WO2024014855A1 - 풍력 발전장치 - Google Patents

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WO2024014855A1
WO2024014855A1 PCT/KR2023/009905 KR2023009905W WO2024014855A1 WO 2024014855 A1 WO2024014855 A1 WO 2024014855A1 KR 2023009905 W KR2023009905 W KR 2023009905W WO 2024014855 A1 WO2024014855 A1 WO 2024014855A1
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rotation
air passage
shutter
hollow
divide
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PCT/KR2023/009905
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English (en)
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이범석
양연신
Original Assignee
이범석
양연신
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Application filed by 이범석, 양연신 filed Critical 이범석
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    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/02—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02E10/70—Wind energy
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a wind power generator, and more specifically, to a wind power generator that can improve power generation efficiency.
  • a wind power generator is a device that converts rotational energy into electrical energy by rotating the blades using the wind pressure of the wind, and its use is increasing recently due to its simple structure and simple installation.
  • This wind power generator includes a prop fixedly installed on the ground, a housing installed on the top of the prop, a wing rotatably installed in the housing and rotated by the wind pressure, installed inside the housing, and the wing It consists of a generator that converts rotational energy into electrical energy and a capacitor that charges the electrical energy delivered from the generator.
  • a housing is rotatably applied to the top of a support so that the blades can be positioned in the direction from which the wind blows, and wings are installed on the outside of the housing so that the direction of the blades can be changed by wind resistance.
  • a technology using the structure has been proposed.
  • Prior literature related to the present invention includes Korean Patent Publication No. 10-2013-0025212 (March 11, 2013), which discloses a wind power generator having a hollow main shaft.
  • the purpose of the present invention is to provide a wind power generator that can improve power generation efficiency.
  • the wind power generator according to the present invention includes a main frame in the shape of a square frame with sides orthogonal to the top, bottom, left, and right sides formed based on an air passage penetrating forward and backward, and rotatable about a vertical rotation center, and one or more along the left and right sides of the air passage.
  • a pair of vertical frames are arranged and have a length up and down, and divide the air passage to the left and right into a plurality of columns, and at least one vertical frame is arranged along the top and bottom of the air passage and has a length to the left and right, and intersects the vertical frame It is characterized by comprising a pair of horizontal frames that divide the air passage up and down into a plurality of rows, and a generator individually installed in the air passage and converting the force of wind passing through the air passage into electrical energy.
  • the vertical frames are disposed on the left and right sides of the air passage, respectively, and can divide the air passage into three columns on the left and right, and the horizontal frames are disposed above and below the air passage, respectively, and intersect with the vertical frame to The air passage can be divided up and down into three rows.
  • a rectangular frame-shaped inflow pipe protrudes from the front end of the main frame and penetrates the hollow front and rear, and the rear end is coupled to the front of the vertical frame so that it can rotate horizontally, dividing the hollow into left and right, and opening the front.
  • a pair of first rotating shutters that divide the hollow into left and right when rotated in parallel position are disposed between the first rotating shutters, and the rear ends are respectively coupled to the front of the horizontal frame so as to be rotatable up and down, thereby forming the hollow
  • a pair of second rotary shutters dividing the hollow into upper and lower parts are disposed horizontally between the left side of the hollow and the first rotary shutter, and the rear ends are respectively coupled to the front ends of the horizontal frame to divide the hollow into upper and lower parts.
  • first fixed shutters and a second fixed shutter disposed horizontally between the right side of the hollow and the first rotating shutter, the rear ends of which are respectively coupled to the front ends of the horizontal frame to divide the hollow into upper and lower sides.
  • driving part that transmits rotational force to the rotation centers of the first rotation shutter and the second rotation shutter to rotate them to the open or closed position, and the first rotation shutter and the second rotation shutter are When rotated to the closed position, it rotates inclined in the opposite direction, and one side may be caught at the front end of the inlet pipe.
  • the driving unit is vertically coupled to the rear end of the first rotation shutter to form a vertical rotation center, and includes a pair of first rotation shafts whose axial ends are horizontally rotatably connected to the upper and lower ends of the inlet pipe. And, each is horizontally coupled to the rear end of the second rotating shutter to form a horizontal rotation center, and both axial ends can be rotated up and down on both sides of the inlet pipe through the inside of the first fixed shutter and the second fixed shutter.
  • a control unit that is electrically connected to the first motor and the second motor to control driving and has a preset reference wind speed range, and a wind speed sensor that measures the wind speed in real time and transmits the wind speed measurement value to the control unit. It may further include, when the wind speed measurement value transmitted from the wind speed sensor is lower than the reference wind speed range, the control unit may rotate at least one of the first rotation shutter and the second rotation shutter to the closed position.
  • the angle is variable in the direction corresponding to the direction of wind movement, and when the wind speed is low, the wind can be concentrated in a set air passage, enabling continuous power generation operation and controlling the number of air passages opened depending on the wind speed. This has the effect of improving power generation efficiency.
  • Figure 1 is a perspective view showing a wind power generator according to the present invention.
  • Figure 2 is a front view showing the wind power generator according to the present invention.
  • Figure 3 is a side view showing the wind power generator according to the present invention.
  • Figure 4 is a plan view showing the wind power generator according to the present invention.
  • Figure 5 is a side cross-sectional view showing the wind power generator according to the present invention.
  • Figure 6 is a plan cross-sectional view showing the wind power generator according to the present invention.
  • Figure 7 is a front view showing a state in which the second rotation shutter of the wind power generator according to the present invention is rotated to the open position.
  • Figure 8 is a front view showing a state in which the first rotation shutter of the wind power generator according to the present invention is rotated to the open position.
  • Figure 9 is a side cross-sectional view showing a state in which the wind speed sensor is applied to the wind power generator according to the present invention.
  • Figure 10 is a flat cross-sectional view showing a state in which a buffer member is applied to the wind power generation device according to the present invention.
  • Figure 11 is a front view showing a state in which the wind power generation device according to the present invention is connected to form a single device.
  • Figure 1 is a perspective view showing the wind power generation device according to the present invention
  • Figure 2 is a front view showing the wind power generation device according to the present invention
  • Figure 3 is a side view showing the wind power generation device according to the present invention
  • Figure 4 is a plan view showing the wind power generation device according to the present invention
  • Figure 5 is a side cross-sectional view showing the wind power generation device according to the present invention
  • Figure 6 is a plan view showing the wind power generation device according to the present invention. It is a flat cross-sectional view.
  • Figure 7 is a front view showing the second rotation shutter of the wind power generator according to the present invention rotated to the open position
  • Figure 8 is a front view showing the first rotation shutter of the wind power generator according to the present invention to the open position.
  • Figure 9 is a side cross-sectional view showing the state in which the wind speed detection unit is applied to the wind power generation device according to the present invention
  • Figure 10 is a state in which the buffer member is applied to the wind power generation device according to the present invention.
  • It is a flat cross-sectional view to show
  • Figure 11 is a front view to show a state in which the wind power generation device according to the present invention is connected to form a single device.
  • the wind power generator is for converting the kinetic energy of the wind (A) into electrical energy, and includes a main frame 100, one or more vertical frames 200, and one or more It includes a horizontal frame 300 and a generator 400.
  • the main frame 100 is horizontally rotatably coupled to the top of a support 10 fixed to an installation surface (ground, sea, etc.).
  • the main frame 100 moves up and down based on the air passage 110 penetrating back and forth.
  • Four orthogonal sides are formed on the left and right, and it has a square frame shape that can be rotated about the vertical rotation center (C1).
  • the left and right sides (two) of the main frame 100 have lengths parallel to each other in the up and down directions
  • the top and bottom sides (two) have lengths parallel to the left and right
  • the four sides orthogonal to the top, bottom, left, and right are Can have the same length.
  • the main frame 100 can be manufactured using materials such as metal, but the material of the main frame 100 can be applied in various ways depending on needs.
  • the strut 10 may be vertically coupled to the installation surface at its lower end, and may be provided with a rotation axis forming a vertical rotation center at the top, and the lower end of the main frame 100 may be connected to the rotation axis formed at the top of the strut 10. It can be combined to enable horizontal rotation.
  • the upper end of the strut 10 may be connected to the left and right center positions of the side formed in the lower part of the main frame 100 so as to be capable of horizontal rotation.
  • the strut 10 may have a shape whose diameter gradually decreases toward the top, and the lower end of the strut 10 may be fixedly coupled to the installation surface by a fastening member (not shown), and the main frame ( A bearing (not shown) may be rotatably coupled between 100) and the rotating shaft.
  • first slope 130 whose thickness in the width direction gradually decreases as it moves forward.
  • the first slope 130 may be formed to correspond to both sides in the width direction of the left and right sides and both sides in the width direction of the upper and lower sides, and an inlet pipe 510 to be described later is provided at the front end of the main frame 100 where the first slopes 130 meet. The rear end of can be combined.
  • the main frame 100 is formed with a narrow front end, and the first inclined surface 130 moves in a diagonal direction to avoid the wind A blowing from the front, thereby reducing the resistance caused by the wind A. And, vibration caused by wind (A) can be minimized, ensuring structural stability.
  • the vertical frame 200 is combined with the horizontal frame 300, which will be described later, at intersections to divide the air passage 110 into a lattice shape.
  • the vertical frame 200 has a length in the vertical direction and forms the air passage 110. More than one is arranged along the left and right directions to divide the air passage 110 into left and right columns.
  • a second inclined surface 210 whose thickness in the width direction gradually decreases as it moves forward may be formed at the front end of the vertical frame 200.
  • the second inclined surfaces 210 may be formed to correspond to both sides in the width direction of the vertical frame 200, and a first rotating shutter 520, which will be described later, is installed at the front end of the vertical frame 200 where the second inclined surfaces 210 meet.
  • the rear end may be positioned to allow horizontal rotation.
  • the vertical frame 200 is formed with a narrow front end, and the second inclined surface 210 moves in a diagonal direction to avoid the wind A blowing from the front, thereby reducing the resistance caused by the wind A. And, vibration caused by wind (A) can be minimized, ensuring structural stability.
  • the horizontal frame 300 is combined with the vertical frame 200 at intersections to divide the air passage 110 into a grid shape.
  • the horizontal frame 300 has a length in the left and right directions and extends in the vertical direction of the air passage 110.
  • One or more are disposed along the air passage 110 to divide it up and down into a plurality of rows.
  • a third inclined surface 310 whose thickness in the width direction gradually decreases as it moves forward may be formed at the front end of the horizontal frame 300.
  • the third inclined surface 310 may be formed to correspond to both sides in the width direction of the horizontal frame 300, and a second rotating shutter 530, which will be described later, is installed at the front end of the horizontal frame 300 where the third inclined surfaces 310 meet.
  • the rear end can be positioned to rotate up and down.
  • the horizontal frame 300 is formed with a narrow front end, and the third inclined surface 310 moves to avoid the wind A blowing from the front in a diagonal direction, thereby reducing the resistance caused by the wind A. And, vibration caused by wind (A) can be minimized, ensuring structural stability.
  • the air passage 110 is for passing air (A) through the front to the rear.
  • the air passage 110 is formed along the up-down and left-right directions by a vertical frame 200 and a horizontal frame 300, which will be described later. It is divided in parallel, and a generator 400 is installed inside the air passage 110 to convert the force acting when air A passes through into electrical energy.
  • four corners having a length in the front-back direction are formed at the upper and lower sides of the left and right sides of the air passage 110, and the four corners allow the air (A) flowing into the front of the air passage 110 into the air passage (
  • Four guide plates 120 may be installed to guide the guide at an angle toward the center of 110).
  • the four guide plates 120 may have a triangular panel shape with three sides formed along the edges, and the two adjacent sides may be respectively coupled to the two sides formed on the inner peripheral surface of the air passage 110, and the guide plates
  • the front of (120) may be installed inclined backward. That is, the air (A) flowing into the front of the air passage 110 can be concentrated in the generator 400, thereby improving power generation efficiency.
  • the vertical frame 200 of the wind power generator is disposed on the left and right with respect to the center of the air passage 110, as shown in Figures 1 and 2, to divide the air passage 110 into three columns left and right.
  • the horizontal frame 300 can divide one central column into three columns up and down among the air passages 110 divided into three columns by the vertical frames 200.
  • the air passage 110 is arranged in three rows in the left and right directions, and three rows are arranged in the up and down directions.
  • the wind power generator protrudes from the front end of the main frame 100, has a rectangular frame-shaped inlet pipe 510 through which a hollow 511 penetrates front and rear, and the rear end is a vertical frame 200.
  • a pair of first rotation shutters 520 which divide the hollow 511 into left and right when rotated side by side to the front open position;
  • a pair of second rotation shutters 530 disposed between the first rotation shutters 520, the rear ends of which are rotatably coupled to the front of the horizontal frame 300 to divide the hollow 511 up and down.
  • the left and right sides (two) of the inflow pipe 510 have lengths parallel to each other in the up and down directions
  • the top and bottom sides (two) have lengths parallel to each other in the left and right directions
  • the four sides orthogonal to the top, bottom, left, and right have the same length.
  • the inlet pipe 510 can be manufactured using materials such as metal, but the material of the inlet pipe 510 can be applied in various ways as needed, and the up, down, left, and right sides of the inlet pipe 510 are connected to the main frame 100. It can be connected with a thickness smaller than the width direction of the top, bottom, left, and right sides.
  • the first inclined surface 130 when the first inclined surface 130 is applied to the front end of the main frame 100, the first inclined surface 130 may extend obliquely forward and be connected to the rear end of the inlet pipe 510, respectively. , the front surfaces of the first slopes 130 may be exposed at an angle through the front.
  • the wind A moving rearward through the outside of the inlet pipe 510 is diagonally avoided by the first slope 130 exposed to the outside of the inlet pipe 510 and moves backward
  • the wind (A) moving rearward through the hollow 511 of (510) can be avoided diagonally by the first slope 130 exposed in front of the hollow 511 and moved in the direction of the air passage 110. there is.
  • the pair of first rotating shutters 520 are for selectively opening and closing the two rows of air passages 110 on the left and right among the three rows of air passages 110 divided in the left and right directions by the vertical frames 200, and the rear end is Inside the hollow 511, it is coupled to the front of the vertical frames 200 so that it can be horizontally rotated between the open and closed positions, and the hollow 511 is divided into three rows along the left and right directions.
  • the pair of first rotation shutters 520 are rotated to the open position by a driving unit to be described later, they are positioned side by side in front of the vertical frame 200 as shown in FIGS. 1 to 6.
  • the three rows of air passages 110 divided in the left and right directions are all open in the front and rear directions, and the generators 400 installed inside the air passages 110 operate simultaneously to generate electricity, thereby increasing the amount of electrical energy generated.
  • first rotation shutters 520 are rotated to the closed position by a driving unit to be described later, they are rotated at an angle (45 degrees, etc.) in opposite directions (left and right), and the front end is at the front end of the inlet pipe 510. Meetings are restricted due to the location of the jam.
  • the front of the three air passages 110 located on the left and the three air passages 110 located on the right are connected to the first rotating shutters 520. are respectively closed, and the three air passages 110 located at the center remain open.
  • the wind A guided obliquely along one side of the first rotation shutter 520 is located at the center side. It can be concentrated into three air passages 110. That is, when the wind speed is low, the wind (A) can be concentrated in the air passages 110 located on both sides, thereby improving power generation efficiency.
  • a pair of second rotation shutters 530 is for selectively opening and closing the air passage 110 between the first rotation shutters 520, and is disposed between the first rotation shutters 520, and the rear end is hollow. Inside the 511, it is rotatably coupled to the open and closed positions in front of the horizontal frames 300, and is located in the center of the three rows of hollows 511 divided in the left and right directions by the first rotation shutters 520. The side hollow 511 is divided into three rows along the vertical direction.
  • These second rotation shutters 530 are rotated by the rotational force of the driving unit, which will be described later, to selectively open and close the two upper and lower air passages 110 among the three rows of air passages 110 divided in the vertical direction. At this time, one air passage 110 located between the second rotating shutters 540 is always maintained in an open state.
  • the pair of second rotation shutters 530 are rotated to the open position by a driving unit to be described later, they are positioned side by side in front of the horizontal frame 300 as shown in FIGS. 1 to 6.
  • the three air passages 110 divided in the vertical direction are all open in the front and rear directions, and the generators 400 installed inside the air passages 110 operate simultaneously to generate electricity, thereby increasing the amount of electrical energy generation.
  • the second rotation shutters 530 are rotated to the closed position by a driving unit to be described later, they are rotated at an angle (45 degrees, etc.) in opposite directions, and the front end is caught at the front end of the inlet pipe 510 and rotates. This is limited. At this time, the front of the two air passages 110 located on the upper and lower sides among the three air passages 110 divided in the vertical direction are closed by the second rotating shutter 530, and one air passage located in the center is closed. The furnace 110 remains open.
  • the wind A guided obliquely along one surface of the second rotation shutter 530 is located at the center side. It can be concentrated into one air passage 110. That is, when the wind speed is low, the wind (A) can be concentrated in the air passages 110 located on both sides, thereby improving power generation efficiency.
  • the pair of first fixed shutters 540 are for dividing the left hollow 511 into three columns along the vertical direction among the three rows of hollows 511 divided in the left and right directions by the first rotating shutters 520. , the first fixed shutters 540 are arranged horizontally between the left side of the hollow 511 and the first rotating shutter 520, and the rear ends are respectively coupled to the front ends of the horizontal frame 300 to form the hollow 511. Divide into top and bottom.
  • a pair of second fixed shutters 550 divides the right hollow 511 into three columns in the vertical direction among the three rows of hollows 511 divided in the left and right directions by the first rotating shutters 520.
  • the second fixed shutters 550 are arranged horizontally between the right side of the hollow 511 and the first rotating shutter 520, and the rear ends are coupled to the front ends of the horizontal frame 300, respectively, to form a hollow 511 ) is divided into upper and lower.
  • a cutout portion 521 may be formed concave backward so that the first fixed shutters 540 and the second fixed shutters 550 can pass horizontally.
  • the cutout portion 521 penetrates in the left and right directions of the first rotating shutters 520 at the same height as the first fixed shutters 540 and the second fixed shutters 550, and a pair of first fixed shutters 540 ) and a pair of second fixed shutters 550 may be formed in the vertical direction, respectively, so that they can pass horizontally.
  • the wind power generator is coupled to the front end of the inlet pipe 510 as shown in FIG. 10, and has one surface of the first rotation shutters 520 and the second rotation shutters 530 rotated to the closed position. It may further include a buffer member 512 for elastic support.
  • the buffer member 512 is coupled to a shape corresponding to the front end of the inlet pipe 510 and is made of an elastic material (rubber, etc.) that can be deformed.
  • the front end of the buffer member 512 may be formed with a fourth inclined surface so as to come into close contact with one surface of the first and second rotation shutters 520 and 530 rotated to the closed position at an angle corresponding to the front end. That is, the first rotation shutters 520 and the second rotation shutter 530 cushion the shock that occurs when they are caught at the front end of the inlet pipe 510, so the first rotation shutters 520 and the second rotation shutter In addition to preventing damage to the first and second rotation shutters 520 and 530, the operating noise of the first and second rotation shutters 520 and 530 can be reduced.
  • the driving unit 560 is used to rotate the first rotation shutter 520 and the second rotation shutter 530 to the open or closed position, and is vertically coupled to the rear ends of the first rotation shutter 520 to be positioned at the vertical rotation center.
  • (C1) a pair of first rotation shafts 561 whose axial ends are connected to the upper and lower ends of the inflow pipe 510 so as to be capable of horizontal rotation, and a pair of horizontal rotation shafts 561 at the rear ends of the second rotation shutters 530.
  • Each is combined to form a horizontal rotation center (C2), and both axial ends can be rotated up and down on both sides of the inlet pipe 510 through the interior of the first fixed shutters 540 and the second fixed shutters 550.
  • the pair of first rotation shafts 561 have both ends in the axial direction protruding toward the upper and lower sides of the first rotation shutters 520, respectively, and can be connected to the upper and lower ends of the inlet pipe 510 to enable horizontal rotation, respectively, and the first rotation shaft
  • the axial ends of (561) may pass through the top or bottom of the inlet pipe (510) and be mechanically connected to the drive shaft of the first motor (563).
  • the pair of second rotation shafts 562 have both ends in the axial direction protruding from the left and right sides of the second rotation shutters 530, respectively, and form an inflow pipe through the inside of the first fixed shutter 540 and the second fixed shutter 550. It can be connected to the left end and the right end of the 510 so as to be rotatable up and down, respectively, and the axial ends of the first rotation shafts 562 penetrate into the left or right end of the inlet pipe 510 to operate the second motor 564. It can be mechanically connected to the drive shaft of.
  • the first motor 563 may be driven by power delivered from an external power supply (not shown), and its driving may be controlled by a control unit 600, which will be described later. That is, the first rotation shutters 520 can be rotated to the open or closed position by transmitting the rotational force of the first motor 563, and the operation of the first motor 563 is controlled through the manager's operation of the control unit 600. However, it may be automatically controlled by the control unit 600 to follow the wind speed measurement value of the wind speed sensor 700, which will be described later.
  • the second motor 564 may be driven by power delivered from an external power supply (not shown), and its driving may be controlled by a control unit 600, which will be described later. That is, the second rotation shutters 530 can be rotated to the open or closed position by transmitting the rotational force of the second motor 564, and the operation of the second motor 564 is controlled through the manager's operation of the control unit 600. However, it may be automatically controlled by the control unit 600 to follow the wind speed measurement value of the wind speed sensor 700, which will be described later.
  • the generator 400 is intended to convert the force of the wind passing through the air passage 110 into electrical energy, is individually installed in the air passage A, is rotatably coupled to the front of the generator 400, and is horizontal.
  • a rotating member 420 having a plurality of wings radially based on the rotation center, and one or more supports ( 440) may be further included, and a gearbox (not shown) may be provided to mechanically connect the generator 400 and the rotating member 420.
  • the generator 400 has a stator that is fixedly installed inside and a coil wound on the outside, is disposed inside or outside the stator, can rotate based on a horizontal center of rotation in the forward and backward directions, and interacts with the stator (
  • a rotor that generates electric energy by forming a magnetic field through electromagnetic induction (induced current)
  • a power conversion unit 410 that is electrically connected to the coil of the stator and converts the power transmitted from the coil (DC/AC)
  • It may include a capacitor 430 that is electrically connected to the power conversion unit 410 and is charged with electrical energy.
  • the rotor of the generator 400 has one axial side protruding forward and can be coupled on the same line with the horizontal rotation center of the rotating member 420, and the power conversion unit 410 and the capacitor 430 are connected to a control unit to be described later. It can be electrically connected to 600 by a connection cable, and the control unit 600 can monitor whether the generator 400 is operating, the amount of power generation, etc.
  • the main frame 100 can be connected in multiple numbers along the left and right or up and down directions.
  • the strut 10 may be connected to the lower part of the main frame 100 located at the bottom, and the strut 10 may be placed at the center position of the main frames 100, and the vertical column formed by the strut 10 may be Multiple wind power generators can be rotated together based on the rotation center.
  • the wind power generator is electrically connected to the first motor 563 and the second motor 564 as shown in FIG. 9 to control driving, and includes a control unit 600 with a preset reference wind speed range, and , It may further include a wind speed detection unit 700 that measures wind speed in real time and transmits the wind speed measurement value to the control unit 600.
  • the control unit 600 moves one or more of the first rotation shutters 520 and the second rotation shutters 530 to the closed position when the wind speed measurement value transmitted from the wind speed detection unit 700 is lower than the reference wind speed range. It can be rotated.
  • the wind speed detection unit 700 can selectively use an anemometer, a wind velocity sensor, etc., and can be fixedly installed on the outside of the main frame 100, etc.
  • the installation location of the sensing unit 700 can be applied in various ways depending on need.
  • the first rotation shutters 520 may be rotated to the closed position.
  • the first rotation shutters 520 are tilted in the opposite direction to close the left air passages (3, 110) and the right air passages (3, 110), respectively, and the first rotation shutter 520
  • the wind (A) guided obliquely by one side of the field, flows intensively into the air passages (3, 110) on the central side.
  • the second rotation shutters 530 when the wind speed measurement value transmitted from the wind speed sensor 700 is lower than the reference wind speed range, only the second rotation shutters 530 can be rotated to the closed position.
  • the second rotation shutters 530 are tilted in the opposite direction to close the upper air passage (1, 110) and the lower air passage (1, 110), respectively, and the second rotation shutter (530)
  • the wind (A) guided obliquely by one side of the field, flows intensively into the air passage (1, 110) in the center.
  • both the first rotation shutters 520 and the second rotation shutters 530 can be rotated to the closed position.
  • the first rotation shutters 520 are tilted in the opposite direction to close the left air passages (3, 110) and the right air passages (3, 110), and at the same time, they are tilted in the opposite direction. This closes the upper air passage (1, 110) and the lower air passage (1, 110), respectively.
  • the wind A obliquely guided by one side of the first rotating shutters 520, flows intensively into the air passage (1, 110) at the center, and is blown by one side of the second rotating shutters 530.
  • the inclined wind (A) flows intensively into the central air passage (1, 110).
  • the present invention allows continuous power generation operation by changing the angle in the direction corresponding to the direction of travel of the wind A and concentrating the wind A into the set air passage 110 when the wind speed is low.
  • the number of open air passages 110 can be adjusted depending on the wind speed, thereby improving power generation efficiency.
  • support 100 main frame
  • first slope 200 vertical frame
  • Capacitor 440 Support
  • inlet pipe 511 hollow
  • buffer member 520 first rotation shutter
  • first fixed shutter 550 second fixed shutter
  • first rotation axis 562 second rotation axis
  • first motor 564 second motor
  • Control unit 610 Control unit
  • Wind speed sensor A Wind
  • C1 Vertical rotation center
  • C2 Horizontal rotation center

Landscapes

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Abstract

본 발명은 풍력 발전장치에 관한 것으로, 전후로 관통된 공기통로를 기준으로 상하좌우에 직교하는 변이 형성되고, 수직회전중심을 기준으로 회전 가능한 사각 틀 형상의 메인 프레임과, 공기통로의 좌우를 따라 하나 이상이 배치되어 상하로 길이를 갖고, 공기통로를 다수의 열로 좌우 분할하는 한 쌍의 수직 프레임과, 공기통로의 상하를 따라 하나 이상이 배치되어 좌우로 길이를 갖고, 수직 프레임과 교차되어 상기 공기통로를 다수의 열로 상하 분할하는 한 쌍의 수평 프레임 및, 공기통로에 개별적으로 설치되고, 공기통로를 통과하는 바람의 힘을 전기에너지로 변환시키는 발전기를 포함한다.

Description

풍력 발전장치
본 발명은 풍력 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전 효율을 향상시킬 수 있는 풍력 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전장치는 바람의 풍압을 이용하여 날개를 회전시킴으로써, 회전에너지를 전기에너지로 전환시키는 장치이며, 구조가 단순하고 설치가 간단하여 최근 사용이 증가하고 있는 추세이다.
이러한 풍력 발전장치는 지면에 고정적으로 설치되는 지주와, 지주의 상단에 설치되는 하우징과, 하우징에 회전 가능하게 설치되고, 바람의 풍압에 의해 회전되는 날개와, 하우징의 내부에 설치되고, 날개의 회전에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전기 및, 발전기로부터 전달되는 전기에너지를 충전하는 축전기 등으로 구성된다.
또한, 종래의 풍력 발전장치 중에는 바람이 불어오는 방향에 날개가 위치될 수 있도록 하우징을 지주의 상단에 회전 가능하게 적용하고, 바람의 저항력에 의해 날개의 방향이 전환될 수 있도록 하우징의 외부에 날개 구조가 적용된 기술이 제안된 바 있다.
그런데, 종래의 풍력 발전장치는 풍속이 약한 경우 회전 날개가 정지되어 있는 경우가 빈번하므로 발전기의 발전량이 많지 않았고, 발전량을 증가시키기 위해 다수의 발전기를 일정 간격으로 설치하고 있으나 발전기를 설치하기 위한 공간 확보에 어려움이 있어 보다 효율적인 발전 구조가 요구된다.
본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0025212호(2013년 03월 11일)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 중공형 메인 샤프트를 구비하는 풍력 발전기가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 발전 효율을 향상시킬 수 있는 풍력 발전장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 풍력 발전장치는 전후로 관통된 공기통로를 기준으로 상하좌우에 직교하는 변이 형성되고, 수직 회전중심을 기준으로 회전 가능한 사각 틀 형상의 메인 프레임과, 상기 공기통로의 좌우를 따라 하나 이상이 배치되어 상하로 길이를 갖고, 상기 공기통로를 다수의 열로 좌우 분할하는 한 쌍의 수직 프레임과, 상기 공기통로의 상하를 따라 하나 이상이 배치되어 좌우로 길이를 갖고, 상기 수직 프레임과 교차되어 상기 공기통로를 다수의 열로 상하 분할하는 한 쌍의 수평 프레임 및, 상기 공기통로에 개별적으로 설치되고, 상기 공기통로를 통과하는 바람의 힘을 전기에너지로 변환시키는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수직 프레임은 상기 공기통로의 좌우에 각각 배치되고, 상기 공기통로를 3개의 열로 좌우 분할할 수 있으며, 상기 수평 프레임은 상기 공기통로의 상하에 각각 배치되고, 상기 수직 프레임과 교차되어 상기 공기통로를 3개의 열로 상하 분할할 수 있다.
또한, 상기 메인 프레임의 전단으로부터 돌출되고, 중공이 전후로 관통되는 사각 틀 형상의 유입관과, 후단이 상기 수직 프레임의 전방에 수평회동 가능하게 각각 결합되어 상기 중공을 좌우로 분할하고, 전방의 개방위치로 나란하게 회동시 상기 중공을 좌우로 분할하는 한 쌍의 제1회전 셔터와, 상기 제1회전 셔터의 사이에 배치되고, 후단이 상기 수평 프레임의 전방에 상하회동 가능하게 각각 결합되어 상기 중공을 상하로 분할하는 한 쌍의 제2회전 셔터와, 상기 중공의 좌측면과 상기 제1회전 셔터의 사이에 수평하게 배치되고, 후단이 상기 수평 프레임의 전단에 각각 결합되어 상기 중공을 상하로 분할하는 한 쌍의 제1고정 셔터와, 상기 중공의 우측면과 상기 제1회전 셔터의 사이에 수평하게 배치되고, 후단이 상기 수평 프레임의 전단에 각각 결합되어 상기 중공을 상하로 분할하는 제2고정 셔터 및, 상기 제1회전 셔터와 상기 제2회전 셔터의 회전중심에 회전력을 전달하여 개방위치 또는 폐쇄위치로 회동시키는 구동부를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1회전 셔터와 상기 제2회전 셔터는 상기 폐쇄위치로 회동시 반대되는 방향으로 경사지게 회동되고, 일면이 상기 유입관의 전단에 걸림 위치될 수 있다.
또한, 상기 구동부는 상기 제1회전 셔터의 후단에 수직하게 각각 결합되어 수직회전중심을 형성하고, 축방향 양단이 상기 유입관의 상단과 하단에 각각 수평회동 가능하게 연결되는 한 쌍의 제1회전축과, 상기 제2회전 셔터의 후단에 수평하게 각각 결합되어 수평회전중심을 형성하고, 축방향 양단이 상기 제1고정 셔터와 상기 제2고정 셔터의 내부를 통해 상기 유입관의 양측에 상하회동 가능하게 연결되는 한 쌍의 제2회전축과, 상기 유입관의 상단 또는 하단에 결합되고, 구동축이 상기 제1회전축의 축방향 일단과 기계적으로 연결되는 제1모터 및, 상기 유입관의 양단에 결합되고, 구동축이 상기 제2회전축의 축방향 일단과 기계적으로 연결되는 제2모터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1모터 및 상기 제2모터와 전기적으로 연결되어 구동을 제어하고, 기준풍속범위가 기설정되는 제어부 및, 풍속을 실시간으로 측정하고, 풍속 측정값을 상기 제어부로 전달하는 풍속 감지부를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 풍속 감지부로부터 전달되는 풍속 측정값이 상기 기준풍속범위보다 낮은 경우 상기 제1회전 셔터와 상기 제2회전 셔터 중 하나 이상을 폐쇄위치로 회동시킬 수 있다.
본 발명은 바람의 진행 방향과 대응하는 방향으로 각도가 가변됨과 아울러 풍속이 느린 경우 바람을 설정된 공기통로로 집중시킬 수 있어 지속적인 발전 동작이 가능하고, 풍속에 따라 공기통로가 개방되는 개수를 조절할 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 측단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 평단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 제2회전 셔터가 개방위치로 회동된 상태를 보여주기 위한 정면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 제1회전 셔터가 개방위치로 회동된 상태를 보여주기 위한 정면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 풍력 발전장치에 풍속 감지부가 적용된 상태를 보여주기 위한 측단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 풍력 발전장치에 완충부재가 적용된 상태를 보여주기 위한 평단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 연결시켜 하나의 장치로 구성한 상태를 보여주기 위한 정면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 [0015] 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 정면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 측단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 평단면도이다.
또한, 도 7은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 제2회전 셔터가 개방위치로 회동된 상태를 보여주기 위한 정면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 제1회전 셔터가 개방위치로 회동된 상태를 보여주기 위한 정면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 풍력 발전장치에 풍속 감지부가 적용된 상태를 보여주기 위한 측단면도이고, 도10은 본 발명에 따른 풍력 발전장치에 완충부재가 적용된 상태를 보여주기 위한 평단면도이고, 도 11은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 연결시켜 하나의 장치로 구성한 상태를 보여주기 위한 정면도이다.
도 1 내지 11을 참조하면, 본 발명에 따른 풍력 발전장치는 바람(A)의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키기 위한 것으로, 메인 프레임(100)과, 하나 이상의 수직 프레임(200)과, 하나 이상의 수평 프레임(300) 및, 발전기(400)를 포함한다.
메인 프레임(100)은 설치면(지면, 해상 등)에 고정된 지주(10)의 상단에 수평회전 가능하게 결합되는 것으로, 메인 프레임(100)은 전후로 관통된 공기통로(110)를 기준으로 상하좌우에 직교하는 4개의 변이 형성되고, 수직 회전중심(C1)을 기준으로 회전 가능한 사각 틀 형상을 갖는다.
또한, 메인 프레임(100)의 좌우측 변(2개)은 상하 방향으로 나란하게 길이를 갖고, 상하측 변(2개)은 좌우 방향으로 나란하게 길이를 가지며, 상하좌우에 직교하는 4개의 변은 동일 길이를 가질 수 있다. 여기서 메인 프레임(100)은 금속 등의 소재를 이용해 제작할 수 있으나, 메인 프레임(100)의 소재는 필요에 따라 다양하게 적용이 가능하다.
지주(10)는 하단이 설치면에 수직하게 결합될 수 있고, 상단에 수직회전중심을 형성하는 회전축이 구비될 수 있으며, 메인 프레임(100)의 하단은 지주(10)의 상단에 형성된 회전축에 수평회전 가능하게 결합될 수 있다. 이때 메인 프레임(100)의 하부에 형성된 변의 좌우측 중심 위치에 지주(10)의 상단이 수평회전 가능하게 연결될 수 있다.
여기서, 지주(10)는 상부로 갈수록 직경이 점진적으로 감소하는 형태를 가질 수 있고, 지주(10)의 하단은 체결부재(미도시)에 의해 설치면에 고정적으로 결합될 수 있으며, 메인 프레임(100)과 회전축의 사이에 베어링(미도시)이 회전 가능하게 결합될 수 있다.
그리고, 메인 프레임(100)의 가장자리를 따라 형성되는 좌우측 변(2개)의 전단과 상하측 변(2개)의 전단에는 전방으로 갈수록 폭방향의 두께가 점진적으로 감소하는 제1경사면(130)이 각각 형성될 수 있다. 제1경사면(130)은 좌우측 변의 폭방향 양측과 상하측 변의 폭방향 양측에 대응되게 형성될 수 있고, 제1경사면(130)들이 만나는 메인 프레임(100)의 전단에는 후술될 유입관(510)의 후단이 결합될 수 있다.
즉, 메인 프레임(100)은 전단이 좁은 폭으로 형성되고, 제1경사면(130)이 전방에서 불어오는 바람(A)을 사선 방향으로 회피 이동시키므로, 바람(A)에 의한 저항력을 감소시킬 수 있고, 바람(A)에 의한 진동을 최소화할 수 있어 구조적인 안정성을 확보할 수 있다.
수직 프레임(200)은 후술될 수평 프레임(300)과 교차로 결합되어 공기통로(110)를 격자 형상으로 분할하기 위한 것으로, 수직 프레임(200)은 상하 방향으로 길이를 갖고, 공기통로(110)의 좌우 방향을 따라 하나 이상으로 배치되어 공기통로(110)를 다수의 열로 좌우 분할한다.
또한, 수직 프레임(200)의 전단에는 전방으로 갈수록 폭방향의 두께가 점진적으로 감소하는 제2경사면(210)이 각각 형성될 수 있다. 제2경사면(210)은 수직 프레임(200)의 폭방향 양측에 대응되게 형성될 수 있고, 제2경사면(210)들이 만나는 수직 프레임(200)의 전단에는 후술될 제1회전 셔터(520)의 후단이 수평회동 가능하게 위치될 수 있다.
즉, 수직 프레임(200)은 전단이 좁은 폭으로 형성되고, 제2경사면(210)이 전방에서 불어오는 바람(A)을 사선 방향으로 회피 이동시키므로, 바람(A)에 의한 저항력을 감소시킬 수 있고, 바람(A)에 의한 진동을 최소화할 수 있어 구조적인 안정성을 확보할 수 있다.
수평 프레임(300)은 수직 프레임(200)과 교차로 결합되어 공기통로(110)를 격자 형상으로 분할하기 위한 것으로, 수평 프레임(300)은 좌우 방향으로 길이를 갖고, 공기통로(110)의 상하 방향을 따라 하나 이상이 배치되어 공기통로(110)를 다수의 열로 상하 분할한다.
또한, 수평 프레임(300)의 전단에는 전방으로 갈수록 폭방향의 두께가 점진적으로 감소하는 제3경사면(310)이 각각 형성될 수 있다. 제3경사면(310)은 수평 프레임(300)의 폭방향 양측에 대응되게 형성될 수 있고, 제3경사면(310)들이 만나는 수평 프레임(300)의 전단에는 후술될 제2회전 셔터(530)의 후단이 상하회동 가능하게 위치될 수 있다.
즉, 수평 프레임(300)은 전단이 좁은 폭으로 형성되고, 제3경사면(310)이 전방에서 불어오는 바람(A)을 사선 방향으로 회피 이동시키므로, 바람(A)에 의한 저항력을 감소시킬 수 있고, 바람(A)에 의한 진동을 최소화할 수 있어 구조적인 안정성을 확보할 수 있다.
공기통로(110)는 공기(A)를 전방을 통해 후방으로 통과시키기 위한 것으로, 공기통로(110)는 후술될 수직 프레임(200)과 수평 프레임(300)에 의해 다수가 상하 및 좌우 방향을 따라 병렬로 분할되고, 공기통로(110)의 내부에는 공기(A)가 통과될 때 작용하는 힘을 전기에너지로 변환시키기 위한 발전기(400)가 각각 설치된다.
여기서, 공기통로(110)의 좌우측 상단과 하단에는 전후 방향으로 길이를 갖는 4개의 모서리부가 각각 형성되는데, 4개의 모서리부에는 공기통로(110)의 전방으로 유입되는 공기(A)를 공기통로(110)의 중심 방향으로 경사지게 안내하기 위한 4개의 가이드판(120)이 각각 설치될 수 있다.
4개의 가이드판(120)은 가장자리를 따라 3개의 변이 형성된 삼각형 패널 형상을 가질 수 있고, 인접하는 2개의 변을 공기통로(110)의 내주면에 형성된 2개의 변에 각각 결합시킬 수 있으며, 가이드판(120)의 전면은 후방으로 경사지게 설치될 수 있다. 즉 공기통로(110)의 전방으로 유입되는 공기(A)가 발전기(400)에 집중시킬 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전장치의 수직 프레임(200)은 도 1과 2에서처럼 공기통로(110)의 중심을 기준으로 좌우에 각각 배치되어 공기통로(110)를 3개의 열로 좌우 분할할 수 있고, 수평 프레임(300)은 수직 프레임(200)들에 의해 3개의 열로 분할된 공기통로(110) 중 중앙측 1개의 열을 3개의 열로 상하 분할할 수 있다. 이때 공기통로(110)는 좌우 방향으로 3열이 배열되고, 상하 방향으로 배열된 3열이 배열된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전장치는 메인 프레임(100)의 전단으로부터 돌출되고, 중공(511)이 전후로 관통되는 사각 틀 형상의 유입관(510)과, 후단이 수직 프레임(200)의 전방에 수평회동 가능하게 각각 결합되어 중공(511)을 좌우로 분할하고, 전방의 개방위치로 나란하게 회동시 중공(511)을 좌우로 분할하는 한 쌍의 제1회전 셔터(520)와, 제1회전 셔터(520)의 사이에 배치되고, 후단이 수평 프레임(300)의 전방에 상하회동 가능하게 각각 결합되어 중공(511)을 상하로 분할하는 한 쌍의 제2회전 셔터(530)와, 중공(511)의 좌측면과 제1회전 셔터(520)의 사이에 수평하게 배치되고, 후단이 수평 프레임(300)의 전단에 각각 결합되어 중공(511)을 상하로 분할하는 한 쌍의 제1고정 셔터(540)와, 중공의 우측면과 제1회전 셔터의 사이에 수평하게 배치되고, 후단이 수평 프레임의 전단에 각각 결합되어 중공을 상하로 분할하는 제2고정 셔터(550) 및, 제1회전 셔터와 제2회전 셔터의 회전중심에 회전력을 전달하여 개방위치 또는 폐쇄위치로 회동시키는 구동부(560)를 더 포함할 수 있다.
유입관(510)의 좌우측 변(2개)은 상하 방향으로 나란하게 길이를 갖고, 상하측 변(2개)은 좌우 방향으로 나란하게 길이를 가지며, 상하좌우에 직교하는 4개의 변은 동일 길이를 가질 수 있다. 여기서 유입관(510)은 금속 등의 소재를 이용해 제작할 수 있으나, 유입관(510)의 소재는 필요에 따라 다양하게 적용이 가능하고, 유입관(510)의 상하좌우측 변은 메인 프레임(100)의 상하좌우측 변의 폭방향보다 작은 두께로 연결될 수 있다.
예를 들어, 메인 프레임(100)의 전단에 제1경사면(130)이 적용되는 경우, 제1경사면([0040] 130)들은 전방으로 경사지게 연장되어 유입관(510)의 후단에 각각 연결될 수 있고, 제1경사면(130)들의 전면이 전방을 통해 경사지게 노출될 수 있다.
이 경우, 유입관(510)의 외부를 통해 후방으로 이동되는 바람(A)은 유입관(510)의 외곽으로 노출된 제1경사면(130)에 의해 사선으로 회피되면서 후방으로 이동되고, 유입관(510)의 중공(511)을 통해 후방으로 이동되는 바람(A)은 중공(511)의 전방으로 노출된 제1경사면(130)에 의해 사선으로 회피되면서 공기통로(110) 방향으로 이동될 수 있다.
한 쌍의 제1회전 셔터(520)는 수직 프레임(200)들에 의해 좌우 방향으로 분할된 3열의 공기통로(110) 중 좌우측 2열의 공기통로(110)를 선택적으로 개폐시키기 위한 것으로, 후단이 중공(511)의 내부에서 수직 프레임(200)들의 전방에 개방위치와 폐쇄위치로 수평회동 가능하게 결합되고, 중공(511)을 좌우 방향을 따라 3열로 분할한다.
예를 들어, 한 쌍의 제1회전 셔터(520)는 후술될 구동부에 의해 개방위치로 회동되는 경우 도 1 내지 6에서처럼 수직 프레임(200)의 전방에 나란하게 위치된다. 이때 좌우 방향으로 분할된 3열의 공기통로(110)들이 전후 방향으로 모두 개방되고, 공기통로(110)의 내부에 설치된 발전기(400)들이 동시에 발전 동작을 하게 되므로 전기에너지 발전량을 증가시킬 수 있다.
반면, 제1회전 셔터(520)들은 후술될 구동부에 의해 폐쇄위치로 회동되는 경우 상호 반대되는 방향(좌측 및 우측)으로 경사(45도 등)지게 회동되고, 전단이 유입관(510)의 전단에 걸림 위치되어 회동이 제한된다. 이때 좌우 방향으로 분할된 3열의 공기통로(110) 중 좌측에 위치된 3개의 공기통고(110)들과 우측에 위치된 3개의 공기통로(110)들의 전방이 제1회전 셔터(520)들에 의해 각각 폐쇄되고, 중앙측에 위치된 3개의 공기통로(110)가 개방된 상태를 유지한다.
이 경우, 제1회전 셔터(520)의 일면이 대응되는 방향으로 경사(45도 등)지게 위치되므로, 제1회전 셔터(520)의 일면을 따라 경사지게 안내된 바람(A)이 중앙측에 위치된 3개의 공기통로(110)들로 집중시킬 수 있다. 즉 풍속이 느린 경우 바람(A)을 중양측에 위치된 공기통로(110)들로 집중시킬 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
한 쌍의 제2회전 셔터(530)는 제1회전 셔터(520)들의 사이에서 공기통로(110)를 선택적으로 개폐시키기 위한 것으로, 제1회전 셔터(520)의 사이에 배치되고, 후단이 중공(511)의 내부에서 수평 프레임(300)들의 전방에 개방위치와 폐쇄위치로 상하회동 가능하게 결합되며, 제1회전 셔터(520)들에 의해 좌우 방향으로 분할된 3열의 중공(511) 중 중앙측 중공(511)을 상하 방향을 따라 3열로 분할한다.
[0047] 이와 같은 제2회전 셔터(530)들은 후술될 구동부의 회전력에 의해 회동되어 상하 방향으로 분할된 3열의 공기통로(110) 중 상하측 2개의 공기통로(110)를 선택적으로 개폐시킨다. 이때 제2회전 셔터(540)들의 사이에 위치된 1개의 공기통로(110)는 상시 개방된 상태를 유지한다.
예를 들어, 한 쌍의 제2회전 셔터(530)는 후술될 구동부에 의해 개방위치로 회동되는 경우 도 1 내지 6에서처럼 수평 프레임(300)의 전방에 나란하게 위치된다. 이때 상하 방향으로 분할된 3개의 공기통로(110)들이 전후 방향으로 모두 개방되고, 공기통로(110)의 내부에 설치된 발전기(400)들이 동시에 발전 동작을 하게 되므로 전기에너지 발전량을 증가시킬 수 있다.
반면, 제2회전 셔터(530)들은 후술될 구동부에 의해 폐쇄위치로 회동되는 경우 상호 반대되는 방향으로 경사(45도 등)지게 회동되고, 전단이 유입관(510)의 전단에 걸림 위치되어 회동이 제한된다. 이때 상하 방향으로 분할된 3개의 공기통로(110) 중 상측과 하측에 위치된 2개의 공기통로(110)들의 전방이 제2회전 셔터(530)에 의해 폐쇄되고, 중앙측에 위치된 1개의 공기통로(110)가 개방된 상태를 유지한다.
이 경우, 제2회전 셔터(530)들의 일면이 대응되는 방향으로 경사(45도 등)지게 위치되므로, 제2회전 셔터(530)의 일면을 따라 경사지게 안내된 바람(A)이 중앙측에 위치된 하나의 공기통로(110)로 집중시킬 수 있다. 즉 풍속이 느린 경우 바람(A)을 중양측에 위치된 공기통로(110)들로 집중시킬 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
한 쌍의 제1고정 셔터(540)는 제1회전 셔터(520)들에 의해 좌우 방향으로 분할된 3열의 중공(511) 중 좌측의 중공(511)을 상하 방향을 따라 3열로 분할하기 위한 것으로, 제1고정 셔터(540)들은 중공(511)의 좌측면과 제1회전 셔터(520)의 사이에 수평하게 배치되고, 후단이 수평 프레임(300)의 전단에 각각 결합되어 중공(511)을 상하로 분할한다.
한 쌍의 제2고정 셔터(550)는 제1회전 셔터(520)들에 의해 좌우 방향으로 분할된 [0052] 3열의 중공(511) 중 우측의 중공(511)을 상하 방향을 따라 3열로 분할하기 위한 것으로, 제2고정 셔터(550)들은 중공(511)의 우측면과 제1회전 셔터(520)의 사이에 수평하게 배치되고, 후단이 수평 프레임(300)의 전단에 각각 결합되어 중공(511)을 상하로 분할한다.
또한, 전술한 제1회전 셔터(520)들의 전단에는 제1고정 셔터(540)들 및 제2고정 셔터(550)들이 수평하게 통과될 수 있도록 절개부(521)가 후방으로 오목하게 형성될 수 있다. 절개부(521)는 제1고정 셔터(540)들 및 제2고정 셔터(550)들과 동일 높이에서 제1회전 셔터(520)들의 좌우 방향으로 관통되고, 한 쌍의 제1고정 셔터(540)들 및 한 쌍의 제2고정 셔터(550)들이 수평하게 통과될 수 있도록 상하 방향에 각각 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전장치는 도 10에서처럼 유입관(510)의 전단에 결합되고, 폐쇄위치로 회동된 제1회전 셔터(520)들과 제2회전 셔터(530)들의 일면을 탄성 지지하기 위한 완충부재(512)를 더 포함할 수 있다. 완충부재(512)는 완충부재(512)는 유입관(510)의 전단과 대응되는 형상으로 결합되고, 형태 변형 가능한 탄성 소재(고무 등)로 구비된다.
여기서, 완충부재(512)의 전단은 폐쇄위치로 회동된 제1회전 셔터(520)들과 제2회전 셔터(530)들의 일면과 대응되는 각도로 밀착되도록 제4경사면이 형성될 수 있다. 즉 제1회전 셔터(520)들과 제2회전 셔터(530)들이 유입관(510)의 전단에 걸림 위치될 때 발생하는 충격을 완충하므로, 제1회전 셔터(520)들과 제2회전 셔터(530)들의 파손을 방지함과 아울러 제1회전 셔터(520)들과 제2회전 셔터(530)들의 작동 소음을 감소시킬 수 있다.
구동부(560)는 제1회전 셔터(520)와 제2회전 셔터(530)를 개방위치 또는 폐쇄위치로 회동시키기 위한 것으로, 제1회전 셔터(520)들의 후단에 수직하게 각각 결합되어 수직회전중심(C1)을 형성하고, 축방향 양단이 유입관(510)의 상단과 하단에 각각 수평회동 가능하게 연결되는 한 쌍의 제1회전축(561)과, 제2회전 셔터(530)들의 후단에 수평하게 각각 결합되어 수평회전중심(C2)을 형성하고, 축방향 양단이 제1고정 셔터(540)들과 제2고정 셔터(550)들의 내부를 통해 유입관(510)의 양측에 상하회동 가능하게 연결되는 한 쌍의 제2회전축(562)과, 유입관(510)의 상단 또는 하단에 결합되고, 구동축이 제1회전축(561)의 축방향 일단과 기계적으로 연결되는 제1모터(563) 및, 유입관(510)의 양단에 결합되고, 구동축이 제2회전축(562)의 축방향 일단과 기계적으로 연결되는 제2모터(563)를 더 포함할 수 있다.
한 쌍의 제1회전축(561)은 축방향 양단이 제1회전 셔터(520)들의 상측와 하측으로 각각 돌출되어 유입관(510)의 상단과 하단에 각각 수평회동 가능하게 연결될 수 있고, 제1회전축(561)들의 축방향 일단은 유입관(510)의 상단 또는 하단으로 관통되어 제1모터(563)의 구동축과 기계적으로 연결될 수 있다.
한 쌍의 제2회전축(562)은 축방향 양단이 제2회전 셔터(530)들의 좌측과 우측으로부터 각각 돌출되어 제1고정 셔터(540)와 제2고정 셔터(550)의 내부를 통해 유입관(510)의 좌측단 및 우측단에 각각 상하회동 가능하게 연결될 수 있고, 제1회전축(562)들의 축방향 일단은 유입관(510)의 좌측단 또는 우측단으로 관통되어 제2모터(564)의 구동축과 기계적으로 연결될 수 있다.
제1모터(563)는 외부의 전원 공급부(미도시)로부터 전달되는 전력에 의해 구동될 수 있고, 후술될 제어부(600)에 의해 구동이 제어될 수 있다. 즉 제1모터(563)의 회전력 전달에 의해 제1회전 셔터(520)들이 개방위치 또는 폐쇄위치로 회동될 수 있고, 관리자의 제어부(600) 조작을 통해 제1모터(563)의 구동이 제어될 수 있으나, 후술될 풍속 감지부(700)의 풍속 측정값에 따르도록 제어부(600)에 의해 자동으로 제어될 수도 있다.
제2모터(564)는 외부의 전원 공급부(미도시)로부터 전달되는 전력에 의해 구동될 수 있고, 후술될 제어부(600)에 의해 구동이 제어될 수 있다. 즉 제2모터(564)의 회전력 전달에 의해 제2회전 셔터(530)들이 개방위치 또는 폐쇄위치로 회동될 수 있고, 관리자의 제어부(600) 조작을 통해 제2모터(564)의 구동이 제어될 수 있으나, 후술될 풍속 감지부(700)의 풍속 측정값에 따르도록 제어부(600)에 의해 자동으로 제어될 수도 있다.
발전기(400)는 공기통로(110)를 통과하는 바람의 힘을 전기에너지로 변환시키기 위한 것으로, 공기통로(A)에 개별적으로 설치되고, 발전기(400)의 전방에 회전 가능하게 결합되고, 수평회전중심을 기준으로 방사상에 다수의 날개가 구비되는 회전부재(420) 및, 일단이 공기통로(110)의 내주면에 결합되고, 반대되는 타단이 발전기(400)의 외부에 결합되는 하나 이상의 지지대(440)를 더 포함할 수 있으며, 발전기(400)와 회전부재(420)를 기계적으로 연결하는 기어박스(미도시)가 구비될 수 있다.
또한, 발전기(400)는 내부에 고정적으로 설치되고 외부에 코일이 권선되는 고정자와, 고정자의 내부 또는 외부에 배치되고, 전후 방향의 수평 회전중심을 기준으로 회전 가능하며, 고정자와의 상호 작용(전자기 유도:induced current)으로 자기장을 형성시켜 전기에너지를 발생시키는 회전자와, 고정자의 코일과 전기적으로 연결되고, 코일로부터 전달되는 전력을 변환(DC/AC)시키는 전력변환부(410) 및, 전력변환부(410)와 전기적으로 연결되어 전기에너지가 충전되는 축전기(430)를 포함할 수 있다.
또한, 발전기(400)의 회전자는 축방향 일측이 전방으로 돌출되어 회전부재(420)의 수평회전중심과 동일선상으로 결합될 수 있고, 전력변환부(410) 및 축전기(430)는 후술 될 제어부(600)와 연결 케이블에 의해 전기적으로 연결될 수 있으며, 제어부(600)는 발전기(400)의 작동 여부, 발전량 등을 모니터링할 수 있다.
아울러, 도 11에서처럼 메인 프레임(100)을 좌우 또는 상하 방향을 따라 다수로 연결시킬 수 있다. 이 경우 하부에 위치된 메인 프레임(100)의 하부에 지주(10)가 연결될 수 있고, 지주(10)는 메인 프레임(100)들의 중심 위치에 배치될 수 있으며, 지주(10)가 형성하는 수직회전중심을 기준으로 다수의 풍력 발전장치들이 함께 회전될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전장치는 도 9에서처럼 제1모터(563) 및 제2모터(564)와 전기적으로 연결되어 구동을 제어하고, 기준풍속범위가 기설정되는 제어부(600) 및, 풍속을 실시간으로 측정하고, 풍속 측정값을 제어부(600)로 전달하는 풍속 감지부(700)를 더 포함할 수 있다. 이 경우 제어부(600)는 풍속 감지부(700)로부터 전달되는 풍속 측정값이 기준풍속범위보다 낮은 경우 제1회전 셔터(520)들과 제2회전 셔터(530)들 중 하나 이상을 폐쇄위치로 회동시킬 수 있다.
풍속 감지부(700)는 여기서 풍속 감지부(700)는 풍속계(anemometer), 풍속 센서(wind velocity sensor) 등을 선택적으로 사용할 수 있고, 메인 프레임(100) 등의 외부에 고정적으로 설치할 수 있으나 풍속 감지부(700)의 설치 위치는 필요에 따라 다양하게 적용이 가능하다.
예를 들어, 풍속 감지부(700)로부터 전달되는 풍속 측정값이 기준풍속범위보다 낮은 경우 제1회전 셔터(520)들만을 폐쇄위치로 회동시킬 수 있다. 이 경우 제1회전 셔터(520)들이 반대되는 방향으로 경사지게 회동되어 좌측의 공기통로(3개, 110)와 우측의 공기통로(3개, 110)를 각각 페쇄하고, 제1회전 셔터(520)들의 일면에 의해 경사지게 안내된 바람(A)이 중앙측의 공기통로(3개, 110)들에 집중적으로 유입된다.
반면, 풍속 감지부(700)로부터 전달되는 풍속 측정값이 기준풍속범위보다 낮은 경우 제2회전 셔터(530)들 만을 폐쇄위치로 회동시킬 수 있다. 이 경우 제2회전 셔터(530)들이 반대되는 방향으로 경사지게 회동되어 상측의 공기통로(1개, 110)와 하측의 공기통로(1개, 110)를 각각 페쇄하고, 제2회전 셔터(530)들의 일면에 의해 경사지게 안내된 바람(A)이 중앙측의 공기통로(1개, 110)에 집중적으로 유입된다.
한편, 풍속 감지부(700)로부터 전달되는 풍속 측정값이 기준풍속범위보다 낮은 경우 제1회전 셔터(520)들과 제2회전 셔터(530)들을 모두 폐쇄위치로 회동시킬 수 있다. 이 경우 제1회전 셔터(520)들이 반대되는 방향으로 경사지게 회동되어 좌측의 공기통로(3개, 110)와 우측의 공기통로(3개, 110)를 각각 페쇄시킴과 동시에 반대되는 방향으로 경사지게 회동되어 상측의 공기통로(1개, 110)와 하측의 공기통로(1개, 110)를 각각 페쇄한다.
이 경우, 제1회전 셔터(520)들의 일면에 의해 경사지게 안내된 바람(A)이 중앙측의 공기통로(1개, 110)에 집중적으로 유입되고, 제2회전 셔터(530)들의 일면에 의해 경사지게 안내된 바람(A)이 중앙측의 공기통로(1개, 110)에 집중적으로 유입된다.
결과적으로, 본 발명은 바람(A)의 진행 방향과 대응하는 방향으로 각도가 가변됨과 아울러 풍속이 느린 경우 바람(A)을 설정된 공기통로(110)로 집중시킬 수 있어 지속적인 발전 동작이 가능하고, 풍속에 따라 공기통로(110)가 개방되는 개수를 조절할 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 풍력 발전장치에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
[부호의 설명]
10: 지주 100: 메인 프레임
110: 공기통로 120: 가이드판
130: 제1경사면 200: 수직 프레임
210: 제2경사면 300: 수평 프레임
310: 제3경사면 400: 발전기
410: 전력변환부 420: 회전부재
430: 축전기 440: 지지대
510: 유입관 511: 중공
512: 완충부재 520: 제1회전 셔터
521: 절개부 530: 제2회전 셔터
540: 제1고정 셔터 550: 제2고정 셔터
561: 제1회전축 562: 제2회전축
563: 제1모터 564: 제2모터
600: 제어부 610: 조작부
700: 풍속 감지부 A: 바람
C1: 수직회전중심 C2: 수평회전중심

Claims (3)

  1. 전후로 관통된 공기통로를 기준으로 상하좌우에 직교하는 변이 형성되고, 수직회전중심을 기준으로 회전 가능한 사각 틀 형상의 메인 프레임;
    상기 공기통로의 좌우를 따라 하나 이상이 배치되어 상하로 길이를 갖고, 상기 공기통로를 다수의 열로 좌우 분할하는 한 쌍의 수직 프레임;
    상기 공기통로의 상하를 따라 하나 이상이 배치되어 좌우로 길이를 갖고, 상기 수직 프레임과 교차되어 상기 공기통로를 다수의 열로 상하 분할하는 한 쌍의 수평 프레임; 및
    상기 공기통로에 개별적으로 설치되고, 상기 공기통로를 통과하는 바람의 힘을 전기에너지로 변환시키는 발전기;를 포함하되,
    상기 수직 프레임은 상기 공기통로의 좌우에 각각 배치되고, 상기 공기통로를 3개의 열로 좌우 분할하며,
    상기 수평 프레임은 상기 공기통로의 상하에 각각 배치되고, 상기 수직 프레임과 교차되어 상기 공기통로를 3개의 열로 상하 분할하며,
    상기 메인 프레임의 전단으로부터 돌출되고, 중공이 전후로 관통되는 사각 틀 형상의 유입관과,
    후단이 상기 수직 프레임의 전방에 수평회동 가능하게 각각 결합되어 상기 중공을 좌우로 분할하고, 전방의 개방위치로 나란하게 회동시 상기 중공을 좌우로 분할하는 한 쌍의 제1회전 셔터와,
    상기 제1회전 셔터의 사이에 배치되고, 후단이 상기 수평 프레임의 전방에 상하회동 가능하게 각각 결합되어 상기 중공을 상하로 분할하는 한 쌍의 제2회전 셔터와,
    상기 중공의 좌측면과 상기 제1회전 셔터의 사이에 수평하게 배치되고, 후단이 상기 수평 프레임의 전단에 각각 결합되어 상기 중공을 상하로 분할하는 한 쌍의 제1고정 셔터와,
    상기 중공의 우측면과 상기 제1회전 셔터의 사이에 수평하게 배치되고, 후단이 상기 수평 프레임의 전단에 각각 결합되어 상기 중공을 상하로 분할하는 제2고정 셔터 및,
    상기 제1회전 셔터와 상기 제2회전 셔터의 회전중심에 회전력을 전달하여 개방위치 또는 폐쇄위치로 회동시키는 구동부를 더 포함하며,
    상기 제1회전 셔터와 상기 제2회전 셔터는 상기 폐쇄위치로 회동시 반대되는 방향으로 경사지게 회동되고, 일면이 상기 유입관의 전단에 걸림 위치되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 제1회전 셔터의 후단에 수직하게 각각 결합되어 수직회전중심을 형성하고, 축방향 양단이 상기 유입관의 상단과 하단에 각각 수평회동 가능하게 연결되는 한 쌍의 제1회전축과,
    상기 제2회전 셔터의 후단에 수평하게 각각 결합되어 수평회전중심을 형성하고, 축방향 양단이 상기 제1고정 셔터와 상기 제2고정 셔터의 내부를 통해 상기 유입관의 양측에 상하회동 가능하게 연결되는 한 쌍의 제2회전축과,
    상기 유입관의 상단 또는 하단에 결합되고, 구동축이 상기 제1회전축의 축방향 일단과 기계적으로 연결되는 제1모터 및,
    상기 유입관의 양단에 결합되고, 구동축이 상기 제2회전축의 축방향 일단과 기계적으로 연결되는 제2모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1모터 및 상기 제2모터와 전기적으로 연결되어 구동을 제어하고, 기준풍속범위가 기설정되는 제어부 및,
    풍속을 실시간으로 측정하고, 풍속 측정값을 상기 제어부로 전달하는 풍속 감지부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 풍속 감지부로부터 전달되는 풍속 측정값이 상기 기준풍속범위보다 낮은 경우 상기 제1회전 셔터와 상기 제2회전 셔터 중 하나 이상을 폐쇄위치로 회동시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
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