KR100960695B1 - 동물과 바람을 이용하는 발전장치 및 발전방법 - Google Patents

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Abstract

동물과 바람을 이용하는 발전장치 및 발전방법이 개시된다. 그러한 발전장치는, 회전운동 에너지를 전달하기 위한 구동연결부, 구동연결부에 연결되어 회전운동의 속도를 높이는 증속부, 증속부의 출력에 의존하여 회전운동 에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전부, 발전부에 연결되며, 축의 방향을 바꾸기 위한 조인트부, 제1 샤프트부, 제1 샤프트부에 체결되고 제1 샤프트부와 조인트부 간을 연결하는 제2 샤프트부, 및 제1 샤프트부를 회전운동 가능하도록 지지하는 제1 지지부를 포함하며, 제1 샤프트부와 제2 샤프트부 간의 체결은 제1 체결상태 및 제2 체결상태를 갖는다. 그리하여, 본 발명은 동물과 바람을 이용하는 발전장치 및 발전방법을 제공함으로써, 송전탑을 이용하여 전력 공급이 용이하지 않은 지역에서 전력을 자급자족할 수 있게 되어, 고가의 송전탑을 설치함으로 인한 비용을 대폭 줄일 수 있다.
동물, 바람, 발전, 증속, 풍차

Description

동물과 바람을 이용하는 발전장치 및 발전방법{APPARATUS FOR GENERATING ELECTRICITY USING ANIMAL AND WIND AND METHOD THEREOF}
본 발명은 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동물과 바람을 이용하여 발전기를 구동시키고 이를 통해 농가에서 난방, 조명 및 가전제품 등을 사용하기 위해 요구되는 전력을 얻거나, 전력 공급이 곤란한 지역에서 자체적으로 전력을 생산하여 활용할 수 있도록 하는 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 발전장치는 회전축의 운동에너지를 전기에너지로 전환하는 장치로서 전력을 생산하기 위하여 광범위하게 활용되고 있으며, 회전축을 돌리기 위한 수단으로는 물, 바람, 불, 원자력 등이 이용되고 있다.
이러한 발전장치를 이용하여 생산된 전력은 송전탑 등을 통하여 공장이나 사무실 또는 가정으로 공급되는 데, 섬, 깊은 산속, 사막, 초원 등의 오지까지 전력을 공급하기 위해서 고가의 송전탑 등을 설치하는 데는 한계가 있었다.
또한, 전력 공급이 곤란한 지역에서 전력의 자급자족을 위해 때때로 태양열을 이용한 발전장치가 이용되기도 하였으나 그 설치비용에 비해 얻어지는 전력이 매우 미약하다는 문제점이 있었다.
본 발명은 전력 공급이 곤란한 지역에서 전력의 자급자족을 가능하게 하도록 하기 위해 동물과 바람을 이용하는 발전장치 및 발전방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 발전장치는, 동물의 힘과 풍력을 교대로 이용하여 회전운동을 발생시키는 회전축 구동부; 상기 회전축 구동부에 연결되어 회전운동의 속도를 높이는 증속부; 및 상기 증속부의 출력에 의존하여 회전운동에 따른 에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전부를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 양상에 따라, 회전력 발생원에 의한 회전운동 에너지를 전기에너지로 변환하는 발전장치는, 상기 회전운동 에너지를 전달하기 위한 구동연결부; 상기 구동연결부에 연결되어 회전운동의 속도를 높이는 증속부; 상기 증속부의 출력에 의존하여 상기 회전운동 에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전부; 상기 발전부에 연결되며, 축의 방향을 바꾸기 위한 조인트부; 제1 샤프트부; 상기 제1 샤프트부에 체결되고 상기 제1 샤프트부와 상기 조인트부 간을 연결하는 제2 샤프트부; 및 상기 제1 샤프트부를 회전운동 가능하도록 지지하는 제1 지지부를 포함하며, 상기 제1 샤프트부와 상기 제2 샤프트부와의 체결은 제1 체결상태 및 제2 체결상태를 갖는다.
여기서, 상기 제1 체결상태는 상기 회전력 발생원이 동물의 힘인 경우로서, 상기 제1 샤프트부와 상기 제2 샤프트부가 평행하도록 체결되며, 상기 구동연결부에 바퀴부가 더 연결된다.
또한, 상기 제2 체결상태는 상기 회전력 발생원이 풍력인 경우로서, 상기 제1 샤프트부와 상기 제2 샤프트부가 교차하도록 체결되며, 상기 구동연결부에 풍차부가 더 연결된다. 나아가, 상기 제2 샤프트부를 고정하기 위한 제2 지지부를 더 포함할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따라, 축전하거나 전력선을 이용하여 수요자에게 제공하기 위한 전기에너지를 발전하는 방법은, 동물의 힘과 풍력을 교대로 이용하여 회전운동을 발생시키는 단계; 및 상기 회전운동에 따른 에너지를 전기에너지로 변환시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 동물과 바람을 이용하는 발전장치 및 발전방법을 제공함으로써, 송전탑을 이용하여 전력 공급이 용이하지 않은 지역에서 전력을 자급자족할 수 있게되어, 고가의 송전탑을 설치함으로 인한 비용을 대폭 줄일 수 있는 효과를 갖는다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들이 상세히 설명된다. 이하의 설명들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지 는 자에게 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 의도 이외에는 다른 의도없이 예를 들어 도시되고 한정된 것에 불과하므로, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 사용되어서는 아니될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면, 발전장치는 동물과 바람을 이용하여 회전운동을 발생시키는 회전축 구동부(12), 회전축 구동부(12)에 연결되어 회전운동의 속도를 높이는 증속부(13), 증속부(13)의 출력에 의존하여 회전운동에 따른 에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전부(14)를 포함한다.
회전축 구동부(12)는 회전력 발생원인 동물과 바람, 다시 말해 동물의 힘(11a)과 풍력(11b)을 이용하여 회전운동을 발생시켜 회전축을 구동시킨다. 회전축 구동부(12) 이후의 도면들에 도시된 바와 같이 회전부(풍차부 또는 바퀴부)와 구동 연결부를 포함하는 부분이다. 회전축은 구체적으로 도시되지는 않았으나, 회전축 구동부(12)와 증속부(13)를 연결하는 축이다. 회전력 발생원 중의 하나인 동물은 말, 소 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 동물의 힘(11a)은 구체적으로는 동물이 걷거나 달리는 동작으로 인해 발생되는 물체를 미는 힘 또는 물체를 당기는 힘일 수 있다.
동물의 힘(11a)과 풍력(11b)은 교대로 이용될 수 있다. 예를 들어, 낮에는 바람이 거의 없고 밤에는 바람이 많은 특성이 있는 지역인 경우, 바람이 거의 없는 낮에는 동물의 힘(11a)을 이용하고 바람이 많은 밤에는 풍력을 이용하여 전력을 생성할 수 있다.
증속부(13)는 회전운동의 속도를 높이기 위한 부분으로서, 예를 들면, 동물의 힘(11a)이 발생원인 경우, 동물에 의한 회전축의 회전이 저속일 수 있으므로 전력 생성에 요구되는 일정 수준의 속도로 증속시키기 위한 부분이다. 발생원이 바람인 경우에도 마찬가지이다.
발전부(14)는 증속부(13)의 출력에 따라 회전운동에 따른 에너지를 전기 에너지로 변환시키며, 이러한 발전부(14)는 공지의 다양한 발전기들을 포함할 수 있다.
발전부(14)로부터 생성된 전력은 축전부(15)를 통해 축전될 수도 있고, 전력선(16)을 통해 수요자(17)에게 제공될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치는 동물의 힘(11a)과 풍력(11b)을 교대로 이용하여 전력을 생성함으로써, 전력 공급이 용이하지 않은 지역에서도 자체적으로 전력을 생성하여 사용할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치는 제1 지지부(20, S20, S21, 24, 22c), 제1 샤프트부(S1), 제2 샤프트부(S2, S3), 조인트부(25), 발전부(14), 증속부(13) 및 구동연결부(26)를 포함한다. 발전부(14)와 증속부(13)는 도 1에서와 동일하므로 도 1에서의 참조부호를 그대로 따랐다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치는 제2 지지부(21, 22d, 23)를 더 포함할 수 있다. 참조부호 G는 지면을 나타낸다.
제1 지지부(20, S20, S21, 24, 22c)는 제1 샤프트부(S1)를 회전운동 가능하 도록 지지한다. 제1 지지부(20, S20, S21, 24, 22c)는 제1 매설부(20), 제1 베이스부(S20), 제1 폴대(S21), 제1 체결구(22c) 및 축받이부(24)를 포함한다.
즉, 제1 베이스부(S20)와 일단이 연결된 제1 폴대(S20)는 제1 샤프트부(S21)에 삽입되고, 제1 폴대(S20)의 타단에는 제1 샤프트부(S21)의 삽입 후에 제1 체결구(22c)가 체결됨으로써 제1 지지부(20, S20, S21, 24, 22c)와 제1 샤프트부(S1) 간의 연결이 완료된다. 여기서, 제1 베이스부(S20)와 제1 폴대(S21)는 일체형으로 형성될 수도 있다. 또한, 축받이부(24)는 도 2에 예시된 바와 같이 볼베어링(ball bearing)을 포함하는 구조일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 제1 샤프트부(S1)를 지지하면서 회전운동할 수 있게 하는 구조라면 어떠한 구조라도 무방하다.
제1 샤프트부(S1)는 제2 샤프트부(S2, S3)의 일부(S2)를 체결구들(22a, 22b) 또는 체결구(22b)를 통해 지지하기 위한 부분이고, 제2 샤프트부(S2, S3)는 제1 샤프트부(S1)와 조인트부(25) 간을 연결하기 위한 부분이다.
제2 샤프트부(S2, S3)는 제1 샤프트부(S1)와의 체결시 두 가지 상태로 체결될 수 있다. 즉, 제1 체결상태는 제1 샤프트부(S1)와 제2 샤프트부(S2, S3)가 제2 체결구(22a) 및 제3 체결구(22b)에 의해 체결된 상태이고, 제2 체결상태는 제1 샤프트부(S1)와 제2 샤프트부(S2, S3)가 단지 제3 체결구(22b) 만에 의해 체결된 상태이다. 즉, 제2 샤프트부(S2, S3)가 화살표(A1 및 A2)를 따라 회전하기 전에 체결된 상태가 제1 체결상태이고, 화살표(A1 및 A2)를 따라 회전한 이후에 체결된 상태가 제2 체결상태이다. 제1 체결상태 및 제2 체결상태는 각각 도 3 및 도 4에 상세히 나타나 있으므로, 이후에 도 3 및 도 4를 참조하여 각각을 상세히 설명하도록 한다.
조인트부(25)는 발전부(14)에 연결되며, 축의 방향을 바꿀 필요성이 있는 경우 축의 방향을 바꾸는 역할을 한다. 조인트부(25)로는 유니버셜조인트(universal joing)가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
발전부(14)는 증속부(13)의 출력에 따라 회전력 발생원에 의한 회전운동 에너지를 전기에너지로 변환시키는 부분이고, 증속부(13)는 구동연결부(26)에 연결되어 회전운동의 속도를 높이는 부분으로서, 이에 관하여는 앞서 도 1을 참조하여 설명되었다. 회전력 발생원은 동물과 바람이다.
구동연결부(26)는 회전운동 에너지를 회전축을 통해 증속부(13)로 전달하기 위한 부분으로서, 제1 샤프트부(S1)와 제2 샤프트부(S2, S3)의 두 가지 체결 상태인 제1 체결상태와 제2 체결상태 각각에 따라 상이한 회전부가 체결될 수 있다. 만약, 제1 체결상태인 경우에는 회전력 발생원으로 동물을 이용하므로, 회전부로서 바퀴부가 연결될 수 있고, 제2 체결상태인 경우에는 회전력 발생원으로 바람을 이용하므로, 회전부로서 풍차부가 연결될 수 있다.
제2 지지부(21, 22d, 23)는 제1 샤프트부(S1)와 제2 샤프트부(S2, S3)의 체결 상태가 제2 체결상태인 경우, 제4 체결구(22d)를 통해 제2 베이스부(23)와 체결함으로써 제1 샤프트부(S1)와 함께 제2 샤프트부(S2, S3)를 지지하는 역할을 한다. 제2 지지부(21, 22d, 23)는 제2 매설부(21), 제4 체결구(22d) 및 제2 베이스부(23)를 포함한다.
이하에서는, 도 3 및 도 4를 차례대로 참조하여 상기 제1 체결상태와 제2 체 결상태에 대해 상세하게 살펴본다.
도 3은 도 2에서 제1 샤프트부(S1)와 제2 샤프트부(S3)의 제1 체결상태를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 제1 샤프트부(S1)와 제2 샤프트부(S3)가 제2 체결구(22a) 및 제3 체결구(22b)에 의해 체결되어 있고(제2 샤프트부 중 체결구들(22a, 22b)에 의해 체결되는 부분인 S2는 별도로 나타내지 않았으며, 여기서는, 설명의 편의상 제2 샤프트부를 도 2에서의 S2 및 S3을 모두 포함하는 것으로 봄), 동물(28)이 제3 샤프트부(S22)를 통해 제2 샤프트부(S3)와 연결되어 있다. 제2 샤프트부(S3)와 제3 샤프트부(S22) 간은 제5 체결구(22e)에 의해 체결된다.
동물(28)이 지면(G)을 따라 바퀴부(27)를 회전시키게 되면, 증속부(13)는 전력 생성에 적절한 속도로 증속시키고, 그에 따라 발전부(14)는 회전운동 에너지를 전기에너지로 변환하게 된다. 여기서, 제1 지지부(20, S20, S21, 24, 22c)는 바퀴부(27)의 회전운동 축 역할을 하게 된다. 동물(28)은 말, 소 등일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
도 4는 도 2에서 제1 샤프트부(S1)와 제2 샤프트부(S2, S3)의 제2 체결상태를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 풍차부(29)가 구동연결부(26)에 연결된 상태로서, 제2 지지부(21, 22d, 23)에 제2 샤프트부(S2)가 체결되고, 제1 샤프트부(S1)와 제2 지지부(S21, 22d, 23)에 의해 제2 샤프트부(S2, S3)가 지지된다.
도 3의 경우와 마찬가지로, 바람이 부는 경우, 풍차의 회전에 따라 증속부(13)는 전력 생성에 적절한 속도로 증속시키고, 그에 따라 발전부(14)는 회전운동 에너지를 전기에너지로 변환하게 된다.
여기서, 풍차는 수직형 풍차일 수도 있고, 수평형 풍차일 수도 있다. 풍차가 수평형이냐 수직형이냐에 따라서, 조인트부(25)는 축의 방향을 변환할 수 있다. 즉, 수직형 풍차인 경우에는 참조부호 40에 도시된 바와 같이 조인트부(25) 상부의 축과 제2 샤프트부(S3)가 평행을 이루는 구조일 수 있고, 수평형 풍차인 경우에는 참조부호 42에 도시된 바와 같이 조인트부(25) 이후의 축과 제2 샤프트부(S3)가 수직을 이루는 형태일 수 있다.
제1 체결상태(도 3)에서 제2 체결상태로 전환하는 경우, 제2 체결구(22a)를 해체하고, 제2 샤프트부(S2, S3)을 제3 체결구(22b)를 축으로 하여 회전시킨 후, 제2 샤프트부(S2)가 제2 지지부의 제2 베이스부(23)에 제4 체결구(22d)에 의해 체결되도록 함으로써, 제3 체결구(22b)에 의해 체결된 제1 샤프트부(S1)와 함께 제2 샤프트부(S3)가 지지되도록 한다.
나아가, 지면에 대체로 수직 배치되는 형태이므로, 강풍이나 악천후에 대비하여 지지력을 강화하기 위해 별도의 지지가이드(미도시)가 풍차와 지면 간 또는 제2 샤프트부(S3)와 지면 간에 적절한 각을 이루도록 배치될 수도 있다.
그리하여, 본 발명에 따른 발전장치는 바람이 없는 시간이나 장소에서는 도 3에서와 같이 동물의 힘을 이용하여 발전시키고, 바람이 있는 시간이나 장소에서는 풍력을 이용하여 발전시킴으로써, 전력 공급이 용이하지 않은 지역에서 자체적으로 전력을 생산할 수 있게 된다.
더 나아가, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 지지부(20, S20, S21, 24, 22c)에 의해 축운동을 하는 것이 아니라, 직진 운동을 하는 경우도 고려해 볼 수 있다.
도 5는 제1 샤프트부(S1)와 제2 샤프트부(S3)간을 해체한 상태에서의 발전을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 도 3에서 제2 체결구(22a)와 제3 체결구(22b)를 해체한 상태가 도시되어 있다. 이 경우, 동물(28)은 축운동이 아닌 임의의 직진성 운동을 함으로써 바퀴부(27)를 회전시킴으로써 발전부(14)의 발전을 도모할 수 있다. 동물(28)의 운동 및 바퀴부(27)의 회전운동을 보다 쉽게 하기 위해 조인트부(25)가 연결되지 않은 제2 샤프트부(S3)의 일단에 바퀴부(27)와 크기가 같은 보조 바퀴(미도시)를 추가로 연결하거나, 제5 체결구(22e)의 우측(도면상의)과 좌측이 무게가 유사하도록 할 수 있다. 또한, 제5 체결구(22e)의 좌우측이 대칭이 되도록 양측에 바퀴부(27), 구동연결부(26), 증속부(13), 발전부(14) 및 조인트부(25)가 쌍으로 구비될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라 축전하거나 전력선을 이용하여 수요자에게 제공하기 위한 전기에너지를 발전하는 발전방법은, 동물의 힘과 풍력을 교대로 이용하여 회전운동을 발생시키는 단계, 및 회전운동에 따른 에너지를 전기에너지로 변환시키는 단계를 포함한다. 상기 발전방법에 관하여는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된 발전장치와 실질적으로 동일한 구성요소로서 구현할 수 있으며, 이에 관하여는 이미 발전장치에서 충분히 설명되었으므로, 중복 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 동물과 바람을 이용하는 발전장치 및 방법은 전력 공급이 용이하지 않은 지역에서 자체적으로 전력을 생성할 수 있으며, 고가의 송전탑 설치 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 친환경적 발전장치로서, 차세대 에너지 공급원으로서 유용할 것으로 기대된다.
본 발명에 따른 동물과 바람을 이용하는 발전장치 및 발전방법은 상기 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 설계되고, 응용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게는 자명하다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치를 개략적으로 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 도 2에서 제1 샤프트부와 제2 샤프트부의 제1 체결상태를 나타내는 도면,
도 4는 도 2에서 제1 샤프트부와 제2 샤프트부의 제2 체결상태를 나타내는 도면, 그리고
도 5는 제1 샤프트부와 제2 샤프트부간을 해체한 상태에서의 발전을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
12 : 회전축 구동부 13 : 증속부
14 : 발전부 15 : 축전부
16 : 전력선 17 : 수요자
20 : 제1 매설부 21 : 제2 매설부
S20 : 제1 베이스부 S21 : 제1 폴대
24 : 축받이부 22a ~ 22e : 체결구
S1 : 제1 샤프트부 S2, S3 : 제2 샤프트부
23 : 제2 베이스부 25 : 조인트부
26 : 구동연결부 27 : 바퀴부
28 : 동물 S22 : 제3 샤프트부
29 : 풍차부

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 회전력 발생원에 의한 회전운동 에너지를 전기에너지로 변환하는 발전장치에 있어서:
    상기 회전운동 에너지를 전달하기 위한 구동연결부;
    상기 구동연결부에 연결되어 회전운동의 속도를 높이는 증속부;
    상기 증속부의 출력에 의존하여 상기 회전운동 에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전부;
    상기 발전부에 연결되며, 축의 방향을 바꾸기 위한 조인트부;
    제1 샤프트부;
    상기 제1 샤프트부에 체결되고 상기 제1 샤프트부와 상기 조인트부 간을 연결하는 제2 샤프트부; 및
    상기 제1 샤프트부를 회전운동 가능하도록 지지하는 제1 지지부를 포함하며,
    상기 제1 샤프트부와 상기 제2 샤프트부와의 체결은 제1 체결상태 및 제2 체결상태를 갖는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 체결상태는 상기 회전력 발생원이 동물의 힘인 경우로서, 상기 제1 샤프트부와 상기 제2 샤프트부가 평행하도록 체결되며, 상기 구동연결부에 바퀴부가 더 연결되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 체결상태는 상기 회전력 발생원이 풍력인 경우로서, 상기 제1 샤프트부와 상기 제2 샤프트부가 교차하도록 체결되며, 상기 구동연결부에 풍차부가 더 연결되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 샤프트부를 고정하기 위한 제2 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  6. 삭제
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