KR101636199B1 - 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치 - Google Patents

풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부로부터 유입되는 바람에 의해 회전되는 임펠러와 상기 임펠러의 내부에 수용되어 상기 임펠러와 일체로 회전되는 제너레이터와 상기 임펠러 및 제너레이터의 회전축을 지지시키고 상기 임펠러 및 제너레이터를 지면으로부터 이격시키는 지주를 포함하는 풍력발전부와, 상기 임펠러의 상부에서 상기 임펠러의 일측과 타측을 향해 각각 외향 경사지게 설치되는 경사프레임과 상기 지주의 양측에 결합되어 상기 경사프레임을 지지시키는 지지프레임으로 구성되는 지지구조체와, 상기 경사프레임의 상면에 설치되어 상기 임펠러 내부로 바람이 최대한 유입되도록 바람의 흐름을 유도하고 태양광을 흡수하여 전기에너지를 생산하는 태양전지판을 포함하는 태양광발전부를 포함하는 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치를 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 태양전지판이 지지구조체에 의해 지붕구조를 이룸으로써 태양의 위치와 상관없이 태양이 떠 있는 동안 태양광을 집광하여 전기 에너지를 효율적으로 생산할 수 있게 되는 효과가 있고, 아울러 태양전지판의 지붕구조가 풍력발전부의 임펠러 일측에서 부는 자연풍 기계풍, 주행풍 등의 바람이 임펠러의 내부로 최대한 유입되도록 바람의 흐름을 유도하고 포집하는 통로의 기능을 하여 임펠러의 내부로 많은 양의 바람이 유입되게 유도함으로써 풍력 발전력을 보강시키게 되는 효과가 있다.

Description

풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치{Compound Generator Using Solar and Wind}
본 발명은 복합에너지 발전장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 풍력과 태양광을 이용하여 발전효율을 향상시키고, 태양전지판이 바람의 흐름을 유도하여 풍력 발전력을 보강시키는 풍력 및 태양광을 이용한 복합 에너지 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 생활 및 산업 에너지는 석유와 석탄 및 천연 가스와 같은 화석에너지를 사용하고 있는데, 이러한 화석에너지는 그 양이 한정되어 있기 때문에 고갈 위험이 대두되고 있고 사용시 여러 오염물질을 배출하는 문제 등으로 인해 대부분의 국가에서는 이를 대체하여 사용할 수 있는 대체에너지를 개발하고 있다.
화석에너지를 대체할 수 있는 에너지는 여러 종류가 있는데, 조수 간만의 차를 이용하여 에너지를 얻는 조력, 바람의 힘을 이용하여 에너지를 얻는 풍력, 그리고 땅속의 열을 이용하는 지열 등이 있으며, 이들 에너지의 근원이 되는 태양에너지가 있다.
이러한 대체 에너지를 이용하는 방법은 상당 부분 실용화되고 있고, 태양에너지를 발전 및 난방에 이용하는 것도 그 중 하나이다.
태양에너지를 이용하는 방법은 크게 태양열을 이용하는 방법과 태양광을 이용하는 방법으로 구분된다. 태양열을 이용하는 방법은 태양에 의해 데워진 물 등을 이용하여 난방 및 발전을 하는 방법이며, 태양광을 이용하는 방법은 태양의 빛을 이용하여 전기를 발생시킴으로써 이 전기로 각종 기계 및 기구를 작동시킬 수 있도록 하는 방법으로 태양광발전이라고 한다.
태양광발전은 태양광의 조사량에 영향을 미치는 기후에 따라서도 발전효율이 달라지게 되는데, 예를 들어 구름이 많이 껴서 흐린 날이나 비 또는 눈이 오는 날과 같이 날씨가 좋지 못한 경우 태양광의 조사량이 부족하여 발전량이 감소하게 되고, 특히 겨울과 같이 추운 계절에는 태양의 고도가 낮고 흐린 날이 많기 때문에 태양광 발전효율이 떨어지게 된다.
한편, 풍력발전은 바람이 지니고 있는 에너지를 전기에너지로 바꾸어 사용토록 하는 것으로, 이를 구현하기 위한 풍력 발전장치는 불어오는 바람에 의해 회전하게 되는 프로펠러의 회전력으로 전기를 생산 발전하므로 주로 강풍 수집이 용이한 지역에 설치된다.
풍력발전은 기후에 영향을 받아 발전효율이 달라지는데, 예를 들어 여름과 같이 바람이 거의 불지 않거나 미풍이 부는 계절에는 풍력 발전량이 감소하게 된다.
이에 따라 최근에는 태양광발전장치나 풍력발전장치를 단독으로 구성하지 않고 혼합하여 복합발전장치로 설치함으로써 기후 및 계절 조건에 상관없이 전기에너지를 발전시킬 수 있도록 하기도 한다.
하지만, 현재 국내에서 이루어지고 있는 풍력발전은 바람이 많지 않고 평균풍압이 낮은 국토의 특성상 대개 소규모로만 이루어지고 있으며, 더구나 0.3 ~ 50KW 미만인 소 풍력발전마저도 타워설치로 인한 고비용 문제와 운송비용, 발전기의 소음으로 인한 주민들의 불편으로 인해 실제 전력이 많이 필요한 인구 밀집지역에서 풍력 발전을 실용화한다는 것은 쉬운 일이 아니다. 이로 인하여, 일반가정이나 대형 빌딩, 공장 등에서 환기를 위해 사용하는 환기 시설에서 지속적으로 발생되는 기계풍들이 그대로 방치되어 버려지고 있다.
최근에는 이러한 환기팬 또는 환풍구 풍력발전장치가 제시되기도 하였으나, 구조가 복잡하고, 환기구 내부에 팬이 설치되어 있어 공기 흐름의 저항이 커서 발전량이 작으며, 팬이 모두 공기 흐름축에 대하여 직각으로 회전하므로 발전효율이 저하되는 문제점이 있었다.
한국공개특허: 10 - 2012- 0051893 (공개일 2012. 05. 23)
한국등록특허: 10 - 1328188 (공고일 2013. 11. 14)
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서,
본 발명의 목적은 일반 가정이나 대형 빌딩, 공장 등에서 환기를 위해 사용하는 환기 시설을 통해 지속적으로 발생되는 기계풍과, 자연풍을 이용하여 풍력발전을 도모하고, 이에 태양광발전부를 복합적으로 구성하여 계절에 상관없이 일정 수준의 전기 에너지를 생산할 수 있도록 하며, 아울러 태양광발전부의 태양전지판이 자연풍, 기계풍 등의 흐름을 유도하여 풍력 발전력을 보강시킴으로써 발전효율을 증대시킬 수 있는 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치는 외부로부터 유입되는 바람에 의해 회전되는 임펠러와, 상기 임펠러의 내부에 수용되어 상기 임펠러와 일체로 회전되는 제너레이터와, 상기 임펠러 및 제너레이터의 회전축을 지지시키고 상기 임펠러 및 제너레이터를 지면으로부터 이격시키는 지주를 포함하는 풍력발전부; 상기 임펠러의 상부에서 상기 임펠러의 일측과 타측을 향해 각각 외향 경사지게 설치되는 경사프레임과, 상기 지주의 양측에 결합되어 상기 경사프레임을 지지시키는 지지프레임으로 구성되는 지지구조체; 및 상기 경사프레임의 상면에 설치되어 상기 임펠러 내부로 바람이 최대한 유입되도록 바람의 흐름을 유도하고, 태양광을 흡수하여 전기에너지를 생산하는 태양전지판을 포함하는 태양광발전부;를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 지지구조체는 상기 임펠러의 상부에서 상기 임펠러의 일측을 향해 외향 경사지게 설치되는 제 1 경사프레임과 상기 임펠러의 상부에서 임펠러의 타측을 향해 외향 경사지게 설치되는 제 2 경사프레임의 상단을 일정 간격 이격시키고, 상기 제 1, 제 2 경사프레임의 이격된 상단을 연결하여 상호 지지 되게 하는 이음 프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 지지프레임은 상기 지주의 양측에 결합되는 고정바와, 상기 고정바에 연결되어 상기 임펠러의 양측에 세워지는 수직바와, 상기 수직바의 상단과 상기 경사프레임의 하단에 연결되어 경사프레임을 지지하는 수평바와, 상기 수평바에 결합되어 상기 경사프레임의 중앙을 지지하는 보강바로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지구조체는 풍력발전부의 지주에 결합되는 고정바에 연결되어 임펠러의 양측에 세워지는 수직바의 상단에 연결바의 중앙을 결합시키고, 상기 연결바의 일단부와 타단부에 각각 보강바가 수직으로 설치된 수평바를 결합시키며, 수평바와 보강바에 경사프레임을 각각 결합하여 복수 개의 경사프레임이 상기 태양전지판을 지지시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 풍력발전부의 임펠러는 내부 공간의 상부면 중앙 또는 하부면 중앙에 임펠러의 내부 공간으로 유입된 바람을 외부로 토출하기 위한 토출구가 형성되고, 상기 토출구가 임펠러 내부 공간의 상부면 중앙에 형성되는 경우 상기 제너레이터는 임펠러 내부 공간의 하부면에 장착되고, 상기 토출구가 임펠러 내부 공간의 하부면 중앙에 형성되는 경우 상기 제너레이터는 임펠러 내부 공간의 상부면에 장착되는 것을 특징으로 한다.
이에 더하여 상기 제너레이터의 외측에는 상기 임펠러의 내부 공간으로 유입된 바람이 상기 토출구를 통해 원활히 배출되도록 바람의 방향을 유도하는 안내부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 안내부재는 상기 제너레이터의 외측을 감싸는 형태로 상기 임펠러에 결합되고, 상기 토출구의 중심을 향해 점차적으로 외경이 좁아지는 만곡부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 임펠러는 상기 회전축이 수직으로 배치되고, 상기 회전축에 대해 원주방향으로 블레이드가 배치되며, 상기 블레이드는 상기 임펠러가 회전하는 방향의 반대방향을 향해 휘어진 제 1 곡면부와 상기 제 1 곡면부의 끝단에서 상기 임펠러가 회전하는 방향을 향해 휘어진 제 2 곡면부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 지주에는 풍력발전부와 태양광발전부에서 생성된 전력을 저장하는 축전부가 내장되고, 상기 축전부의 전력을 소비처로 공급하는 전선이 인출되는 전선인출구가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 태양전지판이 지지구조체에 의해 지붕구조를 이룸으로써 태양의 위치와 상관없이 태양이 떠 있는 동안 태양광을 집광하여 전기 에너지를 효율적으로 생산할 수 있게 되는 효과가 있고, 아울러 태양전지판의 지붕구조가 풍력발전부의 임펠러 일측에서 부는 기계풍과 자연풍을 임펠러의 내부로 최대한 유입되도록 바람의 흐름을 유도하고 포집하는 통로의 기능을 하여 임펠러의 내부로 많은 양의 바람이 유입되게 유도함으로써 풍력 발전력을 보강시키게 되는 효과가 있다.
또한, 풍력발전부는 임펠러로 유입되는 바람이 블레이드의 제 1 곡면부와 제 2 곡면부를 통과하는 과정에서 임펠러를 빠르게 회전시키고, 임펠러의 내부로 유입된 바람이 내부공간을 경유한 다음 안내부재의 만곡부를 타고 토출구로 빠르게 배출되는 것에 의해 바람 에너지를 최대한 활용하여 임펠러를 최대한 빠르게 회전시키며, 임펠러의 회전과 함께 제너레이터가 회전하면서 임펠러의 회전력을 최대한 활용하여 전기에너지로 변환함으로써 발전효율을 향상시키게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치를 도시한 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치에서 지지구조체의 다른 예를 도시한 사시도.
도 4의 (a),(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치에서 풍력발전부를 도시한 단면도로서, (a)는 임펠러 내부 공간의 하부면 중앙에 토출구가 형성되는 경우 제너레이터가 임펠러 내부 공간의 상부면에 장착되는 것을 도시한 것이고, (b)는 임펠러 내부 공간의 상부면 중앙에 토출구가 형성되는 경우 제너레이터가 임펠러 내부 공간의 하부면에 장착되는 것을 도시한 것임.
도 5의 (a),(b)는 임펠러 내부로 유입된 바람이 토출구를 통해 원활히 배출되도록 제너레이터 외측에 바람의 방향을 유도하는 안내부재가 더 구비된 것을 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전부에서 임펠러의 블레이드를 설명하기 위한 평면도.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치를 도시한 측면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치에서 지지구조체의 다른 예를 도시한 사시도이다. 또한, 도 4의 (a),(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치에서 풍력발전부를 도시한 단면도로서, (a)는 임펠러 내부 공간의 하부면 중앙에 토출구가 형성되는 경우 제너레이터가 임펠러 내부 공간의 상부면에 장착되는 것을 도시한 것이고, (b)는 임펠러 내부 공간의 상부면 중앙에 토출구가 형성되는 경우 제너레이터가 임펠러 내부 공간의 하부면에 장착되는 것을 도시한 것이며, 도 5의 (a),(b)는 임펠러 내부로 유입된 바람이 토출구를 통해 원활히 배출되도록 제너레이터 외측에 바람의 방향을 유도하는 안내부재가 더 구비된 것을 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전부에서 임펠러의 블레이드를 설명하기 위한 평면도이다.
도 1, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치는 풍력발전부(100)와, 지지구조체(200)와, 태양광발전부(300)를 포함하여 구성된다.
먼저, 풍력발전부(100)는 일반 가정이나 대형 빌딩, 공장 등에서 환기를 위해 사용하는 환기 시설의 환기구 앞에 설치된다. 대부분 환기시설의 환기구는 건물의 옥상에 설치되기 때문에 환기구에서 배출되는 기계풍과 자연풍을 동시에 이용할 수 있게 된다.
풍력발전부(100)는 지면으로부터 일정 높이를 갖는 지주(110)의 상면에 외부로부터 유입되는 바람에 의해 회전되는 임펠러(120)가 결합된다. 여기서, 임펠러(120)는 지주(110)의 상면에 임펠러(120)의 회전축(130)이 회전가능하게 결합되고, 임펠러(120)의 내부에 임펠러(120)의 회전력과 바람이 지니고 있는 에너지로 전기를 생산하는 제너레이터(140)가 결합된다.
그리고, 풍력발전부의 지주(110)에는 임펠러(120)의 상부에 위치되는 태양광발전부(300)를 지지시키는 지지구조체(200)가 결합된다.
지지구조체(200)는 임펠러(120)의 상부에서 임펠러(120)의 일측과 타측을 향해 각각 외향 경사지게 설치되는 경사프레임(210)과, 풍력발전부의 지주(110) 양측에 결합되어 경사프레임(210)을 지지시키는 지지프레임(220)으로 구성된다.
경사프레임(210)은 임펠러(120)의 상부에서 임펠러(120)의 일측을 향해 외측으로 하향 경사지게 설치되는 제 1 경사프레임과, 제 1 경사프레임의 상단과 일정간격 이격되는 상태로 임펠러(120)의 상부에서 임펠러(120)의 타측을 향해 외측으로 하향 경사지게 설치되는 제 2 경사프레임으로 구성된다.
지지프레임(220)은 풍력발전부의 지주(110)에 결합되는 고정바(221)와, 고정바(221)에 연결되어 임펠러의 양측에 세워지는 수직바(222)와, 수직바(222)의 상단과 제 1, 제 2 경사프레임(210)의 하단에 각각 연결되어 제 1, 제 2 경사프레임(210)을 지지하는 수평바(223)와, 수평바(223)에 수직으로 결합되어 제 1, 제 2 경사프레임(210)의 중앙을 지지하는 보강바(224)로 구성된다.
그리고, 제 1, 제 2 경사프레임(210)의 상단에는 제 1, 제 2 경사프레임(210)의 지지력의 확보를 위해 이음프레임(230)이 결합된다.
이음프레임(230)은 제 1, 제 2 경사프레임(210)의 이격된 상단을 연결하여 제 1, 제 2 경사프레임(210)이 상호 지지 되게 한다. 즉, 제 1 경사프레임(211)은 이음프레임(230)으로 연결된 제 2 경사프레임(212)에 의해 지지력이 확보하게 되고, 제 2 경사프레임(212)은 이음프레임(230)으로 연결된 제 1 경사프레임(211)에 의해 지지력을 확보할 수 있게 된다.
또한, 임펠러(120)의 상부에서 이음프레임(230)에 연결된 제 1, 제 2 경사프레임(210)은 임펠러(120)의 교체 또는 A/S시 제 1, 제 2 경사프레임(210)을 해체하지 않고 임펠러(120)를 지주로부터 분리시킬 수 있는 공간(S)을 확보하게 된다. 즉, 임펠러(120) 및 제너레이터(140)의 교체 및 A/S를 용이하게 할 수 있게 한다.
태양광발전부(300)는 지지구조체(200)의 경사프레임(210)에 장착되는 태양전지판(310)과, 태양전지판(310)에서 생산되는 전기에너지를 충전하는 축전부(320)를 포함한다. 여기서, 축전부(320)는 태양전지판(310)과 전기적으로 연결되어 풍력발전부의 지주(110) 내부에 수용된다.
태양전지판(310)은 경사프레임(210)에 장착되어 태양광을 최대한 집광할 수 있는 각의 경사도를 갖게 된다.
그리고, 경사프레임(210)에 장착된 좌,우측의 태양전지판(310)은 경사도에 의해 지붕구조를 이루게 된다.
지붕구조를 이루는 태양전지판(310)은 태양의 위치와 상관없이 태양이 떠 있는 동안 태양광을 집광할 수 있어 발전 효율을 향상시키며, 아울러 풍력발전부의 임펠러(120) 일측에서 진행되는 바람이 임펠러(120)의 내부로 최대한 유입되도록 바람의 흐름을 유도하고 포집하는 통로의 기능을 하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이 지지구조체(200)는 태양전지판(310)이 보다 안정적으로 지지될 수 있도록 태양전지판(310)을 지지하는 경사프레임(210)을 복수 개 형성할 수도 있다.
즉, 풍력발전부의 지주(110)에 결합되는 고정바(221)에 연결되어 임펠러의 양측에 세워지는 수직바(222)의 상단에 연결바(225)를 결합시키고, 연결바(225)의 일단부와 타단부에 각각 보강바(224)가 수직으로 설치된 수평바(223)를 결합시키며, 수평바(223)와 보강바(224)에 경사프레임(210)을 각각 결합하여 태양전지판(310)이 복수 개의 경사프레임(210)에 지지되도록 할 수도 있다.
이처럼 지지구조체(200)의 다른 실시 예는 태양전지판(310)을 지지하는 지지구조체의 경사프레임(210)을 연결바(225)를 통해 복수 개 형성함으로써 태양전지판(310)의 안정적인 고정은 물론 태양전지판(310)의 크기를 더 크게 할 수 있어 태양광의 집광 효율을 향상시킬 수도 있으며 바람의 포집 능력을 향상시킬 수도 있게 된다.
한편, 도 1 및 도 4의 (a),(b)에 도시된 바와 같이 풍력발전부의 임펠러(120)는 일정간격으로 이격된 상부면(121)과 하부면(122) 사이에 블레이드(123)가 원주 방향으로 등 간격 배치되며, 원주방향으로 등 간격 배치된 블레이드(123)의 내측에 제너레이터(140)가 결합되는 공간(S)이 형성된다.
그리고, 임펠러(120) 내부 공간(S)의 상부면(121) 중앙 또는 하부면(122) 중앙에는 블레이드(123)들 사이를 통해서 임펠러(120) 내부로 유입되는 바람이 외부로 토출되도록 하는 토출구(124)가 형성된다.
그리고, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 토출구(124)가 임펠러 내부 공간(S)의 하부면(122) 중앙에 형성되는 경우, 제너레이터(140)는 임펠러 내부 공간(S)의 상부면(121)에 장착되고, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 토출구(124)가 임펠러 내부 공간(S)의 상부면(121) 중앙에 형성되는 경우, 제너레이터(140)는 임펠러 내부 공간(S)의 하부면(122)에 장착된다.
이때, 제너레이터(140)는 임펠러의 상부면(121) 또는 하부면(122)에 결합될 때, 제너레이터(140)가 임펠러의 상부면(121) 또는 하부면(122)에 볼트 결합되는 것에 의해 임펠러(120)에 고정되고, 임펠러(120)의 회전에 따라서 제너레이터(140)가 회전되도록 제너레이터(140)의 중앙에 수직으로 회전축(130)이 결합된다. 여기서, 회전축(130)은 임펠러의 상부면(121) 또는 하부면(122) 중앙에 토출구(124)가 형성되는 것에 의해 임펠러(120)에 고정된 제너레이터(140)의 중앙에 설치된다.
이에 더하여 제너레이터(140)의 외측에는 임펠러(120)의 내부 공간으로 유입된 바람이 토출구(124)를 통해 원활히 배출되도록 바람의 방향을 유도하는 안내부재(150)가 구비된다.
도 5의 (a),(b)에 도시된 바와 같이 안내부재(150)는 제너레이터(140)의 외측을 감싸는 형태로 임펠러(120)에 결합되고, 외경이 토출구의 중심을 향해 점차적으로 좁아지는 만곡부(151)를 형성한다.
즉, 안내부재의 만곡부(151)는 임펠러(120) 내부로 유입된 바람의 저항을 최소화하면서도 바람이 원활하고도 빠르게 유입되고 배출될 수 있게 한다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 임펠러(120)의 블레이드(123)는 중앙을 기준으로 임펠러(120)가 회전하는 방향의 반대방향을 향해 휘어진 제 1 곡면부(123a)와, 제 1 곡면부(123a)의 끝단에서 임펠러(120)가 회전하는 방향을 향해 휘어진 제 2 곡면부(123b)가 형성된다.
이러한 블레이드(123)는 외부로부터 유입되는 바람이 제 1 곡면부(123a)를 타고 들어오면서 임펠러(120)를 회전시키고, 임펠러(120)의 회전으로 제 2 곡면부(123b)의 방향이 바뀌게 되면서 임펠러(120) 내부로 빠르게 유입되며 이로 인하여 임펠러(120)를 더욱 빠르게 회전시킬 수 있게 된다.
한편, 제너레이터(140) 내부의 공간에는 유도기전력을 생성하기 위한 구성들인 마그네트와 유도코일 등이 구비되어 있으며, 제네레이터(140)에서 생성된 전류는 축전부(320)에 저장된다. 이때, 축전부(320)는 제네레이터(140)와 전기적으로 연결되어 풍력발전부의 지주(110) 내부에 수용된다.
그리고, 지주(110)에는 축전부(320)에 저장된 전력을 소비처로 공급하는 전선이 인출되는 전선인출구(111)가 구비된다.
상기의 구성으로 이루어진 풍력발전부(100)는 일반 가정이나 대형 빌딩, 공장 등에서 환기를 위해 사용하는 환기 시설의 환기구 앞에 설치된다. 그리고, 환기구에서 배출되는 기계풍과 외부에서 부는 자연풍은 지붕구조를 이루는 태양전지판(310)에 의해 형성되는 통로로 포집되어 바람의 손실 없이 모두 임펠러(120)의 내부로 유입되게 유도된다.
그리고, 임펠러(120) 내부로 유입되는 바람은 임펠러의 블레이드(123)들 사이로 유입되는 과정에서 블레이드의 제 1 곡면부(123a)와 제 2 곡면부(123b)에 의해 임펠러(120)를 빠르게 회전시키고, 임펠러(120)의 내부로 유입된 바람이 내부 공간(S)을 경유한 다음 안내부재의 만곡부(151)를 타고 토출구(124)로 빠르게 배출되는 것에 의해 바람 에너지를 최대한 활용하여 임펠러(120)를 최대한 빠르게 회전시키며, 임펠러(120)의 회전과 함께 제너레이터(140)가 회전하면서 임펠러(120)의 회전력을 최대한 활용하여 전기에너지로 변환한다. 그리고, 변환된 전기에너지는 지주의 내부에 수용된 축전부(320)에 저장된다.
아울러, 태양광발전부는 태양전지판이 태양광을 최대한 집광하여 태양에너지를 전기에너지로 변환하고, 변환된 전기에너지는 지주의 내부에 수용된 축전부에 저장된다.
이와 같이 본 발명은 일반 가정이나 대형 빌딩, 공장 등에서 환기를 위해 사용하는 환기 시설의 환기구가 대부분 건물의 옥상에 설치되기 때문에 환기구에서 배출되는 기계풍과 자연풍을 이용하여 풍력발전을 도모하고, 태양광을 집광하여 태양광발전을 도모함으로써 계절에 상관없이 일정 수준의 전기 에너지를 생산할 수 있게 된다.
또한, 태양광발전부의 태양전지판이 지붕구조를 이루는 것에 의해 태양의 위치와 상관없이 태양이 떠 있는 동안 태양광을 집광하여 전기에너지를 효율적으로 생산할 수 있고, 아울러 태양전지판의 지붕구조가 풍력발전부의 임펠러 일측에서 부는 기계풍 및 자연풍을 임펠러의 내부로 최대한 유입되도록 바람의 흐름을 유도하고 포집하는 통로의 기능을 하여 임펠러의 내부로 많은 양의 바람이 유입되게 유도함으로써 풍력 발전력을 보강시킬 수 있게 된다.
또한, 풍력발전부는 임펠러로 유입되는 바람이 블레이드의 제 1 곡면부와 제 2 곡면부를 통과하는 과정에서 임펠러를 빠르게 회전시키고, 임펠러의 내부로 유입된 바람이 내부공간을 경유한 다음 안내부재의 만곡부를 타고 토출구로 빠르게 배출되는 것에 의해 바람 에너지를 최대한 활용하여 임펠러를 최대한 빠르게 회전시키며, 임펠러의 회전과 함께 제너레이터가 회전하면서 임펠러의 회전력을 최대한 활용하여 전기에너지로 변환함으로써 발전효율을 향상시킬 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들로 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
100: 풍력발전부 110: 지주
111: 전선인출구 120: 임펠러
121: 상부면 122: 하부면
123: 블레이드 123a,123b: 제 1, 제 2 곡면부
124: 토출구 130: 회전축
140: 제너레이터 150: 안내부재
151: 만곡부 200: 지지구조체
210: 경사프레임 220: 지지프레임
221: 고정바 222: 수직바
223: 수평바 224: 보강바
225: 연결바 230: 이음프레임
300: 태양광발전부 310: 태양전지판
320: 축전부

Claims (9)

  1. 외부로부터 유입되는 바람에 의해 회전되는 임펠러와, 상기 임펠러의 내부에 수용되어 상기 임펠러와 일체로 회전되는 제너레이터와, 상기 임펠러 및 제너레이터의 회전축을 지지시키고 상기 임펠러 및 제너레이터를 지면으로부터 이격시키는 지주를 포함하는 풍력발전부; 상기 임펠러의 상부에서 상기 임펠러의 일측과 타측을 향해 각각 외향 경사지게 설치되는 경사프레임과, 상기 지주의 양측에 결합되어 상기 경사프레임을 지지시키는 지지프레임으로 구성되는 지지구조체; 및 상기 경사프레임의 상면에 설치되어 상기 임펠러 내부로 바람이 최대한 유입되도록 바람의 흐름을 유도하고, 태양광을 흡수하여 전기에너지를 생산하는 태양전지판을 포함하는 태양광발전부;를 포함하고,
    상기 지지구조체의 지지프레임은 상기 지주의 양측에 결합되는 고정바와, 상기 고정바에 연결되어 상기 임펠러의 양측에 세워지는 수직바와, 상기 수직바의 상단과 상기 경사프레임의 하단에 연결되어 상기 경사프레임을 지지하는 수평바와, 상기 수평바에 결합되어 상기 경사프레임의 중앙을 지지하는 보강바로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지구조체의 경사프레임은 상기 임펠러의 상부에서 상기 임펠러의 일측을 향해 외향 경사지게 설치되는 제 1 경사프레임과, 상기 제 1 경사프레임의 상단과 일정간격 이격된 상태로 임펠러의 상부에서 임펠러의 타측을 향해 외향 경사지게 설치되는 제 2 경사프레임과, 상기 제 1, 제 2 경사프레임의 이격된 상단을 연결하여 상호 지지 되게 하는 이음 프레임을 포함하는 것을 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지구조체의 지지프레임은 풍력발전부의 지주에 결합되는 고정바에 연결되어 임펠러의 양측에 세워지는 수직바의 상단에 연결바의 중앙이 결합되고, 상기 연결바의 일단부와 타단부에 각각 보강바가 수직으로 설치된 수평바가 결합되며, 상기 수평바와 보강바에는 상기 지지구조체의 경사프레임이 각각 결합되어 상기 태양전지판을 고정시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 풍력발전부의 임펠러는 내부 공간의 상부면 또는 하부면에 임펠러의 내부 공간으로 유입된 바람을 외부로 토출하기 위한 토출구가 형성되고,
    상기 토출구가 임펠러 내부 공간의 상부면 중앙에 형성되는 경우 상기 제너레이터는 임펠러 내부 공간의 하부면에 장착되고, 상기 토출구가 임펠러 내부 공간의 하부면 중앙에 형성되는 경우 상기 제너레이터는 임펠러 내부 공간의 상부면에 장착되는 것을 특징으로 하는 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제너레이터의 외측에는 상기 임펠러의 내부 공간으로 유입된 바람이 상기 토출구를 통해 원활히 배출되도록 바람의 방향을 유도하는 안내부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 안내부재는 상기 제너레이터의 외측을 감싸는 형태로 상기 임펠러에 결합되고, 상기 토출구의 중심을 향해 점차적으로 외경이 좁아지는 만곡부를 형성하는 것을 특징으로 하는 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 임펠러는 상기 회전축이 수직으로 배치되고, 상기 회전축에 대해 원주방향으로 블레이드가 배치되며, 상기 블레이드는 상기 임펠러가 회전하는 방향의 반대방향을 향해 휘어진 제 1 곡면부와, 상기 제 1 곡면부의 끝단에서 상기 임펠러가 회전하는 방향을 향해 휘어진 제 2 곡면부로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 지주에는 풍력발전부와 태양광발전부에서 생성된 전력을 저장하는 축전부가 내장되고, 상기 축전부의 전력을 소비처로 공급하는 전선이 인출되는 전선인출구가 구비되는 것을 특징으로 하는 풍력 및 태양광을 이용한 복합에너지 발전장치.
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