KR20100106305A - 풍력 에너지 전환 시스템 - Google Patents

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Abstract

빌딩용 풍력 에너지 전환 시스템(10)은 1 이상의 풍력 터빈(12), 상기 풍력 터빈(12)이 장착되는 제 1 피치를 갖는 피치 루프 구조체(14), 및 상기 풍력 터빈(12) 위의 피치 루프 구조체(12) 상에서 지지되는 커버(16)를 포함한다. 상기 커버(16) 및 루프 구조체(14)는 함께, 바람이 풍력 터빈(12)을 통해 유동하도록 지향시키는 윈드 터널(28)을 형성한다. 또한, 각각의 풍력 터빈(12)에는 카울링들(34)이 제공된다. 각각의 카울링(34)은 대응되는 풍력 터빈(12)의 상부를 둘러싼다. 카울링들(34)은 공기역학적으로 형성되며 각각의 터빈(12)의 윈드 로터(30)를 가로지르거나 또는 그를 통한 기류를 집중화시키도록 구성된다. 카울링들(34)은 커버(16)와 루프 구조체(14) 사이에서 수직방향으로 연장된다.

Description

풍력 에너지 전환 시스템{WIND ENERGY CONVERSION SYSTEM}
본 발명은 빌딩용 풍력 에너지 전환 시스템에 관한 것이다.
풍력을 대안적인 형태의 힘으로 전환시키기 위한 로터(rotor) 또는 터빈을 구동시키거나 및/또는 그렇지 않으면 다양한 기계들을 구동시키기 위하여 바람을 이용하는 방법이 잘 알려져 있다. 또한, 빌딩에 전기를 제공하기 위하여 빌딩 지붕에 풍력으로 구동되는 터빈들을 이용하는 방법이 알려져 있다. 이러한 시스템의 일 예시는 국제특허 공개공보 WO 01/57397에 개시되어 있다. 이 공개공보는 지붕의 전체 길이에 대해 그리고 터빈을 통한 기류의 방향에 대해 횡방향으로 연장되는 회전축을 갖는 세장형 풍력 터빈(elongated wind turbine)에 대해 개시하고 있다.
만일 종래기술의 어떠한 공개자료가 여기에 기술된 내용에 대해 언급하고 있다면, 이러한 언급이 있었다고 해서 이러한 공개자료가 호주나 여타 국가에서 당 기술분야에 있어서의 통상적이고 일반적인 지식의 일부를 구성하고 있음을 인정하는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다.
본 발명의 목적은 바람직한 풍력 에너지 전환 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 빌딩용 풍력 에너지 전환 시스템이 제공되며,
상기 풍력 에너지 전환 시스템은,
풍력 에너지를 대안적인 형태의 에너지로 전환시키도록 구성되는 1 이상의 풍력으로 구동되는 로터(wind driven rotor);
상기 또는 각각의 로터가 장착되는 제 1 피치를 갖는 피치 루프 구조체(pitched roof structure); 및,
각각의 로터 위의 피치 루프 구조체에 의하여 지지되는 커버 - 상기 커버는 상기 제 1 피치보다 작은 제 2 피치를 가짐 - 를 포함한다.
일 실시예에서, 피치 루프 구조체는 각각의 로터가 장착되는 융기 영역을 포함하며, 커버가 상기 융기 영역의 대향되는 측들에 대해 연장된다.
상기 또는 각각의 로터는 그를 통한 바람의 유동 방향과 평행한 회전축을 가질 수 있다. 풍력 에너지 전환 시스템은 각각의 로터를 위한 카울링(cowling)을 더 포함하며, 각각의 카울링은 대응되는 로터를 둘러싸며 공기가 피치 루프 구조체로 상향 유동하게 지향시켜 로터를 통해 유동하도록 하는 개방형 대향 단부들을 갖는다.
풍력 에너지 전환 시스템은 피치 루프 구조체에 의하여 지지되며 로터 아래에 있는 거터(gutter)를 더 포함할 수 있다.
풍력 에너지 전환 시스템은 각각의 로터와 커플링되는 2 개의 발전기를 더 포함할 수 있으며, 각각의 발전기는 로터에 의해 회전되는 구동 샤프트의 대향되는 단부들에 의하여 구동되며, 로터를 통해 유동하는 공기의 작용에 의하여 로터가 회전하게 되는 경우 각각의 발전기가 전기 에너지를 생성한다.
이하, 본 발명의 일 실시예가 첨부 도면을 참조하여, 단지 예시의 방법으로 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 풍력 에너지 전환 시스템의 끝단면도;
도 2는 도 1에 도시된 시스템의 부분 측면도이다.
첨부 도면들을 참조하면, 빌딩용 풍력 에너지 전환 시스템(10)은 1 이상의 풍력 터빈(wind powered turbine: 12), 상기 풍력 터빈(12)이 장착되는 제 1 피치를 갖는 피치 루프 구조체(14), 및 상기 풍력 터빈(12) 위의 피치 루프 구조체(12) 상에서 지지되는 커버(16)를 포함한다. 상기 커버(16)는 제 1 피치보다 작은, 즉 피치 루프 구조체(12)의 피치보다 작은 제 2 피치를 갖는다.
피치 루프 구조체(14)는 상방향으로 서로를 향해 수렴되는 2 개의 경사측(18 및 20)을 갖는다. 풍력 터빈(12)은 수렴하는 경사측들(18 및 20) 사이에 그리고 그들에 의하여 형성되는 융기 영역(22)의 피치 루프 구조체(14) 상에서 지지된다. 풍력 터빈(12)의 장착을 위하여 피치 루프 구조체(14)의 크레스트 또는 융기 영역(22)을 개방된 채로 두는 것 외에, 피치 루프 구조체(14)는 대체로 통상적인 형태 및 구조로 되어 있으며, 따라서 서까래들(rafters), 조인트들 및 배튼들(battens)(도시 안됨)과 함께 복수의 지붕 빔들(24)을 포함한다.
커버(16)는 피치 루프 구조체(14)의 상부(26)에 걸쳐 있고(overlie) 융기 영역(22)의 대향되는 측들로 연장된다. 효과면에 있어, 커버(16) 및 피치 루프 구조체(14)의 상부(26)는 윈드 터널(28)을 생성하거나 윈드 터널로서 작용하여, 측들(18 및 20) 상에서 바람(W)을 상향 유동시켜 풍력 터빈(12)을 통하도록 지향시킨다.
상술된 바와 같이, 커버(16)의 피치는 루프 구조체(14)의 피치보다 작아서, 제 1 구조체(14)의 상부(26)와 커버(16) 간의 수직방향의 거리(D)가 융기 영역(22)을 향하는 방향으로 감소되도록 구성된다. 따라서, 융기 영역(22)을 향하여 윈드 터널(28)의 단면적이 축소된다. 이는 공기압을 증대시켜, 터빈들(12)을 통한 공기의 속도를 증가시키는 효과를 갖는다. 윈드 터널(28)의 구조는 구조체(14)의 대향되는 측들로부터의 바람을 지향시켜 터빈들(12)을 통해 유동하게 하는 효과를 갖는다.
각각의 터빈(12)은 구동 샤프트(32)에 커플링되는 윈드 로터(wind rotor: 30)를 포함하며, 상기 구동 샤프트는 윈드 로터(30)의 회전축을 통과한다. 구동 샤프트(32) 및 프로펠러(30)의 회전 축선은 융기 영역(22)의 크기(extent)의 라인 또는 방향을 가로지르거나 또는 상기 방향과 직교한다. 따라서, 구동 샤프트(32)는 터빈(12)을 통한 기류의 방향과 실질적으로 평행하다.
나아가 터빈(12)을 통한 기류의 집중화를 돕기 위하여, 시스템(10)은 터빈들(12) 각각을 위한 각각의 카울링(34)을 더 포함한다. 각각의 카울링(34)은 빔들(24) 위에서 연장되는 대응되는 터빈(12)의 상부를 둘러싸며 공기가 루프 구조체(14) 위로 유동하도록 지향시켜 터빈(12)을 통하도록 하는 개방형 대향 단부들을 갖는다. 카울링들(34)은 이상적인 공기역학적 형상으로 되어 있으며 윈드 로터(30)를 가로질러 또는 그를 통해 기류를 집중시키도록 구성된다. 이와 관련하여, 예를 들어 카울링(34)의 내측 표면은 대향되는 개구부들로부터 윈드 로터(30)가 회전하는 중심 영역까지 점진적으로 테이퍼지도록(taper) 구성될 수 있다. 각각의 카울링(34)은 커버(16)의 내측 표면과 루프 구조체(14)의 외측 표면 사이에서 수직방향으로 연장된다.
구동 샤프트(32)의 대향 단부들은 전기를 발생시키는 각각의 발전기(38)에 커플링된다. 발전기들(38)은 같은 위상의 전류 - 이후 전기 케이블들(39)을 통해 전력 관리 시스템(power management system)(도시 안됨)에 제공됨 - 를 생성하도록 구성 및 구동된다. 전력 관리 시스템은 발전기들(38)에 의하여 제공되는 전력을, 배터리들(도시 안됨)과 같은 저장 장치, 루프 구조체(14)를 지지하는 빌딩 내의 기기들(appliances) 또는 파워 그리드(power grid)에 선택적으로 분배할 수 있다.
대향되는 방향들로 터빈들(12)을 통과하는 바람은 윈드 로터들(30)이 대향되는 방향들로 회전하게 한다는 것을 이해해야 한다. 시스템(10) 내에 채용되는 발전기들(38)의 형태에 따라, 프로펠러(30)의 회전 방향과는 무관하게 발전기들(38)에 의하여 생성되는 전류의 위상을 유지시키는 것이 중요할 수 있다. 이는 샤프트(32)와 발전기들(38) 사이에 기어 박스들을 제공하여, 구동 샤프트(32) 및 프로펠러(30)의 회전 방향과는 무관하게 발전기들(38)의 로터들(도시 안됨)의 회전 방향이 동일하게 유지되도록 함으로써 달성될 수 있다.
터널(28)을 통해 불어오는 어떠한 물도 수거할 수 있도록 터빈들(12) 아래에는 융기 영역(22)을 따라 나아가는 거터(40)가 제공된다. 상기 거터(40)는 루프 구조체(14)를 위한 빗물 거터 시스템(rainwater gutter system)(도시 안됨) 내로 연관설치될(plumbed) 수 있다.
본 발명의 일 실시예가 상세히 설명되었으나, 당업자라면 기본적인 본 발명의 개념들을 벗어나지 않는 다양한 수정들 및 변경들이 가해질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 터빈들(12)은 루프 구조체(14)의 융기 영역(22)을 따라 배치되는 것으로 예시되어 있다. 하지만, 대안적인 구조에서는, 터빈들(12)이 지붕 그조체(14)의 측들(18 및 20) 중 어느 하나 또는 둘 모두를 따라 배치되고 상기 터빈들에는 별개의 커버들(16)이 제공되며, 상기 커버들 각각은 루프 구조체(14)의 피치보다 작은 피치 또는 특히 그것이 지지되는 각각의 측(18 또는 20)의 피치보다 작은 피치를 가질 수 있다. 당업자들이라면 이해가능한 다른 사항들과 함께 이러한 수정들 및 변경들 모두는, 이상의 설명으로부터 결정되는 특징으로서 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 간주되어야 한다.
본 출원의 청구범위 및 본 발명의 설명에 있어, 문맥상 명확한 용어 또는 필요한 함축적 의미로 인해 요구되는 경우를 제외하고, "포함하다"라는 용어는 포괄적인 의미로 사용된다 - 즉, 본 발명의 다양한 실시예들에서의 추가적인 특징들의 존재 또는 부가를 배제하려는 것이 아니라 언급된 특징들의 존재를 구체화하기 위한 의미로서 사용된다 - .

Claims (6)

  1. 빌딩용 풍력 에너지 전환 시스템(wind energy conversion system)에 있어서,
    풍력 에너지를 대안적인 형태의 에너지로 전환시키도록 구성되는 1 또는 그 이상의 풍력으로 구동되는 로터(wind driven rotor);
    각각의 로터가 장착되는 제 1 피치를 갖는 피치 루프 구조체(pitched roof structure); 및,
    각각의 로터 위의 피치 루프 구조체에 의하여 지지되는 커버 - 상기 커버는 상기 제 1 피치보다 작은 제 2 피치를 가짐 - 를 포함하는 풍력 에너지 전환 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피치 루프 구조체는 각각의 로터가 장착되는 융기 영역을 포함하며,
    상기 커버는 상기 융기 영역의 대향되는 측들로 연장되는 풍력 에너지 전환 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각각의 로터는 각각의 로터를 통해 유동하는 바람의 방향과 평행한 회전축을 갖는 풍력 에너지 전환 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 로터를 위한 카울링(cowling)을 더 포함하며,
    각각의 카울링은 대응되는 로터를 둘러싸고, 공기를 상기 피치 루프 구조체 위로 유동시켜 상기 로터를 통해 흐르도록 지향시키는 개방형 대향 단부들을 갖는 풍력 에너지 전환 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피치 루프 구조체에 의하여 지지되며 상기 로터의 아래에 있는 거터(gutter)를 더 포함하는 풍력 에너지 전환 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 로터와 커플링되는 2 개의 발전기를 더 포함하며,
    각각의 발전기는 상기 로터에 의해 회전되는 구동 샤프트의 대향되는 단부들에 의하여 구동되며, 상기 로터를 통해 유동하는 공기의 작용에 의하여 로터가 회전하게 되는 경우 각각의 발전기가 전기 에너지를 생성하는 풍력 에너지 전환 시스템.

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