KR100928126B1 - 횡축 다단 풍력 터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대기에 흐르는 풍력에너지를 여러 단으로 이루어진 횡축의 블레이드에 유입시켜 전기에너지로 변환하는 다단 풍력터빈 발전장치에 관한 것으로, 정면에서 흐르는 바람을 측면의 블레이드 방향으로 바꿔주는 유도통로와 저풍속시 상부의 빠른 바람을 막아서 출력을 높이도록 하는 바람막이와 이에 의해 구동되는 횡축 다단 풍력터빈으로 대용량 발전장치를 구성하는 것을 특징으로 한다.

유도 통로는 상부 또는 전면에서 들어오는 풍력에너지의 방향을 측면으로 유도한 후 뒷면으로 배기되도록 하고, 바람막이는 저풍속시 대기 상부의 빠른 바람이 하부의 풍력터빈 방향으로 모여서 흐르도록 하고, 다단 풍력터빈은 일정 간격으로 여러 단이 구성된 블레이드가 대용량 발전기를 회전시켜 전기가 발생된다. 따라서 기존의 풍력 발전장치와 달리 회전부가 대기에 노출되지 않고 무게 중심이 하부에 있으면서도 대용량으로 전기 생산이 가능하게 됨은 물론, 다양한 형태로 구성이 가능하므로 풍력터빈 구조물로 인한 시각적인 환경공해를 줄여 친환경적인 풍력 발전장치를 제공한다.

풍력, 다단터빈, 바람막이, 발전장치

Description

횡축 다단 풍력 터빈{Transverse Axle Multistage Windpower Turbine}

본 발명은 대기의 넓은 면적에 흐르는 풍력에너지를 여러 단으로 이루어진 횡축의 블레이드에 유입시켜 전기에너지로 변환하는 다단 풍력터빈 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여러 개의 단으로 배열된 다단 풍력터빈을 바람이 부는 방향으로 전환이 가능한 기초나 해상의 부유체 상부에 설치하여 풍력터빈의 각단 전면으로는 바람을 유입시키고 뒷면으로는 부압에 의해 배기가 자연스럽게 될 수 있도록 유도통로를 설치함으로써, 풍력터빈의 각 단이 바람의 속도에너지에 의해 회전력을 가지게 된다. 풍속이 부족할 경우에는 대기 상부로 바람막이를 세워서 빠른 속도의 바람이 유입되도록 구비하고 여러 단의 회전력이 모여서 대용량 발전기를 구동하게 된다. 따라서 기존의 풍력 발전장치와 달리 회전부가 대기에 노출되지 않고 무게 중심이 하부에 있으면서도 대용량으로 전기 생산이 가능하게 되고, 풍력터빈 구조물로 인한 시각적인 환경공해를 줄일 수 있는 친환경적인 풍력 발전장치를 제공한다.

각종 터빈의 블레이드는 속도에너지가 있는 유체를 유입시키면서 배기가 잘 일어나도록 유로를 형성해 줄 경우 블레이드를 지나가는 유체의 속도에너지에 의해 회전력이 발생하게 된다. 이때 유체의 흐름 방향과 블레이드의 회전각이 직각으로 일치하지 않더라도 적절한 안내날개와 유도통로를 설치하여 방향을 전환하고 블레이드의 각도를 유체의 유입방향과 일치하게 설계할 경우 유로 변경에 따른 마찰 손실을 제외한 속도에너지는 회전에너지로 전환이 가능하게 된다.

그러므로 대기중에 넓게 흐르는 풍력 에너지를 횡으로 연속 배열된 블레이드에 적절한 각도로 유입시키고 뒷면은 부압에 의한 배기가 일어나도록 할 경우 블레이드 측으로 유로가 형성되어 다단 풍력터빈의 구성이 가능해지게 된다.

본 발명은 대기의 넓은 면적에 흐르는 풍력에너지를 여러 단으로 이루어진 횡축의 블레이드에 유입시켜 전기에너지로 변환하는 다단 풍력터빈 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여러 개의 단이 횡으로 배열된 다단 풍력터빈을 바람이 부는 방향으로 전환이 가능한 기초나 해상의 부유체 상부에 설치하여 풍력터빈의 각단 전면으로는 바람을 유입시키고 뒷면으로는 부압에 의해 배기가 자연스럽게 될 수 있도록 유도통로를 설치함으로써, 풍력터빈의 각 단이 바람의 속도에너지에 의해 회전력을 가지게 되는 다단 풍력터빈 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력 발전기는 바닥에 기초와 기둥을 세우고 상부에 대형 회전부와 발전기를 설치하므로 비용이 많이 들고 높은 곳에서의 설치작업에 어려움이 많았을 뿐만 아니라, 주변 환경에 어울리지 않는 구조물로 인해 환경적인 저해요인이 있었다.

풍력 발전장치는 자연 환경과 잘 어울리고 효율적으로 대용량화 할 수 있는 친환경적인 기술이 요구되며, 또한 설치가 간단하면서도 유지보수가 쉬운 기술개발이 요구되고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풍력 발전장치를 환경에 잘 어울리도록 모양을 다양하게 제작이 가능하고 풍력터빈 블레이드의 크기를 무한정 늘리지 않고도 다단으로 풍력터빈을 구성하여 대용량 전기를 생산할 수 있는 친환경적인 풍력 발전장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은, 바람의 방향에 따라 자유롭게 움직이도록 방향 전환이 가능한 해상 부유체 또는 기초 구조물과; 대기의 넓은 면적으로 흐르는 바람을 유도하여 풍력터빈의 블레이드로 흐르게 하고 뒷면에서는 부압으로 배기가 이루어지게 하는 유도통로와; 유도 통로를 통하여 흐르는 풍력에너지로 횡으로 여러개 배열하여 구동되는 다단 풍력터빈과; 저풍속시 대기의 상층부로 흐르는 빠른 바람을 하부로 유도하는 바람막이와; 다단 풍력터빈의 회전에 의해 전기가 발생되는 발전기로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 주변 환경과 잘 어울리도록 바람막이와 풍력터빈 형태를 친환경적으로 모양으로 설치하고, 정비가 필요할 경우 하부에서 쉽게 고칠 수 있는 특징이 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 풍력 발전장치에 따르면, 대용량의 풍력터빈 설 비를 저비용으로 짧은 시간에 설치할 수 있고 주변 환경과 잘 어울리게 형태를 구성할 수 있어 환경저해 요인을 줄일 수 있으며, 회전부가 하부에 있으므로 무게 중심을 낮춰 안정적인 구조의 설비를 구성할 수 있고 고장시에도 간단하게 정비를 할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 설명하도록 하겠다.

도 1은 본 발명에 의한 다단 풍력 발전장치의 평면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 다단 풍력 발전장치의 평면 단면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 다단 풍력 발전장치의 측면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 다단 풍력 발전장치의 정면도이고, 도 5는 도 3에 도시된 풍력터빈의 다른 설치상태를 나타낸 측면도이고, 도 6은 도 3에 도시된 풍력터빈의 또 다른 설치상태의 측면도이고, 도 7은 도 2에 도시된 풍력터빈의 다른 상태를 나타낸 평면 단면도를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 풍력 발전장치는 도 1 내지 도 2, 도 3, 도 4에서와 같이, 바람의 방향에 따라 자유롭게 움직이도록 방향 전환이 가능한 해상 부유체(50)와; 부유체(50)를 바다의 일정지점에 고정하는 고정부(500)와; 대기에 흐르는 바람을 유도하여 풍력터빈(300)의 전면에서는 블레이드로 흐르게 하고 뒷면에서는 부압으로 배기가 이루어지게 하는 유도통로(200)와; 풍력에너지가 부족할 경우 대기 상부의 빠른 바람을 하부로 흐르게 하는 바람막이(210)와; 전면으로부터 불어오는 바람 이 직접 블레이드 끝의 팁 부분에 부딪히는 것을 방지하여 손실을 줄여주는 보호카바(220)와; 바람이 부는 방향으로 정확히 일치하도록 방향을 바로 잡아주고 시각적인 효과를 살릴 수 있는 돛(230)과; 횡으로 여러 단을 배열하여 유도 통로(200)를 통하여 흘러 들어오는 풍력에너지에 의해 구동되는 다단 풍력터빈(300)과; 다단 풍력터빈(300)의 회전에 의해 전기가 발생되는 발전기(400)가 구비된다.

부유체(50)는 전체 발전장치의 하중을 지탱하고 무게균형을 이루도록 설치하고, 바다 한 지점의 고정부(500)에 바람의 방향으로 움직일 수 있도록 연결된다.

유도통로(200)는 대기에 흐르는 바람을 일정한 방향으로 유도하도록 대각선으로 가로질러 설치되는 것으로, 풍력터빈(300)의 전면에서는 블레이드로 흐르게 하여 회전력을 가지게 하고 뒷면에서는 부압이 형성되어 배기되도록 함으로써 풍력의 속도에너지를 블레이드의 회전에너지로 전환되게 한다. 여기에는 바람이 과다하게 세게 불 때는 저항없이 뒷면으로 바로 통과하도록 개폐가 가능한 창이 설치된다.

바람막이(210)는 저풍속시 대기의 상층부로 흐르는 빠른 바람을 하부로 흐르게 하여 출력을 높일 수 있도록 하는 것으로, 유도통로(200)의 상부로 돌출하여 상부의 바람이 유도통로(200)측으로 흘러 들어오도록 구배가 져서 설치되고 바람이 세게 불 때는 아래로 젖힐수 있게 하여 바람의 영향을 받지 않도록 구비된다.

풍력터빈(300)은 여러 단의 블레이드와 회전축(310)이 횡으로 배열된 다단 풍력터빈으로, 각 단의 전면으로 유도통로(200)를 통해서 들어오는 바람의 속도에너지에 의해 블레이드가 회전하도록 구성된다.

돛(230)은 유도통로(200)로 유입되는 바람의 영향에 의하여 한쪽 방향으로 밀리는 것을 방지하기 위하여 바람이 부는 방향으로 바로 잡아주도록 설치된다.

고정된 기초(100)에 설치할 경우에는 도 5에서와 같이 상부구조물(130)이 중심축(110)을 중심으로 바람의 방향으로 전환하면서 풍력터빈(300)이 구동될 수 있도록 구성된다.

또한 더 큰 용량으로 설비를 구성할 경우 도 6에서와 같이 여러 층으로 쌓아 올려 적은 면적에서도 대용량으로 전기를 생산할 수 있게 된다.

또 다른 설치예로서 도 7에서와 같이 계곡이나 양방향으로 흐르는 지형에 설치하고 어느 방향에서 바람이 유입하더라도 풍력터빈(300)이 회전하여 전기를 생산할 수 있게 된다.

이상에서와 같이 본 발명은 기존의 풍력발전장치에서 단점으로 지적된 저밀도 바람에서의 효율저하와 설치의 비경제성, 정비의 어려움 등 많은 문제점을 가지고 있었던 것에 비해 효율성을 극대화하면서 설치가 용이한 풍력 발전장치를 제공할 수 있다. 또한 기존의 풍력 발전장치와 달리 상부에 회전부가 노출되지 않고 다양한 형상으로 다단의 대용량 발전설비를 구성함으로써, 친환경적인 풍력 발전장치를 제공할 수 있는 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 본 발명에 의한 다단 풍력 발전장치 평면도

도 2는 본 발명에 의한 다단 풍력 발전장치 평면 단면도

도 3은 본 발명에 의한 다단 풍력 발전장치 측면도

도 4는 본 발명에 의한 다단 풍력 발전장치 정면도

도 5는 도 3에 도시된 풍력터빈의 다른 설치상태를 나타낸 측면도

도 6은 도 3에 도시된 풍력터빈의 또 다른 설치상태를 나타낸 측면도

도 7은 도 2에 도시된 풍력터빈의 다른 상태를 나타낸 평면 단면도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

50 : 부유체

100 : 기초 110 : 중심축

120 : 롤러 130 : 상부구조물

200 : 유도통로 210 : 바람막이

220 : 보호카바 230 : 돛

300 : 풍력터빈

310 : 회전축 320 : 받침대

400 : 발전기

500 : 고정부

Claims (8)

1. 대기에 흐르는 풍력에너지를 여러 단으로 이루어진 횡축의 블레이드에 유입시켜 전기에너지로 변환하는 다단 풍력터빈 발전장치에 있어서, 바람의 방향에 따라 자유롭게 움직이도록 방향 전환이 가능한 해상 부유체(50) 또는 구조물의 기초(100)와; 대기의 넓은 면적으로 흐르는 바람을 유도하여 풍력터빈(300)의 전면에서는 블레이드로 흐르게 하고 뒷면에서는 부압으로 배기가 이루어지게 하는 유도통로(200)와; 횡으로 여러 단을 배열하여 유도 통로(200)를 통하여 흐르는 풍력에너지에 의해 구동되는 다단 풍력터빈(300)과; 다단 풍력터빈(300)의 회전에 의해 전기가 발생되는 발전기(400)로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치
2. 청구항 1에 있어서;

   상기의 유도통로(200)는 대기에 흐르는 바람을 일정한 방향으로 유도하는 것으로, 풍력터빈(300)의 전면에서는 블레이드로 흐르게 하여 회전력을 가지게 하고 뒷면에서는 부압이 형성되어 배기가 이루어지게 함으로써 바람의 속도에너지를 블레이드의 회전에너지로 전환되게 하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치
3. 청구항 2에 있어서;

   상기의 유도통로(200)는 바람이 과다하게 세게 불 때는 면적의 일부에 형성된 창이 열려서 유입된 바람이 저항없이 뒤로 바로 통과하도록 구성하여 풍력터빈(300)과 구조물을 보호하도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치
4. 청구항 2에 있어서;

   상기의 유도통로(200) 상부에는 저풍속시 대기의 상층부로 흐르는 빠른 바람을 하부로 유도하여 출력을 높일 수 있는 바람막이(210)가 설치되며, 유도통로(200) 상부로 돌출하여 상부의 바람이 유도통로(200)측으로 흘러 들어오도록 구배가 져서 설치되고 바람이 세게 불 때는 구동장치가 아래로 젖혀질 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치
5. 청구항 1에 있어서;

   상기의 풍력터빈(300)은 여러 단의 블레이드와 회전축(310)이 횡으로 배열된 다단 풍력터빈으로, 각 단의 전면으로 유도통로(200)를 통해서 들어오는 바람의 속도에너지에 의해 블레이드를 회전하고 여러 단의 회전에너지에 의해 대용량의 발전기를 구동하도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치
6. 청구항 5에 있어서;

   상기의 다단 풍력터빈(300)은 유도통로(200)로 유입되는 바람의 영향에 의하여 한쪽 방향으로 밀리는 것을 방지하기 위하여 방향을 잡아주는 돛(230)을 설치하고, 밀리는 힘을 상쇄하도록 양방향 대칭으로 배치하여 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치
7. 청구항 5에 있어서;

   상기의 다단 풍력터빈(300)은 발전용량을 늘이기 위하여 횡으로 단을 추가하여 늘일 수 있고, 상부로 높이 층을 쌓아올려 다층구조의 다단 풍력터빈으로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치
8. 청구항 5에 있어서;

   상기의 다단 풍력터빈(300)은 계곡이나 바람이 일정한 방향으로만 흐르는 지형에 설치하여 양방향으로 모두 유도통로(200)를 이용하여 바람을 유입하고 회전이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치

Images