KR101935871B1

KR101935871B1 - 멀티 발전장치

Info

Publication number: KR101935871B1
Application number: KR1020180069976A
Authority: KR
Inventors: 김능기
Original assignee: 주식회사 경진그린텍
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2019-04-03

Abstract

본 발명은, 내측에 챔버를 형성하는 하우징의 상부를 개,폐하면서 태양광의 입사각에 대응하여 각도조절이 가능한 태양광발전기가 구비되고, 상기 챔버와 통하는 복수의 윈도우에 설치되는 블레이드의 동작으로 원할하게 유입,출되는 바람에 의해 회전하면서 챔버 중앙에 와류를 형성하는 복수의 회전날개와 이에 직,간접적으로 연결되는 발전기로 구성되는 풍력발전기가 구비되는 멀티 발전장치에 관한 것이다.

Description

멀티 발전장치 {multi generator unit}

일반적으로, 인류는 화석연료를 기반으로 에너지를 생산해 각종 산업에 활용하고 있다. 하지만, 석유, 석탄과 같은 화석연료의 고갈에 따른 대체에너지의 개발과 이산화탄소, 미세먼지 등과 같은 화석연료가 야기하는 환경오염에 따른 친환경적인 그린에너지 개발 요구가 전 세계적으로 제기됨에 따라 근래에 여러 종류의 자연친화적인 에너지를 개발하기 위한 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

이러한, 다양한 종류의 자연친화적인 에너지 중에서 태양광과 풍력을 활용하는 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있는데, 대표적으로 솔라셀을 이용한 태양광발전기와 풍력을 이용한 풍력터빈이 있고, 이들을 한정된 공간에서 설치하고자 상기 태양광발전기와 풍력터빈을 혼합하여 이를 활용하기도 한다.

이와 같은 기술과 관련하여 종래의 대한민국 공개특허 2013-0105049 풍력발전장치의 기술이 제시되고 있으며 그 구성은 도1에서 도시한 바와같이, 측면 4방향으로 제1바람흡입구(110)가 각각 형성되고, 하단에는 제2바람흡입구(120)가 형성되며, 상단에는 상기 제1바람흡입구(110)와 제2바람흡입구(120)를 통해 흡입되는 바람이 배출되도록 바람배출구(130)가 형성된 몸체프레임(100)과; 상기 몸체프레임(100)의 내측에서 일체로 형성되되, 상기 제2바람흡입구(120)의 둘레를 따라 상측으로 연장되어 흡입된 바람을 압축시키는 바람압축관(200)과; 상기 제1바람흡입구(110)에 각각 힌지결합되어 내측으로 개폐작동하는 개폐문(112)과; 상기 바람배출구(130)의 내측으로 구비되며, 상기 바람압축관(200)에서 압축된 바람을 이용해 풍력발전날개(320)를 회동시켜 발전용터빈(310)을 작동시킴에 따라 전기를 생산하는 풍력발전수단(300)을 포함하고, 상기 풍력발전장치에 태양광 발전수단이 더 구비되는 구성이다.

그러나 상기와 같은 풍력발전장치는, 바람흡입구와 바람배출구 및 태양광 발전수단의 위치가 고정되어 있어 공기의 흐름방향 변동에 의한 운동에너지 감소 및 태양광 입사각 변동에 열에너지 감소에 의한 발전량의 저하가 발생되는 문제점이 있는 것이다.

상기와 같은 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 공기의 흐름방향,흐름량 및 태양광의 입사각에 대응토록 조절이 가능한 태양광발전기와 풍력발전기를 취합 함으로써 운동에너지 및 열에너지의 손실을 최소화 하여 발전량을 극대화 하는 멀티 발전장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 건물의 옥상에 컨트롤박스를 구비하면서 내부에 챔버 및 상기 챔버와 통하는 복수의 윈도우를 형성하는 하우징이 설치되고, 상기 하우징의 상부에는 가동수단에 의해 일측의 윈도우를 개,폐 하면서 태양광이 입삭각에 따라 각도조절이 가능한 태양광발전기가 구비되며, 챔버에는 바람에 의해 회전하는 적어도 하나 이상의 회전날개에 각각 연결되는 샤프트와 상기 샤프트에 직,간접적으로 연결되는 발전기로 이루어지는 풍력발전기가 구비되며, 상기 태양광발전기와 풍력발전기는 하우징 내측의 집전장치와 연결되는 멀티 발전장치를 제공한다.

이때, 상기 가동수단은, 하우징과 태양광발전기 하면에 구비되는 볼조인트를 연결하는 실린더의 구성으로 이루어지는 멀티 발전장치를 제공한다.

그리고, 상기 윈도우에는, 하우징에 구비되는 동력수단에 의해 회전하는 피니언기어에 치합되어 직선운동하는 랙기어에 치합되는 가동기어의 회전축에 연결되는 블레이드가 하나이상 설치되는 멀티 발전장치를 제공한다.

계속하여, 상기 회전날개는, 바람에 의해 회전하면서 공기의 일부를 저장한 후 챔버의 중앙부로 유도하여 와류를 형성토록 일부가 절곡되어 에어룸을 형성하고, 상기 챔버의 중앙부에는, 회전날개에 의해 발생되는 와류를 상부로 유도하는 나선형의 트위스터가 구비되는 멀티 발전장치를 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 하우징에 설치된 복수의 윈도우가 태양광발전장치 및 블레이드에 의해 선택적으로 개,폐 됨으로써, 유입되는 공기의 흐름방향 및 흐름량에 따라 유동적으로 변동되 공기의 흐름을 원할하게 하여 운동에너지 손실 최소화에 의한 풍력 발전량을 극대화 하고, 태양광의 입사각에 대응하여 상기 태양광발전기의 각도가 변동 됨으로써 열에너지 손실 최소화에 의한 태양광발전량을 극대화 하는 효과가 있는 것이다.

도1은 종래의 풍력발전기를 도시한 동작상태도 이다.
도2는 본 발명에 따른 멀티 발전장치를 도시한 사시도이다.
도3은 본 발명에 따른 멀티 발전장치를 도시한 요부사시도 이다.
도4는 본 발명에 따른 멀티 발전장치를 도시한 동작상태도 이다.
도5는 본 발명의 다른실시예에 따른 풍력발전기를 도시한 동작상태도 이다.
도6은 본 발명의 다른실시예에 따른 회전날개를 도시한 동작상태도 이다.
도7은 본 발명의 다른실시예에 따른 트위스터를 도시한 동작상태도 이다.
도8은 본 발명의 다른실시예에 따른 멀티 발전장치를 도시한 사시도 이다.
도9는 본 발명의 또 다른실시예에 따른 회전날개를 도시한 동작상태도 이다.

본 발명의 멀티 발전장치(G)는, 건물의 옥상에 컨트롤박스(103)를 구비하면서 내부에 챔버(190)를 형성하는 하우징(100)이 설치되고, 상기 하우징의 상부에는 태양광발전기(500)가 구비되며, 상기 챔버에는 풍력발전기(300)가 구비되고, 상기 태양광발전기와 풍력발전기는 하우징 내측의 집전장치(150)와 연결된다.

그리고, 상기 하우징(100)은, 챔버(190)와 통하는 복수의 윈도우(110) 형성되며, 상기 윈도우의 일측에는 풍속 풍향계(180)가 설치된다.

계속하여, 상기 태양광발전기(500)는, 루프(510)의 상면에 복수의 태양전지판(530)이 구비되어 이루어지면서 태양광의 입사각에 대응하여 설치된다.

한편, 상기 하우징(100)은 다양한 형태로 제작되는데, 육면체를 포함하는 다면체로 형성하것이 바람직하다.

이때, 다면체로 형성된 하우징(100)에 형성되는 윈도우(110)는, 상기 하우징의 상부면과 적어도 2개의 측면에 형성한다.

그리고, 상기 하우징(100)의 상부면 윈도우(110)는, 상기 상부면 윈도우의 면적에 대응토록 구비되는 루프(510)의 상면에 복수의 태양전지판(530)이 구비되는 태양광발전기(500)에 의해 개,폐되며, 상기 하우징의 각 측면 윈도우(110)는, 각 측면의 윈도우에 복수로 구비되어 구동되는 블레이드(133)가 설치된다.

이때, 상기 태양광발전기(500)는 가동수단(550)에 연결되며, 상기 가동수단은, 상기 하우징 각각의 모서리 내측과 상기 루프(510) 하면의 각 모서리에 구비되는 볼조인트(535)와 상기 볼조인트를 연결하는 실린더(555)의 구성으로 이루어진다.

더하여, 상기 풍력발전기(300)는, 공기의 흐름에 의해 회전하는 적어도 하나 이상의 회전날개(310)에 각각 연결되는 샤프트(330)와 직접 연결되는 발전기(320)로 이루어지는 구성 또는 챔버(190) 바닥면에 구비되는 내,외경에 돌기가 형성된 링기어(370), 상기 링기어의 내경측 돌기에 치합되는 복수의 구동기어(350)에 각각 수직방항으로 연결되는 샤프트(330)에 구비되는 일정면적의 회전날개(310) 및 상기 링기어의 외경측 돌기에 치합되어 회전하는 적어도 하나 이상의 위성기어(390)와 상기 위성기어의 회전축에 연결되는 발전기(320)의 구성으로 이루어진다.

이때, 상기 회전날개는, 상기 회전날개는 평면상으로 "

" 또는 "

" 형상으로 절곡되어 에어룸(313)을 형성토록 하며, 상기 챔버(190)의 중앙부는 나선형의 트위스터(160)가 구비된다.

또한, 상기 블레이드(133)는, 하우징(100)의 각측면에 구비되는 동력수단(미도시)에 의해 회전하는 피니언기어(135)에 치합되어 직선운동하는 랙기어(137)에 치합되는 가동기어(139)의 회전축에 연결되거나, 한측면에 구비되는 피니언기어에 하나의 랙기어가 치합되면서 나머지 면에 구비되는 랙기어와 순차적으로 교차토록 하고, 상기 교차지점에 각각 연결되어 동력을 전달하는 링크기어(132)가 구비되며, 상기 랙기어의 교차지점은 높이를 달리한다.

더하여, 상기 챔버(190)는 하우징 내측에 단층으로 형성할 수 도 있으나, 상,하로 공간을 분할하여 형성할 수 도 있다.

이때, 상기 분할된 각각의 챔버(190)와 통하는 측면 윈도우(110)는, 각각 블레이드(133)가 구비되고, 상기 분할된 각각의 챔버에는, 동일한 회전축상에서 회전하되 각각 회전토록 구비되는 회전날개(310)가 구비되며, 상기 각각의 회전날개는 서로다른직경의 사프트가 연결되는데 이때 작은 직경의 사프트가 큰 직경의 샤프트를 관통하며, 상기 서로 다른 직경의 샤프트의 일측에는, 각각 발전기(320)가 직접 연결되거나 구동기어(350)와 링기어(370) 및 위성기어(390)를 통하여 발전기와 연결된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작에 대해 설명한다.

도2 내지 도9에 도시한 바와 같이 본 발명의 멀티 발전장치(G)는, 내부에 챔버(190)를 형성하는 하우징(100)이 건물의 옥상(미도시)에 설치되고, 상기 하우징의 상부에는 태양광의 입사각과 대응토록 설치되는 루프(510)의 상면에 복수의 태양전지판(530)이 구비되는 태양광발전기(500)가 구비되고, 챔버(190) 내부에는 공기의 흐름에 따라 회전하는 회전날개(310)와 이에 연결되는 발전기(320)로 이루어지는 풍력발전기(300)가 구비되면서 상기 태양광발전기와 풍력발전기는 집전장치(150)와 연결되어 태양광 또는 풍력 또는 태양광과 풍력을 동시에 에너지원으로 하여 집전장치로 전기을 공급하게 된다.

그리고, 상기 하우징(100)은, 챔버(190)와 통하는 복수의 윈도우(110)가 형성되어 외부의 공기를 상기 챔버로 유입하여 풍력발전기(300)를 거친 후 다시 외부로 유출토록 한다.

한편, 상기 하우징(100)은, 육면체를 포함하는 다면체로 형성되어 윈도우(110)의 형성을 용이하게 하고, 상기 윈도우는 상기 하우징의 상부면과 적어도 2개의 측면에 위치토록 하며, 개,폐 가능토록 형성되어 공기의 흐름 방향에 따라 선택적으로 개,폐토록 한다.

이때, 상기 하우징(100)의 상부면 윈도우(110)는, 상기 상부면 윈도우의 면적에 대응하는 루프(510)의 상면에 복수의 태양전지판(530)이 구비되는 태양광발전기(500)에 의해 개,폐되며, 상기 태양광발전기는 가동수단(550)에 의해 작동하게 된다.

그리고, 가동수단(550)은, 상기 상부면 윈도우(110)의 각각 모서리 내측과 상기 루프(510) 저면의 각 모서리에 구비되는 볼조인트(553)와 상기 볼조인트를 연결하는 실린더(555)의 구성으로 이루어져 상기 상부면 윈도우의 개,폐 및 태양광의 입사각에 대응하여 각도를 변경 가능토록 한다.

더하여, 상기 측면 윈도우(110)는, 각 측면에 하나 이상의 블레이드(133)가 구비되고, 상기 블레이드는 하우징(100)의 각각 측면에 구비되는 동력수단(미도시)에 의해 회전하는 피니언기어(135)에 치합되어 직선운동하는 랙기어(137)에 치합되는 가동기어(139)의 회전축에 연결됨으로써, 회전하는 블레이드에 의해 측면 윈도우의 개,폐와 공기의 흐름방향을 조절 가능토록 한다.

한편, 도4에는 서로 대향하는면 윈도우(110)의 블레이드가 개방되는 상태를 도시 하였으나 상기 도4의 예시에 국한되지 않고 다양한 개방상태 및 개방각도를 선택할 수 있는 것이다.

이와같이, 태양광발전기(500)와 블레이드(133)가 유기적으로 동작함으로써 태양광과의 입사각을 조절하고, 챔버(190)로 공기의 흐름을 차단하거나 공기의 흐름방향에 따라 측면에서 측면 또는 측면에서 상부면 또는 상부면에서 측면방향으로 조절하면서 흐름량을 조절하여 기상상태에 따라 효율적인 발전을 가능토록 한다.

또한, 블레이드(133)는, 한측면에 구비되는 피니언기어(135)에 하나의 랙기어(137)가 치합되면서 나머지 면에 구비되는 랙기어(137)와 순차적으로 교차토록 하면서 교차지점에 각각 연결되어 동력을 전달하는 링크기어(132)가 구비되어 단일 동력원으로 다면의 블레이드를 동작시키게 할 수도 있으며, 이때 상기 랙기어의 교차지점은 높이를 달리하여 동작시 간섭이 되지 않도록 한다.

계속하여, 상기 풍력발전기(300)는, 공기의 흐름에 의해 회전하는 적어도 하나 이상의 회전날개(310)에 각각 연결되는 샤프트(330)와 직접 연결되는 발전기(320)의 구성으로 이루어지거나, 챔버(190) 바닥면에 구비되는 내,외경에 돌기가 형성된 링기어(370), 상기 링기어의 내경측 돌기에 치합되는 복수의 구동기어(350)에 각각 수직방항으로 연결되는 샤프트(330)에 구비되는 일정면적의 회전날개(310), 상기 링기어의 외경측 돌기에 치합되어 회전하는 적어도 하나 이상의 위성기어(390)와 상기 위성기어의 회전축에 연결되는 발전기(320)의 구성으로 이루어져 선택적으로 챔버 내측에 설치하도록 한다.

이때, 상기 회전날개(310)는, 일부가 절곡되어 에어룸(313)이 형성되는 형상으로 제작됨으로써, 도4 내지 도7과 같이 회전하면서 바람의 일부를 저장한 후 챔버(190)의 중앙부로 유도하여 와류를 형성토록하여 와류에 의해 공기가 회전날개의 회전력을 증가시키면서 상부면의 윈도우로 원활히 유출되도록 한다.

또한, 상기 회전날개는, 챔버 내측에서 유입되는 공기에 의해 모두 동일한 방향으로 회전토록 할 수 있으나, 도9와 같이 서로 대향하는 면 한쌍의 회전날개가 나머지 한쌍의 회전날개의 반대방향으로 절곡되어 상기 블레이드의 회전방향 즉 윈도우의 개방 방향에 따라 서로 반대방향으로 회전토록 함으로써 강제와류(forced vortex)를 발생토록 한다.

더하여, 회전날개(310)가 복수로 설치되는 중앙부, 즉 챔버(190)의 중앙부에는 회전가능토록 설치되는 나선형의 트위스터(160)가 구비되어, 와류의 방향을 상부로 전하면서 유출속도를 증가시켜 더욱 효율적인 풍력발전이 가능토록 한다.

한편, 상기 챔버(190)는 하우징(100) 내측에 단층으로 형성할 수 도 있으나, 상,하로 공간을 분할하여 형성하고, 상기 분할된 각각의 챔버와 통하는 측면 윈도우(110)는, 각각 블레이드(133)가 구비되며, 상기 분할된 각각의 챔버에는, 동일한 회전축상에서 회전하되 각각 회전토록 구비되는 회전날개(310)가 구비되고, 상기 각각의 회전날개는 동일한 회전축상에서 각각 회전토록 다른직경의 사프트(330)가 연결되는데 이때 작은 직경의 사프트가 큰 직경의 샤프트를 관통하며, 상기 서로 다른 직경의 샤프트의 일측에는, 각각 발전기(320)가 직접 연결되거나 구동기어(350)와 링기어(370) 및 위성기어(390)을 통하여 발전기에 연결토록 함으로써 공기의 흐름높이에 따라 선택적으로 윈도우를 개,폐하여 풍력발전이 가능토록 한다.

계속하여, 상기와 같은 멀티 발전장치의 동작은 하우징(100)에 구비되는 컨트롤박스(103) 또는 건물의 내측이나 외부에서 통신모듈(미도시)에 의해 유,무선으로 제어가 가능토록 설치되고, 측면 윈도우(110)의 일측에는 풍속 풍향계(180)가 구비되어 이에 측정된 풍속과 풍향 데이터를 기반으로 윈도우의 개,폐 및 흐름 방향을 조절하는 것이다.

100...하우징 110...윈도우
133...블레이드 137...랙기어
190...챔버 300...풍력발전기
500...태양광발전기 550...가동수단

Claims

건물의 옥상에 컨트롤박스를 구비하면서 내부에 챔버를 형성하는 다면체의 하우징이 설치되고,
상기 하우징의 상부에는 태양광발전기가 구비되고, 챔버에는 풍력발전기가 구비되며,
상기 태양광발전기와 풍력발전기는 하우징 내측의 집전장치와 연결되고,
상기 하우징은, 외부의 공기를 상기 챔버로 유입하여 풍력발전기를 거친 후 다시 외부로 유출토록 챔버와 통하면서 챔버 내측으로 공기의 흐름을 차단하거나 흐름방향 및 흐름량의 조절이 가능한 윈도우가 상부면과 적어도 2개의 측면에 형성되어 공기의 통과 방향에 따라 선택적으로 개,폐토록 하고,
상기 태양광발전기는, 루프의 상면에 복수의 태양전지판이 구비되어 이루어지고, 상기 윈도우의 상부면의 각각 모서리 내측과 상기 루프 하면의 각 모서리에 구비되는 볼조인트와 상기 볼조인트를 연결하는 실린더로 이루어지는 가동수단에 의해 상기 하우징의 상부면 윈도우를 개,폐토록 하며,
상기 하우징의 측면 윈도우는, 각 측면에 복수로 구비되는 블레이드에 의해 개,폐 되면서 공기의 통과방향 조절이 가능토록 하고,
상기 풍력발전기는, 챔버 바닥면에 구비되는 내,외경에 돌기가 형성된 링기어, 상기 링기어의 내경측 돌기에 치합되는 복수의 구동기어에 각각 수직방항으로 연결되는 샤프트에 구비되는 일정면적의 회전날개, 상기 링기어의 외경측 돌기에 치합되어 회전하는 적어도 하나 이상의 위성기어와 상기 위성기어의 회전축에 연결되는 발전기의 구성으로 이루어지며,
상기 회전날개는, 회전하면서 바람의 일부를 저장한 후 챔버의 중앙부로 유도하여 와류를 형성토록 일부가 절곡되어 에어룸을 형성하고,
상기 챔버의 중앙부에는, 회전날개에 의해 발생되는 와류를 상부로 유도하는 나선형의 트위스터가 구비되는 것을 특징으로 하는 멀티 발전장치.
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제1항에 있어서, 상기 블레이드는, 윈도우의 개,폐와 공기의 통과방향의 조절이 가능토록 각각의 측면 하우징에 구비되는 동력수단에 의해 회전하는 피니언기어에 치합되어 직선운동하는 랙기어에 치합되는 가동기어의 회전축에 연결되는 구성 또는,
하나의 피니언기어의 회전에 의해 구동이 가능토록 각각의 랙기어의 교차지점에 각각 연결되어 동력을 전달하는 링크기어가 구비되는 것을 특징으로 하는 멀티 발전장치.
제1항에 있어서, 상기 챔버는 바람의 고저에 따라 선택적으로 풍력에 의한 발전이 가능토록 상,하로 공간이 분할되면서,
상기 분할된 각각의 챔버와 통하는 측면 윈도우는, 블레이드가 구비되며,
상기 분할된 각각의 챔버에는, 동일한 회전축상에서 회전하되 각각 회전토록 구비되는 회전날개가 구비되고,
상기 각각의 회전날개는 동일한 회전축상에서 각각 회전토록 다른직경의 사프트가 연결되면서 작은 직경의 사프트가 큰 직경의 샤프트를 관통하며,
상기 다른 직경의 샤프트의 일측에는, 각각 발전기가 직접 연결되거나 구동기어와 링기어 및 위성기어에 연결되는 것을 특징으로 하는 멀티 발전장치.