KR101029470B1

KR101029470B1 - 풍력을 이용한 공기압축식 음향공명 발전 시스템

Info

Publication number: KR101029470B1
Application number: KR1020090039182A
Authority: KR
Inventors: 지인호
Original assignee: 태창엔이티 주식회사
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2009-05-06
Publication date: 2011-04-18
Also published as: KR20100120393A

Abstract

본 발명은 풍력을 이용한 공기압축식 음향공명 발전 시스템에 관한 것으로서, 기존의 풍력 발전기는 저 풍속일때 토오크가 낮아서 발전기를 구동시키기 어렵고 연중 풍속이 낮은 지역에서는 설비비용 대비 생산성이 떨어지는 단점이 있다. 이에 따라 본 발명은 바람에 의해 회전 가능하게 설치되는 날개장치와, 상기 날개장치의 회전력에 의해 공기를 압축하는 공기압축기와, 압축된 공기를 저장하기 위한 에어탱크와, 압축공기를 공급받아 소리로 변환하는 에어휘슬장치와, 상기 에어휘슬장치의 소리를 공명통을 통해 공명시키는 공명장치와, 공명된 소리에서 발생하는 에너지를 받아 진동이 발생되어, 진동판에 고정된 코일이 자석 사이를 왕복 운동하면서 전기를 생산하는 음향공명발전기를 포함하여 구성함으로써, 풍력에 의해 공기를 압축하기만 하면 되므로 저풍속에서도 전기를 지속적으로 생산할 수 있게 된다.

풍력, 음향, 발전, 공명, 저풍속

Description

풍력을 이용한 공기압축식 음향공명 발전 시스템{RESONANCE SOUND WAVE GENERATOR USING WIND POWER}

본 발명은 풍력을 이용한 공기 압축식 음향공명 발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍력에 의해 공기를 압축시키고 압축공기를 소리로 변환시켜 소리를 음파 공명발전기를 통해 전기에너지로 변환시키도록 한 풍력을 이용한 공기압축식 음향공명 발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 풍력을 이용한 발전시스템은, 바람을 받아 날개가 회전하는 동력으로 발전기를 회전시키고, 발전기에서 생산되는 전력 에너지를 사용하는 방식이다.

그런데, 발전기를 회전시켜 전력을 생산하기 위하여는 풍력 발전 시스템의 날개가 어느 정도 이상의 힘을 가지고 회전하여야 하기 때문에 풍속이 일정 풍속(예; 4m/sec) 이상이 되어야 발전이 가능하다. 그 이하의 풍속은 발전기 회전하여 전력을 생산할 때 발생하는 토오크 때문에 날개가 회전하지 않는다.

특수한 지역을 제외하고 바람은 일정풍속(예; 4m/sec) 이상의 풍속인 경우보 다는 일정풍속(예; 4m/sec) 이하의 저 풍속일 경우가 더 많다.

따라서 기존의 풍력 발전기는 발전기를 회전시킬 수 있는 토오크 이상의 토오크를 얻을 수 있는 풍속 즉, 날개를 회전시킬 수 있는 일정 풍속(예; 4m/sec) 이하의 풍속에서는 날개가 회전되지 못하기 때문에 전력을 생산하지 못하게 된다.

본 발명은 저 풍속에서도 전력 에너지를 생산할 수 있도록 한 풍력을 이용한 공기압축식 음향공명 발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 풍력에 의해 공기를 압축하고, 압축 공기를 소리로 변환하며, 소리를 전기 에너지로 변환시키도록 함으로써 효율적으로 풍력을 이용할 수 있도록 한 풍력을 이용한 공기압축식 음향공명 발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 풍력을 이용한 공기압축식 음향공명 발전 시스템은,

바람에 의해 회전 가능하게 설치되는 날개장치와;

상기 날개장치의 회전력에 의해 공기를 압축하는 공기압축기와;

상기 공기 압축기에 의해 압축된 공기를 저장하기 위한 에어탱크와;

상기 에어탱크의 압축공기를 공급받아 소리로 변환하는 에어휘슬장치와;

상기 에어휘슬장치의 소리를 공명통을 통해 공명시키는 공명장치와;

상기 공명장치의 공명통에서 공명된 소리에서 발생하는 에너지를 받아 진동을 발생하여 진동판에 고정된 코일이 자석 사이에서 진동하며 발전하는 음향공명발전기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 외부의 풍속을 검출하는 풍속계와; 상기 풍속계에서 검출된 풍속이 미리 설정된 한계풍속 이상일 때 상기 압축기의 작동을 정지시키는 브레이크장치를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한 상기 날개 장치와 상기 공기 압축기 사이에는 날개장치의 회전력을 안정적으로 공기 압축기에 전달하기 위한 플라이휠이 더 설치되어 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 에어탱크는, 공기압축기에 근접 설치되어 공기를 압축 저장하는 제1에어탱크와, 상기 제1에어탱크와는 원거리에 설치되어 에어호스를 통해서 압축공기를 저장하는 제2에어탱크로 구성되고, 상기 제2에어탱크에는 에어탱크 내의 압력을 검출하여 미리 설정된 압력 이상이 될 때에는 압축공기의 일부를 바이패스시키는 압력콘트롤러 및 바이패스 밸브가 더 설치되어 구성됨을 특징으로 한다.

상기 에어휘슬장치,

상기 에어탱크로부터 압축된 공기를 유입받아 에어 휘슬장치 브라켓의 내부에서 다수의 압축공기 배출 포인트로 분기시키는 분배관과, 상기 분배관의 정면에 설치되어 분배관의 압축공기 배출 포인트에 대응해서 각각 관통홀이 형성된 휘슬 고정판과, 상기 휘슬 고정판의 관통홀에 각각 결합 고정설치되어 관통홀을 통해 유입된 압축공기를 통과시키면서 소리를 발생하는 복수의 에어휘슬과, 상기 에어휘슬 브라켓에 설치되어 소음을 감쇄시키면서 공기를 배기시키는 복수의 소음기와, 상기 에어 휘슬브라켓의 에어휘슬에서 발생되는 소리를 공명장치로 전달하는 통로를 형성하는 공명 연결부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 에어휘슬은 상기 휘슬 고정판의 관통홀에 삽입 고정되고 중심을 관통하는 에어홀이 형성되는 휘슬 입구부와, 휘슬 입구부의 후단에 연결되고 내부 공간이 형성되는 휘슬 공명부와, 상기 휘슬 입구부와 상기 휘슬 공명부의 사이에 일측 방향으로 외측으로 가면서 개구부가 확대되는 형태로 이루어져 공기가 배출되면서 소리가 발생되게 하는 휘슬 홀이 형성되어 구성되며, 상기 휘슬 공명부는 길이 조절수단이 더 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.

상기 음향공명발전기는,

중심부에 원형의 내측코아가 형성되고, 내측코아와 일정한 간격의 홈이 형성된 외측코아가 일체형으로 형성된 코아와; 자석의 극성이 교대되게 적층되어 상기 외측코아의 내측면에 설치되는 복수개의 외측 영구자석과; 자석의 극성이 교대되게 적층되어 상기 내측코아의 외측면에 설치되는 복수개의 내측 영구자석과; 상기 코아의 단부와 소정간격 이격되게 설치되고 상기 공명장치의 공명통으로부터 전달되는 음파에 의해 진동되게 설치되는 진동판과; 상기 진동판의 배면에 돌출되게 형성되어 상기 내측 영구자석과 외측 영구자석 사이로 삽입되는 원통형 플랜지와, 상기 원통형 플랜지에 적층되는 복수층으로 코일을 감아 코일에 유기되는 전기를 외부로 출력하는 코일부와; 상기 진동판의 외측 단부에 일정간격으로 고정설치되어 상기 진동판의 진동에 대한 복원력을 제공하기 위한 복수개의 진동스프링을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한 상기 코일부의 출력은 전력 안정화를 시켜 적정한 출력 전압으로 출력하는 전력 출력장치를 통해서 생산된 전기를 출력하도록 구성된다.

이와 같이 본 발명은, 풍력에 의해 회전되는 날개에서 발생하는 회전력은 풍력 발전기가 아닌 공기 압축기로 전달이 되어 압축된 공기는 에어 탱크로 저장된다. 이는 공기의 압축 및 압축된 공기를 에어탱크로 저장하는 것은 저 풍속에서도 공기는 미세하게 압축되며 이를 에어 탱크에 압축 저장하였다가 일정한 압력으로 압축된 공기를 에어 휘슬장치로 보내게 된다. 에어 휘슬은 압축된 공기를 일정한 음을 가지는 소리로 변화시키고 이를 공명통을 통하여 공명되어 최대의 에너지를 가지게 되며 이를 3상 직선 발전기인 음향공명 발전기에서 소리를 전기로 변화시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 저 풍속에서도 공기를 압축시키기 위한 충분한 토오크를 얻을 수 있고, 압축공기에 의해 소리를 발생시켜 음향공명 발전기를 통해 전기를 생산하는 것이므로, 저풍속에서도 꾸준히 전기를 생산할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 풍력을 이용한 공기압축식 음향공명 발전 시스템의 개요도이고, 도 2는 본 발명에 의한 풍력을 이용한 공기 압축식 음향 공명 발전 시 스템의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 의한 공기 압축기의 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 휘슬 장치 예시도이다.

바람에 의해 회전 가능하게 설치되는 날개장치(10)와;

상기 날개장치(10)의 회전력에 의해 공기를 압축하는 공기압축기(20)와;

상기 공기 압축기(20)에 의해 압축된 공기를 저장하기 위한 에어탱크부(30)와;

상기 에어탱크부(30)의 압축공기를 공급받아 소리로 변환하는 에어휘슬장치(40)와;

상기 에어휘슬장치(40)의 소리를 공명통(51)을 통해 공명시키는 공명장치(50)와;

상기 공명장치(50)의 공명통(51)에서 공명된 소리에서 발생하는 에너지를 받아 진동이 발생되어, 진동판(61)에 고정된 코일이 자석 사이를 왕복 운동하면서 전기를 생산하는 음향공명발전기(60)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 외부의 풍속을 검출하는 풍속계(71)와; 상기 풍속계(71)에서 검출된 풍속이 미리 설정된 한계풍속 이상일 때 상기 압축기(20)의 작동을 정지시키는 브레이크장치(72)를 더 포함하여 구성된다.

또한 본 발명은, 상기 날개장치(10)와 상기 공기압축기(20)의 사이에 상기 날개장치(10)의 회전력을 커플러(11)를 통해 전달받아 회전 관성력을 발생시켜 상기 공기 압축기(20)에 안정적으로 회전력을 전달하는 플라이휠(12)이 더 설치되어 구성된다.

또한, 본 발명은 상기 에어탱크부(30)는, 상기 공기압축기(20)의 공기를 압축 저장하기 위한 제1에어탱크(30a)와, 상기 제1에어탱크(30a)의 압축공기를 체크밸브(81)가 설치된 에어호스(31)를 통해 주입받아 압축 저장하는 제2에어탱크(30b)로 이중으로 구성되고, 상기 제2에어탱크(30b)에는 바이패스 배관(84)이 연결되고 바이패스 배관(84)의 단부에는 바이패스 밸브(83)가 설치되며, 상기 바이패스 배관(84) 내의 압력을 검출하여 미리 설정된 압력 이상이 될 때에는 압축공기의 일부를 바이패스시키도록 상기 바이패스밸브(83)를 제어하는 압력콘트롤러(82)가 더 설치되어 구성됨을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명에 적용되는 에어휘슬장치의 일예를 보인 도면으로서, 상기 에어휘슬장치(40)는,

상기 에어탱크부(30)로부터 압축된 공기를 유입받아 에어 휘슬장치 브라켓(40a)의 내부에서 다수의 압축공기 배출 포인트로 분기시키는 분배관(41)과, 상기 분배관(41)의 정면에 설치되어 분배관(41)의 압축공기 배출 포인트에 대응해서 각각 관통홀이 형성된 휘슬 고정판(42)과, 상기 휘슬 고정판(42)의 관통홀에 각각 결합 고정설치되어 관통홀을 통해 유입된 압축공기를 통과시키면서 소리를 발생하는 복수의 에어휘슬(43)과, 상기 에어휘슬 브라켓(40a)에 설치되어 소음을 감쇄시키면서 공기를 배기시키는 복수의 소음기(44)와, 상기 에어 휘슬브라켓(40a)의 에어휘슬(43)에서 발생되는 소리를 공명장치(50)로 전달하는 통로를 형성하는 공명 연결부(45)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 에어휘슬(43)은 상기 휘슬 고정판(42)의 관통홀에 삽입 고정되고 중심 을 관통하는 에어홀이 형성되는 휘슬 입구부(43a)와, 휘슬 입구부(43a)의 후단에 연결되고 내부 공간이 형성되는 휘슬 공명부(43b)와, 상기 휘슬 입구부(43a)와 상기 휘슬 공명부(43b)의 사이에 일측 방향으로 외측으로 가면서 개구부가 확대되는 형태로 이루어져 공기가 배출되면서 소리가 발생되게 하는 휘슬 홀(43c)이 형성되어 구성된다.

또한, 상기 휘슬 공명부(43b)는 내부 공간의 길이를 조절할 수 있도록 길이 조절수단(43d)이 더 포함되어 구성되며, 상기 길이 조절수단(43a)은 휘슬 공명부(43b)와 나사 결합하여 결합 깊이를 조절할 수 있도록 이루어진 캡 형태로 구성될 수도 있고, 휘슬 공명부(43b)와 길이 조절수단(43d)이 벨로우즈 타입으로 길이를 조절하여 세팅할 수 있도록 구성될 수도 있다.

본 발명의 에어휘슬장치는, 도면에 도시된 바와 같이 압축공기에 의해 소리를 발생하는 확성기 형태를 예로 제시하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 압축공기가 통과할 때 소음을 발생할 수 있는 구성이면 되고, 통상의 휘슬장치와 같은 구성이나, 또는 압축공기에 의해 진동편을 진동시켜 소음을 발생시킬 수 있는 구성일 수도 있다.

도 3은 본 발명에 적용되는 압축기의 개요를 보인 도면으로서, 내부에 나선형 기어부가 구비되는 임벌류 타입 공기 압축기를 사용할 수 있다. 본 발명은 임벌류타입 공기압축기를 예로 제시하였으나, 이에 한정되지 아니하고, 공기 압축기(20)는 기존에 알려진 다양한 방식의 공기 압축기를 이용할 수 있으며, 날개장치(10)의 회전동력에 의해 공기를 압축시킬 수 있는 공기압축기를 사용할 수 있다. 본 발명에서는 플라이휠(12)을 설치하여 날개장치(10)의 회전력이 일정하지 않더라도 플라이휠(12)의 회전 관성력에 의해 공기 압축기(20)를 안정되게 회전시킬 수 있도록 구성된다.

도 4는 본 발명에 적용되는 공명장치의 구성 예시도로서, 상기 공명장치(50)는 상기 에어휘슬장치(40)의 공명 연결부(45)와 플랜지 타입으로 연결되는 소리 유입부(52)와, 상기 소리 유입부(52)의 후단에 형성되어 소리를 공명시킬 수 있도록 공명 공간이 형성된 공명통(51)으로 구성된다. 공명장치(50)도 일 예를 보인 것으로서, 도 4와 같은 구조로 한정되는 것은 아니며, 에어휘슬장치(40)로부터 발생되는 소리를 집음하여 최대 에너지가 될 수 있도록 공명시킬 수 있는 구조의 공명장치를 적용할 수 있다.

도 5는 본 발명에 의한 음향 공명 발전기의 구조를 예시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 상기 음향공명발전기(60)는, 상기 공명장치(50)의 공명통(51)에 설치되며,

중심부에 원형의 내측코아(62a)가 형성되고, 내측코아(62a)와의 사이에 일정한 간격의 홈이 형성된 외측코아(62b)가 일체형으로 형성된 코아(62)와; 자석의 극성이 교대되게 적층되어 상기 외측코아(62b)의 내측면에 설치되는 복수개의 외측 영구자석(63)과; 자석의 극성이 교대되게 적층되어 상기 내측코아(62a)의 외측면에 설치되는 복수개의 내측 영구자석(64)과; 상기 코아(62)의 단부와 소정간격 이격되게 설치되고 상기 공명장치(50)의 공명통(51)으로부터 전달되는 음파에 의해 진동 되게 설치되는 진동판(61)과; 상기 진동판(61)의 배면에 돌출되게 형성되어 상기 내측 영구자석(64)과 외측 영구자석(63) 사이로 삽입되는 원통형 플랜지(65)와, 상기 원통형 플랜지(65)에 적층되는 복수층으로 코일을 감아 코일에 유기되는 전기를 외부로 출력하는 코일부(66)와; 상기 진동판(61)의 외측 단부에 일정간격으로 고정설치되어 상기 진동판(61)의 진동에 대한 복원력을 제공하기 위한 복수개의 진동스프링(67)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 코일부(66)에서 출력되는 전기는 전력 출력장치를 통해서 안정된 전력으로 출력하며, 이는 통상의 풍력발전기등에서 사용되는 전력출력장치와 같은 구성을 사용할 수 있다. 즉, 코일부(66)의 출력 전력을 트랜스포머를 통해 안정된 전압으로 변환시켜 출력하게 구성된다.

상기 진동판(61)의 외측단부는 복수의 연결부(61a, 61b)로 분리되고, 각각의 연결부(61a, 61b)에 각각 진동스프링(67)의 일측단부가 연결되고, 진동스프링(67)의 타측단부는 도면에 도시되지 않은 외부 브라켓에 고정설치되며, 상기 코아(62)의 단부와 상기 진동판(61)의 배면 사이에는 일정한 간격을 유지하면서 진동판(61)의 왕복운동시 쏠림현상을 방지할 수 있도록 하는 플렉시블 한 간격유지부(61c)가 연결되어 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 날개장치(10)는 통상의 풍력발전기용 날개 장치와 유사한 구조로서 프로펠러형 날개가 허브장치에 의해 지지되어 날개 샤프트를 회전시킬 수 있는 구성으로서, 이러한 구성은 기존에 널리 공지된 구조로서 본원 발명에서는 상세한 구성을 설명하지는 않는다. 이와 같이 날개장치(10)는 바람에 의해 날개가 회전되어 샤프트를 통해 회전력을 발생시키도록 구성되고, 날개장치(10)의 회전력에 의해 압축기(20)를 구동시키도록 구성된다. 압축기(20)는 일예로서 임벌류타입 공기압축기를 사용할 수 있으며, 내부 나선형 기어를 날개장치(10)의 회전력에 의해 회전시키도록 구성한다.

여기서 본 발명에서는 날개장치(10)가 바람에 의해 항상 일정한 회전력을 발생시키는 것이 아니기 때문에 바람이 강약에 따라 공기 압축기(20)를 회전 시키지 못하는 경우도 발생된다. 이에 따라 커플러(11)을 통해 플라이휠(12)을 회전시키도록 설치하고, 플라이휠(12)에 의해 공기압축기(20)를 회전시키도록 구성한 것이다.

따라서, 바람의 강약 변화에 의해 날개장치(10)의 회전력이 약해지더라도 어느정도까지는 플라이휠(12)의 회전 관성력이 작용하여 안정되게 공기 압축기(20)를 구동시킬 수 있게 된다.

한편, 태풍과 같은 과풍속인 경우에 시스템 보호를 위하여 일정한 풍속 이상인 경우에 압축기(20)에 브레이크를 걸어주기 위한 브레이크장치(72)가 설치되며, 브레이크장치(72)는 풍속계(71)에서 검출되는 풍속에 의해 한계치 이상의 풍속에서 작동된다. 또한, 브레이크장치(72) 뿐 아니라 날개장치(10)와 압축기(20) 사이의 회전동력 전달을 아예 차단하는 클러치장치를 더 설치하여 구성할 수도 있다. 상기와 같은 브레이크 장치(72)나 풍속계(71)를 설치하지 않는 경우에는 에어탱크부(30)의 압력을 체크하여 일정한 한계 압력 이상으로 올라가지 않도록 압축기를 제어하거나 바이패스밸브(83)를 설치하여 시스템을 보호할 수 있도록 한다.

이에 따라 날개장치(10)가 바람에 의해 회전되면 압축기(20)가 구동되어 공 기를 압축하게 되며, 압축된 공기는 체크밸브(81)를 통해서 에어탱크부(30)로 보내져서 압축되게 된다. 에어탱크부(30)에는 바이패스배관(84)을 설치하고 바이패스배관(84)의 단부에 바이패스밸브(83)를 설치하며 압력콘트롤러(82)가 압력을 검출하여 일정한 압력이상 일 때 압축공기의 일부를 바이패스시켜 에어탱크부(30) 내부의 압력을 안전한 상태 이내로 유지시키도록 한다.

상기 에어탱크부(30)에 압축된 공기는 에어휘슬장치(40)로 공급되며, 에어휘슬장치(40)에서 소리를 발생시키게 되고, 소리는 공명장치(50) 측으로 출력된다.

상기 에어탱크부(30)는, 날개장치(10) 및 공기압축기(20)가 설치된 장소와, 에어휘슬장치(40) 및 공명장치(50)와 음향공명발전기(60)가 설치된 장소가 근접되게 설치하기 어렵다. 즉, 날개장치(10)는 외부에서 바람을 잘 받을 수 있는 장소에 설치되어야 하나, 에어휘슬장치(40), 공명장치(50) 및 음향공명발전기(60)는 날개장치(10)와 근접해서 설치하기 어렵고 건물내부에 비바람의 영향을 받지 않도록 하는 구조물내에 설치해야 한다.

그러므로 어느정도 떨어진 장소에 설치되며, 이러한 경우에 공기압축기(20)로부터 직접 에어호스(31)를 통해 에어탱크에 공기를 압축하는 것은, 어에호스의 길이가 길어질수록 압축 성능이 떨어져서 정상적인 압축 효과를 얻지 못할 수 있다.

이에따라 본 발명에서는 제1에어탱크(30a)와 제2에어탱크(30b)를 구비하고, 공기압축기(20)에 근접시켜 제1에어탱크(30a)를 설치하고, 에어호스(31)를 통해 원거리에 제2에어탱크(30b)를 설치한 것이다. 제2에어탱크(30b)는 에어휘슬장치(40) 와 근접되게 설치한다.

공기압축기(20)에서 근접 설치된 제1에어탱크(30a)에 공기를 압축하게 되면, 체크밸브를 통해 압축된 공기가 에어호스(31)를 지나 제2에어탱크(30b)로 전달되어 제2에어탱크(30b)에 공기를 압축 저장하게 된다.

제2에어탱크(30b)에는 압력콘트롤러(84)에 의해 제어되는 바이패스 밸브(82)가 설치되어 있으므로 일정 압력이상일 때 배기시켜 시스템을 보호하게 된다.

제2에어탱크(30b)에서 배출되는 압축공기는 에어휘슬장치(40)의 분배관(41)으로 공급되고, 분배관(41)은 유입된 압축공기를 복수의 배출 포인트로 분기시켜 압축공기를 배출한다. 휘슬 고정판(42)에는 상기 분배관(41)의 배출 포인트에 대응해서 복수의 관통홀이 형성되고, 그 관통홀에는 배면에 에어휘슬(43)이 각각 설치된다.

에어휘슬(43)은 통상의 휘슬과 같은 작용으로 압축공기가 휘슬 입구부(43a)의 에어홀을 통해 유입되어 휘슬 홀(43c)을 통과하면서 소리를 발생시키게 된다. 이때 발생되는 소리의 주파수는 유입되는 공기압력이 일정하다고 가정하였을 때 상기 휘슬 공명부(43b)의 내부 공간 길이에 의해 결정된다고 볼 수 있다.

따라서 같은 주파수의 소리를 발생시키기 위해서는 복수의 에어휘슬(43c)의 각 공명 길이를 조절하여 일정한 주파수의 소리를 발생시키도록 세팅하여야 하며, 각 에어 휘슬(43)들 마다 음파 측정기에 의해 주파수를 측정하고, 후단의 길이 조절수단(43d)을 조절하여 일정한 주파수 범위내가 될 수 있도록 세팅한다. 길이 조절수단(43a)은 휘슬 공명부(43b)와 나사 결합하여 결합 깊이를 조절할 수 있도록 이루어진 캡 형태로 구성될 수도 있고, 휘슬 공명부(43b)와 길이 조절수단(43d)이 벨로우즈 타입으로 길이를 조절하여 세팅할 수 있도록 구성될 수도 있다. 여기서 도 4의 예시는 휘슬 공명부(43b)의 후단에 볼트형 길이조절수단을 결합하여 휘슬 공명부(43b)의 내부 공간의 크기를 조절하도록 구성한 것을 예로 보인 것이다.

공명장치(50)에서는 에어휘슬장치(40)에서 발생된 소리를 나팔관(52)을 통해 집음하고, 나팔관(52)의 후단에 형성된 공명통(51)에서 소리의 진동을 최대 에너지가 될 수 있도록 공명시킨다. 이는 에어휘슬장치(40)의 구성에 의해 발생되는 소리의 주파수에 의거하여 공명통(51)을 설계하여 소리가 공명통(51) 내부에서 최대에너지로 공명되도록 구성한다.

공명장치(50)의 공명통(51) 후단에는 음향공명발전기(60)의 진동판(61)이 설치되어 공명통(51) 내부에서 공명되는 소리에 의해 진동판(61)이 진동하게 된다.

상기 음향공명발전기(60)는, 중앙에 원형의 내측코아(62a)의 외주면에 원형의 영구자석(64)을 복수개를 적층시켜 설치한다. 이때 적층되는 영구자석의 자극은 서로 교대로 즉, S-N-S-N로 자극이 교대로 오도록 설치한다. 상기 내측 영구자석(64)과 대응해서 외측 코아(62b)의 내측면에 외측 영구자석(63)을 설치한다. 외측 영구자석(63)은 상기 내측 영구자석(64)의 마주보는 자극과 서로 대응되게 하여 N-S-N-S로 자극이 교대로 오도록 설치한다.

따라서 코아(62)에 큰 사이즈의 원형으로 이루어진 외측 영구자석(63)과, 작은 사이즈로 원형으로 이루어진 내측 영구자석(64)이 각각 서로 자극이 대응되게 적층되어 설치된다.

그리고, 상기 진동판(61)의 배면에는 원형의 플랜지부(65)가 형성되고, 플랜지부(65)에는 상기 내/외측 영구자석(64,63)에 의해 기전력이 유기될 수 있도록 코일을 감아서 코일부(66)를 형성한다. 코일부(66)는 R,S,T상의 기전력을 구분하여 출력할 수 있도록 3개의 코일뭉치로 적층시켜 플랜지부(65)에 감아서 코일부(66)를 구성한다. 상기 코일부(66)의 출력은 트랜스포머등의 전력 출력장치를 거쳐 생산된 전기를 출력하도록 하며 전력 출력장치는, 통상의 풍력발전기등에 설치되는 전력 출력회로와 같은 구성을 이용할 수 있다.

상기 공명장치(50)에서 공명된 소리에 의해 진동판(61)이 진동하게 되면, 코일부(66)가 내외측 영구자석(64, 63) 사이를 왕복운동하게 되면서 코일부(66)에 기전력이 유도되어 전기를 생산하게 되는 것이다.

이때, 진동판(61)의 외측 가장자리는 복수개의 연결부로 분리되어 각 연결부(61a, 61b)에 진동스프링(67)을 연결하여 진동판(61)이 소리와, 진동스프링(67)의 복원력에 의해 진동되어 코일부가 내외측 영구자석(64, 63) 사이를 왕복운동하게 되며, 진동판(61)이 안정되게 왕복운동이 이루어지도록 코아(61)의 단부와 진동판(61)의 배면 사이에는 플렉시블한 간격유지부(61c)가 연결됨으로써, 진동판(61)의 진동시 한쪽으로 치우치거나 걸림 현상이 발생되지 않도록 하는 것이다.

이와 같이 본 발명은 바람에 의해 얻어지는 회전력으로 공기를 압축하고, 압축된 공기를 소리로 변환시키며, 소리를 공명시켜 음향공명발전기(60)를 구동시킴으로써 풍력에 의해 전기를 생산할 수 있게 된다. 본 발명은 날개장치(10)가 압축기(20)를 동작시킬 수 있는 회전 토오크만 얻으면 되므로, 저풍속에서도 지속적으 로 작동될 수 있어서 연중 평균 풍속이 일반적인 풍력 발전기를 동작시켜 전기를 얻을 수 있는 일정한 풍속(예; 4m/sec) 이하일때에도 충분히 발전기를 동작시킬 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 풍력을 이용한 공기압축식 음향공명 발전 시스템의 개요도.

도 2는 본 발명에 의한 풍력을 이용한 공기 압축식 음향 공명 발전 시스템의 구성도.

도 3은 본 발명에 의한 공기 압축기의 예를 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 휘슬 장치 예시도.

도 5는 본 발명에 의한 음향 공명 발전기의 구조를 예시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 날개장치 11 : 커플러

12 : 플라이휠 20 : 공기압축기

30 : 에어탱크부 30a, 30b : 제1,제2에어탱크

31 : 에어호스 40 : 에어휘슬장치

40a : 에어휘슬장치 브라켓 41 : 분배관

42 : 휘슬 고정판 43 : 에어 휘슬

43a : 휘슬 입구부 43b : 휘슬 공명부

43c : 길이 조절수단 50 : 공명장치

51 : 공명통 52 : 공기 유입구

60 : 음향 공명 발전기

61 : 진동판 61a, 61b : 연결부

62 : 코아 62a : 내측코아

62b : 외측코아 63 : 외측 영구자석

64 : 내측 영구자석 65 : 원형 플랜지부

66 : 코일부 67 : 진동스프링

71 : 풍속계 72 : 브레이크장치

81 : 체크밸브 82 : 압력콘트롤러

83 : 바이패스밸브 84 : 바이패스배관

Claims

바람에 의해 회전 가능하게 설치되는 날개장치(10)와;

상기 날개장치(10)의 회전력에 의해 공기를 압축하는 공기압축기(20)와;

상기 공기 압축기(20)에 의해 압축된 공기를 저장하기 위한 에어탱크부(30)와;

상기 에어탱크부(30)의 압축공기를 공급받아 소리로 변환하는 에어휘슬장치(40)와;

상기 에어휘슬장치(40)의 소리를 공명통(51)을 통해 공명시키는 공명장치(50)와;

상기 공명장치(50)의 공명통(51)에서 공명된 소리에서 발생하는 에너지를 받아 진동이 발생되어, 진동판(61)에 고정된 코일이 자석 사이를 왕복 운동하면서 전기를 생산하는 음향 공명 발전기(60)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 공기 압축식 음향공명 발전 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 풍력을 이용한 공기 압축식 음향공명 발전 시스템은,

외부의 풍속을 검출하는 풍속계(71)와;

상기 풍속계(71)에서 검출된 풍속이 미리 설정된 한계풍속 이상일 때 상기 공기 압축기(20)의 작동을 정지시키는 브레이크장치(72)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 공기 압축식 음향공명 발전 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 풍력을 이용한 공기 압축식 음향공명 발전 시스템은,

상기 날개장치(10)와 상기 공기압축기(20)의 사이에 상기 날개장치(10)의 회전력을 커플러(11)를 통해 전달받아 회전 관성력을 발생시켜 상기 공기 압축기(20)에 안정적으로 회전력을 전달하는 플라이휠(12)이 더 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 공기 압축식 음향공명 발전 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 에어탱크부(30)는,

상기 공기압축기(20)의 공기를 압축 저장하기 위한 제1에어탱크(30a)와, 상기 제1에어탱크(30a)의 압축공기를 체크밸브(81)가 설치된 에어호스(31)를 통해 주입받아 압축 저장하는 제2에어탱크(30b)로 이중으로 구성되고, 상기 제2에어탱크(30b)에는 바이패스 배관(84)이 연결되고 바이패스 배관(84)의 단부에는 바이패스 밸브(83)가 설치되며, 상기 바이패스 배관(84) 내의 압력을 검출하여 미리 설정된 압력 이상이 될 때에는 압축공기의 일부를 바이패스시키도록 상기 바이패스밸브(83)를 제어하는 압력콘트롤러(82)가 더 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 풍 력을 이용한 공기 압축식 음향공명 발전 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 에어휘슬장치(40)는,

상기 에어탱크부(30)로부터 압축된 공기를 유입받아 에어 휘슬장치 브라켓(40a)의 내부에서 다수의 압축공기 배출 포인트로 분기시키는 분배관(41)과, 상기 분배관(41)의 정면에 설치되어 분배관(41)의 압축공기 배출 포인트에 대응해서 각각 관통홀이 형성된 휘슬 고정판(42)과, 상기 휘슬 고정판(42)의 관통홀에 각각 결합 고정설치되어 관통홀을 통해 유입된 압축공기를 통과시키면서 소리를 발생하는 복수의 에어휘슬(43)과, 상기 에어휘슬 브라켓(40a)에 설치되어 소음을 감쇄시키면서 공기를 배기시키는 복수의 소음기(44)와, 상기 에어 휘슬브라켓(40a)의 에어휘슬(43)에서 발생되는 소리를 공명장치(50)로 전달하는 통로를 형성하는 공명 연결부(45)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 공기 압축식 음향공명 발전 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 에어휘슬(43)은,

상기 휘슬 고정판(42)의 관통홀에 삽입 고정되고 중심을 관통하는 에어홀이 형성되는 휘슬 입구부(43a)와, 휘슬 입구부(43a)의 후단에 연결되고 내부 공간이 형성되는 휘슬 공명부(43b)와, 상기 휘슬 입구부(43a)와 상기 휘슬 공명부(43b)의 사이에 일측 방향으로 외측으로 가면서 개구부가 확대되는 형태로 이루어져 공기가 배출되면서 소리가 발생되게 하는 휘슬 홀(43c)이 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 공기 압축식 음향공명 발전 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 휘슬 공명부(43b)는 내부 공간의 길이를 조절할 수 있도록 길이 조절수단(43d)이 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 공기 압축식 음향공명 발전 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 음향공명발전기(60)는,

중심부에 원형의 내측코아(62a)가 형성되고, 내측코아(62a)와의 사이에 일정한 간격의 홈이 형성된 외측코아(62b)가 일체형으로 형성된 코아(62)와;

자석의 극성이 교대되게 적층되어 상기 외측코아(62b)의 내측면에 설치되는 복수개의 외측 영구자석(63)과;

자석의 극성이 교대되게 적층되어 상기 내측코아(62a)의 외측면에 설치되는 복수개의 내측 영구자석(64)과;

상기 코아(62)의 단부와 소정간격 이격되게 설치되고 상기 공명장치(50)의 공명통(51)으로부터 전달되는 음파에 의해 진동되게 설치되는 진동판(61)과;

상기 진동판(61)의 배면에 돌출되게 형성되어 상기 내측 영구자석(64)과 외 측 영구자석(63) 사이로 삽입되는 원통형 플랜지(65)와;

상기 원통형 플랜지(65)에 적층되는 복수층으로 코일을 감아 코일에 유기되는 전기를 외부로 출력하는 코일부(66)와;

상기 진동판(61)의 외측 단부에 일정간격으로 고정설치되어 상기 진동판(61)의 진동에 대한 복원력을 제공하기 위한 복수개의 진동스프링(67)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 공기 압축식 음향공명 발전 시스템.
제 8 항에 있어서, 상기 진동판(61)의 외측단부는 복수의 연결부(61a, 61b)로 분리되고, 각각의 연결부(61a, 61b)에 각각 진동스프링(67)이 연결되며, 상기 코아(62)의 단부와 상기 진동판(61)의 배면 사이에는 일정한 간격을 유지하면서 진동판(61)의 왕복운동시 쏠림현상을 방지할 수 있도록 하는 플렉시블 한 간격유지부(61c)가 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 공기 압축식 음향공명 발전 시스템.