KR20030014776A - 더블허브 프로펠러형 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

종래의 프로펠러형 풍력발전기는 허브에 블레이드가 설치되고 허브와 연결된 축의 회전수를 증속장치에서 증속하여 발전을 하는데 허브에 설치된 블레이드 수가 많으면 저속의 바람에서 높은 회전력이 얻을 수 있지만 바람이 고속이 될 수록 풍차효율이 떨어지므로 바람이 고속일때 높은 풍차효율을 얻을 수 있도록 프로펠러형풍차의 블레이드 수는 3 매 정도로 작은데 이러한 프로펠러형 풍차는 저속의 바람에서 풍력에너지 이용율이 낮아지는 문제점이 있고 대용량의 풍력발전을 하기 위해서는 블레이드 길이와 타워 높이를 크게 제작해야 하지만 기계적강도를 고려한 블레이드팁 원주속도의 한계로 기술적인 어려움이 많고 풍력발전기 설치 대수의 증가와 넓은 설치면적 확보가 요구되는 문제점이 있다.

본 발명의 더블허브 프로펠러형 풍력발전기는 전후단으로 나누어진 허브에 비틀림 각도가 서로 반대로 제작된 블레이드가 설치되며 후단의 허브에 속이 빈 중공축을 연결하고 전단의 허브는 중공축 내부에 수용된 실축과 연결되며 중공축베벨기어 및 실축베벨기어는 수직축베벨기어와 대칭으로 물리도록 설치되고 반대로 회전하는 두축의 회전력은 동일한 방향으로 합성되어져 증속장치를 구동하는 독창적인 구조로 저속의 바람에도 전후단으로 나누어 설치된 블레이드 수의 증가로 풍력에너지 이용율이 높아질 뿐아니라 고속의 바람에서도 전단과 후단의 블레이드가 높은 풍차효율을 유지하면서 각기 따로 회전하여 종래의 프로펠러형 풍력발전기에 비하여 이론상 2 배의 발전출력을 낼 수 있어 대용량 풍력발전기의 제작이 용이하므로 풍력발전소 초기건설비와 운영유지비의 저감이 가능하며 청정에너지원인 풍력발전기의 대량보급과 한정된 자원인 풍력발전소 적지의 이용율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

Description

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

종래의 프로펠러형 풍력발전기는 허브에 블레이드가 설치되고 허브와 연결된 축의 회전수를 증속장치에서 증속하여 발전을 하는데 허브에 설치된 블레이드 수가 많으면 저속의 바람에서 높은 회전력이 얻을 수 있지만 바람이 고속이 될 수록 풍차효율이 저하하므로 바람이 고속일때 높은 풍차효율을 얻을 수 있도록 프로펠러형풍차의 블레이드 수는 3 매 정도로 작은데 이러한 프로펠러형 풍차는 저속의 바람에서 풍력에너지 이용율 낮고 대용량의 풍력발전을 하기 위해서는 블레이드 길이와 타워 높이를 크게 제작해야 하지만 기계적강도를 고려한 블레이드팁 원주속도의 한계로 기술적인 어려움이 많아서 풍력발전기 설치 대수의 증가와 넓은 설치면적 확보가 요구되고 이는 풍력발전소 초기 건설비 및 운영관리비의 증가로 이어져 청정에너지인 풍력에너지를 쉽게 이용할 수 없는 문제점이 있다.

바람이 고속일때 높은 풍차효율을 얻도록 블레이드 수가 3 매 정도로 작게 제작되는 종래 프로펠러형 풍력발전기는 저속의 바람에서 풍력에너지 이용율이 낮은 문제점이 있으나 본 발명의 더블허브 프로펠러형 풍력발전기는 블레이드 허브를 전후단으로 나누어 각기 블레이드를 설치함으로써 각기 따로 회전하는 블레이드 허브에 의하여 고속의 바람에서 높은 풍차효율을 얻을 수 있을 뿐아니라 저속의 바람에서도 전후단의 허브에 나누어 설치된 블레이드 수의 증가로 풍력에너지 이용율이높아져 종래의 프로펠러형 풍력발전기에 비하여 이론상 2 배의 발전출력을 낼 수 있어 대용량 풍력발전기의 제작이 용이해지고 풍력발전소의 초기건설비 및 운영유지비의 저감으로 청정에너지원인 풍력발전의 대량보급과 한정된 자원인 풍력발전소 적지의 이용율을 극대화 시키고자 함.

도1 은 종래 프로펠러형 풍력발전기를 나타낸 사시도

도2 는 본 발명의 더블허브 프로펠러형 풍력발전기를 나타낸 사시도

도3 은 본 발명의 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 발명의 더블허브 프로펠러형 풍력발전기는 도2 및 도3의 예와 같이 비틀림 각도가 서로 반대인 전단블레이드(1-1)와 후단블레이드(1-2)가 전단허브(2-1)와 후단허브(2-2)에 각각 설치되어 있고 후단허브(2-2)는 속이 비어있는 중공축(3-2)과 연결되고 전단허브(2-1)는 중공축(3-2) 내부에 수용된 실축(3-1)에 연결되어 있으며 실축(3-1)과 중공축(3-2)에 설치된 실축베벨기어(4-1) 및 중공축베벨기어(4-2)와 수직축베벨기어(4-3)에 대칭으로 물리도록 설치되어 나셀(5) 내부에 수용되어 있다. 타워는 수직축베벨기어(4-3)와 연결된 수직축(6), 증속장치(7) 및 발전기(8)를 내부에 수용하며 풍향에 따라 자유로운 회전이 가능하도록 상부에 나셀(5)을 베어링으로 지지하고 있다.

본 발명의 더블허브 프로펠러형 풍력발전기가 풍력에너지를 전기에너지로 변환하는 과정을 도2및 도3의 실시예로 설명하면 다음과 같다.

바람이 불면 전단블레이드(1-1)는 블레이드 전면에서 바람의 충동력을 받고 바람이 블레이드를 통과할 때 발생하는 반동력과 합성된 회전력을 받아서 전단 블레이드(1-1)는 회전하게 된다. 또한 전단블레이드(1-1)를 지난 바람은 가이드 베인역할을 하는 전단블레이드(1-1)의 비틀림 각도에 따라 풍향이 바뀌어 후단블레이드 (1-2)를 회전시키게 되므로 풍력에너지 변환효율이 높아지게 된다.

또한 후단허브(2-2)와 연결되어 있는 중공축(3-1)과 그 내부에 수용되어 전단허브(2-1)에 연결된 실축(3-2)은 각기 반대방향으로 회전하며 두축의 회전력은 수직축베벨기어(2-3)에 대칭으로 물려 설치된 실축베벨기어(2-1)와 중공축베벨기어 (2-2)를 통하여 동일한 방향으로 합성되어 수직축(6)을 회전시키며 수직축의 회전수는 증속장치(7)에서 증속되어진후 증속장치(7)와 직결된 발전기(8)를 구동하여 전기에너지로 출력을 얻게 된다.

본 발명의 더블허브 프로펠러형 풍력발전기는 전후단 두개의 허브에 설치된 독창적인 블레이드 구조로 블레이드 수의 증가에 의하여 저속의 바람에도 풍력에너지 이용율이 높아질 뿐아니라 고속의 바람에도 전단과 후단의 블레이드가 높은 풍차효율을 유지하면서 각기 따로 회전할 수 있어 종래의 프로펠러형 풍력발전기에 비하여 이론상 2 배의 풍력발전 출력을 낼 수 있고 대용량 풍력발전기의 제작이 용이하여 풍력발전소 초기건설비와 운영유지비의 저감이 가능하며 청정에너지원인 풍력발전기의 대량보급과 한정된 자원인 풍력발전소 적지의 이용율을 극대화 할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 풍력발전기의 블레이드와 허브의 구조에 있어서 비틀림 각도가 서로 반대로 제작된 블레이드가 전단과 후단의 허브에 나누어 설치된 것을 특징으로하는 "더블 허브 프로펠러형 풍력발전기"
2. 전단,후단으로 나누어진 허브의 회전력을 전달하는 축의 구조가 후단의 허브는 속이 비어 있는 중공축에 연결되고 전단의 허브는 중공축 내부에 수용된 실축에 연결된것을 특징으로 하는 "더블허브 프로펠러형 풍력발전기"
3. 전단,후단으로 나누어진 허브의 회전력을 전달하는 중공축과 실축에 설치된 베벨기어가 수직축에 설치된 수직축베벨기어에 180°대칭으로 물리도록 설치된 것을 특징으로 하는 "더블허브 프로펠러형 풍력발전기"