KR102009411B1 - 폐가스를 이용한 풍력 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 폐가스를 이용한 풍력 발전장치는, 폐가스가 배출되는 배기구에 설치 가능한 풍력 발전장치에 있어서, 일측이 상기 배기구에 연결되되, 타측이 개방된 개방부가 형성된 하우징과, 상기 하우징의 개방부와 인접한 위치에 설치되어 회전력을 전기에너지로 변환시키는 발전 모듈과, 상기 하우징 내부에 위치되되, 상기 발전 모듈에 회전 가능하도록 결합되는 디스크 패널과, 상기 디스크 패널의 외주면에 결합되는 블레이드 패널과 상기 블레이드 패널 표면에 형성된 요철부를 포함하고, 적어도 하나 이상이 마련되어 나선형으로 적층되는 블레이드 조립체와, 상기 블레이드 조립체의 외주면에 도포되어 형성되되, TiO₂ 입자를 포함하는 광촉매 도포부와, 상기 하우징 내주면에 코일 형상으로 형성되되, 상기 블레이드 조립체를 향해 자외선을 방출하도록 마련되는 자외선 방출부 및 상기 발전 모듈과 연결되되, 상기 전기에너지를 저장하기 위해 마련되는 축전 모듈;을 포함하되, 상기 자외선 방출부는 자외선 영역대의 파장을 방출하는 적어도 하나 이상의 UV-LED를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

폐가스를 이용한 풍력 발전장치{A wind power generator using exhaust gas}

본 발명은 풍력 발전장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 폐가스를 이용한 풍력 발전장치에 오염물질을 저감시킬 수 있는 구성을 마련하여, 폐가스에 잔존할 수 있는 오염물질의 저감과 전력 발전이 가능하도록 구비되는 폐가스를 이용한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 풍력 발전장치란, 풍압에너지를 기계에너지로 변환하되, 최종적으로 전기에너지로 변환하는 장치를 말하며, 이러한 풍력 발전장치는 전력을 공급하기 힘든 오지나 섬등의 지역에서 주로 사용되고 있었다.

이러한 풍력 발전장치의 주요 구성요소는, 회전자, 종속 기어장치, 발전기, 및 축전설비 등으로 이루어져 있다.

여기서, 회전자는 풍압 에너지를 기계 에너지로 변환시켜주는 에너지 변환장치이며, 상기 회전자는 허브와 회전자 블레이드로 구성되어 있다.

또한, 종속 기어장치는, 회전자에서 발생하는 회전력을 발전기에 전달하는 동력전달 수단으로, 기어식과 벨트식으로 분류될 수 있으며, 특히, 기어식의 경우, 수명이 길고, 동력전달 효율이 높은 바, 소형 풍력 발전장치에 주로 채택되고 있다.

덧붙여, 이러한 소형 풍력 발전장치를 다양한 장소나 용도 등에 적용하고 있는 실정이며, 열병합 발전소, 화력발전소, 산업용 보일러나 소각로 등에서 발생 되는 폐가스를 이용하여 전력 생산을 하기 위한 시도도 빈번하게 진행되고 있다.

그 중에서, 폐가스를 이용하여 전력 생산을 하기 위한 대표적인 풍력 발전장치로 대한민국 특허청에 출원된 출원번호 제 10-2002-0000225호 의 '배출 풍력을 이용한 발전시스템'이 제시된 바 있다.

한편, 폐가스에 함유될 수 있는 가스상의 오염 물질들로, 산성비와 광화학 스모그의 원인물질로 취급되는 질소 산화물인 NO, NO2, NO3 등을 통칭하는 NOx, 분자량이 높은 연료를 태울 때 많이 발생하며, 산성비의 원인이 되는 황산화물(SOx) 등이 있다.

그리고, 이러한 상기 오염물질의 처리를 위해, 광촉매를 사용한 광분해 반응을 적용하여, 상기 오염물질을 정화하는 공정이 최근 주목받고 있다.

아울러, 상기 광분해 반응에 사용되는 광촉매는 평소에는 안정한 물질이나, 자외선을 받으면 상기 광촉매의 표면에서 반응이 일어나 광촉매가 전자를 잃고 정공(hole)이 나타나 매우 불안정한 상태가 되며, 산화력이 강한 수산화 라디칼(·OH) 및 수퍼 옥사이드 라디칼(·O₂ ^-)을 생성하게 되고, 상기 수산화 라디칼(·OH) 및 수퍼 옥사이드 라디칼(·O₂ ^-)로 인해 상기 질소 산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)이 분해될 수 있게 된다.

이러한 광촉매를 이용한 오염물질 처리설비가 구비되지 않은 배기구나 상기 처리설비가 노후화되어 오염물질의 처리효율이 감소된 사업장의 배기구에 설치되는 상기 배출 풍력을 이용한 발전 시스템을 운용할 때, 상기 오염물질이 그대로 배출되어 대기오염을 야기할 수 있는 문제점이 여전히 존재하였다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 폐가스를 이용하여 전력 생산이 가능하면서도, 상기 폐가스에 잔여할 수 있는 각종 오염물질, 특히, 질소산화물(NOx) 및 황산화물(NOx)을 제거할 수 있는 폐가스를 이용한 풍력 발전장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 폐가스를 이용한 풍력 발전장치는, 폐가스가 배출되는 배기구에 설치 가능한 풍력 발전장치에 있어서, 일측이 상기 배기구에 연결되되, 타측이 개방된 개방부가 형성된 하우징과, 상기 하우징의 개방부와 인접한 위치에 설치되어 회전력을 전기에너지로 변환시키는 발전 모듈과, 상기 하우징 내부에 위치되되, 상기 발전 모듈에 회전 가능하도록 결합되는 디스크 패널과, 상기 디스크 패널의 외주면에 결합되는 블레이드 패널과 상기 블레이드 패널 표면에 형성된 요철부를 포함하고, 적어도 하나 이상이 마련되어 나선형으로 적층되는 블레이드 조립체와, 상기 블레이드 조립체의 외주면에 도포되어 형성되되, TiO₂ 입자를 포함하는 광촉매 도포부와, 상기 하우징 내주면에 코일 형상으로 형성되되, 상기 블레이드 조립체를 향해 자외선을 방출하도록 마련되는 자외선 방출부 및 상기 발전 모듈과 연결되되, 상기 전기에너지를 저장하기 위해 마련되는 축전 모듈;을 포함하되, 상기 자외선 방출부는 자외선 영역대의 파장을 방출하는 적어도 하나 이상의 UV-LED를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 폐가스를 이용한 풍력 발전장치는, 디스크 패널과 블레이드 패널로 구성되는 복수개의 블레이드 조립체가 나선형으로 적층되는 구조를 가지도록 하여 회전력을 증가시켜, 최종적으로 발전 효율을 증대시킬 수 있다.

아울러, 상기 블레이드 조립체 외주면에 도포되는 광촉매와, 하우징 내주면에 마련되는 자외선 방출부를 마련하여, 광화학 반응이 가능하도록 하고, 상기 광화학 반응을 통해, 배기가스에 잔존할 수 있는 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)의 제거가 가능하도록 할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 폐가스를 이용한 풍력 발전장치를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 2 는 본 발명의 폐가스를 이용한 풍력 발전장치에 마련되는 블레이드 조립체를 나타낸 정면도이다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

또한, 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 예에 불과하므로, 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 폐가스를 이용한 풍력 발전장치를 개략적으로 도시한 예시도인 도 1 을 참조하면, 폐가스가 배출되는 배기구에 설치 가능한 상기 풍력 발전장치는 하우징(10), 발전 모듈(20), 블레이드 조립체(30), 광촉매 도포부(40), 자외선 방출부(50) 및 축전 모듈(60)을 포함한다.

먼저, 상기 하우징(10)은 일측이 폐가스가 배출되는 배기구(E)에 연결되면서, 타측에는 개방부가 형성된다.

또한, 상기 하우징(10)은 상기 배기구(E)와 연결 시, 배기구(E)에서 배출되는 폐가스의 누출을 방지하기 위해, 상기 하우징(10)의 직경이 상기 배기구(E)의 직경보다 클 수 있도록 마련하고, 상기 하우징(10)의 일측 내주면에 패킹 부재를 별도로 구비할 수 있다.

다음으로, 상기 발전 모듈(20)은 상기 하우징(10)의 개방부와 인접한 위치에 마련되되, 상기 하우징(10) 내부방향으로 연장되어, 일측 말단이 상기 하우징(10)의 내부에 위치되는 회전 가능한 샤프트(21)를 포함하고, 상기 샤프트(21)의 회전에 의해 발생되는 회전력을 이용하되, 상기 발전 모듈(20)에서 상기 회전력을 전기 에너지로 바꿀 수 있도록 하여 최종적으로 전력 생산이 가능하게 된다.

그리고, 상기 블레이드 조립체(30)는 상기 샤프트(21)의 회전뿐만 아니라, 폐가스에 잔여될 수 있는 질소산화물(NOx) 또는 황산화물(SOx)의 최종 처리를 위해 마련되는 것으로, 디스크 패널(31)과 블레이드 패널(32)을 포함하는 것으로, 상기 디스크 패널(31)과 샤프트(21)가 결속될 수 있도록 마련된다.

여기서, 상기 디스크 패널(31)은 적어도 하나 이상 마련될 수 있으며, 중앙에 관통구가 형성되는 것으로, 상기 샤프트가 관통구를 관통하도록 하되, 적어도 하나 이상의 상기 디스크 패널(31)이 샤프트(21)와 결속될 수 있도록 한다.

이때, 상기 디스크 패널(31)은 금속 소재가 사용될 수 있으나, 경량화를 위해 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 중 선택된 어느 하나를 포함하는 합성수지를 사용할 수도 있다.

그리고, 상기 블레이드 패널(32)은 상기 디스크 패널(31)의 외주면에 부착되는 것으로, 적어도 하나 이상 마련될 수 있다.

특히, 상기 블레이드 패널(32)의 표면에는 상기 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)의 광분해 반응을 위해, 광촉매가 도포되는 광촉매 도포부(40)가 형성될 수 있다.

다음으로, 광촉매 도포부(40)는 이산화티탄(TiO₂)을 포함한 광촉매가 상기 블레이드 패널(32)의 외주면에 도포되어 형성되는 것으로, 후술할 자외선 방출부(50)에서 방출되는 특정 파장 영역대의 자외선에 의한 광분해 반응을 진행하기 위해 마련된다.

특히, 상기 블레이드 패널(32)의 표면적을 증가시켜, 상기 광촉매 도포부(40)에 존재하는 광촉매의 양을 증가시킬 수 있으므로, 원활한 광분해 반응을 위해 상기 블레이드 패널(32)의 표면에 미세한 요철부를 형성할 수도 있다.

그리고, 자외선 방출부(50)는 상기 광촉매 도포부(40)에 존재하는 광촉매와의 광분해 반응을 위해 마련되는 것으로, 상기 하우징(10) 내주면에 마련되되, 자외선의 방출 방향이 상기 블레이드 패널(32)을 향해 방출되도록 구비된다.

또한, 상기 자외선 방출부(50)는, 상기 하우징(10)의 내주면에 코일 형상으로 형성될 수도 있으며, 전력의 불필요한 소모를 방지하기 위해, 자외선 영역대의 파장을 방출하는 UV-LED를 사용할 수도 있다.

이때, 상기 자외선 방출부(50)에서 방출되는 400nm 이하의 파장을 가지되, 보다 상세하게는 100 내지 300nm 영역대의 파장을 가지는 자외선이 상기 광촉매 도포부(40)에 도달하게 되면, 이산화티탄(TiO₂)을 포함한 광촉매에 의해, 오염물질을 분해하는 산화력이 강한 수산화 라디칼(·OH) 및 수퍼 옥사이드 라디칼(·O₂ ^-)이 생성되며, 이때 생성되는 상기 수산화 라디칼(·OH) 및 수퍼 옥사이드 라디칼(·O₂ ^-)에 의해, 폐가스에 존재할 수 있는 질소 산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)이 제거될 수 있게 된다.

특히, 상기 질소 산화물(NOx) 중의 이산화 질소(NO₂)를 상기 수산화 라디칼(·OH) 및 수퍼 옥사이드 라디칼(·O₂ ^-)과 반응시켜 안정한 질산기(NO₃ ^-)로 산화시킬 수 있도록 하여 상기 질소 산화물을 제거할 수 있게 되고, 상기 황화수소(SOx) 또한, 상기 길소 산화물의 제거방법과 유사한 방법으로, 상기 수산화 라디칼(·OH) 및 수퍼 옥사이드 라디칼(·O₂ ^-)을 통해 제거할 수도 있다.

마지막으로, 축전 모듈(60)은 상기 발전 모듈(20)과 연결되어, 상기 발전 모듈(20)에서 생산된 전력을 저장하기 위해 구비되는 것으로, 상기 축전 모듈(60)에 축전된 전력을 이용하여 상기 자외선 방출부(50)를 구동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 잔여 전력을 다양한 전력 수요처에 공급하여 사용할 수도 있다.

다음으로, 본 발명의 폐가스를 사용한 풍력 발전장치에 마련되는 블레이드 조립체를 정면에서 도시한 정면도인 도 2를 참조하여 상기 블레이드 조립체에 대해, 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드 조립체(30)는 디스크 패널(31) 및 블레이드 패널(32)로 구성되며, 적어도 하나의 블레이드 조립체(30)가 마련될 수 있게 된다.

먼저, 상기 디스크 패널(31) 중심에 형성되는 관통구에 샤프트가 관통되어 상기 샤프트와 디스크 패널(31)이 상호 결속되며, 상기 블레이드 조립체(30)가 배기구에서 배출되는 폐가스에 의해 회전할 수 있도록 배치된다.

그리고, 폐가스가 보유한 풍력에 의한 상기 디스크 패널(31)의 원활한 회전을 위해, 상기 디스크 패널(31) 외측면 둘레를 따라 적어도 하나 이상의 블레이드 패널(32)이 결속된다.

그리고, 복수개의 상기 블레이드 조립체(30)는 서로 엇갈리면서 적층될 수 있도록 하여, 복수개의 상기 블레이드 조립체(30)가 적층되어 배치되었을 때, 그 외주면이 나선형상을 이룰 수 있도록 구비될 수 있다.

이때, 상기 블레이드 조립체(30) 간의 간격은 자유롭게 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 이산화티탄(TiO₂)을 포함한 광촉매를 담지시키기 위해 그 소재를 금속 또는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 중 선택된 어느 하나를 포함하는 합성 수지를 이용하여 상기 블레이드 조립체(30)를 제작할 수 있음은 물론이다.

이상과 같이 본 발명은, 디스크 패널과 블레이드 패널로 구성되는 복수개의 블레이드 조립체가 나선형으로 적층되는 구조를 가지도록 하여 회전력을 증가시켜, 최종적으로 발전 효율을 증대시킬 수 있음은 물론, 상기 블레이드 조립체 외주면에 도포되는 광촉매와, 하우징 내주면에 마련되는 자외선 방출부를 마련하여, 광화학 반응이 가능하도록 하고, 상기 광화학 반응을 통해, 배기가스에 잔존할 수 있는 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)의 제거가 가능하도록 할 수 있는 폐가스를 이용한 풍력 발전장치를 제공하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시예는 단지 하나의 실시예에 불과하므로, 본 발명의 진정한 범위는 특허 청구범위에 의해 결정되어야 한다.

본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

10 : 하우징
20 : 발전 모듈
21 : 샤프트
30 : 블레이드 조립체
31 : 디스크 패널
32 : 블레이드 패널
40 : 광촉매 도포부
50 : 자외선 방출부
60 : 축전 모듈
E : 배기구

Claims (2)

1. 폐가스가 배출되는 배기구에 설치 가능한 풍력 발전장치에 있어서,
   일측이 상기 배기구에 연결되되, 타측이 개방된 개방부가 형성된 하우징;
   상기 하우징의 개방부와 인접한 위치에 설치되어 회전력을 전기에너지로 변환시키는 발전 모듈;
   상기 하우징 내부에 위치되되, 상기 발전 모듈에 회전 가능하도록 결합되는 디스크 패널과, 상기 디스크 패널의 외주면에 결합되는 블레이드 패널과 상기 블레이드 패널 표면에 형성된 요철부를 포함하고, 적어도 하나 이상이 마련되어 나선형으로 적층되는 블레이드 조립체;
   상기 블레이드 조립체의 외주면에 도포되어 형성되되, TiO₂ 입자를 포함하는 광촉매 도포부;
   상기 하우징 내주면에 코일 형상으로 형성되되, 상기 블레이드 조립체를 향해 자외선을 방출하도록 마련되는 자외선 방출부; 및
   상기 발전 모듈과 연결되되, 상기 전기에너지를 저장하기 위해 마련되는 축전 모듈;을 포함하되,
   상기 자외선 방출부는,
   자외선 영역대의 파장을 방출하는 적어도 하나 이상의 UV-LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스를 이용한 풍력 발전장치.
   
2. 삭제

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