KR101037814B1

KR101037814B1 - 파력 및 풍력발전 시스템의 터빈 블레이드 구조

Info

Publication number: KR101037814B1
Application number: KR1020090071855A
Authority: KR
Inventors: 조일진
Original assignee: 조일진
Priority date: 2009-08-03
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2011-05-30
Also published as: KR20110014062A

Abstract

본 발명은 파력 및 풍력발전 시스템의 터빈 블레이드 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주머니형 블레이드를 수직축을 중심으로 방사형으로 배치되며 상기 주머니형 블레이드는 상, 하 지지판에 형성된 끼움홈에 각각으로 고정되며, 상기 주머니형 블레이드 날개에 들어온 바람 에너지는 위, 아래로 갈라져 제트노즐을 통과하면서 상, 하 고정판에 형성된 제트 바람 지지판에 제차 부딪치면서 2차 추진력을 얻을 수 있도록 구성되는 파력 및 풍력발전 시스템의 터빈 블레이드 구조에 관한 것이다.

풍력 발전기, 풍력, 파력 발전

Description

파력 및 풍력발전 시스템의 터빈 블레이드 구조{Appavatus for wind power generation with vertical axis}

현재 우리나라는 3면이 바다이며, 산간지역이 많아 풍향이 수시로 변하므로 기존의 수평축 풍력발전 장치(horizontal axis wind turbine)는 우리나라 실정에 맞지 않는 단점이 있다.

그리고, 이와 같은 구조는 설치 및 유지비용이 높은 단점이 있는 것이 사실이다.

한편, 기존의 수직형의 경우에는 바람의 양력을 이용하는 방식인 다리우스식 (darrius rotor)과 바람의 항력을 이용하는 사보니우스식(savonius rotor)이 있으나 대부눈 날개의 구조가 도 1과 같이 바람에너지가 날개를 타고 중심축 방향으로 미끄러지면서 회전력이 감소되는 구조로 되어 있어 효율이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 주머니 형상의 블레이드 날개를 방사형으로 배치하여 어떠한 방향에서 바람이 불어도 회전을 하게 구성하여 풍향의 변화가 심한 지역에서도 회전이 원활하며 구조는 단순해지므로 해서 설치 및 유지관리 비용을 절감시킬 수 있는 파력 및 풍력발전 시스템의 터빈 블레이드 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 파력 및 풍력발전 시스템의 터빈 블레이드 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주머니형 블레이드를 수직축을 중심으로 방사형으로 배치되며 상기 주머니형 블레이드는 상, 하 지지판에 형성된 끼움홈에 각각으로 고정되며, 상기 주머니형 블레이드 날개에 들어온 바람 에너지는 위, 아래로 갈라져 제트노즐을 통과하면서 상, 하 고정판에 형성된 제트 바람 지지판에 제차 부딪치면서 2차 추진력을 얻을 수 있도록 구성되는 파력 및 풍력발전 시스템의 터빈 블레이드 구조에 관한 것이다.

이상과 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따르면, 주머니 형상의 블레이 드 날개가 회전체의 가장 끝에 위치함으로 1차 바람에너지가 큰 회전력을 만들고 1차 바람에너지가 위, 아래에 있는 제트 노즐을 통해 분사되면서 2차적 에너지가 발생하면서 생긴 추진력으로 인해 회전의 속도를 높이기 때문에 풍속의 변화가 심하거나 풍속이 느린 지역에서도 안정된 회전을 통해 전력 생산이 효율적으로 이루어지는 특징이 있다.

그리고, 물속에서는 무거운 물의 비중으로 인해 더 폭발적인 힘을 발휘하므로 도서 산간이나 바닷가, 섬 등 여러 가지 지리적으로 어려운 곳에 전력 공급이 원활하며 실생활 및 산업용으로 큰 도움이 되는 매우 유용한 효과가 있다.

이하, 본 발명의 일실시예에 의해 이루어진 구성 및 작동상태를 첨부된 도면과 관련하여 상세히 설명하되, 첨부된 도면은 본 발명의 일실시예를 구체적으로 설명하는 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위가 도면 또는 상기 도면을 참조한 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제어하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 종래에 사용되는 수직축 풍력발전 시스템의 블레이드 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이며, 도 2는 본 발명의 요부가 조립된 상태를 계략적으로 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 요부가 조립되는 상태의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 요부가 조립된 상태의 정면도이고, 도 5은 본 발명의 요부가 조립된 상태의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 요부인 주머니형 블레이드를 발췌하여 확대한 상태의 평면도이고, 도 7는 본 발명의 요부가 작동되는 상태를 계략적으로 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명의 요부를 발췌하여 확대한 상태의 사시도이다,

먼저, 본 발명은 도 2 및 도 3와 같이 풍력에 의해 회전하는 수직축(600)과 상기 수직축(600)에 결합되는 상 지지판(500)과 하 지지판(503) 사이에 다수개의 주머니형 블레이드(700)가 방사형으로 배치되어 조립되는 구성이다.

그리고, 상기 수직축(600)을 중심으로 주머니형 블레이드(700)가 방사형으로 배치되어 있으며, 상기 주머니형 블레이드(700)는 도 8과 같이 상 지지판(500)과 하 지지판(503) 표면에 형성된 끼움홈(900)에 각각으로 삽입되어 고정되는 구성이다.

여기서, 상 지지판(500)과 하 지지판(503)은 수직축(600)과 위치 고정핀(601)에 의해 높이조절 및 회전력을 수직축(600)에 전달하는 구성이다.

여기서, 수직축(600)은 위치 고정블록(400)에 의해 고정되며 베어링(300)은 수직축(600) 위, 아래에 조립되어 상 고정판(200) 및 하 고정판(202)에 고정되는 구성이다.

이때, 상 고정판(200)과 하 고정판(202)은 기둥(201)에 의해 간격유지 및 구조물이 고정되는 구성이다.

한편, 도 6은 본 발명의 요부인 주머니형 블레이드(700)를 나타낸 평면도이다.

그리고, 외부에서 유입되는 바람은 상기 도 6과 같이 주머니형 블레이드(700)의 바람 유도판(903)을 타고 블레이드 안으로 미끄러져 유입되면서 회오리치는 구성이다.

이때, 상기 주머니형 블레이드(700)에 형성되는 바람 유도판(903)에는 바람이 순간적으로 몰아치면서 블레이드(700)를 전체적으로 회전시킬 수 있는 구성이다.

여기서, 수직축(600)을 중심으로 방사형으로 배치되는 블레이드(700)의 날개와 날개 사이는 서로 겹쳐져 있어 블레이드 전체면적으로 불어오는 바람을 에너지로 사용할 수 있는 것이다.

또한, 상기 주머니형 블레이드(700) 내부에 유입되는 바람은 도 2 및 도 4, 도 7과 같이 상 지지판(500)과 하 지지판(503) 표면에 각각으로 형성된 제트노즐(501)을 통하여 배출됨과 아울러 상기 바람은 상부 바람 지지판(901)과 하부 바람 지지판(902)에 2차적으로 부딪치는 구성이다.

이때, 상부 바람 지지판(901)과 하부 바람 지지판(902)에 부딪치는 바람은 항공모함에서 제트기가 이륙하기 위해 제트추진 벽을 세워서 제트기의 추진력을 높이는 원리로서 상기 주머니형 블레이드(700)를 더욱 효과적으로 회전시킬 수 있는 구성이다.

즉, 바람이 유입되는 각각의 블레이드(700)에는 작은 회오리바람이 발생될 수 있는 것이다.

따라서, 상기와 같이 형성되는 바람은 주머니형 블레이드(700) 내측 경사면을 타고 위, 아래로 빠르게 이동함은 물론 제트노즐(501)을 통해 배출되면서 상기 상 고정판(200)과 하 고정판(202)에 각각으로 형성된 상부 바람 지지판(901)과 하부 바람 지지판(902)에 다시 부딪치면서 제 2의 에너지를 만들어 블레이드 회전에 추진력을 더욱 증가시킬 수 있는 구성이다.

그리고, 도 6에 도시된 A 부분은 주머니형 블레이드(70)의 중심보다 더 연장되어 있어 바람이 12시 방향에서 분다고 가정했을 때 1시에서 3시 사이의 블레이드는 A 구조로 인해 바람의 저항을 최소화 할 수 있는 구성이다.

여기서, 주머니형 블레이드(700) 재질은 알루미늄, 플라스틱, 우레탄 등으로 형성되어 사용될 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 외부에서 유입되는 바람이 주머니형 블레이드(700)의 바람 유도판(903)을 타고 들어오는 순간 1차적인 회전에너지가 발생되고, 상기 바람은 다시 제트노즐(501)을 통하여 상부 바람 지지판(901)과 하부 바람 지지판(902)에 부딪치면서 회전에 추진력을 더해 2차적 회전에너지가 발생되는 것이다.

즉, 상기 주머니형 블레이드(700)는 바람을 일시적으로 모아주는 동시에 발 생하는 힘에 의해 회전력이 발생됨과 함께 상기 모아진 바람은 다시 제트노즐(501)을 통하여 상부 바람 지지판(901)과 하부 바람 지지판(902)에 2차적으로 부딪치면서 추진력을 발생시켜 블레이드의 회전 효율을 높인 것이다.

한편, 본 발명의 장치를 유속이 빠른 강 또는 바다에 설치할 경우 상기 주머니형 블레이드(700)는 유속에 의해 회전되면서 발전 장치로 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명은 바다의 유속를 이용한 파력 발전 시스템의 터빈 블레이드로도 사용할 수 있는 것이다.

상기의 상황에서 주머니형 블레이드(700)는 유속에 의해 회전력이 발생됨과 함께 상기 모아진 유속은 다시 제트노즐(501)을 통하여 상부 바람 지지판(901)과 하부 바람 지지판(902)에 2차적으로 부딪치면서 추진력을 발생시켜 상기 블레이드를 지속적으로 회전시킬 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 주머니 형상의 블레이드 날개가 회전체의 가장 끝에 위치함으로 1차 바람에너지가 큰 회전력을 만들고 1차 바람에너지가 위, 아래에 있는 제트 노즐을 통해 분사되면서 2차적 에너지가 발생하면서 생긴 추진력으로 인해 회전의 속도를 높이기 때문에 풍속의 변화가 심하거나 풍속이 느린 지역에서도 안정된 회전을 통해 전력 생산이 효율적으로 이루어지는 특징이 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합 된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 종래에 사용되는 수직축 풍력발전 시스템의 블레이드 구조를 개략적으로 나타낸 평면도.

도 2는 본 발명의 요부가 조립된 상태를 계략적으로 나타낸 사시도.

도 3은 본 발명의 요부가 조립되는 상태의 사시도.

도 4는 본 발명의 요부가 조립된 상태의 정면도.

도 5은 본 발명의 요부가 조립된 상태의 평면도.

도 6은 본 발명의 요부인 주머니형 블레이드를 발췌하여 확대한 상태의 평면도.

도 7는 본 발명의 요부가 작동되는 상태를 계략적으로 나타낸 사시도.

도 8은 본 발명의 요부를 발췌하여 확대한 상태의 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

200. 상 고정판 201. 기둥

202. 하 고정판 203. 고정너트

300. 베어링 400. 위치 고정블록

500. 상 지지판 501. 제트노즐

502. 지지봉 503. 하 지지판

504.. 볼트 600. 수직축

601. 위치 고정핀 700. 주머니형 블레이드

800. 다리 900. 끼움홈

901. 상부제트 바람 지지판 902. 하부제트 바람 지지판

903. 바람 유도판

Claims

주머니형 블레이드(700)를 수직축(600)을 중심으로 방사형으로 배치하되, 상기 주머니형 블레이드(700)는 상, 하 지지판(500)(503)에 형성된 끼움홈(900)에 각각으로 고정됨과 아울러 상기 주머니형 블레이드(700)는 바람 유도판(903)에 들어온 바람 에너지가 위, 아래로 갈라져 제트노즐(501)을 통과하면서 상, 하 고정판(200)(202)에 형성된 상부 바람 지지판(901)과 하부 바람 지지판(902)에 제차 부딪치면서 2차 추진력을 얻어 회전될 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 파력 및 풍력발전 시스템의 터빈 블레이드 구조.
제 1항에 있어서,

상기 주머니형 블레이드(700) 내부에 유입되는 바람은 상 지지판(500)과 하 지지판(503) 표면에 각각으로 형성된 제트노즐(501)을 통하여 배출됨과 아울러 상기 바람은 상부 바람 지지판(901)과 하부 바람 지지판(902)에 2차적으로 부딪칠 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 파력 및 풍력발전 시스템의 터빈 블레이드 구조.
제 1항에 있어서,

상기 수직축(600)을 중심으로 방사형으로 배치되는 블레이드(700)의 날개와 날개 사이는 서로 겹쳐져 있어 블레이드 전체면적으로 불어오는 바람을 에너지로 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 파력 및 풍력발전 시스템의 터빈 블레이드 구 조.
제 1항에 있어서,

상기 주머니형 블레이드(700)를 바다의 유속를 이용한 파력 발전 시스템의 터빈 블레이드로도 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 파력 및 풍력발전 시스템의 터빈 블레이드 구조.