KR101146579B1 - 주날개를 보조하여 돌려주는 수단을 구비한 풍차 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 프레임 내에 탑재된 탱크; 상기 탱크내에 저장된 부력발생유체; 상기 부력발생유체에 띄어진 부력체; 상기 부력체의 상부에 고정구비되는 날개부; 상기 프레임의 상부 가로대와 상단이 회전가능하게 장착되어 있고, 하단은 상기 탱크의 바닥에 회전가능하게 장착되며, 상기 부력체에 고정적으로 내접되어 상기 부력체에 의해 지지되는 제 1 수직축; 상기 제 1 수직축에 고정적으로 외접되어 있는 수직 날개부; 상기 수직 날개부와 상기 탱크 사이에 배치되어 상기 제 1 수직축에 고정적으로 외접된 수평 회전판; 상기 수평 회전판(50)과 구동적으로 연결된 발전기; 상기 프레임의 상부 가로대와 상단이 회전가능하게 장착되어 있고, 하단은 상기 프레임의 하부 가로대를 관통하여 회전가능하게 장착된 제 2 수직축; 상기 제 2 수직축에 고정적으로 외접되어 있는 보조 날개부; 상기 제 2 수직축의 하단에 고정적으로 외접되어 있는 날개가 구비된 팬; 상기 팬의 흡입측에 일단이 유통가능하게 연결되고 타단은 상기 탱크의 저면에 구비된 배출구와 유통가능하게 연결된 흡입관 및 상기 팬의 토출측에 일단이 유통가능하게 연결되고 타단은 상기 탱크의 측면을 관통한 채로 상기 탱크의 내부로 도출되어 상기 날개부와 마주하는 토출관을 특징으로 한다.
풍차, 날개, 팬, 부력, 유체

Description

주날개를 보조하여 돌려주는 수단을 구비한 풍차{A windmill has spinning instrument for helping main wings}
본 발명은 주날개를 보조하여 돌려주는 수단을 구비한 풍차에 관한 것으로서, 구체적으로는 주날개의 회전력을 증가시킬 수 있는 보조수단이 설치된 풍차에 관한 것이다.
육지에서 거리가 떨어진 도서 및 산간지역에는 전력을 자체 조달하기 위해서 풍차가 발전용으로 사용된다. 또한, 대체에너지로서 풍력을 얻기 위해 바람이 많은 지역이나 지대가 높은 곳 또는 해변에 풍차가 사용되기도 한다.
종래의 풍차는 지주 상단에 수평축을 회전가능하게 마련하고, 그 수평축에 수평축과 동일한 회전중심을 갖는 날개를 달아 바람에 의해 날개가 돌아가게 함으로써, 전기를 생산하고 있다.
이러한 종래의 풍차에서는, 큰 풍력을 얻기 위해 날개를 대형화로 제작하면, 수평축을 지지하는 베어링이 날개의 큰 하중을 견디면서, 수평축의 미끄럼회전을 가능하게 하여야 한다.
이러한 관계로, 종래의 풍차는, 날개의 자중으로 인하여, 베어링이 날개의 하중이 전달되는 수평축의 부하를 지지하여야 하기 때문에, 고가이고, 베어링과 수평축 간의 마찰로 인하여 날개에 전달되는 바람의 힘을 제대로 전달받지 못한다고 하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결할 수 있는 풍차가 날개의 하중을 부력에 의해 수용하면서 바람의 힘에 날개가 회전될 수 있는 부력식 풍차이다.
상기 부력식 풍차는 물이나 오일이 담긴 탱크에 튜브를 띄어놓고, 상기 튜브에 회전중심이 동일하게 수직날개가 달린 수직축을 고정적으로 외접시켜, 상기 튜브로 하여금 상기 수직날개의 하중을 수직축을 경유하여 지지하게 하여, 바람에 전달되는 힘에 의해 수직날개가 돌아갈때, 상기 튜브도 함께 물위에서 돌아가게 하여, 수직축에 수직날개의 하중 부하를 주지 않음으로써 종래의 수평축 타입의 풍차보다 저렴하고 고효율적으로 전기를 생산할 수 있다.
그러나, 상기 부력식 풍차도 큰 풍력을 얻기 위해 날개를 크게 제작하는 것이 한계가 있다.
왜냐하면, 상기 튜브가 큰 날개의 하중을 견디는데 한계가 있기 때문이며, 상기 큰 날개의 사이즈에 맞춰 상기 부력식 풍차의 구성요소들(수직축, 튜브, 탱크 등)의 사이즈를 크게 제작하기에는 비용이 많이 들어가기 때문이다.
따라서, 본 출원인은 날개의 크기를 대형화하지 않고도 큰 풍력을 얻어 전기를 효율적으로 생산할 수 효율적으로 전기를 생산할 수 있는 보조수단을 발명하게 되었다.
따라서, 본 출원인은 날개의 크기를 대형화하지 않고도 큰 풍력을 얻어 전기 를 효율적으로 생산할 수 있는 풍차를 발명하게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하는 것에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프레임 내에 탑재된 탱크; 상기 탱크내에 저장된 부력발생유체; 상기 부력발생유체에 띄어진 부력체; 상기 부력체의 상부에 고정구비되는 날개부; 상기 프레임의 상부 가로대에 상단이 회전가능하게 장착되어 있고, 하단이 상기 탱크의 바닥에 회전가능하게 장착되며, 상기 부력체에 고정적으로 내접되어 상기 부력체에 의해 지지되는 제 1 수직축; 상기 제 1 수직축에 고정적으로 외접되어 있는 수직 날개부; 상기 수직 날개부와 상기 탱크 사이에 배치되어 상기 제 1 수직축에 고정적으로 외접된 수평 회전판; 동력전달수단에 의해 상기 수평 회전판에 연결된 발전기; 상기 프레임의 상부 가로대에 상단이 회전가능하게 장착되어 있고, 하단이 상기 프레임의 하부 가로대를 관통하여 회전가능하게 장착된 제 2 수직축; 상기 제 2 수직축에 고정적으로 외접되어 있는 보조 날개부; 상기 제 2 수직축의 하단에 고정적으로 외접되어 있는 날개와 이 날개를 수용하고 있는 하우징이 구비된 팬; 상기 팬의 흡입측에 일단이 유통가능하게 연결되고 타단이 상기 탱크의 저면에 구비된 배출구와 유통가능하게 연결된 흡입관 및 상기 팬의 토출측에 일단이 유통가능하게 연결되고 타단이 상기 탱크의 측면을 관통한 채로 상기 탱크의 내부로 도출되어 상기 날개부와 마주하는 토출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 주날개를 보조하여 돌려주는 수단을 구비한 풍차에 의하면, 탱크에 저장된 유체가 보조 날개부의 회전력에 의해 흡입관에서 토출관으로 이동되어 부력체에 구비된 날개부를 회전시키기 때문에, 상기 부력체에 내접된 제 1 수직축의 회전력이 배가되어 전기를 효율적으로 생산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 보조 날개부는 상기 수직 날개부가 회전될 수 있는 바람의 세기보다 약한 바람의 세기로도 회전될 수 있으므로, 상기 수직 날개부는 약한 바람에도 상기 보조 날개부에 의해 회전되어 효율적으로 전기를 생산할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 작업용 발판이 상세하게 설명된다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 풍차는 좌우대칭인 구성요소에 대한 부호가 각 도면에서 복잡하게 보이지 않도록 일측에만 기재되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍차의 평면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍차의 단면도이다.
도 1에는 본 실시예의 풍차가 부호 100으로서 지시되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 풍차(100)는, 직육면체의 프레임(1) 내에 탑재된 탱크(10); 상기 탱크(10)내에 저장된 물, 오일 등과 같은 부력발생유체(11); 상기 부력발생유체(11)에 띄어진 부력체(20); 상기 부력체(20)의 상부에 구비되는 날개부(30); 상기 프레임(1)의 상부 가로대(1a)에 상단이 회전가능하게 장착되어 있고, 하단이 상기 탱크(10)의 바닥에 회전가능하게 장착되며, 상기 부력체(20)에 고정적으로 내접되어 상기 부력체(20)에 의해 지지되는 제 1 수직축(40); 상기 제 1 수직축(40)에 고정적으로 외접되어 상기 제 1 수직축(40)의 회전중심과 동일한 회전중심을 갖고서 회전되는 수직 날개부(42); 상기 수직 날개부(42)와 상기 탱크(10) 사이에 배치되어 상기 제 1 수직축(40)에 고정적으로 외접된 수평 회전판(50); 벨트, 체인, 기어 등과 같은 동력전달수단(55)에 의해 상기 수평 회전판(50)에 연결된 발전기(60)를 포함한다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 풍차는, 상기 프레임(1)의 상부 가로대(1a)에 상단이 회전가능하게 장착되어 있고, 하단이 상기 프레임(1)의 하부 가로대(1b)를 관통하여 회전가능하게 장착된 제 2 수직축(70); 상기 제 2 수직축(70)에 고정적으로 외접되어 상기 제 2 수직축(70)의 회전중심과 동일한 회전중심을 갖고서 회전되는 보조 날개부(72); 상기 제 2 수직축(70)의 하단에 고정적으로 외접되어 상기 제 2 수직축(70)의 회전중심과 동일한 회전중심을 갖고서 회전되는 날개(미도시)와 이 날개를 수용하고 있는 하우징(83)을 구비한 팬(82); 상기 팬(82)의 흡입측에 일단이 유통가능하게 연결되고 타단이 상기 탱크(10)의 저면에 구비된 배출구(10a)와 유통가능하게 연결된 흡입관(90); 상기 팬(82)의 토출측에 일단이 유통가능하게 연결되고 타단이 상기 탱크(10)의 상부측면을 관통한 채로 상기 탱크(10)의 내부로 돌출되어 상기 날개부(30)와 마주하는 상기 토출관(91)을 더 포함한다.
상기 프레임(1)은, 상기 제 1 수직축(40)에 중심을 둔 상태에서 90도 위상차를 두고서 배치되어 기립된 네 개의 세로대(1c)와, 상기 세로대(1c)의 상단 및 하단을 십자가 형상으로 교차하여 연결하는 상부 및 하부 가로대(1a, 1b)로 구성된다.
여기서, 상기 하부 가로대(1b)는 상기 세로대(1c)의 하단에서 소정간격 이격되어 상기 세로대(1c)를 연결하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 상기 탱크(10)의 저면에 구비된 배출구(10a)와 상기 하우징(83)을 연결하는 흡입관(90)이 설치될 수 있는 공간을 확보하기 위해서이다.
상기 제 1 수직축(40)의 상단과 하단은 도시되지 않은 베어링을 개재하여 상기 상부 가로대(1a)와 상기 탱크(10)의 바닥에 회전가능하게 각각 장착된다.
이때, 상기 제 1 수직축(40)의 상하단에 개재된 베어링은 연직방향으로 제 1 수직축(40)을 회전가능하게 지지하는 것이 아니라, 수평방향으로 제 1 수직축(40)의 위치를 유지하게 하는 작용을 한다. 즉, 상기 제 1 수직축(40)의 하중은 오로지 부력체(20)에 의해서만 수행된다.
또한, 상기 제 2 수직축(70)의 상단과 하단도 도시되지 않은 베어링을 개재하여 상기 상부 가로대(1a)와 하부 가로대(1b)에 회전가능하게 각각 장착된다.
또한, 상기 수평회전판(50)과 발전기(60)를 연결시키는 동력전달수단(55)은 공지된 벨트, 체인, 기어 등이 가능하다.
그리고, 상기 수직 날개부(42)는, 상기 제 1 수직축(40)에 기단이 고정되어 선단이 상기 제 1 수직축(30)에 대하여 직방향으로 뻗은 4갈래의 제 1 수평바(43)와, 상기 제 1 수평바(43) 각각에 장착된 수직날개(44)를 포함한다.
또한, 상기 보조 날개부(72)는 상기 제 2 수직축(70)에 기단이 고정되어 선단이 상기 제 2 수직축(70)에 대하여 직방향으로 뻗은 4갈래의 제 2 수평바(73)와, 상기 제 2 수평바(73) 각각에 장착된 보조날개(74)를 포함한다.
여기서, 상기 보조날개(74)는 그 표면적이 상기 수직날개(44)의 표면적보다 작게 되어, 약한 바람이 불어도 회전될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 날개부(30)는 물레방아처럼 물의 가압을 받아 회전되는 구조를 가지고 있으며, 상기 제 1 수직축(40)에 외접된 상태에서 상기 부력체(20)의 상부에 고정적으로 구비될 수도 있다.
그리고, 상기 토출관(91)의 타단이 관통된 위치는, 상기 부력체(20)의 상부에 고정적으로 구비되어 상기 부력발생유체(11)에 띄어진 상태로 있는 날개부(30)와 마주하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 상기 토출관(91)에 타단에서 배출되는 부력발생유체(11)가 상기 날개부(30)의 도시되지 않은 날개 측부를 효율적으로 가압하여 상기 날개부(30)를 회전시킬 수 있도록 하기 위해서이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 풍차는 다음과 같이 작동된다.
먼저, 바람에 의해 상기 보조 날개부(72)가 회전하면, 상기 제 2 회전축(70)도 회전되고, 아울러, 상기 제 2 회전축(70)의 하단에 구비된 팬(82)의 날개도 회전한다.
상기 팬(82)의 날개의 회전력으로 인하여 상기 하우징(83) 내부의 압력이 상승하게 되고, 이에 따라, 상기 흡입관(90) 및 하우징(83)에 채워져 있던 부력발생유체(11)가 상기 팬(82)의 도시되지 않은 날개에 가압을 받아, 도 2에 도시된 화살표 A방향으로 이동한다.
상기 화살표 A방향으로 이동된 부력발생유체(11)는 상기 토출관(91)의 타단으로 배출되면서 상기 부력체(20)의 상부에 구비된 날개부(30)의 측부을 가압한다.
그러면, 상기 날개부(30)는 상기 부력발생유체(11)에 가압을 받아 회전되며, 이에 따라, 상기 부력체(20)와, 상기 부력체(20)에 내접된 상기 제 1 수직축(40)이 회전된다.
따라서, 상기 제 1 수직축(40)의 회전력은 상기 부력발생유체(11)의 가압을 받아 회전되는 날개부(30)에 의해 회전력이 배가될 수 있다.
더군다나, 상기 수직 날개부(42)가 회전될 수 없는 세기로 바람이 불어도 상기 보조 날개부(72)가 회전될 수 있는 바람의 세기로만 바람이 불면, 상기 보조 날개부(72)가 상기 수직 날개부(42)를 회전시켤 줄 수 있기 때문에, 상기 보조 날개부(72)에 전달되는 약한 바람을 모아 효율적으로 전기를 생산할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 진술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍차의 평면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍차의 단면을 정면에서 바라본 도면.

Claims (5)

  1. 프레임(1) 내에 탑재된 탱크(10);
    상기 탱크(10)내에 저장된 부력발생유체(11);
    상기 부력발생유체(11)에 띄어진 부력체(20);
    상기 부력체(20)의 상부에 구비되는 날개부(30);
    상기 프레임(1)의 상부 가로대(1a)에 상단이 회전가능하게 장착되어 있고, 하단이 상기 탱크(10)의 바닥에 회전가능하게 장착되며, 상기 부력체(20)에 고정적으로 내접되어 상기 부력체(20)에 의해 지지되는 제 1 수직축(40);
    상기 제 1 수직축(40)에 고정적으로 외접되어 있는 수직 날개부(42);
    상기 수직 날개부(42)와 상기 탱크(10) 사이에 배치되어 상기 제 1 수직축(40)에 고정적으로 외접된 수평 회전판(50);
    동력전달수단(55)에 의해 상기 수평 회전판(50)에 연결된 발전기(60);
    상기 프레임(1)의 상부 가로대(1a)에 상단이 회전가능하게 장착되어 있고, 하단이 상기 프레임(1)의 하부 가로대(1b)를 관통하여 회전가능하게 장착된 제 2 수직축(70);
    상기 제 2 수직축(70)에 고정적으로 외접되어 있는 보조 날개부(72);
    상기 제 2 수직축(70)의 하단에 고정적으로 외접되어 있는 날개와 이 날개를 수용하고 있는 하우징(83)이 구비된 팬(82);
    상기 팬(82)의 흡입측에 일단이 유통가능하게 연결되고 타단이 상기 탱크(10)의 저면에 구비된 배출구(10a)와 유통가능하게 연결된 흡입관(90) 및
    상기 팬(82)의 토출측에 일단이 유통가능하게 연결되고 타단이 상기 탱크(10)의 측면을 관통한 채로 상기 탱크(10)의 내부로 도출되어 상기 날개부(30)와 마주하는 토출관(91)을 포함하며,
    상기 날개부(30)는 부력체(20)의 상부에서 고정되거나 또는 상기 제 1 수직축(40)에 고정적으로 외접되어 있는 것을 특징으로 하는 풍차.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직 날개부(42)는, 상기 제 1 수직축(40)에 기단이 고정되어 선단이 상기 제 1 수직축(30)에 대하여 직방향으로 뻗은 4갈래의 제 1 수평바(43)와, 상기 제 1 수평바(43) 각각에 장착된 수직날개(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍차.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 날개부(72)는 상기 제 2 수직축(70)에 기단이 고정되어 선단이 상기 제 2 수직축(70)에 대하여 직방향으로 뻗은 4갈래의 제 2 수평바(73)와, 상기 제 2 수평바(73) 각각에 장착된 보조날개(74)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍차.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임(1)은, 상기 제 1 수직축(40)에 중심을 둔 상태에서 90도 위상차를 두고서 배치되어 기립된 네 개의 세로대(1c)와, 상기 세로대(1c)의 상단 및 하단을 십자가 형상으로 교차하여 연결하는 상부 및 하부 가로대(1a, 1b)로 구성되며,
    상기 하부 가로대(1b)는 상기 세로대(1c)의 하단에서 소정간격 이격되어 상기 세로대(1c)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 풍차.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 날개부(72)의 표면적은 상기 수직 날개부(42)의 표면적 보다 작게 제작되는 것을 특징으로 하는 풍차.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20020007922A (ko) * 2000-07-15 2002-01-29 성기영 양력과 부력을 이용해 대형화가 용이한 풍차의 제조방법
KR100904190B1 (ko) * 2008-09-26 2009-06-23 김효집 풍력발전장치

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