WO2013085177A1 - 태양열 집열장치 - Google Patents

Abstract

풍압에 의해 포물면경이 훼손되지 않고 풍압을 효율적으로 상쇄시킬 수 있도록 한 태양열 집열장치가 개시된다. 상기 집열장치에서, 포물면경은 중앙을 중심으로 방사상으로 구획분할된 다수의 분할체로 이루어지되, 하나의 분할체는 그 가장자리에 연하여 위치한 다른 분할체와 상기 집열구로부터 초점 거리가 서로 다르도록 위치하여 상기 다른 분할체와 사이 간격을 형성함으로써, 바람이 상기 사이 간격으로 배출되어 상기 바람에 의한 풍압이 상쇄되도록 한다.

Description

태양열 집열장치

본 발명은 태양열 집열장치에 관한 것으로, 특히 포물면경의 내부로 유입되는 바람의 압력이 효율적으로 상쇄되도록 한 태양열 집열장치에 관한 것이다.

최근, 한정된 양의 화석에너지가 고갈되어 가고 계속된 에너지 수요의 증가로 에너지의 확보를 위한 경쟁이 날로 치열해 지고 있다. 또한 화석에너지의 과대한 사용으로 많은 온실가스가 배출되고 이로 인한 지구 온난화와 같은 환경 문제가 대두되고 있다. 따라서 태양에너지를 비롯한 여러 가지의 깨끗하고 풍부한 신재생에너지에 대한 개발의 필요성이 절실한 상황이다.

이러한 추세에 따라 태양에너지는 그 잔존량이 무한하며, 에너지의 사용 비용이 전혀 없기 때문에 신재생에너지원으로서 풍력과 함께 주목받고 있다. 그 활용기술의 발달로 경제성이 향상되어 각 나라별로 거대한 발전사업으로 두각을 보이고 있는 태양열을 이용한 에너지의 개발이 점차 확대되고 있는 실정이다.

태양열을 이용하는 방법으로는 냉난방에 이용하는 것과, 발전에 이용하는 것을 예로 들 수 있으며, 태양열을 집열하는 집열장치는 여러가지가 있으나 본 발명은 태양광선을 포물면경(parabolic reflector)으로 반사시켜 집열구(solar thermal collector)에 집열시키는 집광형 집열장치에 대한 것이다.

집광형 집열장치는, 포물선의 중심축을 축으로 하여 포물선을 회전시켜 생기는 면, 즉 포물선이 360도 회전한 포물면으로 된 포물면경을 구비하는데, 한국공개특허 제2011-10047호에 게재된 바와 같이 한 개의 포물면경으로 이루어진 일체형 포물면경과, 한국실용신안공고번호 제1980-120호에 게재된 바와 같이 다수로 분할되어 서로 조립된 분할조립형 포물면경이 있다.

일체형 포물면경은 주로 소형 집열장치에 이용되고, 분할조립형 포물면경은 대형 집열장치에 많이 이용되고 있다.

상기에서, 다수로 분할되어 조립된 분할조립형 포물면경의 경우, 포물면경의 면적이 크므로 바람에 의한 풍압이 매우 크게 작용한다. 이와같이 포물면경의 내부로 유입되는 풍압을 상쇄시키기 위하여 종래에는 분할판들의 사이를 격자(삽지구)를 사용하여 띄워 틈새가 생기게 하고 격자의 틈새로 바람이 관통하도록 하여 풍압에 의한 훼손이나 손상을 방지하도록 된 것이 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 태양열 집열장치에서 포물면경의 내부로 유입되는 바람의 압력을 상쇄하고자 다수의 틈새 공간을 형성하여 이루어진 것은 태양의 반사면적을 감소시켜 집열효율을 떨어트리는 문제점이 있다. 다시 말해, 전체 포물면경이 차지하는 면적에서 틈새 공간의 면적만큼 태양열의 반사가 이루어지지 않아 집열효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 바람의 입력 방향에 대하여 효과적으로 상쇄시키지 못함에 따라, 포물면경이 종종 전복되거나 훼손되는 문제점이 발생하였으며 이를 보완하기 위하여 보다 견고한 기초공사와 거대한 뼈대(Frame)가 요구된다. 이것은 많은 비용과 설치장소의 제한, 그리고 집열효율의 저하로 인한 경제성 부족 등 태양열 활용에 큰 장애가 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것이다. 본 발명의 목적은 분할조립형 포물면경을 이용한 집열장치로서 포물면경의 내부로 유입되는 바람의 압력을 효율적으로 상쇄시켜서 포물면경이 풍압에 의하여 전복되거나 훼손되지 않도록 하는 태양열 집열장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 지주와 상기 지주에 고정되어 태양열을 조사받아 중앙의 집열구(thermal collector)로 반사하도록 된 포물면경(parabolic reflector)을 가지며, 상기한 포물면경은 중앙을 중심으로 방사상으로 구획분할된 다수의 분할체로 이루어지되, 하나의 분할체는 그 가장자리에 연하여 위치한 다른 분할체와 상기 집열구로부터 초점 거리가 서로 다르도록 위치하여 상기 다른 분할체와 사이 간격을 형성함으로써, 바람이 상기 사이 간격으로 배출되어 상기 바람에 의한 풍압이 상쇄되도록 한 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치가 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 지주와 상기 지주에 고정되어 태양열을 조사받아 중앙의 집열구(thermal collector)로 반사하도록 된 포물면경(parabolic reflector)을 가지며, 상기한 포물면경은 중앙을 중심으로 방사상으로 구획분할된 다수의 분할체로 이루어지되, 상기 분할체 중 서로 인접하는 분할체는 상기 집열구에서 상기 포물면경의 중앙을 잇는 방향으로 일정 간격 이격되고, 상기 포물면경으로 유입되는 바람이 상기 간격을 통하여 배출되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 인접하는 분할체의 인접하는 가장자리는 적어도 서로 중첩되기 시작하는 위치에서 대향한다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 지주와 상기 지주에 고정되어 태양열을 조사받아 중앙의 집열구(thermal collector)로 반사하도록 된 포물면경(parabolic reflector)을 가지며, 상기한 포물면경은 중앙을 중심으로 방사상으로 구획분할된 다수의 분할체로 이루어지되, 상기 분할체는 상기 집열구로부터 서로 다른 초점거리를 갖는 분할체 그룹으로 이루어지고, 상기 각 분할체 그룹은 상기 집열구에서 상기 포물면경의 중앙을 잇는 방향으로 일정 간격 이격되어 적층 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치가 제공된다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 태양열 집열장치는 포물면경의 내부로 유입되는 풍압이 분할체들의 사이 간격을 통해 외부로 용이하게 배출됨에 따라, 효과적으로 상쇄되어 포물면경이 풍압에 의해 훼손되지 않아 안정적으로 사용할 수 있는 효과를 가짐과 동시에, 상기 분할체들의 사이 간격이 태양열의 집열면적을 감소시키지 않는 위치에 구비되어 태양열의 집열효율을 떨어트리지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시에에 의한 태양열 집열장치를 보인 측 단면 예시도이다.

도 2는 본 실시예의 태양열 집열장치의 종단면을 보인 개략 예시도이다.

도 3은 도 1의 A-A선 단면도이다.

도 4는 본 실시예에 따른 태양열 집열장치의 주요부의 구성을 보인 분리 사시 예시도이다.

도 5는 동 결합 사시 예시도이다.

도 6은 본 실시예의 태양열 집열장치를 구성하는 분할체를 보인 분리 사시 예시도이다.

도 7 내지 도 9는 본 실시예의 태양열 집열장치의 사용상태 보인 개략 예시도이다.

도 10은 본 발명의 태양열 집열장치의 구성의 개념을 간략 도시한 개략 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 의한 태양열 집열장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 9는 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 태양열 집열장치를 보인 도면이다.

본 실시 예의 태양열 집열장치는, 지주(1), 지주(1)에 고정되며 태양열을 조사받아 중앙의 집열구(2)로 반사하도록 된 포물면경(3)을 가진다.

상기에서 지주(1)는 지면에 수직으로 설치되는 기둥으로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 포물면경(3)을 지면에 대하여 소정의 높이로 세우도록 된 것이면 족하다.

이와 같은 본 실시 예의 태양열 집열장치는, 포물면경(3)이 태양광을 조사받아 유입된 태양광을 포물면경(3)의 중앙에 위치된 집열구(2)로 반사하여 태양광을 집중함으로써, 집열구(2)가 고열을 얻어 열교환기 등을 이용하여 고압 수증기를 발생시켜 전기를 발전하도록 한다.

물론, 발전 이외의 난방 등에 사용될 수 있으며, 얻어진 태양열은 종래 공지된 다양한 시설 및 장치에 사용될 수 있다.

상기와 같은 본 실시 예의 태양열 집열장치에서, 포물면경(3)은 포물면으로 이루어진 반사면을 가지는 다수의 분할체(4)의 조립으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이 실시 예에서, 포물면경(3)은 가장자리가 원형을 이루고 있지만, 이에 한정되지 않고 사각형이나 육각형 등의 다각형을 이룰 수 있다.

그리고, 하나의 분할체(4)는, 도 3에서 도시된 바와 같이, 양측 가장자리에 인접하는 다른 분할체(4)와 집열구(2)의 중심으로부터 촛점이 서로 다르게 위치하도록 조립되어 사이 간격 C을 가지도록 이격되어 구성된다.

그 결과, 각각의 분할체(4)가 사이 간격 C를 가지면서 조립되어 포물면경(3)의 내부로 유입되는 바람이 분할체(4)의 사이 간격 C을 통해 외부로 용이하게 배출됨에 따라, 풍압이 효과적으로 상쇄되어 포물면경(3)이 풍압에 의해 훼손되지 않아 안정적으로 사용된다.

다시 말해, 포물면경(3)은, 도 10에서 도시된 바와 같이, 중앙을 중심으로 방사상으로 구획 분할된 다수 개로 분할체(4)로 이루어짐과 아울러, 각 분할체(4)는 양측에 인접하여 위치한 다른 분할체(4)와 집열구(2)의 중심으로부터 초점 거리가 서로 다르도록 위치하여 다른 분할체(4)와 사이 간격을 형성함으로써, 바람이 각 분할체(4)의 양측에 형성된 사이 간격으로 배출되어 풍압이 상쇄된다.

상기에서 분할체(4)의 사이 간격 C이 태양열의 집열면적을 감소시키지 않는 위치, 즉 인접하는 분할체(4)의 가장자리를 연결하는 면 위에 위치하여 태양열의 집열효율을 떨어트리지 않으면서 풍압을 상쇄시킬 수 있다.

이 실시 예에서는 분할체(4)가 지지봉(10)을 따른 방향, 즉 집열구(2)에서 포물면경(3)의 중앙을 잇는 방향으로 제 1 분할체 그룹과 이들 사이에 위치하는 제 2 분할체 그룹이 사이 간격 C만큼 이격되어 2단 적층 구조를 예로 들었으나, 이에 한정되지 않는다. 가령, 3 이상의 분할체 그룹으로 나뉘어 상기 방향을 따라 3단 이상의 적층구조를 가질 수 있으며, 이 경우 각 분할체 그룹의 분할체(4)의 크기는 줄어들게 된다.

한편, 인접하는 분할체(4)의 일정 간격 이격된 적층 구조에서 인접하는 분할체(4)의 가장자리는 서로 일정 부분을 침범하여 중첩될 수 있지만, 최대한의 집열 면적을 확보하기 위해서는 인접하는 분할체(4)의 인접하는 가장자리가 서로 중첩되기 시작하는 위치, 다시 말해 가장자리가 서로 일치하는 위치에서 대향하도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 실시 예의 태양열 집열장치에서, 각 분할체(4)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 반사면을 가지는 반사판(5)과 반사판(5)의 배면에 위치하여 반사판(5)을 고정하는 프레임(6)으로 이루어지는데, 프레임(6)은 집열구(2)가 고정된 고정관(7)의 외주면에 결합된 고정부재(8)의 일단에 체결된다.

이때, 각각의 분할체(4)가 집열구(2)를 중심으로 하는 촛점거리 R1 및 R2가 서로 다르게 위치하도록 조립된다.

따라서, 각 분할체(4)가 간격을 가지면서 조립되어 포물면경(3)의 내부로 유입되는 바람은 각 분할체(4)의 사이 간격 C를 통해 외부로 용이하게 배출되기 때문에 풍압에 의해 훼손되지 않는다.

고정관(7)의 외주면에는 고정부재(8)의 타단이 볼트체결되는 고정플랜지(9)가 구비된다. 즉, 도 4 및 도 5에서 도시된 바와 같이, 프레임(6)과 고정부재(8)의 일단은 각각 볼트로 체결되어 조립되고, 고정부재(8)의 타단은 고정플랜지(9)에 볼트로 체결됨에 따라 분할체(4)가 조립된다.

상기에서 고정부재(8)는 관 형상의 금속봉으로 이루어지는 것이 바람직하며, 집열구(2)는 고정관(7)에 내부를 관통하여 고정된 지지봉(10)의 단부에 구비되어 집열한 후 집열된 열을 지지봉(10)을 통해 별도의 수단 및 장치로 전달하여 사용하게 된다.

상기에서 집열구(2)에서 집열된 열은 별도의 배관을 통해 외부로 유도되어 사용된다.

그리고, 본 실시 예의 태양열 집열장치에서, 포물면경(3)과 지주(1) 사이에는 포물면경(3)을 상하로 회동시키도록 된 상하회동수단(11)이 게재되어 연결구성되며, 상하회동수단(11)과 지주(1) 사이에는 상하회동수단(11)과 포물면경(3)을 지주(1)를 중심으로 수평회전하도록 된 수평회전수단(12)이 게재되어 연결 구성된다.

즉, 포물면경(3)의 각도를 자유자재 하게 조절할 수 있어, 태풍 등의 위급상황시 바람의 방향에 대하여 적절하게 조절하여 상쇄시킬 수 있는 각도로 재 위치시킬 수 있으며, 필요에 따라 시간상 태양광을 최대로 입사받을 수 있는 각도로 조절하여 태양열의 집열효율을 증진시킬 수도 있다.

상기에서 지주(1)에는 풍압의 방향을 감지하도록 된 풍향감지센서(13)가 구비되며, 풍향감지센서(13)의 감지된 데이터를 연산하여 상하회동수단(11)과 수평회전수단(12)을 제어하여 지주(1)에 대한 포물면경(3)의 각도를 조절함으로써 풍압을 효과적으로 상쇄하도록 하는 미 도시된 제어부가 마련된다.

따라서, 풍향감지센서(13)에 의해 포물면경(3) 측으로 입사되는 바람의 방향을 측정한 후, 제어부가 측정된 풍향 데이터를 받아들여 설정된 데이터(프로그램)에 따라 연산하고 상하회동수단(11)과 수평회전수단(12)을 제어하여 포물면경(3)의 각도를 조절함으로써, 인가되는 풍압을 효과적으로 상쇄할 수 있게 된다.

도 1을 참조하면, 상하회동수단(11)은 고정관(7)의 하단 부분에서 아래방향으로 연장된 연장편(14)이 회동가능하게 힌지로 축결합하는 회전판(15)과, 힌지를 중심축으로 하여 고정된 기어조립체(16)와, 기어조립체(16)를 정/역회전하도록 하는 회전력을 인가하는 구동모터(17)로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고, 상기에서 기어조립체(16)는 베벨기어 유닛으로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.

따라서, 구동모터(17)의 회전력을 인가받아 기어조립체(16)가 힌지를 회전시켜 연장편(14)이 회전판(15) 상에서 상하 방향으로 회동하게 된다.

또한, 수평회전수단(12)은 회전판(15)을 수평상 축회전하도록 된 것으로, 회전판(15)이 회전축에 축결합된 유압모터 혹은 전기모터로 이루어지는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기와 같이 이루어진 본 실시 예의 태양열 집열장치는 평상시 태양광을 입사받아 반사판(5)에 의해 집열구(2)로 반사하여 태양열을 집중하여 고열을 얻어 사용을 하는 중에 바람이 발생하여 포물면경(3)의 내부로 유입되면, 유입된 바람은 분할체(4)의 사이 간격 C를 통해 배출되어 바람에 의한 풍압이 상쇄됨에 따라 훼손되지 않게 된다.

더불어, 풍향감지센서(13)에 의해 풍압의 풍향을 감지한 후, 제어부재를 통해 감지된 풍향에 따라 상하회동수단(11)과 수평회전수단(12)을 구동하여 포물면경(3)을 풍압이 상쇄되기 적절한 방향으로 회전시켜 원활하게 풍압을 상쇄시킬 수 있어, 풍압이 발생하여도 안정적으로 태양열을 집열할 수 있고, 특히 태양광의 집열면적(반사면적)을 저하하지 않으면서 용이하게 풍압을 상쇄시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시 예에 한정되어 해석될 수 없으며, 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해 해석되어야 한다.

Claims (4)

1. 지주와 상기 지주에 고정되어 태양열을 조사받아 중앙의 집열구(thermal collector)로 반사하도록 된 포물면경(parabolic reflector)을 가지는 태양열 집열장치에 있어서,

   상기한 포물면경은 중앙을 중심으로 방사상으로 구획분할된 다수의 분할체로 이루어지되,

   하나의 분할체는 그 가장자리에 연하여 위치한 다른 분할체와 상기 집열구로부터 초점 거리가 서로 다르도록 위치하여 상기 다른 분할체와 사이 간격을 형성함으로써, 바람이 상기 사이 간격으로 배출되어 상기 바람에 의한 풍압이 상쇄되도록 한 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
2. 지주와 상기 지주에 고정되어 태양열을 조사받아 중앙의 집열구(thermal collector)로 반사하도록 된 포물면경(parabolic reflector)을 가지는 태양열 집열장치에 있어서,

   상기한 포물면경은 중앙을 중심으로 방사상으로 구획분할된 다수의 분할체로 이루어지되,

   상기 분할체 중 서로 인접하는 분할체는 상기 집열구에서 상기 포물면경의 중앙을 잇는 방향으로 일정 간격 이격되고, 상기 포물면경으로 유입되는 바람이 상기 간격을 통하여 배출되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 인접하는 분할체의 인접하는 가장자리는 적어도 서로 중첩되기 시작하는 위치에서 대향하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.
4. 지주와 상기 지주에 고정되어 태양열을 조사받아 중앙의 집열구(thermal collector)로 반사하도록 된 포물면경(parabolic reflector)을 가지는 태양열 집열장치에 있어서,

   상기한 포물면경은 중앙을 중심으로 방사상으로 구획분할된 다수의 분할체로 이루어지되,

   상기 분할체는 상기 집열구로부터 서로 다른 초점거리를 갖는 분할체 그룹으로 이루어지고,

   상기 각 분할체 그룹은 상기 집열구에서 상기 포물면경의 중앙을 잇는 방향으로 일정 간격 이격되어 적층 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 태양열 집열장치.

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