KR100736557B1

KR100736557B1 - 태풍 타워 구조

Info

Publication number: KR100736557B1
Application number: KR1020040013841A
Authority: KR
Inventors: 전봉한
Original assignee: 전봉한
Priority date: 2004-02-28
Filing date: 2004-02-28
Publication date: 2007-07-11
Also published as: KR20040027746A

Abstract

본 발명은 태풍의 에너지원인 수증기가 풍부한 적도 무풍지대나 해수면의 온도가 높은 적도지방에 굴뚝의 역할을 할 높이가 1~9Km인 태풍 타워(Typhoon Tower)를 설치하여 토네이도와 같은 강력한 상승기류를 일으켜 풍력발전터빈을 돌려 전력을 생산하는 태풍 타워(Typhoon Tower) 구조에 관한 것으로서, 태풍 타워(Typhoon Tower)는 중앙의 상승기류를 발생시키는 굴뚝부분과 그 아래 둘레에 풍력발전터빈 설치부분으로 이루어져 있고, 굴뚝은 그 내부공간에 설치된 철골구조에 의해 고정되어있으며, 굴뚝 밑바닥에는 가스버너가 설치되어 외부와 가스관으로 연결되어있고, 굴뚝의 넓이는 높이에 대하여 충분히 넓게 설정되어있어 무너지거나 넘어지지 않는 것에 특징이 있는 태풍 타워(Typhoon Tower) 구조.

Description

태풍 타워 구조{Typhoon Tower System}

도 1은 태풍 타워(Typhoon Tower)(1)의 사시도

도 2는 태풍 타워(Typhoon Tower)(2)의 사시도

도 3은 태풍 타워(Typhoon Tower)(2)를 지지하고 있는 철골구조의 사시도

도 4는 철골구조(9)의 각 층의 단면도
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

삭제

1 : 태풍 타워(Typhoon Tower)(1) 3 : 풍력발전터빈

4 : 벽 5 : 흡입구

6 : 철판 문 8 : 외벽

9 : 철골구조 10 : 각 층의 단면
11 : 기둥 12 : 보(beam)

본 발명은 태풍 또는 토네이도와 같은 강력한 상승기류를 일으켜 풍력발전터빈을 돌려 전력을 생산하는 태풍 타워(Typhoon Tower) 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태풍의 에너지원인 수증기(잠열)가 풍부한 적도 무풍지대(열대 수렴대), 또는 수온이 높은 적도 지방에 태풍의 소용돌이 공기기둥의 역할을 할 태풍 타워(Typhoon Tower)를 설치하여 강력한 상승기류를 일으켜 풍력발전터빈을 돌려 전력을 생산하는 태풍 타워(Typhoon Tower) 구조에 관한 것이다.

지구가 1년간 받는 태양에너지(5,200Q, 여기서 1Q=10²¹J)는 인류가 1년간 생산해서 사용하는 에너지(약 0.4Q)의 13,000배 로서 인류의 궁극적 에너지는 여기에서 찾을 수 있을 것이다. 그럼에도, 기존 태양에너지 회수방법의 단점으로 인하여 인류는 에너지난에 고통받고 있다. 즉, 태양열발전과 태양광발전은 직접 햇빛에 의존함으로 밤에는 물론, 비가 오나 구름이 낀 날에는 가동이 불가능하고, 또 지구가 받는 태양에너지는 넓게 퍼져있어 그 에너지 밀도가 낮아 대용량의 전력을 생산하려면 막대한 부지면적이 필요한 단점들이 있다. 그리고 자연 바람에 의한 풍력발전은 풍속이 일정치 않고 미약하여 경제성이 낮은 단점이 있다. 이에 반해 본 발명은 대기에서 태양에너지를 회수하는 방법이므로 밤낮에 관계없이 적은 면적에서 대용량의 에너지를 무진장 생산할 수 있다.

이 구상은 1982년도 미국 마이애미대학 대체에너지연구소에서 개최한 제 4차 대체에너지 마이애미 국제회의에 “Conversion of Latent Heat of Water Vapor in the Equatorial Sea-Surface Air into Electrical Power by Adiabatic Expansion”의 제목으로 발표되었다.

본 발명은 상기와 같은 기존의 단점들을 극복할 수 있는 새로운 태양에너지 회수방법을 찾던 중, 초자연적 위력을 떨치는 태풍과 토네이도에 주목하여 그 에너지 체계를 관찰하게 되었다. 즉, 태풍이나 토네이도가 발생하려면 다음 3가지 조건이 충족되어야 한다는 공통점이 있다.
첫째, 태풍의 에너지원인 수증기(잠열)가 공기 중에 풍부하여야 하고,
둘째, 대기가 불안정(기온 감률>단열 감률) 하여야 하고,
셋째, 소용돌이 공기 기둥을 만들어 주는 전향력(Coriolis force)이 작용하여야 한다.
그런데 지구가 받고 있는 태양에너지의 1/2 정도를 받고 있는 수천Km의 광활한 열대 해상을 통과하면서 가열된 고온 다습한 북동 무역풍과 남동 무역풍이 연중 계속 몰려들어 상승기류가 활발히 일어나는 적도 무풍지대(열대 수렴대)와 해수면의 온도가 높은 적도 지방은 태풍의 에너지원인 수증기 가 무진장 쌓여있는 에너지의 보고 이다.
그렇지만, 이곳에서는 태풍, 허리케인, 사이클론, 윌리윌리 등(이후부터는 태풍을 대표로 함)과 토네이도는 발생하지 않는다. 왜냐하면, 적도부근(북위 5^o~ 남위 5^o)에서는 전향력(Coriolis force)이 작용하지 않거나, 미약하여 소용돌이 공기 기둥을 만들지 못하기 때문이다.
본 발명은 전향력(Coriolis force)에 의한 소용돌이 공기기둥은 고온 다습한 공기를 빨아올려 맹렬한 상승기류를 일으키는 굴뚝의 역할을 한다는 것을 간파하고, 고온 다습한 무역풍이 끊임없이 몰려들어 고갈되지 않고 대기가 불안정한 적도 무풍지대와 또는 해수면의 온도가 높은 적도 지방에 굴뚝의 역할을 하는 높이가 1~9Km인 태풍 타워(Typhoon Tower)를 설치하여 토네이도와 같은 강력한 상승기류를 일으켜 풍력발전터빈을 돌려 전력을 생산하는 태풍 타워(Typhoon Tower)에 관한 것으로서, 본 구상을 앞에서 언급한 바와 같이 기상현상과 에너지 측면에서 전개하여 1982년도에 발표하였다.

그러나 높이가 1~9Km인 태풍 타워(Typhoon Tower) 구조에 관해서는 만족할만한 언급은 없었다. 확실한 태풍 타워(Typhoon Tower)의 구조는 그 분야의 몫으로 남겨놓았던 것이다. 그런데 본 태풍 타워(Typhoon Tower) 구상이 발표된 후 20여 년이 지나도록 해답은 나오지 않았다. 그 원인은 태풍 타워(Typhoon Tower)와 굴뚝과의 차이점을 알지 못하였기 때문이다.
즉, 굴뚝과 같이 내부가 텅 비어 있어야 하고, 높이에 비해서 넓이의 폭이 훨씬 좁다는 생각이다. 현실적으로 이러한 개념의 태풍 타워(Typhoon Tower)를 1~9Km의 높이로 설치하는 것은 거의 불가능하다. 전설적인 바벨탑이 무너진 원인은 첫째는 탑의 결합상태가 견고하지 못하였고, 둘째는 높이에 대하여 밑면의 넓이가 충분히 확보되지 않았기 때문일 것이다. 만약 내부가 견고히 결합 되어있고, 높이에 대하여 밑면의 넓이가 충분히 넓었더라면 무너지지 않았을 것이다.
본 발명은 태풍 타워(Typhoon Tower)를 지지하고 있는 내부공간의 견고한 철골구조로 고정하고, 넓이를 높이에 대하여 충분히 넓게 설정하여 태풍 타워(Typhoon Tower)가 무너지거나 넘어지지 않게 하는 방법을 제시하는 것이다.
앞에서 언급한 바와 같이 그동안 본 태풍 타워(Typhoon Tower) 구상이 적극적으로 추진되지 못했던 큰 이유 중 하나는 1~9Km의 높은 태풍 타워(Typhoon Tower)를 무너지거나 넘어지지 않게 설치하는 어려운 문제 때문이었다.
이 문제를 해결하기 위하여 굴뚝의 원리와 태풍의 구조를 살펴보면, 굴뚝 효과는 굴뚝 안으로 유입된 더운 공기의 밀도와 밖의 찬 공기의 밀도 차에 의한 부력현상으로서 굴뚝이 더운 공기를 빨아올리는 힘은 높이에 비례한다. 이때 굴뚝의 높이와 넓이의 크기는 유입되는 더운 공기의 양에 의해 결정된다. 즉, 굴뚝이 너무 높거나 넓으면 더운 공기의 공급 부족으로 미처 데워지지 않은 찬 공기가 딸려 들어와 부력이 약해지게 된다. 따라서 일반 굴뚝은 공급되는 더운 공기의 양이 제한적이므로 굴뚝의 높이에 비해서 넓이는 아주 좁게 설계된다는 고정관념을 갖게 된다.
그러나 태풍의 굴뚝 역할을 하는 소용돌이 공기기둥과 태풍 타워(Typhoon Tower)에 공급되는 고온 다습한 공기는 무한적이다. 즉, 수증기를 발생시키는 무한대의 보일러 역할을 하는 수천Km의 넓은 열대 해상을 통과하면서 가열된 대기 그 자체이므로 거의 무한적이다. 따라서 태풍 타워(Typhoon Tower)의 넓이의 폭을 높이에 대하여 얼마든지 넓게 잡을 수 있다. 실제 태풍의 구조는 높이가 10여Km정도에, 넓이의 지름은 수백~1,000Km이상으로서, 높이에 비해서 넓이의 폭이 수십~100배에 이른다.
본 발명은 태풍 타워(Typhoon Tower)가 넘어지지 않도록 넓이의 폭을 높이에 대하여 충분히 크게 설정하고, 태풍 타워(Typhoon Tower) 내부공간을 고층아파트의 철골구조와 같은 견고한 철골구조로 완전히 채워서 벽과 결합하여 고정시켜서 태풍 타워(Typhoon Tower)가 무너지거나 넘어지지 않게 하는 태풍 타워(Typhoon Tower) 구조에 관한 것이다.

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

태풍 타워(Typhoon Tower)(1)는 도 1.에 도시한 바와 같이 그 중앙에 상승기류를 발생시키는 굴뚝 역할의 태풍 타워(Typhoon Tower)(2)부분과, 또 그 아래 둘레에 풍력발전터빈(3) 설치부분으로 이루어져 있고, 태풍 타워(Typhoon Tower)(2)의 넓이의 폭은 높이(1~9Km)에 대하여 충분히 크게 설정되어 넘어지지 않도록 되어있으며, 태풍 타워(Typhoon Tower)(2)의 벽(4) 아래 둘레에는 공기의 흡입구(5)가 형성되고, 흡입구(5) 바로 위에는 원격조정으로 상하로 여닫을 수 있는 흡입구(5)의 철판 문(6)이 설치되고, 태풍 타워(Typhoon Tower)(2) 바닥에는 원격 점화장치의 가스버너가 설치되어 바닥 밑으로 가설된 가스관을 통해 외부로부터 천연가스나 수소가스를 공급받을 수 있게 돼있고, 흡입구(5)의 외곽 둘레에는 도 1.에 도시한 바와 같이 외벽(8)이 형성되고, 그 외벽(8) 둘레에 풍력발전터빈(3)들이 설치되어 외부의 공기가 풍력발전터빈(3)을 통해서만 흡입구(5)로 빨려들어가도록 태풍 타워(Typhoon Tower)(2)와 결합 되어있다.

태풍 타워(Typhoon Tower)(2)의 벽(4)은 도 2.에 도시한 바와 같이 정육각기둥형의 철골구조(9)의 둘레에 철판을 붙여 형성되고,

철골구조(9)는 도 3.에 도시한 바와 같이 정육각기둥형의 철골로 형성되고, 마디 역할을 하는 각 층의 단면(10)은 벌집의 단면처럼 기둥(11)을 연결한 보(beam)(12)에 의해 구조적으로 안전성이 가장 높은 정삼각형의 틀로 빈틈없이 채워져 있고, 보(beam)(12)는 상승기류의 저항을 최소화하도록 비행기의 날개처럼 유선형으로 되어있다.

태풍 타워(Typhoon Tower)(1)를 고정하고 있는 정육각기둥형의 철골구조 (9)와, 정삼각형의 틀로 채워져 있는 각 층의 단면(10)의 구조는 구조역학적으로 안정성이 가장 높고, 철골구조(9)의 넓이는 높이에 대하여 충분히 넓게 설정되어있으므로 태풍 타워(Typhoon Tower)(1)는 무너지거나 넘어질 염려는 없다.
이 태풍 타워(Typhoon Tower)(1)를 수온이 높은 적도 지방이나, 또는 적도 무풍지대(열대 수렴대)에 설치하고, 일단 가스버너를 점화하여 태풍 타워(Typhoon Tower)(1) 안의 공기를 데워 상승운동을 유발(시동)시키면 외부의 고온 다습한 공기가 태풍 타워(Typhoon Tower)(1) 안으로 빨려들어와 상승운동을 하게 되는데, 이때 고도에 따른 기압강하로 상승공기는 단열팽창을 하므로 기온하강 현상이 일어나 응결점(응결고도) 이상이 되면 공기 중의 수증기가 응결되면서 방출하는 잠열(수증기 1g 당 약 600cal의 열을 방출)로 공기가 데워져 부력을 받아 가스버너의 도움 없이도 상승운동은 계속되고, 이때 태풍 타워(Typhoon Tower)(1)의 굴뚝 효과로 토네이도와 같은 강력한 상승기류가 발생하여 풍력발전터빈(3)을 돌려 대용량의 전력을 생산하게 된다.

여기에서 생산된 전기에너지의 수송방법은 물의 전기분해로 수소를 얻어 산유국에서 천연가스를 운반하는 방법으로, 또는 초전도 케이블을 깔아 직접 송전하는 방법으로 해결될 수 있을 것이다.

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Claims

태풍의 에너지원인 수증기가 풍부한 수온이 높은 적도지방이나, 또는 적도 무풍지대(열대 수렴대)에 높이가 1~9Km인 태풍 타워(Typhoon Tower)(1)를 설치하여, 상승기류를 발생시켜 풍력발전터빈(3)을 돌려 전력을 생산하는 태풍 타워(Typhoon Tower)(1) 구조로서, 태풍 타워(Typhoon Tower)(1)는 그 중앙에 상승기류를 발생시키는 굴뚝 역할을 하는 태풍 타워(Typhoon Tower)(2)부분과, 또 그 아래 둘레에 풍력발전터빈(3) 설치부분으로 이루어져 있고, 태풍 타워(Typhoon Tower)(2)의 벽(4)은 정육각기둥형의 철골구조(9)의 둘레에 철판을 붙여 형성되고, 벽(4) 아래 둘레에는 공기의 흡입구(5)가 형성되고, 흡입구(5) 바로 위에는 원격조정으로 상하로 여닫을 수 있는 흡입구(5)의 철판 문(6)이 설치되고, 태풍 타워(Typhoon Tower)(2) 바닥에는 원격점화장치의 가스버너(7)가 설치되어 바닥 밑으로 가설된 가스관을 통해 외부로부터 천연가스나 수소가스를 공급받을 수 있게 되고, 태풍 타워(Typhoon Tower)(2)의 넓이는 높이에 대하여 충분히 넓게 설정되어 넘어지지 않도록 되어있으며, 흡입구(5) 외각 둘레에는 외벽(8)이 형성되고, 그 둘레에 풍력발전터빈(3)이 설치되어 외부의 공기가 풍력발저터빈(3)을 통해서만 흡입구(5)로 빨려들어가도록 태풍 타워(Typhoon Tower)(2)와 결합 되어있으며, 철골구조(9)는 정육각기둥형으로 형성되고, 마디 역할을 하는 각 층의 단면(10)은 벌집의 단면처럼 기둥(11)을 연결한 보(beam,12)에 의해 구조적으로 안전성이 가장 높은 정삼각형의 틀로 완전히 채워져 있고, 보(beam)(12)는 상승기류의 저항을 최소화하도록 비행기의 날개처럼 유선형으로 되어있는 것을 특징으로 하는 상승기류 풍력발전용 태풍 타워(Typhoon Tower)(1) 구조.
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