KR20150075990A - 시설풍과 자연풍을 이용한 복합 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시설풍과 자연풍을 이용한 복합 발전장치에 관한 것으로서, 지상의 각종 시설물(초고층, 공장, 기타 시설물)과 해상의 각종 작업 또는 독립적으로 설치된 시추탐사시설, 담수시설, 각종 빌딩의 집진장비, 환풍장비 등에서 발생하는 시설풍을 배출할 때 자연풍이 혼합된 상태로 발전이 이루어질 수 있도록 한 것으로서, 시설풍의 배출에 지장을 주지 않으면서도 자연풍과 혼합 상태로 발전능력을 배가시킬 수 있도록 한 시설풍과 자연풍을 이용한 복합 발전장치를 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 시설풍을 배출하는 배출관에 설치한 수직유도관과; 수직유도관의 상단 외부에 위치하도록 설치한 지지체 및 지지체의 상부에 설치되는 설치대판과; 설치대판상에 고정되며 수직유도관으로부터 시설풍을 유도 배출하는 엘보유도관과; 설치대판에 고정되며 엘보유도관의 단부 외연에 입구가 넓게 형성되고 후방으로 갈수록 점차 좁아지는 방사형으로 이루어진 방사형 후드와; 상기 방사형 후드의 후방으로 점차적으로 축소되어 시설풍과 자연풍을 배출하는 배기관과; 상기 배기관에 설치되는 풍력발전기를 포함하도록 구성하며, 또한 상기 배기관에 적어도 2개 이상의 풍력발전기를 설치한 것이다.

Description

시설풍과 자연풍을 이용한 복합 발전장치{Wind power generation machine using natural wind or wind from exhaust duct for a building}

본 발명은 시설풍과 자연풍을 이용한 복합 발전장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 지상의 각종 시설물(초고층, 공장, 기타 시설물)과 해상의 각종 작업 또는 독립적으로 설치된 시추탐사시설, 담수시설, 각종 빌딩의 집진장비, 환풍장비 등에서 발생하는 시설풍을 배출할 때 자연풍이 혼합된 상태로 발전이 이루어질 수 있도록 한 것으로서, 시설풍의 배출에 지장을 주지 않으면서도 자연풍과 혼합 상태로 발전능력을 배가시킬 수 있도록 한 시설풍과 자연풍을 이용한 복합 발전장치를 제공코자 하는 것이다.

각종 시설물(초고층, 공장, 기타 시설물)과 해상의 각종 작업 또는 독립적으로 설치된 시추탐사시설, 담수시설, 각종 빌딩의 집진장비, 환풍장비 등에서 발생하는 시설풍은 대부분 대기 중으로 산포되어 없어진다.

각종 시설물(기 언급함)이나, 초고층 건물, 또는 각종 시설물의 공조시설 및 온열관리를 위한 장치들이 주로 자연풍의 획득이 쉬운 독립적인 위치 또는 해당 시설물의 맨 위에 위치하여 자연풍의 획득이 용이하며 특히 해양의 각종 시설물은 자연풍의 활용도가 아주 높다.

근자에는 이와 같은 시설풍을 재생에너지로 활용할 수 있도록 하는 기술들이 연구 개발되고 있으며, 예로는 대한민국 공개특허공보(A)10-2011-0084023호(2011.07.21.)의 집풍 구조물의 수직 상승기류를 이용한 풍력발전 터빈, 10-2012-0114066호(2012.10.16.)의 환풍 통로에 배치되는 환풍 및 풍력 발전장치 등이 제안되고 있다.

그러나 이들 구성의 발전징치들은 시설에서 배출되는 풍속에 의존하는 것으로 발전 효율성이 떨어지는 문제점이 있었다.

한편 자연풍을 신에너지로 활용할 수 있도록 하는 기술로 대한민국 등록특허공보(B1)10-0754966호(2007.09.04.)의 수평/수직축 복합날개형 풍력발전시스템 등 다양한 기술들이 제공되고 있다.

상기와 같이 자연풍을 이용하는 경우 풍속 및 풍향에 의존하여 발전하게 되는 것인 바, 누적되는 발전 불가능 시간으로 인해 효율적인 발전을 기대하기 어려운 경우가 빈번한 등의 문제점이 있었다.

KR 1020110084023 A 2011.07.21. KR 1020120114066 A 2012.10.16. KR 100754966 B1 2007.09.04.

이에 본 발명자는 상기한 종래 시설풍 또는 자연풍을 이용하는 발전장치가 갖는 제반 문제점을 일소코자 본 발명을 연구 개발한 것으로서, 본 발명에서는 배출되는 시설풍과 자연풍이 혼합 상태로 풍력발전기에 제공되도록 함으로 해서 안정화된 발전이 가능하도록 하고, 발전된 전력을 시설 또는 구조물의 전기사용에 치환시켜 에너지 절감하며, 생산되는 잉여 전력을 전기공급회사에 계통 연계하여 전기요금 절감에 기여할 수 있는 효과를 제공할 수 있는 시설풍과 자연풍을 이용한 복합 발전장치를 제공함에 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.

과제 해결수단으로 본 발명에서는 시설풍을 배출하는 배출관에 설치한 수직유도관과; 수직유도관의 상단 외부에 위치하도록 설치한 지지체 및 지지체의 상부에 설치되는 설치대판과; 설치대판상에 고정되며 수직유도관으로부터 시설풍을 유도 배출하는 엘보유도관과; 설치대판에 고정되며 엘보유도관의 단부 외연에 입구가 넓게 형성되고 후방으로 갈수록 점차 좁아지는 방사형으로 이루어진 방사형 후드와; 상기 방사형 후드의 후방으로 점차적으로 축소되어 시설풍과 자연풍을 배출하는 배기관과; 상기 배기관에 설치되는 풍력발전기를 포함하도록 구성하였다.

또한 본 발명에서는 상기 배기관에 적어도 2개 이상의 풍력발전기를 설치하였다.

또한 본 발명에서는 상기 지지체와 설치대판 사이에 수직하중에 작용하는 베어링을 설치하여 엘보유도관 및 방사형 후드를 고정한 상태로 설치대판이 회전될 수 있도록 하며, 상기 배기관의 외부에는 자연풍의 방향에 따라 방사형 후드의 넓은 입구로 자연풍이 공급될 수 있도록 바람을 유도하는 바람조정 날개를 설치하였다.

본 발명에서 제공하는 시설풍과 자연풍을 이용한 복합 발전장치를 사용할 경우 대기로 버려지는 시설풍에 자연풍을 추가한 상태로 풍력 발전을 행하므로 발전 능력을 극대화 할 수 있으면서 안정된 발전이 가능하다.

방사형 후드로 유입되는 자연풍이 시설풍의 풍속을 증가시키게 되므로 발전 능력을 향상시키게 된다.

그리고 발전된 전력을 시설 또는 구조물의 전기사용에 치환시켜 사용함으로 해서 에너지 절감을 기재할 수 있으며, 생산되는 잉여 전력을 전기공급회사에 계통 연계하여 전기요금 절감에 기여할 수 있는 효과를 제공할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 시설풍과 자연풍을 이용한 복합 발전장치의 개념 블록도
도 2는 본 발명에서 제공하는 시설풍과 자연풍을 이용한 복합 발전장치의 바람직한 일 실시례를 보인 외형 사시도
도 3은 도 2의 정면도
도 4는 도 2의 평면도
도 5는 본 발명에서 제공하는 시설풍과 자연풍을 이용한 복합 발전장치의 단면 구성도

이하 본 발명에서 제공하는 시설풍과 자연풍을 이용한 복합 발전장치의 실시례를 첨부 도면에 의거하여 설명한다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 시설풍과 자연풍을 이용한 복합 발전장치의 개념 블록도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에서 제공하는 시설풍과 자연풍을 이용한 복합 발전장치의 바람직한 일 실시례를 보인 외형 사시도를 도시한 것이고, 도 3, 도 4는 도 2의 정면도와 평면도, 도 5는 본 발명에서 제공하는 시설풍과 자연풍을 이용한 복합 발전장치의 단면 구성도를 도시한 것이다.

본 발명에서 제공하는 시설풍과 자연풍을 이용한 복합발전장치(1)를 제공코자 하는 것이다.

시설풍이란 각종 구조물 및 건물 등을 비롯한 시설물에서 배출되는 모든 풍력의 형태를 말하며, 이는 시설별로 상이한 용량과 다양한 형태로 배출되며, 시설풍은 본 발명에서의 제 1구동원으로 사용된다.

본 발명에서 제공하는 시설풍과 자연풍을 이용한 복합발전장치(1)의 구성은, 구조물 및 건물 등을 비롯한 시설물에서 시설풍을 배출하는 배출관(2)의 단부에 시설풍을 수직방향으로 유도할 수 있도록 수직유도관(3)을 설치한다.

수직유도관(3)에는 복수의 배출관(2)을 연결하는 구성으로 시설풍을 유도하여 한 번에 대량의 시설풍을 배출할 수 있도록 구성할 수도 있다.

수직유도관(3)은 시설물의 주변 높이를 충분히 고려하여 설계하며, 바람직하기로는 주변 시설물들에 의해 자연풍이 유입되는데 간섭이 없는 높이를 갖도록 구성한다.

상기 수직유도관(3)의 상단 외부에는 시설물에 고정되도록 지지체(4)를 설치한다.

지지체(4)는 상부에 설치되는 구조물들의 하중을 충분히 지지할 수 있는 내구성을 제공할 수 있도록 설계한다.

지지체(4)의 상부에는, 지지체(4)에 하부가 지지되도록 설치대판(5)을 설치한다. 설치대판(5)은 지지체(4)에 일체로 고정 설치하거나 지지체(4)와 이완된 상태로 자유 회전할 수 있도록 설치한다. 또한 상기 설치대판(5)은 일측으로 돌출되도록 트랙형으로 구성한다.

설치대판(5)을 지지체(4)와 이완상태로 자유 회전되도록 설치하는 바람직한 예로는 지지체(4)에 수직유도관(3)을 감싸는 형상으로 하우징(6)을 형성하고, 설치대판(5)에는 이 하우징(6)에 회전축관(7)을 내입한 상태에서 하우징(6)과 회전축관(7) 사이에 베어링(8)을 장착하여 설치대판(5)이 지지체(4)와 조립된 상태에서 자유 회전할 수 있게 구성한다.

상기 베어링(8)은 수직하중이 제공되더라도 설치대판(5)의 회전에 제약을 주지 않도록 스러스트 베어링(thrust bearing) 등을 사용토록 한다.

상기 설치대판(5) 상측으로는 수직유도관(3)의 단부와 하단이 결합되도록 엘보유도관(9)을 설치한다. 수직유도관(3)은 고정 상태이며, 엘보유도관(9)은 설치대판(5)에 고정된 상태에서 회전하므로 수직유도관(3)과 엘보유도관(9)의 겹쳐지는 부분에 링 타입의 부시(10)를 결합하여 수밀성을 제공하면서도 상호 간섭 없이 엘보유도관(9)의 회전이 가능하도록 구성한다.

엘보유도관(9)의 상단 수평방향으로는 방사형 후드(11)를 배치한다.

상기 방사형 후드(11)는 서포터(12)에 의해 설치대판(5)상에 지지되도록 설치하며, 엘보유도관(9)의 선단이 내입된 상태로 자연풍을 집약(集約)할 수 있도록 입구가 넓고 후방으로 갈수록 점차 좁아지는 방사형으로 구성한다.

통상적으로 시설풍의 경우 시설에서 배출과 동시에 대기 중으로 쉽게 산포되어 사라지게 되는데, 본 발명에서는 시설풍이 배출되는 엘보유도관(9)의 단부가 방사형 후드(11)의 내부에 위치하는 구성이므로 시설풍의 허실을 방지할 수 있다. 또한 방사형 후드(11)에 의해 집약되는 자연풍의 풍속이 증가하면서 엘보유도관(9)을 통해 배출되는 시설풍의 풍속을 증가시키는 기능성을 제공하게 되는 것이다.

상기 방사형 후드(11)는 크기가 제한되지 않으며, 배출풍력의 세기와 배출 형태에 따라 다양한 크기와 모양이 고려될 수 있다.

상기 방사형 후드(11)의 후방으로는 점차적으로 축소되어 시설풍에 자연풍을 추가하여 배출하는 배기관(13)이 배관 설치되며, 배기관(13)의 내부에는 풍력발전기(14)를 설치한다.

상기 방사형 후드(11)의 경우 측면에서 볼 때 가장자리가 엘보유도관(9)의 단부 외부로 노출되는 구성으로 자연풍을 집약하여 시설풍과 혼합시키는 기능성을 갖게 되는 것으로, 대기 중으로 산포되어 사라지는 시설풍과 자연적으로 제공되는 자연풍을 병합하여 풍력발전기(14)를 기동시킬 수 있는 것으로 안정된 발전이 가능하고, 또 시설풍의 경우 자연풍과는 달리 항상 일정한 풍향을 제공하게 되는 것으로 발전 시간을 지속적으로 유지할 수 있게 되는 것으로, 종래 일반적인 자연풍(바람)을 이용한 풍력발전장치에 비해 저비용으로 발전효율성을 극대화 할 수 있게 되는 것이다.

상기 배기관(13)에는 풍력발전기(14)를 1개 혹은 복수로 설치할 수 있다.

바람직하기로는 방사형 후드(11)와 배기관(13)의 경계부분과 배기관(13)의 중후단부에 각각 1개씩 설치함이 바람직하다.

상기 방사형 후드(11)를 설치대판(5)에 고정하는 서포터(12)의 경우 설치대판(5)과 탈착 가능한 구성으로 제작하여 태풍이나 강풍 등의 기상 악화시 방사형 후드(11)를 분리한 후 보관하여, 방사형 후드(11) 및 내장되어 있는 풍력발전기(14) 등이 파손되는 것을 방지할 수 있도록 한다.

한편 자연풍의 경우 풍향의 변화가 심하게 발생하게 되는데, 본 발명에서는 이러한 풍향 변화에 따라 방사형 후드(11)의 입구가 바람이 불어오는 쪽으로 변환될 수 있도록 구성되어 있는 특징을 갖는다.

즉, 본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 지지체(4)에 하우징(6)을 설치하고, 설치대판(5) 하측으로 하우징(6)에 베어링(8)을 매개로 조립되는 설치대판(5)을 설치하고 있는바, 배출관(2)의 외부에 자연풍의 풍향에 따라 방사형 후드(11)의 넓은 입구로 자연풍이 공급될 수 있도록 바람을 유도하는 바람조정 날개(15)를 설치한다. 바람조정 날개(15)는 방사형 후드(11)쪽에 접점을 둔 2개의 판이 V형으로 배치되도록 구성될 수 있다.

이와 같은 구성은 바람조정 날개(15)가 바람방향과 동일한 방향성을 갖게 지지체(4)에서 설치대판(5)이 회동되므로 자연풍이 방사형 후드(11)로 자연스럽게 집약되는 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 시설풍과 자연풍을 이용한 복합발전장치(1)를 사용하는 경우 상기에서 설명한 바와 같이 시설풍이 방사형 후드(11) 내에서 배출되면서 방사형 후드(11)에 집약되는 자연풍과 함께 좁은 배기관(13)으로 유입되면서 내장 설치되어 있는 풍력발전기(14)를 기동시키게 되는 것으로, 시설풍이나 자연풍을 단독으로 사용하는 풍력발전장치에 비해 월등히 강한 풍력으로 발전을 행할 수 있는 것이다.

따라서 본 발명을 풍력 발전이 상시 가능한 구성을 제공하게 되는 바, 발전 효율성을 극대화 할 수 있으며, 시설풍을 배출하기 위해 사용하는 전기에너지의 50% 이상을 회수하는 신재생에너지를 제공할 수 있게 되는 것이다.

이러한 신재생에너지 회수의 경우 시설 등에 재사용이 가능하므로 생산되는 잉여 전력을 전기공급회사에 계통 연계하여 전기요금 절감에 기여할 수 있는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시례에 관해 설명하고 있으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 설명된 실시례에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1:(시설풍과 자연풍을 이용한) 복합발전장치
2:배출관 3:수직유도관
4:지지체 5:설치대판
6:하우징 7:회전축관
8:베어링 9:엘보유도관
10:부시 11:방사형 후드
12:서포터 13:배기관
14:풍력발전기 15:바람조정 날개

Claims (3)

1. 시설풍을 배출하는 배출관(2)에 설치한 수직유도관(3)과;
   수직유도관(3)의 상단 외부에 위치하도록 설치한 지지체(4) 및 지지체(4)의 상부에 설치되는 설치대판(5)과;
   설치대판(5)상에 고정되며 수직유도관(3)으로부터 시설풍을 유도 배출하는 엘보유도관(9)과;
   설치대판(5)에 고정되며 엘보유도관(9)의 단부 외연에 입구가 넓게 형성되고 후방으로 갈수록 점차 좁아지는 방사형으로 이루어진 방사형 후드(11)와;
   상기 방사형 후드(11)의 후방으로 점차적으로 축소되어 시설풍과 자연풍을 배출하는 배기관(13)과;
   상기 배기관(13)에 설치되는 풍력발전기(14)를 포함하도록 구성한 것을 특징으로 하는 시설풍과 자연풍을 이용한 복합발전장치.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 배기관(13)에 적어도 2개 이상의 풍력발전기(14)를 설치하는 것을 특징으로 하는 시설풍과 자연풍을 이용한 복합발전장치.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
   상기 지지체(4)와 설치대판(5) 사이에 수직하중에 작용하는 베어링(8)을 설치하여 엘보유도관(9) 및 방사형 후드(11)를 고정한 상태로 설치대판(5)이 회전될 수 있도록 하며;
   상기 배기관(13)의 외부에는 자연풍의 풍향에 따라 방사형 후드(11)의 넓은 입구로 자연풍이 공급될 수 있도록 바람을 유도하는 바람조정 날개(15)를 설치한 것을 특징으로 하는 시설풍과 자연풍을 이용한 복합발전장치.

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