KR101416963B1 - 풍력 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 풍력 발전장치는, 지지구조물(10)의 상단 일정 높이에 둘레측이 복수의 걸이고정대(20)에 의해 지지되며 회전자(32)와 연결된 상부 및 하부 회전축(34)(36)을 가진 발전기(30)와, 상기 발전기(30)의 상부 회전축(34) 끝단에 제1 커플러(40)를 매개로 수직으로 결합되어 상부 회전축(34)에 의해 회전되는 양력프로펠러(50)와, 상기 발전기(30)의 하부 회전축(36) 끝단에 제2 커플러(42)를 매개로 수직으로 결합되어 하부 회전축(36)을 회전시키는 풍력팬(60)과, 상기 지지구조물(10)의 하단 일정 높이에 걸이고정대(22)에 의해 지렛대 방식으로 결합되어 상기 풍력팬(60)의 하부 회전중심에 상기 회전자(32), 양력프로펠러(50) 및 풍력팬(60)을 합친 자중과 비례되는 역자중으로 받쳐주는 받침수단(70)으로 구성되어 있으므로,

Description

풍력 발전장치{a wind power generators}
본 발명은 풍력 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 설치 장소의 조건에 제약을 받지 않고 바람이 강하게 부는 협곡 등에 설치하여 발전효율을 높일 수 있는 풍력 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 바람은 환경오염이 없는 청정에너지원이자 미래의 에너지원으로 떠오르고 있다. 이러한 바람은 어떤 에너지원도 만족시키기 힘든, 풍부하고, 싸고, 소모되어 없어지지 않고, 광범위하게 산재해 있는 등 미래의 개발에너지원으로서 많은 장점을 가지고 있다.
기술의 발전에 따라 바람에 의해 발전을 일으키는 이러한 풍력발전도 1990년대에 들어서면서 풍력터빈설계 등의 기술이 발전되고 바람을 에너지로 변환시키는 효율이 높아짐에 따라 에너지화에 따른 상업성이 높아지고 있다.
풍력발전은 이제 지속가능하고 튼튼하고 빨리 성장하는 산업이다. 미래 에너지원의 큰 축이 될 것이 거의 확실해 지고 있으며, 국제 경제의 에너지 영역뿐만 아니라 국제경제 자체의 지형을 바꿔 놓을 것으로 예견되고 있다.
이러한 급속한 성장은 지구촌의 많은 나라들이 풍력발전체제로 전환하도록 만들고 있다. 덴마크, 독일, 스페인, 미국과 같은 초기의 풍력발전 주도국가 뿐만 아니라 우리나라를 비속한 영국, 프랑스, 브라질, 중국 등 세계 많은 나라에서 야심찬 계획들이 기업, 연구소를 가리지 않고 진행되고 있다.
그래서 종래의 제안된 대한민국 등록특허 제541231호 고효율 수직형 풍력 발전장치는, 회전자의 외부를 보호함과 동시에 바람을 집풍하는 가변형 집풍덮개와, 상기 가변형 집풍덮개 내부에 설치되어, 회전축과 접하지 않는 외주면에 관성무게추가 형성되고, 회전축과는 공기 통로를 이루는 다수의 다이아프램으로 결합되고 일부면이 풍속에 따라 개방되는 개방 회전자로 구성된 좌우 대칭의 한쌍의 상부 가변 회전자와, 상기 상부 가변 회전자의 하부와 결합되고 회전자 날개의 각도가 직각을 이루는 좌우대칭의 한쌍의 하부 가변 회전자로 구성되어 있다.
그러나, 이와 같이 구성된 종래의 고효율 수직형 풍력 발전장치는 가변형 집풍덮개 등을 포함하도록 구조화시켜 풍력발전의 효율증대를 꾀하고 있으나, 소형임에도 불구하고 비교적 복잡함, 풍속에 따른 가변 작동등 형체적 불안요소가 상존하며, 이러한 구조를 통해 견고함을 유지하면서 풍력발전의 효율을 증대시킬 수 있을지는 의문스럽다.
풍력발전을 위한 설비나 장치에 있어 바람의 방향과 세기에 구애됨없이 발전이 가능하고, 또한 큰 발전플랜트 시설이 아니라 하더라도 풍력발전의 효율을 높일 수 있으며, 종래의 문제점에 대한 해결 뿐만아니라 새롭고 효율적인 구조를 적용시킬 수 있는 기술 또한 절실히 요청되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 기존의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로서, 회전 마찰 저항을 최소화시켜 회전자의 회전력을 크게 높여 발전효율을 높일 수 있는 풍력 발전장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전장치는, 지지구조물의 상단 일정 높이에 둘레측이 복수의 걸이고정대에 의해 지지되며 회전자와 연결된 상부 및 하부 회전축을 가진 발전기와, 상기 발전기의 상부 회전축 끝단에 제1 커플러를 매개로 수직으로 결합되어 상부 회전축에 의해 회전되는 양력프로펠러와, 상기 발전기의 하부 회전축 끝단에 제2 커플러를 매개로 수직으로 결합되어 하부 회전축을 회전시키는 풍력팬과, 상기 지지구조물의 하단 일정 높이에 걸이고정대에 의해 지렛대 방식으로 결합되어 상기 풍력팬의 하부 회전중심에 상기 회전자, 양력프로펠러 및 풍력팬을 합친 자중과 비례되는 역자중으로 받쳐주는 받침수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 제1 및 제2 커플러는 상하 대응되게 밀착하는 복수의 판체와, 상기 복수의 판체의 평면 가장자리 둘레를 따라 일정간격을 두고 수직으로 관통되어 서로 결합되는 다수의 볼트 및 너트로 구성된 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 풍력팬은, 상기 제2 커플러의 판체 하면 중앙에 수직으로 고정되는 회전축과, 상기 회전축의 하단에 고정되어 측면으로 불어오는 바람에 의해 방향성을 갖고 일방향으로 회전되도록 측면 둘레를 따라 일정간격을 두고 다수개가 형성된 날개부와, 상기 날개부의 하단 회전중심에 돌설되어 상기 받침수단의 일측단이 삽입 안착되도록 일정깊이로 쐐기홈을 가진 연결블록으로 구성된 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 받침수단은, 상기 걸이고정대의 상부 끝단에 힌지핀을 매개로 수평으로 힌지되어 지렛대 운동하면서 그 일측단이 상기 풍력팬의 하부측 연결블록의 쐐기홈에 삽입 안착되는 쐐기돌기를 가진 받침대와, 상기 받침대의 타측단에 안착되어 받침대의 일측단이 상기 회전자, 양력프로펠러 및 풍력팬을 합친 자중과 비례되는 역자중으로 받쳐주도록 힘을 가하는 중량체로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 풍력 발전장치는 회전자, 양력프로펠러 및 풍력팬을 합친 자중과 비례되는 역자중으로 받쳐주고, 양력프로펠러의 회전시 발생되는 힘(양력)에 의해 회전자와 풍력팬을 공중으로 당겨서 회전 마찰 저항을 최소화시켜 줌으로써 회전자의 회전력을 크게 높임은 물론 발전효율을 크게 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 도시한 분해 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 도시한 결합 측면도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 풍력 발전장치는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 지지구조물(10)의 상단 일정 높이에 둘레측이 복수의 걸이고정대(20)에 의해 지지되며 회전자(32)와 연결된 상부 및 하부 회전축(34)(36)을 가진 발전기(30)와, 상기 발전기(30)의 상부 회전축(34) 끝단에 제1 커플러(40)를 매개로 수직으로 결합되어 상부 회전축(34)에 의해 회전되는 양력프로펠러(50)와, 상기 발전기(30)의 하부 회전축(36) 끝단에 제2 커플러(42)를 매개로 수직으로 결합되어 하부 회전축(36)을 회전시키는 풍력팬(60)과, 상기 지지구조물(10)의 하단 일정 높이에 걸이고정대(22)에 의해 지렛대 방식으로 결합되어 상기 풍력팬(60)의 하부 회전중심에 상기 회전자(32), 양력프로펠러(50) 및 풍력팬(60)을 합친 자중과 비례되는 역자중으로 받쳐주는 받침수단(70)으로 구성되어 있다.
이때, 상기 회전자(32)는 상기 발전기(30)의 케이스 내주면에 설치된 고정자(38)와 대응되는 회전 중심에 설치되고, 상기 상부 및 하부 회전축(34)(36)은 발전기(30)의 케이스 상부 및 하부와 베어링을 매개로 회전자유롭게 지지되도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 및 제2 커플러(40)(42)는, 상하 대응되게 밀착하는 복수의 판체(44)와, 상기 복수의 판체(44)의 평면 가장자리 둘레를 따라 일정간격을 두고 수직으로 관통되어 서로 결합되는 다수의 볼트(46) 및 너트(48)로 구성되어 있다.
상기 양력프로펠러(50)는, 상기 제1 커플러(40)의 판체(44) 상면 중앙에 수직으로 고정되는 회전축(52)과, 상기 회전축(52)의 상단 둘레를 따라 일정간격을 두고 수평으로 고정된 날개부(54)로 구성되어 있다.
상기 풍력팬(60)은, 상기 제2 커플러(42)의 판체(44) 하면 중앙에 수직으로 고정되는 회전축(62)과, 상기 회전축(62)의 하단에 고정되어 측면으로 불어오는 바람에 의해 방향성을 갖고 일방향으로 회전되도록 측면 둘레를 따라 일정간격을 두고 다수개가 형성된 날개부(64)와, 상기 날개부(64)의 하단 회전중심에 돌설되어 상기 받침수단(70)의 일측단이 삽입 안착되도록 일정깊이로 쐐기홈(66a)을 가진 연결블록(66)으로 구성되어 있다.
상기 받침수단(70)은, 상기 걸이고정대(22)의 상부 끝단에 힌지핀(72)을 매개로 수평으로 힌지되어 지렛대 운동하면서 그 일측단이 상기 풍력팬(60)의 하부측 연결블록(66)의 쐐기홈(66a)에 삽입 안착되는 쐐기돌기(74a)를 가진 받침대(74)와, 상기 받침대(74)의 타측단에 안착되어 받침대(74)의 일측단이 상기 회전자(32), 양력프로펠러(50) 및 풍력팬(60)을 합친 자중과 비례되는 역자중으로 받쳐주도록 힘을 가하는 중량체(76)로 구성되어 있다.
도면중 미설명 부호 24는 지지구조물(10)에 걸이고정대(20)(22)을 체결하기 위한 볼트를 나타낸 것이고, 80은 발전기(30)의 가동에 의해 생산되는 전기에너지를 저장하는 축전지를 나타낸 것이다.
다음은, 이와 같이 구성된 본 발명의 풍력 발전장치에 대한 작용 및 효과를 설명한다.
본 발명의 발전기(30)의 회전자(32)측 상부 및 하부 회전축(34)(36)에 양력프로펠러(50)와 풍력팬(60)을 각각 수직축선상에 놓이도록 연결시킨 상태에서 지지구조물(10)의 상단 높이에 복수의 걸이고정대(20)를 이용하여 외팔보 방식으로 매달리도록 고정함과 동시에 지지구조물(10)의 하단 높이에 걸이고정대(22) 및 받침수단(70)을 이용하여 지렛대 방식으로 풍력팬(60)의 하부 회전중심을 받쳐주면서 회전자(32), 양력프로펠러(50) 및 풍력팬(60)을 합친 자중과 비례되는 역자중으로 밀어주면, 회전자(32), 양력프로펠러(50) 및 풍력팬(60)의 결합체가 자중에 의해 무게 중심이 하부로 집중되어 쏠리는 처짐 현상을 최소화하면서 수직상태를 유지하도록 균형을 잡아주게 되고, 이로인하여 회전자(32), 양력프로펠러(50) 및 풍력팬(60)의 결합체의 회전력이 증대된다.
즉, 받침대(74)는 그 일측단의 쐐기돌기(74a)가 풍력팬(60)의 하부측 연결블록(66)에 형성된 쐐기홈(66a)과 점 접촉에 의해 최소면적으로 받쳐줌과 동시에 그 타측단에 안착된 중량체(76)가 회전자(32), 양력프로펠러(50) 및 풍력팬(60)을 합친 자중과 비례되는 역자중의 무게 만큼 지렛대 방식으로 밀어주기 때문에 발전기(30)의 처짐을 미연에 방지할 수 있음과 동시에 회전자(32), 양력프로펠러(50) 및 풍력팬(60)의 결합체가 한 쪽으로 기울어지지 않도록 수직상태를 유지하여 기계적인 마찰 저항을 최소화시켜 주게 된다. 여기서 기계적인 마찰 저항이란 회전자(32), 양력프로펠러(50) 및 풍력팬(60)의 결합체가 자중에 의한 처짐 현상에 의해 회전을 저해하는 힘이나 수직상태가 기울어져서 회전을 저해하는 힘을 말한다.
이와 같이 받침수단(70)에 의해 회전자(32), 양력프로펠러(50) 및 풍력팬(60)을 합친 자중과 비례되는 역자중으로 받쳐준 상태에서 바람이 영향을 받게되면, 풍력팬(60)이 빠르게 회전되면서 회전자(32)과 양력프로펠러(50)를 동시 같은 방향 및 같은 속도로 회전시키게 된다.
이때, 양력프로펠러(50)는 회전할 때 발생되는 힘(양력)에 의해서 회전자(32)를 공중으로 잡아당기게 되고, 이러한 견인력에 의해 회전자(32)와 풍력팬(60)은 자체 자중에 의해 하부로 쏠리는 마찰 저항 현상이 최소화됨으로써 회전자(32) 및 풍력팬(60)의 회전 마찰 저항을 최소화시키게 되고, 이에 따라 회전자(32)는 보다 크게 회전되면서 발전효율을 크게 높이게 된다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
10 : 지지구조물 20,22 : 걸이고정대
30 : 발전기 32 : 회전자
34 : 상부 회전축 36 : 하부 회전축
38 : 고정자 40 : 제1 커플러
42 : 제2 커플러 50 : 양력프로펠러
60 : 풍력팬 62 : 회전축
64 : 날개부 66 : 연결블록
66a : 쐐기홈 70 : 받침수단
72 : 힌지핀 74 : 받침대
74a : 쐐기돌기 76 : 중량체

Claims (4)

  1. 지지구조물(10)의 상단 일정 높이에 둘레측이 복수의 걸이고정대(20)에 의해 지지되며 회전자(32)와 연결된 상부 및 하부 회전축(34)(36)을 가진 발전기(30)와,
    상기 발전기(30)의 상부 회전축(34) 끝단에 제1 커플러(40)를 매개로 수직으로 결합되어 상부 회전축(34)에 의해 회전되는 양력프로펠러(50)와,
    상기 발전기(30)의 하부 회전축(36) 끝단에 제2 커플러(42)를 매개로 수직으로 결합되어 하부 회전축(36)을 회전시키는 풍력팬(60)과,
    상기 지지구조물(10)의 하단 일정 높이에 걸이고정대(22)에 의해 지렛대 방식으로 결합되어 상기 풍력팬(60)의 하부 회전중심에 상기 회전자(32), 양력프로펠러(50) 및 풍력팬(60)을 합친 자중과 비례되는 역자중으로 받쳐주는 받침수단(70)으로 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 커플러(40)(42)는,
    상하 대응되게 밀착하는 복수의 판체(44)와,
    상기 복수의 판체(44)의 평면 가장자리 둘레를 따라 일정간격을 두고 수직으로 관통되어 서로 결합되는 다수의 볼트(46) 및 너트(48)로 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 풍력팬(60)은,
    상기 제2 커플러(42)의 판체(44) 하면 중앙에 수직으로 고정되는 회전축(62)과,
    상기 회전축(62)의 하단에 고정되어 측면으로 불어오는 바람에 의해 방향성을 갖고 일방향으로 회전되도록 측면 둘레를 따라 일정간격을 두고 다수개가 형성된 날개부(64)와,
    상기 날개부(64)의 하단 회전중심에 돌설되어 상기 받침수단(70)의 일측단이 삽입 안착되도록 일정깊이로 쐐기홈(66a)을 가진 연결블록(66)으로 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 받침수단(70)은,
    상기 걸이고정대(22)의 상부 끝단에 힌지핀(72)을 매개로 수평으로 힌지되어 지렛대 운동하면서 그 일측단이 상기 풍력팬(60)의 하부측 연결블록(66)의 쐐기홈(66a)에 삽입 안착되는 쐐기돌기(74a)를 가진 받침대(74)와,
    상기 받침대(74)의 타측단에 안착되어 받침대(74)의 일측단이 상기 회전자(32), 양력프로펠러(50) 및 풍력팬(60)을 합친 자중과 비례되는 역자중으로 받쳐주도록 힘을 가하는 중량체(76)로 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
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