KR20110076541A - 풍력 발전이 가능한 환풍 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력 발전이 가능한 환풍 장치에 관한 것으로, 환풍팬에 작용하는 바람의 속도를 가속시키는 풍속 가속 모듈을 장착하여 환풍팬의 회전력을 증가시키고, 환풍팬의 증가된 회전력을 이용하여 풍력 발전을 가능하게 함으로써, 발전 효율이 향상되고 환풍팬의 회전 속도 증가에 따라 환기 성능 또한 향상되며, 환풍팬으로부터 전달되는 동력 손실을 최소화하여 발전 효율이 향상되고, 발전기를 통해 생산된 전기를 공급받아 구동되는 구동 모터를 통해 필요에 따라 환풍팬을 구동시켜 바람이 약한 경우에도 환풍팬을 강제 회전 구동하여 건물 실내 공간에 대한 환기 성능 유지 및 결빙 현상을 방지할 수 있는 풍력 발전이 가능한 환풍 장치를 제공한다.
풍력 발전, 환풍팬, 풍속 가속 모듈, 축전기

Description

풍력 발전이 가능한 환풍 장치{Ventilator Capable of Wind Generating}
본 발명은 풍력 발전이 가능한 환풍 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 환풍팬에 작용하는 바람의 속도를 가속시키는 풍속 가속 모듈을 장착하여 환풍팬의 회전력을 증가시키고, 환풍팬의 증가된 회전력을 이용하여 풍력 발전을 가능하게 함으로써, 발전 효율이 향상되고 환풍팬의 회전 속도 증가에 따라 환기 성능 또한 향상되며, 환풍팬으로부터 전달되는 동력 손실을 최소화하여 발전 효율이 향상되고, 발전기를 통해 생산된 전기를 공급받아 구동되는 구동 모터를 통해 필요에 따라 환풍팬을 구동시켜 바람이 약한 경우에도 환풍팬을 강제 회전 구동하여 건물 실내 공간에 대한 환기 성능 유지 및 결빙 현상을 방지할 수 있는 풍력 발전이 가능한 환풍 장치에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈 및 고비용, 환경오염 등의 이유로 인해 조력, 태양력, 풍력 등과 같은 자연에너지로부터 전력을 얻기 위한 연구가 다방면으로 진행되고 있으며, 특히 풍력 발전은 공기의 유동이 가지는 운동에너지를 이용하는 것으로 기존의 대체 에너지 중에서도 가장 적은 면적만을 차지하는 발전 방법이기 때문에 언제 어느 곳에나 무한정으로 청정한 에너지를 얻을 수 있고, 환경에 미치는 영향이 거의 없어 매우 유망한 대체 에너지로서 각광받고 있다.
그러나 현재 국내에서 이루어지고 있는 풍력 발전은 바람이 많지 않고 평균 풍압이 낮은 국토의 특성상 대개 소규모로만 이루어지고 있으며, 이러한 소규모 풍력 발전마저도 타워설치로 인한 고비용 문제와, 운송비용, 발전기의 소음으로 인한 주민들의 불편 등으로 인해 활성화되지 못하고 있으며, 특히 전력이 많이 필요한 인구 밀집지역에서는 더욱 그러한 실정이다.
따라서, 최근에는 인구 밀집 지역에서도 간편하게 풍력 발전을 수행할 수 있는 장치들이 연구되고 있다.
이러한 예로서, 건물(공장, 아파트, 학교 등)의 옥상 등에 설치된 환풍 장치를 이용한 풍력 발전 장치가 개발된 사례가 있다. 환풍 장치는 일반적으로 건물의 실내 공간에 연통되게 장착되는 환기구와, 환기구에 장착되어 바람에 의해 회전 구동되는 무동력 환풍팬으로 구성되며, 환풍팬의 회전에 의해 환기구로부터 내부 공기를 흡출하여 건물 실내 공간을 환기시키도록 구성된다. 이때, 환풍팬의 바람에 의한 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 방식의 풍력 발전 장치가 가능하다.
그러나 종래 기술에 의한 이러한 장치는 매우 초보적인 수준으로 풍력 발전 효율이 매우 낮고 환풍 효율을 현저히 감소시키는 등의 문제가 있었다. 따라서, 환풍 효율이 낮아 건물 실내 공간에 대한 환기 성능도 약화될 뿐만 아니라 풍력 발전 효율도 낮아 전기 에너지 생산량도 매우 미미한 수준에 불과하다는 문제가 있었다. 또한, 바람의 양이 작거나 겨울철 등에는 환풍팬이 회전하지 않고 결빙 현상이 발생하여 이후 환풍팬의 동작 자체가 불가능해지는 문제가 있었다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 환풍팬에 작용하는 바람의 속도를 가속시키는 풍속 가속 모듈을 장착하여 환풍팬의 회전력을 증가시키고, 환풍팬의 증가된 회전력을 이용하여 풍력 발전을 가능하게 함으로써, 발전 효율이 향상되고 환풍팬의 회전 속도 증가에 따라 환기 성능 또한 향상되는 풍력 발전이 가능한 환풍 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기를 생산하는 발전기를 환풍팬의 회전축에 직결되거나 기어 박스를 통해 연결되는 방식으로 2개 적용함으로써, 회전축으로부터 전달되는 동력 손실을 최소화하여 발전 효율을 향상시킨 풍력 발전이 가능한 환풍 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 발전기를 통해 생산된 전기를 공급받아 구동되는 구동 모터를 구비하고 구동 모터를 통해 필요에 따라 환풍팬을 회전시킴으로써, 바람이 약한 경우에도 환풍팬을 강제 회전 구동하여 건물 실내 공간에 대한 환기 성능을 양호하게 유지할 수 있고, 겨울철과 같이 날씨가 추운 경우 환풍팬에 발생할 수 있는 결빙 현상을 방지하여 내구성 및 환기 성능을 향상시킬 수 있는 풍력 발전이 가능한 환풍 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 구동 모터에 의해 환풍팬을 구동시키는 경우, 환풍팬의 회전력이 다시 발전 모듈에 전달되어 전기를 생산할 수 있도록 함으로써, 구동 모터의 출력 중 일부 에너지가 다시 저장되므로 에너지 효율이 매우 향상된 풍력 발전이 가능한 환풍 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 2개의 환풍팬을 연동하여 회전하도록 구성하여 환기 성능 및 발전 성능을 모두 향상시키고, 태양광 전지판을 이용하여 발전량을 더욱 증가시킬 수 있는 풍력 발전이 가능한 환풍 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 건물의 실내 공간에 연통되게 장착되는 환기구; 상기 환기구로부터 공기를 흡출할 수 있도록 상기 환기구의 상부에 배치되어 바람에 의해 회전 구동되는 제 1 환풍팬; 상기 제 1 환풍팬의 상하에 배치되어 상기 제 1 환풍팬에 작용하는 풍속을 가속시키는 풍속 가속 모듈; 상기 제 1 환풍팬의 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전 모듈; 및 상기 발전 모듈에 의해 생산된 전기를 저장하는 축전기를 포함하고, 상기 풍속 가속 모듈은 상기 제 1 환풍팬의 상단 및 하단에 각각 배치되는 상부 풍속 가이드 및 하부 풍속 가이드를 포함하고, 상기 상부 풍속 가이드 및 하부 풍속 가이드는 상하 방향으로의 상호 이격 거리가 상기 제 1 환풍팬에 근접할수록 더 작아지는 형태로 경사면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전이 가능한 환풍 장치를 제공한다.
이때, 상기 발전 모듈은 상기 제 1 환풍팬의 회전축 상단부와 하단부에 각각 연결되는 제 1 발전기 및 제 2 발전기를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 환풍팬의 회전축 하단부와 연결 결합되는 기어 박스를 더 포함하고, 상기 제 1 발전기는 상기 상부 풍속 가이드의 내부 공간에 배치되어 상 기 제 1 환풍팬의 회전축 상단부와 직결되고, 상기 제 2 발전기는 상기 기어 박스에 연결되어 상기 기어 박스를 통해 상기 제 1 환풍팬의 회전축과 연결될 수 있다.
또한, 상기 축전기로부터 전원을 공급받아 동작하는 구동 모터를 더 포함하고, 상기 구동 모터의 모터 샤프트는 상기 기어 박스와 연결되어 상기 구동 모터의 동작에 의해 상기 제 1 환풍팬이 회전 구동되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 환풍팬의 회전축에 대한 회전 속도를 측정할 수 있는 속도 센서를 더 포함하고, 상기 속도 센서에 의해 측정된 상기 회전축의 회전 속도가 임계 속도 이하인 경우 상기 구동 모터가 동작하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 하부 풍속 가이드의 하부에 위치하며 상기 환기구의 상단부에 장착되어 바람에 의해 회전 구동되는 제 2 환풍팬을 더 포함하고, 상기 제 2 환풍팬은 상기 제 1 환풍팬과 연동하여 회전하도록 상기 제 1 환풍팬과 연결될 수 있다.
또한, 상기 상부 풍속 가이드의 상단면에는 태양광 전지판이 장착될 수 있다.
본 발명에 의하면, 환풍팬에 작용하는 바람의 속도를 가속시키는 풍속 가속 모듈을 장착하여 환풍팬의 회전력을 증가시키고, 환풍팬의 증가된 회전력을 이용하여 풍력 발전을 가능하게 함으로써, 발전 효율이 향상되고 환풍팬의 회전 속도 증가에 따라 환기 성능 또한 향상되는 효과가 있다.
또한, 전기를 생산하는 발전기를 환풍팬의 회전축에 직결되거나 기어 박스를 통해 연결되는 방식으로 2개 적용함으로써, 회전축으로부터 전달되는 동력 손실을 최소화하여 발전 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 발전기를 통해 생산된 전기를 공급받아 구동되는 구동 모터를 구비하고 구동 모터를 통해 필요에 따라 환풍팬을 회전시킴으로써, 바람이 약한 경우에도 환풍팬을 강제 회전 구동하여 건물 실내 공간에 대한 환기 성능을 양호하게 유지할 수 있고, 겨울철과 같이 날씨가 추운 경우 환풍팬에 발생할 수 있는 결빙 현상을 방지하여 내구성 및 환기 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 구동 모터에 의해 환풍팬을 구동시키는 경우, 환풍팬의 회전력이 다시 발전 모듈에 전달되어 전기를 생산할 수 있도록 함으로써, 구동 모터의 출력 중 일부 에너지가 다시 저장되므로 에너지 효율이 매우 향상되는 효과가 있다.
또한, 2개의 환풍팬을 연동하여 회전하도록 구성하여 환기 성능 및 발전 성능을 모두 향상시키고, 태양광 전지판을 이용하여 발전량을 더욱 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경 우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전이 가능한 환풍 장치의 형상을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전이 가능한 환풍 장치의 내부 구조를 개념적으로 도시한 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전이 가능한 환풍 장치의 풍속 가속 원리를 개념적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전이 가능한 환풍 장치에 대한 기능 블록도이다. 도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 풍력 발전이 가능한 환풍 장치의 형상을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 풍력 발전이 가능한 환풍 장치의 내부 구조를 개념적으로 도시한 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전이 가능한 환풍 장치는 건물의 실내 공간에 대한 환기 기능을 수행함과 동시에 아울러 풍력 발전 기능을 수행할 수 있는 장치로, 건물의 실내 공간에 연통되게 장착되는 환기구(100)와, 환기구(100)의 상부에 배치되는 제 1 환풍팬(210)과, 제 1 환풍팬(210)에 작용하는 풍속을 가속시키는 풍속 가속 모듈(300)과, 제 1 환풍팬(210)의 회전력을 이용해 전기를 생산하는 발전 모듈(400)과, 생산된 전기를 저장하는 축전기(500)를 포함하여 구성된다.
환기구(100)는 일반적으로 건물의 옥상 등에 장착되는데, 건물 실내 공간의 환기를 위해 건물 내부의 배기관(미도시)과 연통되게 장착되며, 중공 배관의 형태로 형성된다.
제 1 환풍팬(210)은 환기구(100)의 상부에 배치되어 바람에 의해 회전 구동 되는 무동력 방식으로 구성된다. 이때, 제 1 환풍팬(210)의 형상은 다양한 형태로 형성될 수 있으나, 풍향에 무관하게 일정한 회전 방향을 가질 수 있도록 도 1에 도시된 바와 같이 중앙부가 볼록한 중공 원통 형상으로 형성되며, 다수개의 블레이드가 배치되어 풍력이 효과적으로 작용할 수 있도록 형성된다. 이러한 제 1 환풍팬(210)이 바람에 의해 회전하게 되면, 압력 차이에 의해 환기구(100) 내부로부터 공기가 외부로 흡출되는 방식으로 건물의 실내 공간이 환기되며, 제 1 환풍팬(210)의 회전 속도가 증가할수록 공기의 흡출량이 증가하여 건물의 환기 성능이 증가한다.
발전 모듈(400)은 이와 같이 제 1 환풍팬(210)이 바람에 의해 회전하기 때문에, 이러한 제 1 환풍팬(210)의 회전력을 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 구비되며, 축전기(500)는 발전 모듈(400)에 의해 생산된 전기를 저장할 수 있도록 발전 모듈(400)과 별도의 케이블(C)로 연결된다. 따라서, 발전 모듈(400)에 의해 생산되는 전기 에너지의 양은 제 1 환풍팬(210)의 회전력 크기에 비례하게 되며, 이러한 제 1 환풍팬(210)의 회전력은 제 1 환풍팬(210)에 작용하는 풍속의 크기에 비례하게 된다. 이러한 원리에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 환풍 장치는 제 1 환풍팬(210)에 작용하는 풍속을 가속시키기 위해 풍속 가속 모듈(300)을 구비한다.
풍속 가속 모듈(300)은 제 1 환풍팬(210)의 상하에 배치되어 제 1 환풍팬(210)에 작용하는 풍속을 가속시키도록 형성되는데, 본 발명의 일 실시예에 따라 제 1 환풍팬(210)의 상단에 배치되는 상부 풍속 가이드(310)와, 제 1 환풍팬(210)의 하단에 배치되는 하부 풍속 가이드(320)로 구성될 수 있으며, 상부 풍속 가이 드(310)와 하부 풍속 가이드(320) 사이에는 별도의 고정바(330)가 도 1에 도시된 바와 같이 장착될 수 있으며, 이를 통해 상부 풍속 가이드(310)와 하부 풍속 가이드(320)가 서로 지지하며 위치 고정되도록 결합될 수 있다. 상부 풍속 가이드(310)와 하부 풍속 가이드(320)는 제 1 환풍팬(210)에 작용하는 풍속을 가속시키도록 형성 배치되는데, 이를 위해 상하 방향으로의 상호 이격 거리가 제 1 환풍팬(210)에 근접할수록 더 작아지는 형태로 경사면을 갖도록 상하 대칭 형성될 수 있다. 이때, 경사면은 제 1 환풍팬(210)에 작용하는 모든 방향의 풍속에 대해 가속 기능을 발휘할 수 있도록 상부 풍속 가이드(310)와 하부 풍속 가이드(320)의 원주 방향을 따라 전 구간에 걸쳐 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상부 풍속 가이드(310)와 하부 풍속 가이드(320)는 상부 절단형 원뿔 형상으로 형성되며, 제 1 환풍팬(210)을 사이에 두고 서로 대칭되는 형태로 상하 배치되도록 구성된다. 이러한 구조에 따라 상부 풍속 가이드(310)와 하부 풍속 가이드(320)의 상하 방향으로의 상호 이격 거리는 모든 구간에서 중심측으로 갈수록 더 작아지므로, 중심측에서 풍속이 더 증가하게 된다.
좀 더 자세히 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이 상부 풍속 가이드(310)와 하부 풍속 가이드(320)의 상호 이격 거리는 최외곽 부분의 이격 거리 X1으로부터 중심 부분의 이격 거리 X2까지 점점 감소하도록 형성되기 때문에, 제 1 환풍팬(210)이 위치하는 중심 부분에서 풍속이 증가하게 된다. 이는 베르누이 원리에 따른 것으로, 직경이 좁아질수록 유체의 속도가 증가하게 되는 원리에 따라 제 1 환풍팬(210)에 작용하는 풍속은 상부 풍속 가이드(310) 및 하부 풍속 가이드(320) 의 경사면을 따라 더욱 증가하게 된다.
이때, 하부 풍속 가이드(320)는 제 1 환풍팬(210)의 하단부, 즉 제 1 환풍팬(210)과 환기구(100) 사이에 위치하기 때문에, 상부 풍속 가이드(310)와 달리 환기구(100)와 연통되도록 상하 방향의 관통홀(321)이 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 제 1 환풍팬(210)이 회전하게 되면, 건물의 실내 공기는 환기구(100) 및 하부 풍속 가이드(320)의 관통홀(321)을 통해 외부로 흡출되도록 구성된다.
이러한 구조에 따라 풍속 가속 모듈(300)을 통해 제 1 환풍팬(210)에 작용하는 풍속이 증가하게 되면, 제 1 환풍팬(210)의 회전 속도는 더욱 증가하게 되고, 이에 따라 제 1 환풍팬(210)을 통한 건물 실내 공간의 환기 성능이 향상될 뿐만 아니라 제 1 환풍팬(210)을 이용한 풍력 발전 용량 또한 증가하게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전이 가능한 환풍 장치는 풍속 가속 모듈(300)을 통해 건물 실내 공간에 대한 환기 성능을 향상시킴과 동시에 풍력 발전 용량 또한 향상시킬 수 있어 원활하게 풍력 발전을 수행할 수 있는 구조이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 모듈(400)은 제 1 환풍팬(210)의 회전축 상단부와 하단부에 각각 연결되는 제 1 발전기(410) 및 제 2 발전기(420)를 포함하여 구성될 수 있으며, 이를 통해 발전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 환풍 장치는 전술한 바와 같이 제 1 환풍팬(210)의 상하에 상부 풍속 가이드(310)와 하부 풍속 가이드(320)가 각각 구비되기 때문에, 이 러한 상부 풍속 가이드(310)와 하부 풍속 가이드(320)의 내부 공간에 각각 제 1 발전기(410)와 제 2 발전기(420)가 장착될 수 있다. 이러한 구조에 따라 하나의 환풍팬에 대해 2개의 발전기를 장착할 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 환풍 장치는 그 발전 효율이 더욱 향상된다. 이때, 제 1 발전기(410)와 제 2 발전기(420)는 각각 제 1 환풍팬(210)의 회전축(211)에 직결되는 형태로 구성될 수 있으며, 이러한 직결 구조에 의해 별도의 기어 박스를 통하지 않고도 발전기를 동작시킬 수 있기 때문에, 동력 전달 과정에서 동력 손실이 감소하여 발전기의 발전 효율이 더욱 향상된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 환풍 장치는 제 1 환풍팬(210)의 상하부에 배치된 풍속 가속 모듈(300)을 이용하여 제 1 환풍팬(210)의 상하부에 각각 직결되도록 2개의 발전기(410,420)를 장착하는 구조로서, 이러한 구조는 동력 손실이 최소화된 상태로 2개의 발전기를 가동할 수 있다는 점에서 하나의 환풍팬에 하나의 발전기가 장착되는 구조와 비교하여 동력 전달 효율이 우수하여 그 발전 효율이 더욱 향상되는 구조이다.
이때, 제 2 발전기(420)는 환기구(100)로부터의 공기 흡출이 용이하게 이루어질 수 있도록 도 2에 도시된 바와 같이 하부 풍속 가이드(320)의 외부에 배치될 수도 있는데, 이 경우 제 2 발전기(420)는 별도의 기어 박스(600)를 통해 제 1 환풍팬(210)의 회전축(211)과 연결되는 것이 바람직하다. 즉, 기어 박스(600)는 하부 풍속 가이드(320)의 내부 공간 또는 환기구(100)의 내부 공간에 배치되어 제 1 환풍팬(210)의 회전축(211) 하단부와 연결 결합되며, 제 2 발전기(420)는 이러한 기 어 박스(600)에 별도의 구동 샤프트(421)를 통해 연결되어 제 1 환풍팬(210) 회전축(211)의 회전력이 기어 박스(600) 및 구동 샤프트(421)를 통해 제 2 발전기(420)로 전달되도록 구성된다. 이러한 구성 방식은 제 2 발전기(420)와 제 1 환풍팬(210) 회전축(211)이 기어 박스(600)를 통해 연결되므로, 동력 전달 과정에서 약간의 동력 손실이 발생할 수 있지만, 환기구(100)의 환기 성능을 양호하게 유지시켜준다는 점에서 더 유리하다고 할 수 있다. 한편, 이 경우에도 제 1 발전기(410)는 제 1 환풍팬(210)의 회전축(211)에 직결되는 방식으로 상부 풍속 가이드(310)의 내부 공간에 배치된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 환풍 장치는 축전기(500)로부터 전원을 공급받아 동작하는 구동 모터(700)를 더 포함하는데, 이러한 구동 모터(700)에 의해 제 1 환풍팬(210)을 회전 구동하도록 구성된다. 이때, 구동 모터(700)와, 제 2 발전기(420)와, 축전기(500)는 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 별도 제어박스(P) 내부에 배치되는 형태로 구성될 수 있을 것이다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 환풍 장치는 필요에 따라 제 1 환풍팬(210)을 회전 구동시킬 수 있는 구동 모터(700)를 구비하기 때문에, 바람이 약한 경우 구동 모터(700)를 통해 제 1 환풍팬(210)을 강제 회전 구동할 수 있으며, 이에 따라 항상 건물 실내 공간의 환기 성능을 양호하게 유지시킬 수 있고, 특히 겨울철과 같이 날씨가 추운 경우에는 제 1 환풍팬(210)에 발생할 수 있는 결빙 현상을 방지하여, 환풍 장치의 내구성을 향상시키고 환풍 기능을 계속 유지시킬 수 있다.
이때, 구동 모터(700)는 모터 샤프트(710)가 제 1 환풍팬(210)의 회전축(211)과 직결되도록 구성될 수도 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따라 모터 샤프트(710)가 기어 박스(600)와 연결되도록 구성되어 구동 모터(700)가 동작하면 기어 박스(600)를 통해 제 1 환풍팬(210)이 회전 구동되도록 구성되는 것이 바람직하다.
좀 더 자세히 살펴보면, 기어 박스(600)는 도시되지는 않았으나, 하나의 박스 안에 다수개의 기어가 서로 맞물리는 형태로 구성되어 기어 박스(600)에 연결된 각 회전축의 회전력이 상호 전달되도록 구성된다. 즉, 기어 박스(600)에는 전술한 바와 같이 제 1 환풍팬(210)의 회전축(211)과, 제 2 발전기(420)의 구동 샤프트(421)와, 구동 모터(700)의 모터 샤프트(710)가 모두 연결되며, 구동 모터(700)의 동작에 의한 모터 샤프트(710)의 회전력은 제 1 환풍팬(210)의 회전축(211)을 구동하도록 해당 기어가 서로 맞물림되고, 제 1 환풍팬(210) 회전축(211)의 회전력은 제 2 발전기(420)의 구동 샤프트(421)를 구동하도록 해당 기어가 서로 맞물림되는 방식으로 구성된다. 이때, 다수개의 기어 배치 방식은 베벨 기어, 평기어 등을 사용하여 다양한 방식으로 구성될 수 있을 것이다.
따라서, 바람에 의해 제 1 환풍팬(210)이 회전하게 되면, 전술한 바와 같이 제 1 환풍팬(210)의 회전력을 전달받아 발전 모듈(400)이 전기 에너지를 생산하여 축전기(500)에 저장하게 된다. 이후, 바람이 약한 경우와 같이 필요에 따라 축전기(500)로부터 전원을 공급받아 구동 모터(700)가 회전하게 되면, 제 1 환풍팬(210)이 회전하게 되어 건물의 실내 공간을 환기시키게 된다. 이때, 제 1 환풍팬(210)의 회전은 다시 발전 모듈(400)을 구동하게 되어 전기 에너지를 다시 생산 하게 된다.
이러한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 환풍 장치는 구동 모터(700)에 의해 제 1 환풍팬(210)을 회전시키는 경우에도 제 1 환풍팬(210)의 회전력 일부가 발전 모듈(400)에 의해 다시 전기 에너지로 저장되도록 하는 순환 구조를 가진다. 즉, 구동 모터(700)의 출력이 제 1 환풍팬(210)의 회전 구동으로 모두 버려지는 것이 아니라 일부 에너지가 다시 발전 모듈(400)을 통해 전기 에너지로 전환된다는 점에서 에너지 효율이 매우 높은 구조라 할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 환풍 장치는 바람 약한 경우와 같이 필요에 따라 구동 모터(700)를 구동하도록 구성되는데, 이를 위해 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 환풍팬(210)의 회전축(211)에 대한 회전 속도를 측정할 수 있는 별도의 속도 센서(810)를 구비할 수 있다. 즉, 바람의 속도와 제 1 환풍팬(210)의 회전 속도는 서로 비례하기 때문에, 속도 센서(810)에 의해 측정된 제 1 환풍팬(210) 회전축(211)의 회전 속도가 미리 설정된 일정 크기의 임계 속도 이하이면, 구동 모터(700)가 동작하도록 구성될 수 있다. 따라서, 전술한 제어 박스(P) 내에는 속도 센서(810)의 신호를 인가받아 구동 모터(700)의 동작을 제어할 수 있도록 별도의 제어부(800)가 구비될 수 있으며, 이러한 제어부(800)는 마이콤이나 인쇄회로기판 등을 이용하여 다양하게 구성할 수 있을 것이다.
또한, 이러한 속도 센서(810) 이외에도 외기 온도를 측정할 수 있는 별도의 온도 센서(820)가 추가적으로 장착될 수 있으며, 온도 센서(820)에 의해 측정된 외기의 온도가 일정 온도 이하인 상태로 일정 시간 이상 지속되는 경우, 결빙 방지를 위해 구동 모터(700)를 구동하여 제 1 환풍팬(210)을 회전시킬 수도 있을 것이다.
이와 같이 제어부(800)에 의해 축전기(500)로부터 전원을 공급받아 구동 모터(700)가 동작하면, 전술한 바와 같이 구동 모터(700)의 출력 중 일부는 발전 모듈(400)에 의해 전기 에너지로 변환되어 축전기(500)에 다시 저장되는 순환 구조를 이룬다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 풍력 발전이 가능한 환풍 장치의 형상을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 풍력 발전이 가능한 환풍 장치의 내부 구조를 개념적으로 도시한 개념도이다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 환풍 장치는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 하부 풍속 가이드(320)의 하부에 위치하며 환기구(100)의 상단부에 장착되는 제 2 환풍팬(220)을 더 포함할 수 있다. 제 2 환풍팬(220)은 제 1 환풍팬(210)과 마찬가지로 바람에 의해 회전 구동되는 무동력 방식으로 형성되며, 그 형상은 다수개의 블레이드가 배치된 원주면이 볼록한 중공 원통 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 제 2 환풍팬(220)은 제 1 환풍팬(210)과 연동하여 회전하도록 제 1 환풍팬(210)과 연결 결합되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 제 2 환풍팬(220)과 제 1 환풍팬(210)은 도 6에 도시된 바와 같이 동일한 회전축(211)에 서로 연결되는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 제 2 환풍팬(220)은 제 1 환풍팬(210)과 마찬가지로 회전에 의해 환기구(100)로부터 실내 공기를 흡출할 수 있도록 환기구(100)의 상단에 결합된다. 이와 같은 구조를 통해 제 1 환풍팬(210)과 제 2 환풍팬(220)이 동시에 회전하게 되며, 이에 따라 더 많은 양의 실내 공기가 외부로 흡출될 수 있으므로, 환풍 장치의 환기 성능이 더욱 향상된다. 또한, 제 1 환풍팬(210) 뿐만 아니라 제 2 환풍팬(220) 또한 바람에 의해 회전하게 되므로, 이는 바람에 대한 저항력이 더 커지는 효과가 발생하여 회전축(211)의 회전 속도 및 회전력을 증가시키게 된다. 따라서, 회전축(211)의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전 모듈(400)의 전기 생산량을 더욱 증가하게 되어 전체적으로 발전 효율 또한 상승하게 된다.
이와 같이 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 환풍 장치는 제 1 환풍팬(210)과 연동하여 회전하는 제 2 환풍팬(220)을 추가 장착함으로써, 환기 성능 및 발전 성능 모두 더욱 향상시킬 수 있는 구조이다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 환풍 장치는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 상부 풍속 가이드(310)의 상단면에 태양광 에너지를 집속하여 전기 에너지를 생산할 수 있는 별도의 태양광 전지판(900)을 더 구비할 수 있다. 이러한 태양광 전지판(900)의 장착 구조는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 풍속 가이드(310)의 형상이 상부가 넓은 평면을 이루도록 형성되기 때문에 가능하며, 이는 풍력 발전 성능 또는 환기 성능에 전혀 영향을 미치지 않아 매우 효율적으로 사용될 수 있다. 이러한 태양광 전지판(900)에 의해 생산된 전기 에너지는 전술한 축전기(500)에 저장되어 활용될 수 있으며, 태양광 전지판(900)은 널리 사용되고 있는 공지된 기술에 해당되므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전이 가능한 환풍 장치의 형상을 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전이 가능한 환풍 장치의 내부 구조를 개념적으로 도시한 개념도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전이 가능한 환풍 장치의 풍속 가속 원리를 개념적으로 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전이 가능한 환풍 장치에 대한 기능 블록도,
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 풍력 발전이 가능한 환풍 장치의 형상을 개략적으로 도시한 사시도,
도 6은 도 5의 풍력 발전이 가능한 환풍 장치의 내부 구조를 개념적으로 도시한 개념도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 환기구 210: 제 1 환풍팬
220: 제 2 환풍팬 300: 풍속 가속 모듈
400: 발전 모듈 500: 축전기
600: 기어 박스 700: 구동 모터
800: 제어부 900: 태양광 전지판

Claims (7)

  1. 건물의 실내 공간에 연통되게 장착되는 환기구;
    상기 환기구로부터 공기를 흡출할 수 있도록 상기 환기구의 상부에 배치되어 바람에 의해 회전 구동되는 제 1 환풍팬;
    상기 제 1 환풍팬의 상하에 배치되어 상기 제 1 환풍팬에 작용하는 풍속을 가속시키는 풍속 가속 모듈;
    상기 제 1 환풍팬의 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전 모듈; 및
    상기 발전 모듈에 의해 생산된 전기를 저장하는 축전기
    를 포함하고, 상기 풍속 가속 모듈은
    상기 제 1 환풍팬의 상단 및 하단에 각각 배치되는 상부 풍속 가이드 및 하부 풍속 가이드를 포함하고, 상기 상부 풍속 가이드 및 하부 풍속 가이드는 상하 방향으로의 상호 이격 거리가 상기 제 1 환풍팬에 근접할수록 더 작아지는 형태로 경사면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전이 가능한 환풍 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전 모듈은 상기 제 1 환풍팬의 회전축 상단부와 하단부에 각각 연결되는 제 1 발전기 및 제 2 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전이 가능한 환풍 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 환풍팬의 회전축 하단부와 연결 결합되는 기어 박스를 더 포함하고,
    상기 제 1 발전기는 상기 상부 풍속 가이드의 내부 공간에 배치되어 상기 제 1 환풍팬의 회전축 상단부와 직결되고, 상기 제 2 발전기는 상기 기어 박스에 연결되어 상기 기어 박스를 통해 상기 제 1 환풍팬의 회전축과 연결되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전이 가능한 환풍 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 축전기로부터 전원을 공급받아 동작하는 구동 모터
    를 더 포함하고, 상기 구동 모터의 모터 샤프트는 상기 기어 박스와 연결되어 상기 구동 모터의 동작에 의해 상기 제 1 환풍팬이 회전 구동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전이 가능한 환풍 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 환풍팬의 회전축에 대한 회전 속도를 측정할 수 있는 속도 센서를 더 포함하고, 상기 속도 센서에 의해 측정된 상기 회전축의 회전 속도가 임계 속도 이하인 경우 상기 구동 모터가 동작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전이 가능한 환풍 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하부 풍속 가이드의 하부에 위치하며 상기 환기구의 상단부에 장착되어 바람에 의해 회전 구동되는 제 2 환풍팬을 더 포함하고, 상기 제 2 환풍팬은 상기 제 1 환풍팬과 연동하여 회전하도록 상기 제 1 환풍팬과 연결되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전이 가능한 환풍 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 풍속 가이드의 상단면에는 태양광 전지판이 장착되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전이 가능한 환풍 장치.
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