KR20130120146A - 배기구용 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기구용 풍력발전장치에 관한 것으로서, 소정의 배기가스가 배출되는 배기구(5)에 일정 간격을 유지하여 배치되되, 일단부에 축지지부(11)가 마련된 회전축(10)과, 상기 회전축(10)을 축 회전시키는 복수의 날개(20) 및 상기 날개(20)들이 역 바람에 의해 회전이 방해되는 것을 차단하기 위한 보호커버(30)를 포함하는 구성으로 되어 있다.
따라서, 기본적으로 배기구의 배기가스 배출효율을 감소시키지 않는 범위 내에서 각각의 날개들이 배기가스를 오목부에 담은 상태로 회전하는 한편 보호커버에 의한 역 바람은 차단할 수 있게 되면서 결과적으로 회전 토크를 최대치로 증가시킬 수 있게 되어 이에 따른 성능 향상을 꾀할 수 있게 되고, 또한, 보호커버에 의한 와류 발생을 방지할 수 있게 되면서 이에 따라 안정적인 출력 발생이 지속적으로 가능하게 되어 신뢰성 향상도 도모할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.

Description

배기구용 풍력발전장치{Apparatus for generating of wind power for exhaust port}

본 발명은 배기구용 풍력발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기구와 일정간격 이격되도록 하되 회전축을 중심으로 오목부가 마련된 부분원통 구조의 날개들로 이루어져 전체 형상이 물레방아 형상이 되도록 하는 동시에 배기구 방향으로 다시 회전되어 오는 날개들의 외부를 감싸 이들 날개들이 역 바람에 의해 회전이 방해되는 것을 차단하기 위한 보호커버가 마련된 배기구용 풍력발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전장치라 함은 풍차를 이용하여 자연의 바람에너지를 기계에너지로 변환시킬 수 있도록 하는 장치를 말한다.

이러한 풍력발전장치는 보통 전력을 공급하기 어려운 오지나 섬 등의 지역에서 주로 시도되거나 시행되고 있는 장치로서, 보통 풍력발전장치에는 크게 직접식과 축전식으로 나눌 수 있는데, 직접식은 교류 풍력발전기를 직접 전력계통에 연결하여 사용하도록 하는 것이고, 또한, 축전식은 풍력발전기에서 얻은 전기를 축전지에 축적한 후 사용하는 것이다.

최근에는 이러한 풍력발전장치를 다양한 장소나 용도 등에 적용하고 있으며, 심지어는 상업용이나 산업용 배기구의 배기가스를 이용하여 발전을 하기 위한 시도도 빈번하게 이루어지고 있다.

일례로, 종래 기술에서 배기구용으로 풍력발전을 수행하기 위한 배기구용 풍력발전장치에 대해 개략적으로 살펴보면, 소정의 배출가스가 배기되는 배기구의 전방에 복수의 날개를 갖는 회전축을 설치하고, 또한, 이 회전축에는 상기 배출가스에서 얻어진 회전력을 에너지화시키기 위한 별도의 발전부를 구비한 구조로 되어 있다.

이러한 종래 기술의 풍력발전장치는 배기구로부터 배출되는 배기가스가 그 전방에 배치되어 있는 복수의 날개들을 밀어내면서 결과적으로 회전축을 축 회전시키면 이 회전축의 회전력이 에너지원이 되어 발전부에서 발전을 일으키게 되는 원리로 발전을 수행하게 되는 것이다.

그러나, 종래 기술의 배기구용 풍력발전장치는 배기구와 날개들 간의 적정한 간격유지가 이루어지지 않게 되면서 오히려 배기가스의 배기효율이 감소하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 날개들의 형상이 일반적인 프로펠러 등의 형상을 갖게 되면서 이에 따라 회전토크 역시 뛰어나지 못하게 되면서 출력 저하로 이어지게 되는 문제점을 갖고 있었다.

또한, 배기구 방향으로 다시 회전되어 오는 날개들의 외부를 감싸 이들 날개들이 역 바람에 의해 회전이 방해되는 것을 차단하기 위한 별도의 차단수단이 전혀 마련되어 있지 않기 때문에, 역 바람에 의해 와류가 발생할 우려가 있으며 이 역시 출력 저하를 야기시키게 되는 등의 문제점으로도 이어지게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 배기구와 일정간격 이격되도록 하되 회전축을 중심으로 오목부가 마련된 부분원통 구조의 날개들로 이루어져 전체 형상이 물레방아 형상이 되도록 하는 동시에 배기구 방향으로 다시 회전되어 오는 날개들의 외부를 감싸 이들 날개들이 역 바람에 의해 회전이 방해되는 것을 차단하기 위한 보호커버를 마련함으로써, 기본적으로 배기구의 배기가스 배출효율을 감소시키지 않는 범위 내에서 각각의 날개들이 배기가스를 오목부에 담은 상태로 회전하는 한편 보호커버에 의한 역 바람은 차단할 수 있게 되면서 결과적으로 회전 토크를 최대치로 증가시킬 수 있게 되어 이에 따른 성능 향상을 꾀할 수 있게 되는 배기구용 풍력발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 보호커버에 의한 와류 발생을 방지할 수 있게 되면서 이에 따라 안정적인 출력 발생이 지속적으로 가능하게 되어 신뢰성 향상도 도모할 수 있게 되는 배기구용 풍력발전장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

이와 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배기구용 풍력발전장치는 소정의 배기가스가 배출되는 배기구에 일정 간격을 유지하여 배치되되, 상기 배기가스의 배출방향에 대해 수직방향을 따라 교차되는 방향으로 연장되고 그 일단부에 축지지부가 마련된 회전축과, 상기 회전축의 외주면을 따라 방사상으로 배치되어 상기 배기가스의 가압에 의해 밀려나면서 상기 회전축을 축 회전시키는 복수의 날개 및 상기 배기구 방향으로 다시 회전되어 오는 날개들의 외부를 감싸 상기 날개들이 역 바람에 의해 회전이 방해되는 것을 차단하기 위한 보호커버를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기구용 풍력발전장치에 있어서, 상기 날개는, 상기 회전축의 외주면 상하부에 각각 연결되어 서로 평행하게 배치되는 한 쌍의 날개지지대 및 상기 날개지지대에 그 상하단부가 각각 연결되고 상기 배기가스의 배출방향과 마주보는 부위에 오목부가 형성된 날개본체를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기구용 풍력발전장치에 있어서, 상기 날개본체와 회전축 사이를 밀폐하지 않고 공기흐름을 유도함으로써 상기 상기 날개본체가 비행기의 날개 역할을 수행하여 공기 유속차에 의한 양력을 발생시켜서 회전 토크를 증가 시키는 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기구용 풍력발전장치에 있어서, 상기 날개본체는 상하 한 쌍의 원판과 이들 사이에 연결되는 원관으로 이루어진 이른바 원통 구조 중 상기 원판의 중심선에서 일측으로 벗어난 위치에서 축 방향을 따라 절단시켜 된 반원통보다 작은 부분원통 형상으로 제작할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기구용 풍력발전장치에 있어서, 상기 보호커버는, 상기 회전축의 외주면 상하단부에 각각의 일단부가 연결되고 각각의 타단부가 원호 형상으로 연장되는 한 쌍의 커버지지판 및 상기 한 쌍의 커버지지판 사이에 연결 배치되고 상기 원호 형상에 대응되는 곡면 형상의 커버본체를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기구용 풍력발전장치에 있어서, 상기 커버본체의 원호크기는 그 일단부가 상기 배기구와 동일선상에 놓이고 그 타단부가 상기 동일선상에서 우측방으로 원호를 따라 연장되어 상기 배기가스의 배출방향에 대해 직교되는 위치까지 연장되도록 하는 원호크기를 갖도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기구용 풍력발전장치에 있어서, 상기 배기구의 선단부와 상기 날개의 회전반경이 이루는 원호 사이의 이격 거리는 상기 날개의 회전반경보다 크게 설정할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기구용 풍력발전장치는 배기구와 일정간격 이격되도록 하되 회전축을 중심으로 오목부가 마련된 부분원통 구조의 날개들로 이루어져 전체 형상이 물레방아 형상이 되도록 하는 동시에 배기구 방향으로 다시 회전되어 오는 날개들의 외부를 감싸 이들 날개들이 역 바람에 의해 회전이 방해되는 것을 차단하기 위한 보호커버를 마련함으로써, 기본적으로 배기구의 배기가스 배출효율을 감소시키지 않는 범위 내에서 각각의 날개들이 배기가스를 오목부에 담은 상태로 회전하는 한편 보호커버에 의한 역 바람은 차단할 수 있게 되면서 결과적으로 회전 토크를 최대치로 증가시킬 수 있게 되어 이에 따른 성능 향상을 꾀할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.

또한, 보호커버에 의한 와류 발생을 방지할 수 있게 되면서 이에 따라 안정적인 출력 발생이 지속적으로 가능하게 되어 신뢰성 향상도 도모할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기구용 풍력발전장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기구용 풍력발전장치를 나타낸 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기구용 풍력발전장치를 나타낸 개략 평면도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기구용 풍력발전장치는 소정의 배기가스가 배출되는 배기구(5)에 일정 간격을 유지하여 배치되되, 일단부에 축지지부(11)가 마련된 회전축(10)과, 상기 회전축(10)을 축 회전시키는 복수의 날개(20) 및 상기 날개(20)들이 역 바람에 의해 회전이 방해되는 것을 차단하기 위한 보호커버(30)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

상기 배기구(5)는 일반적인 사각관체 형상의 덕트일 수도 있고, 또는, 원관 구조일 수도 있다.

상기 회전축(10)은 길다란 봉 형상으로, 상기 배기구(5)의 배기가스 배출방향에 대해 수직방향을 따라 교차되는 방향, 즉 상기 배기구(5)의 배기가스가 수평방향으로 배기되는 구조인 경우, 상기 회전축(10)은 상기 수평방향에 대해 직교되는 수직방향으로 연장되고 그 하단부에 축지지부(11)가 마련된 구조로 되어 있다.

여기서, 상기 축지지부(11)는 기본적으로 상기 회전축(10)의 축 회전을 지지하기 위한 기능을 수행할 수 있도록 별도의 베어링(미도시)이 마련될 수 있으며, 또한, 상기 회전축(10)의 회전력에 의한 회전에너지를 전달받아 발전을 수행할 수 있도록 하는 발전기(미도시)를 포함할 수도 있을 것이다.

또는, 발전기가 상기 축지지부(11)에서 분리되어 별도의 장소에 위치해 있을 경우에는 상기 회전력을 전달하기 위한 전달 매개체로써의 기능을 수행할 수 있도록, 예를 들어 회전력 전달을 위한 벨트(미도시)를 연결할 수 있는 풀리(미도시) 등이 구비됨은 자명할 것이다.

그리고, 상기 지지부(11)는 상기 회전축(10)을 축 회전 지지하는 기능 이외에 별도의 장소에 이를 테면 바닥면이나 벽면 등에 고정 설치되어 상기 회전축(10)을 안정적으로 지지할 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.

상기 날개(20)는 상기 회전축(10)의 외주면을 따라 방사상으로 배치되어 상기 배기가스의 가압에 의해 밀려나면서 결과적으로 상기 회전축(10)을 축 회전시키도록 하기 위한 것으로서, 상기 날개(20)는, 상기 회전축(10)의 외주면 상하부에 각각 일체형으로 연결되어 서로 평행하게 배치되는 한 쌍의 길다란 봉 형상의 날개지지대(21) 및 상기 날개지지대(21)에 그 상하단부가 각각 연결되고 상기 배기가스의 배출방향과 마주보는 부위에 오목부(22a)가 형성된 날개본체(22)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 날개본체(22)는 예를 들어, 상하 한 쌍의 원판과 이들 사이에 연결되는 원관으로 이루어진 이른바 원통 구조 중 상기 원판의 중심선에서 일측으로 벗어난 위치에서 축 방향을 따라 절단시켜 된 반원통보다 작은 부분원통 형상이 상기 날개본체(22)가 되도록 하는 구조로 되어 있다.

상기 보호커버(30)는 상기 배기구(5) 방향으로 다시 회전되어 오는 날개(20)들의 외부를 감싸 상기 날개(20)들이 반대방향으로부터 불어오는 외부의 역 바람에 의해 회전이 방해되는 것을 차단하기 위한 것으로서, 상기 보호커버(30)는, 상기 회전축(10)의 외주면 상하단부에 각각의 일단부가 연결되고 각각의 타단부가 원호 형상으로 연장되는 한 쌍의 커버지지판(31) 및 상기 한 쌍의 커버지지판(31) 사이에 연결 배치되고 상기 원호 형상에 대응되는 곡면 형상의 커버본체(32)를 포함하는 구성으로 되어 전체적으로 부분원통 형상을 하고 있다.

그리고, 상기 커버본체(32)의 원호 크기는, 도 3의 평면도에서 볼 때, 그 일단부가 상기 배기구(5)와 동일선상에 놓이고 그 타단부가 상기 동일선상에서 우측방(도면상으로는 반시계방향 하방)으로 원호를 따라 연장되어 상기 배기가스의 배출방향에 대해 거의 직교가 되는 위치까지 연장되도록 하는 원호크기를 갖는 것이 바람직하다.

이러한, 상기 커버본체(32)의 원호크기는 기본적으로 와류 발생을 최대한 차단하기 위한 범위인 최소 직각 구조인 사분원(대략 90도) 형상에서 최대 반원(대략 180도) 형상까지의 범위를 가질 수 있을 것이다.

한편, 상기 배기구(5)의 선단부와 상기 날개(20)의 회전반경이 이루는 원호 사이의 이격 거리는 상기 배기구(5)의 배기가스 배출효율을 감소시키지 않는 범위 내에서 적어도 상기 날개(20)의 회전반경보다 크게 설정되는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예인 배기구용 풍력발전장치는 배기구와 일정간격 이격된 위치, 즉 배기구(5)의 선단부와 상기 날개(20)의 회전반경이 이루는 원호 사이의 이격 거리가 최소한 상기 날개(20)의 회전반경보다 크게 되도록 하여 상기 풍력발전장치를 설치한다.

그러면, 도 3에서와 같이 평면상으로 볼 때, 배기구(5)의 배기가스 배출 방향에 대해 상기 회전축(10)이 직교되는 방향으로 배치되며, 그 보호커버(30)는 상기 배기구(5)의 배출방향을 기준으로 하여, 이 배기구(5)의 우측단부와 동일선상에 그 일단부가 배치되고 그 타단부가 원호를 따라 날개(20)의 최우측까지 연장되는 부분 원통 구조를 하여 상기 날개(20)들을 보호하도록 하는 형상이 된다.

그리하여, 상기 배기구(5)의 배기가스 배출방향은 회전축(10)의 중심에서 일정거리 편심된 상태가 되어서 일측 날개(20)들로만 배기가스가 가압되도록 하여 날개(20)를 회전시킬 수 있게 되며, 그 타측 날개(20)들은 보호커버(30)에 의해 보호되면서 축 회전되어 되돌아오는 상기 날개(20)들이 상기 배기구(5)의 배기가스 또는 외부 바람 등의 역 바람에 기인된 와류 발생 등에 의해 회전력이 저하되는 것을 미연에 차단할 수 있게 된다.

이렇게 하여, 상기 날개(20)들의 회전에 의해 결과적으로 회전축(10)이 축 회전되면서 이 축 회전력이 발전기로 전달되어 발전이 이루어지게 된다.

한편, 배기가스에 의한 날개(20)의 회전시 날개(20)의 오목부(22a)에 의해 배기가스가 담겨진 상태에서 날개(20)를 가압하는 형상으로 회전 토크를 최대화할 수 있게 되면서 이에 따라 회전력을 더욱 더 향상시킨 상태로 풍력 발전이 이루어지게 되는 것이다.

위와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기구용 풍력발전장치는 배기구와 일정간격 이격되도록 하되 회전축을 중심으로 오목부가 마련된 부분원통 구조의 날개들로 이루어져 전체 형상이 물레방아 형상이 되도록 하는 동시에 배기구 방향으로 다시 회전되어 오는 날개들의 외부를 감싸 이들 날개들이 역 바람에 의해 회전이 방해되는 것을 차단하기 위한 보호커버를 마련함으로써, 기본적으로 배기구의 배기가스 배출효율을 감소시키지 않는 범위 내에서 각각의 날개들이 배기가스를 오목부에 담은 상태로 회전하는 한편 보호커버에 의한 역 바람은 차단할 수 있게 되면서 결과적으로 회전 토크를 최대치로 증가시킬 수 있게 되어 이에 따른 성능 향상을 꾀할 수 있게 되고, 또한, 보호커버에 의한 와류 발생을 방지할 수 있게 되면서 이에 따라 안정적인 출력 발생이 지속적으로 가능하게 되어 신뢰성 향상도 도모할 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명은 상기의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 이러한 실시예를 종래의 공지 기술과 단순히 조합 적용한 변형예는 물론 본 발명의 실용신안등록청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 용이하게 변경하여 이용할 수 있는 모든 기술들은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
5 : 배기구 10 : 회전축
11 : 축지지부 20 : 날개
21 : 날개지지대 22 : 날개본체
22a : 오목부 30 : 보호커버
31 : 커버지지판 32 : 커버본체

Claims (7)

1. 소정의 배기가스가 배출되는 배기구에 일정 간격을 유지하여 배치되되,
   상기 배기가스의 배출방향에 대해 수직방향을 따라 교차되는 방향으로 연장되고 그 일단부에 축지지부가 마련된 회전축;
   상기 회전축의 외주면을 따라 방사상으로 배치되어 상기 배기가스의 가압에 의해 밀려나면서 상기 회전축을 축 회전시키는 복수의 날개; 및
   상기 배기구 방향으로 다시 회전되어 오는 날개들의 외부를 감싸 상기 날개들이 역 바람에 의해 회전이 방해되는 것을 차단하기 위한 보호커버;
   를 포함하여 구성되는 배기구용 풍력발전장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 날개는,
   상기 회전축의 외주면 상하부에 각각 연결되어 서로 평행하게 배치되는 한 쌍의 날개지지대; 및
   상기 날개지지대에 그 상하단부가 각각 연결되고 상기 배기가스의 배출방향과 마주보는 부위에 오목부가 형성된 날개본체;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 배기구용 풍력발전장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 날개본체는 상하 한 쌍의 원판과 이들 사이에 연결되는 원관으로 이루어진 이른바 원통 구조 중 상기 원판의 중심선에서 일측으로 벗어난 위치에서 축 방향을 따라 절단시켜 된 반원통보다 작은 부분원통 형상으로 된 것을 특징으로 하는 배기구용 풍력발전장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 보호커버는,
   상기 회전축의 외주면 상하단부에 각각의 일단부가 연결되고 각각의 타단부가 원호 형상으로 연장되는 한 쌍의 커버지지판; 및
   상기 한 쌍의 커버지지판 사이에 연결 배치되고 상기 원호 형상에 대응되는 곡면 형상의 커버본체;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 배기구용 풍력발전장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 커버본체의 원호크기는 그 일단부가 상기 배기구와 동일선상에 놓이고 그 타단부가 상기 동일선상에서 우측방으로 원호를 따라 연장되어 상기 배기가스의 배출방향에 대해 직교되는 위치까지 연장되도록 하는 원호크기를 갖는 것을 특징으로 하는 배기구용 풍력발전장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 배기구의 선단부와 상기 날개의 회전반경이 이루는 원호 사이의 이격 거리는 상기 날개의 회전반경보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 배기구용 풍력발전장치.
7. 제2항에 있어서, 상기 날개본체와 회전축 사이를 밀폐하지 않고 공기흐름을 유도함으로써 상기 상기 날개본체가 비행기의 날개 역할을 수행하여 공기 유속차에 의한 양력을 발생시켜서 회전 토크를 증가 시키는 것을 특징으로 하는 배기구용 풍력발전장치.

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