KR20110016542A

KR20110016542A - 동일축선상의 다중 중공축을 이용한 풍차(블레이드)또는 수차(터어빈)의 운 동에너지 저장 및 이용 장치

Info

Publication number: KR20110016542A
Application number: KR1020090074089A
Authority: KR
Inventors: 이용구
Original assignee: 이용구
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2011-02-18

Abstract

(가) 기술 분야

- 재생 에너지(풍력,수력,조력,파력등)를 이용한 발전 장치.

(나) 해결 하고자하는 과제

- 기존의 재생 에너(풍력,수력,조력,파력등)지를 이용한 발전 시스템은 설

계허용 범위 에서만 발전 가능하므로 허용 범위 이하의 에너지는 이

용을 하지 못함.

(다) 과제 해결의 수단

- 유체의 운동 에너지를 이용하는 풍차(블레이드) 또는 수차(터어빈)를 이용하여 저밀도 운동 에너지 저장할수 있도록 하였음.

이를 위해 동일 축선상의 다중 중공축(샤프트)을 사용하여 크기를 달리하 는 여러대의 풍차(블레이드) 또는 수차(터어빈)를 설치하고 회전 속도에 의하여 변속 가능한 변속 장치,운동 에너지를 저장하는 저장 장치, 그리고 일정한 힘이 축적이되면 이 에너지를 사용하기 위한 증감속기, 전기 또는 열에너지로 변환 할수 있는 에너지 변환장치(발전기)로 구성 되어짐

(라) 효과

기존의 풍차(블레이드)또는 수차(터어빈)에서 버려지는 에너지를 최대한

이용 할수 있도록 하여 유체의 운동에너지를 최대로 활용 할수 도록 고안

하였음.

유체,풍차, 수차, 에너지, 변속, 운동 에너지 저장, 다중공축

Description

동일축선상의 다중 중공축을 이용한 풍차(블레이드)또는 수차(터어빈)의 운 동에너지 저장 및 이용 장치{The kinetic energy store which uses the multiplex hollow shaft and use system}

풍력,수력,조력,파력 등을 이용한 전기 또는 열 에너지 변환 기술(발전분야)

기존의 풍력 및 수력,파력,조력등을 이용하여 발전을 할때 유체의 운동에너지가 설계치 이하의 운동을 할경우 풍차 또는 수차가 운동을 하여도 허용 범위 이하에서는 발전을하기 어려웠고 또한 저속의 운동 에너지에 대하여서는 기동을 하지 못하는 경우가 많음.

따라서 본 발명은 기존의 설계치 이하 유체의 운동에 대해서도 풍차(블레이드) 또 는수차(터어빈)가 운동을 할경우 운동 에너지를 저장 하였다가 정해진 저장량 이상이 되면 사용하는 장치.

또한 다중 중공축을 이용하여 크기를 달리하는 다단의 블레이드 또는 터어빈을 장착하였기 때문에 저속의 운동에너지도 사용 가능한 에너지로 변환하여 저장 함으로서 기존의 버려지는 운동에너지를 이용 할수 있게 하였음.

현재의 풍력 및 수력,조력,파력등의 운동 에너지를 이용한 발전 시스템은 크기와 관계없이 설계값을 정하여 설계를 하므로서 유체(기체,액체)의 운 동 에너지가 설계치 이하의 허용 범위를 벗어나면 발전을 할수가 없음.

따라서 발전을 할수 없는 운동 에너지는 이용을 하지못하는 단점이 있음.

다중 중공축을 이용하여 크기를 달리하는 다단의 블레이드 또는 터어빈을 장착하여 유체의 저속 운동에서도 블레이드 또는 터어빈을 구동시키고 구동되는 운동 에너지를 변속기를 통하여 운동 에너지를 저장한다. 지속적으로 저장된 운동 에너지가 사용가능한 정도로 저장이 되면 이를 증감속기를 통하여 발전기가 구동되도록 한다.

기존의 풍차(블레이드)또는 수차(터어빈)을 이용한 발전시스템은 설계범위

이하에서는 발전을 할수 없었으나 본 발명은 증속 또는 감속기를 이용 하여

저밀도 에너지를 고밀도화 시켜서 사용함으로서 발전효율이 크게 향상됨.

(Ex:풍력을 예로 들면 기존의 발전 시스템을 초속5m/sec로 설계를 하였다면

만약의 경우 4m/sec로24시간 바람이 불경우 발전량은 "0"이지만 본 발명은

이를 운동 에너지로 저장하였다가 발전기를 돌려 줌으로서 효율적인 발전을

할수 있음.

①동작 원리는 다음과 같다. 동일 축선상에 다중 중공축 그림1의 ⑨번을 이

용 하여 크기를 달리하는 여러대의 풍차(블레이드) 또는 수차(터어빈)(도면2의 ①,②,③,④)를 설치 한다

유체의 속도가 저속일 경우 소형 풍차(블레이드)및 수차(터어빈)가 회전하고 이를 적정비율로 감속하여 운동에너지 저장부(도면1의②)(도면3)의

축(도면1의)을 구동 하여 에너지를 저장 한다.

따라서 풍차(블레이드)및 수차(터어빈)의 크기에 따라 저속부터 고속의 유체 흐름 까지 이용할수 있도록 하였으며 유속의 세기와 회전 속도에 따라 변속 (도면2의⑥)이 가능하도록 하여 에너지의 이용률을 높인다.

각각의 블레이드 또는 터어빈은 독립적으로 구동을 하며 변속되어 전달되는 운동 에너지는 동일축(도면1의⑨)을 이용하여운동 에너지를 저장한다.

이때 각각의 블레이드 또는 터어빈과 연결되는 변속부의 축에는 각각의 라쳇트 기어(도면1의①)가 설치되어 지며 운동 에너지 저장부의 축에도 라쳇트 기어가 설치되어 저장된 운동 에너지가 역회전 하는것을 막는다

축적된 에너지를 사용 할경우 상기 도면6과 같이 구성이 되어있어 에너지를 사용하면서도 블레이드나 터어빈의 회전 에너지를 동시에 저장 할수 있게

하였다.

(가) 그림2의 ①,②,③,④,는 풍차의 블레이드 또는 수차의 터어빈을 표시함

(나) 유체가 저속으로 지나갈 경우 풍차의 블레이드 또는 수차의 터어빈중 작은것 부터 회전을 시작한다.

(다) 동작의 순서는 ④,③,②,①순서로 동작 한다.

(라) ⑤번은 다중 중공축으로서 도면상 4중으로 되어있으며 구동은 독립적으

로 한다

(마) ⑥번은 풍속과 구동에 따른 변속부 이다.

①번은 라쳇트 기어로서 역회전을 방지하고 독립적으로 구동하는 다중

중공축으로 부터 전달되는 운동 에너지를 전달 할수 있게 하는 역활을 한다. Ex)예를 들면 그림2의 1,2,3,4의 축중 1번만이 회전을하고 2,3,4,번은 멈추어 있을때 변속부분에서 1번만이 회전한다 이때 2,3,4,와 연결 되어 있는 변속 장치는 라쳇트 기어에 의하여 ⑨번축은 공회전을 하게 된다.

이런 현상은 나머지 2,3,4번의 축에도 동일하게 적용이되며 어느축이 구동을 하여도 다른 축의 영향을 받지않고 구동할수 있다.

또한 스파이럴 스프링의 탄성력과 기타 저항을 고려하여 변속부에서기본적으로 감속 운전을 한다. 현재 30:1로 감속 제작 하였음

(나) ②번은 ⑧번의 다중 중공축으로 부터 전달 되어진 운동에너지를 저장하는부분이다. 저장의 원리는 금속의 탄성을 이용하며 스파이럴 스프링을 이용한다(그림3 참조)
그림3의 제원 : 직경:190mm,폭:30mm,두께:0.7mm,총길이:30m

풍차(블레이드) 또는 수차(터어빈)의 크기에따라 크기는 변경 될수 있으

며 병렬 또는 직렬로 설치할수 있다.

(다) ③번은 증속부로서 일정한 에너지가 모여지면 ④번 장치에서 브레이크를 해제 하게 된다.이때 발전을 하기 위해서 고속 회전이 되어야 하기

때문에 증속을 하게 된다.증속 비율은 크기와 발전기의 용량에 맞추어

설정하게 되며 콘트롤러로 최종 회전속도를 제어 한다.(아래사진참조) 현재 증속 비율은 1: 60 으로 제작 하였음

2단 블레이드로서 관략하게 제작 되어진 모습이다.

Claims

운동 에너지를 저장하는 운동 에너지 저장부(스파이럴 스프링) 및 어셈블

리(도면4)
다중 중공축을 이용한 다중 블레이드 및 터어빈(도면2의①,②,③,④)
유체의 운동 속도와 다중 중공축의 속도 따른 변속 장치(도면1의⑤)
변속부에 설치된 역회전 방지를 위한 라쳇트 기어(도면1의①)
동일 축선상의 다중 중공축(도면1의⑧)
저장된 에너지를 이용하기위한 콘트롤러
증감속부의 일정한 회전속도를 조절할수 있는 콘트롤러(도면1의④)