WO2013035966A1 - 태양열 발전장치의 흡수기 - Google Patents

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WO2013035966A1
WO2013035966A1 PCT/KR2012/004126 KR2012004126W WO2013035966A1 WO 2013035966 A1 WO2013035966 A1 WO 2013035966A1 KR 2012004126 W KR2012004126 W KR 2012004126W WO 2013035966 A1 WO2013035966 A1 WO 2013035966A1
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WO
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unit module
module
unit
stacked
absorber
Prior art date
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PCT/KR2012/004126
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English (en)
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Inventor
이현진
김종규
이상남
강용혁
Original Assignee
한국에너지기술연구원
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • F24S10/74—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits the tubular conduits are not fixed to heat absorbing plates and are not touching each other
    • F24S10/744—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits the tubular conduits are not fixed to heat absorbing plates and are not touching each other the conduits being helically coiled
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Definitions

  • the present invention relates to a solar power generator, and more particularly to an absorber for improving the solar heat absorption capacity.
  • a solar power generator is composed of a heat collector that collects solar heat, and a power generator driven by steam generated by the collected heat.
  • the heat collecting apparatus includes a reflecting means for reflecting sunlight and a solar heat absorber for generating steam by heating the working fluid with heat of light collected by the reflecting means.
  • the central receiver (CRS) system heats the working fluid by concentrating the light collected by the plurality of reflecting means 1 in one absorber 3 installed in the central tower 2.
  • Solar absorbers can be classified into tubular and volume type. Since a conventional tubular absorber is mostly manufactured in a large size, the contact area between the focused light and the working fluid is small, so that there is a limit to increase the efficiency.
  • a volume type using a porous heat absorber with a large heat transfer area was developed to use a working fluid with low thermal conductivity such as air.
  • quartz glass should be used, but problems such as size limitation of quartz glass and stability at high temperature remain.
  • An embodiment of the present invention is to provide an absorber of a high efficiency solar thermal apparatus.
  • the solar heat entering the interior of the cavity is continuously operated while moving from the front of the cavity to the rear
  • An absorber of the solar power generator may be provided to make contact with the fluid.
  • the duct is wound spirally along the direction through which solar heat passes to form a cavity wall.
  • the cavity wall is formed by stacking a plurality of rectangular unit modules having internal flow paths in a direction through which solar heat passes and communicating the internal flow paths of the stacked rectangular frames.
  • the module block may be a module block formed by stacking a plurality of hexagonal unit modules having internal flow paths in a direction through which solar heat passes, and communicating internal flow paths of the stacked rectangular frames.
  • the unit module includes a plurality of first, second, third, and fourth unit modules that can be stacked on each other, and each unit module includes a fluid inflow path passing through the unit modules to be stacked at one corner in a row.
  • the first unit module is located at the top of the module block, and the working fluid flowing from the fluid inlet passage on one side adjacent to the fluid inlet passage and circulating inside the first unit module is pulled out into the second unit module stacked next.
  • a first discharge port for exiting the second unit module, the second unit module is directly stacked and communicated with the first unit module or the third unit module, and the first unit of the first and third unit modules
  • a second inlet provided at the same position as the third outlet and allowing the working fluid circulated inside the other side adjacent to the fluid inlet passage to exit to the next stacked third unit module or fourth unit module;
  • a discharge port, and the third The upper module is directly stacked and communicated with the second unit module, and has a third inlet formed at the same position as the second outlet of the second unit module at one side adjacent to the fluid inlet passage, and the other side adjacent to the fluid inlet passage.
  • the working fluid circulated inside the center is pulled out And a fourth outlet for exiting.
  • the stacked unit modules are alternately provided with a flow direction of a working fluid in a clockwise direction and a counterclockwise direction.
  • the module blocks may be bundled to form one block assembly.
  • the solar heat flowing into the cavity can continuously contact the working fluid while moving from the front to the rear of the cavity. It is possible to provide an absorber of a solar power generating device to form a block assembly by bonding the module block and the cavity walls of the plurality of module blocks.
  • the module block may be provided in a rectangular or hexagonal shape.
  • the absorber of the solar power generator increases the efficiency by providing the cavity wall as a duct having an internal flow path so that solar heat flowing into the cavity continuously contacts the working fluid while moving from the front to the rear of the cavity. You can.
  • the absorber of the solar power generation apparatus can be configured as a single block assembly by combining a plurality of small-sized module blocks to adjust the size of the block assembly according to the power generation capacity to operate with the solar heat
  • the efficiency can be increased by increasing the contact area between the fluids.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a reflecting means and an absorber of a conventional solar power generator.
  • FIG. 2 is a view showing a solar heat absorber according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a solar heat absorber according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view schematically showing a block assembly formed by combining a plurality of module blocks of a solar heat absorber according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view schematically showing a block assembly according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG 7 and 8 are diagrams showing the module block of the solar absorber according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically illustrating a solar heat absorber of a solar power generator according to a first embodiment of the present invention.
  • the solar heat absorber 10 provides a cavity wall to a duct 12 having a hollow flow path so that working fluid such as air can move, so that solar heat introduced into the cavity is in front of the cavity. Keep in constant contact with the moving fluid at the rear.
  • the cavity wall of the absorber 10 is provided by stacking (winding) the duct 12 having an internal flow path in a spiral form along the inflow direction of solar heat so that the air flowing into the duct 12 is longer than the solar heat. The contact was made. Increasing the contact area between the solar heat and the working fluid can heat the working fluid to a desired temperature even in air, which is a working fluid having low thermal conductivity.
  • Duct 12 may be made of stainless steel, high-temperature alloy steel, SiC, and the like, and the front portion exposed to high concentration when manufactured of stainless steel may be additionally installed with a frame made of high-temperature alloy steel or SiC.
  • FIG. 2 illustrates a cavity wall formed by winding a long circular duct 12 together in the form of a coil spring.
  • the air introduced into the duct 12 through the working fluid inlet 14 is formed in front of the cavity opening C. Is partially in contact with the solar heat collected by the reflecting means (not shown), and is also heated to a higher temperature while in contact with the residual solar heat passing through the interior of the cavity during the movement along the duct 12 to the working fluid outlet 16.
  • FIG. 3 shows a solar absorber according to a second embodiment of the present invention.
  • the solar heat absorber 20 according to the present embodiment provides a cavity wall with a duct having a hollow flow path so that working fluids such as air can move, and solar heat flowing into the cavity moves from the front to the rear of the cavity. While in constant contact with the working fluid is the same as in the first embodiment.
  • the solar heat absorber 20 stacks rectangular unit modules 21, 22, 23, and 24 having a hollow flow path along a solar inlet cavity to facilitate manufacturing. It has a form of the module block (M) which is provided in communication with the inner hollow of ⁇ 24).
  • the four unit modules 21 to 24 have a fluid inflow path 25 for communicating a plurality of unit modules in a row in a stacking direction at one edge thereof in common.
  • FIG. 4 (a) shows the first unit module 21 located at the foremost of the module block (M).
  • the first unit module 21 is provided with a fluid inflow path 25 at one corner, and the one side side adjacent to the fluid inflow path 25 is introduced from the fluid inflow path 25 to the first unit module 21 of the first unit module 21.
  • a first discharge port 21a is provided to allow the working fluid circulating in the clockwise direction to exit to the second stacked unit module 22.
  • the second unit module 22 is a kind of even-numbered module and is provided at the same position as the first and third outlets 21b and 23b of the first and third unit modules 21 and 23 to communicate with each other. Is provided on one side adjacent to the fluid inflow path (25). On the other side adjacent to the fluid inflow path 25, a second outlet for allowing the working fluid circulated in the counterclockwise direction to exit to the next stacked third unit module 23 or fourth unit module 24 22b is provided.
  • the third unit module 23 is a kind of odd-numbered module, and may alternately stack a plurality of second unit modules 22, which are even-numbered modules, to implement a desired volume (depth) of the cavity.
  • the third unit module 23 is provided at the same position as the second outlet 22b of the second unit module 22, and a third inlet 23a communicating with each other is provided at one side adjacent to the fluid inlet passage 25. .
  • a third discharge port 23b for allowing the working fluid circulated in the clockwise direction to exit the second inlet port 22b of the second unit module 22, which is next stacked. ) Is provided.
  • FIG. 4D illustrates a fourth unit module 24 which is directly stacked and communicated with the second unit module 22 and positioned at the end of the module block M.
  • the fourth unit module 24 is provided at the same position as the second outlet 22b of the second unit module 22, and the fourth inlet 24a communicating with each other is provided at one side adjacent to the fluid inlet passage 25. .
  • the working fluid circulated in the clockwise direction exits to the outside of the heat absorber through the fourth discharge port 24b provided at the center side of the fourth unit module 24.
  • the heat absorber according to the second embodiment is a module block M formed by properly stacking a plurality of first, second, third and fourth unit modules 21 to 24 in the solar heat inflow direction, and thus the outer wall of the cavity. Air is introduced into the first unit module 21 through the fluid inlet 25 to partially contact the solar heat collected in the cavity opening, and also the stacked first, second, third and fourth unit modules 21 are formed. 24 to the fourth outlet 24b of the fourth unit module along with the solar heat passing through the cavity can be heated more effectively.
  • FIG. 5 illustrates a solar absorber 30 in which a plurality of module blocks M of FIGS. 3 and 4 are combined to form a block assembly B according to a power generation capacity of a solar power generator.
  • the block assembly B of the present embodiment illustrated illustrates a bundle of nine module blocks M in a 3 ⁇ 3 arrangement, the present invention is not limited thereto.
  • the contact area can be increased to increase efficiency, and as a result, even a material having a low thermal conductivity such as air is a working fluid Can be used as
  • the warmed working fluid (air) exiting each module block (M) may be supplied to the power generation facility through a single pipe (not shown).
  • FIG. 6 illustrates a solar heat absorber 40 provided in the form of a block assembly M 'according to a third embodiment of the present invention.
  • the present embodiment is the same as the above-described second embodiment except that the unit module has a hexagonal shape.
  • the hexagonal unit module may form a block assembly (B) more densely than the rectangular unit module.
  • FIG. 7 and 8 are views showing an absorber provided in the form of a module block according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the solar heat absorber 50 according to the present exemplary embodiment provides a cavity wall with a duct having an internal flow path so that a working fluid such as air can move, and the solar heat flowing into the cavity is continuously moved from the front of the cavity to the rear.
  • the contact with is the same as in the first and second embodiments.
  • the solar heat absorber 50 of the present embodiment has a through flow passage 51 for moving the working fluid from the rear to the front at one corner of the rectangular module block, and the working fluid introduced into the absorber front through the through flow passage 51.
  • the spiral guide wall 52 of the module block includes a plurality of straight passages P1 to P5 and a variable passage P1 ′ for moving the straight passages to neighboring lines. ⁇ P5 ′).
  • the straight paths P1 to P5 are provided on the upper side, the left side, and the lower side of the rectangular module block, and the variable flow paths P1 'to P5' are provided on the right side.
  • the working fluid introduced into the upper straight channel P1 of the module block through the through channel 51 passes through the left and lower straight channel P1 of the same channel and then through the right variable channel P1 ′. Move to straight line P2.
  • the working fluid switches the flow paths P2-P3-> P4-> P5, and finally exits to the rear of the module block through the straight flow path P5.
  • the absorber of the solar power generator configured as described above may be provided in the form of a block assembly as shown in Figs. 6 and 7, and in this embodiment, the variable flow path is provided on the right side, but the present invention is not limited thereto. It is of course possible to make appropriate variations and modifications.

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Abstract

효율이 높은 태양열 발전장치의 흡수기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 태양열 발전장치의 흡수기는 작동유체가 이동할 수 있도록 내부 유로를 갖는 덕트를 태양열의 유입 방향을 따라 적층해서 캐비티 벽을 형성함으로써 캐비티의 내부로 유입되는 태양열이 캐비티의 전방에서 후방으로 이동하는 작동유체와 지속적으로 접촉하도록 할 수 있어 효율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 태양열 발전장치의 흡수기는 사이즈가 작은 모듈블록을 여러 개 묶어 하나의 블록조립체 형태로로 흡수기를 구성할 수 있기 때문에, 발전 용량에 따라 적절하게 블록조립체의 사이즈를 조절하여 태양열과 작동유체 간 접촉 면적을 증가시켜 효율을 높일 수 있다.

Description

태양열 발전장치의 흡수기
본 발명은 태양열 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양열 흡수 능력을 향상시키기 위한 흡수기에 관한 것이다.
일반적으로 태양열 발전장치는 태양열을 집열하는 집열장치와, 집열된 열에 의해 발생된 증기로 구동되는 발전장치로 구성된다. 또한, 집열장치는 태양광을 반사시키는 반사수단과, 반사수단에 의해 집광된 빛의 열로 작동유체를 가열하여 증기를 발생시키는 태양열 흡수기를 포함하여 구성된다.
일례로 도 1에 도시된 바와 같이 CRS(Central Receiver) 방식은 복수의 반사수단(1)에 의해 집광된 빛을 중앙 타워(2)에 설치된 흡수기(3) 한 곳에 집중시켜 작동유체를 가열한다. 태양열 흡수기는 크게 튜브형과 체적형으로 분류할 수 있다. 종래의 튜브형 흡수기는 대부분 대형으로 제작되기 때문에 집광된 빛과 작동유체 간의 접촉 면적이 작아 효율을 높이는데 한계가 있다. 열전달 면적이 넓은 다공성 흡열재를 사용하는 체적형은 공기와 같이 열전도율이 낮은 작동유체를 사용하기 위해 개발되었다. 하지만, 압력이 있는 공기를 위해서는 석영 유리를 사용해야 하는데, 석영 유리의 크기 제한이나 고온에서 안정성 등의 해결해야 할 문제가 남아 있다.
본 발명의 실시예는 효율이 높은 태양열 발전장치의 흡수기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 작동유체가 이동할 수 있는 내부 유로를 갖는 덕트를 태양열의 유입 방향을 따라 적층해서 캐비티 벽을 형성함으로써 캐비티의 내부로 유입되는 태양열이 캐비티 전방에서 후방으로 이동하면서 지속적으로 작동유체와 접촉하도록 하는 태양열 발전장치의 흡수기가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양열 발전장치의 흡수기에 있어서 상기 덕트는 태양열이 통과하는 방향을 따라 나선형으로 권취하여 캐비티 벽을 형성한다.
또한, 본 발명에 따른 태양열 발전장치의 흡수기에 있어서 상기 캐비티 벽은 내부 유로를 가지는 사각 형태의 단위모듈을 태양열이 통과하는 방향으로 복수개 적층하고, 적층된 각 사각 프레임의 내부 유로를 연통시켜 형성한 모듈블록이거나 내부 유로를 가지는 육각 형태의 단위모듈을 태양열이 통과하는 방향으로 복수개 적층하고, 적층된 각 사각 프레임의 내부 유로를 연통시켜 형성한 모듈블록일 수 있다.
이때 상기 단위모듈은 상호 적층할 수 있는 복수의 제1,2,3,4단위모듈을 포함하되, 각 단위모듈은 일측 모서리에 적층될 단위모듈을 일렬로 관통하는 유체유입로를 구비하고, 상기 제1단위모듈은 모듈블록의 최선단에 위치하며, 유체유입로와 인접한 일측변에 유체유입로로부터 유입되어 제1단위모듈의 내부를 순환한 작동유체가 다음에 적층되는 제2단위모듈로 빠져나갈 수 있도록 하는 제1배출구를 구비하고, 상기 제2단위모듈은 제1단위모듈 또는 제3단위모듈과 직접 적층 및 연통하며, 유체유입로와 인접한 일측변에 제1,3단위모듈의 제1,3배출구와 동일한 위치에 제2유입구를 구비하고, 유체유입로와 인접한 타측변에 내부를 순환한 작동유체가 다음에 적층된 제3단위모듈 또는 제4단위모듈로 빠져나갈 수 있도록 하는 제2배출구를 구비하고, 상기 제3단위모듈은 제2단위모듈과 직접 적층 및 연통하며, 유체유입로와 인접한 일측변에 제2단위모듈의 제2배출구와 동일한 위치에 마련되는 제3유입구를 구비하고, 유체유입로와 인접한 타측변에 내부를 순환한 작동유체가 다음에 적층되는 제2단위모듈의 제2유입구로 빠져나갈 수 있도록 하는 제3배출구를 구비하고, 상기 제4단위모듈은 제2단위모듈과 직접 적층 및 연통되어 모듈블록의 최후단에 위치하며, 유체유입로와 인접한 일측변에 제2단위모듈의 제2배출구와 동일한 위치에 마련되는 제4유입구를 구비하며, 중심측에 내부를 순환한 작동유체가 외부로 빠져나가도록 하는 제4배출구를 구비한다.
또한, 본 발명에 따른 태양열 발전장치의 흡수기에 있어서 상기 적층되는 단위모듈은 작동유체의 흐름 방향이 시계방향과 반시계방향으로 교호로 마련된다.
또한, 본 발명에 따른 태양열 발전장치의 흡수기에 있어서 상기 모듈블록은 복수개를 묶어 하나의 블록조립체를 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 캐비티 벽에 작동유체가 이동하는 내부 유로를 태양열의 유입 방향을 따라 마련해서 캐비티의 내부로 유입되는 태양열이 캐비티 전방에서 후방으로 이동하면서 지속적으로 작동유체와 접촉할 수 있도록 하는 모듈블록과, 복수의 상기 모듈블록의 캐비티 벽을 붙여서 묶어 하나의 블록조립체를 형성하는 태양열 발전장치의 흡수기가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양열 발전장치의 흡수기에 있어서 상기 모듈블록은 사각형 또는 육각형 형태로 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 태양열 발전장치의 흡수기는 캐비티 벽을 내부 유로를 갖는 덕트로 마련함으로써 캐비티 내부로 유입되는 태양열이 캐비티의 전방에서 후방으로 이동하면서 지속적으로 작동유체와 접촉하도록 하여 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 태양열 발전장치의 흡수기는 사이즈가 작은 모듈블록을 여러 개 묶어 하나의 블록조립체로 구성할 수 있도록 함으로써 발전 용량에 따라 적절하게 블록조립체의 사이즈를 조절하여 태양열과 작동유체 간 접촉 면적을 증가시켜 효율을 높일 수 있다.
도 1은 종래 태양열 발전장치의 반사수단 및 흡수기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양열 흡수기를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양열 흡수기를 도시한 도면이다.
도 4의 (a) 내지 (d)는 도 3의 태양열 흡수기를 제조하기 위한 단위모듈을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양열 흡수기의 모듈블록을 복수개 결합하여 형성한 블록조립체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 블록조립체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양열 흡수기의 모듈블록을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양열 발전장치의 태양열 흡수기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 태양열 흡수기(10)는 공기 등의 작동유체가 이동할 수 있도록 중공 유로를 갖는 덕트(12)로 캐비티 벽을 마련하여 캐비티의 내부로 유입되는 태양열이 캐비티 전방에서 후방으로 이동하는 작동유체와 지속적으로 접촉하도록 한다.
본 실시예에서는 흡수기(10)의 캐비티 벽을 내부 유로를 갖는 덕트(12)를 태양열의 유입 방향을 따라 나선 형태로 적층(권취)하여 마련함으로써 덕트(12)로 유입되는 공기가 태양열과 보다 장시간 접촉할 수 있도록 하였다. 태양열과 작동유체 간의 접촉 면적의 증가는 열전도율이 낮은 작동유체인 공기라도 원하는 온도까지 작동유체를 가열할 수 있다.
덕트(12) 재질로는 스테인레스 스틸, 고온 합금강, SiC 등이 가능하며, 스테인레스 스틸로 제작 시 고집광에 노출되는 전면부는 고온 합금강이나 SiC 재질의 프레임을 추가 설치할 수 있다.
도 2는 하나의 긴 원형 덕트(12)를 코일 스프링 형태로 같이 감아 캐비티 벽을 형성한 것으로, 작동유체 유입구(14)를 통해 덕트(12) 내부로 유입된 공기는 전방의 캐비티 개구부(C)에서 반사수단(미도시)에 의해 집광된 태양열과 일부 접촉하며, 또한 덕트(12)를 따라 작동유체 배출구(16)로 이동하는 도중 캐비티 내부를 통과하는 잔여 태양열과 접촉하면서 더욱 높은 온도로 가열될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 태양열 흡수기를 도시한 것이다. 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양열 흡수기(20)는 공기 등의 작동유체가 이동할 수 있도록 중공 유로를 갖는 덕트로 캐비티 벽을 마련하여 캐비티의 내부로 유입되는 태양열이 캐비티 전방에서 후방으로 이동하면서 지속적으로 작동유체와 접촉하도록 하는 것은 제1 실시예와 동일하다.
하지만, 본 실시예의 태양열 흡수기(20)는 제조를 용이하게 하기 위해 중공 유로를 갖는 사각형의 단위모듈(21,22,23,24)을 태양열의 캐비티 유입 방향을 따라 적층한 후 각 단위모듈(21~24)의 내부 중공을 연통시켜 마련되는 모듈블록(M) 형태를 갖는다.
도 4의 (a) 내지 (d)는 적층되는 각 단위모듈의 내부 중공을 연통시켜 작동유체를 모듈블록(M)의 유입구로부터 배출구까지 연속되는 유로를 형성하기 위해 필요한 네 개의 단위모듈(21~24)을 도시한 것이다. 네 개의 단위모듈(21~24)은 일측 모서리에 적층 방향으로 복수의 단위모듈을 일렬로 연통시키기 위한 유체유입로(25)를 공통적으로 구비한다.
도 4의 (a)는 모듈블록(M)의 최전방에 위치하는 제1단위모듈(21)을 도시한 것이다. 제1단위모듈(21)은 일측 모서리에 유체유입로(25)를 마련하고 있으며, 유체유입로(25)와 인접한 일측변에는 유체유입로(25)로부터 유입되어 제1단위모듈(21)의 내부를 시계방향으로 순환한 작동유체가 다음에 적층된 제2단위모듈(22)로 빠져나갈 수 있도록 하는 제1배출구(21a)가 마련된다.
도 4의 (b)는 제1단위모듈(21) 또는 (c)의 제3단위모듈(23)과 직접 적층되어 연통되는 제2단위모듈(22)을 도시한 것이다. 제2단위모듈(22)은 일종의 짝수열 모듈로, 제1,3단위모듈(21,23)의 제1,3배출구(21b,23b)와 동일한 위치에 마련되어 상호 연통되는 제2유입구(22a)가 유체유입로(25)와 인접한 일측변에 마련된다. 유체유입로(25)와 인접한 타측변에는 내부를 반시계방향으로 순환한 작동유체가 다음에 적층된 제3단위모듈(23) 또는 제4단위모듈(24)로 빠져나갈 수 있도록 하는 제2배출구(22b)가 마련된다.
도 4의 (c)는 제2단위모듈(22)과 직접 적층되어 연통하는 제3단위모듈(23)을 도시한 것이다. 제3단위모듈(23)은 일종의 홀수열 모듈로, 짝수열 모듈인 제2단위모듈(22)과 복수개를 교호로 적층하여 원하는 캐비티의 체적(깊이)을 구현할 수 있다. 제3단위모듈(23)은 제2단위모듈(22)의 제2배출구(22b)와 동일한 위치에 마련되어 상호 연통되는 제3유입구(23a)가 유체유입로(25)와 인접한 일측변에 마련된다. 유체유입로(25)와 인접한 타측변에는 내부를 시계방향으로 순환한 작동유체가 다음에 적층된 제2단위모듈(22)의 제2유입구(22b)로 빠져나갈 수 있도록 하는 제3배출구(23b)가 마련된다.
도 4의 (d)는 제2단위모듈(22)과 직접 적층 및 연통되어 모듈블록(M)의 최후단에 위치하는 제4단위모듈(24)을 도시한 것이다. 제4단위모듈(24)은 제2단위모듈(22)의 제2배출구(22b)와 동일한 위치에 마련되어 상호 연통되는 제4유입구(24a)가 유체유입로(25)와 인접한 일측변에 마련된다. 내부를 시계방향으로 순환한 작동유체는 제4단위모듈(24)의 중심측에 마련되는 제4배출구(24b)를 통해 흡열기 외부로 빠져나간다.
이상 정리하면, 본 제2 실시예에 따른 흡열기는 복수의 제1,2,3,4단위모듈(21~24)을 태양열의 유입 방향을 따라 적절히 적층하여 형성된 모듈블록(M)으로 캐비티의 외벽을 형성함으로써, 유체유입로(25)를 통해 제1단위모듈(21)로 유입된 공기는 캐비티 개구부에서 집광된 태양열과 일부 접촉하며, 또한 적층된 제1,2,3,4단위모듈(21~24)을 따라 제4단위모듈의 제4배출구(24b)로 이동하는 도중 캐비티 내부를 통과하는 태양열과 접촉하면서 더욱 효과적으로 가열될 수 있다.
도 5는 태양열 발전장치의 발전 용량에 따라 도 3 및 도 4의 모듈블록(M)을 여러개 결합하여 블록조립체(B) 형태로 마련한 태양열 흡수기(30)를 도시한 것이다. 도시한 본 실시예의 블록조립체(B)는 모듈블록(M)을 3×3 배열로 9개 묶은 것을 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이와 같은 방식으로 원하는 발전 용량에 맞도록 체적형 흡수기의 캐비티를 다수의 모듈블록(M)을 묶어 형성하면, 접촉면적을 늘려 효율을 높일 수 있으며, 그 결과 공기와 같이 열전도율이 낮은 물질도 작동유체로 사용할 수 있다. 각각의 모듈블록(M)을 빠져나온 데워진 작동유체(공기)는 하나의 관(미도시)을 통해 발전설비로 공급될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 블록조립체(M') 형태로 마련되는 태양열 흡수기(40)를 도시한 것이다. 본 실시예는 단위모듈의 형태가 육각형인 것을 제외하면, 상술한 제2 실시예와 제조 방법이 동일한다. 육각형의 단위모듈은 사각형의 단위모듈보다 조밀하게 블록조립체(B)를 형성할 수 있다. 제1 실시예의 덕트를 묶어 블록조립체를 형성하면 이웃하는 덕트 간에 불필요한 공간이 발생하므로, 캐비티가 동일한 체적을 가질 경우 태양열과 작동유체 간의 접촉면적이 상대적으로 감소하게 된다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 모듈블록 형태로 마련되는 흡수기를 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 태양열 흡수기(50)는 공기 등의 작동유체가 이동할 수 있도록 내부 유로를 갖는 덕트로 캐비티 벽을 마련하여 캐비티의 내부로 유입되는 태양열이 캐비티 전방에서 후방으로 이동하면서 지속적으로 작동유체와 접촉하도록 하는 것은 제1,2 실시예와 동일하다.
하지만, 본 실시예의 태양열 흡수기(50)는 사각형의 모듈블록 일측 모서리에 후방에서 전방으로 작동유체를 이동시키는 관통유로(51)를 마련하고, 관통유로(51)를 통해 흡수기 전방으로 유입된 작동유체는 네 변에 마련된 덕트 내부의 나선안내벽(52)을 통해 회전하면서 캐비티 전방에서 후방으로 점진적으로 유도되는 형태를 갖는다. 즉, 제2 실시예의 사각형 모듈블록에 마련되는 내부 유로는 작동유체의 흐름이 전방에서 후방으로 교호로 마련되지만, 제4 실시예의 사각형 모듈블록에 마련되는 내부 유로는 일정하게 한방향으로 작동유체 흐름이 마련된다.
도 8을 참조하여 좀 더 자세히 살펴보면, 본 실시예에 따른 모듈블록의 나선안내벽(52)은 복수개의 직선유로(P1~P5)와, 직선유로를 이웃하는 라인으로 이동시키는 가변유로(P1'~P5')를 구획하여 형성한다. 직선유로(P1~P5)는 사각형 모듈블록의 상측, 좌측, 및 하측 면에 마련되며, 가변유로(P1'~P5')는 우측면에 마련된다.
따라서, 관통유로(51)를 통해 모듈블록의 상측 직선유로(P1)로 유입된 작동유체는 동일 유로의 좌측과 하측의 직선유로(P1)를 통과한 후, 우측 가변유로(P1')를 통해 직선유로(P2)로 이동한다. 마찬가지 순서로 작동유체는 P2-P3->P4->P5로 유로를 전환하며, 최종적으로 직선유로(P5)를 통해 모듈블록의 후방으로 빠져나가게 된다.
상기와 같이 구성되는 태양열 발전장치의 흡수기는 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 블록조립체 형태로 마련될 수 있으며, 또한 본 실시예에서는 가변유로를 우측면에 마련하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않고 당업자가 적절한 변형 및 수정을 할 수 있음은 물론이다.

Claims (12)

  1. 작동유체가 이동할 수 있는 내부 유로를 갖는 덕트를 태양열의 유입 방향을 따라 적층해서 캐비티 벽을 형성함으로써 캐비티의 내부로 유입되는 태양열이 캐비티 전방에서 후방으로 이동하는 작동유체와 지속적으로 접촉하도록 하는 태양열 발전장치의 흡수기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 덕트는 태양열이 통과하는 방향을 따라 나선형으로 권취하여 캐비티 벽을 형성하는 태양열 발전장치의 흡수기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 캐비티 벽은 내부 유로를 가지는 사각 형태의 단위모듈을 태양열이 통과하는 방향으로 복수개 적층한 후, 적층된 각 사각 프레임의 내부 유로를 연통시켜 모듈블록으로 형성하는 태양열 발전장치의 흡수기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 단위모듈은 상호 적층할 수 있는 복수의 제1,2,3,4단위모듈을 포함하되, 각 단위모듈은 일측 모서리에 적층될 단위모듈을 일렬로 관통하는 유체유입로를 구비하고,
    상기 제1단위모듈은 모듈블록의 최선단에 위치하며, 유체유입로와 인접한 일측변에 유체유입로로부터 유입되어 제1단위모듈의 내부를 순환한 작동유체가 다음에 적층되는 제2단위모듈로 빠져나갈 수 있도록 하는 제1배출구를 구비하고,
    상기 제2단위모듈은 제1단위모듈 또는 제3단위모듈과 직접 적층 및 연통하며, 유체유입로와 인접한 일측변에 제1,3단위모듈의 제1,3배출구와 동일한 위치에 제2유입구를 구비하고, 유체유입로와 인접한 타측변에 내부를 순환한 작동유체가 다음에 적층된 제3단위모듈 또는 제4단위모듈로 빠져나갈 수 있도록 하는 제2배출구를 구비하고,
    상기 제3단위모듈은 제2단위모듈과 직접 적층 및 연통하며, 유체유입로와 인접한 일측변에 제2단위모듈의 제2배출구와 동일한 위치에 마련되는 제3유입구를 구비하고, 유체유입로와 인접한 타측변에 내부를 순환한 작동유체가 다음에 적층되는 제2단위모듈의 제2유입구로 빠져나갈 수 있도록 하는 제3배출구를 구비하고,
    상기 제4단위모듈은 제2단위모듈과 직접 적층 및 연통되어 모듈블록의 최후단에 위치하며, 유체유입로와 인접한 일측변에 제2단위모듈의 제2배출구와 동일한 위치에 마련되는 제4유입구를 구비하며, 중심측에 내부를 순환한 작동유체가 외부로 빠져나가도록 하는 제4배출구를 구비하는 태양열 발전장치의 흡수기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 적층되는 단위모듈은 작동유체의 흐름 방향이 시계방향과 반시계방향으로 교호로 마련되는 태양열 발전장치의 흡수기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 캐비티 벽은 내부 유로를 가지는 육각 형태의 단위모듈을 태양열이 통과하는 방향으로 복수개 적층하고, 적층된 각 사각 프레임의 내부 유로를 연통시켜 모듈블록으로 형성하는 태양열 발전장치의 흡수기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 단위모듈은 상호 적층할 수 있는 복수의 제1,2,3,4단위모듈을 포함하되, 각 단위모듈은 일측 모서리에 적층될 단위모듈을 일렬로 관통하는 유체유입로를 구비하고,
    상기 제1단위모듈은 모듈블록의 최선단에 위치하며, 유체유입로와 인접한 일측변에 유체유입로로부터 유입되어 제1단위모듈의 내부를 순환한 작동유체가 다음에 적층되는 제2단위모듈로 빠져나갈 수 있도록 하는 제1배출구를 구비하고,
    상기 제2단위모듈은 제1단위모듈 또는 제3단위모듈과 직접 적층 및 연통하며, 유체유입로와 인접한 일측변에 제1,3단위모듈의 제1,3배출구와 동일한 위치에 제2유입구를 구비하고, 유체유입로와 인접한 타측변에 내부를 순환한 작동유체가 다음에 적층된 제3단위모듈 또는 제4단위모듈로 빠져나갈 수 있도록 하는 제2배출구를 구비하고,
    상기 제3단위모듈은 제2단위모듈과 직접 적층 및 연통하며, 유체유입로와 인접한 일측변에 제2단위모듈의 제2배출구와 동일한 위치에 마련되는 제3유입구를 구비하고, 유체유입로와 인접한 타측변에 내부를 순환한 작동유체가 다음에 적층되는 제2단위모듈의 제2유입구로 빠져나갈 수 있도록 하는 제3배출구를 구비하고,
    상기 제4단위모듈은 제2단위모듈과 직접 적층 및 연통되어 모듈블록의 최후단에 위치하며, 유체유입로와 인접한 일측변에 제2단위모듈의 제2배출구와 동일한 위치에 마련되는 제4유입구를 구비하며, 중심측에 내부를 순환한 작동유체가 외부로 빠져나가도록 하는 제4배출구를 구비하는 태양열 발전장치의 흡수기.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 적층되는 단위모듈은 작동유체의 흐름 방향이 시계방향과 반시계방향으로 교호로 마련되는 태양열 발전장치의 흡수기.
  9. 제 3항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈블록은 복수개를 묶어 하나의 블록조립체를 형성하는 태양열 발전장치의 흡수기.
  10. 캐비티 벽에 작동유체가 이동하는 내부 유로를 태양열의 유입 방향을 따라 마련해서 캐비티의 내부로 유입되는 태양열이 캐비티 전방에서 후방으로 이동하는 작동유체와 지속적으로 접촉할 수 있도록 하는 모듈블록과,
    복수의 상기 모듈블록의 캐비티 벽을 붙여서 묶어 하나의 블록조립체를 형성하는 태양열 발전장치의 흡수기.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 모듈블록은 사각형 형태로 마련되는 태양열 발전장치의 흡수기.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 모듈블록은 육각형 형태로 마련되는 태양열 발전장치의 흡수기.
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