙이 분사되어 코팅된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열기관은, 상기 실린더의 전후단부 외경에 각각 설치된 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각부는, 상기 실린더의 전후단부 외경에 각각 형성된 복수의 냉각핀과, 상기 냉각핀에 공기를 공급하여 냉각시키는 냉각팬을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각부는, 상기 실린더의 전후단부 외경에 각각 권취된 냉각튜브와, 상기 냉각튜브에 냉각수를 공급하는 냉각펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프레임에 설치되고, 일출에서 일몰까지 동에서 서로 이동하는 태양의 운동을 추적하여 입사되는 태양광의 광량이 최고가 되도록 상기 태양광 집광부를 회전시키는 트래킹부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 태양열 선형 발전장치는, 태양광 집광부로부터 집광된 태양광을 실린더의 전후단부에 교대로 전달받아 고압기체의 열팽창 및 압축에 의해 피스톤을 직선 왕복운동키는 열기관에 선형 발전기를 결합시킨 간단한 구조를 통해 설치 및 유지보수가 용이하고, 고효율의 발전을 이루어낼 수 있을 뿐만 아니라 친환경적인 발전을 이루어낼 수 있다.

또한, 태양광 집광부를 주반사경 및 부반사경으로 이루어진 카세그레인 타입 또는 그레고리안 타입으로 설계하여 태양광을 보다 고밀도로 집광할 수 있어 고압기체의 열팽창 효율을 증대시키고, 냉각부에 의해 실린더 내부의 고압기체의 냉각 효율을 증대시킬 수 있어 전체적인 열효율의 상승과 더불어 고효율의 발전을 이루어낼 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 선형 발전장치의 바람직한 실시예를 도시한 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 태양열 선형 발전장치 중 태양광 집광부의 제1 실시예를 도시한 요부 측면도이며,

도 3은 본 발명에 따른 태양열 선형 발전장치 중 태양광 집광부의 제2 실시예를 도시한 요부 측면도이고,

도 4 및 5는 본 발명에 따른 태양열 선형 발전장치 중 틸팅부의 작동과정을 도시한 요부 측면도이며,

도 6은 본 발명에 따른 태양열 선형 발전장치 중 열기관 및 발전부의 일 실시예를 도시한 사시도이고,

도 7은 도 6의 실시예를 A-A선에 바라본 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 프레임

200 : 태양광 집광부

210 : 주반사경 220 : 부반사경

300 : 열기관

310 : 피스톤 320 : 실린더

330 : 집광창 340 : 흑체

350 : 냉각부

351 : 냉각핀 352 : 냉각팬

400 : 발전부

410 : 마그넷 420 : 코일

500 : 틸팅부

510 : 틸팅축 520 : 틸팅모터

600 : 트래킹부

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 태양열 선형 발전장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 선형 발전장치의 바람직한 실시예를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양열 선형 발전장치 중 태양광 집광부의 제1 실시예를 도시한 요부 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 태양열 선형 발전장치 중 태양광 집광부의 제2 실시예를 도시한 요부 측면도이고, 도 4 및 5는 본 발명에 따른 태양열 선형 발전장치 중 틸팅부의 작동과정을 도시한 요부 측면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 태양열 선형 발전장치 중 열기관 및 발전부의 제1 실시예를 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6의 실시예를 A-A선에 바라본 단면도이다.

본 발명에 따른 태양열 선형 발전장치는, 도 1 내지 7에 도시된 바와 같이 프레임(100), 태양광 집광부(200), 열기관(300), 발전부(400), 틸팅부(500) 및 트래킹부(600)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 태양광 집광부(200)는 주반사경(210) 및 부반사경(220)을 포함할 수 있고, 상기 열기관(300)은 피스톤(310), 실린더(320), 집광창(330), 흑체(340) 및 냉각부(350)를 포함하여 구성될 수 있다. 특히, 상기 냉각부(350)는 냉각핀(351) 및 냉각팬(352)으로 구성되거나 냉각튜브(353) 및 냉각펌프(354)로 이루어질 수 있고, 상기 틸팅부(500)는 틸팅축(510) 및 틸팅모터(520)를 포함할 수 있다.

프레임(100)은 도 1 에 도시된 바와 같이 본 발명의 태양열 선형 발전장치의 각 구성요소들을 지지하는 구조체로서, 장치의 안정성이 담보될 수 있으면 어떠한 형상이나 재질을 사용해도 무방하나, 일반적으로 육면체 형상의 철제 구조물로 제작된다.

태양광 집광부(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 프레임(100)에 설치되고, 태양광을 집광한다. 태양에너지를 이용해 열기관을 구동시키기 위해서는 고밀도의 태양광을 일점으로 집광해야 한다. 태양광을 집광하는 방법으로는 돋보기와 같이 렌즈를 이용해 태양광을 굴절시켜 일점으로 집광하는 굴절형 집광방법과 곡면의 거울을 이용해 반사시켜 일점으로 집광하는 반사형 집광방법이 있다. 상기 태양광 집광부(200)는 돋보기와 같은 렌즈를 이용해 집광할 수 있고, 거울을 이용해 반사시켜 태양광을 집광할 수도 있으나, 굴절형 집광방법에 비하여 반사형 집광방법이 보다 고밀도의 태양광을 집광할 수 있다. 상기 반사형 집광방법 역시 반사의 횟수나 형태에 따라 다양하게 태양광을 집광할 수 있으나, 본 발명에서는 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 2개의 거울을 이용해 집광하는 방법을 사용하고자 한다.

태양광 집광부(200)는 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 주반사경(210) 및 부반사경(220)으로 이루어진다. 즉, 큰 지름의 주반사경(210)이 태양의 입사광을 반사시켜 보다 작은 지름의 부반사경(220)을 향해 조사하고, 주반사경(210)에서 반사된 태양광을 부반사경(220)이 재반사하여 고밀도의 태양광을 일점으로 집광한다. 이때, 주반사경(210)은 파라볼라형 곡면을 가져 입사되는 태양광의 공초점을 향해 반사시킨다. 부반사경은(220)은 상기 주반사경(210)을 바라보는 면이 오목 또는 볼록인 경우에 따라 곡면의 형상이 달라지며, 볼록인 경우에는 쌍곡면을 오목인 경우에는 타원면을 가진다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 부반사경(220)이 주반사경(210)을 바라보는 면이 오목인 경우 주반사경(210)과 부반사경(220)은 공초점이 실초점이 되는 그레고리 타입이이고, 도 3에 도시된 바와 같이 부반사경(220)이 주반사경(210)을 바라보는 면이 볼록인 경우 주반사경(210)과 부반사경(220)은 공초점이 허초점이 되는 카세그레인 타입이 된다. 상기 주반사경(210) 및 부반사경(220)은 접시형 철판 구조물(미도시)에 반사율이 좋은 유리거울을 부착한 형태로 제작하거나 질긴 막에 알루미늄을 코팅한 거울 형태로 제작해도 무방하다.

열기관(300)은 도 4 내지 7에 도시된 바와 같이, 피스톤(310)에 의해 전후단부가 구획된 실린더(320) 및 상기 실린더(320)의 전후단부에 각각 수용된 고압기체로 구성되며, 상기 실린더(320)의 전후단부에 각각 수용된 고압기체가 상기 태양광 집광부(200)로부터 집광된 태양광을 교대로 전달받아 열팽창 또는 압축되어 상기 피스톤(310)을 직선 왕복운동시킨다. 본 발명의 열기관(300)은 외연기관으로서, 이론적인 스터링 엔진에 해당한다. 즉, 실린더(320)와 피스톤(310)으로 이루어진 공간 내에 수소나 헬륨 등 작동가스인 고압기체를 밀봉하고, 이를 외부에서 태양열로 가열한 후 냉각시킴으로써 고압기체가 열팽창 또는 압축되어 피스톤(310)을 움직여 기계에너지를 얻는 것이기 때문이다. 즉, 실린더(320)의 전단 또는 후단부에 각각 수용된 고압기체에 열에너지를 흡수시키면, 상기 고압기체의 분자는 분자운동이 활발해지고, 그 운동속도도 증가하게 된다. 고압기체의 분자가 실린더(320)의 벽에 충돌하는 횟수는 분자운동에 대응하여 증가되며, 그에 따라 용적고정의 경우는 그 용적내 압력까지 증가하게 된다. 이 압력이 실린더(320) 내부에 설치된 피스톤(310)을 밀어 직선 운동시키게 되는 것이다. 상기와 같은 원리에 의한 열기관(300)의 작동과정은 4행정, 즉 가열, 팽창, 냉각 및 압축 과정으로 이루어진다.

보다 구체적으로 살펴보면, 가열원인 태양광 집광부(200)에 의해 집광된 태양광의 열에너지를 실린더(320)의 전단부에 수용된 고압기체를 향해 전달하여 가열시키고, 실린더(320)의 전단부에 수용된 고압기체가 열팽창하여 피스톤(310)을 실린더(320)의 후단측으로 밀게된다. 상기 태양광 집광부(200)에 의해 집광된 태양광을 실린더(320)의 전단부로부터 후단부에 조사하면, 실린더(320) 전단부는 냉각되어 고압기체는 압축되고, 실린더(320) 후단부가 상기와 같은 작동과정을 거치게 되어 피스톤(310)은 실린더의 후단으로부터 전단측으로 밀리게 된다. 즉, 태양광 집광부(200)에 의해 집광된 태양광을 실린던(320)의 전후단부 각각에 교대로 전달함으로써, 피스톤(310)이 실린더(320)의 전단 및 후단측 사이에서 직선 왕복운동하게 되는 것이다. 다만, 본 발명의 열기관(300)은 하나의 실린더(320) 내에서 하나의 피스톤(310)만을 직선 왕복운동시키므로 장치가 단순하며, 피스톤(310)의 왕복운동에 의한 기계에너지를 후술할 선형 발전부(400)에 의해 전기를 생산하는 것에 그 특징이 있다.

태양광 집광부(200)로부터 집광된 태양광을 열기관(300)의 실린더(320) 전후단부에 각각 수용된 고압기체를 향해 교대로 전달받기 위하여 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 틸팅부(500)가 설치되는 것이다. 틸팅부(500)는 상기 태양광 집광부(200)의 부반사경(220)에 재반사되어 집광된 태양광을 상기 열기관(300)의 실린더(320) 전후단부에 각각 수용된 고압기체를 향해 교대로 조사되도록 상기 부반사(220)을 틸팅시킨다. 일정한 각도하에서 일 구성요소를 틸팅시키기 위한 메카니즘으로는 선형 모터에 의한 슬라이드-링크 구조나 캠-샤프트 구조 등 다양한 형태의 틸팅메카니즘을 생각해 볼 수 있으며, 이러한 틸팅메카니즘은 종래 기술로부터 구현 가능하므로 그 상세한 설명은 생략한다. 다만, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 가장 단순한 형태의 틸팅메카니즘인 틸팅축(510)을 정역회전시키는 틸팅모터(520)에 의한 구성을 제시할 수 있다. 즉, 태양광 집광부(200)의 부반사경(220)을 회전가능하게 지지하도록 부반사경(220)에 틸팅축(510)을 설치하고, 상기 틸팅축(510)을 정역회전시키도록 틸팅모터(520)를 설치하는 것이다. 이 경우, 틸팅모터(520)의 회전력을 틸팅축(510)에 전달하기 위하여 기어 연결 또는 체인이나 벨트 등의 동력전달수단이 필요할 것이며, 틸팅모터(520) 자체적으로 감속기(미도시)가 내장되거나 동력전달과정에서 감속기를 개재하여 틸팅모터(520)의 과도한 회전을 감속시킬 수 있다. 상기와 같은 틸팅부(500)는 부반사경(220)을 지지하는 케이스에 내장되고, 제어부(미도시)의 제어신호에 의해서 구동된다.

태양광 집광부(200)로부터 집광된 태양광을 열기관(300)의 실린더(320) 전후단부에 각각 수용된 고압기체에 용이하게 전달하여 열팽창이 일어나도록 하기 위하여 도 6 내지 9에 도시된 바와 같이 집광창(330) 및 흑체(340)가 설치된다. 집광창(330)은 상기 태양광 집광부(200)로부터 집광된 태양광이 상기 실린더(320)의 전후단 내부에 각각 수용된 고압기체를 향해 조사되도록 상기 실린더(320)의 전후단부에 각각 설치된다. 또한, 흑체(340)는 상기 실린더(320)의 전후단 내부에 각각 설치되고, 상기 집광창(330)을 통해 조사된 태양광을 흡수하여 상기 실린더(320)의 전후단 내부에 각각 수용된 고압기체를 향해 열전달한다. 그에 따라, 태양광 집광부(200)로부터 집광된 태양광이 집광창(330)을 통해 실린더(320) 내부로 조사되고, 실린더(320) 내부에 설치된 흑체(340)에 태양광이 흡수되어 상기 흑체(340)는 발열한다. 발열된 흑체(340)로부터 실린더(320) 전후단부에 각각 수용된 고압기체에 열전달이 일어나고, 상기 고압기체는 열팽창하게 된다. 상기 흑체(340)는 미립자 형태의 카본 블랙이 분사되어 코팅됨으로써, 태양광의 흡수력을 높여 고압기체에 대한 열전달 효율을 상승시킬 수 있다. 태양광 집광부(200)로부터 집광된 태양광은 일점으로 조사되고, 틸팅부(500)의 구동에 의해 실린더(320) 전단 또는 후단부에 선택적으로 집광된 태양광이 조사된다. 결국, 실린더(320)의 전단 또는 후단부에 수용된 고압기체의 열팽창 및 압축에 의해 실린더(320) 내부에 슬라이드 가능하게 설치된 피스톤(310)이 직선 왕복운동하게 되는 것이다.

상기 열기관(300)의 실린더(320) 전후단부 각각에 교대로 집광된 태양광을 조사할 때, 즉 실린더(320)의 전단부에서 후단부로 또는 후단부에서 전단부로 태양광을 조사할 경우 실린더(320)의 전후단부 중 일측은 태양광의 조사가 중단되어 대기상태에서 냉각되어 압축된다. 이때, 실린더(320)의 전후단부 중 타측은 가열되어 열팽창되는데, 실린더(320)의 전후단부 중 냉각되어 압축되는 일측의 냉각 효율을 증가시켜 열기관(300)의 열효율을 높일 수 있다. 이를 위하여, 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 상기 실리더(320)의 전후단부 외경에 각각 냉각부(350)를 설치하는 것이다. 냉각부(350)는 대기하에서 보다 냉각이 신속히 이루어질 수 있도록 접촉면적을 늘리는 방법으로 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 상기 실린더(320)의 전후단부 외경에 각각 복수의 냉각핀(351)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 냉각핀(351)에 공기를 공급하여 냉각시키는 냉각팬(352)을 더 설치할 수도 있다. 즉, 상기와 같은 냉각부(350)의 냉각방법은 공랭식 냉각에 해당하며, 수냉식 냉각으로 구성할 수도 있다. 예컨대, 도면에는 도시하지 않았으나 냉각부(350)는 냉각튜브 및 냉각펌프로 구성될 수 있고, 냉각튜브는 상기 실린더(320)의 전후단부 외경에 각각 권취되며, 냉각펌프는 상기 냉각튜브에 냉각수를 공급하여 상기 실린더(320)의 전후단부 각각을 냉각시킬 수 있다.

발전부(400)는 도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(310)의 외경에 길이방향을 따라 설치된 복수의 마그넷(410) 및 상기 실린더(320)의 외경에 길이방향을 따라 권선된 코일(420)로 구성된다. 즉, 발전부(400)는 상기 피스톤(310)의 직선 왕복운동에 따라 상기 마그넷(410)이 진동하여 상기 코일(420)로부터 전기를 발생시킨다. 즉, 본 발명의 발전부(400)는 선형 발전기로서 열기관(300)의 피스톤(310) 및 실린더(320)에 일체화시켜 기계에너지를 전기에너지로 변환하는 것이다.

마그넷(410)의 진동에 의해 상기 코일(420)로부터 발생되는 전기는 유도기전력으로서, 전류가 흐르면 주위에 자기장이 생기는 것처럼 코일(도체) 주위에 마그넷(410)에 의한 자기장이 발생하면 전자의 움직임이 발생하게 되는 전자유도현상이 일어나게 되는 것이다. 상기 코일(420)로부터 발생되는 유도기전력을 LC공진회로로 구성된 트랜스포머의 1차측에 연결하고, 트랜스포머 2차측으로부터 AC전기를 발생시킬 수 있다. 상기와 같은 선형 발전기는 종래 기술로 구현 가능하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

트랙킹부(600)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 프레임(100)에 설치되고, 일출에서 일몰까지 동에서 서로 이동하는 태양의 운동을 추적하여 입사되는 태양광의 광량이 최고가 되도록 상기 태양광 집광부(200)를 회전시킨다. 트랙킹부(600)는 일반적인 태양광 추적장치를 말하며, 태양에너지를 이용한 발전시스템의 발전 효율을 극대화하기 위한 방식으로 태양광의 직사광선이 항상 태양광 집광부(200)에 최대로 입사될 수 있도록 태양의 위치를 추적하는 장치이다. 즉, 태양에너지를 이용한 발전시스템에는 고정식과 추적식이 있는데, 추적식이 고정식에 비하여 일반적으로 발전효율이 20 내지 60% 증가함이 알려져 있다. 즉, 고정식은 정남향 방위각으로 동에서 서로 30도 변위로 고정되어 설치되지만, 추적식은 다시 1축 회전식과 2축 회전식으로 나뉜다. 1축 회전식은 태양광 방위각 변화에 따라 동에서 서로 회전시키는 것이며, 2축 회전식은 태양광 방위각 및 고도 변화에 따라 동에서 서 및 남에서 북으로 회전시키는 방식이다. 상기와 같은 태양광 추적식은 지구의 자전과 공전식으로부터 태양의 위치를 전구상에서 추적하며, 오차범위에서 태양추적이 가능하도록 설계할 수 있다. 당연히 1축 회전식에 비하여 2축 회전식의 발전효율이 10 내지 40% 증가하고, 본 발명과 같이 고밀도의 태양광을 집광하기 위해서는 2축 회전식을 사용하여 발전효율을 최대로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 태양광추적 2축 회전식은 프로그램 내장방식과 센서방식으로 다시 나눌 수 있다. 먼저, 센서방식은 광센서에 의해 감지된 광량의 최대량에 따라 태양을 추적하는 것으로서, 주변의 여건 및 날씨 변화에 민감하고, 정기적인 청소 및 유지보수를 필요로 한다. 그에 반해, 프로그램 내장방식은 일일 기상조건과 일출 일몰시간을 계산하여 태양의 위치를 정확히 추적함으로써, 동서 및 고도에 맞춰 자동으로 회전하여 최적의 일사량을 받을 수 있도록 작동하는 것으로서, 관리 및 유지비용이 저렴하며 주변 환경이나 날씨 변화에 의해 청명도가 낮은 경우라도 태양의 추적이 가능한 장점이 있다. 즉, 본 발명의 트랙킹부(600)는 상기와 같은 태양광 추적방식을 통해 태양광 집광부(200)를 회전시켜 태양광이 광량이 최고가 되도록 집광하여 발전 효율을 상승시킬 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims

프레임과,

상기 프레임에 설치되고, 태양광을 집광하는 태양광 집광부와,

피스톤에 의해 전후단부가 구획된 실린더 및 상기 실린더의 전후단부에 각각 수용된 고압기체로 구성되며, 상기 실린더의 전후단부에 각각 수용된 고압기체가 상기 태양광 집광부로부터 집광된 태양광을 교대로 전달받아 열팽창 또는 압축되어 상기 피스톤을 직선 왕복운동시키는 열기관과,

상기 피스톤의 외경에 길이방향을 따라 설치된 복수의 마그넷 및 상기 실린더의 외경에 길이방향을 따라 권선된 코일로 구성되고, 상기 피스톤의 직선 왕복운동에 따라 상기 마그넷이 진동하여 상기 코일로부터 전기를 발생시키는 발전부를 포함하여 이루어진 태양열 선형 발전장치.
제1항에 있어서,

상기 태양광 집광부는,

상기 프레임에 설치되는 주반사경과,

상기 주반사경으로부터 반사된 태양광을 재반사하여 일점으로 집광하는 부반사경을 포함하고,

상기 주반사경 및 부반사경은 공초점이 허초점이 되는 카세그레인 타입인 것을 특징으로 하는 태양열 선형 발전장치.
제1항에 있어서,

상기 태양광 집광부는,

상기 프레임에 설치되는 주반사경과,

상기 주반사경으로부터 반사된 태양광을 재반사하여 일점으로 집광하는 부반사경을 포함하고,

상기 주반사경 및 부반사경은 공초점이 실초점이 되는 그레고리안 타입인 것을 특징으로 하는 태양열 선형 발전장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 태양광 집광부의 부반사경에 재반사되어 집광된 태양광을 상기 열기관의 실린더 전후단부에 각각 수용된 고압기체를 향해 교대로 조사되도록 상기 부반사경을 틸팅시키는 틸팅부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 선형 발전장치.
제4항에 있어서,

상기 틸팅부는,

상기 부반사경을 회전 가능하게 지지하는 틸팅축과,

상기 틸팅축을 정역회전시키는 틸팅모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 선형 발전장치.
제1항에 있어서,

상기 열기관은,

상기 태양광 집광부로부터 집광된 태양광이 상기 실린더의 전후단 내부에 각각 수용된 고압기체를 향해 조사되도록 상기 실린더의 전후단부에 각각 설치된 광투과성의 집광창을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 선형 발전장치.
제6항에 있어서,

상기 열기관은,

상기 실린더의 전후단 내부에 각각 설치되고, 상기 집광창을 통해 조사된 태양광을 흡수하여 상기 실린더의 전후단 내부에 각각 수용된 고압기체를 향해 열전달하는 흑체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 선형 발전장치.
제7항에 있어서,

상기 흑체는,

미립자 형태의 카본 블랙이 분사되어 코팅된 것을 특징으로 하는 태양열 선형 발전장치.
제1항에 있어서,

상기 열기관은,

상기 실린더의 전후단부 외경에 각각 설치된 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 선형 발전장치.
제9항에 있어서,

상기 냉각부는,

상기 실린더의 전후단부 외경에 각각 형성된 복수의 냉각핀과,

상기 냉각핀에 공기를 공급하여 냉각시키는 냉각팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 선형 발전장치.
제9항에 있어서,

상기 냉각부는,

상기 실린더의 전후단부 외경에 각각 권취된 냉각튜브와,

상기 냉각튜브에 냉각수를 공급하는 냉각펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 선형 발전장치.
제1항에 있어서,

상기 프레임에 설치되고, 일출에서 일몰까지 동에서 서로 이동하는 태양의 운동을 추적하여 입사되는 태양광의 광량이 최고가 되도록 상기 태양광 집광부를 회전시키는 트래킹부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 선형 발전장치.