KR20060075030A - 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치에 관한 것으로, 소형발전기에 적합하고, 초기에 자가 기동이 원활하게 이루어지는 원통형 블레이드를 발전기에 장착함으로써 바람의 방향과 무관하게 동일한 전력을 발생시키며, 자연 친화적이고 크기 대비 전력 출력의 효율이 매우 높은 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 일정길이 이격된 위치에 각각 상부 지지판과 하부 지지판이 구성되어져 있으며; 상기 상부 지지판과 하부 지지판의 사이에는 중간 지지대가 구성되고; 상기 상부 지지판과 중간 지지대, 상기 중간지지대와 하부지지판에는 일정 간격으로 배치된 다수개의 수직 블레이드의 양단이 각각 결합되어져 있고, 상기 상부지지판, 중간지지대, 하부지지판의 중앙을 관통하여 회전축이 결합되며, 상기 회전축이 일방향으로 회전하도록 제어하는 일방향 회전제어부재로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명을 적용하면, 회전부가 소형 크기로 구성되며, 원통형 블레이드 장착 구조를 가지므로 전방향(全方向)에서 불어오는 바람에 대응하여 상시 최대효율의 출력을 발생할 수 있으며, 미세한 바람에도 초기 자가기동이 매우 용이해지므로 한국과 같이 풍량이 작으며 바람의 방향이 국지적으로 일정치 않은 지역에 적합하고, 그 회전부는 수직 블레이드 외에도 수평 블레이드가 구성됨으로써 더욱 높은 효율의 전력발생이 가능하다는 잇점이 있다.

Description

원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치{SMALL WIND POWER APPARATUS WITH A CYLINDER TYPE BLADE}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치의 외형을 도시한 사시도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치의 보조 전력저장부를 도시한 측단면도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치에 장착된 원통형 블레이드를 도시한 요부 사시도,

도 4a, 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치의 블레이드 결합상태를 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치의 일방향 회전 제어부재를 도시한 평단면도,

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치의 회로구성을 도시한 블록구성도,

도 7a,7b는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치의 신호흐름을 도시한 플로우챠트이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100:회전부, 102:상부지지판,

104:하부지지판, 106:회전축,

108:중간지지대, 110:발전기,

112,114:수직블레이드, 116:수평블레이드.

본 발명은 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 소형발전기에 적합하고, 초기에 자가 기동이 원활하게 이루어지는 원통형 블레이드를 발전기에 장착함으로써 바람의 방향과 무관하게 동일한 전력을 발생시키며, 자연 친화적이고 크기 대비 전력 출력의 효율이 매우 높은 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 지구의 석유 매장량이 심각하게 감소하면서 고유가 행진이 지속되고 있다. 최근에는 각종 대체에너지가 개발되면서 그 효율을 증진시키고, 석유를 실질적으로 대체할 수 있는 기술 개발에 박차를 가하고 있다.

다수의 대체에너지 중에서 그 효용성과 범용성 및 발전 가능성을 모두 고려하여 볼 때, 가능성이 있는 대체에너지는 단연 태양광 발전과 풍력발전이다. 물론, 이러한 대체에너지는 각종 기후환경과 운전 특성에 따라 그 효율이 크게 좌우되기는 하지만, 발전 효율을 증가시키게 되면 실질적으로 석유를 대체할 에너지로 인식되고 있다.

풍력발전기의 경우에는 1975년 한국과학기술원에서 경기도 화성군 엇섬에 개발 설치한 2kW급 풍력발전기를 효시로 2001년 (주)한국화이바의 750kW급 중?대형급 회전자 개발에 이르기까지 약 30년에 걸친 국산화 개발 및 운전 특성에 관한 연구가 수행되어 왔으나 제작기술 및 요소 기기 개발 미흡으로 시운전 중 철거 내지는 가동 중단된 상태가 많으며 한국에너지기술연구원에서 월령 시범단지 및 중문단지에 설치 운전 중인 풍력설비와 1999년 2월 (주)한국화이바에서 행원리에 설치한 600kW 2기만이 정상 가동되고 있어 그 동안 추진되어 온 국내 풍력발전 연구개발 및 실용화사업의 재고가 필요한 시점이라 생각된다.

외국이나 한국에서 연구의 공통점은 대형화만 추구하는 비현실성을 가지고 있는 것인데, 먼저 유럽은 지속적인 편서풍에 의해서 대형화를 가능케 한다. 그렇지만 일본을 비롯한 동남아 지역에서는 지형적인 영향으로 특정지역을 제외하고는 중소형으로 지향되어야만 한다. 즉, 풍력발전시스템이 계통선과 연계될 수 없는 낙도 등에 설치되어 단위 전원 공급용으로 운전 될 때는 필수적으로 그 지역의 연간 소요 에너지량에 상응하는 풍력에너지의 생산이 불가피하므로 연간 생산 에너지량이 제한조건이 되어야 한다. 또한, 위의 제한조건을 만족하면서 최소한의 회전면적 즉, 단위 회전면적 당 최대의 출력을 내는 시스템이 설계되어야 가장 경제적이며 최대의 출력을 얻을 수 있는 최적 풍력발전시스템이라 할 수 있게 된다.

하지만, 기존의 풍력 발전 시스템은 저속으로 회전하는 대형의 블레이드(blade)가 증속기를 거쳐 고속으로 발전기의 회전자를 돌려서 발전을 유도하는 방식으로서 그 문제점으로는 모든 풍력 발전 시스템은 블레이드가 충분한 풍력을 받 지 못하면 초기에 자기 기동을 하지 못하므로 외부의 인위적인 보조 발전의 도움이 없이는 자가 발전이 어려워서 한정된 조건에서만 작동이 가능하며, 특히 간헐적인 바람의 특성 때문에 풍력 에너지의 이용 효율이 대부분 매우 낮다는 문제점이 있다.

한국의 경우 기술수준은 발전기 및 증속기 등 대부분의 요소기술은 이미 보유하고 있으나 이를 종합하는 시스템 기술 및 핵심 특정기술의 경험 부족으로 인하여 국산화 개발에 어려움을 겪고 있어 요소기술을 보유한 기관(업체)들의 다자간 공동개발 및 선진 해외제품의 설치/운전을 통한 운전특성에 관한 연구로 기술교류의 활성화 및 투자 효용성을 증대하는 방향의 사업추진이 필요한 실정이다.

또한, Blade의 소음 저감과 인구 밀집 지역에서의 안전사고에 대한 기술미비로 전력이용자들에 대해서는 가까이 다가 갈 수 없는 낯선 감이 있었다.

한편, 종래의 블레이드(Blade)는 그 전방에서 불어오는 바람에 대응하여 회전할 수 있도록 설계되어져 있으므로 후방에서 불어오는 바람에는 상대적으로 작은 회전량을 갖는다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 소형발전기에 적합하고, 초기에 자가 기동이 원활하게 이루어지는 원통형 블레이드를 발전기에 장착함으로써 바람의 방향과 무관하게 동일한 전력을 발생시키며, 자연 친화적이고 크기 대비 전력 출력의 효율이 매우 높은 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 풍력발전 모듈로부터 발전된 전력이 기설정 이상으로 투입될 때, 제어신호에 의해 해당 발전전력을 인가받아 구동되는 DC모터와; 상기 DC모터의 축에 결합된 구동기어와; 그 구동기어와 일정거리 이격된 위치에 체인을 매개로 상기 구동기어와 연결된 종동기어와; 상기 종동기어에 축결합된 동력전달파이프와; 상기 동력전달파이프를 그 외주연에 일부 감싸도록 결합시킨 동력전달축과; 상기 동력전달축과 동일 축선상에 결합되어 발전전력을 저장하기 위한 태엽과; 상기 동력전달축의 중앙 동일 축선상에 구성된 제 1 풀리와; 상기 제 1 풀리와 일정거리 이격된 상태에 구성되며, 상기 제 1 풀리와 벨트에 의해 연결된 제 2 풀리와; 상기 제 2 풀리의 축선상에는 결합되고, 제 2 풀리의 회전력을 인가받아 일정전력을 발전하는 제너레이터와; 상기 태양광 발전 모듈과 풍력발전 모듈로부터 발전된 전력값을 인가받아 해당 전력값과 기준값을 비교, 판단함으로써 상기 태엽을 통해 추가 발전시킬 것인지에 대한 판단을 행하고, 태엽에 전력을 축전할 것인지를 판단하여 과전력 발전시 일부전력을 부하로, 일부 전력을 태엽으로 투입하여 축전하도록 하며, 저전력 발전시 태엽을 풀어 상기 제너레이터를 통해 추가 발전을 행하도록 상기 태엽을 통한 축전 및 전력보상을 제어하는 제어부로 구성된 보조발전장치에 있어서, 상기 풍력발전모듈은 내부가 중공인 상태의 원통형 블레이드와; 상기 블레이드 회전축과 동(同)축선상에 결합되어져 전력을 발생시키는 발전기를 더 포함하여 구성됨으로써 전방향(全方向)에서 불어오는 바람에 대응하여 발전이 이루어지게 된 것을 특징으로 하는 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 원통형 블레이드는 일정길이 이격된 위치에 각각 상부 지지판과 하부 지지판이 구성되어져 있으며; 상기 상부 지지판과 하부 지지판의 사이에는 중간 지지대가 구성되고; 상기 상부 지지판과 중간 지지대, 상기 중간지지대와 하부지지판에는 일정 간격으로 배치된 다수개의 수직 블레이드의 양단이 각각 결합되어져 있고, 상기 상부지지판, 중간지지대, 하부지지판의 중앙을 관통하여 회전축이 결합되며, 상기 회전축이 일방향으로 회전하도록 제어하는 일방향 회전제어부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 중간지지대는 상기 상부 및 하부지지판보다 그 직경이 더 큰 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 중간지지대 및 하부지지판의 상면에는 각각 4방향(동,서,남,북)으로 수평블레이드가 결합된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 일방향 회전제어부재는 상기 회전축의 외주연에 결합된 회전체가 구성되어져 있으며, 그 회전체의 외주연에는 다수개의 홈이 각설되어져 있고, 그 홈의 내부에 판스프링이 장착되어져 있으며, 그 판스프링의 일단에 스위칭돌기가 회동 가능하게 결합되어져 있고, 상기 회전체를 그 내부에 내장하고, 상기 회전축과는 별도의 프레임에 결합된 지지링이 제공되며, 상기 지지링의 내주연에는 일정간격으로 다수개의 걸림돌기가 형성되어짐으로써 상기 회전축이 일방향으로만 회전 가능하게 제어하는 것을 특징으로 하는 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치의 외형을 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치의 보조 전력저장부를 도시한 측단면도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치에 장착된 원통형 블레이드를 도시한 요부 사시도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치(2)는 소형발전기에 적합하고, 초기에 자가 기동이 원활하게 이루어지는 원통형 블레이드를 발전기에 장착함으로써 바람의 방향과 무관하게 동일한 전력을 발생시키며, 자연 친화적이고 크기 대비 전력 출력의 효율이 매우 높다.

본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치(2)는 크게 원통형 블레이드로 이루어진 회전부(100)와; 전력보상부(12)로 구성되어진다.

상기 회전부(100)는 소형발전기에 적합하며, 바람의 방향과 무관하게 동일한 전력을 발생시키고, 종래의 대형 풍력발전기에 비해 상대적으로 그 사이즈가 작은 소형발전기용으로 사용되는 블레이드가 장착되어 회전하는 수단으로써, 이러한 회전부(100)는 먼저 일정길이 이격된 위치에 각각 상부 지지판(102)과 하부 지지판 (104)이 구성되어져 있다.

또한, 상기 상부 지지판(102)과 하부 지지판(104)의 사이에는 상기 상/하부 지지판(102, 104)의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 중간 지지대(108)가 구성되어져 있으며, 상기 상부 지지판(102)과 중간 지지대(108)와, 상기 중간지지대(108)와 하부지지판(104)에는 일정 간격으로 배치된 다수개의 수직 블레이드(112,114)의 양단이 각각 결합되어져 있다. 따라서, 상기 회전부(100)의 외형은 얼레의 형상을 갖는다.

또한, 상기 중간지지대(108)의 상면에는 각각 4방향(동,서,남,북)으로 수평블레이드(116)가 결합되어져 있는 바, 상기 하부지지판(104)에도 상기 수평 블레이드(116)를 구성할 수 있다. 따라서, 외부에서 불어오는 바람은 상기 수직 블레이드(112,114)의 사이를 통과하면서 그 수직 블레이드(112, 114)를 밀어내게 되어 일정방향으로 상기 회전부(100)가 회전된다.

한편, 상기 상부지지판(102)과, 중간지지대(108), 하부 지지판(104)의 중앙에는 수직으로 연결된 회전축(106)이 결합되는 바, 상기 회전축(106)의 하부에는 공지의 발전기(110)가 구성되어져 있으며, 그 내부의 회전자(112)에 상기 회전축(106)이 결합되어져 있다. 즉, 발전기(110)의 회전자(112)와 상기 회전축(106)이 동축선상에 위치되도록 하여 상기 블레이드의 회전력을 직접 발전기(110)의 축에 전달하도록 한다. 미설명부호 120은 고정자를 나타낸다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치(2)는 상기 회전부(100)의 측부에 전력보상장치(12)가 구비되는 바, 상기 전력 보상장치(12)는 본 발명의 발명자가 이미 기출원한 기술로서, 본 발명은 상기 전력보상장치(12)가 적용되어 일체로 이루어진 장치이므로 이에 대해 기술한다.

상기 전력보상장치(12)는 육면체의 외함(14)이 구성되어져 있으며, 그 외함(14)의 내부에 전체 장치를 지지하기 위한 프레임(38)이 구성되어져있다.

또한, 상기 외함(14)의 하부를 지지하기 위한 베이스판(16)이 그 바닥면을 구성하고 있으며, 상기 프레임(38)의 내부에는 상기 회전부(100)의 회전에 의해 발전하는 풍력발전 모듈(6: 회전부와 발전기를 포함한 모듈)의 발전전력을 기준전력과 비교하고, 상기 전력보상장치(12)의 구동여부를 판단하기 위한 회로기판(18)이 장착되어져 있으며, 그 회로기판(18)의 측방에는 상기 풍력발전 모듈(6)로부터 발전된 전력이 기설정 이상으로 투입될 때, 제어신호에 의해 구동되는 DC모터(20)가 장착되어져있다.

또한, 상기 DC모터(20)의 축에는 구동기어(22)가 결합되어져 있으며, 그 구동기어(22)와 일정거리 이격된 위치에 체인을 매개로 상기 구동기어(22)와 연결된 종동기어(24)가 구성되어져 있다. 또, 상기 종동기어(24)는 동력전달축(28)에 의해 축결합되어져 있으며, 그와 동일 축선상에 제 1 풀리(26)가 결합되어져 있고, 그 후단에 동일 축선상에 결합된 태엽(32)이 구비되어져 있다. 상기 태엽(32)은 본 발명의 전력저장을 위한 구성으로서, 이러한 태엽(32)은 일반 축전지와는 다르게 반 영구적으로 사용할 수 있으며, 그 전력저장효율이 매우 높다. 또한, 상기한 태엽(32)을 다수개 구성하게 되면 보다 많은 값의 전력을 저장할 수 있다.

한편, 상기 제 1 풀리(26)와 일정거리 이격된 상태에 구성되며, 상기 제 1 풀리(26)와 벨트(54)에 의해 연결된 제 2 풀리(30)가 구비되어져 있으며, 그 제 2 풀리(30)의 축선상에는 제너레이터(36)가 구비되어져 있다. 그 제너레이터(36)는 상기 풍력발전 모듈(6)로부터 투입된 발전전력이 기준값 이하일 때, 상기 태엽(32)을 동작시켜 그 회전력을 이용하여 전력을 발생시키기 위한 구성이다.

또, 상기한 각각의 동력전달축(28)이나 모터축(42)은 그 프레임(38)이나 지지대(50)의 내부에 구비된 베어링(46,48,50)을 통해 원활한 회전이 가능하게 결합되어져 있다.

한편, 상기 종동기어(24)는 동력전달축(28)의 외주연에 결합된 동력전달파이프(40)에 결합되어져 있는 바, 상기 동력전달축(28)은 종동기어(24)로부터 제공받은 동력을 상기 동력전달축(28)에 일방향으로 전달하며, 그 반대로 상기 동력전달파이프(40)로부터 제공된 동력은 동력전달축(28)으로 전달하지 않는다. 이는 상기 태엽(32)에 의한 동력을 통해 상기 제너레이터(36)를 구동시키기 위한 동력에 상기 동력전달축(28)이 부하로서 작용하지 않도록 하기 위한 구성이다. 그 동력전달축(28)과 동력전달파이프(40)의 결합구조(A)에 대한 상세 설명은 후술하기로 한다.

또한, 상기 태엽(32)의 축선상에는 권취감지센서(56)가 구비되어져 있는 바, 그 권취감지센서(56)는 공지의 포토커플러로 구성되며, 상기 태엽(32)축의 회전수를 검출하게 된다.

따라서, 상기 전력보상장치(12)는 상기 풍력발전 모듈(6)로부터 발전되어 투입된 전력값을 기준값과 비교하여, 해당 전력값이 기준값보다 큰 경우라면 부하(미도시)로 해당 전력을 투입함과 동시에 상기 DC모터(20)를 구동시켜 전력을 저장한 다.

즉, 상기 DC모터(20)의 구동에 의해 발생된 회전력이 그 모터축(42)을 통해 상기 구동기어(22)로 전달되며, 그 구동기어(22)와 체결된 체인(44)을 매개하여 구동기어(22)의 회전력이 종동기어(24)로 전달된다. 종동기어(24)는 상기 동력전달파이프(40)에 축결합되어져 있으므로 그 동력전달파이프(40)를 회전시키게 되며, 동력전달파이프(40)의 회전력은 그 내부에 결합된 동력전달축(28)으로 전달된다.

그로인해, 상기 동력전달축(28)으로 전달된 회전력은 동일 축선상에 결합된 상기 태엽(32)을 회전시켜 태엽이 권취될 수 있도록 한다. 이때, 상기 태엽(32) 축의 하부에 구비된 권취감지센서(56)에 의해 태엽(32) 축의 회전을 감지함으로써 일정회수 이상은 더 이상 태엽(32)이 권취되지 않는 상태이므로 해당 기준 권취수를 미리 설정하여, 더 이상 태엽(32)이 권취되지 않도록 한다.

도 4a, 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치의 블레이드 결합상태를 도시한 도면이다.

이를 참조하면, 상기 회전부(100)에 장착된 수직 블레이드(112, 114)는 도 4a에 도시된 평단면도에 도시된 바와 같이, 상기 상부 지지판(102)과 중간지지대(108), 중간지지대(108)와 하부지지판(104)의 사이에서 그 원주를 따라 일정각도 빗각으로 결합되어져 있다. 따라서, 어떠한 방향에서 바람이 불어와도 회전 가능하다.

또한, 상기 회전부(100)의 중간지지대(108) 및 하부지지판(104)의 상면에 각각 장착된 수평 블레이드(116)는 도 4b의 사시도에 도시된 바와 같이, 상기 회전축 (106)의 외주연 결합되는 지지부재(116a)의 외주연에 각각 일정각도 빗각으로 결합되어져 있으므로 수직블레이드(112,114)와 마찬가지로 어떠한 방향에서 바람이 불어와도 회전 가능하다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치의 일방향 회전 제어부재를 도시한 평단면도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치의 회전부(100)는 전방향(全方向)에서 불어오는 바람에 대응하여 회전 가능하지만, 바람의 방향이 수시로 바뀌는 경우에는 그 효율성이 감소할 수가 있다. 따라서, 상기 회전부(100)는 일방향으로 회전하는 것이 풍력 손실을 최소화시킬 수 있다.

이를 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치의 회전부(100)에는 일방향 회전제어부재(130)가 구비되어져 있는 바, 상기 일방향 회전제어부재(130)는 상기 회전축(106)을 일방향으로만 회전 가능하게 제어하는 구성이다.

보다 상세하게, 상기 일방향 회전제어부재(130)는 상기 회전축(106)의 외주연에 결합된 회전체(134)가 구성되어져 있으며, 그 회전체(134)의 외주연에는 다수개의 홈이 각설되어져 있고, 그 홈의 내부에 판스프링(140)이 장착되어져 있으며, 그 판스프링(140)의 일단에 스위칭돌기(138)가 회동 가능하게 결합되어져 있다.

또한, 상기 회전체(134)를 그 내부에 내장하고, 상기 회전축(106)과는 별도의 프레임(미도시)에 결합된 지지링(132)이 제공되며, 상기 지지링(132)의 내주연 에는 일정간격으로 다수개의 걸림돌기(136)가 형성되어져 있다. 따라서, 상기 회전축(106)은 시계반대방향으로 회전할 때는 상기 스위칭돌기(138)가 상기 지지링(132)의 내주연에 형성된 걸림돌기(136)에 의해 상기 판스프링(140)을 가압하면서 회전 가능하게 되고, 시계방향으로 상기 회전축(106)이 회전할 때에는 상기 스위칭돌기(138)가 상기 지지링(132)의 내주연에 형성된 걸림돌기(136)에 걸리게 되므로 회전이 불가능하게 된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치의 회로구성을 도시한 블록구성도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치(2)는 상기 풍력발전 모듈(6)로부터의 출력을 안정화시키기 위해 DC/DC컨버터(82)가 구성되어져 있다. 상기 태양광 발전 모듈(4)과 풍력발전 모듈(6)로부터 발생된 출력이 불안정하기 때문에 높은 전류, 낮은 전압의 입력특성에 대응할 수 있도록 본 발명에서는 승압형 PID 제어 컨버터를 사용한다. 상기 DC/DC컨버터(82)로부터 출력된 전압은 대부분 안정된 24Ｖ가 출력되게 된다.

또한, 본 발명에는 상기 DC/DC컨버터(82)를 통과한 DC전압을 교류로 변환시키기 위한 인버터(84)가 구비되는 바, 상기 DC/DC컨버터(82)를 통과한 직류가 인버터(84)를 통과하게 되면 교류 220Ｖ로 변환되게 되어 부하(86)의 상용전원으로 사용할 수 있게 된다.

또, 본 발명에는 상기 권취감지센서(56)로부터 권취수의 검출신호를 인가받아 상기 솔레노이드(68)에 구동 제어신호를 발생함으로써 태엽(32)의 감김과 풀림 을 제어하고, 상기 DC/DC컨버터(82)로부터 컨버팅된 전압값을 인가받아 해당 전압값과 기준값을 비교, 판단함으로써 상기 태엽축전부(80)를 통해 추가 발전시킬 것인지에 대한 판단을 행하고, 태엽축전부(80)에 전력을 축전할 것인지를 판단하여 태엽축전부(80)의 구동을 제어하는 제어부(88)가 구비되어져 있으며, 그 제어부(88)의 내부에는 상기 태엽(32)의 권취기준값과 상기 DC/DC컨버터(82)에 인가된 기준전압값을 저장하는 메모리(90)가 내장되어져 있다.

상기한 구성의 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치의 기능과 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 7a,7b는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치의 신호흐름을 도시한 플로우챠트이다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치(2)는 상기 풍력발전 모듈(6)이 풍력에 의해 발전을 개시하게 되면, 그 발전전압을 상기 DC/DC컨버터(82)가 인가받아 제어부(88)로 전달하게 된다. 그러면, 제어부(88)는 해당 전압이 기준전압(예컨대, 24Ｖ)보다 크거나 같은 지를 판단한다. 만약, 그 발전전압이 기준전압보다 낮은 경우라면 A 플로우를 진행한다.

반면에, 상기 제어부(88)에서 비교한 발전전압이 기준전압보다 크거나 같은 경우라면, 상기 DC/DC컨버터(82)를 통해 컨버팅을 수행하고, 해당 전력을 이용하여 상기 DC모터(20)를 구동시킨다. 그리고, 그와 동시에 상기 DC/DC컨버터(82)를 통과한 전력을 상기 인버터(84)를 통해 인버팅하여 교류 220Ｖ 전압으로 변환시켜 부하의 상용전원으로 사용한다.

한편, 상기 DC모터(20)로 투입된 전원은 그 DC모터(20)의 구동에 의해 회전력으로 변환되고, 그 회전력은 상기 DC모터(20)축에 결합된 상기 구동기어(22)로 전달되며, 그 구동기어(22)와 체결된 체인(44)을 매개하여 구동기어(22)의 회전력이 종동기어(24)로 전달된다. 종동기어(24)는 상기 동력전달파이프(40)에 축결합되어져 있으므로 그 동력전달파이프(40)를 회전시키게 되며, 동력전달파이프(40)의 회전력은 그 내부에 결합된 동력전달축(28)으로 전달된다.

그로인해, 상기 동력전달축(28)으로 전달된 회전력은 동일 축선상에 결합된 상기 태엽(32)을 회전시켜 태엽이 권취될 수 있도록 한다. 이때, 상기 태엽(32) 축의 하부에 구비된 권취감지센서(56)에 의해 태엽(32) 축의 회전을 감지함으로써 상기 제어부(88)는 해당 태엽(32)의 권취수가 기준권취수보다 크거나 같은지를 비교 판단한다. 만약, 해당 태엽(32)의 권취수가 기준권취수보다 크거나 같은 경우라면 상기 제어부(88)는 솔레노이드(68)의 구동을 정지시켜 스토퍼(64)가 상기 태엽(32)축과 결합된 스토퍼기어(70)에 결합되도록 함으로써 태엽(32)의 권취동작을 정지시킨다.

이때, 상기 동력전달파이프(40)로 인가된 회전력은 상기 동력전달파이프(40)를 시계반대방향으로 회전되게 하며, 그로인해 그 내주연에 형성된 걸림돌기(72)가 상기 스위칭돌기(74)에 걸려서 동력이 동력전달축(28)으로 전달되게 한다. 따라서, 그 동력전달축(28)에 결합된 태엽(32)이 권취되게 된다.

반면에, 일시적인 기상악화 등을 통해 해당 전압이 기준전압(예컨대, 24Ｖ)보다 작은 경우에는 상기 제어부(88)가 상기 솔레노이드(68)를 구동시켜 태엽(32) 이 풀리도록 한다. 태엽(32)이 풀리게 되면, 그 태엽축과 결합된 제 1 풀리(26)가 회전하게 되고, 그 회전력이 제 2 풀리(30)로 전달되게 되며, 제 2 풀리(30)의 회전력을 전달받아 제너레이터(36)가 구동됨으로써 전력을 발생시키게 된다. 그 전력은 상기 DC/DC컨버터(82)로 인가되어 상기 풍력발전 모듈(6)로부터 발전된 전력과 합전되며, 상기 DC/DC컨버터(82)를 통과한 전력을 상기 인버터(84)를 통해 인버팅하여 교류 220Ｖ 전압으로 변환시켜 부하의 상용전원으로 사용하게 된다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치(2)는 불안정한 전력을 발생하는 풍력 전력을 정전력, 과전력 상황에서 적절하게 부하분산시켜 그 일부를 저장함으로써 차후의 기상 악화로 인해 저전력이 발생되는 시점에 해당 저장 전력을 공급하도록 함으로써 안정적인 전력을 확보가 가능하며, 태엽축전부를 이용함으로써 거의 반영구적인 운전이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치(2)는 상기 회전부(100)가 소형 크기로 구성되며, 원통형 블레이드 장착 구조를 가지므로 전방향(全方向)에서 불어오는 바람에 대응하여 상시 최대효율의 출력을 발생할 수 있으며, 미세한 바람에도 초기 자가기동이 매우 용이해지므로 한국과 같이 풍량이 작으며 바람의 방향이 국지적으로 일정치 않은 지역에 적합하다.

또한, 상기 회전부(100)는 수직 블레이드(112, 114) 외에도 수평 블레이드(116)를 구성함으로써 더욱 높은 효율의 전력발생이 가능하다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치는 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치는 회전부가 소형 크기로 구성되며, 원통형 블레이드 장착 구조를 가지므로 전방향(全方向)에서 불어오는 바람에 대응하여 상시 최대효율의 출력을 발생할 수 있으며, 미세한 바람에도 초기 자가기동이 매우 용이해지므로 한국과 같이 풍량이 작으며 바람의 방향이 국지적으로 일정치 않은 지역에 적합하고, 그 회전부는 수직 블레이드 외에도 수평 블레이드가 구성됨으로써 더욱 높은 효율의 전력발생이 가능하다는 잇점이 있다.

Claims (5)

1. 풍력발전 모듈로부터 발전된 전력이 기설정 이상으로 투입될 때, 제어신호에 의해 해당 발전전력을 인가받아 구동되는 DC모터와; 상기 DC모터의 축에 결합된 구동기어와; 그 구동기어와 일정거리 이격된 위치에 체인을 매개로 상기 구동기어와 연결된 종동기어와; 상기 종동기어에 축결합된 동력전달파이프와; 상기 동력전달파이프를 그 외주연에 일부 감싸도록 결합시킨 동력전달축과; 상기 동력전달축과 동일 축선상에 결합되어 발전전력을 저장하기 위한 태엽과; 상기 동력전달축의 중앙 동일 축선상에 구성된 제 1 풀리와; 상기 제 1 풀리와 일정거리 이격된 상태에 구성되며, 상기 제 1 풀리와 벨트에 의해 연결된 제 2 풀리와; 상기 제 2 풀리의 축선상에는 결합되고, 제 2 풀리의 회전력을 인가받아 일정전력을 발전하는 제너레이터와; 상기 태양광 발전 모듈과 풍력발전 모듈로부터 발전된 전력값을 인가받아 해당 전력값과 기준값을 비교, 판단함으로써 상기 태엽을 통해 추가 발전시킬 것인지에 대한 판단을 행하고, 태엽에 전력을 축전할 것인지를 판단하여 과전력 발전시 일부전력을 부하로, 일부 전력을 태엽으로 투입하여 축전하도록 하며, 저전력 발전시 태엽을 풀어 상기 제너레이터를 통해 추가 발전을 행하도록 상기 태엽을 통한 축전 및 전력보상을 제어하는 제어부로 구성된 보조발전장치에 있어서,

   상기 풍력발전모듈은 내부가 중공인 상태의 원통형 블레이드와; 상기 블레이드 회전축과 동(同)축선상에 결합되어져 전력을 발생시키는 발전기를 더 포함하여 구성됨으로써 전방향(全方向)에서 불어오는 바람에 대응하여 발전이 이루어지게 된 것을 특징으로 하는 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 블레이드는 일정길이 이격된 위치에 각각 상부 지지판과 하부 지지판이 구성되어져 있으며; 상기 상부 지지판과 하부 지지판의 사이에는 중간 지지대가 구성되고; 상기 상부 지지판과 중간 지지대, 상기 중간지지대와 하부지지판에는 일정 간격으로 배치된 다수개의 수직 블레이드의 양단이 각각 결합되어져 있고, 상기 상부지지판, 중간지지대, 하부지지판의 중앙을 관통하여 회전축이 결합되며, 상기 회전축이 일방향으로 회전하도록 제어하는 일방향 회전제어부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 중간지지대는 상기 상부 및 하부지지판보다 그 직경이 더 큰 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 중간지지대 및 하부지지판의 상면에는 각각 4방향(동,서,남,북)으로 수평블레이드가 결합된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 일방향 회전제어부재는 상기 회전축의 외주연에 결 합된 회전체가 구성되어져 있으며, 그 회전체의 외주연에는 다수개의 홈이 각설되어져 있고, 그 홈의 내부에 판스프링이 장착되어져 있으며, 그 판스프링의 일단에 스위칭돌기가 회동 가능하게 결합되어져 있고, 상기 회전체를 그 내부에 내장하고, 상기 회전축과는 별도의 프레임에 결합된 지지링이 제공되며, 상기 지지링의 내주연에는 일정간격으로 다수개의 걸림돌기가 형성되어짐으로써 상기 회전축이 일방향으로만 회전 가능하게 제어하는 것을 특징으로 하는 원통형 블레이드가 구비된 소형 풍력발전장치.

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