KR101837728B1

KR101837728B1 - 수직축 풍력발전기용 개폐형 블레이드

Info

Publication number: KR101837728B1
Application number: KR1020170092436A
Authority: KR
Inventors: 손기태
Original assignee: 손기태
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2018-03-13
Also published as: WO2019017723A1

Abstract

본 발명은 수직축 풍력발전기용 개폐형 블레이드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베이스 프레임(2)의 상하측에는 전단부에 날개폐쇄부가 절곡형성된 상ㆍ하부날개(3)(4)가 상하로 회동가능하게 힌지결합되며 베이스 프레임(2)의 내부에는 구동모터(8)에 의해 구동되는 볼스크류장치(5)가 설치되고 상ㆍ하부날개(3)(4)의 내측면과 볼스크류장치(5)의 너트 사이에는 너트의 이동에 따라 상ㆍ하부날개(3)(4)를 상하로 회동시키는 회동링크(6)(7)가 힌지결합되도록 구성함으로써, 상ㆍ하부날개의 개방시 미풍에도 원활하게 회전할 수 있게 하여 발전효율을 대폭 향상시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라, 상ㆍ하부날개의 폐쇄시 태풍과 같은 강풍에도 안전하게 견딜 수 있게 하여 내구성을 대폭 향상시킬 수 있도록 하는 수직축 풍력발전기용 개폐형 블레이드에 관한 것이다.

Description

수직축 풍력발전기용 개폐형 블레이드{Open and shut type blade for vertical-axis aerogenerator}

본 발명은 수직축 풍력발전기용 개폐형 블레이드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베이스 프레임의 상하측에는 전단부에 날개폐쇄부가 절곡형성된 상ㆍ하부날개가 상하로 회동가능하게 힌지결합되며 베이스 프레임의 내부에는 구동모터에 의해 구동되는 볼스크류장치가 설치되고 상ㆍ하부날개의 내측면과 볼스크류장치의 너트 사이에는 너트의 이동에 따라 상ㆍ하부날개를 상하로 회동시키는 회동링크가 힌지결합되도록 구성함으로써, 상ㆍ하부날개의 개방시 미풍에도 원활하게 회전할 수 있게 하여 발전효율을 대폭 향상시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라, 상ㆍ하부날개의 폐쇄시 태풍과 같은 강풍에도 안전하게 견딜 수 있게 하여 내구성을 대폭 향상시킬 수 있도록 하는 수직축 풍력발전기용 개폐형 블레이드에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 바람의 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 장치로서, 바람에 의해 풍력발전기의 날개를 회전시키고 이때 생긴 날개의 회전력을 이용하여 전기를 생산하게 된다.

이러한 풍력발전기는 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 회전축이 지면에 대해 수평으로 설치되어 있는 수평축 풍력발전기와 회전축이 지면에 대해 수직으로 설치되어 있는 수직축 풍력발전기로 구분되는데, 수평축 풍력발전기는 로터의 정면에서 바람이 불어야만 로터를 회전시킬 수 있으므로 설치 장소에 제약이 있는 반면, 수직축 풍력발전기는 사방에서 불어오는 바람에 의해 로터를 회전시킬 수 있으므로 설치장소에 제약을 받지 않는다.

이와 같은 이유로 최근에는 수평축 풍력발전기보다 수직축 풍력발전기의 설치가 더욱 증가하고 있는 추세이다.

그러나, 종래의 수직축 풍력발전기는 수평축 풍력발전기에 비해 발전효율이 현저히 낮을 뿐만 아니라, 태풍 등과 같이 강한 바람이 불 경우 블레이드에 과도한 풍하중이 작용하게 됨에 따라 블레이드가 이를 견디지 못하고 쉽게 파손됨으로 인해 내구성이 현저히 저하되는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1590054호

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 베이스 프레임의 상하측에는 전단부에 날개폐쇄부가 절곡형성된 상ㆍ하부날개가 상하로 회동가능하게 힌지결합되며 베이스 프레임의 내부에는 구동모터에 의해 구동되는 볼스크류장치가 설치되고 상ㆍ하부날개의 내측면과 볼스크류장치의 너트 사이에는 너트의 이동에 따라 상ㆍ하부날개를 상하로 회동시키는 회동링크가 힌지결합되도록 구성함으로써, 상ㆍ하부날개의 개방시 미풍에도 원활하게 회전할 수 있게 하여 발전효율을 대폭 향상시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라, 상ㆍ하부날개의 폐쇄시 태풍과 같은 강풍에도 안전하게 견딜 수 있게 하여 내구성을 대폭 향상시킬 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 사각틀체 형상으로 이루어지며 전단부에는 날개밀착부가 길이방향으로 형성되고 후단부에는 날개힌지축이 길이방향으로 형성되는 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임의 상부에 상하로 회동가능하게 결합되는 것으로 전단부에는 날개의 폐쇄시 날개밀착부의 상면에 밀착되는 날개폐쇄부가 절곡형성되며 후단부에는 날개힌지축에 결합되는 힌지결합부가 형성되는 상부날개와, 상기 상부날개와 상하대칭을 이루도록 베이스 프레임의 하부에 상하로 회동가능하게 결합되는 것으로 전단부에는 날개의 폐쇄시 날개밀착부의 하면에 밀착되는 날개폐쇄부가 절곡형성되며 후단부에는 날개힌지축에 결합되는 힌지결합부가 형성되는 하부날개와, 상기 베이스 프레임의 내부에 폭방향으로 설치되는 것으로 구동모터, 구동스프라켓, 체인 및 종동스프라켓에 의해 구동되는 복수개의 볼스크류장치와, 상기 상ㆍ하부날개의 내측면과 볼스크류장치의 너트 사이에 각각 힌지결합되는 것으로 상기 볼스크류장치에 구비된 너트의 이동에 따라 상ㆍ하부날개를 상하로 회동시키는 회동링크를 포함하며, 상기 베이스 프레임에 구비된 날개밀착부의 상ㆍ하면에는 상ㆍ하부날개의 폐쇄시 상ㆍ하부날개의 날개폐쇄부와 날개밀착부의 상ㆍ하면 사이의 틈새를 밀폐하기 위한 밀폐부재가 설치되고, 상기 베이스 프레임의 전단부에는 구동용 핸들을 이용하여 볼스크류장치를 수동으로 조작할 수 있는 수동조작부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기한 바와 같이 본 발명에 의한 수직축 풍력발전기용 개폐형 블레이드는 베이스 프레임의 상하측에는 전단부에 날개폐쇄부가 절곡형성된 상ㆍ하부날개가 상하로 회동가능하게 힌지결합되며 베이스 프레임의 내부에는 구동모터에 의해 구동되는 볼스크류장치가 설치되고 상ㆍ하부날개의 내측면과 볼스크류장치의 너트 사이에는 너트의 이동에 따라 상ㆍ하부날개를 상하로 회동시키는 회동링크가 힌지결합되도록 구성됨으로써, 상ㆍ하부날개의 개방시 미풍에도 원활하게 회전할 수 있게 되어 발전효율을 대폭 향상시킬 수 있게 될 뿐만 아니라, 상ㆍ하부날개의 폐쇄시 태풍과 같은 강풍에도 안전하게 견딜 수 있게 되어 내구성을 대폭 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 개폐형 블레이드가 장착된 수직축 풍력발전기를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 수직축 풍력발전기용 개폐형 블레이드를 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 수직축 풍력발전기용 개폐형 블레이드의 구조를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 수직축 풍력발전기용 개폐형 블레이드의 개방상태를 나타내는 설명도.
도 5는 본 발명에 의한 수직축 풍력발전기용 개폐형 블레이드의 폐쇄상태를 나타내는 설명도.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 수직축 풍력발전기용 개폐형 블레이드는 도 2와 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 베이스 프레임(2), 상부날개(3), 하부날개(4), 볼스크류장치(5), 회동링크(6)(7)를 포함하도록 구성된다.

상기 베이스 프레임(2)은 개폐형 블레이드의 몸체 역할을 하는 것으로, 사각틀체 형상으로 이루어지며, 전단부에는 날개밀착부(2a)가 길이방향으로 형성되고, 후단부에는 날개힌지축(2b)이 길이방향으로 형성된다.

상기 베이스 프레임(2)에 구비된 날개밀착부(2a)의 상ㆍ하면에는 상ㆍ하부날개(3)(4)의 폐쇄시 상ㆍ하부날개(3)(4)의 날개폐쇄부(3a)(4a)와 날개밀착부(2a)의 상ㆍ하면 사이의 틈새를 밀폐하기 위한 밀폐부재(12)를 설치하는 것이 바람직한데, 상기 밀폐부재(12)로는 기밀성이 우수한 고무패드나 고무패킹 또는 가스켓 등이 사용된다.

이와 같이 상기 날개밀착부(2a)의 상ㆍ하면에 밀폐부재(12)를 설치하게 되면, 상ㆍ하부날개(3)(4)의 폐쇄시 상ㆍ하부날개(3)(4)의 날개폐쇄부(3a)(4a)와 날개밀착부(2a)의 상ㆍ하면 사이의 틈새가 완전히 밀폐되어 상ㆍ하부날개(3)(4)의 내부로 바람이 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있게 되므로 태풍과 같은 강풍에도 안전하게 견딜 수 있게 된다.

상기 상부날개(3)는 상기 베이스 프레임(2)의 상부에 상하로 회동가능하게 결합되는 것으로, 전단부에는 날개의 폐쇄시 날개밀착부(2a)의 상면에 밀착되는 날개폐쇄부(3a)가 절곡형성되며, 후단부에는 날개힌지축(2b)에 결합되는 힌지결합부(3b)가 형성된다.

상기 상부날개(3)의 날개폐쇄부(3a)는 상부날개(3)의 폐쇄시 베이스 프레임(2)의 날개밀착부(2a)의 상면에 견고하게 밀착될 수 있도록 하향 경사지게 절곡형성하는 것이 바람직하다.

상기 하부날개(4)는 상기 상부날개(3)와 상하대칭을 이루도록 베이스 프레임(2)의 하부에 상하로 회동가능하게 결합되는 것으로, 전단부에는 날개의 폐쇄시 날개밀착부(2a)의 하면에 밀착되는 날개폐쇄부(4a)가 절곡형성되며, 후단부에는 날개힌지축(2b)에 결합되는 힌지결합부(4b)가 형성된다.

상기 하부날개(4)의 날개폐쇄부(4a)는 하부날개(4)의 폐쇄시 베이스 프레임(2)의 날개밀착부(2a)의 하면에 견고하게 밀착될 수 있도록 상향 경사지게 절곡형성하는 것이 바람직하다.

상기 볼스크류장치(5)는 상기 상ㆍ하부날개(3)(4)를 상하로 회동시키기 위한 것으로, 상기 베이스 프레임(2)의 내부에 폭방향으로 설치되는 것으로 구동모터(8), 구동스프라켓(9), 체인(11) 및 종동스프라켓(10)에 의해 구동된다.

상기 볼스크류장치(5)는 블레이드의 길이가 짧을 경우 중앙부에 1개만 설치하는 것도 가능하지만, 블레이드의 길이가 길어질 경우 구조적인 안정성을 위해 2개 이상 설치하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 볼스크류장치(5)는 구동모터(8)에 직접 연결하여 구동하도록 구성하는 것도 가능하지만, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 구동스프라켓(9), 종동스프라켓(10) 및 체인(11)를 이용하여 하나의 구동모터(8)로 복수개의 볼스크류장치(5)를 동시에 구동할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 베이스 프레임(2)의 전단부에는 구동용 핸들(13)을 이용하여 볼스크류장치(5)를 수동으로 조작할 수 있는 수동조작부(5c)를 형성하는 것이 바람직한데, 이렇게 하면 정전 등으로 인해 구동모터(8)가 작동하지 않을 경우에도 볼스크류장치(5)를 수동으로 조작하여 상ㆍ하부날개(3)(4)를 용이하게 개폐할 수 있게 된다.

상기 회동링크(6)(7)는 상기 상ㆍ하부날개(3)(4)의 내측면과 볼스크류장치(5)의 너트(5b) 사이에 각각 힌지결합되는 것으로, 상기 볼스크류장치(5)에 구비된 너트(5b)의 이동에 따라 상ㆍ하부날개(3)(4)를 상하로 회동시키게 된다.

상기 회동링크(6)(7)는 볼스크류장치(5)에 구비된 너트(5b)의 직선운동을 안내하면서 너트(5b)의 직선운동을 상ㆍ하부날개(3)(4)의 회전운동으로 전환하는 커넥팅로드 역할을 하는 동시에 상ㆍ하부날개(3)(4)의 개방상태 또는 폐쇄상태를 견고하게 지지하는 지지대 역할도 하게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 수직축 풍력발전기용 개폐형 블레이드의 사용 및 작용관계를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 수직축 풍력발전기용 개폐형 블레이드는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 수직축 풍력발전기에 구비된 회전축(20)에 방사상으로 결합하여 사용하게 되는데, 이 때 각 개폐형 블레이드(1)는 베이스 프레임(2)이 수평상태가 되도록 결합되어야 한다.

본 발명에 의한 개폐형 블레이드는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 구동모터(8), 구동스프라켓(9), 체인(11) 및 종동스프라켓(10)에 의해 볼스크류장치(5)의 스크류축(5a)을 정회전시키게 되면, 볼스크류장치(5)의 너트(5b)가 베이스 프레임(2)의 날개힌지축(2b) 측으로 이동하게 되고, 이에 따라 회동링크(6)(7)에 의해 연결된 상ㆍ하부날개(3)(4)가 상하로 회동하게 되면서 개방상태가 되는데, 이와 같이 개폐형 블레이드(1)의 상ㆍ하부날개(3)(4)가 개방상태가 되면 상ㆍ하부날개(3)(4) 사이로 많은 양의 바람이 유입되면서 미풍에도 원활하게 회전할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명에 의한 개폐형 블레이드는 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 구동모터(8)를 이용하여 볼스크류장치(5)의 스크류축(5a)을 역회전시키게 되면, 볼스크류장치(5)의 너트(5b)가 베이스 프레임(2)의 날개밀착부(2a) 측으로 이동하게 되고, 이에 따라 회동링크(6)(7)에 의해 연결된 상ㆍ하부날개(3)(4)가 상하로 회동하게 되면서 폐쇄상태가 되는데, 이와 같이 개폐형 블레이드(1)의 상ㆍ하부날개(3)(4)가 폐쇄상태가 되면, 상ㆍ하부날개(3)(4) 사이에 형성된 공간으로 바람이 전혀 유입되지 않게 되므로 태풍과 같은 강풍에 의해 개폐형 블레이드(1)가 파손되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의한 수직축 풍력발전기용 개폐형 블레이드는 베이스 프레임(2)의 상하측에는 전단부에 날개폐쇄부가 절곡형성된 상ㆍ하부날개(3)(4)가 상하로 회동가능하게 힌지결합되며 베이스 프레임(2)의 내부에는 구동모터(8)에 의해 구동되는 볼스크류장치(5)가 설치되고 상ㆍ하부날개(3)(4)의 내측면과 볼스크류장치(5)의 너트(5b) 사이에는 너트(5b)의 이동에 따라 상ㆍ하부날개(3)(4)를 상하로 회동시키는 회동링크(6)(7)가 힌지결합되도록 구성됨으로써, 상ㆍ하부날개(3)(4)의 개방시 미풍에도 원활하게 회전할 수 있게 되어 발전효율을 대폭 향상시킬 수 있게 될 뿐만 아니라, 상ㆍ하부날개(3)(4)의 폐쇄시 태풍과 같은 강풍에도 안전하게 견딜 수 있게 되어 내구성을 대폭 향상시킬 수 있게 된다.

삭제

1 : 개폐형 블레이드 2 : 베이스 프레임
2a : 날개밀착부 2b : 날개힌지축
3 : 상부날개 3a : 날개폐쇄부
3b : 힌지결합부 4 : 하부날개
4a : 날개폐쇄부 4b : 힌지결합부
5 : 볼스크류장치 5a : 스크류축
5b : 너트 5c : 수동조작부
6, 7 : 회동링크 8 : 구동모터
9 : 구동스프라켓 10 : 종동스프라켓
11 : 체인 12 : 밀폐부재
13 : 구동용 핸들

Claims

사각틀체 형상으로 이루어지며 전단부에는 날개밀착부가 길이방향으로 형성되고 후단부에는 날개힌지축이 길이방향으로 형성되는 베이스 프레임과,
상기 베이스 프레임의 상부에 상하로 회동가능하게 결합되는 것으로, 전단부에는 날개의 폐쇄시 날개밀착부의 상면에 밀착되는 날개폐쇄부가 절곡형성되며 후단부에는 날개힌지축에 결합되는 힌지결합부가 형성되는 상부날개와,
상기 상부날개와 상하대칭을 이루도록 베이스 프레임의 하부에 상하로 회동가능하게 결합되는 것으로, 전단부에는 날개의 폐쇄시 날개밀착부의 하면에 밀착되는 날개폐쇄부가 절곡형성되며 후단부에는 날개힌지축에 결합되는 힌지결합부가 형성되는 하부날개와,
상기 베이스 프레임의 내부에 폭방향으로 설치되는 것으로 구동모터, 구동스프라켓, 체인 및 종동스프라켓에 의해 구동되는 복수개의 볼스크류장치와,
상기 상ㆍ하부날개의 내측면과 볼스크류장치의 너트 사이에 각각 힌지결합되는 것으로, 상기 볼스크류장치에 구비된 너트의 이동에 따라 상ㆍ하부날개를 상하로 회동시키는 회동링크를 포함하며,
상기 베이스 프레임에 구비된 날개밀착부의 상ㆍ하면에는 상ㆍ하부날개의 폐쇄시 상ㆍ하부날개의 날개폐쇄부와 날개밀착부의 상ㆍ하면 사이의 틈새를 밀폐하기 위한 밀폐부재가 설치되고, 상기 베이스 프레임의 전단부에는 구동용 핸들을 이용하여 볼스크류장치를 수동으로 조작할 수 있는 수동조작부가 형성되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전기용 개폐형 블레이드.
삭제
삭제