KR20100133338A

KR20100133338A - 태양광 풍력발전기

Info

Publication number: KR20100133338A
Application number: KR1020100114318A
Authority: KR
Inventors: 이미화
Original assignee: 이미화
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2010-12-21

Abstract

본 발명은 바람을 이용 전기를 생산하는 풍력발전기에 관한 것으로 특히 외부 블레이드가 없고 경량구조의 타워와 상기 타워 상부에 설치되는 외부공기가속기, 적외선 투과율이 높은 투명 소재로 구성된 공기탱크, 상기 타워 내부에 수직 으로 설치되는 샤프트와 블레이드, 내부공기가속기로 구성되고, 상기 외부공기가속기에서 발생되는 흡입력과 상기 타워 내부의 상승기류를 이용하여 상기 블레이드를 회전 발전에 이용하는 것으로, 거대한 규모의 블레이드와 중량구조의 타워를 생산하는 제작비를 절감 할 수 있으며, 설치 공간이 작아 설치장소 선택이 자유롭고 소음이 작아 도심 근교에 설치할 수 있어 송전으로 인한 전력 손실을 줄일 수 있고, 타워를 송전탑이나 기타 용도로 활용 할 수 있어 자원의 활용도를 높일 수 있으며, 별도의 전지판을 구비하지 않고 태양광을 발전에 이용 할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양광 풍력발전기{ wind power jenerator device using solar }

본 발명은 바람을 이용 전기를 생산하는 풍력발전, 특히 공기에 속도 편차를 유도 가속 기압차를 생성 흡인력을 발생 시키고, 태양광을 이용 공기를 가열 상승기류을 발생시켜 발전에 이용하고, 타워를 기타용도에 활용 하는 태양광 풍력발전기에 관한 것이다.

그 동안 풍력을 이용 전기를 생산하는 여러가지 방법이 개발 되어 왔다, 그 중 대용량의 발전을 하기 위한 방법으로는 지상에 수직으로 타워를 설치하고 거대한 규모의 블레이드와 발전기 등 전력 생산에 필요한 장치를 타워 상부에 설치 풍력에 의해 블레이드가 회전하는 회전력을 이용 발전기를 가동시켜 전력을 생산하는 방법을 사용하여 왔다,

그러나 이와 같은 전력 생산 방법은 전력 생산량에 비례하여 블레이드와 타워의 규모가 대형화 되어야 하고, 무거운 중량의 거대한 블레이드와 발전기등을 상부에 설치 하므로, 이를 지탱 하기 위해서는 타워가 튼튼한 구조를 이루어 하므로 대형의 블레이드와 중량구조의 타워 제작에 막대한 비용이 소요된다.

또한 블레이드가 외부에 노출되어 음속이상의 고속으로 회전 조그마한 이물질의 충돌에도 강한 파괴력이 생겨 손괴될 위험이 크고, 블레이드 설계에 따른 한계 풍속에 이르면 과 회전으로 블레이드의 회전력이 실속 기기 손상의 위험이 따른다, 이를 방지하기 위해 블레이드의 회전수 제어 조종을 위해 브레이크 장치나 블레이드 피치 조종하기 위한 피치모터등이 구비되어야 하고, 저속의 바람에서는 가동이 어려워 가동을 위해 별도의 가동 모터를 구비 초기 시동해야 하고 등 많은 설비를 필요로 하고 복잡한 구조를 이뤄 유지 가동을 위해 세심한 관리를 요구하고 수리 정비에 많은 인력과 대형 장비를 동원해야 하므로 과도한 비용이 소요된다.

또한, 거대한 블레이드의 크기로 인해 넓은 설치 공간이 필요하고, 여러 대의 풍력발전기를 설치할 경우 풍력발전기 사이에 일정거리를 확보해야 하므로 설치 장소 확보에 어려움이 따르며, 설치 토지를 확보하기 위해 환경을 훼손하는 경우가 발생하고 토지의 이용 효율이 낮고 관리 범위가 넓어진다.

또한, 거대한 규모의 블레이드가 음속의 고속 회전시 발생하는 소음과 발전기 가동 소음으로 민원이 발생, 설치토지 확보와 소음 발생으로 도심에서 멀리 떨어진 외곽 부에 설치할 수 밖에 없어 발전된 전기 송전에 따른 전력 손실을 초래한다.

또한 블레이드를 통과하는 바람은 블레이드와 마찰 후 산란 분산되어 흐트러져 난기류를 형성 주변환경에 악 영향을 끼친다.

또한 풍력 발전기의 타워는 막대한제작비 들여 제작하고 넓은 공간을 함에도, 블레이드가 외부에 위치 타워를 중심으로 회전 하므로 단순히 상부에 구조물을 설치하고 지지하는 단순한 역할만을 하고 있어, 토지이용과 자원 활용의 비효율성을 초래하여 왔다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결 하기 위해 안출 된 것으로 중량구조의 타워와 타워 외부에 설치하는 대형의 거대한 블레이드를 제거하고, 경량구조의 타워를 설치하고 타워 내부에 소형의 블레이드를 설치, 외형의 크기를 줄여 작은 공간에 조밀하게 설치 할 수 있게 하여 토지 이용의 효율성을 높여 환경파괴를 줄이고, 태양광을 발전에 이용 발전 효율을 높이며, 발전기를 지하나 지상에 설치, 블레이드의 회전과 발전기 가동으로 발생되는 소음을 줄여 친화적 환경을 조성 도심근처에 설치할 수 있도록 하여 송전으로 인한 전력 손실을 줄이며, 기계적 구조를 단순화 유지 관리를 쉽게하고 대형의 블레이드와 중량 구조의 타워 및 부속 장치 제작 과 유지 보수에 소요 되는 비용을 줄이고.

또한 태양광 풍력발전기 타워 상단 외부에 외부지지대를 설치 타워를 타용도 활용이 가능하게 하여 자원활용의 효율성이 높은 태양광 풍력발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 태양광 풍력발전기는 대형의 거대한 블레이드 대신 타워 내부에 중심부에 수직 방향으로 샤프트를 배치 상기 샤프트를 따라 1 이상의 블레이드를 구비한 1이상의 허브와 1이상의 내부 공기가속기를 순차적으로 수직 배열 하고, 타워 상부에 공기 흐름을 가속시켜 흡입력을 발생시키는 1이상의 결속구를 가진 1이상의 외부공기가속기를 설치하고.

타워 외부에 공기탱크를 구비하고 타워 몸체를 흡열력을 가진 소재로 도장 태양열을 이용 공기 온도를 상승시켜 타워 내부에 발생되는 상승기류와, 상기 외부공기가속기에서 발생되는 흡입력을 이용 상기 블레이드를 회전시켜 회전력을 상기 샤프트를 통해 발전기에 전달 발전하고,외부거치대를 구비 타워를 송전탑이나 기타용도로 활용할 수 있도록 하는 것을 특징으로한다.

본 발명에 의한 태양광 풍력발전기는 거대한 블레이드와 중량구조의 타워대신 단순한 구조의 외부공기가속기와 소형의 블레이드, 경량구조의 타워를 제작 하므로, 제작비를 절감 할 수 있는 이점이 있고.

외부에 블레이드가 없어 외형의 크기가 작아 설치 공간이 작고 조밀 하게 설치 토지 이용의 효율성을 높이며 환경 파괴를 줄일 수 있으며, 관리 범위가 좁고 구조가 단순해 유지보수 비용을 절감하는 이점이 있다.

또한 외부에 블레이드가 없고 발전기를 지상이나 지하에 설치, 블레이드와 발전기에서 발생되는 소음을 저감 도심 근교에 설치 할 수 있어 송전으로 인한 전력 손실을 줄일 수 있는 이점이 있다.

또한 사용 환경 변화에 따라 발전기의 종류를 선택 손쉽게 교환 할 수 있는이점이 있으며, 별도의 태양전지판을 구비하지 않고 태양광을 발전에 이용 할 수 있는 이점이 있다.

또한 타워를 송전탑이나 기타의 용도로 활용 할 수 있어 사용 자원과 토지의 이용 효율성을 높일수 있는 이점이 있다.

도1 은 기존의 풍력발전기의 발전기 형태에 따른 기기배치와 발전구조를 설명하기 위한 것으로(A)는 유도발전기를 사용하는 증속기어박스(5)가 장착된 풍력발전기의 형태를 (B)는 가변속 운동 동기형 발전기를 사용하는 인버터가 장착된 형태를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 의한 태양광 풍력발전기의 구성 이해를 돕기 위한 도로서,(가)는 정면 단면 을 (나)는 측면 단면 도 로 외부지지대 장착예를 나타낸 도.
도 3은 본 발명에 의한 태양광 풍력발전기 주요 구성의 분해를 나타내는 도.
도 4는 본 발명에 의한 태양광 풍력발전기 외부공기가속기 장착예를 나타내는 도 로서 (D)는 복수의 원형 외부공기가속기, (E)는 단수의 원형 외부공기가속기 (F)는 단수의 사각형 외부공기가속기의 장착 예를 나타낸 도.

이하, 본 발명에 의한 태양광 풍력발전기의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 태양광 풍력발전기의 구성 이해를 돕기 위한 도로서 ,(가)는 정면 단면을, (나)는 측면 단면 도 로 외부지지대 장착예를 나타낸다.

도 3은 본 발명에 의한 태양광 풍력발전기 주요 구성의 분해를 나타내는 도.

도 4는 본 발명에 의한 태양광 풍력발전기 외부공기가속기 형태별 장착예를 나타내는 도로서 (D)는 복수의 원형 외부공기가속기, (E)는 단수의 원형 외부공기가속기 (F)는 단수의 사각형 외부공기가속기의 장착 예를 나타낸다.

본 발명에 의한 태양광 풍력발전기는 구조물(100),외부거치대(207)와 타워(117), 상기 타워(117)의 상단에 설치되는 1이상의 외부공기가속기(101)와, 상기 외부공기가속기(101)와 상기 타워(117)사이에 설치되어 상기 외부가속기(101)를 지지하는 외부공기가속기거치대 (107)와 상기 타워(117)의 내부 중심에 수직으로 배치되는 샤프트(111), 공기와 마찰 회전력을 발생하는 블레이드(113), 1이상의 상기 블레이드(113)를 구비하고 상기 샤프트(111)를 따라 수직으로 배치되는 1이상의 허브(114), 상기 샤프트(111)를 따라 상기 허브(114)와 순차적으로 수직 배치되는 1이상의 내부공기가속기(115)와 상기 타워(117) 하단 외각부에 공기탱크(118)를배치하여 구성되고.

상기 구조물(100)은 내부에 공간을 형성 발전기(124)를 배치 하고 지하나 지상에 지면과 수평으로 설치된다

상기 타워(117)는 통형 으로 구성 내부공간(200)이 형성되고 하단부에 1 이상의 내부공기흡입구(119)를 구비하고. 외벽은 흡열력이 높은 소재로 도장 상기 구조물(100) 상단에 지면과 수직으로 설치된다.

상기 외부공기가속기(101)는 하부에 결속구(201)를 구비하고 내부공간이 빈 원통형 구조로 형성되고 흡입구(104)에서 토출구(105)까지의 외면(102)길이가 내면(103) 길이보다 짧고, 상기 흡입구(104) 대각선 내지 직경이 상기 외면(102) 길이 보다 짧게 구성 된다 .

상기 결속구(201)에 외부공기가속기거치대(107)가 삽입 결합되고 상기 외부공기가속기거치대(107)는 상기 타워(117)상부에 상기 외부공기가속기(101)가 바람의 방향에 따라 회전 할 수 있도록 베어링(108)으로 체결 구성된다.

상기 샤프트(111)는 상기 타워(117) 중심부에 수직으로 배치되어 상부는 상부샤프트지지대(109)에 상부베어링(110)으로 하부는 하부샤프트지지대(121)에 하부 베어링(122)으로 체결 고정 되고, 상기 상부샤프트지지대(109)와 하부샤프트지지대(121)는 상기 타워(117) 내 벽면에 결합 고정된다

상기 블레이드(113)는 상기 타워(117) 내부에 수직으로 배치되고 상기 허브(114)에 체결 고정되고, 상기 허브(114)는 1이상의 상기 블레이드(113)를 구비하고 상기 블레이드(113)의 회전력이 상기 샤프트(111) 회전력에 이르지 못하면 분리 상기 샤프트(111)의 회전 부하를 감소 하도록 원웨이클러치(112)로 상기 샤프트에(111) 체결 되어 구성된다.

상기 내부공기가속기(115)는 흡입구(203)에서 토출구(204)까지의 외면(205) 길이가 내면(206) 길이보다 짧게 구성되고 상기 샤프트(111)를 중심축으로 상기 허브(114)와 순차 반복 수직 배치 되고 내부공기가속기거치대(116)를 구비 상기 타워(117) 내 벽면에 체결 고정된다.

상기 공기탱크(118)는 상기 타워(117)를 둘러싸고 설치되고 외벽은 적외선 투과율이 높은 투명 소재로 구성 하고, 하부에 1이상의 외부공기 흡입구(120)와 1이상의 개폐기(202)를 구비 상기 타워(117) 외벽면에 결합 고정된다.

상기 블레이드(113)의 회전력은 상기 개폐기(202)를 조절 외부공기 흡입량을 조절하여 조종한다

외부지지대(207)는 상기 외부공기속기거치대(107) 이하 상기 타워(117) 상단 외부에 체결 결합된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 태양광 풍력발전기의 작동 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 태양열이 없는 경우 저속의 바람이 외부공기가속기 흡입구를 통해 내부로 흡입 되면 외면과 내면의 표면 길이 차이로 흡입되는 바람의 속도가 증속 되고 외부공기가속기 내부에 저기압이 형성 되어 방출구에 흡입력이 발생된다.

흡입력이 타워 내부의 공기에 작용 타워 내부공기를 끌어 타워 내부 공기가 방출구를 통해 외부공기가속기 내부로 유입된다, 토출된 공기가 외부가속기 내부로 유입 되면, 토출구를 통해 외부로 토출된다 기류의 연승작용으로 외부공기 유입량이 증가하게 된다.

외부공기 유입량이 증가에 따라 외부공기가속기의 내부의 유속이 높아지고 속도에 비례 높은 기압차가 발생되고 흡입력 또한 비례하여 상승한다, 이 와 같은 연승작용으로 증가하는 흡입력에 비례하여 타워 내부의 공기 유속도 증가하고 되고 공기 흐름으로 발생하는 힘으로 블레이드를 회전, 회전력을 샤프트를 통해 발전기에 전달 발전을 하게된다

바람이 제로 상태이고 태양이 비추는 경우 태양열과 반사열, 지열 등으로 인해 타워 내부의 기온은 상승하게 되고 타워 내부에 대류에 의한 상승기류가 형성되고 내부공기가속기에 의해 가속 상승기류는 가속된다, 상승기류가 방출구를 통해 외부공기가속기 내부로 방출되면 흡입구보다 토출구가 넓게 형성된 외부공기 가속기의 형상으로 인해 타워 내부에서 방출된 공기는 외부공기가속기 토출구쪽을 향하게 되고 연승작용 으로 외부공기가속기 흡입구를 통해 외부공기가 유입된다 유입되는 공기는 타워 내부에서 방출되는 공기와 합류 가속되고 외부공기 유입량이 증가한다, 유입되는 공기가 늘어나면 가속력 높아지고 흡입력이 증가 타워 내부 공기 유속이 빨라지고 블레이드의 회전력이 높아진다.

바람이 불고 태양광이 비추는 경우 외부공기가속기에서 흡입력이 발생되고 타워내부에 상승기류가 발생되어 흡입력과 상승기류의 연승 작용으로 외부공기가속기의 공기흡입량이 증대되어 가속되고, 비례하여 흡입력이 증대 타워 내부 공기의 유속도 빨라지고 블레이드의 회전력도 높아진다.

타워 내부의 공기는 타워 벽체로 인해 블레이드와 마찰 후 산란 분산되지 않고 내부공기가속기 의해 가속 흐름의 연속성을 갖게 된다.

상기와 같이 외부공기가속기 에서 발생되는 흡입력과 타워 내부 상승기류로 타워 내부 유속이 빨라져 블레이드의 회전 속도가 일정 속도에 이르면 개폐기를 조정 외부 공기 흡입량을 조절 블레이드의 회전력을 조종한다.

타워를 기타 용도로 활용 할 경우 외부거치대를 타워 외부에 체결 사용한다

본 발명에 의한 태양광 풍력발전기는 제작 비용이 저렴하여 설치에 따른 재정적 부담을 덜 수 있고 설치 공간이 작아 설치 장소 선택의 폭이 넓어 부지 선정이 자유롭다,

특히 소음이 적고 설치 공간이 작아 미풍 에서도 가동이 가능 하여 도심권 인근에 설치 가능하여 송전으로 인한 전력 손실을 줄일 수 있어 사업적 이점이있다 또한 기존의 블레이드 장착형 풍력발전기의 타워를 재활용 사용 할 수 있어 산업자원 재활용에도 이용 될 수 있다

또한 타워를 활용 송전탑의 이나 송신탑등 기타 타용도로 활용할 수 있어 산업자원과 토지이용의 활용도를 높일수 있는 이점이 있다

또한 별도의 태양전지를 설치하지 않고 태양광을 발전에 이용 할 수 있는 이점이 있다

1-블레이드 109-상부 샤프트 지지대 202-개폐기
2-허브 110-상부베아링 203-흡입구
3-피치모터 111-샤프트 204-토출구
4-샤프트 112-원웨이 클러치 205-외면
5-증속기어박스 113-블레이드 206-내면
6-유도 발전기 114-허브 209-외부거치대
7-가변속운전동기형발전기 115-내부공기가속기 208-중공
8-타워 116-내부공기가속기 지지대
9-인버터 117-타워
118-공기탱크
100-구조물 119-내부공기흡입구
101-외부공기가속기 120-외부공기흡입구
102-외면 121-하부샤프트지지대
103-내면 122-하부베어링
104-흡입구 123-조인트
105-토출구 124-발전기
106-방출구
107-외부공기가속기 거치대 200-내부공간
108-베어링 201-결속구

Claims

중공이 형성되고 1이상의 결속구(201)를 가진 1이상의 외부공기가속기(101)와 1이상의 타워공기방출구(106)를 구비하고 상단에 상기 외부공기가속기(101) 거치하는 외부공기가속기거치대(109)가 구비되고,
상단에 1이상의 상기 외부공기가속기거치대(109)를 구비하고 1이상의 외부지지대(207), 1 이상의 내부공기흡입구(119)와 내부공간(200)이 형성되고 외부에 공기탱크(118)를 구비 지면에 수직으로 설치되는 타워(117)가 구비되고.
상기 내부공간(200) 중심부에 블레이드의(113) 회전력을 발전기(124)에 전달하는 샤프트(111)가 수직으로 구비되고 상기 샤프트(111)를 따라 1이상의 블레이드(113)가 구비된 1이상의 허브(114)와 1이상의 내부공기 가속기(115 )가 수직으로 순차 배열 구비되어.
태양광을 이용 상기 내부공간(200)과 상기 공기탱크(118) 내부 공기의 온도를 높여 상기 타워(117)내부에 상승기류를 발생 시키고 발생되는 상승기류와 상기 외부공기가속기(101)에서 공기의 속도편차를 생성시켜 발생하는 흡입력을 이용, 상기 타워(117)의 내부 공기흐름을 발생시켜 상기 블레이드(113)를 회전 시키고 회전력을 이용 발전기(124)를 구동 전기를 생산하고, 상기 타워(117)를 송전탑 등 기타의 용도로 활용 하는 것을 특징으로 하는 태양광 풍력발전기.
청구항 1에 있어서 상기 외부공기가속기(101)는 외부 표면 (102) 길이보다 내부 표면(103 )길이가 길고 흡입구(104) 외면 대각선 내지 직경이 상기 외면(102)의 길이 보다 짧은 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양광 풍력발전기
청구항 1에 있어 상기 외부공기가속거치대(107)는 1이상의 공기방출구(106)와 베어링(108)을 구비 하는 것을 특징으로 하는 태양광 풍력발전기
청구항 1에 있어 상기 공기탱크(118)는 적외선 투과율이 높은 투명 소재로 구성되고 1이상의 외부공기흡입구(120)와 1 이상의 개폐장치(202)가 구비된 것을 특징으로 하는 태양광 풍력발전기.
청구항 1에 있어 상기 허브(114)는 1 이상의 블레이드(113)를 구비하고 중심부에 상기 샤프트(117)가 관통하는 중공(208)이 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광 풍력발전기.
청구항 1에 있어 상기 샤프트(111)를 체결 지지하는 상부샤프트지지대(109), 상부베어링(110),하부샤프트지지대(121),하부베어링(122)이 구비 되는 것을 특징으로 하는 태양광 풍력발전기
청구항 6에 있어 상부샤프트지지대(109)와 하부샤프트지지대(121)는 상기 타워(117) 내벽면에 체결되는 것을 특징으로 하는 태양광 풍력발전기
청구항 1에 있어 상기 내부공기가속기(115)는 내부공기가속기 지지대(116)를 구비 하고. 흡입구(203)에서 토출구(204)까지의 외면(205) 길이가 내면(206) 길이보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 풍력발전기
청구항 1에 있어 상기 외부지지대(207)는 용도에 따라 제작 형상을 달리하고, 상기 외부공기속기거치대(107)높이 이하 상기 타워(117) 외부에 체결 결합되는 것을 특징으로하는 태양열 풍력발전기.