KR101540207B1 - 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치 - Google Patents

Abstract

소형 풍력 발전 유닛의 지지장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치는 건축물 옥상의 바닥면에 풍력 발전 유닛을 설치하기 위해 상기 풍력 발전 유닛의 지주대 하단이 고정되는 지지 프레임(100); 상기 지지 프레임(100)의 하단에 위치되고 사방으로 삽입 홀이 개구된 베이스 유닛; 상기 풍력 발전 유닛을 통해 바닥면으로 전달되는 진동을 저감하기 위한 제1 진동 저감부; 상기 삽입 홀을 경유하여 방사 형태로 배치된 지지 축; 상기 지지 축에 각각 삽입되어 풍력 발전 유닛의 무게 또는 풍력 발전 유닛에 순간적으로 가해지는 외력에 의한 전복을 방지하기 위한 메인 지지 유닛; 및 상기 메인 지지 유닛을 통해 바닥면으로 전달되는 진동을 저감하기 위한 제2 진동 저감부를 포함한다.

Description

소형 풍력 발전 유닛의 지지장치{Wind power unit support apparatus}

본 발명은 건축물의 옥상에 풍력 발전 유닛을 설치하여 발전을 실시하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전 시스템은 풍속에 영향을 많이 받기 때문에 어느 정도 이상의 풍속을 보장받기 위해 지면으로부터 일정거리 이상 떨어진 곳에 블레이드를 위치시켜 사용한다.

예를 들어 지면에 설치되는 풍력발전 시스템은 바람이 ?이 불어오는 언덕 또는 산 정상에 설치되어 상대적으로 많은 기류 흐름이 발생되는 곳에 사용한다.

그러나 풍력 발전기의 특성상 블레이드가 회전을 하면서 진동 및 소음이 발생되기 때문에 지반구조가 약한 건물 옥상에 설치하기엔 곤란한 문제점이 있다.

그래서 블레이드를 고정시키기 위한 타워를 지면에 설치하는데, 상기 타워를 건축굴의 옥상에 설치하여 사용할 경우 상대적으로 바닥면의 구조적 강도가 약한 상태에서 풍력발전 시스템에서 발생된 진동이 그대로 바닥면으로 전달될 경우 바닥면의 파손 또는 붕괴를 유발할 수 있어 이에 대한 대책과 함께, 풍력발전 시스템이 설치된 위치에서 돌풍으로 인한 순간적이 외력으로 인해 전복이 발생되지 않도록 안정적인 지지를 동시에 유지해야될 필요성이 요구되었다.

대한민국공개특허 제10-2010-0120569호(공개일: 2010년 11월 16일)

본 발명의 실시 예들은 다양한 건축물의 옥상에 풍력 발전 유닛을 간편하게 설치하여 사용하고, 발전 도중 발생된 진동을 최소화시켜 바닥면을 보호하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 건축물 옥상의 바닥면에 풍력 발전 유닛을 설치하기 위해 상기 풍력 발전 유닛의 지주대 하단이 고정되는 지지 프레임(100); 상기 지지 프레임(100)의 하단에 위치되고 사방으로 삽입 홀이 개구된 베이스 유닛; 상기 풍력 발전 유닛을 통해 바닥면으로 전달되는 진동을 저감하기 위한 제1 진동 저감부; 상기 삽입 홀을 경유하여 방사 형태로 배치된 지지 축; 상기 지지 축에 각각 삽입되어 풍력 발전 유닛의 무게 또는 풍력 발전 유닛에 순간적으로 가해지는 외력에 의한 전복을 방지하기 위한 메인 지지 유닛; 및 상기 메인 지지 유닛을 통해 바닥면으로 전달되는 진동을 저감하기 위한 제2 진동 저감부를 포함한다.

상기 지지 프레임과 베이스 유닛은 서로를 연결하여 고정 상태를 유지시키는 제1 연결부를 포함한다.

상기 베이스 유닛은 소정의 무게가 유지되는 중량체로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 베이스 유닛은 하면에 위치되어 상기 베이스 유닛이 삽입되는 제1 안착부를 포함하고, 상기 제1 안착부는 메인 지지 유닛을 향해 외측으로 연장된 보조 안착부를 더 포함한다.

상기 제1 진동 저감부는 상기 풍력 발전 유닛과 베이스 유닛을 경유하여 전달된 진동을 우선 저감하기 위해 상기 베이스 유닛의 크기와 대응되는 형태로 형성되고 상면으로 돌출되어 베이스 유닛의 하면과 밀착되는 제1 댐퍼를 포함한다.

상기 제1 진동 저감부는 상기 보조 안착부와 대응되는 크기로 이루어져 진동을 저감하는 제2 댐퍼를 포함한다.

상기 메인 지지 유닛은 다수개의 단위 지지 유닛으로 이루어져 소정의 중량을 갖는 중량물이 안착되는 제2 안착부를 포함한다.

상기 제2 진동 저감부는 상기 제2 안착부의 하면에 위치되어 바닥면에 밀착된 상태로 상기 메인 지지 유닛으로 전달된 진동을 우선 저감 하기 위해 상면으로 돌출된 제3 댐퍼를 포함한다.

상기 제2 안착부의 하면에 위치되어 바닥면에 밀착된 상태로 상기 메인 지지 유닛으로 전달된 진동을 우선 저감 하기 위해 상면으로 돌출된 제3 댐퍼를 포함한다.

상기 메인 지지 유닛은 상기 단위 지지 유닛 사이를 서로 간에 밀착된 상태로 연결하는 연결 유닛을 포함한다.

상기 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치는 상기 지주대에 삽입된 홀더에 일단이 고정되고 타단이 상기 메인 지지 유닛의 외측 단부에 고정되어 상기 지주대와 메인 지지 유닛을 동시에 고정하는 제2 연결부를 포함한다.

본 발명의 실시 예들은 건축물의 옥상 바닥면의 구조적 강도가 상대적으로 약한 경우에도 상기 바닥면으로 전달되는 진동을 최소화시켜 풍력 발전 유닛의 작동이 가능해지므로 대부분의 옥상을 갖는 건축물에 설치할 수 있어 설치 다양성이 향상된다.

본 발명의 실시 예들은 풍력 발전 유닛이 작동되는 동안 순간적인 돌풍 및 외력으로 인한 전복이 방지되어 장기간 사용에도 효율이 일정하게 유지되고 간단한 방식으로 조립이 가능하여 작업자의 작업 효율성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치의 결합 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치의 베이스 유닛과 제1 진동 저감부의 결합 상태를 도시한 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치의 메인 지지 유닛의 배치 상태를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치의 제2 안착부와 제2 진동 저감부의 결합 상태를 도시한 분해 사시도.

본 발명의 일 실시 예에 따른 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 의한 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치(1)는 일정 풍속이 유지되는 건물 옥상의 바닥면에 소형 설비로 이루어진 풍력 발전 유닛을 통한 발전을 실시할 때 풍력 발전 유닛의 작동에 따른 진동과 주변의 기류 흐름 및 풍속으로 인한 진동을 저감하기 위해 상기 풍력 발전 유닛(2)의 지주대(3) 하단이 고정되는 지지 프레임(100)과, 상기 지지 프레임(100)의 하단에 위치되고 사방으로 삽입 홀(202)이 개구된 베이스 유닛(200)과, 상기 풍력 발전 유닛(2)을 통해 바닥면으로 전달되는 진동을 저감하기 위한 제1 진동 저감부(300)와, 상기 삽입 홀(202)을 경유하여 방사 형태로 배치된 지지 축(400)과, 상기 지지 축(400)에 각각 삽입되어 풍력 발전 유닛(2)의 무게 또는 풍력 발전 유닛(2)에 순간적으로 가해지는 외력에 의한 전복을 방지하기 위한 메인 지지 유닛(500) 및 상기 메인 지지 유닛(500)을 통해 바닥면으로 전달되는 진동을 저감하기 위한 제2 진동 저감부(600)를 포함한다.

풍력 발전 유닛(2)은 소정의 크기를 갖는 블레이드와, 상기 블레이드의 회전에 따른 전기 발전이 이루어지는 동력 발생부(미도시)와, 상기 블레이드에 대해 수직 하향된 지주대(3)를 포함한다.

풍력 발전 유닛(2)은 지상에 설치되는 대형 설비품이 아닌 상대적으로 소형의 크기로 이루어져 발전을 위한 용도로 사용되므로 블레이드의 크기도 상대적으로 소형화된 블레이드가 사용된다.

지지 프레임(100)은 후술할 베이스 유닛(200)의 상면에 고정되고, 상기 지주대(3)의 하단이 볼트 결합된 상태로 고정된다. 지지 프레임(100)은 사다리꼴 형태 또는 직육면체 형태 중의 어느 한 형태로 구성되나 다른 형태로 변경될 수 있다.

베이스 유닛(200)은 지지 프레임(100)의 하부에 설치되고 상면 중앙과 전, 후, 좌, 우 위치에 각각 소정의 크기로 삽입 홀(202)이 형성되어 후술할 지지 축(400)이 삽입된다. 상기 베이스 유닛(200)은 지주대(3)에서 수직 방향으로 가해지는 하중 및 진동이 직접적으로 전달되나 제1 진동 저감부(300)를 통해 가해진 진동이 댐핑된다.

베이스 유닛(200)은 소정의 무게가 유지되는 중량체로 이루어져 지주대(3)의 하중 및 무게 중심을 유지하여 외력에 의한 전복을 예방한다.

베이스 유닛(200)은 하면에 위치되고 상기 베이스 유닛(200)이 삽입되는 제1 안착부(210)를 포함하고, 상기 제1 안착부(210)는 메인 지지 유닛(500)을 향해 외측으로 연장된 보조 안착부(220)를 더 포함한다.

제1 안착부(210)는 도면에 도시된 바와 같이 베이스 유닛(200)의 크기와 대응되는 형태로 형성되어 베이스 유닛(200)의 하면에 밀착되고, 보조 안착부(220)가 전, 후, 좌, 우 방향을 향해 연장된다.

제1 안착부(210)는 베이스 유닛(200)의 이탈이 방지되도록 각각의 모서리 위치에 상측으로 돌출되어 위치를 유지하는 가이드 브라켓을 포함하고, 상기 가이드 브라켓에 의해 베이스 유닛(200)의 이탈이 방지된다.

제1 안착부(210)는 금속 또는 비금속 재질로 이루어지는데, 부식이 방지되도록 도금 처리되어 수분이 직접적으로 접촉되는 경우에 발생될 수 있는 부식 현상을 예방한다. 참고로 제1 안착부(210)와 제2 안착부(510)는 일체로 이루어진 것으로 도시하였으나, 개별 제작되어 현장에서 조립되는 것도 가능함을 밝혀둔다.

본 실시 예에 의한 지지 프레임(100)과 베이스 유닛(200)은 서로를 연결하여 고정 상태를 유지시키기 위한 제1 연결부(10)에 의해 안정적인 고정 상태가 유지되며, 상기 제1 연결부(10)는 지지 프레임(100)()의 각 변에 밀착된 상태로 고정된다. 고정을 위한 구성은 통상의 볼트가 사용되나 다른 구성으로 변경될 수 있다.

제1 진동 저감부(300)는 풍력 발전 유닛(2)과 베이스 유닛(200)을 경유하여 전달된 진동을 우선 저감하기 위해 상기 베이스 유닛(200)의 크기와 대응되는 형태로 형성되고 상면으로 돌출되어 베이스 유닛(200)의 하면과 밀착되는 제1 댐퍼(310)를 포함하고, 상기 보조 안착부(220)와 대응되는 크기로 이루어져 진동을 저감하는 제2 댐퍼(320)를 포함한다.

상기 제1 댐퍼(310)와 제2 댐퍼(320)는 탄성 복원력이 유지되는 고무가 사용되나 이와 유사한 특성을 갖는 다른 재질이 사용될 수 있으며 반드시 고무로 한정하지 않는다.

제1 댐퍼(310)와 제2 댐퍼(320)로 고무가 사용될 경우 각각 서로 다른 탄성 복원력을 갖는 물성치로 이루어져 풍력 발전 유닛(2)과 베이스 유닛(200)을 경유하여 전달된 진동을 안정적으로 댐핑할 수 있다.

예를 들면 전달된 진동이 특정 주파수를 갖는 진동 범위에 해당 될 경우 이에 대한 댐핑을 우선적으로 실시하기 위한 물성치를 갖는 제1 댐퍼(310)를 통해 바닥면으로 전달되는 진동을 최소화 시킬 수 있다.

그리고 상기 제1 댐퍼(310)에서 댐핑이 이루어지지 않은 나머지 진동은 제2 댐퍼(320)의 물성치를 조절하여 바닥면으로 전달되는 진동 소음을 최소화할 수 있어 이중으로 진동을 저감시켜 바닥면으로 전달되는 진동을 최소화 시킨다.

이로 인해 상대적으로 진동에 취약한 건물의 옥상 바닥면에 전달되는 소음 및 진동을 최소화시켜 상기 바닥면의 손상 및 파손을 최소화할 수 있어 장기간 사용시에도 안정적으로 사용할 수 있다.

참고로 제1 댐퍼는 고무를 사용하고 제2 댐퍼는 스프링과 고무가 조합된 형태가 사용되거나, 제1 댐퍼가 스프링으로 이루어진 구성으로 사용하고 제2 댐퍼는 고무로 이루어진 구성을 사용하는 것도 가능함을 밝혀둔다.

또한 제1 댐퍼와 제2 댐퍼의 형태는 도면에 도시된 형태로 반드시 한정하지 않고 다양하게 변경 가능함을 밝혀둔다. 본 실시 예에서는 지주대(3)의 하단을 기준으로 메인 지지 유닛(500)이 십자 형태 또는 T자 형태 중의 어느 한 형태로 이루어지도록 하여 상기 풍력 발전 유닛에서 발생된 진동을 최소화시키고 바닥면에서 안정적인 지지가 가능해진다.

또한 이와 같이 십자 형태로 배치될 경우 풍력 발전 유닛(2)에 순간적인 돌풍 또는 외력이 가해지는 경우에도 전복되지 않고 수직으로 직립된 상태가 안정적으로 유지되어 파손에 따른 손상 및 수리로 인한 작동 불능 상태가 발생되지 않아 안정적인 전력 생산을 일정하게 유지할 수 있어 효율적인 운영이 가능해진다.

지지 축(400)은 중공의 샤프트가 사용되는데, 상기 지지 축(400)은 후술할 메인 지지 유닛(500)의 중앙을 경유하여 외측으로 연장된다. 지지 축(400)은 메인 지지 유닛(500)을 경유하여 십자 형태로 배치되나, 다른 형태로 배치되는 것도 가능함을 밝혀둔다.

메인 지지 유닛(500)은 다수개의 단위 지지 유닛(502)으로 이루어져 소정의 중량을 갖는 중량물이 안착되는 제2 안착부(510)를 포함하는데, 상기 중량물은 주변에서 쉽게 구할 수 있는 벽돌이 사용되나, 다른 구성품으로 변경되는 것도 가능함을 밝혀둔다.

메인 지지 유닛(500)은 전술한 바와 같이 십자 형태로 배치되나, 다른 형태로 배치될 수 있으며, 상기 지지 축(400)의 길이 방향으로 다수개의 중량물이 제2 안착부(510)에 안착된 상태가 유지되므로 무게 중심이 바닥면과 최대한 밀착된 상태가 유지된다.

따라서 풍력 발전 유닛(2)이 작동되는 동안 또는 풍력 발전 유닛(2)이 작동되면서 발생되는 진동 및 외력이 동시에 가해지는 경우에도 안정적인 풍력 발전 유닛(2)의 작동을 도모할 수 있어 작동 안전성과 파손이 예방된다.

제2 진동 저감부(600)는 제2 안착부(510)의 하면에 위치되어 바닥면에 밀착된 상태로 상기 메인 지지 유닛(500)으로 전달된 진동을 우선 저감 하기 위해 상면으로 돌출된 제3 댐퍼(610)를 포함한다. 제3 댐퍼(610)는 전술한 제1 댐퍼(310)와 동일한 기능을 하는데, 메인 지지 유닛(500)으로 전달된 진동은 십자 형태로 배치된 각각의 단위 지지 유닛(502)으로 전달된 후에 제2 진동 저감부(600)를 통해 바닥면으로 전달되는 진동이 최소화된 상태로 전달된다.

따라서 바닥면으로 전달되는 불필요한 진동을 최소화할 수 있어 풍력 발전 유닛(2)의 작동에 따른 바닥면으로 전달된 진동으로 인한 파손 발생이 억제되고 다양한 건축물의 옥상에 손쉽게 설치하여 일정량의 발전을 안정적으로 실시할 수 있어 에너지 절약 및 발전 효율을 향상시킬 수 있다.

제2 진동 저감부(600)는 고무가 사용되나 스프링 또는 탄성 복원력이 유지되는 다른 구성으로 변경 가능하며 반드시 고무로 한정하지 않는다. 또한 고무가 아닌 피스톤 실린더의 조합으로 구성되는 것도 가능하며 고무와 스프링의 조합으로 구성되는 것도 가능함을 밝혀둔다.

메인 지지 유닛(500)은 단위 지지 유닛(502) 사이를 서로 간에 밀착된 상태로 연결하는 연결 유닛(501)을 포함하는데, 상기 연결 유닛(501)은 양단이 중량물(30)과 밀착된 상태로 위치되고 전술한 지지 축(400)이 삽입되는 보호관을 포함한다.

상기 연결 유닛(501)은 단위 지지 유닛(502) 사이의 공간을 서로 간에 연결시켜 메인 지지 유닛(500) 전체를 연결하는 역할을 한다. 참고로 단위 지지 유닛(502)은 제1 지지 단위 지지 유닛(502a)와 제2 단위 지지 유닛(502b)를 포함하여 구성된다.

소형 풍력 발전 유닛의 지지장치(1)는 지주대(3)에 삽입된 홀더(H)에 일단이 고정되고 타단이 상기 메인 지지 유닛(500)의 외측 단부에 고정되어 상기 지주대(3)와 메인 지지 유닛(500)을 동시에 고정하는 제2 연결부(20)를 포함한다.

제2 연결부(20)는 와이어 또는 플레이트 형태의 바(bar) 중의 어느 한 형태로 이루어져 안정적인 고정 상태를 유지하고, 순간적인 돌풍 또는 외력이 풍력 발전 유닛(2)에 가해지는 경우에도 안정적으로 고정된 상태를 유지시킬 수 있어 전복으로 인한 파손 및 발전 중단 사태를 사전에 예방한다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

2 : 풍력 발전유닛
3 : 지주대
100 : 지지 프레임
200 : 베이스 유닛
210 : 제1 안착부
220 : 보조 안착부
300 : 제1 진동 저감부
310 : 제1 댐퍼
320 : 제2 댐퍼
400 : 지지 축
500 : 메인 지지 유닛
501 : 연결 유닛
600 : 제2 진동 저감부

Claims (10)

1. 건축물 옥상의 바닥면에 풍력 발전 유닛을 설치하기 위해 상기 풍력 발전 유닛의 지주대 하단이 고정되는 지지 프레임;
   상기 지지 프레임의 하단에 위치되고 사방으로 삽입 홀이 개구된 베이스 유닛;
   상기 풍력 발전 유닛을 통해 바닥면으로 전달되는 진동을 저감하기 위한 제1 진동 저감부;
   상기 삽입 홀을 경유하여 방사 형태로 배치된 지지 축;
   상기 지지 축에 각각 삽입되어 풍력 발전 유닛의 무게 또는 풍력 발전 유닛에 순간적으로 가해지는 외력에 의한 전복을 방지하기 위한 메인 지지 유닛; 및
   상기 메인 지지 유닛을 통해 바닥면으로 전달되는 진동을 저감하기 위한 제2 진동 저감부를 포함하는 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 지지 프레임과 베이스 유닛은,
   서로를 연결하여 고정 상태를 유지시키는 제1 연결부를 포함하는 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 베이스 유닛은,
   소정의 무게가 유지되는 중량체로 이루어진 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 베이스 유닛은,
   하면에 위치되어 상기 베이스 유닛이 삽입되는 제1 안착부를 포함하고, 상기 제1 안착부는 메인 지지 유닛을 향해 외측으로 연장된 보조 안착부를 더 포함하는 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 진동 저감부는,
   상기 풍력 발전 유닛과 베이스 유닛을 경유하여 전달된 진동을 우선 저감하기 위해 상기 베이스 유닛의 크기와 대응되는 형태로 형성되고 상면으로 돌출되어 베이스 유닛의 하면과 밀착되는 제1 댐퍼를 포함하는 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 진동 저감부는,
   상기 베이스 유닛의 외측으로 연장되고 바닥면으로 전달되는 진동을 저감하기 위한 제2 댐퍼를 더 포함하는 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치.
7. 제5 항에 있어서,
   상기 메인 지지 유닛은,
   다수개의 단위 지지 유닛으로 이루어져 소정의 중량을 갖는 중량물이 안착되는 제2 안착부를 포함하는 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치.
8. 제1 항 및 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 진동 저감부는,
   상기 제2 안착부의 하면에 위치되어 바닥면에 밀착된 상태로 상기 메인 지지 유닛으로 전달된 진동을 우선 저감 하기 위해 상면으로 돌출된 제3 댐퍼를 포함하는 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치.
9. 제7 항에 있어서,
   상기 메인 지지 유닛은,
   상기 단위 지지 유닛 사이를 서로 간에 밀착된 상태로 연결하는 연결 유닛을 포함하는 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치는,
    상기 지주대에 삽입된 홀더에 일단이 고정되고 타단이 상기 메인 지지 유닛의 외측 단부에 고정되어 상기 지주대와 메인 지지 유닛을 동시에 고정하는 제2 연결부를 포함하는 소형 풍력 발전 유닛의 지지장치.
    

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