KR101563524B1

KR101563524B1 - 건물부착형 발전장치

Info

Publication number: KR101563524B1
Application number: KR1020140126994A
Authority: KR
Inventors: 정형조; 박정수; 권태혁
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2015-10-28

Abstract

본 발명은 건물의 측벽에 부착하여 건물의 상측에서 발생하는 바람과, 건물외벽의 넓은 면적에 조사되는 태양광을 이용하여 발전하는 건물부착형 발전장치에 관한 것으로, 건물의 외벽에 고정되는 베이스; 상기 베이스에 고정되는 패널지지로드; 상기 패널지지로드와 구면조인트로 연결되는 패널; 일단이 상기 패널에 연결되고, 타단이 건물의 외벽에 고정되는 적어도 3 이상의 패널지지스프링; 및 상기 패널의 하부에 설치되는 풍력발전모듈을 포함하고, 상기 패널지지로드와 상기 구면조인트는 상기 패널의 면적중심에서 연결된다.

Description

건물부착형 발전장치{Power generating device mounted on the building}

본 발명은 건물부착형 풍력발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건물의 측벽에 부착하여 건물의 상측에서 발생하는 바람과, 건물외벽의 넓은 면적에 조사되는 태양광을 이용하여 발전하는 건물부착형 발전장치에 관한 것이다.

풍력 발전은 저렴한 비용으로 전기를 얻는다는 장점이 있기 때문에, 현재 직면해 있는 화석 에너지의 고갈 및 환경오염 문제에 대한 대안으로서 그리고 무공해 대체 에너지로서 각광받고 있다.

풍력 발전으로는 대형 풍력 발전방식과 소형 풍력 발전방식이 있는데, 대형 블레이드를 이용하는 대형 풍력 발전은 소형 풍력 발전에 비해 발전 단가가 적다는 이점이 있다. 그러나, 소형 풍력발전장치는 대형 풍력발전장치에 비해 비교적 낮은 풍속에서도 발전이 가능하다는 장점이 있다.

종래기술에서는 건물의 옥상에 별도의 발전탑을 설치하고 그 발전탑에 블레이드를 장착하는 것이 일반적이다.

다만, 블레이드를 이용한 풍력발전장치 사이에 충분한 이격거리를 두어야 한다는 제한 때문에, 한정된 건물 옥상에는 소수개의 풍력발전장치만을 설치할 수밖에 없으며, 따라서 전력 수요량을 충족시킬만큼의 충분한 발전량을 기대할 수가 없다는 한계가 있다.

또, 이러한 블레이드를 이용한 풍력장치는 건물의 외관을 해치기 때문에 설치를 꺼리는 경향이 있다.

그리고, 건물의 에너지효율을 높이기 위해 건물의 옥상에 태양발전모듈을 설치하는 것은 일반적인 설치방법이다. 그러나, 이 경우 건물의 옥상을 태양발전모듈이 점유하여 건물의 공간활용에 바람직하지 못하다. 또한, 빌딩, 특히 고층빌딩의 경우 태양광을 받는 면적이 크기 때문에 온도유지를 위하여 공조장치에 많은 에너지를 소모하게 되는 문제점이 있다.

한국특허공개 제10-2012-0109889호

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 건물의 측벽에 부착하여 건물의 상측에서 발생하는 바람과, 건물외벽의 넓은 면적에 조사되는 태양광을 이용하여 발전하는 건물부착형 발전장치를 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 건물의 외벽에 고정되는 패널지지로드; 상기 패널지지로드와 구면조인트로 연결되는 패널; 일단이 상기 패널에 연결되고, 타단이 건물의 외벽에 고정되는 적어도 3 이상의 패널지지스프링; 및 상기 패널의 하부에 설치되는 풍력발전모듈을 포함하고, 상기 패널지지로드와 상기 구면조인트는 상기 패널의 면적중심에서 연결되는 건물부착형 발전장치이다. 상기 패널지지로드 및 상기 패널지지스프링을 건물에 직접 설치하지 않고, 베이스에 미리 설치한 후 상기 베이스를 건물에 설치하는 것도 가능하다.

상기 패널은 상기 패널지지로드의 반대측에 곡률중심을 가지도록 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 패널지지스프링은 상기 패널의 가장자리에 배치되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 패널지지스프링의 주위 또는 상기 패널지지스프링에 직렬로 댐퍼가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 패널지지스프링의 주위에 변위발전모듈이 설치되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 패널의 표면에 태양광발전모듈이 설치되는 것을 특징으로 한다.

또 다른 발명은, 건물부착형 발전장치 복수개를 패널이 서로 간극을 가지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 건물부착형 발전어셈블리이다.

본 발명을 통하여, 건물의 측벽을 전기에너지를 생산하는 장소로 활용하면서도 건물의 전체적인 외관에 영향을 최소화시킬 수 있다. 또한, 건물의 외벽으로 존재하는 공기이동으로부터 연속적인 전기의 생산이 가능하다.

또한, 모듈화가 가능하여 전기생산능력을 향상시키기 위해 건물의 측벽 전체를 커버하면서도 건물외벽으로부터 돌출되는 두께를 최소화시킬 수 있다.

특히, 태양광모듈을 표면에 매설하여 풍력을 이용한 발전과 동시에 태양광에 의한 발전이 가능하며, 태양광의 흡수에 의한 건물내 온도상승을 억제할 수 있는 부가적인 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 건물부착형 발전장치의 사시도이다
도 2는 도 1의 건물부착형 발전장치의 단면도이다.
도 3은 도 1의 건물부착형 발전장치를 건물외벽에 설치하였을 때 바람에 따른 작동모습을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 건물부착형 발전장치 복수개를 배열한 건물부착형 발전어셈블리의 평면도이다.
도 5는 도 1의 변형예에 따른 건물부착형 발전장치 복수개를 배열한 건물부착형 발전어셈블리의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 건물부착형 발전장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 건물부착형 발전장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 4에 따른 건물부착형 발전장치의 단면도이다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

건물의 주위에는 항상 공기의 이동, 즉 바람이 존재한다. 본 발명에서는 이 바람의 이동을 유도해서 풍력발전량을 늘리는 것에 추가적으로 태양광발전모듈에 의해 태양광발전을 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다. 특히, 바람의 방향이 변경되는 경우에도 발전이 가능한 특징을 가진다.

도 1에서 도면부호 100은 본 발명의 실시예에 따른 건물부착형 발전장치를 지시한다. 상기 건물부착형 발전장치(100)는, 건물의 외벽에 고정되는 베이스(108)과, 상기 베이스(108)에 고정되는 패널지지로드(110)와, 상기 패널지지로드(110)와 구면조인트로 연결되는 패널(102)과, 일단이 상기 패널(102)의 가장자리에 배치되고, 타단이 상기 베이스에 고정되는 적어도 3 이상의 패널지지스프링(120)과, 상기 패널(102)의 하부에 설치되는 풍력발전모듈(114)을 포함하여 이루어진다.

상기 베이스(108)는 건물의 외벽, 천정 등에 설치되며, 접착제 또는 고정볼트 등을 이용하여 고정할 수 있다. 상기 베이스(108)를 설치하지 않고, 상기 패널지지로드(110) 및 상기 패널지지스프링(120)을 건물에 직접 설치하는 것도 가능하다.

상기 구면조인트는 상기 패널(102)의 면적중심에서 위치한다. 상기 구면조인트는, 상기 패널(102)과 상기 패널지지로드(110) 중 어느 일방에 배치되는 볼저널(106)과, 타방에 배치되어 상기 볼저널(106)을 감싸는 구면보스(104)를 포함하여 이루어진다.

상기 패널(102)은 다각형, 원형, 타원형, 및 장원형 중 어느 하나의 단면형상을 가질 수 있다. 상기 패널지지스프링(120)은 일단이 상기 패널(102)에 고정되고, 타단이 상기 베이스(108)에 고정된다. 이 때, 상기 패널지지스프링(120)은 적어도 3개가 상기 패널(102)의 면적중심으로부터 최대한 이격될 수 있는 위치에 배치된다. 실시예 1에서 패널(102)은 정사각형이며, 상기 패널지지스프링(120)은 4개의 꼭지점 위치에 배치된다.

상기 패널(102)의 하부에 설치되는 풍력발전모듈(114)은 상기 패널지지스프링(120)의 사이에 배치된다. 즉, 상기 패널(102)의 모서리를 따라 평행하게 배치된다. 상기 풍력발전모듈(114)은 상기 패널(102)의 하부에 설치되는 브라켓(112)에 회전가능하도록 고정되는 날개(118)를 가지는 회전축(116)이며, 상기 회전축(116)은 도시되지 않은 발전기의 축과 연결되어 전기를 생산하게 된다.

특히, 상기 패널(102)은 상기 패널지지로드(110)의 반대측에 곡률중심을 가지도록 곡면으로 형성되는 것에 의해, 측면에서 불어오는 바람이 상기 패널(102)과 상기 베이스(108) 사이의 공간으로 유입되는 것을 유도할 수 있다.

도 3는 본 발명의 실시예1에 따른 건물부착형 발전장치(100)의 작동모습을 도시한 것으로, 바람의 방향이 바뀌어도 상기 패널(102)은 상기 패널(102)과 상기 베이스(108) 사이의 공간으로 바람을 유입시키면서 상기 풍력발전모듈(114)을 통해 전기가 생산될 수 있다. 또한, 바람의 방향이 도 3에 도시된 방향에서 직각방향(지면의 법선방향)으로 바뀌어도 계속적인 전력의 생산이 가능하다.

그리고, 상기 패널(102)의 상부에는 추가적으로 태양광발전모듈(미도시)이 배치되어, 태양광에 의한 전기생산이 가능하다.

상기 건물부착형 발전장치(100)은 도 4에 도시된 바와 같이, 복수개가 배열되어 건물부착형 발전어셈블리(101)를 구성하여, 건물의 벽면의 면적에 맞추어 전력생산이 가능하다. 또, 도 5에는 6각형의 패널을 가지는 건물부착형 발전장치(105) 복수개를 이용하여 구비되는 건물부착형 발전어셈블리(103)를 도시한다. 상기 건물부착형 발전장치(100)는 서로 간극을 가지도록 배치되어 인접하는 상기 건물부착형 발전장치(100)의 패널(102)끼리 간섭되는 것을 방지할 수 있다.

도 6에는 본 발명의 실시예 2에 따른 건물부착형 발전장치(107)를 도시한다. 상기 건물부착형 발전장치(107)는 상기 패널(102)이 바람으로 인해 진동을 일으킬 경우 발생할 수 있는 소음을 방지하기 위하여 댐퍼(122)가 패널지지스프링(120)의 주위에 배치되는 특징이 있다. 상기 댐퍼(122)는 공지의 기술에 따른 댐퍼를 사용할 수 있으므로 여기서는 자세한 설명은 생략한다.

도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 건물부착형 발전장치(109)를 도시한다. 상기 건물부착형 발전장치(109)는 상기 패널(102)이 바람으로 인해 진동을 일으킬 경우 발생할 수 있는 소음을 방지하기 위하여 댐퍼(126)가 패널지지스프링(124)에 직렬로 배치되는 특징이 있다.

또, 도 8에 도시되는 바와 같이, 댐퍼를 대신하여 변위발전모듈(130)을 설치한 건물부착형 발전장치(111)를 구성하는 것도 가능하다. 따라서, 변위발전모듈(130)은 진동감쇠와 동시에 전기를 생산할 수 있어서 바람직하다.

상기 변위발전모듈(130)로는 간략하게 압전소자를 적층하여 사용할 수 있다.

또는, 상기 변위발전모듈(130)를 기계적인 방식으로써, 도 8과 같이 구성하는 것도 가능하다. 좀 더 상술하면, 상기 변위발전모듈(130)는, 상기 패널(102)에 고정되는 제1케이싱(132)과, 상기 베이스(108)에 고정되고 상기 제1케이싱(132)에 결합돼서 상기 제1케이싱(132)에 대해 상대운동하는 제2케이싱(138)과, 일단은 상기 제1케이싱(132)에 고정되고 타단은 상기 제2케이싱(138)에 대하여 이격되는 제1랙기어(134)와, 일단은 상기 제2케이싱(138)에 고정되고 타단은 상기 제1케이싱(132)에 대하여 이격되고 상기 제1랙기어(134)의 이빨과 마주보는 이빨을 가지는 제2랙기어(140)와, 상기 제1랙기어(134)와 상기 제2랙기어(140) 사이에 치합되고 상기 제1케이싱(132) 또는 상기 제2케이싱(138)에 고정되는 회전식 발전기(미도시)의 입력축에 고정되는 피니언기어(136)를 포함한다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 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.

100,103,107,109,111: 건물부착형 발전장치
101,105: 건물부착형 발전어셈블리
102: 패널
104: 구면보스
106: 볼저널
108: 베이스
110: 패널지지로드
112: 브라켓
114: 풍력발전모듈
116: 회전축
118: 날개
120,124: 패널지지스프링
122,126: 댐퍼
130: 변위발전모듈
132: 제1케이싱
134: 제1랙기어
136: 피니언기어
138: 제2케이싱
140: 제2랙기어

Claims

건물의 외벽에 고정되는 패널지지로드;
상기 패널지지로드와 구면조인트로 연결되는 패널;
일단이 상기 패널에 연결되고, 타단이 건물의 외벽에 고정되는 적어도 3 이상의 패널지지스프링; 및
상기 패널의 하부에 설치되는 풍력발전모듈을 포함하고, 상기 패널지지로드와 상기 구면조인트는 상기 패널의 면적중심에서 연결되는 건물부착형 발전장치.
건물의 외벽에 고정되는 베이스;
상기 베이스에 고정되는 패널지지로드;
상기 패널지지로드와 구면조인트로 연결되는 패널;
일단이 상기 패널에 연결되고, 타단이 건물의 외벽에 고정되는 적어도 3 이상의 패널지지스프링; 및
상기 패널의 하부에 설치되는 풍력발전모듈을 포함하고, 상기 패널지지로드와 상기 구면조인트는 상기 패널의 면적중심에서 연결되는 건물부착형 발전장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 패널은 상기 패널지지로드의 반대측에 곡률중심을 가지도록 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 건물부착형 발전장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 패널지지스프링은 상기 패널의 가장자리에 배치되는 것을 특징으로 하는 건물부착형 발전장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 패널지지스프링의 주위 또는 상기 패널지지스프링에 직렬로 댐퍼가 설치되는 것을 특징으로 하는 건물부착형 발전장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 패널의 표면에 태양광발전모듈이 설치되는 것을 특징으로 하는 건물부착형 발전장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 패널지지스프링의 주위에 변위발전모듈이 설치되는 것을 특징으로 하는 건물부착형 발전장치.
제1항 또는 제2항의 건물부착형 발전장치 복수개를 패널이 서로 간극을 가지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 건물부착형 발전어셈블리.