KR101447874B1 - 와류 발생 조립체 및 이를 포함하는 풍력 발전기용 블레이드 - Google Patents

와류 발생 조립체 및 이를 포함하는 풍력 발전기용 블레이드 Download PDF

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KR101447874B1
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최상민
문성욱
유철
권대용
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

와류 발생 조립체를 개시한다. 본 발명의 제1실시예에 따른 와류 발생 조립체는 판형으로 이루어진 몸체부와, 상기 몸체부상에 돌출되도록 형성된 돌출부를 포함하는 복수의 와류 발생기 및 상기 복수의 와류 발생기들 사이에 위치되어 상기 복수의 와류 발생기들이 서로 이격되게 하는 적어도 하나의 간격 조절 부재를 포함할 수 있다.

Description

와류 발생 조립체 및 이를 포함하는 풍력 발전기용 블레이드{Vortex generating assembly and wind power generator blade including the same}
본 발명은 와류 발생 조립체 및 이를 포함하는 풍력 발전기용 블레이드에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전기는 자연 에너지인 바람을 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 장치이다.
풍력 발전기는 크게 로터(rotor)와, 너셀(nacelle) 및 타워부(tower)로 구성된다. 여기서, 상기 로터는 복수의 블레이드(blade) 및 이 블레이드들이 결합되는 허브(hub)로 구성된다. 그리고 블레이드의 일면에는 와류 발생기가 형성된다. 와류 발생기는 블레이드의 회전을 더욱 원활하게 하여 전기변환효율을 향상시키는 역할을 한다.
한편, 풍력 발전기를 제조하는 과정에서 블레이드의 형상이 변경됨에 따라, 와류 발생기의 형상도 변경된다. 이에 따라, 변경된 와류 발생기의 형상에 맞게 금형을 새로 제작해야 하기 때문에 풍력 발전기 제조 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 제조 비용이 절감될 수 있는 와류 발생 조립체 및 이를 포함하는 풍력 발전기용 블레이드를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 와류 발생 조립체는 판형으로 이루어진 몸체부와, 상기 몸체부상에 돌출되도록 형성된 돌출부를 포함하는 복수의 와류 발생기 및 상기 복수의 와류 발생기들 사이에 위치되어 상기 복수의 와류 발생기들이 서로 이격되게 하는 적어도 하나의 간격 조절 부재를 포함할 수 있다.
이때, 상기 적어도 하나의 간격 조절 부재는 직사각형의 판형으로 이루어지고, 상기 몸체부와 밀착되는 단부에, 상기 몸체부의 둘레면과 밀착되도록 인입되어 형성된 밀착홈을 포함할 수 있다.
이때, 상기 몸체부는 원형으로 이루어지고, 상기 간격 조절 부재의 밀착홈은 반원형으로 인입되게 형성될 수 있다.
이때, 상기 와류 발생기는, 상기 몸체부가 회전되어 상기 돌출부가 상기 간격 조절 부재에 대해 다양한 각도를 유지하도록 위치될 수 있다.
이때, 상기 적어도 하나의 간격 조절 부재는, 상기 몸체부의 둘레면의 일부분을 감싸도록 형성된 베이스부 및 상기 베이스부의 둘레면으로부터 돌출형성되고, 상기 와류 발생기의 몸체부의 상면의 가장자리를 감싸도록 형성된 이탈 방지부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 간격 조절 부재의 베이스부와 상기 와류 발생기의 몸체부 사이에 개재된 마찰부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 적어도 하나의 간격 조절 부재는, 상기 와류 발생기와 인접한 상면에 상기 와류 발생기의 주변을 따라 일정 간격마다 형성된 눈금부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 풍력발전기용 블레이드는 와류 발생 조립체를 포함하며, 상기 와류 발생 조립체가 수용되도록 일면의 일부분에 인입된 안착홈이 형성될 수 있다.
이때, 상기 안착홈은 상기 블레이드의 길이방향을 따라 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 와류 발생 조립체는 종래의 와류 발생 조립체와 다르게 모듈화된 와류 발생기와 간격 조절 부재로 이루어져 있다. 따라서, 몸체부의 형상은 동일하면서 돌출부의 형상만 상이한 다양한 형태의 와류 발생기와, 길이가 상이한 간격 조절 부재들을 여러 개 제조하여 놓고, 다양한 형상 및 크기의 블레이드에 맞게 다양한 형상의 와류 발생 조립체를 구성할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 와류 발생 조립체를 제조하는데 있어서 다양한 블레이드 각각에 맞는 와류 발생 조립체를 제조하기 위한 별도의 금형을 필요하지 않으므로, 제조 비용이 현저하게 감소될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 와류 발생 조립체의 조립이 완료된 이후에도 와류 발생기를 간격 조절 부재에 대해 회전시켜서, 작업자가 설계에 따라 와류 발생기의 각도를 용이하게 변경할 수 있다.
또한, 블레이드의 크기나 형상이 변경되어 와류 발생 조립체의 설계가 변경되더라도, 변경된 설계에 따라 작업자가 원하는 각도만큼 와류 발생기를 반복적으로 회전시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 간격 조절 부재도 길이가 상이한 다른 간격 조절 부재로 교체하여 변경된 설계에 맞게 작업자가 원하는 간격으로 와류 발생기가 배치되게 하는 것도 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 와류 발생 조립체를 포함하는 풍력 발전기를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는, 도 1에 도시된 풍력 발전기에서 블레이드만 발췌하여 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 와류 발생 조립체의 분해사시도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 와류 발생 조립체의 사시도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 와류 발생 조립체에서 돌출부의 다양한 변형예를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 와류 발생 조립체의 사시도.
도 7은, 도 6에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 와류 발생 조립체에서 A-A'라인을 따라 취한 단면도.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 와류 발생 조립체의 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 제1실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 와류 발생 조립체를 설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 와류 발생 조립체가 적용될 수 있는 풍력 발전기에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 와류 발생 조립체를 포함하는 풍력 발전기를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 풍력 발전기(10)는 타워(20)에 설치된 나셀(30, nacelle), 나셀(30)의 전방 측에 설치되는 허브(40) 및 허브(40)에 설치되는 블레이드(50, blade)를 포함한다.
이때, 나셀(30)은 허브(40)와 일체로 회전하도록 형성된 메인 샤프트에 의하여 허브(40)와 연결된다. 나셀(30)의 내부에는 메인 샤프트와 연결된 증속기 및 증속기와 연결되는 발전기가 설치된다.
이와 같이 구성된 풍력 발전기(10)는 풍력 발전기(10)를 향하여 바람이 불어오면 블레이드(50)가 회전하고, 회전하는 블레이드(50)의 회전력을 이용하여 발전기가 발전을 하게 된다.
도 2는, 도 1에 도시된 풍력 발전기에서 블레이드만 발췌하여 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 와류 발생 조립체의 분해사시도이며, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 와류 발생 조립체의 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 와류 발생 조립체(100)는 복수의 와류 발생기(110)와, 적어도 하나의 간격 조절 부재(120)를 포함할 수 있다.
복수의 와류 발생기(110)는 블레이드(50)의 회전과정에서 와류를 발생시키는 역할을 한다. 이를 위한 와류 발생기(110)는 몸체부(111)와 돌출부(112)를 포함할 수 있다. 몸체부(111)는 판형으로 이루어진다. 돌출부(112)는 몸체부(111)상에 돌출되도록 형성된다. 블레이드(50)가 회전되는 과정에서 돌출부(112)에 의해 와류(vortex)가 발생될 수 있다.
간격 조절 부재(120)는 상기 복수의 와류 발생기(110)들 사이에 위치된다. 이에 따라 간격 조절 부재(120)는 복수의 와류 발생기(110)들이 서로 이격되게 한다. 즉, 간격 조절 부재(120)의 길이를 상이하게 하여 설계에 따라, 다양한 형상의 와류 발생 조립체(100)를 제조할 수 있다. 즉, 50㎝의 간격 조절 부재(120)로 와류 발생 조립체(100)를 구성하는 경우, 와류 발생기(110)들 사이의 간격은 대략 50㎝이 될 수 있다. 그리고 100㎝의 간격 조절 부재(120)로 와류 발생 조립체(100)를 구성하는 경우, 와류 발생기(110)들 사이의 간격은 대략 100㎝이 될 수 있다.
이와 같이, 간격 조절 부재(120)를 모듈화하여 50㎝, 100㎝ 및 150㎝ 길이의 다양한 형상의 간격 조절 부재(120)들을 여러 개 제조하여 놓고, 필요에 따라 선택하여 사용하는 것도 가능할 수 있다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 와류 발생 조립체(100)의 조립은 블레이드(50)에 와류 발생기(110)와 간격 조절 부재(120)를 별도의 접착물질로 접착하는 것도 가능하고, 볼트로 체결하는 것도 가능하다.
한편, 이를 위한 간격 조절 부재(120)의 형상은 일례로 직사각형의 판형으로 이루어질 수 있다. 그리고 직사각형의 판의 단부에는 밀착홈(121)이 형성될 수 있다.
밀착홈(121)은 몸체부(111)와 밀착되는 단부에 형성된 것으로, 상기 몸체부(111)의 둘레면과 밀착되도록 인입되게 형성된다. 몸체부(111)의 둘레면이 다각형으로 이루어진 경우, 밀착홈(121)은 몸체부(111)와 유격없이 밀착되도록 몸체부(111)의 둘레면과 대응되는 형상으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 복수의 와류 발생기(110)에서 서로 인접한 두 개의 와류 발생기(110)들 사이에 위치한 어느 하나의 상기 간격 조절 부재(120b)는 양단에 상기 밀착홈(121)이 형성될 수 있다.
이와 다르게, 상기 복수의 와류 발생기(110)에서 가장 바깥쪽에 위치한 와류 발생기(110)에 밀착되는 어느 하나의 상기 간격 조절 부재(120a)는 일단에만 상기 밀착홈(121)이 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 와류 발생 조립체에서 돌출부의 다양한 변형예를 도시한 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 와류 발생 조립체(100)에 포함된 와류 발생기(110)에서 돌출부(112)의 형상은 일례로 다각형(110a, 110b, 110c), 반원형 및 호(Arc, 110d)형으로 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 와류 발생 조립체의 사시도이고, 도 7은, 도 6에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 와류 발생 조립체에서 A-A'라인을 따라 취한 단면도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 와류 발생 조립체(200)의 구조를 설명하면, 몸체부(111)는 원형으로 이루어지고, 상기 간격 조절 부재(120)의 밀착홈(121)은 반원형으로 인입되게 형성될 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 와류 발생 조립체(200)에서 상기 와류 발생기(110)는 상기 몸체부(111)가 회전되어 상기 돌출부(112)가 상기 간격 조절 부재(120)에 대해 다양한 각도를 유지하도록 위치될 수 있다.
전술한 실시예에 따른 와류 발생 조립체(100, 도 3 참조)에서는 와류 발생기(110)와 간격 조절 부재(120)를 조립한 이후에 와류 발생기(110)를 회전 시킬 수 없었다. 그러나 본 발명의 제2실시예에 따른 와류 발생 조립체(200)에서는 와류 발생기(110)와 간격 조절 부재(120)의 조립이 완료된 이후에도 와류 발생기(110)를 간격 조절 부재(120)에 대해 회전시켜서, 작업자가 설계에 따라 와류 발생기(110)의 각도를 용이하게 변경할 수 있다.
특히, 블레이드(50)가 회전되는 과정에서 와류 발생기(110)의 각도에 따라 블레이드(50)의 회전이 더욱 원활하게 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 와류 발생 조립체(100)에서는 상기와 같이 와류 발생기(110)의 각도가 설계에 따라 매우 용이하게 변경될 수 있다.
이를 위한 상기 적어도 하나의 간격 조절 부재(120)의 형상은 일례로, 베이스부(221)와, 이탈 방지부(222)를 포함할 수 있다.
베이스부(221)는 상기 몸체부(111)의 둘레면의 일부분을 감싸도록 형성된다.
이탈 방지부(222)는 상기 베이스부(221)의 둘레면으로부터 돌출형성된다. 그리고 이탈 방지부(222)는 상기 와류 발생기(110)의 몸체부(111)의 상면의 가장자리를 감싸도록 형성된다. 이러한 이탈 방지부(222)에 의해 와류 발생기(110)가 간격 조절 부재(120)로부터 이탈되는 것이 방지될 수 있다.
이와 같은 간격 조절 부재(120)의 구조에 의하여 와류 발생기(110)가 블레이드(50)에 대해 자유롭게 회전되는 과정에서 와류 발생기(110)가 간격 조절 부재(120)로부터 이탈되지 않게 된다. 그리고 블레이드(50)의 크기나 형상이 변경되어 와류 발생 조립체(200)의 설계가 변경되더라도, 변경된 설계에 따라 작업자가 원하는 각도만큼 와류 발생기(110)를 반복적으로 회전시킬 수 있다.
한편, 상기 적어도 하나의 간격 조절 부재(120)는 눈금부(122)를 더 포함할 수 있다.
눈금부(122)는 상기 와류 발생기(110)와 인접한 상면에 상기 와류 발생기(110)의 주변을 따라 일정 간격마다 형성된다. 이러한 눈금부(122)는 와류 발생기(110)의 회전된 각도를 작업자가 용이하게 확인할 수 있게 한다. 따라서, 작업자가 각도를 측정하는데 사용되는 별도의 각도기를 휴대하고 다니지 않더라도, 설계에 따라 와류 발생기(110)를 정확한 위치로 회전시켜서 원하는 각도로 설정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 와류 발생 조립체의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 와류 발생 조립체 (300)는 마찰부(330)를 더 포함할 수 있다.
마찰부(330)는 상기 간격 조절 부재(120)의 베이스부(221)와 상기 와류 발생기(110)의 몸체부(111) 사이에 개재된다. 마찰부(330)는 일례로 고무나 실리콘 등의 연성 소재로 이루어진 링일 수 있다. 이러한 마찰부(330)에 의해 와류 발생기(110)와 간격 조절 부재(120) 사이에 일정한 마찰력이 발생될 수 있다. 따라서, 와류 발생기(110)가 간격 조절 부재(120)에 대해 회전된 상태에서 특정 크기 이상의 외력이 작용하지 않는 한, 그 위치가 계속 유지될 수 있다.
도 3으로 되돌아가서, 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 발전기용 블레이드(50)는 전술한 구조로 이루어진 와류 발생 조립체(100)를 포함하며, 상기 와류 발생 조립체(100)가 수용되도록 일면의 일부분에 인입된 안착홈(51)이 형성될 수 있다. 안착홈(51)의 깊이는 와류 발생기(120)의 몸체부(111)의 높이와 유사하게 이루어질 수 있다. 이러한 안착홈(51)은 상기 블레이드(50)의 길이방향을 따라 형성될 수 있다.
전술한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 와류 발생 조립체(100)는 종래의 와류 발생 조립체와 다르게 모듈화된 와류 발생기(110)와 간격 조절 부재(120)로 이루어져 있다. 따라서, 몸체부(111)의 형상은 동일하면서 돌출부(112)의 형상만 상이한 다양한 형태의 와류 발생기(110)와, 길이가 상이한 간격 조절 부재(120)들을 여러 개 제조하여 놓고, 다양한 형상 및 크기의 블레이드(50)에 맞게 다양한 형상의 와류 발생 조립체(100)를 구성할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 와류 발생 조립체(100)를 제조하는데 있어서 다양한 블레이드(50) 각각에 맞는 와류 발생 조립체(100)를 제조하기 위한 별도의 금형을 필요하지 않으므로, 제조 비용이 현저하게 감소될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 와류 발생 조립체(100)의 조립이 완료된 이후에도 와류 발생기(110)를 간격 조절 부재(120)에 대해 회전시켜서, 작업자가 설계에 따라 와류 발생기(110)의 각도를 용이하게 변경할 수 있다.
또한, 블레이드(50)의 크기나 형상이 변경되어 와류 발생 조립체(100)의 설계가 변경되더라도, 변경된 설계에 따라 작업자가 원하는 각도만큼 와류 발생기(110)를 반복적으로 회전시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 간격 조절 부재(120)도 길이가 상이한 다른 간격 조절 부재(120)로 교체하여 변경된 설계에 맞게 작업자가 원하는 간격으로 와류 발생기(110)가 배치되게 하는 것도 가능할 수 있다.
이상에서 본 발명의 여러 실시예에 대하여 설명하였으나, 지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 풍력 발전기 20: 타워
30: 너셀 40: 허브
50: 블레이드 51: 안착부
100, 200: 와류 발생 조립체
110, 110a, 110b, 110c, 110d: 와류 발생기
111: 몸체부 112: 돌출부
120, 220: 간격 조절 부재 121: 밀착홈
122: 눈금부 221: 베이스부
222: 이탈 방지부 330: 마찰부

Claims (9)

  1. 판형으로 이루어진 몸체부와, 상기 몸체부상에 돌출되도록 형성된 돌출부를 포함하는 복수의 와류 발생기, 및
    상기 복수의 와류 발생기들 사이에 위치되어 상기 복수의 와류 발생기들이 서로 이격되게 하는 복수의 간격 조절 부재를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 간격 조절 부재는 직사각형의 판형으로 이루어지고, 상기 몸체부와 밀착되는 단부에, 상기 몸체부의 둘레면과 밀착되도록 인입되어 형성된 밀착홈을 포함하는 와류 발생 조립체.
  2. 삭제
  3. 제2항에 있어서,
    상기 몸체부는 원형으로 이루어지고, 상기 간격 조절 부재의 밀착홈은 반원형으로 인입되게 형성된 와류 발생 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 와류 발생기는,
    상기 몸체부가 회전되어 상기 돌출부가 상기 간격 조절 부재에 대해 다양한 각도를 유지하도록 위치되는 와류 발생 조립체.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 간격 조절 부재는,
    상기 몸체부의 둘레면의 일부분을 감싸도록 형성된 베이스부, 및
    상기 베이스부의 둘레면으로부터 돌출형성되고, 상기 와류 발생기의 몸체부의 상면의 가장자리를 감싸도록 형성된 이탈 방지부를 포함하는 와류 발생 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 간격 조절 부재의 베이스부와 상기 와류 발생기의 몸체부 사이에 개재된 마찰부를 더 포함하는 와류 발생 조립체.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 간격 조절 부재는,
    상기 와류 발생기와 인접한 상면에 상기 와류 발생기의 주변을 따라 일정 간격마다 형성된 눈금부를 더 포함하는 와류 발생 조립체.
  8. 제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 와류 발생 조립체를 포함하며,
    상기 와류 발생 조립체가 수용되도록 일면의 일부분에 인입된 안착홈이 형성된 풍력 발전기용 블레이드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 안착홈은 상기 블레이드의 길이방향을 따라 형성된 풍력 발전기용 블레이드.
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