KR20200139481A - 터널식 풍력 발전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 터널식 풍력 발전기에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 하이브리드 차량이나 전기차 루프탑에 설치되어 차량 운행중 발전하여 충전할 수 있는 터널식 풍력 발전기를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 입구와 출구를 갖는 원통 형태의 터널부; 상기 터널부의 입구에 설치되며 다수의 블레이드를 갖는 적어도 하나의 전동 모터; 상기 전동 모터의 후방으로부터 상기 출구까지 일렬로 설치되며 각각 다수의 블레이드를 갖는 다수의 발전기; 상기 터널부의 입구에 전방을 향하여 연장되어 설치되되, 풍속이 기준 풍속보다 작을 경우 전단의 직경이 기준 직경보다 커지고, 풍속이 기준 풍속보다 클 경우 전단의 직경이 기준 직경보다 작아지는 풍속 가이드부; 및 상기 다수의 발전기로부터 발전된 전원이 충전되고, 상기 전동 모터에 전원을 공급하는 배터리를 포함하는, 터널식 풍력 발전기를 개시한다.

Description

터널식 풍력 발전기{Tunnel Type Wind Power Generator}
본 발명의 실시예는 터널식 풍력 발전기에 관한 것이다.
우리나라는 원유가 생산되지 않는 나라로서, 자원의 고갈과 산유국의 고유가 정책에 대비하여 대체 에너지 자원을 확보하는 것이 시급한 실정이며, 이를 위해 다각적인 방법을 모색하고 있으며, 그 중의 하나가 풍력을 이용하는 풍력 발전기이다. 일반적으로 종래의 풍력 발전 장치는 대부분이 풍차와 같이, 자연적으로 불어오는 바람을 이용하여 날개를 회전시켜 전기가 발생하도록 하고 있다. 그러나 이와 같은 종래의 풍력 발전 장치는 자연적으로 불어오는 바람을 이용하였기 때문에, 대체로 바람의 강도가 미약하여 경제성 있는 발전을 하기가 어려웠고, 따라서, 보다 더 강한 풍력을 얻기 위하여, 회전 날개가 설치되는 입지 조건으로서, 바람이 항상 잘 부는 높은 곳이나 장애물이 없는 곳 또는 주거 지역에서 멀리 떨어진 곳 등을 선정하게 되는 경우가 많았다. 그러나, 자연적으로 불어오는 자연풍은 한계가 있으며, 또한, 이러한 자연풍을 이용하기 위해서는 대형 프로펠러가 구비된 풍력 발전기를 구축하여야 하므로, 설치장소에 한계가 있으며, 자연경관을 해치고 설치비용이 많이 소요되는 등의 비경제적인 문제점이 있다. 또한 상기와 같은 구성의 풍력발전기가 건물 상부, 도로변 또는 인구 밀집지역에 설치되는 경우 블레이드 파손 시 블레이드의 파편이 날아가 인명 및 물적 피해가 발생하게 되는 문제점이 있었다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 하이브리드 차량이나 전기차 루프탑에 설치되어 차량 운행중 발전하여 충전할 수 있는 터널식 풍력 발전기를 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 바람이 많이 없는 곳에서는 전동 모터가 바람을 생성하여 전기를 소비하면서 발전도 할 수 있는 터널식 풍력 발전기를 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 소형화하여 캠핑이나 오지에서 핸드폰 같은 소형 가전도 충전할 수 있고, 대형화하여 폐 철도의 굴을 이용해 풍력 발전 시설로 활용 가능한 터널식 풍력 발전기를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기는 입구와 출구를 갖는 원통 형태의 터널부; 상기 터널부의 입구에 설치되며 다수의 블레이드를 갖는 적어도 하나의 전동 모터; 상기 전동 모터의 후방으로부터 상기 출구까지 일렬로 설치되며 각각 다수의 블레이드를 갖는 다수의 발전기; 상기 터널부의 입구에 전방을 향하여 연장되어 설치되되, 풍속이 기준 풍속보다 작을 경우 전단의 직경이 기준 직경보다 커지고, 풍속이 기준 풍속보다 클 경우 전단의 직경이 기준 직경보다 작아지는 풍속 가이드부; 및 상기 다수의 발전기로부터 발전된 전원이 충전되고, 상기 전동 모터에 전원을 공급하는 배터리를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 풍속 센서; 및 상기 풍속 센서에 의한 풍속에 따라 상기 풍속 가이드부의 전단 직경을 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 터널식 풍력 발전기는 차량의 루프 탑에 설치되고, 본 발명의 실시예는 차량 속도 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 풍속 및 상기 차량 속도에 따라 상기 풍속 가이드부의 전단 직경을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예는 상기 풍속 가이드부와 상기 터널부의 사이에 설치되어, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 풍속 가이드부의 전단 직경을 조절하는 다수의 실린더를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 풍속이 기준 풍속보다 작을 경우 상기 배터리의 전원이 상기 전동 모터에 공급되도록 하고, 풍속이 기준 풍속보다 클 경우 상기 배터리의 전원이 상기 전동 모터에 공급되지 않도록 할 수 있다.
상기 전동 모터는 발전기 겸용 모터일 수 있다.
상기 제어부는 풍속이 기준 풍속보다 클 경우 상기 발전기 겸용 모터가 발전기로 동작하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예는 하이브리드 차량이나 전기차 루프탑에 설치되어 차량 운행중 발전하여 충전할 수 있는 터널식 풍력 발전기를 제공한다. 또한, 본 발명의 실시예는 바람이 많이 없는 곳에서는 모터가 바람을 생성하여 전기를 소비하면서 발전도 할 수 있는 터널식 풍력 발전기를 제공한다. 또한, 본 발명의 실시예는 소형화하여 캠핑이나 오지에서 핸드폰 같은 소형 가전도 충전할 수 있고, 대형화하여 폐 철도의 굴을 이용해 풍력 발전 시설로 활용 가능한 터널식 풍력 발전기를 제공한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기를 도시한 측면도 및 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기를 도시한 측면도 및 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기의 전기적 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기가 차량에 탑재된 상태를 도시한 평면도 및 측면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기를 도시한 사진이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
또한, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품은 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 반도체), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품의 다양한 구성 요소들은 하나의 집적회로 칩 상에, 또는 별개의 집적회로 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름 상에 구현 될 수 있고, 테이프 캐리어 패키지, 인쇄 회로 기판, 또는 제어부(컨트롤러)와 동일한 서브스트레이트 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는, 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서, 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 프로세스 또는 쓰레드(thread)일 수 있고, 이는 이하에서 언급되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 컴퓨터 프로그램 명령들을 실행하고 다른 구성 요소들과 상호 작용할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은, 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리와 같은 표준 메모리 디바이스를 이용한 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어, CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable media)에 저장될 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 상호간 결합되거나, 하나의 컴퓨팅 장치로 통합되거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이, 본 발명의 예시적인 실시예를 벗어나지 않고, 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들에 분산될 수 될 수 있다는 것을 인식해야 한다.
일례로, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러)는 중앙처리장치, 하드디스크 또는 고체상태디스크와 같은 대용량 저장 장치, 휘발성 메모리 장치, 키보드 또는 마우스와 같은 입력 장치, 모니터 또는 프린터와 같은 출력 장치로 이루어진 통상의 상용 컴퓨터에서 운영될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기(100A)를 도시한 측면도 및 단면도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기(100B)를 도시한 측면도 및 단면도이다.
도 1a, 1b, 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기(100A,100B)는 터널부(110), 전동 모터(120), 발전기(130) 및 풍속 가이드부(140)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기(100A,100B)는 터널부(110)의 외관에 설치된 케이스부(150)를 더 포함할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기(100A,100B)는 배터리(160, 도 3 참조)를 더 포함할 수 있다.
터널부(110)는 대략 원형의 입구(111)와, 입구(111)의 반대측에 형성된 대략 원형의 출구(112)를 갖는 속이 비어 있는 긴 원통 형태일 수 있다. 경우에 따라, 터널부(110)는 입구(111)의 직경에 비해 출구(112)의 직경이 더 작을 수 있다. 일례로, 입구(111)로부터 출구(112)까지 점차 직경이 작아질 수 있다. 이에 따라, 입구(111)로부터 출구(112)로 감에 따라 풍속이 더욱 증가할 수 있다. 이러한 터널부(110)는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 구리, 니켈, 이들의 합금, 플라스틱, 합성 수지로 제조될 수 있다.
여기서, 터널부(110)의 입구(111)로부터 출구(112)까지 점차 직경이 작아지되, 일렬로 배열된 발전기(130)의 크기는 모두 동일할 수 있다. 이에 따라, 모든 발전기(130)의 발전 용량이 유사할 수 있다. 또한, 터널부(110)의 입구(111)로부터 출구(112)까지 점차 직경이 작아지고, 동시에 일렬로 배열된 발전기(130)의 크기 역시 입구(111)에서 출구(112)로 감에 따라 점차 작아질 수 있다. 이에 따라, 터널부(110)의 입구(111)로부터 출구(112)까지 감에 따라, 발전기(130)의 발전 용량도 점차 작아질 수 있다.
전동 모터(120)는 터널부(110)의 입구(111)에 설치되며 다수의 블레이드(또는 터빈)를 가질 수 있다. 전동 모터(120)는 풍속이 기준 풍속 보다 작을 경우 배터리(160)로부터 전원을 공급받아(배터리 방전) 블레이드를 회전시킴으로써, 후방측 즉, 발전기(130) 쪽으로 바람을 보낼 수 있다. 그러나, 배터리(160)의 전원이 기준 전원보다 낮을 경우 전동 모터(120)에 배터리(160)의 전원은 공급되지 않는다(배터리 방전 중지). 또한, 전동 모터(120)는 발전기 겸용 모터일 수 있다. 이와 같이 하여, 발전기 겸용 모터는 풍속이 기준값보다 작을 경우 전동 모터로 동작하여 배터리(160)의 전원을 소비하나(배터리 방전), 풍속이 기준값보다 클 경우 발전기로 동작하여 배터리(160)에 전원을 공급할 수 있다(배터리 충전).
발전기(130)는 전동 모터(120)의 후방으로부터 출구(112)까지 일렬로 설치되며 각각 다수의 블레이드(또는 터빈)를 포함할 수 있다. 비록 도면에서 9개의 발전기(130)가 도시되어 있으나, 이보다 적거나 많을 수 있다. 이와 같이 하여, 발전기(130)는 바람 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 이를 배터리(160)에 저장하도록 한다. 또한, 발전기(130)는 발전기 겸용 모터일 수도 있다. 즉, 상술한 전동 모터(120) 및 발전기(130)가 모두 후방으로 바람을 송풍하는 모터로 동작할 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 터널식 풍력 발전기(100A,100B)는 경우에 따라 자동차나 배와 같은 운송 수단을 앞으로 밀어내는 보조 장치 또는 주요 장치로 이용될 수도 있다.
풍속 가이드부(140)는 터널부(110)의 입구(111)에 전방을 향하여 연장되어 설치되되, 풍속이 미리 설정된 기준 풍속보다 작을 경우 전단의 직경이 미리 설정된 기준 직경보다 커지고(예를 들면, 터널부(110)의 입구 직경보다 커짐), 풍속이 미리 설정된 기준 풍속보다 클 경우 전단의 직경이 미리 설정된 기준 직경보다 작아질 수 있다(예를 들면, 터널부(110)이 입구 직경보다 작아짐). 여기서, 풍속 가이드부(140)는 터널부(110)가 아닌 케이스부(150)의 전방에 설치될 수도 있다.
또한, 풍속 가이드부(140)는 다수의 중첩 플레이트로 이루어져, 전단의 직경에 관계없이 중첩 플레이트 사이에 빈 공간이 없을 수 있다. 일례로, 풍속 가이드부(140)는 전단의 직경이 상대적으로 클 경우 중첩 플레이트 사이의 상호간 중첩 면적이 상대적으로 작아지고, 전단의 직경이 상대적으로 작을 경우 중첩 플레이트 사이의 상호간 중첩 면적이 상대적으로 커질 수 있다. 풍속 가이드부(140)는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 구리, 니켈 및 이들의 합금으로 제조될 수 있다.
더불어, 풍속 가이드부(140)는 풍속 가이드부(140)와 터널부(110)(또는 케이스부(150))의 사이에 설치된 다수의 실린더(141)를 더 포함할 수 있다. 일례로, 실린더(141)의 로드가 연장되면 풍속 가이드부(140)의 전단 직경이 작아지고, 실린더(141)의 로드가 축소되면 풍속 가이드부(140)의 전단 직경이 커질 수 있다.
일반적으로, 입구(111) 및 출구(112)의 직경이 동일한 터널부(110)를 공기가 통과할 경우, 하기의 수학식과 같이 입구(111)의 공기 속도(v1)와 입구(111)의 단면적(A1)의 곱은 출구(112)의 공기 속도(V2)와 출구(112)의 단면적(A2)의 곱과 같다.
V1A1 = V2A2
상기 수학식에서 볼 수 있는 바와 같이, 예를 들어 터널부(110)의 출구(112)의 단면적이 고정된 상태에서 터널부(110)의 입구(111)의 단면적이 커진다면, 출구(112)의 공기 속도가 빨라져야 함을 알 수 있다.
추가적으로, 공기의 속도가 증가하면 발전기(130)의 출력이 더욱 향상됨을 아래 수학식을 통해 알 수 있다. 즉, 발전기(130)의 출력(P)은 공기 속도(V)의 세제곱에 비례한다.
P = 1/2 (ρV3)
여기서, P는 발전기(130)의 출력, ρ는 상수, V는 공기의 속도이다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에서는 풍속 가이드부(140)에 따라 공기의 속도가 증가함으로써, 결국 발전기(130)의 출력이 대략 60% 이상 증가됨을 확인할 수 있다.
케이스부(150)는 터널식 풍력 발전기(100A,100B)의 대략 외측을 감쌈으로써, 터널식 풍력 발전기(100A)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 케이스부(150)의 전방에는 풍속 가이드부(140)가 설치되어, 전방이 개방되거나 막힐 수 있다. 또한, 케이스부(150)의 후방은 전동 모터(120) 및/또는 발전기(130)에 의한 바람이 후방으로 빠져나갈 수 있도록 개방될 수 있다.
배터리(160)는 발전기(130)로부터 발전된 전원이 충전되거나, 또는 전동 모터(120)에 전원을 공급하여 방전될 수 있다. 일부 예들에서, 배터리(160)는 리튬이온전지, 리튬폴리머전지 또는 고체 전지를 포함할 수 있다. 배터리(160)는 발전기(130)로부터의 전원에 의한 과충전 상태를 방지하기 위한 과충전 방지 회로와, 전동 모터(120)에 공급되는 전원에 의한 과방전 상태를 방지하기 위한 과방전 방지 회로를 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 하이브리드 차량이나 전기차 루프탑에 설치되어 차량 운행중 발전하여 충전할 수 있는 터널식 풍력 발전기(100A,100B)를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 바람이 많이 없는 곳에서는 전동 모터(120)가 바람을 생성하여 전기를 소비하면서 발전도 할 수 있는 터널식 풍력 발전기(100A,100B)를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 소형화하여 캠핑이나 오지에서 핸드폰 같은 소형 가전도 충전할 수 있고, 대형화하여 폐 철도의 굴을 이용해 풍력 발전 시설로 활용 가능한 터널식 풍력 발전기(100A,100B)를 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기(100A,100B)의 전기적 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기(100A)의 전기적 구성은 풍속 센서(171), 속도 센서(172), 풍속 가이드부(140), 발전기(130), AC-DC 컨버터(174), 배터리(160), 전동 모터(120) 및 제어부(173)를 포함할 수 있다.
풍속 센서(171)는 터널부(110), 케이스부(150) 또는 차량에 설치되어, 터널식 풍력 발전기(100A,100B)에 공급되는 풍속을 센싱하고, 이를 전기적 신호로 변환하여 제어부(173)에 전송할 수 있다. 속도 센서(172)는, 일례로, 차량에 이미 설치된 속도계로부터 정보를 읽어와, 제어부(173)에 전송할 수 있다. 속도 센서(172)는 본 발명에 따른 터널식 풍력 발전기(100A)가 차량이나 선박과 같이 운송되지 않고 고정식으로 설치될 경우 생략될 수도 있다. 더불어, 본 발명에 따른 터널식 풍력 발전기(100A,100B)가 차량이나 선박과 같이 운송 수단에 설치된 경우, 풍속 센서(171)가 생략될 수도 있다.
풍속 가이드부(140)는 제어부(173)의 제어 신호에 의해 제어될 수 있다.
일례로, 제어부(173)는 풍속 센서(171)에 의한 풍속이 기준 풍속보다 작다고 판단될 경우 전단의 직경이 기준 직경보다 커지도록 실린더(141)를 제어(예를 들면, 실린더(141)의 로드 축소)할 수 있다. 다른 예로, 제어부(173)는 풍속 센서(171)에 의한 풍속이 기준 풍속보다 크다고 판단될 경우 전단의 직경이 기준 직경보다 작아지도록 실린더(141)를 제어(예를 들면, 실린더(141)의 로드 연장)할 수 있다.
또 다른 예로, 제어부(173)는 속도 센서(172)에 의한 속도가 기준 속도보다 작다고 판단될 경우 전단의 직경이 기준 직경보다 커지도록 실린더(141)를 제어(예를 들면, 실린더(141)의 로드 축소)할 수 있다. 다른 예로, 제어부(173)는 속도 센서(172)에 의한 속도가 기준 속도보다 크다고 판단될 경우 전단의 직경이 기준 직경보다 작아지도록 실린더(141)를 제어(예를 들면, 실린더(141)의 로드 연장)할 수 있다.
더불어, 제어부(173)는 풍속 센서(171) 및 속도 센서(172)로부터 얻은 정보를 종합하여 풍속 가이드부(140)의 전단 직경 또는 개방 정도를 제어함으로써, 더욱 정확하게 풍속 가이드부(140)의 전단 직경 또는 개방 정도를 제어할 수 있다.
발전기(130)는 상술한 바와 같이 전력을 생산하여 배터리(160)를 충전하는 역할을 한다. 물론, 이때 AC-DC 컨버터(174)에 의해 교류 전력이 직류 전력으로 변환되고 전압이 조절되어 배터리(160)에 공급될 수 있다. 한편, 발전기(130) 역시 제어부(173)의 제어 신호에 따라 발전기(130)로 동작하거나 또는 상술한 바와 같이 모터로 동작할 수 있다. 발전기(130)가 모터로 동작할 경우, 배터리(160)로부터 전원을 공급받을 수 있다.
전동 모터(120) 역시 상술한 바와 같이 배터리(160)로부터 전원을 공급받아 후단의 발전기(130)에 바람을 전달할 수 있다.
일례로, 제어부(173)는 풍속 센서(171)로부터 얻은 풍속이 기준 풍속보다 작거나 또는 속도 센서(172)로부터 얻은 속도가 기준 속도보다 작을 경우 배터리(160)의 전원이 전동 모터(120)에 공급되도록 한다.
다른 예로, 제어부(173)는 풍속 센서(171)로부터 얻은 풍속이 기준 풍속보다 크거나 또는 속도 센서(172)로부터 얻은 속도가 기준 속도보다 클 경우 배터리(160)의 전원이 전동 모터(120)에 공급되지 않도록 차단할 수 있다.
그러나, 제어부(173)는 배터리(160)의 현재 용량이 미리 정해진 기준 용량보다 작을 경우, 풍속 및/또는 속도가 기준 풍속 및/또는 기준 속도보다 작다고 해도, 배터리(160)의 전원이 전동 모터(120)에 공급되지 않도록 차단한다.
한편, 제어부(173)는 풍속이 기준 풍속보다 클 경우 및/또는 속도가 기준 속도보다 클 경우 전동 모터(120) 즉, 발전기 겸용 모터가 발전기(130)로 동작하도록 제어할 수 있다. 따라서, 풍속이나 속도가 미리 설정된 기준값보다 높을 경우, 발전기 겸용 모터도 발전기(130)로 동작함으로써, 배터리(160)의 충전 효율이 더욱 향상될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기(100A,100B)가 차량에 탑재된 상태를 도시한 평면도 및 측면도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기(100A,100B)는 하이브리드 차량 또는 전기 차량의 루프탑에 설치될 수 있다. 일례로, 전,후방이 개방될 수 있고, 상면,하면 및 양측면을 갖는 케이스부(150)의 내측에 다수의 터널식 풍력 발전기(100A,100B)가 설치될 수 있다. 여기서, 터널식 풍력 발전기(100A,100B)의 입구(111)는 차량의 전방을 향하고, 터널식 풍력 발전기(100A,100B)의 출구(112)는 차량의 후방을 향할 수 있다. 따라서, 차량의 운행 시 자연스럽게 터널식 풍력 발전기(100A,100B)가 발전함으로써, 차량 내에 장착된 배터리(160)가 충전될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 경우에 따라 전동 모터(120) 및 발전기(130)가 모두 모터로 동작함으로써, 터널식 풍력 발전기(100A,100B)는 차량에 추력을 제공할 수 있다. 따라서, 터널식 풍력 발전기(100A,100B)에 의해 차량의 주행 속도가 향상될 수 있다.
더불어, 본 발명의 실시예는 케이스부(150)의 상면에 태양광을 집광하는 집광부와, 집광부에 의해 집광된 태양광을 흡수하여 전기를 발생하는 솔라셀을 직렬 또는 병렬로 배열한 태양전지 모듈을 더 구비할 수 있다. 물론, 태양전지 모듈에 의해 발전된 전원은 배터리(160)에 충전될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 배터리(160)의 충전 효율이 더욱 향상될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기(100A)를 도시한 사진이다.
도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기(100A)는 원통형 터널부(110)의 내측에 전동 모터(120) 및 다수의 발전기(130)가 설치될 수 있다. 이에 따라, 터널식 풍력 발전기(100A)로부터 차량에 장착된 배터리(160)가 충전되거나 또는 소형 가전 기기도 충전될 수 있다. 한편, 터널부(110)는 한번에 길게 형성하기 어려울 수 있으므로, 길이가 짧은 다수의 원통형 유닛 터널로 구분될 수 있고, 다수의 원통형 유닛 터널이 상호간 용접되어 결합됨으로써 긴 원통형 터널부(110)가 구비될 수 있다.
여기서, 다수의 원통형 유닛 터널의 경계부에 전동 모터(120) 및 발전기(130)가 결합될 수 있다. 일례로, 전동 모터(120) 및 발전기(130)를 지지하는 지지 플레이트(121,131)가 일측의 원통형 유닛 터널과 타측의 원통형 유닛 터널 사이에 개재되어 고정되고, 또한 일측의 원통형 유닛 터널과 타측의 원통형 유닛 터널이 용접되어 상호간 고정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터널식 풍력 발전기를 도시한 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에는 발전기의 전단에 설치된 보조 풍속 가이드부(175)를 더 포함할 수 있다. 일례로, 보조 풍속 가이드부(175)는 터널부(110)의 입구로부터 터널부(110)의 출구를 향하여 직경이 점차 넓어지는 콘 형태일 수 있다. 다만, 보조 풍속 가이드부(175)의 선단은 터널부(110)의 대략 중심선과 일치하고, 보조 풍속 가이드부(175)의 종단은 터널부(110)의 내벽으로부터 소정 거리 이격될 수 있다.
실질적으로, 발전기(130)의 블레이드(132)의 중심에 공급되는 바람은 블레이드(132)의 회전에 도움을 주지 않는다. 따라서, 본 발명의 실시예는 실질적으로 블레이드(132)의 회전에 도움을 주는 영역으로 바람이 집중될 수 있도록 콘 형태의 보조 풍속 가이드부(175)를 제공한다. 더욱이, 보조 풍속 가이드부(175)의 종단과 터널부(110)의 내벽 사이의 단면적이 터널부(110)의 전체 내경이 갖는 단면적에 비해 작음으로써, 풍속이 더욱 증가되어 발전기(130)의 블레이드(132)가 갖는 회전수가 더욱 증가하게 된다.
이러한 콘 모양의 보조 풍속 가이드부(175)는 터널부(110)의 출구쪽에 가장 가까운 발전기(130)의 블레이드(132)의 전방에만 이격되어 설치됨으로써, 속도가 줄어든 바람의 속도를 효율적으로 다시 증가시킬 수 있다. 물론, 보조 풍속 가이드부(175)는 터널부(110) 내의 모든 발전기(130)의 블레이드(132)의 전방에 설치될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 터널식 풍력 발전기를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100A,100B; 터널식 풍력 발전기
110; 터널부 111; 입구
112; 출구 120; 전동 모터
130; 발전기 140; 풍속 가이드부
141; 실린더 150; 케이스부
160; 배터리 171; 풍속 센서
172; 속도 센서 173; 제어부
174; AC-DC 컨버터 175; 보조 풍속 가이드부

Claims (7)

  1. 입구와 출구를 갖는 원통 형태의 터널부;
    상기 터널부의 입구에 설치되며 다수의 블레이드를 갖는 적어도 하나의 전동 모터;
    상기 전동 모터의 후방으로부터 상기 출구까지 일렬로 설치되며 각각 다수의 블레이드를 갖는 다수의 발전기;
    상기 터널부의 입구에 전방을 향하여 연장되어 설치되되, 풍속이 기준 풍속보다 작을 경우 전단의 직경이 기준 직경보다 커지고, 풍속이 기준 풍속보다 클 경우 전단의 직경이 기준 직경보다 작아지는 풍속 가이드부; 및
    상기 다수의 발전기로부터 발전된 전원이 충전되고, 상기 전동 모터에 전원을 공급하는 배터리를 포함하는, 터널식 풍력 발전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    풍속 센서; 및
    상기 풍속 센서에 의한 풍속에 따라 상기 풍속 가이드부의 전단 직경을 조절하는 제어부를 더 포함하는, 터널식 풍력 발전기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 터널식 풍력 발전기는 차량의 루프 탑에 설치되고,
    차량 속도 센서를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 풍속 및 상기 차량 속도에 따라 상기 풍속 가이드부의 전단 직경을 조절하는, 터널식 풍력 발전기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 풍속 가이드부와 상기 터널부의 사이에 설치되어, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 풍속 가이드부의 전단 직경을 조절하는 다수의 실린더를 더 포함하는, 터널식 풍력 발전기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 풍속이 기준 풍속보다 작을 경우 상기 배터리의 전원이 상기 전동 모터에 공급되도록 하고, 풍속이 기준 풍속보다 클 경우 상기 배터리의 전원이 상기 전동 모터에 공급되지 않도록 하는, 터널식 풍력 발전기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전동 모터는 발전기 겸용 모터인, 터널식 풍력 발전기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 풍속이 기준 풍속보다 클 경우 상기 발전기 겸용 모터가 발전기로 동작하도록 제어하는, 터널식 풍력 발전기.
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