KR101295260B1 - 보조날개를 설치한 풍력발전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 보조날개를 설치한 풍력발전기는, 수직으로 고정되는 타워; 상기 타워의 상부에 구비되며 수평으로 회전축이 구비된 본체; 상기 회전축의 전방에 회전가능하게 설치되는 날개; 및 상기 본체의 양측에 각각 수평으로 구비되며, 전방이 하향 되게 소정 각도 기울여지게 형성되고, 후방이 수평으로 날 형상을 갖도록 형성되어, 상기 날개로부터 지나가는 공기에 의해 발생한 양력의 성분 중 상기 본체에 수평방향 성분인 x방향 성분이 풍 하중의 방향과 반대 방향으로 작용하고, 상기 x방향 성분과 수직방향 성분인 y방향 성분이 자중의 방향과 반대방향으로 작용하도록 양력을 발생시키는 보조날개;를 포함한다.
풍력발전기, 보조날개, 양력, 타워, 기초부, 모멘트, 집중하중, 풍 하중

Description

보조날개를 설치한 풍력발전기{Aerogenerator that establish aileron}
본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로, 특히 보조날개를 설치하여 풍 하중이 증가하더라도 모멘트와 집중하중이 한계 이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있도록 함으로써, 풍력발전기의 타워 및 기초부의 체결강도 저하를 방지할 수 있는 보조날개를 설치한 풍력발전기에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전기는 바람의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키기 위하여 풍속이 높은 지역에 설치된다. 이와 같은 풍력발전기는 형태, 구조, 구성품 및 출력제어 상태에 따라 분류되고 있다.
즉, 풍력발전기는 그 형태에 따라 수평축과 수직축 풍력발전기로 구분된다. 수직축 풍력발전기는 회전축이 수직으로 되어 있으며, 수평축 풍력발전기는 회전축이 수평으로 되어 있는 풍력발전기이다. 또한, 풍력발전기는 동력전달장치의 구조에 따라 간접구동형(Geared type)과 직접구동형(Gearess type)로 구분된다.
여기서, 수평축 풍력발전기(1)는 일반적으로 지면에 고정적으로 설치되는 타워(10)와, 상기 타워(10)의 상부에 설치된 본체(11)와, 상기 본체에 설치되는 수평축(12)과, 상기 수평축(12)의 전방에 회전가능하게 설치되는 날개(13)로 구성된다.
그러나 이와 같은 종래의 수평축 풍력발전기(1)는, 풍속이 높을수록 큰 풍 하중이 풍력발전기(1)의 타워 및 기초부에 집중적으로 모멘트 및 집중하중을 작용시키게 된다. 이에 따라, 상기 타워 또는 기초부가 풍 하중에 의한 외력을 견디지 못하고 파손되거나 체결 강도가 저하되는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 풍 하중으로 인한 외력을 견딜 수 있도록 타워 또는 기초부에 기계적인 강도를 높일 수 있도록 설계·제작 하고는 있으나, 이는 그 구조가 복잡해 풍력발전시스템의 단가를 높이는 원인이 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 날개의 후방에 양력을 발생시키는 보조날개를 설치함으로써, 풍 하중이 증가하더라도 풍력발전기의 타워 및 기초부에 작용하는 모멘트와 집중하중이 한계 이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있는 보조날개를 설치한 풍력발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수직으로 고정되는 타워; 상기 타워의 상부에 구비되며 수평으로 회전축이 구비된 본체; 상기 회전축의 전방에 회전가능하게 설치되는 날개; 및 상기 본체의 양측에 각각 수평으로 구비되며, 전방이 하향 되게 소정 각도 기울여지게 형성되고, 후방이 수평으로 날 형상을 갖도록 형성되어, 상기 날개로부터 지나가는 공기에 의해 발생한 양력의 성분 중 상기 본체에 수평방향 성분인 x방향 성분이 풍 하중의 방향과 반대 방향으로 작용하고, 상기 x방향 성분과 수직방향 성분인 y방향 성분이 자중의 방향과 반대방향으로 작용하도록 양력을 발생시키는 보조날개; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 보조날개를 설치하여 풍 하중에 의한 모멘트 및 집중하중이 한계 이상으로 상승하는 것을 방지함으로써, 높은 풍속에서도 타워 및 기초부의 파손 또는 체결강도가 저하되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 단순한 구조를 가지기 때문에 풍력발전기의 제작 단가가 높지 않은 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 보조날개를 설치한 풍력발전기의 사시도이고, 도 3은 도 2에 따른 양력이 작용하는 것을 설명하기 위한 측면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 풍력발전기(100)는 타워(110), 본체(120), 날개(130) 및 보조날개(140)를 포함한다.
상기 타워(110)는 기초부에 매설 또는 별도의 체결 수단에 의해 수직으로 고정될 수 있다. 상기 타워(110)의 형상은 상부로 갈수록 좁아지는 원추형인 것이 바람직하다. 이와 같은 원추형 구조는 저 중심 구조를 가지기 때문에 높은 풍속에서도 비교적 안정적인 구조를 제공할 수 있다.
본체(120)는 상기 타워(110)의 상부에 설치되는 것으로, 상기 본체(120)는 일반적인 풍력발전기에서 나셀(nacelle)과 동일한 기능을 한다.
여기서, 상기 본체(120)는 풍력발전기(100)의 심장부에 해당되는 부분으로, 날개(130)의 회전에 의해 얻어진 운동에너지를 전기에너지로 변환시키기 위한 모든 장치들로 구성된다.
이를 위해, 상기 본체(120)의 내부에는 기어박스, 발전기 및 제어장치 등 거의 대부분의 장치가 포함된다. 이러한 본체(120)의 형태는 풍력발전기의 종류에 따라 크게 간접구동형(Geared Type)과 직접구동형(Gearless Type)으로 나뉜다.
여기서, 상기 본체(120)의 전방으로는 날개(130)가 고정될 수 있도록 본체의 전방으로 수평 또는 거의 수평을 이루는 회전축(121)이 돌출 형성된다.
날개(130)는 상기 회전축(121)에 고정되어 전방으로부터 불어오는 유체 즉, 공기(air)에 의해 회전하게 되며, 상기 날개가 회전함에 따라 상기 본체(120)의 내부 장치들에 의해 전기에너지를 생산할 수 있다.
보조날개(140)는 상기 날개(130)의 후방에 해당하는 본체(120)의 양측에 각각 수평으로 설치되는 것이 바람직하다. 즉 상기 보조날개(140)는 본체(120)의 양측에 설치된 상태에서 전방으로 불어오는 공기에 의해 양력(揚力, lift)을 발생시킨다.
상기 양력은 유체 속의 물체가 수직 방향으로 받는 힘이다. 이 힘은 높은 압력에서 낮은 압력 쪽으로 생기며, 유체에 닿은 물체를 밀어 내리려는 힘에 대한 반작용으로 비행기의 날개의 원리와 유사한 방식이다.
또한, 상기 보조날개(140)는 양력이 작용할 수 있도록, 전방이 하향 되게 소정 각도로 기울어지게 하고, 후방이 수평으로 날 형상을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
이는, 전방으로부터 지나가는 공기가 보조날개(140)의 하부로 풍 하중을 가하게 되고, 공기가 보조날개(140)를 지나갈 때 보조날개의 후방으로 이동하면서 날 부위를 지날 때 마찰력이 줄어들어 풍속이 증가 될 수 있다. 이에 따라 보조날개(140)에 저항이 크게 작용하지 않고 바람이 신속히 지나갈 수 있도록 하기 위함이다.
다시 말해, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 보조날개(140)는 전방 날개(130) 로부터 지나가는 공기에 의해 발생한 양력의 x방향 성분이 풍 하중의 방향과 반대방향으로 작용하고, 양력의 y방향 성분이 자중의 방향과 반대방향으로 작용한다. 이와 같은 양력 작용은 풍력발전기(100)의 타워(110) 및 기초부에 가해지는 모멘트 및 집중하중이 한계 이상으로 상승하는 것을 방지하게 된다.
한편, 상기 보조날개(140)를 상하 복층으로 형성함으로써, 상기 보조날개(140)의 양력 작용을 더 증가시킬 수도 있다. 이에 따라 풍력발전기의 타워 및 기초부에 작용하는 모멘트 및 집중하중에 대항하는 강도를 제공할 수 있다.
결과적으로, 보조날개(140)를 설치하여 풍 하중에 의한 모멘트 및 집중하중이 한계 이상으로 상승하는 것을 방지함으로써, 높은 풍속에서도 타워(110) 및 기초부의 파손 또는 체결강도가 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 단순한 구조를 가지기 때문에 풍력발전기의 제작 단가가 높지 않다.
이상에서, 본 발명의 보조날개를 설치한 풍력발전기에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
따라서 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.
도 1은 종래 풍력발전기를 도시한 측면도.
도 2는 본 발명의 보조날개를 설치한 풍력발전기의 사시도.
도 3은 도 2에 따른 양력이 작용하는 것을 설명하기 위한 측면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100: 풍력발전기 110: 타워
120: 본체 121: 회전축
130: 날개 140: 보조날개

Claims (3)

  1. 수직으로 고정되는 타워;
    상기 타워의 상부에 구비되며 수평으로 회전축이 구비된 본체;
    상기 회전축의 전방에 회전가능하게 설치되는 날개; 및
    상기 본체의 양측에 각각 수평으로 구비되며, 전방이 하향 되게 소정 각도 기울여지게 형성되고, 후방이 수평으로 날 형상을 갖도록 형성되어, 상기 날개로부터 지나가는 공기에 의해 발생한 양력의 성분 중 상기 본체에 수평방향 성분인 x방향 성분이 풍 하중의 방향과 반대 방향으로 작용하고, 상기 x방향 성분과 수직방향 성분인 y방향 성분이 자중의 방향과 반대방향으로 작용하도록 양력을 발생시키는 보조날개; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조날개를 설치한 풍력발전기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보조날개를 복층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 보조날개를 설치한 풍력발전기.
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