WO2023234612A1 - 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 엔진룸의 하부면에 장착되고, 상기 차량의 주행시 발생하는 바람을 유입 및 집풍시키며, 집풍된 바람을 공급하는 바람 집풍장치(100); 상기 바람 집풍장치(100)에 결합되고, 상기 집풍된 바람을 공급받아 회전하면서 전기 에너지를 생산하는 회전체 어셈블리(200); 상기 회전체 어셈블리(200)와 전기적 연결이 이루어지며, 상기 전기 에너지가 저장되고 저장된 전기 에너지의 공급을 제어하는 발전부(300);를 포함하는 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치에 관한 것이다.

Description

차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치
본 발명은 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 화물차, 승용차, 전기차를 포함하는 차량에 설치되어 차량의 주행시 생성되는 바람을 이용하여 전기 에너지를 생산하고, 주행시 생성되는 바람에 의한 공기 저항을 줄여 차량의 연비에 대한 효율성을 향상시킬 수 있는 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 풍력 발전장치는 차량의 주행시 생성되는 바람을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 것이다.
일 예로, 대한민국 등록특허 제10-1894514호에는, 차량용 발전시스템은 본체의 전면에 전방으로 돌출된 범퍼가 구비되고, 상기 범퍼의 내부에는 공간부가 형성된 차량에서, 상기 범퍼의 전면에는 바람이 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 범퍼의 둘레면에는 범퍼의 내부로 유입된 바람이 배출되는 배출구가 형성되며, 상기 범퍼의 내부에 구비되어 상기 유입구로 유입되어 배출구 배출되는 바람에 의해 발전을 하는 풍력발전기가 구비되어, 차량의 운행시 발생되는 바람에 의해 풍력발전기(20)가 구동되어 발전시키는 풍력발전기를 이용한 차량용 발전시스템이 게재된 바 있다.
그러나, 전술한 선행기술문헌에 의하면, 차량의 범퍼에 형성되는 공간을 활용하여 풍력 발전이 이루어지도록 구성되는 것으로, 이는 범퍼 내부의 협소한 공간에서의 발전이 이루어질 수밖에 없기 때문에 발전 효율이 매우 미비하여 차량의 운행시 필요한 전기 에너지를 충분히 생산할 수 없는 문제점이 있었다.
한편, 범퍼의 경우, 그 내부 공간은 차량의 안전사고 발생시 발생하는 충격을 흡수하기 위해 형성되는 것으로 상기 내부 공간에 풍력발전기를 장착하는 경우, 범퍼 본연의 기능을 원활하게 수행할 수 없고, 이로 인해 안전사고 발생시 더욱 큰 인명피해가 발생할 우려가 있다.
또한, 전술한 선행기술문헌에 의하면, 바람의 집풍 효과를 향상시키기 위해 범퍼에 다수개의 유입구를 형성하는 경우, 범퍼만의 기능을 안정적으로 유지할 수 없게 되므로, 한정된 위치에서만 유입구를 일부 형성할 수밖에 없고, 이는 결국 바람의 집풍 효과가 현저히 떨어질 수밖에 없으며, 이로 인해 풍력 발전의 기능 역시 저하될 수밖에 없는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 전술한 배경기술에 의해서 안출된 것으로, 화물차, 승용차, 전기차를 포함하는 차량에 설치되어 차량의 주행시 생성되는 바람을 이용하여 전기 에너지를 생산하고, 주행시 생성되는 바람에 의한 공기 저항을 줄여 차량의 연비에 대한 효율성을 향상시킬 수 있는 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 차량의 주행시 발생하는 바람을 집풍시킨 후 집풍된 바람이 배출되는 속도를 이용하여 풍력 발전이 이루어지도록 함으로써, 발전 효과를 극대화시킬 수 있으며, 바람의 유입부는 넓게 형성하고, 배출부는 좁게 형성하여 바람이 회전체 어셈블리로 배출이 이루어질 때 높은 풍력에 의한 배출이 이루어지도록 함으로써, 발전 효율성을 더욱 향상시킬 수 있는 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 주행시 발생하는 바람을 통해 생산된 전기 에너지를 이용하여 전기 자동차의 배터리 충전이 이루어지도록 함으로써, 외부의 전기 에너지를 공급하지 않더라도 자체적으로 전기 자동차의 연료 공급이 가능한 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 엔진룸의 하부면에 장착되고, 상기 차량의 주행시 발생하는 바람을 유입 및 집풍시키며, 집풍된 바람을 공급하는 바람 집풍장치(100); 상기 바람 집풍장치(100)에 결합되고, 상기 집풍된 바람을 공급받아 회전하면서 전기 에너지를 생산하는 회전체 어셈블리(200); 상기 회전체 어셈블리(200)와 전기적 연결이 이루어지며, 상기 전기 에너지가 저장되고 저장된 전기 에너지의 공급을 제어하는 발전부(300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 바람 집풍장치(100)는, 상기 차량의 전방부를 관통하여 상기 바람의 유입이 이루어질 수 있도록 구성되는 측부 유입관(114)과, 상기 측부 유입관(114) 사이에 형성되는 중앙 유입관(112)으로 구성되는 바람 유입부(110)와, 상기 바람 유입부(110)의 후방부측 단부에 연장되게 형성되며, 유입된 바람을 집풍하는 바람 집풍부(120)와, 상기 바람 집풍부(120)의 후방측 중앙부로부터 연장되게 형성되며, 집풍된 바람을 상기 회전체 어셈블리(200)측으로 토출시키는 바람 토출부(130)와, 상기 회전체 어셈블리(200)를 통과한 바람을 이송시키는 바람 이송부(140)와, 상기 회전체 어셈블리(200)를 회전시킨 바람을 외부로 배출시키는 바람 배출부(150)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회전체 어셈블리(200)는, 상기 바람 토출부(130)로부터 토출되는 바람에 의해 발전이 이루어지도록 구성되는 제1회전체 어셈블리(200a)와, 상기 제1회전체 어셈블리(200a)와 상기 바람 이송부(140)를 통해 연결되며, 상기 제1회전체 어셈블리(200a)를 통과한 바람에 의해 발전이 이루어지는 제2회전체 어셈블리(200b)와, 상기 제2회전체 어셈블리(200b)와 상기 바람 이송부(140)에 의해 연결되며, 상기 제2회전체 어셈블리(200b)를 통과한 바람에 의해 발전이 이루어지도록 구성되며, 하단부에 상기 바람 배출부(150)가 결합되는 제3회전체 어셈블리(200c)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 바람 집풍부(120)에는, 중앙 유입부(112)와 측부 유입부(114)로부터 각각 유입되는 바람의 토출 방향이 한 방향으로 바람 토출부(130)로 공급될 수 있도록 안내하여 서로 다른 방향으로 유입되는 바람들의 충돌을 방지하고, 상기 중앙 유입부(112)와 측부 유입부(114) 각각의 끝단부들에 형성되는 유입홀의 개폐량을 조절하는 유입 제어수단(160)이 더 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 바람 이송부(140)에는, 상기 바람 이송부(140)에 결합되는 조절 본체부(410)와, 상기 조절 본체부(410)의 내면을 따라 슬라이딩 이동이 이루어지도록 구성되는 가압 하우징(420)과, 상기 발전부의 제어에 의해 상기 가압 하우징(420)을 슬라이딩 이동시키는 가압수단(430)과, 상기 가압 하우징(420)의 슬라이딩 이동시 상기 조절 본체부(410)의 관통된 내부 직경을 축소시키는 조절 플레이트(440)와, 상기 조절 플레이트(440)의 이동시 탄성 복원력에 의해 휨이 발생하면서 상기 내부 직경을 축소시키며, 상기 조절 플레이트(440)를 상기 가압 하우징(420)의 내면에 밀착시키는 탄성 플레이트(450)를 포함하는 풍속 조절장치(400)가 더 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 내지 제3회전체 어셈블리(200a, 200b, 200c)는, 상기 바람 토출부(130), 상기 바람 이송부(140) 및 상기 바람 배출부(150)와 각각 분리 가능하게 결합되는 회전본체(210)와, 상기 회전본체(210)의 관통된 중앙부에 구성되며, 외주면으로 회전 블레이드(230)가 결합되는 회전축(220)과, 상기 회전축(220)의 단부가 결합되며, 상기 회전축(220)의 회전시 전기 에너지를 생산하는 얼터네이터(Alternator: 240)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 발전부(300)는 상기 얼터네이터(240)로부터 생산된 전기 에너지를 공급받아 충전하는 배터리(310)와, 상기 전기 에너지의 공급 여부를 제어하고, 차량의 주행 속도에 따라 바람의 이동 속도를 조절하는 발전 컨트롤러(320)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 화물차, 승용차, 전기차를 포함하는 차량에 설치되어 차량의 주행시 생성되는 바람을 이용하여 전기 에너지를 생산하고, 주행시 생성되는 바람에 의한 공기 저항을 줄여 차량의 연비에 대한 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 차량의 주행시 발생하는 바람을 집풍시킨 후 집풍된 바람이 배출되는 속도를 이용하여 풍력 발전이 이루어지도록 함으로써, 발전 효과를 극대화시킬 수 있으며, 바람의 유입부는 넓게 형성하고, 배출부는 좁게 형성하여 바람이 회전체 어셈블리로 배출이 이루어질 때 높은 풍력에 의한 배출이 이루어지도록 함으로써, 발전 효율성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 주행시 발생하는 바람을 통해 생산된 전기 에너지를 이용하여 전기 자동차의 배터리 충전이 이루어지도록 함으로써, 외부의 전기 에너지를 공급하지 않더라도 자체적으로 전기 자동차의 연료 공급이 가능한 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치가 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치의 유입 제어수단이 장착된 상태를 개략적으로 나타낸 도면,
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치의 풍속 조절장치가 장착된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치는, 차량의 엔진룸의 하부면에 장착되고, 상기 차량의 주행시 발생하는 바람을 유입 및 집풍시키며, 집풍된 바람을 공급하는 바람 집풍장치(100); 상기 바람 집풍장치(100)에 결합되고, 상기 집풍된 바람을 공급받아 회전하면서 전기 에너지를 생산하는 회전체 어셈블리(200); 상기 회전체 어셈블리(200)와 전기적 연결이 이루어지며, 상기 전기 에너지가 저장되고 저장된 전기 에너지의 공급을 제어하는 발전부(300);를 포함하여 구성되는 것이다.
본 발명의 차량용 풍력 발전장치는 화물차량에 장착된 상태를 예시로 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 승용차량, 또는 전기 에너지를 연료로 운행이 이루어지는 전기차량에도 장착이 가능한 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 차량용 풍력 발전장치는 차량의 하부에 설치되되, 바람직하게는 차량의 엔진룸의 하부면에 장착이 가능하도록 구성되어 차량의 주행시 발생하는 바람이 유입되며, 유입된 바람을 집풍시켜 배출이 이루어질 수 있도록 구성되는 바람 집풍장치(100)와, 다수개로 구성되고, 바람 집풍장치(100)에 직렬로 배치되되, 분리 가능하게 결합되며, 이 바람 집풍장치(100)로부터 집풍된 바람에 의해 회전하면서 발전이 이루어지도록 구성되는 회전체 어셈블리(200)와, 회전체 어셈블리(200)와 전기적 연결이 이루어지며, 이 회전체 어셈블리(200)를 통해 생성된 전기 에너지가 저장되는 발전부(300)를 포함하여 구성된다.
여기서, 바람 집풍장치(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 차량의 전방부를 관통하여 주행중이 차량에 의해 생성되는 바람의 유입이 이루어질 수 있도록 구성되는 바람 유입부(110)와, 이 바람 유입부(110)의 후방부측 단부에 연장되게 형성되며, 유입된 바람을 집풍하는 바람 집풍부(120)와, 바람 집풍부(120)의 후방측 중앙부로부터 연장되게 형성되며, 집풍된 바람을 회전체 어셈블리(200)측으로 토출시키는 바람 토출부(130)와, 회전체 어셈블리(200)를 통과한 바람을 이송시키는 바람 이송부(140)와, 회전체 어셈블리(200)를 회전시킨 바람을 외부로 배출시키는 바람 배출부(150)를 포함하여 구성된다.
여기서, 바람 유입부(110)는 차량의 범퍼의 상부면과 엔진룸의 하부면 사이에 배치될 수 있도록 구성되며, 차량의 폭 방향으로 소정 간격 이격되게 다수개로 구성될 수 있다.
본 발명에서는 총 3개의 바람 유입부(110), 즉 양측부에 각각 구성되는 2개의 측부 유입관(114)과, 이 측부 유입관(114) 사이에 형성되는 중앙 유입관(112)으로 구성되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 풍력 발전장치가 설치될 차량의 종류에 따라 그 개수는 달라질 수 있을 것이다.
일 예로, 화물차 중 소형 화물차, 승용차, 또는 전기 에너지를 연료로 하는 승용차 등에 본 발명의 풍력 발전장치가 설치되는 경우, 전술한 2개의 바람 유입부(110)를 설치할 수 있으나, 상기 화물차가 중형, 또는 대형인 경우, 또는 상기 전기 에너지를 연료로 하는 버스와 같은 대형 운행차 등에는 상기 중앙 유입관(112)이 다수개로 구성되어 바람 집풍부(120)와 연결되게 구성될 수 있을 것이다.
바람 집풍부(120)는 전술한 바람 유입부(110)의 중앙 유입관(112)과 측부 유입관(114)의 끝단부가 각각 연결되며, 이 중앙 유입관(112) 및 측부 유입관(114)으로부터 유입되는 바람을 집풍시켜 더욱 강한 힘을 가진 형태로 회전체 어셈블리(200)측으로 공급될 수 있도록 구성된다.
이러한 바람 집풍부(120)는 전방면(도 3 기준으로 상부면)으로 중앙 유입관(112)의 끝단부가 연통되게 연결되고, 양측면으로 각각 측부 유입관(114)의 끝단부가 연통되게 연결된다.
또한, 바람 집풍부(120)는 후방면으로 바람 토출부(130)가 일체로 연장되게 형성되어 지붕된 바람이 회전체 어셈블리(200)로 토출되어 이 회전체 어셈블리(200)에 구성되는 회전 블레이드(230)를 회전시킬 수 있도록 구성된다.
여기서, 바람 토출부(130)에는 끝단부, 다시말해 후방면으로 회전체 어셈블리(200)가 결합되어 토출되는 바람이 손실없이 회전체 어셈블리(200)측으로 공급될 수 있도록 구성된다.
바람 이송부(140)는 회전체 어셈블리(200)와 회전체 어셈블리(200)를 연결하며, 회전체 어셈블리(200)를 통과한 바람이 상기 회전체 어셈블리(200)의 후방부에 구성되는 또 다른 회전체 어셈블리(200)측으로 공급될 수 있도록 이송시키는 것이다.
즉, 바람 이송부(140)는 다수개로 구성되는 회전체 어셈블리(200)들을 연결하여, 바람 토출부(130)로부터 토출되는 바람이 다수개의 회전체 어셈블리(200)들을 순차적으로 회전시킬 수 있도록 하는 것이다.
바람 배출부(150)는 다수개의 회전체 어셈블리(200)들 중 가장 후방부에 배치되는 회전체 어셈블리(200)에 연결되어 상기 다수개의 회전체 어셈블리(200)들을 모두 회전시킨 바람을 외부로 배출시키는 것으로, 통상의 원통형 배관으로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 바람 집풍장치(100)에는 전술한 바람 집풍부(120)에 구성되며, 바람 유입부(110)의 중앙 유입부(112)와 측부 유입부(114)로부터 각각 유입되는 바람들이 서로 충돌하는 것을 방지하고, 상기 충돌에 의해 바람의 이동 속도가 줄어드는 것을 방지하는 한편, 차량의 주행 속도에 따라 바람 집풍부(120)로 유입되는 바람의 유입 속도를 조절하는 유입 제어수단(160)을 더 구성할 수 있을 것이다.
유입 제어수단(160)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상부로 중앙 유입부(112)의 끝단부가 결합되고, 양측부로 측부 유입부(114)의 끝단부가 결합되며, 이 중앙 유입부(112)와 측부 유입부(114)로부터 각각 유입되는 바람의 토출 방향이 한 방향으로 바람 토출부(130)로 공급될 수 있도록 안내하여 서로 다른 방향으로 유입되는 바람들의 충돌을 방지하고, 상기 중앙 유입부(112)와 측부 유입부(114) 각각의 끝단부들에 형성되는 유입홀의 개폐량 조절이 이루어질 수 있도록 구성되는 것이다.
이러한 유입 제어수단(160)은 유입 제어본체(165)의 내부에 구성되며, 중앙 유입부(112)와 연결되게 구성되어 이 중앙 유입부(112)로부터 공급되는 바람을 바람 토출부(130)측으로 이동할 수 있도록 안내하는 중앙 유입 제어관(162)과, 측부 유입부(114)와 연결되게 구성되며, 측부 유입부(142)로부터 공급되는 바람을 바람 토출부(130)측으로 이동할 수 있도록 안내하는 측부 유입 제어관(164)과, 중앙 유입 제어관(162) 및 측부 유입 제어관(164)의 선단부에 각각 구성되어 상기 중앙 유입부(112)와, 측부 유입부(114)의 유입홀에 대한 개폐량을 조절하는 개폐 조절 댐퍼(166) 및 바람의 유입 및 이동시 발생하는 소음을 저감시키는 흡음부재(168)를 포함하여 구성된다.
중앙 유입 제어관(162)은 상측 선단부가 중앙 유입부(112)와 연결되고, 하측 끝단부가 바람 토출부(130)측으로 연장되게 형성되어 상기 중앙 유입부(112)를 통해 유입되는 바람이 측부 유입부(114)로부터 유입되는 바람과 접촉하지 않으면서 바람 토출부(130)로 직접 공급될 수 있도록 구성된다.
이러한 중앙 유입 제어관(162)은 바람 토출부(130)측으로 연장 형성되어 바람의 공급을 안내하는 중앙 토출 안내부(162a)가 더 구성된다.
여기서, 중앙 토출 안내부(162a)는 그 하단부측 끝단부의 직경이 점차 좁아지는 형태로 구성되어 중앙 유입 제어관(162)을 통해 공급되는 바람의 공급 속도가 향상되도록 구성될 수 있을 것이다.
측부 유입 제어관(164)은 일측 단부가 측부 유입부(164)와 연결되고, 타측 단부가 바람 토출부(130)의 상측 선단부와 동일선상에 위치하도록 구성되어 상기 측부 유입부(164)로부터 유입된 바람이 중앙 유입부(112)로부터 유입되는 바람과 비접촉 상태로 바람 토출부(130)측으로 공급될 수 있도록 구성된다.
이때, 측부 유입 제어관(164)은 타측부가 하향 절곡되게 형성되면서 중앙 토출 안내부(162a)의 외주면에 밀착되게 구성되며, 중앙 유입 제어관(162)의 바람 공급 방향과 동일한 공급 방향을 이루도록 구성되어 측부 유입부(114)로부터 유입되는 바람이 중앙 유입부(112)로부터 유입되는 바람과 동일한 방향으로 바람 토출부(130)측으로 공급될 수 있도록 하는 측부 토출 안내부(164a)가 형성된다.
이때, 측부 유입 제어관(164)은 측부 토출 안내부(164a)의 하측 끝단부에 형성되며, 상기 중앙 토출 안내부(162a)와 밀착되는 타측 단부의 끝단부측으로 소정의 경사면으로 형성되는 토출 확장면(164b)이 형성될 수 있다.
개폐 조절 댐퍼(166)는 후술할 발전부(300)에 포함되는 발전 컨트롤러(320)의 제어에 의해 회전 작동이 이루어지면서 중앙 유입부(112) 및 측부 유입부(114)를 포함하는 바람 유입부(110)의 유입홀에 대한 개폐량을 조절할 수 있도록 구성된다.
흡음부재(168)는 유입 제어수단(160)의 유입 제어본체(165)에 내장되며, 바람직하게는 중앙 토출 제어관(162)과 측부 유입 제어관(164) 사이에 구성되며, 더 바람직하게는 유입 제어본체(165)와 상기 중앙 토출 제어관(162)과 측부 유입 제어관(164) 사이에 내장되게 구성되어 중앙 유입부(112)와 측부 유입부(114)로부터 유입되는 바람이 중앙 토출 제어관(162)과 측부 유입 제어관(164)의 내면부와 충돌하면서 발생하는 소음을 흡수하는 역할을 한다.
한편, 본 발명의 풍력 발전장치에 구성되는 회전체 어셈블리(200)는, 바람 토출부(130)의 후방부에 연결되게 구성되며, 분리 가능하게 결합되는 것으로, 상기 바람 토출부(130)과 동축선상에 소정 간격 이격되게 다수개로 배치되되, 직렬 방식으로 배치되어 토출되는 바람에 의해 발전이 이루어질 수 있도록 구성된다.
본 발명의 회전체 어셈블리(200)는 바람 토출부(130)의 하단부측 끝단부에 분리 가능하게 결합되며, 이 바람 토출부(130)로부터 토출되는 바람에 의해 발전이 이루어지도록 구성되는 제1회전체 어셈블리(200a)와, 제1회전체 어셈블리(200a)와 바람 이송부(140)를 통해 연결되며, 상기 제1회전체 어셈블리(200a)를 통과한 바람에 의해 발전이 이루어지는 제2회전체 어셈블리(200b)와, 제2회전체 어셈블리(200b)와 바람 이송부(140)에 의해 연결되며, 상기 제2회전체 어셈블리(200b)를 통과한 바람에 의해 발전이 이루어지도록 구성되며, 하단부에 바람 배출부(150)가 결합되는 제3회전체 어셈블리(200c)로 구성될 수 있다.
여기서, 제2회전체 어셈블리(200b)는 차량의 종류에 따라 하나로 구성될 수도 있으며, 바람직하게는 2개 이상 다수개로 구성될 수 있다.
이러한 회전체 어셈블리(200)는 바람 토출부(130), 바람 이송부(140) 및 바람 배출부(150)와 각각 분리 가능하게 결합되며, 바람의 유입 및 통과가 이루어질 수 있도록 원통형으로 구성되는 회전본체(210)와, 회전본체(210)의 관통된 중앙부에 구성되며, 외주면으로 회전 블레이드(230)가 결합되는 회전축(220)과, 회전축(220)의 단부가 결합되며, 바람에 의해 회전축(220)의 회전시 전기 에너지를 생산하는 얼터네이터(Alternator: 240)를 포함하여 구성된다.
여기서, 회전본체(210)에는 회전축(220)의 상단부가 회전 가능하게 결합될 수 있도록 지지하는 회전 지지 플랜지를 더 구성할 수 있으며, 하단부측 내주면으로 얼터네이터(240)를 회전본체(210)에 고정하고, 회전축(220)의 하단부가 회전 가능하게 결합되도록 지지하는 고정바(242)가 결합된다.
또한, 얼터네이터(240)는 발전부(300)의 배터리(310)와 전기적 연결이 이루어지도록 구성되어 생산한 전기 에너지를 상기 배터리(310)로 공급하여 충전이 이루어질 수 있도록 구성된다.
본 발명의 회전체 어셈블리(200)는 제1회전체 어셈블리(200a)측으로 공급되는 바람에 의해 이 제1회전체 어셈블리(200a)에 구성되는 회전 블레이드(230)가 회전하면서 회전축(220)을 회전시키고, 상기 회전축(220)의 회전 작동이 이루어짐에 따라 얼터네이터(240)에서 발전이 이루어지면서 전기 에너지를 생산하고, 생산한 전기 에너지를 전기 케이블 등을 통해 배터리(310)로 공급할 수 있도록 구성되고, 이후 제1회전체 어셈블리(200a)를 통과한 바람이 바람 이송부(140)를 통해 제2회전체 어셈블리(200b)로 이송 및 공급되고, 상기 제2회전체 어셈블리(200b)에 구성되는 회전 블레이드(230), 회전체(220)를 회전시켜 얼터네이터(240)의 발전이 이루어지도록 구성되며, 상기 제2회전체 어셈블리(200b)를 통과한 바람이 바람 이송부(140)를 통해 제3회전체 어셈블리(200c)로 이송 및 공급되어 전기 에너지의 생산이 이루어지도록 구성됨과 동시에 바람 배출부(150)를 통해 외부로 배출이 이루어질 수 있도록 구성되는 것이다.
이와 같이 구성되는 회전체 어셈블리(200)들 중, 제1회전체 어셈블리(200a)는 바람 토출부(130)를 통해 공급되는 바람에 의해 빠르게 회전할 수 있고, 이후 제2 및 제3회전체 어셈블리(200b, 200c)들을 통과하는 바람들은 그 에너지를 잃어 제1회전체 어셈블리(200a)의 후방부에 배치되는 제2 및 제3회전체 어셈블리(200b, 200c)는 그 회전속도가 느려지게 된다.
하지만, 회전체 어셈블리(200)들 마다 각각 얼터네이터(240)가 개별적으로 구성됨에 따라 적은 힘의 바람으로도 전기 에너지를 회전체 어셈블리(200) 별로 생산할 수 있게 됨으로써, 차량의 주행시 발생하는 바람을 최대한으로 이용하여 더욱 많은 전기 에너지를 생산할 수 있게 될 것이다.
발전부(300)는 전기 케이블 등을 통해 회전체 어셈블리(200)에 구성되는 얼터네이터(240)와 전기적 연결이 이루어지며, 이 얼터네이터(240)로부터 생산된 전기 에너지를 공급받아 충전하고, 발전 컨트롤러(320)의 제어에 의해 충전한 전기 에너지를 부하처로 제공하는 배터리(310)와, 전기 에너지의 공급 여부를 제어하고, 차량의 주행 속도에 따라 유입 제어수단(160)의 개폐 조절 댐퍼(166)의 작동을 제어하는 발전 컨트롤러(320)를 포함하여 구성된다.
여기서, 발전 컨트롤러(320)는 ECU와 연결되어, 이 ECU로부터 차량의 주행 속도에 대한 신호를 수신받을 수 있으며, 상기 차량의 주행 속도 신호에 따라 공급되는 바람의 세기를 향상시키기 위해 후술하게 될 풍속 조절장치(400)의 가압수단(430)의 구동을 제어할 수 있을 것이다.
즉, 차량이 저속으로 운행하는 경우, 발전 컨트롤러(320)는 상기 바람 유입부(110)로 유입되는 바람의 유입 속도 역시 저속으로 유입될 수밖에 없으므로, 상기 바람의 유입 속도를 향상시키기 위해 개폐 조절 댐퍼(166)를 작동시켜 상기 바람 유입부(110)의 유입홀에 대한 직경, 또는 내부 공간을 축소시켜 유입된 바람의 이동 속도가 증가될 수 있도록 제어하고, 이와 동시에 상기 풍속 조절장치(400)를 작동시켜 바람 이송부(140)의 내부 직경을 축소시킴으로써, 제1회전체 어셈블리(200a)를 통과한 바람의 이동 속도를 향상시킬 수 있도록 제어한다.
또한, 발전 컨트롤러(320)는 차량이 고속으로 운행하는 경우에 상기 개폐 조절 댐퍼(166)와 풍속 조절장치(400)를 작동시켜 상기 바람 유입부의 유입홀과 바람 이송부(140)의 내부 직경을 최대로 확장시켜 유입된 바람에 대한 저항이 발생하는 것을 방지하도록 제어한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 풍력 발전장치는 화물차에 설치되는 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 차량의 운전석과 적재함 사이에 바람 유입부(110a)를 더 구성하고, 상기 바람 유입부(110a)의 하단부가 차량의 하부면에 구성되는 바람 집풍부(120), 또는 바람 토출부(130)와 직접 연결되게 구성되어 회전체 어셈블리(200)의 제1회전체 어셈블리(200a)측으로 공급되도록 구성될 수도 있을 것이다.
하지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 차량의 운전석과 적재함 사이에 바람 유입부(110a) 역시 독립적으로 전기 에너지의 생산이 가능하도록 바람 집풍부(120a), 바람 토출부(130a), 바람 이송부(140a)를 더 구성할 수 있으며, 상기 바람 토출부(130a) 및 바람 이송부(140a)와 연결되는 회전체 어셈블리(200)를 더 구성할 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명의 차량용 풍력 발전장치는 바람 토출부(130)로부터 토출되는 바람이 제1회전체 어셈블리(200a)를 통과하면서 잃게 되는 바람의 힘(바람의 이동 속도)을 향상시켜 제2회전체 어셈블리(200b)측으로 공급될 수 있도록 하는 풍속 조절장치(400)가 더 구성될 수도 있을 것이다.
풍속 조절장치(400)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 바람 이송부(140)에 분리 가능하게 결합되며, 바람 이송부(140)를 통해 이송되는 바람이 통과하도록 구성되고, 풍속 조절장치(400)의 작동을 지지하는 조절 본체부(410)와, 조절 본체부(410)의 내면을 따라 슬라이딩 이동이 이루어지도록 구성되는 가압 하우징(420)과, 발전 컨트롤러(320)의 제어에 의해 가압 하우징(420)을 슬라이딩 이동시키는 가압수단(430)과, 가압 하우징(420)의 슬라이딩 이동시 조절 본체부(410)의 관통된 내부 직경을 축소시키는 조절 플레이트(440) 및 조절 플레이트(440)의 이동시 탄성 복원력에 의해 휨이 발생하면서 상기 내부 직경을 축소시키며, 상기 조절 플레이트(440)를 상기 가압 하우징(420)의 내면에 밀착시키는 탄성 플레이트(450)를 포함하여 구성된다.
조절 본체부(410)는 가압 하우징(420)이 삽입되며, 이 가압 하우징(420)의 슬라이딩 이동이 이루어질 수 있도록 지지하는 가이드홈(414)이 형성되고, 가이드홈(414)의 양측부로 가압 하우징(420)에 구성되는 이송패널(422)의 이동을 안내하는 가이드 레일(412)이 구성된다.
또한, 조절 본체부(410)는 탄성 플레이트(450)의 외면과 조절 본체부(410)의 내면 사이에 구성되며, 바람 이송부(140)로부터 이송되는 바람이 조절 본체부(410)의 내면과 탄성 플레이트(450)의 외면 사이로 통과하는 것을 차단하고, 상기 탄성 플레이트(450)의 탄성 작동을 지지하는 기밀수단(416)을 포함하여 구성된다.
여기서, 기밀수단(450)은 신축 작동을 하는 부재로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 실리콘, 또는 고무재질의 패킹부재로 이루어질 수 있을 것이다.
가압 하우징(420)은 조절 본체부(410)의 원주면을 따라 등간격으로 배치되며, 가이드홈(414)에 삽입되어 가이드 레일(412)을 따라 슬라이딩 이동이 이루어지면서 내주면에 밀착되는 조절 플레이트(440)를 가압하여 조절 본체부(410)의 관통된 내면에 대한 직경의 축소 및 확장이 이루어질 수 있도록 구성되는 것이다.
이때, 가압 하우징(410)은 가이드홈(414)에 밀착되게 구성될 수 있으며, 상기 가이드 레일(412)에 안착되어 슬라이딩 이동을 지지하는 이송패널(422)이 양단부에 구성될 수 있을 것이다.
이러한 가압 하우징(420)은 조절 본체부(410)의 원주면을 따라 총 3개로 구성될 수 있으나, 바람 이송부(140)의 직경에 따라 3개 이상 다수개로 구성될 수도 있을 것이다.
가압수단(430)은 가압 하우징(420)의 외면에 결합되며, 발전 컨트롤러(320)의 제어에 의해 가압수단(430)을 가압하여 슬라이딩 이동이 이루어지도록 하는 것으로 통상의 실린더 부재로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
조절 플레이트(440)는 가압 하우징(420)의 내면에 밀착되게 구성되며, 이 가압 하우징(420)이 조절 본체부(410)의 중앙측으로 슬라이딩 이동이 이루어질 때, 함께 이동하면서 상기 조절 본체부(410)의 내부 직경을 축소시켜 바람의 이동 속도를 증가시키는 구성요소이다.
또한, 탄성 플레이트(450)는 조절 플레이트(440) 사이에 배치되며, 그 외주면이 기밀수단(416)의 내주면에 밀착되게 구성되고, 양측 상부면이 조절 플레이트(440)의 양측 하부면과 밀착되게 구성되어 조절 플레이트(440)의 슬라이딩 이동시 휨에 의한 탄성 작동이 이루어지면서 상기 조절 본체부(410)의 내부 직경을 축소시키고, 상기 가압 하우징(420)이 원위치로 복원되는 경우, 탄성 복원력에 의해 조절 플레이트(440)를 가압 하우징(420)측으로 밀착시켜 함께 위치 복원이 이루어질 수 있도록 구성된다.
이에 따라, 차량이 저속으로 운행하거나, 또는 제2회전체 어셈블리(200b) 및 제3회전체 어셈블리(200c)측으로 공급되는 바람의 이동 속도가 저하되는 경우, 조절 플레이트(440) 및 탄성 플레이트(450)를 통해 조절 본체부(410)의 내부 직경을 축소시켜 이 조절 본체부(410)의 내부 직경을 통과하는 바람의 이동 속도를 증가함에 따라 제2 및 제3회전체 어셈블리(200b, 200c)의 발전량을 향상시킬 수 있게 될 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 바람 집풍장치 110: 바람 유입부
112: 중앙 유입관 114: 측부 유입관
116: 확장 플랜지 120: 바람 집풍부
130: 바람 토출부 132: 토출공
140: 바람 이송부 150: 바람 배출부
160: 유입 제어수단 162: 중앙 유입 제어관
162a: 중앙 토출 안내부 164: 측부 유입 제어관
164a: 측부 토출 안내부 164b: 토출 확장면
165: 유입 제어본체(165) 166: 개폐 조절 댐퍼
168: 흡음부재 200: 회전체 어셈블리
210: 회전본체 220: 회전축
230: 회전 블레이드 240: 얼터네이터
242: 고정바 300: 발전부
310: 배터리 320: 발전 컨트롤러
400: 풍속 조절장치 410: 조절 본체부
412: 가이드 레일 414: 가이드홈
416: 기밀수단 420: 가압 하우징
422: 이송패널 430: 가압수단
440: 조절 플레이트 450: 탄성 플레이트

Claims (5)

  1. 차량의 엔진룸의 하부면에 장착되고, 상기 차량의 주행시 발생하는 바람을 유입 및 집풍시키며, 집풍된 바람을 공급하는 바람 집풍장치(100);
    상기 바람 집풍장치(100)에 결합되고, 상기 집풍된 바람을 공급받아 회전하면서 전기 에너지를 생산하는 회전체 어셈블리(200);
    상기 회전체 어셈블리(200)와 전기적 연결이 이루어지며, 상기 전기 에너지가 저장되고 저장된 전기 에너지의 공급을 제어하는 발전부(300);를 포함하고,
    상기 바람 집풍장치(100)는,
    상기 차량의 전방부를 관통하여 상기 바람의 유입이 이루어질 수 있도록 구성되는 측부 유입관(114)과, 상기 측부 유입관(114) 사이에 형성되는 중앙 유입관(112)으로 구성되는 바람 유입부(110)와, 상기 바람 유입부(110)의 후방부측 단부에 연장되게 형성되며, 유입된 바람을 집풍하는 바람 집풍부(120)와, 상기 바람 집풍부(120)의 후방측 중앙부로부터 연장되게 형성되며, 집풍된 바람을 상기 회전체 어셈블리(200)측으로 토출시키는 바람 토출부(130)와, 상기 회전체 어셈블리(200)를 통과한 바람을 이송시키는 바람 이송부(140)와, 상기 회전체 어셈블리(200)를 회전시킨 바람을 외부로 배출시키는 바람 배출부(150)로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바람 이송부(140)에는,
    상기 바람 이송부(140)에 결합되는 조절 본체부(410)와,
    상기 조절 본체부(410)의 내면을 따라 슬라이딩 이동이 이루어지도록 구성되는 가압 하우징(420)과,
    상기 발전부의 제어에 의해 상기 가압 하우징(420)을 슬라이딩 이동시키는 가압수단(430)과,
    상기 가압 하우징(420)의 슬라이딩 이동시 상기 조절 본체부(410)의 관통된 내부 직경을 축소시키는 조절 플레이트(440)와,
    상기 조절 플레이트(440)의 이동시 탄성 복원력에 의해 휨이 발생하면서 상기 내부 직경을 축소시키며, 상기 조절 플레이트(440)를 상기 가압 하우징(420)의 내면에 밀착시키는 탄성 플레이트(450)를 포함하는 풍속 조절장치(400)
    가 더 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전체 어셈블리(200)는,
    상기 바람 토출부(130)로부터 토출되는 바람에 의해 발전이 이루어지도록 구성되는 제1회전체 어셈블리(200a)와,
    상기 제1회전체 어셈블리(200a)와 상기 바람 이송부(140)를 통해 연결되며, 상기 제1회전체 어셈블리(200a)를 통과한 바람에 의해 발전이 이루어지는 제2회전체 어셈블리(200b)와,
    상기 제2회전체 어셈블리(200b)와 상기 바람 이송부(140)에 의해 연결되며, 상기 제2회전체 어셈블리(200b)를 통과한 바람에 의해 발전이 이루어지도록 구성되며, 하단부에 상기 바람 배출부(150)가 결합되는 제3회전체 어셈블리(200c)
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바람 집풍부(120)에는,
    중앙 유입부(112)와 측부 유입부(114)로부터 각각 유입되는 바람의 토출 방향이 한 방향으로 바람 토출부(130)로 공급될 수 있도록 안내하여 서로 다른 방향으로 유입되는 바람들의 충돌을 방지하고, 상기 중앙 유입부(112)와 측부 유입부(114) 각각의 끝단부들에 형성되는 유입홀의 개폐량을 조절하는 유입 제어수단(160)이 더 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3회전체 어셈블리(200a, 200b, 200c)는,
    상기 바람 토출부(130), 상기 바람 이송부(140) 및 상기 바람 배출부(150)와 각각 분리 가능하게 결합되는 회전본체(210)와,
    상기 회전본체(210)의 관통된 중앙부에 구성되며, 외주면으로 회전 블레이드(230)가 결합되는 회전축(220)과,
    상기 회전축(220)의 단부가 결합되며, 상기 회전축(220)의 회전시 전기 에너지를 생산하는 얼터네이터(Alternator: 240)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치.
PCT/KR2023/006892 2022-06-02 2023-05-22 차량의 주행 에너지를 이용한 풍력 발전장치 WO2023234612A1 (ko)

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