KR101034135B1 - 풍력 발전 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풍력을 이용하여 일정량의 전기를 발생할 수 있는 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 특정 방향으로 회전하면서, 발전기의 발전에 필요한 동력을 제공하는 중앙 회전봉과, 지면의 수직 방향으로 세워지면서, 상기 중앙 회전봉을 감쌀 수 있고, 상하 2등분으로 분할되어 상부 지주와 하부 지주로 나뉘어질 수 있으며, 상기 상부 지주가 하부 지주에 끼워진 상태로 좌,우 회전할 수 있는 지주, 및 상기 상부 지주를 경계로 서로 마주보게 배치되어, 바람의 힘에 의해 회전할 수 있는 원통 형상의 회전체를 구비함과 동시에, 불어오는 바람의 방향을 따라 회전할 수 있는 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체를 갖춘다. 또한, 상기 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체에는 상기 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체를 수직 방향으로 관통하면서, 상기 회전체의 동력을 전달받아 회전할 수 있고, 상기 회전체에 의해 전달된 회전력을 중앙 회전봉에 전달할 수 있는 제 1 동력 전달축과 제 2 동력 전달축이 장착되고, 상기 제 1 동력 전달축과 제 2 동력 전달축의 상하단에는 제 1 동력 전달축과, 제 2 동력 전달축을 붙잡아 상부 지주의 외주면에 부착시킬 수 있도록 상하부 연결 수단이 설치된다. 또, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에는 제 1 방향 조정체 또는 제 2 방향 조정체의 일측에 부착되어 외부로부터 불어오는 풍속을 검출할 수 있는 풍속 센서와, 상기 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체의 후면에 장착되어 유압 실린더 방식에 의한 직선 운동으로 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체가 이루는 내각을 조정할 수 있는 각도 조절기, 및 상기 풍속 센서로부 터 검출된 풍속 데이터를 이용하여 상기 각도 조절기를 조정할 수 있는 제어부가 갖추어진다. 또, 상기 하부 지주에는 중앙 회전봉을 압박함으로써 중앙 회전봉의 회전을 저지할 수 있는 제동 수단이 장착될 수 있고, 중앙 회전봉의 속도를 일정 속도로 조절한 다음, 중앙 회전봉의 동력을 발전기로 전달할 수 있는 속도 조절 수단이 장착될 수 있다. 이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 바람이 불어오는 방향으로 상부 지주와, 제 1 방향 조정체, 및 제 2 방향 조정체가 회전될 수 있고, 바람의 세기에 따라 상기 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체가 이루는 내각이 변경될 수 있다. 또한, 불어오는 바람의 세기와 방향에 따라 내각 및 회전각이 달라질 수 있는 상부 지주와, 제 1 방향 조정체, 및 제 2 방향 조정체에 원통 형상의 회전체가 회전될 수 있어 풍력에 의한 발전 효율을 높임과 동시에 풍력 발전 장치의 설치 반경을 좁힐 수 있는 효과가 있다.
풍력 발전 장치, 풍향, 풍속, 풍속 센서, 회전체
Description
본 발명은 풍력을 이용하여 일정량의 전기를 발생할 수 있는 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 특히, 종래의 프로펠러식 회전 날개에서 벗어나 바람의 방향과 세기에 따라 방향과 내각이 변경될 수 있는 V형 날개 상에 원통 형상의 회전체를 부착하여 풍력에 의한 발전 효율을 극대화시킬 수 있으면서, 풍력 발전을 위한 기존의 장소 제약 사항을 극복할 수 있는 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 현재 사용되는 발전 방법으로는 화석 연료를 사용하는 화력 발전과, 우라늄을 이용하는 원자력 발전, 및 대규모의 담수 설비가 필요한 수력 발전 등을 제시할 수 있으나, 상기 제시한 발전 방법들은 대기 오염이나 온난화의 주범이 될 수 있고, 처리가 곤란한 방사선 폐기물들을 발생할 수 있어, 근래에 들어서는 보다 친환경적인 발전 방식이 시급히 요구되고 있다.
이러한 요구 사항을 충족시키기 위하여 3면이 바다로 둘러싸인 우리 나라는 바람의 힘을 이용한 풍력 발전 장치에 지대한 관심을 보이고 있는바, 상기 풍력 발 전 장치는 공기의 유동이 가진 운동 에너지를 기계적 에너지로 변환한 다음, 상기 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 장치이다.
상기 풍력 발전 장치는 통상적으로 지면의 수직 방향으로 세워지는 지주와, 지주의 상단에 장착되는 회전축, 및 상기 회전축의 일측 선단에 고정되어 바람에 의해 회전됨과 동시에 상기 회전축을 회전시킬 수 있는 다수 개의 프로펠러로 이루어지고, 상기 회전축의 타측에는 회전축의 회전력을 전달받아 발전기를 회전시킬 수 있도록 동력 전달 수단이 장착된다.
이러한 구조로 이루어진 풍력 발전 장치는 프로펠러로부터 전달된 회전력을 발전기에 전달하여 전기를 생성할 수 있다.
하지만, 상기 제시한 종래의 풍력 발전 장치는 발전 용량에 비례하여 프로펠러의 몸체가 커져야 한다는 부담이 있었고, 상기 프로펠러의 몸체가 커짐에 따라 설치 장소의 선택이 까다로워진다는 문제점도 있었다.
또한, 자연 바람을 이용하여 풍력을 얻어낼 수 있는 방향도 일방향으로 한정되어 있어 불규칙적으로 불어오는 바람을 효율적으로 이용하는데에도 한계가 있었다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 풍력 발전 장치에 따른 구조상의 문제점을 해결하여 수시로 변경될 수 있는 바람의 방향과 마주볼 수 있도록 회전됨과 동시에, 바람의 세기에 따라 구조를 변경하여 풍력에 의한 발전 효율을 높이고, 기존의 회전 반경이 넓은 프로펠러식 회전 날개 대신에 회전 반경이 좁은 원통형 회전체를 이용함으로써 풍력 발전 장치의 장소 제약 사항을 극복할 수 있는 풍력 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍력 발전 장치는 특정 방향으로 회전하면서, 발전기의 발전에 필요한 동력을 제공하는 중앙 회전봉과, 지면의 수직 방향으로 세워지면서, 상기 중앙 회전봉을 감쌀 수 있고, 상하 2등분으로 분할되어 상부 지주와 하부 지주로 나뉘어질 수 있으며, 상기 상부 지주가 하부 지주에 끼워진 상태로 좌,우 회전할 수 있는 지주, 및 상기 상부 지주를 경계로 서로 마주보게 배치되어, 바람의 힘에 의해 회전할 수 있는 원통 형상의 회전체를 구비함과 동시에, 불어오는 바람의 방향을 따라 회전할 수 있는 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체를 갖춘다.
또한, 상기 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체에는 상기 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체를 수직 방향으로 관통하면서, 상기 회전체의 동력을 전달받 아 회전할 수 있고, 상기 회전체에 의해 전달된 회전력을 중앙 회전봉에 전달할 수 있는 제 1 동력 전달축과 제 2 동력 전달축이 장착되고, 상기 제 1 동력 전달축과 제 2 동력 전달축의 상·하단에는 제 1 동력 전달축과, 제 2 동력 전달축을 붙잡아 상부 지주의 외주면에 부착시킬 수 있도록 상하부 연결 수단이 설치된다.
또, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에는 제 1 방향 조정체 또는 제 2 방향 조정체의 일측에 장착되어 외부로부터 불어오는 풍속을 검출할 수 있는 풍속 센서와, 상기 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체의 후면에 장착되어 유압 실린더 방식에 의한 직선 운동으로 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체가 이루는 내각을 조정할 수 있는 각도 조절기, 및 상기 풍속 센서로부터 검출된 풍속 데이터를 이용하여 상기 각도 조절기를 조정할 수 있는 제어부가 갖추어진다.
또, 상기 하부 지주에는 중앙 회전봉을 압박함으로써 중앙 회전봉의 회전을 저지할 수 있는 제동 수단이 장착될 수 있고, 중앙 회전봉의 속도를 일정 속도로 조절한 다음, 중앙 회전봉의 동력을 발전기로 전달할 수 있는 속도 조절 수단이 장착될 수 있다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 바람이 불어오는 방향과 마주볼 수 있도록 상부 지주와, 제 1 방향 조정체, 및 제 2 방향 조정체가 회전될 수 있고, 바람의 세기에 따라 상기 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체가 이루는 내각이 변경될 수 있다.
또한, 불어오는 바람의 세기와 방향에 따라 내각 및 회전각이 달라질 수 있는 제 1 방향 조정체, 및 제 2 방향 조정체에 원통 형상의 회전체가 장착되어 풍력 에 의한 발전 효율을 높임과 동시에 풍력 발전 장치의 설치 반경을 좁힐 수 있다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 불규칙적으로 불어오는 바람의 방향에 따라 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체가 회전될 수 있고, 바람의 세기에 따라 상기 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체의 내각이 변경될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체에 장착된 회전체에 순 방향으로 불어오는 바람만을 접촉시킬 수 있으므로, 회전체의 회전력을 증대시킬 수 있다.
또한, 역방향으로 불어오는 바람을 차단시킬 수 있어 바람의 저항으로 인한 장비의 손상이나 이탈을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또, 바람의 세기에 따라 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체의 내각이 변경될 수 있어, 회전체의 회전력을 증대시킬 수 있다.
또, 비교적 부피가 큰 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체의 하단을 굴림 수단이 장착된 지지축을 이용하여 지탱할 수 있어 강한 바람에 상·하부 지주가 넘어지거나 기울어지지 않도록 할 수 있다.
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면 1은 본 발명의 제 1 실시예를 설명하기 위한 개념도이고, 도면 2는 본 발명에 갖추어진 상부 지주와 하부 지주의 연결 관계를 설명하기 위한 상세도이며, 도면 3a는 본 발명에 갖추어진 회전체의 제 1 실시예를 설명하기 위한 분해 조립도이다.
또한, 도면 3b는 본 발명에 갖추어진 회전체의 제 2 실시예를 설명하기 위한 분해 조립도이고, 도면 3c는 본 발명에 갖추어진 회전체의 제 3 실시예를 설명하기 위한 분해 조립도이며, 도면 4는 본 발명에 갖추어진 방향 전환 기어의 작동 원리를 설명하기 위한 상태도이다.
또, 도면 5는 본 발명에 갖추어진 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체의 전방에 풍력 유도막을 추가 설치한 상태도이고, 도면 6은 본 발명에 갖추어진 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체의 후면에 각도 조절기를 연결한 상태도이며, 도면 7은 본 발명에 갖추어진 제동 수단의 동작 원리를 설명하기 위한 상태도이다.
또, 도면 8은 본 발명의 제 2 실시예를 설명하기 위한 상태도이고, 도면 9는 본 발명의 제어 블록도이다.
이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 특정 방향으로 회전하면서, 발전기(1)의 발전에 필요한 동력을 제공하는 중앙 회전봉(3)과, 지면의 수직 방향으로 세워지면서, 상기 중앙 회전봉(3)을 감쌀 수 있고, 상하 2등분으로 분할되어 상부 지주(5a)와 하부 지주(5b)로 나뉘어질 수 있으며, 상기 상부 지주(5a)가 하부 지주(5b)에 끼워진 상태로 좌,우 회전할 수 있는 지주(5), 및 상기 상부 지주(5a)를 경계로 서로 마주보게 배치됨과 더불어, 바람의 힘에 의해 회전할 수 있는 회전체(7)를 구비하고, 바람이 불어오는 방향을 따라 회전할 수 있는 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)를 갖춘다.
또한, 상기 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)에는 상기 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)를 수직 방향으로 관통하면서, 상기 회전체(7)의 동력을 전달받아 회전할 수 있고, 상기 회전체(7)에 의해 전달된 회전력을 중앙 회전봉(3)에 전달할 수 있는 제 1 동력 전달축(11)과 제 2 동력 전달축(13)이 장착되고, 상기 제 1 동력 전달축(11)과 제 2 동력 전달축(13)의 상·하단에는 제 1 동력 전달축(11)과, 제 2 동력 전달축(13)을 붙잡아 상부 지주(5a)의 외주면에 고정시킬 수 있도록 상하부 연결 수단(15a,15b)이 설치된다.
또, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에는 제 1 방향 조정체(9a) 또는 제 2 방향 조정체(9b)의 일측에 장착되어 외부로부터 불어오는 풍속을 검출할 수 있는 풍속 센서(17)와, 상기 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)의 후면에 장착되어 유압 실린더 방식에 의한 직선 운동으로 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)가 이루는 내각을 조정할 수 있는 각도 조절기(19), 및 상기 풍속 센 서(17)로부터 검출된 풍속 데이터를 이용하여 상기 각도 조절기(19)를 조정할 수 있는 제어부(21)가 갖추어진다.
또, 상기 하부 지주(5b)에는 중앙 회전봉(3)을 압박함으로써 중앙 회전봉(3)의 회전을 저지할 수 있는 제동 수단(23)이 장착될 수 있고, 중앙 회전봉(3)의 회전 속도를 일정 속도로 조절한 다음, 상기 중앙 회전봉(3)의 동력을 발전기(1)로 전달할 수 있는 속도 조절 수단(25)이 장착될 수 있다.
상기 상부 지주(5a)의 하단에는 도면 2에 도시한 바와 같이, 하부 지주(5b)의 직경보다 작은 끼움부(27)가 갖추어지고, 상기 끼움부(27)의 외주면에는 내주면이 회전할 수 있는 수직 이동 베어링(29)이 장착된다.
또, 상기 하부 지주(5b)의 내주면에는 하부 지주(5b)의 안쪽 방향으로 돌출된 걸림턱(31)이 장착되고, 상기 걸림턱(31)의 상단에는 중앙 회전봉(3)이 관통될 수 있으면서, 상단 또는 하단면이 수평 방향으로 회전할 수 있는 수평 이동 베어링(33)이 장착된다.
이러한 구조로 이루어진 상기 수직 이동 베어링(29)이 장착된 끼움부(27)는 상기 수평 이동 베어링(33)이 장착된 하부 지주(5b)에 끼워져 좌우 수평 방향으로 회전하게 된다.
한편, 상기 중앙 회전봉(3)의 외주면상에는 도면 1에 도시한 바와 같이, 제 1 연결 기어(35)와 제 2 연결 기어(37)가 중앙 회전봉(3)의 상·하 방향으로 고정 부착된다.
또한, 상기 제 1 동력 전달축(11)에는 중앙 회전봉(3)에 갖추어진 제 1 연결 기어(35)와 연결되어, 상기 제 1 동력 전달축(11)의 회전력을 중앙 회전봉(3)에 전달할 수 있는 제 1 동력 전달 기어(39)가 갖추어진다.
또한, 상기 제 1 연결 기어(35)와 제 1 동력 전달 기어(39)는 상기 제 1 연결 기어(35)와 제 1 동력 전달 기어(39) 사이에 어떠한 연결 수단(41a) 없이 직결하여 사용할 수 있고, 연결 수단(41a) (즉, 체인이나 벨트 또는 와이어)를 연결하여 사용할 수도 있다.
한편, 상기 제 1 방향 조정체(9a)와, 제 2 방향 조정체(9b)의 구조는 도면 1에 도시한 바와 같이, 서로 대칭적으로 같기 때문에 중복된 설명을 피하기 위해 상기 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)의 구조를 동시에 설명한다.
상기 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)는 도면 1에 도시한 바와 같이, 상부 지주(5a)의 직교 방향으로 나란하게 배치됨과 더불어, 상기 제 1 동력 전달축(11)과 제 2 동력 전달축(13)에 관통된 상태로 좌,우 회전될 수 있는 상부 고정편(43a,43b)과, 하부 고정편(45a,45b) 그리고, 상기 상·하부 고정편(43a,43b,45a,45b) 사이에 끼워져 바람의 힘에 의해 회전될 수 있는 2개 이상의 회전체(7), 및 상기 상·하부 고정편(43a,43b,45a,45b) 사이에 끼워진 상태로 회전할 수 있으면서, 외부 둘레면에 2개 이상의 톱니 기어(47a,47b,49a,49b)가 장착된 수직축(51,53)으로 이루어진다.
상기 회전체(7)는 도면 3a에 도시한 바와 같이, 양끝단이 상부 고정편(43a,43b)의 하단과, 하부 고정편(45a,45b)의 상단에 관통되어 회전될 수 있는 회전봉(55)과, 상기 회전봉(55)의 길이 방향으로 펼쳐지면서, 일측면이 회전봉(55) 의 외주면에 부착되는 2개 이상의 블레이드(57), 및 상기 회전봉(55)에 관통되어 블레이드(57)의 상단과 하단을 덮을 수 있는 상,하부 덮개(59a,59b)를 구비한다.
또한, 상기 상·하부 고정편(43a,43b,45a,45b)과 상·하부 덮개(59a,59b) 사이에 배치된 회전봉(55)의 외주면에는 톱니 기어(61a,61b)가 장착되어 바람의 힘에 의해 회전되는 회전봉(55)의 동력을 연결 수단(41b,41c)을 이용하여 제 1, 2 동력 전달축(11,13)에 장착된 톱니 기어(62a,62b)와 수직축(51,53)의 톱니 기어(47a,47b,49a,49b)에 전달할 수 있다.
또한, 상기 회전봉(55)이 끼워진 상,하부 고정편(43a,43b,45a,45b)상에는 베어링(64)이 장착되어 상기 회전봉(55)의 회전을 극대화시킬 수 있다.
한편, 상기 블레이드(57)의 형태는 도면 3a와 도면 3b에 도시한 바와 같이, 마주오는 바람을 마주볼 수 있는 일측면이 오목하게 들어간 바가지 형태이거나, 초승달 형태가 될 수 있다.
또한, 상기 블레이드(57)는 도면 3c에 도시한 바와 같이, 상기 회전봉(55)의 길이 방향으로 오목하게 들어간 블레이드(57)를 2개 이상으로 분할하여 구성할 수도 있다.
한편, 상기 제 1 방향 조정체(9a)와, 제 2 방향 조정체(9b)에 갖추어진 하부 고정편(45a,45b)에는 도면 1에 도시한 바와 같이, 제 1 방향 조정체(9a)와, 제 2 방향 조정체(9b)의 하중을 떠받칠 수 있는 지지축(63a,63b)이 설치되는바, 상기 지지축(63a,63b)은 하부 고정편(45a,45b)의 직교 방향으로 배치되면서, 양끝단이 하부 고정편(45a,45b)의 하단과 지면에 맞닿는 구조로 되어 있다.
또, 상기 지지축(63a,63b)의 하단에는 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)가 지지축(63a,63b)에 떠받쳐진 상태에서 좌,우 방향으로 회전될 수 있도록 굴림 수단(65)이 장착되는바, 상기 굴림 수단(65)은 통상적으로 회전 바퀴가 사용될 수 있다.
또, 상기 굴림 수단(65)이 맞닿는 지면상에는 상기 굴림 수단(65)과 맞대응될 수 있는 이동 레일(67)이 설치되어 상기 굴림 수단(65)의 이동 경로를 확보해 줌과 동시에 굴림 수단(65)의 원활한 회전을 도울 수 있다.
한편, 상기 제 2 동력 전달축(13)에는 도면 1과, 도면 4에 도시한 바와 같이, 중앙 회전봉(3)에 갖추어진 제 2 연결 기어(37)와 연결될 수 있는 기어 뭉치(67)가 설치되는바, 상기 기어 뭉치(67)에는 제 2 방향 조정체(9b)에 갖추어진 회전체(7)에 의해서 회전할 수 있는 제 2 동력 전달 기어(69)와, 상기 제 2 동력 전달 기어(69)의 회전 방향을 역방향으로 전환시켜 줄 수 있는 방향 전환 기어(71a,71b)가 구비된다.
이때, 상기 기어 뭉치(67)에 갖추어진 방향 전환 기어(71a,71b)는 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)에 장착된 회전체(7)의 회전 방향을 일 방향으로 전환할 수 있다.
또한, 상기 방향 전환 기어(71)는 상기 중앙 회전봉(3)에 갖추어진 제 2 연결 기어(37)와 연결 수단(41d)을 통해 연결되어, 상기 제 1 동력 전달 기어(39)와 함께 중앙 회전봉(3)의 방향을 일 방향으로 회전시킬 수 있다.
또, 상기 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)의 전방으로는 도면 5에 도시한 바와 같이, 전방으로부터 불어오는 바람을 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)로 유도하기 위한 바람 유도막(73)이 설치되는바, 상기 바람 유도막(73)은 도면 6에 도시한 바와 같이, 상부 지주(5a)의 전방으로 소정 간격 이격되어 설치됨과 동시에, 상기 상부 지주(5a)의 전방에서 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b) 방향으로 경사지게 펼쳐진 형태로 이루어져, 전방으로부터 불어오는 바람을 상기 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)에 갖추어진 회전체(7)로 유도할 수 있다.
또, 상기 제동 수단(23)은 도면 7에 도시한 제 1 실시예와 같이, 상기 중앙 회전봉(3)을 감싸고 있는 하부 지주(5b)의 외주면에 너트(74)를 장착하고, 상기 너트(74)에 체결된 상태로 상기 하부 지주(5b)의 외주면을 관통하여 직선 운동할 수 있으면서, 상기 하부 지주(5b)내로 삽입된 일측 끝단에 원호 모양의 스톱퍼(75)를 갖춘 이송바(77)로 구성할 수 있다.
상기 제동 수단(23)에 갖추어진 이송바(77)는 상기 하부 지주(5b)의 지름 방향으로 직선 운동하면서, 하부 지주(5b)내에 장착된 중앙 회전봉(3)의 외주면을 압박하여 중앙 회전봉(3)을 정지할 수 있다.
또한, 상기 이송바(77)의 타측 끝단에는 유압 또는 공압식 실린더를 이용하여 직선 운동할 수 있는 브레이크 실린더(79)가 장착되어, 제어부(21)의 제어에 따라 이송바(77)가 직선 운동할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 도면 1에 도시한 바와 같이, 제 1 방향 조정체(9a) 또는 제 2 방향 조정체(9b)의 일측에 외부로부터 불어오는 바람의 속도를 실시간으로 검출할 수 있는 풍속 센서(17)를 추가 장착하여 구성할 수 있다.
또한, 도면 6에 도시한 바와 같이, 풍속 센서(17)로부터 검출된 데이터 값을 입력받은 제어부(21)를 이용하여 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)의 후면에 장착되어 유압 실린더 방식을 이용한 직선 운동으로 상기 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)가 이루는 내각을 조정할 수 있는 각도 조절기(19)를 미세 조정할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 도면 8에 도시한 제 2 일실시예와 같이, 중앙 회전봉(3)을 제거하고, 제 1 동력 전달축(11)과 제 2 동력 전달축(13)의 하단이 상기 상하부 연결 수단(15b)을 관통할 수 있도록 상기 제 1 동력 전달축(11)과 제 2 동력 전달축(13)의 하단을 연장한 다음, 상기 각각의 제 1 동력 전달축(11)과 제 2 동력 전달축(13)의 하단에 발전기(1)를 연결하여 발전 양을 극대화시킬 수 있다.
상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 제 1 실시예가 동작 되는 과정을 도면 1과 도면 9를 참조하여 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치가 최초 동작되면, 바람이 불어오는 방향을 따라 제 1 방향 조정체(9a)와, 제 2 방향 조정체(9b), 및 상기 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)가 장착된 상부 지주(5a)가 회전하게 된다.
다음, 상기 풍속 센서(17)가 작동되어, 전방으로부터 불어오는 풍속을 측정한 다음, 제어부(21)로 전송하고, 상기 제어부(21)는 상기 풍속 센서(17)로부터 입 력된 풍속 데이터 값을 이용하여 각도 조절기(19)를 확장하거나 축소한다.
다음, 상기 각도 조절기(19)는 직선 운동에 의해서 상기 제 1 방향 조정체(9a)와, 제 2 방향 조정체(9b)가 이루는 내각을 조절하고, 상기 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)에 장착된 회전체(7)는 전방으로부터 불어오는 풍력에 의해 회전하게 된다.
이때, 상기 회전체(7)는 동력 전달 수단(41a,41b,41c,41d)을 이용하여 제 1 동력 전달축(11)과 제 2 동력 전달축(13)을 회전시킨다.
다음, 상기 회전체(7)에 의해 회전된 제 1 동력 전달축(11)과 제 2 동력 전달축(13)은 각각의 상반된 회전 방향을 방향 전환 기어(71)를 이용하여, 일방향으로 조정한 다음, 상기 제 1 동력 전달축(11)과 제 2 동력 전달축(13)의 회전력을 동력 전달 수단(41a,41d)을 이용하여 중앙 회전봉(3)에 전달한다.
다음, 상기 중앙 회전봉(3)은 제 1 동력 전달축(11)과 제 2 동력 전달축(13)으로부터 전달된 회전력을 속도 조절 수단(25)을 통해 발전기(1)로 전달시켜 최종적으로 회전체(7)의 회전력이 전기 에너지로 변환될 수 있도록 한다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 바람이 불어오는 방향으로 상기 제 1 방향 조정체(9a)와, 제 2 방향 조정체(9b)를 회전시킬 수 있고, 바람의 세기에 따라 상기 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)가 이루는 내각을 변경시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)에 장착된 상태로 회전할 수 있는 회전체(7)를 최적의 풍향과 풍속으 로 회전시킬 수 있기 때문에 종래의 프로펠러식 풍력 발전에 비해 발전 효율을 증대할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환과 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 도면에 한정되는 것이 아니다.
도면 1은 본 발명의 제 1 실시예를 설명하기 위한 개념도,
도면 2는 본 발명에 갖추어진 상부 지주와 하부 지주의 연결 관계를 설명하기 위한 상세도,
도면 3a는 본 발명에 갖추어진 회전체의 제 1 실시예를 설명하기 위한 분해 조립도,
도면 3b는 본 발명에 갖추어진 회전체의 제 2 실시예를 설명하기 위한 분해 조립도,
도면 3c는 본 발명에 갖추어진 회전체의 제 3 실시예를 설명하기 위한 분해 조립도,
도면 4는 본 발명에 갖추어진 방향 전환 기어의 작동 원리를 설명하기 위한 상태도,
도면 5는 본 발명에 갖추어진 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체의 전방에 풍력 유도막을 추가 설치한 상태도,
도면 6은 본 발명에 갖추어진 제 1 방향 조정체와 제 2 방향 조정체의 후면에 각도 조절기를 연결한 상태도,
도면 7은 본 발명에 갖추어진 제동 수단의 동작 원리를 설명하기 위한 상태도,
도면 8은 본 발명의 제 2 실시예를 설명하기 위한 상태도,
도면 9는 본 발명의 제어 블록도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
1. 발전기 3. 중앙 회전봉
5. 지주 5a. 상부 지주
5b. 하부 지주 7. 회전체
9a. 제 1 방향 조정체 9b. 제 2 방향 조정체
11. 제 1 동력 전달축 13. 제 2 동력 전달축
15a. 상부 연결 수단 15b. 하부 연결 수단
17. 풍속 센서 19. 각도 조절기
21. 제어부 23. 제동 수단
25. 속도 조절 수단 27. 끼움부
29. 수직 이동 베어링 31. 걸림턱
33. 수평 이동 베어링 35. 제 1 연결 기어
37. 제 2 연결 기어 39. 제 1 동력 전달 기어
41. 연결 수단 43a. 상부 고정편
43b. 상부 고정편 45a. 하부 고정편
45b. 하부 고정편 47a. 톱니 기어
47b. 톱니 기어 49a. 톱니 기어
49b. 톱니 기어 51. 수직축
53. 수직축 55. 회전봉
57. 블레이드 59a. 상부 덮개
59b. 하부 덮개 61a. 톱니 기어
61b. 톱니 기어 63a. 지지축
63b. 지지축 65. 굴림 수단
67. 기어 뭉치 69. 제 2 동력 전달 기어
71. 방향 전환 기어 74. 너트
75. 스톱퍼 77. 이송바
79. 브레이크 실린더
Claims (11)
- 특정 방향으로 회전하면서, 발전기(1)의 발전에 필요한 동력을 제공하는 중앙 회전봉(3)과;지면의 수직 방향으로 세워지면서, 상기 중앙 회전봉(3)을 감쌀 수 있고, 상하 2등분으로 분할되어 상부 지주(5a)와 하부 지주(5b)로 나뉘어질 수 있으며, 상기 상부 지주(5a)가 하부 지주(5b)에 끼워진 상태로 좌,우 회전할 수 있는 지주(5);상기 상부 지주(5a)를 경계로 서로 마주보게 배치됨과 더불어, 바람의 힘에 의해 회전할 수 있는 회전체(7)를 구비하고, 바람이 불어오는 방향을 따라 회전할 수 있는 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b);상기 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)를 수직 방향으로 관통하면서, 상기 회전체(7)의 동력을 전달받아 회전할 수 있고, 상기 회전체(7)에 의해 전달된 회전력을 중앙 회전봉(3)에 전달할 수 있는 제 1 동력 전달축(11)과 제 2 동력 전달축(13);및 상기 제 1 동력 전달축(11)과 제 2 동력 전달축(13)의 상·하단에 설치되어 제 1 동력 전달축(11)과, 제 2 동력 전달축(13)을 붙잡아 상부 지주(5a)의 외주면에 고정시킬 수 있는 상하부 연결 수단(15a,15b)로 이루어진 풍력 발전 장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)는 상부 지주(5a)의 직교 방향으로 나란하게 배치됨과 더불어, 상기 제 1 동력 전달축(11)과 제 2 동력 전달축(13)에 관통된 상태로 좌,우 회전될 수 있는 상·하부 고정편(43a,43b,45a,45b)과;상기 상·하부 고정편(43a,43b,45a,45b) 사이에 끼워져 바람의 힘에 의해 회전될 수 있는 2개 이상의 회전체(7)를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
- 제 3항에 있어서,상기 회전체(7)는 양끝단이 상부 고정편(43a,43b)의 하단과, 하부 고정편(45a,45b)의 상단에 관통되어 회전될 수 있는 회전봉(55)과;상기 회전봉(55)의 길이 방향으로 펼쳐지면서, 일측면이 회전봉(55)의 외주 면에 부착되는 2개 이상의 블레이드(57);및 상기 회전봉(55)에 관통되어 블레이드(57)의 상단과 하단을 덮을 수 있는 상,하부 덮개(59a,59b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
- 제 4항에 있어서,상기 블레이드(57)의 형태는 바가지 형태 또는 초승달 형태가 될 수 있고, 상기 회전봉(55)의 길이 방향으로 블레이드(57)를 2개 이상으로 분할하여 구성할 수 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
- 제 3항에 있어서,상기 제 1 방향 조정체(9a)와, 제 2 방향 조정체(9b)에 갖추어진 하부 고정편(45a,45b)에는 제 1 방향 조정체(9a)와, 제 2 방향 조정체(9b)의 하중을 떠받칠 수 있도록 하부 고정편(45a,45b)의 직교 방향으로 배치되면서, 양끝단이 하부 고정편(45a,45b)의 하단과 지면에 맞닿는 구조로 이루어진 지지축(63a,63b)이 설치되고,상기 지지축(63a,63b)의 하단으로는 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)가 지지축(63a,63b)에 떠받쳐진 상태에서 좌,우 방향으로 회전될 수 있도록 굴림 수단(65)이 장착되며,상기 굴림 수단(65)과 맞닿는 지면 상에는 상기 굴림 수단(65)과 맞대응될 수 있는 이동 레일(67)이 설치된 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 풍력 발전 장치에는 제 1 방향 조정체(9a) 또는 제 2 방향 조정체(9b)의 일측에 장착되어 외부로부터 불어오는 풍속을 검출할 수 있는 풍속 센서(17)와;상기 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)의 후면에 장착되어 유압 실린더 방식에 의한 직선 운동으로 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)가 이루는 내각을 조정할 수 있는 각도 조절기(19);및 상기 풍속 센서(17)로부터 검출된 풍속 데이터를 이용하여 상기 각도 조절기(19)를 조정할 수 있는 제어부(21)가 장착되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 하부 지주(5b)에는 중앙 회전봉(3)을 압박함으로써 중앙 회전봉(3)의 회전을 저지할 수 있는 제동 수단(23)이 장착되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 하부 지주(5b)에는 중앙 회전봉(3)의 회전 속도를 일정 속도로 조절한 다음, 상기 중앙 회전봉(3)의 동력을 발전기(1)로 전달할 수 있는 속도 조절 수단(25)이 장착되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)의 전방으로는 전방으로부터 불어오는 바람을 제 1 방향 조정체(9a)와 제 2 방향 조정체(9b)로 유도하기 위한 바람 유도막(73)이 설치된 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 중앙 회전봉(3)을 제거하고, 제 1 동력 전달축(11)과 제 2 동력 전달축(13)의 끝단이 상기 상하부 연결 수단(15a,15b)을 관통할 수 있도록 상기 제 1 동력 전달축(11)과 제 2 동력 전달축(13)의 끝단을 연장한 다음, 상기 각각의 제 1 동력 전달축(11)과 제 2 동력 전달축(13)의 끝단에 발전기(1)를 연결한 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
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Legal Events
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| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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