KR200212985Y1

KR200212985Y1 - Compressed air generating device of wind power system

Info

Publication number: KR200212985Y1
Application number: KR2020000025324U
Authority: KR
Inventors: 강자승
Original assignee: 강자승
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2000-09-06
Publication date: 2001-02-15

Abstract

본 고안은 풍력발전기의 압축공기 발생장치에 관한 것으로, 풍력발전기의 작동중 정격풍속 이상의 풍속이 발생하는 경우 정격풍속 이상의 풍력을 이용하여 공기압축기를 구동시켜 공기압축기가 부하로 작용하게 하여 회전자의 과회전을 해소시키고, 이때 발생한 압축공기를 압축공기저장탱크에 저장하였다가 이 압축공기를 이용하여 공기구동 터어빈을 회전시켜 이 회전력을 발전기에 공급하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 압축공기 발생장치에 관한 것이다.The present invention relates to a compressed air generator of a wind power generator. When wind speeds exceeding the rated wind speed are generated during operation of the wind power generator, the air compressor operates as a load by driving the air compressor using the wind power above the rated wind speed. The over-rotation is eliminated, and the compressed air generated at this time is stored in the compressed air storage tank, and the compressed air is rotated to supply the generator to the generator. It is about.

이를 위하여 본 고안은 풍력 발전기의 증속기 출력축(28)에, 클러치(22)를 연결하고 클러치와 연결되는 공기압축기(23)를 구성한다. 공기압축기를 통하여 압축된 공기는 복수로 구성되어 있는 압축공기저장탱크(24)에 보관이 된다. 압축공기저장탱크에 저장된 압축공기는 필요에 따라 공기구동 터어빈(26)으로 공급되어 여기서 얻은 회전력을 발전기(6)에 공급한다.To this end, the present invention constitutes an air compressor 23 that connects the clutch 22 to the increaser output shaft 28 of the wind generator and is connected to the clutch. Air compressed through the air compressor is stored in the compressed air storage tank 24 composed of a plurality. The compressed air stored in the compressed air storage tank is supplied to the air drive turbine 26 as needed to supply the rotational force obtained therefrom to the generator 6.

이와 같이 클러치, 공기 압축기, 압축공기 저장탱크, 공기구동 터어빈 등으로 구성된 압축공기 발생장치는 풍력발전기의 과회전을 차단하고 동력전달축으로 부터 공급받은 회전에너지를 압축공기로 저장하였다가 필요시에 공기구동 터어빈을 이용하여 회전운동으로 전환시켜 발전기에 공급함으로써 풍력 발전시스템의 유효풍속범위를 확장시켜 풍력발전기의 발전률과 효율을 증가시켜주고 풍력발전시스템의 에너지 저장체로서의 새로운 기능을 제공한다.Thus, the compressed air generator composed of clutch, air compressor, compressed air storage tank, air drive turbine, etc. blocks the over-rotation of the wind power generator and stores the rotation energy supplied from the power transmission shaft as compressed air. By using the air-driven turbine to convert the rotational motion and supply it to the generator, it expands the effective wind speed range of the wind power generation system, increases the generation rate and efficiency of the wind power generator, and provides new functions as an energy storage body of the wind power generation system.

Description

Compressed air generating device of wind power generators

지구상의 풍력 에너지는 고갈되지 않는 대체에너지원의 하나로 에너지 발생에 따르는 공해를 유발시키지 않는 청정 에너지이다. 1970년대 에너지 위기 상황에서 세계각국은 풍력에너지 개발에 많은 연구와 투자를 집중하여 현재는 선진국을 중심으로 급격한 기술향상으로 인한 시스템의 신뢰도와 안전성 확보는 물론 낮아진 풍력발전단가등 경제성이 뛰어난 대체에너지 자원으로써 상용화 단계에 이르러 있다.Wind energy on earth is one of the alternative sources of energy that is not depleted. It is clean energy that does not cause pollution due to energy generation. In the 1970s, during the energy crisis, countries around the world have concentrated their research and investment on wind energy development. Currently, advanced economies, such as advanced wind turbines, have secured the reliability and safety of the system due to rapid technological improvements. As a result, the commercialization stage has been reached.

강풍하에서도 풍차의 회전을 제어하는 기존의 기술로 알려진 것은 공기역학적인 특성을 이용한 방법과 기계적인 마찰을 이용한 방법이 있다.Known techniques for controlling the rotation of windmills even under strong winds include aerodynamic and mechanical friction methods.

공기역학적인 특성을 이용한 방법은 도1c에 도시한 실속(stall)현상을 이용하는 것으로 보조날개의 피치각을 변화시킴으로써 풍차의 동력변환 효율을 낮춰 강풍에서도 회전자가 고속으로 회전하지 않도록 하는 방법이며, 다양한 용량의 풍속 발전기에 적용되고 있다. 이와는 별도로 도3b에 도해한 바와 같이 유압장치(11)나 원심추 방식의 피치각 제어장치에 의해 날개의 각도 위치을 조절하는 방법으로, 공회전시와 최대출력시의 위치, 강풍시의 위치를 유지하거나 변경시킬수 있도록 구성되어 있다. 또한 동체의 회전을 구속하는 요(yaw)각 조절장치를 이용하여 풍향 추적 장치에 의하여 동체를 움직일 수 있도록 해주며 요브레이크를 이용하여 발생되는 측력에 저항하도록 되어있다.The method using the aerodynamic characteristics is a method of using the stall phenomenon shown in Fig. 1c to change the pitch angle of the auxiliary blade to lower the power conversion efficiency of the windmill so that the rotor does not rotate at high speed even in high winds. It is applied to a wind speed generator of capacity. Separately, as illustrated in FIG. 3B, the angular position of the blade is adjusted by the hydraulic device 11 or the centrifugal pitch angle control device. The position at idling, maximum output, and strong wind are maintained. It is configured to change. In addition, by using the yaw angle control device that restrains the rotation of the body to move the body by the wind direction tracking device is to resist the side force generated by using the yaw brake.

소형 풍력발전 시스템인 경우 상기한 중대형 시스템의 피치각 제어방식등에 의한 방식을 사용하지 않고, 종단풍속 이상의 강풍에서 풍차의 회전을 정시시키기 위하여 풍차날개의 회전면을 풍향과 같은 방향으로 회전시키는 구조를 채택하고 있 다.In the case of a small wind power generation system, the rotating surface of the windmill blade is rotated in the same direction as the wind direction in order to identify the rotation of the windmill in the strong wind above the longitudinal wind speed, without adopting the method by the pitch angle control method of the medium and large systems. Doing All.

상기한 공기역학적인 특성을 이용한 회전자 제어방식 외에도 기계적인 마찰력을 이용하여 회전자의 과회전을 방지하는데 제어시스템의 과회전 방지장치에 의해서 작동하게 된다. 도3b에 도해한 바에 의하면 회전익 제동장치는 통상의 원판브레이크 시스템을 사용하게 되는데, 증속기의 입력측에 연결되어 있는 원판 디스크(8)를 브레이크 켈리퍼(9)로 잡아 줌으로써 원판과 켈리퍼의 마찰에 의해 제동력을 얻는다. 켈리퍼는 과회전 방지장치에 의해서 또는 수동으로 브레이크 레버를 조작하는 것에 의해서 유압 장치(11)의 메인 벨브를 열어줌으로써 유압에 의해 작동된다.In addition to the rotor control method using the above-mentioned aerodynamic characteristics, it is operated by the over-rotation preventing device of the control system to prevent over-rotation of the rotor by using mechanical frictional force. As shown in Fig. 3b, the rotor blade braking system uses a conventional disc brake system. The disc brake 8, which is connected to the input side of the speed increaser, is grasped by the brake caliper 9, and thus the friction between the disc and the caliper. Gain braking power. The caliper is operated by hydraulic pressure by opening the main valve of the hydraulic device 11 by an over-rotation prevention device or by manually operating the brake lever.

공기역학적인 특성을 이용한 회전자 제어 방식이나 기계적 마찰력을 이용한 과회전 방지 및 제동장치들은 정격풍속이하의 풍속에서는 출력을 높일 수 있게 회전자를 제어하지만, 정격풍속이상의 풍속에서는 회전자의 회전효율을 낮추는 방식을 사용하거나 브레이크 패드의 마찰을 유발시켜 회전자의 과회전을 방지하게 된다.Rotor control method using aerodynamic characteristics or over-rotation prevention and braking system using mechanical frictional force controls the rotor to increase the output at the wind speed below the rated wind speed. The lowering method or friction of the brake pads prevents the rotor from over-rotating.

따라서, 풍력에너지가 속도의 세제곱에 비례하여 증가한다는 특성을 주지하면 에너지 밀도가 낮은 풍력에너지를 에너지원으로 사용하는 풍력 발전 시스템에 있어서 정격풍속 이상의 에너지를 활용하지 못하는 기존의 회전자 제어 방식은 개선되어야 할 필요성이 크다 하겠다.Therefore, if the wind energy increases in proportion to the cube of speed, the existing rotor control method that cannot utilize energy above the rated wind speed is improved in the wind power generation system using the wind energy with low energy density as the energy source. There is a great need to be.

배터리 저장방식을 채택하고 있지 않은 통상의 중대형급 풍력 발전기에 있어서 유효풍속이 발생할때 발생된 전기를 전력계통에 공급하는 등 풍력 발전시스템은 풍력에너지에 피동적으로 의존하여 작동되고 전력계통상에 기저 부하시에도 전력을 공급하는 등 전력의 효율적인 관리가 이루어 지지 않고 있다.In a typical medium-large wind generator that does not adopt battery storage system, the wind power generation system operates passively depending on the wind energy and supplies electricity generated when the effective wind speed occurs. Efficient management of power, such as supplying power, has not been achieved.

따라서 본 고안의 주된 목적은, 정격풍속 이상의 풍속이 가해지는 경우 풍력발전시스템의 안전을 위하여 회전자의 회전을 감소시키는 수단을 제공하되, 기존의 방법인 공기역학적 특성을 이용하거나 기계적 마찰력을 이용하는 방법과 달리 정격풍속이상의 풍력에너지를 이용할 수 있도록 하는 공기압축 발생장치를 제공하는데 있다.Therefore, the main object of the present invention is to provide a means for reducing the rotation of the rotor for the safety of the wind power system when a wind speed above the rated wind speed is applied, but using a conventional method aerodynamic properties or mechanical frictional force In contrast, the present invention provides an air compression generator that enables the use of wind energy above the rated wind speed.

또한, 공기압축기(23)를 통하여 압축된 공기를 압축공기저장탱크(24)에 저장하고 필요에 따라 압축공기를 공기구동 터어빈(26)에 공급하여 회전력을 얻어 발전기(6)를 구동시켜 풍력발전기의 작동풍속 범위를 넓히는 수단을 제공하며, 풍력발전기의 공기압축 발생장치를 에너지 저장장치로 활용하는 수단을 제공하는데 있다.In addition, the air compressed through the air compressor 23 is stored in the compressed air storage tank 24, and if necessary, the compressed air is supplied to the air drive turbine 26 to obtain a rotational force to drive the generator 6 to drive the wind turbine It provides a means for widening the range of the working wind speed of, and to provide a means for utilizing the air compressor generator of the wind turbine as an energy storage device.

도1a는 기존의 수평축 풍력 발전기의 입면도Figure 1a is an elevation view of a conventional horizontal axis wind generator

도1b는 기존의 수직축 풍력 발전기의 입면도1B is an elevational view of a conventional vertical axis wind generator

도1c는 풍차날개의 실속(stall)장치의 사시도Figure 1c is a perspective view of the stall of the windmill blades

도2는 기존의 공기압축기의 사시도2 is a perspective view of a conventional air compressor

도3a는 기존의 수평축 풍력 발전기의 평면도Figure 3a is a plan view of a conventional horizontal axis wind generator

도3b는 기존의 수평축 풍력 발전기의 정면도Figure 3b is a front view of a conventional horizontal axis wind generator

도3c는 기존의 수직축 풍력 발전기의 단면도Figure 3c is a cross-sectional view of a conventional vertical axis wind generator

도4는 본 고안에 의한 압축공기 발생장치가 구비된 수평축 풍력 발전기의 평면도Figure 4 is a plan view of a horizontal axis wind power generator with a compressed air generator according to the present invention

도5은 본 고안에 의한 압축공기 발생장치가 구비된 수직축 풍력 발전기의 단면도5 is a cross-sectional view of a vertical axis wind power generator with a compressed air generator according to the present invention

도6은 본 고안에 의한 압축공기 발생장치의 감속메카니즘의 계략도Figure 6 is a schematic diagram of the deceleration mechanism of the compressed air generating apparatus according to the present invention

도7은 본 고안에 의한 압축공기 발생장치의 가속메카니즘의 계략도Figure 7 is a schematic diagram of the acceleration mechanism of the compressed air generating apparatus according to the present invention

도8은 계통전력이 기저부하일때 본 고안에 의한 압축공기 발생장치의 에너지 저장의 작동 메카니즘의 계략도Figure 8 is a schematic diagram of the operating mechanism of the energy storage of the compressed air generator according to the present invention when the grid power is a base load

도9는 계통전력이 과부하일때 본 고안에 의한 압축공기 발생장치의 전력 발생 메카니즘의 계략도Figure 9 is a schematic diagram of the power generation mechanism of the compressed air generating apparatus according to the present invention when the system power is overloaded

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing

1 ; 회전자 날개 2 ; 회전자 날개 베어링One ; Rotor blade 2; Rotor wing bearing

3 ; 회전자 허브 4 ; 증속기3; Rotor hub 4; Gearbox

5 ; 플렉시블 커플링 6 ; 발전기5; Flexible coupling 6; generator

7 ; 발전기 지지대 8 ; 회전자 원판 디스크7; Generator support 8; Rotor disc disk

9 ; 수평 브레이크 켈리퍼 10 ; 원심 스위치9; Horizontal brake calipers 10; Centrifugal switch

11 ; 유압 장치 12 ; 유압 벨브11; Hydraulic system 12; Hydraulic valve

13 ; 연결봉 14 ; 수직 원판 디스크13; Connecting rod 14; Vertical disc disk

15 ; 수직 베어링 16 ; 수직 브레이크 켈리퍼15; Vertical bearing 16; Vertical brake calipers

17 ; 유압 실린더 18 ; 복원 스프링17; Hydraulic cylinder 18; Restoring spring

19 ; 피치링크 20 ; 날개 연결용 플렌지19; Pitch link 20; Flange for wing connection

21 ; 제어장치 22 ; 클러치21; Controller 22; clutch

23 ; 공기 압축기 24 ; 압축 공기 저장 탱크23; Air compressor 24; Compressed air storage tank

25 ; 공기압 제어 장치 26 ; 공기 구동 터어빈25; Air pressure control device 26; Air powered turbine

27 ; 증속기의 별도 입력축 28 ; 증속기의 별도 출력축27; Separate input shaft of gearbox 28; Separate output shaft of gearbox

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 풍력발전기의 회전자의 회전을 발전 가능한 회전수로 증속 시켜주는 증속기(4)에 두개의 입력축을 두고, 한개의 입력축은 회전자의 회전운동을 공급받고, 나머지 입력축(27)은 공기구동 터어빈(26)과 연결되어 공기구동 터어빈의 회전운동을 공급받게 된다. 또한 증속기의 출력단을 복수로 두어 하나의 출력축은 진동을 흡수해주는 플렉시블 커플링(5)을 통하여 발전기(6)와 연결되고, 나머지 하나의 출력축은 클러치(22)를 통하여 공기압축기 (23)와 연결한다. 공기압축기는 압축공기를 저장할 수 있는 다수의 압축공기저장 탱크(24)로 연결되어 있고, 공기압축탱크(24)의 출력축은 공기구동 터어빈(26)과 연결되며, 공기구동터어빈(26)의 회전축은 상기한 바와 같이 증속기의 입력축(27)과 결합되어 회전력을 공급하게 된다.In order to achieve the above object, the present invention has two input shafts on the speed increaser 4 for increasing the rotation of the rotor of the wind turbine to the number of possible revolutions, and one input shaft receives the rotational motion of the rotor. The remaining input shaft 27 is connected to the air driving turbine 26 to receive the rotational movement of the air driving turbine. In addition, a plurality of output stages of the speed increaser, one output shaft is connected to the generator 6 through a flexible coupling (5) absorbing vibration, the other output shaft and the air compressor (23) through the clutch 22 Connect. The air compressor is connected to a plurality of compressed air storage tanks 24 capable of storing compressed air, the output shaft of the air compression tank 24 is connected to the air drive turbine 26, the rotary shaft of the air drive turbine 26 As described above is coupled to the input shaft 27 of the speed increaser to supply the rotational force.

본 고안은 과풍속시에 증속기(4)에 발전기(6) 이외의 부하를 제공함으로써 회전자의 회전수를 정격회전수로 낮춘다. 즉 정격풍속이상의 과풍속이 발생하는 경우 기존의 공기역학적인 특성을 이용하여 회전자의 효율을 낮추는 방법이 아닌 증속기의 출력축(28)에 별도의 부하인 공기압축기(23)를 클러치(22)를 통하여 연결하여 증속기출력단의 부하가 증가하는 결과를 가져와 과풍속에 의하여 안전회전수 이상 빨라진 회전자의 회전운동을 안전회전수로 낮추게 된다.The present invention lowers the rotational speed of the rotor to the rated rotation speed by providing a load other than the generator 6 to the increaser 4 during the overwind speed. That is, when an overwind speed of more than the rated wind speed occurs, the air compressor 23, which is a separate load on the output shaft 28 of the speed increaser, is not a method of lowering the efficiency of the rotor by using existing aerodynamic characteristics. By connecting through the result, the load of the gearhead output stage increases, and the rotational movement of the rotor, which is faster than the safe rotational speed by the overwind speed, is lowered to the safe rotational speed.

본 고안은 또한 상기 공기압축 감속장치에서 발생한 압축공기를 다수의 압축공기저장탱크(24)에 저장하게 되는데 압축공기저장 탱크(24)는 실용화 되어 널리 사용되는 에너지 저장장치로 기존의 에너지저장 장치와 차별화 되는 장점을 가지고 있는바, 에너지 저장기간이 매우 길고, 에너지 저장장치로써 반영구적인 수명을 가지고 있을 뿐아니라 에너지 충전시간이 매우 빠른 등 충전시간의 조절이 가능하고, 저장된 에너지의 출력속도 제어가 매우 용이하다는 점 즉, 출력에너지의 크기를 조절하기 용이한 점이 있다.The present invention also stores the compressed air generated in the air compression reduction device in a plurality of compressed air storage tank 24, the compressed air storage tank 24 is a practical energy storage device widely used and the existing energy storage device and It has the advantage of differentiating, the energy storage period is very long, it has the semi-permanent lifespan as an energy storage device, and the charging time can be adjusted such that the energy charging time is very fast, and the output speed control of the stored energy is very In other words, it is easy to adjust the magnitude of the output energy.

에너지 저장장치로써 공기압축탱크의 단점은 에너지 저장효율이 낮은 점인데 최신의 미세누출 및 밀봉기술의 향상으로 상기 단점은 많이 보완되어 압축공기의 누출이 매우 적게 되었다. 또 하나의 단점은 저장할 수 있는 최대에너지 밀도가 낮은 점인데 이역시 최근의 초고압공기탱크 제작 기술의 향상으로 에너지저장 밀도가 높아지게 되었다. 압축공기를 기계적 회전력으로 변환시켜주는 공기 구동 터어빈 (26)의 경우도 과거 변환 효율이 낮은 문제점을 가지고 있었으나 최근의 전산기술의 발전에 따라 터어빈의 동력 변환 효율을 증가시켜주기 위한 3차원 난류점성 유동해석 방법, 터어빈의 내부유동을 해석하기 위한 다양한 기법이 사용되고 있다. 또한 터어빈의 설계에 관련한 다양한 설계인자를 고려한 실험으로 데이타베이스를 구성하고 이를 바탕으로 향상된 성능을 가지는 유체기계를 설계할 수 있는 설계전문가 시스템등이 개발되어 터어빈의 동력 변환 효율이 과거에 비하여 월등하게 좋아졌다.The disadvantage of the air compression tank as an energy storage device is that the energy storage efficiency is low, and the above-mentioned shortcomings have been largely compensated by the improvement of the latest micro-leakage and sealing technology, and the leakage of compressed air is very small. Another drawback is that the maximum energy density that can be stored is low, which has resulted in an increase in energy storage density due to the recent development of ultra-high pressure air tanks. The air-driven turbine 26, which converts compressed air into mechanical rotational force, has had low conversion efficiency in the past, but according to the recent development of computer technology, three-dimensional turbulent viscous flow to increase the power conversion efficiency of the turbine Analysis method, various techniques are used to analyze the internal flow of the turbine. In addition, a design expert system for constructing a database and designing a fluid machine with improved performance was developed by experimenting with various design factors related to the design of the turbine. Got better

이러한 본 고안에 따른 공기압축 감속장치의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.When described in detail with reference to the accompanying drawings preferred embodiments of the air compression reduction device according to the present invention as follows.

도1a는 기존 수평축 풍력 발전기의 정면도이고 도1b는 기존 다리우스형 수직축 풍력발전기의 정면도이다.Figure 1a is a front view of a conventional horizontal axis wind power generator and Figure 1b is a front view of a conventional Darius-type vertical axis wind power generator.

도2는 공기압축기와 공기압축탱크가 일체로 구성이 된 보편적인 공기압축기이다. 기존의 공기압축기는 전동기나 엔진과 같은 동력원으로 부터 회전력을 얻어 피스톤식이나 로터리식, 스크류식 공기압축기를 구동하여 역류 방지 벨브를 통하여 공기 압축 탱크에 압축공기를 저장하도록 구성이 되어 있어, 순간적인 힘이 필요로 하는 공기구동드라이브와 공기압 제어장비 등, 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.2 is a universal air compressor in which the air compressor and the air compression tank are integrally configured. Conventional air compressors are configured to store compressed air in an air compression tank through a backflow prevention valve by driving a piston, rotary, or screw type air compressor by receiving rotational power from a power source such as an electric motor or an engine. It is widely used in various fields such as air drive and force control equipment that require force.

도3a는 기존의 수평축 풍력 발전기의 평면도이고, 도3b는 수평축 풍력 발전기 몸체의 정면도인바, 풍차날개(1)와 풍차날개를 고정시켜주는 날개 연결용 플랜지(20)와 회전력을 증속기에 전달해주는 동력축과, 원판형 브레이크 시스템을 두고, 연결봉(Pitch rod)(13)에 연결되어 있는 피치링크(19), 회전자의 회전력을 증속기로 연결시켜 주는 동력축과, 동력축에 연결되어 발전기가 발전 가능한 속도로 증속시켜 주는 증속기(4)와 증속기를 통해 전달되는 회전력의 다양한 스트레스를 흡수하는 플렉시블 커플링(5)과 플렉시블 커플링에 연결되는 발전기(6)로 구성 되어 있다. 상기의 연결봉(13)은 증속기(4)를 관통하여 유압실린더(17)와 연결되어 유압의 조절에 의하여 피치각의 조절이 가능하도록 되어 있고 연결봉(13)에는 피치각의 복원을 위한 복원스프링(18)이 구비되어 있다.Figure 3a is a plan view of a conventional horizontal axis wind power generator, Figure 3b is a front view of the horizontal axis wind generator body, the windmill wings (1) and the wing connecting flange 20 for fixing the windmill wings and power to transmit the power to the speed increaser A shaft, a disc brake system, a pitch link 19 connected to a pitch rod 13, a power shaft connecting the rotational force of the rotor to the gearbox, and a generator connected to the power shaft It consists of a speed increasing speed (4) to increase the speed and a flexible coupling (5) for absorbing the various stress of the rotational force transmitted through the speed increaser and the generator (6) connected to the flexible coupling. The connecting rod 13 is connected to the hydraulic cylinder 17 through the gearbox 4 so that the pitch angle can be adjusted by adjusting the hydraulic pressure. The connecting rod 13 has a restoring spring for restoring the pitch angle. 18 is provided.

도4는 본 고안에 의한 공기압축 발생장치가 구비된 수평축 풍력발전기 몸체의 정면도인바, 풍차날개(1)와 풍차를 고정시켜주는 날개 연결용 플랜지(20)와 회전자의 회전력을 감속하기 위한 원판형 브레이크와 증속기로 회전자의 회전력을 전달해주는 동력축과 전달된 회전력을 발전 가능한 속도로 증속 시켜주는 증속기(4)로 구성되어 있되, 증속기의 입력축은 기존 풍력 발전기와 달리 별도 입력축(27)을 구성하여 공기구동 터어빈(26)의 회전축을 추가적으로 구성한 증속기의 입력축(27)에 연결한다. 증속기의 출력축도 기존 풍력발전기의 증속기와 달리 복수로 구성하는데 한개의 출력축은 플랙시블 커플링(5)을 통하여 발전기(6)와 연결되어있고, 나머지 출력축(28)을 공기압축기(23)와 연결시키되, 필요에 의해 동력 차단이 가능하도록 하기 위한 클러치(22) 구조물을 구비하여 공기압축기(23)와 사이에 구비한다. 공기압축기(23)를 통하여 압축된 공기는 다수로 구성된 압축공기저장탱크(24)에 공기압 제어장치(25)를 통하여 저장된다.Figure 4 is a front view of a horizontal shaft wind turbine body equipped with an air compression generator according to the present invention bar, the windmill blade (1) and the blade connecting flange for fixing the windmill 20 and the circle for reducing the rotational force of the rotor It consists of a plate-type brake and a power shaft that transmits the rotational force of the rotor to the speed increaser, and a speed increaser (4) which increases the transmitted rotational force at a speed that can be generated.The input shaft of the speed increaser is a separate input shaft (27). ) To connect the rotary shaft of the air drive turbine 26 to the input shaft 27 of the increaser. Unlike the speed increaser of the existing wind power generator, the output shaft of the speed increaser is configured in plural. One output shaft is connected to the generator 6 through the flexible coupling 5, and the other output shaft 28 is connected to the air compressor 23. Is connected to, but provided with a clutch 22 structure for enabling the power cut off if necessary provided between the air compressor (23). Air compressed through the air compressor 23 is stored in the compressed air storage tank 24 composed of a plurality of air pressure control device 25.

도5는 본 고안에 의한 공기압축 발생장치가 구비된 수직축 풍력발전기 몸체의 정면도인바 상기 도4와 같이 기존의 풍력발전기와 달리 증속기에 부가적인 입력축(27)을 구비하고, 여기에 공기구동터어빈(26)의 출력축을 연결한다. 수직축 풍력 발전기의 증속기 출력축도 도4의 경우와 같이 별도의 출력축(28)을 구성하여 여기에 클러치(22)를 연결하고 클러치(22)에 공기압축기(23)를 연결하고, 공기압축기를 통하여 압축된 공기는 다수로 구성된 압축공기저장탱크(24)에 공기압 제어장치(25)를 통하여 저장된다.5 is a front view of a vertical shaft wind turbine body equipped with an air compression generator according to the present invention, unlike the existing wind turbine as shown in FIG. 4, and includes an additional input shaft 27 to the speed increaser, and an air drive turbine ( Connect the output shaft of 26). As shown in FIG. 4, the output shaft 28 of the vertical axis wind generator is configured with a separate output shaft 28 to connect the clutch 22 to the clutch 22 and to connect the air compressor 23 to the clutch 22, and through the air compressor. Compressed air is stored in a plurality of compressed air storage tank 24 through the air pressure control device 25.

도6은 본 고안에 의한 공기 압축 발생장치의 감속메카니즘의 계략도인바, 정격풍속이상의 과풍속이 발생하는 경우 회전자가 과회전하게 되고 이것을 감지하는 센서에 의하여 증속기의 별도의 출력축(28)에 공기압축기의 클러치(22)를 증속기 (4)와 연결하여 공기압축기(23)가 구동되도록 한다. 이것은 즉 회전자의 과회전이 발생한 경우 추가적인 부하인 역할을 하는 공기압축기(23)를 연결하여 줌으로써 회전자의 과회전을 낮추는 기능을 하게된다. 공기 압축기의 특성상 압축탱크에 저장된 공기의 압력이 낮은 경우는 비교적 약한 부하로 작용하게 되지만 압축탱크의 저장압이 올라갈수록 공기압축기의 부하로써 작용은 커지게 된다. 따라서 정격풍속을 일정이상 정도만 상회하는 경우는 다수의 공기저장탱크를 병열연결하여 압축탱크의 저장압이 서서이 증가되도록 하여 회전자가 정격회전수 이하로 떨어지는것을 막고, 공기압축저장탱크들의 평균 저장압이 높은 경우 공기압축기의 부하를 조절하기 위하여 별도의 압력감지센서 등을 구성하여 압축공기 발생장치가 회전자의 정격회전을 저해하지 않도록 구성한다. 이와 달리 상당한 강풍인 경우 개개의 압축공기저장탱크(24)와 연결되어 있는 공기압 제어장치(25)에 의하여 압축공기 발생장치가 충분한 회전저항력을 발휘하도록 하며, 공기압축의 특성상 최고 저장압에 근접하는 경우 매우 큰 저항이 발생하므로 회전자의 과회전을 감속하는 효과가 크게 발생한다.Figure 6 is a schematic diagram of the deceleration mechanism of the air compression generating apparatus according to the present invention, when the overwind speed of more than the rated wind speed occurs, the rotor is over-rotated by a sensor for detecting this on the separate output shaft 28 The air compressor 23 is driven by connecting the clutch 22 of the air compressor with the increaser 4. This means that by overconnecting the air compressor 23, which serves as an additional load in the case of over-rotation of the rotor to function to lower the over-rotation of the rotor. When the pressure of the air stored in the compression tank is low due to the characteristics of the air compressor, it acts as a relatively weak load, but as the storage pressure of the compression tank increases, the action as the load of the air compressor increases. Therefore, in case of exceeding the rated wind speed by a certain degree or more, the storage pressure of the compression tank is increased by connecting several air storage tanks in parallel to prevent the rotor from falling below the rated speed, and the average storage pressure of the air compression storage tanks is increased. If it is high, a separate pressure sensor or the like is configured to adjust the load of the air compressor so that the compressed air generator does not inhibit the rated rotation of the rotor. On the contrary, in the case of considerable strong wind, the compressed air generating device 25 exhibits sufficient rotational resistance by the pneumatic control device 25 connected to the individual compressed air storage tank 24, and close to the maximum storage pressure due to the characteristics of the air compression. In this case, since a very large resistance is generated, the effect of slowing down the rotation of the rotor is greatly generated.

도7은 본 고안에 의한 압축공기 발생장치의 가속메카니즘의 계략도인바, 풍속이 약하여 풍력 발전기의 시동 회전력을 얻을 수 없을 경우 회전자를 통하여 공급되는 약한 회전력이 증속기에 연결되고 이때 공기구동 터어빈에 압축공기를 공급하여 공기구동터어빈축에 회전력을 발생시켜 증속기의 부가적인 입력축에 공기구동터어빈의 회전력을 공급하게 된다. 그리하여 증속기의 두개의 입력축을 통하여 입력된 약한 회전자의 회전력과 공기구동 터어빈을 통하여 공급되는 회전력의 합의 힘이 증속기에 가해지게 되고 증속기는 발전에 필요한 회전수로 증속하는 것이 가능해 진다. 증속기를 통하여 발전이 가능한 회전수로 증속된 회전운동이 플렉시블 커플링을 통하여 발전기에 공급됨으로써 발전기는 발전을 시작하게 된다. 상기한 구동메카니즘에 의하여 풍력발전기의 발전이 가능한 최소풍속이 낮아지는 효과가 있다. 이때에는 당연히 공기압축기와 연결되는 클러치는 떨어져 있게 되므로 공기 압축기는 증속기의 회전에 저항으로 작용하지 않는다.7 is a schematic diagram of the acceleration mechanism of the compressed air generator according to the present invention, when the wind speed is weak to obtain the starting rotational force of the wind generator, the weak rotational force supplied through the rotor is connected to the speed increaser and the air drive turbine By supplying the compressed air to generate a rotational force on the air drive turbine shaft to supply the rotational force of the air drive turbine to the additional input shaft of the gearbox. Thus, the force of the sum of the rotational force of the weak rotor input through the two input shafts of the gearbox and the rotational force supplied through the air drive turbine is applied to the gearbox, and the gearbox can be increased to the speed required for power generation. The generator starts to generate power by supplying the rotating motion increased in speed to the generator through the flexible coupling to the generator through the flexible coupling. By the above driving mechanism, there is an effect of lowering the minimum wind speed at which the wind power generator can be generated. At this time, since the clutch connected to the air compressor is separated, the air compressor does not act as a resistance to the rotation of the gearbox.

도8은 계통전력이 기저부하 수준일때 본 고안에 의한 공기압축 발생장치의 에너지 저장장치로써의 작동 메카니즘의 계략도인바, 심야 기저 부하시 등에는 회전자의 회전운동은 증속기를 통하여 모두 공기 압축기로 공급이 되어 압축공기 형태로 에너지를 저장하게 되어 불필요한 전력생산을 하지 않게 된다. 이때 압축공기로 전환된 에너지는 계통이 요구하는 경우 공기구동 터어빈을 구동시켜 발전기에 회전력을 전달함으로써 즉각적으로 전력으로 변환이 가능하여 진다. 풍력발전기의 구조상 특성에 따라 다르지만 대부분의 중대형 풍속기는 유도발전기를 사용하는데 제어를 통하여 전력을 공급하면 유도발전기는 전동기의 기능을 수행할 수 있으므로 계통상의 잉여전력을 이 전동기에 공급하면 전동기에 의해 회전력을 얻고 이 회전력을 이용하여 공기압축기를 구동시켜 잉여 전력을 압축공기에너지로 전환하여 저장할 수 있게된다.8 is a schematic diagram of an operation mechanism as an energy storage device of the air compression generator according to the present invention when the system power is at the base load level. As it is supplied, energy is stored in the form of compressed air so that unnecessary power is not produced. At this time, the energy converted to compressed air can be immediately converted to electric power by transmitting the rotational force to the generator by driving the air-driven turbine if the system requires. Although most wind turbines use induction generators, most medium and large wind speeds use induction generators. When power is supplied through control, induction generators can function as motors. By using this rotational force to drive the air compressor to convert the surplus power into compressed air energy can be stored.

도9는 계통전력이 과부하일때 본 고안에 의한 공기압축 발생장치의 에너지발생 메카니즘의 계략도인바, 전력계통에 과부하가 발생되는 경우는 압축된 공기를 이용하여 풍력발전기를 구동하여 풍속에 의존하는 풍력발전기의 회전자 운동과 협력하여 전력을 생산하거나 독자적으로 발전기를 구동시켜 즉시 전력을 생산해 계통에 공급하여 줌으로써 계통의 과부하를 해소시켜 준다.Figure 9 is a schematic diagram of the energy generation mechanism of the air compression generator according to the present invention when the system power is overloaded, when the overload is generated in the power system to drive the wind power generator using the compressed air wind power depending on the wind speed In cooperation with the rotor movement of the generator to generate power or to drive the generator independently to immediately generate the power supply to the system to relieve the system overload.

도5는 본 고안에 의한 공기압축 발생장치가 구비된 수직축 풍력발전기를 도해한 것으로, 수직축풍력 발전기는 수평축 풍력 발전기와 비교하여 초기에 회전자를 일정회전수 이상 가속시켜줘야 하는데 기존의 수직축 풍력 발전기에서는 발전기에 전류를 공급하여 전동기로 기능하게 하여 회전자의 회전수를 정격회전수이상 가속시켜주고 다시 전동기를 발전기로 전환하여 회전자의 운동을 이용하여 발전을 하게된다. 그러나 본 고안에 따른 압축공기 발생장치를 부착한 경우에는 압축공기저장탱크의 압축공기를 이용하여 공기구동장치인 터어빈을 회전시키고 여기서 발생한 회전력을 증속기에 공급함으로써 회전자의 회전이 가능하도록 하여 준다.Figure 5 illustrates a vertical axis wind power generator with an air compression generator according to the present invention, the vertical axis wind power generator should accelerate the rotor by a predetermined number of revolutions in comparison with the horizontal axis wind power generator in the conventional vertical axis wind power generator By supplying current to the generator to function as an electric motor, it accelerates the rotation speed of the rotor more than the rated rotation speed, and converts the motor to the generator again to generate power by using the movement of the rotor. However, when the compressed air generating device according to the present invention is attached, the rotor is rotated by rotating the turbine, which is an air driving device, using the compressed air of the compressed air storage tank, and supplying the rotational force generated therein to the increaser.

본 고안은 상기한 바와 같이 풍력발전기에 공기압축 발생장치를 구비하여 정격풍속이상의 풍속이 발생하여 회전자의 과회전이 유발되면 공기압축기를 부하로 이용하여 회전자의 과회전을 해소시켜주고, 이때 저장된 압축공기를 이용하여 유효풍속이하의 풍속이 불어 회전자의 저회전이 유발되면 저장된 압축공기를 이용하여 공기구동터어빈을 구동하여 여기서 얻어진 회전력으로 회전자의 회전운동을 보조하여 증속기에 공급함으로써 풍력 발전기의 작동률을 향상시켜 줄 수 있다. 이것은 결과적으로 풍력발전기의 운전풍속 범위를 증가시키는 효과를 가져와 풍력 발전기의 발전능력을 비약적으로 향상시킬 수 있다.The present invention is provided with an air compressor generator in the wind power generator as described above, if the wind speed is higher than the rated wind speed is generated and the over-rotation of the rotor is induced to solve the over-rotation of the rotor using the air compressor as a load, If the low speed of the rotor is caused by the wind speed below the effective wind speed by using the stored compressed air, the air drive turbine is driven by using the stored compressed air, and the rotational force obtained here assists the rotational movement of the rotor and supplies it to the increaser. It can improve the operation rate of generator. This, in turn, has the effect of increasing the wind speed range of the wind power generator, which can dramatically improve the power generation capacity of the wind power generator.

또한, 공기압축 발생장치는 신뢰성이 높은 에너지 저장장치로 활용이 가능하여 전력계통의 잉여전력을 저장하고, 계통에 과부하가 발생하게 되면 즉각 전력으로 전환하여 계통에 공급함으로써 피크전압 및 전력예비율, 에너지 수요의 증가에 따른 추가적인 발전소 건설을 대치하는 효과가 있고, 풍력발전시스템의 발전능력을 향상시켜 풍력발전시스템의 확대보급에 박차를 가하게 될 것이다.In addition, the air compressor generator can be used as a reliable energy storage device to store the surplus power of the power system, and when the system is overloaded, it immediately switches to the power supply and supplies the system to the peak voltage, power reserve ratio and energy. As the demand increases, it will replace the construction of additional power plants, and it will speed up the expansion and expansion of the wind power system by improving the power generation capacity of the wind power system.

장기적으로는 리우선언이후 환경보전을 위한 보다 구체적인 실천방안이 요구되는 현 시점에서 풍력발전시스템은 대체에너지 발생장치로써 그 중요성이 커진다 할 수 있으며 본 고안에 의한 공기압축 발생장치를 포함한 풍력발전시스템은 풍력발전기의 기능과 작동효율을 비약적으로 향상시켜줘 확대보급시에 온실가스 배출의 감축과 지구 환경보존에 이바지 하게 된다.In the long term, after the Rio Declaration, the wind power generation system will become more important as an alternative energy generator at the present time when more concrete action plans for environmental preservation are required. The wind power generation system including the air compression generator according to the present invention It greatly improves the function and operation efficiency of wind power generators, which contributes to the reduction of greenhouse gas emissions and the preservation of the global environment.

Claims

A power connection device such as a clutch 22 is provided on a separate output shaft 28 having a separate input shaft 27 and a separate output shaft 28 on the speed increaser 4 of the wind turbine, and an additional configuration of the speed increaser 4. The air compressor 23 is installed on the rotary shaft connected through the clutch 22, and the air compressed through the air compressor 23 is stored in the plurality of air compression storage tanks 24 to rotate the rotor. Compressed air generator, characterized in that the air compressor (23) acts as a load to prevent over-rotation of the rotor

The compressed air storage tank according to claim 1 constitutes an air driven turbine 26 connected to the compressed air storage tank 24 and the rotary shaft of the air driven turbine 26 is connected to a separate input shaft 27 of the increaser. Compressed air generator characterized in that to drive the air drive turbine 26 by using the compressed air supplied from 24) to supply the rotational force generated here to the generator to produce power

The air compressor 23 is operated according to the rotational force generated by the electric motor by controlling the wind power generator to operate the generator 6 of the wind power generation system as an electric motor in the case where the power system is at the base load level. When the energy is stored in the form of compressed air, and the overload occurs in the power system, the compressed air is used to drive the air driven turbine 26, and the rotational force generated here is cooperated with the rotor kinetic energy of the wind power generator. By supplying power to the generator (6), or by driving the generator (6) using only the rotational force of the air-driven turbine 26 using compressed air to generate power and supply to the system to eliminate the overload of the system Compressed Air Generator