KR200420663Y1 - 복합재 블레이드 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 풍력에 의하여 회전하는 블레이드의 내부를 발포 플라스틱으로 충전하고, 그의 외부에 가볍고 인장강도가 우수한 유리직물, 탄소직물 또는 하이브리드 프리프레그 등의 소재를 이용하여 형성된 복합재 블레이드에 관한 기술이다.
이와 같이 본 고안의 블레이드는 종래의 블레이드에 비하여 무게를 더욱 가볍게 하여 낮은 풍속에서도 블레이드의 회전 성능을 향상시킬 수 있으며, 블레이드를 풍력발전기, 항공기 등에 적용 시, 설치를 용이하게 하는 효과가 있다.
블레이드, 발포 플라스틱, 유리직물, 탄소직물
Description
도 1은 종래기술에 따른 풍력 발전기용 블레이드,
도 2는 본 고안에 따른 복합재 블레이드의 분해 사시도,
도 3은 도 2의 A-A'선 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
12 : 블레이드 31 : 외벽부재
32 : 내벽부재 33 : 발포 플라스틱
본 고안은 복합재 블레이드에 관한 것으로 더욱 상세하게는 풍력에 의하여 회전하는 블레이드의 내부를 발포 플라스틱으로 충전하고 그의 외부에 가볍고 인장강도가 우수한 유리직물, 탄소직물 또는 하이브리드 프리프레그 등의 소재로 형성하여 블레이드의 무게를 경량화하고 낮은 풍속에서도 블레이드의 회전 성능을 향상 시킬 수 있는 복합재 블레이드에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전은 지상으로부터 일정한 높이에 설치된 회전자인 블레이드를 바람의 운동에너지를 이용하여 회전시키고, 블레이드의 회전에 의하여 발생하는 기계적 에너지를 사용하여 풍력발전기의 내부에 설치된 발전기를 구동시켜 전기를 발생시키는 것으로서, 환경오염에 대한 우려가 전혀 없을 뿐만 아니라, 그 에너지 자원의 거대한 잠재성으로 인하여 세계 각국에서 대체 에너지원의 일환으로서 폭넓게 개발되어 사용되고 있다.
그러나, 종래의 블레이드는 소형 블레이드의 경우에 그 길이가 대략 3~10m 정도이고, 중형 블레이드의 경우에는 그 길이가 대략 12~18m에 해당하며, 대형 블레이드의 경우에는 그 길이가 대략 60m에 해당하는 것으로 매우 크고 길게 형성되며, 대부분의 블레이드의 내부가 플라스틱과 유리, 금속재질 및 유리 촙(glass chop) 등의 재질로 제작됨으로 인하여 블레이드 하나의 무게가 90kg에 이르는 등, 매우 무겁다.
상기와 같이 블레이드의 무게가 무거울 경우, 도1에 나타낸 바와 같이, 풍력발전기 철탑(11)의 상단부에 블레이드(12)를 설치하는 작업이 매우 곤란하며, 철탑의 상단에서 외팔보의 형태로 결합되는 블레이드를 안전하게 지지하기 위해서 철탑의 상단(13)에 위치하여, 블레이드의 회전부(14)와 블레이드(12)의 결합강도를 매우 크게 하여야하는 난점이 발생한다.
또한, 풍력발전기의 발전 성능이 블레이드의 회전성능에 따라 매우 크게 좌우되기 때문에, 블레이드의 무게가 무거워지게 되면, 동일한 풍속에서도 블레이드 의 회전 성능이 저하되어 풍력발전기의 발전능력이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 경량의 복합재 블레이드를 제공함에 목적이 있다.
본 고안의 다른 목적은 낮은 풍속에서도 복합재 블레이드의 회전 성능을 향상시키는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 풍력에 의하여 회전하는 복합재 블레이드에 있어서, 블레이드의 형상을 유지시키는 외벽부재, 외벽부재의 내부에 존재하여 블레이드의 강도를 유지시키는 다층 또는 다층의 내벽부재 및 내벽부재의 내부에 충전된 경질 발포 플라스틱으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 고안에 의한 발포 플라스틱은 발포 비닐, 발포 폴리스티렌, 발포 폴리에틸렌, 발포 페놀 수지, 발포 아세트산 셀룰로오스, 발포 폴리우레탄 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 발포 폴리우레탄으로 형성한다.
본 고안에 의한 발포 플라스틱은 그 내부에 유리 칩(glass chop)이 분산되어 있는 것을 사용할 수도 있다.
본 고안에 의한 외벽부재는 표면 상태가 매끈하고 깨끗한 소재를 사용하며, 유리직물(glass cloth), 탄소직물(carbon cloth) 및 하이브리드 프리프레그(hybrid prepreg) 중 어느 하나를 적용하여 형성한다.
본 고안에 의한 내벽부재는 블레이드의 강도를 유지시키는 소재를 사용하며, 유리직물(glass cloth), 탄소직물(carbon cloth) 및 하이브리드 프리프레그(hybrid prepreg) 중 어느 하나를 적용하여 형성한다.
본 고안의 유리직물은 평방미터당 중량(g/㎡)이 20 내지 1100인 것을 사용한다.
본 고안의 탄소직물은 평방미터당 중량(gr/㎡)이 30 내지 350인 것을 사용하며, 본 고안의 하이브리드 프리프레그는 평방미터당 중량(gr/㎡)이 200 내지 400인 것을 사용한다.
이하 본 고안의 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 고안의 실시예에 따른 복합재 블레이드를 길이방향으로 부분절개한 사시도로서, 블레이드의 내부를 나타낸다. 블레이드의 외부구조는 볼록한 형태의 몸체부(21) 일측에 풍력 발전기의 피치 콘트롤러에 결합되는 원통 형상의 결합부(20)가 연장 형성되어 있으며, 몸체부의 다른 일측으로는 날개부(22)가 몸체부 로부터 얇게 연장 형성되어 있다.
도 2와 같은 구조를 가지는 본 고안에 의한 블레이드의 A-A'단면을 살펴보면, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 몸체부(21)와 연장 형성된 날개부(22) 및 결합부(20)의 형상을 유지시키는 외벽부재(31), 외벽부재(31)의 내부에 단층 또는 다층으로 형성되어 블레이드의 강도를 유지시키는 내벽부재(32) 및 내벽부재(32)의 내부에 충전되어 있는 경량의 발포 플라스틱(33)으로 형성되어 있다.
블레이드의 형성을 유지시키는 외벽부재는 고분자 수지와의 함침 및 접착이 좋도록 표면상태가 매끈하고 깨끗한 소재로 형성하며, 블레이드의 외벽부재의 안측에 단층 또는 다층으로 존재하는 블레이드의 내벽부재는 블레이드의 두께를 균일하게 하는 것으로, 경량의 고강도 소재로 형성하며, 블레이드의 외벽부재 및 내벽부재는 유리직물, 탄소직물 또는 하이브리드 프리프레그 중 어느 하나를 사용하여 형성한다.
이때, 유리직물은 유리섬유로 제조된 소재로서, 본 고안의 블레이드 외벽부재 및 내벽부재는 20g/㎡ 내지 1100g/㎡인 유리직물을 적용하여 형성할 수 있다.
탄소직물은 탄소섬유로 제조된 소재로서, 본 고안의 블레이드 외벽부재 및 내벽부재는 30gr/㎡ 내지 350gr/㎡인 탄소직물을 적용하여 형성할 수 있다.
하이브리드 프리프레그는 탄소섬유와 유리섬유로 제조된 소재로서, 본 고안의 블레이드 외벽부재 및 내벽부재는 200gr/㎡ 내지 400gr/㎡인 하이브리드 프리프레그를 적용하여 형성할 수 있다.
본 고안의 블레이드 내부 즉, 내벽부재의 내부에는 종래와 달리 발포 플라스틱을 충전하여 형성한다.
발포 플라스틱은 내부에 기공이 존재하므로 종래의 블레이드 내부에 충전되었던 플라스틱과 유리, 금속재질 및 유리 촙(glass chop)에 비하여 그 중량이 훨씬 가벼워 블레이드의 경량화를 실현할 수 있어 낮은 풍속에서도 블레이드의 회전 성능을 향상시킬 수 있으며, 블레이드가 적용되는 풍력발전기, 항공기 등에 적용할 경우 설치를 용이하게 하는 이점이 있다.
본 고안의 블레이드 내부에는 발포 플라스틱을 충전하여 블레이드의 무게를 절감한다. 발포 플라스틱은 발포 비닐, 발포 폴리 스티렌, 발포 폴리 에틸렌, 발포 페놀 수지, 발포 아세트산 셀룰로오스, 발포 우레탄 등이 있으며, 이들 중 하나를 블레이드 내부에 충전한다.
특히, 상기의 발포 플라스틱 중 발포 우레탄을 블레이드의 내부에 충전할 경우, 블레이드의 무게를 절감하면서도 높은 강도를 얻을 수 있는 효과가 있다.
그리고, 상기 발포 플라스틱은 적용분야에 따라, 그 내부에 유리 촙(glass chop)을 분산시켜 충전할 수도 있다.
이와 같이 본 고안에 의하면 블레이드의 내부에 발포 플라스틱을 사용하여 충전하고 블레이드의 외벽 또는 내벽을 경량 고강도의 유리직물, 탄소직물, 및 하이브리드 프리프레그 소재 중 어느 하나를 사용하여 형성하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.
그리고 이와 같은 기술적 범위 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가지는 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안에 의한 블레이드는 종래의 것에 비하여 무게를 더욱 가볍게 하여 낮은 풍속에서도 블레이드의 회전 성능을 향상시킬 수 있으며, 블레이드를 풍력발전기, 항공기 등에 적용 시, 설치를 용이하게 하는 효과가 있다.
Claims (4)
- 풍력에 의하여 회전하는 블레이드에 있어서,상기 블레이드의 형상을 유지시키기 위한 외벽부재;상기 외벽부재의 내부에 존재하여 상기 블레이드의 강도를 유지시키기 위한 단층 또는 다층의 내벽부재; 및상기 내벽부재의 내부에 충전된 경질 발포 플라스틱을 포함하는 복합재 블레이드.
- 제 1 항에 있어서,상기 발포 플라스틱은 비닐, 폴리 스티렌, 폴리 에틸렌, 페놀수지, 아세트산 셀루로오스 및 우레탄 중 어느 하나인 복합재 블레이드.
- 제 2 항에 있어서,상기 발포 플라스틱의 내부에 유리 촙(glass chop)이 분산되어 있는 복합재 블레이드.
- 제 1 항에 있어서,상기 외벽부재와 상기 내벽부재는 유리직물, 탄소직물 및 하이브리드 프리프레그 중 어느 하나인 복합재 블레이드.
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2006
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