KR20070076978A - Wind generator with ventilation function - Google Patents

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KR20070076978A
KR20070076978A KR1020060006563A KR20060006563A KR20070076978A KR 20070076978 A KR20070076978 A KR 20070076978A KR 1020060006563 A KR1020060006563 A KR 1020060006563A KR 20060006563 A KR20060006563 A KR 20060006563A KR 20070076978 A KR20070076978 A KR 20070076978A
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임재영
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박창진
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Abstract

A wind power generator with a ventilation function is provided to enable rapid rotation of a ventilation fan through gears to obtain greater electric power than a conventional horizontal wind power generator. A wind power generator with a ventilation function includes a ventilation fan(100), a ventilation fan support frame(200), a ventilation hole cover(300), a generator(400), and gears. The ventilation fan includes a plurality of wind guide plates. The ventilation fan support frame is coupled to a lower end of the ventilation fan. The ventilation hole cover has a ventilation port. The ventilation fan support frame is installed at the ventilation port. The ventilation port is coupled to a ventilation hole of a building. The generator is fixed to one side of the ventilation hole cover. The gears are disposed around the ventilation fan support frame to rotate a shaft of the generator when the ventilation fan is rotated.

Description

환풍기능을 겸하는 풍력발전장치{Wind generator with ventilation function}Wind generator with ventilation function {Wind generator with ventilation function}

도 1 - 본 발명의 분리사시도.1-an exploded perspective view of the present invention.

도 2 - 본 발명의 결합된 상태의 사시도.2-a perspective view of the combined state of the invention.

도 3 - 본 발명의 전력변환 및 제어를 위한 개략적인 회로구성도.3 is a schematic circuit diagram for power conversion and control of the present invention.

도 4 - 본 발명의 사용상태 참고도.4-Reference state of use of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명* Brief description of symbols for the main parts of the drawings

1. 본발명 풍력발전장치1. The present invention wind power generator

100: 환풍 팬 110: 축100: vent fan 110: shaft

110a: 결합구 120: 바람 유도판110a: coupler 120: wind guide plate

200: 환풍팬 지지구 210: 원통체200: ventilation fan support 210: cylindrical body

220: 축 지지대 230: 통기공(通氣孔)220: shaft support 230: ventilator

240: 기어 240a: 튜브(tube)240: gear 240a: tube

300: 환기구 덮개 310: 통기구300: vent cover 310: vent

311: 통기공(通氣孔) 320: 축 지지대311: aeration hole 320: shaft support

400: 발전기 410: 기어400: generator 410: gear

410a: 마찰판 420: 발전기 고정구410a: friction plate 420: generator fixture

500: 베어링 600: 전력변환회로500: bearing 600: power conversion circuit

700: 제어장치700: controller

본 발명은 환풍을 겸하는 풍력발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공장 및 창고 등의 지붕에 설치되어 환풍 기능에만 사용되는 환풍팬을 이용해 전력까지 얻을 수 있도록 하기 위한 풍력발전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wind power generator that also serves as ventilation, and more particularly, to a wind power generator to be installed on the roof of factories and warehouses, so as to obtain power using a fan used only for the ventilation function.

최근 화석연료의 고갈 및 고비용, 환경오염 등의 이유로 인해 조력, 태양력, 풍력 등과 같은 자연에너지로부터 전력을 얻기 위한 연구가 다방면으로 진행되고 있으며, 특히 풍력발전은 공기의 유동이 가지는 운동에너지를 이용하고 기존의 대체에너지 중에서도 가장 적은 면적만을 차지하는 발전방법이어서 언제 어느 곳에나 무한정으로 청정한 에너지를 얻을 수 있는 것이며, 환경에 미치는 영향이 거의 없어 매우 유망한 대체 에너지이다.Recently, researches for obtaining power from natural energy such as tidal power, solar power, and wind power have been conducted in various fields due to depletion of fossil fuel, high cost, and environmental pollution. Especially, wind power generation uses kinetic energy of air flow. It is a power generation method that occupies only the smallest area among the existing alternative energy, and thus it is possible to obtain clean energy indefinitely anywhere and anytime, and it is very promising alternative energy because there is little impact on the environment.

그러나 현재 국내에서 이루어지고 있는 풍력발전은 바람이 많지 않고 평균풍압이 낮은 국토의 특성상 대개 소규모로만 이루어지고 있으며, 더구나 0.3~50KW미만인 소 풍력발전마저도 타워설치로 인한 고비용 문제와, 운송비용, 발전기의 소음 으로 인한 주민들의 불편으로 인해 실제 전력이 많이 필요한 인구 밀집지역에서 풍력 발전을 실용화한다는 것은 쉬운 일이 아니다.However, the current wind power generation in Korea is usually done only in small scale due to the characteristics of the land that is not windy and the average wind pressure is low. Moreover, even small wind power generation of less than 0.3 ~ 50KW is expensive due to tower installation, transportation cost, generator It is not easy to put wind power into practical use in populated areas that require a lot of electricity due to noise inconveniences.

따라서 본 발명자는 공장 및 창고, 고층빌딩 등의 지붕에 설치되어 회전함으로써 환풍 기능을 갖는 환풍 장치가 단순한 환풍 장치로만 이용되고 있다는 점에 착안하여 상기 환풍 장치를 이용한 풍력 발전을 개발하게 되었다.Therefore, the present inventors have developed the wind power generation using the ventilation device in view of the fact that the ventilation device having a ventilation function is used only as a simple ventilation device by rotating and installed on the roof of factories, warehouses, high-rise buildings and the like.

즉 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 프로펠러를 이용하는 수직식과 풍력 팬(환풍 장치에서 사용되어 지는 것 환풍 팬과 거의 동일한 구조로 다수개의 바람 유도판을 구형(球形)으로 형성한 것)을 이용하는 수평식으로 구분되는 종래의 풍력발전기 중에서, 상기 수평식 풍력발전기의 주요 구성 요소가 풍력 팬과, 상기 풍력 팬을 지지하기 위한 회전축과, 상기 회전축의 회전운동을 전기에너지로 변환하기 위한 발전기와, 상기 발전기 및 각종 장치를 제어하는 제어 장치 등으로 이루어지는 구조여서 기존의 환풍 장치를 약간만 개조한다면 별도의 풍력발전기 설치공간을 확보하지 않아도 풍력발전이 가능해지고, 또한 인구 밀집지역에서 풍력 발전이 가능할 것이라는 판단을 하게 된 것이다.That is, the vertical type using propellers and the horizontal fan using a propeller according to the direction of the rotation axis with respect to the ground (horizontal type using a plurality of wind guide plates formed in a spherical shape substantially the same as the fan used in the ventilation unit). Among the conventional wind turbine generators, the main components of the horizontal wind turbine is a wind fan, a rotating shaft for supporting the wind fan, a generator for converting the rotational motion of the rotating shaft into electrical energy, and the generator And a control device that controls various devices, and if the existing ventilation device is only slightly modified, wind power can be generated without securing a separate wind generator installation space, and wind power can be generated in a populated area. It is.

이처럼 본 발명과 같은 환풍과 풍력발전을 동시에 가능하도록 하는 기술에 대한 기존의 배경기술은 존재하지 않으나, 다만 종래 환풍 팬과 유사한 형태의 풍력 팬을 이용하여 풍력발전을 하기 위한 기술로 대한민국 특허공개번호 제2004-0085388호 태양에너지, 자력 및 풍력을 이용한 발전장치와 제2003-0025653호 풍력 발전장치가 선 출원된 바 있다. 그러나 이들은 풍력 팬을 바람에 의해 회전시키고 상기 풍력 팬에 의해 회전되는 회전축에 기어를 형성하고, 상기 기어에 맞물려 발 전기의 축이 회전함으로써 전기를 얻을 수 있도록 하고는 있으나, 이들은 축에 직접 기어를 회전하고 상기 기어에 의해 발전기의 축이 회전하도록 하는 구조를 갖는 것이어서 회전비가 적어 효율적인 발전이 곤란한 단점을 갖는 것이다.As such, there is no existing background technology on the technology for enabling the ventilation and the wind power generation at the same time as the present invention. However, Korean Patent Publication No. 2004-0085388 A generator using solar energy, magnetic force, and wind power, and a 2003-0025653 wind power generator have been previously filed. However, they are designed to rotate the wind fan by wind and form gears on the rotating shaft rotated by the wind fan, and to engage the gear to obtain electricity by rotating the shaft of the generator, but they are driven directly to the shaft. It has a structure that rotates and the shaft of the generator by the gear to rotate so that the rotation ratio is small and efficient power generation is difficult.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 종래 수평형 풍력발전기의 경우 수직형에 비해 미풍에도 회전이 가능하여 지속적인 전기를 얻을 수 있다는 장점을 갖는 대신 느린 회전속도 때문에 충분한 전력량을 얻을 수 없다는 단점을 해결할 수 있도록 환풍 팬(종래 수직형 풍력발전기에 사용되는 풍력 팬과 거의 동일한 구조 및 용도이나 본 발명에서는 환풍을 겸하기 때문에 풍력 팬과 차별화하기 위해 환풍 팬으로 지칭한다)의 하단에 환풍 팬 지지구를 형성하고, 상기 환풍 팬 지지구의 외주면에 기어를 형성한 다음 상기 기어에 발전기의 축에 결합된 기어가 서로 맞물리도록 형성함으로써 현저한 기어비의 차이로 인해 발전기 축이 빠르게 회전될 수 있도록 하여 충분한 양의 전력을 얻을 수 있는 풍력발전장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and in the case of the conventional horizontal wind power generator, it is possible to obtain a sufficient amount of electric power due to the slow rotational speed instead of having the advantage of being able to rotate even in the breeze compared to the vertical wind. At the bottom of the ventilation fan (also referred to as a ventilation fan to differentiate it from the wind fan because it is almost identical in structure and use to the wind fan used in a vertical wind turbine, but in the present invention also serves as a ventilation fan) to solve the disadvantage that cannot A fan fan support is formed, a gear is formed on an outer circumferential surface of the fan fan support, and then the gears coupled to the shaft of the generator are engaged with each other so that the generator shaft can be rotated quickly due to the difference in the gear ratio. To provide a wind turbine that can get enough power. There is a purpose.

또한 본 발명은 기존 건물 지붕에 형성된 환풍구에 설치되어 환풍과 발전을 동시에 가능하도록 하는 풍력발전장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a wind power generator that is installed in the vent formed on the roof of the existing building to enable ventilation and power generation at the same time.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명 풍력발전장치(1)는 다수개의 바람 유도판(120)으로 이루어지는 공지의 환풍팬(100)과, 상기 환풍팬(100)의 하단에 결합되는 환풍팬 지지구(200)와, 상기 환풍팬 지지구(200)가 설치되고 건물의 환기구(A)에 결합되기 위한 통기구(310)을 구비하는 환기구 덮개(300)와, 상기 환기구 덮개(300)의 측면 일측에 고정되는 발전기(400)와, 상기 환풍팬 지지구(200)의 외주면에 빙둘러서 형성되는 기어(240)에 상기 발전기(400)의 축에 결합된 기어(410)이 맞물려서 환풍팬(100)의 회전과 동시에 발전기(400)의 축도 회전할 수 있도록 구성되어 진 것이다.The present invention wind power generator 1 is a well-known ventilation fan 100 consisting of a plurality of wind guide plate 120, a ventilation fan supporter 200 is coupled to the lower end of the ventilation fan 100, and the ventilation The fan support 200 is installed and the vent cover 300 having a vent 310 for being coupled to the ventilation opening (A) of the building, and the generator 400 fixed to one side of the vent cover 300 and The gear 400 coupled to the shaft of the generator 400 is meshed with the gear 240 formed on the outer circumferential surface of the ventilation fan support 200 to simultaneously rotate the ventilation fan 100 and the generator 400. The axis of rotation is also configured to rotate.

상기 환기구 덮개(300)의 상단에는 원통형의 통기구(310)가 형성되며, 상기 통기구(310)의 안쪽에는 축 지지대(320)가 결합되는 구조를 갖는다.The upper end of the vent cover 300 has a cylindrical vent 310 is formed, the inside of the vent 310 has a structure that the shaft support 320 is coupled.

상기 통기구(310)의 측면에는 발전기(400)가 발전기 고정구(420)에 의해 결합되는 구조를 가지며, 상기 발전기(400)의 축에는 기어(410)가 결합된 구조를 갖는다.The side of the vent 310 has a structure in which the generator 400 is coupled by the generator fixture 420, the shaft of the generator 400 has a structure in which the gear 410 is coupled.

이때 상기 축 지지대(320)와 환풍팬 지지구(200) 사이에는 상기 환풍팬 지지구(200)의 회전을 용이하게 하고, 이를 안정적으로 지지하기 위한 베어링(500)이 형성될 수도 있다.In this case, a bearing 500 may be formed between the shaft support 320 and the ventilation fan support 200 to facilitate the rotation of the ventilation fan support 200 and to stably support the ventilation fan support 200.

상기 환풍팬 지지구(200)는 상기 통기구(310)와 동일한 크기의 원통체(210)와, 상기 원통체(210)의 내주면에는 축을 지지하기 위한 축 지지대(220)이 형성되며, 외주면에는 기어(240)가 빙둘러서 형성되어진다.The vent fan support 200 has a cylindrical body 210 of the same size as the vent 310, the shaft support 220 for supporting the shaft is formed on the inner peripheral surface of the cylindrical body 210, the gear on the outer peripheral surface 240 is formed round.

상기 환풍팬 지지구(200)는 본 발명에 있어 매우 중요한 구성으로, 환풍팬 (100)과 함께 회전하면서 발전기(400)를 구동시킬 수 있도록 하면서도 환기구(A)로 부터 배출되는 오염공기를 차단하는 구조를 가져서는 곤란하다.The ventilation fan support 200 is a very important configuration in the present invention, while being able to drive the generator 400 while rotating with the ventilation fan 100 to block the polluted air discharged from the ventilation hole (A) It is difficult to have a structure.

따라서 상기 축 지지대(220,320)는 바(bar) 형상을 갖는 것이 바람직하며, 축 지지대 사이로는 공기가 통과할 수 있는 통기공(230,311)이 형성되도록 하여야 한다.Therefore, it is preferable that the shaft supports 220 and 320 have a bar shape, and vent holes 230 and 311 through which air can pass are formed between the shaft supports.

상기 환풍팬(100)의 중간에 형성된 축(110)은 상기 축 지지대(320)에 의해 지지된 상태로 회전되는데, 이때 축(110)은 고정된 상태로 환풍팬(100)과 환풍팬 지지구(200)만 회전되도록 구성할 수도 있으며, 상기 축(110)이 환풍팬(100)과 환풍팬 지지구(200)와 함께 회전하도록 구성할 수도 있다. 이를 위해 결합구(110a)는 필요에 따라 너트 또는 베어링이 사용될 수도 있다.The shaft 110 formed in the middle of the ventilation fan 100 is rotated while being supported by the shaft support 320, wherein the shaft 110 is fixed to the ventilation fan 100 and the ventilation fan support. Only 200 may be configured to rotate, and the shaft 110 may be configured to rotate together with the fan 100 and the fan support 200. To this end, the coupler 110a may be a nut or a bearing as necessary.

상기와 같이 환풍팬(100)과 환풍팬 지지구(200)는 환기구 덮개(300) 위에 축(110)에 의해 회전가능토록 결합되어지며, 상기 환풍팬 지지구(200)의 외주면에 형성된 기어(240)는 발전기(400)의 축에 형성된 기어(410)와 맞물리게 된다.As described above, the ventilation fan 100 and the ventilation fan supporter 200 are rotatably coupled by the shaft 110 on the vent cover 300, and formed on the outer circumferential surface of the ventilation fan supporter 200. 240 is engaged with the gear 410 formed on the shaft of the generator 400.

결국 바람에 의해 상기 환풍팬(100)이 회전하게 되면, 상기 환풍팬(100)에 결합된 환풍팬 지지구(200) 역시 회전하게 되어 환풍팬 지지구(200)의 외주면에 형성된 기어(240)는 발전기(400) 축을 회전시키게 된다.Eventually, when the fan 100 rotates due to wind, the fan fan 200 coupled to the fan fan 100 also rotates to form a gear 240 formed on the outer circumferential surface of the fan fan 200. Will rotate the generator 400 shaft.

이때 상기 환풍팬 지지구(200)의 직경은 통기구(310)와 같은 크기여서 상당한 직경을 가지게 되며, 반면 발전기의 기어(410)는 작은 직경을 갖는 것이어서 환풍팬 지지구(200)가 한번 회전할 경우 발전기의 기어(410)는 다수 번 또는 수십번 회전하게 되어 기존의 수평식 풍력발전장치보다 훨씬 더 큰 전력을 얻을 수 있게 된다.At this time, the diameter of the ventilation fan support 200 is the same size as the vent 310 has a considerable diameter, whereas the gear 410 of the generator having a small diameter so that the ventilation fan support 200 is rotated once In this case, the gear 410 of the generator is rotated many times or tens of times to obtain much larger power than the conventional horizontal wind turbine.

이때 보다 큰 효율을 얻기 위해 환풍팬 지지구(200)의 기어(210)에 맞물리는 발전기를 두개 이상 형성할 수도 있다.In this case, in order to obtain greater efficiency, two or more generators engaged with the gear 210 of the fan support 200 may be formed.

또한 본 발명은 발전 시 소음을 최소화하기 위하여 기어 대신 마찰력을 이용하는 도구를 사용할 수도 있는데, 즉 환풍팬 지지구(200)의 외주면에 형성되는 기어(240) 대신 원통형의 튜브(240a)를 형성하고, 발전기(400)의 축에는 기어(410) 대신 원통형의 마찰판(410a)을 형성하여 회전하는 튜브에 마찰판이 밀착되도록 함으로써 발전기(400)의 축이 회전되도록 구성할 수도 있다.In addition, the present invention may use a tool using a friction force instead of gears to minimize noise during power generation, that is to form a cylindrical tube (240a) instead of the gear 240 formed on the outer peripheral surface of the fan support 200, The shaft of the generator 400 may be configured such that the shaft of the generator 400 is rotated by forming a cylindrical friction plate 410a instead of the gear 410 so that the friction plate is in close contact with the rotating tube.

상기와 같이 얻어진 전기는 도 3에 도시된 바와 같이 전력변환회로(600)와 제어장치(700)에 의해 배터리에 저장되어지고, 수요처에 공급되어진다.The electricity obtained as described above is stored in the battery by the power conversion circuit 600 and the control device 700 as shown in Figure 3, and supplied to the demand destination.

상기 전력변환회로(600)는 AC 또는 DC발전기에서 발전된 전기를 배터리에 안정되게 충전하는 정류회로와, 상기 정류회로에서 출력된 전압을 배터리에 충전하기 위한 배터리 뱅크와, DC부하 또는 AC부하 조건에 따라 전력을 공급할 수 있는 DC/DC 컨버터와, 220VAC 상용전원용 인버터와, 전류센서와 전압센서를 이용하여 발전전류와 정류회로의 출력전압을 각기 측정 입력하여 배터리가 충전 내전압이상이 되지 않도록 배터리 뱅크의 충전전압을 측정하고, 스위칭 전압을 제어하며, DC/DC 컨버터와 인버터의 출력전류를 측정하여 허용 정격이상의 과전류를 출력할 경우에 출력전압 자동차단 기능을 제공하기 위한 마이컴 제어기로 이루어진다.The power conversion circuit 600 includes a rectifier circuit for stably charging electricity generated by an AC or DC generator to a battery, a battery bank for charging the battery with the voltage output from the rectifier circuit, and a DC load or AC load condition. DC / DC converter that can supply power, 220VAC commercial power inverter, current sensor and voltage sensor are used to measure and input the generation current and output voltage of rectifier circuit respectively so that the battery does not exceed the charge withstand voltage. It is composed of microcomputer controller for measuring output voltage, controlling switching voltage, measuring output current of DC / DC converter and inverter, and providing output voltage cut-off function when outputting over current over allowable rating.

상기 제어장치(700)는 무선통신에 의해 발전기 및 전력변환회로(600)의 충전 및 운전상태를 확인할 수 있으며, 송수신장치를 통하여 전력변환회로(600)를 원격 제어관리하도록 하는 기능을 갖는다.The control device 700 can check the charging and operating state of the generator and the power conversion circuit 600 by wireless communication, and has a function to remotely control and manage the power conversion circuit 600 through the transceiver.

이처럼 본 발명은 환풍을 겸함과 동시에 풍력발전이 가능하게 하되, 환기구의 직경과 같은 크기의 기어를 환풍팬 지지구의 외주면에 형성함으로써 작은 직경의 발전기의 기어는 한번의 환풍팬 지지구의 회전만으로도 고속회전이 가능하게 되어 기존의 수평식 풍력발전장치보다 훨씬 더 큰 전력을 얻을 수 있는 효과를 갖는다.As described above, the present invention enables the wind power generation at the same time as the ventilation, by forming a gear of the same size as the diameter of the ventilation hole on the outer peripheral surface of the fan fan support, the gear of the small diameter generator rotates at high speed only by the rotation of one fan fan support This makes it possible to obtain much larger power than conventional horizontal wind turbines.

또한 본 발명은 기존의 환풍장치를 활용하여 전기를 생산할 수 있으며, 별도의 설치면적이 필요치 않게 되어 풍력발전시설을 설치하는데 소요되는 비용을 현저히 절감할 수 있으며, 인구 밀집지역에도 풍력발전을 가능하게 함으로써 전력의 송출로 인한 낭비적 요소를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.In addition, the present invention can produce electricity by utilizing the existing ventilation device, and does not need a separate installation area can significantly reduce the cost required to install a wind power plant, enabling the wind power generation in a densely populated area. As a result, it is possible to minimize the wasteful elements caused by the power transmission.

또 본 발명은 다수개의 공기 유도판으로 제작된 환풍 팬을 사용하는 수평식 풍력장치여서 미풍에서도 회전이 가능할 뿐만 아니라, 실내에서 배출되는 공기의 상승기류에 의해서도 회전이 이루어지도록 함으로써 지속적인 발전이 가능한 매우 유용한 발명인 것이다.In addition, the present invention is a horizontal wind power unit using a vent fan made of a plurality of air guide plate not only can be rotated in the breeze, but also by the rising air flow of the air discharged from the room is very possible to continue development It is a useful invention.

Claims (1)

건물의 환기구에 결합되며 통기구를 구비하는 환기구 덮개와, 상기 환기구 덮개에 축에 의해 회전가능하도록 설치되는 다수개의 바람 유도판으로 이루어지는 공지의 환풍팬으로 이루어지는 풍력발전장치에 있어서,In a wind turbine generator comprising a ventilation opening cover coupled to a ventilation opening of a building and having a ventilation opening, and a known ventilation fan comprising a plurality of wind guide plates installed on the ventilation opening cover to be rotatable by a shaft. 상기 환기구 덮개의 통기구 안쪽에는 축 지지대가 형성되도록 하고, 상기 축지지대에 결합된 축에 의해 환풍팬 지지구를 구비하는 환풍팬이 회전가능토록 결합되어지며, 상기 환풍팬 지지구의 외주면에는 기어 또는 튜브가 선택적으로 형성되고, 상기 환기구 덮개의 측면 일측에는 발전기가 형성되어지되 상기 발전기의 축에는 기어 또는 원통형 마찰판이 선택적으로 형성되어 상기 환풍팬 지지구의 기어 또는 튜브에 서로 맞물리도록 하여 환풍팬의 회전과 동시에 발전기의 축도 회전할 수 있도록 구성되어짐을 특징으로 하는 환풍기능을 겸하는 풍력발전장치.A shaft support is formed inside the vent cover of the ventilation port cover, and a ventilation fan having a ventilation fan support is rotatably coupled by a shaft coupled to the shaft support, and a gear or a tube is formed on an outer circumferential surface of the ventilation fan support. Is selectively formed, and a generator is formed on one side of the vent cover, but a gear or cylindrical friction plate is selectively formed on the shaft of the generator so as to be engaged with the gear or tube of the fan support, and the rotation of the fan. At the same time, the wind turbine generator having a ventilation function, characterized in that configured to rotate the shaft of the generator.
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