KR20130043303A - 태양열과 연돌 효과를 이용한 풍력발전 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축물(타워) 외벽 남향에 설치된 (10)집열판으로부터 흡 열 된
(120)히트파이프 내의 열 에너지를 순환펌프(60)를 통해 타워 내부 하단부에
설치되어 있는 (20)방열기로 보내진다; 이때 집열판으로부터 흡 열 된 더운물이
방열기를 집중 통과하면서 방열기에 부설된 물 재킷(30)을 가열하여 미량의
수증기를 발생케 하고 방열기 주변에 더워진 공기는 수증기를 동반하여 수직으로
상승기류를 한다; 이때 수증기는 더운 공기가 포함하고 있는 수분을 응집하여
더운 공기의 밀도는 더욱 낮아지게 되고 더운 공기는 부력을 가속화하여 타워
내부를 통과한다; 가속화된 더운 공기가 수직으로 상승하여 타워 내부를 통과
하면서 타워 내부에 구비된 다수의 (80)풍력발전 터빈을 회전시켜 전기를 발생
하는 방법에 관한 것이다.

Description

태양열과 연돌 효과를 이용한 풍력발전{Solar and wind power generation funnel effect}

본 발명은 태양열 재생에너지를 이용하여 인위적인 바람을 일으켜 풍력으로 전기를

발전하는 시스템에 관한 것으로 건축물(타워) 남쪽에 설치된 (10)집 열 판으로부터

집 열 된 열 에너지를 (60)순환펌프를 통하여 타워 하단부에 설치된 (20)방열기

로 집중 통과시킴으로써 건축물 하단부의 공기를 가열하여 공기의 부력을 가속화

하고 (20)방열기로부터 전달받은 열원으로 인하여 (30)물 재킷은 미량의 수증기를

발생케 하여 더운 공기에 포함하고 있는 수분을 응집하여 더운 공기의 밀도를 떨어

뜨리 고 낮은 밀도의 더운 공기는 수증기를 동반하여 수직으로 상승하는 기류를

가속화하여 연돌 효과(굴뚝효과)를 이용한 풍력발전 장치에 관한 것이다.

태양은 지구상으로 무한청정 에너지를 끊임없이 보내주고 있다;

인류문명의 발달과 함께 경제산업에서는 전반적으로 석화에너지에 의존하고 있다;

이에 따라 석화에너지를 소비하는 대 있어 많은 이산화탄소를 배출하고 이로

인하여 이상기온 현상으로 온난화가 급속도로 진행되고 생태계와 자연환경에

많은 영향을 주고 있으며 또한 멀지 않아 석화 에너지마저 고갈될 위기에 봉착해

있다; 이와 같이 인류는 석화에너지에의 대체 에너지에 대하여 많은 연구를 거듭해

오고 있다; 그 결과 태양 광; 열; 풍력; 원자력; 수력; 조력과 같은 신 재생

에너지를 효율적으로 생산하기 위해 다 각도로 연구되고 있다;

종례의 풍력발전기는 철탑 및 원기둥을 세워 탑 상단부에 풍력발전 터빈 1기를

탑재하고 있다; 이와 같이 풍력발전소를 계속하여 건설한다면 자연경관을 해칠 수

있으며 설치비용 또는 설치 장소의 한계성과 유지보수에 많은 비용이 소요된다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 적은 면적이면서 많은 발전장치를 설치할

수 있는 방법과 설치장소에 제한을 받지 않고 주변환경의 경관을 해치지 않으며

산림훼손을 하지않고 풍력발전 시스템을 설치할 수 있는 방법이 요구된다;

따라서 본 발명은 건축물(타워) 남향에 (10)집열판을 설치하여 집 열 된 열원

을 건축물 하단에 부설된 (20)방열기에 (60)순환 펌프를 통해 집중 통과시켜

방열기 주변의 공기온도를 높이고 더운 공기의 밀도를 낮추기 위한 수단으로

(30)물 재킷을 증설하여 방열기로부터 전달받은 열에 의하여 (30)물 재킷은 미량의

수증기를 발생케 하고 이때 수증기는 더운 공기가 포함하고 있는 수분을 응집하여

더운 공기의 밀도는 더욱 낮아지게 되고 가벼워진 더운 공기는 부력을 받아

수직으로 상승하며 건축물 타워 내부를 통과하며 (20)방열기 하부에서 유입되는

공기는 수직으로 상승하는 공기량에 비례하여 계속하여 유입되어 반복 순환한다; 이때 부력을 받은 더운 공기가 상승하면서 타워 내부에 설치된 (80)풍력발전

터빈을 회전시켜 전기를 발생케 하는 시스템으로 이루어진다.

종례의 풍력발전 시스템은 산과 들, 또는 바다에 설치를 하고 있다;

아울러 이와 같이 풍력발전장치를 설치하기 위해서는 많은 면적이 필요하며

발전시스템의 유지보수 및 생산된 전력을 송전하는데 용이하지 못하다;

또한 풍력발전장치를 설치하기 위해서는 적절한 지형 및 평균 풍량,풍속을 사전

조사한 후 적합성에 따라 설치를 해야하고 때로는 산림훼손과 자연경관을 해칠

수도 있다; 본 발명에 따라 아파트형 건축물로 타워를 세워 층별로 풍력발전

시스템을 탑재하면 종례의 풍력발전 면적에 비해 비교할 수 없을 정도의 풍력발전

터빈을 다량 설치할 수 있으며 층별로 설치된 풍력발전 시스템에 대하여 유지

보수가 용이며 생산된 전력을 송전하는데 매우 유리하다;

건축물(타워) 내부에 설치된 풍력발전 터빈을 회전시키기 위한 수단으로 건축물

외벽에 설치된 (10)집 열 패널로부터 집 열 된 열원을 타워 하단부에 설치된

(20)방열기로 (60)순환펌프를 통해 집중 통과시켜 인위적인 바람을 일게 하여

(80)발전 터빈을 회전시켜 발전을 하는 대 있어 겨울철 집열판의 (120)히트파이프

내에 있는 물에 의하여 동파의 우려가 있다; 이를 방지를 위한 수단으로 집열판에 (110)온도센서를 부착하고 집열판 온도가 10℃ 이하로 내려가면 히트파이프 상단에

설치된 (40)솔레노이드밸브와 건축물 하단부에 설치된 물탱크 급수관과 체결된

(50)솔레노이드밸브에 전원이 공급되어 (40),(50)솔레노이드밸브가 동시에 열리게

되고 (40)솔레노이드밸브가 열리면서 외부로부터 공기가 유입되어 히트파이프

내의 물은 수위 차에 의하여 하단부에 설치된 (50) 솔레노이드밸브를 통하여

(120)히트파이프 내의 물이 흘러내려 (100)물탱크로 회수되고 (130)습도센서를

지나는 히트파이프 내에 물이다 빠지면 (40);(50)솔레노이드밸브에 전원이 차단

되고 집열판 히트파이프 내의 열교환 매체를 제거하여 동파를 방지한다;

이때 집열판에 속하는 히트파이프는 건축물(타워)을 이루는 외벽에 타설된

콘크리트와 건축물 하단부에 설치된 (20)방열기에 으르기까지 단열로 이루어진다;

이때 (120)히트파이프 내의 물을 대신하여 열 매체를 주입할 수 있으며 동파 방지

를 위해 부동액으로 열교환 매체로 대체할 수도 있다.

본 발명의 발전 타워를 (도면 2)에 도시한 바와 같이 아파트형으로 건설하여

층별로 풍력발전 터빈을 설치할 때 적은 면적의 공간에서도 많은 발전량을 기대할

수 있다; (도면 2)건축물 타워는 고층으로 갈수록 토지이용 효율을 높일 수

있으며; 건축물(타워) 높이에 비례하여 연돌 효과 극대화가 가증되고 이에 따라

건축물(타워) 외벽에 구비된 (10)집열판으로부터 집 열 된 열원을 하단부에 설치된

(20)방열기에 집중 통과 순환시켜 타워 내부에 설치된 다수의 풍력발전 터빈을

회전시켜 많은 발전량의 효과를 얻을 수 있다; (도면 3)과 같이 건축물 외벽에

설치된 (A)패널공간에서 흡 열 된 태양열을 건축물 하단에 부설된 방열기(B)로

(A)패널에서 흡 열 된 열원을 통과시킨다 볼 때; 마치 볼록렌즈로 태양 광을 모아

방열기를 가열하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다; (도면 2)와 같이 햇빛이 드는

도심지 어느 곳이든 건축이 용이하며; 종례의 풍력발전 장치를 설치하는 면적과

비교할 수 없을 정도로 많은 풍력 발전장치를 설치할 수 있으며 주변 환경의

경관을 전혀 해치지 않는다; 또한 인근 온천수 또는 공장에서 흘러나오는 폐열을

(20)방열기에 공급함으로써 자연 소멸 되는 열 에너지를 전기에너지로 환수할 수

있다; 도면 2(APT형),(단독형)과 같이 타워에 집 열 효과를 높이기 위한 수단으로

태양 광 추적장치를 설치하여 풍력발전을 할 수 있다;

도면 1
(10) 태양열 집열판
(20) 방열기
(30) 물 재킷
(40) 솔레노이드밸브 1
(50) 솔레노이드밸브 2
(60) 순환펌프
(70) 솔레노이드밸브 3
(80) 풍력발전기
(90) 집 풍판
(100) 물탱크(축열조)
(110) 온도센서
(120) 히트파이프
(130) 습도센서
도면 2
풍력발전 건축물(타워유형)
아파트형과 단독형의 모형;
도면 3
방열기에 집중가열되는 예측도;
[A] 건축물 외벽에 설치된 집 열 패널;
[B] 건축물 하단부에 설치된 방열기;

본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수

있도록 본 발명의 실시 예에 대한 도면을 첨부하고 도면에 대하여 상세 설명을

하기 위해 도면에 부호를 붙였다; 본 발명의 실시 예에 따른 태양열과 연돌 효과를

이용하여 인위적인 바람을 일으켜 풍력으로 전기를 발전하는 장치에 대하여 도면 1

또는 도면 2 내지 도면 3을 참고로 하여 설명한다; 도면 1은 본 발명을 실시

함에 있어 (10)집 열 패널에 의해 흡 열 된 태양 열을 이용하여 (도면 2)와 같이

건축물 구조를 갖추고 집 열 된 열 에너지를 패널에 부착된 (110)온도센서가 30℃

이상이 되면 (60)순환펌프를 가동시켜 건축물 하단부에 설치된 (20)방열기로 순환

통과시켜 방열기 주변의 공기 온도를 높이고 방열기와 체결된 (30)물 재킷에서

발생하는 수증기와 (20)방열기로부터 가열된 더운 공기는 부력을 받아 수직으로

상승하고 타워 내부를 수직으로 통과하면서 타워 내부에 설치된 (80)풍력발전

터빈을 회전시켜 전기를 생산한다; 또한 겨울철에는 집 열 패널에 속하는 (120)

히트파이프 내의 물에 의해 동파 되는 것을 방지하기 위한 수단으로 (10)집열판에

부착된 (110)온도센서는 패널의 온도가 10℃ 이하로 내려가면 집열판 상단에

체결된 (40)솔레노이드밸브가 열리고 외부로부터 공기가 유입되는 과 동시에

타워 내부 하단부에 설치된 (100)물탱크로 급수관과 체결된 (50)솔레노이드밸브가

열리면서 패널 상단 부로부터 수위 차로 인하여 흘러 내려오는 물을 (100)물탱크로

회수시켜; (120)히트파이프 내의 열교환 매체를 제거하여 동파를 방지할 수 있다.

(10) 태양열을 집 열 하는 집열판
(20) 방열기는 타워 하단부의 공기를 가열한다;
(30) 물 재킷은 수증기를 발생하여 공기의 밀도를 낮춘다;
(40) 솔레노이드밸브 1은 히트파이프 내의 물을 제거할 때 공기가 유입 통로;
(50) 솔레노이드밸브 2는 히트파이프 내의 물이 물탱크로 흘러 보내는 통로;
(60) 순환펌프는 집 열 패널에서 흡 열 된 열 에너지를 방열기로 보낸다;
(70) 솔레노이드밸브 3은 히트파이프 내의 물을 제거할 때 물탱크 내의 적정 수위
를 유지하고 물탱크 내의 역류를 방지한다.
(80) 풍력으로 전기를 발생하는 장치;
(90) 집 풍판; 하단에서 불어오는 바람을 모아 발전 터빈의 회전수를 증가시킨다;
(100) 물탱크(축열조); 겨울철 집열판의 온도가 10℃ 이하로 내려갈 때 히트
펌프 내의 물을 회수하는 공간;
(110) 온도센서는 집열판의 온도가 30℃ 이상일 때 순환펌프를 구동시킨다;
(120) 히트파이프는 흡 열 된 열로 파이프 내를 지나는 물과 열교환을 한다;
(130) 습도센서는 하단부 히트파이프 내의 물이 제거되면 (40),(50)솔레노이드밸브
에 전원을 차단한다.

Claims (5)

1. 건축물 남향 외벽 면에 태양열 집열판을 설치하여 히트파이프 내의 더운물을
   (60)순환펌프를 통하여 건축물 하단부에 설치된 (20)방열기를 집중 가열하여
   (20)방열기 주변의 공기온도를 높여 연돌 효과를 가속화하기 위해 공기밀도를
   낮추기 위한 것을 특징으로 하는 장치;
2. 청구항 1에 있어서 (20)방열기에 (30)물 재킷을 부설하고 방열기로부터 전달
   받은 열에 의하여 미량의 수증기를 발생케 하고 수증기는 방열기에 의해 더워진
   공기 속에 포함된 수분을 응집하여 공기의 밀도를 더욱 낮춰 더운 공기의 부력을
   극대화하기 위한 것을 특징으로 한다.
3. 청구항 2에 있어 연돌 효과로 인하여 수직으로 상승하는 기류의 영향을 받아 타워
   내부에 구비된 다수의 (80)발전 터빈을 회전시켜 전기를 발생케 하는 풍력발전
   장치;
4. 건축물(타워) 하단부에 설치된 (20)방열기는 타워 남쪽에 설치된 (10)집 열
   패널에서 열원을 공급받는 것에 한정하지 않고 인근 온천수 및 공장에서 방출하는
   폐열을 (10)방열기로 집중 순환 공급하여 이루어질 수 있다.
5. 청구항 2에 있어서 도면 2 (APT형)와 같이 PAT형 또는 단독형 타워에 연돌 효과
   (굴뚝효과)를 이용한 풍력발전 시스템을 갖춘 것을 특징으로 하는 발전장치;
   

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