KR101092711B1 - 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템은, 메인블레이드의 외연에 형성된 부스터블레이드에 의해 풍력발전이 가속되고 메인블레이드 자체도 풍력발전을 효과적으로 일으킬 수 있는 구조로 형성되어 바람의 방향이나 특정한 지역 또는 위치에 구애됨이 없이 작은 바람으로도 효과적으로 풍력발전을 일으킬 수 있는, 풍력발전시스템을 제시한 것이다.

본 발명은, 풍력발전을 위해 회전가능상태로 지지되어, 회전력을 발생시키도록 원기둥형 장대 모양으로 형성되는 중심축대와; 중심축대에 끼워지도록 장형의 홈을 갖는 끼움결합단이 중심부에 형성되고, 상기 중심축대의 일측 끝단으로부터 각각의 일정거리 부분부분에서의 단면이 오목한 모양을 하되 날개모양으로 형성되는 적어도 1개 이상의 메인블레이드편이, 상기 끼움결합단의 외연 균분된 각도 지점에 같은 회전 방향으로 배치 고정되는 형태로 형성되는 메인블레이드와; 메인블레이드 외측으로 부는 바람의 힘을 받아 상기 풍력발전시스템의 회전력을 높이도록, 상기 중심축대로부터 먼 상기 중심축대 반대방향의 상기 메인블레이드 끝단부를 따라, 상기 중심축대와 같은 방향으로 일정폭을 갖도록 형성되는 부스타블레이드와; 중심축대의 연장선상에 위치되어 상기 중심축대의 회전구동력을 받아 발전을 일으키는 발전모듈을 포함함으로써; 바람이 적은 곳에서도 와류에 의한 회전동력의 효율성을 증대시켜 발전을 일으키는 특징이 있다.

따라서 본 발명은 메인블레이드 외연으로 회전가속을 높일 수 있는 부스터블 레이드를 채택함으로써 바람의 방향에 관계없이 작은 바람에서도 회전동력을 일으켜 효과적으로 풍력발전을 일으키며, 저렴한 비용으로 장소나 위치에 구애받지 않고 설치하는 것이 가능하여, 효율 높은 풍력발전을 수행하는 효과를 제공한다.

풍력, 발전, 전기, 에너지, 블레이드, 부스터 블레이드, 트위스트

Description

부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템{Blade-type wind generation system having booster blades}

본 발명은 풍력발전에 관한 것으로, 메인블레이드의 외연에 형성된 부스터블레이드에 의해 풍력발전이 가속되고 메인블레이드 자체도 풍력발전을 효과적으로 일으킬 수 있도록, 트위스트형, 직립형, 및 복합형 등 다양한 구조로 형성가능하며 바람의 방향이나 특정한 지역 또는 위치에 구애됨이 없이 작은 바람으로도 효과적으로 풍력발전을 일으킬 수 있는, 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에 관한 것이다.

아울러 이 건 특허출원은 본 출원인에 의해 선출원된 대한민국 특허출원 제2008-52384호(2009.6.12)와 관련된 내용으로서, 새로우면서도 선출원된 기술내용을 보다 개선 발전시킨 것이며, 본 발명의 기술에 있어 선출원된 내용도 참고하여 설명한다.

바람은 다른 어떤 에너지원에서도 만족시킬 수 없는 풍부하고, 싸고, 소모되 어 없어지지 않고, 광범위하게 산재해 있고, 깨끗한 에너지원으로 미래의 에너지원으로 떠오르고 있다.

바람에 의해 발전을 일으키는 이러한 풍력발전은 1990년대에 들어서면서 풍력터빈설계 등의 기술발전으로 인해 바람을 에너지로 변환시키는 효율이 높아지고 있을 뿐만 아니라, 좀 더 저속의 바람에도 작동할 수 있게 되고 지표로부터 훨씬 높은 곳의 바람까지도 풍력에너지화 할 수 있게 되고 있다.

유럽풍력에너지조합과 그린피스의 공동평가 등에 의하면 단지 지구 육지의 10% 정도의 지역만 개발할 수 있다고 가정하였을 때 세계 풍력발전 잠재성이 2020년의 세계 예상 전력수요의 두 배 정도라는 보고도 있다. 만일 세계 곳곳의 엄청난 풍력 잠재성까지 고려한다면 풍력은 전기수요 뿐만 아니라 아마도 다양한 에너지수요까지도 상당한 정도까지 만족시켜줄 수 있을 것으로 보인다.

풍력발전은 이미 현재 많이 싸졌지만 생산가격은 계속해서 떨어지고 있으며,석유의 가격을 좌지우지하는 석유수출국기구 OPEC과 같이 바람의 값을 인위적으로 조절할 기구도 없고, 또한 상당히 휘발성이 높고 몇 달만에 가격이 두배로 뛰는 천연가스 등과 달리 바람이 있는 한 제한이 없이 사용할 수 있는 매력적인 에너지원으로 여겨지고 있다.

이러한 풍력은 지난 10년 동안 세계에서 가장 빨리 성장하는 에너지원으로 생산량이 1995년에 4,800메가와트에서 2002년에 31,100메가와트로 약 6배 정도의 엄청난 성장을 보이고 있다.

풍력발전은 이제 지속가능하고 초고속으로 성장하는 유망한 산업으로 미래 에너지원의 큰 축이 될 것이 거의 확실해 지고 있으며, 국제 경제의 에너지 영역뿐만 아니라 국제경제 자체의 지형을 바꿔 놓을 것으로 예견되고 있다.

이러한 풍력발전의 급속한 세계적 성장은 많은 나라들이 에너지 공급을 풍력으로 전환하도록 만들고 있는데 덴마크, 독일, 스페인, 미국과 같은 초기의 주도국가 뿐만 아니라, 우리나라를 비속한 영국, 프랑스, 브라질, 중국 등 세계 많은 나라에서 야심찬 계획들이 기업, 연구소를 가리지 않고 진행되고 있다.

아래에서는 풍력발전과 관련된 몇몇 종래 기술들에 대한 내용을 살펴본다.

풍력발전과 관련된 종래 기술의 하나로 독일 우벤알로이즈의 대한민국 등록특허 제656806호 '풍력발전터빈'이 있으며, 도 15는 대한민국 등록특허 제656806호 '풍력발전터빈'을 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이 독일 우벤알로이즈의 '풍력발전터빈'은, 회전 가능하게 설치된 지지체를 수용한 파일론을 가지는 풍력 발전 설비로서, 지지체는 지지암(7)을 포함하고 상기 지지암(7)에 의하여 파일론(2)으로부터 분리되어 동일면에 있는 로터단위(3, 4 및 5)를 수용하며, 상기 지지체는 적어도 하나의 로터단위(3, 4 및 5)가 지지체의 회전에 의하여 (파일론(2)의 첨부를 기준으로) 가장 낮은 지점에 위치할 수 있도록 위치하고, 적어도 하나의 로터단위(3, 4 및 5)가 지지암(7)으로부터 탈착되게 하기 위하여 지지암(7)으로부터 내려오게 하거나 지지암(7)으로 부착되게 하기 위하여 지지암(7)으로 당겨지게 하는 기중 단위 또는 현수하강 단위 또는 이 둘 모두를 구비하되, 상기 기중 단위 또는 현수하강 단위 또는 이 둘 모두는 지지체(7) 내부에 구비되는 특징을 가진 풍력 발전 설비이다.

상기 독일 우벤알로이즈의 '풍력발전터빈'은 주위에서 많이 볼 수 있는 대형 풍력발전설비를 변화시킨 형태로, 이러한 대형 풍력발전설비는 바다의 수상이나 해변, 높은 언덕이나 능선 등과 같이 풍력이 센 지역에 적용되며, 따라서 시설에 큰 규모의 건설자금이 소요될 뿐만 아니라, 바람이 세야 하는 제약도 따른다. 이로 인해 중소기업이나 일반 시민들이 직접 설치하여 이용하기에는 사실상 어려운 풍력설비이다.

풍력발전과 관련된 또 다른 종래의 기술로 대한민국 등록특허 제541231호 '고효율 수직형 풍력 발전장치'가 있는데, 도 16은 대한민국 등록특허 제541231호 '고효율 수직형 풍력 발전장치'를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이 대한민국 등록특허 제541231호 '고효율 수직형 풍력 발전장치'는, 회전자의 외부를 보호함과 동시에 바람을 집풍하는 가변형 집풍덮개(1)와, 상기 가변형 집풍덮개(1) 내부에 설치되어, 회전축(3)과 접하지 않는 외주면에 관성무게추(21)가 형성되고, 회전축과는 공기 통로를 이루는 다수의 다이아프램(22)으로 결합되고 일부면이 풍속에 따라 개방되는 개방 회전자(25)로 구성된 좌우 대칭의 한쌍의 상부 가변 회전자(2a)와, 상기 상부 가변 회전자의 하부와 결합되고 회전자 날개의 각도가 직각을 이루는 좌우대칭의 한쌍의 하부 가변 회전자(2b)로 구성된 특징이 있다.

상기 대한민국 등록특허 제541231호 '고효율 수직형 풍력 발전장치'는, 가변형 집풍덮개(1) 등을 포함하도록 구조화시켜 풍력발전의 효율증대를 꾀하고 있으나, 소형임에도 불구하고 비교적 복잡함, 풍속에 따른 가변 작동 등 형체적 불안요 소가 상존하며, 이러한 구조를 통해 견고함을 유지하면서 풍력발전의 효율을 증대시킬 수 있을 지는 여전히 의문스럽다.

이러한 종래 풍력발전을 위한 시스템이나 장치들이 풍력발전의 효율을 높이기 위한 구성적 특징이 있지만, 나름대로의 문제점을 가지고 있어 풍력발전을 위한 설비나 장치에 있어 바람의 방향과 세기에 구애됨 없이 발전이 가능하고, 또한 큰 발전플랜트 시설이 아니라 하더라도 풍력발전의 효율을 높일 수 있는 새롭고 효율적인 구조를 적용시킬 수 있는 기술 또한 절실히 요청되고 있는 실정이다.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명은 풍력발전을 위한 설비나 장치에 있어 메인블레이드 외연으로 회전가속을 높일 수 있는 부스터를 채택함으로써 바람의 방향과 세기에 구애됨 없이 작은 바람에도 효과적으로 풍력발전을 일으킬 수 있는 발전시스템을 제공한다.

또한 본 발명은 종래 대형플랜트 설비를 수행할 필요가 없이 장소에 구애받지 않고 설치하는 것이 가능하며, 저비용 친환경적이면서도 효율이 매우 높은 풍력발전 시스템을 제공한다.

아울러 본 발명은 고도의 기술시스템이나 장치가 필요치 않아 저렴한 비용으로 장소에 구애받지 않고 설치가 가능하고, 경제적인 풍력발전을 일으킬 수 있는 풍력발전 시스템을 제공한다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 풍력발전시스템의 발전을 위해 회전가능상태로 지지되어, 회전력을 발생시키도록 원기둥형 장대 모양으로 형성되는 중심축대와; 상기 중심축대에 끼워지도록 장형의 홈을 갖는 끼움결합단이 중심부에 형성되고, 중심축대의 일측 끝단으로부터 각각의 일정거리 부분부분에서의 단면이 전체적으로 오목한 모양을 하되 날개모양으로 형성되는 적어도 1개 이상의 메인블레이드편이, 상기 끼움결합단의 외연 균분된 각도 지점에 같은 회전 방향으로 배치 고정되는 형태로 형성되는 메인블레이드와; 메인블레이드 외측으로 부는 바람의 힘을 받아 상기 풍력발전시스템의 회전력을 높이도록, 상기 중심축대로부터 먼 상기 중심축대 반대방향의 상기 메인블레이드 끝단부를 따라, 상기 중심축대와 같은 방향으로 일정폭을 갖도록 형성되는 부스타블레이드와; 중심축대의 연장선상에 위치되어 상기 중심축대의 회전구동력을 받아 발전을 일으키는 발전모듈을 포함함으로써; 바람이 적은 곳에서도 와류에 의한 회전동력의 효율성을 증대시켜 발전을 일으키는, 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템을 제공하는데 있다.

이러한 본 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에 있어, 상기 메인블레이드는 상기 중심축대의 일측 끝단으로부터 각각 일정거리 떨어지는 단위부분이 이웃 위치의 단면모양에 대해 일정 각도 어긋나도록 경사져 전체적으로 트위스트(꽈배기) 형태로 형성되며; 이 경우의 상기 부스타블레이드는 상기 중심축대 로부터 먼 상기 중심축대 반대방향의 상기 메인블레이드 끝단부에 결합 고정되도록, 상기 메인블레이드 끝단부에 대응하는 트위스트(꽈배기) 형태로 형성되는 것이 가능하다.

또한 상기 메인블레이드는 상기 중심축대와 평행되게 직립 형태로 형성되며; 이 경우의 상기 부스타블레이드는 상기 중심축대로부터 먼 상기 중심축대 반대방향의 상기 메인블레이드 끝단부에 결합 고정되도록, 상기 메인블레이드 끝단부에 대응하여 직립형태로 형성되는 것이 가능하다.

또한 상기 메인블레이드는 상기 중심축대의 일측 끝단으로부터 각각 일정거리 떨어지는 단위부분이 이웃 위치의 단면모양에 대해 일정 각도 어긋나도록 경사져 형성되는 트위스트(꽈배기) 형태 부분과, 상기 중심축대와 평행하게 형성되는 직립형태 부분이, 적어도 한 부분 이상 포함하도록 복합적으로 형성되며; 이 경우의 상기 부스타블레이드는 상기 중심축대로부터 먼 상기 중심축대 반대방향의 상기 메인블레이드 끝단부에 결합 고정되도록, 적어도 한 부분 이상 포함하여 상기 메인블레이드로 형성되는 트위스트(꽈배기) 형태 부분과 상기 직립형태 부분의 끝단부에 대응하여 형성되는 것이 가능하다.

아울러 본 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에 있어, 상기 부스타블레이드는 상기 메인블레이드 외측으로 부는 바람을 수용하는 것과 같이 전체적으로 오목한 모양인 오목받이형, 상기 메인블레이드 외측으로 부는 바람에 의해 양력을 발생시키도록 중앙이 불룩한 양력형, 그리고 상기 메인블레이드 외측으로 부는 바람을 바로 받는 평평한 평판형 중 어느 하나의 형태로 형성되며; 상기 메인블레이드편의 표면 주위로 흐르는 바람을 받아 추가적인 회전력을 발생시키도록, 상기 메인블레이드편의 표면 내외측으로 상기 중심축대에 대한 각각의 수직단면에서의 모양이 상기 중심축대 방향으로 향하도록 형성된 적어도 하나 이상의 보조블레이드편을 포함하고; 상기 메인블레이드 내외부에서 작용하여 동력을 발생시키는 풍력의 효율을 높이기 위해, 상기 메인블레이드 최상부의 상단 라운드진 부분에는 상기 라운드진 부분을 막는 평평한 형태의 블레이드막이판을 더 포함하며; 상기 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템은 수직, 수평, 그리고 경사지는 것을 포함한 수직과 수평 이외의 각도 중 어느 한가지로 설치되는 것이 가능하다.

이외에도 본 발명에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에서의 각 구성부 및 각각에 대한 상세한 기술내용을 제공하며, 이러한 각 구성 및 기술내용은 각각 개별적이거나 서로 복합적으로 실시되는 것이 가능하다.

따라서 이러한 본 발명의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템을 통한 주요 효과는 다음과 같다.

먼저 본 발명은 메인블레이드 외연으로 회전가속을 높일 수 있는 부스터를 채택함으로써 바람의 방향이나 특정한 지역 또는 위치에 구애됨이 없이 작은 바람으로도 효과적으로 풍력발전을 일으킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한 본 발명은 종래 대형플랜트 설비를 수행할 필요가 없어 건물옥상이나 전봇대 위, 차량 등 장소에 구애받지 않고 바람이 있는 곳이면 어디든지 설치하는 것이 가능하며, 저비용 친환경적이면서도 효율이 매우 높은 풍력발전을 수행하는 효과를 제공한다.

아울러 본 발명은 고도의 기술시스템이나 장치가 필요치 않아 비교적 관리가 용이하여 저렴한 비용으로 각 가정이나 농가, 공장, 기관 등 그 규모에 구애받지 않고 설치가 가능하여 경제적인 풍력발전을 일으킬 수 있을 뿐만 아니라, 태양광 발전등과 보완적 설치가 가능하여 지역 자급적 녹색 저탄소 에너지원 개발 관련 산업계에서 크게 각광을 받을 것으로 예상된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템을 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명 일실시예에 따른 제1형의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에 대한 사시도이고, 도 2는 본 발명 일실시예에 따른 제2형의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에 대한 사시도이며, 도 3은 본 발명 일실시예에 따른 제3형의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에 대한 사시도이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예의 블레이드형 풍력발전시스템(10)은, 중심축대(110)와, 메인블레이드(120)와, 부스터블레이드(130)와, 발전모듈(140)이 중심이 되며, 여기에 풍력발전의 효과를 높이기 위해 추가 구성되는 구성부들로서 블레이드막이판(120p)과 기타 본 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)의 설치를 보조하기 위한 설비들이 핵심을 이룬다.

본 실시예의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)에 있 어, 먼저 중심축대(110)는 풍력발전시스템의 발전을 위해 회전가능상태로 지지되며, 회전력을 발생시키도록 원기둥형 장대 모양으로 형성된다.

이러한 본 실시예에의 중심축대(110)는 메인블레이드(120)가 회전함에 따라 회전되고 또한 외부의 바람에 의한 회전력 등이 직접적으로 작용하는 구성부이므로, 외부바람의 세기나 회전력의 크고 작음에 요동하거나 위태롭지 않도록 견고하게 설치되는 것이 중요하다.

다음으로 본 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)의 메인블레이드(120)는, 중심축대(110)에 끼워지도록 장형의 홈을 갖는 끼움결합단(121)이 중심부에 형성되고, 상기 중심축대(110)의 일측 끝단으로부터 각각의 일정거리 부분부분에서의 단면이 전체적으로 오목한 모양을 하되 날개모양으로 형성되는 적어도 1개 이상의 메인블레이드편(122)이, 상기 끼움결합단(121)의 외연 균분된 각도 지점에 같은 회전 방향으로 배치 고정되도록 형성된다.

다음으로 부스타블레이드(130)는 메인블레이드(120) 외측으로 부는 바람의 힘을 받아 상기 풍력발전시스템의 회전력을 높이도록, 중심축대(110)로부터 먼 중심축대(110) 반대방향의 메인블레이드(120) 끝단부를 따라, 중심축대(110)와 같은 방향으로 일정폭을 갖도록 형성된다.

이러한 부스타블레이드(130) 역시 메인블레이드(120) 외측으로 부는 바람을 수용하는 것과 같이 전체적으로 오목한 모양인 오목받이형, 메인블레이드(120) 외측으로 부는 바람에 의해 양력을 발생시키도록 중앙이 불룩한 양력형, 그리고 메인블레이드(120) 외측으로 부는 바람을 바로 받는 평평한 평판형 등으로 크게 구분할 수 있다.

아울러 이렇게 구분되는 형태에서도 각각의 세세한 모양은 도시된 바와 같은 초승달 형태의 모양 이외에도 사각, 삼각 등 다양한 모양으로 형성되는 것이 가능하며, 이에 대해서도 후술한다.

마지막으로 발전모듈(140)은 중심축대(110)의 연장선상에 위치되어 중심축대(110)의 회전구동력을 받아 발전을 일으키는 구성부로서, 일종의 발전기(generator)라고 할 수 있다.

이러한 구조를 갖는 본 실시예의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)은 전체적인 형태에 따라 크게 세 가지 형태로 구분할 수 있다.

즉 제1형의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)은 주요구성부인 메인블레이드(120)와 부스타블레이드(130) 각각이 트위스트(꽈배기) 형태로 형성되는 특징이 있으며, 메인블레이드(120) 혹은 부스타블레이드(130)가 직립 형태(straight)로 형성되는 제2형의 블레이드형 풍력발전시스템(10)과, 트위스트(꽈배기) 형태와 직립 형태(straight)가 필요한 부분에서 번갈아 위치하도록 형성되는 제3형의 블레이드형 풍력발전시스템(10)과 차이를 나타낸다.

아울러 이렇게 메인블레이드(120)를 형성하면서, 메인블레이드(120) 최상부의 상단 라운드진 부분에는 이를 막도록 평평한 형태의 블레이드막이판(120p)을 결합시켜 형성하게 되며, 이 블레이드막이판(120p) 역시 메인블레이드(120) 내외부에서 작용하여 동력을 발생시키는 풍력의 효율을 높이는 데 작용하게 된다.

도 1에 도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 제1형의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)에 있어, 메인블레이드(120)는 중심축대(110)의 일측 끝단으로부터 각각 일정거리 떨어지는 단위부분이 이웃 위치의 단면모양에 대해 일정 각도 어긋나도록 경사져 전체적으로 트위스트(꽈배기) 형태로 형성되며; 이 경우의 부스타블레이드(130)는 중심축대(110)로부터 먼 중심축대(110) 반대방향의 메인블레이드(120) 끝단부에 결합고정되도록, 메인블레이드(120) 끝단부에 대응하는 트위스트(꽈배기) 형태로 형성되는 특징이 있다.

이와 달리 도 2에 도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 제2형의 블레이드형 풍력발전시스템(10)에 있어, 메인블레이드(120)는 중심축대(110)와 평행되게 직립형태로 형성되며; 이 경우의 부스타블레이드(130)는 중심축대(110)로부터 먼 중심축대(110) 반대방향의 메인블레이드(120) 끝단부에 결합 고정되도록, 메인블레이드(120) 끝단부에 대응하여 직립형태로 형성되는 특징이 있어 앞서의 제1형태와 구분된다.

또한 도 3에 도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 제3형의 블레이드형 풍력발전시스템(10)에 있어, 메인블레이드(120)는 상기 중심축대(110)의 일측 끝단으로부터 각각 일정거리 떨어지는 단위부분이 이웃 위치의 단면모양에 대해 일정 각도 어긋나도록 경사져 형성되는 트위스트(꽈배기) 형태 부분과, 상기 중심축대(110)와 평행하게 형성되는 직립형태 부분이, 적어도 한 부분 이상 포함하도록 복합적으로 형성되며; 이 경우의 부스타블레이드(130)는 중심축대(110)로부터 먼 중심축대(110) 반대방향의 메인블레이드(120) 끝단부에 결합 고정되도록, 적어도 한 부분 이상 포함하여 메인블레이드(120)로 형성되는 트위스트(꽈배기) 형태 부분과 상기 직립형태 부분의 끝단부에 대응하여 형성된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 메인블레이드가 결합되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 4의 (A)에 도시한 바와 같이 본 블레이드형 풍력발전시스템(10)에 있어, 중심축대(110)에 메인블레이드(120)의 끼움결합단(121)을 끼우고 이 끼움결합단(121)에 형성된 체결홈(121h)에 나사(121s)를 조임으로써, 메인블레이드(120)를 중심축대(110)에 결합시킨다.

이외에도 앞서와 달리 본 중심축대(110)는 그 외주연이 도 4의 (B)에 도시한 바와 같이 요철형태나 나사의 산과 골이 번갈아 위치하는 형태로 형성시키고, 메인블레이드(120)의 끼움결합단(121)도 위의 중심축대(110)에 맞물리도록 그 외주연 형상에 대응하여 형성시키는 것이 가능하며, 이러한 형태로 형성한 후 중심축대(110)에 메인블레이드(120)를 결합시키는 경우 그 결합력을 한층 견고하게 할 수 있다.

도 5는 본 발명 일실시예에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템의 메인블레이드에서 바람의 작용에 의해 회전력이 발생되는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 5 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에서 부스타블레이드까지 고려한 경우의 바람의 작용에 의해 회전력이 발생되는 것을 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 도 5 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에 추가되는 보조블레이드편까지 고려한 경우의 바람의 작용에 의해 회전력이 발생되는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 메인블레이드(120)로 불어 들어온 바람은 큰 화살표와 같이 트위스트(꽈배기) 형태로 형성된 메인블레이드(120) 내부를 타면서 메인블레이드(120)에 회전력을 발생시키고 메인블레이드(120)이 회전되는 가운데 아래 방향으로 빠져 나가도록 작용하게 된다.

아울러 메인블레이드(120)로 불어 들어온 바람은 회전동력을 발생시키면서 아래 방향으로 흐르지만 도 6에 도시된 바와 같이 양단부로도 빠져 나가기도 한다.

앞서 메인블레이드(120) 외연 단부의 부스터블레이드(130)가 자체적으로 바람에 의해 회전동력을 발생시킴을 언급하였다.

즉, 외부의 바람은 메인블레이드(120) 전체에 작용하며, 특히 메인블레이드(120) 외측의 부스타블레이드(130)에도 작용함으로써, 본 블레이드형 풍력발전시스템(10)의 회전력을 배가시키게 된다.

본 실시예의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)은 메인블레이드(120) 끝단에 부스터블레이드(130)가 형성된 형태 이외에도, 도 7에 도시된 바와 같이 메인블레이드(120)의 메인블레이드편(122) 중간중간에 보조블레이드편(150, 151, 152, 153, 154)이 추가 형성되는 것도 가능하다.

즉, 부스타블레이드(130)와 같은 방향을 가져 메인블레이드(120)로 부는 바람에 의한 회전발생력을 높이도록 메인블레이드(120) 내외부의 어느 한쪽 이상에 적어도 하나 이상, 본 실시예에서는 4쌍의 보조블레이드편(150, 151, 152, 153, 154)들이 중심축대(110) 방향으로 볼록하게 추가 고정되는 형태로 형성된다.

따라서 이렇게 되면, 보조블레이드편(150, 151, 152, 153, 154)들에 의해 바 람에 의한 힘이 중심축대(110) 방향으로 작용하여 회전력은 높이게 된다.

도 8은 본 발명 일실시예에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에서 메인블레이드의 형태 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이 본 실시예의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)은 메인블레이드(120)를 다양하게 구조화시켜 형성하는 것이 가능하다.

먼저 (A)는 반원구조의 메인블레이드편(122)을 갖는 메인블레이드(120)로서, 앞서 설명한 바와 같이 메인블레이드편(122)의 중앙이 반원형태의 오목한 구조로 일반적인 구조라 할 수 있다.

다음으로 (B)구조의 메인블레이드(120)는 (A)에 비해 오목한 부위가 보다 깊은 'U'자 모양으로 메인블레이드편(122)이 형성된 특징을 갖는다.

(C)구조의 메인블레이드(120)는 메인블레이드편(122)이 사각 형태로 패여 형성되는 특징을 가진다.

이러한 구조는 본 실시예의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)의 메인블레이드(120)가 다양한 모양으로 형성될 수 있음을 보이는 것으로, 본 실시예에 원리에 따라 바람을 받은 메인블레이드(120)가 회전력을 발생시킬 수 있다면 앞서와 또 다른 다양한 형태의 메인블레이드(120)가 가능하다.

도 9는 본 발명 일실시예에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에서 부스터블레이드의 형태를 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이 본 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)의 부스터블레이드(130)는 여러 가지 형태로 형성되는 것이 가능하다.

전술한 바와 같이 본 실시예의 부스터블레이드(130)는 본 블레이드형 풍력발전시스템(10)의 외측 둘레부분으로 부는 바람을 받아 풍력발전의 회전력을 높이는 기능을 수행하는 구성부이다.

먼저 (A)와 같은 초승달 모양의 부스터블레이드(130)는 가장 일반적으로 생각할 수 있는 부스터블레이드(130) 모양이다. 즉 초승달처럼 중앙이 오목하게 패인 부스터블레이드(130)로 외부의 바람이 불어 들어오면서 회전력을 높이는 형태이다.

다음으로 (B)는 (A)와 같은 개념이지만 그 형태가 'ㄷ'자 형태를 하고 있으며, 이러한 형태 역시 중앙의 패인 부스터블레이드(130)로 외부의 바람이 불어 들어오면서 회전력을 높이는 형태이다.

(C)모양은 평평한 형태를 하는 부스터블레이드(130)로 메인블레이드(120)가 회전하는 외주연 끝단부에 위치하게 되는 부스터블레이드(130)가 보다 강한 바람을 받아 힘을 발생시키도록 하는 형태로, 화살표와 비슷한 모양을 하는 경우이다.

(D), (E), (F) 모양은 양력을 받을 수 있도록 구조화된 형태의 부스터블레이드(130)이다.

비행기의 날개가 비행기를 하늘에 띄우게 되는 원리가 되는 양력은, 유체 속의 물체가 수직 방향으로 받는 힘으로, 이 양력은 압력이 높은 곳에서 압력이 낮은 곳으로 힘을 발생시키게 된다.

이러한 양력을 발생시키기 위해서는 굽거나 휘어지지 않되 중앙이 불룩한 형태를 취하는 것이 일반적이며, 한쪽이 타원형태를 하고 반대 측 끝단부로 갈수록 가늘어지는 에어포일(airfoil)구조가 이러한 양력을 비교적 잘 발휘하는 것으로 알 려져 있다.

따라서 앞서의 원리에 따라 (D)는 에어포일(airfoil)구조의 모양을 하며 메인블레이드(120)의 곡면을 따라 형성된 형태로, (E)는 역시 에어포일(airfoil)구조의 모양을 하며 메인블레이드(120)에 대해 각이 진 형태로, (E)는 원형의 형태로 각각 구조화시켜 부스터블레이드(130)를 형성하고 있다.

본 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)은 이외에도 메인블레이드(120)의 외연 끝단부에 형성되어 회전력을 높일 수 있는 다양한 형태의 부스타블레이드(130)가 가능하다.

도 10은 본 발명 일실시예에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에서 보조블레이드편의 형태가 변화되는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)에 있어, 메인블레이드(120)에 추가되는 보조블레이드편(150)은 메인블레이드(120)에 대해 바깥쪽(도 10, A) 혹은 안쪽(도 10, B)에 형성되거나 이러한 내외측 형성이 복합화되는 것은 물론, 쌍을 짓지 않고 서로 어긋나도록(도 10, C) 형성되는 것도 가능하다.

아울러 이 외에도 보조블레이드편(150)은 각지거나 사각 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 메인블레이드(120)의 내외측 필요한 위치에 다양한 형태로 결합 형성되는 것이 가능하다.

도 11은 본 발명 일실시예에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에서 메인블레이드의 형태가 변화되는 것을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예의 블레이드형 풍력발전시스템(10)은 3개의 메인블레이드편(122)을 갖고 있으며, 이 경우에도 앞서 설명한 것과 같이 메인블레이드(120)의 메인블레이드편(122) 중간중간에 보조블레이드편(150, 151, 152, 153, 154, 155, 156)이 형성되어 있다.

이 경우에도 보조블레이드편(150, 151, 152, 153, 154, 155, 156)이 메인블레이드편(122) 중간중간에 다양한 모양으로 고정 형성될 수 있으며, 이외에도 메인블레이드편(122)은 4개, 5개 등 그 이상의 필요한 개수만큼 형성되는 등 다양한 모양으로 형성되는 것이 가능하다.

도 12는 본 발명 일실시예에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템이 다양하게 변화시켜 형성가능한 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이, (A)는 2개의 부스터블레이드(130)가 결합 형성된 구조의 블레이드형 풍력발전시스템(10)을 나타낸 것으로 비교적 간단한 구조로 쉽게 생각해 낼 수 있는 형태라 할 수 있다.

(B)는 부스터블레이드(130)가 평평하게 형성된 경우로, 앞서 설명한 바와 같이 부스터블레이드(130)가 결합된 메인블레이드(120) 끝이 화살표 모양을 하고 있다.

(C)는 메인블레이드(120)의 메인블레이드편(122)이 'U'자 모양으로 형성된 특징을 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)이다.

(D)는 메인블레이드(120)의 메인블레이드편(122)이 사각으로 패인 형태이면서, 동시에 부스터블레이드(130)도 오목하게 사각 형태로 형성된 경우이다.

(E)는 메인블레이드(120)의 메인블레이드편(122)은 'U'자 모양으로 형성되고, 부스터블레이드(130)의 끝단부가 타원형태를 하고 반대쪽 끝으로 갈수록 가늘어지는 에어포일(airfoil)구조로 형성되어 양력으로 인해 회전력을 더욱 증대시킬 수 있는 구조이다.

(F)는 반원형태의 일반적인 메인블레이드편(122)에, 양력의 효과까지도 고려하여 단면이 원형인 부스터블레이드(130)를 형성하고 있는 경우이다.

(G)는 앞서의 (A)와 같은 일반적인 구조에 보조블레이드편(150, 151, 152, 153, 154)이 추가로 형성되어 있는 경우를 나타낸 것이다.

아울러 각각의 구조 아래의 원형은 해당 블레이드형 풍력발전시스템(10)이 회전할 때 보이는 평면적인 형상을 나타낸 것이다.

본 실시예에서는 이러한 구조 이외에도 앞서 설명한 원리와 구조를 바탕으로 다양한 형태로 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템을 형성시키는 것이 가능하다.

도 13은 본 발명 일실시예에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템이 적용되는 것을 설명하기 위한 도면이다.

본 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)은 도시한 바와 같이 바람으로 발전을 일으키기 위한 곳이라면 어디든지 적용시킬 수 있어, 사실상 설치에 제한이 없다.

즉 길가의 가로등이나 전봇대에서부터 자동차와 배까지에도 적용시킬 수 있다. 또한 세로형태의 직립형, 가로형태의 수평형, 각도가 비스듬한 상태인 경사형 등 설치환경이나 각도에 따라 적합하게 설치하는 것이 가능하다. 이렇게 설치된 본 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)은 가정에서는 가정용 풍력발전시스템이 되고, 큰 건물에서는 빌딩 옥상 등에 설치하여 건물 풍력발전시스템이 되어, 바람에 의해 발전을 일으킬 수 있다.

또한 본 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)은 메인블레이드(120)에 다양한 이미지나 문구를 써 넣어 광고용 간판을 겸하도록 구성하여 이용할 수 있는 등, 다양한 상태로 이용하는 것이 가능하다.

도 14는 본 발명 일실시예에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템이 회전하는 것을 다수의 장면으로 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이 본 블레이드형 풍력발전시스템(10)이 바람을 받아 회전하게 되면 각 시각, 예컨대 본 실시예에서의 6단계와 같이 어떤 한 위치에서 바라보는 전체적인 모습은 여러 가지 형태를 하게 된다. 여기서는 앞서 설명한 첫 번째 형태인 트위스트(꽈배기) 형태를 나타내었지만 제2형이나 제3형에서도 이러한 것은 마찬가지이며, 특히 본 실시예에서와 같은 트위스트(꽈배기) 형태는 자체 형태의 외곽선의 변화가 커 외형적인 모양의 변화가 더 크다고 할 수 있다.

이러한 것은 시각적인 변화를 줄 수 있어 광고적인 측면 등 다양한 형태로의 이용도 가능하여 부수적인 잇점도 있다.

또한 본 실시예의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템(10)은 특정지역이나 높은 곳에 설치하기 위한 환경파괴의 문제 등도 없을 뿐만 아니라 전력송신을 위한 추가설비 등의 시설비도 줄일 수 있으며, 국가적으로는 전력생산에 대한 다양화를 꾀하여 전력설비와 공급에 대한 부담을 줄일 수 있고 설치이용자는 풍력발전에 따른 부수적이고 다양한 효과나 이익을 기대할 수 있다.

이외에도 본 발명은 앞서 설명한 장치나 시스템 이외에 사용자나 관리자의 편리를 위한 각종 시설들을 설치하고 각각 제어하는 것이 가능하다.

이상과 같이 본 설명에서는 특정 실시예를 들어 설명하고 있으나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 개념을 이탈하지 않는 범위 내에서 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 실시될 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 다양한 실시는 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.

도 1은 본 발명 일실시예에 따른 제1형의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에 대한 사시도.

도 2는 본 발명 일실시예에 따른 제2형의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에 대한 사시도.

도 3은 본 발명 일실시예에 따른 제3형의 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에 대한 사시도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 메인블레이드가 결합되는 과정을 설명하기 위한 도면.

도 5는 본 발명 일실시예에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템의 메인블레이드에서 바람의 작용에 의해 회전력이 발생되는 것을 설명하기 위한 도면.

도 6은 도 5 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에서 부스타블레이드까지 고려한 경우의 바람의 작용에 의해 회전력이 발생되는 것을 설명하기 위한 도면.

도 7은 도 5 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에 추가되는 보조블레이드편까지 고려한 경우의 바람의 작용에 의해 회전력이 발생되는 것을 설명하기 위한 도면.

도 8은 본 발명 일실시예에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에서 메인블레이드의 형태 변화를 설명하기 위한 도면.

도 9는 본 발명 일실시예에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에서 부스터블레이드의 형태를 설명하기 위한 도면.

도 10은 본 발명 일실시예에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에서 보조블레이드편의 형태가 변화되는 것을 설명하기 위한 도면.

도 11은 본 발명 일실시예에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템에서 메인블레이드의 형태가 변화되는 것을 설명하기 위한 도면.

도 12는 본 발명 일실시예에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템이 다양하게 변화시켜 형성가능한 구조를 설명하기 위한 도면.

도 13은 본 발명 일실시예에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템이 적용되는 것을 설명하기 위한 도면.

도 14는 본 발명 일실시예에 따른 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템이 회전하는 것을 다수의 장면으로 나타낸 도면.

도 15는 대한민국 등록특허 제656806호 '풍력발전터빈'을 나타낸 도면.

도 16은 대한민국 등록특허 제541231호 '고효율 수직형 풍력 발전장치'를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템

110 : 중심축대

120 : 메인블레이드 120p : 블레이드막이판

121 : 끼움결합단

121h : 체결홈 121s : 나사

122 : 메인블레이드편

130 : 부스터블레이드

140 : 발전모듈

150, 151, 152, 153, 154, 155, 156 : 보조블레이드편

Claims (8)

1. 풍력에 의해 발전을 일으키는 풍력발전시스템에 있어서,

   상기 풍력발전시스템의 발전을 위해 회전가능상태로 지지되어, 회전력을 발생시키도록 원기둥형 장대 모양으로 형성되는 중심축대와;

   상기 중심축대에 끼워지도록 장형의 홈을 갖는 끼움결합단이 중심부에 형성되고, 상기 중심축대의 일측 끝단으로부터 각각의 일정거리 부분부분에서의 단면이 전체적으로 오목한 모양을 하되 날개모양으로 형성되는 적어도 1개 이상의 메인블레이드편이, 상기 끼움결합단의 외연 균분된 각도 지점에 같은 회전 방향으로 배치 고정되는 형태로 형성되는 메인블레이드와;

   상기 메인블레이드 외측으로 부는 바람의 힘을 받아 상기 풍력발전시스템의 회전력을 높이도록, 상기 중심축대로부터 먼 상기 중심축대 반대방향의 상기 메인블레이드 끝단부를 따라, 상기 중심축대와 같은 방향으로 일정폭을 갖도록 형성되는 부스타블레이드와;

   상기 중심축대의 연장선상에 위치되어 상기 중심축대의 회전구동력을 받아 발전을 일으키는 발전모듈을 포함함으로써;

   바람이 적은 곳에서도 와류에 의한 회전동력의 효율성을 증대시켜 발전을 일으키는 것을 특징으로 하는 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 메인블레이드는 상기 중심축대의 일측 끝단으로부터 각각 일정거리 떨어지는 단위부분이 이웃 위치의 단면모양에 대해 일정 각도 어긋나도록 경사져 전체적으로 트위스트(꽈배기) 형태로 형성되며;

   이 경우의 상기 부스타블레이드는 상기 중심축대로부터 먼 상기 중심축대 반대방향의 상기 메인블레이드 끝단부에 결합고정되도록, 상기 메인블레이드 끝단부에 대응하는 트위스트(꽈배기) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 메인블레이드는 상기 중심축대와 평행되게 직립형태로 형성되며;

   이 경우의 상기 부스타블레이드는 상기 중심축대로부터 먼 상기 중심축대 반대방향의 상기 메인블레이드 끝단부에 결합고정되도록, 상기 메인블레이드 끝단부에 대응하여 직립형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 메인블레이드는 상기 중심축대의 일측 끝단으로부터 각각 일정거리 떨 어지는 단위부분이 이웃 위치의 단면모양에 대해 일정 각도 어긋나도록 경사져 형성되는 트위스트(꽈배기) 형태 부분과, 상기 중심축대와 평행하게 형성되는 직립형태 부분이, 적어도 한 부분 이상 포함하도록 복합적으로 형성되며;

   이 경우의 상기 부스타블레이드는 상기 중심축대로부터 먼 상기 중심축대 반대방향의 상기 메인블레이드 끝단부에 결합고정되도록, 적어도 한 부분 이상 포함하여 상기 메인블레이드로 형성되는 트위스트(꽈배기) 형태 부분과 상기 직립형태 부분의 끝단부에 대응하여 형성되는 것을 특징으로 하는 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 부스타블레이드는

   상기 메인블레이드 외측으로 부는 바람을 수용하는 것과 같이 전체적으로 오목한 모양인 오목받이형, 상기 메인블레이드 외측으로 부는 바람에 의해 양력을 발생시키도록 중앙이 불룩한 양력형, 그리고 상기 메인블레이드 외측으로 부는 바람을 바로 받는 평평한 평판형 중 어느 하나의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 메인블레이드편의 표면 주위로 흐르는 바람을 받아 추가적인 회전력을 발생시키도록, 상기 메인블레이드편의 표면 내외측으로 상기 중심축대에 대한 각각의 수직단면에서의 모양이 상기 중심축대 방향으로 향하도록 형성된 적어도 하나 이상의 보조블레이드편을 포함하는 것을 특징으로 하는 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 메인블레이드 내외부에서 작용하여 동력을 발생시키는 풍력의 효율을 높이기 위해, 상기 메인블레이드 최상부의 상단 라운드진 부분에는 상기 라운드진 부분을 막는 평평한 형태의 블레이드막이판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템은 수직, 수평, 그리고 경사지는 것을 포함한 수직과 수평 이외의 각도 중 어느 한가지로 설치되는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 부스터 블레이드를 갖는 블레이드형 풍력발전시스템.

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