KR101125952B1 - 물레형 풍차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단순한 구조임에도 불구하고 바람의 방향이 급격히 변화되거나 돌풍이 불더라도 바람을 효과적으로 응집할 수 있고, 다방향에서 바람을 응집할 수 있어서 응집효율을 보다 높일 수 있는 물레형 풍차에 관한 것이다.

상기한 물레형 풍차를 구현하기 위한 본 발명의 특징은,

바닥에 다수의 캐스터가 설치되고, 일측은 힌지핀에 의해 지지되어 있어서 상기 힌지핀을 중심으로 유동 가능한 상태의 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트 상에 설치되며, 양측면에는 바람이 유입되는 루버가 구비된 하우징; 상기 하우징의 내부에 그 원주면이 상기 루버를 향하도록 하여 회전 가능하게 설치되어, 상기 루버를 통하는 바람의 유입력에 의해 회전되는 회전체; 상기 하우징의 전방 또는 후방의 양측에 설치되어 바람의 방향에 따라 상기 하우징의 방향을 변위시키기 위한 방향판;을 포함한다.

풍차, 물레형

Description

물레형 풍차{Wind turbine}

본 발명은 풍력을 기반으로 하여 회전되면서 풍력 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 주는 물레형 풍차에 관한 것이다.

주지하듯이, 전 세계적으로 지하자원의 고갈과 더불어 자연생태보호 차원에서 무한 에너지원 또는 정정 에너지원인 원자력, 수력, 화력, 조력, 풍력 또는 태양열 등을 이용한 발전장치의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

이 중에서, 풍력을 이용한 발전장치는 비교적 저렴한 설치비용과 공해물질이 발생되지 않으면서 설치 면적도 경제적이라는 장점 때문에 근래에 많이 활용되고 있다.

종래의 풍력발전장치는 도시하지는 않았지만 대개가 타워의 상부에 회전 가능하도록 설치되는 동체와, 상기 동체의 선단에 설치되는 프로펠러형 날개와, 상기 날개의 회전력을 증속시키기 위하여 링기어, 유성기어 및 태양기어(선기어)로 구성된 회전증속부 및 회전증속부의 회전력을 이용하여 전기적 에너지를 발생시키는 발전기를 포함하여 이루어진다.

이러한 구성의 프로펠러를 이용한 풍력발전장치는 미국특허등록 제4,291,233 호 및 대한민국 특허등록 제57585호의 특허공보에 각각 게재되어 있다.

상기한 풍력발전장치의 원리를 살펴보면, 1기압의 대기권에서 이상적인 날개의 최대 선속도인 80～90m/s로 회전수를 선정하고, 발전기의 용량 및 회전수를 결정한 후 회전증속부(링기어, 유성기어 및 태양기어)의 기어 비율을 결정한다. 예를 들어 600㎾급 발전기의 회전수가 1,200rpm, 날개의 외경을 46m, 날개의 회전수를 35rpm으로 결정하면 회전증속부의 비율 i=1,200/35=34.3으로 된다. 이와 같은 조건에서 날개가 기동하기 위한 최소의 풍속은 3m/s 이지만 회전증속부의 기어들이 상호 맞물려 있는 상태에서는 회전증속부의 저항인 부하율 보다 날개 회전을 위한 출력이 커야 기동이 시작된다.

그러나, 상기한 종래의 풍력발전장치는 풍력 에너지에 의하여 회전되는 프로펠러형 날개의 회전력이 회전증속부를 통하여 발전기까지 동력의 손실을 최소화하여 전달되도록 상기 풍력발전장치를 설계하고 제작하기 위해서는, 막대한 비용이 소요될 뿐만 아니라 상당한 수준의 기술적 노하우(know how)가 요구된다.

상기 노하우 중 제일 중요한 것은 회전증속부이고, 상기 회전증속부의 회전력(효율)이 떨어진 상태 또는 바람이 적어서 날개의 회전이 정지된 상태에서는 날개의 자중에 의한 부하 및 회전증속부에 맞물려있는 각 기어들에 의하여 큰 저항력이 작용되고 있으므로 기동을 위한 최소의 풍속 또는 미풍이 불어도 날개가 기동하지 않기 때문에 고가의 풍력발전장치가 무용지물이 되고 있다.

또한, 종래의 풍력발전장치는 바람의 방향으로 날개 위치가 자유로이 전환될 수 있도록 타워를 중심으로 날개를 가지는 동체가 회전되도록 구성되어 있으므로 바람의 방향이 변화됨에 따라서 날개의 회전이 멈추는 것을 방지하여 발전력을 얻을 수 있으나, 돌풍과 같이 바람의 방향이 급격히 변화될 경우 날개의 회전이 정지될 수 있음은 물론 심하게 요동되어 파손되는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 주요 목적은 단순한 구조에도 불구하고 바람의 방향이 급격히 변화되거나 돌풍이 불더라도 바람을 효과적으로 응집할 수 있고, 다방향에서 바람을 응집할 수 있어서 응집효율을 보다 높일 수 있는 물레형 풍차를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따르면,

바닥에 다수의 캐스터가 설치되고, 일측은 힌지핀에 의해 지지되어 있어서 상기 힌지핀을 중심으로 유동 가능한 상태의 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트 상에 설치되며, 양측면에는 바람이 유입되는 루버가 구비된 하우징; 상기 하우징의 내부에 그 원주면이 상기 루버를 향하도록 하여 회전 가능하게 설치되어, 상기 루버를 통하는 바람의 유입력에 의해 회전되는 회전체; 상기 하우징의 전방 또는 후방의 양측에 설치되어 바람의 방향에 따라 상기 하우징의 방향을 변위시키기 위한 방향판;을 포함하는 물레형 풍차이다.

본 발명의 제2 관점에 따르면,

상기 회전체는 축을 중심으로 방사상으로 배치되는 다수의 방사판; 상기 각 방사판의 외곽 단부에 예각으로 설치되는 바람 저항판; 기 각 바람 저항판과 접하면서 대칭되도록 설치되는 블랭크 판; 상기 방사판의 테두리에 결합되는 결합테;로 구성된 물레형 풍차이다.

본 발명의 제3 관점에 따르면,

상기 하우징의 상부에 설치되어, 하우징의 상부를 지나는 바람을 하우징의 내부로 유도하는 바람유도부를 포함하는 물레형 풍차이다.

본 발명의 제4 관점에 따르면,

상기 바람유도부는 하우징의 상부에 형성되는 유도덕트; 상기 유도덕트에 설치되어, 상기 유도덕트로 바람을 유도하는 유도깃;으로 구성되되, 상기 유도깃은 상부깃과 하부깃의 단부가 접철링크에 의해 접철 가능하게 연결된 물레형 풍차이다.

이상의 본 발명은 구조가 단순하여 제작이 손쉽고 원가가 절감됨에도 불구하고, 바람의 방향이 급격히 변화되거나 돌풍이 불더라도 바람을 효과적으로 포집할 수 있어서 바람 이용률을 보다 높일 수 있으며, 다방향에서 바람을 포집할 수 있어서 응집효과가 좋다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면을 기초하여 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 보다 명확해 질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 물레형 풍차의 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 따 른 물레형 풍차의 결합사시도이며, 도 3은 본 발명에 다른 물레형 풍차의 정면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 물레형 풍차의 바람 응집상태를 설명하기 위한 도면이다.

이들 도면에 따르면, 본 발명의 물레형 풍차는 베이스 플레이트(10), 하우징(20), 회전체(30), 방향판(40)으로 구성되어 있다.

상기 베이스 플레이트(10)는 전체 장치를 지지하기 위한 것으로서, 그 하부에는 베이스 플레이트(10)의 이동성을 용이하게 하기 위하여 수 개의 캐스터(11)가 설치되어 있다.

또한, 상기 베이스 플레이트(10)의 일측은 힌지핀(12)에 의해 지지되어 있어서 바람이 불 경우 힌지핀(12)을 중심으로 적절히 회동되면서 바람을 충분히 포집할 수 있는 방향으로 자율 변위된다.

상기 하우징(20)은 상기 베이스 플레이트(10) 상에 안착 설치된다.

상기 하우징(20)은 전면과 후면이 개방되어 있으며, 양측면에는 바람이 유입될 수 있도록 다수의 루버(21)가 형성되어 있다. 상기 루버(21)는 고정형으로 되거나 또는 바람의 방향에 따라 가변되는 가변형으로 될 수 있다.

특히, 상기 루버(21)는 후술될 회전체(30)의 바람 저항판(33)을 향하도록 배치되는 것이 바람직하다. 그 이유는 루버(21)를 통해 유입된 바람은 바람 저항판(22)과 충돌되어야만 회전체(30)의 원활한 회전을 야기할 수 있기 때문이다.

그리고, 상기 하우징(20)의 상측에는 하우징(20)의 상부를 지나는 바람을 하우징의 내부로 유도하기 위한 바람유도부(22)가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 바람유도부(22)는 바람이 유입되는 유도덕트(22a)와, 상기 유도덕트(22a)에 바람이 부는 힘에 의해 접철되면서 바람을 상기 유도덕트(22a)로 효과적으로 유도하기 위한 상부깃(22b) 및 하부깃(22c)과, 상기 상,하부깃(22b,22c)을 접철 가능하게 연결하는 접철링크(22d)로 구성된다.

여기서, 상기 상부깃(22b)과 하부깃(22c)은 그 단부가 상기 바람유도부(22)의 상측에 힌지 결합되어 있으며, 이들 유도깃(22b,22c) 사이에는 상기한 접철링크(22d)가 연결되어 있어서 접철링크의 접철 동작에 의해 이에 연동하여 상기 두 유도깃(22b,22c)도 접철 동작되는 것이다.

이때, 상기 유도덕트(22a)의 출구측에는 유도덕트(22a)를 통해 유입되는 바람을 상기 회전체(30)가 회전되는 방향으로 안내하기 위한 안내덕트(22e)가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 회전체(30)는 하우징(20) 내부로 유입되는 바람의 세기에 의해 회전되면서 기계적인 동력을 발생시키는 것으로서, 그 원주면이 상기 루버(21)를 향하도록 설치된다.

이러한 회전체(30)는 축(31)을 중심으로 방사상으로 배치되는 다수의 방사판(32)을 갖는다. 또한, 상기 회전체(30)는 상기 각 방사판(32)의 외곽 단부에 예각으로 설치되는 바람 저항판(33)을 갖는다. 또한, 상기 각 바람 저항판(33)과 접하면서 대칭되도록 설치되는 블랭크 판(34)을 갖는다. 또한, 상기 방사판(32)의 테두리에 결합되는 결합테(35)를 갖는다.

상기한 회전체(30)는 상기 루버(21)를 통해 유입되는 바람이 각 바람 저항판 (33)에 부딪치면서 회전력을 얻는 것이며, 상기 블랭크 판(34)은 상기 바람 저항판(33)에 부딪친 바람에 의해 와류를 발생시키거나 또는 반사되어 회전체의 회전을 방해하지 않도록 바람 저항판(33)에 부딪친 바람이 원활하게 배출되게 하는 역할을 한다.

미 설명부호 (50)은 상기 회전체의 축을 지지하는 브라켓이다.

상기 방향판(40)은 상기 하우징(20)의 전방 또는 후방의 양측에 판 형태로 설치되어, 바람의 방향에 따라 상기 하우징(20)의 방향을 자율적으로 변위시키기 위한 용도로 사용된다.

즉, 바람은 하우징(20)의 측면부, 즉 루버(21)를 향해 불도록 하는 것이 보다 많은 바람을 응집할 수 있음을 감안할 때, 상기 방향판(40)은 바람판을 향해 바람이 불게 되면 바람과의 저항력에 의해 하우징(20)이 회전되면서 하우징(20)의 측면부로 많은 바람이 유입될 수 있게 도와주는 역할을 한다.

위에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 물레형 풍차의 분해사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 물레형 풍차의 결합사시도이며,

도 3은 본 발명에 다른 물레형 풍차의 정면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 물레형 풍차의 바람 응집상태를 설명하기 위한 도면이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

10 : 베이스 플레이트 11 : 캐스터

12 : 힌지핀 20 : 하우징

21 : 루버 22 : 바람유도부

22a : 유도덕트 22b : 상부깃

22c : 하부깃 22d : 접철링크

30 : 회전체 31 : 축

32 : 방사판 33 : 바람 저항판

34 : 블랭크 판 35 : 결합테

40 : 방향판

Claims (4)

1. 바닥에 다수의 캐스터가 설치되고, 일측은 힌지핀에 의해 지지되어 있어서 상기 힌지핀을 중심으로 유동 가능한 상태의 베이스 플레이트;

   상기 베이스 플레이트 상에 설치되며, 양측면에는 바람이 유입되는 루버가 구비된 하우징;

   상기 하우징의 내부에 그 원주면이 상기 루버를 향하도록 하여 회전 가능하게 설치되어, 상기 루버를 통하는 바람의 유입력에 의해 회전되는 회전체;

   상기 하우징의 전방 또는 후방의 양측에 설치되어 바람의 방향에 따라 상기 하우징의 방향을 변위시키기 위한 방향판을 포함하되,

   상기 회전체는 축을 중심으로 방사상으로 배치되는 다수의 방사판;

   상기 각 방사판의 외곽 단부에 예각으로 설치되는 바람 저항판;

   상기 각 바람 저항판과 접하면서 대칭되도록 설치되는 블랭크 판;

   상기 방사판의 테두리에 결합되는 결합테;로 구성된 것을 더 포함하는 물레형 풍차.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 하우징의 상부에 설치되어, 하우징의 상부를 지나는 바람을 하우징의 내부로 유도하는 바람유도부를 포함하는 물레형 풍차.
4. 제3항에 있어서,

   상기 바람유도부는 하우징의 상부에 형성되는 유도덕트;

   상기 유도덕트에 설치되어, 상기 유도덕트로 바람을 유도하는 유도깃;으로 구성되되, 상기 유도깃은 상부깃과 하부깃의 단부가 접철링크에 의해 접철 가능하게 연결된 물레형 풍차.

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