KR102499754B1 - 풍력 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력 발전장치에 관한 것으로, 전후로 관통된 공기통로를 기준으로 상하좌우에 직교하는 변이 형성되고, 수직회전중심을 기준으로 회전 가능한 사각 틀 형상의 메인 프레임과, 공기통로의 좌우를 따라 하나 이상이 배치되어 상하로 길이를 갖고, 공기통로를 다수의 열로 좌우 분할하는 한 쌍의 수직 프레임과, 공기통로의 상하를 따라 하나 이상이 배치되어 좌우로 길이를 갖고, 수직 프레임과 교차되어 상기 공기통로를 다수의 열로 상하 분할하는 한 쌍의 수평 프레임 및, 공기통로에 개별적으로 설치되고, 공기통로를 통과하는 바람의 힘을 전기에너지로 변환시키는 발전기를 포함한다.

Description

풍력 발전장치{Wind power generation apparatus}
본 발명은 풍력 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전 효율을 향상시킬 수 있는 풍력 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전장치는 바람의 풍압을 이용하여 날개를 회전시킴으로써, 회전에너지를 전기에너지로 전환시키는 장치이며, 구조가 단순하고 설치가 간단하여 최근 사용이 증가하고 있는 추세이다.
이러한 풍력 발전장치는 지면에 고정적으로 설치되는 지주와, 지주의 상단에 설치되는 하우징과, 하우징에 회전 가능하게 설치되고, 바람의 풍압에 의해 회전되는 날개와, 하우징의 내부에 설치되고, 날개의 회전에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전기 및, 발전기로부터 전달되는 전기에너지를 충전하는 축전기 등으로 구성된다.
또한, 종래의 풍력 발전장치 중에는 바람이 불어오는 방향에 날개가 위치될 수 있도록 하우징을 지주의 상단에 회전 가능하게 적용하고, 바람의 저항력에 의해 날개의 방향이 전환될 수 있도록 하우징의 외부에 날개 구조가 적용된 기술이 제안된 바 있다.
그런데, 종래의 풍력 발전장치는 풍속이 약한 경우 회전 날개가 정지되어 있는 경우가 빈번하므로 발전기의 발전량이 많지 않았고, 발전량을 증가시키기 위해 다수의 발전기를 일정 간격으로 설치하고 있으나 발전기를 설치하기 위한 공간 확보에 어려움이 있어 보다 효율적인 발전 구조가 요구된다.
본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0025212호(2013년 03월 11일)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 중공형 메인 샤프트를 구비하는 풍력 발전기가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 발전 효율을 향상시킬 수 있는 풍력 발전장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 풍력 발전장치는 전후로 관통된 공기통로를 기준으로 상하좌우에 직교하는 변이 형성되고, 수직회전중심을 기준으로 회전 가능한 사각 틀 형상의 메인 프레임과, 상기 공기통로의 좌우를 따라 하나 이상이 배치되어 상하로 길이를 갖고, 상기 공기통로를 다수의 열로 좌우 분할하는 한 쌍의 수직 프레임과, 상기 공기통로의 상하를 따라 하나 이상이 배치되어 좌우로 길이를 갖고, 상기 수직 프레임과 교차되어 상기 공기통로를 다수의 열로 상하 분할하는 한 쌍의 수평 프레임 및, 상기 공기통로에 개별적으로 설치되고, 상기 공기통로를 통과하는 바람의 힘을 전기에너지로 변환시키는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수직 프레임은 상기 공기통로의 좌우에 각각 배치되고, 상기 공기통로를 3개의 열로 좌우 분할할 수 있으며, 상기 수평 프레임은 상기 공기통로의 상하에 각각 배치되고, 상기 수직 프레임과 교차되어 상기 공기통로를 3개의 열로 상하 분할할 수 있다.
또한, 상기 메인 프레임의 전단으로부터 돌출되고, 중공이 전후로 관통되는 사각 틀 형상의 유입관과, 후단이 상기 수직 프레임의 전방에 수평회동 가능하게 각각 결합되어 상기 중공을 좌우로 분할하고, 전방의 개방위치로 나란하게 회동시 상기 중공을 좌우로 분할하는 한 쌍의 제1회전 셔터와, 상기 제1회전 셔터의 사이에 배치되고, 후단이 상기 수평 프레임의 전방에 상하회동 가능하게 각각 결합되어 상기 중공을 상하로 분할하는 한 쌍의 제2회전 셔터와, 상기 중공의 좌측면과 상기 제1회전 셔터의 사이에 수평하게 배치되고, 후단이 상기 수평 프레임의 전단에 각각 결합되어 상기 중공을 상하로 분할하는 한 쌍의 제1고정 셔터와, 상기 중공의 우측면과 상기 제1회전 셔터의 사이에 수평하게 배치되고, 후단이 상기 수평 프레임의 전단에 각각 결합되어 상기 중공을 상하로 분할하는 제2고정 셔터 및, 상기 제1회전 셔터와 상기 제2회전 셔터의 회전중심에 회전력을 전달하여 개방위치 또는 폐쇄위치로 회동시키는 구동부를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1회전 셔터와 상기 제2회전 셔터는 상기 폐쇄위치로 회동시 반대되는 방향으로 경사지게 회동되고, 일면이 상기 유입관의 전단에 걸림 위치될 수 있다.
또한, 상기 구동부는 상기 제1회전 셔터의 후단에 수직하게 각각 결합되어 수직회전중심을 형성하고, 축방향 양단이 상기 유입관의 상단과 하단에 각각 수평회동 가능하게 연결되는 한 쌍의 제1회전축과, 상기 제2회전 셔터의 후단에 수평하게 각각 결합되어 수평회전중심을 형성하고, 축방향 양단이 상기 제1고정 셔터와 상기 제2고정 셔터의 내부를 통해 상기 유입관의 양측에 상하회동 가능하게 연결되는 한 쌍의 제2회전축과, 상기 유입관의 상단 또는 하단에 결합되고, 구동축이 상기 제1회전축의 축방향 일단과 기계적으로 연결되는 제1모터 및, 상기 유입관의 양단에 결합되고, 구동축이 상기 제2회전축의 축방향 일단과 기계적으로 연결되는 제2모터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1모터 및 상기 제2모터와 전기적으로 연결되어 구동을 제어하고, 기준풍속범위가 기설정되는 제어부 및, 풍속을 실시간으로 측정하고, 풍속 측정값을 상기 제어부로 전달하는 풍속 감지부를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 풍속 감지부로부터 전달되는 풍속 측정값이 상기 기준풍속범위보다 낮은 경우 상기 제1회전 셔터와 상기 제2회전 셔터 중 하나 이상을 폐쇄위치로 회동시킬 수 있다.
본 발명은 바람의 진행 방향과 대응하는 방향으로 각도가 가변됨과 아울러 풍속이 느린 경우 바람을 설정된 공기통로로 집중시킬 수 있어 지속적인 발전 동작이 가능하고, 풍속에 따라 공기통로가 개방되는 개수를 조절할 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 측단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 평단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 제2회전 셔터가 개방위치로 회동된 상태를 보여주기 위한 정면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 제1회전 셔터가 개방위치로 회동된 상태를 보여주기 위한 정면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 풍력 발전장치에 풍속 감지부가 적용된 상태를 보여주기 위한 측단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 풍력 발전장치에 완충부재가 적용된 상태를 보여주기 위한 평단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 연결시켜 하나의 장치로 구성한 상태를 보여주기 위한 정면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 정면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 측단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 평단면도이다.
또한, 도 7은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 제2회전 셔터가 개방위치로 회동된 상태를 보여주기 위한 정면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 제1회전 셔터가 개방위치로 회동된 상태를 보여주기 위한 정면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 풍력 발전장치에 풍속 감지부가 적용된 상태를 보여주기 위한 측단면도이고, 도 10은 본 발명에 따른 풍력 발전장치에 완충부재가 적용된 상태를 보여주기 위한 평단면도이고, 도 11은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 연결시켜 하나의 장치로 구성한 상태를 보여주기 위한 정면도이다.
도 1 내지 11을 참조하면, 본 발명에 따른 풍력 발전장치는 바람(A)의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키기 위한 것으로, 메인 프레임(100)과, 하나 이상의 수직 프레임(200)과, 하나 이상의 수평 프레임(300) 및, 발전기(400)를 포함한다.
메인 프레임(100)은 설치면(지면, 해상 등)에 고정된 지주(10)의 상단에 수평회전 가능하게 결합되는 것으로, 메인 프레임(100)은 전후로 관통된 공기통로(110)를 기준으로 상하좌우에 직교하는 4개의 변이 형성되고, 수직회전중심(C1)을 기준으로 회전 가능한 사각 틀 형상을 갖는다.
또한, 메인 프레임(100)의 좌우측 변(2개)은 상하 방향으로 나란하게 길이를 갖고, 상하측 변(2개)은 좌우 방향으로 나란하게 길이를 가지며, 상하좌우에 직교하는 4개의 변은 동일 길이를 가질 수 있다. 여기서 메인 프레임(100)은 금속 등의 소재를 이용해 제작할 수 있으나, 메인 프레임(100)의 소재는 필요에 따라 다양하게 적용이 가능하다.
지주(10)는 하단이 설치면에 수직하게 결합될 수 있고, 상단에 수직회전중심을 형성하는 회전축이 구비될 수 있으며, 메인 프레임(100)의 하단은 지주(10)의 상단에 형성된 회전축에 수평회전 가능하게 결합될 수 있다. 이때 메인 프레임(100)의 하부에 형성된 변의 좌우측 중심 위치에 지주(10)의 상단이 수평회전 가능하게 연결될 수 있다.
여기서, 지주(10)는 상부로 갈수록 직경이 점진적으로 감소하는 형태를 가질 수 있고, 지주(10)의 하단은 체결부재(미도시)에 의해 설치면에 고정적으로 결합될 수 있으며, 메인 프레임(100)과 회전축의 사이에 베어링(미도시)이 회전 가능하게 결합될 수 있다.
그리고, 메인 프레임(100)의 가장자리를 따라 형성되는 좌우측 변(2개)의 전단과 상하측 변(2개)의 전단에는 전방으로 갈수록 폭방향의 두께가 점진적으로 감소하는 제1경사면(130)이 각각 형성될 수 있다. 제1경사면(130)은 좌우측 변의 폭방향 양측과 상하측 변의 폭방향 양측에 대응되게 형성될 수 있고, 제1경사면(130)들이 만나는 메인 프레임(100)의 전단에는 후술될 유입관(510)의 후단이 결합될 수 있다.
즉, 메인 프레임(100)은 전단이 좁은 폭으로 형성되고, 제1경사면(130)이 전방에서 불어오는 바람(A)을 사선 방향으로 회피 이동시키므로, 바람(A)에 의한 저항력을 감소시킬 수 있고, 바람(A)에 의한 진동을 최소화할 수 있어 구조적인 안정성을 확보할 수 있다.
수직 프레임(200)은 후술될 수평 프레임(300)과 교차로 결합되어 공기통로(110)를 격자 형상으로 분할하기 위한 것으로, 수직 프레임(200)은 상하 방향으로 길이를 갖고, 공기통로(110)의 좌우 방향을 따라 하나 이상으로 배치되어 공기통로(110)를 다수의 열로 좌우 분할한다.
또한, 수직 프레임(200)의 전단에는 전방으로 갈수록 폭방향의 두께가 점진적으로 감소하는 제2경사면(210)이 각각 형성될 수 있다. 제2경사면(210)은 수직 프레임(200)의 폭방향 양측에 대응되게 형성될 수 있고, 제2경사면(210)들이 만나는 수직 프레임(200)의 전단에는 후술될 제1회전 셔터(520)의 후단이 수평회동 가능하게 위치될 수 있다.
즉, 수직 프레임(200)은 전단이 좁은 폭으로 형성되고, 제2경사면(210)이 전방에서 불어오는 바람(A)을 사선 방향으로 회피 이동시키므로, 바람(A)에 의한 저항력을 감소시킬 수 있고, 바람(A)에 의한 진동을 최소화할 수 있어 구조적인 안정성을 확보할 수 있다.
수평 프레임(300)은 수직 프레임(200)과 교차로 결합되어 공기통로(110)를 격자 형상으로 분할하기 위한 것으로, 수평 프레임(300)은 좌우 방향으로 길이를 갖고, 공기통로(110)의 상하 방향을 따라 하나 이상이 배치되어 공기통로(110)를 다수의 열로 상하 분할한다.
또한, 수평 프레임(300)의 전단에는 전방으로 갈수록 폭방향의 두께가 점진적으로 감소하는 제3경사면(310)이 각각 형성될 수 있다. 제3경사면(310)은 수평 프레임(300)의 폭방향 양측에 대응되게 형성될 수 있고, 제3경사면(310)들이 만나는 수평 프레임(300)의 전단에는 후술될 제2회전 셔터(530)의 후단이 상하회동 가능하게 위치될 수 있다.
즉, 수평 프레임(300)은 전단이 좁은 폭으로 형성되고, 제3경사면(310)이 전방에서 불어오는 바람(A)을 사선 방향으로 회피 이동시키므로, 바람(A)에 의한 저항력을 감소시킬 수 있고, 바람(A)에 의한 진동을 최소화할 수 있어 구조적인 안정성을 확보할 수 있다.
공기통로(110)는 공기(A)를 전방을 통해 후방으로 통과시키기 위한 것으로, 공기통로(110)는 후술될 수직 프레임(200)과 수평 프레임(300)에 의해 다수가 상하 및 좌우 방향을 따라 병렬로 분할되고, 공기통로(110)의 내부에는 공기(A)가 통과될 때 작용하는 힘을 전기에너지로 변환시키기 위한 발전기(400)가 각각 설치된다.
여기서, 공기통로(110)의 좌우측 상단과 하단에는 전후 방향으로 길이를 갖는 4개의 모서리부가 각각 형성되는데, 4개의 모서리부에는 공기통로(110)의 전방으로 유입되는 공기(A)를 공기통로(110)의 중심 방향으로 경사지게 안내하기 위한 4개의 가이드판(120)이 각각 설치될 수 있다.
4개의 가이드판(120)은 가장자리를 따라 3개의 변이 형성된 삼각형 패널 형상을 가질 수 있고, 인접하는 2개의 변을 공기통로(110)의 내주면에 형성된 2개의 변에 각각 결합시킬 수 있으며, 가이드판(120)의 전면은 후방으로 경사지게 설치될 수 있다. 즉 공기통로(110)의 전방으로 유입되는 공기(A)가 발전기(400)에 집중시킬 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전장치의 수직 프레임(200)은 도 1과 2에서처럼 공기통로(110)의 중심을 기준으로 좌우에 각각 배치되어 공기통로(110)를 3개의 열로 좌우 분할할 수 있고, 수평 프레임(300)은 수직 프레임(200)들에 의해 3개의 열로 분할된 공기통로(110) 중 중앙측 1개의 열을 3개의 열로 상하 분할할 수 있다. 이때 공기통로(110)는 좌우 방향으로 3열이 배열되고, 상하 방향으로 배열된 3열이 배열된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전장치는 메인 프레임(100)의 전단으로부터 돌출되고, 중공(511)이 전후로 관통되는 사각 틀 형상의 유입관(510)과, 후단이 수직 프레임(200)의 전방에 수평회동 가능하게 각각 결합되어 중공(511)을 좌우로 분할하고, 전방의 개방위치로 나란하게 회동시 중공(511)을 좌우로 분할하는 한 쌍의 제1회전 셔터(520)와, 제1회전 셔터(520)의 사이에 배치되고, 후단이 수평 프레임(300)의 전방에 상하회동 가능하게 각각 결합되어 중공(511)을 상하로 분할하는 한 쌍의 제2회전 셔터(530)와, 중공(511)의 좌측면과 제1회전 셔터(520)의 사이에 수평하게 배치되고, 후단이 수평 프레임(300)의 전단에 각각 결합되어 중공(511)을 상하로 분할하는 한 쌍의 제1고정 셔터(540)와, 중공의 우측면과 제1회전 셔터의 사이에 수평하게 배치되고, 후단이 수평 프레임의 전단에 각각 결합되어 중공을 상하로 분할하는 제2고정 셔터(550) 및, 제1회전 셔터와 제2회전 셔터의 회전중심에 회전력을 전달하여 개방위치 또는 폐쇄위치로 회동시키는 구동부(560)를 더 포함할 수 있다.
유입관(510)의 좌우측 변(2개)은 상하 방향으로 나란하게 길이를 갖고, 상하측 변(2개)은 좌우 방향으로 나란하게 길이를 가지며, 상하좌우에 직교하는 4개의 변은 동일 길이를 가질 수 있다. 여기서 유입관(510)은 금속 등의 소재를 이용해 제작할 수 있으나, 유입관(510)의 소재는 필요에 따라 다양하게 적용이 가능하고, 유입관(510)의 상하좌우측 변은 메인 프레임(100)의 상하좌우측 변의 폭방향보다 작은 두께로 연결될 수 있다.
예를 들어, 메인 프레임(100)의 전단에 제1경사면(130)이 적용되는 경우, 제1경사면(130)들은 전방으로 경사지게 연장되어 유입관(510)의 후단에 각각 연결될 수 있고, 제1경사면(130)들의 전면이 전방을 통해 경사지게 노출될 수 있다.
이 경우, 유입관(510)의 외부를 통해 후방으로 이동되는 바람(A)은 유입관(510)의 외곽으로 노출된 제1경사면(130)에 의해 사선으로 회피되면서 후방으로 이동되고, 유입관(510)의 중공(511)을 통해 후방으로 이동되는 바람(A)은 중공(511)의 전방으로 노출된 제1경사면(130)에 의해 사선으로 회피되면서 공기통로(110) 방향으로 이동될 수 있다.
한 쌍의 제1회전 셔터(520)는 수직 프레임(200)들에 의해 좌우 방향으로 분할된 3열의 공기통로(110) 중 좌우측 2열의 공기통로(110)를 선택적으로 개폐시키기 위한 것으로, 후단이 중공(511)의 내부에서 수직 프레임(200)들의 전방에 개방위치와 폐쇄위치로 수평회동 가능하게 결합되고, 중공(511)을 좌우 방향을 따라 3열로 분할한다.
예를 들어, 한 쌍의 제1회전 셔터(520)는 후술될 구동부에 의해 개방위치로 회동되는 경우 도 1 내지 6에서처럼 수직 프레임(200)의 전방에 나란하게 위치된다. 이때 좌우 방향으로 분할된 3열의 공기통로(110)들이 전후 방향으로 모두 개방되고, 공기통로(110)의 내부에 설치된 발전기(400)들이 동시에 발전 동작을 하게 되므로 전기에너지 발전량을 증가시킬 수 있다.
반면, 제1회전 셔터(520)들은 후술될 구동부에 의해 폐쇄위치로 회동되는 경우 상호 반대되는 방향(좌측 및 우측)으로 경사(45도 등)지게 회동되고, 전단이 유입관(510)의 전단에 걸림 위치되어 회동이 제한된다. 이때 좌우 방향으로 분할된 3열의 공기통로(110) 중 좌측에 위치된 3개의 공기통고(110)들과 우측에 위치된 3개의 공기통로(110)들의 전방이 제1회전 셔터(520)들에 의해 각각 폐쇄되고, 중앙측에 위치된 3개의 공기통로(110)가 개방된 상태를 유지한다.
이 경우, 제1회전 셔터(520)의 일면이 대응되는 방향으로 경사(45도 등)지게 위치되므로, 제1회전 셔터(520)의 일면을 따라 경사지게 안내된 바람(A)이 중앙측에 위치된 3개의 공기통로(110)들로 집중시킬 수 있다. 즉 풍속이 느린 경우 바람(A)을 중양측에 위치된 공기통로(110)들로 집중시킬 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
한 쌍의 제2회전 셔터(530)는 제1회전 셔터(520)들의 사이에서 공기통로(110)를 선택적으로 개폐시키기 위한 것으로, 제1회전 셔터(520)의 사이에 배치되고, 후단이 중공(511)의 내부에서 수평 프레임(300)들의 전방에 개방위치와 폐쇄위치로 상하회동 가능하게 결합되며, 제1회전 셔터(520)들에 의해 좌우 방향으로 분할된 3열의 중공(511) 중 중앙측 중공(511)을 상하 방향을 따라 3열로 분할한다.
이와 같은 제2회전 셔터(530)들은 후술될 구동부의 회전력에 의해 회동되어 상하 방향으로 분할된 3열의 공기통로(110) 중 상하측 2개의 공기통로(110)를 선택적으로 개폐시킨다. 이때 제2회전 셔터(540)들의 사이에 위치된 1개의 공기통로(110)는 상시 개방된 상태를 유지한다.
예를 들어, 한 쌍의 제2회전 셔터(530)는 후술될 구동부에 의해 개방위치로 회동되는 경우 도 1 내지 6에서처럼 수평 프레임(300)의 전방에 나란하게 위치된다. 이때 상하 방향으로 분할된 3개의 공기통로(110)들이 전후 방향으로 모두 개방되고, 공기통로(110)의 내부에 설치된 발전기(400)들이 동시에 발전 동작을 하게 되므로 전기에너지 발전량을 증가시킬 수 있다.
반면, 제2회전 셔터(530)들은 후술될 구동부에 의해 폐쇄위치로 회동되는 경우 상호 반대되는 방향으로 경사(45도 등)지게 회동되고, 전단이 유입관(510)의 전단에 걸림 위치되어 회동이 제한된다. 이때 상하 방향으로 분할된 3개의 공기통로(110) 중 상측과 하측에 위치된 2개의 공기통로(110)들의 전방이 제2회전 셔터(530)에 의해 폐쇄되고, 중앙측에 위치된 1개의 공기통로(110)가 개방된 상태를 유지한다.
이 경우, 제2회전 셔터(530)들의 일면이 대응되는 방향으로 경사(45도 등)지게 위치되므로, 제2회전 셔터(530)의 일면을 따라 경사지게 안내된 바람(A)이 중앙측에 위치된 하나의 공기통로(110)로 집중시킬 수 있다. 즉 풍속이 느린 경우 바람(A)을 중양측에 위치된 공기통로(110)들로 집중시킬 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
한 쌍의 제1고정 셔터(540)는 제1회전 셔터(520)들에 의해 좌우 방향으로 분할된 3열의 중공(511) 중 좌측의 중공(511)을 상하 방향을 따라 3열로 분할하기 위한 것으로, 제1고정 셔터(540)들은 중공(511)의 좌측면과 제1회전 셔터(520)의 사이에 수평하게 배치되고, 후단이 수평 프레임(300)의 전단에 각각 결합되어 중공(511)을 상하로 분할한다.
한 쌍의 제2고정 셔터(550)는 제1회전 셔터(520)들에 의해 좌우 방향으로 분할된 3열의 중공(511) 중 우측의 중공(511)을 상하 방향을 따라 3열로 분할하기 위한 것으로, 제2고정 셔터(550)들은 중공(511)의 우측면과 제1회전 셔터(520)의 사이에 수평하게 배치되고, 후단이 수평 프레임(300)의 전단에 각각 결합되어 중공(511)을 상하로 분할한다.
또한, 전술한 제1회전 셔터(520)들의 전단에는 제1고정 셔터(540)들 및 제2고정 셔터(550)들이 수평하게 통과될 수 있도록 절개부(521)가 후방으로 오목하게 형성될 수 있다. 절개부(521)는 제1고정 셔터(540)들 및 제2고정 셔터(550)들과 동일 높이에서 제1회전 셔터(520)들의 좌우 방향으로 관통되고, 한 쌍의 제1고정 셔터(540)들 및 한 쌍의 제2고정 셔터(550)들이 수평하게 통과될 수 있도록 상하 방향에 각각 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전장치는 도 10에서처럼 유입관(510)의 전단에 결합되고, 폐쇄위치로 회동된 제1회전 셔터(520)들과 제2회전 셔터(530)들의 일면을 탄성 지지하기 위한 완충부재(512)를 더 포함할 수 있다. 완충부재(512)는 완충부재(512)는 유입관(510)의 전단과 대응되는 형상으로 결합되고, 형태 변형 가능한 탄성 소재(고무 등)로 구비된다.
여기서, 완충부재(512)의 전단은 폐쇄위치로 회동된 제1회전 셔터(520)들과 제2회전 셔터(530)들의 일면과 대응되는 각도로 밀착되도록 제4경사면이 형성될 수 있다. 즉 제1회전 셔터(520)들과 제2회전 셔터(530)들이 유입관(510)의 전단에 걸림 위치될 때 발생하는 충격을 완충하므로, 제1회전 셔터(520)들과 제2회전 셔터(530)들의 파손을 방지함과 아울러 제1회전 셔터(520)들과 제2회전 셔터(530)들의 작동 소음을 감소시킬 수 있다.
구동부(560)는 제1회전 셔터(520)와 제2회전 셔터(530)를 개방위치 또는 폐쇄위치로 회동시키기 위한 것으로, 제1회전 셔터(520)들의 후단에 수직하게 각각 결합되어 수직회전중심(C1)을 형성하고, 축방향 양단이 유입관(510)의 상단과 하단에 각각 수평회동 가능하게 연결되는 한 쌍의 제1회전축(561)과, 제2회전 셔터(530)들의 후단에 수평하게 각각 결합되어 수평회전중심(C2)을 형성하고, 축방향 양단이 제1고정 셔터(540)들과 제2고정 셔터(550)들의 내부를 통해 유입관(510)의 양측에 상하회동 가능하게 연결되는 한 쌍의 제2회전축(562)과, 유입관(510)의 상단 또는 하단에 결합되고, 구동축이 제1회전축(561)의 축방향 일단과 기계적으로 연결되는 제1모터(563) 및, 유입관(510)의 양단에 결합되고, 구동축이 제2회전축(562)의 축방향 일단과 기계적으로 연결되는 제2모터(563)를 더 포함할 수 있다.
한 쌍의 제1회전축(561)은 축방향 양단이 제1회전 셔터(520)들의 상측와 하측으로 각각 돌출되어 유입관(510)의 상단과 하단에 각각 수평회동 가능하게 연결될 수 있고, 제1회전축(561)들의 축방향 일단은 유입관(510)의 상단 또는 하단으로 관통되어 제1모터(563)의 구동축과 기계적으로 연결될 수 있다.
한 쌍의 제2회전축(562)은 축방향 양단이 제2회전 셔터(530)들의 좌측과 우측으로부터 각각 돌출되어 제1고정 셔터(540)와 제2고정 셔터(550)의 내부를 통해 유입관(510)의 좌측단 및 우측단에 각각 상하회동 가능하게 연결될 수 있고, 제1회전축(562)들의 축방향 일단은 유입관(510)의 좌측단 또는 우측단으로 관통되어 제2모터(564)의 구동축과 기계적으로 연결될 수 있다.
제1모터(563)는 외부의 전원 공급부(미도시)로부터 전달되는 전력에 의해 구동될 수 있고, 후술될 제어부(600)에 의해 구동이 제어될 수 있다. 즉 제1모터(563)의 회전력 전달에 의해 제1회전 셔터(520)들이 개방위치 또는 폐쇄위치로 회동될 수 있고, 관리자의 제어부(600) 조작을 통해 제1모터(563)의 구동이 제어될 수 있으나, 후술될 풍속 감지부(700)의 풍속 측정값에 따르도록 제어부(600)에 의해 자동으로 제어될 수도 있다.
제2모터(564)는 외부의 전원 공급부(미도시)로부터 전달되는 전력에 의해 구동될 수 있고, 후술될 제어부(600)에 의해 구동이 제어될 수 있다. 즉 제2모터(564)의 회전력 전달에 의해 제2회전 셔터(530)들이 개방위치 또는 폐쇄위치로 회동될 수 있고, 관리자의 제어부(600) 조작을 통해 제2모터(564)의 구동이 제어될 수 있으나, 후술될 풍속 감지부(700)의 풍속 측정값에 따르도록 제어부(600)에 의해 자동으로 제어될 수도 있다.
발전기(400)는 공기통로(110)를 통과하는 바람의 힘을 전기에너지로 변환시키기 위한 것으로, 공기통로(A)에 개별적으로 설치되고, 발전기(400)의 전방에 회전 가능하게 결합되고, 수평회전중심을 기준으로 방사상에 다수의 날개가 구비되는 회전부재(420) 및, 일단이 공기통로(110)의 내주면에 결합되고, 반대되는 타단이 발전기(400)의 외부에 결합되는 하나 이상의 지지대(440)를 더 포함할 수 있으며, 발전기(400)와 회전부재(420)를 기계적으로 연결하는 기어박스(미도시)가 구비될 수 있다.
또한, 발전기(400)는 내부에 고정적으로 설치되고 외부에 코일이 권선되는 고정자와, 고정자의 내부 또는 외부에 배치되고, 전후 방향의 수평 회전중심을 기준으로 회전 가능하며, 고정자와의 상호 작용(전자기 유도: induced current)으로 자기장을 형성시켜 전기에너지를 발생시키는 회전자와, 고정자의 코일과 전기적으로 연결되고, 코일로부터 전달되는 전력을 변환(DC/AC)시키는 전력변환부(410) 및, 전력변환부(410)와 전기적으로 연결되어 전기에너지가 충전되는 축전기(430)를 포함할 수 있다.
또한, 발전기(400)의 회전자는 축방향 일측이 전방으로 돌출되어 회전부재(420)의 수평회전중심과 동일선상으로 결합될 수 있고, 전력변환부(410) 및 축전기(430)는 후술 될 제어부(600)와 연결 케이블에 의해 전기적으로 연결될 수 있으며, 제어부(600)는 발전기(400)의 작동 여부, 발전량 등을 모니터링할 수 있다.
아울러, 도 11에서처럼 메인 프레임(100)을 좌우 또는 상하 방향을 따라 다수로 연결시킬 수 있다. 이 경우 하부에 위치된 메인 프레임(100)의 하부에 지주(10)가 연결될 수 있고, 지주(10)는 메인 프레임(100)들의 중심 위치에 배치될 수 있으며, 지주(10)가 형성하는 수직회전중심을 기준으로 다수의 풍력 발전장치들이 함께 회전될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전장치는 도 9에서처럼 제1모터(563) 및 제2모터(564)와 전기적으로 연결되어 구동을 제어하고, 기준풍속범위가 기설정되는 제어부(600) 및, 풍속을 실시간으로 측정하고, 풍속 측정값을 제어부(600)로 전달하는 풍속 감지부(700)를 더 포함할 수 있다. 이 경우 제어부(600)는 풍속 감지부(700)로부터 전달되는 풍속 측정값이 기준풍속범위보다 낮은 경우 제1회전 셔터(520)들과 제2회전 셔터(530)들 중 하나 이상을 폐쇄위치로 회동시킬 수 있다.
풍속 감지부(700)는 여기서 풍속 감지부(700)는 풍속계(anemometer), 풍속 센서(wind velocity sensor) 등을 선택적으로 사용할 수 있고, 메인 프레임(100) 등의 외부에 고정적으로 설치할 수 있으나 풍속 감지부(700)의 설치 위치는 필요에 따라 다양하게 적용이 가능하다.
예를 들어, 풍속 감지부(700)로부터 전달되는 풍속 측정값이 기준풍속범위보다 낮은 경우 제1회전 셔터(520)들 만을 폐쇄위치로 회동시킬 수 있다. 이 경우 제1회전 셔터(520)들이 반대되는 방향으로 경사지게 회동되어 좌측의 공기통로(3개, 110)와 우측의 공기통로(3개, 110)를 각각 페쇄하고, 제1회전 셔터(520)들의 일면에 의해 경사지게 안내된 바람(A)이 중앙측의 공기통로(3개, 110)들에 집중적으로 유입된다.
반면, 풍속 감지부(700)로부터 전달되는 풍속 측정값이 기준풍속범위보다 낮은 경우 제2회전 셔터(530)들 만을 폐쇄위치로 회동시킬 수 있다. 이 경우 제2회전 셔터(530)들이 반대되는 방향으로 경사지게 회동되어 상측의 공기통로(1개, 110)와 하측의 공기통로(1개, 110)를 각각 페쇄하고, 제2회전 셔터(530)들의 일면에 의해 경사지게 안내된 바람(A)이 중앙측의 공기통로(1개, 110)에 집중적으로 유입된다.
한편, 풍속 감지부(700)로부터 전달되는 풍속 측정값이 기준풍속범위보다 낮은 경우 제1회전 셔터(520)들과 제2회전 셔터(530)들을 모두 폐쇄위치로 회동시킬 수 있다. 이 경우 제1회전 셔터(520)들이 반대되는 방향으로 경사지게 회동되어 좌측의 공기통로(3개, 110)와 우측의 공기통로(3개, 110)를 각각 페쇄시킴과 동시에 반대되는 방향으로 경사지게 회동되어 상측의 공기통로(1개, 110)와 하측의 공기통로(1개, 110)를 각각 페쇄한다.
이 경우, 제1회전 셔터(520)들의 일면에 의해 경사지게 안내된 바람(A)이 중앙측의 공기통로(1개, 110)에 집중적으로 유입되고, 제2회전 셔터(530)들의 일면에 의해 경사지게 안내된 바람(A)이 중앙측의 공기통로(1개, 110)에 집중적으로 유입된다.
결과적으로, 본 발명은 바람(A)의 진행 방향과 대응하는 방향으로 각도가 가변됨과 아울러 풍속이 느린 경우 바람(A)을 설정된 공기통로(110)로 집중시킬 수 있어 지속적인 발전 동작이 가능하고, 풍속에 따라 공기통로(110)가 개방되는 개수를 조절할 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 풍력 발전장치에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 지주 100: 메인 프레임
110: 공기통로 120: 가이드판
130: 제1경사면 200: 수직 프레임
210: 제2경사면 300: 수평 프레임
310: 제3경사면 400: 발전기
410: 전력변환부 420: 회전부재
430: 축전기 440: 지지대
510: 유입관 511: 중공
512: 완충부재 520: 제1회전 셔터
521: 절개부 530: 제2회전 셔터
540: 제1고정 셔터 550: 제2고정 셔터
561: 제1회전축 562: 제2회전축
563: 제1모터 564: 제2모터
600: 제어부 610: 조작부
700: 풍속 감지부 A: 바람
C1: 수직회전중심 C2: 수평회전중심

Claims (5)

  1. 전후로 관통된 공기통로를 기준으로 상하좌우에 직교하는 변이 형성되고, 수직회전중심을 기준으로 회전 가능한 사각 틀 형상의 메인 프레임;
    상기 공기통로의 좌우를 따라 하나 이상이 배치되어 상하로 길이를 갖고, 상기 공기통로를 다수의 열로 좌우 분할하는 한 쌍의 수직 프레임;
    상기 공기통로의 상하를 따라 하나 이상이 배치되어 좌우로 길이를 갖고, 상기 수직 프레임과 교차되어 상기 공기통로를 다수의 열로 상하 분할하는 한 쌍의 수평 프레임; 및
    상기 공기통로에 개별적으로 설치되고, 상기 공기통로를 통과하는 바람의 힘을 전기에너지로 변환시키는 발전기;를 포함하되,
    상기 수직 프레임은 상기 공기통로의 좌우에 각각 배치되고, 상기 공기통로를 3개의 열로 좌우 분할하며,
    상기 수평 프레임은 상기 공기통로의 상하에 각각 배치되고, 상기 수직 프레임과 교차되어 상기 공기통로를 3개의 열로 상하 분할하며,
    상기 메인 프레임의 전단으로부터 돌출되고, 중공이 전후로 관통되는 사각 틀 형상의 유입관과,
    후단이 상기 수직 프레임의 전방에 수평회동 가능하게 각각 결합되어 상기 중공을 좌우로 분할하고, 전방의 개방위치로 나란하게 회동시 상기 중공을 좌우로 분할하는 한 쌍의 제1회전 셔터와,
    상기 제1회전 셔터의 사이에 배치되고, 후단이 상기 수평 프레임의 전방에 상하회동 가능하게 각각 결합되어 상기 중공을 상하로 분할하는 한 쌍의 제2회전 셔터와,
    상기 중공의 좌측면과 상기 제1회전 셔터의 사이에 수평하게 배치되고, 후단이 상기 수평 프레임의 전단에 각각 결합되어 상기 중공을 상하로 분할하는 한 쌍의 제1고정 셔터와,
    상기 중공의 우측면과 상기 제1회전 셔터의 사이에 수평하게 배치되고, 후단이 상기 수평 프레임의 전단에 각각 결합되어 상기 중공을 상하로 분할하는 제2고정 셔터 및,
    상기 제1회전 셔터와 상기 제2회전 셔터의 회전중심에 회전력을 전달하여 개방위치 또는 폐쇄위치로 회동시키는 구동부를 더 포함하며,
    상기 제1회전 셔터와 상기 제2회전 셔터는 상기 폐쇄위치로 회동시 반대되는 방향으로 경사지게 회동되고, 일면이 상기 유입관의 전단에 걸림 위치되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 제1회전 셔터의 후단에 수직하게 각각 결합되어 수직회전중심을 형성하고, 축방향 양단이 상기 유입관의 상단과 하단에 각각 수평회동 가능하게 연결되는 한 쌍의 제1회전축과,
    상기 제2회전 셔터의 후단에 수평하게 각각 결합되어 수평회전중심을 형성하고, 축방향 양단이 상기 제1고정 셔터와 상기 제2고정 셔터의 내부를 통해 상기 유입관의 양측에 상하회동 가능하게 연결되는 한 쌍의 제2회전축과,
    상기 유입관의 상단 또는 하단에 결합되고, 구동축이 상기 제1회전축의 축방향 일단과 기계적으로 연결되는 제1모터 및,
    상기 유입관의 양단에 결합되고, 구동축이 상기 제2회전축의 축방향 일단과 기계적으로 연결되는 제2모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1모터 및 상기 제2모터와 전기적으로 연결되어 구동을 제어하고, 기준풍속범위가 기설정되는 제어부 및,
    풍속을 실시간으로 측정하고, 풍속 측정값을 상기 제어부로 전달하는 풍속 감지부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 풍속 감지부로부터 전달되는 풍속 측정값이 상기 기준풍속범위보다 낮은 경우 상기 제1회전 셔터와 상기 제2회전 셔터 중 하나 이상을 폐쇄위치로 회동시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
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