KR20030059627A - 배출 풍력을 이용한 발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력을 이용한 발전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건물이나 공장 내부의 공기를 정화하거나 조화시키는 공기조화시스템으로부터 외부로 배출되는 풍력을 이용하여 전력을 생산하고 이용 가능하게 할 수 있는 배출 풍력을 이용한 발전시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의한 배출 풍력을 이용한 발전시스템은, 내부에 공기 통로를 구비하고 상기 공기 통로의 일단은 실내의 공기를 흡기하여 외부로 배출하는 공기조화시스템의 배기구에 연결된 배출구접속부와, 내부에 공기 통로를 구비하고 상기 공기 통로의 일단이 상기 배출구접속부에 연결된 중공의 본체와, 상기 공기 통로의 내부에 설치되어 통로를 통과하는 풍력을 이용하여 전기를 발생시키는 발전장치를 포함하는 발전유닛과, 내부에 공기 통로를 구비하고, 상기 공기 통로의 일단은 상기 발전유닛에 연결되어 상기 발전유닛의 공기 통로를 통과한 공기를 대기로 배출시키는 배출부와, 상기 발전유닛에서 발생한 전압을 조절하고 정류하여 저장하는 전원장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배출 풍력을 이용한 발전시스템{ELECTRIC POWER GENERATING SYSTEM USING AIR FLOW FROM AN EXHAUSTER}
본 발명은 풍력을 이용한 발전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건물이나 공장 내부의 공기를 정화하거나 조화시키는 공기조화시스템으로부터 외부로 배출되는 풍력을 이용하여 전력을 생산하고 이용 가능하게 할 수 있는 배출 풍력을 이용한 발전시스템에 관한 것이다.
건축물 내부의 공기를 강제로 유통시키는 공기기계(air machinery)는, 용도에 따라 강제로 공기를 건물내부에 공급하는 송풍기(blower)와 건물 내부의 공기를 외부로 배출하는 배출기(exhauster)로 구분된다. 일반적으로 공기조화시스템은 건축물의 내부의 오염된 공기를 정화하기 위하여 공기를 강제로 외부로 배출시킨다.
도7은 건물 내부에 덕트(duct)를 설치한 종래의 공기조화시스템의 구성도이다. 종래의 공기조화 시스템은 건물 외부에 설치되는 실외기인 배출기(300)와, 건물내부에 설치되어 공조시스템을 제어하는 실내기(15)와, 상기 실내기(15)에 연결되어 건물의 각 구역내로 배관된 덕트(11)와, 상기 덕트(11)내의 소정 위치에 설치되어 흡입되는 공기량을 조절하는 댐퍼(12)와, 상기 댐퍼(12)를 제어하는 신호를 출력하는 실내 컨트롤러(13)와, 상기 덕트의 끝단부에 연결되어 각 구역의 내부 공기를 흡입하는 흡입부(10)로 구성된다. 또한 공기조화시스템에는 필요에 따라 흡입된 공기에 포함된 먼지등을 집진하는 집진기가 배출기(300) 앞에 설치된다. 상기와 같은 공기조화시스템은 일정한 구획으로 구분되어진 건물 내부의 각 구역의 오염된 내부공기를 실내기(15)의 제어에 의해서 배출기(300)를 통해 외부로 배출한다.
그러나, 상기와 같은 공기조화시스템의 배출기는 공기 배출에 필요한 성능 이상으로 운전되고 있어서 일정량의 전기 에너지가 항상 필요 이상으로 소비되고 있는 문제점이 있다. 이러한 원인은 첫째 송풍기의 설계 시 안전율을 크게하여 설계하기 때문이며, 둘째 건물의 내부 구조가 변경됨에 따라서 덕트의 수가 감소하는 경우가 있거나, 건물의 덕트의 증가를 예상하고 큰 용량의 송풍기를 선택하였으나 덕트를 증가시키지 않고 사용하기 때문이다.
본 발명은 상기와 같은 에너지 과소비의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 공기조화시스템의 배출구로 배출되는 풍력을 이용하여 전기에너지를 생산하여 소비된 전기에너지의 일부를 재활용할 수 있도록 전기에너지로 환원시키는 배출 풍력을 이용한 발전시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 발전시스템의 효율을 높이기 위하여 공기의 흐름속도를 일정하게 하기 위하여 발전기의 전반부에 풍속을 조절하기 위한 장치를 구비한 배출 풍력을 이용한 발전시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 발전장치와 공기조화시스템을 운전 중에 발생하는 진동을 분리하기 위한 수단을 구비한 배출 풍력을 이용한 발전시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 발전기의 운전시 발생하는 진동을 발전장치의 본체와 분리하기 위한 수단을 구비한 배출 풍력을 이용한 발전시스템을 제공하는 것이다.
도1은 본 발명에 의한 배출 풍력을 이용한 발전시스템의 개략적인 구성도
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 복수의 발전유닛을 구비한 배출 풍력을 이용한 발전시스템의 구성도
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 배출 풍력을 이용한 발전시스템의 발전유닛의 개략 구성도
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 발전유닛의 발전기의 설치 상태를 도시하는 일부 절개 사시도
도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 풍속조절기의 설치 상태를 도시하는 일부 절개 사시도
도6은 본 발명의 일 실시예에 의한 발전시스템의 풍속에 따른 전력 생산량을 도시하는 그래프
도7은 종래의 공조시스템의 구성도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 흡입부20 집진부
30 배출부40 발전장치
51 전압조절 및 정류장치52 충전장치
60 인버터300 배출기
310 지지대320 캔버스
330 배출관400 발전기
405 발전기 지지 플레이트410 완충 스프링
420 팬430 풍속조절기
440 압력센서450 발전장치
460 플랜지500 외부 풍력발전기
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 배출 풍력을 이용한 발전시스템은, 내부에 공기 통로를 구비하고 상기 공기 통로의 일단은 실내의 공기를 흡기하여 외부로 배출하는 공기조화시스템의 배기구에 연결된 배출구접속부와, 내부에 공기 통로를 구비하고 상기 공기 통로의 일단이 상기 배출구접속부에 연결된 중공의 본체와, 상기 공기 통로의 내부에 설치되어 통로를 통과하는 풍력을 이용하여 전기를 발생시키는 발전장치를 포함하는 발전유닛과, 내부에 공기 통로를 구비하고, 상기 공기 통로의 일단은 상기 발전유닛에 연결되어 상기 발전유닛의 공기 통로를 통과한 공기를 대기로 배출시키는 배출부와, 상기 발전유닛에서 발생한 전기를 조정하고 정류하여 저장하는 전원장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 배출 풍력을 이용한 발전시스템은, 상기 배출구접속부는 발전유닛을 지지하기 위한 지지대와, 상기 공기조화시스템의 배출구와 연결되는 부위에 설치되어 공기조화시스템과 발전유닛의 운전시 발생하는 진동의 전달을 차단 위한 공기 통로를 구비한 진동차단수단을 포함하고, 상기 배출구접속부의 통로는 공기 흐름방향을 따라서 내경이 확대되고 내경이 작은 단부는 상기 진동차단수단에 연결되고 내경이 큰 단부는 상기 발전유닛의 본체와 연결되고, 상기 발전유닛은 상기 발전장치의 상류 측에 공기흐름 방향에 대향하여 설치되어 공기 통로의 공기 흐름 속도를 조절하는 원뿔형상의 풍속조절기와 본체에 고정되어 상기 풍속조절기를 지지하는 풍속조절기지지대를 더 포함하고, 상기 발전유닛의 본체는 양단에 플랜지가 형성되고 일단이 배출구접속부의 내경이 큰 단부와 연결된 중공의 원통형이고, 상기 발전유닛의 발전장치는 발전기와 상기 발전기를 통로의 중앙부에 고정하기 위한 상기 통로의 내벽에 고정된 발전기지지대와 발전기의 회전축에 결합되어 풍력에 의한 회전운동을 상기 발전기에 전달하는 팬을 포함하고, 상기 배출부의 통로는 공기의 흐름방향을 따라서 내경이 축소되고, 내경이 큰 단부는 상기 발전유닛의 본체와 연결되고 내경이 작은 단부는 대기에 노출되고, 상기 전원장치는 상기 발전유닛으로 부터 발생한 전기을 조정하는 전압조정기와 조정된 전기을 정류하는 정류기와, 정류된 전력을 충전하는 충전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 배출 풍력을 이용한 발전시스템은, 상기 발전유닛은 상기 발전기와 상기 발전기 지지대 사이에 발전기의 회전에 의한 진동이 본체로 전달되는 것을 차단하기 위하여 설치된 탄성수단을 더 포함하고, 상기 진동차단수단은 통로를 직물로 형성한 캔버스인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 배출 풍력을 이용한 발전시스템은, 상기 발전유닛을 복수개 적층하여 형성한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 배출 풍력을 이용한 발전시스템은, 상기 복수개의 발전유닛 각각은 압력센서를 더 포함하고, 상기 각각의 발전유닛의 풍속조절기는 내부에 풍속조절기 이동수단을 더 포함하고, 압력센서의 신호를 입력받아 압력센서의 압력차이를 계산하여 각각의 발전유닛 간의 압력차이가 일정하도록 각 발전유닛의 풍속조절기의 이동수단에 이동명령을 제공하는 제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 공기조화시스템의 배출기로부터 배출되는 공기를 발전 유닛의 내부로 적절한 속도로 변환시켜 흐르게 하여, 발전기에 연결된 팬을 회전시켜서 전기를 발생시키는 것이 가능하다. 따라서 배출기에 의하여 필요이상의 공기를 흡기하여 과소비되고 있는 전기에너지의 일부를 풍력 발전장치에 의하여 회수하여 재활용하는 것이 가능하게 된다. 이때, 발전시스템에서 생산된 전기를 소정의 충전장치에 충전하여 사용할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 배출 풍력을 이용한 발전시스템의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 의한 배출 풍력을 이용한 발전시스템의 개략적인 구성도이다.
본 발명에 의한 배출 풍력을 이용한 발전시스템은 종래의 공기조화시스템의 공기 배출구에 연결하여 사용된다. 공기조화 시스템은 일반적으로 실내의 공기를흡기하는 흡입부(10)와, 흡입된 공기중의 분진등의 불순물을 모으는 집진부(20)와, 분진 등의 불순물이 제거된 공기를 실외로 배출하는 배출부(30)로 구성된다. 집진장치로는 백필터나 사이클론 등의 장비가 사용되고 있다.
본 발명에 의한 배출 풍력을 이용한 발전시스템은 공기조화시스템의 배출부(30)의 배출구에 연결된 발전장치(40)와, 발전장치에서 발전된 전력을 조정 및 정류하는 전압조절 및 정류장치(51)와 정류된 전력을 충전하는 충전장치(52)를 포함하는 전원장치(50)로 구성된다. 충전장치에 충전된 전력은 필요시 인버터(60)를 이용하여 변화시켜서 사용할 수 있다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 복수의 발전유닛을 구비한 배출 풍력을 이용한 발전시스템의 구성을 도시하고 있다.
도2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 발전시스템은 공기조화시스템의 배출부(30)의 공기 배출구에 연결되어, 배출기(300)로부터 배출되는 공기를 발전시스템의 내부로 받아들이는 배출구접속부(350)와, 배출구접속부(350)로부터 흘러들어오는 공기의 힘을 이용하여 전기를 발생시키는 발전유닛(450)과, 발전유닛(450)을 통과한 공기를 대기로 배출하는 배출부(455)와, 발전유닛에서 생산된 전기를 사용에 적합하게 조정하고 정류하여 충전기에 저장하기 위한 전원장치(50)로 구성된다.
배출구접속부(350)는 발전유닛(450)을 지지하기 위한 지지대(310)와, 배출구로부터 나오는 공기를 발전유닛(450)으로 흐르게 하는 확대관(325)과, 상기 확대관 (325)과 배출기(300)기 사이에 설치된 캔버스(320)으로 구성된다. 지지대 (310)는발전유닛(450) 뿐만 아니라 확대관(325)도 지지할 수 있다. 캔버스(320)는 배출기 (300)와 발전시스템의 운전 중, 각각의 기계에 발생하는 진동을 서로 분리하게 위하여 사용된다. 상기와 같은 목적으로 사용되는 캔버스(320)는 공기통로를 내부에 구비하고 진동을 흡수할 수 있는 직물, 고무등의 가요성의 재질이면 좋다. 본 실시예에서는 직물을 재료로 한 캔버스(320)를 사용한다. 확대관(325)은 유입된 공기의 속도를 풍력발전에 적합한 속도, 즉 10 내지 12 m/sec로 변환하기 위하여 공기 통로의 입구측이 출구측보다 직경이 크다. 확대관(325)의 입구측은 캔버스 (320)에 연결되고, 출구측은 발전유닛(450)의 본체(451)와 연결되어 있다.
배출부(455)는 내부에 공기 통로를 구비하고 있으며, 공기 통로는 공기의 흐름 방향에 따라서 직경이 감소하도록 되어 있다. 배출부(455)의 대경부는 발전유닛(450)에 연결되어 있고, 소경부는 대기에 노출되어 있다. 소경부의 직경은 공기조화시스템의 배출기(300)의 배출구와 같은 직경을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이는 기존의 공기조화시스템의 배출조건을 그대로 만족하기 위한 것이다. 도2에 도시된 바와 같이 배출구의 소경 단부에 바람의 영향을 적게 받도록 토출관(330)을 바람의 방향에 따라서 회전가능하게 설치할 수도 있다.
전원장치(50)는 복수의 발전유닛(450)으로 부터 생산되는 전압과 위상의 차이를 조정하기 위한 전압조정 및 정류장치(51)와 정류된 전기를 충전하기 위한 충전장치(52)로 구성된다. 본 발명에 의한 발전시스템에서 생산된 전기는 조정장치에서 조정을 거친 후 직접 전원으로 사용될 수 있으며, 정류 및 충전 후 인버터(60)를 사용하여 적절한 전원으로 변환하여 사용할 수도 있다. 전원장치의구성은 일반적인 풍력발전 시스템에 있어서 공지된 것이므로 설명을 생략한다.
도면부호 480 은 발전유닛(450)의 발전기(400)로부터 발생된 전력을 전원장치로 전달하기 위한 배선이며, 도면부호 440은 발전유닛(450)들 사이의 압력 차이를 측정하기 위한 압력계이다. 풍력을 이용한 최적의 발전을 위하여는 공기의 흐름을 10 내지 12 m/sec로 일정하게 유지하는 것이 필요하며, 따라서 각 발전유닛(450) 간의 압력차이를 일정하게 유지하기 위하여 압력을 측정하는 것이 필요하다.
또한 도2는 본 발명에 의한 풍력 발전시스템과 함께 자연바람을 이용한 풍력발전시스템을 동시에 사용할 수 있음을 도시하고 있다. 즉, 자연바람을 이용한 풍력발전장치(500)와 본 발명의 전원장치를 공동으로 사용하여 보다 효과적으로 발전시스템을 이용할 수 있음을 도시하고 있다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 배출 풍력을 이용한 발전시스템의 발전유닛(450)의 개략적인 구성을 도시하고 있다.
도3에 도시된 바와 같이 발전유닛(450)은 통로의 내부에 발전기(400)가 설치되는 본체(451)와, 발전장치로 이루어져 있다. 발전장치는 전기를 발생시키는 발전기(400)와 본체(451)의 통로에 발전기(400)를 지지하기 위한 발전기지지대(405)와, 발전기의 회전축에 연결되어 풍력을 발전기(400) 로터의 회전운동으로 전환시키는 팬(420)으로 구성된다. 본체(451)는 배출기(300) 성능의 여유에 따라서 복수개의 발전유닛(450)을 적층하여 사용할 수 있도록 양단에 플랜지(460)가 설치되어 있다. 발전유닛(450)들 간의 결합되는 플랜지(460)들 사이에는 고무패킹을 삽입하여 공기가 누설되는 것을 방지할 수 있다. 플랜지(460)에는 원주방향으로 볼트 결합을 위한 복수의 볼트 구멍이 형성되어 있다. 그러나 플랜지(460)간의 결합은 볼트 결합에 한정되는 것은 아니다. 플랜지(460)를 클램프 등으로 고정 결합하는 것도 가능하다. 본체는 균일한 공기 흐름 속도를 얻을 수 있도록 중공의 원통형상으로 하는 것이 바람직하다. 발전기(400)는 원형 통로의 내부의 발전기지지대(405)의 중앙부위에 설치된다. 발전기(400)의 회전축에 풍력을 발전기 회전축의 회전운동으로 변환시키기 위한 팬(420)이 설치되어 있다. 팬(420)은 장치의 중량을 줄이고, 부식에 견디며 발전의 효율을 높이기 위하여 알루미늄 합금으로 제작하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니고 적당한 강도의 엔지니어링 프라스틱 등으로도 제작이 가능하다.
본 발명에 의한 일 실시예의 발전유닛(450)은 발전기(400)의 상류 쪽에 설치된 풍속조절기(430)와, 풍속조절기(430)를 지지하기 위한 풍속조절기 지지대(435)를 추가로 포함하고 있다. 풍속조절기(430)는 본체(451) 통로의 중심부에 설치되어 있으며, 원뿔 형상을 하고, 원뿔의 꼭지점이 공기의 흐름 방향을 향하도록 설치되어 있다. 풍속조절기(430)의 원뿔의 꼭지각은 90°이상, 바람직하게는 120°로하는 것이 좋다. 풍속조절기(430)는 공기가 흐르는 통로의 단면을 좁게하여 본체 통로의 유속을 조절하는 기능과, 후방의 팬에 공급되는 공기의 유동을 균일하게 하는 기능을 한다. 본체 통로의 직경과 풍속조절기(430)의 원뿔의 최대 단면 직경의 비를 변화시켜서 공기 흐름의 속도를 조절할 수 있다. 뿐만 아니라 발전기(400)와 풍속조절기(430)의 사이의 거리를 조절하여 팬(420)에 공급되는 공기의 흐름 속도를 조절할 수도 있다. 팬(420)에 공급되는 공기의 속도를 측정하기 위하여 팬(420)의 상류 측 본체(451)에 압력 센서(440)를 설치한다. 즉, 압력센서(440)의 압력값 차이로 부터 속도를 계산하고, 풍력발전에 가장 적합한 풍속조절기(430)의 원뿔 단면적의 최대 직경 또는 풍속조절기(430)의 팬으로부터의 거리를 조절할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 일 실시예에 있어서, 발전유닛(450)에는 발전기(400)의 회전에 의한 진동이 본체(451)로 전달되는 것을 차단하기 위하여 발전기(400)와 발전기지지대(405) 사이에 탄성수단(410)이 설치되어 있다. 탄성수단으로는 코일 스프링을 발전기지지대(405)와 발전기(400) 사이에 복수개 설치하여서 구성할 수도 있으며, 탄성 고무를 복수개 적층하여서 구성할수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 발전기(400)의 진동을 차단할 수도 있는 기계적인 수단이라면 어느 것이라도 가능하다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 발전유닛의 발전기 지지대(405)의 설치 상태를 도시하는 일부 절개 사시도이고, 도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 풍속조절기(430) 및 풍속조절기 지지대(435)의 설치 상태를 도시하는 일부 절개 사시도이다.
도4에 도시된 것과 같이, 발전기 지지대(405)는 십자형의 프레임으로 되어 있으며, 프레임의 중심부에는 발전기(400)의 회전축이 관통하여 설치될 수 있는 관통공을 가지고 있다. 또한 코일 스프링을 설치하기 위하여 관통공 주위에 스프링 설치 구멍을 가지고 있다. 프레임은 본체(451)에 용접되어 고정되나, 용접이외의볼트 체결등에 의하여 고정할 수도 있다.
도5에 도시된 바와 같이 풍속조절기지지대(435)도 발전기 지지대(405)와 마찬가지로 십자형의 프레임으로 되어 있으며, 풍속조절기지지대의 상류측에 풍속조절기가 설치되어 있다. 풍속조절기지지대(435)는 용접에 의하여 본체에 고정된다. 그러나 볼트등을 이용하여 결합할 수도 있다. 도시된 바와 같이 풍속조절기(430)는 지지대의 중심부에 플랜지 결합되어 있으며, 풍속조절기(430)가 팬(420)에 소정의 공기 흐름 속도를 유지하기 위하여 상하로 이동이 가능하게 되어 있다. 풍속조절기(430)를 상하로 이동하게 하는 수단은 스태핑 모터와 랙 피니언 기구를 사용하면 용이하게 구현이 가능한 기구이므로 도시하지 않았다. 또한 유압 또는 공압실린더를 이용하여 위치를 조절할 수 있다. 풍속조절기(430)의 제어는 압력센서 (440)의 압력신호를 받아들여서 각 발전유닛(450)의 압력차이를 계산하고, 압력차이에 따른 각 발전유닛(450)의 공기의 속도를 계산하여 공기의 속도가 일정하게 되도록(압력차이가 일정하게 되도록) 풍속조절기(430)를 상하로 이동하도록 명령을 하는 제어장치(470)를 통하여 이루어 진다. 이 때, 이동명령은 실험에 의하여 주어진 데이터에 의하여 제공되거나, 유체역학적인 계산에 의하여 구하여 질 수 있다. 또한, 제어장치(470)에 의하여 압력차이를 계산하는 대신에 차압계를 사용하여 압력차이를 직접 제어장치에 입력할 수도 있다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 의한 발전시스템의 풍속에 따른 전력 생산량을 도시하는 그래프이다. 그래프에서 알 수 있는 것은 풍력발전에 적절한 풍속은 10 내지 20 m/sec 이고, 풍속이 지나치게 낮거나 높았을 경우 발전량이 적게된다는 점이다. 따라서 본 발명에 의한 풍력발전시스템은 정상적인 운전시의 풍속을 10 내지 12 m/sec로 유지하기로 한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 배출풍력을 이용한 발전시스템의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
본 발명에 의한 발전시스템에 제공되는 에너지는 배출기(300)가 실내의 공기를 흡기하여 외부로 배출함에 있어서 관로나 집진기 등에서의 압력손실로 소모되고 남은 풍력에너지이다.
소모되고 남은 풍력에너지는 아래의 수학식1에 의하여 정하여 지는 배출기(300)의 송풍기의 용량값 중에서 안전율에 해당하는 여유분이다. 그러나 실제에 있어서는 안전율에 해당하는 여유용량 이외에 실내공간 구조의 변경에 따른 흡기관의 폐쇄, 여유 흡기관의 미사용 등을 포함하여 배출기(300) 용량의 약 40 % 정도의 여유가 있는 것으로 알려져 있다.
여기에서 △P는 압력차이이고, Qa 는 유량을 나타낸다. 상기 식에서 압력 차이는 공기조화 시스템의 흡기부(10)에서 배기부(30)의 배출기(300)까지의 압력손실의 합으로 계산되므로 다음의 수학식2 와 같이 나타낼 수 있다.
여기에서 △P1은 직관부에서의 압력손실을, △P2는 곡관부에서의 압력손실을, △P3는 집진기 중 백필터에서의 압력손실을 나타낸다.
직관부에서의 압력손실은 아래의 수학식3에 의하여 구하여 진다.
여기에서 L은 관의 길이, D는 관의 직경, μg는 관마찰 계수, γ'은 공기 밀도, g는 중력가속도, v는 유체의 속도이다.
곡관부에서의 압력손실은 다음의 수학식4로 나타내진다.
여기에서 k는 곡관마찰계수, v는 유속, γ'은 공기 밀도, g는 중력가속도, EA는 곡관의 수량을 나타낸다.
집진부 백필터에서의 압력손실은 다음의 수학식5로 나타내 진다.
여기에서 △Pf는 무부하 압력손실이고, △Pd는 부하 압력손실이다. 또한, δ0는여과매체의 저항, μ는 가스의 점도, US는 여과속도, gC는 중력환산계수, δP는 겉보기 공급율, DPS는 필터간격, ρP는 겉보기 비중, Gd/A는 퇴적 먼지부하, α는 퇴적 먼지층 비저항이다.
수학식1 에 의하여 계산되는 에너지의 배출기의 약 40%에 해당하는 에너지가 공기의 유동에너지로 본 발명의 발전시스템의 배출구접속부(350)를 통하여 발전유닛(450)으로 유입된다. 배출구접속부(350)로 유입된 공기는 배출구접속부(350)의 확대관(325)에서 속도가 낮아져 풍력발전에 적절한 속도의 흐름으로 변환된다. 또한 발전기(400)의 상류측에 위치한 풍속조절기(430)에 의하여 공기의 흐름이 2차로 조절되어 팬(420)에 공급된다. 팬(420)에 공급된 공기의 흐름은 팬(420)을 회전시켜서 결국 발전기(400)의 회전축에 연결된 로터를 회전시켜서 전기를 발생시킨다. 이때, 발전기(400)와 발전기 지지대(405) 사이에 설치된 탄성부재(410)는 발전기(400) 로터의 회전에 의한 진동이 본체(451)로 전달되는 것을 차단한다.
발전기(400)에서 생산된 전기는 배선(480)을 통하여 전원장치(50)로 전달된다. 전원장치(50)는 복수의 발전유닛(450)으로 부터 공급되는 전기를 조절하고 정류하여 충전장치(52)에 저장한다.
발전유닛(450)이 복수개 설치되어 있는 경우에, 모든 발전유닛의 발전 성능을 일정하게 유지하기 위하여 각 발전유닛(450)간의 공기의 속도 즉, 압력차이를 일정하게 유지할 필요가 있다. 압력센서(440)에서 각 발전유닛의 압력을 측정하고 압력차이가 일정하지 않을 경우에는 압력차이를 일정하게 하기 위하여 풍속조절기(430)와 발전기(400) 사이의 거리를 제어장치(470)를 통하여 조절한다.
제어장치(400)는 각 압력센서(440)의 압력차이를 비교하고 이를 보정하기 위하여 각 풍속조절기(430)에 이동할 거리를 계산하여 풍속조절기(430)의 구동장치에 이동 명령을 한다. 이동할 거리는 실험에 의하여 정해진 값을 사용하거나, 유체역학적인 계산에 의하여 구해진 값을 사용할 수 있다.
본 발명의 배출 풍력을 이용한 발전시스템에 의하면, 공기조화시스템에 의하여 소비되는 무용의 전력의 일부를 회수하여 에너지 재활용을 할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면, 복수의 발전유닛을 사용할 경우 풍속조절기를 사용하여 복수의 발전유닛의 성능을 최대로 유지할 수 있다.
또한 본 발명에 의하여, 복수의 발전유닛을 사용할 경우 실내의 설계변경에 의하여 공기조화시스템의 부하가 변동할 경우 발전유닛의 가동 갯수를 제어함에 의하여 공기조화시스템의 성능을 저하시키지 않고서 에너지를 유용하게 회수할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 자연상태의 풍력을 이용한 발전시스템과 본 발명의 발전시스템을 병렬적으로 설치하여 본 발명의 전원장치를 공동으로 이용할 수도 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (5)

  1. 내부에 공기 통로를 구비하고, 상기 공기 통로의 일단은 실내의 공기를 흡기하여 외부로 배출하는 공기조화시스템의 배기구에 연결된 배출구접속부와,
    내부에 공기 통로를 구비하고 상기 공기 통로의 일단이 상기 배출구접속부에 연결된 중공의 본체와, 상기 공기 통로의 내부에 설치되어 통로를 통과하는 풍력을 이용하여 전기를 발생시키는 발전장치를 포함하는 발전유닛과,
    내부에 공기 통로를 구비하고, 상기 공기 통로의 일단은 상기 발전유닛에 연결되어 상기 발전유닛의 공기 통로를 통과한 공기를 대기로 배출시키는 배출부와,
    상기 발전유닛에서 발생한 전기를 조정하고 정류하여 저장하는 전원장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배출풍력을 이용한 발전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배출구접속부는 발전유닛을 지지하기 위한 지지대와, 공기조화시스템의 배출구와 연결되는 부위에 설치되어 공기조화시스템과 발전유닛의 운전시 발생하는 진동의 전달을 서로 분리하기 위한 공기 통로를 구비한 진동차단수단을 포함하고,
    상기 배출구접속부의 통로는 공기 흐름방향을 따라서 내경이 확대되고 내경이 작은 단부는 상기 진동차단수단에 연결되고, 내경이 큰 단부는 상기 발전유닛의 본체와 연결되고,
    상기 발전유닛은 상기 발전장치의 상류측에 공기흐름 방향에 대향하여 설치되어 공기 통로의 공기 흐름 속도를 조절하는 원뿔형상의 풍속조절기와, 본체에 고정되어 상기 풍속조절기를 지지하는 풍속조절기지지대를 더 포함하고,
    상기 발전유닛의 본체는 양단에 플랜지가 형성되고 일단이 배출구접속부의 내경이 큰 단부와 연결된 중공의 원통형이고,
    상기 발전유닛의 발전장치는 발전기와, 상기 발전기를 통로의 중앙부에 고정하기 위한 상기 통로의 내벽에 고정된 발전기지지대와, 상기 발전기의 회전축에 결합되어 풍력에 의한 회전운동을 상기 발전기에 전달하는 팬을 포함하고,
    상기 배출부의 통로는 공기의 흐름방향을 따라서 내경이 축소되고, 내경이 큰 단부는 상기 발전유닛의 본체와 연결되고, 내경이 작은 단부는 대기에 노출되고,
    상기 전원장치는 상기 발전유닛으로부터 발생한 전기를 조정하는 전압조정기와, 조정된 전기를 정류하는 정류기와, 정류된 전력을 충전하는 충전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배출 풍력을 이용한 발전 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 발전유닛은 상기 발전기와 상기 발전기 지지대 사이에 발전기의 회전에 의한 진동이 본체로 전달되는 것을 차단하기 위하여 설치된 탄성수단을 더 포함하고,
    상기 진동차단수단은 통로를 직물로 형성한 캔버스인 것을 특징으로 하는 배출 풍력을 이용한 발전시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 발전유닛을 복수개 적층하여 형성한 것을 특징으로 하는 배출 풍력을 이용한 발전시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수개의 발전유닛 각각은 압력센서를 더 포함하고,
    상기 각각의 발전유닛의 풍속조절기는 내부에 풍속조절기 이동수단을 더 포함하고,
    압력센서의 신호를 입력받아 압력센서의 압력차이를 계산하여 각각의 발전유닛 간의 압력차이가 일정하도록 각 발전유닛의 풍속조절기 이동수단에 이동명령을 제공하는 제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배출 풍력을 이용한 발전시스템.
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