KR101392150B1 - 풍력발전기용 바람개비, 이 바람개비를 이용한 풍력발전용 터빈, 이 터빈을 이용한 풍력발전기 - Google Patents

풍력발전기용 바람개비, 이 바람개비를 이용한 풍력발전용 터빈, 이 터빈을 이용한 풍력발전기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 역방향 영역의 안내면을 따라 흐르는 바람이 인접하는 바람개비 날개의 순방향 영역에 공급되게 하고, 역방향 안내면을 따라 흐르는 바람이 인접하는 바람개비 날개의 순방향 영역으로 공급되게 할 수 있도록 터빈의 방향계 지시에 따라 베이스부재가 회전하고, 이 베이스부재에 설치된 바람개비가 바람이 부는 방향에 대하여 정면으로 위치되게 하는 풍력발전기용 바람개비, 이 바람개비를 이용한 풍력발전용 터빈, 이 터빈을 이용한 풍력발전기에 관한 것으로,
기둥(100) 상부에 회전가능하게 장착되는 베이스부재(110); 회전축(121a)을 중심으로 방사상에 날개(121b)가 형성되는 바람개비(121)를 가지며, 바람개비(121)들을 내부에 수용한 상태로 회전가능하게 장착하고 바람의 순방향 영역에 위치한 바람개비(121)의 날개(121b)를 노출시키고 바람의 역방향으로 회전하는 날개(121b)가 역방향 영역에 위치한 바람개비(121)의 날개(121b)를 차단하며, 불어오는 바람을 측방향으로 안내할 수 있도록 바람개비(121)의 역방향 영역 전방에서 측방향으로 안내면(122a)이 형성되는 역풍방지덮개(122)를 갖추고 있고, 풍향계(123)가 바람개비(121)의 순방향 영역 및 역방향 영역이 불어오는 바람에 대하여 정면으로 위치하도록 바람개비(121)의 방향을 조절하는 터빈(120); 및 터빈(120)에서 공급된 회전동력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기(130);를 포함한다.

Description

풍력발전기용 바람개비, 이 바람개비를 이용한 풍력발전용 터빈, 이 터빈을 이용한 풍력발전기{Pinwheel, Wind turbine using it, and Generator using the turbine}
본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로, 특히 복수 개의 바람개비를 역풍방지덮개 내부에 설치하여 역방향 영역의 안내면을 따라 흐르는 버려지는 바람이 인접하는 바람개비 날개의 순방향 영역에 공급되게 하여 순방향 바람 공급량 높여 발전효율을 높일 수 있도록 하고, 터빈의 방향계 지시에 따라 베이스부재가 회전하여 바람개비가 복수 개 설치된 역풍방지덮개가 풍향계의 지시에 따라 회전할 수 있도록 하는 풍력발전기용 바람개비, 이 바람개비를 이용한 풍력발전용 터빈, 이 터빈을 이용한 풍력발전기에 관한 것이다.
풍력발전기는 자연 바람을 이용하여 전기를 생산하는 친환경적인 에너지원으로, 원자력 발전소와 같이 환경을 오염시키지 않으면서도 구조 및 설치가 간단하고, 또한 좁은 장소에서 밤낮 구분없이 바람이 불기만 하면 언제든지 전기를 생산할 수 있다는 점에서 태양열 발전기와 다르게 그 실용성이 다른 어떠한 발전장치보다 우수하여 널리 사용되고 있다.
종래의 풍력발전기는 특허등록 제10-1057225호 및 특허출원 제10-2011-0032394호에 개시되어 있다. 이들 종래 수직형 풍력발전기는 바람이 불어 날개가 회전할 때 순방향 영역의 날개는 개방되고 역방향 영역의 날개는 차단되므로 노출된 순방향의 날개가 바람에 의해 회전하여 발전을 수행하게 된다.
그러나, 이러한 종래 기술은 수평형태의 날개는 바람을 날개 내부에 가두지 못하기 때문에 바람이 날개 측방향으로 빠져나가 발전효율이 저하되는 문제가 있고, 또한 본 출원인이 선출원한 특허출원 제10-2012-0114702호의 도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이 오목한 형태의 날개(11b)는 바람을 내부에 가둘 수 있어 수평형태의 날개보다는 발전효율은 높일 수 있으나 바람이 가장 깊숙한 변곡점까지 미끄러지게 되므로 바람 공급량에 비해 발전효율이 여전히 낮은 문제가 있었다.
또한, 종래 기술은 개방된 순방향 영역의 바람만 공급받아 날개(11b)가 회전하게 되므로 발전효율을 높이는데 한계가 있었다.
이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 풍력발전기의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 복수 개의 바람개비를 역풍방지덮개 내부에 설치하여 역방향 영역의 안내면을 따라 흐르는 바람이 인접하는 바람개비 날개의 순방향 영역에 공급되게 하여 순방향 바람 공급량 높여 발전효율을 크게 높일 수 있도록 하는 풍력발전기용 바람개비, 이 바람개비를 이용한 풍력발전용 터빈, 이 터빈을 이용한 풍력발전기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 역방향 안내면을 따라 흐르는 바람이 인접하는 바람개비 날개의 순방향 영역으로 공급되게 할 수 있도록 터빈의 방향계 지시에 따라 베이스부재가 회전하고, 이 베이스부재에 설치된 복수 개의 바람개비가 바람이 부는 방향에 대하여 정면으로 위치되게 하는 풍력발전기용 바람개비, 이 바람개비를 이용한 풍력발전용 터빈, 이 터빈을 이용한 풍력발전기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명의 바람개비는 회전축을 중심으로 방사상에 날개가 형성되고, 상기 날개의 일측면 또는 타측면 또는 양측면에 바람이 마찰할 수 있는 돌기가 길이방향을 따라 돌출 형성된다.
상기 날개는 오목하게 형성되고, 오목한 부분의 변곡점은 날개의 회전축보다 날개의 자유단부에서 더 가까운 곳에 위치하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명의 풍력발전기용 터빈은 회전축을 중심으로 방사상에 날개가 형성되는 복수 개의 바람개비;
내부에 상기 바람개비들을 수용한 상태로 회전가능하게 장착하고, 불어오는 바람에 의해 상기 바람개비들이 회전할 때 바람의 순방향 영역에 위치한 날개를 노출시키고 바람의 역방향으로 회전하는 날개가 바람의 영향을 받지 않도록 각 바람개비의 역방향 영역에 위치한 날개를 안내면 및 보조안내면으로 차단하여 역방향 영역의 날개에 저항이 발생하지 않도록 하며, 상기 각 바람개비의 순방향 영역에 위치한 노출된 날개는 순방향으로 불어오는 바람과 함께 이웃하는 다른 바람개비의 안내면을 따라 유도된 바람을 공급받아 회전토록 하는 역풍방지덮개; 및
상기 역풍방지덮개에 설치되고, 상기 바람개비의 순방향 영역 및 역방향 영역이 불어오는 바람에 대하여 정면으로 위치하도록 바람개비의 방향을 조절하는 풍향계;를 포함하며,
여기서, 역풍방지덮개의 안내면을 따라 흐르면서 유도된 바람이 이웃하는 바람개비의 순방향 영역에 위치한 날개(121b)에 공급될 수 있도록 상기 안내면과 이웃하는 바람개비의 순방향 영역의 날개는 근접되게 설치된다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍력발전기는 기둥;
상기 기둥 상부에 회전가능하게 장착되는 베이스부재;
회전축 하부가 상기 베이스부재에 회전가능하게 장착되고, 상기 회전축을 중심으로 방사상에 날개가 형성되는 복수 개의 바람개비(121)를 가지며, 상기 바람개비들을 내부에 수용한 상태로 회전가능하게 장착하고 불어오는 바람에 의해 상기 바람개비들이 회전할 때 바람의 순방향 영역에 위치한 날개를 노출시키고 바람의 역방향으로 회전하는 날개가 바람의 영향을 받지 않도록 각 바람개비의 역방향 영역에 위치한 날개를 안내면 및 보조안내면으로 차단하여 역방향 영역의 날개에 저항이 발생하지 않도록 하며, 상기 각 바람개비의 순방향 영역에 위치한 노출된 날개는 순방향으로 불어오는 바람과 함께 이웃하는 다른 바람개비의 안내면을 따라 유도된 바람을 공급받아 회전토록 하는 역풍방지덮개를 갖추고 있고, 상기 역풍방지덮개에 풍향계가 설치되어 상기 바람개비의 날개 순방향 영역 및 역방향 영역이 불어오는 바람에 대하여 정면으로 위치하도록 바람개비의 방향을 조절하는 터빈; 및
상기 베이스부재 내부에 수납되고, 상기 터빈의 회전축과 동력전달수단으로 연결되어 터빈에서 공급된 회전동력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기;를 포함하고,
여기서, 터빈의 방향계 지시에 따라 베이스부재가 회전하여 역풍방지덮개에 설치된 바람개비의 순방향 영역 및 역방향 영역이 불어오는 바람에 정면으로 위치된다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 풍력발전기용 바람개비는 날개에 돌기가 형성되어 있으므로, 이 돌기가 바람이 미끄러지는 것을 방지, 즉 불어오는 바람을 구속함과 동시에 충돌하게 되므로 날개의 회전속도가 빨라지게 되므로 발전효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 풍력발전기용 터빈은 복수 개의 바람개비를 바람이 부는 방향에 대하여 병렬로 설치하고, 풍향계의 지시에 따라 베이스부재가 회전하기 때문에 이들 바람개비가 바람이 부는 방향과 정면으로 위치되므로 불어오는 바람을 그대로 받을 수 있음은 물론이고, 더 나아가 역방향 영역으로 불어오는 버려지는 바람을 인접한 바람개비의 순방향 영역으로 공급하여 발전효율을 더욱 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 발명에 따른 수직형 풍력발전기의 단면도
도 2는 종래 발명에 따른 터빈의 조립 정면 사시도
도 3은 종래 발명에 따른 터빈의 사용상태를 보인 평면도
도 4는 본 발명에 따른 풍력발전기의 정단면도
도 5는 본 발명에 따른 터빈의 내부를 보인 평면도
도 6은 본 발명에 따른 터빈의 외부를 보인 평면도
도 7은 도 6의 터빈의 회전하는 것을 보인 평면도
도 8은 본 발명에 따른 터빈의 정면 개략도
도 9는 본 발명에 따른 터빈의 날개를 확대한 상세도
도 10은 도 9의 날개가 회전하는 것을 보인 상세도
도 11은 본 발명에 따른 터빈의 내부를 보인 정면도
도 12는 본 발명의 개폐부재가 날개를 폐쇄한 상태를 보인 터빈의 평면도
도 13은 본 발명의 각 바람개비에 장착된 개폐부재가 날개를 폐쇄한 상태를 보인 터빈의 평면도
도 14는 본 발명의 설명을 위한 참고도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 풍력발전기용 바람개비, 이 바람개비를 이용한 풍력발전용 터빈, 이 터빈을 이용한 풍력발전기의 구성을 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 바람개비를 설명한다.
도 5, 도 9, 도 10에서 보는 바와 같이 본 발명의 바람개비(121)는 회전축(121a)을 중심으로 방사상에 날개(121b)가 형성되고, 상기 날개(121b)의 일측면 또는 타측면 또는 양측면에 바람이 마찰할 수 있는 돌기가 길이방향을 따라 돌출 형성된다. 상기 날개(121b)의 상,하단부는 도 11과 같이 상,하플레이트(121c)(121d)에 고정되어 강풍에 의해 날개(121b)가 흔들리거나 파손되는 것을 방지한다. 상기 하플레이트(121d)는 빗물이 하부로 배출될 수 있도록 배수구멍(121e)이 관통된다.
상기 날개(121b)는 도 9 내지 도 10과 같이 오목하게 형성되고, 오목한 부분의 변곡점(I)은 날개(121b)의 회전축(121a)보다 날개(121b)의 자유단부에서 더 가까운 곳에 위치하는 것이 바람직하다.
다시 말해, 오목한 부분의 변곡점(I)은 가장 깊은 곳이 되고, 이 변곡점(I)에 바람이 집중되므로 변곡점(I)이 회전축(121a)에서 멀어질수록 동일한 바람이 불어도 날개(121b)가 받는 힘이 크기 때문에 날개(121b)의 회전속도는 빠르게 된다. 즉, 모우먼트(M)는 바람의 힘(F)×회전축(121a)에서부터 변곡점(I)까지의 거리(L), M=F×L이 되므로, 바람의 힘이 동일하다면 회전축(121a)에서부터 변곡점(I)까지의 거리(L)가 크면 클수록 회전력이 커지게 되므로 날개(121b)는 그만큼 빠른 속도로 회전하게 된다.
본 발명의 날개(121b)는 양측면 길이방향에 돌기가 형성되는 것을 보이고 있다. 도 9와 같이 화살표 방향에서 바람이 분다고 가정하면, 회전축(121a)을 중심선을 기준으로 우측이 날개(121b)의 순방향 영역이 되고 좌측이 역방향 영역이 되므로, 날개(121b)의 배면에 돌출된 후방돌기(121f)는 중심선 방향으로 진입함과 동시에 바람과 접촉하여 날개(121b)를 순방향 영역으로 회전시키는 기능을 하게 되므로 날개(121b)의 회전속도를 증가시켜 발전효율을 높이게 된다.
또한, 날개(121b)의 정면에 돌출된 전방돌기(121g)는 도 10과 같이 순방향에서 부는 바람을 구속함과 동시에 충돌하게 되므로 불어오는 바람이 변곡점(I)까지 미끄러지기 전에 또는 변곡점(I)에서 밀려나는 바람과 충돌하여 날개(121b)의 회전속도를 높이게 된다.
상기 전,후방돌기(121f)(121g)는 풍력발전기의 날개에서 찾아볼 수 없는 기술로서, 종래 풍력발전기와 대비되는 기술이다.
다음은 본 발명에 따른 풍력발전기용 터빈(120)을 설명한다.
먼저, 본 발명 터빈(120)의 바람개비(121)가 풍력에 의해 회전하는 것을 설명하기 위해 도 14를 참조하여 용어를 정리한다. 바람개비(121) 입장에서 볼 때 바람이 불어오는 방향을 정면으로 정의한다. 바람개비(121)는 정면에서 바람이 불어와 회전축(121a)을 중심으로 화살표 방향(양측면에 위치한 화살표 방향)으로 회전한다고 가정하면, 회전축(121a)을 중심으로 우측 전방이 개방되어 있으므로 우측에 위치한 날개(121b)는 바람의 순풍을 타고 화살표 방향으로 회전함에 따라 회전축(121a)의 우측 영역을 순방향 영역으로 정의한다. 또한 회전축(121a)을 중심으로 좌측의 날개(121b)는 정면에서 불어오는 방향과 역방향으로 회전하게 되므로 회전축(121a)의 좌측 영역을 역방향 영역으로 정의한다. 본 발명은 역방향 영역에 위치한 날개(121b)가 정면에서 불어는 바람에 영향에 받지 않도록 역방향 영역 전방에 안내면(122a) 및 보조안내면(122d)으로 차단하여 역방향 영역의 날개(121b)에 저항이 발생하지 않도록 하였다. 이는 후술에서 더 자세히 설명하기로 한다.
본 발명의 풍력발전기용 터빈(120)은 상기 바람개비(121), 역풍방지덮개(122) 및 풍향계(123)를 포함한다.
상기 바람개비(121)는 이미 설명하였으므로, 더 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 역풍방지덮개(122)는 본 발명의 중요한 구성요소 중 하나로써, 상기 바람개비(121)들을 내부에 수용한 상태로 회전가능하게 장착하고, 불어오는 바람에 의해 상기 바람개비(121)들이 회전할 때 바람의 순방향 영역에 위치한 바람개비(121)의 날개(121b)를 노출시키고 바람의 역방향으로 회전하는 날개(121b)가 바람의 영향을 받지 않도록 역방향 영역에 위치한 바람개비(121)의 날개(121b)를 차단하며, 불어오는 바람을 측방향으로 안내할 수 있도록 바람개비(121)의 역방향 영역 전방에서 측방향으로 안내면(122a)이 형성된다.
상기 역풍방지덮개(122)는 도 4 내지 도 8, 도 11 내지 도 13에서 보는 바와 같이 내부 수납실에 복수 개의 바람개비(121)가 회전가능하게 설치되는데, 이들 바람개비(121)는 바람부는 방향에 대하여 정면으로 위치되므로 병렬로 배치된다.
본 명세서에서는 2개의 바람개비(121)가 설치되는 것을 보이고 있으나, 2개 이상의 바람개비(121)가 설치될 수 있음은 너무 당연하다.
도 5를 참조하면, 역풍방지덮개(122)는 회전축(121a)을 갖는 날개(121b)가 양측에 설치되고, 상기 회전축(121a) 사이에는 바람이 통과하는 통로(122b)가 준비되고, 도 11과 같이 하부에는 우기시 빗물이 하부로 배출될 수 있도록 배수구멍(122c)이 관통된다. 상기 통로(122b)는 안내면(122a) 사이에 위치하게 된다. 바람이 역방향 영역에 위치한 날개(121b)에 공급되지 않도록 바람이 부는 방향에서 회전축(121a)을 수직으로 연결한 선을 중심선으로 하면, 바람이 불 때 날개(121b)가 노출된 부분이 순방향 영역(우측부분)이 되고 날개(121b)가 안내면(122a)에 차단된 부분이 역방향 영역(좌측부분)이 된다. 상기 안내면(122a)은 역방향 영역에 위치한 날개(121b)를 불어오는 바람으로부터 차단할 수 있도록 역풍방지덮개(122)의 전방에서 역방향 영역 측면으로 경사지게 연장된다.
상기 안내면(122a)은 역방향 영역으로 불어와 버려지는 바람을 이웃하는 바람개비(121)의 순방향 날개(121b)에 안내하는 것이므로, 상기 안내된 바람을 공급받은 이웃하는 날개(121b)는 그만큼 강력하면서도 빨리 회전하게 된다. 따라서 역방향 영역의 바람을 공급받은 이웃하는 순방향 날개(121b)는 원래 순방향 바람의 회전력으로 발전하는 용량보다 거의 2배 정도 더 발전을 수행할 수 있어 종래 풍력발전기와 대비된다.
또한, 본 발명의 역풍방지덮개(122)는 역방향 영역으로 불어와 버려지는 바람의 일부를 순방향 영역으로 안내할 수 있도록 역방향 전방에서 순방향 영역으로 보조안내면(122d)이 형성된다. 상기 안내면(122a)과 보조안내면(122d)의 전방은 서로 이음되어 뾰쪽한 끝, 즉 첨단을 형성하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명은 복수 개의 바람개비(121)는 순방향의 영역에 위치한 날개(121b)는 노출되어 있으므로 바람에 따라 회전하게 되고, 역방향의 영역에 위치한 날개(121b)는 안내면(122a)에 차단되어 바람의 영향을 받지 않게 되므로 날개(121b)는 거의 무저항으로 회전하여 빠른 속도로 힘차게 회전할 수 있다. 즉, 역방향 영역으로 부는 바람은 안내면(122a)을 따라 경사지게 이동하여 역풍방지덮개(122)를 벗어나게 되므로 역방향 영역에 위치한 날개(121b)는 저항 없이 바람과 반대방향으로 회전하게 된다.
이 과정에서 안내면(122a)을 따라 이동하는 바람, 즉 도 5의 A부분에서 부는 바람은 인접한 터빈(120)의 노출된 순방향 영역의 날개(121b)에 그대로 공급되어 순방향 바람으로 변환된다. 따라서 인접한 순방향 영역에 위치한 날개(121b)는 상기 A부분의 바람에 의해 회전속도가 더욱 빨라져 발전효율을 높이게 된다.
이때, 순방향 영역의 날개(121b)와 안내면(122a) 사이는 바람이 빠져나갈 수 있는 약간의 틈새(S)가 구비되는데, 바람이 상기 틈새(S)를 빠져나갈 때 압력이 급격히 낮아지면서 빠른 속도로 통과하여 날개(121b)의 회전속도를 더욱 높이게 된다. 이는 베르누이의 원리로 설명이 명확해진다. 즉, 베르누이 원리는 에너지 보존의 법칙으로서 관수로에서 좁은 통로를 지날 때 유속이 빨라 지고, 넓은 공간에서 유속이 느려지는 데 이는 좁은 공간은 많은 유량이 지나갈 수 없으므로 유속을 크게 해서 빨리 지나가고, 넓은 공간은 유량이 커서 유속을 작게 해서 천천히 지나간다는 원리이다.
따라서, 본 발명은 상기 역풍방지덮개(122)의 안내면(122a)을 따라 흐르면서 유도된 바람이 이웃하는 바람개비(121)의 순방향 영역에 위치한 날개(121b)에 공급될 수 있도록 상기 안내면(122a)과 이웃하는 바람개비(121)의 순방향 영역의 날개(121b)는 근접되게 설치된다.
이와 같이 역방향 영역부분으로 바람이 통과하는 부분은 A부분의 면적에 해당하고, 상기 A부분의 면적은 순방향의 영역으로 부는 바람의 면적에 거의 버금 갈 정도로 많으므로 안내면(122a)을 따라 공급되는 역방향 영역의 바람을 공급받은 바람개비(121)는 정상적인 순방향 영역의 바람의 거의 2배에 가까워 그만큼 빠른 속도로 회전하여 발전효율을 현저히 증대시킬 수 있다.
그러므로, 본 발명은 바람개비를 2개를 사용하고 있고, 이는 단순히 순방향 바람을 이용하여 발전하는 통상적인 바람개비 2개, 즉 단순한 수의 증가로서 1+1=2의 발전효과를 얻는 것이 결코 아니고, 역방향 영역의 A부분의 면적에 해당하는 많은 양의 바람을 순방향 영역으로 유도하여 발전량을 대폭 향상시는 것으로, 단순한 수의 증가와 대비되는 발명이라 하겠다.
한편, 역방향 영역으로 부는 바람 중 보조안내면(122d)을 향해 부는 바람은 상기 보조안내면(122d)을 따라 순방향으로 공급되어 인접한 다른 날개(121b)의 회전속도를 증가시켜 발전효율을 높이게 된다.
상기 풍향계(123)는 상기 역풍방지덮개(122)에 설치되고, 상기 바람개비(121)의 순방향 영역 및 역방향 영역이 불어오는 바람에 대하여 정면으로 위치하도록 바람개비(121)의 방향을 조절하게 된다. 풍향계(123)는 역풍방지덮개(122)의 상부 또는 하부 또는 상,하부 모두에 설치가 가능하다. 이 풍향계(123)는 후방으로 길게 연장되면서 돌출되어 있으므로 그 연장된 길이방향이 바람이 불어오는 방향과 정면으로 위치하게 된다. 따라서 상기 풍향계(123)의 방향 제어에 따라 바람개비(121)는 바람이 부는 정면 방향으로 위치하게 된다. 이는 마치 선박의 후방에 위치한 방향키와 같은 기능을 한다.
여기서, 상기 풍향계(123)는 불어오는 바람을 받아 후술하는 풍력발전기(10)의 베이스부재(110)를 회전시킴으로써 바람개비(121)들이 불어오는 바람에 대하여 정면으로 위치하게 된다.
본 발명의 터빈(120)은 태풍발생시 바람개비(121)가 심하게 회전하여 고장이 발생하지 않도록 하는 기술을 더 추가한다. 이를 위해, 순방향 영역의 날개(121b)를 개폐부재(122e)로 차단하여 순방향 영역의 날개(121b)도 회전하지 않도록 한다. 이는 모터(122f)의 구동력으로 가능하다.
즉, 도 12 내지 도 13과 같이 모터(122f)의 정,역회전운동에 의해 이와 연동되는 개폐부재(122e)가 왕복이동하여 순방향 영역의 날개(121b)를 개폐하도록 구성한다. 즉, 바람이 불어 발전을 수행할 때 개폐부재(122e)는 도 5와 같이 안내면(122a) 내부에 수용되어 순방향 영역의 날개(121b)를 개방하여 불어오는 바람이 순방향 영역의 날개(121b)를 회전시켜 발전이 수행되도록 한다.
그리고, 태풍과 같이 강한 바람이 불어 바람개비(121)가 심하게 회전하는 것을 방지할 때는, 풍속센서가 바람의 속도를 감지하여 측정하고 이를 콘트롤러(C)에 보내게 되면 콘트롤러(C)가 감지된 풍속이 설정속도 이상이 되면 모터(122f)를 구동시키게 된다. 모터(122f)가 구동하여 회전하게 되면, 상기 모터(122f)와 연동된 개폐부재(122e)가 이동하여 순방향 영역의 날개(121b) 부분을 차단하여 바람이 순방향 영역의 날개(121b)에서 공급되는 것을 차단한다. 물론 태풍이 지나가 일기가 정상적인 상태가 되면 다시 모터(122f)가 구동하여 개폐부재(122e)를 원위치시켜 바람이 날개(121b)를 회전시켜 발전이 수행되도록 한다.
상기 모터(122f)가 구동할 때 이와 연동되는 개폐부재(122e)의 동력전달은 여러 가지 형태로 구성할 수 있는데, 본 발명에서는 모터(122f)의 로드 단부에 구동기어(미도시)를 형성하고, 개폐부재(122e)에는 상기 구동기어와 치합되는 종동기어(미도시)를 형성하여 이들을 치합되게 하면, 모터(122f)가 정,역회전할 때 개폐부재(122e)는 왕복이동하여 날개(121b)를 간단하게 개폐할 수 있다.
상기 개폐부재(122e)는 상기 역풍방지덮개(122) 내부에 수용되고 바람개비(121)의 몸체 일부를 내부에 수용한 상태로 상기 회전축(121a)에 회전가능하게 장착되고, 풍속이 설정속도 이상이 될 때 회전하여 바람개비(121)의 날개(121b)를 차단하게 된다. 상기 개폐부재(122e)는 도 11과 같이 하부에 우기시 빗물이 배출될 수 있도록 배수구멍(122g)이 관통된다.
상기 개폐부재(122e)를 회전시키는 모터(122f) 공지의 것이므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 상기 모터(122f)는 역풍방지덮개(122) 내부의 안전한 장소에 장착되어 콘트롤러(C)의 제어에 의해 개폐부재(122e)를 개폐하게 된다.
상기 풍속센서(122h)는 바람에 노출될 수 있는 임의의 장소, 즉 역풍방지덮개(122) 외부에 설치되어 바람의 풍속을 측정하는 공지의 것이다. 이와 같이 풍속센서(122h)가 바람의 풍속을 측정하여 콘트롤러(C)에 보내게 되면, 콘트롤러(C)는 입력된 풍속보다 바람이 세게 불면, 모터(122f)를 구동시켜 개폐부재(122e)가 날개(121b)를 폐쇄토록 하고, 입력된 풍속보다 바람이 약하게 불면 개폐부재(122e)가 날개(121b)를 개방토록 한다.
상기 콘트롤러(C)는 풍속센서(122h)가 감지한 풍속에 따라 모터(122f)의 구동을 제어하여 개폐부재(122e)가 날개(121b)를 개방 또는 폐쇄할 수 있도록 하는 것으로, 역풍방지덮개(122) 내부의 안전한 장소에 설치되어 풍속센서(122h)와 전자적인 신호로 연결되고, 모터(122f)와 전기적으로 연결되어 이들을 제어하는 공지의 것이기에 더 이상 자세한 설명은 생략한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 터빈(120)은 역풍방지덮개(122)에 복수 개의 바람개비(121)가 바람에 대하여 정면으로 향하도록 설치되어, 정상적으로 발전을 수행할 때 개폐부재(122e)가 날개(121b)를 개방하여 불어오는 바람에 의해 날개(121b)가 회전하여 발전을 수행하고, 이 과정에서 안내면(122a)이 역방향 영역으로 부는 바람을 차단하게 되므로 날개(121b)는 거의 무저항을 회전하고, 또한 상기 역방향 영역으로 부는 바람은 안내면(122a)을 따라 이웃하는 순방향 영역의 날개(121b)에 공급되어 그 날개(121b)를 강하게 회전시켜 발전효율을 높이게 된다. 또한, 역방향 영역으로 부는 바람의 일부는 보조안내면(122d)의 안내에 따라 자신의 순방향 영역의 날개(121b)에 공급되어 날개(121b)를 더욱 강하게 회전시키게 된다.
다음은 본 발명의 풍력발전기(10)를 설명한다.
본 발명의 풍력발전기(10)는 기둥(100);
상기 기둥(100) 상부에 회전가능하게 장착되는 베이스부재(110);
회전축(121a) 하부가 상기 베이스부재(110)에 회전가능하게 장착되고, 상기 회전축(121a)을 중심으로 방사상에 날개(121b)가 형성되는 복수 개의 바람개비(121)를 가지며, 상기 바람개비(121)들을 내부에 수용한 상태로 회전가능하게 장착하고 불어오는 바람에 의해 상기 바람개비(121)들이 회전할 때 바람의 순방향 영역에 위치한 날개(121b)를 노출시키고 바람의 역방향으로 회전하는 날개(121b)가 바람의 영향을 받지 않도록 각 바람개비(121)의 역방향 영역에 위치한 날개(121b)를 안내면(122a) 및 보조안내면(122d)으로 차단하여 역방향 영역의 날개(121b)에 저항이 발생하지 않도록 하며, 상기 각 바람개비(121)의 순방향 영역에 위치한 노출된 날개(121b)는 순방향으로 불어오는 바람과 함께 이웃하는 다른 바람개비(121)의 안내면(122a)을 따라 유도된 바람을 공급받아 회전토록 하는 역풍방지덮개(122)를 갖추고 있고, 상기 역풍방지덮개(122)에 풍향계(123)가 설치되어 상기 바람개비(121)의 날개(121b) 순방향 영역 및 역방향 영역이 불어오는 바람에 대하여 정면으로 위치하도록 바람개비(121)의 방향을 조절하는 터빈(120); 및
상기 베이스부재(110) 내부에 수납되고, 상기 터빈(120)의 회전축(121a)과 동력전달수단으로 연결되어 터빈(120)에서 공급된 회전동력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기(130);를 포함하고,
여기서, 터빈(120)의 풍향계(123) 지시에 따라 베이스부재(110)가 회전하여 역풍방지덮개(122)에 설치된 바람개비(121)의 순방향 영역 및 역방향 영역이 불어오는 바람에 정면으로 위치된다.
상기 기둥(100)은 도 4와 같이 베이스부재(110) 중앙에 조립되어 상기 베이스부재(110)가 풍향계(123)의 지시에 따라 회전할 수 있도록 한다. 상기 기둥(100)은 설치장소에 설치되므로 그 길이는 설치장소의 조건에 따라 선택적으로 조절할 수 있다.
상기 베이스부재(110)는 기둥(100)에 회전가능하게 조립되어 상기 터빈(120)의 회전축(121a)을 회전가능하게 고정하는 면적을 제공한다. 이와 같이 베이스부재(110)를 기둥(100)에 회전가능하게 설치한 이유는 상부에 설치된 복수 개의 바람개비(121)들이 풍향계(123)의 지시에 따라 바람이 부는 방향에 대하여 정면으로 위치하도록 하기 위한 것이다.
다시 말해, 터빈(120)의 바람개비(121)들은 역풍방지덮개(122) 내부에 설치되어 있으므로, 이들 바람개비(121)들이 불어오는 바람에 대하여 정면으로 배치되기 위해서는 결국 역풍방지덮개(122)가 풍향계(123)의 지시 방향에 따라 자유롭게 회전해야 한다. 만약 상기 베이스부재(110)가 기둥(100)에 회전가능하게 설치되지 않는다면 상기 베이스부재(110) 상부에 설치된 터빈(120)의 회전축(121a)들도 고정상태가 되므로, 결국 역풍방지덮개(122)도 고정상태가 되어 회전할 수 없고, 이렇게 되면 역풍방지덮개(122)에 설치된 풍향계(123)도 고정상태가 되어 바람의 방향에 따라 자유롭게 움직이지 못하여, 본 발명의 목적을 달성할 수 없게 된다.
따라서, 풍향계(123)의 지시에 따라 베이스부재(110)가 자유롭게 회전하게 되고, 상기 베이스부재(110)에 탑재된 회전축(121a) 및 역풍방지덮개(122)가 풍향계(123)의 지시에 따라 베이스부재(110)와 함께 회전하게 되므로, 결국 바람개비(121)들이 바람이 부는 방향에 대하여 정면으로 향하게 된다.
상기 베이스부재(110)는 내부에 수납공간(110a)이 형성되고 이 수납공간(110a)에 회전축(121a)과 동력전달수단으로 연결된 발전기(130)가 장착된다. 따라서 바람이 불어 터빈(120)의 회전축(121a)이 회전하게 되명 발전기(130)의 회전축(121a)도 동시에 회전하여 발전이 수행된다. 상기 발전기(130)는 공지의 것이기에 더 이상 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 회전축(121a)과 발전기(130)를 연결하는 동력전달수단은 도 4와 같이 벨트(V)를 사용할 수 있으나, 평벨트, 타이밍벨트, 브이벨트, 체인장치. 기어들의 치합 등 회전축(121a)이 회전할 때 그와 연동되는 발전기(130)의 회전축(121a)이 회전할 수 있는 장치면 가능하겠다.
그리고, 상기 발전기(130)는 미도시된 축전지와 연결되어 발전기(130)에서 전기를 발생하면 이를 축전지에 축전시키는 것이 바람직하다.
한편, 이미 설명한 본 발명의 모터(122f)의 구동원은 외부 전원을 사용할 수 있고, 바람직하게는 상기 발전기(130)에서 발생된 전기를 사용할 수 있고, 상기 축전지에 축전된 전기를 사용할 수도 있다.
10 : 풍력발전기 100 : 기둥
110 : 베이스부재 120 : 터빈
121 : 바람개비 122 : 역풍방지덮개
123 :풍향계 122a : 안내면
122d : 보조안내면 130 : 발전기

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 회전축(121a)을 중심으로 방사상에 날개(121b)가 형성되는 복수 개의 바람개비(121);
    내부에 상기 바람개비(121)들을 수용한 상태로 회전가능하게 장착하고, 불어오는 바람에 의해 상기 바람개비(121)들이 회전할 때 바람의 순방향 영역에 위치한 날개(121b)를 노출시키고 바람의 역방향으로 회전하는 날개(121b)가 바람의 영향을 받지 않도록 각 바람개비(121)의 역방향 영역에 위치한 날개(121b)를 안내면(122a) 및 보조안내면(122d)으로 차단하여 역방향 영역의 날개(121b)에 저항이 발생하지 않도록 하며, 상기 각 바람개비(121)의 순방향 영역에 위치한 노출된 날개(121b)는 순방향으로 불어오는 바람과 함께 이웃하는 다른 바람개비(121)의 안내면(122a)을 따라 유도된 바람을 공급받아 회전토록 하는 역풍방지덮개(122); 및
    상기 역풍방지덮개(122)에 설치되고, 상기 바람개비(121)의 날개(121b) 순방향 영역 및 역방향 영역이 불어오는 바람에 대하여 정면으로 위치하도록 바람개비(121)의 방향을 조절하는 풍향계(123);를 포함하며,
    여기서, 역풍방지덮개(122)의 안내면(122a)을 따라 흐르면서 유도된 바람이 이웃하는 바람개비(121)의 순방향 영역에 위치한 날개(121b)에 공급될 수 있도록 상기 안내면(122a)과 이웃하는 바람개비(121)의 순방향 영역의 날개(121b)는 근접되게 설치되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 풍력발전기용 터빈.
  4. 회전축(121a) 중심으로 방사상에 날개(121b)가 형성되는 복수 개의 바람개비(121);
    내부에 상기 바람개비(121)들을 수용한 상태로 회전가능하게 장착하고, 불어오는 바람에 의해 상기 바람개비(121)들이 회전할 때 바람의 순방향 영역에 위치한 날개(121b)를 노출시키고 바람의 역방향으로 회전하는 날개(121b)가 바람의 영향을 받지 않도록 각 바람개비(121)의 역방향 영역에 위치한 날개(121b)를 안내면(122a) 및 보조안내면(122d)으로 차단하여 역방향 영역의 날개(121b)에 저항이 발생하지 않도록 하며, 상기 각 바람개비(121)의 순방향 영역에 위치한 노출된 날개(121b)는 순방향으로 불어오는 바람과 함께 이웃하는 다른 바람개비(121)의 안내면(122a)을 따라 유도된 바람을 공급받아 회전토록 하는 역풍방지덮개(122);
    상기 역풍방지덮개(122)에 설치되고, 상기 바람개비(121)의 순방향 영역 및 역방향 영역이 불어오는 바람에 대하여 정면으로 위치하도록 바람개비(121)의 날개(121b) 방향을 조절하는 풍향계(123);
    상기 역풍방지덮개(122) 내부에 수용되고 바람개비(121)의 몸체 일부를 내부에 수용한 상태로 상기 회전축(121a)에 회전가능하게 장착되고, 풍속이 설정속도 이상이 될 때 회전하여 순방향 영역에 위치한 바람개비(121)의 날개(121b)를 차단하는 개폐부재(122e);
    상기 개폐부재(122e)를 회전시키는 모터(122f);
    상기 역풍방지덮개(122)에 장착되는 풍속센서(122h); 및
    상기 모터(122f) 및 풍속센서(122h)와 연결되고, 풍속센서(122h)가 감지한 풍속이 설정속도 이상이 될 때 모터(122f)를 구동시켜 개폐부재(122e)를 순방향 영역으로 회전시키는 콘트롤러(C);를 포함하며,
    여기서, 역풍방지덮개(122)의 안내면(122a)을 따라 흐르면서 유도된 바람이 이웃하는 바람개비(121)의 순방향 영역에 위치한 날개(121b)에 공급될 수 있도록 상기 안내면(122a)과 이웃하는 바람개비(121)의 순방향 영역의 날개(121b)는 근접되게 설치되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 풍력발전기용 터빈.
  5. 청구항 3항 또는 청구항 4에 있어서, 상기 역풍방지덮개(122)는 역방향 영역으로 불어오는 바람의 일부를 순방향 영역으로 안내할 수 있도록 역방향 전방에서 순방향 영역으로 보조안내면(122d)이 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 터빈.
  6. 기둥(100);
    상기 기둥(100) 상부에 회전가능하게 장착되는 베이스부재(110);
    회전축(121a) 하부가 상기 베이스부재(110)에 회전가능하게 장착되고, 상기 회전축(121a)을 중심으로 방사상에 날개(121b)가 형성되는 복수 개의 바람개비(121)를 가지며, 상기 바람개비(121)들을 내부에 수용한 상태로 회전가능하게 장착하고 불어오는 바람에 의해 상기 바람개비(121)들이 회전할 때 바람의 순방향 영역에 위치한 날개(121b)를 노출시키고 바람의 역방향으로 회전하는 날개(121b)가 바람의 영향을 받지 않도록 각 바람개비(121)의 역방향 영역에 위치한 날개(121b)를 안내면(122a) 및 보조안내면(122d)으로 차단하여 역방향 영역의 날개(121b)에 저항이 발생하지 않도록 하며, 상기 각 바람개비(121)의 순방향 영역에 위치한 노출된 날개(121b)는 순방향으로 불어오는 바람과 함께 이웃하는 다른 바람개비(121)의 안내면(122a)을 따라 유도된 바람을 공급받아 회전토록 하는 역풍방지덮개(122)를 갖추고 있고, 상기 역풍방지덮개(122)에 풍향계(123)가 설치되어 상기 바람개비(121)의 날개(121b) 순방향 영역 및 역방향 영역이 불어오는 바람에 대하여 정면으로 위치하도록 바람개비(121)의 방향을 조절하는 터빈(120); 및
    상기 베이스부재(110) 내부에 수납되고, 상기 터빈(120)의 회전축(121a)과 동력전달수단으로 연결되어 터빈(120)에서 공급된 회전동력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기(130);를 포함하고,
    여기서, 터빈(120)의 방향계 지시에 따라 베이스부재(110)가 회전하여 역풍방지덮개(122)에 설치된 바람개비(121)의 순방향 영역 및 역방향 영역이 불어오는 바람에 정면으로 위치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  7. 기둥(100);
    상기 기둥(100) 상부에 회전가능하게 장착되는 베이스부재(110);
    회전축(121a) 하부가 상기 베이스부재(110)에 회전가능하게 장착되고, 상기 회전축(121a)을 중심으로 방사상에 날개(121b)가 형성되는 복수 개의 바람개비(121)를 가지며, 상기 바람개비(121)들을 내부에 수용한 상태로 회전가능하게 장착하고 불어오는 바람에 의해 상기 바람개비(121)들이 회전할 때 바람의 순방향 영역에 위치한 날개(121b)를 노출시키고 바람의 역방향으로 회전하는 날개(121b)가 바람의 영향을 받지 않도록 각 바람개비(121)의 역방향 영역에 위치한 날개(121b)를 안내면(122a) 및 보조안내면(122d)으로 차단하여 역방향 영역의 날개(121b)에 저항이 발생하지 않도록 하며, 상기 각 바람개비(121)의 순방향 영역에 위치한 노출된 날개(121b)는 순방향으로 불어오는 바람과 함께 이웃하는 다른 바람개비(121)의 안내면(122a)을 따라 유도된 바람을 공급받아 회전토록 하는 역풍방지덮개(122)를 갖추고 있고, 상기 역풍방지덮개(122)에 풍향계(123)가 설치되어 상기 바람개비(121)의 날개(121b) 순방향 영역 및 역방향 영역이 불어오는 바람에 대하여 정면으로 위치하도록 바람개비(121)의 방향을 조절하며, 개폐부재(122e)가 상기 역풍방지덮개(122) 내부에 수용되고 바람개비(121)의 몸체 일부를 내부에 수용한 상태로 상기 회전축(121a)에 회전가능하게 장착되어 풍속이 설정속도 이상이 될 때 모터(122f)에 의해 회전하여 순방향 영역에 위치한 바람개비(121)의 날개(121b)를 차단하고, 풍속센서(122h)가 상기 역풍방지덮개(122)에 장착되어 바람의 풍속을 감지하며, 콘트롤러(C)가 상기 모터(122f) 및 풍속센서(122h)와 연결되고 풍속센서(122h)가 감지한 풍속이 설정속도 이상이 될 때 상기 모터(122f)를 구동시켜 개폐부재(122e)를 순방향 영역으로 회전시키는 터빈(120); 및
    상기 베이스부재(110) 내부에 수납되고, 상기 터빈(120)의 회전축(121a)과 동력전달수단으로 연결되어 터빈(120)에서 공급된 회전동력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기(130);를 포함하고,
    여기서, 터빈(120)의 방향계 지시에 따라 베이스부재(110)가 회전하여 역풍방지덮개(122)에 설치된 바람개비(121)의 순방향 영역 및 역방향 영역이 불어오는 바람에 정면으로 위치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서, 역풍방지덮개(122)의 안내면(122a)을 따라 흐르면서 유도된 바람이 이웃하는 바람개비(121)의 순방향 영역에 위치한 날개(121b)에 공급될 수 있도록 상기 안내면(122a)과 이웃하는 바람개비(121)의 순방향 영역의 날개(121b)는 근접되게 설치되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 풍력발전기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4359311A (en) * 1981-05-26 1982-11-16 Benesh Alvin H Wind turbine rotor
KR20060070120A (ko) * 2004-12-20 2006-06-23 김도균 풍력을 이용한 발전장치
JP2010101298A (ja) 2008-10-27 2010-05-06 Mamoru Yamamoto 垂直型並立出力結集風力発電機
KR20110074411A (ko) * 2009-12-24 2011-06-30 황지선 풍력 발전용 로터

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