KR20060113808A - 터보 풍력 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 역학적인 원리를 이용하여 바람의 유속이 제어되게 하여 회전부재의 고속회전을 도모하고자 하는 터보 풍력 발전 시스템에 관한 것으로,

원통체로 구성된 원주면에 다수개의 날개편을 가지고, 바람에 압력으로 회전하여 전기를 발생시키는 회전부재로 이루어진 발전모터에 있어서, 상기 회전부재의 일측면에 위치하고, 급경사면을 가지며, 불어오는 바람을 압축시키는 압축날개와, 상기 회전부재의 타측면 및 압축날개의 반대편에 위치하며, 직선면으로 이루어진 안내날개와, 상기 압축날개 및 안내날개 사이에 위치하며, 일측면에 직선부를 가지며, 타측면에 완곡부를 가지는 유도날개와, 상기 압축날개 및 유도날개 사이에 형성되는 다수개의 안내편과, 상기 안내날개 및 유도날개 사이에 형성되는 다수개의 안내편으로 구성되어 회전부재에 바람에 의한 가속력을 부가하도록 한 것이다

풍력발전, 날개편, 안내날개, 회전부재, 압축날개, 방향 전환수단, 압축날개

Description

터보 풍력 발전 시스템 { Turbo motor system for driving wind power }

도 1도 본 발명의 터보 풍력 발전 시스템이 적용된 발전 타워를 나타낸 정면도,

도 2는 본 발명의 터보 풍력발전 시스템이 적용된 발전타워를 나타내는 배면도,

도 3는 본 발명에서 사용되는 방향 전환수단을 나타낸 사시도,

도 4a는 풍력 발전모터에 사용되는 회전부재를 나타낸 단면도,

도 4b는 풍력 발전모터에 사용되는 다른 실시예인 회전부재를 나타낸 단면도,

도 4c는 풍력 발전모터에 사용되는 다른 실시예인 회전부재를 나타낸 단면도,

도 5는 풍압을 이용한 본 발명의 터보 풍력 발전 시스템의 부분 단면도,

도 6는 도 5의 단면도를 나타낸 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 보조날개 2 : 전망대

3 : 출입문 4 : 인도

5 : 레일 6 : 지지프레임

7 : 방향 전환수단 8 : 모터

10 : 타워 11 : 날개편

12 :바닥판 15 : 회전부재

16 : 원통체 20 : 풍압시스템

21 :압축날개 22 : 안내날개

23 : 유도날개 24, 25,...29 : 안내편

30 : 저지판

a : 급경사면 b : 완곡부

c : 직선부

본 발명은 바람의 힘으로 발생된 전기 발생시키는 풍력 발전에 관한 것으로 공기역학적인 원리를 이용하여 회전부재에 높은 압력의 공기가 흐르도록 하여 고 효율로 전기를 생산할 수 있는 터보 풍력 발전 시스템에 관한 것이다.

풍력 및 태양광 발전 시스템은 청정에너지로서 에너지 위기 이후 세계 각국에서 지속적인 기술 개발을 하고 있으며, 전 세계적으로 상용화가 활발하게 진행되고 있다.

그러나 종래의 발전시스템은 대체적으로 태양광을 이용한 시스템을 채택하고 있으나, 태양열을 이용하는 시스템의 경우에는 날씨변화에 따라 많은 영향을 받고 있기 때문에 효율적이지 못한 것이었다.

이에 반하여 풍력을 이용하여 전력을 생산하는 풍력 발전모터는 태양이 없는 악천후와 같은 조건에도 전력을 공급할 수 있으며, 우리나라와 같이 산악지형이 많은 곳에서는 태양열 발전시스템보다 더 효율적으로 전력을 생산할 수가 있다.

따라서 풍력발전 시스템의 경우에 바람을 보다 효율적으로 이용하기 위하여는 풍력모터를 이루는 회전부재가 고속으로 회전할 수 있는 구조가 요구 되는 것이었다.

즉, 회전부재를 고속으로 회전시키기 위하여는 바람을 보다 효율적으로 사용하기 위한 날개편의 개량이 요구되며, 이와같은 날개편의 개량에 의하여 어느정도의 회전체의 회전속도를 개선시킬 수가 있으나, 날개편의 개량에는 한계가 있어 회전부재의 고속 회전시키기가 어려운 것이었다.

본 발명은 이와같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로,

본 발명의 목적은 바람이 부는 대향면에 위치하여 전기를 일으키는 회전부재를 공기 역학적인 원리를 이용하여 바람의 유속이 제어되게 하여 고속으로 회전시킬 터보 풍력 발전 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

다른 목적은 회전부재의 고속회전을 위하여 불어오는 바람을 압축하고, 합성 하여 고속의 가속력을 얻을 수 있는 터보 풍력 발전 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

다른 목적은 전기를 발생시키는 발전기의 역할을 수행하는 동시에 관광을 위하여 전망대가 구비된 터보 풍력 발전 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

이와같은 목적은 원통체로 구성된 원주면에 다수개의 날개편을 가지고, 바람에 압력으로 회전하여 전기를 발생시키는 회전부재로 이루어진 발전모터에 있어서, 상기 회전부재의 일측면에 위치하고, 급경사면을 가지며, 불어오는 바람을 압축시키는 압축날개와, 상기 회전부재의 타측면 및 압축날개의 반대편에 위치하며, 직선면으로 이루어진 안내날개와, 상기 압축날개 및 안내날개 사이에 위치하며, 일측면에 직선부를 가지며, 타측면에 완곡부를 가지는 유도날개와, 상기 압축날개 및 유도날개 사이에 형성되는 다수개의 안내편과, 상기 안내날개 및 유도날개 사이에 형성되는 다수개의 안내편으로 구성되어 회전부재에 바람에 의한 가속력을 부가하도록 하여 달성할 수가 있다.

또한 상기 압축날개 및 안내날개에 회전에 의하여 접히고 펴지는 보조날개가 회전이 자유롭게 고정되어 있는 것을 특징으로 하며, 상기 압축날개 및 안내날개의 후단에 다수개의 지지프레임으로 연결시킨후 고정몸체에 연결시키고, 모터를 통하여 레일상의 바퀴를 회전시키어 상기 회전부재에 대향하는 위치로 바람이 불도록 이동시키는 방향 전환수단이 포함되는 것을 특징으로 한다.

이를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1는 본 발명의 터보 풍력 발전 시스템이 적용된 발전 타워를 나타낸 정면도로서 보조날개 (1)가 펼쳐진 상태를 나타내고 있다.

타워 (10)의 상부에는 전망대 (2)가 도시되어 있으며, 하부에는 출입문 (3)이 도시되어 있는 것으로 내부는 도시되지 아니한 승강기를 설치되어 있다.

또한 내부에는 회전부재 (15)가 설치되어 바람에 의하여 회전되어 전기를 생산하게 된다.

미설명 부호 4는 인도이며, 5는 레일이다.

도 2는 본 발명의 터보 풍력발전 시스템이 적용된 발전타워를 나타내는 배면도이다.

여기에서는 정면도에서 보이는 보조날개 (1)가 접혀 있는 상태를 나타내고 있는 것으로 유압 실린더나 전기모터의 회전력을 이용하여 보조날개 (1)를 접고 펼수 있는 구조로 되어 있으나, 도면상 생략되어 있다.

상부 전망대 (2)와 하부 몸통 사이에는 회전부재 (15)가 설치되어 있고, 이 회전부재 (15)를 포위하는 형상으로 좌우 날개편을 형성하고 있다.

또한 상기 좌우 날개편 (후술하는 압축날개 및 안내날개)을 지지하기 위하여 다수개의 지지프레임 (6)를 설치하여 방향전환수단 (7)과 연결되고, 이 방향 전환수단 (7)은 레일 (5)위에 설치된다.

상기 방향 전환수단은 도 3과 같은 구성을 가지고 있다.

다수개의 지지프레임 (6)에 연결된 방향 전환수단 (7)은 하부에 다수개의 바퀴 (9)가 연결 설치되고, 상기 바퀴 (9)를 회전시키기 위한 모터 (8)가 설치되어있 다. 레일 (5)위에 설치된 바퀴 (9)는 미끄러짐을 방지하기 위하여 치차 형성으로 구성하고, 외부 레일을 걸수 있는 구조를 가지고 있다.

이와같은 방향 전환수단 (7)은 방향이 부는 방향에 따라 자동적으로 이동하여 상기 회전부재 (15)가 회전하는 방향으로 바람이 불게 이동하게 된다.

이는 기존의 콘트롤러를 사용하여 바람이 부는 방향과 일치하게 할 수 있으며, 그원리는 바람의 방향을 가르키는 일반적인 풍량 표시계를 사용하여 풍량 표시계의 방향으로 모터를 회전시키는 전자제어장치를 사용하여 방향 전환수단 (7)을 이동시킬 수 있다.

도 4는 풍력 발전모터에 사용되는 회전부재 들의 각 실시예를 나타내고 있다.

도 4a와같이, 회전부재 (15)는 중앙에 원통체 (16)가 형성되고, 이 원통체 (16)의 주위 360도 방향으로 일정간격을 두고 다수개의 날개편 (11)이 형성되게 구성되어 있다.

이와같은 구조의 날개편 (11)은 날개의 전체 길이를 중심으로 한쪽은 원호의 1/4의 곡선을 이루고 다른쪽은 보다 완만한 완곡선을 이루게 하여 반곡선형이 형성된 날개편 (11)을 이루고 있다.

따라서 바람이 부는 경우에 완만한 완곡선을 이루는 면에 의하여 유속이 빠르게 하여 회전속도를 높일 수 있게 하고 있으며, 원호의 1/4의 곡선을 이루는 면에서 면적이 크게 형성되게 하여 들어온 바람을 많이 포집할 수 있게 하여 에너지 전달력을 크게할 수 있도록 하여 결국 발전장치를 이루는 원통체의 회전력을 증가시킬 수 가 있다.

도 4b는 풍력 발전모터에 사용되는 다른 실시예인 회전부재를 나타낸 단면도로서, 여기서 날개편 (11)은, 날개의 전체 길이를 중심으로 양쪽의 원호가 동일한 곡선을 가지도록 하여 반원이 형성되게 구성하고 있다.

이와같은 반원이 되는 형상은 유속의 빠르기와 면적에서 상기 반곡선형 날개편보다는 유리하지 못하나, 중간 정도의 바람의 유속에도 반응이 신속하여 풍력에 따른 전력을 바로 생산할 수 있는 이점이 있다.

또한 도 4c는 풍력 발전모터에 사용되는 다른 실시예인 회전부재를 나타내고 있는 것으로, 여기서 날개편 (11)은 일정한 선으로 이루어진 직선이 되게 형성하고 있는 것으로 내부가 삼각형 형상이 되므로 적은 유속에서도 신속히 반응하여 회전부재가 회전할 수 있는 이점이 있어 저용량의 발전장치에 적용하는 경우에 유리한 이점이 있다.

본 발명은 이와같은 구조의 회전부재 (15)를 모두 사용할 수가 있으며, 이와같이 날개편 (11)의 구조에 의한 회전력 보다 외부에서 인입되는 바람의 풍압을 이용하여 보다 강력한 회전력을 얻는 것이 바람직하며, 이와같은 풍압을 이용하는 관계를 도 5에 나타내고 있다.

도 5는 본 발명의 터보 풍력 발전 시스템에 나타내는 부분 단면도로서, 풍압을 이용한 시스템을 나타내고 있는 것으로 그 외의 부분은 생략하고 있다.

또한 회전부재 (15)의 내부에는 도시되어 있지 아니하지만, 승강로가 형성되어 있고, 또한 내부에 회전부재 (15)의 회전에 의하여 회전자와 고정자간에 유도 기전력에 의하여 전기를 생산하는 시설 또한 생략되어 있는 것으로 이는 기존의 발 전시스템과 동일하다.

회전부재 (15)의 좌우에는 각각의 날개편이 형성되어 있는 것으로 우측에는 급경사면 (a)을 형성한 압축날개 (21)가 설치되고, 좌측에는 일직선을 이루는 안내날개 (22)을 형성하고 있다.

상기 압축날개 (21) 및 안내날개 (22)의 전면에는 바람을 포집하는 보조날개 (1)가 각각 설치되고, 이는 접고, 펼수 있는 구조로 유압이나 모터를 사용하여 회전운동으로 제어할 수 있다.

또한 상기 압축날개 (21) 및 안내날개 (22)의 사이에 설치되고, 상기 회전부재 (15)의 중앙에 위치되는 유도날개 (23)가 설치되어 있다.

이 유도날개 (23)는 곡선형의 완곡부 (b)와 직선부 (c)를 가지고 있어 직선부 (c)로는 바람을 안내하는 역할을 하지만, 완곡부 (b)에서는 상대적으로 저속의 풍량을 제공한다. 또한 유도날개 (23)와 우측의 압축날개 (21)사이에는 다수개의 안내편 (24),(25),(26)을 형성하고 있으며, 상기 유도날개 (23)와 좌측의 안내날개 (22)사이에도 다수개의 안내편 (27),(28),(29)을 설치하고 있다.

그리고 상기 회전부재 (15)의 후면에 설치되는 저지판 (30)는 풍속에 의한 영향을 배제하고, 전체적인 풍압시스템의 지지를 위하여 설치되어 있다.

상기와 같이 형성된 각각의 압축날개 (21), 안내날개 (22) 및 유도날개 (23) 등은 화이버 소재로 구성되고, 내부에 도시되어 있지 아니하지만, 외부 압력을 견디기 위하여 다수개의 격벽을 설치할 수 있다.

점선으로 도시한 미설명 부호 12는 바닥판으로 상기 날개 및 안내편이 바닥 과 부착되는 면을 도시하고 있다.

또한 도1에서와 같이 회전부재 (15)를 둘러 쌓고 있는 각각의 날개부재 (압축날개, 안내날개, 유도날개, 다수개의 안내편)들은 대략 2m 높이마다 블록식으로 끼워 맞춤시켜 고정하고 있으나, 이와같은 고정은 본 발명의 기술적인 요지가 아니며, 볼트 결합식 등의 방법으로도 충분히 고정할 수가 있다.

도 6는 상기 도5의 단면도에 의하여 표현되는 사시도를 나타내고 있으며, 여기에서는 보조날개 (1)가 접혀 보이지 아니하는 상태로 도시되어 있다.

이와같이 구성된 본 발명에서 바람이 부는 방향에 따라 터보 풍력 발전 시스템이 회전하여 바람부는 방향에 대하여 회전부재가 회전할 수 있는 구조를 가지고 있는 것으로 상술한 바와같이 도시되지 아니한 풍량 표시계가 가르치는 방향에 따라 콘트롤러에서 도 3의 모터 (8)를 구동시켜 레일 (5)위에서 바퀴 (9)가 회전하여 바람에 부는 방향에 대응하는 위치에 회전부재가 위치하도록 하여 방향 전환수단 (7)이 제어한다.

이와같은 상태에서 풍압시스템 (20)의 동작시 보조날개 (1)가 펼친 상태에서 불어오는 바람을 모을 수 있게 된다. 이때 급경사면 (a)을 타고 들어오는 바람은 압축날개 (21)에 의하여 압축이 된채 흘러 들어오게 되고 이와같이 압축된 바람과, 다수개의 안내편 (24~26)을 통하여 인가되는 바람과 합쳐져 불게되는 것으로, 안내편 (24~26)의 역할은 상기와 같이 압축된 바람과 합쳐질 때에 바람이 서로 엉키어 풍압이 떨어지는 것을 방지하게 된다.

또한 유도날개 (23)의 완곡부 (b)를 통하여 부는 바람은 원주의 길이를 타고 불기 때문에 길이가 길어져 압축날개 (21)의 경사면 (a)보다 상대적으로 늦은 속도로 불게 된다. 결과적으로 유도날개 (23) 및 압축날개 (21)를 통하고, 안내편 (24),(25),(26)을 통하여 4개의 길로 불어오는 바람이 서로 압축되며, 합쳐지게 되므로 4개의 길에 의하여 4배로 압축된 바람이 회전부재 (15)에 인가되며, 이때 각각의 날개 형상에 의하여 바람이 엉키는 형상을 방지하면서 회전부재 (15)에 인가하게 되어 이 인가된 바람의 힘에 의하여 회전부재 (15)의 날개편 (11)을 가속시키게 된다.

이와같이 회전부재를 가속시키고 유도날개 (23)를 통과한 바람과, 안내날개 (22) 및 유도날개 (23)를 통과하여 부는 바람과 합쳐져 회전부재 (15)를 재가속 시키게 된다.

이때 3개의 안내편 (27),(28),(29), 안내날개 (22) 및 유도날개 (23)의 직선부 (c)를 통과한 바람이 4개의 길로 불어들어 오므로 상기 안내날개 (22) 및 유도날개 (23)사이를 통하여 4배로 압축된 바람이 회전부재 (15)를 통과한 바람과 합쳐져 회전부재 (15)를 더욱 가속화 시켜 회전시키게 되어 발전을 하게 된다.

이와같이 회전부재 (15)를 가속한 시킨 바람은 안내날개 (22)의 뒷부분을 통과한 다음 사방으로 펴지므로 일반적인 공기의 흐름과 동일한 상태가 되고, 저지면 (30)을 통과한 공기는 가속력이 없는 일반적인 공기흐름이 되고, 다시 보조날개 (1) 및 압축날개 (21)를 통하여 인가되는 바람은 상기와 동일한 과정을 반복하여 회전부재를 가속화 시키는 동작을 하여 회전부재를 회전시키게 된다.

이와같이 본 발명은 바람이 부는 방향에 대응하는 위치에 회전부재가 위치 하게 한후, 인가되는 바람을 압축하고, 합쳐서 보다 강력한 회전력으로 회전부재를 가속화 시킬 수가 있는 것으로 바람이 있는 지역에서 효율적으로 전기를 생산할 수가 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 유체 역학적인 공기의 흐름을 이용하여 압축날개 및 안내날개 사이로 인가되는 공기를 압축하고, 합쳐지게 하여 고압으로 회전부재를 회전시킬 수가 있는 것으로 바람의 유속으로 효율적인 전기를 생산할 수 있는 효과가 있다.

또한 바람이 불어오는 방향이 변경되는 경우에도 방향 전환수단에 의하여 항상 회전부재의 대향면으로 바람이 불게하여 풍압시스템에서 원하는 풍압을 얻을 수가 있다.

또한 본 발명의 압축날개, 유도날개, 압축날개 및 다수개의 안내편으로 바람에 의한 풍압을 조절하고 있는 것으로 이와같은 형상 및 모양은 이분야에 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 원리를 이용하여 그대로 적용할 수가 있으나, 이는 본 발명의 기술내용에 속하는 것은 자명한 사실이다.

Claims (3)

1. 원통체 (16)로 구성된 원주면에 다수개의 날개편 (11)을 가지고, 바람에 압력으로 회전하여 전기를 발생시키는 회전부재 (15)로 이루어진 발전모터에 있어서,

   상기 회전부재의 일측면에 위치하고, 급경사면 (a)을 가지며, 불어오는 바람을 압축시키는 압축날개 (21)와,

   상기 회전부재의 타측면 및 압축날개 (21)의 반대편에 위치하며, 직선면으로 이루어진 안내날개 (22)와,

   상기 압축날개 (21) 및 안내날개 (22)사이에 위치하며, 일측면에 직선부 (c)을 가지며, 타측면에 완곡부 (b)를 가지는 유도날개 (23)와,

   상기 압축날개 (21) 및 유도날개 (23)사이에 형성되는 다수개의 안내편 (24),(25),(26)과,

   상기 안내날개 (22) 및 유도날개 (23)사이에 형성되는 다수개의 안내편 (27),(28),(29)으로 구성되어 회전부재 (15)에 바람에 의한 가속력을 부가하는 터보 풍력 발전 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 압축날개 (21) 및 안내날개 (22)에 회전에 의하여 접히고 펴지는 보조날개 (1)가 회전이 자유롭게 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 터보 풍력 발전 시스템
3. 제 1항에 있어서,

   상기 압축날개 (21) 및 안내날개 (22)의 후단에 다수개의 지지프레임 (6)으로 연결시킨후 고정몸체에 연결시키고, 모터 (8)를 통하여 레일 (5)상의 바퀴 (9)를 회전시키어 상기 회전부재 (15)에 대향하는 위치로 바람이 불도록 이동시키는 방향 전환수단 (7)이 포함되는 것을 특징으로 하는 터보 풍력 발전 시스템

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