KR102590922B1 - 수직형 풍력발전기용 회전 구조체 - Google Patents

수직형 풍력발전기용 회전 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수직형 풍력발전기용 회전 구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풍압에 의해 회전되는 회전 구조체로서, 연결축부재와, 상기 연결축부재에 일방향으로 회전되게 체결되는 회전안내부로 이루어진 회전축유닛과, 상기 회전축유닛의 회전안내부에 체결되는 블레이드들로 이루어져, 회전 구조체가 상호 조립식 구조로 이루어져, 설치가 및 유지보수가 간편하게 되고, 브레이드가 " V "자 형상으로 형성되어 회전효율을 높일 수 있게 되고, 일방향으로 회전되어 발전되고 타방향으로는 공회전되도록 함과 아울러 다단으로 적층되는 구조로 이루어져 있어, 돌풍에 의해 과부하가 발생되는 것을 방지하게 되는 효과가 있다.

Description

수직형 풍력발전기용 회전 구조체 { Rotating structure for vertical wind turbine }
본 발명은 수직형 풍력발전기용 회전 구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전 구조체가 상호 조립식 구조로 이루어져, 설치가 및 유지보수가 간편하게 되고, 브레이드가 " V "자 형상으로 형성되어 회전효율을 높일 수 있게 되고, 일방향으로 회전되어 발전되고 타방향으로는 공회전되도록 함과 아울러 다단으로 적층되는 구조로 이루어져 있어, 돌풍에 의해 과부하가 발생되는 것을 방지하게 되는 수직형 풍력발전기용 회전 구조체에 관한 것이다.
풍력발전(Wind Power) 이란 바람에너지를 풍력터빈(Wind Turbine) 등의 장치를 이용하여 기계적 회전에너지로 변환시키고 이 에너지를 이용하여 발전기를 돌려 전기를 생산하는 것을 말한다.
풍력은 재생에너지(Renewable energy)의 일종으로 풍력자원이 풍부하고 끊임없이 재생되며 ,광범위한 지역에 분포되어 있고 깨끗하며 또한 이용에 온실가스의 배출이 없다는 환경보호측면과 석유나 석탄과 같은 화석연료의 고갈에 대비한 유망한 대체 에너지원으로서 각광받는 에너지이다
일반적으로 풍력발전기로는 수평축 풍력발전기와 수직축 풍력발전기가 알려져 있다.
수평축 발전기는 프로펠러 날개를 구비하여 바람의 양력(Lift Force)을 이용한 방식으로, 회전 날개의 회전속도가 높아 발전 효율은 높으나, 풍향에 따라 회전 날개의 방향을 바꾸어 주어야 하며 또한 풍속에 따라 회전 날개의 각도를 바꾸어 주어야 하므로 복잡한 장치가 필요하다.
이에 반해 수직축 풍력발전기는 발전 효율은 낮으나, 낮은 풍속에서도 큰 회전력을 얻을 수 있고, 풍향에 크게 좌우되지 않는다는 장점이 있어 흔히 소형 풍력발전기에 많이 적용되고 있다.
이러한 수직축 풍력발전기는 발전기 본체와 상기 발전기 본체에 회전력을 전달하는 회전축과 회전축에 연결되는 블레이드로 이루어진다.
그러나, 종래의 블레이드는 패널구조로 이루어져 있어, 지속적인 풍압에 의해 쉽게 변형되거나 파손되는 문제점이 있으며, 발전효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 회전축은 단일구조로 이루어져 있어, 설치 및 분리가 어려운 문제점이 있으며, 유지보수에 따른 비용과 시간이 과도하게 소요되는 문제점이 있다.
또한, 구조가 복잡하여 제조비용이 과도하게 소요되며 시공비용 및 철거비용이 과도하세 발생되는 문제점이 상존하게 된다.
전술한 발명은 본 발명이 속하는 기술분야의 배경기술을 의미하며, 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.
등록특허 제10-1814387호
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 회전 구조체가 상호 조립식 구조로 이루어져, 설치가 및 유지보수가 간편하게 되고, 브레이드가 " V "자 형상으로 형성되어 회전효율을 높일 수 있게 되고, 일방향으로 회전되어 발전되고 타방향으로는 공회전되도록 함과 아울러 다단으로 적층되는 구조로 이루어져 있어, 돌풍에 의해 과부하가 발생되는 것을 방지하게 되는 수직형 풍력발전기용 회전 구조체를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 풍압에 의해 회전되는 회전 구조체로서, 연결축부재와, 상기 연결축부재에 일방향으로 회전되게 체결되는 회전안내부로 이루어진 회전축유닛과, 상기 회전축유닛의 회전안내부에 체결되는 블레이드들로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결축부재는 저면에 연결홈이 형성된 연결축본체와, 상기 연결축본체의 상면에 하단부가 연결되어 고정되는 연결안내축과, 상기 연결안내축에 끼움되는 안내베어링들로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전안내부는 회전관부와, 상기 회전관부의 외면에 일단이 연결되어 고정되는 체결관부들로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전축유닛은 다단으로 적층되게 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 블레이드는 브이회전본체와, 상기 브이회전본체의 일단에 형성되는 연결마감패널과, 상기 브이회전본체의 타단에 형성되는 끝부마감패널과, 상기 연결마감패널에 일단이 연결되어 고정되는 연결관부와, 상기 연결관부에 일단이 끼움되어 고정되는 연결샤프트로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명인 수직형 풍력발전기용 회전 구조체는 회전 구조체가 상호 조립식 구조로 이루어져, 설치가 및 유지보수가 간편하게 되고, 브레이드가 " V "자 형상으로 형성되어 회전효율을 높일 수 있게 되고, 일방향으로 회전되어 발전되고 타방향으로는 공회전되도록 함과 아울러 다단으로 적층되는 구조로 이루어져 있어, 돌풍에 의해 과부하가 발생되는 것을 방지하게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체를 나타낸 부분단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체의 회전축유닛을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체의 회전축유닛을 나타낸 분해도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체의 회전축유닛을 나타낸 사용상태도이다.
도 6은 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체의 블레이드를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체의 블레이드의 배면을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체의 블레이드의 전면을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체의 작동상태를 나타낸 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체를 나타낸 부분단면도이다. 도 3은 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체의 회전축유닛을 나타낸 단면도이다. 도 4는 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체의 회전축유닛을 나타낸 분해도이다. 도 5는 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체의 회전축유닛을 나타낸 사용상태도이다. 도 6은 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체의 블레이드를 나타낸 사시도이다. 도 7은 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체의 블레이드의 배면을 나타낸 도면이다. 도 8은 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체의 블레이드의 전면을 나타낸 도면이다. 도 9는 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기용 회전 구조체의 작동상태를 나타낸 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명인 수직형 풍력발전기용 회전 구조체(10)(이하에서는 설명의 편의상 회전 구조체라 명명함)는 수직형 풍력발전기에 설치되며 풍압에 의해 회전되는 회전 구조체(10)로서, 이에 이와같은 회전 구조체(10)는 회전축유닛(20)과 블레이드(30)들로 이루어진다.
상기 회전축유닛(20)은 연결축부재(21)와, 상기 연결축부재(21)에 일방향으로 회전되게 체결되는 회전안내부(22)로 이루어진다.
상기 연결축부재(21)는 저면에 연결홈(211a)이 형성된 연결축본체(211)와, 상기 연결축본체(211)의 상면에 하단부가 연결되어 고정되는 연결안내축(212)과, 상기 연결안내축(212)에 끼움되는 안내베어링(213)들로 이루어진다.
이때, 상기 연결축본체(211)와 상기 연결안내축(212)은 원형의 봉 또는 샤프트 형상으로 형성되며, 상기 연결안내축(212)의 외경은 상기 연결축본체(211)의 외경보다 작게 형성된다.
상기 안내베어링(213)은 내륜이 상기 연결안내축(212)에 끼움된 후 나사체결되어 고정되거나 억지 끼움되어 고정된다.
상기 안내베어링(213)은 도면에서와 같이 상기 연결안내축(212)의 상측에 2개 하측에 1개가 끼움된다.
상기 연결안내축(212)의 하단부는 상기 연결축본체(211)의 상면에 나사체결되거나 용접되어 고정되며, 상기 연결축본체(211)와 일체로 형성시키는 것도 가능하다.
상기 안내베어링(213)은 통상의 일방향(단방향)베어링이며, 링베어링이다.
즉, 일방향베어링인 안내베어링(213)에 의해 상기 블레이드(30)의 배면부 방향으로 바람이 공급되면, 상기 안내베어링(213)에 안내되어 상기 회전안내부(22)와 상기 블레이드(30)가 공회전하게 되고, 상기 블레이드(30)의 전면부 방향으로 바람이 공급되면, 상기 안내베어링(213)이 고정되어 상기 회전안내부(22), 상기 블레이드(30)와 함께 상기 연결축본체(211)가 회전된다.
이때, 상기 연결축본체(211)의 하단부에는 발전기가 설치되거나 기어박스가 설치되어, 상기 연결축본체(211)의 회전력을 전달받아 발전하거나 기어박스를 통해 발전기에 회전력을 전달하여 발전시키게 된다.
상기 회전안내부(22)는 회전관부(221)와, 상기 회전관부(221)의 외면에 일단이 연결되어 고정되는 체결관부(222)들로 이루어진다.
상기 회전관부(221)는 도면에서와 같이 상기 안내베어링(213)을 감싸면서 억지끼움되어, 고정된다.
상기 회전관부(221)는 바람 방향에 따라 상기 안내베어링(213)에 안내되어 일방향으로 공회전되며 타방향으로 회전시 상기 연결축본체(211) 및 상기 연결안내축(212)과 함께 회전된다.
상기 블레이드(30)는 상기 회전축유닛(20)의 회전안내부(22)에 체결되어 고정된다.
상기 블레이드(30)는 브이회전본체(31)와, 상기 브이회전본체(31)의 일단에 용접되거나 나사체결되어 고정되는 삼각형 형상의 연결마감패널(32)과, 상기 브이회전본체(31)의 타단에 용접되거나 나사체결되어 고정되는 삼각형 형상의 끝부마감패널(33)과, 상기 연결마감패널(32)에 일단이 용접되거나 나사체결되어 고정되는 연결관부(34)와, 상기 연결관부(34)에 일단이 끼움된 후 용접되거나 나사체결되어 고정되는 연결샤프트(35)로 이루어진다.
상기 브이회전본체(31)는 금속재 또는 합성수지재로 이루어지며, 직사각형의 패널을 절곡하거나 직사각형의 패널들의 단부를 용접하여 도면에서와 같이 " V " 자 형상으로 형성시키게 된다.
상기 브이회전본체(31)가 " V " 자 형상으로 형성되어, 상기 블레이드(30)의 전면부 방향으로 바람이 공급시 내측으로 바람이 유입되어, 풍압에 의한 회전효율을 향상시키게 되고, 평면(수직평면)구조의 날개에 비해 저항력 및 지지력이 향상되어 바람에 의한 풍압에 의해 블레이드(30)가 변형되거나 파손되는 것을 줄일 수 있게 되며, 회전되는 블레이드(30)의 배면부에 공기의 저항이 발생되는 것을 완화시키게 된다.
상기 회전축유닛(20)은 다단으로 적층되게 배치된다.
상기 연결안내축(212)은 상기 회전관부(221)가 관통되게 끼움되고 도면에서와 같이 상단부가 외부에 돌출되게 배치되며, 상단부에는 다른 회전 구조체(10)의 연결축본체(211)의 저면에 형성되는 연결홈(211a)이 억지끼움되거나 끼움된 후 나사체결되어, 상기 연결축본체(211)와 다른 회전 구조체(10)의 연결축 본체가 함께 회전된다.
상기 회전축유닛(20)은 순차적으로 다단으로 적층되게 상호 체결되어 바람에 의해 회전되며, 회전 구조체(10) 각각의 위치에 따른 바람의 방향에 따라 상기 회전안내부(22)를 공회전될 수 있으며, 상기 연결축본체(211)와 함께 회전되도록 함으로써, 조립식으로 회전 구조체(10)가 체결되어, 파손시 회전 구조체(10)의 교체가 용이하고 유지보수에 따른 비용과 시간을 줄일 수 있게 된다.
또한, 돌풍시 위치에 따른 바람의 방향에 따라 회전안내부(22)가 공회전될 수 있어, 전체가 회전되는 구조에 비해 과부하가 발생되는 것을 줄일 수 있게 된다.
또한, 각각의 회전안내부(22)가 바람의 방향에 따라 별도로 회전되거나 공회전되어, 일체형 구조에 비해 바람 방향에 따른 저항을 줄일 수 있게 되고 발전효율을 높일 수 있게 된다.
이때, 상기 연결축본체(211)에는 외면에 상기 연결홈(211a)과 연통되게 나사공을 형성하고 상기 나사공에 가압나사를 체결하여 상기 가압나사의 단부가 상기 연결홈(211a)에 끼움된 연결안내축(212)의 상단부를 가압하여 고정시키도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 브이회전본체(31)에는 전면부에 일정간격을 유지하며 브이패널이 더 용접되거나 나사체결되어 고정되도록 함으로써, 지지력 및 강도를 향상시키도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 회전관부(221)에는 내부에 상부걸림턱이 일체로 형성되어, 상측에 배치되는 안내베어링(213)을 지지하게 되고, 내부에 하부걸림턱이 일체로 형성되어 하측에 배치되는 안내베어링(213)을 지지하여, 고정력 및 지지력을 향상시키고 이동되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
상기 회전관부(221)의 상면에는 가이드걸림돌기가 상향으로 돌출되게 일체로 더 형성되고, 상기 가이드걸림돌기에는 상기 가이드걸림돌기에 끼움되도록 저면에 가이드걸림홈이 형성된 가이드걸림패널(40)이 끼움되어 고정되며, 상기 가이드걸림패널(40)에는 상기 연결안내축(212)이 관통되게 끼움된 후 상기 연결안내축에 나사체결 또는 용접되도록 상기 관통공이 형성되며, 상기 가이드걸림홈의 내면과 상기 가이드걸림돌기의 외면 사이에는 유격공간이 형성되어, 바람방향에 따라 상기 회전관부(221)가 상기 안내베어링(213)에 안내되어 공회전되는 과정에서 마찰되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 가이드걸림패널(40)은 손상시 교체할 수 있어, 상기 회전관부(221)와의 마찰이나 충돌에 의해 상기 회전축유닛(20)을 교체하는 것이 비해 유지보수비용과 시간을 절감 할 수 있게 된다.
상기 회전관부(221)에는 저면에 환형의 지지돌부가 더 형성되고, 상기 연결축본체(211)의 상단부가 상기 지지돌부의 내부에 인입되게 배치되며, 상기 연결축본체와 상기 지지돌부 사이에는 유격공간이 형성되어, 상기 연결안내축(212)이 파손시 상기 지지돌부가 상기 연결축본체(211)의 상단부에 걸림되어, 상기 회전관부(221)가 분리되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 브이회전본체(21)에는 외면에 바이브레이터인 진동기를 더 나사체결하여 고정시킴으로써, 상기 바이브레이터의 진동이 상기 브이회전본체에 전달되어, 외면에 달라붙은 이물질 및 분진을 탈거시켜, 부식되는 것을 방지하고 저항이 발생되는 것을 완화시키도록 하는 것이 바람직하다.
지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 한정적인 것이 아님을 분명히 하고, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위내에서, 균등하게 대처될 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
10 : 회전 구조체
20 : 회전축유닛
21 : 연결축부재
211 : 연결축본체
211a : 연결홈
212 : 연결안내축
213 : 안내베어링
22 : 회전안내부
221 : 회전관부
222 : 체결관부
30 : 블레이드
31 : 브이회전본체
32 : 연결마감패널
33 : 끝부마감패널
34 : 연결관부
35 : 연결샤프트
40 : 가이드걸림패널

Claims (5)

  1. 풍압에 의해 회전되는 회전 구조체로서,
    연결축부재와, 상기 연결축부재에 일방향으로 회전되게 체결되는 회전안내부로 이루어진 회전축유닛과, 상기 회전축유닛의 회전안내부에 체결되는 블레이드들로 이루어진 수직형 풍력발전기용 회전 구조체에 있어서,
    상기 회전안내부는 회전관부와,
    상기 회전관부의 외면에 일단이 연결되어 고정되는 체결관부들로 이루어지고,
    상기 블레이드는 브이회전본체와,
    상기 브이회전본체의 일단에 형성되는 연결마감패널과,
    상기 브이회전본체의 타단에 형성되는 끝부마감패널과,
    상기 연결마감패널에 일단이 연결되어 고정되는 연결관부와,
    상기 연결관부에 일단이 끼움되어 고정되는 연결샤프트로 이루어지며,
    상기 브이회전본체에는 전면부에 브이패널이 고정되고,
    상기 회전관부에는 내부에 상부걸림턱이 일체로 형성되어, 상측에 배치되는 안내베어링을 지지하게 되고, 내부에 하부걸림턱이 일체로 형성되어 하측에 배치되는 안내베어링을 지지하여, 고정력 및 지지력을 향상시키고 이동되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기용 회전 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결축부재는 저면에 연결홈이 형성된 연결축본체와,
    상기 연결축본체의 상면에 하단부가 연결되어 고정되는 연결안내축과,
    상기 연결안내축에 끼움되는 안내베어링들로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기용 회전 구조체.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전축유닛은 다단으로 적층되게 배치되는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기용 회전 구조체.
  5. 삭제
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