KR101151335B1 - 풍력 터빈의 가변장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력 터빈에 관한 것으로 더욱 상세하게는 태풍과 같이 풍속이 풍력발전시스템에 손상이 우려될 만한 속도 이상으로 발생되면 회전자 및 꼬리날개가 센서 또는 동력에 구애받지 않고 자연적으로 회피되었다가 풍속이 약해지면 다시 자동으로 복귀되어 강한 풍속에 대한 터빈 및 발전시스템을 보호함과 동시에 효율적이고 안정적인 풍력 발전을 달성할 수 있게 한 것이다.
이에 본 발명은 지주 상단에서 공회전 되도록 설치되는 몸체와; 상기 몸체 선단에 장착되어 풍속에 의해 회전되는 회전자와; 상기 몸체와 회전자의 주축 사이에 설치되어 풍력에 의한 회전으로 발전되는 발전시스템이 구성된 것을 포함하며, 상기 몸체 후미에 장착되어 풍향에 일직선이 되면서 회전자를 풍향과 마주보도록 선회시키는 꼬리날개로 된 통상의 풍력발전시스템에 있어서, 상기 몸체는 지주의 주축을 중심으로 수직상 몸체(1) 중심을 일측으로 이격시켜 편심지도록 설치하고, 상기 꼬리날개는 몸체를 중심으로 수직상 편심부 반대측의 상측방향으로 기울어진 채 절첩되도록 구성한 것을 특징으로 하는 풍력 터빈의 가변장치를 제공한다.

Description

풍력 터빈의 가변장치{Variable system of wind power turbine}

본 발명은 풍력 터빈에 관한 것으로, 더 상세하게는 태풍과 같이 풍속이 터빈의 발전시스템에 손상이 우려될 만한 세기로 발생되면 회전자 및 꼬리날개가 회피동작을 취함으로써 터빈 및 발전시스템을 풍속으로부터 보호되게 한 것이다.

일반적으로 발전에 필요한 속도 이상의 풍속이 발생되면 과부하로 인해 발전시스템 및 터빈이 손상되는 것을 보호하기 위해 다양한 방법이 제안되고 있지만, 풍속변화에 따라 회전자와 꼬리날개를 각각 풍향에 대해 접혀지는 방식이 제안된 바 있었다.

접힘에 의해 회피동작을 취하는 방식의 일 예로는 발명 제0594757호의 "풍력발전시스템에 있어서 풍속변화에 따른 꼬리날개 위치 가변장치"와 같이, 회전자가 장치된 몸체 후미에 꼬리날개를 힌지결합하고, 상기 꼬리날개는 일측에 견인줄을 결속시켜 견인줄에 의해 몸체 일측방향으로 접힐 수 있도록 구성되어 있으며, 그 작동은 풍속의 변화에 따른 센서의 감지에 의해 상기 꼬리날개를 모터의 동력으로 견인줄을 당겨서 몸체 일측으로 접으면 꼬리날개가 풍향을 추종함에 따라 회전자를 풍향과 마주보는 상태에서 직교로 선회시켜 회피동작을 취하게 되고, 반대로 견인줄을 풀어주면 다시 복귀하도록 되어 있다.

그러나, 종래와 같은 방식은 상기 회전자와 꼬리날개의 회피 및 복귀가 모터와 같은 동력에 의존하여 구동되고 있으며, 상기 모터의 구동 역시 풍속에 따른 센서의 감지 여부에 의해 결정되고 있었다.

KR 10-0594757 "풍력발전시스템에 있어서 풍속변화에 따른 꼬리날개위치 가변장치"

본 발명은 종래와 같이 풍속에 따라 가변되는 회전자와 꼬리날개의 회피 및 복귀 동작을 기계적 전기적 출력 없이 풍속의 세기에 영향을 받아 자연적으로 달성되도록 함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 지주 상단에서 공회전 되도록 설치되는 몸체와; 상기 몸체 선단에 장착되어 풍속에 의해 회전되는 회전자와; 상기 몸체와 회전자의 주축 사이에 설치되어 풍력에 의한 회전으로 발전되는 발전시스템이 구성된 것을 포함하며, 상기 몸체 후미에 장착되어 풍향에 일직선이 되면서 회전자를 풍향과 마주보도록 선회시키는 꼬리날개로 된 통상의 풍력터빈에 있어서,

상기 몸체는 지주의 주축을 중심으로 수직상 몸체(1) 중심을 일측으로 이격시켜 편심지도록 설치하고, 상기 꼬리날개는 몸체를 중심으로 수직상 편심부 반대측의 상측방향으로 기울어진 채 절첩되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 풍력 터빈은 회전자를 지지하는 몸체가 지주로부터 편심지게 설치되어 젖혀지게 되어 있고, 꼬리날개는 사선으로 승강하면서 몸체로부터 접혀지도록 되어 있다.

이는 터빈 및 발전시스템에 손상을 유발하는 세기의 풍속이 발생되면 회전자는 편심 반대측으로 받는 하중이 커짐에 따라 풍향에 맞서는 상태에서 직교방향으로 젖혀지게 되고, 이때 꼬리날개는 몸체로부터 사선으로 승강하면서 접혀지는 회피동작을 취하며, 다시 풍속이 약해지면 사선으로 승강한 꼬리날개가 무게에 의해 하강하려는 힘이 풍속보다 강해지면서 회전자를 풍향과 마주보도록 선회시켜 자연적으로 복귀토록 한 것이다.

따라서, 본 발명은 회전자 및 꼬리날개의 회피 그리고 복귀가 편심과 승강식 절첩수단 및 꼬리날개의 중력에 의해 자동으로 이루어짐으로써 기계적 전기적 출력 없이 자연적으로 구현되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 전체 예시도
도 2는 본 발명의 요부 사시도
도 3의 (가)(나)는 본 발명의 꼬리날개를 후방에서 본 작동 예시도
도 4의 (가)(나)(다)는 본 발명을 평면에서 본 작동 예시도 이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 상세한 설명에 있어 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 일반적인 기술내용이나 공지된 사항은 생략 또는 간단한 명칭 등으로 대체한다.

본 발명은 지주(A) 상단에서 공회전 되도록 설치되는 몸체(1)와; 상기 몸체(1) 선단에 장착되어 풍속에 의해 회전되는 회전자(2)와; 상기 몸체(1)와 회전자(2)의 주축 사이에 설치되어 풍력에 의한 회전으로 발전되는 발전시스템이 구성된 것을 포함하며, 상기 몸체(1) 후미에 장착되어 풍향에 일직선이 되면서 회전자(2)를 풍향과 마주보도록 선회시키는 꼬리날개(3)로 된 통상의 풍력발전시스템에 있어서, 상기 몸체(1)는 지주(A)의 주축을 중심으로 수직상 몸체(1) 중심을 일측으로 이격시켜 편심지도록 설치하고, 상기 꼬리날개(3)는 몸체(1)를 중심으로 수직상 편심부(10) 반대측의 상측방향으로 기울어진 채 절첩되도록 구성한 것이다.

더 상세하게는, 지주(A) 상단에서 공회전되되, 지주의 주축에서 몸체(1)가 이격된 채 편심지게 설치되도록 편심축부(10)를 가진 몸체(1)를 구성하고, 상기 몸체(1)의 선단에 장착되어 풍속에 의해 회전되는 회전자(2)가 구비되며, 상기 몸체(1) 내에 설치되어 몸체(1)와 회전자(2)의 주축 사이에서 풍력을 이용한 회전에 의해 발전되는 발전시스템이 구축되고, 상기 몸체(1)의 후미에 설치되어 풍향을 추종하면서 회전자(2)를 선회시켜 풍향과 맞서도록 하되, 주축이 몸체(1) 중심에서 수직상 일측으로 기울어지고, 기울어진 면이 수평에서 편심축부(10) 반대측의 상측방향으로 승강하면서 절첩되도록 한 꼬리날개(3)로 이루어진다.

본 발명에서 몸체(1)와 꼬리날개(3)의 절첩구성은, 몸체(1)는 후미에 절첩공간(13)을 가진 장착홈(11)을 형성하고, 꼬리날개(3)는 몸체 장착홈(11)에 개재될 수 있는 축부(30)를 마련하여, 힌지결합 함으로써 가능하다.

더 상세하게는 첨부도면 도1 내지 도2와 같이, 상기 몸체(1)의 후미는 꼬리날개(3)의 축부(30)를 장착할 수 있게 기울어진 채 장착홈(11)을 형성하고, 이 장착홈(1)에 관통되는 축공(12), 그리고 이 축공(12)으로 부터 꼬리날개(3)의 축부(30)를 체결하는 볼트(4) 및 너트(41)가 구비되며, 상기 장착홈(11)에는 꼬리날개(3)의 주축이 기울어진 면을 따라 절첩공간(13)을 형성하여서 된다.

상기에서 꼬리날개(3) 및 장착홈(11)이 기울어지는 각도는 몸체(1) 중심으로부터 수직상 5°~20°사이로 하는 것이 바람직하고, 축부(30)와 볼트(4) 간에 축간 결합시 공차를 헐겁게 하여 공회전 되도록 하되, 작동이 원활하게 축부(30)에 베어링을 구성하여도 무방하다.

상기 장착홈(11)은 편심축부(10) 방향으로 꼬리날개(3)를 몸체(1)와 일직선이 되는 위치를 잡아주는 내측패킹(14)을 구성하고, 상기 장착홈(11)의 접힘공간(13)에는 접힘시 꼬리날개(3)가 몸체(1)와 직교되는 위치를 잡아주는 외측패킹(15)을 구성하되, 내측패킹(14) 및 외측패킹(15)은 접촉시 충격 등이 완화 되도록 고무 등과 같은 완충소재로 구성함이 바람직하다.

그리고, 상기에서 외측패킹(15)은 꼬리날개(3)가 절첩시 평면상 몸체에서 70°이하의 각도 내에서 멈춰지도록 가변위치를 제한케 함으로써, 꼬리날개(3)의 복귀능력을 향상할 수 있다.

상기 꼬리날개(3)는 기본적으로 연결대(31) 선단에 축공(300)을 가진 축부(30)가 구비되고 후미에는 날개판(32)이 부착되어 지되, 몸체(1)와 결합될 수 있는 축부(30)만 구비한다면 구조나 형태는 다양하게 변경할 수 있을 것이다.

본 발명의 작용은 첨부도면 도3 내지 도4와 같이 단계적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저 첨부도면 도 3의 (가)(나)와 같이, 몸체(1)는 주축(A)으로부터 편심지게 설치되어 일측으로 젖혀질 수 있고, 꼬리날개(3)는 수직상 기울어진 채 수평상 편심 반대측 상측 방향의 기울어진 면을 따라 접혀지도록 작용한다.

상기 작용을 전제로 첨부도면 도 4의 (가)에서 (나)와 같이, 발전에 필요한 적정 세기 이상의 풍속이 발생하면 회전자에서 받는 하중이 커짐에 따라 몸체 편심축부를 중심으로 편심 반대측으로 쏠림현상이 발생되어 회전자(2)가 바람방향과 일직선으로 젖혀지게 되며, 이때 꼬리날개(3)는 몸체(1)로부터 접혀져 풍향을 추종하게 됨에 따라 회전자(2)와 꼬리날개(3)가 평행한 상태에서 풍향과 일직선이 된다.

그러므로, 회전자(1)는 회전력이 급감하게 되면서 과부하를 방지할 수 있으므로 발전시스템 및 터빈을 강한 풍속으로부터 보호할 수 있게 된다.

이어서, 첨부도면 도 4의 (다)와 같이 풍속이 다시 약해지면 꼬리날개(3)의 무게가 풍력에 의해 기울어진 면으로 승강하려는 힘보다 중력에 의해 낙하하는 힘이 강하게 작용하여 기울어진 면을 따라 다시 원위치로 복귀하게 되고, 이때 꼬리날개(3)가 몸체(1)와 일직선으로 유지하려고 하는 하중(W)이 몸체 후미의 편심 반대측에 가해지면서(몸체와 일체로 되려는 고정력을 갖게 됨) 회전자(2)를 풍향과 마주보도록 선회시키게 된다.

상기에서 풍속변화에 따라 회전자(2)가 젖혀지는 풍속의 세기에서는 꼬리날개(3)도 같이 접혀져야 하며, 반면 회전자(2)가 젖혀지지 않는 풍속 세기에서는 꼬리날개(3)도 같이 접혀지지 않아야 한다.

즉 풍속의 세기에 따라 회전자(2) 및 꼬리날개(3)가 풍속에 영향을 받지 않고 버틸 수 있는 범위를 설정하여 발전량 및 규모를 결정할 수 있을 것이다.

이때 회전자(2)가 풍속에 대한 회피 및 버틸 수 있는 범위는 몸체(1)의 중심으로부터 편심축부(10)의 이격거리로 설정이 가능하고, 꼬리날개(3)가 몸체로부터 접힘 및 버틸 수 있는 범위는 사선으로 승강하는 각도와 꼬리날개의 무게 및 면적 등으로 설정이 가능할 것이다.

본 발명은 상기와 같이 실시 예를 설명하였지만 해당기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변경하여 사용할 수 있을 것이다.

A: 지주 1: 몸체
10: 편심축부 11: 장착홈
12: 축공 13: 절첩공간
14: 내측패킹 15: 외측패킹
2: 회전자 3: 꼬리날개
30: 축부 300: 축공
31: 연결대 32: 날개판
4: 볼트 41: 너트

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 지주(A) 상단에서 공회전 되도록 설치되는 몸체(1)와; 상기 몸체(1) 선단에 장착되어 풍속에 의해 회전되는 회전자(2)와; 상기 몸체(1) 후미에 장착되어 풍향에 일직선이 되면서 회전자(2)를 풍향과 마주보도록 선회시키는 꼬리날개(3)로 구성하며, 상기 몸체(1)는 지주(A)의 주축을 중심으로 수직상 몸체(1) 중심을 일측으로 이격시켜 편심지도록 설치하고, 상기 꼬리날개(3)는 몸체(1)를 중심으로 수직상 편심부(10) 반대측의 상측방향으로 기울어진 채 절첩되도록 구성하되, 상기 몸체(1)와 꼬리날개(3)의 절첩구성은, 몸체(1)는 후미에 절첩공간(13)을 가진 장착홈(11)을 형성하고, 꼬리날개(3)는 몸체(1) 장착홈(11) 내에 개재될 수 있는 축부(30)를 마련하여 힌지 결합한 것에 있어서;
   
   상기 장착홈(11)에는 꼬리날개(3)가 하강시 평면상 몸체(1)와 일직선이 되는 위치에서 고정되도록 하는 내측패킹(14)과, 꼬리날개(3)가 절첩시 평면상 몸체(1)와 직교되는 위치에서 고정되도록 하는 외측패킹(15)이 구성되고, 상기 내측패킹(14) 및 외측패킹(15)은 고무와 같이 충격을 흡수할 수 있는 완충소재로 된 것을 특징으로 하는 풍력 터빈의 가변장치.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 외측패킹(15)은 꼬리날개(3)가 절첩시 평면상 몸체에서 70°이상의 각도를 넘지 못하게 가변위치를 제한케 한 것을 특징으로하는 풍력 터빈의 가변장치.
   
6. 삭제

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