KR20000018280A - 풍력에너지의 태엽 스프링의 저장 장치에 의한 발전시스템. - Google Patents

Abstract

풍력에너지는 무한량이며 무공해한 부존 자원으로 지구상 어느 곳에서나 존재하는 훌륭한 대체 에너지의 하나이며 풍력 에너지로부터 전력을 생산하는 풍력 발전은 최근의 급속한 관련 기술의 발달로 인하여 안정적 운영이 가능하다.

본 발명은 불규칙적이며 단속적인 풍력에너지를 풍속의 세기에 관계없이 일정한 크기의 탄성에너지를 지닌 태엽스프링에 감속 장치를 통해서 저장한 후 다시 증속 장치에 의해서 발전에 필요한 충분한 회전력을 얻도록 한 풍력에너지의 저장 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 풍력에너지를 기계적 운동에너지로 바꾸는 블레이드(1)과; 감속장치(3)과(4)의 작동 원리에 의해서 감속된 운동에너지를 태엽스프링(9)에 대용량의 탄성 에너지로 저장 시킨 후 탄성에너지가 충만 되었을때는 센서가 내장된 축이동 장치 (2)와(2')의 작동에 의해서 감속장치가 역으로 증속 장치의 역활을 함으로써 증속 장치 (4)와(3)의 단계별 증속 과정을 거쳐서 발전기(7)에 충분한 전력을 일으킬수 있도록 구성된 장치이다.

Description

풍력 에너지의 태엽 스프링의 저장 장치에 의한 발전 시스템.

본 발명은 풍력에 의한 운동 에너지를 태엽스프링(spiral spring)의 탄성 에너지로 변환시켜 저장하는 장치로서, 더 상세하게는 바람의 운동 에너지는 블레이드, 트레버스, 회전휠로 구성된 로타(ROTOR)에 의해서 동력 전달 장치의 일부인 감속 기어 시스템을 통해서 대형의 태엽 스프링내에 탄성 에너지로서 저장된후 에너지가 충만 되었을 때 증속 기어 장치를 통하여 일정 시간 동안 빠른 속도의 기계적인 회전 에너지로 변환 될 수 있도록 발명 한 장치이다.

기존의 풍력 발전 시스템은 저속으로 회전하는 블레이드(blade)가 증속기를 거쳐 고속으로 발전기의 회전자를 돌려서 발전을 유도하는 방식으로서 그 문제점으로는 모든 풍력 발전 시스템은 블레이드가 충분한 풍력을 받지못하면 자기 기동을 하지 못하므로 인해서 외부의 인위적인 보조 발전의 도움이 없이는 자가 발전이 어려워서 한정된 조건 에서만 작동이 가능하며, 특히 간헐적인 바람의 특성때문에 풍력 에너지의 이용 효율이 대부분 매우 낮다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 지역이나 지형에 크게 구애됨이 없이 약풍에 의해서도 풍력에너지가 블레이드를 가동되도록 하여 로타에 연결된 기어의 감속 장치를 통해서 대용량의 에너지를 저장 할수 있는 대형의 태엽 스프링에 탄성 에너지로 저장 했다가 스프링이 최고의 저장 한도에 이르렀을 때 센서에 의해서 로타 장치는 자동으로 상승하여 감속장치에서 착달되고 거의 동시에 발전기의 기어가 태엽스프링에 연결된 증속기어 장치에 자동 결합 되도록 하여 발전기의 회전자가 발전에 필요로 하는 충분한 용량의 회전수를 얻어서 일정기간 동안 가동하여 원하는 전력을 얻을수 있도록 하였다.

또한, 사용 목적에 적합한 단위 시스템을 밀집시켜 사용한다면 집약적인 운전 및 보수가 가능하며, 전원 공급의 신축성과 짧은 시간내에 요구되는 전원 용량에 대응하여 용량의 증감이 수월하다는 특징을 갖게된다.

도 1은 본 발명의 전체 구성을 보인 분해 사시도.

도 2는 본 발명의 태엽 스프링의 분리 상태를 보인 사시도.

도 3의 (가)는 소형평치차의 사시도.

(나)는 소형 평치차와 대형 평치차의 결합 상태를 나타낸 정면도. (다)는 태엽스프링의 중심축과 감기부를 나타낸 정면도.

도 4의 (가)는 블레이드의 역전 방지 장치를 나타내는 사시도.

(나)는 역전 방지 장치의 세부 사시도.

도 5의 (가)는 일반 풍력 시스템의 기어 증속 시스템을 나타내는 사시도. (나)는 일반 풍력 시스템의 운전 시스템 계통도.

(다)는 일반 풍력 시스템의 운전 시스템 세부 사시도.

도 6의 (가)는 강풍시에 익차를 감속시키기 위해 설계된 블레이드의 사시 도.

도 6의 (나)는 강풍시에 블레이드의 브레이크 슈의 변화를 나타낸 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 블레이드(blade) 12 : 원통형 탑의 지주대

2 : 센서가 내장된 로타의 축이동 장치. 13 : 브레이크 장치.

2' : 센서가 내장된 발전기의 축 이동 장치. 25 : 역전 방지 기어

5 : 로타부의 케이스(case) 21 : 중심 축을 지지하는 지지구

6 : 베벨기어의 한짝 22 : 발전기의 본체를 지지하는 버팀줄

7 : 발전기 28 : 탑의 상부 발전기와 연결된 구동 장치 케이스

이하 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명 풍력 에너지의 태엽스프링의 저장 장치에 의한 발전 시스템은 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 블레이드(1)과; 센서가 장착된 축기둥의 구동이 가능한 축 이동 장치(2)와 (2')와; 소형치차(3)과 착탈이 가능한 대형 치차 (4)와; 탄성 에너지를 저장했다가 발전기(7)의 구동 에너지로 전환 시키는 태엽 스프링(9)로 구성됨을 그 기술적 구성상의 기본적인 특징으로 한다. 바람에 대해서 가장 중요한 것은 항상 변화하고 있다는 것이다. 여러 가지 형태의 자연 에너지 중, 대 부분은 단속적으로 얻어지므로, 에너지의 축적이야 말로 유효하게 이용하는 열쇠이다.

여기서, 풍력에너지를 받은 블레이드 (1)은 소형치차(3)을 회전시켜서 소형치차에 연결된 대형치차 (4)를 통해서 회전수가 감속 되며, 그 정면도는 도 3의 (나)에 형상화 하였다. 이러한 감속 장치를 통해서 1단계, 2단계, 3단계......의 감속 장치를 거친 기계적 회전 에너지는 태엽 스프링(9)와 회전 축(14)의 감기 돌기부(19)에 의해서 체결되어 매우 느린 회전 속도로 대용량의 탄성 에너지로서 저장된후 태엽 스프링의 최종 바깥면이 ㉯의 지점에 도달하였을 때 ㉯지점에 설치된 센서 감지 장치에 의해서 축이동 장치 (2)가 A방향으로 상향하여 착탈 됨과 동시에 발전기(7)의 구동축에 설치된 기어축 이동 장치(2')가 B방향으로 상향하여 태엽 스프링에 연결된 증속 기어 장치에 자동 결합하여 운전이 용이하도록 구성되었다.

이때, 약풍에 의해서 회전하는 블레이드(1)은 발전기(7)을 가동시킬 수 있는 회전력을 지니고 있지 못하기 때문에 전력을 일으킬수 있는 회전력을 얻기 위해서는 기어(3)과 기어(4)로 이루어지는 단계별 감속장치에 의해서 도 2에 보인 태엽스프링(9)에 점진적으로 대용량의 크기로 서서히 에너지를 저장 했다가 ㉯의 지점에 이르렀을 때 전술한 바와 같이 발전기(7)에 자동 체결되어 이번에는 감속장치가 역으로 증속 장치로 바뀌어 태엽스프링(9)의 탄성 에너지가 주 원인이 되어 발전을 목표로 하는 1830rpm 이상에 이르는 빠른 회전력에 의해서 전력이 일정한 시간동안 생산 되도록 구성 되었다.

또한, 태엽 스프링의 탄성에너지가 감소 해서 회전력이 떨어져 발전을 일으킬 수 없는 상태에 이르는 때와 태엽 스프링의 외경이 ㉮의 위치에 도달하는 시점과 일치 시키도록 설계해서 ②와 ②'의 센서가 작동 되도록 하여 ②의 블레이드 기어는 하강되어 본체 감속 기어 박스와 결합되고 동시에 ②'의 발전기 축에 연결된 기어는 착탈되어 발전이 자동으로 중단된다.

특히 초기 설계시 기어의 감속비나 증속비는 태엽 스프링의 탄성에너지와의 상관관계에 의해서 계산 결정 되어진다.

다음 도 4에서 바람이 무풍일때나 역풍이 불때는 역전 방지 장치(27)이 여기에 연결된 막대 스프링 장치(26)의 상하 작동에 의해서 블레이드의 회전축에 설치된 역전 방지 축(25)의 역 회전을 방지 할수 있도록 (가)와 (나)에 형상화 하였다.

여기서 브레이크 조립체는 일반적으로 두종류의 형태로 분류되는데 로타와 체결되어 함께 회전하는 브레이크 휠 조립체와 기초 구조물에 고정되어 있는 하우징 조립체로 구분되며, 본 고안에서 사용되는 브레이크는 로타와 동력 전달 본체와 착탈이 가능 하도록 브레이크 휠 조립체 (13)을 사용하였다.

또한, 소형 블레이드의 세부적인 형상은 도 6의 (가)에 나타내었는데 보통의 풍속에서는 스프링의 장력이 슈를 유지하고 있어서 블레이드의 회전속도에는 영향을 주지 않는다. 그러나, 강풍시에는 원심력이 스프링의 장력을 이겨서 "브레이크 슈"가 바깥쪽으로 끌려나가 공기저항을 일으켜서 블레이드의 속도를 저감 한다.

그리고 도 2에 표시된 태엽 스프링(9)의 구조물은 태엽 스프링의 한쪽 끝단을 지지하는 중심축(11)을 본체 케이스(16)에 체결하는 볼트 장치(20)으로 구성 되었으며, 태엽 스프링을 구동 시키는 회전축(14)의 감기 돌기부(19)에 연결되는 태엽 스프링 체결 구멍(18)로서 구성 되었다.

이때 ㉠ 방향은 태엽 스프링이 감길때의 회전축 회전 방향이고 ㉡방향은 태엽 스프링이 풀리면서 발전기(7)을 가동 시킬때의 회전 방향이며, (24)는 태엽 스프링의 최종 내면을 단면화 한 것 이다.

여기서 태엽 스프링의 용량은 전체 태엽 스프링의 크기와 감기는 회전수에 의해서 결정 된다.

참고로 도 5(가)는 블레이드를 통한 일반적인 풍력에너지의 증속장치를 나타내었으며 (나)는 일반적인 풍력 발전기의 계통도이며 (다)는 기존방식의 로타를 포함한 풍력 발전기의 세부 사항을 도면화 한 것이다.

이상에서 살펴본 바와같이 본 발명은 단속적으로 변화하는 풍력으로 인해서 요구되는 보조설비의 필요성을 제거했으며, 불규칙한 풍력에너지를 대용량의 에너지를 저장할 수 있는 태엽스프링의 탄성에너지로 변환한후 풍력발전에 적합한 회전비로 증속 시켜서 일정한 크기를 지닌 양질의 에너지로 전환하여 어느 지역에서나 대체 에너지원으로써 인류생활에 풍족할만큼 무공해한 자연에너지를 얻을 수 있도록 했으며 특히 현실적인 잇점은 도심지역에서도 높은 건물 옥상이나 아파트등에 유력하게 활용할 수 있는 매우 유용한 발명이다

Claims (2)

1. 풍력 에너지를 받은 블레이드(1)은 소형치차(3)을 회전시켜서 소형치차에체결된 대형치차(4)를 통해서 회전수가 감속되며, 이러한 감속 장치를 통해서 1단계, 2단계, 3단계...의 감속 장치를 거친 기계적 회전 에너지는 회전축(14)의 감기 돌기부(19)에 의해서 체결된 태엽스프링(9)의 매우 느린 회전속도로서 대용량의 탄성 에너지로서 저장된 후 탄성 에너지가 포화 상태에 이르렀을 때 블레이드(1)은 착탈되고 동시에 발전기(7)의 구동축에 설치된 기어에 연결되어 태엽스프링(9)의 탄성에너지에 의해서 역으로 기어의 증속장치를 통해서 발전이 가능하도록 구성한 것을 특징으로 한 풍력에너지의 태엽 스프링내의 탄성에너지 저장 장치
2. 제 1항에 있어서 태엽스프링(9)에 저장된 탄성에너지가 충만되어 태엽스프링의 최종 바깥면이 ㉯의 지점에 도달하였을 때 ㉯지점에 설치된 센서 감지 장치에 의해서 축이동 장치(2)와 (2)'가 착탈 결합이 되고 그 후 태엽스프링에(9)에 저장된 탄성 에너지가 감소해서 회전력이 떨어져 발전을 일으킬 수 없는 상태에 이르는 태엽스프링의 외경이 ㉮의 위치에 도달할 때 축이동 장치 (2)와(2)'가 결합 착탈되어 풍력에너지에 의해서 다시 태엽스프링(9)에 탄성에너기가 저장됨을 특징으로 하는 풍력에너지가 태엽스프링내에 탄성에너지로 저장되는 장치.