KR101409290B1 - 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치 및 방법 - Google Patents

풍력 발전기의 유입구 개폐 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바람이 유입되는 입구에 회동 가능한 깔대기 형상의 유입부를 설치하여 바람의 세기에 따라 유입되는 바람을 바이패스시켜 안정적인 풍력 발전을 제공하는 액추에이터를 이용한 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 부양체와 통로부 사이에 설치되어 상기 통로부로 안내되는 바람이 임의의 경로를 따라 바이패스되도록 안내하는 바이패스 통로부; 복수의 프레임이 상기 바이패스 통로부의 입구에 깔대기 형상으로 배치되어 바람이 상기 통로부로 유입되도록 안내하거나 또는 상기 바람에 의해 회동하여 상기 통로부로 안내되는 바람을 상기 바이패스 통로부로 바이패스하는 유입부; 상기 통로부를 통과하는 바람의 풍량 정보를 검출하는 풍량 센서부; 상기 풍량 센서부가 검출한 풍량 정보를 미리 설정된 발전 판단용 풍량 정보와 비교하여 결과에 따라 상기 유입부의 프레임 위치 제어 신호와 상기 발전부의 제어 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부의 프레임 위치 제어 신호에 따라 상기 유입부의 프레임들을 각각 임의의 각도로 회동시키거나 상기 유입부 프레임들이 임의의 위치에서 고정되도록 지지하는 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 바람이 유입되는 입구에 회동 가능하게 설치된 깔대기 형상의 유입부가 바람의 세기에 따라 유입되는 바람을 바이패스시켜 안정적인 풍력 발전을 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

풍력 발전기의 유입구 개폐 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR OPENING AND CLOSING INLET OF WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 풍력 발전기의 유입구 개폐에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 바람이 유입되는 입구에 회동 가능한 깔대기 형상의 유입부를 설치하여 바람의 세기에 따라 유입되는 바람을 바이패스시켜 안정적인 풍력 발전을 제공하는 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치 및 방법에 관한 것이다.
풍력 발전이란 다양한 형태의 풍차를 이용하여 바람 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 그 기계적 에너지를 이용하여 발전기에서 전력을 얻어내는 시스템을 말한다.
일반적으로 풍력 발전기는 바람이 많은 지역을 선정하여 지상에 구조물을 설치하고 그 구조물의 상단부에 프로펠러와 연결된 발전기를 설치하여 바람에 의한 풍력을 통해 발전함으로써 전기를 생산한다.
최근에는 보다 충분한 풍력을 활용하기 위하여 기구의 내부에 비중이 낮은 가스를 충진시켜 프로펠러를 포함한 발전기를 고공에 체류시키면서 풍력에 의한 발전이 이루어지는 방식도 시도되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 풍선형 풍력 발전기를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 풍선형 풍력 발전기의 단면도로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 풍력 발전기(10)는 밀폐된 공간에 공기보다 가벼운 기체를 수납하여 부양력을 제공하는 부양체(11)와, 상기 부양체(11)의 중앙을 관통하여 바람의 이동 경로를 제공하는 통로부(12)와, 상기 통로부(12)에 설치되어 발전장치(13)와 프로펠러가 형성된 발전부와, 상기 통로부(12)의 전측에 형성되어 바람이 통로부(12)로 이동하도록 안내하는 유입부(15)와, 상기 부양체(11)의 외주연을 따라 다수 설치되어 부양체(11)가 수직/수평으로 균형을 유지할 수 있도록 수직/수평 날개(16)를 포함하여 구성된다.
상기 통로부(12)의 전측에 설치된 유입부(15)는 직경이 작은 통로부(12)로 바람이 집중되도록 함으로써 양질의 풍력 발전이 이루어질 수 있도록 하여 발전효율이 개선될 수 있도록 한다.
또한, 작은 풍속의 바람이 불어도 양질의 풍력 발전이 이루어질 수 있도록 한다.
그러나 종래 기술에 따른 풍선형 풍력 발전기(10)는 통로부(12)의 전측에 설치된 유입부(15)는 큰 풍속을 갖는 바람이 불면 과도한 양의 바람이 통로부(12)에 집중되는 문제점이 있다.
또한, 과도하게 유입되는 바람으로 인해 과부하가 발생하여 발전부가 파손되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 바람이 유입되는 입구에 회동 가능한 깔대기 형상의 유입부를 설치하여 바람의 세기에 따라 유입되는 바람을 바이패스시켜 안정적인 풍력 발전을 제공하는 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 밀폐된 공간에 공기보다 가벼운 기체를 수납하여 부양력을 제공하는 부양체와, 상기 부양체의 중앙을 관통하여 바람의 이동 경로를 제공하는 통로부와, 상기 통로부에 설치되고 상기 통로부로 유입되는 바람을 이용하여 발전을 수행하는 발전부를 구비한 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치로서,
상기 부양체와 통로부 사이에 설치되어 상기 통로부로 안내되는 바람이 임의의 경로를 따라 바이패스되도록 안내하는 바이패스 통로부; 복수의 프레임이 상기 바이패스 통로부의 입구에 깔대기 형상으로 배치되어 바람이 상기 통로부로 유입되도록 안내하거나 또는 개폐부의 제어에 따라 회동하여 상기 통로부로 안내되는 바람을 상기 바이패스 통로부로 바이패스하는 유입부; 및 상기 통로부를 통과하는 바람의 풍량 정보를 이용하여 상기 유입부를 따라 공급되는 바람이 상기 통로부 및 바이패스 통로부로 분산되도록 상기 유입부의 프레임 위치를 제어하는 개폐부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 유입구 개폐 장치는 상기 유입부의 프레임이 회동하는 각도를 검출하는 각도 센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 유입부의 프레임은 부채꼴 모양으로 형성한 프레임 몸체; 상기 프레임 몸체의 일측으로부터 경사지게 일정길이 연장하여 형성된 덮개부; 및 상기 덮개부의 선단에 설치되어 프레임이 상기 바이패스 통로부와 회전축으로 체결되도록 하고, 상기 프레임이 회전축을 중심으로 회동되도록 하는 회동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 개폐부는 상기 통로부를 통과하는 바람의 풍량 정보를 검출하는 풍량 센서부; 상기 풍량 센서부가 검출한 풍량 정보를 미리 설정된 발전 판단용 풍량 정보와 비교하여 결과에 따라 상기 유입부의 프레임 위치 제어 신호와 상기 발전부의 제어 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부의 프레임 위치 제어 신호에 따라 상기 유입부의 프레임들을 각각 임의의 각도로 회동시키거나 상기 유입부 프레임들이 임의의 위치에서 고정되도록 지지하는 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 액추에이터는 풍속에 따라 상기 유입부의 프레임이 임의의 각도로 회동하도록 개별 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 바이패스 통로부는 일측에 상기 유입구의 회동 여부에 따라 선택적으로 개방 또는 폐쇄되는 바이패스 유입공을 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 밀폐된 공간에 공기보다 가벼운 기체를 수납하여 부양력을 제공하는 부양체와, 상기 부양체의 중앙을 관통하여 바람의 이동 경로를 제공하는 통로부와, 상기 통로부에 설치되어 유입되는 바람을 이용하여 발전을 수행하는 발전부와, 상기 부양체와 통로부 사이에 설치되어 상기 통로부로 안내되는 바람이 임의의 경로를 따라 바이패스되도록 안내하는 바이패스 통로부와, 복수의 프레임이 상기 바이패스 통로부의 입구에 깔대기 형상으로 배치되어 바람을 통로부로 안내하거나 또는 바이패스 통로부로 바이패스 시키는 유입부와 상기 유입부의 프레임을 동작시키는 액추에이터를 구비한 풍력 발전기의 유입구 개폐 방법으로서, a) 풍량 센서부로부터 바람의 풍량 정보가 검출되면, 제어부가 상기 검출된 풍량 정보를 미리 설정된 발전 판단용 풍량 정보와 비교하는 단계 b) 상기 비교 결과, 발전 가능 풍량이면 상기 제어부가 유입부의 프레임 위치를 설정하기 위한 프레임 위치 제어 신호를 산출하는 단계; c) 상기 제어부가 상기 산출된 프레임 위치 제어 신호를 액추에이터로 출력하여 유입부의 프레임이 임의의 각도가 되도록 제어하는 단계; 및 d) 상기 유입부의 프레임 제어가 완료되면 상기 제어부는 발전부로 발전 제어 신호를 출력하여 발전을 수행하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 a)단계의 비교 결과, 상기 검출된 풍량이 미리 설정된 발전 허용 최대 풍량을 초과하거나 또는 발전 허용 최소 풍량 미만 중 어느 하나이면, 상기 제어부는 바이패스 통로부를 완전 개방 또는 완전 폐쇄 중 어느 하나가 되도록 프레임 위치 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 검출된 풍량이 미리 설정된 발전 허용 최대 풍량을 초과하면 상기 바이패스 통로부가 개방되도록 상기 프레임 위치 제어 신호를 출력하고, 상기 검출된 풍량이 발전 허용 최소 풍량 미만이면 상기 바이패스 통로부가 폐쇄되도록 상기 프레임 위치 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 바람이 유입되는 입구에 회동 가능하게 설치된 깔대기 형상의 유입부가 바람의 세기에 따라 유입되는 바람을 바이패스시켜 안정적인 풍력 발전을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 종래 기술에 따른 풍선형 풍력 발전기를 나타낸 사시도.
도 2 는 도 1에 따른 풍선형 풍력 발전기의 단면도.
도 3 은 본 발명에 따른 유입구 개폐 장치가 설치된 풍력 발전기를 나타낸 사시도.
도 4 는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치를 나타낸 사시도.
도 5 는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 6 은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치의 동작 과정을 나타낸 단면도.
도 7 은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치의 동작 과정을 나타낸 단면도.
도 8 은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 유입구 개폐 방법의 유입구 제어 과정을 나타낸 흐름도.
도 9 은 도 8에 따른 풍력 발전기의 유입구 개폐 방법의 유입구 개방 과정을 나타낸 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 유입구 개폐 장치가 설치된 풍력 발전기를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치를 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 6은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치의 동작 과정을 나타낸 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치의 동작 과정을 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치(200)는 부양체(100)에 설치되고, 상기 부양체(100)를 관통하는 통로부(210)와, 바이패스 통로부(220)와, 복수개의 프레임으로 이루어진 유입부(230)와, 개폐부(300)를 포함하여 구성된다.
상기 부양체(100)는 원기둥 형상의 풍선형 부재로서, 밀폐된 공간에 공기보다 가벼운 기체를 수납하여 부양력을 제공하고, 상기 통로부(210)의 외주연을 따라 다수의 부양체(100)가 배치되며 상기 부양체(100)의 외주연에는 부양체(100)가 수직 또는 수평으로 균형을 유지할 수 있도록 다수의 날개(110)가 설치된다.
상기 통로부(210)는 파이프 형상의 부재로서, 부양체(100)의 중앙을 관통하여 설치되어 전측으로부터 유입되는 바람이 발전부(300)를 통과한 다음 후방으로 이동하도록 경로를 제공한다.
상기 바이패스 통로부(220)는 부양체(100)와 통로부(210) 사이에 설치되어 상기 부양체(100)의 전방으로부터 유입되는 바람의 일부가 상기 통로부(210)로 유입되지 않고 상기 부양체(100)의 후방으로 배출되도록 바이패스시키는 구성으로서, 파이프형상의 바이패스 통로부(220) 본체와 일측에 유입부(230)의 동작 여부에 따라 선택적으로 개방 또는 폐쇄되는 바이패스 유입공(221)을 포함한다.
즉 상기 바이패스 통로부(220)는 통로부(210)와 예를 들면, 이중관 형태로 배치되어 바람이 통로부(210)를 따라 이동되거나 또는 바람의 일부가 바이패스 통로부(220)를 따라 이동되도록 한다.
상기 유입부(230)는 제 1 프레임(230a), 제 2 프레임(230b), 제 3 프레임(230c), 제 4 프레임(230d)이 깔대기 형상으로 바이패스 통로부(220)의 입구측에 배치되어 전방에서 불어오는 바람이 통로부(210)로 유입되도록 안내하거나 또는 상기 바람의 풍압(또는 바람의 세기)이 미리 설정된 임의의 크기(탄성력)를 초과하면상기 불어오는 바람에 의해 회동하여 상기 통로부(210)로 안내되는 바람을 상기 바이패스 통로부(220)로 바이패스 되도록 한다.
또한, 상기 유입부(230)는 깔대기 형상을 4 등분하여 형성된 부채꼴 모양의 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d) 몸체와, 상기 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)의 몸체 일측으로부터 경사지게 일정길이 연장하여 형성된 덮개부(231)와, 상기 덮개부(231)의 선단에 설치되어 상기 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)이 상기 바이패스 통로부(220)와 각각 회전축을 통해 체결되도록 하여 상기 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)이 각각 회전축을 중심으로 회동되도록 하는 회동부(232)와, 개폐부(300)와 연결하기 위한 연결부(233)를 포함하여 구성된다.
상기 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)은 각각 바람이 유입되도록 경로를 안내하고, 상기 덮개부(231)는 바이패스 통로부(220)의 바이패스 유입공(221)과 치합하며, 상기 회동부(232)를 중심으로 정방향 또는 역방향으로 회전함으로써 상기 덮개부(231)의 위치에 따라 상기 바이패스 유입공(221)이 선택적으로 개방 또는 폐쇄되도록 한다.
본 실시예에서는 4개의 프레임을 실시예로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며 상기 프레임의 개수는 필요에 따라 증가하여 설치하는 것도 가능하다.
상기 개폐부(300)는 통로부(210)를 통과하는 바람의 풍량 정보를 이용하여 유입부(230)를 따라 공급되는 바람이 상기 통로부(210) 및 바이패스 통로부(220)로 분산되어 통과할 수 있도록 상기 유입부(230)의 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d) 위치를 제어하고, 풍량 센서부(310)와, 각도 센서부(311)와, 제어부(320)와, 액추에이터(330)를 포함하여 구성된다.
상기 풍량 센서부(310)는 통로부(210)의 내측에 설치되고, 상기 통로부(210)를 통과하는 바람의 풍속 또는 풍압을 포함한 풍량 정보를 검출한다.
상기 각도 센서부(311)는 유입부(230)의 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)과 연결된 회동부(232)에 각각 설치되고, 상기 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)이 정방향 또는 역방향으로 회동하는 각도를 검출한다.
상기 제어부(320)는 풍량 센서부(310)가 풍량 정보를 검출하여 출력하면, 상기 검출된 풍량 정보를 미리 설정된 발전 판단용 풍량 정보와 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)의 위치를 제어하기 위한 신호를 출력한다.
즉 상기 검출된 풍량 정보가 발전에 필요한 최소 풍량(풍속 또는 풍압) 정보인 경우 적절한 발전량과 발전 효율을 개선하기 위해 통로부(210)로의 집중이 필요한 경우 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)이 깔대기 형상을 유지할 수 있도록 정회전 신호를 출력한다.
또한, 상기 제어부(320)는 바람의 세기가 증가하여 상기 검출된 풍량 정보가 증가한 경우 발전부(340)가 적절한 발전량과 발전 효율을 유지하기 위해 통로부(210)로 집중되는 바람의 일부가 바이패스 통로부(220)를 통해 배기되도록 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)을 역회전시켜 상기 바이패스 통로부(220)의 일부를 개방하는 위치 제어 신호를 출력한다.
또한, 상기 제어부(320)는 상기 검출된 풍량 정보가 미리 설정된 발전 허용 최대 풍량을 초과하면, 바이패스 통로부(220)가 완전 개방되도록 하고, 상기 검출된 풍량 정보가 발전 허용 최소 풍량 미만으로 검출되면, 상기 바이패스 통로부를 완전 폐쇄되도록 프레임의 위치 제어 신호를 출력한다.
또한, 상기 제어부(320)는 상기 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)의 위치 제어 신호가 출력된 후 각도 센서부(311)로부터 정방향 또는 역방향으로의 회전 각도를 검출하여 상기 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)이 정확한 위치로 회전하였는지 여부를 확인하며, 상기 확인 결과에 따라 위치 제어 신호의 추가 출력 여부를 제어한다.
또한, 상기 제어부(320)는 풍량 센서부(310)가 검출한 풍량 정보에 따라 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d) 중 임의의 프레임만 회동시켜 바람의 세기에 따라 통로부(210)로 유입되는 바람의 양을 제어한다.
또한, 상기 제어부(320)는 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)의 위치 제어가 완료되면, 발전부(340)가 발전을 수행할 수 있도록 제어 신호를 출력하여 발전이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 액추에이터(330)는 제어부(320)의 프레임 위치 제어 신호에 따라 각각 링크(331)를 통해 연결된 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)을 임의의 각도로 회동시키거나 상기 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)들이 임의의 위치에서 고정되도록 지지하며, 상기 액추에이터(330)는 유압, 공압 또는 모터 등을 이용하여 구성된다.
또한, 상기 액추에이터(330)는 바람의 세기(풍속 또는 풍압)에 따라 제어부(320)가 출력하는 개별 프레임의 위치 제어 신호를 통해 선택된 임의의 프레임이 특정 각도로 회동하도록 개별 제어한다.
발전부(340)는 통로부(210)의 내측에 설치되어 제어부(320)가 출력하는 발전 제어 신호에 따라 상기 통로부(210)로 유입되는 바람을 이용하여 풍력 발전이 이루어지도록 한다.
도 8은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 유입구 개폐 방법의 유입구 제어 과정을 나타낸 흐름도이고, 도 9은 도 8에 따른 풍력 발전기의 유입구 개폐 방법의 유입구 개방 과정을 나타낸 흐름도로서, 도 3 내지 도 8을 참조하여 유입구 개폐 방법을 설명한다.
본 발명에 따른 풍력 발전기의 유입구 개폐 방법은 풍량 정보를 검출하는 단계(S100)와, 발전 가능 여부를 판단하는 단계(S110)와, 액추에이터(330)의 구동 정보를 산출하는 단계(S120)와, 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)의 위치 제어를 위한 액추에이터(330) 구동단계(S130)와, 상기 액추에이터(330)의 구동을 종료 여부를 판단하는 단계(S140)와, 발전을 수행하는 단계(S150)를 포함한다.
상기 풍량 정보를 검출하는 단계(S100)는 제어부(320)가 통로부(210)에 설치된 풍량 센서부(310)로부터 바람의 풍량 정보를 검출한다.
상기 발전 가능 여부를 판단하는 단계(S110)는 제어부(320)가 상기 검출된 풍량 정보를 미리 설정된 발전 허용 최소 풍량 이하인지 여부와, 상기 발전 허용 최소 풍량과 발전 허용 최대 풍량 사이인지 여부와, 상기 발전 허용 최대 풍량 이상인지 여부를 비교한다.
상기 S110단계의 판단 결과, 상기 검출된 풍량 정보가 상기 발전 허용 최소 풍량과 발전 허용 최대 풍량 사이의 발전 가능 풍량이면 제어부(320)가 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)의 위치를 설정하기 위한 각 프레임의 회동 각도를 산출하고, 상기 산출된 회동 각도에 따라 액추에이터(330)를 구동하기 위한 정보를 산출(S120)한다.
상기 S120단계에서 제어부(320)는 가변형 유입부(230)를 이용한 발전 허용 최소 풍량값이 예를 들면 4m/s이고, 발전 허용 최대 풍량값이 예를 들면 10m/s인 경우 최적의 발전 풍량값인 10m/s의 바람이 통로부(210)에 유입될 수 있도록 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)의 위치를 조절하게 된다.
즉 풍량 센서부(310)에서 검출된 통로부(210)를 통과하는 바람의 세기가 4m/s이면 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)의 위치를 제어하여 모아지는 바람량을 증가시켜 최적 발전 풍량값에 도달할 수 있도록 제어하며, 통로부를 통과하는 바람의 세기가 10m/s이면, 상기 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)의 위치를 제어하여 모아지는(집중되는) 바람이 모두 바이패스되도록 제어한다.
상기 위치 조절에 의해 설정되는 각도는 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)의 크기와 면적에 따라 유입되는 바람의 량이 다를 수 있다.
상기 제어부(320)는 산출된 프레임 위치 제어 값에 따라 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)의 위치를 제어하기 위해 구동 제어 신호를 각각의 액추에이터(330)로 출력하여 상기 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)의 각도를 제어(S130)한다.
상기 제어부(320)는 각도 센서부(311)로부터 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)의 회전 정보를 검출하여 제어가 정상적으로 이루어지고 있는지 여부를 확인하여 액추에이터(330)의 구동 종료 여부를 판단(S140)한다.
상기 S140단계의 판단 결과, 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)의 위치 제어가 완료되면 상기 제어부는 발전부(340)로 발전 제어 신호를 출력하여 발전이 수행(S150)될 수 있도록 한다.
상기 S110단계의 판단 결과, 상기 검출된 풍량이 미리 설정된 발전 허용 최소 풍량 미만이거나 또는 발전 허용 최대 풍량을 초과하면, 제어부(320)는 바이패스 통로부를 완전 개방하거나 또는 완전 폐쇄되도록 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)의 위치 제어 신호를 출력(S200)한다.
풍량 센서부(310)에서 검출된 통로부(210)의 풍속이 예를 들면, 최소 허용 풍량인 4m/s 미만이면 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)이 깔대기 형상으로 오므려지도록 액추에이터(330)를 구동하여 바이패스 통로부(220)를 폐쇄시켜 바람이 최대로 모여질 수 있도록 하고, 상기 검출된 풍속이 10m/s 이상이면 상기 제 1 내지 제 4 프레임(230a, 230b, 230c, 230d)이 벌어지도록 액추에이터(330)를 구동(S210)하여 바이패스 통로부(220)를 완전 개방시켜 바람이 바이패스되도록 한다.
상기 제어부(320)는 발전 허용 최소 풍량이거나 또는 임의의 제한 풍속값(예를 들면, 16m/s)을 초과하는 경우 발전부(340)로 발전 정지 제어 신호를 출력하여 발전이 정지(S220)되도록 한다.
따라서 바람의 세기에 따라 발전부(340)가 설치된 통로부(210)로의 바람 유입양을 조절하여 안정적인 풍력 발전을 제공할 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : 부양체 110 : 날개부
200 : 개폐 장치 210 : 통로부
220 : 바이패스 통로부 221 : 바이패스 유입공
230 : 유입부 230a : 제 1 프레임
230b : 제 2 프레임 230c : 제 3 프레임
230d : 제 4 프레임 231 : 덮개부
232 : 회동부 233 : 연결부
300 : 개폐부 310 : 풍량 센서부
311 : 각도 센서부 320 : 제어부
330 : 액추에이터 331 : 링크부
340 : 발전부

Claims (9)

  1. 밀폐된 공간에 공기보다 가벼운 기체를 수납하여 부양력을 제공하는 부양체와, 상기 부양체의 중앙을 관통하여 바람의 이동 경로를 제공하는 통로부와, 상기 통로부에 설치되고 상기 통로부로 유입되는 바람을 이용하여 발전을 수행하는 발전부를 구비한 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치로서,
    상기 부양체와 통로부 사이에 설치되어 상기 통로부로 안내되는 바람이 임의의 경로를 따라 바이패스되도록 안내하는 바이패스 통로부;
    복수의 프레임이 상기 바이패스 통로부의 입구에 깔대기 형상으로 배치되어 바람이 상기 통로부로 유입되도록 안내하거나 또는 개폐부의 제어에 따라 회동하여 상기 통로부로 안내되는 바람을 상기 바이패스 통로부로 바이패스하는 유입부; 및
    상기 통로부를 통과하는 바람의 풍량 정보를 이용하여 상기 유입부를 따라 공급되는 바람이 상기 통로부 및 바이패스 통로부로 분산되도록 상기 유입부의 프레임 위치를 제어하는 개폐부를 포함하는 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입구 개폐 장치는 상기 유입부의 프레임이 회동하는 각도를 검출하는 각도 센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유입부의 프레임은 부채꼴 모양으로 형성한 프레임 몸체;
    상기 프레임 몸체의 일측으로부터 경사지게 일정길이 연장하여 형성된 덮개부; 및
    상기 덮개부의 선단에 설치되어 프레임이 상기 바이패스 통로부와 회전축으로 체결되도록 하고, 상기 프레임이 회전축을 중심으로 회동되도록 하는 회동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 개폐부는 상기 통로부를 통과하는 바람의 풍량 정보를 검출하는 풍량 센서부;
    상기 풍량 센서부가 검출한 풍량 정보를 미리 설정된 발전 판단용 풍량 정보와 비교하여 결과에 따라 상기 유입부의 프레임 위치 제어 신호와 상기 발전부의 제어 신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부의 프레임 위치 제어 신호에 따라 상기 유입부의 프레임들을 각각 임의의 각도로 회동시키거나 상기 유입부 프레임들이 임의의 위치에서 고정되도록 지지하는 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 풍속에 따라 상기 유입부의 프레임이 임의의 각도로 회동하도록 개별 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 바이패스 통로부는 일측에 상기 유입구의 회동 여부에 따라 선택적으로 개방 또는 폐쇄되는 바이패스 유입공을 형성한 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 유입구 개폐 장치.
  7. 밀폐된 공간에 공기보다 가벼운 기체를 수납하여 부양력을 제공하는 부양체와, 상기 부양체의 중앙을 관통하여 바람의 이동 경로를 제공하는 통로부와, 상기 통로부에 설치되어 유입되는 바람을 이용하여 발전을 수행하는 발전부와, 상기 부양체와 통로부 사이에 설치되어 상기 통로부로 안내되는 바람이 임의의 경로를 따라 바이패스되도록 안내하는 바이패스 통로부와, 복수의 프레임이 상기 바이패스 통로부의 입구에 깔대기 형상으로 배치되어 바람을 통로부로 안내하거나 또는 바이패스 통로부로 바이패스 시키는 유입부와 상기 유입부의 프레임을 동작시키는 액추에이터를 구비한 풍력 발전기의 유입구 개폐 방법으로서,
    a) 풍량 센서부로부터 바람의 풍량 정보가 검출되면, 제어부가 상기 검출된 풍량 정보를 미리 설정된 발전 판단용 풍량 정보와 비교하는 단계;
    b) 상기 비교 결과, 발전 가능 풍량이면 상기 제어부가 유입부의 프레임 위치를 설정하기 위한 프레임 위치 제어 신호를 산출하는 단계;
    c) 상기 제어부가 상기 산출된 프레임 위치 제어 신호를 액추에이터로 출력하여 유입부의 프레임이 임의의 각도가 되도록 제어하는 단계; 및
    d) 상기 유입부의 프레임 제어가 완료되면 상기 제어부는 발전부로 발전 제어 신호를 출력하여 발전을 수행하는 단계를 포함하는 풍력 발전기의 유입구 개폐 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 a)단계의 비교 결과, 상기 검출된 풍량이 미리 설정된 발전 허용 최대 풍량을 초과하거나 또는 발전 허용 최소 풍량 미만 중 어느 하나이면, 상기 제어부는 바이패스 통로부를 완전 개방 또는 완전 폐쇄 중 어느 하나가 되도록 프레임 위치 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 유입구 개폐 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 검출된 풍량이 미리 설정된 발전 허용 최대 풍량을 초과하면 상기 바이패스 통로부가 개방되도록 상기 프레임 위치 제어 신호를 출력하고, 상기 검출된 풍량이 발전 허용 최소 풍량 미만이면 상기 바이패스 통로부가 폐쇄되도록 상기 프레임 위치 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 유입구 개폐 방법.
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