KR102026980B1 - 풍력터빈발전기 바람 모음 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터빈에 부착되는 블레이드의 꺾임 각도를 최적화하고 사방에서 부는 바람을 집중적으로 터빈 쪽으로 모을 수 있어 제작비를 최소화하면서 발전 효율을 최대화할 수 있는 풍력터빈발전기 바람 모음 장치에 관한 것으로, 유체가 가지는 에너지를 회전 운동으로 바꾸어 유체의 흐름으로부터 에너지를 뽑아내기 위한 터빈과, 상기 터빈의 외부에 설치되어 터빈을 지지할 수 있도록 하는 지지프레임과, 상기 터빈의 외측에 일정 각도를 이루면서 설치되는 블레이드와, 상기 지지프레임의 외부에 설치되어 바람을 터빈 쪽으로 모을 수 있도록 하는 바람모음판을 포함한다.

Description

풍력터빈발전기 바람 모음 장치{WIND COLLECTION APPARATUS FOR WIND TURBINE GENERATOR}

본 발명은 풍력터빈발전기 바람 모음 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈에 부착되는 블레이드의 꺾임 각도를 최적화하고 사방에서 부는 바람을 집중적으로 터빈 쪽으로 모을 수 있어 제작비를 최소화하면서 발전 효율을 최대화할 수 있는 풍력터빈발전기 바람 모음 장치에 관한 것이다.

일반적으로 수 메가와트(MW) 단위의 대용량 발전하는 풍력발전기는 바람길을 따라 산의 정상부근, 또는 바닷가 등에 설치되고 있으며, 그 설치높이는 용량에 따라 50~90m, 회전블레이드의 길이도 약 20m ~ 50m이상이 되도록 설치된다.

종래의 대형 풍력발전기는 지면에 수직으로 세워진 기둥의 상부에 발전기 몸체가 회전 가능하게 결합되고, 상기 발전기 몸체의 전면에는 풍력에 의해 회전하는 회전블레이드가 허브에 장착된 구조이다.

그러나, 종래의 대형 풍력발전기는 다음과 같은 결점을 갖고 있다.

종래의 대형 풍력발전기는 풍량이 많은 곳에서 좋은 결과를 얻을 수 있으나, 대한민국처럼 대체적으로 바람이 저속풍이 많은 곳에서는 발전 효율이 많이 떨어지게 된다.

또한, 대한민국과 같이 풍속이 계절에 따라 변화하는 한편, 약한 경우, 해당 지역에서는 저속 바람의 저항에 적합한 수직 풍력 발전 장치가 유리하다.

이러한 점을 고려하여, 최근에는 첨부 도면 도 1에 도시된 바와 같이, 회전체(1) 상부면에 다수의 반응날개(2a,2b,2c,2d)를 수직 방향으로 설치한 풍력발전기를 이용한다.

그러나, 상기와 같은 종래 고정날개(2a,2b,2c,2d)가 수직 방향으로 설치된 풍력발전기는 고정날개(2a,2b,2c,2d)는 도시된 바와 같이, 회전 방향으로 비스듬하게 경사지면서 만곡져서 되므로, 상기 고정날개(2a,2b,2c,2d)에 작용하는 바람이 풍력발전기의 회전력으로 최적 작용하지 못하는 문제점이 있다.

예를 들어, 반응날개1(2a)은 바람을 맞는 면 부분이 오목하여 풍력을 모아서 시계 방향으로의 회전력을 발생시키는 반면, 반대 측의 고정날개3(2c)은 바람을 맞는 면 부분이 볼록하여 풍력이 만곡진 면을 타고 빗겨나가게 유도하기는 하나, 이 부분에도 풍력이 작용하여 시계 반대 방향으로의 회전력을 발생시켜, 상기 방응날개1(2a)에 의해 발생된 회전력의 일부를 상쇄시켜, 회전력을 저감시키는 문제점이 있다.

또한, 고정날개2(2b)는 고정날개1(2a) 정도는 아니나, 오목한 면 부분에 풍력에 반응하여 회전력을 발생시키나, 반대 측에 위치한 고정날개4(2d)의 볼록한 면 부분에도 풍력이 작용하여 시계 반대 방향으로의 회전력을 발생시켜, 상기 고정날개1(2a)에 의해 발생된 회전력을 상쇄시켜, 회전력을 저감시키는 문제점이 있다.

상기와 같이, 종래 고정날개(2a,2b,2c,2d)를 수직 방향으로 설치한 풍력발전기는 풍력을 온전히 회전력으로 변환시키지 못하는 효율성에 치명적인 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1237535호

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 터빈의 사방으로 일정 각도로 꺾여지는 복수개의 블레이드를 구비하고 터빈의 사방에서 바람모음판을 구비하여 바람이 터빈 쪽으로 집중적으로 유입될 수 있어 약한 풍속에도 터빈이 작동됨으로써 에너지 발전 효율을 최대화할 수 있는 풍력터빈발전기 바람 모음 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 풍력터빈발전기 바람 모음 장치는 유체가 가지는 에너지를 회전 운동으로 바꾸어 유체의 흐름으로부터 에너지를 뽑아내기 위한 터빈과, 상기 터빈의 외부에 설치되어 터빈을 지지할 수 있도록 하는 지지프레임과, 상기 터빈의 외측에 일정 각도를 이루면서 설치되는 블레이드와, 상기 지지프레임의 외부에 설치되어 바람을 터빈 쪽으로 모을 수 있도록 하는 바람모음판을 포함할 수 있다.

상기 블레이드는 터빈의 외측에 일정 간격을 두고 복수개로 설치될 수 있다.

상기 블레이드는 흡기된 바람이 터빈의 회전력을 최적화할 수 있도록 한쪽 방향으로 꺾여진 날개 꺾임부가 구비될 수 있다.

상기 날개 꺾임부는 흡기된 바람이 터빈을 회전시킨 후 다시 흘러가는데 최적화되게 135도 각도로 꺾여질 수 있다.

상기 바람모음판은 풍향에 구애받지 않고 터빈 쪽으로 바람을 모을 수 있도록 360도 사방에 설치될 수 있다.

상기 바람모음판의 안쪽에는 터빈 내로 바람이 모아지도록 흡기 유로가 형성될 수 있다.

상기 바람모음판은 터빈 내부로 풍향이 집중될 수 있도록 비스듬히 경사지게 설치될 수 있다.

상기 바람모음판은 풍향의 집중효율을 높일 수 있도록 터빈 주변의 4곳 모서리에서 터빈의 중심으로부터 치우쳐서 설치될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 풍력터빈발전기 바람 모음 장치에 의하면, 터빈에 부착되는 블레이드를 일정 간격을 두고 복수개로 설치하되 블레이드를 일정 각도로 꺾어서 구비하고 터빈의 외측 사방으로 터빈 쪽으로 흡기 유로가 형성되도록 바람모음판을 설치함으로써 풍향 및 풍속에 구애받지 않고 약한 풍속에도 터빈의 회전이 가능하며 바람을 터빈 쪽으로 집풍시킬 수 있어 에너지 발전 효율을 최대화하고 간단한 구조로 제작비를 최소화하여 사용자에게 만족감을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 풍력발전기의 반응날개 설치 구조 및 회전 상태를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력터빈발전기 바람 모음 장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 풍력터빈발전기 바람 모음 장치를 도시한 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 풍력터빈발전기 바람 모음 장치를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 풍력터빈발전기 바람 모음 장치의 터빈을 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 풍력터빈발전기 바람 모음 장치의 터빈을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 풍력발전기 바람 모음 장치의 집풍 상태를 도시한 사시도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도면들에 있어서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 본 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.

본 명세서에서 '및/또는'이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, '연결되는/결합되는'이란 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 '포함한다' 또는 '포함하는'으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및 소자의 존재 또는 추가를 의미한다.

실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 측(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 풍력터빈발전기 바람 모음 장치를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 풍력터빈발전기 바람 모음 장치를 도시한 정면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 풍력터빈발전기 바람 모음 장치를 도시한 평면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 풍력터빈발전기 바람 모음 장치의 터빈을 도시한 평면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 풍력터빈발전기 바람 모음 장치의 터빈을 도시한 사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 풍력발전기 바람 모음 장치의 집풍 상태를 도시한 사시도이다.

도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력발전기 바람 모음 장치는 터빈(100)과, 지지프레임(200)과, 블레이드(300)와, 바람모음판(400)을 포함하게 된다.

상기 터빈(100)은 수직축을 중심으로 회전되면서 유체가 가지는 에너지를 회전 운동으로 바꾸어 유체의 흐름으로부터 에너지를 뽑아내기 위해 회전하게 된다.

상기 터빈(100)에는 터빈(100)에서 공급된 회전동력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기(도시하지 않음)가 연결되어지게 된다.

상기의 터빈(100)은 이미 널리 공용화되어 사용되고 있는 기술로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 지지프레임(200)은 터빈(100)의 외부에 설치되어 터빈(100)을 지지할 수 있게 된다.

또한, 상기 지지프레임(200)은 사각 형태의 틀을 이루면서 터빈(100)을 연결시키게 된다.

상기 블레이드(300)는 터빈(100)의 외측에 구비되어 바람에 의해 회전되면서 터빈(100)을 회전시키게 된다.

또한, 상기 블레이드(300)는 터빈(100)의 외측에 일정 간격을 두고 복수개로 설치되어지게 된다.

이때, 상기 블레이드(300)는 도 5 내지 도 6에서와 같이 터빈(100)에 수직축으로 8개로 설치될 수 있는 것이다.

즉, 상기 터빈(100)에 수직 방향으로 블레이드(300)가 일정 간격으로 설치됨에 따라 풍향에 구애받지 않고 바람이 균일하게 통과되어 집풍 효율을 최대화할 수 있게 된다.

상기 블레이드(300)는 흡기된 바람이 터빈(100)의 회전력을 최적화시킬 수 있도록 한쪽 방향으로 꺾여진 날개 꺾임부(310)가 구비되어지게 된다.

상기 날개 꺾임부(310)는 블레이드(300) 전체 길이에서 중앙부터 바깥쪽으로 구비되어지게 된다.

이와 함께, 각 블레이드(300)의 날개 꺾임부(310)는 전부 동일한 방향으로 꺾여지게 된다.

즉, 상기 블레이드(300)의 바깥쪽에 구비된 날개 꺾임부(310)에 의해 풍향에 구애받지 않고 블레이드(300)의 회전력을 최대화하여 집풍 효율을 높일 수 있게 된다.

또한, 상기 날개 꺾임부(310)는 흡기된 바람이 블레이드(300)를 회전시키고 터빈(100)을 회전시킨 후 다시 흘러가는데 최적화될 수 있게 약 135도 각도로 꺾여지게 된다.

상기 바람모음판(400)은 터빈(100)의 외부에 설치되어 바람을 터빈(100) 쪽으로 모아 블레이드(300)를 회전시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 바람모음판(400)은 터빈(100)의 외부에 사방에서 불어오는 풍향에 구애받지 않고 터빈(100) 내부로 바람을 최대한 집풍시킬 수 있도록 사방 360도로 설치하게 된다.

즉, 상기 바람모음판(400)을 터빈(100)의 외측 둘레와 상부 및 하부에 복수개로 설치하여 터빈(100)의 외부를 감싸면서 사방으로 설치함으로써 바람이 어느 쪽에서 불어와도 상관없이 터빈(100) 내부로 흡기되어 에너지 효율을 최대화할 수 있게 된다.

그리고, 상기 바람모음판(400)은 바깥쪽 면이 사각의 각진 형태 뿐만 아니라 라운드 형태 등 다양하게 형성될 수 있는 것이다.

상기 바람모음판(400)의 안쪽에는 터빈(100) 내로 바람이 모아지도록 흡기 유로(410)가 형성되어지게 된다.

상기 흡기 유로(410)는 터빈(100)의 외측 사방 360도로 형성되어지게 된다.

이에 상기 흡기 유로(410)가 사방으로 형성됨으로써 바람의 방향에 상관없이 바람이 터빈(100) 쪽으로 모아지게 된다.

도 2 및 도 7에서와 같이, 상기 바람모음판(400)은 터빈(100) 내부로 풍향이 집중될 수 있도록 비스듬이 경사지게 설치되어지게 된다.

또한, 도 1 및 도 3에서와 같이 상기 바람모음판(400)은 풍향이 터빈(100) 쪽으로 집중되고 블레이드(300)의 회전 효율을 높일 수 있도록 터빈(100) 주변의 4곳 모서리에서 터빈(100)의 중심으로부터 치우쳐서 설치되어지게 된다.

즉, 상기 바람모음판(400)의 안쪽 끝단부가 상기 지지프레임(200)의 사각 모서리와 맞닿지 않고 모서리로부터 한쪽으로 어긋나게 설치되어 터빈(100)으로 흡기된 바람이 터빈(100)을 회전시킨 후 다시 흘러가는데 가장 효율적이게 된다.

상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 풍력터빈발전기 바람 모음 장치에 따른 작용상태를 살펴보면 아래와 같다.

상기 지지프레임(200)의 외측에 상하, 좌우, 전후 사방으로 바람모음판(400)을 설치하게 되어 바람이 불어오는 방향에 구애받지 않고 바람이 바람모음판(400)의 안쪽에 형성된 흡기 유로(410)로 흘러들어가게 된다.

그리고, 상기 흡기 유로(410)를 통해 흡기되는 바람이 블레이드(300)에 부딪히면서 풍력에 의해 블레이드(300)가 회전되어지게 된다.

상기 블레이드(300)의 회전됨에 따라 터빈(100)이 회전되면서 터빈(100)에서 공급된 회전동력이 발전기로 전달되어 전기를 발생시키게 된다.

또한, 상기 바람모음판(400)이 360도 사방에 설치됨으로써 흡기 유로(410)도 사방으로 형성되어 약한 풍속에 바람이 어느 방향에서 불어와도 상기 흡기 유로(410)로 바람이 흡기될 수 있어 터빈(100)을 회전시킬 수 있게 된다.

이와 함께, 상기 터빈(100)에 설치되는 블레이드(300)가 135도의 각도로 꺾여서 날개 꺾임부(310)를 구비함으로써 약한 바람에도 회전이 가능하게 되어 발전 효율을 높일 수 있게 된다.

그리고, 상기 바람모음판(400)이 지지프레임(200)의 각 모서리로부터 한쪽 방향으로 벗어나서 설치됨으로써 풍향의 영향을 최소로 하고 풍속이 약해도 터빈(100)을 회전시킬 수 있게 된다.

따라서, 상기 터빈(100)에 날개 꺾임부(310)가 형성된 블레이드(300)를 설치하고 터빈(100) 외부에 전체 방향으로 흡기 유로(410)가 형성되도록 바람모음판(400)을 설치함으로써 바람이 어느 방향에서 약하게 불어와도 바람이 흡기 유로(410)를 통해 터빈(100) 쪽으로 집풍될 수 있어 에너지 발전 효율을 최대화할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100 : 터빈
200 : 지지프레임
300 : 블레이드
310 : 날개 꺾임부
400 : 바람모음판
410 : 흡기 유로

Claims (8)

1. 유체가 가지는 에너지를 회전 운동으로 바꾸어 유체의 흐름으로부터 에너지를 뽑아내기 위한 터빈;
   상기 터빈의 외부에 설치되어 터빈을 지지할 수 있도록 하는 지지프레임;
   상기 터빈의 외측에 일정 각도를 이루면서 설치되는 블레이드; 및
   상기 지지프레임의 외부에 설치되어 바람을 터빈 쪽으로 모을 수 있도록 하는 바람모음판;을 포함하고,
   상기 블레이드는 흡기된 바람이 터빈의 회전력을 최적화할 수 있도록 한쪽 방향으로 꺾여진 날개 꺾임부가 구비되고,
   상기 바람모음판은 풍향의 집중효율을 높일 수 있도록 터빈 주변의 4곳 모서리에서 터빈의 중심으로부터 치우쳐서 설치되도록, 바람모음판(400)의 안쪽 끝단부가 지지프레임(200)의 사각모서리와 맞닿지 않고 모서리로부터 한쪽으로 어긋나도록 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력터빈발전기 바람 모음 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 블레이드는 터빈의 외측에 일정 간격을 두고 복수개로 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력터빈발전기 바람 모음 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 날개 꺾임부는 흡기된 바람이 터빈을 회전시킨 후 다시 흘러가는데 최적화되게 135도 각도로 꺾여지는 것을 특징으로 하는 풍력터빈발전기 바람 모음 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 바람모음판은 풍향에 구애받지 않고 터빈 쪽으로 바람을 모을 수 있도록 360도 사방에 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력터빈발전기 바람 모음 장치.
6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 바람모음판의 안쪽에는 터빈 내로 바람이 모아지도록 흡기 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력터빈발전기 바람 모음 장치.
7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 바람모음판은 터빈 내부로 풍향이 집중될 수 있도록 비스듬히 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력터빈발전기 바람 모음 장치.
8. 삭제

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