KR101660417B1 - 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치에 관한 것으로서, 수평회전축에 고정되며 내부에 통로가 형성된 채널부재와, 상기 통로를 관통하여 슬라이딩 이동 가능하게 채널부재에 설치되며, 풍력에 의해 후방쪽으로 상향 회전되면서 수평회전축에 회전력을 인가하는 날개부재와, 상기 회전하는 날개부재를 일정한 회전구간에서만 선택적으로 받쳐주는 받침부재를 포함하며, 상기 날개부재는 일단부가 받침부재에 의해 받쳐진 상태에서 회전을 하되, 상기 회전구간의 종료각도에 이르면 받침상태가 해제되면서 통로를 따라 슬라이딩 이동된 후, 타단부가 받침부재에 의해 받쳐진 상태로 전환되어 회전구간의 시작각도에서 다시 상향 회전을 하는 특징이 있다.
이러한 본 발명에 따르면, 풍력발전효율을 대폭적으로 향상시킬 수 있음과 함께, 원활한 날개이동이 가능하여 제조 및 설치가 용이하면서 유지보수의 문제없이 장시간 안정적인 사용이 가능한 효과가 있다.

Description

풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치 {Half turn-sliding type blade apparatus for wind power generation}
본 발명은 풍력발전용 슬라이드식 반회전 날개장치에 관한 것으로서, 날개부재의 슬라이딩 위치반전을 통해 풍력에 의한 정방향 회전력만을 인가되도록 함으로써 풍력발전효율을 향상시킬 수 있는 풍력발전용 슬라이드식 반회전 날개장치에 관한 것이다.
풍력발전이란 풍차를 이용해 바람이 가진 에너지를 회전축을 통한 기계적인 에너지(회전력)로 변환시키고, 이러한 기계적 에너지가 발전기를 구동함으로써 전기적인 에너지로 변환되어 전력을 얻는 발전 방식을 말하는 것으로서, 현재까지 개발된 신재생에너지원 중 가장 경제성이 높을 뿐 아니라 무한정, 무비용의 청정에너지원인 바람을 이용하여 발전할 수 있는 장점때문에 일찍이 풍력발전산업이 발달한 유럽은 물론 최근에는 미주와 아시아 등지에서도 적극적인 투자가 이뤄지고 있는 실정이다.
특히, 풍력발전은 전력생산단가의 가격경쟁력 향상 및 발전시스템 설치의 소요면적 최소화 등과 같은 원가적인 측면과, 화석에너지 고갈에 대한 대체에너지원과 온난화방지와 같은 지구환경보호라는 사회환경적 측면과 아울러 공급의 안정성 및 에너지 수입의 의존도 감소라는 경제적인 측면에서의 장점때문에 정부에서도 풍력발전의 보급을 적극 지원하고 있으며, 그에 따라 국내에서도 향후 풍력발전의 성장세가 본격화될 것으로 기대되고 있다.
이러한 풍력발전은 날개의 회전축의 방향에 따라 회전축이 지면에 대해 수평으로 설치되어 있는 수평형 풍력발전장치와, 회전축이 지면에 대해 수직으로 설치되어 있는 수직형 풍력발전장치로 구분할 수 있으며, 현재까지 수직형에 비해 수평형 풍력발전장치의 효율이 높고 안정적이어서 상업용 풍력발전단지에는 대부분 수평형 풍력발전기가 적용되고 있다.
상기한 수평형 풍력발전장치는 가장 일반적인 형태로서 높은 발전효율을 구현할 수 있는 장점이 있으나, 바람의 방향이 자주 바뀌는 지역에서는 원활한 발전이 어려우며, 회전체를 비롯한 주요 부품들이 높은 곳에 설치되므로 고가의 설치비용이 소요될 뿐만 아니라 그 유지보수가 쉽지 않으며, 태풍 등의 강한 바람에 구조적으로 취약한 단점을 갖고 있다.
이러한 수평형 풍력발전장치의 단점과 비교할 때 상기 수직형 풍력발전장치는 바람의 방향에 관계없이 발전이 가능하며, 증속기 및 발전기 등의 주요 부품들이 지상에 설치되므로 설치비용이 저렴하고 그 유지보수가 용이한 장점을 가지고 있다.
그럼에도 불구하고 전술한 바와 같이 수평형 발전장치가 선호되는 것은 수직형 발전장치가 수평형 발전장치에 비해 그 발전효율이 떨어지기 때문이다.
이것은 수직형 풍력발전장치의 구조적인 문제점으로서, 도 12에 예시된 바와 같이, 수직형 풍력발전장치는 구조적으로 회전날개의 한쪽(a1)은 풍력에 의해 정방향(풍향과 동일한 방향) 회전을 하면서 바람(W)의 에너지를 회전축(b)의 기계적인 회전력으로 변환시키지만, 그 회전날개의 반대쪽(a2)은 풍력에 대해 역방향(풍향의 반대방향) 회전을 하게 되기 때문에 회전축(b)의 회전에 저항으로 작용을 하게 되어 기계적인 에너지의 변환효율이 저하될 수 밖에 없는 것이다.
이러한 수직형 풍력발전장치가 가지고 있는 구조적인 발전효율의 문제점을 인식하여 본 발명자는 날개이동 방식이나 날개 틸트방식을 통해 회전축에 오로지 정방향 회전력만을 인가시킬 수 있는 날개이동식 수직형 풍력발전장치(등록특허 제10-1301217호), 수직형 풍력발전용 틸트식 회전날개장치(등록특허 제10-1180832호)를 개발하여 제시하였다
본 발명자가 제시한 상기의 종래기술들은 수직형 풍력발전에 있어서의 근본적인 문제점인 역방향의 저항을 효율적으로 제거할 수 있어 발전변환효율을 증대시킬 수 있는 획기적인 기술임에 분명하지만, 구성부품이 많으며 구조가 비교적 복잡하여 제조 및 설치비용이 증가될 수 있고 운용시 유지보수의 문제가 발생할 수 있으며, 날개가 지면과 수평한 방향으로 회전하는 구조이므로 설치공간 상의 제약을 받을 수도 있는 등 일부 단점이 발견되었는 바, 본 발명자는 기존의 날개이동 방식이나 날개틸트 방식과는 다르게 날개를 중력에 의해 슬라이드시켜 날개의 위치를 반전시키는 새로운 방식을 개발하기에 이르렀다.
대한민국 등록특허 제10-1301217호 : 날개이동식 수직형 풍력발전장치 대한민국 등록특허 제10-1180832호 : 수직형 풍력발전용 틸트식 회전날개장치
본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해소하기 위하여 제안되는 것으로서, 본 발명의 목적은 중력에 의한 날개부재의 슬라이딩 위치반전을 통해 풍력에 의한 정방향 회전력만을 인가되도록 함으로써 풍력발전효율을 향상시킬 수 있음과 함께, 구성이 단순하면서 원활한 날개이동이 가능하여 제조 및 설치가 용이하면서 유지보수의 문제없이 장시간 안정적인 사용이 가능한 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제해결수단으로서,
수평회전축에 고정되며 내부에 통로가 형성된 채널부재와, 상기 통로를 관통하여 슬라이딩 이동 가능하게 채널부재에 설치되며, 풍력에 의해 후방쪽으로 상향 회전되면서 수평회전축에 회전력을 인가하는 날개부재와, 상기 회전하는 날개부재를 일정한 회전구간에서만 선택적으로 받쳐주는 받침부재를 포함하며, 상기 날개부재는 일단부가 받침부재에 의해 받쳐진 상태에서 회전을 하되, 상기 회전구간의 종료각도에 이르면 받침상태가 해제되면서 통로를 따라 슬라이딩 이동된 후, 타단부가 받침부재에 의해 받쳐진 상태로 전환되어 회전구간의 시작각도에서 다시 상향 회전을 하게 되는 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치가 개시된다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제해결수단으로서,
수평회전축에 고정되며 내부에 통로가 형성된 채널부재와, 상기 통로를 관통하여 슬라이딩 이동 가능하게 채널부재에 설치되며, 풍력에 의해 후방쪽으로 하향 회전되면서 수평회전축에 회전력을 인가하는 날개부재와, 상기 날개부재의 양단에 구비되어 채널부재에 선택적으로 걸림으로써 날개부재를 지지하는 걸림부재와, 후방쪽으로 하향 만곡한 형태로 연장 형성되며, 상기 날개부재가 밀리도록 안내하여 날개부재를 슬라이딩 이동시키는 푸쉬가이드부재를 포함하며, 상기 날개부재는 일단의 걸림부재가 채널부재에 걸린 상태에서 회전을 하되, 일정한 회전구간의 종료각도에 이르면 타단부가 상기 푸쉬가이드부재에 의해 밀리면서 통로를 따라 슬라이딩 이동된 후, 타단의 걸림부재가 채널부재에 걸린 상태로 전환되어 상기 회전구간의 시작각도에서 다시 하향 회전을 하게 되는 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치가 개시된다.
본 발명에 따른 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치에 의하면,
날개부재의 슬라이딩 위치반전을 통해 풍력에 의한 정방향 회전력만을 인가되므로 풍력발전효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 구성이 단순하면서 원활한 날개이동이 가능하여 제조 및 설치가 용이하면서 유지보수의 문제없이 장시간 안정적인 사용이 가능한 효과가 있다.
또한, 날개부재가 지면에 수직방향으로 회전을 하는 구조이므로 수직지주를 중심으로 한 설치반경을 대폭 축소할 수 있어 설치공간상의 제약을 크게 받지 않고 장소의 제한없이 용이하게 설치할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 상기한 바와 같이 구체적으로 명시한 효과 이외에 본 발명의 특징적인 구성으로부터 용이하게 도출되고 기대될 수 있는 특유한 효과 또한 본 발명의 효과에 포함될 수 있음을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치의 개략적인 구성을 일 예시한 도면이고,
도 2 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치의 작동을 각각 일 예시한 도면들이며,
도 6은 본 발명의 제1실시예에서 채널부재와 날개부재가 한쌍으로 설치된 구성을 일 예시한 도면이고,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치의 개략적인 구성을 일 예시한 도면이며,
도 8 내지 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치의 작동을 각각 일 예시한 도면들이고,
도 10은 본 발명의 제2실시예에서 채널부재와 날개부재가 한쌍으로 설치된 구성을 일 예시한 도면이고,
도 11은 본 발명의 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치를 이용한 풍력발전장치를 일 예시한 도면이며,
도 12는 통상적인 수직형 풍력발전장치의 날개 회전을 예시한 종래 예시도이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로서, 첨부된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 요소간의 간격 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 축소되거나 과장되어 표현될 수 있음을 유의하여야 한다.
또한, 실시예를 설명하는데 있어서, 만일 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “결합되어”, “형성되어” “설치되어” 있다고 기재된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 결합, 형성, 또는 설치되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
아울러, 실시예를 설명하는데 있어서 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전용 슬라이드식 반회전 날개장치의 구성 및 작동을 예시한 도면들로서, 상기 도면들에 예시된 것처럼, 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치(100, 이하, “반회전날개장치”라 약칭함.)는 수평회전축(110)과, 채널부재(120)와, 날개부재(130)와, 받침부재(140)와, 푸쉬가이드부재(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 수평회전축(110)은 지면에 대해 수평으로 설치되는 회전축이다.
상기 채널부재(120)는 상기 수평회전축(110)에 일측면이 고정되어 수평회전축(110)과 함께 회전된다.
상기 채널부재(120)는 내부에 통로가 형성되며, 날개부재(130)가 상기 통로 내부를 따라 슬라이딩되면서 채널부재(120)를 통과할 수 있게 된다.
상기 날개부재(130)는 풍력에 의해 회전되면서 상기 수평회전축(110)에 회전력을 인가한다.
상기 날개부재(130)는 상기 통로를 관통하여 슬라이딩 이동이 가능하도록 상기 채널부재(120)에 설치가 된다.
상기 날개부재(130)는 도 2 내지 도 3에 예시된 것처럼, 상기 채널부재(120)를 관통하여 설치된 상태에서 전방에서 불어오는 바람(W)에 의해 후방쪽으로 상향 회전(상기 도면들에서는 시계방향으로 회전)이 되고, 이러한 날개부재(130)의 회전에 의해 채널부재(120) 및 채널부재(120)에 고정된 수평회전축(110)도 함께 풍향과 동일한 방향으로 정방향 회전이 이루어지게 된다.
여기서, 명세서 전체에서 사용되는 “정방향” 및 “역방향”이란 용어는 풍향을 기준으로 한 방향을 의미하는 것으로서, 정방향은 풍향과 동일한 방향을, 역방향은 풍향의 반대방향을 의미하는 것으로 이해될 수 있으며, 따라서 도 2와 도 3에 예시된 것처럼 전방쪽에서 바람(W)이 불어오는 경우 전방쪽의 0°에서 후방쪽의 180° 범위 내에서 날개부재(130)가 후방쪽을 향해 상향(시계방향) 회전하는 것은 정방향 회전이 되고, 180°∼ 360°(또는 0°) 범위 내에서 날개부재(130)가 전방쪽을 향해 하향 회전하는 것은 역방향 회전이 되는 것이다.
상기 받침부재(140)는 상기 채널부재(120)의 하측에 구비되며, 상면은 수평회전축(110)을 중심으로 하는 일정각도 범위의 원호 형태로 오목하게 형성된다.
이러한 받침부재(140)는 상기 회전하는 날개부재(130)를 일정한 회전구간에서만 선택적으로 받쳐주는 기능을 수행한다.
여기서, 상기 회전구간은 설계변경의 범위 내에서 다양하게 채택될 수 있으며, 본 발명에서는 일 실시예로서 상기 회전구간을 도 2 내지 도 5에 예시된 것처럼 20°∼ 160°로 설정하였는 바, 이하에서는 편의상 20°∼ 160°를 회전구간으로 하여 설명하기로 한다.
도 2와 도 3에 예시된 것처럼 상기 날개부재(130)는 하측에 위치되는 일단부가 상기 받침부재(140)에 의해 받쳐져 지지된 상태에서 20°∼ 160°의 회전구간동안 정방향 회전이 이루어지게 되며, 이렇게 받침부재(140)에 받쳐진 상태에서는 날개부재(130)의 슬라이딩이 발생하지 않게 된다.
그리고, 날개부재(130)가 계속 회전하여 상기 회전구간의 종료각도인 160°에 이르게 되면, 날개부재(130)의 하측 일단부가 받침부재(140)의 오목한 상면을 이탈하게 되면서 받침부재(140)에 의한 받침상태가 해제된다.
따라서 도 3에 예시된 것처럼 날개부재(130)는 구속이 없는 자유로운 상태가 되면서 중력의 작용에 따라 자력으로 슬라이딩이 시작되고, 도 4와 도 5에 예시된 것처럼 수평회전축(110)이 계속적으로 회전하는 동안 채널부재(120)의 통로를 따라 슬라이딩 이동이 된 후, 회전구간의 시작각도인 20°지점에서 타단부가 다시 받침부재(140)에 의해 받쳐진 상태로 전환이 이루어지게 되고, 이후 바람(W)에 의해서 계속적으로 상향 회전되면서 다시 정방향 회전이 이루어지게 된다.
상기 푸쉬이더부재(150)는 상기 날개부재(130)의 슬라이딩 이동을 촉진하는기능을 수행하며, 도 5에 예시된 것처럼 상기 받침부재(140)의 후단쪽에서 후방쪽으로 상향 만곡된 형태로 연장되게 형성될 수 있다.
이러한 푸쉬가이더부재(150)는 회전하는 날개부재(130)가 회전구간의 종료각도에 이르면 날개부재(130)와 접하게 되면서 날개부재(130)가 밀리도록 안내하게 되고, 날개부재(130)는 푸쉬가이더부재(150)의 만곡면을 따라 안내되면서 밀림으로써 슬라이딩 이동이 보다 촉진되게 된다.
상기 날개부재(130)는 받침상태가 해제되면 전술한 것처럼 중력 작용에 따라 자력으로 슬라이딩 이동이 될 수 있지만, 자력에 의한 이동만으로는 타단부가 다시 받침부재(140)에 받쳐질 수 있게 이동되기 어려울 수 있다.
따라서 상기 푸쉬가이더부재(150)에 의해 날개부재(130)가 강제로 밀리도록 안내함으로써 날개부재(130)가 보다 원활하게 슬라이딩 이동을 하여 다시 받침부재(140)에 받쳐질 수 있게 구성된 것이다.
한편, 상기한 구성에 있어, 도 6에 예시된 것처럼 상기 채널부재(120)가 한쌍을 이루어 상기 수평회전축(110)에 나란하게 고정되도록 설치될 수 있다.
물론, 이렇게 채널부재(120)가 한쌍으로 설치되면 당연히 날개부재(130)도 한쌍으로 각각의 채널부재(120)에 슬라이딩 가능하게 설치되며, 상기 받침부재(140)와 푸쉬가이더부재(150) 또한 한쌍의 날개부재(130) 각각을 받쳐주고 밀어주기 위해 한쌍으로 구비된다.
여기서, 상기 한쌍의 채널부재(120)는 각각의 통로가 서로 직각이 되도록 수평회전축(110)에 고정 설치되며, 이렇게 각각의 통로가 직각이 되면 한쌍의 날개부재(130)는 서로 90°의 위상차를 가지면서 풍력에 의해 회전을 하게 됨으로써 수평회전축(110)에 지속적으로 회전력을 인가하게 된다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반회전날개장치의 전체적인 작동을 간단하게 살펴보면, 먼저 날개부재(130)는 도 2에 예시된 것처럼 회전구간의 시작각도인 20°부근에서 회전을 시작하며, 전방에서 불어오는 바람(W)에 의해 후방쪽으로 상향 회전이 이어지면서 수평회전축(110)에 정방향 회전력을 인가한다.
이 때, 날개부재(130)의 하측 일단부는 받침부재(140)의 상면에 받쳐져 지지되는 상태가 유지되면서 회전이 이루어지게 된다.
이렇게 날개부재(130)가 정방향 회전을 진행하다 도 3에 예시된 것처럼 회전구간의 종료각도인 160°부근에 이르면, 날개부재(130)는 하측 일단부가 받침부재(140)의 상면으로부터 이탈됨으로써 받침 해제가 이루어져 자유롭게 슬라이딩이 가능한 상태가 됨과 동시에 상측 타단부가 푸쉬가이더부재(150)에 접하게 된다.
그리고 계속적으로 회전이 이어짐에 따라, 도 4와 도 5에 예시된 것처럼 날개부재(130)는 중력작용 및 푸쉬가이더부재(150)의 안내에 의해 밀림을 받아 채널부재(120)의 통로를 통해 슬라이딩 이동이 되며, 수평회전축(110)이 계속적으로 회전되어 대략 200°정도에 이를 때, 상측에 있던 타단부가 하측에 위치되어 받침부재(140)에 받쳐지는 상태로 전환이 되면서 날개부재(130)는 다시 회전구간의 시작각도인 20°부근에 위치하게 된다.
이렇게 슬라이딩 이동을 통해 회전구간의 시작각도 부근으로 위치가 전환된 날개부재(130)는 다시 전방에서 불어오는 바람(W)에 의해 후방쪽으로 상향 회전을 계속하면서 수평회전축(110)에 정방향 회전력을 인가하게 된다.
따라서, 날개부재(130)는 20°∼ 160°의 회전구간에서만 정방향 회전을 계속적으로 반복하고 역방향으로는 회전이 전혀 이루어지지 않게 되므로 수평회전축(110)에는 정방향 회전력만이 인가됨으로써 발전효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반회전날개장치(200)의 구성 및 작동을 예시한 도면들이다.
상기 도면들에 예시된 것처럼, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반회전날개장치(200)는 전술한 제1 실시예와 전체적인 구성은 유사하되, 날개부재(230)가 제1 실시예에 따른 날개부재(130)와 반대방향으로, 즉 후방쪽을 향해 하향 회전되는 구성 및 작동상의 차이가 있으며, 따라서, 이하에서 제2 실시예를 설명함에 있어 전술한 제1 실시예와 동일한 구성 및 작동에 대해서는 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 반회전날개장치(200)는 수평회전축(210)과, 채널부재(220)와, 날개부재(230)와, 걸림부재(240)와, 푸쉬가이드부재(250)를 포함하여 구성될 수 있다.
전술한 제1 실시예와 동일하게 상기 수평회전축(210)의 일측면에 상기 채널부재(220)가 고정되고, 채널부재(220)의 내부에는 통로가 형성되며, 상기 날개부재(230)는 상기 통로를 관통하여 슬라이딩 이동이 가능하도록 상기 채널부재(220)에 설치된다.
여기서, 상기 날개부재(230)는 도 8에 예시된 것처럼, 상기 채널부재(220)를 관통하여 설치된 상태에서 전방에서 불어오는 바람(W)에 의해 후방쪽으로 하향 회전(도 8에서는 반시계방향으로 회전)이 되고, 이러한 날개부재(230)의 회전에 의해 채널부재(220) 및 채널부재(220)에 고정된 수평회전축(210)도 함께 풍향과 동일한 방향으로 정방향 회전이 이루어지게 된다.
따라서, 제2 실시예에서는 도 8과 같이 전방쪽에서 바람(W)이 불어오는 경우 0°∼ 180° 범위 내에서 날개부재(230)가 후방쪽을 향해 하향(반시계방향) 회전하는 것이 정방향 회전이 되고, 180°∼ 360°(또는 0°) 범위 내에서 날개부재(230)가 전방쪽을 향해 상향 회전하는 것은 역방향 회전이 된다.
이렇게 제2 실시예에서는 날개부재(230)가 하향 회전을 하면서 정방향 회전력을 인가하므로, 제1 실시예의 받침부재(140)는 필요없으며, 대신에 상기 걸림부재(240)가 추가적으로 더 구비된다.
상기 걸림부재(240)는 상기 날개부재(230)의 양단에 각각 구비되며, 상기 채널부재(220)에 걸림으로써 날개부재(230)가 채널부재(220)로부터 이탈되지 않은 채 하향 회전이 가능하도록 날개부재(230)를 지지하게 된다.
상기 푸쉬가이더부재(250)는 상기 날개부재(230)가 밀리도록 안내하여 날개부재(230)를 슬라이딩 이동시키는 기능을 수행한다.
전술한 제1 실시예에서는 날개부재(130)가 받침부재(130)에 받쳐진 상태로 상향 회전되는 구조이므로, 받침상태가 해제되면 푸쉬가이더부재(150)의 안내가 없더라도 날개부재(130)가 중력작용에 의해 자력으로 하향 슬라이딩이 가능하지만, 본 제2 실시예에서는 걸림부재(240)가 채널부재(220)에 걸려 지지된 상태에서 날개부재(230)가 하향 회전되는 구조이므로 푸쉬가이더부재(250)의 안내에 의해서 날개부재(230)의 슬라이딩이 시작된다.
상기 푸쉬가이더부재(250)는 도 9에 예시된 것처럼 채널부재(220)의 상측에서부터 후방쪽으로 하향 만곡되는 형태로 연장되게 형성될 수 있으며, 후방으로 하향 회전되는 날개부재(230)가 일정한 회전구간의 종료각도에 이르면 날개부재(230)와 접하면서 날개부재(230)를 밀어주어 회전구간의 시작각도로 슬라이딩 이동되도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 회전구간 또한 설계변경의 범위 내에서 다양하게 채택될 수 있는데, 본 실시예에서는 일 예로서 20°∼ 160°로 설정하였다.
한편, 상기한 구성의 제2 실시예에서도 도 10에 예시된 것처럼 상기 채널부재(220)가 한쌍을 이루면서 서로 통로가 직각이 되도록 수평회전축(210)에 나란하게 고정되도록 설치될 수 있으며, 이를 통해 한쌍의 날개부재(230)는 서로 90°의 위상차를 가지면서 풍력에 의해 회전을 하게 됨으로써 수평회전축(210)에 지속적으로 회전력을 인가하도록 구성할 수 있다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반회전날개장치의 전체적인 작동을 간단하게 살펴보면, 먼저 날개부재(230)는 도 8에 예시된 것처럼 회전구간의 시작각도인 20°부근에서 회전을 시작하며, 전방에서 불어오는 바람(W)에 의해 후방쪽으로 하향 회전이 이어지면서 수평회전축(210)에 정방향 회전력을 인가한다.
이 때, 날개부재(230)는 일단부의 걸림부재(240)가 채널부재(220)에 걸려 지지된 상태가 유지되면서 회전이 이루어지게 되며, 이렇게 날개부재(230)가 정방향 회전을 진행하다 회전구간의 종료각도인 160°부근에 이르면, 날개부재(230)는 타단부가 푸쉬가이더부재(250)에 접하게 된다.
그리고 계속적으로 회전이 이어짐에 따라 도 9에 예시된 것처럼 날개부재(230)는 푸쉬가이더부재(250)에 의해 밀리면서 채널부재(220)의 통로를 통해 슬라이딩 이동이 되며, 수평회전축(210)이 계속적으로 회전되어 대략 200°정도에 이를 때는 타단부의 걸림부재(240)가 채널부재(220)에 걸리는 상태로 전환이 되면서 날개부재(230)는 다시 회전구간의 시작각도인 20°부근에 위치하게 된다.
이렇게 슬라이딩 이동을 통해 회전구간의 시작각도 부근으로 위치가 전환된 날개부재(230)는 다시 전방에서 불어오는 바람(W)에 의해 후방쪽으로 하향 회전을 계속하게 된다.
따라서, 날개부재(130)는 20°∼ 160°의 회전구간에서만 반시계방향으로 정방향 회전을 계속적으로 반복하고 역방향으로는 회전이 전혀 이루어지지 않게 되므로 수평회전축(210)에는 정방향 회전력만이 인가됨으로써 발전효율을 향상시킬 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반회전날개장치를 살펴보았는데, 상술한 구성의 반회전날개장치를 이용하여 최대의 정방향 회전력만으로 발전을 하는 다양한 풍력발전장치를 구성할 수 있다.
예컨대, 도 11에 예시된 것처럼, 지면에 대해 수직으로 메인동력축(300)을 설치하고, 제1 실시예에 따른 반회전날개장치(100)와 제2 실시예에 따른 반회전날개(200)를 간섭되지 않게 상하로 설치하면서 제1 실시예에 따른 수평회전축(110)과 제2 실시예에 따른 수평회전축(210)을 서로 기어 결합시켜 수평회전축(110, 210)의 회전력이 함께 메인동력축(300)으로 전달되도록 구성할 수 있으며, 더 나아가 반회전날개장치(100, 200)를 메인동력축(300)을 기준으로 좌우 양쪽에 설치할 수 있다.
이와 같이 풍력발전장치가 구성되는 경우, 상하 좌우로 설치된 4개의 반회전날개장치(100, 200) 각각의 날개부재(130, 230)가 역저항을 받지 않으면서 풍력에 의한 정방향 회전력만을 메인동력축(300)에 독립적으로 계속 제공하게 되므로 기존에 존재하는 풍력발전장치과 대비해 볼 때 풍력발전의 효율을 대폭 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예 및 도면들에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것이라 할 것이다.
첨부된 도면들의 주요부위에 대한 부호를 설명하면 다음과 같다.
110/210: 수평회전축 120/220: 채널부재
130/230: 날개부재 140: 받침부재
240: 걸림부재 150/250: 푸쉬가이드부재

Claims (5)

  1. 수평회전축에 고정되며 내부에 통로가 형성된 채널부재;
    상기 통로를 관통하여 슬라이딩 이동 가능하게 채널부재에 설치되며, 풍력에 의해 후방쪽으로 상향 회전되면서 수평회전축에 회전력을 인가하는 날개부재;
    상기 회전하는 날개부재를 일정한 회전구간에서만 선택적으로 받쳐주는 받침부재;를 포함하며,
    상기 날개부재는 일단부가 받침부재에 의해 받쳐진 상태에서 회전을 하되, 상기 회전구간의 종료각도에 이르면 받침상태가 해제되면서 통로를 따라 슬라이딩 이동된 후, 타단부가 받침부재에 의해 받쳐진 상태로 전환되어 회전구간의 시작각도에서 다시 상향 회전을 하게 되는 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 받침부재에서 후방쪽으로 상향 만곡한 형태로 연장 형성되며, 상기 날개부재가 밀리도록 안내하여 날개부재의 슬라이딩 이동을 촉진하는 푸쉬가이드부재;를 더 포함하는 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 받침부재의 상면은 수평회전축을 중심으로 하는 일정각도 범위의 원호 형태로 오목하게 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치.
  4. 수평회전축에 고정되며 내부에 통로가 형성된 채널부재;
    상기 통로를 관통하여 슬라이딩 이동 가능하게 채널부재에 설치되며, 풍력에 의해 후방쪽으로 하향 회전되면서 수평회전축에 회전력을 인가하는 날개부재;
    상기 날개부재의 양단에 구비되어 채널부재에 선택적으로 걸림으로써 날개부재를 지지하는 걸림부재;
    후방쪽으로 하향 만곡한 형태로 연장 형성되며, 상기 날개부재가 밀리도록 안내하여 날개부재를 슬라이딩 이동시키는 푸쉬가이드부재;를 포함하며,
    상기 날개부재는 일단의 걸림부재가 채널부재에 걸린 상태에서 회전을 하되, 일정한 회전구간의 종료각도에 이르면 타단부가 상기 푸쉬가이드부재에 의해 밀리면서 통로를 따라 슬라이딩 이동된 후, 타단의 걸림부재가 채널부재에 걸린 상태로 전환되어 상기 회전구간의 시작각도에서 다시 하향 회전을 하게 되는 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 채널부재는 한쌍을 이루어 상기 수평회전축에 나란하게 고정되되, 한쌍의 채널부재는 각각의 통로가 서로 직각이 되도록 고정되는 것을 특징으로 하는 풍력발전용 슬라이드식 반회전날개장치
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