KR20110068571A - 탄광 광구배기바람을 이용한 발전장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄광 및 광산 광도출구의 하우징; 하우징의 입구부근에 설치되어, 광도 출구바람을 모아 분산을 방지하는 유도통로; 유도통로 내부에 바람의 기류를 나선형으로 하여 회전날개 면에 유입시키는 기류조절 Baffle; 기류조절 Baffle이 부착된 회전형 유도통로; 회전형 유도통로 후단에 연결된 1차 발전장치; 회전형 유도통로 후단의 바람운동량을 회전에너지로 변환하는 회전날개; 회전날개 축에 연결된 변속장치; 변속장치에 연결된 2차 발전장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
광도배기바람, 풍력발전장치
Description
본 발명은 탄광 광구배출 바람을 이용한 발전장치에 관한 것이며, 상세하게는 탄광내 발생되는 폭발성 가스의 희석과 작업자 안전을 위해 상시 가압하여 주입되는 공기 기류 또는 광도 입출구의 자연 고도차로부터 생기는 출구에서의 토출 바람을 이용하여 회전날개에 의한 풍력에너지를 전기에너지로 변환하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 탄광 광도에는 메탄가스 등 석탄층에서 발생하는 폭발성 가스가 존재한다. 따라서 작업자의 안전 및 갱내 화재폭발을 방지하기 위해 대용량 선풍기로 공기를 주입하여 환기를 시키고 있다. 배기되는 바람은 상당한 기류속도를 유지한 채 외기로 배출되는 데 작업환경 유지를 위해 상시 가동되어야 하는 까닭에 적지 않은 동력비가 소비된다. 또한 광구에는 입출구의 고도차에 따라 자연적인 통풍력이 발생하는데 고도차가 높을수록 내부온도와 외기온도차 클수록 출구에서의 통풍력이 증가하여 바람이 배출된다.
바람을 이용한 풍력발전은 무한정의 청정에너지로 풍력이 가진 에너지를 흡 수, 변환하는 운동량변환장치, 동력전달장치, 동력변환장치, 제어장치 등으로 구성되고 각 구성요소들은 상호 연관되어 전체적인 시스템으로서의 기능이 가능하다. 통상적인 풍력발전의 특징은 바람이 있는 곳이면 단기 설치가 가능한 적용성이 있으나, 천연적으로 양질(풍향변화, 한계풍속이하, 난기류, 돌풍 등이 없는 바람)의 바람장소(장애물, 산록 등이 없는 곳)를 구하기 쉽지 않고, 설치를 위한 토지구매, 접근을 위한 도로확보, 인허가문제로 사전준비 소요기간이 길며, 인근 전원과의 연계를 위한 부대시설확보는 경제적 타당성의 핵심요소로 작용하고, 건설시 환경파괴의 가능성과 운전소음 및 경관장애 등 많은 요소는 결국, 대용량 풍력발전 입지확보의 어려움과 건설비증가 요인이 되어, 국내 풍력발전의 개발제약요인으로 나타나고 있다.
이러한 제약문제를 해결하고자 다양한 형태의 풍력발전장치가 개발되었는데, 공중에 연처럼 띄워 고공의 양질의 바람을 이용하는 공중풍력발전, 한계풍속이하에서도 발전이 가능한 드럼형 풍력발전, 저 풍속 난기류에서 풍력발전이 가능한 나선형 풍력발전, 아파트옥상 배기팬 및 주차장입구에 소형 배기풍력 등이 알려졌는데 주로 소형 용량의 데모(Demonstration)수준으로 설치공간의 제약, 경제성과 기술적 안전신뢰성 및 미관 등에 검증이 필요하고, 2.8MW급 대용량 풍력발전이 해상풍력발전으로 개발이 진행되고 있지만 건설비가 고가인 단점이 있다.
따라서, 최적의 풍력발전을 위해서는 양질의 바람조건, 설치공간이 용이하고, 간단한 시스템의 장치로 발전이 가능한 바람자원의 발굴이 필요하고 또 이에 적합한 장치의 개발이 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점으로 탄광 환기용 동력비 문제와 통상개념의 풍력발전장치의 건설추진의 어려움을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은, 탄광 및 광산에서 생산공정과정 중에 발생하는 배기바람을 재이용함으로써 동력비를 절감시키는 풍력발전장치를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 제 2 목적은, 환기장치가 있어 배기바람이 발생하는 탄광 및 광산 광도의 배기바람을 이용하는 방법에 있어 배출 기류의 흐름을 조절함으로써 양질의 바람발생에 의한 효율증대 및 바람에너지의 이용효과를 증대하는 풍력발전방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 제 3 목적은, 탄광 또는 광산 그리고 이와 유사한 장소에서 사업장의 배기바람을 이용한 옥외의 풍력발전설비를 설치함으로써 설치부지, 도로, 인허가 및 환경민원 등을 근본적으로 방지할 수 있고 건설비를 획기적으로 저감하면서 신재생 대체에너지확보가 가능한 풍력발전개념을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 탄광 및 광산 광도출구의 하우징; 하우징 입구에 설치되어, 광도출구바람을 모아 분산을 방지하는 유도통로; 유도통로 내부에 바람의 기류를 나선으로 하여 회전날개 면에 유입시키는 기류조절 Baffle; 기류조절 Baffle이 부착된 회전형 유도통로; 회전형 유도통로 후단에 연결된 1차 발전장치; 유도통로 후단의 바람에너지를 회전에너지로 변환하는 회전날개 축에 연결된 변속장치; 변속장치에 연결된 2차 발전장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 배기바람의 풍력발전장치는 배기바람이 유도통로를 통과함으로써 기류분산에 의한 손실을 저감하고, 내벽에는 기류의 난류를 방지하고 균일한 나선형 기류형성을 위한 Baffle이 흐름방향으로 설치되며, Baffle에 의해 유도통로의 후단부는 회전이 되고, 회전형 유도통로는 전단의 고정된 유도통로와 베어링으로 연결되는데, 회전 후단부는 1차로 발전장치와 연결되어 발전하고, 통로를 통과한 나선형 기류는 2차로 발전장치와 연결되어 2개의 발전장치가 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 탄광 및 광산의 배기 바람을 이용하는 방법에 있어서, (a)광도의 출구외부에 설치되어, 출구바람을 모아 기류분산을 방지하는 기류유도단계 (b) 유도통로 내부에 바람의 기류를 날개회전방향에 동일하게 나선형으로 유입시켜 회전날개 면에서의 저항을 감소시키는 기류조절단계 (c)기류조절시 발생한 회전력으로 유도통로 후단이 회전되는 단계 (d)유도통로 후단의 회전력을 이용한 1차 풍력발전단계 (e)통로 후단을 통과한 바람에너지를 이용한 2차 풍력발전단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 하기와 같은 효과가 있다.
본 발명의 제 1 효과는, 광도의 배기바람을 이용하여 풍력발전을 함으로써 에너지재생에 의한 동력비를 절약할 수 있고, 온실개스 감축효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 제 2 효과는, 유도통로를 이용하여 배기풍의 분산을 방지함으로써 바람에너지의 이용효율을 높이고 균일풍향 및 고 유속의 양질의 바람이용이 가능하다.
발명의 제 3 효과는, 사업장 운영 중에 상시 발생하는 배기구 바람을 이용하여 배기저항이 발생되지 않는 장소에 옥외 풍력발전장치를 설치하는 방법으로 통상의 지상풍력 발전장치보다 구조를 단순화 할 수 있고, 등속 및 등풍향으로 이용효율을 증대시킬 수 있으며, 동력전달 및 제어장치가 단순하므로 건설비가 저렴하여 경제적이며, 특히, 회전날개의 기술적 제한 및 동력변환 제어장치가 불필요하여 일반 발전장치의 부착으로 발전이 용이한 이점이 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄광 광구 풍력발전장치의 측면도이고, 도 2는 유도통로 및 복수개의 기류조절 Baffle들이 부착된 회전형 유도통로의 정면도 및 단면도이고, 도 3은 회전부와 연결된 1차 발전장치의 측면개념도 이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄광 광구 풍력발전장치의 탄광 광도 구조물과의 연결 관계를 도시한 개략도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명인 광구 배기바람을 이용한 풍력발전장치(1000)는 유도통로(600),기류조절 Baffle(330), 회전형 유도통로(320), 1차 풍력발전장치(500), 2차 풍력발전장치(400)로 구성되는데 회전날개(421), 변속 장치(422), 발전기(423), 동력변환장치Inverter(430), 변압기(440)로 구성되고 최종 전압 22.9kV(450)로 전력망에 연결된다.
통상의 탄광 및 광산구역(200)에는 광도의 지질구성에 따라 가스가 발생된다. 석탄에는 메탄을 주성분으로 한 휘발성 가스가 존재하는데 채굴과정에서 다량 발산되며, 여타 광산에도 광물의 성상에 따라 유해성 가스 및 분진이 발생하게 된다.
따라서, 광산의 폭발화재를 방지하고 및 안전한 작업 환경을 유지하기위해 환기설비(100) 가동이 필요한데, 메탄가스의 폭발은 5-15％범위에서 발생하기 쉽다.
광도에서는 환기설비 가동에 따라 다량의 배기바람이 광도출구를 통해 외기로 배출되고 있다.
외기로 배출되는 바람은 충분히 이격되어 있으면 대기저항에 의해, 또는 주변 장애물에 의해 방향이 바뀌어 결국 소멸된다.
유도통로(600)통해 유입된 바람은 분산되지 않고 후단의 풍력발전장치로 유도, 연계되며, 회전형 유도통로(320)와 그 내부에 부착된 기류조절 Baffle(330)을 통과하면서 직선의 기류는 나선형으로 변하게 된다. 나선형 기류는 후단의 회전날개(421)의 방향에 유리하게 작용하여, 날개 회전이 원활하게 된다.
회전부 통로(320)의 원활한 회전 및 배기저항의 방지를 위해 복수개의 기류조절 Baffle들이 부착된 회전부 통로길이(L1), Baffle 설치길이(L2), Baffle의 설치경사(α), Baffle의 위치 뒤틀림(β)의 정도가 중요하다. 이는 배출 풍양과 회전 부의 재질에 관계 한다.
회전부 통로는 유도통로(600)와 복수개의 베어링장치들(311)로 연결되어 구동이 원활하고 바람이 배기되는 회전부 출구단 둘레는 기어장치(340)가 설치되어 회전되면서 맞물리는 변속장치(510)에 의해 정속회전을 유지한 후, 1차 발전기(520)에 의해 직류전압(524)이 발생된다.
회전부 통로를 지난 바람은 상기 회전날개(421)를 지나 회전에너지로 되고, 변속장치(422)에 의해 정속의 회전수를 유지한 후, 2차 발전기(423)에서 직류전압이 발생한다. 동력변환장치(430)에 의해 직류전압(424)은 교류전압으로 변환되고, 변압기(440)를 거쳐 22.9kV(450)로 최종 송전된다.
이제까지 도 1 내지 도 4를 참조하여 광도 배기바람을 이용한 풍력발전장치(1000)에 대하여 설명하였다.
덧붙여 이상의 설명은 본 발명의 일예에 지나지 않는바 세부적인 부분에 대한 여러 가지 변형이 있을 수 있음은 당업자에게 자명한 사실이다. 하지만 이들 변형이 본 발명의 기술적 사상을 만족시키는 한, 발명의 권리범위 내에 속한다 해야 할 것이며 이에 대해서는 특허 청구범위를 통해 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광구배기바람을 이용한 풍력발전장치의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도통로 및 기류조절 Baffle이 부착된 회전형 유도통로의 정면도 및 단면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전부와 연결된 1차 발전장치의 측면개념도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄광 광구 풍력발전장치의 탄광 광도 구조물과의 연결 관계를 도시한 개략도이다.
Claims (5)
- 광도 출구의 배기바람 이용 풍력발전장치상기 장치의 이격된 전단에 설치되어 광도출구 바람을 모아 분산을 방지하는 기류 유도통로상기 장치의 이격된 전단에 설치되는 기류 유도통로내부에서 기류를 직선형에서 나선형으로 하여 바꾸는 복수개의 기류조절 Baffle들상기 장치의 기류조절 Baffle부위의 회전력을 이용한 1차 발전장치상기 장치의 전면에 위치되어, 나선형 기류를 받아 회전에너지로 변환시키는 회전날개상기 장치의 중앙에 위치하여 회전운동을 정속의 속도로 전달하는 변속장치상기 장치에 후미에 위치하여 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 2차 발전장치상기 장치의 이격된 후단에 위치하여 직류전압을 교류전압으로 바꾸는 동력변환장치상기장치의 이격된 최 후단에 위치하여 전압을 22.9kV로 승압하는 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광도 배기바람 이용 풍력발전장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광도 배기바람 이용 풍력발전장치의 이격된 전단에 위치한 기류 유도통로 후미의 기류조절 Baffle이 부착된 부위는 통로전체와는 분리 적으로 기류에 의한 회전이 가능하여 회전력에 의한 1차 발전이 가능한 광도 배기바람 이용 풍력발전장치.
- 제 1항에 있어서 유도통로 후단부의 회전을 위한 기류조절 Baffle의 길이(L2),설치경사각(α) 및 위치각(β)
- 제 2 항에 있어서, 상기 기류조절 Baffle이 있어 회전이 가능한 부위에서 유도통로와의 접속부에 삽입되어있는 복수개의 베어링들 및 상기 회전이 가능한 부위의 후단 외부둘레에 설치된 기어, 기어와 연결된 변속장치, 변속장치와 연결된 제1 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광도 배기바람 이용 풍력발전장치
- 본 발명이 적용되는 장소로는 강제 환기장치 또는 고도압력차에 의해 발생되는 자연 통풍력에 의해 환기되는 탄광 및 광산의 광구출구로 출구 바람의 조건이 일정한 것을 특징으로 한다.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101471423B1 (ko) * | 2012-12-28 | 2014-12-10 | 주식회사 유디오에스에스 | 선박 연돌 배풍구를 이용한 풍력 발전장치 |
| CN107130917A (zh) * | 2017-06-26 | 2017-09-05 | 中国矿业大学 | 一种矿井乏风动能管理装置与方法 |
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2009
- 2009-12-16 KR KR1020090125587A patent/KR20110068571A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101471423B1 (ko) * | 2012-12-28 | 2014-12-10 | 주식회사 유디오에스에스 | 선박 연돌 배풍구를 이용한 풍력 발전장치 |
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