고효율 집광형 태양광 보일러

고효율 집광형 태양광 보일러 { HIGH EFFIENCY SUN LIGHT BOILER }

본 발명은 태양광을 집적한 한 후 열매유에 전달함으로써 수집된 태양광 열원으로 열교환기를 통해 고온의 수증기를 생성시키거나 유체를 가열할 수 있는 고효율 태양광 보일러에 관한 것이다.

종래의 태양추적에 관한 기술은 현재 상당히 활발하게 진행중에 있으며, 다양한 방법들이 시도되고 있다. 양측추적식의 경우 태양 추적의 정확성은 증가하지만 장치의 구성이 복잡해지고 양축 추적 장치를 거동하기 위해서는 에너지가 많이 소모되고 그 장치의 제어를 위해 여러 추가 장비가 필요하여 실제적으로 투자 대비 얻을 수 있는 상대적 발전 효율이 적은 문제점이 있었다.

단축 추적식 태양광 발전장치의 예로서, 대한민국 등록특허 제10-0886971, 단축식 태양광 트랙커는 "설치상태에서 상단의 높이 차이가 발생하는 적어도 2개 이상의 포스트와; 상기 포스트의 상단에 구비된 힌지브라켓과; 수직한 회동평면을 가지도록 상기 힌지브라켓에 힌지결합되고 내부에 원형단면의 결합구멍이 구비된 회동베이스와; 상기 회동베이스의 결합구멍을 관통하여 돌출되는 하측결합단과, 상기 하측결합단이 상기 결합구멍에 삽입되는 깊이를 제한하도록 단면이 확장되어 형성된 중앙플랜지와, 상기 중앙플랜지로부터 상기 하측결합단의 반대방향으로 돌출되며 상기 하측결합단과 동심축을 이루고 동일한 단면크기로 형성된 상측결합단을 일체로 구비한 회동매개결합체와; 상기 회동매개결합체의 하측결합단 또는 상측결합단의 외측에 삽� ��되는 결합파이프가 양단에 구비되고, 상측면에 다수의 태양전지모듈이 평면을 이루어 배치된 수광판과; 상기 수광판과 상기 포스트 사이에 설치되어 상기 수광판을 상기 회동매개결합체의 길이방향을 따른 축을 따라 회동시키는 작동수단; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 단축식 태양광 트랙커를 게시하고 있으나, 단축 추적식으로서 태양전지판과 태양의 입사각이 이루는 각도가 수직이 되지 못하여 작동을 위한 소용 에너지 대비 발전 효율이 작고 개개 장치의 제어에 있어서 비효율적인 문제점이 있었다.

본 발명은 태양 위치 추적과 거울을 이용한 집광 기능을 구비하여 고온의 스팀 발생이 가능하고 집광에 의해 비용 대비 가열 효율을 증가시킨 태양 위치 추적 및 거울 집광형 태양광 보일러를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 고효율 집광형 태양광 보일러는, 태양광 보일러에 있어서,

입사되는 태양광의 열을 집열하여 내부에 흐르는 물 또는 열매유(M1)에 전달하며 가로방향으로 길게 배치된 중공의 동파이프(10)와;

삽입된 상기 동파이프(10)를 이격된 채로 감싸며, 내주면과 상기 동파이프(10)의 외주면 사이에 진공부(M2)를 형성하는 유리관(20)과;

태양광이 상기 동파이프(10) 방향으로 입사되도록 상측 및 하측 개방부(35a, 35b)가 형성되고, 상기 상측 및 하측 개방부(35a, 35b)를 제외한 영역에서 상기 유리관(20)을 감싸도록 내주면이 유리관(20)의 외주면에 부착되는 보온재(M3)와,

상기 보온재(M3)의 외주면 일부를 감싸는 원호형 보호관(30)과;

상기 원호형 보호관(30)으로부터 상하로 연장되어 형성된 거울지지편(37)과;

상판(41)과 하판(42)이 전방으로 벌어지는 형상으로 구비되고, 일측은 상기 보호관(30)과 거울지지편(37)을 지지하는 고정장치(40)와;

상기 고정장치(40)의 타측에 상하로 고정되어 집광된 빛을 각각 상측 및 하측 평면거울(61, 62)에 투사하는 사각형상의 상측 및 하측 볼록렌즈(51, 52)와;

상기 상측 및 하측 볼록렌즈(51, 52)로부터 각각 투사된 빛을 상기 상측 및 하측 개방부(35a, 35b)를 통해 상기 동파이프(10)로 반사하는 상기 상측 및 하측 평면거울(61, 62);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 경우 태양 위치 추적과 거울을 이용한 집광 기능을 구비하여 고온의 스팀 발생이 가능하고 집광에 의해 비용 대비 가열 효율을 증가시킨 태양 위치 추적 및 거울 집광형 태양광 보일러가 제공된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 태양광 보일러 측면 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 태양광 보일러의 집열 파이프 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 태양광 보일러의 렌즈 및 고정장치 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조립된 후의 집열판 유닛 사시도, 후면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 집열판 조립 단면도.
도 6은 본 발명의 구조물 주요 개요도.
도 7은 본 발명의 앙각조잘장치 개요도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 태양광 보일러 전체 구조도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 태양광 보일러 전체 구조도.
도 10은 본 발명의 열매유 및 증기(온수) 순환도.

이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 집광형 태양광 보일러에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 태양광 보일러 측면 구성도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 태양광 보일러의 집열 파이프 구성도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 태양광 보일러의 렌즈 및 고정장치 구성도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조립된 후의 집열판 유닛 사시도, 후면도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 집열판 조립 단면도, 도 6은 본 발명의 구조물 주요 개요도, 도 7은 본 발명의 앙각조잘장치 개요도, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 태양광 보일러 전체 구조도, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 태양광 보일러 전체 구조도이고, 도 10은 본 발명의 열매유 및 증기(온수) 순환도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 집광형 태양광 보일러는, 입사되는 태양광의 열을 집열하여 내부에 흐르는 물 또는 열매유(M1)에 전달하며 가로방향으로 길게 배치된 중공의 동파이프(10)와, 삽입된 상기 동파이프(10)를 이격된 채로 감싸며, 내주면과 상기 동파이프(10)의 외주면 사이에 진공부(M2)를 형성하는 유리관(20)을 포함한다. 또한, 태양광이 상기 동파이프(10) 방향으로 입사되도록 상측 및 하측 개방부(35a, 35b)가 형성되고, 상기 상측 및 하측 개방부(35a, 35b)를 제외한 영역에서 상기 유리관(20)을 감싸도록 내주면이 유리관(20)의 외주면에 부착되는 보온재(M3)와, 상기 보온재(M3)의 외주면 일부를 감싸는 원호형 보호관(30)을 포함하여 구성된다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 집광형 태양광 보일러는, 원호형 보호관(30)으로부터 상하로 연장되어 형성된 거울지지편(37)과, 상판(41)과 하판(42)이 전방으로 벌어지는 형상으로 구비되고, 일측은 상기 보호관(30)과 거울지지편(37)을 지지하는 고정장치(40)와, 상기 고정장치(40)의 타측에 상하로 고정되어 집광된 빛을 각각 상측 및 하측 평면거울(61, 62)에 투사하는 사각형상의 상측 및 하측 볼록렌즈(51, 52)을 포함한다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 집광형 태양광 보일러는, 상측 및 하측 볼록렌즈(51, 52)로부터 각각 투사된 빛을 상기 상측 및 하측 개방부(35a, 35b)를 통해 상기 동파이프(10)로 반사하는 상기 상측 및 하측 평면거울(61, 62)을 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 집광형 태양광 보일러에 있어서, 유리관(20)의 중심으로부터 방사상으로 퍼지는 빛을 다시 동파이프(10) 방향으로 반사할 수 있도록 상기 유리관(20)의 외벽에 거울코팅층(21)이 구비되고, 상기 동파이프(10)가 관통되는 밀폐마개(25)가 상기 유리관(20)의 양측을 밀폐하는 것이 바람직하다. 원호형 보호관(30)과 거울지지편(37)은 하나의 금속판을 판금하여 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 집광형 태양광 보일러에 있어서, 상판(41)은 타단이 상측 볼록렌즈(51) 상단과 연결되고, 하판(45)은 타단이 하측 볼록렌즈(52) 하단과 연결되고, 상판(41)의 타단에 하향 돌출된 제1 걸림편(43)이 형성되고, 하판(45)의 타단에 상향 돌출된 제2 걸림편이 형성되고, 상측 볼록렌즈(51)의 상면과 하측 볼록렌즈(52)의 하면에 각각 고정홈(53)이 형성되고, 제1, 제2 걸림편이 고정홈(530)에 삽입됨으로써 볼록렌즈(50)가 고정장치(40)에 고정되는 것이 바람직하다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 집광형 태양광 보일러에 있어서, 본 발명은 복수개의 집열판 유닛(1)과, 연결브라켓(100)을 통해 복수개의 집열판 유닛(1)이 세로로 나란하게 배치된 후 고정되는 보조프레임(200)과, 보조프레임(200)에 고정된 집열판 유닛(1)의 앙각을 조절하는 앙각 조절장치(300)으로 구성된다.

복수개의 집열판 유닛(1)은, 입사되는 태양광의 열을 집열하여 내부에 흐르는 물 또는 열매유(M1)에 전달하며 가로방향으로 길게 배치된 중공의 동파이프(10)와, 삽입된 상기 동파이프(10)를 이격된 채로 감싸며, 내주면과 상기 동파이프(10)의 외주면 사이에 진공부(M2)를 형성하는 유리관(20)과, 태양광이 상기 동파이프(10) 방향으로 입사되도록 상측 및 하측 개방부(35a, 35b)가 형성되고, 상기 상측 및 하측 개방부(35a, 35b)를 제외한 영역에서 상기 유리관(20)을 감싸도록 내주면이 유리관(20)의 외주면에 부착되는 보온재(M3)와, 상기 보온재(M3)의 외주면 일부를 감싸는 원호형 보호관(30)과, 상기 원호형 보호관(30)으로부터 상하로 연장되어 형성된 거울지지편(37)과, 상판(41)과 하판(42)이 전방으로 벌어지는 형상으로 구비되고, 일측은 상기 보호관(30)과 거울지지편( 37)을 지지하는 고정장치(40)를 포함한다. 또한, 고정장치(40)의 타측에 상하로 고정되어 집광된 빛을 각각 상측 및 하측 평면거울(61, 62)에 투사하는 사각형상의 상측 및 하측 볼록렌즈(51, 52)와, 상측 및 하측 볼록렌즈(51, 52)로부터 각각 투사된 빛을 상기 상측 및 하측 개방부(35a, 35b)를 통해 상기 동파이프(10)로 반사하는 상기 상측 및 하측 평면거울(61, 62)과, 동파이프(10), 유리관(20), 보호관(30), 및 고정장치(40) 결합체를 고정, 지지하는 연결브라켓(100)으로 이루어진다.

도 5 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 앙각조절장치(300)는, 보조프레임(200)을 지지하는 메인프레임(310)과, 메인프레임(310)의 상면으로 돌출 고정되어 상기 보조프레임(200)이 회전축(P1)을 중심으로 회동되도록 지지하는 지지바(320)와, 보조프레임(200)의 회전축(P1)에 고정되어 회전축(P1)과 일체로 회전시키는 회전원판(330)과, 회전원판(330)에 고정되고 가이드홈(341)이 형성된 피동바(340)와, 회전축(P1)으로부터 후방으로 이격되어 설치되고, 돌출설치된 돌출편(351)이 상기 가이드홈(341)에 승강되게 삽입되고, 상기 회전축(P1)에 수직되는 방향으로 전 후진하면서 돌출편(351)으로 회전원판(330)에 고정된 상기 피동바(340)를 회전시키는 작동바(350)와. 작동바(350)를 전후진 시키는 제1 구동수단를 포함하여 구성된다.

도 5 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고효율 집광형 태양광 보일러에 있어서, 보조프레임(200)은 상기 작동바(350) 방향으로 나란하게 복수개 구비되고, 하나의 작동바(350)가 복수개의 회전원판(330)을 동시에 회전시키며, 메인프레임(310)은 경사지게 베이스프레임(410)에 지지되고, 베이스프레임(410)은 제2 구동수단(미도시)에 의해 지면에 항직한 각변위벡터를 갖도록 회전하면서 태양의 방위각을 추종하고, 베이스프레임(410)의 하부에 바퀴(420)가 구성되는 것이 바람직하다.

<실시예>

1. 복사광을 효과적으로 집격 시켜야한다 → 고온을 얻을수 있다.

2. 광 energy 를 열로도 바꾸어야 한다.

3. 열 energy 로 고온을 얻을 경우 재복사로 인한 energy 손실을 막아야 한다.

4. 집열 시키는 거울, 또는 렌즈의 무게를 최소화 하여야 한다.

5. 집열된 energy가 효율적으로 전달 되어야 한다.

6. 구조적으로 간단하여야 한다.

상기 사항을 만족하기 위해 렌즈의 무게를 최소화 하기 위해 폭 10cm 길이 200cm의 막대 두께 1cm 형태의 렌즈를 유리 또는 플라스틱으로 간단하게 제조할 수 있다. 그림과 같이 유리관(20mm )속에 10mm 미만의 동 pipe를 넣고 양쪽을 밀봉하고 진공상태를 만들고 유리관의 외부에 태양빛이 들어나는 제외한 부분에 그림과 같이 얇은 철판이나 알미늄판을 절곡하여 판금하고 상기 집열관을 삽입하고 절곡 끝부분의 1mm 정도의 턱을 만들고 렌즈의 모서리 부분의 형태의 홈을 만들어 끼워 넣을수 있도록 한다.

그림과 같은 형태의 브라켓을 절곡하여 만들어 상기 제품을 조정 시킨다. 그림과 같이 조립된 폭 10cm 길이 200cm 되로 unit 을 10개씩 조립을 하면 그림과 같이 조립할수 있다 10개의 동 pipe 를 5개씩 묶어 열 매유가 두 번 돌아가도록 한다.

상기 제품을 1m2m 두께 15cm정도의 집열판을 만들 수 있다. 집열판을 열매유의 입구 출구 가 이써 다른 판넬과 연결 할수 있다. 상기 파넬은 구조물 위에 장착하고 주조물 전채가 방향각을 따라 회전하며 앙각은 앙각 조절부리를 연결하여 연결하고 나사 막대를 이어가 움직이는 방법으로 움직일수 있어 태양과 항상 수직이 되도록 할수 있다. 이 systrm은 열매유의 온도를 300~400C 가까이 올릴수 있을 것으로 기대하며 열매유를 이용 열교환 기를 통해 고압의 수증기를 발생 시킬수 있어 증기 터빈등을 이용한 발전도 가능 할것으로 기대된다.

본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.

아래의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.

10 : 동파이프 20 : 유리관
30 : 원호형 보호관
35a, 35b : 상측 및 하측 개방부
37 : 거울지지편 40 : 고정장치
41 : 상판 42 : 하판
51, 52 : 상측 및 하측 볼록렌즈
61, 62 : 상측 및 하측 평면거울
100 : 연결브라켓 200 : 보조프레임
300 : 앙각 조절장치 310 : 메인프레임
320 : 지지바 330 : 회전원판
340 : 피동바 341 : 가이드홈
350 : 작동바 351 : 돌출편
410 : 베이스프레임 420 : 바퀴
P : 걸림편 P1 : 회전축
M1 : 물 또는 열매유 M2 : 진공부
M3 : 보온재