KR101030483B1 - 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기에 관한 것으로, 설치대(10)와; 회전축(20)과; 축받이(20')와; 'ㄷ'자상 지지대(30)와; 다수의 내측 날개 설치구(40)와; 지지봉(40')과; 외측 날개 설치구(50)와; 지지링(60)과; 수직 지지봉(60')과; 풍차날개(70)와; 상기 풍차날개(70)가 상하 다단으로 그룹을 이루어 그룹 사이의 수직 회전축(20) 상에 설치되어 'ㄷ'자상 지지대(30)에 와이어(81)로 연결되는 지지구(80)와; 상기 설치대(10)의 중심부 하면에 설치되는 발전수단(90)과; 상기 내측 날개 설치구(40) 상부 수직 회전축(20) 상에서 상하로 이동가능 하게 설치되어 풍차날개(70)의 변위를 고정시키는 풍차날개 고정수단(90') 및; 상기 수직 회전축(20)의 하단부측에 설치되는 고정수단 구동장치(100)로 구성되어 바람의 풍속이 낮은 미풍에서 작동 가능하면서 풍향에 관계없이 작동가능하여 발전 효율이 높고, 바람의 반대방향에서 풍차날개를 접고, 바람의 방향에서 풍차날개를 전개함으로써 풍차축의 회전력에 작용하는 저항력의 최소화로 발전 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 간단한 구조로 제작이 용이하면서도 설치 장소에 제한 없이 다양한 곳에 다수설치하여 단위 면적당 전력 생산량의 극대화가 가능하므로 산업화할 수 있으면서도 온실가스 등의 공해를 일으키지 않아 친환경적으로 전기를 생산할 수 있는 각별한 장점이 있는 유용한 발명이다.
Description
본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바람의 반대방향에서는 풍차날개가 접혀지고, 바람이 부는 방향에서 풍차날개가 펼처져 바람의 반대 방향에서 풍차날개가 받는 공기의 저항을 최소화하여 발전효율을 제고하는 것이 가능하면서도 다수의 풍차발전기를 설치 장소에 구애됨이 없이 용이하게 설치할 수 있고 좁은 공간에 다수대의 풍차발전기를 설치할 수 있어 단위 면적당 전력 생산량의 극대화가 가능하므로 산업화할 수 있는 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기에 관한 것이다.
일반적으로 현재사용되는 발전방법으로는 대규모의 화석연료를 사용하는 화력발전이나, 우랴늄을 사용하는 원자력발전이나, 대규모의 담수설비가 필요한 수력발전 등을 들 수 있으나, 이러한 발전방식들은 대기오염이나 온난화의 주범이거나 처리가 곤란한 방사선폐기물을 발생하거나 커다란 환경파괴를 불러 일으키므로 보다 친환경적인 발전방식이 시급히 요구되고 있는 실정이며, 이러한 대체적인 친환경발전방식으로 태양열발전, 풍력발전이 가장 널리 연구되고 있으며 이중 바람의 힘을 이용한 풍력발전이 가장 널리 선호되며 3면이 바다로 둘러싸인 우리나라에서는 풍력발전에 대한 관심이 더욱 요구되고 있는 실정이다.
풍력발전은 대기의 밀도차에 의하여 공기가 이동하는 바람을 이용하는 것으로 종래의 풍력발전에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 5m 이상의 높이로 기둥을 고정 설치하고 기둥의 상단에 2개 이상의 날개를 구비한 프로펠러형 블레이드를 설치하여 프로펠러형 블레이드의 회전에 따라 전기를 발생하는 발전기로 구성되어 있어, 프로펠러형 블레이드가 회전함에 따라 발전기에 의하여 발전이 이루어지며, 상기와 같이 작동하는 다수개의 풍력 발전장치에서 생산된 전력을 모아서 충전체에 충전시켜 사용하는 방식이나, 이러한 종래의 풍력발전은 바람이 일정한 속도 이상으로 유지되고 공기의 밀도가 높아야 프로펠러형 블레이드가 회전을 함으로써 바람의 힘을 동력으로 변환할 수 있으므로 미풍이 불어올 경우에는 발전이 불가능하다는 문제점이 있어, 바람의 방향이 일정치 않은 도시지역 및 산간지방에는 효율성이 결여된다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 강풍 등에 의해 쉽게 파손됨으로써 유지 보수가 비경제적이며 그 시설비용에 경제성이 결여되어 있다는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하고자 개발된 것으로서, 실용신안등록 제0348990호의 "풍력발전기용 프로펠러"가 안출되어 등록실용신안공보에 게시되어 있다.
상기 실용신안등록 제0348990호의 "풍력발전기용 프로펠러"는 도 2에 도시한 바와 같이 풍력발전기용 프로펠러에 있어서, 상기 프로펠러는 회전되며 발전기에 접속되어 발전을 수행하는 주축(1)과, 상기 주축(1)에 직각으로 고정되며 주축(1)을 회전시키도록 주축(1)을 중심으로 하여 회전됨과 동시에 바람의 방향에 따라 축선(4)을 중심으로 하여 회동되는 구동축(2)과, 상기 구동축(2)의 양단에 고정되고 바람의 방향에 따라 상기 구동축(2) 상에서 회동되면서 바람을 맞아 구동축(2)의 축선(4)을 중심으로 하여 전개 및 접철회동되는 날개판(3)으로 구성되고, 상기 주축(1)의 상단에는 상기 주축(1)에 일체로 고정되어 함께 회전되며 상기 구동축(2)을 회동가능하게 고정하는 지지브라켓(5)이 고정되어 있고, 상기 지지브라켓(5)의 측방에는 수평외향으로 연장되는 간극유지편(6)이 연장 성형되어 있는 구성으로 이루어져 바람의 방향에 따라 일측 날개판(3)은 전개되고 타측 날개판(3)은 접철되어 바람의 풍속이 낮은 미풍에도 작동하는 것이 가능한 것이다.
그러나 상기한 실용신안등록 제0348990호의 "풍력발전기용 프로펠러"는 부는 바람에 의해 날개판(3)이 전개 또는 접철되는 것이기는 하나, 날개판(3)이 90°이동하여 전개 또는 접철되는 것이기 때문에 날개판(3)이 잘 전개되지 않거나 잘 접철되지 않는 경우가 야기되는 결점이 있을 뿐만 아니라 날개판(3)이 설치된 구동축(2)에 다수의 날개판(3)을 설치할 수 없어 효율 높은 발전을 할 수 없다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 통상적인 풍력발전기에서 야기되는 여러 가지 결점 및 문제점 들을 해결하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 바람의 풍속이 낮은 미풍에서 작동 가능하면서 풍향에 관계없이 작동가능하여 발전 효율이 높은 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 바람의 반대방향에서 풍차날개를 접고, 바람의 방향에서 풍차날개를 전개함으로써 풍차축의 회전력에 작용하는 저항력의 최소화로 발전 효율을 향상시킬 수 있는 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 간단한 구조로 제작이 용이하면서도 설치 장소에 제한 없이 다양한 곳에 다수 설치할 수 있어 단위 면적당 전력 생산량의 극대화가 가능하므로 산업화가 가능하면서도 온실가스 등의 공해를 일으키지 않아 친환경적으로 전기를 생산하는 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기는 '+'자 상으로 바닥에 세워지고 중심부에 수직 회전축 지지대를 구비하는 설치대(10)와; 상기 설치대(10)의 중심부에 회전가능하게 세워서 설치되는 수직 회전축(20)과; 상기 수직 회전축(20)의 상단부가 회전가능하게 삽입되는 축받이(20')와; 상기 축받이(20')와 설치대(10) 사이에 연결 고정되는 'ㄷ'자상 지지대(30)와; 상기 수직 회전축(20) 상에 상하로 일정한 간격을 두고 고정 설치된 다수의 내측 날개 설치구(40)와; 내측 날개 설치구(40)에 일측 단부가 고정되는 지지봉(40')과; 상기 지지봉(40')의 바깥측 단부가 고정되는 외측 날개 설치구(50)와; 동일 수평 평면상의 상기 외측 날개 설치구(50)에 연결되는 강선으로 이루어지는 지지링(60)과; 상기 상하 외측 날개 설치구(50)가 상하 다단으로 그룹을 이루어 동일 그룹내 외측 날개 설치구(50) 끼리 상하로 연결되는 강선으로 이루어지는 수직 지지봉(60')과; 상기 내측 날개 설치구(40)와 외측 날개 설치구(50) 사이마다 상하 다단으로 설치되는 풍차날개(70)와; 상기 풍차날개(70)가 상하 다단으로 그룹을 이루어 그룹 사이의 수직 회전축(20) 상에 설치되어 'ㄷ'자상 지지대(30)에 와이어(81)로 연결되는 지지구(80)와; 상기 설치대(10)의 중심부 하면에 설치되는 발전수단(90)과; 상기 내측 날개 설치구(40) 상부 수직 회전축(20) 상에서 상하로 이동가능 하게 설치되어 풍차날개(70)의 변위를 고정시키는 풍차날개 고정수단(90') 및; 상기 수직 회전축(20)의 하단부측에 설치되는 고정수단 구동장치(100)로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 바람의 풍속이 낮은 미풍에서 작동 가능하면서 풍향에 관계없이 작동가능하여 발전 효율이 높고, 바람의 반대방향에서 풍차날개를 접고, 바람의 방향에서 풍차날개를 전개함으로써 풍차축의 회전력에 작용하는 저항력의 최소화로 발전 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 간단한 구조로 제작이 용이하면서도 설치 장소에 제한 없이 다양한 곳에 다수설치하여 단위 면적당 전력 생산량의 극대화가 가능하므로 산업화할 수 있으면서도 온실가스 등의 공해를 일으키지 않아 친환경적으로 전기를 생산할 수 있는 각별한 장점이 있다.
도 1은 종래 통상적인 풍력발전기의 사시도,
도 2는 종래 풍력발전기용 프로펠러의 사시도,
도 3은 본 발명 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기의 사시도,
도 4a는 시계방향으로 회전하는 본 발명에 따른 풍차날개의 설치상태를 나타낸 사시도,
도 4b는 시계반대방향으로 회전하는 본 발명에 따른 풍차날개의 설치상태를 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기의 요부 분해 사시도,
도 6a는 본 발명에 따른 내측 날개 설치구 및 이동구의 또 다른 일실시예를 나타낸 사시도,
도 6b는 본 발명에 따른 풍차날개의 그룹별 내측 날개 설치구 및 이동구의 다단 배열상태를 나타낸 도면,
도 6b는 본 발명에 따른 내측 날개 설치구 및 이동구의 또 다른 일실시예를 나타낸 사시도,
도 7a는 풍차날개의 회전가동시 본 발명에 따른 고정수단 구동장치를 나타낸 도면,
도 7b는 풍차날개의 회전정지시 본 발명에 따른 고정수단 구동장치를 나타낸 도면,
도 8a는 풍차날개의 회전가동시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동상태를 설명하기 위한 도면,
도 8b는 풍차날개의 회전정지시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동상태를 설명하기 위한 도면,
도 9a는 풍차날개의 회전가동시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동상태를 나타낸 도면,
도 9b는 풍차날개의 회전정지시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동상태를 나타낸 도면,
도 10a는 풍차날개의 회전가동시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동에 의해 변위된 풍차날개의 상태를 나타낸 도면,
도 10b는 풍차날개의 회전정지시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동에 의해 변위된 풍차날개의 상태를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기를 다수 설치한 경우에 풍차날개 사이의 바람흐름을 나타낸 개략적인 평면도이다.
도 2는 종래 풍력발전기용 프로펠러의 사시도,
도 3은 본 발명 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기의 사시도,
도 4a는 시계방향으로 회전하는 본 발명에 따른 풍차날개의 설치상태를 나타낸 사시도,
도 4b는 시계반대방향으로 회전하는 본 발명에 따른 풍차날개의 설치상태를 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기의 요부 분해 사시도,
도 6a는 본 발명에 따른 내측 날개 설치구 및 이동구의 또 다른 일실시예를 나타낸 사시도,
도 6b는 본 발명에 따른 풍차날개의 그룹별 내측 날개 설치구 및 이동구의 다단 배열상태를 나타낸 도면,
도 6b는 본 발명에 따른 내측 날개 설치구 및 이동구의 또 다른 일실시예를 나타낸 사시도,
도 7a는 풍차날개의 회전가동시 본 발명에 따른 고정수단 구동장치를 나타낸 도면,
도 7b는 풍차날개의 회전정지시 본 발명에 따른 고정수단 구동장치를 나타낸 도면,
도 8a는 풍차날개의 회전가동시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동상태를 설명하기 위한 도면,
도 8b는 풍차날개의 회전정지시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동상태를 설명하기 위한 도면,
도 9a는 풍차날개의 회전가동시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동상태를 나타낸 도면,
도 9b는 풍차날개의 회전정지시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동상태를 나타낸 도면,
도 10a는 풍차날개의 회전가동시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동에 의해 변위된 풍차날개의 상태를 나타낸 도면,
도 10b는 풍차날개의 회전정지시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동에 의해 변위된 풍차날개의 상태를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기를 다수 설치한 경우에 풍차날개 사이의 바람흐름을 나타낸 개략적인 평면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기의 사시도, 도 4a는 시계방향으로 회전하는 본 발명에 따른 풍차날개의 설치상태를 나타낸 사시도, 도 4b는 시계반대방향으로 회전하는 본 발명에 따른 풍차날개의 설치상태를 나타낸 사시도, 도 5는 본 발명 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기의 요부 분해 사시도, 도 6a는 본 발명에 따른 내측 날개 설치구 및 이동구의 또 다른 일실시예를 나타낸 사시도, 도 6b는 본 발명에 따른 풍차날개의 그룹별 내측 날개 설치구 및 이동구의 다단 배열상태를 나타낸 도면, 도 7a는 풍차날개의 회전가동시 본 발명에 따른 고정수단 구동장치를 나타낸 도면, 도 7b는 풍차날개의 회전정지시 본 발명에 따른 고정수단 구동장치를 나타낸 도면, 도 8a는 풍차날개의 회전가동시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동상태를 설명하기 위한 도면, 도 8b는 풍차날개의 회전정지시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동상태를 설명하기 위한 도면, 도 9a는 풍차날개의 회전가동시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동상태를 나타낸 도면, 도 9b는 풍차날개의 회전정지시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동상태를 나타낸 도면, 도 10a는 풍차날개의 회전가동시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동에 의해 변위된 풍차날개의 상태를 나타낸 도면, 도 10b는 풍차날개의 회전정지시 본 발명에 따른 풍차날개 고정수단의 작동에 의해 변위된 풍차날개의 상태를 나타낸 도면, 도 11은 본 발명 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기를 다수 설치한 경우에 풍차날개 사이의 바람흐름을 나타낸 개략적인 평면도로서, 본 발명 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기(A)는 '+'자 상으로 바닥에 세워지고 중심부에 수직 회전축 지지대를 구비하는 설치대(10)와; 상기 설치대(10)의 중심부에 회전가능하게 세워서 설치되는 수직 회전축(20)과; 상기 수직 회전축(20)의 상단부가 회전가능하게 삽입되는 축받이(20')와; 상기 축받이(20')와 설치대(10) 사이에 연결 고정되는 'ㄷ'자상 지지대(30)와; 상기 수직 회전축(20) 상에 상하로 일정한 간격을 두고 고정 설치된 다수의 내측 날개 설치구(40)와; 내측 날개 설치구(40)에 일측 단부가 고정되는 지지봉(40')과; 상기 지지봉(40')의 바깥측 단부가 고정되는 외측 날개 설치구(50)와; 동일 수평 평면상의 상기 외측 날개 설치구(50)에 연결되는 강선으로 이루어지는 지지링(60)과; 상기 상하 외측 날개 설치구(50)가 상하 다단으로 그룹을 이루어 동일 그룹내 외측 날개 설치구(50) 끼리 상하로 연결되는 강선으로 이루어지는 수직 지지봉(60')과; 상기 내측 날개 설치구(40)와 외측 날개 설치구(50) 사이마다 상하 다단으로 설치되는 풍차날개(70)와; 상기 풍차날개(70)가 상하 다단으로 그룹을 이루어 그룹 사이의 수직 회전축(20) 상에 설치되어 'ㄷ'자상 지지대(30)에 와이어(81)로 연결되는 지지구(80)와; 상기 설치대(10)의 중심부 하면에 설치되는 발전수단(90)과; 상기 내측 날개 설치구(40) 상부 수직 회전축(20) 상에서 상하로 이동가능 하게 설치되어 풍차날개(70)의 변위를 고정시키는 풍차날개 고정수단(90')및; 상기 수직 회전축(20)의 하단부측에 설치되는 고정수단 구동장치(100)로 구성되어 있다.
상기 내측 날개 설치구(40)는 설치구(40a)와 설치구(40b)로 양분되어 설치구(40a)와 설치구(40b)가 볼트(41)에 의해 결합 분리되고, 내측 날개 설치구(40)에는 전후좌우 4방향에서 지지봉(40')의 일단이 수평방향으로 삽입되어 상부면에서 하향으로 삽입되는 볼트(42)에 의해 고정되며, 상기 지지봉(40')과 동일 평면상 내측 날개 설치구(40)에는 날개 회전축(71)의 일단이 회전 가능하게 삽입되고, 상기 지지봉(40')과 날개 회전축(71) 삽입부 아래 내측 날개 설치구(40)에는 풍차날개 고정수단(90')의 회전축(96)의 일단이 회전 가능하게 삽입되며, 상기 지지봉(40')의 타단은 외측 날개 설치구(50)에 삽입되어 고정되고, 상기 날개 회전축(71)과 회전축(96) 각각의 타단은 외측 날개 설치구(50)에 회전 가능하게 삽입되어 있다.
상기 풍차날개(70)는 상기 지지봉(40')과 동일 평면상 상기 내측 날개 설치구(40)와 외측 날개 설치구(50) 사이에 회전 가능하게 설치되는 날개 회전축(71)과, 상기 날개 회전축(71)에 일측변이 고정되는 날개편(72)과, 상기 날개 회전축(71)의 중심부에 삽입 설치되어 상기 날개편(72)을 비작동시 수평면에서 45°로 유지시켜주는 날개 스프링(73)으로 구성되어 있다.
여기서 상기 날개편(72)은 무게가 가볍고 강도가 강한 재질로 형성하는 것이 바람직한 바, 투명 또는 불투명 상의 강화플라스틱, 강화유리, 비철금속, 두랄루민 중 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 내측 날개 설치구(40)는 도 5에 도시한 바와 같이 설치구(40a)와 설치구(40b)로 양분되는 중앙부의 절단면이 외측변에 평행을 이루도록 분리된 구조와, 도 6a에 도시한 바와 같이 설치구(40a')와 설치구(40b')로 양분되는 절단면이 대각선을 이루는 구조로 분류되고, 이동구도 또한 도 5에 도시한 바와 같이 중앙부의 절단면이 외측변에 평행을 이루도록 이동구(91a)와 이동구(91b)로 분리된 구조와, 도 6a에 도시한 바와 같이 이동구(91a')와 이동구(91b')로 양분되는 절단면이 대각선을 이루는 구조로 분류되어 도 6b에 도시한 바와 같이 지지구(80)를 기준으로 그 상부에 위치하는 그룹은 절단면이 외측변에 평행을 이루는 그룹이 되고, 그 하부는 절단면이 대각선을 이루는 그룹이 되도록 교대로 설치함으로써(지지구(80)를 기준으로 그 상부에 위치하는 그룹은 절단면이 대각선을 이루는 그룹이 되고, 그 하부는 절단면이 외측변에 평행을 이루는 그룹이 되도록 교대로 설치함으로써) 하나의 그룹에 있는 풍차날개(70)의 날개편(72)들 중 바람을 수직으로 받는 날개편(72)에 대응하는 다른 하나의 그룹에 있는 날개편(72)은 바람을 수직으로 받는 날개편(72)에 비해 45°더 회전한 상태 또는 45°덜 회전한 상태에 위치하게 되므로 각각의 그룹별로 보면, 풍차날개(70)의 날개 회전축(71)이 90°회전할 때 마다 날개편(72)이 바람을 수직으로 받게 되나, 그룹 전체인 경우에는 날개 회전축(71)이 45°회전할 때마다 그룹의 날개편(72)이 교대로 바람을 수직으로 받게 되어 효율 높은 풍력발전이 가능하게 된다.
또한 상기 지지구(80)는 지지체(80a)와 지지체(80b)로 양분되어 지지체(80a)와 지지체(80b)가 볼트(82)에 의해 결합 분리되고, 상기 지지체(80a)와 지지체(80b)의 결합으로 형성되는 하면의 원형 돌기부(83)에 지지판이 삽입되되, 지지판이 지지판(84a)과 지지판(84b)로 양분되어 일측이 힌지 구조를 이루고, 타측은 브라켓(85)을 매개로 볼트(86)에 의해 결합되고, 지지판(84a)과 지지판(84b)이 결합된 상태의 사각 모서리부에는 와이어(81)의 일단이 고정되고, 상기 와이어(81)의 타단은 상기 'ㄷ'자상 지지대(30)에 연결 고정되어 있다.
상기 풍차날개 고정수단(90')은 상기 이동구(91a)와 이동구(91b)로 양분되어 중앙부에 수직 회전축(20)이 삽입된 상태로 수직 회전축 상에서 상하로 이동 가능하도록 이동구(91a)와 이동구(91b)가 볼트(92)에 의해 결합 분리되고, 상기 이동구(91a)와 이동구(91b) 사이에 이동구(91a)와 이동구(91b)를 상하로 이동시키는 이동축(93)이 삽입 고정되며, 상기 이동구(91a)와 이동구(91b)가 결합되어 이루는 외측면 각각에는 직선레버(94)의 일단이 고정되고, 상기 직선레버(94)의 타단에는 'L'자형 레버(95)의 일단이 회전 가능하게 연결되고, 'L'자형 레버(95)의 타단은 스프링(96a)을 구비하는 회전축(96)이 삽입된 채로 회전축(96)이 내측 날개 설치구(40)에 회전 가능하게 삽입됨과 더불어 'L'자형 레버(95)의 타단이 위치하는 내측 날개 설치구(40)에는 'L'자형 레버(95)의 회전을 정지시키는 스톱퍼핀(95a)이 삽입 고정되며, 상기 스프링(96a)의 일단은 지지봉(40')에 걸어 고정됨과 더불어 타단은 직선레버(94)와 'L'자형 레버(95)의 연결부에 인접하는 'L'자형 레버(95) 상에 고정되고, 상기 회전축(96) 상에는 일정한 간격을 두고 다수의 레버(97)가 고정되어 있다.
그리고, 상기 고정수단 구동장치(100)는 중심부에 수직 회전축(20)이 삽입되어 수직 회전축(20) 상에서 회전하면서 상하로 이동하는 원판(101)과; 상기 수직 회전축(20)에 상하로 이동 가능하게 끼워져 상기 원판(101)의 하면에 상단부가 고정되고 외주부가 나선상을 이루어 웜힐의 중심부와 나사 결합되는 나선관(102)과; 상기 나선관(102)에 중심부가 치차 결합되는 웜힐(103)과; 상기 웜힐(103)의 외주연에 치차 결합되는 웜(104)과; 상기 웜(104)의 축에 연결되는 모터(105) 및; 이동축(93)의 하단부에 설치되는 롤러(106)로 구성되어 있다.
상기한 바와 같이 지지구(80)에 있어서, 지지체(80a)와 지지체(80b)로 양분되는 구조로 하고, 지지판도 지지판(84a)과 지지판(84b)으로 양분되는 구조로 하며, 풍차날개 고정수단(90')에 있어서도 이동구(91a)와 이동구(91b) 또는 이동구(91a')와 이동구(91b')로 양분되어 구조로 할 뿐만 아니라 내측 날개 설치구(40)를 설치구(40a)와 설치구(40b) 설치구(40a')와 설치구(40b')로 양분되는 구조로 하는 것을 고장시에 해당하는 부분만을 용이하게 교체하여 수리할 수 있도록 하기 위한 것이다.
여기서 상기 풍차날개(70)는 상하 n단으로 다수단 설치하고, 상하 n단의 풍차날개(70)를 구비하는 풍력발전기(A)를 전후좌우 수평방향으로 다수대 설치하여 각각의 풍력발전기(A) 마다의 발전수단(90)이 서로 전기적으로 연결되어 각 발전수단(90)의 발전 전력이 합쳐지도록 구성하는 것이 발전 전력을 증대시킬 수 있어 바람직하다.
또한 상하 n단의 풍차날개(70)를 구비하는 풍력발전기(A)가 전후좌우 수평방향으로 다수대 설치하는 경우에는 도 9에 도시한 바와 같이 전후좌우 와곽에 수직으로 다수의 지주(X)를 세우고 와이어(Y)로 전후좌우의 지주(X)와 풍력발전기(A) 각각의 축받이(20') 부분을 연결 고정하여도 풍력발전기(A)가 태양 빛을 가리지 않게 되므로 건축물이 있는 지상이나 농토 임야 등의 상부 공간이나 해상의 양식장 상부 공간에도 설치할 수 있으므로 설치장소에 제한받지 않는다.
다음에는 상기한 바와 같이 구성된 본 발명 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기의 작용을 상세하게 설명한다.
본 발명 풍력발전기(A)는 바람이 불어오는 방향과 대향하는 풍차날개(70)는 불어오는 바람에 의해 밀려서 날개편(72)이 레버(97)에 걸려 수직 상태를 이룬 채로 바람을 받아 지지봉(40')을 밀어주게 됨으로써 바람을 받는 날개편(72)이 날개 회전축(71)을 통해 수직 회전축(20)을 회전시켜 발전을 하게 된다.
이때 즉, 수직 회전축(20)이 회전할 때 회전하여 바람의 방향과 수직면을 이루는 수직면으로부터 90°회전한 날개편(72)은 날개편(72)이 더 회전함에 따라 공기의 저향력으로 수평상태로 들려지면서 회전하여 공기의 저항을 받지 않는 상태로 되어 수직 회전축(20)이 회전하게 되고, 다시 더 회전하여 바람의 방향과 수직면을 이루는 수직면으로부터 270°회전한 날개편(72)은 더 회전하면서 날개 스프링(73)에 의해 수평면에서 45°를 유지하게 되고, 이 상태에서 더 회전하면 불어오는 바람에 의해 또 다시 밀려서 날개편(72)이 레버(97)에 걸려 수직 상태를 이룬 채로 바람을 수직으로 받아 날개 회전축(71)을 밀어주게 됨으로써 수직 회전축(20)이 연속적으로 회전하게 되어 발전을 하게 된다.
이와 같은 풍차날개(70)의 동작은 바람을 받는 날개편(72)이 전후방에서 레버(97)에 걸리는 구조(도 4a, 4b 참조)로 되고, 180°회전한 반대편에서는 날개편(72)이 지면과 수평면을 이루게 되어 가능하게 된다.
도 11은 본 발명 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기(A)를 다수 설치한 경우에 풍차날개 사이의 바람 흐름을 나타낸 개략적인 평면도이다.
도 11에서 화살표(P)는 바람이 불어오는 방향을 나타내고, 화살표(Q)는 풍력발전기(A)의 각각의 회전방향을 나타낸 것으로, 제 1열의 풍력발전기(A) 들은 시계방향으로 회전하고, 제 2열의 풍력발전기(A) 들은 반시계 방향으로 회전하게 된다. 또한 제 3열의 풍력발전기(A) 들은 시계방향으로 회전하고, 제 4열의 풍력발전기(A) 들은 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이런식으로 하여 각열의 풍력발전기(A)들은 교대로 회전방향이 반대로 된다.
이때 폭 넓은 영역으로 불어오는 바람은 제 1열의 풍력발전기(A)와 제 2열의 풍력발전기(A) 사이, 제 3열의 풍력발전기(A)와 제 4열의 풍력발전기(A)들 사이 등에서는 좁은 영역을 지나가게 되어 바람의 세기가 강해지게 되므로 풍력발전기(A) 들의 발전효율이 높아지게 되며, 이 경우 바람이 전후좌우 또는 대각선 방향으로 비스듬하게 불어오는 경우에도 풍력발전기(A) 들은 2개 열씩 짝을 이루어 짝을 이루는 열의 하나의 열에 위치하는 풍력발전기(A) 들은 시계방향으로 회전하고, 다른 하나의 열에 위치하는 풍력발전기(A) 들은 반시계 시계방향으로 회전하면서 발전을 하게 된다.
이와 같은 풍력발전기(A) 들의 회전 방향은 날개편(72)이 후방에서 전방에 있는 레버(97)에 걸리는 구조(도 4a 참조)와 날개편(72)이 전방에서 후방에 있는 레버(97)에 걸리는 구조(도 4b 참조)를 각 열에 따라 선택하여 채용함으로 가능하게 된다. 즉, 풍차날개(70)를 도 4a와 같이 구성한 풍력발전기(A)는 시계방향으로 회전하게 되고, 풍차날개(70)를 도 4b와 같이 구성한 풍력발전기(A)는 반시계방향으로 회전하게 된다.
상기한 바와 같이 풍력발전을 하는 본 발명 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기(A)는 도 7a, 도 8a, 도 9a, 도 10a에 나타낸 바와 같이 풍차날개 고정수단(90')이 작동하지 않은 상태에서는 레버(97)가 수직 하향 상태를 이루어 레버(97)가 바람을 받는 풍차날개(70)를 수직 상태로 유지시켜 풍차날개(70)가 발전을 할 수 있는 정상 상태로 작동을 하여 발전을 하게 되고, 태풍 등으로부터 풍력발전기(A)를 보호하고자 하거나 또는 풍력발전기(A)의 고장이나 유지, 보수 등으로 필요에 따라 풍력발전기(A)의 작동을 정지시키고자 하면, 도 7b에 도시한 바와 같이 고정수단 구동장치(100)을 작동시켜 도 8b, 도 9b, 도 10b에 도시한 바와 같이 풍차날개 고정수단(90')의 이동축(93)을 상향으로 이동시켜주게 된다. 즉, 모터(105)를 정회전시키면, 웜(104)과 웜힐(103)이 회전하게 됨으로써 나선관(102)이 시계방향으로 회전하면서 상승하게 되고, 원판(101)도 시계방향으로 회전하면서 상승하게 됨으로써 상승하는 원판(101)이 이동축(93)을 상향으로 이동시키게 된다.
그에 따라 이동축(93)에 고정된 이동구(91a, 91b)가 수직 회전축(20)을 따라 상승하게 되어 직선레버(94)가 상승하게 되고, 직선레버(94)가 'L'자형 레버(95)을 위쪽으로 당겨주게 됨으로써 회전축(96)이 회전하여 레버(97)가 풍차날개(70)의 날개편(72)을 들어올려 모든 풍차날개(70)의 날개편(72)이 지면과 수평상태를 유지하게 되어 풍차날개(70)의 날개편(72)이 불어오는 바람을 받지 못하게 되어(도 8b, 도 9b, 10b 상태) 수직 회전축(20)은 회전을 정지하게 되고, 이 상태에서 풍력발전기(A)의 고장 수리나, 유지, 보수를 하면 된다.
여기서 상기 이동축(93)을 상향으로 완전히 이동시켜 풍력발전기(A)의 작동을 정지시키는 경우와는 다르게 이동축(93)을 상향으로 이동시키는 정도에 따라 수직면과 풍차날개(70)의 날개편(72)이 이루는 각도를 설정할 수 있게 됨으로써 태풍 등이 예상되는 경우 예상되는 태풍의 세기에 따라 미리 이동축(93)을 상향으로 이동시켜 고정시켜 둠으로써 날개편(72)이 불어오는 바람을 모두 받지 않고 바람의 일정량을 그대로 통과시키게 되어 태풍으로부터 풍력발전기(A)를 보호할 수 있게 된다.
또한, 상승한 이동축(93)을 하강시켜 복귀시킬 때에는 모터(105)를 역회전시켜주면 된다. 즉, 모터(105)를 역회전 시키면, 웜(104)과 웜힐(103)이 회전하게 됨으로써 나선관(102)이 시계반대방향으로 회전하면서 하강 되고, 원판(101)도 시계반대방향으로 회전하면서 하강하게 된다.
그에 따라 이동축(93)도 하강하게 되는데 이동축(93)의 하강은 'L'자형 레버(95)의 단부가 스톱퍼핀(95a)에 걸리어 회전하지 못하게 될 때까지(레버(97)가 수직 하향하는 상태까지) 하강하게 됨으로써 도 7a, 도 8a, 도 9a, 도 10a 도시한 바와 같은 상태 즉, 풍력발전기(A)가 정상적으로 발전을 할 수 있는 상태로 된다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
10 : 설치대 20 : 수직 회전축
20' : 축받이 30 : 'ㄷ'자상 지지대
40 : 내측 날개 설치구 40' : 지지봉
40a, 40b, 40a', 40b' : 설치구 41 : 볼트
42 : 볼트 50 : 외측 날개 설치구
60 : 지지링 60' : 수직 지지봉
70 : 풍차날개 71 : 날개 회전축
72 : 날개편 73 : 날개 스프링
80 : 지지구 80a, 80b : 지지체
81 : 와이어 82 : 볼트
83 : 원형 돌기부 84a, 84b : 지지판
85 : 브라켓 86 : 볼트
90 : 발전수단 90' : 풍차날개 고정수단
91a, 91b, 91a', 91b' : 이동구 92 : 볼트
93 : 이동축 94 : 직선레버
95 : 'L'자형 레버 95a : 스톱퍼핀
96 : 회전축 96a : 스프링
97 : 레버 100 : 고정수단 구동장치
101 : 원판 102 : 나선관
103 : 웜힐 104 : 웜
105 : 모터 106 : 롤러
A : 풍력발전기 X : 지주
Y : 와이어
20' : 축받이 30 : 'ㄷ'자상 지지대
40 : 내측 날개 설치구 40' : 지지봉
40a, 40b, 40a', 40b' : 설치구 41 : 볼트
42 : 볼트 50 : 외측 날개 설치구
60 : 지지링 60' : 수직 지지봉
70 : 풍차날개 71 : 날개 회전축
72 : 날개편 73 : 날개 스프링
80 : 지지구 80a, 80b : 지지체
81 : 와이어 82 : 볼트
83 : 원형 돌기부 84a, 84b : 지지판
85 : 브라켓 86 : 볼트
90 : 발전수단 90' : 풍차날개 고정수단
91a, 91b, 91a', 91b' : 이동구 92 : 볼트
93 : 이동축 94 : 직선레버
95 : 'L'자형 레버 95a : 스톱퍼핀
96 : 회전축 96a : 스프링
97 : 레버 100 : 고정수단 구동장치
101 : 원판 102 : 나선관
103 : 웜힐 104 : 웜
105 : 모터 106 : 롤러
A : 풍력발전기 X : 지주
Y : 와이어
Claims (11)
- '+'자 상으로 바닥에 세워지고 중심부에 수직 회전축 지지대를 구비하는 설치대(10)와; 상기 설치대(10)의 중심부에 회전가능하게 세워서 설치되는 수직 회전축(20)과; 상기 수직 회전축(20)의 상단부가 회전가능하게 삽입되는 축받이(20')와; 상기 축받이(20')와 설치대(10) 사이에 연결 고정되는 'ㄷ'자상 지지대(30)와; 상기 수직 회전축(20) 상에 상하로 일정한 간격을 두고 고정 설치된 다수의 내측 날개 설치구(40)와; 내측 날개 설치구(40)에 일측 단부가 고정되는 지지봉(40')과; 상기 지지봉(40')의 바깥측 단부가 고정되는 외측 날개 설치구(50)와; 동일 수평 평면상의 상기 외측 날개 설치구(50)에 연결되는 강선으로 이루어지는 지지링(60)과; 상기 상하 외측 날개 설치구(50)가 상하 다단으로 그룹을 이루어 동일 그룹내 외측 날개 설치구(50) 끼리 상하로 연결되는 강선으로 이루어지는 수직 지지봉(60')과; 상기 내측 날개 설치구(40)와 외측 날개 설치구(50) 사이마다 상하 다단으로 설치되는 풍차날개(70)와; 상기 풍차날개(70)가 상하 다단으로 그룹을 이루어 그룹 사이의 수직 회전축(20) 상에 설치되어 'ㄷ'자상 지지대(30)에 와이어(81)로 연결되는 지지구(80)와; 상기 설치대(10)의 중심부 하면에 설치되는 발전수단(90)과; 상기 내측 날개 설치구(40) 상부 수직 회전축(20) 상에서 상하로 이동가능 하게 설치되어 풍차날개(70)의 변위를 고정시키는 풍차날개 고정수단(90') 및; 상기 수직 회전축(20)의 하단부측에 설치되는 고정수단 구동장치(100)로 구성된 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기.
- 제 1항에 있어서, 상기 내측 날개 설치구(40)는 설치구(40a)와 설치구(40b)로 양분되어 설치구(40a)와 설치구(40b)가 볼트(41)에 의해 결합 분리되고, 내측 날개 설치구(40)에는 전후좌우 4방향에서 지지봉(40')의 일단이 수평방향으로 삽입되어 상부면에서 하향으로 삽입되는 볼트(42)에 의해 고정되며, 상기 지지봉(40')과 동일 평면상 내측 날개 설치구(40)에는 날개 회전축(71)의 일단이 회전 가능하게 삽입되고, 상기 지지봉(40')과 날개 회전축(71) 삽입부 아래 내측 날개 설치구(40)에는 풍차날개 고정수단(90')의 회전축(96)의 일단이 회전 가능하게 삽입되며, 상기 지지봉(40')의 타단은 외측 날개 설치구(50)에 삽입되어 고정되고, 상기 날개 회전축(71)과 회전축(96) 각각의 타단은 외측 날개 설치구(50)에 회전 가능하게 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기.
- 제 2항에 있어서, 상기 내측 날개 설치구(40)는 설치구(40a)와 설치구(40b)로 양분되는 중앙부의 절단면이 외측변에 평행을 이루도록 분리된 구조와, 설치구(40a')와 설치구(40b')로 양분되는 되는 절단면이 대각선을 이루는 구조로 분류되어 상하 다단으로 그룹을 이루는 풍차날개(70)의 그룹별로 각각 채용되는 것을 특징으로 하는 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기.
- 제 1항에 있어서, 상기 풍차날개(70)는 상기 지지봉(40')과 동일 평면상 상기 내측 날개 설치구(40)와 외측 날개 설치구(50) 사이에 회전 가능하게 설치되는 날개 회전축(71)과, 상기 날개 회전축(71)에 일측변이 고정되는 날개편(72)과, 상기 날개 회전축(71)의 중심부에 삽입 설치되어 상기 날개편(72)을 비작동시 수평면에서 45°로 유지시켜주는 날개 스프링(73)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기.
- 제 4항에 있어서, 상기 날개편(72)은 투명 또는 불투명 상의 강화플라스틱, 강화유리, 비철금속, 두랄루민 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기.
- 제 1항에 있어서, 상기 지지구(80)는 지지체(80a)와 지지체(80b)로 양분되어 지지체(80a)와 지지체(80b)가 볼트(82)에 의해 결합 분리되고, 상기 지지체(80a)와 지지체(80b)의 결합으로 형성되는 하면의 원형 돌기부(83)에 지지판이 삽입되되, 지지판이 지지판(84a)과 지지판(84b)로 양분되어 일측이 힌지 구조를 이루고, 타측은 브라켓(85)을 매개로 볼트(86)에 의해 결합되고, 지지판(84a)과 지지판(84b)이 결합된 상태의 사각 모서리부에는 와이어(81)의 일단이 고정되고, 상기 와이어(81)의 타단은 상기 'ㄷ'자상 지지대(30)에 연결 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기.
- 제 1항에 있어서, 상기 풍차날개 고정수단(90')은 이동구(91a)와 이동구(91b)로 양분되어 중앙부에 수직 회전축(20)이 삽입된 상태로 수직 회전축 상에서 상하로 이동 가능하도록 이동구(91a)와 이동구(91b)가 볼트(92)에 의해 결합 분리되고, 상기 이동구(91a)와 이동구(91b) 사이에 이동구(91a)와 이동구(91b)를 상하로 이동시키는 이동축(93)이 삽입 고정되며, 상기 이동구(91a)와 이동구(91b)가 결합되어 이루는 외측면 각각에는 직선레버(94)의 일단이 고정되고, 상기 직선레버(94)의 타단에는 'L'자형 레버(95)의 일단이 회전 가능하게 연결되고, 'L'자형 레버(95)의 타단은 스프링(96a)을 구비하는 회전축(96)이 삽입된 채로 회전축(96)이 내측 날개 설치구(40)에 회전 가능하게 삽입됨과 더불어 'L'자형 레버(95)의 타단이 위치하는 내측 날개 설치구(40)에는 'L'자형 레버(95)의 회전을 정지시키는 스톱퍼핀(95a)이 삽입 고정되며, 상기 스프링(96a)의 일단은 지지봉(40')에 걸어 고정됨과 더불어 타단은 직선레버(94)와 'L'자형 레버(95)의 연결부에 인접하는 'L'자형 레버(95) 상에 고정되고, 상기 회전축(96) 상에는 일정한 간격을 두고 다수의 레버(97)가 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기.
- 제 7항에 있어서, 상기 이동구(91a)와 이동구(91b)는 양분되는 중앙부의 절단면이 외측변에 평행을 이루도록 분리되는 구조를 이루고, 절단면이 대각선을 이루는 구조의 이동구(91a')와 이동구(91b')를 추가로 구비하여 상하 다단으로 그룹을 이루는 풍차날개(70)의 하나의 그룹에는 이동구(91a)와 이동구(91b)가 채용되고, 다른 하나의 그룹에는 이동구(91a')와 이동구(91b')가 채용되는 것을 특징으로 하는 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기.
- 제 1항에 있어서, 상기 고정수단 구동장치(100)는 중심부에 수직 회전축(20)이 삽입되어 수직 회전축(20) 상에서 회전하면서 상하로 이동하는 원판(101)과; 상기 수직 회전축(20)에 상하로 이동 가능하게 끼워져 상기 원판(101)의 하면에 상단부가 고정되고 외주부가 나선상을 이루어 웜힐의 중심부와 나사 결합되는 나선관(102)과; 상기 나선관(102)에 중심부가 치차 결합되는 웜힐(103)과; 상기 웜힐(103)의 외주연에 치차 결합되는 웜(104)과; 상기 웜(104)의 축에 연결되는 모터(105) 및; 설치구(40a)와 설치구(40b) 사이와 이동구(91a)와 이동구(91b) 사이에 관통 삽입되어 상기 이동구(91a, 91b)를 상하로 이동시키는 이동축(93)의 하단부에 설치되는 롤러(106)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기.
- 제 1항에 있어서, 상기 풍차날개(70)는 상하 n단으로 다수단 설치하고, 상하 n단의 풍차날개(70)를 구비하는 풍력발전기(A)를 전후좌우 수평방향으로 다수대 설치하여 각각의 풍력발전기(A) 마다의 발전수단(90)이 서로 전기적으로 연결되어 각 발전수단(90)의 발전 전력이 합쳐지도록 구성한 것을 특징으로 하는 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기.
- 제 10항에 있어서, 상하 n단의 풍차날개(70)를 구비하는 다수의 풍력발전기(A)는 전후좌우 수평방향으로 다수대 설치하는 경우에 전후좌우 와곽에 수직으로 다수의 지주(X)를 세우고 와이어(Y)로 전후좌우의 지주(X)와 풍력발전기(A) 각각의 축받이(20') 부분을 연결 고정한 것을 특징으로 하는 가변되는 풍차날개를 구비한 풍력발전기.
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