WO2015199450A1 - 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a wind power generation system using compressed air, and more particularly, to generate air above a certain pressure by using a compressor having a predetermined horsepower or more, and to allow a plurality of turbines to be driven by the flow pressure of the compressed air.
  • the present invention relates to a wind power generation system using compressed air that enables self-generation to be continuously performed by using electric power generated by a generator intermittently connected to a plurality of turbines.
  • thermal power or nuclear power allows power to be generated using energy generated from fossils.
  • most of the power generation is dependent on such fossil energy for mass generation.
  • Patent Publication No. 2009-0027085 (2009.03.16. Name: Compressed air generator) relates to a compressed air generator for enabling the use of high-pressure air generated from natural energy as power energy, wherein the rotation energy from the natural energy
  • the high pressure air is generated by the high pressure compressor by driving the turbine by the low pressure air. To generate power from the high-pressure air that is generated.
  • the natural power for power generation is low rotation, it is necessary to shift it so that a high-speed rotational force is formed, and this high-speed rotational force operates a low pressure compressor to generate low pressure compressed air, and low pressure compressed air is generated by rotating a turbine. Since the high-pressure compressor is operated by the high-speed rotational force that is to be produced so that high-pressure compressed air is generated, there is a closed end that requires a variety of driving devices for generating high-pressure compressed air.
  • Patent Publication No. 2013-0038702 (April 18, 2013: Name: electric power generating device using compressed air) is to be provided with a power generating device between the compressor and the air tank, the power generating device is configured to connect the storage battery, The generator allows the rotor to rotate by compressed air passing through the inlet on one side and the through-hole on the other side to allow the battery to charge the energy generated by the power generator, or how the generated energy from the power generator is charged to the battery.
  • the rotating body is rotated by using the compressed air generated from the compressor, so there is an unfinished problem that cannot generate power.
  • the present invention is to solve the above-mentioned closed end and the problem, the present invention affects the load by the driving force transmitted to the generator while the air compressed by the air compressor to sequentially pass through a plurality of turbine drivers at a constant pressure
  • the main purpose is to provide a wind power generation system using compressed air to ensure that stable power generation can be carried out without the risk.
  • the present invention is to provide a wind power generation system using the compressed air to enable the stable transmission of the drive and the easy installation of the turbine driver by connecting the drive shaft of the plurality of turbine driver connected to one generator by a universal joint another object There is this.
  • the present invention is provided with a plurality of power generation combination structure consisting of a single generator and a plurality of turbine driver, while compressed air supply pipe is connected to each turbine driver in series to increase the generation capacity of the compressed air It is another object to provide a wind power generation system using.
  • Wind power generation system using the compressed air according to the present invention for achieving the above object is provided with an air tank for receiving a predetermined amount of compressed air generated from the air compressor and a regulator for supplying the compressed air discharged from the air tank at a constant pressure Compressed air generating unit; Compressed air flowing through the regulator flows into the inlet port to rotate through the outlet while rotating the turbine inside the turbine driver to be provided in series with the plurality of turbine drivers inlet of each turbine driver while passing through the top of the plurality of turbine drivers Air pipe and series having a supply valve for inducing compressed air to the side and a discharge valve for discharging the compressed air induced through the outlet of each turbine driver, and a bypass valve for intermittent the compressed air passing between the supply valve and the discharge valve
  • a generator configured to generate a power by allowing a certain number of turbine drivers to be connected as universal joints between the drive shafts so that a driving force is transmitted to the drive shafts of the last turbine driver driven simultaneously by a power transmission means; It is a structure comprised as a transmission-d
  • the present invention allows the power generation to be generated by the driving force generated through a plurality of turbine drivers to prevent the air pressure drop due to the driving force loss to enable a stable power generation.
  • the turbine drivers of the present invention can be connected as a universal joint between drive shafts, so that the driving force can be stably transmitted even when the turbine drivers are not located on the same axis between the drive shafts, thereby providing convenience of installation work.
  • the present invention is to enable the generation of more capacity by having a plurality of power generation structure consisting of a certain number of turbine driver and one generator.
  • FIG. 1 is an overall block diagram of a wind power generation system using compressed air according to the present invention.
  • FIG. 2 is an overall schematic view of a wind power generation system using compressed air according to the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a turbine driver of a power generation unit in a wind power generation system using compressed air according to the present invention
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a turbine driving period connection structure in a power generation unit of a wind power generation system using compressed air according to the present invention
  • FIG. 5 is a structural diagram showing an embodiment of the power generation unit in a wind power generation system using compressed air according to the present invention
  • Figure 6 is a schematic structural diagram illustrating a structure for generating power through a wind power generation system using compressed air according to the present invention
  • FIG. 1 is an overall block diagram of a wind power generation system using compressed air according to the present invention
  • Figure 2 is an overall schematic diagram of a wind power generation system using compressed air according to the present invention
  • the wind power generation system using the compressed air of the present invention is large Compressed air generating unit 100, the power generation unit 200 and the transmission and distribution unit 300 is configured.
  • the compressed air generating unit 100 of the present invention is provided with an air compressor 110, an air tank 120 and a regulator 130, the power generation unit 200, the turbine driver 210, the air pipe 220 and the generator It is a structure provided as 230.
  • the air compressor 110 of the compressed air generating unit 100 is configured to generate compressed air
  • the air compressor 110 used for generating compressed air required for power generation is a screw type air compressor. Most preferably it is applied.
  • Compressed air generated by the air compressor 110 is filled in the air tank 120 of a predetermined capacity.
  • the driving of the air compressor 110 is stopped, and thus, the compressed air of the air tank 120 is filled with a predetermined pressure.
  • the compressed air filled in the air tank 120 is allowed to flow at a constant pressure while passing through the regulator 130.
  • the regulator 130 is maintained at a predetermined pressure set while passing the compressed air discharged from the air tank 120.
  • Compressed air generated in the compressed air generating unit is supplied to the power generating unit to act as a catalyst for generating power.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a turbine driver of a power generation unit in a wind power generation system using compressed air according to the present invention.
  • the turbine driver 210 forms an inlet 212 through which compressed air can be introduced on one side, while the turbine 211 is rotatably supported therein, and the other side into the inside. It is a configuration having an outlet 213 through which the introduced compressed air can be discharged.
  • the turbine driver 210 is configured to rotate the turbine 211 by the compressed air introduced through the inlet 212 so that the rotational force of the turbine 211 is output through the drive shaft.
  • the flow force of the compressed air is to be converted into the mechanical kinetic energy of the turbine 211.
  • a predetermined number of turbine drivers 210 are connected in series while being spaced at a predetermined interval in the axial direction of the drive shaft 214 fixed to the turbine 211.
  • the drive shaft 214 between the turbine drivers 210 may be connected to the flange shaft, but more preferably, the drive shaft 214 is connected as the universal joint 215 for more free mounting of the turbine drivers 210.
  • the turbine drivers 210 are configured to rotate the turbine 211 therein, it should be more firmly fixed. However, since it is impossible to connect the drive shafts 214 on the same axis, the drive shafts 214 of the turbine driver 210 may not be connected. It is to be connected as a universal joint 215 so that the driving force transmission can be made stable even if not located on the same axis.
  • the plurality of turbine drivers 210 are connected as the air pipes 220, and the air pipes 220 are configured to form a position past the turbine driver 210 positioned last from the compressed air generator.
  • each turbine driver 210 of the air pipe 220 a supply valve 221 is provided to control the supply of compressed air to the inlet 211 side of the turbine driver 210, and a supply valve 221 is provided.
  • the air pipe 220 spaced a certain distance from the position is provided with a discharge valve 222 is connected to the outlet 212 of the turbine driver 210 to regulate the compressed air discharge discharged through the outlet 212.
  • bypass pipe 223 is mounted on the air pipe 220 between the supply valve 221 and the discharge valve 222 so that the compressed air flow from the supply valve 221 to the discharge valve 222 is interrupted. do.
  • the supply valve 221 and the discharge valve 222 is made of a three-way valve
  • the bypass valve 223 is made of a two-way valve.
  • the silencer 224 is mounted at the discharge end of the air pipe 220 to suppress such noise. It is more preferable to do.
  • the compressed air is sequentially supplied to all the turbine drivers 210 through the air pipes 220 so that the turbines 211 of each turbine driver 210 can rotate.
  • the driving force generated through the turbine driver 210 is a rotational force is generated through the drive shaft 214, such that the generator 230 is connected to the drive shaft 214 at regular intervals.
  • the generator 230 determines the number of turbine drivers 210 connected by using the universal joint 215 in consideration of power generation capacity, and among the turbine drivers 210 axially connected to the universal joint 215.
  • the drive shaft 214 of the last turbine driver 210 and the generator 230 is connected through the power transmission means 231 so that the generator 230 is driven by the driving force generated by the turbine driver 210 to perform power generation. do.
  • the generator 230 is most preferably to be connected to one to three to five of the turbine driver (210).
  • the power transmission means 231 connecting the drive shaft 214 and the generator 230 of the turbine driver 210 may be applied to a pulley and a belt, or may be applied to a sprocket and a chain.
  • the transmission and distribution unit 300 is to be largely to collect the power generated by the generator 230, so that the collected power is supplied to the air compressor 110 while blocking some of the external power, the other part to be supplied to various fields of use To help.
  • the air compressor 110 Since the generator 230 generates power in the usable state and outputs the power, the air compressor 110 first generates the compressed air as the energy source after collecting the power generated from the generator 230 in the power distribution unit 300. To be supplied with power capable of driving it.
  • the remaining power in addition to the power for driving the air compressor 110 is to be sent to where it is needed.
  • FIG. 6 is a structural diagram schematically illustrating a structure for generating power through a wind power generation system using compressed air according to the present invention.
  • the air compressor 110 is operated for a predetermined time by external power.
  • the compressed air generated from the air compressor 110 is filled in the air tank 120.
  • the compressed air supplied through the regulator 130 passes through the air pipe 220, wherein the supply valve 221 and the discharge valve 222 provided in the air pipe 220 are all three-way valves.
  • the supply valve 221 and the discharge valve 222 communicate with the inlet 212 and the outlet 213 of the turbine driver 210 in the air pipe 220, the supply valve 221 and the discharge valve 222. Is opened to the turbine driver 210, the flow of the compressed air to the air pipe 220 between the supply valve 221 and the discharge valve 222 is blocked.
  • the air pipe 220 between the supply valve 221 and the discharge valve 222 is provided with a bypass valve 223 which is a two-way valve, and the supply valve 221 and the discharge valve 222 are turbine drivers 210.
  • the compressor driver 210 When the compressed air flow to the inlet 212 and the outlet 213 of the side is blocked, the compressed air flows through the open bypass valve 223 without passing through the turbine driver 210.
  • the supply valve 221 and the discharge valve 222 open to the inlet 212 and the outlet 213 of the turbine driver 210 to the turbine driver 210. Allow compressed air to be supplied.
  • the supply valve 221 and the discharge valve 222 for guiding compressed air to the corresponding turbine driver 210 are operated at the same time and the bypass valve 223 is operated. By open) bypass the turbine driver 210 that needs to be broken or checked to allow the compressed air to flow.
  • the driving force generated while the plurality of turbine drivers 210 connected to the drive shaft 214 and the universal joint 215 is driven is one of the turbine drivers 210 of the plurality of turbine drivers 210, a pulley, a belt or a sprocket, Power is generated by being transmitted to the generator 230 through the power transmission means 231 made of a chain or the like.
  • Each turbine driver 210 at this time is provided in a configuration that is connected in series to one air pipe (220).
  • the plurality of turbine drivers 210 connected as the drive shaft 214 and the universal joint 215 is stable in consideration of the driving load applied to the generator 230 and the turbine 211 of each turbine driver 40 is stable even in this driving load. Most preferably, it is provided as the number which can rotate.
  • the power generated through the plurality of generators (60) is already supplied to the power distribution unit 300 in a state capable of practical use, so that the power distribution unit 300 appropriately distributes and transmits power.
  • the power collected by the power distribution unit 300 is supplied to the air compressor 110 to be used to generate compressed air while the external power is first interrupted, and the surplus power remaining even after supplying to the air compressor 110 is used for various applications. By supplying the power to, it greatly reduces the dependence on external power.
  • power can be supplied by self-generation in apartments, high-rise buildings, factories, and the like, and thus, power can be stably supplied without relying on external power.
  • the present invention can increase the power production by increasing the number of installation of the turbine driver 210 only by properly adjusting the capacity of the air compressor 110, the regulator 130 and the generator 230, As an alternative energy source, there is a very useful effect that compressed air can be an alternative.

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Abstract

본 발명은 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템에 관한 것으로서, 공기 압축기(110)로부터 발생되는 압축 공기를 일정량 수용하는 에어 탱크(120)와 이 에어 탱크(120)로부터 배출되는 압축 공기를 일정 압력으로 공급하는 레귤레이터(130)로 구비되는 압축 공기 생성부(100); 상기 레귤레이터(130)를 통해 유동하는 압축 공기를 유입구(212)로 유입하여 내부의 터빈(210)을 회전시키면서 유출구(213)를 통해 배출되도록 하여 복수 개가 직렬로 구비되도록 하는 터빈 구동기(210)와 이들 복수의 터빈 구동기(210)들 상부를 지나면서 각 터빈 구동기(210)의 유입구(212)측으로 압축 공기를 유도하는 공급밸브(221)와 각 터빈 구동기(210)의 유출구(213)를 통해 유도되는 압축 공기를 배출하는 배출밸브(222) 및 공급 밸브(221)와 배출밸브(222)의 사이를 지나는 압축 공기를 단속하는 바이패스밸브(223)를 구비하는 에어 파이프(220) 및 직렬로 구비되는 일정 갯수의 터빈 구동기(210)를 구동축간 유니버설 조인트(215)로서 연결되도록 하여 동시 구동되는 마지막 터빈 구동기(210)의 구동축(214)과 동력 전달 수단(231)에 의해서 구동력이 전달되도록 하여 전력을 발생시키는 발전기(230)로 구비되는 발전부(200); 발전기(230)로부터 발생된 전력을 저장하여 축전된 전력을 분배 송전하는 송배전부(300)로서 이루어지는 구성이 특징이다.

Description

압축공기를 이용한 풍력발전 시스템
본 발명은 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일정 마력 이상의 콤프레서를 이용하여 일정 압력 이상의 공기가 생성되도록 하고, 이 압축공기의 유동압에 의해 복수의 터빈이 구동되도록 하여 이 복수의 터빈들에 간헐적으로 연결되는 발전기를 통해 발전된 전력을 이용하여 자가 발전이 지속적으로 수행될 수 있도록 하는 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 발전은 크게 화석 에너지를 이용하는 방식과 자연 에너지를 이용하는 방식에 의해 이루어진다.
즉 화력이나 원자력 발전은 화석을 이용하여 발생되는 에너지를 이용하여 발전이 이루어질 수 있도록 하는 것으로서, 대량의 발전을 위해 현재는 대부분이 이러한 화석 에너지에 의존하여 발전이 이루어지도록 하고 있다.
하지만 화석 에너지는 에너지 소비량의 증가에 반비례하여 점차 줄어들고 있을 뿐만 아니라 이 화석 에너지를 얻으면서 발생되는 불필요한 위해 요소인 환경오염이나 방사능 노출이라는 위험을 감수해야 하는 문제가 있다.
특히 원자력 발전에 따른 폐기물 처리와 폐 연료봉을 이용한 무기화 및 발전소 사고 등의 다양한 문제점 때문에 친환경 에너지에 대한 관심이 더욱 높아지고 있다.
친환경 에너지로서 가장 많이 사용되고 있는 에너지원은 풍력, 수력, 조력이기는 하나 이러한 자연 동력원으로 전력을 얻기 위해서는 대규모의 설비와 비용이 필요로 된다.
이에 최근에 이슈가 되고 있는 발전설비로서 태양열이나 태양빛을 이용한 에어지가 주목을 받고 있기는 하나 설치 공간의 확보와 집광 및 집열 효율이 아직은 경제성에 미치지 못하고 있어 대체 에너지로서 연구가 더 필요한 상황이다.
한편, 에너지 사용량이 점차 증가하면서 국가적인 차원에서 전력을 공급하는데 한계가 있고, 이러한 대량의 전력 생산에 사용되는 에너지원은 아직은 화석 에너지를 사용해야 하는 문제가 있어 발전소 증설도 쉽지 않은 것이 현실이다.
이를 위해서 최근의 문제점을 해소하기 위한 대안으로 자가 발전이 제안되고 있고, 오지 등에서는 풍력이나 태양광 발전을 통해 전력을 충당하도록 하고 있다.
공개특허 제2009-0027085호(2009.03.16.명칭:압축공기 발생장치)는 자연 에너지로부터 생성되는 고압의 공기를 동력 에너지로 사용할 수 있도록 하는 압축공기 발생장치에 관한 것으로서, 이때 자연 에너지로부터 회전 에너지를 발생하는 자연 동력원으로부터 발생된 회전 에너지의 회전 속도를 증가시켜 이 회전 에너지에 의해 저압의 공기가 생성되면 이 저압의 공기에 의해 터빈을 구동시켜 고압 컴프레셔에 의해 고압의 공기가 생성되도록 하고, 이렇게 생성된 고압의 공기를 동력원으로 발전이 수행되도록 하는 것입니다.
하지만 발전을 위한 자연 동력은 저회전이므로 이를 변속시켜 고속의 회전력이 형성되도록 해야 하고, 이 고속의 회전력이 저압 컴프레셔를 동작시켜 저압의 압축공기가 생성되도록 하며, 저압의 압축공기가 터빈을 돌려 발생되는 고속 회전력에 의해 고압 컴프레셔가 동작되면서 고압의 압축공기가 생성되도록 하는 것이므로 고압의 압축공기를 생성하는데 따른 다양한 구동장치가 필요로 되는 폐단이 있다.
공개특허 제2013-0038702호(2013.04.18.명칭:압축공기를 이용한 전력발생장치)는 콤프레샤와 에어탱크 사이에 전력발생장치가 구비되도록 하고, 전력발생장치에는 축전지가 연결되도록 하는 구성으로서, 전력발생장치는 일측의 유입구와 타측의 관통구를 지나는 압축공기에 의해 회전체가 회전하도록 하면서 전력발생장치에서 발생되는 에너지를 축전지에 충전되도록 하는 것이나, 전력발생장치에서의 발생 에너지가 어떻게 축전지에 충전되는지의 구성이 모호할 뿐만 아니라 콤프레샤로부터 발생되는 압축공기를 이용하여 회전체만을 회전시키도록 하고 있으므로 전력을 발생시킬 수가 없는 미완성의 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기한 폐단과 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 공기 압축기에 의해 압축 공급되는 공기가 일정 압력으로 복수 개의 터빈 구동기를 순차적으로 통과하도록 하면서 발전기로 전달되는 구동력에 의한 부하에 영향을 미치지 않도록 하면서 안정적인 발전이 수행될 수 있도록 하는 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템를 제공하는데 주된 목적이 있다.
또한, 본 발명은 하나의 발전기에 연결되는 복수 개의 터빈 구동기의 구동축간을 유니버설 조인트로 연결되게 함으로써 터빈 구동기의 손쉬운 설치와 함께 안정적인 구동력 전달이 가능하도록 하는 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템를 제공하는데 다른 목적이 있다.
특히, 본 발명은 하나의 발전기와 복수 개의 터빈 구동기로 이루어지는 하나의 발전 조합 구조를 복수로 구비되도록 하면서 각 터빈 구동기로는 압축 공기 공급관이 직렬로 연결되도록 하여 발전 용량을 증가시킬 수 있도록 하는 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템는, 공기 압축기로부터 발생되는 압축 공기를 일정량 수용하는 에어 탱크와 이 에어 탱크로부터 배출되는 압축 공기를 일정 압력으로 공급하는 레귤레이터로 구비되는 압축 공기 생성부; 상기 레귤레이터를 통해 유동하는 압축 공기를 유입구로 유입하여 내부의 터빈을 회전시키면서 유출구를 통해 배출되도록 하여 복수 개가 직렬로 구비되도록 하는 터빈 구동기와 이들 복수의 터빈 구동기들 상부를 지나면서 각 터빈 구동기의 유입구측으로 압축 공기를 유도하는 공급밸브와 각 터빈 구동기의 유출구를 통해 유도되는 압축 공기를 배출하는 배출밸브 및 공급 밸브와 배출밸브의 사이를 지나는 압축 공기를 단속하는 바이패스밸브를 구비하는 에어 파이프 및 직렬로 구비되는 일정 갯수의 터빈 구동기를 구동축간 유니버설 조인트로서 연결되도록 하여 동시 구동되는 마지막 터빈 구동기의 구동축에 동력 전달 수단에 의해서 구동력이 전달되도록 하여 전력을 발생시키는 발전기로 구비되는 발전부; 발전기로부터 발생된 전력을 저장하여 축전된 전력을 분배 송전하는 송배전부로서 이루어지는 구성이다.
상기한 구성에 따른 본 발명의 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템에 의해 공기 압축기를 가동시킬 수 있는 전력만 공급되면 복수의 터빈 구동기를 통해 발생되는 전력에 의해 자가 발전과 함께 잉여 전력을 이용한 전력 공급량을 보완할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 복수의 터빈 구동기를 통해 발생되는 구동력으로 발전이 이루어질 수 있도록 함으로써 구동력 손실에 따른 에어 압력 저하를 방지시켜 안정된 전력 생성이 가능하도록 한다.
그리고, 본 발명의 터빈 구동기들은 구동축간 유니버설 조인트로서 연결되게 함으로써 터빈 구동기들의 설치 시 구동축간 동일 축선상에 위치되지 않더라도 안정되게 구동력이 전달될 수가 있으므로 설치 작업의 편의를 제공할 수 있도록 한다.
한편, 본 발명은 일정 갯수의 터빈 구동기와 하나의 발전기로서 이루어지는 하나의 발전 구조를 복수로 구비되게 함으로써 보다 많은 용량의 발전이 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템의 전체적인 블록도
도 2는 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템의 전체 개략도
도 3은 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템에서 발전부의 터빈 구동기를 예시한 사시도
도 4는 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템의 발전부에서 터빈 구동기간 연결 구조를 예시한 사시도
도 5는 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템에서 발전부의 실시예를 도시한 구조도
도 6은 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템를 통해 전력을 생성하는 구조를 개력적으로 예시한 구조도
이하, 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템의 전체적인 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템의 전체 개략도로서, 본 발명의 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템는 크게 압축 공기 생성부(100)와 발전부(200)와 송배전부(300)로 이루어지는 구성이다.
본 발명의 압축 공기 생성부(100)에는 공기 압축기(110)와 에어 탱크(120)와 레귤레이터(130)가 구비되고, 발전부(200)에는 터빈 구동기(210)와 에어 파이프(220)와 발전기(230)로서 구비되는 구성이다.
본 발명의 구성에서 압축 공기 생성부(100)의 공기 압축기(110)는 압축 공기를 생성하도록 구비되는 구성으로서, 발전에 필요한 압축 공기의 생성을 위해서 사용되는 공기 압축기(110)는 스크류형 공기 압축기를 적용하는 것이 가장 바람직하다.
공기 압축기(110)에서 생성한 압축 공기는 일정 용량의 에어 탱크(120)에 채워지게 된다.
에어 탱크(120)에 채워지는 압축 공기가 일정 압력에 도달하게 되면 공기 압축기(110)의 구동을 중단시키도록 하며, 따라서 에어 탱크(120)에는 일정 압력의 압축 공기가 채워지도록 한다.
에어 탱크(120)에 채워진 압축 공기는 레귤레이터(130)를 지나면서 일정한 압력으로 유동되도록 한다.
즉 레귤레이터(130)는 에어 탱크(120)로부터 배출되는 압축 공기가 통과하면서 설정한 일정 압력으로 유지되도록 한다.
압축 공기 생성부에서 생성된 압축 공기는 발전부에 공급되어 발전을 일으키는 촉매로 작용하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템에서 발전부의 터빈 구동기를 예시한 사시도이다.
본 발명의 발전부(200)에서 터빈 구동기(210)는 내부로 터빈(211)이 회전 가능하게 축지지되도록 하면서 일측에는 압축 공기가 유입될 수 있는 유입구(212)를 형성하고, 타측에는 내부로 유입된 압축 공기가 배출될 수 있는 유출구(213)를 구비하는 구성이다.
터빈 구동기(210)는 유입구(212)를 통해 유입되는 압축 공기에 의해 터빈(211)을 회전시켜 이 터빈(211)의 회전력을 구동축을 통해 출력되도록 하는 구성이다.
즉 압축 공기의 유동력이 터빈(211)의 기계적 운동 에너지로 전환되도록 하는 것이다.
이와 같은 터빈 구동기(210)는 도 4에서와 같이 터빈(211)에 축고정된 구동축(214)의 축방향으로 일정 간격을 이격하면서 직렬로 일정 갯수의 터빈 구동기(210)가 연결된다.
터빈 구동기(210)들간 구동축(214)은 플랜지축으로 연결되게 할 수도 있으나 터빈 구동기(210)들의 좀더 자유로운 장착을 위해 유니버설 조인트(215)로서 연결되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
즉 터빈 구동기(210)들은 내부에서 터빈(211)이 회전하는 구성이므로 보다 견고한 고정이 되어야 하는데 구동축(214)간을 동일 축선상에 연결되도록 하는 것은 불가능하므로 터빈 구동기(210)의 구동축(214)간 동일 축선상에 위치되지 않더라도 구동력 전달이 안정되게 이루어질 수 있도록 유니버설 조인트(215)로서 연결되도록 한다.
복수의 터빈 구동기(210)들은 에어 파이프(220)로서 연결되며, 에어 파이프(220)는 압축 공기 생성부로부터 마지막에 위치하는 터빈 구동기(210)를 지난 위치에까지 형성되는 구성이다.
에어 파이프(220)의 각 터빈 구동기(210) 상부에서는 터빈 구동기(210)의 유입구(211)측으로의 압축 공기 공급을 단속하도록 하는 공급밸브(221)가 구비되고, 공급밸브(221)가 구비되는 위치에서 일정 거리 이격되도록 한 에어 파이프(220)에는 터빈 구동기(210)의 유출구(212)와 연결되어 유출구(212)를 통해 배출되는 압축 공기 배출을 단속하도록 하는 배출밸브(222)를 구비한다.
그리고 공급밸브(221)와 배출밸브(222) 사이의 에어 파이프(220)에는 바이패스밸브(223)가 장착되도록 하여 공급밸브(221)에서 배출밸브(222)로의 직접적인 압축 공기 유동이 차단 단속되도록 한다.
이때의 공급밸브(221)와 배출밸브(222)는 3웨이 밸브로 이루어지고, 바이패스밸브(223)는 2웨이 밸브로 이루어지도록 한다.
터빈 구동기(210)를 지난 에어 파이프(220)의 단부에는 압축 공기의 배출압에 의해 소음이 발생하게 되므로 이러한 소음 발생을 억제하기 위하여 에어 파이프(220)의 배출 단부에는 소음기(224)가 장착되게 하는 것이 보다 바람직하다.
따라서, 에어 파이프(220)를 통해 모든 터빈 구동기(210)에 압축 공기를 순차적으로 공급되게 함으로써 각 터빈 구동기(210)의 터빈(211)이 회전할 수 있도록 한다.
터빈 구동기(210)를 통해 발생되는 구동력은 구동축(214)을 통해서 회전력이 발생되며, 이런 구동축(214)에는 일정 간격으로 발전기(230)가 연결되도록 한다.
이때의 발전기(230)는 발전 용량을 감안하여 유니버설 조인트(215)를 이용해서 연결되는 터빈 구동기(210)의 갯수가 정해지도록 하며, 유니버설 조인트(215)로 축연결되는 터빈 구동기(210)들 중 마지막 터빈 구동기(210)의 구동축(214)과 발전기(230)가 동력 전달 수단(231)을 통하여 연결되게 함으로써 터빈 구동기(210)에 의해 발생되는 구동력으로 발전기(230)가 구동되면서 발전이 수행되도록 한다.
이때 발전기(230)는 터빈 구동기(210)의 3~5개에 하나씩 연결되도록 하는 것이 가장 바람직하다.
터빈 구동기(210)의 구동축(214)과 발전기(230)를 연결하는 동력 전달 수단(231)으로는 풀리와 벨트로 적용할 수도 있고, 스프로킷과 체인으로 적용되게 할 수도 있다.
한편, 구동축(214)간 유니버설 조인트(215)로 연결되는 3~5개의 터빈 구동기(210)와 이들 터빈 구동기(210)들 중 하나의 구동축(214)과 동력 전달 수단(231)을 통해 발전기(230)가 연결되도록 하는 조합을 도 5에서와 같이 복수로 구비되도록 하여 복수의 발전기(230)를 통해 발전량이 증대되도록 하는 것이 더욱 바람직하다.
이와 같은 발전부(200)를 통해 전력을 생성하게 되면 이들 전력은 송배전부(300)로 모아지게 된다.
송배전부(300)는 크게 발전기(230)에 의해 발전된 전력이 모여지도록 하고, 이렇게 모여진 전력을 일부는 외부 전력을 차단시키면서 공기 압축기(110)로 공급되도록 하고, 다른 일부는 다양한 사용 분야로 공급될 수 있도록 한다.
발전기(230)에서는 사용 가능한 상태로 전력을 만들어 출력을 하게 되므로 발전기(230)로부터 생성되는 전력을 일단 송배전부(300)에 모여지도록 한 후 우선은 에너지원인 압축 공기를 생성하는 공기 압축기(110)를 구동시킬 수 있는 전력으로 공급되게 한다.
공기 압축기(110)를 구동시키는 전력 외 남는 전력은 필요로 하는 곳으로 보내지도록 한다.
이상의 구성에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템를 통해 전력을 생성하는 작용에 대해 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템를 통해 전력을 생성하는 구조를 개력적으로 예시한 구조도로서, 우선 공기 압축기(110)는 외부 전력에 의해 일정 시간동안 가동되도록 한다.
외부 전력에 의해 공기 압축기(110)를 가동하게 되면 공기 압축기(110)로부터 발생되는 압축 공기는 에어 탱크(120)에 채워지게 된다.
에어 탱크(120) 내의 압력이 일정 수준에 도달하게 되면 공기 압축기(110)의 가동은 중단되며, 에어 탱크(120)를 통해 유출되는 압축 공기는 레귤레이터(130)를 지나면서 일정한 압력으로만 공급되도록 한다.
레귤레이터(130)를 통해 공급되는 압축 공기는 에어 파이프(220)를 지나게 되는데 이때 에어 파이프(220)에 구비되는 공급밸브(221)와 배출밸브(222)는 모두 3웨이 밸브로서 이루어진다.
즉 공급밸브(221)와 배출밸브(222)는 에어 파이프(220)에서 터빈 구동기(210)의 유입구(212) 및 유출구(213)에 연통되도록 하고 있으므로 공급밸브(221)와 배출밸브(222)가 터빈 구동기(210)측으로 개방되면 공급밸브(221)와 배출밸브(222) 사이의 에어 파이프(220)로는 압축 공기의 유동이 차단되는 상태가 된다.
특히 공급밸브(221)와 배출밸브(222) 사이의 에어 파이프(220)에는 2웨이 밸브인 바이패스 밸브(223)가 구비되면서 공급밸브(221)와 배출밸브(222)가 터빈 구동기(210)의 유입구(212) 및 유출구(213)측으로의 압축 공기 유동이 차단되도록 하면 터빈 구동기(210)를 거치지 않고서도 개방된 바이패스 밸브(223)를 통해서 압축 공기가 유동되도록 한다.
따라서, 터빈 구동기(210)가 정상적인 구동 상태인 경우에는 공급밸브(221)와 배출밸브(222)가 터빈 구동기(210)의 유입구(212)와 유출구(213)측으로 개방되면서 터빈 구동기(210)로 압축 공기가 공급되도록 한다.
터빈 구동기(210)에 공급된 압축 공기의 유동압에 의해 터빈(211)이 회전하게 되면 터빈(211)과 축고정되는 구동축(214)이 회전하게 되며, 터빈 구동기(210)의 유출구(213)로 유출된 압축 공기는 다시 에어 파이프(220)를 통해서 인접한 터빈 구동기(210)측 공급밸브(221)로 공급된다.
한편, 일부의 터빈 구동기(210)가 고장나거나 점검이 필요한 경우에는 해당터빈 구동기(210)로 압축 공기를 유도하는 공급밸브(221)와 배출밸브(222)를 작동 전환시키는 동시에 바이패스 밸브(223)가 개방되게 함으로써 고장 또는 점검이 필요한 터빈 구동기(210)를 바이패스하여 압축 공기가 유동되도록 한다.
이와 같은 방식으로 압축 공기가 에어 파이프(220)를 통과하면서 복수의 터빈 구동기(210)를 순차적으로 순환하게 되면 복수의 터빈 구동기(210)들에서 터빈(211)이 거의 동시에 회전하게 되므로 터빈(211)에 연결된 각 구동축(214)을 일제히 회전시키게 된다.
구동축(214)과 유니버설 조인트(215)로 연결된 복수의 터빈 구동기(210)들이 구동하면서 발생하게 되는 구동력은 복수의 터빈 구동기(210)들 중 하나의 터빈 구동기(210)와 풀리와 벨트 또는 스프로킷과 체인 등으로 이루어지는 동력 전달 수단(231)을 통해 발전기(230)에 전달됨으로서 발전을 하게 된다.
다만 하나의 발전기(230)에서 발전될 수 있는 전력에는 한계가 있으므로 구동축(214)과 유니버설 조인트(215)로 연결되는 복수의 터빈 구동기(210)들의 결합 구조를 여러번 반복 형성되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
이때의 각 터빈 구동기(210)들은 하나의 에어 파이프(220)에 직렬로 연결되는 구성으로 구비된다.
한편 구동축(214)과 유니버설 조인트(215)로서 연결되는 복수의 터빈 구동기(210)들은 발전기(230)에 걸리는 구동 부하를 감안하여 이 구동 부하에도 각 터빈 구동기(40)의 터빈(211)이 안정적으로 회전할 수 있는 갯수로서 구비되게 하는 것이 가장 바람직하다.
또한, 하나의 발전기(230)를 통해 생성하는 발전량은 제한적이므로 원하는 정도의 발전량을 생성하기 위해서는 복수의 발전기(230)를 구비해야만 한다.
따라서 구동축(214)과 유니버설 조인트(215)로서 연결되는 복수의 터빈 구동기(210)와 하나의 발전기(230)로서 이루어지는 결합 구조를 반복 증설함으로써 복수의 발전기(230)를 통해 원하는 정도의 발전량이 생성되도록 한다.
이렇게 해서 복수의 발전기(60)를 통해 생성되는 전력은 이미 실사용이 가능한 상태로 송배전부(300)에 공급되므로 송배전부(300)에서는 이를 적절하게 배분해서 송전되도록 한다.
송배전부(300)에 수집된 전력은 우선적으로 외부 전력이 차단되도록 하면서 공기 압축기(110)에 공급되어 압축 공기를 발생시키는데 사용되도록 하고, 공기 압축기(110)로 공급하고도 남는 잉여 전력은 다양한 사용처에 공급되게 함으로써 외부 전력에 대한 의존도를 대폭적으로 경감시키도록 한다.
본 발명의 발전장치를 통해 더욱 많은 발전량을 생산하게 되면 아파트나 고층건물 또는 공장 등에서 자가발전에 의해 전력을 충당할 수 있으므로 외부 전력에 대한 의존하지 않고도 안정되게 전력을 공급받을 수가 있게 된다.
외부 전력에 대한 의존도를 줄이게 되면 전기료에 대한 부담을 대폭적으로 절감할 수가 있을 뿐만 아니라 역으로 전력 판매가 가능하므로 수익성을 기대할 수가 있게 된다.
특히, 본 발명은 공기 압축기(110)와 레귤레이터(130) 및 발전기(230)의 용량을 적절히 조절하기만 하면 터빈 구동기(210)의 설치 갯수를 증가시킴에 의해서 전력 생산량을 증가시킬 수가 있으므로 최근의 대체 에너지원으로서 압축 공기가 하나의 대안이 될 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 공기 압축기로부터 발생되는 압축 공기를 일정량 수용하는 에어 탱크와 이 에어 탱크로부터 배출되는 압축 공기를 일정 압력으로 공급하는 레귤레이터로 구비되는 압축 공기 생성부;
    상기 레귤레이터를 통해 유동하는 압축 공기를 유입구로 유입하여 내부의 터빈을 회전시키면서 유출구를 통해 배출되도록 하여 복수 개가 직렬로 구비되도록 하는 터빈 구동기와 이들 복수의 터빈 구동기들 상부를 지나면서 각 터빈 구동기의 유입구측으로 압축 공기를 유도하는 공급밸브와 각 터빈 구동기의 유출구를 통해 유도되는 압축 공기를 배출하는 배출밸브 및 공급 밸브와 배출밸브의 사이를 지나는 압축 공기를 단속하는 바이패스밸브를 구비하는 에어 파이프 및 직렬로 구비되는 일정 갯수의 터빈 구동기를 구동축간 유니버설 조인트로서 연결되도록 하여 동시 구동되는 마지막 터빈 구동기의 구동축에 동력 전달 수단에 의해서 구동력이 전달되도록 하여 전력을 발생시키는 발전기로 구비되는 발전부;
    발전기로부터 발생된 전력을 저장하여 축전된 전력을 분배 송전하는 송배전부;
    로서 이루어지는 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기 압축기는 외부 전력과 함께 분전기로부터 전원이 선택적으로 인가되어 구동되는 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 에어 파이프의 공급밸브와 배출밸브는 3웨이 밸브로 이루어지고, 바이패스밸브는 2웨이 밸브로 이루어지는 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 발전기는 구동축과 유니버설 조인트로 연결되는 3~5개의 터빈 구동기들에 하나씩 연결되는 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 동력 전달 수단은 풀리와 벨트 또는 스프로킷과 체인으로 이루어지는 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    구동축간 유니버설 조인트로 연결되는 3~5개의 터빈 구동기와 이들 터빈 구동기들 중 하나의 구동축과 동력 전달 수단을 통해 발전기로서 이루어지는 구조가 복수로 구비되도록 하여 복수의 발전기를 통해 발전량이 증대되도록 하는 압축공기를 이용한 풍력발전 시스템.
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