(57)【要約】  最適の風の角度を誘導して風力発電の効率を極大化することができる風力発電タワーが紹介される。この風力発電タワーは、風が流入するウインド通口１１０が複数層をなす通風タワー１００と、ウインド通口１１０を通じて流入した風が通風タワー１００の中心方向にガイドされるように通風タワー１００で放射状に配置されるガイド壁２００と、ガイド壁２００の内側端に回転可能に連結される回転ブレード３００と、回転ブレード３００の回転角度を一定角度で制限するための方向指示ストッパー４００と、通風タワー１００の中心部にスピン可能に設置される回転軸５２０と回転軸５２０に回転力を提供するために回転軸５２０を基準として放射状に配置されるローターブレード５３０と回転軸５２０の回転によって電気が発生するように回転軸５２０に駆動連結される発電機５４０から構成されたウインドローター５００を含んで構成される。【代表図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風が流入するウインド通口が複数層をなす通風タワー、
前記ウインド通口を通じて流入した風が前記通風タワーの中心方向にガイドされるように前記通風タワーで放射状に配置されるガイド壁、
前記ガイド壁の内側端に回転可能に連結される回転ブレード、
前記回転ブレードの回転角度を一定角度に制限するための方向指示ストッパー、及び
前記通風タワーの中心部にスピン可能に設置される回転軸と、前記回転軸に回転力を提供するために前記回転軸を基準として放射状に配置されるローターブレードと、前記回転軸の回転によって電気が発生するように前記回転軸に駆動連結される発電機から構成されたウインドローターを含むことを特徴とする風力発電タワー。
【請求項２】
前記回転ブレードの回転角度は、前記ローターブレードの内周縁が前記ガイド壁の内側端と垂直に接する垂直接線と、前記ローターブレードの外周縁が前記ガイド壁の内側端と垂直に接する垂直接線間の角度範囲を満足することを特徴とする請求項１に記載の風力発電タワー。
【請求項３】
前記ウインドローターは、前記回転軸の上端に固定設置される上部磁石支持片と、前記上部磁石支持片に対向するように前記通風タワーの中心部に固定設置される下部磁石支持片をさらに含み、前記ローターブレードは、前記上部磁石支持片と下部磁石支持片間の磁力発生によって磁気浮上することを特徴とする請求項１に記載の風力発電タワー。
【請求項４】
前記ローターブレードは、湾曲した半円筒形の複数個で構成され、前記回転軸の周囲を環状に廻って離隔配置されることを特徴とする請求項１に記載の風力発電タワー。
【請求項５】
前記ウインドローターには、前記ローターブレードから移動した風をガイドするためのガイド筒が前記回転軸を囲むように設置されることを特徴とする請求項１に記載の風力発電タワー。
【請求項６】
前記複数のローターブレード中で隣接したローターブレード間の離隔角度は、２２度〜２３度の範囲を満足することを特徴とする請求項４に記載の風力発電タワー。
【請求項７】
前記ウインドローターには、流入した風を外部に案内するためのウインド流路が形成され、前記ウインド流路は、前記回転ブレードの内側端とローターブレードの外周縁間に形成される第１ウインド流路と、前記ガイド筒とローターブレードの内周縁間に形成される第２ウインド流路と、前記第１ウインド流路及び第２ウインド流路の上端部を互いに連通する第３ウインド流路と、前記第１ウインド流路及び第２ウインド流路の下端部を互いに連通する第４ウインド流路を含むことを特徴とする請求項５に記載の風力発電タワー。
【請求項８】
前記ローターブレードとウインド流路の面積比は３：７を満足することを特徴とする請求項７に記載の風力発電タワー。
【請求項９】
前記ガイド壁は、前記通風タワーで放射状に配置されて前記通風タワーの側壁をなすガイド垂直壁と、前記通風タワーの床をなすように前記ガイド垂直壁に垂直に連結されるガイド水平壁と、前記ローターブレードに向かって風が収斂するように前記ガイド水平壁に傾斜して連結されるガイド傾斜壁を含むことを特徴とする請求項１に記載の風力発電タワー。
【請求項１０】
前記ガイド垂直壁は、前記通風タワーで３０度の角度範囲内で放射状に配置される複数個で構成されることを特徴とする請求項９に記載の風力発電タワー。
【請求項１１】
前記ウインドローターに流入する風の速度を測定するための風速センサーと、
前記風速センサーによって測定された風の速度が一定速度以下の場合に前記ローターブレードに初期回転力を提供するための作動信号を印加する制御部と、
前記作動信号の印加時、前記ウインドローターに向かってエアを噴射するエアノズルと、
前記エアノズルにエアを供給するためのエアタンクをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の風力発電タワー。
【請求項１２】
前記通風タワーに照射する太陽光を利用して電気を発生させるための太陽光発電設備をさらに含み、
前記太陽光発電設備は、前記通風タワーの上層または側壁に設置される太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールで生成された電気エネルギーを保存するための蓄電器と、前記太陽電池モジュール及び蓄電器を制御するための太陽光制御パネルから構成されることを特徴とする請求項１に記載の風力発電タワー。
【請求項１３】
前記通風タワーの下層にはＬＥＤ照明による植物栽培設備が設けられることを特徴とする請求項１に記載の風力発電タワー。
【請求項１４】
前記通風タワーは円形、四角形、六角形及び八角形の中から選択されたいずれか一つの形態で構成されることを特徴とする請求項１に記載の風力発電タワー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電タワーに係り、より詳しくは、風圧と空気差圧の発生面積を増加させて効果的な風力発電を実現化することができる風力発電タワーに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に風力発電システムは、風の力を回転力に転換して電力を生産する技術であり、風のエネルギーを機械的エネルギーに変換し発電機を駆動して電力を生産するシステムである。
風力発電システムは、他の発電システムに比べて効果的な敷地利用が可能で、公害及び廃棄物の排出がなく環境にやさしいという長所がある反面、風の風速が低い地域では発電自体が不可能だったり、発電がなされても風のエネルギーを電気エネルギーに変換する効率が非常に低くなるという短所があった。
一般的に風力発電システムは、風の力を回転力に転換して電力を生産する技術であり、風のエネルギーを機械的エネルギーに変換し発電機を駆動して電力を生産するシステムである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的と知るところは、低速の風でも風速を加速化して風力発電を実現化し、最適の風の角度を誘導して風力発電の効率を極大化する風力発電タワーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するためになされた本発明の風力発電タワーは、通風タワー、ガイド壁、回転ブレード、方向指示ストッパー及びウインドローターを含む。通風タワーは、風が流入するウインド流入口が複数層をなし、ガイド壁は、ウインド流入口を通じて流入した風が通風タワーの中心方向にガイドされるように通風タワーで放射状に配置され、回転ブレードは、ガイド壁の内側端に回転可能に連結され、方向指示ストッパーは、回転ブレードの回転角度を一定角度に制限し、ウインドローターは、通風タワーの中心部にスピン可能に設置される回転軸と、回転軸に回転力を提供するために回転軸を基準として放射状に配置されるローターブレードと、回転軸の回転によって電気が発生するように回転軸に駆動連結される発電機から構成される。
【０００５】
望ましくは、回転ブレードの回転角度αは、ローターブレードの内周縁がガイド壁の内側端と垂直に接する垂直接線Ｔ１と、ローターブレードの外周縁がガイド壁の内側端と垂直に接する垂直接線Ｔ２間の角度範囲を満足する。
望ましくは、ウインドローターは、回転軸の上端に固定設置される上部磁石支持片と、上部磁石支持片に対向するように通風タワーの中心部に固定設置される下部磁石支持片をさらに含み、ローターブレードは、上部磁石支持片と下部磁石支持片間の磁力発生によって磁気浮上する。
【０００６】
望ましくは、ローターブレードは、湾曲した半円筒形の複数個で構成され、回転軸の周囲を環状に廻って離隔配置される。
望ましくは、ウインドローターには、ローターブレードから移動した風をガイドするためのガイド筒が回転軸を囲むように設置される。
望ましくは、複数のローターブレード中で隣接したローターブレード間の離隔角度βは、２２度〜２３度の範囲を満足する。
【０００７】
望ましくは、ウインドローターには、流入した風を外部に案内するためのウインド流路が形成され、ウインド流路は、回転ブレードの内側端とローターブレードの外周縁間に形成される第１ウインド流路と、ガイド筒とローターブレードの内周縁間に形成される第２ウインド流路と、第１ウインド流路及び第２ウインド流路の上端部を互いに連通する第３ウインド流路と、第１ウインド流路及び第２ウインド流路の下端部を互いに連通する第４ウインド流路を含む。
望ましくは、ローターブレードとウインド流路の面積比は３：７を満足する。
望ましくは、ガイド壁は、通風タワーで放射状に配置されて通風タワーの側壁をなすガイド垂直壁と、通風タワーの床をなすようにガイド垂直壁に垂直に連結されるガイド水平壁と、ウインドローターに向かって風が収斂するようにガイド水平壁に傾斜して連結されるガイド傾斜壁を含む。
【０００８】
望ましくは、ガイド垂直壁は、通風タワーで３０度の角度範囲内で放射状に配置される複数個で構成される。
望ましくは、ウインドローターに流入する風の速度を測定するための風速センサーと、風速センサーによって測定された風の速度が一定速度以下の場合にローターブレードに初期回転力を提供するための作動信号を印加する制御部と、作動信号の印加時、ウインドローターに向かってエアを噴射するエアノズルと、エアノズルにエアを供給するためのエアタンクをさらに含む。
【０００９】
望ましくは、通風タワーに照射する太陽光を利用して電気を発生させるための太陽光発電設備をさらに含み、太陽光発電設備は、通風タワーの上層または側壁に設置される太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールで生成された電気エネルギーを保存するための蓄電器と、太陽電池モジュール及び蓄電器を制御するための太陽光制御パネルを含む。
望ましくは、通風タワーの下層にはＬＥＤ照明による植物栽培設備が設けられる。
望ましくは、通風タワーは円形、四角形、六角形及び八角形の中から選択されたいずれか一つの形態で構成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、次の著しい効果が実現される。
第一に、本発明は、風の集中による空気差圧発生現象を利用して低速の風を加速化することができるため、風速が低い地域でも風力発電をすることができるという利点がある。
第二に、本発明は、風が流入する面積が最大に増加するように風の流入角度を調節することにより、風がどの方向から吹いて来ても常に最適の発電状態を維持することができるという利点がある。
第三に、本発明は、風によって回転するローターブレードを、磁気浮上を適用した無負荷状態に維持することにより、ローターブレードの回転時に発生する摩擦損失を未然に防止することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による風力発電タワーを図示した構成図である。
【図２】本発明による風力発電タワーを図示した平断面図である。
【図３ａ】本発明によって回転ブレードが回転する場合に風力発電タワーで風が流入する状態を示した状態図である。
【図３ｂ】回転ブレードが回転する場合と比較して、回転ブレードが固定される場合を仮定して風力発電タワーで風が流入する状態を示した状態図である。
【図４】図１のＡ部を拡大して図示した拡大図である。
【図５ａ】本発明による風力発電タワーのウインドローターを図示した構成図である。
【図５ｂ】本発明による風力発電タワーのウインドローターを図示した平断面図である。
【図６】本発明の変形例に風力発電タワーのウインドローターを図示した構成図である。
【図７】太陽光発電設備が備えられた本発明による風力発電タワーを図示した構成図である。
【図８】エアノズルが備えられた本発明による風力発電タワーを図示した構成図である。
【図９】太陽光発電設備及びエアノズルが備えられた本発明による風力発電タワーを図示した構成図である。
【図１０ａ】本発明による風力発電タワーで六角形の通風タワーを図示した構成図である。
【図１０ｂ】本発明による風力発電タワーで六角形の通風タワーを図示した平断面図である。
【図１１ａ】本発明による風力発電タワーで八角形の通風タワーを図示した構成図及び平断面図である。
【図１１ｂ】本発明による風力発電タワーで八角形の通風タワーを図示した平断面図である。
【図１２ａ】本発明による風力発電タワーで円形の通風タワーを図示した構成図である。
【図１２ｂ】本発明による風力発電タワーで円形の通風タワーを図示した平断面図である。
【図１３】本発明による風力発電タワーの集風状態を図示した状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
まず各図面の構成要素に参照符号を付けるにおいて、同一の構成要素については、たとえ他の図面上に表示されても、可能な限り同一の符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにおいて、関連した公知構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨をぼかすことがあり得ると判断される場合には、その詳細な説明は省略することにする。
添付された図面に基づいて本発明の実施例を詳しく説明することにする。
【００１３】
図１は、本発明による風力発電タワーの構成を示した図面で、図２は本発明による風力発電タワーの平断面を示した図面である。
図１ないし図２に示したとおり、本発明による風力発電タワーは、空気差圧発生現象を利用して風を効果的に集中させることにより風を加速し、風の流入角度を調節して風が流入する面積が最大に増加するようにする。
これを実現するために、風力発電タワーは、通風タワー１００、ガイド壁２００、回転ブレード３００、方向指示ストッパー４００及びウインドローター５００を含んで構成される。
【００１４】
通風タワー１００は、風の流通がなされるウインド通口１１０が複数層をなすタワー形態の構造物であり、ガイド壁２００及び回転ブレード３００を利用して該当中心に風が収斂する内部構造を有し、各層に設置されたウインドローター５００によって該当層で独立的な発電がなされるようにする。
ガイド壁２００は、通風タワー１００の中心で放射状に配置される形態で、通風タワー１００に流入した風が通風タワー１００の中心に向かって集中するように風が移動する流路を形成する。したがって、ウインド通口１１０に流入した風がガイド壁２００によって通風タワー１００の中心に集中すれば、流入した内部空気は外部空気間に空気差圧を発生させるが、この空気差圧は風の速度を増加させることができる。
回転ブレード３００は、ガイド壁２００によって移動した風の角度を調節することにより、風のウインドローター５００流入時に風の流入面積が最大に増加するようにする。これにより、ウインドローター５００では風が吹いてくる方向と無関係に最大の風の流入面積が確保されることができ、結局、発電効率の極大化を実現することができる。
【００１５】
方向指示ストッパー４００は、回転ブレード３００の回転を一定角度に制限する役割をするが、望ましくは回転ブレード３００の回転がローターブレード５３０の外周縁及び内周縁間の角度内でなされるように制限する。ここで、回転ブレード３００の回転を制限するための具体的な内容は後述する。
ウインドローター５００は、通風タワー１００の中心に移動した風を利用して電気発電を実現する装置である。このウインドローター５００は、風が流入するウインド通口１１０に対して直線上に位置するように通風タワー１００の各層の中心部に配置されるため、発電機５４０に移動するまで風の方向がいろいろと変わって引起されていた従来技術の風エネルギー損失問題を未然に防止することができる。
【００１６】
上述した構成をより明確にするために、図面に基づいて本発明の構成を具体的に説明すれば、次のとおりである。
図１ないし図２を再び参照すれば、本実施例による通風タワー１００は、該当横断面が四角形の形態の複層タワーで構成され、各層には風の速度を測定するための風速センサーが設けられる。
そして通風タワー１００の各層には放射状に区画される８つの区画空間が形成される。この８つの区画空間のうち２〜３の隣接した区画空間には風の流入がなされ、これらの区画空間に流入した風は、通風タワー１００の中心部に向かって収斂しながら風速の増加がなされる。これらの区画空間は、ガイド壁２００によって区画される。
ガイド壁２００は、ウインド通口１１０を通じて流入した風を通風タワー１００の中心に誘導するために、通風タワー１００の中心から放射状形態に展開される構造である。
【００１７】
ここで、ガイド壁２００を一定の長さ延長できるようにすれば、ウインド通口１１０を通じて流入する風の量を増加させることができ、通風タワー１００の中心部に流入する風の速度も増加させることができる。ただし、ガイド壁２００の長さの決定は、ガイド壁２００の摩擦抵抗と周辺環境等の設計因子を考慮して決定しなければならない。
このようなガイド壁２００は、ガイド垂直壁２１０、ガイド水平壁２３０及びガイド傾斜壁２２０から構成される。ガイド垂直壁２１０は、通風タワー１００の側壁を構成して、通風タワー１００で放射状に配置され、ガイド水平壁２３０は、ガイド垂直壁２１０に垂直に配置されて通風タワー１００の各層を区分し、ガイド傾斜壁２２０は、ウインドローター５００のローターブレード５３０に向かって風が収斂するようにガイド水平壁２３０に傾斜して連結される。
【００１８】
この時、ガイド壁２００のガイド傾斜壁２２０は、通風タワー１００の中心部、例えば、ウインドローター５００のローターブレード５３０に向かって上向き傾斜して配置されるため、該当下側に発電機５４０の設置空間を設けることができる。そしてガイド垂直壁２１０は、３０度内の角度範囲で放射状に配置される複数個で構成されることが望ましいが、本実施例ではガイド垂直壁２１０が２２．５度間隔の放射形態に配置されることにより、通風タワー１００の内部が８つの区画空間に区分されるようにした。また、ガイド壁２００の内側端には回転ブレード３００が回転可能に連結される。
回転ブレード３００は、ガイド壁２００の内側端で自由回転が可能なようにガイド壁２００の内側端と回転軸３０１を媒介として連結されて、該当一面及び他面がガイド壁２００から移動する風の風圧によって一方向または他方向に回転が可能な構造である。
【００１９】
図３ａは、本発明によって回転ブレードが回転する場合、風力発電タワーで風が流入する状態を示した図面で、図３ｂは、回転ブレードが回転する場合と比較して、回転ブレードが固定される場合を仮定して風力発電タワーで風が流入する状態を示した状態図である。
特に、図３ａに示したとおり、回転ブレード３００は、ウインドローター５００に流入する風の流入面積が最大に増加するように風の角度を調節する。このために、回転ブレード３００の回転角度αは、ローターブレード５３０の内周縁がガイド壁２００の内側端と垂直に接する垂直接線Ｔ１と、ローターブレード５３０の外周縁がガイド壁２００の内側端と垂直に接する垂直接線Ｔ２  間の角度範囲を満足しなければならない。図中で垂直接線Ｔ１、Ｔ２は点線で表示した。
【００２０】
すなわち、風の流入によって回転ブレード３００が回転する場合、一側の回転ブレード３００は、ローターブレード５３０の外周縁に接する垂直接線Ｔ２に配置され、他側の回転ブレード３００は、ローターブレード５３０の内周縁に接する垂直接線Ｔ１’及び垂直接線Ｔ１”に配置される。この時、ローターブレード５３０を回転させるための風の流入面積は図３ａに示すとおりＳ１とＳ２を合わせた面積で示される。
一方、図３ｂに示したとおり、風の流入にもかかわらず回転ブレード３００’が固定される場合、この回転ブレード３００’は、ローターブレード５３０の内周縁に接する垂直接線に配置されるため、ローターブレード５３０を回転させるための風流入面積Ｓが図３ｂに示したとおりＳ１の面積で示される。
このように、回転ブレード３００を一定角度内で回転させる場合の方が、回転ブレード３００’を固定する場合より同一の速度の風でも風流入面積が最大に増加することができる。そして実験結果、回転ブレード３００を一定角度内で回転させる場合が、回転ブレード３００’を固定する場合より約３０％程度の風の流入面積が増加することが分かり、風が吹いてくる方向と無関係に最大の風の流入面積を確保することができた。
【００２１】
このような回転ブレード３００の回転角度は、方向指示ストッパー４００によって制限される。
方向指示ストッパー４００は、一つの回転ブレード３００を間に置いて一定距離を維持し離隔配置される一対で構成される。これら一対の方向指示ストッパー４００についての離隔距離は、風流入面積を最大に増加させることができる回転ブレード３００の回転角度によって決定される。
例えば、方向指示ストッパー４００は、回転ブレード３００の回転角度を制限し、回転角度が制限された回転ブレード３００は、該当回転角度によって風の流入面積を最大に維持しながらガイド壁２００から移動した風をウインドローター５００に案内する。
図４は図１のＡ部を拡大して示した図面で、図５ａは本発明による風力発電タワーのウインドローターの構成を示した図面で、図５ｂは本発明による風力発電タワーのウインドローターの平断面を示した図面である。
【００２２】
図４から図５ｂに示したとおり、ウインドローター５００は、風を利用して電気を生産するために、回転軸５２０、ローターブレード５３０、ガイド筒５６０及び発電機５４０を含んで構成される。
回転軸５２０は、ローターブレード５３０の回転に連動して回転する構造で、通風タワー１００の中心部にベアリング５５１を媒介として設置され、回転ギア５４１を媒介として発電機５４０と駆動連結される。したがって、ローターブレード５３０が風の流動によって回転すれば、回転軸５２０がローターブレード５３０の回転に連動して回転し、発電機５４０は回転軸５２０の回転力を利用して電気を生産することができる。
ローターブレード５３０は、回転軸５２０に回転力を提供するように回転軸５２０の周囲を環状に廻って離隔配置される複数個で構成される。特に、ローターブレード５３０は風による抵抗を極大化するために、風が流入する方向に向かって凹んで湾曲した半円筒形で構成され、望ましくは隣接したローターブレード５３０間の離隔角度βは、２２度〜２３度の範囲を満足する。
【００２３】
ガイド筒５６０は、回転軸５２０を囲む円筒形のパイプ形態で構成される。このようなガイド筒５６０は、ローターブレード５３０から移動した風が回転軸５２０を横切って反対側のローターブレード５３０に直進移動することを防止することにより、ローターブレード５３０から移動した風が円滑にガイドされて移動することができる。
発電機５４０は、回転軸５２０の回転力を利用して電気が発生することができるように回転ギア５４１を媒介として回転軸５２０に駆動連結される。本実施例による発電機５４０は、風力発電のために使用される通常の発電機５４０の構成と同一であるため、これについての詳細な説明は省略する。
【００２４】
図６は、本発明の変形例に風力発電タワーのウインドローター構成を示した図面である。
図６に示したとおり、ウインドローター５００にはローターブレード５３０を無負荷状態に維持するための上部磁石支持片５５０ａ及び下部磁石支持片５５０ｂが装着されることができる。これら上部磁石支持片５５０ａ及び下部磁石支持片５５０ｂは、互いに同一の極性を有する磁性体で構成されて磁性体の斥力を利用した磁気浮上効果を実現する。
例えば、上部磁石支持片５５０ａは、上部支持片５５３ａを媒介として回転軸５２０の上端に固定設置され、下部磁石支持片５５０ｂは、上部磁石支持片５５０ａと同一の極性で構成され、下部支持片５５３ｂを媒介として通風タワー１００の中心部に固定設置される。
【００２５】
この時、通風タワー１００の中心部には上部磁石支持片５５０ａと下部磁石支持片５５０ｂが互いに対向する地点に位置するように上部支持片５５３ａを支持するためのガイド片５５２が設けられる。
ウインドローター５００には、流入した風の移動をガイドするウインド流路５７０が形成される。このウインド流路５７０は、ウインドローター５００内の空気の流れが円滑になるようにすることにより、ウインドローター５００のローターブレード５３０の作動が効果的になされるようにする。
これを実現するためのウインド流路５７０は、ローターブレード５３０の周囲に円滑な空気流動を誘導する第１、２、３及び４ウインド流路５７０ａ、５７０ｂ、５７０ｃ、５７０ｄからなる。
【００２６】
第１ウインド流路５７０ａは、回転ブレード３００の内側端とローターブレード５３０の外周縁間に形成され、第２ウインド流路５７０ｂは、ガイド筒５６０とローターブレード５３０の内周縁間に形成され、第３ウインド流路５７０ｃはローターブレード５３０の上側で第１ウインド流路５７０ａ及び第２ウインド流路５７０ｂの上端部を互いに連通し、第４ウインド流路５７０ｄはローターブレード５３０の下側で第１ウインド流路５７０ａ及び第２ウインド流路５７０ｂの下端部を互いに連通する。
このように、ローターブレード５３０の周囲にウインド流路５７０を形成する場合、ローターブレード５３０に流入した空気の一部は、ローターブレード５３０と共に回転しながらローターブレード５３０の外側に流出することができるが、この時、ローターブレード５３０の外側に流出した空気は、ウインド流路５７０によってローターブレード５３０に再流入が誘導され、これにより、ローターブレード５３０の回転速度は一層増加し、ローターブレード５３０のトルク向上によって発電効率を向上させる。また、ウインド流路５７０は、ローターブレード５３０に流入した空気を円滑に排出させることにより、ローターブレード５３０への空気流入が迅速かつ円滑になされるようにする。
【００２７】
この時、ローターブレード５３０とウインド流路５７０の面積比は３：７を満足することが望ましい。なぜなら、ローターブレード５３０の回転作動が効果的に実現されるためには、ウインドローター５００内の空気の流れが最も円滑になることができるローターブレード５３０とウインド流路５７０の最適面積比を求めることが要求されるが、この最適面積比を求めるために、本発明者は多回の試行錯誤を経て、その結果の比率の構成が最も適することを発見した。よって、上記の比率の構成を外れるようになると、ウインドローター５００内の空気の流れが低下するおそれが発生する。
【００２８】
図７は、太陽光発電設備が備えられた本発明による風力発電タワーの構成を示した図面である。
図７に示したとおり、本発明による風力発電タワーは、太陽光を利用して電気を発生させるための太陽光発電設備７００と、発電した電気エネルギーを利用して植物を栽培するための植物栽培設備８００をさらに含むことができる。
この太陽光発電設備７００は、通風タワー１００に照射する太陽光を電気エネルギーに変換させるためのもので、太陽電池モジュール７１０、蓄電器（図示なし）、太陽光制御パネル７２０を含む。
【００２９】
太陽電池モジュール７１０は、太陽エネルギーによる電位差発生時に電気エネルギーを発生させる複数の太陽パネルを含むが、望ましくは、この複数の太陽パネルは通風タワー１００の上層または側壁に縦方向または横方向に離隔して配置される。ただし、この太陽パネルの設置構造は、太陽の入射角と日照量に影響を受けるため、地域及び周囲環境によって変更され得ることは勿論である。
太陽電池モジュール７１０で生成された電気エネルギーは、蓄電器によって充電される。
蓄電器は、太陽光発電が可能な日の出から日没までの時間の間、太陽電池モジュール７１０を通じて発生した電気エネルギーを充電し、必要に応じて充電された電気エネルギーを使用することも可能である。この蓄電器は、太陽光制御パネル７２０によって制御される。
【００３０】
太陽光制御パネル７２０は、太陽電池モジュール７１０及び蓄電器の運用に必要な全般的な制御を担当し、必要に応じて蓄電器に保存された電気エネルギーを通風タワー１００の運営に必要な電力として使用したり、別途の植物栽培設備８００のための運営電力として使用したりする。
一方、植物栽培設備８００は、通風タワー１００の有効活用空間を利用して植物を耕作することにより、風力発電及び太陽光発電の空間活用効率が極大化される。
【００３１】
このために、植物栽培設備８００は、風力発電が難しい通風タワー１００の下層に設置され、太陽光発電設備７００の電気エネルギーをＬＥＤ照明に使用して植物を栽培する。
この植物栽培設備８００には、耕作植物及び耕作植物の栽培に必要な各種器具が備えられる。例えば、植物栽培設備８００には耕作植物にＬＥＤ照明を照射するためのＬＥＤ照明装置、耕作植物に用水を提供するための用水供給管、用水を噴射する噴射ノズルなどが含まれる。
【００３２】
図８は、エアノズルが備えられた本発明による風力発電タワーの構成を示した図面である。
図８に示したとおり、本発明による風力発電タワーは、風の速度が一定速度以下の場合、ローターブレード５３０に初期回転力を提供するための設備が設置されることができる。
通常、停止状態のローターブレード５３０を回転させるためには多くの作動エネルギーが要求されるが、本発明のように普段ローターブレード５３０を稼動状態に維持すれば、リアルタイムに変わる風の状態に積極的に対処して小さな速度の風でも風力発電にすぐ適用することができる。
【００３３】
これを実現するために、風力発電タワーには風速センサー、エアノズル６３０、エアタンク６４０及び制御部６２０が設置される。
ここで、風速センサーは、通風タワー１００の各層に設置されてウインドローター５００に流入する風の速度をリアルタイムで測定する。エアノズル６３０は、制御部６２０で作動信号が印加される場合にウインドローター５００に向かってエアを噴射するようにウインドローター５００のローターブレード５３０に向かって対向するように配置される。エアタンク６４０は、高圧のエアを保存してエアノズル６３０に提供する。制御部６２０は、風速センサーによって測定された風の速度が一定速度以下ならば、エアノズル６３０に作動信号を印加してローターブレード５３０の回転が維持されるようにする。
【００３４】
図９は、太陽光発電設備及びエアノズルが備えられた本発明による風力発電タワーの構成を示した図面である。
図９に示したとおり、本発明による風力発電タワーにはウインドローター５００の発電機５４０で生産された電力を記録したり太陽電池モジュール７１０で生産された電力を記録する電力制御パネル（ＰＯＷＥＲ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＰＡＮＥＬ）が設置され、風速を記録したりウインドローター５００の回転数（ＲＰＭ）などを記録する制御部６２０（ＰＬＣ）が設置され、風力または太陽光から生産された電力を保存する蓄電器が備えられるＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ）コントロールシステムが設置されることができる。
特に、ＵＰＳコントロールシステムは、一般電源または予備電源などを使用する時、電圧変動、周波数変動、瞬間停電、過度電圧などによる電源異常を防止し、常に安定した電源を供給する。そして制御部６２０（ＰＬＣ）は、通風タワー１００の全般的な制御を遂行するためのコンピューターシステムとそのプログラムを含み、制御全般についての記録によって運営状態をモニタリングすることができる体系化されたデータベースを含む。
【００３５】
図１０ａ及び図１０ｂは、本発明による風力発電タワーで六角形の通風タワーを示した図面で、図１１ａ及び図１１ｂは、本発明による風力発電タワーで八角形の通風タワーを示した図面であり、図１２ａ及び図１２ｂは、本発明による風力発電タワーで円形の通風タワーを示した図面である。
本実施例では、横断面が四角形の形態の複層タワーで構成される通風タワー１００について説明したが、この通風タワー１００の形態は多様に変更することができる。例えば、図１０ａ及び図１０ｂに示したとおり、通風タワー１００は該当横断面が六角形の形態の複層タワーで構成したり、図１１ａ及び図１１ｂに示したとおり、通風タワー１００は該当横断面が八角形の形態の複層タワーで構成したり、図１２ａ及び図１２ｂに示したとおり、通風タワー１００は該当横断面が円形の形態の複層タワーで構成することもできる。
【００３６】
以下、本発明による風力発電タワーの集風現況を調べるための予備実験結果を詳察すれば次のとおりである。本実験では六角形形態の通風タワーを実験モデルとして使用した。
図１３は、本発明による風力発電タワーの集風状態を示した図面である。
図１３に示したとおり、まず、６層の高さ（約２０ｍ）の通風タワー１００には風が流入する区域（Ａ〜Ｄ）を指定する。
この時、Ａ区域は自然の大気風速が測定される区域で、Ｂ区域はＡ区域の風が圧縮されて変化した速度が測定される区域で、Ｃ区域はＢ区域の風が圧縮されて変化した速度が測定される区域であり、Ｄ区域はＢ区域の空気圧縮発生現象による空気差圧発生現象によって変化した速度が測定される区域である。該当区域で測定された風の風速を測定すると次の表１のとおりである。
【００３７】
【表１】
2013542368.tif 000003
【００３８】
表１からわかるとおり、韓国の内陸地域の年平均風速が５ｍ／ｓ以下で、海岸地域の年平均風速が５〜６ｍ／ｓであることを考慮すると、Ａ区域の風速が４〜５ｍ／ｓと５〜６ｍ／ｓである時、Ｃ区域の風速は６．５〜７ｍ／ｓと７．２〜８ｍ／ｓであり、予想される予想発電量は２７〜３０ＫＷと３０〜３８ＫＷになる。
通風タワー１００を実際に製作する場合、実験モデルより１９．５倍の用量で製作されることを勘案すると、実際に本発明による風力発電タワーによって発電することができる予想発電量は２７〜３０ＫＷと３０〜３８ＫＷの１９．５倍に該当するものと予想される。
【００３９】
以上、本発明を望ましい実施例を使用して詳しく説明したが、本発明の範囲は特定実施例に限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲によって解釈されなければならないものである。また、この技術分野で通常の知識を習得した者であれば、本発明の範囲から外れなくとも多くの修正と変形が可能であることを理解しなければならないものである。
【符号の説明】
【００４０】
１００  ：通風タワー
１１０  ：ウインド通口
２００  ：ガイド壁  
２１０  ：ガイド垂直壁
２２０  ：ガイド傾斜壁
２３０  ：ガイド水平壁
３００，３００’  ：回転ブレード
３０１  ：回転軸
４００  ：方向指示ストッパー
５００  ：ウインドローター
５２０  ：回転軸
５３０  ：ローターブレード
５４０  ：発電機
５４１  ：回転ギア
５５０ａ  ：上部磁石支持片
５５０ｂ  ：下部磁石支持片
５５１  ：ベアリング
５５２  ：ガイド片
５５３ａ  ：上部支持片
５５３ｂ  ：下部支持片
５６０  ：ガイド筒
５７０ａ  ：第１ウインド流路
５７０ｂ  ：第２ウインド流路
５７０ｃ  ：第３ウインド流路
５７０ｄ  ：第４ウインド流路
６２０  ：制御部
６３０  ：エアノズル
６４０  ：エアタンク
７００  ：太陽光発電設備
７１０  ：太陽電池モジュール
７２０  ：太陽光制御パネル
８００  ：植物栽培設備
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２  ：風流入面積
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ１’，Ｔ１”  ：垂直接線
α  ：回転角度
β  ：離隔角度
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
2013542368.tif 000009
【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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