KR20090125548A

KR20090125548A - 풍력발전기

Info

Publication number: KR20090125548A
Application number: KR1020080051711A
Authority: KR
Inventors: 유형주; 유성권
Original assignee: 유형주
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2009-12-07
Also published as: WO2009148198A1

Abstract

본 발명은 풍력발전기에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 별도의 방향타를 구비하지 않고서도 변화하는 풍향에 따라 회전하면서 바람의 이용을 최대로 활용할 수 있는 기술이 개시된다.

풍력발전기, 터보

Description

풍력발전기{WIND POWER GENERATOR}

본 발명은 풍력발전기, 특히, 프로펠러형의 회전날개(축류팬)를 가지는 풍력발전기에 관한 것이다.

풍력발전기는 바람에 의해 회전날개를 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 회전날개의 마찰을 증폭시킬 수 있도록 회전날개의 형상을 변형하는 기술, 바람을 모아 회전날개 측으로 보낼 수 있는 기술, 바람의 방향에 상관없이 바람을 이용하여 회전날개를 회전시킬 수 있는 기술, 회전날개에 의해 얻어진 회전동력이 발전기까지 전달되는 과정에서 발생하는 기계적인 마찰력을 감소시킬 수 있는 기술 등이 지속적으로 연구되고 있다.

본 발명은, 축류팬을 이용하는 풍력발전기에서, 바람의 방향에 상관없이 바람을 이용하여 회전날개를 회전시킬 수 있는 기술에 관계한다.

도1은 본 발명의 발명자에 의해 선출원(출원번호 10-2008-0037431, 발명의 명칭 : 풍력발전기)된 풍력발전기(선행모델)에 대한 사시도이다.

도1을 참조하면, 선행모델에 따른 풍력발전기(100)는, 회전기(110), 기준축(120), 지지대(130), 발전기, 터보(150), 결합틀(160) 및 방향타(170) 등을 포함하여 구성된다.

회전기(110)는, 회전 가능한 축류팬으로 적용되고 있으며, 도2에 도시된 바와 같이, 결합체(111)와 4개의 회전날개(112)로 구성된다.

결합체(111)는, 기준축(120)에 회전 가능하게 결합되어 있으며, 내부에는 발전기(140)가 배치될 수 있는 배치공간을 가진다.

4개의 회전날개(112)는, 기준축(120)에 수직한 반경 방향으로 길게 뻗어있으며, 결합체(111)의 외면에 결합체(111)와 일체로 결합되어 바람과의 마찰에 의해 풍력을 회전기(110)의 회전력으로 전환시키는 역할을 수행한다.

기준축(120)은, 바람의 방향에는 대체로 수평하고 회전기(110)의 회전면(회전날개의 회전면)에는 수직하게 구비되며, 회전기(110)의 회전중심을 제공한다.

지지대(130)는 기준축(120)과 90도의 각도로 지면에 수직하게 설치되며, 회전기(110), 기준축(120) 및 터보(150)를 지면으로부터 일정 높이 이상 위치될 수 있도록 지지하는 역할을 한다. 그리고 이러한 지지대(130)에는 기준축(120) 및 결합틀(160)이 회전 가능하게 결합된다.

발전기(140)는, 도2에서 참조되는 바와 같이, 결합체(111)의 내부, 즉, 배치공간 상에 배치되며, 회전기(110)의 회전동력을 전기에너지로 변환하기 위해 결합체(111)와 일체로 회전 가능하게 구비되는 자석으로 구성된 회전자(141)와 지지축(120)에 고정 설치되는 코일로 구성된 고정자(142)를 가진다.

터보(150)는, 대체적으로 앞뒤가 개방된 통 형상으로서, 불어오는 바람을 회전날개(112) 측으로 모으기 위하여 구비된다. 이러한 터보(150)는 풍집통(151), 유도체(152) 등을 포함하여 구성된다. 여기서 "앞"은 바람이 입력되는 방향으로 정의하고, "뒤"는 바람이 출력되는 방향으로 정의한다.

풍집통(151)은, 앞 측의 개방면적이 뒤 측의 개방면적보다 더 넓은 통 형상이다. 이러한 풍집통(151)의 뒤 측 부위에는 상기한 회전기(110)가 일정 정도 삽입된 상태로 풍집통(151)의 중앙에 결합체(111)가 위치하는 배치구성을 가진다. 따라서 풍집통(151)의 뒤 측 개방면적은 앞 측 개방면적으로 입력된 바람이 회전기(110)를 회전시키는 데 최대한 활용될 수 있게 하기 위해 풍집통(151)의 뒤 측 부분과 회전기(110)의 회전날개(112)가 간섭되지 않을 정도의 최소 넓이를 가지는 것이 바람직하다.

유도체(152)는 결합체(111)의 앞 측에 구비되며, 풍집통(151)의 앞 측으로 입력된 후 결합체(111) 측으로 오는 바람을 회전기(110)의 회전날개(112) 측으로 유도하는 역할을 수행한다. 이를 위해 유도체(152)는 앞 측이 뾰족한 원뿔형상을 가진다.

결합틀(160)에는 터보(150) 및 기준축(120)이 일체로 결합되며, 터보(150)를 지지대(130) 측에 회전 가능하게 결합시키는 역할을 한다.

방향타(170)는, 기준축(120)의 후단에 결합되어 있으며, 지면에 수직한 수직선 및 기준축(120)에 평행한 넓은 면을 가지도록 구성되어서, 바람이 불게 되면 터보(150)의 앞 측이 바람이 불어오는 방향을 향하도록 터보(150)의 위치를 설정하여 준다.

그런데, 위와 같은 선행모델에 따른 풍력발전기(100)에 의하면, 지지대(130)의 위치를 기준으로 앞 측에 회전기(110)가 위치되고 뒤 측에 방향타(170)가 위치되어 있어서, 방향타(170)에 의해 변화하는 풍향에 맞춰 회전날개(112)의 바람을 맞이하는 측이 바람이 불어오는 쪽을 바라보도록 조절하고 있다. 여기서 회전날개(112)의 바람을 맞이하는 측이라 함은 바람을 맞아 최대의 회전력을 얻을 수 있도록 형상된 회전날개(112)가 의도된 최대의 회전력을 얻을 수 있도록 하기 위해 바람이 불어오는 방향으로 향하도록 한 측을 말한다.

즉, 선행모델에 의한 풍력발전기(100)에 의하면, 방향타(170)가 반드시 필요 하고, 그러한 방향타(170)를 터보(150) 및 지지대(130) 측에 결합시키기 위한 결합틀(160)을 이 구비되어야만 한다.

본 발명은 방향타가 없이도 회전날개의 바람을 맞이하는 측이 바람이 불어오는 쪽을 향하도록 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 풍력발전기는, 회전 가능하게 구비되며, 풍력을 회전력으로 전환시키는 축류형 복수의 회전날개를 가지는 회전기; 상기 회전기의 회전면에 수직하게 구비되며, 상기 회전기의 회전중심을 제공하는 기준축; 상기 기준축과 0도 보다는 크고 180도 보다는 작은 각도 범위 내에서 지면에 수직하게 설치되며, 상기 회전기 및 기준축이 지면으로부터 일정 높이 이상 위치되도록 지지하는 지지대; 및 상기 회전기의 회전동력을 전기에너지로 변환하는 발전기; 를 포함하고, 상기 기준축은 상기 지지대에 회전 가능하게 결합되며, 상기 회전기의 복수의 회전날개는 바람을 맞이하는 측이 상기 기준축과 지지대가 결합되는 지점을 바라보도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 회전날개 측으로 바람을 모으는 터보; 를 더 포함하고, 상기 터보는, 앞뒤(앞은 바람이 입력되는 방향으로 정의하고, 뒤는 바람이 출력되는 방향으로 정의 함)가 개방된 통 형상이며, 앞 측의 개방면적이 뒤 측의 개방면적보다 더 넓고, 하단이 상기 지지대에 회전 가능하게 결합되는 풍집통을 포함하며, 상기 회전기는 상기 풍집통의 뒤 측에 구비되는 것을 또 하나의 특징으로 한다.

상기 터보는, 상기 풍집통의 골격을 유지시키며, 일 측은 상기 기준축에 고정되고 타 측은 상기 풍집통에 고정되는 보강대; 더 포함하며, 상기 보강대의 일 측이 상기 기준축에 고정되는 위치는 상기 기준축과 지지대가 결합되는 지점을 기준으로 상기 회전날개의 반대 측인 것을 또 하나의 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 별도의 방향타를 구비하지 않고서도 회전날개 자체의 배치 위치에 의해 회전날개의 바람을 맞이하는 측이 바람이 불어오는 쪽을 향하도록 함으로써 방향타 및 방향타를 지지대 측에 결합시키기 위한 별도의 결합수단을 구비할 필요가 없기 때문에 생산성이 향상되는 효과가 있다.

본 발명에 따른 풍력발전기에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 배경기술에서 언급한 부분은 설명의 간결함을 위해 가급적 생락하거나 압축한다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기(300)에 대한 사시도이다.

도3에서 참조되는 바와 같이, 본 실시예에 따른 풍력발전기(300)는 회전기(310), 기준축(320), 지지대(330), 발전기, 터보(350) 등을 포함하여 구성된다.

회전기(310)는, 회전 가능한 축류팬으로 적용되고 있으며 도3에 도시된 바와 같이, 결합체(311)와 3개의 회전날개(312)로 구성된다.

결합체(311)는, 도3의 참고도에서 보여 지는 바와 같이, 기준축(320)에 회전 가능하게 결합되어 있으며, 내부에는 발전기가 배치될 수 있는 배치공간을 가진다.

3개의 회전날개(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. 물론, 회전날개의 개수는 실시하기에 따라서, 2개 이상, 즉, 복수 개이면 족하다. 그리고 이러한 회전기(310)의 회전날개(312)는 바람을 맞이하는 측이 기준축(320)과 지지대(330)가 결합되는 지점(C)을 바라보도록 되어 있다.

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 터보(350)를 지면으로부터 일정 높이 이상 위치될 수 있도록 지지하는 역할을 한다. 그리고 이러한 지지대(330)에는 기준축(320)이 회전 가능하게 결합된다. 물론, 실시하기에 따라서는 지지대와 기준축이 90도 보다 더 큰 각도(A)로 유지될 수도 있으며, 그 반대로 지지대와 기준축이 90도 보다 더 작은 각도로 유지될 수도 있다. 즉, 기준축과 지지대는 여타 구성의 상호 간섭이 없는 한도 내에서 0도 보다는 크고 180도 보다는 작은 각도 범위를 가지도록 구성하면 족하다.

발전기는, 배경기술에서 참조되는 바와 같이, 결합체(311)의 내부에 배치된다.

터보(350)는, 대체적으로 앞뒤가 개방된 통 형상으로서, 불어오는 바람을 회전날개(312) 측으로 모으기 위하여 구비된다. 이러한 터보(350)는 풍집통(351) 및 보강대(353)를 포함하여 구성된다. 여기서 "앞"은 바람이 입력되는 방향으로 정의하고, "뒤"는 바람이 출력되는 방향으로 정의한다.

풍집통(351)은, 앞 측의 개방면적이 뒤 측의 개방면적보다 더 넓은 통 형상이다. 그리고 상기한 회전날개(312)는 이러한 풍집통(351)의 뒤 측에 구비된다. 또한, 풍집통(351)의 하단은 지지대(330)에 회전가능하게 결합되어 있다.

보강대(353)는, 다수개 구비되며 풍집통(351)의 골격을 유지시키는 역할을 수행하는데, 그 일 측은 기준축(320)에 고정되고 타 측은 풍집통(351)에 고정된다. 여기서 보강대(353)의 일 측은 기준축(320)과 지지대(330)가 결합되는 지점(C)을 기준으로 회전날개(312)의 반대 측에 있다.

위와 같이 풍집통(351)의 하단이 지지대(330)에 결합되고, 보강대(353)에 의해 풍집통(351)이 기준축(320)에 결합되기 때문에 터보(350)와 회전기(310)가 지지대(330)를 기준으로 양 측으로 무게를 분산시켜 안정성을 확보하고 있다.

계속하여 위와 같은 구성을 가지는 풍력발전기(300)의 작동에 대하여 도4를 참조하여 설명한다.

바람이 임의의 방향으로 불면, 바람의 저항이 강한 회전날개(312)가 바람이 불어오는 방향에 반대 측에 위치되게 된다. 따라서 도4에서 참조되는 바와 같이 바람이 화살표 방향으로 불 때, 터보(350)가 앞 측에 위치하고 회전기(310)가 뒤 측에 위치하게 된다. 즉, 회전날개(312)를 포함한 회전기(310)의 바람에 대한 저항이 크기 때문에, 바람이 불어오는 방향에 맞서지 않고 바람이 불어오는 방향의 뒤 측으로 위치되려 하고, 이에 따라 회전날개(312)의 바람을 맞이하는 측이 바람이 불어오는 쪽을 향하도록 기준축(320)이 회전하게 됨으로써 터보(350)가 앞 측에 위치되고 회전기(310)가 뒤 측에 위치되게 된다. 즉, 기존의 방향타를 대신하여 회전날개(312)가 방향타의 역할을 대신하게 되는 것이다. 따라서 어느 방향에서 바람이 불어오더라도, 회전날개(312)가 방향타 역할을 함으로써, 회전날개(312)의 바람을 맞이하는 측이 바람이 불어오는 방향을 향하게 되어서 풍향과 관계없이 회전기(310)를 회전시켜 전력을 생산해 낼 수 있게 된다.

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 선행모델에 따른 풍력발전기에 대한 측면도이다.

도2는 도1의 풍력발전기에서 회전기 부분을 발췌한 개념도이다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기에 대한 사시도이다.

도4는 도3의 풍력발전기의 작동상태를 설명하기 위한 참조도이다.

*도면의 주요부위에 대한 부호의 설명*

300 : 풍력발전기

310 : 회전기

311 : 결합체 312 : 회전날개

320 : 기준축

330 : 지지대

350 : 터보

351 :풍 집통 353 : 보강대

Claims

회전 가능하게 구비되며, 풍력을 회전력으로 전환시키는 축류형 복수의 회전날개를 가지는 회전기;

상기 회전기의 회전면에 수직하게 구비되며, 상기 회전기의 회전중심을 제공하는 기준축;

상기 기준축과 0도 보다는 크고 180도 보다는 작은 각도 범위 내에서 지면에 수직하게 설치되며, 상기 회전기 및 기준축이 지면으로부터 일정 높이 이상 위치되도록 지지하는 지지대; 및

상기 회전기의 회전동력을 전기에너지로 변환하는 발전기; 를 포함하고,

상기 기준축은 상기 지지대에 회전 가능하게 결합되며,

상기 회전기의 복수의 회전날개는 바람을 맞이하는 측이 상기 기준축과 지지대가 결합되는 지점을 바라보도록 되어 있는 것을 특징으로 하는

풍력발전기.
제1항에 있어서,

상기 복수의 회전날개 측으로 바람을 모으는 터보; 를 더 포함하고,

상기 터보는, 앞뒤(앞은 바람이 입력되는 방향으로 정의하고, 뒤는 바람이 출력되는 방향으로 정의 함)가 개방된 통 형상이며, 앞 측의 개방면적이 뒤 측의 개방면적보다 더 넓고, 하단이 상기 지지대에 회전 가능하게 결합되는 풍집통을 포 함하며,

상기 회전기는 상기 풍집통의 뒤 측에 구비되는 것을 특징으로 하는

풍력발전기.
제2항에 있어서,

상기 터보는, 상기 풍집통의 골격을 유지시키며, 일 측은 상기 기준축에 고정되고 타 측은 상기 풍집통에 고정되는 보강대; 더 포함하며,

상기 보강대의 일 측이 상기 기준축에 고정되는 위치는 상기 기준축과 지지대가 결합되는 지점을 기준으로 상기 회전날개의 반대 측인 것을 특징으로 하는

풍력발전기.