KR102413968B1 - 주행풍 활용 다중 풍력발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주행풍 활용 다중 풍력발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력발전기의 발전 효율을 향상하고, 풍력발전기를 모듈화하여 발전 용량을 자유롭게 증감할 수 있으며, 차량의 고속 주행시 강풍으로 인한 풍력발전기의 파손을 방지할 수 있는 주행풍 활용 다중 풍력발전장치에 관한 것이다.
본 발명은 수평식 풍력발전기 당 2개의 발전기를 설치하여 수평식 풍력발전기의 발전 효율을 향상하고, 수평식 풍력발전기가 설치되는 하우징을 하나의 모듈로 형성하고 요구되는 발전 용량에 따라 상기 모듈들을 연속적으로 결합하여 발전 용량을 자유롭게 증감할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 풍속에 따라 회동하여 풍력발전기로 유입되는 공기 방향을 변경하는 풍속 감응형 유도부 및 풍속에 따라 발전기로 전달되는 회전력을 차단하는 커플링에 의해 차량의 고속 주행시 강풍으로 인한 풍력발전기의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

주행풍 활용 다중 풍력발전장치 {A multi-wind turbine generator using vehicle driving wind}
본 발명은 주행풍 활용 다중 풍력발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력발전기의 발전 효율을 향상하고, 풍력발전기를 모듈화하여 발전 용량을 자유롭게 증감할 수 있으며, 차량의 고속 주행시 강풍으로 인한 풍력발전기의 파손을 방지할 수 있고, 전기자동차 충전용으로 활용할 수 있는 주행풍 활용 다중 풍력발전장치에 관한 것이다.
우리나라는 원유가 생산되지 않는 나라로서, 자원의 고갈과 산유국의 고유가 정책에 대비하여 대체 에너지 자원을 확보하는 것이 시급한 실정이며, 이를 위해 다각적인 방법을 모색하고 있으며, 그 중의 하나가 풍력을 이용하는 풍력 발전기이다.
일반적으로 종래의 풍력 발전 장치는 대부분이 자연풍을 이용하여 날개를 회전시켜 전기가 발생하도록 하고 있다. 그러나 자연풍은 대체로 바람의 강도가 미약하고 풍향이나 풍속도 불규칙하여 경제성 있는 발전을 하기가 어려웠고, 강한 자연풍을 얻기 위하여 고산지대나 장애물이 없는 바다와 같은 곳에 풍력 발전 장치를 설치하여 자연 환경을 해치고 설치비용 및 전력 송전 비용이 많이 소요되는 등의 문제점이 있다.
그런데 차량 주행시 발생하는 주행풍은 발전하기에 충분한 강도를 가지고 있으나 활용되지 못하고 버려지는 것이 현재 실정이다. 주행풍은 차량만이 아니라 자전거, 오토바이, 기차, 배, 비행기 등과 같은 이동수단에서도 발생하므로 주행풍은 그린 에너지원으로 활용할 충분한 가치가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 등록특허 제10-1851102호(선행기술) 는 도 1에 도시된 바와 같이, 수평형 풍력발전기를 차량에 장착하여 주행풍을 이용한 풍력 발전 장치를 개시하고 있다.
그러나 선행기술은 풍력발전기 당 하나의 발전기(14)만 구비하여 발전 효율이 낮고, 전력 부하에 따라 발전 용량을 자유롭게 증감할 수 없으며, 차량의 고속 주행시 강풍으로 인한 풍력발전기의 과회전을 방지하는 수단이 없어 풍력발전기의 파손이 발생하는 문제가 있다.
선행기술: 등록특허 제10-1851102호
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 풍력발전기의 발전 효율을 향상하고, 풍력발전기를 모듈화하여 발전 용량을 자유롭게 증감할 수 있으며, 차량의 고속 주행시 강풍으로 인한 풍력발전기의 파손을 방지할 수 있는 주행풍 활용 다중 풍력발전장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
일실시예에 따른 본 발명은 풍력발전기 모듈(1000)이,
하우징(200) 내부에 설치되는 하나의 수평식 풍력발전기(100)를 포함하고,
상기 수평식 풍력발전기(100)는 회전축(110)과, 회전축(110)에 설치되는 날개(120)와, 회전축(110)을 지지하는 베어링(130)과, 날개(120)의 회전축과 발전기(160)의 회전축을 연결하는 커플링(140)과, 날개(120)의 회전 속도를 증속시키는 증속기(150)와, 증속기(150)의 회전에 의해 발전하는 발전기(160)를 포함하며,
날개(120)의 좌우측에 상기 베어링(130), 커플링(140), 증속기(150)와 발전기(160)가 각기 설치되어 날개(120) 회전에 의해 날개 양측의 발전기(160)들이 동시에 발전을 하는 것이 특징이다.
본 발명의 주행풍 활용 다중 풍력발전장치(5000)는 상기 풍력발전기 모듈(1000)들이 복수 개 결합되어 형성되며, 차량에서 주행풍을 활용하여 발전하도록 설치되는 것이 특징이다.
본 발명의 풍력발전기 모듈(1000)은
사각 박스 형상을 구비한 하우징(200) 내부에 하나의 수평식 풍력발전기(100)를 구비하며,
수평식 풍력발전기(100)의 주행풍 유입측에 주행풍을 날개(130)로 유도하는 유도판들(210, 220, 230)이 설치되고,
측면 유도판(210)은 하우징(200) 양측벽에 설치되어 주행풍을 좌우 양측에서 날개(120)로 유도하며,
하부 유도판(220)은 하우징(200) 하부에 설치되고 경사면(221)과 평탄면(222)으로 구성되되,
상기 평탄면(222)의 높이는 날개(120)의 회전 중심보다 낮게 배치되고, 상기 경사면(221)의 경사는 주행풍을 평탄면(222)으로 원활하게 유도되도록 설정되며,
상부 유도판(230)은 하우징(200) 상부에 설치되고, 상부 유도판(230)의 경사는 주행풍을 날개(120)의 회전 중심보다 아래측으로 유도하도록 설정되는 것이 특징이다.
본 발명에서 상부 유도판(230)의 일단이 하우징(200) 상부에 회전축(240)에 의해 회동 가능하게 설치되고, 상부 유도판(230)과 하우징(200) 상부 사이에 스프링(250)이 설치되어, 상부 유도판(230)이 스프링(250)에 의해 경사각도가 조절되는 것이 특징이다.
본 발명에서 풍력발전기 모듈(1000)은 하우징(200)의 주행풍 유입측에 착탈 가능하게 설치되는 그물부(300)를 포함하고,
상기 그물부(300)는,
그물망 프레임(320)에 고정되고 그물망 회전축(330)을 중심으로 회동하는 그물망(310)과, 하우징(200) 상부에 설치되는 상부 고정구(340)와, 하우징(200) 하부에 설치되는 하부 고정구(350)를 포함하며,
상기 그물망(310)의 메쉬 크기는 회전축(330) 상부와 하부가 상이하도록 설정되는 것이 특징이다.
본 발명의 상기 그물부(300)는 상부 고정구(340) 및 하부 고정구(350)가 상하 이동이 가능하도록 하우징(200)에 설치되고,
상하부 고정구(340, 350)는 하우징(200)에 형성된 스프링 설치홈(370)에 스프링(360)에 의해 설치되고, 스프링(360)은 팽창 스프링으로 상하부 고정구(340, 350)를 스프링 설치홈(370)에서 돌출되는 방향으로 가압하며,
상하부 고정구(340, 350)와 접촉하는 그물망 프레임(320)에 경사면(321) 및 라운드(322)가 형성되고,
상부 고정구(340)에도 경사면(341) 및 라운드(342)가 형성되며,
하부 고정구(350)에도 경사면(351) 및 라운드(352)가 형성되는 것이 특징이다.
본 발명은 주행풍 활용 다중 풍력발전장치(5000)의 제어부가 주행풍으로 발전을 하는 하나 이상의 풍력발전기 모듈(1000)과, 발전된 전기를 저장하는 배터리(2000)와, 배터리(2000)에서 전기를 공급받는 부하장치들(3000)과, 풍력발전기 모듈(1000)과 배터리(2000)와 부하장치들(3000)의 상태 정보를 제공받아 각 장치들의 상태를 제어하는 제어명령을 제공하는 제어기(4000)를 포함하고,
상기 제어기(4000)는 상기 상태 정보에 근거하여 풍력 발전기(100)의 커플링(140)의 연결을 제어하는 것이 특징이다.
본 발명은 수평식 풍력발전기 당 2개의 발전기를 설치하여 수평식 풍력발전기의 발전 효율을 향상하고, 수평식 풍력발전기가 설치되는 하우징을 하나의 모듈로 형성하고 요구되는 발전 용량에 따라 상기 모듈들을 연속적으로 결합하여 발전 용량을 자유롭게 증감할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 풍속에 따라 회동하여 풍력발전기로 유입되는 공기 방향을 변경하는 풍속 감응형 유도부 및 풍속에 따라 발전기로 전달되는 회전력을 차단하는 커플링에 의해 차량의 고속 주행시 강풍으로 인한 풍력발전기의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 주행풍 발전으로 전기자동차의 배터리 충전, 차량 전기장치의 작동, 전기식 공조장치의 작동 등에 활용하여 주행 에너지의 이용율을 향상할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 주행풍 풍력발전기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 따른 주행풍 활용 다중 풍력발전장치가 차량에 설치된 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 모듈의 상부측 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 모듈의 일측 단면을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그물부의 작동상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속 감응형 유도부의 구성 및 작동상태를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 풍력발전기 모듈(그물부 제거 상태)이 결합된 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행풍 활용 다중 풍력발전장치의 제어부 블록도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으며 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주행풍 활용 다중 풍력발전장치(5000)는 하나의 수평식 풍력발전기(100)가 하우징에 설치되는 풍력발전기 모듈(1000)들이 복수 개 결합되어 형성되며, 주행풍 활용 다중 풍력발전장치(5000)는 차량의 루프, 엔진룸, 언더바디 등과 같이 주행풍을 활용할 수 있는 어떤 장소에도 설치될 수 있다.
도 3, 4, 5를 참조하면, 풍력발전기 모듈(1000)은 하우징(200) 내부에 설치되는 하나의 수평식 풍력발전기(100)를 포함하고, 수평식 풍력발전기(100)는 회전축(110)과, 회전축(110)에 설치되는 날개(120)와, 회전축(110)을 지지하는 베어링(130)과, 날개(120)의 회전축과 발전기(160)의 회전축을 연결하는 커플링(140)과, 날개(120)의 회전 속도를 증속시키는 증속기(150)와, 증속기(150)의 회전에 의해 발전하는 발전기(160)를 포함한다.
본 발명에서 상기 베어링(130), 커플링(140), 증속기(150)와, 발전기(160)는 날개(120)의 좌우측에 각기 설치되어 날개(120) 회전에 의해 날개 양측의 발전기(160)들이 동시에 발전을 할 수 있다.
상기 수평식 풍력발전기(100)에서 날개(120)는 회전축(110) 상에 등간격으로 배치되어 주행풍에 의해 회전하여 회전력을 발생하고, 회전력은 회전축(110)에 의해 발전기(160)로 전달된다.
상기 날개(120)의 형상은 주행풍을 회전력으로 변환하는 어떠한 형상이라도 적용할 수 있고, 가능한 변환 손실이 적도록 날개와 주행풍간의 접촉 면적이 크고, 주행풍이 날개에 수직으로 접촉하는 접촉 각도를 구비하도록 한다.
날개(120)의 회전축(110) 및 베어링(130)은 하우징(200) 내부에서 별도의 지지벽에 의해 지지되며, 베어링(130)은 회전축(110)과의 마찰이 최대한 작게 발생하도록 하는 어떠한 종류의 베어링도 적용할 수 있다.
상기 지지벽은 도 4와 같이 주행풍이 날개(120) 외부로 누설되는 것을 방지하는 기능도 겸비할 수 있다.
상기 커플링(140)은 전자식이나 기계식 커플링을 사용 가능하고, 차량에서 발전이나 충전 필요가 없는 경우에 날개(120)의 회전축과 발전기(160)의 회전축간의 연결을 해제한다.
또한 상기 커플링(140)은 주행풍의 풍속이 일정 속도이상이면 날개(120)의 회전축과 발전기(160)의 회전축간의 연결을 해제하여 발전기(160)의 손상을 방지한다.
상기 증속기(150)는 날개(120)의 회전수를 증속시켜 발전기(160)로 전달하여 발전기(160)의 발전 효율을 향상시킨다.
본 발명에서 발전기 작동시간 중 대부분 시간에서 주행풍의 풍속이 빨라 발전기의 회전속도를 증가할 필요가 없으면 상기 증속기(150)를 제거시켜 수평식 풍력발전기(100)를 구성할 수 있다.
상기 발전기(160)는 열 손실, 역기 손실과 같은 손실이 작은 어떠한 형식의 발전기라도 사용가능하며, 가능하면 발전효율이 40% 이상인 발전기를 사용하는 것이 바람직하다.
특히 본 발명에서 상기 발전기(160)는 날개(120) 좌우측에 각기 설치되어 날개(120)의 회전력을 최대한 활용하여 발전하므로, 날개(120)의 일측에만 발전기를 구비한 종래의 풍력발전기보다 발전 효율이 대폭 향상된다.
또한 날개(120) 양측에 설치되는 상기 발전기(160)는 일측에 하나 이상 또는 복수 개를 설치하여 날개(120)의 회전력을 더욱 최대한 활용할 수 있다.
도 4, 5는 본 발명의 풍력발전기 모듈(1000)이 하우징(200) 내부에 설치된 것을 상부 및 측면에서 본 단면을 도시한 도면으로, 하나의 풍력발전기 모듈(1000)은 사각 박스 형상을 구비한 하우징(200) 내부에 하나의 수평식 풍력발전기(100)를 구비하며, 수평식 풍력발전기(100)의 주행풍 유입측에 주행풍을 날개(130)로 유도하는 유도판들(210, 220, 230)이 설치된다.
측면 유도판(210)은 하우징(200) 양측벽에 설치되어 주행풍을 좌우 양측에서 날개(120)로 유도한다.
하부 유도판(220)은 하우징(200) 하부에 설치되고, 경사면(221)과 평탄면(222)으로 구성되어 주행풍을 날개(120)의 회전 중심보다 아래측으로 유도한다. 이를 위하여 평탄면(222)의 높이는 날개(120)의 회전 중심보다 낮게 배치되고, 경사면(221)의 경사도 주행풍이 평탄면(222)으로 원활하게 유도되도록 하여 유동저항을 최소화한다.
상부 유도판(230)은 하우징(200) 상부에 설치되고, 상부 유도판(230)의 경사는 주행풍을 날개(120)의 회전 중심보다 아래측으로 유도하도록 설정된다.
특히 본 발명에서 상부 유도판(230)의 일단은 하우징(200) 상부에 회전축(240)에 의해 회동 가능하게 설치되고, 상부 유도판(230)과 하우징(200) 상부 사이에 스프링(250)이 설치되어, 상부 유도판(230)이 스프링(250)에 의해 경사각도가 조절되도록 한다.
본 발명의 풍력발전기 모듈(1000)은 차량에서 요구되는 발전 용량에 따라 도 4, 5와 같이 여러 개가 결합될 수 있다.
또한 본 발명의 풍력발전기 모듈(1000)은 주행풍 유입측에 그물부(300)를 배치하여 외부의 이물질, 먼지 등의 유입을 방지할 수 있다.
상기 그물부(300)는 여러 개의 풍력발전기 모듈(1000)이 설치되는 경우에 가장 선단에 배치되는 풍력발전기 모듈(1000), 즉 제1모듈(1100)에만 배치되고, 필요에 따라 하류측의 제2, 3 모듈(1200, 1300)에도 배치될 수 있다.
도 5와 같이 상기 그물부(300)는 하우징(200)에 탈착 가능하게 설치되며, 상기 그물부(300)는 그물망 프레임(320)에 고정되고 그물망 회전축(330)을 중심으로 회동하는 그물망(310)과, 하우징(200) 상부에 설치되는 상부 고정구(340)와, 하우징(200) 하부에 설치되는 하부 고정구(350)를 포함한다.
상기 그물망(310)은 가는 강선 또는 합성수지선이 격자형 메쉬를 형성하도록 구성되고, 메쉬의 크기는 주행풍에 의해 유입되는 종이, 쓰레기, 낙엽 등과 같은 각종 큰 이물질의 통과를 방지하도록 설정하거나, 또는 모래, 흙먼지, 안개 입자 등과 같은 작은 이물질의 통과를 방지하도록 설정할 수 있다.
또한 본 발명의 그물부(300)는 그물망(310)의 메쉬 크기를 회전축(330) 상부와 하부가 상이하도록 설정할 수 있다. 예를 들어, 회전축(330) 상부의 그물망(310)은 큰 이물질의 통과를 방지하도록 설정하고, 회전축(330) 하부의 그물망(310)은 작은 이물질의 통과를 방지하도록 설정할 수 있다.
또한 본 발명의 그물부(300)는 그물망(310)의 회전을 방지하도록 상부 고정구(340)와, 하부 고정구(350)를 구비하고, 상부 고정구(340) 및 하부 고정구(350) 중의 하나 이상은 상하 이동이 가능하도록 하우징(200)에 설치된다.
예를 들어, 하부 고정구(350)는 도 5와 같이 하우징(200)에 형성된 스프링 설치홈(370)에 스프링(360)에 의해 설치되고, 스프링(360)은 팽창 스프링으로 평소에는 하부 고정구(350)를 스프링 설치홈(370)에서 돌출되도록 밀어낸다.
상부 고정구(340)도 하부 고정구(350)와 동일하게 상하 이동이 가능하도록 하우징(200)에 설치될 수 있다.
도 5를 통하여 상하부 고정구(340, 350)와 그물망 프레임(310)을 상세히 설명하면, 상하부 고정구(340, 350)와 접촉하는 그물망 프레임(320)에는 경사면(321) 및 라운드(322)가 형성되고, 상부 고정구(340)에도 경사면(341) 및 라운드(342)가 형성되며, 하부 고정구(350)에도 경사면(351) 및 라운드(352)가 형성된다.
상기 그물망 프레임(320)의 경사면(321)은 상기 상부 고정구(340)의 경사면(341)과 하부 고정구(350)의 경사면(351)과 접촉시에 그물망(310)의 회전을 방지하도록 경사가 형성된다.
상기 그물망 프레임(320)의 라운드(322)는 상기 상부 고정구(340)의 라운드(342)와 하부 고정구(350)의 라운드(352)와 접촉시에 그물망(310)의 회전이 원활하게 될 정도의 반경을 가지는 원호 형상으로 형성된다.
다음에는 도 6을 통하여 본 발명의 그물부(300)가 작동하는 과정을 설명한다. 도 6은 그물부(300)에서 그물망(310)은 그물망 회전축(330) 상부가 큰 이물질을 필터링하도록 메쉬가 형성되고(그물 구멍이 큼), 그물망 회전축(330) 하부에는 작은 이물질을 필터링하도록 메쉬가 형성되며(그물 구멍이 작음), 상부 고정구(340) 및 하부 고정구(350) 모두가 상하이동이 가능하도록 설치된 경우이다.
도 6(a)는 그물부(300)에 주행풍이 작용하여도 그물부(300)가 상하부 고정구(340, 350)들에 의해 그물망 회전축(330)을 중심으로 회전이 방지된 상태이다. 이와 같은 그물망(310)의 비회전 상태에서 주행풍에 의해 다양한 크기의 이물질들이 그물망(310)에 필터링되어 그물망(310)의 전면부, 즉 주행풍이 유입되는 전면에 부착되어 축적되게 된다.
도 6(a)와 같이 그물망(310) 하부가 상부보다 그물 구멍이 작게 형성된 경우에는 그물망(310) 하부에 이물질들이 더 많이, 더 빨리 부착/축적되어 그물망(310) 하부의 그물 구멍이 막히게 된다.
이와 같이 그물망(310) 하부의 그물 구멍이 막히게 되면, 그물망(310) 하부에 주행풍에 의한 압력이 상부보다 커져서 도 6(b)와 같이 그물망(310)이 반시계 방향으로 회전하려는 회전력이 커지게 된다.
그물망(310) 하부의 회전력이 커지면 하부 고정구(350)를 돌출하게 지지하는 스프링(360)의 탄성력을 극복하면서, 상기 그물망 프레임(320)의 경사면(321)이 하부 고정구(350)의 경사면(351)을 미끄러지면서 가압하여 하부 고정구(350)가 아래로 하강하게 되고, 그물망(310)이 그물망 회전축(330)을 중심으로 반시계 방향으로 회전하게 된다.
그물망(310)에 작용하는 회전력에 의해 그물망(310)이 회전하여 도 6(c)와 같이 그물망(310)이 반전되면서, 하측 그물망 프레임(320)의 라운드(322)가 상부 고정구(340)의 라운드(342) 및 경사면(341)과 미끄럼 접촉하고, 상측 그물망 프레임(320)의 라운드(322)가 하부 고정구(350)의 라운드(352) 및 경사면(351)과 미끄럼 접촉하여, 도 6(c)와 같이 상태로 배치된다.
도 6(c)와 같이 그물망(310)이 배치되면 그물망(310)이 역전되어 상부의 그물 구멍의 크기가 작게되고 하부의 그물 구멍의 크기가 크게되며, 이물질이 부착된 그물망(310)의 전면이 후면이 되게 된다.
이와 같이 이물질이 부착된 그물망(310)의 전면이 후면이 되면, 주행풍에 의해 그물망(310)의 후면에 부착된 이물질들이 탈락이 되어 그물망(310)의 필터 기능이 다시 회복될 수 있다.
그물망(310)의 후면에 부착된 이물질들이 제거된 이후에는 그물망(310)의 상부 전면(주행풍과 접하는 면)에 다시 이물질이 부착되게 되고, 시간이 경과하여 그물망(310)의 상부 전면이 이물질에 의해 막히면 그물망(310)의 상부에 주행풍에 의한 압력이 커져 그물망(310)이 시계방향으로 회전하게 되어, 도 6(a)와 같은 상태로 복귀하게 된다.
이러한 과정을 거치면서 본 발명의 그물망(310)은 이물질 필터 기능 및 그물망 재생 기능을 반복할 수 있어, 그물망(310)의 이물질 제거를 위하여 그물망(310)을 교환하거나 청소할 필요가 없다.
다음에는 도 7을 통하여 본 발명의 풍속 감응형 유도부에 대하여 설명한다.
본 발명의 풍속 감응형 유도부는 상부 유도판(230)의 일단이 하우징(200) 상부에 회전축(240)에 의해 회동 가능하게 설치되고, 상부 유도판(230)과 하우징(200) 상부 사이에 스프링(250)이 설치되어, 상부 유도판(230)이 스프링(250)에 의해 경사각도가 조절되도록 한다.
상기 스프링(250)은 팽창 스프링으로 주행풍이 일정 속도 이하에서는 상부 유도판(230)의 경사가 주행풍을 날개(120)의 회전 중심보다 아래측으로 유도하도록 스프링력이 설정된다.
도 7(a)는 주행풍이 일정 속도 이하인 경우로, 스프링(250)이 상부 유도판(230)을 밀어내어 주행풍이 날개(120)의 회전 중심보다 아래측으로 유도되도록 한다.
도 7(b)는 주행풍이 일정 속도 이상인 경우로, 스프링(250)이 주행풍에 의해 밀려서 상부 유도판(230)이 하우징(200) 상측으로 회전하여 상부 유도판(230)의 경사가 감소하게 된다.
이와 같이 상부 유도판(230)의 경사가 감소하면 주행풍이 날개(130)의 회전 중심보다 상측으로 유도되어, 상하부 유도판(220, 230)에 의해 유도된 대부분의 주행풍이 날개(120)의 회전 중심보다 상측으로 유도됨으로써 주행풍이 분산되므로 날개(120)의 회전 속도가 저하되어 날개(120)나 발전기(160)의 과회전이나 파손을 방지할 수 있다.
본 발명에서 상부 유도판(230)의 경사는 주행풍이 커질수록 더욱 감소하여 주행풍이 날개(120)의 회전 중심보다 상측으로 유도되어 주행풍이 분산되는 효과가 커지므로 날개(120)의 회전 속도 감소 효과가 커지게 된다.
본 발명의 풍력발전기 모듈(1000)은 차량의 발전 요구량에 따라 여러 개의 모듈들을 상하좌우로 적층하여 발전량을 용이하게 조절할 수 있다.
도 8은 풍력발전기 모듈(1000)들이 2×2 형태로 적층된 것을 예시하고 있으며, 하나의 열에 3개 모듈이 연결된 것을 도시한다. 하나의 열에 복수개의 모듈들이 연결되는 경우에 도 4, 5와 같이 선단의 모듈에만 그물부(300)가 설치되는 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행풍 활용 다중 풍력발전장치(5000)의 제어부 블록도이다.
주행풍 활용 다중 풍력발전장치(5000)의 제어부는 주행풍으로 발전을 하는 하나 이상의 풍력발전기 모듈(1000)과, 발전된 전기를 저장하는 배터리(2000)와, 배터리(2000)에서 전기를 공급받는 부하장치들(3000)과, 풍력발전기 모듈(1000)과 배터리(2000)와 부하장치들(3000)의 상태 정보를 제공받아 각 장치들의 상태를 제어하는 제어명령을 제공하는 제어기(4000)를 포함한다.
상기 제어기(4000)는 풍력발전기 모듈(1000)의 발전량, 날개 회전속도, 발전기의 회전속도, 전압, 전류, 온도 등과 같은 상태 정보를 제공받고, 배터리(2000)로부터 충전량, 충전속도, 배터리 온도 등과 같은 상태 정보를 제공받으며, 부하장치들(3000)들로부터 전력요구량, 전압, 전류, 온도 등과 같은 상태 정보를 제공받는다.
상기 제어기(4000)는 날개(120)의 회전속도가 특정한 임계치를 초과하면 해당하는 풍력 발전기(100)의 커플링(140)을 해제시켜 날개(120)의 회전력이 발전기(160)로 전달되는 것을 차단한다.
또한, 상기 제어기(4000)는 풍력 발전기(100)의 발전기(160) 온도가 특정한 임계치를 초과하면 해당하는 풍력 발전기(100)의 커플링(140)을 해제시켜 발전기(160) 회전을 중단시키고, 이상신호를 발생하여 운전자가 발전기(160)의 이상을 인지하도록 한다.
또한, 상기 제어기(4000)는 배터리(2000)의 충전량이 목표치에 도달하면 풍력 발전기(100)의 커플링(140)을 해제시켜 날개(120)의 회전력이 발전기(160)로 전달되는 것을 차단한다.
또한 상기 제어기(4000)는 배터리(2000)의 온도가 임계치를 초과하면 풍력 발전기(100)의 커플링(140)을 해제시켜 날개(120)의 회전력이 발전기(160)로 전달되는 것을 차단하고, 이상신호를 발생하여 운전자가 배터리의 이상을 인지하도록 한다.
또한 상기 제어기(4000)는 부하장치(3000)들의 전력요구량에 따라 배터리(2000)가 공급하는 전력 공급량을 조절하며, 발전기의 발전량이 부하장치들(3000)들의 전력요구량을 초과하는 전력은 배터리(2000)에 충전시킨다.
이와 같이 제어기(4000)는 풍력발전기 모듈(1000), 배터리(2000), 부하장치들(3000)들의 상태 정보에 근거하여 풍력발전기 모듈(1000)의 각 구성, 특히 날개(120)나 발전기(160)의 손상이나 파손을 방지하고, 또한 배터리(2000)의 손상도 방지한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량할 수 있음이 명백하다.
100: 풍력 발전기
110: 회전축 120: 날개
130: 베어링 140: 커플링
150: 증속기 160: 발전기
200: 하우징
210: 측면 유도판 220: 하부 유도판
230: 상부 유도판 240: 유도판 회전축
250: 유도판 스프링
300: 그물부
310: 그물망 320: 그물망 프레임
321: 라운드
330: 그물망 회전축 340: 상부 고정구
350: 하부 고정구 351: 라운드
360: 고정구 스프링 370: 스프링 설치홈
1000: 풍력발전기 모듈
1100: 제1모듈 1200: 제2모듈
1300: 제2모듈
2000: 배터리
3000: 부하장치 4000: 제어기
5000: 다중 주행풍 풍력발전장치

Claims (7)

  1. 풍력발전기 모듈(1000)이,
    하우징(200) 내부에 설치되는 하나의 수평식 풍력발전기(100)를 포함하고,
    상기 수평식 풍력발전기(100)는 회전축(110)과, 회전축(110)에 설치되는 날개(120)와, 회전축(110)을 지지하는 베어링(130)과, 날개(120)의 회전축과 발전기(160)의 회전축을 연결하는 커플링(140)과, 날개(120)의 회전 속도를 증속시키는 증속기(150)와, 증속기(150)의 회전에 의해 발전하는 발전기(160)를 포함하며,
    날개(120)의 좌우측에 상기 베어링(130), 커플링(140), 증속기(150)와 발전기(160)가 각기 설치되어 날개(120) 회전에 의해 날개 양측의 발전기(160)들이 동시에 발전을 하고,
    풍력발전기 모듈(1000)은 하우징(200)의 주행풍 유입측에 착탈 가능하게 설치되는 그물부(300)를 포함하고,
    상기 그물부(300)는,
    그물망 프레임(320)에 고정되고 그물망 회전축(330)을 중심으로 회동하는 그물망(310)과, 하우징(200) 상부에 설치되는 상부 고정구(340)와, 하우징(200) 하부에 설치되는 하부 고정구(350)를 포함하며,
    상기 그물망(310)의 메쉬 크기는 회전축(330) 상부와 하부가 상이하도록 설정되는 것이 특징인,
    주행풍 활용 다중 풍력발전장치(5000).
  2. 청구항 1에 있어서, 주행풍 활용 다중 풍력발전장치(5000)는 상기 풍력발전기 모듈(1000)들이 복수 개 결합되어 형성되며, 차량에서 주행풍을 활용하여 발전하도록 설치되는 것이 특징인,
    주행풍 활용 다중 풍력발전장치(5000).
  3. 청구항 2에 있어서, 풍력발전기 모듈(1000)은
    사각 박스 형상을 구비한 하우징(200) 내부에 하나의 수평식 풍력발전기(100)를 구비하며,
    수평식 풍력발전기(100)의 주행풍 유입측에 주행풍을 날개(130)로 유도하는 유도판들(210, 220, 230)이 설치되고,
    측면 유도판(210)은 하우징(200) 양측벽에 설치되어 주행풍을 좌우 양측에서 날개(120)로 유도하며,
    하부 유도판(220)은 하우징(200) 하부에 설치되고 경사면(221)과 평탄면(222)으로 구성되되,
    상기 평탄면(222)의 높이는 날개(120)의 회전 중심보다 낮게 배치되고, 상기 경사면(221)의 경사는 주행풍을 평탄면(222)으로 원활하게 유도되도록 설정되며,
    상부 유도판(230)은 하우징(200) 상부에 설치되고, 상부 유도판(230)의 경사는 주행풍을 날개(120)의 회전 중심보다 아래측으로 유도하도록 설정되는 것이 특징인,
    주행풍 활용 다중 풍력발전장치(5000).
  4. 청구항 3에 있어서, 상부 유도판(230)의 일단이 하우징(200) 상부에 회전축(240)에 의해 회동 가능하게 설치되고, 상부 유도판(230)과 하우징(200) 상부 사이에 스프링(250)이 설치되어, 상부 유도판(230)이 스프링(250)에 의해 경사각도가 조절되는 것이 특징인,
    주행풍 활용 다중 풍력발전장치(5000).
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 그물부(300)는 상부 고정구(340) 및 하부 고정구(350)가 상하 이동이 가능하도록 하우징(200)에 설치되고,
    상하부 고정구(340, 350)는 하우징(200)에 형성된 스프링 설치홈(370)에 스프링(360)에 의해 설치되고, 스프링(360)은 팽창 스프링으로 상하부 고정구(340, 350)를 스프링 설치홈(370)에서 돌출되는 방향으로 가압하며,
    상하부 고정구(340, 350)와 접촉하는 그물망 프레임(320)에 경사면(321) 및 라운드(322)가 형성되고,
    상부 고정구(340)에도 경사면(341) 및 라운드(342)가 형성되며,
    하부 고정구(350)에도 경사면(351) 및 라운드(352)가 형성되는 것이 특징인,
    주행풍 활용 다중 풍력발전장치(5000).
  7. 청구항 6에 있어서,
    주행풍 활용 다중 풍력발전장치(5000)의 제어부가 주행풍으로 발전을 하는 하나 이상의 풍력발전기 모듈(1000)과, 발전된 전기를 저장하는 배터리(2000)와, 배터리(2000)에서 전기를 공급받는 부하장치들(3000)과, 풍력발전기 모듈(1000)과 배터리(2000)와 부하장치들(3000)의 상태 정보를 제공받아 각 장치들의 상태를 제어하는 제어명령을 제공하는 제어기(4000)를 포함하고,
    상기 제어기(4000)는 상기 상태 정보에 근거하여 풍력 발전기(100)의 커플링(140)의 연결을 제어하는 것이 특징인,
    주행풍 활용 다중 풍력발전장치(5000).
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