KR20180063473A - 태양열 집열기를 이용한 발전시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 태양열 집열기를 이용한 발전 시스템은, 태양으로부터 복사되는 일사광선을 집광하여 열순환 매체를 가열하는 태양열 집열기; 및
상기 열순환 매체 및 냉수와 접하며, 상기 열순환 매체의 온도와 상기 냉수의 온도 차이에 의해 전기 에너지를 생성하는 열전 발전모듈을 포함하되,
상기 열전 발전모듈은,
복수의 열전소자를 포함하는 한 쌍의 열전소자부;
상기 열순환 매체를 수용하며, 한 쌍의 상기 열전소자부의 고온단자에 접하도록 한 쌍의 상기 열전소자부 사이에 배치되는 발열부; 및
상기 냉수를 수용하며 한 쌍의 상기 열전소자부의 저온단자 각각에 접하도록 배치되는 한 쌍의 냉각부를 포함한다. 이러한 본 발명에 따르면 발열부 양측에 배치된 한 쌍의 열전소자부에 의해 전기 에너지 및 온수 생산량을 향상시킬 수 있고, 온수를 생성하기 위한 별도의 부재를 구비할 필요가 없으므로 온수 생성 비용을 절감할 수 있어 경제적이다.
상기 열순환 매체 및 냉수와 접하며, 상기 열순환 매체의 온도와 상기 냉수의 온도 차이에 의해 전기 에너지를 생성하는 열전 발전모듈을 포함하되,
상기 열전 발전모듈은,
복수의 열전소자를 포함하는 한 쌍의 열전소자부;
상기 열순환 매체를 수용하며, 한 쌍의 상기 열전소자부의 고온단자에 접하도록 한 쌍의 상기 열전소자부 사이에 배치되는 발열부; 및
상기 냉수를 수용하며 한 쌍의 상기 열전소자부의 저온단자 각각에 접하도록 배치되는 한 쌍의 냉각부를 포함한다. 이러한 본 발명에 따르면 발열부 양측에 배치된 한 쌍의 열전소자부에 의해 전기 에너지 및 온수 생산량을 향상시킬 수 있고, 온수를 생성하기 위한 별도의 부재를 구비할 필요가 없으므로 온수 생성 비용을 절감할 수 있어 경제적이다.
Description
본 발명은 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 태양열 집열기를 이용한 발전 시스템에 관한 것이다.
열전소자(Thermoelectric element)는 제에벡 효과(Seebeck effect)를 통해 발전을 가능하게 하는 소자이다. 제에벡 효과란 두 개의 접점을 가진 서로 다른 금속으로 만들어진 폐회로상에서 양 금속간에 온도차가 만들어지면 이 두 금속 간에 전위차가 생성된다는 원리이다.
열전소자를 이용한 모듈(Thermoelectric module; TEM)은 위로부터 절연층, 전도체, 반도체, 전도체, 절연층의 다층 구조를 이루고 있다. 이러한 열전 소자를 이용하여 발전을 하기 위해서는 내구성이 허용하는 범위 내에서 온도차를 가급적 크게 유지하는 것이 중요하다.
본 발명의 목적은 태양열 집열기를 이용하여 온수 생성 및 발전을 동시에 수행하는 태양열 집열기를 이용한 발전 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 태양열 집열기를 이용한 발전시스템은, 태양으로부터 복사되는 일사광선을 집광하여 열순환 매체를 가열하는 태양열 집열기; 및 상기 열순환 매체 및 냉수와 접하며, 상기 열순환 매체의 온도와 상기 냉수의 온도 차이에 의해 전기 에너지를 생성하는 열전 발전모듈을 포함하되, 상기 열전 발전모듈은, 복수의 열전소자를 포함하는 한 쌍의 열전소자부; 상기 열순환 매체를 수용하며, 상기 열전소자부들의 고온단자와 접하도록 한 쌍의 상기 열전소자부 사이에 배치되는 발열부; 및 상기 냉수를 수용하며 한 쌍의 상기 열전소자의 저온단자와 접하는 한 쌍의 냉각부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 발열부는, 한 쌍의 상기 열전소자부와 접하는 양측면에 복수의 상기 열전소자의 위치를 가이드 할 수 있도록, 외부로 돌출되고 상기 열전소자의 단면의 크기 및 개수와 대응되는 가이드부재가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 열전소자부는, 복수의 상기 열전소자가 각각 삽입되는 복수의 삽입홀이 형성된 판 형상으로 구비되고, 상기 삽입홀 일부에 상기 가이드부재가 삽입되도록 상기 발열부의 측면에 배치되는 베이스판을 포함할 수 있다.
또한, 상기 베이스판은, 상기 열전소자의 두께와 상기 가이드부재의 두께를 합한 두께로 구비될 수 있다.
또한, 상기 열전소자부는, 복수의 상기 열전소자가 1행으로 배치되거나, 복수의 상기 열전소자가 2행으로 배치되거나, 복수의 상기 열전소자가 복수의 행으로 2열 배치될 수 있다.
또한, 한 쌍의 상기 냉각부로부터 생성되는 온수를 공급받고, 상기 발열부와 연결되어 상기 열순환 매체와의 열교환을 통해 상기 온수를 가열하여 저장하는 온수탱크; 냉수 및 온수를 이동시키는 유동라인; 상기 열순환 매체를 이동시키는 순환라인; 및 상기 유동라인 및 상기 순환라인의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 유동라인은, 한 쌍의 상기 냉각부에 냉수를 공급하는 제1냉수공급라인; 상기 제1냉수공급라인에 연결되고, 상기 제1냉수공급라인으로부터 냉수를 공급받아 상기 온수탱크에 제공하는 제2냉수공급라인; 및 한 쌍의 상기 냉각부에서 생성된 온수를 배출하여 상기 온수탱크에 공급하는 제1온수배출라인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 유동라인은, 상기 온수탱크에 배치되어, 상기 온수탱크에 수용된 물의 온도를 측정하는 제1온도센서; 상기 제1냉수공급라인에 배치되고, 상기 제1냉수공급라인으로부터 한 쌍의 상기 냉각부로 공급되는 냉수의 양을 조절하는 제1조절밸브; 상기 제1온수배출라인에 배치되고, 배출되는 온수의 양을 조절하는 제2조절밸브; 상기 제2냉수배출라인에 배치되고 상기 제2냉수배출라인으로부터 상기 온수탱크에 공급되는 냉수의 양을 조절하는 제3조절밸브를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 제1온도센서와 연동되어 상기 온수탱크에 수용된 물의 온도에 따라 상기 제1,제2 및 제3조절밸브의 개폐를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 순환라인은, 유입부가 상기 태양열 집열기에 결합되고 배출부가 상기 발열부에 결합되어 상기 열순환 매체를 상기 발열부에 공급하는 제1순환라인; 유입부가 상기 발열부에 결합되고 배출부가 상기 온수탱크 내에 배치되는 열교환기에 결합되어 열순환 매체가 상기 발열부에서 상기 열교환기로 이동하는 제2순환라인; 유입부가 상기 열교환기에 결합되고 배출부가 상기 태양열 집열기에 결합되어 상기 열교환기를 통과한 열순환 매체가 상기 태양열 집열기로 이동하는 제3순환라인; 상기 제2순환라인 및 상기 제3순환라인 사이에 배치되는 제4순환라인; 및 상기 발열부에 배치되고, 상기 열전소자의 고온단자의 온도를 측정하는 제2온도센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 순환라인은, 상기 제1순환라인에 배치되고 상기 제1순환라인으로부터 상기 발열부에 공급되는 열순환 매체의 양을 조절하는 제4조절밸브; 및 상기 제2순환라인 및 제3순환라인과 상기 제4순환라인이 연결되는 분기점 각각에 제1삼방밸브 및 제2삼방밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1온도센서 및 제2온도센서의 온도 검출값에 따라 상기 제4조절밸브, 제1삼방밸브 및 제2삼방밸브의 개폐를 제어할 수 있다.
또한, 상기 유동라인은, 유입부가 상기 온수탱크에 결합되고, 배출부가 상기 제1냉수공급라인에 결합되어 상기 온수탱크의 물을 상기 제1냉수공급라인에 제공하며, 상기 물을 냉각시키는 쿨러를 포함하는 공냉라인; 및 상기 공냉라인에 배치되어 상기 공냉라인을 개폐하는 공냉밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 공냉밸브의 작동을 제어할 수 있다
본 발명의 실시예에 따른 태양열 집열기를 이용한 발전시스템에 따르면,
첫째, 발열부 양측에 배치된 한 쌍의 열전소자부에 의해 전기 에너지 및 온수 생산량을 향상시킬 수 있고, 온수를 생성하기 위한 별도의 부재를 구비할 필요가 없으므로 온수 생성 비용을 절감할 수 있어 경제적이다.
둘째, 복수의 열전소자를 다양하게 배열할 수 있어 상황에 따라 적합한 배열을 적용하여 효율적으로 온수 및 전기 에너지를 생산할 수 있다.
셋째, 제1 온도센서에서 검출한 온수탱크 안의 물 온도에 따라 온수탱크로의 온수 공급과 냉각수 공급이 조절되므로, 계절에 따라 온수탱크에 저장된 온수를 적정 온도로 유지시킬 수 있다.
넷째, 열교환기를 통해 온수탱크에 수용된 온수를 가열하여 효율적으로 고온의 온수를 생성할 수 있다.
다섯째, 공냉라인에 의해 온수탱크에 저장된 물을 다시 냉각시켜 냉각부에 제공하므로, 온수탱크에서 식어 적정 온도 이하로 냉각된 물을 냉각수로 재이용할 수 있어 효과적이다.
여섯째, 제1 내지 제4순환라인과, 제1 및 제2 삼방밸브를 통해 계절에 따른 열순환 매체의 선택적인 사용이 가능하여 효율적인 발전을 할 수 있다. 즉, 온수 사용량이 적은 계절에는 열순환 매체를 열전 발전모듈로만 순환시키는 제어를 통해 효율적인 전력 생산을 가능하게 한다.
일곱째, 베이스판에 의해 복수의 열전소자들을 견고하게 고정할 수 있어 안정적으로 발전을 할 수 있다.
여덟째, 가이드부재에 의해 발열부와 열전소자부의 결합을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양열 집열기를 이용한 발전시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 온도센서들 및 밸브들과 제어부의 블럭도이다.
도 3은 도 1에 도시된 태양열 집열기의 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 제1실시예에 따른 분해 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 제2실시예에 따른 분해 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 제3실시예에 따른 분해 사시도이다.
도 7은 도 4에 도시된 열전 발전모듈의 제1실시예의 적용 예시도이다.
도 8은 도 5에 도시된 열전 발전모듈의 제2실시예의 적용 예시도이다.
도 9는 도 6에 도시된 열전 발전모듈의 제3실시예의 적용 예시도이다.
도 2는 온도센서들 및 밸브들과 제어부의 블럭도이다.
도 3은 도 1에 도시된 태양열 집열기의 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 제1실시예에 따른 분해 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 제2실시예에 따른 분해 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 제3실시예에 따른 분해 사시도이다.
도 7은 도 4에 도시된 열전 발전모듈의 제1실시예의 적용 예시도이다.
도 8은 도 5에 도시된 열전 발전모듈의 제2실시예의 적용 예시도이다.
도 9는 도 6에 도시된 열전 발전모듈의 제3실시예의 적용 예시도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성 요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양열 집열기를 이용한 발전시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이고, 도 2는 온도센서들 및 밸브들과 제어부의 블럭도이며, 도 3은 도 1에 도시된 태양열 집열기의 단면도이다.
그리고, 도 4는 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 제1실시예에 따른 분해 사시도이고, 도 5는 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 제2실시예에 따른 분해 사시도이며, 도 6은 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 제3실시예에 따른 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 태양열 집열기를 이용한 발전시스템(1000)은 태양열 집열기(100), 열전 발전모듈(200), 온수탱크(300), 유동라인(400), 순환라인(500) 및 제어부를 포함한다.
태양열 집열기(100)는 태양으로부터 복사되는 일사광선을 집광하여 열순환 매체를 가열한다.
도 3을 참조하면, 태양열 집열기(100)는 통상적인 태양열 집열기로서, 상단
부는 일사광선을 투과시키고 열손실을 방지할 수 있는 투과체(transparent cover)를 구비하고, 하단부에는 투과된 일사광선을 흡수해 열에너지로 변환시키는 흡수판(absorber plate)을 구비하며, 바닥면에는 단열재를 구비한다.
여기서, 흡수판에는 집열을 위한 열순환 매체가 지나갈 수 있는 관이 배치되고, 이 관을 통해 가열된 열순환 매체가 다른 구성들로 이동한다.
나아가, 태양열 집열기(100)는 필요에 따라 집열 효율을 향상시키기 위해 프레넬 렌즈(Fresnel lens)를 더 포함할 수 있다.
그리고, 열전 발전모듈(200)은 열순환 매체 및 냉수와 접하며, 열순환 매체의 온도와 냉수의 온도 차이에 의해 전기 에너지를 생성한다.
여기서, 열전 발전모듈(200)은 열전소자부(210), 발열부(220) 및 냉각부를 포함한다.
열전소자부(210)는 한 쌍으로 구비되고, 복수의 열전소자(211) 및 베이스판(212)를 포함한다.
베이스판(212)은 판 형상으로 구비되고, 복수의 열전소자(211)가 각각 삽입되는 복수의 삽입홀(213)이 형성되어 있다.
그리고,베이스판(212)는 삽입홀(213)의 일부에 후술할 발열부(220)의 가이드부(221)가 삽입되도록 발열부(220)의 측면에 배치된다.
또한, 베이스판(212)의 두께는 열전소자(211)의 두께와 가이드부재(221)의 두께를 합한 두께로 구비될 수 있다.
따라서, 후술할 냉각부(230)와 접하는 저온단자 측을 평면으로 유지할 수 있다.
여기서, 베이스판(212)은 복수의 열전소자(211)가 열교환을 효율적으로 수행할 수 있도록 열전도성이 높은 구리, 알루미늄 및 황동 등의 재질로 구비될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 발열부(220)는 열순환 매체를 수용하며 열전소자부(210)들의 고온단자와 접하도록 한 쌍의 열전소자부(210) 사이에 배치된다.
그리고, 발열부(220)는 한 쌍의 열전소자부(210)와 접하는 양측면에 가이드부재(221)가 형성된다.
가이드부재(221)는 한 쌍의 상기 열전소자부와 접하는 양측면에 복수의 상기 열전소자의 위치를 가이드 할 수 있도록, 외부로 돌출되고 상기 열전소자의 단면의 크기 및 개수와 대응되는 가이드부가 형성된 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템.
냉각부(230)는 한 쌍으로 구비되고, 냉수를 수용하며, 한 쌍의 열전소자부(210)의 저온단자와 접하도록 배치된다.
나아가, 본 발명의 열전 발전모듈(200)의 열전소자부(210)는 복수의 열전소자(211)가 다양한 구조로 배치될 수 있다.
도 3은 제1실시예에 따른 열전소자(211)들의 배치구조로서, 열전소자(211)들이 1행으로 배치될 수 있고, 베이스판(212)에 형성된 삽입홀(213)도 열전소자(211)들의 배치와 대응되도록 형성되며, 발열부(220)의 가이드부재(221)도 열전소자(211)들의 배치와 대응되도록 형성될 수 있다.
도 4는 제2실시예에 따른 열전소자(211)들의 배치구조로서, 열전소자(211)들이 2행으로 배치될 수 있고, 베이스판(212)에 형성된 삽입홀(213)도 열전소자(211)들의 배치와 대응되도록 형성되며, 발열부(220)의 가이드부재(221)도 열전소자(211)들의 배치와 대응되도록 형성될 수 있다.
추가적으로, 본 실시예에서는 한 쌍의 열전소자부(210)와 접하는 발열부(220)의 양측면에 베이스판(212)이 삽입되는 홈이 형성될 수 있다.
도 5는 제3실시예에 따른 열전소자(211)들의 배치구조로서, 열전소자(211)들이 복수의 행으로 2열 배치될 수 있고, 베이스판(212)에 형성된 삽입홀(213)도 열전소자(211)들의 배치와 대응되도록 형성되며, 발열부(220)의 가이드부재(221)도 열전소자(211)들의 배치와 대응되도록 형성될 수 있다.
추가적으로, 본 실시예에서는 한 쌍의 열전소자부(210)와 접하는 발열부(220)의 양측면에 베이스판(212)이 삽입되는 홈이 형성될 수 있다.
열전소자부(210)는 열전소자(211)들의 배치에 따라 각각의 실시예 별로 모두 다른 효과를 나타내기 때문에 상황에 따라 적합한 배열을 적용하여 효율적으로 온수 및 전기 에너지를 생산할 수 있다.
추가적으로 본 실시예에서 열전소자(211)를 8개로 한정하여 나타내었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를들어, 위의 세 실시예 모두에서 동일한 시간동안 발전이 이루어질 경우, 제1실시예의 경우 열전소자(211)들이 8개가 1행으로 배치되기 때문에 한번에 하나의 열전소자(211)에서 발전이 이루어진다.
그리고, 제2실시예의 경우 열전소자(211)들이 4개씩 2행으로 배치되므로 한번에 두 개의 열전소자(211)에서 발전이 이루어진다.
마지막으로, 제3실시예의 경우 발전소자(211)들이 4개씩 2열로 배치되므로 한번에 네 개의 열전소자(211)에서 발전이 이루어진다.
따라서, 동일한 시간동안 제3실시예에서 가장 많은 양의 발전을 할 수 있으나 냉수 및 열순환 매체가 머무르는 시간이 가장 짧아 온수를 가장 적게 생성하게 되고,
제1실시예에서 가장 적은 양의 발전을 하나, 냉수 및 열순환 매체가 머무르는 시간이 가장 길어 온수를 가장 많이 생성하게 되며,
제2실시예에서는 발전과 온수 생성의 비율을 가장 적절하게 나타낼 수 있다.
따라서, 발전보다는 온수의 생성에 비중 크게 두고 싶은 경우 제1실시예를 적용하고, 발전에 비중을 크게 두고 싶음 경우 제3실시예를 적용하며, 평상시에는 제2실시예를 적용함으로써, 상황에 따라 적절히 적용할 수 있다.
온수탱크(300)는 한 쌍의 냉각부(230)로부터 생성되는 온수를 공급받고, 발열부(220)와 연결되어 열순환 매체와의 열교환을 통해 온수를 가열하여 저장한다.
유동라인(400)은 냉수 및 온수를 이동시킨다.
유동라인(400)은 제1냉수공급라인(410), 제2냉수공급라인(420), 제1온수배출라인(430), 제1온도센서(440), 제1조절밸브(450), 제2조절밸브(460) 및 제3조절밸브(470)를 포함한다.
제1냉수공급라인(410)은 한 쌍의 냉각부(230)에 냉수를 공급하고, 제2냉수공급라인(420)은 제1냉수공급라인(410)에 연결되고, 제1냉수공급라인(420)으로부터 냉수를 공급받아 온수탱크(300)에 제공한다.
그리고, 제1온수배출라인(430)은 한 쌍의 냉각부(230)에서 생성된 온수를 배출하여 온수탱크(300)에 공급한다.
제1온도센서(440)는 온수탱크(300)에 배치되고, 온수탱크(300)에 수용된 물의 온도를 측정한다.
그리고, 제1조절밸브(450)는 제1냉수공급라인(410)에 배치되고, 제1냉수공급라인(410)으로부터 한 쌍의 냉각부(230)로 공급되는 냉수의 양을 조절한다.
제2조절밸브(460)는 제1온수배출라인(430)에 배치되고, 배출되는 온수의 양을 조절한다.
또한, 제3조절밸브(470)는 제2냉수배출라인(420)에 배치되고, 제2냉수배출라인(420)으로부터 온수탱크(300)에 공급되는 냉수의 양을 조절한다.+
게다가, 유동라인(400)은 공냉라인(480) 및 공냉밸브(490)를 더 포함한다.
공냉라인(480)은 유입부가 온수탱크(300)에 결합되고, 배출부가 제1냉수공급라인(410)에 결합되어 온수탱크(300)의 물을 제1냉수공급라인(410)에 제공하며, 물을 냉각시키는 쿨러(C)를 포함한다.
그리고, 공냉밸브(490)는 공냉라인(480)에 배치되어 공냉라인(480)을 개폐한다.
또한, 순환라인(500)은 열순환 매체를 이동시킨다.
여기서, 순환라인(500)은 제1순환라인(510), 제2순환라인(520), 제3순환라인(530), 제4순환라인(540), 제2온도센서(550), 제4조절밸브(560), 제1삼방밸브(570) 및 제2삼방밸브(580)를 포함한다.
제1순환라인(510)은 유입부가 태양열 집열기(100)에 결합되고 배출부가 발열부(220)에 결합되어 열순환 매체를 발열부(220)에 공급한다.
제2순환라인(520)은 유입부가 발열부(220)에 결합되고 배출부가 온수탱크(300) 내에 배치된 열교환기(590)에 결합되어 열순환 매체가 발열부(220)에서 열교환기(590)로 이동한다.
제3순환라인(530)은 유입부가 열교환기(590)에 결합되고 배출부가 태양열 집열기(100)에 결합되어 열교환기(590)를 통과한 열교환 매체가 태양열 집열기(100)로 이동한다.
제4순환라인(540)은 제2순환라인(520) 및 제3순환라인(530) 사이에 배치된다.
제2온도센서(550)는 발열부(220)에 배치되고, 열전소자(211)의 고온단자의 온도를 측정한다.
그리고, 제4조절밸브(560)는 제1순환라인(510)에 배치되고, 제1순환라인(510)으로부터 발열부(220)에 공급되는 열순환 매체의 양을 조절한다.
또한, 제1삼방밸브(570)는 제2순환라인(520)과 제4순환라인(540)이 연결되는 분기점에 배치되고, 제2삼방밸브(580)는 제4순환라인(530)과 제4순환라인(540)이 연결되는 분기점에 배치된다.
제어부(600)는 유동라인(400) 및 순환라인(500)을 제어한다.
제어부(600)는 유동라인(400)의 제1온도센서(440)와 연동되어 온순탱크(3000에 수용된 물의 온도에 따라 제1조절밸브(450), 제2조절밸브(460), 제3조절밸브(470) 및 공냉밸브(490)의 개폐를 제어한다.
또한, 제어부(600)는 순환라인(500)의 제2온도센서(550)와 연동되고, 제1온도센서(440)에서 측정된 온수탱크(300)의 물 온도와 제2온도센서(550)에서 측정된 열전소자(211)의 고온단자의 온도 측정값에 따라 제4조절밸브(560), 제1삼방밸브(560) 및 제2삼방밸브(570)의 개폐를 제어한다.
이렇게, 제어부(600)가 제1온도센서(440)에서 검출한 온수탱크(300) 안의 물 온도에 따라 제1 내지 제3조절밸브(450, 460, 470)의 개폐를 제어하여 온수탱크(300)로의 온수와 냉수 공급을 조절할 수 있어, 계절에 따라 온수탱크(300)에 저장되는 온수를 적정 온도로 유지시킬 수 있다.
또한, 제어부(600)는 공냉밸브(490)의 개폐를 제어하여 공냉라인(480)에 의해 온수탱크(300)에 저장된 물을 다시 냉각시켜 냉각부(220)에 제공할 수 있기 때문에, 온수탱크(300)에서 식어 적정 온도 이하로 냉각된 물을 냉수로 재이용할 수 있어 효과적이다.
게다가, 제어부(600)는 제1 내지 제4순환라인(510, 520, 530, 540)과, 제1 및 제2삼방밸브(560, 570)를 통해 계절에 따라 열순환 매체를 선택적으로 사용할 수 있어 효율적인 발전을 할 수 있다.
예를들어, 온수 사용량이 적은 계절에는 제1삼방밸브(560) 및 제2삼방밸브(570)를 제어하여 제4순환라인(540)으로 열순환 매체가 흐르지 못하게 하여 열순환 매체를 열전 발전모듈로(200)만 순환시킬 수 있도록 하여 효율적인 전력 생산을 가능하게 한다.
반면, 온수 사용량이 많은 계절에는 제1삼방밸브(560) 및 제2삼방밸브(570)를 제어하여 제4순환라인(540)으로 열순환 매체를 흐르게 하여 열교환기(590)로의 순환을 촉진할 수 있어 효율적인 온수 생성을 가능하게 한다.
도 7은 도 4에 도시된 열전 발전모듈의 제1실시예의 적용 예시도이고, 도 8은 도 5에 도시된 열전 발전모듈의 제2실시예의 적용 예시도이며, 도 9는 도 6에 도시된 열전 발전모듈의 제3실시예의 적용 예시도이다.
도 7 내지 도 9는 본발명의 열전 발전모듈(200)의 제1 내지 제3실시예를 적용한 예시도로서, 발열부(220)가 한 쌍의 열전소자부(210) 사이에 열전소자(211)의 고온단자와 접하도록 배치되고, 한 쌍의 냉각부(230)가 한 쌍의 열전소자부(210)의 열전소자(211)의 저온단자와 접하도록 각각 배치된다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100...태양열 집열기
200...열전 발전모듈
210...열전소자부 220...발열부
230...냉각부 300...온수탱크
400...유동라인 410...제1냉수공급라인
420...제2냉수공급라인 430...제1온수배출라인
440...제1온도센서 450...제1조절밸브
460...제2조절밸브 470...제3조절밸브
480...공냉라인 490...공냉밸브
500...순환라인 510...제1순환라인
520...제2순환라인 530...제3순환라인
540...제4순환라인 550...제2온도센서
560...제4조절밸브 570...제1삼방밸브
580...제2삼방밸브 600...제어부
210...열전소자부 220...발열부
230...냉각부 300...온수탱크
400...유동라인 410...제1냉수공급라인
420...제2냉수공급라인 430...제1온수배출라인
440...제1온도센서 450...제1조절밸브
460...제2조절밸브 470...제3조절밸브
480...공냉라인 490...공냉밸브
500...순환라인 510...제1순환라인
520...제2순환라인 530...제3순환라인
540...제4순환라인 550...제2온도센서
560...제4조절밸브 570...제1삼방밸브
580...제2삼방밸브 600...제어부
Claims (13)
- 태양으로부터 복사되는 일사광선을 집광하여 열순환 매체를 가열하는 태양열 집열기; 및
상기 열순환 매체 및 냉수와 접하며, 상기 열순환 매체의 온도와 상기 냉수의 온도 차이에 의해 전기 에너지를 생성하는 열전 발전모듈을 포함하되,
상기 열전 발전모듈은,
복수의 열전소자를 포함하는 한 쌍의 열전소자부;
상기 열순환 매체를 수용하며, 한 쌍의 상기 열전소자부의 고온단자에 접하도록 한 쌍의 상기 열전소자부 사이에 배치되는 발열부; 및
상기 냉수를 수용하며 한 쌍의 상기 열전소자부의 저온단자 각각에 접하도록 배치되는 한 쌍의 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템. - 제1항에 있어서,
상기 발열부는,
한 쌍의 상기 열전소자부와 접하는 양측면에 복수의 상기 열전소자의 위치를 가이드 할 수 있도록, 외부로 돌출되고 상기 열전소자의 단면의 크기 및 개수와 대응되는 가이드부재가 형성된 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템. - 제2항에 있어서,
상기 열전소자부는,
복수의 상기 열전소자가 각각 삽입되는 복수의 삽입홀이 형성된 판 형상으로 구비되고, 상기 삽입홀 일부에 상기 가이드부재가 삽입되도록 상기 발열부의 측면에 배치되는 베이스판을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템. - 제3항에 있어서,
상기 베이스판은,
상기 열전소자의 두께와 상기 가이드부재의 두께를 합한 두께로 구비되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템. - 제4항에 있어서,
상기 열전소자부는,
복수의 상기 열전소자가 1행으로 배치되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템. - 제4항에 있어서,
상기 열전소자부는,
복수의 상기 열전소자가 2행으로 배치되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템 - 제4항에 있어서,
상기 열전소자부는,
복수의 상기 열전소자가 복수의 행으로 2열 배치되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템. - 제1항에 있어서,
한 쌍의 상기 냉각부로부터 생성되는 온수를 공급받고, 상기 발열부와 연결되어 상기 열순환 매체와의 열교환을 통해 상기 온수를 가열하여 저장하는 온수탱크;
냉수 및 온수를 이동시키는 유동라인;
상기 열순환 매체를 이동시키는 순환라인; 및
상기 유동라인 및 상기 순환라인의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템. - 제8항에 있어서,
상기 유동라인은,
한 쌍의 상기 냉각부에 냉수를 공급하는 제1냉수공급라인;
상기 제1냉수공급라인에 연결되고, 상기 제1냉수공급라인으로부터 냉수를 공급받아 상기 온수탱크에 제공하는 제2냉수공급라인; 및
한 쌍의 상기 냉각부에서 생성된 온수를 배출하여 상기 온수탱크에 공급하는 제1온수배출라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템. - 제9항에 있어서,
상기 유동라인은,
상기 온수탱크에 배치되어, 상기 온수탱크에 수용된 물의 온도를 측정하는 제1온도센서;
상기 제1냉수공급라인에 배치되고, 상기 제1냉수공급라인으로부터 한 쌍의 상기 냉각부로 공급되는 냉수의 양을 조절하는 제1조절밸브;
상기 제1온수배출라인에 배치되고, 배출되는 온수의 양을 조절하는 제2조절밸브;
상기 제2냉수공급라인에 배치되고 상기 제2냉수공급라인으로부터 상기 온수탱크에 공급되는 냉수의 양을 조절하는 제3조절밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 제1온도센서와 연동되어 상기 온수탱크에 수용된 물의 온도에 따라 상기 제1,제2 및 제3조절밸브의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템. - 제10항에 있어서,
상기 순환라인은,
유입부가 상기 태양열 집열기에 결합되고 배출부가 상기 발열부에 결합되어 상기 열순환 매체를 상기 발열부에 공급하는 제1순환라인;
유입부가 상기 발열부에 결합되고 배출부가 상기 온수탱크 내에 배치되는 열교환기에 결합되어 열순환 매체가 상기 발열부에서 상기 열교환기로 이동하는 제2순환라인;
유입부가 상기 열교환기에 결합되고 배출부가 상기 태양열 집열기에 결합되어 상기 열교환기를 통과한 열순환 매체가 상기 태양열 집열기로 이동하는 제3순환라인;
상기 제2순환라인 및 상기 제3순환라인 사이에 배치되는 제4순환라인; 및
상기 발열부에 배치되고, 상기 열전소자의 고온단자의 온도를 측정하는 제2온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템. - 제11항에 있어서,
상기 순환라인은,
상기 제1순환라인에 배치되고 상기 제1순환라인으로부터 상기 발열부에 공급되는 열순환 매체의 양을 조절하는 제4조절밸브; 및
상기 제2순환라인 및 제3순환라인과 상기 제4순환라인이 연결되는 분기점 각각에 제1삼방밸브 및 제2삼방밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 제1온도센서 및 제2온도센서의 온도 검출값에 따라 상기 제4조절밸브, 제1삼방밸브 및 제2삼방밸브의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템. - 제12항에 있어서,
상기 유동라인은,
유입부가 상기 온수탱크에 결합되고, 배출부가 상기 제1냉수공급라인에 결합되어 상기 온수탱크의 물을 상기 제1냉수공급라인에 제공하며, 상기 물을 냉각시키는 쿨러를 포함하는 공냉라인; 및
상기 공냉라인에 배치되어 상기 공냉라인을 개폐하는 공냉밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 공냉밸브의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템.
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