KR20180083190A

KR20180083190A - 모듈형 풍력발전장치

Info

Publication number: KR20180083190A
Application number: KR1020170005441A
Authority: KR
Inventors: 박지현; 김한; 인동근; 김은미; 김용운; 임세용
Original assignee: (주)지인테크
Priority date: 2017-01-12
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2018-07-20

Abstract

본 발명은 모듈형 풍력발전장치에 관한 것으로, 회전축; 회전축의 상부에 장착되어 자연풍 또는 주행 차량에 의해 발생한 유도풍에 부딪쳐 회전축의 회전을 유도하도록 설치된 적어도 1개의 표지판; 회전축의 하부가 회전 가능하도록 장착된 하우징, 회전축의 회전에 의해 전력을 발생하도록 하우징 에 내장된 제2자석과 제2코일을 구비한 발전모듈;을 포함하여 이루어진 것이다.

Description

모듈형 풍력발전장치{Module type wind power generator}

본 발명은 도로의 차량에 의해 유도된 바람을 이용하여 전기를 생산하고, 방향 표지판의 전구에 공급하도록 된 모듈형 풍력발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 우리나라 전력생산은 화력발전이 대부분이며 나머지는 원자력 발전에 의해 얻어진다. 그 중 화력발전은 전력을 생산키 위한 연료비가 막대해 요즘 같은 초고유가 시대에서 전력생산원가가 너무 커지는 문제가 있고, 석유와 석탄 등에서 배출되는 이산화탄소는 지구온난화의 주원인이 되고 있다. 또한 원자력발전은 방사성 폐기물의 발생과 초기 설비투자비가 막대한 문제점이 있어 유지비용이 거의 들지 않는 풍력 또는 태양열 발전에 많은 연구개발이 진행되고 있다.

이와 같이 고갈되는 에너지, 고유가, 지구온난화로 인하여 에너지원을 대체할 만한 신,재생 에너지에 대한 관심이 고조되고 있고, 그 신,재생 에너지는 석유와 석탄 등 이산화탄소를 배출하는 기존의 화석연료를 대체하는 다양한 에너지, 새로운 기술로 개발한 신에너지와, 계속 공급이 가능한 재생에너지를 포함하는 바이오에너지, 연료전지, 수소에너지, 태양열, 풍력, 지열, 폐기열 에너지, 소수력, 해양에너지 등이 있으며, 이는 설치장소 및 이동공간에 따른 제약이 없고 무공해, 무한정한 에너지의 이용으로 연료비가 들지 않고 유지, 보수, 관리가 용이한 장점이 있다. 이러한 신,재생에너지 중에서도 설치가 간단하고 유지비용이 적게 들며 초기 투자가 적은 방식으로 풍력을 이용한 발전시스템이 선호되고 있다.

일반적으로 풍력발전시스템은 자연의 바람 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 발전하는 것이다. 즉, 상기 풍력발전시스템은 바람이 많이 부는 장소에 설치하고, 유입된 바람의 힘으로 터빈을 회전시켜 동력 및 전기가 발생되도록 하는 것이다. 근래에 들어 다양한 분야에서 풍력발전시스템을 이용한 자가 발전 시스템이 사용되고 있다. 특히 도심의 도로변에 설치된 가로등에 전력을 공급하도록 사용되고 있다. 이러한 종래의 풍력발전장치는 가로등의 지주로부터 외부로 돌출되도록 제1날개를 설치하고, 이 제1날개가 풍력에 의해 회전하여 가동된 터빈으로부터 얻은 전기로 가로등을 점등하도록 제작된다.

하지만, 제1날개가 지주의 외부에 돌출되므로 경관을 해칠 수 있고, 외부 물체에 의해 손상 및 파손되기 쉬우며, 지면에 고정되는 하부에서 등이 설치된 상부까지 일체형으로 되어 있어 제작 및 설치에 어려움이 따르는 등의 문제점이 있다.

또한, 현재의 풍력발전시스템은 광범위한 자연풍을 이용하도록 제작되어 있기 때문에 차량의 이동에 의해 도로변에 발생하는 협소한 범위 및 구역의 유도풍을 이용할 수 없다는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2012-0092343호(2012.08.21. 공개) 대한민국 공개특허 제10-2012-0033940호(2012.04.09. 공개) 대한민국 공개특허 제10-2011-0051397호(2011.05.18. 공개) 대한민국 등록특허 제10-0895038호(2009.05.04. 공고)

상기된 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 도로변에 설치된 표지판이 바람에 의해 회전하고, 이를 이용하여 발전할 수 있는 풍력발전모듈을 설치함으로써, 도로를 주행하는 차량에 의해 발생하는 유도풍을 이용하여 전기를 발생시키도록 한 모듈형 풍력발전장치를 제공함에 있다.

상기된 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 모듈형 풍력발전장치는, 회전축; 회전축의 상부에 장착되어 자연풍 또는 주행 차량에 의해 발생한 유도풍에 부딪쳐 회전축의 회전을 유도하도록 설치된 적어도 1개의 표지판; 회전축의 하부가 회전 가능하도록 장착된 하우징, 회전축의 회전에 의해 전력을 발생하도록 하우징 에 내장된 제2자석과 제2코일을 구비한 발전모듈;을 포함하여 이루어진 것이다.

여기서, 표지판에 고정되어 함께 회전하는 회전축이 길이 방향으로 관통하도록 설치되면서 하부가 발전모듈에 고정된 지주; 지주의 내면에 설치되어 회전축의 외면과 접촉하면서 회전축의 회전 중심을 잡아주고, 회전축과 지주 간의 마찰을 배제하여 회전축의 회전을 보장되도록 설치된 베어링;과 표지판에 장착된 전구; 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 발전모듈은 제2자석과 제2코일 간의 간격을 조정하기 위해 회전축의 외면에 장착된 회전부재, 제2자석과 제2코일에 의해 발생한 전력을 저장하는 제2축전지와 전구에 전력을 공급하도록 설치된 제2제어기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 제4실시 예에 따른 풍력발전모듈은 전술된 제3실시 예의 구조에서, 회전축이 관통하도록 설치되고, 자연풍 또는 유도풍을 내부로 안내하는 유도부와, 이 유도부에 삽입되면서 자연풍 또는 유도풍에 의해 회전축을 회전시키도록 설치된 회전부가 상호 착탈 가능하게 장착된 적어도 1개의 풍력모듈;을 더 포함하여 이루어진다.

여기서, 유도부는 일정 넓이의 테두리를 갖는 환 형상의 제2상부고정림과 제2하부고정림, 제2상부고정림과 제2하부고정림의 테두리에 비스듬하게 고정된 적어도 1개의 유도판과, 유도판에 부딪친 자연풍 또는 유도풍이 내부로 유입되도록 마련된 유입구를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 회전부는 회전축이 길이 방향으로 관통하여 함께 회전하도록 장착된 중심부재, 중심부재의 외면에 설치된 제2날개, 중심부재의 상부에 배치되면서 일정 넓이의 테두리를 갖는 환 형상의 제1고정림을 구비하고, 이때 회전축의 상부에 설치된 표지판이 회전축, 중심부재 및 제2날개와 함께 회전하도록 설치되거나, 표지판이 고정된 상태에서 회전축, 중심부재 및 제2날개만 회전하도록 설치된 것을 특징으로 한다.

또, 제1고정림, 제2상부고정림과 제2하부고정림 중 적어도 두 개에는 테두리에서 중앙으로 돌출된 다수의 지지림과, 지지림들이 교차하는 중앙 부위에 회전축 이 관통하는 장착홀을 구비하고, 중심부재를 제1고정림과 제2하부고정림 사이에 회전 가능하도록 장착하기 위해 중심부재의 상, 하부에는 장착턱이 가공되고, 이들 장착턱은 제1고정림, 제2상부고정림과 제2하부고정림 중 적어도 어느 하나의 고정림의 장착홀에 각각 끼워지는 것을 특징으로 한다.

그리고 풍력모듈이 적층되어 다수 설치되면, 각 풍력모듈에서 인접한 고정림들끼리 체결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 회전축이 관통하면서 풍력모듈의 아래부터 발전모듈까지 배치된 지주에 풍력모듈을 고정시키기 위해 지주의 상부에 배치되어 제2하부고정림과 체결되면서 일정 넓이의 테두리를 갖는 환 형상의 제3고정림과, 제3고정림의 테두리에서 돌출되어 지주에 고정되는 다수의 지지림을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고 제2날개는 상면이 일정 곡률을 이루면서 측면이 상, 하로 직선인 형태이거나, 유입구로 유입되어 부딪친 자연풍 또는 유도풍을 상측으로 배출하면서 표지판에 재차 부딪치도록 유도하기 위해 상면이 일정 곡률을 이루면서 측면이 상,하로 사선 방향이면서 곡선인 형태인 것을 특징으로 한다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 도로변에 설치된 표지판이 자연풍 또는 유도풍에 의해 회전하고, 이를 이용하여 풍력발전모듈이 전기를 발생시킴으로써, 일반 도로에서 직선 구간에서의 도로 번호 안내표지판, 제한 속도 안내표지판을 비롯하여 곡선 구간에서의 급경사 안내표지판, 급회전 방향 안내표지판 등의 통상의 안내표지판에 풍력을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.

이렇게 발생한 전기는 표지판의 인식률을 높이기 위해 새로이 설치한 LED 전등에 공급하여 주간은 물론 야간에 운전자가 명확히 인지하도록 함으로써, 교통 사고를 줄일 수 있는 효과가 있다.

이외에도, 주변의 가로등이나 무인 과속단속카메라 등에 전기를 공급할 수 있는 효과도 있다.

한편, 발전 가능한 모듈형으로 제작하므로 제작이 용이하고, 이들 발전 모듈을 현장에서 조립 및 설치할 수 있어 작업이 쉬우며, 설치 장소에 따라 그 높이를 조정할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 지주에 제1날개와 터빈 등을 내장함으로써, 외부 물체에 의한 파손이 최소화되고, 외부 경관에 대한 심미감은 물론 운전자의 전방 시야를 확보할 수 있는 효과가 있다.

또, 일반 가로등은 물론 도로 또는 골목에 설치된 방범용 CCTV 역시 모듈형으로 제작하여 발전 모듈에 간단히 결합하여 설치할 수 있는 효과가 있다.

그리고 발전 모듈에서 생성된 전력을 제1축전지에 축전시킬 수 있고, 제1제어기로 가로등을 점멸하거나 CCTV에 전원 공급하는 등의 관리할 수 있는 효과가 있다.

또한, 외면에 유도판을 구비한 풍력발전모듈을 다수 결합하여 이루어진 수직축 풍력발전장치를 도로변에 설치함으로써, 이동하는 차량에 의해 발생한 차량 유도풍을 이용하여 발전할 수 있다는 효과가 있다.

또, 도로의 특성을 감안하여 유도풍이 최대 발생할 수 있는 높이에 맞춰 수직축 풍력발전장치의 높이 역시 가변하여 설치할 수 있다는 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안된다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 풍력발전모듈의 외형이 개략적으로 도시된 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 풍력발전모듈의 내부가 도시된 측단면도이다.
도 3은 도 2의 평단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 케이싱의 내면이 도시된 내부도이다.
도 5는 도 4의 "A"부위 확대도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따라 도 1의 풍력발전모듈을 다수 체결하여 제작된 모듈형 수직축 풍력발전장치가 개략적으로 도시된 측면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 발전 모듈 간의 결합 구조가 도시된 측단면도이다.
도 8은 도 6에 도시된 풍력발전장치의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시 예에 따른 모듈형 풍력발전장치의 외형이 개략적으로 도시된 사시도이다.
도 10은 도 9의 상부가 도시된 일부 측단면도이다.
도 11은 도 9에 도시된 발전모듈이 도시된 측단면도이다.
도 12는 본 발명의 제4실시 예에 따른 풍력발전장치의 외형이 개략적으로 도시된 측면도이다.
도 13은 도 12에 도시된 풍력모듈이 확대 도시된 사시도이다.
도 14과 도 15는 도 13의 일부 및 전체 분리 사시도이다.
도 16은 도 14에 도시된 유도부의 다른 실시 예가 도시된 사시도이다.
도 17은 도 14에 도시된 유도부의 또 다른 실시 예가 도시된 사시도이다.
도 18은 도 12에 도시된 발전모듈 부위가 도시된 사시도이다.
도 19는 도 14에 도시된 회전부의 다른 실시 예가 도시된 사시도이다.
도 20은 도 12의 풍력모듈이 다수 설치된 예가 도시된 측면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

<풍력발전모듈>

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 풍력발전모듈의 외형이 도시된 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 풍력발전모듈의 내부가 도시된 측단면도이다. 도 3은 도 2의 평단면도이다. 도 4는 도 2에 도시된 케이싱의 내면이 도시된 내부도이다. 도 5는 도 4의 "A"부위 확대도이다.

본 발명의 제1실시 예에 따른 풍력발전모듈(100)은 풍력을 이용하여 전기를 생산하는 모듈타입으로 제작된다. 이 풍력발전모듈(100)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 케이싱(110), 중심축(120), 고정체(130), 제1코일(140), 회전체(150), 제1날개(160)와 제1자석(170)을 구비하여 이루어진다.

케이싱(110)은 도 1 내지 도 3에서와 같이 대략 원통 형상이고, 양측 단부에 마련된 상부플랜지(111)와 하부플랜지(112), 외부의 공기가 내부로 유입되도록 일정 면적으로 가공된 유입구(113), 유입구(113)로 외부 공기를 안내하도록 외면에 고정된 유도판(114)과, 내부의 공기를 외부로 배출하도록 외면에 가공된 배기구(115)를 구비한다.

여기서, 상부플랜지(111)와 하부플랜지(112)는 케이싱(110)의 양측단면을 폐쇄하도록 위치하고, 케이싱(110) 중간부보다 더 직경을 크게 하여 가공된다. 이들 상부플랜지(111)와 하부플랜지(112)는 케이싱(110)을 높이 방향으로 배치하여 상호 체결할 때 이용된다.

또한, 유도판(114)은 일방향으로 유동하는 외부 공기 중 일부의 흐름을 케이싱(110) 내부측으로 변경시키도록 가공된다. 이때, 유도판(114)은 접촉하여 유동 방향이 변경되는 외부 공기가 유동 속도와 풍압을 최대한 유지하면서 케이싱(110) 내부로 유입되도록 하기 위해 평면상 도 3에서와 같이 곡면을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 유도판(114)는 외부의 공기 중 일부를 케이싱(110)의 내부로 유도하기 위한 것으로, 특히 도로변에서 차량 운행 중 발생하는 차량 유도풍의 일부를 케이싱(110)의 내부로 유도할 수 있다. 즉, 이 유도판(114)에 의해 차량 유도풍을 활용한 발전이 가능할 수 있다.

또, 유입구(113)는 유도판(114)을 따라 유동하는 외부 공기가 케이싱(110) 내부로 유입되도록 적어도 1개가 가공된다.

그리고, 배기구(115)는 유입구(113)를 통해 케이싱(110)의 내부로 유입되어 제1날개(160)를 회전시킨 공기를 외부로 배출하는 구멍으로, 상부플랜지(111)와 유입구(113) 사이에 적어도 1개가 가공된다.

케이싱(110)은 도 4와 도 5에서와 같이 내면에 상방향으로 나선형 형태로 경사지면서 배기구(115)로 연결된 유도홈(116)과, 유도홈(116)을 구획하는 유도돌기(117)를 더 구비한다. 이 유도홈(116)은 케이싱(110) 내부로 유입되어 제1날개(160)를 회전시킨 후 풍압을 소모하면서 제1날개(160)와 함께 회전하는 공기를 상방으로 유도하여 배기구(115)를 통해 외부로 배기시킬 수 있도록 하나의 홈이 케이싱(110)의 하부에서 상부까지 연속적으로 가공된다. 또한, 유도돌기(117)는 유도홈(116)을 가공하면서 성형된 부위이고, 상방으로 유동하는 공기의 흐름을 원활하게 유지시키기 위해 마련된 완만한 경사면(117a)과, 공기의 하방 흐름을 차단하기 위해 대략 수직에 가까운 급경사로 가공된 차단면(117b)을 구비한다.

중심축(120)은 케이싱(110)의 평면상 중심에 배치되면서 상부플랜지(111)와 하부플랜지(112)에 양단부가 고정된다. 이 중심축(120)은 도 3에서와 같이 속이 꽉찬 중실(中實)의 형태로 제작될 수도 있고, 중공(中空)의 형태로 가공될 수도 있다.

고정체(130)는 도 2와 도 3에서와 같이 케이싱(110)의 내부에 위치하면서 중심축(120)의 외면에 고정된다.

제1코일(140)은 고정체(130)의 외주면을 따라 적어도 1개가 설치된다.

회전체(150)는 제1코일(140)을 감싸면서 양측단부가 중심축(120)에 회전가능하도록 설치된다.

제1날개(160)는 회전체(150)의 외주면에 평면상 일정 간격으로 다수 설치된다. 이 제1날개(160)는 케이싱(110) 내부로 유입된 공기의 풍압에 의해 일방향으로 회전하게 되고, 이때 회전체(150)도 함께 회전하게 된다. 이 제1날개(160)는 풍압을 최대한 받을 수 있도록 평면상 대략 일정 곡률의 곡면을 갖도록 제작될 수 있다. 또한, 제1날개(160)는 측면상 측면이 직선으로 이루어진 형태로 제작되거나 상단에서 하단으로 경사지면서 곡면을 이루는 형태로 제작될 수도 있다.

제1자석(170)은 회전체(150)의 내면에 고정되면서 제1코일(140)에 인접하도록 배치된다. 따라서, 제1날개(160) 및 회전체(150)와 더불어 회전하는 제1자석(170)은 제1코일(140)에 전기를 발생시키게 된다.

<모듈형 수직축 풍력발전장치>

도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따라 제1실시 예 풍력발전모듈을 다수 체결하여 제작된 모듈형 수직축 풍력발전장치가 개략적으로 도시된 측면도이다. 도 7은 도 6에 도시된 발전 모듈 간의 결합 구조가 도시된 측단면도이다. 도 8은 도 6에 도시된 풍력발전장치의 구성도이다.

본 발명의 제2실시 예에 따른 모듈형 수직축 풍력발전장치는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 풍력발전모듈(100), 풍력발전모듈(100) 하부에 체결되어 지면에 고정되는 고정모듈(200), 풍력발전모듈(100)의 상부에 체결되는 전기소비모듈(300)을 포함하여 이루어진다.

풍력발전모듈(100)은 도 1의 풍력발전모듈(100)과 유사하고, 다만 다수의 풍력발전모듈(100)을 연결하기 위해 약간의 구조가 변경된다. 도 5의 다른 실시 예의 풍력발전모듈(100)을 설명함에 있어서, 도 1의 풍력발전모듈(100)과 동일한 기능을 하는 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고, 변경되거나 추가된 구성요소에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 5의 풍력발전모듈(100)은 이웃한 케이싱(110)들의 체결을 조력하기 위해 중심축(120)의 설치 위치를 변경하고, 이를 위해 케이싱(110)에 고정부재(118)와 체결부재(119)를 더 구비하며 이에 대해 자세히 설명한다.

먼저, 케이싱(110)은 도 6에서와 같이, 중심축(120)의 하단측 부위가 관통하여 고정되도록 하부플랜지(112)의 내면에 장착된 고정부재(118)와, 고정부재(118) 내부에 장착되어 하부플랜지(112)를 관통한 중심축(120)의 하단부가 끼워지는 체결부재(119)를 더 구비한다. 즉, 중심축(120)은 상단측 부위가 케이싱(110)의 상부플랜지(111)를 관통하여 외부로 돌출되어 고정되고, 하단측 부위가 고정부재(118) 및 체결부재(119)에 장착된다.

따라서, 이웃한 케이싱(110)들의 체결은 하측 케이싱(110)의 상부플랜지(111)를 관통한 중심축(120)의 상부 일부위가 상측 케이싱(110)의 하부플랜지(112)를 관통한 후 체결부재(119)에 끼워져 체결되면서 이웃한 케이싱(110)의 상부플랜지(111)와 하부플랜지(112)가 맞닿은 상태가 되고, 상부플랜지(111)와 하부플랜지(112)를 볼팅 체결하여 이루어진다. 이들 고정부재(118)와 체결부재(119)는 케이싱(110)들을 체결함에 있어서, 상부플랜지(111)를 관통하여 돌출된 중심축(120)의 일부위가 이웃한 상측 케이싱(110)의 하부에 삽입되어 체결됨으로써, 케이싱(110)들 간의 체결을 조력하고, 중심축(120)들 간의 회전 중심을 동일선상에 놓이게 하기 위해 구비된 것이다. 물론, 케이싱(110)들을 체결할 때, 유도판(114)을 동일한 방향과 위치에 놓이도록 체결할 수도 있고, 유도판(114)들을 각각 다른 방향 또는 일부 다른 방향에 놓이도록 체결할 수도 있다. 이는 도로의 지형 및 특성을 감안하여 차량 유도풍을 최대한 활용할 수 있도록 하기 위함이다.

고정모듈(200)은 도 5에서 보듯이 수직축 풍력발전장치를 바닥 또는 지면에 세우기 위한 모듈이다. 이 고정모듈(200)은 지면에 고정되는 고정부(210)와, 고정부(210)의 상면에 돌출되면서 풍력발전모듈(100)의 하부와 체결되는 체결부(220)로 이루어진다. 여기서, 풍력발전장치의 안정적인 설치를 위해 고정부(210)가 지면에 넓게 접촉하여 고정되는 것이 바람직하다. 그리고, 체결부(220)에는 각 풍력발전모듈(100)에서 발생시킨 전기를 축전하도록 설치된 제1축전지(230,도 7 참조)와, 제1축전지(230)에서 전기소비모듈(300)의 전등 또는 CCTV(310) 등에 공급되는 전기의 사용량과 공급 시간 등을 제어하도록 설치된 제1제어기(240,도 7 참조)가 내장될 수 있다.

전기소비모듈(300)은 최상위 풍력발전모듈(100)의 상부플랜지(111)에 체결되면서 선단측 부위에 방범용 CCTV(310) 또는 전등이 설치된다. 이때, 전기소비모듈(300)과 풍력발전모듈(100) 간의 체결은 일례로 상술된 풍력발전모듈(100)과 풍력발전모듈(100) 간의 체결 구조와 동일하게 이루어질 수도 있고, 다른 예로 단순히 풍력발전모듈(100)의 상부플랜지(111)와 전기소비모듈(300)의 하부를 맞대어 볼팅 체결할 수도 있다.

<모듈형 풍력발전장치>

도 9는 본 발명의 제3실시 예에 따른 모듈형 풍력발전장치의 외형이 개략적으로 도시된 사시도이다. 도 10은 도 9의 상부가 도시된 일부 측단면도이다. 도 11은 도 9에 도시된 발전모듈이 도시된 측단면도이다.

본 발명의 제3실시 예에 따른 모듈형 풍력발전장치는 전술된 제2실시 예의 모듈형 수직축 풍력발전장치와 동일하게 도로변에 설치되어 주행하는 차량에 의해 발생한 유도풍을 이용한다. 다만, 제2실시 예가 유도풍이 케이싱(110)에 유입되어 제1날개(160)를 회전시켜 발전시키면서 발전이 되도록 하는 구조인 반면, 제3실시 예는 지면으로부터 일정 높이에 위치하여 외부에 노출된 표지판(400)이 회전하면 지면에 고정된 발전모듈(500)에서 발전이 이루어지는 차이점이 있다. 즉, 제1날개(160)를 표지판(400)으로 대체하고, 케이싱(110)에 내장된 발전구조가 별도로 마련되도록 한 것이다.

이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 제3실시 예에 따른 모듈형 풍력발전장치는 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 표지판(400), 지주(410)와 발전모듈(500)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 모듈형 풍력발전장치는 도로변에 설치된 위치, 제한속도, 급경사 등을 안내하기 위해 통상적으로 세워진 안내표지판에 풍력을 이용한 발전모듈이 설치된 것으로, 이하에서는 급경사 안내용 방향 표지판을 예로 하여 설명한다.

표지판(400)은 자연풍 또는 주행 차량이 발생시킨 유도풍에 의해 회전할 수 있도록 회전축(420)을 중심으로 적어도 2개의 패널이 일정 각도로 장착되어 이루어진다. 이때, 자연풍이나 유도풍에 의해 최대 회전수를 얻는 것이 중요하다. 따라서, 바람직하게는 3개의 패널이 일정 각도로 장착되고, 이외에 2개의 패널이 일정 각도로 장착될 수도 있으며, 1개의 패널이 회전축(420)에 편심되어 장착될 수도 있다. 이 표지판(400)에는 운전자에게 급경사임을 주의시키기 위해 화살표인 방향지시표(401가 그려지고, 방향지시표(401를 따라 발광하는 전구(402, 일례로 LED)가 설치된다. 여기서, 야간에는 방향지시표(401의 인식을 향상시키기 위해 발전모듈(500)에서 발전시킨 전기로 전구(402)가 발광하도록 설치된다. 이 전구(402)는 LED 또는 꼬마전구일 수 있고, 이에 표지판(400)에 사용할 수 있는 어느 하나의 전구일 수도 있다. 또한, 회전축(420)은 상측부가 표지판(400)에 고정되고, 하측부가 발전모듈(500, 도 11 참조)에 장착되며, 표지판(400)에 자연풍 또는 유도풍에 의해 회전하는 표지판(400)과 함께 회전하도록 설치된다.

지주(410)는 도 9와 도 10에서와 같이, 표지판(400)에서 발전모듈(500)까지 세워진 회전축(420)을 외부로부터 보호하면서 회전축(420)의 회전을 보장하기 위해, 길이 방향으로 회전축(420)이 관통하여 배치된다. 이 지주(410)에는 상단 부위에 장착된 마감부재(403)와, 회전축(420)이 관통하는 내부에 설치된 베어링(411)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 마감부재(403)는 회전축(420)의 회전을 보장하면서 지주(410)의 상단 부위에서 회전축(420)과의 간격으로 외부의 이물질이 유입되는 현상을 방지하고, 됨을 방지하면서 지주(410)의 상면과 표지판(400)의 간섭을 방지하도록 설치된다.

그리고 베어링(411)은 지주(410)를 관통하는 회전축(420)의 회전을 보장하기 위해 지주(410)의 내면에 적어도 1개가 설치된다. 이 베어링(411)은 회전축(420)이 관통하는 마감부재(403)의 내면에도 설치될 수 있다.

발전모듈(500)은 도 11에서와 같이, 하우징(510), 회전부재(520), 제2코일(530), 제2자석(540), 제2축전지(550)와 제2제어기(560)를 포함하여 이루어진다.

먼저, 하우징(510)은 지면에 고정되면서 내부 공간을 마련한다. 더욱 자세하게, 하우징(510)은 지주(410)의 하단부가 고정되면서 회전축(420)이 관통하여 내부 바닥에 회전하도록 설치된다.

또한, 회전부재(520)는 하우징(510)의 내부에 위치하면서 회전축(420)의 외면에 고정되어 회전축(420)과 함께 회전하도록 설치된다. 이 회전부재(520)는 회전축(420)의 회전량이 그대로 전달받을 수 있도록 경량일 수록 좋다.

또, 제2자석(540)은 회전축(420)과 함께 회전하는 회전부재(520)의 외면에 장착된다.

그리고 제2코일(530)은 회전부재(520)를 따라 회전하는 제2코일(530)과 전력이 발생할 수 있는 간격을 갖도록 하우징(510)의 내면에 장착되거나, 하우징(510) 내부에 고정된다. 여기서, 제2코일(530)과 제2자석(540)은 상호 바꾸어 설치될 수 있다. 이때, 제2코일(530)에 대한 제2자석(540)의 간격은 회전부재(520)의 측단면상 두께로 조정할 수 있다.

또한, 제2축전지(550)는 하우징(510)의 내부에 설치되면서 제2코일(530)과 제2자석(540)에서 발생한 전력을 축전할 수 있다.

또, 제2제어기(560)는 제2자석(540)과 제2코일(530)에서 발생한 전력 또는, 제2축전지(550)에 저장된 전력을 표지판(400)에 설치된 전구(402)에 전선을 통해 공급하도록 설치된다. 일례로, 낮과 밤에도 전구(402)가 점등하도록 제어할 수도 있고, 별도의 센서를 통해 밤이 되거나 어두워지면 전구(402)가 점등하도록 제어할 수도 있으며, 별도의 타이머를 통해 하루 중 일정 시간이 되면 전구(402)가 점등 또는 소등하도록 제어할 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 제4실시 예에 따른 모듈형 풍력발전장치에 대해 설명하기로 한다.

도 12는 본 발명의 제4실시 예에 따른 풍력발전장치의 외형이 개략적으로 도시된 측면도이다. 도 13은 도 12에 도시된 풍력모듈이 확대 도시된 사시도이다. 도 14와 도 15는 도 13의 일부 및 전체 분리 사시도이다. 도 16은 도 14에 도시된 유도부의 다른 실시 예가 도시된 사시도이다. 도 17은 도 14에 도시된 유도부의 또 다른 실시 예가 도시된 사시도이다. 도 18은 도 12에 도시된 발전모듈 부위가 도시된 사시도이다. 도 19는 도 14에 도시된 회전부의 다른 실시 예가 도시된 사시도이다. 도 20은 도 12의 풍력모듈이 다수 설치된 예가 도시된 측면도이다.

한편, 본 발명의 제4실시 예에 따른 모듈형 풍력발전장치는 도 12에서와 같이 제3실시 예에서 풍력모듈(600)이 추가 설치되어 이루어진다. 따라서, 풍력모듈(600)에 대해 자세히 설명하면서 전술된 표지판(400), 회전축(420), 지주(410)와 발전모듈(500)에 대해서는 필요시 간략히 설명하기로 한다.

풍력모듈(600)은 도 13 내지 도 15에서와 같이 회전부(610)와 유도부(620)가 상호 착탈 가능하도록 결합되어 이루어진다.

먼저, 회전부(610)는 회전축(420)이 관통하여 고정되는 중심부재(611), 이 중심부재(611)의 외면에 다수 돌출 고정된 적어도 1개의 제2날개(612), 제2날개(612) 및 회전축(420)과 함께 회전하는 중심부재(611)의 상부측 회전 중심을 잡아주기 위해 중심부재(611)의 상부에 장착된 제1고정림(613)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 중심부재(611)의 회전 중심을 위해 상부에는 제1고정림(613)에 착탈 가능하게 장착되고, 하부에는 유도부의 제2하부고정림(622)이 착탈 가능하게 장착된다. 이 중심부재(611)에는 길이 방향으로 회전축(420)이 관통하여 설치된다. 이 중심부재(611)의 상부와 하부에는 후술된 제1고정림(613)의 제1장착홀(613a) 및 제2하부고정림(622)의 제2장착홀(622b)에 회전 및 착탈 가능하도록 가공된 장착턱(611a)을 구비할 수 있다.

또한, 제2날개(612)는 유도부(620)의 유입구(624)를 통해 유입된 자연풍 또는 유도풍에 의해 회전하도록 중심부재(611)의 외면에 일정 간격으로 다수 고정된다. 이 제2날개(612)는 풍력을 온전히 받아 회전력을 향상시킬 수 있도록 평면상 상면이 일정 곡률을 이루면서 측면이 상, 하로 대략 수직인 판 형상으로 제작된다. 여기서, 제2날개(612)는 회전하는 표지판(400)과 더불어 회전축(420)을 회전시키도록 구성된다. 이외에 다른 예로, 표지판(400)이 고정된 상태로 회전축(420)의 상부에 설치되고, 자연풍 또는 유도풍에 의해 제2날개(612)와 회전축(420)만 회전하도록 설치될 수도 있다.

그리고 제1고정림(613)은 평면상 대략 원형이면서 테두리에 유도부(620)의 상단부 또는 하단부가 고정되도록 일정 넓이의 테두리를 갖는 형상이고, 중심부재(611)의 상부가 끼워지도록 테두리에서 중앙으로 돌출되어 중심에 제1장착홀(613a)을 마련하는 적어도 2개의 제1지지림(613b)을 구비한다. 이 제1지지림(613b)은 상호 일정 간격으로 가공되고, 제1고정림(613)의 중앙으로 돌출되어 상호 교차하는 중앙 부위에 회전축(420)이 관통하는 제1장착홀(613a)이 가공된다. 이러한 제1지지림(613b)과 제1장착홀(613a)은 제1고정림(613)과 일체로 제작되는 것이 바람직하다. 또한, 제1고정림(613)과 후술된 제2상부고정림(621) 및 제2하부고정림(622)은 다수의 풍력모듈(600)이 높이 방향으로 다수 설치되는 경우, 풍력모듈(600) 간에 상호 체결하기 위한 고정홀(613c)이 가공된다.

다음으로, 유도부(620)는 상, 하에 배치된 제2상부고정림(621) 및 제2하부고정림(622), 이들 제2상부고정림(621)과 제2하부고정림(622) 사이의 테두리부위에 일정 간격으로 고정된 다수의 유도판(623)과, 유도판(623)들 사이에 마련된 유입구(624)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 제2상부고정림(621) 및 제2하부고정림(622)은 전술된 제1고정림(613)과 동일하거나 유사한 형태이다. 좀 더 자세하게는, 일례로 제2상부고정림(621)은 제1고정림(613)에 구비된 제1지지림(613b)이 배제된 형태이고, 제2하부고정림(622)은 제1지지림(613b)과 동일하거나 유사하면서 제2지지림(622a)과 제2장착홀(622b)을 구비한 형태이다. 여기서, 제2장착홀(622b)에는 제1장착홀(613a)과 중심부재(611)를 관통한 회전축(420)이 관통한다. 또한, 제2상부고정림(621)은 풍력모듈(600)이 상, 하로 다수 설치되는 경우 제1고정림(613)과 체결되는 부재로, 상호 간에 고정홀(613c)을 통해 볼트 또는 나사 등의 체결부재로 견고히 체결된다. 그리고 제2하부고정림(622) 역시 풍력모듈(600)이 상, 하로 다수 설치되는 경우 하측에 위치한 풍력모듈(600)의 제1고정림(613)과 고정홀(613c)을 통해 볼트 또는 나사 등의 체결부재로 견고히 체결된다.

또한, 유도판(623)들은 제2상부고정림(621)의 테두리 하면에 상단부가, 제2하부고정림(622)의 테두리 상면에 하단부가 고정되고, 상호 이격되어 유입구(624)를 마련한다. 이때, 유도판(623)은 평면상 일정 각도 기울어지면서 곡선을 이루고, 측면상 판 형태로 제작되고, 이러한 형상은 자연풍 또는 유도풍이 휘어져 내부로 유입되어 제2날개(612)에 부딪치도록 유도하기 위함이다. 즉, 대략 직선으로 유동하는 자연풍 또는 유도풍이 유도판(623)에 부딪혀 곡선을 이루면서 유입구(624)를 통해 유입되어 제2날개(612)에 부딪치도록 하여 제2날개(612)의 회전력을 더욱 상승시킬 수 있다.

그리고 유입구(624)는 유도판(623)들이 평면상 비스듬하게 상호 이격하여 제2상부고정림(621)과 제2하부고정림(622)에 고정됨으로써 마련된다. 이 유입구(624)를 통해 유입된 자연풍 또는 유도풍이 제2날개(612)로 유동할 수 있다.

여기서, 유도부(620)는 도 14에서와 같이 평면상 원주방향 전체에 대해 유도판(623)이 배치될 수도 있고, 도 16에서와 같이 상호 대칭하도록 일부위에 대해서만 유도판(623)이 배치될 수도 있으며, 도 17에서와 같이 유도판(623)을 배제한채 원주방향 전체 또는 일부위에 대해 유입구(624)만 가공될 수도 있다.

한편, 도 18에서 보듯이, 지주(410)는 풍력모듈(600)의 아래부터 발전모듈(500)까지 회전축(420)이 관통하도록 설치된다. 이 지주(410)의 상단부에는 풍력모듈(600)이 표지판(400) 근처이면서 자연풍 또는 유도풍의 원할하게 유동할 수 있는 높이에 위치시키기 위해 풍력모듈(600)의 제2하부고정림(622)과 체결되도록 제3고정림(412)이 설치된다. 이 제3고정림(412)은 제1고정림(613) 또는 제2하부고정림(622)과 동일하거나 유사한 형태로 제작될 수 있다. 이러한 제3고정림(412)은 테두리로부터 돌출되어 지주(410)에 고정된 다수의 제3지지림(412a)을 구비할 수 있다.

또한, 도 15에서의 제2날개(612)는 도 19에서와 같이 평면상 상면이 일정 곡률을 이루고, 측면상 옆면이 사선 방향이면서 상부에서 하부로 곡선을 이루도록 제작된다. 물론, 저면상 하면 역시 곡선이다. 이러한 제2날개(612)의 형상은 유도부(620)의 유입구를 통해 들어온 자연풍 또는 유도풍이 제2날개(612)에 부딪친 후 상부로 경사지게 상승하게 되고, 이렇게 상승한 자연풍 또는 유도풍이 풍력모듈(600)의 상측으로 배출되어 표지판(400)에 다시 부딪치게 된다. 즉, 자연풍 또는 유도풍이 1차적으로 표지판(400)과 제2날개(612)를 회전시킴은 당연하고, 이외에 제2날개(612)를 회전시켰던 일부 자연풍 또는 유도풍이 풍력모듈(600) 내에서 상승, 배출되면서 표지판(400)에 부딪쳐 표지판(400)의 회전을 더욱 가중시킬 수 있다.

그리고 도 20은 도 12에 도시된 풍력모듈(600)이 높이 방향으로 2개가 설치된 실시 예이다. 물론, 2개 이상의 풍력모듈(600)이 설치될 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허등록청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허등록청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100:풍력발전모듈 110:케이싱
111:상부플랜지 112:하부플랜지
113:유입구 114:유도판
115:배기구 116:유도홈
117:유도돌기 117a:경사면
117b:차단면 118:고정부재
119:체결부재 120:중심축
130:고정체 140:제1코일
150:회전체 160:제1날개
170:제1자석
200:고정모듈 210:고정부
220:체결부 230:제1축전지
240:제1제어기
300:전기소비모듈 310:CCTV
400:표지판 401:방향지시표
402:전구 403:마감부재
410:지주 411:베어링
412:제3고정림 420:회전축
500:발전모듈 510:하우징
520:회전부재 530:제2코일
540:제2자석 550:제2축전지
560:제2제어기
600:풍력모듈 610:회전부
611:중심부재 611a:장착턱
612:제2날개 613:제1고정림
613a:제1장착홀 613b:제1지지림
613c:고정홀 620:유도부
621:제2상부고정림 622:제2하부고정림
622a:제2지지림 622b:제2장착홀
623:유도판 624:유입구.

Claims

회전축(420);
상기 회전축(420)의 상부에 장착되어 자연풍 또는 주행 차량에 의해 발생한 유도풍에 부딪쳐 회전축(420)의 회전을 유도하도록 설치된 적어도 1개의 표지판(400);
상기 회전축(420)의 하부가 회전 가능하도록 장착된 하우징(510), 회전축(420)의 회전에 의해 전력을 발생하도록 하우징(510)에 내장된 제2자석(540)과 제2코일(530)을 구비한 발전모듈(500);을 포함하여 이루어진 모듈형 풍력발전모듈.
제1항에서,
상기 표지판(400)에 고정되어 함께 회전하는 회전축(420)이 길이 방향으로 관통하도록 설치되면서 하부가 발전모듈(500)에 고정된 지주(410);
상기 지주(410)의 내면에 설치되어 회전축(420)의 외면과 접촉하면서 회전축(420)의 회전 중심을 잡아주고, 회전축(420)과 지주(410) 간의 마찰을 배제하여 회전축(420)의 회전을 보장되도록 설치된 베어링(411);과
표지판(400)에 장착된 전구(402); 중 적어도 하나를 더 포함하여 이루어진 모듈형 풍력발전모듈.
제2항에서,
상기 발전모듈(500)은 제2자석(540)과 제2코일(530) 간의 간격을 조정하기 위해 회전축(420)의 외면에 장착된 회전부재(520), 제2자석(540)과 제2코일(530)에 의해 발생한 전력을 저장하는 제2축전지(550)와, 상기 전구(402)에 전력을 공급하도록 설치된 제2제어기(560)를 더 구비하여 이루어진 모듈형 풍력발전모듈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
상기 회전축(420)이 관통하도록 설치되고, 자연풍 또는 유도풍을 내부로 안내하는 유도부(620)와, 이 유도부(620)에 삽입되면서 자연풍 또는 유도풍에 의해 회전축(420)을 회전시키도록 설치된 회전부(610)가 상호 착탈 가능하게 장착된 적어도 1개의 풍력모듈(600);을 더 포함하여 이루어진 모듈형 풍력발전모듈.
제4항에서,
상기 유도부(620)는 일정 넓이의 테두리를 갖는 환 형상의 제2상부고정림(621)과 제2하부고정림(622), 제2상부고정림(621)과 제2하부고정림(622)의 테두리에 비스듬하게 고정된 적어도 1개의 유도판(623)과, 유도판(623)에 부딪친 자연풍 또는 유도풍이 내부로 유입되도록 마련된 유입구(624)를 구비하여 이루어진 모듈형 풍력발전모듈.
제5항에서,
상기 회전부(610)는 회전축(420)이 길이 방향으로 관통하여 함께 회전하도록 장착된 중심부재(611), 중심부재(611)의 외면에 설치된 제2날개(612), 중심부재의 상부에 배치되면서 일정 넓이의 테두리를 갖는 환 형상의 제1고정림(613)을 구비하고,
상기 회전축(420)의 상부에 설치된 표지판(400)이 회전축(420), 중심부재(611) 및 제2날개(612)와 함께 회전하도록 설치되거나, 표지판(400)이 고정된 상태에서 회전축(420), 중심부재(611) 및 제2날개(612)만 회전하도록 설치되어 이루어진 모듈형 풍력발전모듈.
제6항에서,
상기 제1고정림(613), 제2상부고정림(621)과 제2하부고정림(622) 중 적어도 두 개에는 테두리에서 중앙으로 돌출된 다수의 지지림과, 지지림들이 교차하는 중앙 부위에 회전축(420)이 관통하는 장착홀을 구비하고,
상기 중심부재(611)를 제1고정림(613)과 제2하부고정림(622) 사이에 회전 가능하도록 장착하기 위해 중심부재(611)의 상, 하부에는 장착턱(611a)이 가공되고, 이들 장착턱(611a)은 제1고정림(613), 제2상부고정림(621)과 제2하부고정림(622) 중 적어도 어느 하나의 고정림의 장착홀에 각각 끼워지도록 이루어진 모듈형 풍력발전모듈.
제7항에서,
상기 풍력모듈(600)이 적층되어 다수 설치되면, 각 풍력모듈(600)에서 인접한 고정림들끼리 체결되는 모듈형 풍력발전모듈.
제6항에서,
상기 회전축(420)이 관통하면서 풍력모듈(600)의 아래부터 발전모듈(500)까지 배치된 지주(410)에 풍력모듈(600)을 고정시키기 위해 지주(410)의 상부에 배치되어 제2하부고정림(622)와 체결되면서 일정 넓이의 테두리를 갖는 환 형상의 제3고정림(412)과, 제3고정림(412)의 테두리에서 돌출되어 지주(410)에 고정되는 다수의 지지림을 더 구비하여 이루어진 모듈형 풍력발전모듈.
제6항에서,
상기 제2날개(612)는 상면이 일정 곡률을 이루면서 측면이 상, 하로 직선인 형태이거나, 유입구(624)로 유입되어 부딪친 자연풍 또는 유도풍을 상측으로 배출하면서 표지판(400)에 재차 부딪치도록 유도하기 위해 상면이 일정 곡률을 이루면서 측면이 상,하로 사선 방향이면서 곡선인 형태인 것을 특징으로 하는 모듈형 풍력발전모듈.