KR101032668B1 - 적층식 단위 발전형 풍력발전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바람에 의해 회전하는 임펠러와, 이의 회전력을 얻어 함께 회전하되 상기 임펠러의 회전에 관성을 작용시키게 되는 관성체를 마련함으로서, 상기 임펠러의 회전력 증대를 꾀할 수 있고,
아울러 다수의 풍력발전부를 적층식 구조로 구현하되, 하나의 회전축 또는 개별적 회전축에 각 풍력발전부가 배열되게 적층한 구조로 구현함으로서, 발전 효율을 향상시킬 수 있도록 한 적층식 단위 발전형 풍력발전기에 관한 것이다.

Description

적층식 단위 발전형 풍력발전기{THE AEROGENERATOR}
본 발명은 바람에 의해 회전하는 임펠러와, 이의 회전력을 얻어 함께 회전하는 관성체를 마련하여 상기 임펠러의 회전에 관성이 작용하여 회전력을 증대시킬 수 있도록 하고, 특히 하나의 회전축에 다수의 풍력발전부가 배열되도록 구현하거나 서로 다른 회전축 각각에 풍력발전부가 배열되도록 구현하여 사용 환경이나 필요 발전량 등에 맞게 설계 제작이 가능한 적층식 단위 발전형 풍력발전기에 관한 것이다.
바람으로 임펠러를 회전시켜 전기를 일으키는 풍력발전기에 관한 기술로는,
대한민국특허등록 제10-0935244호(2009.12.24.등록, 이하 '선행기술'이라고 함) 『풍력발전기용 임펠러』가 제시되어 있는바,
상기 선행기술은
회전축의 외주연에 다수개의 날개본체에 다수개의 에어통과홀이 형성된 임펠러날개를 방사방향으로 설치한 임펠러의 회전축이 프레임 상에 수직 설치되며, 임펠러의 외측에는 전후방에 유입구와 배기구가 형성되며 유입구의 반대 측 외부에 방향키를 설치한 케이싱이 임펠러를 감싸도록 회전되게 설치되고, 회전축 하측의 프레임에는 임펠러의 회전력에 의해 발전을 하는 발전기가 설치된 풍력발전기용 임펠러 있어서, 상기 날개본체의 하측에 유체유입관부가 수평방향으로 형성되고, 그 유체유입관부의 내측에 관성유체가 삽입되며, 그 유체유입관부의 입구에는 고정마개가 설치되고, 상기 날개본체의 상측 모서리부에는 전방측으로 휘어지는 상부만곡부가 형성된 것을 특징으로 하는 기술이다.
상기 선행기술은 프레임 상에 수직 설치되는 회전축의 외주연에 방사상으로 설치되는 다수개의 임펠러날개에 다수개의 에어통과홀을 형성하여 임펠러날개의 전후방에서 발생하던 저항을 완화시킬 수 있도록 하고, 이 임펠러날개에 관성력이 작용하게 하는 관성제공수단을 구비하여 임펠러의 회전을 극대화함으로서, 풍력발전기에서의 발전율을 향상시킬 수 있도록 하고자 하나, 그 구조가 매우 복잡하여 제조 단가 및 설치비용이 상승하는 문제가 있다.
또 날개본체의 하측에 유체유입관부를 마련하고 이에 관성유체(부동액이나 구슬 등)를 삽입하며 유체유입관부 입구를 막는 고정마개를 마련함으로서, 임펠러의 회전에 관성이 작용하도록 하고 있으나,
유체유입관부 내에 내장되는 것 중 부동액의 경우 그 양이 소량일 때에 임펠러의 회전에 작용하게 되는 관성력이 부족하거나 미치지 못할 수 있고, 이를 해소하기 위하여 유체유입관부 내의 공간을 확장할 시 날개본체의 영역이 좁아질 수밖에 없는 문제가 있다.
그리고 유체유입관부 내에 내장되는 것 중 구슬의 경우 임펠러의 정지 상태에서 회전 시, 또는 회전 상태에서 정지 시에 유체유입관부 내에서 구슬이 이동하게 됨에 따라 소음이 발생할 수 있고, 아울러 구슬이나 이에 의해 접촉되는 유체유입관부 내벽이나 고정마개 등이 손상될 수 있는 등의 문제가 있다.
또 설치되어 사용하고자 하는 장소의 사용 환경이나 요구 발전량 등을 고려하여 다수의 풍력발전기가 설치되어야 하고, 이로 인해 차지하는 공간 면적이 크고, 설치비용 또한 상승하는 문제가 있다.
상기와 같은 해결 과제를 해결하기 위하여
본 발명에 따른 제1 구현예의 적층식 단위 발전형 풍력발전기는,
베이스프레임;
상기 베이스프레임 상부에 회전 가능케 세워지는 회전축;
상기 회전축과 연결되는 전기발생부; 및
상기 회전축 상하로 배열되고, 바람에 의해 상기 회전축과 함께 회전하게 되는 둘 이상의 풍력발전부;
를 포함하여 이루어진다.
이때 상기 풍력발전부는 상기 회전축 중심을 기준으로 방사상(放射狀) 배열되는 다수의 날개를 갖는 임펠러와, 상기 임펠러의 회전 궤도 외측에 위치하고 상기 회전축 중심을 기준으로 방사상 배열되는 다수의 관성체로 이루어지고,
둘 이상의 상기 풍력발전부에서 상하의 각 임펠러 날개와 상하의 각 관성체는 상호 엇갈리게 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제2 구현예의 적층식 단위 발전형 풍력발전기는,
베이스프레임; 및
회전축, 상기 회전축과 연결되는 전기발생부, 상기 회전축에 배열되어 바람에 의해 상기 회전축과 함께 회전하게 되는 풍력발전부, 그리고 상기 회전축 상단부가 회전 가능케 결합되는 플레이트를 포함하고, 상기 베이스프레임 상부로 적층되게 설치되는 둘 이상의 풍력발전단위유닛;
을 포함하여 이루어져, 상기 각 풍력발전단위유닛의 각 회전축이 개별적으로 동작하게 되는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 풍력발전부는 상기 회전축 중심을 기준으로 방사상(放射狀) 배열되는 다수의 날개를 갖는 임펠러와, 상기 임펠러의 회전 궤도 외측에 위치하고 상기 회전축 중심을 기준으로 방사상 배열되는 다수의 관성체로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제1 및 제2 구현예의 적층식 단위 발전형 풍력발전기에서
상기 각 관성체는 평면상에서 바라보았을 때 전단부(前端部)에 곡선부, 후단부(後端部)에 첨단부를 갖는 유선형(流線型) 구조를 이루고 있는 것을 특징으로 한다.
또 둘 이상의 상기 풍력발전부 각 관성체 전부(全部) 또는 최상단에 위치한 상기 풍력발전부 각 관성체의 상부에는 공기유입형 바스켓이 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 적층식 단위 발전형 풍력발전기는,
바람에 의해 회전하는 임펠러와, 이의 회전력을 얻어 함께 회전하되 상기 임펠러의 회전에 관성을 작용시키게 되는 관성체를 마련함으로서, 상기 임펠러의 회전력 증대를 꾀할 수 있고 아울러 발전 효율의 향상을 기대할 수 있는 효과가 있다.
또 하나의 회전축에 다수의 풍력발전부를 상하 배열되게 구현함으로서, 설치 공간 면적을 줄일 수 있고, 사용 환경 및 필요 발전량에 맞게 설계 제작할 수 있는 효과가 있다.
또 개별적 회전 동작케 상하로 배열된 각 회전축에 풍력발전부가 배열되게 구현함으로서, 각 풍력발전부의 전기발생부에서 발생된 전기를 한데 모아 축전하거나 송전할 수 있어 발전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 구현예의 풍력발전기를 나타낸 입체 구성도,
도 2는 도 1의 측면 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 제2 구현예의 풍력발전기를 나타낸 입체 구성도,
도 4는 도 3의 측면 구성도,
도 5는 관성체 및 이에 설치되는 바스켓을 나타낸 입체 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 제1 구현예의 풍력발전기에 바스켓이 설치된 것을 나타낸 측면 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 제2 구현예의 풍력발전기에 바스켓이 설치된 것을 나타낸 측면 구성도.
이하 첨부된 도면들을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 구현예의 적층식 단위 발전형 풍력발전기는,
크게 베이스프레임(10), 회전축(20), 전기발생부(30) 및 풍력발전부(40)로 이루어진다.
각 구성에 대해 살펴보면,
베이스프레임(10)은
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이,
설치대상체에 설치되는 것으로,
바닥플레이트(11), 그리고
상기 바닥플레이트(11) 상부에 설치되는 하우징(12)
을 포함하여 이루어진다.
상기한 '설치대상체'라 함은 지면이나 콘크리트 구조물, 각종 건물 구조체 등을 포함하는 의미이다.
회전축(20)은
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이,
상기 베이스프레임(10) 상부에 회전 가능케 세워지는 것으로,
상기 베이스프레임(10)의 하우징(12) 중심에 회전 가능케 연결되어 이루어진다.
전기발생부(30)는
도 2에 도시된 바와 같이,
상기 회전축(20) 단부(端部)와 연결되어 상기 회전축(20) 작동 시(회전 시) 전기를 발생시키기 위한 통상의 제너레이터 구조를 갖는 것으로,
상기 회전축(20)과 상기 전기발생부(30)의 연결 구조에 대한 일 예로,
상기 회전축(20)에 결합되는 풀리(미도시)와, 벨트에 의해 상기 풀리와 연결되는 대응풀리를 갖는 제너레이터(미도시), 상기 제너레이터로부터 발생된 전기가 외부로 공급될 수 있도록 연결된 전기 케이블(미도시) 등으로 이루어질 수 있다.
이는 하나의 예로서, 상기 회전축(20)의 회전 동작에 의해 전기를 발생시킬 수 있도록 하는 상기 회전축(20)과 상기 전기발생부(30)의 연결 구조는 다양하게 변경 및 변경 가능할 것이다.
그리고 상기 전기발생부(30)는 발생된 전기의 축전을 위한 별도의 축전부(미도시)가 더 구비될 수 있는 것이다.
풍력발전부(40)는
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이,
바람에 의해 상기 회전축(20)과 함께 회전하게 되고 둘 이상 구비되어 상기 회전축(20) 상하로 배열되는 것으로,
상기 회전축(20) 중심을 기준으로 방사상(放射狀) 배열되는 다수의 날개(41a)를 갖는 임펠러(41), 그리고
상기 임펠러(41)의 회전 궤도 외측에 위치하고 상기 회전축(20) 중심을 기준으로 방사상 배열되는 다수의 관성체(42)
를 포함하여 이루어진다.
이하에서는 상기 풍력발전부(40)가 2개 구비되어 있는 것으로 설명하기로 한다.
상기 두 풍력발전부(40)에서 상부에 위치한 임펠러(41)의 상부 및 하부 각각에, 그리고 상기 두 풍력발전부(40)에서 하부에 위치한 임펠러(41)의 하부에 중계플레이트(43)가 구비되고,
상부 및 하부에 위치한 두 임펠러(41)의 각 날개(41a)는 상하 양단부(兩端部)가 볼트에 의해 상기 중계플레이트(43)와 체결 결합된다.
그리고 상기 각 관성체(42)는 중량(重量)체로서, 평면상에서 바라보았을 때 전단부(前端部)에 곡선부(42a), 후단부(後端部)에 첨단부(尖端部)(42b)를 갖는 유선형(流線型) 구조를 이룬다. 결국 공기나 바람의 저항을 최소화할 수 있는 기류형 구조를 이루는 것이다.
또 상기 각 관성체(42)는 중계로드(44)에 의해서 볼트를 이용해 상기 중계플레이트(43)와 연결된다.
따라서 상기 각 관성체(42)는 바람에 의해 회전하는 임펠러(41)에 의해 함께 회전하게 될 때에, 공기나 바람의 저항을 최소화할 수 있는 유선형 구조이어서 임펠러(41)의 회전 동작에 대한 간섭을 최소화할 수 있고, 아울러 상기 임펠러(41)의 회전에 관성을 작용시켜 회전력을 증대시킬 수 있다.
그리고 둘 이상의 상기 풍력발전부(40)에서 상하의 각 임펠러(41) 날개(41a)와 상하의 각 관성체(42)는 상호 엇갈리게 배치된다.
다시 말해, 상기 풍력발전부(40)가 2개 구비될 경우,
상부에 위치한 풍력발전부(40)에서 임펠러(41)의 각 날개(41a)는 하부에 위치한 풍력발전부(40)에서 임펠러(41)의 각 날개(41a)와 상호 엇갈리게 배치되고,
또 상부에 위치한 풍력발전부(40)의 각 관성체(42)는 하부에 위치한 풍력발전부(40)의 각 관성체(42)와 상호 엇갈리게 배치된다.
결국 이러한 상호 엇갈리게 배치되는 구조는 상하 풍력발전부(40)의 각 임펠러(41) 날개(41a)와 상하의 각 관성체(42)가 상호 동일한 위치에 배치되는 구조에 비해 바람에 영향을 더 받게 됨으로서, 상기 회전축(20)에 대한 회전력 상승을 기대할 수 있다.
그리고 상기 회전축(20) 및 상기 풍력발전부(40)를 지지하기 위하여, 상기 베이스프레임(10)에는 상기 하우징(12) 상부에 설치되는 지지프레임(13)이 더 구비될 수 있는데,
상기 지지프레임(13)은
중심에 상기 회전축(20)이 관통 삽입되게 상기 하우징(12) 상부에 장착되는 하부플레이트(13a),
상기 회전축(20) 상단부에 장착되되, 상기 회전축(20)이 회전 가능하게 장착되는 상부플레이트(13b), 그리고
상기 하부플레이트(13a)와 상기 상부플레이트(13b)를 연결하되, 상기 풍력발전부(40)의 임펠러(41) 날개(41a)와 관성체(42)의 회전 궤도 외측에, 즉 회전 동작에 간섭되지 않는 외측에 위치하여 연결하는 서포트(13c)
로 이루어진다.
한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제2 구현예의 적층식 단위 발전형 풍력발전기는,
크게 베이스프레임(10) 및 풍력발전단위유닛(U)으로 이루어진다.
각 구성에 대해 살펴보면,
베이스프레임(10)은
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이,
설치대상체에 설치되는 것으로,
바닥플레이트(11), 그리고
상기 바닥플레이트(11) 상부에 설치되는 하우징(12)
을 포함하여 이루어진다.
풍력발전단위유닛(U)은
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이,
상기 베이스프레임(10) 상부에 적층 설치되게 둘 이상 구비되는 것으로,
회전축(100),
상기 회전축(100)과 연결되는 전기발생부(200),
상기 회전축(100)에 배열되어 바람에 의해 상기 회전축(100)과 함께 회전하게 되는 풍력발전부(300), 그리고
상기 회전축(100) 상단부가 회전 가능케 결합되는 플레이트(400)
를 포함하여 이루어져, 상기 각 풍력발전단위유닛(U)의 각 회전축(100)이 개별적으로 동작하게 된다.
좀 더 상세하게는,
상기 베이스프레임(10)의 하우징(12) 상부에 상기 전기발생부(200)가 설치되고,
상기 전기발생부(200)에 상기 회전축(100)이 연결되며,
상기 회전축(100)에 상기 풍력발전부(300)가 배열되고,
상기 회전축(100) 상단부에 상기 회전축(100)이 회전 가능하게 상기 플레이트(400)가 결합되어 하나의 풍력발전단위유닛(U)을 이룬다.
이 풍력발전단위유닛(U) 상부에 또 하나의 풍력발전단위유닛(U)이 적층되는데,
또 하나의 풍력발전단위유닛(U)은 상기 플레이트(400) 상부에 설치된다.
결국 다수의 풍력발전단위유닛(U)은 상하 일렬로 적층되는 형태로 설치될 수 있고, 그 수량은 사용 환경이나 필요 발전량에 따라 변경될 수 있는 것이다.
그리고 상기 풍력발전단위유닛(U)의 전기발생부(200)는 제1 구현예의 전기발생부(200)와 동일한 구성이기에 설명을 생략하기로 한다.
그리고 상기 풍력발전단위유닛(U)의 풍력발전부(300)는
상기 풍력발전단위유닛(U)의 회전축(100) 중심을 기준으로 방사상(放射狀) 배열되는 다수의 날개(311)를 갖는 임펠러(310), 그리고
상기 임펠러(310)의 회전 궤도 외측에 위치하고 상기 회전축(100) 중심을 기준으로 방사상 배열되는 다수의 관성체(320)
를 포함하여 이루어진다.
상기 풍력발전단위유닛(U)의 풍력발전부(300)에서 임펠러(310)의 상부 및 하부 각각에 중계플레이트(330)가 구비되고,
임펠러(310)의 각 날개(311)는 상하 양단부가 볼트에 의해 상기 중계플레이트(330)와 체결 결합된다.
그리고 상기 풍력발전단위유닛(U)의 풍력발전부(300)에서 각 관성체(320)는 제1 구현예의 관성체(42)와 동일한 구성으로서, 평면상에서 바라보았을 때 전단부에 곡선부(321), 후단부에 첨단부(322)를 갖는 유선형 구조를 이룬다.
상기 풍력발전단위유닛(U)의 각 관성체(320)는 중계로드(340)에 의해서 볼트를 이용해 상기 풍력발전단위유닛(U)의 중계플레이트(330)와 연결된다.
그리고 상기 각 풍력발전단위유닛(U)에서 각 플레이트(400)는 연결로드(410)에 의해서 볼트를 이용해 상기 베이스프레임(10)의 지지프레임(13)과 연결된다.
따라서 제2 구현예의 풍력발전기에서 각 풍력발전단위유닛(U)의 풍력발전부(300)는 바람에 의해 개별적으로 회전 동작케 구현된 구성이다.
한편, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이,
둘 이상의 상기 풍력발전부(40, 300) 각 관성체(42, 320) 전부(全部) 또는 최상단에 위치한 상기 풍력발전부(40, 300) 각 관성체(42, 320)의 상부에는 공기유입형 바스켓(50, 500)이 장착된다.
좀 더 상세하게는
제1 및 제2 구현예의 풍력발전기에 마련된 각 풍력발전부(40, 300)에서 각 관성체(42, 320) 모두의 상부에 상기 바스켓(50, 500)이 장착될 수 있고,
또는 제1 및 제2 구현예의 풍력발전기에 마련된 각 풍력발전부(40, 300)에서 최상단에 위치한 풍력발전부(40, 300)의 각 관성체(42, 320) 상부에 상기 바스켓(50, 500)이 장착될 수 있는 것이다.
상기 바스켓(50, 500)은
도 5에서와 같이,
상기 관성체(42, 320)의 곡선부(42a, 321) 측으로 막혀 있고, 상기 첨단부(42b, 322) 측으로 트인 형태의 내부 공간부(51, 510)를 갖도록 이루어진다.
상기 바스켓(50, 500)은 볼트를 이용해 상기 관성체(42, 320) 상부에 설치되거나, 또는 용접에 의해서 설치될 수 있는 것이다.
이상의 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 제2 구현예의 풍력발전기는 각 풍력발전단위유닛(U)의 전기발생부(200)에서 개별적으로 발생된 전기를 한데 모아 축전하거나 송전하기 위한 중계기(미도시)가 별도로 구비될 수 있다.
이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "적층식 단위 발전형 풍력발전기"를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 베이스프레임
11 : 바닥플레이트 12 : 하우징
13 : 지지프레임 13a : 하부플레이트
13b : 상부플레이트 13c : 서포트
20 : 회전축
30 : 전기발생부
40 : 풍력발전부
41 : 임펠러 41a : 날개
42 : 관성체 42a : 곡선부
42b : 첨단부 43 : 중계플레이트
44 : 중계로드
50 : 바스켓
51 : 공간부
U : 풍력발전단위유닛
100 : 회전축
200 : 전기발생부
300 : 풍력발전부
310 : 임펠러 311 : 날개
320 : 관성체 321 : 곡선부
322 : 첨단부 330 : 중계플레이트
340 : 중계로드
400 : 플레이트
410 : 연결로드
500 : 바스켓
510 : 공간부

Claims (6)

  1. 바닥플레이트(11)와, 상기 바닥플레이트(11) 상부에 설치되는 하우징(12)을 포함하는 베이스프레임(10);
    상기 베이스프레임(10)의 하우징(12) 상부 중심에 회전 가능케 세워지는 회전축(20);
    상기 회전축(20)과 연결되고, 상기 베이스프레임(10)의 하우징(12)에 내장되는 전기발생부(30); 및
    상기 회전축(20) 상하로 배열되고, 바람에 의해 상기 회전축(20)과 함께 회전하게 되는 둘 이상의 풍력발전부(40);
    를 포함하여 이루어지되,
    상기 풍력발전부(40)는 상기 회전축(20) 중심을 기준으로 방사상(放射狀) 배열되는 다수의 날개(41a)를 갖는 임펠러(41)와, 상기 임펠러(41)의 회전 궤도 외측에 위치하고 상기 회전축(20) 중심을 기준으로 방사상 배열되는 다수의 관성체(42)로 이루어지고,
    둘 이상의 상기 풍력발전부(40)에서 상하의 각 임펠러(41) 날개(41a)와 상하의 각 관성체(42)는 상호 엇갈리게 배치되어 있으며,
    상기 베이스프레임(10)에는 상기 하우징(12) 상부에 설치되는 지지프레임(13)이 구비되되, 상기 지지프레임(13)은 중심에 상기 회전축(20)이 관통 삽입되게 상기 하우징(12) 상부에 장착되는 하부플레이트(13a)와, 상기 회전축(20) 상단부에 장착되고 상기 회전축(20)이 회전 가능하게 장착되는 상부플레이트(13b)와, 상기 하부플레이트(13a)와 상기 상부플레이트(13b)를 연결하는 서포트(13c)로 이루어지고,
    상기 각 관성체(42)는 평면상에서 바라보았을 때 전단부(前端部)에 곡선부(42a), 후단부(後端部)에 첨단부(42b)를 갖는 유선형(流線型) 구조를 이루고 있으며,
    둘 이상의 상기 풍력발전부(40) 각 관성체(42) 전부(全部) 또는 최상단에 위치한 상기 풍력발전부(40) 각 관성체(42)의 상부에는 상기 관성체(42)의 곡선부(42a) 측으로 막혀 있고 상기 첨단부(42b) 측으로 트인 형태의 내부 공간부(51)를 갖는 공기유입형 바스켓(50)이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 적층식 단위 발전형 풍력발전기.
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