KR101287007B1 - 풍차 및 수차 겸용 회전자 - Google Patents

풍차 및 수차 겸용 회전자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회전자가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자는 수력 또는 풍력발전기의 회전자에 있어서, 원기둥형태로 형성되며, 외주면에 원주방향을 따라 복수개의 기둥부재가 구비된 회전축과, 상기 기둥부재와 일부분이 회동가능하게 결합되고, 일측에 보조날개가 구비되며, 회동시 상기 기둥부재와의 충격을 흡수할 수 있도록 한 충격흡수재가 마련된 회전날개를 포함하는 풍차 및 수차 겸용 회전자를 제공한다.

Description

풍차 및 수차 겸용 회전자{rotator of hydraulic generator or aerogenerator}
본 발명은 풍차 및 수차 겸용 회전자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력 또는 수력에 의해 회전되는 회전자의 회전날개를 회동되도록 함으로써, 회전자의 회전시 풍력 또는 수력의 저항을 최소화할 수 있도록 하여 회전을 원활하게 할 수 있도록 한 풍차 및 수차 겸용 회전자에 관한 것이다.
일반적인 발전방법으로 수력발전, 화력발전, 원자력발전 등을 들 수 있는데, 이러한 발전방법들은 대규모의 발전설비가 필요하고, 화력발전의 경우 발전설비를 가동시키기 위해 엄청난 양의 석유 또는 석탄에너지가 필수적으로 공급되어야 함으로 석유, 석탄자원이 고갈되고 있는 현 시점에서는 많은 어려움이 예견되고 있으며, 공해도 큰 문제가 되고 있다. 또한, 원자력발전의 경우는 방사능 유출과 핵폐기물 처리가 심각한 문제점을 안고 있다. 따라서 이러한 일반적인 발전방법보다 저렴하고 안전하고 획기적인 발전방법이 요구되고 있다.
한편, 석유나 석탄자원이 필요 없고 방사능이나 핵폐기물 문제가 없는 발전방법으로는 태양열발전, 파력발전, 조력발전, 풍력발전 등 다양하며, 이 가운데 바람을 이용한 풍력발전기와, 조수간만의 차이에 따라 조수가 수평 이동하는 힘을 이용한 조력발전, 그리고, 파도의 낙차(파랑에너지)를 이용한 파력발전이 수력발전의 형태로 대표적으로 사용되고 있다.
이러한, 풍력발전 또는 수력발전은 바람 또는 파도의 유동시에 운동 에너지의 유체역학적 특성을 이용하여 회전자(rotor)를 회전시키는 과정에서 바람 또는 물이 갖는 위치에너지를 풍차 또는 수차를 이용하여 기계에너지로 변환하고 이것을 다시 전기에너지로 변환하는 발전방식으로서, 바다와 같이 상시 생성 및 소멸되는 파도의 수평운동에너지 변화를 이용하여 전력을 생산할 수 있도록 한 것이다.
즉, 바람이 부는 힘 또는 물이 떨어지는 힘으로 회전자를 회전시키면 풍(수)차의 축에 연결되어 있는 발전기가 돌아가게 되어 전기를 발생시키는 것으로, 발전기의 출력은 바람에 의해 회전되는 회전자의 회전수에 비례하므로 회전자가 원활히 회전할 수 있도록 구성하는 것이 중요하다.
그러나, 종래의 풍력발전기 또는 수력발전기에 사용된 회전자는 단순히 바람이 부는 방향 또는 물이 흐르는 방향으로만 회전할 수 있도록 한 기능만 갖추고 있을 뿐, 회전자의 회전저항의 감소를 위한 별도의 구성을 구비하지 않고 있어서 회전날개의 회전효율을 극대화시키는데 한계가 있었다.
또한, 상기 회전자의 회전에 의해 풍력 발전 또는 수력 발전하는 과정에서 회전자는 날개의 형상이나 바람 또는 물이 흐르는 방향 등의 이유로 인해 풍력 또는 수력의 손실이 발생됨으로 회전력이 저하되는 문제점이 있었다.
즉, 본 출원인이 2009년에 출원한 출원번호2009-0078899에 개시된 바와 같이 회전축이 마련되고 상기 회전축에 회전날개가 고정되게 설치되어 회전자가 원활히 할 수 있도록 하였으나, 이마저도 회전날개가 고정된 상태에서 회전되어 회전시 회전저항을 최소화할 수는 없었다.
따라서, 본 출원인은 회전자의 회전 저항을 최소화할 수 있도록 한 풍차 및 수차겸용 회전자를 강구하게 되었다.
본 발명은 상술한 수력 또는 풍력에 의해 회전하게 되는 회전자의 회전시 회전력을 극대화하는 한편, 회전자의 회전저항을 최소화함으로써, 회전자가 원활하게 회전될 수 있도록 하여 회전률을 극대화할 수 있도록 한 풍차 및 수차 겸용 회전자를 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수력 또는 풍력발전기의 회전자에 있어서, 원기둥형태로 형성되며, 외주면에 원주방향을 따라 복수개의 기둥부재가 구비된 회전축과, 상기 기둥부재와 일부분이 회동가능하게 결합되고, 일측에 보조날개가 구비되며, 회동시 상기 기둥부재와의 충격을 흡수할 수 있도록 한 충격흡수재가 마련된 회전날개를 포함하는 풍차 및 수차 겸용 회전자가 제공된다.
또한, 상기 기둥부재는 일단이 상기 회전축과 고정결합되며 타단에 상기 회전날개와 회동가능하게 결합될 수 있도록 한 회동부가 마련되는 것으로, 상기 회동부는 내부에 상기 회전날개의 일부분이 삽입되어 회동될 수 한 수용홈 및 안내공이 형성된 몸체와, 상기 몸체와 볼트에 의해 결합되는 덮개로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전날개는 바람 또는 물의 흐름을 통해 회전력을 극대화할 수 있도록 형성된 것으로, 그 단면이 반원형태로 형성되되 일측이 오목하게 형성되고, 타측이 둥근 형태의 바가지 형상으로 형성되며 내부에 복수개의 날개살이 마련된 날개부재와, 상기 날개부재에 일단이 고정결합되고, 타단이 상기 기둥부재에 회동가능하게 결합될 수 있도록 회동돌기가 마련된 "ㄱ"자 형상의 연결부재로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기둥부재는 일면이 둥근 형태로 형성되고, 타측면이 평면으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전축에 등간격으로 배치된 회전날개 사이 사이에 상기 회전날개 보다 작은 크기를 갖는 제2회전날개가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자는 수력 또는 풍력에 의해 회전하게 되는 회전자의 회전시, 회전축에 대해 날개가 회동되도록 함으로써, 회전저항을 최소화하여 회전자가 원활하게 회전할 수 있다.
또한, 날개의 외측에 보조날개를 형성하여 날개가 회동된 상태에서도 수력 또는 풍력에 의해 회전자가 회동될 수 있도록 함으로써 회전률을 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자가 사용된 발전장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자의 날개가 회동된 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자의 물이 유동되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자의 변경 사용예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자의 또 다른 변경 사용예를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조로 더욱 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자는 수력 또는 풍력에 의해 회전시 회전저항을 최소화함으로써, 회전자가 원활히 회전할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
일반적으로 수력 또는 풍력발전기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 증속기(110), 발전기(120) 및 회전자(130)를 포함한다.
상기 증속기(110)는 회전자(130)와 연결되어 회전자(130)의 회전력을 발전기(120)에 전달하는 역할을 하며, 또한, 상기 발전기(120)는 상기 증속기(110)를 통해 전달받은 회전력을 전기에너지로 변환시키는 역할을 한다.
구체적으로, 발전기(120)는 상기 회전자(130)와 증속기(110)가 복수개의 기어 또는 벨트 또는 체인 등과 같은 구성요소에 의해 연결되며, 상기 증속기(110)는 발전기(120)에서 필요로 하는 만큼 회전력을 증속한 후, 상기 증속기(110)에서 증속된 동력을 발전기(120)로 공급하여 발전을 행하도록 구성되어 있다.
본 발명의 명세서에서는 수력 및 풍력 발전을 행하기 위한 기본적인 구성에 대하여 언급하고 있으나, 이에 해당하는 각 구성품인 증속기(110) 및 발전기(120)의 구성은 이미 공지된 기술에 해당한다는 점에서 본 발명의 명세서에서는 자세한 설명은 생략하고, 본 발명의 특징이라 할 수 있는 회전자(130)에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자를 도시한 사시도로서, 이를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자는 바람 또는 물에 의해 원활하게 회전하여 상기 증속기(110) 및 발전기(120)에 기계적 에너지를 제공하여 전기적 에너지를 얻을 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 것으로, 크게 회전축(140)과, 회전날개(150)를 포함한다.
회전축(140)은 원기둥형태로 형성되며, 외주면에 복수개의 기둥부재(142)가 구비된다.
이때, 상기 회전축(140)은 내부가 빈 원통형의 회전축(140)을 사용할 수도 있으나, 후술하는 날개의 하중에 견딜 수 있도록 하면서, 무게로 인한 원심력으로 회전력이 지속되도록 원통형보다는 속이 찬 원기둥 형태의 회전축(140)을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 회전축(140)의 외주면에 마련되는 복수개의 기둥부재(142)는 원주방향을 따라 적어도 2 개 이상이 마련되는 것으로, 본 발명의 일 실시예에서는 3개의 기둥부재(142)가 등간격으로 구비된다.
상기 복수개의 기둥부재(142)는 도 3에 도시된 바와 같이, 일단이 상기 회전축에 고정결합되며, 타단에는 구 형태의 회동부(144)가 형성된다.
상기 회동부(144)는 도 3의 확대도에 도시된 바와 같이, 몸체(144a)와, 상기 몸체(144a)와 볼트(S)에 의해 결합되는 덮개(144b)로 이루어져 있으며, 상기 몸체(144a)의 내부에는 후술하는 연결부재(154)의 회동돌기(154a)가 끼움결합되어 회동될 수 있도록 한 수용홈(144c)이 형성된다.
이때, 상기 몸체(144a)에는 상기 회동돌기의 회전시 연결부재가 회동될 수 있도록 한 안내공(144d)이 형성되어 상기 연결부재가 회동될 수 있도록 하는 동시에 일정각도 회전하면 더 이상 회전되지 않도록 형성된다.
한편, 회전날개(150)는 일부분이 상기 기둥부재(142)의 회동부(144)에 회동가능하게 결합되어 도 4에 도시된 바와 같이, 회동될 수 있는 구조로 형성되는 것으로, 물 또는 바람의 유동에 의한 흐름을 발전에 반영하도록 하고 있는 바, 유속 또는 풍속에 의한 흐름을 보다 정확히 반영하도록 하기 위해 마치 바가지 형상으로 형성되는 날개부재(152) 및 상기 날개부재(152)와 회전축(140)의 기둥부재(142)를 연결하는 연결부재(154)로 이루어진다.
상기 회전날개(150)의 날개부재(152)는 도 5에 도시된 바와 같이, 반원형태로 형성되되, 일측이 오목하게 형성되도록 하여 수력이나 풍력에 의한 저항이 극대화되도록 하고, 둥근형태로 형성된 외측은 수력이나 풍력의 저항이 최소화되도록 하여 원활히 회전할 수 있도록 한다.
이때, 상기 오목하게 형성된 내측에는 복수개의 날개살(156)을 구비하여 물 또는 바람에 의해 날개부재(152)가 파손되는 것을 방지할 수 있도록 한다.
또한, 상기 날개부재(152)는 둥근형태로 형성된 외주면에 보조날개(158)가 돌출되게 형성된다.
상기 보조날개(158)는 도 3에 도시된 바와 같, 회전의 영향으로 날개부재(152)가 회동되었을 경우 상기 보조날개(158) 내로 바람이 유입되어 유입된 바람에 의해 회전력을 얻을 수 있도록 한 것이다.
또한, 상기 날개부재(152)와 기둥부재(142)를 연결하는 연결부재(154)는 "ㄱ"자 형상으로 절곡되게 형성되어 일단은 상기 날개부재(152)와 고정결합되고, 타단은 상술한 회동부(144)의 수용홈(144c)에 삽입되어 회동될 수 있도록 한 회동돌기(154a)가 형성된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자는 도 6에 도시된 바와 같이, 바람 또는 물에 의해 회전하되, 기둥부재(142)의 일단에 형성된 회동부(144)의 수용홈(144c)에 연결부재(154)의 회동돌기(154a)가 회동가능하게 결합되어 회전자(130)의 회전시 날개부재(152)가 회동되어 회전저항을 최소화할 수 있게 되는 것이다.
이때, 기둥부재(142)에 대해 회전날개(150)가 회동시 충격에 의해 회전날개(150)가 파손되는 것을 방지할 수 있도록 상기 기둥부재(142)의 회동부(144)에는 일측으로 돌출되는 충격흡수재(160)가 마련된다.
여기서, 상기 충격흡수재(160)는 탄성력을 갖는 것으로, 상기 회전날개(150)가 회동부(144)와 접촉시 충격을 흡수할 수 있는 재질이라면 제한을 두지 않는다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자(130)는 상기 기둥부재(142)를 도 7에 도시된 바와 같이, 반원형상으로 형성하여 상부는 원주면을 따라 바람 또는 물이 자연스럽게 흐르도록 하고, 하부는 평면으로 형성하여 마치 상승기류가 형성되도록 함으로써, 회전자(130)의 전체적인 하중을 줄여줄 수 있도록 할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자(130)는 도 8에 도시된 바와 같이, 회전축(140)의 외주면을 따라 등간격으로 형성된 회전날개(150)의 사이 사이에 상기 회전날개(150)보다 작은 제2회전날개(170)를 형성하여 회전력을 극대화시킬 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자(130)는 수력 또는 풍력에 의해 회전하게 되는 회전자(130)의 회전시, 회전축(140)에 대해 회전날개(150)가 회동 되도록 함으로써, 회전저항을 최소화하여 회전자(130)가 원활하게 회전할 수 있다.
또한, 회전날개(150)의 외측에 보조날개(158)를 형성하여 회전날개(150)가 회동된 상태에서도 수력 또는 풍력에 의해 회전자(130)가 회동될 수 있도록 함으로써 회전률을 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍차 및 수차 겸용 회전자(130)는 회전저항을 최소화하면서도 구조가 간소하여 제작시 제작비를 절감할 수 있다.
지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적인 균등범위까지 포함된다 할 것이다.
100 : 풍력발전기 110 : 증속기
120 : 발전기 130 : 회전자
140 : 회전축 142 : 기둥부재
144 : 회동부 144a : 몸체
144b : 덮개 144c : 수용홈
144d : 안내공 150 : 회전날개
152 : 날개부재 154 : 연결부재
154a : 회동돌기 156 : 날개살
158 : 보조날개 160 : 충격흡수재
170 : 제2회전날개 S : 볼트

Claims (5)

  1. 수력 또는 풍력발전기의 회전자에 있어서,
    원기둥형태로 형성되며, 외주면에 원주방향을 따라 복수개의 기둥부재가 구비된 회전축과,
    상기 기둥부재와 일부분이 회동가능하게 결합되고, 일측에 보조날개가 구비되며, 회동시 상기 기둥부재와의 충격을 흡수할 수 있도록 한 충격흡수재가 마련된 회전날개를 포함하되,
    상기 회전날개 사이 사이에 상기 회전날개 보다 작은 크기를 갖는 제2회전날개가 구비되는 것을 특징으로 하는 풍차 및 수차 겸용 회전자.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 기둥부재는
    일단이 상기 회전축과 고정결합되며 타단에 상기 회전날개와 회동가능하게 결합될 수 있도록 한 회동부가 마련되는 것으로, 상기 회동부는
    내부에 상기 회전날개의 일부분이 삽입되어 회동될 수 한 수용홈 및 안내공이 형성된 몸체와;
    상기 몸체와 볼트에 의해 결합되는 덮개로 이루어진 것을 특징으로 하는 풍차 및 수차 겸용 회전자.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 회전날개는
    바람 또는 물의 흐름을 통해 회전력을 극대화할 수 있도록 형성된 것으로, 그 단면이 반원형태로 형성되되 일측이 오목하게 형성되고, 타측이 둥근 형태의 바가지 형상으로 형성되며 내부에 복수개의 날개살이 마련된 날개부재와,
    상기 날개부재에 일단이 고정결합되고, 타단이 상기 기둥부재에 회동가능하게 결합될 수 있도록 회동돌기가 마련된 "ㄱ"자 형상의 연결부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 풍차 및 수차 겸용 회전자.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 기둥부재는 일면이 둥근 형태로 형성되고, 타측면이 평면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 풍차 및 수차 겸용 회전자.
  5. 삭제
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