KR101169184B1 - 건물의 지붕에 설치하는 소형풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 회전체와, 이 회전체의 회전력에 의해 전기에너지를 생산하는 터빈으로 구성된 풍력발전장치에 있어서, 각 가정이나 대형 건물의 지붕이나 옥상에 간단하게 설치하여 전기에너지를 생산할 수 있도록 한 건물의 지붕에 설치하는 소형풍력발전장치에 관한 것으로서,
평면상 모양이 정사각형이나 직사각형의 어느 하나 형태를 갖는 설치패널(1) 상면에 일정한 간격을 유지하면서 종횡으로 형성한 터빈 장착부(2);와, 상기 터빈 장착부(2)에 결합되는 소형의 터빈(3);과, 상기 터빈(3)의 로터축(4)에 장착되어 바람에 의해 회전하는 회전체(5);와, 상기 설치패널(1)에 장착된 회전체(5)의 중심부를 관통하여 연장된 로터축(4)이 회동가능하게 결합되는 고정홀(7)을 구비하고, 설치패널(1)과의 높이를 유지하도록 받침다리(8)를 고정하여 구성한 고정패널(6);로 구성되는 단위패널(P); 상기 단위패널(P)을 종횡으로 연결 고정하도록 하는 베이스(B)로 구성되는 것을 특징으로 하는 건물의 지붕에 설치하는 소형 풍력발전장치를 제공하여 가정에서 일시적으로 사용되는 현관이나 화장실, 베란다 등의 조명용과, 정전을 대비한 예비용 전기에너지로 사용하도록 하는 것이다.

Description

건물의 지붕에 설치하는 소형풍력발전장치{The roof of the building to install a small wind power generator}

본 발명은 다수의 회전체와, 이 회전체의 회전력에 의해 전기에너지를 생산하는 터빈으로 구성된 풍력발전장치에 있어서, 각 가정이나 대형 건물의 지붕이나 옥상에 간단하게 설치하여 전기에너지를 생산할 수 있도록 한 건물의 지붕에 설치하는 소형풍력발전장치에 관한 것이다.

현대에 와서 전기에너지는 인간사회의 모든 분야에서 없어서는 안 되는 기본적인 에너지로서 자리매김하여 사용되고 있다.

이러한 전기에너지는 지구상에 매장된 석유나 석탄과 같은 화석연료를 이용하여 생산하고 있는바, 근래에 와서 지구에 매장된 화석연료의 고갈로 인하여 새로운 전기에너지 생산수단이 절실하게 요구되고 있다.

대표적인 제2 전기에너지 생산수단으로 원자력발전을 통한 전기에너지 생산수단이 제안되어 있다.

상기한 원자력 발전은 고효율임에도 불구하고, 핵폐기물의 처리문제로 인하여 배척을 받고 있는 실정이어서 새로운 전기에너지 생산수단이 지속적으로 연구되고 있다.

자연을 해치지 않고 전기에너지를 생산하는 수단으로서, 자연의 환경을 이용한 전기에너지 생산수단이 상당 수준으로 발전하고 있는 실정인바, 이러한 자연환경을 이용한 전기에너지의 생산수단은 바람을 이용한 풍력발전장치, 바다의 조수간만을 이용한 조력발전장치, 강을 가로막아 낙하하는 수력에 의해 전기에너지를 생산하는 수력발전장치, 햇빛이나 태양열을 이용한 태양발전장치 등이 활발하게 연구되고 있다.

상기한 자연환경을 이용한 다양한 전기에너지 생산수단은 친환경에너지생산수단으로서, 자연환경을 해치지 않고 전기에너지를 생산하는 것이어서 발전가능성이 무궁무진하다 할 것이다.

이들 중 자연이 제공하는 바람을 이용한 풍력발전수단은, 오래전부터 활용되고 있는 에너지생산수단으로 발전을 거듭하고 있다.

상기한 발전용 터빈과, 이 터빈을 가동시키는 블레이드로 구성되는 풍력발전장치가 적용되고 있는바, 이러한 풍력발전장치는 필연적으로 지속적인 바람이 불어주어야 한다는 전제가 필요하게 되는 것으로, 대부분 고지대에 설치되어야 하는 불편함이 있는 것이다.

아울러, 약한 바람에도 전기에너지를 생산할 수 있도록 하기 위하여 더욱 가벼운 블레이드의 개량이 지속적으로 이루어지고 있으며, 이러한 풍력발전장치는 대형화되는 특성으로 인해 일반 가정에서 쉽게 활용할 수 없는 단점이 있는 것이다.

본 발명은 자연이 제공하는 동력원인 바람을 이용하여 전기에너지를 생산하되, 일반 가정이나 고층건물에 간단하게 설치하여 보조적인 전기에너지로 사용할 수 있는 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 풍력발전장치를 소형화하되, 유지 및 보수가 편리하게 이루어져 제가로 공급할 수 있는 풍력발전장치를 제공하는 것을 본 발명의 다른 목적으로 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍력발전장치는, 회전력을 전기에너지로 변환시키는 터빈과, 이 터빈에 회전력을 제공하는 회전체를 소형으로 제작하고, 이를 하나의 설치패널에 종횡으로 다수 장착하며, 이 설치패널을 베이스에 종횡으로 연결하여 설치하는 풍력발전장치를 제공하여, 다수의 풍력발전장치를 하나 또는 두 개 이상의 축전용 배터리에 직렬로 연결하여 가정에서 비상시에 사용할 수 있는 비상용 전원으로 사용하거나, 화장실, 현관 등과 같이 단기적으로 사용되는 장소의 조명용 전기에너지로 활용할 수 있는 풍력발전장치를 제공하여, 일반가정에서도 간단하게 설치하여 사용할 수 있도록 하는 것이다.

상기한 수단으로 구성된 본 발명의 풍력발전장치는, 소형의 터빈을 이용하는 것이어서 저가로 생산 가능한 것이며, 상기 터빈을 구동하는 회전체도 경량의 합성수지를 이용하여 제작함으로써 생산단가를 줄일 수 있으며, 크기에 의해 저전압을 생산하게 되는 특징을 감안하여 그 수를 다수로 하여 직렬 연결함으로써 요구되는 전기에너지로 승압하여 저장할 수 있다.

따라서 가정에서 정전시 사용할 수 있는 비상용 전기에너지 또는, 일시적으로 사용되는 현관이나 화장실, 베란다 등의 조명용으로 사용되는 전기에너지원으로 활용할 수 있는 특징을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 주요부 구성을 나타낸 분해사시도, 도 2는 본 발명의 주요부 조립상태 사시도, 도 3은 본 발명의 주요부 조립상태 단면도, 도 4는 본 발명의 단위패널을 베이스에 장착한 상태를 나타낸 평면도, 도 5는 베이스와 단위패널의 전체 구성을 나타낸 사시도, 도 6은 단위패널을 구성하는 설치패널의 실시예시도, 도 6은 설치패널에 장착되는 회전체의 실시예시도, 도 8은 본 발명의 풍력발전장치를 건물의 지붕에 장착한 상태를 나타낸 정면도, 도 9는 본 발명의 다른 실시예를 적용한 상태를 나타낸 정면도이다.

상기와 같이 가정이나 건물에서 비상용 전기에너지 또는 비상구와 같이 비교적 저전압으로 유지되는 조명등, 장식등, 표시등의 에너지원으로 사용되는 본 발명의 풍력발전장치를 설명한다.

하나의 설치패널(1) 상면에 일정한 간격을 유지하면서 종횡으로 연속하여 형성한 원통형의 터빈 장착부(2)와;

상기 터빈 장착부(2)에 결합되는 소형의 터빈(3)과;

상기 터빈(3)의 로터축(4)에 장착되어 바람에 의해 회전하는 회전체(5)와;

상기 설치패널(1)에 장착된 회전체(5)의 중심부를 관통하여 연장된 로터축(4)이 회동가능하게 결합되는 고정홀(7)을 구비하고, 설치패널(1)과의 높이를 적절하게 유지하도록 받침다리(8)를 고정하여 구성한 고정패널(6);로 구성되는 단위패널(P);

상기 단위패널(P)을 종횡으로 연결 고정하도록 하는 베이스(B)로 구성되는 소형 풍력발전장치를 제공하는 것이다.

상기 설치패널(1)은 기본적으로 가로~세로의 길이가 1~2m의 크기를 가지도록 구성하며, 이러한 설치패널(1)은 베이스(B)에 종횡으로 다수 설치하는 것이다.

상기 원통형의 터빈 장착부(2)는 중앙에 상하로 관통되는 관통공(2')을 형성하여 터빈(3)에서 인출되는 전력선이 통과하여 메인컨트롤(M)과 축전용 배터리(V)에 연결하도록 구성한다.

상기 고정패널(6)의 고정홀(7)에는 부쉬(9)를 결합하여 로터축(4)이 원활하게 회동할 수 있도록 보조한다.

상기 베이스(B)의 저면부에는 나사공(11)을 관통 형성한 다수의 고정받침대(10)를 형성하여 건물(H)의 지붕(R)에 장착하기 편리하도록 구성한다.

본 발명에 있어서, 상기 터빈(3)를 가동시키는 회전체(5)는 다양한 실시가 가능한 것으로, 원통형의 회전체(5)나 풍속계형의 회전체(5a) 등이 적합하게 사용될 수 있을 것이며, 이러한 회전체(5)의 구성은 설계변경을 통하여 다양한 실시가 가능하다.

상기한 구성을 된 본 발명의 풍력발전장치를 건물(H)의 지붕(R)에 설치하는 과정을 설명한다.

먼저, 베이스(B)를 설치하고자 하는 건물(H)의 옥상이나 지붕(R)에 장착하게 되는데, 이 베이스(B)는 설치될 장소의 크기에 따라 별도로 제작된다.

상기 베이스(B)의 하부에 구비된 고정받침대(10)를 지붕(R)에 안착하고, 고정나사와 같은 체결수단으로 고정공(11)을 통해 고정하는 것이다.

상기 베이스(B)의 고정이 완료되면, 이 베이스(B)에 회전체(5)와 터빈(3)이 장착된 단위패널(P)을 종횡으로 적절하게 장착하게 되는 것이다.

상기 단위패널(P)은 회전체(5)와 터빈(3)이 장착된 상태로 연결 고정할 수 있으나, 설치 여건에 따라 설치패널(1)을 먼저 베이스(B)에 고정한 후, 설치패널(1)의 터빈 장착부(2)에 터빈(3)과 회전체(5)를 장착하고, 이어서 고정패널(6)을 결합하여 설치할 수 있는 것으로, 이러한 터빈(3)과 회전체(5)의 장착순서는 본 발명과는 무관하다 할 것이다.

상기와 같은 방법으로 지붕에 터빈(3)과 회전체(5)가 장착된 단위패널(P)의 장착이 완료되면, 터빈(3)에서 연장되는 전기선을 별도로 구비되는 메인컨트롤(M)과 축전용 배터리(V)에 연결하는 것이고, 메인컨트롤(M)에서는 전기선을 건물의 적정위치에 설치된 조명등이나 기타 전기기구에 전기에너지를 공급함과 동시에, 축전용 배터리(V)의 전압을 측정하여 전기에너지를 공급하거나 차단하는 등 미리 입력된 제어신호에 의해 제어하는 것이다.

본 발명에 있어서, 바람에 의해 회전하는 회전체(5)를 지면과 수직으로 설치하는 것이 바람직한 설치상태인바, 지붕과 같이 경사면이 형성된 장소에는 설치패널(1)에 터빈 장착부(2)를 경사지도록 형성하여 터빈(3)과 회전체(5를 장착하도록 구성할 수 있다.

즉, 첨부 도면 도 9에 도시된 바와 같이, 지붕(R)의 경사도에 따라 설치패널(1)에 일체로 형성되는 터빈 장착부(2)를 지면을 기초로 수직으로 기립하도록 형성하는 것으로, 지면을 수평으로 한 지붕(R)의 경사각(θ)과, 설치패널(1)을 수평으로 하는 터빈 장착부(2)의 경사내각(θ1)이

θ + θ1 = 90°

의 조건을 충족하도록 형성하는 것이다.

상기 설치패널(1)과 경사지게 형성된 터빈 장착부(2)의 위치와 수직을 이루는 상부에 고정패널(6)의 고정홀(7)을 형성함은 당연하다 할 것이다.

이러한 구성으로 된 풍력발전방치는 경사지게 형성된 건물(H)의 지붕(R)에 안정적인 설치가 가능하게 될 뿐만 아니라, 장착된 회전체(5)가 앞쪽에 장착된 다른 회전체(5)에 의해 바람을 가로막히지 않게 되어 향상된 회전력을 얻을 수 있는 것이다.

본 발명에 있어서, 설치패널(1)에 형성되는 터빈 장착부(2)는 원통형으로 구성할 수 있으나, 자재의 절약을 통한 생산원가를 절감하기 위해 네 방향에 고정기둥(2a)을 세우고, 상기 고정기둥(2a)의 말단부를 내측으로 절곡 형성하여 절곡걸림부(2b)를 일체로 형성하여 구성할 수 있으며, 설치패널(1) 역시 종횡으로 이어지는 연결프레임(1a)으로 구성하여 원자재를 절감할 수 있다.

또한, 설치패널(1)의 상부에 장착되는 회전체(5)를 지지하도록 고정되는 고정패널(6)을 종횡으로 연결되는 프레임(6a)으로 구성하여 원자재를 절감함은 물론, 통기성을 향상시켜 회전체(5)의 회전력 향상을 보조하도록 구성할 수 있는 것이다.

1; 설치패널 , 2; 터빈 장착부, 3; 터빈, 4; 로터축, 5; 회전체, 6; 고정패널, 7; 고정홀, 8; 받침다리, 9; 부쉬, 10; 고정받침대, P; 단위패널, B; 베이스, R; 지붕, H; 건물

Claims (4)

1. 평면상 모양이 정사각형이나 직사각형의 어느 하나 형태를 갖는 설치패널(1) 상면에 일정한 간격을 유지하면서 종횡으로 형성한 터빈 장착부(2)와;
   상기 터빈 장착부(2)에 결합되는 터빈(3)과;
   상기 터빈(3)의 로터축(4)에 장착되어 바람에 의해 회전하는 회전체(5)와;
   상기 설치패널(1)에 장착된 회전체(5)의 중심부를 관통하여 연장된 로터축(4)이 회동가능하게 결합되는 고정홀(7)을 구비하고, 설치패널(1)과의 높이를 유지하도록 받침다리(8)를 고정하여 구성한 고정패널(6)로 구성되는 단위패널(P);
   상기 단위패널(P)을 종횡으로 연결 고정하도록 하는 베이스(B);
   상기 터빈(3)의 전선과 연결되어 전기에너지의 공급과 저장을 제어하는 메인컨트롤(M);
   상기 메인컨트롤과 연결되는 축전용 배터리(V)로 구성되는 것을 특징으로 하는 건물의 지붕에 설치하는 소형 풍력발전장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 설치패널(1)에 구성되는 터빈 장착부(2)는 터빈(3)의 외부 지름과 동일한 내부지름을 갖는 원통 형상으로 구성하여, 터빈(3)이 긴밀하게 장착되는 것을 특징으로 하는 건물의 지붕에 설치하는 소형풍력발전장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 설치패널(1)에 형성되는 터빈 장착부(2)는 지붕의 경사도에 따라 설치패널(1)에 일체로 형성되는 터빈 장착부(2)를 경사지게 형성하되,
   지면을 기준으로 하는 지붕의 경사각(θ)과, 설치패널(1)과 터빈 장착부(2)의 경사내각(θ1)이
   θ + θ1 = 90°
   의 조건을 충족하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 건물의 지붕에 설치하는 소형 풍력발전장치.
4. 삭제

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