KR101184186B1 - An apparatus for generating wind electric power utilizing the circumference of high column structure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고소원통형구조물; 원통형구조물 상부의 외주에 설치되어, 상부주변바람의 유동에너지를 회전에너지로 변환하는 회전날개; 회전날개가 부착된 원통형의 환형축; 환형축 안쪽둘레에 설치된 복수개의 회전기어들; 복수개의 회전기어에 연결된 복수개의 변속장치; 복수개의 변속장치에 연결된 복수개의 발전장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
원통형구조물, 풍력발전장치
The present invention is a cylindrical cylindrical structure; Is installed on the outer periphery of the upper portion of the cylindrical structure, the rotary blade for converting the flow energy of the upper peripheral wind into rotational energy; Cylindrical annular shaft with a rotary wing attached; A plurality of rotary gears installed in the inner circumference of the annular shaft; A plurality of transmissions connected to the plurality of rotary gears; It characterized in that it comprises a plurality of power generation devices connected to the plurality of transmission devices.
Cylindrical Structure, Wind Power Generator
Description
본 발명은 고소원통형구조물의 외주를 이용한 풍력발전장치에 관한 것이며, 상세하게는 고소의 원통형 구조물의 둘레에 회전날개가 부착된 환형 회전축을 설치하고, 환형회전축의 외주와 내주사이에 복수개의 발전장치가 연결된 복수개의 회전기어를 설치하는 마치 베어링의 구조와 흡사한 방법을 통하여 회전날개에 의한 풍력에너지를 전기에너지로 변환하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wind power generator using the outer periphery of the cylindrical cylinder structure, and in particular, an annular rotary shaft with a rotary blade is installed around the cylindrical structure of the aerial platform, and a plurality of generators between the outer and inner circumference of the annular rotary shaft The present invention relates to a device for converting wind energy by rotating blades into electrical energy through a method similar to a structure of a bearing in which a plurality of rotary gears are connected.
바람을 이용한 풍력발전은 무한정의 청정에너지로 풍력이 가진 에너지를 흡수, 변환하는 운동량변환장치, 동력전달장치, 동력변환장치, 제어장치 등으로 구성되고 각 구성요소들은 상호 연관되어 전체적인 시스템으로서의 기능이 가능하다. 풍력발전의 특징은 바람이 있는 곳이면 단기 설치가 가능한 적용성이 있으나, 천연적으로 양질(풍향변화, 한계풍속이하, 난기류, 돌풍 등이 없는 바람)의 바람장소(장애물, 산록 등이 없는 곳)를 구하기 쉽지 않고, 설치를 위한 토지구매, 접근을 위한 도로확보, 인허가문제로 사전준비 소요기간이 길며, 인근 전원과의 연계를 위 한 부대시설확보는 경제적 타당성의 핵심요소로 작용하고, 건설시 환경파괴의 가능성과 운전소음 및 경관장애 등 많은 요소는 결국, 대용량 풍력발전 입지확보의 어려움과 건설비증가 요인이 되어, 국내 풍력발전의 개발제약요인으로 나타나고 있다.Wind power generation using wind is infinitely clean energy. It consists of momentum converter, power transmission device, power converter, and control device that absorbs and converts energy of wind power. It is possible. The characteristic of wind power is that it can be installed in a short time where there is wind, but there is no wind place (obstacles, foothills, etc.) of natural quality (wind without wind direction change, limit wind speed, turbulence, gust wind, etc.) ), Long time to prepare for land purchase for installation, road securing for access, and licensing, and additional facility for linking with neighboring power sources act as a key element of economic feasibility. Many factors, such as the possibility of environmental damage, noise and operational disturbances in the city, eventually contribute to the difficulty of securing the location of large-scale wind power generation and increase the construction cost, resulting in development constraints of domestic wind power generation.
이러한 제약문제를 해결하고자 다양한 형태의 풍력발전장치가 개발되었는데, 공중에 연처럼 띄워 고공의 양질의 바람을 이용하는 공중풍력발전, 한계풍속이하에서도 발전이 가능한 드럼형 풍력발전 등이 있으나 소용량 규모의 데모(Demonstration)수준으로 대용량 추진시 경제성과 기술적 안전성에 검증이 필요하다.Various types of wind power generators have been developed to solve this limitation, such as air wind power generation using high-quality wind in the air and drum-type wind power generation under limit wind speed. At the Demonstration level, it is necessary to verify the economics and technical safety when carrying out large capacity.
일반적으로, 고도상공에서는 지상에서보다 풍속이 증가한다. 이는 지표의 마찰층내의 기계적 난류와 열적 대류의 영향에 의해 고도에 따라 풍속크기가 변화하기 때문이다. 고도에 따른 풍속변화식은 다음의 Sutton식으로 표현된다.In general, at higher altitudes, wind speeds are higher than on the ground. This is because the wind speed varies with altitude due to the effects of mechanical turbulence and thermal convection in the friction layer of the surface. The wind speed change equation according to the altitude is expressed by the following Sutton equation.
U = U1 x (Z/Z1)(n/2-n) U = U 1 x (Z / Z 1 ) (n / 2-n)
(U : 임의 고도에서의 풍속 U1 : 지상에서의 풍속(U: wind speed at any altitude U1: wind speed at ground level
Z : 고도높이 n : 안정도계수) Z: altitude height n: stability factor)
안정한 기상상태, 고도 150m에서의 풍속은 지상풍속의 3-4배에 달한다.At stable weather conditions, the wind speed at an altitude of 150 m is three to four times the speed of the ground.
고소 연돌을 이용한 풍력발전은 연돌하부에 맨홀을 설치하여 자연통풍력을 이용한 발전장치가 있으나 설비 가동중에는 발전이 곤란하고, 통풍력이 맨홀 크기에 관계하여 소규모인 문제점이 있다.Wind power generation using aerial stacks has a power generation device using natural ventilation by installing a manhole at the bottom of the stack, but it is difficult to generate power during operation of the facility, and there is a problem that the ventilation power is small in relation to the size of the manhole.
종래기술의 문헌정보Literature Information of the Prior Art
[문헌1]연돌의 자연통풍력을 이용한 풍력발전장치, 1020090062556(2009.07.09)[Document 1] Wind power generator using natural ventilation of stack, 1020090062556 (2009.07.09)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점으로 고소풍력자원 확보의 어려움과 통상개념의 풍력발전 건설사업추진의 어려움을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은, 석탄발전소 및 제철소 등 사업장에서 기존의 고도연돌의 위치특성을 이용함으로써 풍력자원의 원천적 확보를 통하여 대규모 안정적인 풍력발전장치를 제공함을 목적으로 한다.Therefore, the present invention has been made to solve the difficulty of securing high wind power resources and the difficulty of promoting a wind power generation construction business of the conventional concept, the first object of the present invention, such as coal power plants and steel mills It aims to provide a large-scale stable wind power generation device by securing the source of wind resources by using the location characteristics of the existing high stack.
본 발명의 제 2 목적은, 기둥 및 연돌 등의 원통형구조물의 대형외주에 마치 원통형 축에 수직방향으로 설치된 베어링의 설치원리를 이용함으로써 저속회전에서도 고속출력이 가능한 고 이용률의 풍력발전장치를 제공함을 목적으로 한다.It is a second object of the present invention to provide a high utilization wind turbine generator capable of high speed output even at low speed by using a bearing installed in a direction perpendicular to a cylindrical axis on a large outer periphery of cylindrical structures such as columns and stacks. The purpose.
본 발명의 제 3 목적은, 사업장내의 고소기둥 및 연돌 등의 원통형구조물에 설치하는 방법으로 통상의 지상풍력 발전사업 추진에 필요한 설치장소, 부지확보, 도로, 인허가 및 환경민원 등 행정업무를 줄일 수 있어 사업추진이 신속하고, 건설비를 획기적으로 저감하면서 신 재생 대체에너지확보가 가능한 풍력발전개념을 제공함을 목적으로 한다.The third object of the present invention is to install in cylindrical structures, such as aerial plume and stack in the workplace, it is possible to reduce administrative work such as installation place, site securing, road, license and environmental complaints necessary for the promotion of normal land wind power generation business. It aims to provide the concept of wind power generation, which enables rapid business promotion, drastically reduce construction costs, and secure renewable alternative energy.
본 발명은 고소 원통형구조물의 상부외주에 설치되어, 주변바람의 유동에너 지를 회전에너지로 변환시키는 회전 날개들; 회전 날개들이 부착되어 있어 내부기어의 회전으로 전달시키는 역할을 하는 환형 축; 환형축의 내부에 설치되어 저속회전을 고속회전으로 변환시키는 기어들; 기어들에 연결된 변속장치; 변속장치에 연결된 발전장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is installed on the upper outer periphery of the height of the cylindrical structure, the rotary blades for converting the flow energy of the surrounding wind into rotational energy; An annular shaft having rotating vanes attached thereto to serve to rotate the inner gear; Gears installed inside the annular shaft to convert low-speed rotation into high-speed rotation; A transmission connected to the gears; It characterized in that it comprises a generator connected to the transmission.
본 발명인 고소 원통형구조물의 외주를 이용한 풍력발전장치는 고소연돌에 설치된 날개에 의한 외주회전이 복수개의 내부기어의 회전으로 변환됨으로써 통상의 단일축 및 단일기어에 의한 발전장치보다 회전의 안정성을 도모하고, 회전기어들은 자체 베어링의 역할을 하므로 동역학적 스트레스를 경감하며, 회전방향이 수직이므로 수평방향의 풍속에 따른 토크를 저감시킬 수 있어 구조물의 강도에 따라 대용량의 풍력발전이 가능한 것을 특징으로 한다.The wind power generator using the outer periphery of the height of the cylindrical structure of the present invention, the outer peripheral rotation by the blades installed in the high-temperature stack is converted to the rotation of a plurality of internal gears to achieve a more stable rotation than the conventional single shaft and single gear generator Since the rotating gears act as their own bearings, they reduce the dynamic stress, and because the rotation direction is vertical, the torque according to the wind speed in the horizontal direction can be reduced, so that large-scale wind power generation is possible according to the strength of the structure.
본 발명은 사업장에서 고소연돌주변의 바람을 이용하는 방법에 있어서, (a) 원통형구조물 상부의 외주에 설치되어, 주변바람을 모아 수평 유동에너지를 회전에너지로 변환시키는 단계 (b) 회전에너지를 저속회전에서 고속회전으로 변환시키는 단계 (c) 고속회전에너지에 연결된 변속장치와 변속장치에 연결된 발전장치단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is a method of using the wind around the stack at the workplace, (a) installed on the outer periphery of the cylindrical structure, the step of collecting the ambient wind to convert the horizontal flow energy into rotation energy (b) rotating the rotation energy at low speed Step (c) for converting the high-speed rotation in the transmission is characterized in that it comprises a transmission device connected to the high speed rotation energy and the power generation device connected to the transmission.
상기와 같이 구성된 본 발명은 하기와 같은 효과가 있다.The present invention configured as described above has the following effects.
본 발명의 제 1 효과는, 원통형구조물의 외주에 설치하는 방식으로 고도연돌 및 기둥 등 고소에서의 안정적인 바람자원 확보가 가능하여 풍력발전설비의 이용률을 향상시킬 수 있고, 구조물 강도가 허용되는 한, 설비용량을 최대화할 수 있다.The first effect of the present invention, by installing on the outer periphery of the cylindrical structure is possible to secure stable wind resources at high altitudes such as high stacks and pillars can improve the utilization rate of the wind power plant, as long as the strength of the structure is allowed, Maximize plant capacity.
본 발명의 제 2 효과는, 회전축이 구조물과 수직방향으로 되어 있어 회전시 횡적 스트레스가 경감되고 저속의 외주회전을 고속의 내부기어 회전화 시키는 과정에서 다수의 내부기어는 동적 스트레스의 경감과 자체 베어링역할을 함으로써 설비의 운전신뢰도 증진을 기대할 수 있다.The second effect of the present invention is that the rotational axis is perpendicular to the structure to reduce the lateral stress during rotation, and in the process of rotating the low-speed outer circumferential rotation of the high-speed internal gear, a number of internal gears to reduce the dynamic stress and self-bearing By playing a role, it is possible to increase the operation reliability of the facility.
발명의 제 3 효과는, 사업장 운영 설비인 원통형 연돌구조물의 외주에 풍력발전장치를 설치하는 방법으로 통상의 풍력발전건설보다 사업추진이 용이하고 구조물을 기둥으로 활용하므로 건설비가 저렴하여 경제적이며 사업장내에 설치되어 관리이점과 송전선과의 연계가 쉬운 이점을 기대할 수 있다.The third effect of the invention is to install the wind power generator on the outer periphery of the cylindrical stack structure, which is the operation facility of the workplace. It can be expected to have advantages of easy management and connection with transmission line.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고소 원통형구조물의 외주를 이용한 풍력발전장치의 측면개념도이고, 도 2는 수직형 회전날개의 상부가 접속되는 상부외주의 환형회전부의 단면도 및 평면도이고, 도 3은 회전날개의 하부가 접속되어 상하부외주의 일체회전을 위해 설치된 하부외주의 환형회전부의 단면도 및 평면도이고, 도 4는 환형외주내부에 설치된 기어의 회전운동을 전기에너지로 변환시키기 위한 변속장치 및 발전장치의 개략도이다. 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명인 고소 원통형외주를 이용한 풍력발전장치(1000)는 상단회전부(100), 하단회전부(300), 상하회전부를 연결하는 회전날개부(200), 변속장치부(350A,350B), 발전장치(400), 동력변환장치Inverter(430), 변압기(440)로 구성되고 최종 전압 22.9kV(500)로 전력망에 연결된다.1 is a side conceptual view of a wind power generator using the outer periphery of the height of the cylindrical structure according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view and a plan view of the annular rotary portion of the upper outer circumference to which the top of the vertical rotary blade is connected, 3 is a cross-sectional view and a plan view of an annular outer circumference of a lower outer circumference installed for integral rotation of the upper and lower outer circumferences, and FIG. 4 is a transmission for converting a rotational movement of a gear installed inside the annular outer circumference into electrical energy; It is a schematic diagram of a power generation device. As shown in Figures 1 to 5, the
풍속은 지표의 장애물 및 거칠기에 따라 상층으로 올라갈수록 증가하게 된다. 배기가스의 고공확산을 위한 연돌은 이런 풍속과 기압차에 따른 통풍효과를 위한 것으로 통상 100m 연돌에서의 풍속은 지상의 3배에서 5배에 달한다. 산록이나 해안 등 자연공간에서 풍력발전사업을 추진하기위해서는 건설을 위한 산림훼손 및 접근성난이뿐만 아니라 식목정도에 따른 풍속감쇄효과로 고공지주의 설치가 불가피하다.The wind speed increases as the upper layer rises according to the obstacles and roughness of the surface. The stack for high diffusion of exhaust gas is for the ventilation effect according to the wind speed and pressure difference, and the wind speed in the 100m stack is usually three to five times higher than the ground level. In order to promote wind power generation projects in natural spaces such as foothills and coasts, it is inevitable to install high altitudeism as well as deforestation and accessibility for construction, and wind speed attenuation according to the degree of planting.
따라서, 기존의 고소 연돌 및 고소 원통형구조물에서 고풍속의 이점을 활용한 풍력발전장치를 실현한다면 유익할 것이다.Therefore, it would be beneficial to realize a wind power generator utilizing the advantages of high wind speed in the existing aerial stack and the cylindrical structure.
본 발명은 베어링의 원리를 이용한 것으로 원통형 지주 및 연돌 등의 구조물에서 구조물을 축으로 활용하여 외주에 상단 회전부(100), 하단 회전부(300)를 설치하고, 이를 상하로 연결한 회전날개(200)에 의하여 회전부가 구동될 수 있도록 하며, 상단회전부에는 구조물외주에 고정설치된 고정부(130)과 회전Skirt(110)로 구성되고, 이 사이에 회전기능을 도모하고, 중량에 의한 구조부하 및 회전에 따른 진동경감을 위해 베어링(120)을 삽입한 형태이며, 하단 회전부(300)에는 내부에 치차부가 형성된 회전기능의 외주skirt(310A 또는 310B)와 구조물외주에 고정 설치된 고정부(330A 또는 330B))로 구성되고, 회전부와 고정부사이에 세로로 내접되어 있는 복수개의 내부기어들(320A), 또는 가로로 내접되어 있는 복수개의 내부기어들(320B)이 형성된다. 상단회전부의 외주Skirt와 하단회전부의 외주Skirt를 상하로 잇는 복수개의 수직형 회전날개(200)를 설치함으로써 유동에너지는 상부 베어링과 하부기어들의 회전에너지로 변환된다.The present invention by using the principle of the bearing to install the upper
상기 회전부는 연돌 등 구조물의 높이와 강도에 따라 단수 또는 복수개의 다단으로 설치할 수 있고, 또한 그 형태, 크기 및 상하단의 간격은 풍황, 구조물의 높이 및 강도에 따라 선정된다. 도 5는 일례가 될 수 있는 다양한 회전날개의 개념도이다. Skirt치차와 내부기어의 기어비에 따라 고속회전화 된 내부 기어들은 고정부에 장착된 변속장치부(350A, 350B)를 통하여 정속회전을 유지한다. 또한 변속장치부는 별도의 고정부(420)에 장착된 발전장치부(400)와 연결되고 복수개의 발전기(410)를 통해 직류전압이 발생된다. 동력변환장치(430)에 의해 직류전압은 교류전압으로 변환되고, 변압기(440)를 거쳐 22.9kV(500)로 송전된다. 이제까지 도 1 내지 도 5를 참조하여 고소 원통형구조물의 외주를 이용한 풍력발전장치(1000)에 대하여 설명하였다.The rotating part may be installed in a single stage or a plurality of stages according to the height and strength of a structure such as a stack, and the shape, size, and spacing between the upper and lower ends may be selected according to the wind condition and the height and strength of the structure. 5 is a conceptual diagram of various rotary blades which may be an example. The internal gears rotated at high speed according to the gear ratio of the skit gear and the internal gear maintain the constant speed through the
덧붙여 이상의 설명은 본 발명의 일예에 지나지 않는바 세부적인 부분에 대한 여러 가지 변형이 있을 수 있음은 당업자에게 자명한 사실이다. 하지만 이들 변형이 본 발명의 기술적 사상을 만족시키는 한, 발명의 권리범위 내에 속한다 해야 할 것이며 이에 대해서는 특허 청구범위를 통해 확인할 수 있다.In addition, it will be apparent to those skilled in the art that the above description is merely an example of the present invention and that various modifications may be made to the details. However, as long as these modifications satisfy the technical idea of the present invention, they should be included within the scope of the invention, which can be confirmed through the claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고소 원통형구조물의 외주를 이용한 풍력발전장치의 측면개념도이다.1 is a side conceptual view of a wind power generator using the outer periphery of a cylindrical cylindrical structure according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물의 상부외주에 설치된 회전날개상부가 부착되는 환형 회전부의 내부단면도 및 평면단면도이고,2 is an internal cross-sectional view and a planar cross-sectional view of the annular rotating portion is attached to the upper portion of the rotary blade installed on the upper outer circumference of the structure according to an embodiment of the present invention,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물의 하부외주에 설치된 회전날개하부가 부착되는 환형회전부의 내부단면도 및 평면단면도이고,3 is an internal cross-sectional view and a planar cross-sectional view of the annular rotating portion is attached to the lower portion of the rotary wing installed on the lower outer periphery of the structure according to an embodiment of the present invention,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부기어의 회전에너지를 전기에너지로 변환시키는 관련 변속장치 및 발전장치의 측면 및 평면개념도이다.Figure 4 is a side and plan view of the associated transmission and power generation device for converting the rotational energy of the inner gear to electrical energy according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전날개의 모형의 측면개념도이다.5 is a side conceptual view of a model of a rotary blade according to an embodiment of the present invention.
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| KR (1) | KR101184186B1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2730937A1 (en) | 2008-07-17 | 2010-01-21 | Baseload Energy, Inc. | Power generation system including multiple motors/generators |
-
2010
- 2010-04-09 KR KR1020100032540A patent/KR101184186B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2730937A1 (en) | 2008-07-17 | 2010-01-21 | Baseload Energy, Inc. | Power generation system including multiple motors/generators |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20110113261A (en) | 2011-10-17 |
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