(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風を内部に流入させる多数の通孔が壁面上に設けられた発電塔と、それぞれの通孔から外側に突出されて風の流入を案内する風流入壁と、上記発電塔内部に流入した風により回転する発電羽根と、上記発電羽根の回転に連動して発電する発電機を含む風力発電装置において、
上記発電塔の壁面上に設けられたそれぞれの通孔を通じて形成され、内面に沿って多数の風ガイドが長さ方向に配置され、全体的な形状である入口より出口の直径が小さいトンネル形態からなる風流入口と、
上記発電羽根の端に連結され、上記風流入口を通って流入した風が加圧する面積が拡張されるように前面が開放された三角錘形状を有し、上記風流入口の風流の方向に対向して前方に突出された上下傾斜面を有する流路分割部材を備える風接触具と、
を具備し、
上記風ガイドの断面は、扇形をなして両側斜面が上記風流入口の中心に向かって尖って形成され、
上記風ガイドの入口断面は、上記風流入口の風流の方向の内側に傾斜し、
上記  各風ガイドの出口断面は、上記風流入口の風流の方向に直交する
ことを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
上記風接触具の後面には、上記発電羽根の長さ方向に開放されたスリット部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の風ガイドが備えられた風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風ガイドが備えられた風力発電装置に関するもので、さらに詳しくは、風が流入する風流入口に風ガイドをラッパ管型のトンネルで形成し、風流入口の内面に風ガイドを備えることにより、風力発電の効率を向上させることができる風ガイドが備えられた風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、風力発電装置は、自然に無限に存在する風の力を利用して電気を生産することができるようにするもので、以前から開発されて使用されている。過去の風力を利用した装置の一例として風車があり、最近は全世界的に環境汚染についての関心が高まるにつれて親環境的な風力発電に多くの投資と努力を注いでいる。
【０００３】
風力発電装置は、吹いてくる風により発電羽根が回転して、これと連結された発電機で電力を生産する装置である。
【０００４】
このような風力発電装置は、周知の通り、地面に対して水平に設置される発電羽根と、発電羽根の回転に連動して電気を生産する発電機と、発電羽根が地面から上向き設置されるように支持する発電支柱と、発電羽根の回転を可能にする回転結束部材を含んでなっている。
【０００５】
ただし、従来の風力発電装置は、設計時に考慮された風速を超過した風が吹いてくる場合、発電羽根が過度に回転することにより発電羽根をはじめとするその他の各種付属品に損傷及び破損が引起されることにより、風力発電装置の正常な運用に困難があった。
【０００６】
また、従来の風力発電装置は、発電支柱ごとに単一の発電羽根のみが設置される構造を有していたが、この場合、装置を施工するのに所要される投入費用に比べて、実際に生産される電力量が少なくて生産効率が低下する問題点があった。
【０００７】
そこで本出願人は、韓国登録特許第１０−０９８４７０２号の風力発電装置を出願して登録を受けている。これを簡略に紹介するために、図１及び図２を共に参照することにする。図示された風力発電装置は、内部に発電空間が形成された発電塔１０と、発電塔１０の中心に沿って軸設される発電羽根２０と、発電塔１０の外壁に貫通されて発電羽根２０の方に風を流入させる壁面通孔１４と、発電塔１０の周辺で自由流動する風を壁面通孔１４の方に集めて風圧を集中させる風止め板（図２の図面符号１２）と、多数の発電羽根２０それぞれの中心軸と連結された発電軸３０を媒介として同心上に連結された発電機５０を含む。
【０００８】
これに加えて、発電塔１０の外側周囲には発電塔１０の方に吹いてくる風の上下流動を制限する水平突出板１３がさらに備えられる。
【０００９】
このような風力発電装置は、図１から確認することができるように、一つの発電塔１０が複層（例：３層）に区画されることにより多数個の発電空間が設けられ、各層ごとの発電空間は上記水平突出板１３によって区分される。そして各層ごとの発電空間内には、発電羽根２０と壁面通孔１４と風止め板（図２の図面符号１２）及び発電機５０が少なくとも一つずつ備えられることを確認することができる。
【００１０】
また、風止め板（図２の図面符号１２）は、壁面通孔１４が備えられた地点から発電塔１０の接線方向に延長されて外側に突出した形状を有するが、これによって、風止め板に沿って比較的広い空間に流入する風の強さは、狭小な壁面通孔１４を通って流入する過程でその風圧及び風速が大きくなる。これと同時に、このように風圧及び風速が大きくなった風が壁面通孔１４を通過して発電羽根２０の縁の端の部位を打撃することによって発電羽根２０の回転速度は加速される。その結果、風力発電の効率が向上することができる。
【００１１】
このような従来の風力発電装置は、設置面積が狭小な場所でも活用可能な長所があり、相対的に風圧及び風速を大きくした後に発電羽根を加速回転させる構造からなっていたので、風の強さが比較的大きくない場合にも活用することができる長所があった。そして台風等のように予想外の気象変化に対応して、装置の損傷及び破損を防止することができるので、風力発電を持続的に行うにも有利な面がある。
【００１２】
ただし、先に紹介した従来の風力発電装置は、発電塔周辺で流動する風を発電塔内部に案内するように誘導して発電羽根の方に風を流入させる単純構造に止まるだけであった。言い替えれば、発電塔の方に吹いてくる風が風流入口を経由して流動することによって風の強さがさらに強化されたり、または強さが強化された風が効果的に発電羽根を打撃して風力発電の効率を増大させることができる方案は提示されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、風流入口の内部壁面を通るラッパ管型のトンネル形状にダイヤモンド角形の風ガイドを形成して、風流入口に流入する風が圧縮されて加速されることにより発電羽根の回転力を大きく向上させることができる風ガイドが備えられた風力発電装置を提供する。
【００１４】
また、本発明は、発電羽根の端に三角錘の箱の入口が開放された形状の風接触具を備えることにより、流入した風が加圧する接触面積を拡大して発電羽根の回転力を増大し、発電効果をさらに向上させることができる風ガイドが備えられた風力発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の風ガイドが備えられた風力発電装置は、風を内部に流入させる多数の通孔が壁面上に設けられた発電塔と、それぞれの通孔から外側に突出されて風の流入を案内する風流入壁と、上記発電塔内部に流入した風により回転する発電羽根と、上記発電羽根の回転に連動して発電する発電機を含む風力発電装置において、上記発電塔の壁面上に設けられたそれぞれの通孔を通じて形成され、内面に沿って多数の風ガイドがトンネルの長さ方向に配置され、全体的な形状である入口より出口の直径が縮小するトンネル形態からなる風流入口と、上記発電羽根の端に連結され、上記風流入口を通って流入した風が加圧する面積が拡張されるように前面が開放された三角錘形状を有し、上記開放された前面を横切って設置されて流入する風を加速流動させる流路分割部材を備える風接触具を含む風ガイドが備えられる風力発電装置を提供する。
【００１６】
この時、上記多数の風ガイドは、上記風流入口の内面に沿って設定された中心角にそって離隔してトンネルの長さ方向に配置され、それぞれの断面形状は扇形をなして両側斜面が上記風流入口の中心に向かって尖った直線面が形成されることができる。
【００１７】
そして上記流路分割部材は、風が流入する方向に対向して前方に突出された上下傾斜面を備えることができる。
【００１８】
また、上記風接触具の後面には、羽根の長さ方向に開放されたスリット部が形成されることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、風力発電の施設物がある状態で風力を極大化したもので、ややもすると疎かに処理されやすい風流入口と発電羽根の端形状を異にすることにより風力による発電効果を最大に得ることができる。
【００２０】
すなわち、風流入口の形状を入口より出口が縮小したラッパ管型のトンネル形態で形成し、流入した風が強く圧縮されて風速が強化された状態で発電羽根に作用するようにすることができる。
【００２１】
また、風流入口の内面にはトンネルの長さ方向でダイヤモンド角形の風ガイドを形成して、集まって流入した風が速い速度で発電羽根まで伝達されることができ、発電羽根の回転力上昇によって発電機能を大きく向上させることができる。
【００２２】
さらに、風接触具の前面を横切って流路分割部材を設けておくことにより、風接触具に導入する風の流動を上・下に分割させた後、また風接触具の後面側で分割された風が合流するようになり、Ｖ字形内面の狭い空間で集まった風が強い風力エネルギーを有するようになる。これにより、発電羽根の回転力を極大化させることができる。
【００２３】
これに加えて、本発明の風接触具は前面が開放された三角錘形状を有する一方、後面に三角錘の箱の長さ方向にスリット部を開放させて形成しておくことにより、狭く開いた空間を通って後流の風の抵抗を低減させることができ、風力発電の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来の風ガイドの構成を示した構成図である。
【図２】従来の風ガイドの構成を示した平面構成図である。
【図３】本発明の実施例による風ガイドが備えられた風力発電装置の構成を示した平面構成図である。
【図４】本発明の実施例による風ガイドが備えられた風力発電装置の変形例を示した平面構成図である。
【図５】本発明の実施例による風ガイドが備えられた風力発電装置の風流入口を簡略に図示した斜視図である。
【図６】図５に図示された風流入口の作用効果を説明するために断面構造を簡略に図示した図面である。
【図７】本発明の実施例による風ガイドが備えられた風力発電装置の風ガイドを簡略に図示した斜視図である。
【図８】本発明の実施例による風ガイドが備えられた風力発電装置の風接触具を簡略に図示した正面図である。
【図９】本発明の実施例による風ガイドが備えられた風力発電装置の風接触具の多様な例を図示した後面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明を説明するにおいて、本明細書及び請求範囲に使用された用語や単語は、発明者が自己の発明を最も最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に立脚して本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。
【００２６】
まず、本発明について具体的に説明するに先立ち、図１及び図２を参照して本出願人が既出願して登録を受けた風力発電装置について簡略に説明することにする。
【００２７】
図示された風力発電装置は、内部に発電空間が形成された発電塔１０と、発電塔１０の中心に沿って軸設される発電羽根２０と、発電塔１０の外壁に貫通されて発電羽根２０の方に風を流入させる壁面通孔１４と、発電塔１０周辺で自由流動する風を壁面通孔１４の方に集めて風圧を集中させる風止め板（図２の図面符号１２）と、多数の発電羽根２０のそれぞれの中心軸と連結された発電軸３０を媒介として同心上に連結された発電機５０を含む。これに加えて、発電塔１０の外側周囲には発電塔１０の方に吹いてくる風の上下流動を制限する水平突出板１３がさらに備えられる。
【００２８】
このような風力発電装置は、図１によって確認することができるように、一つの発電塔１０が複層（例：３層）に区画されることによって多数個の発電空間が設けられ、各層ごとにの発電空間は上記水平突出板１３によって区分される。
【００２９】
そして各層ごとにの発電空間内には、発電羽根２０と壁面通孔１４と風止め板（図２の図面符号１２）及び発電機５０が少なくとも一つずつ備えられることを確認することができる。
【００３０】
また、風止め板（図２の図面符号１２）は、壁面通孔１４が備えられた地点から発電塔１０の接線方向に延長されて外側に突出された形状を有するが、これによって、風止め板に沿って比較的広い空間に流入する風の強さは狭小な壁面通孔１４を通じて流入する過程でその風圧及び風速が大きくなる。これと同時に、このように風圧及び風速が大きくなった風が壁面通孔１４を通過して発電羽根２０の縁の端部位を打撃することにより発電羽根２０の回転速度は加速される。
【００３１】
ここで、壁面通孔１４を通って流入する風の風速を増加させる作用を導き出し、さらには流入する風に対して発電羽根２０の回転力がさらに増加することができるようにするための目的で、本発明の風ガイドを備えた風力発電装置を提供する。
【００３２】
以下、本発明の構成及び作用を添付された図面に基づいてさらに具体的に説明する。
【００３３】
図３は本発明の実施例による風ガイドが備えられた風力発電装置の構成を示した平面構成図で、図４は本発明の実施例による風ガイドが備えられた風力発電装置の変形例を示した平面構成図である。
【００３４】
図示されたように、本発明の風ガイドが備えられた風力発電装置は、風を内部に流入させる多数の通孔が壁面上に設けられた発電塔（図１の図面符号１０）と、それぞれの通孔（図１の図面符号１４）から外側に突出されて風の流入を案内する風流入壁１１０と、上記発電塔内部に流入した風により回転する発電羽根１２０と、上記発電羽根の回転に連動して発電する発電機（図１の図面符号５０）を含む風力発電装置において、発電塔の壁面上に設けられたそれぞれの通孔を通じて形成される風流入口１３０と、発電羽根１２０の端に連結される風接触具１４０の構成を含む。
【００３５】
ただし、図３の場合、発電羽根１２０が回転の中心を基準に対称になって形成され、羽根の間の角度が１８０゜である形態を例示的に図示しており、図４の場合、発電羽根１２０が回転の中心を基準に対称に形成されるが、各羽根の間の角度が４５゜である形態を例示的に図示している。
【００３６】
ここで、風流入口１３０は、風流入壁１１０によって周辺流動していた風Ｆが集められた後、発電塔の内部まで風Ｆを流動させるために形成されるトンネル領域を意味し、このために発電塔の壁面を貫通して形成される。そして内部に流入した風Ｆを発電羽根１２０の端に備えられた風接触部１４０まで案内する役割も担当する。
【００３７】
風接触部１４０は、図示されたようにそれぞれの発電羽根１２０の端に連結される部材であり、上に述べたように風流入口１３０を通って流入した風に対向してより効果的に力を受けて回転することができるように、風の流動に接触する面積が拡張される形状からなる。これについての具体的な説明は、該当図面である図７及び図８によって詳述することにする。
【００３８】
次に、図５は本発明の実施例による風ガイドが備えられた風力発電装置の風流入口を簡略に図示した斜視図であり、図６は図５に図示された風流入口の作用効果を説明するために断面構造を簡略に図示した図面である。
【００３９】
図示されたように、風流入口１３０は、入口１３０ａより出口１３０ｂの直径が縮小したトンネル形状からなるが、これをラッパ管型トンネル（または三角帽型トンネル）と指称する。そして風流入口１３０の長さ方向に多数の風ガイド１３３が配置されるが、それぞれの風ガイド１３３は風流入口１３０の内壁１３１に沿って互いに設定された間隔ごとに離隔配置される。これにより、図示された風流入口１３０の内部は上広下狭の形状になり、図面上で上方の入口１３０ａの方に流入した風が風流入口１３０を通過し、下方の出口１３０ｂの方に流出する過程中で風の風速を急激に増加するようになる。これにより、発電羽根に加えられる風力が強化されて風力発電の効率が向上することができる。
【００４０】
図６は図５のＰ−Ｐ´断面を拡大図示した図面であり、図示されたように、風流入口１３０の入口１３０ａの方に流入した風Ｆ１は、ラッパ管型トンネルの形状構造及び多数の風ガイド１３３の断面構造によって出口１３０ａの方で強度が強くなり、風速が早くなった風Ｆ２として流出される。特に、それぞれの風ガイド１３３の出口断面１３３ｂは、風の流動方向に対して直交する形状を有するが、これと異なって入口断面１３３ａは、風の流入がさらに円滑になるように内側に傾斜した形状を有する。このような風ガイド１３３の立体的な形状は、図７によって確認することができる。
【００４１】
図７は本発明の風ガイド１３３を概略的に図示した斜視図であり、図示されたように、風ガイド１３３の出口断面１３３ｂは長さ方向に対して直交する形状を有するが、風ガイド１３３の入口断面１３３ａはａ゜だけ内側に傾斜して形成される。また、このような入口断面１３３ａは中心線から両側面が一定の角度で傾斜して形成されることもできる（いわば、ダイヤモンド角形）。このような形状は、風流入口を通って流入する風が風ガイド１３３の入口断面１３３ａ形状にぶつかって風のエネルギーが損失することを減少させるためのものである。
【００４２】
また、風ガイド１３３ボディの断面は扇形状を有する。これに伴い、両側斜面１３３ｃ、１３３ｄは風流入口の中心に向かって尖った直線面で形成されるが、このような形状は風ガイド１３３に沿って流動する風の摩擦を減らすための形状である。
【００４３】
図８は本発明の実施例による風ガイドが備えられた風力発電装置の風接触具を簡略に図示した正面図である。
【００４４】
図８に図示されたように、風接触具１４０は発電羽根１２０の端を介して連結される。
【００４５】
風接触具１４０は、先に述べた風流入口１３０を通って流入した風を収容することができる収容空間が設けられるが、このために風に接触して作用する面積をできるだけ拡張することができるように前面が開放された三角錘の箱状の構造を有する。そして開放された前面を横切って設置される流路分割部材（図９の１４１）を備える。このような流路分割部材は、風接触具１４０に向かって流入する風の流路を上・下に分割し、風接触具１４０の前側で風速を一時的に加速させた後、また分割された風を合流させることにより風接触具１４０に作用する風の風速を増加させる。
【００４６】
特にこのような流路分割部材（図９の１４１）は、風が流入する方向に対向して風接触具１４０の収容空間の前側で横切って設置されるが、図８によって確認することができるように、発電羽根１２０の長さ方向に対して直線に延長されて設置される。また、このような流路分割部材は、風が流入する方向に対向して前側で上下傾斜面１４１ａ、１４１ｂを備える。これら上下傾斜面１４１ａ、１４１ｂは先端で一つになって尖った形状で突出され、上部傾斜面１４１ａと下部傾斜面１４１ｂを境界として流入する風の流動方向は、上部方向そして下部方向に分割されてそれぞれ加速される。上部そして下部方向にそれぞれ分割された風は、上・下部に横切られた風接触具の第２面１４１ｂ及び第３面１４１ｃにそれぞれ作用し、風接触具１４０に強い風力を作用させることができる。この時、風接触具の第１面１４１ａは、上記第２面１４１ｂ及び上記第３面１４１ｃを連結して密閉させる三角錘の底面部位になる。そしてこのような風接触具の後面には、長さ方向に開放されたスリット部が形成される。ここで、スリット部は、開放領域の幅は細く、長さは相対的に長い長孔を意味する。これについての説明のために図９を参照することにする。
【００４７】
図９は、本発明の実施例による風ガイドが備えられた風力発電装置の風接触具の多様な例を図示した後面図である。
【００４８】
図示されたように、風接触具１４０の後面形状は３つの形態に区分して説明することができるが、まず、図９の（ａ）には、風接触具１４０の長さ方向両端でスリット部の幅が同一な風接触具１４０が開示されている（ｔ１＝ｔ２）。そして図９の（ｂ）には風接触具１４０の第１面１４０ａ側のスリット部の幅（ｔ２）が発電羽根１３０の方のスリット部の幅（ｔ１）に比べて傾斜して拡張された形状を有する風接触具が１４０が開示されている（ｔ１<ｔ２）。そして図９の（ｃ）には、風接触具１４０の後面にスリット部が形成されず、風接触具１４０の第１面１４１ａ、第２面１４１ｂ及び第３面１４１ｃが全て接して連結された形が開示されている。
【００４９】
これらの風接触具１４０の後面形状を適切に利用することにより、回転する風接触具１４０の後方で抵抗として作用する逆風を一部疎通させて空気抵抗を減少させたり、または風接触具１４０の回転時に後方の空気摩擦による上下震動の発生問題等を多少抑制することができる。ただし、その開放された幅（ｔ１、ｔ２）の大きさが大きくなり過ぎる場合、風接触具１４０の前側で作用する風力のエネルギー損失が大きくなることがあり得るため、発電羽根１２０及び風接触具１４０の設計値を考慮して開放有無はもちろん、開放された幅（ｔ１、ｔ２）の大きさもまた適切に選択することが望ましい。
【００５０】
このように本発明は多様に変形実施が可能なものであり、本発明の望ましい実施例をあげて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、上記実施例を既存の公知技術と単純に組合せ適用した実施例とともに、本発明の請求の範囲と詳細な説明で本発明が属する技術分野の当業者が変形して利用することができる技術は本発明の技術範囲に当然含まれるとみられなければならない。
【図１】
0006014905.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006014905.tif 000008
【図８】
0006014905.tif 000009
【図９（ａ）】
0006014905.tif 000010
【図９（ｂ）】
0006014905.tif 000011
【図９（ｃ）】
0006014905.tif 000012