KR101985317B1 - 횡단축 풍력 터빈 - Google Patents

Abstract

횡단축 풍력 터빈(trasverse axis wind turbine)(10)은 축 샤프트(asix shaft)(15)와 상기 축 샤프트 주위에 원형으로 동일하게 이격되고 상기 축 샤프트와 평행을 이루는 복수의 지지체(30)를 포함한다. 상기 각 지지체(30)는 회전가능하게 부착되어 유입되는 바람을 잡아내기 위한 블레이드(35)를 구비한다. 상기 각 블레이드(35)는, 상기 블레이드의 각각의 지지체(30)와 상기 축 샤프트(15) 사이의 원의 반경을 점유하는 폐쇄위치(closed position)와 개방위치(open position) 사이에서 자유롭게 회전이 가능하다. 사용 시, 상기 축 샤프트(15)의 일 측면 상의 폐쇄위치의 블레이드(35)를 향하여 불어오는 바람은 상기 축 샤프트(15)의 주위에 회전력을 발생시키는 반면에, 상기 축 샤프트(15)의 대향 측면 상의 블레이드를 향하여 불어오는 바람은 상기 블레이드를 상기 개방위치로 밀어내어 항력을 감소시킨다.
제2 실시예에 따른 횡단축 풍력 터빈은 사용 시 상기 터빈이 회전함에 따라 개방 및 폐쇄하는 유연한 세일(sail)을 포함하는데, 상기 축 샤프트의 일 측면상에 바람을 수집하는 면을 생성하도록 개방되어지고, 상기 축 샤프트의 대향 측면상의 항력을 감소시키도록 폐쇄되어진다.

Description

횡단축 풍력 터빈{TRANSVERSE AXIS WIND TURBINE}

본 발명은 횡단축 풍력 터빈(Transverse axis wind turbines)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전주기(rotation cycle)동안 움직이는 콜렉터 (collector)를 구비한 수직축형 풍력 터빈(vertical axis wind turbine)에 관한 것이다.

일반적으로, 횡단축 풍력 터빈은 바람의 방향과 직각을 이루는 로터축(rotor axis)을 가진다. 가장 일반적으로는, 이와 같은 터빈은 통상적으로 대다수가 수직으로 정렬된 상기 로터축과 함께 배치되어, 임의의(수평) 방향에서 불어오는 바람으로도 동력이 발생될 수 있으므로, 상기 터빈이 바람을 향하도록 조정할 필요가 없다. 상기 횡단축 풍력 터빈은 수평으로 정렬되거나 수직이 아닌 또 다른 각도로 정렬된 로터축과 함께 배치되는 경우는 거의 없다.

상기 횡단축 풍력 터빈의 한 디자인은, 로터축 둘레에 설치되는 복수의 스쿠프(scoop) 또는 에어로포일(aerofoil)을 특징으로 한다. 상기 스쿠프은 곡선으로 되어있으며, 바람의 방향에서 보았을 때 로터(rotor)의 일 측면상의 항력(drag)이 다른 측면상의 항력보다 크다. 따라서, 상기 터빈을 통과하여 부는 바람에 의해 상기 스쿠프가 상기 로터축 주위를 회전하게 된다. 그런데, 상기 로터의 일 측면상의 상기 스쿠프가 항상 상기 바람에 대향하여 움직이고 있기 때문에, 많은 풍력 에너지가 항력에 의해 소실된다. 그 결과로서, 상기 횡단축 풍력 터빈은 일반적으로 낮은 회전 속도로 인해 비효율적이다. 그럼에도 불구하고, 횡단축 풍력 터빈은 전력 발전, 워터 펌프, 풍속 모니터, 벤틸레이터(ventilator) 시스템 등과 같은 다양한 응용에 적합하다.

한편, 횡단축 풍력 터빈의 일부 디자인은 회전주기 동안 움직이는 가동부(movable part)를 구비한다. 예를 들어, 국제공개특허공보 WO-A-2015/179529는 복수의 베인(vane)을 가진 횡단축 풍력 터빈을 서술하는데, 각 베인이 격자 프레임(grid frame)에 회전축 같이 연결된다. 상기 베인은 상기 베인이 상기 격자 프레임의 연관된 격자 공간(grid space)을 덮는 커버위치(cover position)와 상기 연관된 격자 공간이 덮여있지 않아 에어가 상기 격자 공간을 통과할 수 있는 개방위치(open position) 사이를 각각 오간다. 이러한 풍력의 차이가 상기 베인에 작용하여 상기 베인이 상기 커버위치와 상기 개방위치 사이를 움직이게 하여 역 토크(reverse torque) 및 바람의 항력을 감소시킨다.

1. 한국 등록특허 제1 0-0874277호 "풍력발전기의 터빈 구조" (등록일자 : 2008.12.09.) 2. 국제공개특허공보 WO-A-2015/179529 "풍력 터빈 장치용 베인 디바이스" (국제공개일자 : 2015.11.26.)

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 터빈이 회전함에 따라 개방위치와 폐쇄위치 사이를 수동적으로 움직여 터빈의 전반적인 항력의 특성을 개선한 이동가능한 블레이드를 구비하며, 터빈이 회전함에 따라 수동적으로 개방 및 폐쇄되어 상기 터빈의 전반적인 항력 특성을 개선시키는 이동 가능한 세일을 구비한 횡단축 풍력 터빈을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 횡단축 풍력 터빈은 축 샤프트와; 상기 축 샤프트의 전,후단부측에 서로 이격되게 고정 결합되는 디스크 형상의 전,후단 캡과; 상기 후단 캡으로부터 전단 캡까지 상기 축 샤프트와 평행하게 연장 형성되고, 상기 후단 및 전단 캡의 외측 원주면 둘레 주위에 상기 축 샤프트를 중심으로 동일한 각도로 이격된 위치에 설치되는 복수의 지지체와; 상기 지지체에 폐쇄위치와 개방위치 사이에서 회전 가능하게 결합되며, 상기 후단 및 전단 캡 사이에 대응하는 높이와 상기 후단 및 전단 캡과 축 샤프트 사이의 반경방향 길이에 대응하는 폭을 갖도록 형성되고, 상기 폐쇄위치에서의 블레이드가 반경에 위치하는 복수의 블레이드; 및 상기 후단 및 전단 캡 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 캡 상의 원주면 둘레에 동일하게 이격되게 배치되며, 서로 인접하는 지지체 사이의 각각에 설치되는 복수의 스텝;을 포함하여 이루어지고, 상기 스텝의 각각은 높은 에어 항력면을 구비하도록 후단 또는 전단 캡의 외측면과 직각 방향으로 형성되는 삼각형 형상의 전면부와, 상기 전면부보다 낮은 에어 저항면을 구비하도록 상기 전면부의 대향측면에 상기 전면부의 상단으로부터 후단 또는 전단 캡측으로 경사지게 형성되는 경사진 후방부로 구성되고, 상기 전면부는 후단 또는 전단 캡의 에지부로부터 상기 축 샤프트 까지 점차로 낮은 높이를 갖도록 경사지게 형성된 삼각형 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 횡단축 풍력 터빈은 축 샤프트(axis shaft)와; 상기 축 샤프트가 회전함에 따라 각 마스트가 상기 축 샤프트와 함께 회전하도록 배치되고, 상기 각 마스트가 상기 축 샤프트를 중심으로 한 각각의 원의 반경을 따라 상기 축 샤프트에 대해 움직일 수 있는 상기 복수의 마스트(mast)와; 상기 각 마스트를 가이드(guide)하는 트랙(track)으로서, 상기 트랙이 상기 축 샤프트에 대해 회전가능하며, 상기 트랙에 대한 상기 축 샤프트의 회전에 의해 상기 각 마스트가 상기 트랙을 따르게 하고, 상기 축 샤프트로부터의 제1 반경 거리와 상기 축 샤프트로부터의 제2 반경 거리 사이를 주기적으로 움직이게 하는 상기 트랙; 및 각 세일이 상기 축 샤프트와 평행한 높이 및 폭을 갖고, 상기 각 세일이 제1 높이 엣지를 따라 상기 축 샤프트에 결합되고, 대향 높이 엣지를 따라 각각의 마스트에 결합되는 복수의 세일(sail)을 포함하며; 상기 각 마스트가 상기 축 샤프트로부터의 상기 제1 반경 거리와 상기 제2 반경 거리 사이를 움직임에 따라, 상기 각각의 세일은 상기 세일의 폭이 상기 원의 반경을 따라 놓이는 개방위치와 폐쇄위치 사이에서 이동되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 횡단축 풍력 터빈은 터빈이 회전함에 따라 블레이드가 개방위치와 폐쇄위치 사이를 수동적으로 움직여 터빈의 전반적인 항력의 특성을 개선할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 터빈이 회전함에 따라 세일이 수동적으로 개방 및 폐쇄되어 상기 터빈의 전반적인 항력 특성을 개선할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 제1 실시예에 따른 횡단축 풍력 터빈의 사시도.
도 2는 제1 실시예에 따른 터빈의 상부 단면도.
도 3은 제1 실시예에 따른 사용 시 터빈의 상부 단면도.
도 4은 제2 실시예에 따른 횡단축 풍력 터빈의 사시도;
도 5는 제2 실시예에 따른 제1 사용 시 터빈의 평면도.
도 6은 제2 실시예에 따른 제2 사용 시 터빈의 평면도.

이하, 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통하여 본 발명에 따른 횡단축 풍력 터빈을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.

도 1은 제1 실시예에 따른 횡단축 풍력 터빈의 사시도이며, 도 2는 제1 실시예에 따른 터빈의 상부 단면도이며, 도 3은 제1 실시예에 따른 사용 시 터빈의 상부 단면도이며, 도 4은 제2 실시예에 따른 횡단축 풍력 터빈의 사시도이며, 도 5는 제2 실시예에 따른 제1 사용 시 터빈의 평면도이며, 도 6은 제2 실시예에 따른 제2 사용 시 터빈의 평면도이다.

이제, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 횡단축 풍력 터빈을 살펴보고자 한다.

제1 실시예에 따른 횡단축 풍력 터빈(10)은 도 1 내지 도 3에 설명된다. 도 1 및 도 2는 중립 위치(neutral position)의 상기 터빈을 나타낸다. 도 3은 사용 시 상기 터빈의 순간 모멘트를 나타내고, 상기 터빈을 통과하여 흐르는 에어를 대략적으로 보여준다.

상기 터빈(10)은 상기 터빈(10)을 지지하고 전단부(proximal end)(15a)에서 임의의 적합한 출력 장치(output device)(미 도시)에 연결 가능한 축 샤프트(axis shaft)(15)를 포함한다. 사용 시, 상기 축 샤프트(15)에 직각한 임의의 방향으로 상기 터빈(10)을 통해 흐르는 에어는 상기 터빈을 회전시키며, 상기 에어의 선형 흐름을 상기 축 샤프트(15)의 회전운동(rotational movement)으로 변환시킨다. 이 회전운동은 관련 분야에서 널리 공지된 다양한 방식으로 상기 출력 장치를 통해 유용한 에너지/일로 변환될 수 있다. 출력 장치의 예로 전기 발전기, 펌프, 및/또는 풍속계가 포함되나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 터빈(10)의 전체 크기는 차량과 같은 소형 이동식 활용을 위해 상기 축 방향으로 20-30cm의 크기에서부터 넓은 전원 지역 또는 빌딩에서의 고정 설비용으로 2m에 이르기까지 다양할 수도 있다.

후단 캡(distal cap)(20)은 상기 축 샤프트(15)의 후단부(distal end)(15b)나 그 주변에 위치한다. 전단 캡(proximal cap)(25)은 상기 축 샤프트(15)상의 상기 후단부(15b)와 전단부(15a)사이에 위치한다. 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)은 실질적으로 평면형(planar)이고 상기 축 샤프트(15)에 직각을 이룬다. 바람직하게는, 상기 각 캡은 원형 디스크(circular disc)의 형상이다. 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 반경은 서로 동일하며, 바람직하게는 상기 축 샤프트(15)를 따라 있는 상기 후단 및 전단 캡(20, 25) 사이의 거리와 같거나 그보다 작다. 하나의 실시예로, 상기 축 샤프트(15)를 따라 있는 상기 후단 및 전단 캡(20, 25) 사이의 거리는 대략 상기 디스크 반경의 두배이다. 테스트에 의하면, 이는 전반적인 효율성 및 터빈 회전속도를 개선시키기 위한 균형적인 비율임을 나타낸다.

상기 축 샤프트(15)는 임의의 적합한 수단(예를 들어, 스크류-나사 너트)에 의해 상기 원형의 후단 캡(20)과 상기 원형의 전단 캡(25)을 횡단하여 중심에 결합되고, 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)은 상기 축 샤프트(15)에 대해 고정된다. 사용 시, 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)은 서로의 사이에 난 틈을 통하여 흐르는 에어를 저지하고, 또한 바람직하게는, 가능한 한 얇아서 구조적으로 안정적이면서도 난류(turbulence)를 최소화시킨다. 상기 디스크의 엣지는 선택적으로 공기역학적인 형상(aerodynamical shape)일 수 있어, 난류와 항력을 더 감소시킨다.

복수의 지지체(support)(30)가 상기 후단 캡(20)으로부터 상기 전단 캡(25)까지 상기 축 샤프트(15)와 평행하게 연장된다. 상기 지지체(30)의 각각은 상기 축 샤프트(15)를 중심으로 한 가상의 외측 원 둘레 주위에 동일한 각도로 이격 설치된다. 바람직하게는, 상기 지지체(30)가 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 외주나 그 주변에 위치되어, 상기 가상의 원은 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 반경보다 조금 작은 반경을 갖는다. 상기 지지체(30)는 임의의 적합한 수단에 의해 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)에 결합되어 있어, 상기 지지체(30)는 상기 축 샤프트(15)에 대해 소정 위치에 고정되어 있고 상기 축 샤프트(15)가 회전함에 따라 상기 축 샤프트(15) 둘레에 궤도를 형성한다.

복수의 블레이드(blade)(35)는 블레이드(35)의 각각이 상기 각 지지체(30)에 연결되어, 상기 각 블레이드(35)가 그 각각의 지지체(30)에 대해 회전가능하다. 상기 각 블레이드(35)는 외형은 실질적으로 직사각형이며, 상기 후단 캡(20)과 전단 캡(25) 사이의 거리와 실질적으로 동일하거나 조금 낮은 높이와 상기 후단 및 전단 캡의 반경에 대응하여 동일하거나 조금 좁은 폭을 갖는다. 상기 각 블레이드(35)와 그 각각의 지지체(30) 사이의 연결은 힌지와 같은 임의의 적합한 수단에 의해 높이 지정 엣지(height defining edges)중 하나를 따라 이루어진다. 상기 각 블레이드(35)의 폭을 가로지르는 단면은 바람직하게는 삼각형태로, 각 블레이드(35)는 그 각각의 지지체(30)에 부착된 엣지에 대향하는 엣지의 지점에 이른다.

상기 각 블레이드(35)는 상기 후단 및 전단 캡(20, 25) 사이의 공간 및 상기 그 각각의 지지체(30)와 상기 축 샤프트(15)사이의 공간에 적합한 핏(fit)의 크기로 되어있다. 상기 핏은 사용 시 상기 블레이드(35)의 엣지 주위의 에어흐름을 제한하기 위해 가능한 한 꽉 차게 이루어져 있으면서도, 그 지지체(30)에 대한 상기 블레이드(35)의 자유 회전운동을 방해하진 않는다.

각 블레이드(35)는 두 위치, 즉 폐쇄위치(closed psition)와 개방위치(open psition) 사이에서 그 각각의 지지체(30)에 대하여 회전을 하도록 강제된다. 상기 폐쇄위치의 블레이드는 도 1과 도 2에 도시되었고 도 3에 제1 블레이드(35a)로 표시된 바와 같이, 상기 축 샤프트(15)와 함께 정렬되고 상기 후단 및 전 캡(20, 25)의 반경을 가로질러 연장된다. 상기 개방위치의 블레이드는 도 3에 제3 블레이드(35c)로 표시된 바와 같이, 상기 폐쇄위치를 기준으로 약 60°회전하여, 상기 후단 및 전 캡(20, 25)의 둘레 상에 있는 2개의 지점[후술하는 립과 지지체(30) 지점] 사이에서 근사치의 현을 형성한다. 도 3은 또한 거의 완전히 개방된 제2 블레이드(35b)와 부분적으로만 개방된 제4 블레이드(35d)를 도시한다. 여기서 제1 내지 제4 블레이드(35a 내지 35d)는 블레이드(35)의 작용을 용이하게 설명하기 위해 각 블레이드(35)를 구분한 것이다.

상기 완전히 개방된 위치에 있는 상기 각 블레이드(35)의 각도는 바람직하게는 상기 폐쇄위치로부터 40°내지 80°사이의 선택된 각도로 제한된다. 상기 각 블레이드의 최대 개방 각도에 대한 제한이 없다면, 상기 터빈은 더 높은 회전 속도에 도달할 시엔 실속(失速)될 수 있다.

상기 각 블레이드(35)는 상기 폐쇄위치로부터 상기 개방위치까지 하나의 같은 방향, 즉 시계방향이나 반시계방향 중 하나로 회전할 수 있다. 도 1 내지 도 3에서는, 상기 블레이드(35)는 상기 축 샤프트(15)의 후단부에서 보았을 때 시계방향으로 모두 회전가능하다. 결과적으로, 사용 시 상기 터빈(10)은 시계방향으로 회전한다. 만약 상기 블레이드(35)가 반시계방향으로 모두 회전가능하다면, 사용 시 상기 터빈(10)은 반시계반향으로 회전하게 된다.

상기 각 블레이드(35)는 상기 블레이드를 그 각각의 지지체(30)에 연결시키는 힌지에 의해 제한될 수 있다. 대안으로서, 상기 각 블레이드는 하나 또는 그 이상의 적절히 위치한 버퍼(buffer, 미 도시)에 의해 제한될 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 축 샤프트(15)는 상기 블레이드(35)가 상기 폐쇄위치를 지나쳐 움직이는 것을 방지시키는 버퍼로서 작용할 수 있고, 상기 하나 또는 2개의 캡(20, 25)에는 립(lip)이 제공될 수 있는데, 상기 립은 상기 블레이드(35)가 상기 폐쇄위치로부터 약60°의 바람직한 개방위치를 지나쳐 움직이는 것을 제한하기 위한 버퍼로서 작용을 한다.

바람직하게는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 둘레 주위에 90°로 이격된 4개의 지지체(30) 및 4개의 연관된 블레이드(35)를 구비한다. 상이한 수량의 블레이드가 사용될 수 있으나, 4개의 블레이드(35)를 구비한 양호한 실시예에 비교하여 상이한 단점을 갖는다.

2개 또는 3개의 블레이드(35)를 구비하면, 사용 시 상기 터빈이 회전함에 따라 상기 블레이드(35) 표면상의 에어의 총체적 힘에 상당한 기복(起伏)이 있을 수 있다. 결과적으로, 상기 터빈(10)의 관성만이 전체 회전주기 내내 회전을 유지시킨다. 4개의 블레이드(35)를 구비하면, 하나의 블레이드(35)에서 그 다음 블레이드(35)까지 수집하는 풍력에 있어서의 지연(lag)은 단지 순간적일 뿐이다. 블레이드(35)의 수량을 5개 또는 6개로 늘리는 것은 상기 동력 주기(power cycle)의 원활함을 증가시켜 이러한 순간적인 지연을 감소시키거나 제거하겠지만, 증가된 중량 및 항력과 그로 인한 상기 터빈의 효율성 감소를 희생해야 한다. 6개의 블레이드(35)를 초과할 경우, 상기 블레이드(35)는 상기 개방위치로 회전하면서 서로 충돌할 것이다.

동력에 있어 임의의 순간적인 지연을 보상하기 위해서는, 복수의 스텝(step, 40)이 상기 상기 후단 및 전단 캡(20,25) 사이의 공간 외부(외측)의 각 후단 및 전단 캡(20, 25)의 표면(외측면)상에 제공된다. 상기 후단 캡(20)의 표면상의 상기 스텝(40)만이 도시되었다. 바람직하게는, 상기 전단 캡(25)의 표면상의 상기 스텝도 상기 후단 캡(20)의 표면상의 상기 스텝(40)과 동일하게 형성되고 위치되어 있으며, 상기 축 샤프트(15)에 수직인 평면을 통한 미러 이미지(mirror image)이다.

각 스텝(40)은 높은 항력면(high drag surface), 즉 바람을 수집하는 전면부(wind collecting front face)(45) 및 낮은 에어 저항면(low air-resistance surface) 즉 낮은 항력면(lowdrag surface)을 제공하는 경사진 후방부(sloped rear)(50)를 포함한다. 상기 전면부(45)는 윤곽이 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 표면에 직각방향을 이루도록 형성된 삼각형의 표면의 직각삼각형이다. 상기 삼각형 전면부(45)의 최대 높이는 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 바깥쪽 엣지에 있고, 상기 전면부(45)의 밑면(base)은 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 반경을 따라 상기 바깥쪽 엣지부터 상기 축 샤프트(15)까지 연장된다. 상기 전면부(45)의 대향 측면인 경사진 후방부(50)는 상기 삼각형 전면부(45)의 꼭대기(top, 상단)로부터 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 표면쪽으로 점차 낮은 높이를 갖도록 경사지게 연장 형성되고, 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 바깥쪽 엣지로부터 반경 내측으로 경사지게 연장되는 실질적으로 편평한 경사를 포함한다. 상기 경사진 후방부(50)는 사용 시 상기 터빈(10)의 회전 방향을 향하는데, 이는 도면에 도시된 배열에서 상기 후단부에서 보았을 때 시계 방향(37)이다.

상기 복수의 스텝(40)은 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 둘레에 동일하게 이격되어

있으며, 서로 간에 동일한 각도를 갖는 상기 반경방향으로 정렬된 전면부(45)을 구비한다. 바람직하게는, 후단 및 전단 캡(20, 25)에는 상기 터빈(10)의 블레이드(35) 수량과 동일한 복수의 스텝(40)이 제공된다. 가장 바람직하게는, 상기 각 스텝(40)은 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 둘레 주위의 2개의 가장 근접한 상기 블레이드(35) 사이의 공간의 중앙에 배치된다.

가장 바람직하게는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 각 디스크(20, 25)상에 4개의 스텝(40)이 구비되고, 상기 스텝은 서로가 90° 떨어져있고, 상기 디스크(20, 25) 둘레의 가장 가까운 블레이드(35)로부터 45° 떨어져있는 반경방향으로 정렬된 전면부(45)를 구비한다.

상기 스텝(40)은, 사용 시 상기 터빈(10)이 회전할 시에 하나의 블레이드(35)에서 다음 블레이드로의 전술된 동력 지연(power lag)이 감소되게 한다. 상기 블레이드(35)와 스텝의 외부에 있는 상기 바람을 수집하는 전면부(45)는, 상기 블레이드(35)가 유입되는 바람에 하부 표면적(lower surface area)을 제공할 시에 상기 회전주기의 지점에서 에어흐름을 상기 터빈(10)의 회전운동으로 변환시킨다.

상기 후단 및 전단 캡(20, 25)과 상기 블레이드(35)는 임의의 적절히 강하면서도 가벼운 재료로 형성된다. 적절한 재료로는 예를 들어 폴리우레탄 폼(polyurethane foam) 또는 섬유유리(fiberglass)와 같은 플라스틱 재질을 포함한다.

상기 터빈(10)의 회전주기 동안의 상기 터빈(10)의 작동과 상기 블레이드(35)의 움직임에 대한 전체적인 상세내용은 도 2 및 도 3을 구체적인 참조로 하여 이하 설명될 것이다.

도 2는 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 반경에 대하여 각각 정렬된 상기 폐쇄위치의 모두 4개의 블레이드(35)를 도시한다. 상기 블레이드(35)는 선택적으로 가중되거나 튕겨서 어떠한 에어흐름도 없을 시에는 중립의 폐쇄위치로 돌아가나, 임의의 이러한 가중(weighting)은 적절한 에어의 흐름이 상기 블레이드(35)를 개방위치로 밀어낼 수 있을 만큼 가벼워야 한다.

도 3은 에어가 상기 블레이드(35)를 관통하게 도 3의 바닥에서부터 도 3의 상부까지 상기 터빈(10)을 통해 흐를 시에 상기 터빈의 현재의 모멘트를 도시한다. 에어흐름을 나타내는 화살표(55)는 이해를 돕기 위해 제공되었으며, 대단히 복잡하고도 많은 요인에 의해 영향을 받는 사용 시의 실상의 에어흐름을 정확하게 설명하지는 않는다. 상기 각 블레이드(35)는 상기 터빈(10) 주위의 위치에 따른 에어흐름에 상이하게 반응한다.

제1 블레이드(35a)는 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 둘레 상의 9시 위치에 있는 상기 축 샤프트(15)와 그 연관 지지체(30a)의 좌측에 위치된다. 상기 제1 블레이드(35a)는 에어흐름 방향에 직각이고 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 반경을 따라 위치한 상기 폐쇄위치에 계속 존재하는데, 이는 상기 블레이드(35)가 반경방향에 위치하는 폐쇄위치를 지나 반 시계방향으로 회전하는 것이 제한되기 때문이다. 따라서, 상기 제1 블레이드(35a)의 표면에 충돌하는 에어는 상기 제1 블레이드(35a)에 저항되어 밀어내어져 상기 터빈(10) 전체가 시계방향(37)으로 회전되게 한다.

제2 블레이드(35b)는 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 둘레 상의 12시 위치에 있는 상기 축 샤프트(15)와 그 연관 지지체(30b) 위에 위치된다. 상기 제2 블레이드(35b)의 일 표면에 충돌하는 에어와 상기 터빈(10)의 회전에 따른 원심력의 조합이 상기 제2 블레이드(35b)에 가해져, 그 연관 지지체(30b)를 중심으로 상기 개방위치 쪽으로 시계방향으로 회전되게 한다. 이 위치의 블레이드는 상기 제1 블레이드(35a)에 의해 차폐되어, 상기 에어흐름에서 상기 터빈(10)에 의해 파생되는 동력(power)에 영향을 거의 주지 않는다.

제3 블레이드(35c)는 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 둘레 상의 3시위치에 있는 상기 축 샤프트(15)와 그 연관 지지체(30c)의 우측에 위치된다. 상기 터빈(10)을 통과하는 에어흐름이 상기 제3 블레이드(35c)에 가해져 그 연관 지지체(30c)를 중심으로 완전히 개방된 위치로 시계방향으로 회전되게 한다.

이 위치의 블레이드는 상기 터빈(10)을 통해 흐르는 에어를 크게 방해하지 않기에 상기 터빈(10)의 회전에 따른 항력의 주요 원인이 아니다. 반면, 만약 상기 제3 블레이드(35c)가 고정적이어서 폐쇄위치를 벗어나 회전되지 않는다면, 이 위치의 블레이드는 상기 터빈(10)에 대한 항력의 주요 원인을 나타내며, 상기 터빈의 어떠한 회전도 완전히 방해할 가능성이 높다. 따라서, 상기 터빈을 통하는 에어흐름에 대응하는 상기 블레이드(35)의 수동적인 움직임은 상기 터빈(10)이 회전함에 따른 항력을 감소시킴으로써 본 발명의 이 실시예의 중요한 장점을 나타낸다. 덧붙여, 상기 폐쇄위치로부터 대략 60° 의 각도인 이 위치의 블레이드는 상기 제2 블레이드(35b) 쪽으로 에어를 가이드하여 상기 제2 블레이드(35b)가 개방위치 쪽으로 움직이기 시작하는 것을 촉진시킨다.

제4 블레이드(35d)는 상기 후단 및 전단 캡(20, 25)의 둘레 상의 6시위치에 있는 상기 축 샤프트(15)와 그 연관 지지체(30d)의 아래에 위치된다. 상기 터빈(10)을 통과하는 에어흐름이 상기 제4 블레이드(35d)에 가해져 그 연관 지지체(30d)를 중심으로 폐쇄위치 쪽으로 반 시계방향으로 회전되게 한다. 또한, 이 위치의 블레이드는 상기 터빈(10)을 통해 흐르는 에어를 크게 방해하지 않기에 상기 터빈(10)의 회전에 따른 항력의 주요 원인이 아니다.

그럼에도 불구하고, 상기 제4 블레이드(35d)는 거의 폐쇄위치에 있어, 상기 터빈(10)이 시계방향(37)으로 더 회전함에 따라, 상기 제4 블레이드(35d)가 상기 터빈을 통하는 에어흐름에 충돌되게 되어, 완전한 폐쇄위치에 도달되게 되고, 제4 블레이드(35d)의 표면에 충돌하는 에어가 상기 제4 블레이드(35d)에 저항되어 밀어내어져 상기 터빈(10) 전체가 시계방향(37)으로 회전되게 함으로써, 상기 에어흐름에서 상기 터빈(10)에 의해 파생된 동력에 기여하기 시작되게 할 것이다.

제2 실시예에 따른 횡단축 풍력 터빈(110)은 도 4 내지 도 6에서 설명된다. 도 4는 중립 위치의 상기 터빈을 도시한다. 도 5 및 도 6은 사용 시 상기 터빈의 상이한 순간적인 모멘트를 도시한다.

상기 제2 실시예에 따른 상기 터빈은 상기 터빈(110)을 지지하고 그 전단부(115a)에서 임의의 적합한 출력 장치(미 도시)에 연결가능한 축 샤프트(115)를 포함한다.

사용 시, 상기 축 샤프트(115)에 직각한 임의의 방향으로 상기 터빈(110)을 통해 흐르는 에어는 상기 터빈(115)을 회전시키고, 상기 에어의 선형 흐름을 상기 축 샤프트(115)의 회전운동으로 변환시킨다. 이 회전운동은 관련 분야에서 널리 공지된 다양한 방식으로 상기 출력 장치를 통해 유용한 에너지/일로 변환될 수 있다. 출력 장치의 예로 전기 발전기, 펌프, 및/또는 풍속계가 포함되나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 터빈(110)의 전체 크기는 차량과 같은 소형 이동식 활용을 위해 상기 축 방향으로 20-30cm의 크기에서부터 넓은 전원 지역 또는 빌딩에서의 고정 설비용으로 2m에 이르기까지 다양할 수도 있다.

후단 캡(120)은 상기 축 샤프트(115)의 후단부(115b)나 그 주변에 위치한다. 전단 캡(125)은 상기 축 샤프트(115)상의 상기 후단부(115b)와 전단부(115a)사이에 위치한다. 상기 각 캡(120, 125)은 실질적으로 평면형이고 상기 축 샤프트(115)에 직각을 이룬다. 바람직하게는, 상기 각 캡은 원형 디스크의 형상이다. 상기 후단 및 전단 캡(120, 125)의 반경은 서로 동일하며, 바람직하게는 상기 축 샤프트(115)를 따라 있는 상기 후단 및 전단 캡(120, 125) 사이의 거리와 같거나 그보다 작다. 하나의 실시예로, 상기 축 샤프트(115)를 따라 있는 상기 후단 및 전단 캡(120, 125) 사이의 거리는 대략 상기 후단 및 전단 캡(120,125) 반경의 두배이다. 테스트에 의하면, 이는 전반적인 효율성 및 터빈 회전속도를 개선시키기 위한 균형적인 비율임을 나타낸다.

상기 축 샤프트(115)는 임의의 적합한 수단(예를 들어, 스크류-나사 너트)에 의해 상기 원형의 후단 캡(120)과 상기 원형의 전단 캡(125)의 중심에 결합되고, 상기 후단 및 전단 캡(120, 125)은 상기 축 샤프트(115)에 대해 고정된다. 사용 시, 상기 후단 및 전단 캡(120, 125)은 서로의 사이에 난 틈을 통하여 흐르는 에어를 저지하고, 또한 바람직하게는, 가능한 한 얇아서 구조적으로 안정적이면서도 난류를 최소화시킨다. 상기 디스크의 엣지는 선택적으로 공기역학적인 형상일 수 있어, 난류와 항력을 더 감소시킨다.

상기 후단 및 전단 캡(120, 125)에는 복수의 슬릿(slit)(122, 127)이 더 제공된다. 각각의 좁고 긴 슬릿은 상기 축 샤프트(115)나 그 근방으로부터 상기 후단 및 전단 캡(120, 125)의 둘레나 그 근방까지 반경방향으로 연장된다. 상기 복수의 슬릿(122, 127)은 그 각각의 캡(120, 125) 주위에 동일하게 이격된다. 상기 후단 캡(120)의 상기 슬릿(122)은 상기 전단 캡(125)의 상기 슬릿(127)과 함께 축 방향으로 정렬된다.

복수의 지지체(130)는 상기 후단 캡(120)으로부터 상기 전단 캡(125)까지 연장하며 상기 축 샤프트(115)와 평행을 이룬다. 상기 지지체(130)는 상기 후단 및 전단 캡(120, 125)의 바깥 둘레나 그 주변에 위치하며, 상기 둘레 주위에 동일한 간격으로 이격된다. 상기 지지체(130)는 임의의 적합한 수단에 의해 상기 후단 및 전단 캡(120, 125)에 결합된다. 바람직하게는, 상기 후단 및 전단 캡(120, 125)상의 슬릿(122, 127)과 동일한 수량의 지지체(130) 가 구비되고, 상기 지지체(130)는 상기 슬릿(122, 127)과 함께 반경방향으로 정렬된다. 선택적으로는, 상기 후단 및 전단 캡(120, 125)가 충분히 견고하다면, 상기 지지체(130)는 생략될 수 있다.

복수의 마스트(132)는 상기 후단 캡(120)과 상기 전단 캡(125)의 사이에서 축 방향으로 연장된다. 상기 각 마스트(132)는 상기 후단 캡(120)과 상기 전단 캡(125)의 한 쌍의 축 방향으로 정렬된 슬릿(122, 127)을 관통하고, 상기 슬릿(122, 127)을 따라 반경방향으로 움직일 수 있다. 상기 각 마스트(132)는 그 각각의 슬릿(122, 127)을 따라서 움직일 수 있는데, 예를 들어 상기 후단 및 전단 캡(120, 125)에 인접하게 제공된 반경방향으로 연장하는 가이드 로드(guide rod, 미 도시)를 따르거나, 상기 슬릿(122, 127)내에 제공된 트랙(미 도시)을 따라서 움직일 수 있다. 또한, 다른 가이딩(guiding) 수단이 사용될 수도 있다. 베어링(bearing)이나 다른 적합한 낮은 마찰의 트랙은 상기 마스트(132)가 실질적으로 그 각각의 슬릿(122, 127)의 전체 길이를 따라 어느 방향으로든 매끄럽게 이동하게 한다.

세일(sail)(135)은 각 마스트(132)와 상기 축 샤프트(115)에 연결된다. 각 마스트(132)가 그 각각의 슬릿(122, 127)을 따라 반경방향으로 움직임에 따라, 상기 마스트(132)에 의해 이송되는 상기 세일(135)은 접히거나 펼쳐져서 바람을 잡아내는 면을 생성한다. 상기 각 세일(135)이 완전히 개방되거나 펼쳐졌을 때의 외형은 실질적으로 직사각형인데, 이는 상기 마스트(132)가 그 슬릿(122, 127)을 따라 상기 축 샤프트(115)로부터 멀어지고 상기 후단 및 전단 캡(120, 125)의 둘레에 인접한 전체 반경 거리에 위치했을 때이다. 각 세일(135)은 상기 후단 캡(120)과 상기 전단 캡(125) 사이의 거리와 실질적으로 같거나 조금 낮은 높이와, 상기 후단 및 전단 캡(120,125)의 반경과 실질적으로 같거나 조금 작은 폭을 가지고 있다. 상기 각 세일(135)과 그 각각의 마스트(130) 사이의 연결은 임의의 적합한 수단에 의해 높이 지정 엣지 중 하나를 따라 이루어진다. 상기 각 세일(135)과 상기 축 샤프트(115)의 연결은 임의의 적합한 수단에 의해 상기 높이 지정 엣지 중 다른 하나를 따라 이루어지며, 사용 시 상기 세일(135)과 마스트(132)는 축 샤프트(115)와 함께 회전한다.

각 세일(135)은, 완전히 개방되었을 때, 상기 후단 및 전단 캡(120, 125) 사이의 공간 및 그 각각의 마스트(132)와 상기 축 샤프트(115) 사이의 공간 내에 꼭 맞는 핏(fit)의 크기로 되어있다. 상기 핏은 사용 시 상기 세일(135)의 엣지 주위의 에어흐름을 제한하기 위해 가능한 한 꽉 차게 이루어져 있으면서도, 각각의 슬릿(122, 127)을 따르는 각 마스트(132)에 대한 자유 운동을 방해하진 않는다.

상기 세일(135)은 옷감(cloth)나 캔버스천(canvas)과 같은 임의의 적합한 유연한 재료로 만들어질 수 있다. 상기 세일 재료는 충분히 유연하여 상기 그 각각의 마스트(132)의 움직임에 악영향을 주지 않는다.

바람직하게는, 도 4, 도 5 및 도 6에 에 도시된 바와 같이, 상기 축 샤프트(115) 주위에 90°로 이격된 4개의 마스트(132), 4개의 연관된 세일(135) 및 상기 후단 및 전단 캡(120, 125)의 4개의 슬릿(122, 127)이 구비된다. 상이한 수량의 마스트와 세일이 사용될 수 있으나, 각 4개의 마스트 및 세일을 포함하는 양호한 실시예에 비교하여 상이한 단점을 갖는다.

2개 또는 3개의 세일(135)을 구비하면, 사용 시 상기 터빈(110)이 회전함에 따라 상기 세일 표면상의 에어의 총체적 힘에 상당한 기복(起伏)이 있을 수 있다. 결과적으로, 상기 터빈(10)의 관성만이 전체 회전주기 내내 회전을 유지시킨다. 4개의 세일을 구비하면, 하나의 세일로부터 그 다음 세일 블레이드까지 수집하는 풍력에 있어서의 지연(lag)은 단지 순간적일 뿐이다. 선택적으로, 제1 실시예와 관련하여 설명된 것과 같은 스텝(step)이 이 일시적인 지연을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 4개보다 많게 세일의 수량을 늘리는 것으로 상기 동력 주기의 원활함을 증가시켜 이러한 순간적인 지연을 감소시키거나 제거할 수 있겠으나, 사용 시 상기 그 각각의 슬릿(122, 127)을 따라 이동되는 상기 마스트(132)과 같이 증가된 중량 및 증가된 마찰로 인한 상기 터빈의 효율성 감소를 희생해야 한다.

연속 또는 무한 트랙(160)이 상기 후단 및 전단 캡(120, 125) 사이의 공간 외부에서 상기 후단 캡(120)에 인접하여 위치한다. 상기 축 샤프트(115)를 따라 미러 이미지인 동일 트랙(미 도시)이 재차 상기 후단 및 전단 캡(120, 125) 사이의 공간 외부에서 상기 전단 캡(125)에 인접하여 위치한다. 각각의 트랙(160)은 상기 후단 및 전단 캡(120, 125) 사이의 공간 밖으로 상기 슬릿(122, 127)을 관통하는 각 마스트(132)의 말단을 수용한다. 상기 마스트(132)는 상기 트랙(160)을 따라 움직임이 자유로우며, 상기 트랙(160)에 의해 가이드 된다. 베어링이나 다른 가이드는 상기 마스트(132)가 상기 트랙(160)을 따라 부드럽게 움직이게 한다.

상기 트랙(160)은 매끄러운 곡선이며, 대략 타원형이다. 도 5 및 도 6에 더욱 명확하게 도시된 바와 같이, 상기 트랙(160)의 경로(path)는 상기 슬릿(122, 127)의 최대 범위와 실질적으로 동일한 반경 거리에 있는 상기 후단 및 전단 캡(120, 125)의 둘레 주위에 대략 90° 곡선을 이룬다. 상기 후단 및 전단 캡(120, 125)의 둘레 주위의 그 다음 90°에 걸쳐, 상기 트랙(160)은 상기 슬릿(112, 127)의 최저 범위와 실질적으로 동일한 반경 거리에 대하여 상기 축 샤프트(115) 쪽으로 반경방향으로 내측으로 곡선을 이룬다. 상기 후단 및 전단 캡(120, 125)의 둘레 주위의 그 다음 90°에 걸쳐, 상기 트랙(16)은 매우 짧은 거리만 연장되며, 상기 슬릿(122, 127)의 최저 반경 범위와 실질적으로 동일한 반경 거리에 유지된다. 상기 후단 및 전단 캡(120, 125)의 둘레 주위에 4번째 및 마지막 90°에 걸쳐, 상기 트랙(16)은 반경 외측으로 상기 후단 및 전단 캡(120, 125)의 둘레 쪽으로 반경방향으로 외측으로 곡선을 이루어, 상기 슬릿(122, 127)의 최대 범위와 실질적으로 동일한 반경 거리로 되돌아간다.

상기 트랙(160)의 목적은 상기 마스트(132)를 가이드하여, 상기 결합된 세일(135)이 상기 축 샤프트(115)의 일 측면상에 완전하게, 또는 거의 완전하게 펼쳐지지만, 상기 축 샤프트(115)의 대향 측면상에서는 완전하게, 또는 거의 완전하게 접히게 하는 것이다. 결과적으로, 사용 시, 상기 세일(135)은 상기 터빈(110)의 일 측면상에 모여진 풍력 에너지를 최대화하기 위해 개방되지만, 상기 터빈(110)의 다른 측면상의 항력을 최소화하기 위해 폐쇄된다.

상기 목적을 달성하기 위해, 상기 트랙(160)은 사용 시 상기 축 샤프트(115), 상기 후단 및 전단 캡(120, 125), 상기 마스트(132) 및 상기 세일(135)이 회전함에 따라 유입되는 바람(165)의 방향에 대해 반드시 실질적으로 고정적이고 올바른 정렬로 유지되어야만 한다. 상기 트랙(160) 중 하나는 상기 축 샤프트(115)의 후단부 상에 상기 축 샤프트(115)에 대해 자유롭게 회전 가능한 커넥터(170)를 통해 장착된다. 브릿지(bridge)(175)는 상기 트랙(160)에 함께 연결되어, 상기 트랙(160)과 브릿지(175)를 동일한 연관 위치에 유지시킨다. 상기 브릿지(175)는 하나 이상의 회전 커플(rotational couple)(180)을 포함할 수 있어, 상기 트랙(160)과 상기 브릿지(175)가 상기 축 샤프트(115)와 정렬된채 유지되게 한다.

사용 시, 상기 터빈은 임의의 적합한 수단에 의해 상기 유입되는 바람(165) 쪽으로 향하게 된다. 도 5 및 도 6에는, 시계방향으로 회전하도록 정렬된 터빈(110)의 평면도가 2개의 상이한 순간적인 모멘트에서 도시되었다. 반 시계방향으로 회전하는 터빈은 상기 도면에 도시된 것과 수직한 미러 이미지일 것이다.

바람(165)은 도 5 및 도 6상에서 바닥으로부터 유입된다. 이러한 배치로, 상기 트랙(160)은 최대 반경 거리에 있는 곡선의 일부가 상기 6시와 9시 위치 사이에 있고, 상기 최소 반경 거리에 있는 상기 곡선의 일부가 12시와 3시 위치 사이에 있도록 정렬된다.

도 5에서 첫번째 모멘트 시점에서, 제1 세일(135a)은 9시 위치에 있고, 상기 트랙(160)에 의해 상기 디스크의 외부 엣지 쪽으로 가이드되어진 마스트에 결합되어있기 때문에 완전히 개방된다. 따라서, 상기 세일의 완전히 개방된 면은 상기 유입되는 바람(165)을 모으며, 상기 터빈(110)은 시계방향(185)으로 회전된다. 제2 세일(135b)은 12시 위치에 있고, 실질적으로 완전히 폐쇄된다. 제3 세일(135c)은 3시 위치에 있고, 또한 실질적으로 완전히 폐쇄된다. 상기 세일이 개방된다면, 상기 유입되는 바람(165)을 모으고 상기 터빈이 회전하는 것을 방해할 수 있다. 제4 세일(135d)은 6시 위치에 있고, 거의 완전히 개방된다.

도 6에서 두번째 모멘트 시점에서, 상기 터빈은 도 5의 그 이전 위치에 비하여 시계방향으로 45° 회전해있다. 상기 트랙(160)은 이전과 같이 상기 유입되는 바람(165)에 대해 동일한 정렬로 유지된다. 결과적으로, 상기 터빈이 회전함에 따라, 상기 마스트(132)는 상기 트랙에 의해 가이드되어, 반경반향으로 내측이나 외측으로 움직여, 상기 부착된 세일(135)을 개방하거나 또는 폐쇄한다.

상기 제1 세일(135a)은 이제 완전히 개방된 위치와 완전히 폐쇄위치 사이에 대략 1/3지점에 있고, 더 이상 많은 양의 바람을 모으고있지 않다. 상기 제2 세일(135b)은 여전히 완전히 폐쇄되었기 때문에 상기 터빈(110)상에 아무런 항력도 발생시키지 않는다. 상기 제3 세일(135c)은 완전히 폐쇄된 위치와 완전히 개방된 위치 사이의 대략 1/3지점에 있기에 소량의 항력을 발생시킨다. 그러나, 상기 제4 세일(135d)는 이제 완전히 개방위치에 있으며, 많은 양의 바람(165)을 모아, 상기 터빈을 시계방향(185)으로 계속 추진시킨다.

상기 트랙(160)을 상기 바람(165)의 방향과 정렬하여 유지하기 위한 한 방법은 베인(vane, 190)을 상기 브릿지(175)에 추가하는 것이다. 사용 시, 바람(165)이 상기 베인(190)을 향하여 불어 상기 베인을 회전시켜, 유입되는 바람(165)에 대해 정확한 위치에 상기 브릿지(175)와 상기 트랙(160)을 정렬시킨다.

상기 후단 및 전단 캡(120, 125), 브릿지(175), 및 베인(190)은 임의의 적절하게 강하면서도 가벼운 재료로 형성된다. 적절한 재료로는 예를 들어 폴리우레탄 폼이나 섬유유리와 같은 플라스틱 재질을 포함한다. 상기 트랙(160)과 마스트(132)는 사용 시 상기 마스트(132)의 매끄럽고 정확한 움직임을 보장하도록 금속이나 기타 더 탄성적인 재료로 형성될 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10, 110: 터빈 15, 115: 축 샤프트
15a, 115a: 전단부 15b, 115b: 후단부
20, 120: 후단 캡 25, 125: 전단 캡
30, 130: 지지체 35: 블레이드
40: 스텝 45: 전면
50: 경사진 후방부 122, 127: 슬릿
132: 마스트 135: 세일
160: 트랙 175: 브릿지
190: 베인

Claims (18)

1. 축 샤프트(15)와;
   상기 축 샤프트(15)의 전,후단부(15a,15b)측에 서로 이격되게 고정 결합되는 디스크 형상의 전,후단 캡(25,20)과;
   상기 후단 캡(20)으로부터 전단 캡(25) 까지 상기 축 샤프트(15)와 평행하게 연장 형성되고, 상기 후단 및 전단 캡(20,25)의 외측 원주면 둘레 주위에 상기 축 샤프트(15)를 중심으로 동일한 각도로 이격된 위치에 설치되는 복수의 지지체(30)와;
   상기 지지체(30)에 폐쇄위치와 개방위치 사이에서 회전 가능하게 결합되며, 상기 후단 및 전단 캡(20,25) 사이에 대응하는 높이와 상기 후단 및 전단 캡(20,25)과 축 샤프트(15) 사이의 반경방향 길이에 대응하는 폭을 갖도록 형성되고, 상기 폐쇄위치에서의 블레이드(35)가 반경에 위치하는 복수의 블레이드(35); 및
   상기 후단 및 전단 캡(20,25) 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 캡(20,25) 상의 원주면 둘레에 동일하게 이격되게 배치되며, 서로 인접하는 지지체(30) 사이의 각각에 설치되는 복수의 스텝(40);을 포함하여 이루어지고,
   상기 스텝(40)의 각각은 높은 에어 항력면을 구비하도록 후단 또는 전단 캡(20,25)의 외측면과 직각 방향으로 형성되는 삼각형 형상의 전면부(45)와, 상기 전면부(45)보다 낮은 에어 저항면을 구비하도록 상기 전면부(45)의 대향측면에 상기 전면부(45)의 상단으로부터 후단 또는 전단 캡(20,25)측으로 경사지게 형성되는 경사진 후방부(50)로 구성되고, 상기 전면부(45)는 후단 또는 전단 캡(20,25)의 에지부로부터 상기 축 샤프트(15) 까지 점차로 낮은 높이를 갖도록 경사지게 형성된 삼각형 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 횡단축 풍력 터빈.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 블레이드(35) 각각은 유입되는 에어가 블레이드(35)를 개방위치에서 폐쇄위치로 회전시켜 상기 축 샤프트(15)와 결합된 터빈(10) 상에 회전력을 생성시키는 에어 수집면을 제공하고, 유입되는 에어가 블레이드(35)를 폐쇄위치에서 개방위치로 회전시켜 유입되는 바람의 흐름에 대한 항력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 횡단축 풍력 터빈.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 개방위치는 상기 폐쇄위치에 대해 40°내지 80° 범위의 각도에 있는 것을 특징으로 하는 횡단축 풍력 터빈.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 블레이드(35)의 개방위치는 상기 블레이드(35)가 상기 폐쇄위치로부터 40°내지 80°의 개방위치를 초과하여 회전되는 것을 제한하는 위치의 후단 및 전단 캡(20,25)에 설치된 립과 지지체(30) 사이의 현을 따라 위치하는 것을 특징으로 하는 횡단축 풍력 터빈.
   
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10. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 지지체(30)는 4개의 지지체(30)가 원주방향으로 90°씩 서로 이격되게 배치된 것을 특징으로 하는 횡단축 풍력 터빈.
    
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