KR100935242B1 - 풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 케이싱 내측으로 유입된 바람의 이동거리가 길어지게 하고 케이싱에 우력이 작용하지 않으면서 항상 유입구가 바람이 부는 방향을 향 할 수 있도록 케이싱을 구조를 개선하여 유입구로 유입되는 바람을 온전히 임펠러를 회전시키는데 활용할 수 있도록 하고, 임펠러 날개의 전후방에서 발생하던 저항을 완화시킬 수 있도록 하면서 날개에 관성력이 작용하게 하여 임펠러의 회전을 극대화할 수 있도록 하며, 바람이 매우 세게 불어서 임펠러의 회전이 설정치보다 높을 경우에는 임펠러의 회전축과 발전기와 연결되는 연결축이 분리되어 발전기의 손상을 예방할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 프레임(1)에 풍력장치부(10)와 태양광장치부(30)가 설치된 풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치에 있어서, 상기 풍력장치부(10)에 설치된 임펠러(13)의 회전축(11) 하측의 프레임(1)에는 하단부에 구동풀리(4)를 설치한 연결축(3)을 수직하게 설치한 뒤에 연결축(3)의 상단부와 회전축(11)의 하단부를 볼트로서 설치하며, 구동풀리(4)와 발전기(2)의 종동풀리(7)가 벨트(8)에 의해 연결 설치되고, 상기 임펠러(13)의 외측에 회전가능하게 설치되는 케이싱(20)의 유입구(23)는 원통형 본체(22)의 남동방향으로 개방되게 형성되며, 전방측 바람유입부(A1)가 내측의 도입부(A2) 보다 넓게 형성되고, 유입구(23)의 좌측에 형성되는 유입가이드벽(23a)이 원통형 본체(22)의 외주면과 접선방향으로 벌어지게 형성되 며, 케이싱(20)의 배기구(24)는 본체(22)의 북서방향으로 개방되게 형성되며, 이 배기구(24)의 외측 가이드벽(24a)은 원통형 본체(22)의 외주면과 접선방향으로 형성되고, 상기 본체(22)의 후방에 북동방향으로 소정의 각도(a)만큼 경사지게 방향키(25)가 설치되며, 상기 날개(12)의 날개본체(12a)에 다수개의 에어통과홀(14)이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 날개본체(12a)의 하측에 유체유입관부(17)를 수평방향으로 형성한 뒤에 그 내측에 관성유체(19)를 삽입 설치하며, 상기 회전축(11)과 연결축(3)의 연결부위가 마그네틱클러치(5)에 의해 상하방향으로 착탈될 수 있게 설치되며, 회전축(11)의 상부가 베어링설치홈(21)에 상측으로 들려 올라갈 수 있도록 설치되고, 상기 날개본체(12a)의 상측 모서리부는 전방측으로 휘어지는 상부만곡부(15)가 형성된 것을 특징으로 한다.

풍력발전, 태양광발전, 케이싱, 날개, 임펠러, 회전축, 마그네틱클러치, 발전기, 집광판

Description

풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치{Compound generator using solar and wind}

본 발명은 풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 케이싱 내측으로 유입된 바람의 이동거리가 길어지게 하고 케이싱에 우력이 작용하지 않으면서 항상 유입구가 바람이 부는 방향을 향 할 수 있도록 케이싱을 구조를 개선하여 유입구로 유입되는 바람을 온전히 임펠러를 회전시키는데 활용할 수 있도록 하고, 임펠러 날개의 전후방에서 발생하던 저항을 완화시킬 수 있도록 하면서 날개에 관성력이 작용하게 하여 임펠러의 회전을 극대화할 수 있도록 하며, 바람이 매우 세게 불어서 임펠러의 회전이 설정치보다 높을 경우에는 임펠러의 회전축과 발전기와 연결되는 연결축이 분리되어 발전기의 손상을 예방할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명과 비교될 수 있는 종래기술은 특허등록 제688070호(발명의 명칭:태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치)로 등록된 종래발명1과, 특허등록 제776319호(발명의 명칭:수직축방식의 풍력발전장치)로 등록된 종래발명2가 존재하고 있다.

먼저, 종래발명1은 태양광발전부와 다수개의 풍력발전부로 이루어진 복합발 전장치에 관한 것으로서, 청구범위에 기재된 구성은 다음과 같다.

상기 태양광발전부는 철탑 구조물 상에 형성된 집광프레임 내부에 복수개의 종축이 회전 가능하게 구비되고, 각 종축에 다수개의 집광판이 고정되며, 상기 종축과 직각 방향으로 교차되는 횡축은 상호 워엄기어로 연동되게 하여 횡축과 연설된 모터의 구동으로 집광판이 좌우로 회전되도록 되어 있다.

또한, 상기 집광프레임은 구조물에서 소정거리 이격 설치되되, 집광프레임 하단은 힌지로 결합되고, 상단은 힌지로 체결된 샤프트기어가 나사식으로 결합 관통되며, 상기 샤프트기어는 모터에 의해 회전 가능하게 되어서, 모터의 구동에 의해 집광프레임 상부가 하단 힌지를 기점으로 상하 회전되게 되어 있다.

그리고, 풍력발전부는 철탑 구조물 상에 입설된 브로우축 상부에 브로우가 구비되고, 그 상단에 풍향날개 및 입구가 넓고 출구가 작으면서 굴곡진 트위스터를 구비하며, 브로우축 하부는 증속기어와 연동하는 발전기가 형성되어서 풍향날개에 의해 트위스터로 유입, 배출된 바람에 의해 브로우가 회전되도록 되어 있다.

상기와 같은 종래발명1은 태양광과 풍력을 동시에 이용하고자 하는 것에 있어서는 우수하다고 볼 수 있겠으나, 집광판을 상하 및 좌우로 회전시키기 위한 구조가 필요이상으로 복잡한 문제와, 도 10에서 보는 바와 같이 풍력발전부에서 브로우(101) 전체가 외부에 노출된 상태에서 입구는 넓고 출구는 좁은 트위스터(102)로서 브로우(101)에 바람을 불어주는 구조가 효율적이지 못한 문제가 있었다.

즉, 상기 트위스터(102)의 출구측으로 빠르게 배출되는 바람에 의해 브로우를 회전시키도록 하였으나, 브로우(101)의 외부 전체가 노출된 상태이므로 트위스 터(102) 측으로만 바람이 불어주는 것이 아니라 트위스터(102)가 향하는 방향 전체로 화살표와 같이 바람이 불어주게 된다.

상기와 같이 트위스터는 물론이고 브로우의 전방전체로 바람이 불어주는 상황에서 트위스터 출구의 유속이 빠름에 따라 브로우가 반시계방향으로 회전하게 되는데, 전방측으로 불어주는 바람은 트위스터(102)와 풍향날개(103)를 중심선으로 한 상태에서 우측방향, 즉 6시에서 12시 방향으로 부는 바람은 브로우(101)를 밀어주게 된다.

그런데, 상기 중심선을 기준하여 좌측방향으로 불어주는 바람은 반시계방향으로 회전하고 있는 브로우(101)와 정면으로 맞부딪치면서 저항을 받게 되어 역풍에 걸리면서 브로우가 원활하게 회전하지 못하게 되는 문제가 있는 것이다.

다음은 종래발명2에 대한 설명으로서, 이 수직축방식의 풍력발전장치에 대한 기술 내용은 그 청구범위에 기재된 것을 토대로 설명하기로 한다.

즉, 종래발명2는 수직하게 구비된 회전축에 고정된 다수의 날개와; 상기 회전축에 연결되어 전기를 발생시키는 발전기와; 상기 회전축에 회동 가능하게 설치되며 상기 날개에 대한 역풍을 막도록 상기 날개를 감싸는 몸체부와, 이 몸체부에 고정되어 상기 날개에 전달되는 풍속이 증가될 수 있도록 단면적이 좁아지는 축소관 형식의 인렛 가이드부와, 이 인렛 가이드부와는 반대편에 위치하여 상기 몸체부에 고정되는 확장관 형식의 아웃렛 가이드부로 이루어진 케이싱과; 상기 인렛 가이드부의 개구부가 풍향 방향과 나란하도록 상기 케이싱에 고정되는 방향타와; 상기 인렛 가이드부의 개구부에 설치되어 설정 풍속 이상에서 풍속에 따라 상기 인렛 가 이드부의 개구부의 단면적을 조절하기 위한 회전밸브로 구성된다.

이와 같은 종래발명2는 도 11에서 보는 바와 같이 케이싱(104)이 날개(105)를 감싸고 있어서 종래발명1에서 날개에 역풍이 작용하던 문제는 해결되었으나, 이는 인렛 가이드부(106)의 형상을 전방이 넓은 테이퍼형으로 형성하였기 때문에 테이진 부위(106a)에 바람이 부딪치면서 저항이 발생하게 되고, 그 저항에 의해 케이싱이 시계방향으로 회전하려는 우력(짝힘:M)이 발생하게 된다.

따라서, 케이싱(104)은 바람이 부는 방향과 수평방향이 아닌 시계방향으로 기울여진 상태에 놓이게 되어 인렛 가이드부(106)로의 바람의 유입이 원활하지 못하게 되며, 그로 인하여 케이싱(104) 내측의 날개(105)를 원활하게 회전시키지 못하게 되어 운동에너지를 감소시키게 되는 문제를 지니고 있었다.

또한, 인렛 가이드부(106)와 아웃렛 가이드부(107)가 반대편에 위치하게 되므로 가이드부(106)와 아웃렛 가이드부(107)의 사이각이 180도로서 바람이 이동하는 거리가 짧아지게 되고, 그로인하여 케이싱 내측으로 유입된 바람이 날개를 충분히 회전시키지 못하고 배출되어 우수한 효율을 기대하기가 어려운 문제가 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 케이싱에 우력이 작용하지 않으면서 유입구가 항상 바람이 부는 방향으로 향할 수 있도록 하고, 배기구가 임펠러의 회전방향과 접선방향으로 위치하게 하며, 케이싱 내측으로 유입된 바람의 이동거리가 길어지게 함으로서, 유입구로 유입되는 바람을 온전히 임펠러를 회전시키는데 활용하고 배기구로 바람이 배기될 때 저항이 없이 원활하게 배기되어 풍력을 운동에너지로 변환하는 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 첫 번째 목적으로 한다.

또한, 임펠러의 날개에 다수개의 에어통과홀을 형성하여 날개 후방에 형성되는 와류와 박리를 최소화하여 케이싱 내에서의 공기의 흐름이 원활해지도록 하며, 그와 더불어 날개의 하측에 관성유체를 삽입시킴에 따라 임펠러의 회전을 극대화하여 발전효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 두 번째 목적으로 한다.

그리고, 바람이 매우 세게 불어서 임펠러의 회전이 설정치보다 높을 경우에는 임펠러가 소정의 높이만큼 부상하면서 임펠러의 회전축과 발전기와 연결되는 연결축이 분리되어 발전기의 손상을 예방할 수 있도록 하는 것을 세 번째 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프레임에 풍력장치부와 태양광장치부가 설치된 풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치에 있어서, 상기 풍력장치부에 설치된 임펠러의 회전축 하측의 프레임에는 하단부에 구동풀리를 설치한 연결축을 수직하게 설치한 뒤에 연결축의 상단부와 회전축의 하단부를 볼트로서 설치하며, 구동풀리와 발전기의 종동풀리가 벨트에 의해 연결 설치되고, 상기 임펠러의 외측에 회전가능하게 설치되는 케이싱의 유입구는 원통형 본체의 남동방향으로 개방되게 형성되며, 전방측 바람유입부가 내측의 도입부 보다 넓게 형성되고, 유입구의 좌측에 형성되는 유입가이드벽이 원통형 본체의 외주면과 접선방향으로 벌어지게 형성되며, 케이싱의 배기구는 본체의 북서방향으로 개방되게 형성되며, 이 배기구의 외측 가이드벽은 원통형 본체의 외주면과 접선방향으로 형성되고, 상기 본체의 후방에 북동방향으로 소정의 각도만큼 경사지게 방향키가 설치되며, 상기 날개의 날개본체에 다수개의 에어통과홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 날개본체의 하측에 유체유입관부를 수평방향으로 형성한 뒤에 그 내측에 관성유체를 삽입 설치하며, 상기 회전축과 연결축의 연결부위가 마그네틱클러치에 의해 상하방향으로 착탈될 수 있게 설치되며, 회전축의 상부가 베어링설치홈에 상측으로 들려 올라갈 수 있도록 설치되고, 상기 날개본체의 상측 모서리부는 전방측으로 휘어지는 상부만곡부가 형성된 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치는, 케이싱 내측으로 유입된 바람의 이동거리가 길어지게 하고 케이싱에 우력이 작용하지 않으면서 항상 유입구가 바람이 부는 방향을 향 할 수 있도록 케이싱을 구조를 개선함으로서, 유입구로 유입되는 바람을 온전히 임펠러를 회전시키는데 활용 하여 풍력을 운동에너지로 변환하는 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

또한, 임펠러의 날개에 형성된 다수개의 에어통과홀을 통하여 에어가 원활하게 흐름에 따라 날개의 전후방에서 발생하던 저항을 완화시켜 임펠러의 회전이 원활하게 하는 효과가 있고, 그와 더불어 날개의 하측에 관성유체를 삽입시킴에 따라 임펠러의 회전을 극대화하여 발전효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

그리고, 바람이 매우 세게 불어서 임펠러의 회전이 설정치보다 높을 경우에는 임펠러가 소정의 높이만큼 부상하면서 임펠러의 회전축과 발전기와 연결되는 연결축이 분리되어 발전기의 손상을 예방할 수 있는 효과가 있으며, 태양광장치부는 해가 떠 있는 낮에만 집광판이 태양을 따라갈 수 있는 장치가 간단하면서 효과적으로 태양과 대면하도록 하여 우수한 발전효과를 볼 수 있게 하는 매우 유용한 효과가 있는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치에 대하여 첨부된 도면 도 1 내지 도 9를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 1에서 보는 바와 같이 철제 프레임(1)의 상측에 풍력장치부(10)와 태양광장치부(30)가 각각 설치된 것이다.

상기 풍력장치부(10)는 도 2 내지 도 5에서 보는 바와 같이 프레임(1)에 연결축(3)을 하부베어링(6)에 의해 회전 자유롭게 수직 설치하되, 이 연결축(3)의 상단부는 프레임(1)의 상측으로 노출되고 이 연결축(3)의 하단부에는 구동풀리(4)가 설치되어 프레임(1)의 소정위치에 설치되는 발전기(2)의 종동풀리(7)와 벨트(8)로 연결된다.

그리고, 연결축(3)의 상측에는 외주연에 다수개의 날개(12)를 방사방향으로 설치한 임펠러(13)의 회전축(11)이 연결축(3)의 상측에 플랜지에 의해 결합 설치되며, 이 임펠러(13)의 외부에는 케이싱(20)을 공회전 가능하게 설치하되, 케이싱(20)의 중심부 상측 저면에 형성된 베어링설치홈(21)에 상부베어링(11a)이 끼워진 회전축(11)의 상부가 회전 가능하게 설치된다.

이때, 상기 날개(12)는 도 2 및 도 5, 6에서 보는 바와 같이 날개본체(12a)에 다수개의 에어통과홀(14)이 형성되고, 날개본체(12a)의 상측 모서리부는 전방측으로 휘어지는 상부만곡부(15)가 형성되어 있으며, 날개본체(12a)의 내측변에는 다수개의 볼트구멍(16)을 형성하여 회전축(11)에 설치되는 브래킷(11b)에 볼트로서 결합 설치된다.

그리고, 도 7은 날개(12)의 다른 실시예로서, 도 2 및 도 5, 6을 토대로 설명하였던 일실시예에 의한 날개(12)의 하측에 유체유입관부(17)를 수평방향으로 형성하고, 그 유체유입관부(17)의 내측에 부동액이나 구슬 등의 관성유체(19)를 삽입한 뒤에 그 유체유입관부(17)의 입구를 고정마개(18)로 나사식으로 막은 것이다.

도 2에서 보는 바와 같이 프레임(1)의 상면에는 케이싱(20)의 저면을 지지하는 지지롤러(9)가 설치된다.

그리고, 상기 케이싱(20)은 도 2 내지 도 4에서 보는 바와 같이 원통형 본체(22)의 전후방에 각기 유입구(23)와 배기구(24)를 형성하되, 유입구(23)는 남동방향으로 개방되게 형성되며, 전방측 바람유입부(A1)가 내측의 도입부(A2) 보다 넓 게 형성되어 유속이 빨라지도록 하고, 유입구(23)의 좌측에 형성되는 유입가이드벽(23a)이 원통형 본체(22)의 외주면과 접선방향으로 벌어지게 형성되어 있다.

또한, 상기 배기구(24)는 본체(22)의 북서방향으로 개방되게 형성되며, 이 배기구(24)의 외측 가이드벽(24a)은 원통형 본체(22)의 외주면과 접선방향으로 형성되어 있다.

따라서, 바람이 유입되어 배출되는 방향을 한 개의 선으로 표현한 다면, 도 4의 "L"과 같이 바람의 유입방향과 배기방향이 우각(優角) 형태의 꺽은선 모양으로 표시할 수 있으며, 본 발명의 출원인은 유입방향과 배기방향이 230°내외의 각도(b)가 되도록 설계하고 시작품을 제작하였음을 밝혀둔다.

그리고, 상기 본체(22)의 후방에는 방향키(25)를 설치하되, 이 방향키(25)는 보강리브(26)에 지지되게 설치하며, 방향키(25)는 북동방향으로 으로 소정의 각도(a)만큼 경사지게 설치하는데, 본 발명의 출원인은 방향키(25)가 기울여진 각도를 남북방향으로 그은 중심선을 기준하여 5°만큼 경사지게 설치하였음을 밝혀둔다.

상기와 같이 케이싱(20) 내에서의 바람이 통하는 경로를 꺽은선으로 표시하며 그 각도를 230°내외라고 기재하고, 방향키(25)가 기울여지게 설치한 각도를 5°라고 한 것은, 유입구(23) 및 방향키(25)의 위치와 크기, 각각의 가이드부(23a,24a)의 설치위치를 감안하였을 때, 상기와 같이 기재한 각도가 바람직하기 때문이며, 반드시 그 각도를 제작해야만 하는 것이 아님을 밝혀둔다.

그리고, 본 발명은 위에서 설명한 본 발명에 매우 거센 바람이 불어와서 발 전기(2)가 손상될 것에 대비하여 설정된 이상으로 임펠러(13)가 회전하면 발전기(2)에 회전력이 작용하지 않게 하는 안전장치를 추가로 설치할 수 있다.

상기 안전장치는 회전축(11)과 연결축(3)의 연결부위에 마그네틱클러치(5)을 설치하여 회전축(11)과 연결축(3)의 결합상태가 마그네틱클러치(5)에 의해 상하방향으로 착탈될 수 있게 하며, 회전축(11)에 끼워진 상부베어링(11a)이 베어링설치홈(21)에 헐겁게 끼워지고, 회전축(11)의 상면과 베어링설치홈(21)에 소정의 틈새(c)가 형성되게 설치한다.

상기 회전축(11)이 베어링설치홈(21)으로 상승할 수 있는 소정의 공간을 형성하는 대신에 도면에는 도시하지 않았으나, 회전축(11)의 상부외주연과 상부베어링의 내륜이 스플라인, 또는 세레이션 결합으로 임펠러(13)가 부상할 때 상기 스플라인 및 세레이션 결합부에 의해 임펠러(13)가 소정의 높이만큼 승하게 할 수 있게 하는 것이며, 회전축(11)이 승하강 하는 높이는 5㎜ 내외로 설계하는 것이 바람직하다.

다음은 도 1 및 도 8, 9를 토대로 태양광장치부(30)에 대하여 설명하는데, 이 태양광장치부(30)는 프레임(1)의 선단부에 고정지지대(32)가 수평방향으로 고정 설치되고, 이 고정지지대(32)의 양측에는 상하경사방향으로 회전봉(33)이 각각 관통되게 설치되며, 회전봉(33)이 관통된 고정지지대(32)의 저면에는 수평방향으로 긴 장공(34)이 형성되어 그 장공(34)을 통하여 각각의 회전봉(33)에 고정 설치된 회전레버(35)가 고정지지대(32)의 하측으로 외향 돌출되게 설치된다.

그리고, 상기 회전봉(33)의 상부에는 상면에 집광판(31)을 설치한 집광판지 지바(36)가 브래킷(37)에 의해 고정 설치되며, 상기 각각의 회전레버(35)의 하단부에는 수평이송대(38)가 수평방향으로 힌지식으로 설치되고, 고정지지대(32)의 일측 저면에는 전동실린더(39)가 설치되며, 이 전동실린더(39)에서 수평방향으로 이동하는 슬라이더(40)의 선단부가 수평이송대(38)의 선단부가 연결 설치되어 있다.

상기 슬라이더(40)에 대응하는 고정지지대(32)의 저면에는 한 쌍의 리미트스위치(41)가 간격을 두고 설치되고, 슬라이더(40)에는 양측 리미트스위치(41)에 접촉하는 스위치접촉부(42)가 형성되어 있다.

상기와 같이 구성되어 있는 본 발명의 작용관계를 도 1 내지 도 9를 참고하여 설명하되, 먼저, 풍력장치부(10)부터 설명하기로 한다.

프레임(1) 상측에 설치된 풍력장치부(10)로 바람이 불어오게 되면, 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이 케이싱(20)의 본체(22) 후방에 방향키(25)가 설치되어서 본체(22)를 넘어가는 바람의 흐름에 의해 유입구(23)는 전방을 향하게 된다.

이와 같이 유입구(23)가 전방을 향한 상태에서 바람이 케이싱(20)의 전방으로 불어오면, 입구가 테이퍼형으로 넓어진 경사면에 부딪치면서 공회전되게 설치된 풍력장치부(10)은 시계방향으로 회전하려는 힘이 발생하는데, 방향키(25)가 북동방향으로 소정의 각도(a:5°)로 기울여지게 설치되어 있어서 방향키(25)를 지나는 바람 중에 방향키(25)의 우측으로 흐르는 바람이 우측으로 기울여진 방향키(25)를 전후 중심선방향(반시계방향)으로 밀어주려는 힘이 발생되어 2개의 힘이 평형을 이루면서 유입구(23)는 항상 정면을 향하도록 한다.

이때, 유입구(23)는 전방 입구측이 넓으면서 도면 상 좌측의 유입가이드 벽(23a)이 본체(22)의 외주면 접선방향(좌측)으로 경사지게 형성되어서 전방으로 불어주는 바람은 일부가 유입구(23)를 통하여 케이싱(20)의 내측으로 유입되지만, 또 다른 일부는 경사진 유입가이드벽(23a)에 부딪치면서 케이싱(20)을 시계방향으로 회전시키고자 하는 힘이 발생하게 된다.

그런데, 상기 우측방으로 경사지게 설치된 방향키(25)에 의해서는 반시계방향으로 케이싱(20)을 회전시키는 힘이 작용하고 있으면서, 그 방향키(25)의 면적이 케이싱(20)을 시계방향으로 회전시키려는 힘에 대응할 만큼의 대폭 확대되게 형성되어서 유입구(23)는 항상 바람이 부는 쪽을 향하게 되는 것이다.

그리고, 유입구(23)의 입구가 넓고 내측이 좁은 형태로 형성되어 많은 량의 바람이 케이싱(20)의 내측으로 빠르게 유입되면서 그 내측의 임펠러(13)를 회전시키게 되며, 그 임펠러(13)의 회전력이 회전축(11)을 통하여 그 하측으로 연결축(3)과 벨트(8)를 통하여 발전기(2)를 구동시켜 발전을 하게 되는 것이다.

상기와 같이 케이싱(20)의 내부로 빠르게 유입되는 바람은 도 4에서와 같이 임펠러(13)를 회전시키면서 배기구(24)를 통하여 외부로 배기되게 되는데, 바람의 이동거리가 "L"과 같이 길어져서 케이싱(20)으로 유입되는 바람이 온전히 임펠러(13)를 회전시키게 된다.

이때, 본 발명에서는 위에서 설명한 바와 같이 바람의 이동거리(L)를 꺽은선 형태로 표시하였을 때, 종래발명2의 180°보다 대폭 증대된 230°로 설계하고 제작하였음에 따라 케이싱(20)으로 유입되는 바람을 임펠러(13)를 밀어주는 거리가 그만큼 길어져서 효율적으로 활용하게 되는 것이다.

그리고, 상기와 같은 임펠러(13)를 회전시키면서 배기구(24)를 통하여 외부로 바람이 빠져나갈 때, 원통형 케이싱(20) 내측의 둥근면을 따라 이동하던 바람이 원통형 본체(22)의 외주면과 접선방향으로 형성된 배기가이드벽(24a)을 외측으로 밀어내지 않고 그 배기가이드벽(24a)을 따라 저항없이 외부로 자연스럽게 배기되기 때문에 유입구(23)로 유입되어 배기구(24)로 배기되는 바람의 흐름이 원활하여 임펠러(13)를 효율적으로 회전시키게 되는 것이다.

도 6에서 보는 바와 같이 임펠러(13)의 날개(12)에는 다수개의 에어통과홀(14)이 관통되게 형성되어서 공기의 흐름이 원활해지게 되는데, 이는 날개(12)에 에어통과홀이 없는 경우라면 날개에 부딪친 바람이 반력에 의해 불어오는 바람과 맞부딪치면서 임펠러(13)의 회전을 방해하고, 날개를 넘어간 바람은 날개의 뒷면에서 와류가 발생하면서 그 와류에 의해 날개의 후면을 후방에서 전방으로 미는 듯한 힘이 작용하여 임펠러(13)의 회전을 2차적으로 방해하게 되는데, 본 발명에서는 날개본체(12a)에 수개의 에어통과홀(14)을 형성하여서 바람이 그 에어통과홀(14)을 통과함에 따라 위와 같은 문제가 발생하지 않게 되는 것이다.

참고로 에어통과홀(14)의 면적은 날개(12) 전체면적의 5% 내외만큼의 면적으로 분포하여 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 에어통과홀(14)이 너무 크면 바람이 쉽게 빠져나가 임펠러(13)를 제대로 회전시키지 못할 것이고, 반대로 에어통과홀(14)이 바늘구멍처럼 너무 작으면 위에서 설명한 바와 같이 임펠러(13)의 회전을 방해하기 때문이다.

또한, 도 7에서 보는 바와 같이 날개(12)의 하측에 유체유입관부(17)를 형성 하고 그 내측에 부동액이나 구슬과 같은 관성유체(19)를 삽입하고 그 입구를 고정마개(18)로 막음에 따라 임펠러(13)의 날개 하나하나의 무게가 유체유입관부(17)와 고정마개(18), 관성유체(19) 만큼 무거워져서 초기의 회전은 늦으나, 임펠러(13)가 회전을 시작하여 일정속도에 도달하면 관성유체(19)가 유체유입관부(17)의 내측에서 외측으로 이동하면서 임펠러(13)의 회전에 관성이 작용하여 회전력을 증대시키게 되는 것이다.

다음은 도 2에서 보는 바와 같이 마그네틱클러치(5)가 설치된 경우에 대한 설명으로서, 이 경우에는 케이싱(20)으로 유입되는 바람의 세기가 발전기(2)의 설정된 용량보다 과다한 속도로 회전하게 되면, 상하판상에 설치된 자석의 자력 세기보다 임펠러(13)의 회전력이 빨라서 마그네틱클러치(5)가 상하로 분리되게 된다.

그와 더불어 임펠러(13)의 각각의 날개(12)는 도 5에서 보는 바와 같이 날개본체(12a)의 상측 모서리부가 전방측으로 구부려지게 형성되어서 각각의 날개(12)는 상측으로 부상하려는 힘이 작용하게 되는데, 상기와 같이 임펠러(13)의 회전력이 마그네틱클러치(5)의 자력의 세기보다 강하여 마그네틱클러치(5)가 상하로 분리되게 되면, 상기와 같이 부상하려는 임펠러(13)에 의해 회전축(11)을 포함한 임펠러(13)는 상측으로 부상하게 된다.

이때, 상기 회전축(11)은 도 2에서 보는 바와 외측에 상부베어링(11a)이 끼워진 상태에서 케이싱(20)의 베어링설치홈(21)에 헐겁게 설치되고 상측에 소정의 틈새(c)를 형성하고 있어서 상기와 같이 부상하려는 힘이 작용하는 임펠러(13)는 상측으로 올라가게 된다.

위와 같이 임펠러(13)가 상측으로 올라가면서 마그네틱클러치(5)가 상하로 분리되어 상측의 회전축(11)과 하측의 연결축(3)이 분리되어 연결축(3)에 임펠러(13)의 회전력이 전달되지 않음에 따라 발전기(2)에 부하가 걸리지 않게 되는 것이다.

그 뒤 상측으로 부상한 임펠러(13)는 연결축(3)과 분리된 상태에서 계속적으로 회전하다가 바람의 세기가 약해지면 부상하려는 힘이 약해지면서 자중에 의해 하측으로 내려와 다시 마그네틱클러치(5)가 결합하여 초기와 같이 임펠러(13)의 회전력을 발전기(2)에 전달하여 발전을 하게 된다.

위의 설명에서 프레임(1)의 상측에 지지롤러(9)가 설치된 것은 케이싱(20)의 부피가 크기 때문에 그 무게도 무거운 상태가 되는데, 부피가 크며 무거운 케이싱(20)의 하측을 지지롤러(9)로 지지함에 따라 바람의 방향을 따라 케이싱(20)이 회전할 때 그 회전을 하측에서 지지하여 케이싱(20)이 원활하게 회전하면서 유입구(23)가 항상 바람이 부는 쪽을 향하도록 하는데 도움을 주게 되는 것이다.

다음은 태양광장치부(30)에 대하여 설명을 하는데, 이 태양광장치부(30)는 공지된 바와 같이 집광판(31)에 태양광이 비춰짐에 따라 발전을 하게 되는 것이며, 본 발명에서는 집광판(31)이 태양을 따라 이동하는 장치에 대하여 도 1 및 도 8, 9를 참고하여 설명할 것이다.

태양광장치부(30)에는 별도의 콘트롤장치(도시생략)가 설치되어서 그 콘트롤장치의 신호를 계절별로 설정할 수 있으며, 그 입력된 신호에 따라 집광판(31)이 태양을 따라 회동하게 되는데, 기본적으로 집광판(31)이 시간당 15°만큼 회전하도록 설정하며 이 회전각도는 조절이 가능하다.

먼저, 콘트롤장치의 신호에 따라 전동실린더(39)의 슬라이더(40)가 전진하게 되면, 슬라이더(40)와 연결된 수평이송대(38)를 슬라이더(40)가 이동하는 방향으로 수평 이동시키게 되고, 이렇게 이동하는 수평이송대(38)에는 회전봉(33)에 설치된 회전레버(35)의 자유단부가 힌지식으로 설치되어 회전레버(35)가 각운동하면서 그와 동시에 회전봉(33)은 회전레버(35)가 각운동하는 만큼 회전하게 된다.

이때, 회전봉(33)은 도 8 및 도 9에서 보는 바와 같이 고정지지대(32)에 회동가능하게 관통되어 있음에 따라 회전봉(33)이 관통된 구멍에 지지되면서 회전하게 되고, 회전레버(35)가 회동하는 각도 범위만큼 고정지지대(32)에는 장공(34)이 형성되어서 회전레버(35)의 회동이 지장을 주지 않게 된다.

상기와 같이 회전봉(33)이 고정지지대(32)의 구멍에 지지된 상태로 회전하고 있는 상황에서 회전봉(33)의 상부에는 집광판지지바(36)가 브래킷(37)에 의해 고정되어 있고, 그 집광판지지바(36)의 상부에 집광판(31)이 설치되어 있음에 따라 상기 회전봉(33)의 회전으로 인하여 집광판(31)이 회전 각운동하게 되는 것이다.

이렇게 집광판(31)이 태양을 따라 회전각운동을 하게 될 때는 도 9에서 보는 바와 같이 슬라이더(40)가 수평이동하게 되는데, 이 슬라이더(40)에는 스위치접촉부(42)가 설치되고, 슬라이더(40)에 대응하는 전동실린더(39) 또는 고정지지대(32)의 소정위치에 슬라이더(40)의 출몰길이를 한정하는 한 쌍의 리미트스위치(41)가 설치되어서 아침에 해가 뜰 때부터 저녁에 해가 질 때 까지만 집광판(31)을 회전 각운동하도록 한다.

즉, 아침에 해가 뜰 때에 도면 상 좌측에 위치한 리미트스위치(41)를 스위치접촉부(42)가 접촉하면서 슬라이더(40)가 전진하여 집광판(31)이 회전하게 되고 구동풀리(4)이 계속적으로 전진하다가 도면상 우측에 있는 리미트스위치(41)를 스위치접촉부(42)가 접촉하면 저녁에 해가 진 상태로서 이때는 모터(미도시)가 역회전하면서 아침의 초기상태로 슬라이더(40)를 복귀시키고, 해가 뜰 시간이면 다시 전동실린더(39)를 동작시켜서 해가 떠 있을 낮에만 집광판(31)이 회전하게 하는 것이다.

도 1은 본 발명을 나타내는 사시도.

도 2는 본 발명에 설치되는 풍력장치부를 나타내는 단면도.

도 3의 (가)(나)는 본 발명에 설치되는 케이싱을 나타내는 사시도와 평면도.

도 4는 도 2의 A-A선 단면도.

도 5의 (가) 내지 (다)는 본 발명에 설치되는 임펠러의 사시도와 정면도 그리고 평면도.

도 6은 본 발명에 설치되는 날개의 다른 실시예를 나타내는 사시도.

도 7은 본 발명에 설치되는 날개의 또 다른 실시예를 나타내는 정면도.

도 8은 본 발명에 설치되는 태양광장치부의 각도조절수단을 나타내는 저면사시도.

도 9는 도 8에 도시된 태양광장치부의 각도조절수단을 나타내는 단면도.

도 10은 종래발명을 나타내는 설명도.

도 11은 또 다른 종래발명을 나타내는 설명도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 프레임 2 : 발전기 3 : 연결축

4 : 구동풀리 5 : 마그네틱클러치 6 : 하부베어링

7 : 종동풀리 8 : 벨트 9 : 지지롤러

10 : 풍력장치부 11 : 회전축 12 : 날개

13 : 임펠러 14 : 에어통과홀 15 : 상부만곡부

16 : 볼트구멍 17 : 유체유입관부 18 : 고정마개

19 : 관성유체 20 : 케이싱 21 : 베어링설치홈

22 : 본체 23 : 유입구 24 : 배기구

25 : 방향키 26 : 보강리브 30 : 태양광장치부

31 : 집광판 32 : 고정지지대 33 : 회전봉

34 : 장공 35 : 회전레버 36 : 집광판지지바

37 : 브래킷 38 : 수평이송대 39 : 전동실린더

40 : 슬라이더 41 : 리미트스위치 42 : 스위치접촉부

Claims (5)

1. 프레임(1)에 풍력장치부(10)와 태양광장치부(30)가 설치되고, 풍력장치부(10)는 회전축(11)에 다수개의 날개(12)를 설치한 임펠러(13)의 회전축(11)이 프레임(1) 상에 수직 설치되며, 임펠러(13)의 외측에는 전후방에 유입구(23)와 배기구(24)가 형성되며 유입구(23)의 반대측 외부에 방향키(25)를 설치한 케이싱(20)이 임펠러(13)를 감싸도록 회전되게 설치되고, 회전축(11) 하측의 프레임(1)에는 임펠러(13)의 회전력에 의해 발전을 하는 발전기(2)가 설치된 풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치에 있어서,

   상기 회전축(11) 하측의 프레임(1)에는 하단부에 구동풀리(4)를 설치한 연결축(3)을 수직하게 설치하되, 연결축(3)의 상단부와 회전축(11)의 하단부에 설치된 플랜지를 볼트로서 설치하며, 구동풀리(4)와 발전기(2)의 종동풀리(7)가 벨트(8)에 의해 연결 설치되고,

   상기 케이싱(20)의 중심부 상측 저면에 형성된 베어링설치홈(21)에 회전축(11)의 상부에 끼워진 상부베어링(11a)이 회전 가능하게 설치되며,

   상기 유입구(23)는 원통형 본체(22)의 남동방향으로 개방되게 형성되며, 전방측 바람유입부(A1)가 내측의 도입부(A2) 보다 넓게 형성되고, 유입구(23)의 좌측에 형성되는 유입가이드벽(23a)이 원통형 본체(22)의 외주면과 접선방향으로 벌어지게 형성되며,

   상기 배기구(24)는 본체(22)의 북서방향으로 개방되게 형성되며, 이 배기 구(24)의 외측 가이드벽(24a)은 원통형 본체(22)의 외주면과 접선방향으로 형성되고,

   상기 방향키(25)는 본체(22)의 후방에 북동방향으로 소정의 각도(a)만큼 경사지게 보강리브(26)에 의해 지지되게 설치되며,

   상기 날개(12)의 날개본체(12a)에 다수개의 에어통과홀(14)이 형성된 것을 특징으로 하는 풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치.
2. 제 1항에 있어서, 날개본체(12a)의 내측변에는 다수개의 볼트구멍(16)이 형성되어 회전축(11)에 설치되는 브래킷(11b)에 볼트로서 결합 설치되며,

   날개본체(12a)의 하측에 유체유입관부(17)를 수평방향으로 형성되고, 그 유체유입관부(17)의 내측에 관성유체(19)를 삽입한 뒤에 그 유체유입관부(17)의 입구를 고정마개(18)로 나사식으로 개폐 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 회전축(11)과 연결축(3)의 연결부위가 마그네틱클러치(5)에 의해 상하방향으로 착탈될 수 있게 설치되며, 회전축(11)에 끼워진 상부베어링(11a)이 베어링설치홈(21)에 헐겁게 끼워지되, 회전축(11)의 상면과 베어링설치홈(21)에 소정의 틈새(c)가 형성되게 설치되고,

   상기 날개본체(12a)의 상측 모서리부는 전방측으로 휘어지는 상부만곡부(15)가 형성된 것을 특징으로 하는 풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 프레임(1)의 상면에는 케이싱(20)의 저면을 지지하는 지지롤러(9)가 설치된 것을 특징으로 하는 풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 태양광장치부(30)는 프레임(1)의 선단부에 고정지지대(32)가 수평방향으로 고정 설치되고, 이 고정지지대(32)의 양측에는 상하경사방향으로 회전봉(33)이 각각 관통되게 설치되며, 회전봉(33)이 관통된 고정지지대(32)의 저면에는 수평방향으로 긴 장공(34)이 형성되어 그 장공(34)을 통하여 각각의 회전봉(33)에 고정 설치된 회전레버(35)가 고정지지대(32)의 하측으로 외향 돌출되게 설치되고,

   상기 회전봉(33)의 상부에는 상면에 집광판(31)을 설치한 집광판지지바(36)가 브래킷(37)에 의해 고정 설치되며, 상기 각각의 회전레버(35)의 하단부에는 수평이송대(38)가 수평방향으로 힌지식으로 설치되고, 고정지지대(32)의 일측 저면에는 전동실린더(39)가 설치되며, 이 전동실린더(39)에서 수평방향으로 이동하는 슬라이더(40)의 선단부가 수평이송대(38)의 선단부가 연결 설치되고,

   상기 슬라이더(40)에 대응하는 고정지지대(32)의 저면에는 한 쌍의 리미트스위치(41)가 간격을 두고 설치되고, 슬라이더(40)에는 양측 리미트스위치(41)에 접촉하는 스위치접촉부(42)가 형성된 것을 특징으로 하는 풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치.

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