KR101761468B1 - 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템 - Google Patents
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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 설치면으로부터 이격시키는 지주를 포함하는 풍력발전부; 상기 임펠러의 상부에서 외향 경사를 이루는 경사프레임과, 상기 지주에 결합되어 상기 경사프레임을 지지시키는 지지프레임으로 구성되는 지지구조체; 상기 지지구조체의 경사프레임 상면에 설치되어 태양광을 흡수하여 전기에너지를 생산하는 태양전지판을 포함하는 태양광발전부; 및 상기 풍력발전부와 태양광발전부에서 발전된 전기에너지를 이용하여 LED를 조명하고, 도로의 방호시설에 설치되어 시인성을 확보하는 교통안내표지판;을 포함하는 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 태양광발전부 및 풍력발전부에서 발전된 전기 에너지를 이용하여 LED를 조명하는 교통안내표지판을 도로의 공사현장이나 도로의 급커브를 표시하는 안내판, 차량의 도로 이탈을 막고 보행자를 보호하기 위해 도로의 옆에 설치되는 가이드레일, 도로의 중앙분리대, 방호벽 등의 방호시설에 직접 설치하여 시인성을 확보함으로써 보행자 내지 차량의 안전성 및 실용성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 태양광발전부 및 풍력발전부에서 발전된 전기 에너지를 이용하여 LED를 조명하는 교통안내표지판을 도로의 공사현장이나 도로의 급커브를 표시하는 안내판, 차량의 도로 이탈을 막고 보행자를 보호하기 위해 도로의 옆에 설치되는 가이드레일, 도로의 중앙분리대, 방호벽 등의 방호시설에 직접 설치하여 시인성을 확보함으로써 보행자 내지 차량의 안전성 및 실용성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 풍력 및 태양광을 이용하여 자체 발전하는 복합 에너지 발전장치로부터 전원을 공급받아 자체적으로 운영될 수 있는 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템에 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.
또한, 자동차나 지하철, 철도 등과 같은 차량이 지나가면서 지속적으로 발생하게 되는 주행풍이나, 터널 또는 대형 빌딩 등에서 환기를 위해 사용되는 환풍기등을 통해 지속적으로 발생되는 기계풍들이 그대로 방치되어 버려지고 있는 실정이다.
한편, 도로에는 예를 들어 각종 표지판, 신호등, 가로등 등의 다양한 전기 시설들이 설치된다. 전력을 입력받아 구동되는 각종 표지판은 운전자에게 도로 상황에 대한 실시간 정보, 각종 위험 표시 정보, 과속 단속 정보를 제공하기 위한 것이다. 특히 고속도로나 자동차 전용도로에서는 차량의 고속 주행으로 인한 위험이 증가하기 때문에 운전자의 주의를 환기시키기 위해서 경광등, 점멸등 및 경고등이 사용되고 있으며, 공사가 진행중인 공사현장이나 급커브길 등에 보행자 내지 차량이 안전하게 보행 및 운전을 하도록 보조하기 위한 수단으로 교통안내표지판이 사용된다.
이와 같이 전력을 사용하는 도로의 교통안내표지판들의 전기 시설들은 외부 전력을 사용하기 때문에 정전 등의 사고에 의해서 원래의 기능을 못하게 되어 각종 안전사고를 유발할 가능성이 크다. 특히, 산간 벽지에 있는 도로 또는 고속도로와 같이 인적이 드문 장소에 위치한 도로의 경우에는 전력의 공급이 차단되는 경우, 이를 복구하는데 상당한 시간이 소요되기 때문에 사고 가능성이 더욱 커지게 되는 문제점이 있다.
한국등록실용신안: 20 - 0311363 (공고일 2003. 04. 23)
한국등록특허: 10 - 0924599 (공고일 2009. 10. 30)
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서,
본 발명의 목적은 태양광발전부와 풍력발전부를 복합 구성함에 따라 계절에 상관없이 일정 수준의 전기 에너지를 생산하고, 자연풍, 주행풍, 기계풍을 이용하여 풍력 발전력을 보강시킴으로써 발전효율을 증대시키며, 태양광발전부 및 풍력발전부에서 발전된 전기 에너지를 이용하여 교통안내표지판의 LED를 조명함으로써 자체적으로 안정적인 운영이 이루어지는 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 태양광발전부 및 풍력발전부에서 발전된 전기 에너지를 이용하여 LED를 조명하는 교통안내표지판을 도로의 공사현장이나 도로의 급커브를 표시하는 안내판, 차량의 도로 이탈을 막고 보행자를 보호하기 위해 도로의 옆에 설치되는 가이드레일, 도로의 중앙분리대, 방호벽 등의 방호시설에 장착하여 보행자 내지 차량이 안전하게 보행 및 운전을 하도록 시인성을 확보할 수 있도록 하는 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템은 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 설치면으로부터 이격시키는 지주를 포함하는 풍력발전부; 상기 임펠러의 상부에서 외향 경사를 이루는 경사프레임과, 상기 지주에 결합되어 상기 경사프레임을 지지시키는 지지프레임으로 구성되는 지지구조체; 상기 지지구조체의 경사프레임 상면에 설치되어 태양광을 흡수하여 전기에너지를 생산하는 태양전지판을 포함하는 태양광발전부; 및 상기 풍력발전부와 태양광발전부에서 발전된 전기에너지를 이용하여 LED를 조명하고, 도로의 방호시설에 설치되어 시인성을 확보하는 교통안내표지판;을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 풍력발전부의 지주는 도로의 중앙 또는 도로의 옆에 설치되는 방호시설의 상면에 설치되고, 상기 교통안내표지판은 상기 방호시설의 일면 또는 양면에 일정간격으로 장착되는 것을 특징으로 한다.
상기 지지구조체의 경사프레임은 상기 임펠러의 상부에서 상기 임펠러의 일측을 향해 외향 경사지게 설치되는 제 1 경사프레임과, 상기 제 1 경사프레임의 상단과 일정간격 이격되는 상태로 상기 임펠러의 상부에서 임펠러의 타측을 향해 외향 경사지게 설치되는 제 2 경사프레임으로 구성되고, 상기 제 1, 제 2 경사프레임은 이격된 상단을 연결하는 이음 프레임에 의해 상호 지지 되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 지지구조체의 지지프레임은 상기 지주의 양측에 결합되는 고정바와, 상기 고정바에 연결되어 상기 임펠러의 양측에 세워지는 수직바와, 상기 수직바의 상단과 상기 제 1, 제 2 경사프레임의 하단에 각각 연결되어 상기 제 1, 제 2 경사프레임을 지지하는 수평바와, 상기 수평바에 결합되어 상기 제 1, 제 2 경사프레임의 중앙을 지지하는 보강바로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 경사프레임에는 상기 제 1 태양전지판이 고정되고, 상기 제 2 경사프레임에는 상기 제 2 태양전지판이 고정되는 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, 상기 수평바와 보강바에 상기 경사프레임을 각각 결합하여 복수 개의 경사프레임을 형성하고, 상기 복수 개의 경사프레임에 상기 태양전지판이 고정되는 것을 특징으로 한다.
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 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 상기 교통안내표지판으로 공급하는 것을 제어하는 제어부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 태양광발전부와 풍력발전부를 복합 구성함에 따라 발전효율을 증대시키고, 태양광발전부 및 풍력발전부에서 발전된 전기 에너지를 이용하여 교통안내표지판의 LED를 조명함으로써 도로의 각종 정보나 표시를 운전자나 보행자에게 알려줄 수 있는 교통안내표시를 자체적으로 운영할 수 있는 효과가 있다.
또한, 태양광발전과 풍력발전을 동시에 복합 발전함으로써 기후 및 계절 조건에 상관없이 전기에너지를 발전시킬 수 있고, 자동차나 지하철, 철도 등과 같은 차량이 지나가면서 지속적으로 발생하게 되는 주행풍이나, 터널에서 환기를 위해 사용되는 환풍기를 통해 지속적으로 발생되는 기계풍을 활용하여 발전효율을 증대시킬 수도 있으며, 아울러 산간 벽지에 있는 도로 또는 고속도로와 같이 전기공급이 어려운 곳에서도 자체적으로 안정적인 운영을 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 태양광발전부 및 풍력발전부에서 발전된 전기 에너지를 이용하여 LED를 조명하는 교통안내표지판을 도로의 공사현장이나 도로의 급커브를 표시하는 안내판, 차량의 도로 이탈을 막고 보행자를 보호하기 위해 도로의 옆에 설치되는 가이드레일, 도로의 중앙분리대, 방호벽 등의 방호시설에 직접 설치하여 시인성을 확보함으로써 보행자 내지 차량의 안전성 및 실용성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템을 도시한 도면.
도 3, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템에서 풍력발전부와 지지구조체와 태양광발전부를 설명하기 위한 도면.
도 5, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템에서 지지구조체의 다른 실시 예를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템에서 풍력발전부를 도시한 단면도로서, (a)는 임펠러 내부 공간의 하부면 중앙에 토출구가 형성되는 경우 제너레이터가 임펠러 내부 공간의 상부면에 장착되는 것을 도시한 도면이고, (b)는 임펠러 내부 공간의 상부면 중앙에 토출구가 형성되는 경우 제너레이터가 임펠러 내부 공간의 하부면에 장착되는 것을 도시한 도면.
도 8의 (a),(b)는 임펠러 내부로 유입된 바람이 토출구를 통해 원활히 배출되도록 제너레이터 외측에 바람의 방향을 유도하는 안내부재가 더 구비된 것을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전부에서 임펠러의 블레이드를 설명하기 위한 임펠러의 평면도를 도시한 도면.
도 3, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템에서 풍력발전부와 지지구조체와 태양광발전부를 설명하기 위한 도면.
도 5, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템에서 지지구조체의 다른 실시 예를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템에서 풍력발전부를 도시한 단면도로서, (a)는 임펠러 내부 공간의 하부면 중앙에 토출구가 형성되는 경우 제너레이터가 임펠러 내부 공간의 상부면에 장착되는 것을 도시한 도면이고, (b)는 임펠러 내부 공간의 상부면 중앙에 토출구가 형성되는 경우 제너레이터가 임펠러 내부 공간의 하부면에 장착되는 것을 도시한 도면.
도 8의 (a),(b)는 임펠러 내부로 유입된 바람이 토출구를 통해 원활히 배출되도록 제너레이터 외측에 바람의 방향을 유도하는 안내부재가 더 구비된 것을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전부에서 임펠러의 블레이드를 설명하기 위한 임펠러의 평면도를 도시한 도면.
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 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성 부분을 나타낸다.
도 1, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템을 도시한 도면이고, 도 3, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템에서 풍력발전부와 지지구조체와 태양광발전부를 설명하기 위한 도면이며, 도 5, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템에서 지지구조체의 다른 실시 예를 도시한 도면이다. 또한, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템에서 풍력발전부를 도시한 단면도로서, (a)는 임펠러 내부 공간의 하부면 중앙에 토출구가 형성되는 경우 제너레이터가 임펠러 내부 공간의 상부면에 장착되는 것을 도시한 도면이고, (b)는 임펠러 내부 공간의 상부면 중앙에 토출구가 형성되는 경우 제너레이터가 임펠러 내부 공간의 하부면에 장착되는 것을 도시한 도면이며, 도 8의 (a),(b)는 임펠러 내부로 유입된 바람이 토출구를 통해 원활히 배출되도록 제너레이터 외측에 바람의 방향을 유도하는 안내부재가 더 구비된 것을 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전부에서 임펠러의 블레이드를 설명하기 위한 임펠러의 평면도를 도시한 도면이다.
도 1, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템은 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 설치면으로부터 이격시키는 지주를 포함하는 풍력발전부(100)와, 상기 임펠러의 상부에서 외향 경사를 이루는 경사프레임과 상기 지주에 결합되어 상기 경사프레임을 지지시키는 지지프레임으로 구성되는 지지구조체(200)와, 상기 지지구조체의 경사프레임 상면에 설치되어 태양광을 흡수하여 전기에너지를 생산하는 태양전지판을 포함하는 태양광발전부(300)와, 상기 풍력발전부와 태양광발전부에서 발전된 전기에너지를 이용하여 LED를 조명하는 교통안내표지판(400)을 포함하여 구성된다.
여기서, 교통안내표시판(400)은 도로의 공사현장이나 도로의 급커브를 표시하는 안내판, 차량의 도로 이탈을 막고 보행자를 보호하기 위해 도로의 옆에 설치되는 가이드레일, 도로의 중앙분리대 및 방호벽 등의 방호시설(500)에 장착된다.
실시 예를 들어 보다 자세히 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이 태양광발전부(300) 및 풍력발전부(100)를 지지하는 지주(110)는 도로의 중앙 또는 도로의 옆에 설치되는 방호시설(500)의 상면에 설치되고, 교통안내표지판(400)은 방호시설(500)의 일면 또는 양면에 일정간격으로 장착된다. 즉, 태양광발전부(300) 및 풍력발전부(100)에서 발전된 전기 에너지를 이용하여 LED를 조명하는 교통안내표지판(400)이 방호시설(500)에 일정간격으로 설치되어 보행자 내지 차량의 눈에 쉽게 띄게 함으로써 시인성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 태양광발전부(300) 및 풍력발전부(100)를 지지하는 지주(110)는 보행자를 보호하기 위해 인도와 도로를 구분하는 방호시설(500)인 가이드레일의 구간에 설치되고, 태양광발전부(300) 및 풍력발전부(100)에서 발전된 전기 에너지를 이용하여 LED를 조명하는 교통안내표지판(400)이 방호시설(500)인 가이드레일 상에 일정간격으로 설치되어 보행자 내지 차량의 눈에 쉽게 띄게 함으로써 시인성을 확보할 수 있게 된다.
도 3, 도 4에 도시된 바와 같이 풍력발전부(100)는 지면으로부터 일정 높이를 갖는 지주(110)의 상면에 외부로부터 유입되는 바람에 의해 회전되는 임펠러(120)의 회전축(130)이 회전가능하게 결합되고, 임펠러(120)의 내부에는 임펠러(120)의 회전력과 바람이 지니고 있는 에너지로 전기를 생산하는 제너레이터(140)가 결합된다.
그리고, 지지구조체(200)는 임펠러(120)의 상부에서 임펠러(120)의 외측을 향해 외향 경사지게 설치되는 경사프레임(211,212)과, 풍력발전부의 지주(110)에 결합되어 경사프레임(211,212)을 지지시키는 지지프레임(220)으로 구성된다.
여기서, 경사프레임은 임펠러(120)의 상부에서 임펠러(120)의 일측을 향해 외향 경사지게 설치되는 제 1 경사프레임(211)과, 제 1 경사프레임(211)의 상단과 일정간격 이격되는 상태로 임펠러(120)의 상부에서 임펠러(120)의 타측을 향해 외향 경사지게 설치되는 제 2 경사프레임(212)으로 구성되고, 제 1, 제 2 경사프레임(211,212)은 이격된 상단을 연결하는 이음 프레임(230)에 의해 상호 지지된다.
그리고, 지지프레임(220)은 풍력발전부의 지주(110)의 양측에 결합되는 고정바(221)와, 고정바(221)에 연결되어 임펠러의 양측에 세워지는 수직바(222)와, 수직바(222)의 상단과 제 1, 제 2 경사프레임(211.212)의 하단에 연결되어 제 1, 제 2 경사프레임(211.212)을 지지하는 수평바(223)와, 수평바(223)의 상면에 수직으로 결합되어 제 1, 제 2 경사프레임(211.212)의 중앙을 지지하는 보강바(224)로 구성된다.
즉, 제 1 경사프레임(211)은 지지프레임(220)의 보강바(224)와 수평바(223)에 결합되는 것에 의해 임펠러(120)의 상부에서 임펠러(120)의 일측을 향해 외향 경사 또는 하향 경사지게 설치되고, 제 2 경사프레임(212)은 지지프레임(220)의 보강바(224)와 수평바(223)에 결합되는 것에 의해 임펠러(120)의 상부에서 임펠러(120)의 타측을 향해 외향 경사 또는 하향 경사지게 설치된다.
그리고, 이음프레임(230)은 제 1, 제 2 경사프레임(211,212)의 상단을 연결함으로써 제 1, 제 2 경사프레임(211,212)의 지지력을 확보한다. 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(211,212)은 임펠러(120)의 교체 또는 A/S시 제 1, 제 2 경사프레임을 해체하지 않고 임펠러(120)를 지주로부터 분리시킬 수 있는 공간을 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(211)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.
여기서, 태양전지판(310)은 남쪽을 향하도록 제 1, 제 2 경사프레임(211,212) 중 어느 한 곳에 선택적으로 설치된다. 하지만 필요에 따라서는 제 1, 제 2 경사프레임(211,212) 양쪽 모두에 태양전지판(310)이 설치될 수도 있다. 이러한 태양전지판(310)은 경사프레임(211,212)의 경사각에 의해 태양광을 최대한 집광할 수 있는 경사도를 갖게 된다.
태양전지판(310)이 제 1, 제 2 경사프레임(211,212) 양쪽 모두에 설치되는 경우, 임펠러(120)의 상단 양쪽에 설치된 태양전지판(310)이 지붕구조를 이루게 되고, 태양전지판(310)의 지붕구조를 통해 태양전지판(310)의 하부에는 바람의 흐름을 유도하고 포집하는 통로(350)를 형성하게 된다. 즉, 통로(350) 측에 위치되는 임펠러(120)의 내부로 통로(350)를 통과하는 바람이 최대한 유입되고 통로(350)를 통과하는 바람의 빠른 흐름으로 임펠러(120)의 회전속도를 증대시킬 수 있게 된다.
도 5, 도 6은 지지구조체의 다른 실시 예를 도시한 것으로서, 지지구조체(200)는 태양전지판(310)을 보다 안정적으로 지지시킬 수 있도록 태양전지판(310)을 지지하는 경사프레임(211)이 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(211,212)들을 각각 결합하여 복수 개의 경사프레임(211,212)을 형성하고, 복수 개의 경사프레임(211,212)에 태양전지판(310)이 고정되도록 하여 태양전지판(310)의 지지력 및 안전성을 확보할 수도 있다.
이처럼 지지구조체(200)의 다른 실시 예는 연결바(225)를 통해 제 1, 제 2 경사프레임(211,212)을 각각 복수 개 형성하여 태양전지판(310)을 안정적으로 고정시킴으로서 강한 바람에 태양전지판(310)이 떨어져 나갈 수 있는 문제를 예방하고, 태양전지판(310)의 크기를 더 크게 할 수 있어 태양광의 집광 효율을 향상시킬 수 있으며, 태양전지판(310)이 제 1, 제 2 경사프레임(211,212) 양쪽 모두에 설치되는 경우 바람의 포집 능력을 향상시켜 풍력발전력을 향상시킬 수도 있게 된다.
한편, 도 3 및 도 7의 (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 7의 (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 7의 (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 8의 (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 9에 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.
상기의 구성으로 이루어진 풍력발전부(100)는 외부에서 부는 바람이 임펠러의 블레이드(123)들 사이로 유입될 때 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 변환할 수 있게 된다.
여기서, 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 교통안내표지판으로 공급하는 것을 제어하는 제어부(450)가 구비된다. 예를 들어 제어부(450)에 설정된 시간에 축전부(320)에 저장된 전력이 교통안내표지판(400)에 공급되어 LED가 조명되게 함으로써 설정된 시간 즉, 야간 시간에 자동으로 교통안내표지판(400)이 조명되도록 할 수 있다.
여기서, 교통안내표지판(400)은 판 형태로 이루어지고, 전면에 도로의 각종 정보를 운전자나 보행자에게 알려줄 수 있는 숫자나 문자, 그림 등의 특정 패턴이 형성되며, 판 상에 LED(410)가 일정 간격으로 배열되거나 특정 패턴을 따라 배열되어 알려주고자 하는 패턴이 운전자나 보행자에게 쉽게 식별될 수 있게 구비된다.
상기와 같이 구성된 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템은 자연풍, 기계풍, 주행풍 등의 바람이 임펠러(120)의 내부로 유입되는 과정에서 블레이드의 제 1 곡면부(123a)와 제 2 곡면부(123b)를 통과하면서 임펠러(120)를 빠르게 회전시키고, 임펠러(120)의 내부로 유입된 바람이 내부공간을 경유한 다음 안내부재(150)의 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 변환함으로써 풍력발전효율을 향상시키게 된다.
아울러 태양전지판(310)은 태양의 빛을 집광하여 전기에너지를 생산하고, 태양광발전부(300)와 풍력발전부(100)에서 발전된 전기에너지는 축전부(320)에 저장되며, 축전부(320)에 저장된 전기에너지는 제어부(450)의 제어에 의해 교통안내표지판(400)에 공급되어 LED(410)를 조명함으로써 교통안내표지판(400)의 시인성을 확보하게 된다.
이와 같이 본 발명은 태양광발전부와 풍력발전부를 복합 구성함에 따라 발전효율을 증대시키고, 태양광발전부 및 풍력발전부에서 발전된 전기 에너지를 이용하여 교통안내표지판의 LED를 조명함으로써 도로의 각종 정보나 표시를 운전자나 보행자에게 알려줄 수 있는 교통안내표시를 자체적으로 운영할 수 있게 된다.
또한, 태양광발전과 풍력발전을 동시에 복합 발전함으로써 기후 및 계절 조건에 상관없이 전기에너지를 발전시킬 수 있고, 자동차나 지하철, 철도 등과 같은 차량이 지나가면서 지속적으로 발생하게 되는 주행풍이나, 터널에서 환기를 위해 사용되는 환풍기를 통해 지속적으로 발생되는 기계풍을 활용하여 발전효율을 증대시킬 수도 있으며, 아울러 산간 벽지에 있는 도로 또는 고속도로와 같이 전기공급이 어려운 곳에서도 자체적으로 안정적인 운영을 할 수 있게 된다.
또한, 태양광발전부 및 풍력발전부에서 발전된 전기 에너지를 이용하여 LED를 조명하는 교통안내표지판을 도로의 공사현장이나 도로의 급커브를 표시하는 안내판, 차량의 도로 이탈을 막고 보행자를 보호하기 위해 도로의 옆에 설치되는 가이드레일, 도로의 중앙분리대, 방호벽 등의 방호시설에 직접 설치하여 시인성을 확보함으로써 보행자 내지 차량의 안전성 및 실용성을 증대시킬 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
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 211,212: 제 1, 제 2 경사프레임
220: 지지프레임 221: 고정바
222: 수직바 223: 수평바
224: 보강바 225: 연결바
230: 이음프레임 300: 태양광발전부
310: 태양전지판 320: 축전부
350: 통로 400: 교통안내표지판
410: LED 450: 제어부
500: 방호시설
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 211,212: 제 1, 제 2 경사프레임
220: 지지프레임 221: 고정바
222: 수직바 223: 수평바
224: 보강바 225: 연결바
230: 이음프레임 300: 태양광발전부
310: 태양전지판 320: 축전부
350: 통로 400: 교통안내표지판
410: LED 450: 제어부
500: 방호시설
Claims (11)
- 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 설치면으로부터 이격시키는 지주를 포함하는 풍력발전부; 상기 임펠러의 상부에서 외향 경사를 이루는 경사프레임과, 상기 지주에 결합되어 상기 경사프레임을 지지시키는 지지프레임으로 구성되는 지지구조체; 상기 지지구조체의 경사프레임 상면에 설치되어 태양광을 흡수하여 전기에너지를 생산하는 태양전지판을 포함하는 태양광발전부; 및 상기 풍력발전부와 태양광발전부에서 발전된 전기에너지를 이용하여 LED를 조명하고, 도로의 방호시설에 설치되어 시인성을 확보하는 교통안내표지판;을 포함하고,
상기 풍력발전부는 임펠러의 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 장착되며, 상기 제너레이터의 외측에는 상기 임펠러의 내부 공간으로 유입된 바람이 상기 토출구를 통해 원활히 배출되도록 상기 토출구의 중심을 향해 점차적으로 외경이 좁아지는 만곡부가 형성되어 바람의 방향을 유도하는 안내부재를 포함하며,
상기 임펠러는 상기 회전축이 수직으로 배치되고 상기 회전축에 대해 원주방향으로 블레이드가 배치되고, 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 구성되며,
상기 지지구조체의 경사프레임은 상기 임펠러의 상부에서 상기 임펠러의 일측을 향해 외향 경사지게 설치되는 제 1 경사프레임과, 상기 제 1 경사프레임의 상단과 일정간격 이격되는 상태로 상기 임펠러의 상부에서 임펠러의 타측을 향해 외향 경사지게 설치되는 제 2 경사프레임으로 구성되고, 상기 제 1, 제 2 경사프레임은 이격된 상단을 연결하는 이음 프레임에 의해 상호 지지되며, 상기 제 1 경사프레임에는 상기 제 1 태양전지판이 고정되고, 상기 제 2 경사프레임에는 상기 제 2 태양전지판이 고정되는 것을 특징으로 하는 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 풍력발전부의 지주는 도로의 중앙 또는 도로의 옆에 설치되는 방호시설의 상면에 설치되고, 상기 교통안내표지판은 상기 방호시설의 일면 또는 양면에 일정간격으로 장착되는 것을 특징으로 하는 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 지지구조체의 지지프레임은 상기 지주의 양측에 결합되는 고정바와, 상기 고정바에 연결되어 상기 임펠러의 양측에 세워지는 수직바와, 상기 수직바의 상단과 상기 제 1, 제 2 경사프레임의 하단에 각각 연결되어 상기 제 1, 제 2 경사프레임을 지지하는 수평바와, 상기 수평바에 결합되어 상기 제 1, 제 2 경사프레임의 중앙을 지지하는 보강바로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템. - 삭제
- 제 4 항에 있어서,
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, 상기 수평바와 보강바에 상기 경사프레임을 각각 결합하여 복수 개의 경사프레임을 형성하고, 상기 복수 개의 경사프레임에 상기 태양전지판이 고정되는 것을 특징으로 하는 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 지주에는 풍력발전부와 태양광발전부에서 생성된 전력을 저장하는 축전부가 내장되고, 상기 축전부의 전력을 상기 교통안내표지판으로 공급하는 것을 제어하는 제어부가 구비되는 것을 특징으로 하는 풍력 및 태양광 에너지를 이용한 교통안내표시 시스템.
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