KR20020013088A - 중앙분리대 설치식 수평축 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도로 중앙분리대 설치식 수평축 풍력발전기에 관한것으로, 특히 자동차가 고속으로 주행시에 발생되는 주행풍을 이용한 풍력발전기에 있어 서로 반대되는 차로인 상행선과 하행선을 주행하는 차량에서 각기 발생한 차량의 주행풍을 이용하는 풍력발전기에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 바람유도막(17)과, 중앙분리대상에 압입된 수직지지 기둥(14)과, 기둥의 중앙에 발전기(13)와, 발전기(13)의 좌우측에 증속기어(12), 좌우측 증속기어(12)에서 각기 돌출된 허브축(15), 각각의 허브축에 연결된 회전자 날개(16), 주행풍과 자연풍이 회전자의 정상회전에 간섭 하는 현상을 막기 위한 회전자 덮개(10)를 구성한다.

이와 같이 바람유도막, 수직지지 기둥, 증속기아와 발전기, 한쌍의 회전자, 회전자 덮개로 구성된 중앙선 설치식 주행풍 발전기에 의해 차량의 주행풍을 이용한 풍력발전을 제공한다.

Description

중앙분리대 설치식 수평축 풍력발전기{Crash barrier installed horizontal axis wind power system}

본 발명은 기존의 도로 중앙분리대 설치공간에 설치가 가능한 수평축 풍력 발전기에 관한것이다.

풍력발전시스템은 풍력에너지를 풍차의 날개를 매개체로 하여 전력을 얻는 것으로, 대체에너지 개발의 필요성에 따라 세계각국이 풍력발전시스템을 실용보급중에 있으나 차량주행풍을 이용한 풍력발전에 관한 연구및 실용보급은 공개되어있지 않아서, 이에 본 출원인은 실용신안등록 제01928285호 와 특허출원번호 제2000-15765호를 통하여 차량주행풍을 이용한 풍력 발전기를 제시한 바 있다. 이 차량주행풍을 이용한 풍력 발전기는 제1도에 도시한 바와 같이, 도로의 중앙에 일정한 넓이와 높이로 중앙분리대(3)가 형성되어있는 것에 있어서, 중앙분리대(3)의 상단으로부터 압입되는 팬축(2)과 팬축의 하단에 설치되는 회전자(4)와 상기 회전자의 회전시 양질의 교류전압을 발전시키는 발전코일(5)과 상기 발전코일에서 발생되는 전압을 일정한 레벨로 조정해주는 전압조정기(6)와 상기 전압조정기를 통과한 전기를 충전하는 축전지(7)와 상기 축전지에서 충전된 직류전압을 교류로 변환시켜 부하측에 공급하는 변환기(8)로 구성되어 있다.

그러나 상기 출원의 주행풍 발전기는 중앙분리대라는 제한된 공간의 제약으로 회전자의 크기를 크게 할 수 없어 토크를 증가시키기 곤란하고, 따라서 발전되는 전기량이 제한적인 문제점을 나타냈다.

또한 서로 반대되는 차선을 주행하는 차량이 발생한 주행풍간의 상쇄현상및 자연풍과 주행풍의 간섭이 발생할때는 전력의 생산이 감소되는 등의 문제점이 발생하였다. 여러 차량이 서로 다른 차로를 진행할때 주행풍은 상호 간섭및 중첩을 일으키는데, 한대의 차량에서 발생한 주행풍은 기존의 중앙선 분리대를 넘어 반대차선지역 까지 영향을 준다. 반대편 차선을 주행하는 차량은 중앙분리대를 넘어온 주행풍의 저항을 받으면서 진행하게 되고, 이 차량이 발생시킨 주행풍은 넘어온 주행풍과 부딪쳐 속도와 풍량이 감소하게 된다. 이러한 상쇄효과를 막기위하여 본 출원인은 실용신안 출원번호 20-2000-0022717호에 차량주행풍 발전기의 바람유도막을 제시한 바 있다. 도2에서 상기 바람유도막을 설치한 후 주행풍 흐름의 대략적인 모식도를 보면 각기 차량에서 발생된 주행풍은 바람유도막에 막혀 반대편 차선구역으로 넘어가지 않고 일부는 바람유도막에 부딪쳐 약화되고 일부는 중앙방풍막을 따라운동량이 소멸될 때까지 진행하게 된다.

또한, 도3에서 보이는 바와 같이 회전자를 회전시키는 주행풍은 회전자를 정회전 시키는 힘과 회전자를 역회전시키려는 힘을 모두 가지고 있어, 회전을 저해하는 주행풍 요소인 저항주행풍을 선택적으로 차단해야 하는 필요성이 요구되었다.

따라서 본 발명의 주된 목적은, 차량이 주행시 생산된 주행풍을 이용한 풍력발전 시스템에 있어서 중앙분리대라는 제한된 공간에서 회전자의 크기를 증가시키기 위한 방안으로 중앙분리대 설치식 수평축 풍력 발전기를 제공하고, 바람유도막을 구성하여 주행풍간의 상쇄현상을 차단하고, 회전자 덮개를 형성하여 주행풍중 회전자의 정회전 운동을 저해하는 요소인 저항 주행풍을 선택적으로 차단시켜 발전기의 전력생산량을 증가 시켜주는 것을 목적으로 한다.

도1은 선출원에 따른 풍력발전기를 보인 단면도

도2은 바람유도막을 설치한 후 주행풍 흐름의 모식도

도3a는 주행풍이 회전자 날개의 부위별로 가하는 힘의 모식도

도3b는 고속으로 주행하는 차량의 전면부의 주행풍의 모식도

도4는 본 발명에 따른 발전기의 사시도

도5는 방풍막을 포함하는 회전자덮개의 조립사시도

도6은 중앙분리대 설치식 풍력발전기와 회전자 덮개를 분리한 사시도

도7은 바람유도막의 확대된 주행풍 흐름의 모식도

※도면 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 팬 2 : 팬축

3 : 중앙분리대 4 : 회전자

5 : 발전코일 6 : 전압조정기

7 : 축전지 8 : 변환기

9 : 개방 슬롯 10 : 회전자 덮개

11 : 방풍벽 주주 12 : 증속기어

13 : 발전기 14 : 수직지지기둥

15 : 허브축 16 : 회전자 날개

17 : 바람유도막 18 : 상행선 진행 차량이 발생한 주행풍

19 : 하행선 진행차량이 발생한 주행풍

20 : 회전자 덮개 외판 21 : 회전자 덮개윗면

22 : 회전자 덮개 내판 23 : 회전자 덮개 내판의 수직판

24 : 돌출 구조물 25 : 수평축 회전자

26 : 후속 주행풍 27 : 유효주행풍, 유효풍력

28 : 저항주행풍, 저항풍력 29 : 선행주행풍

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 바람유도막(17)을 두어, 서로 반대되는 차로를 주행하는 차량이 생산한 주행풍을 차단시켜주는 바람유도막(17)과 바람유도막을 고정시켜주기 위해 지면에서 수직으로 돌출 되는 방풍벽주주(11)와 바람유도막 상에 돌출구조물(24)을 형성하고, 발전기의 수직지지기둥(14) 상부에 증속기어(12)와 발전기(13)를 위치하고, 증속기어의 좌우에 수평축을 지닌 회전자(25)를 연결하되, 각 회전자의 회전운동을 저해하는 저항주행풍(28)을 차단해주는 회전자 덮개(10)를 바람유도막과 연결하여 구성한다.

본 발명은 상기한 차량 주행풍에 있어, 도3b에서 도시한 바와 같이 차량이고속으로 진행 시에 차량이 임의의 지점을 진행할 때 차량의 전면 부에 공기의 밀도가 높아지면서 밀도가 낮아지는 방향으로 자연적인 공기의 확산이 이루어지면서 발생되는 선행 주행풍(29)과 도2에서 도시한 바와 같이 차량이 임의의 지점을 진행하고 수초가 경과된 후 발생하는 후속주행풍(26)으로 나뉘는데, 주행풍의 대부분을 차지하는 후속주행풍은 차량이 빠른 속도로 진행을 할 때 차량이 직전에 지나온 곳은 순간적으로 공기의 밀도가 매우 낮아지게 되고, 밀도가 높은 주변 부로부터 밀도가 낮아진 지역으로 공기의 확산현상이 이루어진다. 차량이 빠른 속도로 진행할 때 밀도가 낮은 지점도 차량을 따라 진행을 하게 되므로 이 확산현상이 연속적으로 이루어 질때 차량의 흐름과 유사한 후속 주행풍(26)이 발생하게 된다.

서로 반대되는 차선을 주행하는 차량은 임의의 지점을 지날 때의 차량의 속도와 차량의 종류, 중앙분리대(3)와 근접정도에 따라 다양한 주행풍을 발생시키며, 이때 발생된 각각의 주행풍은 차량의 진행방향과 유사한 방향을 지니므로 중앙분리대에 바람유도막(17)을 설치하여 서로 반대되는 진행 방향을 지닌 주행풍을 차단하여준다.

본 발명은 또한, 회전자 덮개(10)를 구성하는데, 도3a에서 묘사한 바와 같이 주행풍에 의해 회전자(25)가 풍력으로 인해 회전하는 경우 회전자의 측면과 경사면을 통하여 풍력이 작용하는데 회전자 날개 중 9시부터 시계반대방향으로 6시 사이의 위치에서 날개는 유효풍력(27)을 받게 되고, 9시 방향에서 시계방향으로 12시 에 위치한 날개에 부딪치는 주행풍은 회전자의 회전을 저항하는 요소인 저항풍력(28)을 받게 된다. 따라서 주행풍중 회전자의 회전을 저해하는 주행풍요소를 차단하기 위하여 9시 방향에서 시계방향으로 12시 방향까지를 차단하여 주는 회전자덮개(10)를 구성한다. 12시 방향에서 22시 방향까지는 직접적인 저항주행풍(28)의 영향을 받지 않지만 회전자의 회전을 저해하는 자연풍등 유해한 영향을 차단하기 위하여 회전자 덮개(10)를 연장하는데 유입된 공기의 토출을 용이하도록 하기 위한 개방된 슬롯(9)을 윗면에 구성해 준다. 도5에 도시한 대로 회전자덮개(10)는 회전자 덮개의 설치와 풍력발전기의 유지보수를 위하여 외판(20)과 내판(22)으로 구성되어 있고 외판은 내판과 볼트너트를 이용하여 부착된다. 내판(22)에는 바람유도막(17)을 관통하여 반대편 회전자덮개의 내판(22)과 고정될 수 있는 볼트구멍이 형성되어있고 내판의 수직판(23)에는 발전기 몸체와 고정될 수 있는 볼트구멍이 형성되어 있다.

이러한 본 발명에 따른 풍력발전기의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 바람직한 실시 예는 의한 풍력발전기는 제4도와 같이, 지면으로부터 압입되는 수직지지기둥(14)을 구성함에 있어 지지구조물 하부에 전력선과 통신선이 통과되는 구멍을 형성하고 수직구조물의 상부에는 발전기의 몸체와 연결될 수있는 볼트구멍을 형성한다. 바람유도막을 관통하여 수직구조물과 고정된 주행풍 발전기를 구성함에 있어 한 쌍의 회전자는 각각 차량의 주행시 발생하는 주행풍을 이용하여 회전력을 얻게 되고, 이 회전력을 동력전달축에 전달하되, 통상의 방법대로 플렉시블커플링을 구성하여 회전자의 회전시 전달되는 충격을 흡수하고, 동력전달축상의 증속기에 전달되어 발전기의 좌우에서 공급되는 회전력을증속기어(12)를 통하여 동력전달축의 회전방향을 일치시켜 발전기에 제공한다.

회전자덮개(10)는 외판(20)과 내판(22)으로 구성되어 있어 볼트와 너트를 이용하여 내판의 수직판(23)은 발전기의 몸체와 고정되고, 내판은 바람유도막(17)을 관통하여 반대편 회전자 덮개의 내판에 고정이 되며, 외판은 내판과 볼트를 이용하여 고정된다. 회전자 덮개는 주행풍중 회전자의 역회전에 작용하는 요소를 선택적으로 차단하여 주기 위하여 시계방향으로 9시에서 12시방향까지 폐쇄형 덮개를 구성하고, 자연풍의 간섭을 차단하고 유입된 공기의 토출을 돕기 위해 시계방향으로 12시에서 2시방향으로 상판이 개방된 슬롯(9)을 지닌 형태로 구성되어 있다.

본 발명은 회전자를 수평축으로 연결하여 차량의 진행시 발생되는 주행풍에 의하여 회전력을 얻고 이 회전력을 이용하여 발전을 하는 중앙분리대 설치식 수평축 풍력 발전기에 관한 것으로, 제한된 중앙분리대 공간상에서 회전자의 회전반경을 중앙분리대 설치식 수직축 풍력 발전기보다 크게 하여 회전자의 토크를 높여 주고, 회전자 덮개를 형성하여 주행풍중 유해주행풍을 선택적으로 차단하여 주행풍이 회전자 운동으로 전환되는 효율을 증가시키고, 바람유도막을 형성하여 주행풍간의 상쇄현상을 차단시켜 발전량을 비약적으로 증가시킬 수 있게 해준다.

Claims (2)

1. 서로 반대되는 차로를 주행하는 차량이 생산한 주행풍을 차단시켜주는 바람유도막과 바람유도막을 고정시켜주기 위해 지면에서 수직으로 돌출 되는 방풍벽주주와 바람유도막 상에 돌출구조물을 형성하고, 발전기의 지지구조물 상부에 증속기어뭉치와 발전기를 위치하고, 발전기의 좌우에 수평축을 지닌 회전자를 연결하되, 각 회전자의 회전운동을 저해하는 유해주행풍을 차단해주는 회전자 덮개를 바람유도막과 연결하여 구성되는 것을 특징으로 하는 중앙분리대 설치식 수평축 풍력 발전기
2. 제1항에 있어 발전기를 회전자의 축 하부에 구성하는 수평축 풍력 발전기