KR101197289B1 - 풍력 발전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 바람이 유입되는 바람유입구와 바람유입구를 통하여 유입된 바람이 빠져나가는 바람유출구, 및 바람유입구 좌우측에 형성되는 바람유도부를 포함하여 이루어지는 바람유도체; 및 바람유도체의 내부에 형성되며, 바람유입구를 통하여 유입되는 바람에 의해서 회전되는 풍차;를 포함하여 이루어지며, 바람유도부에 의하여 유도된 바람이 바람유입구로 유입되며, 바람유입구의 단면적이 바람유출구의 단면적보다 큰 것을 특징으로 하는 풍력 발전기가 제공된다.
바람유도체, 풍차, 풍향판

Description

풍력 발전기 {wind power generator}
본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바람유도체와 풍향판에 의해 풍차가 회전되도록 하여 효율적으로 발전이 가능한 풍력 발전기에 관한 것이다.
풍력 발전기는 바람을 에너지원으로 삼아 전기를 생산하는 기기이다. 수력발전은 물의 힘으로, 화력발전은 수증기의 힘으로 발전기를 돌려 전기를 만들어 내지만, 풍력 발전기는 회전력을 전기로 만드는 장치인 발전기를 바람의 힘으로 돌리는 것을 말한다.
풍력 발전기는 풍력을 이용하므로 연료가 들지 않으며, 환경오염이 없는 청청 녹색 에너지이며, 소음이 작으므로 최근에는 가정용으로 많이 보급되는 상황이다.
풍력 발전기는 수평축 방식과 수직축 방식으로 나누어진다. 수평축 방식은 날개가 지상과 수평으로 이루어지며, 수직축 방식은 날개가 지상과 수직으로 형성된다. 수직축 방식은 어느 방향에서 바람이 불더라도 발전이 가능하며, 면적을 적게 차지하는 장점이 있어, 가정용 등 소형 발전기에 사용된다.
종래의 수직형 풍력 발전기의 경우에는 바람의 세기가 약한 경우에는 발전 효율이 낮으며, 바람이 센 경우에는 구조적으로 안전하지 못하여 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시 예는, 바람유도체와 풍향판에 의해 풍차가 회전되도록 하여 효율적으로 발전이 이루어지도록 하는 것과 관련된다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 의하면, 바람이 유입되는 바람유입구와 바람유입구를 통하여 유입된 바람이 빠져나가는 바람유출구, 및 바람유입구 좌우측에 형성되는 바람유도부를 포함하여 이루어지는 바람유도체; 및 바람유도체의 내부에 형성되며, 바람유입구를 통하여 유입되는 바람에 의해서 회전되는 풍차;를 포함하여 이루어지며, 바람유도부에 의하여 유도된 바람이 바람유입구로 유입되며, 바람유입구의 단면적이 바람유출구의 단면적보다 큰 것을 특징으로 하는 풍력 발전기가 제공된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시 예에 따르면 첫째, 바람유입구의 단면적이 넓으므로 많은 바람이 유입 가능하며, 바람유출구는 좁게 형성되므로 고속으로 바람이 빠져 나가게 되어, 풍차의 회전이 효율적으로 이루어지는 것이 가능하다.
둘째, 풍향판이 설치되어 항상 바람이 부는 방향으로 바람유도체가 회전되므로, 어느 방향에서 바람이 불더라도 풍차의 회전이 가능하게 된다.
셋째, 바람유도체와 풍향판의 외부에는 고정축과 고정프레임이 형성되어, 바람이 심하게 부는 경우에도 바람유도체와 풍향판을 확실히 지지하는 것이 가능하다.
넷째, 고정받침대와 풍차 사이에 베어링을 설치하여 풍차가 회전이 용이하게 이루어진다.
다섯째, 풍차의 블레이드 외측에는 관성편을 추가하여 한번 회전된 후에는 관성에 의한 계속적인 회전이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 발전기의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
아울러, 아래의 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시 예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 발전기를 도시한 사시도, 도 2는 도 1에 도시된 풍력 발전기에 대한 분리사시도, 도 3은 도 1에 도시된 풍력 발전기의 바람유도체와 풍향판에 대한 평단면도, 도 4는 도 1에 도시된 풍력 발전기의 제1회전축 아래의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기는, 바람이 유입되는 바람유입구(11)와 상기 바람유입구(11)를 통하여 유입된 바람이 빠져나가는 바람유출구(13), 및 상기 바람유입구(11) 좌우측에 형성되는 바람유도부(12)를 포함하여 이루어지는 바람유도체(10); 및 상기 바람유도체(10)의 내부에 형성되며, 상기 바람유입구(11)를 통하여 유입되는 바람에 의해서 회전되는 풍차(20);를 포함하여 이루어지며, 상기 바람유도부(12)에 의하여 유도된 바람이 상기 바람유입구(11)로 유입되며, 상기 바람유입구(11)의 단면적이 상기 바람유출구(13)의 단면적보다 크다.
본 발명의 풍력 발전기는 바람유도체(10)와 풍차(20)를 포함하여 이루어진다.
도 2에 나타난 바와 같이, 바람유도체(10)는 바람유입구(11), 바람유출구(13), 바람유도부(12)를 포함하여 이루어진다. 바람유도체(10)는 바람유도체(10) 안으로 바람이 유도되도록 하는 기능을 수행하는 것으로, 풍차(20)의 외부에 형성된다.
바람유입구(11)는 개구되어 형성되므로, 바람유입구(11)로 부는 바람은 유도과정없이 바로 유입된다. 반면 바람유입구(11) 좌우측에 형성되는 바람유도부(12)로 부는 바람은 유도과정을 거쳐 바람유입구(11)로 유입된다.
도 2에 나타난 바와 같이, 바람유도부(12)는 외부로 흘러 가는 바람을 바람유입구(11)로 유도하도록 바람유입구(11) 좌우측에 돌출되어 형성된다. 바람유도부(12)에 의하여 다량의 바람의 유입이 가능해진다.
도 3에 나타난 바와 같이, 바람유도체(10)에 의하여 다량의 바람이 유도되며, 유도된 바람이 바람유입구(11)로 흘러들어가게 된다.
바람유입구(11)를 통하여 유입된 바람은 바람유도체(10) 내부의 풍차(20)를 회전시킨다. 풍차(20)를 회전시킨 바람은 후면에 형성된 바람유출구(13)를 통하여 바깥으로 빠져나가게 된다.
도 2에 나타난 바와 같이, 후면 좌측은 폐쇄되어 이루어지므로, 후면의 바람유출구(13)의 단면적은 전면의 바람유입구(11)에 비하여 좁게 형성된다. 이에 따라 유입된 바람이 베르누이 정리에 의하여 더욱 빠른 속도로 유출되므로 전체적인 풍차(20)의 회전이 용이하게 이루어지게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기에 있어서, 상기 바람유도체(10) 상측면에는 바람의 방향에 따라 회전가능한 풍향판(30);이 구비되어, 바람이 부는 방향으로 상기 바람유도체(10)를 위치시킨다.
도 2에 나타난 바와 같이, 바람유도체(10) 위에는 풍향판(30)이 형성된다. 풍향판(30)은 바람의 방향에 따라 회전되어, 항상 바람유도체(10)가 바람이 불어오는 방향으로 향하도록 해준다. 바람의 방향으로 좀 더 신속히 이동되도록 풍향판(30)을 2단으로 형성하는 것이 가능하다. 또는, 풍향판(30)의 길이를 고정축(41) 과의 회전간섭이 발생하지 않는 범위까지 길게 연장하는 것도 가능하다.
바람이 불게 되면 풍향판(30)은 바람의 방향에 따라 회전하게 되어 후방에 위치하게 되고, 전방에 바람유입구(11)와 바람유도부(12)가 위치하게 된다.
풍향판(30)이 후방으로 이동하는 경우에는 바람유도체(10) 후방에 풍향판(30)의 하중이 작용하므로, 이를 상쇄시키기 위하여 전방에 위치하는 바람유도부(12)를 무겁게 형성하는 것이 가능하다. 회전 중심에 대하여 전후의 무게비를 동일하게 함으로 전후방향이나 좌우방향의 비이상적인 뒤틀림을 방지할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기에 있어서, 상기 풍차(20)는, 중심기둥(21); 상기 중심기둥(21)의 외주에 형성되며 상기 바람유입구(11)를 통하여 유입되는 바람에 의해 회전되는 블레이드(22); 상기 블레이드(22) 상하측에 각각 놓이는 상부판(23); 및 하부판(24);을 포함하며, 상기 블레이드(22)는 상기 중심기둥(21)에서 레이디얼 방향으로 연장되어 다수개 구비되며, 각각의 블레이드 형상은 호형으로 이루어진다.
도 1과 도 2에 나타난 바와 같이, 풍차(20)는 블레이드(22), 중심기둥(21), 상부판(23), 하부판(24)을 포함하여 이루어진다.
블레이드(22)는 바람을 직접적으로 받는 부분이다. 유입되는 바람이 와류로 형성되어 유출되도록 블레이드(22)의 형상은 호형으로 이루어진다.
풍차(20)의 중심에는 중심기둥(21)이 형성되는데, 태풍 등 강한 바람이 작용하는 경우에도 블레이드(22)의 좌우 유동없이 원활한 풍력 발전을 이루기 위함이 다. 블레이드(22)는 중심기둥(21)에서 레이디얼 방향으로 연장되어 형성되며 다수개 구비되는데 균일한 간격으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상부판(23)과 하부판(24)은 블레이드(22)의 상하이동을 방지하는 부분으로, 서로 동일한 형상으로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기에 있어서, 상기 블레이드(22) 외측면에는 회전관성을 높여주는 관성편(25);이 더 구비된다.
도 2에 나타난 바와 같이, 블레이드(22)에 관성편(25)을 추가하는 것이 가능하다.
블레이드(22) 외측면에 관성편(25)이 추가되는 경우에는 회전관성모멘트가 증가하게 되므로 한번 회전이 일어난 후에는 계속적인 회전이 가능해지게 된다. 이 경우 바람이 단속적으로 불더라도 연속적인 회전을 유지할 수 있어 발전 효율이 증대되게 된다.
관성편(25)의 형성됨에 따라 블레이드(22) 외측에 추가적인 하중이 가해지므로, 이러한 하중을 지지하도록 상부판(23)과 하부판(24)의 테두리에 보강밴드를 형성시키는 것이 가능하다. 보강밴드는 상부판(23)의 상측면 테두리와 하부판(24)의 하측면 테두리를 따라 형성되는 것이 바람직하다. 보강밴드는 관성편(25)에 의하여 회전관성모멘트가 증가함에 따라 테두리의 갈라짐이 발생하는 것을 방지한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기에 있어서, 상기 바람유도 체(10)와 풍차(20)의 아래에 형성되며, 상기 바람유도체(10)와 풍차(20)를 지지하는 고정받침대(40);를 더 포함하여 이루어진다.
도 1과 도 2에 나타난 바와 같이, 바람유도체(10)와 풍차(20)의 아래에는 고정받침대(40)가 형성된다.
고정받침대(40)는 바람유도체(10)와 풍차(20)를 지지하는 부분이다. 고정받침대(40)에는 건물옥상이나 난간 등에 풍력 발전기가 용이하게 설치되도록 고정지그를 추가로 형성하는 것이 가능하다. 고정지그는 전체적인 풍력 발전기를 지지할 수 있도록 충분한 강성을 가지는 구조물로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기에 있어서, 상기 고정받침대(40) 테두리부에서 위로 연장되는 고정축(41); 및 상기 고정축(41) 상측에 위치하는 고정프레임(42);을 더 포함하여 이루어지며, 상기 고정프레임(42) 아래에 상기 풍향판(30)이 위치한다.
도 1과 도2에 나타난 바와 같이, 고정축(41)과 고정프레임(42)을 형성하는 것이 가능하다.
고정축(41)은 고정받침대(40)에서 연장되어 형성되며, 바람의 유입을 막지않도록 가능한 얇게 이루어지는 것이 바람직하다.
고정축(41) 상측에는 고정프레임(42)이 위치한다. 고정축(41), 고정프레임(42), 및 고정받침대(40)에 의하여 바람이 심하게 부는 경우에도 바람유도체(10), 풍향판(30), 및 풍차(20)가 상하유동이나 좌우유동 없이 제 기능을 수행하 게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기에 있어서, 상기 고정받침대(40) 상면 중심에 형성되는 제1베어링(50); 상기 고정프레임(42) 상면 중심에 형성되는 제2베어링(51); 및 상기 제1베어링(50)과 제2베어링(51)에 끼워지는 제1회전축(60);을 더 포함하여 이루어지며, 상기 블레이드(22)가 회전함에 따라 상기 제1회전축(60)이 회전된다.
도 4에 나타난 바와 같이, 제1베어링(50), 제2베어링(51), 및 제1회전축(60)을 포함하여 이루어진다.
제1베어링(50)과 제2베어링(51)은 같은 형상으로 이루어지며, 각각 고정받침대(40)와 고정프레임(42) 상측 중심에 형성된다.
제1베어링(50)과 제2베어링(51)에는 제1회전축(60)이 끼워진다. 제1회전축(60)은 풍차(20)의 중심을 관통하므로, 블레이드(22)가 회전하는 경우 제1회전축(60)이 회전된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기에 있어서, 상기 고정프레임(42) 하면 중심에 형성되는 제3베어링(52);을 더 포함하여 이루어지며, 상기 제3베어링(52)은 상기 제2베어링(51)보다 지름이 더 크다.
도 4에 나타난 바와 같이, 제3베어링(52)이 형성된다.
제3베어링(52)은 제2베어링(51)보다 단면적이 더 크게 이루어지며, 고정프레 임(42) 하면 중심에 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기에 있어서, 상기 바람유도체(10) 상면 중심에서 연장되며 상기 제3베어링(52)에 끼워지는 제2회전축(61);을 더 포함하여 이루어지며, 상기 풍향판(30)이 바람의 방향에 따라 회전함에 따라 제2회전축(61)이 회전된다.
도 4에 나타난 바와 같이, 제2회전축(61)이 형성된다.
제2회전축(61)은 바람유도체(10)의 상면 중심에서 연장되며 제3베어링(52)에 끼워진다. 제3베어링(52)의 단면적이 더 크게 형성되므로, 제2회전축(61)은 제1회전축(60)보다 지름이 크게 이루어져, 제2회전축(61) 내에 제1회전축(60)이 위치하게 된다. 풍향판(30)이 바람의 방향을 따라 회전하는 경우 이에 따라 제2회전축(61)이 회전된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기에 있어서, 상기 제1회전축(60)의 하측에 위치하며 교류 전류를 출력하는 발전기(70); 상기 발전기(70)에서 출력되는 교류를 직류로 정류시키는 콘트롤러(80); 및 상기 콘트롤러(80)에서 출력되는 직류를 교류로 변환시키는 인버터(90);를 더 포함하여 이루어지며, 상기 발전기(70)는 상기 제1회전축(60)이 회전됨에 따라 교류 전류를 출력한다.
도 4에 나타난 바와 같이, 제1회전축(60) 하측에는 발전기(70), 콘트롤러(80), 인버트가 형성된다.
발전기(70)는 회전력을 이용하는 교류 전류를 출력하는데, 제1회전축(60)의 회전력을 이용하게 된다.
콘트롤러(80)는 발전기(70)에서 출력되는 교류를 직류로 정류시킨다. 또한, 콘트롤러(80)는 과충전을 방지한다.
인버터(90)는 콘트롤러(80)에서 출력되는 직류를 가정에서 사용가능한 교류로 변환시킨다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기에 있어서, 상기 하부판(24)과 고정받침대(40) 사이에는 회전베어링;을 더 포함하여 이루어진다. 회전베어링은 하부판(24)과 고정받침대(40) 사이에 일정한 간격으로 다수개 형성된다. 회전베어링은 풍차(20)의 무게를 지지하고, 하부판(24)과 고정받침대(40) 사이의 마찰을 줄여 풍차(20)의 회전이 용이하게 이루어지도록 한다. 회전베어링 대신에 같은 역할을 하는 롤러를 형성하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기에 있어서, 상기 고정받침대(40) 상측에서 위로 연장되어 형성되며, 상기 바람유도체(10)를 지지하는 고정펜스;를 더 포함하여 이루어진다. 고정펜스는 고정받침대(40) 상측에서 연장되어 형성되는데, 소정의 원형 트랙 형상으로 이루어진다. 고정펜스에 의해서 바람유도체(10)가 매우 크게 설계되는 경우에도 충분히 안정적인 지지가 가능해진다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기에 있어서, 상기 바람유도체(10)와 고정받침대(40) 사이에 형성되는 롤러;를 더 포함하여 이루어진다. 롤러 는 바람유도체(10)와 고정받침대(40) 사이에 형성되며, 원형 트랙 형상의 고정펜스를 따라 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우에 고정펜스에 의해서 바람이 심하게 부는 경우에도 롤러가 소정의 위치를 유지하게 된다. 롤러는 바람유도체(10)를 지지하며, 바람유도체(10)와 고정받침대(40) 사이의 마찰을 줄여 회전이 용이하게 이루어지도록 한다. 롤러 대신에 같은 역할을 하는 베어링을 형성시키는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기에 있어서, 상기 고정프레임(42) 상면에서 연장되는 피뢰침;을 더 포함하여 이루어진다. 피뢰침은 고정프레임(42) 상면에서 연장되어 형성되며, 낙뢰의 충격 전류를 땅으로 유인하여 피해를 줄이는 역할을 한다. 피뢰침을 통하여 전기가 피뢰침에 연결되어 있는 도체를 따라서 땅으로 내려간다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 발전기를 도시한 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 풍력 발전기에 대한 분리사시도,
도 3은 도 1에 도시된 풍력 발전기의 바람유도체와 풍향판에 대한 평단면도,
도 4는 도 1에 도시된 풍력 발전기의 제1회전축 아래의 구성을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 바람유도체, 11 : 바람유입구, 12 : 바람유도부, 13 : 바람유출구
20 : 풍차, 21 : 중심기둥, 22 : 블레이드, 23 : 상부판, 24 : 하부판, 25 : 관성편
30 : 풍향판
40 : 고정받침대, 41 : 고정축, 42 : 고정프레임
50 : 제1베어링, 51 : 제2베어링, 52 : 제3베어링
60 : 제1회전축, 61 : 제2회전축
70 : 발전기
80 : 콘트롤러
90 : 인버터

Claims (10)

  1. 바람이 유입되는 바람유입구와 상기 바람유입구를 통하여 유입된 바람이 빠져나가는 바람유출구, 및 상기 바람유입구 좌우측에 형성되는 바람유도부를 포함하여 이루어지는 바람유도체; 및
    상기 바람유도체의 내부에 형성되며, 상기 바람유입구를 통하여 유입되는 바람에 의해서 회전되는 풍차;를 포함하여 이루어지며,
    상기 바람유도부에 의하여 유도된 바람이 상기 바람유입구로 유입되며, 상기 바람유입구의 단면적이 상기 바람유출구의 단면적보다 큰 것이고,
    상기 바람유도체 상측면에는 바람의 방향에 따라 회전가능한 풍향판;이 구비되어, 바람이 부는 방향으로 상기 바람유도체를 위치시키는 것이며,
    상기 풍차는,
    중심기둥;
    상기 중심기둥의 외주에 형성되며 바람유입구를 통하여 유입되는 바람에 의해 회전되는 블레이드;
    상기 블레이드 상하측에 각각 놓이는 상부판 및 하부판;을 포함하며,
    상기 블레이드는 상기 중심기둥에서 레이디얼 방향으로 연장되어 다수개 형성되며,
    각각의 블레이드 형상은 호형으로 이루어지는 것이고,
    상기 블레이드 외측면에 형성된 관성편;을 포함하고,
    상기 바람유도체와 풍차의 아래에 형성되며, 상기 바람유도체와 풍차를 지지하는 고정받침대;를 더 포함하고,
    상기 고정받침대의 테두리부에서 위로 연장되는 고정축; 및
    상기 고정축 상측에 위치하는 고정프레임;을 포함하며, 상기 고정프레임의 아래에 상기 풍향판이 위치하는 것이며,
    상기 고정받침대 상면 중심에 형성되는 제1베어링;
    상기 고정프레임 상면 중심에 형성되는 제2베어링; 및
    상기 제1베어링과 제2베어링에 끼워지는 제1회전축;을 포함하고,
    상기 블레이드가 회전함에 따라 상기 제1회전축이 회전되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정프레임 하면 중심에 형성되는 제3베어링;을 더 포함하여 이루어지며,
    상기 제3베어링은 상기 제2베어링보다 지름이 더 큰 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 바람유도체 상면 중심에서 연장되며 상기 제3베어링에 끼워지는 제2회전축;을 더 포함하여 이루어지며,
    상기 풍향판이 바람의 방향에 따라 회전함에 따라 제2회전축이 회전됨을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1회전축의 하측에 위치하며 교류 전류를 출력하는 발전기;
    상기 발전기에서 출력되는 교류를 직류로 정류시키는 콘트롤러; 및
    상기 콘트롤러에서 출력되는 직류를 교류로 변환시키는 인버터;를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 발전기는 상기 제1회전축이 회전됨에 따라 교류 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
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