JP2007511709A - 風力タービン - Google Patents

Abstract

本発明は、風力タービンに関するもので、その目的は、翼板による回転抵抗を減少させて風力タービンの発電効率を向上できるように、改善された構造の翼板を有する風力タービンを提供することにある。そのための本発明は、風力タービンにおいて、地面に固定される下部土台と、この上部に垂直に形成された円筒形の突出部からなる支持部材；上記突出部を取り囲む構造で突出部により回転可能に支持された回転円筒；上記回転円筒の中心部から回転円筒と共に回転するように設置された回転軸；上記回転軸に設置され回転円筒を支持する上部ベアリング；上記下部土台に設置され回転円筒を支持する下部ベアリング；上記回転円筒の外周に沿って相互等角度間隔を有するように多数が設置され、風方向との相対的な位置関係により回転円筒の外側に開かれるか、回転円筒の外周面に密着するように閉じられる多数の翼板；及び、上記翼板が設定された角度以上に開けられることを制限する角度制限手段とを備える風力タービンに関することを技術的要旨とする。

Description

本発明は、風力タービンに関するもので、特に回転円筒に備えられ回転円筒の回転力を提供する翼板による回転抵抗を減少させて高発電効率が得られる風力タービンに関するものである。

一般的に風力を利用して電気を発生させる風力タービンは、産業の発達及び人口増加による石油、石炭、天然ガスなどの資源枯渇に対する代替エネルギー源として研究されている。

一方、一般的に使用されている水平型風力タービンは、地面から高いところに立てられた構造物の上段部に多数の羽根を有するローターが備えられている。このような水平型風力タービンはローターが風力により回転し、該ローターの回転により発生された機械的エネルギーを発電機へ伝達して電気的エネルギーに変換させることによって電気を発生させる。

しかし、上記の水平型風力タービンが安定的な発電条件を維持するためには、定常流に近い高い高度にローターが位置しなければならないが、この場合、ローターを支持する構造物を非常に高いところに設置しなければならないので、高い設置費用がかかるのみならず崩壊の恐れがあり、ローターと発電機及び各種主要部品の維持／保守も難しくなる短所がある。尚、ローターの構造上、最小風速が５乃至６ｍ／ｓｅｃ以上にならないと発電ができず、送風方向によってローターの方向を手動に調節しなければならないので、風が比較的弱く風向が頻繁に変わる地形では満足できる程度の発電効率が期待できない上に、台風や突風の時には、部品の破損を防止すべく運転を止めざるを得ない問題点があった。

上記問題点を踏まえて、韓国特許出願第１０−２００４−００７５９９１に、本出願人により‘改善された構造を有する風力タービン’が開示されている。図１及び図２は、前記の風力タービンを示す。図１及び図２を参照するに、開示された風力タービンは、支持軸１０を取り囲む構造で設置された回転円筒２０の外周に多数の風力翼板２１が備えられ、各風力翼板２１が多数の水平格子と垂直格子からなる格子が備えられ、上記格子の一定数の格子を開放するか閉鎖する回転方向調節翼板３１が風力翼板３０の一面に備えられている。この風力タービンは、回転円筒２０を中心に或一方に位置した回転翼板３０の格子が回転方向調節翼板３１により閉鎖され風力を受ける場合、反対側に位置した回転翼板３０’の格子は開放されるようになっているが、格子をなす垂直格子と水平格子による空気抵抗が発生され、エネルギー損失が発生する問題点があった。

本発明は上記の問題点を踏まえて行われたもので、本発明の目的は、翼板により回転抵抗を減少させて風力タービンの発電効率を向上できるように、改善された構造の翼板を有する風力タービンを提供することにある。

本発明の他の目的は、台風または突風による破損の恐れ無く強風を利用することによって高効率で電気発電ができる風力タービンを提供することにある。

上記の目的を達成し、従来の問題を解決ための本発明は、風力を利用して電気を発生する風力タービンにおいて、
地面に固定される下部土台と、上記下部土台の上面から上方向に垂直に延長された円筒形の突出部からなる支持部材と、
上記突出部を取り囲む構造で、突出部により回転できるように支持された回転円筒と、
上記回転円筒の中心部から垂直方向に延長して配置され、回転円筒と共に回転するように回転円筒に設置され、回転円筒の回転により発生された機械的エネルギーを発電機へ伝達する回転軸と、
上記回転円筒と上記突出部の間に設置され、回転円筒の回転を支持する上部ベアリングと、
上記回転円筒と上記下部土台の間に設置され、回転円筒を下部で支持する下部ベアリングと、
上記回転円筒の外周に沿って相互等角度間隔を有するように多数設置され、風方向の相対的な位置関係により回転円筒の外側に開かれるか、回転円筒の外周面に密着するように閉じられる多数の翼板と、上記翼板が設定された角度以上に開かれることを制限する角度制限手段とを備えることを特徴とする。

本発明は、風の方向と翼板の相対的な位置関係により翼板が開けられるか閉じられ、回転力を発生しない翼板による回転抵抗を最小化して風が弱い地域でも電気の発電ができる。更に、安価の施設費であり且つ維持／保守が容易であり、台風や突風時にも比較的安全に発電が可能な風力タービンが提供できる。

以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照しながら詳しく説明する。本発明を説明するにあたり、関連する公知技能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明にする場合、その詳細な説明は省略する。

図３乃至図５は本発明の実施例１による風力タービンを示す。図３及び５を参照するに、本発明の実施例１による風力タービンは、支持部材１１０と、回転円筒１２０と、回転軸１３０と、上部ベアリング１４０と、下部ベアリング１５０と、多数の翼板１６０と、角度制限手段１７０とからなる。この風力タービンは、多数の翼板１６０が風との相対的な位置関係により回転円筒１２０の外側に開かれるか回転円筒１２０の外周面に密着するように構成されている。

支持部材１１０は、地面に固定され回転円筒１２０の回転を支持するもので、下部土台１１１と突出部１１２からなる。下部土台１１１は地面に固定され風力タービンを構成する構成要素を支持するように構成されている。突出部１１２は、下部土台１１１の上面から上方向に垂直に突出された構造で形成され、内部が空ろな円筒形構造である。

回転円筒１２０は、突出部１１２で支持され風により回転されるもので、突出部１１２は、取り囲む円筒形の構造で構成され突出部１１２に設置され、突出部１１２を中心に回転可能に構成されている。

回転軸１３０は、回転円筒１２０の回転時に発生された機械的エネルギーを発電機１８０へ伝達するもので、回転円筒１２０の中心部から垂直方向に延長して配置され、回転円筒１２０と共に回転するように回転円筒１２０に連結されている。この回転軸１３０は、その下段部が下部土台１１１の内部に延長されるか貫通されるように形成され、その下段部に増速のための一対のギア１８１、１８２が備えられ、発電機１８０へ機械的エネルギーを伝達するようになっている。図面中の１９０は蓄電池である。

上部ベアリング１４０は、回転円筒１２０と突出部１１２の間に位置して、回転円筒１２０の回転を支持するもので、突出部１１２に設置されている。

下部ベアリング１５０は、回転円筒１２０を下部で支持するもので、下部土台１１１に設置されている。

図６乃至図８は、翼板１６０をより細部的に示すものである。図６乃至８図を参照するに、翼板１６０は風力を受けて回転円筒１２０の回転のための力を提供するもので、回転円筒１２０の外周に沿って相互等角度間隔を有するように多数設置され、風方向との相対的な位置関係により開けられるか閉じられるように構成されている。より具体的に、各翼板１６０は、長方形を有するように四面が連結されたフレーム１６１の内部に布１６２又は人造皮革が設けられる。フレーム１６１は長方形を有するが、回転円筒１２０の半径に対応する曲率を有する曲がる平面構造を有し、その一面が回転円筒１２０にヒンジ結合され開けられるか閉じられる回転移動ができるように構成される。この各翼板１６０は、風に向く方向に翼板１６０の凹形な一面１６０ａが位置する時に開けられ、風に向く方向に翼板１６０の凸形な他面１６０ｂが位置する時に閉じられる。

角度制限手段１７０は各翼板１６０が設定された角度以上に開けられることを防止するもので、回転円筒１２０と翼板１６０の他辺、つまり回転円筒１２０にヒンジ結合されなかった翼板１６０の他辺を連結して翼板１６０が設定された角度以上に開けられることを防止し、この角度制限手段１７０は、通常のスプリングやロープで構成でき、好ましくはアラミド繊維材質からなるロープで構成される。アラミド繊維からなるロープを使用することで軽量でありながらも重い荷重が耐えられる。

上記の記載のように構成された風力タービンの作用について説明する。

図６のような方向から風が吹くと仮定する場合、図面の右側に配置され、風に向く方向に翼板１６０の凹形な一面１６０ａが位置する翼板１６０は、回転円筒１２０の外側に突出して回転移動して開けられることによって風力を受けて回転円筒１２０を回転させる力を提供する。この際、各翼板１６０はロープによって回転円筒１２０に拘束され一定角度以上に開けられることが防止される。

その反面、図面の左側に配置され風に向く方向に翼板１６０の凸形な他面１６０ｂが位置する翼板１６０は、回転円筒１２０の外周面に密着して閉じられ回転円筒１２０の回転を阻止する抵抗を発生しなくなる。

つまり、風に向く風力を受ける翼板１６０のみが開けられるようにして不要の翼板１６０が開けられることに伴う回転抵抗の増加を防止できる。

図９及び図１０は本発明の実施例２による風力タービンを示す。図９及び図１０を参照するに、本発明の実施例２による風力タービンは支持部材１１０と、回転円筒２１０と、回転軸１３０と、上部ベアリング１４０と、下部ベアリング１５０と、多数の翼板２２０と、固定用布２３０とからなる。一方、支持部材１１０と、回転軸１３０と、上部ベアリング１４０と、下部ベアリング１５０は、上記の実施例１と同一であるため詳細な説明は省略し、同一の図面符号を使用する。

回転円筒２１０は、実施例１の説明と同一に支持部材１１０の突出部１１２を取り囲む円筒形構造で構成できうるが、本実施例による翼板２２０の構造的特徴を充分活用すべく砂時計状に形成される。つまり、回転円筒２１０は同一直径が連続に形成される円筒部２１１と、円筒部２１１の両端から次第に大きな直径を有するように外側方向に延長して形成された拡張部２１２、２１３からなる。

多数の翼板２２０は回転円筒２１０の外周上に相互等角度間隔を有するように設置され、各翼板２２０はその一辺２２０ａと上辺２２０ｂ及び底辺２２０ｃが固定手段２４０により回転円筒２１０に固定され、回転円筒２１０に固定された一辺２２０ａと対向する他辺２２０ｄが回転円筒２１０に固定されない開放端２４０で一辺２２０ａに比べて長い布からなる。言い換えると、各翼板２２０は布をポケットのように一面が開放され風を受ける形状を有するように回転円筒２１０の外周面に固定されてなる。一方、布の一辺２２０ａは回転円筒２１０の円筒部２１１に固定され、布の上辺２２０ｂ及び底辺２２０ｃは、拡張部２１２、２１３に固定される。

図１１は、固定手段２４０の構成を示す。図１１を参照するに、固定手段２４０は固定溝２４１と、固定棒２４２と、多数のボルト２４３からなる。固定溝２４１は、円筒部２１１と拡張部２１２、２１３の表面において回転円筒２１０の長さ方向に長く延長し形成されており、好ましくは円形断面を有するように形成されている。固定棒２４２は翼板２２０の各辺２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃが固定溝２４１に挿入された状態で固定溝２４１に挿入及び結合され翼板２２０を回転円筒２１０に固定するように構成されている。多数のボルト２４３は固定溝２４１に固定棒２４２が挿入された状態で外側から固定棒２４２を貫通するように締結され固定棒２４２が固定溝２４１から離脱することを防止する。

固定用布２３０は、翼板２２０の中心部が回転円筒２１０と一定距離範囲内で膨張するように固定するもので、布の開放端２４０側に位置する他辺２２０ｄの中心部と回転円筒２１０を連結する。

上記のように構成された実施例２の翼板２２０は風に向く方向に開放端２４０が位置すると、翼板２２０の内側に風が入り、翼板２２０が膨張され回転円筒２１０の回転のための力を発生させ、この際回転円筒２１０の反対側に位置した他の翼板２２０は開放端２４０が風に向かなくなるので収縮状態を維持して回転円筒２１０の回転を阻止する抵抗を発生しなくなる。

本発明は本明細書に開示された実施例によって限定されるものではなく、その発明の技術思想範囲内で当業者により多様に変形可能であることは言うまでもない。

従来の風力タービンを示す斜視図である。 図１の平面図である。 本発明の実施例１による風力タービンの斜視図である。 図３の分解斜視図である。 図３に示された風力タービンの断面図である。 図３の平面図である。 図３の‘Ａ’部の詳細図である。 図１に示した翼板の正面図である。 本発明の実施例２による風力タービンの斜視図である。 図９の側面図である。 図９に示された布を回転円筒に固定する固定手段の構成を示した断面図である。

Claims (6)

1. 風力を利用して電気を発生させる風力タービンにおいて、
   地面に固定される下部土台と、該下部土台の上面から上方向に垂直に延長された円筒形の突出部からなる支持部材と、
   上記突出部を取り囲む構造で、突出部により回転できるように支持された回転円筒と、
   上記回転円筒の中心部から垂直方向に延長して配置され、回転円筒と共に回転するように回転円筒に設置され、回転円筒の回転により発生された機械的エネルギーを発電機へ伝達する回転軸と、
   上記回転円筒と上記突出部の間に位置するように突出部に設置され、回転円筒の回転を支持する上部ベアリングと、
   上記回転円筒と上記下部土台の間に位置するように下部土台に設置され、回転円筒を下部で支持する下部ベアリングと、
   上記回転円筒の外周に沿って相互等角度間隔を有するように多数設置され、風方向との相対的な位置関係により回転円筒の外側に開かれるか、回転円筒の外周面に密着するように閉じられる多数の翼板と、
   上記翼板が設定された角度以上に開かれることを制限する角度制限手段とを備えることを特徴とする風力タービン。
2. 上記各翼板は、
   長方形を有するように形成され、上記回転円筒の半径に対応する曲率半径を有するように曲がる平面構造を有し、その一辺が上記回転円筒のヒンジ結合され回転円筒の外周面に密着するように閉じられるか、回転円筒の外側へ突出するように開かれるフレームと、
   上記フレームの内側に設置されフレームの内側空間をカーバーする布または人造皮革とからなることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン。
3. 上記の角度制限手段は、
   上記回転円筒と上記翼板の他辺を連結する繊維材質のロープからなることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン。
4. 上記各翼板は、
   一辺と上辺及び底辺が固定手段により上記回転円筒に固定され、上記一辺と対向する他辺は開放端で一辺に比べて長く形成され、風に向く方向に開放端が位置すると、膨張され風力によって回転円筒を回転させ、上記開放端が風に向かない方向に位置すると、収縮され回転円筒の回転抵抗を減少させる布からなることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン。
5. 上記回転円筒は、
   同一な直径が連続に形成され上記各翼板の一辺が固定される空間を設ける円筒部と、
   上記円筒部の両端から次第に大きな直径を有するように外側方向に延長するように形成され上記各翼板の上辺及び底辺が固定される空間を提供する拡張部とからなることを特徴とする請求項４に記載の風力タービン。
6. 上記各翼板の他辺は、
   その中心部が上記回転円筒と一定距離範囲内で膨張するように固定用布によって回転円筒に固定されたことを特徴とする請求項４に記載の風力タービン。

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