KR102354228B1 - 배출바람을 이용한 소형 풍력발전장치 - Google Patents

배출바람을 이용한 소형 풍력발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소형 풍력발전장치에 있어서, 공장에 설치된 집진기의 공기배출 굴뚝(100) 전방에 설치되어 배출되는 바람이 모이도록 하는 바람유도관(10)과, 상기 바람유도관(10)의 내측에 설치되어 배출되어 모여진 바람에 의해 회전하는 날개(20)와, 상기 날개(20)의 후방에 설치되어 날개(20)의 회전력을 증가시키기 위한 가속기어부(30)와, 가속기어부(30)에 의해 전달된 회전력에 의해 발전이 이루어지는 발전장치(40)와, 발전장치(40)의 고장감지시 자동으로 발전장치(40)가 지상으로 하강시켜 수리할 수 있도록 하는 승강부(50)와, 굴뚝(100)의 높이에 맞게 발전장치(40)와 승강부(50)를 설치하기 위한 설치프레임(60)으로 구성되어 공장 등에 설치된 굴뚝에 소형 풍력장치를 설치하여 굴뚝에서 배출되는 공기를 통해 풍력발전이 이루어지도록 함으로써 풍속이 일정하고 안정된 바람에 의해 효율적으로 풍력발전이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

Description

배출바람을 이용한 소형 풍력발전장치{SMALL WIND POWER GENERATING APPRATUS USING EXHAUST WIND}
본 발명은 소형 풍력발전장치에 관한 것으로, 각종 공장의 굴뚝에서 배출되는 공기를 이용하여 풍력발전이 이루어지도록 하는 소형 풍력발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기를 생산하는 발전형태는 물의 낙차를 이용한 수력발전, 연료를 태움으로써 얻어지는 화학발전, 핵분열을 이용한 원자력발전 및 바람을 이용한 풍력발전 등으로 구분할 수 있다.
이들 중 풍력발전은 자연현상인 바람을 이용하여 전력을 생산하는 장치로서 다른 발전에 비하여 설치비용이 저렴하고 가정이나 공장 또는 지역단위로 개별적인 발전을 하기 용이하여 다양한 기술들이 개발되고 있는 추세이다.
하지만 풍력발전에 이상적인 바람은 풍향 및 풍속이 일정하고 안정된 바람이 요구되나, 자연의 바람은 항상 풍속이 변화하고, 또 일 격차나 계절 격차가 크기 때문에 풍속이 일정하고 안정된 바람을 얻을 수 있는 장소를 선정하기에 어려움이 많다.
이를 해결하고자 종래에는 자연으로부터 얻을 수 있는 바람을 이용한 풍력발전 뿐만 아니라, 인위적으로 발생하는 바람을 버리지 않고 재활용할 수 있는 풍력발전 형태도 개발되고 있다.
국내공개특허 제10-2010-0106020호, '굴뚝용 풍력발전기'
따라서 본 발명의 목적은 공장 등에 설치된 굴뚝에서 배출되는 공기를 이용하여 풍력발전이 이루어지도록 하는 소형 풍력발전장치를 제공하는데에 있다.
상기의 목적에 따른 본 발명은 소형 풍력발전장치에 있어서, 공장에 설치된 집진기의 공기배출 굴뚝(100) 전방에 설치되어 배출되는 바람이 모이도록 하는 바람유도관(10)과, 상기 바람유도관(10)의 내측에 설치되어 배출되어 모여진 바람에 의해 회전하는 날개(20)와, 상기 날개(20)의 후방에 설치되어 날개(20)의 회전력을 증가시키기 위한 가속기어부(30)와, 가속기어부(30)에 의해 전달된 회전력에 의해 발전이 이루어지는 발전장치(40)와, 발전장치(40)의 고장감지시 자동으로 발전장치(40)가 지상으로 하강시켜 수리할 수 있도록 하는 승강부(50)와, 굴뚝(100)의 높이에 맞게 발전장치(40)와 승강부(50)를 설치하기 위한 설치프레임(60)으로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 승강부(50)는 발전장치(40)와 연결설치된 와이어(53)가 감기거나 풀리도록 제어신호를 생성하는 회전제어부(51)와, 상기 회전제어부(51)에 의한 제어신호에 의해 정역회전하여 와이어(53)를 감거나 풀어 자동으로 발전장치(40)를 승강작동시키는 승강모터(52)로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 설치프레임(60)에는 승강부(50)에 의해 발전장치(40)가 승강작동하기 위한 승강레일이 설치됨을 특징으로 한다.
본 발명은 공장 등에 설치된 굴뚝에 소형 풍력장치를 설치하여 굴뚝에서 배출되는 공기를 통해 풍력발전이 이루어지도록 함으로써 풍속이 일정하고 안정된 바람에 의해 효율적으로 풍력발전이 이루어질 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 소형 풍력발전장치의 설치구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 소형 풍력발전장치의 설치구성을 도시한 도면,
도 3 내지 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 바람수집관의 형태를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 바람수집관의 다른 형태를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 승강부의 구성을 나타내는 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배출바람을 이용한 소형 풍력발전장치의 전체구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 소형 풍력발전장치는 공장에 설치된 집진기의 공기배출 굴뚝(100) 전방에 설치되어 배출되는 바람이 모이도록 하는 바람유도관(10)과, 상기 바람유도관(10)의 내측에 설치되어 배출되어 모여진 바람에 의해 회전하는 날개(20)와, 상기 날개(20)의 후방에 설치되어 날개(20)의 회전력을 증가시키기 위한 가속기어부(30)와, 가속기어부(30)에 의해 전달된 회전력에 의해 발전이 이루어지는 발전장치(40)와, 발전장치(40)의 고장감지시 자동으로 발전장치(40)가 지상으로 하강시켜 수리할 수 있도록 하는 승강부(50)와, 굴뚝(100)의 높이에 맞게 발전장치(40)와 승강부(50)를 설치하기 위한 설치프레임(60)으로 구성된다.
본 발명에서는 공장이나 빌딩 등에서 배출되는 바람을 이용하여 풍력발전이 이루어지도록 설치되며, 특히 공장의 집진기에서 배출되는 바람은 10m/s이 배출되며 일정한 풍속이 안정적으로 배출됨에 따라 이를 이용하여 효율적으로 풍력발전이 이루이지도록 하는 것이다.
상기 바람유도관(10)은 깔때기 모양으로 형성되어 전방은 넓고 후방으로 갈수록 좁아지게 형성되어 굴뚝(100)을 통해 배출되는 바람이 넓은 입구를 통해 모두 유입되도록 하며, 유입된 바람이 좁아지는 통로를 통해 모이도록 하여 날개(20)에 집중되도록 한다.
넓은 입구를 통해 유입된 바람이 후방으로 갈수록 좁아지는 통로를 통과하면서 베르누이법칙에 의해 바람의 속도가 증가하게 되어 날개(20)를 빠르게 회전시킬 수 있게 된다.
바람유도관(10)에 의해 집중된 바람은 날개(20)에 부딪혀 날개(20)를 회전시키게 되며, 날개(20)에 의해 회전축이 함께 회전하게 설치된다.
이때, 바람유도관(10)에는 날개(20)의 파손방지를 위해 바람유도관(10)에서 연장형성되어 날개(20)를 보호하도록 외부를 빙둘러 감싸도록 설치되는 날개보호커버(11)가 형성된다.
본 발명의 소형 풍력발전장치는 굴뚝(100)이 설치된 높이까지 높게 설치됨에 따라 측면에서 바람이 불어 날개(20)가 파손되거나 측면에서 부는 바람에 의해 바람유도관(10)을 통해 날개(20)로 유도되는 바람이 방해받게 되는 경우가 발생하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 날개(20)를 빙둘어서 날개보호커버(11)가 설치됨으로써 날개(20)의 파손방지는 물론 굴뚝(100)에서 배출되는 바람이 온전히 날개(20)까지 유도될 수 있도록 안내하는 기능을 하게 된다.
날개(20)의 후방에는 날개(20)에 의한 회전축의 회전력을 증대시키기 위한 가속기어부(30)가 설치되며, 배출바람에 의한 회전력을 증대시켜 발전효율을 증가시키게 된다.
가속기어부(30)에 의해 회전력이 증대된 회전축의 후단에는 회전력을 전기에너지로 변환하여 발전시키는 발전장치(40)를 통해 풍력발전이 이루어지게 된다.
상기 발전장치(40)는 승강부(50)에 의해 자동으로 승하강 작동되게 설치되며, 발전장치(40)를 굴뚝(100)의 높이에 맞게 설치프레임(60)에 의해 설치된 상태에서 발전장치(40)의 고장이 감지되면 발전을 멈춘 후 발전장치(40)가 설치된 받침판(61)이 설치프레임(60)에 설치된 승강레일(62)을 따라 하강작동하여 발전장치(40)가 지상으로 내려오도록 한다.
도 7은 본 발명의 승강부(50)의 작동구성을 설명하는 블록도이다.
본 발명의 승강부(50)는 풍력발전장치를 설치한 후 고장이 나는 경우 발전장치(40)를 자동으로 승하강시키도록 한다.
승강부(50)에 의해 발전장치(40)를 승하강시키기 위해 와이어(53)가 설치되며, 발전장치(40)의 굴뚝(100)높이로 설치하는 경우에는 와이어(53)가 감겨지도록 하여 발전장치(40)가 설치된 받침판(61)을 들어올리게 되고, 발전장치(40)에 고장이 발생된 경우에는 감겨진 와이어(53)가 풀리면서 발전장치(40)를 지상으로 내려 수리할 수 있도록 한다.
발전장치(40)가 설치된 받침판(61)은 설치프레임(60)에 설치된 승강레일(62)을 따라 승하강작동되게 설치된다.
이를 위한 승강부(50)의 구성을 보면, 발전장치(40)와 연결설치된 와이어(53)가 감기거나 풀리도록 제어신호를 생성하는 회전제어부(51)와, 상기 회전제어부(51)에 의한 제어신호에 의해 정역회전하여 와이어(53)를 감거나 풀어 자동으로 발전장치(40)를 승강작동시키는 승강모터(52)로 구성된다.
상기 회전제어부(51)는 발전장치(40)를 승하강 작동시키기 위한 제어신호를 생성하며, 발전장치(40)가 와이어(53)와 연결된 상태임에 따라 와이어(53)를 굴뚝(100) 높이에 맞게 감아 발전장치(40)를 상승시키거나 감겨진 와이어(53)가 풀리도록 하여 지상으로 발전장치(40)가 내려오도록 하여 수리할 수 있게 된다.
회전제어부(51)에 의한 제어신호는 발전장치(40)의 이상작동 신호일 수 있으며, 제어신호가 승강모터(52)에 전달되어 승강모터(52)의 정역회전으로 와이어(53)가 풀리도록 하여 발전장치(40)가 지상으로 자동으로 내려올 수 있도록 하여 수리하게 된다.
일 예로서 승강모터(52)는 서보모터일 수 있으며 회전제어부(51)에 의한 제어신호를 수신하여 정역회전함으로써 와이어(53)에 의해 발전장치(40)를 설치 높이에 맞게 자동으로 승하강 작동시키게 된다.
다른 실시 예로서, 상기 승강부(50)를 호이스트(hoist)로 구성할 수도 있다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 소형 풍력발전장치의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 소형 풍력발전장치는 굴뚝(100)에서 배출되는 바람이 날개(20)에 효율적으로 전달되어 회전력을 증대시켜 발전효율을 높일 수 있도록 바람유도관(10)의 내측에는 굴뚝(100)에서 배출되어 와류가 발생된 바람을 정류시키면서 배출된 바람의 속도를 향상시켜 날개(20)가 빠르게 회전될 수 있도록 하는 가이드판(12)이 다수 설치된다.
굴뚝(100)에서 배출되는 바람은 굴뚝(100)의 곡선부를 통과한 후 배출되면서 바람에 와류가 발생될 수 있으며, 와류가 발생된 바람이 그대로 바람유도관(10)으로 배출되는 경우 바람유도관(10) 내에서도 배출바람의 와류가 일어나 날개(20)에 부딪히는 바람이 일정하지 못하게 되고, 회전력도 떨어질 수 있게 된다.
이러한 배출바람의 와류를 정류시키면서 배출바람이 날개(20) 방향으로 직진성을 가지고 유도될 수 있도록 바람유도관(10)의 내측으로 돌출형성된 다수의 가이드판(12)이 설치된다.
바람유도관(10)의 내측으로 돌출형성된 가이드판(12)에 의해 와류가 발생된 배출바람이 다수의 가이드판(12) 사이로 유도되면서 정류되어 날개(20)가 설치된 바람유도관(10)의 후방까지 직진성을 가지도록 유도된다.
와류가 발생된 배출공기가 가이드판(12)에 의해 정류되어 직진성을 갖도록 유도됨에 따라 배출바람의 속도도 빨라져 날개(20)에 부딪히는 힘이 증가되어 날개(20)를 빠르게 회전시킬 수 있게 된다.
즉, 배출바람의 와류를 정류시킴에 따라 동일한 배출바람에 의한 발전효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 굴뚝(100)의 배출바람이 불어오는 방향의 가이드판(12)의 전면은 경사면(16)을 형성하여 배출바람이 가이드판(12)에 부딪혀 속도가 줄어드는 것을 방지하게 된다
가이드판(12)의 전면에 양측으로 경사면(16)을 형성되어 뽀족하게 형성됨으로써 배출바람이 가이드판(12)의 양측으로 갈라져 가이드판(12)을 따라 유도됨으로써 배출바람의 속도저하 없이 자연스럽게 배출바람이 바람유도관(10)을 통해 날개까지 유도될 수 있다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 바람유도관(10) 내측에 설치되는 가이드판(12)의 다른 형태를 도시한 도면이다.
본 발명의 가이드판(12)에는 바람유도관(10)을 통해 유도되는 배출바람에 회오리가 발생되도록 하여 배출바람의 속도를 증가시키면서 회오리가 발생된 바람에 의해 날개(20)에 부딪히는 힘이 증가되어 날개(20)를 빠르게 회전시킬 수 있도록 하는 라운드면(13)이 형성될 수 있다.
상기 라운드면(13)은 바람유도관(10)의 후방으로 갈수록 가이드판(12)이 내측으로 휘어지는 형태로 설치되어 배출공기가 바람유도관(10)을 따라 유도되면서 가이드판(12)에 형성된 라운드면(13)을 따라 회오리가 발생됨으로써 날개(20)에 강하게 부딪히는 힘이 발생하여 빠르게 회전시킬 수 있는 것이다.
상기 라운드면(13)에는 도 5의 (b)에서와 같이 라운드면(13)을 따라 배출공기가 유도되는 과정에서 배출공기을 흐름을 안내할 수 있는 배출안내돌기(17)와, 상기 배출안내돌기(17) 사이에 형성되어 배출바람이 빠르게 흐를 수 있도록 하는 배출안내홈(18)이 형성된다.
상기 배출안내돌기(17)와 배출안내홈(18)에 의해 배출바람이 유도됨에 따라 가이드판을 타고 흐르는 바람의 속도가 증가하게 되며, 유도되는 배출바람을 다시한번 정류시켜 직진성을 높임으로써 유속이 일정하면서도 안정적인 바람이 날개(20)에 유도될 수 있도록 하여 효율적인 풍력발전이 이루어지도록 한다.
도 6은 본 발명의 바람유도관(10)의 다른 설치형태를 도시한 도면이다.
본 발명에서는 바람유도관(10)의 후단에 설치되어 굴뚝(100)에서 배출되어 바람유도관(10)을 통해 흐르는 바람이 유도되는 과정에서 외부의 공기가 유입구(15)를 통해 내측으로 유입되어 유도되는 바람의 양이 증대되어 날개(20)를 빠르게 회전시킬 수 있도록 하는 보조유도관(14)이 설치된다.
바람유도관(10)과 보조유도관(14) 사이에는 외부의 공기가 유입될 수 있는 유입구(15)가 형성되어 있으며, 굴뚝(100)의 배출바람이 바람유도관(10)을 통해 유입되어 흐르는 과정에서 유입구(15)를 통해 외부 공기가 빨려들어와 보조유입관 내로 유입됨으로써 결과적으로 날개(20)로 유도되는 바람의 양이 증대되는 것이다.
즉, 날개(20)에 부딪히는 바람의 양이 늘어나 날개(20)가 빠르게 회전하도록 함으로써 발전효율이 증대될 수 있는 효과가 있다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.
(10)-- 바람유도관 (11)-- 날개보호커버
(12)-- 가이드판 (13)-- 라운드면
(14)-- 보조유도관 (15)-- 유입구
(16)-- 경사면
(17)-- 바람안내돌기
(18)-- 바람안내홈
(20)-- 날개 (30)-- 가속기어부
(40)-- 발전장치
(50)-- 승강부 (51)-- 회전제어부(51)
(52)-- 승강모터 (53)-- 와이어
(60)-- 설치프레임 (61)-- 받침판
(62)-- 승강레일
(100)-- 집진기 굴뚝

Claims (3)

  1. 소형 풍력발전장치에 있어서,
    공장에 설치된 집진기의 공기배출 굴뚝(100) 전방에 설치되어 배출되는 바람이 모이도록 하는 바람유도관(10)과,
    상기 바람유도관(10)의 내측에 설치되어 배출되어 모여진 바람에 의해 회전하는 날개(20)와,
    상기 날개(20)의 후방에 설치되어 날개(20)의 회전력을 증가시키기 위한 가속기어부(30)와,
    가속기어부(30)에 의해 전달된 회전력에 의해 발전이 이루어지는 발전장치(40)와,
    발전장치(40)의 고장감지시 자동으로 발전장치(40)가 지상으로 하강시켜 수리할 수 있도록 하는 승강부(50)와,
    굴뚝(100)의 높이에 맞게 발전장치(40)와 승강부(50)를 설치하기 위한 설치프레임(60)으로 구성되며,
    상기 승강부(50)는 발전장치(40)와 연결설치된 와이어(53)가 감기거나 풀리도록 제어신호를 생성하는 회전제어부(51)와, 상기 회전제어부(51)에 의한 제어신호에 의해 정역회전하여 와이어(53)를 감거나 풀어 자동으로 발전장치(40)를 승강작동시키는 승강모터(52)로 구성되고,
    설치프레임(60)에는 승강부(50)에 의해 발전장치(40)가 승강작동하기 위한 승강레일이 설치되며,
    바람유도관(10)의 내측에는 굴뚝(100)에서 배출되어 와류가 발생된 바람을 정류시키면서 배출된 바람의 속도를 향상시켜 날개(20)가 빠르게 회전될 수 있도록 하는 가이드판(12)이 설치되고,
    가이드판(12)에는 바람유도관(10)을 통해 유도되는 배출바람에 회오리가 발생되도록 하여 배출바람의 속도를 증가시키면서 회오리가 발생된 바람에 의해 날개(20)에 부딪히는 힘이 증가되어 날개(20)를 빠르게 회전시킬 수 있도록 하는 라운드면(13)이 형성되며, 가이드판(12)의 전면에는 배출바람이 가이드판(12)에 부딪혀 속도가 줄어드는 것을 방지하게 위해 뽀족하게 형성되도록 양측 경사면(16)이 형성됨을 특징으로 하는 배출공기를 이용한 배출바람을 이용한 소형 풍력발전장치.
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