KR100937478B1 - 동물과 바람을 이용한 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동물 또는 바람을 이용한 발전장치에 관한 것으로서, 동물이나 바람을 이용하거나 이들을 모두 이용할 수 있도록 구조를 개선하며, 친환경적이며, 전력 공급이 곤란한 지역에 쉽게 설치할 수 있어 전력의 자급자족을 가능하도록 한 동물과 바람을 이용한 발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 동물 및 바람을 이용한 발전장치는, 일단이 회전축에 체결되며 길이방향으로 연장되어 상기 동물 또는 상기 바람에 의해 상기 회전축을 회전시키는 샤프트와, 상시 샤프트에 체결되어 상기 바람에 의한 회전력을 증가시키는 블레이드와, 상기 회전축에 입력축이 연결되어 회전하며 상기 입력축의 회전운동의 속도를 증가시켜 출력축으로 전달하는 증속기와, 상기 출력축에 연결되어 회전운동을 전기에너지로 변환하는 발전기를 포함한다.
발전장치, 동물, 바람, 블레이드, 증속기, 회전축, 구름부재, 발전기

Description

동물과 바람을 이용한 발전장치 {GENERATING APPARATUS USING ANIMAL AND WIND}
본 발명은 동물 또는 바람을 이용한 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동물과 바람을 이용하여 발전기를 구동시키고 이를 통해 난방, 조명 또는 가전제품 등을 사용하기 위해 요구되는 전력을 얻거나, 전력 공급이 곤란한 지역에서 자체적으로 전력을 생산하여 활용할 수 있도록 하는 동물 또는 바람을 이용한 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 발전장치는 전력을 생산하기 위하여 광범위하게 활용되는 장치로서, 발전방식에 따라 여러 형태로 나뉘어진다. 이러한 발전장치의 일례로 회전축의 운동에너지를 전기에너지로 전환하는 장치가 많이 사용되며, 회전축을 돌리기 위해 사용되는 에너지원에 따라 석유나 석탄과 같은 화석연료를 이용하는 화력발전과, 태양열, 원자력, 수력, 조력, 풍력을 이용하는 발전 등으로 구분될 수 있다.
이러한 발전장치를 이용하여 생산된 전력은 송전탑 등을 통하여 공장이나 사무실 또는 가정 등으로 공급되는 데, 섬, 깊은 산속, 사막, 초원 등의 오지까지 전력을 공급하기 위해서 많은 송전탑을 설치해야 하며, 시설의 유지, 보수를 위해 많 은 비용이 소요되며, 설치 장소에도 많은 제한이 있다.
한편, 최근에는 자원매장량의 감소 및 환경 오염의 문제가 심화됨에 따라 환경을 오염시키는 물질을 발생하지 않는 청정에너지의 개발이 요구되고 있으며, 전력의 공급이 곤란한 지역에서 저렴한 비용으로 설치 및 사용이 가능한 발전장치의 개발이 요구되고 있다.
이러한 발전장치의 일례로 태양열을 이용한 발전장치가 이용되기도 하였으나 그 설치비용에 비해 얻어지는 전력이 매우 미약하다는 문제점이 있었다.
그러한 문제점을 해결하기 위한 방법의 일환으로, 본 발명의 발명자에 의해 발명되어 2008년 03월 01일자로 출원된 특허출원번호 2008-21545호에 기재된 바와 같이, 동물과 바람을 교대로 이용함으로써, 그들에 의한 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하여 전력을 생산하는 방안이 제시되었으나, 아직까지 더욱 개선의 여지가 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 동물이나 바람을 이용하거나 이들을 모두 이용할 수 있도록 구조를 개선하여 발전에 필요한 작업을 쉽고, 간단하게 할 수 있으며, 사용이 편리해지도록 한 동물과 바람을 이용한 발전장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 친환경적으로 이루어져 별도의 발전에 소요되는 비용을 절감할 수 있으며, 설치 및 사용이 간단할 뿐만 아니라, 전력 공급이 곤란한 지역에 쉽게 설치할 수 있어 전력의 자급자족을 가능하도록 한 동물과 바람을 이용한 발전장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 동물 및 바람을 이용한 발전장치는, 일단이 회전축에 체결되며 길이방향으로 연장되어 상기 동물 또는 상기 바람에 의해 상기 회전축을 회전시키는 샤프트와, 상시 샤프트에 체결되어 상기 바람에 의한 회전력을 증가시키는 블레이드와, 상기 회전축에 입력축이 연결되어 회전하며 상기 입력축의 회전운동의 속도를 증가시켜 출력축으로 전달하는 증속기와, 상기 출력축에 연결되어 회전운동을 전기에너지로 변환하는 발전기를 포함한다.
또한, 상기 샤프트의 하부에 상기 회전축을 중심으로 원형으로 배치되는 지지부와, 상기 샤프트에 설치되어 상기 지지부 위를 이동하는 구름부재를 포함할 수 있다. 또한, 상기 샤프트는 관절부재에 의해 연결될 수 있다. 바람직하게는 상기 관절부재는 유니버설 조인트일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 동물과 바람을 이용한 발전장치는
동물 또는 바람 중 어느 하나를 이용하거나, 이들을 모두 이용할 수 있도록 구조가 개선된 발전장치를 제공함으로써, 작업성이 향상되고, 사용이 간편해질 뿐만 아니라 발전효율을 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 동물 또는 바람을 이용하여 발전이 이루어지므로, 화석연료의 사용으로 인한 오염문제를 해결할 수 있으며, 친환경 대체에너지의 사용으로 발전비용을 획기적으로 절감할 수 있다. 또한, 본 발명은 풍속의 크기나 발전 용량 등을 고려하여 가변적으로 발전할 수 있는 효과가 있으며, 전력 공급이 곤란한 지역에서 전력의 자급자족을 가능하게 하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 샤프트의 길이를 조절하거나 블레이드의 탈착이 가능하여 발전모드에 따라 부하량을 줄일 수 있어 발전효율을 더욱 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 샤프트의 중간부분에 설치된 구름부재가 지지부 상에서 이동함에 따라 마찰력을 저감시킬 수 있으며, 샤프트의 처짐이나 회전축의 좌굴 현상을 줄일 수 있어 내구성 향상에도 도움이 된다. 또한, 본 발명은 샤프트에 관절부재를 설치함으로써 동물의 크기나 결합위치에 상관없이 연결이 가능하며, 이에 따라 다양한 동물의 이용이 가능하고, 동물들의 예측 불가능한 급작스런 움직임에 의해 발전장치가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 이하의 설명 및 첨부되는 도면들은 본 발명에 대하여 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 이해를 돕기 위한 의도로 예시되고 한정된 것에 불과하므로, 이하의 설명 또는 도면들이 본 발명의 기술적 사상을 한정 해석하도록 이용되어서는 아니 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치를 간략화하여 나타낸 평면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 동물 및 바람을 이용하는 발전장치(10)는, 수직하게 설치되는 회전축(12)을 포함하고, 이 회전축(12)에는 길이방 향으로 연장되는 샤프트(14)의 일단이 체결된다. 이 샤프트(14)는 동물 또는 바람에 의해 회전하며 상기 회전축(12)을 회전시킨다.
그리고, 회전축(12)에는 증속기(20)가 연결되어 설치된다. 증속기(20)는 입력축(22)으로 입력되는 회전운동의 속도를 증가시켜 출력축(24)으로 전달하는 것으로서, 내부에 다수의 기어에 의해 서로 연결되어 각 기어비에 따라 회전운동의 속도를 증가시킬 수 있다.
증속기(20)의 입력축(22)은 회전축(12)과 연결되며, 이 회전축(12)의 회전운동이 입력축(22)으로 전달된 후, 증속기(20)에 의해 출력축(24)의 회전운동 속도를 증가시킨다. 예를 들어, 동물의 힘이 회전운동의 발생원인 경우, 즉 동물이 샤프트(14)의 일단을 견인함으로써 회전축(12)이 회전하는 경우, 그에 따라 증속기(20)의 입력축(22)이 회전하게 되는데, 이 경우 동물에 의한 샤프트(14)의 회전이 저속일수 있으므로 전력의 생성에 요구되는 일정 수준의 속도로 높일 필요가 있다. 이와 같이, 증속기(20)는 전력 생성에 요구되는 일정 수준의 속도로 증속시키기 위한 장치이며, 회전운동의 발생원이 바람인 경우에도 마찬가지이다.
이러한 증속기(20)의 입력축(22)에는 회전축(12) 및 샤프트(14)와의 연결을 위한 장치로 허브(16)가 설치된다. 이 허브(16)는 하부에 증속기(20)의 입력축(22)이 고정 설치되고, 상부에는 회전축(12)이 고정 설치된다. 또한, 허브(16)의 주변부에는 샤프트(14)를 결합하기 위한 돌출부가 형성된다. 바람직하게는 이 돌출부는 샤프트(14)와 동일한 두께로 형성될 수 있고, 돌출부와 샤프트(14)에는 커플링에 의해 일체로 체결된다. 또한, 허브(16)는 샤프트(14)를 직접 끼우거나 관통하여 결합하는 것도 가능하며, 허브(16)의 돌출부 또는 샤프트(14) 중 어느 하나가 다른 하나에 끼워지며 결합되도록 이루어진 것도 가능하다. 더불어, 허브(16)에 결합되는 샤프트(14) 및 돌출부는 그 개수가 한정되지 않으며, 일례로 본 발명에서와 같이 샤프트(14) 및 돌출부가 4개로 이루어질 수 있으며, 성능향상을 위해 그 개수를 다르게 설치할 수도 있다. 또한, 허브(16) 및 이에 결합되는 회전축(12)과 입력축(22)에는 스플라인이 형성되거나, 키이(Key)부재의 결합에 의해 회전 가능하게 연결될 수 있다.
또한, 증속기(20)의 입력축(22)은 지면에 대해 회전 가능하게 설치된다. 바람직하게는 지면에는 베이스(B1)가 설치되고, 증속기(20)의 입력축(22)은 베이스(B1)의 상부로 설치되는 서포터의 단부에 회전 가능하게 지지된다. 이때, 증속기(20)의 입력축(22)과 서포터 사이에는 베어링을 갖는 (도시되지 않은) 연결부재가 마련될 수 있으며, 이에 따라 증속기(20)의 입력축(22)이 더욱 원활하게 회전될 수 있다.
증속기(20)의 출력축(24)에는 발전기(30)의 발전축(32)이 연결된다. 발전기(30)는 증속기(20)의 출력축(24)이 회전함에 따라 발생하는 발전축(32)의 회전운동을 전기에너지로 변환하여 전기를 발생시킨다.
발전기(30)의 발전축(32)은 증속기(20)의 출력축(24)과 직렬로 연결될 수 있으며, 벨트(28)나 체인과 같은 연결부재로 병렬 연결될 수 있다. 이를 위해 발전기(30)의 회전축(12)과 증속기(20)의 출력축(24)에는 각각 풀리(26, 34) 또는 스프라켓이 설치될 수 있고, 벨트(28) 또는 체인에 의해 회전력을 전달할 수 있도록 이루어진다.
또한, 발전기(30)는 공지의 다양한 발전기들일 수 있다. 또한, 발전기(30)는 도시되지 않은 축전기를 더 포함할 수 있으며, 생산된 잉여의 전기를 축전지에 저장할 수 있고, 전력선 등을 통해 사용자에게 직접 공급될 수도 있다.
한편, 샤프트(14)는 단부에 동물을 연결하기 위한 (도시되지 않은) 걸이부재가 마련될 수 있다. 또한, 샤프트(14)는 길이의 연장이 더 가능하며, 이에 따라 동물의 운동능력을 고려하여 샤프트(14)의 길이를 더 길게 하거나 짧게 하는 것도 가능하다. 이를 위해 샤프트(14)는 복수개로 이루어질 수 있고, 각 끝단에 커플링부재를 연결하여 샤프트(14)를 길게 연장할 수 있다. 더불어, 샤프트(14)가 바람에 의해 회전할 경우, 연장된 샤프트(14)를 분리할 수 있으며, 이에 따라 샤프트(14)의 회전시 발생하는 부하량을 줄일 수 있다.
더욱 바람직하게는 샤프트(14)는 관절부재에 의해 연결될 수 있다. 이 관절부재는 샤프트(14)에 설치되는 동물의 크기 또는 연결 위치에 따라 샤프트(14)가 상, 하로 경사지게 연결될 수 있도록 이루어진다. 바람직하게는 관절부재는 유니버설 조인트(universal joint)(16)로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 샤프트(14)로 회전운동을 안정적으로 전달할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전장치를 간략화하여 나타낸 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 발전장치에 상응하는 측면도의 일예이다.
도 2와 도 3을 참고하면, 지면에는 베이스(B2, B3)들이 고정 설치되고, 이 베이스(B2, B3)들에는 서포터(42a, 42b)들이 설치된다. 그리고, 서포터(42a, 42b) 들의 상부에는 플레이트(40)가 설치된다.
이 플레이트(40)의 상부에는 샤프트(14)의 하부에 마련되며 회전축(12)을 중심으로 원형으로 설치된 지지부(44)가 설치된다. 그리고, 샤프트(14)의 하부에는 이 지지부(44)의 상부면과 접하도록 구름부(18)가 설치된다. 이 구름부(18)는 지지부(44)의 상부면을 따라 이동하며, 이에 따라 샤프트(14)의 중간부를 지지하여 샤프트(14)의 처짐을 방지할 수 있다. 또한, 샤프트(14)가 지지부(44) 및 구름부(18)에 의해 지지되는 구조로 인해 샤프트(14) 및 회전축(12)의 좌골(흔들림)을 방지할 수 회전부하를 경감시킬 수 있다.
이 구름부(18)는 롤러, 휠 또는 볼 캐스터 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 구름부(18)가 롤러와 같은 회전부재로 이루어질 경우, 지지부(44)의 상부에 레일을 설치하여 마찰저항을 더욱 최소화시키는 것도 가능하다.
이러한 발전장치(10)는 동물의 힘에 의해 샤프트(14)가 회전하게 되며, 이러한 회전력에 의해 회전축(12) 및 이와 연결된 증속기(20)를 통해 발전기(30)로 전달되어 전기를 발생한다. 이때, 샤프트(14)를 회전시키기 위한 동물은 소, 말 등일 수 있으나, 특별히 이러한 동물로 한정되지 않는다.
본 발명은 동물 및 바람, 즉 회전력의 발생원으로서 동물의 힘 및 풍력 중 어느 하나만을 사용할 수도 있고, 경우에 따라서는 두 가지를 모두 회전력 발생원으로 사용할 수도 있다.
즉, 본 발명은 동물의 힘 외에도 바람에 의해 발전하는 것이 가능하며, 이를 위해 샤프트(14)에 바람에 대한 저항력을 증가시킴으로 회전력을 증가시키는 블레 이드가 체결될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 발전장치에 블레이드(50)가 설치된 측면도의 일예이다. 도 4에서와 같이, 회전축(12)에는 블레이드(50)의 상부를 지지하기 위한 블레이드 지지부(52)가 더 설치될 수 있다. 블레이드(50)는 하부는 샤프트(14)에 고정되고, 상부는 블레이드 지지부(52)에 의해 지지된다.
블레이드(50)의 상부 지지구조에 대해 살펴보면, 회전축(12)에는 블레이드 허브(56)가 결합된다. 블레이드 허브(56)에는 각각의 블레이드(50)와 연결되는 스포크(54)가 설치된다. 이 블레이드 허브(56) 및 스포크(54)는 회전축(12)에 결합되는 허브(16) 및 샤프트(14)의 구조와 유사하게 이루어지며, 블레이드(50)를 안정적으로 지지한다.
또한, 블레이드(50)의 구조는 공지된 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 한정되지 않으며, 바람에 대한 저항력을 증가시켜 샤프트(14)를 회전시키기 위한 다양한 형태로 변형될 수 있다. 일례로, 본 발명의 실시예에서 블레이드(50)는 곡선형 터빈 구조로 이루어지며, 각각의 블레이드(50)에는 외측홈(50a)이 형성될 수 있다. 이러한 외측홈(50a)은 각각에 상응하는 내측홈(미도시)과 함께 바람에 따른 공기의 흐름을 형성하여 블레이드(50)의 회전력을 증가시킬 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 발전장치(10)는 바람이 강한 지역에서는 풍력에만 의존할 수도 있고, 바람이 거의 없는 지역에서는 동물의 힘만을 이용할 수도 있으며, 적절한 세기의 바람이 존재하는 경우에는 풍력 및 동물의 힘 모두를 이용할 수도 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치(10)는, 샤프트(14)의 일단을 동물이 견임함으로써 회전축(12)을 회전시키는 제1 동작 모드, 블레이드(50)의 회전에 따라 회전축(12)이 회전하게 되는 제2 동작 모드, 및 동물의 견인과 블레이드(50) 둘 모두에 의해 회전축(12)이 회전하는 제3 동작 모드를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 개선된 발전 장치를 제공함으로써, 동물을 이용하는 경우와 바람을 이용하거나 동물과 바람을 모두 이용하는 발전이 가능하며, 필요에 따라 블레이드(50)를 분리하거나, 샤프트(14)의 길이를 줄여 발전시 발생하는 부하를 줄일 수 있으며, 이에 따라 발전효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 샤프트(14) 및 블레이드(50)의 연결구조가 간단하며, 이들이 하나의 유닛으로 설치되어 풍속의 크기나 발전 용량 등을 고려하여 개수를 조절할 수 있으며, 이에 따라 가변적으로 발전할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 각 샤프트(14) 및 블레이드(50)의 회전력이 하나의 증속기(20) 및 발전기(30)로 입력되므로, 유지 및 관리가 수월하며, 발전장치(10)의 크기나 발전 용량 등에 따라 증속기(20)와 발전기(30)의 용량을 쉽게 증감시킬 수 있다.
더불어, 본 발명에서, 증속기는 입력축이 별도로 이루어져 허브에 의해 회전축과 연결되는 것으로 설명하고 있으나, 회전축이 증속기의 입력측 기어부에 직접 연결되어 입력축의 기능을 수행하는 것도 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치를 간략화하여 나타낸 평면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전장치를 간략화하여 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 발전장치에 상응하는 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 발전장치에 블레이드가 설치된 측면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 발전장치 12 : 회전축
14 : 샤프트 16 : 허브
20 : 증속기 22 : 입력축
24 : 출력축 30 : 발전기
32 : 발전축 40 : 플레이트
42a, 42b : 서포터 44 : 지지부
46 : 구름부 50 : 블레이드

Claims (5)

  1. 동물과 바람을 선택적으로 이용하는 발전장치로서,
    일단이 회전축에 체결된 채 길이방향으로 연장되어, 타단이 동물과 연결될 수 있도록 한 샤프트와;
    하부가 상기 샤프트에 체결되고 상부는 상기 회전축의 상부에 마련된 상부 지지구조에 의해 상부가 지지되어, 바람에 의한 회전력을 증가시키는 블레이드와,
    상기 회전축에 입력축이 연결되어 회전하며, 상기 입력축의 회전운동의 속도를 증가시켜 출력축으로 전달하는 증속기와,
    상기 출력축에 연결되어 회전운동을 전기에너지를 변환하는 발전기와,
    상기 샤프트의 하부 측에 배치되는 지지부와,
    상기 샤프트의 하부에 설치되어 상기 지지부 위를 이동하는 구름부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동물 또는 바람을 이용한 발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지부는 상기 회전축을 중심으로 원형으로 상기 샤프트의 하부에 배치되고,
    상기 상부 지지 구조는 상기 회전축에 결합되는 블레이드 허브와 상기 블레이드 허부에 설치되어 블레이드와 연결되는 스포크를 포함하는 것을 특징으로 하는 동물 또는 바람을 이용하는 발전장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 샤프트의 타단에는 관절부재가 설치된 것을 특징으로 하는 동물 또는 바람을 이용한 발전장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 관절부재는 유니버설 조인트인 것을 특징으로 하는 동물 또는 바람을 이용한 발전장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 샤프트는, 상기 지지부의 끝단을 지나 더 연장되고, 커플링 부재에 의해 길이 연장이 가능한 것을 특징으로 하는 동물 또는 바람을 이용하는 발전장치.
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