KR101458892B1 - 풍속상승장치 및 이를 이용한 공동주택의 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍속상승장치 및 이를 이용한 풍력발전장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 풍속상승장치는, 각각 내측에 공기가 이동할 수 있는 통로가 형성되고, 두 개 이상 적층 설치됨으로써 인접한 요소들 사이에 상기 통로와 소통되는 외기 유입구를 형성시킴으로써, 상기 외기 유입구를 통해 유입되는 외기에 의해 상기 통로 측에서 흐르는 공기의 이동속도를 증가시킬 수 있도록 구성되고, 본 발명에 의한 공동주택의 풍력발전장치는, 공동주택의 옥상에 마련되는 배기구로부터 이격되게 설치되고, 바람에 의해 회전되는 블레이드; 상기 배기구와 블레이드 사이에 적어도 두 개 이상 적층 설치됨으로써 인접한 요소들 사이에 외기 유입구를 형성시키고, 상기 외기 유입구를 통해 유입되는 외기풍에 의해 상기 배기구 내부에 형성된 배기풍의 풍속을 증가시키는 풍속상승장치들; 및 상기 증가된 배기풍에 의해 회전되는 블레이드의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 에너지 변환장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

풍속상승장치 및 이를 이용한 공동주택의 풍력발전장치{Wind speed increasing apparatus and apartment wind power generation equipment utilizing the wind speed apparatus}

본 발명은 풍속상승장치 및 이를 이용한 공동주택의 풍력발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기풍의 풍속 상승률을 높여 줌으로써 풍력 발전 효율의 향상을 기대할 수 있고, 기존 배기구의 구조변경 없이 설치가 가능하며, 요구되는 풍속 향상률에 따라 다단으로 설치될 수 있도록 구조가 개선된 풍속상승장치 및 이를 이용한 공동주택의 풍력발전장치에 관한 것이다.

최근 초고층 공동주택의 문제점인 에너지 과소비와 환기 문제를 해결하기 위한 방안으로서 상기 공동주택의 옥상 배기구에 풍력 발전 시스템을 설치하여 풍력발전으로 인한 에너지 절약효과를 얻고자 하는 방안 등이 시도되고 있으나, 아직 기초 연구에 머무르고 있는 실정이다. 특히 기존 배기풍의 토출 속도는 0.5~1.5m/s에 불과해 소형풍력발전 시스템을 적용하기 어렵다. 따라서 유입관을 도입하여 배기풍의 증폭시키거나, 배기구 말단부에 외기를 유인하기 위한 장치를 설치하여 소형풍력발전 적용이 가능한 3m/s내외의 풍환경을 만드는 것이 필요하다.

그러나, 이러한 장치의 설계에 있어서 첫째, 간단한 구조로 기존 배기풍의 풍속 상승률을 높여 줄 수 있어야 하고, 둘째, 기존 배기구의 설계변경을 초래하지 않음으로써 설비투자비용을 최소화시킬 수 있어야 하며, 셋째, 요구되는 풍속 향상률에 따라, 사용자가 쉽게 제품을 설치할 수 있고 다른 부품의 구조변경 없이 대응이 가능하도록 설계되는 것이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 기존 배기구의 설계변경을 초래하지 않으면서 설치가 가능하고, 외기 유입에 따른 배기풍 상승효율을 높일 수 있는 풍속상승장치 및 이를 이용한 공동주택의 풍력발전장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다단으로 적층 설치되는 것만으로도 외기풍을 배기풍 측으로 유인할 수 있도록 하는 풍속상승장치 및 이를 이용한 공동주택의 풍력발전장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 배기풍에 의한 블레이드의 회전이 바람 방향에 따라 방해받는 것을 억제할 수 있는 공동주택의 풍력발전장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 풍속상승장치는, 각각 내측에 공기가 이동할 수 있는 통로가 형성되고, 두 개 이상 적층 설치됨으로써 인접한 요소들 사이에 상기 통로와 소통되는 외기 유입구를 형성시킴으로써, 상기 외기 유입구를 통해 유입되는 외기에 의해 상기 통로 측에서 흐르는 공기의 이동속도를 증가시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 각 통로는, 공동주택의 옥상에 마련되는 배기구와 소통되고, 상기 각 요소에 해당하는 풍속상승장치는, 상기 배기구의 배기풍이 통과되고 인접한 풍속상승장치의 상단에 안착되는 제1환형부와, 상기 제1환형부보다 외경이 작고 인접한 풍속상승장치의 하단이 안착되는 제2환형부를 포함하여 이루어져서, 상기 인접한 풍속상승장치들 중 상측에 위치한 풍속상승장치의 상기 제1환형부와 하측에 위치한 풍속상승장치의 제2환형부 사이에, 상기 외기 유입구 및 배기구와 소통되는 환형공간이 형성되도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 공동주택의 풍력발전장치는, 공동주택의 옥상에 마련되는 배기구로부터 이격되게 설치되고, 바람에 의해 회전되는 블레이드; 상기 배기구와 블레이드 사이에 적어도 두 개 이상 적층 설치됨으로써 인접한 요소들 사이에 외기 유입구를 형성시키고, 상기 외기 유입구를 통해 유입되는 외기풍에 의해 상기 배기구 내부에 형성된 배기풍의 풍속을 증가시키는 풍속상승장치들; 및 상기 증가된 배기풍에 의해 회전되는 블레이드의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 에너지 변환장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 각 풍속상승장치는, 상기 배기구의 배기풍이 통과되고 인접한 풍속상승장치의 상단에 안착되는 제1환형부와, 상기 제1환형부보다 외경이 작고 인접한 풍속상승장치의 하단이 안착되는 제2환형부를 포함하여 이루어져서, 인접한 풍속상승장치들 중 상측에 위치한 풍속상승장치의 상기 제1환형부와 하측에 위치한 풍속상승장치의 제2환형부 사이에, 상기 외기 유입구 및 배기구와 소통되는 환형공간이 형성되도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 각 풍속상승장치는, 상기 제1환형부와 제2환형부 사이에 마련되고, 상기 제1환형부의 상단에서 상기 제2환형부의 하단 측으로 갈수록 외경이 점점 작아지게 형성됨으로써, 상기 외기 유입구 측으로 유입되는 외기풍의 저항을 줄여 주는 가이드 베인부;를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 제2환형부에는, 상기 외기 유입구 측으로 유입된 외기풍의 난류 발생을 억제할 수 있도록, 상기 환형공간을 복수개로 구획하는 구획리브들이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 제1환형부에는, 상기 제2환형부의 구획리브가 삽입되는 끼움홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기 블레이드의 원활한 회전이 가능하도록, 상기 블레이드를 상기 배기풍의 상승방향과 동일한 축을 기준으로 하여 회전시키기 위한 회전수단;을 포함하되, 상기 회전수단은, 상기 블레이드와 함께 상기 동일한 축을 기준으로 하여 회전되고 상기 배기구 및 풍속상승장치가 관통하는 회전선반; 및 상기 회전선반과 함께 회전가능하게 그 회전선반에 설치되고, 상기 블레이드의 회전을 조력할 수 있도록 상기 블레이드를 바람의 방향에 따라 회전시키는 방향타부재;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 풍속상승장치는, 기설치되어 있는 배기구에 외기 유입구를 추가로 형성하기 위한 성형공정이 요구되지 않기 때문에, 기설치된 배기구의 설계변경 없이 외기의 유입이 가능하게 됨에 따라, 불필요한 설비투자 비용을 줄일 수 있는 장점과, 풍속상승장치의 적층개수를 늘려 주는 것에 의하여, 다른 구성의 설계변경 없이 요구되는 배기풍속 상승률을 충족시켜 줄 수 있기 때문에, 사용자의 편리성 및 설치되는 환경에 따른 적응성이 향상될 수 있는 장점과, 각 풍속상승장치에 슬릿 구조를 형성하지 않고도 다단으로 적층시키는 방법에 의해 외기풍이 배기풍 측으로 유인될 수 있어서, 외기 유입 구조 성형을 위한 비용을 절감할 수 있고 사용상의 편리성을 높일 수 있는 장점을 가진다.

이러한 풍속상승장치를 포함하여 이루어지는 본 발명에 의한 공동주택의 풍력발전장치는, 작은 설비투자 비용으로 풍력발전의 효율을 높여 에너지 절감 효과를 극대화시킬 수 있는 장점을 가진다.

한편, 블레이드의 회전이 바람의 방향에 따라 방해받지 않는 위치에 그 블레이드를 위치되게 하는 실시예에 의하면, 풍속상승장치에 의해 풍속이 증가된 배기풍에 블레이드에 직접 가해지는 외기풍이 더해져, 블레이드의 회전력을 더욱 크게 하여 풍력발전의 효율을 더욱 높일 수 있는 장점이 기대된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 풍속상승장치가 채용된 풍력발전장치의 사시도.
도 2는 본 발명 일실시예에 따른 풍속상승장치가 채용된 풍력발전장치의 정면도.
도 3은 본 발명 일실시예에 따른 풍속상승장치의 사시도.
도 4는 본 발명 일실시예에 따른 풍속상승장치의 단면도.
도 5는 본 발명 일실시예에 따른 풍속상승장치의 다단 적층 구조를 보인 단면도.
도 6은 본 발명 일실시예에 따른 풍속상승장치가 채용된 풍력발전장치의 평면도.
도 7은 본 발명 일실시예에 따른 풍속상승장치가 채용된 풍력발전장치의 외기 방향에 따른 동작을 설명하기 위한 동작상태도.
도 8은 본 발명 일실시예에 따른 풍속상승장치가 채용된 풍력발전장치를 구성하는 블레이드의 회전원리를 설명하기 위한 사시도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍속상승장치의 분리 사시도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍속상승장치의 단면도.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 풍속상승장치 및 이를 이용한 풍력발전장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 풍속상승장치가 채용된 풍력발전장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명 일실시예에 따른 풍속상승장치가 채용된 풍력발전장치의 정면도이며, 도 3은 본 발명 일실시예에 따른 풍속상승장치의 사시도이고, 도 4는 본 발명 일실시예에 따른 풍속상승장치의 단면도이며, 도 5는 본 발명 일실시예에 따른 풍속상승장치의 다단 적층 구조를 보인 단면도이며, 도 6은 본 발명 일실시예에 따른 풍속상승장치가 채용된 풍력발전장치의 평면도이며, 도 7은 본 발명 일실시예에 따른 풍속상승장치가 채용된 풍력발전장치의 외기 방향에 따른 동작을 설명하기 위한 동작상태도이며, 도 8은 본 발명 일실시예에 따른 풍속상승장치가 채용된 풍력발전장치를 구성하는 블레이드의 회전원리를 설명하기 위한 사시도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 풍속상승장치(10)는, 공동주택의 배기구(A)와 소통되는 통로가 형성되고, 그 통로 측으로 외기를 유입시켜 줌으로써 상기 배기구(A)의 배기풍의 풍속을 상승시켜 주기 위한 것이다.

이러한 기능을 발휘하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 풍속상승장치(10)는, 내측에 상기 공기가 이동할 수 있는 통로가 형성되고, 두 개 이상 적층 설치됨으로써 도 5에 잘 도시된 바와 같이, 인접한 요소(풍속상승장치(10)를 의미함)들 사이에 상기 통로와 소통되는 외기 유입구(11)를 형성시킨다.

상기 외기 유입구(11)를 통해 유입되는 외기풍은 상기 배기풍의 풍속을 증가시켜 주며, 이러한 풍속 증가는 후술할 블레이드(20)의 회전력을 크게 하여 풍력 발전의 효율을 높여 줄 수 있게 되는 것이다.

본 실시예에 따른 풍속상승장치(10)는, 상기 통로와 소통되는 외기 유입구(11)를, 제품 가공 또는 성형에 의한 슬릿(slit)을 형성하지 않고도 두 개 이상의 요소를 서로 적층시키는 것에 의하여 형성시킬 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 풍속상승장치(10)는, 기설치되어 있는 배기구(A)에 외기 유입구(11)를 추가로 형성하기 위한 성형공정이 요구되지 않기 때문에, 기설치된 배기구(A)의 설계변경 없이 외기의 유입이 가능하게 됨에 따라, 불필요한 설비투자 비용을 줄일 수 있는 장점을 가진다.

또한, 상기 풍속상승장치(10)의 적층개수를 늘려 주는 것에 의하여, 다른 구성의 설계변경 없이 요구되는 배기풍속 상승률을 충족시켜 줄 수 있기 때문에, 사용자의 편리성 및 설치되는 환경에 따른 적응성이 향상될 수 있게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 풍속상승장치(10)는, 도 3 내지 도 5에 잘 도시된 바와 같이, 제품 자체의 적층 구조에 기인하여 외기 유입구(11)의 형성이 가능하도록, 제1환형부(12)와 제2환형부(14)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1환형부(12)는, 상기 배기구(A)의 배기풍이 내측을 통과할 수 있도록 환 형상으로 형성되고, 인접한 풍속상승장치(10)의 상단에 안착된다. 상기 제2환형부(14)는, 인접한 풍속상승장치(10)의 하단이 안착되고, 상기 제1환형부(12)보다 외경이 작게 형성된다.

이러한 구조를 가지는 본 실시예는, 상기 인접한 풍속상승장치(10)들 중 상측에 위치한 풍속상승장치(10)의 상기 제1환형부(12)와 하측에 위치한 풍속상승장치(10)의 제2환형부(14) 사이에, 상기 외기 유입구(11) 및 배기구(A)와 소통되는 환형공간(15)이 형성되도록 구성된다. 이와 같이 되면, 각 풍속상승장치(10)에 슬릿 구조를 형성하지 않고도 다단으로 적층시키는 방법에 의해 외기풍이 배기풍 측으로 유인될 수 있어서, 외기 유입 구조 성형을 위한 비용을 절감할 수 있고 사용상의 편리성을 높일 수 있게 된다.

그리고, 본 실시예에 따른 풍속상승장치(10)는, 상기 제1환형부(12)와 제2환형부(14) 사이에 마련되는 가이드 베인부(16)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 가이드 베인부(16)는, 상기 외기 유입구(11) 측으로 유입되는 외기풍의 저항을 줄여 줄 수 있도록, 상기 제1환형부(12)의 상단에서 상기 제2환형부(14)의 하단 측으로 갈수록 외경이 점점 작아지게 형성된다.

이러한 가이드 베인부(16)를 구비하는 풍속상승장치(10)는, 상기 배기구(A)의 배기풍속이 상승속도를 더욱 크게 하여 후술할 블레이드(20)의 회전력을 크게 하고, 이에 따라 풍력발전의 효율을 더욱 높일 수 있게 한다.

또환, 본 실시예에 따른 풍속상승장치(10)는, 상기 제2환형부(14)에 구획리브(18)들이 형성되어 있는 구조가 채택되어 있다.

상기 구획리브(18)들은, 상기 환형공간(15)을 복수개로 구획하여 줌으로써, 상기 외기 유입구(11) 측으로 유입된 외기풍의 난류 발생을 억제하는 역할을 한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서는, 도 9 및 도 10에 잘 도시된 바와 같이, 상측에 위치한 풍속상승장치(210)의 제1환형부(212)에, 하측에 위치한 풍속상승장치(210')의 구획리브(214)들이 삽입되는 끼움홈(212a)이 형성되어 있어서, 인접한 풍속상승장치(210,210')들 간의 가결합이 용이한 장점이 기대된다. 본 실시예에서는 상기 끼움홈(212a)이 상기 제1환형부(212)의 내주면에 한 쌍의 리브들 사이에 형성되도록 구성되어 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않고, 예컨대 상기 제1환형부(212)의 하단면을 일부 절개한 홈 형상으로 형성되는 것도 가능하다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전장치를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명하되, 앞에서 설명한 풍속상승장치(10)에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전장치는, 도 1 및 도 2에 잘 도시된 바와 같이, 앞에서 설명한 풍속상승장치(10)를 이용하여 풍력을 발생시키고, 이 풍력을 이용하여 전기 에너지를 생성하기 위한 것으로, 블레이드(20)와 상기 풍속상승장치(10)와 에너지 변환장치를 포함하여 이루어진다.

상기 블레이드(20)는, 공동주택의 옥상에 마련되는 배기구(A)로부터 이격되게 설치되고, 바람에 의해 회전된다. 본 실시예에서 상기 배기구(A)에는 상기 풍속상승장치(10)들이 다단으로 설치되고, 상기 블레이드(20)는 상기 풍속상승장치(10)들 중 최상단에 위치한 요소(10)의 상측에 이격되게 설치되어 있다.

상기 에너지 변환장치는, 상기 배기풍에 의해 회전되는 블레이드(20)의 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 주기 위한 것으로, 당업자가 특별한 지식의 부가 없이 이해 및 재현이 가능하기 때문에 추가적인 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전장치는, 도 6 및 도 7에 잘 도시된 바와 같이, 상기 블레이드(20)가 바람의 방향에 따라 회전되게 하는 회전수단을 포함한다. 즉, 상기 회전수단은, 도 7의 가상선으로 도시되어 있는 상태에서 실선 화살표와 같이 외기 방향이 바뀌게 되는 경우에, 도 7의 실선으로 도시된 바와 같이, 상기 블레이드(20)를 상기 배기풍의 상승방향과 동일한 축을 기준으로 하여 회전시킴으로써 상기 블레이드(20)의 회전이 바람의 방향에 의해 방해받지 않게 하는 것으로, 회전선반(30)과 방향타부재(40)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 회전선반(30)은, 상기 블레이드(20)를 상기 풍속상승장치(10)의 상측에 지지시켜 주기 위한 지지프레임 역할을 하는 고정선반(50)에, 회전가능하게 설치된다.

상기 방향타부재(40)는, 상기 회전선반(30)과 함께 회전될 수 있도록, 그 회전선반(30)에 고정설치되고, 상기 블레이드(20)는 그 블레이드(20)의 회전중심축을 제공하는 지지바(32)에 회전가능하게 결합됨으로써, 상기 회전선반(30)이 회전되는 경우에 상기 방향타부재(40) 및 블레이드(20)가 함께 회전이 이루어지게 된다.

이와 같이 되면, 도 8에 잘 도시된 바와 같이, 상기 블레이드(20)의 회전이 바람의 방향에 따라 방해받지 않는 위치에 상기 블레이드(20)가 위치되게 함으로써, 상기 풍속상승장치(10)에 의해 풍속이 증가된 배기풍에 상기 블레이드(20)에 직접 가해지는 외기풍이 더해져, 상기 블레이드(20)의 회전력을 더욱 크게 할 수 있게 된다.

이상, 본 발명에 대한 바람직한 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 위에서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며 본 발명 속하는 기술분야에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있음은 자명하다.

10:풍속상승장치 11:외기 유입구
12:제1환형부 14:제2환형부
15:환형공간 16:가이드 베인부
18:구획리브 20:블레이드
30:회전선반 32:지지바
40:방향타부재 50:고정선반
A:배기구

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 공동주택의 옥상에 마련되는 배기구로부터 연직 상측에 이격되게 설치되고, 바람에 의해 회전되는 블레이드;
   상기 배기구와 블레이드 사이에 적어도 두 개 이상 적층 설치됨으로써 인접한 요소들 사이에 외기 유입구를 형성시키고, 상기 외기 유입구를 통해 유입되는 외기풍에 의해 상기 배기구 내부에 형성된 배기풍의 풍속을 증가시키는 풍속상승장치들;
   상기 증가된 배기풍에 의해 회전되는 블레이드의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 에너지 변환장치; 및
   상기 블레이드의 원활한 회전이 가능하도록, 상기 블레이드를 상기 배기풍의 상승방향과 동일한 축을 기준으로 하여 회전시키기 위한 회전수단;을 포함하되,
   상기 회전수단은,
   상기 블레이드와 함께 상기 동일한 축을 기준으로 하여 회전되고 상기 배기구 및 풍속상승장치가 관통하는 회전선반; 및
   상기 회전선반과 함께 회전가능하게 그 회전선반에 설치되고, 상기 블레이드의 회전을 조력할 수 있도록 상기 블레이드를 바람의 방향에 따라 회전시키는 방향타부재;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공동주택의 풍력발전장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 각 풍속상승장치는, 상기 배기구의 배기풍이 통과되고 인접한 풍속상승장치의 상단에 안착되는 제1환형부와, 상기 제1환형부보다 외경이 작고 인접한 풍속상승장치의 하단이 안착되는 제2환형부를 포함하여 이루어져서,
   인접한 풍속상승장치들 중 상측에 위치한 풍속상승장치의 상기 제1환형부와 하측에 위치한 풍속상승장치의 제2환형부 사이에, 상기 외기 유입구 및 배기구와 소통되는 환형공간이 형성되도록 구성된 것을 특징으로 하는 공동주택의 풍력발전장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 각 풍속상승장치는,
   상기 제1환형부와 제2환형부 사이에 마련되고, 상기 제1환형부의 상단에서 상기 제2환형부의 하단 측으로 갈수록 외경이 점점 작아지게 형성됨으로써, 상기 외기 유입구 측으로 유입되는 외기풍의 저항을 줄여 주는 가이드 베인부;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공동주택의 풍력발전장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 제2환형부에는, 상기 외기 유입구 측으로 유입된 외기풍의 난류 발생을 억제할 수 있도록, 상기 환형공간을 복수개로 구획하는 구획리브들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 공동주택의 풍력발전장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1환형부에는, 상기 제2환형부의 구획리브가 삽입되는 끼움홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 공동주택의 풍력발전장치.
8. 삭제

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