KR101059635B1 - 공중부양체를 이용한 풍력 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공중부양체를 이용한 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기보다 가벼운 기체를 채운 공중부양체의 하부에 수직으로 설치되는 회전축 상에 발전스크루가 나선형으로 외주면에 환설되고 내부에 공기보다 가벼운 기체를 채운 복수의 회전체가 일정간격으로 유니버셜조인트를 통해 연결 설치되어, 높은 상공에서 상기 회전체가 풍향과의 평행을 상시 유지하면서 풍력에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전함으로써, 간단한 구조를 통해 우수한 발전효율을 발휘하는 공중부양체를 이용한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 공기보다 가벼운 기체를 넣어 상공에 상주하는 공중부양체와; 상기 공중부양체의 하부에 설치되어 풍력에너지를 운동에너지로 변환하는 회전체와; 상기 회전체의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전본체로; 구성된 풍력 발전 장치를 구성함에 있어서, 상기 공중부양체의 중앙 저부에는 일정길이의 회전축이 수직으로 설치되고; 상기 회전축에는 복수의 링기어가 일정간격을 두고 일체로 설치되며; 상기 회전체는 복수로 구성되되, 회전축의 각 링기어와 각각 치합되는 피니언기어가 축설된 유니버셜조인트에 의해 회전축에 일정간격으로 설치되고; 상기 회전체는 전면부가 원뿔모양으로 내부에 공기보다 가벼운 기체가 채워지고 발전스크루가 외주면에 나선형으로 환설된 원통체로 구성되며; 상기 발전본체는 가속기와 발전기로 구성되어, 회전축의 하단에 축설됨을 특징으로 한 공중부양체를 이용한 풍력 발전 장치가 제공된다.

공중부양체, 풍력, 발전, 회전체, 발전스크루, 유니버셜조인트

Description

공중부양체를 이용한 풍력 발전 장치{Wind power facilities using a balloon}

본 발명은 공중부양체를 이용한 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기보다 가벼운 기체를 채운 공중부양체의 하부에 수직으로 설치되는 회전축 상에 발전스크루가 나선형으로 외주면에 환설되고 내부에 공기보다 가벼운 기체를 채운 복수의 회전체가 일정간격으로 유니버셜조인트를 통해 연결 설치되어, 높은 상공에서 상기 회전체가 풍향과의 평행을 상시 유지하면서 풍력에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전함으로써, 간단한 구조를 통해 우수한 발전효율을 발휘하는 공중부양체를 이용한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력 발전이라 함은 풍력에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전하는 발전 방식으로, 기압의 변화로 인하여 지상에서 발생하는 바람의 힘으로 전기를 일으키는 발전 방식이다.

즉, 풍력 발전은 순수하게 자연현상으로 자연 발생되는 바람에너지를 이용하 기 때문에 원자력 발전이나 화력 발전과는 달리 지구온난화 등의 환경 문제와 완전히 결부된 자연 친화적인 발전 방식이다.

따라서 북미나 유럽 등의 풍력 발전 설비 선진국에 뒤이어 최근 우리나라에서도 풍력발전 프로젝트를 통해 풍력 발전 설비의 개발과 함께 풍력 발전 단지의 조성이 활발하게 추진되고 있다.

이러한 풍력 발전의 가장 일반적인 구조는 바로 풍차를 이용하여 발전하는 구조로서, 지상에서 발생하는 풍력에너지에 의해 풍차의 날개가 회전되고 회전되는 날개의 운동에너지를 통해 발전기를 회전시킴으로써 전기에너지를 발생시키는 것이다.

그러나 상기한 풍차를 이용한 풍력 발전은 지표 부근에서 발생되는 바람의 힘을 이용하기 때문에 지표 부근에 바람이 거의 없는 날에는 발전이 불가능함에 따라 지속적인 발전이 되지 못하므로 발전효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

그리고 발전량에 비하여 부지를 많이 차지하기 때문에 국토가 좁은 우리나라에서는 그 규모에 한계가 있으므로 많은 발전량을 기대할 수 없는 문제점도 있었다.

이러한 문제점들을 해소하기 위하여 공기보다 가벼운 기체를 채운 한 쌍의 기구에 설치된 회전체와 발전본체를 통해 상공에서의 풍력에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전하는 기구를 이용한 풍력 발전 장치가 발명되었다.

즉, 한 쌍의 기구의 사이에 풍력을 전달받는 회전체와 상기 회전체의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전본체가 설치된 구조로 구성되어, 회전체로 가해지는 풍력에너지가 발전본체를 거쳐 전기에너지로 변환되는 것이다.

그러나 상기한 종래의 기구를 이용한 풍력 발전 장치는 한 쌍의 기구와 회전체가 수시로 방향이 변하는 불규칙적인 바람의 영향으로 수평상태를 유지하기가 매우 어려우므로, 반복적인 고도 점검의 불편함과 함께 회전체로 가해지는 풍력에너지에 손실이 발생하여 발전되는 전기에너지가 적어 발전효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 풍향의 영향으로 인해 공중부양체가 수평상태를 유지하지 못하더라도 풍력에너지가 가해지는 회전체는 풍향과 평행하게 상시 유지되어 발전효율을 크게 높일 수 있는 공중부양체를 이용한 풍력 발전 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 기구를 이용한 풍력 발전 장치는 공중부양체가 수평 상태를 유지하지 않더라도 공중부양체의 중앙 저부에 설치된 회전축과 유니버셜조인트를 통해 연결된 회전체를 통해 풍력에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전함으로써 풍향에 관계 없이 우수한 발전효율을 발휘하는 효과가 있다. 그리고 구조가 매우 간단하고 단순하여 초기 설치비용 및 유지관리 비용도 저렴하여 경제적으로 아주 효율적인 효과도 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명의 회전체의 확대도이며, 도 3은 본 발명의 공중부양체와 회전체의 연결상태에 대한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 회전체의 다른 실시예에 의한 일측면도이며, 도 5는 본 발명의 회전체의 또 다른 실시예에 의한 일측면도이다.

본 발명의 공중부양체를 이용한 풍력 발전 장치는 공기보다 가벼운 기체를 넣어 상공에 상주하는 공중부양체(1)와; 상기 공중부양체(1)의 하부에 설치되어 풍력에너지를 운동에너지로 변환하는 회전체(2)와; 상기 회전체(2)의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전본체(3)로; 구성된 풍력 발전 장치를 구성함에 있어서, 상기 공중부양체(1)의 중앙 저부에는 일정길이의 회전축(4)이 수직으로 설치되고; 상기 회전축(4)에는 복수의 링기어(6)가 일정간격을 두고 일체로 설치되며; 상기 회전체(2)는 복수로 구성되되, 회전축(4)의 각 링기어(6)와 각각 치합되는 피니언기어(7)가 축설된 유니버셜조인트(8)에 의해 회전축(4)에 일정간격으로 설치되고; 상기 회전체(2)는 전면부가 원뿔모양으로 내부에 공기보다 가벼운 기체가 채워지고 발전스크루(5)가 외주면에 나선형으로 환설된 원통체로 구성되며; 상기 발전본체(3)는 가속기(9)와 발전기(10)로 구성되어, 회전축(4)의 하단에 축설됨을 특징으로 한다.

상기 회전체(2)의 발전스크루(5)는 회전체(2)의 균형을 위해 회전체(2)의 외주면에 1회전 혹은 다회전되게 환설되어야 한다.

상기 발전스크루(5)는 회전체(2)의 외주면에 일정간격으로 환설되도록 복수개로 구성된 구조도 가능하다.

상기 회전축(4)의 각 층에 설치된 회전체(2)는 유니버셜조인트(8)에 의해 상호 연결되도록 복수로 구성된 구조도 가능하다.

상기 기체는 공기보다 가벼운 수소기체나 헬륨가스로 구성하면 된다.

도면 중 미설명 부호 11은 발전본체(3)의 발전기(10)의 출력측에 연결되어 전기에너지를 송전하는 역할과 함께 공중부양체(1)의 고도를 조절하기 위한 당김줄 역할을 하는 송전선이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 공중부양체를 이용한 풍력 발전 장치(100)는 내부에 공기보다 가벼운 수소나 헬륨 따위의 기체를 채운 공중부양체(1)에 설치된 회전체(2)와 발전본체(3)를 통해 상공에서 자연적으로 발생하는 풍력으로 전기를 발생시키는 것이다.

특히, 본 발명의 공중부양체를 이용한 풍력 발전 장치(100)는 공중부양체(1)가 풍향의 영향으로 수평상태를 이루지 못하더라도 회전체(2)가 풍향에 대하여 상시 평행하게 작용함으로써 발전효율을 크게 높일 수 있는 것이 큰 특징이다.

이는 도 1에 도시된 바와 같이, 공기보다 가벼운 기체를 채운 공중부양체(1) 의 중앙 하부에 복수의 링기어(6)가 상하 일정간격으로 축설된 회전축(4)이 수직으로 설치되고, 상기 회전축(4)에 전면부가 원뿔모양으로 내부에 공기보다 가벼운 기체가 채워지고 외주면에 발전스크루(5)가 나선형으로 환설된 회전체(2)가 링기어(6)와 치합되는 피니언기어(7)가 축설된 유니버셜조인트(8)에 의해 복층으로 설치되며, 상기 회전축(4)의 단부에 가속기(9)와 발전기(10)를 구비한 발전본체(3)가 설치된 구조에 의한 것이다.

즉, 공중부양체(1)의 중앙 아래의 회전축(4)에 복수의 회전체(2)가 복층으로 설치된 구조에 의한 것인데, 이의 작용을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 공중부양체(1)의 부양력에 의하여 복수의 회전체(2)가 상공에서 상주하고 있는 상태에서 상공에서 발생하는 풍력에너지가 회전체(2)에 작용하면, 풍력에너지와 회전체(2)의 발전스크루(5)의 상호 작용에 의해 상기 회전체(2)가 자연스럽게 회전하게 된다.

그러면 도 3과 같이 회전체(2)에 설치된 유니버셜조인트(8)의 피니언기어(7)와 회전축(4)의 링기어(6)가 상호 치합되어 회전체(2)의 운동에너지가 회전축(4)으로 전달됨으로써 발전본체(3)의 가속기(9)와 발전기(10)를 통해 전기에너지를 발생시킬 수 있게 된다.

이때 회전체(2)는 유니버셜조인트(8)로써 회전축(4)에 연결 설치됨에 따라 풍향에 의해 공중부양체(1)가 수평상태를 유지하지 못하는 경우가 되더라도 상기 회전체(2)는 항시 풍향에 대하여 평행한 상태를 유지하면서 풍력에너지가 작용되게 함으로써 발전효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

뿐만 아니라 구성요소 중에서 가장 무거운 중량을 가지는 상기 발전본체(3)도 공중부양체(1)의 중앙 저부에 위치함에 따라 공중부양체(1)가 기울어지는 것을 어느 정도 방지하는 효과가 있으므로, 회전체(2)의 수평 유지가 더욱 용이하게 이루어지게 된다.

따라서 회전체(2)가 공중부양체(1)와 동일한 각도로 움직이기 때문에 풍향에 의해 공중부양체(1)가 수평상태를 유지하지 못할 경우 회전체(2)도 풍향에 대하여 수평상태를 유지하지 못하여 발전효율이 크게 떨어질 수 밖에 없었던 종래의 문제점을 완전히 해소할 수 있게 된다.

그리고 회전체(2)의 수평상태를 유지하기 위하여 풍향에 따라 공중부양체(1)의 고도를 점검하고 공중부양체(1)의 고도를 재조정해야 했던 종래의 불편함도 완전히 해소할 수 있게 된다.

여기서 상기 회전체(2)의 외주면에 환설된 발전스크루(5)는 한 바퀴 단위로 환설해야 한다. 왜냐하면 발전스크루(5)가 한 바퀴 단위로 환설되지 않을 경우에는 회전체(2)가 회전될 때 편중되어 밸런스를 유지할 수 없어 회전이 원활하게 이루어지지 않기 때문이다.

따라서 발전스크루(5)는 도 2에 도시된 바와 같이 한 바퀴로 환설하거나, 도 4에 도시된 바와 같이 두 바퀴 이상으로 환설하면 된다.

그리고 상기 발전스크루(5)는 도시하지 않았지만 복수로 구성하여, 회전체(2)의 외주면에 일정간격으로 환설된 구조도 가능하다. 그러면 같은 풍력에너지가 작용하더라도 발전스크루(5)의 개수로 인하여 더욱 많은 전기에너지를 발전시킬 수 있게 된다.

또한 상기 회전체(2)는 발전효율을 더욱 높이고자 할 때는 도 5에 도시된 바와 같이 유니버셜조인트(8)를 사용하여 2개 이상을 연속적으로 연결 설치하면 된다. 이 역시 같은 풍력에너지가 작용하더라도 회전체(2)의 개수로 인하여 더욱 많은 전기에너지를 발전시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 전체 구성도

도 2는 본 발명의 회전체의 확대도

도 3은 본 발명의 공중부양체와 회전체의 연결상태에 대한 단면도

도 4는 본 발명의 회전체의 다른 실시예에 의한 일측면도

도 5는 본 발명의 회전체의 또 다른 실시예에 의한 일측면도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 공중부양체 2: 회전체

3: 발전본체 4: 회전축

5: 발전스크루 6: 링기어

7: 피니언기어 8: 유니버셜조인트

9: 가속기 10: 발전기

11: 송전선 100: 풍력 발전 장치

Claims (4)

1. 공기보다 가벼운 기체를 넣어 상공에 상주하는 공중부양체(1)와; 상기 공중부양체(1)의 하부에 설치되어 풍력에너지를 운동에너지로 변환하는 회전체(2)와; 상기 회전체(2)의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전본체(3)로; 구성된 풍력 발전 장치를 구성함에 있어서, 상기 공중부양체(1)의 중앙 저부에는 일정길이의 회전축(4)이 수직으로 설치되고; 상기 회전축(4)에는 복수의 링기어(6)가 일정간격을 두고 일체로 설치되며; 상기 회전체(2)는 복수로 구성되되, 회전축(4)의 각 링기어(6)와 각각 치합되는 피니언기어(7)가 축설된 유니버셜조인트(8)에 의해 회전축(4)에 일정간격을 두고 다층으로 설치되고; 상기 회전체(2)는 전면부가 원뿔모양으로 내부에 공기보다 가벼운 기체가 채워지고 발전스크루(5)가 외주면에 나선형으로 환설된 원통체로 구성되며; 상기 발전본체(3)는 가속기(9)와 발전기(10)로 구성되어, 회전축(4)의 하단에 축설됨을 특징으로 한 공중부양체를 이용한 풍력 발전 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 회전체(2)의 발전스크루(5)는 회전체(2)의 균형을 위해 회전체(2)의 외주면에 하나 이상이 한 바퀴 단위로 환설된 공중부양체를 이용한 풍력 발전 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 발전스크루(5)는 회전체(2)의 외주면에 일정간격으로 환설되도록 복수개로 구성된 공중부양체를 이용한 풍력 발전 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 회전축(4)의 각 층에 설치된 회전체(2)는 유니버셜조인트(8)에 의해 상호 연결되도록 복수로 구성된 공중부양체를 이용한 풍력 발전 장치.

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