KR20100059177A

KR20100059177A - 풍력 발전장치

Info

Publication number: KR20100059177A
Application number: KR1020080117854A
Authority: KR
Inventors: 남용호
Original assignee: 남용호
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2010-06-04
Also published as: KR101037831B1

Abstract

본 발명의 풍력 발전장치는, 바람에 의하여 회전되도록 복수의 회전날개가 외주면을 따라 형성된 회전몸체와; 상기 회전몸체가 회전됨에 따라 전력을 발생시키는 발전부와; 상기 회전몸체의 회전 중심으로부터 멀어짐에 따라 상기 회전날개로부터 전방 또는 후방을 향해 점진적으로 경사지게 이격되어 상기 회전날개로 유입되는 바람의 풍속을 극대화시키는 회전가속부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 풍력 발전장치가 설치되는 장소에 구애받지 않고 바람의 세기를 극대화하여 풍력 발전장치의 발전량을 증가시킬 수 있다.

풍력 발전장치, 회전날개, 발전부, 내측기어, 동력전달기어, 회전가속부

Description

풍력 발전장치 { Wind Power Generating Apparatus }

본 발명은 풍력 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바람의 세기가 약하거나 간헐적이더라도 발전량이 증가되도록 풍력 발전장치 회전체의 회전력을 증대시키는 구조에 관한 것이다.

발전장치는 중력 터빈, 댐에 있는 수차, 화석연료의 연소에 의한 열이나 핵분열에서 발생하는 열로 만들어진 증기에 의해 작동되는 증기 터빈, 내연기관(디젤 기관 또는 가스 터빈 등)의 동력원의 역학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다.

최근 들어서는 환경문제와 자원고갈 등의 이유로 인해 태양열이나 풍력 등과 같은 청정 에너지원을 이용한 발전장치가 주목받고 있는 추세이다. 특히, 이중에서도 풍력 발전장치는 설치비용이 비교적 저렴하고 바람만 불어준다면 비교적 쉽게 전기를 얻을 수 있기 때문에 해안가 마을 등에서 많이 이용하고 있다.

그러나 풍력 발전장치는 바람의 세기가 약한 미풍인 경우에는 큰 회전력을 얻지 못하기 때문에 그 설치 장소가 제한될 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 소형화할 수 있고, 효율을 개선할 수 있는 풍력 발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 바람의 세기가 약하거나 간헐적이더라도 발전량을 증가시킬 수 있는 풍력 발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 장소에 구애받지 않고 설치할 수 있는 풍력 발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명인은, 풍력 발전장치를 이용할 경우 환경문제와 에너지 문제를 해결할 수는 있지만, 바람의 세기가 약한 미풍인 경우에는 큰 회전력을 얻지 못하기 때문에 그 설치 장소가 제한될 수 있고, 발전량이 감소되어 발전효율이 떨어질 수 있다는 문제점을 알게 되었다.

본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 풍력 발전장치에 있어서, 바람에 의하여 회전되도록 복수의 회전날개가 외주면을 따라 형성된 회전몸체와; 상기 회전몸체가 회전됨에 따라 전력을 발생시키는 발전부와; 상기 회전몸체의 회전 중심으로부터 멀어짐에 따라 상기 회전날개로부터 전방 또는 후방을 향해 점진적으로 경사지게 이격되어 상기 회전날개로 유입되는 바람의 풍속을 극대화시키는 회전가속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치가 제공된다.

여기서, 상기 회전몸체의 내부에서 상기 회전몸체와 상기 발전부 사이에 개 재되어 상기 회전몸체의 회전력을 상기 발전부로 전달하는 동력전달부를 더 포함하며, 상기 회전몸체의 내주면에는 내측기어가 형성되어 있고, 상기 동력전달부는 상기 내측기어에 맞물리도록 마련된 적어도 하나의 동력전달기어를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 동력전달기어는, 상기 회전몸체의 내부에서 상기 회전몸체의 회전 중심에 설치된 제1 동력전달기어와, 상기 내측기어와 상기 제1 동력전달기어 사이에 개재되어 상기 내측기어의 회전력을 상기 제1 동력전달기어에 전달하는 제2 동력전달기어를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 발전부는 상기 제1 동력전달기어에 연결된 것이 바람직하다.

한편, 상기 발전부는 상기 제1 동력전달기어 및 상기 제2 동력전달기어 모두에 각각 연결될 수도 있다.

상기 회전몸체는 외주면의 중앙부가 홀쭉한 형상으로 마련될 수도 있다.

그리고 상기 회전가속부는 유입되는 바람의 유로를 형성하도록 구획하는 판면부를 포함하고, 상기 판면부는 유입되는 바람을 안내하는 내측 판면과 상기 내측 판면에 배향된 외측 판면을 포함하며, 상기 내측 판면 및 상기 외측 판면 중 적어도 어느 하나에는 야광부가 형성된 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해, 풍력 발전장치에 있어서, 바람에 의하여 회전되도록 복수의 회전날개가 외주면을 따라 형성되고, 내주면을 따라 내측기어가 형성된 회전몸체와; 상기 회전몸체의 내부에서 상기 내측기어에 맞물리도록 마련된 적어도 하나의 동력전달기어를 갖는 동력전달부와; 상기 동력전달부에 연결되어 상기 회전몸체가 회전됨에 따라 전력을 발생시키는 발전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치가 제공된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 풍력 발전장치를 소형화할 수 있고, 풍력 발전장치의 효율을 개선할 수 있다.

또한, 바람의 세기가 약하거나 간헐적이더라도 풍력 발전장치의 발전량을 증가시킬 수 있다.

아울러, 풍력 발전장치를 장소에 구애받지 않고 설치할 수 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전장치(100)는, 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 회전몸체(110)와, 회전날개(120)와, 동력전달부(130)와, 발전부(140)와, 회전가속부(150)를 포함한다.

회전몸체(110)는, 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 바람에 의하여 회전되도록 복수의 회전날개(120)가 회전몸체(110)의 외주면을 따라 형성되고, 회전몸체(110)의 내주면에는 내측기어(111)가 형성된다.

본 발명의 일실시예로서 도 5에 도시된 바와 같이, 회전몸체(110)는 원통형으로 마련된 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서 도 8에 도시된 바와 같이, 회전몸체(110)는 외주면의 중앙부가 홀쭉한 형상(예컨대 장구 형상과 같은)으로 마련될 수도 있다. 이에 따라, 회전날개(120)의 면적이 보다 넓어지게 되 어 회전몸체(110)의 회전력이 더욱 증가될 수 있다.

내측기어(111)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 그 내측으로 동력전달부(130)를 에워싸도록 회전몸체(110)의 내주면을 따라 형성된다.

회전몸체(110)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 회전날개(120)에 의한 회전의 중심(C)과 제1 곡률(k1)을 갖는다. 본 발명의 일실시예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 회전몸체(110)의 속은 텅 비어 있고 회전몸체(110)의 상부 외부 표면의 회전 중심(C)에는 회전가속부(150)가 고정되는 곳에 외부 베어링(112a)이 설치된 것이 바람직하다.

회전날개(120)는, 본 발명의 일실시예로서 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 각각 소정의 곡률을 갖도록 시계방향 또는 반시계방향으로 휘어져 마련된 것이 바람직하다. 본 발명의 일실시예로서, 회전날개(120)들은 시계방향으로 휘어져 마련된 것이 바람직하다.

이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 우리나라의 차도에서는 우측으로 상행 차량이 통행하고 좌측으로 하행 차량이 통행하기 때문에 본 발명에 따른 풍력 발전장치(100)가 고속도로(200) 등과 같은 도로의 중앙분리대(210)에 설치될 경우 회전날개(120)에 의한 회전몸체(110)의 회전이 보다 잘 이루어질 수 있다.

동력전달부(130)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 회전몸체(110)의 내부에서 회전몸체(110)와 발전부(140) 사이에 개재되어 회전몸체(110)의 회전력을 발전부(140)로 전달한다. 즉, 동력전달부(130)는, 회전몸체(110)의 내부에서 내측기어(111)에 맞물리도록 마련된 적어도 하나의 동력전달기어(131,132)와, 동력전달기 어(131,132)에 결합된 기어 축(131a,132a)을 포함한다.

동력전달기어(131,132)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 회전몸체(110)의 내부에서 회전몸체(110)의 회전 중심(C)에 설치된 중심 기어로서의 제1 동력전달기어(131), 그리고 내측기어(111)와 제1 동력전달기어(131) 사이에 개재되어 내측기어(111)의 회전력을 제1 동력전달기어(131)에 전달하는 제2 동력전달기어(132)를 포함한다. 본 발명의 일실시예로서, 제2 동력전달기어(132)는 제1 동력전달기어(131)에 맞물리며 제1 동력전달기어(131)를 에워싸도록 복수로 마련된 것이 바람직하며, 특히 제2 동력전달기어(132)는 제1 동력전달기어(131)를 사이에 두고 3개가 삼각형의 형태로 배치된 것이 바람직하다.

이에 따라, 내측기어(111)의 회전에 따른 제1 동력전달기어(131)의 회전이 어느 한 쪽으로 치우침 없이 안정되게 균형을 유지할 수 있다.

기어 축(131a,132a)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 동력전달기어(131)에 결합된 중심 기어 축으로서의 제1 기어 축(131a)과, 제2 동력전달기어(132)에 결합된 제2 기어 축(132a)을 포함한다.

본 발명의 일실시예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 기어 축(131a)의 일측은 제1 동력전달기어(131)에 결합되고 타측은 발전부(140)에 결합되며, 제2 기어 축(132a)의 일측은 제2 동력전달기어(132)에 결합되고 타측은 내부 베어링(112b)에 접촉될 수 있도록 마련된 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예로서, 제1 동력전달기어(131)에만 제1 기어 축(131a)에 의해 발전부(140)가 연결된 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 동력전달기어(131) 및 제2 동력전달기어(132) 모두에 각각 제1 기어 축(131a) 및 제2 기어 축(132a)에 의해 발전부(140)가 연결될 수도 있다. 이렇게 함으로써 본 발명에 따른 풍력 발전장치(100)에 의한 발전량을 더욱 증가시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예로서, 회전몸체(110)의 내주면에 내측기어(111)가 형성되어 이에 맞물리는 동력전달부(130)에 의해 회전몸체(110)의 회전력이 발전부(140)에 전달되는 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 동력전달부(130) 없이 회전몸체(110)에 발전부(140)가 직접 결합되어 회전몸체(110)의 회전력이 발전부(140)에 직접 전달되도록 마련할 수도 있다.

발전부(140)는, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 동력전달부(130)에 연결되어 회전몸체(110)가 회전됨에 따라 전력을 발생시킨다. 발전부(140)는 전자기유도작용으로 기전력을 발생시키도록 자기장을 형성하기 위한 자석과 기전력을 일으키는 도체로 구성된다.

이에 따라, 내주면 상에 내측기어(111)가 형성된 회전몸체(110)의 속이 빈 내부에 동력전달부(130) 및 발전부(140) 중 적어도 하나를 수용할 수 있게 되어 풍력 발전장치(100)를 소형화할 수 있고, 발전부(140)의 용량이나 개수를 필요에 따라 증가시킬 수 있어 풍력 발전장치(100)의 효율을 개선할 수 있다.

회전가속부(150)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 회전몸체(110)의 회전 중심(C)으로부터 멀어짐에 따라 회전날개(120)로부터 전방 또는 후방을 향해 점진적으로 경사지게 이격되어 회전날개(120)로 유입되는 풍속을 극대화시킨다. 즉, 회전가속부(150)는, 회전몸체(110)의 직경방향으로 설치된 몸체결합부(151)와, 몸체결합부(151)의 양 단부로부터 상호 역방향으로 연장되되 각각 회전몸체(110)의 회전 중심(C)으로부터 멀어짐에 따라 회전몸체(110)의 제1 곡률(k1)보다 점차 작은 제2 곡률(k2)을 갖도록 마련되어 회전날개(120)로 유입되는 바람의 풍속을 극대화시키는 판면부(152)를 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 회전가속부(150)로 유입되는 바람의 초기 풍속을 V1, 회전가속부(150)로 바람이 유입되는 초기의 유로입구면적을 A1, 회전가속부(150)를 통과하여 회전날개(120)로 유입되는 바람의 풍속을 V2, 회전가속부(150)를 통과하여 회전날개(120)로 바람이 유입되는 말단의 유로출구면적을 A2라고 하면,

유량공식에 의해 Q=A1·V1=A2·V2가 성립하므로

V1 < V2의 관계가 성립된다.

따라서, 회전가속부(150)에 의하여 회전날개(120)로 유입되는 바람의 세기가 극대화됨으로써 풍력 발전장치(100)의 발전량을 증가시킬 수 있다.

이에 따라, 바람의 세기가 약하거나 간헐적이더라도 풍력 발전장치(100)의 발전량을 증가시킬 수 있고, 풍력 발전장치(100)를 장소에 구애받지 않고 설치할 수 있다.

판면부(152)는 몸체결합부(151)로부터 절곡 연장되어 회전날개(120)로 유입되는 바람의 유로를 형성하도록 공간을 구획한다.

본 발명의 일실시예로서, 회전가속부(150)는 제2 곡률(k2)을 갖는 판면 부(152)를 포함하는 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 회전가속부(150)의 판면부(152)는 곡선이 아닌 직선의 형태로 마련될 수도 있고 회전몸체(110)의 직경방향의 양 단부로부터 상호 역방향으로 연장되지 않고 어느 한 쪽 방향으로만 연장될 수도 있다.

한편, 본 발명의 일실시예로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전가속부(150)의 판면부(152)는 유입되는 바람을 유로입구로부터 유로출구로 안내하는 내측 판면(152a)과 내측 판면(152a)에 배향된 외측 판면(152b)으로 이루어지며, 내측 판면(152a) 및 외측 판면(152b) 중 적어도 어느 하나에는 야광부(153)가 형성된 것이 바람직하다. 이에 따라, 야간에도 풍력 발전장치(100)의 존재여부를 용이하게 파악할 수 있으며, 특히 풍력 발전장치(100)가 도 3에 도시된 바와 같이 고속도로(200)의 중앙분리대(210)에 설치될 경우 야간에 통행하는 차량 운전자들에게 풍력 발전장치(100)와 중앙분리대(210)의 위치를 알려줄 수 있게 되어 안전사고를 예방할 수 있다.

또한, 회전가속부(150)의 판면부(152)에 의하여 고속도로(200)의 양 주행방향 중 어느 한 쪽의 주행방향으로 주행하는 차량의 전조등 불빛이 반대 방향으로 주행하는 차량의 운전자에게 비춰지는 것을 막아줄 수 있게 되어 안전사고를 더욱 예방할 수 있다.

본 발명의 일실시예로서, 풍력 발전장치(100)의 회전몸체(110)에는 회전가속부(150)가 결합된 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 회전몸체(110)에는 회전가속부(150)가 결합되지 않을 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전장치(100)가 차량이 빠른 속도로 통행하는 고속도로(200)와 같은 도로의 중앙분리대(210)에 적용되는 일예를 나타낸 도면이다.

실제로는 자동차뿐만 아니라 기차, 전철 등도 빠른 속도로 이동할 때에는 속도가 100km/h에 육박하며, 이에 따른 반작용으로 강한 바람이 발생된다.

이러한 바람은 고속도로(200)의 경우 양쪽 방향의 차량이 교차하는 중앙분리대(210)에서 그 세기가 가장 강하므로 본 발명의 풍력 발전장치(100)는 중앙분리대(210)를 따라 소정 간격마다 이격 설치되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 종래에는 이용되지 않던 차량 이동에 따른 바람의 힘을 이용하여 비교적 큰 출력의 전력을 생산함으로써 도로의 가로등, 터널 안의 조명등 등에 소모되는 전력을 대체하거나 크게 절감할 수 있다.

본 발명의 일실시예로서 도 3에 도시된 형태로 풍력 발전장치(100)의 회전가속부(150)가 설치된 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서 도 4에 도시된 형태로 풍력 발전장치(100)의 회전가속부(150)가 설치될 수도 있다. 이에 따라, 중앙분리대(210)의 폭이 비교적 좁더라도 풍력 발전장치(100)를 용이하게 설치할 수 있다.

이러한 구성에 의해, 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전장치(100)가 고속도로(200)의 중앙분리대(210)에 설치되어 고속도로(200)를 지나가는 차량들에 의해 발생된 바람을 이용하여 전력을 발생시키는 과정을 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 고속도로(200)의 중앙분리대(210)에 소정 간격을 두고 일렬로 배치된 각 풍력 발전장치(100)에는 고속도로(200)를 통행하는 차량들의 이동에 의하여 반작용으로 발생되는 반시계방향의 바람이 작용한다.

다음에, 풍력 발전장치(100)의 회전날개(120)로 유입되는 대부분의 바람은 회전날개(120)에 직접 부딪히기 이전에 회전날개(120)와 회전가속부(150)의 판면부(152) 사이에 형성된 유로입구로 유입된다.

유로입구로 유입된 바람은 그 유로 단면적이 점차 좁아지도록 구획하는 회전가속부(150)의 판면부(152)에 의하여 안내되며 유로출구를 거쳐 회전가속부(150)의 영역을 벗어나게 되는데 이때의 풍속은 유로입구에서의 풍속보다 빨라지게 된다. 즉, 그 세기가 더욱 강해진 바람이 회전가속부(150)의 영역 바깥의 회전날개(120)에 부딪히게 된다.

이에, 본 발명에 따르면, 차량 이동에 따른 바람의 힘을 이용하여 비교적 큰 출력의 전력을 발생시킴으로써 도로나 철도의 가로등, 터널 안의 조명등 등에 소모되는 전력을 대체하거나 크게 절감할 수 있고, 바람의 세기가 약하거나 간헐적이더라도 풍력 발전장치(100)의 발전량을 증가시킬 수 있기 때문에, 풍력 발전장치(100)를 장소에 구애받지 않고 고속도로를 비롯한 다양한 장소에 설치할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 사시도,

도 2는 도 1의 평면도,

도 3은 도 1의 풍력 발전장치의 적용 예를 나타낸 도면,

도 4는 도 3의 또 다른 실시 예를 나타낸 도면,

도 5는 도 1의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도,

도 6은 도 5의 동력전달부의 평면도,

도 7은 도 5의 또 다른 실시 예를 나타낸 도면,

도 8은 도 5의 또 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 풍력 발전장치 110 : 회전몸체

111 : 내측기어 120 : 회전날개

130 : 동력전달부 131 : 제1 동력전달기어

131a : 제1 기어 축 132 : 제2 동력전달기어

132a : 제2 기어 축 140 : 발전부

150 : 회전가속부 151 : 몸체결합부

152 : 판면부 152a : 내측 판면

152b : 외측 판면 153 : 야광부

Claims

풍력 발전장치에 있어서,

바람에 의하여 회전되도록 복수의 회전날개가 외주면을 따라 형성된 회전몸체와;

상기 회전몸체가 회전됨에 따라 전력을 발생시키는 발전부와;

상기 회전몸체의 회전 중심으로부터 멀어짐에 따라 상기 회전날개로부터 전방 또는 후방을 향해 점진적으로 경사지게 이격되어 상기 회전날개로 유입되는 바람의 풍속을 극대화시키는 회전가속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
제1항에 있어서,

상기 회전몸체의 내부에서 상기 회전몸체와 상기 발전부 사이에 개재되어 상기 회전몸체의 회전력을 상기 발전부로 전달하는 동력전달부를 더 포함하며,

상기 회전몸체의 내주면에는 내측기어가 형성되어 있고,

상기 동력전달부는 상기 내측기어에 맞물리도록 마련된 적어도 하나의 동력전달기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
제2항에 있어서,

상기 동력전달기어는,

상기 회전몸체의 내부에서 상기 회전몸체의 회전 중심에 설치된 제1 동력전달기어와,

상기 내측기어와 상기 제1 동력전달기어 사이에 개재되어 상기 내측기어의 회전력을 상기 제1 동력전달기어에 전달하는 제2 동력전달기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
제3항에 있어서,

상기 발전부는 상기 제1 동력전달기어에 연결된 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
제3항에 있어서,

상기 발전부는 상기 제1 동력전달기어 및 상기 제2 동력전달기어 모두에 각각 연결된 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
제1항에 있어서,

상기 회전몸체는 외주면의 중앙부가 홀쭉한 형상으로 마련된 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전가속부는 유입되는 바람의 유로를 형성하도록 구획하는 판면부를 포함하고,

상기 판면부는 유입되는 바람을 안내하는 내측 판면과 상기 내측 판면에 배향된 외측 판면을 포함하며,

상기 내측 판면 및 상기 외측 판면 중 적어도 어느 하나에는 야광부가 형성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
풍력 발전장치에 있어서,

바람에 의하여 회전되도록 복수의 회전날개가 외주면을 따라 형성되고, 내주면을 따라 내측기어가 형성된 회전몸체와;

상기 회전몸체의 내부에서 상기 내측기어에 맞물리도록 마련된 적어도 하나의 동력전달기어를 갖는 동력전달부와;

상기 동력전달부에 연결되어 상기 회전몸체가 회전됨에 따라 전력을 발생시키는 발전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.