KR101420678B1 - 임펠러 상하 변위형 풍력발전시스템 - Google Patents

임펠러 상하 변위형 풍력발전시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 임펠러 상하 변위형 풍력발전시스템은, 수평 회전축, 그리고 상기 회전축에 방사상(放射狀)으로 결합되는 다수의 날개를 포함하는 임펠러; 상기 임펠러 전방에 배치되어 유입된 공기를 상기 임펠러 측으로 집중 유입되도록 안내하는 바텀유도판; 지면에 설치되고 상기 바텀유도판이 수평 회전 가능하게 결합되는 지주; 상기 임펠러의 회전축에 연결되어 상기 회전축의 회전력을 이용해 전기를 발생시키는 제너레이터 구조의 전기발생부; 일단부(一端部)가 상기 임펠러의 회전축 양단부(兩端部)에 각각 고정 결합되고, 타단부(他端部)가 상기 바텀유도판에 힌지 결합되는 두 로드; 및 상기 두 로드를 상방으로 탄성 지지하는 임펠러복귀수단;을 포함하여 이루어져, 상기 임펠러는 상기 두 로드의 힌지를 기준으로 일정 세기 이상의 바람에 의해 하방으로 회동되어 상기 바텀유도판 후방에 은폐되고, 일정 세기 미만의 바람으로부터 영향을 받을 경우 상기 임펠러복귀수단에 의해 최초 위치로 원위치 하게 된다.

Description

임펠러 상하 변위형 풍력발전시스템{WIND POWER SYSTEM}
본 발명은 풍력에 의해 전기를 발생시키는 풍력발전시스템에 관한 것으로, 특히 임펠러가 일정 세기 이상의 바람이 불어올 경우 하방으로 회동되어 유도판 후방에 은폐됨에 따라 강한 바람에 의해 지주 등 부품이 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있는 임펠러 상하 변위(變位)형 풍력발전시스템에 관한 기술이다.
임펠러를 이용한 풍력발전시스템에 관한 기술로는,
대한민국특허공개 제10-2006-0070120호(2006.06.23.공개, 이하 '선행기술'이라고 함) 『풍력을 이용한 발전장치』가 제시되어 있는바,
상기 선행기술은 일정한 공간을 이루어 바람이 용이하게 이동할 수 있는 하우징이 형성되고, 상기 하우징의 측부에는 바람에 의해 구동되는 구동팬이 대향되는 위치에 각각 설치되며, 상기 구동팬의 상단부 및 하단부 각각 중심에는 구동팬의 회전에 의해 회전되는 연결회전봉이 구비되고, 상기 연결회전봉의 일측 끝단에는 회전에 의해 전기 에너지로 변환시키는 발전기가 각각 구비됨으로써,
흡입되는 바람의 세기(풍속)에 비해 구동팬의 회전력을 크게 할 수 있어 전기의 발전량을 향상시키고, 국내에서와 같이 바람이 적은 지역에서도 충분히 전기의 발전이 가능하며, 바람의 방향과 관계없이 구동팬의 회전이 가능하여 원하는 전기의 생산이 가능한 풍력을 이용한 발전장치를 제공하기 위한 기술이다.
그러나 상기 선행기술에 있어 좌우 나란히 배치된 두 구동팬에 강한 바람이 영향을 줄 경우 하우징이나 지면에 박혀 상기 하우징을 받치게 되는 지주 등이 휘거나 부러지게 되는 손상을 입을 수 있는 문제가 있다.
특히 두 구동팬이 지주 중심에서 벗어난 위치에 배치되어 전체적으로 하우징과 구동팬 등의 구성이 지주로부터 편심되게 배치되어 있는 경우 더더욱 강한 바람에 영향을 받아 손상을 입을 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 일정 세기 이상의 바람에 영향을 받을 경우 임펠러가 유도판 뒤에 은폐되게끔 회동 동작할 수 있도록 구현함으로써, 임펠러를 지지하는 로드나 지주 등의 구성이 갖는 피로도를 줄여 손상률을 최소화할 수 있는 임펠러 상하 변위형 풍력발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
나아가 본 발명은 은폐된 임펠러가 복귀수단에 의해 최초 위치로 원위치 되게 동작할 수 있도록 한 임펠러 상하 변위형 풍력발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
아울러 본 발명은 임펠러 측으로 유입 공기를 집중 유도하는 상부 및 하부의 각 유도판 중, 상부 측에 위치한 유도판 또한 일정 세기 이상의 바람에 의해 상방으로 회동되었다가 원위치 되게 동작할 수 있도록 하여 공기의 유입량을 조절할 수 있는 임펠러 상하 변위형 풍력발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 해결 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 임펠러 상하 변위형 풍력발전시스템은,
수평 회전축, 그리고 상기 회전축에 방사상(放射狀)으로 결합되는 다수의 날개를 포함하는 임펠러;
상기 임펠러 전방에 배치되어 유입된 공기를 상기 임펠러 측으로 집중 유입되도록 안내하는 바텀유도판;
지면에 설치되고 상기 바텀유도판이 수평 회전 가능하게 결합되는 지주;
상기 임펠러의 회전축에 연결되어 상기 회전축의 회전력을 이용해 전기를 발생시키는 제너레이터 구조의 전기발생부;
일단부(一端部)가 상기 임펠러의 회전축 양단부(兩端部)에 각각 고정 결합되고, 타단부(他端部)가 상기 바텀유도판에 힌지 결합되는 두 로드; 및
상기 두 로드를 상방으로 탄성 지지하는 임펠러복귀수단;
을 포함하여 이루어져,
상기 임펠러는 상기 두 로드의 힌지를 기준으로 일정 세기 이상의 바람에 의해 하방으로 회동되어 상기 바텀유도판 후방에 은폐되고, 일정 세기 미만의 바람으로부터 영향을 받을 경우 상기 임펠러복귀수단에 의해 최초 위치로 원위치 하게 되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 바텀유도판 양측에 각각 결합되는 두 측판과, 상기 두 측판에 개재(介在)되어 상기 바텀유도판과 함께 유입된 공기를 상기 임펠러 측으로 집중 유입되도록 안내하는 탑유도판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 두 측판에 개재되어 상기 탑유도판의 후단부(後端部)를 지지하는 스토퍼와,
상기 탑유도판의 전단부(前端部)를 상기 두 측판에 회동 가능하게 결합하는 연결수단을 더 포함함으로서,
일정 세기 이상의 바람에 의해 상기 탑유도판이 상방 회동되고, 일정 세기 미만의 바람으로부터 영향을 받을 경우 자중에 의해 최초 위치로 원위치 하게 되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 탑유도판을 하방으로 탄성 지지하는 탑유도판복귀수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 임펠러 상하 변위형 풍력발전시스템은,
임펠러가 일정 세기 이상의 바람에 영향을 받을 경우 유도판 후방으로 은폐되었다가 임펠러의 회전력이 줄게 되면 다시 원위치로 복귀하게 되고,
또 상부에 위치한 유도판이 일정 세기 이상의 바람에 영향을 받을 경우 상방으로 회동되어 임펠러 측으로의 공기 유입 경로를 확장하고, 일정 세기 미만의 바람에 영향을 받을 경우 원위치하게 됨으로서,
임펠러를 지지하는 로드나 지주 등의 구성이 갖는 피로도를 줄여 손상률을 최소화할 수 있는 가장 큰 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 임펠러 상하 변위형 풍력발전시스템을 나타낸 입체 구성도,
도 2는 도 1의 측면 구성도,
도 3은 도 2에서 탑유도판 및 임펠러가 상하 변위된 것을 나타낸 측면 구성도.
이하 첨부된 도면들을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1을 기준으로 탑 및 바텀 유도판 측을 전방 또는 전부(前部), 임펠러 측을 후방 또는 후부(後部)라 방향을 특정하고, 또 탑 및 바텀 유도판을 기준으로 탑유도판 측을 상방 또는 상부, 바텀유도판 측을 하방 또는 하부라 방향을 특정하기로 한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 임펠러 상하 변위형 풍력발전시스템은,
수평 회전축(11), 그리고 상기 회전축(11)에 방사상(放射狀)으로 결합되는 다수의 날개(12)를 포함하는 임펠러(10);
상기 임펠러(10) 전방에 배치되어 유입된 공기를 상기 임펠러(10) 측으로 집중 유입되도록 안내하는 바텀유도판(20);
지면에 설치되고 상기 바텀유도판(20)이 수평 회전 가능하게 결합되는 지주(30);
상기 임펠러(10)의 회전축(11)에 연결되어 상기 회전축(11)의 회전력을 이용해 전기를 발생시키는 제너레이터 구조의 전기발생부(40);
일단부(一端部)가 상기 임펠러(10)의 회전축(11) 양단부(兩端部)에 각각 고정 결합되고, 타단부(他端部)가 상기 바텀유도판(20)에 힌지 결합되는 두 로드(50); 및
상기 두 로드(50)를 상방으로 탄성 지지하는 임펠러복귀수단(60);
을 포함하여 이루어져,
상기 임펠러(10)는 상기 두 로드(50)의 힌지를 기준으로 일정 세기 이상의 바람에 의해 하방으로 회동되어 상기 바텀유도판(20) 후방에 은폐되고, 일정 세기 미만의 바람으로부터 영향을 받을 경우 상기 임펠러복귀수단(60)에 의해 최초 위치로 원위치 하게 된다.
결국 본 발명에 따른 풍력발전시스템은 크게 임펠러(10), 바텀유도판(20), 지주(30), 전기발생부(40), 로드(50) 및 임펠러복귀수단(60)으로 이루어진다.
각 구성에 대해 좀 더 상세하게 살펴보면,
임펠러(10)는
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이,
불어오는 바람에 의해 회전하게 되는 것으로,
수평으로 배치되는 회전축(11), 그리고
상기 회전축(11)에 방사상(放射狀)으로 결합되는 다수의 날개(12)
를 포함하여 이루어진다.
이때 상기 임펠러(10)의 날개(12)는 전방에서 불어오는 바람에 의해 시계 방향으로 회전되게 형성된다.
바텀유도판(20)은
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이,
유입된 공기를 상기 임펠러(10) 측으로 집중 유입되게 안내하는 것으로,
상기 임펠러(10) 전방에 배치되고 상부에 전방에서 후방으로 갈수록 상승하게 되는 경사면을 갖는 구조로 이루어진다.
따라서 상기 바텀유도판(20)의 경사면을 타고 유입되는 공기가 상기 임펠러(10) 단부(端部)에 집중된다.
본 발명은 상기 바텀유도판(20) 양측에 각각 결합되는 두 측판(20A)과, 상기 두 측판(20A)에 개재(介在)되어 상기 바텀유도판(20)과 함께 유입된 공기를 상기 임펠러(10) 측으로 집중 유입되도록 안내하는 탑유도판(20B)을 더 포함하는데,
상기 두 측판(20A)은 사각의 판재이고,
상기 탑유도판(20B)은 사각의 판재이고, 전단부 보다 후단부가 하부 측에 위치하도록 비스듬히 배치되어 상기 바텀유도판(20)과 상호 마주보게 된다.
그리고 상기 탑유도판(20B)은 후술할 지주(30)의 탑지주(32)가 상하 관통되는 구멍이 형성되는데, 상기 구멍은 전후로 긴 형태의 타원 구조로 이루어진다. 결국 바람에 의해 상기 탑유도판(20B)이 상방 회동될 시 구멍과 탑지주(32) 간의 비(非)간섭(접촉되지 않는) 범위 내에서 적정 각도만큼 회동될 수 있게 되는 것이다.
이상의 구성인 상기 바텀유도판(20), 두 측판(20A) 및 탑유도판(20B)이 상호 결합되어 하나의 케이스(C)를 이룬다.
지주(30)는
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이,
지면에서 설치되는 바텀지주(31), 그리고
상기 바텀지주(31) 상부에 회전 가능하게 결합되는 탑지주(32)
를 포함하여 이루어진다.
이때 상기 탑지주(32)는 상기 바텀유도판(20)을 상하로 지나가는 형태로 배치되어 상기 바텀유도판(20)과 상호 고정 결합된다.
그리고 상기 케이스(C)는 서로 상하로 마주보는 상기 바텀유도판(20)과 탑유도판(20B)의 후방에 형성되는 공기배출부 측이 전방에 형성되는 공기유입부 측보다 더 무겁게 설계되는데,
상기 지주(30)를 기준으로 상기 공기배출부 측으로 무게가 편중되어 있고,
또 상기 탑지주(32)가 상기 바텀지주(31)에서 회전 가능하게 결합되어 있기 때문에,
상기 임펠러(10)는 바람이 불어오는 쪽으로 항시 바라보게 된다.
다시 말해, 상기 케이스(C)의 공기유입부가 바람이 불어오는 쪽으로 항시 향하게 되는 것이다.
따라서 본 발명의 풍력발전시스템은 풍향에 따라 유동적으로 대응할 수 있어 풍력 발전 효율성을 높일 수 있는 기술이다.
전기발생부(40)는
도 2에 도시된 바와 같이,
상기 임펠러(10) 작동 시(회전 시) 전기를 발생시키기 위한 통상의 제너레이터 구조를 갖는 것으로,
상기 임펠러(10)의 회전축(11)과 연결되어 전기를 발생시키게 된다.
일 예로, 상기 임펠러(10)의 회전축(11)에 결합되는 풀리(미도시)와, 벨트에 의해 상기 풀리와 연결되는 대응풀리를 갖는 제너레이터(미도시)와, 상기 제너레이터로부터 발생된 전기가 외부로 공급될 수 있도록 상기 제너레이터에 연결되는 전기 케이블 등으로 이루어질 수 있다.
이는 하나의 예로서, 상기 임펠러(10)의 회전 동작에 의한 회전력으로 전기를 발생시킬 수 있는 조건을 만족하는 범위 내에서 상기 임펠러(10)와 상기 전기발생부(40)의 상호 연결구조는 다양하게 변경 및 변형 가능할 것이다.
로드(50)는
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이,
상기 임펠러(10)를 지지하기 위한 것으로,
일단부(一端部)가 상기 임펠러(10)의 회전축(11) 양단부(兩端部)에 각각 고정 결합되고, 타단부(他端部)가 상기 바텀유도판(20) 또는 두 측판(20A)에 힌지 결합되는 막대 구조의 한 쌍이 구비된다.
임펠러복귀수단(60)은
도 2에 도시된 바와 같이,
상기 두 로드(50)를 상방으로 탄성 지지하기 위한 것으로,
상기 로드(50) 타단부의 힌지 부위에 결합되는 'C'자형 제1스프링(61),
상기 로드(50) 타단부에 돌출 형성되어 상기 제1스프링(61)의 일단부가 지지되는 제1걸림돌기(62), 그리고
상기 바텀유도판(20) 측부 또는 측판(20A)에 돌출 형성되어 상기 제1스프링(61)의 타단부가 지지되는 제2걸림돌기(63)
를 포함하여 이루어진다.
도 3의 하부 측 원형 쇄선 내의 도면에서와 같이, 상기 임펠러(10) 하방 회동 시 상기 제1걸림돌기(62)가 상기 제1스프링(61) 일단부를 가압하게 되고, 상기 임펠러(10) 상방 회동 시 가압 해제되면서 상기 제1스프링(61) 일단부가 복원되는 것이다.
따라서 상기 임펠러(10)는 상기 두 로드(50)의 힌지를 기준으로 일정 세기 이상의 바람에 의해 하방으로 회동되어 상기 바텀유도판(20) 후방에 은폐되고, 일정 세기 미만의 바람으로부터 영향을 받을 경우 상기 임펠러복귀수단(60)에 의해 최초 위치로 원위치 하게 되는 것이다.
한편, 본 발명의 풍력발전시스템은 스토퍼(70)와, 연결수단을 더 포함하는데,
상기 스토퍼(70)는
도 2에 도시된 바와 같이,
바람의 영향을 받지 않고 최초 위치에 있는 상기 탑유도판(20B)을 지지하기 위한 것으로,
상기 두 측판(20A)에 개재되어 상기 탑유도판(20B)의 후단부(後端部)를 지지하는 봉 구조로 이루어진다.
상기 연결수단은
도 2에 도시된 바와 같이,
상기 탑유도판(20B)의 전단부(前端部)를 상기 두 측판(20A)에 회동 가능하게 결합시키기 위한 것으로,
상기 탑유도판(20B)의 전단부 양측에 각각 돌출 형성되는 결합부(80A), 그리고
상기 두 측판(20A)에 관통 형성되어 상기 결합부(80A)가 회전 가능하게 끼워지는 대응결합부(80B)
를 포함하여 이루어진다.
따라서 일정 세기 이상의 바람에 의해 상기 탑유도판(20B)이 상방 회동되고, 일정 세기 미만의 바람으로부터 영향을 받을 경우 자중에 의해 최초 위치로 원위치 하게 되는 것이다.
이때 본 발명은 상기 탑유도판(20B)의 복귀를 도와주는 탑유도판복귀수단(90)을 더 포함하는데,
상기 탑유도판복귀수단(90)은
도 2에 도시된 바와 같이,
상기 탑유도판(20B)을 하방으로 탄성 지지하기 위한 것으로,
상기 탑유도판(20B)의 결합부(80A)에 결합되는 'C'자형 제2스프링(91),
상기 탑유도판(20B)의 전단부에 돌출 형성되어 상기 제2스프링(91)의 일단부가 지지되는 제3걸림돌기(92), 그리고
상기 측판(20A)에 돌출 형성되어 상기 제2스프링(91)의 타단부가 지지되는 제4걸림돌기(93)
를 포함하여 이루어진다.
도 3의 상부 측 원형 쇄선 내의 도면에서와 같이, 상기 탑유도판(20B) 상방 회동 시 상기 제3걸림돌기(92)가 상기 제2스프링(91) 일단부를 가압하게 되고, 상기 탑유도판(20B) 하방 회동 시 가압 해제되면서 상기 제2스프링(91) 일단부가 복원되는 것이다.
상기 임펠러복귀수단(60)과 상기 탑유도판복귀수단(90)은 전술한 C자형 스프링과 걸림돌기 등의 구조 외에도, 임펠러복귀수단은 임펠러를, 탑유도판복귀수단은 탑유도판을 원위치로 복귀시킬 수 있는 조건을 만족하는 범위 내에서 다양하게 변형 및 변경 가능할 것이다.
이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "임펠러 상하 변위형 풍력발전시스템"을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 임펠러
11 : 회전축 12 : 날개
20 : 바텀유도판
20A : 측판
20B : 탑유도판
30 : 지주
31 : 바텀지주 32 : 탑지주
40 : 전기발생부
50 : 로드
60 : 임펠러복귀수단
61 : 제1스프링 62 : 제1걸림돌기
63 : 제2걸림돌기
70 : 스토퍼
80A : 결합부
80B : 대응결합부
90 : 탑유도판복귀수단
91 : 제2스프링 92 : 제3걸림돌기
93 : 제4걸림돌기

Claims (4)

  1. 수평 회전축(11), 그리고 상기 회전축(11)에 방사상(放射狀)으로 결합되는 다수의 날개(12)를 포함하는 임펠러(10);
    상기 임펠러(10) 전방에 배치되어 유입된 공기를 상기 임펠러(10) 측으로 집중 유입되도록 안내하는 바텀유도판(20);
    지면에 설치되고 상기 바텀유도판(20)이 수평 회전 가능하게 결합되는 지주(30);
    상기 임펠러(10)의 회전축(11)에 연결되어 상기 회전축(11)의 회전력을 이용해 전기를 발생시키는 제너레이터 구조의 전기발생부(40);
    일단부(一端部)가 상기 임펠러(10)의 회전축(11) 양단부(兩端部)에 각각 고정 결합되고, 타단부(他端部)가 상기 바텀유도판(20)에 힌지 결합되는 두 로드(50); 및
    상기 두 로드(50)를 상방으로 탄성 지지하는 임펠러복귀수단(60);
    을 포함하여 이루어져,

    상기 임펠러(10)는 상기 두 로드(50)의 힌지를 기준으로 일정 세기 이상의 바람에 의해 하방으로 회동되어 상기 바텀유도판(20) 후방에 은폐되고, 일정 세기 미만의 바람으로부터 영향을 받을 경우 상기 임펠러복귀수단(60)에 의해 최초 위치로 원위치 하게 되는 것을 특징으로 하는 임펠러 상하 변위형 풍력발전시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바텀유도판(20) 양측에 각각 결합되는 두 측판(20A)과, 상기 두 측판(20A)에 개재(介在)되어 상기 바텀유도판(20)과 함께 유입된 공기를 상기 임펠러(10) 측으로 집중 유입되도록 안내하는 탑유도판(20B)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임펠러 상하 변위형 풍력발전시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 두 측판(20A)에 개재되어 상기 탑유도판(20B)의 후단부(後端部)를 지지하는 스토퍼(70)와,
    상기 탑유도판(20B)의 전단부(前端部)를 상기 두 측판(20A)에 회동 가능하게 결합하는 연결수단(80)을 더 포함함으로서,
    일정 세기 이상의 바람에 의해 상기 탑유도판(20B)이 상방 회동되고, 일정 세기 미만의 바람으로부터 영향을 받을 경우 자중에 의해 최초 위치로 원위치 하게 되는 것을 특징으로 하는 임펠러 상하 변위형 풍력발전시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 탑유도판(20B)을 하방으로 탄성 지지하는 탑유도판복귀수단(90)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임펠러 상하 변위형 풍력발전시스템.
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