KR101299915B1 - 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직의 회전축에 블레이드가 설치된 풍력발전장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 유입되는 바람으로부터 회전력을 발생시켜 발전이 이루어지도록 하는 풍력발전수단에서 바람을 최대한 유입하고 이를 압축하여 강한 회전력으로 발전이 이루어지도록 하고 배출되는 바람은 흡인력에 의해 배출이 용이하고 항력을 줄일 수 있도록 함으로써 발전효율을 크게 향상시킬 수 있도록 한 풍력발전장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 유입되는 바람으로부터 블레이드가 회전되어 수직의 회전축부에 회전력을 발생시켜 발전기에서 발전이 이루어지도록 하는 풍력발전장치로 이루어지되 상기 회전축부 둘레방향에 원호상으로 고정설치되는 고정후레임에 부착되어 바람을 유입 및 압축하는 형태로 이루어진 바람안내부재와, 상기 바람안내부재의 내측에 위치하고 회전축부에 연결되어 회전되게 설치되는 회전원판에 부착되고 바람을 집속되어 회전력을 발휘할 수 있도록 하는 블레이드와, 상기 블레이드와 회전축부 사이에 블레이드를 거쳐 유입되는 바람이 소용돌이를 일으키도록 하는 와류공간부와, 상기 와류공간부의 소용돌이 바람에 의해 블레이드로 바람이 유입되는 반대편 일측에 흡인력이 발생되어 내부의 바람이 외부로 배출되도록 한 풍력발전장치를 특징으로 한다.

Description

풍력발전장치 {APPARATUS FOR GENERATING BY WIND POWER}

본 발명은 수직의 회전축에 블레이드가 설치된 풍력발전장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 유입되는 바람으로부터 회전력을 발생시켜 발전이 이루어지도록 하는 풍력발전수단에서 바람을 최대한 유입하고 이를 압축하여 강한 회전력으로 발전이 이루어지도록 하고 배출되는 바람은 흡인력에 의해 배출이 용이하고 항력을 줄일 수 있도록 함으로써 발전효율을 크게 향상시킬 수 있도록 한 풍력발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전장치는 풍차(windmill)라고 불리며, 이는 회전축을 통한 기계적인 힘을 이용해 전력을 생산하기 위해 사용되는 장치이다. 이러한 풍력발전장치는 수평축 풍력발전장치(horizontal axis wind turbine)와 수직축 풍력발전장치(vertical axis wind turbine)로 크게 나뉘어진다.

상기 수평축 풍력발전장치는 수평축을 이용하는 프로펠러 방식으로서 공기 역학적으로 바람의 양력(lift force)을 이용한 블레이드로 구성된 로터를 사용하여 발전 효율은 비교적 높으나 바람이 부는 방향에 따라 로터의 방향을 바꾸어 주어야 하며, 바람의 세기에 따라 블레이드의 각도를 바꾸어 주어야 하는 장치가 필요하다. 또한 수평축을 이용하는 경우는 로터의 축이 최소한 로터의 반지름보다 높은 곳에 위치하게 되므로 높은 곳에 위치한 로터축과 발전기를 연결하기 위해서는 발전기를 로터축과 같은 높이에 설치하여 발전기의 회전축과 로터의 회전축을 거의 동일한 위치에 설치하거나, 수평회전력을 수직회전력으로 전환하는 장치를 설치하여 발전기와 연결을 한다. 이 경우 전자의 경우에는 강한 바람에 의해 기구적인 손상이 발생할 수 있는 위험과 유지, 보수가 용이하지 않다는 문제점이 있으며, 후자의 경우에는 수평회전력을 수직회전력으로 전환하는 과정에서 에너지의 손실이 일어나는 단점이 있다.

한편, 수직축 풍력발전장치에서는 바람의 양력을 이용하는 방식인 다리우스식(Darrius Rotor)과 바람의 항력을 이용하는 사보니우스식(Savonius Rotor)이 있으나 다리우스식의 경우는 발전기의 출력이 약하고 초기에 스스로 기동하지 못하여 보조적인 1회전동력 장치가 필요하다는 문제가 있으며, 사보니우스식의 경우는 바람의 항력을 이용하므로 회전속도가 바람의 속도보다는 높을 수 없으므로 회전축의 회전수에 제한을 받으므로 회전수가 낮은 풍력동력기로 주로 사용되는 등 단점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 수직의 회전축부 둘레방향에 바람유입량을 극대화하고 이를 압축하는 형태로 이루어진 바람안내부재와, 상기 바람안내부재의 압축공기에 의해 강한 회전력을 발휘할 수 있도록 하는 블레이드와, 상기 블레이드를 거쳐 중심부로 유입되는 바람이 소용돌이 바람을 일으키도록 하는 와류공간부와, 상기 와류공간부의 소용돌이 바람에 의해 블레이드의 회전방향 반대편 일측에 흡인력이 발생되어 내부의 바람이 외부로 배출되도록 함으로써 발전효율을 크게 높일 수 있도록 한 풍력발전장치를 제공함에 있다.

본 발명은 유입되는 바람으로부터 블레이드가 회전되어 수직의 회전축부에 회전력을 발생시켜 발전기에서 발전이 이루어지도록 하는 풍력발전장치로 이루어지되 상기 회전축부 둘레방향에 원호상으로 고정설치되는 고정후레임에 부착되어 바람을 유입 및 압축하는 형태로 이루어진 바람안내부재와, 상기 바람안내부재의 내측에 위치하고 회전축부에 연결되어 회전되게 설치되는 회전원판에 부착되고 바람을 집속되어 회전력을 발휘할 수 있도록 하는 블레이드와, 상기 블레이드와 회전축부 사이에 블레이드를 거쳐 유입되는 바람이 소용돌이를 일으키도록 하는 와류공간부와, 상기 와류공간부의 소용돌이 바람에 의해 블레이드로 바람이 유입되는 반대편 일측에 흡인력이 발생되어 내부의 바람이 외부로 배출되도록 한 풍력발전장치를 특징으로 한다.

본 발명의 풍력발전장치는 회전축부 둘레방향에 원호상으로 고정설치되는 고정후레임에 부착되는 호형의 바람안내면이 구비된 바람안내부재에 의해 바람유입량을 극대화하고 이를 압축하여 회전력을 발생시키는 블레이드로 보내지도록 하고, 블레이드는 바람안내면과 반대방향으로 호형의 바람안내면이 형성된 블레이드가 구비되어 바람안내부재로부터 유입되는 바람을 집속시켜 발생되는 풍압에 의해 블레이드를 강한 회전력으로 회전할 수 있도록 하고 블레이드를 거친 바람은 와류공간부에서 선회되면서 소용돌이 바람을 일으켜 블레이드로 바람이 유입되는 반대편 일측에 흡인력이 발생되어 그 흡입력에 의해 내부의 바람이 외부로 배출되므로 항력을 최소화하면서 발전효율과 내구성이 크게 향상되고 고장발생을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 상,하부 회전원판의 주연부에 발전회전자를 설치하고 발전회전자와 대응하는 위치에 간격을 두고 발전고정자를 설치하여서 된 발전기에 의해 발전이 이루어지도록 한 수단으로 발전량을 크게 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 풍력발전장치의 구성을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 풍력발전장치에서 블레이드의 배치형태를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 풍력발전장치의 바람안내부재의 설치상태 전면도.
도 4는 본 발명의 풍력발전장치를 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명의 풍력발전장치에서 평면도에서 나타낸 실시예.
도 6은 본 발명의 풍력발전장치에 적용한 발전기의 구성 실시예를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 풍력발전장치에 적용한 발전기의 일부확대 단면도.
도 9은 본 발명의 풍력발전장치에 적용한 발전기의 설치상태를 나타낸 평면 예시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 풍력발전장치는, 유입되는 바람으로부터 블레이드(30)가 회전되어 수직의 회전축부(10)에 회전력을 발생시켜 발전기(50)에서 발전이 이루어지도록 하는 풍력발전장치로 이루어지되 상기 회전축부(10) 둘레방향에 원호상으로 고정설치되는 고정후레임(12)에 부착되어 바람유입량을 극대화하고 이를 압축하는 형태로 이루어진 바람안내부재(20)와, 상기 바람안내부재(20)의 내측에 위치하고 회전축부(10)에 연결되어 회전되게 설치되는 회전원판(14)에 부착되어 바람안내부재(20)의 압축된 바람이 집속하여 강한 회전력을 발휘할 수 있도록 하는 블레이드(30)와, 상기 블레이드(30)와 회전축부(10) 사이에 블레이드(30)를 거쳐 유입되는 바람이 소용돌이를 일으키도록 하는 와류공간부(40)와, 상기 와류공간부(40)의 소용돌이 바람에 의해 블레이드로 바람이 유입되는 반대편 일측에 흡인력이 발생되어 내부의 바람이 외부로 배출되도록 한 풍력발전장치를 특징으로 한다.

상기 고정후레임(12)은 링형으로 구비되어 상,하부에 일정간격으로 배치하고 상,하부 고정후레임(12) 사이에 바람을 유입하는 형태로 복수의 바람안내부재(20)의 상,하단이 부착되어 방사상으로 등간격 배치된다.

상기 바람안내부재(20)는 장방형의 판체로 이루어지되 평면위치에서 호형으로 움푹 들어간 바람안내면(24)이 형성되어 바람안내면(24)에 의해 바람을 유입 및 압축할 수 있도록 하며 바람안내면(24)의 외측단(24a)은 벌려진 형태가 되고 내측단(24b)은 회전축부(10)와 편심된 측방향으로 바람이 공급될 수 있도록 내,외측단을 경사방향으로 배치하여 블레이드(30)에 압축된 바람을 공급할 수 있도록 하며, 정면위치에서 바람안내면(24)의 상,하부는 유입되는 바람이 상,하부로 빠져나가지 않도록 하는 차단판(28)이 구비된다.

상기 회전원판(14)은 상,하로 구비되어 중심부가 회전축부(10)에 연결되도록 하면서 상,하부에 일정간격으로 배치하되 상,하부 회전원판(14) 사이에 유입되는 바람으로부터 회전력을 발생시킬 수 있도록 하는 복수의 블레이드(30)가 부착되어 방사상으로 등간격 배치되며, 바람안내부재(20)와 블레이드(30)와 상호 대응하는 갯수로 구비된다.

상기 블레이드(30)는 장방형의 판체로 이루어지되 평면위치에서 호형으로 움푹 들어간 바람유입면(34)이 형성되어 외측 바람접촉면(34') 보다 높은 압력으로 풍압을 받게 되고, 바람유입면(34)은 바람안내부재(20)와 반대방향으로 배치되어 바람유입면(34)에 의해 바람이 압축되는 형태로 유입되는 바람이 부딪혀서 회전력을 발생시킬 수 있도록 하며, 바람유입면(34)의 외측단(34a)은 바람안내부재(20)에 의해 압축된 바람이 유입될 수 있도록 하고 내측단(34b)은 바람이 와류공간부(40)에 공급되어 선회되는 작용으로 소용돌이 바람을 일으킬 수 있도록 내,외측단을 경사방향으로 배치한다.

그리고 블레이드(30)의 상하 높이는 정면위치에서 바람안내부재(20)와 같은 높이로 구비되고 평면위치에서 블레이드(30)의 폭은 바람안내부재(20)보다 1/2 정도로 작은 폭으로 형성되어 바람안내부재(200에 의해 압축된 바람이 블레이드(30)에 집속이 이루어지도록 하여 블레이드(30)는 강한 풍압에 의해 회전력을 발생시킬 수 있도록 한다.

상기 와류공간부(40)는 블레이드(30)와 회전축부(10) 사이에 형성되어 바람이 선회될 수 있도록 하고 이러한 선회되는 소용돌이 바람에 의해 블레이드(30)로 바람이 유입되는 반대편 일측에 흡인력이 발생되어 바람안내면(24) 외측의 호형돌출면(26)을 통해 외부로 배출이 이루어지도록 함으로서 항력을 최소화하게 되는 것으로, 흡인력 발생부(42)는 바람이 유입되어 블레이드(30)의 회전력을 발생시키는 블레이드의 회전방향 반대편에 해당된다.

그리고 본 발명의 발전기(50)는 상,하부 회전원판(14)의 주연부에 발전회전자(52)를 설치하고 발전회전자(52)와 대응하는 위치에 간격을 두고 발전고정자(54)를 설치하여 발전이 이루어지도록 한 발전수단으로 발전기의 발전량을 극대화할 수 있도록 한다.

한편 본 발명의 회전축부(10)는 자력에 의해 일정높이로 부상시켜 회전저항을 줄일 수 있도록 하는 자기부상수단을 구비함이 바람직하다.

이와 같이 된 본 발명의 풍력발전장치의 구성에 따른 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 풍력발전장치는 회전축부(10) 둘레방향에 원호상으로 고정설치되는 고정후레임(12)에 부착된 바람안내부재(20)에 의해 바람을 유입 및 압축한 다음 회전축부(10)와 연결된 회전원판(14)에 부착되어 있는 블레이드(30)에 압축된 바람을 집속하는 형태로 공급하여 풍압에 의해 블레이드(30)를 회전시키는 회전력에 의해 풍력발전이 이루어지게 된다.

이때 본 발명의 바람안내부재(20)는 상,하부의 고정후레임(12)사이에 방사상으로 등간격 배치되고 평면위치에서 호형으로 움푹 들어간 바람안내면(24)이 형성되어 바람안내면(24)에 의해 바람을 유입함과 아울러 바람을 압축하여 블레이드(30)에 보내지도록 하되 바람안내면(24)의 외측단(24a)은 벌려진 형태로 바람의 유입이 용이하도록 되어 있고 내측단(24b)은 회전축부(10)와 편심된 측방향으로 바람이 공급될 수 있도록 내,외측단이 경사방향으로 배치되어 블레이드(30)에 압축된 바람을 불어주게 된다.

그리고 회전축부(10)에 연결되어 회전되게 설치되는 회전원판(14)에 부착되어 있는 블레이드(30)는 바람안내부재(20)로 부터 압축되어져 보내지는 바람을 집속하여 강한 회전력을 발휘할 수 있게 된다.

즉, 블레이드(30)의 바람유입면(34)은 바람안내부재(20)의 바람안내면(24)과 반대방향으로 형성되어 외부에서 바람안내부재(20)로 불어오는 바람이 호형의 바람안내면(24)을 따라 유입 및 압축이 된 다음 블레이드(30)로 불어주게 되며 블레이드(30)는 호형의 내측 바람유입면(34)에 풍압이 집속됨과 아울러 바람유입면(34)은 외측 바람접촉면(34')보다 높은 압력을 받는 압력차이에 의해 바람접촉면(34')의 방향으로 강한 회전력을 발생시켜 풍력발전을 하게 된다.

상기 블레이드(30)를 회전시킨 바람은 내부의 와류공간부(40)로 보내져서 선회되는 형태로 소용돌이를 일으키게 되며, 이러한 소용돌이 바람에 의해 도 5에서와 같이 바람이 유입되는 블레이드(30)의 반대편의 일측에 흡인력이 발생되어 소용돌이 바람이 흡인력 발생부를 통해 바람안내면(24) 외측의 호형돌출면(26)를 거쳐 외부로 배출이 이루어지도록 함으로서 항력을 최소화하게 되어 블레이드(30)의 회전력을 크게 높일 수 있게 된다.

또, 본 발명의 회전축부(10)는 자력에 의해 일정높이로 부상시켜 회전저항을 줄일 수 있도록 함과 아울러 상,하부 회전원판(14)의 주연부에 발전회전자(52)를 설치하고 발전회전자(52)와 대응하는 위치에 간격을 두고 발전고정자(54)를 설치하여서 된 발전기(50)에 의해 발전이 이루어지도록 한 수단으로 발전량을 크게 높일 수 있게 된다.

이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상범위내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

10 : 회전축부 12 : 고정후레임
14 : 회전원판 20 : 바람안내부재
24 : 바람안내면 24a : 외측단
24b : 내측단 26 : 호형돌출면
28 : 차단판 30 : 블레이드
34 : 바람유입면 34' : 바람접촉면
34a : 외측단 34b : 내측단
40 : 와류공간부 42 : 흡인력 발생부
50 : 발전기 52 : 발전회전자
54 : 발전고정자

Claims (8)

1. 유입되는 바람으로부터 블레이드(30)가 회전되어 수직의 회전축부(10)에 회전력을 발생시켜 발전기(50)에서 발전이 이루어지도록 하는 풍력발전장치로 이루어지되
   상기 회전축부(10) 둘레방향에 원호상으로 고정설치되는 고정후레임(12)에 부착되되, 장방형의 판체로 이루어지고 평면위치에서 호형으로 움푹 들어간 바람안내면(24)이 형성되며 바람안내면(24)의 외측단(24a)은 벌려진 형태가 되고 내측단(24b)은 회전축부(10)와 편심된 측방향으로 바람이 공급될 수 있도록 내,외측단을 경사방향으로 배치한 바람안내부재(20)와,
   상기 바람안내부재(20)의 내측에 위치하고 회전축부(10)에 연결되어 회전되게 설치되는 회전원판(14)에 부착되고 바람을 집속되어 회전력을 발휘할 수 있도록 하는 블레이드(30)와,
   상기 블레이드(30)와 회전축부(10) 사이에 블레이드(30)를 거쳐 유입되는 바람이 소용돌이를 일으키도록 하는 와류공간부(40)와,
   상기 와류공간부(40)의 소용돌이 바람에 의해 블레이드로 바람이 유입되는 반대편 일측에 흡인력이 발생되어 내부의 바람이 외부로 배출되도록 한 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 고정후레임(12)은 링형으로 구비되어 상,하부에 일정간격으로 배치하고 상,하부 고정후레임(12) 사이에 복수의 바람안내부재(20)의 상,하단이 부착되어 방사상으로 등간격 배치됨을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 회전원판(14)은 상,하로 구비되어 중심부가 회전축부(10)에 연결되도록 하면서 상,하부에 일정간격으로 배치하되 상,하부 회전원판(14) 사이에 복수의 블레이드(30)가 부착되어 방사상으로 등간격 배치됨을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 블레이드(30)는 장방형의 판체로 이루어지되 평면위치에서 호형으로 움푹 들어간 바람유입면(34)이 형성되고 바람유입면(34)은 바람안내부재(20)와 반대방향으로 배치되며, 바람유입면(34)의 외측단(34a)은 바람이 유입될 수 있도록 하고 내측단(34b)은 바람이 와류공간부(40)에 공급되어 선회되는 작용으로 소용돌이 바람을 일으킬 수 있도록 내,외측단을 경사방향으로 배치하여서 됨을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 블레이드(30)의 상하 높이는 정면위치에서 바람안내부재(20)와 같은 높이로 구비되고 평면위치에서 블레이드(30)의 폭은 바람안내부재(20)의 폭보다 2/1 정도로 작게 형성되어 바람이 집속되도록 한 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 와류공간부(40)는 블레이드(30)와 회전축부(10) 사이에 형성되어 바람이 선회될 수 있도록 하고, 선회되는 소용돌이 바람에 의해 블레이드(30)로 바람이 유입되는 반대편 일측에 흡인력이 발생되어 바람안내면(24) 외측의 호형돌출면(26)을 통해 외부로 배출이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 발전기(50)는 상,하부 회전원판(14)의 주연부에 발전회전자(52)를 설치하고 발전회전자(52)와 대응하는 위치에 간격을 두고 발전고정자(54)를 설치하여 발전이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   

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