KR20100007002A

KR20100007002A - 수직축 풍력발전장치

Info

Publication number: KR20100007002A
Application number: KR1020080067397A
Authority: KR
Inventors: 박원덕
Original assignee: 박원덕
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2010-01-22

Abstract

본 발명은 날개에 통공이 형성됨으로써 소음공해 및 진동발생이 최소화되며 로터가 블록쌓기식으로 적층 구축되어 시공 및 유지 보수가 용이하고 시설규모 및 발전량 조정이 자유로우며 발전량 규모에 관계없이 풍력에너지를 에너지원으로 쉽게 사용할 수 있도록 하는 수직축 풍력발전장치에 관한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은 풍력에 의하여 회전되는 로터의 중심축이 수직설치되고, 상기 로터의 회전력을 동력에너지로 전환하는 발전기가 베이스에 설치되는 수직축 풍력발전장치에 있어서, 블록형태의 로터블록이 수직으로 연속 적층되어 타워형 로터를 구축하며, 상기 로터블록은 중심축에 소음저감을 위한 다수의 통공이 형성된 날개가 방사상으로 설치되고 중심축의 상부와 하부 중 어느 일측 이상이 프레임에 베어링 지지되는 로터; 상기 로터를 지지하기 위하여 로터의 상부에 위치하는 상부대와 하부에 위치하는 하부대와 상기 상부대와 하부대를 지지하며 상하단에 상호 대응하는 적층결합부가 구비되는 복수의 기둥을 포함하여 구성되고, 상기 상부대와 하부대 중 어느 일측 이상에 중심축 지지를 위한 베어링이 설치되는 프레임; 및 상기 중심축이 수직 연속 축이음되기 위하여 중심축의 상단과 하단에 상호 대응하게 구비되는 커플링;을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

수직축 풍력발전장치{Vertical axis wind turbine device}

일반적으로 풍력발전장치는 자연풍을 이용하는 로터의 회전력을 이용해 전력을 생산하기 위한 것으로서, 무공해 청정 에너지원으로 화석연료를 대체하는 에너지원으로 각광받고 있다.

이와 같은 풍력발전장치는 로터 중심축의 설치방향에 따라 수평축 풍력발전장치와 수직축 풍력발전장치로 대별되며, 수평축을 이용하는 방식은 발전효율은 비교적 높으나 바람이 부는 방향에 따라 로터의 방향을 바꾸어 주지 않을 경우 발전이 중단되는 문제가 있다.

또한, 로터의 중심축이 최소한 로터의 반지름보다 높은 곳, 대개 70M 내지 100M 내외 높이에 위치되므로 로터 중심축과 기계적으로 연결되는 발전실도 로터축과 같은 높이에 설치되어 점검 및 고장수리시 발전실에 접근하기가 대단히 어렵고 관리 및 보수가 용이하지 않은 문제점이 있다.

이에 비하여, 수직형의 경우에는 풍향이 바뀌어도 로터의 회전이 계속되어 발전이 중단되지 않는 장점을 갖는다.

그러나, 날개에 의한 저항으로 유체 맴돌이가 발생되어 소음공해가 크고 진동이 발생되어 시설 수명을 단축시키며 조립이 모두 현장에서 이루어지므로 시공에 인력과 시간이 과다하게 소요되어 비용이 상승하는 문제점이 있었다.

또한, 로터가 단일 뭉치로 형성됨으로써 일단 시공이 완료된 후에는 발전량을 증대시키거나 감축시키는 조정이 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서,

본 발명의 목적은 날개에 통공이 형성됨으로써 소음공해 및 진동발생이 최소화되며 로터가 블록쌓기식으로 적층 구축되어 시공 및 유지 보수가 용이하고 시설규모 및 발전량 조정이 자유롭도록 하는 수직축 풍력발전장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 발전 규모의 대소에 관계없이 시공이 용이하여 풍력에너지를 에너지원으로 쉽게 사용할 수 있도록 하는 수직축 풍력발전장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 수직축 풍력발전장치는

풍력에 의하여 회전되는 로터의 중심축이 수직설치되고, 상기 로터의 회전력을 동력에너지로 전환하는 발전기가 베이스에 설치되는 수직축 풍력발전장치에 있어서,

블록형태의 로터블록이 수직으로 연속 적층되어 타워형 로터를 구축하며,

상기 로터블록은

중심축에 소음저감을 위한 다수의 통공이 형성된 날개가 방사상으로 설치되고 중심축의 상부와 하부 중 어느 일측 이상이 프레임에 베어링 지지되는 로터;

상기 로터를 지지하기 위하여 로터의 상부에 위치하는 상부대와 하부에 위치 하는 하부대와 상기 상부대와 하부대를 지지하며 상하단에 상호 대응하는 적층결합부가 구비되는 복수의 기둥을 포함하여 구성되고, 상기 상부대와 하부대 중 어느 일측 이상에 중심축 지지를 위한 베어링이 설치되는 프레임; 및

상기 중심축이 수직 연속 축이음되기 위하여 중심축의 상단과 하단에 상호 대응하게 구비되는 커플링;을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 구성을 지닌 본 발명에 따른 수직축 풍력발전장치는 날개에 통공이 형성됨으로써 소음공해 및 진동발생이 최소화되며 로터가 블록쌓기식으로 적층 구축되어 시공 및 유지 보수가 용이하고 시설규모 및 발전량 조정이 자유로운 현저한 효과가 있다.

또한, 발전량 규모의 대소에 관계없이 시공이 용이하여 풍력에너지를 에너지원으로 쉽게 사용할 수 있도록 하는 뛰어난 효과가 있다.

이하, 본 발명의 수직축 풍력발전장치에 대한 실시예를 첨부도면을 참고하여 보다 상세히 살펴본다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 일부 분해 사시도, 도 2는 도 1의 로터블록 발췌 확대도, 도 3은 도 1의 일부 생략 종단면도, 도 4는 도 3의 A-A의 단면도, 도 5는 도 3의 B부 상세도이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일 실시예의 수직축 풍력발전장치(1)는 풍력에 의하여 회전되는 로터의 중심축이 수직설치되고, 상기 로터의 회전력을 동력에너지로 전환하는 발전기(41)가 베이스(43)에 설치되는 수직축 풍력발전장치에 있어서, 블록형태의 로터블록(1a)이 수직으로 연속 적층되어 타워형 로터를 구축하며, 상기 로터블록(1a)은 로터(10), 프레임(20) 및 커플링(51)(52)을 포함하여 구성된다.

상기 로터(10)는 중심축(11)에 소음저감을 위한 다수의 통공(131)이 형성된 날개(13)가 방사상으로 설치되고 중심축(11)의 상부와 하부 중 어느 일측 이상이 프레임(20)에 베어링(30) 지지된다.

상기 날개(13)는 만곡면으로 되고 작은 통공(131)이 다수 형성됨으로써 유체의 일부가 관통되도록 하여 유체 저항에 의한 맴돌이 발생 및 이에 따른 소음 및 진동 발생을 최소화시킨다.

상기 날개(13)는 5엽으로 이루어짐이 바람직하다.

상기 프레임(20)은 상기 로터(10)를 지지하기 위하여 로터의 상부에 위치하는 상부대(21)와 하부에 위치하는 하부대(22)와 상기 상부대(21)와 하부대(22)를 지지하며 상하단에 상호 대응하는 적층결합부(25)가 구비되는 복수의 기둥(23)을 포함하여 구성되고, 상기 상부대(21)와 하부대(22) 중 어느 일측 이상에 중심축(11) 지지를 위한 베어링(30)이 설치된다.

상기 커플링(51)(52)은 상기 중심축(11)이 수직 연속 축이음되도록 중심축(11)의 상단과 하단에 상호 대응 구비된다.

또한, 상기 로터블록(1a)은 중심축(11)에 날개(13) 지지를 위한 보강판(15)이 상단과 하단 및 설정 높낮이에 수평으로 구비됨이 바람직하다.

상기 보강판(15)은 중심축(11)에 용접결합되고, 상기 보강판(15)에 체결공이 형성된 브래킷(17)이 복수 설치되며 상기 브래킷(17)을 이용하여 보강판(15)에 날개가 조립결합됨이 바람직하다.

상기 보강판(15)에는 날개조립 안내홈(미도시)이 형성될 수 있다.

또한, 상기 보강판(15)에는 다수의 통공(151)이 관통형성될 수 있다.

또한, 상기 프레임(20)은 기둥(23)이 중공관으로 되고, 상기 적층결합부(25)는 기둥(23)에 취부되고 체결공이 형성된 상부플랜지(251) 및 하부플랜지(253)와 하부플랜지(253)의 하방으로 돌출되고 기둥 상부의 중공부(231)로 삽입되는 연결가이드(255)를 구비하여 구성됨이 바람직하다.

또한, 상기 프레임(20)은 기둥(23)과 상부대(21) 및 하부대(22)에 체결공이 형성된 하나 이상의 연결브래킷(27)이 구비되고, 상기 연결브래킷(27)을 이용하여 기둥(23)과 기둥(23) 사이, 기둥(23)과 상부대(21) 사이. 기둥(23)과 하부대(22) 사이 및 적층 인접 로터블록(1a)의 상부대(21)와 하부대(22) 사이에 보강대(29)가 조립 결합됨이 바람직하다(도 6 참조).

상기 보강대(29)는 기둥(23)에 비하여 직경이 작은 중공관으로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 상기 중심축(11)은 베어링(30)이 하단부에만 설치되고, 상기 프레임(20)은 상부대(21)에 로터 투입구(211)가 관통형성될 수 있다.

상기 프레임(20)은 기둥(23)이 네 곳에 설치되는 정육면체형 골조 구조물로 이루어짐이 바람직하다.

그리고, 복수의 로터블록(1a)이 타워형태로 적층된 최상부에는 커버(70)가 설치되며 전망대가 설치될 수도 있다.

상기 구성을 지닌 본 발명에 따른 수직축 풍력발전장치(1)의 시공 및 작용상태를 살펴본다.

본 발명은 프레임(20)에 회전이 자유롭게 베어링(30)지지되는 로터블록(1a)이 수직 적층되어 로터(10)를 형성함으로써 베이스(43) 기초공사 후 크레인을 이용하여 상기 로터블록(1a)을 블록쌓기식으로 거양 적층 후 적층결합부(25)를 조립체결하는 것으로 시공이 간단하게 이루어진다.

즉, 상기 로터블록(1a)은 중심축(11)에 보강판(15)을 용접하고 브래킷(17)을 이용하여 날개(13)를 체결하는 조립작업이 공장에서 완성된 상태로 시공현장에 제공되고 시공현장에서는 개별 로터블록(1a)을 순차적으로 쌓아올리며 조립체결함으로써 시공이 신속 정확하게 이루어진다.

이때, 로터블록(1a)은 발전규모에 따라 7단 ~10단이 적층됨이 바람직하며 블록쌓기식으로 적층 및 해체가 용이하므로 시공 후 임의로 층수를 가감할 수 있어 발전용량 조정이 용이하고, 낙뢰 등으로 인하여 일부가 손상될 경우 보수교체 또한 용이하게 이루어진다.

한편, 본 발명은 날개(13)에 통공(131)이 형성됨으로써 풍량의 일부가 통공(131)을 통과하여 다음 날개(13)를 향하여 유입됨으로써 공기저항에 의한 유체 의 맴돌이 발생 및 이에 따른 소음발생을 최소화시키는 한편 후속 풍력이 계속적으로 유입되어 로터의 회전이 계속되게 한다.

또한, 맴돌이 발생이 최소화됨에 따라 진동발생을 최소화시켜 설비의 수명을 극대화시킨다.

이상과 같이 본 발명은 로터블록(1a)이용하여 로터의 적층 구축 및 해체가 용이하므로 시공이 간편하며 유지 보수가 용이하고 날개(13)에 통공(131)이 형성됨으로써 소음공해 및 진동이 최소화되며, 시설규모 및 발전량 조정이 자유로워 동네 뒷동산에 소규모로 설치되는 것에서부터 대규모에 이르기까지 풍력발전설비 시공이 용이하여 에너지난이 날로 심화되고 있는 상황에서 풍력에너지를 에너지원으로 쉽게 사용할 수 있도록 한다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 일부 분해 사시도

도 2는 도 1의 로터블록 발췌 확대도

도 3은 도 1의 일부 생략 종단면도

도 4는 도 3의 A-A의 단면도

도 5는 도 3의 B부 상세도

도 6은 본 발명에 따른 일 실시예의 일부 생략 구성도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 본 발명의 수직축 풍력발전장치 1a; 로터블록

10: 로터 11: 중심축 13: 날개

131: 통공 15: 보강판 17: 브래킷

20: 프레임 21: 상부대 211: 로터 투입구

22: 하부대 23: 기둥 25: 적층결합부

251: 상부플랜지 253: 하부플랜지 255: 연결가이드

27: 연결브래킷 29: 보강대 30: 베어링

41: 발전기 43: 베이스 51,52: 커플링

70: 커버

Claims

풍력에 의하여 회전되는 로터의 중심축이 수직설치되고, 상기 로터의 회전력을 동력에너지로 전환하는 발전기(41)가 베이스(43)에 설치되는 수직축 풍력발전장치에 있어서,

블록형태의 로터블록(1a)이 수직으로 연속 적층되어 타워형 로터를 구축하며,

상기 로터블록(1a)은

중심축(11)에 소음저감을 위한 다수의 통공(131)이 형성된 날개(13)가 방사상으로 설치되고 중심축(11)의 상부와 하부 중 어느 일측 이상이 프레임(20)에 베어링(30) 지지되는 로터(10);

상기 로터(10)를 지지하기 위하여 로터의 상부에 위치하는 상부대(21)와 하부에 위치하는 하부대(22)와 상기 상부대(21)와 하부대(22)를 지지하며 상하단에 상호 대응하는 적층결합부(25)가 구비되는 복수의 기둥(23)을 포함하여 구성되고, 상기 상부대(21)와 하부대(22) 중 어느 일측 이상에 중심축(11) 지지를 위한 베어링(30)이 설치되는 프레임(20); 및

상기 중심축(11)이 수직 연속 축이음되도록 중심축(11)의 상단과 하단에 상호 대응하게 구비되는 커플링(51)(52);을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 수직축 풍력발전장치.
청구항 1에 있어서,

상기 로터블록(1a)은 중심축(11)에 날개(13) 지지를 위한 보강판(15)이 상단과 하단 및 설정 높낮이에 수평으로 구비됨을 특징으로 하는 수직축 풍력발전장치.
청구항 2에 있어서,

상기 보강판(15)은 중심축(11)에 용접결합되고, 상기 보강판(15)과 중심축(11)에 체결공이 형성된 브래킷(17)이 하나 이상 구비되며 상기 브래킷(17)을 이용하여 중심축(11)과 보강판(15)에 날개가 조립결합됨을 특징으로 하는 수직축 풍력발전장치.
청구항 2에 있어서,

상기 보강판(15)에는 다수의 통공(151)이 관통형성됨을 특징으로 하는 수직축 풍력발전장치.
청구항 1에 있어서,

상기 프레임(20)은 기둥(23)이 중공관으로 되고,

상기 적층결합부(25)는 기둥(23)에 취부되고 체결공이 형성된 상부플랜지(251) 및 하부플랜지(253)와 하부플랜지(253)의 하방으로 돌출되고 기둥 상부의 중공부(231)로 삽입되는 연결가이드(255)를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 수직축 풍력발전장치.
청구항 1에 있어서,

상기 프레임(20)은 기둥(23)과 상부대(21) 및 하부대(22)에 체결공이 형성된 하나 이상의 연결브래킷(27)이 구비되고, 상기 연결브래킷(27)을 이용하여 기둥(23)과 기둥(23) 사이, 기둥(23)과 상부대(21) 사이. 기둥(23)과 하부대(22) 사이 및 적층 인접 로터블록(1a)의 상부대(21)와 하부대(22) 사이에 보강대(29)가 조립 결합됨을 특징으로 하는 수직축 풍력발전장치.
청구항 1에 있어서,

상기 중심축(11)은 베어링(30)이 하단부에만 설치되고,

상기 프레임(20)은 상부대(21)에 로터 투입구(211)가 관통형성됨을 특징으로 하는 수직축 풍력발전장치.