자동 개폐식 공기유입량 조절형 풍력발전시스템{WIND POWER SYSTEM}

본 발명은 유입되는 바람의 세기에 따라 임펠러 측으로 유입되는 공기유입량을 자동으로 조절하여 장치의 파손 및 변형을 방지할 수 있도록 한 자동 개폐식 공기유입량 조절형 풍력발전시스템에 관한 기술이다.

일반적으로 풍력 발전장치는 회전축의 방향에 따라 크게 수평식과 수직식으로 나누어진다. 수평식 발전장치는 프로펠러 날개로 구성된 로터를 사용하여 발전하는 것으로 장치가 대형이고 발전 효율이 높으나 강한 바람을 이용해야 하므로 우리나라 환경에는 알맞지 않다. 반면 수직식 발전장치는 바람의 항력을 이용하므로 장치의 소형이 가능하여 작은 바람으로도 발전할 수 있는 대신 효율이 비교적 낮은 편이다. 또한, 대형의 경우 바람이 강하면 항력이 크게 발생하여 고속 회전에 의해 장치의 파손을 방지하기 위해 블레이드의 각도를 조절하여 사용하게 되는데, 이러한 경우 장치의 구조가 복잡해지고 고장이 쉽게 발생하며 제조비가 상승하는 문제점이 있다.

본 발명은 임펠러 측으로 공기 유입을 안내하는 다수의 유도판을 마련하고, 각 유도판 내에 바람의 세기에 따라 인접한 두 유도판 사이 공간을 개방하거나 차단하게 되는 메인유량조절유닛을 마련함으로서, 바람의 세기에 따라 임펠러 측으로의 공기유입량을 자동으로 조절할 수 있도록 한 자동 개폐식 공기유입량 조절형 풍력발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 해결 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 자동 개폐식 공기유입량 조절형 풍력발전시스템은,

상하 이격 배치되는 원형의 탑 및 바텀 프레임;

상하 각 단부(端部)가 상기 탑 및 바텀 프레임 중심에 회전 가능케 지지되는 수직 회전축, 그리고 상기 회전축에 방사상(放射狀)으로 결합되는 다수의 날개를 포함하는 임펠러;

상기 임펠러의 회전축에 연결되어 상기 회전축의 회전력을 이용해 전기를 발생시키는 제너레이터 구조의 전기발생유닛;

상기 탑 및 바텀 프레임에 개재(介在)되되 상기 임펠러를 감싸도록 원형으로 일정 간격을 두고 배치되어 사이사이에 공기 메인유입공간을 갖는 다수의 유도판; 및

상기 메인유입공간으로의 공기유입량에 따라 상기 메인유입공간의 개방면적을 조절하게 되는 메인유량조절유닛;

을 포함하여 이루어지되,

상기 메인유량조절유닛은 상기 각 유도판에 관통 형성되는 설치공, 상기 설치공 상하 중단부(中端部) 내벽에 회동케 삽입되는 탑 및 바텀 샤프트를 갖고 일정 세기 이상의 바람에 의해 회동되는 메인플레이트, 그리고 회동된 상기 메인플레이트를 일정 세기 미만의 바람으로부터 영향을 받을 시 상기 설치공 내로 수용되어 닫히도록 유도하는 메인복귀수단으로 이루어지고,

회동된 상기 메인플레이트는 상기 메인플레이트가 설치된 해당 유도판의 양 메인유입공간 각 일부를 막게 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동 개폐식 공기유입량 조절형 풍력발전시스템은,

강한 바람이 불 경우 바람의 일부를 차단하고 일부만이 임펠러 측으로 유입되도록 함으로써 저항을 줄여 장치의 파손 및 변형을 방지하는 가장 큰 효과가 있다.

또한 바람의 세기에 따라 임펠러 측으로의 공기 유입에 대한 개방 정도를 자동으로 조절할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동 개폐식 공기유입량 조절형 풍력발전시스템을 나타낸 평면 구성도,
도 2는 도 1의 측면 구성도,
도 3은 메인플레이트 및 서브유량조절유닛을 보여주기 위한 입체 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 자동 개폐식 공기유입량 조절형 풍력발전시스템을 나타낸 저면 입체 구성도.

이하 첨부된 도면들을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2를 기준으로 탑프레임 측을 상부 또는 상방, 바텀프레임 측을 하부 또는 하방이라 방향을 특정하기로 한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 개폐식 공기유입량 조절형 풍력발전시스템은,

크게 탑프레임(10), 바텀프레임(20), 임펠러(30), 전기발생유닛(40), 유도판(50) 및 메인유량조절유닛(60)으로 이루어진다.

각 구성에 대해 살펴보면,

탑프레임(10)은

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이,

원형의 판형 구조로 이루어진다.

바텀프레임(20)은

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이,

원형이되 내부에 상기 전기발생유닛(40)이 내장되기 위한 내부 공간을 갖는 구조로 이루어져, 상기 탑프레임(10) 하부 측에 이격 배치된다.

임펠러(30)는

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이,

유입되는 바람에 의해 회전하게 되는 것으로,

상하 각 단부(端部)가 상기 탑 및 바텀 프레임(10, 20) 중심에 회전 가능케 지지되는 수직 회전축(31), 그리고

상기 회전축(31)에 방사상(放射狀)으로 결합되는 다수의 날개(32)

를 포함하여 이루어진다.

이때 상기 임펠러(30)의 각 날개(32)는 유입되는 바람에 의해 시계 반대 방향으로 회전되는 구조를 갖는다.

전기발생유닛(40)은

도 2에 도시된 바와 같이,

상기 임펠러(30)의 회전축(31)에 연결되어 상기 회전축(31)의 회전력을 이용해 전기를 발생시키는 통상의 제너레이터 구조로 이루어져, 상기 바텀프레임(20)에 내장된다.

일 예로, 상기 전기발생유닛(40)은 상기 임펠러(30)의 회전축(31)에 결합되는 풀리(미도시)와, 벨트에 의해 상기 풀리와 연결되는 대응풀리(미도시)를 갖는 제너레이터(미도시)와, 상기 제너레이터로부터 발생된 전기가 외부로 공급될 수 있도록 상기 제너레이터에 연결되는 전기 케이블 등으로 이루어질 수 있다.

이는 하나의 예로서, 상기 임펠러(30)의 회전 동작에 의한 회전력으로 전기를 발생시킬 수 있는 조건을 만족하는 범위 내에서 상기 임펠러(30)와 상기 전기발생유닛(40)의 상호 연결구조는 다양하게 변경 및 변형 가능할 것이다.

유도판(50)은

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이,

유입된 공기를 상기 임펠러(30) 측으로 집중 유입(유도)되게 안내하기 위한 것으로,

상기 탑 및 바텀 프레임(10, 20)에 개재(介在)되되 상기 임펠러(30)를 감싸도록 원형으로 일정 간격을 두고 다수개가 배치되는데, 결국 상기 임펠러(30)를 기준으로 방사상(放射狀)으로 배치되어 사이사이에 공기 메인유입공간(51)을 갖는 수직형 판재 구조로 이루어진다.

이때 상기 각 유도판(50)은 시계 반대 방향으로 만곡(彎曲)지게 형성되는 것이 바람직하고,

아울러 상기 각 유도판(50)의 상하 단부(端部)는 각각 상기 탑 및 바텀 프레임(10, 20)에 용접 등에 의해 고정 결합된다.

메인유량조절유닛(60)은

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이,

상기 메인유입공간(51)으로의 공기 유입량에 따라 상기 메인유입공간(51)의 개방면적을 조절하기 위한 것으로,

상기 각 유도판(50)에 관통 형성되는 설치공(61),

상기 설치공(61) 상하 중단부(中端部) 내벽에 회동케 삽입되는 탑 및 바텀 샤프트(621, 622)를 갖고 일정 세기 이상의 바람에 의해 회동되는 메인플레이트(62), 그리고

회동되어 개방된 상기 메인플레이트(62)를 일정 세기 미만의 바람으로부터 영향을 받을 시 상기 설치공 내로 수용되어 닫히도록 유도하는 메인복귀수단(63)

을 포함하여 이루어진다.

이때 상기 설치공(61)은 사각의 구멍 구조로 이루어지고,

아울러 상기 메인플레이트(62)는 닫힌 상태에서 상기 설치공(61)을 폐쇄할 수 있도록 대응되게 사각의 판재 구조로 이루어진다.

그리고 상기 설치공(62) 내로 수용된 상기 메인플레이트(62)는 이의 외측 단부에 설치공(62)으로부터 이격되게 연장된 초기공기유입부(623)가 형성되는데,

상기 초기공기유입부(623)는 상부에서 바라보았을 때 C자형의 버킷(bucket) 구조를 갖는 것이 바람직하다.

따라서 상기 메인플레이트(62)가 상기 설치공(62) 내로 수용된 상태에서 공기 유입 시 상기 초기공기유입부(623)로 유입된 공기에 의해 상기 메인플레이트(62)의 초기 회동 동작이 가능하게 되는 것이다.

아울러 회동된 상기 메인플레이트(62)는 상기 메인플레이트(62)가 설치된 해당 유도판(50)의 양 메인유입공간(51) 각 일부를 막게 된다.

다시 말해, 하나의 유도판(50)에서 이에 교차되는 방향으로 회동 개방된 상기 메인플레이트(62)는 유도판(50) 양측에 위치한 2개의 메인유입공간(51) 각 일부를 막게 되는 것이다.

그리고 도 2에서와 같이, 상기 메인복귀수단(63)은

상기 메인플레이트(62)에서 상기 탑샤프트(621)와 상기 초기공기유입부(623) 상단부 사이에 돌출 형성되는 탑슬라이더(631),

상기 메인플레이트(62)에서 상기 바텀샤프트(622)와 상기 초기공기유입부(623) 하단부 사이에 돌출 형성되는 바텀슬라이더(632),

상기 유도판(50)에서 이에 형성된 설치공(61) 상하 외벽에 설치되되 상기 탑 및 바텀 슬라이더(631, 632)의 회동 궤도와 대응되는 형상을 갖고 상기 탑 및 바텀 슬라이더(631, 632)를 각각 지지하게 되는 탑 및 바텀 레일(633, 634),

상기 탑 및 바텀 슬라이더(631, 632) 각각에 연결되어 상기 탑 및 바텀 레일(633, 634)을 따라 이들의 외측 단부까지 설치되는 제1와이어(635),

상기 제1와이어(635)와 연결되어 수직으로 배치되는 제2와이어(636), 그리고

상기 제2와이어(636) 단부에 매달리는 무게추(637)

로 이루어진다.

이때 상기 제2와이어(636)은 상기 유도판(50) 외벽을 따라 수직으로 배치되되, 상기 제2와이어(636)가 내장되는 별도의 원통을 상기 유도판(50) 외벽에 마련하거나, 또는 상기 유도판(50) 내에 상기 제2와이어(636)가 내장되도록 구현할 수 있고,

상기 제2와이어(636) 단부는 상기 메인플레이트(62)가 회동되어 개방된 상태에서 상기 유도판(50) 하부토로부터 이격되게끔 적정 길이를 갖는 것이 바람직하다.

그리고 상기 탑 및 바텀 레일(633, 634) 각각에는 상기 메인플레이트(62)가 상기 유도판(50)에 대해 수평으로 교차되게 개방된 상태에서 더 이상 개방되지 않도록, 상기 탑 및 바텀 슬라이더(631, 632)의 움직임을 제한하는, 즉 상기 탑플레이트(62)의 개방 각도를 제한하는 탑 및 바텀 스토퍼(633a, 634a)가 더 형성된다.

그리고 상기 무게추(647)는 회동되어 개방된 상기 메인플레이트(62)가 일정 세기 미만의 바람에 영향을 받을 시 상기 설치공(61) 내로 수용되어 닫히도록 유도하는 역할을 수행함으로서,

상기 무게추(647)의 무게는 바람의 세기에 따라 상기 메인플레이트(62)의 이동 동작을 고려하여 결정하게 될 것이다.

한편, 본 발명에 따른 자동 개폐식 공기유입량 조절형 풍력발전시스템은 서브유량조절유닛(70)을 더 포함하는데,

상기 서브유량조절유닛(70)은

도 3에 도시된 바와 같이,

상기 메인플레이트(62)에 관통 형성되는 둘 이상의 서브유입공간(71),

상기 각 서브유입공간(71)에 회동 가능케 결합되어 상기 서브유입공간(71)으로 유입되는 일정 세기 이상의 바람에 의해 개방되는 도어패널(72), 그리고

개방된 상기 도어패널(72)을 일정 세기 미만의 바람으로부터 영향을 받을 시 폐쇄되도록 하는 서브복귀수단(73)

을 포함하여 이루어진다.

이때 상기 도어패널(72)은 상기 서브유입공간(71) 양단부(兩端部) 각각에 힌지 결합되어 서로 맞닿도록 한 쌍이 구비되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 서브복귀수단(73)은 상기 도어패널(72)의 힌지 측에 결합되는 일종의 토션스프링(731)으로 이루어진다.

따라서 상기 토션스프링(731)에 의해 상기 도어패널(72)이 항시 상기 서브유입공간(71)을 폐쇄하고 있다가 일정 세기 이상의 바람에 의해 상기 도어패널(72)이 열려 개방되고, 일정 세기 미만의 바람이 유입되는 경우에는 상기 토션스프링(731)의 탄성력에 의해 상기 서브유입공간(71)을 다시 폐쇄하게 된다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "자동 개폐식 공기유입량 조절형 풍력발전시스템"을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 탑프레임
20 : 바텀프레임
30 : 임펠러
31 : 회전축 32 : 날개
40 : 전기발생유닛
50 : 유도판
51 : 메인유입공간
60 : 메인유량조절유닛
61 : 설치공 62 : 메인플레이트
621 : 탑샤프트 622 : 바텀샤프트
623 : 초기공기유입부
63 : 메인복귀수단
631 : 탑슬라이더 632 : 바텀슬라이더
633 : 탑레일 633a : 탑스토퍼
634 : 바텀레일 634a : 바텀스토퍼
635 : 제1와이어 636 : 제2와이어
647 : 무게추
70 : 서브유량조절유닛
71 : 서브유입공간 72 : 도어패널
73 : 서브복귀수단 731 : 토션스프링