KR101549067B1 - 수직축형 풍력발전기의 설치구조 - Google Patents

수직축형 풍력발전기의 설치구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수직축형 풍력발전기의 설치구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조물에 제1 전원 또는 제2 전원으로서 설치하기 용이한 수직축형 풍력발전기의 설치구조에 관한 것이다.
수직축형, 풍력발전기, 밴드 클램프, 주전원, 보조전원

Description

수직축형 풍력발전기의 설치구조{STRUCTURE FOR ESTABLISHING VERTICAL AXIS TYPE WIND POWER GENERATION}
본 발명은 수직축형 풍력발전기의 설치구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조물에 제1 전원 또는 제2 전원으로서 설치하기 용이한 수직축형 풍력발전기의 설치구조에 관한 것이다.
에너지 문제 및 공해문제를 해소하기 위하여 태양광을 이용한 태양광 발전기에 대한 연구가 다각도로 이루어지고 있다. 태양광 발전기는 태양전지 모듈을 설치하여 태양으로부터 전력을 생산하는 것으로, 대지 위에 지지 구조물을 설치하여 지지 구조물에 태양전지 모듈을 설치하거나, 건축물의 외벽에 태양전지 모듈을 설치하여 전력을 생산하는 발전장치이다.
이와 같은 태양광 발전기는 환경 친화적이며, 비소모적인 자원을 사용하는 발전장비이나, 발전설비의 초기 투자비용이 커서 투자비용을 회수하는 기간이 길다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 태양광 발전기는 각각의 태양광 발전기를 지지하는 지지구조물의 설치비용이 크고, 태양광 발전기를 지지하는 구조물에 각각의 태양전지 모듈을 태양광선이 들어오는 방향과 일치하게 설치해야 하므로 태양광 발전기의 설치 비용이 크고, 토지를 농업 등의 다른 용도로 이용할 수 없기 때문에 경제성이 낮고, 유지 및 보수 비용이 많이 소요되어 경제성이 낮다는 문제점이 있다.
한편, 풍력 발전시스템은 청정에너지원으로 1970년 에너지 위기 이후 세계각국에서 지속적인 이용 기술 개발을 통하여 이미 실용화 단계에 이르렀으며, 전세계적으로 상용화가 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 풍력 발전용 풍차로는, 네덜란드형 풍차로 대표되는 바람에 대해 회전축이 수평으로 되어 있는 수평축형 풍차와, 바람에 대해 회전축이 수직으로 되어 있는 수직축형 풍차가 알려져 있다.
이 중, 수직축형 풍차에는 패들형이나 사보니우스형 등과 같이 회전날개에 발생되는 항력으로 풍차를 회전시키는 항력형과, 다리우스형이나 샤일로밀형 등과 같이 회전날개에 발생되는 양력으로 풍차를 회전시키는 양력형이 알려져 있다. 즉,
전자는 불어 올리는 측을 향하는 회전날개의 저항을 작게 하여 항력차에 의해 풍차를 회전시키는 데 반해, 후자는 회전날개에 발생되는 양력에 의해 풍차를 회전시키도록 되어 있다.
태양광 발전기 및 풍력 발전기는 태양의 일조시간, 광조사 각도, 바람의 세기 및 풍향 등 기상에 의존하는 바, 어느 하나만으로 안정적인 에너지를 지속적으로 획득하기 어려운 단점이 있다.
즉, 태양광 발전기 및 풍력 발전기 중 어느 하나만을 사용하는 독립형 발전 시스템의 경우 수일간 발전이 불충분하게 되면 배터리의 저장된 전기를 소진하여, 가로등이나 기상탑 등 전력 소요장치의 작동이 멈추게 되는 단점이 있다.
본 발명은 주전원 및 보조전원이 필요한 곳에 용이하게 설치할 수 있는 수직축형 풍력발전기의 설치구조를 제공하고자 한다.
본 발명은 풍력에 의하여 회전하는 적어도 하나의 이상의 회전날개(110); 상기 회전날개(110)에 연결되어 상기 회전날개(110)의 회전에 의해 토오크를 발생시키는 회전축(140, 150); 상기 회전축(150)의 구동력에 의하여 전기를 발생시키도록 상기 회전축(150)에 연결되는 발전기(160); 상기 발전기(160)의 둘레면에 부착되는 탄성재질의 발전기 측 밴드 클램프(210, 220); 전원이 필요한 구조물(300)에 부착되는 구조물 측 밴드 클램프(230, 240); 상기 발전기 측 밴드 클램프(210, 220)와 상기 구조물 측 밴드 클램프(230, 240)를 연결하는 밴드 클램프 링크(L1); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직축형 풍력발전기의 설치구조에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 발전기 측 밴드 클램프(210, 220)는, 양단에 제1 체결판(211)이 각각 형성되는 제1 반원형 밴드 클램프(210); 상기 제1 체결판(211)에 접촉되어 보울트 체결되는 제2 체결판(221)이 양단에 각각 형성되는 제2 반원형 밴드 클램프(220); 를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 구조물 측 밴드 클램프(230, 240)는, 양단에 제3 체결판(231)이 각각 형성되는 제3 반원형 밴드 클램프(230); 상기 제3 체결판(231)에 접촉되어 보울트 체결되는 제4 체결판(241)이 양단에 각각 형성되는 제4 반원형 밴드 클램프(240); 를 포함하고, 상기 밴드 클램프 링크(L1)는, 일측단이 상기 제2 반원형 클램프(220)에 일체로 고정 연결되고 타측단이 상기 제3 반원형 클램프(230)에 일체로 고정 연결될 수 있다.
본 발명은 상기 회전날개(110)의 상측단이 고정 연결되는 상측 엔드플레이트(120); 상기 회전날개(110)의 하측단이 고정 연결되는 하측 엔드플레이트(130); 양단에 제5 체결판(251)이 각각 형성되는 제5 반원형 밴드 클램프(250); 상기 제5 체결판(251)에 접촉되어 보울트 체결되는 제6 체결판(261)이 양단에 각각 형성되는 제6 반원형 밴드 클램프(260); 를 포함하되, 상기 회전축(140)의 상측단은 상기 상측 엔드플레이트(120) 상부로 돌출 형성되어 회전 지지 링크(L2)를 통하여 상기 제5 반원형 밴드 클램프(250)에 고정 연결된 드러스트 베어링(270)에 의하여 지지될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 회전축(150)에는 상기 발전기(160)의 발전효율을 높이기 위하여 증속기어(170)가 연결될 수 있고, 상기 구조물(300)은 기상탑(met-tower)이고, 상기 회전날개(110), 회전축(140, 150) 및 발전기(160)를 포함하는 수직축형 풍력발전기는 상기 기상탑(met-tower)에 설치되는 풍향 및 풍속 계측기(410, 420)에 간섭을 일으키지 않도록 상기 풍향 및 풍속 계측기(410, 420)와 상하로 이격되어 설치되되, 발전 효율이 향상되도록 주풍향 방향으로 설치될 수 있다.
본 발명은 발전기 측 밴드 클램프, 구조물 측 밴드 클램프 및 밴드 클램프 링크를 통하여 발전기가 구조물에 용이하게 장착되는 장점이 있다.
본 발명은 제1 회전축의 상단부가 드러스트 베어링에 의하여 회전 가능하도록 지지되고, 발전기가 발전기 측 밴드 클램프에 의하여 고정 지지되므로, 회전날개의 회전으로 인한 발전시 회전날개 및 발전기를 포함하는 수직축형 발전기가 좌우로 움직임 없이 안정성을 유지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 태양광 발전기 등 제1 전원이 설치된 구조물에 제2 전원으로 설치됨으로써 기상 변화에 따라 탄력적으로 대처하여 구조물에 안정적인 전원을 공급할 수 있는 장점이 있다.
이하, 도면을 참조하며 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 주요부의 분해 사시도를, 도2는 본 발명의 분해 사시도를, 도3은 본 발명의 설치 상태도를 나타낸다.
도1을 참조하면 본 발명의 일실시예는 풍력에 의형 회전하는 적어도 하나의 이상의 회전날개(110)를 가진다. 도1에는 회전날개(110)가 2개인 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 경우 회전날개(110)는 반드시 2개일 필요는 없다.
도1 및 도2를 참조하면 각각의 회전날개(110)의 상측단은 상측 엔드플레이드(120)에 고정 연결된다. 상측 엔드플레이트(120)는 원판형일 수 있다.
도1 및 도2를 참조하면 각각의 회전날개(110)의 하측단은 하측 엔드플레이 트(130)에 고정 연결된다. 하측 엔드플레이트(130)는 상측 엔드플레이트(120)와 마찬가지로 원판형일 수 있다.
도1 및 도2를 참조하면 상측 엔드플레이트(120)의 상측에는 제1 회전축(140)이 돌출 형성되고, 하측 엔드플레이트(130)의 하측에는 제2 회전축(150)이 돌출 형성된다. 제1 회전축(140) 및 제2 회전축(150)은 동일 직선상에 형성되는데, 각각 상측 엔드플레이트(120) 및 하측 엔드플레이트(130)에 일체로 고정 연결된다. 따라서, 회전날개(110)이가 회전함에 따라 상측 엔드플레이트(120) 및 하측 엔드플레이트(130)가 회전하고, 이에 연결되어 제1 회전축(140) 및 제2 회전축(150)이 회전하여 토오크를 발생시키게 된다.
도2를 참조하면 제2 회전축(150)의 하단에는 제2 회전축(150)의 구동력에 의하여 전기를 발생시키도록 발전기(160)가 연결된다.
도2를 참조하면 제2 회전축(150)에는 발전기(160)의 발전효율을 높이기 위하여 증속기어(170)가 연결될 수 있다.
도2를 참조하면 발전기(160)의 둘레면에는 탄성재질의 발전기 측 밴드 클램프(210, 220)가 부착된다. 발전기 측 밴드 클램프(210, 220)는 금속재질인 것이 바람직하다. 발전기 측 밴드 클램프(210, 220)는 발전기(160)의 둘레면 상하로 다수개 부착될 수 있다.
도2를 참조하면 발전기 측 밴드 클램프(210, 220)는 제1 반원형 밴드 클램프(210)와 제2 반원형 밴드 클램프(220)를 포함할 수 있다. 제1 반원형 밴드 클램프(210)는 양단에 제1 체결판(211)이 각각 형성된다. 제2 반원형 밴드 클램프(220) 의 양단에는 제1 체결판(211)에 접촉되어 제1 체결판(211)과 보울트 체결되는 제2 체결판(221)이 각각 형성된다.
도2를 참조하면 본 발명의 일실시예는 전원이 필요한 구조물(300)에 부착되는 구조물 측 밴드 클램프(230, 240)를 가진다. 구조물 측 밴드 클램프(230, 240)는 발전기 측 밴드 클램프(210, 220)에 대응하는 개수만큼 형성된다. 도3에는 상기 구조물(300)이 기상탑인 것으로 도시되어 있으나, 상기 구조물(300)은 그 외 전원이 필요한 기타의 구조물일 수 있다.
도2를 참조하면 구조물 측 밴드 클램프(230, 240)는 제3 반원형 밴드 클램프(230)와 제4 반원형 밴드 클램프(240)를 포함할 수 있다. 제3 반원형 밴드 클램프(230)는 양단에 제3 체결판(231)이 각각 형성된다. 제4 반원형 밴드 클램프(240)의 양단에는 제3 체결판(231)에 접촉되어 제3 체결판(231)과 보울트 체결되는 제4 체결판(241)이 각각 형성된다.
도2를 참조하면 본 발명의 일실시예는 발전기 측 밴드 클램프(210, 220)와 구조물 측 밴드 클램프(230, 240)를 연결하는 밴드 클램프 링크(L1)를 가진다. 밴드 클램프 링크(L1)는 일측단이 제2 반원형 클램프(220)에 일체로 고정 연결되고 타측단이 제3 반원형 클램프(230)에 일체로 고정 연결된다. 밴드 클램프 링크(L1)는 강성 금속재질로 형성되는 것이 바람직하다.
도2를 참조하면 본 발명의 일실시예는 상기 구조물(300) 중 상기 구조물 측 밴드 클램프(230, 240)의 상측에 체결되는 제5 반원형 밴드 클램프(250) 및 제6 반 원형 밴드 클램프(260)를 가질 수 있다.
도2를 참조하면 제5 반원형 밴드 클램프(250)는 양단에 제5 체결판(251)이 각각 형성된다. 제6 반원형 밴드 클램프(260)의 양단에는 제5 체결판(251)에 접촉되어 제5 체결판(251)과 보울트 체결되는 제6 체결판(261)이 각각 형성된다.
도2를 참조하면 제1 회전축(140)의 상단부는 드러스트 베어링(270)에 의하여 회전 가능하도록 지지된다. 드러스트 베어링(270)은 회전 지지 링크(L2)를 통하여 제5 반원형 밴드 클램프(250)에 고정 연결된다. 회전 지지 링크(L2)는 밴드 클램프 링크(L1)와 마찬가지로 강성 금속재질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기한 일실시예는 발전기 측 밴드 클램프(210, 220), 구조물 측 밴드 클램프(230, 240) 및 밴드 클램프 링크(L1)를 통하여 발전기(160)가 구조물(300)에 용이하게 장착되는 장점이 있다.
또한, 상기한 일실시예는 제1 회전축(140)의 상단부가 드러스트 베어링(270)에 의하여 회전 가능하도록 지지되고, 발전기(160)가 발전기 측 밴드 클램프(210, 220)에 의하여 고정 지지되므로, 회전날개(110)의 회전으로 인한 발전시 회전날개(110) 및 발전기(160)를 포함하는 수직축형 발전기가 좌우로 움직임 없이 안정성을 유지할 수 있는 장점이 있다.
도3을 참조하면 본 발명에 따른 일실시예의 경우 구조물(300)은 기상탑(met-tower)일 수 있다.
도3을 참조하면 기상탑(met-tower)에는 풍향 및 풍속 계측기(410, 420)가 설 치된다. 풍향 및 풍속 계측기(410, 420)는 상하로 이격되어 설치되는 제1 풍향 및 풍속 계측기(410)와 제2 풍향 및 풍속 계측기(420)을 포함할 수 있다. 또한 기상탑(met-tower)에는 온도 센서 및 데이터 기록기(430)가 설치된다.
도3을 참조하면 회전날개(110), 회전축(140, 150) 및 발전기(160)를 포함하는 수직축형 풍력발전기는 상기 기상탑(met-tower)에 설치되는 풍향 및 풍속 계측기(410, 420)의 계측에 간섭을 일으키지 않도록 풍향 및 풍속 계측기(410, 420)와 상하로 이격되어 설치된다. 또한, 수직축형 풍력발전기는 발전 효율이 향상되도록 주풍향 방향으로 설치되는데, 상기한 일실시예는 주풍향 방향으로 각도를 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있다. 한편, 상기한 일실시예는 1 년간의 기상 관측 이후 기상탑(met-tower)을 해제하게 되는 경우 별도로 분리가 가능하여 지속적인 사용이 가능한 장점이 있다.
기상탑은 50-70 미터의 높이이므로 상단부는 풍속이 세기 때문에 풍력발전에 유리하고 또 전원을 연결하기 어려운 곳에 설치되므로, 태양광 발전기와 더불어 설치됨으로써 안정적인 전원을 공급할 수 있는 장점이 있다.
도1은 본 발명의 주요부의 분해 사시도.
도2는 본 발명의 분해 사시도.
도3은 본 발명의 설치 상태도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110:회전날개 120:상측 엔드플레이트
130:하측 엔트플레이트 140:제1 회전축
150:제2 회전축 160:발전기
170:증속기어
210:제1 반원형 밴드클램프 211:제1 체결판
220:제2 반원형 밴드클램프 221:제2 체결판
230:제3 반원형 밴드클램프 231:제3 체결판
240:제4 반원형 밴드클램프 241:제4 체결판
250:제5 반원형 밴드클램프 251:제5 체결판
260:제6 반원형 밴드클램프 261:체6 체결판
300:구조물
L1:밴드 클램프 링크 L2:회전 지지 링크

Claims (6)

  1. 풍력에 의하여 회전하는 적어도 하나의 이상의 회전날개(110);
    상기 회전날개(110)의 상측단에 고정 연결되는 상측 엔드플레이트(120);
    상기 회전날개(110)의 하측단에 고정 연결되는 하측 엔드플레이트(130);
    상기 회전날개(110)의 상단 및 하단 방향으로 각각 돌출 형성되어, 상기 회전날개(110)의 회전에 의해 토오크를 발생시키는 회전축(140, 150);
    상기 회전축(150)의 구동력에 의하여 전기를 발생시키도록 상기 회전축(150)에 연결되는 발전기(160);
    상기 회전축(140)과 연결되어, 상기 회전축(140)이 회전 가능하도록 지지하는 드러스트 베어링(270);
    상기 발전기(160)의 둘레면에 부착되는 탄성재질의 발전기 측 밴드 클램프(210, 220);
    전원이 필요한 구조물(300)에 부착되는 구조물 측 밴드 클램프(230, 240);
    상기 발전기 측 밴드 클램프(210, 220)와 상기 구조물 측 밴드 클램프(230, 240)를 연결하는 밴드 클램프 링크(L1);
    회전 지지 링크(L2)에 의해 상디 드러스트 베어링(270)의 일측과 연결되며, 양단에 제5 체결판(251)이 각각 형성되는 제5 반원형 밴드 클램프(250); 및
    제6 체결판(261)이 양단에 각각 형성되며, 상기 제5 체결판(251)에 접촉되어 보울트 체결되어 상기 구조물(300)에 부착되는 제6 반원형 밴드 클램프(260);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직축형 풍력발전기의 설치구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발전기 측 밴드 클램프(210, 220)는,
    양단에 제1 체결판(211)이 각각 형성되는 제1 반원형 밴드 클램프(210);
    상기 제1 체결판(211)에 접촉되어 보울트 체결되는 제2 체결판(221)이 양단 에 각각 형성되는 제2 반원형 밴드 클램프(220);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직축형 풍력발전기의 설치구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구조물 측 밴드 클램프(230, 240)는,
    양단에 제3 체결판(231)이 각각 형성되는 제3 반원형 밴드 클램프(230);
    상기 제3 체결판(231)에 접촉되어 보울트 체결되는 제4 체결판(241)이 양단에 각각 형성되는 제4 반원형 밴드 클램프(240);
    를 포함하고,
    상기 밴드 클램프 링크(L1)는,
    일측단이 상기 제2 반원형 클램프(220)에 일체로 고정 연결되고 타측단이 상기 제3 반원형 클램프(230)에 일체로 고정 연결되는 것을 특징으로 하는 수직축형 풍력발전기의 설치구조.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회전축(150)에는 상기 발전기(160)의 발전효율을 높이기 위하여 증속기어(170)가 연결되는 것을 특징으로 하는 수직축형 풍력발전기의 설치구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 구조물(300)은 기상탑(met-tower)이고,
    상기 회전날개(110), 회전축(140, 150) 및 발전기(160)를 포함하는 수직축형 풍력발전기는 상기 기상탑(met-tower)에 설치되는 풍향 및 풍속 계측기(410, 420)에 간섭을 일으키지 않도록 상기 풍향 및 풍속 계측기(410, 420)와 상하로 이격되어 설치되되, 발전 효율이 향상되도록 주풍향 방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 수직축형 풍력발전기의 설치구조.
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