WO2016199960A1 - 풍력 발전 장치 및 이를 포함하는 발전형 시설물 - Google Patents

풍력 발전 장치 및 이를 포함하는 발전형 시설물 Download PDF

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WO2016199960A1
WO2016199960A1 PCT/KR2015/005895 KR2015005895W WO2016199960A1 WO 2016199960 A1 WO2016199960 A1 WO 2016199960A1 KR 2015005895 W KR2015005895 W KR 2015005895W WO 2016199960 A1 WO2016199960 A1 WO 2016199960A1
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support plate
wind
shaft member
wind turbine
power generation
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PCT/KR2015/005895
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박유진
박덕풍
박민철
박기철
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박유진
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a wind turbine and a power plant including the same, and more particularly, to a vertical wind turbine and a power plant including the same that can increase power generation efficiency.
  • wind power generation is a method of generating electrical energy by driving a power generator using kinetic energy of air.
  • the conventional wind power generation method has a disadvantage of low power generation efficiency.
  • the size of the power generation device was inevitably increased by using the structure in which the rotating shaft is formed in the horizontal direction. As a result, it was difficult to construct such a wind power generation facility in a city with high power demand, and there was a disadvantage in that installation was concentrated in mountainous and coastal regions located far from the city center.
  • the present invention is to solve the above problems, the power generation efficiency is improved, it is composed of a compact structure that can be installed in a residential area, a wind power generation device that can produce electrical energy using the exhaust wind of the facility as well as natural wind and This is to provide a facility having this.
  • the present invention is fixed between the upper support plate and the lower support plate, each of which has a coil wound therein, between the upper support plate and the lower support plate, the shaft member having a wound coil, And a rotating member rotatably installed on the shaft member, the rotating member including a magnet member disposed at a position opposite to the coil of the shaft member, wherein the rotating member has a hollow body in which the shaft member is accommodated. And a wing portion provided at an outer circumferential surface of the body portion, an upper flange provided at an upper end of the shaft member to form a surface opposite to the upper support plate, and a surface provided at a lower end of the shaft member to face the lower support plate. It provides a wind turbine generator comprising a lower flange to be configured.
  • the wing portion is composed of a plurality of fans
  • the fan is composed of a curved surface of the shape surrounding the body portion, it may be configured in a form twisted in the vertical direction along the longitudinal direction of the body portion.
  • each of the fans may be fixed by a plurality of fixing members extending radially from the body portion, each of the fans may be formed such that the width of the upper end than the width of the lower end.
  • a coil is wound around the upper support plate and the lower support plate, and the upper flange and the lower flange of the rotating member each include a permanent magnet disposed at a position opposite to the coils of the upper support plate and the lower support plate. It is also possible.
  • electrical energy generated from the coil of the upper support plate or the coil of the lower support plate may be configured to be transmitted along a line formed along the rotation axis inside the hollow of the body part.
  • the upper support plate may be fixed to a separate upper frame, and the lower support plate may be fixed to a separate lower frame.
  • a plurality of such wind turbines are arranged in parallel, the upper support plate of each wind turbine is fixed to each of the upper frame, the lower support plate may be configured to be fixed to the lower frame, respectively.
  • an object of the present invention described above is configured to include a wind turbine and the wind turbine is disposed on the upper side of the building to produce electrical energy using wind power, the wind turbine is provided with coils each wound therein
  • a shaft member fixedly installed between an upper support plate and a lower support plate, the upper support plate and the lower support plate, and having a coil coil wound thereon, the shaft member being rotatably installed on the shaft by an air draft, and opposed to the coil of the shaft member.
  • a rotating member having a magnet member disposed in a position, wherein the rotating member is provided with a hollow body for receiving the shaft member, a wing portion provided on the outer peripheral surface of the body portion, the upper end of the shaft member An upper flange and a lower end of the shaft member forming a surface facing the upper support plate and the lower support plate; That is configured to include a lower flange forming a surface on which flavor may be achieved by the development of type facility as claimed.
  • the building has an exhaust pipe through which the air exhausted from the internal space is discharged, and the wind power generator is installed above the exhaust pipe to produce electrical energy using exhaust wind and external natural wind exhausted through the exhaust pipe. It is also possible to be configured to.
  • the wing portion of the wind turbine is composed of a plurality of fans, the fan is made of a curved surface of the shape surrounding the body portion, it may be configured in the form twisted in the vertical direction along the longitudinal direction of the body portion.
  • a coil is wound around the upper support plate and the lower support plate of the wind turbine, and the upper flange and the lower flange of the rotating member are disposed at positions opposite to the coils of the upper support plate and the lower support plate, respectively. It may be configured to include a magnet.
  • an upper side of the building is disposed in a position adjacent to the wind turbine, and further comprises an auxiliary fan for providing wind power to the rotating member of the wind turbine, the auxiliary fan is wind power during the initial driving of the wind turbine It is also possible to configure to assist in the initial rotation of the rotating member.
  • the upper frame and the lower frame that is fixed to the building is installed on the upper side of the building, the wind turbine is provided in plurality in the upper side of the building, the upper support plate of the plurality of wind turbine is the upper Fixed to the frame, the lower support plate of the plurality of wind turbines can be configured to be fixed to the lower frame.
  • the wind power generation device has a compact structure having a rotation axis in the vertical direction, there is an advantage that can be installed not only in the mountain island area but also in the downtown area dense building.
  • the wind power generator can improve the power generation efficiency by configuring induction power to be generated not only at both ends of the rotating shaft, but also at the body of the rotating shaft, and configured to produce electrical energy using natural wind and exhaust wind exhausted from the building. There is an advantage in minimizing the variation in energy production according to the state.
  • FIG. 1 is a front view showing the appearance of the wind power generator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view showing a portion of the wing of the wind power generator in Figure 1,
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross section of the wind power generator in FIG.
  • FIG. 4 is a view showing a structure in which a plurality of wind power generators are installed
  • FIG. 5 is a view illustrating a power generation facility in which the wind power generation device of FIG. 1 is installed.
  • FIG. 1 is a front view showing the appearance of the wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
  • the wind turbine generator 10 includes an upper support plate 110, a lower support plate 120, a shaft member 130 fixedly installed between the upper support plate and the lower support plate, and a shaft. It is configured to include a rotating member 140 is rotatably installed to the member 130, the axis.
  • the upper support plate 110 forms an upper structure of the wind turbine 10
  • the lower support plate 120 forms a lower structure of the wind turbine 10.
  • the upper support plate 110 and the lower support plate 120 is composed of a plate-shaped member having a predetermined thickness, and is fixed to the outside serves to support the remaining components of the wind turbine 10.
  • the upper support plate 110 and the lower support plate 120 are illustrated as being composed of a circular plate-shaped member, but this is only an example and may be configured in various shapes according to the installation position.
  • the upper support plate 110 and the lower support plate 120 serves to support the entire structure of the wind turbine. Therefore, it is preferable that the upper support plate and the lower support plate are fixedly installed by a frame structure fixedly installed on the outside so as to maintain the installation state even when the wind blows strongly.
  • the upper support plate 110 may be fixed to the upper frame 20
  • the lower support plate 120 may be fixed to the lower frame 30, respectively.
  • the upper frame 20 and the lower frame 30 may be a frame structure firmly installed in an external separate structure. As such, both upper and lower ends of the wind power generator 10 are fixed by an external frame, thereby maintaining a robust installation structure even in a state of being exposed to an external environment such as a strong wind.
  • the shaft member 130 and the rotating member 140 are provided between the upper support plate 110 and the lower support plate 120 to produce electrical energy by using kinetic energy of wind, that is, moving air, which is provided from the outside.
  • the shaft member 130 is composed of a cylindrical rod member installed in the vertical direction, and is fixedly installed between the upper support plate 110 and the lower support plate 120 (see FIG. 3).
  • the rotating member 140 is configured to be rotatable about the shaft member 130 using the kinetic energy of wind provided from the outside.
  • the rotating member 140 is a body portion 141, the upper flange 142 and the lower flange 143, which is installed on both ends of the body portion 141, and the wings are installed along the outside of the body portion 141 It is configured to include a portion 150.
  • Body portion 141 is composed of a cylindrical member extending in the longitudinal direction of the rotating member 140.
  • a hollow is formed in the body portion 141 along the longitudinal direction to form a space in which the shaft member 130 is accommodated.
  • at least one bearing may be formed between the inner wall of the body 141 of the rotating member 140 and the outer surface of the shaft member 130 to rotate in a state of minimizing friction.
  • Upper and lower ends of the body portion 141 are provided with an upper flange 142 and a lower flange 143 each formed of a plate member.
  • the upper flange 142 and the lower flange 143 is configured to rotate relative to the rotation of the rotating member 140 while facing the upper support plate 110 and the lower support plate 120, respectively.
  • a bearing is also installed between the upper flange 142 and the upper support plate 110 and the lower flange 143 and the lower support plate 120, respectively, and may be configured to rotate while minimizing frictional resistance during rotation.
  • the wing unit 150 is configured to protrude to the outside of the body portion 141, the wind kinetic energy of the wind is transmitted to the wind power generator 10 while the wind provided from the outside hit the wing unit 150.
  • the wing unit 150 includes a plurality of fan members 151 and a fixing member 152 for fixing the fan member to the body portion, which will be described below in more detail with reference to FIG. 2. .
  • the wing unit 150 includes a plurality of fan members 151, and each fan member 151 has a curved surface that is convex outward with respect to the rotation axis. do. Therefore, when wind is introduced in the direction of the wind turbine, the wind does not pass directly, but flows along the inner curved surface of the fan member 151, thereby sufficiently transmitting wind kinetic energy.
  • the fan member 151 is configured in the shape twisted in the vertical direction as shown in FIG.
  • the fan member 151 extends upward while inclined in a predetermined direction such as a spiral shape in a shape in which a curved structure surrounds the shaft member 130 with respect to a lower end thereof. Therefore, even if the number of fan members 151 is reduced, it is possible to sufficiently receive the kinetic energy of the wind provided in various directions, and to utilize not only the horizontal speed component of the wind but also the vertical speed component for wind power generation. Since it is possible, there is an advantage that can improve the power generation efficiency.
  • the width of the fan member 151 may be configured in various forms. In the embodiment shown in Figure 1, the width of the rotation direction of the upper end of the fan member 151 may be formed wider than the width of the lower end. In general, since the flow velocity is formed at the upper portion of the upper portion of the wind turbine due to the friction between the wind and the installation surface, if the width of the upper portion is formed wide, there is an advantage that can use the kinetic energy of the large wind velocity . On the other hand, when installed to use the exhaust wind provided upward from the bottom of the wind turbine generator, it is also possible to configure so that the bottom width of the fan member is formed wider than the top width. In addition to this, in consideration of the environment in which the wind turbine is installed, the width of the interruption of the fan member may be wider than that of the upper and lower ends, and the fan member may be configured to have a constant width in the vertical direction. .
  • Such a fan member may include a fan frame 151a and a fan cover 151b as shown in FIG. 2.
  • the fan frame 151a is composed of a member having excellent rigidity to form a skeletal structure of the fan member 151, and is configured to prevent the shape from being changed by the resistance of the wind during rotation.
  • the fan cover 151b is made of a lighter material than the fan frame 151a to form a shielding surface in the space between the fan frames 151a.
  • the fan member 151 may be configured to include a fan frame 151a and a fan cover 151b so as to receive a large number of revolutions by receiving the same kinetic energy by minimizing its own weight while minimizing its own weight.
  • the fan member 151 is fixed to the body portion 141 by a plurality of fixing members 152.
  • the fixing member 152 is made of a material having excellent rigidity, one end of which is fixed to the body 141, and the other end of which is fixed to the fan member 151. Therefore, when the kinetic energy of the wind is transmitted to the fan member 151, the body 141 and the fan member 151 may rotate the shaft member 130 integrally with the shaft.
  • the rotation member 140 including two fan members 151 is illustrated in the present embodiment.
  • this is only an example, considering environmental conditions and rotational efficiency in which the wind turbine is installed. Of course, it can be changed in various ways.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing a cross-section of the wind power generator in Figure 1, for the sake of convenience, the rotating member is shown only the body portion excluding the fan member.
  • the magnet member 160 and the coil 170 may be disposed to face each other. As the rotating member 140 rotates, the magnetic field changes while the permanent magnet 160 and the wound coil 170 relatively move, and thus electric energy is induced in a manner in which a current (or electromotive force) is induced into the wound coil. Can produce.
  • the magnet member 160 may be provided in the upper flange 142 and the lower flange 143 of the rotating member 140.
  • the upper support plate 110 and the lower support plate 120 may be provided with a coil 170 wound at a position corresponding to the magnet members of the upper flange 142 and the lower flange 143. Accordingly, as the rotating member 140 rotates, electric current may be induced while the coil 170 is wound to produce electrical energy.
  • the upper support plate 110 and the lower support plate 120 respectively include recesses (,) in which the upper flange 142 and the lower flange 143 may be accommodated, respectively. It consists of a structure to form.
  • the permanent magnets 160 may be disposed on the upper flange 142 along the upper surface and the side surfaces thereof, and the coils 170 wound on the bottom and inner circumferential surfaces of the upper support plate 110 may be disposed on the upper support plate 110.
  • the permanent magnets 160 may be disposed on the lower flange 143 along the lower surface and the side surface, and the coils 170 wound on the upper and inner circumferential surfaces of the lower support plate 120 may be disposed.
  • the upper support plate and the lower support plate is not provided with a separate recess portion, and is composed of a laminated structure to face the upper flange and the lower flange, respectively, the permanent magnet and the coil is installed on the surface facing each other It is also possible to be configured to.
  • the permanent magnets and coils for producing electrical energy during rotation can be installed not only on both ends of the rotating member, but also on the rotating member and the shaft member, respectively.
  • the coil 170 may be wound outside the shaft member 130.
  • the coil may be wound in a form exposed to an outer circumferential surface of the shaft member, and in consideration of being installed outside, the coil may be configured to be installed in a wound state inside the outer circumferential surface of the shaft member.
  • a plurality of permanent magnets 160 may be configured on the inner surface of the body of the rotating member 140. Therefore, when the rotating member 140 rotates while the rotating member 140 of the permanent magnet 160 and the wound coil 170 of the shaft member 130 rotates relatively, current is induced to the wound coil to produce electrical energy. Can be.
  • the wind power generator 10 electrical energy is generated by the upper support plate 110 and the upper flange 142 from the upper side by the rotation of the rotating member 140, and the rotating member ( Electrical energy is generated between the 140 and the shaft member 130, the lower side is a structure in which electrical energy is generated between the lower support plate 120 and the lower flange 143.
  • the inner side of the shaft member 130 is provided with a line for transmitting electrical energy, the electrical energy generated from the upper support plate 110 or the lower support plate 120 to one side through the line. It may be delivered to collect the electrical energy produced at the upper side, the center and the lower side, respectively, and provide them to the outside.
  • the present embodiment not only produces electrical energy at both ends of the rotating member 140, but also is configured to include the shaft member 130 fixedly installed inside the rotating member 140.
  • the present embodiment By producing electrical energy by utilizing the large area facing the shaft member 130 and the rotating member 140 provides a structure that can maximize the power generation efficiency in an environment in which the rotating member is the same rotation.
  • the upper support plate 126 is provided with a magnet member 160 on the upper flange 142, the body 141, and the lower flange 143 of the rotating member 140, which is rotated, and maintains a fixed state.
  • the coil 110 is wound around the 110, the lower support plate 120, and the shaft member 130, but this is for easily installing a line for transferring the generated power.
  • the coil is arranged in a part or all of the portion in which the magnet member is installed, and can be changed to install the magnet member in the installation position of the coil corresponding to that, of course.
  • FIG. 4 is a front view illustrating a structure in which a plurality of wind power generators are installed.
  • the wind turbine generator 10 described above may be installed in a single number, but may be provided in plural so as to produce a sufficient amount of electrical energy.
  • the upper frame 20 and the lower frame 30 are fixed to the outside (for example, other installation surfaces such as the ground).
  • the plurality of wind turbines 10 may have a structure in which each upper support plate 110 is installed in the upper frame 20 and each lower support plate 120 is installed in the lower frame 30. In this case, even when a strong resistance acts on any one of the wind turbines, the installation structure of other wind turbines installed on the same upper frame 20 and the lower frame 30 serves to keep the installation state stable. It is possible to construct a rigid fastening structure.
  • the installation structure is not limited thereto, and the upper frame and the lower frame each have a mesh structure having a lattice form to configure each wind turbine. Of course, it can be arranged in a variety of positions.
  • FIG. 5 is a view illustrating a power generation facility in which the wind power generation device of FIG. 1 is installed.
  • the wind power generator according to the present embodiment is a simplified configuration that rotates in the vertical direction, unlike the conventional wind power generator, it is also possible to install in urban areas and existing buildings.
  • the shape of the fan of the rotating member can rotate using not only the wind provided in the horizontal direction but also the kinetic energy of the wind provided in the vertical direction, such as the exhaust wind exhausted through the exhaust pipe of the built facility. It can be used to produce electrical energy.
  • the power generation facility 40 shown in FIG. 5 includes a building 50 and a wind power generation device 10 installed above the building 50.
  • the building 50 may be a variety of buildings, such as residential buildings, factories, barns, greenhouses, aquaculture farms, buildings, houses, etc., may be a newly built building, or may use an already built building.
  • At least one exhaust pipe 51 is formed to collect the air exhausted from the interior space and exhaust the air to the outside.
  • the exhaust pipe may constitute a vertical pipe line as illustrated in FIG. 5. have.
  • the wind turbine generator 10 may be provided in plurality in the upper side of the building 50, at least one of the wind turbine generator may be configured to be disposed above the exhaust pipe 51 of the building.
  • the wind turbine generator 10 may produce electrical energy using natural wind provided from the outside, or may produce electrical energy using exhaust wind exhausted from the building 50. Therefore, compared to the wind power generation method that previously relyed only on the natural wind, it is possible to produce electrical energy using exhaust wind even under adverse weather conditions, which has the advantage of minimizing the variation in the amount of generation according to the external environment.
  • the width of the rotation direction of the lower end of the fan member 151 may be wider than the width of the upper end. This structure is more advantageous for rotating the fan member using the exhaust wind provided from the lower side.
  • the shape of the fan member can be variously changed in consideration of the dependence of natural wind and exhaust wind used for power generation.
  • the wind power generator shown in FIG. 1 is composed of a disc-shaped member having a lower frame and a lower flange without a separate opening, the wind power generator using exhaust wind is easy to exhaust air provided from the lower side toward the fan member. It is also possible to comprise at least one opening (not shown) in the lower frame and the lower flange so as to pass through it easily.
  • the upper side of the building may be provided with a separate auxiliary fan (60).
  • the auxiliary fan 60 may be installed at a position adjacent to the wind power generator, and may be installed to provide wind power toward the wind power generator.
  • wind turbines are heavily loaded for initial rotational operation. Therefore, even if natural wind is provided to the extent that the fan member 151 can be continuously rotated while the rotation operation of the fan member 151 is in progress, the fan member is rotated while the fan member 151 is stopped. It can be difficult to start an action. Therefore, the power generation facility can be configured to contribute to the initial rotational operation of the wind turbine by providing wind power using a separate auxiliary fan (60).
  • the auxiliary fan 60 may be configured to actively rotate by receiving power from a separate power source.
  • the auxiliary fan 60 has a wide height in the rotational direction of the fan member (in the case of FIG. 5, the lower direction of the fan member) so that the wind provided from the auxiliary fan can act as a large moment on the fan member of the wind turbine. It is desirable to arrange to provide wind power to the furnace.
  • the auxiliary fan is configured to be located at one side of the fan member in a separate configuration from the wind power generator, but this is only an example and disposed to be positioned below the fan member, or the auxiliary fan is connected to the wind power generator. It is also possible to comprise integrally. For example, it is also possible to operate fixedly to the lower flange or the lower frame of the fan member of the wind turbine to contribute to the initial rotation during the initial driving of the fan member.
  • the fan member of the wind turbine is provided with a separate auxiliary fan so that initial rotation can be easily performed.
  • a motor capable of providing rotational power to the fan member is provided.
  • Such a hydroelectric power generation device may be configured as a small device to be applied to the exhaust facility of a small building, such as a single house, it may be configured as a large-scale device that can be applied to large facilities such as skyscrapers or factories.

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Abstract

본 발명은 풍력 발전 장치 및 이를 포함하는 발전형 시설물에 관한 것으로, 내부에 각각 권선된 코일이 구비된 상부 지지판 및 하부 지지판, 상기 상부 지지판과 상기 하부 지지판 사이에 고정 설치되며, 권선된 코일을 구비하는 축 부재, 외풍에 의해 상기 축부재를 축으로 회전 가능하게 설치되며, 상기 축 부재의 코일에 대향되는 위치에 배치된 자석 부재를 구비하는 회전 부재를 포함하고, 상기 회전 부재는 상기 축 부재가 수용되는 중공이 형성된 몸체부, 상기 몸체부의 외주면에 설치되는 날개부, 상기 축 부재의 상단에 구비되어 상기 상부 지지판과 대향되는 면을 형성하는 상부 플랜지 및 상기 축 부재의 하단에 구비되어 상기 하부 지지판과 대향되는 면을 형성하는 하부 플랜지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치를 제공한다.

Description

풍력 발전 장치 및 이를 포함하는 발전형 시설물
본 발명은 풍력 발전 장치 및 이를 포함하는 발전형 시설물에 관한 것으로, 구체적으로는 발전 효율을 증가시킬 수 있는 수직 타입의 풍력 발전 장치 및 이를 포함하는 발전형 시설물에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전이라 함은 공기의 운동 에너지를 이용하여 발전 장치를 구동하여 전기 에너지를 발전시키는 방식이다.
우리나라는 해양에 인접한 지형을 갖추고 있고 산지가 많은 지형이기 때문에 계절풍 및 국지적인 지역풍의 영향을 많이 받고 있다. 따라서, 풍력을 활용하기에 유리한 지역적 조건을 갖고 있으나, 현재까지는 수력, 화력 및 원자력을 이용한 발전에 크게 의존하고 있는 실정이다.
최근 들어 녹색 성장에 대한 사회적인 공감대가 형성됨에 따라 환경 친화적인 풍력 발전 방식이 주목을 받고 있으나, 종전의 풍력 발전 방식은 발전 효율이 낮은 단점이 있었다. 또한, 종전의 풍력 발전 방식은 회전축이 수평 방향으로 형성된 구조를 이용함에 따라 발전 장치의 규모가 커질 수 밖에 없었다. 이로 인해 전력 수요가 많은 도심에 이러한 풍력 발전 설비를 구축하는 것이 곤란하였고, 도심으로부터 원거리에 위치한 산간 및 해안 지방에 설치가 집중될 수밖에 없는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 발전 효율이 향상되고, 주거 지역에도 설치 가능한 컴팩트한 구조로 구성되며, 자연풍 뿐만 아니라 시설물의 배기풍을 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있는 풍력 발전 장치 및 이를 구비하는 시설물을 제공하기 위함이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 내부에 각각 권선된 코일이 구비된 상부 지지판 및 하부 지지판, 상기 상부 지지판과 상기 하부 지지판 사이에 고정 설치되며, 권선된 코일을 구비하는 축 부재, 외풍에 의해 상기 축부재를 축으로 회전 가능하게 설치되며, 상기 축 부재의 코일에 대향되는 위치에 배치된 자석 부재를 구비하는 회전 부재를 포함하고, 상기 회전 부재는 상기 축 부재가 수용되는 중공이 형성된 몸체부, 상기 몸체부의 외주면에 설치되는 날개부, 상기 축 부재의 상단에 구비되어 상기 상부 지지판과 대향되는 면을 형성하는 상부 플랜지 및 상기 축 부재의 하단에 구비되어 상기 하부 지지판과 대향되는 면을 형성하는 하부 플랜지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치를 제공한다.
여기서, 상기 날개부는 복수개의 팬으로 구성되며, 상기 팬은 상기 몸체부를 감싸는 형태의 곡면으로 구성되며, 상기 몸체부의 길이 방향을 따라 상하 방향으로 꼬인 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 각각의 팬은 상기 몸체부로부터 반경 방향으로 연장되는 복수개의 고정 부재에 의해 고정될 수 있으며, 상기 각각의 팬은 상단의 폭이 하단의 폭보다 넓게 형성될 수 있다.
나아가, 상기 상부 지지판 및 상기 하부 지지판에는 코일이 권선되고, 상기 회전 부재의 상기 상부 플랜지 및 상기 하부 플랜지는 각각 상기 상부 지지판 및 상기 하부 지지판의 코일에 대향되는 위치에 배치되는 영구자석을 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
이때, 상기 회전 부재가 회전함에 따라 상기 상부 지지판의 코일 또는 상기 하부 지지판의 코일에서 발생되는 전기 에너지는 상기 몸체부의 중공 내측에 상기 회전축을 따라 형성되는 선로를 따라 전달되도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 상부 지지판은 별도의 상부 프레임에 고정 설치되며, 상기 하부 지지판은 별도의 하부 프레임에 고정 설치될 수 있다. 특히, 이러한 풍력 발전 장치 복수개가 병렬로 배치되고, 각각의 풍력 발전 장치의 상부 지지판은 상기 상부 프레임에 각각 고정 설치되며, 하부 지지판은 하부 프레임에 각각 고정 설치되도록 구성할 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 목적은 건조물 및 상기 건조물의 상측에 배치되어 풍력을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 풍력 발전 장치를 포함하여 구성되며, 상기 풍력 발전 장치는 내부에 각각 권선된 코일이 구비된 상부 지지판 및 하부 지지판, 상기 상부 지지판과 상기 하부 지지판 사이에 고정 설치되며, 권선된 코일을 구비하는 축 부재, 외풍에 의해 상기 축부재를 축으로 회전 가능하게 설치되며, 상기 축 부재의 코일에 대향되는 위치에 배치된 자석 부재를 구비하는 회전 부재를 포함하고, 상기 회전 부재는 상기 축 부재가 수용되는 중공이 형성된 몸체부, 상기 몸체부의 외주면에 설치되는 날개부, 상기 축 부재의 상단에 구비되어 상기 상부 지지판과 대향되는 면을 형성하는 상부 플랜지 및 상기 축 부재의 하단에 구비되어 상기 하부 지지판과 대향되는 면을 형성하는 하부 플랜지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발전형 시설물에 의해서도 달성될 수 있다.
이때, 상기 건조물은 내부 공간으로부터 배기되는 공기가 배출되는 배기관을 구비하고, 상기 풍력 발전 장치는 상기 배기관의 상측에 설치되어 상기 배기관을 통해 배기되는 배기풍 및 외부의 자연풍을 이용하여 전기 에너지를 생산하도록 구성되는 것도 가능하다.
여기서, 상기 풍력 발전 장치의 상기 날개부는 복수개의 팬으로 구성되며, 상기 팬은 상기 몸체부를 감싸는 형태의 곡면으로 이루어져, 상기 몸체부의 길이 방향을 따라 상하 방향으로 꼬인 형태로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 풍력 발전 장치의 상기 상부 지지판 및 상기 하부 지지판에는 코일이 권선되고, 상기 회전 부재의 상기 상부 플랜지 및 상기 하부 플랜지는 각각 상기 상부 지지판 및 상기 하부 지지판의 코일에 대향되는 위치에 배치되는 영구자석을 포함하여 구성될 수 있다.
나아가, 상기 건조물의 상측에는 상기 풍력 발전 장치과 인접한 위치에 배치되어, 상기 풍력 발전 장치의 상기 회전 부재로 풍력을 제공하는 보조팬을 더 포함하고, 상기 보조팬은 상기 풍력 발전 장치의 초기 구동시 풍력을 제공하여 상기 회전 부재의 초기 회전에 조력하도록 구성하는 것도 가능하다.
여기서, 상기 건조물의 상측에는 상기 건조물에 고정 설치되는 상부 프레임 및 하부 프레임이 설치되며, 상기 풍력 발전 장치는 상기 건조물의 상측에 복수개로 구비되어, 상기 복수개의 풍력 발전 장치의 상기 상부 지지판은 상기 상부 프레임에 고정 설치되고, 상기 복수개의 풍력 발전 장치의 상기 하부 지지판은 상기 하부 프레임에 고정 설치되도록 구성할 수 있다.
본 발명에 의할 경우, 풍력 발전 장치가 수직 방향의 회전축을 갖는 컴팩트한 구조로 구성됨으로서, 산간 도서 지역 뿐 아니라 건물이 밀집한 도심 지역에도 설치할 수 있는 장점이 있다.
또한, 풍력 발전 장치는 회전축 양단 뿐 아니라 회전축의 몸체에서도 유도 전력이 발생하도록 구성함으로써 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 자연풍과 더불어 건물에서 배기되는 배기풍을 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있도록 구성하여 기상 상태에 따른 에너지 생산량의 편차를 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 외관을 도시한 정면도,
도 2은 도 1에서 풍력 발전 장치의 날개부의 일부를 도시한 도면,
도 3는 도 1에서 풍력 발전 장치의 단면을 도시한 단면도,
도 4는 복수개의 풍력 발전 장치가 설치되는 구조를 도시한 도면,
도 5는 도 1의 풍력 발전 장치가 설치된 발전형 시설물을 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전 장치 및 이를 포함하는 발전형 시설물에 대해 구체적으로 설명하도록 한다. 아래의 설명에서 각 구성요소의 위치 관계는 원칙적으로 도면을 기준으로 설명한다. 그리고 도면은 설명의 편의를 위해 발명의 구조를 단순화하거나 필요할 경우 과장 또는 생략하여 표시될 수 있다. 따라서, 각각의 구성요소는 도면에 도시된 크기 및 형상에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 구성요소의 크기를 대형화 또는 소형화시켜 실시하는 것도 가능하며, 형상 또한 다양하게 설계 변경할 수 있음은 물론이다. 나아가, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 이 이외에도 각종 장치를 부가하거나, 변경 또는 생략하여 실시할 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 외관을 도시한 정면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 풍력 발전 장치(10)는 상부 지지판(110), 하부 지지판(120), 상부 지지판과 하부 지지판 사이에 고정 설치되는 축 부재(130), 그리고 축 부재(130)를 축으로 회전 가능하게 설치되는 회전 부재(140)를 포함하여 구성된다.
상부 지지판(110)은 풍력 발전 장치(10)의 상부 구조를 형성하고, 하부 지지판(120)은 풍력 발전 장치(10)의 하부 구조를 형성한다. 상부 지지판(110) 및 하부 지지판(120)은 소정의 두께를 갖는 판형 부재로 구성되며, 외부에 고정 설치됨으로서 풍력 발전 장치(10)의 나머지 구성요소를 지지하는 역할을 수행한다. 도 1에서는 상부 지지판(110) 및 하부 지지판(120)이 원형의 판형 부재로 구성되는 것으로 도시하였으나, 이는 일 예에 불과하며 설치 위치에 따라 다양한 형상으로 구성할 수 있다.
이러한 상부 지지판(110) 및 하부 지지판(120)은 풍력 발전 장치의 전체 구조를 지지하는 역할을 수행한다. 따라서, 이러한 상부 지지판 및 하부 지지판은 바람이 강하게 부는 경우에도 설치 상태를 견고하게 유지할 수 있도록 외부에 고정 설치되는 프레임 구조물에 의해 고정 설치되는 것이 바람직하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 지지판(110)은 상부 프레임(20)에 하부 지지판(120)은 하부 프레임(30)에 각각 고정 설치될 수 있다. 이러한 상부 프레임(20) 및 하부 프레임(30)은 외부의 별도 구조물에 견고하게 설치된 프레임 구조물일 수 있다. 이와 같이, 풍력 발전 장치(10)의 상측 및 하측 양단이 외부의 프레임에 의해 고정됨에 따라 강풍 등의 외부 환경에 노출된 상태에서도 견고한 설치 구조를 유지할 수 있다.
축 부재(130) 및 회전 부재(140)는 상부 지지판(110)과 하부 지지판(120)의 사이에 구비되며, 외부에서 제공되는 바람, 즉 이동하는 공기의 운동 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 구성이다. 축 부재(130)는 수직 방향으로 설치되는 원통형 막대 부재로 구성되며, 상부 지지판(110)과 하부 지지판(120) 사이에 고정 설치된다(도 3 참조). 그리고, 도 1에 도시된 바와 같이 회전 부재(140)는 외부에서 제공되는 바람의 운동 에너지를 이용하여 축 부재(130)를 축으로 회전 가능하게 구성된다.
여기서, 회전 부재(140)는 몸체부(141), 몸체부(141)의 양 단에 설치되는 상부 플랜지(142) 및 하부 플랜지(143), 그리고 몸체부(141)의 외측을 따라 설치되는 날개부(150)를 포함하여 구성된다.
몸체부(141)는 회전 부재(140)의 길이 방향을 따라 길게 연장 형성되는 원통형 부재로 구성된다. 몸체부(141)의 내부에는 길이 방향을 따라 중공이 형성되어 축 부재(130)가 수용되는 공간을 형성한다. 그리고, 회전 부재(140)의 몸체부(141) 내벽과 축 부재(130)의 외면 사이에는 적어도 하나 이상의 베어링이 형성되어, 마찰을 최소화시킨 상태로 회전할 수 있다.
몸체부(141)의 상단 및 하단에는 각각 판형 부재로 구성되는 상부 플랜지(142) 및 하부 플랜지(143)가 구비된다. 이러한 상부 플랜지(142) 및 하부 플랜지(143)는 각각 상부 지지판(110) 및 하부 지지판(120)과 마주보면서 회전 부재(140)의 회전시 상대적으로 회전하는 구성이다. 이때, 상부 플랜지(142)와 상부 지지판(110) 그리고 하부 플랜지(143)와 하부 지지판(120) 사이 또한 각각 베어링이 설치되어, 회전시 마찰 저항을 최소화시키면서 회전하도록 구성할 수 있다.
날개부(150)는 몸체부(141)의 외측에 돌출되는 형태로 구성되며, 외부에서 제공되는 바람이 날개부(150)에 부딪히면서 바람의 운동 에너지가 풍력 발전 장치(10)로 전달된다. 날개부(150)는 복수개의 팬 부재(151) 및 팬 부재를 몸체부에 고정시키는 고정 부재(152)를 포함하여 구성되며, 이하에서는 도 2를 참조하여 날개부에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2은 도 1에서 풍력 발전 장치의 날개부의 일부를 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 날개부(150)는 복수개의 팬 부재(151)를 포함하여 구성되며, 각 팬 부재(151)는 회전축을 기준으로 바깥 방향으로 볼록한 형태의 곡면으로 구성된다. 따라서, 풍력 발전 장치 방향으로 바람이 유입되면 바람이 바로 통과하는 것이 아니라 팬 부재(151)의 내부 곡면을 타고 흐르면서 바람의 운동 에너지를 충분히 전달될 수 있다.
이러한 팬 부재(151)는 도 1에 도시된 바와 같이 수직 방향으로 꼬인 형상으로 구성된다. 구체적으로, 팬 부재(151)는 하단을 기준으로 곡면 구조가 축 부재(130)를 감싸는 형상으로 나선 형태와 같이 일정한 방향으로 경사지면서 상향으로 연장 형성된다. 따라서, 팬 부재(151)의 개수가 적게 형성되더라도 다양한 방향으로 제공되는 바람의 운동 에너지를 충분히 전달받는 것이 가능하며, 바람의 수평 방향 속도 성분뿐만 아니라 수직 방향의 속도 성분 또한 풍력 발전에 활용하는 것이 가능하므로, 발전 효율을 개선할 수 있는 장점이 있다.
여기서, 팬 부재(151)의 폭은 다양한 형태로 구성될 수 있다. 도 1에서 도시된 실시예에서는, 팬 부재(151) 상단의 회전 방향 폭이 하단의 폭 보다 넓게 형성될 수 있다. 일반적으로, 바람과 설치면과의 마찰로 인해 풍력 발전 장치의 하단보다 상단 부분에서 유속이 크게 형성되기 때문에, 상단의 폭이 넓게 형성되는 경우 유속이 큰 바람의 운동 에너지를 활용할 수 있는 장점이 있다. 반면, 풍력 발전 장치의 하측으로부터 상향으로 제공되는 배기풍을 이용하도록 설치하는 경우에는 팬 부재의 하단 폭이 상단 폭보다 넓게 형성되도록 구성하는 것도 가능하다. 이 이외에도, 풍력 발전 장치가 설치되는 환경을 고려하여 팬 부재의 중단의 폭을 상단 및 하단의 폭 보다 넓게 형성하는 것도 가능하며, 팬 부재가 수직 방향으로 일정한 폭을 형성하도록 구성하는 것도 물론 가능하다.
이러한 팬 부재는 도 2에 도시된 바와 같이 팬 프레임(151a) 및 팬 커버(151b)를 포함하여 구성할 수 있다. 팬 프레임(151a)은 상대적으로 강성이 우수한 부재로 구성되어 팬 부재(151)의 골격 구조를 형성하며, 회전시에도 바람의 저항에 의해 형상이 변화하는 것을 방지하도록 구성된다. 그리고 팬 커버(151b)는 팬 프레임(151a)에 비해 경량의 재질로 구성되어, 팬 프레임(151a) 사이의 공간에 차폐면을 형성한다. 이와 같이, 팬 부재(151)는 팬 프레임(151a) 및 팬 커버(151b)로 구성함으로서 바람에 대한 저항성이 크면서도 자중을 최소화시킴으로서 동일한 운동 에너지를 전달받아 많은 회전수가 유도되도록 구성될 수 있다.
한편, 이러한 팬 부재(151)는 복수개의 고정 부재(152)에 의해 몸체부(141)에 고정된다. 고정 부재(152)는 강성이 우수한 재질로 구성되어, 일단이 몸체부(141)에 고정 설치되며 타단이 팬 부재(151)에 고정 설치된다. 따라서, 풍력의 운동 에너지가 팬 부재(151)에 전달되는 경우 몸체부(141)와 팬 부재(151)가 축 부재(130)를 축으로 일체로 회전하는 것이 가능하다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 두 개의 팬 부재(151)를 포함하는 회전 부재(140)를 도시하고 있으나, 이는 일 예에 불과하며 풍력 발전 장치가 설치되는 환경 조건 및 회전 효율을 고려하여 다양하게 변경실시 할 수 있음은 물론이다.
도 3는 도 1에서 풍력 발전 장치의 단면을 도시한 단면도로, 설명의 편의를 위해 회전 부재는 팬 부재를 제외한 몸체부만을 도시하였음을 밝혀둔다. 본 실시예에 따른 풍력 발전 장치는 내부에 자석 부재(160) 및 코일(170)이 각각 대향되도록 배치될 수 있다. 회전 부재(140)가 회전함에 따라 영구 자석(160)과 권선된 코일(170)이 상대적으로 이동하면서 자기장이 변화하고, 이에 따라 권선된 코일로 전류(또는 기전력)가 유도되는 방식으로 전기 에너지를 생산할 있다.
우선, 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 부재(140)의 상부 플랜지(142) 및 하부 플랜지(143)에는 자석 부재(160)가 구비될 수 있다. 그리고, 상부 지지판(110) 및 하부 지지판(120)은 상기 상부 플랜지(142) 및 하부 플랜지(143)의 자석 부재와 대응되는 위치에 권선된 코일(170)이 구비될 수 있다. 따라서, 회전 부재(140)가 회전함에 따라 권선된 코일(170)로 전류가 유도되면서 전기 에너지를 생산할 수 있다.
구체적으로 본 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이 상부 지지판(110) 및 하부 지지판(120)이 각각 상부 플랜지(142) 및 하부 플랜지(143)가 수용될 수 있는 리세스부(,)를 각각 형성하는 구조로 구성된다. 그리고, 상부 플랜지(142)에는 상면 및 측면을 따라 각각 영구 자석(160)이 배치되고, 상부 지지판(110)에는 리세스부가 형성된 저면 및 내주면에 각각 권선된 코일(170)이 배치될 수 있다. 마찬가지로, 하부 플랜지(143)에는 하면 및 측면을 따라 각각 영구 자석(160)이 배치되고, 하부 지지판(120)에는 리세스부가 형성된 상면 및 내주면에 각각 권선된 코일(170)이 배치될 수 있다.
다만, 이는 일 예로서 상부 지지판 및 하부 지지판이 별도의 리세스부를 구비하지 않고, 상부 플랜지 및 하부 플랜지와 각각 마주보도록 적층된 구조로 구성되는 경우에는 영구자석 및 코일이 상호 대향되는 면에 각각 설치되도록 구성되는 것도 가능하다.
나아가, 회전시 전기 에너지를 생산하기 위한 영구 자석 및 코일은 회전 부재의 양단 뿐만 아니라, 회전 부재 및 축부재에도 각각 설치되는 것이 가능하다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이 축 부재(130)의 외측에는 코일(170)이 권선될 수 있다. 이때 코일은 축 부재의 외주면에 노출되는 형태로 권선되는 것도 가능하며, 외부에 설치되는 것을 고려하여 축 부재의 외주면 내측에 권선된 상태로 내장 설치되도록 구성되는 것도 가능하다. 그리고, 회전 부재(140)의 몸체부 내측면에는 복수개의 영구 자석(160)이 구성될 수 있다. 따라서, 회전 부재(140)의 회전시 회전 부재(140) 영구 자석(160)과 축 부재(130)의 권선된 코일(170)이 상대적으로 회전하면서 권선된 코일로 전류가 유도되면서 전기 에너지를 생산할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 풍력 발전 장치(10)는 회전 부재(140)의 회전에 의해 상측에서 상부 지지판(110)과 상부 플랜지(142)에 의해 전기 에너지가 발생되고, 중앙에서는 회전 부재(140)와 축 부재(130) 사이에서 전기 에너지가 발생되며, 하측에서는 하부 지지판(120)과 하부 플랜지(143) 사이에서 전기 에너지가 발생되는 구조이다. 이때, 도면에서는 별도로 도시되지 않았으나 축 부재(130)의 내측에는 전기 에너지를 전달할 수 있는 선로가 구비되어, 상부 지지판(110) 또는 하부 지지판(120)에서 발생된 전기 에너지가 상기 선로를 통해 일측으로 전달되어, 상측, 중앙 및 하측에서 각각 생산된 전기 에너지를 일괄적으로 수집하여 외부로 제공할 수 있다.
이처럼 본 실시예에 의할 경우, 본 실시예에서는 회전 부재(140)의 양단에서 전기 에너지를 생산할 뿐 아니라, 회전 부재(140)의 내측에 고정 설치되는 축 부재(130)가 구비되도록 구성하여, 축 부재(130)와 회전 부재(140)가 대향하고 있는 넓은 면적을 활용하여 전기 에너지를 생산함으로서 회전 부재가 동일하게 회전하는 환경에서 발전 효율을 최대한으로 향상시킬 수 있는 구조를 제공한다.
다만, 본 실시예에서는 회전이 이루어지는 회전 부재(140)의 상부 플랜지(142), 몸체부(141), 하부 플랜지(143)에 자석 부재(160)를 구비하고, 고정된 상태를 유지하는 상부 지지판(110), 하부 지지판(120) 및 축 부재(130)에 코일(170)이 권선되는 구성을 중심으로 설명하였으나, 이는 발생된 전력을 전달하는 선로를 용이하게 설치하기 위한 것으로, 전술한 실시예에서 자석부재가 설치되는 부분의 일부 또는 전부에 코일이 배치되도록 하고, 이에 대응되는 코일의 설치 위치에 자석 부재를 설치하도록 변경 실시할 수 있음은 물론이다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 실시예에 따른 풍력 발전 장치가 설치되는 구조에 대해서 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4는 복수개의 풍력 발전 장치가 설치되는 구조를 도시한 정면도이다. 전술한 풍력 발전 장치(10)는 단수개로 설치되는 것도 가능하지만, 충분한 양의 전기 에너지를 생산할 수 있도록 복수개로 설치될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 외부(예를 들어, 지면 등의 기타 설치면)에 고정 설치된 상부 프레임(20)과 하부 프레임(30)을 포함한다. 여기서, 복수개의 풍력 발전 장치(10)는 각각의 상부 지지판(110)이 상부 프레임(20)에 설치되고 각각의 하부 지지판(120)이 하부 프레임(30)에 설치되는 구조를 구성할 수 있다. 이 경우, 어느 하나의 풍력 발전 장치로 강한 저항이 작용하는 경우에도 동일한 상부 프레임(20) 및 하부 프레임(30)에 설치된 다른 풍력 발전 장치의 설치 구조가 설치 상태를 안정하게 유지시키는 역할을 수행하므로, 견고한 체결 구조를 구성할 수 있다.
다만, 도 4의 경우 복수개의 풍력 발전 장치가 나란하게 배치된 것으로 도시되었으나, 설치 구조가 이에 한정되는 것은 아니며, 상부 프레임 및 하부 프레임이 각각 격자 형태의 메시 구조로 구성함으로서 각각의 풍력 발전 장치를 다양한 위치에 배치할 수 있음은 물론이다.
도 5는 도 1의 풍력 발전 장치가 설치된 발전형 시설물을 도시한 도면이다. 전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 풍력 발전 장치는 종래의 풍력 발전 장치와 달리 수직 방향을 축으로 회전하는 간소화된 구성이므로, 도심 지역 및 기존에 건축된 시설물에 설치하는 것도 가능하다. 나아가, 회전 부재의 팬의 형상이 수평 방향으로 제공되는 바람뿐 아니라 수직 방향으로 제공되는 바람의 운동 에너지까지 이용하여 회전하는 것이 가능하므로, 건축된 시설물의 배기관을 통해 배기되는 배기풍과 같이 수직 방향으로 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있다.
도 5에 도시된 발전형 시설물(40)은 건조물(50) 및 상기 건조물(50)의 상측에 설치되는 풍력 발전 장치(10)를 포함하여 구성된다. 여기서, 건조물(50)은 빌딩, 주택 등의 주거 시설, 공장, 축사, 온실, 양식장 등 다양한 건축물일 수 있으며, 새롭게 건축된 건조물일 수도 있고 또는 이미 건축된 건조물을 이용하는 것도 가능하다. 이러한 건조물은 내부의 공간으로부터 배기되는 공기를 일괄적으로 수집하여 외부로 배기시키기 위한 배기관(51)이 적어도 하나 이상 형성되며, 이러한 배기관은 도 5에 도시된 바와 같이 수직 방향의 관로를 구성할 수 있다.
한편, 풍력 발전 장치(10)는 건조물(50)의 상측에 복수개로 설치될 수 있으며, 이 중 적어도 하나 이상의 풍력 발전 장치는 건조물의 배기관(51)의 상측에 배치되도록 구성할 수 있다. 이 경우, 해당 풍력 발전 장치(10)는 외부에서 제공되는 자연풍을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 것도 가능하고, 건조물(50)로부터 배기되는 배기풍을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 것도 가능하다. 따라서, 종전에 자연풍에만 의존하던 풍력 발전 방식에 비해, 기상 조건이 불리한 상황에서도 배기풍을 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있어 외부 환경에 따른 발전량의 편차를 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
여기서, 건조물의 상측에 배치되는 풍력 발전 장치의 경우, 도 1에 도시된 풍력 발전 장치와 달리, 팬 부재(151) 하단의 회전 방향 폭이 상단의 폭에 비해 넓게 형성되는 것이 가능하다. 이러한 구조의 경우 하측으로부터 제공되는 배기풍을 이용하여 팬 부재를 회전하는데 더욱 유리하다. 다만, 이러한 팬 부재의 형상은 발전에 이용되는 자연풍 및 배기풍의 의존도를 고려하여 다양하게 변경하여 실시할 수 있음을 밝혀둔다.
또한, 도 1에서 도시된 풍력 발전 장치는 하부 프레임 및 하부 플랜지가 별도의 개구부가 구비되지 않은 원판형 부재로 구성하였으나, 배기풍을 이용하는 풍력 발전 장치는 하측으로부터 제공되는 배기풍이 팬 부재 방향으로 용이하게 통과할 수 있도록 하부 프레임 및 하부 플랜지에 적어도 하나 이상의 개구부(미도시)를 포함하도록 구성하는 것도 가능하다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 건조물의 상측에는 별도의 보조팬(60)이 구비될 수 있다. 보조팬(60)은 풍력 발전 장치와 인접한 위치에 설치되어, 풍력 발전 장치 방향으로 풍력을 제공하도록 설치될 수 있다. 일반적으로 풍력 발전 장치의 경우 초기 회전 동작을 위해서는 많은 부하가 걸린다. 따라서, 팬 부재(151)의 회전 동작이 진행되는 상태에서 팬 부재(151)가 지속적으로 회전할 수 있을 정도 크기의 자연풍이 제공되더라도, 팬 부재(151)가 정지해 있는 상태에서는 팬 부재의 회전 동작을 시작하는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 본 발전형 시설물은 별도의 보조팬(60)을 이용하여 풍력을 제공함으로서 풍력 발전 장치의 초기 회전 동작에 기여하도록 구성할 수 있다.
이러한 보조팬(60)은 별도의 동력원으로부터 동력을 제공받아 능동적으로 회전 구동할 수 있도록 구성될 수 있다. 그리고, 보조팬(60)은 보조팬으로부터 제공되는 풍력이 풍력 발전 장치의 팬 부재에 큰 모멘트로 작용할 수 있도록, 팬 부재의 회전 방향 폭이 넓은 높이(도 5의 경우, 팬 부재의 하측 방향)로 풍력을 제공하도록 배치하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 보조팬을 풍력 발전 장치와 별개의 구성으로 팬 부재의 일측에 위치하도록 구성하고 있으나, 이는 일 예에 불과하며 팬 부재의 하측에 위치하도록 배치하거나, 또는 보조 팬을 풍력 발전 장치와 일체로 구성하는 것도 가능하다. 예를 들어, 풍력 발전 장치의 팬 부재의 하부 플렌지 또는 하부 프레임에 고정 설치하여 팬 부재의 초기 구동시 초기 회전에 기여하도록 동작하는 것도 가능하다.
나아가, 본 실시예에서는 풍력 발전 장치의 팬 부재가 초기 회전이 용이하게 이루어질 수 있도록 별도의 보조 팬을 구비하는 구성을 예를 들어 설명하였으나, 이 이외에도 팬 부재에 회전 동력을 제공할 수 있는 모터를 추가적으로 구비하고 팬 부재의 초기 회전시에만 모터를 구동하여 팬 부재의 회전을 개시하도록 구성하는 것도 가능하다.
이러한 발전형 시설물의 경우, 본 발명에 따른 수직형 풍력 발전 장치를 구비하여 자연풍과 배기풍을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 것이 가능하므로, 폐풍을 이용하여 에너지를 자급할 수 있는 장점이 있다. 나아가, 시설물로부터 생산된 전기 에너지를 외부 시설물에 제공하거나 전기 에너지를 판매하는 것도 가능하다.
이상에서는 자연풍 및 배기풍을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 풍력 발전 장치 및 이를 포함하는 발전형 시설물에 대해 설명하였다. 이러한 수력 발전 장치는 단독 주택과 같이 소규모 건축물의 배기 시설에 적용할 수 있도록 소규모 장치로 구성되는 것도 가능하며, 초고층 빌딩 또는 공장과 같은 대형 시설에 적용할 수 있는 대규모 장치로 구성되는 것도 가능하다.
나아가, 전술한 실시예는 본 발명을 구현하기 위한 일 예로서 이 이외에도 다양한 방식으로 변경 설계하여 적용할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명에서 청구하는 권리범위는 실시예에 기재된 사항에 국한되는 것이 아니라, 청구항에 기재된 특징을 실시하는지 여부로 판단해야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 내부에 각각 권선된 코일이 구비된 상부 지지판 및 하부 지지판;
    상기 상부 지지판과 상기 하부 지지판 사이에 고정 설치되며, 권선된 코일을 구비하는 축 부재;
    외풍에 의해 상기 축부재를 축으로 회전 가능하게 설치되며, 상기 축 부재의 코일에 대향되는 위치에 배치된 자석 부재를 구비하는 회전 부재를 포함하고,
    상기 회전 부재는 상기 축 부재가 수용되는 중공이 형성된 몸체부, 상기 몸체부의 외주면에 설치되는 날개부, 상기 축 부재의 상단에 구비되어 상기 상부 지지판과 대향되는 면을 형성하는 상부 플랜지 및 상기 축 부재의 하단에 구비되어 상기 하부 지지판과 대향되는 면을 형성하는 하부 플랜지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 날개부는 복수개의 팬으로 구성되며, 상기 팬은 상기 몸체부를 감싸는 형태의 곡면으로 구성되며, 상기 몸체부의 길이 방향을 따라 상하 방향으로 꼬인 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각각의 팬은 상기 몸체부로부터 반경 방향으로 연장되는 복수개의 고정 부재에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각각의 팬은 상단의 폭이 하단의 폭보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 지지판 및 상기 하부 지지판에는 코일이 권선되고, 상기 회전 부재의 상기 상부 플랜지 및 상기 하부 플랜지는 각각 상기 상부 지지판 및 상기 하부 지지판의 코일에 대향되는 위치에 배치되는 영구자석을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 회전 부재가 회전함에 따라 상기 상부 지지판의 코일 또는 상기 하부 지지판의 코일에서 발생되는 전기 에너지는 상기 몸체부의 중공 내측에 상기 회전축을 따라 형성되는 선로를 따라 전달되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상부 지지판은 별도의 상부 프레임에 고정 설치되며, 상기 하부 지지판은 별도의 하부 프레임에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상부 지지판, 상기 하부 지지판, 상기 축 부재 및 상기 회전부재는 각각 병렬적으로 복수개로 배치되며, 상기 복수개의 상부 지지판은 상기 상부 프레임에 각각 고정 설치되며, 상기 복수개의 하부 지지판은 상기 하부 프레임에 각각 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  9. 건조물; 및
    상기 건조물의 상측에 배치되어 풍력을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 풍력 발전 장치를 포함하여 구성되며,
    상기 풍력 발전 장치는
    내부에 각각 권선된 코일이 구비된 상부 지지판 및 하부 지지판;
    상기 상부 지지판과 상기 하부 지지판 사이에 고정 설치되며, 권선된 코일을 구비하는 축 부재;
    외풍에 의해 상기 축부재를 축으로 회전 가능하게 설치되며, 상기 축 부재의 코일에 대향되는 위치에 배치된 자석 부재를 구비하는 회전 부재를 포함하고,
    상기 회전 부재는 상기 축 부재가 수용되는 중공이 형성된 몸체부, 상기 몸체부의 외주면에 설치되는 날개부, 상기 축 부재의 상단에 구비되어 상기 상부 지지판과 대향되는 면을 형성하는 상부 플랜지 및 상기 축 부재의 하단에 구비되어 상기 하부 지지판과 대향되는 면을 형성하는 하부 플랜지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발전형 시설물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 건조물은 내부 공간으로부터 배기되는 공기가 배출되는 배기관을 구비하고,
    상기 풍력 발전 장치는 상기 배기관의 상측에 설치되어 상기 배기관을 통해 배기되는 배기풍 및 외부의 자연풍을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 것을 특징으로 하는 발전형 시설물.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 풍력 발전 장치의 상기 날개부는 복수개의 팬으로 구성되며, 상기 팬은 상기 몸체부를 감싸는 형태의 곡면으로 이루어져, 상기 몸체부의 길이 방향을 따라 상하 방향으로 꼬인 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 발전형 시설물.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 풍력 발전 장치의 상기 상부 지지판 및 상기 하부 지지판에는 코일이 권선되고, 상기 회전 부재의 상기 상부 플랜지 및 상기 하부 플랜지는 각각 상기 상부 지지판 및 상기 하부 지지판의 코일에 대향되는 위치에 배치되는 영구자석을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발전형 시설물.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 건조물의 상측에는 상기 풍력 발전 장치과 인접한 위치에 배치되어, 상기 풍력 발전 장치의 상기 회전 부재로 풍력을 제공하는 보조팬을 더 포함하고,
    상기 보조팬은 상기 풍력 발전 장치의 초기 구동시 풍력을 제공하여 상기 회전 부재의 초기 회전에 조력하는 것을 특징으로 하는 발전형 시설물.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 건조물의 상측에는 상기 건조물에 고정 설치되는 상부 프레임 및 하부 프레임이 설치되며,
    상기 풍력 발전 장치는 상기 건조물의 상측에 복수개로 구비되어, 상기 복수개의 풍력 발전 장치의 상기 상부 지지판은 상기 상부 프레임에 고정 설치되고, 상기 복수개의 풍력 발전 장치의 상기 하부 지지판은 상기 하부 프레임에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 발전형 시설물.
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