KR101206701B1 - Wind Power Generation Apparatus for Low Wind Speed - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 저풍속 풍력발전장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 바람의 항력과 양력을 동시에 이용해 에너지 변환 효율을 높이고, 바람의 방향이나 특정한 지역 또는 위치에 구애됨이 없이 작은 바람에도 효과적으로 풍력발전을 일으킬 수 있는 저풍속 풍력발전장치에 관한 것이다. The present invention relates to a low wind speed wind turbine generator, more specifically, to increase the energy conversion efficiency by using the drag and lift of the wind at the same time, and effectively wind power even in small winds without being bound to the direction of the wind or a specific region or location The present invention relates to a low wind speed wind turbine generator capable of generating high temperature.
바람이라는 자연적인 요소는 무한하면서도 청정하기 때문에 풍력에너지는 대체 에너지로써의 가치를 인정받고 있다. 풍력은 대기오염이 없으며 위험 폐기물도 배출하지 않는다. 이와 같이 새로운 대체 에너지 발전방식으로써 풍력발전은 충분한 가능성을 가지고 있으나, 풍력발전은 풍속이 순간적으로 바뀌는 가변성과 특히 한국의 지리적 저풍속(2~6m/sec 작은 바람)으로 인해 기존발전과 달리 발전 용량신뢰(Capacity Credit)에 있어서 자가발전기(자기소비용 발전)로의 역할이나 순동예비력에 대처하는 자원의 유효용량으로써는 완전히 대체하지 못하고 있으므로 경제적이고 고효율인 분산발전망용 풍력발전기의 한국형 개발이 시급하다.The natural element of wind is infinitely clean, so wind energy is valued as an alternative. Wind power is free of air pollution and produces no hazardous waste. As such a new alternative energy generation method, wind power generation has sufficient potential, but wind power generation is unlike the existing generation due to the variability in the wind speed and the low wind speed (2 ~ 6m / sec small wind) of Korea. The role of self-generators (capacity generation) in capacity credit and the effective capacity of resources to cope with net reserve reserves cannot be completely replaced. Therefore, the Korean-style development of economic and efficient wind turbines for distributed generation networks is urgent.
실제로 우리나라의 경우 연평균 풍속이 2~6m/sec인데 1년에 20일도 안되는 12m/sec 이상의 풍속용 풍력발전기를 설치하는 것은 여러 가지를 감안해도 대형의 경우 약 4배 이상의 과용량 발전기로 설치되고, 중소형의 경우에도 그 이상의 과용량 발전기로 설치되어 비경제적으로 설치되는 낭비가 너무 크다. 세계적인 풍력발전기 제조회사인 덴마크의 Vestas社나 기타 유명제조업체 풍력발전기의 제품별 발전용량은 12m/sec 이상에 준하여 출시되고 있지만 실제로 기상청자료에 의하면 우리나라의 연평균 풍속은 2~6m/sec 이어서 우리나라 지형에서는 생산적일 수 없다. 그나마 평균풍속이 높은 부산과 제주는 바람의 방향이 일정하지 않아 요잉(Yawing)이 많아지고, 순간적으로 바뀌는 바람의 방향에 대해 즉각적인 요잉(Yawing)이 되지 않아 발전기가 고장 나는 경우도 보고되고 있다. 바람의 방향에 관계없이 작동되며 저속에서 좀 더 높은 에너지와 효율로 우리나라 실정에 맞도록 개발된 발전용 풍력 터빈은 아직까지 없는 것이다.In fact, in Korea, the annual average wind speed is 2-6m / sec, but the wind turbine generator for wind speeds of 12m / sec or more, which is less than 20 days a year, is installed with over-capacity generators that are about 4 times larger than large ones. In the case of small and medium-sized, too much waste to be installed uneconomically installed by the over-capacity generator. Although the power generation capacity of each of the world's wind turbine makers, Vestas and other well-known manufacturers, is being released in accordance with more than 12m / sec, in fact, according to the Korea Meteorological Agency data, the annual average wind speed of Korea is 2-6m / sec. It cannot be productive. At the same time, Busan and Jeju, which have high average wind speeds, are not consistent in the direction of the wind, causing a lot of yawing. It is also reported that the generator fails due to immediate yawing. There is no wind turbine for power generation that operates regardless of the direction of the wind and has been developed for the domestic situation with higher energy and efficiency at low speed.
우리나라는 바람의 방향이 자주 바뀌고, 레이놀즈수의 변화가 심하며 연평균이 저풍속이지만 풍력자원을 포기하기에는 자연의 에너지를 활용해야 하는 세계적 녹색성장의 흐름에 매우 부담스러운 현실이다. 그래서인지 우리나라 평균풍속에서는 시동토크가 부족한 대용량 풍력발전기가 우리나라의 풍력단지에 많이 설치되어 가는 것은, 보여주기 위한 설치용량의 기준이지 실제로 투자 회수되는 발전량과는 많은 차이가 있으므로 경제적이나 녹색화 에너지 창조에서는 매우 안타까운 현실이다.In Korea, the wind direction changes frequently, the Reynolds number changes, and the annual average is low wind speed, but it is very burdensome for the global green growth flow that requires the use of natural energy to give up wind resources. Therefore, in Korea's average wind speed, large-capacity wind power generators with insufficient starting torque are installed in Korea's wind farms. It's a sad reality.
따라서, 바람의 운동에너지를 이용하여 전력을 생산하는 풍력발전기의 핵심적인 요소인 블레이드의 공력설계(Aerodynamic design)는 전체시스템의 성능을 좌우하는 아주 중요한 부분이므로 신중하게 설계기술을 개발하여 초속 4~8m/sec의 저풍속에서도 풍력자원을 보다 효율적으로 이용할 수 있도록 하는 풍력발전기에 대한 기술이 절실히 요청되고 있다.
Therefore, the aerodynamic design of the blade, which is an essential element of the wind power generator that uses the kinetic energy of the wind, is a very important part that determines the performance of the whole system. There is an urgent need for a technology for a wind power generator that can use wind resources more efficiently even at a low wind speed of 8 m / sec.
한국공개특허: 10-2011-0002745 (공개일 2011.01.10)Korean Publication Patent: 10-2011-0002745 (published 2011.01.10)
한국등록특허: 10-0813924 (공고일 2008.03.18)
Korea Patent Registration: 10-0813924 (Notice date 2008.03.18)
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서, The present invention has been made to solve the conventional problems,
본 발명의 목적은 중심샤프트를 기준으로 오버랩 영역을 형성하여 같은 회전방향으로 배치고정되는 항력블레이드에 양력을 발생시키는 에어포일형 윈드캡쳐를 구비하여 바람의 항력과 양력을 동시에 이용할 수 있도록 함으로써 풍력발전의 출력계수를 가속화하고, 바람의 방향이나 특정한 지역 또는 위치에 구애됨이 없이 작은 바람에도 풍력발전의 효율을 높일 수 있는 저풍속 풍력발전장치를 제공하는 데 있다.
An object of the present invention is to provide an airfoil-type wind capture to generate a lift force in the drag blade that is fixed in the same rotational direction by forming an overlap region based on the center shaft, so that the drag and lift of the wind can be used simultaneously. It is to provide a low wind speed wind turbine generator that can accelerate the output coefficient of and improve the efficiency of wind power even with small winds without being dependent on the direction of the wind or a specific region or location.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 저풍속 풍력발전장치는 풍력에 의해 발전을 일으키는 풍력발전장치에 있어서, 상기 풍력발전장치는 회전가능한 상태로 지지되어 회전모멘트를 발생시키는 중심샤프트; 상기 중심샤프트의 상,하단부에 결합되어 항력블레이드의 결합수단으로 사용되는 연결암; 상기 연결암에 결합되고, 회전모멘트를 크게 하기 위해 중심샤프트를 기준으로 일정비율의 오버랩 영역을 형성하여 일측 회전방향으로 배치고정되며 반원 모양을 갖는 복수 개의 항력블레이드; 상기 항력블레이드의 몸체에 길이방향으로 구비되고, 풍력에 의한 회전모멘트를 높이도록 항력블레이드 회전방향을 향해 오목한 에어포일 형상의 윈드캡쳐; 및 상기 중심샤프트의 연장선상에 위치되어 상기 중심샤프트의 회전모멘트를 받아 발전을 일으키는 발전모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.A low wind speed wind turbine generator of the present invention provided to achieve the above object, the wind turbine generator for generating power by the wind, the wind turbine is supported in a rotatable state to generate a rotation moment; A connection arm coupled to the upper and lower ends of the center shaft and used as a coupling means of the drag blade; A plurality of drag blades coupled to the connection arm and fixed in one rotational direction by forming overlap regions of a predetermined ratio with respect to the center shaft to increase the rotation moment; An air foil-shaped wind cap provided in the body of the drag blade in a longitudinal direction and concave toward the drag blade rotation direction to increase a rotation moment caused by wind power; And a power generation module positioned on an extension line of the center shaft and generating power by receiving a rotation moment of the center shaft.
상기 연결암은 원판형상으로 이루어지고, 원판의 중심부에 상기 중심샤프트가 관통되는 관통공이 형성되며, 상기 관통공의 외측에는 중심샤프트에 고정된 샤프트 홀더가 체결되는 체결공이 형성되고, 원판의 상면에 항력블레이드가 결합되는 면을 따라 볼트공이 형성되는 일체형으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The connecting arm has a disc shape, a through hole through which the center shaft penetrates is formed in the center of the disc, and a fastening hole through which the shaft holder fixed to the center shaft is fastened is formed on the outer side of the disc. A bolt hole is formed along the surface to which the drag blade is coupled.
상기 일체형 연결암과 중심샤프트의 결합은 상면에 결합공이 형성된 한 쌍의 샤프트 홀더가 상기 중심샤프트에 고정되고, 상기 샤프트홀더의 상면에 형성된 결합공과, 상기 일체형 연결암에 형성된 체결공을 볼트로 체결하여 결합하는 것을 특징으로 한다. Coupling of the integrated connection arm and the central shaft is a pair of shaft holders having a coupling hole formed on the upper surface is fixed to the central shaft, the coupling hole formed on the upper surface of the shaft holder and the fastening hole formed in the integrated connection arm by bolts It is characterized by combining.
상기 연결암은 중심샤프트와 결합되는 축결합부가 형성되고, 상기 축결합부의 외측면에 균분되게 지지대가 연결되며, 상기 지지대에 결합되고 중심샤프트를 기준으로 오버랩 영역을 형성하여 일측 회전방향으로 배치되며 회전방향을 향해 오목한 에어포일 형상의 윈드캡쳐가 구비되는 제 1, 제 2 연결암으로 구성되는 조립형으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. The connecting arm is formed in the shaft coupling portion is coupled to the central shaft, the support is evenly connected to the outer surface of the shaft coupling portion, is coupled to the support and is formed in one direction of rotation by forming an overlap region based on the central shaft Characterized in that the assembly is composed of the first, the second connection arm is provided with an airfoil-shaped wind capture concave toward the rotation direction.
여기서, 조립형 연결암에 구성되는 상기 지지대는 조립형 연결암과 항력블레이드와 중심샤프트를 결합해 주는 수단으로 단면이 에어 포일 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다. Here, the support is configured in the assembled connection arm is characterized in that the cross-section is formed in the shape of an air foil as a means for coupling the assembled connection arm, the drag blade and the center shaft.
그리고, 상기 조립형 연결암은 제 1, 제 2 연결암 상면에 1°각도로 틀어짐을 갖는 다수개의 볼트공이 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the assembled connection arm is characterized in that a plurality of bolt holes having a twist at an angle of 1 ° to the upper surface of the first, second connection arm is formed.
상기 조립형 연결암은 다수개의 연결암이 1°내지 19°범위 내의 일정각도로 틀어져 트위스트 형태로 조립되는 것을 특징으로 한다. The assembled connecting arm is characterized in that the plurality of connecting arms are assembled in a twisted form by twisting at a predetermined angle within the range of 1 ° to 19 °.
상기 항력블레이드의 오버랩 영역의 오버랩 비율은 중심샤프트인 중심축이 샤프트로 구성된 경우, 반원 간의 겹쳐지는 X축 간격(e)에서 중심축의 샤프트 지름(e')을 뺀 값을 반원 지름(d)으로 나누어 형성하고, 중심샤프트인 중심축이 항력블레이드로 지지되어 샤프트 없이 구성된 경우, 반원 간의 겹쳐지는 X축 간격(e)을 반원 지름(d)으로 나누어 형성되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 항력블레이드의 오버랩 영역의 오버랩 비율은 5% 내지 34% 이내로 이루어지는 것이 바람직하다.The overlap ratio of the overlap area of the drag blade is the semi-circle diameter (d) when the central axis, which is the central shaft, is composed of shafts. When divided and formed, if the central axis is a shaft shaft is supported by the drag blades configured without a shaft, it is characterized by being formed by dividing the overlapping X-axis spacing (e) between semicircles by the semi-circle diameter (d). Here, the overlap ratio of the overlap area of the drag blade is preferably made within 5% to 34%.
상기 항력블레이드는 외향측 단부가 반원으로부터 연장되며, 연장각도(θ)는 반원의 중심점으로부터 -3°내지 35°내로 연장되는 것이 바람직하다.The drag blade has an outward end portion extending from the semicircle, and the extension angle θ is preferably extended from -3 ° to 35 ° from the center point of the semicircle.
상기 항력블레이드는 반원 간의 Y축 간격(a)이 항력블레이드 반원지름(d)의 -5/110 내지 1/5 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.The drag blades are preferably formed at intervals of -5/110 to 1/5 of the drag blade semicircle diameter d between the Y-axis spacing (a) between the semicircles.
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상기 항력블레이드는 상기 중심샤프트의 길이방향과 평행되게 직립형태로 형성될 수 있다. The drag blade may be formed in an upright form parallel to the longitudinal direction of the central shaft.
또한, 상기 항력블레이드는 길이방향으로 대블록단위의 다단을 이루고, 상기 대블록단위는 이웃한 대블록단위에 대해 60°내지 180°각도로 틀어진 형태로 형성될 수 있다. In addition, the drag blade may form a multi-stage of large blocks in the longitudinal direction, the large block unit may be formed in a form twisted at an angle of 60 ° to 180 ° with respect to the neighboring large block unit.
또한, 상기 항력블레이드는 길이방향으로 소블록단위의 다단을 이루고, 상기 소블록단위는 이웃한 소블록단위에 대해 1°내지 19°범위 내의 일정각도로 틀어져 트위스트 형태로 형성될 수 있다.In addition, the drag blade forms a multi-stage of small block units in the longitudinal direction, and the small block unit may be twisted at a predetermined angle within a range of 1 ° to 19 ° with respect to a neighboring small block unit.
상기 저풍속 풍력발전장치는 수직, 수평 그리고 경사지는 것을 포함한 수직과 수평 이외의 각도 중 어느 한 가지로 설치되는 것이 가능한 것을 특징으로 한다.
The low wind speed the wind turbine generator is characterized in that it can be installed in any one of the vertical and horizontal angles, including the vertical and horizontal.
본 발명의 저풍속 풍력발전장치에 따르면 바람의 항력과 양력을 동시에 이용하여 풍력발전의 출력계수를 가속화할 뿐만 아니라 바람의 방향이나 특정한 지역 또는 위치에 구애됨이 없이 작은 바람에도 풍력발전의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.According to the low wind speed wind power generation device of the present invention, not only to accelerate the output coefficient of the wind power generation by using the drag and lift of the wind at the same time, but also the efficiency of the wind power generation in the small wind without being bound to the direction of the wind or a specific region or location. It can increase the effect.
또한, 필요한 수만큼 적층하여 다양한 크기의 항력블레이드를 용이하게 형성할 수 있음에 따라 블레이드의 설치작업 효율을 향상시키고, 작업비용을 절감시킬 수 있으며, 아울러 장소나 위치에 구애받지 않고 저렴한 비용으로 풍력발전장치의 설치가 가능하여 경제적이고, 친환경적인 효과가 있다. In addition, it is possible to easily form drag blades of various sizes by stacking as many as necessary, thereby improving blade installation efficiency and reducing work costs, and at a low cost regardless of location or location. It is possible to install the power generation device, which is economical and environmentally friendly.
또한, 에어포일형 윈드캡쳐가 구비된 항력블레이드는 알미늄 또는 플라스틱의 압출(Extrusion Injection)로 쉽게 제작이 되고, FRP나 파이프의 후가공으로도 다양하게 제작이 가능하며, 대량 생산시에는 금형에 의한 사출이 가능하여 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라 샤프트 홀더 등의 철이나 알미늄 재질의 중간부품은 레이저를 이용한 정밀한 가공에 의하여 원가 경쟁력 있는 제품의 생산이 이루어질 수 있는 효과가 있다.
In addition, drag blades equipped with airfoil-type windcaptures are easily manufactured by extrusion injection of aluminum or plastic, and can be variously manufactured by FRP or post-processing, and injection by mold during mass production. This can not only improve productivity, but also intermediate parts made of iron or aluminum such as shaft holders can produce cost-competitive products by precise processing using lasers.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저풍속 풍력발전장치를 사시도로 도시한 도면이다.
도 2의 (a),(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 저풍속 풍력발전장치에서 항력블레이드의 오버랩 비율, 연장각도, Y축 간격을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 저풍속 풍력발전장치에서 윈드캡쳐를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 저풍속 풍력발전장치에서 윈드캡쳐의 다양한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저풍속 풍력발전장치에서 윈드캡쳐와 항력블레이드의 오버랩 영역을 지나는 바람의 방향 및 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 (a),(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 저풍속 풍력발전장치에서 일체형 연결암과 항력블레이드의 조립을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 저풍속 풍력발전장치에서 조립형 연결암과 항력블레이드의 조립을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 조립형 연결암에 형성된 조립홈의 틀어짐 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 12(c)와 같이 소블럭단위의 다단으로 적층되어지는 항력블레이드와 조립형 연결암이 5도 틀어짐 각도로 조립되는 것을 도시한 도면이다.
도 10은 도 7에 도시된 항력형블레이드 바람의 방향 및 작용을 표시한 도면이다.
도 11의 (a)는 일체형 연결암에 항력블레이드가 조립된 상태를 도시하고 이를 다양한 각도로 도시한 도면이고, 도 11의 (b)는 조립형 연결암에 항력블레이드가 조립된 상태를 도시하고 이를 다양한 각도로 도시한 도면이다.
도 12는 조립형 연결암의 상하부에 항력블레이드가 조립되되, (a)는 항력블레이드가 직립형태로 조립되는 도면이고, (b)는 항력블레이드가 대블록 단위의 다단을 이루고, 각 블럭이 이웃블록에 대해 60도 단위로 틀어져 조립된 도면이며, (c)는 항력블레이드가 소블록 단위의 다단을 이루고, 각 블럭이 이웃블록에 대해 5도 단위로 틀어져 조립된 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 저풍속 풍력발전장치를 수평으로 설치한 도면으로 여러방향에서 불어오는 바람이 풍력발전장치에 작용하는 것을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 저풍속 풍력발전장치가 수평, 수직 그리고 경사지게 설치되는 상태를 도시한 도면이다.1 is a perspective view of a low wind speed the wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
2 (a), (b) is a view for explaining the overlap ratio, extension angle, Y-axis spacing of the drag blade in the low wind speed wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the wind capture in the low wind speed the wind turbine generator according to the present invention.
4A and 4B are views for explaining various embodiments of the wind capture in the low wind speed the wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the direction and action of the wind passing through the overlap region of the wind capture and the drag blade in the low wind speed the wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
6 (a), (b) is a view for explaining the assembly of the integrated connection arm and the drag blade in the low wind speed wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining the assembly of the assembled connection arm and the drag blade in the low wind speed the wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a view for explaining a twist angle of an assembly groove formed in the assembly type connecting arm of FIG. 7.
FIG. 9 is a view illustrating that the drag blade and the assembled connection arm, which are stacked in multiple stages of a small block unit as shown in FIG. 12 (c), are assembled at a 5 degree twist angle.
10 is a view showing the direction and action of the drag type blade wind shown in FIG.
11 (a) is a view showing a state in which the drag blade is assembled to the integrated connection arm and shown at various angles, Figure 11 (b) is a state in which the drag blade is assembled to the assembled connection arm This is a view showing at various angles.
12 is a drag blade is assembled to the upper and lower parts of the assembled connecting arm, (a) is a view in which the drag blade is assembled in an upright form, (b) the drag blade forms a multi-stage unit of large blocks, each block is a neighbor (C) is a drawing in which drag blades form a multi-stage unit of small blocks and each block is assembled in units of 5 degrees with respect to neighboring blocks.
FIG. 13 is a view illustrating horizontally installing a low wind speed wind turbine generator according to the present invention, in which wind blowing from various directions acts on the wind turbine generator.
14 is a view illustrating a state in which the low wind speed the wind turbine generator is installed horizontally, vertically and inclined according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 저풍속 풍력발전장치를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성부분을 나타낸다.These and other objects, features and other advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, a low wind speed wind turbine generator of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. For the purposes of this specification, like reference numerals in the drawings denote like parts unless otherwise indicated.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저풍속 풍력발전장치를 사시도로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저풍속 풍력발전장치에서 항력블레이드의 오버랩 비율, 연장각도, Y축 간격을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 저풍속 풍력발전장치에서 윈드캡쳐를 설명하기 위한 도면이고, 도 4a, 도4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 저풍속 풍력발전장치에서 윈드캡쳐의 다양한 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view showing a low wind speed the wind turbine generator according to an embodiment of the present invention in a perspective view, Figure 2 is an overlap ratio of the drag blades, extension angle, 3 is a view for explaining the Y-axis spacing, Figure 3 is a view for explaining the wind capture in the low wind speed wind turbine generator according to the present invention, Figure 4a, Figure 4b is a low wind speed wind power generation according to an embodiment of the present invention A diagram for describing various embodiments of the wind capture in the apparatus.
본 발명에 따른 풍력발전장치는 중심샤프트(100), 항력블레이드(200), 윈드캡쳐(300), 연결암(400), 발전모듈(500)을 포함한다. The wind turbine generator according to the present invention includes a
도 1, 도 2에 도시된 바와 같이 중심샤프트(100)는 풍력발전장치의 발전을 위해 회전력을 발생시키도록 회전가능한 상태로 설치된다. 또한, 발전에 의한 회전력이나 외부 바람에 의한 회전력이 직접적으로 작용하는 구성이므로 외부바람의 세기나 회전력의 크고 작음에 요동하거나 위태롭지 않도록 견고하게 설치되는 것이 바람직하다.1 and 2, the
항력블레이드(200)는 반원의 형상으로 일정높이를 갖고 상면의 끝단부에 연결암과 결합하기 위한 조립홈(210)이 형성되며 한 쌍으로 이루어지는 실시예에서 한 쌍의 항력블레이드(200a, 200b)는 중심샤프트(100)를 기준으로 오버랩 영역을 형성하여 일측 회전 방향으로 배치된다. 도 2의 (a),(b)를 참고하여 보다 자세히 설명하면 제 1 항력블레이드(200a) 일측단이 중심샤프트(100)의 일측면으로부터 일정비율의 이격거리를 갖고 타측단이 중심샤프트(100)의 타측을 향해 배치되며, 제 2 항력블레이드(200b) 일측단이 중심샤프트(100)의 타측면으로부터 일정비율의 이격거리를 갖고 타측단이 중심샤프트(100)의 일측을 향해 배치되어 제 1, 제 2 항력블레이드(200a,200b) 일측단이 중심샤프트(100)를 기준으로 겹침이 이루어지는 오버랩 영역을 갖게 배치 고정된다. 이때, 필요에 따라 제 1, 제 2 항력블레이드에(200a,200b) 이어 제 3 항력블레이드(200c)가 중심샤프트(100)를 기준으로 오버랩 영역을 형성하여 일측 회전 방향으로 배치될 수도 있다.The
여기서, 제 1, 제 2 항력블레이드(200a,200b)의 오버랩 영역의 오버랩 비율은 중심샤프트의 중심축이 샤프트로 구성된 경우와, 중심축이 제 1, 제 2항력블레이드(200a,200b)로 지지되어 샤프트 없이 구성된 경우로 나누어진다. 도 2(a)와 같이 중심축이 샤프트로 구성된 경우의 오버랩 영역은 제 1, 제 2 항력블레이드(200a,200b)가 겹쳐지는 X축 간격(e)에서 중심축의 샤프트 지름(e')을 뺀 값을 제 1 항력블레이드(200a) 지름(d)으로 나누어 형성되고 5% 내지 34% 이내로 이루어지는 것이 바람직하며, 도 2(b)와 같이 중심축이 제 1, 제 2 항력블레이드(200a,200b)로 지지되어 샤프트 없이 구성된 경우의 오버랩 영역은 제 1, 제 2 항력블레이드(200a,200b)가 겹쳐지는 X축 간격(e)을 제 1 항력블레이드(200a) 지름(d)으로 나누어 형성되며, 5% 내지 34% 이내로 이루어지는 것이 바람직하다.Here, the overlap ratio of the overlap area of the first and
즉, 도 2(a)에서 중심축의 샤프트 지름(e')이 0(zero)인 경우의 오버랩 영역의 오버랩 비율은 도 2(b)의 오버랩 비율과 같으며, 바람이 제 1 항력블레이드(200a)을 통과하여 마주하는 제 2 항력블레이드(200b)을 통과하는 바람의 오버랩 비율은 5% 내지 34% 이내로 동일하게 이루어지는 것이 바람직하다.That is, in FIG. 2 (a), the overlap ratio of the overlap area when the shaft diameter e ′ of the central axis is zero is the same as the overlap ratio of FIG. 2 (b), and the wind is the
그리고, 제 1, 제 2 항력블레이드(200a,200b)는 끝단으로부터 일정각도 연장되는데, 이때, 연장각도(θ)는 -3°내지 35°내로 연장되는 것이 바람직하다.In addition, the first and
또한, 제 1 항력블레이드(200a)와 제 2 항력블레이드(200b)의 Y축 간격(a)은 제 1 항력블레이드(200a) 지름(d)의 -5/110 내지 1/5 간격으로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the Y-axis spacing a of the
도 3에 도시된 바와 같이 윈드캡쳐(300)는 항력블레이드(200) 몸체에 길이방향으로 구비되고, 풍력에 의한 회전모멘트를 높이도록 에어포일 형상을 갖는 오목한 형태로 이루어진다. 그리고, 윈드캡쳐(300)는 에어포일에서 공기의 저항을 받는 괘적의 선택에 따라 A타입(310)과, B타입(320), C타입(330)의 세가지 타입으로 이루어질 수 있다. 여기서, 윈드캡쳐의 A타입(310)은 제 1, 제 2 항력블레이드 선상의 내외측으로 양력을 발생시키도록 에어호일 구조를 갖는 반원 모양으로 자리한 형상이고, B타입(320)은 제 1, 제 2 항력블레이드 선상의 내측면을 제거한 형상이며, C타입(330)은 제 1, 제 2 항력블레이드 선상의 외측면을 제거한 형상이다. As shown in FIG. 3, the
또한, 도 4a와 같이 윈드캡쳐(300)는 항력블레이드(200)의 일측 끝단으로부터 일정거리 중간 중간에 다수개 형성될 수 있다. 여기서, 제 1, 제 2 항력블레이드(200A,200B)의 일측 끝단으로부터 순차적으로 원드캡처1, 윈드캡쳐2, 윈드캡쳐3으로 구분하였으며, 윈드캡쳐(300)1,2,3은 하나의 타입 또는 서로 다른 타입으로도 구비될 수 있다. In addition, as shown in Figure 4a, the
도시된 바와 같이 항력블레이드(200)의 일측 끝단으로부터 윈드캡쳐1, 윈드캡쳐2, 윈드캡쳐3 순으로 윈드캡쳐 A타입(310)이 항력블레이드(200) 선상에 부착될 수 있고, 항력블레이드(200)의 일측 끝단인 윈드캡쳐1에 A타입(310)이 부착되고 윈드캡쳐2, 3 순으로 B타입(320)이 순차적으로 부착될 수 있으며, 항력블레이드 일측 끝단으로부터 윈드캡쳐1, 윈드캡쳐2, 윈드캡쳐3 순으로 윈드캡쳐 B타입(320)이 부착될 수도 있으며, 항력블레이드(200)의 일측 끝단인 윈드캡쳐1에 A타입(310)이 부착되고 윈드캡쳐2, 3순으로 C타입(330)이 부착될 수도 있다. As shown in the figure, from the one end of the
또한, 도 4b와 같이 항력블레이드(200)에 부착되는 윈드캡쳐(300)의 세가지 타입 중 어느 하나 이상의 타입이 선택적으로 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이 항력블레이드(200)의 일측 끝단에 윈드캡쳐 A타입(310)이 선택되어 부착될 수 있고, 항력블레이드(200) 일측 끝단으로부터 윈드캡쳐 A타입(310), B타입(320) 또는 C타입(330)이 순차적으로 부착될 수 있으며, 항력블레이드(200)의 내외부면에 선택적으로 A타입(310) 내지 C타입(330) 중 어느 하나가 선택적으로 부착될 수 있다.In addition, any one or more of the three types of the
도 5는 도 4a에서 항력블레이드(200)의 일측 끝단으로부터 윈드캡쳐1, 윈드캡쳐2, 윈드캡쳐3에 윈드캡쳐 A타입(330)이 순차적으로 부착된 항력블레이드의 오버랩 영역을 지나는 바람의 방향 및 작용을 도시한 도면이다. 5 is the direction of the wind passing through the overlap region of the drag blades sequentially attached to the wind capture A, wind capture A
도 5와 같이 외측에서 들어오는 바람이 제 1 항력블레이드(200a)의 내부를 타면서 제 1 항력블레이드(200a)에 시동 토크 및 기동력을 최대한으로 발생시키고, 반원간 오버랩 영역을 지나 마주하는 제 2 항력블레이드(200b)을 통과하면서 추가 회전모멘트를 발생시키며, 제 1, 제 2 항력블레이드(200a,200b)가 회전되는 가운데 윈드캡쳐(300)를 통해 양력이 발생되어 주속비를 최대화시키게 된다. As the wind coming from the outside as shown in Figure 5 rides inside the first drag blades (200a) to generate the maximum starting torque and maneuvering force to the first drag blades (200a) to the maximum, and the second drag facing the semicircular overlap region The additional moment of rotation is generated while passing through the
상기와 같이 구성된 항력 블레이드는 연결암(400)을 통해 중심샤프트(100)와 결합된다.The drag blade configured as described above is coupled to the
연결암(400)은 일체형 연결암(410)과 조립형 연결암(420a,420b)으로 구분된다.The
도 6의 (a),(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 저풍속 풍력발전장치에서 일체형 연결암과 항력블레이드의 조립을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 저풍속 풍력발전장치에서 조립형 연결암과 항력블레이드의 조립을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 7의 조립형 연결암에 형성된 조립홈의 틀어짐 각도를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 도 12(c)와 같이 소블럭단위의 다단으로 적층되어지는 항력블레이드와 조립형 연결암이 5도 틀어짐 각도로 조립되는 것을 도시한 도면이다.6 (a), (b) is a view for explaining the assembly of the integrated connection arm and the drag blade in the low wind speed wind turbine generator according to an embodiment of the present invention, Figure 7 is an embodiment of the present invention FIG. 8 is a view for explaining the assembly of the assembled connection arm and the drag blade in the low wind speed wind turbine according to the present invention. FIG. 8 is a view for explaining a twist angle of the assembly groove formed in the assembly connection arm of FIG. As shown in FIG. 12 (c), the drag blades and the assembled connecting arms stacked in multiple stages of the small block unit are assembled at a 5-degree skew angle.
먼저, 도 6(a),(b)에 도시된 바와 같이 일체형 연결암(410)은 원판형상으로 이루어지고, 중심부에 중심샤프트(100)가 관통되는 관통공(411)이 형성되며, 관통공(411)의 외주연에 샤프트 홀더(120)가 체결되는 체결공(412)이 형성된다. 그리고, 상면에는 항력블레이드(200)가 결합되는 면을 따라 볼트공(413)이 형성된다. First, as shown in FIGS. 6A and 6B, the
여기서, 샤프트 홀더(120)는 일체형 연결암(410)과 중심샤프트(100)를 연결시키기 위한 수단으로서, 반원으로 이루어진 좌,우 한 쌍의 홀더가 중심샤프트(100)를 기준으로 서로 맞대응되어 볼트결합됨으로써 중심샤프트(100)에 결합되고, 일체형 연결암(410)에 형성된 체결공(412)과 수직으로 볼트결합되면서 일체형 연결암(410)과 중심샤프트(100)를 결합시키게 된다. Here, the
그리고, 도 6(a),(b), 도 11(a)에 도시된 바와 같이 일체형 연결암(410)과 항력블레이드(200)의 결합은, 일체형 연결암(410)과 항력블레이드(200)가 상하로 배치되고, 일체형 연결암(410) 상면에 형성된 볼트공(413)과 항력블레이드(200)의 상하면에 형성된 조립홈(210)을 볼트로 체결하여 항력블레이드(200)와 일체형 연결암(410)을 고정시킨다. 이때, 항력블레이드(200)는 앞에서 설명한 바와 같이 중심샤프트(100)를 기준으로 오버랩영역을 갖도록 설치된다.6 (a), (b) and 11 (a), the coupling of the
그리고, 일체형 연결암(410)은 도 6의 (a)와 같이 제 1, 제 2 항력블레이드(200a,200b)를 조립할 수도 있으며, 도 6의 (b)와 같이 3개 이상의 항력블레이드(200a,200b,200c)를 조립할 수도 있다.In addition, the
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이 조립형 연결암은 제 1 연결암(420a)과 제 2 연결암(420b)으로 이루어지고, 제 1, 제 2 연결암(420a,420b)은 각각 중심샤프트(100)와 볼트결합되는 축결합부(421) 및 축결합부(421)의 외주연에 균분되게 구비되는 지지대(422)와 일체로 이루어지며, 중심샤프트(100)에 축결합부(421)를 볼트결합시킴으로써 고정된다. As shown in FIGS. 7 to 9, the assembled connecting arm includes a first connecting
여기서, 축결합부(421)는 중심샤프트(100)와의 결합이 용이하도록 반원형상으로 이루어지고, 제 1, 제 2 연결암(420a,420b)에 각각 구비된 반원형상의 축결합부(421)를 맞대응하여 결합시킴으로써 원통 형상이 이루어진다. 이때, 중심샤프트(100)의 형상은 원형, 타원형, 다각형일 수 있고, 중심샤프트(100)에 결합되는 축결합부(421)의 형상도 원형, 타원, 다각형일 수 있다.Here, the
그리고, 지지대(422)는 조립형 연결암에 구성되어 조립형 연결암과 항력블레이드(200a,200b)와 중심샤프트(100)를 결합해 주는 수단으로 양력을 발생시키도록 단면이 에어 포일 형상으로 이루어진 것이 바람직하다. In addition, the
그리고, 지지대(422)에 결합되는 제1, 제 2 연결암(420a,420b)은 축결합부(421)를 중심으로 오버랩 영역을 형성하여 한 방향으로 배치되고, 제 1, 제 2 연결암(420a,420b)에는 회전방향을 향해 오목한 에어포일 형상의 윈드캡쳐(300)가 구비된다. 여기서, 제 1, 제 2 연결암(420a,420b)에 구성되는 윈드캡쳐(300)는 항력블레이드(200)에 부착된 윈드캡쳐(300)와 동일한 타입으로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the first and
또한, 제 1, 제 2 연결암(420a,420b)의 상면에는 항력블레이드(200)의 조립홈(210)과 결합되는 볼트공(423)이 형성되되, 항력블레이드(200)가 틀어짐 각도로 조립될 수 있도록 1°각도로 틀어짐을 갖는 다수개의 볼트공(423)이 형성된다. 즉, 항력블레이드(200)와 제 1, 제 2 연결암(420a,420b)은 틀어짐 각도가 없는 직립형태로 조립될 수도 있고, 1°각도로 틀어짐을 갖도록 조립될 수도 있으며, 도 9에 도시된 바와 같이 5°틀어짐 각도로 조립될 수도 있다. In addition, bolt holes 423 coupled to the
도 10은 조립형 연결암의 바람의 방향 및 작용을 표시한 도면이다. 10 is a view showing the direction and action of the wind of the assembled connecting arm.
조립형 연결암(420a,420b)은 외측에서 들어오는 바람이 제 1 연결암(420a)의 내부를 타면서 시동 토크 및 기동력을 최대한으로 발생시키고, 제 1 연결암(420a)과 제 2 연결암(420b)이 중심샤프트(100)를 기준으로 겹침이 이루어지는 오버랩 영역을 지나 제 2 연결암(420b)을 통과하면서 추가 회전모멘트를 발생시키며, 제 1, 제 2 연결암(420a,420b)이 회전되는 가운데 윈드캡쳐(300)를 통해 양력이 발생되어 주속비를 최대화시키게 된다. The assembled connecting
한편, 발전모듈(500)은 중심샤프트(100)의 연장선상에 위치되어 중심샤프트(100)의 회전구동력을 받아 전력을 생산한다. On the other hand, the
본 발명의 풍력발전장치는 저풍속 풍력발전의 한계를 극복하기 위하여 가능한 최적의 기하학적 구성이 정의되도록 많은 시뮬레이션의 결과를 통하여 최고효율의 회전모멘트가 되는 기하학적 매개변수(Geometrical Parameter)를 찾아내 효율비교를 실험하였다. 기술적 선택의 시도로 축소모형을 제작하여 풍동기(Wind Tunnel)에 의한 시뮬레이션을 통하여 최적의 회전모멘트를 얻을 수 있도록 많은 인력과 시간이 필요하였지만 저풍속 풍력발전장치의 기술의 발명을 위하여, 아래의 표 1(블레이드 축소모형)과 같이 제작 결합한 후 In order to overcome the limitations of low wind speed wind power generation, the wind power generator of the present invention finds a geometrical parameter that becomes the rotational efficiency of the highest efficiency through the results of many simulations so that the optimal geometric configuration is defined. Was tested. Although a lot of manpower and time were required to produce a miniaturized model in order to obtain an optimal rotation moment through simulation by wind tunnel as an attempt of technical selection, for the invention of the technology of low wind speed wind turbine generator, After combining and manufacturing as shown in Table 1 (shrink blade)
[ 표 1]TABLE 1
아래의 표 2와 같이 6.0m/sec 풍동기(Wind Tunnel)로 With 6.0m / sec Wind Tunnel as shown in Table 2 below
[ 표 2 ]TABLE 2
6.0m/sec 풍속에서 기하학적 파라메타(Geometrical Parameter)별로 표 3 내지 표 6 각각의 조건에서 발전기 출력단에 무부하시(No Load)와 부하시(Load)별로 각각의 블레이드회전 RPM과 출력계수(C p )의 실험결과를 얻었다. Blade rotation RPM and output coefficient ( C p ) for each No Load and Load at each generator's output stage under each condition of Geometric Parameter at 6.0m / sec wind speed. Experimental results were obtained.
출력계수(Cp , power coefficient)의 계산은 The calculation of the output coefficient ( Cp , power coefficient)
[계산식][formula]
을 사용하여 산출하였다. Calculated using.
여기서 P 는 출력, p 공기밀도, V 는 풍속, R 은 블레이드 회전자반경, Cp 는 출력계수(Cp , power coefficient)이다. Where P is power, p air density, V is wind speed, R is blade rotor radius, Cp Is the power coefficient ( Cp , power coefficient).
아래의 표 3은 항력블레이드의 제 1, 제 2 항력블레이드(200a,200b)가 중심샤프트(100)를 기준으로 오버랩 영역의 오버랩비율을 0%, 5%, 10%, 13%, 16%, 22%, 25%, 28%, 32%, 34%, 40%, 50%, 단위로 실험하여 얻어진 결과를 각각 비교한 표이다.Table 3 below shows the overlap ratio of the overlap area of the first and
[표 3][Table 3]
아래의 표 4는 표 3의 최고효율(오버랩 25%)에서 제 1, 제 2 항력블레이드 일측 끝단으로부터 각각의 일정거리 중간 중간에 형성된 윈드캡쳐(300) 형태별(번호/타입)로 실험하여 얻어진 결과를 각각 비교한 표이다.Table 4 below shows the results obtained by experimenting with each type (number / type) of the wind capturing 300 formed in the middle of each predetermined distance from one end of the first and second drag blades at the highest efficiency (25% overlap) of Table 3. Is a table comparing each.
[표 4] [Table 4]
아래의 표 5는 제 1, 제 2 항력블레이드(200a,200b)의 끝단으로 연장되는 연장각도(θ)를 중심점으로부터 -10°, -3°, 0°, 3°, 10°, 20°, 30°, 35°, 40°, 50° 단위로 실험하여 얻어진 결과를 각각 비교한 표이다.
Table 5 below shows the extension angle θ extending to the ends of the first and
[표 5][Table 5]
아래의 표 6은 제 1 항력블레이드(200a)와 제 2 항력블레이드(200b)의 Y축 간격(a)을 제 1 항력블레이드(200a) 지름(d)의 -0.05, 0.00, 0.05, 0.10, 0.20, 0.25, 0.30 단위로 실험하여 얻어진 결과를 각각 비교한 표이다.Table 6 below shows the Y axis spacing (a) of the first drag blade (200a) and the second drag blade (200b) -0.05, 0.00, 0.05, 0.10, 0.20 of the diameter (d) of the first drag blade (200a) , 0.25, and 0.30 units. The results obtained from the experiments were compared.
[표 6] TABLE 6
상기와 같은 실험결과를 통해 오버랩영역의 오버랩비율 25%에서 오버랩이 없는 경우(오버랩 비율 0)보다 출력계수(C p )가 44.1% 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 윈드캡쳐(300)의 형태별(번호/타입) 실험에서 제 1, 제 2 항력블레이드(200a,200b) 각각의 일측 끝단으로부터 일정거리 중간 중간에 구분 1의 A타입 3개로 이루어진 윈드캡쳐(300)에서 17.9%의 출력계수(C p )가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 제 1, 제 2 항력블레이드(200a,200b)의 끝단으로 연장되는 연장각도(θ)는 중심점으로부터 30°에서 5.1%의 출력계수(C p )가 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 항력블레이드(200)는 제 1 항력블레이드(200a)와 제 2 항력블레이드(200b) 간의 Y축 간격(a)이 제 1 항력블레이드 지름(d)의 -5/110 내지 1/5 간격으로 형성되는 것에서 보다 효율적인 특징이 있었다. 이러한 축소모형의 실험결과는 제품으로 완성된 저풍속 풍력발전장치에서의 효율이 더욱 증가할 것이다.Through the above experimental results, it was found that the output coefficient ( C p ) increased by 44.1% from the overlap ratio of 25% in the overlap area without the overlap (overlap ratio 0), and by type of the wind capture 300 (number Type) 17.9% power factor ( C p ) in the
상기와 같이 기하학적 파라메타(Geometrical Parameter)로 오버랩영역의 오버랩비율과 제 1, 제 2 항력블레이드(200a,200b) 각각의 일측 끝단으로부터 일정거리 중간 중간에 형성된 윈드캡쳐(300)의 형태별(번호/타입)과, 제 1, 제 2 항력블레이드(200a,200b)의 끝단으로 연장되는 연장각도(θ), 제 1 항력블레이드(200a)와 제 2 항력블레이드(200b)의 Y축 간격(a)를 실험하여 최적의 데이터를 확인한바 본 발명의 저풍속 풍력발전장치를 이용하는 구조를 채택함으로써 바람의 방향에 관계없이 작은 바람에서도 효율이 높은 풍력발전을 수행할 수 있게 된다. As described above (number / type) of the overlap ratio of the overlap region and the wind capturing 300 formed in the middle of a predetermined distance from one end of each of the first and
상기와 같이 구성되는 저풍속 풍력발전장치는 전체적인 형태에 따라 여러 실시 예로 구분할 수 있다. Low wind speed wind turbine generator configured as described above can be divided into various embodiments according to the overall form.
도 11의 (a)는 일체형 연결암(410)에 직립형 항력블레이드(200)가 조립되고 이를 다양한 각도에서 바라본 도면이고, 도 11의 (b)는 조립형 연결암(420a,420b)에 직립형 항력블레이드(200)가 조립되고 이를 다양한 각도에서 바라본 도면이다. 이때, 도 11의 (a),(b)에 도시한 바와 같이 항력블레이드(200)는 일체형 연결암(410) 또는 조립형 연결암(420a,420b)에 중심샤프트(100)를 기준으로 오버랩영역이 이루어지도록 조립된다. Figure 11 (a) is an
도 12는 연결암(400)의 상하부에 항력블레이드(200)가 조립된 상태에서 (a)는 항력블레이드(200)가 직립형태로 이루어진 도면이고, (b)는 항력블레이드(200)가 대블록 단위의 다단을 이루되 각 블럭이 이웃블록에 대해 60도 단위로 틀어진 도면이며, (c)는 항력블레이드가 소블록 단위의 다단을 이루되 각 블럭이 이웃블록에 대해 5도 단위로 틀어진 도면이다.12 is a view in which the
도 12의 (a)와 같이 항력블레이드(200)는 중심샤프트(100)와 평행되게 직립형태로 이루어질 수 있다. 그리고, 도 12의 (b)와 같이 항력블레이드(200)는 길이방향으로 일정간격 구분되는 블록단위를 형성하되, 길이에 대하여 3개 정도로 균분되는 대블록단위를 형성하며, 대블록단위는 이웃한 대블록단위(a,b,c,)에 대해 60°내지 180°각도 틀어진 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 도 12의 (c)와 같이 항력블레이드는 길이방향으로 소정간격 구분되는 소블록단위의 다단을 이루고, 소블록단위는 이웃한 소블록단위(a,b,c,d,...)에 대해 1°내지 19°범위 내의 일정각도로 틀어져 트위스트 형태로 이루어질 수 있다. As shown in FIG. 12A, the
그리고, 도 11과 도 12의 (a)와 같이 항력블레이드(200)가 직립형태로 구성될 때 항력블레이드(200)의 상하부에는 중심샤프트(100)와 결합되는 도 11(a)의 일체형 연결암(410) 또는 도 12(a)의 조립형 연결암(420a, 420b)이 결합되어진다. 그리고, 도 12의 (b)와 같이 항력블레이드(200)가 대블록 단위의 다단으로 구성될 때는 대블록단위(블록a,b,c) 각 단의 상하부에 조립형 연결암(420a,420b)이 결합되어지고, 도 12의 (c)와 같이 항력블레이드가 소블록 단위의 다단으로 구성될 때 소블록단위(블록a,b,c,d) 각 단의 상하부에 조립형 연결암(420a,420b)이 결합되어진다. 즉, 항력블레이드(200)의 상부에 일체형 연결암(410) 또는 조립형 연결암(420a, 420b)이 결합되고, 항력블레이드(200)의 하부에도 일체형 연결암(410) 또는 조립형 연결암(420a, 420b)이 결합된다.11 and 12 (a), when the
여기서, 도 12의 (c)는 상하단의 조립형 연결암(420a,420b)과 조립형 연결암(420a, 420b)에서 지지대가 제거된 형상의 다수개의 항력블레이드가 소블럭 각도 즉, 1°내지 19°범위 내의 일정각도로 틀어지면서 조립되어 소블럭 다단으로 조립될 수 있다. 이때 블레이드 폭 1.5 m 정도 이상에서는 중간단의 조립형 연결암(420a, 420b)에서 지지대를 제거하지 않고 도 9와 같이 구성하여 블레이드를 견고하게 유지하는 것이 바람직하다. 또한 여기서, 도 9와 같이 항력블레이드 없이 다수 개의 조립형 연결암(420a, 420b)이 소블럭 각도 즉, 1°내지 19°범위 내의 일정각도로 틀어지면서 조립되어 소블럭 다단으로 조립될 수 있다. Here, (c) of FIG. 12 shows a plurality of drag blades having a shape where a support is removed from the assembled connecting
도 13은 본 발명에 따른 저풍속 풍력발전장치를 수평으로 설치한 도면으로 여러방향에서 불어오는 바람이 풍력발전장치에 작용하는 것을 도시한 도면이고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 저풍속 풍력발전장치가 수평, 수직 그리고 경사지게 설치되는 상태를 도시한 도면이다. FIG. 13 is a view illustrating horizontally installing a low wind speed wind turbine generator according to the present invention, in which wind blowing from various directions acts on the wind turbine generator. FIG. 14 is a view illustrating a low wind speed generator according to an embodiment of the present invention. Figure is a view showing a state in which the wind turbine is installed horizontally, vertically and inclined.
도 13과 같이 수평으로 설치된 저풍속 풍력발전장치는 바람의 방향에 관계없이 작은 바람에서도 효율이 높은 풍력발전을 수행할 수 있게 되며, 차후 추가로 증설시 모듈 1에서 모듈 2, 3으로의 연결이 빠르고 용이하며 증설부분의 원가도 절감할 수 있다.The low wind speed wind turbine installed horizontally as shown in FIG. 13 enables high efficiency wind power generation even in small winds regardless of the direction of the wind. It is quick and easy and can reduce the cost of the expansion part.
또한, 도 14와 같이 항력블레이드(200)와 윈드캡쳐(300)로 이루어진 블레이드 모듈이 하나 또는 다수개로 적층이 가능하고, 하나 또는 다수개로 적층된 블레이드 모듈은 수직형, 수평형, 각도가 비스듬한 상태의 경사형 또는 이외의 각도 등 설치환경에 따라 적합하게 설치가능하며 바람으로 발전을 일으키기 위한 곳이라면 어디든 적용할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 14, the blade module including the
이와 같이 저풍속 풍력발전장치는 기하학적 파라메타(Geometrical Parameter)로 오버랩영역의 오버랩비율과 제 1, 제 2 항력블레이드의 끝단으로 연장되는 연장각도(θ)와 제 1, 제 2 항력블레이드의 Y축 간격(a)을 갖는 항력블레이드 및 제 1, 제 2 항력블레이드에 각각 구비된 에어포일형 윈드캡쳐의 구조를 채택함으로써 바람의 항력과 양력을 동시에 이용하여 풍력발전의 출력계수를 가속화할 뿐만 아니라 바람의 방향이나 특정한 지역 또는 위치에 구애됨이 없이 작은 바람에도 풍력발전의 효율을 높일 수 있게 된다.As described above, the low wind speed wind turbine generator is a geometrical parameter, and the overlap ratio of the overlap region and the extension angle θ extending to the ends of the first and second drag blades and the Y-axis spacing of the first and second drag blades. By adopting the structure of the drag blade having (a) and the airfoil type wind capturing provided in the first and second drag blades, the wind power output coefficient is not only accelerated by using the drag and lift of the wind at the same time. Wind power can be improved even with small winds, regardless of direction or specific location or location.
또한, 에어포일형 윈드캡쳐가 구비된 항력블레이드는 알미늄 또는 플라스틱의 압출(Extrusion Injection)로 쉽게 제작이 되고, FRP나 파이프의 후가공으로도 다양하게 제작이 가능하며, 대량 생산시에는 금형에 의한 사출이 바람직하다. 특히, 샤프트 홀더 등의 철이나 알미늄 재질의 중간부품은 레이저를 이용한 정밀한 가공에 의하여 원가 경쟁력 있는 제품의 생산이 이루어질 수 있다.In addition, drag blades equipped with airfoil-type windcaptures are easily manufactured by extrusion injection of aluminum or plastic, and can be variously manufactured by FRP or post-processing, and injection by mold during mass production. This is preferred. In particular, intermediate parts made of iron or aluminum such as shaft holders can be produced at a cost competitive product by precise processing using a laser.
또한, 필요한 수만큼 적층하여 다양한 크기의 항력블레이드를 용이하게 형성할 수 있음에 따라 블레이드의 설치작업 효율을 향상시키고, 작업비용을 절감시킬 수 있으며, 아울러 장소나 위치에 구애받지 않고 저렴한 비용으로 풍력발전장치의 설치가 가능하여 경제적이고, 친환경적이다.In addition, it is possible to easily form drag blades of various sizes by stacking as many as necessary, thereby improving blade installation efficiency and reducing work costs, and at a low cost regardless of location or location. It is economical and eco-friendly because it is possible to install power generation equipment.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정한 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the specific embodiments described above. That is, a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make many changes and modifications to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims, and all such appropriate changes and modifications are possible. Equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
100: 중심샤프트 120: 샤프트 홀더
121: 결합공 200: 항력블레이드
200a: 제 1 항력블레이드 200b: 제 2 항력블레이드
200c: 제 3 항력블레이드 210: 조립홈
300: 윈드캡쳐 310: A타입
320: B타입 330: C타입
400: 연결암 410: 일체형 연결암
411: 관통공 412: 체결공
413: 볼트공 420a,420b 조립형 연결암
421: 축결합부 422: 지지대
423: 볼트공 500: 발전모듈 100: center shaft 120: shaft holder
121: Combination hole 200: Drag blade
200a:
200c: third drag blade 210: assembly groove
300: Wind Capture 310: Type A
320: B type 330: C type
400: connecting arm 410: integral connecting arm
411: through hole 412: fastening hole
413:
421: shaft coupling portion 422: support
423: bolt hole 500: power generation module
Claims (18)
상기 풍력발전장치는 회전가능한 상태로 지지되어 회전모멘트를 발생시키는 중심샤프트;
상기 중심샤프트의 상,하단부에 결합되어 항력블레이드의 결합수단으로 사용되는 연결암;
상기 연결암에 결합되고, 회전모멘트를 크게 하기 위해 중심샤프트를 기준으로 일정비율의 오버랩 영역을 형성하여 일측 회전방향으로 배치고정되며 반원 모양을 갖는 복수 개의 항력블레이드;
상기 항력블레이드의 몸체에 길이방향으로 구비되고, 풍력에 의한 회전모멘트를 높이도록 항력블레이드 회전방향을 향해 오목한 에어포일 형상의 윈드캡쳐; 및
상기 중심샤프트의 연장선상에 위치되어 상기 중심샤프트의 회전모멘트를 받아 발전을 일으키는 발전모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 저풍속 풍력발전장치.In the wind turbine generating power by the wind,
The wind turbine generator is supported in a rotatable state to generate a rotational shaft;
A connection arm coupled to the upper and lower ends of the center shaft and used as a coupling means of the drag blade;
A plurality of drag blades coupled to the connection arm and fixed in one rotational direction by forming overlap regions of a predetermined ratio with respect to the center shaft to increase the rotation moment;
An air foil-shaped wind cap provided in the body of the drag blade in a longitudinal direction and concave toward the drag blade rotation direction to increase a rotation moment caused by wind power; And
And a power generation module positioned on an extension line of the center shaft and generating power by receiving a rotation moment of the center shaft.
상기 연결암은 원판형상으로 이루어지고, 원판의 중심부에 상기 중심샤프트가 관통되는 관통공이 형성되며, 상기 관통공의 외측에는 중심샤프트에 고정된 샤프트 홀더가 체결되는 체결공이 형성되고, 원판의 상면에 항력블레이드가 결합되는 면을 따라 볼트공이 형성되는 일체형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저풍속 풍력발전장치.The method of claim 1,
The connecting arm has a disc shape, a through hole through which the center shaft penetrates is formed in the center of the disc, and a fastening hole through which the shaft holder fixed to the center shaft is fastened is formed on the outer side of the disc. Low wind speed wind turbine generator, characterized in that made in one piece is formed with a bolt hole along the surface coupled to the drag blade.
상기 일체형 연결암과 중심샤프트의 결합은 상면에 결합공이 형성된 한 쌍의 샤프트 홀더가 상기 중심샤프트에 고정되고, 상기 샤프트홀더의 상면에 형성된 결합공과, 상기 일체형 연결암에 형성된 체결공을 볼트로 체결하여 결합하는 것을 특징으로 하는 저풍속 풍력발전장치.The method of claim 2,
Coupling of the integrated connection arm and the central shaft is a pair of shaft holders having a coupling hole formed on the upper surface is fixed to the central shaft, the coupling hole formed on the upper surface of the shaft holder and the fastening hole formed in the integrated connection arm by bolts Low wind speed wind turbine characterized in that coupled to.
상기 연결암은 중심샤프트와 결합되는 축결합부가 형성되고, 상기 축결합부의 외측면에 균분되게 지지대가 연결되며, 상기 항력블레이드에 결합되고 상기 중심샤프트를 기준으로 오버랩 영역을 형성하여 일측 회전방향으로 배치되며 회전방향을 향해 오목한 에어포일 형상의 윈드캡쳐가 구비되는 제 1, 제 2 연결암으로 구성되는 조립형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저풍속 풍력발전장치.The method of claim 1,
The connecting arm has a shaft coupling portion coupled to the central shaft, the support is evenly connected to the outer surface of the shaft coupling portion, coupled to the drag blade and forming an overlap region with respect to the central shaft in one direction of rotation Low wind speed wind turbine generator characterized in that the assembly is composed of the first, the second connection arm is provided with the air-foil wind capture concave disposed in the rotation direction.
상기 지지대는 단면이 에어 포일 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 저풍속 풍력발전장치.The method of claim 4, wherein
The support is low wind speed the wind turbine generator, characterized in that the cross section is made of air foil shape.
상기 연결암은 제 1, 제 2 연결암 상면에 1°각도로 틀어짐을 갖는 다수개의 볼트공이 형성되는 것을 특징으로 하는 저풍속 풍력발전장치.The method of claim 4, wherein
The connection arm is a low wind speed the wind turbine generator, characterized in that a plurality of bolt holes are formed at a 1 ° angle on the upper surface of the first and second connection arms.
상기 연결암은 다수개의 제 1, 제 2 연결암이 1°내지 19°범위 내의 일정각도로 틀어져 트위스트 형태로 조립되는 것을 특징으로 하는 저풍속 풍력발전장치.The method of claim 6
The connecting arm is a low wind speed wind turbine generator, characterized in that the plurality of first and second connecting arms are twisted at a predetermined angle within the range of 1 ° to 19 ° assembled in a twisted form.
상기 항력블레이드의 오버랩 영역의 오버랩 비율은 중심샤프트인 중심축이 샤프트로 구성된 경우, 반원 간의 겹쳐지는 X축 간격(e)에서 중심축의 샤프트 지름(e')을 뺀 값을 반원 지름(d)으로 나누어 형성하고, 중심샤프트인 중심축이 항력블레이드로 지지되어 샤프트 없이 구성된 경우, 반원 간의 겹쳐지는 X축 간격(e)을 반원 지름(d)으로 나누어 형성되는 것을 특징으로 하는 저풍속 풍력발전장치.The method of claim 1,
The overlap ratio of the overlap area of the drag blade is the semi-circle diameter (d) when the central axis, which is the central shaft, is composed of a shaft, and subtracts the shaft diameter (e ') of the central axis from the overlapping X-axis spacing (e) between the semicircles. Low wind speed wind turbine generator, characterized in that divided and formed, if the central shaft is a shaft that is supported by the drag blades configured without a shaft, the overlapping X-axis spacing (e) between the semicircles is formed by dividing the semicircle diameter (d).
상기 항력블레이드의 오버랩 영역의 오버랩 비율은 5% 내지 34% 이내로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저풍속 풍력발전장치.The method of claim 8,
Low wind speed wind turbine generator, characterized in that the overlap ratio of the overlap area of the drag blade is made within 5% to 34%.
상기 항력블레이드는 외향측 단부가 반원으로부터 연장되며, 연장각도(θ)는 반원의 중심점으로부터 -3°내지 35°내로 연장되는 것을 특징으로 하는 저풍속 풍력발전장치.The method of claim 1,
The drag blade has an outward side end portion extending from the semicircle, and the extending angle (θ) extends from -3 ° to 35 ° from the center point of the semicircle.
상기 항력블레이드는 반원 간의 Y축 간격(a)이 항력블레이드 반원지름(d)의 -5/110 내지 1/5 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 저풍속 풍력발전장치.The method of claim 1,
The drag blade is a low wind speed wind turbine generator, characterized in that the Y-axis spacing (a) between the semicircles are formed at intervals of -5/110 to 1/5 of the drag blade semicircle diameter (d).
상기 항력블레이드는 상기 중심샤프트의 길이방향과 평행되게 직립형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 저풍속 풍력발전장치.The method of claim 1,
The drag blade is a low wind speed the wind turbine generator, characterized in that formed in an upright form parallel to the longitudinal direction of the central shaft.
상기 항력블레이드는 길이방향으로 대블록단위의 다단을 이루고, 상기 대블록단위는 이웃한 대블록단위에 대해 60°내지 180°각도로 틀어진 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 저풍속 풍력발전장치.The method of claim 1,
The drag blade forms a multi-stage of large blocks in the longitudinal direction, wherein the large block unit is formed in a form twisted at an angle of 60 ° to 180 ° with respect to the neighboring large block unit.
상기 항력블레이드는 길이방향으로 소블록단위의 다단을 이루고, 상기 소블록단위는 이웃한 소블록단위에 대해 1°내지 19°범위 내의 일정각도로 틀어져 트위스트 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 저풍속 풍력발전장치.The method of claim 1,
The drag blade forms a multi-stage of small block units in a longitudinal direction, and the small block unit is twisted at a predetermined angle within a range of 1 ° to 19 ° with respect to a neighboring small block unit, and is formed in a twisted shape. Power generation device.
상기 저풍속 풍력발전장치는 수직, 수평 그리고 경사지는 것을 포함한 수직과 수평 이외의 각도 중 어느 한 가지로 설치되는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 저풍속 풍력발전장치.The method of claim 1,
The low wind speed the wind turbine generator is low wind speed wind turbine characterized in that it is possible to be installed at any one of the vertical and horizontal angles, including the vertical and horizontal.
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