KR101317277B1

KR101317277B1 - 풍력 발전 장치

Info

Publication number: KR101317277B1
Application number: KR1020130013685A
Authority: KR
Inventors: 황유섭
Original assignee: 황유섭
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2013-10-14

Abstract

풍력 발전 장치는 외부로부터 불어오는 바람이 유입되고 내부 공간에 저장된 공기가 외부로 유출되는 집풍부; 집풍부의 상부면의 테두리를 따라 수직 방향으로 연장되어 일정 높이로 세워지고 전후 좌우가 폐쇄된 측면들로 이루어진 하부벽체와, 하부벽체로부터 수직 방향으로 연장되어 일정 높이로 세워지는 상부벽체를 포함한 외부기둥; 하부벽체의 일단에 신축성이 있는 천막부재를 부착하여 외부기둥의 내부의 수평면을 천막부재로 폐쇄시켜 일정한 내부 공간을 형성하고 집풍부의 상부에 위치하여 집풍부의 상부면이 바닥면을 형성하며 집풍부로부터 유입된 공기를 저장하는 공기저장탱크를 포함하며, 상부벽체의 끝단에 형성되는 천장부재의 중앙부에 크레인을 설치하고 크레인의 와이어 로프에 물을 저장하는 물탱크를 연결하며 물탱크의 하부면 일측에 천막부재를 부착하여 크레인의 가동시 천막부재와 물탱크가 상하로 이동하여 공기저장탱크의 내부 공간이 늘어나거나 줄어들면서 공기저장탱크에 저장된 공기를 집풍부의 내부로 공급하여 집풍부의 내부에 위치한 풍차를 회전하여 발전을 수행한다.

Description

풍력 발전 장치{Wind Power Generator}

본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것으로서, 특히 유입되는 공기를 저장하여 저장된 공기의 압력으로 풍차를 회전시켜 발전을 수행하는 풍력 발전 장치에 관한 것이다.

풍력 발전은 바람 에너지를 이용하여 회전 날개를 회전시키고 회전력을 발전기에 제공하여 전기를 생산한다.

풍력 발전이 효과적으로 이루어지기 위해서는 일정 속도 이상의 바람이 지속적으로 공급되는 것이 요구된다.

이러한 풍력 발전 장치는 바람이 가지고 있는 풍력의 에너지를 흡수, 변환하는 운동량 변환장치, 동력 전달 및 제어장치 등으로 구성되어 있고 각 구성요소들을 독립적으로 그 기능을 발휘하지 못하며 서로 상호 연관되어 전체적인 시스템으로 기능을 수행하게 된다.

종래의 풍력 발전 장치는 타워를 지중에 매설하여 고정하고 타워의 최상층 부분에 회전 날개와 회전축을 포함하는 회전자, 발전 장치 등을 포함한 풍력 발전 몸체가 구비된다.

풍력이 발생하면 풍력 발전 몸체의 회전자가 회전을 하게 되고 이를 발전 장치가 전기로 변환하여 제공한다.

이러한 종래의 풍력 발전 장치는 불어오는 바람에 의존하여 풍력 발전을 수행하고 회전 날개에 접하는 바람의 풍력이 작용하기 때문에 풍력을 이용하는 효율이 매우 저조하고 풍력에 의한 발전 효율을 향상시키는데 한계가 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 바람을 유입하여 공기저장탱크에 저장하고 저장된 공기를 일정한 압력으로 바람 유출구를 통해 토출하여 풍차를 회전시키는 동력으로 제공하는 풍력 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 특징에 따른 풍력 발전 장치는,
외부로부터 불어오는 바람이 유입되는 통로를 형성하고 공기가 외부로 유출되는 통로를 형성하는 집풍부;
집풍부의 상부면의 테두리를 따라 수직 방향으로 연장되어 일정 높이로 세워지고 전후 좌우가 폐쇄된 측면들로 이루어진 하부벽체와, 하부벽체의 상부 끝단으로부터 수직 방향으로 연장되어 일정 높이로 세워지는 상부벽체를 포함한 외부기둥;
하부벽체의 내측 테두리를 따라 신축성이 있는 천막부재를 부착하여 하부벽체의 개방된 상부면을 천막부재로 폐쇄시켜 일정한 내부 공간을 형성하고 집풍부의 상부면이 바닥면을 형성하며 집풍부와 연통하여 집풍부로부터 유입된 공기를 저장하는 공기저장탱크를 포함하며,
상부벽체의 상부 끝단에 형성되는 천장부재의 중앙부에 크레인을 설치하고 크레인의 와이어 로프에 물을 저장하는 물탱크를 연결하며 물탱크의 하부면 일측에 천막부재를 부착하여 상기 크레인의 가동시 천막부재와 물탱크가 상부로 이동하면서 집풍부로 유입되는 공기를 공기저장탱크로 저장하고 천막부재와 물탱크가 하부로 이동하면서 천막부재와 물탱크의 압력으로 공기저장탱크에 저장된 공기를 집풍부로 공급하여 발전을 수행한다.

삭제

전술한 구성에 의하여, 본 발명은 유입되는 공기를 저장하여 저장된 공기를 일정한 압력으로 풍차를 회전하므로 풍력에 의한 전력 생산이 가능한 효과가 있다.

본 발명은 친환경적인 방법으로 전력을 생산하여 공해를 예방하여 저렴한 단가의 전력을 생산하는 효과가 있다.

본 발명은 바람이 불어오는 강약과 상관없이 물탱크와 천막부재의 하중과 압력을 통해 전력 생산이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 집풍부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 풍차의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 가동 과정을 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 발전기의 전력 생산 용량을 최저 1,000kw에서 최고 10,000kw로 하고 필요한 풍력을 최저 1500kg에서 최고 15,000kg으로 하는 교류 발전기를 설치한다는 가정으로 설명한다.

일반적으로 10,000kw 발전 용량의 발전기를 가동하는 경우 15,000kg 이상의 풍력이 필요하다.

15,000kg 이상의 풍력이 형성되려고 하면 15,000 제곱미터의 면적에서 초속 1m의 바람이 불어야 15,000kg의 풍력이 형성되지만 1,500 제곰미터의 면적에서 초속 10m의 바람이 불어야 15,000kg의 풍력이 형성되고, 150 제곱미터의 면적에서 초속 100m의 바람이 불어야 15,000kg의 풍력이 형성된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 집풍부의 구성을 나타낸 도면이다.

도 2는 집풍부의 형태를 사시도로 나타낸 것이고, 도 3은 집풍부의 바람 유입구를 통해 바람이 유입되는 모습을 나타낸 것이고, 도 4는 집풍부를 위에서 본 모습을 나타낸 것이고, 도 5는 집풍부의 내부 공간부에서 바람이 제1 통로 및 제2 통로로 배출되는 모습을 나타낸 것이며, 도 6은 집풍부의 일측 측벽을 나타낸 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전 장치는 공기가 유입과 유출되는 집풍부(100), 공기가 저장되는 공기저장탱크(200), 하부벽체(220) 및 상부벽체(230)를 포함한다.

집풍부(100)는 풍력 발전 장치의 하단부에 형성되고, 소정의 높이(5m의 높이로 설정함)의 측벽(110a, 110b, 110c, 110d)을 전후 좌우로 각각 형성한 외부몸체로 이루어지며, 집풍부(100)의 내부에 풍차(300), 증속기, 전기장치, 제어장치(600)가 위치하도록 내부 공간부(120)를 형성한다.

기계장치는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 바람으로부터 회전력을 생산하는 회전날개(302), 회전축을 포함한 회전자(304) 등을 포함한 풍차(300)와, 풍차(300)로부터 생성된 회전력을 적정 속도로 변환하는 증속기, 가동 및 제동, 운용 효율성 향상을 위한 브레이크 등의 제어부를 포함한다.

전기장치(500)는 발전기 및 기타 안정된 전력을 공급하도록 하는 전력 안정화 장치로 구성된다.

제어장치(600)는 기계장치와 전기장치(500)와 연결되어 풍력 발전 장치의 각 구성장치의 제어와 센싱된 신호를 감지하고 제어 신호를 전송한다.

제어장치(600)는 발전기로부터 공급되는 교류 전압을 정해진 직류 전압으로 다시 변환하는 컨버터를 포함한다.

풍력이 발생하면 풍차(300)의 회전자가 회전을 하게 되고 이를 발전기가 전기로 변환하여 제어장치(600)로 전송한다.

제어장치(600)는 교류 전압을 원하는 레벨의 직류 전압으로 변환하여 공급한다.

각각의 측벽(110a, 110b, 110c, 110d)은 개방된 전면(112a, 112b, 112c, 112d)과 상부 가이드벽(113a, 113b, 113c, 113d), 하부 가이드벽(114a, 114b, 114c, 114d), 좌측 가이드벽(115a, 115b, 115c, 115d) 및 우측 가이드벽(116a, 116b, 116c, 116d)으로 이루어져 있다.

여기서, 개방된 전면(112a, 112b, 112c, 112d)은 풍로 입구로서 3,040 제곱미터의 넓이로 형성한다.

상부 가이드벽(113a, 113b, 113c, 113d), 하부 가이드벽(114a, 114b, 114c, 114d), 좌측 가이드벽(115a, 115b, 115c, 115d) 및 우측 가이드벽(116a, 116b, 116c, 116d)은 바람이 유입되고 바람의 이동을 안내하기 위해서 45도 각도로 기울어져 내측으로 갈수록 점점 좁아지다가 끝단에서 만나서 폐쇄되는 테이퍼진 통로로 이루어져 있다.

상부 가이드벽(113a, 113b, 113c, 113d)은 일측에 공기저장탱크(200)로 바람을 유입시키는 통로로 일정한 넓이의 바람 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)를 형성한다. 여기서, 바람 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)는 40 제곱미터의 넓이로 형성한다.

집풍부(100)는 대각선 방향으로 풍차(300)가 회전시킨 공기를 유출하는 통로 역할을 하도록 내부 공간부(120)와 외부로 연결하는 제1 통로(122)와 제2 통로(124)를 형성한다. 제1 통로(122)와 제2 통로(124)는 일정 넓이의 공간(10m 공간)을 직선 방향으로 비워둔다.

제1 통로(122)와 제2 통로(124)는 바람이 유출되고 정비, 장치 구동 등으로 사람이 다닐 수 있는 통로이다.

4곳의 상부 가이드벽(113a, 113b, 113c, 113d)은 전후 좌우의 측벽(110a, 110b, 110c, 110d)에서 상부에 각각 형성되고 상부면이 공기저장탱크(200)의 바닥면을 이룬다.

상부 가이드벽(113a, 113b, 113c, 113d)의 상부면은 45도 각도로 기울어져 외부 테두리가 높고 내측으로 갈수록 낮아지는 구조이다.

공기저장탱크(200)의 바닥면은 하부에 내부 공간부(120)가 위치하는 평면 형태의 플레이트(210)와, 플레이트(210)의 외부 테두리와 맞닿아 연결되는 4곳의 상부 가이드벽의 상부면(113a, 113b, 113c, 113d) 및 제1 통로(122)의 상부면(122a), 제2 통로(124)의 상부면(124a)을 포함한다.

플레이트(210)는 일측에 공기저장탱크(200)에 저장된 공기가 풍차(300)의 회전날개(302)로 배출되도록 개폐되는 바람 유출구(212)와 바람 유출구(212)와 일정 거리 이격된 위치에 형성되어 풍차(300)에 유입되는 공기의 양을 조절하기 위해 공기를 유출하도록 개폐하는 비상용 바람 유출구(214)를 형성한다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 풍차(300)는 바람 유출구(212)로부터 배출된 공기가 회전날개(302)로 직접 접촉하도록 형성되고, 회전날개(302)를 회전할 수 있는 회전축과 고정판을 포함한 회전자(304)로 구성된다.

하부벽체(220)는 집풍부(100)에 형성된 각각의 측벽(110a, 110b, 110c, 110d)의 상단 테두리로부터 수직 방향으로 연장되어 일정 높이(예를 들면 30m 설정함)로 세워지는 제1 수직부재(222a, 222b, 222c, 222d)를 형성하고 제1 수직부재(222a, 222b, 222c, 222d)의 상부 끝단에서 제1 수직부재(222a, 222b, 222c, 222d) 간을 연결하는 제1 수평부재(223a, 223b, 223c, 223d)를 형성한다.

제1 수직부재(222a, 222b, 222c, 222d)와 제1 수직부재(222a, 222b, 222c, 222d) 사이에 형성된 전후 좌우의 측면은 폐쇄된 면으로 이루어져 있다.

공기저장탱크(200)는 집풍부(100)의 상부에 위치하여 공기가 저장되는 곳으로서, 집풍부(100)의 상부면이 바닥면을 형성하고, 제1 수직부재(222a, 222b, 222c, 222d) 간의 폐쇄된 측면(전후 좌우의 4곳)과, 상부가 천막부재(410)로 폐쇄되어 내부의 일정 공간을 형성함으로써 공기가 저장된다.

공기저장탱크(200)는 1초마다 15,000kg 이상의 풍력을 제공하고자 하는 경우 길이 100m, 높이 30m, 넓이 3,040 제곱미터가 필요하다.

공기저장탱크(200)는 바람 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)로부터 유입 풍속이 초속 38m이고, 유입되는 풍력이 15,200kg이고, 바람 유출구(212)로 배출되는 풍력이 15,000kg로 구성하며 공기저장탱크(200)의 내부의 공기 압축량이 15,000kg로, 발전량이 10,000kg로 구성할 수 있다.

천막부재(410)는 공기저장탱크(200)를 이루는 측면의 내측 상단부에 형성되고 수축과 팽창할 수 있는 소재로 철심이 주입된 천막을 나타낸다.

상부벽체(230)는 하부벽체(220) 또는 제1 수직부재(222a, 222b, 222c, 222d)로부터 수직 방향으로 연장되어 일정 높이(예를 들면, 30m 설정함)로 세워지는 제2 수직부재(232a, 232b, 232c, 232d)를 형성하고 제2 수직부재(232a, 232b, 232c, 232d)의 상부 끝단에서 제2 수직부재(232a, 232b, 232c, 232d) 간을 연결하는 제2 수평부재(233a, 233b, 233c, 233d)를 형성한다.

제2 수직부재(232a, 232b, 232c, 232d)와 제2 수직부재(232a, 232b, 232c, 232d) 사이에 형성된 전후 좌우의 측면은 개방된 공간으로 뚫려 있다.

전후 좌우의 각각의 제2 수평부재(233a, 233b, 233c, 233d)로 이루어진 면을 폐쇄하여 풍력 발전 장치의 천장부재(234)를 형성한다.

천장부재(234)는 하부면 일측에 물탱크(400)를 상하 방향으로 이동시키는 크레인(240)을 설치한다.

물탱크(400)는 물을 저장하기 위한 탱크로서 물탱크(400)의 내부로 물을 공급하는 공급관, 물을 외부로 배출하기 위한 배출관을 구비하고 공급관, 배출관을 열고 닫는 개폐장치와, 물탱크(400)의 내부에 있는 물을 저장하고 유출하기 위한 양수기와 이와 관련된 양수기용 압력 보상 탱크가 형성된다. 여기서, 물탱크(400)는 양수기에 의해 물을 공급하고 배출하는 작업이 공지된 기술로 상세한 설명을 생략한다.

물탱크(400)의 무게는 15,000kg이 되도록 물이 저장된 물탱크(400)와 천막부재(410)의 무게를 고려하여 설정한다.

물이 저장된 물탱크(400)와 천막부재(410)의 무게는 발전기의 발전 용량에 따라 조절하여 구성한다.

예를 들면, 발전량이 10,000kg이면 물이 저장된 물탱크(400)와 천막부재(410)의 무게는 15,000kg이 되도록 설정한다.

물탱크(400)는 크레인(240)의 와이어 로프(243)에 매달려 있고, 크레인(240)의 제어에 따라 상부벽체에 의해 형성된 공간을 상하로 이동하며, 상부 일측에 벨과 램프가 동시에 작동하는 상부 근접스위치(242)와, 하부 일측에 하부 근접스위치(402)가 설치된다.

여기서, 크레인(240)은 와이어 로프(243)를 감고 풀면서 물탱크(400)를 상하 방향으로 이동하게 되는데 이러한 크레인(240)의 구성 및 동작 방법은 공지된 기술로서 상세한 설명을 생략한다.

상부 근접스위치(242)는 물탱크(400)의 상부면이 천장부재(234)에 5m 거리 이내로 접근하면, 근접을 알리는 벨과 램프가 동작하고, 하부 근접스위치(402)는 물탱크(400)의 하부면이 공기저장탱크(200)의 바닥면에 5m 거리 이내로 접근하면, 근접을 알리는 벨과 램프가 동작한다.

물탱크(400)의 하부 일측에는 천막부재(410)가 부착되며 물탱크(400)의 이동에 따라 천막부재(410)가 함께 이동하게 된다.

물탱크(400)가 상부 방향으로 천장부재(234)에 가깝게 이동하면, 천막부재(410)도 끌어 올려져 공기저장탱크(200)의 면적이 최대로 증가하게 되고, 물탱크(400)가 하부 방향으로 공기저장탱크(200)의 바닥면에 가깝게 이동하면, 천막부재(410)도 끌어 내려지게 되어 공기저장탱크(200)의 면적이 최소로 감소하게 된다.

제어장치(600)는 바람 유입구(117a, 117b, 117c, 117d), 바람 유출구(212), 비상용 바람 유출구(214)의 도어를 가로 방향으로 슬라이딩 방식에 의해 열고 닫게 되며 이러한 도어의 개폐 방식의 경우 공지된 기술로 상세한 설명을 생략한다.

도 9 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 가동 과정을 나타낸 도면이다.

도 9는 풍력 발전 장치의 설비가 완성된 상태이고, 도 10은 바람 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)를 통해 공기저장탱크(200)로 바람이 유입되는 모습을 나타낸 것이고, 도 11은 크레인(240)에 의해 공기저장탱크(200)가 천장부재(234)로 이동하는 모습을 나타낸 것이며, 도 12는 크레인(240)에 의해 공기저장탱크(200)가 바닥면으로 이동하는 모습을 나타낸 것이다.

풍력 발전 장치는 도 9에서 도 12의 순서로 상하 이동하는 과정을 반복하여 풍차(300)와 이에 연결된 증속기 및 발전기를 회전시켜 발전을 수행한다.

집풍부(100)는 개방된 전면을 가진 각각의 측벽 일측에 바람을 측정할 수 있는 풍력 센서(미도시)가 설치된다.

집풍부(100)는 4곳의 측벽에 형성된 가이드벽에 의해 바람이 빠른 속도로 모아지게 된다.

제어장치(600)는 풍력 센서에 의해 공기저장탱크(200)의 바닥면에 형성된 4개의 바람 유입구(117a, 117b, 117c, 117d) 중 바람이 불어오는 방향의 바람 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)를 감지하고 해당 바람 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)를 올려서 열어주도록 제어한다.

제어장치(600)는 가동 중에 불어오는 바람의 방향이 변경되면, 바람이 불어오는 방향의 바람 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)만 열고 나머지 바람 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)를 닫도록 제어한다.

공기저장탱크(200)에 바람이 유입되면 제어장치(600)는 공기저장탱크(200)의 면적이 늘어나도록 크레인(240)을 동작시켜 와이어 로프(243)가 감기면서 공기저장탱크(200)와 이에 부착된 천막부재(410)를 상부 방향으로 이동시킨다.

제어장치(600)는 공기저장탱크(200)의 바닥면(즉, 플레이트(210))에 형성된 바람 유출구(212)와 비상용 바람 유출구(214)를 폐쇄하여 바람이 유출되지 않도록 제어한다.

물탱크(400)가 상부 방향으로 천장부재(234)에 가깝게 이동하면, 천막부재(410)도 끌어 올려져 공기저장탱크(200)의 면적이 최대로 증가하게 된다.

제어장치(600)는 물탱크(400)가 천장부재(234)로 이동시 천장부재(234)에 설치된 상부 근접스위치(242)로부터 물탱크(400)가 천장부재(234)와 5m 이내로 접근하였음을 나타내는 제어 신호를 수신하는 경우, 크레인(240)의 동작을 정지시킨다.

이때, 공기저장탱크(200)에 부착된 천막부재(410)가 끌어 올려져 공기저장탱크(200)의 면적이 최대로 증가되고, 공기저장탱크(200)에 공기가 가득차게 된다.

제어장치(600)는 천장부재(234)와 5m 이내로 접근하였음을 나타내는 제어 신호를 수신하는 경우, 크레인(240)을 동작시켜 와이어 로프(243)가 풀리면서 공기저장탱크(200)를 하부 방향으로 이동시키면 공기저장탱크(200)에 부착된 천막부재(410)가 끌어 내려져 공기저장탱크(200)의 면적이 줄어든다.

이때, 물이 적재된 물탱크(400)와 천막부재(410)의 하중과 이로 인한 압력으로 인하여 공기저장탱크(200)에 저장된 공기가 압축된다.

제어장치(600)는 공기저장탱크(200)의 바닥면(즉, 플레이트(210))에 형성된 바람 유출구(212)를 슬라이딩 방식으로 열도록 제어한다.

공기저장탱크(200)에 압축된 공기는 제어장치(600)의 제어에 의해 개방된 바람 유출구(212)로 빠르게 배출되며 이에 따라 집풍부(100)의 내부 공간부(120)에 위치한 풍차(300)를 회전하게 되며 풍차(300)에 연결된 증속기 및 발전기를 회전하면서 발전을 수행한다.

제어장치(600)는 물탱크(400)의 하부면에 설치된 하부 근접스위치(402)로부터 물탱크(400)가 공기저장탱크(200)의 바닥면에 5m 이내로 접근하였음을 나타내는 제어 신호를 수신하는 경우, 크레인(240)의 동작을 정지시킨다.

제어장치(600)는 크레인(240)에서 와이어 로프(243)가 감고 풀리는 속도를 일정하게 유지하고 있다.

그러나 물탱크(400)의 상승 속도는 바람 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)로 유입되는 바람의 양, 속도에 따라 빨라지고 느려질 수 있다.

제어장치(600)는 풍력 발전 장치의 가동 중 유입되는 바람이 약하게 변화하게 되면 물탱크(400)의 양수기를 가동하여 물탱크(400)에 물의 양을 증가시켜 공기저장탱크(200)를 압축하는 무게를 증가시킨다.

제어장치(600)는 풍력 발전 장치의 가동 중 유입되는 바람이 강하게 변화하게 되면 물탱크(400)의 양수기를 가동하여 물탱크(400)에 저장된 물의 양을 줄여서 공기저장탱크(200)를 압축하는 무게를 감소시킨다.

제어장치(600)는 바람의 강약 여부를 풍차(300)의 회전 속도가 기설정된 기준 속도 이상이면(예를 들면, 10m/s 이상), 바람이 강하다고 판단하고 기설정된 기준 속도 이하이면(예를 들면, 10m/s 이하), 바람이 약하다고 판단하게 된다.

물탱크(400)의 저장된 물의 양은 공기저장탱크(200)의 압력을 제어하는 것으로 발전 용량에 영향을 미치는 중요한 요소이다.

도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 제어장치(600)는 크레인(240)을 제어하여 물탱크(400)와 천막부재(410)를 상하로 이동시키는 과정을 반복하여 풍차(300)와 이에 연결된 증속기 및 발전기를 회전시켜 발전을 수행한다.

제어장치(600)는 풍력 발전 장치의 가동 중 물탱크(400)에 저장된 물을 전부 배출시켜도 공기저장탱크(200)의 공기량이 가득찬 상태로 바람의 속도가 일정 기준 속도 이상(예를 들면 풍속 20m/s 이상 등, 풍차(300)의 회전 속도로 판단함)으로 빠르게 변하게 되면, 공기저장탱크(200)의 바닥면(즉, 플레이트(210))에 형성된 비상용 바람 유출구(214)를 슬라이딩 방식으로 열고 닫으면서 바람의 속도가 일정 기준 이하가 될 때까지 발전을 수행한다.

다시 말해, 제어장치(600)는 물탱크(400)가 상부 근접스위치(242)에 감지되어 정지된 상태에서 바람이 속도가 강하여 물탱크(400)가 하부 방향으로 움직이지 않는 경우, 물탱크(400)에 저장된 물을 양수기로 배출시키며 바람 유출구(212) 및/또는 비상용 바람 유출구(214)를 일부 또는 전부 열고 닫으면서 발전을 수행한다.

여기서, 비상용 바람 유출구(214)는 바람이 초속 20m 이상으로 불어올 때 잉여 공기를 유출시키는 장치로 50 제곱미터의 넓이로 설정하여 제어장치(600)의 전기적, 기계적 제어의 의해 가로 방향으로 열고 닫는다.

즉, 제어장치(600)는 비상용 바람 유출구(214)에 의해 공기저장탱크(200)로부터 풍차(300)에 유입되는 바람의 양을 풍차(300)의 회전 속도에 맞도록 조절하면서 바람의 속도가 일정 기준 속도 이하가 될 때까지 발전을 수행한다.

제어장치(600)는 공기저장탱크(200)에 저장된 공기량과 물탱크(400)에 저장된 물의 양을 조절하여 발전기의 발전 용량을 맞추도록 제어한다.

본 발명은 제어장치(600)에 의해 바람 유입구(117a, 117b, 117c, 117d)를 통해 바람을 유입하는 경우, 바람 유출구(212)와 비상용 바람 유출구(214)를 닫는 것으로 예시하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 바람의 유입시에도 필요에 따라 바람 유출구(212) 또는 비상용 바람 유출구(214)를 동시에 개방할 수 있다.

제어장치(600)는 바람의 강약 여부를 풍차(300)의 회전 속도 이외에 공기저장탱크(200)에 유입되는 공기의 양과 풍차(300)가 소모하는 공기의 양이 동일하면 즉, 물탱크(400)가 움직이지 않고 정지되어 있는 것을 기준으로 공기저장탱크(200)에 유입되는 공기의 양이 풍차(300)가 소모하는 공기의 양보다 적으면 바람이 약하다고 판단하고 그 반대의 경우 바람이 강하다고 판단할 수도 있다.

전술한 본 발명에서 언급된 높이, 넓이, 풍력, 발전량, 유입 풍력, 소모 풍력 등의 수치는 일례이며 필요에 따라 변경, 수정이 가능한 수치이다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 집풍부
110a, 110b, 110c, 110d: 측벽
112a, 112b, 112c, 112d: 전면
113a, 113b, 113c, 113d: 상부 가이드벽
114a, 114b, 114c, 114d: 하부 가이드벽
115a, 115b, 115c, 115d: 좌측 가이드벽
116a, 116b, 116c, 116d: 우측 가이드벽
117a, 117b, 117c, 117d: 바람 유입구
120: 내부 공간부
122: 제1 통로
124: 제2 통로
200: 공기저장탱크
210: 플레이트
212: 바람 유출구
214: 비상용 바람 유출구
220: 하부벽체
222a, 222b, 222c, 222d: 제1 수직부재
223a, 223b, 223c, 223d: 제1 수평부재
230: 상부벽체
232a, 232b, 232c, 232d: 제2 수직부재
233a, 233b, 233c, 233d: 제2 수평부재
234: 천장부재
240: 크레인
242: 상부 근접스위치
243: 와이어 로프
300: 풍차
302: 회전날개
304: 회전자
400: 물탱크
402: 하부 근접스위치
410: 천막부재
500: 전기장치
600: 제어장치

Claims

외부로부터 불어오는 바람이 유입되는 통로를 형성하고 공기가 외부로 유출되는 통로를 형성하는 집풍부;
상기 집풍부의 상부면의 테두리를 따라 수직 방향으로 연장되어 일정 높이로 세워지고 전후 좌우가 폐쇄된 측면들로 이루어진 하부벽체와, 상기 하부벽체의 상부 끝단으로부터 수직 방향으로 연장되어 일정 높이로 세워지는 상부벽체를 포함한 외부기둥;
상기 하부벽체의 내측 테두리를 따라 신축성이 있는 천막부재를 부착하여 상기 하부벽체의 개방된 상부면을 상기 천막부재로 폐쇄시켜 일정한 내부 공간을 형성하고 상기 집풍부의 상부면이 바닥면을 형성하며 상기 집풍부와 연통하여 상기 집풍부로부터 유입된 공기를 저장하는 공기저장탱크를 포함하며,
상기 상부벽체의 상부 끝단에 형성되는 천장부재의 중앙부에 크레인을 설치하고 상기 크레인의 와이어 로프에 물을 저장하는 물탱크를 연결하며 상기 물탱크의 하부면 일측에 상기 천막부재를 부착하여 상기 크레인의 가동시 상기 천막부재와 상기 물탱크가 상부로 이동하면서 상기 집풍부로 유입되는 공기를 상기 공기저장탱크로 저장하고 상기 천막부재와 상기 물탱크가 하부로 이동하면서 상기 천막부재와 상기 물탱크의 압력으로 상기 공기저장탱크에 저장된 공기를 상기 집풍부로 공급하여 발전을 수행하는 풍력 발전 장치.
제1항에 있어서,
상기 집풍부는 전면이 개방되고 상부 가이드벽, 하부 가이드벽, 좌측 가이드벽과 우측 가이드벽이 일정 각도로 기울어져 내측으로 갈수록 점점 좁아지다가 끝단에서 만나서 폐쇄되는 테이퍼진 통로로 이루어진 소정 높이의 측벽을 전후 좌우에 각각 형성한 외부몸체로 이루어져 있고, 상기 외부몸체의 내부에 풍차, 발전기와 상기 발전기와 풍차를 제어하는 제어장치가 위치하도록 내부 공간부를 형성하는 풍력 발전 장치.
제2항에 있어서,
상기 각각의 측벽에 형성된 상부 가이드벽은 상기 공기저장탱크로 바람을 유입시키는 통로로 일정한 넓이의 바람 유입구가 각각 형성되는 풍력 발전 장치.
제2항에 있어서,
상기 공기저장탱크의 바닥면은 평면 형태의 플레이트와, 상기 플레이트의 외부 테두리와 맞닿아 연결되는 상기 각각의 측벽에 형성된 상부 가이드벽의 상부면으로 이루어지며,
상기 상부 가이드벽의 상부면은 45도 각도로 기울어져 외부 테두리가 높고 내측으로 갈수록 낮아지는 풍력 발전 장치.
제4항에 있어서,
상기 플레이트는 일측에 상기 공기저장탱크에 저장된 공기가 상기 집풍부의 내부에 위치한 풍차의 날개로 배출되도록 개폐되는 바람 유출구가 형성되고 상기 바람 유출구와 일정 거리 이격된 위치에 상기 풍차에 유입되는 바람의 양을 조절하기 위해 공기를 유출하도록 개폐되는 비상용 바람 유출구를 형성하는 풍력 발전 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어장치는 상기 집풍부를 통해 상기 공기저장탱크에 바람이 유입되면 상기 크레인을 동작하여 와이어 로프가 감기면서 상기 공기저장탱크와 상기 천막부재를 상부 방향으로 이동시키고,
상기 천장부재에 설치된 근접 스위치로부터 천장부재에 일정 거리 이내로 접근하였음을 나타내는 제어 신호를 수신하는 경우 상기 크레인을 동작시켜 와이어 로프가 풀리면서 상기 공기저장탱크와 상기 천막부재를 하부 방향으로 이동시키며 상기 물탱크와 상기 천막부재의 하중과 압력으로 상기 공기저장탱크에 저장된 공기를 상기 풍차로 공급하여 발전을 수행하는 풍력 발전 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어장치는 가동 중 상기 풍차의 회전 속도가 기준 속도 이상으로 감지되면 유입되는 바람이 강하게 변화하고 있다고 판단하여 상기 물탱크에 연결된 양수기를 가동하여 상기 물탱크에 저장된 물의 양을 줄여서 상기 공기저장탱크를 압축하는 무게를 감소시키는 풍력 발전 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어장치는 가동 중 상기 풍차의 회전 속도가 기준 속도 이하로 감지되면 유입되는 바람이 약하게 변화하고 있다고 판단하여 상기 물탱크에 연결된 양수기를 가동하여 상기 물탱크에 저장된 물의 양을 증가시켜 상기 공기저장탱크를 압축하는 무게를 증가시키는 풍력 발전 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어장치는 가동 중 상기 물탱크에 저장된 물을 전부 배출시키고, 상기 공기저장탱크가 상부 방향으로 이동하여 정지된 상태에서 상기 풍차의 회전 속도가 기준 속도 이상으로 감지되면 상기 공기저장탱크의 바닥면에 형성된 비상용 바람 유출구를 열도록 제어하여 공기를 유출하면서 발전을 수행하도록 제어하는 풍력 발전 장치.
제5항에 있어서,
상기 제어장치는 상기 물탱크가 상기 천장부재에 설치된 근접 스위치로부터 천장부재에 일정 거리 이내로 접근하였음을 나타내는 제어 신호를 수신하고 정지된 상태에서 상기 물탱크가 하부 방향으로 움직이지 않는 경우, 상기 물탱크에 저장된 물을 배출하며 상기 바람 유출구 또는 상기 비상용 바람 유출구를 일부 또는 전부 열고 닫으면서 발전을 수행하도록 제어하는 풍력 발전 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어장치는 상기 공기저장탱크에 저장된 공기량과 상기 물탱크에 저장된 물의 양을 조절하여 발전기의 발전 용량을 맞추도록 제어하는 풍력 발전 장치.
제2항에 있어서,
상기 물이 저장된 물탱크와 상기 천막부재의 무게는 발전기의 발전 용량에 따라 조절하여 구성되는 풍력 발전 장치.