KR20110035361A - 풍력 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량 주행에 의해 발생된 바람을 이용하는 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 특히 중앙 분리대나 도로변의 가이드레일에 설치 가능한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
본 발명의 차량 주행에 의해 발생된 바람을 이용하는 풍력 발전 장치는 차량 주행에 의해 발생된 바람을 이용하는 풍력 발전 장치에 있어서, 차량이 상기 풍력 발전 장치를 지나가는 순간 발생한 횡압을 회전자가 있는 쪽으로 유도하기 위한 제 1 유도부; 상기 회전자의 반대쪽으로 역류하는 역류압이 상기 회전자에 영향을 주는 것을 방지하기 위한 댐퍼; 및 차량이 상기 풍력 발전 장치를 지나간 후에 발생한 잔류 공기 흐름을 상기 회전자가 있는 쪽으로 유도하기 위한 제 2 유도부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
풍력 발전, 횡압, 역류압, 잔류 공기, 댐퍼, 중앙 분리대, 차량, 주행

Description

풍력 발전 장치{wind power generation}
본 발명은 차량 주행에 의해 발생된 바람을 이용하는 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 특히 중앙 분리대나 도로 변의 가이드레일에 설치 가능한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
바람은 태양 광과 더불어, 친환경적인 대체 에너지다.
풍력 발전 장치(wind power generation)는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치로서, 풍력발전기의 날개를 회전시켜 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산한다. 보통, 풍력발전기는 날개, 변속장치 및 발전기로 구성된다.
날개는 바람에 의해 회전되어 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이다. 변속장치는 날개에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해서 변속기어에 전달되어 발전기에서 요구되는 회전수로 높여서 발전기를 회전시킨다. 발전기는 날개에서 발생한 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다.
한편, 도로 주변 특히, 중앙 분리대 부근에는 주행하는 차량으로 인해 풍속이 세고 풍향이 일정한 바람이 형성된다. 따라서, 중앙 분리대나 도로변의 가이드레일에 설치 가능한 풍력 발전 장치가 제안되어 있다(한국등록특허공보 제801466 호, 한국등록특허공보 제812377호 및 한국등록특허공보 제820551호 참조).
도 1은 차량 주행에 의해 발생되는 바람을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 1차선(중앙분리대 인접 차선)을 달리는 차량이 1차선의 어느 한 지점(풍력발전기)을 지나가는 순간, 해당 지점에는 횡압력에 의해 중앙분리대의 수직 방향 쪽으로 바람과 압력이 형성되고, 차량이 통과하는 직후에는 곧이어, 차량의 뒷부분에서 발생되는 와류에 의한 진공현상에 의해 압력과 바람이 중앙 분리대에서 차량 후미 방향으로 반대로 역류하게 된다. 그리고 차량이 해당 지점을 지나간 후에는 차량 주행의 영향으로 인해 잔류 공기가 중앙분리대를 따라 차량의 진행방향으로 흐르게 된다.
따라서, 중앙 분리대에 설치되는 풍력 발전 장치는 위와 같은 바람의 1)횡압, 2)역류 현상 및 3)잔류 흐름에 대한 구조가 고려되어야 한다.
그러나, 종래 차량 주행에 의해 발생된 바람을 이용한 풍력 발전 장치에 따르면, 바람의 횡압과 역류 현상을 전혀 고려하지 않고 잔류 흐름에 의한 구조만 형성되어 발전 효율이 떨어진다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 차량 진행방향의 수직으로 형성되는 횡압에 대해 작동하는 구조와, 풍력 발전 장치의 반대쪽으로부터 역류하는 역류압이 풍력 발전장치의 효율을 저하시키는 것을 방지하는 구조를 갖는 풍력 발전 장치를 제공함을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 차량 주행에 의해 발생된 바람을 이용하는 풍력 발전 장치는 차량이 상기 풍력 발전 장치를 지나가는 순간 발생한 횡압을 회전자가 있는 쪽으로 유도하기 위한 제 1 유도부; 상기 회전자의 반대쪽으로 역류하는 역류압이 상기 회전자에 영향을 주는 것을 방지하기 위한 댐퍼; 및 차량이 상기 풍력 발전 장치를 지나간 후에 발생한 잔류 공기 흐름을 상기 회전자가 있는 쪽으로 유도하기 위한 제 2 유도부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 댐퍼는 횡압이 유입되는 관에 설치되고, 개폐 및 회전 가능한 구조로 되어 있다.
또한, 상기 댐퍼는 횡압이 유입되는 관 내에서 상기 회전자 있는 쪽으로 흐르는 바람에 의해 열리고, 상기 회전자의 반대쪽으로 흐르는 역류에 의해 닫히는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 횡압과 잔류 공기의 흐름을 제어하 기 위한 공기 흐름 제어부를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 공기 흐름 제어부는 횡압과 잔류 공기 흐름 중 강한 쪽으로 회전하는 구조체이다.
또한, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 중앙 분리대에 설치 가능하다. 그렇다면, 상기 댐퍼는 한 쌍인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에는 상기 회전자의 위쪽과 아래쪽으로, 바람 배출구가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 회전자의 회전 날개는 유선형이고, 일 측면에 돌기가 형성될 수 있다.
종래 기술은, 횡압을 회전자로 유도하는 관이 전혀 없고, 차량 이동 이후에 발생되는 잔류 공기 흐름만을 가지고 발전기를 작동시키도록 고안된 것이다. 반면, 본 발명에 따른 차량 주행에 의해 발생된 횡압, 역류압 및 잔류 공기 흐름을 이용하는 풍력 발전 장치에 따르면, 차량의 흐름에 의한 횡압이 1차로 풍력 발전 장치의 초기 구동회전력을 강하게 구동시켜주고, 차량의 흐름 이후 발생하는 역류압 현상을 댐퍼가 막아 회전자가 멈추는 영향을 제거한다. 따라서, 본 발명은 횡압으로 인한 회전자의 구동 효율을 극대화시키고 이후 발생하는 잔류 공기 흐름은 종래의 기술과 동일하게 회전자를 작동하게 함으로써, 종래의 기술보다 발전 효율을 높이는 효과가 있다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 차량 주행에 의해 발생된 바람을 이용하는 풍력 발전 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 주행에 의해 발생된 바람을 이용하는 풍력 발전 장치의 평면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치(100)는 중앙 분리대에 설치 가능하다. 또한, 도로변의 가이드 레일에도 설치 가능하다. 또한, 철로 주변, 터널의 입출로 등 모든 이동기구의 이동 주변에 설치 가능하다.
도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 장치(100)는 회전자(110), 케이스(120), 유도부(131 내지 138) 및 댐퍼(140)를 포함하여 이루어진다.
구체적으로, 회전자(110)는 케이스(120)에 내장된다.
또한, 케이스(120)의 측면에는 바람 유입구(미도시)가 형성되고, 상/하면에는 바람 유입구를 통해 회전자(110) 쪽으로 유입된 바람을 배출하기 위한 바람 배출구(160)가 형성된다.
도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에서의 공기 흐름을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 중앙 분리대 쪽으로 불어오는 바람은 케이스(120)의 바람 유입구를 통해 풍력 발전 장치로 유입되어 회전자(110)를 회전시키고, 바람 배출구(160)를 통해 밖으로 빠져나가게 된다.
유도부(131 내지 138)는 회전자(110)가 있는 쪽으로 공기의 흐름을 유도하기 위한 것으로서, 곡선 형태이며 케이스(120)의 측면에 설치된다. 구체적으로, 도면 부호 131, 132, 135 및 136으로 표기되어 있는 제 1 유도부는 차량이 풍력 발전 장치를 지나가는 순간 발생한 횡압을 회전자(110)가 있는 쪽으로 유도하기 위함이고, 도면부호 133, 134, 137 및 138로 표기되어 있는 제 2 유도부는 차량이 풍력 발전 장치를 지나간 후에 발생한 잔류 공기 흐름을 회전자(110)가 있는 쪽으로 유도하기 위함이다.
댐퍼(140)는 회전자(110)의 반대쪽으로 역류하는 역류압이 회전자(110)에 영향을 주는 것을 방지하기 위한 것으로서, 도면 부호 131 및 135로 표기되어 있는 제 1 유도부의 일 측에 개폐 및 회전 가능하도록 각각, 설치된다.
또한, 댐퍼(140)는 도면 부호 132 및 136으로 표기되어 있는 제 1 유도부의 일 측에도 설치 가능하다.
또한, 댐퍼(140)는 위와 같이 횡압이 유입되는 관의 좌측 또는 우측은 물론, 상측이나 하측에도 설치될 수 있을 것이다. 하측에 설치되는 경우에는 좌/우측처럼 스프링으로 고정될 수 있을 것이고, 상측에 부착되는 경우에는 횡압이 떨어지면 자연히 닫히는 구조가 될 것이다.
또한, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치가 중앙 분리대에 설치되는 경우에는, 댐퍼(140)는 한 쌍인 것이 바람직하다. 다시 말해, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 상행선 쪽의 댐퍼와, 하행선 쪽의 댐퍼를 한 쌍으로 구비하는 것이 바람직하다.
공기흐름 제어부(150)는 그 회전축(180)을 축으로 하여 횡압과 잔류 공기 흐 름 중 강한 쪽으로 회전하는 것으로서, 구체적으로 차량이 풍력 발전 장치를 지나가는 순간에는 횡압이 작용하는 쪽으로 회전하고 반면, 차량이 상기 풍력 발전 장치를 지나간 후에는 잔류 공기 흐름이 작용하는 쪽으로 회전하게 된다.
여기서, 공기흐름 제어부(150)는 제 1 유도부 중에서 도면부호 132 및 136으로 표기되어 있는 것과, 제 2 유도부 중에서 도면부호 133 및 137로 표기되어 있는 것을 포함하는 구조체이다.
이하에서는, 본 발명의 댐퍼(140)의 기능에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 차량이 상기 풍력 발전 장치를 지나가는 순간, 중앙분리대의 수직방향 쪽으로 횡압이 발생되고 이에 따라, 댐퍼(140)가 열리게 되며, 횡압에 의한 바람이 횡압 유입구(171,172)를 통해 풍력 발전 장치로 유입되어 회전자(110)를 회전시키게 된다.
이후 도 3에 도시한 바와 같이, 역류압에 의하여 바람이 중앙 분리대의 반대쪽으로 역류하게 되면 댐퍼(140)가 닫히게 된다. 이에 따라, 역류압이 회전자(110)에 영향을 주는 것이 방지된다. 즉, 회전자가 역회전을 하거나 정지되는 것이 방지된다.
다음으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 차량이 지나간 후에 잔류 공기가 잔류 공기 유입구(173,174)를 통해 풍력 발전 장치로 유입되어 회전자(110)를 회전시키게 된다.
본 발명의 차량 주행에 의해 발생된 바람을 이용하는 풍력 발전 장치는 전술 한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 변형 예에 따른 풍력 발전 장치 중에서 회전자의 구조를 보인 것으로, 구체적으로 도 6은 회전자 및 이의 회전축이 되는 상/하판의 전체적인 외형을 보인 도면이고, 도 7은 회전자의 평면도이며, 도 8은 회전자의 날개 하나를 확대하여 보인 도면이다.
도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 변형 예에 따른 회전자(210)의 회전 날개(211)는 유선형이며, 바람과 맞닿게 되는 일 측면에 돌기(213)가 형성되어 있는 것이다. 여기서, 유선형은 바람을 맞는 부분의 면적을 증가하기 위함이고, 돌기(213)는 돌기 구조의 홈을 통해 바람을 모으기 위함이다. 이에 따라, 발전 효율이 개선되는 것을 기대할 수 있다.
한편, 도면 부호 220 및 230은 각각, 회전자(210)의 회전 축이 되는 상판과 하판이고, 도면 부호 240은 회전자(210)를 받치기 위한 받침부이며, 도면 부호 250은 상판(220)과 하판(230)을 연결하는 연결부이다.
또한, 상판(220)과 하판(230)의 중심부에는 도 6에 도시한 바와 같이, 바람 배출구가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
도 1은 차량 주행에 의해 발생되는 바람을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 주행에 의해 발생된 바람을 이용하는 풍력 발전 장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에서의 공기 흐름을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 변형 예에 따른 풍력 발전 장치 중에서 회전자의 구조를 보인 도면이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
110: 회전자
120: 케이스
131 내지 138: 유도부
140: 댐퍼

Claims (7)

  1. 차량 주행에 의해 발생된 바람을 이용하는 풍력 발전 장치에 있어서,
    차량이 상기 풍력 발전 장치를 지나가는 순간 발생한 횡압을 회전자가 있는 쪽으로 유도하기 위한 제 1 유도부;
    상기 회전자의 반대쪽으로 역류하는 역류압이 상기 회전자에 영향을 주는 것을 방지하기 위한 댐퍼; 및
    차량이 상기 풍력 발전 장치를 지나간 후에 발생한 잔류 공기 흐름을 상기 회전자가 있는 쪽으로 유도하기 위한 제 2 유도부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 댐퍼는,
    횡압이 유입되는 관에 설치되고, 개폐 및 회전 가능한 것임을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 댐퍼는,
    횡압이 유입되는 관 내에서 상기 회전자 있는 쪽으로 흐르는 바람에 의해 열리고, 상기 회전자의 반대쪽으로 흐르는 역류에 의해 닫히는 것임을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    횡압과 잔류 공기 흐름 중 강한 쪽으로 회전하여 횡압과 잔류 공기의 흐름을 제어하는 공기흐름 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 댐퍼는 한 쌍인 것임을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 풍력 발전 장치에는 상기 회전자의 위쪽과 아래쪽으로, 바람 배출구가 형성되어 있는 것임을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 회전자의 회전 날개는,
    유선형이고, 일 측면에 돌기가 형성되어 있는 것임을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
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