KR20120088133A - 수직형 집열 및 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광을 반사판에 의해 집광하면서 생성되는 고열로 가열되는 집열발전수단과, 이 열에 의해 발생되는 자연대류현상에 의한 바람을 이용하여 효과적인 풍력발전을 단일체로 조합하여 바람과 열을 이용하여 청정에너지를 얻기 위한 수직형 집열 및 풍력발전장치에 관한 것이다.
본 발명의 전체적인 구성은 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 내부에 설치되는 구동수단과, 상기 구동수단에 수직선상으로 설치되는 반원형상의 반사판과, 이 반사판의 외측에 부가되어 개폐되는 커버를 포함하는 하우징과, 상기 하우징의 상부에 일체로 설치되는 발전기로 구성된 풍력발전수단과; 반원형상의 반사판과, 이 반사판의 외측에 부가되어 개폐되는 커버를 포함하는 하우징과, 상기 하우징의 상부에 일체로 설치되는 발전기를 포함하는 집열발전수단으로 구성된 것이다.

Description

수직형 집열 및 풍력발전장치{Vertical solar and wind power generation apparatus}

본 발명은 태양광을 반사판에 의해 집광하면서 생성되는 고열로 가열되는 집열발전수단과, 이 열에 의해 발생되는 자연대류현상에 의한 바람을 이용하여 효과적인 풍력발전을 단일체로 조합하여 바람과 열을 이용하여 청정에너지를 얻기 위한 수직형 집열 및 풍력발전장치에 관한 것이다.

세계산업의 급속한 발전으로 이에 소요되는 전기는 나날이 증가추세에 있다.

이러한 전기는 상당부분을 화석연료를 열원으로 이용하여 얻어지는 것으로, 이는 다량의 공해오염원인 탄소의 배출로 인하여 생태계를 파괴하는 주 요인으로 지적되고 있다.

그리하여 이를 법으로 규제하여 탄소의 배출을 최대한 억제하고 있기에 이를 대체할 수 있는 에너지를 얻기 위한 방안이 다각도로 강구되고 있는 것이다.

따라서, 태양광과 바람을 이용하여 청정에너지를 얻기 위한 다양한 기술이 제안되어 보급되고 있는 것으로, 이는 태양광의 전기적인 성질을 이용한 태양광 발전기와, 태양광의 열성질을 이용하는 태양열 난방시스템으로 대별되는 것이다.

이에 더하여 태양열을 집열하여 일정온도 이상으로 가열된 열을 이용하여 발생되는 증기의 힘을 이용하여 터빈을 작동시켜 발전을 행하는 기술도 제안되어 있다.

기존의 이러한 발명은 태양열을 이용한 풍력발전장치의 개략적인 구성은 다수의 흡기공이 구비된 외측벽과, 상기 외측벽의 내부에 설치되고 외곽에 다수의 통기공이 마련된 원뿔형태의 베이스패널과, 상기 외측벽의 상부에 원뿔형태로 설치되며 중앙에 통기구가 형성된 프레임과, 상기 프레임에 설치되는 다수의 투명패널로 구성된 지붕과 상기 통기구에 직립되게 설치되며 내부의 열기를 외부로 배출하는 열기관과, 상기 열기관에 설치되는 풍력발전기로 이루어져 상부에 투명패널을 갖는 지붕을 설치하여 태양열에 의해 내부의 공기를 가열하여, 가열된 공기가 비중차에 의해 상부로 이동하여 열기관을 관통하면서 풍력발전기를 발전시켜 전력이 발생되도록 하므로서, 자연풍에 의한 풍력발전에 비해 전력을 일정하게 공급받을 받을 수 있는 것이다.

그러나, 상기의 기술은 풍력을 발생시키기 위해 다수의 투명패널과 흡기구로 구성되어지는 구조물 내부의 온도차에 의한 자연대류현상에 의한 풍력발전을 하려면 거대한 구조물과 대기를 모으기 위한 대규모의 토지공간이 필요하고 태양의 유무에 따라 발전이 되지 않을수 있으며, 태양광의 직접적인 이용이 되지 않는 간접적인 이용으로 효율이 떨어진다는 치명적인 문제점이 내재되어 있는 것이다.

또한, 기존의 태양광의 반사판을 이용하여 집열발전하기 위해서는 태양광을 집적하기 위한 반사판을 설치하기 위해서 대규모의 토지면적이 필요하여 토지면적이 좁은 국가에서 활용하기는 부적합한 것이다.

또, 직선형 반사판구조를 가진 태양열 발전방법은 대규모의 면적과 태양의 추적이 미흡하여 일정시간대에만 활용이 가능하다고 하는 단점을 가지고 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명은 최소한의 공간을 활용하여 풍력발전에 의한 전기와 집열된 열을 이용한 발전을 동시에 행할 수 있는 집열발전수단이 일체로 부가된 수직형 집열 및 풍력발전장치를 제공하는데 주 목적이 있는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 반사판이 태양을 따라 이동하면서 집열할 수 있도록 하여 집열효과를 극대화하는 동시에 반원형상의 반사판에 의해 형성되는 풍로에 의해 생성되는 바람을 효과적으로 활용가능한 수직형 집열 및 풍력발전장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 일몰 후 또는 흐린날 등 태양광을 이용할수 없는 경우 반사판의 전면에 개폐되는 커버에 의해 원통형상을 이루게하여 내부에서 자연대류현상을 촉진시켜 다량의 바람이 발생되도록 한 수직형 집열 및 풍력발전장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기위한 본 발명의 전체적인 구성은 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 내부에 설치되는 구동수단과, 상기 구동수단의 상부에 수직선상으로 설치되는 반원형상의 반사판과, 이 반사판의 외측에 부가되어 개폐되는 커버를 포함하는 하우징과, 상기 하우징의 상부에 일체로 설치되는 프로펠러에 의해 작동되는 발전기로 구성된 풍력발전수단과; 원통형상의 진공관과, 이 진공관의 내부중앙에 고정설치되어 열매체 또는 물을 상부로 이동시키는 중공관과, 상기 진공관의 상부에 장착되는 열교환기 또는 증기발생기와 발전기를 포함하는 접열발전수단으로 구성된 것이다.

특히, 상기 풍력발전수단을 구성하는 반사판은 반원형으로 하부가 곡선적층형으로 성형된 구조로 이루어진 것이다.

상기한 바와 같은 구조로 이루어진 본 발명은 협소한 공간을 활용하여 수직선상으로 시공되어 태양열의 집열에 따른 공기의 자연대류현상을 이용하여 풍력발전을 행할 수 있으며 자연풍의 바람통로를 유도하여 효과적인 풍력발전을 할 수 있으며, 이 반사판을 통하여 얻어지는 태양광으로 이용하여 진공관을 고온으로 가열하여 전기를 얻을 수 있게 되는 것이다.

또한, 반사판이 태양을 따라 이동하면서 집광하게 되어 제한된 시간에 다량의 에너지를 얻을 수 있는 유용한 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 구성상태를 예시한 사시도
도 2는 본 발명의 종단면도
도 3은 본 발명을 구성하는 풍력발전수단의 구성상태를 예시한 평면도
도 4는 본 발명을 구성하는 집열발전수단의 구성상태를 예시한 정면도
도 5는 본 발명을 구성하는 하우징의 구성상태를 예시한 것으로서,
(a)는 커버가 개방된 상태의 평면도이고,
(b)는 커버가 닫힌 상태의 평면도

이하 본 발명의 전체적인 구성상태 및 이로부터 얻게 되는 특유의 효과 등에 대하여 첨부도면을 이용하여 상세히 설명하면 하기와 같다.

먼저 도 1에 도시되어있는 바와 같이, 본 발명은 자연대류현상으로 발생되는 바람을 이용하여 전기를 얻는 풍력발전수단(20)과, 상기 풍력발전수단(20)을 구성하는 반사판(10)에 의해 가열되는 열에 의해서 온수 또는 열에너지를 얻는 집열발전수단(30)을 지지대(35)를 이용하여 단일체로 조립하여 수직선상으로 시공하는 구조로 이루어진 것이다.

상기 풍력발전수단(20)은 지표면에 고정되는 베이스 플레이트(3)와, 상기 베이스 플레이트(3)의 내부에 설치되는 구동수단(8)과, 상기 구동수단(8)에 수직선상으로 설치되는 반사판(10)과, 이 반사판(10)의 외측에 부가되어 개/폐되는 커버(12)를 포함하는 하우징(15)과, 상기 하우징(15)의 상부에 일체로 설치되는 풍력발전기(19)로 구성된 것이다.

상기 베이스 플레이트(3)은 원반형상으로서, 양측에는 견고한 고정을 도모하기위한 고정편(1)이 부가된 구조로 이루어진 것이다.

상기 베이스 플레이트(3)의 내측에 장착되는 구동수단(8)은 도 2에 도시되어있는 바와 같이, 후술하는 하우징(15)을 구성하는 반사판(10)과 커버(12)를 선택적으로 회전시키는 기능을 갖는 것으로서, 이의 구성은 기판(4)과, 이 기판(4)의 하부에 장착되어 종동기어(5)와, 상기 종동기어(5)에 기어결합되어 모터(6)에 의해 좌/우로 회전하는 원동기어(7)를 포함하는 구조로 이루어진 것이다.

그리고 구동수단(8)에 의해 좌/우로 작동되면서 태양광을 집열함과 아울러 자연대류현상을 일으키는 하우징(15)을 구성하는 반사판(10)은 대략 반원형상으로 이루어진 것으로서, 이는 도 2에 도시되어있는 바와 같이, 태양광을 효율적으로 집광하기 위하여 하부에 곡면부를 갖는 것으로, 여러 개를 적층형으로 조립한 구조로 이루어진 것이다.

한편, 상기 반사판(10)의 외측면에 부가되는 커버(12)은 반사판(10)의 전면을 폐쇄하여 자연대류현상을 촉진하는 것으로, 이는 원주상으로 작동하면서 반사판(10)의 전면을 폐쇄하여 원통형상을 이루어 하부유입구를 통하여 상부까지 자연대류현상을 가일층 촉진시키게 되는 것이다.

또한, 하우징(15)의 상부에 일체로 장착되는 풍력발전기(19)는 원통형상의 송풍관(17)과, 이 송풍관(17)의 내부중앙에 설치되는 휀(18)으로 구성된다.

상기 송풍관(17)은 하우징(15)에 의해 발생되는 자연대류현상으로 생성되는 바람을 포집하여 휀(18)의 고속회전을 도모하는 동시에 자연풍을 반사판(10)의 반원구조에 따라 형성되는 바람의 경로를 효과적으로 이용하기 위한 것이다.

이러한 구조를 갖는 풍력발전기(19)는 송풍관(17)의 내부에 설치하는 폐쇄형과, 송풍관(17)의 외부에 설치하여 자연대류현상에 의한 바람과 자연풍에 의해 휀(18)을 동시에 회전시키는 노출형으로 제작이 가능한 것이다.

그리고 풍력발전수단(20)을 구성하는 하우징(15)의 전측중앙에 위치하는 집열발전수단(30)은 원통형상의 진공관(22)과, 이 진공관(22)의 내부중앙에 고정설치되어 열매체 또는 물을 상부로 이동시키는 중공관(24)과, 상기 진공관(24)의 상부에 장착되는 발전기(26)로 구성된 것이다.

상기 진공관(22)은 태양열을 입사하여 외측으로 발산하는 반사판(10)에서 가해지는 열에 의해서 고열로 가열하는 기능을 수행하게 되는 것이다.

또한, 상기 진공관(22)에서 발생된 고열에 의해 내부 중앙에 장착되어 열매채를 이동시키는 중공관(24)을 가열하게 되는 것이다.

이와 같이 진공관(22)의 상부에 장착된 발전기(26)와 열교환기를 부설하여 진공관(22)에서 발생되어 상부로 이동하는 열에 의해 작동되어 전기를 얻거나, 또는 열교환기나 증기발생기에서 생성되는 열과 증기를 이용하여 발전하거나 일반가정으로 공급하여 다양한 용도로 활용하게 되는 것이다.

그리고 상기 풍력발전수단(20)을 구성하는 하우징(15)의 상단에는 3개의 지지대(35)를 부가하여 지면에 견고하게 고정설치하게 되는 것이다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 아파트와 같은 공동주택의 여유공간에 태양열을 장시간 집열이 가능한 위치를 선정하여 시공되거나 독립적인 공간을 이용하여 시공할 수 있는 것이다.

이렇게 시공이 완료된 본 발명은 태양열을 집열하게 되는데, 이의 집열을 하우징(15)을 구성하는 반사판(10)에 의해서 이루지게 되는 것이다.

이때, 반사판(10)은 구동수단(8)에 의해서 태양의 위치를 따라 이동되면서 집열하게 되므로서 일출에서 일몰까지 태양열의 집열이 가능하게 되는 것이다.

이와 같이 집열과정에서 고온의 열이 발생되어 내부에는 자연적으로 자연대류현상이 자연상태보다 더 촉진되어 바람이 상부로 이동하게 되는 것이다.

상부로 이동되는 바람은 송풍관(17)에 의해 포집되어 내부에 장착된 휀(18)을 고속으로 회전시켜 다량의 전기를 얻게 되는 것이다.

한편, 반사판(10)에서 발생되는 고열은 전측에 수직선상으로 입설된 집열발전수단(30)을 구성하는 진공관(22)을 가열하여 내부에 고열이 발생된다.

상기 고열은 상부로 이동하여 집열발전수단(30)을 작동시켜 전기를 얻게 되고, 또 진공관(22)의 중앙에 배설된 중공관(24)으로 유동되는 열매체를 가열하게 되는 것이다.

또, 중공관(24)의 내부로 유동되면서 가열된 열과 증기는 유출관(24a)을 이용하여 증기를 이용한 발전을 행하거나 일반가정을 공급하여 온수나 난방용수로의 활용이 가능한 것이다.

특히 본 발명은 눈이나 비가 내려 태양열의 집열이 어려운 경우 반사판(10)의 외측에 부가된 커버(18)를 회전시켜 전측을 폐쇄하여 원통형상을 이루도록 하므로서, 내부에서 강력한 자연대류현상과 더블어 바람의 통로를 형성하여 다량의 바람이 발생되어 상승하게 되어 이에 의해 풍력발전기(19)를 가동시키므로서 전기를 얻게 되는 것이다.

이상에서 본 발명을 특정한 바람직한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변경과 수정이 이루어질 수 있는 것이다.

3 : 베이스 플레이트 8 : 구동수단
10 : 반사판 12 : 커버
15 : 하우징 19 : 풍력발전기
20 : 풍력발전수단 22 : 진공관
24 : 중공관 26 : 열발전기
30 : 집열발전수단

Claims (2)

1. 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 내부에 설치되는 구동수단과, 상기 구동수단에 수직선상으로 설치되는 반원형상의 반사판과, 이 반사판의 외측에 부가되어 개폐되는 커버를 포함하는 하우징과, 상기 하우징의 상부에 일체로 설치되는 발전기로 구성된 풍력발전수단과; 원통형상의 진공관과, 이 진공관의 내부중앙에 고정설치되어 열매체 또는 물을 상부로 이동시키는 중공관과, 상기 진공관의 상부에 장착되는 발전기를 포함하는 집열발전수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 수직형 집열 및 풍력발전장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 풍력발전기를 구성하는 반사판은 반원형으로 다수개를 적층한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직형 집열 및 풍력발전장치.

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