KR20110009137A - 전기 에너지를 생성하기 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

전기 에너지를 생성하기 위한 장치가 제공된다. 하나 이상의 제너레이터가 유동 매체 내에 수용된 에너지를 회전 운동으로 변환시키기 위한 하나 이상의 가이드 요소를 포함하는 구동 장치에 연결된다. 상기 가이드 요소는 하나 이상의 열 교환기로부터 유입되는 가열된 배기의 유동 경로 내에 배열된다.

Description

전기 에너지를 생성하기 위한 장치{DEVICE FOR PRODUCING ELECTRIC ENERGY}
본 발명은 전기 에너지를 생성하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치 내에서 하나 이상의 제너레이터는 유동 매체 내에 수용된 에너지를 회전 운동으로 변환시키기 위한 하나 이상의 가이드 요소를 포함하는 구동 장치에 연결된다.
이러한 타입의 장치는 예를 들어 강에서의 물의 유동에 의해 또는 조류에 의해 작동되는 소위 풍력 컨버터 또는 터빈의 형태로 설계된다. 통상적으로, 이러한 시스템은 대형 시스템과 같이 설계되고, 특히 선호되는 사용 위치에서만 사용하기에 적합하다. 따라서, 이러한 시스템의 설치 및 작동은 투자 및 보수 비용이 상당히 소요된다.
본 발명의 목적은 다양한 타입의 이용 위치에서 분산된 이용(decentralized application)이 허용되도록 상기 언급된 타입의 장치를 설계하는 데 있다.
이러한 목적은 본 발명에 따라 구현되는데, 가이드 요소는 하나 이상의 열 교환기로부터 유입되는 가열된 배기의 유동 경로 내에 배열되다.
이러한 열 교환기는 빌딩 또는 제조 공정으로부터의 폐열을 주위 환경으로 배출시키는 다양한 타입의 냉각 시스템에 대해 이용된다. 이러한 열 교환기의 특히 통상적인 적용 분야는 전 세계에 걸쳐 거주지, 사무실 및 그 외의 다른 타입의 빌딩 내에서 이용되는 중앙 에어-컨디셔닝 시스템이다. 통상적으로, 이러한 에어-컨디셔닝 시스템은 콘덴서 유닛, 즉 높은 위치에 있는 지붕과 심지어 상당히 높은 빌딩에 빈번히 장착되는 리쿨러(recoller)가 장착된다.
이러한 콘덴서 유닛은 냉각제 회로, 복수의 금속성 열 교환기 표면 및 주위 공기를 열 교환기 표면으로 불어 넣는 블로워로 구성된다. 이를 위해 극히 강력한 블로워가 이용된다. 이러한 블로워는 상당히 크고 방향적으로 안정적인 공기의 움직임을 생성할 수 있다.
통상적으로, 블로워와 에어-컨디셔닝 시스템은 전력에 의해 작동되며, 이는 상당한 유지 비용이 발생됨을 의미한다. 통상적으로, 열 교환기 표면으로부터 빠져나가는 가열된 공기는 직접적으로 주위 환경으로 배출된다. 이러한 가열된 배기의 유동 경로 내에 제너레이터의 본 발명의 가이드 요소가 배열될지라도, 배기의 유동 에너지 내에 포함된 적어도 다소의 에너지를 회수할 수 있고, 적어도 다소의 열 에너지는 배기에 의해 전달된다.
지역적 상황에 의존하여, 블로워 또는 에어-컨디셔닝 시스템을 작동시키기 위해 필요한 적어도 다소의 전기적 에너지를 회수할 수 있다. 상승 기류의 힘을 이용하고 및/또는 특히 높은 빌딩에서의 바람의 강도와 조합하여, 유동 경로가 적절히 형성된다면, 가열된 배기는 주변의 상대적으로 저온의 공기에 비해 발달될 수 있고, 또한 적어도 특정의 기간 동안 에너지를 파워 그리드(power grid)로 되돌릴 수 있다.
따라서, 본 발명은 고온 현상의 감소를 통한 환경학적 장점 및 에어 컨디셔닝 시스템 또는 이와 유사한 장치의 작동 비용의 감소를 통한 경제적인 장점을 제공한다.
콤팩트한 형상은 가이드 요소를 열 교환기 위에 수직 방향으로 장착시킴으로써 구현될 수 있다.
공기가 열 교환기에서 실질적으로 수평방향으로 안내되는 경우에도 또한 가이드 요소는 열 교환기에 대해 나란히 수직방향으로 장착될 수 있다.
열 교환기에서 공기의 수평 유동의 경우 상승 기류 효과의 장점을 얻기 위해서도 또한 가이드 요소는 열 교환기 위에 수직 방향으로 장착되고 열 교환기로부터 횡방향으로 오프셋 설정될 수 있으며, 유동 가이드 요소에 의해 열 교환기에 연결될 수 있다.
선호되는 실시예에 따라서, 열 교환기는 에어-컨디셔닝 시스템의 쿨러와 같이 설계된다.
효과적 이용을 위한 특히 상당한 가능성은 하나 이상의 블로워를 에어 컨디셔닝 시스템에 장착함으로써 구현된다.
구동 장치와 제너레이터 사이에 기어박스를 장착함으로써, 풍력 컨버터의 영역에서 베어링 마찰이 감소될 수 있다.
이와 같은 방식으로, 특히 기어박스는 저속 회전 구동 장치(slow-turning drive)를 고속 회전 구동 장치(fast-turning drive device)에 연결하기 위한 속도비(speed ratio)를 가질 수 있다.
이러한 장치가 광전지 시스템을 포함한다면, 이용 조건이 가변 시 시간이 지남에 따라 일정하게 유지되는 수준의 에너지를 보다 용이하게 생성할 수 있다.
일정한 작동 및 높은 시스템 이용도는 에너지 저장 유닛을 상기 장치에 제공함으로써 보다 향상된다.
일 실시예에 따라서, 저장 유닛은 전기 에너지를 저장하도록 설계된다.
에너지는 수소를 생성하고 저장하기 위한 저장 유닛을 설계함으로써 물질의 형태로 저장될 수 있다.
에너지 생성은 자연풍을 이용하는 윈드 컨버터와 같이 구동 장치를 설계함으로써 보다 증가된다.
추가적인 에너지 포텐셜은 열적 상승 기류를 이용하는 윈드 컨버터와 같이 구동 장치를 설계함으로써 구현된다.
비용이 저렴하고 다양한 이용 조건에 적합한 기본적인 설계는 모듈식 형상으로 이용함으로써 제공된다.
성능 포텐셜(performance potential)은 전기 에너지를 생성하기 위한 적어도 2개의 모듈을 서로 연결시킴으로써 증가될 수 있다.
이러한 시스템의 유연성은 풍력 시스템을 전자 제어 유닛에 연결시킴으로써 증가될 수 있다.
특히, 윈드 컨버터에 대한 제동(brake)을 자동적으로 제어할 수 있는 제어 유닛을 설계할 수 있다.
실례의 실시예가 본 발명의 도면에 도시된다.
도 1은 콘덴서 유닛을 포함하는 풍력 시스템의 도면.
도 2는 콘덴서 유닛을 포함하는 풍력 시스템의 가능한 제 1 배열을 도시하는 도면.
도 3은 도 2에서의 실시예의 변형예를 도시하는 도면.
도 4는 그 외의 다른 변형예를 도시하는 도면.
도 5는 또 다른 변형예를 도시하는 도면.
도 6은 상대적으로 큰 풍력 시스템을 제조하기 위한 지지 하우징과 윈드 컨버터 사이의 연결을 도시하는 도면.
도 1에서의 실시예에 따라서, 풍력 시스템(wind power system)이 모듈식 자기 지지형 유닛으로 설계되며, 이러한 풍력 시스템의 외측 형상은 서로 연결된 조립식 하우징 바(4)에 의해 형성된다. 조립식 하우징 바는 회전 축(2)을 지지하고 이를 둘러싸는 안정적인 하우징을 형성하고, 상기 회전축(2) 상에 윈드 컨버터(wind converter, 1)가 장착된다. 바람직하게, 회전축(2)은 적어도 2개의 베어링(3) 내에서 안내된다.
윈드 컨버터(1)는 사보니우스 로터(Savonius rotor)의 특성과 다리우스 로터(Darrieus rotor)의 특성을 조합하도록 설계될 수 있다. 윈드 컨버터(1)는 공기의 이동에 의해 작동되고, 이러한 공기의 이동은 적어도 부분적으로 블로워(blower, 8)에 의해 형성된다 또한, 윈드 컨버터(1)는 자연풍에 의해 또는 온도가 증가됨에 따라 상승되는 공기에 의해 작동될 수 있다.
형성된 유동 방향에 의존하여, 풍력 시스템은 수직 또는 수평 위치에서 전력을 생성할 수 있다. 윈드 컨버터(1) 내에서 실질적으로 수직 유동 방향이 선호되는데, 이는 냉각 공기의 열적 상승 기류(thermal updraft)로부터 추가 장점이 제공될 수 있기 때문이다.
회전축(2)은 기어박스(10)에 의해 제너레이터(11)에 연결된다. 바람직하게, 기어박스(10)는 고속 변환비를 가지며, 이에 따라 윈드 컨버터(1)의 낮은 회전 속도가 제너레이터(11)의 높은 회전 속도로 변환될 수 있다. 제너레이터(11)는 선택된 설계에 의존하여 구체적으로 직류, 교류 또는 3-상 전류를 생성할 수 있는 전기 에너지를 생성하기 위해 제공된다. 적합한 전기적 컨버터에 의해, 대체로 그 외의 다른 에너지 형태로의 임의의 요구된 변환이 에너지가 제너레이터(11)에 의해 제공되는 원래의 형태를 고려하지 않고 수행될 수 있다.
풍력 시스템의 하우징의 외측에는 고정 플랜지(5)가 제공되며, 상기 고정 플랜지는 수평 및/또는 수직 방향으로 조절가능한 지지 스탠드 섹션(support stand section, 6)을 부착시키고 및/또는 고정시키기 위해 이용된다. 지지 스탠드 섹션(6)은 빌딩에 또는 빌딩 또는 그 외의 다른 구조물의 부품에 또는 이 위에 콘덴서 유닛(9)의 설치 및/또는 부착을 돕는다. 추가로, 지지 스탠드 섹션(6)은 풍력 시스템을 위한 부착 지점 및/또는 고정 기저부를 제공한다. 콘덴서 유닛(9)은 고정 부품(7)에 의해 지지 스탠드 섹션(6) 상에 지지될 수 있다. 콘덴서 유닛(9) 내측에서 통상적으로 블로워(8)는 유동 방향(14)을 생성한다.
풍력 시스템은 예를 들어 하나 또는 이보다 많은 콘덴서 유닛(9)의 블로워(8)의 공기 배출부 위에 직접적으로 수평방향으로 장착되고 및/또는 설치될 수 있다. 이는 도 2에 도시된다. 또한, 풍력 시스템이 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 좌측 또는 우측에서 블로워(8)의 공기 배출부에 대해 나란하게 직접적으로 설치될 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에 따라서, 이러한 풍력 시스템은 블로워(8)의 공기 배출부 전방에 수직 방향으로 직접적으로 설치된다.
도 6에 따르는 실시예에 도시된 바와 같이, 풍력 시스템을 이용하여 생성된 에너지는 광전지 유닛(photovoltaic unit, 12)을 제공함으로써 보충될 수 있다. 광전지 유닛(12)은 풍력 시스템 근처에 또는 풍력 시스템 상에 직접적으로 설치될 수 있다. 광전자 유닛(12)의 이용을 위해 몇몇의 가능한 변형예가 제공된다. 우선, 광전자 유닛(12)에 의해 제공된 전력은 블로워(8)에 전력을 공급하기 위해 이용될 수 있다. 특히, 이러한 기간 동안 연결된 에어-컨디셔닝 시스템의 콘덴서 유닛이 이용되지 않을 수 있다. 추가로, 자연풍 이동 또는 열적으로 생성된 공기 유동이 윈드 컨버터(1)로 안내될 수 있다.
에너지를 저장하기 위한 장치(13)는 풍력 시스템 근처에 제공될 수 있다. 저장 유닛(13)은 배터리 또는 수소 발생기와 같이 설계될 수 있다. 이 동안, 블로워(8)가 이용되지 않을 때, 저장 유닛(13) 내에 저장된 에너지(13)가 시스템을 작동시키기 위해 이용될 수 있다. 현시점에 생성되었지만 실질적으로 필요하지 않은 에너지도 저장 유닛(13)으로 전달된다.
바람직하게, 풍력 시스템은 모듈식으로 설계된다. 특히, 이는 도 6에 도시된 실시예에 따라 복수의 모듈을 병렬로 또는 직렬로 작동시킴으로써 구현될 수 있다. 개별 모듈이 커플러(coupler, 15)에 의해 서로 연결될 수 있다. 몇몇의 모듈을 서로 연결시킴으로써, 보다 많은 전력이 생성될 수 있고, 이에 따라 보다 많은 전기 에너지가 생성될 수 있다.

Claims (18)

  1. 전기 에너지를 생성하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치 내에서 하나 이상의 제너레이터는 유동 매체 내에 수용된 에너지를 회전 운동으로 변환시키기 위한 하나 이상의 가이드 요소를 포함하는 구동 장치에 연결되며, 상기 가이드 요소는 하나 이상의 열 교환기로부터 유입되는 가열된 배기의 유동 경로 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 가이드 요소는 상기 열 교환기 위에서 수직방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 가이드 요소는 열 교환기에 대해 나란히 수직방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 가이드 요소는 열 교환기 위에서 수직 방향으로 배열되고 또한 이로부터 횡방향으로 오프셋 설정되며, 유동 가이드 요소에 의해 열 교환기에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 열 교환기는 에어-컨디셔닝 시스템의 쿨러와 같이 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 에어-컨디셔닝 시스템은 하나 이상의 블로워(8)가 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 기어박스(10)가 상기 제너레이터(11)와 구동 장치 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 기어박스(10)는 저속 회전 구동 장치를 고속 회전 제너레이터에 연결하기 위한 회전비를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 광전지 시스템(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지 저장 유닛(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 저장 유닛(13)은 전기 에너지를 저장하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 저장 유닛(13)은 수소를 생성하고 저장하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 장치는 자연풍을 이용하는 윈드 컨버터(1)와 같이 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 장치는 열적 상승 기류를 이용하는 윈드 컨버터(1)와 같이 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 모듈식 설계로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 에너지를 생성하기 위한 2개 이상의 모듈이 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 풍력 시스템이 전기적 제어 유닛에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 제어 유닛은 윈드 컨버터에 대한 제동을 자동적으로 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
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