KR-20260060684-A - Solar collector using linear Fresnel reflector

Abstract

태양열 집열 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 태양열 집열 장치는, 지지플레이트; 지지플레이트의 위로 이격하여 전후방향으로 위치하는 관형 집열부; 집열부를 기준으로 좌우 대칭이고 지지플레이트에 결합되는 한 쌍의 미러고정부; 및 복수의 반사경이 미러고정부에 격자형으로 결합되고 입사되는 태양광을 집열부로 반사시키는 한 쌍의 미러부를 포함하고, 미러부는, 반사경이 전후방향으로 연결되고 좌우방향으로 이격되어 복수의 반사라인을 형성하고, 반사라인으로 선형 프레넬 반사기를 형성할 수 있으므로, 모듈화된 구조로 인해 제작 단가를 낮추고 유지보수가 용이해질 수 있다.

Inventors

• 위광환
• 장호섭

Assignees

• 주식회사 케이시티
• (주)해모아디엑스

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241025

Claims (6)

1. 지지플레이트; 상기 지지플레이트의 위로 이격하여 전후방향으로 위치하는 관형 집열부; 상기 집열부를 기준으로 좌우 대칭이고 상기 지지플레이트에 결합되는 한 쌍의 미러고정부; 및 복수의 반사경이 상기 미러고정부에 격자형으로 결합되고 입사되는 태양광을 상기 집열부로 반사시키는 한 쌍의 미러부를 포함하고, 상기 미러부는, 상기 반사경이 전후방향으로 연결되고 좌우방향으로 이격되어 복수의 반사라인을 형성하고, 상기 반사라인으로 선형 프레넬 반사기를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 미러부는, 상면에 상기 반사경이 결합되고 상기 미러고정부에 전후방향 양쪽이 결합되는 복수의 장착판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열 장치.
3. 제2 항에 있어서, 상기 미러고정부는, 격자형 간격을 따라 전후방향으로 이격되어 상기 지지플레이트에 결합되고 좌우방향으로 배열되는 장착판을 지지하는 복수의 브래킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열 장치.
4. 제3 항에 있어서, 상기 미러고정부는, 전후방향으로 배치되는 브래킷 모두에 결합되는 고정바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열 장치.
5. 제3 항에 있어서, 상기 브래킷은, 상단부에 프레넬 패턴이 좌우방향으로 형성되고, 전후방향 양쪽 끝에 위치하는 브래킷은 좌우가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열 장치.
6. 제5 항에 있어서, 상기 장착판은, 상기 프레넬 패턴의 경사와 동일한 각도로 상기 브래킷에 결합되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열 장치.

Description

태양열 집열 장치{Solar collector using linear Fresnel reflector} 본 발명은 태양열 집열 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선형 프레넬 반사기를 이용한 모듈화된 태양열 집열 장치에 관한 것이다. 태양 에너지는 청정하고 재생 가능한 에너지원으로, 화석 연료의 대안으로 주목받고 있다. 태양열 집열 장치는 이러한 태양 에너지를 열에너지로 변환하여 활용하는 장치로, 주거용 온수 공급, 산업용 공정열 제공, 발전 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 기존의 태양열 집열 장치는 크게 평판형 집열기와 집광형 집열기로 나눌 수 있다. 평판형 집열기는 구조가 간단하고 비용이 저렴하나, 효율이 낮고 고온을 얻기 어렵다는 단점이 있다. 반면, 집광형 집열기는 높은 온도를 얻을 수 있어 효율이 높지만, 구조가 복잡하고 제작 비용이 높다는 문제가 있다. 집광형 집열기 중 대표적인 형태로는 포물선 집열기, 타워형 집열기, 프레넬 렌즈 집열기 등이 있다. 이 중 많이 사용되는 포물선 집열기는 일체화된 곡면 구조와 이축 수직 구동 방식을 주로 채택하고 있다. 이 방식은 태양을 정확히 추적할 수 있어 높은 집열 효율을 얻을 수 있지만, 제작 단가가 높고, 유지보수가 어렵고, 구동 메커니즘이 복잡하고, 구조적으로 바람에 취약하며, 운송 및 설치가 어렵다는 문제점들이 있었다. 프레넬 렌즈를 사용한 집열기의 경우, 기존의 곡면 렌즈나 거울을 평면화하여 부피와 무게를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 그러나 기존의 프레넬 렌즈 집열기 역시 대부분 일체형 구조를 채택하고 있어, 유지보수의 어려움과 제작 단가의 문제를 완전히 해결하지 못하고 있다. 따라서, 이러한 기존 태양열 집열 장치의 문제점들을 해결하면서도 높은 집열 효율을 유지할 수 있는 새로운 형태의 태양열 집열 장치의 개발이 요구되고 있다. 특히, 모듈화를 통한 제작 단가 절감과 유지보수 용이성 확보, 그리고 구조 단순화를 통한 설치 및 운영 비용 절감이 중요한 과제로 대두되고 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 사시도를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 일부 분해 사시도를 나타낸 것이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 정면도를 나타낸 것이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 측면도를 나타낸 것이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 장착판의 사시도를 나타낸 것이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 브래킷의 사시도를 나타낸 것이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 좌우 일체형 브래킷의 사시도를 나타낸 것이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열 장치의 사용상태를 나타낸 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다. 도면에 나타난 X, Y, Z 축은 권리의 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 임의로 정한 것으로, X축이 전(화살표 쪽), 후(화살표 반대쪽) 방향을 지시하고, Y축은 좌, 우방향을 지시하며, Z축은 상, 하방향을 지시하는 것으로 정의한다. 이하에서 설명되는 각 방향은 이와 다르게 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 이에 기초한 것이다. 발명의 설명 및 청구범위 등에서 방향을 지칭하는 상(위쪽), 하(아래쪽), 좌우(옆쪽 또는 측방), 전(정, 앞쪽), 후(배, 뒤쪽) 등은 권리의 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 도면 및 구성 간의 상대적 위치를 기준으로 정한 것이고, 이하에서 설명되는 각 방향은 이와 다르게 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 이에 기초한 것이다. 도 1 내지 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양열 집열 장치(10)는 지지플레이트(100), 집열부(200), 미러고정부(300), 및 미러부(400)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 태양열 집열 장치(10)는 집열한 태양열을 활용하여 스털링엔진 또는 스팀엔진을 구동함으로써 전기를 생산하거나 난방하는 시스템에 사용될 수 있다. 지지플레이트(100)는 태양열 집열 장치(10)를 하부에 위치하는 구조물에 결합할 수 있다. 지지플레이트(100)는 좌우 한 쌍으로 구비될 수 있다. 지지플레이트(100)는 상면이 평면으로 형성될 수 있다. 한 쌍의 지지플레이트(100)는 좌우 간격을 필요에 따라 조절할 수 있다. 지지플레이트(100)는 상면에 미러고정부(300)의 브래킷(310)이 결합될 수 있다. 지지플레이트(100)는 브래킷(310)을 안정적으로 지지할 수 있도록 충분한 강도와 내구성을 가진 재질로 제작될 수 있다. 지지플레이트(100)는 브래킷(310)을 결합하기 위한 복수의 통공(110)이 형성될 수 있다. 집열부(200)는 미러부(400)의 위로 이격하여 전후방향으로 위치하는 관형 구조물일 수 있다. 집열부(200)는 미러부(400)에서 반사된 태양광을 집중적으로 받아 열에너지로 변환하는 역할을 할 수 있다. 집열부(200)는 내부에 열매체가 순환할 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 집열부(200)는 높이 조절이 가능한 지지대(500)에 의해 안정적으로 지지될 수 있다. 집열부(200)에서 생성된 열에너지는 다양한 방식으로 활용될 수 있다. 집열부(200)는 스털링엔진이나 스팀엔진에 연결되어 전기를 생산하거나 난방에 활용될 수 있다. 스털링엔진과 연결하는 경우, 집열부(200)에서 발생한 고온의 열을 스털링엔진의 열원으로 사용하여 기계적 에너지를 생산하고, 이를 다시 전기 에너지로 변환할 수 있다. 이 방식은 고효율의 전기 생산이 가능하며, 특히 소규모 분산형 발전 시스템에 적합할 수 있다. 스팀엔진과 연결하는 경우, 집열부(200) 내부의 열매체를 이용해 물을 끓여 고압의 증기를 생성하고, 이 증기로 터빈을 구동하여 전기를 생산할 수 있다. 이 방식은 대규모 발전에 적합하며, 기존의 화력발전소와 유사한 원리로 작동한다. 난방에 활용하는 경우, 집열부(200)에서 얻은 열을 직접 건물의 난방 시스템에 연결하여 사용할 수 있다. 이는 온수 공급이나 실내 난방에 효과적으로 사용될 수 있으며, 특히 겨울철 난방비 절감에 큰 도움이 될 수 있다. 집열부(200)는 또한 핀 코일 열교환기와 연결되어 농업 분야, 특히 비닐하우스나 유리온실 등의 열 관리 시스템에 효과적으로 활용될 수 있다. 이러한 응용은 본 발명의 태양열 집열 장치(10)의 활용 범위를 크게 확장시키며, 농업 생산성 향상과 에너지 비용 절감에 기여할 수 있다. 핀 코일 열교환기는 열전달 면적을 극대화하여 열교환 효율을 높이는 장치로, 집열부(200)에서 생성된 열을 효과적으로 전달하는 역할을 한다. 한 쌍의 미러고정부(300)는 집열부(200)를 기준으로 좌우 대칭으로 지지플레이트(100)에 결합될 수 있다. 미러고정부(300)는 복수의 브래킷(310)을 포함할 수 있다. 브래킷(310)은 격자형 간격을 따라 전후방향으로 이격되어 지지플레이트(100)에 결합되고, 좌우방향으로 배열되어 장착판(420)을 지지하는 역할을 할 수 있다. 브래킷(310)의 상단부에는 프레넬 패턴(P1, P2, P3, P4, P5)이 좌우방향으로 형성될 수 있다. 브래킷(310)은 상단부에 좌우 대칭을 이루는 프레넬 패턴(P1, P2, P3, P4, P5)이 형성되므로, 반사경(410)의 각도를 조절할 필요가 없다. 프레넬 패턴(P1, P2, P3, P4, P5)의 경사는 집열부(200)에서 멀어질수록 증가하게 형성될 수 있다. 프레넬 패턴(P1, P2, P3, P4, P5)은 반사경(410)의 각도를 결정하는 중요한 요소가 될 수 있다. 각 프레넬 패턴(P1, P2, P3, P4, P5)의 경사각은 태양광을 효과적으로 집열부(200)로 반사시킬 수 있도록 형성될 수 있다. 전후방향 양쪽 끝에 위치하는 브래킷(310)은 좌우가 일체로 형성될 수 있다. 전후방향 양쪽 끝에 위치하는 브래킷(310)의 좌우가 일체로 형성되면, 집열부(200)를 기준으로 좌우 대칭으로 위치하는 브래킷(310)의 좌우 간격을 조절할 필요가 없다. 전후방향 양쪽 끝에 위치하는 지지대(500)는 일체로 형성되는 전후방향 양쪽 끝의 브래킷(310)에 결합될 수 있다. 모든 브래킷(310)은 좌우가 일체로 형성될 수 있다. 브래킷(310)은 수직부분(311) 판재와 수평부분(312) 판재가 연결되어 이루어질 수 있다. 수직부분(311)은 장착판(420)을 브래킷(310)에 결합하기 위한 부분이다. 수직부분(311)은 장착판(420)을 결합하기 위한 복수의 통공(314)이 형성될 수 있다. 수직부분(311)은 상단부에 프레넬 패턴(P1, P2, P3, P4, P5)이 형성될 수 있다. 프레넬 패턴(P1, P2, P3, P4, P5)마다 형성되는 통공(314)은 프레넬 패턴(P1, P2, P3, P4, P5)의 경사와 동일한 각도로 형성될 수 있다. 수직부분은(311)은 고정바(320)를 결합하기 위한 복수의 통공(313)이 형성될 수 있다. 수평부분(312)은 브래킷(310)을 지지플레이트(100)에 결합하기 위한 부분이다. 수평부분(312)은 지지플레이트(100)에 결합하기 위한 복수의 통공(315)이 형성될 수 있다. 미러고정부(300)는 또한 전후방향으로 배치되는 브래킷(310) 모두에 결합되는 고정바(320)를 더 포함할 수 있다. 고정바(320)는 전후방향으로 배치되는 브래킷(310)들을 연결하여 구조적 안정성을 높일 수 있다. 미러고정부(300)는 고정바(320)를 이용하여 미리 조립된 상태로 지지플레이트(100)에 결합될 수 있다. 미러부(400)는 복수의 반사경(410)이 미러고정부(300)에 격자형으로 결합되어 구성될 수 있다. 반사경(410)은 입사되는 태양광을 집열부(200)로 반사시키는 평면거울로 형성될 수 있다. 미러부(400)의 특징적인 구조는 반사경(410)이 전후방향으로 연결되고 좌우방향으로 이격되어 복수의 반사라인(L1, L2, L3, L4, L5)을 형성한다는 점이다. 이러한 반사라인