KR20090116254A - 풍력발전기용 풍집기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력발전기용 풍집기(風集機)에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 입력되는 바람을 모아 프로펠러형의 복수의 날개를 가지는 회전기의 날개 측으로 출력시킴으로써 바람의 이용률을 높여 풍력발전지의 발전 효율성을 높일 수 있는 기술이 개시된다.

풍력발전기, 터보

Description

풍력발전기용 풍집기{APPARATUS TO GATHER WIND FOR WIND POWER GENERATOR}

본 발명은 풍력발전기용 풍집기(風集機)에 관한 것으로, 특히, 프로펠러형의 날개(축류팬)를 가지는 풍력발전기에 적용되어 바람을 날개 측으로 모아줄 수 있는 기술에 관한 것이다.

풍력발전기는 바람에 의해 날개를 회전시켜 전기에너지를 생산하는 장치이다.

풍력발전기는, 대개의 경우, 회전축이 바람의 방향과 수평하게 구비된 축류팬이나 회전축이 바람의 방향에 수직하게 구비된 원심팬에 의해 회전동력을 얻고, 팬에 의해 얻어진 회전동력으로 발전기를 구동시켜 전기에너지를 생산하는 방식을 취한다.

축류팬에 의해 회전동력을 얻는 풍력발전기는 대한민국 등록실용신안 20-0365582호(고안의 명칭 : 풍력발전기용 프로펠라) 등에 개시되어 있고, 원심팬에 의해 회전동력을 얻는 풍력발전기의 예로는 대한민국 공개특허 10-2008-0021859호 (발명의 명칭 : 차세대 풍력발전 시스템) 등에 개시되어 있다.

한편, 바람은 그 세기나 방향이 일정치 않아서, 풍력발전기에서 해결하고자 하는 가장 큰 연구 과제는 바람을 어떻게 하여 최대로 활용할 수 있는 가에 있다.

최대한 바람을 활용하기 위해, 바람과 팬의 마찰을 증폭시킬 수 있도록 날개의 형상을 변형하는 기술, 바람을 모아 날개 측으로 보낼 수 있는 기술, 바람의 방향에 상관없이 바람을 이용하여 팬을 회전시킬 수 있는 기술, 팬에 의해 얻어진 회전동력이 발전기까지 전달되는 과정에서 발생하는 기계적인 마찰력을 감소시킬 수 있는 기술 등이 지속적으로 연구되고 있다.

본 발명은, 축류팬을 이용하는 풍력발전기에서, 바람을 모아 날개 측으로 보낼 수 있는 기술에 관계한다.

본 발명은, 축류팬을 이용한 풍력발전기에서, 바람을 모아 날개 측으로 출력시킬 수 있는 풍집기(風集機)를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 풍력발전기용 풍집기는, 앞뒤(앞은 바람이 입력되는 방향으로 정의하고, 뒤는 바람이 출력되는 방향으로 정의함)가 개방된 통 형상이며, 앞 측의 개방면적이 뒤 측의 개방면적보다 더 넓고, 뒤 측에 발전용 날개가 배치되도록 풍력발전기 측에 결합되는 풍집통(風集筒)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 풍집통의 앞 측으로 입력된 후 상기 발전용 날개의 회전 중심 측으로 오는 바람을 상기 회전 중심의 외측으로 유도하기 위한 유도체; 를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 한다.

상기 유도체는 앞 측이 뾰족한 원뿔형상인 것을 더 구체적인 특징으로 한다.

상기 유도체를 상기 풍집통에 결합시키기 위한 결합대; 를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 한다.

상기 풍집통의 골격을 유지시키기 위한 보강대; 를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 앞 측의 개방면적이 뒤 측의 개방면적보다 더 넓은 통 형상의 풍집기에 의해 바람을 모아 풍집기의 뒤 측에 배치되는 발전용 날개 측으로 출력시킴으로써, 날개의 회전반경보다 더 큰 반경을 가지는 면적으로 입력되는 바람을 그대로 날개의 회전동력으로 사용할 수 있도록 하여 풍력발전기의 발전효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 풍력발전기용 풍집기(이하 '풍집기'라 약칭함)에 대한 바람 직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

<풍집기의 실시예>

도1은 본 발명의 실시예에 따른 풍집기(100)에 대한 사시도이고, 도2는 도1의 풍집기(100)에 대한 개념적인 측면도이다.

도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 풍집기(100)는, 대체적으로 앞뒤가 개방된 통 형상으로서, 불어오는 바람을 풍력발전기의 발전용 날개(312) 측으로 모으기 위하여 구비된다. 이를 위해 풍집기(100)는, 풍집통(110), 유도체(120), 보강대(131, 132, 133, 134)를 포함하여 구성된다. 여기서 "앞"은 바람이 입력되는 방향으로 정의하고, "뒤"는 바람이 출력되는 방향으로 정의한다.

풍집통(110)은, 앞 측의 개방면적이 뒤 측의 개방면적보다 더 넓은 통 형상이다. 이러한 풍집통(110)은 뒤 측에 발전용 날개가 배치되게 풍력발전기 측에 결합될 수 있도록 뒤 측 부분에 결합부(111, 도2 참조)를 가진다. 따라서 ??집통(110)의 뒤 측 개방면적은 앞 측 개방면적으로 입력된 바람이 날개를 회전시키는데 최대한 활용될 수 있게 하기 위해 풍집통(110)의 뒤 측 부분과 회전하는 날개(312)가 간섭되지 않을 정도의 최소 넓이를 가지는 것이 바람직하다.

유도체(120)는 날개(312)의 앞 측이면서 날개(312)의 회전중심(O , 도5 참조 )에 배치된다. 이러한 유도체(120)는 풍집통(110)의 앞 측으로 입력된 후 날개(312)의 회전중심(O) 측으로 오는 바람을 회전중심(O)의 외측으로 유도하는 역할을 수행한다. 이를 위해 유도체(120)는 앞 측이 뾰족한 원뿔형상을 가진다.

보강대(131, 132, 133, 134)는 풍집통(110)의 골격을 유지시키는 역할을 수행하며, 다른 한편으로는 유도체(120)를 풍집통(110)에 결합시키는 결합대로서의 역할도 수행한다.

<풍집기의 적용예>

도3은 도1의 풍집기(100)가 적용된 풍력발전기(300)에 대한 사시도이고, 도4는 도3의 풍력발전기(300)에 대한 측면도이다.

도3 및 도4에서 참조되는 바와 같이, 풍력발전기(300)는 회전기(310), 기준축(320), 지지대(330), 발전기, 결합틀(350), 방향타(360) 및 상기한 풍집기(100) 등을 포함하여 구성된다.

회전기(310)는, 회전 가능한 축류팬으로 적용되고 있으며 도5에 도시된 바와 같이, 결합체(311)와 4개의 날개(312)로 구성된다.

결합체(311)는, 도5의 참고도에서 보여 지는 바와 같이, 기준축(320)에 회전 가능하게 결합됨으로써 날개(312)의 회전중심(O)에 위치되도록 되어 있으며, 내부에는 발전기(340)가 배치될 수 있는 배치공간을 가진다.

4개의 날개(312)는, 기준축(320)에 수직한 반경 방향으로 길게 뻗어있으며, 결합체(311)의 외면에 결합체(311)와 일체로 결합되어 바람과의 마찰에 의해 풍력을 회전기(310)의 회전력으로 전환시키는 역할을 수행한다.

기준축(320)은, 바람의 방향에는 대체로 수평하고 회전기(310)의 회전면(날개의 회전면)에는 수직하게 구비되며, 회전기(310)의 회전중심을 제공한다.

지지대(330)는 기준축(320)과 90도의 각도로 지면에 수직하게 설치되며, 회전기(310), 기준축(320) 및 풍집기(100)를 지면으로부터 일정 높이 이상 위치될 수 있도록 지지하는 역할을 한다. 그리고 이러한 지지대(330)에는 기준축(320) 및 결합틀(350)이 회전 가능하게 결합된다.

발전기(340)는, 도5에서 참조되는 바와 같이, 결합체(311)의 내부, 즉, 배치공간 상에 배치되며, 회전기(310)의 회전동력을 전기에너지로 변환하기 위해 결합체(311)와 일체로 회전 가능하게 구비되는 자석으로 구성된 회전자(341)와 지지축(320)에 고정 설치되는 코일로 구성된 고정자(342)를 가진다.

결합틀(350)에는 풍집기(100) 및 기준축(320)이 일체로 결합되며, 풍집기(100)를 지지대(330) 측에 회전 가능하게 결합시키는 역할을 한다.

방향타(360)는, 기준축(320)의 후단에 결합되어 있으며, 지면에 수직한 수직선 및 기준축(320)에 평행한 넓은 면을 가지도록 구성되어서, 바람이 불게 되면 풍집기(100)의 앞 측이 바람이 불어오는 방향을 향하도록 풍집기(100)의 위치를 설정하여 준다.

그리고 위와 같은 풍력발전기(300)에 적용된 도3의 풍집기(100)는 풍집통(110)의 결합부(111)가 결합틀(350)의 앞 측 부분에 결합되는데, 이렇게 결합되게 되면, 도3 및 도4에서 참조되는 바와 같이, 풍집통(110)의 뒤 측 부위에는 상기한 회전기(310)가 일정 정도 삽입된 상태로 풍집통(110)의 중앙에 결합체(311)가 위치하는 배치구성을 가지게 된다. 물론 회전기는 풍집통에 일정 정도 삽입되지 않고 풍집통의 뒤 측에 배치될 수도 있다.

한편, 도3의 풍력발전기(300)는, 기계적인 마찰을 최소화시키기 위해 발전기(340)를 풍집통(110)의 중앙에 위치되는 결합체(311)의 내부에 구성시키기 때문에, 결합체(311)는 그 내부에 발전기(340)를 구성시킬 정도의 크기로 확보되어야 한다. 이러한 경우, 결합체(340)에 부딪히는 바람의 양이 많아지게 되므로, 결합체(311)에 정면으로 강하게 부딪혀 산란된 바람과 결합체(311)와 풍집통(110) 사이로 출력되는 바람이 충돌 간섭하게 되고, 이러한 점은 바람의 이용효율을 감소시키는 문제점을 가지게 된다. 그러나 이러한 문제점은 풍집기(100)의 유도체(320)에 의해서 감소될 수 있게 된다.

<풍집기의 작용예>

계속하여 도3의 풍력발전기(300)에서 풍집기(100)의 작용에 대하여 설명한다.

바람이 임의의 방향으로 불면, 방향타(360)가 바람의 작용에 의해 바람에 수평하게 위치되려 하고, 이에 의해 결합틀(350) 및 기준축(320)이 회전하면서, 도6의 개념도에서 참조되는 바와 같이, 풍집통(110)의 앞 측과 회전기(310)의 날개(312)가 바람이 불어오는 방향 쪽으로 향하게 된다.

풍집통(110)의 앞 측이 바람이 불어오는 방향 쪽으로 향한 상태에서, 풍집통(110)은 앞 측의 넓은 개방면적으로 입력되는 바람을 풍집통(110) 내에 가둠으로써 개방면적이 앞 측 보다 좁은 뒤 측으로 이동하는 바람이 모아진 상태로 출력될 수 있도록 한다. 따라서 모아진 바람은 모아진 만큼 비례하여 풍속이 강해진 상태 로 회전기(310)의 날개(312)에 부딪히면서 더욱 강하게 회전기(310)를 회전시키게 된다(화살표 a 참조).

또한, 유도체(120)는 풍집기(100)의 뒤 측으로 이동하면서 회전중심, 즉, 결합체(311) 측으로 향하던 바람을 회전중심(O)의 외측, 즉, 결합체(311)의 외측으로 유도함으로써 풍집통(110)과 결합체(311) 사이로 향하는 바람과 함께 모아 회전기(310)의 날개(312) 측으로 출력시킴으로써 바람의 이용효율을 극대화 시키게 된다(화살표 b 참조).

상기한 실시예에서는 보강대가 지름방향의 보강대(131)와 원주방향의 보강대(132, 133, 134)로 이루어져 있다. 하지만 실시하기에 따라서는 지름방향의 보강대만으로도 구성될 수 있다. 지름방향의 보강대의 형태는 여러 가지로 변할 수 있으며, 원주방향의 보강대의 개수 역시 변할 수 있다.

그리고 상기한 실시예에서는 풍집기(100)의 중심 및 회전기(310)의 회전중심(O)이 바람의 방향에 평행하게 설치되고 있다. 하지만 실시하기에 따라서는 풍집기의 중심 및 회전기의 회전중심이 바람의 방향과 0도 이상의 각도로 설치될 수도 있다.

그리고 상기한 실시예에서는 유도체(120)가 전후좌우가 대칭인 원뿔형상으로 이루어져 있다. 하지만 실시하기에 따라서는 전후좌우가 대칭이 아닌, 즉 꼭지점이 원형 밑면의 중심으로부터 일 측으로 치우친 형태의 원뿔형상으로 이루어질 수도 있다.

이상에서 예를 들어 설명한 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 설명된 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 풍집기에 대한 사시도이다.

도2는 도1의 풍집기에 대한 개념적인 측면도이다.

도3은 도1의 풍집기가 적용된 풍력발전기에 대한 사시도이다.

도4는 도3의 풍력발전기에 대한 개념적인 측면도이다.

도5는 도4의 풍력발전기에서 발전기 부분에 대한 개념도이다.

도6은 도1의 풍력발전기용 풍집기의 작용을 설명하기 위한 참고도이다.

*도면의 주요부위에 대한 부호의 설명*

100 : 풍집기

110 : 풍집통

111 : 결합부

120 : 유도체

131, 132, 133, 134 : 보강대

Claims (5)

1. 앞뒤(앞은 바람이 입력되는 방향으로 정의하고, 뒤는 바람이 출력되는 방향으로 정의함)가 개방된 통 형상이며, 앞 측의 개방면적이 뒤 측의 개방면적보다 더 넓고, 뒤 측에 발전용 날개가 배치되도록 풍력발전기 측에 결합되는 풍집통(風集筒)을 포함하는 것을 특징으로 하는

   풍력발전기용 풍집기(風集機).
2. 제1항에 있어서,

   상기 풍집통의 앞 측으로 입력된 후 상기 발전용 날개의 회전 중심 측으로 오는 바람을 상기 회전 중심의 외측으로 유도하기 위한 유도체; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는

   풍력발전기용 풍집기(風集機).
3. 제2항에 있어서,

   상기 유도체는 앞 측이 뾰족한 원뿔형상인 것을 특징으로 하는

   풍력발전기용 풍집기(風集機).
4. 제2항에 있어서,

   상기 유도체를 상기 풍집통에 결합시키기 위한 결합대; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는

   풍력발전기용 풍집기(風集機).
5. 제1항에 있어서,

   상기 풍집통의 골격을 유지시키기 위한 보강대; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는

   풍력발전기용 풍집기(風集機).

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