KR101852855B1 - 이동식 고고도 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

풍력발전장치는 내부에 공간이 정의되어 부양용 기체를 담을 수 있는 부양부, 측면도 상에서 회전축을 중심으로 점대칭 되는 형상을 가지며, 상기 회전축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸는 회전 날개부, 상기 회전 날개부에 연결되며, 상기 회전축에 수직인 축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸는 도넛 형상을 가지고, 상기 도넛 형상 외부의 회전축을 중심으로 대칭되는 양 끝단에 함몰되어 형성되는 보강사 고정홈을 포함하는 관성 바퀴부, 상기 회전 날개부 및 상기 관성 바퀴부를 감싸며, 상기 보강사 고정홈을 지나도록 배치되는 보강사 및 상기 회전 날개부의 양끝단에 연결되어 상기 회전 날개부의 회전축의 연장선상에 배치되며 상기 회전 날개부의 회전에너지를 전기 에너지로 변환하는 회전체부를 포함한다.

Description

이동식 고고도 풍력발전장치 {MOBILE WIND POWER GENERATOR AT HIGH ALTITUDE}

본 발명은 이동식 고고도 풍력발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부양용 기체 및 회전 날개를 이용하여 풍력발전장치를 공기중으로 부양시켜 고고도에서 부는 지속적이고 강한 바람을 이용하여 풍력발전의 효과를 극대화 하고, 송전 연결선을 이용하여 풍력발전장치의 거치 및 운반을 용이하게 할 수 있는 풍력발전장치에 관한 것이다.

종래의 풍력발전장치는 지표면에서 가까운 지점에 설치되어 저속의 균일하지 못한 풍속을 이용하여 풍력 발전 효율이 낮으며, 지면 고정식으로 단지를 형성하여 다수의 거대한 기둥, 날개 그림자, 소음 및 보이지 않는 저주파 등으로 생태계에 좋지 않은 영향을 미쳐왔다.

이를 극복하기 위해 최근에는 지상보다는 지속적이고 균일하며 강력한 풍속을 이용할 수 있는 높은 고도의 풍력발전장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 일반적으로 높은 고도에서 이용되는 풍력발전장치는 거대한 원통형 풍선 내부의 통 안에 풍력 터빈을 설치하고 원통형 풍선 후미에는 보조날개를 달아서 바람에 정면으로 향하도록 하고 있다.

그러나 상기 발명의 구조는 바람의 방향을 정면으로 받아야만 하여 안정성에 대한 문제점 및 풍력발전장치의 고고도로의 진입을 위해 많은 양의 헬륨 기체가 요구되는 문제점이 초래되었으며, 고고도에서의 안정적인 동작에 대한 개선이 요구되어 왔다.

미국특허공개공보 US 2015/0048203호(2015.02.19)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 고고도에서 부는 지속적이고 강한 바람을 이용하여 풍력발전의 효과를 극대화 하고, 풍력발전장치의 안정성 및 견고성을 증대 시키며 풍력발전장치의 거치 및 운반을 용이하게 할 수 있는 이동식 고고도 풍력발전장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 풍력발전장치는 내부에 공간이 정의되어 부양용 기체를 담을 수 있는 부양부, 측면도 상에서 회전축을 중심으로 점대칭 되는 형상을 가지며 상기 회전축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸는 회전 날개부, 상기 회전 날개부에 연결되며, 상기 회전축에 수직인 축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸는 도넛 형상을 가지고, 상기 도넛 형상 외부의 회전축을 중심으로 대칭되는 양 끝단에 함몰되어 형성되는 보강사 고정홈을 포함하는 상기 관성 바퀴부, 상기 회전 날개부 및 상기 관성 바퀴부를 감싸며, 상기 보강사 고정홈을 지나도록 배치되는 보강사, 상기 회전 날개부의 양 끝단에 연결되어 상기 회전 날개부의 회전축의 연장선상에 배치되며 상기 회전 날개부의 회전에너지를 전기 에너지로 변환하는 회전체부, 상기 회전체부에 연결되어 지상으로 전기 에너지를 송전하고 상기 풍력발전장치를 고정하는 송전 연결부 및 상기 부양부에 부착되어 부양용 기체가 주입되는 기체 주입 밸브부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 회전 날개부는 상기 회전축으로부터 상기 회전축과 평행한 면으로 연장되는 평면 형상을 갖는 베이스부 및 상기 관성 바퀴부 및 상기 베이스부와 직접 접촉되며 상기 베이스부로부터 일정 각도 절곡되어 연장되는 절곡부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 회전 날개부는 상기 회전축 방향으로 연장되는 평면의 아령 형상을 가지며 양 끝단에 원형의 개구가 형성되는 베이스부 및 상기 베이스부로부터 일정 각도 절곡되어 연장되는 절곡부를 포함할 수 있고, 상기 관성 바퀴부는 상기 베이스부의 양 끝단에 각각 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 회전 날개부는 직선부와 상기 직선부의 양 끝단으로부터 내부 방향으로 절곡되는 곡선부를 갖는 서브 회전날개부들이 결합되어 소시지 형상을 갖는 베이스부 및 상기 각각의 서브 회전날개부들의 직선부로부터 일정 각도 절곡되어 연장되는 서브 절곡부를 포함할 수 있고, 상기 관성 바퀴부는 상기 직선부의 양 끝단에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 관성 바퀴부의 총 면적은 상기 부양부의 단면적을 포함한 상기 회전 날개부의 총 면적의 1.4배 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 풍력발전장치는 상기 회전 날개부 및 상기 관성 바퀴부와 연결되며 상기 회전축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸고 상기 부양부를 고정하는 부양 고정부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 풍력발전장치는 상기 회전축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸며 상기 부양부를 고정하는 분리부양 고정부 및 제1 단은 상기 회전 날개부와 상기 회전축상에서 연결되고, 제1 단의 반대편인 제 2단은 상기 분리부양 고정부에 연결되어 상기 분리부양 고정부를 상기 회전 날개부 및 상기 관성 바퀴부와 독립적으로 회전시키는 분리부양 회전부를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 고고도에서 부는 지속적이고 강한 바람을 이용하여 풍력발전의 효과를 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명은 간편하게 설치 및 이동할 수 있어 풍력발전을 위한 높고 거대한 구조물의 설치를 필요로 하지 않고, 고립된 지역이나 재난지역 및 전력 망 구축이 어려운 오지 등에 신속히 설치하여 손쉽게 전력을 공급할 수 있으며, 한 지역에 고정되지 않아 지역 주민의 반발 및 지속적인 생태계 파괴를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 본체 전체가 회전 날개면으로 구성되어 풍력발전의 효과를 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명은 관성 바퀴부의 자이로 효과로 인해 돌풍, 난기류에서도 평형 안정을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명은 보강사를 적용하여 본체 전체를 더욱 견고히 하여 풍력발전장치의 지속적인 사용이 가능할 수 있다.

또한, 본 발명은 보조 부양부를 적용하여 부양부의 안정성을 높여 풍력발전장치의 지속적인 사용이 가능할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전장치를 나타내는 정면도이다.
도 2는 도 1의 풍력발전장치를 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전장치를 나타내는 정면도이다.
도 4는 도 3의 풍력발전장치를 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전장치를 나타내는 정면도이다.
도 6은 도 5의 풍력발전장치를 나타내는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전장치를 나타내는 정면도이다.
도 8은 도 7의 풍력발전장치를 나타내는 측면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전장치를 나타내는 정면도이다.
도 10은 도 9의 풍력발전장치를 나타내는 측면도이다.
도 11은 도 9의 풍력발전장치를 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전장치를 나타내는 정면도이다.
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전장치를 나타내는 정면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전장치를 나타내는 정면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전장치를 나타내는 정면도이다.
도 16는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전장치를 나타내는 정면도이다.
도 17는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전장치를 나타내는 정면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 풍력발전장치의 정면도이다. 도 2는 도 1의 풍력발전장치를 나타내는 측면도 이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전장치는 부양부(120), 회전 날개부(130), 관성 바퀴부(110), 보강사(150) 및 회전체부(141, 143)를 포함한다.

상기 부양부(120)는 내부에 공간이 정의되어 부양용 기체를 담을 수 있는 형상을 가질 수 있다. 내부에 공간은 구형 등 다양한 형태 일 수 있다. 재질은 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 소재를 사용하며 또한 신축성 있는 소재를 사용하여 상기 부양부를 사용하지 않는 경우 수축되어 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 부양부는 고무, 비닐, 나일론 또는 섬유 재질의 풍선형 일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 부양부(120)는 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 다양한 소재가 사용될 수 있다.

상기 부양부(120)에 주입되는 부양용 기체는 헬륨 또는 수소를 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 공기 및 송전 연결부의 무게를 감안하여 공기보다 가벼운 기체가 사용 될 수 있다. 또한, 부양용 기체로서 수소는 헬륨보다 경제적이나 폭발의 위험이 있으므로 수소의 폭발 위험을 낮추는 소재를 상기 부양부(120)에 사용할 수 있다.

상기 회전 날개부(130)는 측면도 상에서 회전축을 중심으로 점대칭 되는 형상으로 풍력발전 시 풍력발전장치를 안정적으로 동작 시키고, 날개 면적을 넓게 하여 바람을 받는 면적을 넓혀 더욱 효율적으로 바람을 받게 할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 측면도 상에서 상기 회전축을 중심으로 점대칭 되는 구조라면 상기 회전 날개부(130)의 형상 및 개수에 제한은 없다. 상기 회전 날개부(130)는 회전축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸 상기 부양부가 풍력발전장치와 쉽게 분리되지 않을 수 있다. 재질은 강화 플라스틱, 금속 또는 카본 복합체 등과 같은 소재를 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 가볍고 견고한 다양한 재료를 사용할 수 있다.

상기 회전 날개부(130)는 풍력발전장치의 형태를 유지시키는 기능을 포함하는 베이스부(131)와 바람을 더욱 효과적으로 받을 수 있는 절곡부(133)를 포함할 수 있다. 상기 베이스부(131)는 상기 회전축으로부터 상기 회전축과 평행한 면으로 연장되는 평면 형상을 가질 수 있다. 상기 베이스부(131)는 상기 부양부(120)를 감싸는 형상일 수 있지만 상기 부양부가 배치될 공간을 확보하기 위한 목적이 달성된다면 형상에 제한은 없다. 상기 절곡부(133)는 상기 관성 바퀴부 및 상기 베이스부와 직접 접촉되며 상기 베이스부로부터 일정 각도 절곡되어 연장되도록 형성될 수 있다. 상기 절곡부(133)의 소재는 상기 베이스부(131)와 다르게 할 수 있으며 바람을 효율적으로 받기 위한 다양한 각도로 형성 될 수 있다. 상기 절곡부(133)는 하나 이상 일 수 있으며 각각이 상이한 각도로 구성되어 다양한 방향에서 바람을 효율적으로 받을 수 있다.

상기 회전 날개부(130)가 정회전이 되면 마그누스 효과에 의해 회전 양력을 받아 풍력발전 장치가 공기 중으로 부양하게 되고, 상기 부양부(120)에 부양용 기체가 주입되면 더욱 쉽게 공중으로 올라갈 수 있다.

상기 관성 바퀴부(110)는 회전축에 수직인 축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸는 도넛 형상을 가지고, 도넛 형상 외부의 회전축을 중심으로 대칭되는 양 끝단에 함몰되어 형성되는 상기 보강사 고정홈을 포함하는 형상 일 수 있다. 상기 관성 바퀴부(110)는 상기 회전 날개부(130)에 연결되어 상기 회전 날개부(130)와 함께 회전 되도록 연결되는 것을 포함할 수 있다. 상기 관성 바퀴부(110)가 상기 회전 날개부(130)에 연결되면 상기 회전 날개부(130)와 함께 회전되어 자이로스코프 효과에 의해 풍력발전장치의 평형 작용 및 방향 안정화 효과를 줄 수 있다. 이러한 효과는 강풍이나 돌풍 하에서 풍력발전장치의 본체의 안정 유지 및 바람 방향으로의 풍향계 역할을 할 수 있다. 상기 관성 바퀴부(110)의 소재는 강화 플라스틱, 금속 또는 카본 복합체 등의 소재를 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 가볍고 견고한 다양한 재료를 사용할 수 있다.

상기 관성 바퀴부(110)는 상기 부양부(120)를 감싸는 형상이지만 상기 부양부가 배치될 공간을 확보하기 위한 목적 및 풍력발전장치의 안정화를 돕는 목적이 달성된다면 형상에 제한은 없으며 외부에 돌출부를 추가하여 바람을 더욱 효과적으로 받을 수 있다. 상기 관성 바퀴부(110)의 위치는 풍력발전장치의 안정화를 도울 수 있는 다양한 위치에 배치 될 수 있으며 상기 부양부의 정 중앙선상에 위치 될 수도 있다. 또한, 상기 관성 바퀴부(110)는 하나 이상일 수 있다.

상기 회전 날개부(130) 및 상기 관성 바퀴부(110)의 내부에는 예비 공간을 추가하여 상기 부양부(120)를 사용시에만 기체를 주입하여 예비 공간에 안치시킬 수 있다.

상기 관성 바퀴부(110)의 총 면적은 상기 회전 날개부(130)의 총 면적의 1.4배 이상으로 하여 관성 바퀴부의 총 면적이 충분하지 않은 경우 연결된 송전 연결부(161, 163)의 합선점을 중심으로 풍력발전장치가 180도 회전하며 바람 부는 방향에 대하여 역회전 하고, 이로 인해 역방향 양력이 발생되어 풍력발전장치가 급강하하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 상기 관성 바퀴부(110)는 상기 회전 날개부(130)와 동일한 재질 및 동일한 두께로 형성되고, 관성 바퀴부(110)의 총 면적은 상기 회전 날개부(130)의 내부에 배치되는 상기 부양부(120)의 단면적을 포함한 상기 회전날개부(130)의 총면적의 1.4배 이상으로 할 수 있다.

상기 보강사(150)는 상기 회전 날개부(130)의 둘레를 감싸 보강하여 강풍에도 풍력발전장치를 견고하게 할 수 있다. 또한, 상기 보강사(150)는 안정적으로 풍력발전장치에 고정 되기 위하여 상기 보강사 고정홈(151)을 지나도록 배치될 수 있다. 상기 보강사(150)는 철사, 실 또는 밧줄과 같은 끈의 형상일 수 있다. 상기 보강사의 소재는 상기 회전 날개부(130)의 휘어짐을 방지할 수 있을 만큼 견고한 소재를 사용하며 금속, 피아노 줄 등과 같은 다양한 소재일 수 있다.

상기 회전체부(141, 143)는 상기 회전 날개부(130)의 단축에 연결되어 상기 회전 날개부(130)의 회전축의 연장선상에 배치될 수 있으며 상기 회전 날개부(130)의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 상기 회전체부(141, 143)는 상기 회전 날개부(130)의 회전력을 전달 받는 회전기어부와 회전에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전부를 포함할 수 있다. 상기 회전체부(141, 143)는 발전 장치를 배치할 수 있는 다양한 형상일 수 있으며 제1 단은 회전 기어 연결을 위해 원형이고 제1 단과 정반대 방향의 제2 단은 뾰족한 형상으로 정면에서 보았을 때 90도 기울인 고깔 모양으로 상기 회전체부(141, 143) 자체가 바람을 적게 받도록 하는 형상 일 수 있다. 상기 회전체부(141, 143)의 소재는 강화 플라스틱, 금속 또는 카본 복합체일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 발전부 및 회전기어부의 무게 및 회전력을 견딜 수 있을 만큼 견고한 소재가 사용 될 수 있다. 상기 회전체부(141, 143)는 효과적인 풍력 발전을 위하여 추가 배치 될 수 있다.

송전 연결부(161, 163)는 상기 회전체부에 연결되어 지상으로 전기 에너지를 송전할 수 있다. 송전 연결부의 소재는 전도성일 수 있으며, 내부에 전도성 연결선을 포함하고 보호피막으로 외부를 감싸는 형태일 수 있다. 또한, 송전 연결부(161, 163)는 풍력발전장치를 고정할 수 있어 풍력발전장치의 고정 역할만을 수행할 수도 있다. 송전 연결부는 지상 스테이션에 바로 연결되거나 지상에서 이동 가능하며 송전 연결부의 길이 조절이 가능한 윈치에 연결 될 수 있다.

부양용 기체 주입 밸브부(180)는 상기 부양부(120)에 부착되어 부양 기체의 주입 및 배기를 용이하게 할 수 있다. 소재는 견고한 소재로써 금속 등을 사용할 수 있으며 압력 또는 일정 조건에 따라 개폐 가능한 형상 일 수 있다. 또한, 상기 부양부(120) 내부의 강한 압력에서 기체를 방출하는 기능을 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 풍력발전장치의 정면도이다. 도 4는 도 3의 풍력발전장치를 나타내는 측면도 이다.

본 실시예에 따른 풍력발전장치는 부양 고정부(170)를 제외하고는 도 1 및 도 2의 풍력발전장치와 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 1 및 도 2의 풍력발전장치는 동일한 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.

도 3 및 도 4을 참조하면, 부양 고정부(170)는 상기 회전 날개부(130) 및 상기 관성 바퀴부(110)와 연결되며 상기 회전축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸고 상기 부양부를 단단하게 고정한다. 부양 고정부(170)는 회전 날개부(130) 또는 상기 관성 바퀴부(110)와 같은 견고한 소재 일 수 있으며 강화 플라스틱, 금속 또는 카본 복합체 일 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 풍력발전장치의 정면도이다. 도 6은 도 5의 풍력발전장치를 나타내는 측면도 이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전장치는 부양부(1121, 1123), 회전 날개부(1130), 관성 바퀴부(1111, 1113), 보강사(1150) 및 회전체부(1141, 1143)를 포함한다.

상기 부양부(1121, 1123)는 내부에 공간이 정의되어 부양용 기체를 담을 수 있는 형상을 가질 수 있다. 내부에 공간은 구형 등 다양한 형태 일 수 있다. 재질은 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 소재를 사용하며 또한 신축성 있는 소재를 사용하여 상기 부양부를 사용하지 않는 경우 수축되어 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 부양부는 고무, 비닐, 나일론 또는 섬유 재질의 풍선형 일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 부양부(1121, 1123)는 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 다양한 소재가 사용될 수 있다.

상기 부양부(1121, 1123)에 주입되는 부양용 기체는 헬륨 또는 수소를 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 공기 및 송전 연결부의 무게를 감안하여 공기보다 가벼운 기체가 사용 될 수 있다. 또한, 부양용 기체로서 수소는 헬륨보다 경제적이나 폭발의 위험이 있으므로 수소의 폭발 위험을 낮추는 소재를 상기 부양부(1121, 1123)에 사용할 수 있다.

상기 회전 날개부(1130)는 측면도 상에서 회전축을 중심으로 점대칭 되는 형상으로 풍력발전 시 풍력발전장치를 안정적으로 동작시키고, 날개 면적을 넓게 하여 바람을 받는 면적을 넓혀 더욱 효율적으로 바람을 받게 할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 측면도 상에서 상기 회전축을 중심으로 점대칭 되는 구조라면 상기 회전 날개부(1130)의 형상 및 개수에 제한은 없다. 상기 회전 날개부(1130)는 회전축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸 상기 부양부가 풍력발전장치와 쉽게 분리되지 않을 수 있다. 재질은 강화 플라스틱, 금속 또는 카본 복합체 등과 같은 소재를 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 가볍고 견고한 다양한 재료를 사용할 수 있다.

상기 회전 날개부(1130)는 풍력발전장치의 형태를 유지시키는 기능을 포함하는 베이스부(1131)와 바람을 더욱 효과적으로 받을 수 있는 절곡부(1133)를 포함할 수 있다. 상기 베이스부(1131)는 상기 회전축 방향으로 연장되는 평면의 아령 형상을 가지며 양 끝단에 원형의 개구가 형성되는 형상을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 베이스부(1131)는 상기 부양부(1121, 1123)를 감싸는 형상일 수 있지만 상기 부양부가 배치될 공간을 확보하기 위한 목적이 달성된다면 상기 베이스부의 개구 및 상기 베이스부의 형상에 제한은 없다. 상기 절곡부(1133)는 상기 베이스부와 직접 접촉되며 상기 베이스부로부터 일정 각도 절곡되어 연장되도록 형성될 수 있다. 상기 절곡부(1133)의 소재는 상기 베이스부(1131)와 다르게 할 수 있으며 바람을 효율적으로 받기 위한 다양한 각도로 형성 될 수 있다. 상기 절곡부(1133)는 하나 이상 일 수 있으며 각각이 상이한 각도로 구성되어 다양한 방향에서 바람을 효율적으로 받을 수 있다.

상기 회전 날개부(1130)가 정회전이 되면 마그누스 효과에 의해 회전 양력을 받아 풍력발전 장치가 공기 중으로 부양하게 되고, 상기 부양부(1121, 1123)에 부양용 기체가 주입되면 더욱 쉽게 공중으로 올라갈 수 있다.

상기 관성 바퀴부(1111, 1113)는 회전축에 수직인 축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸는 도넛 형상을 가지고, 도넛 형상 외부의 회전축을 중심으로 대칭되는 양 끝단에 함몰되어 형성되는 상기 보강사 고정홈을 포함하는 형상 일 수 있다. 상기 관성 바퀴부(1111, 1113)는 상기 회전 날개부(1130)에 연결되어 상기 회전 날개부(1130)와 함께 회전 되도록 연결되는 것을 포함할 수 있다. 상기 관성 바퀴부(1111, 1113)가 상기 회전 날개부(1130)에 연결되면 상기 회전 날개부(1130)와 함께 회전되어 자이로스코프 효과에 의해 풍력발전장치의 평형 작용 및 방향 안정화 효과를 줄 수 있다. 이러한 효과는 강풍이나 돌풍 하에서 풍력발전장치의 본체의 안정 유지 및 바람 방향으로의 풍향계 역할을 할 수 있다. 상기 관성 바퀴부(1111, 1113)의 소재는 강화 플라스틱, 금속 또는 카본 복합체 등의 소재를 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 가볍고 견고한 다양한 재료를 사용할 수 있다.

상기 관성 바퀴부(1111, 1113)는 상기 부양부(1121, 1123)를 각각 감싸는 형상이지만 상기 부양부가 배치될 공간을 확보하기 위한 목적 및 풍력발전장치의 안정화를 돕는 목적이 달성된다면 형상에 제한은 없으며 외부에 돌출부를 추가하여 바람을 더욱 효과적으로 받을 수 있다. 상기 관성 바퀴부(1111, 1113)의 위치는 상기 부양부의 정 중앙선상 및 상기 베이스부의 양 끝단에 위치 될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 상기 풍력발전장치의 안정화를 도울 수 있는 다양한 위치에 배치 될 수 있다.

상기 회전 날개부(1130) 및 상기 관성 바퀴부(1111, 1113)의 내부에는 예비 공간을 추가하여 상기 부양부(1121, 1123)를 사용시에만 기체를 주입하여 예비 공간에 안치시킬 수 있다.

상기 관성 바퀴부(1111, 1113)의 총 면적은 상기 회전 날개부(1130)의 총 면적의 1.4배 이상으로 하여 관성 바퀴부의 총 면적이 충분하지 않은 경우 연결된 송전 연결부(1161, 1163)의 합선점을 중심으로 풍력발전장치가 180도 회전하며 바람 부는 방향에 대하여 역회전 하고, 이로 인해 역방향 양력이 발생되어 풍력발전장치가 급강하하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 상기 관성 바퀴부(1111, 1113)는 상기 회전 날개부(1130)와 동일한 재질 및 동일한 두께로 형성되고, 관성 바퀴부(1111, 1113)의 총 면적은 상기 회전 날개부(1130)의 내부에 배치되는 상기 부양부(1121, 1123)의 단면적을 포함한 상기 회전날개부(1130)의 총면적의 1.4배 이상으로 할 수 있다.

상기 보강사(1150)는 상기 회전 날개부(1130)의 둘레를 감싸 보강하여 강풍에도 풍력발전장치를 견고하게 할 수 있다. 또한, 상기 보강사(1150)는 안정적으로 풍력발전장치에 고정 되기 위하여 상기 보강사 고정홈(1153, 1155)을 지날 수 있다. 상기 보강사(1150)는 철사, 실 또는 밧줄과 같은 끈의 형상일 수 있으며, 칼국수의 형상과 같이 넓은 면적을 갖는 선의 형상일 수 있다. 상기 보강사의 소재는 상기 회전 날개부(1130)의 휘어짐을 방지할 수 있을 만큼 견고한 소재를 사용하며 금속, 피아노 줄 등과 같은 다양한 소재일 수 있다.

상기 회전체부(1141, 1143)는 상기 회전 날개부(1130)의 단축에 연결되어 상기 회전 날개부(1130)의 회전축의 연장선상에 배치될 수 있으며 상기 회전 날개부(1130)의 회전에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 상기 회전체부(1141, 1143)는 상기 회전 날개부(1130)의 회전력을 전달 받는 회전기어부와 회전에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전부를 포함할 수 있다. 상기 회전체부(1141, 1143)는 발전 장치를 배치할 수 있는 다양한 형상일 수 있으며 제1 단은 회전 기어 연결을 위해 원형이고 제1 단과 정반대 방향의 제2 단은 뾰족한 형상으로 정면에서 보았을 때 90도 기울인 고깔 모양으로 상기 회전체부(1141, 1143) 자체가 바람을 적게 받도록 하는 형상 일 수 있다. 상기 회전체부(1141, 1143)의 소재는 강화 플라스틱, 금속 또는 카본 복합체일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 발전부 및 회전기어부의 무게 및 회전력을 견딜 수 있을 만큼 견고한 소재가 사용 될 수 있다. 상기 회전체부(1141, 1143)는 효과적인 풍력 발전을 위하여 추가 배치 될 수 있다.

송전 연결부(1161, 1163)는 상기 회전체부에 연결되어 지상으로 전기 에너지를 송전할 수 있다. 송전 연결부의 소재는 전도성일 수 있으며, 내부에 전도성 연결선을 포함하고 보호피막으로 외부를 감싸는 형태일 수 있다. 또한, 송전 연결부(1161, 1163)는 풍력발전장치를 고정할 수 있어 풍력발전장치의 고정 역할만을 수행할 수 있다. 송전 연결부는 지상 스테이션에 바로 연결되거나 지상에서 이동 가능하며 송전 연결부의 길이 조절이 가능한 윈치에 연결 될 수 있다.

부양용 기체 주입 밸브부(1181, 1183)는 상기 부양부(1121, 1123)에 부착되어 부양 기체의 주입 및 배기를 용이하게 할 수 있다. 소재는 견고한 소재로써 금속 등을 사용할 수 있으며 압력 또는 일정 조건에 따라 개폐 가능한 형상 일 수 있다. 또한, 상기 부양부(1121, 1123) 내부의 강한 압력에서 기체를 방출하는 기능을 포함할 수 있다.

도 7는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 풍력발전장치의 정면도이다. 도 8은 도 7의 풍력발전장치를 나타내는 측면도 이다.

본 실시예에 따른 풍력발전장치는 부양 고정부(1171, 1173)를 제외하고는 도 5 및 도 6의 풍력발전장치와 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 5 및 도 6의 풍력발전장치는 동일한 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 부양 고정부(1171, 1173)는 상기 회전 날개부(1130) 및 상기 관성 바퀴부(1111, 1113)와 연결되며 상기 회전축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸고 상기 부양부를 단단하게 고정한다. 부양 고정부(1171, 1173)는 회전 날개부(1130) 또는 상기 관성 바퀴부(1111, 1113)와 같은 견고한 소재 일 수 있으며 강화 플라스틱, 금속 또는 카본 복합체 일 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 풍력발전장치의 정면도이다. 도 10은 도 9의 풍력발전장치를 나타내는 측면도 이다. 도 11은 도 9의 풍력발전장치를 나타내는 사시도이다.

도 9, 도 10 및 도 11를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전장치는 부양부(2125), 회전 날개부(2130), 관성 바퀴부(2115, 2117), 보강사(2150, 2151) 및 회전체부(2141, 2143)를 포함한다.

상기 부양부(2125)는 내부에 공간이 정의되어 부양용 기체를 담을 수 있는 형상을 가질 수 있다. 내부에 공간은 소시지 형상 등의 다양한 형태 일 수 있다. 재질은 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 소재를 사용하며 또한 신축성 있는 소재를 사용하여 상기 부양부를 사용하지 않는 경우 수축되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 부양부는 고무, 비닐, 나일론 또는 섬유 재질의 풍선형 일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 부양부(2125)는 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 다양한 소재가 사용될 수 있다.

상기 부양부(2125)에 주입되는 부양용 기체는 헬륨 또는 수소를 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 공기 및 송전 연결부의 무게를 감안하여 공기보다 가벼운 기체가 사용 될 수 있다. 또한, 부양용 기체로서 수소는 헬륨보다 경제적이나 폭발의 위험이 있으므로 수소의 폭발 위험을 낮추는 소재를 상기 부양부(2125)에 사용할 수 있다.

상기 회전 날개부(2130)는 측면도 상에서 회전축을 중심으로 점대칭 되는 형상으로 풍력발전 시 풍력발전장치를 안정적으로 동작 시키고, 날개 면적을 넓게 하여 바람을 받는 면적을 넓혀 더욱 효율적으로 바람을 받게 할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 측면도 상에서 상기 회전축을 중심으로 점대칭 되는 구조라면 상기 회전 날개부(2130)의 형상 및 개수에 제한은 없다. 회전축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸 상기 부양부가 풍력발전장치와 쉽게 분리되지 않을 수 있다. 재질은 강화 플라스틱, 금속 또는 카본 복합체 등과 같은 소재를 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 가볍고 견고한 다양한 재료를 사용할 수 있다.

상기 회전 날개부(2130)는 풍력발전장치의 형태를 유지시키는 기능을 포함하는 베이스부(2131)와 바람을 더욱 효과적으로 받을 수 있는 절곡부(2133)를 포함할 수 있다. 상기 베이스부(2131)는 직선부와 상기 직선부의 양 끝단으로부터 내부 방향으로 절곡되는 곡선부를 갖는 서브 회전날개부들이 결합되어 소시지 형상을 가질 수 있다. 상기 베이스부(2131)는 상기 부양부(2125)를 감싸는 형상일 수 있지만 상기 부양부가 배치될 공간을 확보하기 위한 목적이 달성된다면 형상에 제한은 없다. 상기 절곡부(2133)는 상기 각각의 베이스부의 직선부로부터 일정 각도 절곡되어 연장되도록 형성될 수 있다. 상기 베이스부(2131)와 절곡부(2133)는 네 개 일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 바람을 더욱 효율적으로 받을 수 있는 개수를 선택할 수 있다. 상기 절곡부(2133)의 소재는 상기 베이스부(2131)와 다르게 할 수 있으며 바람을 효율적으로 받기 위한 다양한 각도로 형성 될 수 있다. 상기 절곡부(2133)는 하나 이상 일 수 있으며 각각이 상이한 각도로 구성되어 다양한 방향에서 바람을 효율적으로 받을 수 있다.

상기 회전 날개부(2130)가 정회전이 되면 마그누스 효과에 의해 회전 양력을 받아 풍력발전 장치가 공기 중으로 부양하게 되고, 상기 부양부(2125)에 부양용 기체가 주입되면 더욱 쉽게 공중으로 올라갈 수 있다.

상기 관성 바퀴부(2115, 2117)는 회전축에 수직인 축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸는 도넛 형상을 가지고, 도넛 형상 외부의 회전축을 중심으로 대칭되는 양 끝단에 함몰되어 형성되는 상기 보강사 고정홈을 포함하는 형상 일 수 있다. 상기 관성 바퀴부(2115, 2117)는 상기 회전 날개부(2130)에 연결되어 상기 회전 날개부(2130)와 함께 회전 되도록 연결되는 것을 포함할 수 있다. 상기 관성 바퀴부(2115, 2117)가 상기 회전 날개부(2130)에 연결되면 상기 회전 날개부(2130)와 함께 회전되어 자이로스코프 효과에 의해 풍력발전장치의 평형 작용 및 방향 안정화 효과를 줄 수 있다. 이러한 효과는 강풍이나 돌풍 하에서 풍력발전장치의 본체의 안정 유지 및 바람 방향으로의 풍향계 역할을 할 수 있다. 상기 관성 바퀴부(2115, 2117)의 소재는 강화 플라스틱, 금속 또는 카본 복합체 등의 소재를 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 가볍고 견고한 다양한 재료를 사용할 수 있다.

상기 관성 바퀴부(2115, 2117)는 상기 부양부(2125)를 감싸는 형상이지만 상기 부양부가 배치될 공간을 확보하기 위한 목적 및 풍력발전장치의 안정화를 돕는 목적이 달성된다면 형상에 제한은 없으며 외부에 돌출부를 추가하여 바람을 더욱 효과적으로 받을 수 있다. 상기 관성 바퀴부(2115, 2117)의 위치는 상기 부양부의 정 중앙선상 및 상기 직선부의 양 끝단에 배치 될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 상기 풍력발전장치의 안정화를 도울 수 있는 다양한 위치에 배치 될 수 있다.

상기 회전 날개부(2130) 및 상기 관성 바퀴부(2115, 2117)의 내부에는 예비 공간을 추가하여 상기 부양부(2125)를 사용시에만 기체를 주입하여 예비 공간에 안치시킬 수 있다.

상기 관성 바퀴부(2115, 2117)의 총 면적은 상기 회전 날개부(2130)의 총 면적의 1.4배 이상으로 하여 관성 바퀴부의 총 면적이 충분하지 않은 경우 연결된 송전 연결부(2161, 2163)의 합선점을 중심으로 풍력발전장치가 180도 회전하며 바람 부는 방향에 대하여 역회전 하고, 이로 인해 역방향 양력이 발생되어 풍력발전장치가 급강하하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 상기 관성 바퀴부(2115, 2117)는 상기 회전 날개부(2130)와 동일한 재질 및 동일한 두께로 형성되고, 관성 바퀴부(2115, 2117)의 총 면적은 상기 회전 날개부(2130)의 내부에 배치되는 상기 부양부(2125)의 단면적을 포함한 상기 회전날개부(2130)의 총면적의 1.4배 이상으로 할 수 있다.

상기 보강사(2150, 2151)는 상기 회전 날개부(2130)의 둘레를 감싸 보강하여 강풍에도 풍력발전장치를 견고하게 할 수 있다. 또한, 상기 보강사(2150, 2151)는 안정적으로 풍력발전장치에 고정 되기 위하여 상기 보강사 고정홈(2153, 2154, 2155, 2156)을 지날 수 있다. 상기 보강사(2150, 2151)는 철사, 실 또는 밧줄과 같은 끈의 형상일 수 있으며, 칼국수의 형상과 같이 넓은 면적을 갖는 선의 형상일 수 있다. 상기 보강사의 소재는 상기 회전 날개부(2130)의 휘어짐을 방지할 수 있을 만큼 견고한 소재를 사용하며 금속, 피아노 줄 등과 같은 다양한 소재일 수 있다.

상기 회전체부(2141, 2143)는 상기 회전 날개부(2130)의 단축에 연결되어 상기 회전 날개부(2130)의 회전축의 연장선상에 배치될 수 있으며 상기 회전 날개부(2130)의 회전에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 상기 회전체부(2141, 2143)는 상기 회전 날개부(2130)의 회전력을 전달 받는 회전기어부와 회전에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전부를 포함할 수 있다. 상기 회전체부(2141, 2143)는 발전 장치를 배치할 수 있는 다양한 형상일 수 있으며 제1 단은 회전 기어 연결을 위해 원형이고 제1 단과 정반대 방향의 제2 단은 뾰족한 형상으로 정면에서 보았을 때 90도 기울인 고깔 모양으로 상기 회전체부(2141, 2143) 자체가 바람을 적게 받도록 하는 형상 일 수 있다. 상기 회전체부(2141, 2143)의 소재는 강화 플라스틱, 금속 또는 카본 복합체일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 발전부 및 회전기어부의 무게 및 회전력을 견딜 수 있을 만큼 견고한 소재가 사용 될 수 있다. 상기 회전체부(2141, 2143)는 효과적인 풍력 발전을 위하여 추가 배치 될 수 있다.

송전 연결부(2161, 2163)는 상기 회전체부에 연결되어 지상으로 전기 에너지를 송전할 수 있다. 송전 연결부의 소재는 전도성일 수 있으며, 내부에 전도성 연결선을 포함하고 보호피막으로 외부를 감싸는 형태일 수 있다. 또한, 송전 연결부(2161, 2163)는 풍력발전장치를 고정할 수 있어 풍력발전장치의 고정 역할만을 수행할 수 있다. 송전 연결부는 지상 스테이션에 바로 연결되거나 지상에서 이동 가능하며 송전 연결부의 길이 조절이 가능한 윈치에 연결 될 수 있다.

부양용 기체 주입 밸브부(2185)는 상기 부양부(2125)에 부착되어 부양 기체의 주입 및 배기를 용이하게 할 수 있다. 소재는 강화 플라스틱, 금속, 반도체 또는 탄소 복합체 등을 사용할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 부양 기체의 주입 및 배기를 용이하게 할 수 있는 견고한 다양한 소재가 사용 될 수 있다. 또한, 부양용 기체 주입 밸브부는 압력 또는 일정 조건에 따라 개폐 가능한 형상 일 수 있다. 또한, 상기 부양부(2125) 내부의 강한 압력에서 기체를 방출하는 기능을 포함할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 풍력발전장치의 정면도이다.

본 실시예에 따른 풍력발전장치는 분리부양 회전부(240) 및 분리부양 고정부(190)를 제외하고는 도 1 및 도 2의 풍력발전장치와 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 1 및 도 2의 풍력발전장치는 동일한 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.

도 12를 참조하면, 상기 분리부양 회전부(240)는 제1 단은 상기 회전 날개부(130)와 상기 회전축상에서 연결되고, 제1 단의 반대편인 제 2단은 상기 분리부양 고정부에 연결되어 상기 분리부양 고정부를 상기 회전 날개부(130) 및 상기 관성 바퀴부(110)와 독립적으로 회전시키는 형상 일 수 있다. 상기 분리부양 고정부(190)는 상기 회전축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부(120)의 둘레를 감싸며 상기 부양부를 단단하게 고정하는 역할을 할 수 있다. 상기 분리부양 고정부(190)의 형상은 측면에서 볼 때 십자 모양을 이루는 얇은 띠의 형상일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 부양부(120)가 분리되지 않도록 고정하면서 상기 풍력발전장치의 무게를 가장 적게 추가 되는 목적을 달성하는 다양한 형상일 수 있다.

분리부양 고정부(190) 및 분리부양 회전부는 풍력발전장치에서 부양부(120)를 회전시키는 힘만큼 감소 된 풍력으로 회전 날개부(130) 및 관성 바퀴부(110)를 회전 시키게 하여 더욱 효과적인 풍력발전을 할 수 있다. 분리부양 회전부(240)의 소재는 강화 플라스틱, 금속, 반도체 또는 탄소 복합체 등을 사용할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 부양 기체의 주입 및 배기를 용이하게 할 수 있는 견고한 다양한 소재가 사용 될 수 있다. 분리부양 고정부(190)의 소재는 강화 플라스틱, 금속 또는 카본 복합체 일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 상기 회전 날개부(130) 또는 상기 관성 바퀴부(110)와 같은 견고하고 가벼운 다양한 소재가 사용 될 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 풍력발전장치의 정면도이다.

본 실시예에 따른 풍력발전장치는 분리부양 회전부(1241, 1243) 및 분리부양 고정부(1191, 1193)를 제외하고는 도 5 및 도 6의 풍력발전장치와 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 5 및 도 6의 풍력발전장치는 동일한 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.

도 13을 참조하면, 상기 분리부양 회전부(1241, 1243)는 제1 단은 상기 회전 날개부(1130)와 상기 회전축상에서 연결되고, 제1 단의 반대편인 제 2단은 상기 분리부양 고정부(1191, 1193)에 연결되어 상기 분리부양 고정부(1191, 1193)를 상기 회전 날개부(1130) 및 상기 관성 바퀴부(1111, 1113)와 독립적으로 회전시키는 형상 일 수 있다. 상기 분리부양 고정부(1191, 1193)는 상기 회전축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부(1121, 1123)의 둘레를 감싸며 상기 부양부(1121, 1123)를 단단하게 고정하는 역할을 할 수 있다. 상기 분리부양 고정부(1191, 1193)의 형상은 측면에서 볼 때 십자 모양을 이루는 얇은 띠의 형상일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 부양부(1121, 1123)가 분리되지 않도록 고정하면서 상기 풍력발전장치의 무게가 가장 적게 추가 되는 목적을 달성하는 다양한 형상일 수 있다.

분리부양 고정부(1191, 1193) 및 분리부양 회전부는 풍력발전장치에서 부양부(1121, 1123)를 회전시키는 힘만큼 감소 된 풍력으로 회전 날개부(1130) 및 관성 바퀴부(1111, 1113)를 회전 시키게 하여 더욱 효과적인 풍력발전을 할 수 있다. 분리부양 회전부(1241, 1243)의 소재는 강화 플라스틱, 금속, 반도체 또는 탄소 복합체 등을 사용할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 부양 기체의 주입 및 배기를 용이하게 할 수 있는 견고한 다양한 소재가 사용 될 수 있다. 분리부양 고정부(1191, 1193)의 소재는 강화 플라스틱, 금속 또는 카본 복합체 일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 상기 회전 날개부(1130) 또는 상기 관성 바퀴부(1111, 1113)와 같은 견고하고 가벼운 다양한 소재가 사용 될 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 풍력발전장치의 정면도이다.

본 실시예에 따른 풍력발전장치는 분리부양 회전부(2241, 2243) 및 분리부양 고정부(2190)를 제외하고는 도 9 및 도 10의 풍력발전장치와 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 9 및 도 10의 풍력발전장치는 동일한 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.

도 14를 참조하면, 상기 분리부양 회전부(2241, 2243)는 제1 단은 상기 회전 날개부(2130)와 상기 회전축상에서 연결되고, 제1 단의 반대편인 제 2단은 상기 분리부양 고정부에 연결되어 상기 분리부양 고정부를 상기 회전 날개부(1130) 및 상기 관성 바퀴부(2115, 2117)와 독립적으로 회전시키는 형상 일 수 있다. 상기 분리부양 고정부(2190)는 상기 회전축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부(2125)의 둘레를 감싸며 상기 부양부를 단단하게 고정하는 역할을 할 수 있다. 상기 분리부양 고정부(2190)의 형상은 측면에서 볼 때 십자 모양을 이루는 얇은 띠의 형상일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 부양부(2125)가 분리되지 않도록 고정하면서 상기 풍력발전장치의 무게를 가장 적게 추가 되는 목적을 달성하는 다양한 형상일 수 있다.

분리부양 고정부(2190) 및 분리부양 회전부는 풍력발전장치에서 부양부(2125)를 회전시키는 힘만큼 감소 된 풍력으로 회전 날개부(2130) 및 관성 바퀴부(2115, 2117)를 회전 시키게 하여 더욱 효과적인 풍력발전을 할 수 있다. 분리부양 회전부(2241, 2243)의 소재는 강화 플라스틱, 금속, 반도체 또는 탄소 복합체 등을 사용할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 부양 기체의 주입 및 배기를 용이하게 할 수 있는 견고한 다양한 소재가 사용 될 수 있다. 분리부양 고정부(2190)의 소재는 강화 플라스틱, 금속 또는 카본 복합체 일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 상기 회전 날개부(2130) 또는 상기 관성 바퀴부(2115, 2117)와 같은 견고하고 가벼운 다양한 소재가 사용 될 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 풍력발전장치의 정면도이다.

본 실시예에 따른 풍력발전장치는 베이스 부양부(201), 보조 부양부(211), 압력 조절 밸브부(221) 및 원격 조정 장치를 제외하고는 도 1 및 도 2의 풍력발전장치와 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 1 및 도 2의 풍력발전장치는 동일한 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.

도 15를 참조하면, 상기 베이스 부양부(201)는 부양용 기체가 주입되며, 보조 부양부(211)는 베이스 부양부(201)와 연결되며 기체가 추가적으로 주입될 수 있다. 상기 보조 부양부(211)는 상기 베이스 부양부(201) 및 상기 보조 부양부(211) 사이에 부착되어 베이스 부양부 및 보조 부양부 내부 공간을 연결하며, 베이스 부양부의 부양용 기체 압력에 따라 베이스 부양부 및 보조 부양부 상호간에 부양용 기체를 이동 시켜 베이스 부양부의 압력을 일정하게 유지하는 압력 조절 밸브부(221) 및 압력 조절 밸브부의 기체 이동량을 제어하는 원격 조정 장치를 포함할 수 있다. 상기 압력 조절 밸브부(221)를 포함하는 상기 보조 부양부(211)는 급격한 기온 변화 및 압력 변화로 인해 베이스 부양부(201) 내부의 부양용 기체가 급격히 팽창할 때 베이스 부양부(201) 내부에 있던 부양용 기체가 상기 보조 부양부(211)로 이동하여 상기 베이스 부양부(201)의 내부 압력을 낮추는 역할을 하며 이로 인해 베이스 부양부가 파열 되는 것을 방지할 수 있어 풍력발전장치의 안정성을 효과적으로 높일 수 있다.

상기 베이스 부양부(201)는 내부에 공간이 정의되어 부양용 기체를 담을 수 있는 형상을 가질 수 있다. 내부에 공간은 구형 등의 다양한 형태 일 수 있다. 재질은 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 소재를 사용하며 또한 신축성 있는 소재를 사용하여 상기 베이스 부양부(201)를 사용하지 않는 경우 수축되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 부양부(201)는 고무, 비닐, 나일론 또는 섬유 재질의 풍선형 일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 베이스 부양부(201)는 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 다양한 소재가 사용될 수 있다.

상기 보조 부양부(211)는 내부에 공간이 정의되어 부양용 기체를 담을 수 있는 형상을 가질 수 있다. 내부에 공간은 정면도 상에서 상기 회전 날개부(130)의 회전축을 기준으로 대칭을 이루는 형상일 수 있으나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 기체를 추가적으로 담을 수 있는 목적을 달성하는 다양한 형태 일 수 있다. 재질은 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 소재를 사용하며 또한 신축성 있는 소재를 사용하여 상기 보조 부양부(211)를 사용하지 않는 경우 수축되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 보조 부양부는 고무, 비닐, 나일론 또는 섬유 재질의 풍선형 일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 보조 부양부(211)는 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 다양한 소재가 사용될 수 있다.

상기 원격 조정 장치는 상기 압력 조절 밸브부(221)의 기체 유입량을 제어할 수 있는 제어부를 포함하며, 상기 원격 조정 장치는 상기 압력 조절 밸브부(221)와 무선으로 연결 될 수 있다. 상기 원격 조정 장치는 무선으로 사용자 단말기와 연결될 수 있으며, 사용자 단말기를 통해 원격 조정 장치가 조정 될 수 있다. 상기 원격 조정 장치는 상기 송전 연결부(161, 163)에 포함된 유선으로 지상의 원격 조정부로 연결 될 수 있으며, 지상의 원격 조정부를 통해 원격 조정 장치가 조정 될 수 있다.

도 16은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 풍력발전장치의 정면도이다.

본 실시예에 따른 풍력발전장치는 베이스 부양부(203), 보조 부양부(213), 부피 조절 밸브부(223) 및 원격 조정 장치를 제외하고는 도 1 및 도 2의 풍력발전장치와 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 1 및 도 2의 풍력발전장치는 동일한 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.

도 16을 참조하면, 상기 베이스 부양부(203)는 부양용 기체가 주입되며, 보조 부양부(213)는 베이스 부양부(203)와 연결되며 기체가 추가적으로 주입될 수 있다. 상기 보조 부양부(213)는 베이스 부양부(203)의 외부에 부착되어 상기 베이스 부양부(203)의 부피 변화에 따라 상기 보조 부양부(213)에 외부 기체를 유입 또는 방출 시켜 상기 보조 부양부(213)의 부피를 변화시켜 상기 부양부(120)의 최대 형상을 일정하게 유지시키는 부피 조절 밸브부(223) 및 상기 부피 조절 밸브부의 기체 유입량 또는 방출량을 제어하는 원격 조정 장치를 포함할 수 있다. 상기 보조 부양부(213)는 상기 베이스 부양부(203)를 감싸는 속이 빈 구형일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정 되는 것은 아니며 상기 베이스 부양부(203)를 감싸서 상기 베이스 부양부(203)가 확장 및 수축할 수 있는 충분한 공간을 확보할 수 있는 다양한 형상 일 수 있다. 상기 부피 조절 밸브부를 포함하는 상기 보조 부양부(213)는 급격한 기온 변화 및 압력 변화로 인해 베이스 부양부(203) 내부의 부양용 기체가 급격히 팽창할 때 보조 부양부(213) 내부에 있던 공기가 외부로 빠져 나가 베이스 부양부(203)가 급격히 확장 될 수 있는 공간을 확보 하여 보조 부양부(213) 및 베이스 부양부(203)를 포함한 상기 부양부(120) 전체의 형태를 일정하게 유지할 수 있다. 이로 인해 부양부의 형태 변화로 인하여 회전 날개부 및 관성 바퀴부 등에 의해 접촉되어 찢기거나 변형 및 파열 되는 것을 방지할 수 있으며, 베이스 부양부(203)의 소재를 보다 신축적인 소재를 사용하여 부양용 기체의 확장성을 보장하여 더욱 안정적인 풍력발전을 할 수 있다.

상기 베이스 부양부(203)는 내부에 공간이 정의되어 부양용 기체를 담을 수 있는 형상을 가질 수 있다. 내부에 공간은 구형 등의 다양한 형태 일 수 있다. 재질은 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 소재를 사용하며 또한 신축성 있는 소재를 사용하여 상기 베이스 부양부(203)를 사용하지 않는 경우 수축되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 부양부(203)는 고무, 비닐, 나일론 또는 섬유 재질의 풍선형 일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 베이스 부양부(203)는 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 다양한 소재가 사용될 수 있다.

상기 보조 부양부(213)는 내부에 공간이 정의되어 부양용 기체를 담을 수 있는 형상을 가질 수 있다. 내부에 공간은 정면도 상에서 상기 회전 날개부(130)의 회전축을 기준으로 대칭을 이루는 형상일 수 있으나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 기체를 추가적으로 담을 수 있는 목적을 달성하는 다양한 형태 일 수 있다. 재질은 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 소재를 사용하며 또한 신축성 있는 소재를 사용하여 상기 보조 부양부(213)를 사용하지 않는 경우 수축되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 보조 부양부(213)는 고무, 비닐, 나일론 또는 섬유 재질의 풍선형 일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 보조 부양부(213)는 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 다양한 소재가 사용될 수 있다.

상기 원격 조정 장치는 부피 조절 밸브부의 기체 유입량을 제어할 수 있는 제어부를 포함하며, 상기 원격 조정 장치는 상기 부피 조절 밸브부(223)와 무선으로 연결 될 수 있다. 상기 원격 조정 장치는 무선으로 사용자 단말기와 연결될 수 있으며, 사용자 단말기를 통해 원격 조정 장치가 조정 될 수 있다. 상기 원격 조정 장치는 상기 송전 연결부(161, 163)에 포함된 유선으로 지상의 원격 조정부로 연결 될 수 있으며, 지상의 원격 조정부를 통해 원격 조정 장치가 조정 될 수 있다.

도 17는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 풍력발전장치의 정면도이다.

본 실시예에 따른 풍력발전장치는 베이스 부양부(205), 보조 부양부(215), 고도 조절 밸브부(225) 및 원격 조정 장치를 제외하고는 도 1 및 도 2의 풍력발전장치와 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 1 및 도 2의 풍력발전장치는 동일한 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.

도 17를 참조하면, 상기 베이스 부양부(205)는 부양용 기체가 주입되며, 보조 부양부(215)는 베이스 부양부(205)와 연결되며 기체가 추가적으로 주입될 수 있다. 상기 보조 부양부(215)는 상기 베이스 부양부(205)의 외부에 부착되어 외부 기체를 유입 및 방출하여 기체의 무게로 고도를 조정하는 고도 조절 밸브부(225) 및 상기 고도 조절 밸브부(225)의 기체 유입량을 제어하는 원격 조정 장치를 포함할 수 있다. 상기 보조 부양부(215)는 상기 베이스 부양부(205)를 감싸는 속이 빈 구형일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정 되는 것은 아니며 상기 베이스 부양부(205)를 감싸서 상기 베이스 부양부(205)가 확장 및 수축할 수 있는 충분한 공간을 확보할 수 있는 다양한 형상 일 수 있다. 상기 부피 조절 밸브부(225)를 포함하는 상기 보조 부양부(215)는 상기 보조 부양부(215) 내부에 부양용 기체보다 무거운 외부 기체의 양을 조절하여 외부 기체의 무게를 풍력발전장치의 무게로 포함시켜 풍력발전 장치의 고도를 부분적으로 조정하여 풍력발전이 가장 효과적인 고도에 풍력발전장치를 위치시킬 수 있다.

상기 베이스 부양부(205)는 내부에 공간이 정의되어 부양용 기체를 담을 수 있는 형상을 가질 수 있다. 내부에 공간은 구형 등의 다양한 형태 일 수 있다. 재질은 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 소재를 사용하며 또한 신축성 있는 소재를 사용하여 상기 베이스 부양부(205)를 사용하지 않는 경우 수축되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 부양부(205)는 고무, 비닐, 나일론 또는 섬유 재질의 풍선형 일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 베이스 부양부(205)는 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 다양한 소재가 사용될 수 있다.

상기 보조 부양부(215)는 내부에 공간이 정의되어 부양용 기체를 담을 수 있는 형상을 가질 수 있다. 내부에 공간은 정면도 상에서 상기 회전 날개부(130)의 회전축을 기준으로 대칭을 이루는 형상일 수 있으나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 기체를 추가적으로 담을 수 있는 목적을 달성하는 다양한 형태 일 수 있다. 재질은 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 소재를 사용하며 또한 신축성 있는 소재를 사용하여 상기 보조 부양부(215)를 사용하지 않는 경우 수축되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 보조 부양부(215)는 고무, 비닐, 나일론 또는 섬유 재질의 풍선형 일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 보조 부양부(215)는 고고도에서의 기체 팽창 부피 증가분을 견딜 수 있을 만큼 견고한 다양한 소재가 사용될 수 있다.

상기 원격 조정 장치는 고도 조절 밸브부(225)의 기체 유입량을 제어할 수 있는 제어부를 포함하며, 상기 원격 조정 장치는 상기 고도 조절 밸브부(225)와 무선으로 연결 될 수 있다. 상기 원격 조정 장치는 무선으로 사용자 단말기와 연결될 수 있으며, 사용자 단말기를 통해 원격 조정 장치가 조정 될 수 있다. 상기 원격 조정 장치는 상기 송전 연결부(161, 163)에 포함된 유선으로 지상의 원격 조정부로 연결 될 수 있으며, 지상의 원격 조정부를 통해 원격 조정 장치가 조정 될 수 있다.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110: 관성 바퀴부 120: 부양부
130: 회전 날개부 131: 베이스부
133: 절곡부 141, 143: 회전체부
150: 보강사 151: 보강사 고정홈
161, 163: 송전 연결부 170: 부양 고정부
180: 기체 주입 밸브부

Claims (7)

1. 내부에 공간이 정의되어 부양용 기체를 담을 수 있는 부양부;
   측면도 상에서 회전축을 중심으로 점대칭 되는 형상을 가지며, 상기 회전축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸는 회전 날개부;
   상기 회전 날개부에 연결되며, 상기 회전축에 수직인 축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸는 도넛 형상을 가지고, 상기 도넛 형상 외부의 회전축을 중심으로 대칭되는 양 끝단에 함몰되어 형성되는 보강사 고정홈을 포함하는 관성 바퀴부;
   상기 회전 날개부 및 상기 관성 바퀴부를 감싸며, 상기 보강사 고정홈을 지나도록 배치되는 보강사;
   상기 회전 날개부의 양 끝단에 연결되어 상기 회전 날개부의 회전축의 연장선상에 배치되며 상기 회전 날개부의 회전에너지를 전기 에너지로 변환하는 회전체부;
   상기 회전체부에 연결되어 지상으로 전기 에너지를 송전하고 풍력발전장치를 고정하는 송전 연결부; 및
   상기 부양부에 부착되어 부양용 기체가 주입되는 기체 주입 밸브부를 포함하는 풍력발전장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전 날개부는,
   상기 회전축으로부터 상기 회전축과 평행한 면으로 연장되는 평면 형상을 갖는 베이스부; 및
   상기 관성 바퀴부 및 상기 베이스부와 직접 접촉되며 상기 베이스부로부터 일정 각도 절곡되어 연장되는 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 회전 날개부는,
   상기 회전축 방향으로 연장되는 평면의 아령 형상을 가지며 양 끝단에 원형의 개구가 형성되는 베이스부; 및
   상기 베이스부로부터 일정 각도 절곡되어 연장되는 절곡부를 포함하고,
   상기 관성 바퀴부는 상기 베이스부의 양 끝단에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 회전 날개부는,
   직선부와 상기 직선부의 양 끝단으로부터 내부 방향으로 절곡되는 곡선부를 갖는 네 개의 서브 회전날개부들이 결합되어 소시지 형상을 갖는 베이스부; 및
   상기 베이스부의 직선부들로부터 일정 각도 절곡되어 연장되는 네 개의 절곡부들을 포함하고,
   상기 관성 바퀴부는 상기 직선부의 양 끝단에 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 관성 바퀴부의 총 면적은 상기 부양부의 단면적을 포함한 상기 회전 날개부의 총 면적의 1.4배 이상인 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 회전 날개부 및 상기 관성 바퀴부와 연결되며 상기 회전축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸고 상기 부양부를 고정하는 부양 고정부를 더 포함하는 풍력발전장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 회전축을 포함하는 면 상에서 상기 부양부의 둘레를 감싸며 상기 부양부를 고정하는 분리부양 고정부; 및
   제1 단은 상기 회전 날개부와 상기 회전축상에서 연결되고, 제1 단의 반대편인 제 2단은 상기 분리부양 고정부에 연결되어 상기 분리부양 고정부를 상기 회전 날개부 및 상기 관성 바퀴부와 독립적으로 회전시키는 분리부양 회전부를 더 포함하는 풍력발전장치.
   

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