KR101129102B1 - 풍력발전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 임펠러로 공급되는 바람의 속도를 효과적으로 향상시킬 수 있도록 된 새로운 구조의 풍력발전기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 풍력발전기는 가이드부(20)에 벤츄리기구(30)가 더 구비되어, 벤츄리기구(30)를 통과하는 공기가 와류를 일으켜 바람이 가이드부(20)를 통과할 때 발생되는 저항을 최소화하므로써, 바람의 속도를 더욱 효과적으로 향상시켜 발전효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

풍력발전기{wind power electric generator}
본 발명은 임펠러로 공급되는 바람의 속도를 효과적으로 향상시킬 수 있도록 된 새로운 구조의 풍력발전기에 관한 것이다.
일반적으로, 바람을 이용하여 발전을 하는 풍력발전기는 발전기의 회전축에 풍차를 설치하여, 바람에 의해 풍차가 회전됨에 따라 발생되는 회전력을 이용하여 발전을 할 수 있도록 구성된다.
그런데, 이러한 풍력발전기는 비교적 높은 풍속의 바람이 불어야만 풍차가 회전되어 발전이 이루어지므로, 바람이 많이 부는 특정한 지역을 제외하고 풍력발전기를 설치하는 것이 부적절하며, 바람의 에너지를 전기로 변환하는 효율이 매우 낮은 문제점이 있었다.
한편, 최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 집풍타워를 이용하여 바람을 집중시켜 풍속이 낮은 경우에도 발전을 할 수 있도록 된 새로운 구조의 풍력발전기가 개발되었다.
상기 집풍타워는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 기초에 상하방향으로 길게 배치되며 둘레면에는 바람이 유입되는 다수개의 통공(11)이 형성된 풍동(10)과, 상기 풍동(10)의 외측둘레면에 구비된 가이드부(20)로 이루어진다. 이때, 상기 풍동(10)은 바람에 의해 회전되는 임펠러(B)에 연결되며, 상기 가이드부(20)는 상기 풍동(10)의 둘레부에 방사방향으로 배치되는 다수개의 수직가이드패널(21)과, 상기 풍동(10)의 둘레부에 상호 상하방향으로 이격되도록 배치된 다수개의 수평가이드패널(22)로 구성되어, 바람을 상기 통공(11)으로 유도하는 유도통로(23)를 형성한다. 이때, 상기 유도통로(23)는 방사방향으로 배치된 수직가이드패널(21)에 의해 내측으로 갈수록 면적이 좁아지는 깔데기형상을 이루게 된다.
따라서, 집풍타워(A)의 둘레부에 부는 바람이 상기 가이드부(20)의 유도통로(23)에 안내되어 상기 통공(11)을 통해 풍동(10)의 내부로 유입된 후 임펠러(B)으로 공급되어, 임펠러(B)과 임펠러(B)에 연결된 발전기(C)를 회전시켜 발전을 할 수 있다.
이러한 풍력발전기는 바람이 상기 풍동(10)의 내부로 집중되어 풍속이 증가되므로, 바람의 풍속이 비교적 낮은 경우에도 지속적인 발전이 가능하므로, 풍력발전기의 설치위치에 대한 제한요소가 적으며, 발전효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
그런데, 이러한 풍력발전기는 바람이 상기 유도통로(23)를 통과하여 풍동(10)의 통공(11)으로 유입될 때 상기 수직가이드패널(21)과 수평가이드패널(22)에 충돌하거나 마찰되어 저항이 발생되는 문제점이 있었다. 특히, 상기 유도통로(23)가 내측으로 갈수록 면적이 좁아지는 깔데기형으로 구성되므로, 층류상태의 바람이 불어올 경우 바람이 수직가이드패널(21)과 수평가이드패널(22)에 충돌되거나 마찰되면서 압축되어 유체저항이 기하급수적으로 증가되므로, 유도통로(23)를 통과하여 풍동(10)으로 공급되는 바람의 속도가 충분히 상승되기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풍동의 내부로 공급되는 바람의 속도가 충분히 상승될 수 있도록 하여 발전효율을 향상시킬 수 있도록 된 풍력발전기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 둘레면에 바람이 유입되는 다수개의 통공(11)이 형성된 풍동(10)과, 상기 풍동(10)의 둘레부에 구비되어 바람을 상기 통공(11)으로 유도하는 다수개의 유도통로(23)를 형성하는 가이드부(20)를 포함하는 집풍타워(A)와; 상기 풍동(10)에 연결되어 상기 가이드부(20)를 통해 공급된 바람에 의해 회전되는 임펠러(B)와; 상기 임펠러(B)에 연결된 발전기(C)를 포함하는 풍력발전기에 있어서,
후방으로 갈수록 내경이 좁아지는 콘형상으로 구성되며 후단부가 상기 풍동(10)을 향하도록 가이드부(20)에 설치되는 내부통체(31)와, 상기 내부통체(31)의 외부에 배치되어 내부통체(31)를 통과한 바람을 유도하는 외부통체(32)로 이루어진 벤츄리기구(30)가 더 구비되며, 상기 내부통체(31)의 후단부에는 내부통체(31)의 방사방향으로 돌출되어 내부통체(31)의 길이방향으로 연장된 주름(33)이 여러개 형성되며, 상기 주름(33)은 내부통체(31)의 후방으로 갈수록 방사방향의 폭이 커지도록 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전기가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 가이드부(20)의 외측둘레부 또는 내측둘레부에는 수평바(41)와 수직바(42)를 격자형으로 결합하여 구성되어 상기 유도통로(23)의 사이즈에 비해 작은 개구부(43)를 다수개 형성하는 지지프레임(40)이 형성되며, 상기 벤츄리기구(30)는 다수개로 구성되어, 상기 개구부(43)에 대응되도록 상기 지지프레임(40)에 고정설치된 것을 특징으로 하는 풍력발전기가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 풍동(10)의 상단에는 배기구(14)가 형성되고, 상기 임펠러(B)는 상기 풍동(10)의 내부에 설치되어 풍동(10)을 통과하는 바람에 의해 회전되며, 상기 가이드부(20)는 상기 풍동(10)의 둘레부에 방사방향으로 배치되는 다수개의 수직가이드패널(21)과, 상기 풍동(10)의 둘레부에 상호 상하방향으로 이격되도록 배치된 다수개의 수평가이드패널(22)로 구성되며, 상기 수평가이드패널(22)은 내측으로 갈수록 상향되도록 경사지게 구성되어, 상기 수평가이드패널(22)에 의해 풍동(10)의 내부로 유입된 바람은 상기 풍동(10)을 따라 상승된 후 상기 배기구(14)를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기가 제공된다.
본 발명에 따른 풍력발전기는 가이드부(20)에 벤츄리기구(30)가 더 구비되어, 벤츄리기구(30)를 통과하는 공기가 와류를 일으켜 바람이 가이드부(20)를 통과할 때 발생되는 저항을 최소화하므로써, 바람의 속도를 더욱 효과적으로 향상시켜 발전효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 풍력발전기를 도시한 측면구성도,
도 2는 종래의 풍력발전기를 도시한 평단면 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 풍력발전기를 도시한 측면도
도 4는 본 발명에 따른 풍력발전기를 도시한 측단면도,
도 5는 본 발명에 따른 풍력발전기를 도시한 평단면도,
도 6은 본 발명에 따른 풍력발전기의 벤츄리기구를 도시한 분해사시도,
도 7은 본 발명에 따른 풍력발전기의 벤츄리기구의 작용을 도시한 참고도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 풍력발전기는 도 3내지 도 7에 도시한 바와 같이, 둘레면에 바람이 유입되는 다수개의 통공(11)이 형성된 풍동(10)과, 상기 풍동(10)의 둘레부에 구비되어 바람을 상기 통공(11)으로 유도하는 다수개의 유도통로(23)를 형성하는 가이드부(20)를 포함하는 집풍타워(A)와; 상기 풍동(10)에 연결되어 상기 가이드부(20)를 통해 공급된 바람에 의해 회전되는 임펠러(B)와; 상기 임펠러(B)에 연결된 발전기(C)를 포함하는 것은 종래와 동일하다.
그리고, 본 발명에 따르면, 상기 풍동(10)은 하단에 구비된 베이스(12)에 의해 바닥면에 수직으로 설치되며, 내부에는 회전축(13)이 구비되며 상단에는 배기구(14)가 형성된다.
그리고, 가이드부(20)는 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 풍동(10)의 둘레부에 방사방향으로 배치되는 다수개의 수직가이드패널(21)과, 상기 풍동(10)의 둘레부에 상호 상하방향으로 이격되도록 배치된 다수개의 수평가이드패널(22)로 구성된다. 상기 수직가이드패널(21)은 6개로 이루어지며 상기 풍동(10)의 둘레부에 60°각도를 이루도록 배치되어 집풍타워(A)의 외관형상이 6각형의 탑형태를 이루도록 구성되어, 집풍타워(A) 둘레부에 불어오는 바람의 방향과 상관없이, 모든 방향의 바람이 상기 수직가이드패널(21)과 수평가이드패널(22)에 의해 안내되어 상기 통공(11)을 통해 풍동(10)의 내부로 유도되도록 한다. 이때, 상기 유도통로(23)는 상기 수직가이드패널(21)에 의해 내부로 갈수록 폭이 좁아지는 깔데기 형상으로 이루어지므로, 유도통로(23)를 통과하여 풍동(10)의 내부로 유도되는 공기의 유속이 증가된다. 또한, 상기 수평가이드패널(22)은 내측으로 갈수록 상향되도록 경사지게 구성되어, 상기 가이드부(20)를 통과하여 통공(11)을 통해 풍동(10)의 내부로 유입되는 바람이 풍동(10)을 따라 상승된 후 상기 배기구(14)를 통해 외부로 배출되도록 유도한다.
그리고, 상기 임펠러(B)는 다수개로 구비되어 상기 퐁동의 내부에 구비된 회전축(13)에 상호 일정간격이격되도록 고정설치되며, 상기 발전기(C)는 상기 풍동(10)의 하단에 배치되어 상기 회전축(13)에 연결된다.
또한, 상기 가이드부(20)에는 유도통로(23)를 통과하는 바람의 속도를 더욱 효과적으로 증가시킬 수 있도록 하기 위한 벤츄리기구(30)가 구비된다. 이를 위해, 상기 가이드부(20)의 외측둘레부와 내측둘레부에는 상기 지지프레임(40)은 수평바(41)와 수직바(42)를 격자형으로 결합하여 구성되어 상기 유도통로(23)의 사이즈에 비해 작은 개구부(43)를 다수개 형성하는 지지프레임(40)이 구비되어, 상기 지지프레임(40)에 벤츄리기구(30)를 고정설치할 수 있도록 구성된다.
그리고, 상기 벤츄리기구(30)는 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 후단부가 상기 풍동(10)을 향하도록 가이드부(20)에 설치되는 내부통체(31)와, 상기 내부통체(31)의 외부에 배치되어 내부통체(31)를 통과한 바람을 유도하는 외부통체(32)로 이루어진다. 상기 내부통체(31)는 후방으로 갈수록 내경이 좁아지는 콘형상으로 구성된 것으로, 후단부에는 내부통체(31)의 방사방향으로 돌출되어 내부통체(31)의 길이방향으로 연장된 주름(33)이 여러개 형성된다. 상기 주름(33)은 내부통체(31)의 후방으로 갈수록 방사방향의 폭이 커져서, 내부통체(31)의 후방으로 갈수록 외측둘레면이 외측으로 돌출되도록 상향경사지게 형성된다. 상기 외부통체(32)는 상기 내부통체(31)에 비해 내경이 큰 통형상으로 구성되어 선단부가 상기 외부통체(32)의 주름(33) 외부를 덮고 후단부는 상기 외부통체(32)의 후방으로 길게 연장되도록 설치된다.
이때, 상기 벤츄리기구(30)는 둘레부의 사이즈가 상기 개구부(43)의 사이즈와 대응되도록 다수개로 구성되며, 전단부가 상기 개구부(43)의 후방에 대응되도록 도시안된 별도의 지지대에 의해 상기 지지프레임(40)에 고정설치된다.
이와같이 구성된 벤츄리기구(30)는 도 7에 도시한 바와 같이, 전방에서 후방으로 바람이 불어오면 바람이 상기 내부통체(31)의 내부와 외부를 통해 후방으로 흐르도록 하며, 이때, 상기 내부통체(31)는 후방으로 갈수록 내경이 좁아지는 콘형상으로 구성되므로, 내부통체(31)의 내부를 따라 흐르는 공기는 점차 속도가 빨라지게 된다. 그리고, 내부통체(31)의 내부를 흐르는 바람이 상기 주름(33)에 도달되면, 바람의 일부는 내경이 좁아지는 내부통체(31)의 내부면을 따라 흐르게 되고, 나머지 바람은 상기 주름(33)을 통해 외측으로 벌어지는 방향으로 흐르게 되며, 이와같이 서로 교차되는 방향으로 흐른 바람과 내부통체(31)의 외부를 따라 흐르던 바람이 충돌되면서 나선방향으로 회전되는 난류를 형성하게 된다. 그리고, 이와같이 난류를 형성한 바람은 상기 외부통체(32)에 의해 안내되어 빠른 속도로 후방으로 배출된다.
따라서, 집풍타워(A)의 주위로 바람이 불어오면, 바람은 상기 가이드부(20)와 벤츄리기구(30)를 통과하여 속도가 능가됨과 동시에 상방향으로 상승되도록 안내되어 상기 풍동(10)의 내부로 유입되고, 풍동(10)을 따라 상승되면서 상기 임펠러(B)와 회전축(13) 및 발전기(C)를 회전시켜 발전을 하도록 한 후, 상기 배기구(14)를 통해 외부로 배출된다. 이때, 바람은 상기 벤츄리기구(30)를 통과하면서 추가적으로 속도가 상승됨과 동시에 와류를 일으키게 된다.
이와같이 구성된 풍력발전기는 상기 가이드부(20)에 벤츄리기구(30)가 구비되어, 바람이 벤츄리기구(30)를 통과하면서 속도가 더욱 증가되는 장점이 있다. 특히, 상기 벤츄리기구(30)는 내부통체(31)와 외부통체(32)로 구성되고, 상기 내부통체(31)의 후단부에는 주름(33)이 형성되어 벤츄리기구(30)를 통과한 바람이 와류를 형성하도록 하므로, 층류의 바람이 가이드부(20)로 유입되어 압축되는 종래의 풍력발전기와 달리, 바람이 가이드부(20)에 충돌 또는 마찰되어 압축되고 이에따라 유체저항이 증가되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 가이드부(20)를 통과하는 바람의 속도가 효과적으로 증가되어 발전효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 가이드부(20)에는 상기 유도통로(23)의 사이즈에 비해 작은 개구부(43)를 다수개 형성하는 지지프레임(40)이 구비되어, 상기 가이드부(20)에 벤츄리기구(30)를 장착하므로써, 벤츄리기구(30)의 설치위치를 확보함과 동시에 벤츄리기구(30)에 가해지는 압력이 상기 가이드부(20)에 전달되는 것을 방지하고, 집풍타워(A)의 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 풍동(10)의 상단에는 배기구(14)가 형성되고, 상기 임펠러(B)는 상기 풍동(10)의 내부에 설치되어 풍동(10)을 통과하는 바람에 의해 회전되며, 상기 가이드부(20)의 수평가이드패널(22)은 상기 수평가이드패널(22)은 내측으로 갈수록 상향되도록 경사지게 구성되어, 상기 수평가이드패널(22)에 의해 풍동(10)의 내부로 유입된 바람은 상기 풍동(10)을 따라 상승된 후 상기 배기구(14)를 통해 외부로 배출되도록 구성되므로, 구조가 간단하고, 유지보수가 편리한 장점이 있다.
본 실시예의 경우, 상기 수직가이드패널(21)은 6개로 구성되어, 집풍타워(A)의 형상이 6각형의 탑형태를 이루도록 구성된 것을 예시하였으나, 필요에 따라, 다른 형태, 즉, 삼각형이나 사각형 또는 기타 다양한 형태의 다각형을 이루도록 구성하는 것도 가능하다.
또한, 상기 벤츄리기구(30)의 외측에 가이드부(20)의 내부쪽으로 개방되는 별도의 더 댐퍼기구를 설치하여, 가이드부(20)로 유입된 바람이 역류하여 가이드부(20)의 외부로 배출되는 것을 방지하도록 구성하는 것도 가능하다. 그리고, 상기 벤츄리기구(30)는 단면이 원형인 콘형상으로 구성되는 것을 예시하였으나, 필요에 따라, 상기 내부통체(31)와 외부통체(32)를 사각형이나 육각형과 같은 다각형의 통형상으로 구성하는 것도 가능하다.

Claims (3)

  1. 둘레면에 바람이 유입되는 다수개의 통공(11)이 형성된 풍동(10)과, 상기 풍동(10)의 둘레부에 구비되어 바람을 상기 통공(11)으로 유도하는 다수개의 유도통로(23)를 형성하는 가이드부(20)를 포함하는 집풍타워(A)와; 상기 풍동(10)에 연결되어 상기 가이드부(20)를 통해 공급된 바람에 의해 회전되는 임펠러(B)와; 상기 임펠러(B)에 연결된 발전기(C)를 포함하는 풍력발전기에 있어서,
    후방으로 갈수록 내경이 좁아지는 콘형상으로 구성되며 후단부가 상기 풍동(10)을 향하도록 가이드부(20)에 설치되는 내부통체(31)와, 상기 내부통체(31)의 외부에 배치되어 내부통체(31)를 통과한 바람을 유도하는 외부통체(32)로 이루어진 벤츄리기구(30)가 더 구비되며, 상기 내부통체(31)의 후단부에는 내부통체(31)의 방사방향으로 돌출되어 내부통체(31)의 길이방향으로 연장된 주름(33)이 여러개 형성되며, 상기 주름(33)은 내부통체(31)의 후방으로 갈수록 방사방향의 폭이 커지도록 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가이드부(20)의 외측둘레부 또는 내측둘레부에는 수평바(41)와 수직바(42)를 격자형으로 결합하여 구성되어 상기 유도통로(23)의 사이즈에 비해 작은 개구부(43)를 다수개 형성하는 지지프레임(40)이 형성되며, 상기 벤츄리기구(30)는 다수개로 구성되어, 상기 개구부(43)에 대응되도록 상기 지지프레임(40)에 고정설치된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 풍동(10)의 상단에는 배기구(14)가 형성되고, 상기 임펠러(B)는 상기 풍동(10)의 내부에 설치되어 풍동(10)을 통과하는 바람에 의해 회전되며, 상기 가이드부(20)는 상기 풍동(10)의 둘레부에 방사방향으로 배치되는 다수개의 수직가이드패널(21)과, 상기 풍동(10)의 둘레부에 상호 상하방향으로 이격되도록 배치된 다수개의 수평가이드패널(22)로 구성되며, 상기 수평가이드패널(22)은 내측으로 갈수록 상향되도록 경사지게 구성되어, 상기 수평가이드패널(22)에 의해 풍동(10)의 내부로 유입된 바람은 상기 풍동(10)을 따라 상승된 후 상기 배기구(14)를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
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