(57)【要約】本発明は太陽熱蓄熱装置に関するもので、前記太陽熱蓄熱装置の一特徴は、入射光を集光して出力するフレネルレンズと、前記フレネルレンズ下部に位置して、フレネルレンズによって、集光される入射光が照射される集熱器と、前記集熱器内部に一部が挿入されていて、前記集熱器によって、収集された熱によって、液体状態から気体状態に変わる熱媒を内部に充填しているヒートパイプと、前記ヒートパイプの一部の外部面に装着されて、前記気化状態の熱媒によって、加熱されたヒートパイプの熱を外部へ発散する放熱パネルと、前記放熱パネルを内蔵して、前記放熱パネルによって、発散された熱によって加熱される熱伝逹液体は充填している熱交換部と、そして、前記熱交換部に連結されて、加熱された前記熱交換部の熱伝逹液体が伝達されて保存し、熱が損失された熱伝逹液体は前記熱交換部に出力する蓄熱槽と、を含む。
2016537608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を集光して出力するフレネルレンズと、
前記フレネルレンズ下部に位置して、フレネルレンズによって集光される入射光が照射される集熱器と、
前記集熱器内部に一部が挿入されていて、前記集熱器によって収集された熱によって液体状態から気体状態に変わる熱媒を内部に充填しているヒートパイプと、
前記ヒートパイプの一部の外部面に装着されて、前記気化状態の熱媒によって加熱されたヒートパイプの熱を外部へ発散する放熱パネルと、
前記放熱パネルを内蔵して、前記放熱パネルによって発散された熱によって加熱される熱伝逹液体は充填している熱交換部と、
そして、
前記熱交換部に連結されて、加熱された前記熱交換部の熱伝逹液体が伝達されて保存し、熱が損失された熱伝逹液体は前記熱交換部に出力する蓄熱槽と、を含む太陽熱蓄熱装置。
【請求項２】
前記ヒートパイプは、前記集熱器と前記放熱パネルとの間で放熱パネル側へ上り坂傾斜するように位置することを特徴とする請求項１に記載の太陽熱蓄熱装置。
【請求項３】
前記集熱器は、前記フレネルレンズの焦点位置に設置されることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱蓄熱装置。
【請求項４】
前記熱交換部と前記蓄熱槽との間に連結されて、前記熱交換部と前記蓄熱槽との間で前記熱伝逹液体を循環させる第１及び第２循環パイプをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽熱蓄熱装置。
【請求項５】
前記集熱器は、アルミニウ窒化物がコーティングされていることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱蓄熱装置。
【請求項６】
前記集熱器下部で前記集熱器を包むように位置し、前記フレネルレンズを通過する光を前記集熱器側へ反射させる凹反射鏡をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽熱蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽熱蓄熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、太陽エネルギーを利用する装置として、太陽光を利用した太陽光発電装置と太陽熱を利用した太陽熱蓄熱装置に分けられる。
【０００３】
太陽光発電装置は太陽電池(solar cell)を利用して、太陽光エネルギーを直接的に電気エネルギーに変換させる装置を言い、太陽熱蓄熱装置は太陽光を集光装置によって集中させて熱を得て、この熱を利用して水又は熱媒体を加熱して、これを蓄熱槽に保管してから必要な時に使うようにする装置である。
【０００４】
従来の太陽熱蓄熱装置は、主に反射鏡を使って太陽光を集中させ、集中させた太陽光を直接的にヒートパイプの一端に照射することによって、ヒートパイプの効率的な熱伝逹効果を利用して、蓄熱槽に熱を保存する構造を持つ。
【０００５】
したがって、反射鏡だけを利用する場合、反射鏡に反射される太陽光だけを利用するようになって、光集積度が低くて集光効率が落ち、また、ヒートパイプに直接太陽光を集光して照射する方式は焦点を合わせにくく、金属より製作されるヒートパイプの特性上集熱効果が落ちる欠点を持つ。
【０００６】
このような従来技術の一例は、特許文献である韓国登録特許第１０−０７２０９２６号(登録日: ２００７年 ０６月 １６日)に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】韓国登録特許第１０−０７２０９２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、焦点距離が短いフレネルレンズを利用して太陽光を集光して蓄熱動作がなされるようにして、蓄熱装置の設置空間を減少するためのものである。
【０００９】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、集光効率を向上させて蓄熱装置の性能を高めるためのものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一特徴に係る太陽熱蓄熱装置は、入射光を集光して出力するフレネルレンズと、前記フレネルレンズ下部に位置して、フレネルレンズによって集光される入射光が照射される集熱器と、前記集熱器内部に一部が挿入されていて、前記集熱器によって収集された熱によって液体状態から気体状態に変わる熱媒を内部に充填しているヒートパイプと、前記ヒートパイプの一部の外部面に装着されて、前記気化状態の熱媒によって加熱されたヒートパイプの熱を外部で発散する放熱パネルと、前記放熱パネルを内蔵して、前記放熱パネルによって発散された熱によって加熱される熱伝逹液体は充填している熱交換部と、そして、前記熱交換部に連結されて、加熱された前記熱交換部の熱伝逹液体を伝達されて保存し、熱が損失された熱伝逹液体は前記熱交換部に出力する蓄熱槽と、を含む。
【００１１】
前記ヒートパイプは、前記集熱器と前記放熱パネルとの間で放熱パネル側へ上り坂傾斜するように位置するのがよい。
【００１２】
前記集熱器は、前記フレネルレンズの焦点位置に設置されるのが好ましい。
【００１３】
前記特徴に係る太陽熱蓄熱装置は、前記熱交換部と前記蓄熱槽との間に連結されて、前記熱交換部と前記蓄熱槽との間で前記熱伝逹液体を循環させる第１及び第２循環パイプをさらに含むことができる。
【００１４】
前記集熱器は、アルミニウ窒化物がコーティングされていることができる。
【００１５】
前記特徴に係る太陽熱蓄熱装置は、前記集熱器下部で前記集熱器を包むように位置し、前記フレネルレンズを通過する光を前記集熱器側へ反射させる凹反射鏡をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００１６】
このような特徴によると、焦点距離が短いフレネルレンズを利用して集熱器で太陽光を入射させるので、フレネルレンズと集熱器との間の距離が減少するようになって、蓄熱装置の設置空間が減少する。
【００１７】
また、フレネルレンズの焦点位置に集熱器が設置されるので、集熱器の集光効率が向上する。
【００１８】
追加的に、集熱器下部に凹反射鏡を設置して、フレネルレンズを通過する光を再び集熱器の側へ反射させるので、集熱器の集光効率をもっと向上させて蓄熱装置の性能が増加する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例に係る太陽熱蓄熱装置の斜視図である。
【図２】図１に示した太陽熱蓄熱装置の断面図である。
【図３】本発明の一実施例によって、フレネルレンズと凹反射鏡によって、集熱器に太陽光が集光される状態を示した概念図である。
【図４】本発明の一実施例に係る凹反射鏡の他の例を示した図面である。
【図５】フレネルレンズの一部平面図である。
【図６】本発明の一実施例によって複数の熱交換部によって加熱された熱伝逹液体が一つの蓄熱炉に保存される構造を示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付した図面を参照にして本発明の実施例に対して、本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかし、本発明はいろいろ相異なる形態で具現でき、ここで説明する実施例に限定されない。そして、図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は略した。ここで使われる専門用語は、ただ特定実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。また、ここで使われる単数形態は文句がこれとはっきりと反対の意味を示さない限り複数形態も含む。明細書で使われる「含む」の意味は特定特性、領域、定数、段階、動作、要素及び/又は成分を具体化し、他の特定特性、領域、定数、段階、動作、要素、成分及び/又は組の存在や付加を除外させるものではない。違うように定義しなかったが、ここに使われる技術用語及び科学用語を含むすべての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者が一般的に理解する意味と同じ意味を持つ。普通使われる辞書に定義された用語は、関連技術文献と現在開始された内容に符合する意味を持つことと追加解釈されて、定義されない限り理想的や非常に公式的な意味に解釈されない。
【００２１】
斜視図を参照して、説明された本発明の実施例は、本発明の理想的な実施例を具体的に現わす。その結果、図解の多様な変形、例えば製造方法及び/又は事様の変形が予想される。したがって、実施例は示した領域の特定形態に限らないし、例えば、製造に係る形態の変形も含む。例えば、偏平であると示されるとか説明された領域は一般的に粗いとか/粗くて非線形である特性を持つことができる。また、鋭い角度を持つことに図示された部分はラウンドすることができる。したがって、図面に図示された領域は、元々大略的なことに過ぎなくて、これらの形態は領域の正確な形態を図示するように意図されたのではなくて、本発明の範囲を狭めようと意図されたものではない。
【００２２】
以下、本発明に係る一実施例に係る太陽熱蓄熱装置に対して、添付された図面を参照にして詳しく説明する。
【００２３】
まず、図面中、同一の構成要素又は部品はできる限り同一の参照符号で示していることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにおいて、関わる公知機能あるいは構成に対する具体的な説明は、本発明の要旨を曖昧ではないようにするために略することにする。
【００２４】
図１〜図６に図示したように、本発明の実施例に係る太陽熱蓄熱装置１００は、入射される入射光、例えば、太陽光を反射する凹反射鏡１１０と、凹反射鏡１１０ 上部に位置して、入射される太陽光を集光して出力するフレネルレンズ(Fresnel lens)１２０と、凹反射鏡１１０とフレネルレンズ１２０ の間に形成された空間内に位置する集熱器１４０と、集熱器１４０ 内に一部が挿入されていて、傾くように直線で延長して凹反射鏡１１０を貫通しているヒートパイプ１３０と、ヒートパイプ１３０の他端が貫通して内部に挿入されている熱交換部１５０と、熱交換部１５０を貫通して挿入されたヒートパイプ１３０に連結されていて、熱交換部１５０ 内部に装着されている放熱パネル１６０と、一側面の反対側である熱交換部１５０の他側面に連結されている第１及び第２循環パイプ１７１、１７２と、そして第１及び第２熱循環パイプ１７１、１７２に連結されている蓄熱槽１８０と、を具備する。
【００２５】
凹反射鏡１１０は、図１に示すように、凹形状の内部面を持ち、内部空間は、空の空間からなっている。これにより、凹反射鏡１１０は、内部空間に位置した集熱器を包むように位置している。
【００２６】
したがって、フレネルレンズ１２０を透過して入射される太陽光は、凹形状の内部面に反射して、凹反射鏡１１０ 内部に位置した集熱器１４０側へ照射される。
【００２７】
このような凹反射鏡１１０は、図１のような側面が半円形状である半球形状を持つとか、図４と同じに平面が四角形で正面が半円形状である半円筒形状を持つことができる。
【００２８】
フレネルレンズ１２０は、もう説明したように、凹反射鏡１１０ 上端に設置されている。これにより、開放状態の凹反射鏡１１０の上端部は、フレネルレンズ１２０で完全に覆われて、凹反射鏡１１０の内部空間はヒートパイプ１３０に連結された部分を除けると密閉空間になる。
【００２９】
一般的に、フレネルレンズ１２０は、レンズの厚さを減らすために複数の丸い帯状のレンズが分割されていて、レンズの厚さを大きくしなくて口径が大きいレンズを具現することができるので、光を狭い領域で集めるために使うレンズである。
【００３０】
このようなフレネルレンズ１２０の平面図をよく見ると、図５に示すように、お互いに違う直径を持つ複数の同心円６が中心部５を中心にレンズ上部表面、即ち、平面上に決まった間隔で離隔するように配置されて、凹レンズに比べて短い焦点距離が形成される。
【００３１】
このようなフレネルレンズ１２０に太陽光が入射されると、フレネルレンズ１２０を透過しながら決まった距離に位置した焦点へ光を入射するようになる。
【００３２】
集熱器１４０は、図２に示すように、ヒートパイプ１３０との連結を通じて別途の支持台なしにフレネルレンズ１２０ 下部である凹反射鏡１１０ 内部空間に位置する。この時、集熱器１４０の内部は空の空間としてヒートパイプ１３０の日附印一側部が挿入されている。
【００３３】
このような集熱器１４０は、フレネルレンズ１２０によって形成された焦点が形成される位置に位置して、フレネルレンズ１２０によって集光された太陽光を最大限でたくさん照射されるようにする。
【００３４】
この時、フレネルレンズ１２０は、同じ厚さを持つ凹レンズに比べて、ずっと短い焦点距離が形成されるので、フレネルレンズ１２０と集熱器１４０との間の距離、即ち、焦点距離に基づいた距離は、凹レンズなどを使う時より大きく減少するようになる。
【００３５】
したがって、フレネルレンズ１２０を利用して集熱器１４０に太陽光を照射させる場合、集熱器１４０の設置空間が大きく減少するようになり、集熱器１４０に光を集光するためのレンズの厚さや重さなどを減少させることができる。
【００３６】
このように、１次的にフレネルレンズ１２０によって、集熱器１４０へ太陽光が照射されると、集熱器１４０を包むように位置した凹反射鏡１１０によって反射した太陽光が ２次的に集熱器１４０ 側へ照射される。したがって、集熱器１４０側へ入射される太陽光の量は、もっと増加するようになって集熱器１４０の効率が大きく向上する。
【００３７】
しかし、代案的に凹反射鏡１１０は省略されることができるし、この場合、フレネルレンズ１２０と集熱器１４０は別途の支持台などを利用して設置されることができる。
【００３８】
集熱器１４０は、太陽光から熱源を最大的吸収し、太陽光の反射を最小化することができる材料と構造は持つ。
【００３９】
したがって、集熱器１４０は、ヒートパイプ１３０が挿入可能な挿入溝を具備し、外部表面にアルミニウ窒化物がコーティングされた金属櫃、即ち、挿入溝が形成された部分を除けると、全部密閉された形状の六面体形状を持つ。
【００４０】
ヒットファイト１３０は、内部空間が密閉された金属からなっている金属パイプとして、本例の場合、円柱形状を持つが、ここに限定されないで多様な形状を持つことができる。
【００４１】
このようなヒートパイプ１３０は、隣接した集熱器１４０の一側面に一側が挿入されて、図２に示したように、ヒートパイプ１３０の一側一部が集熱器１４０ 内部に挿入されている。
【００４２】
また、ヒートパイプ１３０は、集熱器１４０から遠くなるほど上方へ傾くように設置されているので、集熱器１４０から放熱パネル１６０側へ上側方向に傾いている。
【００４３】
このようなヒートパイプ１３０ 内部には、沸点が低く且伝逹が優秀な熱媒 (即ち、熱伝達媒体) HL１が内蔵している。
【００４４】
この時、ヒートパイプ１３０が集熱器１４０ の側へ降りるように傾いているので、ヒートパイプ１３０ 内に内蔵した熱媒HL１は、図２に示すように、集熱器１４０ 内部に挿入されたヒートパイプ１３０の側端部部分に溜まるようになる。
【００４５】
ヒートパイプ１３０ 内に保存された熱媒HL１は、熱を受けると、膨脹して液体状態から気化状態に変わるようになる。
【００４６】
熱交換部１５０は、ヒートパイプ１６０の一部が挿入されている放熱パネル１６０を内蔵している。
【００４７】
このような熱交換部１５０は、ヒートパイプ１３０と第１及び第２循環パイプ１７１、１７２が挿入される部分を除けると、密閉されているし、内部空間には熱伝逹液体HL２が充填されている。
【００４８】
この時、熱伝逹液体HL２は、水や油であることができる。
【００４９】
熱交換部１５０ 内部に位置した放熱パネル１６０は、熱を発散するものであり、図２に示すように、中の部分に、ヒートパイプ１３０が放熱パネル１６０を長さ方向へ横切って貫通している。
【００５０】
したがって、放熱パネル１６０は、自分を貫通しているヒートパイプ１３０の外部表面に位置して、ヒートパイプ１３０の熱を外部、即ち熱交換部１５０ 内に充填されている熱伝逹液体HL２ の方で発散させる。
【００５１】
このような放熱パネル１６０ もヒートパイプ１３０の支持動作によって、別の支持台なしに熱交換部１５０ 内部に位置するようになる。
【００５２】
第１及び第２循環パイプ１７１、１７２は、縦方向に並んで離隔するように、熱交換部１５０の他側面と蓄熱槽１８０と の間に連結されている。
【００５３】
したがって、熱交換部１５０と蓄熱槽１８０は、これら第１及び第２循環パイプ１７１、１７２によってお互いに導通するようにされている。
【００５４】
二つの循環パイプ１７１、１７２ の中で下部に位置した第１循環パイプ１７１は、熱交換部１５０ 内に位置した熱伝逹液体HL２を蓄熱槽１８０へ排出するための排水管であり、第２循環パイプ１７２は、蓄熱槽１８０へ排出された後熱が損失された熱伝逹液体HL２を、再び熱交換部１５０に入水させるための入水管である。
【００５５】
したがって、第１及び第２循環パイプ１７１、１７２によって熱交換部１５０の熱伝逹液体HL２は、熱交換部１５０と蓄熱槽１８０ との間を循環するようになる。
【００５６】
蓄熱槽１８０は、熱伝逹液体HL２の循環動作によって、熱交換部１５０から伝達される熱伝逹液体HL２を保存して熱を蓄積する空間である。
【００５７】
このような構造を持つ一実施例に係る太陽熱蓄熱装置１００の動作に対して説明する。
【００５８】
まず、フレネルレンズ１２０によって集光された太陽熱と凹反射鏡１１０によって反射した太陽熱は、フレネルレンズ１２０と凹反射鏡１１０との間に位置した集熱器１４０側へ照射されて、集熱器１４０は、照射される光によって加熱される。
【００５９】
このような集熱器１４０の加熱によって、集熱器１４０ 内部に挿入されたヒートパイプ１３０ の部分内に充填されている熱媒HL１ も熱を受けるようになって、液体状態の熱媒HL１は、気化されて気体状態に変わるようになる。
【００６０】
したがって、気化された熱媒HL１は、上昇するようになり、この時、ヒートパイプ１３０が放熱パネル１６０ の側へ上り坂傾斜するように設置されているので、気化された熱媒HL１は、ヒートパイプ１３０に従って放熱パネル１６０であるヒートパイプ１３０の他端に移動するようになる。
【００６１】
このような熱媒HL１の移動動作によって、ヒートパイプ１３０ 全体が加熱され、ヒートパイプ１３０ 外部面を包むように位置した放熱パネル１６０にも接しているヒートパイプ１３０を通じて熱が伝達される。
【００６２】
これにより、放熱パネル１６０は、ヒートパイプ１３０を通じて集熱器１４０によって得られた熱が伝達されて、放熱パネル１６０に伝達された熱は、放熱パネル１６０によって放熱パネル１６０ 外部に発散される。
【００６３】
この時、放熱パネル１６０は、もう説明したように、熱交換部１５０ 内部に内蔵しているので、放熱パネル１６０で発散された熱は、熱交換部１５０ 内部に充填されている熱伝逹液体HL２に伝達される。
【００６４】
このように、集熱器１４０の熱によって、気化されてヒートパイプ１３０を通じて熱交換部１５０の熱伝逹液体HL２に熱を伝達した熱媒HL１は、また液化される。
【００６５】
この時、ヒートパイプ１３０が放熱パネル１５０ の側から集熱器１４０側へ下降するように傾いているので、液体状態に変わった熱媒HL１は、ヒートパイプ１３０にしたがって集熱器１４０ の側へ流れ降りて、集熱器１４０ 内部に挿入されたヒートパイプ１３０の側端部に溜まるようになって、また集熱器１４０によって気化状態になる
【００６６】
したがって、このような熱媒HL１の気化状態と液化状態によって、集熱器１４０によって収集された太陽熱は、結果的に熱交換部１５０の熱伝逹液体HL２に伝達されて、熱伝逹液体HL２の加熱動作がなされる。
【００６７】
このような熱媒HL１の循環動作によって、加熱された熱伝逹液体HL２は、第１循環パイプ１７１を通じて蓄熱槽１８０に伝達されて蓄熱槽１８０ 内に保存されて、熱を保管するようになる。
【００６８】
蓄熱槽１８０ 内部には、図示しないポンプが装着されていて、熱を損失した熱伝逹液体HL２は、また第２循環パイプ１７２を通じて熱交換部１５０に入水されて、また気化された熱媒HL１による加熱動作がなされるようにする。
【００６９】
このように、第１及び第２循環パイプ１７１、１７２を通じて熱伝逹液体HL２の循環動作によって、蓄熱槽１８０に保存される熱の量が増加するようになる。
【００７０】
本の例の場合、ヒートパイプ１３０、熱交換部１５０、蓄熱槽１８０、第１及び第２循環パイプ１７１、１７２に熱が移動する時、熱の損失を防止するためにこれら装置１３０、１５０、１７１、１７２、１８０は断熱材などで断熱処理されて、熱損室が最小化されるようにする。
【００７１】
熱交換部１５０へ伝達される熱を蓄熱槽１８０に保存する時、図６に示すように、複数の熱交換部１５０から伝達される熱を同時に一つの蓄熱槽１８０で蓄積することができるので、蓄熱時間を縮めさせて蓄熱効率を向上することができる。
【００７２】
上述したように、本発明は、限定された実施例によって説明されたが、本発明はこれに限定されないし、本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者によって、本発明の技術思想と下に記載する特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であるものである。
【図１】
2016537608.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2016537608.tif 000008
【国際調査報告】
2016537608.tif 000009
2016537608.tif 000010
2016537608.tif 000011
2016537608.tif 000012