KR102273392B1 - 블레이드와 유로를 포함한 수직형 풍력발전장치 - Google Patents

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황금천
최승일
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주식회사 파미르
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Abstract

풍향의 변화가 잦거나, 풍속이 느린 환경에서도 적어도 하나의 블레이드에 정확한 유체의 압력을 전달하고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드의 회전력을 충분히 확보하여 지속적이고 안정적으로 전력을 생산할 수 있는 수직형 풍력발전장치를 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 블레이드와 유로를 포함한 수직형 풍력발전장치는, 내부에 외부공간과 연통되어 유체가 흐르도록 구성되는 유로를 형성하는 가이드와, 유로에 회전 가능하게 배치되고, 유로를 흐르는 유체에 가압되어 회전되는 적어도 하나의 블레이드와, 가이드의 전방에 배치되어 유로로 유입되는 유체의 방향을 제어하도록 구성되는 풍향 조절판을 포함한다.

Description

블레이드와 유로를 포함한 수직형 풍력발전장치{Vertical wind turbine with blade and flow path}
본 발명은 수직형 풍력발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전장치는 자연의 바람 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 발전하는 것으로, 이와 같은 풍력발전장치는 바람이 많이 부는 장소에 설치하여 바람을 유입함은 물론 유입된 바람의 힘으로 터빈을 회전시켜 전기를 발생시킨다.
풍력발전장치는 외부에서 유입되는 바람에 의해 회전되는 회전날개와, 회전날개의 회전력을 전달하는 회전축과, 회전축에 의해 구동되어 동력 및 전기를 발생시키는 발전기로 구성된다.
풍력발전장치는 상술한 회전축의 배치 방향에 따라 수평형과 수직형으로 구분된다.
수직형 풍력발전장치는 발전기를 구동시키는 회전축이 지면에 대하여 수직으로 배치되는 구조로서, 대표적인 수직형 풍력발전장치로는, 회전축의 둘레에 회전축과 함께 회전되는 반원통 형상의 회전날개가 배치되는 사보니우스형 풍력발전장치가 있다.
그러나, 종래의 수직형 풍력발전장치는 반원통 형상의 회전날개가 외부공간에 노출되어 전 방향에서 바람의 영향을 받도록 설계됨에 따라, 풍향이 수시로 변화하거나, 풍속이 느린 지역에서는 회전날개의 주변에서 바람이 분산되어 회전날개의 전면으로 바람이 정확히 전달되지 못하고, 이에 따라 회전날개가 충분히 회전되지 못하여 지속적이고 안정적인 전력 생산이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 내부에 유체가 일 방향으로 이동 가능한 유로를 형성하고, 유로 내에 적어도 하나의 블레이드를 배치하여, 풍향의 변화가 잦거나, 풍속이 느린 환경에서도 적어도 하나의 블레이드에 정확한 유체의 압력을 전달하고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드의 회전력을 충분히 확보하여 지속적이고 안정적으로 전력을 생산할 수 있는 블레이드와 유로를 포함한 수직형 풍력발전장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 블레이드와 유로를 포함한 수직형 풍력발전장치는 내부에 외부공간과 연통되어 유체가 흐르도록 구성되는 유로를 형성하는 가이드; 상기 유로에 회전 가능하게 배치되고, 상기 유로를 흐르는 유체에 가압되어 회전되는 적어도 하나의 블레이드; 및 상기 가이드의 전방에 배치되어 상기 유로로 유입되는 유체의 방향을 제어하도록 구성되는 풍향조절판을 포함한다.
상기 유로 입구의 폭과 면적은 상기 유로 출구의 폭과 면적에 비하여 더 넓게 형성될 수 있다.
그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 반대의 구조를 가질 수 있다.
상기 풍향 조절판은, 외부에서 상기 유로로 유입되는 유체를 상기 적어도 하나의 블레이드의 전방 측으로 안내하고, 상기 가이드는, 상기 유체가 상기 적어도 하나의 블레이드를 가압하도록, 상기 풍향 조절판에 의해 상기 적어도 하나의 블레이드의 전방 측으로 이동된 유체의 방향을 전환하여, 상기 유체를 상기 적어도 하나의 블레이드의 전면으로 안내할 수 있다.
상기 가이드는, 상기 유로가 관통된 제1 방향에 대하여 교차되는 제2 방향을 따라서 일 측에 배치되는 제1 가이드 조립체; 및 상기 제2 방향을 따라서 타 측에 배치되는 제2 가이드 조립체를 포함하고, 상기 제1 가이드 조립체와 상기 제2 가이드 조립체는 상기 제2 방향을 따라 대칭 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 가이드 조립체와 상기 제2 가이드 조립체는, 상기 제1 방향을 따라 원호 형상으로 구성되어 상기 적어도 하나의 블레이드의 전방 측으로 이동된 유체의 방향을 전환하고, 상기 유체를 상기 유로의 출구 측으로 안내하도록 구성되는 가이드 바디; 및 상기 가이드 바디의 일단부로부터 연장되고, 상기 제1 방향에 대하여 상기 외부공간을 향하도록 경사지게 배치되어 외부로부터 유입된 유체를 상기 적어도 하나의 블레이드 측으로 안내하도록 구성되는 보조 가이드 부재를 포함할 수 있다.
상기 보조 가이드 부재는 상기 제1 방향에 대하여 0도 이상 60도이하의 각도로 경사지게 배치될 수 있다.
상기 제1 가이드 조립체와 상기 제2 가이드 조립체는, 상기 가이드 바디의 타단부로부터 연장되고, 상기 제1 방향에 대하여 상기 유로를 향하도록 경사지게 배치되어 상기 가이드 바디를 통해 안내된 유체를 상기 유로의 출구 측으로 안내하도록 구성되는 배기노즐을 더 포함할 수 있다.
상기 가이드 바디는, 상기 가이드 바디와 상기 배기노즐 사이를 선택적으로 개방하여 상기 유로를 유동중인 유체의 일부를 상기 외부공간으로 배출시키도록 구성될 수 있다.
상기 가이드 바디는, 일단부에 상기 보조 가이드 부재가 마련되는 고정부; 상기 고정부에 결합되는 힌지부; 및 상기 힌지부에 회전 가능하게 결합되어 상기 배기노즐의 단부에 접하거나, 상기 배기노즐의 단부로부터 이격 배치되도록 구성되는 개폐부를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 블레이드는, 상기 유로에 회전 가능하게 배치되는 축부; 및 상기 축부에 결합되고, 상기 유로를 이동하는 유체에 가압되어 상기 축부와 함께 회전되도록 구성되는 날개부를 포함하고, 상기 날개부는, 접촉되는 유체를 중심부로 안내하여 상기 유체로부터 가해지는 압력을 상기 중심부에 집중시키는 오목한 유선형의 제1 접촉면; 및 상기 제1 접촉면으로부터 연장되고, 접촉되는 유체를 외측으로 안내하여 상기 유체로부터 가해지는 압력을 분산시키는 볼록한 유선형의 제2 접촉면을 포함할 수 있다.
유체의 유동방향을 따라 상기 적어도 하나의 블레이드의 후방에 회전 가능하게 배치되고, 상기 가이드에 의해 안내된 유체에 가압되어 회전되는 적어도 하나의 보조 블레이드를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 블레이드와 상기 적어도 하나의 보조 블레이드는 상기 유로에 하나 이상 배치될 수 있다.
상기 풍향 조절판은 상기 가이드의 전방에 복수로 배치되어 복수의 위치에서 상기 유로로 유입되는 유체의 방향을 전환하도록 구성될 수 있다.
상기 풍향 조절판은, 상기 제1 방향에 대하여 평행하게 배치되는 제1 풍향 조절판; 및 상기 제1 풍향 조절판으로부터 이격 배치되고, 상기 제1 풍향 조절판에 대하여 경사지게 배치되어 상기 유로로 유입되는 유체를 상기 적어도 하나의 블레이드의 전방 측으로 안내하는 제2 풍향 조절판을 포함할 수 있다.
상기 제2 풍향 조절판은 상기 제1 풍향 조절판에 대하여 0도 이상 60도 이하의 각도로 경사지게 배치될 수 있다.
상기 풍향 조절판은, 상기 제2 풍향 조절판으로부터 이격 배치되고, 상기 제2 풍향 조절판에 대하여 경사지게 배치되어 상기 유로로 유입되는 유체를 상기 적어도 하나의 블레이드의 전방 측으로 안내하는 제3 풍향 조절판을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 풍향 조절판은 상기 제2 풍향 조절판에 대하여 0도 이상 60도 이하의 각도로 경사지게 배치될 수 있다.
상기 유로로 유입되는 유체는, 상기 제1 가이드 조립체의 보조 가이드 부재 와 상기 제1 풍향 조절판, 상기 제1 풍향 조절판과 상기 제2 풍향 조절판, 상기 제2 풍향 조절판과 상기 제3 풍향 조절판, 및 상기 제3 풍향 조절판과 상기 제2 가이드 조립체의 보조 가이드 부재에 의해, 복수의 위치에서 방향이 전환될 수 있다.
지면에 대하여 수직으로 배치되고, 내부에 상기 가이드, 상기 적어도 하나의 블레이드 및 상기 풍향 조절판이 수용되며, 상기 가이드, 상기 적어도 하나의 블레이드 및 상기 풍향 조절판과 함께 원주방향을 따라 회전되도록 구성되는 하우징; 상기 적어도 하나의 블레이드의 회전력을 전달받아 전기를 발생시키도록 구성되는 발전기; 상기 지면에 설치되어 상기 하우징을 회전 가능하게 지지하고, 상기 발전기를 외부로부터 보호하도록 구성되는 베이스; 및 상기 하우징에 수용되고, 상기 적어도 하나의 블레이드와 상기 발전기를 연결하여 상기 적어도 하나의 블레이드의 회전력을 상기 발전기에 전달하도록 구성되는 구동계를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 외부에서 유동되는 유체에 의해 원주방향을 따라 회전하면서 상기 유체가 유동되는 방향을 스스로 추종하여, 항상 상기 유로의 입구를 상기 유체가 유동되는 방향을 향하도록 배치시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 벨 마우스 형태의 가이드를 구비하여 유체가 일 방향으로 이동 가능한 유로를 형성하고, 유로 내에 적어도 하나의 블레이드를 배치함으로써, 풍향의 변화가 잦거나, 풍속이 느린 환경에서도 적어도 하나의 블레이드에 정확한 유체의 압력을 전달하고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드의 회전력을 충분히 확보하여 지속적이고 안정적으로 전력을 생산할 수 있다.
또한, 유로에 배치된 적어도 하나의 블레이드는 일 방향에서만 유체의 영향을 받음에 따라, 유체의 압력 손실 없이 적어도 하나의 블레이드의 전면부에 유체의 압력을 집중시킬 수 있고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드의 회전력을 향상시킬 수 있다.
또한, 유체를 적어도 하나의 블레이드의 전면 측으로 안내하는 가이드와 적어도 하나의 블레이드 사이의 간격을 최소화하므로, 적어도 하나의 블레이드를 가압하지 않고 적어도 하나의 블레이드를 통과하는 유체량을 감소시키고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드에 작용하는 유체의 압력을 상승시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 풍향 조절판과 유선형의 블레이드를 통하여 외부로부터 유로로 유입되는 유체를 특정 방향으로 유도함으로써, 적어도 하나의 블레이드를 지정된 방향으로 회전시킬 수 있고, 이를 통해 지속적으로 전력을 생산할 수 있다.
또한, 벨 마우스 형태의 가이드에 유로를 외부공간과 선택적으로 연통시키는 배기 구조를 적용하므로, 유로 내부의 압력이 상승될 경우 유로의 내부에 흐르는 유체를 외부공간으로 배출시켜 유로의 내부 압력을 일정하게 유지할 수 있고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드에 가해지는 과도한 압력과 과속으로 인한 회전 부품들의 손상을 예방할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 전체적인 유로의 배치 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치에 의해 유체가 유동되는 경로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 가이드 및 풍향 조절판의 배치 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치를 통과하는 유체가 가이드에 의해 외부공간으로 배출되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 블레이드를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고 "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 전체적인 유로의 배치 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치에 의해 유체가 유동되는 경로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 블레이드(120)와 유로(F)를 포함한 수직형 풍력발전장치(100)(이하 '풍력발전장치(100)'라 함)는 가이드(110), 블레이드(120) 및 풍향 조절판(130)을 포함한다.
가이드(110)는 내부에 외부공간과 연통되어 유체(WIND)가 흐르도록 구성되는 유로(F)를 형성한다.
가이드(110)는 유체의 유입이 용이하도록 입구부가 벨 마우스(bell mouth)의 형태로 형성될 수 있다.
따라서, 유체가 유입되는 유로(F)의 입구의 폭(w1)과 면적이, 유체가 유출되는 유로(F)의 출구의 폭(w2)과 면적에 비하여 더 넓게 형성될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 반대의 구조를 가질 수 있다. 여기서, 유로(F)의 입구는 제1 방향(D1)의 전방(FRONT)에 배치되고, 유로(F)의 출구는 제1 방향(D1)의 후방(BACK)에 배치될 수 있다.
풍향 조절판(130)은 제1 방향(D1)을 따라 가이드(110)의 전방에 배치되어 유로(F)로 유입되는 유체의 방향을 제어하도록 구성된다.
이를 통해, 풍향 조절판(130)은 외부에서 유로(F)로 유입되는 유체를 가이드(110)의 내부에 배치된 적어도 하나의 블레이드(120)의 전방 측으로 안내할 수 있다.
따라서, 가이드(110)는, 풍향 조절판(130)에 의해 적어도 하나의 블레이드(120)의 전방 측으로 이동된 유체의 방향을 전환하여, 유체를 적어도 하나의 블레이드(120)의 전면으로 안내할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 가이드 및 풍향 조절판의 배치 구조를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 가이드(110)는 제1 가이드 조립체(111)와, 제2 가이드 조립체(112)를 포함할 수 있다.
제1 가이드 조립체(111)는 유로(F)가 관통된 제1 방향(D1)에 대하여 교차되는 제2 방향(D2)을 따라서 일 측에 배치되고, 제2 가이드 조립체(112)는 제2 방향(D2)을 따라서 타 측에 배치될 수 있다.
제1 가이드 조립체(111)와, 제2 가이드 조립체(112)는 제2 방향(D2)을 따라 대칭 구조를 가질 수 있다.
제1 가이드 조립체(111)와 제2 가이드 조립체(112)는 각각, 가이드 바디(GB)와, 보조 가이드 부재(SG)를 포함할 수 있다.
가이드 바디(GB)는 제1 방향(D1)을 따라 원호 형상으로 구성되어 적어도 하나의 블레이드(120)의 전방 측으로 이동된 유체의 방향을 전환하고, 유체를 유로(F)의 출구 측으로 안내하도록 구성될 수 있다.
보조 가이드 부재(SG)는 가이드 바디(GB)의 일단부로부터 연장되어 가이드 바디(GB)의 전방에 배치될 수 있다. 그리고, 보조 가이드 부재(SG)는 제1 방향(D1)에 대하여 외부공간을 향하도록 경사지게 배치되어 외부로부터 유입된 유체를 적어도 하나의 블레이드(120) 측으로 안내할 수 있다.
제1 가이드 조립체(111)와 제2 가이드 조립체(112)는 각각, 배기노즐(EN)을 더 포함할 수 있다.
배기노즐(EN)은 가이드 바디(GB)의 타단부로부터 연장되어 가이드 바디(GB)의 후방에 배치될 수 있다. 그리고, 배기노즐(EN)은 제1 방향(D1)에 대하여 유로(F)를 향하도록 경사지게 배치되어 가이드 바디(GB)를 통해 안내된 유체를 유로(F)의 출구 측으로 안내할 수 있다.
예를 들어, 보조 가이드 부재(SG)와 배기노즐(EN)은 각각 제1 방향(D1)에 대하여 0도 이상 60도 이하의 각도(θ1)로 경사지게 배치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치를 통과하는 유체가 가이드에 의해 외부공간으로 배출되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 가이드 바디(GB)는 가이드 바디(GB)와 배기노즐(EN) 사이를 선택적으로 개방하여 유로(F)를 유동중인 유체의 일부를 외부공간으로 배출시키도록 구성될 수 있다.
가이드 바디(GB)는, 일단부에 보조 가이드 부재(SG)가 마련되는 고정부(G1)와, 고정부(G1)에 결합되는 힌지부(G2)와, 힌지부(G2)에 회전 가능하게 결합되어 배기노즐(EN)의 단부에 접하거나, 배기노즐(EN)의 단부로부터 이격 배치되도록 구성되는 개폐부(G3)를 포함할 수 있다. 이때, 힌지부(G2)에는 설정 압력으로 개폐부(G3)를 가압하여 개폐부(G3)를 배기노즐(EN)의 단부에 접촉된 상태로 유지시키는 탄성 가압 부재(미도시)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 탄성 가압 부재는 리턴 스프링 혹은 전기전자식 장치, 유공압 장치 등으로 적용될 수 있다.
따라서, 유로(F)를 유동 중인 유체에 의해 유로(F)의 내부 압력이 개폐부(G3)를 가압하고 있는 탄성 가압 부재의 설정 압력보다 높아질 경우, 개폐부(G3)가 유체의 압력에 의해 배기노즐(EN)의 단부로부터 이격되면서 가이드 바디(GB)와 배기노즐(EN) 사이를 개방하게 되고, 이를 통해 유로(F)를 유동중인 유체의 일부가 외부공간으로 배출되어 유로(F)의 내부 압력이 안정화될 수 있다. 이 개폐부(G3)는 수직형 풍력발전장치의 요구출력, 크기, 형식 등의 변경에 따라 복수로 적용될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 풍향 조절판(130)은 가이드(110)의 전방에 복수로 배치되어 복수의 위치에서 유로(F)로 유입되는 유체의 방향을 전환하도록 구성될 수 있다.
풍향 조절판(130)은 제1 방향(D1)에 대하여 평행하게 배치되는 제1 풍향 조절판(131)과, 제1 풍향 조절판(131)으로부터 이격 배치되는 제2 풍향 조절판(132)을 포함할 수 있다.
제2 풍향 조절판(132)은 제1 풍향 조절판(131)에 대하여 경사지게 배치되어 유로(F)로 유입되는 유체를 적어도 하나의 블레이드(120)의 전방 측으로 안내할 수 있다.
예를 들어, 제2 풍향 조절판(132)은 제1 풍향 조절판(131)에 대하여 0도 이상 60도 이하의 각도(θ2)로 경사지게 배치될 수 있다.
풍향 조절판(130)은 제3 풍향 조절판(133)을 더 포함할 수 있다.
제3 풍향 조절판(133)은 제2 풍향 조절판(132)으로부터 이격 배치되고, 제2 풍향 조절판(132)에 대하여 경사지게 배치되어 유로(F)로 유입되는 유체를 적어도 하나의 블레이드(120)의 전방 측으로 안내할 수 있다.
예를 들어, 제3 풍향 조절판(133)은 제2 풍향 조절판(132)에 대하여 0도 이상 60도 이하의 각도(θ3)로 경사지게 배치될 수 있다.
따라서, 유로(F)로 유입되는 유체는, 제1 가이드 조립체(111)의 보조 가이드 부재(SG)와 제1 풍향 조절판(131), 제1 풍향 조절판(131)과 제2 풍향 조절판(132), 제2 풍향 조절판(132)과 제3 풍향 조절판(133), 및 제3 풍향 조절판(133)과 제2 가이드 조립체(112)의 보조 가이드 부재(SG)에 의해, 복수의 위치에서 방향이 전환될 수 있다.
도 1을 참조하면, 적어도 하나의 블레이드(120)는 가이드(110)의 내부에 마련된 유로(F)에 회전 가능하게 배치되고, 유로(F)를 흐르는 유체에 가압되어 회전된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 블레이드를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 적어도 하나의 블레이드(120)는 유로(F)에 회전 가능하게 배치되는 축부(121)와, 축부(121)에 결합되고, 유로(F)를 이동하는 유체에 가압되어 축부(121)와 함께 회전되도록 구성되는 날개부(122)를 포함할 수 있다.
날개부(122)는 유체의 압력이 적어도 하나의 블레이드(120)의 특정 구간에 집중될 수 있도록 유선형 구조로 형성될 수 있다.
날개부(122)는 제1 접촉면(122A)과, 제2 접촉면(122B)을 포함할 수 있다.
제1 접촉면(122A)은 접촉되는 유체를 제1 접촉면(122A)의 중심부로 안내하여 유체로부터 가해지는 압력을 제1 접촉면(122A)의 중심부에 집중시키는 오목한 유선형상으로 형성될 수 있다.
제2 접촉면(122B)은 제1 접촉면(122A)으로부터 연장되고, 접촉되는 유체를 제2 접촉면(122B)의 외측으로 안내하여 유체로부터 가해지는 압력을 분산시키는 볼록한 유선형상으로 형성될 수 있다.
이에 따라, 적어도 하나의 블레이드(120)의 전면으로 이동된 유체는 날개부(122)의 제1 접촉면(122A)에 집중되고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드(120)는 일 방향으로 연속적으로 회전될 수 있다.
적어도 하나의 블레이드(120)에 마련된 접촉면들(122A, 122B)은 각각 복수로 마련될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 본 풍력발전장치(100)는 적어도 하나의 보조 블레이드(140)를 더 포함할 수 있다.
적어도 하나의 보조 블레이드(140)는 유체의 유동방향, 즉, 제1 방향(D1)을 따라 적어도 하나의 블레이드(120)의 후방에 회전 가능하게 배치되고, 가이드(110)에 의해 안내된 유체에 가압되어 회전될 수 있다.
적어도 하나의 블레이드(120)와 적어도 하나의 보조 블레이드(140)는 유로(F)에 하나 이상 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 6을 참조하면, 본 풍력발전장치(100)는 하우징(150), 발전기(160), 베이스(170) 및 구동계(180)를 더 포함할 수 있다.
하우징(150)은 지면에 대하여 수직으로 배치되고, 내부에 가이드(110), 적어도 하나의 블레이드(120) 및 풍향 조절판(130)이 수용되며, 가이드(110), 적어도 하나의 블레이드(120) 및 풍향 조절판(130)과 함께 원주방향을 따라 회전되도록 구성될 수 있다.
이를 통해, 하우징(150)은 외부에서 유동되는 유체에 의해 원주방향을 따라 회전하면서 유체가 유동되는 방향을 스스로 추종하여, 항상 유로(F)의 입구를 유체가 유동되는 방향을 향하도록 배치시킬 수 있다.
발전기(160)는 베이스(170)에 수용되고, 구동계(180)를 통해 적어도 하나의 블레이드(120)와 적어도 하나의 보조 블레이드(140)의 회전력을 전달받아 전기를 발생시키도록 구성될 수 있다.
베이스(170)는 지면에 설치되어 하우징(150)을 회전 가능하게 지지할 수 있다. 베이스(170)의 내부에는 발전기(160)가 수용될 수 있다. 이를 통해, 베이스(170)는 발전기(160)를 외부로부터 보호할 수 있다.
구동계(180)는 하우징(150)에 수용되고, 적어도 하나의 블레이드(120)와 발전기(160)를 연결하여 적어도 하나의 블레이드(120) 및 적어도 하나의 보조 블레이드(140)의 회전력을 발전기(160)에 전달하도록 구성될 수 있다.
이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 벨 마우스 형태의 가이드(110)를 구비하여 유체가 일 방향으로 이동 가능한 유로(F)를 형성하고, 유로(F) 내에 적어도 하나의 블레이드(120)를 배치함으로써, 풍향의 변화가 잦거나, 풍속이 느린 환경에서도 적어도 하나의 블레이드(120)에 정확한 유체의 압력을 전달하고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드(120)의 회전력을 충분히 확보하여 지속적이고 안정적으로 전력을 생산할 수 있다.
또한, 유로(F)에 배치된 적어도 하나의 블레이드(120)는 일 방향에서만 유체의 영향을 받음에 따라, 유체의 압력 손실 없이 적어도 하나의 블레이드(120)의 전면부에 유체의 압력을 집중시킬 수 있고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드(120)의 회전력을 향상시킬 수 있다.
또한, 유체를 적어도 하나의 블레이드(120)의 전면 측으로 안내하는 가이드(110)와 적어도 하나의 블레이드(120) 사이의 간격을 최소화하므로, 적어도 하나의 블레이드(120)를 가압하지 않고 적어도 하나의 블레이드(120)를 통과하는 유체량을 감소시키고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드(120)에 작용하는 유체의 압력을 상승시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 풍향 조절판(130)과 유선형의 블레이드(120)를 통하여 외부로부터 유로(F)로 유입되는 유체를 특정 방향으로 유도함으로써, 적어도 하나의 블레이드(120)를 지정된 방향으로 회전시킬 수 있고, 이를 통해 지속적으로 전력을 생산할 수 있다.
또한, 벨 마우스 형태의 가이드(110)에 유로(F)를 외부공간과 선택적으로 연통시키는 배기 구조를 적용하므로, 유로(F) 내부의 압력이 상승될 경우 유로(F)의 내부에 흐르는 유체를 외부공간으로 배출시켜 유로(F)의 내부 압력을 일정하게 유지할 수 있고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드(120)에 가해지는 과도한 압력과 과속으로 인한 회전 부품들의 손상을 예방할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
100. 수직형 풍력발전장치
110. 가이드 F. 유로
111. 제1 가이드 조립체 112. 제2 가이드 조립체
GB. 가이드 바디 G1. 고정부
G2. 힌지부 G3. 개폐부
SG. 보조 가이드 부재 EN. 배기노즐
120. 블레이드
121. 축부 122. 날개부
122A. 제1 접촉면 122B. 제2 접촉면
130. 풍향 조절판
131. 제1 풍향 조절판 132. 제2 풍향 조절판
133. 제3 풍향 조절판
140. 보조 블레이드 150. 하우징
160. 발전기 170. 베이스
180. 구동계

Claims (15)

  1. 내부에 외부공간과 연통되어 유체가 흐르도록 구성되는 유로(F)를 형성하는 가이드(110);
    상기 유로(F)에 회전 가능하게 배치되고, 상기 유로(F)를 흐르는 유체에 가압되어 회전되는 적어도 하나의 블레이드(120); 및
    상기 가이드(110)의 전방에 배치되어 상기 유로(F)로 유입되는 유체의 방향을 제어하도록 구성되는 풍향 조절판(130)을 포함하고,
    상기 풍향 조절판(130)은, 외부에서 상기 유로(F)로 유입되는 유체를 상기 적어도 하나의 블레이드(120)의 전방 측으로 안내하고,
    상기 가이드(110)는, 상기 풍향 조절판(130)에 의해 상기 적어도 하나의 블레이드(120)의 전방 측으로 이동된 유체의 방향을 전환하여, 상기 유체를 상기 적어도 하나의 블레이드(120)의 전면으로 안내하며,
    상기 가이드(110)는,
    상기 유로(F)가 관통된 제1 방향(D1)에 대하여 교차되는 제2 방향(D2)을 따라서 일 측에 배치되는 제1 가이드 조립체(111), 및
    상기 제2 방향(D2)을 따라서 타 측에 배치되는 제2 가이드 조립체(112)를 포함하고,
    상기 제1 가이드 조립체(111)와 상기 제2 가이드 조립체(112)는 상기 제2 방향(D2)을 따라 대칭 구조를 갖으며,
    상기 제1 가이드 조립체(111)와 상기 제2 가이드 조립체(112)는,
    상기 제1 방향(D1)을 따라 원호 형상으로 구성되어 상기 적어도 하나의 블레이드(120)의 전방 측으로 이동된 유체의 방향을 전환하고, 상기 유체를 상기 유로(F)의 출구 측으로 안내하도록 구성되는 가이드 바디(GB), 및
    상기 가이드 바디(GB)의 일단부로부터 연장되고, 상기 제1 방향(D1)에 대하여 상기 외부공간을 향하도록 경사지게 배치되어 외부로부터 유입된 유체를 상기 적어도 하나의 블레이드(120) 측으로 안내하도록 구성되는 보조 가이드 부재(SG)를 포함하고,
    상기 제1 가이드 조립체(111)와 상기 제2 가이드 조립체(112)는,
    상기 가이드 바디(GB)의 타단부로부터 연장되고, 상기 제1 방향(D1)에 대하여 상기 유로(F)를 향하도록 경사지게 배치되어 상기 가이드 바디(GB)를 통해 안내된 유체를 상기 유로(F)의 출구 측으로 안내하도록 구성되는 배기노즐(EN)을 더 포함하며,
    상기 가이드 바디(GB)는,
    상기 가이드 바디(GB)와 상기 배기노즐(EN) 사이를 선택적으로 개방하여 상기 유로(F)를 유동중인 유체의 일부를 상기 외부공간으로 배출시키도록 구성되고,
    상기 가이드 바디(GB)는,
    일단부에 상기 보조 가이드 부재(SG)가 마련되는 고정부(G1),
    상기 고정부(G1)에 결합되는 힌지부(G2), 및
    상기 힌지부(G2)에 회전 가능하게 결합되어 상기 배기노즐(EN)의 단부에 접하거나, 상기 배기노즐(EN)의 단부로부터 이격 배치되도록 구성되는 개폐부(G3)를 포함하며,
    유체의 유동방향을 따라 상기 적어도 하나의 블레이드(120)의 후방에 회전 가능하게 배치되고, 상기 가이드(110)에 의해 안내된 유체에 가압되어 회전되는 적어도 하나의 보조 블레이드(140)를 더 포함하고,
    상기 풍향 조절판(130)은 상기 가이드(110)의 전방에 복수로 배치되어 복수의 위치에서 상기 유로(F)로 유입되는 유체의 방향을 전환하도록 구성되며,
    상기 풍향 조절판(130)은,
    상기 제1 방향(D1)에 대하여 평행하게 배치되는 제1 풍향 조절판(131), 및
    상기 제1 풍향 조절판(131)으로부터 이격 배치되고, 상기 제1 풍향 조절판(131)에 대하여 경사지게 배치되어 상기 유로(F)로 유입되는 유체를 상기 적어도 하나의 블레이드(120)의 전방 측으로 안내하는 제2 풍향 조절판(132)을 포함하고,
    상기 풍향 조절판(130)은,
    상기 제2 풍향 조절판(132)으로부터 이격 배치되고, 상기 제2 풍향 조절판(132)에 대하여 경사지게 배치되어 상기 유로(F)로 유입되는 유체를 상기 적어도 하나의 블레이드(120)의 전방 측으로 안내하는 제3 풍향 조절판(133)을 더 포함하며,
    상기 보조 가이드 부재(SG)와 상기 배기노즐(EN)은 각각 제1 방향(D1)에 대하여 0도 이상 60도 이하의 각도(θ1)로 경사지게 배치되고,
    상기 제2 풍향 조절판(132)은 상기 제1 풍향 조절판(131)에 대하여 0도 이상 60도 이하의 각도(θ2)로 경사지게 배치되고,
    상기 제3 풍향 조절판(133)은 제2 풍향 조절판(132)에 대하여 0도 이상 60도 이하의 각도(θ3)로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 블레이드(120)와 유로(F)를 포함한 수직형 풍력발전장치(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유로(F) 입구 그리고 상기 유로(F) 출구의 폭과 면적은 서로 상이하게 형성되는, 블레이드(120)와 유로(F)를 포함한 수직형 풍력발전장치(100).
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 블레이드(120)는,
    상기 유로(F)에 회전 가능하게 배치되는 축부(121); 및
    상기 축부(121)에 결합되고, 상기 유로(F)를 이동하는 유체에 가압되어 상기 축부(121)와 함께 회전되도록 구성되는 날개부(122)를 포함하고,
    상기 날개부(122)는,
    접촉되는 유체를 중심부로 안내하여 상기 유체로부터 가해지는 압력을 상기 중심부에 집중시키는 오목한 유선형의 제1 접촉면(122A); 및
    상기 제1 접촉면(122A)으로부터 연장되고, 접촉되는 유체를 외측으로 안내하여 상기 유체로부터 가해지는 압력을 분산시키는 볼록한 유선형의 제2 접촉면(122B)을 포함하는, 블레이드(120)와 유로(F)를 포함한 수직형 풍력발전장치(100).
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 블레이드(120)와 상기 적어도 하나의 보조 블레이드(140)는 상기 유로(F)에 하나 이상 배치되는, 블레이드(120)와 유로(F)를 포함한 수직형 풍력발전장치(100).
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    상기 유로(F)로 유입되는 유체는,
    상기 제1 가이드 조립체(111)의 보조 가이드 부재(SG)와 상기 제1 풍향 조절판(131), 상기 제1 풍향 조절판(131)과 상기 제2 풍향 조절판(132), 상기 제2 풍향 조절판(132)과 상기 제3 풍향 조절판(133), 및 상기 제3 풍향 조절판(133)과 상기 제2 가이드 조립체(112)의 보조 가이드 부재(SG)에 의해, 복수의 위치에서 방향이 전환되는, 블레이드(120)와 유로(F)를 포함한 수직형 풍력발전장치(100).
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