JP2013542368A - Wind power tower - Google Patents
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Abstract
最適の風の角度を誘導して風力発電の効率を極大化することができる風力発電タワーが紹介される。この風力発電タワーは、風が流入するウインド通口110が複数層をなす通風タワー100と、ウインド通口110を通じて流入した風が通風タワー100の中心方向にガイドされるように通風タワー100で放射状に配置されるガイド壁200と、ガイド壁200の内側端に回転可能に連結される回転ブレード300と、回転ブレード300の回転角度を一定角度で制限するための方向指示ストッパー400と、通風タワー100の中心部にスピン可能に設置される回転軸520と回転軸520に回転力を提供するために回転軸520を基準として放射状に配置されるローターブレード530と回転軸520の回転によって電気が発生するように回転軸520に駆動連結される発電機540から構成されたウインドローター500を含んで構成される。
【代表図】図1
A wind power generation tower is introduced that can maximize the efficiency of wind power generation by guiding the optimal wind angle. The wind power generation tower includes a ventilation tower 100 in which wind inlets 110 into which winds flow are formed in a plurality of layers, and a radial flow at the ventilation towers 100 so that the wind flowing in through the wind passages 110 is guided toward the center of the ventilation tower 100. A guide wall 200 disposed on the inner side of the guide wall 200, a rotation blade 300 rotatably connected to the inner end of the guide wall 200, a direction indicating stopper 400 for limiting the rotation angle of the rotation blade 300 at a constant angle, and the ventilation tower 100. Electricity is generated by rotation of the rotating shaft 520 and the rotating shaft 520 that are arranged radially with respect to the rotating shaft 520 to provide rotational force to the rotating shaft 520 so as to be spinnable at the center of the rotating shaft 520. A wind rotor 500 composed of a generator 540 that is drivingly connected to the rotating shaft 520 as shown in FIG. It is made.
[Representative] Figure 1
Description
本発明は、風力発電タワーに係り、より詳しくは、風圧と空気差圧の発生面積を増加させて効果的な風力発電を実現化することができる風力発電タワーに関する。 The present invention relates to a wind power generation tower, and more particularly to a wind power generation tower capable of realizing effective wind power generation by increasing the generation area of wind pressure and air differential pressure.
一般的に風力発電システムは、風の力を回転力に転換して電力を生産する技術であり、風のエネルギーを機械的エネルギーに変換し発電機を駆動して電力を生産するシステムである。
風力発電システムは、他の発電システムに比べて効果的な敷地利用が可能で、公害及び廃棄物の排出がなく環境にやさしいという長所がある反面、風の風速が低い地域では発電自体が不可能だったり、発電がなされても風のエネルギーを電気エネルギーに変換する効率が非常に低くなるという短所があった。
一般的に風力発電システムは、風の力を回転力に転換して電力を生産する技術であり、風のエネルギーを機械的エネルギーに変換し発電機を駆動して電力を生産するシステムである。
Generally, a wind power generation system is a technology for producing electric power by converting wind force into rotational force, and is a system for producing electric power by converting wind energy into mechanical energy and driving a generator.
The wind power generation system can be used more effectively than other power generation systems, and has the advantage of being environmentally friendly with no pollution and no waste generation. On the other hand, it cannot generate power in areas where the wind speed is low. However, there is a disadvantage that the efficiency of converting wind energy into electric energy becomes very low even if power is generated.
Generally, a wind power generation system is a technology for producing electric power by converting wind force into rotational force, and is a system for producing electric power by converting wind energy into mechanical energy and driving a generator.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的と知るところは、低速の風でも風速を加速化して風力発電を実現化し、最適の風の角度を誘導して風力発電の効率を極大化する風力発電タワーを提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems. The purpose and knowledge of the present invention are to realize wind power generation by accelerating the wind speed even at a low speed wind, and to induce an optimum wind angle. It is to provide a wind power generation tower that maximizes the efficiency of wind power generation.
上記の目的を達成するためになされた本発明の風力発電タワーは、通風タワー、ガイド壁、回転ブレード、方向指示ストッパー及びウインドローターを含む。通風タワーは、風が流入するウインド流入口が複数層をなし、ガイド壁は、ウインド流入口を通じて流入した風が通風タワーの中心方向にガイドされるように通風タワーで放射状に配置され、回転ブレードは、ガイド壁の内側端に回転可能に連結され、方向指示ストッパーは、回転ブレードの回転角度を一定角度に制限し、ウインドローターは、通風タワーの中心部にスピン可能に設置される回転軸と、回転軸に回転力を提供するために回転軸を基準として放射状に配置されるローターブレードと、回転軸の回転によって電気が発生するように回転軸に駆動連結される発電機から構成される。 The wind power generation tower of the present invention made to achieve the above object includes a ventilation tower, a guide wall, a rotating blade, a direction indicating stopper, and a wind rotor. The ventilation tower has multiple layers of wind inlets through which the wind flows, and the guide walls are arranged radially by the ventilation tower so that the wind that flows through the wind inlets is guided toward the center of the ventilation tower, and the rotating blades Is rotatably connected to the inner end of the guide wall, the direction indicating stopper restricts the rotation angle of the rotating blade to a fixed angle, and the wind rotor has a rotating shaft that is installed so as to be able to spin at the center of the ventilation tower. The rotor blades are arranged radially with respect to the rotation shaft to provide a rotation force to the rotation shaft, and the generator is connected to the rotation shaft so that electricity is generated by the rotation of the rotation shaft.
望ましくは、回転ブレードの回転角度αは、ローターブレードの内周縁がガイド壁の内側端と垂直に接する垂直接線T1と、ローターブレードの外周縁がガイド壁の内側端と垂直に接する垂直接線T2間の角度範囲を満足する。
望ましくは、ウインドローターは、回転軸の上端に固定設置される上部磁石支持片と、上部磁石支持片に対向するように通風タワーの中心部に固定設置される下部磁石支持片をさらに含み、ローターブレードは、上部磁石支持片と下部磁石支持片間の磁力発生によって磁気浮上する。
Desirably, the rotation angle α of the rotating blade is between a vertical tangent T1 where the inner peripheral edge of the rotor blade is perpendicular to the inner edge of the guide wall and a vertical tangent T2 where the outer peripheral edge of the rotor blade is perpendicular to the inner edge of the guide wall. Satisfy the angle range of.
Preferably, the window rotor further includes an upper magnet support piece fixedly installed at the upper end of the rotating shaft, and a lower magnet support piece fixedly installed at the center of the ventilation tower so as to face the upper magnet support piece. The blade is magnetically levitated by the generation of magnetic force between the upper magnet support piece and the lower magnet support piece.
望ましくは、ローターブレードは、湾曲した半円筒形の複数個で構成され、回転軸の周囲を環状に廻って離隔配置される。
望ましくは、ウインドローターには、ローターブレードから移動した風をガイドするためのガイド筒が回転軸を囲むように設置される。
望ましくは、複数のローターブレード中で隣接したローターブレード間の離隔角度βは、22度〜23度の範囲を満足する。
Desirably, the rotor blade is composed of a plurality of curved semi-cylindrical shapes, and is arranged around the rotation shaft in a ring shape.
Preferably, a guide cylinder for guiding the wind moved from the rotor blade is installed in the window rotor so as to surround the rotating shaft.
Desirably, the separation angle β between adjacent rotor blades in the plurality of rotor blades satisfies a range of 22 degrees to 23 degrees.
望ましくは、ウインドローターには、流入した風を外部に案内するためのウインド流路が形成され、ウインド流路は、回転ブレードの内側端とローターブレードの外周縁間に形成される第1ウインド流路と、ガイド筒とローターブレードの内周縁間に形成される第2ウインド流路と、第1ウインド流路及び第2ウインド流路の上端部を互いに連通する第3ウインド流路と、第1ウインド流路及び第2ウインド流路の下端部を互いに連通する第4ウインド流路を含む。
望ましくは、ローターブレードとウインド流路の面積比は3:7を満足する。
望ましくは、ガイド壁は、通風タワーで放射状に配置されて通風タワーの側壁をなすガイド垂直壁と、通風タワーの床をなすようにガイド垂直壁に垂直に連結されるガイド水平壁と、ウインドローターに向かって風が収斂するようにガイド水平壁に傾斜して連結されるガイド傾斜壁を含む。
Preferably, the wind rotor is formed with a window flow path for guiding the wind that has flowed to the outside. The window flow path is formed between the inner end of the rotating blade and the outer peripheral edge of the rotor blade. A first window flow path, a second window flow path formed between the inner periphery of the guide cylinder and the rotor blade, a third window flow path communicating with the upper ends of the first window flow path and the second window flow path, A fourth window channel is included that communicates the lower ends of the window channel and the second window channel with each other.
Desirably, the area ratio of the rotor blade to the window passage satisfies 3: 7.
Preferably, the guide wall is a guide vertical wall that is radially arranged in the ventilation tower to form the side wall of the ventilation tower, a guide horizontal wall that is vertically connected to the guide vertical wall to form the floor of the ventilation tower, and a wind rotor. A guide inclined wall connected to the guide horizontal wall so that the wind converges toward the guide.
望ましくは、ガイド垂直壁は、通風タワーで30度の角度範囲内で放射状に配置される複数個で構成される。
望ましくは、ウインドローターに流入する風の速度を測定するための風速センサーと、風速センサーによって測定された風の速度が一定速度以下の場合にローターブレードに初期回転力を提供するための作動信号を印加する制御部と、作動信号の印加時、ウインドローターに向かってエアを噴射するエアノズルと、エアノズルにエアを供給するためのエアタンクをさらに含む。
Preferably, the guide vertical wall is composed of a plurality of radial walls arranged within an angle range of 30 degrees in the ventilation tower.
Preferably, a wind speed sensor for measuring the speed of the wind flowing into the wind rotor and an operation signal for providing an initial rotational force to the rotor blade when the wind speed measured by the wind speed sensor is equal to or lower than a predetermined speed. It further includes a controller for applying, an air nozzle for injecting air toward the window rotor when the operation signal is applied, and an air tank for supplying air to the air nozzle.
望ましくは、通風タワーに照射する太陽光を利用して電気を発生させるための太陽光発電設備をさらに含み、太陽光発電設備は、通風タワーの上層または側壁に設置される太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールで生成された電気エネルギーを保存するための蓄電器と、太陽電池モジュール及び蓄電器を制御するための太陽光制御パネルを含む。
望ましくは、通風タワーの下層にはLED照明による植物栽培設備が設けられる。
望ましくは、通風タワーは円形、四角形、六角形及び八角形の中から選択されたいずれか一つの形態で構成される。
Preferably, the solar power generation facility further includes a solar power generation facility for generating electricity using sunlight irradiated to the ventilation tower, the solar power generation facility including a solar cell module installed on an upper layer or a side wall of the ventilation tower, A battery for storing electrical energy generated by the battery module, and a solar control panel for controlling the solar battery module and the battery are included.
Desirably, the plant cultivation facility by LED illumination is provided in the lower layer of the ventilation tower.
Preferably, the ventilation tower is configured in any one form selected from a circle, a rectangle, a hexagon, and an octagon.
本発明によれば、次の著しい効果が実現される。
第一に、本発明は、風の集中による空気差圧発生現象を利用して低速の風を加速化することができるため、風速が低い地域でも風力発電をすることができるという利点がある。
第二に、本発明は、風が流入する面積が最大に増加するように風の流入角度を調節することにより、風がどの方向から吹いて来ても常に最適の発電状態を維持することができるという利点がある。
第三に、本発明は、風によって回転するローターブレードを、磁気浮上を適用した無負荷状態に維持することにより、ローターブレードの回転時に発生する摩擦損失を未然に防止することができるという利点がある。
According to the present invention, the following remarkable effects are realized.
First, the present invention has the advantage that wind power can be generated even in regions where the wind speed is low, since the low-speed wind can be accelerated using the phenomenon of air differential pressure generation due to wind concentration.
Second, the present invention can always maintain the optimum power generation state regardless of the direction of the wind by adjusting the wind inflow angle so that the area into which the wind flows is maximized. There is an advantage that you can.
Thirdly, the present invention has an advantage that it is possible to prevent the friction loss that occurs during the rotation of the rotor blade by maintaining the rotor blade rotated by the wind in an unloaded state to which magnetic levitation is applied. is there.
まず各図面の構成要素に参照符号を付けるにおいて、同一の構成要素については、たとえ他の図面上に表示されても、可能な限り同一の符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにおいて、関連した公知構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨をぼかすことがあり得ると判断される場合には、その詳細な説明は省略することにする。
添付された図面に基づいて本発明の実施例を詳しく説明することにする。
First, in assigning reference numerals to components in each drawing, it should be noted that the same components have the same reference numerals as much as possible even if they are displayed on other drawings. . Further, in the description of the present invention, when it is determined that a specific description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. .
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明による風力発電タワーの構成を示した図面で、図2は本発明による風力発電タワーの平断面を示した図面である。
図1ないし図2に示したとおり、本発明による風力発電タワーは、空気差圧発生現象を利用して風を効果的に集中させることにより風を加速し、風の流入角度を調節して風が流入する面積が最大に増加するようにする。
これを実現するために、風力発電タワーは、通風タワー100、ガイド壁200、回転ブレード300、方向指示ストッパー400及びウインドローター500を含んで構成される。
FIG. 1 is a view showing a configuration of a wind power generation tower according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a flat section of the wind power generation tower according to the present invention.
As shown in FIGS. 1 and 2, the wind power generation tower according to the present invention accelerates the wind by effectively concentrating the wind using the phenomenon of air differential pressure generation, and adjusts the wind inflow angle to adjust the wind inflow. So that the area into which the water flows is maximized.
In order to realize this, the wind power generation tower includes the
通風タワー100は、風の流通がなされるウインド通口110が複数層をなすタワー形態の構造物であり、ガイド壁200及び回転ブレード300を利用して該当中心に風が収斂する内部構造を有し、各層に設置されたウインドローター500によって該当層で独立的な発電がなされるようにする。
ガイド壁200は、通風タワー100の中心で放射状に配置される形態で、通風タワー100に流入した風が通風タワー100の中心に向かって集中するように風が移動する流路を形成する。したがって、ウインド通口110に流入した風がガイド壁200によって通風タワー100の中心に集中すれば、流入した内部空気は外部空気間に空気差圧を発生させるが、この空気差圧は風の速度を増加させることができる。
回転ブレード300は、ガイド壁200によって移動した風の角度を調節することにより、風のウインドローター500流入時に風の流入面積が最大に増加するようにする。これにより、ウインドローター500では風が吹いてくる方向と無関係に最大の風の流入面積が確保されることができ、結局、発電効率の極大化を実現することができる。
The
The
The rotating
方向指示ストッパー400は、回転ブレード300の回転を一定角度に制限する役割をするが、望ましくは回転ブレード300の回転がローターブレード530の外周縁及び内周縁間の角度内でなされるように制限する。ここで、回転ブレード300の回転を制限するための具体的な内容は後述する。
ウインドローター500は、通風タワー100の中心に移動した風を利用して電気発電を実現する装置である。このウインドローター500は、風が流入するウインド通口110に対して直線上に位置するように通風タワー100の各層の中心部に配置されるため、発電機540に移動するまで風の方向がいろいろと変わって引起されていた従来技術の風エネルギー損失問題を未然に防止することができる。
The
The
上述した構成をより明確にするために、図面に基づいて本発明の構成を具体的に説明すれば、次のとおりである。
図1ないし図2を再び参照すれば、本実施例による通風タワー100は、該当横断面が四角形の形態の複層タワーで構成され、各層には風の速度を測定するための風速センサーが設けられる。
そして通風タワー100の各層には放射状に区画される8つの区画空間が形成される。この8つの区画空間のうち2〜3の隣接した区画空間には風の流入がなされ、これらの区画空間に流入した風は、通風タワー100の中心部に向かって収斂しながら風速の増加がなされる。これらの区画空間は、ガイド壁200によって区画される。
ガイド壁200は、ウインド通口110を通じて流入した風を通風タワー100の中心に誘導するために、通風タワー100の中心から放射状形態に展開される構造である。
In order to clarify the configuration described above, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as follows.
Referring to FIGS. 1 and 2 again, the
And in each layer of the
The
ここで、ガイド壁200を一定の長さ延長できるようにすれば、ウインド通口110を通じて流入する風の量を増加させることができ、通風タワー100の中心部に流入する風の速度も増加させることができる。ただし、ガイド壁200の長さの決定は、ガイド壁200の摩擦抵抗と周辺環境等の設計因子を考慮して決定しなければならない。
このようなガイド壁200は、ガイド垂直壁210、ガイド水平壁230及びガイド傾斜壁220から構成される。ガイド垂直壁210は、通風タワー100の側壁を構成して、通風タワー100で放射状に配置され、ガイド水平壁230は、ガイド垂直壁210に垂直に配置されて通風タワー100の各層を区分し、ガイド傾斜壁220は、ウインドローター500のローターブレード530に向かって風が収斂するようにガイド水平壁230に傾斜して連結される。
Here, if the
The
この時、ガイド壁200のガイド傾斜壁220は、通風タワー100の中心部、例えば、ウインドローター500のローターブレード530に向かって上向き傾斜して配置されるため、該当下側に発電機540の設置空間を設けることができる。そしてガイド垂直壁210は、30度内の角度範囲で放射状に配置される複数個で構成されることが望ましいが、本実施例ではガイド垂直壁210が22.5度間隔の放射形態に配置されることにより、通風タワー100の内部が8つの区画空間に区分されるようにした。また、ガイド壁200の内側端には回転ブレード300が回転可能に連結される。
回転ブレード300は、ガイド壁200の内側端で自由回転が可能なようにガイド壁200の内側端と回転軸301を媒介として連結されて、該当一面及び他面がガイド壁200から移動する風の風圧によって一方向または他方向に回転が可能な構造である。
At this time, the guide inclined
The
図3aは、本発明によって回転ブレードが回転する場合、風力発電タワーで風が流入する状態を示した図面で、図3bは、回転ブレードが回転する場合と比較して、回転ブレードが固定される場合を仮定して風力発電タワーで風が流入する状態を示した状態図である。
特に、図3aに示したとおり、回転ブレード300は、ウインドローター500に流入する風の流入面積が最大に増加するように風の角度を調節する。このために、回転ブレード300の回転角度αは、ローターブレード530の内周縁がガイド壁200の内側端と垂直に接する垂直接線T1と、ローターブレード530の外周縁がガイド壁200の内側端と垂直に接する垂直接線T2 間の角度範囲を満足しなければならない。図中で垂直接線T1、T2は点線で表示した。
FIG. 3a is a view showing a state where wind flows in a wind power generation tower when the rotating blade rotates according to the present invention, and FIG. 3b is a case where the rotating blade is fixed as compared with the case where the rotating blade rotates. It is the state figure which showed the state in which a wind flows in in a wind power generation tower supposing the case.
In particular, as shown in FIG. 3a, the
すなわち、風の流入によって回転ブレード300が回転する場合、一側の回転ブレード300は、ローターブレード530の外周縁に接する垂直接線T2に配置され、他側の回転ブレード300は、ローターブレード530の内周縁に接する垂直接線T1’及び垂直接線T1”に配置される。この時、ローターブレード530を回転させるための風の流入面積は図3aに示すとおりS1とS2を合わせた面積で示される。
一方、図3bに示したとおり、風の流入にもかかわらず回転ブレード300’が固定される場合、この回転ブレード300’は、ローターブレード530の内周縁に接する垂直接線に配置されるため、ローターブレード530を回転させるための風流入面積Sが図3bに示したとおりS1の面積で示される。
このように、回転ブレード300を一定角度内で回転させる場合の方が、回転ブレード300’を固定する場合より同一の速度の風でも風流入面積が最大に増加することができる。そして実験結果、回転ブレード300を一定角度内で回転させる場合が、回転ブレード300’を固定する場合より約30%程度の風の流入面積が増加することが分かり、風が吹いてくる方向と無関係に最大の風の流入面積を確保することができた。
That is, when the
On the other hand, as shown in FIG. 3 b, when the
As described above, when the
このような回転ブレード300の回転角度は、方向指示ストッパー400によって制限される。
方向指示ストッパー400は、一つの回転ブレード300を間に置いて一定距離を維持し離隔配置される一対で構成される。これら一対の方向指示ストッパー400についての離隔距離は、風流入面積を最大に増加させることができる回転ブレード300の回転角度によって決定される。
例えば、方向指示ストッパー400は、回転ブレード300の回転角度を制限し、回転角度が制限された回転ブレード300は、該当回転角度によって風の流入面積を最大に維持しながらガイド壁200から移動した風をウインドローター500に案内する。
図4は図1のA部を拡大して示した図面で、図5aは本発明による風力発電タワーのウインドローターの構成を示した図面で、図5bは本発明による風力発電タワーのウインドローターの平断面を示した図面である。
The rotation angle of the
The
For example, the
4 is an enlarged view of part A of FIG. 1, FIG. 5a is a view showing the structure of the wind rotor of the wind power tower according to the present invention, and FIG. 5b is a view of the wind rotor of the wind power tower according to the present invention. It is drawing which showed the plane cross section.
図4から図5bに示したとおり、ウインドローター500は、風を利用して電気を生産するために、回転軸520、ローターブレード530、ガイド筒560及び発電機540を含んで構成される。
回転軸520は、ローターブレード530の回転に連動して回転する構造で、通風タワー100の中心部にベアリング551を媒介として設置され、回転ギア541を媒介として発電機540と駆動連結される。したがって、ローターブレード530が風の流動によって回転すれば、回転軸520がローターブレード530の回転に連動して回転し、発電機540は回転軸520の回転力を利用して電気を生産することができる。
ローターブレード530は、回転軸520に回転力を提供するように回転軸520の周囲を環状に廻って離隔配置される複数個で構成される。特に、ローターブレード530は風による抵抗を極大化するために、風が流入する方向に向かって凹んで湾曲した半円筒形で構成され、望ましくは隣接したローターブレード530間の離隔角度βは、22度〜23度の範囲を満足する。
As shown in FIGS. 4 to 5b, the
The
The
ガイド筒560は、回転軸520を囲む円筒形のパイプ形態で構成される。このようなガイド筒560は、ローターブレード530から移動した風が回転軸520を横切って反対側のローターブレード530に直進移動することを防止することにより、ローターブレード530から移動した風が円滑にガイドされて移動することができる。
発電機540は、回転軸520の回転力を利用して電気が発生することができるように回転ギア541を媒介として回転軸520に駆動連結される。本実施例による発電機540は、風力発電のために使用される通常の発電機540の構成と同一であるため、これについての詳細な説明は省略する。
The
The
図6は、本発明の変形例に風力発電タワーのウインドローター構成を示した図面である。
図6に示したとおり、ウインドローター500にはローターブレード530を無負荷状態に維持するための上部磁石支持片550a及び下部磁石支持片550bが装着されることができる。これら上部磁石支持片550a及び下部磁石支持片550bは、互いに同一の極性を有する磁性体で構成されて磁性体の斥力を利用した磁気浮上効果を実現する。
例えば、上部磁石支持片550aは、上部支持片553aを媒介として回転軸520の上端に固定設置され、下部磁石支持片550bは、上部磁石支持片550aと同一の極性で構成され、下部支持片553bを媒介として通風タワー100の中心部に固定設置される。
FIG. 6 is a view showing a wind rotor configuration of a wind power generation tower according to a modification of the present invention.
As illustrated in FIG. 6, the upper rotor 550 a and the
For example, the upper magnet support piece 550a is fixedly installed on the upper end of the
この時、通風タワー100の中心部には上部磁石支持片550aと下部磁石支持片550bが互いに対向する地点に位置するように上部支持片553aを支持するためのガイド片552が設けられる。
ウインドローター500には、流入した風の移動をガイドするウインド流路570が形成される。このウインド流路570は、ウインドローター500内の空気の流れが円滑になるようにすることにより、ウインドローター500のローターブレード530の作動が効果的になされるようにする。
これを実現するためのウインド流路570は、ローターブレード530の周囲に円滑な空気流動を誘導する第1、2、3及び4ウインド流路570a、570b、570c、570dからなる。
At this time, a
The
The
第1ウインド流路570aは、回転ブレード300の内側端とローターブレード530の外周縁間に形成され、第2ウインド流路570bは、ガイド筒560とローターブレード530の内周縁間に形成され、第3ウインド流路570cはローターブレード530の上側で第1ウインド流路570a及び第2ウインド流路570bの上端部を互いに連通し、第4ウインド流路570dはローターブレード530の下側で第1ウインド流路570a及び第2ウインド流路570bの下端部を互いに連通する。
このように、ローターブレード530の周囲にウインド流路570を形成する場合、ローターブレード530に流入した空気の一部は、ローターブレード530と共に回転しながらローターブレード530の外側に流出することができるが、この時、ローターブレード530の外側に流出した空気は、ウインド流路570によってローターブレード530に再流入が誘導され、これにより、ローターブレード530の回転速度は一層増加し、ローターブレード530のトルク向上によって発電効率を向上させる。また、ウインド流路570は、ローターブレード530に流入した空気を円滑に排出させることにより、ローターブレード530への空気流入が迅速かつ円滑になされるようにする。
The
As described above, when the
この時、ローターブレード530とウインド流路570の面積比は3:7を満足することが望ましい。なぜなら、ローターブレード530の回転作動が効果的に実現されるためには、ウインドローター500内の空気の流れが最も円滑になることができるローターブレード530とウインド流路570の最適面積比を求めることが要求されるが、この最適面積比を求めるために、本発明者は多回の試行錯誤を経て、その結果の比率の構成が最も適することを発見した。よって、上記の比率の構成を外れるようになると、ウインドローター500内の空気の流れが低下するおそれが発生する。
At this time, it is desirable that the area ratio between the
図7は、太陽光発電設備が備えられた本発明による風力発電タワーの構成を示した図面である。
図7に示したとおり、本発明による風力発電タワーは、太陽光を利用して電気を発生させるための太陽光発電設備700と、発電した電気エネルギーを利用して植物を栽培するための植物栽培設備800をさらに含むことができる。
この太陽光発電設備700は、通風タワー100に照射する太陽光を電気エネルギーに変換させるためのもので、太陽電池モジュール710、蓄電器(図示なし)、太陽光制御パネル720を含む。
FIG. 7 is a view showing a configuration of a wind power generation tower according to the present invention provided with a photovoltaic power generation facility.
As shown in FIG. 7, the wind power generation tower according to the present invention includes a photovoltaic
This solar
太陽電池モジュール710は、太陽エネルギーによる電位差発生時に電気エネルギーを発生させる複数の太陽パネルを含むが、望ましくは、この複数の太陽パネルは通風タワー100の上層または側壁に縦方向または横方向に離隔して配置される。ただし、この太陽パネルの設置構造は、太陽の入射角と日照量に影響を受けるため、地域及び周囲環境によって変更され得ることは勿論である。
太陽電池モジュール710で生成された電気エネルギーは、蓄電器によって充電される。
蓄電器は、太陽光発電が可能な日の出から日没までの時間の間、太陽電池モジュール710を通じて発生した電気エネルギーを充電し、必要に応じて充電された電気エネルギーを使用することも可能である。この蓄電器は、太陽光制御パネル720によって制御される。
The
The electric energy generated by the
The battery can charge the electric energy generated through the
太陽光制御パネル720は、太陽電池モジュール710及び蓄電器の運用に必要な全般的な制御を担当し、必要に応じて蓄電器に保存された電気エネルギーを通風タワー100の運営に必要な電力として使用したり、別途の植物栽培設備800のための運営電力として使用したりする。
一方、植物栽培設備800は、通風タワー100の有効活用空間を利用して植物を耕作することにより、風力発電及び太陽光発電の空間活用効率が極大化される。
The
On the other hand, the
このために、植物栽培設備800は、風力発電が難しい通風タワー100の下層に設置され、太陽光発電設備700の電気エネルギーをLED照明に使用して植物を栽培する。
この植物栽培設備800には、耕作植物及び耕作植物の栽培に必要な各種器具が備えられる。例えば、植物栽培設備800には耕作植物にLED照明を照射するためのLED照明装置、耕作植物に用水を提供するための用水供給管、用水を噴射する噴射ノズルなどが含まれる。
For this reason, the
The
図8は、エアノズルが備えられた本発明による風力発電タワーの構成を示した図面である。
図8に示したとおり、本発明による風力発電タワーは、風の速度が一定速度以下の場合、ローターブレード530に初期回転力を提供するための設備が設置されることができる。
通常、停止状態のローターブレード530を回転させるためには多くの作動エネルギーが要求されるが、本発明のように普段ローターブレード530を稼動状態に維持すれば、リアルタイムに変わる風の状態に積極的に対処して小さな速度の風でも風力発電にすぐ適用することができる。
FIG. 8 is a view showing a configuration of a wind power generation tower according to the present invention provided with an air nozzle.
As shown in FIG. 8, the wind power generation tower according to the present invention may be provided with equipment for providing an initial rotational force to the
Normally, a large amount of operating energy is required to rotate the
これを実現するために、風力発電タワーには風速センサー、エアノズル630、エアタンク640及び制御部620が設置される。
ここで、風速センサーは、通風タワー100の各層に設置されてウインドローター500に流入する風の速度をリアルタイムで測定する。エアノズル630は、制御部620で作動信号が印加される場合にウインドローター500に向かってエアを噴射するようにウインドローター500のローターブレード530に向かって対向するように配置される。エアタンク640は、高圧のエアを保存してエアノズル630に提供する。制御部620は、風速センサーによって測定された風の速度が一定速度以下ならば、エアノズル630に作動信号を印加してローターブレード530の回転が維持されるようにする。
In order to realize this, a wind speed sensor, an
Here, the wind speed sensor is installed in each layer of the
図9は、太陽光発電設備及びエアノズルが備えられた本発明による風力発電タワーの構成を示した図面である。
図9に示したとおり、本発明による風力発電タワーにはウインドローター500の発電機540で生産された電力を記録したり太陽電池モジュール710で生産された電力を記録する電力制御パネル(POWER CONTROL PANEL)が設置され、風速を記録したりウインドローター500の回転数(RPM)などを記録する制御部620(PLC)が設置され、風力または太陽光から生産された電力を保存する蓄電器が備えられるUPS(Uninterruptible Power Supply)コントロールシステムが設置されることができる。
特に、UPSコントロールシステムは、一般電源または予備電源などを使用する時、電圧変動、周波数変動、瞬間停電、過度電圧などによる電源異常を防止し、常に安定した電源を供給する。そして制御部620(PLC)は、通風タワー100の全般的な制御を遂行するためのコンピューターシステムとそのプログラムを含み、制御全般についての記録によって運営状態をモニタリングすることができる体系化されたデータベースを含む。
FIG. 9 is a view showing a configuration of a wind power generation tower according to the present invention provided with a solar power generation facility and an air nozzle.
As shown in FIG. 9, the wind power generation tower according to the present invention records the power produced by the
In particular, when using a general power supply or a standby power supply, the UPS control system prevents power supply abnormality due to voltage fluctuation, frequency fluctuation, instantaneous power failure, excessive voltage, etc., and always supplies stable power. The control unit 620 (PLC) includes a computer system for performing overall control of the
図10a及び図10bは、本発明による風力発電タワーで六角形の通風タワーを示した図面で、図11a及び図11bは、本発明による風力発電タワーで八角形の通風タワーを示した図面であり、図12a及び図12bは、本発明による風力発電タワーで円形の通風タワーを示した図面である。
本実施例では、横断面が四角形の形態の複層タワーで構成される通風タワー100について説明したが、この通風タワー100の形態は多様に変更することができる。例えば、図10a及び図10bに示したとおり、通風タワー100は該当横断面が六角形の形態の複層タワーで構成したり、図11a及び図11bに示したとおり、通風タワー100は該当横断面が八角形の形態の複層タワーで構成したり、図12a及び図12bに示したとおり、通風タワー100は該当横断面が円形の形態の複層タワーで構成することもできる。
10a and 10b are views showing a hexagonal ventilation tower in a wind power generation tower according to the present invention, and FIGS. 11a and 11b are drawings showing an octagonal ventilation tower in a wind power generation tower according to the present invention. 12a and 12b are views showing a circular ventilation tower in a wind power generation tower according to the present invention.
In the present embodiment, the
以下、本発明による風力発電タワーの集風現況を調べるための予備実験結果を詳察すれば次のとおりである。本実験では六角形形態の通風タワーを実験モデルとして使用した。
図13は、本発明による風力発電タワーの集風状態を示した図面である。
図13に示したとおり、まず、6層の高さ(約20m)の通風タワー100には風が流入する区域(A〜D)を指定する。
この時、A区域は自然の大気風速が測定される区域で、B区域はA区域の風が圧縮されて変化した速度が測定される区域で、C区域はB区域の風が圧縮されて変化した速度が測定される区域であり、D区域はB区域の空気圧縮発生現象による空気差圧発生現象によって変化した速度が測定される区域である。該当区域で測定された風の風速を測定すると次の表1のとおりである。
Hereinafter, the preliminary experiment results for examining the current wind collecting state of the wind power generation tower according to the present invention will be described in detail. In this experiment, a hexagonal ventilation tower was used as an experimental model.
FIG. 13 is a view showing a wind collecting state of the wind power generation tower according to the present invention.
As shown in FIG. 13, first, areas (A to D) in which wind flows are specified in the
At this time, the A area is the area where the natural atmospheric wind speed is measured, the B area is the area where the changed speed is measured by compressing the wind of the A area, and the C area is changed by compressing the wind of the B area. The area D is an area in which the speed changed by the air differential pressure generation phenomenon due to the air compression generation phenomenon in the B area is measured. Table 1 shows the wind speed measured in the relevant area.
表1からわかるとおり、韓国の内陸地域の年平均風速が5m/s以下で、海岸地域の年平均風速が5〜6m/sであることを考慮すると、A区域の風速が4〜5m/sと5〜6m/sである時、C区域の風速は6.5〜7m/sと7.2〜8m/sであり、予想される予想発電量は27〜30KWと30〜38KWになる。
通風タワー100を実際に製作する場合、実験モデルより19.5倍の用量で製作されることを勘案すると、実際に本発明による風力発電タワーによって発電することができる予想発電量は27〜30KWと30〜38KWの19.5倍に該当するものと予想される。
As can be seen from Table 1, considering that the annual average wind speed in the inland region of Korea is 5 m / s or less and the average annual wind speed in the coastal region is 5 to 6 m / s, the wind speed in the area A is 4 to 5 m / s. When the speed is 5 to 6 m / s, the wind speed in the C zone is 6.5 to 7 m / s and 7.2 to 8 m / s, and the expected power generation amount is 27 to 30 KW and 30 to 38 KW.
Considering that the
以上、本発明を望ましい実施例を使用して詳しく説明したが、本発明の範囲は特定実施例に限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲によって解釈されなければならないものである。また、この技術分野で通常の知識を習得した者であれば、本発明の範囲から外れなくとも多くの修正と変形が可能であることを理解しなければならないものである。 While the invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the scope of the invention is not limited to the specific embodiments, but should be construed in accordance with the appended claims. Moreover, it should be understood by those skilled in the art that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
100 :通風タワー
110 :ウインド通口
200 :ガイド壁
210 :ガイド垂直壁
220 :ガイド傾斜壁
230 :ガイド水平壁
300,300’ :回転ブレード
301 :回転軸
400 :方向指示ストッパー
500 :ウインドローター
520 :回転軸
530 :ローターブレード
540 :発電機
541 :回転ギア
550a :上部磁石支持片
550b :下部磁石支持片
551 :ベアリング
552 :ガイド片
553a :上部支持片
553b :下部支持片
560 :ガイド筒
570a :第1ウインド流路
570b :第2ウインド流路
570c :第3ウインド流路
570d :第4ウインド流路
620 :制御部
630 :エアノズル
640 :エアタンク
700 :太陽光発電設備
710 :太陽電池モジュール
720 :太陽光制御パネル
800 :植物栽培設備
S,S1,S2 :風流入面積
T1,T2,T1’,T1” :垂直接線
α :回転角度
β :離隔角度
100: Ventilation tower 110: Wind entrance 200: Guide wall
210: Guide vertical wall 220: Guide inclined wall 230: Guide
Claims (14)
前記ウインド通口を通じて流入した風が前記通風タワーの中心方向にガイドされるように前記通風タワーで放射状に配置されるガイド壁、
前記ガイド壁の内側端に回転可能に連結される回転ブレード、
前記回転ブレードの回転角度を一定角度に制限するための方向指示ストッパー、及び
前記通風タワーの中心部にスピン可能に設置される回転軸と、前記回転軸に回転力を提供するために前記回転軸を基準として放射状に配置されるローターブレードと、前記回転軸の回転によって電気が発生するように前記回転軸に駆動連結される発電機から構成されたウインドローターを含むことを特徴とする風力発電タワー。 A ventilation tower with multiple layers of wind entrances,
A guide wall arranged radially in the ventilation tower so that the wind that has flowed in through the wind passage is guided toward the center of the ventilation tower;
A rotating blade rotatably connected to an inner end of the guide wall;
A direction indicating stopper for limiting the rotation angle of the rotating blade to a fixed angle, a rotating shaft installed so as to be able to spin at the center of the ventilation tower, and the rotating shaft for providing a rotating force to the rotating shaft A wind power generator tower comprising: a rotor blade arranged radially with respect to the rotation axis; and a wind rotor composed of a generator drivingly connected to the rotating shaft so that electricity is generated by the rotation of the rotating shaft. .
前記風速センサーによって測定された風の速度が一定速度以下の場合に前記ローターブレードに初期回転力を提供するための作動信号を印加する制御部と、
前記作動信号の印加時、前記ウインドローターに向かってエアを噴射するエアノズルと、
前記エアノズルにエアを供給するためのエアタンクをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の風力発電タワー。 A wind speed sensor for measuring the speed of the wind flowing into the wind rotor;
A control unit for applying an operation signal for providing an initial rotational force to the rotor blade when a wind speed measured by the wind speed sensor is equal to or lower than a constant speed;
An air nozzle that injects air toward the window rotor when the actuation signal is applied;
The wind power generation tower according to claim 1, further comprising an air tank for supplying air to the air nozzle.
前記太陽光発電設備は、前記通風タワーの上層または側壁に設置される太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールで生成された電気エネルギーを保存するための蓄電器と、前記太陽電池モジュール及び蓄電器を制御するための太陽光制御パネルから構成されることを特徴とする請求項1に記載の風力発電タワー。 It further includes a photovoltaic power generation facility for generating electricity using sunlight irradiated to the ventilation tower,
The solar power generation facility controls a solar cell module installed on an upper layer or a side wall of the ventilation tower, a capacitor for storing electric energy generated by the solar cell module, and controls the solar cell module and the capacitor. The wind power generation tower according to claim 1, wherein the wind power generation tower is configured by a solar control panel.
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