KR101169212B1 - 수직축 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

수직축 풍력발전장치가 개시된다. 발전기와, 발전기에 회전력을 전달하고 수직으로 배치된 회전축과, 회전축의 상단부에 꼭지점 부분이 결합되어 회전축과 함께 회전하는 원추형부재와, 원추형부재의 외주면에 방사상으로 배치된 복수의 가이드 핀과, 복수의 가이드 핀 상단부에 각각 구비된 복수의 회전날개를 포함하는 수직축 풍력발전장치를 제공함으로써, 수직축에 가해지는 수평방향의 힘을 감소시킬 수 있고 발전효율이 향상된다.

풍력발전, 수직축, 원추형부재

Description

수직축 풍력발전장치{VERTICAL AXIS WIND POWER GENERATOR}

본 발명은 수직축 풍력발전장치에 관한 것이다.

풍력발전장치는 자연의 바람을 이용하여 발전기를 회전시켜 전력을 얻는 장치로, 화석연료를 대체하는 무공해 에너지원으로서 주목 받고 있다.

풍력발전장치는 수평축 풍력발전장치와 수직축 풍력발전장치로 구분되는데, 이 중 수직축 풍력발전장치는 바람의 방향에 관계가 없이 발전이 가능하고, 수직축 풍력발전장치에 비해 회전축을 지지하는 기반의 보강공사가 간단하다는 장점이 있다.

그런데, 수직축 풍력발전장치는 바람에 의한 힘 중 일부가 발전에 필요한 회전력의 반대방향으로 작용하므로, 수평축 풍력발전장치 보다 효율이 떨어지는 단점이 있다.

이러한 단점을 보완하기 위하여 날개의 면적을 증가시키는 방법이 사용되고 있는데, 날개의 면적을 증가시키면 수직축이 지지해야 하는 하중이 증가되고 수직축에 가해지는 수평방향의 힘도 증가되어 수직축이 손상될 가능성이 높아지게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 단점을 보완하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에 따른 수직축 풍력발전장치는 수직축에 가해지는 수평방향의 힘을 감소시킬 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 발전기와, 발전기에 회전력을 전달하고 수직으로 배치된 회전축과, 회전축의 상단부에 꼭지점 부분이 결합되어 회전축과 함께 회전하는 원추형부재와, 원추형부재의 외주면에 방사상으로 배치된 복수의 가이드 핀과, 복수의 가이드 핀 상단부에 각각 구비된 복수의 회전날개를 포함하는 수직축 풍력발전장치가 제공된다.

상술한 바와 같은 수직축 풍력발전장치에는, 복수의 가이드 핀 상측에, 중심부에 형성된 통공의 가장자리 부분이 결합된 원판형 가이드 패널이 더 포함될 수 있다. 여기서, 가이드 패널은 중심부에서 가장자리로 갈수록 하방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

상술한 바와 같은 원추형부재의 외주면은 회전축 방향으로 함입된 곡면형상을 가질 수 있다.

본 발명은 원추형부재를 이용하여 수평방향의 바람을 수직방향으로 변경함으로써 수직축에 가해지는 수평방향의 힘을 감소시킬 수 있고, 회전날개가 수평방 향 및 수직방향의 바람을 모두 이용할 수 있는 형상을 가져서 발전효율이 향상된다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직축 풍력발전장치의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 표시한 Ⅱ-Ⅱ 직선에 따른 종단면도가 도시되어 있다. 도 1 및 도 2를 함께 참조하여 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직축 풍력발전장치(100)에는 발전기(110), 회전축(111), 원추형부재(120), 가이드 핀(130) 및 회전날개(140)가 포함된다.

발전기(110)는 회전축(111)에 연결되어, 회전축(111)의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 장치이다. 회전축(111)의 하단부는 도시되지 않은 지지체에 회전 가능하게 지지된다.

원추형부재(120)는 상측 중심부에 꼭지점이 형성된 원추형상을 갖고, 외주면(121)의 내부에는 공간이 형성된다. 원추형부재(120)의 꼭지점 부분은 회전축(111)의 상단부에 결합되어, 원추형부재(120)가 회전하면 회전축(111) 또한 회전한다.

외주면(121)은 평면형상으로 형성될 수도 있고, 도시된 바와 같이 곡면 형상으로 형성될 수도 있다. 외주면(121)이 곡면 형상일 경우, 외주면(121)은 내부의 회전축(111) 방향으로 함입된 형상을 갖는다.

원추형부재(120)의 외주면(121)에는 복수의 가이드 핀(130)이 방사상으로 배치된다. 복수의 가이드 핀(130) 상단부에는 회전날개(140)가 각각 구비된다. 각각의 회전날개(140)는 각각의 가이드 핀(130)에 대하여 일측으로 경사진 형상을 갖는다. 여기서, 회전날개(140)는 가이드 핀(130)과 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 제작되어 가이드 핀(130)의 상단부에 결합될 수도 있다. 또한, 본 발명이 적용되는 환경에 따라, 가이드 핀(130) 및 회전날개(140)의 경계부가 돌출되거나 함입되지 않고 매끄러운 표면상태를 갖도록 할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 실시예에 따르면 회전날개(140) 및 가이드 핀(130)과 바람과의 저항을 최소화할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직축 풍력발전장치(100)에 도 2에 화살표로 표시한 바와 같은 수평방향의 바람이 가해지는 경우, 바람은 원추형부재(120)의 외주면(121)을 따라 이동되어 수직방향의 바람으로 방향이 변경된다.

가이드 핀(130)은 외주면(121)을 따라 원추형부재(120)의 상측으로 이동하는 바람이 다른 방향으로 분산되지 않고 회전날개(140)까지 도달되도록 가이드 한다.

바람의 방향이 외주면(121) 및 가이드 핀(130)에 의해 회전날개(140)에 수직방향으로 도달되면, 회전날개(140)에는 바람의 충돌에 의한 수평방향의 힘이 발생되고, 이 힘은 가이드 핀(130) 및 원추형부재(120)로 전달되어 회전축(111)을 회전시키게 된다.

회전축(111)이 회전하면 발전기(110)가 전력을 생산하게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직축 풍력발전장치(100)는 원추형부재(120)를 이용하여 수평방향의 바람을 수직방향으로 변경함으로써 회전축(111)에 가해지는 수평방향의 힘 및 굽힘 모멘트가 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 상술한 바와 같이 회전날개(140)는 가이드 핀(130)에 대해 일측으로 경사진 형상을 갖기 때문에, 회전축(111)에 수직한 방향, 즉 수평방향으로 부는 바람에 대해서도 회전력을 발생시킨다. 따라서, 수직축 풍력발전장치(100)의 발전효율이 향상된다.

도 3에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직축 풍력발전기의 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3에 표시한 Ⅳ-Ⅳ 직선에 따른 종단면도가 도시되어 있다. 도 3 및 도 4를 함께 참조하여 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직축 풍력발전 장치(200)에는 발전기(210), 회전축(211), 원추형부재(220), 가이드 핀(230), 회전날개(240) 및 가이드 패널(250)이 포함된다.

여기서, 발전기(210), 회전축(211), 원추형부재(220), 가이드 핀(230) 및 회전날개(240)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 발전기(110), 회전축(111), 원추형부재(120), 가이드 핀(130) 및 회전날개(140)와 각각 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

가이드 패널(250)은 원판형상을 갖고, 그 중심부에는 통공(251)이 형성된다. 통공(251)은 그 중심점이 가이드 패널(250)의 중심점과 일치하도록 형성된다. 통공(251)의 가장자리 부분은 복수의 가이드 핀(230) 상측 부분에 결합된다.

상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직축 풍력발전장치(200)에 도 4에 화살표로 표시한 바와 같은 수평방향의 바람이 가해지는 경우, 바람은 원추형부재(220)의 외주면(221)을 따라 이동되어 수직방향의 바람으로 방향이 변경된다. 그리고, 원추형부재(220)의 상측을 향하여 수평방향으로 가해지는 바람은, 외주면 (221)을 따라 수직방향으로 이동되는 바람과 함께 통공(251)을 향하여 이동된다. 통공(251)으로 유입된 바람은 회전날개(240)에 부딪히며 회전력을 발생시킨다.

즉, 가이드 패널(250)은 원추형부재(220)의 상측을 향하여 수평방향으로 가해지는 바람을 통공(251)으로 가이드 하여 회전날개(240)에 더 많은 바람이 닿도록 함으로써 발전효율을 향상시킨다.

도시되지는 않았으나, 가이드 패널(250)이 중심부로부터 가장자리로 갈수록 하방향으로 경사진 형상을 갖게 하여, 가이드 패널(250)에 의해 통공(251)으로 가이드 되는 바람의 양을 증가시킴으로써, 발전효율이 더욱 향상되도록 할 수도 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 따른 수직축 풍력발전장치에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직축 풍력발전장치의 사시도.

도 2는 도 1에 표시한 Ⅱ-Ⅱ 직선에 따른 종단면도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직축 풍력발전기의 사시도.

도 4는 도 3에 표시한 Ⅳ-Ⅳ 직선에 따른 종단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100, 200: 수직축 풍력발전기 110, 210: 발전기

111, 211: 회전축 120, 220: 원추형부재

130, 230: 가이드 핀 140, 240: 회전날개

250: 가이드 패널 251: 통공

Claims (4)

1. 발전기;

   상기 발전기에 회전력을 전달하고 수직으로 배치된 회전축;

   꼭지점 부분이 상기 회전축의 상단부에 결합되어 상기 회전축과 함께 회전하는 원추형부재를 포함하며,

   상기 원추형부재는,

   상기 원추형부재의 외주면에 방사상으로 배치된 복수의 가이드 핀과;

   상기 복수의 가이드 핀 상단부에 각각 구비된 복수의 회전날개와;

   상기 복수의 가이드 핀 상측에, 중심부에 형성된 통공의 가장자리 부분이 결합된 원판형 가이드 패널을 포함하는 수직축 풍력발전장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 가이드 패널은 중심부에서 가장자리로 갈수록 하방향으로 경사진 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 원추형부재의 외주면은 상기 원추형부재의 내부 방향으로 함입된 곡면형상인 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전장치.

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