JP7225428B2 - 流体発電機及びこれを備えた発電システム - Google Patents

Description

本発明は流体発電機に関し、より具体的には、弱い風でも効率的に電気を生産することができる流体発電機及びこれを具備した発電システムに関する。

一般に、風力発電は、自然の風で風車を回し、これをギアなどの機械的な変速装置による加速力を発電機に伝達する発電方式をいう。

この際に、翼の理論上の風のエネルギーのうち５９．３％だけが電気エネルギーに変わることができるが、これも翼の形状に応じた効率、機械的な摩擦、発電機の効率等を考慮すると、実際に２０～４０％だけが電気エネルギーとして利用されることができた。

しかし、近来、欧州諸国では風力発電機の普及が急速に増加するに従って、２０２０年には全欧州諸国の発電量の１０％に達すると見込まれている。

また、現在までに分析された資料によると、発電システムは、その技術力が確立されて発電単価が低くなり、電力生産単価も化石燃料と競争が可能であり、さらに生産されたエネルギーは、地球にやさしい無公害エネルギーであることを考慮する際に、全世界的に普及が急速に拡大すると予想される。

風力発電機は、風車翼の形状に応じて揚力式と抗力式に区分されるところ、韓国の場合、地域の環境条件に応じて、強風が長時間の間一定に吹く地域があまりないので、小さな風圧を用いて、風車を回転させるのに適合した抗力式風力発電機を用いることが効率的である。

このような抗力式風力発電機の場合、翼の高さ、すなわち、柱の軸方向への翼の長さが長くなると、風によって受ける力の量が増えることができる長所があるが、翼の大きさの増大により、翼の重量が重くて、翼の重量に加えて翼を強固に握るためのフレームの重量が重くなるしかないが、このような場合、翼の大きさを増大させる代わりに翼の重量を減らすには素材的にも構成的に限界があるしかないという短所がある。

本発明は、上述のような問題を解決するために着眼したものであり、翼の大きさを増大させずに、風の抗力を効率的に利用して発電効率を向上させるようにした流体発電機及びこれを備えた発電システムを提供することにその目的がある。

前記目的を達成するために、本発明に係る流体発電機は、流体発電機において、回転軸に設けられる上昇気流形成体と、前記上昇気流形成体の外周面に沿って螺旋状に形成される複数の螺旋翼及び前記上昇気流形成体の回転によって電気を発生させる発電機を含むことを特徴とする。

前記上昇気流型成体は下部の外径が前記上部の外径よりも大きく形成されることができる。

前記螺旋翼は水平方向の幅が下部から上部に向かって漸次的に増加するように形成されることができる。

本発明に係る流体発電機は、前記螺旋翼の縁に沿って、前記螺旋翼の面に対して傾斜するように形成されて、風を閉じ込めて抗力が印加される第１補助抗力翼を含んで構成されることができる。

前記第１補助抗力翼は水平方向の幅が下部から上部に向かって漸次的に増加するように形成されることができる。

そして、本発明に係る流体発電機は、前記螺旋翼の上端部に形成される第２補助抗力翼を含んで構成されることができる。

前記第２補助抗力翼は上昇気流によって抗力を受ける方向に屈曲形成されることができる。

また、本発明に係る流体発電機は、前記螺旋翼の上部に形成される風誘導補強翼をさらに含んで構成されることができる。

前記風誘導補強翼は、前記第２補助抗力翼との間に風排出口が設けられるように前記第２補助抗力翼の縁に沿って連結され、外部に露出される露出面上部が形成されることができる。

ここで、前記露出面上部はサイン部がさらに備えられることができる。

本発明に係る流体発電機は、前記上昇気流形成体の上端部に形成される上部キャップを含んで構成されることができる。

そして、前記上昇気流形成体及び前記螺旋翼の中の少なくとも一つ以上は、内部に中空部が形成された構造からなることができる。

ここで、前記中空部には流体の注入及び排気のための注入口が形成されることができる。

本発明に係る流体発電機は、前記中空部の流体が排出され、収縮された状態を保持するために形成される結束手段がさらに構成されることができる。

前記螺旋翼と前記上昇気流形成体は、中空部が互いに連通するように形成されることができる。

そして、前記中空部には固形物が満たされて構成されることができる。

本発明に係る流体発電機を備えた発電システムは、流体発電機を備えた発電システムにおいて、前述した流体発電機と、前記流体発電機を上下に移動させる駆動力を印加するように設けられる昇降駆動手段と、を含み、前記回転軸は、前記流体発電機の移動レールの機能を果たすように、前記上昇気流形成体の中心を横切って長い長さで形成された昇降棒で構成されることを特徴とする。

本発明に係る流体発電機を備えた発電システムは、流体発電機が下降した状態で、風力が前記螺旋翼に印加されないように囲む形態で形成された風防手段を含んで構成されることができる。

前記風防手段は、植物を栽培するスペースを備えた植物栽培容器を含んで構成されることができる。

本発明に係る流体発電機を備えた発電システムは、流体発電機を備えた発電システムにおいて、前述した流体発電機が複数で構成されて、複数の前記流体発電機は上下方向に沿って多段に配置され、前記回転軸は前記流体発電機の上昇気流形成体の中心を横切って長い長さで形成されたことを特徴とする。

本発明に係る流体発電機を備えた発電システムは、流体発電機の配置方向に沿って設けられる支持フレームと、前記回転軸を回転可能に支持するように、前記支持フレームと前記回転軸との間に設けられる複数の軸支持部材を含んで構成されることができる。

本発明に係る流体発電機を備えた発電システムは、流体発電機を備えた発電システムにおいて、前述した流体発電機が複数で構成されて、複数の前記流体発電機が回転可能に設けられる回転フレームを含むことを特徴とする。

前記回転フレームは、前記発電機に接続されるメイン回転軸と、前記メイン軸に一端が回転可能に接続されて、他端が前記回転軸に接続される複数の回転支持部材と、を含んで構成されることができる。

前記回転支持部材は、前記メイン軸に一端が接続されて、他端が前記回転軸の下端に接続される下回転支持部材、及び前記メイン回転軸に一端が接続されて、他端が前記回転軸の上端に接続される上回転支持部材を含んで構成されることができる。

前記回転支持部材は、前記メイン回転軸の上下方向に沿って複数の層をなすように配置されることができる。

本発明は、螺旋翼の抗力によって回転トルクが発生するだけでなく、風が直線的にすべて通過するのではなく上昇気流形成体の作用により風量の一定部分が直径の小さい上部に向かって移動しながら上昇気流を形成するので、上昇気流による追加的な抗力を受けて、回転トルクが増加されながら発電効率が上昇する効果がある。

そして、本発明は、上昇気流形成体によって形成された上昇気流が第１補助抗力翼及び第２補助抗力翼で追加で回転トルクを生成するので、電気エネルギーの発電効率を大幅に向上させることができる。併せて、風誘導補強翼は、第２補助抗力翼らを互いに連結して補強する機能を果たすことができて、外部に露出される露出面上部にサイン部を形成することにより、広告効果を発揮できる広告用流体発電機を実装することができる。

本発明の第１実施形態に係る流体発電機の斜視図である。 図１における流体発電機の正面図である。 本発明の第２実施形態に係る流体発電機の斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る流体発電機の斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る流体発電機の部分切開斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る流体発電機の斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る流体発電機の変形例を説明するための斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムを説明するための図であり、流体発電機の回転体が上昇した状態を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムを説明するための図であり、流体発電機の回転体が下降した状態を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムを説明するための図であり、昇降駆動手段を説明するための要部拡大分離斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムの変形例を説明するための斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムの変形例を説明するための斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムを説明するための斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムを示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムで支持フレーム及び軸支持部材分離した状態を示す斜視図である。 図１１ｂにおける一部を拡大して示す斜視図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付した図面の図１乃至図１１ｃに基づいて詳細に説明し、図１乃至図１１ｃにおいて同一の構成要素については、同一の参照番号を付与する。一方、各図面で一般的な技術から、この分野の従事者が容易に知ることができる構成とその作用及び効果についての図示及び詳細な説明は簡略にしたり省略したりして、本発明に関連する部分を中心に示す。

図１は本発明の第１実施形態に係る流体発電機の斜視図であり、図２は図１に示された流体発電機の正面図である。

図１及び図２を参照すると、本発明の第１実施形態に係る流体発電機１０は、翼の大きさを増大させずに、風の抵抗力を発電に効率的に利用するためのものであって、上昇気流形成体２０と、回転軸４０と、螺旋翼３０と、発電機１２０で構成されている。

流体発電機１０の内部に流体発電機１０を補強するためのリブ（図示せず）が追加されることができる。

上昇気流形成体２０は、螺旋翼３０が設けられる本体の機能を果たす構成要素として、回転軸４０に設けられている。

そして、上昇気流形成体２０は、螺旋翼３０との相互作用によって、吹き込むすべての風が直線的に通過せずに上昇気流を形成するようにして、発電効率を向上させることができるように構成した点において主な特徴がある。

このため、上昇気流形成体２０は、下部の外径が上部の外径よりも大きく形成されたものであって、略円錐形状を有するように構成されている。

回転軸４０は、上昇気流形成体２０に設けられる構成要素として、上昇気流形成体に伝達される回転力を発電機に伝達する機能を果たす。ここで、回転軸４０は、上昇気流形成体の中心に形成された軸挿入孔に挿入される形態で設けられているが、設置の形態はこれに限定されるものではなく、様々な形態で設けられることができる。

螺旋翼３０は、上昇気流形成体２０の外周面に沿って下方から上方に向かって螺旋状に形成されるものであって、図１に示すように、複数の螺旋翼３０が等角度で配置されている。

特に、螺旋翼３０は、上昇気流から抗力が効果的に印加されるように、水平方向の幅が下部から上部に向かって漸次的に増加するように形成されている。ここで、水平方向の幅は、螺旋翼３０の上昇気流形成体２０に連結される部分から螺旋翼の外側縁までの距離を意味する。

そして、螺旋翼３０の水平方向の幅の増加の度合いは高さ方向に減少する上昇気流形成体２０の外径の減少値と類似する寸法になるようにして、螺旋翼３０の下端と上端の外径寸法が近似するように形成することが望ましい。

発電機１２０は、回転軸から回転力の伝達を受けて電気を発生させる構成要素として、風力発電分野で用いられる様々な発電機が制限なしに選択されて適用できるが、回転軸４０の回転トルクに合わせた定格容量を有しながらもコンパクトに構成されたことを設けることが望ましい。

例えば、発電機１２０は、螺旋翼３０の抗力が上昇気流形成体２０に伝達され、回転軸４０が回転すると、回転軸と連結されたモータ軸が回転して、内蔵された発電コイルまたは永久磁石が回転しながら磁石から発生する磁場によってコイルの内部に電流が発生する。図面においては発電機の形状に対する具体的な図示を省略して概念的にブロック化して示した。

前述した本発明の第１実施形態に係る流体発電機の作用を簡略に説明する。

図１及び図２に示すように、回転軸４０を支持板１００に設けられた発電機のモータ軸に連結して設けた状態で、風が吹き込むと、螺旋翼３０に抗力が作用しながら一般的な風力発電回転体と類似している回転動作が行われ、回転軸４０と連結された発電機１２０の発電作用により電気エネルギーを生成する。

特に、本発明の第１実施形態に係る流体発電機は、風が吹き込むと、上昇気流形成体２０の下部の外径が上部の外径よりも大きい円錐形状であるので、上昇気流形成体２０にぶつかったり経由する風が直線的にすべて通過するのではなく、風量の一定部分が直径の小さい上部に向かって移動する上昇気流を形成する。

このような上昇気流は、螺旋翼３０に抗力を印加して回転力を発生するのに、この際に、螺旋翼３０は水平方向の幅が下部から上部に向かって漸次的に増加しながら螺旋状に巻かれた構造であるので、風をある程度閉じ込めて上昇気流を保持するようにする作用を行いながら上昇気流による追加の抗力を受けて回転トルクが増加されるので、発電効率が上昇する長所がある。

以下、本発明に係る他の実施形態を説明するが、前述した第１実施形態とその変形例に示した構成要素と類似する構成要素については、具体的な説明を省略して、相違点を有する構成要素を中心に説明する。また、以下の他の実施形態では、第１実施形態とその変形例などに示した構成要素または他の実施形態に示した構成要素の中で、お互いの間に採用可能な構造であれば、選択的に適用することもできて、具体的な説明や図面上の図示は省略する。

図３は、本発明の第２実施形態に係る流体発電機の斜視図である。

図３を参照すると、本発明の第２実施形態に係る流体発電機１０は、上昇気流形成体２０と、回転軸４０と、螺旋翼３０と、発電機１２０で構成されて、回転トルクをより増加させるための第１補助抗力翼５０がさらに構成された点に特徴がある。

第１補助抗力翼５０は、螺旋翼３０の外側端部の縁に沿って突出するように延びて形成されるものであり、螺旋翼３０の面に対して傾斜するように形成されて、風を閉じ込めながら抗力が印加されるように構成されている。

特に、前記第１補助抗力翼５０は、風を効果的に閉じ込めることができるよう、水平方向の幅が下部から上部に向かって漸次的に増加するように形成されている。ここで、水平方向の幅は、螺旋翼３０に連結される部分から第１補助抗力翼の外側縁までの距離を意味する。

そして、第１補助抗力翼５０は、螺旋翼３０と一体に形成されることもでき、別途に製作して溶接や接着剤によって出螺旋翼３０に結合することもできる。

一方、本発明の第２実施形態に係る流体発電機１０は、螺旋翼３０及び第１補助抗力翼５０と上昇気流形成体２０との間の谷を介して移動してから抜け出す上昇気流の抗力を利用して、回転トルクを形成することができるよう、第２補助抗力翼６０がさらに構成されている。

第２補助抗力翼６０は、螺旋翼の上端部に形成されるものであり、上昇気流によって抗力を受ける方向に屈曲形成されている。

例えば第２補助抗力翼６０は、螺旋翼３０の上端部と上昇気流形成体２０の上端部との間に連結され、その断面形状が略弧形状に屈曲されている。

そして、前記上昇気流形成体２０の上端部には、半球形状の上部キャップ７０が追加で取り付けられている。

前述した本発明の第２実施形態に係る流体発電機の作用を簡略に説明する。

本発明の第２実施形態に係る流体発電機は、第１実施形態の作用の説明に記載された発電作用に加えて、第１補助抗力翼５０と第２補助抗力翼６０が抗力によって回転トルクを追加で形成するので、発電効率をさらに向上させることができる。

より具体的に説明すると、第１補助抗力翼５０は螺旋翼３０の外側端部に形成されているので、遠心力の方向へ離脱しようとする上昇気流を閉じ込める作用を行いながら抗力が印加されて、これにより回転トルクが増加するので発電効率が上昇する。

そして、第２補助抗力翼６０は、螺旋翼３０の上端部に上昇気流によって抗力を受ける方向に屈曲されており、第１補助抗力翼５０と上昇気流形成体２０との間の谷を介して外部へ抜け出す上昇気流の抗力が印加されて回転トルクが増加するので、発電効率がさらに上昇する長所がある。

前述したように、第１補助抗力翼５０と第２補助抗力翼６０の１次及び２次的に回転トルクが追加で形成されるので、決められた風力を利用しても相対的に電気エネルギーの発電量を増加させることができある長所がある。

図４は本発明の第３実施形態に係る流体発電機の斜視図であり、図５は本発明の第３実施形態に係る流体発電機の部分切開斜視図である。

図４及び図５を参照すると、本発明の第３実施形態に係る流体発電機１０は、上昇気流形成体２０と、回転軸４０と、螺旋翼３０と、発電機１２０と、第１補助抗力翼５０と、第２補助抗力翼６０とを備え、螺旋翼３０の上端を囲むように風誘導補強翼８０が形成されている。

例えば、風誘導補強翼８０は、第２補助抗力翼６０に連結されるように形成されるものであり、第２補助抗力翼６０との間に風排出口が設けられるように、第２補助抗力翼６０の縁に沿って連結されるように構成されている。ここで、風排出口は第２補助抗力翼６０の抗力を印加した上昇気流が排出される通路の機能を果たす。

そして、風誘導補強翼８０は、風排出口を形成することができれば形状と構造に特に制限はないが、本実施形態においては広告用サイン部（ｓｉｇｎ）で使用できるように外部に露出面上部が設けられるように板状の部材によって円形状の構造で形成されている。

露出面上部は外部に露出される部分であるので、文字や図柄を印刷方式で形成したサイン部やＬＥＤモジュールを用いた電光板の形態で形成したサイン部を構成することができる。

前述したように、風誘導補強翼８０は風排出口を形成するので、第１補助抗力翼５０と上昇気流形成体２０との間の谷を介して上昇する上昇気流が第２補助抗力翼６０に風力を印加するように風を閉じ込める機能を果たして、回転トルクを増大させる作用を行う反面、風の排出経路を安定的に誘導することにより渦流の発生を減らすことができる作用効果を発揮する。

また、風誘導補強翼８０は、第２補助抗力翼６０を相互に連結して補強する機能を果たすことができて、外部に露出される露出面上部にサイン部を形成することで、広告効果を発揮できる広告用流体発電機を実装することができる。

一方、本発明の第３実施形態に係る流体発電機１０は、回転軸４０の外部に円筒形状の支柱管１１０が設けられている。

支柱管１１０は、回転軸２０の回転の際に外部の物体や人体との接触を遮断することにより、不安全事故を防止することもできる。

図６は、本発明の第４実施形態に係る流体発電機を示す斜視図であり、拡大部は指示された部分の断面構造を示すものである。

図６を参照すると、本発明の第４実施形態に係る流体発電機１０は、上昇気流形成体２０と、回転軸４０と、螺旋翼３０と、発電機１２０と、第１補助抗力翼５０と、第２補助抗力翼６０と、風誘導補強翼８０で構成されて、上昇気流形成体２０及び各翼らは中空部が形成された構造からなる。

例えば、上昇気流形成体２０と、螺旋翼３０と、第１補助抗力翼５０と、第２補助抗力翼６０と、風誘導補強翼８０は、一対の綿状体ａ１の内部に中空部ａ２が設けられるように形成される。ここで、中空部ａ２の内部には空気などの流体が挿入されることもできる。

この際に、綿状体ａ１は、機密性と一定の剛性を有する合成樹脂材または機密性のファブリックで形成され、必要に応じて収縮及び膨張するように構成することができる。

また、綿状体ａ１は、一定の剛性を有する流体が透過することができる布の形態の材質で構成されることができる。

前記綿状体ａ１は、中空部ａ２に流体の注入及び排気のための注入口（図示せず）が形成されることができる。ここで、注入口は空気マットなどのような空気注入構造物に取り付けられる空気注入バルブで構成されることができる。

また、上昇気流形成体２０と、螺旋翼３０と、第１補助抗力翼５０と、第２補助抗力翼６０と、風誘導補強翼８０は、図面を使用して具体的に図示しないが、単一の注入口を介して空気の注入及び排気が可能なように、各中空部が互いに連通するように形成されることもできる。

そして、上昇気流形成体２０と、螺旋翼３０と、第１補助抗力翼５０と、第２補助抗力翼６０と、風誘導補強翼８０は、空気が排気されて収縮した状態を結束して保持するための結束手段（図示せず）が構成されることができる。

結束手段はロープ（図示せず）と、ロープが挿入して結束するように上昇気流形成体２０及び各翼３０，５０，６０，７０の縁部に設けられる結束リング（図示せず）で構成されることができる。

このように結束手段（図示せず）は、上昇気流形成体２０及び各翼３０，５０，６０，７０が収縮した状態で互いに結束して体積を最小化することにより、流体発電機の運搬や取り扱いの際に利便性を提供することができ、台風のような高風速の風が吹き込む場合、流体発電機を保護する用途で使用することができる。

例えば、台風のような高風速の風が吹き込む場合、上昇気流形成体２０及び各翼３０，５０，６０，７０の内部の空気を排気させた後、結束リングにロープを通し、互いに結ぶ形態で結束すると、台風による翼の損傷や破損を防止することができる。

一方、本発明の第４実施形態に係る流体発電機は、上昇気流形成体２０と、螺旋翼３０と、第１補助抗力翼５０と、第２補助抗力翼６０と、風誘導補強翼８０を含む全体の構成要素に中空部を有する構造で構成された例に基づいて説明したが、特定の翼だけ部分的に中空部が形成されるようにして構成することもできる。

前述したように、本発明の第４実施形態に係る流体発電機１０は、必要に応じて主要構成要素を収縮及び膨張させることができるので、設置、運搬等の取扱いの際に利便性を向上させることができ、台風のような緊急状態で手軽に折り畳んで保管することができて、破損や損傷を防止することができるので、安全性と耐久性を向上させることができる。

図７は本発明の第４実施形態に係る流体発電機の変形例を説明するための斜視図であり、拡大部は指示された部分の断面構造を示すものである。

図７を参照すると、本発明の第４実施形態の変形例に係る流体発電機１０は、上昇気流形成体２０と、各翼３０，５０，６０，７０が一対の綿状体ａ１の間に中空部が形成された構造で形成され、中空部に固形物ａ３が満たされて構成される。

固形物ａ３は、一定の剛性を有すると、特別な制限なしに、様々な素材を満たすことができるが、本実施形態においては発泡フォームが満たされて構成された例を示している。

前述した上昇気流形成体２０及び各翼３０，５０，６０，７０は、中空部に比較的価格が安く軽量の発泡フォームが満たされる構造であるので、軽くて持ち運び、設置及び取り扱いが容易で、設置コストを低減することができ、材料コストが低く、製造工程が単純化でき、流体発電機の製作及び施工コストを大幅に低減することができる長所がある。

一方、前述したように、上昇気流形成体２０及び各翼３０，５０，６０，７０の中空部全体に固形物ａ３が満たされることもできるが、特定の翼の中空部にだけ固形物を満たし、残りの構成要素に空気を満たす方式などで変形して構成することもできる。

図８ａ乃至図８ｃは、本発明の第１実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムを説明するための図であり、図８ａは、流体発電機の回転体の部分が上昇した状態を示すものであり、図８ｂは、流体発電機の回転体の部分が下降した状態を示すものであり、図８ｃは、昇降駆動手段を説明するための要部拡大分離斜視図である。

図８ａ乃至図８ｃを参照すると、第１実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムは、前述した実施形態に示す流体発電機の中の選択される流体発電機１０と、流体発電機１０を上下に移動させる駆動力を印加する昇降駆動手段１８０で構成されている。

流体発電機に備えられる回転軸４０は、流体発電機の移動レールの機能を果たすように上昇気流形成体２０の中心を横切って設けられる長い長さの昇降棒４２で構成されている。

そして、昇降棒４２は、図８ｃに示すように上昇気流形成体２０の上下移動が可能でありながらも上昇気流形成体の回転の際に連動して回転するように丸棒形状の本体に長手方向に沿ってキーの機能を果たす複数のストッパーライン４２２が形成されている。また、昇降棒は図８ｃに図示された形態のほかにも、断面構造が多角形状の角棒で形成されることもできる。

そして、上昇気流形成体２０は、昇降棒４２の断面構造と対応する形状の移動孔（図示せず）が内部の中心に形成されている。この際に、移動孔は昇降棒４２に挿入された上昇気流形成体の上下移動のための離隔隙間が形成されるように昇降棒の外径の寸法よりも僅か大きい内径を有するように形成される。

昇降駆動手段１８０は、回転軸４０を除いた流体発電機（以下、「回転体」と称する）を上下に移動させるための構成要素として、流体発電機を昇降させる装置や構造であれば、特別な制限なしに選択して構成することができる。

例えば、昇降駆動手段１８０は、回転軸４０の内部に長手方向に凹入形成された駆動部取り付け溝４２４の上側及び下側に設けられる上部駆動スプロケット１８１及び下部駆動スプロケット１８２と、上部駆動スプロケット１８１及び下部駆動スプロケット１８２に連結される駆動チェーン１８３と、下部駆動スプロケット１８２に連結されて回転力を印加する駆動モータ（図示せず）が備えられている。

ここで、駆動チェーン１８３の特定の部分は、流体発電機の上昇気流形成体２０の内部に形成されたチェーン取り付け溝（図示せず）に挟まれて固定されることにより、駆動モータの回転動作に伴う駆動チェーンの昇降作用に応じて流体発電機を昇降させる。

そして、昇降駆動手段１８０は、前述したチェーン駆動方式のほかにも、ベルト駆動方式で構成されることができる。例えば、昇降駆動手段１８０は、駆動部取り付け溝４２４の上下側に設けられる上部駆動プーリ（図示せず）及び下部駆動プーリ（図示せず）と、上部駆動プーリ及び下部駆動プーリに連結される駆動ベルト（図示せず）と、下部駆動プーリに連結されて回転力を印加する駆動モータ（図示せず）で構成されることができる。

一方、第１実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムは、流体発電機１０の回転体が下降した状態で、風力が螺旋翼３０に印加されないように風防手段１４０が構成されている。

風防手段１４０は、下降した回転体を囲んで台風のような高風速の風から保護することができる形態であれば、形状に特別な制限なしに構成することができるが、本実施形態においては略円筒状に構成されている。

図９ａ及び図９ｂは、本発明の第１実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムの変形例を説明するための斜視図であり、図９ａは、流体発電機の回転体が上昇した状態を示すものであり、図９ｂは、流体発電機の回転体が下降した状態を示すものである。

図９ａ及び図９ｂを参照すると、第１実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムは、前述した実施形態に示す流体発電機の中の選択される流体発電機１０と、流体発電機１０を上下に移動させる駆動力を印加する昇降駆動手段（図示せず）と、下降した状態で風力が螺旋翼３０に印加されないようにする風防手段１４０が構成されて、風防手段１４０は植物を栽培するスペースを備えた植物栽培容器１４０ｂがさらに構成されている。

植物栽培容器１４０ｂは、流体発電機を囲むように容器フレーム１４２に複数の植物栽培容器１４０ｂが積層して配列されて構成される。

そして、植物栽培容器１４０ｂは、植物を栽培するための装置として、内部にＬＥＤモジュールのような人工光源と、植物が植栽される植栽台と、養液を供給する養液供給装置などが備えられている。

前述したように、本発明の第１実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムは、必要に応じて流体発電機の回転体を昇降駆動手段を用いて上下に移動させることができるので、台風のような緊急状態の発生時に下降させて風防手段１４０の内部に移動させて、安全に保護することができ、安定した発電システムを実装することができる。

図１０は、本発明の第２実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムを説明するための斜視図である。

図１０を参照すると、第２実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムは、前述した実施形態に示す流体発電機の中の選択される流体発電機１０が長い長さで形成された回転軸４０に上下方向に一定の間隔を有するように複数に配置されている。

複数の流体発電機は、上昇気流形成体２０の中心に形成された挿入孔が長い長さの回転軸４０に挟まれて設けられるものであり、流体発電機の配置方向である上下方向に沿って設けられる支持フレーム１５０と、回転軸４０を回転可能に支持する複数の軸支持部材１６０で構成されている。

支持フレーム１５０は、等角度で設けられる複数の支柱１５１と、支柱１５１との間に連結される円形状の構造の連結部材１５２で構成されている。

軸支持部材１６０は、一端が支持フレーム１５０に結合されて、他端が回転軸４０に設けられるものであり、回転軸４０に連結される部位にはベアリング（図示せず）が取り付けられて回転軸を回転可能に支持する。

前述したように、本発明の第２実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムは、長い長さで形成された回転軸４０の上下方向に沿って多段に流体発電機１０が備えられて、それぞれの流体発電機１０で生成された回転トルクが回転軸４０に伝達されるので、発電機の高出力の電気エネルギーを収穫することができる。

図１１ａは、本発明の第３実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムを示す斜視図であり、図１１ｂは、本発明の第３実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムにおいて支持フレーム及び軸支持部材を分離した状態を示す斜視図であり、図１１ｃは、図１１ｂの一部を拡大して示す斜視図である。

図１１ａ乃至図１１ｃを参照すると、第３実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムは、前述した実施形態に示す流体発電機の中の選択される流体発電機１０が上下方向に一定の間隔を有するように、複数の層に配置されて、各層ごとに複数の流体発電機が回転可能に設けられる回転フレーム１７０が構成されている。

前記回転フレーム１７０は、発電機に接続されるメイン回転軸１７１と、一端がメイン回転軸１７１に回転可能に接続されて他端が回転軸４０に接続される複数の回転支持部材１７２が備えられている。

メイン回転軸１７１は、長い長さを有する棒状部材で構成されるものであり、下部が発電機１２０に連結されている。

回転支持部材１７２は、メイン回転軸１７１の上下方向に沿って複数の層をなすように配置され、複数の流体発電機１０を多層の構造に配置する機能を果たす。

回転支持部材１７２は、一端がメイン回転軸１７１に接続されて他端が流体発電機の回転軸４０の下端に接続される下回転支持部材１７２１と、一端がメイン回転軸１７１に接続されて他端が回転軸４０の上端に接続される上回転支持部材１７２２を含む。

そして、下回転支持部材１７２１及び上回転支持部材１７２２は、メイン回転軸１７１に設けられる固定リング１７２３に接続されて、メイン回転軸１７１に回転力を伝達して、上下連結部材１７２４によって相互に連結されて揺れが防止される。

第３実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムは、図１１ａに示すように、流体発電機を支持するために、流体発電機の配置方向である上下方向に沿って設けられる支持フレーム１５０と、メイン回転軸１７１を回転可能に支持する複数の軸支持部材１６０が備えられている。

支持フレーム１５０及び軸支持部材１６０は、形状において多少の差があるが、前述した第２実施形態と類似するので具体的な説明を省略する。

前述したように、本発明の第３実施形態に係る流体発電機を備えた発電システムは、長い長さで形成されたメイン回転軸１７１に一定の間隔を置いて複数の回転支持部材１７２が設けられて、各回転支持部材１７２に流体発電機１０が設けられるので、複数の流体発電機が多層の構造で配置された発電システムで構成される。

このような発電システムは、各層ごとに配置された流体発電機１０の螺旋翼３０と、第１補助抗力翼５０及び第２補助抗力翼６０の抗力による回転軸４０の回転トルクが回転支持部材１７２を介して伝達されて、メイン回転軸１７１を回転させる。このような方式で各層ごとに配置される３つの風力発電機１０で生成された回転力によって、メイン回転軸１７１が回転するので、発電機１２０の高出力の電気エネルギーを収穫することができる。

以上で説明したことは、本発明に係る流体発電機を実施するための実施形態に過ぎないものであり、本発明は、前記した実施形態に限定されず、以下の特許請求の範囲で請求するように、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当該発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、誰でも様々な変更実施が可能な範囲まで本発明の技術的思想がある。

前記した実施形態で使用した用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用したもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なる意味を有しない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上において記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするのであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。

本発明の流体発電機は弱い風でも効率的に電気を生産することができる流体発電機及びこれを備えた発電システムであり、翼の大きさを増大させずに、風の抗力を効率的に利用して発電効率を向上させることができるようにして使用範囲を広げており、外部に露出される露出面上部にサイン部を形成することにより、自体生産した電気を用いて、広告の効果を発揮できる広告用流体発電機を実装することができる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ 流体発電機において、
回転軸に設けられる上昇気流形成体と、
前記上昇気流形成体の外周面に沿って螺旋状に形成される複数の螺旋翼及び前記上昇気流形成体の回転によって電気を発生させる発電機を含むことを特徴とする流体発電機。
［２］ 前記上昇気流型成体は下部の外径が前記上部の外径よりも大きく形成されたことを特徴とする［１］に記載の流体発電機。
［３］ 前記螺旋翼は水平方向の幅が下部から上部に向かって漸次的に増加するように形成されることを特徴とする［２］に記載の流体発電機。
［４］ 前記螺旋翼の縁に沿って、前記螺旋翼の面に対して傾斜するように形成されて、風を閉じ込めて抗力が印加される第１補助抗力翼を含むことを特徴とする［３］に記載の流体発電機。
［５］ 前記第１補助抗力翼は水平方向の幅が下部から上部に向かって漸次的に増加するように形成されることを特徴とする［４］に記載の流体発電機。
［６］ 前記螺旋翼の上端部に形成される第２補助抗力翼を含むことを特徴とする［４］に記載の流体発電機。
［７］ 前記第２補助抗力翼は上昇気流によって抗力を受ける方向に屈曲形成されたことを特徴とする［６］に記載の流体発電機。
［８］ 前記螺旋翼の上部に形成される風誘導補強翼を含むことを特徴とする［６］に記載の流体発電機。
［９］ 前記風誘導補強翼は、前記第２補助抗力翼との間に風排出口が設けられるように前記第２補助抗力翼の縁に沿って連結され、外部に露出される露出面上部が形成されることを特徴とする［８］に記載の流体発電機。
［１０］ 前記露出面上部はサイン部が備えられたことを特徴とする［９］に記載の流体発電機。
［１１］ 前記上昇気流形成体の上端部に形成される上部キャップを含むことを特徴とする［２］に記載の流体発電機。
［１２］ 前記上昇気流形成体及び前記螺旋翼の中の少なくとも一つ以上は、内部に中空部が形成された構造からなることを特徴とする［１］に記載の流体発電機。
［１３］ 前記中空部に流体の注入及び排気のための注入口が形成されたことを特徴とする［１２］に記載の流体発電機。
［１４］ 前記中空部の流体が排出され、収縮された状態を保持するために形成される結束手段を含むことを特徴とする［１３］に記載の流体発電機。
［１５］ 前記螺旋翼と前記上昇気流形成体は、中空部が互いに連通するように形成されたことを特徴とする［１２］に記載の流体発電機。
［１６］ 前記中空部には固形物が満たされたことを特徴とする［１２］に記載の流体発電機。
［１７］ 流体発電機を備えた発電システムにおいて、
［１］乃至［１６］中のいずれか一項の流体発電機と、
前記流体発電機を上下に移動させる駆動力を印加するように設けられる昇降駆動手段と、を含み、
前記回転軸は、前記流体発電機の移動レールの機能を果たすように、前記上昇気流形成体の中心を横切って長い長さで形成された昇降棒で構成されることを特徴とする流体発電機を備えた発電システム。
［１８］ 前記流体発電機が下降した状態で、風力が前記螺旋翼に印加されないように囲む形態で形成された風防手段を含むことを特徴とする［１７］に記載の流体発電機を備えた発電システム。
［１９］ 前記風防手段は、植物を栽培するスペースを備えた植物栽培容器を含むことを特徴とする［１８］に記載の流体発電機を備えた発電システム。
［２０］ 流体発電機を備えた発電システムにおいて、
［１］乃至［１６］中のいずれか一項の流体発電機が複数で構成されて、
複数の前記流体発電機は上下方向に沿って多段に配置され、前記回転軸は前記流体発電機の上昇気流形成体の中心を横切って長い長さで形成されたことを特徴とする流体発電機を備えた発電システム。
［２１］ 前記流体発電機の配置方向に沿って設けられる支持フレームと、
前記回転軸を回転可能に支持するように、前記支持フレームと前記回転軸との間に設けられる複数の軸支持部材を含むことを特徴とする［２０］に記載の流体発電機を備えた発電システム。
［２２］ 流体発電機を備えた発電システムにおいて、
［１］乃至［１６］中のいずれか一項の流体発電機が複数で構成されて、
複数の前記流体発電機が回転可能に設けられる回転フレームを含むことを特徴とする流体発電機を備えた発電システム。
［２３］ 前記回転フレームは、
前記発電機に接続されるメイン回転軸と、
前記メイン回転軸に一端が回転可能に接続されて、他端が前記回転軸に接続される複数の回転支持部材と、を含むことを特徴とする［２２］に記載の流体発電機を備えた発電システム。
［２４］ 前記回転支持部材は、前記メイン軸に一端が接続されて、他端が前記回転軸の下端に接続される下回転支持部材、及び前記メイン回転軸に一端が接続されて、他端が前記回転軸の上端に接続される上回転支持部材を含むことを特徴とする［２３］に記載の流体発電機を備えた発電システム。
［２５］ 前記回転支持部材は、前記メイン回転軸の上下方向に沿って複数の層をなすように配置されたことを特徴とする［２３］に記載の流体発電機を備えた発電システム。

１０：流体発電機
２０：上昇気流形成体
３０：螺旋翼
４０：回転軸
５０：第１補助抗力翼
６０：第２補助抗力翼
７０：上部キャップ
８０：風誘導補強翼
１００：支持板
１１０：支柱管
１２０：発電機
１４０：風防手段
１５０：支持フレーム
１６０：軸支持部材
１７０：回転フレーム
１８０：昇降駆動手段

Claims (6)

1. 流体発電機において、
   回転軸に設けられる上昇気流形成体と、
   前記上昇気流形成体の外周面に沿って螺旋状に形成される複数の螺旋翼と、
   前記上昇気流形成体の回転によって電気を発生させる発電機と、
   前記螺旋翼の縁に沿って、前記螺旋翼の面に対して傾斜するように形成されて、風を閉じ込めて抗力が印加される第１補助抗力翼と、
   前記螺旋翼の上端部に形成される第２補助抗力翼、及び前記螺旋翼の上部に形成される風誘導補強翼と、を含み、
   前記上昇気流形成体は下部の外径が上部の外径よりも大きく形成され、
   前記螺旋翼は水平方向の幅が下部から上部に向かって漸次的に増加するように形成され、
   前記第１補助抗力翼は水平方向の幅が下部から上部に向かって漸次的に増加するように形成され、
   前記第２補助抗力翼は上昇気流によって抗力を受ける方向に屈曲形成され、
   前記風誘導補強翼は、前記第２補助抗力翼との間に風排出口が設けられるように前記第２補助抗力翼の縁に沿って連結され、外部に露出される露出面上部が形成されたことを特徴とする流体発電機。
2. 前記上昇気流形成体及び前記螺旋翼の中の少なくとも一つ以上は、内部に中空部が形成された構造からなることを特徴とする請求項１に記載の流体発電機。
3. 前記中空部には固形物が満たされたことを特徴とする請求項２に記載の流体発電機。
4. 流体発電機を備えた発電システムにおいて、
   請求項１乃至請求項３中のいずれか一項の流体発電機と、
   前記流体発電機を上下に移動させる駆動力を印加するように設けられる昇降駆動手段と、を含み、
   前記回転軸は、前記流体発電機の移動レールの機能を果たすように、前記上昇気流形成体の中心を横切って長い長さで形成された昇降棒で構成されることを特徴とする流体発電機を備えた発電システム。
5. 前記流体発電機が下降した状態で、風力が前記螺旋翼に印加されないように囲む形態で形成された風防手段を含むことを特徴とする請求項４に記載の流体発電機を備えた発電システム。
6. 前記風防手段は、植物を栽培するスペースを備えた植物栽培容器を含むことを特徴とする請求項５に記載の流体発電機を備えた発電システム。
   

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