KR20040001292A - 자연에너지를 이용한 동력의 저장시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자연에너지를 이용한 동력의 저장시스템에 관한 것으로서, 발명의 주된 목적은 부분적으로 수집된 미소한 동력을 부분적으로 저장장치에 축적하여 사용할 수 있도록 하는데 있으며, 다른 한편으로는 멀리 떨어진 장소에서도 에너지를 수집하여 공간의 제약을 않받고 에너지 저장장치를 구성하는데 있으며, 또 다른 한편으로는 축적된 에너지를 수요에 맞추어서 필요한 만큼 만 출력토록 하거나, 출력속도를 조정할 수 있도록 하여 저장 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있는 것이다.
상기의 목적들을 이루기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 태양열, 풍력, 수력 및 조력등 자연으로부터 제공되는 에너지를 수집하는 에너지 수집장치와,
상기한 에너지 수집장치 들로부터 수집된 에너지를 축적하며 축적된 에너지를 선별적으로 출력할 수 있는 다수개의 단위 저장장치로 구성된 메인 저장장치와, 구동축에는 그 회전수를 조절할 수 있는 회전수 조절기구를 마련하여 회전속도를 조절하는 회전수 조절기구와, 상기한 메인 저장장치에 축적된 에너지를 출력하는 출력장치로 구성하는데 있다.

Description

자연에너지를 이용한 동력의 저장시스템{POWER STORAGE SYSTEM UTILIZING NATURAL ENERGY}
본 발명은 자연에너지를 이용한 동력의 저장시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 풍력, 조력, 수력 등으로부터 발생되는 에너지를 태엽을 이용하여 수집하되, 수집된 동력을 부분적으로 저장하고, 부분적으로 저장된 에너지를 메인저장장치에서 축적하기도 하면서 부분적으로 출력하여 사용할 수 있도록 하는데 특징이 있는 것이다.
일반적으로 자연에너지라 하면 바람을 이용한 풍력과, 태양열을 이용한 태양열 발전과, 물의 흐름을 이용하는 수력과, 파도의 조수를 이용하는 조력 등을 말하며, 이러한 자연에너지를 이용하여 동력을 수집하고 저장하고자 하는 노력은 많이 있었다.
예컨대, 태양열을 이용하여 발전을 하는 태양열 발전장치가 이미 알려져 있으며, 각각의 수력과 조력과 풍력을 수집하되 태엽을 이용하는 장치로서 특허공개 제1995-0012986호(태엽발전장치), 특허공개 제2000-0020499호(풍력 에너지의 태엽 스프링의 저장장치에 의한 발전시스템), 특허공개 제2001-0019390호(태엽식 발전기), 실용신안 제20-0234953호(태엽을 이용한 발전장치) 등등 많이 알려져 있다.
그러나 상기와 같은 종래의 저장장치는 에너지를 수집하는데 공간적인 제약을 받으며 그 수집된 에너지 전체를 통합하여 축적하는 장치가 없고, 수집된 에너지를 부분적으로 출력하거나 출력에너지를 조절할 수 있는 장치가 없었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이를 해결 보완하고자 안출한 것으로, 발명의 주된 목적은 부분적으로 수집된 미소한 동력을 부분적으로 저장장치에 축적하여 사용할 수 있도록 하는데 있으며, 다른 한편으로는 멀리 떨어진 장소에서도 에너지를 수집하여 공간의 제약을 않받고 에너지 저장장치를 구성하는데 있으며, 또 다른 한편으로는 축적된 에너지를 수요에 맞추어서 필요한 만큼 만 출력토록 하거나, 출력속도를 조정할 수 있도록 하여 저장에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있는 것이다.
상기의 목적을 이루기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 태양열, 풍력, 수력 및 조력등 자연으로부터 제공되는 에너지를 수집하는 에너지 수집장치와,
상기한 에너지 수집장치 들로부터 수집된 에너지를 축적하며 저장된 에너지를 선별적으로 출력할 수 있는 다수개의 단위 저장장치로 구성된 메인 저장장치와,
구동축에는 그 회전수를 조절할 수 있는 회전수 조절기구를 마련하여 출력에너지를 조절하는 회전수 조절기구와,
상기한 메인 저장장치에 저장된 에너지를 출력하는 출력장치로 이루어진다.
도 1은 본 발명의 주요 구성부분을 보인 사시도
도 2는 본 발명의 주요 구성부분을 보인 단면도
도 3은 본 발명의 단위 저장장치를 보인 사시도
도 4는 본 발명의 태양열 발전장치를 보인 구성도
도 5는 본 발명의 풍력 수집장치를 보인 사시도
도 6는 본 발명의 수력력 수집장치를 보인 사시도
도 7는 본 발명의 조력 수집장치를 보인 사시도
도 8는 본 발명의 다른예의 수집장치를 보인 사시도
도 9는 본 발명의 구동축의 회전속도 조절장치를 보인 평단면도
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
100 : 에너지 수집장치 200 : 저장장치
300 : 출력장치
111 : 태양열 수집장치 121 : 풍력 수집장치
131 : 수력 수집장치 141 : 조력 수집장치
230 : 래칫기구 240 : 플레이트
250 : 스토퍼 311 : 출력치차
320 : 종속기어군 330 : 메인 발전기
340 : 축전기 350 : 회전수 조절기구
이하 본 발명을 첨부 도면에 따라 더욱 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 주요 구성부분을 보인 사시도, 도2는 그 단면도이다. 상기 도1 에서 보듯이 본 발명은 크게 에너지 수집장치와 저장장치와 출력장치와 회전수 조절장치로 이루어 진다.
상기 에너지 수집장치는 태양열 수집장치(111), 풍력 수집장치(121), 수력 수집장치(131), 조력 수집장치(141)가 있다. 상기의 태양열 수집장치(111)는 도4 에서 보는 바와 같이 통상적으로 사용되는 것으로서, 태양열 집광판(112)과, 태양열 전지(113)로 이루어지며, 상기의 태양열 전지로부터 구동되는 태양열 모터(114)를 포함할 수 있다.
그리고 풍력 수집장치(121)는 도5 에서 보는 바와 같이 방사상으로 다수의 익편(122)이 구비된 풍력축(123)으로 이루어 지거나, 여기에 풍력축의 회전에 따라 전력을 발생하는 풍력 발전기(124)를 구성할 수도 있다.
또, 수력 수집장치(131)는 도6 에서 보는 바와 같이 방사상으로 다수의 날개(132)가 구비된 수차축(133)으로 이루어 지거나, 수차축의 회전에 따라 전력을 발생하는 수력 발전기(134)를 구성할 수도 있다.
또한, 조력 수집장치(141)는 방사상으로 다수의 날개(142)가 구비된 조력축(143)으로 이루어 지거나, 조력축의 회전에 따라 전력을 발생하는 조력 발전기(144)를 구성할 수도 있다.
이때, 상기한 풍력축과 수차축과 조력축의 일단에는 원동치차(211)를 구비하여 피동치차(221)에 직접 설치하거나, 도8의 실시예와 같이 모터(154)에 의하여 원동치차(211)가 구동되도록 하여 상기의 수집장치를 원격 설치하고 수집장치에서 생산된 전기에너지에 의하여 구동되는 것으로 공간의 제약을 않받고 원거리에도 수집장치를 설치할 수 있다. 또, 다른 방법으로는 원격의 수집장치에서 발생되는 전기에너지를 축전기(340)에 송출하여 저장되도록 할 수도 있다.
한편 본 발명의 메인 저장장치(200)는 도1 및 도2 에서 보는 바와 같이 다수의 단위 저장장치(220)로 이루어 지며, 하나의 단위 저장장치(220)는 태엽(222)을 매개로 래칫기구(230)에 연결되는 피동치차(221)와 태엽의 일단이 피동치차에 고정되고 타단이 래칫기구(230)의 외주에 고정되어 피동치차(221)와 래칫기구 사이에 위치하는 태엽(222)과 태엽의 타단이 고정되어 태엽에 저장된 에너지를 구동축(212)에 전달하는 래칫기구(230)로 이루어진다.
또, 래칫기구(230)는 도2 에서 보는 바와 같이 상기 태엽(222)의 내단이 연결된 하우징(231)과 그 하우징의 내부에 설치된 래칫폴(232)과 상기 구동축(212)에 구비된 래칫기어(233)로 이루어 지며, 래칫하우징에 설치된 래칫폴(232)이 래칫기어(233)에 걸리어 태엽에 축적된 에너지가 구동축(212)으로 전달되는 것이다.
또한, 단위 저장장치(220)는 래칫의 하우징(231)과 지지플레이트(240) 사이에 회전정지 조작용 스토퍼(250)를 구비하여서 태엽에 저장된 에너지를 선택적으로 출력할 수 있다. 즉, 스토퍼(250가 래칫의 하우징(231)에 고정된 상태에서는 태엽에 저장된 에너지가 구동축(212)으로 전달되지 않으므로 출력을 원천적으로 제어할 수 있는 것이다.
그리고 상기의 출력장치(300)는 구동축(212)에 축착된 출력치차(311)와 상기출력치차에 치합된 종속기어군(320)과 종속기어군에 연결된 발전기(330)와 이 발전기에서 생산된 전기에너지를 저장할 수 있는 축전기(340)로 구성된다.
아울러 상기한 구동축(212)에는 그 회전수를 조절할 수 있도록 회전수 조절장치(350)를 마련해야 하는데, 이 회전수 조절장치는 도9 에서 보는 바와 같이 구동축(212)에 축착하되 외주면에 방사상으로 다수의 캠면을 갖는 캠판(351)과 상기 캠판의 외주면 턱에 걸리어 슬라이딩 접촉되며, 구동축(212)의 중심을 향해 진퇴하는 실린더로드(353)와 상기 실린더로드의 피스톤(354)이 내장된 실린더(355)와 상기 실린더로드의 진퇴를 제어하기 위하여 실린더 내의 유체압력을 조절할 수 있는 조절밸브(356)로 이루어지는 유압기구(357)와 이들 유압기구를 방사상으로 다수 고정할 수 있는 지지원판(358)으로 구성되는 것이다.
다음은 상기와 같이 구성된 본 발명의 작동상태를 설명한다.
먼저, 자연에너지를 수집장치에서 수집하여 저장장치(200)에 저장하는 방법은 기구적인 동력전달 방법에 의한 것과 전기 에너지로 변환하여 전달하는 방법 2가지가 있다.
후자의 경우는 태양열 발전기구(111)에서 생산된 전기에너지와 풍력 발전기(124)와 수력발전기(134)와 조력발전기(144)에서 생산된 전기에너지를 모터(154)에 전송하여 모터에 의해 원동치차(211)를 구동하는 방법과 수집장치에서 생산된 전기에너지를 축전기(340)에 송출하여 저장하는 방법이 있다.
전자의 경우는 풍력축(123)과 수차축(133)과 조력축(143)에 연결한 각각의 원동치차(211)를 저장장치(200)의 단위 저장장치(220)에 기구적으로 연결하여 그회전력을 전달하여 축적하도록 하는 것이다.
그 작동상태를 보면 도3 에서 보는 바와 같이 원동치차(211)가 회전하면 피동치차(221)가 회전하고, 피동치차(221)의 회전은 정지해 있는 래칫기구(230)와의 사이에 구비된 태엽(222)을 감아 그 에너지를 저장할 수 있다.
따라서 풍력 수집장치(121)와, 수력 수집장치(131)와, 조력 수집장치(141)에서 수집된 에너지는 모두 구동축(212)상에 구비한 다수의 단위 저장장치(220)들에 저장할 수 있게 되는 것이다.
차후에 상기 저장장치(200)에 축적된 에너지를 출력하고자 할 때에는 태엽(222)에 저장된 에너지가 래칫하우징(231)에 설치된 래칫폴(232)을 통하여 래칫기어(233)가 장착된 구동축(212)으로 전달되므로 단위 저장기구(220)들이 가지는 태엽(222)의 힘에 의해 구동축(212)이 회전하도록 한다. 반대로 태엽에 축적된 에너지의 출력을 차단하고저 할 때에는 지지플레이트(240)에 설치된 스토퍼(250)에 의하여 래칫하우징(231)을 고정하면 태엽이 풀리지 않으므로 에너지의 출력이 차단된다. 그러므로 에너지의 수요에 따라서 필요한 만큼만 단위 저장장치를 작동시킬 수 있다.
이 구동축(212)의 회전력을 그대로 산업 동력으로 사용할 수도 있지만, 전기에너지로 변환하여 축전기(340)에 저장하였다가 사용할 수도 있다.
즉, 이 구동축(212)의 회전력을 구동축(212)에 축착된 출력치차(311)와 상기 출력치차(311)에 치합된 종속기어군(320)에 의해 구동되는 발전기(330)를 구동시켜, 이때 생산되는 전기에너지를 축전기(340)에 저장하면 되는 것이다.
그리고 구동축(212)의 회전력을 그대로 사용할 때는 회전수 조절기구(350)를 사용하는 것이 바람직하다.
이는 회전하는 구동축(212)의 회전을 제어하기 위한 것으로서, 도 9에서 보는 바와 같이 구동축(212)의 회전에 따라 회전 하는 캠판(351)의 둘레에 유압기구(357)를 설치하므로써 유체저항에 의하여 구동축(212)의 회전속도가 제어되도록 한 것이다.
그 작동상태를 보면 실린더(355) 속에서 피스톤(354)에 연결되어 유체저항을 받으며 진퇴하는 실린더로드(353)의 일단이 상기 캠판(351)의 외주에 형성된 걸림턱에 걸린 상태에서 슬라이딩 접촉하므로 캠판의 형상에 따라 실린더로드가 압축과 팽창을 하며, 이때의 유체저항을 이용하여 회전속도를 저감시키는 것이다. 그러므로 유압기구(357)의 수는 용량에 따라 적절하게 조절할 수 있다.
위에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 에너지 수집장치에서 수집되는 회전동력을 저장장치에 저장하였다가 언제든지 출력장치로서 출력하여 사용할 수도 있고, 구동축의 회전력을 직접 산업동력으로 사용할 수도 있으면서 전기에너지로 사용할 수도 있기 때문에 자연에너지의 활용도가 높은 것이다.
또한, 서로 멀리 떨어진 장소에서 부분적으로 설치되는 각각의 태양열 발전장치와, 풍력 수집장치와, 수력 수집장치와, 조력 수집장치로부터 수집되는 동력을 공간에 제약을 받지 않고 저장할 수 있기 때문에 모든 환경에 적용하여 사용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 태양열, 풍력, 수력 및 조력등 자연으로부터 제공되는 에너지를 수집하는 에너지 수집장치(100)와,
    상기한 에너지 수집장치 들로부터 수집된 에너지를 축적하며 축적된 에너지를 선별적으로 출력할 수 있는 다수개의 단위 저장장치(220)로 구성된 메인 저장장치(200)와,
    구동축(212)에는 그 회전수를 조절할 수 있는 회전수 조절기구(350)를 마련하여 회전수를 조절하는 회전수 조절기구(350)와,
    상기한 메인 저장장치에 저장된 에너지를 출력하는 출력장치(300)로 이루어진 것을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 동력의 저장시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    에너지 수집장치(100)에서 수집된 에너지가 기구적인 동력전달 기구에 의하여 단위 저장장치(220)에 저장되는 것을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 동력의 저장시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    에너지 수집장치(100)에서 수집된 에너지에 의해 전기를 발생시키고, 이 전기에너지로 모터를 구동하여 단위 저장장치(220)에 저장되는 것을 특징으로 하는자연에너지를 이용한 동력의 저장시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    에너지 수집장치(100)에서 수집된 에너지에 의해 전기를 발생시키고, 이 전기에너지를 축전기(340)에 송출하여 저장되는 것을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 동력의 저장시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    메인 저장장치(200)는 태엽(222)을 매개로 래칫기구(230)에 연결되는 피동치차(221)와, 태엽의 일단이 피동치차에 고정되고 타단이 래칫기구(230)의 외주에 고정되어 피동치차와 래칫기구 사이에 위치하는 태엽(222)과, 태엽의 타단에 고정되어 태엽에 축적된 에너지를 구동축(212)에 전달하는 래칫기구(230)로 이루어지는 다수개의 단위 저장장치(220)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 동력의 저장시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    단위 저장장치(220)는 래칫의 하우징(231)과 지지플레이트(240) 사이에 회전 정지 조작용 스톱퍼(250)를 구비하여서 저장된 출력을 선택적으로 출력할 수 있는 것을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 동력의 저장시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기한 회전수 조절기구(350)는 메인 구동축(212)에 축착하되 외주면에 방사상으로 다수의 캠면을 갖는 캠판(351)과 상기 캠판(351)의 외주면 걸림턱에 걸리어 슬라이딩 접촉되어 축의 중심을 향해 진퇴하는 실린더 로드(353)와 상기 실린더 로드의 피스톤(354)이 내장된 실린더(355)와 상기 실린더 로드의 진퇴를 제어하기 위하여 실린더(355) 내의 압력을 조절할 수 있는 조절밸브(356)로 이루어진 유압기구(357)와 이들 유압기구(357)를 방사상으로 다수 고정할 수 있는 지지원판(358)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 동력의 저장시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기한 출력장치(300)는 구동축(212)에 축착된 출력치차(311)와 상기 출력치차에 치합된 종속기어군(320)과 상기 종속기어군에 연결된 메인 발전기(330)와 이 메인 발전기에서 생산된 전기에너지를 저장할 수 있는 축전기(340)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 동력의 저장시스템.
KR1020020036441A 2002-06-27 2002-06-27 자연에너지를 이용한 동력의 저장시스템 KR20040001292A (ko)

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