KR101083916B1 - 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기 - Google Patents

2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기 Download PDF

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이희형
백 희 원
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Abstract

본 발명은 2중 날개구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 관한 것으로, 회전날개는 상기 회전축에 결합되고 바람을 받는 날개가 내부에 설치되는 회전날개 프레임과; 상기 회전날개 프레임에 결합되며 일정 속도 이하의 풍속일 때는 닫혀서 바람을 받아 회전력이 증대되고, 일정 속도 이상의 풍속일 때는 열려서 풍압의 일부를 감소시키는 제1회전날개와; 상기 제1회전날개에 결합되며, 상기 제1회전날개의 내부에 설치되어 회전방향과 풍향이 같을 때는 풍압에 의해 닫혀서 풍력을 받아 회전력이 증대되고, 회전방향과 풍향이 반대일 때 즉 회전력과 반하는 방향의 바람일 때는 열려서 반력을 감소시켜 주는 제2회전날개와; 상기 제1회전날개에 설치되어 바람의 세기에 따라 상기 제1회전날개가 설정 각도만큼 열려서 회전날개가 받은 풍력을 감쇄시켜 회전날개를 보호하는 풍압조절기구로 구성되는 구조이다.
본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기는 제1회전날개와 제2회전날개를 가지고 있어 회전날개의 회전방향과 바람이 반대방향을 때는 열려서 반력을 감소시킬 수 있고, 회전날개를 크게 하여 풍압을 받는 면적을 크게 할 수 있으므로 발전량을 증대시킬 수 있으며, 강풍일 때는 바람의 세기에 따라 상기 제1회전날개가 설정 각도만큼 열려서 회전날개가 받은 풍력을 감쇄시켜 회전날개를 보호하여 풍력발전기의 수명을 연장시키는 효과가 있다.

Description

2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기{Aerogenerator equipped with Dual Rotating Airfoil and Wind Pressue Contol Device}
본 발명은 풍력을 이용하여 전기를 생산하되 풍향과 풍속의 변화에 따라 회전날개가 조절되는 풍력 발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 특히, 종래의 프로펠러식 회전 날개에서 벗어나 바람을 받는 면적을 크게 하고 바람의 방향에 따라 회전날개의 위치가 변하고, 바람에 세기에 따라 풍력을 감쇄할 수 있게 회전날개가 상기 회전축에 결합되며 바람을 받는 날개가 내부에 설치되는 회전날개 프레임, 상기 회전날개 프레임에 결합되며 일정 속도 이하의 풍속일 때는 닫혀서 바람을 받아 회전력이 증대되고, 일정 속도 이상의 풍속일 때는 열려서 풍압의 일부를 감소시키는 제1회전날개와, 상기 제1회전날개에 결합되며 상기 제1회전날개의 내부에 설치되어 회전방향과 풍향이 같을 때는 닫혀서 풍력을 받아 회전력이 증대되고, 회전방향과 풍향이 반대일 때 즉 회전력과 반하는 방향의 바람일 때는 열려서 반력을 감소시켜 주는 제2회전날개와, 상기 제1회전날개에 설치되어 바람의 세기에 따라 상기 제1회전날개가 설정 각도만큼 열려서 회전날개가 받은 풍력을 감쇄시켜 회전날개를 보호하는 풍압조절기구로 구성되는 2중 날개 구조를 갖춘 풍력발전기에 관한 것이다.
일반적으로, 현재 사용되는 발전 방법으로는 화석 연료를 이용하는 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 폐기물등을 발생할 수 있어, 근래에 들어서는 보다 친환경적인 발전 방식이 시급히 요구되고 있는 실정이다.
이러한 요구 사항들을 충족시키기 위하여 3면이 바다로 둘러싸인 우리 나라는 바람의 힘을 이용한 풍력 발전 장치에 지대한 관심을 보이고 있는바, 상기 풍력 발전 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, 상기 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 발생된 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 일 방향으로 한정되어 있어 불규칙적으로 불어오는 바람을 효과적으로 이용하는데에도 한계가 있었으며, 바람의 세기가 미약할 경우 발전기의 발전에 필요한 동력을 발생시킬 수 없다는 문제점도 있었다.
또, 강풍을 동반한 태풍에 유동적으로 대처할 수 있는 장비가 갖추어지지 않아 장비의 훼손이 심각하다는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 바람을 받을 수 있는 면적을 크게 할 수 있으며, 회전축의 회전방향과 회전날개의 회전방향을 동일하게 하여도 제2회전날개에 의해 동력손실을 최소화 할 수 있고, 또한 동일방향이어서 동력 전달이 쉽고, 강풍일 때는 바람의 세기에 따라 상기 제1회전날개가 설정 각도만큼 열려서 회전날개가 받은 풍력을 감쇄시켜 회전날개를 보호하는 풍압조절기구를 갖춘 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기를 제공함에 있다.
본 발명의 풍력발전기는 바람에 의해 회전되고 중심을 기준으로 수평으로 무게의 평형을 이루는 회전날개와; 상기 회전날개에 의해 발생한 회전력으로 전기를 생산하는 발전기와; 상기 회전날개와 결합되어 상기 회전날개에 의해 발생한 회전력을 상기 발전기로 전달하기 위한 회전축과; 지면에 수직으로 세워져 상기 회전축에 걸리는 하중을 지지하는 지지축과; 상기 회전축의 회전동력을 상기 발전기로 전달하는 회전력전달수단으로 구성된다.
상기 회전날개는 상기 회전축에 결합되고 바람을 받는 날개가 내부에 설치되는 회전날개 프레임과; 상기 회전날개 프레임의 중앙에 결합되며 축을 중심으로 일측 방향으로만 움직여서 일정 속도 이하의 풍속일 때는 닫혀서 바람을 받아 회전력이 증대되고, 일정 속도 이상의 풍속일 때는 열려서 풍압의 일부를 감소시키는 제1회전날개와; 상기 제1회전날개의 내부에 설치되어 회전방향과 풍향이 같을 때는 닫혀서 풍력을 받아 회전력이 증대되고, 회전방향과 풍향이 반대일 때 즉 회전력과 반하는 풍향일 때는 열려서 반력을 감소시켜 주는 다수 개의 제2회전날개와; 상기 제1회전날개에 설치되어 바람의 세기에 따라 상기 제1회전날개가 설정 각도만큼 열려서 상기 회전날개가 받은 풍력을 감쇄시켜 상기 회전날개를 보호하는 풍압조절기구로 구성된다.
상기 회전날개 프레임은 상기 제1회전날개와 제2회전날개가 설치되는 날개부 프레임과; 상기 회전축과 결합되어 상기 회전날개의 회전력을 회전축에 전달하는 회전축 연결부와; 상기 날개부 프레임과 상기 회전축 연결부를 연결하는 회전축 연결브래킷으로 구성된다.
상기 날개부 프레임의 하부에는 상기 제1회전날개가 한쪽 방향으로 더 이상 열리지 않도록 제한하는 제1회전날개 이탈방지턱이 형성된다.
상기 제1회전날개는 상기 날개부 프레임과 결합되고 일정 풍속 이상일 때는 열리는 제1회전판과, 상기 제1회전판과 상기 날개부 프레임을 결합시켜주는 제1회전날개축으로 구성되고, 상기 제1회전판에는 상기 제2회전날개가 회전방향과 풍향이 같을 때는 상기 제2회전날개가 수직방향에서 더 이상 이탈하지 않도록 하여 바람이 새는 것을 방지하고, 회전방향과 풍향이 반대일 때는 제2회전날개가 열리는 것을 제한하지 않는 제2회전날개 이탈방지턱이 형성된다.
상기 제1회전날개축에는 상기 풍압조절기구가 설치된다.
상기 제2회전날개는 상기 제1회전판에 결합되고 회전방향과 풍향이 같을 때는 닫히고 풍향이 다를 때는 열리는 제2회전판과, 상기 제2회전판과 상기 제1회전날개와 결합시켜주는 제2회전날개축 또는 제2회전날개힌지로 구성된다.
상기 제1회전판과 제2회전판의 좌측와 우측의 말단면은 틈새가 적게 나고 회전할 때 걸리지 않도록 곡면부가 형성되는 구조이다.
상기 회전날개(1)는 작은 풍력으로도 많은 발전을 하기 위하여 수직 방향으로 다단으로 설치되고, 상기 지지축(4)은 다단으로 분리되어 다단의 회전날개에서 얻은 회전력이 상기 회전축에 전달될 수 있는 구조이다.
상기 풍압조절기구(14)는 일정 풍속 이상일 때는 풍속에 따라 상기 제1회전날개의 열리는 개도를 크게 하여 상기 제1회전날개가 받은 풍력을 감쇄시키는 구조이며, 상기 풍압조절기구(14)는 스프링의 장력을 이용하여 10m/sec 이상의 풍속일 경우에 열리기 시작하여 풍속에 비례되게 상기 제1회전날개의 개도가 결정되어 30m/sec 이상일 때는 완전히 열리는 구조이다.
상술한 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기로 본 발명의 해결하려는 과제를 해결할 수 있다.
본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기는 제1회전날개와 제2회전날개를 가지고 있어 회전날개의 회전방향과 바람이 반대방향을 때는 열려서 반력을 감소시킬 수 있고, 회전날개를 크게 하여 풍압을 받는 면적을 크게 할 수 있으므로 발전량을 증대시킬 수 있으며, 강풍일 때는 바람의 세기에 따라 상기 제1회전날개가 설정 각도만큼 열려서 회전날개가 받은 풍력을 감쇄시켜 회전날개를 보호하여 풍력발전기의 수명을 연장시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 전체 사시도
도 2는 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 회전날개 개략도
도 3은 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 회전날개 프레임 개략도
도 4는 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 제1회전날개 개략도
도 5는 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 제2회전날개 개략도
도 6은 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 회전축의 회전방향과 풍향이 같을 때의 위에서 본 회전날개 작동도
도 7은 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 회전축의 회전방향과 풍향이 다를 때의 위에서 본 회전날개 작동도
도 8은 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 회전축의 회전방향과 풍향이 같고 풍속이 세어 제1회전날개가 일부 열렸을 때의 위에서 본 회전날개 작동도
도 9는 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 회전축의 회전방향과 풍향이 같고 풍속이 세어 제1회전날개가 완전히 열렸을 때의 위에서 본 회전날개 작동도
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 "2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기"를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 풍력발전기(A)는 바람에 의해 회전되고 중심을 기준으로 수평으로 무게의 평형을 이루는 회전날개(1)와; 상기 회전날개(1)에 의해 발생한 회전력으로 전기를 생산하는 발전기(2)와; 상기 회전날개(1)와 결합되어 상기 회전날개(1)에 의해 발생한 회전력을 상기 발전기로 전달하기 위한 회전축(3)과; 지면에 수직으로 세워져 상기 회전축(3)에 걸리는 하중을 지지하는 지지축(4)과; 상기 회전축(3)의 회전동력을 상기 발전기(2)로 전달하는 회전력전달수단(5)으로 구성된다.
상기 회전날개(1)는 작은 풍력으로도 많은 발전을 하기 위하여 수직 방향으로 다단으로 설치되고, 상기 지지축(4)은 다단으로 분리되어 다단의 회전날개에서 얻은 회전력이 상기 회전축(3)에 전달될 수 있는 구조이다.
상기 회전날개(1)는 상기 회전축(3)에 결합되고 바람을 받는 날개가 내부에 설치되는 회전날개 프레임(11)과; 상기 회전날개 프레임(11)의 중앙에 결합되며 축을 중심으로 일측 방향으로만 움직여서 일정 속도 이하의 풍속일 때는 닫혀서 바람을 받아 회전력이 증대되고, 일정 속도 이상의 풍속일 때는 열려서 풍압의 일부를 감소시키는 제1회전날개(12)와; 상기 제1회전날개(12)의 내부에 설치되어 회전방향과 풍향이 같을 때는 닫혀서 풍력을 받아 회전력이 증대되고, 회전방향과 풍향이 반대일 때 즉 회전력과 반하는 풍향일 때는 열려서 반력을 감소시켜 주는 다수 개의 제2회전날개(13)와; 상기 제1회전날개(12)에 설치되어 바람의 세기에 따라 상기 제1회전날개(12)가 설정 각도만큼 열려서 상기 회전날개(1)가 받은 풍력을 감쇄시켜 상기 회전날개(1)를 보호하는 풍압조절기구(14)로 구성된다.
상기 회전날개 프레임(11)은 상기 제1회전날개(12)와 제2회전날개(13)가 설치되는 날개부 프레임(111)과; 상기 회전축(3)과 결합되어 상기 회전날개(1)의 회전력을 회전축에 전달하는 회전축 연결부(113)와; 상기 날개부 프레임(111)과 상기 회전축 연결부(113)를 연결하는 회전축 연결브래킷(112)으로 구성되며, 상기 날개부 프레임(111)의 하부에는 상기 제1회전날개(12)가 한쪽 방향으로 더 이상 열리지 않도록 제한하는 제1회전날개 이탈방지턱(114)이 형성된다.
상기 제1회전날개(12)는 상기 날개부 프레임(111)과 결합되고 일정 풍속 이상일 때는 열리는 제1회전판(121)과, 상기 제1회전판(121)과 상기 날개부 프레임(111)을 결합시켜주는 제1회전날개축(122)으로 구성된다.
상기 제1회전판(121)에는 상기 제2회전날개(13)가 회전방향과 풍향이 같을 때는 상기 제2회전날개(13)가 수직방향에서 더 이상 이탈하지 않도록 하여 바람이 새는 것을 방지하고, 회전방향과 풍향이 반대일 때는 제2회전날개(13)가 열리는 것을 제한하지 않는 제2회전날개 이탈방지턱(1211)이 형성되며, 상기 제1회전날개축(122)에는 상기 풍압조절기구(14)가 설치된다.
상기 제2회전날개(13)는 상기 제1회전판(121)에 결합되고 회전방향과 풍향이 같을 때는 닫히고 풍향이 다를 때는 열리는 제2회전판(131)과, 상기 제2회전판(131)과 상기 제1회전날개(12)와 결합시켜주는 제2회전날개축(132a) 또는 제2회전날개힌지로 구성되는 구조이다.
상기 제1회전판(121)에는 상기 제1회전날개축(122)을 삽입하기 위한 제1회전날개축 삽입홀(1212)과, 상기 제2회전날개축(132a)을 삽입하기 위하여 제2회전날개축 삽입홀(1213)과, 상기 제2회전날개(13)가 설치되는 제2회전날개 설치 오픈부(1214)가 형성된다.
상기 제1회전날개축(122)은 상기 제1회전날개(12)가 열릴 시 무게의 중심이 중앙에 형성되도록 하여 상기 회전축 연결부(113)에 힘이 균등하게 가해지도록 상기 날개부 프레임(111)과 상기 제1회전날개(12)의 중앙에 설치된다.
상기 제2회전판(131)에는 상기 제2회전날개축(132a)을 삽입하기 위하여 제2회전날개축 삽입공(1313)이 형성된다.
상기 제1회전판(121)과 제2회전판(131)의 좌측와 우측의 말단면은 틈새가 적게 나고 회전할 때 걸리지 않도록 곡면부(1215, 1314)가 형성되는 구조이다.
상기 풍압조절기구(14)는 일정 풍속 이상일 때는 풍속에 따라 상기 제1회전날개(12)의 열리는 개도를 크게 하여 상기 제1회전날개(12)가 받은 풍력을 감쇄시키는 구조이며, 스프링의 장력을 이용하여 10m/sec 이상의 풍속일 경우에 열리기 시작하여 풍속에 비례되게 상기 제1회전날개(12)의 개도가 결정되어 30m/sec 이상일 때는 완전히 열리는 구조인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 "2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기"에 관한 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 다음의 실시 예는 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 전체 사시도이며, 도 2는 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 회전날개 개략도이고, 도 3은 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 회전날개 프레임 개략도이며, 도 4는 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 제1회전날개 개략도이고, 도 5는 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 제2회전날개 개략도이며, 도 6은 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 회전축의 회전방향과 풍향이 같을 때의 위에서 본 회전날개 작동도이고, 도 7은 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 회전축의 회전방향과 풍향이 다를 때의 위에서 본 회전날개 작동도이며, 도 8은 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 회전축의 회전방향과 풍향이 같고 풍속이 세어 제1회전날개가 일부 열렸을 때의 위에서 본 회전날개 작동도이고, 도 9는 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기에 따른 회전축의 회전방향과 풍향이 같고 풍속이 세어 제1회전날개가 완전히 열렸을 때의 위에서 본 회전날개 작동도이다.
도 1에 도시되어 있는 것 같이 본 발명의 풍력발전기(A)는 바람에 의해 회전되고 중심을 기준으로 수평으로 무게의 평형을 이루는 회전날개(1)와; 상기 회전날개(1)에 의해 발생한 회전력으로 전기를 생산하는 발전기(2)와; 상기 회전날개(1)와 결합되어 상기 회전날개(1)에 의해 발생한 회전력을 상기 발전기로 전달하기 위한 회전축(3)과; 지면에 수직으로 세워져 상기 회전축(3)에 걸리는 하중을 지지하는 지지축(4)과; 상기 회전축(3)의 회전동력을 상기 발전기(2)로 전달하는 회전력전달수단(5)으로 구성된다.
상기 회전날개(1)는 작은 풍력으로도 많은 발전을 하기 위하여 수직 방향으로 다단으로 설치되고, 상기 지지축(4)은 다단으로 분리되어 다단의 회전날개에서 얻은 회전력이 상기 회전축(3)에 전달될 수 있는 구조이다.
본 발명의 풍력발전기의 구성요소인 상기 발전기(2)와 회전축(3)과 지지축(4)와 회전력전달수단(5)에 대해서는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하고 중점 개선부분인 상기 회전날개(1)에 대해서만 상세히 설명한다.
본 발명의 풍력발전기(A)는 상기 회전축(3)의 회전방향과 회전날개(1)의 회전방향이 동일하여 회전날개(1)의 회전력을 회전축(3)으로 동력전달이 쉽고 제1회전날개(12)와 제2회전날개(13)를 가지고 있어 상기 회전날개(1)의 회전방향과 바람이 반대 방향을 때는 열려서 반력을 감소시킬 수 있고, 상기 회전날개(1)를 크게 하여 풍압을 받는 면적을 크게 할 수 있으므로 발전량을 증대시킬 수 있으며, 강풍일 때는 바람의 세기에 따라 상기 제1회전날개(12)가 설정 각도만큼 열려서 상기 회전날개(1)가 받은 풍력을 감쇄시켜 상기 회전날개(1)를 보호하여 풍력발전기의 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다.
도 2에 도시되어 있는 것 같이 상기 회전날개(1)는 상기 회전축(3)에 결합되고 바람을 받는 날개가 내부에 설치되는 회전날개 프레임(11)과; 상기 회전날개 프레임(11)의 중앙에 결합되며 축을 중심으로 일측 방향으로만 움직여서 일정 속도 이하의 풍속일 때는 닫혀서 바람을 받아 회전력이 증대되고, 일정 속도 이상의 풍속일 때는 열려서 풍압의 일부를 감소시키는 제1회전날개(12)와; 상기 제1회전날개(12)의 내부에 설치되어 회전방향과 풍향이 같을 때는 닫혀서 풍력을 받아 회전력이 증대되고, 회전방향과 풍향이 반대일 때 즉 회전력과 반하는 풍향일 때는 열려서 반력을 감소시켜 주는 다수 개의 제2회전날개(13)와; 상기 제1회전날개(12)에 설치되어 바람의 세기에 따라 상기 제1회전날개(12)가 설정 각도만큼 열려서 상기 회전날개(1)가 받은 풍력을 감쇄시켜 상기 회전날개(1)를 보호하는 풍압조절기구(14)로 구성된다.
상기 회전날개(1)는 기계적 구조에 문제가 없는 한 최대한 경량으로 제작되어 자중에 의해 회전력이 감소하거나 지지베어링의 수명을 감소시키는 일이 발생하지 않도록 한다.
상기 풍압조절기구(14)는 일정 풍속 이상일 때는 풍속에 따라 상기 제1회전날개(12)의 열리는 개도를 크게 하여 상기 제1회전날개(12)가 받은 풍력을 감쇄시키는 구조이며, 스프링의 장력을 이용하여 10m/sec 이상의 풍속일 경우에 열리기 시작하여 풍속에 비례되게 상기 제1회전날개(12)의 개도가 결정되어 30m/sec 이상일 때는 완전히 열리는 구조로 상기 회전날개(1)을 보호하여, 상기 회전날개(1)와 회전축(3)의 과도한 회전을 방지하여 기어의 손상을 방지하고, 또한 회전력전달수단(5)에 무리한 힘이 가해지는 것을 방지하여 상기 풍력발전기(A)의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 3에 도시되어 있는 것 같이 상기 회전날개 프레임(11)은 상기 회전축(3)에 결합되고 바람을 받는 상기 제1회전날개(12)와 제2회전날개(13)가 내부에 설치된다.
상기 회전날개 프레임(11)은 상기 제1회전날개(12)와 제2회전날개(13)가 설치되는 날개부 프레임(111)과; 상기 회전축(3)과 결합되어 상기 회전날개(1)의 회전력을 회전축에 전달하는 회전축 연결부(113)와; 상기 날개부 프레임(111)과 상기 회전축 연결부(113)를 연결하는 회전축 연결브래킷(112)으로 구성된다.
상기 날개부 프레임(111)의 하부에는 상기 제1회전날개(12)가 한쪽 방향으로 더 이상 열리지 않도록 제한하는 제1회전날개 이탈방지턱(114)이 형성된다.
즉 상기 제1회전날개(12)는 상기 풍압조절기구(14)가 열리지 않게 하는 힘보다 풍압이 세지 않으면 상기 제1회전날개 이탈방지턱(114)이 제한하는 방향의 반대쪽으로도 열리지 않고, 상기 제1회전날개 이탈방지턱(114) 방향으로는 상기 제1회전날개 이탈방지턱(114)에 의해 더 이상 열리지 않는다.
상기 제1회전날개 이탈방지턱(114)은 상기 제1회전날개(12)가 상기 날개부 프레임(111)의 중앙에 설치된 제1회전날개축(122)을 중심으로 해서 회전하므로 상기 날개부 프레임(111)의 가로 프레임의 좌측 앞쪽과 우측 뒤쪽에 각각 설치되는 것이 바람직하며, 또한 좌측 앞쪽과 우측 뒤쪽의 상하 가로 프레임에 각각 설치되어 열릴려고 하는 힘을 상하에서 분배하여 받을 수 있도록 할 수도 있다.
상기 날개부 프레임(111)의 안쪽에는 상기 제1회전날개(12)와 제2회전날개(13)이 설치되는 제1회전날개 설치 오픈부(1111)이 형성되며, 상기 날개부 프레임(111)의 가로 프레임 상하부의 중간에는 상기 제1회전날개축(122)을 삽입하는 제1회전날개축 삽입홀(1112)가 형성된다.
상기 날개부 프레임(111)의 가로 프레임 상부 중앙의 1회전날개축 삽입홀(1112) 위로 상기 풍압조절기구(14)가 설치된다.
상기 날개부 프레임(111)의 가로 프레임 상부 중앙 부분에는 상기 풍압조절기구(14)를 잡아 주어 일정 풍압일 때만 상기 제1회전날개(12)가 열리도록 상기 풍압조절기구(14)가 풀리거나 감기는 것을 잡아주는 풍압조절기구 스토퍼(1113)가 형성되는 구조이다.
도4에 도시되어 있는 것 같이 상기 제1회전날개(12)는 상기 날개부 프레임(111)과 결합되고 일정 풍속 이상일 때는 열리는 제1회전판(121)과, 상기 제1회전판(121)과 상기 날개부 프레임(111)을 결합시켜주는 제1회전날개축(122)으로 구성된다.
상기 제1회전판(121)에는 상기 제2회전날개(13)가 회전방향과 풍향이 같을 때는 상기 제2회전날개(13)가 수직방향에서 더 이상 이탈하지 않도록 하여 바람이 새는 것을 방지하고, 회전방향과 풍향이 반대일 때는 제2회전날개(13)가 열리는 것을 제한하지 않는 제2회전날개 이탈방지턱(1211)이 형성되며, 상기 제1회전날개축(122)에는 상기 풍압조절기구(14)가 설치된다.
상기 제1회전판(121)에는 상기 제1회전날개축(122)을 삽입하기 위한 제1회전날개축 삽입홀(1212)과, 상기 제2회전날개축(132a)을 삽입하기 위하여 제2회전날개축 삽입홀(1213)과, 상기 제2회전날개(13)가 설치되는 제2회전날개 설치 오픈부(1214)가 형성된다.
상기 제1회전날개축(122)은 상기 제1회전날개(12)가 열릴 시 무게의 중심이 중앙에 형성되도록 하여 상기 회전축 연결부(113)에 힘이 균등하게 가해지도록 상기 날개부 프레임(111)과 상기 제1회전날개(12)의 중앙에 설치된다.
상기 제2회전날개축 삽입홀(1231)은 상기 제2회전날개축(132a)의 머리가 튀어나오지 않도록 상기 제2회전날개축(132a)의 형상과 동일하게 형성되어야 한다.
상기 제1회전판(121)의 좌축과 우측의 말단면은 상기 날개부 프레임(111)과의 틈새가 적게 나고 회전할 때 걸리지 않도록 곡면부(1215)가 형성된다.
도 5에 도시되어 있는 것 같이 상기 제2회전날개(13)는 상기 제1회전판(121)에 결합되고 회전방향과 풍향이 같을 때는 닫히고 풍향이 다를 때는 열리는 제2회전판(131)과, 상기 제2회전판(131)과 상기 제1회전날개(12)와 결합시켜주는 제2회전날개축(132a) 또는 제2회전날개힌지로 구성되는 구조이다.
상기 제2회전판(131)에는 상기 제2회전날개축(132a)을 삽입하기 위하여 제2회전날개축 삽입공(1313)이 형성된다.
제2회전판(131)의 좌측과 우측의 말단면은 상기 제1회전판(121)과의 틈새가 적게 나고 회전할 때 걸리지 않도록 곡면부(1314)가 형성되는 구조이다.
상기 제2회전날개(13)이 회전할 수 있게 피벗이 되는 부분은 상기 제2회전날개축(132a)나 제2회전날개힌지(제2회전날개경첩)를 사용하는 방법 중 하나를 사용하거나, 두가지 방법을 동시에 사용할 수도 있다.
상기 제2회전판(131)에는 바람의 힘을 많이 받을 수 있도록 중간에 돌출부를 두어 격실을 만들어 바람을 가둘 수 있게 하는 구조로 만들 수도 있다.
도 6에 도시되어 있는 것 같이 상기 회전날개(1)의 회전 방향과 풍향이 같을 때의 위에서 본 작동도로서, 상기 회전날개(1)의 제2회전날개(13)은 바람을 받아 닫히며 상기 제2회전날개 이탈방지턱(114)에 의해 더 이상 뒤로 나가지 못하고 상기 날개부 프레임(111)과 같은 면으로 수직으로 서서 풍력을 완전히 받게 되며, 상기 제1회전날개(13)은 풍력이 설정 압력을 초과하지 못했기 때문에, 즉 풍속이 설정 속도를 초과하지 못했기 때문에 상기 풍압조절기구(14)에 의해 열리지 않고 닫혀 있는 상태가 되어 풍력의 손실없이 풍력을 받아 풍력을 상기 회전축(3)에 전달될 수 있다.
또한 상기 제2회전판(131)에는 바람의 힘을 많이 받을 수 있도록 중간에 돌출부를 두어 격실을 만들어 바람을 가둘 수 있게 하는 구조여서 풍력을 최대한으로 이용할 수도 있다.
도 7은 회전축의 회전방향과 풍향이 다를 때의 위에서 본 회전날개 작동도로서 도시되어 있는 것 같이 본 발명의 상기 회전날개(1)은 프로펠러 회전날개와는 달리 회전축과 동일한 방향으로 회전하므로 360°회전시 반의 구간에서는 회전력과 반대되는 힘을 상기 회전날개(1)가 회전할 때 받게 되는데 이때는 상기 제2회전날개(13)가 풍력에 의해 열려서 반력이 감소되어 반력에 의해 회전력이 감소되는 것을 대부분 방지할 수 있다.
도 8은 상기 제1회전날개(12)가 일부분 열린 것을 도시하며, 풍속이 일정 풍속 이상일 때는 상기 풍압조절기구(14)가 상기 제1회전날개(12)에 가하는 회전력보다 커서 상기 제1회전날개(12)가 풍압에 의해 열리며, 풍속에 따라 상기 제1회전날개(12)의 열리는 개도를 크게 하여 상기 제1회전날개(12)가 받은 풍력을 감쇄시켜 강풍에 의한 상기 회전날개(1)의 파손을 막을 수 있다.
상기 풍압조절기구(14)는 스프링의 장력을 이용하여 10m/sec 이상의 풍속일 경우에 열리기 시작하여 풍속에 비례되게 상기 제1회전날개(12)의 개도가 결정되어 30m/sec 이상일 때는 완전히 열리는 구조인 것이 바람직하다.
도 9는 상기 제1회전날개(12)가 완전히 열린 것을 도시하였으며, 풍속이 30m/sec 이상일 때는 상기 풍압조절기구(14)의 스프링 장력을 완전히 이겨 상기 제1회전날개(12)가 완전히 열려서 상기 제1회전날개(12)가 받은 풍력을 감쇄시켜 강풍에 의한 상기 회전날개(1)의 파손을 막을 수 있다.
상술한 것과 같이 본 발명의 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기는 제1회전날개와 제2회전날개를 가지고 있어 회전날개의 회전방향과 바람이 반대방향을 때는 열려서 반력을 감소시킬 수 있고, 회전날개를 크게 하여 풍압을 받는 면적을 크게 할 수 있으므로 발전량을 증대시킬 수 있으며, 강풍일 때는 바람의 세기에 따라 상기 제1회전날개가 설정 각도만큼 열려서 회전날개가 받은 풍력을 감쇄시켜 회전날개를 보호하여 풍력발전기의 수명을 연장시키는 효과가 있다.
A : 풍력발전기
1: 회전날개 11 : 회전날개 프레임
111 : 날개부 프레임 1111 : 제1회전날개 설치 오픈부
1112 : 제1회전날개축 삽입홀 1113 : 풍압조절기구 스토퍼
112 : 회전축 연결브래킷
113 : 회전축 연결부 114 : 제1회전날개 이탈방지턱
12 : 제1회전날개 121 : 제1회전판
1211 : 제2회전날개 이탈방지턱 1212 : 제1회전날개축 삽입홀
1213 : 제2회전날개축 삽입홀 1214 : 제2회전날개 설치 오픈부
1215 : 곡면부 122 : 제1회전날개축
13 : 제2회전날개 131 : 제2회전판
1311 : 돌출부 1312 : 격실
1313 : 제2회전날개축 삽입공 1314 : 곡면부
132a : 제2회전날개축 132b : 제2회전날개힌지
14 : 풍압조절기구 2 : 발전기
3 : 회전축 4 : 지지축
5 : 회전력전달수단 6 : 베이스

Claims (6)

  1. 바람에 의해 회전되는 회전날개(1)와;
    상기 회전날개(1)에 의해 발생한 회전력으로 전기를 생산하는 발전기(2)와;
    상기 회전날개(1)와 결합되어 상기 회전날개(1)에 의해 발생한 회전력을 상기 발전기로 전달하기 위한 회전축(3)과;
    지면에 수직으로 세워져 상기 회전축(3)에 걸리는 하중을 지지하는 지지축(4)과;
    상기 회전축(3)의 회전동력을 상기 발전기(2)로 전달하는 회전력전달수단(5)으로 구성된 풍력발전기(A)에 있어서,
    상기 회전날개(1)는 상기 회전축(3)에 결합되고 바람을 받는 날개가 내부에 설치되는 회전날개 프레임(11)과;
    상기 회전날개 프레임(11)의 중앙에 결합되며 축을 중심으로 일측 방향으로만 움직여서 일정 속도 이하의 풍속일 때는 닫혀서 바람을 받아 회전력이 증대되고, 일정 속도 이상의 풍속일 때는 열려서 풍압의 일부를 감소시키는 제1회전날개(12)와;
    상기 제1회전날개(12)의 내부에 설치되어 회전방향과 풍향이 같을 때는 닫혀서 풍력을 받아 회전력이 증대되고, 회전방향과 풍향이 반대일 때 즉 회전력과 반하는 풍향일 때는 열려서 반력을 감소시켜 주는 다수 개의 제2회전날개(13)와;
    상기 제1회전날개(12)에 설치되어 바람의 세기에 따라 상기 제1회전날개(12)가 설정 각도만큼 열려서 상기 회전날개(1)가 받은 풍력을 감쇄시켜 상기 회전날개(1)를 보호하는 풍압조절기구(14)로 구성되고,
    상기 회전날개 프레임(11)은 상기 제1회전날개(12)와 제2회전날개(13)가 설치되는 날개부 프레임(111)과;
    상기 회전축(3)과 결합되어 상기 회전날개(1)의 회전력을 회전축에 전달하는 회전축 연결부(113)와;
    상기 날개부 프레임(111)과 상기 회전축 연결부(113)를 연결하는 회전축 연결브래킷(112)으로 구성되고,
    상기 날개부 프레임(111)의 하부에는 상기 제1회전날개(12)가 한쪽 방향으로 더 이상 열리지 않도록 제한하는 제1회전날개 이탈방지턱(114)이 형성되며,
    상기 제1회전날개(12)는 상기 날개부 프레임(111)과 결합되고 일정 풍속 이상일 때는 열리는 제1회전판(121)과, 상기 제1회전판(121)과 상기 날개부 프레임(111)을 결합시켜주는 제1회전날개축(122)으로 구성되고,
    상기 제1회전판(121)에는 상기 제2회전날개(13)가 회전방향과 풍향이 같을 때는 상기 제2회전날개(13)가 수직방향에서 더 이상 이탈하지 않도록 하여 바람이 새는 것을 방지하고, 회전방향과 풍향이 반대일 때는 제2회전날개(13)가 열리는 것을 제한하지 않는 제2회전날개 이탈방지턱(1211)이 형성되며,
    상기 제1회전날개축(122)에는 상기 풍압조절기구(14)가 설치되고,
    상기 제2회전날개(13)는 상기 제1회전판(121)에 결합되고 회전방향과 풍향이 같을 때는 닫히고 풍향이 다를 때는 열리는 제2회전판(131)과, 상기 제2회전판(131)과 상기 제1회전날개(12)와 결합시켜주는 제2회전날개축(132a) 또는 제2회전날개힌지로 구성되며,
    상기 제1회전판(121)에는 상기 제1회전날개축(122)을 삽입하기 위한 제1회전날개축 삽입홀(1212)과, 상기 제2회전날개축(132a)을 삽입하기 위하여 제2회전날개축 삽입홀(1213)과, 상기 제2회전날개(13)가 설치되는 제2회전날개 설치 오픈부(1214)가 형성되고,
    상기 제1회전날개축(122)은 상기 회전축 연결부(113)에 힘이 균등하게 가해지도록 상기 날개부 프레임(111)과 상기 제1회전날개(12)의 중앙에 설치되며,
    상기 제2회전판(131)에는 상기 제2회전날개축(132a)을 삽입하기 위하여 제2회전날개축 삽입공(1313)이 형성되고,
    상기 제1회전판(121)과 제2회전판(131)의 좌측와 우측의 말단면은 틈새가 적게 나고 회전할 때 걸리지 않도록 곡면부(1215, 1314)가 형성되는 구조이며,
    상기 회전날개(1)는 수직 방향으로 다단으로 설치되고,
    상기 지지축(4)은 다단으로 분리되어 다단의 회전날개에서 얻은 회전력이 상기 회전축(3)에 전달될 수 있는 구조이며,
    상기 풍압조절기구(14)는 일정 풍속 이상일 때는 풍속에 따라 상기 제1회전날개(12)의 열리는 개도를 크게 하여 상기 제1회전날개(12)가 받은 풍력을 감쇄시키는 구조인 것을 특징으로 하는 2중 날개 구조와 풍압조절기구를 갖춘 풍력발전기
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