KR101035046B1 - 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바람을 이용하여 공기를 압축하고, 상기 압축된 공기를 이용하여 전력(동력)을 발생시키는 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템은, 바람을 이용하여 압축공기를 발생시키는 압축공기 발생장치와, 상기 압축공기 발생장치로부터 압축공기를 공급받아 일시저장하는 저장탱크와, 상기 저장탱크로부터 압축공기를 공급받아 전력을 발생시키는 전력발생장치를 포함하도록 구성되며,
상기 압축공기 발생장치는, 바람에 의하여 회전하는 회전날개와, 상기 회전날개에 의하여 압축공기를 발생시키는 압축공기 발생기로 이루어진 상부몸체와; 상기 상부몸체가 바람이 불어오는 방향으로 회전가능하도록 지지하며, 내측에 압축공기를 저장하도록 저장공간이 형성된 하부몸체로 구성되고,
상기 전력발생장치는, 저장탱크로부터 공급되는 압축공기를 조절하는 압력조절기와, 상기 압력조절기로부터 조절되어 공급되는 압축공기에 의하여 전력을 발생시키는 에어모터와 발전기(제너레이터)로 구성된 것이다.
압축공기, 풍력, 에어모터, 발전기

Description

압축공기를 이용한 풍력발전 시스템{Wind power generation system use of compressed air}
본 발명은 바람을 이용하여 공기를 압축하고, 상기 압축된 공기를 이용하여 전력을 발생시키는 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전기는 바람에 의하여 회전하는 회전날개에 의하여 회전축을 회전시키고, 상기 회전축과 연결된 발전기의 축을 회전시켜 동력(전기)를 발전시키는 것으로, 보통 지면 또는 구조물에 안정적으로 수직으로 설치되는 하무몸체와, 상기 하부몸체의 상측에 회전하도록 설치되는 회전지지대와, 상기 회전지지대에 회전하도록 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 직교방향으로 설치되는 다수개의 회전날개와, 상기 회전지지대 내측에 설치되고, 회전축과 연결 설치되어 동력을 발생시키는 발전기와, 상기 회전날개를 바람이 불어오는 방향으로 안내하는 보조날개로 이루어진 상부몸체로 구성된다.
상기 회전날개는 바람에 의하여 회전을 할 수 있도록 소정의 각도로 비틀어 져 설치된다.
이와 같이 종래에 사용되고 있는 풍력발전기는 바람이 불 경우에만 회전날개를 회전시켜 전력(동력)을 발생시키고, 바람이 불지 않을 경우에는 회전날개를 회전시키지 못하여 전력(동력)을 발생시키지 못하는 단점이 있다.
또한, 바람의 세기에 따라 회전날개의 회전속도가 변화함으로써 발전기에서 발생하는 전력(동력)이 일정하지 못하는 단점과, 이로 인한 유효전력이 낮은 단점이 있다.
또한, 회전날개의 회전속도의 변화가 광범위하여 발전기(제너레이터)의 역시 이에 맞추어 설치되어야 함으로써 설치비용을 상승시키는 단점이 있으며, 발전기에서 발생하는 불규칙한 전력(동력)을 균일하게 하기 위한 보조장치가 필요한 단점이 있다.
또한, 바람이 불 경우에만 전력(동력) 생산이 가능함으로써 수력발전기, 화력발전기 등과 같이 적기에 전력을 생산할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 단점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명은 균일하게 전력(동력)을 생산하며, 적기에 전력(동력)을 생산할 수 있는 풍력발전 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
즉, 바람을 이용하여 공기를 압축하고, 상기 압축공기를 저장탱크에 저장하였다가 일정한 압력 또는 필요전력에 적합한 전력을 생산하도록 압축공기로 전력을 생산하도록 하는 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하고자 본 발명인 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템은, 바람을 이용하여 압축공기를 발생시키는 압축공기 발생장치와, 상기 압축공기 발생장치로부터 압축공기를 공급받아 일시저장하는 저장탱크와, 상기 저장탱크로부터 압축공기를 공급받아 전력을 발생시키는 전력발생장치를 포함하도록 구성된다.
상기 압축공기 발생장치는, 바람에 의하여 회전하는 회전날개와, 상기 회전날개에 의하여 압축공기를 발생시키는 압축공기 발생기로 이루어진 상부몸체와; 상기 상부몸체가 바람이 불어오는 방향으로 회전가능하도록 지지하며, 내측에 압축공기를 저장하도록 저장공간이 형성된 하부몸체로 구성된다.
상기 전력발생장치는, 저장탱크로부터 공급되는 압축공기를 조절하는 압력조절기와, 상기 압력조절기로부터 일정한 압력으로 공급되는 압축공기에 의하여 전력 을 발생시키는 에어모터와 발전기(제너레이터)로 구성된다.
상기 하부몸체는, 지면에서 수직되게 설치되며, 저장공간에 발생하는 응축수를 사용할 수 있도록 하측부분에 드레인관과 필터가 더 설치된다.
상기 하나의 저장탱크에 다수개의 압축공기 발생장치가 설치되는 것도 가능하다.
이와 같이 이루어진 본 발명의 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템은, 불어오는 바람으로 회전날개를 회전시켜 공기를 압축시키고, 압축된 공기를 저장하였다가 저장된 압축공기를 이용하여 필요한 시간 때에 전력(동력)을 생산할 수 있는 특징이 있다.
또한, 저장된 압축공기를 전력생산량에 맞추어 조절하여 공급함으로써 수력발전과 화력발전 등과 같이 적기에 필요한 전력생산이 가능하여 변화하는 전력소비에 따른 전력생산의 대처능력을 가지게 된다.
또한, 압축공기를 압력조절기로 조절하여 공급하고, 조절된 압축공기로 발전함으로써 용량에 적합한 발전기를 사용할 수 있는 특징이 있다.
첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전 적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1과 같이 본 발명의 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템은 크게 바람을 이용하여 압축공기를 발생시키는 압축공기 발생장치(10)와; 상기 압축공기 발생장치(10)로부터 압축공기를 공급받아 일시저장하는 저장탱크(20)와; 상기 저장탱크(20)로부터 압축공기를 공급받아 전력을 발생시키는 전력발생장치(30)와, 제어부(40)로 구성된다.
상기 압축공기 발생장치(10)는, 크게 자연바람으로 공기를 압축시켜 압축공기를 발생시키는 상부몸체(10a)와, 상기 상부몸체(10a)를 지지하며, 상부몸체(10a)에서 발생한 압축공기를 저장하는 하부몸체(10b)로 구성된다.
상기 상부몸체(10a)는 회전가능하도록 로터리 조인트와 같은 연결부재로 하부몸체(10b)에 설치되어 바람이 불어오는 방향으로 상부몸체(10a)가 회전되도록 한다.
이러한 상기 상부몸체(10a)는 바람에 의하여 회전하는 회전날개(11)와, 상기 회전날개(11)에 의하여 압축공기를 발생시키는 압축공기 발생기(12)와, 상기 압축공기 발생기(12)로부터 발생된 압축공기를 이동시키는 체크밸브(13)가 설치된 배관과, 커버(14)로 구성된다.
상기 압축공기 발생기(12)는 보통 콤프레샤, 스크류 콤프레샤, 브로워 등이 사용되고, 상기 커버(14)는 압축공기 발생기(12)에서 발생하는 소음을 차단할 수 있도록 방음용 커버로 이루어진다.
이와 같이 이루어진 상부몸체(10a)는 자연바람에 의하여 회전날개(11)가 회전하고, 상기 회전날개(11)의 회전으로 압축공기 발생기(12)를 구동시켜 압축공기를 발생시키고, 상기 압축공기 발생기(12)에서 발생된 압축공기는 배관라인을 따라 후설되는 하부몸체(10b)의 저장공간(15)에 저장된다. 상기 배관라인에 설치되어 있는 체크밸브(13)는 저장공간(15)에서 압축공기가 역류 되는 것을 차단한다.
상기 하부몸체(10b)는 상부몸체(10a)를 회전하도록 지지하는 것으로, 도 1과 같이 저장공간(15)을 형성하여 상부몸체(10a)에서 공급되는 압축공기를 임시 저장할 수도 있다.
도 1과 같이 하부몸체(10b)에 압축공기를 저장할 수 있는 저장공간(15)을 형성할 경우에는 하측부분에 드레인관(16)과, 필터(17)와 밸브(18)를 설치하여, 저장공간(15)에 발생하는 응축수를 사용할 수도 있다.
상기 하부몸체(10b)에 압축공기를 저장할 수 있는 저장공간(15)이 형성될 경 우에는 안전을 위하여 압력게이지, 안전변 등이 설치된다.
상기 저장탱크(20)는, 압축공기 발생장치(10)에서 공급되는 압축공기를 일시 저장하는 것으로, 도 1과 같이 1개의 압축공기 발생장치(10)에 1개의 저장탱크(20)가 설치될 수 있으며, 또는 도 2와 같이 다수개의 압축공기 발생장치(10)에 1개의 저장탱크(20)가 설치될 수 있다.
상기 압축공기 발생장치(10)에서 발생된 압축공기를 저장탱크(20)에 공급하는 배관라인에는 체크밸브(19)가 설치된다. 상기 체크밸브(19)는 저장탱크(20)에서 압축공기 발생장치(10)로 역류하는 것을 차단한다.
상기 전력발생장치(30)는, 저장탱크(20)에 저장되어 있는 압축공기를 공급받아 전력(동력)을 발생시키는 것으로, 도 1과 같이 저장탱크(20)로부터 공급되는 압축공기를 조절하는 압력조절기(31)와, 상기 압력조절기로(31)부터 공급되는 압축공기에 의하여 전력을 발생시키는 에어모터(32)와 발전기(33)로 구성된다.
도면번호 34는 에어모터(32)와 발전기(33)를 연결하는 커플링이다.
이와 같이 이루어진 전력발생장치(30)는 저장탱크(20)에 저장되어 있는 압축공기는 압력조절기(31)를 통하여 압력이 조절되어 에어모터(32)에 공급되고, 압력공기가 공급된 에어모터(32)는 구동(회전)하여 발전기(33)를 회전시켜 전력을 생산하게 된다.
이와 같이 압력조절기(31)를 통하여 공급되는 압축공기는 임으로 압축공기의 압력을 조절하여 에어모터(32)의 회전속도를 제어할 수 있으며, 상기 에어모터(32)의 회전속도를 제어함으로써 발전기(33)에서 발전되는 전력량을 조절할 수 있게 된다.
그러므로 도 1과 같이 제어부(40)를 설치하여, 상기 제어부(40)가 전력발생장치(30)의 압력조절기(31)를 제어(컨트롤)하도록 함으로써 전력이 필요한 시기 또는 발전되는 전력량을 조절할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템의 개략도.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
10 : 압축공기 발생장치 10a : 상부몸체
10b : 하부몸체 11 : 회전날개
12 : 압축공기 발생기 15 : 저장공간
20 : 저장탱크
30 : 전력발생장치 31 : 압력조절기
32 : 에어모터 33 : 발전기
40 : 제어부

Claims (5)

  1. 바람에 의하여 회전하는 회전날개(11)와, 상기 회전날개(11)에 의하여 압축공기를 발생시키는 압축공기 발생기(12)로 이루어진 상부몸체(10a)와, 상기 상부몸체(10a)가 바람이 불어오는 방향으로 회전가능하도록 지지하며, 내측에 압축공기를 저장하도록 저장공간(15)이 형성된 하부몸체(10b)로 이루어지고, 상기 하부몸체(10b)는 지면에서 수직되게 설치되며, 저장공간(15)에 발생하는 응축수를 사용할 수 있도록 하측부분에 드레인관(16)과 필터(17)와 밸브(18)가 설치된 바람을 이용하여 압축공기를 발생시키는 압축공기 발생장치(10)와;
    상기 압축공기 발생장치(10)로부터 압축공기를 공급받아 일시저장하는 저장탱크(20)와;
    상기 저장탱크(20)로부터 공급되는 압축공기를 조절하는 압력조절기(31)와, 상기 압력조절기로(31)부터 조절되어 공급되는 압축공기에 의하여 전력을 발생시키는 에어모터(32)와 발전기(33)로 이루어져 상기 저장탱크(20)로부터 압축공기를 공급받아 전력을 발생시키는 전력발생장치(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템.
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