WO2011062346A1 - 풍력발전기용 집풍타워 - Google Patents

풍력발전기용 집풍타워 Download PDF

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WO2011062346A1
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wind tunnel
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김전수
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Kim Juen Soo
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    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Definitions

  • the present invention relates to a wind turbine tower for wind power generators, and more specifically, by collecting winds flowing through a large surface area down through an internal wind tunnel and rotating a turbine to enable more efficient power generation through a wind power generator.
  • the present invention relates to a wind turbine tower for a wind turbine.
  • the wind power generator is provided with a generator chamber 111 in the basement and collecting means such as a collecting tower 112 on the ground, and the collecting tower 112 is illustrated in FIG. 1.
  • the wind tunnel 114 includes a tubular member installed vertically on the base 113 and has a plurality of wind inlets 117 formed on a circumferential surface thereof.
  • a plurality of wind collecting plates 115 provided in a normal direction from a wall around the periphery of the 114, a top plate 116 blocking the top of the wind collecting plate 115 and the wind tunnel 114, and an adjacent wind collecting plate 115.
  • a plurality of guide plates 118 installed between the plurality of guide plates 118 for guiding the wind blowing between the wind collecting plates 115 toward the wind tunnel 114 and the adjacent collecting wind plates 115 to the outside of the wind collecting plates 115. Permits only the circulation of wind from the interior of the wind collecting plate 115 to the outside of the wind collecting plate 115 The distribution consists of a number of openings (124,129) for regulation.
  • the wind blowing in the circumference of the wind tunnel 114 is guided to the guide passage formed by the wind collecting plate 115 and the guide plate 118, and the wind inlet 117 again.
  • the turbine 131 and the generator 132 connected to the turbine 131 are configured to generate power.
  • the wind power generator effectively captures the wind blowing from various directions so that the wind is concentrated in the wind tunnel 114, so that the continuous power generation is possible even when the wind speed is relatively low, Less limiting factor for the installation location, there is an advantage to increase the power generation efficiency.
  • the wind turbine tower 112 of the related art as described above is closer to the lower end of the wind tunnel 114 as the opening / closing opening 124 located at the lower end of the plurality of openings and closing openings 124.
  • the magnitude of the wind flowing in the wind tunnel 114 is increased cumulatively. Since it is not relatively large as indicated by B), the opening and closing operation 124 of the inner cylinder 119 adjacent to the wind tunnel 114 normally opens and closes, but the closer to the bottom of the wind tunnel 114, the size of the wind is indicated by the arrow (C). Since it is relatively large, as shown, the lower wind inlet 117 and the adjacent opening and closing port 124 are closed due to the wind pressure of the cumulatively increased wind C, thereby preventing normal opening and closing operation.
  • the wind blowing to the outside of the wind-up tower 112 may occur in the vertical direction, in particular, the wind blowing to the upper opening 129 than the opening 129 of the lower If larger, a portion of the wind passing through the opening and closing door 129 from the top greatly reduces or completely closes the opening degree of the opening and closing door 129 at the bottom, so that the wind can not be collected through the entire outer surface of the house wind tower 112, so the wind collection efficiency is increased. There was also a big problem.
  • the present invention is to solve the above problems, even if the wind pressure formed in the wind tunnel by the outside air flowing into the wind tunnel is gradually increased toward the bottom of the wind tunnel so that the inflow of outside air due to the wind pressure accumulated in the wind tunnel so
  • the purpose of the present invention is to improve the power generation efficiency of wind power generators that generate electricity by the wind that collects in the wind tunnel by allowing the outside air to flow into the wind tunnel at all times.
  • the present invention is installed on the base, the wind tunnel is formed in a plurality of wind inlet in which wind is introduced into the circumference;
  • a guide part provided at a circumference of the wind tunnel and having a plurality of guide passages for guiding wind from the outside into the wind inlet;
  • a plurality of comb windows installed on the guide passage of the guide part so as to be spaced apart from the wind tunnel so that the wind flowing into the guide part is guided downward from the guide part and flows into the wind inlet of the wind tunnel;
  • at least one support frame body disposed to traverse on each of the guide passages, the at least one support frame having at least one through hole for mounting and covering the comb window, wherein the guide part is disposed in a radial direction around the wind tunnel.
  • a plurality of wind collecting plates arranged;
  • a plurality of guide plates mounted on the periphery of the wind tunnel so as to be spaced apart from each other in the vertical direction between the wind collecting plates to form the induction passage together with the wind collecting plates.
  • the rotating shaft rotatably installed in the center of the top plate corresponding to the wind tunnel;
  • a plurality of wind cups mounted on an upper portion of the rotating shaft to rotate by the wind passing on the top plate to rotate the rotating shaft;
  • an impeller mounted on the lower portion of the rotating shaft and generating an air flow moving from the upper end to the lower end of the wind tunnel by rotating in synchronism with the wind speed.
  • At least one support frame body which is arranged to traverse on each of the guide passages, and has at least one through hole to which the comb is mounted and covered.
  • the comb plate is attached to the outer surface of the window frame is preferably extended to be inclined inward from the outside of the through hole.
  • a comb window having at least one comb plate is installed on an induction passage for inducing outside air from the outside to the wind tunnel or on a through hole of at least one support frame mounted on the induction passage.
  • FIG. 2 is a plan sectional view of the house wind tower shown in FIG.
  • FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of the wind-up tower shown in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view of the wind turbine to which the wind turbine tower shown in FIG. 4 is applied;
  • FIG. 6 is a front view of the comb window shown in FIG. 5, FIG.
  • window frame 33 comb plate
  • blowing means 61 rotating shaft
  • the wind collecting tower of the present invention is a large structure in the form of a tower used for wind power generation, and as shown by reference numeral 1 in FIGS. 4 and 5, a wind tunnel 10, a guide part 20, and a plurality of comb windows ( 30).
  • the wind tunnel 10 collects wind toward the center of the wind collecting tower 1 and sends it to the turbine 80 of the wind turbine 70 through the base 3 at the bottom.
  • the wind tunnel 10 is installed on the base (3), a plurality of wind inlet (5) through which the wind flows through the perimeter.
  • the wind tunnel 10 is erected in the vertical direction on the base 3, may have a variety of cross-sectional shapes, but in this embodiment, as shown in Figs.
  • the lower end of the wind tunnel 10 is connected to a blower pipe path 19 provided at the base 3, and a turbine 80 is installed at one point of the blower pipe path 19, and the turbine 80 is provided. Is coaxially connected to the generator 70 is rotated by the wind supplied through the blower pipe 19 to drive the generator 70 to produce electricity.
  • the wind collecting plate 13 is a portion constituting the longitudinal skeleton of the wind collecting tower (1), as shown in Figure 4 and 5, the bar is disposed in the radial direction around the wind tunnel 10, It is preferable that the six corners of the regular wind tunnel 10 are spaced at an angle of 60 degrees to each other and arranged in a diagonal direction of the regular hexagon as a whole.
  • the guide plate 15 is a portion formed by stacking a plurality of induction passages 7 along the wind inlet 5 up and down, and is arranged to be spaced apart from each other in the vertical direction between the wind collecting plate 13. do.
  • each of the guide plate 15 is a downward curved portion 15a which is lowered toward the inner side from the outer side, and a horizontal portion extending in the horizontal direction from the inner side of the downward curved portion 15a and connected to the periphery of the wind tunnel 10 ( 15b).
  • the plurality of guide plates 15 arranged to be spaced apart from each other in the vertical direction between the wind collecting plate 13 radially installed around the wind tunnel 10 and two adjacent wind collecting plates 13 are blown from the outside. It forms a guide passage (7) to guide the wind to the wind inlet (5) of the wind tunnel (10).
  • the plurality of comb 30 is a means for allowing the wind flowing into the guide unit 20 to be guided downward from the guide unit 20 to be introduced into the wind inlet 5 of the wind tunnel 10, FIG. 4. And bar spaced apart from the wind tunnel 10 so as to traverse the guide passage 7 on at least one side of the guide passage 7 leading to the wind tunnel 10, as shown in FIG. 5. It is also possible to mount one comb 30 to one guide passage 7 by making it as shown in FIG. 4, but to support the guide passage 7 at a point on each guide passage 7 as shown in FIG. 4. It is more preferable to arrange
  • each of the support frame bodies 40 and 50 can cover the entire cross section of each of the guide passages 7 as shown in FIGS. 4, 6, and 7, and the wind can pass therethrough.
  • Any shape may be used as long as it has a through-hole 23, but it is preferable to take a lattice form consisting of the horizontal bar 21 and the vertical bar 22 as in the present embodiment, in which case the horizontal bar A plurality of rectangular lattice holes formed by the 21 and the vertical bars 22 form the through holes 23.
  • each of the support frame bodies 40 and 50 is provided with at least one or more pieces along each guide passage 7, as shown in FIGS. 4 and 5, for example, as shown in FIG. In the adjacent and the outermost two) may be installed, one in each case, if the wind tunnel is a hexagon as in this embodiment is disposed between the wind collecting plate 13 passing through the six corners of the wind tunnel 10
  • the support frame bodies 40 and 50 also have a coaxial arrangement of a regular hexagon as a whole.
  • the comb window 30 mounted to each of the support frame bodies 40 and 50 is formed around the through hole 23 of the support frame bodies 40 and 50, that is, the horizontal bar 21 and the vertical bar 22 in FIG. 6.
  • the comb plate 33 is attached to the window frame 31 to cover the opening 35 of the window frame 31 from above, respectively, the window
  • the window By being inclined at a predetermined angle with respect to a plane constituting the opening 35 of the frame 31, once the wind passing through the through hole 23 does not easily flow outwards, it is directed to the wind tunnel 10 along the guide passage 7.
  • the wind tunnel 10 serves to guide the movement to the lower wind tunnel 10.
  • the comb plate 33 may be mounted on the through hole 23 in various sizes, numbers or arrangements.
  • the comb plate 33 is attached to the outer surface of the window frame 31 so that the through hole 23 is provided. It is preferable to extend so as to be inclined downward from the outside to the inside.
  • the wind-up tower 1 does not flow out through the wind inlet (5) or through hole 23, the wind entering the wind tunnel 10 through the through hole 23 and the comb window 30
  • the blowing means 60 is mounted through the top plate 41 of the upper end of the wind tunnel 10, the blowing means ( 60 may be manufactured in various forms, but in this embodiment, as shown in more detail in FIG. 8, the rotation shaft 61, the plurality of wind vessels 63, and the impeller 65 are largely formed.
  • the rotating shaft 61 is a portion connecting the inner and outer sides of the wind tunnel 10, that is, the wind blowing tower 1, the center of the top plate 41 corresponding to the wind tunnel 10.
  • the plurality of wind cup 63 is a portion receiving the wind at the top of the wind tower (1) is mounted at regular intervals in the radial direction at the top of the rotary shaft 61 is a top plate of the wind tower (1) (41)
  • the rotary shaft 61 is rotated by rotating by the wind passing on the top
  • the impeller 65 is a portion that generates the air flow downward from the upper end of the wind tunnel 10 by the rotary shaft 61. It is attached to the lower end of the () is to rotate in synchronism with the wind boat (63).
  • the wind collecting tower 1 of the present invention passes through each through-hole 23 from the outside to the induction passage 7 or the wind blowing into the wind tunnel 10 again. (7) to stably move to the turbine 80 along or along the wind tunnel 10 along the guide passage 7 without exiting to or from the outside, initially the arrow A in FIG. Outside air approaching the comb 30 as shown by the flow through each through hole 23, as indicated by the arrow (B) is introduced into the guide passage (7).
  • the support frame 50 when the support frame 50 is arranged in a single layer on the outside of the guide passage 7, the wind passing through the through hole 23 directly flows into the wind tunnel 10, and the support frame body as shown in FIG. 5.
  • the outer support frame body 50 is introduced into the wind tunnel 10 as well as through the through hole 23 of the inner support frame body 40.
  • blowing means 60 is mounted at the upper end of the wind tunnel 10, downward air flow flowing from the upper end of the wind tunnel 10 to the lower end occurs, and when the wind blows over the house wind tower 1, the wind is hit.
  • the plurality of wind boats 63 are rotated about the rotation shaft 61, so that the impeller 65 mounted at the lower end of the rotation shaft 61 also rotates synchronously to cause the wind flowing down the wind tunnel 10.
  • the downward air flowing down from the side wall of the wind tunnel 10 through the wind inlet 5 is pulled down to enhance the downward straightness of the introduced air.
  • the wind flowing into the wind tunnel 10 with downward flowability while passing through the plurality of comb windows 30 installed in the guide portion 20 is further enhanced by the wind blowing from the blowing means 60. Rather than escaping outward through the other through hole 9, it flows downward along the wind tunnel 10 and stably moves to the blower pipe path 19 so that the turbine 80 is rotated more powerfully than the generator 70. It generates a lot of electricity.

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Abstract

본 발명은 풍력발전기용 집풍타워에 관한 것으로, 기부 위에 세워 설치되고, 둘레면에 바람이 유입되는 다수 개의 바람 도입구가 형성된 통모양의 풍동; 상기 풍동의 둘레부분에 구비되어 외부에서 들어오는 바람을 상기 바람 도입구로 유도하 는 다수개의 유도통로가 형성된 가이드부; 및 상기 가이드부의 상기 유도통로 상에 상기 풍동과 이격되도록 설치되어 상기 가이드부로 유입되는 바람이 상기 가이드부 에서 하향 유도되어 상기 풍동의 바람 도입구로 유입되도록 하는 복수의 빗살창; 및 상기 각각의 유도통로 상에 횡단하도록 배치되되, 상기 빗살창이 장착되어 덮히 는 하나 이상의 통공을 구비하고 있는 적어도 하나 이상의 지지프레임체;로 이루어 지고, 상기 가이드부는, 상기 풍동의 둘레에 방사방향으로 배치되는 복수의 집풍 판; 및 상기 집풍판 사이에서 상하방향으로 이격되도록 상기 풍동의 둘레에 장착되 어 상기 집풍판과 함께 상기 유도통로를 형성하도록 되어 있는 복수의 가이드판;으 로 구성되며, 풍동의 표면적 전체를 이용해 외기가 유입될 수 있게 하여 풍동으로 모이는 바람에 의해 전기를 발생시키는 풍력발전기의 발전 효율을 향상시킬 수가 있다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 15.07.2010]　풍력발전기용 집풍타워
본 발명은 풍력발전기용 집풍타워에 관한 것으로, 보다 상세하게는 넓은 표 면적을 통해 유입되는 바람을 내부의 풍동을 통해 아래로 모아 터빈을 회전시킴으로써 풍력발전기를 통해 보다 효율적으로 발전을 할 수 있도록 해주는 풍력발전기용 집풍타워에 관한 것이다.
일반적으로, 바람을 이용하여 발전을 하는 풍력발전기는 발전기의 회전축에 풍차를 설치하여, 바람에 의해 풍차가 회전됨에 따라 발생되는 회전력을 이용하여 발전을 할 수 있도록 구성된다.
그런데, 이러한 풍력발전기는 비교적 높은 풍속의 바람이 불어야만 풍차가 회전되어 발전이 이루어지므로, 바람이 많이 부는 특정한 지역을 제외하고 풍력발전기를 설치하는 것이 부적절하며, 바람의 에너지를 전기로 변환하는 효율이 매우 낮은 문제점이 있었다.
한편, 본 출원인은 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 집풍타워를 이용하여 바람을 집중시켜 풍속이 낮은 경우에도 발전을 할 수 있도록 된 새로운 구조의 풍력발전장치를 특허 출원한 바 있다(공개특허번호 10-2009-0021305호).
상기 풍력발전장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 지하에 발전기실(111)을, 지상에 집풍타워(112)와 같은 집풍수단을 각각 마련하고 있으며, 상기 집풍타워(112) 는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기부(113)의 위쪽에 연직방향으로 세워서 설치한 통모양 부재로 구성되고 둘레면에는 다수개의 바람 도입구(117)가 형성된 풍동(114)과, 상기 풍동(114)의 둘레의 벽으로부터 법선 방향으로 설치된 복수의 집풍판(115)과, 상기 집풍판(115) 상호간 및 풍동(114)의 상단 개구를 막는 천판(116)과, 인접하는 집풍판(115) 사이에 설치되어 상기 집풍판(115) 사이로 불어 오는 바람을 상기 풍동(114) 쪽으로 가이드하는 복수의 가이드판(118)과, 인접하는 집풍판(115) 사이에 설치되어 집풍판(115)의 외부로부터 집풍판(115)의 내부로 바람의 유통만을 허용하고 집풍판(115) 내부로부터 외부로의 유통을 규제하는 다수의 개폐구(124,129)로 이루어진다.
상기 발전기실(111)에는 상기 풍동(114)에 연통하는 지하 풍동(130)이 설치 되어, 이 지하 풍동(130)내를 흐르는 바람에 의해 회전 구동되는 터빈(131)과, 이터빈(131)에 의해 구동되는 발전기(132)와, 그 외의 송전설비 등이 설치되어 있다.
위와 같은 구조로 이루어지는 풍력발전장치는 풍동(114)의 둘레부에 부는 바람이 상기 집풍판(115)과 가이드판(118)에 의해서 형성되는 유도통로에 안내되고, 다시 상기 바람 도입구(117)를 통해 풍동(114)의 내부로 유입된 후 터빈(131)으로 공급되어, 터빈(131)과 터빈(131)에 연결된 발전기(132)를 회전시켜 발전을 할 수 있도록 구성된다.
따라서, 이러한 풍력발전장치는 다양한 방향으로부터 불어오는 바람을 유효 하게 포집하여 상기 풍동(114)의 내부로 바람이 집중 유입되도록 함으로써 바람의 풍속이 비교적 낮은 경우에도 지속적인 발전이 가능하므로, 풍력발전장치의 설치위치에 대한 제한요소가 적으며, 발전효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
특히, 집풍판(115)의 외측 둘레부 사이에는 개폐구(124, 129)가 구비되어 유도통로의 내부로 유입된 바람이 외부로 역류되지 않도록 함으로써, 풍력이 저하되는 것을 방지하여 발전효율을 향상시킬 수 있게 된다.
그런데, 위와 같은 종래의 풍력발전기용 집풍타워(112)는 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 개폐구(124)들 중에서 하단에 위치하는 개폐구(124)일수록 즉, 풍동(114)의 하단에 가까울수록 화살표(A,B,C)로 표시된 바와 같이 풍동(114) 내부를 흐르는 바람의 크기가 누적적으로 증대되는 바, 풍동(114)의 상부나 중간에서는 누적된 바람의 크기가 화살표(A,B)로 표시된 것처럼 상대적으로 크지 않으므로, 풍동(114)과 인접한 내통(119)의 개폐구(124)가 정상적으로 개폐동작하나, 풍동(114) 의 하단에 가까워질수록 바람의 크기가 화살표(C)로 표시된 것처럼 상대적으로 크게 증대되므로, 하단의 바람 도입구(117)와 인접한 개폐구(124)들이 누적적으로 증대된 바람(C)의 풍압으로 인해 닫히면서 정상적인 개폐동작을 하지 못하게 된다.
더욱이, 집풍타워(112)의 높이가 높기 때문에 집풍타워(112) 외곽으로 불어오는 바람이 상하방향으로 편차가 발생할 수 있으며, 특히 아래쪽의 개폐구(129)보다 위쪽 개폐구(129)로 불어오는 바람이 더 큰 경우 위쪽에서 개폐구(129)를 통과한 바람의 일부가 아래쪽의 개폐구(129)의 개도를 크게 줄이거나 완전히 닫아 집풍타워(112) 외곽면 전체를 통해 집풍을 할 수 없게 되므로, 집풍효율이 크게 떨어지는 문제점도 있었다.
이에 따라, 집풍타워(112)는 하부의 상당 부분이 그 외부에서 불어오는 바람을 끌어들이지 못하게 되고, 따라서 집풍타워(112) 외부에 흐르는 바람을 전부 활용할 수 없게 되므로, 그만큼 풍동(114) 안으로 유입되는 바람의 양이 적어지게 되며, 이는 풍동(114)을 통해 모아진 풍력을 이용하도록 되어 있는 풍력 발전의 발전효율 저하를 가져오는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풍동 내부로 유입되는 외기에 의해 풍동 내에 형성되는 풍압이 풍동의 아래로 갈수록 점차 증대되더라도이렇게 풍동 내에 축적된 풍압으로 인해 외기의 유입이 차단되지 않도록 함으로써,항상 풍동의 표면적 전체를 이용해 외기가 유입될 수 있게 하여 풍동으로 모이는 바람에 의해 전기를 발생시키는 풍력발전기의 발전 효율을 향상시키고자 하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 기부 위에 세워 설치되고, 둘레면에 바람이 유입되는 다수 개의 바람 도입구가 형성된 통모양의 풍동; 상기 풍동의 둘레부분에 구비되어 외부에서 들어오는 바람을 상기 바람 도입구로 유도하는 다수개의 유도통로가 형성된 가이드부; 상기 가이드부의 상기 유도통로 상에 상기 풍동과 이격되도록 설치되어 상기 가이드부로 유입되는 바람이 상기 가이드부에서 하향 유도되어 상기 풍동의 바람 도입구로 유입되도록 하는 복수의 빗살창; 및 상기 각각의 유도통로 상에 횡단하도록 배치되되, 상기 빗살창이 장착되어 덮히는 하나 이상의 통공을 구비하고 있는 적어도 하나 이상의 지지프레임체;로 이루어지고, 상기 가이드부는, 상기 풍동의 둘레에 방사방향으로 배치되는 복수의 집풍판; 및 상기 집풍판 사이에서 상하방향으로 이격되도록 상기 풍동의 둘레에 장착되어 상기 집풍 판과 함께 상기 유도통로를 형성하도록 되어 있는 복수의 가이드판;으로 구성되어 있는 풍력발전기용 집풍타워를 제공한다.
또한, 상기 풍동과 대응하는 천판의 중심에 회전 가능하게 관통 설치된 회전 축; 상기 회전축의 상부에 장착되어 상기 천판 위를 지나는 바람에 의해 회전하여상기 회전축을 회전시키도록 되어 있는 복수의 풍배; 및 상기 회전축의 하부에 장착되어 상기 풍배와 동기 회전함으로써 상기 풍동의 상단에서 하단으로 이동하는 기류를 발생시키도록 되어 있는 임펠러;로 구성된 송풍수단을 더 포함하고 있는 것 이 바람직하다.
또한, 상기 각각의 유도통로 상에 횡단하도록 배치되되, 상기 빗살창이 장착되어 덮히는 하나 이상의 통공을 구비하고 있는 적어도 하나 이상의 지지프레임체를 더 포함하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 빗살창은, 외부 테두리를 이루며, 상기 통공 상에 결합되는 창프레임; 및 상기 창프레임의 개구를 위에서 덮도록 상기 창프레임에 부착되되, 상기 창프레임의 개구를 이루는 평면에 대해 경사진 상태로 배열되는 적어도 하나 이상 의 빗살판;으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 빗살판은 상기 창프레임의 외면에 부착되어 상기 통공의 외측에 서 내측으로 경사져 내려가도록 연장되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 풍력발전기용 집풍타워에 의하면, 외부에서 풍동으로 외기를유도하는 유도통로 상에 또는 이 유도통로 상에 장착된 하나 이상의 지지프레임체 의 통공 상에 하나 이상의 빗살판을 갖는 빗살창을 설치함으로써, 빗살창을 통과한바람이 유도통로의 구배 및 빗살창 빗살판의 경사로 인해 풍동 안으로 유입될 때이미 하향 유동성을 갖도록 하는 한편, 빗살창을 통과해 유도통로 또는 풍동 안으로 유입된 바람이 다른 쪽 빗살창을 통해 바깥쪽으로 빠져나가기 어렵게 함으로써, 일단 풍동 안으로 유입된 바람은 밖으로 빠져나가기 보다는 풍동을 따라 하단으로 이동하여 송풍관로까지 안정적으로 흘러가게 할 수 있다.
이와 동시에, 빗살창을 구비한 본 발명의 집풍타워는 빗살판이 항상 일정한각도를 유지하고 있어 풍동에 축적되는 풍압의 크기와 관계없이 일정한 통풍 간격 을 확보하여 줌으로써, 풍동의 하단에서 풍압이 축적, 증대되더라도 변함없이 외기 의 유입을 허용하도록 되어 있으므로, 풍동 하부의 풍압 증대로 인해 외기 통로가 폐쇄되어 송풍량이 현저히 줄어드는 종래의 집풍타워에 비해 일층 안정적이고 풍부한 풍량을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 이에 따라 집풍타워를 이용한 풍력발전의 효율을 극대화시킬 수 있도록 해준다.
도 1은 종래의 풍력발전기 외관을 도시한 정면도,
도 2는 도 1에 도시된 집풍타워의 평단면도,
도 3은 도 1에 도시된 집풍타워의 종단면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기용 집풍타워의 외관을 도시한 정면도,
도 5는 도 4에 도시된 집풍타워가 적용된 풍력발전기의 개략 종단면도,
도 6은 도 5에 도시된 빗살창의 정면도,
도 7은 도 6의 종단면도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 집풍타워 3 : 기부
5 : 바람 도입구 7 : 유도통로
10 : 풍동 13 : 집풍판
15 : 가이드판 19 : 송풍관로
20 : 가이드부 21 : 수평바
22 : 수직바 30 : 빗살창
31 : 창프레임 33 : 빗살판
35 : 개구 40 : 내통
41 : 천판 50 : 외통
60 : 송풍수단 61 : 회전축
63 : 풍배 65 : 임펠러
70 : 풍력발전기 80 : 터빈
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전기용 집풍타워를 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.
본 발명의 집풍타워는 풍력 발전에 사용되는 탑 형태의 대형 구조물로서, 도4 및 도 5에 도면부호 1로 도시된 바와 같이, 크게 풍동(10), 가이드부(20), 및 복수의 빗살창(30)으로 이루어진다.
여기에서, 먼저 상기 풍동(10)은 도 5에 도시된 바와 같이, 집풍타워(1) 중심으로 바람을 모아 하단의 기부(3)에 통해 있는 풍력발전기(70)의 터빈(80) 쪽으로 보내는 통모양의 구조물로서, 기부(3) 위에 세워 설치되어 있으며, 둘레면에 바람이 유입되는 다수 개의 바람 도입구(5)가 관통되어 있다. 또한, 풍동(10)은 기부(3) 위에 연직방향으로 세워져 있으며, 다양한 단면 형상을 가질 수 있으나 본 실시예에서는 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼, 정6각형 모양으로 되어 있다. 또한, 풍동(10)의 하단 출구는 기부(3)에 설치된 송풍관로(19)와 연결되어 있으며, 이 송풍관로(19)의 일 지점에는 터빈(80)이 설치되어 있고, 이 터빈(80)은 발전기(70)와 동축상으로 연결되어 송풍관로(19)를 통해 공급되는 바람에 의해 회전함으로써 발전기(70)를 구동시켜 전기를 생산하도록 되어 있다.
상기 가이드부(20)는 풍동(10)의 주위를 둘러싸도록 풍동(10)과 동축 상으로설치되어 다수개의 유도통로(7)를 형성함으로써 외부에서 들어오는 바람을 풍동(10) 둘레에 관통된 바람 도입구(5)까지 유도하는 부분으로서, 크게 복수의 집풍 판(13)과 복수의 가이드판(15)으로 구성된다.
여기에서, 상기 집풍판(13)은 집풍타워(1)의 종방향 뼈대를 이루는 부분으로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 풍동(10)의 둘레부에 방사방향으로 배치되는 바, 정6각형인 풍동(10)의 여섯 모서리를 지나도록 상호 60도 각도로 이격되어전체적으로 정6각형의 대각선 방향으로 배열되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가이드판(15)은 바람 도입구(5)를 따라 복수의 유도통로(7)를 상하로 적층하여 형성하는 부분으로, 상기 집풍판(13) 사이에서 상하방향으로 상호이격되도록 적층 배치된다. 이때, 각각의 가이드판(15)은 외측에서 내측으로 갈수록 하강되는 하향만곡부(15a)와, 상기 하향만곡부(15a)의 내측에서 수평방향으로 연장되어 풍동(10)의 둘레에 연결되는 수평부(15b)를 포함하여 이루어진다.
따라서, 풍동(10) 둘레에 방사방향으로 설치되는 집풍판(13)과 인접한 두 개 의 집풍판(13) 사이에 상하방향으로 상호 이격되도록 배치되는 복수의 가이드판(15)은 외부에서 불어오는 바람을 풍동(10)의 바람 도입구(5)까지 유도하는 유도통로(7)를 형성하게 된다.
상기 복수의 빗살창(30)은 상기 가이드부(20)로 유입되는 바람이 상기 가이드부(20)에서 하향 유도되어 상기 풍동(10)의 바람 도입구(5)로 유입되도록 하는 수단으로서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 풍동(10)으로 이어진 유도통로(7)의 적어도 일측에 유도통로(7)를 횡단하도록 풍동(10)과 일정 거리 이격되어 설치되는 바, 빗살창(30)을 대형으로 제작하여 하나의 유도통로(7)에 하나의 빗살창(30)을 장착할 수도 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이 각각의 유도통로(7) 상의 일 지점에 유도통로(7)를 횡단하도록 지지프레임체(40,50)를 배치하고, 그 위에 상대적으로 작게 제작된 복수의 빗살창(30)을 장착하도록 하는 것이 보다 바람직하다.
따라서, 각각의 지지프레임체(40,50)는 도 4와 도 6 및 도 7에 도시된 것처 럼, 각각의 유도통로(7) 횡단면 전체를 커버할 수 있도록 되어 있는 바, 바람이 통과할 수 있는 통공(23)을 갖는 형태이면 어떤 형태를 취하여도 무방하나, 본 실시 예에서와 같이 수평바(21)와 수직바(22)로 이루어진 격자 형태를 취하도록 하는 것 이 바람직하며, 이때 수평바(21)와 수직바(22)에 의해 생기는 다수의 직사각형 격자구멍이 통공(23)을 이루게 된다.
또한, 각각의 지지프레임체(40,50)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 각 각의 유도통로(7)를 따라 적어도 하나 이상 복수개가 구비되는 바, 예컨대 도시된 것처럼 풍동(10)과 인접한 안쪽에, 그리고 최외곽에 각각 하나씩 두 개가 설치될 수 있으며, 본 실시예에서와 같이 풍동이 정6각형인 경우 풍동(10)의 여섯 모서리 를 지나는 집풍판(13) 사이에 배치되는 지지프레임체(40,50) 또한 전체적으로 정6 각형의 동축 배열을 갖게 된다.
한편, 이러한 지지프레임체(40,50)에 각각 장착되는 빗살창(30)은 지지프레임체(40,50)의 통공(23) 둘레에 즉, 도 6에서 수평바(21)와 수직바(22) 위에 장착되는 창프레임(31)과 이 창프레임(31)의 개구(35) 상에 장착되는 하나 이상의 빗살판(33)으로 이루어지는 바, 여기에서, 창프레임(31)은 빗살창(30)의 외부 테두리를 형성하는 틀체로서, 통공(23) 둘레에 직접적으로 결합되며, 빗살판(33)은 창프레임(31)의 개구(35)를 위에서 덮도록 창프레임(31) 상에 각각 부착되되 창프레임(31)의 개구(35)를 이루는 평면에 대해 소정 각도로 경사져 배열됨으로써, 일단 통공(23)을 통과한 바람이 쉽게 바깥쪽으로 흘러나가지 못하고 유도통로(7)를 따라 풍동(10)으로 또는 풍동(10)을 따라 풍동(10) 하부로 이동할 수 있도록 유도하는 역할을 한다.
이를 위해, 빗살판(33)은 다양한 크기와 개수 또는 배열로 통공(23) 상에 장착될 수 있는 바, 특히 도 7에 도시된 바와 같이, 창프레임(31)의 외면에 부착되어 통공(23)의 외측에서 내측으로 경사져 내려가도록 연장되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 집풍타워(1)는 통공(23) 및 빗살창(30)을 통과해 풍동(10) 안으로 들어온 바람이 다른 바람 도입구(5)나 통공(23)을 통해 밖으로 흘러 나가지 않고 하향 이동하는 직진성을 더욱 확실하게 갖도록 하기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 풍동(10)의 상단의 천판(41)을 관통하여 송풍수단(60)을 장착하도록 되어 있는 바, 이 송풍수단(60)은 다양한 형태로 제작될 수 있으나, 본 실시예에서는 도 8에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 크게 회전축(61), 복수의 풍배(63),및 임펠러(65)로 이루어진다.
여기에서, 도 5 및 도 8에 도시된 것처럼, 회전축(61)은 풍동(10) 즉, 집풍타워(1)의 내외측을 연결하는 부분으로서 풍동(10)과 대응하는 천판(41)의 중심에 회전 가능하게 관통 설치되며, 복수의 풍배(63)는 집풍타워(1) 상단의 바람을 받는 부분으로서 회전축(61)의 상단에 반경방향으로 일정한 간격을 두고 장착되어 집풍타워(1)의 천판(41) 위를 지나는 바람에 의해 회전함으로써 회전축(61)을 회전시키도록 되어 있고, 끝으로 임펠러(65)는 회전에 의해 풍동(10) 상단에서 하단으로 하향 기류를 발생시키는 부분으로서 회전축(61)의 하단에 장착되어 풍배(63)와 동기회전하도록 되어 있다.
이제, 위와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전기용 집풍타워(1)의 작용을 설명한다.
본 발명의 집풍타워(1)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 외부에서 각각 의 통공(23)을 통과해 유도통로(7)로 또는 풍동(10) 안으로 불어 들어온 바람이 다시 유도통로(7)로 또는 외부로 빠져나가지 않고 유도통로(7)를 따라 풍동(10) 안으로 또는 풍동(10)을 따라 터빈(80)까지 안정적으로 이동되도록 하는 바, 최초, 도7에 화살표(A)로 표시된 것처럼 빗살창(30)에 접근한 외기는 화살표(B)로 표시된 것처럼 각각의 통공(23)을 통과하여 유도통로(7) 안으로 유입된다.
이때, 지지프레임체(50)가 유도통로(7)의 외곽에 홑겹으로 배치된 경우에 통공(23)을 통과한 바람은 직접 풍동(10) 안으로 유입되며, 도 5에 도시된 것처럼 지지프레임체(40,50) 안팎으로 두겹이 배치된 경우에는 외측 지지프레임체(50)는 물론, 내측 지지프레임체(40)의 통공(23)을 통과하여 풍동(10) 안으로 유입된다.
한편, 풍동(10) 안으로 유입된 바람은 유도통로(7)의 구배 및 빗살창(30) 빗살판(33)의 경사로 인해 하향 유동성을 가지게 되는 바, 일단 풍동(10) 안으로 유입된 바람은 바람 도입구(5)나 내측 통공(9)를 통해 바깥쪽으로 흘러나가기보다는풍동(10)을 따라 아래쪽으로 흘러 내려가게 되며, 따라서 안정적으로 송풍관로(19) 까지 이동된다.
더욱이, 풍동(10)의 상단에 송풍수단(60)이 장착되어 있으므로, 풍동(10)의 상단으로부터 하단으로 유동하는 하향 기류가 발생하는 바, 집풍타워(1) 위로 바람이 불면, 바람을 맞은 복수의 풍배(63)가 회전축(61)을 중심으로 회전하게 되고, 따라서 회전축(61) 하단에 장착된 임펠러(65)도 동기 회전하여 풍동(10) 아래쪽으로 유동하는 바람을 일으키게 되며, 이렇게 발생된 바람은 풍동(10)을 따라 하단까 지 유동하면서 바람 도입구(5)를 통해 풍동(10) 측벽에서 불어 들어오는 외기를 아래로 끌고 내려감으로써 유입된 외기의 하향 직진성을 강화시키게 된다.
따라서, 가이드부(20)에 설치한 다수의 빗살창(30)을 통과하면서 하향 유동 성을 가지고 풍동(10) 안으로 유입된 바람은 송풍수단(60)으로부터 불어오는 바람에 의해 하향 유동성이 더욱 강화되어 다른 쪽 통공(9)을 통해 바깥쪽으로 빠져나 가기 보다는 풍동(10)을 따라 아래쪽으로 유동하여 송풍관로(19)까지 안정적으로 이동됨으로써 보다 강력하게 터빈(80)을 회전시켜 발전기(70)로부터 보다 많은 양의 전기를 만들어 내게 된다.

Claims (5)

  1. 기부(3) 위에 세워 설치되고, 둘레면에 바람이 유입되는 다수 개의 바람 도입구(5)가 형성된 통모양의 풍동(10);
    상기 풍동(10)의 둘레부분에 구비되어 외부에서 들어오는 바람을 상기 바람 도입구(5)로 유도하는 다수개의 유도통로(7)가 형성된 가이드부(20); 및
    상기 가이드부(20)의 상기 유도통로(7) 상에 상기 풍동(10)과 이격되도록 설치되어 상기 가이드부(20)로 내부로 유입되는 바람이 상기 가이드부(20)에서 하향 유도되어 상기 풍동(10)의 바람 도입구(5)로 유입되도록 하는 복수의 빗살창(30); 및 상기 각각의 유도통로(7) 상에 횡단하도록 배치되되, 상기 빗살창(30)이 장착되어 덮히는 하나 이상의 통공(23)을 구비하고 있는 적어도 하나 이상의 지지프레임체(40,50);로 이루어지고, 상기 가이드부(20)는, 상기 풍동(10)의 둘레에 방사방향으로 배치되는 복수의 집풍판(13); 및 상기 집풍판(13) 사이에서 상하방향으로 이격되도록 상기 풍동(10)의 둘레에 장착되어 상기 집풍판(13)과 함께 상기 유도통로(7)를 형성하도록 되어 있는 복수의 가이드판(15);으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 집풍타워.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 풍동(10)과 대응하는 천판(41)의 중심에 회전 가능하게 관통 설치된 회전축(61);
    상기 회전축(61)의 상부에 장착되어 상기 천판(41) 위를 지나는 바람에 의해 회전하여 상기 회전축(61)을 회전시키도록 되어 있는 복수의 풍배(63); 및
    상기 회전축(61)의 하부에 장착되어 상기 풍배(63)와 동기 회전함으로써 상
    기 풍동(10)의 상단에서 하단으로 이동하는 기류를 발생시키도록 되어 있는 임펠
    러(65);로 구성된 송풍수단(60)을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 풍력발전
    기용 집풍타워.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 각각의 유도통로(7)상에 횡단하도록 배치되되, 상기 빗살창(30)이 장착되어 덮히는 하나 이상의 통공(23)을 구비하고 있는 적어도 하나 이상의 지지프레임체(40,50)를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 집풍타워.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 빗살창(30)은,
    외부 테두리를 이루며, 상기 통공(23) 상에 결합되는 창프레임(31); 및
    상기 창프레임(31)의 개구(35)를 위에서 덮도록 상기 창프레임(31)에 부착되
    되, 상기 창프레임(31)의 개구(35)를 이루는 평면에 대해 경사진 상태로 배열되는
    적어도 하나 이상의 빗살판(33);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용
    집풍타워.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 빗살판(33)은 상기 창프레임(31)의 외면에 부착되어 상기 통공(23)의
    외측에서 내측으로 경사져 내려가도록 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력발전
    기용 집풍타워.
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