KR102039312B1 - 하이브리드 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경적이면서도 효율적으로 전기를 생산할 수 있는 하이브리드 발전장치에 관한 기술로서, 바람의 방향에 따라 회동될 수 있게 포스트에 연결되는 몸체; 상기 몸체 내부에 마련되는 발전모듈; 상기 발전모듈의 회전축에 연결되게 상기 몸체의 일단에 위치되는 복수의 날개를 갖는 프로펠러; 상기 몸체의 타단에 연결되는 꼬리날개; 상기 몸체 외면에 연결수단에 의해 장착되어 상기 몸체에 대해 흔들리도록 설치되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치되는 하부 케이싱; 상기 하부 케이싱과 밀폐되게 결합되는 상부 케이싱; 상기 하부 케이싱 및 상부 케이싱의 결합에 의해 형성되는 내부 공간에 방사상으로 외측 단부가 자유단을 이루도록 배치되는 복수의 진동편; 상기 각 진동편의 자유단에 부착되는 제1자석; 상기 제1자석과 마주보게 상기 하부 케이싱에 결합되며 상기 제1자석과 척력을 형성하게 되는 복수의 제2자석; 상기 제1자석과 마주보게 상기 상부 케이싱에 결합되며, 상기 제1자석과 척력을 형성하는 복수의 제3자석; 상기 하부 케이싱과 상부 케이싱의 결합에 의해 형성되는 내부 공간에 수용되는 이온성 액체; 상기 진동편에 부착되어 굽힘이 발생됨에 따라 전기에너지를 생산하게 되는 이온폴리머 금속 복합체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 발전장치{Hybrid power plant apparatus}

본 발명은 친환경적이면서도 효율적으로 전기를 생산할 수 있는 하이브리드 발전장치에 관한 기술이다.

환경파괴 및 자원 고갈의 문제점이 대두되면서 다양한 친환경적 재생에너지에 관한 관심이 높아지고 있다.

지금껏 인류는 화석연료를 주요한 에너지원으로 하여 생활하여 왔으며, 이로 인해 지구온난화와 같은 심각한 상황에 직면하게 되었다.

한때 원자력발전이 에너지문제를 해결할 대안으로 거론되기도 했지만 원자력발전은 한번 사고가 나면 광범위한 영역에 걸쳐 보다 큰 문제를 야기하기 때문에 근래에는 원자력발전 비중을 줄이고자 하는 노력이 이루어지고 있다.

초기 시설투자에 따른 부담에도 불구하고 근래에는 환경파괴를 최소화할 수 있는 태양광, 수력, 조력, 풍력과 같은 재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있고, 대규모의 발전단지가 조성되고 있다.

하지만, 이런 대표적인 재생에너지들도 지역에 따른 제약이 있음에 따라 지속적인 발전에 한계가 있다는 문제점이 있다.

본 발명과 관련한 종래기술로 대한민국 등록특허 제10-1566972호의 "이온 폴리머 금속 복합체를 이용한 이중 부유체 구조의 해상 부유식 발전장치"가 있다.

도 1은 종래기술에 의한 이온 폴리머 금속 복합체를 이용한 이중 부유체 구조의 해상 부유식 발전장치의 개념도이다.

도시된 바와 같이 종래기술에 의한 이중 부유체 구조의 해상 부유식 발전장치는, 이온 폴리머 금속 복합체가 해수에 노출되는 것을 방지하고 발전 성능 및 내구성을 향상시키고자 하는 목적을 가진다.

구체적인 구성을 보면, 해상에 부유하도록 부력을 가지며 내부에는 수용 공간이 형성되어 일정량의 담수가 채워지는 외부 부유체; 상기 외부 부유체 내부의 담수에 일부분 또는 전체가 잠긴 상태로 부유하도록 수용되는 내부 부유체; 상기 내부 부유체에 집적되며 상기 담수의 유동 상태에 따라 굽힘 현상이 발생하여 전기에너지를 발생시키는 이온 폴리머 금속 복합체; 상기 이온 폴리머 금속 복합체에서 교류 형태로 발생된 전기에너지를 직류로 변환하는 정류부; 및 상기 정류부와 연결되어 생산된 전력을 공급 또는 저장하는 부하부를 포함하되, 상기 이온 폴리머 금속 복합체는 일정 길이의 필름 형태로 형성되어 상기 내부 부유체의 둘레를 따라 복수개가 일정 간격을 두고 캔틸레버 형식으로 고정배치되는 것을 특징으로 한다.

종래기술에서는 내부 부유체에 설치되는 이온 폴리머 금속 복합체가 담수의 유동에 따라 굽힘 현상이 생기면서 전기에너지를 생산하게 되는데, 단순히 해상의 파도에 따른 내부 부유체의 담수의 움직임에만 의존하는 형태이기 때문에 이온 폴리머 금속 복합체에 작용하는 굽힘력이 크지 않고 굽힘 주기가 길기 때문에 전기 생산효율이 낮다는 문제점이 있었다.

종래기술은 해상, 호수 등과 같이 물 위에서 부유되게 부유체를 설치하여 사용하여야 하기 때문에 설치에 어려움이 따르고 유지 관리에도 어려움이 많다는 문제점은 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1566972호

따라서 본 발명은 육상에 쉽게 설치가 가능하면서도 친환경적이고 전기 생산 효율이 높은 하이브리드 발전장치를 제공하고자 한다.

그리고 본 발명은 기본적으로 풍력을 이용하되, 바람이 충분히 불지 않는 경우에도 전기생산이 가능하도록 하는 하이브리드 발전장치를 제공하고자 한다.

제시한 바와 같은 과제 달성을 위한 본 발명의 하이브리드 발전장치는, 바람의 방향에 따라 회동될 수 있게 포스트에 연결되는 몸체; 상기 몸체 내부에 마련되는 발전모듈; 상기 발전모듈의 회전축에 연결되게 상기 몸체의 일단에 위치되는 복수의 날개를 갖는 프로펠러; 상기 몸체의 타단에 연결되는 꼬리날개; 상기 몸체 외면에 연결수단에 의해 장착되어 상기 몸체에 대해 흔들리도록 설치되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치되는 하부 케이싱; 상기 하부 케이싱과 밀폐되게 결합되는 상부 케이싱; 상기 하부 케이싱 및 상부 케이싱의 결합에 의해 형성되는 내부 공간에 방사상으로 외측 단부가 자유단을 이루도록 배치되는 복수의 진동편; 상기 각 진동편의 자유단에 부착되는 제1자석; 상기 제1자석과 마주보게 상기 하부 케이싱에 결합되며 상기 제1자석과 척력을 형성하게 되는 복수의 제2자석; 상기 제1자석과 마주보게 상기 상부 케이싱에 결합되며, 상기 제1자석과 척력을 형성하는 복수의 제3자석; 상기 하부 케이싱과 상부 케이싱의 결합에 의해 형성되는 내부 공간에 수용되는 이온성 액체; 상기 진동편에 부착되어 굽힘이 발생됨에 따라 전기에너지를 생산하게 되는 이온폴리머 금속 복합체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 몸체에는 정류부가 구비되어 상기 발전모듈 및 이온 폴리머 금속 복합체에서 교류 형태로 발생된 전기에너지를 직류로 변환시키는 정류부가 구비되고, 상기 정류부와 연결되어 생산된 전력을 공급 또는 저장하는 부하부가 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 밀폐 결합되는 상기 하부 케이싱과 상부 케이싱은 복수개가 구비되어 상하 적층되게 배치되며, 상기 하우징의 내부 중심부에 포스트가 형성되고, 상기 포스트에 결합된 상기 하부 케이싱과 상부 케이싱이 삽입되면서 적층되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 진동편은, 중심을 이루는 코어부와, 상기 코어부의 가장자리로부터 방사상으로 등간격을 이루면서 돌출 연장되는 복수의 진동편으로 이루어지고, 상기 코어부는 상기 하부 케이싱과 상부 케이싱의 결합시에 고정되고, 상기 진동편의 외측 단부는 자유단이 되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 진동편은, 막대 형상을 이루는 복수개로 이루어지되, 각 진동편의 내측 단부는 상기 하부 케이싱과 상부 케이싱의 결합시에 눌러져 고정되는 고정단이 되고, 외측 단부는 자유단이 되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 이온폴리머 금속 복합체는, 상기 진동편마다 부착되되, 십자형상을 이루게 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 하이브리드 발전장치에 의하면 기본적으로 풍력 발전기의 구성을 갖추고 있음으로 바람을 이용하여 전기를 생산할 수 있고, 동시에 진동을 이용하여 부가적인 전기생산이 가능하도록 함으로써 전기생산효율이 높은 하이브리드 발전장치를 제공할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 의한 이온 폴리머 금속 복합체를 이용한 이중 부유체 구조의 해상 부유식 발전장치의 개념도.
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 발전장치의 개념도.
도 3은 하우징 내부에 구비되는 주요 구성요소들의 구성도.
도 4는 코어부를 갖는 진동편 및 이온폴리머 금속 복합체의 예시도.
도 5는 막대형 진동편 및 이에 부착되는 이온폴리머 금속 복합체의 예시도.

이하 본 발명에 의한 하이브리드 발전장치에 대해 보다 상세한 설명을 하도록 하며, 첨부되는 도면을 참조하는 것으로 한다. 단, 제시되는 도면 및 이에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 기술적 사상에 따른 하나의 실시 가능한 예를 설명하는 것인 바, 본 발명의 기술적 보호범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 발전장치의 개념도이며, 도 3은 하우징 내부에 구비되는 주요 구성요소들의 구성도이며, 도 4는 코어부를 갖는 진동편 및 이온폴리머 금속 복합체의 예시도이고, 도 5는 막대형 진동편 및 이에 부착되는 이온폴리머 금속 복합체의 예시도를 나타낸 것이다.

도시된 것처럼 본 발명에 의한 하이브리드 발전장치는 기본적으로는 풍력 발전기의 구조를 갖추고 있으며, 추가적으로 진동을 활용하여 전기를 생산할 수 있는 복합적인 발전장치이다.

구체적인 구성요소로 몸체(10), 발전모듈(20), 프로펠러(30), 꼬리날개(40), 하우징(100), 하부 케이싱(200), 상부 케이싱(300), 진동편(400), 제1자석(500), 제2자석(600), 제3자석(700), 이온성 액체(800) 및 이온폴리머 금속 복합체(900)를 포함하게 된다.

몸체(10)는 지면으로부터 설치되는 기둥(P)에 연결되며, 회전이 가능한 구조를 갖추고 있다. 즉, 기둥(P)의 상단과 몸체(10)는 베어링과 같은 부재로 연결되게 함으로써 몸체(10)가 바람의 방향에 따라 회동될 수 있도록 한다.

몸체(10) 내부에는 발전모듈(20)이 마련되며, 여기서 발전모듈(20)이란 후술될 프로펠러(30)의 회전력이 전달되어 전기를 생산하게 되는 부위를 말하며, 풍력 발전기에서 공지의 기술인 바, 이에 대해서는 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

발전모듈(20)의 회전축(21)에 프로펠러(30)가 연결되며, 프로펠러(30)는 몸체(10) 일단에 위치하게 되고, 복수의 날개를 갖는 것이다.

몸체(10)의 타단에는 꼬리날개(40)가 설치되며, 꼬리날개(40)에 의해 바람의 방향이 바뀔 때 몸체(10)가 회전될 수 있다.

몸체(10) 외면에 하우징(100)이 설치되며, 하우징(100)은 몸체(10)와 연결수단(110)에 의해 장착되어 몸체(10)에 대해 흔들릴 수 있도록 한다. 즉, 프로펠러(30)가 회전되거나 프로펠러(30)가 회전되지 않을 정도의 바람이 부는 경우에도 몸체(10)에는 진동이 발생되며, 몸체(10)의 진동이 하우징(100)에 전달된다.

보다 바람직하게 몸체(10) 상면에 복수의 연결수단(110)을 통해 하우징(100)을 연결하도록 하는데, 연결수단(110)은 스프링과 같은 탄성체를 이용하도록 하고, 복수의 연결수단(110)의 탄성정도는 다르도록 하여 하우징(100)으로 전달되는 진동이 증폭될 수 있도록 한다.

하우징(100)의 내부에는 빈 공간이 형성되는데, 하우징(100) 내부에 하부 케이싱(200)이 설치되고, 하부 케이싱(200)과 결합되어 밀폐 구조를 이루는 상부 케이싱(300)이 구비된다.

하부 케이싱(200)과 상부 케이싱(300)의 결합에 의해 비어있는 내부 공간이 형성되며, 이곳에 복수의 진동편(400)이 설치된다.

하우징(100) 내부에는 다단 적층 구조로 복수의 하부 케이싱(200)과 상부 케이싱(300)이 설치될 수 있으며, 바람직하게 하우징(100)의 바닥 중심부로부터 직립되는 포스트(120)가 설치되게 하고, 포스트(120)에 하부 케이싱(200)과 상부 케이싱(300)을 끼워서 조립되게 할 수 있다.

도 2와 같이 포스트(120)에 순차적으로 제1하부 케이싱(200a), 제1상부 케이싱(300a), 제2하부 케이싱(200b), 제2상부 케이싱(300b) 순으로 복수의 하부 케이싱(200)과 상부 케이싱(300)을 끼워서 설치할 수 있다.

쌍을 이루는 하부 케이싱(200)과 상부 케이싱(300)의 결합에 의해 형성되는 내부 공간상에 방사상으로 외측 단부가 자유단을 이루는 복수의 진동편(400)이 설치된다.

구체적으로 진동편(400)은 다음과 같은 형태로 실시될 수 있다.

먼저, 도 3과 같이 제1실시예에 의하면 진동편(400)은 중심을 이루는 코어부(410)를 가지게 되며, 코어부(410)의 가장자리로부터 방사상으로 등간격을 이루면서 돌출 연장되게 복수의 진동편(400)이 형성될 수 있다.

코어부(410)는 하부 케이싱(200)과 상부 케이싱(300)의 결합시에 고정되며, 각 진동편(400)의 외측 단부는 자유단이 된다.

한편, 도 4와 같이 제2실시예에 의하면 진동편(400)은 막대 형상을 이루는 복수개로 이루어지고, 각 진동편(400)의 내측 단부는 하부 케이싱(200)과 상부 케이싱(300)의 결합시에 눌러져 고정되는 고정단이 되고, 외측 단부는 자유단이 되도록 조립되게 할 수 있다.

각 진동편(400)의 자유단에는 제1자석(500)이 부착되며, 제1자석(500)과 마주보게 하부 케이싱(200)에 제2자석(600)이 결합되되, 제2자석(600)은 제1자석(500)과 척력을 이루는 것으로 한다.

그리고 제1자석(500)과 마주보게 상부 케이싱(300)에는 제3자석(700)이 마련되는데, 제3자석(700) 역시 제1자석(500)과는 척력을 이루게 된다.

하부 케이싱(200)과 상부 케이싱(300)의 결합에 의해 형성되는 내부 공간에는 이온성 액체(800)가 수용되며, 따라서 하부 케이싱(200)과 상부 케이싱(300)은 수밀이 이루어질 수 있도록 밀폐되게 조립되어야 한다.

이온성 액체(800)는 담수를 사용하도록 하는 것이 바람직하고, 진동편(400)은 이온성 액체(800)에 잠겨도 무방하다.

바람직하게 진동편(400)의 부식을 방지하기 위해 진동편(400)은 스테인레스 소재의 얇은 판상체를 이용하여 제작되거나 부식방지 코팅이 되는 금속판을 이용할 수 있을 것이다.

한편, 진동편(400)에는 이온폴리머 금속 복합체(900)가 부착되며, 이온 폴리머 금속 복합체(900)는 얇은 필름 형태를 이루고 있고, 이온성 액체(800)에 접촉된 상태에서 굽힘이 발생되는 경우 전기에너지를 생산하게 되는 요소이다.

이온성 액체(800)에 침지된 상태에서 굽힘 변형에 의해 전기를 생산할 수 있는 이온 폴리머 금속 복합체(900) 자체는 공지의 기술이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

진동편(400)에 부착된 이온 폴리머 금속 복합체(900)는 기본적으로 하우징(100)이 외력에 의한 반복적인 움직임에 의해 이온성 액체 속에서 흔들리게 되며, 특히 본 발명의 경우 하부 케이싱(200)과 상부 케이싱(300) 내부에 마련된 진동편(400)들이 자석의 척력에 의해 빠르게 진동하기 때문에 진동편(400)으로부터 전달되는 진동이 이온 폴리머 금속 복합체(900)로 전달되어 빠른 주기로 굽힘 변형이 발생되게 함으로써 매우 효율적으로 전기에너지를 생산할 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명에는 몸체(10)에 정류부(1000)가 구비되도록 하는데, 발전모듈(20) 및 이온 폴리머 금속 복합체(900)에서 생산되는 전기에너지는 교류 형태를 가지기 때문에 직류로 변화시키기 위한 정류부(1000)를 두도록 하고, 정류부(1000)를 통해서 직류로 변환된 전기에너지는 부하부(1100)로 공급된다.

여기서 부하부(1100)는 정류부(1000)와 연결되어 생산된 전력을 공급할 수 있거나 저장할 수 있는 것을 의미한다. 즉, 생산된 전기는 부하부(1100)에 의해 바로 소비되는 형태가 될 수도 있고, ESS와 같이 배터리에 소정량의 전기에너지를 저장할 수 있다.

보다 바람직하게 이온 폴리머 금속 복합체(900)는 진동편(400)마다 부착되되, 십자형상을 이루어 3개의 가지편이 진동편(400)으로부터 돌출되어 쉽게 굽혀질 수 있는 상태가 되게 한다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 하이브리드 발전장치는 풍력을 이용하여 전기를 생산함과 동시에 몸체에 부착되는 하우징의 내부에 구비되는 이온폴리머 금속 복합체의 굽힘 변형을 이용하여 추가적인 전기를 생산함으로써 안정적으로 전기를 생산할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 하이브리드 발전장치는 기존의 풍력 발전기를 대체하는 효율이 우수한 발전장치로 사용될 수 있다.

10 : 몸체 20 : 발전모듈
21 : 회전축 30 : 프로펠러
40 : 꼬리날개 P :기둥
100 : 하우징 110 : 연결수단
120 : 포스트
200 : 하부 케이싱 300 : 상부 케이싱
400 : 진동편 500 : 제1자석
600 : 제2자석 700 : 제3자석
800 : 이온성 액체
900 : 이온폴리머 금속 복합체 1000 : 정류부
1100 : 부하부

Claims (6)

1. 바람의 방향에 따라 회동될 수 있게 포스트에 연결되는 몸체;
   상기 몸체 내부에 마련되는 발전모듈;
   상기 발전모듈의 회전축에 연결되게 상기 몸체의 일단에 위치되는 복수의 날개를 갖는 프로펠러;
   상기 몸체의 타단에 연결되는 꼬리날개;
   상기 몸체 외면에 연결수단에 의해 장착되어 상기 몸체에 대해 흔들리도록 설치되는 하우징;
   상기 하우징의 내부에 설치되는 하부 케이싱;
   상기 하부 케이싱과 밀폐되게 결합되는 상부 케이싱;
   상기 하부 케이싱 및 상부 케이싱의 결합에 의해 형성되는 내부 공간에 방사상으로 외측 단부가 자유단을 이루도록 배치되는 복수의 진동편;
   상기 각 진동편의 자유단에 부착되는 제1자석;
   상기 제1자석과 마주보게 상기 하부 케이싱에 결합되며 상기 제1자석과 척력을 형성하게 되는 복수의 제2자석;
   상기 제1자석과 마주보게 상기 상부 케이싱에 결합되며, 상기 제1자석과 척력을 형성하는 복수의 제3자석;
   상기 하부 케이싱과 상부 케이싱의 결합에 의해 형성되는 내부 공간에 수용되는 이온성 액체;
   상기 진동편에 부착되어 굽힘이 발생됨에 따라 전기에너지를 생산하게 되는 이온폴리머 금속 복합체;를 포함하되,
   밀폐 결합되는 상기 하부 케이싱과 상부 케이싱은 복수개가 구비되어 상하 적층되게 배치되며, 상기 하우징의 내부 중심부에 포스트가 형성되고, 상기 포스트에 결합된 상기 하부 케이싱과 상부 케이싱이 삽입되면서 적층되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 몸체에는 정류부가 구비되어 상기 발전모듈 및 이온 폴리머 금속 복합체에서 교류 형태로 발생된 전기에너지를 직류로 변환시키는 정류부가 구비되고, 상기 정류부와 연결되어 생산된 전력을 공급 또는 저장하는 부하부가 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 진동편은,
   중심을 이루는 코어부와, 상기 코어부의 가장자리로부터 방사상으로 등간격을 이루면서 돌출 연장되는 복수의 진동편으로 이루어지고, 상기 코어부는 상기 하부 케이싱과 상부 케이싱의 결합시에 고정되고, 상기 진동편의 외측 단부는 자유단이 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 진동편은,
   막대 형상을 이루는 복수개로 이루어지되, 각 진동편의 내측 단부는 상기 하부 케이싱과 상부 케이싱의 결합시에 눌러져 고정되는 고정단이 되고, 외측 단부는 자유단이 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
6. 제 1 항 내지 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 이온폴리머 금속 복합체는,
   상기 진동편마다 부착되되, 십자형상을 이루게 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
   
   
   
   
   
   

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