KR101396137B1 - 환기풍력을 이용한 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환기풍력을 이용한 발전장치에 관한 것으로, 구체적으로는 환기구에 형성되는 강한 풍력을 이용해 전기에너지를 생성하는 기술에 관한 것이다.
그리고 발전과정에서 환기효율이 저하되는 것을 방지함과 동시에 높은 발전효율을 동시에 얻을 수 있는 기술에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은,
환기구에 설치되어 있고 상기 환기구와 연결된 배출공기 유입로가 형성되어 있으며, 일측에는 공기배출구가 형성되어 있는 하우징, 상기 공기배출로에 설치되어 있고 상기 공기배출구를 통해 배출되는 바람에 의해 회전되는 회전팬, 상기 회전팬과 연결되어 있고 상기 회전팬과 함께 회전되는 구동축 및 상기 구동축과 연결되어 상기 구동축의 회전운동을 이용해 발전이 이루어지는 발전기를 포함한다.

Description

환기풍력을 이용한 발전장치{WIND POWER GENERATOR}

본 발명은 지하나 실내로부터 배출되는 환풍공기의 풍력을 이용해 전기에너지를 생성하는 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 지하철역사나 광산처럼 지하 깊이 형성된 공간에는 지하 공간의 환기가 반드시 필요하다.

이 경우 환기대상 공간이 지하 깊은 곳에 위치하기 때문에 별도의 환기용 브로워나 냉각탑 등의 장치를 환기통로 등에 설치하여, 이러한 환기장치를 통해 내부공기를 강제로 빼내 순환시키는 방식으로 이루어진다.

이러한 강제 환기 방식에 의해 환기구에는 강한 풍력이 형성된다.

대한민국공개특허공보 제10-20100107964호(2010.10.06)

본 발명은 이렇게 환기구에 형성되는 강한 풍력을 이용해 전기에너지를 생성하는 발전장치를 제공하고자 한다.

그리고 발전과정에서 환기효율이 저하되는 것을 방지함과 동시에 높은 발전효율을 동시에 얻을 수 있는 발전장치를 제공하고자 한다.

이를 위해 제안된 본 발명은,

환기구에 설치되어 있고 상기 환기구와 연결된 배출공기 유입로가 형성되어 있으며, 일측에는 공기배출구가 형성되어 있는 하우징, 상기 공기배출구에 설치되어 있고 상기 공기배출구를 통해 배출되는 바람에 의해 회전되는 회전팬, 상기 회전팬과 연결되어 있고 상기 회전팬과 함께 회전되는 구동축 및 상기 구동축과 연결되어 상기 구동축의 회전운동을 이용해 발전이 이루어지는 발전기를 포함한다.

그리고 상기 회전팬은 중심부위가 상기 구동축의 단부와 연결되어 있고 원판 형태를 갖는 내부회전체, 상기 내부회전체의 둘레면을 따라 간격을 두고 배치되어 있으며 상기 내부회전체의 둘레면을 따라 외측을 향해 돌출되어 있는 회전날개, 상기 각 회전날개의 외측테두리를 동시에 둘러싸고 있는 링 형태의 외부회전체를 포함할 수 있다.

그리고 상기 회전날개는 하단부에서부터 상단부를 향해 호 형태로 구부러진 형태일 수 있다.

또한 상기 회전날개에는 복수개의 통공이 형성될 수 있다.

그리고 상기 회전팬의 하부에 설치되어 있고 상기 하우징으로 유입된 공기를 상기 회전날개의 내측면을 향해 사선방향으이동하도록 유도하는 가이드덕트를 더 포함할 수도 있다.

이러한 여러 실시예를 갖는 본 발명은,

기본적으로 환기구에 설치되어 외부로 버려지는 공기의 풍력을 이용해 발전이 이루어짐으로써, 발전설비의 규모가 작더라도 항시 일정하고 강한 풍력에 의한 높은 발전효율을 얻을 수 있는 장점을 갖는다.

그리고 환기구에 설치됨에 따라 발전설비를 설치함에 있어 적정 풍력을 얻기위한 설치지점의 제약을 받지 않는 장점도 갖는다.

또한 각 회전날개가 호 형태로 구부려진 상태이므로, 배출되는 공기와의 접촉 시 와류현상에 의한 공기의 정체 현상이 방지되고 각 회전날개의 통공에 의해 공기의 전체현상을 더욱 방지함은 물론 회전팬의 회전속도를 향상시켜 환기 및 발전효율을 동시에 높일 수 있는 장점을 갖는다.

그리고 하우징 내 공기가 가이드덕트에 의해 회전팬 중 각 회전날개의 내측면으로 집중되므로, 환기효율 및 배기효율이 더욱 향상되는 장점을 갖는다.

도1은 전체 설치 개략도
도2는 회전팬의 사시도
도3은 회전팬의 절개 사시도
도4는 도3의 정면도
도5는 가이드덕트의 구조를 나타낸 평면도 및 정단면도

이하 도면에 도시된 실시예를 바탕으로 본 발명의 구체적인 구성 및 효과를 설명하도록 한다.

참고로 본 발명이 적용되는 환기구라 함은 특정 구조에 한정되지 않고 지하공간이나 건물 내부의 공기를 외부로 강제로 배출시키기 위한 공지의 환기구를 모두 포함한다.

본 발명 환풍력을 이용한 발전장치는 [도 1]에 도시된 바와 같이 크게 하우징(100)과 회전팬(300), 가이드덕트(200) 및 발전부(400)를 포함하여 구성된다.

먼저 하우징(100)은 환기구(1)를 통해 외부로 배출되는 배출공기를 모아 적정 풍력이 형성되도록 하는 것으로,

전체적으로 상광하협의 박스 형태이고 하부와 측부에는 환기구(1)과 연통되어 배출공기가 내부로 유입되는 공기유입구(110)가 형성되며 내부에는 공기유입구(110)와 연결된 공기이동로(120)가 형성되어 있다.

이때 공기유입구(110)와 공기이동로는 복수개로 형성되되 각 공기이동로(120)는 하우징 내부에서 하나로 통합된다.

또한 공기유입구(110)는 다시 환기구로부터 배출된 공기가 유입되는 환기유입구(110a)와 환기구 주변의 공기가 유입되는 자연풍유입구(110b)로 나뉘어 형성될 수 있다.

이 경우 환기유입구(110a)로는 환기구 안의 브로워에 의해 빠르게 이동되는 공기가 유입되고, 자연풍유입구(110b)로는 이렇게 환기유입구(110a)로 공기가 빠르게 유입 및 이동됨에 따라 주변의 하우징 내부와 외부의 압력차이에 의해 외부의 공기가 자연스럽게 자연풍유입구로 빨려들어오게 되는 것이다.

물론 공기유입구(110)는 이러한 구조 외에 모두 환기구에서부터 배출되는 공기만이 유입되도록 할 수도 있다.

하우징(100)의 상단부에는 공기배출구(130)가 형성되되, 공기배출구는 하우징 내부에서 하나로 통합된 공기이동로(120)와 연통된 구조로 형성된다.

참고로 하우징의 크기나 모양 등은 설치될 환기구(1)의 크기 등에 따라 다양하게 변형적용이 가능하다.

또한 공기유입구(110)와 공기이동로(120)의 형성개수 또한 환기구의 구조나 환기구를 통해 배출되는 풍력 등에 따라 선택적으로 변형이 가능하다.

이러한 하우징(100)에는 가이드덕트(200)가 설치된다.

가이드덕트(200)는 하우징(100) 내부로 유입된 배출공기를 후술하는 회전팬(300)의 각 회전날개쪽으로 유도하여 배출공기와 각 회전날개 간의 접촉면적을 최대화 시키는 역할을 하는 것으로, [도 1] 및 [도 5]처럼 내부링(210)과 가이드날개(220) 및 외부링(230)을 포함하여 구성된다.

내부링(210)은 후술하는 가이드날개의 지지체 역할을 하는 것으로, 원형 링 형태이고 중심점이 하우징(100) 공기배출구(130)의 중심점과 일치된 상태로 위치된다.

그리고 내부링(210)의 내주면에는 후술하는 구동축(410)과의 연결을 위한 연결플랜지(212)가 형성되며 연결플랜지(212)의 중앙에는 구동축의 통과를 위한 통과홀이 형성된다.

가이드날개(220)는 배출공기의 실질적인 방향 유도기능을 하는 것으로, 일단부가 내부링(210)의 둘레면에 일체로 연결된 상태에서 외부를 향해 돌출된 형태로 위치되며 내부링(210)의 둘레를 따라 일정간격을 두고 배열된 상태로 설치된다.

이러한 가이드날개(220)는 사선방향으로 기울어진 형태로 형성되는데, 이는 환기구로부터 배출된 공기를 후술하는 회전팬(300)의 회전날개(320)로 직접 유도하기 위한 것으로, 배출공기의 이동방향이 가이드날개(220)를 통과하는 과정에서 가이드날개(220)의 기울기에 따라 사선방향으로 바뀌게 된다.

이렇게 가이드날개(220)와 내부링(210)과 함께 가이드덕트(200)를 구성하는 외부링(230)은 가이드덕트(200) 및 후술하는 회전팬(300)의 케이싱 역할을 하는 것으로, 전체적으로 원형 관 형태이고 전체 가이드날개(220)의 둘레를 둘러싼 형태로 위치된다.

이 상태에서 각 가이드날개(220)의 외측단부는 외부링(230)의 내주면에 용접 등을 통해 연결된다.

이러한 외부링은 상하 길이가 내부링(210)보다 길게 형성됨에 따라 외부링(230)의 내부공간 중 내부링(210)의 위쪽에는 후술하는 회전팬(300)의 설치를 위한 설치공간(232)이 형성된다.

이와 같은 구성의 가이드덕트는 외부링(230)의 테두리가 하우징(100)의 공기배출구(130) 입구 테두리에 연결된 상태로 설치된다.

이렇게 설치된 가이드덕트(200)에는 회전팬(300)이 설치된다.

회전팬(300)은 환풍력에 의해 작동되어 발전에 필요한 회전력을 생성시키는 역할과 동시에 환기되는 공기의 최종 배출 기능을 하는 것으로, [도 1] 내지 [도 4]에 도시된 것처럼 하우징(100)의 공기배출구(130) 내에 설치되되 다시 내부회전체(310)와 회전날개(320) 및 외부회전체(330)를 포함하여 구성된다.

내부회전체(310)는 일정 두께를 갖는 원판 형태이고 가이드덕트(200)의 설치공간(232)에 위치되되 중심점이 내부링(210)의 중심점과 상하 동일선상을 이루도록 위치된다.

회전날개(320)는 환풍구를 통해 배출된 공기와의 직접적인 접촉에 의해 회전력을 발생시키는 역할을 하는 것으로, 일단부가 내부회전체(310)의 둘레면에 일체로 연결된 상태에서 둘레면으로부터 외부를 향해 돌출된 형태로 형성된다.

그리고 이 상태에서 내부회전체(310)의 둘레를 따라 일정간격을 두고 배열된 형태로 설치된다.

이러한 각 회전날개(320)는 [도 4]와 같이 정면에서 봤을 때 하단에서 상단으로 가면서 구부러진 호 형태로 이루어지되, 상단과 하단이 상하 동일선상에 위치하지 않고 상단으로 갈수록 일측으로 치우쳐진 형상을 갖는다.

이때 각 회전날개(320)의 치우침 방향은 가이드날개(220)의 기울기 방향과 반대방향을 향하도록 형성된다.

따라서 배출공기가 가이드날개(220)를 통과하는 과정에서 이동방향이 사선방향으로 꺽인 뒤 각 회전날개(320)의 내측면 전체에 접촉되는 구조를 갖게 된다.

그리고 각 회전날개(320)에는 바람의 통과를 위한 복수개의 통공(322)이 형성된다.

이렇게 각 회전날개(320)가 전체적으로 호 형상으로 이루어짐과 동시에 통공(322)이 형성되는 구체적인 이유는 후술하는 작용 및 효과 설명과정에서 언급한다.

이러한 회전날개(320) 및 내부회전체(310)와 더불어 회전팬(300)를 구성하는 외부회전체(330)는 회전체의 안정적인 설치 및 회전팬(300)과 배출공기 간의 접촉효율 향상 기능을 하는 것으로, 전체적으로 링 형태이고 전체 회전날개(320)의 외곽 테두리를 감싸는 형태로 위치된다.

즉 위에서 봤을 때 내부회전체와 회전날개 전체가 외부회전체(330) 내부에 끼워진 상태가 된다.

이 상태에서 각 회전날개(320)의 외곽단부는 외부회전체(330)의 내주면에 일체로 연결됨에 따라 내부회전체(310)의 회전시 외부회전체(330)도 함께 회전되는 구조를 갖는다.

이렇게 가이드덕트(200)와 회전팬(300)까지 설치된 하우징(100)에는 발전부(400)가 더 설치된다.

발전부(400)는 회전팬(300)의 회전력을 이용해 전기에너지를 생성시키는 역할을 하는 것으로, 발전기(420) 및 이와 연결된 구동축(410)을 포함하여 구성된다.

그 중 구동축(410)은 회전팬(300)의 회전력을 발전기(420)로 전달하는 역할을 하며, 상부가 가이드덕트(200)의 연결플랜지(212) 중앙을 관통한 상태에서 상단부가 회전팬(300)의 내부회전체 하부면 중앙에 연결된 상태로 설치된다.

그리고 발전기(420)는 실제 전기에너지를 생성하는 역할을 하는 것으로, 공지의 발전설비에 사용되는 구조가 적용되므로 보다 구체적인 설명은 생략한다.

이러한 발전기(420)는 가이드덕트(200)의 아래쪽에 위치된 상태에서 구동축(410)의 하단부와 연결된 상태로 설치된다.

이때 발전부(400)에는 별도의 공기분산커버(500)가 설치된다.

공기분산커버(500)는 공기이동로(120)를 통과한 배출공기를 가이드덕트(200)쪽으로 유도하느 역할을 하는 것으로, 발전기(420) 둘레를 둘러싼 상태에서 상단 테두리가 가이드덕트(200)의 내부링 하단 테두리와 연결된 상태로 설치된다.

이때 공기분산커버(500)의 하단부 둘레에는 아래쪽으로 갈수록 직경이 감소되는 형태의 공기분산면(510)이 형성된다.

따라서 공기이동로(120)를 통과한 배출공기는 공기분산면(510)에 부딪힘과 동시에 공기분산커버(500)를 중심으로 사방으로 분산된 상태가 된다.

이하에서는 이러한 구성에 의한 본 발명의 구체적인 구성 및 이 과정에서 발생되는 특유의 효과를 설명한다.

[도 1]과 같이 하우징(100)을 환기구(1)의 입구 상에 설치하되, 바닥면에 형성된 환기유입구(110a)가 환기구(1)와 연통된 상태가 되고 측부의 자연풍유입구(110b)는 환기구(1) 주변 대기와 연결된 상태가 된다.

이 상태에서 환기구 내 브로워(미도시)에 의해 지하나 건물 내부의 공기가 환기구를 통해 강제로 배출되고, 이때 배출공기는 브로워(미도시)의 토출압에 의해 매우 빠른 속도로 환기구를 통과하게 된다.

이렇게 빠른 속도로 환기구를 빠져나온 배출공기는 환기유입구(110a)를 통해 하우징 내부로 유입된 후 공기이동로(120)를 따라 상승된다.

이때 하우징 내부의 압력은 배출공기의 이동속도에 의해 대기압보다 낮아지게 되고 이로 인해 하우징 외부의 공기가 자연풍유입구(110b)를 통해 공기이동로(120)로 유입된 후 배출공기와 혼합된 상태가 된다.

혼합된 배출공기는 하우징(100)의 공기배출구(130)를 통과하는 과정에서 공기분산커버(500)의 공기분산면(510)에 접촉됨과 동시에 공기분산면(510)의 경사면에 의해 사방으로 분산된 상태로 공기배출구(130)를 통과하게 된다.

공기배출구(130)를 통과한 후 상승하는 배출공기는 가이드덕트(200)의 각 가이드날개(220) 경사면을 따라 방향이 사선방향으로 바뀐 상태로 가이드날개를 통과하게 된다.

이렇게 배출공기의 상승방향이 사선으로 형성됨에 따라 가이드날개(220)를 통과한 배출공기는 회전팬(300)의 각 회전날개(320)의 내측면 전체에 접촉되어 각 회전날개를 사선방향으로 밀게 된다.

배출공기의 방향이 사선방향으로 변경되어 회전날개(320)와의 접촉면적을 최대화 함에 따라 그만큼 회전날개에 가해지는 풍력을 최대화 할 수 있게 되는 것이다.

이처럼 배출공기가 각 회전날개(320)를 사선방향으로 밀어냄에 따라 회전팬(300) 전체가 회전된다.

이 과정에서 각 회전날개(320)가 호 형태로 구부려진 구조이기 때문에 각 회전날개에 부딪힌 배출공기는 [도 1] 및 [도 4]와 같이 회전날개의 곡면을 따라 곡선 형태로 상승되면서 반대쪽 사선방향을 향해 대기로 배출된다.

이렇게 회전날개(320)가 호 형태로 구부러짐에 따라 그만큼 배출공기와의 접촉면이 최대화 됨은 물론, 접촉된 배출공기의 진행 속도가 빨라짐으로, 결국 회전팬의 회전속도가 향상되는 효과를 갖게 된다.

또한 배출공기의 진행속도가 빨라짐에 따라 그만큼 환기효율도 향상되므로 배출공기가 원활하게 빠져나가지 못하고 하우징 내에서 정체되는 현상이 방지된다.

만약 회전날개가 곡면이 아니라 각진 꺽임구조일 경우에는 배출공기가 꺽임지점을 지나면서 갑자기 이동각도가 변화됨에 따라, 와류 현상이 발생되어 회전팬(300)을 통과하지 못하고 회전팬 내에서 정체되는 현상이 방지된다.

이와는 별개로 회전날개(320)에 부딪힌 배출공기 중 일부는 각 회전날개의 표면에 부딪이게 되고 나머지 일부는 회전날개(320)의 통공(322)을 통과한 후 뒤 해당 회전날개의 앞쪽에 위치한 회전날개에 부딪히게 된다.

따라서 모든 회전날개(320)는 가이드덕트로부터 배출된 후 직접 충돌되는 배출공기 외에 뒤쪽 회전날개(320)를 통과한 배출공기도 추가적으로 충돌되는 것이다.

이로 인해 그만큼 배출공기의 분산효과 및 배출공기와 전체 회전날개(320) 간의 순간 접촉면적을 최대화 할 수 있어, 결국 회전팬의 회전속도가 향상됨은 물론 배출공기의 정체 현상도 더욱 방지되는 효과를 갖는다.

이렇게 회전팬이 회전됨에 따라 이와 연결된 구동축(410)이 함께 회전되고 구동축(410)의 회전에 의해 발전기에서 전기가 생성된다.

이처럼 본 발명은 기본적으로 환기구에 별도의 회전팬을 설치함으로써 환풍력을 이용해 회전팬을 회전시키고 이러한 회전팬의 회전력에 의해 전기에너지를 생성시키도록 한 것을 기본 특징으로 한다.

그리고 회전팬의 회전날개의 구조를 곡면 형태로 제작하고 배출공기가 통과할 수 있는 통공을 형성시킴으로써 배출공기와 회전날개 간의 접촉면적 최대화시켜 회전팬의 회전효율을 높임과 동시에 배출공기의 배출효율을 높일 수 있도록 함을 또 다른 특징으로 한다.

더불어 회전팬의 일측에 가이드덕트를 설치함에 따라 배출공기가 회전팬(300)으로 집중되도록 유도함으로써 회전팬의 회전효율 및 배출공기의 배출효율을 더욱 높일 수 있도록 한 것을 또 다른 특징으로 한다.

이상 설명한 본 발명의 여러 특징들은 당업자에 의해 다양하게 변형 및 조합되어 실시될 수 있으나, 이러한 변형 및 조합이 환기구에 별도의 하우징을 설치하고 하우징에 발전기와 연결된 회전팬을 설치함으로써 환기구를 통해 배출되는 환풍력에 의해 회전팬을 회전시켜 그 회전력을 이용해 전기를 생성하도록 한 구성 및 목적과 관련이 있을 경우에는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 판단되어야 한다.

1 : 환기구 100 : 하우징
110 : 공기유입구 110a : 환기유입구
110b : 자연풍유입구 120 : 공기이동로
200 : 가이드덕트 210 : 내부링
212 : 연결플랜지 220 : 가이드날개
230 : 외부링 232 : 설치공간
300 : 회전팬 310 : 내부회전체
320 : 회전날개 322 : 통공
330 : 외부회전체 400 : 발전부
410 : 구동축 420 : 발전기
500 : 공기분산커버 510 : 공기분산면
B : 브로워

Claims (5)

1. 환기구에 설치되어 있고 상기 환기구와 연결된 배출공기 유입로가 형성되어 있으며, 일측에는 공기배출구가 형성되어 있는 하우징,
   상기 공기배출로에 설치되어 있고 상기 공기배출구를 통해 배출되는 바람에 의해 회전되는 회전팬,
   상기 회전팬과 연결되어 있고 상기 회전팬과 함께 회전되는 구동축 및 상기 구동축과 연결되어 상기 구동축의 회전운동을 이용해 발전이 이루어지는 발전기를 포함하고,
   상기 회전팬은 중심부위가 상기 구동축의 단부와 연결되어 있고 원판 형태를 갖는 내부회전체, 상기 내부회전체의 둘레면을 따라 간격을 두고 배치되어 있으며 상기 내부회전체의 둘레면을 따라 외측을 향해 돌출되어 있고 하단부에서부터 상단부를 향해 호 형태로 구부러져 있으며 복수개의 통공이 형성되어 있는 회전날개, 상기 각 회전날개의 외측테두리를 동시에 둘러싸고 있는 링 형태의 외부회전체를 포함하며,
   상기 회전팬의 하부에 설치되어 있고 상기 하우징으로 유입된 공기를 상기 회전날개의 내측면을 향해 사선방향으로 이동하도록 유도하는 가이드덕트
   를 더 포함하는
   환기풍력을 이용한 발전장치.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

Images