KR100418484B1 - 풍차를 이용한 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍차를 이용한 발전장치에 관한 것으로서, 특히 동심축상으로 배치된 2개의 회전축에 의해 바람을 받는 날개의 면적을 배가시킴은 물론 바람의 방향에 따라서 날개를 지지하는 하우징을 이동시킬 수 있게 함으로써 바람의 방향에 관계없이 항상 최적의 발전을 할 수 있는 풍차를 이용한 발전장치에 관한 것으로서, 제1,2회전축(1, 2)들을 동심축상으로 회전가능하게 수용 및 지지하고, 지지관(3 ')에 의해 하우징 지지기둥(8)에 회전가능하게 고정되는 하우징(3)과; 상기 하우징(3)내에 회전가능하게 수용 및 지지되는 제1회전축(1)의 외주연부에 횡으로 지지봉(4a)에 결합된 제1회전날개부(4)와; 상기 하우징(3) 내에 상기 제1회전축과 동심축상으로 회전가능하게 수용 및 지지되는 제2회전축(2)의 외주연부에 횡방향으로 고정된 지지봉(5a)에 결합된 제2회전날개부(5)와; 상기 제2회전축(2)의 전단에 일체로 고정되어, 상기 지지봉(4a, 5a)들에 해당하는 부위의 빈 공간을 통과하는 바람을 반사시켜 상기 제1,2회전날개부(4, 5) 쪽으로 편향시키는 반사판(6)과; 상기 하우징(3)의 후방에 상기 하우징(3)에 일체로 고정되는 꼬리날개부(7)와; 제1,2회전축(1, 2)의 회전력을 발전기에 전달하는 제1,2연결축(9, 10)과; 상기 제1,2연결축(9, 10)에 연결된 제1,2발전기(11, 12)와; 상기 발전기(11, 12)에 의해 발전된 전기를 축전하는 축전지(13);들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명의 풍차를 이용한발전장치는 동일한 동일한 풍속, 풍량의 바람으로 동심축상으로 배치된 2개의 회전날개부를 동시에 구동시키게 하여 발전기의 회전력을 배가시킴으로써 발전용량을 증가시킬 수 있고, 축전지에 전기를 신속히 충전시킬 수 있다.

Description

풍차를 이용한 발전장치 {An electric generation device using a windmill}

본 발명은 풍차를 이용한 발전장치에 관한 것으로서, 특히 동심축상으로 배치된 2개의 회전축에 의해 바람을 받는 날개의 면적을 배가시킴은 물론 바람의 방향에 따라서 날개를 지지하는 하우징을 이동시킬 수 있게 함으로써 바람의 방향에 관계없이 항상 최적의 발전을 할 수 있는 풍차를 이용한 발전장치에 관한 것이다.

종래의 발전장치는 바람을 받는 날개를 지지하는 회전축이 하나로 구성되고, 회전축의 단부에 대칭으로 형성되는 날개를 포함하여서 날개의 회전에 의한 회전력으로 발전을 하는 것이 일반적이었다.

그러나, 상기와 같이, 하나의 회전축을 이용하는 발전장치는 회전축으로 전달되는 회전력이 배가되지 않으므로 발전이 신속하게 이루어지지 않는 문제점이 있었다.

또한, 회전축과 이를 지지하는 기둥이 고정되어 있으므로 날개가 바람의 방향에 따라서 이동되지 않으므로 바람의 방향이 일정하지 않은 경우 발전장치의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.한편, 일본 공개특허공보 평11-336652호(1999년 12월 7일 공개)는 기동용 날개와 운전용 날개가 하나의 일방향 회전전달장치허브체에 결합된 것이고, 하나의 허브체의 후미에 발전모터가 직접 결합된 형태이고, 발전모터 하부에 결합된 발전기구의 지지축에 다수의 꼬리날개가 후미에 결합된 구조로 이루어진 것으로서, 발전모터 등이 허브체에 직접 결합된 형태이며, 발전모터 등은 그 자체로 매우 부피가 크기 때문에 이러한 발전모터 등의 존재로 말미암아 발생하는 저항으로 인하여 풍속 등이 영향을 받아 발전효율을 저하시키는 등의 문제점이 있다. 더욱이, 발전모터 등이 허브체에 직접 연결된 형태이기 때문에 허브체 자체가 중량이 많이 나가며, 이는 비록 꼬리날개가 존재하다 하여도 풍향의 변동에 따른 허브체의 방향전환이 적절히 일어나지 못하게 되어 최적의 발전효율을 기대하지 못하게 되는 문제점이 있다.또한, 일본 공개특허공보 평12-213448호(2000년 8월 2일 공개)는 주풍차와 보조풍차가 하나의 수평축 상에 전후방으로 배치되는 구조를 가져, 한 개의 축을 갖는 구성이며, 주풍차와 보조풍차가 전후방으로 배치되게 구성되어 있으나, 보조풍차에 연결간에 의해 노즐이 주풍차를 감싸도록 하여 주풍차의 외주연에 노즐이 배치되도록 한 것으로서, 상기 노즐은 주풍차로 바람의 유입을 촉진시키고, 노즐 내로 바람의 유입이 가속되게 하는 역할을 하며, 이를 위해 주풍차의 회전방향과 반대방향으로 노즐이 회전하도록 구성된 것으로서, 노즐이 주풍차의 외주연에 위치하기 때문에 노즐의 크기의 한계로 말미암아 풍력을 받아 발전하는 날개를 포함한 전체의 크기가 한정될 수밖에 없는 구조를 가지고 있다.

본 발명의 풍차를 이용한 발전장치는 동일한 바람의 영향으로 2개의 회전축을 각각 독립적으로 구동시킴으로써 발전을 배가시킬 수 있는 발전장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 바람의 방향에 따라서 날개에 의해 회전되는 회전축을 함께 회전시킴으로써 바람의 방향에 관계없이 항상 최적의 발전을 이룰 수 있는 발전장치를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 풍차를 이용한 발전장치의 개략적인 측면도이다.

도2는 본 발명의 풍차를 이용한 발전장치의 날개와 회전축의 결합관계를 보여주는 일부 횡단면도이다.

도3은 본 발명의 풍차를 이용한 발전장치의 주요 구성요소들의 전체적인 결합관계를 보여주는 횡단면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제1회전축 2 : 제2회전축

3 : 하우징 4 : 제1회전날개부

5 : 제2회전날개부 6 : 반사판

7 : 꼬리날개부 8 : 하우징 지지기둥

9, 10 : 제1,2 연결축 11,12 : 제1,2 발전기

13: 축전지 20 : 연결도선

본 발명의 풍차를 이용한 발전장치는 풍력으로 회전되는 회전날개부를 한 하우징 내에 동심축상으로 배치된 제1,2 회전축에 각각 결합시키고, 하우징을 지지기둥 상에 회동되게 결합시켜서 바람에 의해 회전날개부의 회전이 계속됨과 동시에 하우징의 후방에 설치된 꼬리날개부에 의해 바람의 방향에 따라서 하우징이 회동되도록 하여 회전날개부가 항상 최적으로 회전되게 하고 동일 풍력을 이용하여 배가된 회전력으로 발전을 할 수 있는 것을 특징으로 한다.

도 1에 개략적인 측면도로 도시된 바와 같이, 본 발명의 풍차를 이용한 발전장치는 하우징(3)의 후방에 설치된 꼬리날개부(7)와, 회전날개부가 하우징(3)의 전방에 그리고 하우징(3) 내에 동심축상으로 배치된 제1,2회전축(1, 2)과, 하우징(3)을 지지하는 하우징 지지기둥(8)을 포함한다. 후방단부에 설치된 꼬리날개부(7)는 바람의 방향에 따라서 제1,2날개부(4, 5)의 안정성을 제공하는 역할을 한다.

하우징(3)은 바람의 방향에 따라 하우징 지지기둥(8)상에서 회동되도록 하우징 하부로 지지부(3')가 연장형성되는 것이 바람직하다.

도 2에 일부 횡단면도로 도시된 바와 같이, 본 발명의 풍차를 이용한 발전장치에서 풍력에 의해 직접 회전되는 회전날개부의 구성은 원통형 하우징(3) 내에서 회동되도록 베어링(14)으로 지지되는 중공의 제1회전축(1)과, 중공의 제1회전축(1) 내에 다수의 베어링(15)으로 회동되게 지지되는 제2회전축(2)과, 제1회전축(1)의 외주연부에 횡으로 지지봉(4a)에 결합된 제1회전날개부(4)와, 제2회전축(2)의 외주연부에 횡으로 지지봉(5a)에 결합된 제2회전날개부(5)와, 제2회전날개부(5)가 설치된 제2회전축(2)의 선단부에 고정결합된 반사판(6)으로 구성된다. 제1회전날개부(4)는 날개를 지지하는 지지봉(4a)을 포함하고, 지지봉(4a)의 단부 각각에는 날개(4b, 4b')가 서로 점대칭을 이루게 형성되고, 상기와 마찬가지로, 제2회전날개부(5)도 지지봉(5a) 및 날개(5b, 5b')를 포함하나, 바람을 받는 날개의 형상은 제1회전날개부(4)의 날개(4b)와 대칭을 이루도록 형성된다. 예컨대, 도 2에 예시된 도면의 우측에서 볼 때, 상부의 날개(4b, 5b)들은 y축을 기준으로 하여 대칭이 된다. 즉, 날개(4b, 5b)들의 형상은 y축을 기준으로 하여 보면, 내측에서 외측 전방으로 오목하게 형성된다.

도 3에 본 발명의 풍차를 이용한 발전장치의 전체적인 결합상태가 단면도로 도시된 바와 같이, 본 발명의 풍차를 이용한 발전장치는 동심축상으로 배치된 제1,2회전축(1, 2)과, 제1,2회전축(1, 2)을 수용 및 지지하고 하우징 지지기둥(8)에 결합되는 지지관(3')이 하부에 형성된 하우징(3)과, 제1,2회전축(1, 2)의 회전력을 발전기에 전달하는 제1,2연결축(9, 10)과, 제1,2연결축(9, 10)에 연결된 제1,2발전기(11, 12)와, 발전기에 의해 발전된 전기를 축전하는 축전지(13)로 구성된다. 제1,2회전축(1, 2)과, 제1,2연결축(9, 10)과, 제1,2발전기(11, 12)의 회전축(11b, 12b)에는 회전날개부에서 발생된 회전력을 발전기로 전달하기 위해 베벨기어(1a, 2a ; 9a, 10a ; 9b, 10b ; 11a, 12a)들이 각각 결합된다. 미설명 부호 21은 하우징(3)이 하우징 지지기둥(8)의 하부로 더 이상 이동되지 않게 하는 스토퍼이고, 20은 축전지(13)에 충전된 전기를 이용할 수 있게 하는 연결도선이다.

이하, 본 발명의 풍력을 이용한 발전장치의 작용을 설명한다.

본 발명의 풍력을 이용한 발전장치는 하우징(3) 내에 베어링(14)을 이용하여 제1회전축(1)을 결합시키고, 제1회전축(1) 내에 다시 베어링(15)을 이용하여 제2회전축(2)을 결합시켜서 동심축상으로 회전축들을 배열시킨다. 물론 각각의 회전축 후방단부에는 하우징(3) 내에 결합시키기 위해 베벨기어(1a, 2a)를 미리 결합시킨다. 하우징(3)의 후방단부에는 꼬리날개부(7)를 고정시키고, 하우징의 전방단부에 돌출되는 제1회전축(1)에 날개(4b, 4b')가 이미 고정된 지지봉(4a)을 고정시킨다. 마찬가지로 제2회전축(2)에 날개(5a, 5b')가 고정된 지지봉(5a)을 고정시킨다. 그리고, 하우징 지지기둥(8) 내에 다수의 베어링을 이용하여 제1,2연결축(9, 10)과 제1,2발전기(11, 12)의 회전축(11b, 12b)을 고정시킴과 동시에 연결축의 단부에 결합된 베벨기어(9b, 10b)와 발전기의 회전축에 결합된 베벨기어(11a, 12a)를 맞물리도록 한다. 이후, 하우징(3)의 하부에 형성된 지지관(3')을 하우징 지지기둥(8) 내에 베어링(18)을 이용하여 회동되게 결합시키면 제1,2회전축(1, 2)의 단부에 결합된 제1,2베벨기어(1a, 2a)가 제1,2연결축(9, 10)의 베벨기어(9a, 10a)에 맞물리게 된다. 이때, 하우징(3)은 스토퍼(21)에 의해 더 이상 하우징 지지기둥(8)의 하부로 이동되지 않는다. 이와 같이 구성되어 조립된 본 발명의 풍차를 이용한 발전장치는 바람이 불 때, 날개에 바람이 부딪쳐서 제1,2회전축(1, 2)이 회전되나, 제1,2회전축(1, 2)에 결합된 제1,2회전날개부(4, 5)들의 형상이 서로 반대방향으로 회전되도록 배열되어 있어서, 예컨대 제1회전축(1)이 시계방향으로 회전되면 제2회전축(2)은 반시계방향으로 회전된다.

바람에 의해 제1,2회전날개부(4, 5)가 회전되고 있을 때, 바람의 방향이 바뀌면 하우징(3)의 단부에 고정설치된 꼬리날개부(7)의 작용에 의해 하우징(3)이 바람을 많이 받는 방향으로 회동되며, 하우징(3)의 회전이동작용은 베어링(18)에 의해 지지된 하우징(3) 하부의 지지관(3')을 중심으로 이루어진다. 더욱이, 하우징(3) 전방의 제2회전축(2)에 결합된 반사판(6)의 오목부에 바람이 부딪친 후 외곽의 제1,2날개부(4, 5)로 안내됨으로써 날개 사이의 빈 공간으로 지나가는 바람을 더욱 효과적으로 이용할 수 있다.

본 발명의 풍력을 이용하는 발전장치는, 제1회전날개부(4)와 제2회전날개부(5)가 제1,2회전축(1, 2) 방향으로 서로 이격설치되어 있으나, 제1,2회전날개부(4, 5)가 수직의 동일 평면에 동시에 설치되어 있다고 가정하면 전방에서 불어오는 바람을 수용하는 날개의 수용면적이 1개의 날개부에 설치되어 있을 때보다 배로 증가되며, 따라서, 이와 같이 날개가 받는 바람의 수용면적이 증가됨에 따라서 날개의 회전력이 배가되는 것이다.

그리고, 제1,2회전날개부(4, 5)의 회전에 의해 제1,2회전축(1, 2)이 회전되면, 그 후단부에 결합된 제1,2베벨기어(1a, 2a)와 맞물린 제1,2연결축(9, 10)의 베벨기어(9a, 10a)가 구동되어서 제1,2연결축이 회전되고, 따라서 제1,2연결축의 피동측 단부에 결합된 베벨기어(9b, 10b)가 발전기의 회전축(11b, 12b)에 결합된 베벨기어(11a, 12a)를 구동시켜서 제1,2발전기(11, 12)를 가동시켜서 축전지(13)에 전기가 충전(축전)된다.

상기와 같이 구성되어 작동되는 본 발명의 풍차를 이용한 발전장치는 동일한 풍속, 풍량의 바람으로 동심축상으로 배치된 2개의 회전날개부를 동시에 구동시키게 배치하여 발전기의 회전력을 배가시킴으로써 발전용량을 증가시킬 수 있고, 축전지에 전기를 신속히 충전시킬 수 있다.이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (4)

1. 제1,2회전축(1, 2)들을 동심축상으로 회전가능하게 수용 및 지지하고, 지지관(3 ')에 의해 하우징 지지기둥(8)에 회전가능하게 고정되는 하우징(3)과;

   상기 하우징(3) 내에 회전가능하게 수용 및 지지되는 제1회전축(1)의 외주연부에 횡으로 지지봉(4a)에 결합된 제1회전날개부(4)와;

   상기 하우징(3) 내에 상기 제1회전축과 동심축상으로 회전가능하게 수용 및 지지되는 제2회전축(2)의 외주연부에 횡방향으로 고정된 지지봉(5a)에 결합된 제2회전날개부(5)와;

   상기 제2회전축(2)의 전단에 일체로 고정되어, 상기 지지봉(4a, 5a)들에 해당하는 부위의 빈 공간을 통과하는 바람을 반사시켜 상기 제1,2회전날개부(4, 5) 쪽으로 편향시키는 반사판(6)과;

   상기 하우징(3)의 후방에 상기 하우징(3)에 일체로 고정되는 꼬리날개부(7)와;

   제1,2회전축(1, 2)의 회전력을 발전기에 전달하는 제1,2연결축(9, 10)과;

   상기 제1,2연결축(9, 10)에 연결된 제1,2발전기(11, 12)와;

   상기 발전기(11, 12)에 의해 발전된 전기를 축전하는 축전지(13);들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 풍력을 이용한 발전장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   제1,2회전축(1, 2)에 결합된 제1,2회전날개부(4, 5)들의 형상이 서로에 대하여 반대방향으로 회전되도록 배열된 것을 특징으로 하는 풍차를 이용한 발전장치.
4. 삭제