KR101584331B1 - 연을 이용한 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연을 이용한 발전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연의 상승 및 하강에 따라 지상에 설치된 발전부에서 전기를 생산하도록 함으로써, 바람의 세기가 세지 않더라도 안정적으로 발전할 수 있으며, 그 구조가 단순하여 제조가 용이한 연을 이용한 발전 장치에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연과, 지상에 설치되는 발전부와, 상기 연과 발전부를 연결하는 연결줄로 이루어지고, 상기 연의 상승과 하강에 따라 발전부에서 전기를 생산하는 것을 특징으로 한다.

Description

연을 이용한 발전 장치{power generator using kite}

본 발명은 연을 이용한 발전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연의 상승 및 하강에 따라 지상에 설치된 발전부에서 전기를 생산하도록 함으로써, 바람의 세기가 세지 않더라도 안정적으로 발전할 수 있으며, 그 구조가 단순하여 제조가 용이한 연을 이용한 발전 장치에 관한 것이다.

세계 각국에서 인류의 생존 문제에 직결된 지구 온난화의 주 원인인 이산화탄소의 배출을 줄이기 위하여 많은 노력을 기울이고 있다. 이를 위해서는 화석연료의 사용을 최소화하고 풍력, 태양광, 조력 등 자연에너지를 최대한 이용하여야 한다. 이 가운데서 풍력에너지는 오래 전부터 범선과 풍차 등에 많이 활용되어 왔으며, 근래에 이르러 이러한 풍력에너지를 이용한 풍력발전이 급증하고 있다. 풍력발전으로는 풍차를 이용한 방법, 풍력발전 장치가 설치된 비행선을 상공에 띄우고 고공에 상존하는 빠른 풍속을 이용하여 발전하는 방법 등이 있다.

일반적으로 풍속이 지상에서 3m/s일 때 1km 상공에서는 9m/s가 되고, 2.8km 상공에서는 11m/s 가 되므로 고공에 풍력발전장치를 설치할수록 발전량과 효율이 높다고 할 수 있다. 지상 또는 해양에 설치되는 풍력발전기에 최적인 바람의 세기는 그 규모에 따라 다르지만 대략 10m/s로 알려져 있으며, 이러한 풍속은 먼 바다나 높은 산에서 얻을 수 있으며, 연평균 가동율은 25% 정도 밖에는 안 된다.

따라서, 풍력 발전에 유리한 장소의 확보가 어려우며 산에 설치하는 경우에는 자연환경을 오히려 훼손하며 소음문제를 야기시키고 있다. 비행선을 이용하는 경우에는 무거운 발전시스템을 비행선에 설치해야 하므로 비행선이 매우 커져야 한다. 따라서 비행선의 제작과 제어 그리고 유지보수 등에 어려움이 있다.

그리고, 연의 항력을 이용하는 방법은 연의 궤적을 제어하는 시스템이 복잡하여 실용화에 어려움이 예상된다.

따라서, 설치 장소에 제한이 없고 높은 가동율과 효율을 확보할 수 있으며 제작비가 적게 들고 제어가 쉬운 새로운 형태의 풍력발전기를 모색할 필요가 있다.

그래서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 한국등록특허 제10-0956269호에 기재된 기술이 제안되었는데, 그 기술적 특징은 풍력발전장치에 있어서, 바람을 이용하여 양력과 항력을 발생하는 다양한 형상의 연(20)과; 상기 연(20) 하부에 위치하며 다수 고정줄 및 지지대에 의하여 고정 지지되는 풍차(40)와; 지상에 설치되며 전기를 생산하기 위한 발전기(60); 및 상기 연(20)과 풍차(40)를 올리고 내리며 연줄(71)의 장력을 조절하는데 필요한 보조연줄(72)을 감고 풀 때에 사용하는 권선장치(70);를 포함하며, 상기 풍차(40)의 풍차바퀴(42) 및 상기 발전기(60)의 구동바퀴(62)를 연줄(71)로 연결하여 상기 풍차바퀴(42) 회전력에 따라 상기 구동바퀴(62) 회전력을 연동시키기 위한 인장력이 유지되도록 한 것을 특징으로 한다.

그런데, 한국등록특허 제10-0956269호에 기재된 기술은 연의 양력을 이용하여 풍차를 공중에 띄운 상태로 공중에서 상존하고 있는 10m/s 내외의 바람을 이용하여 풍차(40)를 회전시켜 발전하도록 하여, 비교적 약한 바람으로도 발전할 수 있게 하는 장점은 있으나, 강한 바람등에 의해 풍차(40)와 발전기(60)를 연결하는 연줄이 쉽게 이탈될 수 있어 연에 구비된 풍차(40)의 회전력을 지상에 구비된 발전기(60)로 전달하기가 용이하지 않아 안정적인 발전이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 지상에 구비되는 발전부와 발전부에 연결줄로 연결되는 연으로 이루어지되, 상기 발전부에는 연결줄을 권취하기 위한 권취부가 형성되고, 상기 권취부는 회전축에 연결되며, 상기 회전축에는 권취부가 감기는 쪽으로 회전하도록 힘을 가하는 태엽스프링이 구비되어, 연이 상승하거나 하강함에 따라 회전축이 회전하게 되고, 그에 따라 상기 회전축에 연결된 발전기가 회전하여 전기를 생산하도록 하는 연을 이용한 발전 장치를 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 상기 발전부와 연결줄로 연결된 연은 세로 골격과 상기 세로골격의 양측에 힌지 결합되는 가로 골격과 상기 가로 골격과 세로골격의 상부에 부착되는 시트지와 상기 가로 골격의 펼쳐지는 각도를 조절하는 모터로 이루어져, 연의 펼쳐지는 각도를 조절하여 연의 상승과 하강을 반복하도록 하여 안정적으로 발전을 할 수 있게 하는 연을 이용한 발전 장치를 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;

연과, 지상에 설치되는 발전부와, 상기 연과 발전부를 연결하는 연결줄로 이루어지고, 상기 연의 상승과 하강에 따라 발전부에서 전기를 생산하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 발전부는 회전축과, 상기 회전축에 구비되어 연결줄이 권취되는 권취부와, 상기 회전축의 일측에 구비되는 태엽 스프링과, 상기 회전축의 타측에 구비되는 발전기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 연은 세로 골격과, 상기 세로 골격의 양측에 힌지 결합되는 가로 골격과, 상기 가로 골격의 펼쳐지는 각도를 조절하는 모터와, 상기 세로 골격과 가로 골격에 부착되는 시트지로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 발전부에는 회전축의 회전을 감지하는 앤코더가 구비되고, 상기 앤코더에서 감지한 회전수에 따라 풀려지거나 감겨지는 연결줄의 길이를 감지하는 제어부가 구비되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제어부는 설정된 길이만큼 연결줄이 풀려지면, 연에 구비된 모터를 제어하여 가로 골격이 접혀지도록 하여 연이 하강하도록하며, 설정된 길이만큼 연결줄이 감겨지게 되면, 연에 구비된 모터를 제어하여 가로 골격이 펼쳐지도록 하여 연이 상승하도록 하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 연결줄에는 모터와 제어부를 연결하는 전선이 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 지상에 구비되는 발전부와 발전부에 연결줄로 연결되는 연으로 이루어지되, 상기 발전부에는 연결줄을 권취하기 위한 권취부가 형성되고, 상기 권취부는 회전축에 연결되며, 상기 회전축에는 권취부가 감기는 쪽으로 회전하도록 힘을 가하는 태엽스프링이 구비되어, 연이 상승하거나 하강함에 따라 회전축이 회전하게 되고, 그에 따라 상기 회전축에 연결된 발전기가 회전하여 전기를 생산하도록 하는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 상기 발전부와 연결줄로 연결된 연은 세로 골격과 상기 세로골격의 양측에 힌지 결합되는 가로 골격과 상기 가로 골격과 세로골격의 상부에 부착되는 시트지와 상기 가로 골격의 펼쳐지는 각도를 조절하는 모터로 이루어져, 연의 펼쳐지는 각도를 조절하여 연의 상승과 하강을 반복하도록 하여 안정적으로 발전을 할 수 있게 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 연-풍력 발전기의 개념도이다.
도 2는 종래의 연-풍력발전기의 풍차의 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연을 이용한 발전 장치의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연을 이용한 발전 장치의 연의 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연을 이용한 발전 장치의 발전부의 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 연을 이용한 발전 장치의 블럭도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명에 따른 연을 이용한 발전 장치의 개념도이고, 도 4는 본 발명에 따른 연을 이용한 발전 장치의 연의 개념도이고, 도 5는 본 발명에 따른 연을 이용한 발전 장치의 발전부의 개념도이고, 도 6은 본 발명에 따른 연을 이용한 발전 장치의 블럭도이다.

본 발명은 연을 이용한 발전 장치에 관한 것으로 도 3에 도시된 바와 같이 그 구성은 바람에 의해 상공을 부유하는 연(100)과 지상에 설치되는 발전부(200)와 상기 연(100)과 발전부(200)를 연결하는 연결줄(150)로 이루어져, 상기 연(100)이 바람에 의해 상승하거나 하강함에 따라 연결줄(150)이 발전부(200)에 권취되거나 풀려짐에 따라 발전하도록 한다.

여기서, 상기 발전부(200)는 도 5에 도시된 바와 같이, 케이스(270)의 내측에 구비되는 회전축(210)과 상기 회전축(210)에 구비되는 권취부(220)와 상기 회전축(210)의 일측에 구비되는 태엽 스프링(230)과 상기 회전축의 타측에 구비되는 발전기(240)로 이루어진다.

그래서, 상기 연(100)에 바람의 힘이 작용하여, 회전축(210)에 구비된 권취부(220)에 연결줄(150)이 권취되는 방향으로 가해지는 태엽 스프링(230)의 힘보다 연(100)이 상승하는 힘이 커지게 되어 연(100)이 상승하게 되면 권취부(220)에 권취된 연결줄(150)이 풀리면서 회전축(210)과 연결된 발전기(240)를 회전시켜 전기를 생성하게 되고, 연(100)에 가해지던 바람의 힘이 약해지게 되어 회전축(210)에 가해지는 상승력보다 태엽 스프링(230)의 탄성력이 더 커지게 되면 권취부(220)가 연결줄(150)이 감겨지는 방향으로 회전하게 되고, 이러한 회전축(210)의 회전력에 의해 발전기(240)가 전기를 생산하게 된다.

이때, 상기 발전기(240)는 도 5에 도시된 바와 같이 회전축(210)에 밸트나 체인을 이용하여 연결되어 동력을 전달받을 수도 있고, 도면에 도시되지는 않았지만 회전축(210)의 단부에 직접 연결되어 동력을 전달받을 수도 있다.

그리고, 상기 발전부(200)와 연결줄(150)로 연결되는 연(100)은 도 4에 도시된 바와 같이, 막대 형상으로 형성되는 세로 골격(110)과 상기 세로 골격(110)의 양측에 힌지 결합되는 가로 골격(120)과 상기 세로 골격과 가로 골격에 부착되는 시트지(130)와 상기 가로 골격(120)의 펼쳐지는 각도를 조절하는 모터(140)로 이루어진다.

여기서, 상기 모터(140)는 세로 골격(110)의 양측에 각각 고정 설치되고, 상기 세로 골격(110)의 양측에 결합되는 가로 골격(120)의 힌지부(112)에 연결되어, 상기 가로 골격(120)의 펼쳐지는 각도를 조절하게 된다.

이때, 상기 모터(140)의 동작을 위한 동력은 박데리를 사용하거나, 연결줄(150)에 전선(미도시)을 구비하여 발전기(240)에서 생산된 전기를 저장하는 저장부(250)의 전기를 사용한다.

한편, 상기 발전부(200)에는 회전축(210)의 회전을 감지하는 앤코더(260)가 구비되는데, 상기 앤코더(260)에서 감지한 회전수는 실시간으로 발전부(200)에 구비되는 제어부(270)로 전송되고, 상기 제어부(270)는 앤코더(260)에서 감지한 회전수에 따라 연결줄(150)이 감겨진 길이, 또는 풀려진 길이를 정확하게 판단할 수 있게 된다.

그래서, 상기 제어부(270)는 사용자가 설정한 길이만큼 연결줄(150)이 풀리게 되면, 연(100)에 구비된 모터(140)를 제어하여 연(100)을 적절한 각도로 접게 되고, 그에 따라 연(100)에 가해지던 바람의 힘이 약해지게 되므로 태엽 스프링(230)의 탄성력이 커지게 되어 연(100)이 하강하게 된다.

또한, 상기 제어부(270)는 사용자가 설정한 길이만큼 연결줄(150)이 감겨지게 되면, 연(100)에 구비된 모터(140)를 제어하여 연(100)을 완전히 펼쳐지게 하여, 연(100)에 가해지는 바람을 온전히 받게 되어 연(100)이 상승하는 힘이 태엽 스프링(230)의 탄성력보다 커지게 되어 연(100)이 다시 상승하게 된다.

이렇게 상기 제어부(270)의 제어에 의해 연(100)이 상승과 하강을 반복하도록 하여, 연(100)의 상승과 하강에 따라 회전축(210)이 회전하게 되고, 회전축(210)의 회전력에 의해 발전기(240)가 회전하여 전기를 안정적으로 생산할 수 있게 된다.

한편, 상기 연(100)에 설치되는 모터(140)에는 별도의 무선수신기(미도시)가 구비되어 제어부(270)의 제어신호를 수신할 수도 있고, 연(100)과 발전부(200)를 연결하는 연결줄(150)에 전선(미도시)을 구비하여, 제어부(270)의 제어신호를 연(100)에 설치된 모터(140)로 전송하여 모터(140)를 제어할 수 있게 된다.

이렇게 모터(140)를 실시간으로 제어할 수 있게 되므로, 사용자가 설정한 길이로 연결줄(150)이 감겨지거나, 풀리게 되면, 제어부(270)는 모터(140)를 제어하여 신속하게 가로 골격(130)을 펼치거나 접을 수 있게 된다.

그리고, 상기 도 6에 도시된 바와 같이, 발전부(200)의 발전기(240)에서 발전한 전기는 별도로 구비되는 저장부(250)에 저장되어 필요할 때 사용하거나, 발전기(240)에서 발전된 전기를 전선을 통하여 전기가 필요한 원격지로 전송하여, 전기를 사용하도록 할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

본 발명은 연을 이용한 발전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연의 상승 및 하강에 따라 지상에 설치된 발전부에서 전기를 생산하도록 함으로써, 바람의 세기가 세지 않더라도 안정적으로 발전할 수 있으며, 그 구조가 단순하여 제조가 용이한 연을 이용한 발전 장치에 관한 것이다.

100 : 연 110 : 세로 골격
112 : 힌지부
120 : 가로 골격 130 : 시트지
140 : 모터 150 : 연결줄
200 : 발전부 210 : 회전축
220 : 권취부 230 : 태엽 스프링
240 : 발전기 250 : 저장부
260 : 앤코더 270 : 제어부

Claims (6)

1. 연과,
   지상에 설치되는 발전부와,
   상기 연과 발전부를 연결하는 연결줄로 이루어지고,
   상기 발전부는 회전축과, 상기 회전축에 구비되어 연결줄이 권취되는 권취부와, 상기 회전축의 일측에 구비되는 태엽 스프링과, 상기 회전축의 타측에 구비되는 발전기로 이루어지고,
   상기 발전부에는 회전축의 회전을 감지하는 앤코더가 구비되고, 상기 앤코더에서 감지한 회전수에 따라 풀려지거나 감겨지는 연결줄의 길이를 감지하는 제어부가 구비되며,
   상기 연은 세로 골격과, 상기 세로 골격의 양측에 힌지 결합되는 가로 골격과, 상기 가로골격에 형성되는 힌지부를 기준으로 상기 가로 골격의 펼쳐지는 각도를 조절하는 모터와, 상기 세로 골격과 가로 골격에 부착되는 시트지로 이루어지며,
   상기 제어부는 설정된 길이만큼 연결줄이 풀려지면, 연에 구비된 모터를 제어하여 가로 골격이 접혀지도록 하여 연이 하강하도록하고, 설정된 길이만큼 연결줄이 감겨지게 되면, 연에 구비된 모터를 제어하여 가로 골격이 펼쳐지도록 하여 연이 상승하도록 하여,
   상기 연이 상승시에는 권취부가 연결줄이 풀려지는 방향으로 회전하여 발전기를 회전시켜 발전하며, 연이 하강시에는 태엽 스프링의 탄성력에 의해 연결줄이 감겨지는 방향으로 회전하여 발전기를 회전시켜 발전하도록 하는 것을 특징으로 하는 연을 이용한 발전 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 연결줄에는 모터와 제어부를 연결하는 전선이 구비되는 것을 특징으로 하는 연을 이용한 발전 장치.
   

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