KR102321192B1

KR102321192B1 - 풍력을 이용한 동력발생장치

Info

Publication number: KR102321192B1
Application number: KR1020210078763A
Authority: KR
Inventors: 황금천; 최승일
Original assignee: 주식회사 파미르
Priority date: 2021-06-17
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2021-11-03
Also published as: WO2022265177A1

Abstract

내부로 유입된 바람의 유량 및 유속을 제어하여 바람의 흐름을 안정화 시키고, 바람의 손실을 최소화 하면서 유속이 증가된 직진풍의 바람을 터빈유닛에 전달하여 발전효율을 극대화 할 수 있는 풍력을 이용한 동력발생장치를 개시한다.
풍력을 이용한 동력발생장치는, 실내 공간안에 설치되되 수직 방향으로 세워진 관로로서 상기 바람유입장치를 통해 유입된 바람을 실내 공간으로 유입시키는 바람 전달 관로와; 실내 공간안에 설치되되 상기 바람 전달 관로의 출구와 연통되어 바람 전달 관로를 통해 바람을 전달받는 중간 연결 케이스; 상기 중간 연결 케이스의 일면에 결합되고 상기 중간 연결 케이스를 통해 일 측으로 유입된 바람이 타 측에서 배출되는 일방향 유체 유동 경로를 가지는 본체 및 본체의 내부에 수용되고, 본체의 내부에서 일방향으로 유동되는 바람에 의해 회전력을 발생시키도록 구성되는 터빈유닛을 포함한다.

Description

풍력을 이용한 동력발생장치{Power generator using wind power}

본 발명은 풍력을 이용한 동력발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바람유입장치에 연결되어 내부로 유입되는 바람의 유량과 유속을 효율적으로 제어할 수 있는 풍력을 이용한 동력발생장치이다.

일반적으로 풍력발전장치는 자연의 바람 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 발전하는 것으로, 이와 같은 풍력발전장치는 바람이 많이 부는 장소에 설치하여 바람을 유입함은 물론 유입된 바람의 힘으로 터빈을 회전시켜 전기를 발생시킨다.

풍력발전장치는 외부에서 유입되는 바람에 의해 회전되는 회전날개와, 회전날개의 회전력을 전달하는 회전축과, 회전축에 의해 구동되어 동력 및 전기를 발생시키는 발전기로 구성된다.

풍력발전장치는 상술한 회전축의 배치 방향에 따라 수평형과 수직형으로 구분된다.

그러나, 종래의 풍력발전장치는 터빈이 외부공간에 노출됨에 따라, 터빈 주변에서 바람이 분산되어 터빈의 전면으로 바람이 정확히 전달되지 못하고, 이에 터빈이 충분히 회전되지 못하여 지속적이고 안정적인 전력 생산이 어려우며, 온도, 습도, 모래, 이물질, 조류 등과 같은 외부 환경에 의해 손상되거나 파손되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 풍력발전장치는 대형 장비로서, 큰 부피를 가짐에 따라 설치 장소가 제한되고, 이에 다양한 분야에 적용할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 내부로 유입된 바람의 유량 및 유속을 제어하여 바람의 흐름을 안정화 시키고, 바람의 손실을 최소화 하면서 유속이 증가된 직진풍의 바람을 터빈유닛에 전달하여 발전효율을 극대화 할 수 있는 풍력을 이용한 동력발생장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 바람유입장치와 터빈유닛을 구분, 설치가 가능하도록 고안하여 외부 공간의 기상조건의 영향을 받지 않고, 내부로 유입된 바람의 유속과 유량 및 압력을 조절하여 발전량을 제어하고, 이를 통해 안정적인 발전이 이루어질 수 있는 풍력을 이용한 동력발생장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 내부로 유입된 바람의 유량, 유속 및 압력을 다중으로 제어하여 터빈유닛에 기존 풍력발전장치보다 발전효율을 극대화할 수 있는 고속의 바람을 제공할 수 있는 풍력을 이용한 동력발생장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 터빈유닛을 포함한 본체의 소형화를 통해 대지, 해양, 건축물, 모빌리티, 선박, 충전소 등 다양한 충전 시스템에 적용 가능하고, 이를 통해 기존 풍력발전의 적용범위를 획기적으로 확대할 수 있는 풍력을 이용한 동력발생장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 주요장비를 실내에 배치함으로써 외부 환경으로부터 장비를 보호할 수 있는 풍력을 이용한 동력발생장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 풍력을 이용한 동력발생장치는 내부로 바람을 유입시키도록 구성된 바람유입장치에 연결되어 상기 바람유입장치를 통해 유입된 바람에 의해 회전력을 발생시키도록 구성되는 풍력을 이용한 동력발생장치로서, 상기 동력발생장치는, 실내 공간안에 설치되되 수직 방향으로 세워진 관로로서 상기 바람유입장치를 통해 유입된 바람을 실내 공간으로 유입시키는 바람 전달 관로와; 실내 공간안에 설치되되 상기 바람 전달 관로의 출구와 연통되어 바람 전달 관로를 통해 바람을 전달받는 중간 연결 케이스; 상기 중간 연결 케이스의 일면에 결합되고 상기 중간 연결 케이스를 통해 일 측으로 유입된 바람이 타 측에서 배출되는 일방향 유체 유동 경로를 가지는 본체; 및 상기 본체의 내부에 수용되고, 상기 본체의 내부에서 일방향으로 유동되는 바람에 의해 회전력을 발생시키도록 구성되는 터빈유닛; 을 포함한다.

상기 본체는, 상기 터빈유닛이 내부에 수용되고, 상기 전방부와 후방부가 개방된 터널 구조를 가지는 미들 바디; 및 상기 미들 바디의 전면에 결합되어 상기 미들 바디와 연통되고, 상기 바람유입장치를 통해 내부로 유입되어 상기 미들 바디로 이동되는 바람의 유속을 증가시키도록 구성되는 공기 유입 덕트; 를 포함할 수 있다.

상기 공기 유입 덕트는, 상기 중간 연결 케이스의 일면에 결합되는 제1 유입관부; 상기 미들 바디에 탈착 가능하게 결합되는 제2 유입관부; 및 상기 제1 유입관부와 상기 제2 유입관부를 연결하는 연결관부; 를 포함하고, 상기 제2 유입관부는 상기 제1 유입관부에 비해 더 작은 단면적의 크기를 가지며, 상기 연결관부는 상기 제1 유입관부에서 상기 제2 유입관부를 향하여 단면적의 크기가 점차 감소되는 구조로 형성될 수 있다.

상기 본체는, 상기 미들 바디의 후면에 결합되어 상기 미들 바디와 연통되고, 상기 미들 바디에서 외부로 배출되는 바람의 유속을 증가시키도록 구성되는 공기 배출 덕트; 를 더 포함할 수 있다.

상기 공기 배출 덕트는, 공기가 유동되는 방향을 따라 상기 미들 바디에 연결된 일단부에서 상기 외부로 노출된 타단부를 향하여 단면적의 크기가 점차 감소되는 구조로 형성될 수 있다.

상기 제1 유입관부에 회전 가능하게 결합되어 상기 제1 유입관부의 내부에 배치되고, 상기 제1 유입관부로 유입되는 바람의 유량 및 유속을 제어하도록 구성되는 유량 제어기; 를 더 포함할 수 있다.

상기 유량 제어기는, 상기 제1 유입관부를 관통하여 상기 제1 유입관부에 회전 가능하게 결합되는 회전축; 및 상기 회전축의 둘레를 따라 복수로 배치되어 상기 제1 유입관부의 내부에 배치되고, 상기 회전축에 의해 회전되면서 상기 제1 유입관부의 입구를 개폐하도록 구성되는 복수의 개폐날개; 를 포함할 수 있다.

상기 유량 제어기는, 상기 제1 유입관부의 외부에 배치되고, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 복수의 서포트 유닛; 및 상기 회전축과 연결되고, 회전축을 회전시켜 상기 복수의 개폐날개의 개폐량을 조절하도록 구성되는 액추에이터; 를 더 포함할 수 있다.

상기 유량 제어기는, 공기가 유동되는 방향에 대한 수직 방향을 따라 상기 제1 유입관부에 복수로 배치될 수 있다.

상기 제1 유입관부의 내부에 복수로 배치된 상기 유량 제어기들 사이에 배치되어 상기 제1 유입관부의 내부를 복수의 공간으로 구획하는 적어도 하나의 구획판; 을 더 포함할 수 있다.

상기 미들 바디에 수용되어 상기 공기 유입 덕트에 연통되고, 상기 공기 유입 덕트를 통해 내부로 유입되어 상기 터빈유닛으로 이동되는 바람의 유속을 증가시키도록 구성되는 노즐 유닛; 을 더 포함할 수 있다.

상기 노즐 유닛은, 상기 제2 유입관부의 단부에 탈착 가능하게 결합되는 제1 노즐부; 상기 터빈유닛의 전방에 배치되어 상기 터빈유닛에 바람을 직분사하도록 구성되는 제2 노즐부; 및 상기 제1 노즐부와 상기 제2 노즐부를 연결하는 제3 노즐부; 를 포함하고, 상기 제2 노즐부는 상기 제1 노즐부에 비해 더 작은 단면적의 크기를 가지며, 상기 제3 노즐부는 상기 제1 노즐부에서 상기 제2 노즐부를 향하여 단면적의 크기가 점차 감소되는 구조로 형성될 수 있다.

상기 제3 노즐부는, 상기 제1 노즐부 및 상기 제2 노즐부에 비해 공기가 이동되는 방향을 따라 더 긴 길이를 가지며, 상기 제2 노즐부는 상기 제1 노즐부에 비해 공기가 이동되는 방향을 따라 더 긴 길이를 가질 수 있다.

상기 미들 바디의 외면에 배치되어 상기 터빈유닛에 연결되고, 상기 터빈유닛의 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하여 전력을 발생시키도록 구성되는 발전 유닛; 을 더 포함할 수 있다.

상기 바람유입장치는 실외 공간에 배치되고, 상기 동력발생장치는 실내 공간에 배치될 수 있다.

상기 바람유입장치는 상기 실외 공간에서 부는 바람에 의해 회전되면서 바람이 불어오는 방향을 추종하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 내부로 유입된 바람의 유량 및 유속을 제어하여 바람의 흐름을 안정화 시키고, 바람의 손실을 최소화 하면서 유속이 증가된 직진풍의 바람을 터빈유닛에 전달하여 발전효율을 극대화 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 외부 공간의 기상조건의 영향을 받지 않고, 내부로 유입된 바람의 유속과 유량 및 압력을 조절하여 발전량을 제어하고, 이를 통해 안정적인 발전이 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 내부로 유입된 바람의 유량, 유속 및 압력을 다중으로 제어하여 터빈유닛에 발전효율을 극대화할 수 있는 고속의 바람을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 터빈유닛을 포함한 본체의 소형화가 가능하고, 이를 통해 대지, 해양, 건축물, 모빌리티, 선박, 충전소 등 다양한 충전 시스템에 적용 가능하고, 기존 풍력발전의 적용범위를 획기적으로 확대할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 주요장비를 실내에 배치함으로써 외부 환경으로부터 장비를 안전하게 보호할 수 있고, 이를 통해 장비의 사용 수명을 증대시킬 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력을 이용한 동력발생장치가 바람유입장치와 연결된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력을 이용한 동력발생장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 III-III 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4는 도 3의 "A" 부분을 확대하여 나타낸 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 풍력을 이용한 동력발생장치를 나타낸 정면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 풍력을 이용한 동력발생장치를 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 4의 "B" 부분을 확대하여 나타낸 확대도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고 "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력을 이용한 동력발생장치가 바람유입장치와 연결된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 풍력을 이용한 동력발생장치(100)(이하 '동력발생장치(100)'라 함)는 실내 공간(IS)에 배치되고, 실외 공간(OS)에 배치되어 내부로 바람을 유입시키도록 구성된 바람유입장치(200)에 연결된다. 그리고, 동력발생장치(100)는 바람유입장치(200)를 통해 유입된 바람에 의해 회전력을 발생시키도록 구성된다.

여기서, 바람유입장치(200)는 실외 공간(OS)에서 부는 바람에 의해 회전되면서 바람이 불어오는 방향을 추종하도록 구성될 수 있다.

도면에는 명확히 도시되지 않았으나, 예를 들어, 바람유입장치(200)는 내부에 유로가 형성되고, 실외 공간(OS)과 실내 공간(IS)을 구획하도록 구성되는 구조물 상에서 원주방향을 따라 회전되도록 구성되는 바디부와, 바디부를 회전 가능하게 지지하도록 구성되는 회전 지지부와, 바디부에 배치되고, 바람에 가압되어 바디부를 회전시키면서, 바람이 불어오는 방향을 지시하도록 구성되는 풍향계와, 바디부의 단부에 배치되어 바람을 유로로 유입시키도록 구성되는 호퍼부를 포함할 수 있다. 그러나, 바람유입장치(200)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 변경될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력을 이용한 동력발생장치를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 III-III 선을 따라 절개한 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 동력발생장치(100)는 바람 전달 관로(170)와, 중간 연결 케이스(180), 본체(110), 터빈유닛(120)을 포함한다.

상기 바람 전달 관로(17)는 실내 공간(IS)안에 설치되되 수직 방향으로 세워진 관로로서 상기 바람유입장치(200)를 통해 유입된 바람을 실내 공간(IS)으로 유입시킨다.
상기 중간 연결 케이스(180)는 실내 공간(IS)안에 설치되되 상기 바람 전달 관로(170)의 출구와 연통되어 바람 전달 관로(170)를 통해 바람을 전달받는다.
상기 본체(110)는 상기 중간 연결 케이스(180)의 일면에 결합되고 상기 중간 연결 케이스(180)를 통해 일 측으로 유입된 바람이 타 측에서 배출되는 일방향 유체 유동 경로를 가진다.

즉, 기존의 풍력 발전 설비는 풍력터빈이 외부로 노출된 구조를 가진다. 하지만, 본 동력발생장치(100)는 터빈유닛(120)을 내부에 수용하는 본체(110)가 바람이 유입되는 유입구와 바람이 배출되는 배출구를 제외한 모든 부분이 외부와 밀폐된 구조를 가짐으로써, 내부로 유입된 바람의 누설을 최소화하고, 이를 통해 터빈유닛(120)에 바람을 완전히 집중시켜 발전효율을 증대시킬 수 있다.

본체(110)는 미들 바디(111)와, 공기 유입 덕트(112)를 포함할 수 있다.

미들 바디(111)는 터빈유닛(120)이 내부에 수용되고, 전방부와 후방부가 개방된 터널 구조를 가질 수 있다.

공기 유입 덕트(112)는 미들 바디(111)의 전면에 탈착 가능하게 결합되어 미들 바디(111)와 연통될 수 될 수 있다.

공기 유입 덕트(112)는 바람유입장치(200)와, 바람 전달 관로(170), 중간 연결 케이스(180)를 통해 내부로 유입되어 미들 바디(111)로 이동되는 바람의 유속을 증가시키도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 공기 유입 덕트(112)는 바람유입장치(200)와, 바람 전달 관로(170), 중간 연결 케이스(180)를 통해 내부로 유입된 바람을 가압 및 가속시킬 수 있다.

도 4는 도 3의 "A" 부분을 확대하여 나타낸 확대도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 풍력을 이용한 동력발생장치를 나타낸 정면도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 풍력을 이용한 동력발생장치를 나타낸 평면도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 공기 유입 덕트(112)는 상기 중간 연결 케이스(180)의 일면에 결합되는 제1 유입관부(1121)와, 미들 바디(111)에 탈착 가능하게 결합되는 제2 유입관부(1122)와, 제1 유입관부(1121) 및 제2 유입관부(1122)를 연결하는 연결관부(1123)를 포함할 수 있다.

여기서, 제2 유입관부(1122)는 제1 유입관부(1121)에 비해 더 작은 단면적의 크기를 가질 수 있다. 그리고, 연결관부(1123)는 제1 유입관부(1121)에서 제2 유입관부(1122)를 향하여 단면적의 크기가 점차 감소되는 구조로 형성될 수 있다.

즉, 공기 유입 덕트(112) 공기가 유동되는 방향을 따라 유로의 단면적이 점진적으로 감소되는 구조를 가짐에 따라, 베르누이의 원리에 의해 내부로 유입되어 흐르는 바람의 유속을 증대시킬 수 있다.

예를 들어, 제1 유입관부(1121), 제2 유입관부(1122) 및 연결관부(1123)는 좌우 방향으로의 폭이 상하 방향으로의 폭 보다 더 길게 형성되는 직사각 구조의 유로를 가지는 구조로 형성될 수 있다. 그러나, 1 유입관부(1121), 제2 유입관부(1122) 및 연결관부(1123)의 형상은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상으로 변경될 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본체(110)는 공기 배출 덕트(113)를 더 포함할 수 있다.

공기 배출 덕트(113)는 미들 바디(111)의 후면에 결합되어 미들 바디(111)와 연통되고, 미들 바디(111)에서 외부, 즉, 실외 공간(OS)으로 배출되는 바람의 유속을 증가시키도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 공기 배출 덕트(113)는, 공기가 유동되는 방향을 따라 미들 바디(111)에 연결된 일단부에서 외부, 즉, 실외 공간(OS)으로 노출된 타단부를 향하여 단면적의 크기가 점차 감소되는 구조로 형성될 수 있다. 이에, 공기 배출 덕트(113)에서 실외 공간(OS)으로 배출되는 바람의 유속이 증가되어 신속한 바람의 배출이 이루어질 수 있다.

도 3을 참조하면, 터빈유닛(120)은 본체(110)의 내부에 수용되고, 본체(110)의 내부에서 일방향으로 유동되는 바람에 의해 회전력을 발생시키도록 구성된다.

예를 들어, 터빈유닛(120)은 본체(110)의 내부에 회전 가능하게 배치되는 회전축(미도시)과, 회전축에 결합되고 본체(110)의 내부에서 일방향으로 유동되는 바람에 가압되면서 회전축과 함께 회전되도록 구성되는 복수의 블레이드(미도시)를 포함할 수 있다. 그러나, 터빈유닛(120)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 구조 및 형태로 변경될 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 동력발생장치(100)는 유량 제어기(130)를 더 포함할 수 있다.

유량 제어기(130)는 제1 유입관부(1121)에 회전 가능하게 결합되어 제1 유입관부(1121)의 내부에 배치되고, 회전을 통해 바람이 통과하는 유로의 크기를 조절하여 제1 유입관부(1121)로 유입되는 바람의 유량 및 유속을 제어하도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 유량 제어기(130)는 바람유입장치(200)를 통해 내부로 유입된 바람을 가압 및 가속시킬 수 있다.

즉, 본 동력발생장치(100)는 제1 유입관부(1121)에 배치되어 제1 유입관부(1121)로 유입되는 바람의 유량 및 유속을 제어하는 유량 제어기(130)를 가짐에 따라, 외부의 기상조건(풍속, 풍향, 온도, 습도 등)과 상관없이 외부로부터 유입된 바람의 유속과 유량 그리고 압력을 조절할 수 있고, 이를 통해 터빈유닛(120)을 최적의 발전상태로 유지하여 발전효율을 향상시킬 수 있다.

아울러, 유량 제어기(130)는 외부 기상조건이 악화되어 본 동력발생장치(100)를 보호하거나, 가동중단 등의 비상 상황이 발생할 경우, 차폐기능을 선택적으로 사용할 수도 있다.

유량 제어기(130)는 회전축(131)과, 복수의 개폐날개(132)를 포함할 수 있다,

회전축(131)은 제1 유입관부(1121)를 관통하여 제1 유입관부(1121)에 회전 가능하게 결합될 수 있다.

복수의 개폐날개(132)는 회전축(131)의 둘레를 따라 복수로 배치되어 제1 유입관부(1121)의 내부에 배치되고, 회전축(131)에 의해 회전되면서 제1 유입관부(1121)의 입구를 개폐하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 복수의 개폐날개(132)는 회전축(131)의 둘레를 따라 적어도 둘 이상 배치될 수 있다. 그러나, 복수의 개폐날개(132)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 그 수량 및 형상이 다양하게 변경될 수 있다.

도 3, 도 5 및 도 6을 참조하면, 유량 제어기(130)는 복수의 서포트 유닛(133)과, 액추에이터(134)를 더 포함할 수 있다.

복수의 서포트 유닛(133)은 제1 유입관부(1121)의 외부에 배치되고, 회전축(131)을 회전 가능하게 지지하도록 구성될 수 있다.

액추에이터(134)는 회전축(131)과 연결되고, 회전축(131)을 회전시켜 복수의 개폐날개(132)의 개폐량을 조절하도록 구성될 수 있다.

그러나, 유량 제어기(130)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전기식, 유압식, 공압식, 기계식 등 다양한 형태의 구동방법이 적용된 형태로 구현될 수 있다.

도 2, 도 3 및 도 5를 참조하면, 유량 제어기(130)는 공기가 유동되는 방향에 대한 수직 방향(도면상에서 상하 방향)을 따라 제1 유입관부(1121)에 복수로 배치될 수 있다.

이때, 본 동력발생장치(100)는 제1 유입관부(1121)의 내부에 복수로 배치된 유량 제어기(130)들 사이에 배치되어 제1 유입관부(1121)의 내부를 복수의 공간으로 구획하는 적어도 하나의 구획판(140)을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 적어도 하나의 구획판(140)은 제1 유입관부(1121)에 고정된 상태로 배치될 수 있다. 그러나, 적어도 하나의 구획판(140)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 유입관부(1121)의 내부에서 상하 또는 전후 방향으로 슬라이딩 이동되면서 제1 유입관부(1121)의 내부공간을 서로 다른 크기를 갖는 복수의 공간으로 구획하도록 구성될 수도 있다.

도 7은 도 4의 "B" 부분을 확대하여 나타낸 확대도이다.

도 3 및 도 7을 참조하면, 본 동력발생장치(100)는 노즐 유닛(150)을 더 포함할 수 있다.

노즐 유닛(150)은 미들 바디(111)에 수용되어 공기 유입 덕트(112)에 연통되고, 공기 유입 덕트(112)를 통해 내부로 유입되어 터빈유닛(120)으로 이동되는 바람의 유속을 증가시키도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 노즐 유닛(150)은 공기 유입 덕트(112)를 통해 내부로 유입된 바람을 가압 및 가속시키면서, 터빈유닛(120)에 고압 및 고속의 직진풍을 공급할 수 있다.

즉, 유량 제어기(130)와 공기 유입 덕트(112)에 의해 유량, 유압 및 유속이 제어된 바람은, 노즐 유닛(150)에 의해 추가적으로 유량, 유압 및 유속이 제어되면서 터빈유닛(120)으로 공급될 수 있다. 이에, 터빈유닛(120)의 발전효율이 극대화될 수 있다.

노즐 유닛(150)은 제2 유입관부(1122)의 단부에 탈착 가능하게 결합되는 제1 노즐부(151)와, 터빈유닛(120)의 전방에 배치되어 터빈유닛(120)에 바람을 직분사하도록 구성되는 제2 노즐부(152)와, 제1 노즐부(151)와 제2 노즐부(152)를 연결하는 제3 노즐부(153)를 포함할 수 있다.

여기서, 제2 노즐부(152)는 제1 노즐부(151)에 비해 더 작은 단면적의 크기를 가지며, 제3 노즐부(153)는 제1 노즐부(151)에서 제2 노즐부(152)를 향하여 단면적의 크기가 점차 감소되는 구조로 형성될 수 있다.

즉, 노즐 유닛(150)은 공기가 유동되는 방향을 따라 유로의 단면적이 점진적으로 감소되는 구조를 가짐에 따라, 베르누이의 원리에 의해 내부로 유입되어 흐르는 바람의 유속을 증대시킬 수 있다.

한편, 제3 노즐부(153)는, 제1 노즐부(151) 및 제2 노즐부(152)에 비해 공기가 이동되는 방향을 따라 더 긴 길이를 가지며, 제2 노즐부(152)는 제1 노즐부(151)에 비해 공기가 이동되는 방향을 따라 더 긴 길이를 가질 수 있다.

구체적으로, 유로의 단면적이 점진적으로 작아지는 제3 노즐부(153)의 길이(L1)는, 바람의 이동방향을 따라 유로의 단면적이 동일한 크기로 유지되는 제1 노즐부(151)의 길이(L3) 및 제2 노즐부(152)의 길이(L2)에 비해 더 길게 형성될 수 있다. 그리고, 제1 노즐부(151)에 비해 상대적으로 더 작은 단면적의 크기를 가지는 제2 노즐부(152)의 길이(L2)는 제1 노즐부(151)의 길이(L3)에 비해 더 길게 형성될 수 있다.

즉, 노즐 유닛(150)은 유로의 단면적이 감소되면서 바람의 유속이 증가되는 구간, 즉, 제3 노즐부(153)의 구간을 길게 형성함으로써, 바람의 유동을 안정화 시키면서 바람의 유속을 증가시킬 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 동력발생장치(100)는 발전 유닛(160)을 더 포함할 수 있다.

발전 유닛(160)은 미들 바디(111)의 외면에 배치되어 터빈유닛(120)에 연결되고, 터빈유닛(120)의 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하여 전력을 발생시키도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 발전 유닛(160)은 터빈유닛(120)에 연결되어 터빈유닛(120)과 함께 회전되는 구동축(미도시)과, 구동축에 의해 회전되는 회전자석(미도시)과, 회전자석의 둘레에 배치되는 코일(미도시)을 포함할 수 있다.

이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 내부로 유입된 바람의 유량 및 유속을 제어하여 바람의 흐름을 안정화 시키고, 바람의 손실을 최소화 하면서 유속이 증가된 직진풍의 바람을 터빈유닛(120)에 전달하여 발전효율을 극대화 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 외부 공간(OS)의 기상조건의 영향을 받지 않고, 내부로 유입된 바람의 유속과 유량 및 압력을 조절하여 발전량을 제어하고, 이를 통해 안정적인 발전이 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 내부로 유입된 바람의 유량, 유속 및 압력을 다중으로 제어하여 터빈유닛(120)에 발전효율을 극대화할 수 있는 고속의 바람을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 터빈유닛을 포함한 본체의 소형화가 가능하고, 이를 통해 대지, 해양, 건축물, 모빌리티, 선박, 충전소 등 다양한 충전 시스템에 적용 가능하여 기존 풍력발전의 적용범위를 획기적으로 확대할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

100. 동력발생장치 110. 본체
111. 미들 바디 112. 공기 유입 덕트
1121. 제1 유입관부 1122. 제2 유입관부
1123. 연결관부 113. 공기 배출 덕트
120. 터빈유닛 130. 유량 제어기
131. 회전축 132. 복수의 개폐날개
133. 복수의 서포트 유닛 134. 액추에이터
140. 구획판 150.노즐 유닛
151. 제1 노즐부 152. 제2 노즐부
153. 제3 노즐부 160. 발전 유닛
170. 바람 전달 관로 180. 중간 연결 케이스
200. 바람유입장치 OS. 실외 공간
IS. 실내 공간

Claims

내부로 바람(WIND)을 유입시키도록 구성된 바람유입장치(200)에 연결되어 상기 바람유입장치(200)를 통해 유입된 바람에 의해 회전력을 발생시키도록 구성되는 풍력을 이용한 동력발생장치(100)로서,
상기 동력발생장치(100)는,
실내 공간(IS)안에 설치되되 수직 방향으로 세워진 관로로서 상기 바람유입장치(200)를 통해 유입된 바람을 실내 공간(IS)으로 유입시키는 바람 전달 관로(170)와;
실내 공간(IS)안에 설치되되 상기 바람 전달 관로(170)의 출구와 연통되어 바람 전달 관로(170)를 통해 바람을 전달받는 중간 연결 케이스(180);
상기 중간 연결 케이스(180)의 일면에 결합되고 상기 중간 연결 케이스(180)를 통해 일 측으로 유입된 바람이 타 측에서 배출되는 일방향 유체 유동 경로를 가지는 본체(110); 및
상기 본체(110)의 내부에 수용되고, 상기 본체(110)의 내부에서 일방향으로 유동되는 바람에 의해 회전력을 발생시키도록 구성되는 터빈유닛(120)을 포함하고,
상기 본체(110)는,
상기 터빈유닛(120)이 내부에 수용되고, 상기 전방부와 후방부가 개방된 터널 구조를 가지는 미들 바디(111), 및
상기 미들 바디(111)의 전면에 결합되어 상기 미들 바디(111)와 연통되고, 상기 바람유입장치(200)와 바람 전달 관로(170) 중간 연결 케이스(180)를 통해 내부로 유입되어 상기 미들 바디(111)로 이동되는 바람의 유속을 증가시키도록 구성되는 공기 유입 덕트(112)를 포함하며,
상기 공기 유입 덕트(112)는,
상기 중간 연결 케이스(180)의 일면에 결합되는 제1 유입관부(1121),
상기 미들 바디(111)에 탈착 가능하게 결합되는 제2 유입관부(1122), 및
상기 제1 유입관부(1121)와 상기 제2 유입관부(1122)를 연결하는 연결관부(1123)를 포함하고,
상기 제2 유입관부(1122)는 상기 제1 유입관부(1121)에 비해 더 작은 단면적의 크기를 가지며,
상기 연결관부(1123)는 상기 제1 유입관부(1121)에서 상기 제2 유입관부(1122)를 향하여 단면적의 크기가 점차 감소되는 구조로 형성되고,
상기 미들 바디(111)에 수용되어 상기 공기 유입 덕트(112)에 연통되고, 상기 공기 유입 덕트(112)를 통해 내부로 유입되어 상기 터빈유닛(120)으로 이동되는 바람의 유속을 증가시키도록 구성되는 노즐 유닛(150)을 더 포함하는 풍력을 이용한 동력발생장치(100).
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 본체(110)는,
상기 미들 바디(111)의 후면에 결합되어 상기 미들 바디(111)와 연통되고, 상기 미들 바디(111)에서 외부로 배출되는 바람의 유속을 증가시키도록 구성되는 공기 배출 덕트(113); 를 더 포함하는 풍력을 이용한 동력발생장치(100).
제4항에 있어서,
상기 공기 배출 덕트(113)는, 공기가 유동되는 방향을 따라 상기 미들 바디(111)에 연결된 일단부에서 상기 외부로 노출된 타단부를 향하여 단면적의 크기가 점차 감소되는 구조로 형성되는 풍력을 이용한 동력발생장치(100).
제1항에 있어서,
상기 제1 유입관부(1121)에 회전 가능하게 결합되어 상기 제1 유입관부(1121)의 내부에 배치되고, 상기 제1 유입관부(1121)로 유입되는 바람의 유량 및 유속을 제어하도록 구성되는 유량 제어기(130); 를 더 포함하는 풍력을 이용한 동력발생장치(100).
제6항에 있어서,
상기 유량 제어기(130)는,
상기 제1 유입관부(1121)를 관통하여 상기 제1 유입관부(1121)에 회전 가능하게 결합되는 회전축(131); 및
상기 회전축(131)의 둘레를 따라 복수로 배치되어 상기 제1 유입관부(1121)의 내부에 배치되고, 상기 회전축(131)에 의해 회전되면서 상기 제1 유입관부(1121)의 입구를 개폐하도록 구성되는 복수의 개폐날개(132); 를 포함하고,
상기 유량 제어기(130)는,
상기 제1 유입관부(1121)의 외부에 배치되고, 상기 회전축(131)을 회전 가능하게 지지하는 복수의 서포트 유닛(133); 및
상기 회전축(131)과 연결되고, 회전축(131)을 회전시켜 상기 복수의 개폐날개(132)의 개폐량을 조절하도록 구성되는 액추에이터(134); 를 더 포함하며,
상기 유량 제어기(130)는,
공기가 유동되는 방향에 대한 수직 방향을 따라 상기 제1 유입관부(1121)에 복수로 배치되고,
상기 제1 유입관부(1121)의 내부에 복수로 배치된 상기 유량 제어기(130)들 사이에 배치되어 상기 제1 유입관부(1121)의 내부를 복수의 공간으로 구획하는 적어도 하나의 구획판(140); 을 더 포함하는 풍력을 이용한 동력발생장치(100).
삭제
제1항에 있어서,
상기 노즐 유닛(150)은,
상기 제2 유입관부(1122)의 단부에 탈착 가능하게 결합되는 제1 노즐부(151);
상기 터빈유닛(120)의 전방에 배치되어 상기 터빈유닛(120)에 바람을 직분사하도록 구성되는 제2 노즐부(152); 및
상기 제1 노즐부(151)와 상기 제2 노즐부(152)를 연결하는 제3 노즐부(153); 를 포함하고,
상기 제2 노즐부(152)는 상기 제1 노즐부(151)에 비해 더 작은 단면적의 크기를 가지며,
상기 제3 노즐부(153)는 상기 제1 노즐부(151)에서 상기 제2 노즐부(152)를 향하여 단면적의 크기가 점차 감소되는 구조로 형성되고,
상기 제3 노즐부(153)는, 상기 제1 노즐부(151) 및 상기 제2 노즐부(152)에 비해 공기가 이동되는 방향을 따라 더 긴 길이를 가지며,
상기 제2 노즐부(152)는 상기 제1 노즐부(151)에 비해 공기가 이동되는 방향을 따라 더 긴 길이를 가지는 풍력을 이용한 동력발생장치(100).
제1항에 있어서,
상기 미들 바디(111)의 외면에 배치되어 상기 터빈유닛(120)에 연결되고, 상기 터빈유닛(120)의 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하여 전력을 발생시키도록 구성되는 발전 유닛(160); 을 더 포함하는 풍력을 이용한 동력발생장치(100).
제1항에 있어서,
상기 바람유입장치(200)는 실외 공간(OS)에 배치되고, 상기 동력발생장치(100)는 실내 공간(IS)에 배치되고,
상기 바람유입장치(200)는 상기 실외 공간(OS)에서 부는 바람에 의해 회전되면서 바람이 불어오는 방향을 추종하도록 구성되는 풍력을 이용한 동력발생장치(100).