KR101093871B1 - 터널형 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널형 풍력발전기에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 터널형 풍력발전기는, 터널 내의 양측 내벽 하단에 발전기와 축 결합되는 회전팬을 수직형태로 설치하고, 차량 주행에 의한 차량풍이 회전팬의 각 블레이드에 항시 순풍형태로 집풍 유입되면서 풍력이 작용되도록 상기 회전팬의 둘레에 풍향유도판이 구비된 별도의 집풍유도구조체를 설치 매설하여서 된 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명에 의하면, 차량 주행 시 와류에 의한 난류형태를 이루는 차량풍이 주행방향에 대해 6각 이상의 방향성 유로를 갖도록 이격 형성된 각각의 풍향유도판을 통해 회전팬의 각 블레이드에 항시 순풍형태로 집풍 유입되면서 상기 집풍된 풍력이 작용되도록 함과 아울러, 특히 상기 풍향유도판에 대하여 회전팬과 대응 연통되는 풍향유도판의 출구단으로부터 차량풍이 유입되는 입구단까지 상,하,좌,우의 경사도를 갖도록 형성함에 따라 난류형태의 차량풍이 집풍유도구조체에 작용될 때 어느 방향에서든 관계없이 항시 순풍형태로 상기 회전팬의 각 블레이드에 집풍 유입되도록 유도하여 이를 통해 풍력발전을 이룰 수 있는 등의 탁월한 효과가 있다.

풍력발전기, 터널형, 차량풍, 와류, 난류, 회전팬, 집풍유도구조체, 풍향유도판, 6각 이상, 방향성 유로, 순풍, 집풍, 유도

Description

터널형 풍력발전기{A wind power generator for a tunnel type}

본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터널 내의 양측 내벽 하단에 발전기와 축 결합되는 회전팬을 수직형태로 설치하고, 이의 둘레에 차량 주행에 의한 바람 즉, 난류형태의 차량풍이 회전팬의 각 블레이드에 대응 유입되도록 풍향유도판에 의한 6각 이상의 방향성 유로를 갖는 구조 형태로 별도 제작된 집풍유도구조체를 설치 매설하여 풍력발전기를 구성함으로써, 차량 주행 시 와류에 의한 난류형태를 이루는 차량풍이 주행방향에 대해 6각 이상의 방향성 유로를 갖도록 이격 형성된 각각의 풍향유도판을 통해 회전팬의 각 블레이드에 항시 순풍형태로 집풍 유입되면서 상기 집풍된 풍력이 작용되도록 함과 아울러, 특히 상기 풍향유도판에 대하여 회전팬과 대응 연통되는 풍향유도판의 출구단으로부터 차량풍이 유입되는 입구단까지 상,하,좌,우의 경사도를 갖도록 형성함에 따라 난류형태의 차량풍이 집풍유도구조체에 작용될 때 어느 방향에서든 관계없이 항시 순풍형태로 상기 회전팬의 각 블레이드에 집풍 유입되도록 유도하여 이를 통해 풍력발전을 이룰 수 있도록 한 터널형 풍력발전기에 관한 것이다.

일반적으로, 풍력발전기는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치로 서, 풍력을 이용해 날개를 회전시켜 이때 생긴 날개의 회전력을 통해 발전기를 구동시켜 전기를 생산하는 에너지 발생장치이다.

이러한 풍력발전기의 경우 대체 에너지 개발의 필요성에 따라 세계 각국에서 실용 보급 중에 있으나, 현재 일부 사용 중인 풍력발전기를 이용해 전기를 발생시키기 위해서는 날개의 형상적 구조상 최소한 풍속이 5 - 7 m/s 이상이어야 회전에 따른 발전이 가능하기 때문에 국내의 지리적 특성 상 제주도나 대관령 등 일부 지역을 제외한 다른 지역에서는 풍속이 약해 만족할만한 발전효과를 기대할 수 없는 등 상기 풍력발전기를 설치하기 위한 장소가 매우 한정적일 수밖에 없다.

또한, 상기한 풍력발전기를 터널에 적용시켜 차량 주행 시 발생되는 차량풍을 이용해 풍력발전에 관한 연구가 이루어지고 있으나 이는 아직 실험단계에 있으며, 이를 실용 보급하기에는 더욱 더 많은 보완을 해야 하는 실정이라 하겠다.

하물며, 상기와 같이 풍력발전기를 터널에 적용시킴에 있어, 많은 보완점들을 가지고 있다 하더라도 해당 기술분야의 선행적 기술로서, "국내 공개특허공보 제2000-0036877호" 와 "국내 공개특허공보 제2006-0063019호" 가 각각 개시되어 있는데, 이때 양 발명의 기술적 구성을 살펴보면, 차량 주행에 의해 발생되는 차량풍이 회전날개에 작용되어 상기 차량풍을 통해 회전날개가 회전하면서 발전기를 구동시켜 전기를 생산함과 아울러, 상기 생산된 전기를 축전지에 충전시키는 구조로 이루어져 있다.

그러나, 상기와 같은 구조로서 터널에 적용되는 풍력발전기의 경우 차량 주행 시 발생되는 차량풍이 와류에 의한 난류형태로 발생되게 되는데, 이때 난류형태 로 작용되는 차량풍을 순풍형태로 유도하기 위한 장치가 전무한 구조로 구성됨에 따라 상기와 같이 난류형태로 발생되는 차량풍이 회전날개에 작용되는 과정에서 대부분 회전날개에 직접 작용되지 못하고 대기로 손실되고 일부만이 작용되는 등 난류형태로 작용되는 차량풍의 손실률이 매우 커지게 되면서 원활한 풍력발전을 이룰 수 없는 등의 커다란 문제점이 있었다.

또한, 상기 풍력발전기를 "국내 공개특허공보 제2006-0063019호"에 개시되어 있는 바와 같이 중앙분리대에 설치할 경우 역시 앞서 언급한 문제점과 마찬가지로, 난류형태로 발생되는 차량풍이 회전날개에 작용되는 과정에서 대부분 회전날개에 직접 작용되지 못하고 대기로 손실되고 일부만이 작용되는 등 난류형태로 작용되는 차량풍의 손실률이 매우 커지게 되면서 원활한 풍력발전을 이룰 수 없게 되는 등의 동일한 문제점이 발생하게 된다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명은, 터널 내의 양측 내벽 하단에 발전기와 축 결합되는 회전팬을 수직형태로 설치하고, 이의 둘레에 차량 주행에 의한 바람 즉, 난류형태의 차량풍이 회전팬의 각 블레이드에 대응 유입되도록 풍향유도판에 의한 6각 이상의 방향성 유로를 갖는 구조 형태로 별도 제작된 집풍유도구조체를 설치 매설하여 풍력발전기를 구성함으로써, 차량 주행 시 와류에 의한 난류형태를 이루는 차량풍이 주행방향에 대해 6각 이상의 방향성 유로를 갖도록 이격 형성된 각각의 풍향유도판을 통해 회전팬의 각 블레이드에 항시 순 풍형태로 집풍 유입되면서 상기 집풍된 풍력이 작용되도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 경우 상기 풍향유도판에 대하여 회전팬과 대응 연통되는 풍향유도판의 출구단으로부터 차량풍이 유입되는 입구단까지 상,하,좌,우의 경사도를 갖도록 형성함에 따라 난류형태의 차량풍이 집풍유도구조체에 작용될 때 어느 방향에서든 관계없이 항시 순풍형태로 상기 회전팬의 각 블레이드에 집풍 유입되도록 유도하여 이를 통해 풍력발전을 이룰 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 경우 주행차량으로부터 발생되는 작은 세기의 차량풍이나 자연풍이 작용하더라도 이를 집풍 증속시켜 풍력에 따른 실효 발전량을 증대 및 확보할 수 있도록 하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 터널형 풍력발전기는, 터널 내의 양측 내벽 하단에 발전기와 축 결합되는 회전팬을 수직형태로 설치하고, 차량 주행에 의한 차량풍이 회전팬의 각 블레이드에 항시 순풍형태로 집풍 유입되면서 풍력이 작용되도록 상기 회전팬의 둘레에 풍향유도판이 구비된 별도의 집풍유도구조체를 설치 매설하여서 된 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하면, 차량 주행 시 난류형태를 이루는 차량풍이 주행방향에 대해 6각 이상의 방향성 유로를 갖도록 이격 형성된 각각의 풍향유도판을 통해 회전팬의 각 블레이드에 항시 순풍형태로 집풍 유입되면서 상기 집풍된 풍력이 작용될 수 있는 등의 탁월한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 경우 상기 풍향유도판에 대하여 회전팬과 대응 연통되는 풍향유도판의 출구단으로부터 차량풍이 유입되는 입구단까지 상,하,좌,우의 경사도를 갖도록 형성함에 따라 난류형태의 차량풍이 집풍유도구조체에 작용될 때 어느 방향에서든 관계없이 항시 순풍형태로 상기 회전팬의 각 블레이드에 집풍 유입되도록 유도하여 이를 통해 풍력발전을 이룰 수 있는 등의 효과 역시 있다.

그리고, 본 발명의 경우 주행차량으로부터 발생되는 작은 세기의 차량풍이나 자연풍이 작용하더라도 이를 집풍 증속시켜 풍력에 따른 실효 발전량을 증대 및 확보할 수 있는 효과 등도 있다.

본 발명의 터널형 풍력발전기(이하, 풍력발전기라 함)를 첨부된 도면과 대비하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 풍력발전기를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 풍력발전기에 대한 평단면도를 나타낸 것이다.

본 발명의 풍력발전기(1)는, 종래와 같이 차량 주행에 의한 차량풍이 회전팬(10)의 블레이드(12)에 작용되는 과정중에 와류에 의한 난류형태로 작용됨에 따라 이에 따른 차량풍의 손실률이 매우 커지게 되면서 원활한 풍력작용이 이루어지지 않게 되는 등의 문제점을 해소할 수 있게 주행방향에 대해 6각 이상의 방향성 유로(22)를 갖도록 이격 형성된 각각의 풍향유도판(21a,21b,21c)을 통해 차량 주행 시 와류에 의한 난류형태의 차량풍을 회전팬(10)의 각 블레이드(12)에 항시 순풍형태로 집풍 유입되도록 유도함과 동시에 상기 집풍된 풍력이 작용되면서 원활한 풍 력발전을 이룰 수 있도록 하기 위한 에너지 발생장치로서, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 차량 주행에 의한 난류형태의 차량풍이 회전팬(10)의 각 블레이드(12)에 항시 순풍형태로 집풍 유입되면서 풍력이 작용될 수 있도록 터널(T) 내의 양측 내벽 하단에 발전기(2)와 축 결합되어 수직형태로 설치된 회전팬(10)의 둘레에 차량 진행방향에 대해 풍향유도판(21a,21b,21c)이 6각 이상의 방향성을 갖는 구조체 형태로 별도 제작된 집풍유도구조체(20)를 설치함과 동시에 상기 터널(T) 내의 양측 내벽 하단 즉, 터널(T) 바닥면과 벽면이 맞닿는 코너부분에 매설되는 것으로 구성되어 있는데, 이때 상기 터널(T) 내 차량풍은 전술한 바와 같이 터널(T) 바닥면과 벽면이 맞닿는 코너부분의 풍압이 높기 때문에 상기 코너부분에 본 발명의 풍력발전기(1)를 설치할 경우 터널(T) 내 차량풍을 보다 효율적으로 모을 수 있게 되어 이를 통해 원활한 풍력발전을 이룰 수 있게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 풍력발전기(1) 중 상기 회전팬(10)의 경우 일명 다익팬으로서 원통형 외주면에 많은 블레이드(12)가 형성된 시로코팬이 사용되는데, 이때 상기 회전팬(10)을 구성하는데 있어 상기한 시로코팬에 한정되지 않고 통상적으로 사용되고 있는 회전팬(10)은 모두 포함됨을 미리 밝혀둔다.

그리고, 본 발명의 풍력발전기(1) 중 상기 집풍유도구조체(20)의 경우 전술한 바와 같이 터널(T) 내 차량의 주행방향에 대해 풍향유도판(21a,21b,21c)이 6각 이상의 방향성을 갖는 구조체 즉, 풍향유도판(21a,21b,21c)에 의한 6각 이상의 방향성 유로(22)를 갖는 구조체 형태로 별도 제작되게 되는데, 이때 상기와 같이 별도 제작되는 집풍유도구조체(20)에 있어 그 전체적인 형상이 회전팬(10)을 감싼 상 태로 터널(T) 내 양측 내벽 하단에 매설되는 배면(背面)은 수평면을 형성하고, 전면(前面)은 주행방향에 대해 6각 이상의 방향성 유로(22)를 갖도록 하는 각각의 풍향유도판(21a,21b,21c)이 서로 연이어지는 원주면을 형성하는 등 반원형태의 구조로 형성되어 있다.

여기서, 상기 풍향유도판(21a,21b,21c)의 경우 차량 주행에 따른 난류형태의 차량풍이 집풍유도구조체(20)에 작용될 때 상기 난류형태의 차량풍이 어느 방향에서든 관계없이 항시 순풍형태로 상기 회전팬(10)의 각 블레이드(12)에 집풍 유입되게 유도할 수 있도록 상기 회전팬(10)과 대응 연통되는 출구단(24)으로부터 차량풍이 유입되는 입구단(23)까지 상,하,좌,우로 경사져 확대되는 구조로 형성되어 있다.

또한, 상기와 같이 풍향유도판(21a,21b,21c)에 의해 6각 이상으로 각각 형성된 집풍유도구조체(20) 내의 방향성 유로(22) 즉, 각각의 풍향유도판(21a,21b,21c)을 따라 와류에 의한 난류형태의 차량풍이 유입되는 집풍유도구조체(20)의 외주연 입구단(23)으로부터 회전팬(10)과 대응 연통되는 내주연 출구단(24)까지 이어지는 각각의 방향성 유로(22)가 직선형태나 곡선형태로 형성되어 있는데, 이때 상기 각각의 풍향유도판(21a,21b,21c)을 이용해 방향성 유로(22)를 형성함에 있어 직선형태나 곡선형태 등 어느 하나의 구조로 한정하지 않으며, 이중 어느 구조를 사용하여도 본 발명의 풍력발전기(1)를 구성하는데 무리가 없음을 미리 밝혀둔다.

이와 더불어, 터널(T) 내의 주행방향에 대한 난류형태의 차량풍이 각각의 풍향유도판(21a,21b,21c)을 통해 집풍유도구조체(20)의 내부로 유입이 원활하게 이루 어질 수 있도록 상기 집풍유도구조체(20) 중 진행방향에 대하여 후방측에 위치되는 타측 끝단의 풍향유도판(21c)을 제외한 일측 끝단의 풍향유도판(21a)으로부터 이루어지는 다른 모든 풍향유도판(21b)들의 사이간격은 서로 동일하게 이격 형성되어 있고, 상기 타측 끝단의 풍향유도판(21c)과 이와 이웃한 풍향유도판(21b)과의 사이간격은 상호 동일하게 이루어진 다른 모든 풍향유도판(21b)들의 사이간격 보다 넓게 형성되어 있다.

그리고, 상기 집풍유도구조체(20)의 상단에는 차량 주행 중 먼지나 오염물질 또는 다양한 크기의 돌 등이 비산하여 집풍유도구조체(20) 내에 설치된 회전팬(10)으로 직접 유입되는 것을 방지할 수 있도록 상단덮개(27)가 설치 고정되어 있는데, 이때 상기 상단덮개(27)의 경우 차량 주행 시 발생되는 와류에 의한 난류형태의 차량풍 중 공기의 흐름이 상,하측으로 유동되는 차량풍에 대하여 각각의 풍향유도판(21a,21b,21c)을 따라 집풍유도구조체(20) 내부로 집풍 유도될 수 있도록 상기 차량풍이 유입되는 풍 집속 유도구도체의 외주연 입구단(23) 보다 돌출되게 설치됨과 아울러, 전체형상이 반원형태로 형성되어 있다.

또한, 상기 풍 집속 유도구도체의 외주연 역시도 전술한 상단덮개(27)와 마찬가지로, 차량 주행 시 발생되는 와류에 의한 난류형태의 차량풍 중 공기의 흐름이 상,하측으로 유동되는 차량풍에 대하여 각각의 풍향유도판(21a,21b,21c)을 따라 집풍유도구조체(20) 내부로 집풍 유도될 수 있도록 상기 차량풍이 유입되는 집풍유도구조체(20)의 외주연 입구단(23) 보다 돌출되게 반원형태의 중간막(29)이 설치되는데, 이때 상기 중간막(29)의 경우 1개 이상 설치되되, 본 발명의 실시예에서는 2 - 3개로 설치됨이 바람직하며, 예를 들어 상기 중간막(29)을 3개로 설치할 경우 중간부분에 설치되는 중간막(29b)은 수평형태로 설치되고, 상,하부분에 설치되는 중간막(29a,29c)은 중간부분에 설치되는 중간막(29b)으로부터 각각 상하측으로 경사져 설치되게 된다.

이와 더불어, 상기 상단덮개(27)에 의해 밀폐되는 집풍유도구조체(20)의 상단 내에는 회전팬(10)과 동심(同心)으로 축 결합된 발전기(2) 및 이와 전기적으로 연결된 충전지(3)가 상기 회전팬(10)으로부터 이격되도록 집풍유도구조체(20)의 상단 내벽에 설치된 지지판체(미도시)에 의해 지지되는 상태로 내장되게 되는데, 이와 같이 상기 집풍유도구조체(20)의 상단 내에 발전기(2)와 충전지(3)를 내장할 경우 터널(T) 내의 양측 내벽이나 왕복차로 중앙선상에 본 발명의 풍력발전기(1)를 설치할 때 상기 풍력발전기(1)의 크기에 해당되는 설치공간만 필요할 뿐 종래와 같이 별도의 발전기(2)와 충전지(3)의 설치 공간이 따로 필요치 않을 뿐만 아니라, 상기 집풍유도구조체(20)의 상단 내부에 발전기(2)와 충전지(3)가 함께 내장된 상태로서 설치되기 때문에 상기 풍력발전기(1)의 파손이나 노후로 인한 장치 전체의 교체작업이 매우 간편함과 동시에 이에 따른 작업시간 역시 크게 단축시킬 수 있는 등의 특징적 효과를 얻을 수 있다.

도 3은 본 발명에 대한 풍력발전기의 다른 실시예도를 나타낸 것이다.

그리고, 본 발명에 대한 풍력발전기(1)의 다른 실시예는, 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 풍력발전기(1) 즉, 발전기(2)와 축 결합되어 수직형태로 설치되는 회전팬(10)의 둘레에 차량 주행에 의한 난류형태의 차량풍이 회전팬(10)의 각 블레 이드(12)에 항시 순풍형태로 집풍 유입되면서 풍력이 작용되도록 풍향유도판(21a,21b,21c)에 의한 6각 이상의 방향성 유로(22)를 갖는 구조체 형태로 별도 제작되는 집풍유도구조체(20)를 설치하여 구성된 터널형 풍력발전기(1) 중 상기 집풍유도구조체(20)의 상단을 밀폐시키기 위해 설치된 상단커버의 일측에는 도 3에 도시한 바와 같이 회전팬(10)의 각 블레이드(12)에 순풍형태로 집풍 유도되어 작용되었던 차량풍이 외부로 원활하게 배출될 수 있도록 풍토출구(28)가 관통 형성되어 있고, 상기 풍토출구(28)의 상단에는 실린더(미도시)나 구동모터(31) 등의 구동수단에 의한 토출구덮개(32)의 슬라이드 이송작용을 통해 상기 풍토출구(28)의 개방상태를 조절할 수 있도록 풍토출구개폐장치(30)가 설치 고정되어 있다.

여기서, 상기 풍토출구개폐장치(30)의 경우 길이가변이나 회전력을 통해 토출구덮개(32)를 슬라이드 이송시키는 등 실린더나 구동모터(31)로 이루어진 구동수단과; 상기 구동수단과 기구적으로 연결된 상태로 상단커버의 풍토출구(28) 상단에 설치되며, 구동수단의 작동에 따라 슬라이드 이송되면서 풍속변화에 따른 회전팬(10)의 회전수를 조절하고 강풍 시 발전기(2)의 과속이나 과열에 의한 파손을 방지하기 위해 풍토출구(28)의 개방상태를 조절하는 토출구덮개(32)와; 상기 토출구덮개(32)가 슬라이드 가능하게 결합된 상태로 풍토출구(28)의 양단에 설치되며, 구동수단의 작동에 따라 슬라이드 이송되는 토출구덮개(32)를 안내하는 레일부(33)로 구성되어 있다.

이때, 상기와 같이 구성된 상기 풍토출구개폐장치(30) 중 구동수단과 토출구덮개(32)의 기구적 연결에 있어, 상기 실린더와 토출구덮개(32)는 실린더 내에 작 용되는 공압이나 유압을 통해 길이가변이 이루어지는 로드(미도시)를 연결매개체로 하여 실린더와 토출구덮개(32)가 상호 기구적 연결을 이루고, 또한 상기 구동모터(31)와 토출구덮개(32)는 상기 구동모터(31)의 구동축에 결합되는 피니언(34)과 상기 토출구덮개(32)의 후단에 결합되는 래크(35)를 연결매개체로 하여 구동모터(31)와 토출구덮개(32)가 상호 기구적 연결을 이루는데, 이중 본 발명에서는 어떠한 기구적 연결을 사용하여도 무방하며, 상기와 같이 기술한 기구적 연결방식에 한정되지 않음을 미리 밝혀둔다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 풍력발전기에 대한 또 다른 실시예도를 나타낸 것이다.

한편, 본 발명의 풍력발전기(1)에 대한 또 다른 실시예는, 도 4a 내지 도 4c에 도시한 바와 같이 왕복차로로 이루어진 지하차도의 중앙선상에 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 풍력발전기(1) 즉, 발전기(2)와 축 결합되어 수직형태로 설치되는 회전팬(10)의 둘레에 차량 주행에 의한 난류형태의 차량풍이 회전팬(10)의 각 블레이드(12)에 항시 순풍형태로 집풍 유입되면서 풍력이 작용되도록 풍향유도판(21a,21b,21c)에 의한 6각 이상의 방향성 유로(22)를 갖는 구조체 형태로 별도 제작되는 집풍유도구조체(20)를 설치하여 구성된 터널형 풍력발전기(1)를 터널(T) 내의 왕복차로 중앙선상에 설치되는 가이드레일(5) 상에 이의 길이방향으로 서로 대향되면서 엇갈리도록 결합(도 4a 참조)하거나, 또는 상기 회전팬(10)의 둘레에 별도의 집풍유도구조체(20)를 설치하되, 하나의 회전팬(10) 둘레에 복수개의 집풍유도구조체(20)를 동일위치에 서로 대향되게 고정하여 이를 터널(T) 내의 왕복차로 중앙선상에 설치되는 가이드레일(5) 상에 이의 길이방향으로 등간격을 이루면서 서로 이격되게 결합(도 4b 참조)하거나, 또는 도 4b와 동일구조 즉, 하나의 회전팬(10) 둘레에 복수개의 집풍유도구조체(20)를 동일위치에 서로 대향되게 고정하여 이를 터널(T) 내의 왕복차로 중앙선상에 설치되는 가이드레일(5) 상에 이의 길이방향으로 등간격을 이루면서 서로 이격되게 결합된 상태에서, 풍속변화에 따른 회전팬(10)의 회전수를 조절하고 강풍 시 발전기(2)의 과속이나 과열에 의한 파손 방지 및 구조적 안전성을 확보하기 위해 상기 가이드레일(5) 상에 길이방향으로 하나 이상의 풍토출구(28a)가 관통 형성됨과 아울러, 그 일측면에 도 3과 같이 구동수단 즉, 실린더나 모터 구동에 의한 토출구덮개(32)의 슬라이드 이송작용을 통해 풍토출구(28a)의 개방상태를 조절하기 위한 풍토출구개폐장치(30a)가 설치(도 4c 참조)된 구조로 구성되어 있는데, 이의 경우 각기 왕복차로의 서로 다른 방향으로 주행하는 차량에 의한 차량풍이 각기 진행방향의 집풍유도구조체(20) 전방(前方)으로부터 후방(後方)으로 유입되면서 상기 회전팬(10)의 회전력을 증대시켜 본 발명의 풍력발전기(1) 보다 큰 풍력발전을 이룰 수 있는 등의 특징적 효과를 얻을 수 있게 된다.

여기서, 상기 풍토출구개폐장치(30a)의 경우 도 3에 도시된 본 발명의 풍력발전기(1)에 대한 다른 실시예 중 풍토출구개폐장치(30)와 마찬가지로, 길이가변이나 회전력을 통해 각각의 토출구덮개(32)를 슬라이드 이송시키는 등 실린더나 구동모터(31)로 이루어진 구동수단과; 상기 구동수단과 기구적으로 연결된 상태로 가이드레일(5)의 각 풍토출구(28a) 일측면에 설치되며, 구동수단의 작동에 따라 슬라이 드 이송되면서 풍속변화에 따른 회전팬(10)의 회전수를 조절하고 강풍 시 발전기(2)의 과속이나 과열에 의한 파손 방지 및 구조적 안전성을 확보하기 위해 각 풍토출구(28a)의 개방상태를 동시적으로 조절하는 토출구덮개(32)와; 상기 각 토출구덮개(32)가 슬라이드 가능하게 결합된 상태로 각 풍토출구(28a)의 양단에 설치되며, 구동수단의 작동에 따라 슬라이드 이송되는 각 토출구덮개(32)를 안내하는 레일부(33)로 구성되어 있는데, 이때 상기와 같이 구성된 상기 풍토출구개폐장치(30a) 중 구동수단과 토출구덮개(32)의 기구적 연결에 있어, 이 역시 상기 실린더와 토출구덮개(32)의 경우 실린더 내에 작용되는 공압이나 유압을 통해 길이가변이 이루어지는 로드(미도시)를 연결매개체로 하여 실린더와 토출구덮개(32)가 상호 기구적 연결을 이루고, 또한 상기 구동모터(31)와 토출구덮개(32)의 경우 상기 구동모터(31)의 구동축에 결합되는 구동스프라켓(36a)과 체인(37)을 통해 연결되는 종동스프라켓(36b) 사이에 상기 토출구덮개(32)의 일측면 상단 중앙에 고정된 연동스프라켓(38)이 연결매개체로서 설치되어 구동모터(31)와 토출구덮개(32)가 상호 기구적 연결을 이루되, 이중 본 발명의 에서는 어떠한 기구적 연결을 사용하여도 무방하며, 상기와 같이 기술한 기구적 연결방식에 한정되지 않고 실린더나 구동모터(31)를 이용한 통상적인 모든 기구적 연결방식은 모두 포함됨을 미리 밝혀둔다.

그리고, 상기와 같이 기술된 또 다른 실시예의 풍력발전기(1) 중 도 4a에 도시한 바와 같이 본 발명의 풍력발전기(1)를 터널(T) 내의 왕복차로 중앙선상에 설치되는 가이드레일(5) 상에 이의 길이방향으로 서로 대향되면서 엇갈리도록 결합하는 구조에 있어, 상기 복수개로 이루어진 각각의 터널형 풍력발전기(1)를 서로 대 향되면서 엇갈리게 설치하지 않고, 동일위치에 서로 대향되게 고정시켜 가이드레일(5)과 함께 중앙선상에 설치되는 구조로 구성할 수도 있음을 미리 밝혀둔다.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명의 풍력발전기(1)에 대한 풍력발전의 매개체로서 차량 주행 시 발생되는 난류형태의 차량풍이 작용할 경우 종래와 같이 차량 주행에 의한 차량풍이 회전팬(10)의 각 블레이드(12)에 직접 작용되는 상태에서 난류형태에 의한 손실률이 커져 원활한 풍력작용이 이루어지지 않았던 종래 풍력발전기에 비해 보다 큰 발전량을 얻을 수가 있다.

또한, 상기와 같이 구성된 본 발명의 풍력발전기(1)를 적용함에 있어, 본 발명에 예시되는 터널(T)이나 지하차도 뿐만 아니라, 일반도로나 고속도로 등의 중앙선상에 설치되는 중앙분리대 또는 기차나 지하철용 터널(T) 등에도 적용하여 개방된 장소에서 발생되는 차량풍을 비롯해 기차나 지하철의 차량풍으로도 본 발명의 풍력발전기(1)에 대한 풍력발전을 이룰 수 있음을 미리 밝혀둔다.

이와 더불어, 본 발명의 풍력발전기(1)를 아파트나 빌딩 등 고층 건물 외부 측벽에도 적용이 가능함으로써, 아파트나 빌딩의 외벽을 타고 유동하는 빌딩풍을 이용해 본 발명의 풍력발전기(1)에 대한 풍력발전 역시 이룰 수도 있음을 미리 밝혀둔다.

이하, 본 발명의 풍력발전기(1)에 대한 작동과정을 첨부된 도면과 대비를 통해 그 실시예를 바람직하게 설명한다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 대한 풍력발전기의 작동과정을 나타낸 상태도이다.

먼저, 도 1 및 도 2와 같이 터널(T) 내의 양측 내벽 하단에 발전기(2)와 축 결합되어 수직형태로 설치된 회전팬(10)의 둘레에 차량 진행방향에 대해 풍향유도판(21a,21b,21c)이 6각 이상의 방향을 갖는 구조체 형태로 별도 제작된 집풍유도구조체(20)를 설치하여 본 발명의 풍력발전기(1)를 구성한 상태에서 차량이 터널(T) 내부를 주행하게 되면, 차량 속도에 따른 차량풍이 발생하게 되는데, 이때 상기 차량풍은 도 5a에 도시한 바와 같이 차량의 속도와 차체 유선 간의 상관관계에 따라 차량의 후류에서 발생되는 공기의 흐름이 와류에 의한 난류형태를 이루게 되고, 상기와 같이 난류형태의 차량풍이 터널형 풍력발전기(1)의 집풍유도구조체(20) 즉, 상기 난류형태의 차량풍이 어느 방향에서든 관계없이 항시 순풍형태로 상기 회전팬(10)의 각 블레이드(12)에 집풍 유입되게 유도할 수 있도록 상기 회전팬(10)과 대응 연통되는 출구단(24)으로부터 차량풍이 유입되는 입구단(23)까지 상,하,좌,우로 경사져 확대되는 구조로 형성된 집풍유도구조체(20) 주위에 작용되면서 풍향유도판(21a,21b,21c)에 의한 6각 이상의 방향성 유로(22)를 갖는 상기 집풍유도구조체(20)의 입구단(23)에 각각 형성된 풍유입구(25)를 통해 상기 집풍유도구조체(20)의 내부로 유입되되, 차량 진행방향에 대한 집풍유도구조체(20)의 전방(前方)으로부터 후방(後方)까지 차량풍이 연속적으로 유입 집풍되게 된다.

그리고, 상기와 같이 집풍유도구조체(20)의 입구단(23)에 형성된 풍유입구(25)를 통해 차량풍이 상기 집풍유도구조체(20) 내부로 유입 집풍되게 되면, 도 5b에 도시한 바와 같이 풍향유도판(21a,21b,21c)에 의해 6각 이상으로 각각 형성된 방향성 유로(22)를 따라 차량풍이 회전팬(10)과 대응 연통되는 출구단(24)까지 유 동함과 동시에 상기 출구단(24)측에 형성된 풍배출구(26)를 통해 상기 회전팬(10)으로 배출되면서 상기 회전팬(10)의 각 블레이드(12)에 풍력이 작용하게 되고, 상기와 같이 각 블레이드(12)에 작용된 풍력에 의해 회전팬(10)이 회전하면서 상기 회전팬(10)과 축 결합된 발전기(2)가 구동되어 전력을 생산하게 되는 등 종래와 같이 차량 주행에 의한 차량풍이 회전팬(10)의 블레이드(12)에 직접 작용하는 상태에서 난류형태에 의한 손실률이 커져 원활한 풍력작용이 이루어지지 않았던 종래 풍력발전기에 비해 보다 큰 발전량을 얻을 수가 있다.

그리고, 상기와 같이 생산된 전력은 발전기(2)와 연결된 축전지(3)에 충전됨과 아울러, 터널(T) 내부 측벽이나 천정에 설치되는 조명등이나 환풍기 등을 작동시키는 전원으로서 사용되게 된다.

또한, 본 발명의 풍력발전기(1)를 일반도로나 고속도로의 중앙분리대에 가이드 레일(5)과 함께 적용할 경우 별도의 전원 공급 없이 도로가 주변의 가로등을 밝힐 수 있다.

이상에서와 같이 상술한 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

도 1은 본 발명의 풍력발전기를 개략적으로 나타낸 분해 사시도.

도 2는 본 발명의 풍력발전기에 대한 평단면도.

도 3은 본 발명의 풍력발전기에 대한 다른 실시예도.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 풍력발전기에 대한 또 다른 실시예도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 대한 풍력발전기의 작동과정을 나타낸 상태도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1. 풍력발전기 2. 발전기

3. 축전지 5. 가이드레일

10. 회전팬 12. 블레이드

20. 집풍유도구조체 21a, 21b, 21c. 풍향유도판

22. 방향성 유로 23. 입구단

24. 출구단 25. 풍유입구

26. 풍배출구 27. 상단덮개

28, 28a. 풍토출구 29. 중간막

30, 30a. 풍토출구개폐장치 31. 구동모터

32. 토출구덮개 33. 레일부

34. 피니언 35. 래크

36a, 36b. 스프라켓 37. 체인

38. 연동스프라켓 T. 터널

Claims (10)

1. 터널 내의 양측 내벽이나 왕복차로 중앙선상에 설치되어 차량 주행 시 난류형태로 발생되는 차량풍을 이용해 풍력발전을 이루는 터널형 풍력발전기에 있어서,

   상기 터널 내의 양측 내벽 하단에 발전기와 축 결합되는 회전팬을 수직형태로 설치하고, 차량 주행에 의한 차량풍이 회전팬의 각 블레이드에 항시 순풍형태로 집풍 유입되면서 풍력이 작용되도록 상기 회전팬의 둘레에 풍향유도판이 구비된 별도의 집풍유도구조체를 설치 매설하여 구성되며,

   상기 풍향유도판은 난류형태의 차량풍이 어느 방향에서든 관계없이 항시 순풍형태로 상기 회전팬의 각 블레이드에 집풍 유입되게 유도되도록 회전팬과 대응 연통되는 출구단으로부터 차량풍이 유입되는 입구단까지 상,하,좌,우로 경사져 확대 형성된 것을 특징으로 하는 터널형 풍력발전기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 집풍유도구조체는 터널 내 주행방향에 대해 풍향유도판에 의한 6각 이상의 방향성 유로를 갖는 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 터널형 풍력발전기.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서, 상기 풍향유도판에 의한 6각 이상의 방향성 유로에 의해 집풍유도구조체의 전체형상이 반원형태의 구조로 이루어짐과 동시에, 차량풍이 유입되는 외주연 입구단으로부터 회전팬과 대응 연통되는 내주연 출구단까지 이어지는 각각의 방향성 유로가 직선형태나 곡선형태 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 터널형 풍력발전기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 집풍유도구조체 중 진행방향에 대하여 후방측에 위치되는 타측 끝단의 풍향유도판을 제외한 일측 끝단의 풍향유도판으로부터 이루어지는 다른 모든 풍향유도판들의 사이간격은 서로 동일하게 이격 형성되고, 상기 타측 끝단의 풍향유도판과 이와 이웃한 풍향유도판과의 사이간격은 상호 동일하게 이루어진 다른 모든 풍향유도판들의 사이간격 보다 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 터널형 풍력발전기.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 집풍유도구조체의 상단에는 집풍유도구조체를 밀폐시키기 위한 상단커버와 함께 그 일측에 회전팬의 각 블레이드에 순풍형태로 집풍 유도되어 작용되었던 차량풍이 외부로 배출되도록 하기 위한 풍토출구가 관통 형성되고,

   상기 풍토출구의 상단에는 실린더나 모터 구동에 의한 토출구덮개의 슬라이드 이송작용을 통해 풍토출구의 개방상태를 조절하기 위한 풍토출구개폐장치가 설치된 것을 특징으로 하는 터널형 풍력발전기.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 풍토출구개폐장치는 길이가변이나 회전력을 통해 토출구덮개를 슬라이드 이송시키는 구동수단과;

   상기 구동수단과 기구적으로 연결된 상태로 상단커버의 풍토출구 상단에 설치되며, 구동수단의 작동에 따라 슬라이드 이송되면서 풍속변화에 따른 회전팬의 회전수를 조절하고 강풍 시 발전기의 과속이나 과열에 의한 파손을 방지하기 위해 풍토출구의 개방상태를 조절하는 토출구덮개와;

   상기 토출구덮개가 슬라이드 가능하게 결합된 상태로 풍토출구의 양단에 설치되며, 구동수단의 작동에 따라 슬라이드 이송되는 토출구덮개를 안내하는 가이드레일로 구성된 것을 특징으로 하는 터널형 풍력발전기.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 집풍유도구조체의 상단덮개는 전체형상이 반원형태로 형성됨과 아울러, 차량 주행 시 발생되는 와류에 의한 난류형태의 차량풍 중 공기의 흐름이 상,하측으로 유동되는 차량풍에 대하여 각각의 풍향유도판을 따라 집풍유도구조체 내부로 집풍 유도되도록 상기 풍 집속 유도구도체의 외주연 입구단 보다 돌출되게 설치되고,

   상기 집풍유도구조체의 외주연에도 전체형상이 반원형태로 형성되면서 차량 주행 시 발생되는 와류에 의한 난류형태의 차량풍 중 공기의 흐름이 상,하측으로 유동되는 차량풍이 각각의 풍향유도판을 따라 집풍유도구조체 내부로 집풍 유도되도록 상기 차량풍이 유입되는 풍 집속 유도구도체의 외주연 입구단 보다 돌출되게 1개 이상의 중간막이 설치된 것을 특징으로 하는 터널형 풍력발전기.
9. 제 2 항에 있어서, 상기 터널형 풍력발전기는 회전팬의 둘레에 별도의 집풍유도구조체를 설치하여 이를 터널 내의 왕복차로 중앙선상에 설치되는 가이드레일 상에 이의 길이방향으로 서로 대향되면서 엇갈리도록 결합되거나,

   또는 상기 회전팬의 둘레에 별도의 집풍유도구조체를 설치하되, 하나의 회전팬 둘레에 복수개의 집풍유도구조체를 동일위치에 서로 대향되게 고정하여 이를 터널 내의 왕복차로 중앙선상에 설치되는 가이드레일 상에 이의 길이방향으로 등간격을 이루면서 서로 이격되게 결합되거나,

   또는 상기 회전팬의 둘레에 별도의 집풍유도구조체를 설치하되, 하나의 회전팬 둘레에 복수개의 집풍유도구조체를 동일위치에 서로 대향되게 고정하여 이를 터널 내의 왕복차로 중앙선상에 설치되는 가이드레일 상에 이의 길이방향으로 등간격을 이루면서 서로 이격되게 결합된 상태에서, 풍속변화에 따른 회전팬의 회전수를 조절하고 강풍 시 발전기의 과속이나 과열에 의한 파손 방지 및 구조적 안전성을 확보하기 위해 상기 가이드레일 상에 길이방향으로 하나 이상의 풍토출구가 관통 형성됨과 아울러, 그 일측면에 구동수단에 의한 토출구덮개의 슬라이드 이송작용을 통해 풍토출구의 개방상태를 조절하기 위한 풍토출구개폐장치가 구비된 것을 특징으로 하는 터널형 풍력발전기.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 풍토출구개폐장치는 길이가변이나 회전력을 통해 각각의 토출구덮개를 슬라이드 이송시키는 구동수단과;

    상기 구동수단과 기구적으로 연결된 상태로 가이드레일의 각 풍토출구 일측면에 설치되며, 구동수단의 작동에 따라 슬라이드 이송되면서 풍속변화에 따른 회전팬의 회전수를 조절하고 강풍 시 발전기의 과속이나 과열에 의한 파손 방지 및 구조적 안전성을 확보하기 위해 각 풍토출구의 개방상태를 동시적으로 조절하는 토출구덮개와;

    상기 각 토출구덮개가 슬라이드 가능하게 결합된 상태로 각 풍토출구의 양단에 설치되며, 구동수단의 작동에 따라 슬라이드 이송되는 각 토출구덮개를 안내하는 레일부로 구성된 것을 특징으로 하는 터널형 풍력발전기.

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