KR102647700B1 - System for wind power generation - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 공기가 배출되는 덕트 내부에 설치되되, 배출되는 공기에 의해 회전하는 프로펠러 상기 프로펠러에 축 연결되어 회전운동에너지를 전기에너지로 전환하는 발전기 및 상기 발전기를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 프로펠러는, 2엽식 블레이드 구조를 갖는 제1 블레이드부, 제2 블레이드부 및 블레이드 회전축을 포함하고, 상기 제1 블레이드부는, 상기 블레이드 회전축에 대해서 상기 제2 블레이드부와 수직하게 배치되며, 일부가 상기 블레이드 회전축의 길이 방향을 기준으로 제2 블레이드부와 중첩되도록 결합되는 풍력 발전 시스템를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is installed inside a duct through which air is discharged, and includes a propeller that rotates by the discharged air, a generator that is axially connected to the propeller to convert rotational kinetic energy into electrical energy, and a control unit that controls the generator, The propeller includes a first blade portion, a second blade portion, and a blade rotation axis having a two-bladed blade structure, wherein the first blade portion is disposed perpendicular to the second blade portion with respect to the blade rotation axis, and a portion of the propeller is disposed perpendicular to the blade rotation axis. The purpose is to provide a wind power generation system that is coupled to overlap the second blade portion based on the longitudinal direction of the blade rotation axis.

Description

풍력 발전 시스템{System for wind power generation}Wind power generation system {System for wind power generation}

본 발명은 풍력 발전 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 공조 덕트 내부에 발전기를 설치하여 배기되는 유체로 전기에너지를 생산할 수 있는 풍력 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wind power generation system, and more specifically, to a wind power generation system that can produce electrical energy from fluid exhausted by installing a generator inside an air conditioning duct.

창문을 열기 어려운 대형 고층 건물이나 공장들은 건물 내부의 환기와 실내의 냉난방 효율의 증대를 위하여 내부 공기를 순환시킬 수 있는 공조 시스템이 도입되고 있다.In large high-rise buildings and factories where it is difficult to open windows, air conditioning systems that can circulate internal air are being introduced to increase ventilation inside the building and increase indoor cooling and heating efficiency.

공조 시스템은 덕트를 통해 오염된 실내의 공기를 실외로 배출하거나 실외의 신선한 공기를 실내로 공급함으로 써 실내를 쾌적하게 유지시킬 수 있다.An air conditioning system can keep the interior comfortable by discharging polluted indoor air to the outdoors or supplying fresh outdoor air into the interior through ducts.

공조기에는 실내의 공기를 건물 밖으로 배출하거나 외부 공기를 실내로 유입시키기 위해 배기압을 형성하는 배기 장치가 설치된다.The air conditioner is equipped with an exhaust device that generates exhaust pressure to exhaust indoor air out of the building or bring outside air into the room.

이러한 공조용 덕트에는 일정한 배기압을 가진 공기가 공조 기능을 수행한 후 단순히 버려지게 되므로 에너지를 효율적으로 활용하지 못하고 낭비가 발생하는 문제점이 있다.In such air conditioning ducts, air with a certain exhaust pressure is simply discarded after performing the air conditioning function, so there is a problem in that energy is not utilized efficiently and waste occurs.

한국 공개특허공보 10-2019-0053507 (2019.05.20)Korean Patent Publication 10-2019-0053507 (2019.05.20)

본 발명은 공조 덕트에 풍력 발전기를 설치하고 배기압이 형성된 공기를 활용하여 전기 에너지를 생성할 수 있는 풍력 발전 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.The purpose of the present invention is to provide a wind power generation system that can generate electrical energy by installing a wind generator in an air conditioning duct and utilizing air with exhaust pressure.

또한, 공조 덕트에 설치된 프로펠러가 공기의 흐름을 방해하지 않아 약한 기류에서도 공조와 발전을 동시에 수행할 수 있는 풍력 발전 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.In addition, the purpose is to provide a wind power generation system that can simultaneously perform air conditioning and power generation even in weak air currents because the propeller installed in the air conditioning duct does not impede the air flow.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기 목적은, 공기가 배출되는 덕트 내부에 설치되되, 배출되는 공기에 의해 회전하는 프로펠러 상기 프로펠러에 축 연결되어 회전운동에너지를 전기에너지로 전환하는 발전기 및 상기 발전기를 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 프로펠러는, 2엽식 블레이드 구조를 갖는 제1 블레이드부, 제2 블레이드부 및 블레이드 회전축을 포함하고, 상기 제1 블레이드부는, 상기 블레이드 회전축에 대해서 상기 제2 블레이드부와 수직하게 배치되며, 일부가 상기 블레이드 회전축 길이 방향을 기준으로 제2 블레이드부와 중첩되도록 결합되는 풍력 발전 시스템에 의해 달성된다.The object is installed inside a duct through which air is discharged, and includes a propeller that rotates by the discharged air, a generator that is axially connected to the propeller to convert rotational kinetic energy into electrical energy, and a controller that controls the generator, The propeller includes a first blade portion, a second blade portion, and a blade rotation axis having a two-bladed blade structure, wherein the first blade portion is disposed perpendicular to the second blade portion with respect to the blade rotation axis, and a portion of the propeller is disposed perpendicular to the blade rotation axis. This is achieved by a wind power generation system that is coupled to overlap the second blade portion based on the longitudinal direction of the blade rotation axis.

또한, 상기 제1 블레이드부는, 상기 제2 블레이드부와 중첩되지 않는 부분과 중첩되는 부분이 2:1 비율을 가질 수 있다.Additionally, the first blade portion may have a 2:1 ratio between a portion that does not overlap with the second blade portion and a portion that overlaps.

또한, 상기 제1 블레이드부 및 제2 블레이드부는, 각각의 블레이드가 동일한 방향으로 만곡될 수 있다.Additionally, each blade of the first blade portion and the second blade portion may be curved in the same direction.

또한, 상기 발전기는, 발전기 회전축을 포함하고, 상기 발전기의 회전축은 상기 블레이드 회전축과 기어박스로 연결되며, 상기 제어기는, 상기 발전기 회전축의 회전수를 기설정범위로 제어하기 위해 상기 블레이드 회전축의 회전수에 따라 상기 기어박스의 기어비를 제어할 수 있다.In addition, the generator includes a generator rotation shaft, the rotation shaft of the generator is connected to the blade rotation shaft and a gearbox, and the controller rotates the blade rotation shaft to control the rotation speed of the generator rotation shaft to a preset range. The gear ratio of the gearbox can be controlled according to the number.

또한, 상기 기어박스는, 소정의 간격으로 배치되되 서로 다른 기어비를 갖는 제1 가속기어 및 제2 가속기어를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 발전기의 회전축이 역회전하는 것을 방지하기 위해 상기 치합된 기어를 해제하도록 기어박스를 제어할 수 있다.In addition, the gearbox includes a first acceleration gear and a second acceleration gear arranged at predetermined intervals and having different gear ratios, and the controller is configured to prevent the rotation shaft of the generator from rotating in reverse. The gearbox can be controlled to disengage gears.

또한, 상기 블레이드 회전축 및 상기 발전기 회전축 중 적어도 어느 하나는, 일방향으로만 회전 가능하도록 역회전방지부재가 구비될 수 있다.Additionally, at least one of the blade rotation shaft and the generator rotation shaft may be provided with a reverse rotation prevention member so that it can rotate in only one direction.

또한, 상기 덕트는, 상기 프로펠러가 설치된 영역의 폭이 더 넓어지는 확관형 구조로 형성되는 풍력 발전 시스템.In addition, the duct is a wind power generation system formed in an expanded pipe-type structure in which the width of the area where the propeller is installed is wider.

또한, 상기 덕트는 내부에 유입되는 공기를 프로펠러 방향으로 유도하는 디퓨저 및 상기 공기에 포함된 부유물을 제거하는 집진필터를 포함할 수 있다.Additionally, the duct may include a diffuser that guides air flowing into the interior toward the propeller and a dust collection filter that removes suspended matter contained in the air.

본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 의하면, 배기압이 형성된 공기를 전기 에너지로 변환함으로써 공조 시스템을 효율적으로 운영할 수 있는 효과가 있다.According to the wind power generation system according to an embodiment of the present invention, the air conditioning system can be efficiently operated by converting air with exhaust pressure into electrical energy.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 풍력 발전 시스템에 포함되는 발전부를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 발전부에 포함되는 프로펠러의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전부를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기어박스를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 기어박스가 작동하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 7은 도 5의 기어박스에서 치합된 기어가 해제되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기어박스를 보여주는 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
1 is a diagram schematically showing a wind power generation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a power generation unit included in the wind power generation system of FIG. 1.
Figure 3 is a side view of the propeller included in the power generation unit of Figure 2.
Figure 4 is a diagram schematically showing a power generation unit according to another embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram schematically showing a gearbox according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram showing the gearbox of Figure 5 in operation.
FIG. 7 is a diagram showing the meshed gears in the gearbox of FIG. 5 being released.
Figure 8 is a schematic diagram showing a gearbox according to another embodiment of the present invention.
Figure 9 is a diagram schematically showing a wind power generation system according to another embodiment of the present invention.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.The embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only preferred examples of the disclosed invention, and at the time of filing this application, there may be various modifications that can replace the embodiments and drawings in this specification.

본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등의 명확한 설명을 위해 과장된 것일 수 있다.The same reference numbers or symbols shown in each drawing of this specification indicate parts or components that perform substantially the same function. The shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.

본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 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 않는다.Terms used herein are used to describe embodiments and are not intended to limit and/or limit the disclosed invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. The existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not excluded in advance.

본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms containing ordinal numbers, such as "first", "second", etc., used in this specification may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are one It is used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a wind power generation system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2는 도 1의 풍력 발전 시스템에 포함되는 발전부를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 3은 도 2의 발전부에 포함되는 프로펠러의 측면도이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전부를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기어박스를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 6은 도 5의 기어박스가 작동하는 모습을 보여주는 도면이다. 도 7은 도 5의 기어박스에서 치합된 기어가 해제되는 모습을 보여주는 도면이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기어박스를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.1 is a diagram schematically showing a wind power generation system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram schematically showing a power generation unit included in the wind power generation system of FIG. 1. Figure 3 is a side view of the propeller included in the power generation unit of Figure 2. Figure 4 is a diagram schematically showing a power generation unit according to another embodiment of the present invention. Figure 5 is a diagram schematically showing a gearbox according to an embodiment of the present invention. Figure 6 is a diagram showing the gearbox of Figure 5 in operation. FIG. 7 is a diagram showing the meshed gears in the gearbox of FIG. 5 being released. Figure 8 is a diagram schematically showing a gearbox according to another embodiment of the present invention. Figure 9 is a diagram schematically showing a wind power generation system according to another embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2을 참조하면, 풍력 발전 시스템(10)은, 덕트부(100), 발전부(200), 그리고 제어부(300)를 포함한다.Referring to FIGS. 1 and 2 , the wind power generation system 10 includes a duct unit 100, a power generation unit 200, and a control unit 300.

덕트부(100)는 건물 내부의 공기가 외부로 배출되거나 외부 공기가 유입되는 통로로 제공된다. 덕트부(100)에는 공조기가 구비되어 공기에 배기압이 형성된다. 오염된 건물 내부의 공기를 외부로 배출하거나 외부의 신선한 공기를 내부로 유입할 수 있다. 덕트부(100)는 덕트(120), 디퓨저(140), 집진필터(160)를 포함할 수 있다.The duct portion 100 serves as a passage through which air inside the building is discharged to the outside or outside air is introduced. The duct unit 100 is equipped with an air conditioner to generate exhaust pressure in the air. Contaminated air inside the building can be discharged to the outside or fresh air from outside can be brought in. The duct unit 100 may include a duct 120, a diffuser 140, and a dust collection filter 160.

덕트(120)는 내부에 공기가 흐르는 통로로 형성된다. 덕트(120)는 사각형 또는 원형의 관으로 형성될 수 있다. 덕트(120)는 내부에 디퓨저(140), 집진필터(160), 그리고 발전부(200)의 일부가 구비된다.The duct 120 is formed as a passage through which air flows inside. The duct 120 may be formed as a square or circular pipe. The duct 120 is provided with a diffuser 140, a dust collection filter 160, and a part of the power generation unit 200 therein.

디퓨저(140)는 덕트(120)의 내부에 흐르는 공기의 흐름을 조절한다. 디퓨저(140)는 좁은 범위의 압축된 공기가 일정한 방향으로 흐르도록 배향한다. 디퓨저(140)는 덕트(120) 내부에 유입되는 공기를 프로펠러 방향으로 유도할 수 있다. 디퓨저(140)는 후술하는 프로펠러보다 덕트(120)의 상류에 구비될 수 있다.The diffuser 140 regulates the flow of air flowing inside the duct 120. The diffuser 140 orients a narrow range of compressed air to flow in a certain direction. The diffuser 140 may guide air flowing into the duct 120 toward the propeller. The diffuser 140 may be provided upstream of the duct 120 rather than the propeller, which will be described later.

집진필터(160)는 덕트(120) 내부를 흐르는 공기에 포함된 미세먼지나 유해 물질을 필터링 한다. 집진필터(160)는 덕트(120) 내부에 발생하는 소음을 저감할 수 있다. 집진필터(160)는 덕트(120) 내부에서 실내에 인접한 위치에 설치될 수 있다.The dust collection filter 160 filters fine dust or harmful substances contained in the air flowing inside the duct 120. The dust collection filter 160 can reduce noise generated inside the duct 120. The dust collection filter 160 may be installed inside the duct 120 at a location adjacent to the room.

발전부(200)는 덕트(120)를 통해 통과하는 공기를 이용하여 전기 에너지를 생산한다. 발전부(200)는 프로펠러(220)와 발전기(240)를 포함한다.The power generation unit 200 produces electrical energy using air passing through the duct 120. The power generation unit 200 includes a propeller 220 and a generator 240.

프로펠러(220)는 덕트의 내부에 설치되어 덕트(120)를 통과하는 공기에 의해 회전한다. 프로펠러(220)는 회전축이 기류가 흐르는 방향에 수직으로 설치될 수 있다. 프로펠러(220)는 블레이드 회전축(222), 제1 블레이드부(224), 그리고 제2 블레이드부(226)를 포함한다.The propeller 220 is installed inside the duct and rotates by air passing through the duct 120. The propeller 220 may be installed with a rotation axis perpendicular to the direction in which the airflow flows. The propeller 220 includes a blade rotation shaft 222, a first blade portion 224, and a second blade portion 226.

블레이드 회전축(222)은 제1 블레이드부(224) 및 제2 블레이드부(226)가 연결된다. 블레이드 회전축(222)은 덕트(120)를 관통하여 설치된다. 블레이드 회전축(222)은 덕트(120)에 회전 가능하게 설치된다. 블레이드 회전축(222)은 제1 블레이드부(224) 및 제2 블레이드부(226)가 공기의 유동에 의해 밀려남으로써 회전한다. 이 때 덕트(120)는 블레이드 회전축(222)이 관통하는 관통홀(122)이 형성된다. 블레이드 회전축(222)은 관통홀(122)에 베어링(228)으로 연결될 수 있다.The blade rotation axis 222 is connected to the first blade unit 224 and the second blade unit 226. The blade rotation axis 222 is installed penetrating the duct 120. The blade rotation axis 222 is rotatably installed in the duct 120. The blade rotation axis 222 rotates when the first blade portion 224 and the second blade portion 226 are pushed by the flow of air. At this time, the duct 120 is formed with a through hole 122 through which the blade rotation axis 222 passes. The blade rotation axis 222 may be connected to the through hole 122 through a bearing 228.

제1 블레이드부(224) 및 제2 블레이드부(226)는 2엽식 블레이드 구조를 갖는다. 제1 블레이드부(224) 및 제2 블레이드부(226)는 각각의 블레이드가 동일한 형상으로 구비될 수 있다. 한 쌍의 블레이드는 하나의 블레이드가 블레이드 회전축(222)에 연결되고 다른 하나의 블레이드가 블레이드 회전축(222)을 기준으로 180°회전한 위치에 연결된다. 제1 블레이드부(224) 및 제2 블레이드부(226)는 블레이드 회전축(222)에 대해서 수직으로 배치된다. 제1 블레이드부(224) 및 제2 블레이드부(226)는 블레이드 회전축(222)의 길이 방향을 기준으로 순차적으로 배치될 수 있다. 제1 블레이드부(224)는 각 블레이드의 후단이 제2 블레이드부(226) 방향으로 연장될 수 있다. 이에 따라, 제1 블레이드부(224)는 블레이드 회전축(222)에 대해서 일부가 블레이드 회전축(222) 길이 방향을 기준으로 제2 블레이드부(226)와 중첩되도록 결합될 수 있다. The first blade portion 224 and the second blade portion 226 have a two-lobed blade structure. Each blade of the first blade unit 224 and the second blade unit 226 may be provided with the same shape. As for a pair of blades, one blade is connected to the blade rotation axis 222 and the other blade is connected to a position rotated by 180° with respect to the blade rotation axis 222. The first blade portion 224 and the second blade portion 226 are disposed perpendicular to the blade rotation axis 222. The first blade unit 224 and the second blade unit 226 may be sequentially arranged based on the longitudinal direction of the blade rotation axis 222. The rear end of each blade of the first blade unit 224 may extend in the direction of the second blade unit 226. Accordingly, the first blade portion 224 may be coupled to the blade rotation axis 222 so that a portion thereof overlaps the second blade portion 226 based on the longitudinal direction of the blade rotation axis 222.

일 예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 블레이드부(224) 및 제2 블레이드부(226)는 중첩되지 않는 부분(L1)과 중첩되는 부분(L2)은 2:1 비율로 중첩될 수 있으나, 구체적인 위치는 제한하지 않는다.For example, as shown in FIG. 3, the non-overlapping portion (L1) and the overlapping portion (L2) of the first blade portion 224 and the second blade portion 226 may overlap at a 2:1 ratio. However, the specific location is not limited.

상술한 블레이드의 형상에 따르면, 제1 블레이드부(224)와 제2 블레이드부(226)가 블레이드 회전축(222)을 기준으로 수직으로 배치됨으로써 기류가 흐를 수 있는 공간이 형성되어 덕트(120) 내부에 기류가 매우 약하게 형성되어도 기류의 흐름을 방해하지 않는 효과가 있다.According to the shape of the blade described above, the first blade portion 224 and the second blade portion 226 are arranged vertically with respect to the blade rotation axis 222, thereby forming a space through which airflow can flow inside the duct 120. Even if the air current is formed very weakly, it has the effect of not interfering with the air flow.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 블레이드부(224) 및 제2 블레이드부(226)는 각각의 블레이드가 동일한 방향으로 만곡된 형상으로 형성될 수 있다. 여기서 동일한 방향이란 시계 방향 또는 반시계 방향을 의미하며, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 블레이드부(224) 및 제2 블레이드부(226)는 반시계 방향으로 만곡될 수 있다. 이에 따르면, 제1 블레이드부(224) 및 제2 블레이드부(226)의 각각의 블레이드 들이 동일한 방향으로 만곡 형성됨으로써 공기 유동이 블레이드에 접촉할 경우 프로펠러(220)가 일 방향으로만 회전할 수 있는 효과가 있다.Additionally, the first blade portion 224 and the second blade portion 226 according to another embodiment of the present invention may be formed in a shape in which each blade is curved in the same direction. Here, the same direction means clockwise or counterclockwise, and as shown in FIG. 4, the first blade portion 224 and the second blade portion 226 may be curved counterclockwise. According to this, each blade of the first blade unit 224 and the second blade unit 226 is curved in the same direction, so that when the air flow contacts the blade, the propeller 220 can rotate only in one direction. It works.

발전기(240)는 덕트(120) 외부에 배치되어 프로펠러(220)의 회전 운동을 전기 에너지로 변환한다. 발전기(240)는 프로펠러(220)와 축으로 연결될 수 있다. 발전기(240)는 프로펠러(220)와 서로 다른 축으로 연결될 수 있다. 발전기(240)는 발전기 회전축(242)이 구비된다. 발전기 회전축(242)은 회전 속도를 기설정범위로 유지하기 위해 블레이드 회전축(222)에 기어박스(260)로 연결될 수 있다. 발전기 회전축(242)은 블레이드 회전축(222)과 평행하게 배치될 수 있다.The generator 240 is disposed outside the duct 120 and converts the rotational motion of the propeller 220 into electrical energy. The generator 240 may be connected to the propeller 220 by a shaft. The generator 240 may be connected to the propeller 220 through different axes. The generator 240 is provided with a generator rotation shaft 242. The generator rotation shaft 242 may be connected to the blade rotation shaft 222 through a gearbox 260 to maintain the rotation speed in a preset range. The generator rotation axis 242 may be arranged parallel to the blade rotation axis 222.

본발명의 일 실시예에 따른 기어박스(260)는 도 5에 도시된 바와 같이, 블레이드 회전축(222)과 발전기 회전축(242)을 복수의 기어로 연결한다. 블레이드 회전축(222)에는 서로 다른 기어비를 갖는 제1 가속기어(261), 제2 가속기어(262), 그리고 제3 가속기어(263)가 구비될 수 있다. 제1 가속기어(261), 제2 가속기어(262), 그리고 제3 가속기어(263)는 서로 다른 크기로 구비된다. 발전기 회전축(242)은 제1 가속기어(261), 제2 가속기어(262), 그리고 제3 가속기어(263) 각각에 연결되는 제1 정속기어(264), 제2 정속기어(265), 그리고 제3 정속기어(266)가 구비될 수 있다. 제1 정속기어(264), 제2 정속기어(265), 그리고 제3 정속기어(266)는 서로 다른 크기로 구비된다.As shown in FIG. 5, the gearbox 260 according to an embodiment of the present invention connects the blade rotation shaft 222 and the generator rotation shaft 242 with a plurality of gears. The blade rotation shaft 222 may be provided with a first acceleration gear 261, a second acceleration gear 262, and a third acceleration gear 263 having different gear ratios. The first acceleration gear 261, the second acceleration gear 262, and the third acceleration gear 263 are provided in different sizes. The generator rotation shaft 242 includes a first constant speed gear 264, a second constant speed gear 265, which are connected to the first acceleration gear 261, the second acceleration gear 262, and the third acceleration gear 263, respectively. And a third constant speed gear 266 may be provided. The first constant speed gear 264, the second constant speed gear 265, and the third constant speed gear 266 are provided in different sizes.

일 예로, 제1 가속기어(261)는 제2 가속기어(262) 및 제3 가속기어(263) 보다 작은 크기로 구비될 수 있다. 제2 가속기어(262)는 제1 가속기어(261)보다 크고 제3 가속기어(263)보다 작은 크기로 구비될 수 있다. 즉, 제1 가속기어(261), 제2 가속기어(262), 그리고 제3 가속기어(263)는 순차적으로 큰 크기를 가질 수 있다.For example, the first acceleration gear 261 may be provided in a smaller size than the second acceleration gear 262 and the third acceleration gear 263. The second acceleration gear 262 may be larger than the first acceleration gear 261 and smaller than the third acceleration gear 263. That is, the first acceleration gear 261, the second acceleration gear 262, and the third acceleration gear 263 may have sequentially larger sizes.

또한, 제1 정속기어(264)는 제2 정속기어(265) 및 제3 정속기어(266)보다 큰 크기로 구비될 수 있다. 제2 정속기어(265)는 제1 정속기어(264)보다 작고 제3 정속기어(266)보다 큰 크기로 구비될 수 있다. 즉, 제1 정속기어(261), 제2 정속기어(262), 그리고 제3 정속기어(263)는 순차적으로 작은 크기를 가질 수 있다.Additionally, the first constant speed gear 264 may be provided with a larger size than the second constant speed gear 265 and the third constant speed gear 266. The second constant speed gear 265 may be smaller than the first constant speed gear 264 and larger than the third constant speed gear 266. That is, the first constant speed gear 261, the second constant speed gear 262, and the third constant speed gear 263 may have sequentially smaller sizes.

각각의 가속기어(261, 262, 263)는 각각의 정속기어(264, 265, 266)와 치합될 수 있다. 제1 정속기어(264), 제2 정속기어(265), 그리고 제3 정속기어(266)는 제1 가속기어(261), 제2 가속기어(262), 그리고 제3 가속기어(263)의 크기가 작아질수록 제1 정속기어(264), 제2 정속기어(265), 그리고 제3 정속기어(266) 중 큰 크기의 기어가 연결된다. 즉, 제1 가속기어(261)는 제1 정속기어(264)와 연결되고, 제2 가속기어(262)는 제2 정속기어와 연결되며, 제3 가속기어(263)는 제3 정속기어(266)와 연결될 수 있다.Each acceleration gear (261, 262, 263) may be meshed with each constant speed gear (264, 265, 266). The first constant speed gear (264), the second constant speed gear (265), and the third constant speed gear (266) are the first acceleration gear (261), the second acceleration gear (262), and the third acceleration gear (263). As the size becomes smaller, the larger gear among the first constant speed gear 264, the second constant speed gear 265, and the third constant speed gear 266 is connected. That is, the first acceleration gear 261 is connected to the first constant speed gear 264, the second acceleration gear 262 is connected to the second constant speed gear, and the third acceleration gear 263 is connected to the third constant speed gear ( 266).

발전기 회전축(242)은 후술하는 제어부(300)에 의해 블레이드 회전축(222)과 평행한 방향으로 이동 가능하게 제공될 수 있다.The generator rotation axis 242 may be provided to be movable in a direction parallel to the blade rotation axis 222 by the control unit 300, which will be described later.

제어부(300)는 발전기 회전축(242)이 기설정 범위의 회전수로 회전하도록 기어박스(260)을 제어한다. 제어부(300)는 제어모듈(320) 및 제어기(미도시)를 포함한다.The control unit 300 controls the gearbox 260 so that the generator rotation shaft 242 rotates at a rotation speed in a preset range. The control unit 300 includes a control module 320 and a controller (not shown).

제어모듈(320)은 작업자가 발전기(240)의 상태를 확인하고 제어 가능하도록 구비된다. 제어모듈(320)은 디스플레이(322)를 포함한다. 디스플레이(322)에는 발전기 회전축(242)의 회전속도, 현재 발전량, 블레이드 회전축(222)의 회전방향, 발전기 회전축(242)의 회전방향 등을 알 수 있다. 제어모듈(320)은 발전기 회전축(242)의 회전속도 정보, 블레이드 회전축(222)의 회전방향 정보, 그리고 발전기 회전축(242)의 회전방향 정보 중 적어도 어느 하나를 제어기로 전송한다.The control module 320 is provided so that the operator can check and control the status of the generator 240. The control module 320 includes a display 322. The display 322 displays the rotation speed of the generator rotation shaft 242, the current power generation amount, the rotation direction of the blade rotation shaft 222, and the rotation direction of the generator rotation shaft 242. The control module 320 transmits at least one of rotation speed information of the generator rotation shaft 242, rotation direction information of the blade rotation shaft 222, and rotation direction information of the generator rotation shaft 242 to the controller.

발전기에 의해 생성되는 교류 전기의 주파수는 회전속도에 영향을 받는다 전기의 주파수가 일정하게 유지되지 않으면 연결된 전자기기들이 원활하게 동작하지 못하는 문제가 있다. 이에 따라 제어기는 제어모듈(320) 내부에 구비되어 발전기 회전축(242)의 회전속도가 기설정 범위의 회전수로 회전하도록 기어박스(260)를 제어한다. 구체적으로 제어기는 기어박스(260)에 연결된 발전기 회전축(242)을 블레이드 회전축(222)에 평행하도록 전후 방향으로 이동시킨다. 제어기는 발전기 회전축에 치합된 한 쌍의 가속기어와 정속기어가 해제되고 다른 쌍의 가속 기어와 정속기어가 치합되도록 블레이드 회전축(222)을 이동시킨다. 제어기는 발전기 회전축(242)의 회전속도를 제어한다. The frequency of alternating current electricity generated by a generator is affected by the rotation speed. If the frequency of electricity is not kept constant, connected electronic devices cannot operate smoothly. Accordingly, the controller is provided inside the control module 320 and controls the gearbox 260 so that the rotation speed of the generator rotation shaft 242 rotates at a rotation speed in a preset range. Specifically, the controller moves the generator rotation axis 242 connected to the gearbox 260 in the forward and backward direction to be parallel to the blade rotation axis 222. The controller moves the blade rotation axis 222 so that a pair of acceleration gears and a constant speed gear engaged with the generator rotation shaft are released and another pair of acceleration gears and a constant speed gear are engaged. The controller controls the rotation speed of the generator rotation shaft 242.

일 예로, 제어기는 덕트(120)의 배기압이 일정할 경우 발전기 회전축(242)을 이동시켜 제2 가속기어(262)와 제2 정속기어(265)가 치합되는 것을 초기상태로 설정할 수 있다. 제어기는 도 6에 도시된 바와 같이, 발전기 회전축(242)의 속도가 기설정 범위보다 빨라질 경우 제1 가속기어(261)와 제1 정속기어(264)가 치합되도록 발전기 회전축을 이동시킨다.For example, when the exhaust pressure of the duct 120 is constant, the controller may move the generator rotation shaft 242 to set the meshing of the second acceleration gear 262 and the second constant speed gear 265 as the initial state. As shown in FIG. 6, when the speed of the generator rotation shaft 242 becomes faster than the preset range, the controller moves the generator rotation shaft so that the first acceleration gear 261 and the first constant speed gear 264 mesh.

반대로, 발전기 회전축(242)의 속도가 기설정 범위보다 느려질 경우 제3 가속기어(263)와 제3 정속기어(266)가 치합되도록 발전기 회전축(242)을 이동시킨다.Conversely, when the speed of the generator rotation shaft 242 becomes slower than the preset range, the generator rotation shaft 242 is moved so that the third acceleration gear 263 and the third constant speed gear 266 engage.

제어기는 발전기 회전축(242)이 회전방향이 일정하도록 제어할 수 있다. 제어기는 제어모듈(320)로부터 발전기 회전축(242)의 회전방향 정보를 받을 수 있다. 제어기는 도 7에 도시된 바와 같이, 제어모듈(320)로부터 블레이드 회전축(222)의 회전방향 또는 발전기 회전축(242)의 회전방향 정보를 받아 회전방향이 역방향일 경우 치합된 기어를 해제 상태로 유지하도록 발전기 회전축(242)을 이동시킬 수 있다. 상술한 예에 따르면 발전기는 일방향으로 회전할 때만 발전기 가능하도록 설계되므로 발전기 회전축이 역방향으로 회전하는 것을 방지함으로써 기계설비 결함을 예방할 수 있는 효과가 있다.The controller can control the generator rotation shaft 242 so that the rotation direction is constant. The controller may receive rotation direction information of the generator rotation shaft 242 from the control module 320. As shown in FIG. 7, the controller receives information on the rotation direction of the blade rotation shaft 222 or the rotation direction of the generator rotation shaft 242 from the control module 320 and maintains the meshed gear in the released state when the rotation direction is reverse. The generator rotation axis 242 can be moved to do so. According to the above-described example, the generator is designed to generate electricity only when rotating in one direction, so it is effective in preventing mechanical equipment defects by preventing the generator rotation shaft from rotating in the reverse direction.

상술한 예 에서는 회전축의 발전 방향이 역방향일 경우 제어기가 치합된 기어를 해제하여 발전을 정지하는 것으로 설명하였으나 도 8에 도시된 바와 같이, 블레이드 회전축(222) 또는 발전기 회전축(242)에는 역회전을 방지하는 역회전방지부재(244)가 설치될 수 있다. 역회전방지부재(244)는 라쳇 형태로 구비될 수 있으나 형태는 제한하지 않는다.In the above-mentioned example, it was explained that when the power generation direction of the rotation axis is reverse, the controller disengages the meshed gear to stop power generation. However, as shown in FIG. 8, reverse rotation is not performed on the blade rotation axis 222 or the generator rotation axis 242. A reverse rotation prevention member 244 may be installed to prevent. The reverse rotation prevention member 244 may be provided in a ratchet shape, but the shape is not limited.

상술한 예 에서는 덕트 내부가 동일한 폭을 가지는 것으로 설명하였으나 도 9에 도시된 바와 같이, 덕트(120)는 프로펠러(220)가 설치된 영역의 폭이 더 넓어지는 확관형 구조로 형성될 수 있다. 덕트(120)가 확관형 구조로 형성됨으로 써 기존의 덕트(120)보다 크기가 더 큰 프로펠러(220)를 사용할 수 있더 발전 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In the above-mentioned example, the inside of the duct was described as having the same width, but as shown in FIG. 9, the duct 120 may be formed in an expanded structure in which the width of the area where the propeller 220 is installed is wider. Since the duct 120 is formed in an expanded pipe structure, a propeller 220 larger in size than the existing duct 120 can be used, which has the effect of improving power generation efficiency.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In the above, even though all the components constituting the embodiment of the present invention have been described as being combined or operated in combination, the present invention is not necessarily limited to this embodiment. That is, as long as it is within the scope of the purpose of the present invention, all of the components may be operated by selectively combining one or more of them. In addition, terms such as “include,” “comprise,” or “have” described above mean that the corresponding component may be present, unless specifically stated to the contrary, and thus do not exclude other components. Rather, it should be interpreted as being able to include other components. All terms, including technical or scientific terms, unless otherwise defined, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, should be interpreted as consistent with the contextual meaning of the related technology, and should not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless explicitly defined in the present invention.

그리고 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations will be possible to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but rather to explain it, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be construed as being included in the scope of rights of the present invention.

100 : 덕트부
200 : 발전부
220 : 프로펠러
222 : 블레이드 회전축
224 : 제1 블레이드부
226 : 제2 블레이드부
240 : 발전기
242 : 발전기 회전축
244 : 역회전방지부재
260 : 기어박스
300 : 제어부
100: Duct part
200: Power generation department
220: propeller
222: Blade rotation axis
224: first blade part
226: second blade part
240: Generator
242: Generator rotation axis
244: Reverse rotation prevention member
260: Gearbox
300: control unit

Claims (8)

덕트에 설치되어 배출되는 공기를 이용한 풍력 발전 시스템에 있어서,
공기가 배출되는 덕트 내부에 설치되되, 배출되는 공기에 의해 회전하는 프로펠러;
상기 프로펠러에 축 연결되어 회전운동에너지를 전기에너지로 전환하는 발전기; 및
상기 발전기를 제어하는 제어기;를 포함하고,
상기 프로펠러는,
2엽식 블레이드 구조를 갖는 제1 블레이드부, 제2 블레이드부 및 블레이드 회전축을 포함하고,
상기 제1 블레이드부는,
상기 블레이드 회전축에 대해서 상기 제2 블레이드부와 수직하게 배치되며, 일부가 상기 블레이드 회전축의 길이 방향을 기준으로 제2 블레이드부와 중첩되도록 결합되는 풍력 발전 시스템.
In a wind power generation system using air installed in a duct and discharged,
A propeller installed inside a duct through which air is discharged, and rotated by the discharged air;
A generator shaft connected to the propeller to convert rotational kinetic energy into electrical energy; and
Includes a controller that controls the generator,
The propeller is,
It includes a first blade portion, a second blade portion, and a blade rotation axis having a two-bladed blade structure,
The first blade part,
A wind power generation system that is disposed perpendicular to the second blade portion with respect to the blade rotation axis and is partially coupled to overlap the second blade portion based on the longitudinal direction of the blade rotation axis.
제1항에 있어서,
상기 제1 블레이드부는,
상기 제2 블레이드부와 중첩되지 않는 부분과 중첩되는 부분이 2:1 비율을 가지는 풍력 발전 시스템.
According to paragraph 1,
The first blade part,
A wind power generation system in which the portion that does not overlap with the second blade portion and the portion that overlaps have a ratio of 2:1.
제1항에 있어서,
상기 제1 블레이드부 및 제2 블레이드부는,
각각의 블레이드가 동일한 방향으로 만곡된 풍력 발전 시스템.
According to paragraph 1,
The first blade portion and the second blade portion,
A wind power generation system in which each blade is curved in the same direction.
제1항에 있어서,
상기 발전기는,
발전기 회전축을 포함하고,
상기 발전기의 회전축은 상기 블레이드 회전축과 기어박스로 연결되며,
상기 제어기는,
상기 발전기 회전축의 회전수를 기설정범위로 제어하기 위해 상기 블레이드 회전축의 회전수에 따라 상기 기어박스의 기어비를 제어하는 풍력 발전 시스템.
According to paragraph 1,
The generator is,
Includes a generator rotation shaft,
The rotation axis of the generator is connected to the blade rotation axis and a gearbox,
The controller is,
A wind power generation system that controls the gear ratio of the gearbox according to the rotation speed of the blade rotation shaft in order to control the rotation speed of the generator rotation shaft to a preset range.
제4항에 있어서,
상기 기어박스는,
소정의 간격으로 배치되되 서로 다른 기어비를 갖는 제1 가속기어 및 제2 가속기어를 포함하고,
상기 제어기는,
상기 발전기의 회전축이 역회전하는 것을 방지하기 위해 치합된 상기 기어를 해제하도록 기어박스를 제어하는 풍력 발전 시스템.
According to paragraph 4,
The gearbox is,
It includes a first acceleration gear and a second acceleration gear arranged at predetermined intervals but having different gear ratios,
The controller is,
A wind power generation system that controls a gearbox to release the engaged gear to prevent the rotation shaft of the generator from rotating in reverse.
제4항에 있어서,
상기 블레이드 회전축 및 상기 발전기 회전축 중 적어도 어느 하나는,
일방향으로만 회전 가능하도록 역회전방지부재가 구비되는 풍력 발전 시스템.
According to paragraph 4,
At least one of the blade rotation axis and the generator rotation axis,
A wind power generation system equipped with a reverse rotation prevention member to allow rotation in only one direction.
제1항에 있어서,
상기 덕트는,
상기 프로펠러가 설치된 영역의 폭이 더 넓어지는 확관형 구조로 형성되는 풍력 발전 시스템.
According to paragraph 1,
The duct is,
A wind power generation system formed in an expanded tube structure in which the width of the area where the propeller is installed becomes wider.
제1항에 있어서,
상기 덕트는
내부에 유입되는 공기를 프로펠러 방향으로 유도하는 디퓨저; 및
상기 공기에 포함된 부유물을 제거하는 집진필터를 포함하는 풍력 발전 시스템.
According to paragraph 1,
The duct is
A diffuser that guides the air flowing inside toward the propeller; and
A wind power generation system including a dust collection filter that removes suspended matter contained in the air.
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