KR200453826Y1 - 환기팬 풍력발전장치 - Google Patents

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KR200453826Y1 KR2020110000127U KR20110000127U KR200453826Y1 KR 200453826 Y1 KR200453826 Y1 KR 200453826Y1 KR 2020110000127 U KR2020110000127 U KR 2020110000127U KR 20110000127 U KR20110000127 U KR 20110000127U KR 200453826 Y1 KR200453826 Y1 KR 200453826Y1
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Abstract

본 고안은 일반 가정이나 공장 등에 설치되는 환기팬을 이용하여 발전을 할 수 있도록 된 새로운 구조의 환기팬 풍력발전장치에 관한 것이다.
본 고안에 따른 환기팬 풍력발전장치는 기존의 건물에 구비되는 환기팬에 발전기(50)를 연결하여 풍력발전을 할 수 있도록 구성되므로, 설치가 용이하고, 비용이 매우 저렴하여, 일반적인 가정이나 소규모의 공장에 설치하여 사용할 수 있는 장점이 있다.

Description

환기팬 풍력발전장치{ventilator wind generator}
본 고안은 일반 가정이나 공장 등에 설치되는 환기팬을 이용하여 발전을 할 수 있도록 된 새로운 구조의 환기팬 풍력발전장치에 관한 것이다.
최근 들어, 환경에 관한 관심이 증가되어 감에 따라, 청정에너지인 풍력을 이용하여 발전을 하는 풍력발전장치에 대한 대규모의 투자가 이루어지고 있으며, 이에 따라 풍력발전에 대한 다양한 방면의 기술발전이 이루어지고 있다.
그런데, 이러한 풍력발전장치는 발전기를 지지하기 위한 높은 지지대와, 발전기에 설치되는 길이가 긴 블레이드가 구비되어 넓은 설치공간을 필요로 할 뿐만 아니라 매우 고가이어서, 일반 가정이나 소규모의 공장 등에 설치하기에는 적합하지 않은 문제점이 있었다.
따라서, 일반 가정이나 소규모의 공장 등에 손쉽게 설치할 수 있으면서도 매우 저렴한, 새로운 구조의 풍력발전장치가 필요하게 되었다.
한편, 일반 가정의 화장실이나 아파트의 옥상, 그리고 소규모의 공장 천장 등과 같은 건물에는 바람에 의해 회전되어 실내의 공기를 외부로 배출하는 환기팬이 설치된다.
상기 환기팬은 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 건물의 상측으로 연장된 배기관의 상단에 구비된 지지대(10)와, 상기 지지대(10)에 회전가능하게 결합된 회전축(20)과, 둘레면에 다수개의 블레이드가 원통형 또는 구형으로 구비되어 상기 회전축(20)에 고정설치되는 팬본체(30)로 구성되어, 바람이 불면 상기 팬본체(30)가 회전되면서 배기관을 통해 실내의 공기를 강제로 외부로 배출하여 환기시킨다.
본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가정이나 소규모의 공장에 간단히 설치하여 발전을 할 수 있도록 된 새로운 구조의 환기팬 풍력발전장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 고안의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 고안의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 건물의 상측으로 연장된 배기관(2)의 상단에 구비된 지지대(10)와, 상기 지지대(10)에 회전가능하게 결합된 회전축(20)과, 둘레면에 다수개의 블레이드가 원통형 또는 구형으로 구비되어 상기 회전축(20)에 고정설치되는 팬본체(30)로 구성되어, 바람이 불면 상기 팬본체(30)가 회전되면서 배기관(2)을 통해 실내의 공기를 강제로 외부로 배출하여 환기시키는 환기팬에 있어서, 상기 회전축(20)에 연결된 증속기(40)와, 상기 증속기(40)에 연결된 발전기(50)와, 상기 발전기(50)에 연결된 충전지(60)와, 상기 발전기(50)와 충전지(60)의 사이에 구비되어 충전지(60)의 충방전을 제어하는 제어유닛(70)을 포함하는 것을 특징으로 하는 환기팬 풍력발전장치가 제공된다.
본 고안의 다른 특징에 따르면, 상기 지지대(10)는 상측으로 갈수록 외경이 좁아지는 통형상으로 구성되어 상기 배기관(2)의 상단 둘레부를 덮도록 설치되는 커버부재(11)와, 상기 커버부재(11)의 내부에 구비되며 상기 회전축(20)이 결합되는 지지바(12)를 포함하며, 상기 팬본체(30)는 상기 지지대(10)의 상부에 위치되는 것을 특징으로 하는 환기팬 풍력발전장치가 제공된다.
본 고안의 또 다른 특징에 따르면, 상기 증속기(40)는 상기 회전축(20)에 연결된 대직경휠(41)과, 상기 발전기(50)의 구동축(51)에 연결된 소직경휠(42)과, 상기 휠(41,42)의 둘레면에 걸리도록 설치되는 벨트(43) 또는 체인을 포함하는 것을 특징으로 하는 환기팬 풍력발전장치가 제공된다.
본 고안의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제어유닛(70)에 연결되며 풍속을 측정하는 풍속센서(80)와, 상기 회전축(20)에 연결되며 상기 충전지(60)에 충전된 전기에 의해 구동되는 구동모터(90)를 더 포함하며, 상기 제어유닛(70)은 상기 풍속센서(80)의 신호를 수신하여 풍속이 기준 이하로 낮아지면 상기 구동모터(90)로 전기를 공급하여 구동시켜 팬본체(30)가 회전되도록 제어하며, 상기 구동모터(90)는 구동축(91)이 원웨이베어링(92)을 통해 상기 회전축(20)에 연결되어, 바람에 의해 팬본체(30)가 회전될 때는 상기 원웨이베어링(92)이 공회전되어 구동축(91)이 회전되지 않고, 구동모터(90)가 구동되어 구동축(91)이 회전될 때는 구동축(91)의 회전력이 상기 원웨이베어링(92)을 통해 상기 회전축(20) 및 팬본체(30)에 전달되어 회전축(20) 및 팬본체(30)가 회전되는 것을 특징으로 하는 환기팬 풍력발전장치가 제공된다.
본 고안에 따른 환기팬 풍력발전장치는 기존의 건물에 구비되는 환기팬에 발전기(50)를 연결하여 풍력발전을 할 수 있도록 구성되므로, 설치가 용이하고, 비용이 매우 저렴하여, 일반적인 가정이나 소규모의 공장에 설치하여 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 환기팬을 도시한 참고도,
도 2는 본 고안에 따른 환기팬 풍력발전장치를 도시한 측단면 구성도,
도 3은 본 고안에 따른 환기팬 풍력발전장치의 커버부재를 도시한 사시도,
도 4는 본 고안에 따른 환기팬 풍력발전장치의 증속기를 도시한 평면도,
도 5는 본 고안에 따른 환기팬 풍력발전장치의 제2 실시예를 도시한 측단면 구성도,
도 6은 본 고안에 따른 환기팬 풍력발전장치의 원웨이베어링의 작용을 설명하기 위한 평면도이다.
이하, 본 고안을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 4는 본 고안에 따른 환기팬 풍력발전장치를 도시한 것으로, 건물의 배기관(2)에 설치된 환기팬에 연결되어, 바람에 의해 환기팬이 회전되는 힘을 이용하여 발전할 수 있도록 구성된다.
상기 환기팬은 건물의 상측으로 연장된 배기관(2)의 상단에 구비된 지지대(10)와, 상기 지지대(10)에 회전가능하게 결합된 회전축(20)과, 둘레면에 다수개의 블레이드가 원통형 또는 구형으로 구비되어 상기 회전축(20)에 고정설치되는 팬본체(30)로 구성되어, 바람이 불면 상기 팬본체(30)가 회전되면서 배기관(2)을 통해 실내의 공기를 강제로 외부로 배출하여 환기시킬 수 있도록 구성된다. 이때, 상기 배기관(2)은 건물의 지붕(1) 상측으로 수직방향으로 연장되도록 설치된다.
그리고, 본 고안에 따른 환기팬 풍력발전장치는 상기 회전축(20)에 연결된 증속기(40)와, 상기 증속기(40)에 연결된 발전기(50)와, 상기 발전기(50)에 연결된 충전지(60)와, 상기 발전기(50)와 충전지(60)의 사이에 구비되어 충전지(60)의 충방전을 제어하는 제어유닛(70)으로 구성된다.
이때, 상기 지지대(10)는 원통형으로 구성된 커버부재(11)와, 상기 커버부재(11)의 내부에 구비되어 상기 회전축(20)이 결합되는 지지바(12)로 구성된다. 상기 커버부재(11)는 도 3에 도시한 바와 같이, 외측둘레면이 상측으로 갈수록 외경이 좁아지도록 경사진 경사면(11a)으로 구성되며, 상기 배기관(2)의 상단 둘레부를 덮으면서 하단 둘레부가 건물의 지붕(1)에 밀착되도록 설치된다. 상기 지지바(12)는 좌우로 긴 바형상으로 구성되어 상기 커버부재(11)의 내부를 가로지르도록 고정되며, 중앙부에는 상기 회전축(20)이 결합되는 베어링(12a)이 구비된다. 상기 회전축(20)은 상기 베어링(12a)에 결합되어 회전가능하게 지지되어 지지대(10)의 상부로 연장되며, 상기 팬본체(30)는 상기 지지대(10)의 상부에 위치되도록 상기 회전축(20)에 고정설치된다.
그리고, 상기 증속기(40)는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 회전축(20)에 연결된 대직경휠(41)과, 상기 발전기(50)의 구동축(51)에 연결된 소직경휠(42)과, 상기 휠(41,42)의 둘레면에 걸리도록 설치되는 벨트(43)로 구성된다. 이때, 상기 휠(41,42)은 일반적인 풀리로 구성되며, 대직경휠(41)과 소직경휠(42)의 지름의 비율에 따라 회전축(20)의 회전속도를 증가시켜 발전기(50)의 구동축(51)을 고속으로 회전시킨다.
상기 발전기(50)는 상기 커버부재(11)의 내부 일측에 고정설치되며, 구동축(51)이 상기 증속기(40)의 소직경휠(42)에 결합되어 증속기(40)에 의해 고속회전된다.
상기 충전지(60)는 일반적인 자동차에 주로 사용되는 납충전지, 또는 최근 널리 사용되고 있는 리튬이온전지 등과 같이, 다양한 것을 이용할 수 있다.
상기 제어유닛(70)은 상기 충전지(60)의 충전상태를 감시하여, 충전지(60)가 완전히 충전되면 발전기(50)와 충전지(60)의 연결을 차단하여 충전지(60)가 과충전되는 것을 방지할 수 있도록 구성된다.
따라서, 바람에 의해 상기 팬본체(30) 및 회전축(20)이 회전되면, 회전축(20)의 회전속도가 상기 증속기(40)에 의해 증가되어 발전기(50)로 전달되고, 발전기(50)가 고속회전되어 발전을 하고 발전된 전기는 상기 충전지(60)에 저장된다. 그리고, 상기 배터리에 외부의 전기장치를 연결하여 사용할 수 있다.
이와 같이 구성된 환기팬 발전장치는, 높은 지지대의 상단에 발전기를 설치하고, 상기 발전기의 구동축에 길이가 긴 블레이드를 설치하여 구성되는 종래의 풍력발전장치와 달리, 건물에 설치되는 일반적인 환기팬의 회전축(20)에 발전기(50)를 연결하여 전기를 발전시킬 수 있도록 구성되므로, 설치가 용이하고 비용이 매우 저렴하여, 일반적인 가정이나 소규모의 공장에 손쉽게 설치하여 사용할 수 있는 장점이 있다.
특히, 많은 전기가 필요하지 않은 아파트나 빌라의 공동전기나 기타 간단한 외부조명등의 전원공급장치로 매우 효과적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 상기 지지대(10)는 상측으로 갈수록 외경이 좁아지는 통형상으로 구성되어 상기 배기관(2)의 상단 둘레부를 덮도록 설치되는 커버부재(11)가 구비되고, 상기 팬본체(30)의 상기 지지대(10)의 상부에 위치되도록 설치된다. 따라서, 지지대(10)의 측방향에서 불어오는 바람이 도 2에 화살표로 도시한 바와 같이, 지지대(10)의 경사면(11a)을 따라 상승되어 팬본체(30)를 회전시키므로, 팬본체(30)를 회전시키는 풍량이 증가되어 팬본체(30)가 더욱 효과적으로 회전되도록 할 수 있는 장점이 있다. 특히, 바람이 경사면(11a)을 따라 이동할 경우에는 풍속이 증가되므로, 풍속이 낮은 경우에도 팬본체(30)를 회전시킬 수 있어서 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
그리고, 상기 증속기(40)는 상기 회전축(20)에 연결된 대직경휠(41)과, 상기 발전기(50)의 구동축(51)에 연결된 소직경휠(42)과, 상기 휠(41,42)의 둘레면에 걸리도록 설치되는 벨트(43)로 구성되므로, 구조가 매우 간단하고 매우 저렴할 뿐 아니라, 소음이 적으며, 매우 가벼워서 설치 및 유지보수가 간편한 장점이 있다.
본 실시예의 경우, 상기 증속기(40)는 대직경휠(41)과 소직경휠(42) 및 벨트(43)를 이용하는 것을 예시하였으나, 필요에 따라, 상기 휠(41,42)을 스프로킷으로 구성하여 체인을 이용하여 휠(41,42)을 상호 연결하도록 구성하는 것도 가능하다.
또는, 기어를 이용하는 방식의 증속기를 이용하는 것도 가능하다.
도 5 및 도 6은 본 고안에 따른 다른 실시예를 도시한 것으로, 상기 제어유닛(70)에 연결되며 풍속을 측정하는 풍속센서(80)와, 상기 회전축(20)에 연결되며 상기 충전지(60)에 충전된 전기에 의해 구동되는 구동모터(90)가 더 구비된다.
상기 풍속센서(80)는 상기 지지대(10)의 외부에 구비되어 바람이 불어오는 속도를 측정한다. 이러한 풍속센서(80)는 다양한 것이 사용되고 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.
상기 구동모터(90)는 상기 지지대(10)의 내부에 고정설치되며, 상기 제어유닛(70)에 연결되어 제어유닛(70)에 의해 온-오프(on-off) 제어된다. 이때, 상기 구동모터(90)의 구동축(91)은 원웨이베어링(92)을 통해 상기 회전축(20)에 연결되어, 바람에 의해 팬본체(30)가 회전될 때는 상기 원웨이베어링(92)이 공회전되어 구동축(91)이 회전되지 않고, 구동모터(90)가 구동되어 구동축(91)이 회전될 때는 구동축(91)의 회전력이 상기 원웨이베어링(92)을 통해 상기 회전축(20) 및 팬본체(30)에 전달되어 회전축(20) 및 팬본체(30)가 회전되도록 설치된다.
이를 자세히 설명하면, 상기 회전축(20)과 구동모터(90)의 구동축(91)에는 각각 풀리(93,94)가 구비되어 벨트(95)로 상호 연결된다. 이때, 상기 회전축(20)에 결합되는 풀리(93)는 회전축(20)에 결합된 원웨이베어링(92)의 외부에 결합된다. 상기 원웨이베어링(92)은 상호 회전가능하게 결합된 내, 외부휠(92a,92b)과 상기 내, 외부휠(92a,92b)의 사이에 구비된, 도시되지 않은 키부재로 구성되어, 내부휠(92a)이 일방향으로 회전될 때는 상기 키부재에 의해 내, 외부휠(92a,92b)이 상호 맞물려 함께 회전되도록 하고, 내부휠(92a)이 반대방향으로 회전될 때는 내부휠(92a)이 공회전되도록 구성된다. 이러한 원웨이베어링(92)은 자전거 뒷바퀴의 스프로킷 등에 널리 사용되고 있으므로, 그 자세한 설명은 생략한다.
따라서, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 바람에 의해 상기 팬본체(30)와 회전축(20)이 회전될 때는 원웨이베어링(92)의 외부휠(92b)이 공회전되어 회전축(20)의 회전력이 구동모터(90)의 구동축(91)에 전달되지 않도록 하고, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 구동모터(90)가 구동되어 구동축(91)이 회전될 때는 상기 원웨이베어링(92)의 내, 외부휠(92a,92b)이 상호 맞물려 구동모터(90)의 구동력이 회전축(20)에 전달되어 회전축(20)과 팬본체(30)가 회전되어 환기를 하도록 한다.
그리고, 상기 제어유닛(70)은 상기 풍속센서(80)의 신호를 수신하여 풍속이 기준 이하, 즉, 상기 팬본체(30)를 회전시키지 못할 정도로 풍속이 낮아지면 상기 구동모터(90)로 전기를 공급하여 구동시켜 팬본체(30)가 강제로 회전되어 환기작용을 하도록 하며, 풍속이 기준 이상으로 높아지면 상기 구동모터(90)로 공급되는 전기를 차단하여 팬본체(30)가 바람에 의해 자연적으로 회전되어 환기작용을 하도록 한다.
이와 같이 구성된 환기팬 발전장치는 상기 제어유닛(70)이 풍속센서(80)의 신호를 수신하여 바람이 불지 않을 때는 구동모터(90)를 이용하여 회전축(20) 및 팬본체(30)를 강제로 회전시킴으로써, 강제로 환기작용을 하도록 한다. 따라서, 바람이 불지 않을 때도 지속적으로 팬본체(30)를 회전시켜 지속적으로 환기를 시킬 수 있는 장점이 있다. 특히, 상기 구동모터(90)는 충전지(60)에 저장된 전기를 전원으로 작동되므로, 별도의 전원이 필요하지 않아서 전기세를 절감할 수 있을 뿐 아니라, 구동모터(90)에 전기를 공급하기 위한 별도의 배선작업을 할 필요가 없는 장점이 있다.
또한, 상기 구동모터(90)는 원웨이베어링(92)을 통해 상기 회전축(20)에 연결되어, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 바람에 의해 팬본체(30)와 회전축(20)이 회전될 때는 원웨이베어링(92)이 공회전되도록 함으로써, 바람에 의해 팬본체(30) 및 회전축(20)이 회전될 때 회전축(20)의 회전력이 구동모터(90)에 전달되어 회전축(20)의 회전력이 약해지는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다. 즉, 구동모터(90)는 정지된 상태에서는 일정 수준의 부하가 걸리게 되므로, 구동모터(90)의 구동축(91)이 회전축(20)에 지속적으로 연결될 경우 회전축(20)을 회전시키기 위해서는 더 많은 힘이 필요하게 된다. 따라서, 원웨이베어링(92)을 이용하여 구동모터(90)에 전기가 공급되어 구동모터(90)가 작동될 때만 구동모터(90)와 회전축(20)이 연결되도록 함으로써, 바람에 의해 팬본체(30)와 회전축(20)이 회전될 때 구동모터(90)에 의해 팬본체(30) 및 회전축(20)의 회전속도가 늦어지는 것을 방지할 수 있다.
이상, 상기 내용은 본 고안의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 고안의 당업자는 본 고안의 요지를 변경시킴이 없이 본 고안에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
10. 지지대 11. 커버부재
12. 지지바 20. 회전축
30. 팬본체 40. 증속기
50. 발전기 60. 충전지
70. 제어유닛 80. 풍속센서
90. 구동모터 92. 원웨이베어링

Claims (4)

  1. 건물의 상측으로 연장된 배기관(2)의 상단에 구비된 지지대(10)와,
    상기 지지대(10)에 회전가능하게 결합된 회전축(20)과,
    둘레면에 다수개의 블레이드가 원통형 또는 구형으로 구비되어 상기 회전축(20)에 고정설치되는 팬본체(30)로 구성되어,
    바람이 불면 상기 팬본체(30)가 회전되면서 배기관(2)을 통해 실내의 공기를 강제로 외부로 배출하여 환기시키는 환기팬에 있어서,
    상기 회전축(20)에 연결된 증속기(40)와,
    상기 증속기(40)에 연결된 발전기(50)와,
    상기 발전기(50)에 연결된 충전지(60)와,
    상기 발전기(50)와 충전지(60)의 사이에 구비되어 충전지(60)의 충방전을 제어하는 제어유닛(70)과,
    상기 제어유닛(70)에 연결되며 풍속을 측정하는 풍속센서(80)와,
    상기 회전축(20)에 연결되며 상기 충전지(60)에 충전된 전기에 의해 구동되는 구동모터(90)를 포함하며,
    상기 제어유닛(70)은 상기 풍속센서(80)의 신호를 수신하여 풍속이 기준 이하로 낮아지면 상기 구동모터(90)로 전기를 공급하여 구동시켜 팬본체(30)가 회전되도록 제어하며,
    상기 구동모터(90)는 구동축(91)이 원웨이베어링(92)을 통해 상기 회전축(20)에 연결되어, 바람에 의해 팬본체(30)가 회전될 때는 상기 원웨이베어링(92)이 공회전되어 구동축(91)이 회전되지 않고, 구동모터(90)가 구동되어 구동축(91)이 회전될 때는 구동축(91)의 회전력이 상기 원웨이베어링(92)을 통해 상기 회전축(20) 및 팬본체(30)에 전달되어 회전축(20) 및 팬본체(30)가 회전되는 것을 특징으로 하는 환기팬 풍력발전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지대(10)는 상측으로 갈수록 외경이 좁아지는 통형상으로 구성되어 상기 배기관(2)의 상단 둘레부를 덮도록 설치되는 커버부재(11)와,
    상기 커버부재(11)의 내부에 구비되며 상기 회전축(20)이 결합되는 지지바(12)를 포함하며,
    상기 팬본체(30)는 상기 지지대(10)의 상부에 위치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 환기팬 풍력발전장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 증속기(40)는 상기 회전축(20)에 연결된 대직경휠(41)과,
    상기 발전기(50)의 구동축(51)에 연결된 소직경휠(42)과,
    상기 휠(41,42)의 둘레면에 걸리도록 설치되는 벨트(43) 또는 체인을 포함하는 것을 특징으로 하는 환기팬 풍력발전장치.
  4. 삭제
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