KR200460675Y1 - 풍력과 태양광을 이용한 혼합 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 풍력과 태양광을 이용한 혼합 발전 장치에 관한 것으로, 수평축 멀티 블레이드와 수직축 원형 블레이드의 풍력에 의한 회전력을 클러치 베어링을 차단 또는 연결하면서 발전량을 상호 보완하여 발전기에 풍력 에너지를 전달하고, 동시에 수직축 원호형 블레이드 표면에 태양광전지를 함께 설치하여 태양광 에너지를 회수하여 하이브리드 개념의 풍력과 태양광 혼합 발전 장치에 관한 것이다.
본 고안에 따르면 수평축 멀티 블레이드(1); 상기 수평축 멀티 블레이드(1)에 의해 회전되는 수평축(2)과 베벨기어(3)로 직교된 연결축(4); 상기 연결축(4)의 하부에 동일축상으로 설치된 수직축(5); 상기 수직축(5)에 연결되어 발전하는 발전기(7);를 포함하여 구성된 혼합 발전 장치에서 있어서, 상기 연결축과 연결부 클러치 베어링(8)이 설치된 풍력과 수직축 원호형 블레이드(6)를 구성하는 태양 전지판에 의해 태양광을 이용한 혼합발전장치가 제공된다.

Description

풍력과 태양광을 이용한 혼합 발전 장치{Wind power and solar hybrid generator}
본 고안은 풍력과 태양광을 이용한 혼합 발전 장치에 관한 것으로, 수평축 멀티 블레이드와 수직축 원형 블레이드의 풍력에 의한 회전력을 클러치 베어링을 차단 또는 연결하면서 발전량을 상호 보완하여 발전기에 풍력 에너지를 전달하고, 동시에 수직축 원호형 블레이드 표면에 태양광전지를 함께 설치하여 태양광 에너지를 회수하여 하이브리드 개념의 풍력과 태양광 혼합 발전 장치에 관한 것이다.
발전 장치는 태양광, 지열, 수력, 조력, 풍력 등 여러 가지 자연력으로부터 동력을 얻어 발전장치에 전기적 에너지로 축전하게 된다. 상기 여러 형태의 자연에너지를 동시에 이용하여 동력을 얻는 발전 장치 한국 특허 등록 제0444616호의 "태양광/풍력 복합 발전 시스템"과 한국 특허공개 제10-2001-0016571호의 "조력,풍력 및 태양열 복합 발전 장치"에 개시되어 있다.
그리고 자연 에너지원 중 풍력을 이용한 발전장치로는 한국 특허등록 제0420537호의 "풍력발전기의 회전력 결합장치"와 한국 특허공개 제10-1996-007401호의 "복합 입력형 풍력장치"와 한국 특허등록 제0754966호의 "수평/수직축 복합 날개형 풍력발전시스템"이 있다.
그러나 상기와 같이 자연력을 이용한 복합 발전 장치는 효율적인 발전량을 위해서는 발전 장치의 규모가 크고 소음이 커서 설치 지역에 많은 제한을 받는다. 특히 풍력발전의 경우 바람이 평균 초속 4M 이상이 필요하므로 경제성을 확보할 수 있는 입지가 제한적이고, 우리나라의 경우 바람이 간헐적이고 출력이 변화무쌍하여 균일한 풍력을 발생할 수 없다는 단점이 있다.
또한 한국 특허등록 제0754966호 "수평/수직축 복합 날개형 풍력발전시스템"의 경우는 3-블레이드 형 수평축 날개를 사용하고, 구동랫치와 승강랫치 및 증속기와 발전기 등을 수직축 내부와 타워 내부에 설치한 구조로 인하여 제작과 설치 및 유지보수가 어려운 문제점이 있다.
따라서 본 고안은 종래의 이러한 문제점을 해소하고자 하는 것으로, 일반적인 수평축 블레이드만을 사용하는 소형의 풍력 발전 장치 대신에 수평축 블레이드와 수직축 블레이드를 복합적으로 동일 회전축상에 설치하여 동시에 구동하게 함으로써 수평축 블레이드와 수직축 블레이드의 장단점을 보완하여 소음과 진동을 줄이고, 풍력 에너지의 회수율을 높일 수 있는 수평축 멀티 블레이드와 수직축 원호형 블레이드의 풍력에 의한 회전력을 클러치 베어링을 차단, 연결하면서 2개의 수평/수직축 블레이드에서 발생한 회전력을 상호보완하여 발전기에 풍력 에너지를 전달할 수 있도록 하는 구조를 제공하고, 출력이 변화무쌍한 풍력을 태양광으로 보완함으로써 보다 안정적인 전력을 제공하여 대기오염, 소음, 진동 등의 환경 오염과 소음을 발생하지 않고 청정 전기에너지를 발전할 수 있는 풍력과 태양광을 이용한 혼합 발전 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 수평축 멀티 블레이드와 수직축 원호형 블레이드에서 발생한 풍력 에너지를 수평축 멀티 블레이드와 수직축 원호형 블레이드 중간에 설치된 클러치 베어링을 통하도록 하여, 수평축 멀티블레이드와 수직축 원호형 블레이드와의 상호 간의 회전수 차이에 의한 기계적인 문제점을 보완한다.
그리고 수직축 원호형 블레이드 표면에 설치한 태양광전지에 의한 태양광에너지는 수직축 원호형 블레이드 회전축 내부를 전선이 관통할 수 있도록 하여 주회전축 표면에 설치한 슬립링에 태양광전지 출력단자와 전선으로 연결해서 태양광 에너지를 인출하고 밧데리 충전장치의 전력변환장치(ECS, Energy Conversion System)에 인입되도록 한다.
앞에서 설명한 바와 같이 본 고안은 일반적인 수평축 블레이드만을 사용하는 소형의 풍력 발전 장치 대신에 수평축 블레이드와 수직축 블레이드를 복합적으로 동일 회적축상에 설치하고 베어링 클러치를 이용하여 동시에 구동함으로서, 수평축 블레이드와 수직축 블레이드의 장단점을 보완하여 소음과 진동을 줄일 수 있어 설치장소에 제약을 덜 받게 되며, 풍력 에너지의 회수율을 높일 수 있게 된다. 그리고 풍력이 원활하지 않을시 태양광으로 발전하여 병합발전할 수 있고, 환경오염과 소음을 발생하지 않는 청정 에너지 생산에 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 고안의 전체 개략도
도 2은 본 고안의 전체 구조도
도 3은 수직축 원호형 블레이드가 태양광 전지판으로 구성된 예시도
도 4은 수평축 멀티 블레이드의 상세도
본 발명은 수평축 멀티 블레이드(1); 상기 수평축 멀티 블레이드(1)에 의해 회전되는 수평축(2)과 베벨기어(3)로 직교된 연결축(4); 상기 연결축(4)의 하부에 동일축상으로 설치된 수직축 원호형 블레이드(6); 상기 수직축(5)에 연결되어 발전하는 발전기(7);를 포함하여 구성된 혼합발전장치에 있어서 상기 연결축(4)과 수직축(5)의 연결부에 클러치 베어링(8)이 설치됨을 특징으로 한다.
그리고 상기 수직축 원호형 블레이드(6)는 수직축(5) 둘레를 따라 빙 둘러 다수 개의 블레이드가 설치되어 형성된 것이고, 각각의 블레이드는 태양광 전지판으로 구성되어 태양열을 이용한 발전 장치로 사용된다.
그리고 태양광 전지판으로의 연결된 도선은 수직축(5)에 설치되고, 상기 도선과 외부로 연결하기 위하여 수직축(5)에 슬립링(9)이 설치된다. 따라서 슬립링(9)과 발전기를 통한 도선들은 전력변환장치(10)에 전기적으로 접속된 후 밧데리(11)로 연결된다. 즉 수직축 원호형 블레이드(6) 표면에 설치한 태양광 전지에 연결된 전선이 수직축(5) 내부로 설치되어 수직축(5) 표면에 설치된 슬립링(9)과 연결되어, 태양광 에너지를 밧데리(11)의 전력변환장치(10 : ECS, Energy Conversion System)에 인입된다.
그리고 상기 수평축 멀티 블레이드(1)는 다수 개의 회전날개(12)가 방사상으로 설치된 구조이고, 각각의 회전날개(12)는 지지대(16)에 의해 수평구(2)에 견고히 지지됨을 특징으로 한다. 즉 회전날개(12)를 경량화할 경우 바람에 견딜 수가 없어 견고하게 제작되어 무게가 큰 단점이 있으나, 본 고안은 회전날개(12)를 경량으로 하여 발전 효율을 높이되, 내구성을 높이기 위하여 지지대(16)를 각각의 회전날개(12)와 수평축(2)에 고정하여 지지하게 하는 구조이다.
또한 발전 장치는 상기의 구성 요소에 더하여, 수직축(5)의 하부에는 제동장치(13)와 증속기(14)가 설치되고, 제동장치(13)를 제어하는 제어장치(15)가 더 구비될 수 있다.
상기와 같은 구조에 의하여 수평축 멀티 블레이드(1)와 수직축 원호형 블레이드(6)에 의하여 풍력 발전을 행하고, 수직축 원호형 블레이드(6)를 구성하는 태양 전지판에 의해 태양광을 이용한 발전을 함께 할 수가 있게 된다.
우선 수평축 멀티 블레이드(1)에 의한 발전 작용을 설명하면 다음과 같다.
수평축 멀티 블레이드(1)에 구성하는 회전날개(12)는 지지대(16)에 의해 수평축(2)에 견고히 지지되어, 풍량이 크더라도 회전날개(12)가 형태를 유지하게 되므로 발전의 효율성이 높아진다, 수평축 멀티 블레이드(1)가 회전되면, 수평축(2)이 회전되고, 수평축(2)은 베벨기어(3)에 의하여 수직인 연결축(4)과 직교로 연결되어 있어 연결축(4)이 회전하게 된다.
연결축(4)은 발전기(7)를 회전시키는 수직축(5)의 상단부에 연결되어 있으므로, 결국 수평축 멀티 블레이드(1)에 의하여 발전되어 밧데리(11)에 축전된다.
그리고 상기와 같이 수평축 멀티 블레이드(1)에 의해 풍력 발전이 이루어짐과 동시에, 수직축 원호형 블레이드(6)가 풍력을 받아 회전하게 되면, 수평축 멀티 블레이드(1)에 의한 회전력을 더하여 수직축(5)을 회전시키고, 이에 의해 발전기(7)에 축전된다.
여기서 수평축 멀티 블레이드(1)와 수직축 원호형 블레이드(6)의 상관 관계가 중요시되는데, 클러치 베어링(8)이 수평축 멀티 블레이드(1)와 수직축 원호형 블레이드(6)의 상호간의 회전수 차이를 보완하게 된다. 즉 연결축(4)과 수직축(5)의 회전수가 동일하면 클러치 베어링(8)의 역할이 필요 없으나, 수직축(5)의 회전력은 연결축을 더 돌리려고 하기 때문에, 연결축(4)의 느린 회전은 수직축(5)의 회전에 부하로 작용하게 된다.
따라서 연결축(4)의 회전이 수직축(5)의 회전에 부하로 작용하지 않도록 하는 것이 클러치 베어링(8)의 역할이다. 즉 상대적으로 수직축(5)의 회전이 빠를 경우 수직축(5)에 연결축(4)에서 헛돌아가도록 한다.
이와 같이 본 발명은 클러치 베어링(8)에 의하여 수평축 멀티 블레이드(1)와 수직축 원호형 블레이드(6) 각각의 회전력을 서로 상쇄되는 부하가 없도록 하여 풍력에 의한 발전을 극대화시키게 된다.
또한 본 고안은 풍력을 이용함과 동시에 태양광을 이용한 발전을 겸하게 된다. 태양광을 이용한 발전은 수직축 원호형 블레이드(6)를 형성하는 태양광 전지판에 의해 이루어진다. 그리고 태양광 전지판은 회전하게 되므로 발전시 발생되는 열을 식혀 발전 효율을 증진시키는 장점도 가지게 된다.
태양광 전지판의 단자는 수직축(5)에 고정되어 슬립링(9)에 연결되고, 슬립링(9)은 다른 단자가 연결되어 전력변환장치(10)와 접속된다. 따라서 수직축(5)이 회전하더라도 전력변환장치(10)에 연결된 전선은 꼬이지 않게 된다.
그리고 제동장치(13)는 DC 브레이크로 발전기(7)의 제한 출력 이상일 때 자동으로 수칙축 (5)의 회전을 정지시키는 안전장치의 역할을 한다. 그리고 증속기(14)는 수직축(5)의 회전을 증가시켜 발전기(7)에 전달시키는 역할을 하는 것으로 일반적인 기술이다.
상기와 같이 본 고안은 풍력을 최대한 활용함과 동시에 태양광을 이용하여 발전을 행함으로써 소형의 장치로 대형 발전 장치의 효율을 달성할 수 있게 된다.
1 : 수평축 멀티 블레이드 2 : 수평축
3 : 베벨기어 4 : 연결축
5 : 수직축 6 : 수직축 원호형 블레이드
7 : 발전기 8 : 클러치 베어링
9 : 슬립링 10 : 전력변환장치
11 : 밧데리 12 : 회전날개
13 : 제동장치 14 : 증속기
15 : 제어장치 16 : 지지대

Claims (3)

  1. 복수개의 회전날개가 방사상으로 구비되고, 상기 회전날개와 동일한 개수의 팔을 가지며 상기 팔의 일단이 상기 각 회전날개 상에 고정되고 타단이 수평축(2)에 결합되는 지지대에 의해 상기 각 회전날개가 상기 수평축에 지지되는 수평축 멀티 블레이드(1);
    상기 수평축 멀티 블레이드에 의해 회전되는 상기 수평축과 베벨기어(3)로 직교 연결된 연결축(4);
    상기 연결축의 하부에 동일 축상으로 설치된 수직축(5);
    상기 수직축의 둘레를 따라 복수개의 블레이드가 구비된 수직축 원호형 블레이드(6);
    상기 연결축과 상기 수직축 사이에 구비되어, 상기 수직축의 회전속도가 상기 연결축의 회전속도보다 빠를 경우 상기 수직축과 상기 연결축의 연결을 차단하여 상기 수직축이 헛돌도록 함으로써 상기 수평축 멀티 블레이드와 상기 수직축 원호형 블레이드 상호간의 회전수 차이를 보완하는 클러치 베어링(8);
    상기 수직축의 하부에 구비되어 DC 브레이크로 자동으로 상기 수직축의 회전을 정지시키는 안전장치 역할을 수행하는 제동장치(13);
    상기 제동장치의 하부에 구비되며 상기 수직축의 회전을 증가시키는 증속기(14); 및
    상기 수직축에 연결되어 발전하며, 상기 증속기의 하부에 구비되는 발전기(7)
    를 포함하며,
    상기 각 수직축 원호형 블레이드 표면에는 태양광 전지판이 구비되고, 상기 태양광 전지판에 연결된 도선은 상기 수직축 내부에 설치되고, 상기 도선을 외부의 밧데리(11)와 전기적으로 연결하기 위해 상기 수직축 표면에 슬립링(9)이 구비됨으로써, 상기 태양광 전지판에서 발생된 에너지는 상기 슬립링을 통해 상기 밧데리의 전력변환장치(10)에 인입되는 것을 특징으로 하는 풍력과 태양광을 이용한 혼합 발전 장치.
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