KR101360277B1

KR101360277B1 - 수직형 풍력발전기

Info

Publication number: KR101360277B1
Application number: KR1020130094853A
Authority: KR
Inventors: 전장돈
Original assignee: 주식회사 홍문
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2014-02-11

Abstract

수직형 풍력발전기가 개시된다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직형 풍력발전기는, 하우징과, 상기 하우징의 내부에 배치되되 상기 하우징에 연결된 회전축을 포함하는 로터; 및 상기 하우징의 외면을 따라 배치되되, 상기 하우징에 상대 회전가능하게 연결된 복수의 블레이드를 포함하며, 바람에 대향되는 상기 하우징의 외면에 배치된 상기 블레이드는 상기 하우징의 외면으로부터 이격되는 방향으로 상기 하우징에 대해 상대 회전되며, 바람에 대향되는 상기 하우징의 외면의 반대편에 배치된 상기 블레이드는 상기 하우징의 외면에 접근하는 방향으로 상기 하우징에 대해 상대 회전된다.

Description

수직형 풍력발전기{VERTICAL WIND POWER GENERATOR}

본 발명은, 수직형 풍력발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 발전효율을 향상시킬 수 있는 수직형 풍력발전기에 관한 것이다.

일반적으로, 전기를 생산하기 위한 대표적인 발전 형태로는 화석연료를 에너지원으로 하는 화력발전 및 핵분열을 이용하는 원자력발전을 들 수 있다.

그러나, 화력발전은 화석연료의 연소에 의해 발생하는 에너지를 이용함에 따른 공해유발의 문제와 함께 막대한 건설비가 요구되는 문제점이 있다.

그리고, 원자력발전은 많은 양의 전기를 생산하는데 유리하지만 방사선 누출을 차단하기 위한 막대한 시설비가 요구됨은 물론 방사선 누출의 위험성 때문에 지역주민들의 강한 반발이 예상되며, 나아가 폐기물처리도 쉽지 않으며, 사소한 사고라할지라도 심각한 환경파괴를 초래할 수 있는 위험이 항상 존재하는 등 다양한 문제점이 있다.

이에, 화력이나 원자력 발전으로 인한 공해문제로부터 자유롭고 고갈될 염려없는 영구적인 에너지원으로서 풍력, 조력, 수력, 태양열 등과 같은 자연 에너지를 에너지원으로 활용하려는 연구들이 활발하게 진행되고 있다.

특히, 자연 에너지를 이용한 발전 가운데 청정 에너지원을 이용한다는 측면에서 풍력발전이 대안으로 부각되고 있으며, 최근에 도입이 비약적으로 증가하고 있다.

풍력발전기는 바람에 의한 회전에너지로부터 전기에너지를 생산하는 장치로서, 풍력발전기는 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드(blade)가 결합되는 회전축의 방향에 따라 수평형 및 수직형으로 분류된다.

풍력발전기의 주요구성을 살펴보면, 풍력발전기는 바람에 의해 회전되는 복수의 블레이드와, 블레이드의 회전에 따라 회전하는 회전축을 구비한 로터(rotor)와, 증속장치(기어박스) 및 발전기 등으로 구성된다.

한편, 수직형 풍력발전기는, 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드가 연결된 회전축이 바람의 유입방향에 직교되는 방향으로 수직하게 배치되며, 이러한 수직형 풍력발전기의 발전효율을 향상시키기 위해서는, 로터로 유입되는 바람의 입구면적과 로터의 단면적을 같게 하거나, 로터를 지나 토출되는 바람의 속도를 줄여야 한다.

그러나, 종래의 수직형 풍력발전기는 로터의 방향으로 유입되는 바람의 입구면적이 로터의 단면적과 비교하여 상대적으로 작고 입구면적을 로터의 단면적과 동일하게 형성하거나 입구면적을 최대화하기 어려운 구조적인 문제점이 있었다.

[문헌1] 대한민국 등록특허 제10-1068443호(2011.09.28 공고)

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 로터의 방향으로 유입되는 바람의 입구면적을 최대화하여 발전효율을 향상시킬 수 있는 수직형 풍력발전기를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하우징과, 상기 하우징의 내부에 배치되되 상기 하우징에 연결된 회전축을 포함하는 로터; 및 상기 하우징의 외면을 따라 배치되되, 상기 하우징에 상대 회전가능하게 연결된 복수의 블레이드를 포함하며, 바람에 대향되는 상기 하우징의 외면에 배치된 상기 블레이드는 상기 하우징의 외면으로부터 이격되는 방향으로 상기 하우징에 대해 상대 회전되며, 바람에 대향되는 상기 하우징의 외면의 반대편에 배치된 상기 블레이드는 상기 하우징의 외면에 접근하는 방향으로 상기 하우징에 대해 상대 회전되는 수직형 풍력발전기가 제공될 수 있다.

상기 복수의 블레이드는, 상기 하우징의 외면에 대향되게 배치되어 상호 연동되는 한 쌍의 상기 블레이드로 이루어진 하나 이상의 단위 블레이드를 포함하며, 상기 단위 블레이드는, 바람에 대향되는 상기 하우징의 외면에 배치된 상기 블레이드가 상기 하우징의 외면으로부터 이격되는 방향으로 상기 하우징에 대해 상대 회전되는 경우에, 바람에 대향되는 상기 하우징의 외면의 반대편에 배치된 상기 블레이드는 상기 하우징의 외면에 접근하는 방향으로 상기 하우징에 대해 상대 회전될 수 있다.

상기 하우징의 외면에 형성된 슬롯을 관통하여 상기 단위 블레이드를 이루는 한 쌍의 상기 블레이드를 상호 연동되게 연결하는 블레이드 연결유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 블레이드 연결유닛은, 상기 슬롯에 관통 삽입되되, 일단부가 상기 단위 블레이드를 이루는 한 쌍의 상기 블레이드에 각각 연결되는 한 쌍의 연결바; 및 한 쌍의 상기 연결바의 타단부를 상호 연결하되, 상기 블레이드의 상기 하우징에 대한 상대 회전각도를 조절하도록 상기 한 쌍의 연결바의 길이를 조절하는 길이 조절부를 포함할 수 있다.

상기 길이 조절부는, 한 쌍의 상기 연결바의 타단부를 상호 연결하는 턴버클(turnbuckle)을 포함할 수 있다.

한 쌍의 상기 연결바 중, 상기 하우징의 외면으로부터 이격되는 방향으로 회전되는 상기 블레이드에 연결된 연결바는 상기 하우징의 외부로 돌출되고, 상기 하우징의 외면에 접근하는 방향으로 회전되는 상기 블레이드에 연결된 연결바는 상기 하우징의 내부로 함몰될 수 있다.

상기 블레이드는, 루트부가 상기 하우징에 결합되어 상기 하우징에 대해 상대 회전되며, 팁부가 바람에 의해 상기 하우징의 외면으로부터 이격되는 방향 또는 상기 하우징의 외면에 접근하는 방향으로 상대 회전될 수 있다.

상기 블레이드의 팁부는, 바람에 의해 상기 하우징의 외면으로부터 이격되는 방향으로 상기 하우징에 대해 상대 회전되도록, 상기 하우징의 반경방향으로 절곡된 절곡부를 포함할 수 있다.

상기 블레이드는, 상기 하우징의 외면에 밀착되도록, 내면이 상기 하우징의 외면 형상에 대응되는 형상으로 형성된 판상체를 포함할 수 있다.

상기 블레이드는, 상기 하우징의 외면에 밀착되도록, 내면이 상기 하우징의 외면 형상에 대응되는 형상으로 형성된 판상체; 및 상기 판상체의 상부 및 하부 중 적어도 어느 하나에서 상기 하우징의 중심방향으로 연장된 덮개부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 회전축과, 상기 회전축의 상하부에 각각 배치된 상판 및 하판을 포함하는 로터; 및 상기 상판 및 상기 하판 사이에 배치되되, 상기 상판 및 상기 하판에 상대 회전가능하게 연결된 복수의 블레이드를 포함하며, 바람에 대향되게 배치된 상기 블레이드는 상기 상판 및 상기 하판의 외주로부터 이격되는 외측 방향으로 상기 상판 및 상기 하판에 대해 상대 회전되며, 바람에 대향되는 반대편에 배치된 상기 블레이드는 상기 상판 및 상기 하판의 중심방향으로 상기 상판 및 상기 하판에 대해 상대 회전되는 수직형 풍력발전기가 제공될 수 있다.

상기 복수의 블레이드는, 상기 상판 및 하판 사이에 대향되게 배치되어 상호 연동되는 한 쌍의 상기 블레이드로 이루어진 하나 이상의 단위 블레이드를 포함하며, 상기 단위 블레이드는, 바람에 대향되게 배치된 상기 블레이드가 상기 상판 및 상기 하판의 외주로부터 이격되는 외측방향으로 상기 상판 및 상기 하판에 대해 상대 회전되는 경우에, 바람에 대향되는 반대편에 배치된 상기 블레이드는 상기 상판 및 상기 하판의 중심방향으로 상기 상판 및 상기 하판에 대해 상대 회전될 수 있다.

상기 상판과 상기 하판 사이에 배치되어, 상기 단위 블레이드를 이루는 한 쌍의 상기 블레이드를 상호 연동되게 연결하는 블레이드 연결유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 블레이드 연결유닛은, 일단부가 상기 단위 블레이드를 이루는 한 쌍의 상기 블레이드에 각각 연결되는 한 쌍의 연결바; 및 한 쌍의 상기 연결바의 타단부를 상호 연결하되, 상기 블레이드의 상기 상판 및 상기 하판에 대한 상대 회전각도를 조절하도록 상기 한 쌍의 연결바의 길이를 조절하는 길이 조절부를 포함할 수 있다.

상기 길이 조절부는, 한 쌍의 상기 연결바의 타단부를 상호 연결하는 턴버클을 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 연결바 중, 상기 상판 및 상기 하판의 외주로부터 이격되는 외측방향으로 회전되는 상기 블레이드에 연결된 연결바는 상기 상판 및 상기 하판의 반경방향으로 이동되고, 상기 상판 및 상기 하판의 중심방향으로 회전되는 상기 블레이드에 연결된 연결바는 상기 상판 및 상기 하판의 중심방향으로 이동될 수 있다.

상기 블레이드는, 루트부가 상기 상판 및 상기 하판에 결합되어 상기 상판 및 상기 하판에 대해 상대 회전되며, 팁부가 바람에 의해 상기 상판 및 상기 하판의 외주로부터 이격되는 외측 방향 또는 상기 상판 및 상기 하판의 중심방향으로 상대 회전될 수 있다.

상기 블레이드는, 바람에 의해 상기 상판 및 상기 하판의 외주로부터 이격되는 외측방향으로 회전되어 돌출되는 외측 블레이드; 및 바람에 의해 상기 상판 및 상기 하판의 내측에서 회전되어 상기 상판 및 상기 하판의 외주에 접하는 내측 블레이드를 포함하며, 상기 외측 블레이드 및 상기 내측 블레이드는 각각 상기 상판 및 상기 하판의 외주형상에 대응되는 형상의 판상체로 형성되며, 상기 외측 블레이드 및 상기 내측 블레이드는 단면이 부채꼴 형상을 이루도록 일단부가 일체형으로 결합되어 상기 상판 및 상기 하판에 상대 회전가능하게 연결될 수 있다.

상기 외측 블레이드의 팁부는, 바람에 의해 상기 상판 및 상기 하판의 외주로부터 이격되는 외측 방향으로 상기 상판 및 상기 하판에 대해 상대 회전되도록, 상기 상판 및 상기 하판의 반경방향으로 절곡된 절곡부를 포함할 수 있다.

상기 블레이드는, 상기 외측 블레이드 및 상기 내측 블레이드의 상부 및 하부를 덮는 덮개부를 더 포함하며, 상기 블레이드는, 바람이 유입되는 개구부를 제외하고 밀폐되도록 상기 외측 블레이드와 상기 내측 블레이드 및 상기 덮개부가 일체형으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예들은, 로터에 대해 블레이드를 상대 회전시켜 로터의 방향으로 유입되는 바람의 입구면적을 최대화함으로써, 풍력발전기의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직형 풍력발전기를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직형 풍력발전기를 나타내는 부분 절개도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드와 연결바의 결합상태를 나타내는 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직형 풍력발전기를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직형 풍력발전기를 나타내는 부분 절개도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 블레이드와 연결바의 결합상태를 나타내는 확대도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수직형 풍력발전기를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수직형 풍력발전기를 나타내는 부분 절개도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 블레이드와 연결바의 결합상태를 나타내는 확대도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직형 풍력발전기에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직형 풍력발전기를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직형 풍력발전기를 나타내는 부분 절개도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드와 연결바의 결합상태를 나타내는 확대도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직형 풍력발전기는, 바람에 의해 회전되는 복수의 블레이드(blade,200)와, 복수의 블레이드(200)가 연결되되 블레이드(200)의 회전에 따라 함께 회전되는 로터(rotor,100)와, 복수의 블레이드(200) 및 로터(100)를 지지하는 지지 프레임(400)을 포함한다.

로터(100)는 복수의 블레이드(200)가 연결되는 장소로서, 블레이드(200)의 회전에 따라 함께 회전된다.

본 실시예에서 로터(100)는 블레이드(200)의 회전운동을 전달받아 전기에너지를 생산할 수 있으며, 풍력발전기를 구동시키는데 있어 중요한 역할을 담당하는 기계부품들이 결합되어 있는 구조체를 통틀어 일컫는다.

즉, 로터(100)는 중공형상의 밀폐형 하우징(110)과, 하우징(110)의 내부에 배치되되 하우징(110)에 연결된 회전축(150)과, 회전축(150)에 연결된 기어박스(gear box, 미도시) 및 발전기(generator, 미도시)를 포함한다.

본 실시예에서는 하우징(110)의 외면에 연결된 복수의 블레이드(200)가 회전함에 따라 하우징(110)이 회전되고, 하우징(110)의 회전됨에 따라 하우징(110)에 연결된 회전축(150)이 함께 회전되면서 발전기를 작동시켜 전기에너지를 생산하게 된다.

한편, 하우징(110)은 내부에 배치된 회전축(150), 기어박스, 발전기 등을 보호하는 역할을 하며, 외기에 노출되어 눈, 비 혹은 햇볕 등에 상시 노출되기 때문에 어느 정도의 강성이 보장되어야 한다. 따라서 하우징(110)은 내구성이 우수한 비금속 혹은 금속 복합 재질로 제작될 수 있다.

본 실시예에서는 도 2에서 도시한 바와 같이, 하우징(110)의 단면이 원형의 링형상으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며 하우징(110)의 단면 형상에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.

그리고, 본 실시예에서 로터(100)를 회전시키는 블레이드(200)는 하우징(110)의 외면을 따라 복수 개 배치되며, 하우징(110)에 상대 회전가능하게 연결된다.

블레이드(200)는 바람에 의해 회전되어 회전운동을 발생시키는 일종의 날개이다.

블레이드(200)는 하우징(110)의 외면을 따라 방사상으로 배치되며, 수직형 풍력발전기용 블레이드(200)는 바람의 힘에 대한 저항력을 회전운동으로 전환시킨다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 블레이드(200)는 하우징(110)의 외면에 밀착되도록 내면이 하우징(110)의 외면 형상에 대응되는 형상으로 형성된 판상체(201)를 포함한다. 따라서, 하우징(110)이 원형 단면 형상을 갖는 경우에, 블레이드(200)의 판상체(201)는 하우징(110)의 외면을 감싸는 곡면을 갖는 원호형상으로 형성될 수 있다.

본 실시예에서는 하우징(110)의 외면에 8개의 블레이드(200)가 배치되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며 블레이드(200)의 개수에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.

한편, 본 실시예에 따른 복수의 블레이드(200) 중, 바람에 대향되는 하우징(110)의 외면에 배치된 블레이드(200)들은 하우징(110)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 하우징(110)에 대해 상대 회전되어 바람에 의한 회전력을 더 크게 받으며 아울러 로터(100)의 방향으로 유입되는 바람의 입구면적을 최대화한다.

그리고, 바람에 대향되는 하우징(110)의 외면의 반대편에 배치된 블레이드(200)들은 하우징(110)의 외면에 접근 및 밀착되는 방향으로 하우징(110)에 대해 상대 회전되어 블레이드(200)들의 회전을 방해하는 바람의 저항력을 최소화한다.

이는 블레이드(200)의 회전력을 향상시켜 풍력발전기의 발전효율을 향상시키기 위함이다.

전술한 바와 같이 블레이드(200)가 하우징(110)에 대해 상대 회전할 수 있도록, 블레이드(200)의 루트부(210)는 하우징(110)의 외면에 힌지결합(270)되어 하우징(110)에 대해 상대 회전하며, 블레이드(200)의 루트부(210)가 하우징(110)에 대해 상대 회전하는 경우에 블레이드(200)의 팁부(220)는 바람에 의해 하우징(110)의 외면으로부터 이격되는 방향 또는 하우징(110)의 외면에 접근 및 밀착되는 방향으로 상대 회전한다.

그리고, 블레이드(200)의 팁부(220)에는 하우징(110)의 반경방향으로 절곡된 절곡부(225)가 마련되어, 바람에 의해 블레이드(200)가 하우징(110)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 원할하게 상대 회전할 수 있도록 한다.

즉, 하우징(110)이 원형 단면 형상으로 형성되고 블레이드(200)가 하우징(110)의 외면을 감싸는 곡면을 갖는 원호 형상의 판상체(201)인 경우에, 바람에 의한 회전력이 절곡부(225)에 전달되어 블레이드(200)가 하우징(110)의 외면으로부터 원할하게 이격될 수 있도록 한다.

전술한 바와 같이, 바람에 대향되는 하우징(110)의 외면에 배치된 블레이드(200)는 하우징(110)의 외면으로부터 이격되는 방향으로, 바람에 대향되는 하우징(110)의 외면의 반대편에 배치된 블레이드(200)는 하우징(110)의 외면에 접근하는 방향으로 하우징(110)에 대해 상대 회전되도록, 복수의 블레이드(200)는 하우징(110)의 외면에 대향되게 배치되어 상호 연동되는 한 쌍의 블레이드(200)로 이루어진 하나 이상의 단위 블레이드(250)를 포함한다.

즉, 단위 블레이드(250)는, 바람에 대향되는 하우징(110)의 외면에 배치된 하나의 블레이드(200)가 하우징(110)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 하우징(110)에 대해 상대 회전되는 경우에, 바람에 대향되는 하우징(110)의 외면의 반대편에 배치된 다른 블레이드(200)는 하우징(110)의 외면에 접근하는 방향으로 하우징(110)에 대해 상대 회전되게 한다.

이처럼, 단위 블레이드(250)를 이루는 한 쌍의 블레이드(200)가 상호 연동될 수 있도록, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기는 단위 블레이드(250)를 이루는 한 쌍의 블레이드(200)가 상호 연동되도록 한 쌍의 블레이드(200)를 상호 연결하는 블레이드 연결유닛(300)을 더 포함한다.

블레이드 연결유닛(300)은, 하우징(110)의 외면에 형성된 슬롯(130)에 관통 삽입되되 일단부가 단위 블레이드(250)를 이루는 한 쌍의 블레이드(200)에 각각 연결되는 한 쌍의 연결바(310)와, 한 쌍의 연결바(310)의 타단부를 상호 연결하되 블레이드(200)의 하우징(110)에 대한 상대 회전각도를 조절하도록 한 쌍의 연결바(310)의 길이를 조절하는 길이 조절부(330)를 포함한다.

한 쌍의 연결바(310)는, 한 쌍의 블레이드(200)를 상호 연결하는 역할을 한다.

하우징(110)의 외면에는 원주방향으로 길게 형성된 복수의 슬롯(130)이 형성되며, 복수의 슬롯(130) 각각은 하우징(110)의 외면에 배치된 각각의 블레이드(200)에 위치에 대응되는 위치에 형성된다.

그리고, 연결바(310)의 일단부는 슬롯(130)을 관통하여 블레이드(200)의 내면에 연결된다. 그리고, 블레이드(200)와 연결바(310)는 상호 힌지결합(320)된다.

이처럼, 단위 블레이드(250)를 이루는 각각의 블레이드(200)의 내면에 각각의 연결바(310)의 일단부가 연결되며, 각각의 연결바(310)의 타단부는 길이 조절부(330)에 의해 상호 연결된다.

여기서, 길이 조절부(330)는, 블레이드(200)가 하우징(110)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 상대 회전하는 경우에 블레이드(200)의 하우징(110)에 대한 상대 회전각도를 조절하도록, 슬롯(130)을 관통하여 하우징(110)의 외부로 돌출되는 연결바(310)의 길이를 조절한다.

한 쌍의 연결바(310)는 블레이드(200)가 하우징(110)에 대해 상대 회전되는 경우에, 슬롯(130)을 따라 슬라이딩 이동되면서 하우징(110)의 내외부로 출몰된다.

즉, 한 쌍의 연결바(310) 중, 하우징(110)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 회전되는 블레이드(200)에 연결된 연결바(310)는 슬롯(130)을 따라 슬라이딩 이동되면서 하우징(110)의 외부로 돌출되는 반면에, 하우징(110)의 외면에 접근하는 방향으로 회전되는 블레이드(200)에 연결된 연결바(310)는 슬롯(130)을 따라 슬라이딩 이동되면서 하우징(110)의 내부로 함몰된다.

특히, 블레이드(200)가 하우징(110)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 상대 회전하는 경우에 있어, 블레이드(200)의 하우징(110)에 대한 상대 회전각도는 하우징(110)의 외부로 돌출되는 연결바(310)의 길이에 의해 결정되므로, 길이 조절부(330)는 하우징(110)의 외부로 돌출되는 연결바(310)의 길이를 조절함으로써, 블레이드(200)의 회전각도를 조절할 수 있다.

본 실시예에서 길이 조절부(330)는, 한 쌍의 연결바(310)의 타단부를 상호 연결하는 턴버클(turnbuckle,330)을 포함한다.

턴버클(330)은 양단부가 각각 한 쌍의 연결바(310)에 연결되되 회전축(150)을 감싸는 링 형상으로 형성된다. 그리고, 하우징(110)의 중심부에 마련된 회전축(150)이 링 형상의 턴버클(330)에 삽입되어 하우징(110)의 중심부를 가로지르는 하우징(110)의 외면 양측에 한 쌍의 블레이드(200)가 배치되도록 한다.

또한, 턴버클(330)과 한 쌍의 연결바(310)는 나사결합되어, 턴버클(330)을 시계 또는 반시계방향으로 회전함에 따라 한 쌍의 연결바(310)의 길이를 신장 및 수축시킬 수 있다.

한편, 도 1을 참조하면, 지지 프레임(400)은 복수의 블레이드(200) 및 로터(100)의 하중을 지지하는 구조물로서, 지면에 대해 높이방향으로 길게 배치된다.

한편, 지지 프레임(400)은 바람에 의해 회전되는 회전축(150)의 일단부가 길게 연장되어 지지 프레임(400)에 결합될 수 있으며, 지지 프레임(400)에 대해 회전축(150)이 자유롭게 회전가능하도록 지지 프레임(400)의 회전축(150)이 연결되는 부위에 베어링부재(미도시)가 개재될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직형 풍력발전기의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 바람이 블레이드(200) 및 로터(100)를 향하여 부는 경우에, 바람에 대향되는 하우징(110)의 외면에 배치된 블레이드(200)는 하우징(110)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 상대 회전되어 바람에 의한 회전력을 더 크게 받는다.

이와 반대로 바람에 대향되는 하우징(110)의 외면의 반대편에 배치된 블레이드(200)는 하우징(110)의 외면에 접근하는 방향으로 상대 회전되어 하우징(110)의 외면에 밀착됨으로써 블레이드(200)의 회전을 방해하는 바람의 저항력을 최소화한다.

이와 같이, 블레이드(200)가 하우징(110)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 회전하거나 하우징(110)의 외면에 접근하는 방향으로 회전하는 것은, 한 쌍의 블레이드(200)를 상호 연동하게 연결하는 블레이드 연결유닛(300)에 의해 달성된다.

도 2에서 도시한 바와 같이, 하우징(110)의 외면에 대향되게 배치된 한 쌍의 블레이드(200)는 각각 연결바(310) 및 턴버클(330)에 의해 상호 연결되어, 하나의 블레이드(200)가 하우징(110)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 회전하는 경우에 다른 블레이드(200)는 하우징(110)의 외면에 접근하는 방향으로 회전되게 한다.

또한, 턴버클(330)에 의해 한 쌍의 블레이드(200)에 각각 연결되는 한 쌍의 연결바(310)의 길이를 조절하여 블레이드(200)의 하우징(110)에 대한 상대 회전각도를 조절할 수도 있다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직형 풍력발전기에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직형 풍력발전기를 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직형 풍력발전기를 나타내는 부분 절개도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 블레이드와 연결바의 결합상태를 나타내는 확대도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직형 풍력발전기는, 바람에 의해 회전되는 복수의 블레이드(200a)와, 복수의 블레이드(200a)가 연결되되 블레이드(200a)의 회전에 따라 함께 회전되는 로터(100a)와, 복수의 블레이드(200a) 및 로터(100a)를 지지하는 지지 프레임(400a)을 포함한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 로터(100a) 및 지지 프레임(400a)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터(100) 및 지지 프레임(400)과 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직형 풍력발전기와 차이점에 대하여 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 블레이드(200a)는, 하우징(110a)의 외면을 따라 방사상으로 배치되며, 수직형 풍력발전기용 블레이드(200a)는 바람의 힘에 대한 저항력을 회전운동으로 전환시킨다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 블레이드(200a)는 하우징(110a)의 외면에 밀착되도록 내면이 하우징(110a)의 외면 형상에 대응되는 형상으로 형성된 판상체(201a)와, 판상체(201a)의 상부 및 하부 중 적어도 어느 하나에서 하우징(110a)의 중심방향으로 연장된 덮개부(203a)를 포함한다.

하우징(110a)이 원형 단면 형상을 갖는 경우에, 판상체(201a)는 하우징(110a)의 외면을 감싸는 곡면을 갖는 원호형상으로 형성된다. 그리고, 덮개부(203a)는 하우징(110a)의 상부 및 하부의 일영역을 덮는 구조로 판상체(201a)의 상부 및 하부에서 연장되어 형성된다.

판상체(201a)에 수직하게 부딪힌 바람은, 판상체(201a)를 따라 지면에 대해 상하방향으로 덮개부(203a) 방향으로 이동된 후 토출된다. 또한, 덮개부(203a)는 지면에 대해 소정각도 경사지게 형성되어 바람의 토출을 용이하게 할 수 있다.

한편, 본 실시예에서 하우징(110a)의 외면에 8개의 블레이드(200a)가 배치되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며 블레이드(200a)의 개수에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.

한편, 본 실시예에 따른 복수의 블레이드(200a) 중, 바람에 대향되는 하우징(110a)의 외면에 배치된 블레이드(200a)들은 하우징(110a)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 하우징(110a)에 대해 상대 회전되어 바람에 의한 회전력을 더 크게 받으며 아울러 로터(100a)의 방향으로 유입되는 바람의 입구면적을 최대화하고, 바람에 대향되는 하우징(110a)의 외면의 반대편에 배치된 블레이드(200a)들은 하우징(110a)의 외면에 접근 및 밀착되는 방향으로 상대 회전되어 블레이드(200a)들의 회전을 방해하는 바람의 저항력을 최소화한다.

이는 블레이드(200a)의 회전력을 향상시켜 풍력발전기의 발전효율을 향상시키기 위함이다.

전술한 바와 같이 블레이드(200a)가 하우징(110a)에 대해 상대 회전할 수 있도록, 블레이드(200a)의 루트부(210a)는 하우징(110a)의 외면에 힌지결합(270a)되어 하우징(110a)에 대해 상대 회전하며, 블레이드(200a)의 루트부(210a)가 하우징(110a)에 대해 상대 회전하는 경우에 블레이드(200a)의 팁부(220a)는 바람에 의해 하우징(110a)의 외면으로부터 이격되는 방향 또는 하우징(110a)의 외면에 접근 및 밀착되는 방향으로 상대 회전한다.

그리고, 블레이드(200a)의 팁부(220a)에는 하우징(110a)의 반경방향으로 절곡된 절곡부(225a)가 마련되어, 바람에 의해 블레이드(200a)가 하우징(110a)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 원할하게 상대 회전할 수 있도록 한다.

즉, 하우징(110a)이 원형 단면 형상으로 형성되고 블레이드(200a)가 하우징(110a)의 외면을 감싸는 곡면을 갖는 원호 형상의 판상체(201a)인 경우에, 바람에 의한 회전력이 절곡부(225a)에 전달되어 블레이드(200a)가 하우징(110a)의 외면으로부터 원할하게 이격될 수 있도록 한다.

전술한 바와 같이, 바람에 대향되는 하우징(110a)의 외면에 배치된 블레이드(200a)는 하우징(110a)의 외면으로부터 이격되는 방향으로, 바람에 대향되는 하우징(110a)의 외면의 반대편에 배치된 블레이드(200a)는 하우징(110a)의 외면에 접근하는 방향으로 하우징(110a)에 대해 상대 회전되도록, 복수의 블레이드(200a)는 하우징(110a)의 외면에 대향되게 배치되어 상호 연동되는 한 쌍의 블레이드(200a)로 이루어진 하나 이상의 단위 블레이드(250a)를 포함한다.

즉, 단위 블레이드(250a)는, 바람에 대향되는 하우징(110a)의 외면에 배치된 하나의 블레이드(200a)가 하우징(110a)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 하우징(110a)에 대해 상대 회전되는 경우에, 바람에 대향되는 하우징(110a)의 외면의 반대편에 배치된 다른 블레이드(200a)는 하우징(110a)의 외면에 접근하는 방향으로 하우징(110a)에 대해 상대 회전되게 한다.

이처럼, 단위 블레이드(250a)를 이루는 한 쌍의 블레이드(200a)가 상호 연동될 수 있도록, 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기는, 단위 블레이드(250a)를 이루는 한 쌍의 블레이드(200a)가 상호 연동되도록 한 쌍의 블레이드(200a)를 상호 연결하는 블레이드 연결유닛(300a)을 더 포함한다.

블레이드 연결유닛(300a)은, 하우징(110a)의 외면에 형성된 슬롯(130a)에 관통 삽입되되 일단부가 단위 블레이드(250a)를 이루는 한 쌍의 블레이드(200a)에 각각 연결되는 한 쌍의 연결바(310a)와, 한 쌍의 연결바(310a)의 타단부를 상호 연결하되 블레이드(200a)의 하우징(110a)에 대한 상대 회전각도를 조절하도록 한 쌍의 연결바(310a)의 길이를 조절하는 길이 조절부(330a)를 포함한다.

길이 조절부(330a)는, 한 쌍의 연결바(310a)의 타단부를 상호 연결하는 턴버클(330a)을 포함한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 블레이드 연결유닛(300a)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드 연결유닛(300a)과 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직형 풍력발전기의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 4에서 도시한 바와 같이, 바람이 블레이드(200a) 및 로터(100a)를 향하여 부는 경우에, 바람에 대향되는 하우징(110a)의 외면에 배치된 블레이드(200a)는 하우징(110a)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 상대 회전되어 바람에 의한 회전력을 더 크게 받는다.

이와 반대로 바람에 대향되는 하우징(110a)의 외면의 반대편에 배치된 블레이드(200a)는 하우징(110a)의 외면에 접근하는 방향으로 상대 회전되어 하우징(110a)의 외면에 밀착됨으로써 블레이드(200a)의 회전을 방해하는 바람의 저항력을 최소화한다.

이와 같이, 블레이드(200a)가 하우징(110a)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 회전하거나 하우징(110a)의 외면에 접근하는 방향으로 회전하는 것은, 한 쌍의 블레이드(200a)를 상호 연동하게 연결하는 블레이드 연결유닛(300a)에 의해 달성된다.

도 5에서 도시한 바와 같이, 하우징(110a)의 외면에 대향되게 배치된 한 쌍의 블레이드(200a)는 각각 연결바(310a) 및 턴버클(330a)에 의해 상호 연결되어, 하나의 블레이드(200a)가 하우징(110a)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 회전하는 경우에 다른 블레이드(200a)는 하우징(110a)의 외면에 접근하는 방향으로 회전되게 한다.

또한, 턴버클(330a)에 의해 한 쌍의 블레이드(200a)에 각각 연결되는 한 쌍의 연결바(310a)의 길이를 조절하여 블레이드(200a)의 하우징(110a)에 대한 상대 회전각도를 조절할 수도 있다.

다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 수직형 풍력발전기에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수직형 풍력발전기를 나타내는 사시도이고, 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수직형 풍력발전기를 나타내는 부분 절개도이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 블레이드와 연결바의 결합상태를 나타내는 확대도이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 수직형 풍력발전기는, 바람에 의해 회전되는 복수의 블레이드(200b)와, 복수의 블레이드(200b)가 연결되되 블레이드(200b)의 회전에 따라 함께 회전되는 로터(100b)와, 복수의 블레이드(200b) 및 로터(100b)를 지지하는 지지 프레임(400b)을 포함한다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 지지 프레임(400b)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 지지 프레임(400)과 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

로터(100b)는 복수의 블레이드(200b)가 연결되는 장소로서, 블레이드(200b)의 회전에 따라 함께 회전된다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에서 로터(100b)는, 회전축(150b)과, 회전축(150b)의 상하부에 각각 배치된 상판(110b) 및 하판(130b)과, 상판(110b)과 하판(130b) 사이에 배치되어 상판(110b) 및 하판(130b)을 지지하는 지지바(170b)와, 회전축(150b)에 연결된 기어박스(gear box, 미도시) 및 발전기(generator, 미도시)를 포함한다.

지지바(170b)는 상판(110b) 및 하판(130b)을 지지하며, 또한 상판(110b) 및 하판(130b)을 소정거리 이격되게 한다.

본 실시예에서는 상판(110b) 및 하판(130b)에 연결된 복수의 블레이드(200b)가 회전함에 따라 상판(110b), 하판(130b) 및 회전축(150b)이 함께 회전되면서 발전기를 작동시켜 전기에너지를 생산하게 된다.

본 실시예에서는 도 7에서 도시한 바와 같이, 상판(110b) 및 하판(130b)이 원형 평판으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며 상판(110b) 및 하판(130b)의 형상에 의해 본 발명의 권리범위기 제한되지 않는다.

그리고, 본 실시예에서 로터(100b)를 회전시키는 블레이드(200b)는 상판(110b) 및 하판(130b) 사이에 복수 개 배치되며, 상판(110b) 및 하판(130b)에 상대 회전가능하게 연결된다.

블레이드(200b)는 바람에 의해 회전되어 회전운동을 발생시키는 일종의 날개이다.

블레이드(200b)는 하우징의 외면을 따라 방사상으로 배치되며, 수직형 풍력발전기용 블레이드(200b)는 바람의 힘에 대한 저항력을 회전운동으로 전환시킨다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 블레이드(200b)는, 바람에 의해 로터(100b)의 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측방향으로 회전되어 돌출되는 외측 블레이드(201b)와, 바람에 의해 로터(100b)의 상판(110b) 및 하판(130b)의 내측에서 회전되어 로터(100b)의 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주에 접하는 내측 블레이드(203b)와, 외측 블레이드(201b) 및 내측 블레이드(203b)의 상부 및 하부를 덮는 덮개부(205b)를 포함한다.

외측 블레이드(201b) 및 내측 블레이드(203b)는 각각 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주형상에 대응되는 형상의 판상체로 형성된다. 즉, 상판(110b) 및 하판(130b)이 원형 평판으로 형성된 경우에 외측 블레이드(201b) 및 내측 블레이드(203b)는 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주 형상에 대응하는 곡면을 갖는 원호 형상의 판상체로 형성될 수 있다.

그리고, 외측 블레이드(201b) 및 내측 블레이드(203b)는 단면이 부채꼴 형상을 이루도록 일단부가 일체형으로 결합된다.

그리고, 덮개부(205b)는 외측 블레이드(201b) 및 내측 블레이드(203b)의 상부 및 하부를 덮도록 구성된다.

상기와 같은 본 실시예에 따른 블레이드(200b)는 일측에 바람이 유입되는 개구부(207b)를 제외하고 밀폐되도록 외측 블레이드(201b)와 내측 블레이드(203b) 및 덮개부(205b)가 일체형으로 형성된다.

내측 블레이드(203b) 및 외측 블레이드(201b)에 수직하게 부딪힌 바람은, 지면에 대해 상하방향으로 덮개부(205b) 방향으로 이동된 후 토출된다.

한편, 본 실시예에서는 상판(110b) 및 하판(130b) 사이에 8개의 블레이드(200b)가 배치되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며 블레이드(200b)의 개수에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.

그리고, 본 실시예에 따른 복수의 블레이드(200b) 중, 바람에 대향되게 배치된 블레이드(200b)들은 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측 방향으로 상판(110b) 및 하판(130b)에 대해 상대 회전되어 바람에 의한 회전력을 더 크게 받으며 아울러 로터(100b)의 방향으로 유입되는 바람의 입구면적을 최대화한다.

그리고, 바람에 대향되는 반대편에 배치된 블레이드(200b)들은 상판(110b) 및 하판(130b)의 중심방향으로 상판(110b) 및 하판(130b)에 대해 상대 회전되어 블레이드(200b)들의 회전을 방해하는 바람의 저항력을 최소화한다.

이는 블레이드(200b)의 회전력을 향상시켜 풍력발전기의 발전효율을 향상시키기 위함이다.

전술한 바와 같이, 블레이드(200b)가 상판(110b) 및 하판(130b)에 대해 상대 회전할 수 있도록, 블레이드(200b)의 루트부(210b)는 상판(110b) 및 하판(130b)에 힌지결합(270b)되어 상판(110b) 및 하판(130b)에 대해 상대 회전하며, 블레이드(200b)의 루트부(210b)가 상판(110b) 및 하판(130b)에 대해 상대 회전하는 경우에 블레이드(200b)의 팁부(220b)는 바람에 의해 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측방향 또는 상판(110b) 및 하판(130b)의 중심방향으로 상대회전한다.

여기서, 블레이드(200b)의 루트부(210b)는 외측 블레이드(201b) 및 내측 블레이드(203b)의 일단부가 결합된 영역이며, 블레이드(200b)의 팁부(220b)는 바람이 유입되는 개구부(207b)가 형성된 영역, 특히 외측 블레이드(201b)의 타단부를 말한다.

그리고, 외측 블레이드(201b)의 팁부(220b)에는 상판(110b) 및 하판(130b)의 반경방향으로 절곡된 절곡부(225b)가 마련되어, 바람에 의해 외측 블레이드(201b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측방향으로 원할하게 상대 회전할 수 있도록 한다.

즉, 상판(110b) 및 하판(130b)이 원판 형상으로 형성되고, 외측 블레이드(201b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주형상에 대응되는 원호 형상의 판상체로 형성된 경우에, 바람에 의한 회전력이 절곡부(225b)에 전달되어 외측 블레이드(201b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주로부터 원할하게 이격될 수 있도록 한다.

전술한 바와 같이, 바람에 대향되게 배치된 블레이드(200b)는 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측 방향으로, 바람에 대향되는 반대편에 배치된 블레이드(200b)는 상판(110b) 및 하판(130b)의 중심방향으로 상판(110b) 및 하판(130b)에 대해 상대 회전되도록, 복수의 블레이드(200b)는 상판(110b) 및 하판(130b) 사이에 대향되게 배치되어 상호 연동되는 한 쌍의 블레이드(200b)로 이루어진 하나 이상의 단위 블레이드(250b)를 포함한다.

즉, 단위 블레이드(250b)는 바람에 대향되게 배치된 하나의 블레이드(200b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측방향으로 상판(110b) 및 하판(130b)에 대해 상대 회전되는 경우에, 바람에 대향되는 반대편에 배치된 다른 블레이드(200b)는 상판(110b) 및 하판(130b)의 중심방향으로 상판(110b) 및 하판(130b)에 대해 상대 회전되게 한다.

구체적으로, 바람에 대향되게 배치된 블레이드(200b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측 방향으로 상판(110b) 및 하판(130b)에 대해 상대 회전하는 경우에 해당 블레이드(200b)를 구성하는 내측 블레이드(203b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주에 위치되고, 바람에 대향되는 반대편에 배치된 블레이드(200b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 중심방향으로 상판(110b) 및 하판(130b)에 대해 상대 회전하는 경우에 해당 블레이드(200b)를 구성하는 외측 블레이드(201b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주에 위치된다.

이때, 본 실시예에 따른 로터(100b)는, 상판(110b)과 하판(130b) 사이에 마련되되 내측 블레이드(203b) 및 외측 블레이드(201b)의 회전을 제한하도록 내측 블레이드(203b)의 외면 및 외측 블레이드(201b)의 내면이 밀착되는 스토퍼(미도시)를 더 포함할 수 있다.

즉, 블레이드(200b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측 방향으로 상대 회전하는 경우에 내측 블레이드(203b)의 외면이 스토퍼에 밀착되어 회전이 제한되며, 블레이드(200b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 중심방향으로 상대 회전하는 경우에 외측 블레이드(201b)의 내면이 스터퍼에 밀착되어 회전이 제한된다.

이처럼, 단위 블레이드(250b)를 이루는 한 쌍의 블레이드(200b)가 상호 연동될 수 있도록, 도 8에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기는, 단위 블레이드(250b)를 이루는 한 쌍의 블레이드(200b)가 상호 연동되도록 한 쌍의 블레이드(200b)를 상호 연결하는 블레이드(200b) 연결유닛(300b)을 더 포함한다.

블레이드(200b) 연결유닛(300b)은, 일단부가 단위 블레이드(250b)를 이루는 한 쌍의 블레이드(200b)에 각각 연결되는 한 쌍의 연결바(310b)와, 한 쌍의 연결바(310b)의 타단부를 상호 연결하되 블레이드(200b)의 상판(110b) 및 하판(130b)에 대한 상대 회전각도를 조절하도록 한 쌍의 연결바(310b)의 길이를 조절하는 길이 조절부(330b)를 포함한다.

한 쌍의 연결바(310b)는, 한 쌍의 블레이드(200b)를 상호 연결하는데, 특히 본 실시예에서는 한 쌍의 내측 블레이드(203b)의 내면을 상호 연결한다. 그리고, 연결바(310b)와 외측 블레이드(201b)는 상호 힌지결합(320b)된다.

이처럼, 단위 블레이드(250b)를 이루는 각각의 블레이드(200b), 특히 내측 블레이드(203b)의 내면에 각각의 연결바(310b)의 일단부가 연결되며, 각각의 연결바(310b)의 타단부는 길이 조절부(330b)에 의해 상호 연결된다.

여기서, 길이 조절부(330b)는, 블레이드(200b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측방향으로 상대 회전하는 경우에 블레이드(200b)의 상판(110b) 및 하판(130b)에 대한 상대 회전각도를 조절하도록 연결바(310b)의 길이를 조절한다.

한 쌍의 연결바(310b) 중, 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측방향으로 상대 회전되는 블레이드(200b)에 연결된 하나의 연결바(310b)는 상판(110b) 및 하판(130b)의 반경방향으로 이동되고, 상판(110b) 및 하판(130b)의 중심방향으로 회전되는 블레이드(200b)에 연결된 다른 연결바(310b)는 상판(110b) 및 하판(130b)의 중심방향으로 이동된다.

특히, 블레이드(200b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 방향으로 상대 회전하는 경우에 있어, 블레이드(200b)의 상판(110b) 및 하판(130b)에 대한 상대 회전각도는 상판(110b) 및 하판(130b)의 반경방향으로 이동되는 연결바(310b)의 길이에 의해 결정되므로, 길이 조절부(330b)는 연결바(310b)의 길이를 조절함으로써 블레이드(200b)의 회전각도를 조절할 수 있다.

본 실시예에서 길이 조절부(330b)는, 한 쌍의 연결바(310b)의 타단부를 상호 연결하는 턴버클(330b)을 포함한다.

턴버클(330b)은 양단부가 각각 한 쌍의 연결바(310b)에 연결되되 회전축(150b)을 감싸는 링 형상으로 형성된다. 그리고, 상판(110b) 및 하판(130b)의 중심부에 마련된 회전축(150b)이 링 형상의 턴버클(330b)에 삽입되어 상판(110b) 및 하판(130b)의 중심부를 가로지르는 방향의 양측에 한 쌍의 블레이드(200b)가 배치되도록 한다.

또한, 턴버클(330b)과 한 쌍의 연결바(310b)는 나사결합되어, 턴버클(330b)을 시계 또는 반시계방향으로 회전함에 따라 한 쌍의 연결바(310b)의 길이를 신장 및 수축시킬 수 있다.

이는, 구체적으로, 도 7에서 도시한 바와 같이, 바람에 대향되게 배치된 블레이드(200b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측 방향으로 상판(110b) 및 하판(130b)에 대해 상대 회전하는 경우에 해당 블레이드(200b)를 구성하는 내측 블레이드(203b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주에 위치되게 하고, 바람에 대향되는 반대편에 배치된 블레이드(200b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 중심방향으로 상판(110b) 및 하판(130b)에 대해 상대 회전하는 경우에 해당 블레이드(200b)를 구성하는 외측 블레이드(201b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주에 위치되도록 하기 위함이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 제3 실시예에 따른 수직형 풍력발전기의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 7에서 도시한 바와 같이, 바람이 블레이드(200b) 및 로터(100b)를 향하여 부는 경우에, 바람에 대향되게 배치된 블레이드(200b)는 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측 방향으로 상대 회전되어 바람에 의한 회전력을 더 크게 받는다.

이와 반대로 바람에 대향되는 반대편에 배치된 블레이드(200b)는 상판(110b) 및 하판(130b)의 중심방향으로 상대 회전되어 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주와 동일평면을 형성함으로써 블레이드(200b)의 외전을 방해하는 바람의 저항력을 최소화한다.

이와 같이, 블레이드(200b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측방향으로 회전하거나 상판(110b) 및 하판(130b)의 중심방향으로 회전하는 것은, 한 쌍의 블레이드(200b)를 상호 연동하게 연결하는 블레이드(200b) 연결유닛(300b)에 의해 달성된다.

도 8에서 도시한 바와 같이, 상판(110b) 및 하판(130b) 사이에 대향되게 배치된 한 쌍의 블레이드(200b)는 각각 연결바(310b) 및 턴버클(330b)에 의해 상호 연결되어, 하나의 블레이드(200b)가 상판(110b) 및 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측방향으로 회전하는 경우에 다른 블레이드(200b)는 상판(110b) 및 하판(130b)의 중심방향으로 회전되게 한다.

또한, 턴버클(330b)에 의해 한 쌍의 블레이드(200b)에 각각 연결되는 한 쌍의 연결바(310b)의 길이를 조절하여 블레이드(200b)의 상판(110b) 및 하판(130b)에 대한 상대 회전각도를 조절할 수도 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100, 100a, 100b: 로터 110, 110a: 하우징
130, 130a: 슬롯 150, 150a, 150b: 회전축
200, 200a, 200b: 블레이드 210, 210a, 210b: 루트부
220, 220a, 220b: 팁부 225, 225a, 225b: 절곡부
250, 250a, 250b: 단위 블레이드 300, 300a, 300b: 블레이드 연결유닛
310, 310a, 310b: 연결바 330, 330a, 330b: 길이 조절부
400, 400a, 400b:지지 프레임

Claims

하우징(110,110a)과, 상기 하우징(110,110a)의 내부에 배치되되 상기 하우징(110,110a)에 연결된 회전축(150,150a)을 포함하는 로터(100,100a);
상기 하우징(110,110a)의 외면을 따라 배치되어 상기 하우징(110,110a)에 상대 회전가능하게 연결되며, 상기 하우징(110,110a)의 외면에 대향되게 배치되어 상호 연동되는 한 쌍의 블레이드(200,200a)로 이루어진 하나 이상의 단위 블레이드(250,250a)를 포함하는 복수의 블레이드(200,200a); 및
상기 하우징(110,110a)의 외면에 형성된 슬롯(130,130a)을 관통하여 상기 단위 블레이드(250,250a)를 이루는 한 쌍의 상기 블레이드(200,200a)를 상호 연동되게 연결하는 블레이드 연결유닛(300,300a)을 포함하며,
상기 단위 블레이드(250,250a)는,
바람에 대향되는 상기 하우징(110,110a)의 외면에 배치된 상기 블레이드(200,200a)가 상기 하우징(110,110a)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 상기 하우징(110,110a)에 대해 상대 회전되는 경우에, 바람에 대향되는 상기 하우징(110,110a)의 외면의 반대편에 배치된 상기 블레이드(200,200a)는 상기 하우징(110,110a)의 외면에 접근하는 방향으로 상기 하우징(110,110a)에 대해 상대 회전되는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기.
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제1항에 있어서,
상기 블레이드 연결유닛(300,300a)은,
상기 슬롯(130,130a)에 관통 삽입되되, 일단부가 상기 단위 블레이드(250,250a)를 이루는 한 쌍의 상기 블레이드(200,200a)에 각각 연결되는 한 쌍의 연결바(310,310a); 및
한 쌍의 상기 연결바(310,310a)의 타단부를 상호 연결하되, 상기 블레이드(200,200a)의 상기 하우징(110,110a)에 대한 상대 회전각도를 조절하도록 상기 한 쌍의 연결바(310,310a)의 길이를 조절하는 길이 조절부(330,330a)를 포함하는 수직형 풍력발전기.
제4항에 있어서,
상기 길이 조절부(330,330a)는,
한 쌍의 상기 연결바(310,310a)의 타단부를 상호 연결하는 턴버클(turnbuckle)을 포함하는 수직형 풍력발전기.
제4항에 있어서,
한 쌍의 상기 연결바(310,310a) 중, 상기 하우징(110,110a)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 회전되는 상기 블레이드(200,200a)에 연결된 연결바(310,310a)는 상기 하우징(110,110a)의 외부로 돌출되고, 상기 하우징(110,110a)의 외면에 접근하는 방향으로 회전되는 상기 블레이드(200,200a)에 연결된 연결바(310,310a)는 상기 하우징(110,110a)의 내부로 함몰되는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기.
제1항에 있어서,
상기 블레이드(200,200a)는,
루트부(210,210a)가 상기 하우징(110,110a)에 결합되어 상기 하우징(110,110a)에 대해 상대 회전되며, 팁부(220,220a)가 바람에 의해 상기 하우징(110,110a)의 외면으로부터 이격되는 방향 또는 상기 하우징(110,110a)의 외면에 접근하는 방향으로 상대 회전되는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기.
제7항에 있어서,
상기 블레이드(200,200a)의 팁부(220,220a)는,
바람에 의해 상기 하우징(110,110a)의 외면으로부터 이격되는 방향으로 상기 하우징에 대해 상대 회전되도록, 상기 하우징(110,110a)의 반경방향으로 절곡된 절곡부(225,225a)를 포함하는 수직형 풍력발전기.
제1항에 있어서,
상기 블레이드(200)는,
상기 하우징(110)의 외면에 밀착되도록, 내면이 상기 하우징(110)의 외면 형상에 대응되는 형상으로 형성된 판상체(201)를 포함하는 수직형 풍력발전기.
제1항에 있어서,
상기 블레이드(200a)는,
상기 하우징(110a)의 외면에 밀착되도록, 내면이 상기 하우징(110a)의 외면 형상에 대응되는 형상으로 형성된 판상체(201a); 및
상기 판상체(201a)의 상부 및 하부 중 적어도 어느 하나에서 상기 하우징(110a)의 중심방향으로 연장된 덮개부(203a)를 포함하는 수직형 풍력발전기.
회전축(150b)과, 상기 회전축(150b)의 상하부에 각각 배치된 상판(110b) 및 하판(130b)을 포함하는 로터(100b); 및
상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b) 사이에 배치되되, 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)에 상대 회전가능하게 연결된 복수의 블레이드(200b)를 포함하며,
바람에 대향되게 배치된 상기 블레이드(200b)는 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측 방향으로 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)에 대해 상대 회전되며, 바람에 대향되는 반대편에 배치된 상기 블레이드(200b)는 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)의 중심방향으로 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)에 대해 상대 회전되며,
상기 블레이드(200b)는,
바람에 의해 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측방향으로 회전되어 돌출되는 외측 블레이드(201b); 및
바람에 의해 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)의 내측에서 회전되어 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)의 외주에 접하는 내측 블레이드(203b)를 포함하며,
상기 외측 블레이드(201b) 및 상기 내측 블레이드(203b)는 각각 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)의 외주형상에 대응되는 형상의 판상체로 형성되며, 상기 외측 블레이드(201b) 및 상기 내측 블레이드(203b)는 단면이 부채꼴 형상을 이루도록 일단부가 일체형으로 결합되어 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)에 상대 회전가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기.
제11항에 있어서,
상기 복수의 블레이드(200b)는,
상기 상판(110b) 및 하판(130b) 사이에 대향되게 배치되어 상호 연동되는 한 쌍의 상기 블레이드(200b)로 이루어진 하나 이상의 단위 블레이드(250b)를 포함하며,
상기 단위 블레이드(250b)는,
바람에 대향되게 배치된 상기 블레이드(200b)가 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측방향으로 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)에 대해 상대 회전되는 경우에, 바람에 대향되는 반대편에 배치된 상기 블레이드(200b)는 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)의 중심방향으로 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)에 대해 상대 회전되는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기.
제12항에 있어서,
상기 상판(110b)과 상기 하판(130b) 사이에 배치되어, 상기 단위 블레이드(250b)를 이루는 한 쌍의 상기 블레이드(200b)를 상호 연동되게 연결하는 블레이드 연결유닛(300b)을 더 포함하는 수직형 풍력발전기.
제13항에 있어서,
상기 블레이드 연결유닛(300b)은,
일단부가 상기 단위 블레이드(250b)를 이루는 한 쌍의 상기 블레이드(200b)에 각각 연결되는 한 쌍의 연결바(310b); 및
한 쌍의 상기 연결바(310b)의 타단부를 상호 연결하되, 상기 블레이드(200b)의 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)에 대한 상대 회전각도를 조절하도록 상기 한 쌍의 연결바(310b)의 길이를 조절하는 길이 조절부(330b)를 포함하는 수직형 풍력발전기.
제14항에 있어서,
상기 길이 조절부(330b)는,
한 쌍의 상기 연결바(310b)의 타단부를 상호 연결하는 턴버클을 포함하는 수직형 풍력발전기.
제14항에 있어서,
상기 한 쌍의 연결바(310b) 중, 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측방향으로 회전되는 상기 블레이드(200b)에 연결된 연결바(310b)는 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)의 반경방향으로 이동되고, 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)의 중심방향으로 회전되는 상기 블레이드(200b)에 연결된 연결바(310b)는 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)의 중심방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기.
제11항에 있어서,
상기 블레이드(200b)는,
루트부(210b)가 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)에 결합되어 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)에 대해 상대 회전되며, 팁부(220b)가 바람에 의해 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측 방향 또는 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)의 중심방향으로 상대 회전되는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기.
삭제
제11항에 있어서,
상기 외측 블레이드(201b)의 팁부(220b)는,
바람에 의해 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)의 외주로부터 이격되는 외측 방향으로 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)에 대해 상대 회전되도록, 상기 상판(110b) 및 상기 하판(130b)의 반경방향으로 절곡된 절곡부(225b)를 포함하는 수직형 풍력발전기.
제11항에 있어서,
상기 블레이드(200b)는,
상기 외측 블레이드(201b) 및 상기 내측 블레이드(203b)의 상부 및 하부를 덮는 덮개부(205b)를 더 포함하며,
상기 블레이드(200b)는, 바람이 유입되는 개구부(207b)를 제외하고 밀폐되도록 상기 외측 블레이드(201b)와 상기 내측 블레이드(203b) 및 상기 덮개부(205b)가 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기.