KR101076553B1 - Wind power generator - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 하우징; 상기 하우징에 회동 가능하게 장착되는 로테이션 샤프트; 상기 로테이션 샤프트에 배치되는 블레이드부;를 구비하고, 상기 블레이드부는: 상기 로테이션 샤프트에 수직한 평면 상에 배치되고 상기 로테이션 샤프트와 함께 회동하고 서로 이격 배치되는 한 쌍의 블레이드 플레이트와, 양단이 각각 상기 블레이드 플레이트의 서로 마주하는 면에 배치되는 수직 블레이드를 구비하되, 상기 로테이션 샤프트의 길이 방향을 포함하는 평면 상에서 볼 때, 상기 수직 블레이드와 상기 로테이션 샤프트의 길이 방향 선분은 서로 교차되는 풍력 발전 장치를 제공한다. The present invention relates to a semiconductor device comprising: a housing; A rotation shaft rotatably mounted to the housing; And a blade portion disposed on the rotation shaft, wherein the blade portion includes: a pair of blade plates disposed on a plane perpendicular to the rotation shaft and pivoted together with the rotation shaft and spaced apart from each other; A vertical blade disposed on opposite surfaces of the blade plate, wherein the vertical blade and the longitudinal segment of the rotation shaft intersect with each other when viewed in a plane including the longitudinal direction of the rotation shaft. do.
Description
본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 바람의 세기에 대한 강인성을 확보할 수 잇는 구조의 풍력 발전 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a wind power generator, and more particularly to a wind power generator having a structure that can secure the robustness to the strength of the wind.
석유, 천연가스, 석탄 및 우라늄등 지구상에 매장되어 있는 에너지 자원은 유한한데 반하여 인구증가 및 개발에 따라 에너지 수요는 폭발적으로 증가하고 있기 때문에, 에너지 원료 가격은 지속적으로 올라가고 있다. 따라서, 이를 대체할 에너지원의 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 대체에너지 중에는 태양전지, 바이오 에너지, 풍력발전, 조력발전등이 많이 거론되고 있으나 특히 비용 및 성능적인 측면에서 풍력 발전이 가장 효율적인 것으로 판단되고 있다.Energy resources stored on the earth, such as oil, natural gas, coal, and uranium, are finite, while energy demand is exploding with population growth and development. Therefore, there is a growing interest in the development of energy sources to replace them. Among alternative energy, solar cell, bio energy, wind power, tidal power, etc. are mentioned a lot, but wind power is considered to be the most efficient in terms of cost and performance.
풍력발전은 태양에서 지구로 방사되는 에너지의 차이에 의해서 발생되는 바람의 운동에너지를 이용하여 전기를 발생시키는 장치로 이는 오랫동안 연구되어져왔으며 지금도 다양한 연구가 수행되고 있다. 종래의 연구에 의하면 바람의 운동에너지는 풍속의 세제곱에 비례하며, 또한 베츠의 연구에 의하면 풍력효율은 이론상 최대치가 59.3%인 것으로 보고되고 있다. 풍력발전기는 풍력을 활용하는 블레이드를 어떻게 배치하는가에 따라서 수평형(이하, 프로펠러형)과 수직형으로 구분할 수 있는데, 프로펠러형은 바람의 양력을 이용하여 평균적으로 20%~30%정도 효율을 얻을 수 있는 것으로 보고되고 있으며, 수직형은 일반적으로 수평형에 비해 바람의 양력 대신에 항력을 이용하기 때문에 효율이 떨어지는 단점이 있다. 그러나, 기류 중에 원통을 회전시키면 원통의 회전압력분포가 비대칭이 되고 결과적으로 양력을 발생시킨다는 것을 독일의 마그너스에 의해서 밝혀졌다. 또한 원통형은 바람의 수평 성분뿐만 아니라 바람이 임의의 각도를 가지는 풍향에 의한 운동에너지도 이용하고 거기에다 특별한 장치의 개발에 의하여 프로펠러형에 비하여 효율을 증대시킬 수 있는 것으로 연구되고 있다.Wind power generation is a device that generates electricity by using the kinetic energy of the wind generated by the difference in the energy radiated from the sun to the earth. According to a conventional study, the kinetic energy of wind is proportional to the cube of wind speed, and according to Betz's study, the wind efficiency is reported to have a theoretical maximum of 59.3%. Wind turbine generators can be divided into horizontal type (propeller type) and vertical type according to how the blades are utilized. The propeller type uses 20% ~ 30% efficiency by using the wind lift. It is reported that it can be, and the vertical type generally has a disadvantage in that the efficiency is lower because the drag is used instead of the wind lift. However, it has been found by German Magnus that rotating a cylinder in an air stream causes the cylinder's rotational pressure distribution to be asymmetric and consequently generates lift. In addition, the cylindrical cylinder has been studied to use not only the horizontal component of the wind but also the kinetic energy due to the wind direction in which the wind has an arbitrary angle, and to increase the efficiency compared to the propeller type by the development of a special device.
프로펠러형 풍력발전기는 지금까지 일반적으로 널리 사용되고 있는데, 이는 지면으로부터 높이 세워진 구조대 위에 다수개의 블레이드를 가지는 로터가 설치되어 있어서 그 로터가 바람의 힘에 의하여 회전되어 전기를 발생시키는 구조로 되어있다. 그러나, 프로펠러형은 초기에 건설비가 많이 투자되어야 하고, 집적화 하기가 어려우며, 날개의 특성상 풍각(바람 방향)에 대한 효율이 떨어지고, 로터의 구조상 최소 풍속이 5m/s이상일 경우에만 동작하고, 풍속이 25m/s이상일 경우 과부하로 인한 발전기가 파손되는 것을 보호하기 위하여 브레이크(감속기)를 동작시켜 발전을 정지시킨다. 감속기뿐만 아니라 다양한 풍속을 제어하기 위하여 정밀한 기어박스를 사용하기 때문에 프로펠러형은 발전기 제조원가가 비싸지는 단점을 가지고 있다.Propeller type wind power generators have been widely used so far, and a rotor having a plurality of blades is installed on a rescue platform erected from the ground so that the rotor is rotated by wind force to generate electricity. However, the propeller type has to be invested a lot of construction cost in the early stages, it is difficult to integrate, the efficiency of the wind angle (wind direction) is inferior due to the characteristics of the wing, and it operates only when the minimum wind speed is more than 5m / s due to the rotor structure. If it is more than 25m / s, the power is stopped by operating the brake (reduction gear) to protect the generator from damage due to overload. The propeller type has a disadvantage in that the generator manufacturing cost is high because it uses a precise gearbox to control various wind speeds as well as a speed reducer.
이러한 프로펠러형의 단점을 보완하기 위하여 최근에는 수직형 풍력발전기가 연구되고 있다. 수직형 풍력발전기는 일정한 폭과 높이를 가지는 원통에 바람의 양 력을 최대한 활용할 수 있는 여러 개의 브레이드를 설치하여 풍속과 동시에 풍각을 최대한 활용하기 때문에 프로펠러형에 비하여 바람 효율을 높일 수 있다. 따라서, 풍향이 수시로 변하고 돌풍, 태풍등이 잦은 우리나라 실정에는 수직형 풍력발전기가 더 효율적인 것으로 보고되고 있다. In order to make up for the shortcomings of the propeller type, a vertical wind power generator has recently been studied. Vertical wind power generators can improve wind efficiency compared to propeller type because they install multiple braids to make the best use of the wind's lift on a cylinder with a certain width and height. Therefore, it is reported that vertical wind generators are more efficient in Korea, where the wind direction changes frequently and gusts and typhoons are frequent.
또한, 우리나라와 같은 풍속의 방향 및 세기의 잦은 변화가 발생하는 지형의 경우, 풍력 발전기의 초기 구동력을 생성후 가능한 일정한 회전 상태를 형성하는 것이 보다 효율적인 풍력 발전을 위하여 필요하나 풍속 및 풍향의 잦은 변화에 대응할 수 있는 구조의 수직형 풍력 발전기의 블레이드가 부재하였다.In addition, in the case of the terrain where frequent changes in the direction and intensity of wind speed, such as Korea, it is necessary to form a constant rotation state after generating the initial driving force of the wind power generator for more efficient wind power generation, but frequently change the wind speed and wind direction. There is no blade of a vertical wind generator having a structure that can correspond to.
본 발명은 이와 같이 바람의 풍향 및 풍속의 잦은 변화에도 강인성을 유지할 수 있는 구조의 풍력 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a wind power generator having a structure that can maintain the toughness even in the wind direction and frequent changes in the wind speed.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하우징; 상기 하우징에 회동 가능하게 장착되는 로테이션 샤프트; 상기 로테이션 샤프트에 배치되는 블레이드부;를 구비하고, 상기 블레이드부는: 상기 로테이션 샤프트에 수직한 평면 상에 배치되고 상기 로테이션 샤프트와 함께 회동하고 서로 이격 배치되는 한 쌍의 블레이드 플레이트와, 양단이 각각 상기 블레이드 플레이트의 서로 마주하는 면에 배치되는 수직 블레이드를 구비하되, 상기 로테이션 샤프트의 길이 방향을 포함하는 평면 상에서 볼 때, 상기 수직 블레이드와 상기 로테이션 샤프트의 길이 방향 선분은 서로 교차 되는 풍력 발전 장치를 제공한다. The present invention for achieving the above object, a housing; A rotation shaft rotatably mounted to the housing; And a blade portion disposed on the rotation shaft, wherein the blade portion includes: a pair of blade plates disposed on a plane perpendicular to the rotation shaft and pivoted together with the rotation shaft and spaced apart from each other; A vertical blade disposed on opposite sides of the blade plate, wherein the vertical blade and the longitudinal segment of the rotation shaft intersect with each other when viewed in a plane including the longitudinal direction of the rotation shaft. do.
상기 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 수직 블레이드는 복수 개가 구비될 수도 있다. In the wind turbine generator, a plurality of vertical blades may be provided.
상기 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 로테이션 샤프트에 수직한 평면 상에서 볼 때, 상기 수직 블레이드의 단면 배향은 상기 로테이션 샤프트의 길이 방향을 따라 회전할 수도 있다. In the wind turbine generator, when viewed on a plane perpendicular to the rotation shaft, the cross-sectional orientation of the vertical blade may rotate along the longitudinal direction of the rotation shaft.
상기 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 로테이션 샤프트에 수직한 평면 상에서 볼 때, 상기 수직 블레이드의 단면은 수직 블레이드 선단과 수직 블레이드 후단을 구비하되, 상기 수직 블레이드의 길이 방향을 따라 지면을 향하여 이동할 때, 상기 수직 블레이드 선단과 상기 수직 블레이드 후단은 연결하는 선분은 반시계 방향으로 회전 배향될 수도 있다. In the wind turbine generator, when viewed in a plane perpendicular to the rotation shaft, the cross section of the vertical blade has a vertical blade front end and a vertical blade rear end, when moving toward the ground along the longitudinal direction of the vertical blade, The segment connecting the vertical blade tip and the vertical blade rear end may be rotationally oriented counterclockwise.
상기 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 로테이션 샤프트에 수직한 평면 상에서 볼 때, 상기 수직 블레이드의 단면은 수직 블레이드 선단과 수직 블레이드 후단을 구비하되, 상기 한 쌍의 블레이드 플레이트 간의 간격과 상기 수직 블레이드 선단과 상기 수직 블레이드 후단 사이의 길이의 비는 10 내지 13일 수도 있다. In the wind turbine generator, when viewed in a plane perpendicular to the rotation shaft, the cross section of the vertical blade has a vertical blade front end and a vertical blade rear end, the interval between the pair of blade plates and the vertical blade front end and the The ratio of the lengths between the rear ends of the vertical blades may be between 10 and 13.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다. The wind turbine generator according to the present invention having the configuration as described above has the following effects.
첫째, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는, 로테이션 샤프트의 길이 방향과 교차 배치되는 구조의 수직 블레이드를 구비하여 공기 유동과의 접촉 면적 및 시간을 증대시켜 발전 효율을 증대시킬 수 있는 구조의 풍력 발전 장치를 제공할 수 있다.First, the wind turbine generator according to the present invention has a vertical blade having a structure that is arranged to cross the longitudinal direction of the rotation shaft, the wind turbine generator having a structure that can increase the generation efficiency by increasing the contact area and time with the air flow Can be provided.
둘째, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는, 연곡(撚曲)/트위스팅 구조의 수직 블레이드를 구비하여 공기 유동의 방향, 즉 풍향에 무관하게 소정의 발전 성능을 확보하여 발전 효율을 극대화시킬 수도 있다. Secondly, the wind power generator according to the present invention may be provided with a vertical blade of a twisting / twisting structure to maximize power generation efficiency by securing a predetermined power generation performance regardless of the direction of air flow, that is, the wind direction. .
셋째, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는, 로테이션 샤프의 길이 방향에 수직한 평면 상에서의 수직 블레이드 단면 형상을 소정의 형상 설계를 이루도록 함으로써 익형 설계를 통한 양력을 발생시켜 발전 성능을 증대시킬 수도 있다. Third, the wind power generator according to the present invention may increase the power generation performance by generating a lift through the airfoil design by making the vertical blade cross-sectional shape on a plane perpendicular to the longitudinal direction of the rotation shaft to form a predetermined shape.
본 발명은 도면에 도시된 일실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
이하에서는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에 대한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. Hereinafter will be described with reference to the drawings for a wind turbine generator according to the present invention.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치(10)에 대한 개략적인 사시도가 도시되고, 도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치(10)의 수직 블레이드의 길이에 따른 수직 블레이드의 개략적인 평단면도가 도시되고, 도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치(10)의 수직 블레이드의 부분 평면 도가 도시되고, 도 4에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치(10)의 수직 블레이드의 사시도가 도시되고, 도 5에는 도 4의 수직 블레이드의 측면도가 도시되고, 도 6에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치(10)의 수직 블레이드 양단에서의 평단면도가 도시되고, 도 7에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치의 수직 블레이드의 변형예가 도시되고, 도 8에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치의 개략적인 블록 선도가 도시된다. 1 is a schematic perspective view of a
본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치(10)는 하우징(100)과, 로테이션 샤프트(200)와, 블레이드부(300)를 구비하는데, 로테이션 샤프트(200)는 하우징(100)에 회동 가능하게 장착되고 블레이드부(300)는 로테이션 샤프트(200)에 배치되어 바람, 즉 공기의 유동에 의한 힘을 로테이션 샤프트(200)를 통하여 회전력으로 전환한다. The
하우징(100)은 지면 또는 평판 상에 안정적으로 배치된다. 여기서, 하우징(100)에는 별도의 질량체(미도시)가 배치될 수도 있고, 경우에 따라 하우징(100)이 질량체로서의 평판 등에 위치 고정되어 바람 등에 의한 외력이 가해지더라도 진동 등의 발생없이 안정적인 위치 확보를 가능하게 하는 구조를 취할 수도 있다. The
여기서, 하우징(100)은 반구 타입으로 구성되었으나, 하우징(100)의 형상이 이에 국한되지는 않는다. 다만, 하우징(100)이 반구 타입으로 구성되는 경우, 하기되는 블레이트부(300)에서 공기의 로테이션 샤프트(200) 측으로부터 하단으로 공기의 유동이 원활하게 배출 가능하다는 점에서 하우징(100)의 블레이드부(300)를 향한 일면은 유선형으로 형성되는 것이 바람직하다. 하우징(100)의 내부에는 공간 이 형성되는데, 하우징(100) 내부 공간에는 하기되는 로테이션 샤프트(200)와 연결되는 발전기(미도시)와 로테이션 샤프트(200)의 회동을 과도한 회전을 제한하기 위한 전자식 브레이크(미도시)가 더 배치될 수도 있다. Here, the
로테이션 샤프트(200)는 하우징(100)에 회동 가능하게 장착된다. 로테이션 샤프트(200)의 일단은 하우징(100)의 내부에 회동 가능하게 삽입 배치되는데, 하우징(100)에는 저널 베어링(미도시) 등이 배치되어 로테이션 샤프트(200)의 원활한 회동을 가능하게 지지할 수 있다. 로테이션 샤프트(200)에는 소정의 질량체로서의 샤프트 이너셔(미도시)가 더 구비되어 소정의 회동력을 유지시키기 위한 구성을 더 취할 수도 있다. The
로테이션 샤프트(200)의 하우징(100)에 회동 가능하게 삽입된 단부는 로테이션 샤프트(200)의 하우징(100) 내부에 배치되는 발전기(미도시)와 기계적 연결을 이루는데, 로테이션 샤프트(200)는 발전기(미도시)와 기계적 연결을 이루어 로테이션 샤프트(200)의 회전 운동을 전기 에너지로 변환한다. 로테이션 샤프트(200)에 인접하게 샤프트 회전 감지 센서(미도시)가 배치되는데, 샤프트 회전 감지 센서(미도시)에서 감지된 신호에 따라 제어부(20, 도 4 참조)가 전기식 브레이크(미도시)에 신호를 인가하여 로테이션 샤프트(200)의 과도한 회동을 제한할 수도 있다. An end rotatably inserted into the
블레이드부(300)는 한 쌍의 블레이드 플레이트(310)와 수직 블레이드(320)를 포함하는데, 한 쌍의 블레이드 플레이트(310)는 서로 이격 배치된다. 블레이드 플레이트(310)는 로테이션 샤프트(200)에 고정 장착되어 로테이션 샤프트(200)와 함께 축방향 회동하는데, 블레이드 플레이트(310;311,313)는 상부 블레이드 플레이 트(311)와 하부 블레이드 플레이트(313)를 포함한다. 상부 블레이드 플레이트(311)와 하부 블레이드 플레이트(313)는 서로 이격되어 배치되는데 상부 블레이트 플레이트(311)와 하부 블레이트 플레이트(313)는 로테이션 샤프트(200)에 고정 장착된다. The
수직 블레이드(320)는 한 쌍의 블레이드 플레이트(310), 즉 상부 블레이드 플레이트(311)와 하부 블레이드 플레이트(313) 사이에 배치되는데, 본 실시예에서 수직 블레이드(320)는 복수 개가 구비된다. 수직 블레이드(320)의 양단은 각각 상부 블레이드 플레이트(311)와 하부 블레이드 플레이트(313)의 서로 마주하는 면에 각각 부착되는데, 본 실시예에서 명확하게 도시되지는 않았으나 수직 블레이드(320)의 양단부와 상부/하부 블레이드 플레이트(311,313)는 볼트/너트와 같은 별도의 체결 수단을 통하여 위치 고정되어 상호 연결되는 구조를 취할 수도 있고, 경우에 따라 회동 가능하게 장착될 수도 있으나, 본 발명에 따른 수직 블레이드는 하기되는 바와 같이 경사 및 연곡/트위스팅(round twisting) 배치된다는 점에서 체결 수단을 통하여 위치 고정 장착되는 구조를 취하는 것이 바람직하다. The
본 발명에 따른 수직 블레이드(320)는 수직 블레이드(320)와 로테이션 샤프트(200)의 길이 방향 선분은 서로 교차된다. 즉, 도 1, 도 4 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 로테이션 샤프트(200)의 길이 방향을 포함하는 평면 상에서 볼 때, 수직 블레이드(200)와 로테이션 샤프트(200)는 서로 교차 배치되는 구조를 취하는데, 선 Ⅰ-Ⅰ은 로테이션 샤프트(200)의 길이 방향, 즉 축방향 선분을 나타내고 선 O-O는 수직 블레이드(200)의 중앙부를 관통하는 수직 블레이드 중심선을 나타낸다. 선 Ⅰ-Ⅰ와 선 O-O는 서로 경사지도록 배치되는데, 이와 같은 수직 블레이드의 경사 배치 구조를 통하여 수직 블레이드(320)와 블레이드 플레이트(310) 간의 연결 위치가 상하 상이한 위치를 점하게 된다. 즉, 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 블레이드 플레이트(311) 측과 연결되는 수직 블레이드(320)의 단부 중심 위치와 하부 블레이드 플레이트(313) 측과 연결되는 수직 블레이드(320)의 단부 중심 위치는 도면 부호 E로 표시되는 길이만큼의 투영 거리 차를 갖는다. 여기서, 수직 블레이드(320)의 로테이션 샤프트(200)의 축방향을 따른 길이를 도면 부호 H라 하고 수직 블레이드(320)의 중심선(선 O-O)와 로테이션 샤프트(200) 중심선(선 Ⅰ-Ⅰ) 사이의 사이각을 θ라 할 때, 도면 부호 E로 표시되는 수직 블레이드 단부 중심 거리차(E)는 E=Htanθ와 같은 관계를 형성한다. 이와 같이 공기의 유동과 접촉 면적을 증대시키고 수직 블레이드(320)의 외면을 따라 공기를 유동시켜 접촉 시간을 증대시킴으로써 공기 유동(바람)의 운동 에너지를 상당 부분 로테이션 샤프트(200)를 회전시키기 위한 회전력으로 전환시킬 수 있다. 여기서, 수직 블레이드(320)의 중심선(선 O-O)와 로테이션 샤프트(200) 중심선(선 Ⅰ-Ⅰ) 사이의 사이각(θ)은 과소한 경우 로테이션 샤프트와 거의 평행하여 수직 블레이드와 공기와의 접촉 시간을 증대시키기 어렵고 과대한 경우 수직 블레이드와 접촉하는 공기와의 접촉 면적이 작아지므로, 접촉 시간을 증가시키되 공기와 수직 블레이드 간의 접촉 면적이 과소해지는 것을 방지할 수 있도록 20도 내지 25도의 각도 범위로 설정하는 것이 바람직하다. In the
한편, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치(10)의 수직 블레이드(320)는 경사 배치와 동시에 연곡/트위스팅 구조를 취할 수 있는데, 로테이션 샤프트(200)에 수직한 평면 상에서 볼 때, 수직 블레이드(320)의 단면 배향은 로테이션 샤프트(200)의 길이 방향을 따라 회전 배치된다. 즉, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 수직 블레이드(320)의 중심선 선 O-O는 라운딩 내지는 트위스팅 배치되는데, 로테이션 샤프트(200)에 수직한 평면 상에서 수직 블레이드(320)는 에어포일(airfoil) 타입의 단면을 갖는다. 수직 블레이드(320)가 이루는 에어포일 타입 단면을 구비하는데, 에어 수직 블레이드(320)의 에어 포일 단면(AB)은 수직 블레이드 선단(EL;리딩 에지)과 수직 블레이드 후단(ET;트레일링 에지)를 구비한다. 로테이션 샤프트(200)의 길이 방향을 따른, 즉 수직 블레이드(320)의 길이 방향을 따라 로테이션 샤프트(200)의 축방향에 수직한 평면 상에 형성되는 각각의 에어포일 타입 단면(AB)의 수직 블레이드 선단(EL)을 연결할 때 선 A-A가, 그리고 수직 블레이드 후단(ET)을 연결할 때 선 B-B가 형성된다. 이때 수직 블레이드(320)의 중심선 O-O도 로테이션 샤프트(200)의 길이 방향을 따라 로테이션 샤프트(200)와 실질적으로 동일한 반경을 이루도록 라운딩 형성되고 에어 포일 타입의 수직 블레이드의 단면(AB)은 중심선 O-0을 중심으로 로테이션 샤프트(200)의 길이 방향을 따라 회전 배치되는 구조를 취한다. 로테이션 샤프트(200)의 길이 방향을 따라 형성되는 중심선 O-O는 로테이션 샤프트(200)의 길이 방향을 따른 어느 위치에서도 로테이션 샤프트(200)의 중심으로부터 동심 상에 배치되는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 로테이션 샤프트(200)의 중심을 Co라 할 때 Co와 중심선 O-O는 반경 R의 값을 형성하 며 등간격 배치된다. On the other hand, the
도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 블레이드 플레이트(311)와 접하는 위치에서의 수직 블레이드(320)의 에어포일 타입 단면을 AB1, 그리고 하부 블레이드 플레이트(313)와 접하는 위치에서의 수직 블레이드(320)의 에어포일 타입 단면을 AB2라고 하고, 각각의 에어포일 타입 단면의 수직 블레이드 선단(EL1,EL2)과 수직 블레이드 후단(ET1,ET2)을 연결하는 선분간에는 도면 부호 γ로 지시되는 사이각이 형성된다. As shown in FIGS. 3 and 6, the airfoil type cross section of the
이와 같은 수직 블레이드(320)의 연곡/트위스팅 배향 구조를 통하여, 어떠한 방향에서 공기 유동이 발생하더라도 공기 유동에 의한 운동 에너지를 회전 운동 에너지로 흡수 전환시킬 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 블레이드 플레이트(311) 및 하부 블레이드 플레이트(313)와 각각 접하는 수직 블레이드(320)의 배향은 사이각 γ만큼 회전 배향되는 구조를 취함으로써, WD1, WD2, WD3, WD4로 지시되는 어느 방향으로부터의 공기 유동(바람)의 운동 에너지를 회전 에너지로 변환시킬 수 있다. Through the bending / twisting alignment structure of the
또한, 수직 블레이드(320)는 길이와 폭의 비가 소정의 범위 값을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 로테이션 샤프트(200)에 수직한 평면 상에서 볼 때, 수직 블레이드(320)의 단면(AB1)은 수직 블레이드 선단(EL1)과 수직 블레이드 후단(ET1)을 구비하는데, 수직 블레이드 선단(EL1)과 수직 블레이드 후단(EL2) 간의 거리는 수직 블레이드 폭(W, 도 5 참조)으로 표현된다. 수직 블레이드(320)의 높이는 도면 부호 H로 지시되는데, 수직 블레이드 높 이(H)는 한 쌍의 블레이드 플레이트(310) 사이의 간격, 즉 상부 수직 블레이드 플레이트(311)와 하부 수직 블레이드 플레이트(313) 사이의 간격으로 정의될 수 있다. 여기서, 수직 블레이드 높이(H)와 수직 블레이드 폭(W)은 소정 범위의 값을 갖는 것이 바람직한데, 본 실시예에서 수직 블레이드(320)의 수직 블레이드 높이(H)와 수직 블레이드 폭(E)의 비, 즉 한 쌍의 블레이드 플레이트(310) 간의 간격과 수직 블레이드 선단 및 후단 사이의 길이의 비는 10 내지 13의 값을 갖는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 수직 블레이드 높이(H)는 3500mm로, 그리고 수직 블레이드 폭(W)은 280mm로 형성되는데, 수직 블레이드 높이(H)와 수직 블레이드 폭(W)의 비가 10 미만인 경우 복수 개가 배치되는 수직 블레이드 사이의 간격이 너무 협소하여 공기의 유동이 원활하게 이루어지기 어려워 소정의 발전 성능을 이루기 어렵고, 수직 블레이드 높이(H)와 수직 블레이드 폭(W)의 비가 13 초과인 경우 복수 개가 배치되는 수직 블레이드 사이의 간격이 너무 커서 상당 부분의 공기 유동이 수직 블레이드와의 접촉없이 복수 개의 수직 블레이드 사이를 벗어난다는 점에서 소정의 발전 성능을 달성하기 어렵다. 따라서, 수직 블레이드(320)는 수직 블레이드 높이 대 수직 블레이드 폭의 비가 10 내지 13의 범위 내의 값을 갖는 것이 바람직하다. In addition, the
또한, 경우에 따라 수직 블레이드는 수직 블레이드 선단과 수직 블레이드 후단을 연결하는 선분을 기준으로 좌우가 비대칭 형상으로 이루어질 수도 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변형예로서 수직 블레이드(320a)의 로테이션 샤 프트(200, 도 1 참조)에 수직한 평면 상에서의 단면(AB3)이 도시되는데, 수직 블레이드(320a)의 선단(EL3) 및 후단(ET3)을 연결하는 선분을 중심으로 좌우 비대칭 형상을 갖는다. 여기서, 도면 부호 G로 지시된 지점은 로테이션 샤프트(200)의 회전 중심을 나타내고 도면 부호 O로 지시된 지점은 수직 블레이드(320a)의 로테이션 샤프트(200)에 대한 회전 중심을 나타내는데, 수직 블레이드(320a)의 중심(O)은 로테이션 샤프트(200)의 중심(G)으로부터 반경 R만큼 이격되어 배치된다(도 3 참조). 수직 블레이드(320a)의 단면(AR3)의 바깥쪽 외주, 즉 로테이션 샤프트(200) 중심(G)를 멀리하는 외측에 배치되는 외측 외주 라인(lo)은 수직 블레이드(320a) 단면(320a)의 안쪽 외주, 즉 로테이션 샤프트(200) 중심(G)을 향한 측면에 배치되는 내측 외주 라인(li)보다 길이가 길다. 따라서, 공기 유동이 WD5 방향으로부터 유동되어 수직 블레이드(320a)의 선단(EL3)을 거치는 경우 수직 블레이드(320a)의 외측 외주 라인(lo)을 따라 유동하는 공기의 속도는 수직 블레이드(320a)의 내측 외주 라인(li)을 따라 유동하는 공기의 속도보다 빨라야 하고, 빠른 공기의 속도, 즉 운동 에너지가 외측 외주 라인(lo) 측이 내측 외주 라인(li)보다 크고, 내측 외주 라인(li)과 외측 외주 라인(lo) 사이에 위치 에너지 차이가 거의 없다면 수직 블레이드(320a)의 내측 외주 라인(li)에서의 압력 에너지는 외측 외주 라인(lo)에서의 압력 에너지보다 작음을 알 수 있다. 따라서, 외측 외주 라인(lo)과 내측 외주 라인(li)에서의 압력 에너지 차이(△P)가 외측을 향하여 발생하고 압력 에너지 차이(△P)의 작용점은 수직 블레이드(320a)를 로테이션 샤프트(200)의 중심(G)로부터의 반경 R만큼 이격되므로 수직 블레이드(320a)를 회전시키기 위한 회전 에너지로 전 환될 수 있다. In some cases, the vertical blade may be formed in an asymmetrical shape on the left and right sides based on a line segment connecting the vertical blade front end and the vertical blade rear end. As shown in FIG. 7, a cross section AB3 on a plane perpendicular to the rotation shaft 200 (see FIG. 1) of the
또한, 본 실시예에서 수직 블레이드의, 상부 블레이드 플레이트와 접하는 단면과 하부 블레이드 플레이트와 접하는 단면은 반시계 방향으로 회전 배향되는데, 이와 같은 구조를 통하여 하부 블레이드 플레이트와 수직 블레이드 간의 접촉면이 반경 방향을 향하도록 함으로써 수직 블레이드(320) 및 블레이드 플레이트(310) 간의 안정적인 장착 구조를 이룰 수 있다. In addition, in this embodiment, the cross section in contact with the upper blade plate and the cross section in contact with the lower blade plate of the vertical blade are rotationally oriented in a counterclockwise direction, and through such a structure, the contact surface between the lower blade plate and the vertical blade faces in the radial direction. By doing so, it is possible to achieve a stable mounting structure between the
또 한편, 도 8에는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치(10)의 개략적인 블록선도가 도시되는데, 수평 블레이드부(300)의 복수 개의 수평 블레이드(320)가 로테이션 샤프트(200)를 회동시켜 생성된 회전력은 발전기(60)를 통하여 전력 출력 포트(40)를 통하여 외부로 전달 가능하다. 이때, 감지부(50)는 로테이션 샤프트(200)의 회전 속도를 감지하고 감지된 회전 속도에 대한 신호는 제어부(200)로 전달되어 소정의 제어 신호를 생성한다. 제어부(200)는 전력 출력 포트(40) 및 전자식 브레이크(30) 및 발전기(60)와 전기적 소통을 이루어 각각에 대하여 소정의 제어 신호를 출력함으로써 안정적인 작동과 원활한 발전 상태를 형성하고 이를 감지할 수도 있다. On the other hand, Figure 8 is a schematic block diagram of a
상기 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 일예들로, 본 발명은 이에 국한되지 않고, 다양한 변형이 가능하다. The above embodiments are examples for describing the present invention, and the present invention is not limited thereto, and various modifications are possible.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치에 대한 개략적인 사시도이다. 1 is a schematic perspective view of a wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치의 수직 블레이드의 길이에 따른 수직 블레이드의 개략적인 평단면도이다. Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the vertical blades along the length of the vertical blades of the wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치의 수직 블레이드의 부분 평면도이다. 3 is a partial plan view of a vertical blade of a wind turbine according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치의 수직 블레이드의 사시도이다. Figure 4 is a perspective view of a vertical blade of the wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
도 5는 도 4의 수직 블레이드의 측면도이다. 5 is a side view of the vertical blade of FIG. 4.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치장치블레이드 양단에서의 평단면도이다. Figure 6 is a plan sectional view at both ends of the wind turbine generator blade according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치의 수직 블레이드의 변형예이다. 7 is a modification of the vertical blade of the wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전 장치의 개략적인 블록 선도이다.8 is a schematic block diagram of a wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* * Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10...풍력 발전 장치 20...제어부10 ...
30...전자식 브레이크 40...전력 출력 포트
60...발전기 100...하우징60 ...
200...로테이션 샤프트 300...블레이드부200 ...
310...블레이드 플레이트 320...수직 블레이드310 ...
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