KR200271513Y1

KR200271513Y1 - 더블허브 프로펠러형 풍력발전기

Info

Publication number: KR200271513Y1
Application number: KR2020010024522U
Authority: KR
Inventors: 사희명
Original assignee: 사희명
Priority date: 2001-08-13
Filing date: 2001-08-13
Publication date: 2002-04-10

Abstract

종래의 프로펠러형 풍력발전기는 블레이드가 허브에 설치되고 허브와 연결된 축의 회전수를 증속장치에서 증속하여 발전을 하는데 블레이드가 많으면 저속의 바람에서 높은 회전력을 얻을 수 있지만 바람이 고속이 되면 블레이드 마찰손실의 증가로 풍차효율이 떨어지므로 바람이 고속일 때 높은 풍차효율을 얻을 수 있도록 프로펠러형 풍력발전기 블레이드는 3매 정도로 적게 설계되는데 이와 같은 이유로 프로펠러형 풍력발전기는 바람이 저속일 때 풍력에너지 이용율이 낮아지므로 대용량의 풍력발전을 하기 위해서는 블레이드 길이와 타워 높이를 크게 설계 제작해야 하지만 기계적강도를 고려한 블레이드팁 원주속도에 한계가 있어 풍력발전기 설치 대수의 증가 및 더 많은 설치면적이 요구되는 문제점이 있다.

본 고안의 더블허브 프로펠러형 풍력발전기는 비틀림각의 크기가 서로 같은 전단블레이드(1-1) 및 후단블레이드(1-2)가 비틀림의 방향은 서로 반대로 제작되어 전단블레이드(1-1)는 전단허브(2-1)에 고정되고 후단블레이드(1-2)는 중공 원통형의 후단허브(2-2)에 고정되어 있으며 전단허브(2-1)와 연결되어 있는 실축(3-1)이 중공 원통형의 후단허브(2-2)와 연결되어 있는 중공축(3-2)의 내부에 수용 설치되어 있다.

또한 실축(3-1)에 설치된 실축베벨기어(4-1)와 중공축(3-2)에 설치된 중공축베벨기어(4-2)는 수직축베벨기어(4-3)를 중심으로 마주보고 수직축베벨기어(4-3)에 치합되어 있어 서로 반대 방향으로 회전하는 실축(3-1)과 중공축(3-2)의 회전력은 같은 회전방향으로 수직축베벨기어(4-3)를 통합 구동하여 수직축(6)을 회전시킬 수 있도록 고안된 독창적인 구조를 갖추고 있으며 3매 정도로 적은 수량의 블레이드를 전후단의 허브에 각각 설치함으로써 고속의 바람에서 높은 풍차효율을 얻을 수 있을 뿐아니라 저속의 바람에도 전후단의 허브에 나누어 설치된 블레이드 수량의 증가에 의한 풍력에너지 이용율이 높아져 종래의 프로펠러형 풍력발전기에 비하여 이론상 2배의 발전출력을 낼 수 있고 대용량 풍력발전기의 제작이 용이하므로 풍력발전소의 건설비와 운영유지비의 대폭 저감이 가능하며 청정에너지원인 풍력발전기의 대량보급과 한정된 자원인 풍력발전소 적지 이용율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

Description

더블허브 프로펠러형 풍력발전기{Double Hub Attached Propeller Type Wind Power Generator}

본 고안은 프로펠러형 블레이드를 갖추고 있는 풍력발전기에 관한 것이다. 종래의 프로펠러형 풍력발전기는 허브에 블레이드를 설치하고 허브와 연결된 축의 회전수를 증속장치에서 증속하여 발전을 하는데 허브에 설치된 블레이드가 많으면 저속의 바람에서 높은 회전력을 얻을 수 있지만 바람이 고속이 되면 블레이드 마찰손실의 증가로 풍차효율이 떨어지므로 바람이 고속일 때 높은 풍차효율을 얻을 수 있도록 프로펠러형 풍력발전기의 블레이드는 3매 정도로 적게 설계되는데 이와 같은 이유로 프로펠러형 풍력발전기는 바람이 저속일 때 풍력에너지 이용율이 낮아지므로 대용량의 풍력발전을 하기 위해서는 블레이드 길이와 타워 높이를 크게 설계제작해야 하지만 기계적강도를 고려한 블레이드팁 원주속도의 한계로 기술적인 어려움이 많아서 풍력발전기 설치 대수의 증가와 넓은 설치면적 확보가 요구되고 이는 풍력발전소의 건설비와 및 운영관리비의 증가로 이어져 청정에너지인 풍력에너지를 쉽게 이용할 수 없는 문제점이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 고안의 더블허브 프로펠러형 풍력발전기는 3매 정도의 블레이드를 전후단의 허브에 나누어 설치하고 전후단 블레이드 비틀림의 방향에 따라 서로 반대 방향으로 회전하는 두 축의 회전력을 베벨기어장치를 통하여 같은 방향으로 통합 하나의 축으로 발전기를 구동하도록 함으로써 고속의 바람에서 높은 풍차효율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 저속의 바람에도 전후단의 허브에 나누어 설치된 블레이드 수량의 증가에 의하여 풍력에너지 이용율을 높임으로써 대용량 풍력발전기의 제작을 용이하게 하는데 있다.

도1 은 종래 프로펠러형 풍력발전기를 나타낸 사시도

도2 는 본 고안의 더블허브 프로펠러형 풍력발전기를 나타낸 사시도

도3 은 본 고안의 더블허브 프로펠러형 풍력발전기 측단면도

* 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1-1 : 전단블레이드 1-2 : 후단블레이드

2-1 : 전단허브 2-2 : 후단허브

3-1 : 실축 3-2 : 중공축

4-1 : 실축베벨기어 4-2 : 중공축베벨기어

4-3 : 수직축베벨기어 5 : 나셀

6 : 수직축 7 : 증속장치

8 : 발전기 9 : 타워

10 : 블레이드 회전방향 11 : 풍향

본 고안의 더블허브 프로펠러형 풍력발전기는 도2 및 도3의 예와 같이 비틀림각의 크기가 서로 같은 전단블레이드(1-1) 및 후단블레이드(1-2)가 비틀림의 방향은 서로 반대로 제작되어 전단블레이드(1-1)는 전단허브(2-1)에 고정되고 후단블레이드(1-2)는 중공 원통형의 후단허브(2-2)에 고정되어 있으며 전단허브(2-1)와 연결되어 있는 실축(3-1)이 중공 원통형의 후단허브(2-2)와 연결되어 있는 중공축 (3-2)의 내부에 수용 설치되어 있다. 실축(3-1)에 설치된 실축베벨기어(4-1)와 중공축(3-2)에 설치된 중공축베벨기어(4-2)는 수직축베벨기어(4-3)를 중심으로 마주보고 수직축베벨기어(4-3)에 치합 설치되어 나셀(5)의 내부에 수용되어 있으며 타워(9)는 수직축베벨기어(4-3)가 설치된 수직축(6), 증속장치(7) 및 발전기(8)를 내부에 수용하며 풍향에 따라 자유로운 회전이 가능하도록 상부에 나셀(5)을 베어링으로 지지하고 있다.

본 고안의 더블허브 프로펠러형 풍력발전기가 풍력에너지를 전기에너지로 변환하는 과정을 도2 및 도3의 실시 예로 상세히 설명하면 다음과 같다.

바람이 불면 바람이 블레이드 전면에 부딪쳐서 발생하는 충동력과 바람이 블레이드를 통과할 때 발생하는 반동력이 합성된 회전력을 받아 전단블레이드(1-1)는 비틀림의 방향에 따라 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 전단블레이드(1-1)를 통과한 바람은 전단블레이드(1-1)가 회전하는 투영면의 공간을 지나가는 바람과 합쳐져 다시 후단블레이드(1-2)에 충동력과 반동력이 합성된 회전력을 전달하여 후단블레이드(1-2)는 회전하게 되는데 후단블레이드(1-2)의 비틀림은 전단블레이드(1-1)와 반대 방향이므로 전단블레이드(1-1)의 회전방향과 반대로 회전하게 된다. 여기서 전단블레이드(1-1)에 회전력을 일부 전달하고 통과한 바람의 잉여 풍력에너지는 다시 후단블레이드(1-2)에 회전력을 전달하고 통과하여 풍력 에너지를 한번 더 회수하게 되므로 종래의 풍력발전기에 비하여 풍력에너지 변환효율은 높아지게 된다.

또한 중공축(3-2)의 내부에 수용되어 있는 실축(3-1)은 전단블레이드(1-1)의 회전방향과 같이 회전하고 중공축(3-2)은 후단블레이드(1-2)의 회전방향과 같이 회전하므로 실축(3-1)과 중공축(3-2)은 서로 반대 방향으로 회전하게 된다. 실축(3-1)에 설치된 실축베벨기어(4-1)와 중공축(3-2)에 설치된 중공축베벨기어(4-2)는 수직축베벨기어(4-3)를 중심으로 마주보고 수직축베벨기어(4-3)에 치합되어 있어 서로 반대방향으로 회전하는 실축(3-1)과 중공축(3-2)의 회전력은 같은 회전방향으로 수직축베벨기어(4-3)를 통합 구동하여 수직축(6)을 회전시키도록 고안되어 있으며 수직축(6)의 회전수는 증속장치(7)에서 증속되어진 후 증속장치 (7)와 직결된 발전기(8)를 구동하여 전기에너지로 출력을 얻게 된다.

본 고안의 더블허브 프로펠러형 풍력발전기는 3매 정도의 블레이드를 전후단의 허브에 나누어 설치하고 전후단 블레이드 비틀림의 방향에 따라 서로 반대 방향으로 회전하는 두 축의 회전력을 베벨기어장치를 통하여 같은 방향으로 통합 하나의 축으로 발전기를 구동하도록 함으로써 고속의 바람에서 높은 풍차효율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 저속의 바람에도 전후단의 허브에 나누어 설치된 블레이드 수량의 증가에 의한 풍력에너지 이용율이 높아져 종래의 프로펠러형 풍력발전기에 비하여 이론상 2배의 발전출력을 낼 수 있고 대용량 풍력발전기의 제작이 용이하여 풍력발전소의 건설비와 운영유지비의 대폭 저감이 가능하며 청정에너지원인 풍력발전기의 대량보급과 한정된 자원인 풍력발전소 적지 이용율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

Claims

풍력발전기의 블레이드와 허브의 구조에 있어서 비틀림각의 크기가 서로 같은 전단블레이드(1-1) 및 후단블레이드(1-2)가 비틀림의 방향은 서로 반대로 제작되어 전단블레이드(1-1)는 전단허브(2-1)에 고정 설치되고 후단블레이드(1-2)는 중공 원통형의 후단허브(2-2)에 고정 설치되어진 것을 특징으로 하는 "더블허브 프로펠러형 풍력발전기"
제 1 항에 있어서 상기 전단허브(2-1)와 연결되어 있는 실축(3-1)이 상기 후단허브(2-2)와 연결되어 있는 중공축(3-2)의 내부에 수용 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 "더블허브 프로펠러형 풍력발전기"
제 1 항에 있어서 상기 전단블레이드(1-1) 및 후단블레이드(1-2)의 비틀림 방향에 따라 서로 반대 방향으로 회전하는 상기 실축(3-1)과 중공축(3-2)의 회전력을 상기 실축(3-1)에 설치된 실축베벨기어(4-1) 및 상기 중공축(3-2)에 설치된 중공축베벨기어(4-2)에 의하여 같은 회전방향으로 수직축베벨기어(4-3)를 통합 구동하여 수직축(6)을 회전시키는 것을 특징으로 하는 "더블허브 프로펠러형 풍력발전기"