KR100727376B1 - 가변식 수직축 풍력 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변식 다단 수직축 풍력 발전기에 있어서, 특히 다수개의 허브와 상기 허브에 맞물리는 다수개의 날개를 부착하고, 바람의 세기에 따라서 상기 날개를 접거나 펼수 있도록 한 것을 특징으로 하는 가변식 다단 수직축 풍력 발전기에 관한 것으로,

지면에 지지되는 원통 형상의 하우징과, 상기 하우징 내부에 설치되는 유압 실린더와, 상기 유압 실린더의 외주연에 베어링을 통해 결합되는 원통형의 동력전달수단과, 상기 동력전달수단 외부에 결합되는 사각형태의 허브와, 상기 허브에 날개 지지축을 통해 결합되는 날개와, 유압실린더 상부에 설치되어 유압실린더의 작동에 따른 피스톤의 상하 유동에 따라 움직이는 날개 개폐장치와, 상기 날개 개폐장치의 상하 유동에 상응하여 유동하며 허브에 슬라이딩 결합된 날개 개폐용 축과, 상기 날개 개폐용 축의 일지점에 설치되는 기억자 형태로서 타측 끝단이 연결핀을 통해 날개 지지축에 회전동력을 전달하는 날개 개폐로드를 포함하여 구성함이 특징이다.

가변, 다단, 수직축, 풍력 발전기

Description

가변식 수직축 풍력 발전기{A Wind Force Generator Using a Multistage Vertical Axis}

도 1은 본 발명의 수직축 풍력 발전기를 펼쳤을 때의 작동 상태도.

도 2는 본 발명의 수직축 풍력 발전기를 접었을 때의 작동 상태도.

도 3은 본 발명의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100: 하우징 200: 유압 실린더

210: 피스톤 300: 동력전달수단

400: 허브 500: 날개

510: 날개 지지축 600: 날개 개폐장치

700: 날개 개폐용 축 800: 연결핀

900: 날개 개폐로드

본 발명은 가변식 수직축 풍력 발전기에 관한 것으로, 특히 다수개의 허브와 상기 허브에 맞물리는 다수개의 날개를 부착하고, 바람의 세기에 따라서 상기 날개를 접거나 펼수 있도록 한 것을 특징으로 하는 가변식 수직축 풍력 발전기에 관한 것이다.

풍력은 주로 발전 분야에 많이 도입되고 있지만 펌핑 및 열변환 등의 분야에도 이용되고 있는 에너지원이다. 1990년대이후 기후변화 협약으로 인해 온실가스 감축이 발등에 떨어진 급박한 과제로 등장하면서 풍력발전은 화력이나 원자력 발전에 대응한 대안 중의 하나로 국내의 활용 가능성이 높게 인식되는 계기가 되었고 현재는 매우 빠른 속도로 발전하는 단계에 있다.

풍력발전기는 날개의 회전축이 놓인 방향에 따라 구분하면 수평축 발전기와 수직축 발전기가 있는데, 수직축 발전기는 수평축에 비해 날개면적이 크고 거추장스럽기 때문에 현재 풍력발전기 시장에서 수평축 발전기가 주류를 이룬다. 그러나 수평축 발전기는 풍차날개가 수평으로 뻗은 상태이기에 날개가 처지는 감이 있고, 따라서 날개의 처짐을 방지하려면 강도 및 경도가 높은 고급재료를 사용하여야 하며, 통상 철금속 등을 이용하여 제조할 경우는 중량이 무겁고 회전에 영향을 미침은 물론 가격 또한 고가인 문제점이 따르게 된다.

수직축 발전기의 일예로서 지상에 세워진 기둥(컬럼) 주위에 볼록한 형태의 큰 날개를 부착한 상태로 저속 회전하는 다레이어스 터빈은 상기한 수평축 발전기의 단점을 지니지 않으며 풍향에 무관하게 작동된다. 그러나 근본적으로 수평축 발전기에 비해 회전익에 작용하는 압력이 적기 때문에 설치공간이 넓은 반면 발전 효율이 나쁘다는 단점을 극복하지 못한다.

또한, 때때로 겪는 일이기는 하지만 초대형 태풍의 영향으로 강풍이 불어오면 회전익의 속도 변동이 심하여 발전이 중단되기도 하고 강풍을 따라 날아드는 파편에 의해 파손이 쉽다. 고급 자재를 사용해야 하는 수평축 발전기에 있어서 유지, 보수비용이 증가하여 더욱 경제성을 저하시키는 요인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결코자 하는 것으로, 수직축이 다단으로 형성된 발전기 시스템을 제공하고, 또한 바람이 일정이상이면 날개를 접도록 설계하여 수평축 발전기의 단점을 보완하고 아울러 강력한 발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 발명은 지면에 지지되는 원통 형상의 하우징과, 상기 하우징 내부에 설치되는 유압 실린더와, 상기 유압 실린더의 외주연에 베어링을 통해 결합되는 원통형의 동력전달수단과, 상기 동력전달수단 외부에 결합되는 사각형태의 허브와, 상기 허브에 날개 지지축을 통해 결합되는 날개와, 유압실린더 상부에 설치되어 유압실린더의 작동에 따른 피스톤의 상하 유동에 따라 움직이는 날개 개폐장치와, 상기 날개 개폐장치의 상하 유동에 상응하여 유동하며 허브에 슬라이딩 결합된 날개 개폐용 축과, 상기 날개 개폐용 축의 일지점에 설치되는 기억자 형태로서 타측 끝단이 연결핀을 통해 날개 지지축에 회전동력을 전달하는 날개 개폐로드를 포함하여 구성함이 특징이다.

또한, 상기 날개 개폐로드와 연결핀은 장공에 의해 결합되는 것이 특징이다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 수직축 풍력 발전기를 펼쳤을 때의 작동 상태도.

도 2는 본 발명의 수직축 풍력 발전기를 접었을 때의 작동 상태도.

도 3은 본 발명의 단면도로서,

본 발명의 가장 큰 특징은 수직축 지지형 발전기를 다단으로 제작할 수 있다는 것인바, 이러한 본 발명의 구성요소를 살펴보면, 지면에 지지되는 원통 형상의 하우징(100)과, 상기 하우징(100) 내부에 설치되는 유압 실린더(200)와, 상기 유압 실린더의 외주연에 설치되는 원통형의 동력전달수단(300)과, 상기 동력전달수단(300) 외부에 결합되는 사각형태의 허브(400)와, 상기 허브(400)에 결합되는 날개 (500)로 이루어진다.

그리고, 상기 날개(500)의 개폐수단으로서, 유압실린더 상부에 설치되어 유압실린더의 작동에 따른 피스톤(210)의 상하 유동에 따라 움직이는 날개 개폐장치(600)와, 상기 날개 개폐장치(600)의 상하 유동에 상응하여 유동하며 허브(400)가 슬라이딩 결합된 날개 개폐용 축(700)과, 상기 날개 개폐용 축(700)의 일지점에 설치되는 기억자 형태로서 타측 끝단이 연결핀(800)을 통해 날개 지지축(510)에 동력을 전달하는 날개 개폐로드(900)를 포함하여 구성한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명하기로 한다.

상기 하우징(100)은 원통형상으로서 바람의 저항을 회피할 수 있도록 구성되고 하부는 지면에 매설된다.

상기 하우징(100)의 상부에는 수평 지지대(110)가 설치되고, 상기 지지대(110)에는 수직한 일자 형태의 유압 실린더(200)가 설치된다.

상기 유압 실린더(200)는 유압에 따라서 피스톤(210)을 상부 또는 하부로 일정거리 이동시키는 구조이다.

상기 유압 실린더(200)의 외주연에는 베어링(220)을 지지수단으로하여 원통형의 동력전달수단(300)이 결합되며, 상기 동력전달수단(300)의 외주연에는 허브(400)가 결합되어 있다.

그리고, 허브(400)에는 니은지 형태의 날개 지지축(510)이 회동가능토록 축 결합되고, 상기 날개 지지축(510)에는 반원형태의 날개(500)가 결합된다.

이에 따라 날개(500)가 펼쳐진 상태에서 바람의 영향을 받아 회전하게 되면 허브(400)가 회전하고 이에 따라 동력전달수단(300)이 회전하여 발전동력을 얻는다.

그리고, 상기 동력 전달수단(300)은 동력중계수단(310)을 거처 전력발생장치(320)에 기계적 에너지를 출력하여 전기적 에너지로 바꿀 수 있도록 한다.

이하에서 날개의 접이식 특성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 날개(500)는 접거나 펼칠 수 있도록 설계하였는바, 이는 바람이 적당히 불 때에는 날개(500)를 전속력으로 회전시킬 수 있도록 하고, 태풍등으로 인하여 바람이 너무 강하게 불 때에는 날개(500)를 접어서 부러지가나 파손되는 것을 막도록 하기 위함이다.

이를 위해 본원발명에서는 날개(500)를 접거나 펼수 있는 구성을 구비하고 있는바, 유압실린더(200)와, 피스톤(210)과, 날개개폐장치(600)와, 날개개폐용 축(700)과, 날개개폐로드(900)와, 연결핀(800)을 구비하였다.

먼저, 날개(500)를 펼치는 동작을 살펴보기로 한다.

상기 유압 실린더(200)가 피스톤(210)을 하부로 하강시키면 날개개폐장치(600)가 하부로 하강하고 이에 따라 날개 개폐용축(700)이 하강한다.

그러면 상기 날개 개폐용 축(700)에 연결된 기억자 형태의 날개 개폐로드(900)가 하강하고 이에 따라 연결핀(800)이 눌려지면서 날개지지축(510)을 회전시켜 날개(500)가 90도로 펼쳐지도록 한다.

이때 상기 허브(400)는 동력전달수단(300)에 고정되어 있으므로 날개 개폐용 축(700)만이 허브(400)로부터 아래방향으로 유동한다.

물론, 이때 날개 개폐로드(900)와 연결핀(800)은 가변적으로 유동하여야 하기 때문에 날개 개폐로드(900)에는 장공이 형성되고, 상기 장공에 결합되는 연결핀(800)은 장공을 왕복으로 유동할 수 있도록 한다.

즉, 날개 개폐로드(900)를 하강하여 연결핀(800)을 하강시에 연결핀(800)이 날개지지축(510)을 중심으로 회전운동을 하게 되므로, 최초에는 연결핀(800)의 끝지점이 날개 개폐로드(900)에 결합되고 점차 연결핀(800)이 하강하면서 연결핀(800)의 끝지점이 날개 개폐로드(900)의 바깥쪽으로 이동하게 된다.

이러한 운동은 왕복운동을 회전운동으로 바꾸어 주어야 하는 상황이므로, 반드시 날개 개폐로드(900)와 연결핀(800)은 좌우로 유동가능토록 결합되어야 한다.

또한, 날개(500)를 접을 시에는 유압실린더(200)를 작동시켜 피스톤(210)을 상승시키고, 이에 따라 날개 개폐장치(600)가 상승하게 된다.

날개 개폐장치(600)가 상승하면 날개 개폐용 축(700)이 상승하고 이에 따라 연결핀(800)이 상승하며 날개 지지축(510) 아래로 회전시키게 된다.

이에 따라 상기 날개(500)는 하우징(100)에 바짝 달라붙게 되어 바람의 영향을 받지 않게 되므로 파손의 위험에서 벗어나게 되는 것이다.

이하에서 본 발명의 전체 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 바람의 세기가 기준이하이면 날개를 90도로 활짝 펼치는바, 날개개폐장치(600)를 하강하여 날개(500)가 펼쳐진 상태를 유지하며, 이때 날개(500)가 회전하면 허브(400)가 회전하고 이에 따라 원통형의 동력전달수단(300)이 회전한다.

이에 따라 동력전달수단(300)에 연결된 동력중계수단(310)이 회전하고 전력 발생장치(320)에 기계적인 동력을 전달하여 전기를 발생시킨다.

그리고, 이와 더불어 날개 개폐장치(600) 및 날개 개폐로드(900) 역시 회전한다.

그리고, 바람의 세기가 기준이상이면 날개를 접어야 하는바, 날개개폐장치(600)를 상승하여 날개(500)가 접혀진 상태를 유지하며, 이때에는 날개(500)가 회전하지 않으므로 동력전달수단(300)이 회전하지 않게 되고 따라서 동력중계수단(310)이 회전하지 않아 전력발생장치(320)로부터 전력이 생산되지 않는다.

따라서, 본 발명은 바람이 기준이상으로 세게 불 때에는 날개(500)가 바람의 영향을 받는 것을 막아서 파손으로부터 예방할 수 있고, 바람이 기준이하일때에는 날개(500)를 활짝 펼쳐서 최대한 전기에너지를 생산할 수 있다.

특히, 본 발명은 수직축에 다단으로 설치되므로, 최대한 많은 갯수의 단을 형성토록 하면 회전동력을 훨씬 많이 얻을 수 있으므로 비교적 바람이 약하더라도 전력생산에 차질이 없게 된다.

결국, 본 발명은 허브를 다수개 결합하여 수직축에 다단으로 날개를 설치할 수 있으며, 동시에 접이식으로 날개를 설계하여 평상시에는 보다 많은 전력을 생산하고 태풍등과 같이 바람이 많이 불 때에는 날개를 접어서 파손을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지 만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (2)

1. 지면에 지지되는 원통 형상의 하우징과,

   상기 하우징 내부에 설치되는 유압 실린더와,

   상기 유압 실린더의 외주연에 베어링을 통해 결합되는 원통형의 동력전달수단과,

   상기 동력전달수단 외부에 결합되는 사각형태의 허브와,

   상기 허브에 날개 지지축을 통해 결합되는 날개와,

   유압실린더 상부에 설치되어 유압실린더의 작동에 따른 피스톤의 상하 유동에 따라 움직이는 날개 개폐장치와,

   상기 날개 개폐장치의 상하 유동에 상응하여 유동하며 허브에 슬라이딩 결합된 날개 개폐용 축과,

   상기 날개 개폐용 축의 일지점에 설치되는 기억자 형태로서 타측 끝단이 연결핀을 통해 날개 지지축에 회전동력을 전달하는 날개 개폐로드를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 가변식 수직축 풍력 발전기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 날개 개폐로드와 연결핀은 장공에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 가변식 수직축 풍력 발전기.

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