KR101691866B1 - 태양열 굴뚝발전소의 터빈부 윈드터널에 대한 장치 - Google Patents

태양열 굴뚝발전소의 터빈부 윈드터널에 대한 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101691866B1
KR101691866B1 KR1020160056642A KR20160056642A KR101691866B1 KR 101691866 B1 KR101691866 B1 KR 101691866B1 KR 1020160056642 A KR1020160056642 A KR 1020160056642A KR 20160056642 A KR20160056642 A KR 20160056642A KR 101691866 B1 KR101691866 B1 KR 101691866B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
chimney
tunnel
unit
pipe
turbine
Prior art date
Application number
KR1020160056642A
Other languages
English (en)
Inventor
박윤원
Original Assignee
비즈 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 비즈 주식회사 filed Critical 비즈 주식회사
Priority to KR1020160056642A priority Critical patent/KR101691866B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101691866B1 publication Critical patent/KR101691866B1/ko
Priority to PCT/KR2017/002670 priority patent/WO2017195975A1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/04—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/007—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations the wind motor being combined with means for converting solar radiation into useful energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/30—Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/34—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures
    • F03D9/35—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures within towers, e.g. using chimney effects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30—Wind power
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

본 발명은 태양열 굴뚝 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터빈을 통과하여 배출되는 공기의 유동을 빠르게 하여 터빈의 출력을 증가시키고 전력 생산 효율을 높이기 위한 태양열 굴뚝 발전기에 관한 것이다. 태양열 굴뚝 발전기는 열수집부, 굴뚝부, 강성부, 터널부 및 전력생산부를 포함한다. 열수집부는 바닥부와 상기 바닥부로부터 상측으로 이격되어 마련되는 지붕부를 갖고, 태양열에 의해 내부의 공기가 가열된다. 굴뚝부는 상기 열수집부의 중앙으로부터 상측으로 연장되고 내측이 중공 형성된다. 강성부는 상기 굴뚝부의 하측으로 연장되어 상기 열수집부의 내부에 마련된다. 터널부는 상기 강성부의 중앙에 마련되는 에어제트터널과, 상기 에어제트터널의 둘레에 마련되며 내측에 터빈을 갖는 복수의 윈드터널을 포함한다. 전력생산부는 상기 터빈의 작동으로 전력을 생산한다. 상기 터널부는 상기 공기가 상기 굴뚝부를 통과하여 외부로 배출되도록 유로를 형성한다.

Description

태양열 굴뚝발전소의 터빈부 윈드터널에 대한 장치{TURBINE WIND TUNNEL FACILITY FOR SOLAR CHIMNEY POWER PLANT}
본 발명은 태양열 굴뚝 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터빈을 통과하여 배출되는 공기의 유동을 빠르게 하여 터빈의 출력을 증가시키고 전력 생산 효율을 높이기 위한 태양열 굴뚝 발전기에 관한 것이다.
태양열 굴뚝 발전기는 지표면으로부터 이격되어 햇빛이 투과되는 지붕을 갖는다. 지붕의 최외곽으로부터 유입된 공기는 지붕의 중심으로 이동하면서 태양열에 의해 가열되고, 태양열에 의해 가열된 공기는 밀도가 작아지면서 상승하려는 힘이 발생한다. 그리고, 가열된 공기는 지붕의 중앙에 위치한 굴뚝의 하단부에 도달하면, 굴뚝의 배기효과 및 상승기류에 의하여 굴뚝의 상부로 이동하여 외부로 배출된다. 이때, 굴뚝 하단부에 설치된 터빈이 돌아가며 발전기를 작동시켜 전기를 생산한다.
태양열 굴뚝 발전기는 태양열을 이용하여 전력을 생산하는 효율이 매우 낮다는 문제점이 있기 때문에 종래에는 태양열 굴뚝 발전기의 열효율을 높이기 위한 연구가 지속되고 있다. 일 예로, 열 효율은 열 전달부의 면적과 굴뚝 높이의 곱으로 나타내어지는 공기의 체적에 비례한다. 따라서, 종래에는 열 전달부의 면적을 넓히고 굴뚝을 높이는 방향으로 연구가 진행되어 왔다. 그러나, 터빈의 효율을 높여 태양열 굴뚝 발전기의 전력 생산 효율을 높이는 방법에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 일 예로, 베츠(Betz)의 법칙에 의하면, 굴뚝의 하단부에 설치되어 발전을 하는 터빈을 이용하여 최대의 출력을 내기 위해서는 터빈을 통과하는 유량은 동일하되 터빈 입구의 속도와 터빈 출구의 속도의 차이를 크게 해야 한다. 그러나, 종래에는 태양열 굴뚝 발전기의 터빈이 최대 출력을 얻기 위한 구조가 고안되어 있지 않기 때문에 터빈을 이용해 얻을 수 있는 에너지 효율은 매우 적었다.
따라서, 굴뚝을 통하여 배출되는 공기의 유동을 빠르게 하여 터빈의 출력을 증가시키고 전력 생산 효율을 높이기 위한 태양열 굴뚝 발전기가 필요하다.
일본 공개특허공보 특개2014-070618호 일본 공개특허공보 특개2012-107612호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 터빈을 통과하여 배출되는 공기의 유동을 빠르게 하여 터빈의 출력을 증가시키고 전력 생산 효율을 높이기 위한 태양열 굴뚝 발전기를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 바닥부와 상기 바닥부로부터 상측으로 이격되어 마련되는 지붕부를 갖고, 태양열에 의해 내부의 공기가 가열되는 열수집부; 상기 열수집부의 중앙으로부터 상측으로 연장되고 내측이 중공 형성된 굴뚝부; 상기 굴뚝부의 하측으로 연장되어 상기 열수집부의 내부에 마련되는 강성부; 상기 강성부의 중앙에 마련되는 에어제트터널과, 상기 에어제트터널의 둘레에 마련되며 내측에 터빈을 갖는 복수의 윈드터널을 포함하는 터널부; 및 상기 터빈의 작동으로 전력을 생산하는 전력생산부를 포함하며, 상기 터널부는 상기 공기가 상기 굴뚝부를 통과하여 외부로 배출되도록 유로를 형성하며, 상기 에어제트터널의 내경은 상측으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 것인 태양열 굴뚝 발전기를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 윈드터널은, 상기 강성부의 측면에서부터 상기 강성부의 중심을 향해 소정의 길이로 수평하게 관통 형성되는 제1 파이프; 상기 제1 파이프로부터 상측을 향해 유선형으로 절곡 연장되는 제2 파이프; 및 상기 제2 파이프로부터 상기 강성부의 상면으로 연장되는 제3 파이프를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 윈드터널은 상기 제2 파이프로부터 분기되어 상기 에어제트터널의 하단과 연통되는 분기관을 포함하며, 상기 에어제트터널의 내부에는 에어제트펌프가 더 마련되며, 상기 에어제트 펌프는 상기 에어제트터널의 내부로 유입된 공기를 상기 굴뚝부로 고속으로 배출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 에어제트터널의 상단은 상기 제3 파이프에 비해 내경이 작은 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 터빈은 상기 제3 파이프의 내부에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 강성부는, 몸체를 형성하는 본체; 및 상기 본체의 외주면을 따라 형성되는 복수의 돌출체를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 파이프는 상기 돌출체 사이에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 터빈은 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 굴뚝부는 내경이 상부로 갈수록 점차 증가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
삭제
삭제
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명은 윈드터널이 유선형으로 이루어져 가열된 공기의 흐름이 열수집부에서 굴뚝부로 이동할 때, 윈드터널의 벽에 부딪히며 발생하는 저항을 최소화 할 수 있다.
또한, 본 발명은 강성부를 통해 굴뚝부의 하단을 바닥부에 안정적으로 고정시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 굴뚝부의 내경이 상부로 갈수록 넓어져 가열된 공기가 외부로 배출되기 용이하다.
또한, 본 발명은 복수의 윈드터널에 마련된 각각의 터빈이 개별적으로 제어된다. 따라서, 어느 하나의 터빈에 고장이 발생할 경우, 해당 터빈만을 정지시켜 유지보수를 실시할 수 있기 때문에 유지보수가 편리하다.
또한, 본 발명은 윈드터널을 통해 이동하는 공기 중 일부가 에어제트터널을 통해 상측으로 방출되도록 마련된다. 이때, 에어제트터널을 통과하는 공기는 고속으로 이동하며 윈드터널의 상측의 압력을 감소시켜 터빈의 하측과 상측의 압력차를 증가시킨다. 즉, 가열된 공기가 압력차에 의해 더욱 빠르게 상승하며 터빈의 출력을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 터빈이 공기의 흐름이 안정된 제3 파이프에 마련된다. 구체적으로, 제3 파이프는 공기의 흐름이 층류(laminar flow)를 형성한다. 따라서, 제3 파이프에 마련된 터빈은 안정적으로 일정한 출력을 낼 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 굴뚝 발전기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 굴뚝 발전기의 굴뚝부와 터널부를 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 굴뚝 발전기의 굴뚝부와 터널부의 종단면을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 굴뚝 발전기의 공기의 흐름 및 속력을 나타낸 그림이다.
도 5는 에어제트터널이 구비되지 않은 태양열 굴뚝 발전기의 공기의 흐름 및 속력을 나타낸 그림이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 에어제트터널을 구비한 태양열 굴뚝 발전기의 공기의 흐름 및 속력을 나타낸 그림이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 굴뚝 발전기의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 굴뚝 발전기의 굴뚝부와 터널부를 나타낸 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 굴뚝 발전기의 굴뚝부와 터널부의 종단면을 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 태양열 굴뚝 발전기(100)는 열수집부(110), 굴뚝부(120), 강성부(130), 터널부(140) 및 전력생산부(미도시)를 포함한다.
열수집부(110)는 바닥부(111)와 바닥부(111)로부터 상측으로 이격되어 마련되는 지붕부(112)를 갖고, 태양열에 의해 내부의 공기가 가열된다.
바닥부(111)는 지표면일 수 있고, 별도의 구조물을 마련하여 구성할 수도 있다. 그리고, 바닥부(111)는 아스팔트 또는 검정색 도료의 소재로 마련될 수 있다. 그러나, 바닥부(111)의 소재는 일실시예에 한정되지 않으며, 태양열을 흡수하여 복사열을 발생시킬 수 있는 소재이라면 모두 일실시예에 포함된다.
지붕부(112)는 바닥부(111)로부터 상측으로 소정의 간격을 두고 이격되어 마련되며, 태양열이 투과되기 용이한 소재로 마련될 수 있다. 특히, 지붕부(112)는 온실효과를 일으킬 수 있는 소재로 마련될 수 있다. 그리고, 지붕부(112)는 최외곽에서 중앙으로 갈수록 높이가 높아지도록 경사지게 형성될 수 있다. 이때, 지붕부(112)의 중앙은 후술할 윈드터널(142)의 제1 파이프(143)의 단면적과 윈드터널(142)의 단면적이 동등할 수 있는 높이로 마련됨이 바람직하다. 그리고, 지붕부(112)는 도시하지 않았으나, 복수의 기둥 등을 통해 바닥부(111)로부터 이격된 상태를 유지할 수 있다. 이처럼 마련된 지붕부(112)의 최외곽으로부터 유입된 공기는 바닥부(111)와 지붕부(112)의 사이의 공간에서 가열되며, 지붕부(112)의 중앙으로 이동한다. 그리고, 열수집부(110)에서 가열된 공기는 밀도가 감소하여, 상승 기류를 형성한다. 또한, 태양열 굴뚝 발전기(100)가 설치되는 장소가 사막일 경우, 미세모래가 후술할 터빈(146)을 손상시킬 수 있다. 따라서, 미세모래가 터빈(146)을 손상시키는 것을 방지하기 위해 바닥부(111)와 지붕부(112)에는 다수의 돌출부(미도시)가 형성될 수 있다. 상기 돌출부는 공기가 지붕부(112)의 최외곽에서 지붕부(112)의 중심까지 이동할 때, 지그재그(zig-zag) 또는 업다운(up-down)되며 이동하도록 한다. 그리고, 상기와 같이 이동되는 공기는 상기 돌출부와 부딪히며 일시적으로 이동속도가 감소하게 되면서 공기보다 상대적으로 무거운 미세모래의 입자가 바닥부(111)로 떨어지도록 한다. 상기 돌출부의 형상 및 설치 위치는 상술한 목적을 달성할 수 있도록 적절히 설계될 수 있다.
굴뚝부(120)는 열수집부(110)의 중앙으로부터 상측으로 연장되고 내측이 중공 형성된다. 보다 구체적으로, 굴뚝부(120)는 내측이 중공된 원기둥 형상으로 마련될 수 있다. 그러나, 굴뚝부(120)의 형상은 일실시예에 한정되지 않는다. 일 예로, 굴뚝부(120)는 사각기둥의 형상으로 마련될 수도 있다. 굴뚝부(120)는 내경이 상부로 갈수록 점차 증가하도록 마련될 수 있다. 즉, 굴뚝부(120)는 하부에서 상부로 갈수록 내벽의 두께가 얇아져 내경이 증가하도록 마련될 수 있다. 이때, 굴뚝부(120)는 지진, 바람, 자중 등으로 인해 변형이 생기는 것을 방지할 수 있는 두께 및 재질로 마련됨이 바람직하다. 이처럼 마련된 굴뚝부(120)는 하부의 공기가 터빈(146) 및 상승기류에 의해 상부로 배출되기 용이하다.
강성부(130)는 본체(131) 및 돌출체(132)를 포함하며, 굴뚝부(120)의 하측으로 연장되어 열수집부(110)의 내부에 마련된다. 본체(131)는 강성부(130)의 몸체를 형성한다. 구체적으로, 본체(131)는 굴뚝부(120)의 하단부로부터 연장되어 마련되되, 굴뚝부(120)에 비해 직경이 크도록 마련될 수 있다. 즉, 본체(131)는 굴뚝부(120)가 지진, 바람, 자중 등으로 인해 발생하는 하중으로 인해 변형이 발생하는 것을 방지하기 위해 굴뚝부(120)의 하단을 보강할 수 있다. 그리고, 본체(131)는 바닥부(111)와 지붕부(112)의 내부에 위치하도록 마련된다. 돌출체(132)는 본체(131)의 외주면을 따라 복수개로 형성된다. 이때, 돌출체(132)는 도 1에 도시된 개수로 마련되는 것으로 한정되지 않으며, 후술할 윈드터널(142)의 개수만큼 마련됨이 바람직하다. 즉, 일실시예에서는 윈드터널(142)이 6개로 마련되었기 때문에 돌출체(132)의 개수도 6개로 마련되었으나, 윈드터널(142)과 돌출체(132)의 개수는 현장 상황에 따라 용이하게 변경될 수 있다.
터널부(140)는 에어제트터널(141) 및 윈드터널(142)을 포함하며, 열수집부(110)에서 가열된 공기가 굴뚝부(120)를 통과하여 외부로 배출되도록 유로를 형성한다.
에어제트터널(141)은 강성부(130)의 중앙에 마련된다. 구체적으로, 에어제트터널(141)의 출구측은 강성부(130)의 상단 중앙에 마련되며, 에어제트터널(141)의 입구측은 후술할 윈드터널(142)의 제2 파이프(144)로부터 분기된 분기관(147)과 연결되도록 연장된다. 이때, 에어제트터널(141)의 입구측은 복수의 제2 파이프(144)로부터 각각 분기된 복수의 분기관(147)과 연결된다. 또한, 에어제트터널(141)은 하단의 입구측에서 상단의 출구측으로 이동하면서 내경이 작아지도록 형성될 수 있다. 그리고, 에어제트터널(141)의 출구측은 후술할 제3 파이프(145)의 내경에 비해 작도록 마련될 수 있다. 이처럼 마련된 에어제트터널(141)은 윈드터널(142)로 유입된 공기의 일부가 분기관(147)을 통해 유입되면 유입된 공기를 굴뚝부(120)로 배출할 수 있다. 그리고, 에어제트터널(141)에는 에어제트펌프(미도시)가 마련되며, 상기 에어제트펌프는 에어제트터널(141)로 유입된 공기를 굴뚝부(120)로 고속으로 배출할 수 있다. 에어제트터널(141)로 인한 구체적인 효과는 후술하도록 한다.
윈드터널(142)은 제1 파이프(143), 제2 파이프(144), 제3 파이프(145), 터빈(146) 및 분기관(147)을 포함하며, 에어제트터널(141)의 둘레에 복수로 마련된다. 이때, 각 윈드터널(142)은 에어제트터널(141)로부터 동일한 간격만큼 이격되어 마련될 수 있다.
제1 파이프(143)는 강성부(130)의 측면에서부터 강성부(130)의 중심을 향해 소정의 길이로 수평하게 관통 형성된다. 이때, 제1 파이프(143)는 인접한 돌출체(132)의 사이에 마련될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 파이프(143)는 인접한 돌출체(132)가 상호 접하는 함입부에 입구가 마련될 수 있다.
제2 파이프(144)는 제1 파이프(143)로부터 상측을 향해 유선형으로 절곡 연장된다. 즉, 제2 파이프(144)는 제1 파이프(143)로 유입된 공기가 상측의 굴뚝부(120)를 향하도록 공기의 이동 방향을 전환한다. 이때, 제2 파이프(144)는 유선형으로 형성되어 공기의 이동 방향이 전환될 때, 공기가 제2 파이프(144)의 내벽에 부딪혀 발생하는 저항을 최소화할 수 있다. 그리고, 제2 파이프(144)에는 분기관(147)이 마련된다. 분기관(147)은 전술한 바와 같이, 제2 파이프(144)로부터 분기되어 에어제트터널(141)의 하단에 마련된 입구측과 연결된다. 즉, 분기관(147)은 제2 파이프(144)를 통과하는 공기 중 일부가 에어제트터널(141)로 유입되도록 한다.
제3 파이프(145)는 제2 파이프(144)로부터 강성부(130)의 상면으로 연장된다. 즉, 제3 파이프(145)는 제1 파이프(143)로부터 유입된 공기가 강성부(130)를 통과하여 굴뚝부(120)로 배출될 수 있도록 마련된다.
터빈(146)은 제3 파이프(145)의 내측에 마련된다. 구체적으로, 제3 파이프(145)의 내측은 공기의 유동이 층류 상태를 이룬다. 즉, 제3 파이프(145)의 내측은 공기가 안정적으로 흐르기 때문에 터빈(146)이 제3 파이프(145)에 마련될 경우 안정적으로 일정한 출력을 내기 용이하다. 그리고 터빈(146)은 도시된 바와 같이, 제3 파이프(145)의 중간지점에 형성됨이 바람직하나, 도시된 위치로 한정되지는 않는다. 즉, 터빈(146)은 제3 파이프(145)의 내측에 위치하되, 제3 파이프(145)의 중간지점에 위치하는 것으로 한정되지 않는다. 또한, 터빈(146)은 제3 파이프(145)의 길이 방향을 따라 복수개로 마련되는 것도 가능하다.
또한, 복수개의 제3 파이프(145)에 마련되는 터빈(146)은 개별적으로 제어될 수 있다. 종래에는 굴뚝에 하나의 터빈을 마련하고, 그 터빈을 돌려 전력을 생산하였다. 따라서, 종래에는 터빈에 고장이 발생한 경우, 태양열 굴뚝 발전기 전체의 전력 생산을 중단하고, 상기 터빈을 수리한 다음 태양열 굴뚝 발전기를 재가동해야 했다. 그러나, 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 굴뚝 발전기(100)는 복수개의 터빈(146)이 개별적으로 제어된다. 따라서, 복수개의 터빈 중 어느 하나의 터빈(146)에 고장이 발생한 경우, 고장이 발생한 터빈(146)을 정지하고 해당 터빈(146)이 위치한 윈드터널(142)의 입구를 막은 상태에서 나머지 터빈들을 이용하여 태양열 굴뚝 발전기(100)를 가동할 수 있다. 즉, 복수개의 터빈 중 어느 하나의 터빈(146)에 고장이 발생한 경우에도 고장난 터빈(146)을 수리하는 동안 나머지 터빈을 통해 태양열 굴뚝 발전기(100)를 가동할 수 있어 경제적이다.
또한, 터빈(146)은 전술한 에어제트터널(141)에 의해 더욱 높은 출력을 낼 수 있다. 구체적으로, 에어제트터널(141)로 유입된 공기는 에어제트펌프에 의해 굴뚝부(120)의 상부를 향해 고속으로 배출된다. 이때, 고속으로 배출되는 공기는 윈드터널(142)에 의해 배출되는 공기가 상부로 이동하는 속도를 높여 윈드터널(142)의 상측의 압력이 낮아지도록 유도한다. 따라서, 공기가 터빈(146)을 통과하기 전의 위치와 공기가 터빈(146)을 통과한 후의 위치의 압력의 차이가 더욱 커진다. 그리고, 공기가 더욱 빠른 속도로 터빈(146)을 통과함에 따라 터빈(146)의 동력이 증가되어 터빈(146)의 출력을 증가시킬 수 있다.
한편, 전력생산부는 터빈(146)의 작동으로 전력을 생산한다. 더욱 상세하게는, 전력생산부는 열수집부(110)를 통과하며 가열된 공기가 굴뚝부(20)를 통해 배출되면서 터빈(146)을 돌리게 되고, 전력생산부는 터빈(146)의 동력을 통해 전력을 생산할 수 있다. 전력생산부가 터빈(146)의 동력을 이용하여 전력을 생산하는 기술은 공지 기술이며, 통상의 기술자가 실시하기 용이하다는 점에서 구체적인 구성은 생략하도록 한다.
이하, 도 1 내지 도 3에 더해 도 4 내지 도 6을 참조하여 태양열 굴뚝 발전기(100)의 공기의 흐름을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 굴뚝 발전기의 공기의 흐름 및 속력을 나타낸 그림이고, 도 5는 에어제트터널이 구비되지 않은 태양열 굴뚝 발전기의 공기의 흐름 및 속력을 나타낸 그림이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 에어제트터널을 구비한 태양열 굴뚝 발전기의 공기의 흐름 및 속력을 나타낸 그림이다.
우선, 도 4 에서 볼 수 있듯이, 태양열 굴뚝 발전기(100)는 공기가 에어제트터널(141)과 윈드터널(142)로 유입되어 상부의 굴뚝부(120)로 배출되는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 도 5 및 도 6을 보면, 에어제트터널(141)이 구비된 태양열 굴뚝 발전기(100)와 에어제트터널이 구비되지 않은 태양열 굴뚝 발전기는 굴뚝부(120)의 동일 위치에서 공기의 속력이 크게 차이가 나는 것을 확인 할 수 있다. 즉, 에어제트터널(141)이 구비된 태양열 굴뚝 발전기(100)는 에어제트터널(141)이 구비되지 않은 태양열 굴뚝 발전기에 비해 공기의 유동이 빠르다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 에어제트터널(141)이 구비된 태양열 굴뚝 발전기(100)는 공기의 유동을 빠르게 하여 터빈(146)의 출력을 높일 수 있다.
이처럼 전술한 바와 같이 마련된 태양열 굴뚝 발전기(100)는 공기의 유동을 빠르게 함으로써, 터빈(146)의 출력을 증가시키고 전기 생산 효율을 높일 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 태양열 굴뚝 발전기 110: 열수집부
111: 바닥부 112: 지붕부
120: 굴뚝부 130: 강성부
131: 본체 132: 돌출체
140: 터널부 141: 에어제트터널
142: 윈드터널 143: 제1 파이프
144: 제2 파이프 145: 제3 파이프
146: 터빈 147: 분기관

Claims (11)

  1. 바닥부와 상기 바닥부로부터 상측으로 이격되어 마련되는 지붕부를 갖고, 태양열에 의해 내부의 공기가 가열되는 열수집부;
    상기 열수집부의 중앙으로부터 상측으로 연장되고 내측이 중공 형성된 굴뚝부;
    상기 굴뚝부의 하측으로 연장되어 상기 열수집부의 내부에 마련되는 강성부;
    상기 강성부의 중앙에 마련되는 에어제트터널과, 상기 에어제트터널의 둘레에 마련되며 내측에 터빈을 갖는 복수의 윈드터널을 포함하는 터널부; 및
    상기 터빈의 작동으로 전력을 생산하는 전력생산부를 포함하며,
    상기 터널부는 상기 공기가 상기 굴뚝부를 통과하여 외부로 배출되도록 유로를 형성하며,
    상기 에어제트터널의 내경은 상측으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 것인 태양열 굴뚝 발전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 윈드터널은,
    상기 강성부의 측면에서부터 상기 강성부의 중심을 향해 소정의 길이로 수평하게 관통 형성되는 제1 파이프;
    상기 제1 파이프로부터 상측을 향해 유선형으로 절곡 연장되는 제2 파이프; 및
    상기 제2 파이프로부터 상기 강성부의 상면으로 연장되는 제3 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 것인 태양열 굴뚝 발전기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 윈드터널은 상기 제2 파이프로부터 분기되어 상기 에어제트터널의 하단과 연통되는 분기관을 포함하며,
    상기 에어제트터널의 내부에는 에어제트펌프가 더 마련되며, 상기 에어제트 펌프는 상기 에어제트터널의 내부로 유입된 공기를 상기 굴뚝부로 고속으로 배출하는 것을 특징으로 하는 것인 태양열 굴뚝 발전기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 에어제트터널의 상단은 상기 제3 파이프에 비해 내경이 작은 것을 특징으로 하는 것인 태양열 굴뚝 발전기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 터빈은 상기 제3 파이프의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 것인 태양열 굴뚝 발전기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 강성부는,
    몸체를 형성하는 본체; 및
    상기 본체의 외주면을 따라 형성되는 복수의 돌출체를 포함하는 것인 태양열 굴뚝 발전기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 파이프는 상기 돌출체 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 것인 태양열 굴뚝 발전기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 터빈은 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 것인 태양열 굴뚝 발전기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴뚝부는 내경이 상부로 갈수록 점차 증가하는 것을 특징으로 하는 것인 태양열 굴뚝 발전기.
  10. 삭제
  11. 삭제
KR1020160056642A 2016-05-09 2016-05-09 태양열 굴뚝발전소의 터빈부 윈드터널에 대한 장치 KR101691866B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160056642A KR101691866B1 (ko) 2016-05-09 2016-05-09 태양열 굴뚝발전소의 터빈부 윈드터널에 대한 장치
PCT/KR2017/002670 WO2017195975A1 (ko) 2016-05-09 2017-03-13 태양열 굴뚝발전소의 터빈부 윈드터널에 대한 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160056642A KR101691866B1 (ko) 2016-05-09 2016-05-09 태양열 굴뚝발전소의 터빈부 윈드터널에 대한 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101691866B1 true KR101691866B1 (ko) 2017-01-03

Family

ID=57797195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160056642A KR101691866B1 (ko) 2016-05-09 2016-05-09 태양열 굴뚝발전소의 터빈부 윈드터널에 대한 장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101691866B1 (ko)
WO (1) WO2017195975A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200029730A (ko) * 2018-09-11 2020-03-19 비즈 주식회사 크레인을 구비한 태양열 상승기류 발전소
KR102094145B1 (ko) * 2018-12-14 2020-03-30 비즈 주식회사 공기정화 기능을 구비한 태양열 상승기류 발전소

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100910583B1 (ko) * 2009-03-03 2009-08-03 (주)한국주조 태양열을 이용한 풍력발전장치
KR20100086373A (ko) * 2009-01-22 2010-07-30 엘지전자 주식회사 회오리바람 발생장치 및 그를 이용한 풍력 발전기
JP2012107612A (ja) 2010-10-22 2012-06-07 Kitami Institute Of Technology 風洞体、垂直軸型風車、構造物、風力発電装置、油圧装置、ならびに建築物
JP2014070618A (ja) 2012-10-01 2014-04-21 Yuji Oya 発電装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5635652B1 (ja) * 2013-06-19 2014-12-03 株式会社落雷抑制システムズ 風力発電装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100086373A (ko) * 2009-01-22 2010-07-30 엘지전자 주식회사 회오리바람 발생장치 및 그를 이용한 풍력 발전기
KR100910583B1 (ko) * 2009-03-03 2009-08-03 (주)한국주조 태양열을 이용한 풍력발전장치
JP2012107612A (ja) 2010-10-22 2012-06-07 Kitami Institute Of Technology 風洞体、垂直軸型風車、構造物、風力発電装置、油圧装置、ならびに建築物
JP2014070618A (ja) 2012-10-01 2014-04-21 Yuji Oya 発電装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200029730A (ko) * 2018-09-11 2020-03-19 비즈 주식회사 크레인을 구비한 태양열 상승기류 발전소
KR102094146B1 (ko) * 2018-09-11 2020-03-27 비즈 주식회사 크레인을 구비한 태양열 상승기류 발전소
KR102094145B1 (ko) * 2018-12-14 2020-03-30 비즈 주식회사 공기정화 기능을 구비한 태양열 상승기류 발전소

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017195975A1 (ko) 2017-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Roy et al. Aerodynamic performance evaluation of a novel Savonius-style wind turbine under an oriented jet
JP5778350B2 (ja) 流体駆動タービン
US9863313B2 (en) Power generation using buoyancy-induced vortices
JP4627700B2 (ja) 風力発電装置
US11118564B2 (en) Fluid flow energy extraction system and method related thereto
US20130294885A1 (en) Augmented fluid turbine with retractable wall panels and aerodynamic deflectors
KR101691866B1 (ko) 태양열 굴뚝발전소의 터빈부 윈드터널에 대한 장치
US9938963B2 (en) Power generation from atmospheric air pressure
CN202900555U (zh) 太阳能气流发电装置
Husain et al. Computational investigation of solar updraft tower for power generation in sultanate of Oman
Saleem et al. Experimental Investigation of Various Blade Configurations of Gravitational Water Vortex Turbine (GWVT)
KR102506061B1 (ko) 온도차에 의해 발생하는 상승기류를 이용한 발전시스템
KR100938538B1 (ko) 태양열 굴뚝을 부스타로 한 태양열 볼텍스 굴뚝 발전소
WO2009059959A2 (en) Apparatus and method for generating energy
KR102457328B1 (ko) 잔류 전력 활용 방식을 가지는 발전장치
RU2373430C2 (ru) Солнечная теплоэлектростанция с применением вихревых камер
RU92484U1 (ru) Ветровая электростанция
WO2011061558A1 (en) Omnidirectional wind turbine for power generation
EP3318750B1 (en) An airfoil and a turbine apparatus
Watanabe et al. EFFECTIVE UTILIZATION OF WIND ENERGIES BY THE WIND SOLAR TOWER-HARNESSING SOLAR ENERGIES AND WIND ENERGIES BY ONE SIMPLE DEVICE
WO2009065245A1 (fr) Système de production d'énergie à différence de température d'air
KR20110129247A (ko) 굴뚝을 이용한 풍력발전장치
ITMI20111784A1 (it) Impianto di produzione di energia rinnovabile
Wataka et al. ICOPE-15-1112 Improvement of Power Generation of the Wind Solar Tower
JP2015021469A (ja) 自然エネルギー複合発電装置。

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191015

Year of fee payment: 4