KR20070077653A - 수직형 풍력 발전 장치 - Google Patents

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KR20070077653A
KR20070077653A KR1020060007345A KR20060007345A KR20070077653A KR 20070077653 A KR20070077653 A KR 20070077653A KR 1020060007345 A KR1020060007345 A KR 1020060007345A KR 20060007345 A KR20060007345 A KR 20060007345A KR 20070077653 A KR20070077653 A KR 20070077653A
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박영준
이정은
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(주)인성코리아
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Abstract

본 발명은, 하우징, 상기 하우징 내부에 배치되는 발전기를 구비하는 전력 생성부와; 상기 발전기의 축과 연결되는 풍력 전달 회전축을 구비하는 풍력 전달부와; 상기 풍력 전달 회전축에 수직하게 배치되는 하나 이상의 연결대와, 상기 연결대의 일단에 배치되어 가해지는 풍력에 의하여 상기 풍력 전달 회전축을 중심으로 회전하는 하나 이상의 집풍 스쿱을 구비하는 풍력 발전부를 포함하는 수직형 풍력 발전 장치를 제공한다.

Description

수직형 풍력 발전 장치{A VERTICAL-TYPE WIND POWER SYSTEM}
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력 발전 장치의 개략적인 사시도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 수직형 풍력 발전 장치에 대한 개략적인 단면도이다.
도 2a는 도 1a의 수직형 풍력 발전 장치의 풍력 발전부에 대한 개략적인 평면도이다.
도 2b는 본 발명의 일예에 따른 집풍 스쿱의 개략적인 전면 사시도이다.
도 2c는 본 발명의 일예에 따른 집풍 스쿱의 개략적인 배면 사시도이다.
도 2d는 도 2b 및 도 2c에 도시된 집풍 스쿱의 개략적인 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일예에 따른 회전축 기동부에 대한 개략적인 평면도이다.
도 3b는 본 발명의 일예에 따른 강제풍 증속기에 대한 개략적인 사시도이다.
도 3c는 본 발명의 일예에 따른 자연풍 증속기에 대한 개략적인 사시도이다.
도 3d는 도 3c의 자연풍 증속기의 다른 일예에 대한 개략적인 사시도이다.
도 3e는 도 3d의 자연풍 증속기의 또 다른 일예에 대한 개략적인 사시도이다.
도 3f는 도 3e의 자연풍 증속기의 자연풍 집풍기에 대한 개략적인 정면도 및 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 일예에 따른 수직형 풍력 발전 장치의 개략적인 사시도 및 단면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 연결대의 다른 일예에 대한 개략적인 평면도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 연결대 및 집풍 스쿱의 연결 상태에 대한 개략적인 평면도이다.
본 발명은 수직형 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직형 타입으로 구성되는 수직형 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
석유 내지 석탄과 같은 화석 에너지의 고갈이 점점 현실화되어 감에 따라 태양열 에너지, 지열 에너지 및 풍력 에너지 등과 같은 다양한 대체 에너지에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 풍력 에너지의 경우, 공기의 유동, 즉 바람에 의한 운동 에너지를 이용하는 점에서 무한한 활용 가능성이 열려 있는바, 이에 대한 연구가 활성화되고 있다.
하지만, 종래 기술에 따른 풍력 발전 장치의 경우, 주로 거대한 프로펠러를 구비하는 수평형 타입의 풍력 발전 장치로서, 매우 큰 장착 및 활동 공간이 필요하다는 단점이 있었다.
특히, 이와 같은 수평형 타입의 풍력 발전 장치는 프로펠러의 원활한 활동을 위하여 해안 지대 내지 고원 지대와 같은 특정 지역에만 설치가 가능하고, 큰 설치 면적을 요한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 설치 면적을 최소화시킬 수 있고, 작용 효율을 극대화시키는 구조의 수직형 타입의 풍력 발전 장치를 제공함을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하우징, 상기 하우징 내부에 배치되는 발전기를 구비하는 전력 생성부와; 상기 발전기의 축과 연결되는 풍력 전달 회전축을 구비하는 풍력 전달부와; 상기 풍력 전달 회전축에 수직하게 배치되는 하나 이상의 연결대와, 상기 연결대의 일단에 배치되어 가해지는 풍력에 의하여 상기 풍력 전달 회전축을 중심으로 회전하는 하나 이상의 집풍 스쿱을 구비하는 풍력 발전부를 포함하는 수직형 풍력 발전 장치를 제공한다.
상기 수직형 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 풍력 전달 회전축에 회전력을 인가 내지 기동시키기 위하여 상기 하우징 상부에 배치되는 하나 이상의 회전축 기동부가 더 구비될 수도 있다.
상기 수직형 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 회전축 기동부는: 상기 풍력 전달 회전축에 수직하게 배치되는 하나 이상의 기동 연결대와, 상기 풍력 전달 회전축에 수직하게 배치되고 원주 상에 기동 베인을 구비하는 기동 하우징과, 상기 기동 연결대의 일단으로 상기 기동 베인 내부에 배치되는 하나 이상의 기동 집풍 스 쿱과, 상기 기동 하우징의 외주에 상기 기동 베인과 유체 소통을 이루도록 배치되어 강제 송풍하는 하나 이상의 강제풍 증속기를 구비할 수도 있다.
상기 수직형 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 강제풍 증속기는: 상기 기동 하우징의 외부에 배치되는 강제풍 송풍기와, 상기 강제풍 송풍기의 토출구에 연결되어 토출된 유체를 수용하는 강제풍 버퍼부, 일단은 상기 강제풍 버퍼부에 타단은 상기 기동 하우징의 외주에 연결되어 유체 소통되는 강제풍 노즐부를 구비할 수도 있다.
상기 수직형 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 회전축 기동부는: 상기 기동 하우징의 외부에 배치되는 자연풍 필터와, 상기 자연풍 필터의 일단에 연결되는 자연풍 집풍기와, 상기 자연풍 집풍기와 연결되는 자연풍 버퍼부, 일단은 상기 자연풍 버퍼부에 타단은 상기 기동 하우징의 외주에 연결되어 유체 소통되는 자연풍 노즐부를 구비하는 하나 이상의 자연풍 증속기를 더 구비할 수도 있다.
상기 수직형 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 자연풍 집풍기의 내면에는 중심축을 향하여 돌출된 자연풍 집풍기 가이드가 더 구비될 수도 있다.
상기 수직형 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 연결대는, 둘 이상의 연결대 링크와, 상기 연결대 링크를 연결하는 연결대 연결부를 구비할 수도 있다.
상기 수직형 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 집풍 스쿱과 상기 연결대 사이에는 연결 힌지가 구비될 수도 있다.
상기 수직형 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 풍력 발전부는, 상기 풍력 전달 회전축의 외주 상에 배치되는 상단 및 하단 집풍 플레이트를 더 구비하고, 상기 연 결대 및 상기 집풍 스쿱은 상기 상단 및 하단 집풍 플레이트 사이에 배치되되, 상기 상단 및 하단 집풍 플레이트 간의 거리는 상기 풍력 전달 회전축의 중심에서 가장 가까울 수도 있다.
상기 수직형 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 집풍 스쿱은: 바람을 인입시키기 위한 집풍 인입부와, 상기 인입된 바람을 유도하기 위한 집풍 유도부와, 상기 유도된 바람을 집중시키기 위한 집풍 집중부를 순차적으로 구비하고, 상기 집풍 스쿱의 내면과 상기 집풍 스쿱의 중심축 간의 거리는 집풍 집중부를 향할수록 감소하되, 상기 집풍 집중부를 향할수록 상기 집풍 인입부 내면과 상기 집풍 스쿱의 중심축 간의 거리 감소율은 상기 집풍 유도부 내면과 상기 집풍 스쿱의 중심축 간의 거리 감소율보다 클 수도 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 수직형 풍력 발전 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1a에는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력 발전 장치의 개략적인 사시도가, 그리고 도 1b에는 도 1에 대한 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 1b에서 하기되는 풍력 발전부의 연결대 및 집풍 스쿱은 일렬로 배치되는 것으로 도시되었는데, 이는 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위한 개략적인 도시 예로서 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다. 수직형 풍력 발전 장치(10)는 전력 생성부(100)와, 풍력 전달부(200) 및 하나 이상의 풍력 발전부(300) 및 하나 이상의 회전축 기동부(400)를 구비한다. 전력 생성부(100)는 하우징(110)과, 발전기(120)를 구비한다. 발전기(120)는 하우징(110)의 내부에 배치된다. 하우징(110)의 외면에는 별 도의 고정 장치를 부가하여 지면 등과 같이 수직형 풍력 발전 장치가 배치되는 장소에 고정되는 구조를 취할 수도 있으나, 하우징(110)은 수직형 풍력 발전 장치(10)의 지지대 역할을 동시에 담당할 수 있도록 소정의 중량을 지니는 질량체로 구성되는 것이 바람직하다. 발전기(120)는 일련의 전력 라인(121)과 연결되고 이를 통하여 발전기(120)로부터 생성된 전력을 외부로 송출한다.
발전기(120)의 일단은 풍력 전달부(200)와 연결된다. 즉, 발전기(120)의 회전 계자 내지 회전 전기자와 풍력 전달부(200)의 풍력 전달 회전축(210)과 연결되어, 풍력 전달 회전축(210)이 회전함에 따라 발생하는 풍력 전달 회전축(210)과 연결된 회전 계자 내지 회전 전기자에 의하여 생성된 전력이 전력 라인(121)을 따라 송출된다. 풍력 전달 회전축(210)은 하우징(110)의 일면에 형성된 회전축 관통공(111)을 관통하여 외부로 연장 배치되는데, 풍력 전달 회전축(210)의 회전 운동이 원활하게 이루어질 수 있도록 풍력 전달 회전축(210)을 지지하기 위하여 풍력 전달 회전축(210)의 외주면에는 하우징(110)에 형성된 회전축 관통공(111)과의 상대 회전 운동을 가능하게 하는 회전축 베어링(211)이 더 구비될 수도 있다.
하우징(110)의 회전축 관통공(111)을 통하여 연장되는 풍력 전달 회전축(210)에는 풍력 발전부(300)가 배치된다. 풍력 발전부(300)는 하나 이상의 연결대(310) 및 하나 이상의 집풍 스쿱(320)을 구비한다. 도 2a에는 도 1a의 수직형 풍력 발전 장치(10)의 풍력 발전부(300)에 대한 개략적인 평면도가 도시되어 있다. 연결대(310)는 풍력 전달 회전축(210)을 중심으로 풍력 전달 회전축(210)으로부터 방사상으로 연장되어 풍력 전달 회전축(210)의 길이 방향에 대하여 수직하게 배치 된다. 도 2a에서 연결대(310)는 6개가 구비되는데, 이는 본 발명의 일실시예일 뿐, 하나 이상의 연결대를 구비하는 범위에서 다양한 구성이 가능하다. 다만, 연결대(310)가 두 개 이상이 구비되는 경우, 풍력 전달 회전축(210)을 중심으로 연결대(310)를 통하여 전달되는 풍력을 풍력 전달 회전축(210)에 연속적이며 균일하게 전달할 수 있도록, 연결대(310)는 풍력 전달 회전축(210)을 중심으로 균등 각분할 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 풍력 전달 회전축(210)과 연결대(310)는 일체로 형성될 수도 있고, 도시된 바와 같이 풍력 전달 회전축(210)의 외주 상에 배치된 결합 부재(220)를 통하여 고정 연결되는 구조를 취할 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
각각의 연결대(310)의 일단에는 집풍 스쿱(320)이 배치된다. 집풍 스쿱(320)은 연결대(310)의 일단에 배치되어, 이에 가해지는 바람에 의한 풍력을 연결대(310) 및 풍력 전달 회전축(210)에 전달한다. 집풍 스쿱(320)의 일면은 개방된 구조를 취하고, 이의 타면은 폐쇄된 구조를 취하는데, 집풍 스쿱(320)은 개방면을 통하여 효과적으로 바람을 유입시키고 이로부터 풍력을 효율적으로 전달할 수 있는 구조를 취하는 것이 바람직하다.
집풍 스쿱(320)의 일예가 도 2b 내지 도 2d에 도시되어 있는데, 도 2b 및 도 2c는 집풍 스쿱(320)의 일예에 대한 개략적인 전면 및 배면 사시도를 도시하고, 도 2d는 도 2b 및 도 2c에 도시된 집풍 스쿱(320)의 일예의 개략적인 단면도를 도시한다. 집풍 스쿱(320)은 집풍 인입부(321)와, 집풍 유도부(323)와, 그리고 집풍 집중부(325)를 구비하는데, 이들은 순차적으로 배치된다. 집풍 인입부(321)는 집풍 스쿱(320) 일측의 개방면을 포함하는 부분으로서 이를 통하여 바람이 유입된다. 집풍 인입부(321)를 통하여 유입된 바람은 집풍 유도부(323)를 따라 가이드되어 집풍 집중부(325)로 이동하는데, 집풍 집중부(325)의 후단은 폐쇄되어 있어 풍력이 집중적으로 작용한다. 한편, 집풍 스쿱(320)의 내면(320s)와 집풍 스쿱(320)의 중심축(O-O)간의 수직 거리는 집풍 집중부(325)를 향할수록 감소한다. 다만, 집풍 집중부(325)를 향할수록 집풍 인입부(321) 내면과 집풍 스쿱 중심축(O-O) 간의 거리 감소율은, 집풍 유도부(323) 내면과 집풍 스쿱(320)의 중심축(O-O) 간의 거리 감소율보다 크다. 즉, 집풍 스쿱(320)의 중심축(O-O)을 x축이라 하고, x축을 중심으로 하는 방사상 축을 r축이라 하며, 집풍 인입부(321) 및 집풍 유도부(323)에 대한 집풍 스쿱(320)의 내면과 중심축(O-O) 간의 거리를 각각 ra, rb라고 할 때, 다음과 같은 관계가 성립된다.
Figure 112006005409862-PAT00001
이와 같은 관계를 갖는 구조를 통하여, 본 발명에 따른 집풍 스쿱(320)의 집풍 인입부(321)은 공기 유입을 극대화시키는 것을 가능하게 한다. 집풍 인입부(321)를 통하여 유입된 공기는 집풍 유도부(323)을 통하여 안정적으로 안내되어, 집풍 스쿱(320)의 단면적의 감소에 따른 공기의 이상 유동, 즉 와류와 같은 손실 유동이 발생하여 집풍 스쿱(320)의 집풍 집중부(325)로 효과적으로 공기가 전달되는 것이 저해되는 것을 방지한다. 집풍 집중부(325)은 유체, 즉 공기에 의한 충격 량이 효과적으로 집풍 스쿱(320)에 작용하여 연결대(310)를 통한 풍력 전달 회전축(210)으로의 보다 효율적인 회전력 전달을 가능하게 한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력 발전 장치(10)는 하나 이상의 회전축 기동부(400)를 더 구비할 수도 있다. 도 3a에는 회전축 기동부(400)에 대한 개략적인 평면도가 도시되어 있는데, 회전축 기동부(400)는 하우징(110)의 상부에 배치된다. 회전축 기동부(400)는, 기동 하우징(410)과, 하나 이상의 기동 연결대(420)와, 하나 이상의 기동 집풍 스쿱(430)과, 하나 이상의 강제풍 증속기(440)를 포함한다. 기동 하우징(410)은 풍력 전달 회전축(210)의 길이 방향에 수직하게 배치된다. 기동 하우징(410)은 도넛 형상을 구비하여, 중심부에 공동부(411)가 구비되고, 원주를 따라 기동 베인(412)이 구비되며, 공동부(411)의 내측면으로는 기동 연결대(420)가 관통 가능하도록 하는 관통부를 구비한다. 도 3a에서 기동 하우징(410)은 도넛 형태의 환형 터빈 구조를 취하는 것으로 도시되었는데 이에 국한되지는 않고 다양한 구성을 취할 수 있다.
기동 연결대(420)의 일단은 풍력 전달 회전축(210)의 장착되고, 기동 연결대(420)의 타단에는 기동 집풍 스쿱(430)이 배치된다. 상기한 바와 같이 기동 연결대(420)는 기동 하우징(410)의 내측면을 관통하여 배치되는데, 풍력 전달 회전축(210)은 기동 하우징(410)의 내측면을 관통한 타단에 장착된다. 기동 연결대(420)의 타단에 장착된 기동 집풍 스쿱(430)은 기동 하우징(410)의 원주 상으로 내부에 형성된 기동 베인(412)에 배치된다. 기동 집풍 스쿱(430)의 형상은 어느 일형태에 국한되는 것은 아니나, 상기한 바와 같은 집풍 스쿱(320)과 동일한 형상을 구비하 여 이에 가해지는 힘을 효율적으로 풍력 전달 회전축(210)에 전달하는 구조를 취할 수도 있다.
도 3b에는 본 발명의 일예에 따른 강제풍 증속기(440)가 도시된다. 강제풍 증속기(440)는 강제풍 송풍기(441)와, 강제풍 버퍼부(443)와, 강제풍 노즐부(445)를 구비한다. 강제풍 송풍기(441)는 기동 하우징(410) 외주의 외측에 배치되는데, 도 3b에서 강제풍 송풍기(441)는 전기 모터에 의하여 작동하는 원심형 송풍기가 도시되었으나, 이는 본 발명의 일예일 뿐 본 발명의 구성이 이에 국한되는 것은 아니다. 강제풍 송풍기(441)의 토출구는 강제풍 버퍼부(443)의 일단과 연결된다. 강제풍 버퍼부(443)는 적절한 크기의 내부 체적을 구비하는 구조를 취한다. 강제풍 버퍼부(443)의 타단은 강제풍 노즐부(445)의 일단과 연결되는데, 강제풍 노즐부(445)는 공기의 진행 방향을 따라 단면적이 감소되는 노즐 형상을 구비한다. 도 3a에 도시된 바와 같이 기동 하우징(410)의 외주는 강제풍 노즐부(445)의 타단과 유체 소통되도록 연결된다.
상기한 바와 같은 구성을 취하는 회전축 기동부(400)는 다음과 같이 작동한다. 강제풍 송풍기(441)는 토출구를 통하여 다량의 공기를 토출하고, 토출된 공기는 강제풍 버퍼부(443)에 수용 및 송출된다. 그런 후, 강제풍 버퍼부(443)는 강제풍 송풍기(441)로부터 토출되는 공기의 급격한 압력 변화로 인한 원치 않는 외란을 감쇠시키고 원활한 공기의 송출을 가능하도록 한다. 강제풍 버퍼부(443)와 연결된 강제풍 노즐부(445)를 통하여 기동 하우징(410)의 기동 베인(412)로 전달된다. 전달된 공기는 기동 베인(412)의 내부에 배치된 기동 스쿱(430)에 힘을 전달하고, 이 힘에 의하여 기동 연결대(420)를 통하여 풍력 전달 회전축(210)에 장착된 기동 스쿱(430)은 기동 베인(412)을 따라 회전함으로써, 풍력 전달 회전축(210)에 회전력을 전달하여 풍력 전달 회전축(210)이 회전하도록 한다. 따라서, 강제풍 증속기(440)의 강제풍 송풍기(441)를 통한 최소한의 힘을 가하여 풍력 전달 회전축(210)이 연속적으로 회전 가능한 상태를 유지하도록 함으로써, 바람이 충분하게 일어나지 않아 풍력 전달 회전축(210)의 회전이 정지하는 경우 풍력 전달 회전축(210)을 재차 회전시키고자 할 때 요구되는 상당한 크기의 동력에 대한 필요성을 제거함으로써, 본 발명에 따른 회전축 기동부는 입력되는 최소한의 힘으로 원활한 풍력 발전이 이루어질 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 회전축 기동부는 강제풍 증속기로 인한 풍력 전달 회전축의 회전 이외에 발생하는 최소한의 공기 유동에 의한 풍력을 사용하기 위하여 자연풍 증속기를 더 구비할 수도 있다. 도 3a에는 회전축 기동부의 평면도가 도 3c에는 자연풍 증속기의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 자연풍 증속기(450)은 자연풍 필터(451)와, 자연풍 집풍기(453)와, 자연풍 버퍼부(455)와, 자연풍 노즐부(457)를 포함하는데, 자연풍 증속기(450)도 하우징(110) 상부로 기동 하우징(410) 외주의 외측에 배치된다. 자연풍 필터(451)는 자연풍 집풍기(453) 일단의 입구 측에 배치된다. 자연풍 필터(451)는 유입되는 공기 중의 원치 않는 불순물 들로 인하여 차후 기술되는 자연풍 노즐부(457)의 폐색을 방지한다. 자연풍 필터(451)를 통하여 유입된 공기는 자연풍 집풍기(453)를 거쳐 자연풍 버퍼부(455)로 전달된다. 여기서, 자연풍 집풍기(453)의 내부에는 내부에 와류를 형성하여 유속의 흐름을 증 대시키기 위한 자연풍 집풍기 가이드(454)가 더 구비될 수도 있는데, 도 3d에서 자연풍 집풍기 가이드(454)는 나선형 타입의 가이드로 도시되었으나, 이에 국한되지는 않는다. 즉, 도 3e 내지 도 3f에 도시된 바와 같이, 자연풍 집풍기 가이드(454a)는 자연풍 집풍기(453)의 입구 내측에 배치되는 복수 개의 돌출부로 구성될 수도 있다. 복수 개의 돌출부로 구성된 자연풍 집풍기 가이드(454a)는 자연풍 집풍기(453)의 입구 내측에 회전 가능하게 배치됨으로써, 자연풍 집풍기 가이드(454a)의 길이 방향이 자연풍 집풍기(453)의 중심축 길이 방향에 대하여 일정한 각도(α)를 이룰 수 있어, 설치되는 작동 환경에 따라 적절한 변형이 가능하다. 또한, 자연풍 집풍기 가이드(454a)의 돌출부 개수도 적절하게 선택 가능하다.
자연풍 집풍기(453)의 타단은 자연풍 버퍼부(455)와 유체 소통을 이루도록 연결되는데, 자연풍 버퍼부(455)는 적절한 크기의 내부 체적을 구비하는 구조를 취하고, 자연풍 버퍼부(455)의 타단은 자연풍 노즐부(457)의 일단과 연결되는데, 자연풍 노즐부(457)는 공기의 진행 방향을 따라 단면적이 감소되는 노즐 형상을 구비한다. 또한, 자연풍 노즐부(457)의 타단은 기동 하우징(410)의 외주에 유체 소통되도록 연결된다. 강제풍 증속기(440) 및 자연풍 증속기(450)는 도 3a에서 교차 배치되어 기동 하우징의 외주로부터 균등하게 풍력을 제공하는 구성을 취하였으나, 이에 국한되지 않고 다양한 배치가 가능하다.
또 한편, 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력 발전 장치는 유입되는 바람을 보다 효율적으로 활용하기 위한 구성 요소들이 더 구비될 수도 있다. 즉, 도 4a 및 도 4b에는 본 발명의 다른 일예에 따른 수직형 풍력 발전 장치(10a)의 개략 적인 사시도 및 단면도가 도시되어 있는데, 도 1a에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 풍력 발전 장치(10)와 동일한 구성 요소에 대하여는 설명을 생략하도록 한다. 본 실시예는 하우징(110)의 상부에 두 개로 구성된 집풍 플레이트(460,470)을 더 구비한다. 집풍 플레이트(460,470)는 상단 집풍 플레이트(460)와 하단 집풍 플레이트(470)를 구비한다. 상단 집풍 플레이트(460)는 풍력 전달 회전축의 상단 부분에 배치되고, 하단 집풍 플레이트(470)는 하우징(110)의 상부로 풍력 전달 회전축의 하단 부분에 배치되는데, 상단 및 하단 집풍 플레이트(460, 470) 사이에는 연결대(310) 및 집풍 스쿱(320)을 구비하는 풍력 발전부(300)가 배치되고, 경우에 따라서는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 상단 및 하단 집풍 플레이트(460, 470) 사이에 회전축 기동부(400)도 배치될 수 있다. 상단 집풍 플레이트(460)는 집풍 플레이트 지지부(480)에 의하여 및 하단 집풍 플레이트(470)에 연연결되어 지지된다. 하지만, 이와 같은 지지 구조는 일예로서 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다. 이들 상단 집풍 플레이트(460) 및 하단 집풍 플레이트(470)는 단순한 평판 형태가 아닌 곡판으로서, 상단 집풍 플레이트(460) 및 하단 집풍 플레이트(470)는 서로 마주하는 면이 볼록면이 되도록 구성된다. 즉, 하우징(110) 측을 향한 면이 볼록면이고 하단 집풍 플레이트(470)는 상단 집풍 플레이트(460)를 향한 면이 볼록면이다. 따라서, 상단 집풍 플레이트 및 하단 집풍 플레이트(470) 간의 거리는 이들의 회전 중심, 즉 풍력 전달 회전축(210)의 중심 내지 이 부근에서 가장 가깝도록 구성된다. 이와 같이 상단 집풍 플레이트(460) 및 하단 집풍 플레이트(470)가 중심을 향할수록 이들 면 간의 거리가 가까워지는 구성을 통하여, 보다 많은 유량의 공기를 풍력 발전기, 즉 집풍 스쿱 측으로 유도할 수 있고, 보다 빠른 유속의 공기를 유도하여 집풍 스쿱에 가해지는 운동 에너지를 극대화시킬 수도 있다.
또 한편, 본 발명에 따른 수직형 풍력 발전 장치는 소정의 효율을 유지하면서 바람의 방향에 보다 적절하게 대응하기 위한 구성을 더 구비할 수도 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 풍력 발전기(300)의 연결대(310)는 둘 이상의 연결대 링크(311,312)로 구비하고, 이들 각각의 연결대 링크(311,312)는 연결대 연결부(313)를 통하여 연결되는 구조를 취할 수도 있다. 연결대 링크(311,312) 간의 사이각(θ)을 적절하게 조정함으로써, 집풍 스쿱(320)의 X-Y 평면 상에서의 자유도를 확보할 수 있다. 도면에서 자세하게 도시되지는 않았으나, 연결대 링크(311,312)의 연결을 이루는 연결대 연결부(313)는 단순한 회전 조인트로 구성될 수도 있고, 집풍 스쿱(320)에 풍력이 작용하여 연결대 링크(311,312) 간의 상대 회전 운동이 발생하는 것을 방지하기 위한 체결 부재로 구성될 수도 있는 등 다양한 구성이 가능하다.
또한, 집풍 스쿱(320)과 연결대(310) 사이는 연결 힌지로 구성될 수도 있다. 즉, 도 5b에 도시된 바와 같이 집풍 스쿱(320)과 연결대(310) 간의 연결이 연결 힌지(330)를 통하여 이루어짐으로써, 연결대(310)가 회전하는 X-Y 평면과 집풍 스쿱(320)의 중심축 간의 사이각(γ)을 형성 가능한 구성을 취할 수도 있다. 이와 같은 구성을 취함으로써, 다양한 방향으로 작용하는 공기의 유동에 적절하게 대응할 수도 있다.
상기 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 일예들로, 본 발명이 이에 국한 되는 것은 아니다. 즉, 상기 실시예들에서 풍력 발전기의 집풍 스쿱 및 연결대는 복수의 단으로 형성될 수 있고, 한 개의 단에 세 개 이상의 연결대 및 연결대 각각에 집풍 스쿱이 형성될 수도 있다. 또한, 각각의 연결대는 서로 상이한 길이를 가질 수도 있으며, 회전축 기동부가 풍력 전달 회전축의 양단에 배치되는 구조를 취할 수도 있는 등, 전력 생성부, 풍력 전달부, 풍력 발전부 및 회전축 기동부를 구비하는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 수직형 풍력 발전 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 본 발명에 따른 수직형 풍력 발전 장치는, 발전기를 구비하는 전력 생성부와 연결되며 수직하게 배치되는 풍력 전달 회전축 상에, 하나 이상의 연결대 및 집풍 스쿱을 구비하는 풍력 발전부가 배치됨으로써, 공기의 유동, 즉 바람을 통한 풍력 발전을 가능하게 한다.
둘째, 본 발명에 따른 수직형 풍력 발전 장치는, 수직형 타입을 취함으로써, 큰 설치 면적을 요하지 않는다. 따라서, 난기류가 발생하는 도시 건물 또는 도시 건물 사이 내지, 자동차 운행 또는 기차의 운행으로 발생하는 주행풍이 발생하는 도로변 등과 같이 작은 설치 면적이 요구되는 경우에 적절하게 설치 가능하다.
셋째, 본 발명에 따른 수직형 풍력 발전 장치는, 회전축 기동부를 구비함으로써, 바람이 약한 경우에도 풍력 전달 회전축이 정지하는 것을 방지하고 원활한 회전 운동을 지속시킴으로써, 풍력 전달 회전축의 정지 후 재차 회전시킬 때 요구 되는 큰 동력으로 인한 발전 손실을 배제시켜 발전 효율을 극대화시킬 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 하우징, 상기 하우징 내부에 배치되는 발전기를 구비하는 전력 생성부와;
    상기 발전기의 축과 연결되는 풍력 전달 회전축을 구비하는 풍력 전달부와;
    상기 풍력 전달 회전축에 수직하게 배치되는 하나 이상의 연결대와, 상기 연결대의 일단에 배치되어 가해지는 풍력에 의하여 상기 풍력 전달 회전축을 중심으로 회전하는 하나 이상의 집풍 스쿱을 구비하는 풍력 발전부를 포함하는 수직형 풍력 발전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 풍력 전달 회전축에 회전력을 인가 내지 기동시키기 위하여 상기 하우징 상부에 배치되는 하나 이상의 회전축 기동부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력 발전 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회전축 기동부는:
    상기 풍력 전달 회전축에 수직하게 배치되는 하나 이상의 기동 연결대와, 상기 풍력 전달 회전축에 수직하게 배치되고 원주 상에 기동 베인을 구비하는 기동 하우징과, 상기 기동 연결대의 일단으로 상기 기동 베인 내부에 배치되는 하나 이상의 기동 집풍 스쿱과, 상기 기동 하우징의 외주에 상기 기동 베인과 유체 소통을 이루도록 배치되어 강제 송풍하는 하나 이상의 강제풍 증속기를 구비하는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력 발전 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 강제풍 증속기는:
    상기 기동 하우징의 외부에 배치되는 강제풍 송풍기와, 상기 강제풍 송풍기의 토출구에 연결되어 토출된 유체를 수용하는 강제풍 버퍼부, 일단은 상기 강제풍 버퍼부에 타단은 상기 기동 하우징의 외주에 연결되어 유체 소통되는 강제풍 노즐부를 구비하는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력 발전 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 회전축 기동부는:
    상기 기동 하우징의 외부에 배치되는 자연풍 필터와, 상기 자연풍 필터의 일단에 연결되는 자연풍 집풍기와, 상기 자연풍 집풍기와 연결되는 자연풍 버퍼부, 일단은 상기 자연풍 버퍼부에 타단은 상기 기동 하우징의 외주에 연결되어 유체 소통되는 자연풍 노즐부를 구비하는 하나 이상의 자연풍 증속기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력 발전 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 자연풍 집풍기의 내면에는 중심축을 향하여 돌출된 자연풍 집풍기 가이 드가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력 발전 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 연결대는, 둘 이상의 연결대 링크와, 상기 연결대 링크를 연결하는 연결대 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력 발전 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 집풍 스쿱과 상기 연결대 사이에는 연결 힌지가 구비되는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력 발전 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 풍력 발전부는, 상기 풍력 전달 회전축의 외주 상에 배치되는 상단 및 하단 집풍 플레이트를 더 구비하고,
    상기 연결대 및 상기 집풍 스쿱은 상기 상단 및 하단 집풍 플레이트 사이에 배치되되, 상기 상단 및 하단 집풍 플레이트 간의 거리는 상기 풍력 전달 회전축의 중심에서 가장 가까운 것을 특징으로 하는 수직형 풍력 발전 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 집풍 스쿱은:
    바람을 인입시키기 위한 집풍 인입부와, 상기 인입된 바람을 유도하기 위한 집풍 유도부와, 상기 유도된 바람을 집중시키기 위한 집풍 집중부를 순차적으로 구비하고,
    상기 집풍 스쿱의 내면과 상기 집풍 스쿱의 중심축 간의 거리는 집풍 집중부를 향할수록 감소하되, 상기 집풍 집중부를 향할수록 상기 집풍 인입부 내면과 상기 집풍 스쿱의 중심축 간의 거리 감소율은 상기 집풍 유도부 내면과 상기 집풍 스쿱의 중심축 간의 거리 감소율보다 큰 것을 특징으로 하는 수직형 풍력 발전 장치.
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