JP2013511649A

JP2013511649A - 風力発電機用集風タワー

Info

Publication number: JP2013511649A
Application number: JP2012539794A
Authority: JP
Inventors: キム，ジュエンス
Original assignee: キム，ジュエンス
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2013-04-04
Also published as: EP2503144A1; CN102713267A; KR100967160B1; WO2011062346A1; US20120301282A1

Abstract

本発明は風力発電機用集風タワーに関し、基部の上に立って設置され、周辺面へ風が流入される複数個の風の導入口が形成された筒模様の風洞と、前記風洞の周辺部分に具備されて外部から入ってくる風を前記風の導入口へ誘導する複数個の誘導通路が形成されたガイド部と、前記ガイド部の前記誘導通路の上に前記風洞と離隔されるように設置されて前記ガイド部へ流入される風が前記ガイド部から下向誘導されて前記風洞の風の導入口へ流入されるようにする複数の櫛目窓と、前記各々の誘導通路の上に横断するように配置され、前記櫛目窓が装着されて覆わせる１つ以上の通孔を具備している少なくとも１つ以上の支持フレーム体と、でなされ、前記ガイド部は、前記風洞の周囲に放射方向に配置される複数の集風板と、前記集風板間で上下方向に離隔されるように前記風洞の周囲に装着されて前記集風板と共に前記誘導通路を形成するようになされている複数のガイド板と、で構成され、風洞の表面積全体を利用して外気が流入され得るようにして風洞へ集まった風によって電気を発生させる風力発電機の発電効率を向上させ得る。
【選択図】図５

Description

本発明は風力発電機用集風タワーに関し、より詳細には広い表面積を通じて流入される風を内部の風洞を通じて下へ集まってタービンを回転させることによって風力発電機を通じてより効率的に発電を行うようにする風力発電機用集風タワーに関する。

一般的に、風を利用して発電を行う風力発電機は発電機の回転軸に風車を設置して風によって風車が回転されることによって発生される回転力を利用して発電を行うように構成される。

しかし、このような風力発電機は比較的強い風速の風が吹けばこそ風車が回転されて発電が行われるので、風が多く吹く特定な地域を除外し、風力発電機を設置することが不適切であり、風のエネルギーを電気に変換する効率が非常に低い問題点があった。

一方、本出願人はこのような問題点を解決するために、集風タワーを利用して風を集中させて風速が低い場合にも発電を行うようにした新しい構造の風力発電装置を特許出願したことがある（韓国特許公開番号第１０−２００９−００２１３０５号）。

前記風力発電装置は図１に示したように、地下に発電機室１１１を、地上に集風タワー１１２のような集風手段が各々設けられ、前記集風タワー１１２は、図１及び図２に示したように、基部１１３の上方に鉛直方向に立って設置された筒模様部材で構成され、周辺面には複数個の風の導入口１１７が形成された風洞１１４と、前記風洞１１４の周辺の壁から法泉方向に設置された複数の集風板１１５と、前記集風板１１５の相互間及び風洞１１４の上端開口を閉める上板１１６と、隣接する集風板１１５の間に設置されて前記集風板１１５の間へ吹いてくる風を前記風洞１１４の方へガイドする複数のガイド板１１８と、隣接する集風板１１５の間に設置されて集風板１１５の外部から集風板１１５の内部へ風の流通のみを許容し、集風板１１５の内部から外部への流通を規制する複数の開閉口１２４、１２９でなされる。

前記発電機室１１１には前記風洞１１４に連通する地下に風洞１３０が設置されてこの地下に風洞１３０内を流れる風によって回転駆動されるタービン１３１と、このタービン１３１によって駆動される発電機１３２と、その他の送電設備等が設置されてある。

上のような構造で成される風力発電装置は風洞１１４の周辺部へ吹いてくる風が前記集風板１１５とガイド板１１８とによって形成される誘導通路へ案内され、再び前記風の導入口１１７を通じて風洞１１４の内部へ流入された後、タービン１３１へ供給されてタービン１３１とタービン１３１とに連結された発電機１３２とを回転させて発電を行うように構成される。

したがって、このような風力発電装置は多様な方向から吹いてくる風を有効に捕集して前記風洞１１４の内部へ風が集中流入されるようにすることによって、風の風速が比較的低い場合にも持続的な発電が行われるので、風力発電装置の設置位置に対する制限要素が少ないし、発電効率を高くする長所がある。

特に、集風板１１５の外側周辺部の間には開閉口１２４、１２９が具備されて誘導通路の内部へ流入された風が外部へ逆流されないようにすることによって、風力が低下されることを防止して発電効率を向上させ得る。

しかし、上のような従来の風力発電機用集風タワー１１２は図３に示したように、複数の開閉口１２４の中で下端に位置する開閉口１２４であるほど、即ち風洞１１４の下端に近いほど、矢印Ａ、Ｂ、Ｃに表示されたように風洞１１４の内部を流れる風の大きさが累積的に増大され、風洞１１４の上部や中間では累積された風の大きさが矢印Ａ、Ｂに表示されたように相対的に大きくないので、風洞１１４と隣接する内筒１１９の開閉口１２４が正常的に開閉動作するが、風洞１１４の下端に近くなるほど、風の大きさが矢印Ｃに表示されたように相対的に大きく増大されるので、下端の風の導入口１１７と隣接する開閉口１２４が累積的に増大された風Ｃの風圧によって閉めながら、正常的な開閉動作を行わなくなる。

さらに、集風タワー１１２の高さが高いので、集風タワー１１２の外殻へ吹いてくる風が上下方向に偏差が発生し、特に下方の開閉口１２９より上方の開閉口１２９に吹いてくる風がさらに大きい場合、上方で開閉口１２９を通過した風の一部が下方の開閉口１２９の開道を大きく減るか、或いは完全に閉めて集風タワー１１２外殻面の全体を通じて集風を行わなくなるので、集風効率が大きく低下される問題点もあった。

これによって、集風タワー１１２は下部の相当部分がその外部から吹いてくる風を引くことができなくなり、したがって集風タワー１１２の外部に流れる風を全部活用できないので、そのぐらい風洞１１４内へ流入される風の量が小さくなり、これは風洞１１４を通じて集まった風力を利用するようにされている風力発電の発電効率低下を発生する問題点があった。

本発明は前記の問題点を解決するためのことであって、風洞の内部へ流入される外気によって風洞内に形成される風圧が風洞の下に行くほど、だんだん増大されてもこのように風洞内に蓄積された風圧によって外気の流入が遮断されないようにすることによって、常に風洞の表面積全体を利用して外気が流入され得るようにして風洞に集まった風によって電気を発生させる風力発電機の発電効率を向上させようとすることがその目的がある。

上記した目的を達成するために本発明は基部上に立って設置され、周辺面に風が流入される複数個の風の導入口が形成された筒模様の風洞と、前記風洞の周辺部分に具備されて外部から入ってくる風を前記風の導入口へ誘導する複数個の誘導通路が形成されたガイド部と、前記ガイド部の前記誘導通路上に前記風洞と離隔されるように設置されて前記ガイド部へ流入される風が前記ガイド部から下向誘導されて前記風洞の風の導入口へ流入されるようにする複数の櫛目窓と、前記各々の誘導通路上に横断するように配置され、前記櫛目窓が装着されて覆わせる１つ以上の通孔を具備している少なくとも１つ以上の支持フレーム体と、でなされ、前記ガイド部は、前記風洞の周囲に放射方向に配置される複数の集風板と、前記集風板間で上下方向に離隔されるように前記風洞の周囲に装着されて前記集風板と共に前記誘導通路を形成するようになされている複数のガイド板と、で構成されている風力発電機用集風タワーを提供する。

また、前記風洞に対応する上板の中心に回転自在に貫通設置された回転軸と、前記回転軸の上部に装着されて前記上板の上を通る風によって回転して前記回転軸を回転させるようになされている複数の風配と、前記回転軸の下部に装着されて前記風配と同期して回転することによって前記風洞の上端から下端に移動する気流を発生させるインペラと、で構成された送風手段をさらに含むことが望ましい。

また、前記各々の誘導通路上に横断するように配置され、前記櫛目窓が装着されて覆わせる１つ以上の通孔を具備している少なくとも１つ以上の支持フレーム体をさらに含むことが望ましい。

また、前記櫛目窓は、外部枠を成し、前記通孔上に結合される窓フレームと、前記窓フレームの開口を上から覆うように前記窓フレームに付着され、前記窓フレームの開口をなす平面に対して傾いた状態に配列される少なくとも１つ以上の櫛目板と、で構成されることが望ましい。

また、前記櫛目板は前記窓フレームの外面に付着されて前記通孔の外側から内側に傾くように延長されることが望ましい。

本発明による風力発電機用集風タワーによると、外部で風洞へ外気を誘導する誘導通路上に又はこの誘導通路上に装着された１つ以上の支持フレーム体の通孔上に１つ以上の櫛目板を有する櫛目窓を設置することによって、櫛目窓を通過した風が誘導通路の勾配及び櫛目窓櫛目板の傾斜によって風洞内へ流入される時、既に下向流動性を有するようにする一方、櫛目窓を通過して誘導通路又は風洞内へ流入された風が他方の櫛目窓を通じて外方に抜け出されにくくすることによって、一応風洞内へ流入された風は外へ抜け出されることよりは風洞に沿って下端へ移動して送風管路まで安定的に流れるようにする。

これと同時に、櫛目窓を具備する本発明の集風タワーは櫛目板が常に一定な角度を維持して風洞に蓄積される風圧の大きさに関係なく一定な通風間隔を確保することによって、風洞の下端で風圧が蓄積、増大に関係なく外気の流入を許容するようになされているので、風洞下部の風圧増大によって外気通路が閉鎖されて送風量が顕著に減る従来の集風タワーに比べてさらに安定的であり、豊富な風量を確保するのみでなく、これによって集風タワーを利用する風力発電の効率を極大化され得る。

従来の風力発電機に外観を示した正面図である。図１に図示された集風タワーの平断面図である。図１に図示された集風タワーの縦断面図である。本発明の一実施形態による風力発電機用集風タワーの外観を示した正面図である。図４に図示された集風タワーが適用された風力発電機の概略終断面図である。図５に図示された櫛目窓の正面図である。図６の縦断面図である。

以下、本発明の望ましい実施形態による風力発電機用集風タワーを添付図面を参考して詳細に説明する。

本発明の集風タワーは風力発電に使用されるタワー形態の大型構造物であり、図４及び図５に図面符号１で示したように、大きく風洞１０、ガイド部２０、及び複数の櫛目窓３０でなされる。

ここで、先ず前記風洞１０は図５に示したように、集風タワー１の中心へ風を集まって下端の基部３に連通されている風力発電機７０のタービン８０の方へ送る筒模様の構造物として、基部３の上に立って設置され、周辺面に風が流入される複数個の風の導入口５が貫通されている。また、風洞１０は基部３の上に鉛直方向に立ってられ、多様な断面形状を有するが、本実施形態では図４及び図５に示したように、正六角形の模様である。また、風洞１０の下端出口は基部３に設置された送風管路１９と連結され、この送風管路１９の一地点にはタービン８０が設置され、このタービン８０は発電機７０と同軸上に連結されて送風管路１９を通じて供給される風によって回転することによって発電機７０を駆動させて電気を生産するようになっている。

前記ガイド部２０は風洞１０の周囲を囲むように風洞１０と同軸上に設置されて複数個の誘導通路７を形成することによって外部から入ってくる風を風洞１０の周囲に貫通された風の導入口５まで誘導する部分として大きく複数の集風板１３と複数のガイド板１５とで構成される。

ここで、前記集風板１３は集風タワー１の縦方向のフレームをなす部分として、図４及び図５に示したように、風洞１０の周辺部へ放射方向に配置され、正六角形である風洞１０の六つの角を通過するために約６０°角度に離隔されて全体的に正六角形の対角線方向に配列されることが望ましい。

また、前記ガイド板１５は風の導入口５に沿って複数の誘導通路７を上下に積層して形成する部分に、前記集風板１３の間で上下方向に相互離隔されるように積層配置される。この時、各々のガイド板１５は外側から内側に行くほど、下がる下向湾曲部１５ａと、前記下向湾曲部１５ａの内側から水平方向に延長されて風洞１０の周囲に連結される水平部１５ｂを含んでなされる。

したがって、風洞１０の周囲に放射方向に設置される集風板１３と隣接する２つの集風板１３の間に上下方向に互に離隔されるように配置される複数のガイド板１５は外部から吹いてくる風を風洞１０の風の導入口５まで誘導する誘導通路７を形成する。

前記複数の櫛目窓３０は前記ガイド部２０へ流入される風が前記ガイド部２０から下向誘導されて前記風洞１０の風の導入口５に流入されるようにする手段として、図４及び図５に示したように、風洞１０に連結された誘導通路７の少なくとも一側に誘導通路７を横断するように風洞１０と一定の距離離隔されて設置され、櫛目窓３０を大型に製作して１つの誘導通路７に１つの櫛目窓３０を装着されることもあるが、図４に示したように各々の誘導通路７の上の一地点に誘導通路７を横断するように支持フレーム体４０、５０を配置し、その上に相対的に小さく製作された複数の櫛目窓３０を装着することがより望ましい。

したがって、各々の支持フレーム体４０、５０は図４と、図６及び図７に図示されたように、各々の誘導通路７の横断面の全体をカバーでき、風が通過できる通孔２３を有する形態であれば、いずれかの形態を有しても関係ないが、本実施形態でのように水平バー２１と垂直バー２２とでなされた格子形態を有することが望ましく、この時、水平バー２１と垂直バー２２とによって生じる複数の長方形格子孔が通孔２３を成す。

また、各々の支持フレーム体４０、５０は図４及び図５に示したように、各々の誘導通路７に沿って少なくとも１つ以上複数個が具備され、例えば示したように風洞１０に隣接する内側に、そして最外殻に各々１つずつ２個が設置され得り、本実施形態でのように風洞が正六角形である場合、風洞１０の六つ角を通過する集風板１３の間に配置される支持フレーム体４０、５０、また全体的に正六角形の同軸配列を有する。

一方、このような支持フレーム体４０、５０に各々装着される櫛目窓３０は支持フレーム体４０、５０の通孔２３の周囲に、即ち図６で水平バー２１と垂直バー２２との上に装着される窓フレーム３１とこの窓フレーム３１の開口３５の上に装着される１つ以上の櫛目板３３で成され、ここで、窓フレーム３１は櫛目窓３０の外部枠を形成するフレーム体として、通孔２３の周囲に直接的に結合され、櫛目板３３は窓フレーム３１の開口３５を上から覆うように窓フレーム３１の上に各々付着され、窓フレーム３１の開口３５をなす平面に対して所定角度に傾いて配列されることによって、一応通孔２３を通過した風が容易に外方へ流れて行かず、誘導通路７に沿って風洞１０へ、又は風洞１０に沿って風洞１０の下部へ移動できるように誘導する役割を果たす。

このために、櫛目板３３は多様な大きさと個数又は配列に通孔２３の上に装着され得り、特に図７に示したように、窓フレーム３１の外面に付着されて通孔２３の外側から内側へ傾く延長されることが望ましい。

一方、本発明による集風タワー１は通孔２３及び櫛目窓３０を通過して風洞１０内へ入ってくる風が他の風の導入口５や通孔２３を通じて外側へ流れて行かなく、下向移動する直進性をさらに確実に有するようにするために、図５に示したように、風洞１０の上端の上板４１を貫通して送風手段６０を装着するようになされているが、この送風手段６０は多様な形態に製作でき、本実施形態では図８により詳細に示したように、大きく回転軸６１、複数の風配６３、及びインペラ６５でなされる。

ここで、図５及び図８に示したように、回転軸６１は風洞１０、即ち集風タワー１の内外側を連結する部分として風洞１０に対応する上板４１の中心に回転自在に貫通設置され、複数の風配６３は集風タワー１の上端の風を受ける部分として回転軸６１の上端に半径方向に一定な間隔を置いて装着されて集風タワー１の上板４１の上を通る風によって回転することによって回転軸６１を回転させるようになり、最後にインペラ６５は回転によって風洞１０の上端から下端へ下向気流を発生させる部分として回転軸６１の下端に装着されて風配６３と同期回転されることになっている。

ここで、上のように構成された本発明の望ましい実施形態による風力発電機用集風タワー１の作用を説明する。

本発明の集風タワー１は図４及び図５に示したように、外部から各々の通孔２３を通過して誘導通路７へ又は風洞１０の内へ吹いてくる風が再び誘導通路７に又は外部へ抜け出されなく、誘導通路７に沿って風洞１０の内へ又は風洞１０に沿ってタービン８０まで安定的に移動されるようにし、最初、図７に矢印Ａで表示されたように櫛目窓３０に接近する外気は矢印Ｂで表示されたように各々の通孔２３を通過して誘導通路７の内へ流入される。

この時、支持フレーム体５０が誘導通路７の外殻に単一に配置された場合に通孔２３を通過した風は直接風洞１０の内へ流入され、図５に図示したように支持フレーム体４０、５０の内外に二重に配置された場合には外側支持フレーム体５０は勿論、内側支持フレーム体４０の通孔２３を通過して風洞１０の内へ流入される。

一方、風洞１０の内へ流入された風は誘導通路７の勾配及び櫛目窓３０櫛目板３３の傾斜によって下向流動性を有し、一応風洞１０の内へ流入された風は風の導入口５や内側通孔８を通じて外方へ流れていくよりは風洞１０に沿って下方へ流れて行くようになり、したがって安定的に送風管路１９まで移動される。

さらに、風洞１０の上端に送風手段６０が装着されているので、風洞１０の上端から下端へ流動する下向気流が発生し、集風タワー１の上へ風が吹けば、風を受ける複数の風配６３が回転軸６１を中心に回転になり、したがって回転軸６１下端に装着されたインペラ６５も同期回転して風洞１０下方へ流動する風を生じさせ、このように発生された風は風洞１０に沿って下端まで流動しながら風の導入口５を通じて風洞１０側壁から入ってくる外気を下へ引っ張って行くことによって、流入された外気の下向直進性を強化させる。

したがって、ガイド部２０に設置した複数の櫛目窓３０を通過しながら下向流動性を有し、風洞１０の内へ流入された風は送風手段６０から吹いてくる風によって下向流動性がさらに強化されて他方の通孔９を通じて外方へ抜け出されることよりは風洞１０に沿って下方へ流動して送風管路１９まで安定的に移動されることによってより強力にタービン８０を回転させて発電機７０からより多い量の電気を発電させる。

１集風タワー
３基部
５風の導入口
７誘導通路
１０風洞
１３集風板
１５ガイド板
１９送風管路
２０ガイド部
２１水平バー
２２垂直バー
３０櫛目窓
３１窓フレーム
３３櫛目板
３５開口
４０内筒
４１上板
５０外筒
６０送風手段
６１回転軸
６３風配
６５インペラ
７０風力発電機
８０タービン

Claims

基部３の上に立って設置され、周辺面に風が流入される複数個の風の導入口５が形成された筒模様の風洞１０と、
前記風洞１０の周辺部分に具備されて外部から入ってくる風を前記風の導入口５へ誘導する複数個の誘導通路７が形成されたガイド部２０と、
前記ガイド部２０の前記誘導通路７の上に前記風洞１０と離隔されるように設置されて前記ガイド部２０に内部へ流入される風が前記ガイド部２０から下向誘導されて前記風洞１０の風の導入口５に流入されるようにする複数の櫛目窓３０と、前記各々の誘導通路７の上に横断するように配置され、前記櫛目窓３０が装着されて覆わせる１つ以上の通孔２３を具備している少なくとも１つ以上の支持フレーム体４０、５０と、でなされ、
前記ガイド部２０は、前記風洞１０の周囲に放射方向に配置される複数の集風板１３と、前記集風板１３の間で上下方向に離隔されるように前記風洞１０の周囲に装着されて前記集風板１３と共に前記誘導通路７を形成するようになされている複数のガイド板１５とで構成されていることを特徴とする風力発電機用集風タワー。
前記風洞１０に対応する上板４１の中心に回転自在に貫通設置された回転軸６１と、
前記回転軸６１の上部に装着されて前記上板４１の上を通る風によって回転して前記回転軸６１を回転させるようになされている複数の風配６３と、
前記回転軸６１の下部に装着されて前記風配６３と同期回転することによって、前記風洞１０の上端から下端へ移動する気流を発生させるようになされているインペラ６５と、で構成された送風手段６０をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の風力発電機用集風タワー。
前記各々の誘導通路７の上に横断するように配置され、前記櫛目窓３０が装着されて覆わせる１つ以上の通孔２３を具備している少なくとも１つ以上の支持フレーム体４０、５０をさらに含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の風力発電機用集風タワー。
前記櫛目窓３０は、
外部枠をなし、前記筒孔２３の上に結合される窓フレーム３１と、
前記窓フレーム３１の開口３５を上から覆うように前記窓フレーム３１に付着され、前記窓フレーム３１の開口３５をなす平面に対して傾いた状態に配列される少なくとも１つ以上の櫛目板３３と、で構成されることを特徴とする請求項３に記載の風力発電機用集風タワー。
前記櫛目板３３は前記窓フレーム３１の外面に付着されて前記通孔２３の外側から内側へ傾いていくようにで延長されていることを特徴とする請求項４に記載の風力発電機用集風タワー。