KR101802376B1 - 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치 및 이를 포함하는 스마트팜 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발전 효율을 극대화할 수 있는 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치와, 발전에 의해 생성된 전력을 주택, 축사, 버티컬팜으로 용이하게 공급할 수 있고 주택, 축사, 버티컬팜에서 나오는 부산물과 폐기물을 다시 연료와 비료로 재활용 할 수 있는 스마트팜 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 자연력을 이용한 발전효율을 극대화할 수 있는 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치 및 이를 포함하는 스마트팜 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 널리 사용되는 화석에너지는 그 양이 한정되어 있으므로 언젠가는 고갈되고, 여러 오염물질을 배출하기 때문에 대부분의 국가에서는 이를 대체하여 사용할 수 있는 대체에너지를 개발하고 있는 실정이다. 화석에 너지를 대체할 수 있는 에너지원으로는 조수 간만의 차를 이용하여 에너지를 얻는 조력, 바람의 힘을 이용하여 에너지를 얻는 풍력, 태양의 열이나 빛을 이용한 태양에너지 등이 있고, 이러한 자연력을 이용한 발전 시스템에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이와 관련된 다양한 기술이 개발되고 있다.
이러한 자연력을 이용한 발전시스템 중 하나로 태양열을 이용한 발전장치가 있다.
태양열 발전 장치는 다른 발전에 비해 대기오염, 소음, 발열, 진동 등의 공해가 전혀 없는 청정에너지로서, 연료의 수송 및 발전설비의 유지관리가 거의 불필요하며, 설치장소의 선택, 설비규모를 자유롭게 할 수 있으며, 장치의 수명이 길고 설치공사가 쉽다는 이점이 있다.
한국공개특허 제2006-0070125호는 베이스와; 상기 베이스의 상부에 연결되어, 태양광을 반사하는 파라볼라경과; 상기 파라볼라경의 상부 중앙에 이격설치되고, 파라볼라경의 면적 보다 작은 면적으로 형성되어, 평면상 파라볼라경의 중앙부에 위치하며, 파라볼라경에서 반사되는 태양광을 집광하는 동시에, 전기에너지로 변환시키는 솔라셀과; 상기 파라볼라경을 태양의 이동에 따라 하부를 중심으로 회전시키는 태양열추종기와; 상기 솔라셀에서 생성되는 전기의 전압을 조정하는 전압조정기 및; 상기 전압조정기로부터 전압이 조정된 전기를 공급받아서 축전시키는 축전기;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 파라볼라경이 태양광을 집광하여 솔라셀에 집중시켜서 공급하므로, 고가의 솔라셀을 소형으로 제조하여 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 솔라셀의 면적에 비하여 전기생산효율도 향상시킬 수 있는 효과가 있는 태양열 발전기를 제시하였다.
그러나 종래기술은 자연력 중에 태양열만 이용하여 발전을 수행함으로써, 발전 효율이 최소화되는 문제점이 있었다.
따라서 상술한 문제점을 해결하기 위한 다양한 기술의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 풍력, 자연 발생하는 증기압, 태양열로 집광한 태양열, 그리고 증기발전기를 기준으로 온도차로 상승하는 상승기류 때문에 발생하는 차가운 하강기류(대류)를 모두 이용하여 발전을 수행함으로써, 발전 효율을 극대화할 수 있는 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 발전에 의해 생성된 전력을 주택, 축사, 버티컬팜으로 용이하게 공급할 수 있고 주택, 축사, 버티컬팜에서 나오는 부산물과 폐기물을 다시 연료와 비료로 재활용 할 수 있는 스마트팜 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치는 상면이 개구되며, 내부에 물이 저장되는 수조; 상기 수조의 상면을 밀봉하며, 태양열을 흡수하여 상기 수조의 내부에 채워진 물에 전달하여 물의 증기화를 촉진시키는 태양열흡수막; 상기 태양열흡수막에 힌지 결합되는 고정축과, 상기 고정축의 중앙에 결합되며 풍력에 의해 회전되는 블레이드와, 상기 블레이드의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 풍력발전박스를 포함하는 풍력발전기; 및 상기 풍력발전기의 하부에 결합되며 상기 수조의 내부에서 상승하는 증기가 유입되는 유입구와, 상기 유입구에 저장된 증기가 상기 블레이드로 배출되는 배출노즐을 포함하는 분사기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치는 태양광을 집광하는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈가 결합되며 상기 집광렌즈에서 집광된 태양광의 태양열이 집열되는 구동축과, 상기 집광렌즈가 항상 태양에 대향하도록 상기 구동축을 회전시키는 태양추적센서를 포함하는 태양광추적기; 상기 구동축과 결합되어 상기 수조의 내부를 관통하는 구조로 설치되며, 상기 구동축에 집열된 태양열을 상기 구동축 내부에서 증기화 하여 상기 풍력발전기의 고정축의 내부에서 상승하는 증기로 전달하는 열선; 및 상기 고정축의 상부에 연결되며 상기 고정축의 내부에서 상승하는 증기에 의해 발전되는 증기발전기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치는 상기 고정축의 상단과 수조의 내부를 서로 연통하며 상기 고정축의 상부에서 상승하는 증기가 상기 수조의 내부로 귀환되게 하는 귀환배관; 상기 귀환배관에 연통되어 상기 귀환배관에서 유통되는 증기에 의해 발전되는 스털링기관; 및 상기 귀환배관에 연통되어 상기 귀환배관에서 유통되는 증기에 의해 발전되는 외연기관;을 더 포함하며, 상기 열선은 상기 구동축과 결합되어 상기 수조의 내부, 고정축의 내부, 귀환배관의 내부를 관통하는 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스마트팜 시스템은 축사, 버티컬팜, 주택을 포함하는 에너지수요부; 축사, 버티컬팜, 주택에서 이송된 폐기물과 유기물을 발효하여 메탄과 이산화탄소를 생성하는 혐기부와, 상기 혐기부에서 이송된 메탄과 이산화탄소를 각각 분리하는 분리부와, 상기 분리부에서 분리된 메탄과 이산화탄소가 각각 저장되는 메탄저장부 및 이산화탄소저장부를 포함하는 부생가스생성부; 상기 에너지수요부로 태양열과 풍력을 이용하여 발전한 전력을 공급하는 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치; 상기 에너지수요부로 태양광을 이용하여 발전한 전력을 공급하는 태양광 발전 장치; 및 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치와 태양광 발전 장치에서 발생한 폐열을 상기 혐기부로 전달하는 폐열공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부생가스생성부는 상기 혐기부의 폐기물과 유기물에서 메탄과 이산화탄소를 생성하고 남은 슬러지를 상기 버티컬팜에 퇴비로 공급하거나 펠릿으로 가공하는 슬러지처리부와, 상기 혐기부의 폐기물과 유기물에서 메탄과 이산화탄소를 생성하고 남은 폐수를 폭기하여 액비를 생성하는 폐수처리부와, 상기 폐수처리부에서 이송된 액비와 이산화탄소보관부에서 이송된 이산화탄소가 비료로 사용되는 이끼가 저장되는 이끼생산부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 폐열공급부는 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치와 태양광 발전 장치에서 폐열이 발생하는 부위에 결합되며 내부에 열교환유체가 유통되며 서로 연통되는 다수의 열교환관이 결합된 열교환판인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치는 상면이 개구되며, 내부에 물이 저장되는 수조; 상기 수조의 상면을 밀봉하며, 태양열을 흡수하여 상기 수조의 내부에 채워진 물에 전달하여 물의 증기화를 촉진시키는 태양열흡수막; 상기 태양열흡수막에 힌지 결합되는 고정축과, 상기 고정축의 중앙에 결합되며 풍력에 의해 회전되는 블레이드와, 상기 블레이드의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 풍력발전박스를 포함하는 풍력발전기; 및 상기 풍력발전기 하부에 결합되며 상기 수조의 내부에서 상승하는 증기가 유입되는 유입구와, 상기 유입구에 저장된 증기가 상기 블레이드 회전방향의 반대편으로 배출되는 배출노즐을 포함하는 분사기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치는 태양광을 집광하는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈가 결합되며 상기 집광렌즈에서 집광된 태양광에 의해 가열되어 태양열로 수증기를 발생시키는 구동축과, 상기 집광렌즈가 태양에 대향하도록 상기 구동축을 태양의 궤적에 따라 회전시키는 태양추적센서를 포함하는 태양광추적기; 상기 구동축과 결합되어 상기 수조의 내부와 고정축의 내부를 관통하는 구조로 설치되며, 상기 구동축에서 발생한 증기를 상기 수조의 내부에 저장된 물과 상기 고정축의 내부에서 상승하는 증기로 전달하는 열선; 및 상기 고정축의 상부에 연통되며 상기 고정축의 내부에서 상승하는 증기에 의해 발전되는 증기발전기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치는 상기 고정축의 상단과 수조의 내부를 서로 연통하며 상기 고정축의 상부에서 상승하는 증기가 상기 수조의 내부로 귀환되게 하는 귀환배관; 상기 귀환배관에 연통되어 상기 귀환배관에서 유통되는 증기에 의해 발전되는 스털링기관; 및 상기 귀환배관에 연통되어 상기 귀환배관에서 유통되는 증기에 의해 발전되는 외연기관;을 더 포함하며, 상기 열선은 상기 구동축과 결합되어 상기 수조의 내부, 고정축의 내부, 귀환배관의 내부를 관통하는 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스마트팜 시스템은 축사에 배치된 가축의 동력에 의해 원주방향으로 이동되는 고정축의 저마력 고토크의 회전 에너지로 작동되며 수조의 내부압력을 낮춰서 더 많은 증기를 발생시키거나 상기 슬러지처리부를 더 빨리 건조시키는 건조부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치는 태양열흡수막을 이용하여 태양열을 최대한 흡수한 증기의 유동에 의해 발전하고 풍력발전기를 이용하여 풍력에 의해 발전을 수행함으로써, 발전 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 스마트팜 시스템은 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치와 태양광 발전 장치의 발전에 의해 생성된 전력을 주택, 축사, 버티컬팜으로 용이하게 공급할 수 있고 부생가스생성부를 이용하여 주택, 축사, 버티컬팜에서 나오는 부산물과 폐기물을 다시 연료와 비료로 재활용 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치를 나타낸 개략도
도 2는 본 발명에 따른 스마트팜 시스템을 나타낸 개략도
도 3은 본 발명에 따른 부생가스생성부를 나타낸 블록구성도
도 4는 본 발명에 따른 폐열공급부의 열교환판과 열교환관을 나타낸 사시도
도 2는 본 발명에 따른 스마트팜 시스템을 나타낸 개략도
도 3은 본 발명에 따른 부생가스생성부를 나타낸 블록구성도
도 4는 본 발명에 따른 폐열공급부의 열교환판과 열교환관을 나타낸 사시도
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.
<본 발명에 따른 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치>
도 1은 본 발명에 따른 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치(100)는 수조(10), 태양열흡수막(15), 풍력발전기(20), 분사기(30)를 포함한다.
상기 수조(10)는 지면에 매설될 수 있으며, 상면이 개구되며, 내부에 물이 저장된다.
상기 태양열흡수막(15)은 상기 수조(10)의 개구된 상면을 밀봉하는 덮개로서, 태양열을 흡수하여 상기 수조(10)의 내부에 채워진 물에 전달하여 물의 증기화를 촉진시킨다. 이 때, 상기 수조(10)는 물의 증기화가 진행되면서 내부압력이 낮아지면서 물이 좀 더 낮은 온도에서도 증기화하게 된다.
상기 풍력발전기(20)는 풍력에 의해 발전을 하는 것으로, 고정축(21)과, 블레이드(22)와, 트러스트베어링(미도시), 풍력발전박스(미도시)를 포함한다.
상기 고정축(21)은 하단이 상기 태양열흡수막(15)에 관통되어 힌지 결합된다.
상기 블레이드(22)는 상기 고정축(21)의 중앙에 방사상으로 트러스트베어링을 통해 결합되며 풍력에 의해 회전된다.
상기 풍력발전박스는 상기 블레이드(22)의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 통상의 발전모터가 내장된 기어박스로서, 자세한 설명은 생략한다.
상기 분사기(30)는 상기 블레이드(22)의 회전력이 좀 더 상승되도록 상기 수조(10)의 내부에서 상승하는 증기를 모아서 상기 블레이드(22)의 회전방향 정면의 배면에 분출하는 것으로, 유입구(31), 배출노즐(32)을 포함한다.
상기 유입구(31)는 상기 고정축(21)의 하부에 결합되며 상기 수조(10)의 내부에서 태양열에 의해 가열되어 상승하는 증기가 유입된다.
상기 배출노즐(32)은 상기 유입구(31)의 외주면에 연통되며 상기 유입구(31)에 저장된 증기가 상기 블레이드(22)의 회전방향 정면의 배면에 배출된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치(100)는 태양열흡수막(15)을 이용하여 태양열을 최대한 흡수한 증기의 유동에 의해 발전하고 풍력발전기(20)를 이용하여 풍력에 의해 발전을 수행함으로써, 발전 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치(100)는 태양열에 의한 발전효율이 좀 더 극대화되도록 태양광추적기(40), 열선(50), 증기발전기(60)를 더 포함할 수 있다.
상기 태양광추적기(40)는 태양의 궤적을 추적하여 태양광의 태양열을 집열하는 것으로, 집광렌즈(41), 구동축(42), 태양추적센서를 포함한다.
상기 집광렌즈(41)는 태양광을 집광하며, 볼록렌즈나, 프레넬 렌즈로 구성될 수 있다.
상기 구동축(42)은 상기 집광렌즈(41)가 결합되며 상기 집광렌즈(41)에서 집광된 태양광의 태양열이 집열되어 증기를 발생시킨다.
상기 태양추적센서는 상기 집광렌즈(41)가 항상 태양에 대향하도록 상기 구동축(42)을 회전시킨다. 이 때, 상기 태양추적센서는 상기 풍력발전기(20)에서 공급된 전력을 전원으로 사용할 수 있다.
상기 열선(50)은 상기 구동축(42)과 결합되어 상기 수조(10)의 내부와 고정축(21)의 내부를 관통하는 구조로 설치되며, 상기 구동축(42)에서 발생한 증기를 상기 수조(10)의 내부에 저장된 물을 지나, 상기 고정축(21)의 내부에서 상승하는 증기로 전달한다.
상기 증기발전기(60)는 상기 고정축(21)의 상부에 연통되며 상기 고정축(21)의 내부에서 상승하는 증기에 의해 발전된다. 좀 더 상세하게, 상기 증기발전기(60)는 증기의 유동에 의해 회전되는 증기터빈(미도시)과, 증기터빈의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 통상의 발전모터가 내장된 기어박스(미도시)를 포함할 수 있다
즉, 상기 증기발전기(60)가 상기 고정축(21)의 내부에서 상승하는 증기의 유동을 이용하여 추가적인 발전을 수행함으로써, 태양열에 의한 발전효율을 좀 더 극대화하는 것이다. 또한 증기발전기(60)가 상기 고정축(21)상부에 위치하여 주변공기를 데워 상승기류를 만들고, 대류의 원리에 따라 하강기류를 만들어 풍력발전기의 발전효율을 더욱 상승시킨다.
또한, 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치(100)는 상기 수조(10)의 내부에서 상기 고정축(21)의 내부에서 상승하는 증기가 상기 수조(10)의 내부로 다시 귀환되도록 귀환배관(70)을 더 포함할 수 있다.
상기 귀환배관(70)은 상기 고정축(21)의 상단과 수조(10)의 내부를 서로 연통하며 상기 고정축(21)의 상부에서 상승하는 증기가 상기 수조(10)의 내부로 귀환되게 한다.
이 때, 상기 열선(50)은 상기 구동축(42)과 결합되어 상기 수조(10)의 내부, 고정축(21)의 내부, 귀환배관(70)의 내부를 관통하는 구조로 형성되어 상기 수조(10)의 내부에 저장된 물의 냉열을 상기 귀환배관(70)의 내부에 유통되는 증기로 전달하여 증기의 액화를 돕는 역할을 한다.
또한, 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치(100)는 태양열에 의한 발전 효율이 좀 더 극대화되도록 스털링기관(80) 및 외연기관(90)을 더 포함할 수 있다.
상기 스털링기관(80)은 상기 귀환배관(70)에 연통되어 상기 귀환배관(70)에서 유통되는 증기에 의해 발전된다. 좀 더 상세하게, 상기 스털링기관(80)은 상기 고정축(21)의 내부에서 이송된 증기의 온도와 외기의 온도차이에 의해 발전된다.
상기 외연기관(90)은 상기 귀환배관(70)에 연통되어 상기 귀환배관(70)에서 유통되는 증기에 의해 발전된다. 좀 더 상세하게, 상기 외연기관(90)은 증기의 유동에 의해 회전되는 증기터빈(미도시)과, 증기터빈의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 통상의 발전모터가 내장된 기어박스(미도시)를 포함할 수 있다
<본 발명에 따른 스마트팜 시스템>
도 2는 본 발명에 따른 스마트팜 시스템을 나타낸 개략도, 도 3은 본 발명에 따른 부생가스생성부를 나타낸 블록구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트팜 시스템(1000)은 에너지수요부, 부생가스생성부(300), 폐열공급부(400), 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치(100), 태양광 발전 장치(500)를 포함한다.
상기 에너지수요부는 전기에너지와 열에너지가 필요한 지점으로, 축사(210), 버티컬팜(220), 주택(230)을 포함한다. 이 때, 축사(210)는 가축이 사육되며, 버티컬팜(220)은 각층에 농장이 설치된, 트러스 구조물로 지지하고 외벽을 이산화탄소나 아르곤가스가 충진된 투명한 사각풍선같은 구조의 단열제로 단열하는 비닐하우스 또는 온실을 나타내는 것이며, 주택(230)은 사용자가 거주함으로써, 인분과 비료를 포함하는 폐기물과 유기물이 발생한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 부생가스생성부(300)는 축사(210), 버티컬팜(220), 주택(230)에서 발생하는 폐기물과 유기물을 에너지로 재활용하려는 것으로, 혐기부(310), 분리부(320), 메탄저장부(340) 및 이산화탄소저장부(330)를 포함한다.
상기 혐기부(310)는 축사(210), 버티컬팜(220), 주택(230)에서 이송된 폐기물과 유기물을 발효하여 메탄과 이산화탄소를 생성하는 일종의 반응조이다. 이 때, 상기 혐기부(310)에는 상기 폐기물과 유기물의 발효를 촉진하기 위한 발효제가 저장될 수 있다.
상기 분리부(320)는 상기 혐기부(310)에서 이송된 메탄과 이산화탄소를 각각 분리하는 일종의 반응조로서, 메탄과 이산화탄소의 분리를 위한 활성탄 촉매 또는 물과 압력으로 이산화탄소를 제거하는 장치가 설치될 수 있다.
상기 메탄저장부(340) 및 이산화탄소저장부(330)는 상기 분리부(320)에서 분리된 메탄과 이산화탄소가 각각 저장되는 일종의 저장용기이다.
상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치(100)는 상기 에너지수요부로 태양열과 풍력을 이용하여 발전한 전력을 공급한다.
상기 태양광 발전 장치(500)는 상기 에너지수요부로 태양광을 이용하여 발전한 전력을 공급한다. 이 때, 상기 태양광 발전 장치(500)는 태양광 패널을 이용하여 발전한다.
상기 폐열공급부(400)는 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치(100)와 태양광 발전 장치(500)에서 발생한 폐열을 상기 혐기부(310)로 전달하여, 상기 혐기부(310)에서 폐기물과 유기물의 발효가 좀 더 촉진되게 한다. 또한, 상기 폐열공급부(400)는 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치(100)와 태양광 발전 장치(500)에서 발생한 폐열을 상기 에너지수요부로도 전달할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 스마트팜 시스템(1000)은 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치(100)와 태양광 발전 장치(500)의 발전에 의해 생성된 전력을 주택(230), 축사(210), 버티컬팜(220)으로 용이하게 공급할 수 있고 부생가스생성부(300)를 이용하여 주택(230), 축사(210), 버티컬팜에서 나오는 부산물과 폐기물을 다시 연료와 비료로 재활용 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 부생가스생성부(300)는 슬러지처리부(350), 폐수처리부(360), 이끼생산부(370)를 더 포함할 수 있다.
상기 슬러지처리부(350)는 상기 혐기부(310)의 폐기물과 유기물에서 메탄과 이산화탄소를 생성하고 남은 슬러지를 상기 버티컬팜(220)에 퇴비로 공급하거나 펠릿으로 가공한다. 여기에서 펠릿은 연료로 사용될 수 있다.
상기 폐수처리부(360)는 상기 혐기부(310)의 폐기물과 유기물에서 메탄과 이산화탄소를 생성하고 남은 폐수를 폭기하여 액비를 생성한다.
상기 이끼생산부(370)는 상기 폐수처리부(360)에서 이송된 액비와 이산화탄소보관부에서 이송된 이산화탄소가 비료로 사용되는 이끼가 저장된다. 이 때, 상기 이끼를 이용하여 바이오디젤 또는 에탄올을 생산할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 폐열공급부의 태양전지 패널의 열교환판과 열교환관을 나타낸 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 폐열공급부(400)는 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치(100)와 태양광 발전 장치(500)에서 폐열이 발생하는 부위에 결합되며 내부에 열교환유체가 유통되며 서로 연통되는 다수의 열교환관(420)이 결합된 열교환판(410)이다.
한편, 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치(100)는 수조(10), 태양열흡수막(15), 풍력발전기(20), 분사기(30)를 포함한다.
상기 수조(10)는 지면에 매설될 수 있으며, 상면이 개구되며, 내부에 물이 저장된다.
상기 태양열흡수막(15)은 상기 수조(10)의 개구된 상면을 밀봉하는 덮개로서, 태양열을 흡수하여 상기 수조(10)의 내부에 채워진 물에 전달하여 물의 증기화를 촉진시킨다.
상기 풍력발전기(20)는 풍력에 의해 발전을 하는 것으로, 고정축(21)과, 블레이드(22)와, 트러스트베어링, 풍력발전박스를 포함한다.
상기 고정축(21)은 하단이 상기 태양열흡수막(15)에 관통되어 힌지 결합된다.
상기 블레이드(22)는 상기 고정축(21)의 중앙에 방사상으로 결합되며 풍력에 의해 회전된다.
상기 풍력발전박스는 상기 블레이드(22)의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 통상의 발전모터가 내장된 기어박스로서, 자세한 설명은 생략한다.
상기 분사기(30)는 상기 블레이드(22)의 회전력이 좀 더 상승되도록 상기 수조(10)의 내부에서 상승하는 증기를 모아서 상기 블레이드(22)에 분출하는 것으로, 유입구(31), 배출노즐(32)을 포함한다.
상기 유입구(31)는 상기 풍력발전기(20)의 하부에 결합되며 상기 수조(10)의 내부에서 태양열에 의해 가열되어 상승하는 증기가 유입된다.
상기 배출노즐(32)은 상기 유입구(31)의 외주면에 연통되며 상기 유입구(31)에 저장된 증기가 상기 블레이드(22)의 회전방향의 반대방향으로 배출된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치(100)는 태양열흡수막(15)을 이용하여 태양열을 최대한 흡수한 증기의 유동에 의해 발전하고 풍력발전기(20)를 이용하여 풍력에 의해 발전을 수행함으로써, 발전 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치(100)는 태양열에 의한 발전효율이 좀 더 극대화되도록 태양광추적기(40), 열선(50), 증기발전기(60)를 더 포함할 수 있다.
상기 태양광추적기(40)는 태양의 궤적을 추적하여 태양광의 태양열을 집열하는 것으로, 집광렌즈(41), 구동축(42), 태양추적센서를 포함한다.
상기 집광렌즈(41)는 태양광을 집광하며, 볼록렌즈나, 프레넬 렌즈로 구성될 수 있다.
상기 구동축(42)은 상기 집광렌즈(41)가 결합되며 상기 집광렌즈(41)에서 집광된 태양광로 증기를 생산한다.
상기 태양추적센서는 상기 집광렌즈(41)가 항상 태양에 대향하도록 상기 구동축(42)을 회전시킨다. 이 때, 상기 태양추적센서는 상기 풍력발전기(20)에서 공급된 전력을 전원으로 사용할 수 있다.
상기 열선(50)은 상기 구동축(42)과 결합되어 상기 수조(10)의 내부와 고정축(21)의 내부를 관통하는 구조로 설치되며, 상기 구동축(42)에 집열된 태양열을 상기 수조(10)의 내부에 저장된 물과 상기 고정축(21)의 내부에서 상승하는 증기로 전달한다.
상기 증기발전기(60)는 상기 고정축(21)의 상부에 연통되며 상기 고정축(21)의 내부에서 상승하는 증기에 의해 발전된다. 좀 더 상세하게, 상기 증기발전기(60)는 증기의 유동에 의해 회전되는 증기터빈(미도시)과, 증기터빈의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 통상의 발전모터가 내장된 기어박스(미도시)를 포함할 수 있다
즉, 상기 증기발전기(60)가 상기 고정축(21)의 내부에서 상승하는 증기의 유동을 이용하여 추가적인 발전을 수행함으로써, 태양열에 의한 발전효율을 좀 더 극대화하는 것이다.
또한, 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치(100)는 상기 수조(10)의 내부에서 상기 고정축(21)의 내부에서 상승하는 증기가 상기 수조(10)의 내부로 다시 귀환되도록 귀환배관(70)을 더 포함할 수 있다.
상기 귀환배관(70)은 상기 고정축(21)의 상단과 수조(10)의 내부를 서로 연통하며 상기 고정축(21)의 상부에서 상승하는 증기가 상기 수조(10)의 내부로 귀환되게 한다.
이 때, 상기 열선(50)은 상기 구동축(42)과 결합되어 상기 수조(10)의 내부, 고정축(21)의 내부, 귀환배관(70)의 내부를 관통하는 구조로 형성되어 상기 수조(10)의 내부에 저장된 물의 냉열을 상기 귀환배관(70)의 내부에 유통되는 증기로 전달하여 증기의 액화를 돕는 역할을 한다.
또한, 상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치(100)는 태양열에 의한 발전 효율이 좀 더 극대화되도록 스털링기관(80) 및 외연기관(90)을 더 포함할 수 있다.
상기 스털링기관(80)은 상기 귀환배관(70)에 연통되어 상기 귀환배관(70)에서 유통되는 증기에 의해 발전된다. 좀 더 상세하게, 상기 스털링기관(80)은 상기 고정축(21)의 내부에서 이송된 증기의 온도와 외기의 온도차이에 의해 발전된다.
상기 외연기관(90)은 상기 귀환배관(70)에 연통되어 상기 귀환배관(70)에서 유통되는 증기에 의해 발전된다. 좀 더 상세하게, 상기 외연기관(90)은 증기의 유동에 의해 회전되는 증기터빈(미도시)과, 증기터빈의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 통상의 발전모터가 내장된 기어박스(미도시)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스마트팜 시스템(1000)은 축사에 배치된 가축의 동력에 의해 원주방향으로 이동되는 고정축의 저마력 고토크의 회전 에너지로 작동되며 수조(10)의 내부압력을 낮춰서 더 많은 증기를 발생시키거나 상기 슬러지처리부(350)를 더 빨리 건조시키는 건조부(미도시)를 더 포함 할 수 있다.
상기 건조부는 건조장치나 펌프로 형성될 수 있따.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 수조
15 : 태양열흡수막
20 : 풍력발전기
21 : 고정축
22 : 블레이드
23 : 이동축
25 : 제1베벨기어
26 : 제2베벨기어
30 : 분사기
31 : 유입구
32 : 배출노즐
40 : 태양광추적기
41 : 집광렌즈
42 : 구동축
50 : 열선
60 : 증기발전기
70 : 귀환배관
80 : 스털링기관
90 : 외연기관
100 : 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치
210 : 축사
220 : 버티컬팜
230 : 주택
300 : 부생가스생성부
310 : 혐기부
320 : 분리부
330 : 이산화탄소저장부
340 : 메탄저장부
350 : 슬러지처리부
360 : 폐수처리부
370 : 이끼생산부
400 : 폐열공급부
410 : 열교환판
420 : 열교환관
500 : 태양광 발전 장치
1000 : 스마트팜 시스템
15 : 태양열흡수막
20 : 풍력발전기
21 : 고정축
22 : 블레이드
23 : 이동축
25 : 제1베벨기어
26 : 제2베벨기어
30 : 분사기
31 : 유입구
32 : 배출노즐
40 : 태양광추적기
41 : 집광렌즈
42 : 구동축
50 : 열선
60 : 증기발전기
70 : 귀환배관
80 : 스털링기관
90 : 외연기관
100 : 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치
210 : 축사
220 : 버티컬팜
230 : 주택
300 : 부생가스생성부
310 : 혐기부
320 : 분리부
330 : 이산화탄소저장부
340 : 메탄저장부
350 : 슬러지처리부
360 : 폐수처리부
370 : 이끼생산부
400 : 폐열공급부
410 : 열교환판
420 : 열교환관
500 : 태양광 발전 장치
1000 : 스마트팜 시스템
Claims (10)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 축사, 버티컬팜, 주택을 포함하는 에너지수요부;
축사, 버티컬팜, 주택에서 이송된 폐기물과 유기물을 발효하여 메탄과 이산화탄소를 생성하는 혐기부와, 상기 혐기부에서 이송된 메탄과 이산화탄소를 각각 분리하는 분리부와, 상기 분리부에서 분리된 메탄과 이산화탄소가 각각 저장되는 메탄저장부 및 이산화탄소저장부를 포함하는 부생가스생성부;
상기 에너지수요부로 태양열과 풍력을 이용하여 발전한 전력을 공급하는 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치;
상기 에너지수요부로 태양광을 이용하여 발전한 전력을 공급하는 태양광 발전 장치;
상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치와 태양광 발전 장치에서 발생한 폐열을 상기 혐기부로 전달하는 폐열공급부;
상면이 개구되며, 내부에 물이 저장되는 수조;
상기 수조의 상면을 밀봉하며, 태양열을 흡수하여 상기 수조의 내부에 채워진 물에 전달하여 물의 증기화를 촉진시키는 태양열흡수막;
상기 태양열흡수막에 힌지 결합되는 고정축과, 상기 고정축의 중앙에 결합되며 풍력에 의해 회전되는 블레이드와, 상기 블레이드의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 풍력발전박스를 포함하는 풍력발전기;
상기 풍력발전기 하부에 결합되며 상기 수조의 내부에서 상승하는 증기가 유입되는 유입구와, 상기 유입구에 저장된 증기가 상기 블레이드의 회전 반대방향으로 배출되는 배출노즐을 포함하는 분사기;
태양광을 집광하는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈가 결합되며 상기 집광렌즈에서 집광된 태양광에 의해 증기를 생산하는 구동축과, 상기 집광렌즈가 태양에 대향하도록 상기 구동축을 태양의 궤적에 따라 회전시키는 태양추적센서를 포함하는 태양광추적기;
상기 구동축과 결합되어 상기 수조의 내부와 고정축의 내부를 관통하는 구조로 설치되며, 상기 구동축서 생성된 증기를 수조의 내부에 저장된 물과 상기 고정축의 내부에서 상승하는 증기로 전달하는 열선;
상기 고정축의 상부에 연통되며 상기 고정축의 내부에서 상승하는 증기에 의해 발전되는 증기발전기;
상기 고정축의 상단과 수조의 내부를 서로 연통하며 상기 고정축의 상부에서 상승하는 증기가 상기 수조의 내부로 귀환되게 하는 귀환배관;
상기 귀환배관에 연통되어 상기 귀환배관에서 유통되는 증기에 의해 발전되는 스털링기관; 및
상기 귀환배관에 연통되어 상기 귀환배관에서 유통되는 증기에 의해 발전되는 외연기관;를 포함하며,
각층에 농장이 설치된, 트러스 구조물로 지지하고 외벽을 이산화탄소나 아르곤가스가 충진된 투명한 사각풍선같은 구조의 단열제로 단열하는 비닐하우스 또는 온실을 갖춘 스마트 팜 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 부생가스생성부는
상기 혐기부의 폐기물과 유기물에서 메탄과 이산화탄소를 생성하고 남은 슬러지를 상기 버티컬팜에 퇴비로 공급하거나 펠릿으로 가공하는 슬러지처리부와,
상기 혐기부의 폐기물과 유기물에서 메탄과 이산화탄소를 생성하고 남은 폐수를 폭기하여 액비를 생성하는 폐수처리부와,
상기 폐수처리부에서 이송된 액비와 이산화탄소보관부에서 이송된 이산화탄소가 비료로 사용되는 이끼가 저장되는 이끼생산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트팜 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 폐열공급부는
상기 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치와 태양광 발전 장치에서 폐열이 발생하는 부위에 결합되며 내부에 열교환유체가 유통되며 서로 연통되는 다수의 열교환관이 결합된 열교환판인 것을 특징으로 하는 스마트팜 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제5항에 있어서, 상기 스마트팜 시스템은
축사에 배치된 가축의 동력에 의해 원주방향으로 이동되는 고정축의 저마력 고토크의 회전 에너지로 작동되며 수조의 내부압력을 낮춰서 더 많은 증기를 발생시키거나 상기 슬러지처리부를 더 빨리 건조시키는 건조부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트팜 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160083612A KR101802376B1 (ko) | 2016-07-01 | 2016-07-01 | 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치 및 이를 포함하는 스마트팜 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160083612A KR101802376B1 (ko) | 2016-07-01 | 2016-07-01 | 태양열/풍력 하이브리드 발전 장치 및 이를 포함하는 스마트팜 시스템 |
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