WO2013118945A1

WO2013118945A1 - 기둥형 풍력 발전장치

Info

Publication number: WO2013118945A1
Application number: PCT/KR2012/003916
Authority: WO
Inventors: 손성철; 손호윤
Original assignee: Son Sung-Chul; Son Ho-Yoon
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2013-08-15
Also published as: US20140125065A1; US9103324B2; KR200460486Y1; JP2015506440A; CN103998771A; JP5921721B2

Abstract

본 발명은 기둥형 풍력 발전장치에 관한 것으로서, 20M 이상의 높이를 가지며 풍력 발전실을 다층으로 형성하고, 중앙에 굴뚝 배기통로를 구비한 원통형의 풍력 기둥부로 형성하며, 각 풍력 발전실에는 외벽과 연통된 풍력 유입부를 최단거리에 설치 형성하고, 상기 풍력 발전실에는 풍력 유입부를 통하여 유입된 풍력에 의하여 발전을 한 후 굴뚝 배기통로로 배기하는 풍력 발전부를 구비하고, 상기 풍력 발전실에는 유지보수크레인과 유지보수엘리베이터를 구비하고, 상기 풍력 기둥부의 상부 측에는 유도 배출 배기부를 구비하여 구성한 것이다. 따라서, 본 발명은 전면, 측면, 후면에서 부는 바람을 유입 발전함으로써 기둥부에 의한 공기저항이 최소화되어 공기저항에 따른 풍화 훼손이 최소화되고, 전면, 측면, 후면으로 유입된 공기를 중앙을 통하여 배출되어 풍력 유입에 의한 발전효과가 극대화되는 것이다.

Description

기둥형 풍력 발전장치

본 발명은 기둥형 풍력 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 20M 이상의 높이를 가지며 풍력 발전실을 다층으로 형성하고, 중앙에 굴뚝 배기통로를 구비한 원통형의 풍력 기둥부로 형성하며, 각 풍력 발전실에는 외벽과 연통된 풍력 유입부를 최단거리에 설치 형성하고, 상기 풍력 발전실에는 풍력 유입부를 통하여 유입된 풍력에 의하여 발전을 한 후 굴뚝 배기통로로 배기하는 풍력 발전부를 구비하고, 상기 풍력 발전실에는 유지보수크레인과 유지보수엘리베이터를 구비하고, 상기 풍력 기둥부의 상부 측에는 유도 배출 배기부를 구비하여서 바람의 방향에 영향을 받지 않고 굴뚝효과에 의하여 상시적인 발전이 이루어질 수 있도록 함을 목적으로 한 것이다.

일반적으로, 풍력 발전장치는 바람을 이용하여서 풍차를 회전시켜 발전을 하는 것이다.

이상과 같은 풍력 발전장치는 육지와 바다에 시공하여 실시하고 있으며 대형화를 위하여 바다에 시공하여 실시하는 사례가 많다.

상기한 바와 같이 풍력 발전장치를 바다에 시공 사례로는 현재 템스강 하구 일대 해안가에 풍차날개 지름이 120미터이고 높이가 147미터인 풍력 발전장치를 총 175개나 설치하여 연 2,500GW의 전력을 생산할 수 있도록 계획하고 있다.

이상과 같은 풍력 발전장치는 무엇보다 연가 온실가스 90만 톤 이상을 줄일 수 있는 효과를 가지는 것이다.

그러나, 상기한 바와 같이 현재 운영되고 있는 육지 및 고산지 바다에 설치된 풍력발전기의 직경이 10~120m 넘는 대형 블레이드가 거대한 기둥형 지주대로 구성하여 고산지에 설치 운영한 결과 주변 환경이 대형 블레이드를 회전시킬 수 있는 전면 풍력과 알맞은 풍속 및 풍향이 합당해야 회전이 되고, 풍력과 풍속 및 풍향이 알맞지 않을 경우에는 정지 상태에 있어 효율성이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 풍력발전기의 대형 블레이드가 정지 상태에서 재회전되는 과정에 주위에 갑작스런 난기류 및 급상승기류가 발생하여 수목 및 식물들에 함유하고 있던 수분이 사방으로 분출되거나 급속한 증발로 주위에 수목과 식물들의 마름 현상이 일어나는 문제점이 있었다.

또한, 풍력발전기의 대형 블레이드가 회전되는 과정에 거대한 진동과 소음 및 흙먼지가 발생되어 주위에 있던 식물들의 광합성 작용이 정지되고 고사되며 뿌리 주위에 있던 수분이 아래로 빠져 흐르므로 표토 및 수목과 식물들의 뿌리가 지지하고 있던 흙과 점토의 응집이 이완되므로 수목과 식물들이 고사에 이르고, 지구의 온난화로 기후변화가 심해 일시에 폭우가 내리게 되면 대형 산사태가 발생해 주위가 황폐화되며 산 아래에는 막대한 피해가 발생됨과 동시에 대형 블레이드의 회전으로 산울림으로 인하여 소음공해가 발생되어 지역 주민들의 피해가 속출되고 있어 주민들의 민원이 빈번하고 있으며, 풍속의 변화가 심해 풍력발전기의 고장과 파손이 빈번하여 관리, 정비, 수리가 힘들어 애물단지로 전락하는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상술한 바와 같이 종래 풍차에 의한 풍력 발전장치가 바람의 방향에 한정 발전 되는 문제점을 해결하기 위하여 집풍 구조에 의하여 0.3MW~0.5MW 발전 능력을 갖는 발전기를 층별로 구비하고 각 층마다 4~6대의 발전기를 구비하여 경제적이며 다단계인 발전시스템을 발명하려고 하는 것이다.

즉, 본 발명은 20M 이상의 높이를 가지며 풍력 발전실을 다층으로 형성하고, 중앙에 굴뚝 배기통로를 구비한 원통형의 풍력 기둥부로 형성하며, 각 풍력 발전실에는 외벽과 연통된 풍력 유입부를 최단거리에 설치 형성하고, 상기 풍력 발전실에는 풍력 유입부를 통하여 유입된 풍력에 의하여 발전을 한 후 굴뚝 배기통로로 배기하는 풍력 발전부를 구비하고, 상기 풍력 발전실에는 유지보수크레인과 유지보수엘리베이터를 구비하고, 상기 풍력 기둥부의 상부 측에는 유도 배출 배기부를 구비하여 구성한 것이다.

따라서, 본 발명은 전면, 측면, 후면에서 부는 바람을 유입 발전함으로써 기둥부에 의한 공기저항이 최소화되어 공기저항에 따른 풍화 훼손이 최소화되고, 전면, 측면, 후면으로 유입된 공기를 중앙을 통하여 배출되어 풍력 유입에 의한 발전효과가 극대화되는 것이고, 20M 이상의 높이를 가지며 풍력 발전실을 다층으로 형성하고, 중앙에 굴뚝 배기통로를 구비한 원통형의 풍력 기둥부로 형성하며, 각 풍력 발전실에는 외벽과 연통된 풍력 유입부를 최단거리에 설치 형성하고, 상기 풍력 발전실에는 풍력 유입부를 통하여 유입된 풍력에 의하여 발전을 한 후 굴뚝 배기통로로 배기하는 풍력 발전부를 구비함으로써, 풍력발전부에서 배출된 바람과 공기와 굴뚝 배기통로에서 편차를 가진 엘보관에 의하여 충돌이 방지되고 유입된 강력한 바람과 공기가 상층부로 팽창하므로 강력한 상승기류로 변해 상층부로 팽창되므로 각층에 풍력 발전실로 유입된 바람과 공기는 발전기를 통과하므로 하단에서 올라오는 상승기류보다 약해 상층부로 쉽게 배출되므로 각층에 설치된 발전기는 하등에 지장 없이 발전이 이루어지는 것이며, 상기 풍력 발전실에는 유지보수크레인과 유지보수엘리베이터를 구비함으로써 수시로 점검할 수 있어 유지, 관리, 정비, 수리가 수시로 이루어져 전체적인 유지관리에 위험이 해결될 것이며 경제적인 운영이 가능할 것이다.

또한, 이러한 현상으로 말미암아 주위에 난기류 및 급상승기류가 발생되지 않으므로 자연을 황폐화시키지 않으며 친환경적이며 수익성이 극대화된 발전시스템을 이루는 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 일 실시 예를 보인 사시도.

도 2 는 본 발명에 따른 풍력 발전실의 상세 측면도.

도 3 은 본 발명에 따른 풍력 발전부의 평면도.

도 4 는 본 발명에 따른 풍력 발전부의 투영 사시도.

도 5 는 본 발명에 따른 풍력 발전부의 투영 측면도.

도 6 은 본 발명에 따른 유도 배출 배기부의 상세 측면도.

도 7 은 본 발명에 따른 전체 측면도.

도 8 은 본 발명에 따른 다른 실시 예를 보인 풍력 발전부의 평면도.

도 9 는 본 발명에 따른 또 다른 실시 예로 풍력 발전부를 경사지게 설치한 것을 보인 전체 측면도.

도 10 은 본 발명에 따른 일 실시 예에 있어 풍차 발전부를 구비한 것을 보인 사시도.

이하, 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 풍력 발전장치의 풍력 기둥이 공기저항을 최소화시켜 풍화 훼손도 최소화하며 발전이 이루어지도록 한 것이다.

즉, 본 발명은 측면에서 부는 바람을 내부로 유입하여서 중앙을 통하여 상부로 배출시켜 발전시키는 기둥 형상의 기둥형 풍력 발전장치를 구비한 것이다.

상기 기둥형 풍력 발전장치는 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이 20M 이상의 높이를 가지며 풍력 발전실(112)을 다층으로 형성하고, 중앙에 굴뚝 배기통로(130)를 구비한 원통형의 풍력 기둥부(110)로 형성하며, 각 풍력 발전실(112)에는 외벽과 연통된 풍력 유입부(111)를 최단거리에 형성하고, 상기 풍력 발전실(112)에는 풍력 유입부(111)를 통하여 유입된 풍력에 의하여 발전을 한 후 굴뚝 배기통로(130)로 배기하는 풍력 발전부(120)를 구비하고, 상기 풍력 발전실(112)의 천정에는 풍력 발전부(120)의 유지보수를 위하여 도넛형으로 이루어진 풍력 발전실(112)을 따라 이동 가능하게 설치된 유지보수크레인(113)을 구비하며, 각 층을 연결하는 유지보수엘리베이터(114)를 구비하고, 상기 풍력 기둥부(110)의 상부 측에는 유도 배출 배기부(150)를 구비하고, 상기 풍력 기둥부(110)의 하부에는 굴뚝 배기통로(130)를 통한 원활한 공기 유동을 위하여 보충 공기유입부(170)를 구비하여 실시할 수 있는 것이다.

여기서, 상기 풍력 발전부(120)는 도 2 에 도시된 바와 같이 공기의 유입이 원활하게 확대 축소관으로 형성되어 굴뚝 배기통로(130)로 연결되는 풍력발전덕트(121)와, 상기 풍력발전덕트(121)의 중앙부에 설치되는 풍력 발전기(122)와, 굴뚝 배기통로(130) 측으로 배출되는 공기를 상부로 유도배출할 수 있게 상부유도엘보우(123)로 구성한 것이다.

한편, 도 4 와 도 5 에 도시된 바와 같이 동일층의 풍력 발전실(112)에 구비된 상기 풍력 발전부(120)의 상부유도엘보부(123)의 토출구의 단부가 서로 상이한 높이로 형성되게 실시하여 배출되는 공기의 충돌로 인한 배기 손실이 최소화되게 실시할 수 있는 것이다.

또한, 상기 유도 배출 배기부(150)는 도 6 에 도시된 바와 같이 굴뚝 배기통로(130)로의 빗물 유입이 방지되게 형성한 고깔 형상의 차수캡(151)과 측 방향으로 개구된 배기공(152)과, 상기 배기공(152)의 외측을 감싸 외부 연통을 형성하는 외부 배기연통(154)과, 상기 배기공(152)의 하부 측 풍력 기둥부(110)에 측 풍을 상부 외부 배기연통(154)으로 유도하여 배기공(152)을 통하여 공기의 배출을 유도할 수 있게 상부를 향하여 내측으로 경사지게 형성된 공기 유도면(153)을 형성하고, 상기 공기 유도면(153)에는 측 풍이 회류 유도되어 회동되게 회류유도브레이드(153a)를 형성하여 실시할 수 있는 것이다.

한편, 상기 차수캡(151)의 하면은 공기의 마찰을 최소화하며 외부 배출을 유도할 수 있게 하부로 돌출된 콘형상으로 형성하여 실시할 수 있는 것이다.

또한, 상기 보충 공기유입부(170)가 형성된 풍력 기둥부(110)의 외면에는 외부 공기를 보충 공기유입부(170)로 집중 유도할 수 있게 수직으로 설치되는 공기 유도 격벽(171)을 등 간격으로 형성하여 실시할 수 있는 것이다.

또한, 상기 보충 공기유입구(170)의 하부에는 도 7 에 도시된 바와 같이 공기의 온도편차를 유발시켜 굴뚝 배기통로(130)를 통한 굴뚝효과를 증대시킬 수 있게 풍력 발전부(120)에서 발전되는 전기에 의하여 동작되어 공기를 가열하는 굴뚝효과 유도히터(180)를 구비하여 실시할 수 있는 것이다.

또한, 상기 풍력 발전부(120)의 풍력발전덕트(121)는 도 8 에 도시된 바와 같이 풍력 기둥부(110)의 외면에서 태양 복사열에 의하여 발생한 상승기류의 공기를 함께 유입하고 그 유입이 상부로 유도 유입할 수 있게 상부를 향하여 경사지게 형성하여 실시할 수 있는 것이다.

또한, 상기 풍력 발전부(120)의 풍력발전덕트(121)는 도 9 에 도시된 바와 같이 굴뚝 배기통로(130)를 통하여 배출되는 공기가 회전 배출되어 그 배출이 원활하게 이루어질 수 있게 풍력 기둥부(110)에 접선 방향으로 통기 되게 형성하여 실시할 수 있는 것이다.

또한, 상기 풍력 기둥부(110)의 상부에는 도 10 에 도시된 바와 같이 풍차 발전기(161)와 축설된 발전풍차(162)를 구비하여 실시할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명의 동작과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.

상기한 바와 같이 전면, 측면, 후면에서 부는 바람을 내부로 유입하여서 중앙을 통하여 상부로 배출시켜 발전시키는 기둥 형상의 기둥형 풍력 발전장치를 구비하되, 상기 기둥형 풍력 발전장치는 20M 이상의 높이를 가지며 풍력 발전실(112)을 다층으로 형성하고, 중앙에 굴뚝 배기통로(130)를 구비한 원통형의 풍력 기둥부(110)로 형성하며, 각 풍력 발전실(112)에는 외벽과 연통된 풍력 유입부(111)를 최단거리에 형성하고, 상기 풍력 발전실(112)에는 풍력 유입부(111)를 통하여 유입된 풍력에 의하여 발전을 한 후 굴뚝 배기통로(130)로 배기하는 풍력 발전부(120)를 구비하고, 상기 풍력 발전실(112)의 천정에는 풍력 발전부(120)의 유지보수를 위하여 도넛형으로 이루어진 풍력 발전실(112)을 따라 이동 가능하게 설치된 유지보수크레인(113)을 구비하며, 각 층을 연결하는 유지보수엘리베이터(114)를 구비하고, 상기 풍력 기둥부(110)의 상부 측에는 유도 배출 배기부(150)를 구비하고, 상기 풍력 기둥부(110)의 하부에는 굴뚝 배기통로(130)를 통한 원활한 공기 유동을 위하여 보충 공기유입구(170)를 구비한 본 발명을 적용하여 실시하게 되면, 방향에 관계없이 전면, 측면, 후면에서 바람이 부는 바람에 관계 없이 상시적인 발전이 이루어지는 것이다.

또한, 전면, 측면, 후면의 풍력 유입부(111)를 통하여 유입된 공기가 각 풍력 발전실(112)에 구비된 풍력 발전부(120)를 통하여 굴뚝 배기통로(130)를 통하여 온도와 기압 차이에 따라 원활하게 상승 배기 되어 풍력 유입부(111)를 통하여 공기 유입 및 굴뚝 배기통로(130)에서 발생하는 상승기류를 최대한으로 활용함으로써 발전 효율이 향상되는 것이다.

또한, 상기 풍력 유입부(111)를 상부를 향하여 경사지게 형성하여 실시하게 되면, 풍력 기둥부(110)의 외면에서 태양 복사열에 의하여 발생한 상승기류가 함께 풍력 유입부(111)로 유입되어 굴뚝 배기통로(130)에서의 굴뚝효과에 의하여 배기가 더욱 원활하게 이루어지는 것이다.

또한, 상기 풍력 유입부(111)를 풍력 기둥부(110)에 접선 방향으로 통기 되게 형성하여 실시하게 되면, 풍력 유입부(111)를 통하여 유입되는 공기가 굴뚝 배기통로(130)에서 회전 배출되어 상승기류의 발생에 의한 배출이 원활하게 이루어지는 것이다.

또한, 상기 풍력 기둥부(110)의 상부 측에는 유도 배출 배기부(150)를 형성하여 실시하게 되면, 풍력 기둥부(110)의 상부 측에서 부는 바람이 공기 유도면(153)을 따라 상승 유동 되어서 배기공(152)으로 배출되는 공기가 외부 배기연통(154)을 통하여 끓어 배출시켜 상기 배기공(152)을 통한 배출효과를 증대시키는 것이다.

한편, 상기 공기 유도면(153)의 회류유도브레이드(153a)에 의하여 회류 유동되어 배기공(152)을 통한 배기 유도가 더욱 효과적으로 이루어지는 것이다.

또한, 상기 풍력 기둥부(110)의 하부에 보충 공기유입구(170)를 형성하여 실시하게 되면, 굴뚝 배기통로(130)의 하부에서 공기의 보충이 이루어져 굴뚝 현상에 의한 공기의 상승 유동이 더욱 원활하게 이루어지며 풍력 유입구(120)의 내측에서 공기 유입과 상승기류의 유도하는 유도효과가 증대되는 것이다.

또한, 상기 보충 공기유입구(170)의 하부에 굴뚝효과 유도히터(180)를 구비하여 실시하게 되면, 보충 공기유입구(170)를 통하여 유입된 공기가 가열되어서 온도 편차에 의한 굴뚝효과가 극대화되어 풍력 유입부(120)를 통한 공기의 유입이 원활해지고 굴뚝 배기통로(130)를 통한 상승 기류의 속도가 증대되어 발전량이 극대화되는 것이다.

또한, 상기 풍력 기둥부(110)의 상부에는 풍차 발전기(161)와 축설된 발전풍차(162)를 구비하여 실시하게 되면, 측 풍을 통한 발전과 함께 상부 층의 공기에 의한 발전이 이루어져 그 발전효과가 증대되며, 기존의 풍차 발전장치에도 접목하여 실시할 수 있는 것이다.

Claims

전면, 측면, 후면에서 부는 바람을 내부로 유입하여서 중앙을 통하여 상부로 배출시켜 발전시키는 기둥 형상의 기둥형 풍력 발전장치를 구비하되,

상기 기둥형 풍력 발전장치는 20M 이상의 높이를 가지며 풍력 발전실(112)을 다층으로 형성하고, 중앙에 굴뚝 배기통로(130)를 구비한 원통형의 풍력 기둥부(110)로 형성하며, 각 풍력 발전실(112)에는 외벽과 연통된 풍력 유입부(111)를 최단거리에 형성하고, 상기 풍력 발전실(112)에는 풍력 유입부(111)를 통하여 유입된 풍력에 의하여 발전을 한 후 굴뚝 배기통로(130)로 배기하는 풍력 발전부(120)를 구비하고, 상기 풍력 발전실(112)의 천정에는 풍력 발전부(120)의 유지보수를 위하여 도넛형으로 이루어진 풍력 발전실(112)을 따라 이동 가능하게 설치된 유지보수크레인(113)을 구비하며, 각 층을 연결하는 유지보수엘리베이터(114)를 구비하고, 상기 풍력 기둥부(110)의 상부 측에는 유도 배출 배기부(150)를 구비하고, 상기 풍력 기둥부(110)의 하부에는 굴뚝 배기통로(130)를 통한 원활한 공기 유동을 위하여 보충 공기유입부(170)를 구비한 것을 특징으로 하는 기둥형 풍력 발전장치.
제 1 항에 있어서;

상기 풍력 발전부(120)는 공기의 유입이 원활하게 확대 축소관으로 형성되어 굴뚝 배기통로(130)로 연결되는 풍력발전덕트(121)와, 상기 풍력발전덕트(121)의 중앙부에 설치되는 풍력 발전기(122)와, 굴뚝 배기통로(130) 측으로 배출되는 공기를 상부로 유도배출할 수 있게 상부유도엘보우(123)로 구성하며,

동일층의 풍력 발전실(112)에 등 간격으로 구비되는 풍력 발전부(120)의 상부유도엘보부(123)의 토출구의 단부가 서로 상이한 높이로 형성한 것을 특징으로 하는 기둥형 풍력 발전장치.
제 1 항에 있어서;

상기 풍력 발전부(120)의 풍력발전덕트(121)는 굴뚝 배기통로(130)를 통하여 배출되는 공기가 회전 배출되어 그 배출이 원활하게 이루어질 수 있게 풍력 기둥부(110)에 접선 방향으로 통기 되게 형성한 것을 특징으로 하는 기둥형 풍력 발전장치.
제 1 항에 있어서;

상기 풍력 발전부(120)의 풍력발전덕트(121)는 풍력 기둥부(110)의 외면에서 태양 복사열에 의하여 발생한 상승기류의 공기를 함께 유입하고 그 유입이 상부로 유도 유입할 수 있게 상부를 향하여 경사지게 형성한 것을 특징으로 하는 기둥형 풍력 발전장치.
제 1 항에 있어서;

상기 유도 배출 배기부(150)는 굴뚝 배기통로(130)로의 빗물 유입이 방지되게 형성한 고깔 형상의 차수캡(151)과 측 방향으로 개구된 배기공(152)과, 상기 배기공(152)의 외측을 감싸 외부 연통을 형성하는 외부 배기연통(154)과, 상기 배기공(152)의 하부 측 풍력 기둥부(110)에 측 풍을 상부 외부 배기연통(154)으로 유도하여 배기공(152)을 통하여 공기의 배출을 유도할 수 있게 상부를 향하여 내측으로 경사지게 형성된 공기 유도면(153)을 형성하고, 상기 공기 유도면(153)에는 측 풍이 회류 유도되어 회동되게 회류유도브레이드(153a)를 형성하며,

상기 차수캡(151)의 하면은 공기의 마찰을 최소화하며 외부 배출을 유도할 수 있게 하부로 돌출된 콘형상으로 형성하며,

상기 보충 공기유입부(170)가 형성된 풍력 기둥부(110)의 외면에는 외부 공기를 보충 공기유입부(170)로 집중 유도할 수 있게 수직으로 설치되는 공기 유도 격벽(171)을 등 간격으로 형성한 것을 특징으로 하는 기둥형 풍력 발전장치.
제 5 항에 있어서;

상기 보충 공기유입구(170)의 하부에는 공기의 온도편차를 유발시켜 굴뚝 배기통로(130)를 통한 굴뚝효과를 증대시킬 수 있게 풍력 발전부(120)에서 발전되는 전기에 의하여 동작되어 공기를 가열하는 굴뚝효과 유도히터(180)를 구비한 것을 특징으로 하는 기둥형 풍력 발전장치.
제 1 항에 있어서;

상기 풍력 기둥부(110)의 상부에는 풍차 발전기(161)와 축설된 발전풍차(162)를 구비한 것을 특징으로 하는 기둥형 풍력 발전장치.