KR102189487B1 - 풍력 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전 중심축으로부터 이격된 원주 상에서 양력 작용점을 갖는 수평 축형 풍력 발전장치의 기둥 상단에서 풍차가 자유로이 회전 가능하게 설치되어 풍향에 따라 선회되게 하는 회전반 유닛을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명 회전반 유닛은 기둥과 플랜지 이음을 이용하여 탈착식으로 설치되는 기저면과 이 기저면의 상면으로 연장 설치된 관형의 회전축으로 이룬 고정자와, 고정자의 회전축 둘레 상ㆍ하부 측에서 베어링들을 이용하여 자유로이 회전가능하게 중첩적으로 설치되는 보강관 및 이 보강관 하단에 일체로 구비되는 제1플랜지를 갖는 중간자와, 풍차의 축수 유닛에 그 저면을 관통해 일체로 하향 연장되어 중간자를 수용하는 관형의 외관과 이 외관의 하단에 중간자의 제1플랜지와 탈착가능하게 플랜지 이음되는 제2플랜지를 갖는 회전자 및 고정자의 회전축 상단 둘레에 나사조립되어 중간자가 회전축 상단으로부터의 이탈이 억제되게 하는 결속넛트를 포함하여 결합력이 보다 안정되고 확고히 이루어서, 자연재해 발생 시 강력한 태풍이나 폭풍우 등의 외력에 의해 풍차가 기둥 상부로부터의 이탈이 억제되어 중량의 풍차 비행을 예방하고 주변시설물의 파손과 치명적인 인명피해 등의 안전사고를 방지하게 된다.

Description

풍력 발전장치{Wind power generator}

본 발명은 회전 중심축으로부터 이격된 원주 상에서 양력 작용점을 갖는 수평 축형 풍력 발전장치에 관한 것으로, 특히 기둥과 분할형으로 설치되는 풍차의 결속이 보다 확고하고 안정화된 풍력 발전장치에 관한 것이다.

풍력 발전장치는 대략 수평 축형과 수직 축형 풍력 발전장치로 분류되고 있는데, 그러한 풍력 발전장치들 중 발전효율이 비교적 우수한 수평 축형 발전장치가 주로 많이 사용되고 있다.

수평 축형 발전장치는 회전중심축에 방사상으로 연장 설치된 긴 길이의 막대형 날개들에서 발생하는 양력을 회전중심축에 회전력으로 집중시켜 전력을 생산하고 있는데, 이때 막대형 날개들은 회전 중심축과의 연결면적에 인한 모멘트 전달능력 문제가 따라 그 설치 수가 제한되어 바람의 에너지를 충분히 이용하지 못하고 있다.

또 급속한 바람 변동성과 간헐성에 의해 일정한 회전력을 유지하지 못하는, 즉 관성모멘트가 작아 바람의 불연속성과 일정 시간 연속성을 유지하지 못하여 약질의 전력이 생산되고 있으며, 또한 회전속도가 느려 풍력발전에서 요구되는 회전속도의 증속을 위한 변속장비가 추가적으로 요구되어 설비의 구조가 복잡하고 시설비용 증가 등의 많은 문제가 따르고 있는 것이다.

근래에 와서는 회전 중심축으로부터 이격된 원주 상에서 분포되는 양력 작용점, 즉 비교적 짧은 길이의 날개들을 원주 상에서 배치하여 최대한으로 바람을 활용함과 동시, 바람의 불연속성 완화와 일정시간 연속성이 유지되게 하여 양질의 전력을 생산하는 풍차가 이용된 수평형 풍력 발전장치가 많이 사용되고 있다.

수평형 풍력 발전장치는 대략 링형의 팬유닛과 축수유닛으로 이루어 일측 또는 좌우 양측으로 설치되는 풍차가 기둥 상단에서 자유로이 회전 가능하게 설치되어 풍향을 따라 선회하며 소기의 전력생산을 이루게 된다.

그리고 수평형 풍력 발전장치에서 풍향에 따른 풍차의 선회를 위해 필수적으로 기둥과 풍차 사이에 회전반 유닛가 구비되고 있다.

회전반 유닛는 대략 풍차의 축수 유닛과 일체로 구비되는 가동부, 그리고 기둥 측과 일체로 구비된 고정부로 양분되어 이루어서, 가동부는 고정부로부터 일체로 연장설치되는 회전축 둘레에서 축수부재를 이용하여 자유로이 회전하게 된다.

이러한 수평형 풍력 발전장치는 비교적 높은, 바람이 지형물에 영향을 받지 않는 가능한 높은 높이에서 시설되고 있는 것이다.

이렇게 높이 시설되는 수평형 풍력발전장치는 대략 긴 길이의 기둥과 풍차 및 회전반 유닛들이 분할되어 운반 및 보관 시 부피가 가능한 최소로 줄일 수 있도록 하고 있다.

그런데 이렇게 분할 조립식의 수평형 풍력 발전장치에서 풍차의 축수 유닛과 회전반 유닛에서의 결합 및 결속이 불안정하여 풍차 이탈이 발생하는, 예를 강력한 태풍이나 폭풍우 발생 시 기둥 상단에 구비되는 회전반 유닛의 고정부에서 가동부가 이탈되어 중량의 풍차가 기둥으로부터 떨어져 나아가 비행하는 현상이 발생하고 있는 것이다.

이러한 중량의 풍차 비행은 주변시설물들의 파손은 물론이고, 치명적인 인명피해 등의 안전사고가 따르고 있다.

그리하여 풍력 발전장치에서의 풍차 이탈을 방지하는 구조개선이 시급히 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허 10-2010-0120569호 대한민국 등록실용 20-0379582호

본 발명은 상기에서와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 기둥과 분할형으로 설치되는 풍차의 축수 유닛과 회전반 유닛 사이에서의 결합 구조 개선을 통해 결속을 보다 확고하고 안정화하여서, 전력 발전중에서의 자연재해 발생 시 강력한 태풍이나 폭풍우 등의 외력에 의해 중량의 풍차 이탈을 억제하여 주변시설물의 파손과 치명적인 인명피해 등의 안전사고를 방지시킬 수 있는 풍력 발전장치를 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적은 회전 중심축으로부터 이격된 원주 상에서 양력 작용점을 갖는 수평 축형 풍력 발전장치의 기둥 상단에서 풍차가 자유로이 회전 가능하게 설치되어 풍향에 따라 선회되게 하는 회전반 유닛을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명 회전반 유닛은 기둥과 플랜지 이음을 이용하여 탈착식으로 설치되는 기저면과 이 기저면의 상면으로 연장 설치된 관형의 회전축으로 이룬 고정자와, 고정자의 회전축 둘레 상ㆍ하부 측에서 베어링들을 이용하여 자유로이 회전가능하게 중첩적으로 설치되는 보강관 및 이 보강관 하단에 일체로 구비되는 제1플랜지를 갖는 중간자와, 풍차의 축수 유닛에 그 저면을 관통해 일체로 하향 연장되어 중간자를 수용하는 관형의 외관과 이 외관의 하단에 중간자의 제1플랜지와 탈착가능하게 플랜지 이음되는 제2플랜지를 갖는 회전자 및 고정자의 회전축 상단 둘레에 나사조립되어 중간자가 회전축 상단으로부터의 이탈이 억제되게 하는 결속넛트를 포함하여 결합력이 보다 안정되고 확고히 이루어서, 자연재해 발생 시 강력한 태풍이나 폭풍우 등의 외력에 의해 풍차가 기둥 상부로부터의 이탈이 억제되어 중량의 풍차 비행을 예방하고 주변시설물의 파손과 치명적인 인명피해 등의 안전사고를 방지하게 된다.

본 발명에 따른 풍력 발전장치에 의하면, 전력 발전중에서의 자연재해 발생 시 강력한 태풍이나 폭풍우 등의 외력에 의해 풍차가 기둥으로부터 떨어져 나아가는 이탈현상이 방지되게 함으로서, 중량의 풍차 비행에 따랐던 주변시설물의 파손과 치명적인 인명피해 등의 안전사고를 방지하여 제품성의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명 풍력 발전장치의 전체적인 구성을 개략적으로 보여 주는 부분절결 측면도.
도 2는 본 발명 풍력 발전장치의 풍차 부분을 발췌하여 보여 주는 일부 확대부분 절결 측면도.
도 3의 (a)(b)(c)(d)는 본 발명 풍력 발전장치의 회전반 유닛 조립과정을 보여 주는 설명도이다.

다음 본 발명의 일 실시 예에 관해 설명하겠다. 도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 풍력 발전장치가 상세하게 도시되어 있다.

본 발명은 회전 중심축으로부터 이격된 원주 상에서 분포되는 양력 작용점을 갖는 수평 축형 풍력 발전장치를 제공하는 것이다.

도면에서 10은 기둥이다. 이 기둥(10)은 지면상에서 수직방향으로 설치되어 풍력 발전장치의 설치를 위한 관형으로 이룬 지지구조물이다. 이때 기둥(10)은 운반 및 보관 부피를 줄이기 위해 적어도 하나 이상으로 분할되어 이룰 수 있다.

기둥(10) 상단에는 그 기둥(10)과 인접하여 병행하게 설치되고, 기둥(10)과 교차방향에서의 회전 중심축을 가지고 탈착 방식으로 설치되는 풍차(30)가 구비될 것이다. 이때 기둥(10)과 풍차(30)의 사이에는 풍차(30)가 풍향에 따라 자유로이 회전하여 선회되게 하는 회전반 유닛을 갖는다.

풍차(30)는 크게 나누어 팬 유닛(32)과 축수 유닛(34)으로 구성되어 있다.

팬 유닛(32)은 비교적 큰 링형으로 이루어 그 내부 방사상에서 비교적 짧은 길의 날개들(32a)이 원주상으로 배열되어 축수 유닛(34)의 어느 일 측 또는 양측으로 배치된다.

축수 유닛(34)은 풍차(30)를 기둥(10) 상단에 탈착방식으로 설치 또는 풍차(30)의 회전중심축을 제공하는 구조물이다.

축수 유닛(34)은 중공의 관형으로 이루어 그 내부에 팬 유닛(32)으로부터 회전력을 전달받아 전력을 생산하는 발전기(GR)가 내장된다.

이와같은 구성은 종래와 동일한 것이고, 본 발명에서의 핵심적인 기술은 기둥(10) 상단에서 자유로이 회전하여 선회하는 풍차(30)가 자연재해, 즉 강력한 태풍이나 폭풍우로 인하여 이탈되는 것을 방지하기 위한 회전반 유닛의 구조 혁신에 그 특징이 있다.

본 발명에서의 회전반 유닛(40)은 크게 나누어 기둥(10) 측에서 플랜지이음을 이용하여 탈착식으로 설치되는 고정자(42)와, 풍차(30)의 축수 유닛(34) 측에 일체로 구비되는 회전자(44) 및 중간자(46)로 구성된다.

먼저, 회전반 유닛(40)의 고정자(42)는 기둥(10)과 플랜지 이음을 이용하여 탈착식으로 설치되는 기저면(42a)과, 이 기저면(42a)의 상면으로부터 연장 설치되는 관형의 회전축(42b)으로 구성되어 있다. 이때 회전축(42b)은 풍향에 따라 풍차(30)의 선회를 위한 회전 중심축을 제공할 것이다.

중간자(46)는 고정자(42)의 회전축(42b) 둘레 상ㆍ하부 측에서 베어링들(BR)을 이용하여 자유로이 회전가능하게 중첩적으로 설치되는 보강관(46a)과, 이 보강관(46a) 하단에 일체로 구비되는 제1플랜지(46b를 갖는다. 이때 보강관(46a)은 이후에 설명하는 회전자(44) 상단에서의 변형, 즉 축수 유닛(34)과의 용접 시의 열변형에 의한 비틀림 방지와 결합면적을 증대하는 보강구조이다.

그리고 고정자(42)와 중간자(46)는 고정자(42)의 회전축(42b) 상단에서 나사조립되는 결속너트(43)에 의해 안정되고 확고하게 상호 결합되어 중간자(46)가 회전축(42b) 상단으로부터의 이탈이 억제되어서, 자연재해 발생 시 강력한 태풍이나 폭풍우 등의 외력에 의해 풍차가 기둥(10)으로로부터 이탈되어 떨어져 나아는 현상을 완전 방지하고, 따라 중량의 풍차 비행을 예방하고 주변시설물의 파손과 치명적인 인명피해 등의 안전사고를 예방하게 될 것이다.

회전자(44)는 풍차(30)의 축수 유닛(34)에 그 저면을 관통해 일체로 하향 연장되고 그 상단이 축수 유닛(34)과 용착되어 중간자(46)를 수용하는 관형의 외관(44a)과, 이 외관(44a)의 하단에 중간자(46)의 제1플랜지(46b)와 탈착가능하게 플랜지 이음되는 제2플랜지(44b)가 구비되어 있다.

그리고 회전반 유닛(40)의 고정자(42)와 중간자(46) 및 회전자(44) 내로는 발전기(GR)로부터 출력되는 전력을 외부로 송출시키기 위한 전선(W)이 통과될 것이다.

또 고정자(42)의 기저면(42a)과 회전축(42b) 둘레의 사이에서 방사상으로 설치되어 회전축(42b)의 둘레를 받쳐 수직상태가 유지되게 하는 버팀대들(42c)을 더 포함하고 있다.

또한 버팀대(42c) 상면과 중간자(46) 사이에는 회전자(44) 및 중간자(46)의 원할한 회전을 도우는 부시형의 간격재(47)를 더 포함하고 있다.

본 발명에 따른 풍력 발전장치의 작동에 관해 설명하면, 풍차(30)는 바람이 가해지면 팬 유닛(32)의 날개들에서 양력이 발생하여 회전하게 된다.

풍차(300)의 팬 유닛(32)의 회전력은 장착 유닛(340)에 내장되어 있는 발전기(GR)로 전달되어 소기의 전력을 발생하게 될 것이다.

그리고 대기의 풍향이 변화되면 기둥(20) 상단에 구비되는 회전반 유닛(40)에 의해 풍차(30)가 대기의 풍향에 대응하여 좌우로 방향 선회하게 된다.

따라서, 최대한으로 바람을 활용함과 동시, 바람의 불연속성 완화와 일정시간 연속성이 유지되게 하여 양질의 전력을 생산하게 될 것이다.

또한 본 발명은 기둥(10) 측에서 플랜지이음을 이용하여 탈착식으로 설치되는 고정자(42)와, 풍차(30)의 축수 유닛(34) 측에 일체로 구비되는 회전자(44) 및 중간자(46)로 이루어 보다 안정되고 확고한 결합력을 갖는 회전반 유닛(40)으로 풍차(30)가 결합되게 함으로서, 풍차(30)가 강력한 태풍이나 폭풍우 등의 외력에 의해 기둥(10)으로부터의 이탈이 방지된다.

따라서, 중량의 풍차(30)에 의한 주변시설물의 파손과 치명적인 인명피해 등의 안전사고를 방지하게 될 것이다.

이상에서와같이 본 발명의 일 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 이에 국한되지 않고 청구범위에 기재된 범위 내에서 변경이 가능할 것이다.

10: 기둥
30: 풍차 32: 팬 유닛 34: 축수 유닛
40: 회전반 유닛 42: 고정자 44: 가동자 46: 중간자

Claims (3)

1. 수직으로 설치되는 기둥을 가지며, 이 기둥 상단에서 회전반 유닛을 이용하여 링형의 팬 유닛과 발전기가 내장된 축수 유닛으로 이루어 일측 또는 좌우 양측으로 설치되는 풍차가 자유로이 회전 가능하게 설치되어 풍향에 따라 선회하며 전력생산을 이루게 한 풍력 발전장치로서,
   상기 회전반 유닛은,
   상기 기둥과 플랜지 이음을 이용하여 탈착식으로 설치되는 기저면과, 이 기저면의 상면으로 연장 설치된 관형의 회전축으로 이룬 고정자;
   상기 고정자의 회전축 둘레 상ㆍ하부 측에서 베어링들을 이용하여 자유로이 회전가능하게 중첩적으로 설치되는 보강관과, 이 보강관 하단에 일체로 구비되는 제1플랜지를 갖는 중간자;
   상기 풍차의 축수 유닛에 그 저면을 관통해 일체로 하향 연장되어 상기 중간자를 수용하는 관형의 외관과, 이 외관의 하단에 상기 중간자의 제1플랜지와 탈착가능하게 플랜지 이음되는 제2플랜지를 갖는 회전자; 및
   상기 고정자의 회전축 상단 둘레에 나사조립되어 상기 중간자가 상기 회전축 상단으로부터의 이탈이 억제되게 하는 결속넛트를 포함한 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고정자의 기저면과 상기 회전축 둘레의 사이에서 방사상으로 설치되어 상기 회전축의 둘레를 받쳐 수직상태가 유지되게 하는 버팀대들을 더 포함하는 풍력 발전장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 버팀대 상면과 상기 중간자 사이에 개재되어 상기 회전자 및 상기 중간자의 원할한 회전을 도우는 부시형의 간격재를 더 포함하는 풍력 발전장치.

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