KR200370511Y1

KR200370511Y1 - 종축풍차의 집풍ㆍ차풍 장치

Info

Publication number: KR200370511Y1
Application number: KR20-2004-0026014U
Authority: KR
Inventors: 손길홍
Original assignee: 손길홍
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2004-12-20

Abstract

본 고안은 항력을 이용한 종축풍차의 회전원 주위에 회전원의 중심선과 45도 각도를 이루는 평판을 45도씩 균등간격으로 8개 설치하여 순반원에서는 집풍판 역할을 하고 역반원에서는 차풍판 역할을 하므로 회전날개에 작용하는 회전유효풍량을 최대한 증가시켜 회전토크를 최대화 하도록 구성한 종축풍차용 집풍ㆍ차풍 장치에 관한 것이다.

본 고안에 따르면 종축풍차의 회전원 주위에 도 1의 실시예와 같이 축을 향하여 45°경사진 평판 8개를 45°간격으로 설치하여 바람의 방향이 터빈의 회전방향과 순방향인 터빈의 회전반원(순반원)에서는 바람이 모이게 (집풍판 역활) 하고, 바람의 방향이 터빈의 회전방향과 역방향인 회전반원(역반원)에서는 바람을 차단 (차풍판 역할)하게 구성하므로 회전날개에 회전력으로 작용하는 회전유효풍량(순반원에서 받는 풍량과 역반원에서 받는 풍량의 차이)을 증가시켜 회전축을 중심으로 양쪽에 있는 회전날개의 회전토크를 증가시키는 기능과 45°경사진 평판을 따라 바람이 흘러들어가므로 생기는 회전방향으로의 회오리현상으로 풍력터빈의 회전토크를 더욱 높여주는 기능을 특징으로 하는 종축풍차의 집풍ㆍ차풍장치를 제공한다.

Description

종축풍차의 집풍ㆍ차풍 장치 {Funneling and Shielding Device around Virtical Axis Wind Turbine}

<13> 본 고안은 종축풍차의 회전원 주위에 설치하여 순반원에서는 바람을 모으고 역반원에서는 바람을 차단하여 회전날개의 회전토크를 높일 수 있는 집풍·차풍장치에 관한 것이다. 일반적으로 항력을 이용한 종축 풍력회전장치는 물체를 바람의 흐름 방향으로 떠밀어 보내려는 힘(항력)의 차이로 인해 회전한다.

<14> 이러한 항력을 이용한 종축 터빈의 회전날개는 사보니우스회전자(Savonius Rotor), 컵형풍속계(Cup Anemometer), 기타 유사한 형상의 회전장치가 있는데 회전속도가 바람의 속도보다 빠를 수는 없으므로 주로 회전수가 낮은 펌프와 같은 풍력 동력기로 일부 활용되고 있고, 소형 풍력발전기에 일부 적용되고 있으나 변속기로 회전수를 높이는데도 한계가 있고 횡축풍력발전기에 비해 효율이 낮아 경제성이 떨어지므로 풍력발전기로서의 상용화가 제대로 이루어지지 못하는 문제점이 있다.

<15> 본 고안의 목적은 최적의 고효율 종축 회전날개 형상을 설계하더라 도 종축풍차는 풍력증가에 따라 회전저항도 커지고 또한 회전날개의 회전속도가 풍속을 능가할 수는 없다는 한계가 있다, 이러한 문제점을 보완하기 위하여 풍차의 회전원주위에 별도 평판을 45도 경사지게 설치하여 풍향이 변해도 항상 역반원에서는 풍력이 회전날개에 작용하지 못하도록 하고 순반원에서는 풍량의 증가와 풍속의가속화를 기할 수 있도록 한 집풍ㆍ차풍장치를 제공하므로 종축풍차를 경제성있는 풍력발전기로 상용화 시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

<1> 도 1은 본 고안의 실시 예를 도시한 사시도

<2> 도 2는 본 고안에 따른 집풍ㆍ차풍장치의 부분 평면도

<3> 도 3은 본 고안의 장치 설치 시 회전날개가 받는 순방향 풍량과

역방향 풍량을 도시한 예시도

<4> 도 4는 도 3에서 풍향이 시계방향으로 22.5°이동시의 예시도

<5> ** 도면의 중요부분에 대한 부호의 설명 **

<6> (21),(22),(23),(24),(25),(26),(27),(28) : 평판세트

(집풍ㆍ차풍판 역할)

<7> (29) : 종축풍차

<8> (D) : 바람의 방향

<9> (R) : 풍차의 회전방향(시계방향)

<10> (Va) : 본 고안 실시 시 회전날개가 받는 순방향 풍량

<11> (Vb) : 본 고안 실시 시 회전날개가 받는 역방향 풍량

<12> (Vc) : 본 고안 실시 시 회전날개가 받는 회전유효풍량(Va - Vb)

<16> 본 고안에 따르면 종축풍차의 회전원 주위에 축을 향하여 45°경사진 8개의 평판을 설치하여 바람의 방향이 바뀜에 따라 바람을 모으기도 하고 차단하기도 함으로, 회전날개에 작용하는 회전유효풍량 증가와 회전방향으로의 회오리현상에 의해 회전날개의 회전토크를 증가시키는 기능을 특징으로 하는 집풍·차풍장치가 제공된다. 이하 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다. 사보니우스회전자와 같은 항력을 이용한 종축풍차는 회전날개의 회전방향과 순방향으로 작용하는 풍량(Va)과 회전날개의 회전방향과 역방향으로 작용하는 풍량(Vb)은 같으므로 양 회전날개는 동일한 풍압을 받지만 바람을 받는 면의 항력계수(Cd)의 차이로 인한 항력의 차이에 의해 회전토크가 발생한다.

<17> 이러한 종축풍차(29)의 회전원 주위에 도 2와 같이 축을 향하여 45도 경사진 평판 8개 (21), (22), (23),(24), (25), (26), (27), (28)을 45°간격으로 설치하여 회전날개가 순반원 영역에서는 평판 (21)과 (23)사이로 바람이 흘러들어가 본 고안의 장치가 없을 경우보다 2배이상의 풍량을 받게하고, 역반원 영역에서는 평판 (23)과(24)가 바람을 차단하므로 회전날개가 받는 역방향 풍량(Vb)은 거의 0가 되고, 회전유효풍량(순반원에서 받는 풍량과 역반원에서 받는 풍량의 차이 : Vc)은 본 고안의 장치가 없을 경우보다 2배 이상 증가하므로 양회전날개가 받는 항력의 차이도 거의 2배 정도 증가하여 회전토크를 2배 정도 증가시키는 효과가 있다.

<18> 물론 바람의 방향이 바뀌면 각 측판이 받는 바람의 각도도 바람의 방향이 바뀐 각도 만큼 바뀌어 순방향의 풍량(Va)과 역방향의 풍량(Vb)은 도 4와 같이 변해서 회전유효풍량(Vc)은 도 3의 기준위치보다는 다소 적은 양의 풍량이 작용하지만 집풍ㆍ차풍장치를 설치하지 않았을 때 보다는 훨씬 많은 풍량을 받게 되고, 평판 8개는 각각 45°간격으로 설치되어 있으므로 45°주기로 각 평판과 풍향과의 상대위치는 동일조건이 되므로 회전날개에 작용하는 평균 회전유효풍량(Vc)은 본 고안의 장치 설치전보다 약 1.5배 이상 증가하므로 회전토크를 적어도 150% 이상 증가시키는 효과를 기대할 수 있다.

<19> 이상에서와 같이 본 고안에 의하면, 종축풍차의 회전원 주위에 본 고안의 장치를 장착하여 순반원에서는 바람이 모이게 하고 역반원에서는 바람을 차단하고 바람을 순반원으로 유도하므로 회전날개에 작용하는 회전유효풍량을 대폭 증가시켜 회전날개의 회전토크를 최대한 증가시킬 수 있고, 또한 본 고안의 장치는 제작이 간단하고, 설치가 용이하며, 제작설치 비용도 저렴하고 반영구적으로 사용할 수 있어 경제성이 확보되므로 항력을 이용한 종축 풍력발전기의 상용화와 보급 활성화에 크게 기여할 것이다.

Claims

항력을 이용한 종축풍차의 회전원 주위에 회전원의 중심선과 45도 각도를 이루는 평판을 순반원에서는 집풍판 역할을 하고 역반원에서는 차풍판 역할을 하도록 45도씩 균등간격으로 8개 설치하여 회전날개에 작용하는 회전유효풍량을 최대한 증가시키도록 하는 기능을 특징으로 하는 종축풍차용 집풍ㆍ차풍장치
제 1항에 있어서, 상기 집풍ㆍ차풍장치의 풍향에 따라 집풍 또는 차풍 역할을 하는 평판의 폭은 역반원의 회전날개에 풍력이 거의 작용하지 않도록 터빈 회전반경과 같거나 조금 작게 구성한 집풍ㆍ차풍장치의 구조