KR102299187B1

KR102299187B1 - 풍력을 이용한 발전시스템

Info

Publication number: KR102299187B1
Application number: KR1020210053783A
Authority: KR
Inventors: 한만길
Original assignee: 한만길
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2021-09-06

Abstract

본 발명은, 건물의 실외 및 차량에 적합하게 적용할 수 있는 소형화 구조를 제공하여 사용성을 향상시키도록;
풍압을 인가받아 회전운동하도록 된 날개모듈;과 상기 날개모듈를 통해 발생된 회전에너지를 전기에너지로 전환하여 발전하도록 된 발전모듈;을 포함하여 이루어지는 풍력을 이용한 발전시스템에 있어서; 상기 발전모듈은, 일위치에 상기 날개모듈이 축결합되어 동일방향으로 회전운동하도록 된 회전축과; 상기 회전축에 각각 관통되면서 끼움결합되어 동일방향으로 회전운동하며 외주면에 코일이 권취되며 상기 코일의 양단과 각각 전기적으로 연결된 각각의 입력전극들이 구비되는 코일관과; 상기 코일관이 내부에 배치되며 상기 코일관의 회전운동시 전자유도를 통해 상기 코일에 전류가 형성되도록 된 발전몸체;를 포함하여 이루어지는 풍력을 이용한 발전시스템을 제공한다.

Description

풍력을 이용한 발전시스템{Power generation system using wind power}

본 발명은, 풍압을 인가받아 회전에너지를 발생시키고 발생된 회전에너지를 전기에너지로 전환하여 발전하도록 된 풍력을 이용한 발전시스템에 관한 것이다.

구체적으로는, 건물의 실외 및 차량에 적합하게 적용할 수 있는 소형화 구조를 제공하여 사용성을 향상시키도록 된 풍력을 이용한 발전시스템에 관한 것이다.

더 구체적으로는, 회전에너지에 대한 전기에너지로의 전환효율을 향상시켜 발전효율이 극대화되도록 된 풍력을 이용한 발전시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 회전동력을 얻는 열기관장치를 이용한 전기발전시스템들은, 보급이 급격히 확산 되어 화석연료 및 산소를 태우면서 이산화탄소를 비롯한 독성이 많은 배기가스를 배출하고, 배출되는 에너지폐기물로 인하여 지구환경이 황폐화하는 문제점이 있다.

이에 따라, 근자에는 자연의 바람을 이용하는 풍력발전장치들이 제안되고 있는 실정이다.

이러한 풍력발전장치는, 풍력에너지를 풍차에 의해 기계적 에너지로 변환하여 발전기를 구동하여 전기를 발전하는 방식으로 이루어지며, 풍력 터빈의 회전동력은 풍차 (풍력 터빈)의 수풍 면적과 풍속에 따라 발전출력이 가변된다.

이와 같은 풍력발전장치는, 회전반경의 평면상으로 설치되는 소수의 프로펠러 날개들이 바람과 접촉하여 미는힘을 인가받아 회전되어 발생되는 회전에너지를 전기에너지로 전환하여 발전하도록 되어 있다.

한국특허출원번호 제10-2011-0058316호(명칭: 수평바람을 수직기류로 바꾸는 집풍관 이용 풍력발전장치/2011.06.16.)가 있으며, 공보에 공지된 바와 같이, 하단측면에 유입구가 형성되고, 내부에 상기 유입구를 통해서 수평방향으로 불어오는 바람을 센터 쪽으로 집풍하는 복수 개의 바람안내 격벽이 방사형으로 형성되는 집풍 구조물; 상기 집풍 구조물의 상부에는 상기 유입구를 통해 유입된 바람을 상승기류로 안내하기 위해서 방사형으로 다수의 바람 안내 격벽이 균등 간격의 각도로 형성되고 상기 바람을 안내하는 격벽과 고정편들 사이에 바람을 안내하는 유입구가 형성되는 덕트 기능의 파넬; 상기 덕트 파넬의 하부에 고정되어 상기 유입구를 통해 유입된 바람을 상기 바람 안내 통풍관 챔버쪽으로 안내하는 십자 형상의 바람막이 덕트 격벽; 상기 십자형상의 바람막이 덕트 위에 고정된 원통통풍관 외곽의 내측에 다수개의 경사(30도 정도) 날개(브레이드)를 균일한 각도로 배치하여 단일 방향의 상승기류로 전환된 바람을 우회나선방향으로 회전시켜서 토네이토를 유도하는 유체 안내날개 기능의 고정자 노즐; 상기 십자형상의 덕트 격벽 중앙에 고정된 베어링에 회전 가능하게 설치되는회전자축; 상기 회전자축의 상부 끝단에 결합 되어 상기 회전자축과 함께 회전 가능하게 설치되는 터빈휠 임펠러; 상기 바람 안내 홀을 통해 송풍되는 바람에 의해 회전하도록 외곽을 따라 다수의 임펠러가 균등 각도와 간격으로 형성되는 회전체; 상기 풍력터빈 임펠러의 회전자축과 연결되어 풍력터빈의 회전동력이 전달되어 풍력터빈의 회전동력을 전기에너지로 전환하는 에너지변환장치로 발전기를 포함하여 이루어져 있다.

그리고 한국특허출원번호 제10-2011-0034558호(명칭: 수동 부하제어기능을 갖는 풍력발전장치/2011.04.14.)에서는, 공보에 공지된 바와 같이, 중공된 구조로 이루어지며 유출구가 유입구보다 상대적으로 협소하게 형성된 환풍관과 상기 환풍관의 내부에 설치되는 환풍장치로 이루어진 환풍부와, 상기 환풍부의 근접위치에 설치되며 상기 유출구와 대응되는 방향에 설치되는 이송레일과, 상기 이송레일에 이동가능하게 설치되는 유입관과 상기 유입관 내부에 설치되는 풍력발전부로 구성되는 풍력발전장치가 기재되어 있다.

한편, 한국특허출원번호 제10-2014-0007516호(명칭: 통풍관에 흐르는 바람이용 원통형 풍력터빈 발전장치/2014.01.22.)에서는, 공보에 공지된 바와 같이, 측면에 유입구가 형성되고, 내부에 상기 유입구를 통해서 수평방향으로 불어오는 바람을 센터 쪽으로 집풍하도록 복수 개의 가이드 격벽이 형성되는 집풍 구조물; 상기 집풍 구조물의 상부에는 상기 유입구를 통해 유입된 바람을 상방으로 가이드 하기 위해 외곽을 따라 다수의 바람 가이드 고정편이 균등 간격으로 형성되고 상기 바람 가이드 고정편들 사이에 바람 안내 홀이 형성되는 덕트 부재; 상기 덕트 부재의 하부에 고정되어 상기 유입구를 통해 유입된 바람을 상기 바람 안내 홀 쪽으로 가이드 하는 오목렌즈 형상의 바람 가이드; 상기 덕트 부재의 센터에 고정된 베어링에 회전 가능하게 설치되는 회전 샤프트; 상기 회전 샤프트의 상부 끝단에 결합되어 상기 샤프트와 함께 회전 가능하게 설치되며, 상기 바람 안내 홀을 통해 송풍되는 바람에 의해 회전하도록 외곽을 따라 다수의 브래킷 부가 균등 간격으로 형성되는 회전체; 및 상기 회전 샤프트의 하부 끝단에 연결되어 전기를 발생하는 발전기;를 포함하는 풍력터빈 발전장치가 기재되어 있다.

또한, 한국특허출원번호 제10-2015-0172142호(명칭: 항력형 풍력발전장치/2015.12.04.)에서는, 공보에 공지된 바와 같이, 회전축을 포함하는 회전체;상기 회전축의 둘레를 중심으로 회전체의 회전방향을 따라 회전체에 복수로 고정되며, 회전체의 회전 반대방향에 대하여 항력면을 형성하는 항력날개;상기 회전체의 일측에 설치되되 항력날개를 향해 바람이 토출되는 관로가 형성되며, 관로에는 유입된 바람이 항력날개의 항력면에 대향하도록 상기 바람의 방향을 가변시키는 가이드날개가 설치된 변풍관;상기 회전축에 설치되며, 회전축의 회전력을 이용해 전기를 생산하는 발전부:를 포함하여 구성되되, 상기 각각의 항력날개는 회전체의 회전 반대방향을 향해 일방향으로 라운드지게 형성되어 항력면을 형성하고, 상기 가이드날개는 항력날개의 라운드진 방향에 반대 방향으로 라운드지게 형성되며, 유입구로부터 유입된 바람을 토출구를 통해 항력날개의 항력면에 대향하도록 가이드하며, 상기 항력날개에 의해 복수로 구획된 회전체 공간의 일측은 몸체의 토출구를 향해 개구되고, 항력날개에 의해 복수로 구획된 회전체 공간의 타측은 차폐판에 의해 폐쇄된 풍력발전장치가 기재되어 있다.

한국특허출원번호 제10-2011-0058316호(2011.06.16.) 한국특허출원번호 제10-2011-0034558호(2011.04.14.) 한국특허출원번호 제10-2014-0007516호(2014.01.22.) 한국특허출원번호 제10-2015-0172142호(2015.12.04.)

그러나, 상기와 같은 종래의 풍력발전장치들은, 인가되는 풍압에 대하여 단일의 객체성을 가지는 날개모듈 및 상기 날개모듈과 연통되어 발전하도록 된 발전모듈을 통해 발전하도록 됨에 따라, 발전효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

즉, 상기 날개모듈이 풍압을 인가받아 회전에너지를 발생시키며, 발생된 회전에너지를 별도로 구비되는 발전모듈로 전달하여 전기에너지를 형성하도록 됨에 따라, 상기 날개모듈에서 상기 발전모듈로 회전에너지의 전달시 에너지의 소모가 발생되어 회전에너지의 사용효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은, 풍압을 인가받아 회전에너지를 발생시키고 발생된 회전에너지를 전기에너지로 전환하여 발전하도록 된 것으로, 건물의 실외 및 차량에 적합하게 적용할 수 있는 소형화 구조를 제공하여 사용성을 향상시키도록 된 풍력을 이용한 발전시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 회전에너지에 대한 전기에너지로의 전환효율을 향상시켜 발전효율이 극대화되도록 된 풍력을 이용한 발전시스템을 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 풍력을 이용한 발전시스템은, 풍압을 인가받아 회전운동하도록 된 날개모듈;과 상기 날개모듈를 통해 발생된 회전에너지를 전기에너지로 전환하여 발전하도록 된 발전모듈;을 포함하여 이루어지는 풍력을 이용한 발전시스템에 있어서; 상기 발전모듈은, 일위치에 상기 날개모듈이 축결합되어 동일방향으로 회전운동하도록 된 회전축과; 상기 회전축에 각각 관통되면서 끼움결합되어 동일방향으로 회전운동하며 외주면에 코일이 권취되며 상기 코일의 양단과 각각 전기적으로 연결된 각각의 입력전극들이 구비되는 코일관과; 상기 코일관이 내부에 배치되며 상기 코일관의 회전운동시 전자유도를 통해 상기 코일에 전류가 형성되도록 된 발전몸체;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 발전몸체는, 상기 회전축이 관통하면서 공회전하도록 베어링결합되며, 내부에 상기 코일관이 수용되도록 되고, 상기 코일관의 회전운동시 상기 코일에 전류가 형성되도록 되는 자기력이 발생하도록 된 자석체들이 구비되며, 상기 입력전극들과 전기적으로 각각 접촉연결되도록 된 각각의 출력전극들이 구비되고, 상기 출력전극들과 전기적으로 연결되면서 외부로 전기적으로 연장되는 각각의 전원선들이 구비되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 풍력을 이용한 발전시스템은, 날개모듈을 통해 풍압을 인가받아 회전에너지를 발생시키고 날개모듈에 의해 발생된 회전에너지를 발전모듈을 통해 전기에너지로 전환하여 발전하는 효과를 가진다.

아울러, 구조적으로 단순하여 소형화 설계가 용이하게 이루어짐에 따라, 건물의 실외 및 차량에 적합하게 적용할 수 있어 사용성을 향상되는 효과를 가진다.

이와 더불어, 회전축의 회전에너지에 대하여 코일관과 발전몸체의 사이에서 직접적인 전자유도를 통해 발전하도록 되어 있어, 회전에너지에 대한 전기에너지로의 전환효율이 향상됨에 따라, 발전효율이 극대화되는 효과를 가진다.

도 1은, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 풍력을 이용한 발전시스템을 보인 개략 예시도.
도 2 및 도 3은, 본 실시 예에 의한 풍력을 이용한 발전시스템의 일 부위를 발취하여 보인 개략 예시도.
도 4는, 본 실시 예에 의한 풍력을 이용한 발전시스템를 구성하는 발전모듈의 다른 예를 보인 개략 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 의한 풍력을 이용한 발전시스템을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1 내지 도 3은, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 풍력을 이용한 발전시스템(1)을 보인 도면으로, 본 실시 예에 의한 풍력을 이용한 발전시스템(1)은, 주로, 건물의 실외 및 차량에 시설되어 풍압을 인가받아 전기에너지를 발생시키도록 되는 것에 적용될 수 있다.

이러한 본 실시 예에 의한 풍력을 이용한 발전시스템(1)은, 풍압을 인가받아 회전운동하도록 된 날개모듈(2);과 상기 날개모듈(2)를 통해 발생된 회전에너지를 전기에너지로 전환하여 발전하도록 된 발전모듈(3);을 포함하여 이루어진다.

즉, 이송압력을 가지는 풍압을 인가받아 상기 날개모듈(2)이 회전하면서 회전에너지로 전환하게 되고, 상기 발전모듈(3)이 상기 날개모듈(2)에 의하여 발생된 회전에너지를 전달받아 전기에너지를 발생시켜 발전하게 된다.

상기에서 발전모듈(3)을 통해 생성되는 전기에너지는, 전기적으로 연결된 '축전지(미도시됨)'에 축전되어 별도의 사용처에 사용될 수 있는 것으로, 사용자의 선택에 따라 적합하게 적용되는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명 날개모듈(2)의 양측으로는 하나씩 두개의 발전모듈(3)이 구성되는 것을 도면상에 예시하였으나, 하기의 회전축(31)의 길이에 따라 두개 이상 수개 내지 수집개 더 구성하여 발전 효율을 더욱 높일 수 있다. 이러한 발전모듈(3)은 하나의 제너레이터의 역할을 하는 것으로, 복수개의 제너레이터를 통해 풍력을 이용한 발전이 가능하게 되는 것이다.

이와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 풍력을 이용한 발전시스템(1)에서, 상기 발전모듈(3)은, 일위치에 상기 날개모듈(2)이 축결합되어 동일방향으로 회전운동하도록 된 회전축(31)과; 상기 회전축(31)에 각각 관통되면서 끼움결합되어 동일방향으로 회전운동하며 외주면에 코일(32)이 권취되며 상기 코일(32)의 양단과 각각 전기적으로 연결된 각각의 입력전극(33)들이 구비되는 코일관(34)과; 상기 코일관(34)이 내부에 배치되며 상기 코일관(34)의 회전운동시 전자유도를 통해 상기 코일(32)에 전류가 형성되도록 된 발전몸체(35);를 포함하여 이루어질 수 있다.

즉, 상기 날개모듈(2)이 회전운동하게 되면 상기 회전축(31)이 동일방향으로 회전하면서 회전에너지를 발생하게 되면서 상기 회전축(31)에 결속된 상기 코일관(34)이 회전운동하게 된다.

이와 같이 상기 코일관(34)이 회전운동하게 되면 상기 발전몸체(35)를 통해 상기 코일관(34)에 권취된 상기 코일(32)에 전자유도를 통한 전류가 형성되면서 전기에너지가 형성된다.

이에 따라, 상기 회전축(31)으로 인가되는 회전에너지에 대한 전기에너지로의 전환효율이 극대화되어, 발전효율이 향상될 수 있다.

상기와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 풍력을 이용한 발전시스템(1)에서, 상기 발전몸체(35)는, 상기 회전축(31)이 관통하면서 공회전하도록 베어링결합되며, 내부에 상기 코일관(34)이 수용되도록 되고, 상기 코일관(34)의 회전운동시 상기 코일(32)에 전류가 형성되도록 되는 자기력이 발생하도록 된 자석체(36)들이 구비되며, 상기 입력전극(33)들과 전기적으로 각각 접촉연결되도록 된 각각의 출력전극(37)들이 구비되고, 상기 출력전극(37)들과 전기적으로 연결되면서 외부로 전기적으로 연장되는 각각의 전원선(38)들이 구비될 수 있다.

즉, 상기 발전몸체(25)와 상기 회전축(31)이 공회전가능한 베어링구조를 통해 결합되어 상기 회전축(31)에 대한 회전에너지의 손실을 최소화하게 될 수 있다.

아울러, 상기 발전몸체(35)에 구비된 상기 자석체(36)들을 통해 형성되는 자기필드와 상기 코일관(34)에 권취된 상기 코일(32)의 회전운동의 상호 연관작용(플레밍의 오른손법칙)에 상기 코일(32)에 전류가 형성되면서 전기에너지가 생성되며, 생성된 전기에너지는 각각의 상기 입력전극(33)들 및 각각의 상기 출력전극(37)을 경유하여 상기 전원선(38)을 통해 별도로 마련되는 축전수단(미도시됨)에 축전될 수 있다.

이에 따라, 별도의 복잡한 구도를 가지는 '발전기'를 구비하지 않고도 간단한 구조적 설계를 통해 '발전구조'를 형성함으로써, 구조적으로 단순하고 소형화 설계가 용이하게 이루어짐에 따라, 건물의 실외 및 차량에 적합하게 적용할 수 있어 사용성을 향상될 수 있다.

이와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 풍력을 이용한 발전시스템(1)에서, 상기 회전축(31)에서 상기 날개모듈(2)의 양측부위에는, 한 쌍의 상기 코일관(34)들과 한 쌍의 상기 발전몸체(35)들이 각각 배치될 수 있다.

즉, 단일의 상기 회전축(31)의 회전에너지를 복수의 상기 코일관(34)들 및 상기 발전몸체(35)들를 통해 각각 전기에너지를 발생시키도록 되어 발전효율이 증대될 수 있음은 물론, 공간사용효율을 향상시켜 구조적으로 소형화 설계가 더욱 용이하게 이루어질 수 있어, 특히, 건물의 실외 및 차량에 적합하게 적용할 수 있음에 따라 사용성을 향상될 수 있다.

한편, 상기 발전몸체(35)들에는, 각각 시설물(미도시됨)에 결속고정도록 되는 고정브라켓(39)들이 각각 구비될 수 있다.

즉, 상기 고정브라켓(39)들을 통해 본 실시 예에 의한 풍력을 이용한 발전시스템(1)을 시설물에 용이하게 고정함과 아울러, 상기 날개모듈(2) 및 상기 회전체(31)를 안정적으로 시설물에 대하여 공회전가능하게 배치하도록 될 수 있다.

그리고, 본 실시 예에 의한 풍력을 이용한 발전시스템(1)에서, 상기 발전모듈(3)은, 도 4에서 도시된 바와 같이, 상기 회전축(31)에 대하여 상기 코일관(34)과 상기 발전몸체(35)가 2개 1조를 이루면서 상기 회전축(31)에 대하여 다수개가 각각 배치될 수 있다.

즉, 단일의 상기 회전축(31)의 회전에너지를 2개 1조의 상기 코일관(34) 및 상기 발전몸체(35)가 다수의 쌍들를 형성하면서 각각 전기에너지를 발생시키도록 될 수 있다,

이에 따라, 발전효율이 증대될 수 있음은 물론, 공간사용효율을 향상시켜 구조적으로 소형화 설계가 더욱 용이하게 이루어질 수 있어, 특히, 건물의 실외 및 차량에 적합하게 적용할 수 있음에 따라 사용성을 향상될 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 일 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 발전시스템 2 : 날개모듈
3 : 발전모듈 31 : 회전축
32 : 코일 33 : 입력전극
34 : 코일관 35 : 발전몸체
36 : 자석체 37 : 출력전극
38 : 전원선 39 : 고정브라켓

Claims

풍압을 인가받아 회전운동하도록 된 날개모듈(2);과 상기 날개모듈(2)를 통해 발생된 회전에너지를 전기에너지로 전환하여 발전하도록 일위치에 상기 날개모듈(2)이 축결합되어 동일방향으로 회전운동하도록 된 회전축(31)과, 상기 회전축(31)에 각각 관통되면서 끼움결합되어 동일방향으로 회전운동하며 외주면에 코일(32)이 권취되며 상기 코일(32)의 양단과 각각 전기적으로 연결된 각각의 입력전극(33)들이 구비되는 코일관(34)과, 상기 코일관(34)이 내부에 배치되며 상기 코일관(34)의 회전운동시 전자유도를 통해 상기 코일(32)에 전류가 형성되도록 된 발전몸체(35)를 구비하는 발전모듈(3);을 포함하여 이루어지며;
상기 발전몸체(35)는, 상기 회전축(31)이 관통하면서 공회전하도록 베어링결합되며 내부에 상기 코일관(34)이 수용되도록 되고 상기 코일관(34)의 회전운동시 상기 코일(32)에 전류가 형성되도록 되는 자기력이 발생하도록 된 자석체(36)들이 구비되며 상기 입력전극(33)들과 전기적으로 각각 접촉연결되도록 된 각각의 출력전극(37)들이 구비되고 상기 출력전극(37)들과 전기적으로 연결되면서 외부로 전기적으로 연장되는 각각의 전원선(38)들이 구비되는 것으로 이루어지는 풍력을 이용한 발전시스템(1)에 있어서;
상기 회전축(31)에서 상기 날개모듈(2)의 양측부위에는,
한 쌍의 상기 코일관(34)들과 한 쌍의 상기 발전몸체(35)들이 각각 배치되며;
상기 발전몸체(35)들에는,
각각 시설물에 결속고정되도록 되는 고정브라켓(39)들이 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 발전시스템.
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