KR100781121B1 - 환풍기능을 겸하는 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건물의 환기구에 결합되며 통기구를 구비하는 환기구 덮개와, 상기 환기구 덮개에 축에 의해 회전가능하도록 설치되는 다수개의 바람 유도판으로 이루어지는 공지의 환풍팬으로 이루어지는 풍력발전장치에 있어서, 상기 환기구 덮개의 통기구 안쪽에는 축 지지대가 형성되도록 하고, 상기 축지지대에 결합된 축에 의해 환풍팬 지지구를 구비하는 환풍팬이 회전가능토록 결합되어지며, 상기 환풍팬 지지구의 외주면에는 기어 또는 튜브가 선택적으로 형성되고, 상기 환기구 덮개의 측면 일측에는 발전기가 형성되어지되 상기 발전기의 축에는 기어 또는 원통형 마찰판이 선택적으로 형성되어 상기 환풍팬 지지구의 기어 또는 튜브에 서로 맞물리도록 하여 환풍팬의 회전과 동시에 발전기의 축도 회전할 수 있도록 구성되어진 환풍기능을 겸하는 풍력발전장치를 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 환풍을 겸함과 동시에 풍력발전이 가능하게 하되, 환기구의 직경과 같은 크기의 기어를 환풍팬 지지구의 외주면에 형성함으로써 작은 직경의 발전기의 기어는 한번의 환풍팬 지지구의 회전만으로도 고속회전이 가능하게 되어 기존의 수평식 풍력발전장치보다 훨씬 더 큰 전력을 얻을 수 있는 효과를 갖는다.

또한 본 발명은 기존의 환풍장치를 활용하여 전기를 생산할 수 있으며, 별도의 설치면적이 필요치 않게 되어 풍력발전시설을 설치하는데 소요되는 비용을 현저히 절감할 수 있으며, 인구 밀집지역에도 풍력발전을 가능하게 함으로써 전력의 송출로 인한 낭비적 요소를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.

또 본 발명은 다수개의 공기 유도판으로 제작된 환풍 팬을 사용하는 수평식 풍력장치여서 미풍에서도 회전이 가능할 뿐만 아니라, 실내에서 배출되는 공기의 상승기류에 의해서도 회전이 이루어지도록 함으로써 지속적인 발전이 가능한 매우 유용한 발명인 것이다.

환풍 발전, 환풍기 회전체, 풍력전달체, 소전력 풍력발전

Description

환풍기능을 겸하는 풍력발전장치{Wind generator with ventilation function}

도 1 - 본 발명의 분리사시도.

도 2 - 본 발명의 결합된 상태의 단면도.
도 3 - 본 발명의 다른 실시예의 단면도.

도 4 - 본 발명의 전력변환 및 제어를 위한 개략적인 회로구성도.

도 5 - 본 발명의 사용상태 참고도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명

1. 본발명 풍력발전장치

100: 환풍 팬 110: 축

110a: 결합구 120: 바람 유도판

200: 환풍팬 지지구 210: 원통체

220: 축 지지대 230: 통기공(通氣孔)

240: 기어 240a: 튜브(tube)

300: 환기구 덮개 310: 통기구

311: 통기공(通氣孔) 320: 통기구측 축 지지대
321: 축 삽입공

400: 발전기 410: 기어

410a: 마찰판 420: 발전기 고정구

500: 베어링 600: 전력변환회로

700: 제어장치

본 발명은 환풍을 겸하는 풍력발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공장 및 창고 등의 지붕에 설치되어 환풍 기능에만 사용되는 환풍팬을 이용해 전력까지 얻을 수 있도록 하기 위한 풍력발전장치에 관한 것이다.

최근 화석연료의 고갈 및 고비용, 환경오염 등의 이유로 인해 조력, 태양력, 풍력 등과 같은 자연에너지로부터 전력을 얻기 위한 연구가 다방면으로 진행되고 있으며, 특히 풍력발전은 공기의 유동이 가지는 운동에너지를 이용하고 기존의 대체에너지 중에서도 가장 적은 면적만을 차지하는 발전방법이어서 언제 어느 곳에나 무한정으로 청정한 에너지를 얻을 수 있는 것이며, 환경에 미치는 영향이 거의 없어 매우 유망한 대체 에너지이다.

그러나 현재 국내에서 이루어지고 있는 풍력발전은 바람이 많지 않고 평균풍압이 낮은 국토의 특성상 대개 소규모로만 이루어지고 있으며, 더구나 0.3~50KW미만인 소 풍력발전마저도 타워설치로 인한 고비용 문제와, 운송비용, 발전기의 소음 으로 인한 주민들의 불편으로 인해 실제 전력이 많이 필요한 인구 밀집지역에서 풍력 발전을 실용화한다는 것은 쉬운 일이 아니다.

따라서 본 발명자는 공장 및 창고, 고층빌딩 등의 지붕에 설치되어 회전함으로써 환풍 기능을 갖는 환풍 장치가 단순한 환풍 장치로만 이용되고 있다는 점에 착안하여 상기 환풍 장치를 이용한 풍력 발전을 개발하게 되었다.

즉 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 프로펠러를 이용하는 수직식과 풍력 팬(환풍 장치에서 사용되어 지는 것 환풍 팬과 거의 동일한 구조로 다수개의 바람 유도판을 구형(球形)으로 형성한 것)을 이용하는 수평식으로 구분되는 종래의 풍력발전기 중에서, 상기 수평식 풍력발전기의 주요 구성 요소가 풍력 팬과, 상기 풍력 팬을 지지하기 위한 회전축과, 상기 회전축의 회전운동을 전기에너지로 변환하기 위한 발전기와, 상기 발전기 및 각종 장치를 제어하는 제어 장치 등으로 이루어지는 구조여서 기존의 환풍 장치를 약간만 개조한다면 별도의 풍력발전기 설치공간을 확보하지 않아도 풍력발전이 가능해지고, 또한 인구 밀집지역에서 풍력 발전이 가능할 것이라는 판단을 하게 된 것이다.

이처럼 본 발명과 같은 환풍과 풍력발전을 동시에 가능하도록 하는 기술에 대한 기존의 배경기술은 존재하지 않으나, 다만 종래 환풍 팬과 유사한 형태의 풍력 팬을 이용하여 풍력발전을 하기 위한 기술로 대한민국 특허공개번호 제2004-0085388호 태양에너지, 자력 및 풍력을 이용한 발전장치와 제2003-0025653호 풍력 발전장치가 선 출원된 바 있다. 그러나 이들은 풍력 팬을 바람에 의해 회전시키고 상기 풍력 팬에 의해 회전되는 회전축에 기어를 형성하고, 상기 기어에 맞물려 발 전기의 축이 회전함으로써 전기를 얻을 수 있도록 하고는 있으나, 이들은 축에 직접 기어를 회전하고 상기 기어에 의해 발전기의 축이 회전하도록 하는 구조를 갖는 것이어서 회전비가 적어 효율적인 발전이 곤란한 단점을 갖는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 종래 수평형 풍력발전기의 경우 수직형에 비해 미풍에도 회전이 가능하여 지속적인 전기를 얻을 수 있다는 장점을 갖는 대신 느린 회전속도 때문에 충분한 전력량을 얻을 수 없다는 단점을 해결할 수 있도록 환풍 팬(종래 수직형 풍력발전기에 사용되는 풍력 팬과 거의 동일한 구조 및 용도이나 본 발명에서는 환풍을 겸하기 때문에 풍력 팬과 차별화하기 위해 환풍 팬으로 지칭한다)의 하단에 환풍 팬 지지구를 형성하고, 상기 환풍 팬 지지구의 외주면에 기어를 형성한 다음 상기 기어에 발전기의 축에 결합된 기어가 서로 맞물리도록 형성함으로써 현저한 기어비의 차이로 인해 발전기 축이 빠르게 회전될 수 있도록 하여 충분한 양의 전력을 얻을 수 있는 풍력발전장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 기존 건물 지붕에 형성된 환풍구에 설치되어 환풍과 발전을 동시에 가능하도록 하는 풍력발전장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명 풍력발전장치(1)는 다수개의 바람 유도판(120)으로 이루어지는 공지의 환풍팬(100)과, 상기 환풍팬(100)의 하단에 결합되는 환풍팬 지지구(200)와, 상기 환풍팬 지지구(200)가 설치되고 건물의 환기구(A)에 결합되기 위한 통기구(310)을 구비하는 환기구 덮개(300)와, 상기 환기구 덮개(300)의 측면 일측에 고정되는 발전기(400)와, 상기 환풍팬 지지구(200)의 외주면에 빙둘러서 형성되는 기어(240)에 상기 발전기(400)의 축에 결합된 기어(410)이 맞물려서 환풍팬(100)의 회전과 동시에 발전기(400)의 축도 회전할 수 있도록 구성되어 진 것이다.

상기 환기구 덮개(300)의 상단에는 원통형의 통기구(310)가 형성되며, 상기 통기구(310)의 안쪽에는 통기구측 축 지지대(320)가 결합되는 구조를 갖는다.

상기 통기구(310)의 측면에는 발전기(400)가 발전기 고정구(420)에 의해 결합되는 구조를 가지며, 상기 발전기(400)의 축에는 기어(410)가 결합된 구조를 갖는다.

이때 상기 통기구측 축 지지대(320)와 환풍팬 지지구(200) 사이에는 상기 환풍팬 지지구(200)의 회전을 용이하게 하고, 이를 안정적으로 지지하기 위한 베어링(500)이 형성될 수도 있다.

상기 환풍팬 지지구(200)는 상기 통기구(310)와 동일한 크기의 원통체(210)와, 상기 원통체(210)의 내주면에는 축을 지지하기 위한 축 지지대(220)이 형성되며, 외주면에는 기어(240)가 빙둘러서 형성되어진다.

상기 환풍팬 지지구(200)는 본 발명에 있어 매우 중요한 구성으로, 환풍팬 (100)과 함께 회전하면서 발전기(400)를 구동시킬 수 있도록 하면서도 환기구(A)로 부터 배출되는 오염공기를 차단하는 구조를 가져서는 곤란하다.

따라서 상기 축 지지대(220) 및 통기구측 축 지지대(320)는 바(bar) 형상을 갖는 것이 바람직하며, 축 지지대 사이로는 공기가 통과할 수 있는 통기공(230,311)이 형성되도록 하여야 한다.

상기 환풍팬(100)의 중간에 형성된 축(110)은 상기 통기구측 축 지지대(320)에 의해 지지된 상태로 회전되는데, 이때 축(110)은 고정된 상태로 환풍팬(100)과 환풍팬 지지구(200)만 회전되도록 구성할 수도 있으며, 상기 축(110)이 환풍팬(100)과 환풍팬 지지구(200)와 함께 회전하도록 구성할 수도 있다. 이를 위해 결합구(110a)는 필요에 따라 너트 또는 베어링이 사용될 수도 있다.

상기와 같이 환풍팬(100)과 환풍팬 지지구(200)는 환기구 덮개(300) 위에 축(110)에 의해 회전가능토록 결합되어지며, 상기 환풍팬 지지구(200)의 외주면에 형성된 기어(240)는 발전기(400)의 축에 형성된 기어(410)와 맞물리게 된다.

결국 바람에 의해 상기 환풍팬(100)이 회전하게 되면, 상기 환풍팬(100)에 결합된 환풍팬 지지구(200) 역시 회전하게 되어 환풍팬 지지구(200)의 외주면에 형성된 기어(240)는 발전기(400) 축을 회전시키게 된다.

이때 상기 환풍팬 지지구(200)의 직경은 통기구(310)와 같은 크기여서 상당한 직경을 가지게 되며, 반면 발전기의 기어(410)는 작은 직경을 갖는 것이어서 환풍팬 지지구(200)가 한번 회전할 경우 발전기의 기어(410)는 다수 번 또는 수십번 회전하게 되어 기존의 수평식 풍력발전장치보다 훨씬 더 큰 전력을 얻을 수 있게 된다.

이때 보다 큰 효율을 얻기 위해 환풍팬 지지구(200)의 기어(210)에 맞물리는 발전기를 두개 이상 형성할 수도 있다.

또한 본 발명은 발전 시 소음을 최소화하기 위하여 기어 대신 마찰력을 이용하는 도구를 사용할 수도 있는데, 즉 환풍팬 지지구(200)의 외주면에 형성되는 기어(240) 대신 원통형의 튜브(240a)를 형성하고, 발전기(400)의 축에는 기어(410) 대신 원통형의 마찰판(410a)을 형성하여 회전하는 튜브에 마찰판이 밀착되도록 함으로써 발전기(400)의 축이 회전되도록 구성할 수도 있다.

상기와 같이 얻어진 전기는 도 4에 도시된 바와 같이 전력변환회로(600)와 제어장치(700)에 의해 배터리에 저장되어지고, 수요처에 공급되어진다.

상기 전력변환회로(600)는 AC 또는 DC발전기에서 발전된 전기를 배터리에 안정되게 충전하는 정류회로와, 상기 정류회로에서 출력된 전압을 배터리에 충전하기 위한 배터리 뱅크와, DC부하 또는 AC부하 조건에 따라 전력을 공급할 수 있는 DC/DC 컨버터와, 220VAC 상용전원용 인버터와, 전류센서와 전압센서를 이용하여 발전전류와 정류회로의 출력전압을 각기 측정 입력하여 배터리가 충전 내전압이상이 되지 않도록 배터리 뱅크의 충전전압을 측정하고, 스위칭 전압을 제어하며, DC/DC 컨버터와 인버터의 출력전류를 측정하여 허용 정격이상의 과전류를 출력할 경우에 출력전압 자동차단 기능을 제공하기 위한 마이컴 제어기로 이루어진다.

상기 제어장치(700)는 무선통신에 의해 발전기 및 전력변환회로(600)의 충전 및 운전상태를 확인할 수 있으며, 송수신장치를 통하여 전력변환회로(600)를 원격 제어관리하도록 하는 기능을 갖는다.

이처럼 본 발명은 환풍을 겸함과 동시에 풍력발전이 가능하게 하되, 환기구의 직경과 같은 크기의 기어를 환풍팬 지지구의 외주면에 형성함으로써 작은 직경의 발전기의 기어는 한번의 환풍팬 지지구의 회전만으로도 고속회전이 가능하게 되어 기존의 수평식 풍력발전장치보다 훨씬 더 큰 전력을 얻을 수 있는 효과를 갖는다.

또한 본 발명은 기존의 환풍장치를 활용하여 전기를 생산할 수 있으며, 별도의 설치면적이 필요치 않게 되어 풍력발전시설을 설치하는데 소요되는 비용을 현저히 절감할 수 있으며, 인구 밀집지역에도 풍력발전을 가능하게 함으로써 전력의 송출로 인한 낭비적 요소를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.

또 본 발명은 다수개의 공기 유도판으로 제작된 환풍 팬을 사용하는 수평식 풍력장치여서 미풍에서도 회전이 가능할 뿐만 아니라, 실내에서 배출되는 공기의 상승기류에 의해서도 회전이 이루어지도록 함으로써 지속적인 발전이 가능한 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (1)

1. 건물의 환기구에 결합되며 통기구를 구비하는 환기구 덮개와, 상기 환기구 덮개에 형성된 통기구측 축 지지대의 축 삽입공에 회전가능토록 삽입되어 설치되는 다수개의 바람 유도판을 구비하는 환풍팬과, 상기 환기구 덮개의 측면 일측에 형성된 발전기와, 환풍팬의 회전과 동시에 발전기의 축도 회전할 수 있도록 구성되어지는 풍력발전장치에 있어서,

   상기 환기구 덮개의 통기구 안쪽에는 통기구측 축 지지대가 형성되도록 하고, 상기 통기구측 축 지지대에는 환풍팬의 축이 결합구에 의해 고정되도록 결합되며, 상기 축의 하부에는 환풍팬 지지구가 베어링에 의해 지지되도록 결합되며, 상기 환풍팬 지지구의 외측면에는 기어가 형성되도록 하고, 상기 기어에는 발전기의 축에 형성된 기어가 서로 맞물리도록 형성되어짐을 특징으로 하는 환풍기능을 겸하는 풍력발전장치.

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