KR100910582B1 - 태양열을 이용한 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열을 이용한 풍력발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 흡기공이 구비된 외측벽과 상기 외측벽의 내부에 설치되고, 외곽에 다수의 통기공이 마련된 원뿔형태의 베이스패널과 상기 외측벽의 상부에 원뿔형태로 설치되며, 중앙에 통기구가 형성된 프레임과 상기 프레임에 설치되는 다수의 투명패널로 구성된 지붕과 상기 통기구에 직립되게 설치되어 내부의 열기를 외부로 배출하는 열기관과 상기 열기관에 설치되는 내측 풍력발전기와 상기 내측 풍력발전기의 상부에 설치되어, 외부의 바람을 집풍하여 발전하는 외측 풍력발전기로 이루어져, 상부에 투명패널을 갖는 지붕을 설치하여 태양열에 의해 내부의 공기를 가열되게 하고, 가열된 공기가 비중차에 의해 상향으로 이동하여 열기관을 관통하면서 내측 풍력발전기를 발전시켜 전력이 발생되게 함으로써, 자연풍에 의한 풍력발전에 비해 전력을 일정하게 공급받을 수 있는 효과가 있다.

풍력발전기, 태양열, 투명패널, 흡열부

Description

태양열을 이용한 풍력발전장치{WIND POWER GENERATOR USING SOLAR HEATING}

본 발명은 태양열을 이용한 풍력발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상부에 투명패널을 갖는 지붕을 설치하여 태양열에 의해 내부의 공기를 가열되게 하고, 가열된 공기가 비중차에 의해 상향으로 이동하여 열기관을 관통하면서 내측 풍력발전기를 발전시켜 전력이 발생되게 함으로써, 자연풍에 의한 풍력발전에 비해 전력을 일정하게 공급받을 수 있는 태양열을 이용한 풍력발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력 발전은 자연의 바람 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 발전하는 방식을 말한다. 이러한 풍력 발전은 대부분 해안가나 높은 장소 또는 가능한 바람이 균일하면서도 많이 부는 장소에 설치하여 회전날개의 회전에 의해 전기를 일으키게 직접 또는 충전 후 사용하게 된다.

그러나, 풍력 발전은 회전 날개의 회전은 균일한 회전 속도를 유지하여야 하는데, 보통 부는 바람이 시시각각 풍속의 변화를 일으킴으로 이로 인한 발전의 새기가 불균형하여 실용성에는 한계가 있었다.

또한, 대부분의 바람은 기압의 변화 또는 기온 차이에 의하여 바람의 불기가 형성되는 것이므로, 이를 이용하여서 상기 회전 날개에 바람을 집중화시켜 주면서 인공적으로 부는 바람을 보강하여 주어서, 상기 회전 날개의 회전수를 증가하여 주도록 구성된 풍력의 증가를 보강하는 유도블럭을 제공하기 위하는 발명이다.

상기 설명되는 공기 유도블럭에서 출구의 기온을 입구의 기온 보다 더 높게 가열하여 주면 공기의 비중차이로 공기의 이동력이 발생하게 되는데, 이러한 현상을 바람이라고 한다.

고로, 본 발명에서는 상기 공기 유도블럭에서 출구의 기온과 입구의 기온차이를 자연적인 요인을 사용하여서 저럼하게 바람을 유도하여서 경제성을 보장하도록 제공하기 위한 장치의 개발이 시급하게 필요하다.

본 발명은 상기한 바와 같이 개발의 시급성에 의해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 태양열에 의해 공기를 가열하고 가열된 공기가 열기관을 관통하면서 내측 풍력발전기를 발전시켜 전력이 발생되게 하는 태양열을 이용한 내측 풍력발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 내측에 흡열부를 구비시켜 내부의 열기를 유지시킴으로써, 유입되는 공기를 신속하게 가열시키게 되는 태양열을 이용한 풍력발전장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 다수의 흡기공이 구비된 외측벽과 상기 외측벽의 내부에 설치되고, 외곽에 다수의 통기공이 마련된 원뿔형태의 베이스패널과 상기 외측벽의 상부에 원뿔형태로 설치되며, 중앙에 통기구가 형성된 프레임과 상기 프레임에 설치되는 다수의 투명패널로 구성된 지붕과 상기 통기구에 직립되게 설치되어 내부의 열기를 외부로 배출하는 열기관과 상기 열기관에 설치되는 내측 풍력발전기와 상기 내측풍력발전기의 상부에 설치되어, 외부의 바람을 집풍하여 발전하는 외측 풍력발전기로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외측벽의 내부에는 외곽에 다수의 유입공이 구비되고, 중앙에 관통공이 형성된 원뿔형태의 흡열부가 더 설치되되, 상기 흡열부는 저면에 방사상으로 다수의 안내돌부를 갖는 지지패널과 상기 지지패널의 상부에 설치되는 흡열판으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외측벽의 내측면에는 제 1 보온패널이 더 설치되고, 상기 베이스패널의 상면부에는 제 2 보온패널이 더 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베이스패널에는 해상에 설치할 수 있도록 다수의 지지다리가 더 장착되며, 상기 외측벽의 내측 하부에는 물고기가 서식할 수 있도록 다수의 홈부가 더 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명인 태양열을 이용한 풍력발전장치는 상부에 투명패널을 갖는 지붕을 설치하여 태양열에 의해 내부의 공기를 가열되게 하고, 가열된 공기가 비중차에 의해 상향으로 이동하여 열기관을 관통하면서 내측 풍력발전기를 발전시켜 전력이 발생되게 함으로써, 자연풍에 의한 풍력발전에 비해 전력을 일정하게 공급받을 수 있는 효과가 있다.

또한, 내측에 흡열부를 구비시켜 내부의 열기를 유지시킴으로써, 유입되는 공기를 신속하게 가열시키는 효과가 있다.

또한, 열기관의 상부에 외측 풍력발전기가 구비되어, 외부의 바람을 집풍하여 전력을 얻게되는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 태양열을 이용한 풍력발전장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 하기 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 단지 예시로 제시하는 것이며, 본 기술 사상을 통해 구현되는 다양한 실시예가 있을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 풍력발전장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 풍력발전장치를 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 풍력발전장치에 있어, 베이스패널을 나타낸 부분사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 풍력발전장치에 있어, 흡열부를 나타낸 부분사시도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명인 태양열을 이용한 풍력발전장치(1)는 외측벽(2)과 베이스패널(3)과 지붕(4)과 열기관(5)과 내측 풍력발전기(6)와 흡열부(7)와 외측 풍력발생기(8)로 구성된다.

여기서, 상기 외측벽(2)은 금속의 패널이 환형태의 틀로 이루어진 것으로서, 그 하부 둘레에는 외부의 공기가 내측으로 유입되도록 다수개의 흡기공(21)이 구비된다.

또한, 상기 외측벽(2)의 내측면에는 내부의 열기가 유지되도록 제 1 보온패널(22)이 접착된다. 상기한 제 1 보온패널(22)은 통상의 단열재로써 열을 잘 옮기지 않고 보온력이 풍부한 석면, 보온 벽돌등이 사용된다.

이때, 상기 외측벽(2)은 금속의 패널 형태 이외에 콘크리트 틀 형태로 형성시킬 수 있으며, 경질의 합성수지재로 형성시키는 것도 가능하다.

상기 베이스패널(3)은 원뿔형태로 형성되고 상기 외측벽(2)의 내측 하부에 설치되며, 외곽에는 상기 흡기공(21)을 통해 유입된 공기가 이동하도록 다수의 통기공(31)이 마련된다. 이러한 베이스패널(3)은 금속패널형태로 형성되며, 상기 외측벽에 용접 또는 볼팅되어 고정된다.

또한, 상기 베이스패널(3)의 상면부에는 제 2 보온패널(32)이 접착고정되며, 상기 제 2 보온패널(32)은 상기 제 1 보온패널(22)과 동일한 단열재로 이루어진다.

상기 지붕(4)은 태양열에 의해 내부의 공기를 가열시키고, 가열된 공기가 경사진 내측면을 따라 상향으로 이동되게 하는 것으로서, 이에 이와같은 지붕(4)은 중앙에 통기구(411)가 형성된 원뿔형태의 프레임(41)으로 이루어지며, 상기 프레임(41)에는 다수의 투명패널(42)이 접착,설치된다. 이때, 상기 프레임(41)은 거미줄 형태로 형성된다.

여기서, 상기 투명패널(42)은 통상의 투명유리가 사용되며, 태양열에 의해 내부의 공기를 가열시킬 수 있는 것이면 어느것이 사용되어도 무방하다.

상기 열기관(5)은 원통의 관형태로 이루어지며 직립된 형태로 상기 통기구(411)와 연통되게 용접 또는 볼팅되어, 상기 지붕(4)에 의해 가열되어진 내부의 열기(가열된 공기)를 외부로 배출하게 된다.

즉, 상기 지붕(4)에 의해 가열되어진 공기가 비중차이에 의해 상대적으로 온도가 낮은 열기관부위로 상승기류를 형성하여 이동하게 되고, 협소한 열기관을 통과하면서 병목현상에 의해 빠른 속도로 상기 열기관을 통해 외부로 배출된다.

이때, 상기 열기관(5)의 하부에는 원추형태의 확장부(51)가 형성되고 상기 확장부(51)의 단부가 통기구와 연결되어, 가열된 내부의 공기가 용이하게 상향으로 이동하게 된다.

여기서, 상기 열기관(5)의 내주면에는 상기 내측 풍력발전기(6)의 회전날개(61)의 회전방향과 동일하게 나선의 홈(도시생략)을 형성시켜, 병목현상에 의해 빠르게 상향으로 이동하는 상승기류가 상기 홈에 의해 회전되면서 회오리바람을 일으켜 상기 회전날개의 회전속도를 배가시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 열기관(5)은 상향으로 내경이 접차 작아지게 형성시켜, 병목현상에 의해 상승기류가 보다 빠르게 이동하여 배출되게 하는 것도 가능하다.

상기 내측 풍력발전기(6)는 상기 열기관의 상부에 설치되어, 열기관(5)으로 이동되는 가열된 공기에 의해 회전날개(61)를 회전시켜 발전하는 것으로서, 이에 이와같은 풍력발전기는 상기 열기관(5)의 상부에 설치되며 내부에 고정베어링을 갖는 절곡된 구조의 지지대에 설치되되, 상기 회전날개(61)가 상기 열기관(5)의 내측으로 삽입되게 설치하게 된다.

여기서, 상기 지지대의 단부는 상기 열기관(5)의 상부 내측에 용접 또는 나사체결된다.

상기한 내측 풍력발전기(6)는 바람을 집풍하여 회전하는 회전날개(61)를 갖는 회전축(62)과 상기 회전축의 회전력을 전달받는 발전기(63)로 이루어지며, 상기 열기관(5)에 설치되어 바람을 집풍하는 형태의 풍력발전기이면 어느것이 사용되어도 무방하다.

이때, 상기 내측 풍력발전기(6)에 증속기를 더 설치하여 상기 회전축(62)의 속도를 증속시키는 것도 가능하다.

또한, 상기 발전기(6)는 외측으로 공기가 관통하도록 상기 열기관(5)의 내측면에 다수의 리브에 의해 지지되게 연결설치하는 것도 가능하다.

상기 흡열부(7)는 원뿔형태로 형성되고 상기 외측벽(2)의 내부에 용접 또는 볼팅되어 고정된다. 이러한 흡열부(7)는 저면에 방사상으로 다수의 안내돌부(711)를 갖는 콘트리트 블럭 형태의 지지패널(71)과 상기 지지패널(71)의 상부에 설치되어 태양열을 흡수하여 내부의 온도를 높이는 흡열판(72)으로 구성된다.

또한, 상기 흡열부(7)의 외곽에는 공기가 이동하도록 다수의 유입공(73)이 구비되고 중앙에는 관통공(74)이 형성된다.

여기서, 상기 안내돌부(711)는 가열된 공기를 상기 유입공(73)으로 안내하게 된다.

다르게는, 상기 안내돌부(711)를 금속재로 형성시켜 고온의 흡열판(71)를 냉각시킴으로써 태양열에 의해 냉각된 흡열판(71)이 재차 가열되게 하여 내부의 공기가 온도변화에 따라 순환되게 하는 것도 가능하다.

상기 외측 풍력발생기(8)는 상기 열기관(5)의 상부에 설치되어, 외부의 바람을 집풍하여 발전하는 것으로, 상기 열기관(5)의 내측면에 하부가 삽입되어 다수의 리브에 의해 지지되며, 다르게는 상기 내측 풍력발생기의 상부에 연결,설치시키는 것도 가능하다.

상기한 외측 풍력발생기(8)는 상기 내측 풍력발생기와 동일하게 외부의 바람을 집풍하여 회전하는 회전날개(81)를 갖는 회전축(82)과 상기 회전축(82)의 회전력을 전달받아 발전하는 발전기(83)로 이루어진다.

이때, 상기 외측 풍력발생기(8)의 발전기(83)는 상기 내측 풍력발생기(6)의 발전기(63)에 용접 또는 나사체결되며, 상기 발전기(6)의 상부에 배치된 상태에서 다수의 지지리브에 의해 상기 지지대에 연결고정시키는 것도 가능하다.

상기한 외측 풍력발생기(8)에는 증속기를 설치하여 상기 회전축(82)의 속도를 증속시키는 것도 가능하다.

또한, 상기 발전기(83)는 외측으로 공기가 관통하도록 상기 열기관(5)의 내측면에 다수의 리브에 의해 지지되게 연결설치하고, 상기 회전축(82)과 회전날개(81)는 외부에 노출되게 설치하는 것도 가능하다.

도 5는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 풍력발전장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이 상기 태양열을 이용한 풍력발전장치(1)를 해상에서 사용할 수 있도록 상기 베이스패널(3)의 하부에 다수의 지지다리(9)를 더 장착하고, 상기 외측벽의 내측 하부에는 물고기가 서식할 수 있도록 다수의 홈부(23)가 더 형성시키게 된다.

즉, 상기 외측벽(2)의 하부가 해면에 일부 잠기게 상기 지지다리(9)의 길이를 조절하여 상기 베이스패널(3)에 설치함으로써, 상기 외측벽(2)의 홈부(23)에 물고기 등 해상 동식물이 서식할 수 있게 함은 물론 풍력발전이 이루어지게 한다.

또한, 상기 외측벽(2)의 내측면에는 홈부 이외에 다수의 돌기와 바를 설치하여 해상 동식물이 서석할 수 있게 하는 것도 가능하다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 풍력발전장치의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.

도면에 도시된 바와 같이 상기 태양열을 이용한 풍력발전장치(1)의 회형을 설치될 장소에 따라 타원형 또는 일면이 경사진 블럭 형태 등 다양한 형상과 모양으로 형성시키게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 풍력발전장치를 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 풍력발전장치를 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 풍력발전장치에 있어, 베이스패널을 나타낸 부분사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 풍력발전장치에 있어, 흡열부를 나타낸 부분사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 풍력발전장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 풍력발전장치의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

1 : 태양열을 이용한 풍력발전장치 2 : 외측벽

3 : 베이스패널 4 : 지붕

5 : 열기관 6 : 내측 풍력발전기

7 : 흡열부 8 : 외측 풍력발전기

81 : 회전날개 82 : 회전축

83 : 증속장치 84 : 발전기

21 : 흡기공 22 : 제 1 보온패널

23 : 홈부 31 : 통기공

32 : 제 2 보온패널 41 : 프레임

411 : 통기구 42 : 투명패널

51 : 확장부 61 : 회전날개

62 : 회전축 63 : 증속장치

64 : 발전기 71 : 지지패널

711 : 안내돌부 72 : 흡열판

73 : 유입공 74 : 관통공

9 : 지지다리

Claims (4)

1. 다수의 흡기공이 구비된 외측벽;

   상기 외측벽의 내부에 설치되고, 외곽에 다수의 통기공이 마련된 원뿔형태의 베이스패널;

   상기 외측벽의 상부에 원뿔형태로 설치되며, 중앙에 통기구가 형성된 프레임과 상기 프레임에 설치되는 다수의 투명패널로 구성된 지붕;

   상기 통기구에 직립되게 설치되어 내부의 열기를 외부로 배출하는 열기관;

   상기 열기관에 설치되는 내측 풍력발전기; 및

   상기 내측 풍력발전기의 상부에 설치되어, 외부의 바람을 집풍하여 발전하는 외측 풍력발전기로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 풍력발전장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 외측벽의 내부에는 외곽에 다수의 유입공이 구비되고, 중앙에 관통공이 형성된 원뿔형태의 흡열부가 더 설치되되,

   상기 흡열부는 저면에 방사상으로 다수의 안내돌부를 갖는 지지패널과 상기 지지패널의 상부에 설치되는 흡열판으로 구성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 풍력발전장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 외측벽의 내측면에는 제 1 보온패널이 더 설치되고, 상기 베이스패널의 상면부에는 제 2 보온패널이 더 설치되고, 상기 열기관에는 내주면에 나선의 홈이 더 형성된 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 풍력발전장치.
4. 삭제

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