KR100784345B1 - 수평형 풍력 발전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강풍에 의한 파손을 방지할 수 있도록 한 수평형 풍력 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수개의 수평형 풍차날개가 결합된 풍차 날개부 및 상기 풍차 날개부의 일측에 결합되어 상기 바람의 방향과 상기 풍차날개가 수직하도록 상기 풍차 날개부의 방향을 전환시키는 방향 전환판을 포함하여 이루어진 수평형 풍차 발전기에 있어서, 상기 방향 전환판은 상부에 기어가 구비된 수직축에 결합되고, 상기 기어는 상기 방향 전환판의 상부에 구비된 강풍 검출판의 수평축 기어와 결합되어 상기 강풍 검출판이 강풍에 영향을 받아 상기 수평축을 기준으로 회전할 때 상기 기어들의 맞물림 동작에 의해 상기 방향 회전판도 동시에 수직축을 기준으로 회전되어 상기 수평형 풍차날개를 강풍과 동일한 방향으로 향하게 하는 것과 풍차날개의 회전에 따라 전기를 생성하는 수평형 풍력 발전기에 있어서, 상기 풍차날개는 단면이 C자 형이며, 내부에는 상기 바람의 저항력을 높이기 위한 격벽이 다수개 형성된 것을 기술적 요지로 하는바, 방향전환판과 연동하는 강풍검출판이 구비됨으로써 강풍에 의한 파손을 최소한으로 줄일 수 있으며, 풍차날개 내부에 격벽을 형성시킴으로써 약풍에서도 보다 높은 회전력을 얻을 수 있는 효과가 있다.
수평형, 풍력 발전기, 강풍, 돌풍, 파손방지, 풍차

Description

수평형 풍력 발전기{HORIZONTAL WIND POWER GENERATOR}
도 1은 본 발명에 따른 수평형 풍력 발전기의 사시도,
도 2a ~ 도 2c는 본 발명에 따른 수평형 풍력 발전기의 동작을 설명하기 위한 사시도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
100: 수평형 풍력 발전기 110: 지지부
111: 지지몸체 113: 다리
115: 회전판 116: 주축 홀
117: 롤러 119: 주축
130: 풍차 날개부 131: 풍차 축 받이
133: 수평 풍차 축 135: 풍차날개
137: 격벽 150: 풍차 발전부
151: 발전기 153: 정지기
155: 전선 157: 축전지
170: 방향 전환부 171: 방향 전환판 축 받이
172:지지기둥 173: 방향 전환판 축
175: 방향 전환판 177: 방향 전환판 축 기어
190: 강풍 검출부 191: 지지판
192: 강풍 검출판 축 받이 193: 강풍 검출판 축
195: 강풍 검출판 197: 강풍 검출판 축 기어
198: 강풍 검출판 받침 199: 강풍 검출판 정지턱
본 발명은 수평형 풍력 발전기에 관한 것으로, 특히 강풍에 의한 파손을 방지할 수 있도록 한 수평형 풍력 발전기에 관한 것이다.
풍력발전은 자연의 바람으로 풍차를 돌리고, 이것을 기어기구 등을 이용하여 속도를 높여 발전기를 돌리는 발전 방식을 말한다. 풍력 발전기는 이러한 풍력발전을 달성하는 기구인바, 풍차날개의 설치 형상에 따라 수평 형과 수직 형으로 구분 된다.
우리나라의 경우 강풍이 장시간 동안 일정하게 부는 지역이 별로 없기 때문에, 작은 풍압을 이용하여 풍차를 회전시키는 데에 적합한 날개가 큰 구조의 수평형 풍력 발전기를 사용하는 것이 효율적이다.
그러나, 종래 수평형 풍력 발전기에 따르면, 갑작스럽게 돌풍이 불거나 태풍과 같은 강풍이 불 경우 이에 대처할 수 있는 장치가 없어 풍차날개가 쉽게 파손되는 문제점이 있었다.
또한 약풍에서는 풍차날개의 회전력이 약하여 생활에 필요한 충분한 전력을 얻을 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 방향전환판과 연동되는 강풍검출판을 구비시켜 강풍이 불 때 풍차날개부를 급선회시켜 풍차의 파손을 최소한으로 할 수 있도록 한 수평형 풍력 발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 단면이 C 자형인 풍차날개 내면에 날개 지지용 칸막이 판 즉, 격벽을 여러 개를 설치하여, 날개의 강도를 높일 뿐만 아니라 날개내면에 부딪힌 바람이 격벽 사이로 뭉쳐 보다 큰 압력을 발생시켜 약풍에 의해서도 풍차날개를 움직일 수 있도록 한 수평형 풍력 발전기를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 수평형 풍력 발전기는 다수개의 수평형 풍차날개가 결합된 풍차 날개부 및 상기 풍차 날개부의 일측에 결합되어 상기 바람의 방향과 상기 풍차날개가 수직하도록 상기 풍차 날개부의 방향을 전환시키는 방향 전환판을 포함하여 이루어진 수평형 풍차 발전기에 있어서, 상기 방향 전환판은 상부에 기어가 구비된 수직축에 결합되고, 상기 기어는 상기 방향 전환판의 상부에 구비된 강풍 검출판의 수평축 기어와 결합되어 상기 강풍 검출판이 강풍에 영향을 받아 상기 수평축을 기준으로 회전할 때 상기 기어들의 맞물림 동작에 의해 상기 방향 회전판도 동시에 수직축을 기준으로 회전되어 상기 수평형 풍차날개를 강풍과 동일한 방향으로 향하게 하는 것을 특징으로 한다.
이하에는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 2중 박판 키패드의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 수평형 풍력 발전기의 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 수평형 풍력 발전기(100)는 지지부(110); 풍차 날개부(130), 풍차 발전부(150), 방향 전환부(170) 및 강풍 검출부(190)를 포함하여 이루어진다.
먼저 지지부(110)는 상면에 롤러(117)가 구비된 원통형 지지몸체(111), 지지몸체(111)의 하면에 설치되어 지지몸체(111)를 지면으로부터 소정간격 이격되도록 지지하는 다리(113) 및 풍차날개부(130)와 결합되며, 롤러(117)상에 위치하여 풍차 날개부(130)가 지지몸체(111)의 주축(119)을 기준으로 바람의 방향에 따라 회전되도록 롤러(117)상을 구르는 회전판(115)을 포함하여 이루어진다.
따라서 상술한 지지부(110)는 옥외, 주택 옥상, 저수조 상부 또는 콘크리트 철근 구조물 등에 고정될 수도 있는데, 단단하게 고정시키기 위해서는 다리(113)에 볼트를 사용하여 고정하는 것이 바람직하다.
특히 회전판(115)의 하면에는 롤러(117)가 위치하는 원주를 따라 레일홈(미도시)을 형성시키는 것이 바람직하며, 하부에 스러스트 볼 베어링(미도시)을 설치하는 경우 회전판(115)의 하중을 지탱하면서 회 전력을 향상시킬 수 있을 것이다.
다음 풍차 날개부(130)는 회전판(115)에 결합된 풍차 축 받이(131), 풍차 축 받이(131) 사이에 회전가능하게 결합된 수평 풍차 축(133) 및 수평 풍차 축(133)에 등간격으로 결합된 3개의 풍차날개(135)를 포함하여 이루어지는바, 바람이 풍차날 개(135)에 부딪치면 풍차날개(135)는 수평 풍차 축(133)을 기준으로 회전하게 된다.
한편, 수평형 풍력 발전기(151)의 효율을 높이기 위해서는 약한 바람에도 풍차날개(135)가 회전하여 전력을 얻을 수 있도록 해야 하는바, 풍차날개(135)를 직사각형의 평판 모양으로 형성하기 보다는 단면이 각각 C모양을 이루도록 곡면처리한다.
즉, 회전방향으로는 C모양의 내부로 바람을 안고 많은 힘을 받아 회전하도록 하고 반 회전방향으로 바람이 풍차날개(135)의 곡면 표면을 따라 흘러나가도록 하여 회전방향과 반 회전방향의 풍압 차이가 발생하여 약한 바람에도 쉽게 회전되도록 한다.
특히, 본 발명에서와 같이 풍차날개(135) 내부에 격벽(137) 즉, 바람을 모으는 바람막이 판을 설치하는 경우 풍차날개(135)를 견고하게 할 뿐만 아니라 바람을 칸칸이 받아들여 같은 세기 및 같은 양의 바람이 유입되더라도 보다 높은 압력을 얻을 수 있게 된다. 더하여 격벽(137)을 설치하게 되면 바람뿐만 아니라 우천시에 내리는 비에 의해서도 물레방아와 같은 회전력을 얻을 수 있게 되는 효과가 있다.
한편, 상술한 격벽(137)은 수평 풍차 축(133)과 같은 방향 즉, 수평방향으로만 달성되며, 풍차날개(135)의 C모양 단면은 호의 양 끝을 잇는 직선과 상기 직선의 중심으로부터 호의 중심을 잇는 높이의 길이비가 4:1이 되도록 하는 것이 바람직하다.
다음 풍차 발전부(150)는 풍차날개(135)의 회전으로 발생하는 회전력으로 전기를 발생시키는바, 수평 풍차 축(133)과 연결된 발전기(151) 및 비상시 수평 풍차 축(133)의 회전을 정지시키는 정지기(153)를 포함하여 이루어진다. 발전기(151)로부터 발생된 전기는 전선(155)을 따라 지지몸체(111)의 하부에 위치한 축전지(157)로 유입되어 축전된다.
상술한 축전지(157)는 태양전지가 이용될 수도 있으며, 또는 일반적으로 사용되는 충전용 배터리가 사용될 수도 있다.
다음 방향 전환부(170)는 바람의 방향에 따라 풍차 날개부(130)를 회전시키는바, 풍차 날개부(130)의 측면에 설치되며, 회전판(115)의 측면에 결합된 방향 전환판 축 받이(171), 방향 전환판 축 받이(171) 상과 풍차 축 받이(131) 상에 각각 수직하게 결합된 지지기둥(172), 지지기둥(172)을 고정시키는 지지판(191) 및 방향 전환판(175)이 부착되며, 하부는 방향 전환판 축 받이(171)에 회전가능하게 결합되고 상부는 지지판(191)에 회전가능하게 결합되는 방향 전환판 축(173)을 포함하여 이루어진다. 특히 방향 전환판 축(173)의 상단에는 방향 전환판 축 기어(177)가 결합되어 있다.
다음 강풍 검출부(190)는 지지판(191) 상에 설치되는바, 지지판(191) 양단에 구비된 강풍 검출판 축 받이(192), 강풍 검출판(195)이 결합되고 방향 전환판 축 기어(177)와 맞물린 강풍 검출판 축 기어(197)가 구비되며 강풍 검출판 축 받이(192)에 회전가능하게 결합된 강풍 검출판 축(193), 약풍이 불 때 강풍 검출판(195)을 받치는 강풍 검출판 받침(198) 및 강풍이 불 때 강풍 검출판(195)을 정 지시키는 강풍 검출판 정지턱(199)을 포함하여 이루어진다.
따라서 강풍 검출판(195)은 약풍이 부는 경우 강풍 검출판 받침(198)에 놓여 있다가, 강풍이 불게 되면 강풍 검출판 축(193)을 기준으로 강풍 검출판 정지턱(199)까지 회전하게 되며, 이때 강풍 검출판 축 기어(197)와 방향 전환판 축 기어(197)의 맞물림 동작에 의해 방향 전환판(175)도 회전하게 된다.
즉, 순간적으로 돌풍이 불거나 강풍이 불게 되면 이를 강풍 검출판(195)의 회전에 의해 감지되고, 이어 강풍 검출판(195)과 함께 회전되는 방향 전환판(175)에 의해 풍차 날개부(130)가 회전판(115)과 함께 롤러(117)상을 회전하게 되며, 결국 풍차 날개부(130)는 강풍방향과 평행하게 됨에 따라 풍차날개(135)의 파손을 최소한으로 할 수 있는 효과가 발생한다.
도 2a ~ 도 2c는 본 발명에 따른 수평형 풍력 발전기의 동작을 설명하기 위한 사시도인바, 도 2a는 약풍이 부는 경우이고, 도 2b 및 도 2c는 강풍이 부는 경우를 나타낸다.
먼저 약풍이 부는 경우 바람의 방향에 따라 바람과 풍차날개(135)가 수직하도록 방향 전환판(175)이 회전판(115) 즉, 풍차 날개부(130)를 회전시킨다.
이때 강풍 검출판(195)은 강풍 검출판 받침(198)에 놓인 상태이며, 방향 전환판(175)은 바람부는 방향으로 향하게 된다.
따라서 풍차날개(135)가 바람과 수직하게 되므로 수평 풍차 축(133)은 회전하게 되며, 수평 풍차 축(133)이 회전함에 따라 수평 풍차 축(133)과 연결된 발전기(151)가 동작하여 발생된 전기는 전선(155)을 따라 축전지(157)에 저장된다.
한편, 도 2a 상태에서 강풍이 불게 되면 도 2b와 같이 강풍 검출판(195)은 강풍 검출판 축(193)을 중심으로 회전하게 되며, 이때 기어(197)(177)가 물려있는 상태이므로 방향 전환판(175)이 동시에 회전되어 강풍과 수직하게 되어 풍차 날개부(130)는 강풍방향으로 급선회하게 된다.
즉. 회전판(115)은 반시계방향으로 회전하여 도 2c와 같은 상태가 되는 것이다.
따라서 강풍은 풍차날개(135) 사이로 배풍되어 수평형 풍차 발전기(151)의 파손을 최소한으로 줄일 수 있게 된다.
이후 강풍이 다시 약풍으로 바뀌면 강풍 검출판(195)이 다시 원위치 즉, 강풍 검출판 받침(198)에 놓이게 되며 이때 방향전환판(175)도 동시에 회전되어 도 2a의 상태로 복귀한다.
본 발명의 수평형 풍력 발전기는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 수평형 풍력 발전기에 따르면, 강풍검출판을 구비함으로써, 바람의 방향과 속도의 변화에 따라 유연하게 대처 할 수 있어 강풍에 의한 파손을 최소한으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한 풍차날개 내부에 격벽을 설치함으로써, 풍차날개의 강도를 높임과 동시에 바람의 미끌림을 방지하여 약풍에서 보다 높은 풍차 효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 다수개의 수평형 풍차날개가 결합된 풍차 날개부 및 상기 풍차 날개부의 일측에 결합되어 상기 바람의 방향과 상기 풍차날개가 수직하도록 상기 풍차 날개부의 방향을 전환시키는 방향 전환판을 포함하여 이루어진 수평형 풍차 발전기에 있어서,
    상기 방향 전환판은 상부에 기어가 구비된 수직축에 결합되고, 상기 기어는 상기 방향 전환판의 상부에 구비된 강풍 검출판의 수평축 기어와 결합되어 상기 강풍 검출판이 강풍에 영향을 받아 상기 수평축을 기준으로 회전할 때 상기 기어들의 맞물림 동작에 의해 상기 방향 회전판도 동시에 수직축을 기준으로 회전되어 상기 수평형 풍차날개를 강풍과 동일한 방향으로 향하게 하는 것을 특징으로 하는 수평형 풍력 발전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 강풍 검출판의 일측에는 상기 강풍 검출판이 강풍에 영향을 받아 동작할 수 있는 각을 유지하도록 상기 강풍 검출판을 받치는 강풍 검출판 받침이 구비되며, 상기 강풍 검출판의 타측에는 강풍 검출판이 강풍에 영향을 받아 동작할 때 방향 전환판이 강풍과 동일한 방향으로 유지될 수 있도록 하는 정지턱이 구비된 것을 특징으로 하는 수평형 풍력 발전기.
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