KR101500277B1

KR101500277B1 - 부력을 이용한 발전시스템

Info

Publication number: KR101500277B1
Application number: KR20140085801A
Authority: KR
Inventors: 최재영
Original assignee: 최재영
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2015-03-06

Abstract

본 발명은 수조에 채워진 승강부의 승강 작동으로 에너지가 생산될 수 있도록 태양열 및 풍력 등의 자연에너지를 통하여 축열된 전기에너지로 에어펌프와 공기배출기 및 로우프구동부를 작동하여 새로운에너지가 생산될 수 있도록 한 부력을 이용한 발전시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명 유체가 채워지는 유체 저장관; 상기 유체 저장관의 내부를 수직하게 승,하강을 이루도록 설치되며, 공기의 주입으로 유체 저장관의 상부로 떠오름과 동시에 로우프의 담김으로 유체저장관의 하부로 가라앉는 승강부와; 상기 승강부에 연결되는 로우프의 풀고 당기기 위한 로우프구동부와; 상기 승강부로 주입하는 공기 주입부와 상기 승강부에 주입된 공기를 배출하는 공기 배출부와 상기 로우프 구동부에 연결되는 콘트롤러와; 상기 승강부의 승강 혹은, 하강 이동에 따른 운동 에너지로 전기 에너지를 생산하는 발전부; 및 상기 발전부를 통해 생산된 전기 에너지가 축전되는 축전부: 그리고, 축전부에 연결되며 자연에너지로 전기에너지를 생산하는 자연에너지공급부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 부력을 이용한 발전시스템이 제공된다.

Description

부력을 이용한 발전시스템{System for generation of electricity using buoyancy}

본 발명은 발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 수조에 채워진 튜브에 의한 케이스체가 부력으로 에너지가 생산될 수 있고, 케이스체를 하부로 잡아당기는 로우프에 의하여 하강하여 에너지가 생산될 수 있도록 함으로써 케이스체의 승,하강에 따른 에너지를 생산할 수 있도록 한 부력을 이용한 발전시스템에 관한 것이다.

일반적으로 발전 시스템은 전기를 생성하는 장치로써, 수력, 풍력, 조력, 파력, 원자력, 태양열 등과 같은 다양한 자연 자원을 이용하거나 석유, 가스 등의 천연 자원을 이용하여 전기를 얻게 된다.

이러한 발전시스템 중 화석연료를 연소시킴으로써 발생하는 열로 인해 동작하는 열기관은 탄산가스 등의 오염물질을 배출하여 지구 온난화 및 환경오염 등을 일으키는 문제점이 있었다.

또한 화선 연료의 부족에 의해 대체에너지로서 원자핵을 이용하는 연구도 활발히 진행되고 있지만, 방사물 폐기물에 대한 위험 때문에 일반적인 동력을 얻기에는 힘든 문제점이 있었다.

또한 수력 발전 장치의 경우 물이 낙하함에 따라 발생되는 위치 에너지를 이용하여 전기를 얻도록 구성되고, 풍력 발전 장치의 경우 바람의 힘에 의한 회전 에너지를 이용하여 전기를 얻도록 구성되고 있으며, 조력 발전장치의 경우에는 조수 간만의 차이를 이용하여 전기를 얻도록 구성되고 있고, 파력 발전 장치의 경우에는 파도의 힘에 의해 전기를 얻도록 구성되고 있다.

하지만, 전술한 각종 발전 장치들은 에너지원이 제공되지 않거나 혹은, 미약할 경우에는 전기를 얻을 수 없다는 단점을 가진다.

따라서, 전술한 종래의 각종 발전 장치들은 에너지원을 최대한 많이 제공받을 수 있는 장소에 설치되어야 한다는 위치상의 제약이 존재한다는 문제점을 가진다.

상기와 같은 문제점으로 인해 최근에는 자연계에 존재하는 수력, 풍력, 조력(潮力), 태양열 또는 부력 등을 이용하여 동력을 얻고자 하는 연구가 계속 진행되고 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-067039호 대한민국 특허등록 제10-0792779호 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0069545호

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 그 목적은 수조에 수용되어있는 케이스체가 승,하강하면서 얻은 에너지와, 태양열 및 풍력 등의 자연에너지를 통하여 축열된 에너지로 튜브공기주입을 함으로써 부력발생을 유도하고, 승,하강을 이루는 케이스체의 하부에 연결된 로우프가 모우터의 구동에 의하여 케이스체를 당김으로써 튜브를 수용하고 있는 케이스체가 승,하강작동에 의하여 에너지가 생산될 수 있도록 하는 부력을 이용한 발전시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 수조에 수용되어 있는 케이스체가 승. 하강하면서 에너지를 얻음과 동시에 태양열 및 풍력 등의 자연에너지를 통하여 축열된 에너지를 혼용하면서 튜브공기주입을 함으로써 부력발생을 유도하고 승,하강을 이루는 케이스체의 하부에 연결된 신축집게(lazy tongs)에 모우터의 구동으로 회동하는 피니언이 랙과 연동에 의하여 케이스체를 담김으로써 튜브를 수용하고 있는 케이스체가 승,하강작동을 이루게 되므로 에너지가 생산될 수 있는 부력을 이용한 발전시스템을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 부력을 이용한 발전시스템은, 유체가 채워지는 유체 저장관과; 공기주입부를 통하여 공급되는 공기의 주입 혹은, 배출 여부에 따라 팽창되거나 수축되는 공기 튜브와, 상기 공기 튜브를 감싸도록 형성되며, 상기 유체저장관의 내벽면에 설치되어 있는 복수개의 롤러가 구름운동 가능하게 설치된 케이스체를 상기 유체 저장관의 내부를 수직하게 승, 하강을 이루도록 설치되며, 공기의 주입으로 유체 저장관의 상부로 떠오름과 동시에 로우프의 담김으로 유체저장관의 하부로 가라앉는 승강부와; 상기 승강부로 주입하는 공기 주입부와 상기 승강부에 주입된 공기를 배출하는 공기 배출부와 로우프 구동부에 연결되는 콘트롤러와; 상기 승강부의 상면으로부터 수직한 방향으로 세워진 상태를 이루고 유체저장관의 상부에서 출입가능한 래크와, 상기 유체 저장관의 개구된 상단에 설치되면서 상기 래크와 맞물려 회전되는 피니언과, 상기 피니언에 결합된 구동축과, 상기 구동축에 연결되면서 구동축의 구동력에 의해 전기 에너지를 생산하는 발전기를 구비하여 상기 승강부의 승강 혹은, 하강 이동에 따른 운동 에너지로 전기 에너지를 생산하는 발전부; 상기 발전부를 통해 생산된 전기 에너지가 축전되는 축전부와; 상기 승강부에 연결되는 로우프의 풀고 당기기 위한 로우프구동부; 및 상기 축전부에 연결되며 자연에너지로 전기에너지를 생산하는 자연에너지공급부; 가 구비된 발전시스템에 있어서,
상기 자연에너지공급부는 바람의 힘을 기계적인 힘으로 바꾸어 회전력을 발생하는 풍차와, 태양열을 전기에너지로 발생시키는 태양열집진기를 병행하고,
상기 로우프구동부는 상기 콘트롤러에 신호에 의하여 작동되는 모우터에 연동하는 드럼과, 상기 유체저장관의 바닥면에 설치된 롤러에 결속되어 상기 드럼에 감기고 풀림이 가능하며 상기 케이스체의 하부에 연결되어 직각방향으로 안내되는 로우프로 구성되며,
상기 승강부는 일측면 상단에 센서부재를 설치하여 유체저장관의 내벽 일측에 상,하로 설치되어 있는 감지센서와 대응하면서 상기 콘트롤러에 전자적 신호 감지가 이루어지도록 구성되는 동시에 공기튜브에 부력에 승강하고, 모우터의 구동으로 회전하는 피니언이 신축집게에 고정되어 있는 랙을 기어물림되어 랙의 승강작동에 따라 신축집게가 접혀지고 펴짐에 따라 신축집게를 링크로 연결하는 케이스체가 승강작동을 이루도록 구성된 것을 특징으로 한다.

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이상에서 설명된 바와 같은 본 발명의 부력을 이용한 발전시스템은 공기튜브의 공기주입으로 발생하는 부력에 의하고 모우터의 구동력으로 당겨지는 로우프 또는 신축집게에 의하여 튜브를 수용하고 있는 케이스체가 승,하강운동을 통하여 에너지생성으로 발전 가능하도록 구성함으로써, 연료비를 절감하면서 발전시스템을 저렴한 비용으로 구성할 수 있는 효과가 있다.

특히, 태양열과 풍력의 자연 에너지를 이용하여 축열된 에너지로 에어펌프와 공기 배출기를 가동하므로 수조에 담겨진 튜브의 팽창에 의하여 케이스체가 부력의 힘으로써 에너지가 생산될 수 있도록 한 부력을 이용한 발전시스템을 제공하는데 있다.

또한 기후에만 의존하거나 태양 빛으로만 이용하던 기존시스템을 복합적인 자연에너지를 이용하여 축열에너지로 사용하므로 기후에 관계없이 발전운동을 이룰 수 있는 효과가 있다.

이와 함께, 본 발명의 발전 시스템은 어느 하나에 에어지로만 발전이 되는 것이 아니라 자연에너지를 이용하여 발전이 이루어짐에 따라 발전 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전 시스템을 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전 시스템의 공기 주입시 동작 상태를 설명하기 위해 나타낸 구성도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자연에너지공급부를 설명하기 위한 개략적으로 나타낸 구성도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 승강부 승강장치를 설명하기 위한 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 6은 도 5의 요부 구성도면이다.

이하, 본 발명의 발전 시스템에 대한 바람직한 실시 예를 첨부된 도 1 내지 도 4을 참조하여 설명하도록 한다.

첨부된 도 1과 같이 본 발명의 실시 예에 따른 발전 시스템은 크게 유체 저장관(100)과, 승강부(200)와, 공기 주입부(300)와, 공기 배출부(400)와, 발전부(500), 축전부(600), 자연에너지공급부(700) 및 로우프구동부(900)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 유체 저장관(100)은 유체가 채워질 수 있는 관으로 이루어지고, 지면으로부터 수직 상태로 설치되어 있으며, 상단 일부는 개방되어 있다.

상기 유체 저장관(100)의 하단은 폐쇄된 상태로 형성되지만, 개방된 상태로 형성하는 것이 바람직하다.

이는 상기 유체 저장관(100)이 지면에 대하여 그 내부에 저장되는 유체의 유출을 방지하기 위해 하단이 폐쇄되도록 형성하고, 도시를 생략하고 있지만 상기 유체 저장관(100)이 유체 내에 완전히 잠기는 관(예컨대, 바닷물이나 강물 내에 잠기는 관)일 경우에는 하단이 개방되도록 형성될 수도 있는 것이다.

이와 함께, 상기한 유체 저장관(100) 내의 상단측 내주면에는 후술될 승강부(200)의 과도한 상승 이동을 방지하기 위한 스토퍼(110)가 구비되어 있다.

상기한 스토퍼(110)는 상기 승강부(200)의 과도한 상승을 방지하여 상기 승강부(200)가 유체 저장관(100) 외부로 탈거되는 문제점 혹은, 후술될 발전부(500)를 손상하는 문제점 등을 미연에 방지하는 역할을 수행하게 된다.

상기 승강부(200)는 상기 유체 저장관(100) 내부를 수직하게 승강하는 구성체이다.

이러한 상기 승강부(200)는 공기튜브(220)에 공기의 주입시 케이스체(210)가 상부로 떠오름과 더불어 공기튜브(220)의 공기가 외부로 배출됨과 동시에 케이스체(210)를 하부로 당기는 힘에 의하여 저장관(100) 내의 저부로 가라앉도록 구성된다.

이를 위해, 본 발명의 실시 예에서는 상기한 승강부(200)가 공기 튜브(220) 및 케이스체(210)를 포함하고 케이스체(210)는 로우프구동부(900)에 연결되어 있다.

여기서, 상기 공기 튜브(220)는 그 내부로 공기의 주입 혹은, 배출 여부에 따라 팽창되거나 혹은, 수축 가능하게 형성되는 것이 바람직하다.

여기서 상기 공기 튜브(220)는 고무 재질이나 합성 수지(예컨대, 비닐 등) 재질로 형성됨이 바람직하다.

상기 케이스체(210)는 상기한 공기 튜브(220)를 수용함과 동시에 외부를 감싸면서 상기 유체 저장관(100) 내부를 승,하강하는 케이스이다.

이러한 상기한 케이스체(210)는 그 자중에 의해 유체에 가라앉을 수 있는 중량체(예컨대, 납이나 금속 및 경질합성수지 등의 재질)로 구성됨과 더불어 내부 공간으로 유체의 유출입이 가능한 그물망 형상으로 형성되고 있다.

이러한 케이스체(210)의 구조는 그 내부에 구비되는 공기 튜브(220)의 과도한 팽창을 방지할 수 있도록 함과 더불어 그 자체로는 부력이 불가능하고 자중에 의해 유체에 가라앉을 수 있는 중량체로 구성되고 있다.

여기서 케이스체(210)의 하부는 하강을 도울 수 있도록 후술하고 있는 로우프(916)가 연결되어 있고, 일측면 상단에는 센서부재(912)를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 상기한 승강부(200)의 외주면은 유체저장관(100)의 내측벽에 복수개 설치된 복수의 롤러(230)와 대응하도록 설치되어 있다.

상기한 롤러(230)들은 상기 유체 저장관(100)의 내벽면 수직방향을 따라 구름운동이 가능하도록 구성됨으로써, 상기 케이스체(210)의 승강 이동시 마찰계수를 저하시키는 역할을 하게 된다.

여기서 롤러(230)는 상기 유체저장관(100)의 내벽 면에 복수개 설치되며 케이스체(210)의 외측 면과 대응하여 상호 마찰이 이루어지며 롤러(230)의 구름운동에 따른 케이스체(210)의 승강 작동이 양호하게 이루어질 것이다.

한편, 상기 케이스체(210)의 상면 및 저면은 그 끝단으로 갈수록 점차적으로 폭이 좁아지게 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 케이스체(210)가 유체 저장관(100) 내를 승강 이동하는 도중 유체 저항이 저감 될 수 있도록 하기 위함이다.

상기 공기 주입부(300)는 상기 승강부(200)를 구성하는 공기 튜브(220) 내로 공기를 주입하기 부재이다.

상기 공기 주입부(300)에 의해 공기 튜브(220) 내로 주입되는 공기는 상기 공기 튜브(220)가 부력체를 이루도록 함으로써 부력의 힘에 의해 승강부(200)가 상승 이동될 수 있도록 한 것이다.

상기한 공기 주입부(300)는 에어 펌프(310)와 호스체(320)로 구성된다.

여기서, 상기 에어 펌프(310)는 외부 공기를 펌핑하여 제공하는 펌프이고, 호스체(320)는 상기 에어 펌프(310)에 의해 펌핑된 공기를 상기 공기 튜브(220) 내로 주입하도록 연결된 호스이다.

이때, 상기 호스체(320)는 유연한 재질로 형성됨과 더불어 상기 승강부(200)의 승강 거리에 대응되는 길이를 갖도록 형성된다. 이는 승강부(200)의 승강 이동 도중 호스체(320) 역시 승강부(200)와 함께 상승되거나 하강될 수 있도록 하기 위함이다.

상기 공기 배출부(400)는 상기 승강부(200)의 공기 튜브(220) 내로 주입된 공기를 외부로 배출하여 공기 튜브(220)가 축소되도록 하기 위한 구성부재이다.

상기한 공기 배출부(400)는 상기 호스체(320)의 어느 한 부위와 연통된 상태로 관로의 개폐가 가능한 벤트관(410) 및 이 벤트관(410)의 관로를 개폐하는 개폐밸브(420)로 구성된다.

즉, 승강부(200)가 하강 이동될 경우에 상기 벤트관(410)의 관로를 개방함으로써 상기 승강부(200)를 이루는 공기 튜브(220) 내의 공기가 상기 벤트관(320)을 통해 외부(대기)로 자동 배출될 수 있도록 한 것이다.

상기 발전부(500)는 상기 승강부(200)의 승,하강 이동에 따른 이동력을 제공받아 이 이동력이 가지는 운동 에너지로 전기 에너지를 생성하는 부재이다.

본 발명의 실시 예에서는 상기한 발전부(500)가 상기 승강부(200)를 이루는 케이스체(210)의 상면으로부터 수직한 방향으로 세워진 상태를 이루도록 형성된 래크(510)와, 상기 유체 저장관(100)의 개방되어 있는 상단에 설치되면서 상기 래크(510)와 맞물려 회전되는 피니언(520)과, 상기 피니언(520)에 결합된 구동축(530)과, 상기 구동축(530)에 연결되면서 상기 구동축(530)의 구동력에 의해 전기 에너지를 생산하는 발전기(540)를 포함하여 구성되어 있다.

물론, 상기한 구동축(530)에는 증속기(550)가 더 포함되어 구성됨으로써, 상기 발전기(540)가 상기 증속기(550)를 통해 증속된 구동력을 제공받도록 연결됨이 더욱 바람직하다.

상기 축전부(600)는 상기 발전부(540)를 통해 생성된 전기 에너지를 축전하는 축전지를 의미한다.

이때, 상기한 축전부(600)에 축전된 전기는 인버터(800)를 통해 가정용 AC 전기로 전환이 되고 일부는 상기 공기주입부(300)의 에어 펌프(310)를 동작시키는데 사용되고, 남는 전기는 가전제품이나 다른 용도로 사용할 수 있을 것이다.

즉, 상기 공기 주입부(300)의 에어 펌프(310)를 동작시키는 전원을 자연에너지공급부(700)와 함께 본 발명의 발전 시스템에 의해 생산된 전기를 함께 이용하도록 한 것이다.

여기서 상기 축전부(600)에는 자연에너지공급부(700)가 연결되어 충분한 전원이 축전될 수 있다.

즉, 풍력으로 회전하는 풍차(710)와 태양을 집열하는 태양열집열기(720)로 전기에너지를 얻을 수 있는 자연에너지공급부(700)가 축전부(600)에 연결되어 전기에너지를 축전하게 되는 것이다.

상기 풍차(710)은 바람의 힘을 기계적인 힘으로 바꾸어 회전력을 발생하면서 증속된 회전력으로 자기장을 일으켜 전기를 발생하여 축전부(600)에서 축전이 일어나는 것이다.

또한 태양열집진기(720)는 태양열을 집열하여 에너지로 발생하여 축전부(600)에서 축전 가능한 것이다.

상기 로우프구동부(900)는 부력에 의하여 상승되어 있는 케이스체(220)의 하부에 연결되는 로우프(916)와, 사익 로우프(916)를 당기고 풀김이 가능하도록 모우터(910)의 구동으로 정역회전이 이루어지는 드럼(912)으로 이루어지고, 상기 로우프(916)는 유체저장관(100)의 바닥면에 회동 자유롭게 설치된 로울러(914)를 포함하여 구성된다.

이러한 로우프구동부(900)와 후술될 신축집게구동부(950)는 콘트롤러(920)의 전기 및 전자적인 작용에 의하여 자동조정이 가능하게 된다.

상기 콘트롤러(920)는 일반적인 전자적 구성요소로 이루어진 것으로 구체적인 구성과 작용은 생략한다.

또한 상기 콘드롤러(920)는 상기 케이스체(210)의 외면부 일측 상단에 설치되어 있는 센서부재(912)와 대응하여 케이스체(220)의 위치를 감지할 수 있도록 유체저장관(100)의 내벽 일측면에 상,하단에 설치되어 있는 감지센서(911a)(911b)와 연결되어 있다.

여기에서 감지센서(911a)(911b)는 돌출형으로 이루어지고 있으나, 상기 센서부재(912)는 유체저장관(100) 내에서 복수개의 롤러(230)에 외측면이 안내되어 이동될 때 상기 롤러(230)에 장애를 받지 않도록 매립형태로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 승강부 승강장치를 개략적인 구성도로 나타내고, 도 6은 도 5의 요부 작동구성도를 나타내고 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에서는 상기한 승강부(200)가 공기 튜브(220) 및 케이스체(210)를 포함하고 케이스체(210)는 신축집게구동부(950)에 연결되어 있다.

이때, 상기 신축집게구동부(950)는 상기 승강부(210)의 하단부에 연결되는 링크(962)와 회동이 자유롭게 연결되는 신축집게(960)와 상기 신축집게(960)를 고정하면서 상기 저장관(100)의 내부 바닥면에 고정되는 지지브라켓(964a)(964b)과, 상기 신축집게(960)의 상단교차되는 중심선상에 외부에서 내부로 유입되어 회동이 자유롭게 설치되는 피니언(966)과 상기 피니언(966)과 대응하며 상기 신축집게(960)의 상단교차지점에 고정설치되는 랙(968)을 포함한다.

여기서 상기 랙(968)은 상기 피니언(966)과 치합될 수 있도록 신축집게(960) 상부교차지점에 고정되고 그 수직길이는 승강자유롭게 안내될 수 있는 길이로 설치됨이 바람직하다.

또한 상기 피니언(966)은 유체저장관(100)의 외부에서 내부로 관통된 구동축축(969)에 삽입되어 정역회전이 가능하고, 구동축(969)는 도시를 생략한 모우터에 의하여 회전이 이루어진다.

상기 신축집게(960)는 상기 승강부(200)의 승강 거리에 대응되는 길이를 갖도록 교차되고 중앙에 리벳체결되어 형성된다. 이는 승강부(200)의 승강 이동 도중 신축집게(960) 역시 승강부(200)와 함께 상승되거나 하강될 수 있도록 하기 위함이다.

따라서 상기 신축집게구동부(950)는 케이스체(210)의 하부에 설치되어 케이스체(210)의 하강을 도울 수 있고, 신축조절되는 상단부와 하단부에는 센서를 설치하여 센서 감지를 통하여 모우터의 구동에 따라 상기 랙(968)과 피니언(966)이 구동되므로 안정하게 케이체(210)의 승강 작동을 유도하게 된다.

여기서 상기 센서감지구동은 상기 센서부재(912)와 감지센서(911a)(911b)가대응가능한 높이로 설치되는 원리를 그대로 적용하면 될 것이다.

하기에서는, 전술된 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 부력을 이용한 발전 시스템의 발전 과정에 대하여 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

먼저, 첨부된 도 1과 같은 최초의 상태에서는 승강부(200)가 유체 저장관(100) 내부의 저부에 위치된다.

이때, 상기 유체 저장관(100) 내부는 유체가 가득 채워진 상태임과 더불어 상기 승강부(200)를 이루는 공기 튜브(220)의 내부에는 공기가 배출된 상태이고, 이로 인해 상기 승강부(200)는 케이스체(210)의 하부에 연결되어 있는 로우프(916)가 모우터(910)의 구동으로 회동하는 드럼(912)에 감김과 동시에 케이스체(210)를 당김작용으로 인해 상기 유체 저장관(100) 내의 저부에 가라앉은 상태를 유지하게 된다.

이때, 센서부재(912)는 하부 감지센서(911a)에 대응하여 콘트롤러(920)에 감지된 상태를 유지하게 된다.

그리고, 상기한 최초의 상태에서 공기 주입부(300)를 구성하는 에어 펌프(310)가 콘트롤러(920)의 신호에 따라 공기주입 동작이 이루어지게 되면 상기 승강부(200)를 이루는 공기 튜브(220) 내부로 외부 공기의 주입이 이루어지며, 이로 인해 상기 공기 튜브(220)는 점차적으로 부풀게 된다.

따라서, 상기 공기 튜브(220)의 부력에 의해 승강부(200)는 상기 유체 저장관(100) 내의 저부로부터 점차 떠오르면서 상기 유체 저장관(100) 내의 상부측으로 이동된다.

이때, 유체저장관(100)의 내벽면에 설치되어 있는 복수의 롤러(230)가 상기 승강부(200)와 대응하여 구름운동에 의하여 승강작동을 저항없이 이루어지도록 하고 있고, 로우프(916)은 로울러(914)의 안내를 받아 직각상태로 풀림 작동을 이루게 된다. 이는, 첨부된 도 2의 상태와 같다.

여기서 복수 개의 롤러(230)는 케이스체(210) 외면에 대향하는 상태로 유체저장관(100)의 내벽에 수직방향에 대하여 복수개 설치되므로 상기 케이스체(210)의 승강작동에 구름운동에 따라 케이스체(210)를 원활하고 양호한 승강작동을 이루게 하고 있다.

또한 상기와 같이 승강부(200)가 상승 이동되면 센서부재(912)는 상부 감지센서(911a)에 대응하는 위치로 이동된 상태를 유지한다.

또한, 상기와 같이 승강부(200)의 상승 이동이 이루어질 경우에는 상기 승강부(200)의 상면에 수직하게 형성된 래크(510) 역시 상승 이동되고, 이러한 래크(510)의 상승 이동에 의해 상기 래크(510)에 맞물린 피니언(520)의 회전이 이루어지게 되며, 계속해서 상기 피니언(520)에 결합된 구동축(530)의 회전 동작에 의한 운동 에너지는 발전기(540)를 통해 전기 에너지로 변환된다.

이때, 상기 구동축(530)의 회전속도는 상기 발전기(540)로 전달되기 전에 증속기(550)를 통해 증속되기 때문에 더욱 높은 운동 에너지로써 상기 발전기(540)로 제공되며, 이로 인해 더욱 많은 전기 에너지를 얻을 수 있게 된다.

이후, 상기 발전기(540)를 통해 생산된 전기 에너지는 축전부(600)에 축전된다.

한편, 전술한 일련의 과정에 의해 승강부(200)가 유체 저장관(100) 내의 스토퍼(110)가 형성된 부위에까지 상승이동되면 상기 스토퍼(110)에 의해 더 이상의 상승 이동이 중단된다. 이는, 첨부된 도 3의 상태와 같다.

그리고, 상기한 바와 같은 승강부(200)의 상승 이동이 완료되면 콘트롤러(920)의 감지에 의하여 공기 주입부(300)를 이루는 에어 펌프(310)의 동작이 중단됨과 더불어 공기 배출부(400)를 이루는 벤트관(410)의 관로가 개방된다.

이로 인해, 상기 승강부(200)를 이루는 공기 튜브(220) 내의 공기는 상기 고기 튜브(220) 자체의 복원력 및 외기와의 기압 차이로 인해 상기 벤트관(410)을 통해 외부로 배출되면서 수축되고, 이에 따라 상기 승강부(200)에 적용되던 부력은 점차적으로 제거된다.

따라서, 상기 승강부(200)는 콘트롤러(920)의 신호에 의하여 작동하는 로우프구동부(900)을 구성하는 모우터(910)의 작동에 의하여 드럼(912)이 회동하여 인출된 로우프(916)을 감아주게 되면 로우프(916)의 당김 작용에 의하여 케이스체(210)을 당기게 됨으로써 점차 유체 저장관(100) 내의 저부로 하향 이동된다.

즉, 케이스체(210)의 하부에 연결되어 있는 로우프(916)로 잡아당기는 작용이 발생함으로써 승강부(200)가 유체 저장관(100) 내의 저부로 가라앉게 되는 것이다.

이때, 상기한 승강부(200)의 하강 이동이 이루어질 경우에는 상기 승강부(200)의 상면에 수직하게 형성된 래크(510) 역시 하강 이동되고, 이러한 래크(510)의 하강 이동에 의해 상기 래크(510)에 맞물린 피니언(520)의 회전이 이루어지게 되며, 계속해서 상기 피니언(520)에 결합된 구동축(530)의 회전 동작에 의한 운동 에너지는 발전기(540)를 통해 전기 에너지로 변환된다.

한편 상기 축전부(600)에는 자연에너지공급부(700)가 연결되어 풍력(710)과 태양열(720)을 통한 전기에너지가 축전부(600)에 축전되어 전기 에너지의 사용을 이루게 된다.

본 발명의 실시 예에 따르면 도 4에서와 같이, 상기 풍력을 이용한 풍차(710)는 바람의 힘을 기계적은 힘으로 바꾸어 회전력을 발생시키고 있다.

상기 풍차(710)의 회전력은 증속되면서 전기장을 일으켜 전기를 발생함과 동시에 축전부(600)을 통하여 일정량의 축전에너지가 만들어진다.

또한 태영열집기(720)는 태양열을 집진하여 전기에너지를 발생함과 동시에 축전부(600)에 보내져 전기에너지가 축전되는 것이다.

상기 풍차(710)는 수평형날개(712)와 수평형날개(712)에 연결되어 회전하는 수평축(713)과, 상기 수평축(714)에 상부기어박스(715)로 연결되어 회전하는 수직축(716)과, 상기 수직축(716)의 회전력을 제어하는 제동장치(717)와, 상기 수직축(716)을 지지하는 지지대(718)와, 상기 수직축(716)의 하부에 설치되는 하부기어박스(719)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면 도 4에서와 같이, 상기 풍차(710)는 수직형날개(713a)와, 상기 수직형날개(713a)에 연결되어 회전하는 수직축(714a)과, 상기 수직축(714a)을 지지하는 지지대(718a)와, 상기 수직축(714a)의 하부에 설치되는 하부기어박스(719a)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 풍력과 태양열을 병용한 자연에너지공급부(700)에 대한 실시 형태를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 보다 명확히 이해될 것이다.

도 4는 자연에너지공급부(700)를 구동하는 수평형 날개와 수직형 날개로부터 동력전달이 되어 얻어진 전기에너지를 축전부(600)로 전달하는 과정과 태양열집열기(720)로부터 태양열에너지로 전기를 생산하여 축전부(600)에 보내어 전기에너지가 축전되어 전기에너지의 사용이 가능하도록 구성된 풍력과 태양열을 병용한 자연에너지공급부(700)의 개략구성도이다.

도 4에 나타낸 바와 같이 자연에너지공급부(700)는 유체저장관(100) 내에 수직왕복운동이 가능한 승강부(200)의 공기주입관(300)의 작동을 위해 수평형 날개(713) 또는 수직형 날개(713a) 또는 수직형날개(713a) 중에서도 프로펠러타입, 사보니우스타입 등을 선택적으로 선정하여 이용할 수 있도록 구성된다.

도 4에 나타난 바와 같이 태양열집열기(720)는 축전부(600)와 연계하여 설치하므로 태양열집열기(720)의 기종이나 면적기준은 전기에너지를 축전하는 축전기(600)의 설치위치나 열용량과 연계운전하는 공기주입관(300)의 용량과 풍력에너지 자원과 태양열에너지 자원 조건에 맞게 집열기 면적을 산정하여 이용되도록 구성된다.

도 4에 나타난 바와 같이 바람으로부터 풍차(710)의 수평,수직형 날개(713)(713a)가 회전하고, 날개(713)(713a)의 회전력을 기계적에너지로 전달하기 위해 날개(713)(713a)와 직결된 수평축(714) 또는 수직축(714a)을 통해 동력전달수단이 구성된다.

상기 동력전달수단으로 수평축(714)과 수직축(714a)의 양단에는 지지용 회전베어링이 장착되어 풍차(710)의 수평 및 수직형 날개(713)(713a)로부터 회전토오크를 기계적 에너지로 전환한다.

상기 수평축(714)의 수직축(714a)으로의 전환은 상부기어박스(715)를 통해 방향전환을 하여 전기에너지를 얻어 축전기(600)에 축전하게 된다.

상기 풍차(710)를 구성하는 날개(713)(713a), 수평축(714),수직축(714a),상부기어박스(715),하부기어박스(719)(719a) 등의 부속장치들은 풍력의 회동력을 전달하는 동력전달수단으로서 이미 알려진 통상의 공지된 기술이므로 상세한 도면과 설명은 생략한다.

또한 상기 태양열을 이용하여 태양열집진기(720)를 통하여 전기에너지를 생성하여 축전기(600)로 보냐는 태양열집진기(720)의 부속장치들은 태양력으로 전기에너지를 생성하는 수단으로서 이미 알려진 통상의 공지된 기술이므로 상세한 도면과 설명은 생략한다.

한편, 도 5 및 도 6에서와 같이 본 발명에서는 상기 로우프구동부(900)외에 신축집게구동부(950)가 설치되어 있다.

여기서 상기 로우프구동부(900)와 연계되는 다른 구성요소는 동일함을 제시한다.

따라서 상기 신축집게구동부(950)는 도시를 생략하고 콘트롤러에 의하여 전기적인 신호로 온/오프 작동되는 모우터의 구동에 의하여 구동축(969)이 회전하면 피니언(966)이 회전하면서 신축집게(960)의 상단 교차중심부에 고정설치되어 있는 랙(968)을 수직방향으로 승강 작동시키게 된다.

이는 상기 피니언(966)과 랙(958)이 기어물림되고 피니언(966)의 회동에 따라 랙(958)이 상부 또는 하부로 이동되면 신축집게(960)는 접어지거나 펼쳐진상태를 이루게 되어 신축집게(960)의 이동되는 행정거리를 변화시킬 수 있을 것이다.

따라서 상기 신축집게(960)는 모우터의 전기적 구동에 의하여 피니언(966)과 랙(958)의 동작으로 하강한 후 멈춰진 상태를 유지하고 상기 공기튜브(210)의 부력작용으로 펼쳐지는 상태를 이루게 된다.

물론 상기 신축집게(960)는 무게를 최소화할 수 있는 합성수지계나 알루미늄재질로 이루어질 것이다.

결국, 전술한 바와 같은 본 발명의 발전 시스템은 공기의 주입 혹은, 배출 동작에 의해 승강부(200)의 상승 이동 및 하강 이동이 지속적으로 반복 수행됨으로써 연속적인 발전 작업이 가능하게 된다.

본 발명은 자연 에너지를 이용하는 기존의 발전 시스템은 바람이 불지 않거나 태양이 뜨지 않을 경우에는 해당 자연에너지를 이용 수 없는 반면, 본 발명의 발전 시스템은 날씨에 상관없이 발전 가능하다.

또한 자연에너지와 승강부의 승,하강운동에 의하여 생성된 전기적 에너지로 공기주입관과 모우터를 지속적으로 작동시켜서 공기를 펌핑하고 로우프의 당김을 이루면서 얻어진 에너지를 사용하게 하므로 본 발명의 발전시스템은 경제적인 사용을 이루게 한다.

100; 유체 저장관 110; 스토퍼
200; 승강부 210; 공기 튜브
220; 케이스체 230; 롤러
300; 공기 주입부 310; 에어 펌프
320; 호스체 400; 공기 배출부
410; 벤트관 420; 개폐밸브
500; 발전부 510; 래크
520; 피니언 530; 구동축
540; 발전기 550; 증속기
600; 축전부 700; 자연에너지공급부
710; 풍차 720; 태양열집진기
713; 수평형날개 713a; 수직형날개
714; 수평축 714a; 수직축
715; 상부기어박스 716; 수직축
717; 제동장치 718,718a; 지지대
719,719a; 하부기어박스 800; 인버터
900; 로우프구동부 910; 모우터
911a,911b; 감지센서 912; 드럼
914; 로울러 916; 로우프
920; 콘트롤러 950; 신축집게구동부
960; 신축집게 962; 링크
964; 지지브라켓 966; 피니언
968;랙 969; 구동축

Claims

유체가 채워지는 유체 저장관과; 공기주입부를 통하여 공급되는 공기의 주입 혹은, 배출 여부에 따라 팽창되거나 수축되는 공기 튜브와, 상기 공기 튜브를 감싸도록 형성되며, 상기 유체저장관의 내벽면에 설치되어 있는 복수개의 롤러가 구름운동 가능하게 설치된 케이스체를 상기 유체 저장관의 내부를 수직하게 승, 하강을 이루도록 설치되며, 공기의 주입으로 유체 저장관의 상부로 떠오름과 동시에 로우프의 담김으로 유체저장관의 하부로 가라앉는 승강부와; 상기 승강부로 주입하는 공기 주입부와 상기 승강부에 주입된 공기를 배출하는 공기 배출부와 로우프 구동부에 연결되는 콘트롤러와; 상기 승강부의 상면으로부터 수직한 방향으로 세워진 상태를 이루고 유체저장관의 상부에서 출입가능한 래크와, 상기 유체 저장관의 개구된 상단에 설치되면서 상기 래크와 맞물려 회전되는 피니언과, 상기 피니언에 결합된 구동축과, 상기 구동축에 연결되면서 구동축의 구동력에 의해 전기 에너지를 생산하는 발전기를 구비하여 상기 승강부의 승강 혹은, 하강 이동에 따른 운동 에너지로 전기 에너지를 생산하는 발전부; 상기 발전부를 통해 생산된 전기 에너지가 축전되는 축전부와; 상기 승강부에 연결되는 로우프의 풀고 당기기 위한 로우프구동부; 및 상기 축전부에 연결되며 자연에너지로 전기에너지를 생산하는 자연에너지공급부; 가 구비된 발전시스템에 있어서,
상기 자연에너지공급부는 바람의 힘을 기계적인 힘으로 바꾸어 회전력을 발생하는 풍차와, 태양열을 전기에너지로 발생시키는 태양열집진기를 병행하고,
상기 로우프구동부는 상기 콘트롤러에 신호에 의하여 작동되는 모우터에 연동하는 드럼과, 상기 유체저장관의 바닥면에 설치된 롤러에 결속되어 상기 드럼에 감기고 풀림이 가능하며 상기 케이스체의 하부에 연결되어 직각방향으로 안내되는 로우프로 구성되며,
상기 승강부는 일측면 상단에 센서부재를 설치하여 유체저장관의 내벽 일측에 상,하로 설치되어 있는 감지센서와 대응하면서 상기 콘트롤러에 전자적 신호 감지가 이루어지도록 구성되는 동시에 공기튜브에 부력에 승강하고, 모우터의 구동으로 회전하는 피니언이 신축집게에 고정되어 있는 랙을 기어물림되어 랙의 승강작동에 따라 신축집게가 접혀지고 펴짐에 따라 신축집게를 링크로 연결하는 케이스체가 승강작동을 이루도록 구성된 것을 특징으로 하는 부력을 이용한 발전시스템.
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