WO2010150932A1 - 발전장치 - Google Patents

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WO2010150932A1
WO2010150932A1 PCT/KR2009/003491 KR2009003491W WO2010150932A1 WO 2010150932 A1 WO2010150932 A1 WO 2010150932A1 KR 2009003491 W KR2009003491 W KR 2009003491W WO 2010150932 A1 WO2010150932 A1 WO 2010150932A1
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wind
windmill
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reservoir tank
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김영호
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Kim Young Ho
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    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Definitions

  • the present invention relates to a power generation device, and more specifically, to generate electricity in the process of rotating the windmill installed at a certain building height by the wind, as well as high-rise water in the lower portion by using electrical energy through wind power generation.
  • the present invention relates to a power generation device that obtains electric energy through a process of elevating and dropping to a height of a building.
  • Electricity used in each home or facility is generally produced in large quantities in hydroelectric power plants, wind power plants, solar power plants, tidal power plants, thermal power plants, or nuclear power plants, and then supplied through transmission lines.
  • Power plants using natural power such as hydro, wind, solar and tidal power have the advantage of not causing environmental pollution compared to thermal power, and the advantage of not being exposed to risks such as radiation compared to nuclear power. have.
  • power generation facilities using thermal power or nuclear power are mainly used rather than power generation facilities using natural power such as water, wind, solar heat, or algae.
  • thermal power there are big problems such as global warming caused by combustion gas generated from burning coal or petroleum, environmental pollution and exhaustion of resources.
  • nuclear power radioactive materials are handled. There is a problem that can cause accidents due to carelessness.
  • the present invention was devised to solve all the problems of the prior art as described above, by using the electrical energy produced in the process of rotating the windmill installed at a certain height to raise the water located below It is an object of the present invention to provide a power generation device capable of obtaining electrical energy through a process of dropping afterwards.
  • another object of the present invention is to provide a power generation device that can be supplied to the environment-friendly and stable electricity using a natural force.
  • the present invention configured to achieve the above object is as follows. That is, the present invention windmill is installed to a certain height; Wind-dried wall is installed at a predetermined height around the windmill at a high height relative to the height of the windmill so that the wind blows toward the windmill; Wind generator for converting the kinetic energy according to the rotation of the windmill into electrical energy; A lower reservoir tank in which a predetermined amount of water is stored in the form of a tub installed below the wind induction walls; An upper storage tank in which a predetermined amount of water is stored in the form of a barrel supported on the upper portions of the wind guide walls; A pump driven by the electric energy produced by the wind power generator to draw water stored in the lower reservoir tank to the upper reservoir tank; A dripping control valve installed at an upper side of the dripping passage so that water of the upper water storage tank may be allowed or blocked to fall toward the lower water storage tank; An aberration installed at the lower side of the dripping passage to be rotated by water falling from the upper water storage tank; Hydroelectric generator for
  • the windmill in the power generation apparatus may be made of a configuration provided with a wind direction sensor and an angle adjuster so that the angle is automatically adjusted toward the wind blowing direction.
  • the downfall control valve may be set to be opened and closed at a predetermined time interval under the control of the controller.
  • a quantitative control valve may be further installed on the upper side of the drip control valve to control a predetermined amount of water to fall when the drip control valve opens.
  • the downcoming passage is formed to have a narrow width at the top of the aberration, while the lower portion of the aberration is formed to have a wide width so that the downfall is concentrated on one side of the central axis of the aberration. Can be done.
  • rainwater inflow holes may be formed on the upper surface of the upper storage tank to allow rainwater to flow into the upper storage tank.
  • edge of the upper storage tank in the power generation apparatus according to the present invention may be formed in a relatively protruding structure compared to the upper surface of the upper storage tank.
  • the wind induction wall may be formed in the inclined surface toward the inside of the windmill from the outside so that the wind can be concentrated on the windmill.
  • the lower section of the upper storage tank may be formed in the form of the upper light substrait while the upper section of the lower storage tank may be formed in the form of the lower light negotiation.
  • the wind power blows toward the windmill by the wind induction wall installed at the height of a high-rise building, thereby increasing the electrical productivity of the windmill.
  • the power generation apparatus by using a portion of the electrical energy produced in the windmill can be obtained in the process of dropping the water in the lower reservoir tank to the upper reservoir tank and dropping again.
  • FIG. 1 is a perspective view of a power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a power generation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a plan sectional view of a power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a control unit of a power generation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan sectional view of a power generator according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side cross-sectional view of a power generator according to another embodiment of the present invention.
  • Blade 120 Wind-guided wall
  • FIG. 1 is a perspective view of a power generation apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram of a power generation apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional plan view of a power generation apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a view showing a control unit of the power generation apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a plan sectional view of a power generation apparatus according to another embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a side sectional view of a power generation device according to another embodiment of the present invention.
  • Reference numeral 100 denoted in the drawings indicates a power generator according to an embodiment of the present invention.
  • Power generating apparatus 100 has a plurality of wind induction wall 120 at regular intervals around the windmill 110 installed at a building height of approximately 15 stories as shown in the drawing It is installed is equipped with a basic configuration to produce the electrical energy while the windmill 110 is rotated by the goal wind. That is, a relatively high height compared to the height of the windmill 110 in the vicinity of the windmill 110 so that the strong wind (also referred to as the building style of the city) blowing between the buildings in the city can be formed by the wind induction walls 120.
  • a plurality of wind induction wall 120 having a.
  • the windmill 110 of the power generator 100 has a rotational motion generated by the wind gusts generated by the wind induction walls 120.
  • a wind generator 130 for converting energy is installed on one side of the windmill 110.
  • the electricity generated in the wind power generator 130 is configured to be transmitted or stored after passing through the rectifier and transformer as in a typical wind power plant.
  • Windmill 110 is made of a structure in which the angle of the blade 112 is automatically adjusted toward the wind blowing direction. To this end, the windmill 110 is provided with an angle adjuster 116 to adjust the angle of the wind direction sensor 114 and the blade 112 for detecting the wind direction.
  • the lower reservoir tank 140 having a tubular shape in which a predetermined amount of water may be stored therein is installed at the lower portions of the wind induction walls 120 of the power generation apparatus 100 according to the present invention.
  • the lower reservoir tank 140 may be installed in a form buried in the ground, it may be installed on the ground.
  • an upper reservoir passage 150 having a cylindrical shape in which water of a predetermined capacity may be stored therein is installed above the wind guide walls 120.
  • the upper storage tank 150 is supported by a plurality of wind induction wall 120 installed around the windmill 110, the water stored in the upper storage tank 150 is inside the wind induction wall 120 It is dropped toward the lower reservoir passage 140 provided on the lower side through the provided downfall passage 122.
  • the water stored in the lower water storage tank 140 is moved to the upper water storage tank 150 by the driving of the pump 160 and moved to the upper water storage tank 150.
  • the water is returned to the lower reservoir tank 140 in such a way that the natural fall.
  • the pump 160 for raising the water in the lower reservoir tank 140 to the upper reservoir tank 150 is driven by the electric energy produced by the wind turbine 130.
  • the driving of the pump 160 is preferably made of electrical energy remaining after transmission or electrical energy stored in the electricity generated by the wind power generator 130.
  • the upper reservoir tank 150 is configured to be able to move and store the water stored in the lower reservoir tank 140 by the pump 160, and is configured to store rainwater in rainy weather.
  • a rainwater inlet 152 for penetrating rainwater is formed on the upper surface of the upper water storage tank 150.
  • the upper edge 154 of the upper reservoir tank 150 has a relatively protruding shape compared to the upper surface so that rain water can smoothly flow into the interior of the upper reservoir tank 150 through the rain water inlet 152 during rain. It is composed.
  • the hydroelectric generator 190 is installed to obtain electricity using the potential energy of water falling from the upper reservoir tank 150 toward the lower reservoir tank 140 through the downcoming passage 122.
  • the aberration 180 which is rotated by the falling water is installed in the lower portion of the downcoming passage 122.
  • the upper portion of the downcoming passage 122 is formed to have a narrow width while the lower portion thereof is formed to have a wide width, which is one side of the central axis 182 of the aberration 180. This is to allow the aberration 180 to rotate at high speed only in one direction by allowing the downpour to be concentrated.
  • the dripping control valve 170 for controlling the water in the upper storage tank 150 to fall at a predetermined time interval through the dripping passage 122 is the dripping passage 122 ) Is installed on top of it. That is, the downfall control valve 170 serves to allow or allow the drop of water through the downflow passage 122 at regular time intervals.
  • the quantitative control valve 172 for precisely controlling the falling of the quantitative water during the opening operation of the drip control valve 170 on the upper side of the drip control valve 170.
  • the metering control valve 172 is closed in the state where the downflow control valve 170 is opened, so that only the water located below the metering control valve 172 when the downflow control valve 170 is opened, the downflow passage 122 Will fall through.
  • the downfall control valve 170 and the fixed quantity control valve 172 of the power generation apparatus 100 are actuators 170a and 172b such as air cylinders or hydraulic cylinders operated by the control unit 200, respectively. By the opening and closing operation is configured.
  • the leakage control valve 170 and the fixed-quantity control valve 172 are configured to prevent leakage. This is done.
  • a hydroelectric generator 190 for changing the kinetic energy into electrical energy in the process of rotating the aberration 180 installed on the lower portion of the downcoming passage 122 is installed at one side of the aberration 180.
  • a power transmission means 192 may be installed between the central axis 182 of the aberration 180 and the hydroelectric generator 190.
  • the hydro generator 190 may be configured to transmit power to the central shaft 182 of the aberration 180 and power transmission means such as gears and belts, but may also be directly connected and installed on the central shaft 182 of the aberration 180. have.
  • the electricity produced in the hydro-generator 190 is configured to be a power transmission or power storage after the rectifier and transformer.
  • the control unit 200 of the power generation device 100 is the pump 160, the downfall control valve 170 and the metering control valve according to the water level of the lower reservoir tank 140 and the upper reservoir tank 150. 172 and the like to control the operation of a series of devices.
  • the water level sensors 202 and 204 may be installed in the lower water storage tank 140 and the upper water storage tank 150, respectively.
  • control unit 200 of the power generation device 100 operates the angle adjuster 116 according to the wind direction measured by the wind direction sensor 114, the blade 112 of the windmill 110 is winded. It is preferable to be set to rotate toward this blowing side.
  • FIG 5 and 6 are views showing the configuration of a power generator 100 according to another embodiment of the present invention.
  • the wind induction wall 120 of the power generation apparatus 100 is the windmill 110 from the outside so that the wind can be more concentrated toward the windmill 110 as shown in FIG. It can be made in the form inclined toward the inside. That is, as the distance between the neighboring wind induction wall 120 is narrowed toward the near position from the distant position with respect to the windmill 110, the wind is concentrated toward the windmill 110 and thus the building wind in the city center. The same headwind is configured to be better formed.
  • the upper section of the upper storage tank 140 may be made in the form of lower beams, while the lower section of the upper storage tank 150 may be made in the form of upper beams.
  • the lower reservoir tank 140 and the upper reservoir tank 150 are configured in the form of a trapezoid or an inverted trapezoid so that the wind can be more concentrated toward the windmill 110.
  • the structures of the lower water storage tank 140 and the upper water storage tank 150 as shown in FIG. 6 may be applied together with the wind induction wall 120 having a shape as shown in FIG. 5.
  • the windmill 110 of the power generation device 100 is the position of the blade 112 is switched in the direction of the wind blowing. That is, the angle adjuster 116 is operated so that the blade 112 of the windmill 110 can be positioned toward the wind direction measured by the wind direction sensor 114.
  • the blade 112 of the windmill 110 is a rotation operation. As the blade 112 of the windmill 110 is rotated as described above, electricity is produced in the wind turbine 130.
  • the electricity produced by the wind turbine 130 may be transmitted or charged, but is transmitted to the pump 160 for raising water from the lower reservoir tank 140 to the upper reservoir tank 150 to drive the pump 160. Let's go. Therefore, the water in the lower reservoir tank 140 is moved to the upper reservoir tank 150 along the water riser pipe 162 by the pump 160.
  • control unit 200 to replenish the water when the water is insufficient in accordance with the water level measured by the water level sensor (202, 204) installed in the lower reservoir tank 140 and the upper reservoir tank 150.
  • the control unit 200 to replenish the water when the water is insufficient in accordance with the water level measured by the water level sensor (202, 204) installed in the lower reservoir tank 140 and the upper reservoir tank 150.
  • the amount of water discharged from the lower water storage tank 140 is reduced. Is controlled.
  • the water stored in the upper storage tank 150 is drained according to the operation of the downfall control valve 170 and the quantitative control valve 172 under the control of the controller 200. Natural fall through the passage 122 to the lower reservoir tank 140.
  • the water falling through the downcoming passage 122 applies potential energy to the aberration 180 installed at the lower side of the downcoming passage 122, and the water delivered to the aberration 180 by the falling water. Is converted into electrical energy by driving the hydro generator 190.
  • the electricity produced by the hydro generator 190 is transmitted or charged through a general electricity production process such as a rectifier or a transformer.
  • the power generation apparatus 100 As described above, according to the power generation apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, not only wind power generation by wind can be maximized, but also electricity through artificial hydroelectric power using a part of electric energy produced by wind power generation. Can be produced. In addition, by collecting rainwater in rainy weather to be used for hydroelectric power generation of electricity by natural force is further maximized.

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Abstract

본 발명은 일정 건물의 높이로 설치된 풍차가 골바람에 의해서 회전되는 과정에서 전기가 생산이 되게 할 뿐만 아니라 풍력 발전을 통한 전기에너지를 이용하여 하부의 물을 고층 건물의 높이로 끌어올린 후 낙하시키는 과정을 통해 전기에너지를 얻을 수 있도록 한 발전장치에 관한 것이다. 본 발명은 일정 높이로 설치되는 풍차; 풍차를 향해서 골바람이 불게 풍차의 높이에 비하여 높은 높이로 풍차의 주변에 일정 간격을 두고 설치되는 한편 내부에는 물의 낙하를 위한 낙수통로가 형성된 바람유도벽; 풍차의 회전에 따른 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 풍력발전기; 바람유도벽들의 하부에 설치되는 통의 형태로 내부에는 일정량의 물이 저수되는 하부 저수탱크; 바람유도벽들의 상부에 지탱되는 통의 형태로 내부에는 일정량의 물이 저수되는 상부 저수탱크; 풍력발전기에서 생산된 전기에너지로 구동이 되어 하부 저수탱크에 저수된 물을 상부 저수탱크로 끌어올리는 펌프; 상부 저수탱크의 물이 하부 저수탱크를 향해 떨어지는 것이 허용되거나 차단될 수 있게 낙수통로의 상부 측에 설치되는 낙수 제어밸브; 상부 저수탱크에서 떨어지는 물에 의해 회전 동작이 되게 낙수통로의 하부 측에 설치되는 수차; 수차의 회전에 따른 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 수력발전기; 및 상부 저수탱크와 하부 저수탱크의 수위에 따라 펌프와 낙수 제어밸브의 구동을 제어하는 제어부; 를 포함하여 구성이 이루어진다.

Description

발전장치
본 발명은 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정 건물의 높이로 설치된 풍차가 골바람에 의해서 회전되는 과정에서 전기가 생산이 되게 할 뿐만 아니라 풍력 발전을 통한 전기에너지를 이용하여 하부의 물을 고층 건물의 높이로 끌어올린 후 낙하시키는 과정을 통해 전기에너지를 얻을 수 있도록 한 발전장치에 관한 것이다.
각 가정이나 시설에서 사용되는 전기는 수력발전소, 풍력발전소, 태양열발전소, 조력발전소, 화력발전소 또는 원자력발전소 등에서 대량으로 생산된 후 송전선을 통해서 공급이 이루어지는 것이 일반적이다.
수력발전, 풍력발전, 태양열발전 및 조력발전 등과 같은 자연력을 이용한 발전설비의 경우는, 화력발전에 비하여는 환경오염을 일으키지 않는 장점이 있으며 원자력발전에 비하여는 방사능 등과 같은 위험에 노출되지 않는 장점이 있다.
하지만, 물, 바람, 태양열이나 조류를 이용한 발전설비는 지형이나 기후 등과 같은 제반 조건에 많은 영향을 받기 때문에 화력발전이나 원자력발전에 비하여 안정적인 전기를 생산해내지 못하는 단점이 있다.
따라서, 물, 바람, 태양열이나 조류 등과 같은 자연력을 이용한 발전설비보다는 화력이나 원자력을 이용한 발전설비가 주로 많이 이용되고 있는 실정이다. 그러나, 화력을 이용한 발전설비의 경우에는 석탄이나 석유의 연소시 발생하는 연소가스에 의한 지구온난화 및 환경오염과 자원의 고갈이라는 커다란 문제점을 안고 있으며, 원자력을 이용한 발전설비의 경우에는 방사능 물질의 취급 부주의로 인한 사고가 발생이 될 수 있는 문제점을 안고 있다.
따라서, 지구온난화, 환경오염 및 방사능에 대한 문제점이 해결될 수 있을 뿐만 아니라 화석연료의 고갈에 대비한 자연력을 이용한 친환경적이고도 안정적인 전기를 생산해낼 수 있는 발전장치의 개발이 시급히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 제반 문제점들을 해결하기 위해서 창안된 것으로서, 일정 높이로 설치된 풍차가 회전 동작이 되는 과정에서 생산이 된 전기에너지를 이용하여 아래쪽에 위치된 물을 위쪽으로 끌어올린 후 낙하시키는 과정을 통해서 전기에너지를 얻을 수 있도록 한 발전장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 자연력을 이용하여 친환경적이면서도 안정된 전기의 공급이 이루어질 수 있도록 한 발전장치를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명은 일정 높이로 설치되는 풍차; 풍차를 향해서 골바람이 불게 풍차의 높이에 비하여 높은 높이로 풍차의 주변에 일정 간격을 두고 설치되는 한편 내부에는 물의 낙하를 위한 낙수통로가 형성된 바람유도벽; 풍차의 회전에 따른 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 풍력발전기; 바람유도벽들의 하부에 설치되는 통의 형태로 내부에는 일정량의 물이 저수되는 하부 저수탱크; 바람유도벽들의 상부에 지탱되는 통의 형태로 내부에는 일정량의 물이 저수되는 상부 저수탱크; 풍력발전기에서 생산된 전기에너지로 구동이 되어 하부 저수탱크에 저수된 물을 상부 저수탱크로 끌어올리는 펌프; 상부 저수탱크의 물이 하부 저수탱크를 향해 떨어지는 것이 허용되거나 차단될 수 있게 낙수통로의 상부 측에 설치되는 낙수 제어밸브; 상부 저수탱크에서 떨어지는 물에 의해 회전 동작이 되게 낙수통로의 하부 측에 설치되는 수차; 수차의 회전에 따른 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 수력발전기; 및 상부 저수탱크와 하부 저수탱크의 수위에 따라 펌프와 낙수 제어밸브의 구동을 제어하는 제어부; 를 포함하여 구성이 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 발전장치에서 풍차는 바람이 불어오는 방향을 향하여 자동으로 각도가 조절이 되게 풍향 센서 및 각도조절기가 구비된 구성으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발전장치에서 낙수 제어밸브는 제어부의 제어에 의해서 일정 시간 간격을 두고 개방 및 폐쇄 동작이 되게 설정될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발전장치에서 낙수 제어밸브의 상측에는 낙수 제어밸브의 개방시 일정량의 물이 낙하가 되게 제어하는 정량 제어밸브가 더 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발전장치에서 낙수통로는 수차를 기준으로 수차의 상부는 폭이 좁게 형성이 되는 한편 수차의 하부는 폭이 넓게 형성이 되어 수차의 중심축 한쪽으로 낙수가 집중이 되게 구성이 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발전장치에서 상부 저수탱크의 상면 상에는 우천시 빗물이 상부 저수탱크 내로 유입되게 하는 빗물 유입공이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발전장치에서 상부 저수탱크의 테두리는 상부 저수탱크의 상면에 비하여 상대적으로 돌출된 구조로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발전장치에서 바람유도벽은 바람이 풍차에 집중될 수 있게 바깥쪽에서 풍차가 있는 안쪽을 향하여 경사진 면으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발전장치에서 상부 저수탱크의 하부구간은 상광하협의 형태로 형성이 되는 한편 하부 저수탱크의 상부구간은 하광상협의 형태로 형성이 될 수 있다.
본 발명에 따른 발전장치에 의하면 고층 빌딩의 높이로 설치된 바람유도벽에 의해서 풍차를 향해서 골바람이 불게 함으로써 풍차의 전기 생산력이 증대될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 발전장치에 의하면 풍차에서 생산된 전기에너지의 일부를 이용하여 하부 저수탱크의 물을 상부 저수탱크로 끌어올린 후 다시 낙하시키는 과정에서 전기에너지를 얻을 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 발전장치에 의하면 우천시에는 빗물이 상부 저수탱크에 저수되도록 함으로써 자연력을 이용한 발전량이 증대될 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 발전장치의 사시도.
도 2 는 본 발명의 실시 예에 따른 발전장치의 단면 구성도.
도 3 은 본 발명의 실시 예에 따른 발전장치의 평단면도.
도 4 는 본 발명의 실시 예에 따른 발전장치의 제어부를 보인 도면.
도 5 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발전장치의 평단면도.
도 6 은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발전장치의 측단면도.
[ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ]
100. 발전장치 110. 풍차
112. 블레이드 120. 바람유도벽
122. 낙수통로 130. 풍력발전기
140. 하부 저수탱크 150. 상부 저수탱크
152. 빗물 유입공 154. 상부 테두리
160. 펌프 162. 물 상승관
170. 낙수 제어밸브 172. 정량 제어밸브
180. 수차 190. 수력발전기
200. 제어부
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 발전장치의 구성 및 작동에 대하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 발전장치의 사시도, 도 2 는 본 발명의 실시 예에 따른 발전장치의 단면 구성도, 도 3 은 본 발명의 실시 예에 따른 발전장치의 평단면도, 도 4 는 본 발명의 실시 예에 따른 발전장치의 제어부를 보인 도면, 도 5 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발전장치의 평단면도, 도 6 은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발전장치의 측단면도이다. 도면 중에 표시된 도면부호 100 은 본 발명의 실시 예에 따른 발전장치를 지시하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 발전장치(100)는 도면에 도시된 바와 같이 대략 15층 규모의 빌딩 높이로 설치된 풍차(110)를 중심으로 사방에 일정 간격을 두고 다수의 바람유도벽(120)이 설치되어 골바람에 의해 풍차(110)가 회전이 되면서 전기에너지를 생산해낼 수 있도록 기본적인 구성이 갖춰진다. 즉, 도시에 늘어선 빌딩들 사이로 강하게 부는 골바람(도심의 빌딩 풍이라고도 함)이 바람유도벽(120)들에 의해서 형성이 될 수 있도록 풍차(110)의 주변에는 풍차의 높이에 비하여 상대적으로 높은 높이를 갖는 다수의 바람유도벽(120)이 설치된다.
본 발명의 실시 예에 따른 발전장치(100)의 풍차(110)는 전술한 바와 같이 바람유도벽(120)들에 의해 발생이 된 골바람으로써 회전동작이 되는데, 이때 발생하게 되는 회전 운동에너지는 전기에너지로 변환시키는 풍력발전기(130)가 풍차(110)의 한쪽에 설치된다. 한편, 풍력발전기(130)에서 생성이 된 전기는 일반적인 풍력발전소에서와 마찬가지로 정류기 및 변압기를 거친 후 송전이 되거나 축전이 될 수 있게 구성이 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 풍차(110)는 바람이 불어오는 방향을 향해서 블레이드(112)의 각도가 자동으로 조절이 되는 구조로 이루어진다. 이를 위해, 풍차(110)에는 풍향을 감지하는 풍향 센서(114) 및 블레이드(112)의 각도를 조절하는 각도조절기(116)가 구비된다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 발전장치(100)의 바람유도벽(120)들의 하부에는 내부에 일정량의 물이 저장될 수 있는 통 형태의 하부 저수탱크(140)가 설치된다. 하부 저수탱크(140)는 지면에 매립이 된 형태로 설치될 수도 있으며, 지면 상에 설치될 수도 있는 것이다.
전술한 하부 저수통로(140)에 대응하여 바람유도벽(120)들의 상부에는 내부에 일정 용량의 물이 저수될 수 있는 통 형태의 상부 저수통로(150)가 설치된다. 상부 저수탱크(150)는 풍차(110)의 주변에 설치되는 다수의 바람유도벽(120)에 의해서 지탱이 되며, 상부 저수탱크(150)에 저수된 물은 바람유도벽(120)의 내부에 마련된 낙수통로(122)를 통해서 하측에 마련된 하부 저수통로(140)를 향해 떨어지게 된다.
본 발명에 따른 발전장치(100)에서 하부 저수탱크(140)에 저수되는 물은 펌프(160)의 구동에 의해서 상부 저수탱크(150)로 이동이 되는 한편 상부 저수탱크(150)로 이동이 된 물은 자연낙하가 되는 방식으로 하부 저수탱크(140)로 귀환이 된다. 전술한 바와 같이 하부 저수탱크(140) 내의 물을 상부 저수탱크(150)로 끌어올리는 펌프(160)는 풍력발전기(130)에서 생산된 전기에너지에 의해서 구동이 된다. 펌프(160)의 구동은 풍력발전기(130)에서 생산된 전기 중에서 송전 후 남는 전기에너지 또는 축전이 된 전기에너지로써 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고 상부 저수탱크(150)에는 펌프(160)에 의해서 하부 저수탱크(140) 내에 저수된 물이 이동되어 저수될 수 있게 구성될 뿐만 아니라 우천시에는 빗물이 저수될 수 있게 구성이 된다. 이를 위해, 상부 저수탱크(150)의 상면 상에는 빗물이 유입되게 하기 위한 빗물 유입공(152)이 관통 형성이 된다. 또한, 상부 저수탱크(150)의 상부 테두리(154)는 우천시 빗물이 빗물 유입공(152)을 통해 상부 저수탱크(150)의 내부로 원활하게 유입될 수 있게 상면에 비하여 상대적으로 돌출된 형태로 구성된다.
한편, 전술한 바와 같이 낙수통로(122)를 통해서 상부 저수탱크(150)에서 하부 저수탱크(140)를 향해 떨어지는 물의 위치에너지를 이용한 전기를 얻는 수력발전기(190)가 설치된다. 이를 위해, 낙수통로(122)의 하부에는 떨어지는 물에 의해 회전 동작이 되는 수차(180)가 설치된다.
전술한 수차(180)가 설치된 위치를 기준으로 낙수통로(122)의 상부는 폭이 좁게 형성이 되는 한편 하부는 폭이 넓게 형성이 되는데, 이는 수차(180)의 중심축(182) 한쪽으로만 낙수가 집중이 될 수 있게 함으로써 수차(180)가 한 방향으로만 고속회전될 수 있게 하기 위함이다.
본 발명의 실시 예에 따른 발전장치(100)에서 상부 저수탱크(150) 내의 물이 낙수통로(122)를 통해서 일정 시간 간격으로 떨어질 수 있도록 제어하기 위한 낙수 제어밸브(170)가 낙수통로(122)의 상부에 설치된다. 즉, 낙수 제어밸브(170)는 일정 시간 간격으로 낙수통로(122)를 통한 물의 낙하가 허용되거나 차단되게 하는 기능을 하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 발전장치(100)에서는 낙수 제어밸브(170)의 상측에 낙수 제어밸브(170)의 개방 동작시 정량의 물이 떨어지는 것이 정확하게 제어될 수 있도록 하기 위한 정량 제어밸브(172)가 설치된다. 정량 제어밸브(172)는 낙수 제어밸브(170)가 개방된 상태에서는 닫혀 있게 됨으로써, 낙수 제어밸브(170)의 개방시에는 정량 제어밸브(172)의 하측에 위치된 물만이 낙수통로(122)를 통해서 떨어지게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 발전장치(100)의 낙수 제어밸브(170) 및 정량 제어밸브(172)는 각각 제어부(200)에 의해서 동작이 되는 에어 실린더 또는 유압 실린더 등의 액츄에이터(170a, 172b)에 의해서 개폐동작이 되도록 구성이 된다. 전술한 액츄에이터(170a, 172a)에 의해서 낙수 제어밸브(170) 및 정량 제어밸브(172)가 닫힘 동작이 되었을 때, 낙수 제어밸브(170) 및 정량 제어밸브(172)에서는 누수가 발생되지 않도록 구성이 이루어진다.
전술한 바와 같이 낙수통로(122)의 하부 상에 설치된 수차(180)가 회전되는 과정에서의 운동에너지를 전기에너지로 변화시키기 위한 수력발전기(190)가 수차(180)의 한쪽에 설치된다. 수차(180)의 중심축(182)과 수력발전기(190) 사이에는 동력전달수단(192)이 설치될 수 있다. 수력발전기(190)는 수차(180)의 중심축(182)와 기어나 벨트 등 동력전달수단을 동력이 전달되게 구성될 수도 있지만 수차(180)의 중심축(182) 상에 직접 연결 설치될 수도 있다. 한편, 수력발전기(190)에서 생산이 된 전기는 정류기 및 변압기를 거친 후 송전이 되거나 축전이 될 수 있게 구성이 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 발전장치(100)의 제어부(200)는 하부 저수탱크(140)와 상부 저수탱크(150)의 수위에 따라 펌프(160), 낙수 제어밸브(170)와 정량 제어밸브(172) 등 일련의 장치들의 구동을 제어하는 기능을 하게 된다. 이를 위해, 하부 저수탱크(140) 및 상부 저수탱크(150)에는 각각 수위 센서(202, 204)가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 발전장치(100)의 제어부(200)는 풍향 센서(114)에서 측정되는 풍향에 따라서 각도조절기(116)를 동작시켜 풍차(110)의 블레이드(112)가 바람이 불어오는 쪽으로 향하여 회전이 되도록 설정되는 것이 바람직하다.
도 5 및 도 6 은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발전장치(100)의 구성을 보인 도면이다.
우선, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발전장치(100)의 바람유도벽(120)은 도 5 에 도시된 바와 같이 풍차(110)를 향하여 바람이 더욱 집중이 될 수 있게 바깥쪽에서 풍차(110)가 있는 안쪽을 향해서 경사진 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 풍차(110)를 기준으로 먼 위치에서 가까운 위치를 향해서 상호 이웃하는 바람유도벽(120) 사이의 간격이 좁혀짐에 따라서 바람은 풍차(110)를 향해 집중이 됨으로써 도심에서의 빌딩 풍과 같은 골바람이 더욱 잘 형성될 수 있게 구성되는 것이다.
그리고, 도 6 에 도시된 바와 같이 상부 저수탱크(140)의 상부구간은 하광상협의 형태로 이루어지는 한편 상부 저수탱크(150)의 하부구간은 상광하협의 형태로 이루어질 수 있다. 이와 같이 하부 저수탱크(140) 및 상부 저수탱크(150)의 형태가 사다리꼴 또는 역사다리꼴의 형태로 구성이 됨으로써 풍차(110)를 향하여 바람이 더욱 집중이 될 수 있게 구성되는 것이다. 한편, 도 6 에 도시된 바와 같은 하부 저수탱크(140) 및 상부 저수탱크(150)의 구조는 도 5 에 도시된 바와 같은 형태의 바람유도벽(120)과 함께 적용이 될 수도 있다.
첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예에 따른 발전장치(100)가 작동되는 상태를 간단히 설명한다.
우선, 본 발명의 실시 예에 따른 발전장치(100)의 풍차(110)는 바람이 불어오는 방향을 향해서 그 블레이드(112)의 위치가 전환이 된다. 즉, 풍향 센서(114)에서 측정된 풍향을 향해서 풍차(110)의 블레이드(112)가 위치될 수 있도록 각도조절기(116)가 작동이 된다.
한편, 바람은 바람유도벽(120)들에 의해서 마치 빌딩 풍이 부른 것과 같은 효과로 풍차(110)에 집중이 됨에 따라서 풍차(110)의 블레이드(112)는 회전 동작이 된다. 이와 같이 풍차(110)의 블레이드(112)가 회전됨에 따라서 풍력발전기(130)에서는 전기가 생산이 된다.
풍력발전기(130)에 의해서 생산된 전기는 송전 또는 충전이 될 수도 있지만, 하부 저수탱크(140)의 물을 상부 저수탱크(150)로 끌어올리기 위한 펌프(160)에 전해져 펌프(160)를 구동시키게 된다. 따라서, 하부 저수탱크(140)의 물은 펌프(160)에 의해서 물 상승관(162)를 따라 상부 저수탱크(150)로 이동이 된다.
한편, 제어부(200)에서는 하부 저수탱크(140) 및 상부 저수탱크(150)에 설치된 수위센서(202, 204)에서 측정된 수위에 따라서 물이 부족할 경우 물이 보충이 되도록 한다. 또한, 상부 저수탱크(150) 내에 빗물이 유입되어 하부 저수탱크(140) 내의 물을 상부 저수탱크(150)로 끌어올리지 않아도 되는 경우에는 해당 수위만큼의 물이 하부 저수탱크(140)에서 방출이 되도록 제어된다.
본 발명의 실시 예에 따른 발전장치(100)에서 상부 저수탱크(150)에 저수된 물은 제어부(200)의 제어에 따른 낙수 제어밸브(170) 및 정량 제어밸브(172)의 작동에 따라서 낙수통로(122)를 통해 하부 저수탱크(140)로 자연낙하가 된다.
이와 같이 낙수통로(122)를 통해 낙하하게 되는 물은 낙수통로(122)의 하부 측에 설치되어 있는 수차(180)에 위치에너지를 가하게 되고, 낙하하는 물에 의해서 수차(180)에 전달된 물은 수력발전기(190)의 구동에 의해서 전기에너지로 변환이 된다. 한편, 전술한 바와 같이 수력발전기(190)에서 생산된 전기는 정류기 또는 변압기 등 일반적인 전기 생산 공정을 통해서 송전이 되거나 충전이 된다.
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 발전장치(100)에 의하면 바람에 의한 풍력발전이 극대화될 수 있을 뿐만 아니라 풍력발전에 의해서 생산된 전기에너지의 일부를 이용하여 인위적인 수력발전을 통한 전기가 생산될 수 있게 된다. 또한, 우천시 빗물을 모아 수력발전에 이용이 되게 함으로써 자연력에 의한 전기의 생산이 더욱 극대화된다.
본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시될 수가 있다.

Claims (9)

  1. 일정 높이로 설치되는 풍차;
    상기 풍차를 향해서 골바람이 불게 상기 풍차의 높이에 비하여 높은 높이로 풍차의 주변에 일정 간격을 두고 설치되는 한편 내부에는 물의 낙하를 위한 낙수통로가 형성된 바람유도벽;
    상기 풍차의 회전에 따른 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 풍력발전기;
    상기 바람유도벽들의 하부에 설치되는 통의 형태로 내부에는 일정량의 물이 저수되는 하부 저수탱크;
    상기 바람유도벽들의 상부에 지탱되는 통의 형태로 내부에는 일정량의 물이 저수되는 상부 저수탱크;
    상기 풍력발전기에서 생산된 전기에너지로 구동이 되어 상기 하부 저수탱크에 저수된 물을 상부 저수탱크로 끌어올리는 펌프;
    상기 상부 저수탱크의 물이 하부 저수탱크를 향해 떨어지는 것이 허용되거나 차단될 수 있게 낙수통로의 상부 측에 설치되는 낙수 제어밸브;
    상기 상부 저수탱크에서 떨어지는 물에 의해 회전 동작이 되게 상기 낙수통로의 하부 측에 설치되는 수차;
    상기 수차의 회전에 따른 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 수력발전기; 및
    상기 상부 저수탱크와 하부 저수탱크의 수위에 따라 펌프와 낙수 제어밸브의 구동을 제어하는 제어부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 풍차는 바람이 불어오는 방향을 향하여 자동으로 각도가 조절이 되게 풍향 센서 및 각도조절기가 구비된 것을 특징으로 하는 발전장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 낙수 제어밸브는 제어부의 제어에 의해서 일정 시간 간격을 두고 개방 및 폐쇄 동작이 되게 설정된 것을 특징으로 하는 발전장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 낙수 제어밸브의 상측에는 상기 낙수 제어밸브의 개방시 일정량의 물이 낙하가 되게 제어하는 정량 제어밸브가 더 설치된 것을 특징으로 하는 발전장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 낙수통로는 수차를 기준으로 수차의 상부는 폭이 좁게 형성이 되는 한편 수차의 하부는 폭이 넓게 형성이 되어 수차의 중심축 한쪽으로 낙수가 집중이 되게 구성이 된 것을 특징으로 하는 발전장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 상부 저수탱크의 상면 상에는 우천시 빗물이 상부 저수탱크 내로 유입되게 하는 빗물 유입공이 형성된 것을 특징으로 하는 발전장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 상부 저수탱크의 테두리는 상기 상부 저수탱크의 상면에 비하여 상대적으로 돌출된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 발전장치.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 바람유도벽은 바람이 상기 풍차에 집중될 수 있게 바깥쪽에서 풍차가 있는 안쪽을 향하여 경사진 면으로 형성된 것을 특징으로 하는 발전장치.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 상부 저수탱크의 하부구간은 상광하협의 형태로 형성이 되는 한편 하부 저수탱크의 상부구간은 하광상협의 형태로 형성이 된 것을 특징으로 하는 발전장치.
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