KR101562788B1

KR101562788B1 - 풍력 발전기

Info

Publication number: KR101562788B1
Application number: KR1020140022970A
Authority: KR
Inventors: 김영덕
Original assignee: 가톨릭관동대학교산학협력단
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2015-10-23
Also published as: KR20150101546A

Abstract

한 실시예에 따른 풍력 발전기는, 기둥, 상기 기둥에 부착되어 있고 상기 기둥을 따라 이동 가능한 적어도 하나의 판형 바람맞이, 상기 기둥과 결합되어 있는 받침대, 그리고 상기 기둥의 움직임을 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환 부재을 포함한다.

Description

풍력 발전기 {WIND POWER GENERATOR}

본 발명은 풍력 발전기에 관한 것이다.

풍력 발전은 바람의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환 기술로서, 공기가 블레이드 위를 지날 때 양력과 항력이 발생하는 공기역학적 특성을 통해 회전자(rotor)가 회전하게 되는데 이때 발생하는 기계적 회전 에너지가 발전기를 통해 전기 에너지로 변환된다.

종래의 풍력 발전기는 수직축형과 수평축형으로 구분할 수 있는데, 수평축형의 경우 타워(tower) 상부에 나셀(nacelle)이 구비되며, 나셀의 전방에 블레이드가 회전 가능하게 설치되어 있고, 블레이드의 중심축인 허브와 연결된 주축에 증속기 및 발전기가 연결되어 발전이 이루어진다. 종속기 및 발전기는 통상 나셀 내부에 설치되어 있다.

그러나 이러한 종래의 풍력 발전기는 난류 강도가 큰 곳에서는 발전 효율이 매우 낮다.

발전 효율이 높은 풍력 발전기를 제공하고자 한다.

상기 기둥은 힌지를 통하여 상기 받침대와 결합될 수 있다.

상기 에너지 변환 부재는 압전 소자를 포함할 수 있다.

상기 에너지 변환 부재는 상기 기둥의 측면에 결합되어 있으며 평형 상태에서 상기 압전 소자와 떨어져 있는 돌출부를 더 포함할 수 있다.

상기 압전 소자는 상기 받침대에 고정될 수 있다.

상기 에너지 변환 부재는 상기 기둥의 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하고 상기 회전 운동의 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.

상기 적어도 하나의 바람맞이는 상기 기둥에 일렬로 부착되어 있는 둘 이상의 바람맞이를 포함할 수 있다.

상기 각 바람맞이는 상기 기둥을 중심으로 대칭인 평면 모양을 가질 수 있다.

상기 바람맞이의 위치는 바람의 진동수에 따라 변화하는 풍력 발전기.

상기 받침대는 상기 기둥의 하부 또는 상부에 위치하는 풍력 발전기.

실시예에 따른 풍력 발전기는 난류를 이용하므로 발전 효율이 높다.

도 1은 한 실시예에 따른 풍력 발전기의 개략적인 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 풍력 발전기의 개략적인 후면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 풍력 발전기의 개략적인 측면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 풍력 발전기의 개략적인 평면도이다.
도 5는 한 실시예에 따른 풍력 발전기의 동작을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 6은 한 실시예에 따른 기둥과 받침대의 연결 구조 및 에너지 변환 부재를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 풍력 발전기의 개략적인 정면도이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계 없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1 내지 도 5를 참고하여 한 실시예에 따른 풍력 발전기에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 한 실시예에 따른 풍력 발전기의 개략적인 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 풍력 발전기의 개략적인 후면도이고, 도 3은 도 1에 도시한 풍력 발전기의 개략적인 측면도이고, 도 4는 도 1에 도시한 풍력 발전기의 개략적인 평면도이며, 도 5는 한 실시예에 따른 풍력 발전기의 동작을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.

도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 풍력 발전기(100)는 복수의 바람맞이(110, 120), 기둥(130) 및 받침대(140)를 포함한다. 본 실시예에 따른 풍력 발전기(100)는 또한 가이드 베인(guide vane)(150)을 더 포함할 수 있다.

바람맞이(110, 120)는 판형이며, 기둥(130)의 전면(前面)에 일렬로 고정되어 있다. 한 실시예에 따르면, 바람맞이(110, 120)는 한 쌍의 바람맞이, 즉 상부 바람맞이(110)와 하부 바람맞이(120)를 포함할 수 있다. 그러나 바람맞이(110, 120)의 수효는 이에 한정되지 않고 하나 또는 세 개 이상일 수도 있다.

바람맞이(110, 120)는 다각형, 원형, 기타 여러 가지 다양한 평면 모양을 가질 수 있으며, 복수의 바람맞이(110, 120)의 평면 모양은 서로 다를 수도 있고 서로 동일할 수도 있다. 바람맞이(110, 120)는 기둥(130)을 중심으로 대칭인 평면 모양을 가질 수 있다. 도면에서는 상부 바람맞이(110)는 원형이고, 하부 바람맞이(120)는 정사각형인 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 예일 뿐이며 이에 한정되지 않는다.

복수의 바람맞이(110, 120)는 실질적으로 서로 붙어 있을 수도 있고 서로 떨어져 있을 수도 있다.

바람맞이(110, 120)의 크기는 다양할 수 있다. 복수의 바람맞이(110, 120)가 실질적으로 동일한 크기일 수도 있고 서로 다른 크기일 수도 있다. 여기에서 크기라 함은 예를 들어, 원인 경우에는 지름, 정사각형인 경우에는 한 변의 길이를 뜻할 수 있다.

기둥(130)은 받침대(140)에 결합될 수 있으며, 받침대(140)는 회전 가능하도록 바닥면에 고정될 수 있다. 기둥(130)는 강도가 높아 잘 휘어지지 않는 재질로 만들어질 수 있다. 도 4에는 기둥(130)의 단면이 정사각형인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 원형, 타원형, 직사각형 등 어떤 형태도 가능하다.

가이드 베인(150)은 기둥(130)의 후면 상부에 부착되어 있으며 바람의 방향에 따라 기둥(130) 및 받침대(140)가 회전할 수 있도록 한다. 다른 실시예에 따르면, 가이드 베인(150) 대신 기둥(130)의 끝에 풍향계(도시하지 않음)를 부착하여 바람의 방향을 감지하고, 모터(도시하지 않음)를 사용하여 받침대(140)를 회전시킬 수 있다.

기둥(130)은 바람맞이(110, 120)가 바람을 맞는 경우에 움직일 수 있는데, 도 5를 참고하면, 바람맞이(110, 120)의 정면에서 바람이 불면, 칼만 와류에 의하여 바람 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 왕복 운동을 할 수 있다.

한 실시예에 따르면 바람맞이(110, 120)의 수직 위치가 변화할 수 있다. 예를 들면 바람맞이(110, 120)는 기둥(130)과 미끄럼 결합되어 기둥(130)을 따라 상승 또는 하강할 수 있다. 이때 바람맞이(110, 120)를 이동시키는 구동 수단, 예를 들면 모터가 설치될 수 있다. 바람맞이(110, 120)의 수직 위치는 바람의 진동수에 따라 달라질 수 있으며, 기둥(130)의 운동 에너지가 최대가 되도록 하거나 기둥(130)의 왕복 진동수가 바람의 진동수와 공명을 일으키도록 설정될 수 있다. 이때 바람의 진동수를 감지하는 감지 수단이 설치될 수 있다.

받침대(140)는 기둥(130)의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환 부재(도시하지 않음)를 포함한다.

그러면, 한 실시예에 따른 기둥과 받침대의 연결 구조 및 에너지 변환 부재에 대하여 도 6을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 6은 한 실시예에 따른 기둥과 받침대의 연결 구조 및 에너지 변환 부재를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 6을 참고하면, 한 실시예에 따르면 기둥(130)은 받침대(140)에 힌지(160)를 통하여 결합될 수 있으며, 힌지(160)를 중심으로 회전할 수 있다. 그러나 이는 하나의 예일 뿐이며 여러 가지 다양한 방법으로 기둥(130)과 받침대(140)가 결합될 수 있다.

한 실시예에 따르면, 기둥(130)의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환 부재는 돌출부(210), 압전 소자(220) 및 스프링(230)을 포함할 수 있다. 돌출부(210)는 기둥(130)의 서로 반대 쪽 측면에 설치될 수 있으며, 돌출부(210)와 소정의 간격을 두고 압전 소자(220)가 설치될 수 있다. 돌출부(210)와 압전 소자(220)는 탄성 부재, 예를 들면 스프링(230)으로 둘러싸일 수 있다. 한 실시예에 따르면 압전 소자(220)는 받침대(140)의 내벽에 고정될 수 있다.

이와 같은 구조에서는 기둥(130) 양쪽에 위치한 스프링(230)에 의하여 기둥(130)이 평형을 유지할 수 있다. 바람에 의하여 기둥(130)이 좌우로 흔들리면 기둥(130)의 좌우에 부착된 돌출부(210)가 압전 소자(220)에 접촉하고, 이에 따라 압전 소자(220)에 전기가 발생할 수 있다.

스프링(230)은 생략할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 기둥(130)의 왕복 운동을 일단 회전 운동으로 변환한 후에, 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정을 거칠 수도 있다. 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하는 것은 래크와 피니언 등 기어를 사용하거나, 자동차에서처럼 캠 등을 사용할 수 있다. 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것은 일반적으로 널리 알려져 있으므로 상세한 설명을 생략한다.

도 7을 참고하여 다른 실시예에 따른 풍력 발전기에 대하여 상세하게 설명한다.

도 7은 한 실시예에 따른 풍력 발전기의 개략적인 정면도이다.

도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 풍력 발전기(300)는 도 1 내지 도 6에 도시한 풍력 발전기(100)와 마찬가지로 복수의 바람맞이(310, 320), 기둥(330) 및 받침대(340)를 포함한다. 본 실시예에 따른 풍력 발전기(100)는 또한 가이드 베인을 더 포함할 수 있다.

그러나 본 실시예에 따른 풍력 발전기(300)는 도 1 내지 도 6에 도시한 풍력 발전기(100)를 상하로 뒤집은 구조를 가지고 있다. 구체적으로는 받침대(340)가 상부에 위치하고 받침대(340)의 아래쪽으로 기둥(330)이 설치되어 있으며 기둥(330)의 아래쪽에 바람맞이(310, 320)가 설치되어 있다.

이와 같이 뒤집힌 점을 제외하면 본 실시예에 따른 풍력 발전기(300)는 도 1 내지 도 6에 도시한 풍력 발전기(100)와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다.

예를 들어 기둥(330)은 힌지를 통하여 받침대(340)와 결합될 수 있으며(도 6 참고), 이 경우 기둥(330)과 바람맞이(310, 320)는 시계추처럼 진동할 수 있다.,

이와 같이 실시예에 따른 풍력 발전기는 와류를 이용함으로써 바람의 종류와 풍속, 풍향 등에 관계 없이 높은 효율로 발전이 가능하다.

이상에서 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims

받침대;
상기 받침대에 회동 가능하도록 연결되는 기둥;
상기 기둥에 부착되는 적어도 하나의 판형 바람맞이; 및
상기 기둥의 움직임을 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환 부재를 포함하고,
상기 판형의 바람막이의 양면은 각각 상기 기둥의 회동방향에 수직인 방향 측으로 향하도록 구비되는 풍력 발전기.
제1항에서,
상기 기둥은 힌지를 통하여 상기 받침대와 결합되어 있는 풍력 발전기.
제1항에서,
상기 에너지 변환 부재는 압전 소자를 포함하는 풍력 발전기.
제3항에서,
상기 에너지 변환 부재는 상기 기둥의 측면에 결합되어 있으며 평형 상태에서 상기 압전 소자와 떨어져 있는 돌출부를 더 포함하는 풍력 발전기.
제4항에서,
상기 압전 소자는 상기 받침대에 고정되어 있는 풍력 발전기.
제1항에서,
상기 에너지 변환 부재는 상기 기둥의 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하고 상기 회전 운동의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 풍력 발전기.
제1항에서,
상기 적어도 하나의 바람맞이는 상기 기둥에 일렬로 부착되어 있는 둘 이상의 바람맞이를 포함하는 풍력 발전기.
제1항에서,
상기 각 바람맞이는 상기 기둥을 중심으로 대칭인 평면 모양을 가지는 풍력 발전기.
제1항에서,
상기 바람맞이의 위치는 바람의 진동수에 따라 변화하는 풍력 발전기.
제1항에서,
상기 받침대는 상기 기둥의 하부 또는 상부에 위치하는 풍력 발전기.