KR101055919B1 - 접이식 블레이드 방식 - Google Patents

접이식 블레이드 방식 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력발전기나 조류·조력발전기에서 사용되는 블레이드에 관한 것으로서 기존의 풍력발전기나 조류·조력발전기에서의 문제점인 새 등의 조류나 어류 등의 피해를 최소화할 수 있는 장치에 대한 발명이다.
일반적으로 풍력발전기는 블레이드가 바람에 의해 회전하고 있을 때 새 등의 조류나 곤충류가 비행 중 풍력발전기기의 블레이드 회전의 존재를 확인하고 대피할 겨를도 없이 충돌하는 사고 등이 다반사로 발생하고 있어 생태계파괴의 원인이 되고 있다. 또한 조류발전이나 조력발전에서도 조류의 흐름에 따라 어류들이 이동을 함에 있어 자연히 터빈을 통과하게 된다. 하지만 터빈 블레이드에 의해 통과된 어류들은 거의 사망하게 된다. 이러한 풍력발전이나, 조류·조력발전의 기존 블레이드들은 생태계파괴는 물론 풍력발전기나, 조류·조력발전기 자체의 고장의 원인이 되기도 하며, 발전을 저해하는 요인이 된다. 그리고 풍력발전기나 조류·조력발전의 블레이드들은 바람이나 조류의 흐름에 직각으로 배치되어 있어 새 등의 조류나 어류들이 설치기기를 발견했을 때 직각으로 급선회 대피하지 못하여 블레이드에 충돌하게 된다.
본 발명의 블레이드 시스템은 새 등의 조류가 자연스럽게 날거나 어류가 조류의 흐름에 따라 이동함에 있어 방해물(발전기의 블레이드) 발견 시 자연스럽게 대피할 수 있도록 풍력발전기나 조류·조력발전의 블레이드를 바람이나 조류의 흐름에 직각으로 배치하되 너셀 쪽으로 약간 접히게 하여 조류나 어류 등이 급선회하지 않고 도 대피시간을 늘려 피해를 최소화할 수 있도록 하였다. 또한 본 발명의 구성물을 풍력발전기로 사용할 경우 바람의 세기가 강할 때 블레이드가 너셀 쪽으로 접히게 되어 강한풍량에 의한 발전시설물이나 블레이드의 피해를 줄일 수 있도록 하였다. 하지만 조류·조력발전기에 사용할 경우는 일정한 속도로 진행하는 조류의 특성으로 블레이드가 너셀 쪽으로 접히지 않고, 약간 접힌 상태 그대로 활용 가능하여 전력을 생산하기 위한 최적의 발전환경과, 효율적이고 안정적인 발전을 할 수 있게 하였다. 본 발명은 발전에는 전혀 영향을 끼치지 않고 발전할 수 있으며, 더불어 조류나 어류의 생태계의 환경을 보호함으로서 친환경적인 블레이드 방식이라 하겠다.
풍력발전기, 조력발전기, 조류발전기, 블레이드, 접이식

Description

접이식 블레이드 방식{folding blades system}
본 발명은 풍력발전기나 조류·조력발전기에서 사용되는 블레이드에 의한 새, 또는 물고기 등의 조류나 어류의 피해를 최소화하기 위한 장치로서 더 자세히는 새 등의 조류가 바람에 따라 이동하거나 어류가 조류의 흐름에 따라 이동함에 있어 풍력발전기나 조류·조력발전 시설물의 블레이드 발견시 자연스럽게 대피할 수 있도록 풍력발전기나 조류·조력발전의 블레이드를 바람이나 조류의 흐름에 직각으로 배치하지 않고 발전기의 너셀 쪽으로 각도를 약간 접히게 하여 조류나 어류 등이 자연스럽게 피할 수 있도록 대피시간을 늘려 새나 어류의 피해를 최소화할 수 있도록 한 블레이드장치에 관한 것이다.
세계적으로 화석에너지의 고갈과 이산화탄소 규제에 의해 대체에너지에 의한 관심도가 높아지고 있다. 풍력에너지와 조류·조력에너지 등은 고갈되지 않고 공해를 유발하지 않는 친환경자연에너지라는 장점으로 세계 각국에서 앞 다투어 설치하고 있으며 연구개발에 박차를 가하고 있다. 풍력에너지는 가장 유력한 대체에너지원으로 인정받고 있으며 우리나라도 세계기후변화협약과 같은 국제 환경의 변화와 유가상승, 그리고 국내 사용에너지의 96%를 수입에 의존하고 있어 풍력발전시스템과 조력발전시스템에 관심이 높다. 하지만 풍력발전기의 블레이드나 조류·조력발전기 터빈의 블레이드는 바람이나 조류에 의해 회전하고 있을 때 새 등의 조류나 곤충류 물고기 등의 어류가 이동하며 접근할 때 블레이드의 존재를 확인하고 급선회할 시간적인 여유 없이 충돌하게 된다. 이러한 일이 다반사로 발생하고 있고 생태계파괴에 일조하고 있다. 이로 인해 블레이드의 피해와 발전시설 자체의 고장원인이 되기도 하며, 발전을 저해하는 요인이 된다.
도 1은 종래의 사용되어지고 있는 발전방식에 대한 블레이드 형식으로 1a는 현재 주로 설치되어 사용되고 있는 풍력발전기에 대한 도시이며, 1b는 조력발전에서 사용되는 벌브형 타입의 수차로 세계적으로 보편화되어 사용되고 있다. 1c는 조류발전에서 사용되는 헬리컬 타입의 수차이다. 도시된 바와 같이 각 발전기는 프로펠러형이 주로 활용된다. 즉 프로펠러에 유체의 흐름운동에너지를 전달하고 이러한 운동에너지가 전기에너지로 전환되어 전력을 생산하게 하는 방식이다. 이러한 발전방식들은 유체의 흐름과 정면으로 향하며, 블레이드가 유체방향과 거의 직각으로 세워져 있어 새나, 물고기 등의 피해가 크다. 특히 조력발전의 경우 어류가 물의 흐름에 따라 발전기의 수차 쪽으로 강제로 떠밀리며 이동하게 되어 블레이드를 피할 수가 없기 때문에, 발전기를 통해 이동된 어류는 모두 폐사하게 된다.
상기의 발전방식들은 전력을 생산할 수는 있으나 새 등의 조류나 어류 등의 생태계를 파괴하는 문제점이 많다고 할 것이다.
본 발명은 로터허브에 블레이드축을 약 50°각도 정도 너셀 쪽으로 기울게 형성하여 새 등의 조류나, 어류 등이 자연스럽게 대피 수 있도록 하는데 주목적이 있다. 또한 본 발명은 블레이드축을 약 50°각도 정도 너셀 쪽으로 기울게 형성하였지만 기존의 블레이드에서 풍력이나 조류·조력의 힘을 받는 힘과 일치되어 풍력이나 조류·조력의 힘이 기존의 블레이드와 대등하다. 또한 본 발명이 풍력발전에 사용될 경우 풍속이 풍력발전기의 극대치에 달하게 되면 너셀 쪽으로 완전히 접히게 되어 블레이드와 너셀 등의 시설을 보호하는데 또 다른 목적이 있어 기존의 방식으로 하여금 효율을 극대화하는데 목적이 있다 하겠다.
상기 과제를 이루기 위해 본 발명은 로터허브에 블레이드축이 너셀쪽으로 각도를 형성하여 유지하며 움직일 수 있도록 지지축에 블레이드축 지지홈을 구성고정축으로 고정하고 이동의 저항을 줄이며 효율적인 이동을 위하여 슬러스트 베어링과 베어링을 구성하였다. 또한 바람의 극대치에서 블레이드와 너셀 등을 보호하기 위하여 로터허브의 지지축내에 힌지축을 구성하여 극대치의 바람에서 힌지축에 의해 블레이드가 너셀 쪽으로 접힐 수 있도록 구성되어 있다.
따라서 본 발명의 접이식 블레이드 방식은 로터허브에 블레이드축을 약 50°각도 정도 너셀 쪽으로 기울게 형성하여 새 등의 조류나, 어류 등이 블레이드를 발 견하여 대피할 시 직각으로 급선회가 아닌 타원형식으로 자연스럽게 선회하여 대피할 수 있도록 하여 생태계 교란을 예방하며, 새나, 어류 등이 설치기기에 부딪히는 사고로 인한 기기의 고장과 피해를 예방하였다. 또한, 강한 바람 즉, 설치기기의 극대치의 바람에 블레이드 등 기기의 안전을 예방하여 기존의 방식으로 하여금 효율을 극대화시켰다.
본 발명에 따라 목적을 달성하기 위해 이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 예시를 상세하게 설명한다면,
도 2에서는 본 발명에 따른 전체구성에 대한 예시도로서 일반적으로 종래의 풍력발전기는 블레이드(100), 로터허브(200), 너셀(400), 타워(300), 수직안정판(500) 등으로 구성되어 있다. 그리고 블레이드(100)는 너셀(400)의 수직으로 구성하여 바람에 직접적인 영향을 받을 수 있도록 구성되어져 있는 구조이다. 본 발명의 구성도 마찬가지로 구성되어 있지만 블레이드(100)의 위치구조는 다르다. 도 2 에서처럼 블레이드(100)는 너셀(400)과 수직이 아닌 약 50°각도 정도 너셀(400)쪽으로 기울게 형성되어 새 등의 조류가 날아가다 블레이드(100)를 발견했을 시 자연스럽게 타원 형식으로 피할 수 있도록 하였다.
도 3은 로터허브(200)의 구성과 작동의 진행을 예시한 핵심기능을 갖는 장치의 배열로서 바람이 불어오는 방향에서의 불순물 차단과 로터허브(200)를 안전하게 고 정, 보호하기 위해 보호캡(210)을 구성한다. 보호캡(210) 내부중앙에는 안내축(212)과 이를 지지하는 안정판(211)이 구비되며, 수축과 이완의 탄성을 가진 스프링(221)이 안내축(212)을 감싸며 구비된다. 스프링(221)의 탄성은 발전기의 극한 바람의 수치나 그보다 높을 때 수축할 수 있도록 탄성력을 제작 구성한다. 보호캡(210)은 지지축(230)과 안정적으로 고정시킬 수 있는 구조로 서로 결속 연결되어 구성되어지며, 지지축(230)은 회전축과 연결되고 회전축이 회전을 하게 될 때 함께 회전한다.
블레이드축(110)은 블레이드(100)의 뿌리로서 평기어(113)가 블레이드축(110)에 구성되고 블레이드축(110)은 지지축(230) 안쪽으로 구성되며, 지지축(230)과의 연결을 위해 고정축(112)이 구성된다. 블레이드축(110)의 원활한 각도이동을 위해 고정축(112) 외부에 베어링(111)이 삽입 구성된다. 지지축(230)은 블레이드(100)의 뿌리인 블레이드축(110)을 고정하기 위해 3등분으로 지지홈(231)이 구성되며, 지지홈(231)에는 블레이드축(110)이 고정되며 원활한 각도이동과 회전의 저항을 최소화를 위해 슬러스트베어링(232)이 구비된다. 지지축(230)은 중앙이 비워져있고 회전축과 연결되어 있어 블레이드(100)가 바람에 영향을 받으면 지지축(230)에 에너지가 전달되어 회전축을 회전시키게 되고 너셀(400)내부의 발전기에 전달되어 전력을 생산하게 된다. 지지축(230)의 비워져 있는 공간에는 힌지축(220)이 내부에 구성되어 있으며, 힌지축(220) 중앙에는 안내홀(222)이 구성된다. 힌지축(220)의 안내홀(222)은 보호캡(210) 안내축(212)의 안정적인 출입을 돕는 기능을 한다. 힌지축(220)은 3개의 블레이드축(110) 평기어(113)에 맞물려 바람에 의해 블레이 드(100)가 접히게 될 때 블레이드축(110)의 평기어(113)가 힌지축(220)의 렉기어(223)에 영향을 주어 보호캡(210)의 안내축(212)이 힌지축(220)의 안내홀(222)로 들어가게 된다. 수직안정판(500)은 풍향의 방향에 따 움직임을 제어하며 바람의 정면방향으로 자동 균형조절하는 기능을 한다.
도 4의 A는 로터허브(200) 작동의 진행 예시도로서 일반적인 적정풍력이 발전기에 불어줄 때 블레이드(100)는 너셀(400)의 약 50°각도 정도 너셀(400)쪽으로 기울게 형성되어 회전하게 된다. 이때 로터허브(200) 내부는 보호캡(210)의 안내축(212)을 감싸고 있는 스프링(221)이 힌지축(220)을 밀어 주게 되어 힌지축(220)이 지지축(230) 내부로 이동 위치하며, 힌지축(220)의 렉기어(223)가 블레이드축(110)의 평기어(113) 3개와 맞물려 고정되게 된다. 하지만 발전기의 극대치 풍량이 발전기에 불게 되면 블레이드(100)에 바람의 힘이 전달되어 블레이드(100)가 너셀(400)쪽으로 모이게 된다. 이때 도 4의 B처럼 로터허브(200)의 지지축(230)에 연결되어 있는 블레이드축(110)이 이동회전하며, 블레이드축(110)의 평기어(113)가 힌지축(220)의 렉기어(223)를 밀어주게 된다. 이때 힌지축(220)의 안내홀(222)로 보호캡(210)의 안내축(212)이 들어가게 된다. 이때 안내축(212) 외부에 감싸고 있는 스프링(221)은 힌지축(220)의 미는 힘에 의해 수축하게 된다.
이로써 풍량이 강할 때, 즉 발전설비기기의 극대치에 이르는 바람에 블레이드(100)가 너셀(400)쪽으로 접히게 된다. 일반적인 풍량일때는 스프링(221)의 탄성복원력으로 힌지축(220)을 지지축(230) 내부로 밀어내게 되고 힌지축(220)의 렉기 어(223)는 블레이드축(110)의 평기어(113)와 맞물려 블레이드축(110)을 회전시키게 된다. 이로써 블레이드(100)는 너셀(400)의 약 50°각도 정도 너셀(400)쪽으로 기울게 형성되어지게 되며 바람에 의해 회전 작동하게 된다.
도 5의 C는 풍량이 일정하게 불때의 블레이드(100)의 회전상태이며, 도 5 의 D는 극대치의 바람에 의해 로터허브(200)의 작용으로 블레이드축(110)이 이동하여 블레이드(100)가 너셀(400)쪽으로 접히게 되는 상황을 예시하였다.
제 1도는 종래의 사용되어지고 있는 발전방식의 블레이드에 대한 예시도
제 2도는 접이식 블레이드방식에 대한 전체구성에 대한 예시도
제 3도는 로터허브의 구성도
제 4도는 로터허브 작동의 진행 예시도
제 5도는 바람의 극대치에 의해 블레이드가 접히는 상황을 나타낸 예시도
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
A : 블레이드가 펼쳐졌을 때의 로터허브 내부 상황
B : 블레이드가 접혀졌을 때의 로터허브 내부 상황
C : 일반적인 풍량일때의 블레이드 상황
D : 발전기의 극대치의 풍량일때의 블레이드 상황
100 : 블레이드 110 : 블레이드축
111 : 베어링 112 : 고정축
113 : 평기어 200 : 로터허브
210 : 보호캡 211 : 안정판
212 : 안내축 220 : 힌지축
221 : 스프링 222 : 안내홀
223 : 렉기어 230 : 지지축
231 : 지지홈 232 : 슬러스트베어링
300 : 타워 400 : 너셀 500 : 수직 안정판

Claims (2)

  1. 풍력발전기에 있어서 블레이드(100), 로터허브(200), 너셀(400), 타워(300), 수직안정판(500) 등으로 구성된 구성체에 로터허브(200)가 보호캡(210)으로 보호되어 구성되어지며, 그 내부에는 안내축(212)과 안정판(211), 스프링(221)으로 구성되고, 보호캡(210)은 지지축(230)과 회전축의 순으로 연결되며, 지지축(230) 내부에는 공간이 있어 힌지축(220)이 왕래를 할 수 있도록 구비되며, 지지축(230)에는 1개 이상의 블레이드축(110)이 연결될 수 있도록 지지홈(231)이 마련되고 지지홈(231)에는 슬러스트베어링(232)이 구비되고, 블레이드축(110)에는 평기어(113)와 고정축(112), 베어링(111)이 구성되며, 지지축(230)의 지지홈(231)에 고정되고, 힌지축(220)의 렉기어(223)와 맞물려 힌지축(220)을 보호캡(210)의 안내축(212)으로 힌지축(220)이 이동하며, 힌지축(220)의 렉기어(223)는 1개 이상의 블레이드축(110) 평기어(113)에 맞물리며, 블레이드축(110)의 평기어(113)가 힌지축(220)의 렉기어(223)에 영향을 주어 보호캡(210)의 안내축(212)이 힌지축(220)의 안내홀(222)로 들어가게 구성되어 블레이드(100)가 50°각도로 너셀(400)쪽으로 기울게 형성되고 블레이드(100)가 너셀(400)의 안쪽으로 접히는 것을 특징으로 하는 접이식 블레이드시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 조류·조력발전기 터빈의 블레이드(100)에도 상기 제 1항에서와 같은 구성 방식이나 블레이드축(110)이 로터허브(200)에 고정되어 블레이드(100)가 50°각도로 너셀(400)쪽으로 기울어져 형성되어 너셀(400)쪽으로 접히지는 않고 기울어져 회전하는 것을 특징으로 하는 접이식 블레이드시스템.
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