KR20070076300A - 풍력발전용 회전날개 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 풍력발전용 회전날개에 있어서, 소정 길이의 회전축과; 일단에는 제 1 핀공을 갖는 제 1 힌지부재가 형성되며 타단은 상기 회전축의 일측에서 가로방향을 따라 고착된 적어도 하나 이상의 제 1 날개지지대와; 제 2 핀공을 갖고 핀에 의해 상기 제 1 힌지부재와 결합되는 제 2 힌지부재가 고착되며 상기 제 1 및 제 2 힌지부재에 의해 제 1 날개지지대의 일단으로부터 수직방향으로 설치되어 소정 각도로 회동하는 제 2 날개지지대와; 소정 길이 및 폭을 갖고 상기 제 2 날개지지대의 길이방향을 따라 일측면이 고착된 가요성 날개와; 소정 중량을 갖고 상기 제 2 날개지지대의 하부영역에 설치되는 추를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 비교적 간단한 구성의 채용으로 태풍과 같은 초 강풍에서도 날개의 파손이 없는 이점과 아울러 풍속에 의한 날개의 회전속도 증가에 따른 추의 원심력에 의해 회전축의 회전속도가 배가(倍加)되어 효율적인 풍력발전을 행할 수 있는 풍력발전용 회전날개가 제공된다.
풍력발전기, 회전축, 회전날개

Description

풍력발전용 회전날개{rotor blade for a wind power generator}
도 1은 본 발명에 따른 풍력발전용 회전날개의 외관을 보인 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 제 1 날개지지대로부터 날개만을 분리시킨 상태의 분리 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 날개의 다른 실시예를 보인 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 회전날개의 동작상태를 예시한 정면도이다.
- 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 -
10 : 회전날개 20 : 회전축
30 : 제 1 회전날개 31 : 지지부재
33 : 제 1 핀공 35 : 제 1 힌지부재
40 : 제 2 날개지지대 43 : 제 2 핀공
45 : 제 2 힌지부재 47 : 핀
50 : 날개 51 : 보조날개
53 : 공기포켓 60 : 추
61 : 나사부 63 : 고정대
65 : 나사공
본 발명은, 풍력발전용 회전날개에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 태풍과 같은 초 강풍에도 날개의 파손이 없으며, 풍속에 의한 날개의 회전속도 증가에 따른 추의 원심력에 의해 회전축의 회전속도가 배가(倍加)되어 효율적인 풍력발전을 할 수 있도록 한 풍력발전용 회전날개에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전기는, 무한정, 무비용의 청정에너지원인 바람을 이용하여 발전할 수 있는 장치로서 발전원별 전력생산단가의 가격경쟁력 향상 및 발전시스템 설치의 소요면적 최소화 등과 같은 원가적 측면과, 화석에너지 고갈에 대한 대체에너지원과 지구환경보호라는 사회환경적 측면과, 더불어 공급의 안정성, 에너지 수입의 의존도 감소라는 경제적 측면을 얻을 수 있고 특히 근래에 들어서는 정부에서 민간업자가 생산한 전력을 매입할 수 있기 때문에 보급의 가속화가 일고 있다.
위와 같은 풍력발전기는, 외형상 바람을 회전에너지로 바꾸는 회전날개와, 상기 회전날개에 설치된 회전축과, 이들을 일정한 지상 높이에 위치시키기 위한 타워와, 그리고 타워 상부 또는 하부에 설치되는 발전장치로 이루어져 있다.
한편, 이들 풍력발전기에 사용되는 회전날개는 다양한 구성 및 형상으로 제안되어 사용되고 있는데, 일반적으로 많이 사용되고 있는 것은 블레이드의 수가 2, 3, 4, 6엽으로 된 프로펠러이며, 또한 프로펠러를 다양하게 변형시킨 회전날개를 설치하고 있다.
그러나, 이들 풍력발전기에 사용되며 2, 3, 4, 6엽의 블레이드 즉 프로펠러로 이루어지는 회전날개와, 상기 회전날개를 변형시켜 형성한 회전날개는, 그 구조의 특성상 미풍에는 쉽게 회전하지 않고 바람이 어느 정도 불어주어야 회전하기 때문에 지면으로부터 높은 장소 또는 바람의 량이 많고 풍속이 높은 지역에서만 제 역할을 할 수 있을 뿐, 바람의 량이 적고 풍속이 낮은 비교적 비좁은 장소에서는 발전효율이 저하되는 단점과 아울러 그 구조의 특성상 풍력의 손실이 발생 효과적인 발전을 할 수 없다는 문제점이 있다.
특히, 상기와 같은 종래의 회전날개는, 태풍과 같은 강한 바람이 불면 회전날개 또는 회전축이 파손되어 매우 큰 피해를 입는 폐단이 있는 한편, 발전기의 안전을 위해 회전날개의 크기를 작게 할 경우 미풍에는 바람을 적게 받아 효율적인 풍력발전을 행할 수 없다는 문제점이 있다. 이 밖에도 다양한 구성의 날개 및 날개장치들이 제안된바 있으나 대다수가 효율성이 저하되어 실용화에 근접하지 못한 실정이다.
따라서, 본원 출원인은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 출원에 앞서 특허출원(10-2005-56001호)한 풍력발전용 날개가 있었다.
상기와 같이 본인이 출원한 풍력발전용 날개는, 축선 방향으로 위치하는 회전축과, 회전축의 가로방향을 따라 마련된 날개지지대를 두고 있으며, 상기 날개지지대에서 가로방향을 따라 뉘여 설치된 적어도 하나 이상의 날개를 두는 구성을 채용하고 있다.
그런데, 상기와 같은 풍력발전용 날개를 적절한 장소에 설치한 후 장기간에 걸쳐 실험을 거듭한 결과, 미풍도 손실됨이 없이 공기포켓에 실려지므로 이에 의해 회전축을 회전시키고, 태풍과 같은 강풍일 때는 바람의 저항을 최소화하여 날개의 파손이 발생하지 않는 장점은 있으나, 풍속에 비례한 회전축의 회전속도만을 얻을 수 있을 뿐 회전축을 배가(倍加)하여 가속시킬 수 있는 효과는 기대할 수 없다는 결론에 도달하였다.
따라서, 본 발명의 목적은, 비교적 간단한 구성의 채용으로 태풍과 같은 초 강풍에서도 날개의 파손이 없을 뿐만 아니라, 풍속에 의한 날개의 회전속도 증가에 따른 추의 원심력에 의해 회전축의 회전속도가 배가(倍加)되어 효율적인 풍력발전을 할 수 있도록 한 풍력발전용 회전날개를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라 풍력발전용 회전날개에 있어서, 소정 길이의 회전축과; 일단에는 제 1 핀공을 갖는 제 1 힌지부재가 형성되며 타단은 상기 회전축의 일측에서 가로방향을 따라 고착된 적어도 하나 이상의 제 1 날개지지대와; 제 2 핀공을 갖고 핀에 의해 상기 제 1 힌지부재와 결합되는 제 2 힌지부재가 고착되며 상기 제 1 및 제 2 힌지부재에 의해 제 1 날개지지대의 일단으로부터 수직방향으로 설치되어 소정 각도로 회동하는 제 2 날개지지대와; 소정 길이 및 폭을 갖고 상기 제 2 날개지지대의 길이방향을 따라 일측면이 고착된 가요성 날개와; 소정 중량을 갖고 상기 제 2 날개지지대의 하부영역에 설치되는 추를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전용 회전날개에 의해 달성된다.
여기서, 상기 날개의 길이방향을 따른 일측에는 상기 날개의 길이와는 동일하며 상기 날개의 폭 보다는 좁은 보조날개를 더 부착한 것이 바람직하다.
그리고, 상기 추는 상부면에서 내측을 향하여 소정 깊이의 나사공이 형성되며, 상기 나사공은 소정 길이를 갖고 일단이 상기 제 2 날개지지대와 연결되며 하부 영역에 나사가 형성된 고정대에 나사결합된 것이 효과적이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력발전용 회전날개의 외관을 보인 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 제 1 날개지지대로부터 날개만을 분리시킨 상태의 분리 사시도이다.
이들 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 회전날개(10)는, 소정 길이를 갖고 축선 방향으로 마련되는 회전축(20)과, 상기 회전축에서 가로방향으로 고착되는 제 1 날개지지대(30)와, 상기 제 1 날개지지대의 일단에서 수직방향으로 설치되어 회동하는 제 2 날개지지대(40) 및 날개(50)와, 상기 제 2 날개지지대의 하부영역에 설치되는 추(60)를 구비하고 있다.
회전축(20)은 소정 길이를 갖고 바(bar) 형상으로 형성되며 하부 영역은 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속장치(도시치 않음)와 연결되며, 상부 영역에는 날개(50)가 설치되어 풍력에 의해 회전하여 회전축(20)을 회전시킨다.
회전축(20)에는 일단에 제 1 핀공(33)을 갖는 제 1힌지부재(35)가 형성된 제 1 날개지지대(30)의 일단이 고착되는데 그 길이는 일단에서 설치될 날개(50)가 접 혀서 날개의 일단이 회전축(20)에 닿지 않을 정도의 길이이면 만족 된다.
제 1 날개지지대(30)는 회전축(20)의 외면에서 소정 간격을 두고 적어도 하나 이상의 적절한 수로 설치되는 것이 바람직하며, 이들 제 1 날개지지대(30)는 회전축(20)으로부터 휘지않도록 지지부재(31)에 의해 다양한 방법으로 지지되는 것도 바람직하다. 그리고 상기 제 1 날개지지대(30)는 회전축(20)의 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 다단식으로 설치되는 것도 바람직할 것이다.
한편, 일측 길이방향에 따른 면에는 바람이 없을 때에는 최초의 형상을 유지하고 바람이 강해지는 것에 의해 자유롭게 형상이 변화되는 가요성 날개(50)가 부착된 제 2 날개지지대(40)는 휨 또는 형상의 변화가 없는 고형의 재질로 형성되며 제 2 날개지지대(40)의 일면에는 제 2 핀공(43)을 갖는 제 2 힌지부재(45)가 고착되어 핀(47)으로서 상기 제 1 힌지부재(35)와 회동가능하게 연결되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 날개의 다른 실시예를 보인 사시도에 관한 것으로서, 이 도면에서는, 날개(50)의 길이방향을 따른 일측에는 날개의 길이는 동일하고 날개(50)의 폭 보다는 좁으며 가요성을 갖는 보조날개(51)를 더 부착한 구성을 보이고 있다. 따라서 공기포켓(53)에 미풍이 실려 손실됨이 없기 때문에 이에 의해 회전축(20)을 회전시킬 수 있도록 하고 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 2 날개지지대(40)의 하부 영역에는 일단에 나사부(61)가 형성된 고정대(63)를 설치하고, 이에 나사공(65)이 형성된 추(60)를 나사 결합한 구성을 취하고 있기 때문에 날개(50)의 회전에 의해 같이 회전되는 추(60)로 인해 원심력이 발생하여 회전축(20)의 회전을 배가(倍加)시킨다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 풍력발전용 회전날개(20)는, 도시치 않은 발전장치의 증속장치에 설치되는 회전축(20)에 설치되어 회전축(20)을 회동시키는데 사용된다.
예컨대, 미풍일 때에도 미풍은 공기포켓(53)에 실리게 되고 공기포켓에 실린 미풍은 공기포켓에 담기기 때문에 바람을 손실하지 않고 날개(50)를 회전시키고 날개는 제 1 날개지지대(30)와 연결된 회전축(20)을 회전시킨다.
본 발명에 따른 날개(50)는 도 3에서와 같이, 미풍에서는 제 2 날개지지대(40)의 하부 영역이 실선방향(a)에서와 같은 방향을 유지하다가 회전 속도가 증가되면 추(60)에 의해 원심력이 발생되어 제 2 날개지지대(40)의 하부 영역은 외측을 향하여 점차적으로 벌어지면서 2 점쇄선(b, c)과 같은 방향으로 벌어지면서 회전하여 회전축(20)을 회전시킨다. 여기서 날개(50)가 외측을 향하여 벌어지는 것이 가능한 이유는 제 1 날개지지대(30)와 제 2 날개지지대(40)의 제 1 및 제 2 힌지부재(35)(45)가 핀(47)에 의해 회동가능하게 연결되어 있기 때문에 가능하다.
이어서, 풍력이 점차적으로 강해지면 풍력에 의해 날개(50)의 회전속도가 증가하게 되고 이렇게 되면 날개(50)가 부착된 제 2 날개지지대(40)는 빠르게 회전되며 따라서 추(60)는 제 2 날개지지대(40) 및 날개(50)를 도 3의 2점쇄선(b, c)과같은 방향을 따라 점차적으로 벌려져 제 1 날개지지대(30)와 수평이 되도록 뉘임으로써 회전축(20)의 회전속도를 배가(倍加)시켜 발전을 효율적으로 할 수 있다. 이때 날개(50)가 제 2 날개지지대(40)와 수평을 이루면 날개(50)는 가요성을 갖고 있고 회전력이 가해진 상태에서는 날개(50)의 일측(d)은 하부 방향을 향해 늘어지고 따라서 그 일측(d) 부분에 풍력이 가해져 회전축(20)의 회전속도를 배가(倍加)시킨다.
한편, 날개(50)는 태풍과 같은 초 강풍이 불면 풍력에 의해 날개(50)의 회전속도가 증가하게 되고 이렇게 되면 날개(50)가 부착된 제 2 날개지지대(40)는 빠르게 회전되며 따라서 추(60)는 제 2 날개지지대(40) 및 날개(50)를 도 3의 2점쇄선(b, c)과 같은 방향을 따라 점차적으로 벌려 제 1 날개지지대(30)와 수평이 되도록 뉘임으로써 강풍을 피해 날개(50)의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 풍력이 약해지면 강풍에 의해 뉘어져 있던 제 2 날개지지대(40) 및 날개(50)는 추(60)의 무게에 의해 일측으로 회동되어 1 날개지지대(30)와 수직방향을 으로 위치한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 비교적 간단한 구성의 채용으로 태풍과 같은 초 강풍에서도 날개의 파손이 없는 이점과 아울러 풍속에 의한 날개의 회전속도 증가에 따른 추의 원심력에 의해 회전축의 회전속도가 배가(倍加)되어 효율적인 풍력발전을 행할 수 있는 풍력발전용 회전날개가 제공된다.

Claims (3)

  1. 풍력발전용 회전날개에 있어서,
    소정 길이의 회전축과;
    일단에는 제 1 핀공을 갖는 제 1 힌지부재가 형성되며 타단은 상기 회전축의 일측에서 가로방향을 따라 고착된 적어도 하나 이상의 제 1 날개지지대와;
    제 2 핀공을 갖고 핀에 의해 상기 제 1 힌지부재와 결합되는 제 2 힌지부재가 고착되며 상기 제 1 및 제 2 힌지부재에 의해 제 1 날개지지대의 일단으로부터 수직방향으로 설치되어 소정 각도로 회동하는 제 2 날개지지대와;
    소정 길이 및 폭을 갖고 상기 제 2 날개지지대의 길이방향을 따라 일측면이 고착된 가요성 날개와;
    소정 중량을 갖고 상기 제 2 날개지지대의 하부영역에 설치되는 추를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전용 회전날개.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 날개의 길이방향을 따른 일측에는 상기 날개의 길이와는 동일하며 상기 날개의 폭 보다는 좁은 보조날개를 더 부착한 것을 특징으로 하는 풍력발전용 회전날개.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 추는 상부면에서 내측을 향하여 소정 깊이의 나사공이 형성되며, 상기 나사공은 소정 길이를 갖고 일단이 상기 제 2 날개지지대와 연결되며 하부 영역에 나사가 형성된 고정대에 나사결합된 것을 특징으로 하는 풍력발전용 회전날개.
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