KR101298910B1 - 굴뚝형 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 지표면과 지표면으로부터 일정 간격으로 떨어진 지상부 간의 대류현상을 이용하여 발전을 수행할 수 있고, 또한 대류현상으로 발생하는 바람의 세기가 충분하지 못하는 경우 바람의 세기를 보강할 수 있는 수단을 구비한 굴뚝형 풍력발전기를 제공하는 것이다.

Description

굴뚝형 풍력발전기{Chimney type wind generator}

본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로서, 특히 굴뚝형상으로 구성되고 그 내측에는 다수의 팬형 발전기가 배열되어 지표면과 지상 간의 온도 차이에 의한 대류현상을 이용하여 발전을 하는 풍력발전기에 관한 것이다.

화석연료를 대표하는 석유, 석탄 등의 지하자원들을 지속적으로 사용함에 따라 향후 몇 십년 이내에 완전히 고갈될 것이다. 이러한, 화석연료의 대안으로, 수력발전, 지열발전, 조력발전. 원자력발전 등으로 생산한 전기가 고려되고 있다. 그러나, 수력발전의 경우에 자연의 훼손이라는 문제점과 적절한 장소의 선택이 어렵다는 문제점이 있고, 지열발전의 경우에는 화산대 지역에서 가능하다는 단점과 아직까지 확실하게 검증되지 않은 문제점이 있다. 조력발전은 조수간만의 차이가 큰 곳에 댐을 방조제를 설치한 다음 밀물시에 들어온 바닷물을 방조제가 가두어 둔 다음 썰물시에 바닷물이 다 빠져나간 다음 방조제의 물을 방출하여 발전을 하는 것으로서, 이 또한 많은 비용이 소모되며, 조수간만의 차이가 큰 곳에서만 설치할 수 있으며, 특히 바닷가의 자연환경을 훼손할 수 있다는 단점이 있다. 한편, 원자력발전의 경우에는, 다른 기술들과는 달리 기술적으로 검증된 발전이나 가장 치명적인 방사능 물질을 사용한다는 단점과 사용후 방사능 물질의 처리문제 등이 있어서, 선진국에서는 점차로 원자력을 이용한 발전을 줄여나가는 추세이다.

상기와 같은 자연훼손이라는 단점을 해결하기 위해, 풍력발전, 태양열발전 등이 연구개발되고 있고 또한 가동중에 있다. 그러나, 태양열 발전의 경우에는, 태양열발전에 사용되는 실리콘의, 태양에너지를 전기로 변환하는 효율이 아직 낮고 또한 설치비용이 많이 든다는 단점이 있고, 무엇보다도 항상 태양광을 필요로 하여 날씨가 흐린 날의 경우에는 태양열발전을 수행할 수 없다는 단점이 있다. 한편, 풍력발전은 바람이 많이 부는 산정상이나 또는 해안가에 적합한 발전방식이다. 현재, 산정상에 설치되는 풍력발전기나 또는 해안가에 설치되는 풍력발전기 대부분은 상당한 규모의 크기는 갖는 것으로서, 설치에 비용이 많이 들고 또한 설치의 어려움이 있으며, 이외에도 유지관리에 많이 어려움이 있다는 단점이 있다. 그러나, 이와 같은 대체 에너지의 활용에 있어서, 지금 현재는 자연환경의 훼손이 가장 작은 풍력발전이 많이 고려되고 있는 중이다.

한편, 지표면과 지표면에서 일정 간격 떨어진 지상 사이에서는 항상 대류 현상이 일어나고 있다. 즉, 지표면에서 지상으로 올라가는 바람이 발생한다. 이는 지표면과 지상 간의 온도 차이에 인한 것으로서, 이러한 현상을 이용하는 것은 소위 굴뚝이다. 이와 같은 굴뚝을 이용하여 건물에서는 건물 내부의 공기를 환기시키는 경우가 많이 있다. 그리고, 이러한 굴뚝을 이용한 환기를 하는 경우에 있어서, 환기가 충분하지 않은 경우에는 굴뚝 아래에 팬을 설치하여 대류 현상을 이용한 환기와 더불어 강제 환기를 실시하고 있다.

이와 같이, 대류 현상을 이용하고 또한 팬을 이용한 강제 환기의 경우에, 굴뚝을 통해 상부로 흘러가는 바람을 지금은 전혀 활용하지 못하는 상태이다.

따라서, 대류 현상과 강제 환기에서 발생하는 바람을 이용할 수 있는 발전기를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 목적은, 지표면과 지표면으로부터 일정 간격으로 떨어진 지상부 간의 대류현상을 이용하여 발전을 수행할 수 있고, 또한 대류현상으로 발생하는 바람의 세기가 충분하지 못하는 경우 바람의 세기를 보강할 수 있는 수단을 구비한 굴뚝형 풍력발전기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 굴뚝형 풍력발전기는, 풍력발전을 위한 바람을 수용하기 위한 풍력수용 공간과, 상기 풍력수용 공간 위에 설치되는 원통형 발전부로 이루어지고, 상기 원통형 발전부는 다수의 원통형의 팬형 풍력발전장치를 연결하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 굴뚝형 풍력발전기에 있어서, 상기 원통형 발전부를 구성하는 팬형 풍력발전장치들은 원통형 발전부를 통과하는 바람이 나선형이 되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 굴뚝형 풍력발전기에 있어서, 상기 팬형 풍력발전장치는 원통형 몸체와, 몸체 내측에 설치되는 팬형 발전기와, 상기 개방구의 플랜지의 테두리에서 연장되어 상기 팬형 발전기의 팬 주위에서만 개방되는 밀폐부와, 상기 원통형 몸체 내측에 설치되어 상기 팬형 발전기를 지지하는 지지봉으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 굴뚝형 풍력발전기에 있어서, 상기 팬형 발전기의 팬의 중심축은 상기 밀폐부에서 편심되게 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 굴뚝형 풍력발전기에 있어서, 상기 원통형 발전부에 송풍을 위한 송풍수단이 풍력수용공간에 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 굴뚝형 풍력발전기는 대류현상에 의해 바람이 발생하는 곳 어느 곳에서도 사용 가능하다는 효과가 있고 또한, 대류현상에 의한 바람의 발생량이 적더라도 발전을 수행할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 굴뚝형 풍력발전의 원통형 발전부를 바람이 나선형으로 통과하기 때문에, 원통형 발전부를 구성하는 팬형 발전기의 팬의 회전을 가속시켜 발전효율을 높이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 굴뚝형 풍력발전기의 외관과 내부 구성을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 굴뚝형 풍력발전기에 사용되는 팬형 풍력발전장치를 뒤에서 본 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 굴뚝형 풍력발전기에 설치되는 팬형 풍력발전장치의 팬의 배치구성을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 굴뚝형 풍력발전기를 밑에서 본 도면.

이하 첨부도면을 참조하면 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 굴뚝형 풍력발전기의 구성을 보여주는 투시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 굴뚝형 풍력발전기의 팬형 풍력발전장치를 뒤에서 본 사시도이고, 도 3은 굴뚝형 풍력발전기에 설치되는 팬형 풍력발전장치의 전면 구성을 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 굴뚝형 풍력발전기를 밑에서 본 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 보면, 본 발명에 따른 굴뚝형 발전기(100)는 지표면으로부터 발생하는 바람을 송풍하기 위해 바람을 수용하는 풍력수용공간부(10)와, 상기 풍력수용공간부(10) 상측에 직립하여 설치되는 원통형 발전부(20)로 이루어진다. 그리고, 상기 원통형 발전부(20)는 다수의 팬형 풍력발전장치(20')로 이루어진다.

도 1 내지 3을 참조하면, 상기 팬형 풍력발전장치(20')는 양측에 플랜지부(21'1)들이 형성되는 원통형 몸체(21')와, 상기 원통형 몸체 내측에 설치되고 팬(22'1)과 발전기(22'2)로 구성되는 팬형 발전기(22')와, 상기 플랜지부들 중 하나의 테두리에서부터 내측으로 연장하여 상기 팬(22'1) 주위에서만 개방되는 밀폐부(23')와 상기 몸체 내측에 설치되어 상기 팬형 발전기를 지지하는 다수의 지지봉(24')으로 구성된다.

이와 같이 구성된 팬형 풍력발전장치(20') 다수를, 차례로 서로 플랜지부(21'1)들을 접촉한 상태에서 플랜지부에 형성되는 관통공(P)을 정합시킨 다음 관통공에 볼트수단(V)으로 고정함으로써 원통형 발전부(20)를 구성하게 된다.

그리고, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 굴뚝형 풍력발전기의 원통형 발전부(20)를 통과하는 바람이 나선형을 이루도록 하기 위하여, 팬형 발전기(22')의 팬(22'1)은 상기 원통형 몸체(21') 내측에 편심되게 설치된다. 즉, 팬의 회전축(A)이 밀폐부(23')에 편심되게 설치되어, 밀폐부의 개방된 부분이 편심되게 형성되도록 설치된다.

그리고, 팬형 발전기(22')를 사용하여 상기 원통형 발전부(20)를 구성할 때, 팬이 편심되게 설치된 팬형 발전기(22')를 도 3에 도시한 바와 같이, 팬의 회전축(A)이 전체적으로 보았을 때 시계방향 또는 반시계방향으로 원을 구성하도록 설치한다.

따라서, 풍력수용공간(10)에 수집된 바람이 아래쪽에서 원통형 발전부(20)를 통과형, 아래쪽에서부터 차례로 팬형 발전장치(20')들의 팬(22'1)을 회전시키고, 이에 따라서 팬에 연결된 발전기(22'2)가 작동하여 전기를 생성하게 된다. 이때, 팬형 발전장치(20')들이, 원통형 발전부 내측을 통과하는 바람이 나선을 형성하면서 통과하도록 배치되기 때문에(도 3의 화살표방향 참조), 원통형 발전부 내측을 통과하는 바람은, 일종의 회오리 바람 효과를 일으켜 팬의 회전속도를 가속시켜, 바람이 직선으로 인도될 때보다 높은 효율로 발전이 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 굴뚝형 풍력발전기는 지표면과 지상 간의 온도차이에 의한 대류현상에 의해 발생하는 바람을 이용하여 발전을 행하지만, 대류현상에 의해 발생하는 바람이 충분하지 못해 팬형 발전장치를 가동시키지 못할 수도 있다.

따라서, 본 발명에서는, 풍력수용공간에 팬(31)과 모터(32)로 이루어지는 송풍수단(30)을 설치하고, 송풍수단의 팬 주변은, 도 4에 도시한 바와 같이 밀폐부(10'1)를 형성한다. 그러므로, 풍력수용공간의 바람은 송풍수단만을 통해서 지나가게 되고, 이때 통과면적이 작아지면서 풍속이 강하게 되는 효과가 있게 된다.

이상에서 설명한 것과 같이 구성된 굴뚝형 풍력발전장치에서, 큰 대류현상이 발생하는 경우에, 풍력수용공간의 바람은 송풍수단의 팬을 지나가면서 일차적으로 가속되고, 가속된 바람은 차례로 팬형 발전장치(20')의 팬(20'1)을 통과하면서 발전기(20'2)를 가동시켜 발전을 하게 된다. 이때, 원통형 발전부를 통과하는 바람이 나선형을 이루기 때문에 바람이 가속되고, 이에 따라 팬(20'1)의 회전이 가속되어 발전 효율이 높아지게 된다.

한편, 팬(20'1)을 회전시키기에 충분하지 못한 바람, 즉 대류현상이 있는 경우에, 송풍수단(30)의 모터(32)로 팬(31)을 회전시켜, 대류현상에 의한 바람과 함께 강제적으로 원형형 발전부로 바람을 송풍하여 팬형 발전장치의 팬(20'1)을 회전시켜 발전을 하게 된다. 이때에도 마찬가지로, 원통형 발전부를 통과하는 바람은 나선형이기 때문에 발전효과가 커지게 된다. 그리고, 송풍수단에 의한 바람과 함께 대류현상에 의한 바람을 함께 이용하기 때문에, 송풍수단의 가동에 필요한 에너지 이외에도 추가적인 에너지를 생성할 수 있게 되어, 송풍수단의 가동에 따른 에너지는 상쇄하고도 남을 에너지, 즉 전기를 생성할 수 있게 된다.

한편, 원통형 발전부를 구성하는 팬형 발전장치의 숫자는 필요에 따라 선택할 수 있다. 예컨대, 대류현상에 의한 바람의 크기가 작고 또한 설치 장소가 협소한 경우에는 소수의 팬형 발전장치를 이용하여 원통형 발전부를 구성하고, 대류현상에 의한 바람의 크기가 크고 또한 설치 장소에 제약이 없는 경우에는, 발전효율을 극대화하기 위해 다수의 팬형 발전장치를 이용하여 원통형 발전부를 구성할 수 있다.

10:풍력수용공간부 10'1:밀폐부
20:원통형 발전부 20':팬형 풍력발전장치
21':원통형 몸체 21'1:플랜지부
22':팬형 발전기 22'1:팬
22'2:발전기 23':밀폐부
24':지지봉 30:송풍수단

Claims (5)

1. 풍력발전을 위한 바람을 수용하기 위한 풍력수용 공간(10)과, 상기 풍력수용 공간 위에 설치되는 굴뚝 형상의 원통형 발전부(20)로 이루어지고, 상기 원통형 발전부는 다수의 원통형의 팬형 풍력발전장치(20')를 연결하여 이루어지되,
   
   상기 팬형 풍력발전장치(20')는, 양측에 플랜지부(21'1)들이 형성되는 원통형 몸체(21')와, 상기 원통형 몸체 내측에 설치되고 팬(22'1)과 발전기(22'2)로 구성되는 팬형 발전기(22')와, 상기 플랜지부들 중 하나의 테두리에서부터 내측으로 연장하여 상기 팬(22'1) 주위에서만 개방되는 밀폐부(23')와 상기 몸체 내측에 설치되어 상기 팬형 발전기를 지지하는 다수의 지지봉(24')으로 구성되고,
   상기 팬형 풍력발전장치(20') 다수를, 차례로 서로 플랜지부(21'1)들을 접촉한 상태에서 플랜지부에 형성되는 관통공(P)을 정합시킨 다음 관통공에 볼트수단(V)으로 고정함으로써 원통형 발전부(20)를 형성하게 되어 있고,
   
   상기 팬형 발전기(22')의 팬(22'1)의 회전축(A)이 상기 원통형 몸체(21') 내측에 편심되게 위치하도록 팬형 발전기를 원통형 몸체 내측에 설치하고,
   상기 팬형 발전기(22') 다수를 사용하여 상기 원통형 발전부(20)를 구성할 때, 다수의 팬의 회전축(A)이 시계방향 또는 반시계방향으로 원을 구성하도록 팬형 발전기들을 설치하는 것을 특징으로 하는 굴뚝형 풍력발전기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 원통형 발전부를 바람이 나선형이 되도록 상기 팬형 발전장치를 배열하여 원통형 발전부를 구성하는 것을 특징으로 하는 굴뚝형 풍력발전기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 풍력수용공간에 팬(31)과 모터(32)로 이루어지는 송풍수단(30)을 더 설치하는 것을 특징으로 하는 굴뚝형 풍력발전기.
4. 삭제
5. 삭제

Images