KR101539893B1 - 터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템에 관한 것으로, 풍력발전시스템에 있어서, 상기 시스템은, 터널 내부에서 자동차의 주행 중에 발생하는 각종 오염물질과 매연, 화재발생시 발생하는 연기 등을 터널 밖으로 배출시켜 주며, 터널 내부의 자연기류 방향에 따라 정회전 또는 역회전으로 양방향 운전이 가능한 제트 팬(Jet Fan, 100)과; 상기 터널 내부의 제트 팬에서 발생되는 폐바람을 이용하여 회전하되, 날개(Blade, 211)와 허브(Hub, 212)로 구성된 회전자(Rotor, 210)와 상기 회전자의 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속장치(Gear Box, 220)와 상기 증속장치의 이상 유무에 따라 제동력을 발휘하는 유압브레이크장치(230)와 상기 증속장치와 연결된 발전기(240) 및 풍력발전시스템을 터널 천정에 고정 설치하기 위한 브라켓(250)을 갖는 수평축 풍력발전 시스템(200)과; 상기 제트 팬의 회전방향에 따른 풍량 및 풍속을 감지하고 터널내부의 화재에 따른 연기를 감지하여 제어장치로 전송하는 감지센서(300)와; 상기 감지센서(300)로부터 감지된 데이터를 연산 처리하여 상기 수평축 풍력발전 시스템(200)의 증속장치(220)와 유압브레이크장치(230) 및 발전기(240)를 단속 제어하고 배터리 충ㆍ방전 장치(500)와 계통연계 스위치(700)를 단속 제어하는 제어장치(400)와; 상기 제어장치의 명령을 전달받아 상기 발전기(240)에서 발전된 DC전력을 배터리(520)에 충전하고 방전시키는 충전/방전 스위치(510)를 갖는 배터리 충ㆍ방전 장치(500)와; 상기 배터리(520)에 저장된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 터널 내부의 조명부하로 출력하는 인버터(600)와; 상기 제어장치의 명령을 받아 동작하되, 상기 인버터로부터 출력되는 전압 여부에 따라 한전에서 공급되는 전력을 터널 내부의 조명부하(800)로 공급하고 차단하기 위한 계통연계 스위치(700)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템을 제공한다.
따라서 본 발명은 유동성이 많은 자연바람에 비해, 터널내부 제트 팬에서 발생되는 풍량과 풍속이 일정한 폐바람을 이용하여, 경제성 있는 풍력발전을 도모할 수 있어 터널내부 조명용으로 활용할 경우 전력난을 해소할 수 있는 독특한 효과가 있다.

Description

터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템{Wind Power Generation System using Jet Fans in the Tunnel}
본 발명은 풍력발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터널 내부의 입ㆍ출구 쪽에 집중된 제트 팬(Jet Fan)의 폐바람을 이용하여 풍력발전을 통해 터널내부의 조명부하 등에 활용할 수 있도록 한 터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 풍력발전(Wind Power)이란 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기역학적(Aerodynamic) 특성을 이용하여 회전자(Rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 기술이다.
풍력발전기는, 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형과 수직형으로 분류되고, 주요 구성 요소로는 날개(Blade)와 허브(Hub)로 구성된 회전자와, 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속장치(Gear Box), 발전기 및 각종 안전장치를 제어하는 제어장치, 유압 브레이크 장치와 전력제어장치 및 철탑 등으로 구성된다.
풍력발전은, 자연현상인 바람을 이용하여 전력을 생산하는 장치로서 다른 발전에 비하여 설치비용이 저렴하고 가정이나 공장 또는 지역단위로 개별적인 발전을 하기 용이하여 다양한 기술들이 개발되고 있는 추세이다. 하지만, 풍력발전에 이상적인 바람은 풍향 및 풍속이 일정하고 안정된 바람이 요구되고 있으나, 자연의 바람은 항상 풍속이 변화하고, 일 격차나 계절 격차가 크기 때문에 풍속이 일정하고 안정된 바람을 얻을 수 있는 장소를 선정하기에 어려움이 많다.
수평방식의 풍력발전에 요구되는 바람의 풍속은 5~7m/sec의 강풍인 반면에, 수직방식의 풍력발전에는 2~3m/sec의 미풍 정도면 가능하다. 수직방식의 풍력발전시스템은 대용량의 전력을 생산할 수 없기 때문에 수평방식을 주로 채택하고 있다. 그러나 최근 이상기온 현상으로 사계절의 경계가 무너진 우리나라에서 조차 대용량의 발전량을 획득할 수 있는 수평방식의 풍력발전에 요구되는 강풍을 동반한 바람은 연간 수회에 불과하고 강원도 대관령에 국한되고 있는 실정이다.
이를 해결하고자, 공장 집진기 등에서 인위적으로 발생하는 폐바람을 버리지 않고 재활용할 수 있는 풍력발전 형태가 개발되고 있다.
일례로, 대한민국 공개실용신안공보 제2010-0002479호(2010. 3. 10)에는 건물이나 공장 내부의 공기 정화를 목적으로 기체 속에 부유(浮遊)하고 있는 고체나 액체의 미립자를 모아서 제거하는 장치인 집진기(100)의 닥트(duct; 101)를 통해 배출되는 폐바람을 이용한 풍력발전장치가 제안되어 있다{도 1의 (가) 참조}.
그러나, 상기 실용신안기술은 집진기 내부에 풍력발전장치가 설치됨으로 인해 기존에 설치되어 있는 집진기에 설치하는데 어려움이 따르며, 고장수리 및 유지보수 작업도 마찬가지로 작업상 제약이 따르게 된다. 또한, 집진기의 닥트 내부에서 회전날개가 회전운동 함에 따라 집진기 내부에 설치된 송풍기 구동 소음과 공기 흐름으로 인한 소음과 겹쳐 소음발생이 심해 주위 사람들에게 불쾌감을 주며, 집진기 닥트 내부에 부하가 발생하여 집진기 효율이 떨어지는 문제점을 안고 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-1001432호(2010.12.08)호에는 건물이나 공장 내부에 설치된 집진기의 닥트 출구로 배출되는 폐바람을 이용하여 전력을 생산하고 이용 가능하게 할 수 있도록 한 집진기의 폐바람을 이용한 풍력발전시스템이 제안된 바 있다{ 1의 (나) 참조}.
그러나, 상기 특허기술은 집진기 닥트 출구가 대기 중으로 노출되어 있고, 노출된 집진기 닥트 출구의 전면에는 풍력발전기가 일정한 간격을 두고 타워 형으로 설치되어 있기 때문에, 폐바람을 토출하는 집진기 닥트 출구에서 토출된 폐바람은 외부 자연바람에 의해 풍량과 풍속이 분산되어 풍력발전기를 가동시키는데 한계가 있다. 만약, 상기 특허기술에서 풍량과 풍속 문제를 해결하기 위해 풍력발전기를 집진기 닥트 출구에 밀착하여 설치할 경우 집진기의 고유 기능에 여전히 문제를 안고 있다고 할 것이다.
따라서, 본 발명은 터널 내부의 환기를 위한 제트 팬(Jet Fan)의 바람을 이용한 풍력발전시스템을 제안하고자 한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 특히 본 발명의 목적은 터널 내부의 입ㆍ출구 쪽에 집중된 제트 팬(Jet Fan)의 폐바람을 활용하여 풍력발전을 할 수 있는 수평축풍력발전시스템과 제어장치 및 계통연계스위치를 구성함으로써, 유동성이 많은 자연바람에 비해, 터널내부 제트 팬에서 발생되는 풍량과 풍속이 일정한 폐바람을 이용하여, 경제성 있는 풍력발전을 도모할 수 있어 터널내부 조명용으로 활용할 경우 전력난을 해소할 수 있도록 한 터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 특징은, 풍력발전시스템에 있어서, 상기 시스템은, 터널 내부에서 자동차의 주행 중에 발생하는 각종 오염물질과 매연, 화재발생시 발생하는 연기 등을 터널 밖으로 배출시켜 주며, 터널 내부의 자연기류 방향에 따라 정회전 또는 역회전으로 양방향 운전이 가능한 제트 팬(Jet Fan, 100)과; 상기 터널 내부의 제트 팬에서 발생되는 폐바람을 이용하여 회전하되, 날개(Blade, 211)와 허브(Hub, 212)로 구성된 회전자(Rotor, 210)와 상기 회전자의 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속장치(Gear Box, 220)와 상기 증속장치의 이상 유무에 따라 제동력을 발휘하는 유압브레이크장치(230)와 상기 증속장치와 연결된 발전기(240) 및 풍력발전시스템을 터널 천정에 고정 설치하기 위한 브라켓(250)을 갖는 수평축 풍력발전 시스템(200)과; 상기 제트 팬의 회전방향에 따른 풍량 및 풍속을 감지하고 터널내부의 화재에 따른 연기를 감지하여 제어장치로 전송하는 감지센서(300)와; 상기 감지센서(300)로부터 감지된 데이터를 연산 처리하여 상기 수평축 풍력발전 시스템(200)의 증속장치(220)와 유압브레이크장치(230) 및 발전기(240)를 단속 제어하고 배터리 충ㆍ방전 장치(500)와 계통연계 스위치(700)를 단속 제어하는 제어장치(400)와; 상기 제어장치의 명령을 전달받아 상기 발전기(240)에서 발전된 DC전력을 배터리(520)에 충전하고 방전시키는 충전/방전 스위치(510)를 갖는 배터리 충ㆍ방전 장치(500)와; 상기 배터리(520)에 저장된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 터널 내부의 조명부하로 출력하는 인버터(600)와; 상기 제어장치의 명령을 받아 동작하되, 상기 인버터로부터 출력되는 전압 여부에 따라 한전에서 공급되는 전력을 터널 내부의 조명부하(800)로 공급하고 차단하기 위한 계통연계 스위치(700)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제어장치는, 상기 발전기(240)의 내부에 장착된 온도센서(미도시)를 통해 이상 유무를 판단하여 상기 증속장치(220)와 유압브레이크장치(230)를 단속 제어하여 발전기(240)를 정지시키도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제어장치는, 상기 제트 팬(100)의 회전방향에 따른 풍량 및 풍속을 감지하는 상기 감지센서로(300)부터, 상기 제트 팬(100)이 터널 내부의 자연기류 방향에 따라 정회전(CW방향)에서 역회전(CCW방향) 혹은 역회전(CCW방향)에서 정회전(CW방향)으로 전환되어 풍량과 풍속에 변화가 있을 경우, 상기 회전자(Rotor, 210)는 불어오는 바람을 상대로 역회전(CCW방향)을 하기 때문에 상기 회전자의 날개(Blade, 211)를 가변피치구동장치(미도시)에 의해 훼더링(feathering)시켜 로터가 충분히 감속내지는 정지시킨 후에 상기 유압브레이크장치(230)를 동작시키도록 단속 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제어장치는, 상기 감지센서(300)로부터 상기 회전자(Rotor, 210)의 속도가 30rpm, 풍속이 30m/sec 이상일 경우, 상기 증속장치(220)와 유압브레이크장치(230)를 단속 제어하여 상기 발전기(240)를 정지시키도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제어장치는, 상기 감지센서(300)로부터 터널내부의 교통사고로 화재가 발생하여 연기를 감지할 경우, 상기 상기 증속장치(220)와 유압브레이크장치(230)를 단속 제어하여 상기 발전기(240)를 정지시키도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템을 구성함으로써, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
(1) 터널내부 제트 팬에서 발생된 폐바람의 유동이 가진 운동 에너지의 공기력학적 특성을 이용하여 로터를 회전시켜 전기를 발생함으로써, 에너지 대체효과가 크다.
(2) 유동성이 많은 자연바람에 비해, 터널내부 제트 팬에서 발생되는 폐바람의 풍량과 풍속이 일정하므로, 경제성 있는 풍력발전을 도모할 수 있어 터널내부 조명용으로 활용할 경우 전력난을 해소할 수 있는 독특한 효과가 있다.
도 1의 (가) 및 (나)는 종래의 집진장치의 폐바람을 이용한 풍력발전시스템을 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템에 대한 전체 구성을 나타낸 블록도
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템에 대한 수평축 풍력발전 시스템을 구체적으로 나타낸 그래픽
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템의 기술적 해결수단은, 크게 제트 팬(Jet Fan, 100)과, 수평축 풍력발전 시스템(200)과, 감지센서(300)와, 제어장치(400)와, 배터리 충ㆍ방전 장치(500)와, 인버터(600) 및 계통연계 스위치(700)로 구성되어진다.
도 2를 참조하여 상기 제트 팬(Jet Fan, 100)은, 터널 내부를 환기시키는 수단으로, 터널 내부에서 자동차의 주행 중에 발생하는 각종 오염물질과 매연, 화재발생시 발생하는 연기 등을 터널 밖으로 배출시켜 주며, 터널 내부의 자연기류 방향에 따라 정회전 또는 역회전으로 양방향 운전이 가능하다.
여기서, 상기 제트 팬(Jet Fan)은 터널을 통과하는 차량에서 배출되는 각종 오염물질(매연, 분진)과 화재 시 발생하는 연기를 효과적으로 배출하기 위해 설치하는 것으로, 보통 140 ~ 200m 간격으로 터널 상부(천정)에 특별히 설치된 송풍기를 말한다. 제트 팬은 터널 내부의 압력특성을 고려하고 환기효과를 극대화하기 위해, 보통 터널의 양단 입ㆍ출구에 집중적으로 설치되어 있다. 제트 팬은 터널 천정에 매달려 30m/sec 이상의 높은 풍속으로 운전되고 차량의 주행방향이나 터널 내부의 자연기류 방향에 따라 정회전, 역회전의 양방향 운전이 가능하도록 설계되어 있다. 그리고 제트 팬은 터널의 규격에 따라 달라지는데, 제트 팬의 구경(내경)은 Φ1,250mm, 풍속 30m/sec 이상, 회전수 1,800rpm이다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 수평축 풍력발전 시스템(200)은, 상기 제트 팬에서 발생된 폐바람을 이용하여 풍력발전을 하는 수단으로, 상기 터널 내부의 제트 팬에서 발생되는 폐바람을 이용하여 회전하되, 날개(Blade, 211)와 허브(Hub, 212)로 구성된 회전자(Rotor, 210)와 상기 회전자의 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속장치(Gear Box, 220)와 상기 증속장치의 이상 유무에 따라 제동력을 발휘하는 유압브레이크장치(230)와 상기 증속장치와 연결된 발전기(240) 및 풍력발전시스템을 터널 천정에 고정 설치하기 위한 브라켓(250)을 갖는다.
상기 수평축 풍력발전 시스템(200)은 터널 내부의 입ㆍ출구 쪽에 집중화된 제트 팬(Jet Fan)과 일정한 거리를 두고 설치된다. 바람직하게는 상기 수평축 풍력발전 시스템의 회전자에 가해지는 풍속이 30~60rpm, 5 ~ 7 m/sec 풍속을 유지하는 것이 바람직하다. 물론 상기 수평축 풍력발전 시스템 규격에 따라 상기 회전자에 가해지는 풍량과 풍속이 정해질 수 있음은 자명한 사항이다.
여기서 상기 회전자(Rotor, 210)는, 날개를 회전축에 붙이기 위한 허브 및 날개피치각의 가변구조로 구성되어 있다. 로터는 바람으로부터 에너지를 흡수함과 동시에 시스템의 안전성을 확보하는 중요한 요소이다. 또한, 상기 날개(Blade, 211)는, 풍력발전의 회전력을 얻는 부분으로서 양력으로 변환시켜 회전시키는 기계적 에너지로 변환하는데 이 회전력이 증속 장치를 통하여 발전기의 정격회전수로 증속한 후 발전기를 구동시킨다. 날개는 강화섬유 유리 재질이며 날개의 수에 따라 2매 및 3매 방식이 있다. 3매 방식은 2매 방식에 비해 연간 발전량이 수% 정도 유리하며, 진동특성의 면에서도 유리하다. 2매 방식은 날개를 수평으로 유지할 수 있기 때문에 바람의 방향에 관계없이 날개에 걸리는 하중을 작게 할 수 있다. 따라서 나셀(Nacelle) 및 타워의 경량화를 꾀할 수 있다. 또한, 상기 나셀은, 풍력에 의해 얻어진 로터의 회전(기계적 에너지)을 전기에너지로 변환하는 데에 필요한 장치와 변동하는 풍량 및 풍속에 대한 제어구동장치를 나셀 내부에 수용하는 가변피치구동장치로서 유압브레이크장치, 발전기, 요 구동장치(Yaw Controller) 등으로 구성된다. 또한, 상기 가변피치구동장치는, 기동풍속 이상시 로터의 기동토크를 충분히 얻기 위한 기동운전과 정격풍속 이상에서의 정격출력을 일정히 하기 위한 정격운전 및 강풍속시 또는 저풍속시 정지 등에 날개의 피치각을 적절히 변화시켜 로터의 회전수 및 출력을 제어하는 장치이다. 또한, 상기 유압브레이크장치는, 강풍시 및 이상시 또는 보수점검시에 로터를 정지시키기 위해서 필요한 장치이다. 로터를 정지시킬 경우, 날개를 가변피치구동장치에 의해 훼더링(feathering)시켜 로터가 충분히 감속내지는 정지시킨 후에 브레이크를 동작시키도록 하면 소형화가 가능하다. 또한, 상기 발전기는, 로터의 회전에 의해 얻어진 기계에너지를 전기에너지로 변환하는 장치로서 동기발전기와 유도발전기가 있다. 일반적으로 발전기는 증속기를 개입시켜 풍차에 직결되어 나셀 내에 설치된다. 발전기는 동기 발전기와 유도 발전기가 사용되는데 통상 풍력의 특성상 유도 발전기가 사용되어지고 효율을 높이기 위해 가변극수 변환장치나 안전 무결성 등급(Safety Integrity Level : SIL)을 제어 하는 등이 이용된다. 증속기 출력측 회전력은 회전력 제한 커플링을 통해 발전기축으로 전달된다. 발전기 내부의 온도를 감지하고자 권선 내에 온도센서가 설치되어 있고 발전기의 냉각은 팬에 의해 공기나 물 등으로 냉각되어 진다. 발전기에서 생산된 전압은 배터리(520)로 저장되고 변압기에 의해 변환되어 계통연계스위치(700)를 통해 터널 내부의 조명부하(800)로 사용된다. 또한, 상기 요 구동장치는, 프로펠러형 풍차의 경우, 끊임없이 변동하는 풍향에 대해서 효율 좋게 에너지를 얻기 위해 날개를 풍향에 정면으로 할 필요가 있다. 이 때문에 요 제어는 날개의 강도 및 진동측면에서도 대단히 중요하다. 선회장치는 풍향기에 의한 신호를 받아 컨트롤러에 의해 전기적으로 동작된다. 선회장치는 기어장치와 서보모터 그리고 작동시 부드러운 움직임을 위한 조정 가능한 마찰판으로 이루어져 있다. 또한 같은 방향으로 3회전이 되면 전선꼬임을 방지하기 위해 자동으로 풍력발전기가 정지되고 반대방향으로 복귀하게 되어 있다. 또한, 상기 증속장치(Gear Box, 220)는, 날개의 회전 특성이 30rpm정도의 저속이므로 이것을 증속하여 발전기에 발전 주파수에 맞는 회전이 되도록 증속기를 사용한다. 저속 축(Main Shaft)에는 기어박스의 허브(212, Hub)에 연결되어있다. 보통 600kW 풍력터빈(Wind Turbine)의 경우 19 ~ 30rpm정도로 회전한다. 고속 축(High Speed Shaft)에는 발전기의 동기주파수 속도로 회전한다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 감지센서(300)는, 제트 팬의 가동여부와 터널 내부의 상황을 감지하는 수단으로, 상기 제트 팬(100)의 회전방향에 따른 풍량 및 풍속을 감지하고 터널 내부의 화재에 따른 연기를 감지하여 제어장치(400)로 전송한다.
여기서 상기 감지센서(300)는, 상기 제트 팬의 회전방향에 따라 풍량과 풍속을 감지하는 공기유동감지센서(310)와 터널 내부에서 교통사고가 발생하여 화재가 날 경우 연기를 감지하는 연기감지센서(320)를 포함한다,
도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 제어장치(400)는, 본 발명의 실시 예에 따른 터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템을 단속 제어하기 위한 수단으로, 상기 감지센서(300)로부터 감지된 데이터를 연산 처리하여 상기 수평축 풍력발전 시스템(200)의 증속장치(220)와 유압브레이크장치(230) 및 발전기(240)를 단속 제어하고 배터리 충ㆍ방전 장치(500)와 계통연계 스위치(700)를 단속 제어한다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제어장치는, 상기 발전기(240)의 내부에 장착된 온도센서(미도시)를 통해 이상 유무를 판단하여 상기 증속장치(220)와 유압브레이크장치(230)를 단속 제어하여 발전기(240)를 정지시키도록 하는 것을 포함한다.
여기서 상기 온도센서(미도시)는, 발전기 권선내부에 설치되며, 증송장치가 고장을 유발하면 터널 내부의 30m/sec 이상의 강풍속도를 발휘하는 제트 팬의 폐바람으로부터 회전자가 30rpm 이상의 고속회전을 하게되면 발전기가 고속회전으로 과열될 수 있기 때문에 온도센서를 통해 발전기를 사전에 보호하기 위함이다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제어장치는, 상기 제트 팬(100)의 회전방향에 따른 풍량 및 풍속을 감지하는 상기 감지센서로(300)부터, 상기 제트 팬(100)이 터널 내부의 자연기류 방향에 따라 정회전(CW방향)에서 역회전(CCW방향) 혹은 역회전(CCW방향)에서 정회전(CW방향)으로 전환되어 풍량과 풍속에 변화가 있을 경우, 상기 회전자(Rotor, 210)는 불어오는 바람을 상대로 역회전(CCW방향)을 하기 때문에 상기 회전자의 날개(Blade, 211)를 가변피치구동장치(미도시)에 의해 훼더링(feathering)시켜 로터가 충분히 감속내지는 정지시킨 후에 상기 유압브레이크장치(230)를 동작시키도록 단속 제어하는 것을 포함한다.
여기서 본 발명의 실시 예에 따른 상기 회전자의 날개(Blade, 211)를 가변피치구동장치(미도시)에 의해 훼더링(feathering)시키는 것은, 상기 유압브레이크장치(230)가 기계적인 요소를 갖는 브레이크이기 때문에 회전자의 날개 훼더링 없이 처음부터 유압브레이크장치만으로 작동할 경우 유압브레이크가 소손될 우려가 있다. 따라서 본 발명에서는 이러한 문제점을 극복할 수 있는 독특한 특징이 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제어장치는, 상기 감지센서(300)로부터 상기 회전자(Rotor, 210)의 속도가 30rpm, 풍속이 30m/sec 이상일 경우, 상기 증속장치(220)와 유압브레이크장치(230)를 단속 제어하여 상기 발전기(240)를 정지시키도록 하는 것을 포함한다.
여기서 상기 회전자(Rotor, 210)의 속도와 풍속을 감지하여 풍력발전기를 정지하도록 하는 것은 터널 내부의 제트 팬(100)은 30m/sec 이상의 강풍속도를 가지기 때문에 회전자와 발전기를 포함하는 풍력발전시스템을 보호할 필요가 있다. 따라서 본 발명은 이러한 문제점을 극복하기 위한 특징이 있다고 할 것이다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제어장치는, 상기 감지센서(300)로부터 터널내부의 교통사고로 화재가 발생하여 연기를 감지할 경우, 상기 증속장치(220)와 유압브레이크장치(230)를 단속 제어하여 상기 발전기(240)를 정지시키도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 상기 제어장치(400)에 내장된 원격제어수신부(410)를 통해 외부에서 리모콘 또는 컴퓨터로 풍력발전시스템을 원격 제어 가능하다.
다시 도 2를 참조하여, 상기 배터리 충ㆍ방전 장치(500)는, 배터리를 단속하기 위한 수단으로, 상기 제어장치의 명령을 전달받아 상기 발전기(240)에서 발전된 DC전력을 배터리(520)에 충전하고 방전시키는 충전/방전 스위치(510)를 갖는다.
도 2를 참조하여, 상기 인버터(600)는, 풍력발전기에서 발전된 DC전력을 AC전력으로 변환하는 수단으로, 상기 배터리(520)에 저장된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 터널 내부의 조명부하(800)로 출력한다.
도 2를 참조하여, 상기 계통연계스위치(700)는, 한전 상용 전원과 풍력발전 전원을 계통 연계하기 위한 수단으로, 상기 제어장치의 명령을 받아 동작하되, 상기 인버터로부터 출력되는 전압 여부에 따라 한전에서 공급되는 전력을 터널 내부의 조명부하(800)로 공급하고 차단한다.
여기서 상기 계통연계스위치(700)는, 한전상용 전원과 풍력발전시스템으로부터 발전된 전원을 터널 내부의 조명부하로 스위칭 변환함으로써, 전력난에 급격하게 대응할 수 있는 특징이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 제트 팬(Jet Fan) 200 : 수평축 풍력발전 시스템(200)
210 : 회전자 211 : 날개(Blade)
212 : 허브(Hub) 220 : 증속장치(Gear Box)
230 : 유압브레이크장치 240 : 발전기
250 : 브라켓 300 : 감지센서
310 : 공기유동감지센서 320 : 연기감지센서
400 : 제어장치 410 : 원격제어수신부
500 : 배터리 충ㆍ방전 장치 510 : 충전/방전 스위치
520 : 배터리 600 : 인버터
700 : 계통연계 스위치 800 : 조명부하

Claims (5)

  1. 풍력발전시스템에 있어서,
    상기 시스템은, 터널 내부에서 자동차의 주행 중에 발생하는 각종 오염물질과 매연, 화재발생시 발생하는 연기 등을 터널 밖으로 배출시켜 주며, 터널 내부의 자연기류 방향에 따라 정회전 또는 역회전으로 양방향 운전이 가능한 제트 팬(Jet Fan, 100)과;
    상기 터널 내부의 제트 팬에서 발생되는 폐바람을 이용하여 회전하되, 날개(Blade, 211)와 허브(Hub, 212)로 구성된 회전자(Rotor, 210)와 상기 회전자의 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속장치(Gear Box, 220)와 상기 증속장치의 이상 유무에 따라 제동력을 발휘하는 유압브레이크장치(230)와 상기 증속장치와 연결된 발전기(240) 및 풍력발전시스템을 터널 천정에 고정 설치하기 위한 브라켓(250)을 갖는 수평축 풍력발전 시스템(200)과;
    상기 제트 팬의 회전방향에 따른 풍량 및 풍속을 감지하고 터널내부의 화재에 따른 연기를 감지하여 제어장치로 전송하는 감지센서(300)와;
    상기 감지센서(300)로부터 감지된 데이터를 연산 처리하여 상기 수평축 풍력발전 시스템(200)의 증속장치(220)와 유압브레이크장치(230) 및 발전기(240)를 단속 제어하고 배터리 충ㆍ방전 장치(500)와 계통연계 스위치(700)를 단속 제어하는 제어장치(400)와;
    상기 제어장치의 명령을 전달받아 상기 발전기(240)에서 발전된 DC전력을 배터리(520)에 충전하고 방전시키는 충전/방전 스위치(510)를 갖는 배터리 충ㆍ방전 장치(500)와;
    상기 배터리(520)에 저장된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 터널 내부의 조명부하로 출력하는 인버터(600)와;
    상기 제어장치의 명령을 받아 동작하되, 상기 인버터로부터 출력되는 전압 여부에 따라 한전에서 공급되는 전력을 터널 내부의 조명부하(800)로 공급하고 차단하기 위한 계통연계 스위치(700)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 발전기(240)의 내부에 장착된 온도센서(미도시)를 통해 이상 유무를 판단하여 상기 증속장치(220)와 유압브레이크장치(230)를 단속 제어하여 발전기(240)를 정지시키도록 하는 것을 특징으로 하는 터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 제트 팬(100)의 회전방향에 따른 풍량 및 풍속을 감지하는 상기 감지센서로(300)부터, 상기 제트 팬(100)이 터널 내부의 자연기류 방향에 따라 정회전(CW방향)에서 역회전(CCW방향) 혹은 역회전(CCW방향)에서 정회전(CW방향)으로 전환되어 풍량과 풍속에 변화가 있을 경우, 상기 회전자(Rotor, 210)는 불어오는 바람을 상대로 역회전(CCW방향)을 하기 때문에 상기 회전자의 날개(Blade, 211)를 가변피치구동장치(미도시)에 의해 훼더링(feathering)시켜 로터가 충분히 감속내지는 정지시킨 후에 상기 유압브레이크장치(230)를 동작시키도록 단속 제어하는 것을 특징으로 하는 터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 감지센서(300)로부터 상기 회전자(Rotor, 210)의 속도가 30rpm, 풍속이 30m/sec 이상일 경우, 상기 증속장치(220)와 유압브레이크장치(230)를 단속 제어하여 상기 발전기(240)를 정지시키도록 하는 것을 특징으로 하는 터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 감지센서(300)로부터 터널내부의 교통사고로 화재가 발생하여 연기를 감지할 경우, 상기 증속장치(220)와 유압브레이크장치(230)를 단속 제어하여 상기 발전기(240)를 정지시키도록 하는 것을 특징으로 하는 터널내부 제트 팬을 이용한 풍력발전시스템


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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101602473B1 (ko) * 2015-12-11 2016-03-15 이균봉 환기기능이 부가된 터널 진입 차량 보호 시스템
KR101610328B1 (ko) 2015-10-19 2016-04-07 주식회사 케이알산업 도로 터널 내에 발생하는 풍력을 이용한 전기발전 및 조명설치대
KR101607579B1 (ko) * 2015-12-11 2016-04-20 이균봉 터널 진입 차량 보호 시스템
KR101626761B1 (ko) * 2015-10-29 2016-06-03 정종승 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템
KR101771103B1 (ko) * 2016-03-25 2017-08-24 주식회사 리트코 터널 출구에 설치되는 블록형 공기 정화 시스템
CN108343994A (zh) * 2018-04-16 2018-07-31 广东万家乐厨房科技有限公司 集成灶及家庭物联网系统
KR101885063B1 (ko) * 2017-07-24 2018-08-03 주식회사 에스피엠 풍력발전 시스템
KR101911232B1 (ko) * 2017-06-28 2018-10-25 (주)유진기연사 터널 환기용 제트팬 장치
KR101948616B1 (ko) * 2017-02-22 2019-02-15 (주)브이엠에스 터널 환기 팬의 통합 관리 시스템 및 그 방법
KR102124809B1 (ko) * 2020-01-02 2020-06-19 김귀준 풍력을 이용한 자가 발전 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0325041B2 (ko) * 1983-08-03 1991-04-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd
KR20090044227A (ko) * 2007-10-31 2009-05-07 이성계 터널 조명 장치
KR101109721B1 (ko) * 2009-10-05 2012-02-06 김희숙 축류송풍기
KR20120078259A (ko) * 2010-12-31 2012-07-10 한국건설기술연구원 터널 내 풍력발전 시스템 및 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0325041B2 (ko) * 1983-08-03 1991-04-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd
KR20090044227A (ko) * 2007-10-31 2009-05-07 이성계 터널 조명 장치
KR101109721B1 (ko) * 2009-10-05 2012-02-06 김희숙 축류송풍기
KR20120078259A (ko) * 2010-12-31 2012-07-10 한국건설기술연구원 터널 내 풍력발전 시스템 및 방법

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101610328B1 (ko) 2015-10-19 2016-04-07 주식회사 케이알산업 도로 터널 내에 발생하는 풍력을 이용한 전기발전 및 조명설치대
KR101626761B1 (ko) * 2015-10-29 2016-06-03 정종승 에너지 회수 기능을 갖는 터널 고속팬 시스템
KR101602473B1 (ko) * 2015-12-11 2016-03-15 이균봉 환기기능이 부가된 터널 진입 차량 보호 시스템
KR101607579B1 (ko) * 2015-12-11 2016-04-20 이균봉 터널 진입 차량 보호 시스템
KR101771103B1 (ko) * 2016-03-25 2017-08-24 주식회사 리트코 터널 출구에 설치되는 블록형 공기 정화 시스템
KR101948616B1 (ko) * 2017-02-22 2019-02-15 (주)브이엠에스 터널 환기 팬의 통합 관리 시스템 및 그 방법
KR101911232B1 (ko) * 2017-06-28 2018-10-25 (주)유진기연사 터널 환기용 제트팬 장치
KR101885063B1 (ko) * 2017-07-24 2018-08-03 주식회사 에스피엠 풍력발전 시스템
CN108343994A (zh) * 2018-04-16 2018-07-31 广东万家乐厨房科技有限公司 集成灶及家庭物联网系统
KR102124809B1 (ko) * 2020-01-02 2020-06-19 김귀준 풍력을 이용한 자가 발전 시스템

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