KR20110011954A - 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템은 고층 건물에 마련된 엘리베이터 코어의 내부 공간을 상하 방향으로 운행하는 엘리베이터 카의 운행에 따라 발생되는 바람에 의해 회전하는 풍력 터빈; 상기 풍력 터빈의 회전에 의해 발생되는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 풍력 발전기; 및 상기 전기 에너지를 저장하는 축전지를 포함한다.
고층 건물, 엘리베이터, 풍력 터빈, 풍력 발전, 연돌 효과, 바람, 신재생 에너지

Description

고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템 및 방법{WIND POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD USING STACK EFFECT OF HIGH SPEED ELEVATOR IN HIGH BUILDING}
본 발명의 실시예들은 고층 건물에 마련된 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템 및 방법에 관한 것이다.
건축 기술의 발전과 인구의 도시 집중화의 영향으로 고층 건물이 점차 증가하고 있으며, 아울러 세계 여러 나라에서 각기 자기나라의 기술력과 국가 이미지 제고를 위해 경쟁적으로 세계 최고 높이의 건물을 건설함에 따라 층수도 점차 높아가고 있는 추세이다.
이 경우, 건물 내의 수직 이동 수단인 엘리베이터와 엘리베이터 코어가 필수적으로 시공되는데, 엘리베이터의 수직 이동 경로인 샤프트(shaft)와 계단 등의 엘리베이터 코어에는, 굴뚝과 같이 수직으로 형성된 빈 공간으로 건물 내외부 공기 기둥의 무게 차이로 인해 발생하는 압력차에 의해 연돌 현상이 발생한다. 이 경우 샤프트 및 코어 내부의 공기 기둥은 실온으로 유지되고 있으며, 바깥의 공기 기둥은 동일한 높이의 외기와 같은 온도로 유지되고 있다. 이와 같이, 건물 내외부의 압력차는 실내와 실외의 온도차에 의해 달라진다.
연돌 효과에 의해 발생된 압력차는 크게 건물 하부와 상부의 두 부분으로 구분되며, 건물 상부에서 빠져 나가는 공기는 하부에서 들어오는 공기에 의해 채워진다. 이와 같이 공기의 밀도 차로 인해 단면상에 발생하는 건물 내외부의 압력차는 높이에 따라 달라지며, 건물 하부에서는 침기(infiltration)가 생기고, 상부에서는 내부 압력이 더 커져 누기(exfiltration)가 생긴다.
이러한 압력 차이에 의해 야기된 공기의 흐름은 굴뚝에서의 공기의 흐름과 유사하다. 따라서 이러한 현상을 '연돌 효과(stack effect)'라 한다. 연돌 효과는 특히 실내외 온도차가 커지는 겨울철에 고층 건물에서 심하며, 엘리베이터 코어 부분, 즉, 계단실 및 엘리베이터 샤프트에서 여러 문제를 야기시키고 1층부에서는 침기량을 증가시키는 원인이 된다. 이러한 연돌 효과는 모든 건물에서 발생한다.
그런데, 종래에는 이러한 연돌 효과를 방지하기 위해 고층 건물의 건축 설계 시 지하 주차장 입구에 방풍실을 설치하여, 상기 방풍실을 통해 엘리베이터 코어에서 발생된 바람(기류)을 외부로 방출하였다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는, 상기와 같이 엘리베이터 코어에 발생되는 기류(바람)를 외부로 방출하여 버리는 대신에, 버려지는 바람을 풍력 발전의 원동력으로 재활용함으로써, 고층 건물에서 이용되는 에너지를 충당할 수 있는 새로운 해결책을 제시한다.
본 발명의 일 실시예는 고속 엘리베이터 카의 수직 운행 시 발생하는 기류(바람)을 신재생 에너지인 풍력 발전의 원동력으로 사용함으로써, 건물 이용의 에너지를 충당할 수 있도록 하는 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 구형의 자이로 풍력 터빈을 이용하여 엘리베이터 코어 내부의 방향이 일정하지 않은 불규칙적(카오스)이고 작은 용량의 와류도 놓치지 않고 효과적으로 풍력 발전화시킬 수 있도록 하는 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템은 고층 건물에 마련된 엘리베이터 코어의 내부 공간을 상하 방향으로 운행하는 엘리베이터 카의 운행에 따라 발생되는 바람에 의해 회전하는 풍력 터빈; 상기 풍력 터빈의 회전에 의해 발생되는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 풍력 발전기; 및 상기 전기 에너지를 저장하는 축전지를 포함한다.
상기 풍력 터빈은 상기 엘리베이터 코어의 상부 및 하부 각각에 복수로 설치되고, 상기 엘리베이터 카의 상부 및 하부 각각에 복수로 설치될 수 있다.
상기 풍력 터빈은 모든 방향으로부터의 바람에 가동 가능하도록, 각각 X, Y, Z축 방향으로 배치되는 3개의 짐벌이 구체(球體) 모양으로 결합되고, 상기 Y축 방향으로 배치된 짐벌에는 로터가 형성되는 자이로 풍력 터빈을 포함할 수 있다.
상기 풍력 터빈은 작은 바람에도 가동이 가능한 소형 풍력 터빈을 포함할 수 있다.
상기 엘리베이터 카의 상부 및 하부에 설치된 풍력 터빈은 상기 엘리베이터 카의 상부 및 하부의 바깥쪽 부분에 설치될 수 있다.
상기 풍력 터빈 및 상기 풍력 발전기는 상기 엘리베이터 코어의 내부에서 서로 물리적으로 연결되도록 설치되고, 상기 축전지는 상기 풍력 발전기의 동작을 제어하는 풍력 발전소 기계실의 내부에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템은 상기 축전지에 저장된 전기 에너지를 변환하여 상기 엘리베이터를 포함하는, 상기 고층 건물 내의 전기 장치로 공급하는 변환기를 더 포함할 수 있다.
상기 변환기는 상기 전기 장치의 동작 전압 레벨에 대응하여 상기 전기 에너지의 전압 레벨을 변환할 수 있다.
상기 변환기는 상기 풍력 발전기의 동작을 제어하는 풍력 발전소 기계실의 내부에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 방법은 고층 건물에 마련된 엘리베이터 코어의 내부 공간을 상하 방향으로 운행하는 엘리베이터 카의 운행에 따라 발생되는 바람을 이용하여 운동 에너지를 발생시키는 단계; 상기 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계; 및 상기 전기 에너지를 축전지에 저장하는 단계를 포함한다.
상기 운동 에너지를 발생시키는 단계는 상기 바람을 이용하여 풍력 터빈을 회전시켜 상기 운동 에너지를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계는 풍력 발전기를 이용하여 상기 운동 에너지를 상기 전기 에너지로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 방법은 상기 축전지에 저장된 전기 에너지를 변환하여 상기 엘리베이터를 포함하는, 상기 고층 건물 내의 전기 장치로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전기 장치로 공급하는 단계는 인버터를 이용하여 상기 전기 장치의 동작 전압 레벨에 대응하여 상기 전기 에너지의 전압 레벨을 변환하는 단계; 및 상기 전압 레벨이 변환된 전기 에너지를 상기 전기 장치로 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고속 엘리베이터 카의 수직 운행 시 발생하는 기류(바람)을 신재생 에너지인 풍력 발전의 원동력으로 사용함으로써, 건물 이용의 에너지를 충당할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구형의 자이로 풍력 터빈을 이용하여 엘리베이터 코어 내부의 방향이 일정하지 않은 불규칙적(카오스)이고 작은 용량의 와류도 놓치지 않고 효과적으로 풍력 발전화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템은 밀도가 높은 도심지의 고층 건물에서도 풍력 발전을 이용하여 건물 이용의 에너지를 충당할 수 있는 방안을 제시한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템은 고속 엘리베이터 카(elevator car)의 수직 운행(상하 운행) 시, 상기 고속 엘리베이터 카가 운행하는 공간인 엘리베이터 코어(core)에 발생되는 기류(바람)를 신재생 에너지인 풍력 발전의 원동력으로 사용할 수 있도록 하는 것이다.
상기 바람은 연돌 효과에 의해 발생되는데, 상기 연돌 효과(stack effect)란 내/외부 온도 차로 인한 공기밀도 차이로 강한 상승기류가 발생하여 실내공기 균형을 깨는 원인을 발생시키는 것이다. 이러한 연돌 효과는 건물의 온도 차가 큰 겨울철과 건물이 고층일수록 그 효과가 심화된다.
상기 연돌 효과의 예를 들어보면, 30층 이상 고층 건물의 로비 출입문이 힘들게 열리거나 '휘이익'하는 소음이 나는 것 등이며, 이러한 경우 엘리베이터가 흔들려 탑승자는 고장인가 하고 불안감을 느끼는 경우(주로 겨울철)가 발생할 수 있다. 상기 연돌 효과는 건물 굴뚝에서의 공기 흐름과 유사하다고 하여 굴뚝 효과(chimney effect)라고도 불린다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템의 구성을 도시한 블록도이다. 그리고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템의 위치도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물 고속 엘리 베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템(100, 이하 '풍력 발전 시스템'이라 한다)은 풍력 터빈(110), 풍력 발전기(120), 축전지(130), 및 변환기(140)를 포함할 수 있다.
상기 풍력 터빈(110)은 고층 건물(200)에 마련된 엘리베이터 코어(150)의 내부 공간을 상하 방향으로 운행하는 엘리베이터 카(210)의 운행에 따라 발생되는 바람에 의해 회전된다. 즉, 상기 풍력 터빈(110)은 상기 엘리베이터 코어(150) 내부 공간의 바람, 즉 풍력 에너지를 상기 회전에 따라 운동 에너지로 변환하여 풍력 발전기(120)에 전달할 수 있다.
여기서, 상기 바람은 앞서 언급한 바와 같이 연돌 효과(또는 굴뚝 효과)에 의해 발생될 수 있다. 또한, 상기 고층 건물(200)은 20층 이상의 건물을 포함할 수 있으며, 상기 엘리베이터 카(210)는 예컨대 210m/분의 속도 이상, 바람직하게는 300m/분의 속도 이상의 고속 엘리베이터 카로 구현될 수 있다.
상기 풍력 터빈(110)은 상기 엘리베이터 코어(150) 내부의 상부 및 하부 각각에 복수로 설치되고, 상기 엘리베이터 카(210)의 상부 및 하부 각각에 복수로 설치될 수 있다.
예를 들면, 상기 엘리베이터 코어(150) 내부의 상부에는 2개의 자이로 풍력 터빈-A(112)가 설치되고, 상기 엘리베이터 코어(150) 내부의 하부에는 2개의 자이로 풍력 터빈-D(118)가 설치될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 2개의 자이로 풍력 터빈-A(112)은 상기 엘리베이터 코어(150)의 상부에 마련되어 상기 엘리베이터 카(210)의 동작을 제어하는 엘리베 이터 기계실(220)의 하부에 설치될 수 있다. 그리고, 상기 2개의 자이로 풍력 터빈-D(118)은 상기 엘리베이터 코어(150)의 하부에 마련되는 엘리베이터 피트의 하부에 설치될 수 있다.
또한, 상기 엘리베이터 카(210)의 상부에는 2개의 자이로 풍력 터빈-B(114)가 설치되고, 상기 엘리베이터 카(210)의 하부에는 2개의 자이로 풍력 터빈-C(116)가 설치될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 2개의 자이로 풍력 터빈-B(114)는 상기 엘리베이터 카(210)의 상부의 바깥쪽 부분에 설치될 수 있다. 그리고, 상기 2개의 자이로 풍력 터빈-C(116)는 상기 엘리베이터 카(210)의 하부의 바깥쪽 부분에 설치될 수 있다.
상기 풍력 터빈(110)은 작은 바람에도 가동이 가능한 소형 풍력 터빈을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 소형 풍력 터빈은 예를 들면 50kW 이하의 출력을 가지며, 그 직경이 2.1m 이하이므로, 작고 가벼울 뿐만 아니라 중대형 풍력 터빈에 비해 상대적으로 적은 소음을 유발한다.
상기 풍력 터빈(110)은 상기 엘리베이터 코어의 내부(150)에서 상기 풍력 발전기(120)와 서로 물리적으로 연결되도록 설치될 수 있다. 도면에서는 상기 풍력 발전기(120)가 하나의 블록으로 도시되어 있지만, 상기 풍력 터빈(110)이 상기 엘리베이터 코어 내부(150)의 상하부 및 상기 엘리베이터 카(210)의 상하부에 총 8개가 설치되기 때문에, 상기 풍력 발전기(120)는 총 8개로 이루어질 수 있다.
다시 설명하면, 상기 풍력 터빈(110), 즉 2개의 자이로 풍력 터빈-A(112), 2 개의 풍력 터빈-B(114), 2개의 풍력 터빈-C(116), 및 2개의 풍력 터빈-D(118)은 각각 하나의 풍력 발전기(120)와 서로 물리적으로 연결되어, 상기 각각의 풍력 발전기(120)에 운동 에너지를 전달할 수 있다.
상기 풍력 터빈(110)은 하나의 축을 중심으로 하여 결합되는 원형의 상판과 하판 사이에 사각형 판재를 절곡한 형상으로 이루어지는 블레이드가 결합되는 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 풍력 터빈(110)은 다리우스 터빈(Darrieus turbine), 사보니우스 터빈(Savonius turbine) 등과 같은 수직축 풍력 터빈으로 구현될 수 있다. 하지만, 상기 풍력 터빈(110)은 이와 다른 방식의 풍력 터빈으로 구현될 수도 있다. 이에 대해 도 3을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 적용되는 풍력 터빈의 변형 예를 도시한 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 풍력 터빈(300)은 상술한 바와 같이 하나의 축을 중심으로 하는 게 아니라, 여러 개의 축을 중심으로 하는 구조로 형성될 수 있다.
즉, 풍력 터빈(300)은 X축을 중심축으로 하여 배치되는 1개의 짐벌(gimbal)(310)과, Y축을 중심축으로 하여 배치되는 1개의 짐벌(320), 및 Z축을 중심축으로 하여 배치되는 1개의 짐벌(330)이 구체(球體) 모양으로 결합되고, 상기 Y축 방향으로 배치된 짐벌(320)에는 로터(rotor), 즉 회전자가 형성되는 자이로 풍력 터빈을 포함하여 형성되는 자이로 풍력 터빈의 구조로 형성될 수 있다.
따라서, 상기 풍력 터빈(300)은 상기 엘리베이터 코어 내부(150)의 모든 방향으로부터 불어 오는 바람에 가동할 수 있게 된다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 풍력 발전기(120)는 상기 풍력 터빈(110)의 회전에 의해 발생되는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 즉, 상기 풍력 발전기(120)는 상기 운동 에너지를 이용하여 상기 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.
상기 풍력 발전기(120)는 상기 엘리베이터 코어의 내부에서, 상기 풍력 터빈(110)과 물리적으로 연결되도록 설치될 수 있다. 즉, 상기 풍력 발전기(120)는 상기 풍력 터빈(110)과 축을 통해 물리적으로 연결되어, 상기 풍력 터빈(110)으로부터 운동 에너지를 전달 받을 수 있다.
이러한 풍력 발전기(120)는 상기 풍력 터빈(110)과 일체형으로 형성될 수도 있다. 즉, 상기 풍력 발전기(120)와 상기 풍력 터빈(110)이 일체형으로 형성되어, 상기 엘리베이터 코어(150)의 상부 및 하부, 상기 엘리베이터 카(210)의 상부 및 하부에 각각 복수로 설치될 수 있다.
축전지(130)는 상기 풍력 발전기(120)로부터 상기 전기 에너지를 전달 받아 저장(충전)한다. 상기 축전지(130)는 상기 풍력 발전기(120)의 동작을 제어하는 풍력 발전소 기계실(160)의 내부에 설치될 수 있다.
상기 변환기(140)는 상기 축전지(130)에 저장된 전기 에너지를 변환하여 상기 고층 건물(200) 내의 전기 장치(엘리베이터 포함)로 공급할 수 있다. 구체적으로, 상기 축전지(130)에는 출력 레벨이 일정한 전압(직류 전압), 예컨대 12, 24, 48볼트(V) 중 어느 하나가 저장될 수 있다. 따라서, 상기 변환기(140)는 상기 전기 에너지의 전압을 상기 전기 장치에 맞게 변환할 수 있다.
예를 들어, 상기 축전기(130)에 저장된 전기 에너지의 전압이 직류 24V이고, 상기 고층 건물(200) 내 임의의 전기 장치가 교류 220V로 동작한다고 가정한다. 이러한 경우, 상기 변환기(140)는 상기 24V의 직류 전압을 220V의 교류 전압으로 변환하여 상기 임의의 전기 장치로 공급할 수 있다.
이러한 변환기(140)는 인버터(inverter)로 구현될 수 있다. 또한, 상기 변환기(140)는 상기 풍력 발전기(120)의 동작을 제어하는 풍력 발전소 기계실(160)의 내부에 설치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템의 사용 상태를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 고층 건물(200)에는 엘리베이터 코어(150)가 마련되며, 상기 엘리베이터 코어(150)의 내부 공간으로는 엘리베이터 카(210)가 상하 방향으로 운행한다.
상기 엘리베이터 카(210)의 운행에 따라 상기 엘리베이터 코어(150) 내부 공간에서는 연돌 효과에 의해 바람(기류)이 발생되고, 상기 바람에 의해 풍력 터빈(112, 114, 116, 118)이 가동된다.
상기 엘리베이터 카(210)가 상향으로 운행하는 경우, 상기 엘리베이터 코어(150)의 상부에 설치된 풍력 터빈 A(112)와, 상기 엘리베이터 카(210)의 상부에 설치된 풍력 터빈 B(114)가 가동된다.
한편, 상기 엘리베이터 카(210)가 하향으로 운행하는 경우, 상기 엘리베이터 코어(150)의 하부에 설치된 풍력 터빈 D(118)와, 상기 엘리베이터 카(210)의 하부 에 설치된 풍력 터빈 C(116)가 가동된다.
상기 풍력 터빈(112, 114, 116, 118)이 가동됨에 따라, 상기 풍력 터빈(112, 114, 116, 118)은 운동 에너지를 발생시키고, 상기 발생된 운동 에너지는 풍력 발전기(도 1 및 도 2의 120 참조)로 전달되어 전기 에너지로 바뀌게 된다.
상기 전기 에너지는 축전지(도 1의 130 참조)에 저장되고, 이후 변환기(도 1의 140 참조)를 통해 그 전압이 변환되어 고층 건물(200) 내 임의의 전기 장치로 공급될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다. 여기서, 상기 풍력 발전 방법은 도 1의 풍력 발전 시스템(100)에 의해 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 단계(510)에서 상기 풍력 발전 시스템은 고층 건물에 마련된 엘리베이터 코어의 내부 공간을 상하 방향으로 운행하는 엘리베이터 카의 운행에 따라 발생되는 바람을 이용하여 운동 에너지를 발생시킨다. 즉, 상기 풍력 발전 시스템은 상기 엘리베이터 코어 내부에 발생된 바람을 이용하여 풍력 터빈을 회전시킴으로써, 상기 운동 에너지를 발생시킬 수 있다.
여기서, 상기 풍력 터빈은 상기 엘리베이터 코어 내부의 상부 및 하부 각각에 복수로 설치되고, 상기 엘리베이터 카의 상부 및 하부 각각에 복수로 설치될 수 있다.
상기 풍력 터빈은 작은 바람에도 가동이 가능한 소형 풍력 터빈을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 소형 풍력 터빈은 예를 들면 50kW 이하의 출력을 가지며, 그 직경이 2.1m 이하이므로, 작고 가벼울 뿐만 아니라 중대형 풍력 터빈에 비해 상대적으로 적은 소음을 유발한다.
다음으로, 단계(520)에서 상기 풍력 발전 시스템은 상기 운동 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 즉, 상기 풍력 발전 시스템은 풍력 발전기를 이용하여 상기 운동 에너지를 상기 전기 에너지로 변환할 수 있다.
여기서, 상기 풍력 발전기는 상기 엘리베이터 코어의 내부에서, 상기 풍력 터빈과 물리적으로 연결되도록 설치될 수 있다. 즉, 상기 풍력 발전기는 상기 풍력 터빈과 축을 통해 물리적으로 연결되어, 상기 풍력 터빈으로부터 운동 에너지를 전달 받을 수 있다.
이러한 풍력 발전기는 상기 풍력 터빈과 일체형으로 형성될 수도 있다. 즉, 상기 풍력 발전기와 상기 풍력 터빈이 일체형으로 형성되어, 상기 엘리베이터 코어의 상부 및 하부, 상기 엘리베이터 카의 상부 및 하부에 각각 복수로 설치될 수 있다.
다음으로, 단계(530)에서 상기 풍력 발전 시스템은 상기 전기 에너지를 축전지에 저장한다. 여기서, 상기 축전지는 상기 풍력 발전기의 동작을 제어하는 풍력 발전소 기계실의 내부에 설치될 수 있다.
다음으로, 단계(540)에서 상기 풍력 발전 시스템은 상기 축전지에 저장된 전기 에너지를 변환하여 상기 고층 건물 내의 전기 장치(엘리베이터 포함)로 공급할 수 있다. 즉, 상기 풍력 발전 시스템은 인버터를 이용하여 상기 전기 장치의 동작 전압 레벨에 대응하여 상기 전기 에너지의 전압 레벨을 변환한 후, 상기 전기 장치 로 공급할 수 있다.
여기서, 상기 인버터는 상기 풍력 발전기의 동작을 제어하는 풍력 발전소 기계실의 내부에 설치될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템 및 방법에 의하면, 고속 엘리베이터 카의 수직 운행 시 발생하는 기류(바람)을 신재생 에너지인 풍력 발전의 원동력으로 사용함으로써, 상기 풍력 발전에 의해 발생되는 전기 에너지를 고층 건물의 전기 장치에 공급할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템 및 방법에 의하면, 연돌 현상에 의해 고층 건물 내부에서 발생되는 기류(바람)을 최소화할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템의 위치도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 적용되는 풍력 터빈의 변형 예를 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템의 사용 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 풍력 터빈
120: 풍력 발전기
130: 축전지
140: 변환기
150: 엘리베이터 코어
160: 풍력 발전기

Claims (10)

  1. 고층 건물에 마련된 엘리베이터 코어의 내부 공간을 상하 방향으로 운행하는 엘리베이터 카의 운행에 따라 발생되는 바람에 의해 회전하는 풍력 터빈;
    상기 풍력 터빈의 회전에 의해 발생되는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 풍력 발전기; 및
    상기 전기 에너지를 저장하는 축전지
    를 포함하는 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 풍력 터빈은
    상기 엘리베이터 코어의 상부 및 하부 각각에 복수로 설치되고, 상기 엘리베이터 카의 상부 및 하부 각각에 복수로 설치되는 것을 특징으로 하는 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 풍력 터빈은
    모든 방향으로부터의 바람에 가동 가능하도록, 각각 X, Y, Z축 방향으로 배치되는 3개의 짐벌이 구체(球體) 모양으로 결합되고, 상기 Y축 방향으로 배치된 짐벌에는 로터가 형성되는 자이로 풍력 터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 풍력 터빈은
    작은 바람에도 가동이 가능한 소형 풍력 터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 엘리베이터 카의 상부 및 하부에 설치된 풍력 터빈은
    상기 엘리베이터 카의 상부 및 하부의 바깥쪽 부분에 설치되는 것을 특징으로 하는 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 풍력 터빈 및 상기 풍력 발전기는
    상기 엘리베이터 코어의 내부에서 서로 물리적으로 연결되도록 설치되고,
    상기 축전지는
    상기 풍력 발전기의 동작을 제어하는 풍력 발전소 기계실의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 축전지에 저장된 전기 에너지를 변환하여 상기 엘리베이터를 포함하는, 상기 고층 건물 내의 전기 장치로 공급하는 변환기
    를 더 포함하는 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 시스템.
  8. 고층 건물에 마련된 엘리베이터 코어의 내부 공간을 상하 방향으로 운행하는 엘리베이터 카의 운행에 따라 발생되는 바람을 이용하여 운동 에너지를 발생시키는 단계;
    상기 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계; 및
    상기 전기 에너지를 축전지에 저장하는 단계
    를 포함하는 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 방 법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 운동 에너지를 발생시키는 단계는
    상기 바람을 이용하여 풍력 터빈을 회전시켜 상기 운동 에너지를 발생시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 축전지에 저장된 전기 에너지를 변환하여 상기 엘리베이터를 포함하는, 상기 고층 건물 내의 전기 장치로 공급하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고층 건물 고속 엘리베이터의 연돌 효과를 이용한 풍력 발전 방법.
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