KR101810871B1

KR101810871B1 - 풍력발전장치

Info

Publication number: KR101810871B1
Application number: KR1020170086620A
Authority: KR
Inventors: 윤성현
Original assignee: 노아신재생에너지 주식회사
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2017-12-20
Also published as: WO2019009482A1

Abstract

본 발명은 풍력발전장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 풍속이 약한 경우에도 강한 회전 모멘트 작용으로 회전동력을 발생시켜 안정적인 발전을 할 수 있도록 한 풍력발전장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 수평으로 설치되는 회전축부와, 상기 회전축부의 둘레에 설치되어 상하방향으로 회전되는 회전자와, 상기 회전자의 외주면에 등간격으로 복수개의 블레이드가 설치된 구성으로 이루어지되 상기 회전자의 내부에 분할 구획되어 있는 복수개의 무게편심 작용실과, 상기 무게편심 작용실에 내입되어 무게편심 작용실의 내측단과 외측단으로 유동될 수 있도록 되어 있는 중량수와, 상기 복수개의 무게편심 작용실은 회전자의 하향회전 방향으로는 무게편심 작용실의 외측단으로 중량수가 집수되고, 반대편 상향회전 방향으로는 무게편심 작용실의 내측단으로 중량수가 집수되게 한 구성으로 회전자의 무게중심 이동에 의한 중량 편차에 의해 회전동력을 발생시킬 수 있도록 한 풍력발전장치를 특징으로 한다.

Description

풍력발전장치{APPARATUS FOR GENERATING BY WIND POWER}

본 발명은 풍력발전장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 풍속이 약한 경우에도 강한 회전 모멘트 작용으로 회전동력을 발생시켜 안정적인 발전을 할 수 있도록 한 풍력발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전장치는 바람의 힘으로 기계적 에너지를 만들어내고 이를 다시 전기적 에너지로 변환함으로써 전력을 발전하는 장치이다. 바람에 의한 풍력에너지는 무한하면서도 청정하기 때문에 대체 에너지로서 가치를 인정받고 있다.

이와 같이 새로운 대체 에너지 발전장치로서 풍력발전장치는 충분한 가능성을 갖고 있으나, 풍속은 순간적으로 바뀌는 가변성이 많을 뿐만 아니라 풍속이 약한 경우(예컨대, 2~6m/sec 정도)에는 블레이드를 움직이기 어려워 기존 풍력장치로는 발전의 효율성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 등록특허공보 제10-1206701호에는 저풍속에도 발전할 수 있는 풍력발전기가 제시되어 있다. 이러한 풍력발전기는 중심 샤프트를 기준으로 오버랩 영역을 성하여 같은 회전방향으로 배치고정되는 항력블레이드에 양력을 발생시키는 에어포일형 윈드캡쳐를 구비하여 바람의 항력과 양력을 동시에 이용할 수 있도록 함으로써 풍력발전의 출력계수를 가속화하여 작은 바람에도 풍력발전을 할 수 있도록 한 바 있다.

그러나 저풍속에서도 발전이 이루어지도록 하는 상기와 같은 선행기술을 포함하는 종래의 풍력발전장치는 주로 블레이드의 형태 및 배치 등에 의해 바람을 최대한 집속시켜 블레이드의 회전동력을 증대시킬 수 있도록 한 것이기 때문에 순간적으로 풍속이 2/sec 이하로 가변되는 경우에는 블레이드의 회전이 급속히 저하되어 발전효율성이 저하되었을 뿐만 아니라 태풍과 같은 강한 바람에는 블레이드가 과도하게 회전하여 블레이드 및 회전동력 전달축 등의 손상이나 고장이 발생하게 되엇다.

KR 제10-0828234호 KR 제10-1206701호 KR 제10-1239077호 (특허공개문헌 0004) KR 제10-2011-0002745호

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수평 회전축부의 둘레에 원통형의 회전자가 상하방향으로 회전되게 설치되고 회전자의 둘레에 블레이드가 설치된 구성으로 풍력발전이 이루어지되 회전자의 내부에는 방사형으로 분할 구획되고 내측단과 외측단으로 중량수가 유동될 수 있도록 되어 있는 복수개의 무게편심 작용실이 구비되어 회전자의 하향회전 방향으로는 무게편심 작용실의 외측단으로 중량수가 집수되고 반대편 상향회전 방향으로는 무게편심 작용실의 내측단으로 중량수가 집수되는 회전자의 무게중심 이동에 의한 중량 편차에 의해 회전자가 강한 회전 모멘트 작용으로 회전동력을 발생시켜 안정적인 발전을 할 수 있도록 한 풍력발전장치를 제공함에 있다.

본 발명은 수평으로 설치되는 회전축부와, 상기 회전축부의 둘레에 설치되어 상하방향으로 회전되는 회전자와, 상기 회전자의 외주면에 등간격으로 복수개의 블레이드가 설치된 구성으로 이루어지되 상기 회전자의 내부에 분할 구획되어 있는 복수개의 무게편심 작용실과, 상기 무게편심 작용실에 내입되어 무게편심 작용실의 내측단과 외측단으로 유동될 수 있도록 되어 있는 중량수와, 상기 복수개의 무게편심 작용실은 회전자의 하향회전 방향으로는 무게편심 작용실의 외측단으로 중량수가 집수되고, 반대편 상향회전 방향으로는 무게편심 작용실의 내측단으로 중량수가 집수되게 한 구성으로 회전자의 무게중심 이동에 의한 중량 편차에 의해 회전동력을 발생시킬 수 있도록 한 풍력발전장치를 특징으로 한다.

상기 무게편심 작용실은 방사형으로 통수로가 배치되고 통수로의 내,외측에 제1,2집수부가 각각 구비되어 통수로를 통해 중량수의 유동이 이루어지되 내측 제1집수부는 회전자의 회전방향 후방으로 편향되어 집수될 수 있도록 하는 제1연장공간부가 형성되고, 외측 제2집수부는 회전자의 회전방향 전방으로 편향되어 집수될 수 있도록 하는 제2연장공간부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 회전자는 원통형으로 구비되되 회전자의 내부에 구비되는 무게편심 작용실의 제1,2집수부는 동일한 체적으로 구비됨을 특징으로 한다.

상기 제1,2집수부는 회전자의 내,외주면에 근접되게 설치되되 제1집수부는 회전자의 내주면 및 내주면과 이격된 위치에 교번적으로 배치되고, 제2집수부는 회전자의 외주면 둘레에 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 블레이드에 부딪히는 바람에 의해 회전력을 발생시키는 풍력발전이 이루어지게 됨과 아울러 회전자의 내부에 분할 구획되어 있고 중량수가 유동되어 편심작용을 하는 무게편심 작용실에 의해 회전자의 회전방향에 따라 중량 편차가 발생되도록 한 수단으로 풍속이 약한 경우에도 강한 회전 모멘트 작용으로 회전동력을 발생시키고, 강한 바람이 부는 경우에는 과도한 회전을 방지하도록 한 수단으로 발전효율을 크게 향상시키고 안정적인 발전을 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 풍력발전장치의 구성을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 풍력발전장치의 구성을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 풍력발전장치에서 무게편심 작용실의 구성을 나타낸 일부 절개 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 풍력발전장치에서 무게편심 작용실의 구성을 나타낸 단면 예시도.
도 5는 본 발명에 의한 풍력발전장치의 작용상태를 나타낸 단면 예시도.
도 6은 본 발명에 의한 풍력발전장치가 설치된 상태를 나타낸 전면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 풍력발전장치는, 수평으로 설치되어 발전기에 회전동력을 전달할 수 있도록 한 회전축부(10)와, 상기 회전축부(10)의 둘레에 설치되어 상하방향으로 회전되는 원통형의 회전자(20)와, 상기 회전자(20)의 외주면에 등간격으로 복수개의 블레이드(40)가 설치된 구성으로 풍력발전이 이루어진다.

상기 블레이드(40)는 회전자(20)의 외주면에 일체로 설치되거나, 탈,부착하는 구성에 의해 블레이드(40)의 형태가 크기, 배치간격 등을 변경하여 다양하게 설치할 수 있음은 물론이다.

상기 회전자(20)의 내부에 분할 구획되어 있는 복수개의 무게편심 작용실(30)이 구비되고, 상기 무게편심 작용실(30)에 중량수(50)가 내입되어 무게편심 작용실(30)의 내측단과 외측단으로 중량수(50)가 유동될 수 있도록 되어 있다.

상기 복수개의 무게편심 작용실(30)은 회전자(20)의 하향회전 방향으로는 무게편심 작용실(30)의 외측단으로 중량수(50)가 유동되어 집수가 되고, 반대편 상향회전 방향으로는 무게편심 작용실(30)의 내측단으로 중량수(50)가 유동되어 집수되게 한 구성으로 회전자(20)의 무게중심 이동에 의한 중량 편차에 의해 회전자가 강한 회전 모멘트 작용으로 회전동력을 발생시킬 수 있도록 되어 있다.

상기 무게편심 작용실(30)에는 일측의 주입구(도시되지 않음)를 통해 중량수(50)가 내입되어 유동될 수 있도록 하되 중량수(50)는 물 또는 오일 등으로 구비되고 낮은 온도에서도 동결되지 않도록 하며, 무게편심 작용실(30)의 내,외측단으로 중량수(50)가 유동되어 무게편심 작용을 할 수 있도록 하는 중량수가 채워진다.

상기 무게편심 작용실(30)은 방사형으로 통수로(35)가 배치되고 통수로(35)의 내,외측에 제1,2집수부(31)(32)가 각각 구비되어 통수로(35)를 통해 중량수(50)의 유동이 이루어지되 내측의 제1집수부(31)는 회전자(20)의 회전방향 후방으로 중량수(50)가 편향되어 집수될 수 있도록 하는 제1연장공간부(31a)가 형성되어 있고, 외측의 제2집수부(32)는 회전자(20)의 회전방향 전방으로 중량수(50)가 편향되어 집수될 수 있도록 하는 제1연장공간부(31a)가 형성되어 있다.

상기에서 제1,2집수부(31)(32)의 제1,2연장공간부(31a)(32a)는 회전자(20)의 회전방향을 기준으로 후방 또는 전방으로 편향되게 형성함으로써 회전자(20)의 회전시에 복수개로 구비된 무게편심 작용실(30)의 회전위치에 따라 무게편심 작용실(30)의 내부에서 중량수의 유동에 의한 무게 편심작용이 이루어질 수 있게 된다.

또, 회전자(20)의 내부에 구비되는 무게편심 작용실(30)의 제1,2집수부(31)(32)는 동일한 체적으로 구비되어 중량수(50)의 유동에 따른 집수 용량이 동일하게 이루어질 수 있도록 하여 통수로(35)의 내,외측단으로 무게중심 이동이 원활하게 이루어질 수 있도록 함이 바람직하다.

상기 무게편심 작용실(30)의 통수로(35)는 제1,2집수부(31)(32)에 비해 폭이 좁게 형성되고 제1,2집수부(31)(32)는 회전자(20)의 내,외주면에 근접되게 설치되되 회전자(20)의 내,외주면 원주둘레가 다른 것을 감안하여 제1집수부(31)는 회전자(20)의 내주면 및 내주면과 이격된 위치에 교번적으로 배치되고, 제2집수부(32)는 회전자(20)의 외주면 둘레에 등간격으로 배치된 구성에 의해 제1,2집수부(31)(32)가 거의 동일한 체적을 갖도록 되어 있다.

이와 같이 된 본 발명에 의한 풍력발전장치의 구성에 따른 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 풍력발전장치는 수평 회전축부(10)의 둘레에 설치되고 상하방향으로 회전되는 회전자(20)의 외주면에 등간격으로 설치된 블레이드(40)에 부딪히는 바람에 의해 회전력을 발생시키는 수단으로 발전이 이루어지게 된다.

이때, 본 발명에 의한 풍력발전장치는 블레이드(40)에 의한 회전력뿐만 아니라 회전자(20)의 내부에 구비된 무게중심 이동수단에 의해 풍속이 약한 경우에도 강한 회전 모멘트 작용으로 회전동력을 발생시켜 안정적인 발전을 할 수 있도록 되어 있다.

즉, 이는 본 발명의 도 5에 예시된 바와 같이 회전자(20)가 시계방향으로 회전하도록 블레이드(40)가 설치된 상태에서 발전이 이루어지게 되는 경우에, 회전자(20)가 하향회전 방향(3시방향)으로 회전하는 위치에 놓여져 있는 무게편심 작용실(30)의 경우에는 외측의 제2집수부(32) 제2연장공간부(32a)에 중량수(50)의 집수가 이루어지고, 반대로 회전자(20)가 상향회전 방향(9시방향)으로 회전하는 위치의 무게편심 작용실(30)에서는 내측 제1집수부(31) 제1연장공간부(31a)에 중량수(50)의 집수가 이루어지는 무게편심 이동에 의해 회전동력을 크게 증대시킬 수 있게 된다.

이는, 회전축부(10)를 기준으로 회전자(20)의 하향회전 방향(3시방향)에 위치한 무게편심 작용실(30)의 경우에는 통수로(35) 외측 제2집수부(32)에 중량수가 집수되는 무게편심이 이루어지고, 반면에 회전자(20)의 상향회전 방향(9시방향)으로는 무게편심 작용실(30)의 통수로(35) 내측 제1집수부(31)에 중량수가 집수되는 무게편심이 이루어지게 되며, 이러한 회전자(20)의 상향회전 방향(9시방향)에 비해 하향회전 방향(3시방향)으로 무게중심이 이동하면서 이에 따른 중량 편차에 의해 회전자(20)는 하향회전(3시방향) 방향으로 연속적으로 강한 회전 모멘트가 작용하여 회전동력을 발생시키게 된다.

이와 같이 본 발명에 의한 풍력발전장치는 블레이드(40)에 부딪히는 바람에 의해 회전력을 발생시키는 풍력발전이 이루어지게 됨과 아울러 회전자(20)의 내부에 분할 구획되어 있고 중량수(50)가 유동되어 편심작용을 하는 무게편심 작용실(30)에 의해 회전자(20)의 회전방향에 따라 중량 편차가 발생되도록 한 수단으로 강한 회전 모멘트가 작용하여 회전력을 증대시킬 수 있게 된다.

즉, 회전축부(10)를 기준으로 회전자(20)의 하향회전 방향(3시방향)에 위치한 무게편심 작용실(30)에는 통수로(35) 외측 제2집수부(32)에 중량수가 연속적으로 집수되는 회전자(20)의 무게편심 작용은 통상의 물레방아 수차를 돌리는 것과 같은 낙차 효과를 얻도록 함으로써 풍속이 약한 경우에도 강한 회전 모멘트 작용으로 회전동력을 발생시켜 안정적인 발전을 할 수 있도록 하고, 반면에 태풍과 같이 강한 바람이 부는 경우에는 회전자(20) 내부의 무게편심 작용실(30)에 내입된 중량수(50)에 의해 과도하게 회전되는 것을 방지하는 중량체 역할을 수행하게 된다.

이렇게 본 발명은 풍속이 약한 경우에도 강한 회전 모멘트 작용으로 회전동력을 발생시키고, 강한 바람이 부는 경우에는 과도한 회전을 방지하도록 한 수단으로 안정적인 발전을 할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

10 : 회전축부 20 : 회전자
30 : 무게편심 작용실 31,32 : 제1,2집수부
31a,32a : 제1,2연장공간부 35 : 통수로
40 : 블레이드 50 : 중량수

Claims

수평으로 설치되는 회전축부(10)와, 상기 회전축부(10)의 둘레에 설치되는 회전자(20)와, 상기 회전자(20)의 외주면에 등간격으로 복수개의 블레이드(40)가 설치된 구성으로 이루어지되
상기 회전자(20)의 내부에 방사형으로 분할 구획되어 있는 복수개의 무게편심 작용실(30)과, 상기 무게편심 작용실(30)에 내입되어 무게편심 작용실(30)의 내측단과 외측단으로 유동될 수 있도록 되어 있는 중량수(50)와, 상기 복수개의 무게편심 작용실(30)은 회전자(20)의 하향회전 방향으로는 무게편심 작용실(30)의 외측단으로 중량수(50)가 집수되고, 반대편 상향회전 방향으로는 무게편심 작용실(30)의 내측단으로 중량수(50)가 집수되게 한 구성으로 회전자(20)의 무게중심 이동에 의한 중량 편차에 의해 회전동력을 발생시킬 수 있도록 한 것을 포함하고,
상기 무게편심 작용실(30)은 통수로(35)의 내,외측에 제1,2집수부(31)(32)가 각각 구비되어 통수로(35)를 통해 중량수(50)의 유동이 이루어지되 내측 제1집수부(31)는 회전자(20)의 회전방향 후방으로 편향되어 집수될 수 있도록 하는 제1연장공간부(31a)가 형성되고, 외측 제2집수부(32)는 회전자(20)의 회전방향 전방으로 편향되어 집수될 수 있도록 하는 제2연장공간부(32a)가 형성되며,
상기 제1,2집수부(31)(32)는 회전자(20)의 내,외주면에 근접되게 설치되되 제1집수부(31)는 회전자(20)의 내주면 및 내주면과 이격된 위치에 교번적으로 배치되고, 제2집수부(32)는 회전자(20)의 외주면 둘레에 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 회전자(20)는 원통형으로 구비되되 회전자(20)의 내부에 구비되는 무게편심 작용실(30)의 제1,2집수부(31)(32)는 동일한 체적으로 구비됨을 특징으로 하는 풍력발전장치.
삭제