KR20040064025A - 대기압을 이용한 고공시설물 및 그 시설물을 사용하는발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대기압의 기압차이를 이용한 고공 시설물과, 그 시설물을 이용한 발전장치 또는 위성발사장치에 대한 것으로, 발명의 주된 목적은 상부의 기구와 그 기구로부터 지상에까지 매달린 벤트를 구성하므로써 큰 시설투자비용이 없이 고공시설물을 설치제공할 수 있도록 하는데 있으며, 또 다른 한편으로는 상기 고공시설물의 벤트속을 흐르는 공기의 흐름을 이용하는 터빈으로써 전기 발전을 실시할 수 있도록 하는데 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고공시설물은 개방된 상측단부(210)의 위로 기구(100)가 연결된 채 그 하측단부(220)가 지상에 근접된 벤트(200); 상기 벤트(200)의 상측에 구비된 기구(100); 상기 벤트(200)의 하측단부(220)와 지표면(E)의 사이에 설치하되, 내부 공간을 가진 채 그 상단부(310)가 상기 벤트(200)의 하측단부(220)와 기밀이 유지되도록 연결한 기초시설부(300); 상기 기초시설부(300)의 내부로 가열된 공기를 제공하기 위한 공기가열수단(400);으로 구성하는 것이다. 그리고 상기의 고공시설물을 이용한 발전장치는 상기한 기초시설부(300)의 내부 중앙에 설치하여 상향이동하는 공기의 흐름에 의해 회전하는 터빈(510); 그리고 상기한 기초시설부(300)의 아래에서 상기 터빈(510)의 회전력을 전달받아 전기에너지를 발생시키는 발전기구(500);를 더 포함하여 구성하는 것이다.

Description

대기압을 이용한 고공시설물 및 그 시설물을 사용하는 발전장치 {UPPER AIR VENT TOWER USING AIR PRESSURE AND GENERATOR SYSTEM USING UPPER AIR VENT TOWER}

본 발명은 대기압의 기압차이를 이용한 고공 시설물과, 그 시설물을 이용한 발전장치에 대한 것으로 더 상세하게는 기압의 차이로 인해 공기의 흐름이 유발되도록 벤트(Vent)를 구비한 후, 그 상단에 기구(氣球)를 연결하여 부상하는 기구의 힘으로 벤트를 세우고, 세워진 벤트 속으로 흐르는 공기의 속도를 배가시키기 위해 공기 가열수단을 구비한 고공 시설물을 설치하는데 특징이 있으며, 또 다른 한편으로는 상기 시설물의 벤트 속을 이동하는 공기의 흐름으로 터빈을 회전시켜 전기에너지를 발생시키는 발전수단을 구비하도록 하는데 특징이 있는 것이다.

일반적으로 철탑, 고층건물, 산 정상의 기지와 같은 높은 위치의 시설물은 주지하고 있는 바와 같이 여러 가지 목적으로 이용가치가 높을 뿐만 아니라 그 높이가 더 높을 수록 유리한 경우가 많으나 시설물 설치비용이 많이 들기 때문에 한계가 있다.

에너지문제에 있어서 현대사회는 첨단과학의 발달과 경제규모의 팽창에 따라 급격한 에너지 수요의 증대를 초래하였으며, 현재 사용중인 에너지의 대부분을 차지하고 있는 석탄, 석유 그리고 천연가스 등 화석연료는 부존량이 지역적으로 편중되어 있고, 언젠가는 고갈될 수 밖에 없는 한계성을 지니고 있다.

특히 화석연료의 연소과정에서 발생되는 CO2, NOx, SOx, 등의 공해물질은 환경의 직접적인 오염뿐만 아니라 오존층 파괴에 따른 지구의 온난화 현상 등 심각한 공해 문제를 야기하고 있다.

그리고 이러한 문제점은 70년대의 두차례 석유파동을 통해서 더욱 분명하게 드러났고, 석유를 대체할 수 있고 공해가 없는 새로운 대체에너지 기술의 개발을 더욱 본격적으로 추진하게 된 계기가 되었다.

태양에너지의 개념도 석유자원 이외의 석탄, 원자력, 천연가스 등 광범위한 의미로부터 무공해와 신기술 개념의 깨끗하고 안전한 신재생에너지로 바뀌었고, 따라서 태양에너지 기술의 개발은 일차적으로 미래의 에너지원확보와 더불어 환 경보호 차원의 환경친화적인 에너지자원의 개발과 활용을 촉진시키고자 하고 있다.

한편, 전기에너지를 얻는 방법으로는 석유, 석탄을 연료로 하는 화력 발전이주가 되고 있고, 그 외에 수력과, 풍력 및 조력 등을 이용한 발전방법이 있으며, 근래에는 지열을 이용하는 방법은 물론 태양열과 원자력을 이용하는 방법 등이 알려져 있다.

상기 화력에 의한 발전은 앞서 언급한 바와 같이 점차 고갈되어지는 화석연료(석탄, 석유 등)이기 때문에 지양해야할 방법이고, 수력에 의한 발전은 연료가 사용되지는 않지만 저수용 댐과 물의 낙하시설물을 마련해야 하기 때문에 초기 투자비용이 너무 커서 쉽게 실시하지 못한다.

또 한편으로는 상기와 같은 제반 사항을 감안하여 원자력에 의한 발전을 추구하고 있으나, 원자력 발전 역시 시설물 준비에 큰 비용이 투자되어야 하고 안전성이 보장되어야기 때문에 근래에는 풍력과, 조력, 지열, 태양에너지 등을 이용한 발전이 시도되고 있는 형편이다.

그러나 지구상에서 가장 보편적으로 작용하고 있는 에너지원이 대기압이며, 이 대기압을 이용하는 발전시설은 알려지지 않았다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 발명의 주된 목적은 상부의 기구와 그 기구로부터 지상에까지 매달린 벤트를 구성하되, 그 벤트의 내부로 태양열 축열시스템(본원 출원인의 "선 발명"인 특허출원 제202252호)을 이용하여 공기를 가열 후, 상승시켜 수직의 상태를 유지할 수 있도록 하므로써 큰 시설투자비용이 없이 고공시설물을 제공할 수 있도록 하는데 있으며, 또 다른 한편으로는상기 고공시설물의 벤트속을 흐르는 공기의 흐름을 이용하는 터빈으로써 전기 발전을 실시할 수 있도록 하는데 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고공시설물은 개방된 상측단부의 위로 기구가 연결된 채 그 하측단부가 지상에 근접된 벤트; 상기 벤트(200)의 상측에 구비된 기구; 상기 벤트의 하측단부와 지표면의 사이에 설치하되, 내부 공간을 가진 채 그 상단부가 상기 벤트의 하측단부와 기밀이 유지되도록 연결한 기초시설부; 상기 기초시설부의 내부로 가열된 공기를 제공하기 위한 공기가열수단;으로 구성하는 것이다. 아울러 상기의 고공시설물을 이용한 발전장치는 상기한 기초시설부의 내부 중앙에 설치하여 상향이동하는 공기의 흐름에 의해 회전하는 터빈; 그리고 상기한 기초시설부의 아래에서 상기 터빈의 회전력을 전달받아 전기에너지를 발생시키는 발전기구;를 더 포함하여 구성하는 것이다.

도 1은 본 발명의 고공시설물을 보인 전체 구성도

도 2는 본 발명의 상측단부의 확대 단면도

도 3은 본 발명의 기초시설부 및 공기가열수단을 보인 단면도

도 4는 본 발명의 벤트 제조방법을 보인 설명도

도 5는 본 발명의 또 다른 공기가열수단을 보인 실시구성도

도 6은 본 발명의 발전장치를 보인 구성도

도 7은 본 발명의 또 다른 이용사례의 예시도

도 8은 도 7의 사용상태의 예시도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

100 : 기구 200 : 벤트

210 : 상측단부 220 : 하측단부

230 : 와이어 240 : 밴드

250 : 동판타워 300 : 기초시설부

310 : 상단부 320 : 도어

400 : 공기가열수단 401 : 공기 유출구

402 : 공기 유입구 403 : 공기 가열통로

410 : 축열수단 411 : 석재

420 : 태양열수집기구 421 : 열집적판

422 : 열전달핀 430 : 반사판

440 : 버너 500 : 발전기구

510 : 터빈 600 : 위성발사대

610 : 지지부재 620 : 플레이트

이하 본 발명의 구성 및 작용을 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

실시예1

도 1은 본 발명의 기본적인 실시예1에 따른 구성의 고공시설물을 보인 것이다.

상기 도면에서 보듯이 본 발명은 크게 나누어서 벤트(200)와, 그 상단의 기구(100)와, 그 하단의 기초시설부(300)와, 여러 가지의 공기가열수단(400)으로 이루어진다.

상기한 기구(100)의 상부에는 셔터 조리개와 같은 개폐부(101)가 마련되어 있어서 상승 및 하강시에 이용할 수 있다.

먼저, 벤트(200)는 도 4에서 보는 바와 같이 유연성을 가지면서 인장력이 강한 다수의 와이어(230)를 수직으로 세워 둥글게 배치한 후, 이들 와이어(230)의 둘레를 환테형 밴드(240)로써 연속 반복하여 감합하므로 써 구성한다.

본 발명의 벤트(200)는 고공의 위치까지 설치되어야 하므로 완성한 후에 입설시키는 것이 아니라 상측단부(210)로부터 만들면서 세워 나간다.

즉, 보빈(230a)으로부터 연속 공급할 수 있는 와이어(230)를 여러 가닥 준비하고, 이들 와이어(230)를 원형으로 배열한 상태에서 그 둘레를 환테형 밴드(240)로 감는다.

상기 환테형 밴드(240)는 직물재 혹은 합성수지재의 밴드이며, 와이어(230)에 감긴 상태에서 그 다음 차례에 끼워지는 밴드랑 연속 반복하여 연결할 수 있고, 파손 및 손상시 부분적으로 교체할 수 있다.

어느정도의 길이로 벤트(200)가 완성되면, 그 상단에 기구(100)를 연결하고, 그 벤트(200)의 안쪽으로 더운 공기를 공급하여 상기 기구(100)가 부상(浮上)되도록 한다.

이와 같이 완성된 부분의 벤트(200)가 입설된 상태에서 상기 와이어(230)들을 연속공급하고, 또 그 둘레에 계속적으로 밴드(240)를 이어나간다.

이와 같이 하면 와이어(230)의 길이가 계속적으로 공급되는 한 무한정 벤트(200)를 만들어 올릴 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 고공시설물(T)을 설치할 장소로는 주변 시설물에 영향을 주지 않아야 할 뿐만 아니라 기후 및 여건이 맞아야 하므로 사막에서 야산이 둘러쌓인 분지형 지대 등의 위치가 적당하다.

장소가 선택되면 그 지면위에 기초시설부(300)를 먼저 설치한다.

이 기초시설부(300)는 도 3 에서 보는 바와 같이 원뿔형 기둥이면서 그 내부 공간을 갖는 바, 임의의 길이로 완성된 벤트(200)의 하측단부(220)를 상기한 기초시설부(300)의 상측에 연결하고자 하는 것이다.

상기 기초시설부(300)의 상측 내경은 벤트(200)의 내경과 같게 하여 기밀이 유지되도록 연결하는 것이 바람직하며, 경우에 따라서는 상기 벤트(200)의 하측단부와 상기 기초시설부(300)의 상단 사이에 동판타워(250)를 임의의 길이로 설치할 수도 있다.

그리고 하측에는 필요시 가열되지 않은 상온의 공기를 공급할 수 있도록 하나 이상의 개폐 도어(320)를 구비한다.

상기한 기초시설부(300)의 아래에는 공기가열수단(400)을 설치한다.

기본적인 공기가열수단(400)으로는 본 발명의 출원인이 이미 특허받은 특허제202252호(이하 "선 발명"이라 함)를 이용한다.

상기 선 발명은 렌즈를 포함하는 태양열 집적수단으로써 열을 모아 지반 아래의 공간에 매설한 축열수단(스톤 등)에 축열하고, 축열된 열을 건축물의 냉, 난방 등의 용도에 따라 인출하여 사용하도록 한 것이다.

상기 선 발명을 이용한 구성이 도 3에 도시되어 있다.

이는 공기 유출구(401)가 상기 기초시설부(300)의 직하방에 있고, 공기 유입구(402)가 상기 기초시설부(300)의 밖에 있도록 방사상으로 다수 형성한 지하의 공기 가열통로(403)와, 상기한 공기 가열통로(403)의 아래에 매설한 지하의 축열수단(410)과, 상기 축열수단(410)으로 열을 제공하기 위한 지상의 태양열수집기구(420)로 구성하는 것이다.

따라서, 상기 태양열 수집기구(420)에 의해 수집된 열이 축열수단(410)에 축열되었다가 공기 가열통로(403)를 지나는 공기를 가열할 수 있게 되고, 가열된 공기는 기초시설부(300)를 지나 벤트(200)속을 상향 이동하면서 대기압의 밀도 차이를 발생하게 하는 것이다.

이때, 상기한 공기가열수단(400)의 축열수단(410)은 지면 속에 매설한 석재(411)로 하고, 상기 태양열수집기구(420)는 열집적판(421)과, 상기 축열수단의 석재(411) 속으로 열을 전달하는 열전달핀(422)으로 구성한 것이며, 이러한 공기가열수단(400)들은 앞서 언급한 지하의 공기 가열통로(403)를 따라 그 각각의 아래에 매설한다.

상기한 공기가열수단(400)은 도 3에서 보는 바와 같이 지열공급수단(450)을 포함할 수도 있다.

즉, 지하 임의의 깊이에서 발생하는 고온의 지열을 지열 파이프(451)로써 공급 받아 상기한 공기가열수단(400)으로써 가열할 때 추가 가열되어 유리하도록 하는 것이다.

또 한, 상기한 공기가열수단(400)은 도 6에서 보는 바와 같이 달리 실시할수도 있고, 병행하여 사용할 수도 있다.

이는 상기한 벤트(200)의 주변에 태양광선을 반사시킬 수 있는 다수의 반사판(430)을 설치하여 그 빛이 벤트(200) 하단의 동판타워(250)부분을 가열할 수 있도록 한 것이다. 그리고 이러한 구조는 야산의 오목한 부분에 설치하는 것이 적당한 경우이며, 지형을 잘 이용한 사례이다.

또, 공기가열수단(400)은 도 3에서 보는 바와 같이 버너(440)를 포함할 수 있다.

상기 버너(440)는 기초시설부(300)의 내경 둘레에 설치하되, 경유 등의 액체연료를 사용하는 버너일 수도 있고, 천연가스를 연료로 사용하는 버너일 수도 있으며, 이에 대한 상세한 도식과 설명은 생략한다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 실시예1의 고공시설물(T)은 다음의 실시예2 및 실시예3에서와 같이 사용될 수 있다.

실시예2

이는 상기의 고공시설물(T)을 이용한 발전장치이다.

본 발명의 발전장치는 공기가열수단(400)에 의해 가열된 공기가 상승함에 따라서 벤트(200)의 상측단부(210)와 벤트의 하측단부 사이에 작용하는 대기압의 밀도 차이로 인해 대단히 빠른 유속을 가지는 바, 그 유속을 이용하여 발전을 하는 것이다.

이는 도 7에서 보는 바와 같이 상기한 기초시설부(300)의 내부 중앙에 공기의 흐름에 의해 회전하는 터빈(510)을 설치하고, 이 터빈(510)의 축(511)을 아래로 연장한 후, 통상의 제네레이터와 같은 발전기구(500)를 설치한 것이다.

실시예3

이는 상기의 고공시설물(T)을 이용한 위성발사대이다.

본 발명의 위성발사대(600)는 실시예1에서 구성한 고공시설물(T)들을 여러개 설치하되, 중앙부분에 위성운반용 메인벤트(200M)을 설치하고, 그 주변에는 지지용 고공시설물(T)들을 설치하는 것이다.

이때의 지지용 고공시설물(T)들은 그 상측단부(210)들을 서로 연결한 지지부재(610) 위에 고공 플레이트(620)를 고정 설치하고, 그 위에 위성발사시설(630)을 설치하는 것이다.

상기 위성운반용 메인벤트(200M)는 그 전체를 아래로 하강시켰다가 상승시킬 수 있다. 따라서 위성운반용 메인벤트(200M)의 상반부는 고공 플레이트(620)에 형성된 중앙의 통공부(620a)를 통해 그 위 아래로 통과될 수 있고, 그 위에 위성 부속품들을 실어 운반할 수 있다.

그러므로 그 고공 플레이트(620) 상에서 부품들을 다 조립한 후, 위성발사시설(630)을 이용하여 발사할 수 있는 것이다.

위에서 상세히 설명한 본 발명은 상부의 기구(氣球)와 그 기구로부터 지상에까지 매달린 벤트로써 고공시설물을 구성한 후, 그 태양열 수집기구를 포함하는 각종 공기 가열기구로써 그 내부로 가열된 공기를 제공하여 벤트의 상측단부와 하측단부 사이의 대기압에 따른 밀도 차이로 공기의 이동이 발생되도록 하였기 때문에 그 공기의 이동하는 힘으로 큰 시설투자비용이 없이 높은 위치의 시설물을 설치 제공할 수 있게 되는 장점이 있다.

뿐만 아니라 상기와 같이 구성된 고공시설물의 하단에서 발생하는 공기의 흐름을 이용하는 터빈으로 발전장치를 구비하였기 때문에 에너지의 재생산이 가능하다.

아울러 본 발명의 고공시설물은 임의의 간격을 두고 원형으로 여러개 설치할 경우, 고공의 위치에 위성발사대 등 임의의 특정 시설물을 설치할 수 도 있어 유용한 것이다.

Claims (9)

1. 개방된 상측단부(210)의 위로 기구(100)가 연결된 채 그 하측단부(220)가 지상에 근접된 벤트(200);

   상기 벤트(200)의 상측에 구비된 기구(100);

   상기 벤트(200)의 하측단부(220)와 지표면(E)의 사이에 설치하되, 내부 공간을 가진 채 그 상단부(310)가 상기 벤트(200)의 하측단부(220)와 기밀이 유지되도록 연결한 기초시설부(300);

   상기 기초시설부(300)의 내부로 가열된 공기를 제공하기 위한 공기가열수단(400);

   으로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 대기압을 이용한 고공시설물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 벤트(200)는 유연성을 가지면서 인장력이 강한 다수의 와이어(230)를 수직으로 세워 둥글게 배치한 후, 이들 와이어(230)의 둘레를 환테형 밴드(240)로써 연속 반복하여 감합하므로 써 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 대기압을 이용한 고공시설물.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 벤트(200)의 하단 일부는 상기한 기초시설부(300)의 위로 동판타워(250)를 사용하여서 된 것을 특징으로 하는 대기압을 이용한 고공시설물.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기한 공기가열수단(400)은 지표면으로부터 그 아래에 구비하되, 공기 유출구(401)가 상기 기초시설부(300)의 직하방에 있고, 공기 유입구(402)가 상기 기초시설부(300)의 밖에 있도록 방사상으로 다수 형성한 공기 가열통로(403)와, 상기한 공기 가열통로(403)의 아래에 매설한 축열수단(410)과, 상기 축열수단(410)으로 열을 제공하기 위한 다수의 태양열수집기구(420)로 구성하여 상기 태양열 수집기구(420)에 의해 수집된 열이 축열수단(410)에 축열되었다가 공기 가열통로(403)를 지나는 공기를 가열할 수 있도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 대기압을 이용한 고공시설물.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기한 공기가열수단(400)의 축열수단(410)은 지면 속에 매설한 석재(411)로 하고, 상기 태양열수집기구(420)는 열집적판(421)과, 상기 축열수단의 석재(411) 속으로 열을 전달하는 열전달핀(422)으로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 대기압을 이용한 고공시설물.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기한 공기가열수단(400)은 상기한 벤트(200)의 주변에 태양광선을 반사시킬 수 있는 다수의 반사판(430)을 설치하여 그 빛이 벤트(200) 하단의 동판타워(250)부분을 가열할 수 있도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 대기압을 이용한 고공시설물.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기한 공기가열수단(400)은 상기한 기초시설부(300)의 중단에 설치하여 공기를 가열시킬 수 있는 연소버너(440)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 대기압을 이용한 고공시설물.
8. 개방된 상측단부(210)의 위로 기구(100)가 연결된 채 그 하측단부(220)가 지상에 근접된 벤트(200)와,

   상기 벤트(200)의 하측단부(220)와 지표면(E)의 사이에 설치하되, 내부 공간을 가진 채 그 상단부(310)가 상기 벤트(200)의 하측단부(220)와 기밀이 유지되도록 연결한 기초시설부(300);

   상기 기초시설부(300)의 내부로 가열된 공기를 제공하기 위한 공기가열수단(400);

   상기한 기초시설부(300)의 내부 중앙에 설치하여 상향이동하는 공기의 흐름에 의해 회전하는 터빈(510);

   상기한 기초시설부(300)의 아래에서 축(511)으로 상기 터빈(510)의 회전력을 전달받아 전기에너지를 발생시키는 발전기구(500); 를

   포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 대기압을 이용한 고공시설물을 사용하는 발전장치.
9. 개방된 상측단부(210)의 위로 기구(100)가 연결된 채 그 하측단부(220)가 지상에 근접된 벤트(200)와, 상기 벤트(200)의 하측단부(220)와 지표면(E)의 사이에 설치하되, 내부 공간을 가진 채 그 상단부(310)가 상기 벤트(200)의 하측단부(220)와 기밀이 유지되도록 연결한 기초시설부(300)와, 상기 기초시설부(300)의 내부로 가열된 공기를 제공하기 위한 공기가열수단(400)으로써 이루어진 고공시설물(T);

   상기 고공시설물(T)을 다수 설치하되, 원형을 이루도록 서로 인접한 상태로 배열하고, 그 각각의 상측단부(210)들을 연결한 지지부재(610) 위에 설치한 고공 플레이트(620);

   상기한 고공플레이트(620)의 중앙 통공부(620a)을 통해 승강할 수 있는 고공시설물(T) 정 중앙의 위성운반용 메인벤트(200M);

   상기한 고공플레이트(620) 위에 마련한 위성발사시설(630); 로 이루어진 것을 특징으로 하는 고공 위성발사대.