KR101581342B1

KR101581342B1 - 풍력 발전기용 양방향 블레이드

Info

Publication number: KR101581342B1
Application number: KR1020140030306A
Authority: KR
Inventors: 박성진; 박종근; 김순화
Original assignee: 박종근; 김순화; 박성진
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-12-30
Also published as: KR20150107415A

Abstract

본 발명은 풍력 발전기용 양방향 블레이드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대칭익형 형태의 단면을 가지는 주날개와 유연성을 가진 평판형상으로 이루어져 주날개의 후단부 외측으로 돌출되도록 결합되는 보조날개를 포함하도록 구성함으로써, 풍향에 관계없이 항상 동일한 방향으로 회전할 수 있게 하는 동시에 미풍이나 강풍에도 원활하게 회전할 수 있게 하여 발전효율을 대폭 향상시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라 블레이드의 회전시 발생하는 소음을 대폭 저감시킬 수 있도록 하는 풍력 발전기용 양방향 블레이드에 관한 것이다.

Description

풍력 발전기용 양방향 블레이드{Blade for aerogenerator}

일반적으로 풍력 발전기는 바람의 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 장치로서, 바람에 의해 풍력 발전기에 구비된 블레이드를 회전시키고 이때 생긴 블레이드의 회전력을 이용하여 전기를 생산하게 된다.

종래의 풍력 발전기는 대부분 도 1에 도시되어 있는 풍력 발전기와 유사하게 지면에 수직으로 설치되는 지주대(10)와, 지주대(10)의 상단에 장착되는 발전기본체(11)와, 발전기본체(11)에 회전가능하게 연결되는 허브(12)와, 허브(12)의 외주면에 방사상으로 결합되는 복수개의 블레이드(1)로 구성된다.

이와 같이 구성되는 풍력 발전기를 바람이 많이 부는 지역에 설치하게 되면, 바람에 의해 복수개의 블레이드가 회전하게 되면서 발전기본체에서 전기가 생산되는데, 풍력 발전시 출력은 블레이드에 의해 형성된 평면과 바람의 방향이 이루는 각도(피치각)를 제어함으로써 조절할 수 있게 된다.

풍력 발전기의 최대 동력은 블레이드의 평면과 바람의 방향이 수직을 이룰 때, 즉 바람의 영향권 내에 진입해 있을 때에 발생하고, 블레이드의 평면이 바람의 방향과 평행할 때 즉 바람의 영향권에서 벗어나 있을 때에는 동력이 발생하지 않게 되는데, 풍력 발전기의 출력은 블레이드를 점차적으로 각 운동시켜서 바람의 영향권 내로 진입하게 하거나 그것으로부터 벗어나게 하여 변화시킬 수 있다.

그러나, 종래의 풍력 발전기는 대부분 블레이드가 블레이드 각만큼 허브에 경사지게 고정됨에 따라 전방 바람에 의한 블레이드의 회전 방향과 후방 바람에 의한 블레이드의 회전 방향이 달라 전방 바람에 의해서만 발전이 이루어지게 될 뿐만 아니라 풍속이 일정 속도 이상일 경우에만 발전이 이루어지게 되므로, 풍속과 풍향의 가변성이 높은 지역에서는 발전효율이 현저히 저하되는 문제점이 있었다.

아울러, 종래의 풍력 발전기는 대부분 블레이드가 블레이드 각만큼 허브에 경사지게 고정됨에 따라 블레이드의 회전시 소음이 많이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

특허공개번호 10-2010-86557 (발명의 명칭 : 풍차용 날개판의 구성)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 풍향에 관계없이 항상 동일한 방향으로 회전할 수 있게 하는 동시에 미풍이나 강풍에도 원활하게 회전할 수 있게 하여 발전효율을 대폭 향상시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라 블레이드의 회전시 발생하는 소음을 대폭 저감시킬 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 대칭익형 형태의 단면을 가지며 내부에는 보조날개결합홈이 길이방향으로 관통 형성되고 후단부에는 상기 보조날개결합홈과 연통되는 절개홈이 형성되며 하단부에는 허브결합부가 형성되는 주날개와, 유연성을 가진 평판형상으로 이루어지며 전단부는 결합단부에 의해 상기 주날개의 보조날개결합홈에 결합되고 후단부는 절개홈을 통해 주날개의 후단부 외측으로 돌출되는 보조날개를 포함하는 풍력 발전기용 양방향 블레이드에 있어서, 상기 주날개의 절개홈은 상기 보조날개결합홈에서 후단부로 갈수록 폭이 넓어지는 V자형상으로 형성되며, 상기 보조날개는 상기 주날개의 V자형상으로 형성된 절개홈 내에서 자유롭게 유동하도록 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의한 풍력 발전기용 양방향 블레이드는 대칭익형 형태의 단면을 가지는 주날개와 유연성을 가진 평판형상으로 이루어져 주날개의 후단부 외측으로 돌출되도록 결합되는 보조날개를 포함하도록 구성됨으로써, 풍향에 관계없이 항상 동일한 방향으로 회전할 수 있게 되는 동시에 미풍이나 강풍에도 원활하게 회전할 수 있게 되므로 발전효율을 대폭 향상시킬 수 있게 될 뿐만 아니라 블레이드의 회전시 발생하는 소음을 대폭 저감시킬 수 있게 되는 효과가 있다.
아울러, 본 발명은 주날개보다 상대적으로 약한 강성을 갖는 보조날개의 손상을 방지하여 블레이드의 내구성을 더욱더 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 양방향 블레이드가 장착된 풍력 발전기를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 풍력 발전기용 양방향 블레이드를 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 풍력 발전기용 양방향 블레이드의 구조를 나타내는 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 풍력 발전기용 양방향 블레이드의 조립상태를 나타내는 단면도.
도 5의 (가)(나)는 본 발명에 의한 양방향 블레이드의 미풍시 작용상태를 나타내는 설명도.
도 6의 (가)(나)는 본 발명에 의한 양방향 블레이드의 강풍시 작용상태를 나타내는 설명도.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 풍력 발전기용 양방향 블레이드는 도 2 내지 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 주날개(2)와 보조날개(6)로 구성된다.

상기 주날개(2)는 미풍시 블레이드(1)가 회전할 수 있게 하기 위한 것으로, 도 2 내지 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 대칭익형 형태의 단면을 가지며, 내부에는 보조날개결합홈(3)이 길이방향으로 관통형성되고, 후단부에는 상기 보조날개결합홈(3)과 연통되는 절개홈(4)이 형성되며, 하단부에는 허브결합부(5)가 형성된다.

상기 주날개(2)의 단면형상을 대칭익형 형태로 형성한 이유는 주날개(2)의 전ㆍ후면에 서로 대칭을 이루는 풍압면이 형성되게 함으로써 블레이드(1)가 풍향에 관계없이 항상 동일한 방향으로 회전할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 블레이드의 회전시 공기의 저항을 최소화하여 소음을 대폭 저감시킬 수 있도록 하기 위함이다.

상기 주날개(2)의 절개홈(4)은 상기 보조날개결합홈(3)에서 후단부로 갈수록 폭이 넓어지는 V자형상으로 형성되는 것으로, 주날개(2)의 보조날개결합홈(3)에 결합되는 보조날개(6)가 주날개(2)의 내부에서 일정 간격만큼 자유롭게 유동하면서 탄력적으로 휘어질 수 있게 함으로써, 얇은 평판형상으로 된 보조날개(6)가 강풍에 의해 완전히 꺽여 버리게 되는 것을 방지하게 된다.

상기 주날개(2)는 일정한 강성을 가지도록 형성되며 평판형상으로 된 보조날개(6)가 강풍에 의해 자연스럽게 휘어질 수 있도록 견고하게 지지하고 보호하는 역할을 하게 된다.

상기 주날개(2)는 경량화를 위해 알루미늄 재질로 제작하되, 속이 빈 중공형상으로 제작하는 것이 바람직하다.

상기 보조날개(6)는 강풍시 블레이드(1)가 회전할 수 있게 하기 위하여 상기 주날개(2)의 V자형상으로 형성된 절개홈(4) 내에서 자유롭게 유동하도록 결합되는 것으로, 유연성을 가진 평판형상으로 이루어지며, 전단부는 결합단부(7)에 의해 주날개(2)의 보조날개결합홈(3)에 결합되고, 후단부는 절개홈(4)을 통해 주날개(2)의 후단부 외측으로 돌출된다.

상기 보조날개(6)의 돌출 길이는 너무 짧으면 강풍에 잘 휘어지지 않아 회전력 증대 효과를 거둘 수 없게 되고, 너무 길면 강풍에 의해 쉽게 구부러져 뒤로 젖혀지거나 손상될 우려가 있으므로, 상기 주날개(2) 폭의 절반 정도로 하는 것이 바람직하다.

상기 보조날개(6)는 강풍에 의해 자연스럽게 구부러질 수 있도록 탄성을 가진 얇은 강판이나 합성수지 재질로 제작하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 풍력 발전기용 양방향 블레이드의 조립 및 작용관계를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 풍력 발전기용 양방향 블레이드는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 주날개(2)와 보조날개(6)를 결합하되, 보조날개(6)의 후단부가 절개홈(4)을 통해 주날개(2)의 후단부 외측으로 돌출되도록 주날개(2)의 보조날개결합홈(3)에 보조날개(6)의 결합단부(7)를 슬라이드식으로 삽입함으로써 간편하게 조립할 수 있게 된다.

이 때, 상기 주날개(2)와 보조날개(6)를 조립한 후에는 보조날개결합홈(3)의 입구 부분에 이탈방지용 스크류 등을 체결하여 주날개(2)의 보조날개결합홈(3)에 결합된 보조날개(6)의 결합단부(7)가 이탈하지 않게 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 조립된 본 발명에 의한 풍력 발전기용 양방향 블레이드는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 주날개(2)의 하단부에 형성된 허브결합부(5)를 이용하여 허브(12)의 외주면에 방사상으로 결합하여 사용하게 된다.

본 발명에 의한 풍력 발전기용 양방향 블레이드는 미풍이 가해질 경우 주날개(2)에 결합된 보조날개(6)가 전혀 휘지 않으므로, 보조날개(6)에 의해서는 회전력이 전혀 발생하지 않고 주날개(2)에 의해서만 회전력이 발생하게 된다.

이 때, 도 5의 (가)에 도시되어 있는 바와 같이 블레이드(1)의 전방에서 미풍이 불 때에는 주날개(2)의 전면에 형성된 풍압면에 풍압이 작용하고, 도 5의 (나)에 도시되어 있는 바와 같이 블레이드(1)의 후방에서 미풍이 불 때에는 주날개(2)의 후면에 형성된 풍압면에 풍압이 작용하게 되므로, 본 발명에 의한 블레이드(1)는 풍향에 관계없이 항상 동일한 방향으로 회전하게 된다.

그리고, 본 발명에 의한 풍력 발전기용 양방향 블레이드는 강풍이 가해질 경우 주날개(2)에 결합된 보조날개(6)가 후단부로 갈수록 폭이 넓어지는 V자형상으로 형성된 절개홈(4)의 내부에서 일정 간격만큼 자유롭게 유동하는 동시에 탄력적으로 휘어지게 되면서 보조날개(6)에 의해서도 회전력이 발생하게 되므로 회전력이 더욱더 증대될 뿐만 아니라, 주날개(2)보다 상대적으로 약한 강성을 갖는 보조날개(6)가 강풍에 의해 완전히 꺽여 손상되는 것을 방지할 수 있게 되므로 블레이드의 내구성을 더욱더 향상시킬 수 있게 된다.

이 때, 도 6의 (가)에 도시되어 있는 바와 같이 블레이드(1)의 전방에서 강풍이 불 때에는 주날개(2)에 결합된 보조날개(6)가 후방으로 휘어지면서 주날개(2)의 전면에 형성된 풍압면과 보조날개(6)의 풍압면에 풍압이 작용하고, 도 6의 (나)에 도시되어 있는 바와 같이 블레이드(1)의 후방에서 강풍이 불 때에는 주날개(2)에 결합된 보조날개(6)가 전방으로 휘어지면서 주날개(2)의 후면에 형성된 풍압면과 보조날개(6)의 풍압면에 풍압이 작용하게 되므로, 본 발명에 의한 블레이드(1)는 풍향에 관계없이 항상 동일한 방향으로 회전하게 된다.

아울러, 본 발명에 의한 풍력 발전기용 양방향 블레이드는 주날개(2)가 대칭익형의 형태의 단면을 갖도록 형성되어 블레이드의 회전시 공기의 저항을 최소화할 수 있게 되므로, 비틀림 형상을 갖는 종래의 블레이드보다 블레이드의 회전시 발생하는 소음을 대폭 저감시킬 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의한 풍력 발전기용 양방향 블레이드(1)는 대칭익형 형태의 단면을 가지는 주날개(2)와 유연성을 가진 평판형상으로 이루어져 주날개(2)의 후단부 외측으로 돌출되도록 결합되는 보조날개(6)를 포함하도록 구성됨으로써, 풍향에 관계없이 항상 동일한 방향으로 회전할 수 있게 되는 동시에 미풍이나 강풍에도 원활하게 회전할 수 있게 되므로 발전효율을 대폭 향상시킬 수 있게 될 뿐만 아니라 블레이드의 회전시 발생하는 소음을 대폭 저감시킬 수 있게 된다.
아울러, 본 발명에 의한 풍력 발전기용 양방향 블레이드(1)는 주날개(2)보다 상대적으로 약한 강성을 갖는 보조날개(2)가 강풍에 의해 완전히 꺽여 손상되는 것을 방지할 수 있게 되므로 블레이드의 내구성을 더욱더 향상시킬 수 있게 된다.

1 : 블레이드
2 : 주날개
3 : 보조날개결합홈
4 : 절개홈
5 : 허브결합부
6 : 보조날개
7 : 결합단부

Claims

대칭익형 형태의 단면을 가지며 내부에는 보조날개결합홈(3)이 길이방향으로 관통 형성되고 후단부에는 상기 보조날개결합홈(3)과 연통되는 절개홈(4)이 형성되며 하단부에는 허브결합부(5)가 형성되는 주날개(2)와,
유연성을 가진 평판형상으로 이루어지며 전단부는 결합단부(7)에 의해 상기 주날개(2)의 보조날개결합홈(3)에 결합되고 후단부는 절개홈(4)을 통해 주날개(2)의 후단부 외측으로 돌출되는 보조날개(6)를 포함하는 풍력 발전기용 양방향 블레이드에 있어서,
상기 주날개(2)의 절개홈(4)은 상기 보조날개결합홈(3)에서 후단부로 갈수록 폭이 넓어지는 V자형상으로 형성되며,
상기 보조날개(6)는 상기 주날개(2)의 V자형상으로 형성된 절개홈(4) 내에서 자유롭게 유동하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 양방향 블레이드.