KR101632396B1 - 공기저항을 이용한 차량의 항력 발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기저항을 이용한 차량의 항력 발전시스템에 관한 것으로서,
출구로 갈수록 좁아지는 형태로 되는 집중호퍼(320)와, 상기 집중호퍼(320)의 출구에 설치되어 차량의 진행에 따라 집중호퍼(320)에 의해 유도되는 공기저항력으로 회전되는 발전팬(100) 및 상기 발전팬(100)의 회전에 의해 전기를 생산하는 발전기(200)를 포함하여 차량에 설치되되,
상기 발전팬(100)은 중심이 비어 관통공(122)이 형성되는 상태로 동심원상에서 방사상으로 날개(120)가 배치되게 형성되어 발전팬(100)의 회전을 원활하게 함과 아울러 공기저항이 정체되지 않게 하여 회전 속도를 증강시키게 되고, 상기 날개(120) 후방에는 고깔 형상으로 되는 한편 공기가 관통할 수 있도록 복수의 배출공(142)이 형성된 지지대(140)가 구비되어 날개(120)를 지지하면서 발전기(200)의 회전축에 고정되는 공기저항을 이용한 차량의 항력 발전시스템에 관한 것이다.

Description

공기저항을 이용한 차량의 항력 발전시스템{Power generation system make use of air resistance in a vehicle}

본 발명은 항력 발전시스템에 관한 것으로서, 특히 차량에 설치되어 차량의 주행에 따라 공기저항을 받아 회전하는 회전날개를 통해 자가 발전을 하여 차량에 필요한 전기로 사용할 수 있도록 하는 공기저항을 이용한 차량의 항력 발전시스템에 관한 것이다.

자동차에는 다양한 전기장치가 사용되고 있다. 시동장치, 라이트, 각종 모터등과 같은 장치가 그것이다. 이러한 전기장치는 자동차에 장착되어 있는 배터리를 통해 전기를 공급받아 작동된다. 그리고 주행중에는 엔진의 동력을 공급받아 작동되면서 전기를 생산하는 발전기에서 전기를 공급받아 작동하게 되는데, 발전기에서 생산된 전기의 일부는 배터리를 충전하는데 사용되어 엔진이 멈추었을 때 배터리에서 전기를 공급받아 사용할 수 있게 된다. 결과적으로 자동차에 필요한 모든 전기는 오로지 엔진의 동력으로만 생산되어 공급되는 것이다.

그런데, 이와 같이 자동차에 필요한 전기를 엔진동력을 통해 생산하게 되면 당연히 연료의 소모량이 증가하게 된다. 엔진의 동력 일부를 발전을 위해 사용함에 따라 필연적으로 발생하는 현상이다. 이와 같이 연료 소모량이 증가하면 당연하게도 환경을 해치는 배기가스의 배출량이 증가하게 되는 등 다양한 문제를 야기하게 된다. 따라서 이를 개선하여야 할 필요가 있었다.

근래 상용화 단계에 이르고 있는 전기자동차에서도 비슷한 상황이다. 전기자동차는 말 그대로 전기를 통해 동력을 발생시키게 되므로 전기를 안정적이면서도 오랜 시간 공급할 수 있도록 하여야 할 필요가 있는데, 현재까지는 배터리의 성능을 향상시키는 것에 연구가 집중되고 있을 뿐이었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 엔진의 동력에 의하지 아니하고 친환경적으로 전기를 생산하고, 그 전기를 차량의 각종 전기장치를 구동하거나 배터리를 충전하는데 사용할 수 있도록 함으로써, 기존 화석연료를 사용하는 자동차뿐만 아니라 화석연료를 사용하지 않는 전기자동차등에도 적용하여 친환경적으로 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명에서는 자동차의 주행과정에서 발생하는 공기저항을 이용해 친환경적이고도 효율적으로 발전을 하는 공기저항을 이용한 차량의 항력 발전시스템을 제안하여 상기의 목적을 달성한다.

본 발명에 따르면, 자동차의 주행과정에서 전기를 자체생산하여 차량에 공급할 수 있게 된다. 따라서 이를 일반 자동차에 적용하면 전기 생산을 위한 연료사용을 줄일 수 있게 되고, 전기자동차에 적용하면 배터리 충전주기를 연장할 수 있게 되므로 에너지 절감에 기여하여 화석연료의 사용을 줄이는데 기여할 수 있게 된다. 특히나 개선된 발전팬을 통해 차량의 운행과정에서 공기에 의한 압력저항을 줄일 수 있게 되어 연료절감과 아울러 발전 효율의 극대화를 꾀할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 항력 발전시스템의 개략적인 구성을 보여주는 예시도,
도 2는 본 발명에 의한 발전팬의 일 예를 보여주는 사시도,
도 3은 본 발명에 의한 발전팬의 일 예를 보여주는 배면 사시도,
도 4는 본 발명에 의한 발전팬의 일 예를 보여주는 정면도,
도 5는 본 발명에 의한 집중호퍼가 호퍼세트로 구성된 상태를 보여주는 예시도,
도 6은 본 발명에 의한 항력 발전시스템이 차량에 설치된 상태를 보여주는 예시도.

본 발명에서는 엔진의 동력에 의하지 아니하고 친환경적으로 전기를 생산하고, 그 전기를 차량의 각종 전기장치를 구동하거나 배터리를 충전하는데 사용할 수 있도록 함으로써, 기존 화석연료를 사용하는 자동차뿐만 아니라 화석연료를 사용하지 않는 전기자동차에도 적용하여 친환경적으로 성능을 향상시킬 수 있도록 하기 위해,

출구로 갈수록 좁아지는 형태로 되는 집중호퍼(320)와, 상기 집중호퍼(320)의 출구에 설치되어 차량의 진행에 따라 집중호퍼(320)에 의해 유도되는 공기저항력으로 회전되는 발전팬(100) 및 상기 발전팬(100)의 회전에 의해 전기를 생산하는 발전기(200)를 포함하여 차량에 설치되되,

상기 발전팬(100)은 중심이 비어 관통공(122)이 형성되는 상태로 동심원상에서 방사상으로 날개(120)가 배치되게 형성되어 발전팬(100)의 회전을 원활하게 함과 아울러 공기저항이 정체되지 않게 하여 회전 속도를 증강시키게 되, 상기 날개(120) 후방에는 고깔 형상으로 되는 한편 공기가 관통할 수 있도록 복수의 배출공(142)이 형성된 지지대(140)가 구비되어 날개(120)를 지지하면서 발전기(200)의 회전축에 고정되는 공기저항을 이용한 차량의 항력 발전시스템을 제안한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면 도 1 내지 도 6을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 항력 발전시스템의 개략적인 구성을 보여주는 예시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 항력 발전시스템은 공기저항을 모아서 유도하는 집중호퍼(320)와 상기 집중호퍼(320)의 출구에서 0.5~3cm 간격을 두고 인접하게 설치되어 집중호퍼(320)에 의해 유도되는 공기저향력으로 회전되는 발전팬(100) 및 상기 발전팬(100)의 회전에 따라 전기를 생산하는 발전기(200)를 포함한다.

집중호퍼(320)는 출구 쪽으로 갈수록 좁아지는 형상을 이루어 입구를 통해 유입되는 저항력을 효과적으로 집중시켜 출구로 배출시켜 줄 수 있게 형성된다. 이로써 저속에서도 저항력을 효과적으로 집중시켜 발전팬(100)을 회전시켜 줄 수 있게 된다. 집중호퍼(320)의 입구와 출구는 원형으로 형성될 수 있는데, 특히 입구는 타원형을 이루게 형성되어 입구와 출구의 면적 비율에 맞는 넓이를 효율적으로 확보할 수 있다.

집중호퍼(320)를 구비하는 본 발명에 의한 항력 발전시스템은 차량의 전면에 설치된다. 따라서, 차량이 진행함에 따라 증가하는 공기저항이 자연스럽게 집중호퍼(320)로 유도되어 출구로 배출되면서 발전팬(100)을 회전시키게 된다. 이를 통해 발전이 이루어지게 되는 것이다. 한편, 발전팬(100)을 지난 항력, 즉 유체는 엔진을 식혀주게 되는바, 차량의 운행에 따라 증가하는 공기저항을 이용해 발전과 엔진과열 방지라는 두 가지 목적을 동시에 달성할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에 의한 발전팬의 일 예를 보여주는 사시도, 도 3은 본 발명에 의한 발전팬의 일 예를 보여주는 배면 사시도, 도 4는 본 발명에 의한 발전팬의 일 예를 보여주는 정면도이다.

본 발명에 의한 항력 발전시스템은 공기에 의한 압력저항을 특유의 발전팬(100)을 통해 전기로 변환하게 된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 집중호퍼(320) 출구 쪽에 발전팬(100)을 설치하여 집중호퍼(320)로 유도되는 공기저항력으로 발전팬(100)을 회전시켜 발전을 하게 되는 것이다.

상기 발전팬(100)은 중심이 비어 관통공(122)이 형성되는 상태로 동심원상에서 방사상으로 날개(120)가 배치되게 구성된다. 이와 같이 중심 부분이 비어 관통공(122)이 형성됨으로써 공기저항이 원활하게 관통될 수 있게 된다. 이러한 구성은 개별적인 날개(120)들을 후술하는 지지대(140)와 보강대(124)를 통해 고정함으로써 달성될 수 있다.

여기서, 상기 날개(120)는 강한 항력에 견딜 수 있으면서도 가벼운 탄소섬유와 같은 신소재로 제작하는 것이 바람직하다.

지지대(140)는 후단으로 갈수록 지름이 좁아지는 고깔 형상으로 형성되어 상기 날개(120) 후방에 형성되는 것으로서, 지지대(140)의 선단이 날개(120) 끝단 가장자리를 따라 날개(120)에 연결되어 고정됨으로써 날개(120)의 위치를 고정하게 된다. 고깔 형상을 이루는 상기 지지대(140)의 후단, 즉 꼭지 부분에는 발전기(200)의 회전축이 고정됨으로써 회전력을 발전기(200)에 전달하게 된다.

상기 지지대(140)는 날개(120)를 통과한 항력이 관통될 수 있도록 복수의 배출공(142)이 형성되어 있는바, 선단에서 후단에 이르도록 형성되어 날개(120)를 통과한 항력이 상기 배출공(142)을 통해 원활하게 이동하면서 차량의 엔진으로 진행될 수 있게 형성된다.

배출공(142)은 지지대(140)의 외주면을 따라 원부 방향으로 등 간격으로 형성되는 것이 바람직하다. 도시된 바와 같이 4개가 형성되는 경우 서로 대칭되는 위치에 형성되는 방식이다. 이를 통해 발전팬(100)의 회전시 어느 한쪽으로 치우치지 않고 무게 중심을 맞추어 회전할 수 있게 할 수 있다. 이와 같은 구성에서는 소음이 감소하는 효과도 얻을 수 있다.

보강대(124)는 상기 날개(120)를 더욱 견고하게 고정하기 위한 구성이다. 지지대(140)가 날개(120)의 끝단 가장자리를 고정하는 반면 보강대(124)는 링 형태로 형성되어 날개(120)의 길이 방향 시작지점과 끝단 사이 중간 부근을 서로 이어주게 된다. 공기 저항을 감소시키기 위해 보강대(124)의 폭은 1~3mm 정도로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 보강대(124)를 통해 날개(120)들은 더욱 견고한 고정상태를 유지할 수 있게 된다.

상기 보강대(124)는 날개(120)의 후방에 형성되어 날개(120)를 고정함으로써 공기가 원활하게 통과할 수 있도록 할 수 있다. 공기로 인한 압력저항을 최소화할 수 있도록 하는 구성인데, 특히나 이 구성은 발전팬(100)의 중심에 형성되는 관통공(122)을 따라 공기가 막힘 없이 통과할 수 있게 되는 구성과 어우러져 본 발명에 의한 발전팬(100)으로 공기저항이 유입되기 시작하면서 발생할 수 있는 압력저항을 획기적으로 감소시키게 된다. 결과적으로 공기저항을 감소시켜 차량의 운행에 따른 연료 절감 및 발전 효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 발전팬(100)에 따르면 공기저항이 날개(120)를 향해 유도되면 관통공(122)과 날개(120) 사이 틈을 지나면서 발전팬(100)을 회전시키게 된다. 이후 날개(120)를 관통한 항력은 지지대(140)에 형성되어 있는 배출공(142)을 관통하여 엔진으로 진행하는바, 엔진의 열을 식혀주게 된다.

도 5는 본 발명에 의한 집중호퍼가 호퍼세트로 구성된 상태를 보여주는 예시도, 도 6은 본 발명에 의한 항력 발전시스템이 차량에 설치된 상태를 보여주는 예시도이다.

이상에서 설명한 본 발명에 의한 항력 발전시스템은 차량에 설치될 수 있다. 차량에 설치되는 경우 도시된 바와 같이 차량 전면의 범퍼 또는 라디에이터 그릴이 설치되는 부분에 설치되는 것이 바람직하다. 차량에서 공기에 의한 저항을 가장 많이 받는 부분이 범퍼나 라디에이터 그릴 부분이므로 해당 부분에 설치함으로써 효율을 향상시키고 더불어 공기저항을 감소시키게 되는 것이다.

여기서 본 발명에 의한 집중호퍼(320)는 세트로 구성되어 설치될 수 있다. 차량은 그 구조적 특성상 좌우로 폭이 넓기 때문에 이를 십분 활용하여 복수의 발전기(200)를 통해 한꺼번에 많은 전기를 생산할 수 있도록 하기 위한 구성이다.

이를 위해 본 발명에서는 복수 개의 집중호퍼(320)가 서로 나란히 이어지게 형성되어 호퍼세트(300)를 형성하게 되고, 이와 같이 형성되는 호퍼세트(300)를 차량의 전면에 설치한다. 이때 집중호퍼(320)의 규격은 좌/우 폭(가로, d) 40cm, 상/하 높이(세로, h) 30cm 정도로 형성하여 입구의 좌/우 폭이 상/하 높이 큰 타원형상을 이루게 된다. 따라서 많은 양의 공기를 원활하게 유입시켜 줄 수 있게 된다. 또한 집중호퍼(320)는 출구쪽 지름은 20cm 정도를 이루는 원형으로 형성하게 된다. 이를 통해 결과적으로 입구와 출구의 넓이 비율이 3대 1 정도가 되게 형성하고 그에 맞는 규격의 발전팬(100)을 설치함으로써 일반적인 승용차에서 최적의 효과를 구현하게 된다. 한편, 집중호퍼(320) 사이에는 통풍구(340)이 관통되게 형성되어서 공기로 인한 압력저항을 감소시키게 형성될 수 있다.

상기와 같이 형성된 호퍼세트(300)는 각 집중호퍼(320) 마다 발전팬(100)과 발전기(200)가 출구 쪽에 설치(고정 구조는 도시되지 않음)되어서 각각 전기를 생산하고, 이와 같이 생산된 전기는 차량의 각종 전기장치나 배터리로 직접 공급되거나 또는 배터리를 충전시키게 된다.

이상이 호퍼세트(300)에서 집중호퍼(320)는 일반적인 승용차에 설치되는 경우 도시된 바와 같이 3개 정도가 횡 방향으로 연달아 설치되는 것이 바람직하나, 그에 한정되는 것은 아니고, 본 발명에 의한 항력 발전시스템이 설치되는 위치나 발전 용량 등을 종합적으로 고려하여 설치 개수를 결정한다.

100 : 발전팬, 120 : 날개,
122 : 공간, 124 : 보강대,
140 : 지지대, 142 : 관통공,
200 : 발전기, 300 : 호퍼세트,
320 : 집중호퍼, 340 : 통풍구.

Claims (4)

1. 출구로 갈수록 좁아지는 형태로 되는 집중호퍼(320)와, 상기 집중호퍼(320)의 출구에 설치되어 차량의 진행에 따라 집중호퍼(320)에 의해 유도되는 공기저항력으로 회전되는 발전팬(100) 및 상기 발전팬(100)의 회전에 의해 전기를 생산하는 발전기(200)를 포함하여 차량에 설치되고,
   상기 발전팬(100)은 날개(120)와 상기 날개(120)의 후방에 일체로 형성되는 지지대(140)를 포함하되,
   상기 날개(120)는 중심이 비어 관통공(122)이 형성되는 상태로 동심원상에서 방사상으로 배치되어 공기가 날개(120) 사이 및 상기 관통공(122)을 관통하게 되어 발전팬(100)의 회전을 원활하게 함과 아울러 공기저항이 정체되지 않게 하여 회전 속도를 증강시키게 되고,
   상기 지지대(140)는 후단으로 갈수록 지름이 좁아지는 고깔 형상을 이루고, 복수의 배출공(142)이 원주방향으로는 등간격을 이루면서 길이방향으로는 선단에서 후단에 이르게 형성됨으로써 공기가 관통할 수 있게 되어,
   상기 지지대(140)가 발전기(200)의 회전축에 고정되게 되어 발전팬(100)이 회전축을 축으로 회동함으로써 발전기(200)를 구동시킬 수 있게 되는 공기저항을 이용한 차량의 항력 발전시스템.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 집중호퍼(320)는 입구가 좌/우 폭이 상/하 높이보다 큰 타원형상을 이루되, 상기 집중호퍼(320)의 입구와 출구의 면적은 3대 1의 비율로 형성되는 공기저항을 이용한 차량의 항력 발전시스템.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 집중호퍼(320)는 복수 개가 서로 나란하게 이어지게 형성되어 호퍼세트(300)를 형성하되, 각 집중호퍼(320) 마다 발전기(200)가 설치되는 공기저항을 이용한 차량의 항력 발전시스템.
   
   
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