KR100435144B1 - 유체마찰을 이용한 풍력열변환 온수공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체마찰을 이용한 풍력열변환 온수공급장치에 관한 것으로서, 유체마찰을 위하여 청정무한 자연에너지인 풍력에너지를 시설하우스의 온수난방에 이용함으로서 난방에 필요한 온실재배농가나 양축농가의 비용을 크게 절감시킬 수 있도록 하기위한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은, 풍력에 의해 회전동작되어지는 풍차(1)의 회전력을 열변환 에너지원으로 이용하는 온수공급장치로서, 내부에 유체(14)가 채워져 있으며 상기 풍차(1)로 부터 회전축(10)을 통해 회전력을 전달받는 로타(12), 및 상기 로타(12)와 상호간에 마찰열을 발생시키는 스테이터(13)가 구성되어진 열변환조(2); 상기 열변환조(2)로 부터 고온의 유체가 열교환을 위해 유동되며 순환되어질 수 있도록 유체관(6,7)에 의해 연결되어진 열교환기(3); 상기 열교환기(3)로 열흡수를 위한 저온의 물의 순환유동이 가능하도록 수관(8,9)에 의해 연결되어진 축열수조(5);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 풍력은 에너지원이 무공해이므로 본 발명은 공해 및 연료폐기물이 없어 환경오염을 방지할수 있는 이점을 나타내게 된다.

Description

유체마찰을 이용한 풍력열변환 온수공급장치{WIND ENERGY HOT WATER SUPPLY SYSTEM WITH FLUID FRICTIONAL ENERGY}

본 발명은 풍력에너지를 이용한 온수공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무공해의 풍력에너지를 이용하여 연속적으로 에너지를 발생시킬 수 있도록 함으로 에너지원이 무한대이고, 이로인한 비용이 전혀 들지 않으며, 에너지원이 무공해이므로 공해 및 연료폐기물이 나오지 않아 환경오염을 방지할수 있는 풍력열변환 온수공급장치에 관한 것이다.

일반적인 종래의 온수장치로는 보일러가 있는데 이는 기름이나 전기 또는 가스의 연소에 의한 연소열을 이용하여 가열탱크 내의 물을 가열하도록된 연소가열 방식이 주종을 이루고 있으며, 또한 가열관이나 가열탱크에 코일을 내장시키고, 이코일에 상용 교류전압을 인가하여 코일자체를 발열시킴으로써, 가열탱크 내의 물을 가열시키도록 된 전기보일러도 나와있다.

이와 같은 연소가열 방식는 일정시간 마다 연료를 교체 또는 주입시켜야 할 뿐만 아니라, 연소에 따른 대기오염 및 연료폐기물의 처리 등에 어려움이 문제점이 있었다.

그리고, 직열방식의 전기 보일러는 가열시간이 오래 걸리고, 전력이 많이 소요됨은 물론 코일에서 발생된 열이 외부로 방열되는 것을 방지하기 위해 단열처리가 필요하게 되므로 비용이 많이 드는 단점이 있었다.

또한, 현재 시설재배 하우스의 경우 온수난방은 거의 대부분 화석연료를 사용하는 온수보일러에 의존하고 있으나 최근 유류비의 급등으로 인한 난방비 증가는 시설재배 농가에 큰 부담이 되고 있다.

따라서 본 발명에서는 청정무한 자연에너지인 풍력을 활용함으로서 최소한의 비용으로 시설재배 하우스에서의 온수난방과 축사에 필요한 온수를 얻을 수 있도록하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적으로는, 풍력에너지는 무공해 에너지원이므로 종래 온수난방시 발생되어지던 공해 및 연료폐기물을 방지하여 환경개선에도 이바지할 수 있도록 하는데 있다.

상기 목적은, 풍력에 의해 회전동작되어지는 풍차의 회전력을 열변환 에너지원으로 이용하는 온수공급장치로서, 내부에 유체가 채워져 있으며 상기 풍차로 부터 회전축을 통해 회전력을 전달받는 로타, 및 상기 로타와 상호간에 마찰열을 발생시키는 스테이터가 구성되어진 열변환조; 상기 열변환조로 부터 고온의 유체가 열교환을 위해 유동되며 순환되어질 수 있도록 유체관에 의해 연결되어진 열교환기; 상기 열교환기로 열흡수를 위한 저온의 물의 순환유동이 가능하도록 수관에 의해 연결되어진 축열수조;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유체마찰을 이용한 풍력열변환 온수공급장치를 통해 이룰 수 있게된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력열변환장치의 구성 개략도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 열변환조 내부 단면도.

도 3a,b,c는 회전속도 및 유체종류에 따른 온도변화 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 풍차 2 : 열변환조

3 : 열교환기 4,4' : 순환펌프

5 : 축열수조 6,7 : 유체관

8,9 : 수관 10 : 축

12 : 로타(Rotor) 13 : 스테이터(Stator)

14 : 유체

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.

도 1은 본 실시예에 따른 전체적인 구성을 나타낸 것으로서, 풍력에 의한 회전력을 받게되는 풍차(1)가 열변환조(2)의 상부에 위치하며, 상기 열변환조(2)는 내부에 채워진 유체(14)가 열교환기(3)와 유동가능하도록 유체관(6,7)에 의해 일측에서 연결되어져 있다. 상기 열교환기(3)의 타측에는 축열수조(5)가 위치하며 상호간에는 수관(8,9)에 의해 연결되어진 상태를 이루게 된다.

상기 유체관(7) 및 수관(8)에는 유체 및 물을 강제 유동시키기 위한 순환펌프(4,4')가 설치되며, 열변환조(2)에 채워지는 유체(14)의 종류로는 점성유체인 열매체유 또는 물이 사용됨이 바람직하다.

한편, 도 2는 상기 열변환조(2)의 내부구성을 나타낸 단면도로서, 중앙에는 풍차(1)로 부터 회전력을 전달받는 회전축(10)이 설치되었는데, 회전축(10)에는 함께 회전하면서 유체(14)와 마찰을 유발시키는 로타(12) 및 로타(12)와 소정간격을 유지하도록 고정설치되어진 스테이터(13)가 구성되었으며, 열변환조 벽(11)의 회전축(10)이 설치되는 부위에는 베어링(15)이 고정됨으로서 회전축(10)의 회전력 감소를 최소화할 수 있도록 지지하게 된다.

이와같이 구성되어진 본 발명의 동작은 다음과 같이 이루어지게 된다.

즉, 풍력에 의해 풍차(1)가 회전하면 열변환조(2)에서 풍차의 중심축과 연결수단(기어 등)에 의해 연결되어진 회전축(10)에 회전력이 전달되어지면서 로타(12)가 함께 회전하게된다. 이러한 로타(12)의 회전력이 스테이터(13)와 상호간에 마찰열을 발생시킴으로서 열변환조(2)내에 채워젼 있던 유체(14)가 점차 고온화되어지게된다.

이때, 비록 풍차(1)에 가해지는 풍속이 약하더라도 본 풍력열변환장치는 회전관성력을 받게되어 일정한 마찰열을 계속적으로 발생시킬 수 있게됨을 알 수 있다.

이와같이 하여 일단 풍차가 회전하게 되면 열변환조(2)내에서 고온화된 유체는 순환펌프(4)의 작동에 의해 하부의 유체관(7)을 통하여 열교환기(3)의 일측으로유입되고, 이와동시에 축열수조(5)에 채워져있던 물 역시 순환펌프(4')의 작동에 의해 상부수관(8)을 거쳐 열교환기(3)의 타측으로 유입되어지게 된다.

그리고, 고온의 유체와 저온의 물이 열교환기(3)를 대항류방식으로 통과하는 동안 고온유체에서 저온의 물로 열교환이 이루어진 후 저온으로 변한 유체는 유체관(6)을 통하여 열변환조(2)로 다시 환원되고, 열교환기(3)내에서 열교환작용을 통해 고온으로 변한 물은 역시 하부수관(9)을 통하여 축열수조(5)로 유입되어 저장되어지게 된다.

이러한 방식으로 풍력에너지가 열에너지로 변환되어 시설하우스의 온수난방에 활용하거나 축사에 이용할 수 있게됨을 알 수 있다.

도 3은 본 발명의 실험예의 데이타를 그래프로 나타낸 것으로서, 회전축(10)에 의한 로타(12)의 분당 회전수를 200∼660회까지 범위내에서 시간경과에 따른 열변환조(2)내에 채워진 유체의 온도변화를 측정한 것이다.

즉, 도 3a에서는 마찰유체로서 70L의 물을 변환조(2)에 채운 상태에서의 결과이고, 도 3b에서는 점성유체인 70L의 열매체유를 사용했을때의 결과치이며, 도 3c는 열매체유를 90L로 채웠을 경우의 온도변화를 나타낸 결과이다.

이러한 실험결과를 볼때, 유체의 온도변화는 로타(12)의 회전속도에 비례하여 증가됨을 확인할 수 있으며, 마찰유체로는 물보다 점성유체에서 마찰열의 발생효율이 더욱 크게 작용함을 확인할 수 있었다.

그리고, 상기에서는 본 발명의 특정한 실시예가 설명되었지만 본 발명의 풍력열변환장치가 당업자에 의해 다양한 형태로 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은자명한 사실이다.

그러나, 이와 같은 변형된 적용예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 기타 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와같은 본 발명은, 에너지원이 무한대인 풍력에너지를 효과적으로 열변환시켜 이를 시설하우스의 온수난방에 이용함으로서 난방에 필요한 온실재배농가나 양축농가의 비용을 크게 절감시키는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 풍력에 의해 회전동작되어지는 풍차(1)의 회전축(10)이 설치된 열변환조(2) 내에는 유체(14)가 채워져 있고, 상기 회전축(10) 상에는 회전동력에 의해 유체(14)에 마찰열을 발생시키기 위한 열발생수단이 구성되어져 있으며, 상기 열변환조(2)로 부터 발생된 마찰열에 의한 고온의 유체가 열교환을 위해 유동되며 순환되어질 수 있도록 유체관(6,7)이 열교환기(3)와 연결되어져 있고, 온수로 사용되어질 물을 저장하는 축열수조(5)는 물의 열교환 순환이 이루어질 수 있도록 수관(8,9)을 통해 상기 열교환기(3)와 연결되어져 있는 온수공급장치에 있어서:

   상기 열발생수단은, 회전축(10)상에 회동 가능하게 고정되어진 로타(12) 및 상기 로타(12)와 근접하는 위치에서 열변환조(2) 내에 고정설치되어진 스테이터(13)로 이루어진 것을 특징으로 하는 유체마찰을 이용한 풍력열변환 온수공급장치.
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