KR100956661B1 - 도로 중앙분리대의 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반도로 또는 고속도로의 중앙분리대에 설치되어 차량의 연속적인 고속 주행으로 발생되는 자연 유도풍이 전기에너지를 발생시키는 블레이드의 회전 동력원으로 활용되도록 하는 도로 중앙분리대의 풍력발전기에 관한 것으로, 도로의 중앙분리대에 설치되고, 자연풍 및 차량의 이동으로 발생되는 바람을 유입하여 내부로 안내하도록 구비되는 외관, 상기 외관 내부로 위치하여 유입되는 바람에 의해 회전하는 블레이드와, 상기 블레이드의 회전중심을 이루도록 수직으로 구비되는 회전축과, 상기 회전축과 연결되어 전달되는 회전량에 의해 전기에너지를 생성하는 발전장치로 구비되되, 상기 외관의 양측으로는, 차량이 진행해 오는 방향으로 바람이 유입되도록 소정 크기의 유입구가 형성되고 유입되는 바람을 외관의 내부로 안내하도록 상기 유입구에서 연통되는 관로를 형성하되, 상기 관로의 단면적이 순차적으로 좁아지는 형태를 이루면서 타측 단부의 토출구를 통해 바람이 분사되어 상기 블레이드를 회전시키도록 하는 바람유도부재가 포함되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

도로, 중앙분리대, 풍력, 발전기, 바람, 토출구, 플라이휠

Description

도로 중앙분리대의 풍력발전기{Wind power generator of median strip for road}

본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일반도로 또는 고속도로의 중앙분리대에 설치되어 차량의 연속적인 고속 주행으로 발생되는 자연 유도풍이 전기에너지를 발생시키는 블레이드의 회전 동력원으로 활용되도록 하는 도로 중앙분리대의 풍력발전기에 관한 것이다.

일반적으로 차량이 주행하는 도로의 중앙에는 상하행 차선의 구분, 라이트에 의한 눈부심 방지 및 각종 교통 사고 예방 등을 위해 고속으로 주행하는 차량의 안전한 운행을 유도할 수 있도록 일정한 높이의 분리대가 구비된다.

이때, 도로의 중앙분리대에는 연속적으로 운행되는 고속의 차량들로 인해 주변 공기의 이동에 따른 자연 유도풍이 전달되는데, 종래에는 상기 유도풍을 활용할 수 있는 별도의 장치들이 구비되지 못하였다.

최근 풍력, 태양열, 수력과 같은 대체에너지 자원을 확보하기 위한 노력이 요구되면서 본 발명에 앞서 기출원된 등록특허 제10-0801466호에서는 도로의 중앙에 설치되는 중앙분리대에 있어서, 상기 중앙분리대에 소정의 깊이로 설치되는 발 전장치와; 상기 발전장치의 회전자와 소정의 높이로 연설되는 회전축과; 상기 회전축의 측면에 소정의 간격으로 구획되어 일체로 고착 설치되는 회전판과; 상기 회전판을 감싸며, 차량이 진행해 오는 방향으로 양측에 각각 바람 유입구가 관통 형성되고, 상측으로는 바람 배출구가 형성되는 보호부재와; 상기 보호부재의 바람 유입구 외측에 차량이 질주해 오는 방향으로 인출되어 형성되는 바람 유도판;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도로의 중앙분리대에 설치되는 풍력 발전기를 제시하였다.

상기와 같은 구성을 통해 차량의 주행으로 발생되는 풍력을 활용하여 에너지를 생성할 수 있는 발전구조를 제시하였으나, 관통된 바람유입구를 통해 유입되는 바람은 차량의 주행으로 유도되는 풍력을 증속없이 그대로 유입하여 회전관이 구비된 발전장치의 회전축을 회전시키도록 함으로써 불규칙하게 유입되는 풍력이 약할 경우에는 발전출력이 저하되어 효율성이 떨어지는 구성의 한계가 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 차량의 이동으로 발생하여 도로의 중앙분리대로 전달되는 유도풍을 에너지로 발전시키는 동력원으로 활용하되, 블레이드를 회전시키기 위해 유입된 유도풍이 너비가 좁게 형성되는 토출구를 통해 풍속이 증대되면서 발전출력을 향상시킬 수 있도록 하는 도로 중앙분리대의 풍력발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 도로의 중앙분리대에 설치되고, 자연풍 및 차량의 이동으로 발생되는 바람을 유입하여 내부로 안내하도록 구비되는 외관, 상기 외관 내부로 위치하여 유입되는 바람에 의해 회전하는 블레이드와, 상기 블레이드의 회전중심을 이루도록 수직으로 구비되는 회전축과, 상기 회전축과 연결되어 전달되는 회전량에 의해 전기에너지를 생성하는 발전장치로 구비되되, 상기 외관의 양측으로는, 차량이 진행해 오는 방향으로 바람이 유입되도록 소정 크기의 유입구가 형성되고 유입되는 바람을 외관의 내부로 안내하도록 상기 유입구에서 연통되는 관로를 형성하되, 상기 관로의 단면적이 순차적으로 좁아지는 형태를 이루면서 타측 단부의 토출구를 통해 바람이 분사되어 상기 블레이드를 회전시키도록 하는 바람유도부재가 포함되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명을 통해 차량의 이동에 따라 발생되는 강한 바 람을 이용하여 발전장치를 구동하되, 도로의 중앙분리대에서 이동 방향이 다른 차량의 유도풍을 동시에 유입하여 블레이드를 일정한 방향으로 회전시키도록 함으로써 풍력을 지속적으로 확보하고, 유입된 유도풍의 회전이동 과정에서 풍속이 증대되도록 하여 풍력에너지를 통한 발전효율을 향상시키는 효과를 얻도록 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 풍력발전기가 설치된 도로 중앙분리대의 개략적인 정면도이고, 도 2는 상기 풍력발전기에 구비되는 바람유도부재(150)의 사시도이고, 도 3은 상기 바람유도부재(150)가 결합된 풍력발전기 외관(100)의 개략적인 결합 구성도이며, 도 4는 상기 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 내부 단면도이다.

도시된 바와 같이 일반적인 형태의 중앙분리대는 소정 길이의 지주(10)를 도로 지면으로 입설하고 상기 지주(10)의 양측면으로 가드레일(20)을 고정 부착하여 상하행의 차도를 구분하며, 상기 지주(10)와 지면이 경계되는 소정 부위에는 차량의 충돌로 인한 지주(10)의 파손을 줄이기 위해 콘크리트 재질의 보강재(30)를 포함하여 차량의 안전운행을 유도하도록 설치된다.

상기와 같이 설치되는 도로의 중앙분리대에서 양측으로 고속주행하는 차량의 이동에 의해 발생되는 바람(유도풍)을 동력원으로 하여 전기에너지를 발전시키기 위해, 본 발명에서는 바람을 유입하여 내부로 안내하도록 구비되는 외관(100)과, 상기 외관(100)의 내부로 위치하여 유입되는 바람에 의해 회전하는 블레이드(200)와, 상기 블레이드(200)의 회전 중심을 이루도록 수직으로 구비되는 회전축(300)과, 상기 회전축(300)과 연결되어 전달되는 회전량에 의해 에너지를 생성하는 발전장치(400)가 포함되는 풍력발전기를 상기 중앙분리대 지주(10)의 상부로 위치시킨다.

상기 외관(100)은 상기 지주(10)의 상부에서 수직 방향으로 소정 길이를 갖는 통형으로 구비되되, 차량이 진행해 오는 방향으로 바람의 유입을 유도하도록 소정 크기의 유입구(152)가 형성된 바람유도부재(150)가 포함되도록 한다.

상기 바람유도부재(150)는 유입구(152)를 통해 유입되는 바람을 외관(100)의 내부로 안내하도록 상기 유입구(152)에서 연통되는 관로를 형성하되, 원통형으로 구비되는 외관(100)의 형태에 대응하여 상기 관로가 반원형으로 회전하는 경로를 갖으며, 상기 관로의 단면적이 순차적으로 좁아지는 형태를 이루면서 상기 유입구(152)와 대응되는 타측으로는 좁은 토출구(154)가 형성된다.

이때, 도로 중앙분리대의 좌우 양측에서 상하행의 차량 주행 방향에 따라 유도되는 바람을 모두 유입시킬 수 있도록 상기 바람유도부재(150)는 상기 외관(100)의 양측으로 위치하는 한 쌍으로 구비하여 바람의 유입이 용이하게 외관(100)의 길이방향을 따라 수직으로 형성된 유입구(152)가 각각 차량이 진행해오는 방향을 향하도록 구성된다.

따라서 상기 바람유도부재(150)의 유입구(152)를 통해 유입되는 바람이 연통되는 관로를 따라 회전이동하면서 상기 관로의 직경 너비가 순차적으로 좁아지는 형태를 이루도록 하여 이동과정 중에 바람의 풍속은 증대되고, 단부측에서 좁게 형성되는 토출구(154)를 통해 강하게 분사되도록 한다.

상기 외관(100)의 하부 내측으로는 상기 유입되는 바람을 동력원으로 하여 에너지를 생성하기 위한 구성으로 외관(100) 및 지주(10)의 길이방향을 따라 수직으로 형성되는 소정 길이의 회전축(300)과, 상기 바람유도부재(150)의 토출구(154)의 하부로 근접하게 위치되면서 상기 회전축(300)으로 체결되어 유입되는 바람에 의해 일체로 회전하는 블레이드(200)가 구비된다.

상세하게 도시되지는 않았지만 상기 블레이드(200)는 회전축(300)을 중심으로 동일한 간격으로 원형 배열되는 다수개로 구비하고, 상기 토출구(154)를 통해 분사되는 바람의 항력 및 회전력을 높이기 위해 경사지게 절곡된 형태를 갖도록 구비됨이 바람직하다.

또한, 상기와 같이 바람유도부재(150)가 포함되는 외관(100)의 상부와 하부로는 바람의 외부 출입을 차단하기 위한 상부캡(110)과 하부캡(120)이 고정되며, 상기 바람유도부재(150)의 토출구(154)가 근접하게 위치되는 내측으로는 상기 토출구(154)를 통해 분사되는 바람의 상향 이동을 방지하고 기밀 상태를 유지하여 블레이드(200)가 위치하는 하측으로의 이동만을 유도하도록 하는 차단판(130)이 더 구비된다.

상기와 같은 구성 요소들을 통해 풍력을 전달받아 에너지를 발전시키는 과정을 살펴보면, 도로의 중앙분리대 지주(10)에 소정 높이로 설치되는 외관(100)의 양측에서 차량이 이동해 오는 방향을 향하도록 형성된 유입구(152)를 통해 연속적으 로 주행하는 차량의 이동에 의해 생성되는 바람(유도풍)이 상기 외관(100)의 내부로 자연스럽게 유입되도록 한다.

본 발명에서는 상기 유입구(152)를 통해 유입되는 바람을 동력원으로 하여 내부에 위치한 블레이드(200)를 회전시키면서 에너지를 생성하는 풍력발전과정을 거치게 되는데, 일반적으로 고효율의 풍력발전기를 구성하기 위해서는 상기 블레이드(200)를 회전시키기 위한 풍력이 지속적으로 확보되어야 한다.

또한, 풍력에너지(E)는 E = (1/2)×ρ×Ａ×Ｖ³ (ρ: 공기밀도, Ａ: 단면적, Ｖ: 풍속)의 식으로 도출된다.

상기 공기밀도는 그 자리의 기압이나 공기 중의 수분량에 의해 변화하는데, 통상 평지에서의 공기밀도인 1.2 kg/m³ 으로 일정하게 고려되고, 상기 단면적은 풍력 발전기의 바람 면적으로 회전자(rotor), 블레이드의 면적에 비례한다.

상기 식에 도출된 바와 같이 풍력에너지(E)는 풍속의 세제곱에 비례하여 고효율의 풍력발전기에 있어서 풍력이 지속적으로 공급된다는 전제조건 하에, 풍속(Ｖ)이 가장 중요한 고려 대상임을 알 수 있다.

따라서 본 발명에서는 고효율의 풍력발전기를 구성하기 위해 중앙분리대를 기준으로 이동방향이 다른 차량에 의한 유도풍을 양측에서 동시에 유입할 수 있도록 하고 경로를 따라 회전 이동해온 바람이 유입구(152)와 연통되는 각각의 토출구(154)에서 상기 블레이드(200)를 동일한 방향으로 회전시키도록 분사되어 블레이드(200)를 회전시키기 위한 바람의 공급량이 최대한 확보될 수 있도록 하였다.

또한, 상기 유입구(152)로 관통하여 타측의 토출구(154)로 형성되는 바람유도부재(150)의 관로를 따라 유입된 바람이 이동하되, 상기 관로의 단면적이 순차적으로 작아지는 형태를 이루도록 하여 좁게 형성된 토출구(154) 측에서는 그 풍속이 유입시에 비해 상당히 증가하여 강하게 분사되는 형태를 이루게 된다.

상기 유입구(152)와 비교하여 단면적이 좁아지는 토출구(154)에서 풍속이 증가하는 원리에 대해서는, 배관 내에서 유체가 보유하고 있는 총에너지는 항상 일정하다는 유체유동에 관한 베르누이정리와 역학적 에너지 보존법칙과 같은 이론에 근거하여 자명한 사실이며, 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

따라서 본 발명에 따른 풍력발전기는 차량의 질주로 인해 발생되는 강한 바람이 외관(100)에 구비되는 바람유도부재(150)의 유입구(152)를 통해 유입되어 단면적이 점차 좁아지는 이동 경로를 따라 풍속이 증가되면서 회전 이동하여 내측의 토출구(154)로 분사되고, 상기 토출구(154)를 통해 분사되는 풍력이 내측 하부에 위치하는 블레이드(200)를 고속으로 회전시키게 된다.

상기 외관(100)의 하부에는 상기 블레이드(200)가 고속 회전함에 따라 상기 블레이드(200)의 회전축(300)과 연결되어 자속을 변화시켜 발전코일에 전기를 유기하고 충전시키는 발전장치(400)가 지주(10)의 내부로 포함되며, 상기 토출구(154)를 통해 강하게 분사되는 바람은 하향에 위치하는 상기 블레이드(200)를 고속으로 회전시킨 후, 일측의 통풍구(40)를 통해 외부로 배출되도록 한다.

이때, 상기 통풍구(40)가 발전장치(400)와 근접하게 구비됨으로써 발전과정에서 발열하는 상기 발전장치(400)를 바람의 이동 배출로 인해 냉각시키는 기능이 더불어 수행된다.

또한, 상기 발전장치(400)의 회전자와 블레이드(200)의 중심이 되는 상기 회전축(300)의 단부에는 차량의 이동 주기 및 주행 속도에 따라 비정기적이고 불규칙한 유도풍으로 인한 부정류흐름을 완충하여 발전출력을 균일화하기 위한 플라이휠(500)이 더 구비된다.

상기 플라이휠(500)은 크기가 다른 복수 개의 원형 중공관을 동일한 중심으로 배열하여 유기적으로 연결한 형태로써, 내부에 소정량의 유체를 충전하여 상기 플라이휠(500)이 회전축(300)과 일체로 회전하면서 상기 충전된 유체가 힘의 방향에 따라 중공관의 내부 경로를 이동할 수 있도록 하였다.

따라서 상기 플라이휠(500)의 회전으로 유체가 가지게 되는 관성력과 플라이휠(500) 자중(自重)에 의한 관성력이 다시 회전축(300)으로 전달되면서 상기 회전축(300)의 회전을 지속적으로 유도하며, 상기 발전장치(400)의 출력을 최대한 균일하게 유지할 수 있게 하는 구성이 된다.

또한, 상기 플라이휠(500)에 충전된 유체는 플라이휠(500)과 회전축(300) 하부 베어링 등의 냉각 및 윤활의 기능을 더불어 수행한다.

상기 발전장치(400)는 일반적인 발전기에 구비되는 구성 요소들로 충분히 공지된 기술이며, 도시되지는 않았지만 상기 발전장치(400)에서 중앙분리대 지주(10)의 내부 경로를 따라 도로의 하부로 선로를 구현하여 도로변에 설치되는 가로등 및 안전시설의 전력원으로 활용하거나 가정 또는 산업현장에 공급하여 다양하게 활용될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 풍력발전기는 중앙분리대의 길이방향을 따라 일정한 간격으로 배치되는 다수 개로 구비됨이 바람직하며, 일반적인 도로의 중앙분리대에서 지주(10)와 일체로 형성하거나 상부면으로 탈부착이 용이하도록 구성할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구 범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 풍력발전기가 설치된 도로 중앙분리대의 개략적인 정면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바람유도부재의 사시도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전기 외관의 개략적인 결합 구성도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전기의 개략적인 내부 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10. 지주 20. 가드레일

30. 보강재 40. 통풍구

100. 외관

110. 상부캡 120. 하부캡

130. 차단판

150. 바람유도부재

152. 유입구 154. 토출구

200. 블레이드 300. 회전축

400. 발전장치 500. 플라이휠

Claims (4)

1. 도로의 중앙분리대에 설치되고, 자연풍 및 차량의 이동으로 발생되는 바람을 유입하여 내부로 안내하도록 구비되는 외관(100), 상기 외관 내부로 위치하여 유입되는 바람에 의해 회전하는 블레이드(200)와, 상기 블레이드의 회전중심을 이루도록 수직으로 구비되는 회전축(300)과, 상기 회전축과 연결되어 전달되는 회전량에 의해 전기에너지를 생성하는 발전장치(400)로 구비되되,

   상기 외관의 양측으로는, 차량이 진행해 오는 방향으로 바람이 유입되도록 소정 크기의 유입구(152)가 형성되고 유입되는 바람을 외관의 내부로 안내하도록 상기 유입구에서 연통되는 관로를 형성하되, 상기 관로의 단면적이 순차적으로 좁아지는 형태를 이루면서 타측 단부의 토출구(154)를 통해 바람이 분사되어 상기 블레이드를 회전시키도록 하는 바람유도부재(150)가 포함되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 도로 중앙분리대의 풍력발전기.
2. 제1항에 있어서, 상기 회전축의 단부에는 소정량의 유체가 충전된 플라이휠(500)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도로 중앙분리대의 풍력발전기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외관의 하부와 발전장치 사이로는 바람의 외부 출입이 가능하도록 통풍구(40)가 형성되는 것을 특징으로 하는 도로 중앙분리대의 풍력발전기.
4. 제3항에 있어서, 상기 바람유도부재의 토출구가 근접되는 상기 외관의 내측으로는 상기 토출구를 통해 분사되는 바람의 상향 이동을 방지하고 기밀 상태를 유지하기 위한 차단판(130)이 구비되는 것을 특징으로 하는 도로 중앙분리대의 풍력발전기.

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