KR102284114B1 - 중력 에너지 저장 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중력 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 지면에 수직방향으로 깊이를 가지도록 형성되는 낙하챔버, 물탱크, 상기 낙하챔버에 설치되어 자체하중에 의해 자유낙하되되, 상기 물탱크로 부터 물을 공급받아 하중 조절이 가능한 추 하우징, 상기 추 하우징에 결합되는 케이블, 상기 케이블을 권취 및 권출하는 드럼, 상기 드럼에 구동력을 공급하는 모터, 상기 드럼에 연결되어 상기 추 하우징이 자유낙하됨에 따라 회전되어 전력을 생산하는 발전기를 포함하는 것으로, 본 발명은 내부에 유체가 수용되는 공간부가 형성되어 무게조절이 가능한 추 하우징을 활용하여 수직낙하하는 추하우징과 승강되는 추하우징의 무게를 조절하여 시스템의 효율이 향상되며, 추 하우징을 승강시키는 모터의 전력을 태양광 발전유닛으로부터 공급받으므로 경제적인 현저한 효과가 있다.

Description

중력 에너지 저장 시스템{Storing Gravity Energy System}

본 발명은 중력 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무거운 질량의 물체를 자유낙하시켜 전력을 생산하고, 에너지를 저장하는데 활용되는 중력 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.

문명과 산업의 발달과 함께 전기의 사용량이 급속히 증대되고 있고, 이의 충족을 위하여 고효율의 원자력 발전이 주축이 되고 있다. 그러나 원자력 발전의 위험성으로 종래의 화력발전과 수력 발전이 동시에 이루어지고 있다.

그러나 원자력발전은 고효율의 장점은 있으나 핵연료를 사용함으로써의 높은 위험성이 있고, 화력발전의 경우 에너지의 사용과 환경 오염 문제가 있어 점차 없어지는 추세에 있고, 대신에 자연력을 이용한 수력발전, 풍력발전, 조력 발전, 태양열 발전 등이 행해지고 있는 추세이다.

대한민국, 공개특허공보 제10-2018-0107297호

본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 안출된 것으로, 내부에 유체가 수용되는 공간부가 형성되어 무게조절이 가능한 추 하우징을 수직낙하시켜 중력 에너지를 전기에너지로 변환시키고, 추 하우징을 상승시켜 에너지를 중력의 위치 에너지 형태로 저장하는 중력 에너지 저장 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 중력 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 지면에 수직방향으로 깊이를 가지도록 형성되는 낙하챔버, 물탱크, 상기 낙하챔버에 설치되어 자체하중에 의해 자유낙하되되, 상기 물탱크로 부터 물을 공급받아 하중 조절이 가능한 추 하우징, 상기 추 하우징에 결합되는 케이블, 상기 케이블을 권취 및 권출하는 드럼, 상기 드럼에 구동력을 공급하는 모터, 상기 드럼에 연결되어 상기 추 하우징이 자유낙하됨에 따라 회전되어 전력을 생산하는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 하나의 추 하우징에 복수 개의 케이블이 결합되고, 상기 하나의 추 하우징을 중심으로 복수개의 드럼, 모터, 발전기가 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 추 하우징은, 상면에 입수구가 형성되고 저면에 배수구가 형성된 원통형상의 하우징이되, 상기 추 하우징의 저면에는 회동되어 상기 배수구를 개폐하는 개폐도어가 결합되며, 상기 추 하우징의 외주연에는 수직, 수평방향으로 상호 교차되게 형성되어 상기 추 하우징을 보강하는 가이드커버가 결합되고, 상기 가이드커버에는 가이드바퀴가 결합되어 낙하챔버와의 마찰력을 감소시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 중력 에너지 저장 시스템은 태양광발전유닛을 더 포함하는 것으로, 상기 태양광발전유닛에 의해 생산된 전력에 의해 상기 모터가 구동되는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명은 내부에 유체가 수용되는 공간부가 형성되어 무게조절이 가능한 추 하우징을 활용하여 수직낙하하는 추하우징과 승강되는 추하우징의 무게를 조절하여 시스템의 효율이 향상되며, 추 하우징을 승강시키는 모터의 전력을 태양광 발전유닛으로부터 공급받으므로 경제적인 현저한 효과가 있다.

도1은 본 발명에 따른 중력 에너지 저장 시스템의 개념도이다.
도2는 본 발명에 따른 중력 에너지 저장 시스템의 평면 사시도이다.
도3은 본 발명에 따른 추 하우징의 정면도이다.
도4는 본 발명에 따른 추 하우징의 배수구가 폐쇄된 상태의 사시도이다.
도5는 본 발명에 따른 추 하우징의 배수구가 개방된 상태의 사시도이다.
도6은 본 발명에 따른 지지부재의 확대도이다.
도7은 본 발명에 따른 중력 에너지 저장 시스템의 다른 실시례를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일례에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도1은 본 발명에 따른 중력 에너지 저장 시스템의 개념도이다.

도1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 중력 에너지 저장 시스템(1000)은, 지면에 수직방향으로 깊이를 가지도록 형성되는 낙하챔버(10), 상기 낙하챔버에 설치되며 자체하중에 의해 자유낙하하는 추 하우징(100), 상기 추 하우징에 결합되는 케이블(200), 상기 케이블을 권취 및 권출하는 드럼(300), 상기 드럼에 연결되어 드럼에 구동력을 공급하는 모터(400), 상기 드럼에 연결되어 상기 추하우징이 유낙하됨에 따라 회전되어 전력을 생산하는 발전기(500), 물탱크(600), 상기 물탱크와 연결되어 상기 추하우징 내부로 물을 공급하는 호스(620)를 포함한다.

도2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 하나의 추 하우징(100)에 복수 개의 케이블(200)을 결합하고, 하나의 추 하우징(100)을 중심으로 복수 개의 드럼(300), 모터(400), 발전기(500)가 방사형으로 배치되도록 하였다.

이 때, 상기 케이블은 추 하우징의 상단에 결합되되, 복수 개가 방사형으로 결합되어 상기 추 하우징이 좌우 균형이 흐트러지지 않도록 한다.

도1 및 도3에 도시된 바와 같이, 상기 낙하챔버(10)는 지면에서 수직방향으로 깊이를 가지며, 내벽에는 낙하챔버의 길이방향을 따라 길게 복수 개의 레일홈(12)이 결합된다.

이 때, 여기서 상기 레일홈(12)은, 음각으로 형성된 레일홈이나 양각으로 돌출되게 형성된 레일 등을 모두 포함하며, 추 하우징에 결합된 가이드바퀴(162)와 대응되는 구성을 가지도록 마련된다.

그리고 상기 낙하챔버의 저면은 개방되되 하단으로 갈수록 내측방향으로 경사지게 마련되어, 추 하우징이 낙하되었을 때, 상기 낙하챔버의 저면에 직접 접촉되지 않고 소정간격 이격되어 추하우징 저면으로 배출되는 유체가 낙하챔버의 저면을 통해 지중으로 용이하게 배출되도록 한다.

도3 내지 도5에 도시된 바와 같이, 상기 추 하우징(100)은, 낙하챔버(10)에 수용되어 무게 추 역할을 하는 것으로, 자유낙하하면서 전력을 생산하는 요소이다.

상기 추 하우징은 내부에 물이 수용된 상태로 하강하여 전력을 생산하고, 승강될 때는 물을 배출한 뒤 승강되도록 마련된다.

더욱 상세하게, 상기 추 하우징(100)은 상면 일부가 개방되고, 내부에 공간부가 형성된 원통형상의 하우징이며, 필요에 따라 내부에 물이 공급되거나 배수되어 무게 조절이 가능하도록 마련된다.

도3에 도시된 바와 같이, 상기 추 하우징(100)의 상면 중앙에는 입수구(120)가 형성되고, 저면에는 하나 이상의 배수구(122)가 형성되며, 상기 배수구(122)는 개폐도어(140)에 의해 개폐가능하도록 마련된다.

상기 개폐도어(140)는 제어부의 신호에 의해 자동으로 회동 가능하게 마련되며, 상기 개폐도어가 회동됨에 따라 상기 배수구(122)는 개방 또는 폐쇄된다.

상기 개폐도어는 복수 개의 날개가 방사형으로 형성된 판재이며, 중심부를 중심으로 하여 회동됨에 따라 날개의 위치가 이동되도록 마련된다.

본 발명에서는 상기 추 하우징의 저면에 4개의 배수구를 방사형으로 형성하고, 상기 개폐도어의 날개가 4개로 이루어지도록 하여 개폐도어가 회동됨에 따라 4개의 배수구와 날개가 각각 중첩되거나 또는 분리되어 배수구가 개폐되도록 한다.

한편, 상기 추 하우징(100)의 내주연에는 상기 내주연을 따라 내측방향으로 돌출된 격벽(도면미도시)이 형성된다.

상기 격벽은 추 하우징의 길이방향과 교차되는 방향으로 형성되며, 수평단면이 링 형상으로 형성되어 추 하우징 내부에 수용된 유체(물)가 출렁거리는 것을 감소시키는 요소이며, 상기 추 하우징의 길이방향을 따라 복수 개가 마련되어질 수 있다.

아울러, 상기 추 하우징(100)의 외주연에는 가이드커버(160)가 결합되며, 상기 가이드커버(160)에는 방사형으로 복수 개의 가이드바퀴(162)가 장착된다.

상기 가이드커버(160)는 리브형태로 상기 추 하우징의 외주연에 결합되되, 복수 개의 리브가 추 하우징의 외주연에 수직, 수평방향으로 상호 교차되게 형성되어 추 하우징을 보강하는 요소이다.

상기 가이드커버(160)에는 복수 개의 가이드바퀴(162)가 장착되며, 상기 가이드바퀴(162)는 낙하챔버에 수직방향으로 형성된 레일홈(12)과 대응되어 상기 추 하우징이 낙하 및 승강되는 것을 가이드한다.

상기 가이드바퀴(162)는 상기 추 하우징(100)과 낙하챔버(10)의 마찰력을 감소시켜 상기 추 하우징이 보다 안정적으로 하강 및 승강되도록 가이드하는 요소이다.

이에 따라 상기 추 하우징은 내부에 적재된 유체(물)가 출렁거림으로써 추 하우징이 흔들리는 것을 방지되는 효과를 가진다.

또한, 상기 개폐도어(140)의 저면에는 하부커버(180)가 추가로 장착된다.

상기 하부커버(180)는 상면이 개방된 원통부재이며, 저면에는 상하를 관통하는 관통홀(182)이 하나 이상 형성되되, 상기 관통홀(182)은 상기 추 하우징(100)의 배수구(122)와 대응되는 위치에 형성된다.

본 발명에서는 추 하우징의 저면에 4개의 배수구를 방사형으로 형성하였으므로, 상기 하부커버에도 방사형으로 4개의 관통홀이 형성된다.

즉, 상기 개폐도어는 상기 배수구와 관통홀 사이에 장착되며, 상기 개폐도어가 회동됨에 따라 배수구와 관통홀이 서로 연통되어 추 하우징 내부의 유체가 하측으로 배수되도록 하는 것이다.

한편, 상기 추 하우징(100)은 케이블(200)과 연결되며, 케이블(200)이 드럼(300)에 권취 또는 권출됨에 따라 승하강된다.

상기 드럼(300)은, 원통형상으로 형성되며, 외주연에 권취된 케이블(200)을 권취 또는 권출하는 요소이다.

상기 드럼은, 상호 이격되게 마련되는 한 쌍의 지지프레임, 상기 한 쌍의 지지프레임의 사이공간에 결합되어 지지프레임을 연결하며 회전 가능하게 마련되는 드럼본체, 상기 지지프레임에 결합되되 별도의 탄성부재에 의해 상기 드럼본체의 외주연을 가압하는 가압롤러, 상기 드럼본체의 회전을 구속하는 브레이크를 포함한다.

상기 가압롤러에는 케이블의 하중을 측정하는 로드셀이 부착되며, 상기 로드셀에서 감지된 측정값에 따라 상기 브레이크는 드럼본체를 구속하거나 해제한다.

상기 브레이크는 추 하우징 내부에 물이 적재되어 상기 케이블에 걸리는 하우징이 기 설정값 이상이 되면, 해제되어 상기 추 하우징이 자유낙하되도록 마련된다.

아울러 이 때, 상기 낙하챔버(10)의 내주연에도 별도의 회동 브레이크(도면미도시)가 마련되며, 상기 추 하우징(100)은 상기 회동 브레이크에 의해 낙하챔버의 상부측에 고정되었다가, 필요시 회동 브레이크의 해제에 의해 자유낙하되도록 마련된다.

상기 회동 브레이크는 상기 낙하챔버의 내주연에 회동가능하게 설치되되, 브레이크가 사용되는 경우에는 추 하우징의 길이방향과 직교되는 방향으로 길이를 가지도록 마련되어 추 하우징의 가이드커버(160)에 걸림으로써 추 하우징을 구속하고, 브레이크가 해제되는 경우에는 하측으로 회동되어 낙하챔버의 내주연에 밀착되므로 추 하우징이 하측으로 이동가능하도록 마련된다.

상기 브레이크와 회동 브레이크는 서로 연동되어, 상기 추 하우징의 이동을 보다 안정적으로 구속하거나 해제하도록 한다.

아울러, 상기 회동브레이크의 구성은 추 하우징을 물리적으로 고정시키기 위한 실시례에 불과하며, 사용자의 필요에 따라 다양한 수단에 의해 구현되어질 수 있다.

이어서, 상기 드럼과 낙하챔버(10)의 사이 공간에는 아이들롤러인 가이드롤러(320)가 장착되며, 상기 케이블은 가이드롤러의 외주연에 접촉되어 가이드된 상태로 드럼에 권취 및 권출된다.

아울러, 상기 드럼(300)의 양측에는 모터(400)와 발전기(500)가 각각 설치된다.

상기 모터(400)는 상기 드럼에 구동력을 공급하는 요소이다.

상기 드럼(300)은 모터(400)의 구동력을 공급받아 케이블을 권취시키는 것으로, 본 발명의 추 하우징(100)은 자체하중에 의해 자유낙하하면서 하강하고, 모터(400)에 의해 케이블이 권취됨에 따라 승강되도록 마련된다.

이어서, 상기 발전기(500)는 추 하우징이 자유낙하됨에 따라 드럼(300)이 회전될 때, 그 회전력을 공급받아 운동에너지를 전기 에너지로 전환하여 전력을 생산하는 요소이다.

상기 발전기는 별도의 저장배터리와 연결되어, 상기 발전기에 의해 생산된 전력을 저장할 수도 있다.

다음으로, 상기 물탱크(600)는 추 하우징(100)의 측방에 설치되어 상기 추 하우징(100)의 내부로 물을 공급하는 요소이다.

상기 물탱크(600)는 호스(620)에 의해 추 하우징(100)과 연결되며, 물탱크의 상면은 필요에 따라 개방되어 빗물을 집수하도록 마련된다.

아울러, 상기 낙하챔버(10)의 상단에는 호스(620)가 거치되는 지지부재(640)가 결합된다.

상기 지지부재(640)는 원판형상의 제1부재와, 상기 제1부재의 저면에 하부로 돌출되게 연장형성되는 파이프 형상의 제2부재를 포함한다.

상기 제1부재의 중앙부에는 상,하를 관통하는 지지홀이 형성되고, 상기 제2부재는 중공체로서, 상기 지지홀이 하측으로 연장형성되도록 마련된다.

상기 호스(620)는 지지홀을 관통하도록 마련되되, 상기 지지홀은 호스의 직경보다 약간 크게 형성되어 상기 호스가 더 이상 하측으로 이동되지 않고 고정되도록 한다.

이를 바탕으로 본 발명의 상기 중력 에너지 저장 시스템은 심야전기를 이용하여 모터를 구동켜 추 하우징(100)이 승강되도록 하고, 전력이 주 사용되는 낮시간대에 추 하우징(100)을 낙하시켜 전기가 생산되도록함으로써 각 가정 등에 전력을 공급한다.

한편, 본 발명의 중력 에너지 저장 시스템은 재생에너지에 의해 발전된 전력으로 구동되어질 수도 있다.

도7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 중력 에너지 저장 시스템은 태양광발전유닛(700)을 더 포함하도록 마련된다.

상기 태양광발전유닛(700)은 태양광으로 전기를 발생시키는 것으로, 상기 태양광발전유닛은 태양전지모듈, 저장배터리, 전력변환부(720) 등을 포함한다.

상기 태양전지모듈은, 입사되는 태양광을 이용해서 자체적으로 전기를 생산하는 태양전지판과, 상기 태양전지판을 지지하는 지지대를 포함하며, 상기 태양전지모듈은 상기 태양전지판의 각도를 조절하는 각도조정수단을 더 포함할 수도 있다.

상기 전력변환부(720)는 인버터인 것으로, 태양전지판에서 생성된 직류전력을 교류전력으로 변환하여 모터(400)에 공급하고, 저장배터리를 충방전하는 역할을 한다.

이 때, 상기 모터(400)는 태양광발전유닛(700)에 의해 구동가능하도록 마련되며, 상기 태양광발전유닛으로부터 생산되는 전력을 이용하여 낮 시간대에 추 하우징을 승강시키고, 밤 시간대에 추 하우징을 낙하시켜 전력을 공급한다.

이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시례를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시례가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.

10:낙하챔버
12:레일홈
1000:중력 에너지 저장 시스템
100:추 하우징
120:입수구
122:배수구
140:개폐도어
160:가이드커버
162:가이드바퀴
180:하부커버
182:관통홀
200:케이블
300:드럼
320:가이드롤러
400:모터
500:발전기
600:물탱크
620:호스
640:지지부재
700:태양광발전유닛
720:전력변환부

Claims (4)

1. 지면에 수직방향으로 깊이를 가지도록 형성되는 낙하챔버;
   물탱크;
   상기 낙하챔버에 설치되어 자체하중에 의해 자유낙하되되, 상기 물탱크로 부터 물을 공급받아 하중 조절이 가능한 추 하우징;
   상기 추 하우징에 결합되는 케이블;
   상기 케이블을 권취 및 권출하는 드럼;
   상기 드럼에 구동력을 공급하는 모터;
   상기 드럼에 연결되어 상기 추 하우징이 자유낙하됨에 따라 회전되어 전력을 생산하는 발전기;
   상기 모터를 구동시키기 위한 전력을 생산하는 태양광발전유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 에너지 저장 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   하나의 추 하우징에 복수 개의 케이블이 결합되고, 상기 하나의 추 하우징을 중심으로 복수개의 드럼, 모터, 발전기가 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 중력 에너지 저장 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 추 하우징은,
   상면에 입수구가 형성되고 저면에 배수구가 형성된 원통형상의 하우징이되, 상기 추 하우징의 저면에는 회동되어 상기 배수구를 개폐하는 개폐도어가 결합되며,
   상기 추 하우징의 외주연에는 수직, 수평방향으로 상호 교차되게 형성되어 상기 추 하우징을 보강하는 가이드커버가 결합되고,
   상기 가이드커버에는 가이드바퀴가 결합되어 낙하챔버와의 마찰력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 중력 에너지 저장 시스템.
   
4. 삭제

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