KR102275521B1 - 풍력발전용 집풍형 덕트구조체 및 이를 구비한 풍력발전장치 - Google Patents

풍력발전용 집풍형 덕트구조체 및 이를 구비한 풍력발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력발전용 집풍형 덕트구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 블레이드 또는 프로펠러의 전방 측으로 바람을 모으는 수단을 설치하여 블레이드 또는 프로펠러의 회전력을 증대시킬 수 있는 풍력발전용 집풍형 덕트구조체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 풍력발전용 집풍형 덕트구조체는 블레이드를 감싸도록 설치되고 바람이 통과하는 후단 측을 향해 단면이 확대되는 덕트부와 그 주변의 브림부로 구성되어 브림부에 의해 발생하는 와류 또는 소용돌이가 발전기의 후단 측에서 부압을 발생시킴으로써 덕트부의 전단 측으로부터 덕트부 내로 바람을 집속한다. 그 결과, 발전기의 블레이드에 유입되는 풍속이 증속되며, 이에 따라 풍속 증가분의 3제곱에 비례하는 발전량을 얻을 수 있다.

Description

풍력발전용 집풍형 덕트구조체 및 이를 구비한 풍력발전장치{Wind collecting type duct structure for wind power generator}
본 발명은 풍력발전용 집풍형 덕트구조체 및 이를 구비한 풍력발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 블레이드 또는 프로펠러의 전방 측으로 바람을 모으는 수단을 설치하여 블레이드 또는 프로펠러의 회전력을 증대시킬 수 있는 풍력발전용 집풍형 덕트구조체 및 이를 구비한 풍력발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 풍력은 자연상태의 무공해 에너지원으로 현재 기술로는 대체에너지원 중 가장 경제성이 높은 에너지원이라 할 수 있는 것으로 이러한 풍력을 이용한 풍력발전은 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 전력을 생산하고, 생산된 전력을 상용전력계통이나 수요자에 직접 공급하는 기술이다. 이러한 풍력발전을 이용한다면 산간이나 해안 오지 및 방조제 등의 부지를 활용함으로써 국토이용효율을 높일 수 있다.
한편, 풍력발전장치는 다양한 형태의 풍차(프로펠러나 블레이드)를 이용하여 바람 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 이 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 장치를 말한다.
이러한 풍력발전장치를 이용한 풍력발전은 무한정의 청정에너지인 바람을 동력원으로 하므로 기존의 화석연료나 우라늄 등을 이용한 발전방식과 달리 발열에 의한 열공해나 대기오염 그리고 방사능 누출 등과 같은 문제가 없는 무공해 발전방식이다.
이러한 장점 때문에, 풍력발전 시스템은 가장 유력한 대체 에너지원으로 인정을 받고 있으며 이미 전 세계적으로 많은 풍력발전 시스템이 설치되고 있다.
우리나라도 세계기후변화협약과 같은 국제 환경의 변화와 유가상승, 그리고 국내사용 에너지의 96%를 수입에 의존하고 있는 현실적인 문제에 대응하기 위하여 풍력발전 시스템에 대한 관심이 높다 뿐만 아니라 풍력발전 시스템은 구조나 설치 등이 간단하여 운영 및 관리가 용이하고 무인화 및 자동화 운전이 가능하기 때문에 최근에 도입이 비약적으로 증가하고 있다.
그러나, 종래의 풍력발전장치는 이론상 운동에너지 중 약 60% 정도만을 전기에너지로 바꿀 수 있는데, 이것도 기계적인 마찰, 발전기의 효율 등을 고려하면 실제적으로 약 20% 내지 40% 정도만 전기에너지로 이용할 수 있어 시설규모에 비해 발전량이 적다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 10-1463015 대한민국 등록특허 10-1027565
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 풍력발전장치에 설치되는 프로펠러의 전면 측으로 바람을 모으는 집풍장치를 설치하여 프로펠러의 회전력을 증대시켜 발전 효율을 극대화시킬 수 있는 풍력발전용 집풍형 덕트구조체 및 이를 구비한 풍력발전장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 풍력발전용 집풍형 덕트구조체는 전단 측에는 바람이 유입되는 유입구가 형성되고, 내측에는 상기 유입구를 통해 유입되는 바람이 통과 및 발전기의 블레이드가 회전 가능하도록 개방된 개구가 형성되며, 후단 측에는 상기 개구를 통과하는 바람이 배출되는 배출구가 형성된 통 형상으로 형성되고, 상기 유입구 측의 바람을 상기 개구 측으로 집속하여 상기 개구를 통과하는 바람의 속도를 증가시키도록 바람의 이동경로를 유도하는 유도가이드;를 구비하고, 상기 유도가이드는 상기 개구의 중심을 기준으로 방사상으로 분할된 복수의 단위조립체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 유도가이드는 전단 측과 후단 측에 각각 상기 유입구와 상기 배출구가 형성되고, 내측에 상기 개구가 형성되며, 전단 측에서 후단 측으로 갈수록 내경이 감소하다 다시 증가하는 곡면 구조로 형성되고, 전단 측 내경보다 후단 측 내경이 더 크게 형성된 덕트부와, 상기 덕트부의 후단 측 가장자리로부터 상기 덕트부와 멀어지도록 방사상으로 연장된 트림부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단위조립체는 상기 유도가이드의 원주 방향을 따라 상호를 결합시키며, 상기 유도가이드의 외주면을 따라 흐르는 공기의 흐름을 안내하기 위한 연결플랜지가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 유도가이드의 내측에는 상기 유도가이드 내측에서 와류가 발생하는 것을 방지하며, 상기 유도가이드의 후방 측에서 와류가 발생하도록 바람의 이동을 안내하는 와류발생부가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 와류발생부는 상기 유도가이드의 전단 측 내주면으로부터 상기 유도가이드의 후단 측 내주면으로 연장되고, 상기 유도가이드의 원주방향을 따라 일정 간격 이격되게 배치되며, 상기 유도가이드의 전단 측에서 상기 유도가이드의 후단 측으로 연장될수록 좌우 폭이 점진적으로 증가하도록 형성되고, 상기 유도가이드의 후단 측을 향하는 단부가 곡면 구조를 이루도록 형성된 복수의 와류발생돌기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 와류발생부는 상기 유도가이드의 전단 측 내주면으로부터 상기 유도가이드의 후단 측 내주면으로 연장되고, 상기 유도가이드의 원주방향을 따라 일정 간격 이격되게 배치되며, 상기 유도가이드의 내측을 향하는 일 측이 곡면 구조를 이루도록 형성되며, 상기 유도가이드의 후단 측 단부가 상기 유도가이드의 트림부와 나란한 평면을 이루도록 형성된 복수의 와류발생돌기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 와류발생부는 상기 유도가이드의 전단 측 내주면으로부터 상기 유도가이드의 후단 측 내주면으로 연장되고, 상기 유도가이드의 원주방향을 따라 설치되며, 상기 유도가이드의 내측을 향해 인입된 인입부와 상기 유도가이드의 외측을 향해 돌출된 돌출부가 반복적으로 형성된 와류발생날개를 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 풍력발전장치는 나셀부와; 상기 나셀부를 지주에 대해 회전 가능하게 지지할 수 있도록 상기 나셀부와 상기 지주를 연결하는 연결부와; 상기 나셀부에 설치되는 발전기와; 상기 발전기의 회전축에 결합되는 블레이드부와; 상기 나셀부 주변에 배치되는 덕트구조체;를 구비하고, 상기 덕트구조체는 전단 측에는 바람이 유입되는 유입구가 형성되고, 내측에는 상기 유입구를 통해 유입되는 바람이 통과 및 발전기의 블레이드가 회전 가능하도록 개방된 개구가 형성되며, 후단 측에는 상기 개구를 통과하는 바람이 배출되는 배출구가 형성된 통 형상으로 형성되고, 상기 유입구 측의 바람을 상기 개구 측으로 집속하여 상기 개구를 통과하는 바람의 속도를 증가시키도록 바람의 이동경로를 유도하는 유도가이드를 포함하고, 상기 유도가이드는 상기 개구의 중심을 기준으로 방사상으로 분할된 복수의 단위조립체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풍력발전장치의 상기 연결부는 내부에 제1중공부가 형성된 이너폴과, 상기 이너폴의 하부를 삽입할 수 있게 형성되고, 상측에 외측으로 확장된 플랜지부가 형성된 제1부착지그와, 상기 제1부착지그의 상부에 설치되는 제1베어링과, 상기 제1베어링 상에 설치되는 제2부착지그와, 상기 이너폴이 내측으로 삽입될 수 있도록 제2중공부가 형성되고, 상기 제2부착지그 상에 설치되는 아우터폴과, 하부가 상기 아우터폴의 상부의 상기 이너폴과 상기 아우터폴 사이에 삽입 결합되며, 상부에 상기 나셀부의 하부에 구비된 장착부가 결합되는 제3부착지그와, 상기 제3부착지그의 상부에 결합되는 제2베어링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풍력발전장치는 상기 나셀부에 대해 상기 유도가이드를 지지하는 장착프레임을 더 구비하고, 상기 장착프레임은 상기 나셀부의 외측에 일 측이 결합되고 타 측은 상기 나셀부의 외측으로 소정 길이 연장되며 상기 나셀부의 원주방향을 따라 일정 간격 이격되게 배치되는 제1지지암과, 상기 제1지지암에 일 측이 결합되고 타 측은 상기 유도가이드의 상기 단위조립체들 사이에 결합되는 제2지지암을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풍력발전용 집풍형 덕트구조체는 블레이드를 감싸도록 설치되고 바람이 통과하는 후단 측을 향해 단면이 확대되는 덕트부와 그 주변의 브림부로 구성되어 브림부에 의해 발생하는 와류 또는 소용돌이가 발전기의 후단 측에서 부압을 발생시킴으로써 덕트부의 전단 측으로부터 덕트부 내로 바람을 집속한다. 그 결과, 발전기의 블레이드에 유입되는 풍속이 증속되며, 이에 따라 풍속 증가분의 3제곱에 비례하는 발전량을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전용 집풍형 덕트구조체가 풍력발전기에 설치된 상태를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 풍력발전용 집풍형 덕트구조체를 확대하여 나타낸 확대사시도.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 풍력발전용 집풍형 덕트구조체의 단면도.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 풍력발전기용 집풍용 덕트구조체의 단위조립체를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 풍력발전기용 집풍용 덕트구조체의 사시도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 풍력발전기용 집풍용 덕트구조체의 사시도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 풍력발전기용 집풍용 덕트구조체의 사시도.
도 8은 도 7에 도시된 풍력발전기용 집풍용 덕트구조체의 정면도.
도 9는 본 발명에 따른 풍력발전장치의 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 풍력발전장치의 사시도.
도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 풍력발전장치의 분리사시도.
도 12는 도 9 내지 도 11에 도시된 풍력발전장치의 연결부를 나타낸 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전용 집풍형 덕트구조체 및 이를 구비한 풍력발전장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 8에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전용 집풍형 덕트구조체가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전용 집풍형 덕트구조체(100)는 유도가이드(110)를 구비한다.
본 발명의 제1실시 예에 따른 풍력발전용 집풍형 덕트구조체(100)의 유도가이드(110)는 지주(10)의 상부에 회전 가능하게 설치되는 나셀부(20) 및 나셀부(20)에 설치되는 발전기(30) 및 발전기(30)의 회전축에 결합되는 블레이드(40) 또는 프로펠러를 포함하여 구성된 풍력발전장치(1)에 설치되어 발전기(30)의 블레이드(40) 또는 프로펠러 측으로 바람을 집속되게 유도하는 것으로서, 복수의 장착프레임(25)에 의해 나셀부(20)에 지지되며, 발전기(30)가 내측 중앙에 위치하도록 배치된다.
유도가이드(110)를 나셀부(20)에 대해 지지하는 장착프레임(25)은 일 측이 나셀부(20)에 결합되고, 나셀부(20)을 중심으로 방사상으로 배치되며, 타 측이 유도가이드(110)의 외주면 측에 고정된다.
유도가이드(110)는 전단 측에는 바람이 유입되는 유입구(111)가 형성되고, 내측에는 유입구(111)를 통해 유입되는 바람이 통과 및 발전기(30)의 블레이드(40)가 회전 가능하도록 개방된 개구(112)가 형성되며, 유도가이드(110)의 후단 측에는 개구(112)를 통과하는 바람이 배출되는 배출구(113)가 형성된 통 형상으로 형성된다.
유도가이드(110)는 유입구(111) 측의 바람을 개구(112) 측으로 집속하여 개구(112)를 통과하는 바람의 속도를 증가시키도록 바람의 이동경로를 유도하며, 이를 위해 덕트부(120)와, 트림부(130)를 포함하여 구성된다.
덕트부(120)는 전단 측과 후단 측에 상기 유입구(111)와 상기 배출구(113)가 형성되고, 내측에 개구(112)가 형성된 통형 구조를 가진다.
덕트부(120)는 바람이 유입되는 전단 측에서 바람이 배출되는 후단 측으로 갈수록 내경이 감소하다 다시 증가하는 곡면 구조를 가져 외측에서 볼 때, 덕트부(120)의 전단 측과 후단 측 사이의 영역이 내측으로 오목하게 인입된 구조를 가진다.
그리고, 덕트부(120)는 전단 측 내경보다 후단 측 내경이 더 크게 형성되어 후단 측 단부가 전단 측 단부보다 외측으로 더 돌출된 구조를 가진다.
한편, 트림부(130)는 덕트부(120)의 후단 측 단부 가장자리로부터 덕트부(120)와 멀어지도록 방사상으로 연장된다. 트림부(130)는 덕트부(120)와 다르게 평판 형상으로 형성되며, 덕트부(120)의 외주면을 따라 이동하는 바람을 덕트부(120)의 외측으로 유도한다.
본 실시 예에 따른 트림부(130)는 도시된 바와 같이 발전기(30)의 회전축과 직교하는 방향 또는 블레이드(40)와 나란한 방향 또는 덕트부(120)를 통과하는 바람의 이동방향과 직교하는 방향을 향하도록 방사상으로 연장된 구조를 적용하였으나, 덕트부(120)의 후방 측으로 약간 경사지거나 덕트부(120)의 전방 측으로 약간 경사지게 형성된 구조를 적용할 수 있음은 물론이다.
유도가이드(110)는 제조의 편리성을 높이고 조립 및 해체가 가능하도록 형성되며, 개구(112)의 중심을 기준으로 방사상으로 분할된 복수의 단위조립체(140)로 구성된다. 각 단위조립체(140)는 덕트부(120)의 일부 및 트림부(130)의 일부를 각각 구비한다.
단위조립체(140)에는 유도가이드(110)의 원주 방향을 따라 상호를 체결부재를 이용하여 조립 및 결합시킬 수 있도록 복수의 체결구멍이 형성된 연결플랜지(145)가 형성된다.
연결플랜지(145)는 단위조립체(140)의 양측 가장자리로부터 외측으로 꺾인 구조를 가지며, 서로가 밀착되게 배치되어 체결부재에 의해 상호 견고하게 고정된다.
연결플랜지(145)는 복수의 단위조립체(140)들을 상호 결합 및 조립하여 유도가이드(110)부를 형성할 시, 유도가이드(110)부의 외주면을 따라 이동하는 바람의 방향과 나란하도록 배치되며, 유도가이드(110)의 외주면을 지나는 바람이 덕트부(120)의 원주방향으로 진행하지 않고 덕트부(120)의 후방 측으로 바로 통과할 수 있도록 바람의 이동경로를 안내한다.
한편, 본 발명에 따른 풍력발전용 집풍형 덕트구조체(100)의 유도가이드(110)는 도 5에 도시된 바와 같이 내측에 유도가이드(110) 내측에서 와류가 발생하는 것을 방지하고, 유도가이드(110)의 후방 측에서 와류가 발생하도록 바람의 이동을 안내하는 와류발생부가 더 구비된다.
도 5를 참조하면, 와류발생부는 유도가이드(110)의 전단 측 내주면 또는 전단 측과 후단 측 사이의 내측으로 오목하게 인입된 부분으로부터 유도가이드(110)의 후단 측 내주면으로 연장 및 개구 측을 향해 일정 길이 돌출되고, 유도가이드(110)의 원주방향을 따라 일정 간격 이격되게 배치되는 복수의 와류발생돌기(151)를 포함한다.
와류발생돌기(151)는 유도가이드(110)의 전단 측 또는 전단 측과 후단 측 사이의 내측으로 오목하게 인입된 부분에서 유도가이드(110)의 후단 측으로 연장될수록 좌우 폭이 점진적으로 증가 또는 양 측면(153) 사이의 간격이 점진적으로 커지고, 유도가이드(110)의 후단 측을 향하는 단부가 곡면 구조를 이루는 유선형 구조로 형성된다.
와류발생돌기(151)는 유도가이드(110)의 전단 측을 향하는 전단부(152)가 뾰족하고, 유도가이드(110)의 내측 즉, 개구(112)를 향하는 상측(154)이 유도가이드(110)의 덕트부(120)와 대응되는 형상을 갖도록 곡면 구조를 이루며, 유도가이드(110)의 후단 측을 향하는 후단부(155)가 와류발생돌기(151)의 양 측면이 매끄럽게 이어진 곡면 구조를 가진다.
상기와 같은 구조를 갖는 와류발생부는 바람이 유도가이드(110)의 내측으로 진입 및 개구(112)를 통과하여 와류발생돌기(151)를 통과하는 과정에서 와류발생돌기(151)의 양 측면(153)을 따라 바람이 이동할 수 있도록 안내함으로써 유도가이드(110) 내측에서는 와류가 발생하는 것을 방지한다. 그리고, 바람이 와류발생돌기(151)를 지나 유도가이드(110)의 후방 측으로 흘러나갈 때에는 와류발생돌기(151)의 양 측면(153)을 따라 양측으로 갈라져 이동하는 공기가 와류발생돌기(151)의 후단부(155) 곡면을 따라 이동할 수 있도록 하여 와류발생돌기(151)의 양 측면을 따라 각각 이동하는 공기가 서로 부딪쳐 유도가이드(110)의 후방 측에서 와류가 발생할 수 있도록 한다.
한편, 도 6에는 다른 실시 예에 따른 와류발생부가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 와류발생부는 앞서 설명한 와류발생부와 마찬가지로 유도가이드(110)의 내측에 유도가이드(110) 내측에서 와류가 발생하는 것을 방지하고, 유도가이드(110)의 후방 측에서 와류가 발생하도록 바람의 이동을 안내한다.
와류발생부는 유도가이드(110)의 전단 측 내주면 또는 전단 측과 후단 측 사이의 내측으로 오목하게 인입된 부분으로부터 유도가이드(110)의 후단 측 내주면을 향해 연장 및 개구 측을 향해 일정 길이 돌출되고, 유도가이드(110)의 원주방향을 따라 일정 간격 이격되게 배치되는 복수의 와류발생돌기(161)를 포함한다.
와류발생돌기(161)는 좌측 및 우측 측면(163) 사이의 간격이 동일하도록 일정한 폭을 갖고, 유도가이드(110)의 내측 즉 개구(112) 중심을 향하는 상부(164)가 개구의 중심을 향해 상방으로 볼록한 곡면 구조를 이루도록 형성되며, 유도가이드(110)의 후단 측을 향하는 후단부(165)가 유도가이드(110)의 트림부(130)와 나란한 평면을 이루도록 평평하게 형성된다.
한편, 도 7 및 도 8에는 또 다른 실시 예에 따른 와류발생부가 도시되어 있다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 와류발생부는 내측에 유도가이드(110) 내측에서 와류가 발생하는 것을 방지하고, 유도가이드(110)의 후방 측에서 와류가 발생하도록 바람의 이동을 안내한다.
본 실시 예에 따른 와류발생부는 와류발생부는 유도가이드(110)의 전단 측 내주면 또는 전단 측과 후단 측 사이의 내측으로 오목하게 인입된 부분으로부터 유도가이드(110)의 후단 측으로 연장되고, 유도가이드(110)의 원주방향을 따라 설치되는 와류발생날개(171)를 구비한다.
와류발생날개(171)는 유도가이드(110)의 내측에 설치할 수 있도록 환 형상으로 형성되고, 유도가이드(110)의 전단 측을 향하는 전단부(172)가 유도가이드(110)의 내측에 고정되며, 유도가이드(110)의 후단 측을 향하는 후단부(175)가 유도가이드의 개구 중심을 기준으로 외측으로 벌어지게 확장 형성되되, 덕트부(120)의 후단 측 및 트림부(130)와 이격되게 형성된다.
와류발생날개(171)는 유도가이드(110)의 내측을 향해 볼록하게 인입된 인입부(176)와, 유도가이드(110)의 외측을 향해 볼록하게 돌출된 돌출부(177)가 유도가이드(110)의 원주방향을 따라 반복적으로 형성된 구조를 가진다.
와류발생날개(171)는 인입부(176)와 돌출부(177)가 반복되는 구조를 가져 유도가이드(110)의 원주방향을 따라 물결파 또는 정현파 형상을 이룬다.
와류발생날개(171)는 유도가이드의 단위조립체와 같이 개구의 중심을 기준으로 방사상으로 분할된 복수의 단위날개로 구성될 수 있으며, 각 단위날개는 와류발생날개의 전후 폭에 대응되는 폭을 갖고 부채꼴 모양으로 형성된 스트립을 지그재그 또는 정현파 형상으로 구부려 형성할 수 있다.
한편, 도 9 내지 도 12에는 상술한 바와 같은 집풍형 덕트구조체(100)를 구비한 풍력발전장치가 도시되어 있다. 도 9 내지 도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 풍력발전장치는 나셀부(20)와, 연결부(200)와, 발전기(30)와, 블레이드(40)와, 덕트구조체(100) 및 장착프레임(25)을 구비한다.
나셀부(20)는 내부가 빈 원통형으로 형성되고, 전면과 후면이 각각 개방되며, 전면 측에는 발전기(30)를 고정하기 위한 고정지그(24)가 결합되고, 후면 측에는 내부의 공간을 밀폐시키는 나셀캡(26)이 결합된다. 또한, 나셀부(20)의 하부에는 후술하는 연결부(200)의 제3부착지그(270)와 결합되는 장착부(27)가 구비된다.
연결부(200)는 이너폴(210)과, 제1부착지그(220)와, 제1베어링(230)과, 제2부착지그(240)와, 아우터폴(260)과, 제3부착지그(270)와, 제2베어링(280)을 포함한다.
이너폴(210)은 일정 길이를 가지며, 내부에 길이방향을 따라 제1중공부가 형성된다.
제1부착지그(220)는 이너폴(210)의 하부를 삽입할 수 있게 하부에는 하방으로 삽입홈이 형성되고, 상측에는 지주(10)의 플랜지(11)와 결합을 위해 외측으로 확장된 플랜지부(221)가 형성된다.
제1베어링(230)은 제1부착지그(220)의 상부에 설치되어 후술하는 제2부착지그(240) 및 제2부착지그(240)에 결합되는 아우터폴(260)을 이너폴(210)에 대해 회전 가능하게 지지한다.
제2부착지그(240)는 제1베어링(230) 상에 설치되어 제1부착지그(220) 및 이너폴(210)에 대해 회전된다.
아우터폴(260)은 제2부착지그(240) 상에 설치되는 것으로, 이너폴(210)을 내측으로 삽입할 수 있도록 내부에 길이방향을 따라 제2중공부가 형성되고, 이너폴(210)과 일정 간격 이격되게 배치된다.
제3부착지그(270)는 아우터폴(260)의 상부의 이너폴(210)과 아우터폴(260) 사이에 하부가 삽입 결합되며, 나셀부(20)의 하부에 구비된 장착부(27)에 상부가 결합된다. 제3부착지그(270)는 하부가 이너폴(210)과 아우터폴(260) 사이에 삽입될 수 있도록 원통형으로 형성되고, 상부는 후술하는 제2베어링(280)을 설치할 수 있도록 설치홈이 형성되며, 상단에 나셀부(20)의 장착부(27)가 안착 고정된다.
제2베어링(280)은 이너폴(210)에 대해 제3부착지그(270) 및 나셀부(20)를 회전 가능하게 지지하도록 제3부착지그(270) 상부에 구비된 설치홈에 삽입 결합된다.
연결부(200)는 제1부착지그(220)가 지주(10)에 고정되고, 이너폴(210)이 제1부착지그(220)에 고정되며, 아우터폴(260)은 제1베어링(230) 및 제2베어링(280), 제3부착지그에 의해 이너폴(210)에 대해 회전 가능하게 결합되어 제3부착지그에 결합된 나셀부(20)를 이너폴(210)을 기준으로 회전 가능하게 지지한다.
발전기(30)는 서로 대향되는 양 측면 방향으로 로터의 축이 돌출되어 있으며, 일 측면 방향으로 돌출된 로터의 축(31)이 나셀부(20)의 전면 측에 설치된 고정지그(24)에 결합되어 나셀부(20)에 고정된다. 발전기(30)의 타 측면 방향으로 돌출된 로터의 축(32)에는 블레이드(40)가 결합된다.
또한, 발전기(30)의 전면 측에는 후술하는 블레이드(40)를 고정하기 위한 블레이드캡(45)이 결합되며, 블레이드캡(45)에는 블레이드(40)가 외측으로 돌출될 수 있도록 원주방향을 따라 복수의 홈이 형성된다.
블레이드(40)는 로터의 축(32)에 결합되는 축결합부(41)와, 축결합부(41)로부터 방사상으로 연장된 복수의 날개편(42)들을 포함하여 구성되며, 바람에 의해 회전되면서 로터의 축(32)을 회전시킨다.
덕트구조체(100)는 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 본 발명에 따른 풍력발전용 집풍형 덕트구조체(100)에서 설명하고 있는 바와 동일한 구성을 적용하였으므로 중복설명은 생략한다.
장착프레임(25)은 나셀부(20)에 대해 덕트구조체(100)의 유도가이드(110)를 지지하는 것으로서, 제1지지암(26)과, 제2지지암(27)을 포함하여 구성된다.
제1지지암(26)은 나셀부(20)의 외측에 일 측이 결합되고 타 측은 나셀부(20)의 외측으로 소정 길이 연장되며, 나셀부(20)의 원주방향을 따라 일정 간격 이격되게 배치된다.
제2지지암(27)은 제1지지암(26)에 일 측이 결합되고, 타 측은 유도가이드의 단위조립체(140)들 사이에 결합된다. 제2지지암(27)은 단위조립체(140)의 단면 형상과 대응되는 형상으로 형성된다. 제1지지암(26)과 제2지지암(27)은 일체로 형성될 수도 있으나, 도시된 바와 같이 별도의 고정브라켓(28)을 통해 상호를 고정 및 연결시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 풍력발전용 집풍형 덕트구조체는 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1 : 풍력발전장치
10 : 지주
11 : 플랜지
20 : 나셀부
25 : 장착프레임
30 : 발전기
40 : 블레이드
100 : 집풍형 덕트구조체
110 : 유도가이드
111 : 유입구
112 : 개구
113 : 배출구
120 : 덕트부
130 : 트림부
140 : 단위조립체
145 : 연결플랜지
200 : 연결부

Claims (10)

  1. 전단 측에는 바람이 유입되는 유입구가 형성되고, 내측에는 상기 유입구를 통해 유입되는 바람이 통과 및 발전기의 블레이드가 회전 가능하도록 개방된 개구가 형성되며, 후단 측에는 상기 개구를 통과하는 바람이 배출되는 배출구가 형성된 통 형상으로 형성되고, 상기 유입구 측의 바람을 상기 개구 측으로 집속하여 상기 개구를 통과하는 바람의 속도를 증가시키도록 바람의 이동경로를 유도하는 유도가이드;를 구비하고,
    상기 유도가이드는 상기 개구의 중심을 기준으로 방사상으로 분할된 복수의 단위조립체를 구비하고,
    상기 유도가이드의 내측에는 상기 유도가이드 내측에서 와류가 발생하는 것을 방지하며, 상기 유도가이드의 후방 측에서 와류가 발생하도록 바람의 이동을 안내하는 와류발생부가 더 구비되며,
    상기 와류발생부는 상기 유도가이드의 전단 측 내주면으로부터 상기 유도가이드의 후단 측 내주면으로 연장되고, 상기 유도가이드의 원주방향을 따라 일정 간격 이격되게 배치되며, 상기 유도가이드의 전단 측에서 상기 유도가이드의 후단 측으로 연장될수록 좌우 폭이 점진적으로 증가하도록 형성되고, 상기 유도가이드의 후단 측을 향하는 단부가 곡면 구조를 이루도록 형성된 복수의 와류발생돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력발전용 집풍형 덕트구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유도가이드는
    전단 측과 후단 측에 각각 상기 유입구와 상기 배출구가 형성되고, 내측에 상기 개구가 형성되며, 전단 측에서 후단 측으로 갈수록 내경이 감소하다 다시 증가하는 곡면 구조로 형성되고, 전단 측 내경보다 후단 측 내경이 더 크게 형성된 덕트부와,
    상기 덕트부의 후단 측 가장자리로부터 상기 덕트부와 멀어지도록 방사상으로 연장된 트림부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전용 집풍형 덕트구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단위조립체는 상기 유도가이드의 원주 방향을 따라 상호를 결합시키며, 상기 유도가이드의 외주면을 따라 흐르는 공기의 흐름을 안내하기 위한 연결플랜지가 구비된 것을 특징으로 하는 풍력발전용 집풍형 덕트구조체.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 전단 측에는 바람이 유입되는 유입구가 형성되고, 내측에는 상기 유입구를 통해 유입되는 바람이 통과 및 발전기의 블레이드가 회전 가능하도록 개방된 개구가 형성되며, 후단 측에는 상기 개구를 통과하는 바람이 배출되는 배출구가 형성된 통 형상으로 형성되고, 상기 유입구 측의 바람을 상기 개구 측으로 집속하여 상기 개구를 통과하는 바람의 속도를 증가시키도록 바람의 이동경로를 유도하는 유도가이드;를 구비하고,
    상기 유도가이드는 상기 개구의 중심을 기준으로 방사상으로 분할된 복수의 단위조립체를 구비하고,
    상기 유도가이드의 내측에는 상기 유도가이드 내측에서 와류가 발생하는 것을 방지하며, 상기 유도가이드의 후방 측에서 와류가 발생하도록 바람의 이동을 안내하는 와류발생부가 더 구비되며,
    상기 와류발생부는 상기 유도가이드의 전단 측 내주면으로부터 상기 유도가이드의 후단 측 내주면으로 연장되고, 상기 유도가이드의 원주방향을 따라 일정 간격 이격되게 배치되며, 상기 유도가이드의 내측을 향하는 일 측이 곡면 구조를 이루도록 형성되며, 상기 유도가이드의 후단 측 단부가 상기 유도가이드의 트림부와 나란한 평면을 이루도록 형성된 복수의 와류발생돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력발전용 집풍형 덕트구조체.
  7. 삭제
  8. 나셀부와;
    상기 나셀부를 지주에 대해 회전 가능하게 지지할 수 있도록 상기 나셀부와 상기 지주를 연결하는 연결부와;
    상기 나셀부에 설치되는 발전기와;
    상기 발전기의 회전축에 결합되는 블레이드부와;
    상기 나셀부 주변에 배치되는 덕트구조체;를 구비하고,
    상기 덕트구조체는 전단 측에는 바람이 유입되는 유입구가 형성되고, 내측에는 상기 유입구를 통해 유입되는 바람이 통과 및 발전기의 블레이드가 회전 가능하도록 개방된 개구가 형성되며, 후단 측에는 상기 개구를 통과하는 바람이 배출되는 배출구가 형성된 통 형상으로 형성되고, 상기 유입구 측의 바람을 상기 개구 측으로 집속하여 상기 개구를 통과하는 바람의 속도를 증가시키도록 바람의 이동경로를 유도하는 유도가이드를 포함하고,
    상기 유도가이드는 상기 개구의 중심을 기준으로 방사상으로 분할된 복수의 단위조립체를 구비하고,
    상기 연결부는
    내부에 제1중공부가 형성된 이너폴과,
    상기 이너폴의 하부를 삽입할 수 있게 형성되고, 상측에 외측으로 확장된 플랜지부가 형성된 제1부착지그와,
    상기 제1부착지그의 상부에 설치되는 제1베어링과,
    상기 제1베어링 상에 설치되는 제2부착지그와,
    상기 이너폴이 내측으로 삽입될 수 있도록 제2중공부가 형성되고, 상기 제2부착지그 상에 설치되는 아우터폴과,
    하부가 상기 아우터폴의 상부의 상기 이너폴과 상기 아우터폴 사이에 삽입 결합되며, 상부에 상기 나셀부의 하부에 구비된 장착부가 결합되는 제3부착지그와,
    상기 제3부착지그의 상부에 결합되는 제2베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 나셀부에 대해 상기 유도가이드를 지지하는 장착프레임을 더 구비하고,
    상기 장착프레임은 상기 나셀부의 외측에 일 측이 결합되고 타 측은 상기 나셀부의 외측으로 소정 길이 연장되며 상기 나셀부의 원주방향을 따라 일정 간격 이격되게 배치되는 제1지지암과, 상기 제1지지암에 일 측이 결합되고 타 측은 상기 유도가이드의 상기 단위조립체들 사이에 결합되는 제2지지암을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
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