KR101409264B1 - 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치 - Google Patents

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KR101409264B1
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신광복
구준성
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Abstract

본 발명의 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치는 철도차량의 지붕에 설치되어 철도차량의 운행에서 발생하는 바람을 내부로 안내하는 덕트(100); 상기 덕트(100)의 내부에 설치되어 상기 덕트(100)의 내부로 안내된 바람에 의해 회전하는 블레이드(210)와, 상기 블레이드(210)의 중심부에 결합되어 상기 블레이드(210)와 함께 회전하는 회전축(220), 상기 회전축(220)과 축연결되는 구동축(230)을 포함하는 회전부(200); 상기 구동축(230)의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전부(400); 상기 발전부(400)에서 생산된 전력을 저장하는 축전부; 및 상기 구동축(230)에 설치되어 상기 철도차량이 운행 중 정차한 경우에도 상기 구동축(230)의 회전력이 최대한 유지되도록 하는 플라이휠(500);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치{Flywheel Energy Storage System for a railway using the Wind power}
본 발명은 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치로서, 철도차량 주행중 차량 상부에 발생하는 주행풍을 동력원으로 하여 풍력에너지를 전기에너지로 변환 및 저장할 수 있는 에너지 저장장치에 관한 것이다.
최근 풍력 발전장치는 전 세계적으로 대체 에너지로 각광받고 있으며, 그 잠재량은 연간 2만~5만 메가와트에 달하는 것으로 추정하고 있으며, 현재와 같은 추세대로 풍력 발전 시장이 확대되면 20여년 후에는 전세계 전기 수요의 10%가 풍력 발전으로 충당될 것이라는 예상도 있다.
또한 이러한 풍력발전장치는 환경오염의 발생도 없으며, 설비 등을 단시간에 상쇄시킬 정도로 효율성도 양호하기 때문에 최근에는 국내에서도 제주도, 강원도 태백시 및 영월군 등에서 풍력발전장치를 설치하고 있다.
이러한 풍력발전을 위해서는 대형 프로펠러를 설치하고, 상기 프로펠러의 회동에 의해 발전장치에서 발전을 하도록 하는바, 주로 바람이 많은 지역, 즉 풍속이 약 4㎧ 이상인 곳에 설치하고 있으나, 항상 바람이 부는 것이 아니므로, 바람이 부는 때에만 발전을 하고, 바람이 없는 동안에는 발전을 할 수 없게 된다.
따라서 자연적인 바람이 없는 경우 발전을 할 수 있는 풍력발전장치가 필요한 실정이며, 열차와 같은 철도 차량이 주행함으로써 발생되는 풍력을 이용하기도 한다.
종래 기술 한국등록특허 제1013305호에서는 철도차량의 지붕에 설치되는 공기흡입수단과; 상기 공기흡입수단을 통해 흡입된 공기에 의해 회전하는 팬과, 상기 팬의 축에 연결되고, 상기 팬의 회전 동력을 받아 전기를 발생하기 위한 발전장치와; 상기 발전장치로부터 발생되는 전기를 전달받는 전류변환기와; 상기 전류변환기의 전기를 저장하는 축전지로 이루어지는 철도차량에 설치되는 풍력발전장치가 개시된다.
종래기술은 높은 풍력으로 팬을 회전시키기 때문에 많은 양의 전기를 얻을 수 있는 효과가 있으나, 철도차량이 운행중 정차한 경우에 풍력발전을 할 수 없는 문제점이 있다.
따라서 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 다양한 철도차량용 풍력발전장치의 개발이 필요한 실정이다.
한국등록특허 제1013305호 (2011.01.28)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 철도차량이 운행 중 역간 정차 시에도 지속적으로 전기에너지를 저장할 수 있는 철도차량용 에너지 저장장치를 제공하려는 것이다.
본 발명에 따른 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치(1000)는 철도차량의 지붕에 설치되어 철도차량의 운행에서 발생하는 바람을 내부로 안내하는 덕트(100); 상기 덕트(100)의 내부에 설치되어 상기 덕트(100)의 내부로 안내된 바람에 의해 회전하는 블레이드(210)와, 상기 블레이드(210)의 중심부에 결합되어 상기 블레이드(210)와 함께 회전하는 회전축(220), 상기 회전축(220)과 축연결되는 구동축(230)을 포함하는 회전부(200); 상기 구동축(230)의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전부(400); 상기 발전부(400)에서 생산된 전력을 저장하는 축전부; 및 상기 구동축(230)에 설치되어 상기 철도차량이 운행 중 정차한 경우에도 상기 구동축(230)의 회전력이 최대한 유지되도록 하는 플라이휠(500);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치(1000)는 상기 축연결이 상기 회전축(220)과 구동축(230)을 치합하되, 상기 회전축(220)의 회전력을 증대하여 상기 구동축(230)으로 전달하는 치합부(300);에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 치합부(300)는 상기 회전축(220)에 결합되는 기어(310), 상기 구동축(230)에 결합되며, 상기 기어(310)보다 적은 기어의 이를 가지는 피니언(320), 및 상기 기어(310)와 피니언(320)을 치합하는 타이밍벨트(330)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 치합부(300)는 상기 기어(310)와 피니언(320)의 기어비가 3 : 1 내지 9 : 1인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전부(200)는 상기 블레이드(210)와 회전축(220) 사이에 일방향베어링(240)이 설치되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치는 구동축에 설치되어 철도차량이 운행 중 정차한 경우에도 구동축의 회전력이 최대한 유지되도록 하는 플라이휠이 구성됨으로써, 철도차량이 운행중 정차한 경우에도 풍력발전을 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치는 회전축의 회전력을 증대하여 구동축으로 전달하는 치합부와, 구동축의 높은 회전력을 이용하여 발전하는 발전부가 구성됨으로써, 풍력발전 효율이 극대화되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치가 철도차량에 설치된 사시도
도 2는 본 발명에 따른 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치의 덕트 내부 사시도
도 4는 본 발명에 따른 회전부의 확대 단면도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치가 철도차량에 설치된 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치의 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치의 덕트 내부 사시도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 철도차량용 풍력발전장치(1000)는 덕트(100), 회전부(200), 치합부(300), 발전부(400), 축전부, 플라이휠(500)을 포함하여 구성된다.
덕트(100)는 철도차량의 지붕에 설치되어 철도차량의 운행에서 발생하는 바람을 내부로 안내하는 구성으로, 전측에 철도차량의 운행에서 발생하는 바람을 내부로 안내하기 위한 안내구가 형성된다.
또한, 덕트(100)는 수리 및 교체가 용이하도록 철도차량의 지붕에 탈부착이 가능한 나사결합, 슬라이딩결합, 래치결합을 이용하여 설치될 수 있다.
또한, 덕트(100)는 철도차량의 운행에서 발생하는 바람에 의해 파괴되지 않도록 스테인리스강과 아연도 철판 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 덕트(100)는 내면에 나선형태의 돌기(미도시)가 형성되어 철도차량의 운행에서 발생하는 바람을 덕트(100)의 내부에서 와류로 변환할 수 있다.
회전부(200)는 덕트(100)의 내부에 안내된 바람을 회전력으로 변환하며, 블레이드(210), 회전축(220), 구동축(230)을 포함하여 구성된다.
블레이드(210)는 덕트(100)의 내부에 설치되어 덕트(100)의 내부로 안내된 바람에 의해 회전한다. 이 때, 덕트(100)의 내면에 나선형태의 돌기가 형성되면, 철도차량의 운행에서 발생하는 바람은 덕트(100)의 내부에서 와류로 변환되어 블레이드(210)를 강한 회전력으로 회전하게 할 수 있다.
회전축(220)은 일단부가 블레이드(210)의 중심부에 관통결합되어 블레이드(210)가 회전하면 함께 회전한다.
구동축(230)은 회전축(220)과 높이방향으로 일정간격 이격되어 회전축(220)가 축연결된다.
한편, 회전부(200)는 도면에는 도시되지 않았으나, 회전축(220)과 구동축(230)을 지탱하는 다수개의 버팀대(50)를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 회전축(220) 및 구동축(230)과 버팀대(50) 사이에는 베어링(미도시)이 설치될 수 있다.
또한, 회전축(220)과 구동축(230)의 축연결은 회전축(220)의 회전력을 증가시켜 구동축(230)으로 전달하기 위한 치합부(300)에 의해 이루어진다.
치합부(300)는 회전축(220)과 구동축(230)을 치합하되, 회전축(220)의 회전력을 증대하여 구동축(230)으로 전달하는 구성으로, 기어(310), 피니언(320), 타이밍벨트(330)를 포함하여 구성된다.
기어(310)는 피니언(320)보다 많은 기어의 이를 가진 대형 기어로서, 중심부가 회전축(220)의 타단부에 결합되며, 타이밍벨트(330)가 걸어질 수 있도록 회전축(220)과 평행한 기어의 이를 가진 평 기어로 구성되는 것이 바람직하다.
피니언(320)은 기어(310)보다 적은 기어의 이를 가진 소형 기어로서, 중심부가 구동축(230)의 일단부에 결합되며, 타이밍벨트(330)가 걸어질 수 있도록 구동축(230)과 평행한 기어의 이를 가진 평 기어로 구성되는 것이 바람직하다.
타이밍벨트(330)는 기어(310)와 피니언(320)을 치합하며, 기어(310)와 피니언(320)의 회전에 의해 마모되지 않도록 고무 재질로 이루어질 수 있다.
이 때, 치합부(300)는 기어(310)와 피니언(320)의 기어비가 3:1 내지 9:1일 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 치합부(300)는 기어(310)와 피니언(320)의 기어비 차이를 이용하여 회전축(220)의 회전력을 증대하여 구동축(230)으로 전달하는 데, 이에 대해 좀 더 상세하게 설명하자면 다음과 같다.
1)덕트(100)의 내부로 안내된 바람에 의해 블레이드(210)가 회전하여 회전력이 발생한다.
2)블레이드(210)의 회전력이 블레이드(210)에 결합된 회전축(220)과 기어(310)로 전달된다.
3)블레이드(210)의 회전력을 전달받은 기어(310)가 회전되어, 타이밍벨트(330)가 회전되고, 타이밍벨트(330)에 치합된 피니언(320)도 회전된다.
4)기어(310)가 한바퀴 회전할 동안 피니언(320)이 한바퀴보다 더 많은 바퀴를 회전하게 되어 회전축(220)의 회전력이 증대되어 구동축(230)으로 전달된다.
발전부(400)는 구동축(230)의 회전력을 이용하여 전력을 생산하며, 구동축(230)의 일측에 설치되어 구동축(230)의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 전동기(미도시)로 구성될 수 있다.
축전부는 발전부(400)에서 생산된 전력을 저장하며, 전동기와 연결되어 전동기로부터 생산된 전력을 저장하는 이차 전지(미도시)로 구성될 수 있다.
또한, 축전부는 이차 전지에 저장된 전력을 교류 또는 직류로 변환하여 철도차량 내부로 공급하기 위한 전류변환기가 더 구성될 수 있다.
플라이휠(500)은 구동축(230)의 타측에 설치되어 철도차량이 운행 중 정차한 경우에도 구동축(230)의 회전력이 최대한 유지되도록 하는 역할을 한다. 여기에서 플라이휠(500)이란 구동축(230)에 설치된 관성모멘트가 큰 바퀴를 의미하며, 철도차량이 운행 중 정차한 경우에도 관성모멘트의 관성을 이용하여 구동축(230)의 회전력이 최대한 유지되게 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치(1000)는 구동축(230)에 설치되어 철도차량이 운행 중 정차한 경우에도 구동축(230)의 회전력이 최대한 유지되도록 하는 플라이휠(500)이 구성됨으로써, 철도차량이 운행중 정차한 경우에도 풍력발전을 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치(100)는 회전축(220)의 회전력을 증대하여 구동축(230)으로 전달하는 치합부(300)와, 구동축(230)의 높은 회전력을 이용하여 발전하는 발전부(400)가 구성됨으로써, 풍력발전 효율이 극대화되는 장점이 있다.
도 4는 본 발명에 따른 회전부의 확대 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 회전부(200)는 블레이드(210)와 회전축(220) 사이에는 일방향베어링(240)이 설치될 수 있다. 일방향베어링(240)은 블레이드(210)가 일방향으로 회전하는 경우에만, 블레이드(210)와 회전축이 함께 회전되게 하는 역할을 한다.
회전부(200)의 블레이드(210), 회전축(220), 구동축(230)이 모두 연계되어 회전하기 때문에, 철도차량이 운행 중 정차한 경우, 철도차량의 운행에서 발생하는 바람을 받지 못한 블레이드(210)가 멈추게 되면서 블레이드(210)에 타방향 회전력이 발생하여 구동축(230)에 전달되면, 구동축(230)이 좀 더 일찍 멈추게 된다.
일방향베어링(240)은 상술한 바와 같이 구동축(230)이 좀 더 일찍 멈추는 현상을 방지하기 위해 블레이드(210)와 회전축(220) 사이에 설치된다.
발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 본 발명에 따른 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치
100 : 덕트
200 : 회전부
210 : 블레이드 220 : 회전축
230 : 구동축 240 : 일방향베어링
300 : 치합부
310 : 기어 320 : 피니언
330 ; 타이밍벨트
400 : 발전부
500 : 플라이휠

Claims (5)

  1. 철도차량의 지붕에 설치되어 철도차량의 운행에서 발생하는 바람을 내부로 안내하며, 내면에 상기 바람을 와류로 변환하는 나선형태의 돌기가 형성되는 덕트(100);
    상기 덕트(100)의 내부에 설치되어 상기 덕트(100)의 내부로 안내된 와류에 의해 회전하는 블레이드(210)와, 상기 블레이드(210)의 중심부에 결합되어 상기 블레이드(210)와 함께 회전하는 회전축(220), 상기 회전축(220)과 축연결되는 구동축(230)을 포함하는 회전부(200);
    상기 구동축(230)의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전부(400);
    상기 발전부(400)에서 생산된 전력을 저장하는 축전부; 및
    상기 구동축(230)에 설치되어 상기 철도차량이 운행 중 정차한 경우에도 상기 구동축(230)의 회전력이 최대한 유지되도록 하는 관성모멘트가 큰 바퀴인 플라이휠(500);을 포함하며,
    상기 축연결이 상기 회전축(220)과 구동축(230)을 치합하되, 상기 회전축(220)의 회전력을 증대하여 상기 구동축(230)으로 전달하는 치합부(300);에 의해 이루어지며,
    상기 치합부(300)는 상기 회전축(220)에 결합되는 기어(310), 상기 구동축(230)에 결합되며, 상기 기어(310)보다 적은 기어의 이를 가지는 피니언(320), 및 상기 기어(310)와 피니언(320)을 치합하는 타이밍벨트(330)를 포함하며,
    상기 기어(310)와 피니언(320)의 기어비가 3 : 1 내지 9 : 1이며,
    상기 덕트(100)는 철도차량의 지붕에 탈부착이 가능한 나사결합, 슬라이딩결합, 또는 래치결합으로 설치되며,
    상기 회전부(200)는 철도차량이 운행 중 정차한 경우, 철도차량의 운행에서 발생하는 바람을 받지 못한 블레이드(210)가 좀 더 일찍 멈추는 것을 방지하기 위하여 상기 블레이드(210)와 회전축(220) 사이에 상기 블레이드(210)가 일방향으로 회전하는 경우에만 상기 블레이드(210)와 회전축이 함께 회전되게 하는 일방향베어링(240)이 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치.
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KR1020120149050A KR101409264B1 (ko) 2012-12-20 2012-12-20 풍력을 이용한 철도차량용 플라이휠 에너지 저장장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR960011124A (ko) * 1994-09-14 1996-04-20
JP2002155850A (ja) * 2000-11-21 2002-05-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd フライホイールを備えた風力発電装置
KR20110023297A (ko) * 2009-08-31 2011-03-08 심병선 자동차용 풍력 발전 장치
KR101027792B1 (ko) * 2009-05-08 2011-04-08 강재성 발전기용 프로펠러

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