KR100717882B1 - 풍력 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 회전 수단에 의하여 일방향으로 회전하는 회전축에 수직되게 회전대를 부설하고 회전대의 말단에 서로 대향되도록 1 쌍의 발전기를 설치하여, 회전수단에 의하여 회전축이 회전하면 회전대가 회전축을 따라서 회전하면서 회전대의 양 말단에 설치된 발전기의 블레이드가 회전축의 회전하는 방향의 공기와 마찰되어 전력을 생산하도록 된 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
풍력, 발전, 회전, 블레이드

Description

풍력 발전 장치{Wind power plant}
도 1a 내지 도 1b 는 본 발명의 풍력 발전 장치의 개념도,
도 2 는 본 발명의 풍력 발전 장치의 실시예의 사시도,
도 3 은 본 발명의 풍력 발전 장치의 실시예의 평면도,
도 4 는 본 발명의 풍력 발전 장치의 실시예의 측면도,
도 5 는 본 발명의 풍력 발전 장치의 다른 실시예의 사시도,
도 6 은 본 발명의 풍력 발전 장치의 다른 실시예의 평면도,
도 7 은 본 발명의 회전 수단의 다른 일례를 나타낸 도면,
도 8 은 본 발명의 바퀴의 다른 일례를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1; 본 발명 풍력 발전 장치
10; 발전기 유닛 11; 블레이드
20; 회전축 21; 베이스
22; 지지다리
30; 회전대 31; 회전대 베이스
40; 회전수단 41; 회전수단 베이스
50; 전선
60; 바퀴 61; 바퀴 지지대
62; 연장부재
70; 레일
100; 수차 200; 연자
B; 축전 수단
본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 회전 수단에 의하여 일방향으로 회전하는 회전축에 수직되게 회전대를 부설하고 회전대의 말단에 서로 대향되도록 1 쌍의 발전기를 설치하여, 회전수단에 의하여 회전축이 회전하면 회전대가 회전축을 따라서 회전하면서 회전대의 양 말단에 설치된 발전기의 블레이드가 회전축의 회전하는 방향의 공기와 마찰되어 전력을 생산하도록 된 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
최근 원자력 발전 및 화력 발전에서 파생하는 공해와 위험에서 탈피하고, 국제 유가 파동의 대처, 향후 화석 에너지와 우라늄 소진에 따른 대책으로서 자연풍에 의존한 풍력 발전소의 설치가 증가하고 있다.
그러나, 우리나라의 경우 평균 풍속이 12m/sec 는 유지되어야 경제적인 가치와 적정 용량의 전기를 획득할 수 있으나, 평균 풍속이 7m/sec 에 불과하여 풍력 발전기가 가지고 있는 전기 생산량은 적정 용량에 30% 대에 머물고 있어 투자비에 비하여 경제성이 빈약한 실정이다.
또한, 바람이 부는 해안가나 고산 지대에만 설치할 수 있고, 내륙 지역이나 지대가 얕은 곳에서는 설치할 수 없는 취약점을 가지고 있는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 창안된 본 발명은, 풍속이 강한 해안가나 고산 지대는 물론, 내륙 지역이나 지대가 얕은 곳 등 풍속이 미약한 지역에서도 적정 용량의 전기를 획득하여 경제성을 가진 전력을 생산할 수 있게 하는 풍력 발전 장치를 제공하는데 그 기술적 과제가 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 회전 수단에 의하여 일방향으로 회전하는 회전축에 수직되게 회전대를 부설하고 회전대의 말단에 서로 대향되도록 1 쌍의 발전기를 설치하여, 회전수단에 의하여 회전축이 회전하면 회전대가 회전축을 따라서 회전하면서 회전대의 양 말단에 설치된 발전기의 블레이드가 회전축의 회전하는 방향의 공기와 마찰되어 전력을 생산하도록 된 풍력 발전 장치의 구성을 특징으로 하는 것이다.
이하, 첨부 도면에 의거하여 본 발명의 상세한 실시예의 구성을 설명한다.
도 1 은 본 발명의 풍력 발전 장치의 발전 원리를 나타낸 개념도로서, 도 1a는 측면도, 도 1b 는 평면도이다.
본 발명의 풍력 발전 장치(1)는 마치 사람이 바람 개비를 한 장소에서 가만 히 들고만 있는 것보다는 바람 개비를 들고 뛰어가면 바람 개비의 날개의 전방으로부터 불어오는 공기와의 마찰력이 발생하여 바람 개비가 가만히 들고만 있을 때보다 더 빠른 속도로 회전하는 원리를 응용한 것이다.
즉, 본 발명의 풍력 발전 장치(1)는, 회전수단(40)에 의하여 회전축(20)이 회전하면, 이 회전축(20)에 수직하게 부착된 회전대(30)의 양 말단부에 회전축(20)과 등거리 이격되어 설치된 1 쌍의 발전기유닛(10,10')이 회전축(20)을 중심으로 원운동하게 되고, 이 발전기유닛(10,10')에 부설된 블레이드(blade)(11)에 원운동하는 방향으로부터 불어오는 바람과의 마찰력이 발생하여 회전대(30)가 회전하지 않을 때보다 더 빠른 속도로서 블레이드(11)가 회전하게 되며, 이렇게 빠른 속도로 회전하는 블레이드(11)의 회전력을 발전기 유닛(10,10')을 통하여 전기를 생산하여 이를 전선(50)을 통하여 축전 수단(B)에 공급하는 원리로 작동하는 것이다.
도면에 도시된 베이스(21) 및 지지다리(22)는 상기 회전축(20)의 안정된 회전을 지지하기 위한 구성요소이다.
이하, 상기와 같은 본 발명 풍력 발전 장치의 개념이 구현된 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2 는 본 발명의 풍력 발전 장치의 실시예의 사시도, 도 3 은 본 발명의 풍력 발전 장치의 실시예의 평면도, 도 4 는 본 발명의 풍력 발전 장치의 실시예의 측면도이다. 단, 도 1 과 동일한 부분에는 동일한 부호를 사용한다.
본 발명 실시예의 풍력 발전 장치(1)는, 모터나 엔진 등 회전력을 발생시키 는 회전수단(40); 및, 상기 회전수단(40)의 축에 결합되며 회전수단(40)의 구동에 의하여 일방향으로 회전하는 회전축(20); 및, 상기 회전축(20)에 수직 방향으로 부착되고 회전축(20)의 회전에 따라서 회전축(20)을 중심으로 회전하는 적어도 1 개 이상의 회전대(30); 및, 상기 회전대(30) 상에서 상기 회전축(20)으로부터 동일 거리 이격되어 대향되게 설치되고, 바람에 의하여 회전되는 블레이드(11)를 가진 1 쌍의 풍력 발전기 유닛(10,10'); 및, 상기 블레이드(11)에 회전에 의하여 생성된 전기를 축전 수단으로 공급할 수 있도록 상기 풍력 발전기 유닛(10,10')과 연결된 전선(50); 을 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명 실시예의 풍력 발전 장치(1)는, 상기 회전수단(40)을 설치하고 이를 지지하는 회전수단 베이스(41)와, 회전축(20)의 회전을 가이드하는 베이스(21) 및 베이스(21)를 지지하는 지지다리(22)를 더 포함하고 있다.
또한, 상기 풍력 발전기 유닛(10,10')가 회전할 때 유닛(10,10')의 하중 및 회전 원심력으로 인한 회전대(30)의 불안정한 흔들림을 방지하기 위하여, 본 발명의 풍력 발전 장치(1)가 설치되는 지면위에 상기 회전대(30)의 길이 만큼의 직경을 가지는 원 모양의 레일(70)을 부설하고, 상기 발전기 유닛(10,10')의 하부에는 수직 방향으로 바퀴 지지대(61)를 각각 설치하고, 바퀴 지지대(61)의 말단부에는 바퀴(60)를 부설하여 바퀴(60)가 상기 레일(70) 상을 활주하게 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명 풍력 발전 장치의 동작은 다음과 같다.
먼저, 모터나 엔진 등의 회전수단(40)이 구동하면 상기 회전수단(40)의 축과 결합한 회전축(20)이 상기 회전수단(40)의 회전을 따라서 일방향으로 회전하고, 상기 회전축(20)에 부착된 회전대(30)도 회전축(20)을 중심으로 원운동하게 된다.
그러면, 상기 회전대(30) 상에 설치된 발전기유닛(10,10')에 부설된 블레이드(11)에 원운동하는 방향으로부터 불어오는 바람과의 마찰력이 발생하여 발전기유닛(10.10')이 원운동하지 않을 때 보다 더 빠른 속도로서 회전하게 되고, 이렇게 빠른 속도로 회전하는 블레이드(11)의 회전력을 이용하여 발전기 유닛(10,10')을 통하여 전기를 생산하고 생산된 전기를 전선(50)을 통하여 축전 수단(B)에 공급한다.
이때, 상기 발전기유닛(10,10')이 회전하면서 유닛(10,10') 하부에 설치된 바퀴 지지대(61)에 연결된 바퀴(60)가 레일(70) 상을 활주하게 되고, 그럼으로써 바퀴(60)가 회전대(30)의 회전을 지지하여 발전기유닛(10,10')의 하중 및 원심력으로부터 회전대(30)의 불안정한 흔들림을 방지하게 되어, 기계적으로 안정적인 운동 성능을 유지할 수 있게 된다.
도 5 및 도 6 은 본 발명의 풍력 발전 장치의 다른 실시예의 사시도 및 평면도로서, 상술한 회전축(20) 상에 부설되는 회전대(30)를 2 개로 형성한 구성의 실시예이다.
본 발명의 다른 실시예는 회전축(20)의 회전에 의하여 원운동하는 2 개의 회전대(30)를 가짐으로써 이 회전대(30)의 말단에 각각 형성된 총 4 개의 발전기 유닛이 전기를 생성할 수 있게 되며, 이의 작용은 상술한 본 발명 실시예의 경우와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
위와 같이 본 발명의 실시예 및 다른 실시예에서는 상기 회전대(30)를 1 개 또는 2 개로 구성하였으나, 3 개 또는 4 개의 회전대(30)가 회전축(20)에 부착될 수 있어, 비교적 협소한 공간에서도 시간당 전력 생산 용량을 증가시킬 수 있다.
도 7 은 본 발명의 실시예의 회전 수단의 일례를 나타낸 도면이다.
본 발명 회전수단(40)은 실시예와 같이 엔진이나 모터를 이용하여 회전시키는 것이 바람직하나, 본 발명의 친환경적인 측면을 고려하여 (a)에 도시된 바와 같이 물 등의 유체가 흐르는 곳에 설치하는 수차(100)를 이용하여 회전 수단을 회전시키던가 또는 (b)에 도시된 바와 같이 소나 말 등의 가축을 이용하여 회전 수단을 회전시키는 연자방아(200)를 이용할 수 있다.
도 8 은 본 발명의 바퀴의 다른 일례를 나타낸 도면이다. 상술한 도 2 내지 도 6 에 도시된 바퀴(60)는 레일(70)상을 활주하는 구성이나, 도면에 도시된 바와 같이 풍력 발전기 유닛(10,10')의 각각의 하부에 수직 방향으로 한쌍의 바퀴지지대(61)를 설치하고, 각 바퀴 지지대(61)의 말단부에는 바퀴지지대(61)에 수직하게 연장부재(62)를 형성하고, 이 연장부재(62) 양 말단 하측에 바퀴(60)를 부설한 것이다. 상기와 같이 바퀴(60)를 부설하면 각 연장부재(62)에 형성된 총 4 개의 바퀴(60)를 통하여 지면에 충분한 접지력을 확보하여 지면상을 안정하게 활주할 수 있게 되어 상술한 바와 같은 레일(70)을 지면상에 부설하지 않아도 된다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 효과는, 회전축의 회전에 의하여 발전기 유닛의 블레이드의 회전 속도를 증가시킬 수 있으므로, 풍속이 강한 해안가나 고산 지대는 물론, 내륙 지역이나 지대가 얕은 곳 등 풍속이 미약한 지역에서도 경제성을 가지는 적정 용량의 전기를 획득할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수력이나 소나 말등의 가축 수단을 이용하여 회전축을 회전시키면 기초 자원의 투입이 없는 무공해 전력을 생산할 수 있게 된 효과가 있다.
또한, 회전대의 갯수를 증가시켜 발전기 유닛의 수를 증가시킬 수 있으므로 비교적 협소한 공간 내에서 많은 량의 전기를 생산할 수 있게 되어 풍력 발전에 있엇 단위 면적당 전력 생산량이 증가되는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 풍력 발전 장치에 있어서,
    회전수단(40); 및,
    상기 회전수단(40)의 축에 결합되며 회전수단(40)의 구동에 의하여 일방향으로 회전하는 회전축(20); 및,
    상기 회전축(20)과 수직 방향으로 부착되고, 회전축(20)의 회전에 따라서 회전축(20)을 중심으로 회전하는 적어도 1 개 이상의 회전대(30); 및,
    상기 회전대(30) 상에서 상기 회전축(20)으로부터 동일 거리 이격되어 대향되게 설치되고 바람에 의하여 회전되는 블레이드(11)를 가진 1 쌍의 풍력 발전기 유닛(10,10'); 및,
    풍력 발전기 유닛(10,10')과 연결되어 상기 블레이드(11)에 회전에 의하여 생성된 전기를 축전 수단으로 공급하는 전선(50); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전수단(40)를 지지하는 회전수단 베이스(41); 및,
    상기 회전축(20)의 회전을 가이드하는 베이스(21); 및,
    상기 베이스(21)를 지지하는 지지다리(22); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 풍력 발전기 유닛(10,10')이 회전할 때 유닛(10,10')의 하중과 회전 원심력으로 인한 회전대(30)의 불안정한 흔들림을 방지하기 위하여,
    지면위에 상기 회전대(30)의 길이 만큼의 직경을 가지고 부설된 원 모양의 레일(70); 및,
    상기 발전기 유닛(10,10')의 하부에 수직 방향으로 설치된 바퀴 지지대(61); 및,
    상기 바퀴 지지대(61)의 말단부에 부설되어 상기 레일(70) 상을 활주하는 바퀴(60), 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 풍력 발전기 유닛(10,10')이 회전할 때 유닛(10,10')의 하중과 회전 원심력으로 인한 회전대(30)의 불안정한 흔들림을 방지하기 위하여,
    상기 풍력 발전기 유닛(10,10')의 각각의 하부에 수직 방향으로 설치된 한쌍의 바퀴지지대(61); 및
    상기 바퀴 지지대(61)의 말단부에 바퀴지지대(61)와 수직하게 형성된 연장부 재(62); 및
    상기 연장부재(62) 양 말단 하측에 부설된 바퀴(60); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전수단(40)은 엔진이나 모터인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전수단(40)은 물 등의 유체가 흐르는 곳에 설치하는 수차(100)인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전수단(40)은 소나 말 등의 가축을 이용하는 연자방아(200)인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
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