KR101114015B1 - 풍력 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 상세하게는 육면체 형상의 수평 왕복 운동형 풍력 발전 장치를 구비하여, 사용자의 필요에 따라 원하는 크기 및 규모로 구성 가능한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 내측에 제1 방향을 따라 가이드 레일이 구비된 케이스; 상기 가이드 레일을 따라 직선 운동하는 슬라이드 부재; 상기 제1 방향에 대하여 실질적으로 수직인 제2 방향을 따라 배치되며, 적어도 일 단부가 상기 슬라이드 부재와 연결된 회전축; 및 상기 회전축과 결합하여, 상기 회전축을 중심으로 회전가능하도록 형성된 블레이드를 포함하는 풍력 발전 장치를 제공한다.

Description

풍력 발전 장치{Wind turbine apparatus}
본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 상세하게는 육면체 형상의 수평 왕복 운동형 풍력 발전 장치를 구비하여, 사용자의 필요에 따라 원하는 크기 및 규모로 구성 가능한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
최근 유가의 상승으로 인하여, 기존의 화석 에너지를 사용하는 전기 에너지 발전의 단가가 상승하게 되었고, 따라서 재생 에너지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 재생 에너지 중에서 특히 풍력 발전은 기술의 실현 가능성이 크기 때문에, 국내를 비롯하여 많은 국가에서 연구가 활발히 진행되고 있다.
풍력 발전은 바람의 힘에 의해 회전하는 풍차의 회전력으로 발전기를 돌려 전기를 발생시키는 기술로서, 무한정의 청정에너지인 바람을 동력원으로 하므로, 기존의 화석연료나 우라늄 등을 이용한 발전방식과 달리, 발열에 의한 열 공해나 대기오염, 그리고 방사능 누출 등과 같은 환경오염의 문제가 발생하지 않는 장점이 있다. 국내의 경우, 제주 해안과 강원 대관령 등 풍향 자원이 풍부한 지역을 선정하여, 풍력 발전을 통해 가정에 전력을 공급 중에 있다.
일반적으로, 풍력 발전기는 날개, 변속장치, 발전기의 세 부분으로 구성되어 있다. 날개는 바람에 의해 회전되어 풍력 에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이다. 변속장치는 날개에서 발생한 회전력을 발전기에서 요구하는 회전수로 높여주는 장치이다. 발전기는 날개에서 발생한 기계적인 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다.
한편, 현재 운용중인 풍력 발전 방식은 크게 수평축 풍력 발전 방식과 수직축 풍력 발전 방식으로 나눌 수 있따.
수직축 풍력 발전 방식은 요 조정(yaw control) 장치가 불필요하고 타워가 없어서 구조물의 설치 높이가 낮은 장점이 있고, 수평축 풍력 발전 방식은 날개 피치(pitch) 제어가 가능하여 전 풍속 범위에서 우수한 성능을 보이고, 높은 타워를 이용하여 설치됨으로써 지면보다 높은 풍력 자원을 활용할 수 있는 장점이 있다.
하지만, 두 방식 모두 큰 크기와 소음으로 인하여 도심 거주 지역과 먼 곳에 설치되어야 하는 결정적인 단점이 존재한다. 그리고, 풍력 발전설비는 설비비가 비싸므로, 풍력을 효과적으로 사용하기 위해서는 설비 간의 이격 거리가 필요한데, 육상 풍력 발전에 있어서는 설비 간의 이격 거리를 확보하기 위해서 필요한 점유 부지가 넓어진다. 또한, 육상 풍력 발전의 건설비 중에서 상당 부분을 차지하는 송전설비의 비용을 줄이기 위해서는 여러 대의 풍력 발전 설비들을 집중하여 대단위로 건설하는 것이 좋지만, 우리나라와 같이 평야지대가 많지 않은 현실에서는 부지확보에 제한을 받는다는 문제점이 존재한다. 또한, 대형 타워 위에 설치하는 수평축 풍력 발전기의 경우 설치 시 기자재를 옮기는데 어려움이 있고 주로 산간 오지에 소규모로 설치되어 관리가 어렵다는 문제점이 존재한다. 또한, 날개가 원을 그 리면서 회전하기 때문에, 발전기 주변에 장애물이 없어야 하고 공기역학적 간섭에 의하여 촘촘히 설치할 수 없는 단점이 존재한다.
한편, 일반적으로 바람은 건물이나 산지 등의 장애물을 통과하는 과정에서 유동이 변형되는데, 일부에서는 바람의 에너지가 격감하며 또 일부에서는 바람의 에너지가 증폭된다. 도심지역은 고층건물로 인한 국지성 강풍이 부는 곳이 많은데, 기존의 풍력 발전기는 설치지역의 제한으로 인하여 이러한 도심지역의 바람을 활용할 수 없었다. 즉, 큰 산이나 빌딩 사이의 바람은 언덕 및 터널효과에 의해 공기가 압축되어 바람이 현저하게 증가한다. 예를 들면, 초속 6m/s인 바람의 경우, 자연적인 터널효과에 의하여 초속 9m/s인 바람을 얻을 수 있게 되므로, 이와 같은 위치에 풍력 발전기를 설치하는 것은 매우 효과적일 수 있다.
그러나, 도심지에는 많은 장애물로 인해 기존의 풍력 발전기를 설치하기가 적절하지 않다는 문제점이 존재하였다. 일부에서는 수직축 풍력 발전기가 사용되고 있지만, 소음 및 미관을 고려하였을 때 적절하지 못한 경우가 많아서, 도심지 내부에는 풍력 발전이 거의 적용되지 못하고 있는 현실이다.
즉, 종래의 풍력 발전은 부지 문제, 발전설비 설치 가능 대수의 제한성, 설치와 기자재 수송의 어려움, 산간 오지에 소규모로 설치되어 관리가 어렵다는 점 등의 문제점들이 존재하였으며, 특히 도심지에 설치할 때에는 그 외에도 소음 및 경관에 관한 문제 등이 존재하였다. 특히, 도심지에는 언덕 및 터널효과로 인해 공기가 압축되어 바람의 속도가 현저하게 증가하는 현상이 자주 발생하는데, 이러한 바람의 에너지를 이용하기 위한 적절한 풍력 발전 시스템이 부족한 것이 현실이다.
본 발명은 육면체 형상의 수평 왕복 운동형 풍력 발전 장치를 구비하여, 사용자의 필요에 따라 원하는 크기 및 규모로 구성 가능하도록 함으로써, 도시에서 발생하는 풍력 에너지를 효율적으로 활용할 수 있는 풍력 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 내측에 제1 방향을 따라 가이드 레일이 구비된 케이스; 상기 가이드 레일을 따라 직선 운동하는 슬라이드 부재; 상기 제1 방향에 대하여 실질적으로 수직인 제2 방향을 따라 배치되며, 적어도 일 단부가 상기 슬라이드 부재와 연결된 회전축; 및 상기 회전축과 결합하여, 상기 회전축을 중심으로 회전가능하도록 형성된 블레이드를 포함하는 풍력 발전 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 케이스 내로 유입되는 바람에 의하여 상기 블레이드에 양력이 발생하고, 상기 양력에 의하여 상기 블레이드, 상기 회전축 및 상기 슬라이드 부재가 상기 가이드 레일을 따라 직선 운동할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 블레이드, 상기 회전축 및 상기 슬라이드 부재는 상기 가이드 레일을 따라 왕복운동 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 슬라이드 부재에는 가이드 홈이 형성되고, 상기 블레이드에는 가이드 축이 형성되어, 상기 블레이드의 회전각을 제어할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 풍력 발전 장치는, 상기 슬라이드 부재의 상기 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는 발전부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 발전부는, 상기 슬라이드 부재와 연결되어 상기 슬라이드 부재와 함께 직선 운동하는 체인; 상기 체인의 일 측에 연결되어, 상기 체인의 직선 운동에 따라 회전하는 샤프트; 상기 샤프트의 일 단부에 연결되는 기어; 및 상기 기어와 연결되어 상기 기어가 전달하는 상기 슬라이드 부재의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 풍력 발전 장치는, 상기 케이스 내에 배치되며, 상기 케이스 내로 유입되는 바람의 경로를 가이드 하여, 상기 블레이드의 이동 방향이 전환되도록 하는 바람 가이드 부재를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 바람 가이드 부재는, 상기 케이스 내로 유입되는 바람이 상기 블레이드의 일 단부 측으로 향하도록, 상기 바람의 방향을 변환시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 풍력 발전 장치는, 상기 케이스 내에 배치되며, 상기 블레이드의 받음각을 변화시킴으로써, 상기 블레이드의 이동 방향이 전환되도록 하는 바람 가이드 부재를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 바람 가이드 부재는, 상기 블레이드와 상기 케이스 간의 거리를 측정하는 센서와, 상기 센서의 측정 결과에 따라 상기 블레이드를 회전시키는 모터를 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 블레이드 및 상기 회전축은 복수 개 구비될 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 블레이드들 및 회전축들은 상기 슬라이드 부재를 통 해 연결되어, 상기 복수 개의 블레이드들, 상기 회전축들 및 상기 슬라이드 부재가 상기 가이드 레일을 따라 함께 직선 운동할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 풍력 발전 장치에 따르면, 사용자의 필요에 따라 원하는 크기 및 규모로 풍력 발전 장치를 구성하는 것이 가능하도록 함으로써, 도시에서 발생하는 풍력 에너지를 효율적으로 활용하는 효과를 얻을 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 풍력 발전 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 풍력 발전 장치에서 케이스를 제거한 모습을 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 1의 풍력 발전 장치에서 케이스의 상부를 제거한 모습을 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 1의 풍력 발전 장치의 정면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 관한 풍력 발전 장치(100)는 케이스(110), 가이드 레일(111), 블레이드(120), 회전축(130), 슬라이드 부재(140), 바람 가이드 부재(160) 및 발전부(170)를 포함한다.
케이스(110)는 대략 속이 빈 상자의 형상으로 형성되며, 전/후면이 개방되어서 바람이 케이스(110) 내로 유입될 수 있도록 형성된다. 상기 케이스(110) 내에 풍력 발전 장치(100)의 각종 구성 요소들이 배치된다.
상기 케이스(110)의 내부면, 상세하게는 케이스(110)의 상부 측 내면과 하부 측 내면에는 각각 가이드 레일(111)이 배치된다. 가이드 레일(111)은 후술할 슬라이드 부재(140)의 직선 이동 경로를 가이드 하는 역할을 수행한다.
케이스(110) 내부에는 블레이드(120)가 배치된다. 상기 블레이드(120)는 그 단면이 상하 대칭을 이루도록 형성될 수 있다. 이는 날개의 받음각(angle of attack)이 바뀔 때, 같은 크기의 양력이 발생되도록 하기 위함이다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 관한 풍력 발전 장치(100)는 블레이드(120) 및 블레이드(120)와 연결된 슬라이드 부재(140)가 케이스(110) 내에서 직선 왕복 운동을 하는 것을 일 특징으로 하는데, 이와 같이 블레이드(120) 및 슬라이드 부재(140)가 원활하게 왕복 운동을 하기 위해서는 블레이드(120)의 단면이 좌우 대칭을 이루는 것이 바람직하다.
블레이드(120)의 전단부에는 가이드 축(121)이 돌출 형성된다. 그리고, 가이드 축(121)은 슬라이드 부재(140)의 가이드 홈(141)에 끼워진다. 상기 가이드 축(121)과 가이드 홈(141)은 블레이드(120)의 최대 받음각을 제어하는 역할을 수행한다. 즉, 가이드 축(121)과 가이드 홈(141)은 블레이드(120)가 360°로 회전하지 않고, 원하는 받음각 만큼만 각도가 변하도록 블레이드(120)의 회전 범위를 제한한다.
블레이드(120)의 대략 중심 부분에는 도면의 Z축 방향으로 관통 홀(미도시)이 형성되며, 이 관통 홀(미도시)에는 회전축(130)이 삽입된다. 그리고, 상기 회전축(130)은 블레이드(120)의 상하측에 각각 배치된 슬라이드 부재(140)와 결합한다. 케이스(110) 내로 바람이 유입되면, 블레이드(120)는 상기 회전축(130)을 중심으로 슬라이드 부재(140)에 대하여 좌우로 회전하게 된다.
한편, 회전축(130)의 양단부에는 플랜지 베어링(131)이 더 구비될 수 있다. 플랜지 베어링(131)은 블레이드(120)가 회전축(130)을 중심으로 슬라이드 부재(140)에 대하여 원활하게 회전할 수 있도록 회전축(130)을 지지하는 역할을 수행한다.
슬라이드 부재(140)는 블레이드(120)의 상하측에 각각 배치된다. 슬라이드 부재(140)는 대략 편평한 평판 플레이트의 형상으로 형성된다.
슬라이드 부재(140) 상에는 가이드 홈(141)이 형성된다. 가이드 홈(141)에 상술한 블레이드(120)의 가이드 축(121)이 끼워진다. 여기서, 가이드 홈(141)은 가이드 축(121)의 회전 경로와 대응되도록 형성된다. 따라서, 블레이드(120) 및 블레이드(120)에서 돌출 형성된 가이드 축(121)은 가이드 홈(141)을 따라 회전하게 된다. 동시에, 블레이드(120)는 가이드 홈(141)이 형성되어 있는 영역의 범위 내에서만 회전 가능하게 되므로, 가이드 홈(141)은 블레이드(120)의 회전 범위를 제어하는 역할을 수행하게 된다.
한편, 슬라이드 부재(140)에서 케이스(110)를 바라보고 있는 면에는 베어링 수용부(142)가 돌출 형성된다. 그리고 베어링 수용부(142)에는 리니어 부싱 베어링(150)이 안착된다. 여기서, 리니어 부싱 베어링(150)은 각종 공작기계, 산업기계, 각종 측정기, IT산업 주변 장비 등 공장자동화 설비의 이송시스템에 사용되는 직선운동용 베어링으로써, 고정도, 고강성, 고속주행성이 우수하여 각종 장비에 적용되어 직선운동용 가이드로 주로 사용된다. 이와 같은 리니어 부싱 베어링(150)에 상술한 가이드 레일(111)이 끼워짐으로써, 슬라이드 부재(140)의 직선 운동이 가이드 된다.
즉, 블레이드(120)가 끼워진 회전축(130)의 양단부가 슬라이드 부재(140)에 각각 결합되고, 슬라이드 부재(140) 상에는 리니어 부싱 베어링(150)이 배치되며, 리니어 부싱 베어링(150)에 가이드 레일(111)이 끼워짐으로써, 블레이드(120), 회전축(130), 슬라이드 부재(140) 및 리니어 부싱 베어링(150)이 케이스(110) 내에서 가이드 레일(111)을 따라 직선 왕복 운동을 수행할 수 있는 것이다.
케이스(110) 내에서 상술한 가이드 레일(111)의 일 측에는, 슬라이드 부재(140)의 직선 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전부(170)가 구비된다. 여기서, 발전부(170)는 체인(171), 샤프트(172), 기어(173) 및 발전기(174)를 포함한다.
상세히, 체인(171)은 무한궤도(caterpillar) 형상으로 형성되며, 그 일 측에는 샤프트(172)가 연결되어 있다. 상기 체인(171)은 슬라이드 부재(140), 상세하게는 슬라이드 부재(140)의 베어링 수용부(142)의 측면에 결합하여, 상기 슬라이드 부재(140)와 함께 직선 왕복 운동한다. 그리고, 이와 같은 체인(171)의 직선 왕복 운동은 샤프트(172)에 의하여 회전 운동으로 변환되며, 상기 샤프트(172)의 회전 운동은 샤프트(172)의 일 단부에 연결되어 있는 기어(173)를 통해서 발전기(174)로 전달된다. 최종적으로, 발전기(174)는 블레이드(120)에서 발생한 기계적인 에너지를 전기 에너지로 변환하는 역할을 수행한다. 이와 같은 발전부(170)의 구성은 기 공지된 기술이므로 본 발명에서는 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 케이스(110)의 양쪽 내벽에는 바람 가이드 부재(160)는 구비된다. 각각의 바람 가이드 부재(160)는 대략 중심각이 90°인 부채꼴 형상으로 형성되어, 블레이드(120)의 초기 작동을 유도하는 역할을 수행한다. 또한, 바람 가이드 부재(160)는 블레이드(120)의 직선 운동 방향을 전환 시켜주는 역할을 수행한다. 이와 같은 바람 가이드 부재(160)에 의한 블레이드(120)의 작동 메커니즘에 대하여는 도 5a 및 도 5b에서 상세히 설명한다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 관한 풍력 발전 장치의 작동 원리에 대하여 상세히 설명한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 관한 풍력 발전 장치의 작동 모습을 나타내는 평면도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 바람이 케이스(110)를 통과하면서 날개에 양력을 발생시키고, 이때 발생한 양력으로 인하여 날개가 도 5a의 화살표 A 방향 및 도 5b의 화살표 B 방향으로 직선 왕복 운동을 하게 된다.
상세히, 케이스(110)에 구비된 바람 가이드 부재(160)는 대략 중심각이 90°인 부채꼴 형상으로 형성된다. 블레이드(120)가 정지되어 있는 상태에서, 케이스(111)의 바람 가이드 부재(160)로 유입된 바람은, 바람 가이드 부재(160)에 의하여 그 진행 방향이 바뀌어서 블레이드(120) 측으로 향하게 된다. 이와 같이 블레이드(120) 측으로 향하게 된 바람은, 블레이드(120)의 전단부를 밀어주면서 블레이드(120)에 소정의 모멘트가 발생하도록 하고, 이 모멘트에 의하여 블레이드(120)의 받음각이 변화하게 되고, 따라서 블레이드(120)에 양력이 작용하여 블레이드(120) 가 상기 바람의 진행 방향으로 직선 운동을 하게 된다.
이와 같이 블레이드(120)에 양력이 작용하면, 블레이드(120)는 회전하면서 일 방향으로 이동하게 된다. 이때, 블레이드(120)는 회전축(130)과 연결되어 있고, 회전축(130)은 슬라이드 부재(140)와 결합되어 있으며, 슬라이드 부재(140)에는 또한 리니어 부싱 베어링(150)이 결합되어 있다. 그리고, 리니어 부싱 베어링(150)에는 가이드 레일(111)이 끼워져 있다. 따라서, 블레이드(120)가 일 방향으로 힘을 받게 되면, 블레이드(120), 회전축(130), 슬라이드 부재(140) 및 리니어 부싱 가이드(150) 전체가 가이드 레일(111)을 따라 직선 운동하게 되는 것이다. 여기서, 블레이드(120)의 가이드 축(121) 및 슬라이드 부재(140)의 가이드 홈(141)에 의하여 블레이드(120)의 회전 범위가 제어된다. 즉, 블레이드(120)가 360°로 회전하지 않고, 원하는 받음각 만큼만 각도가 변하도록 유도한다.
또한, 슬라이드 부재(140) 또는 리니어 부싱 가이드(150)에는 체인(171)이 결합되어서, 슬라이드 부재(140) 또는 리니어 부싱 가이드(150)의 직선 운동 시, 체인(171)도 함께 움직이도록 구성되어 있다. 그리고, 체인(171)은 샤프트(172)와 연결되어서, 체인(171)의 직선 왕복 운동은 샤프트(172)에 의하여 회전 운동으로 변환된다. 이와 같은, 샤프트(172)의 회전 운동은 샤프트(172)의 일 단부에 연결되어 있는 기어(173)를 통해서 발전기(174)로 전달되고, 최종적으로 발전기(174)는 블레이드(120)에서 발생한 기계적인 에너지를 전기 에너지로 변환하게 되는 것이다.
여기서, 바람 가이드 부재(160)는 블레이드(120)의 이동 방향을 반복적으로 반대 방향으로 변화시켜 줌으로써, 블레이드(120)가 직선 왕복 운동을 수행하도록 한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 블레이드(120)가 화살표 A 방향으로 이동하고 있을 경우, 케이스(110)의 좌측으로 유입된 바람(W1)은 바람 가이드 부재(160)에서 그 진행 방향이 굴절되어 블레이드(120) 쪽으로 향하게 된다. 이와 같이 진행 방향이 바뀐 바람은 블레이드(120)의 전단부를 화살표 A의 반대 방향으로 밀어주게 되고, 따라서 블레이드(120)에는 화살표 M1 방향의 모멘트가 작용하게 된다. 이 모멘트에 의하여, 블레이드(120)는 회전축(130)을 중심으로 화살표 M1 방향으로 회전하게 되고, 따라서 블레이드(120)의 받음각이 반대방향으로 바뀌게 되는 것이다. 이와 같이 각도가 반대 방향으로 바뀐 블레이드(120)는 정면에서 불어오는 바람에 의하여 화살표 A의 반대 방향으로 양력을 받게 되고, 따라서 블레이드(120) 및 이와 연결된 회전축(130), 슬라이드 부재(140), 리니어 부싱 가이드(150)는 화살표 A의 반대 방향으로 직선운동 하게 되는 것이다.
한편, 도 5b에 도시된 바와 같이, 블레이드(120)가 화살표 B 방향으로 이동하고 있을 경우, 케이스(110)의 우측으로 유입된 바람(W2)은 바람 가이드 부재(160)에서 그 진행 방향이 굴절되어 블레이드(120) 쪽으로 향하게 된다. 이와 같이 진행 방향이 바뀐 바람은 블레이드(120)의 전단부를 화살표 B의 반대 방향으로 밀어주게 되고, 따라서 블레이드(120)에는 화살표 M2 방향의 모멘트가 작용하게 된다. 이 모멘트에 의하여, 블레이드(120)는 회전축(130)을 중심으로 화살표 M2 방향으로 회전 하게 되고, 따라서 블레이드(120)의 받음각이 반대방향으로 바뀌게 된다. 이와 같이 각도가 반대 방향으로 바뀐 블레이드(120)는 정면에서 불어오는 바람에 의하여 화살표 B의 반대 방향으로 양력을 받게 되고, 따라서 블레이드(120) 및 이와 연결된 회전축(130), 슬라이드 부재(140), 리니어 부싱 가이드(150)는 화살표 B의 반대 방향으로 직선운동 하게 되는 것이다.
이와 같은 본 발명의 구성에 의하여, 블레이드(120)는 케이스(110) 내에서 좌우로 왕복 직선 운동을 계속하게 되고, 이러한 직선 운동 에너지는 발전부(170)에서 회전 에너지로 변환되었다가 다시 전기 에너지로 변환되어, 발전이 이루어지게 되는 것이다.
이와 같은, 수평 왕복 운동형 풍력 발전 장치는 바람이 많이 부는 해상교량 하판, 터널 내부 등 국지성 강풍이 부는 곳, 고층빌딩 사이의 공간이나 옥상 등 건물배치의 특성으로 지상보다 풍속이 강해지는 지역에 설치하였을 경우, 효율적으로 전기 에너지를 얻을 수 있다. 그리고 수평 왕복 운동형 풍력 발전기는 사각형 모양의 앞뒤가 뚫린 케이스(110)로 이루어져 있기 때문에 블록(block)처럼 여러 단으로 쌓을 수 있고, 따라서 기존의 원형 발전기가 주변의 장해물에 제약을 받는 단점에서 벗어나 건물 사이나 옥상 등에 원하는 규모나 공간만큼 쌓아 올릴 수 있다. 그리고 도시 지역뿐만 아니라 대형 풍력 발전기를 설치하기 힘들지만 풍력 자원이 풍부한 도서지역에 보급될 경우에도 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
한편, 도면에는 바람 가이드 부재(160)로써 대략 중심각이 90°인 부채꼴 형상의 부재가 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. 즉, 바람 가이드 부재로써, 블레이드와 케이스 간의 거리를 측정하는 센서와, 블레이드를 회전시킴으로써 블레이드의 받음각을 변화시키는 모터를 구비할 수 있다. 이 경우, 센서가 측정한 블레이드와 케이스 간의 거리가 일정 간격 이내가 될 경우, 모터에 의해서 블레이드를 회전시킴으로써 블레이드의 받음각을 변화시키고, 이를 통해서 블레이드가 케이스 내에서 좌우로 왕복 직선 운동을 계속하게 하는 것도 가능하다 할 것이다.
한편, 도면에는 본 발명의 제1 실시예에 관한 풍력 발전 장치가 지면 등에 고정 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. 즉, 회전 가능한 선반 등을 구비하고, 그 위에 풍력 발전 장치를 배치함으로써, 풍력 발전 장치 쪽으로 불어오는 바람의 방향에 맞추어, 풍력 발전 장치를 전체적으로 회전시키는 것도 가능하다 할 것이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 관한 풍력 발전 장치를 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 6의 풍력 발전 장치에서 케이스를 제거한 모습을 나타내는 사시도이다. 본 발명의 제2 실시예는 다른 부분은 원 실시예와 동일하고, 블레이드가 복수 개 구비된다는 점이 특징적으로 달라진다. 따라서, 본 실시예에서는 원 실시예와 동일한 인용 부호를 사용하는 구성 요소들에 대하여서는 그 자세한 설명을 생략하도록 한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 관한 풍력 발전 장치(200)는 케이스(210), 가이드 레일(211), 제1 블레이드(221), 제2 블레이 드(222), 회전축(230), 슬라이드 부재(240), 바람 가이드 부재(260) 및 발전부(270)를 포함한다.
케이스(210)는 대략 속이 빈 상자의 형상으로 형성되며, 케이스(210)의 내부면, 상세하게는 케이스(210)의 상부 측 내면과 하부 측 내면에는 각각 가이드 레일(211)이 배치된다. 그리고, 케이스(210) 내부에는 제1 블레이드(221) 및 제2 블레이드(222)가 배치된다. 각각의 블레이드(221)(222)의 전단부에는 가이드 축(221a)(222a)이 돌출 형성된다. 그리고, 가이드 축(221a)(222a)은 슬라이드 부재(240)의 가이드 홈(241a)(241b)에 끼워진다. 상기 가이드 축(221a)(222a)과 가이드 홈(241a)(241b)은 블레이드(221)(222)의 최대 받음각을 제어하는 역할을 수행한다.
각각의 블레이드(221)(222)의 대략 중심 부분에는 도면의 Z축 방향으로 관통 홀(미도시)이 형성되며, 이 관통 홀(미도시)에는 회전축(미도시)이 삽입된다. 그리고, 상기 회전축(미도시)은 블레이드(221)(222)의 상하측에 각각 배치된 슬라이드 부재(240)와 결합한다.
슬라이드 부재(240) 상에는 가이드 홈(241a)(241b)이 형성된다. 한편, 슬라이드 부재(240)에서 케이스(210)를 바라보고 있는 면에는 베어링 수용부(242)가 돌출 형성된다. 그리고 베어링 수용부(242)에는 리니어 부싱 베어링(250)이 안착된다. 이와 같은 리니어 부싱 베어링(250)에 상술한 가이드 레일(211)이 끼워짐으로써, 슬라이드 부재(240)의 직선 운동이 가이드 된다.
한편, 케이스(210) 내에서 상술한 가이드 레일(211)의 일 측에는, 슬라이드 부재(240)의 직선 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전부(270)가 구비된다. 여기서, 발전부(270)는 체인(271), 샤프트(272), 기어(273) 및 발전기(274)를 포함한다. 그리고, 케이스(210)의 양쪽 내벽에는 바람 가이드 부재(260)는 구비된다.
여기서, 본 발명의 제2 실시예에 관한 풍력 발전 장치(200)는 블레이드를 복수 개 구비하는 것을 일 특징으로 한다. 즉, 하나의 케이스(210) 내에 블레이드(221)(222)를 두 개 구비함으로써, 풍력 발전 장치(200)에서 생산하는 전력량을 증가시키는 것이 가능하다. 여기서, 제1 블레이드(221)와 제2 블레이드(222)는 슬라이드 부재(240)를 통해 연결되어 함께 직선 왕복 운동을 할 수 있을 것이다.
여기서, 도면에는 블레이드가 두 개 구비되는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 풍력 발전 장치에 요구되는 사양에 따라 블레이드는 두 개, 세 개 또는 그 이상이 구비될 수도 있을 것이다.
이와 같은 본 발명에 의하여, 도시에서 발생하는 풍력 에너지를 효율적으로 활용하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 풍력 발전 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 풍력 발전 장치에서 케이스를 제거한 모습을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 풍력 발전 장치에서 케이스의 상부를 제거한 모습을 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 1의 풍력 발전 장치의 정면도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 1의 풍력 발전 장치의 작동 모습을 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 관한 풍력 발전 장치를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6의 풍력 발전 장치에서 케이스를 제거한 모습을 나타내는 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 풍력 발전 장치 110: 케이스
111: 가이드 레일 120: 블레이드
121: 가이드 축 130: 회전축
131: 플랜지 베어링 140: 슬라이드 부재
141: 가이드 홈 142: 베어링 수용부
150: 리니어 부싱 베어링 160: 바람 가이드 부재
170: 발전부 171: 체인
172: 샤프트 173: 기어
174: 발전기

Claims (12)

  1. 내측에 제1 방향을 따라 가이드 레일이 구비된 케이스;
    상기 가이드 레일을 따라 직선 운동하는 슬라이드 부재;
    상기 제1 방향에 대하여 실질적으로 수직인 제2 방향을 따라 배치되며, 적어도 일 단부가 상기 슬라이드 부재와 연결된 회전축; 및
    상기 회전축과 결합하여, 상기 회전축을 중심으로 회전가능하도록 형성된 블레이드를 포함하되,
    상기 케이스 내로 유입되는 바람에 의하여 상기 블레이드에 양력이 발생하고, 상기 양력에 의하여 상기 블레이드, 상기 회전축 및 상기 슬라이드 부재가 상기 가이드 레일을 따라 직선 운동하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드, 상기 회전축 및 상기 슬라이드 부재는 상기 가이드 레일을 따라 왕복운동 하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬라이드 부재에는 가이드 홈이 형성되고, 상기 블레이드에는 가이드 축이 형성되어, 상기 블레이드의 회전각을 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 풍력 발전 장치는,
    상기 슬라이드 부재의 상기 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는 발전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 발전부는,
    상기 슬라이드 부재와 연결되어 상기 슬라이드 부재와 함께 직선 운동하는 체인;
    상기 체인의 일 측에 연결되어, 상기 체인의 직선 운동에 따라 회전하는 샤프트;
    상기 샤프트의 일 단부에 연결되는 기어; 및
    상기 기어와 연결되어 상기 기어가 전달하는 상기 슬라이드 부재의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기를 포함하는 풍력 발전 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 풍력 발전 장치는,
    상기 케이스 내에 배치되며, 상기 케이스 내로 유입되는 바람의 경로를 가이드 하여, 상기 블레이드의 이동 방향이 전환되도록 하는 바람 가이드 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 바람 가이드 부재는, 상기 케이스 내로 유입되는 바람이 상기 블레이드의 일 단부 측으로 향하도록, 상기 바람의 방향을 변환시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 풍력 발전 장치는,
    상기 케이스 내에 배치되며, 상기 블레이드의 받음각을 변화시킴으로써, 상기 블레이드의 이동 방향이 전환되도록 하는 바람 가이드 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 바람 가이드 부재는, 상기 블레이드와 상기 케이스 간의 거리를 측정하는 센서와, 상기 센서의 측정 결과에 따라 상기 블레이드를 회전시키는 모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드 및 상기 회전축은 복수 개 구비되는 것을 일 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수 개의 블레이드들 및 회전축들은 상기 슬라이드 부재를 통해 연결되어, 상기 복수 개의 블레이드들, 상기 회전축들 및 상기 슬라이드 부재가 상기 가이드 레일을 따라 함께 직선 운동하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  12. 삭제
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