KR101236347B1 - 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈 - Google Patents
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Abstract
집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈을 개시한다.
집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈은 측면에 유입구(111)가 형성되고, 내부에 상기 유입구(111)를 통해서 수평방향으로 불어오는 바람을 센터 쪽으로 집풍하도록 복수 개의 가이드 격벽(112)(113)이 형성되는 집풍 구조물(110); 상기 집풍 구조물(110)의 상부에는 상기 유입구(111)를 통해 유입된 바람을 상방으로 가이드 하기 위해 외곽을 따라 다수의 바람 가이드 고정편(121)이 균등 간격으로 형성되고 상기 바람 가이드 고정편들(121) 사이에 바람 안내 홀(122)이 형성되는 덕트 부재(120); 상기 덕트 부재(120)의 하부에 고정되어 상기 유입구(111)를 통해 유입된 바람을 상기 바람 안내 홀(122) 쪽으로 가이드 하는 오목렌즈 형상의 바람 가이드(130); 상기 덕트 부재(120)의 센터에 고정된 베어링(B)에 회전 가능하게 설치되는 회전 샤프트(140); 상기 회전 샤프트(140)의 상부 끝단에 결합되어 상기 샤프트(140)와 함께 회전 가능하게 설치되며, 상기 바람 안내 홀(122)을 통해 송풍되는 바람에 의해 회전하도록 외곽을 따라 다수의 브래킷 부(151)가 균등 간격으로 형성되는 회전체(150); 및 상기 회전 샤프트(140)의 하부 끝단에 연결되어 전기를 발생하는 발전기(160);를 포함하되, 상기 브래킷 부(151)는 수직 부(151a)와 상기 수직 부(151a)의 상부에서 30-45°로 경사지는 경사 부(151b)로 형성되고, 상기 바람 가이드 고정편(121)은 20-30°로 경사지게 형성되어, 수평방향에서 부는 바람을 집풍하고 상방으로 가이드 하는 구조인 것을 특징으로 한다.
집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈은 측면에 유입구(111)가 형성되고, 내부에 상기 유입구(111)를 통해서 수평방향으로 불어오는 바람을 센터 쪽으로 집풍하도록 복수 개의 가이드 격벽(112)(113)이 형성되는 집풍 구조물(110); 상기 집풍 구조물(110)의 상부에는 상기 유입구(111)를 통해 유입된 바람을 상방으로 가이드 하기 위해 외곽을 따라 다수의 바람 가이드 고정편(121)이 균등 간격으로 형성되고 상기 바람 가이드 고정편들(121) 사이에 바람 안내 홀(122)이 형성되는 덕트 부재(120); 상기 덕트 부재(120)의 하부에 고정되어 상기 유입구(111)를 통해 유입된 바람을 상기 바람 안내 홀(122) 쪽으로 가이드 하는 오목렌즈 형상의 바람 가이드(130); 상기 덕트 부재(120)의 센터에 고정된 베어링(B)에 회전 가능하게 설치되는 회전 샤프트(140); 상기 회전 샤프트(140)의 상부 끝단에 결합되어 상기 샤프트(140)와 함께 회전 가능하게 설치되며, 상기 바람 안내 홀(122)을 통해 송풍되는 바람에 의해 회전하도록 외곽을 따라 다수의 브래킷 부(151)가 균등 간격으로 형성되는 회전체(150); 및 상기 회전 샤프트(140)의 하부 끝단에 연결되어 전기를 발생하는 발전기(160);를 포함하되, 상기 브래킷 부(151)는 수직 부(151a)와 상기 수직 부(151a)의 상부에서 30-45°로 경사지는 경사 부(151b)로 형성되고, 상기 바람 가이드 고정편(121)은 20-30°로 경사지게 형성되어, 수평방향에서 부는 바람을 집풍하고 상방으로 가이드 하는 구조인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 풍력발전 장치에 관한 것으로, 동서남북 방향의 수평으로 부는 바람을 집풍 구조물에 의해서 수직 상승방향으로 안내하고 바람을 여러 차례에 걸쳐 집중(集中)하여 바람의 세기(풍력)를 높이고, 바람 안내 각도(송풍 각도)를 특정 각으로 설계하여 발전 효율을 높일 수 있는 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈에 관한 것이다.
일반적인 발전 방법으로는 수력을 이용한 수력발전, 화석연료를 이용한 화력발전, 원자력을 이용한 원자력 발전 등을 들 수 있다. 그러나 이러한 발전방법들은 대규모의 발전설비와 이를 가동시키기 위한 막대한 양의 에너지원을 필요로 한다.
화력발전에 이용되는 에너지원으로써 석유나 석탄 등의 화석연료는 타연료에 비해 그 의존도가 크기 때문에 자원의 고갈과 같은 문제점을 초래한다.
더구나, 석유나 석탄 등의 화석연료는 오존층을 파괴하여 지구의 온난화를 일으키는 주요원인이 되고 있다. 또한, 석유나 석탄 등의 화석연료는 환경오염을 야기시키는 동시에 특히, 석유나 석탄 등의 화석연료는 타 연료에 비해 그 의존도가 높아 자원의 고갈 및 환경오염을 급속도로 악화시키는 원인이 되었다.
따라서, 석유나 석탄 등의 사용에 따라 자원의 고갈과 석유나 석탄 등을 연소시킴으로서 발생하는 지구온난화에 따른 각종 재해 및 각종 공해물질의 발생으로 인한 환경오염을 방지하기 위해서는 석유나 석탄 등의 화석연료가 필요없는 획기적
인 발전방법이 요구되고 있다.
전술한 바와 같이, 석유나 석탄 등의 화석연료가 필요없는 발전방법으로는 태양에너지를 이용한 태양열발전, 조력발전, 풍력발전 등이 있으며, 이 중 가장 쉽게 적용할 수 있는 발전방법이 태양열을 이용한 태양열발전과 바람의 힘을 이용한 풍력발전이라 할 수 있을 것이다.
전술한 풍력발전(風力發電)이란, 풍력에너지를 풍차에 의해 기계적 에너지로 변환하여 발전기를 돌려 발전하는 방식으로서 풍력에너지는 풍속에 따라 변화하며, 수풍면적의 반지름 1m, 풍속 10m/s에서는 약 1kW를 얻을 수 있다.
풍력발전의 이용 시스템으로는, 교류의 풍력발전기를 직접 전력계통에 이용하는 직접이용 시스템과 풍력발전기의 전기를 축전지에 축적하여, 전력계통에 병렬하는 축전이용 시스템의 2가지가 있다. 전자는 풍력변화의 영향을 직접 받는데 비해, 후자는 풍력이 변동하여도 축전지로 보충하기 때문에 평균적으로 이용할 수 있는 장점이 있으나 설비비가 비싸다. 풍력에너지를 동력원에 이용한 대표적인 예는 네덜란드의 풍차인데, 미국ㆍ영국에서는 100~1,000kW급이 이미 개발되고 있다.
이러한 풍력발전은 폐기물을 수반하지 않는 무공해 에너지원으로서, 개인적 규모로는 충분히 이용할 수 있으며, 바람이 강한 외딴섬 같은 곳에서 풍력이 등대의 발전용으로 쓰이고 있다. 또한, 발전설비가 다른 발전설비에 비해 매우 간단히 설치할 수 있다는 점과 함께 발전에 따른 별도의 폐기물이 발생하지 않는다는 이점이 있다.
더불어, 전술한 풍력발전의 경우 발전설비가 다른 발전설비에 비해 매우 간단히 설치할 수 있다는 이점과 함께 발전에 따른 별도의 폐기물이 발생하지 않는다는 이점이 있다.
전술한 바와 같이, 종래 풍력발전장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 일 년 중 바람의 속도가 항상 일정하게 불어오는 해안가 등에 설치되는 것으로, 적어도 5m 이상의 높이로 지주(15)가 고정 설치되고, 이 지주(15)의 상단부에 적어도 2개 이상의 프로펠러(20)가 회전 가능하게 갖추어진 발전기(25)로 구성된다.
이와 같이 이루어진 종래 풍력 발전장치(10)는 풍력에 의한 상기 지주(15)의 상단에 구비된 프로펠러(20)가 회전되게 되면 발전기(25)에 의하여 발전이 이루어지며, 이러한 다수개의 풍력 발전장치(10)에서 생산된 전력을 모아서 축전기에 충전시켜 필요한 개소에 사용하게 된다.
그러나, 종래기술에 따른 풍력발전장치(10)는 프로펠러를 외부로 노출시키면서 일정한 크기의 프로펠러를 일면 상에 설치함에 따라 프로펠러에 바람의 접촉되는 면에 의해서 회전되나, 이는 바람이 많이 불어도 프로펠러의 접촉면적이 한정되
어 결국, 프로펠러의 크기에 따라 그 풍력 에너지 출력상태를 결정짓게 됨으로써 보다 큰 풍력을 얻기 위한 방법은 풍력발전장치의 크기를 크게 하는 방법밖에 없어 풍력발전장치의 설치 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 프로펠러(20)는 바람과의 그 접촉 면이 협소하여 일정 이상의 강풍이 발생하는 경우에는 프로펠러(20) 회전의 과부하를 부분적으로 방지할 수는 있으나, 바람의 세기가 약한 미풍일 경우에는 오히려 회전력이 급속하게 떨어지면서 발생시
키는 전력이 자가발전의 기준치에 현격히 떨어지는 등 풍력의 세기를 효과적으로 이용하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 프로펠러(20)는 지주(15)의 상단에 설치되어 외부와 직접 접촉되도록 노출되어 있어 예상치 못한 강풍이나 돌풍 등에 의해 물체가 날아들면서 프로펠러(20)와 직접적인 충돌을 할 경우 프로펠러에 외부적인 손상을 가하여 풍력발전장치(10)에 심각한 기능적 문제점을 초래한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 동서남북의 수평으로 부는 바람을 집풍 구조물에 의해서 수직 상승방향으로 안내하고, 바람을 여러 차례에 걸쳐 집풍(集風)하여 바람의 세기(풍력)를 극대화하고, 바람 안내 각도(송풍 각도)를 특정 각, 예를 들어 바람 가이드 고정편은 30도로 하고 브래킷 부는 45도로 설계하여 전체적으로 간단한 구성으로 풍력 효율을 현저하게 높일 수 있는 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈을 제공함에 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 날개가 없는 신개념으로 초소형에서 초대형까지 용도가 다양하고 고효율, 고성능 풍력발전을 실행할 수 있음은 물론 태풍이 부는 날에는 도어가 자동으로 회동되어 바람을 차단함으로써 발전을 중지하여 과열로 인한 고장을 사전에 방지하는 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈은 측면에 유입구가 형성되고, 내부에 상기 유입구를 통해서 수평방향으로 불어오는 바람을 센터 쪽으로 집풍하도록 복수 개의 가이드 격벽이 형성되는 집풍 구조물; 상기 집풍 구조물의 상부에는 상기 유입구를 통해 유입된 바람을 상방으로 가이드 하기 위해 외곽을 따라 다수의 바람 가이드 고정편이 균등 간격으로 형성되고 상기 바람 가이드 고정편들 사이에 바람 안내 홀이 형성되는 덕트 부재; 상기 덕트 부재의 하부에 고정되어 상기 유입구를 통해 유입된 바람을 상기 바람 안내 홀 쪽으로 가이드 하는 오목렌즈 형상의 바람 가이드; 상기 덕트 부재의 센터에 고정된 베어링에 회전 가능하게 설치되는 회전 샤프트; 상기 회전 샤프트의 상부 끝단에 결합되어 상기 샤프트와 함께 회전 가능하게 설치되며, 상기 바람 안내 홀을 통해 송풍되는 바람에 의해 회전하도록 외곽을 따라 다수의 브래킷 부가 균등 간격으로 형성되는 회전체; 및 상기 회전 샤프트의 하부 끝단에 연결되어 전기를 발생하는 발전기;를 포함하되, 상기 브래킷 부는 수직 부와 상기 수직 부의 상부에서 30-45°로 경사지는 경사 부로 형성되고, 상기 바람 가이드 고정편은 20-30°로 경사지게 형성되어, 수평방향에서 부는 바람을 집풍하고 상방으로 가이드 하는 구조인 것을 특징으로 한다.
상기 집풍 구조물은 사각 박스 형태이고, 상기 가이드 격벽은 상기 집풍 구조물의 종횡 방향 및 대각선 방향으로 형성되어 상기 유입구를 8개로 형성하며, 상기 바람 가이드 고정편은 8개로 형성되고, 상기 브래킷 부는 16개로 형성될 수도 있지만, 상기 바람 가이드 고정편 및 브래킷 부는 터빈의 크기에 따라 혹은 설계 조건에 따라 갯 수가 변경될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈은 측면에 유입구가 형성되고, 내부에 상기 유입구를 통해서 수평방향으로 불어오는 바람을 센터 쪽으로 집풍하도록 복수 개의 가이드 격벽이 형성되는 제1 집풍 구조물; 상기 제1 집풍 구조물 상부에 고정되어 상기 유입구를 통해 유입된 바람을 상방으로 가이드 하는 제1 바람 가이드; 상기 제1 바람 가이드의 상부에 고정 설치되며, 상기 제1 바람 가이드에 의해 가이드 된 바람을 집풍하고, 측면에 유입구가 형성되는 제2 집풍 구조물; 상기 제2 집풍 구조물의 상부에는 상기 유입구를 통해 유입된 바람을 상방으로 가이드 하기 위해 외곽을 따라 다수의 바람 가이드 고정편이 균등 간격으로 형성되고 상기 바람 가이드 고정편들 사이에 바람 안내 홀이 형성되는 덕트 부재; 상기 덕트 부재의 하부에 고정되어 상기 유입구를 통해 유입된 바람을 상기 바람 안내 홀 쪽으로 가이드 하는 오목렌즈 형상의 제2 바람 가이드; 상기 덕트 부재의 센터에 고정된 베어링에 회전 가능하게 설치되는 회전 샤프트; 상기 회전 샤프트의 중간에 고정되어 상기 샤프트와 함께 회전 가능하게 설치되며, 상기 바람 안내 홀을 통해 송풍되는 바람에 의해 회전하도록 외곽을 따라 다수의 브래킷 부가 균등 간격으로 형성되는 회전체; 상기 회전 샤프트의 하부 끝단에 연결되어 전기를 발생하는 발전기;를 포함하되, 상기 브래킷 부는 수직 부와 상기 수직 부의 상부에서 30-45°로 경사지는 경사 부로 형성되고, 상기 바람 가이드 고정편은 20-30°로 경사지게 형성되어, 수평방향에서 부는 바람을 집풍하여 상방으로 가이드 하는 구조인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 집풍 구조물은 사각 박스 형태이고, 상기 가이드 격벽은 상기 제1 집풍 구조물의 종횡 방향 및 대각선 방향으로 형성되어 상기 유입구를 8개로 형성하며, 상기 바람 가이드 고정편은 8개로 형성되고, 상기 브래킷 부는 16개로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 집풍 구조물의 측면에는 힌지를 중심으로 회동하면서 상기 유입구의 개폐를 조절하는 도어가 설치되며, 상기 도어가 상기 제2 집풍 구조물 내부에 위치하는 경우에는, 상기 덕트 부재 쪽으로 가는 바람이 차단되고, 상기 도어가 수직으로 위치하여 상기 유입구를 차단하는 경우에는, 상기 제1 집풍 구조물에서 가이드 되는 바람이 상기 제2 집풍 구조물로 안내되고, 상기 도어가 상기 제2 집풍 구조물 외부로 위치하는 경우에는, 상기 제1 집풍 구조물에서 가이드 되는 바람이 상기 제2 집풍 구조물로 안내되고, 상기 유입구를 통해서 상기 제2 집풍 구조물로 유입되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 동서남북의 수평으로 부는 바람을 집풍 구조물에 의해서 수직 상승방향으로 안내하고, 바람을 여러 차례에 걸쳐 집풍(集風)하여 바람의 세기(풍력)를 극대화하고, 바람 안내 각도(송풍 각도)를 특정 각, 예를 들어 바람 가이드 고정편은 30도로 하고 브래킷 부는 45도로 설계하여 전체적으로 간단한 구성으로 풍력 효율을 현저하게 높일 수 있다.
또한 본 발명은 종래와 같이 바람에 직접 접촉되는 날개가 없는 신개념의 구조로 초소형에서 초대형까지 용도가 다양하고 고효율, 고성능 풍력발전을 실행할 수 있다.
또한 본 발명은 도어의 위치를 조절하여 더 많은 바람을 집중시켜서 더 많은 발전을 실행할 수도 있고, 태풍 부는 날에는 회전체가 과속으로 회전할 수 있고 이로 인하여 기기의 파손을 초래할 수 있는바, 이를 방지하기 위해 도어가 자동으로 회동되어 바람을 차단함으로써 발전을 적절한 시기에 중지하여 과열로 인한 기기 고장을 사전에 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래 풍력 발전장치를 보인 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈을 보인 분리 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈을 보인 종단면도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈에 있어서 회전체를 보인 평면도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈에 있어서 고정 블레이드와 브래킷 부의 송풍 각도를 설명하는 도면
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈을 보인 종단면도
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈을 보인 평면도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈을 보인 분리 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈을 보인 종단면도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈에 있어서 회전체를 보인 평면도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈에 있어서 고정 블레이드와 브래킷 부의 송풍 각도를 설명하는 도면
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈을 보인 종단면도
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈을 보인 평면도
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈(100)은 측면에 유입구(111)가 형성되고, 내부에 상기 유입구(111)를 통해서 수평방향으로 불어오는 바람을 센터 쪽으로 집풍하도록 복수 개의 가이드 격벽(112)(113)이 형성되는 집풍 구조물(110); 상기 집풍 구조물(110)의 상부에는 상기 유입구(111)를 통해 유입된 바람을 상방으로 가이드 하기 위해 외곽을 따라 다수의 바람 가이드 고정편(121)이 균등 간격으로 형성되고 상기 바람 가이드 고정편들(121) 사이에 바람 안내 홀(122)이 형성되는 덕트 부재(120); 상기 덕트 부재(120)의 하부에 고정되어 상기 유입구(111)를 통해 유입된 바람을 상기 바람 안내 홀(122) 쪽으로 가이드 하는 오목렌즈 형상의 바람 가이드(130); 상기 덕트 부재(120)의 센터에 고정된 베어링(B)에 회전 가능하게 설치되는 회전 샤프트(140); 상기 회전 샤프트(140)의 상부 끝단에 결합되어 상기 샤프트(140)와 함께 회전 가능하게 설치되며, 상기 바람 안내 홀(122)을 통해 송풍되는 바람에 의해 회전하도록 외곽을 따라 다수의 브래킷 부(151)가 균등 간격으로 형성되는 회전체(150); 및 상기 회전 샤프트(140)의 하부 끝단에 연결되어 전기를 발생하는 발전기(160);를 포함한다.
이하, 본 발명의 일 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈(100) 구성을 좀더 구체적으로 설명한다.
상기 집풍 구조물(110)은 사각 박스 형태로 형성되는 것이 바람직하지만, 설계 장소에 따라서는 원형 혹은 다각형으로도 변형 가능함은 물론이다. 상기 집풍 구조물(110)은 동서남북 방향 각각에 유입구(111)가 형성된다. 상기 집풍 구조물(110) 내부에는 상기 유입구(111)를 통해서 수평방향으로 불어오는 바람을 센터 쪽으로 집풍하도록 복수 개의 가이드 격벽(112)(113)이 형성되는바, 종횡방향으로는 격벽(112)이 형성되고 대각선 방향으로는 격벽(113)이 형성된다. 상기 유입구(111) 전체가 8개로 형성될 수 있다.
상기 덕트 부재(120)는 원형으로 형성되며 상기 집풍 구조물(110)의 상부에 고정 설치된다. 상기 덕트 부재(120)는 상기 유입구(111)를 통해 유입된 바람을 상방으로 가이드 하기 위해 외곽을 따라 다수의 바람 가이드 고정편(121)이 균등 간격으로 형성되고 상기 바람 가이드 고정편들(121) 사이에 바람 안내 홀(122)이 형성된다.
상기 바람 가이드 고정편(121)은 20-30°로 경사지게 형성되며, 바람직하게는 30°로 설정되고, 8개로 형성하는 것이 좋다.
상기 덕트 부재(120)의 센터 하부에 오목렌즈 형상의 바람 가이드(130)에 의해 폐쇄된 상태를 유지한다.
상기 오목렌즈 형상의 바람 가이드(130)는 상기 유입구(111)를 통해 유입된 바람을 상기 바람 안내 홀(122) 쪽으로 가이드 하는 역할을 한다.
상기 바람 가이드(130)는 오목렌즈 형상뿐만 아니라 갈대기 형상으로도 변형가능하다.
상기 회전 샤프트(140)는 상기 덕트 부재(120)의 센터에 고정된 베어링(B)에 회전 가능하게 지지된다. 상기 회전 샤프트(140)의 상부 끝단은 서포트(141)에 의해서 회전체(150)에 고정되고, 상기 회전 샤프트(140)의 하부 끝단은 발전기(160)와 연결된다.
상기 회전체(150)는 상기 샤프트(140)와 함께 회전 가능하게 설치되며, 상기 바람 안내 홀(122)을 통해 송풍되는 바람에 의해 회전하도록 외곽을 따라 다수의 브래킷 부(151)가 균등 간격으로 형성된다.
상기 브래킷 부(151)는 수직 부(151a)와 상기 수직 부(151a)의 상부에서 30-45°로 경사지는 경사 부(151b)로 형성된다. 바람직하게, 상기 브래킷 부(151)는 16개로 설정하고, 상기 경사 부(151b)는 45°로 설정되는 것이 좋다.
이와 같이 구성된 본 발명의 일 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈(100) 작용 효과를 설명한다.
수평의 바람이 동서남북 방향으로 불면, 집풍 구조물(110)의 상기 유입구(111)를 통해서 집풍 구조물(110) 쪽으로 유입되고, 이때 복수 개의 가이드 격벽(112)(113)이 바람을 집풍 구조물(110)의 센터 쪽으로 모두 집중시킨다. 이와 같이 동서남북 방향에서 부는 바람이 집풍 구조물(110)의 센터 쪽으로 모두 집중되므로 풍력의 세기가 증대된다.
상기 오목렌즈 형상의 바람 가이드(130)는 바람을 상기 덕트 부재(120)의 바람 가이드 고정편(121) 쪽으로 가이드 하는 역할을 한다.
상기 오목렌즈 형상의 바람 가이드(130)는 그 형상에 있어서 그 하단부의 직경이 상단부직경 보다 크게 형성되어, 수평에서 부는 바람은 모두 손실되지 않고 상기 오목렌즈 형상의 바람 가이드(130) 외주 면을 따라 상방으로 안내되도록 한다. 이때 바람이 다시 한번 상기 덕트 부재(120) 쪽으로 가이드 되면서 집풍된다.
전술한 바와 같이, 상기 덕트 부재(120)는 원통 형상으로 형성되며 상기 집풍 구조물(110)의 상부에 고정 설치된다. 상기 덕트 부재(120)는 상기 유입구(111)를 통해 유입된 바람을 상방으로 가이드 하기 위해 외곽을 따라 다수의 바람 가이드 고정편(121)이 균등 간격으로 형성되고 상기 바람 가이드 고정편들(121) 사이에는 바람 안내 홀(122)이 형성된다.
상기 바람 가이드 고정편(121)은 20-30°로 경사지게 형성되며, 바람직하게는 30°로 설정되고, 8개로 형성하는 것이 좋다.
상기 덕트 부재(120)의 센터 부분은 오목렌즈 형상의 바람 가이드(130)에 의해 폐쇄된 상태를 유지한다.
상기 바람 가이드(130)에 의해 가이드 된 바람은 바람 안내 홀(122) 안으로 유입되고, 이때 바람 안내 홀(122) 밖으로 배출되는 바람은 30°로 경사지게 배출되고, 바람이 다시 한번 집풍된다.
바람 안내 홀(122) 밖으로 배출되는 바람이 일차적으로 브래킷 부(151)의 수직 부(151a)에 부딪히고, 연이어 브래킷 부(151)의 경사 부(151b)에 부딪히게 되는 데, 이때 경사 부(151b)가 항상 45°로 경사지게 형성되어 회전체(150)를 고속으로 회전시킬 수 있는 것이다. 이와 같이 풍력 에너지 손실을 최대한 줄이면서 수평방향의 바람을 수직상승 기류로 변환시켜서 회전체(150)를 고속(高速) 회전시킬 수 있게 됨으로써, 발전효율을 높일 수 있는 것이다.
한편, 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈(200)은 측면에 유입구(211)가 형성되고, 내부에 상기 유입구(211)를 통해서 수평방향으로 불어오는 바람을 센터 쪽으로 집풍하도록 복수 개의 가이드 격벽(212)(213)이 형성되는 제1 집풍 구조물(210); 상기 제1 집풍 구조물(210) 상부에 고정되어 상기 유입구(211)를 통해 유입된 바람을 상방으로 가이드 하는 제1 바람 가이드(220); 상기 제1 바람 가이드(220)의 상부에 고정 설치되며, 상기 제1 바람 가이드(220)에 의해 가이드 된 바람을 집풍하고, 측면에 유입구(231)가 형성되는 제2 집풍 구조물(230); 상기 제2 집풍 구조물(230)의 상부에는 상기 유입구(231)를 통해 유입된 바람을 상방으로 가이드 하기 위해 외곽을 따라 다수의 바람 가이드 고정편(241)이 균등 간격으로 형성되고 상기 바람 가이드 고정편들(241) 사이에 바람 안내 홀(242)이 형성되는 덕트 부재(240); 상기 덕트 부재(240)의 하부에 고정되어 상기 유입구(231)를 통해 유입된 바람을 상기 바람 안내 홀(242) 쪽으로 가이드 하는 오목렌즈 형상의 제2 바람 가이드(250); 상기 덕트 부재(240)의 센터에 고정된 베어링(B1)(B2)에 회전 가능하게 설치되는 회전 샤프트(260); 상기 회전 샤프트(260)의 중간에 고정되어 상기 회전 샤프트(260)와 함께 회전 가능하게 설치되며, 상기 바람 안내 홀(242)을 통해 송풍되는 바람에 의해 회전하도록 외곽을 따라 다수의 브래킷 부(271)가 균등 간격으로 형성되는 회전체(270); 상기 회전 샤프트(260)의 하부 끝단에 연결되어 전기를 발생하는 발전기(280);를 포함한다.
또한 상기 브래킷 부(271)는 수직 부(271a)와 상기 수직 부(271a)의 상부에서 30-45°로 경사지는 경사 부(271b)로 형성되고, 상기 바람 가이드 고정편(241)은 20-30°로 경사지게 형성되어, 수평방향에서 부는 바람을 집풍하여 상방으로 가이드 하는 구조로 형성된다.
상기 제1 집풍 구조물(210)은 사각 박스 형태로 형성되는 것이 바람직하지만, 설계 장소에 따라서는 원형 혹은 다각형으로도 변형 가능함은 물론이다.
상기 가이드 격벽(212)(213)은 상기 제1 집풍 구조물(210)의 종횡 방향 및 대각선 방향으로 형성되어 상기 유입구(211)를 8개로 형성하며, 상기 바람 가이드 고정편(241)은 8개로 형성되고, 상기 브래킷 부(271)는 16개로 형성될 수 있다.
상기 제2 집풍 구조물(230)의 측면에는 힌지(H)를 중심으로 회동하면서 상기 유입구(231)의 개폐를 조절하는 도어(235)가 설치되며, 상기 도어(235)가 상기 제2 집풍 구조물(230) 내부에 위치하는 경우, 다시 말해 상기 도어(235)가 힌지(H)를 중심으로 회동하여 상기 제2 집풍 구조물(230) 안쪽으로 젖혀지는 경우, 상기 제1 집풍 구조물(210)에서 가이드 되는 바람이 상기 덕트 부재(240) 쪽으로 가지 않게 차단된다(도 6에서 가상 선으로 표시됨).
상기 도어(235)가 수직으로 위치하는 경우(상기 유입구(231)를 차단하는 위치)에는, 상기 제1 집풍 구조물(210)에서 가이드 되는 바람이 상기 제2 집풍 구조물(230)로 바로 안내된다.
상기 도어(235)가 상기 제2 집풍 구조물(230) 외부로 위치하는 경우, 다시 말해 상기 도어(235)가 힌지(H)를 중심으로 회동하여 상기 제2 집풍 구조물(230) 바깥쪽으로 젖혀지는 경우에는, 상기 제1 집풍 구조물(210)에서 가이드 되는 바람이 상기 제2 집풍 구조물(230)로 안내됨은 물론 상기 유입구(231)를 통해서 상기 제2 집풍 구조물(230) 외부 바람이 상기 제2 집풍 구조물(230) 안으로 유입된다(도 6의 실선으로 표시됨).
상기 도어(235)가 수직으로 위치하는 경우(상기 유입구(231)를 차단하는 위치)에는, 상기 제1 집풍 구조물(210)에서 가이드 되는 바람이 상기 제2 집풍 구조물(230)로 바로 안내된다.
상기 도어(235)가 상기 제2 집풍 구조물(230) 외부로 위치하는 경우, 다시 말해 상기 도어(235)가 힌지(H)를 중심으로 회동하여 상기 제2 집풍 구조물(230) 바깥쪽으로 젖혀지는 경우에는, 상기 제1 집풍 구조물(210)에서 가이드 되는 바람이 상기 제2 집풍 구조물(230)로 안내됨은 물론 상기 유입구(231)를 통해서 상기 제2 집풍 구조물(230) 외부 바람이 상기 제2 집풍 구조물(230) 안으로 유입된다(도 6의 실선으로 표시됨).
이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈(200) 작용 효과를 설명한다.
수평의 바람이 동서남북 방향으로 불면, 제1 집풍 구조물(210)의 상기 유입구(211)를 통해서 제1 집풍 구조물(210)의 센터 쪽으로 유입되고, 이때 복수 개의 가이드 격벽(212)(213)이 바람을 집중하는 역할을 한다.
이때 복수 개의 가이드 격벽(212)(213)이 바람을 제1 집풍 구조물(210)의 센터 쪽으로 모두 집중시킨다. 이와 같이 동서남북 방향에서 부는 바람이 제1 집풍 구조물(210)의 센터 쪽으로 모두 집중되므로 풍력의 세기가 증대된다.
상기 제1 바람 가이드(220)는 바람을 상기 제2 구조물(230) 안으로 송풍하도록 가이드 하는 역할을 한다. 상기 제2 구조물(230) 안으로 안내된 바람은 상기 제2 바람 가이드(250)에 의해서 상기 덕트 부재(240) 쪽으로 안내된 후, 바람 가이드 고정편들(241) 사이의 바람 안내 홀(242)을 통해서 송풍된다.
상기 바람 가이드 고정편(241)의 경사각이 30°로 경사지게 형성되어 있으므로, 바람이 30°로 송풍되는 데, 이때 바람이 다시 한번 집풍된다.
바람이 30°로 송풍될 때, 일차적으로 브래킷 부(271)의 수직 부(271a)에 부딪히고, 연이어 브래킷 부(271)의 경사 부(271b)에 부딪히게 되는 데, 이때 경사 부(271b)가 항상 45°로 경사지게 형성되어 회전체(270)를 고속으로 회전시킬 수 있는 것이다. 이와 같이 풍력 에너지 손실을 최대한 줄이면서 수평방향의 바람을 수직상승 기류로 변환시켜서 회전체(270)를 고속 회전시킬 수 있는 것이다.
한편, 태풍 부는 날에는 회전체가 과속으로 회전할 수 있고 이로 인하여 기기의 파손을 초래할 수 있는바, 이를 방지하기 위해 상기 도어(235)가 상기 제2 집풍 구조물(230) 내부에 위치하는 경우, 다시 말해서 도어(235)가 힌지(H)를 중심으로 회동하여 상기 제2 집풍 구조물(230) 안쪽으로 젖혀지는 경우, 상기 덕트 부재(240) 쪽으로 가는 바람이 차단되어(도 6에서 가상 선으로 표시됨) 발전을 적절한 시기에 중지하여 과열로 인한 기기 고장을 사전에 방지한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 동서남북의 수평으로 부는 바람을 집풍 구조물에 의해서 수직 상승방향으로 안내하고, 바람을 여러 차례에 걸쳐 집풍(集風)하여 바람의 세기(풍력)를 극대화하고, 바람 안내 각도(송풍 각도)를 특정 각, 예를 들어 바람 가이드 고정편은 30도로 하고 브래킷 부는 45도로 설계하여 전체적으로 간단한 구성으로 풍력 효율을 현저하게 높일 수 있다.
또한 본 발명은 종래와 같이 바람에 직접 접촉되는 날개가 없는 신개념의 구조로 초소형에서 초대형까지 용도가 다양하고 고효율, 고성능 풍력발전을 실행할 수 있다.
또한 본 발명은 도어의 위치를 조절하여 더 많은 바람을 집중시켜서 더 많은 발전을 실행할 수도 있고, 태풍 부는 날에는 회전체가 과속으로 회전할 수 있고 이로 인하여 기기의 파손을 초래할 수 있는바, 이를 방지하기 위해 도어가 자동으로 회동되어 바람을 차단함으로써 발전을 적절한 시기에 중지하여 과열로 인한 기기 고장을 사전에 방지하는 효과가 있다.
110: 집풍 구조물
111: 유입구
112,113: 가이드 격벽
120: 덕트 부재
121: 바람 가이드 고정편(wind guide fixing portion)
122: 바람 안내 홀
130: 바람 가이드
140: 회전 샤프트
141: 서포트
150: 회전체
151: 브래킷 부
151a: 수직 부
151b: 경사 부
160: 발전기
210: 제1 집풍 구조물
211: 유입구
212,213: 가이드 격벽
220: 제1 바람 가이드
230: 제2 집풍 구조물
231: 유입구
240: 덕트 부재
241: 바람 가이드 고정편
242: 바람 안내 홀
250: 제2 바람 가이드
B1,B2: 베어링
260: 회전 샤프트
270: 회전체
271: 브래킷 부
271a: 수직 부
271b: 경사 부
280: 발전기
111: 유입구
112,113: 가이드 격벽
120: 덕트 부재
121: 바람 가이드 고정편(wind guide fixing portion)
122: 바람 안내 홀
130: 바람 가이드
140: 회전 샤프트
141: 서포트
150: 회전체
151: 브래킷 부
151a: 수직 부
151b: 경사 부
160: 발전기
210: 제1 집풍 구조물
211: 유입구
212,213: 가이드 격벽
220: 제1 바람 가이드
230: 제2 집풍 구조물
231: 유입구
240: 덕트 부재
241: 바람 가이드 고정편
242: 바람 안내 홀
250: 제2 바람 가이드
B1,B2: 베어링
260: 회전 샤프트
270: 회전체
271: 브래킷 부
271a: 수직 부
271b: 경사 부
280: 발전기
Claims (5)
- 삭제
- 삭제
- 측면에 유입구(211)가 형성되고, 내부에 상기 유입구(211)를 통해서 수평방향으로 불어오는 바람을 센터 쪽으로 집풍하도록 복수 개의 가이드 격벽(212)(213)이 형성되는 제1 집풍 구조물(210);
상기 제1 집풍 구조물(210) 상부에 고정되어 상기 유입구(211)를 통해 유입된 바람을 상방으로 가이드 하는 제1 바람 가이드(220);
상기 제1 바람 가이드(220)의 상부에 고정 설치되며, 상기 제1 바람 가이드(220)에 의해 가이드 된 바람을 집풍하고, 측면에 유입구(231)가 형성되는 제2 집풍 구조물(230);
상기 제2 집풍 구조물(230)의 상부에는 상기 유입구(231)를 통해 유입된 바람을 상방으로 가이드 하기 위해 외곽을 따라 다수의 바람 가이드 고정편(241)이 균등 간격으로 형성되고 상기 바람 가이드 고정편들(241) 사이에 바람 안내 홀(242)이 형성되는 덕트 부재(240);
상기 덕트 부재(240)의 하부에 고정되어 상기 유입구(231)를 통해 유입된 바람을 상기 바람 안내 홀(242) 쪽으로 가이드 하는 제2 바람 가이드(250);
상기 덕트 부재(240)의 센터에 고정된 베어링(B1)(B2)에 회전 가능하게 설치되는 회전 샤프트(260);
상기 회전 샤프트(260)의 중간에 고정되어 상기 회전 샤프트(260)와 함께 회전 가능하게 설치되며, 상기 바람 안내 홀(242)을 통해 송풍되는 바람에 의해 회전하도록 외곽을 따라 다수의 브래킷 부(271)가 균등 간격으로 형성되는 회전체(270);
상기 회전 샤프트(260)의 하부 끝단에 연결되어 전기를 발생하는 발전기(280);를 포함하되,
상기 브래킷 부(271)는 수직 부(271a)와 상기 수직 부(271a)의 상부에서 30-45°로 경사지는 경사 부(271b)로 형성되고, 상기 바람 가이드 고정편(241)은 20-30°로 경사지게 형성되어, 수평방향에서 부는 바람을 집풍하여 상방으로 가이드 하는 구조이며,
상기 제2 집풍 구조물(230)의 측면에는 힌지(H)를 중심으로 회동하면서 상기 유입구(231)의 개폐를 조절하는 도어(235)가 설치되며,
상기 도어(235)가 상기 힌지(H)를 중심으로 회동하여 상기 제2 집풍 구조물(230) 내부로 젖혀지는 경우에는, 상기 덕트 부재(240) 쪽으로 가는 바람이 차단되고,
상기 도어(235)가 상기 유입구(231)를 차단하는 경우(상기 도어가 수직으로 위치함)에는, 상기 제1 집풍 구조물(210)에서 가이드 되는 바람이 상기 제2 집풍 구조물(230)로 안내되고,
상기 도어(235)가 상기 힌지(H)를 중심으로 회동하여 상기 제2 집풍 구조물(230) 외부로 젖혀지는 경우에는, 상기 제1 집풍 구조물(210)에서 가이드 되는 바람이 상기 제2 집풍 구조물(230)로 안내됨과 동시에, 상기 유입구(231)를 통해서 상기 제2 집풍 구조물(230) 외부 바람이 상기 제2 집풍 구조물(230) 안으로 유입되는 것을 특징으로 하는 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈. - 제3항에 있어서,
상기 제1 집풍 구조물(210)은 사각 박스 형태이고, 상기 가이드 격벽(212)(213)은 상기 제1 집풍 구조물(210)의 종횡 방향 및 대각선 방향으로 형성되어 상기 유입구(211)를 8개로 형성하며, 상기 바람 가이드 고정편(241)은 8개로 형성되고, 상기 브래킷 부(271)는 16개로 형성되는 것을 특징으로 하는 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈. - 삭제
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