KR20120129202A - 도로에 설치되는 풍력발전 회전기 및 이를 이용한 풍력발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도로의 중앙분리대에 설치되고 차량 주행에 의해 발생하는 바람을 이용하는 풍력발전 회전기 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 회전기는 좌우측 회전날개가 바람의 저항을 동일하게 받지 않기 때문에 바람이 양쪽 방향으로 불 때는 물론 한쪽 방향으로만 부는 경우에도 회전이 쉽게 발생하여 풍력발전의 효율이 높다. 본 발명의 풍력발전 시스템은 회전기 위쪽에 발전부를 내장한 전조등 차단막을 배치하여 전조등 차단 효과를 거두며, 전조등 차단막에 바람유도장치를 설치하여 풍력발전의 효율을 더욱 더 높일 수 있다. 또한, 회전기가 구조적으로 간단하고 견고하며 기존의 중앙분리대를 그대로 활용함으로써 중앙분리대의 안전성을 유지할 수 있다.

Description

도로에 설치되는 풍력발전 회전기 및 이를 이용한 풍력발전 시스템{Wind Power Generation Rotor Installed on Road and Wind Power Generation System Using the Same}

본 발명은 풍력발전 회전기 및 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 도로의 중앙분리대에 설치되고 차량 주행에 의해 발생하는 바람을 이용하는 풍력발전 회전기 및 그 시스템에 관한 것이다.

풍력, 태양광, 태양열, 조력 등 신재생에너지에 대한 많은 연구와 개발이 이루어지고 있다. 이 중에서 특히 풍력은 지리적, 계절적 요인의 영향을 많이 받기 때문에, 일반적으로는 풍력의 이용 가능성을 사전 조사하여 적절한 장소에 풍력발전기를 설치하고 있다. 대부분의 경우 풍력발전기는 바람이 많은 해안가나 고지대에 주로 설치되고 있다.

하지만, 자동차의 통행량이 많은 차도, 특히 고속도로나 자동차 전용도로의 경우에도 고속으로 주행하는 자동차에 의해 상당량의 바람이 발생한다. 따라서 도로의 이러한 환경을 이용하여 풍력발전에 의한 전기를 생성한다면 도로 표시등이나 안내판, 광고판 등에 필요한 전력을 공급할 수 있을 것이다.

이에 대한 종래기술이 대한민국 등록특허 제10-0933468호, 대한민국 공개특허 제10-2006-0061502호, 대한민국 공개특허 제10-2010-0032604호 등에 개시되어 있다.

그런데 대한민국 등록특허 제10-0933468호의 경우에는 회전기가 수직으로 놓여있으면서 양쪽에 대칭으로 설치되기 때문에 두 회전기에 동일한 세기의 바람이 불면 회전기는 회전하지 않는 문제가 있다. 더욱이, 중앙분리대의 한쪽에서만 바람이 생성되면 반대쪽에 배치된 회전기도 함께 회전해야 하므로 회전력이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 회전기의 회전축이 2번 바뀌기 때문에 구현이 복잡하고, 회전 반구를 고정하는 지지대가 부러지기 쉬운 단점도 있다. 또한, 중앙분리대 형태의 모형에 풍력발전장치를 설치하기 때문에 안전성에도 문제가 있고, 야간에 반대편 차선을 주행하는 차량의 전조등 차단 효과도 없다.

대한민국 공개특허 제10-2006-0061502호의 경우에는 풍력과 태양광을 이용한 장치를 제시하고 있으나, 도로 표시등이 항상 전력을 소모하는 문제점이 있고, 회전 반구를 고정하는 지지대가 부러지기 쉽다. 그리고 중앙분리대 형태의 모형에 풍력발전장치를 설치하기 때문에 안전성에도 문제가 있고, 야간에 반대편 차선을 주행하는 차량의 전조등 차단 효과도 없다.

대한민국 공개특허 제10-2010-0032604호의 경우에는 자동차에 의해 생성되는 바람을 많이 받아들일 수 있는 구조이기 때문에 전술한 장치들에 비해 효율이 좋다. 그러나 바람이 한쪽 방향으로만 불 경우에는 회전이 잘 일어나지 않고, 바람의 유도경로가 반드시 필요하므로 장치의 구조가 복잡하고 설치비용이 고가이며, 도로의 바닥에 설치되는 경우 쓰레기나 먼지 등에 의한 잦은 고장이 예상된다. 또한, 중앙분리대와 유사한 안전성을 확보하더라도 야간에 반대편 차선을 주행하는 차량의 전조등 차단 효과도 없다.

본 발명의 목적은 바람이 양쪽 방향으로 불 때는 물론 한쪽 방향으로만 부는 경우에도 회전이 쉽게 발생하는 구조의 풍력발전 회전기 및 이를 이용한 풍력발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 야간에 반대편 차량의 전조등 차단 효과가 우수한 풍력발전 회전기 및 이를 이용한 풍력발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 구조적으로 간단하면서도 견고하고 기존 중앙분리대의 안전성을 유지할 수 있는 풍력발전 회전기 및 이를 이용한 풍력발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 날씨가 흐린 경우와 같이 특정 상황에서만 선택적으로 전기를 사용함으로써 효율적으로 풍력 전력을 활용할 수 있는 풍력발전 회전기 및 이를 이용한 풍력발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.

이러한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 도로의 중앙분리대 위에 설치되는 풍력발전 회전기에 있어서, 수직 방향의 회전축 및 각각 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축의 둘레를 따라 회전대칭이 되도록 배치되는 다수 개의 회전날개들을 포함하며, 각각의 상기 회전날개가 곡면을 구비하고, 상기 곡면이 상기 회전축의 둘레 방향을 따라 상기 회전축으로부터의 거리가 점점 감소하는 형태인 것을 특징으로 하는 풍력발전 회전기를 제공한다.

이러한 풍력발전 회전기에 있어서, 각각의 상기 회전날개는 상하대칭의 형태일 수 있고, 상기 회전날개들의 개수는 짝수일 수 있다.

또한, 본 발명은 도로의 중앙분리대 위에 설치되는 풍력발전 회전기에 있어서, 수직 방향의 회전축 및 각각 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축의 둘레를 따라 회전대칭이 되도록 배치되는 다수 개의 회전날개들을 포함하며, 각각의 상기 회전날개가 상기 회전축과 연결되는 제1 측면, 상기 회전축과 연결되는 제2 측면, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면을 연결하는 곡면을 구비하고, 상기 제1 측면이 상기 제2 측면보다 큰 회전반경을 가지는 것을 특징으로 하는 풍력발전 회전기를 제공한다.

이러한 풍력발전 회전기에 있어서, 상기 회전날개들의 회전 방향을 따라 뒤쪽에 위치한 상기 회전날개의 상기 제2 측면은 앞쪽에 위치한 상기 회전날개의 상기 곡면에 내접할 수 있다.

한편, 본 발명은, 도로의 중앙분리대 위에 설치되어 상향 연장되는 지지대와, 지지대의 상단에 결합되는 전조등 차단막과, 전조등 차단막 내부에 설치되는 발전부와, 전조등 차단막 하부에 배치되는 회전기를 포함하며, 회전기가 전술한 구성을 가지고, 회전기의 회전축이 발전부에 연결되며, 발전부가 회전기의 회전날개들의 회전에 의해 전기를 생성하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템을 제공한다.

이러한 풍력발전 시스템은, 발전부와 전기적으로 연결되며 발전부에서 생성된 전기를 저장하는 축전부와, 발전부와 전기적으로 연결되며 발전부에서 생성된 전기에 의해 작동하는 표시수단과, 전조등 차단막 측면에 설치되며 차량의 주행에 의해 발생하는 바람을 회전기로 유도하는 바람유도장치 중의 적어도 하나를 각각 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 도로의 중앙분리대 위에 설치되는 풍력발전 회전기가 바람이 양쪽 방향으로 불 때는 물론 한쪽 방향으로만 부는 경우에도 회전이 쉽게 발생하는 구조이므로 풍력발전의 효율이 높다는 장점이 있다.

또한, 회전기 위쪽에 전조등 차단막을 배치하기 때문에 야간에 반대편 차량의 전조등 차단 효과가 우수할 뿐만 아니라, 전조등 차단막에 바람유도장치를 설치하여 풍력발전의 효율을 더욱 더 높일 수 있다.

또한, 회전기가 구조적으로 간단하고 견고할 뿐만 아니라 기존의 중앙분리대를 그대로 활용하여 설치할 수 있기 때문에 중앙분리대의 안전성을 유지하면서 풍력발전 시스템의 설치비용을 줄일 수 있다.

또한, 생성된 풍력 전력을 제어기를 통해 필요한 시간에만 선택적으로 사용할 수 있기 때문에 풍력 전력의 효율적 활용이 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 차량의 도로주행에 의해 발생하는 바람을 묘사한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 회전기의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 회전기의 시제품 모형이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 시스템의 정면도 및 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 시스템의 바람유도장치를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 시스템의 블록도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 잘 알려져 있고 본 발명과 직접 관련이 없는 사항에 대해서는 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 명확히 전달하기 위해 설명을 생략할 수 있다.

한편, 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 첨부 도면을 통틀어 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조번호를 부여한다.

도 1은 차량의 도로주행에 의해 발생하는 바람을 묘사한 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 고속도로나 자동차 전용도로에는 도로의 중앙선을 구분하고 사고의 위험을 줄이기 위해 중앙분리대가 설치되며, 자동차는 중앙분리대를 기준으로 우측 주행을 한다. 이때 중앙분리대 주변에는 고속으로 주행하는 자동차에 의해 주행 방향으로 바람이 발생하게 된다. 본 발명의 풍력발전 시스템은 이러한 자동차의 주행에 의한 바람을 이용한다.

본 발명의 풍력발전 시스템을 설명하기에 앞서, 먼저 풍력발전 회전기에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 회전기의 개념도이다. 도 2의 (a) 내지 (c)는 회전기를 위에서 바라본 평면도이다.

먼저 도 2의 (a)를 참조하면, 풍력발전 회전기(10)는 도로의 중앙분리대 위에 설치되는 것으로, 회전축(11)과 다수 개의 회전날개(12)들로 구성된다. 회전축(11)은 회전기(10) 중앙에 수직 방향으로 위치한다.

다수 개(도면에서는 6개)의 회전날개(12)들은 각각 회전축(11)에 결합되며 회전축(11)의 둘레를 따라 회전대칭이 되도록 배치된다. 특히, 각각의 회전날개(12)는 곡면(12a)을 구비하는데, 이 곡면(12a)은 회전축(11)의 둘레 방향을 따라 회전축(11)으로부터의 거리가 점점 감소하는 형태이다. 즉, 회전날개(12)의 양쪽 측면을 각각 제1 측면(12b), 제2 측면(12c)이라 하고 곡면(12a)이 두 측면(12b, 12c)을 연결할 때, 제2 측면(12c)이 제1 측면(12b)보다 작은 회전반경을 가지게 된다.

이러한 회전기(10)의 구조는 바람이 양쪽 방향으로 불 때는 물론 한쪽 방향으로만 부는 경우에도 회전이 쉽게 발생하는 구조이다. 이하의 설명에서 방향과 관련된 용어는 도면을 기준으로 한다.

먼저, 바람이 양쪽 방향으로 부는 경우를 가정한 도 2의 (b)를 참조하면, 회전축(11)을 기준으로 우측에 위치한 우측 회전날개(12-1)는 하향 바람에 의해 제1 측면(12b-1)이 저항력을 받기 때문에 시계방향으로 회전이 발생한다. 마찬가지로, 회전축(11)의 좌측에 위치한 좌측 회전날개(12-2)도 상향 바람에 의해 제1 측면(12b-2)이 저항력을 받기 때문에 시계방향으로 회전이 발생한다. 따라서 두 방향의 바람에 의한 동일 방향의 회전력이 더해지면서 회전기(10)는 원활하게 회전하게 된다.

다음으로, 바람이 한쪽 방향으로 부는 경우를 가정한 도 2의 (c)를 참조하면, 바람은 회전축(11)의 양쪽에서 모두 하향 방향으로 불고 있다. 이 경우, 회전축(11)의 우측에 위치한 우측 회전날개(12-1)는 하향 바람에 의해 제1 측면(12b-1)이 저항력을 받기 때문에 시계방향으로 회전이 발생한다. 반면에, 회전축(11)의 좌측에 위치한 좌측 회전날개(12-2)는 곡면(12a-2)이 하향 바람을 받기 때문에 상대적으로 저항력이 덜 발생한다. 따라서 우측 회전날개(12-1)에 의한 회전력이 유지된다. 즉, 회전기(10)의 좌우측 회전날개(12-1, 12-2)가 바람의 저항을 동일하게 받지 않기 때문에 한쪽 방향으로의 회전이 발생하게 된다.

이와 같이 본 발명의 회전기(10)는 회전날개(12)의 곡면(12a)이 회전축(11)의 둘레 방향을 따라 회전반경이 점점 감소하는 형태로 형성되고, 이러한 회전날개(12)들이 회전축(11)의 둘레를 따라 회전대칭이 되도록 배치되므로, 바람이 양쪽 방향으로 불 때는 물론 한쪽 방향으로만 부는 경우에도 회전이 쉽게 발생한다. 또한, 회전기(10)의 구조가 전체적으로 원형이고 회전축(11)이 하나이기 때문에 종래의 회전기에 비하여 구조가 간단하면서도 견고한 장점이 있다. 한편, 도면에 나타나지는 않았지만, 이러한 회전기(10)에서 각각의 회전날개(12)는 상하대칭의 형태인 것이 바람직하며, 아울러 회전날개(12)들의 개수는 짝수인 것이 바람직하다.

이러한 본 발명의 회전기(10)는 실제로 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 도 3은 그 구현예로서, 풍력발전 회전기의 시제품 모형이다.

도 3의 (a)와 (b)를 참조하면, 회전기(10)는 전술한 바와 마찬가지로 회전축(11)과 회전날개(12)들로 구성된다. 또한, 회전날개(12)들은 각각 회전축(11)에 결합되어 그 둘레를 따라 회전대칭이 되도록 배치된다. 특히, 각각의 회전날개(12)는 회전축(11)과 연결되는 제1 측면(12b), 회전축(11)과 연결되는 제2 측면(12c), 제1 측면(12b)과 제2 측면(12c)을 연결하는 곡면(12a)을 구비한다. 이때, 제1 측면(12b)은 제2 측면(12c)보다 큰 회전반경을 가진다. 따라서 회전날개(12)들의 회전 방향을 따라 뒤쪽에 위치한 회전날개(12-2)의 제2 측면(12c-2)은 앞쪽에 위치한 회전날개(12-1)의 곡면(12a-1)에 내접하게 된다.

이어서, 이러한 회전기(10)를 이용한 본 발명의 풍력발전 시스템에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 시스템의 정면도 및 측면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 시스템의 바람유도장치를 나타내는 사시도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 시스템의 블록도이다.

도 4의 (a)와 (b)를 참조하면, 풍력발전 시스템(100)은 도로의 중앙분리대(20) 위에 설치된다. 구체적으로, 풍력발전 시스템(100)은 도로의 중앙분리대(20) 위에 설치되어 상향 연장되는 지지대(30)와, 지지대(30)의 상단에 결합되는 전조등 차단막(40)을 포함한다. 또한, 풍력발전 시스템(100)은 전조등 차단막(40) 내부에 설치되는 발전부(50)와, 전조등 차단막(40) 하부에 배치되는 회전기(10)를 포함한다.

지지대(30)는 중앙분리대(20)에 구멍을 뚫고 삽입하는 방식, 볼트 체결하는 방식 등으로 중앙분리대(20) 위에 설치될 수 있다. 전조등 차단막(40)은 지지대(30)에 의해 중앙분리대(20) 상에 이격되어 위치하며 내부에 발전부(50)를 구비한다. 전조등 차단막(40)은 예컨대 직육면체의 형태를 가질 수 있으며 두 쌍의 지지대(30)를 통해 지지될 수 있다. 전조등 차단막(40)과 지지대(30)는 볼트 체결, 용접, 접착 등의 다양한 방식으로 결합될 수 있다.

회전기(10)는 전술한 구성을 가지며, 회전축(11)을 통해 전조등 차단막(40) 하부에 설치된다. 회전축(11)은 발전부(50)에 연결되며, 바람에 의해 회전기(10)의 회전날개(12)가 회전하면 회전축(11)을 통해 회전력을 전달받은 발전부(50)가 전기를 생성하게 된다.

한편, 전조등 차단막(40)의 양쪽 측면에는 도 5에 도시된 바와 같은 바람유도장치(60)가 더 설치될 수 있다. 바람유도장치(60)는 차량의 주행에 의해 발생하는 바람을 회전기(10)로 유도하기 위한 보조 장치로, 바람이 불어오는 방향 쪽에 바람유입구(61)가 형성되고, 유입된 바람을 회전기(10) 쪽으로 하향 유도할 수 있도록 전체적으로 하향 경사진 형태를 가진다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 시스템(100)은 축전부(73)와 표시수단(75)을 더 포함할 수 있다. 축전부(73)는 발전부(50)와 전기적으로 연결되며 발전부(50)에서 생성된 전기를 저장한다. 표시수단(75)은 발전부(50)와 전기적으로 연결되며 발전부(50)에서 생성된 전기에 의해 작동하는 표시등, 안내판, 광고판 등이다. 이 밖에, 풍력발전 시스템(100)은 충전제어부(71), 제어부(72), 스위치(74)를 더 포함할 수 있다.

회전기(10)는 바람의 힘을 회전력으로 바꾸는 기능을 제공한다. 회전축(11)은 회전기(10)를 발전부(50)에 고정하면서 회전기(10)의 회전력을 발전부(50)로 전달한다. 발전부(50)는 회전기(10)로부터 전달받은 회전력을 이용하여 전기를 생성한다. 충전제어부(71)는 순간적으로 과도한 전력이 축전부(73)나 표시수단(75)으로 전달되는 것을 방지하는 기능과, 축전부(73)에 저장된 전력이 너무 많거나 적지 않도록 충전을 조절하는 기능을 제공한다. 스위치(74)는 제어부(72)의 명령에 의해 축전부(73)에 축전된 전력이 표시수단(75)으로 전달되는 경로를 형성하는 기능을 제공한다. 제어부(72)는 특정하게 설정된 조건에 따라서 스위치(74)를 제어하거나 원격으로 스위치 제어명령을 받아 스위치(74)를 제어하는 기능을 수행한다. 제어부(72)의 스위치 설정조건은 조도나 하루 중의 특정 시간 등이 될 수 있다. 제어부(72)는 항상 동작하지 않고 주기적으로 동작하도록 설정됨으로써 소모 전력을 최소화할 수 있다.

도 6에 도시된 표시수단(75), 충전제어부(71), 제어부(72), 스위치(74)는 전술한 전조등 차단막(40)과 별도의 구조물 형태로 구현될 수 있으며, 중앙분리대(20) 상에 별도로 설치되거나 중앙분리대(20) 사이에 배치될 수 있다.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10: 회전기 11: 회전축
12, 12-1, 12-2: 회전날개 12a, 12a-1, 12a-2: 회전날개 곡면
12b-1, 12b-2, 12c, 12c-2: 회전날개 측면
20: 중앙분리대 30: 지지대
40: 전조등 차단막 50: 발전부
60: 바람유도장치 61: 바람유입구
71: 충전제어부 72: 제어부
73: 축전부 74: 스위치
75: 표시수단 100: 풍력발전 시스템

Claims (4)

1. 도로의 중앙분리대 위에 설치되는 풍력발전 회전기에 있어서,
   수직 방향의 회전축; 및
   각각 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축의 둘레를 따라 회전대칭이 되도록 배치되는 다수 개의 회전날개들; 을 포함하며,
   각각의 상기 회전날개가 곡면을 구비하고, 상기 곡면이 상기 회전축의 둘레 방향을 따라 상기 회전축으로부터의 거리가 점점 감소하는 형태인 것을 특징으로 하는 풍력발전 회전기.
2. 도로의 중앙분리대 위에 설치되는 풍력발전 회전기에 있어서,
   수직 방향의 회전축; 및
   각각 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축의 둘레를 따라 회전대칭이 되도록 배치되는 다수 개의 회전날개들; 을 포함하며,
   각각의 상기 회전날개가 상기 회전축과 연결되는 제1 측면, 상기 회전축과 연결되는 제2 측면, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면을 연결하는 곡면을 구비하고, 상기 제1 측면이 상기 제2 측면보다 큰 회전반경을 가지는 것을 특징으로 하는 풍력발전 회전기.
3. 도로의 중앙분리대 위에 설치되어 상향 연장되는 지지대;
   상기 지지대의 상단에 결합되는 전조등 차단막;
   상기 전조등 차단막 내부에 설치되는 발전부; 및
   상기 전조등 차단막 하부에 배치되는 회전기; 를 포함하며,
   상기 회전기가 상기 제1항 또는 제2항에 기재된 구성을 가지고, 상기 회전기의 상기 회전축이 상기 발전부에 연결되며, 상기 발전부가 상기 회전기의 상기 회전날개들의 회전에 의해 전기를 생성하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 발전부와 전기적으로 연결되며 상기 발전부에서 생성된 전기를 저장하는 축전부;
   상기 발전부와 전기적으로 연결되며 상기 발전부에서 생성된 전기에 의해 작동하는 표시수단; 및
   상기 전조등 차단막 측면에 설치되며 차량의 주행에 의해 발생하는 바람을 상기 회전기로 유도하는 바람유도장치; 중의 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템.

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