KR20100014204A - Vertical axis type darrieus windmill - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다리우스 풍차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저풍속 영역에서 스스로 기동이 가능한 수직축형 다리우스 풍차에 관한 것이다. The present invention relates to a Darius windmill, and more particularly, to a vertical axis-type Darius windmill that is capable of maneuvering itself in a low wind speed region.
일반적으로 풍차는 자연바람으로 블레이드를 회전시키게 되고, 이것을 기어기구 등을 이용하여 속도를 높여 발전기를 돌리게 됨으로써 전기적인 발전으로 변환시킨다.In general, a windmill rotates a blade by natural wind, and converts it into electrical power by rotating a generator by increasing the speed by using a gear mechanism or the like.
이러한 방식을 풍력발전이라고 하는데, 풍력 발전용 풍차로는 네덜란드형 풍차로 대표되는 것으로 바람에 대해 회전축이 수평으로 되어 있는 수평축형 풍차와, 바람에 대해 회전축이 수직으로 되어 있는 수직축형 풍차가 알려져 있다.This method is called wind power generation. Wind power generation windmills are represented by Dutch windmills. The horizontal windmills whose rotation axis is horizontal with respect to the wind and the vertical windmills whose rotation axis is perpendicular to the wind are known. .
이 중 수직축형 풍차에는 패들형이나 사보니우스형 등과 같이 블레이드에 발생되는 항력으로 풍차를 회전시키는 항력형과, 다리우스형이나 자이로밀형 등과 같이 블레이드에 발생되는 양력으로 풍차를 회전시키는 양력형이 알려져 있다.Among these, the vertical axis windmill is known as a drag type that rotates the windmill by the drag generated on the blade, such as a paddle type or savonius type, and a lift type that rotates the windmill by the lifting force generated on the blade, such as the Darius type or the gyromill type. have.
즉, 전자는 불어 올리는 측을 향하는 블레이드의 저항을 작게 하여 항력차에 의해 풍차를 회전시키는 데 반해, 후자는 블레이드에 발생되는 양력에 의해 풍차를 회전시키도록 되어 있다.That is, the former rotates the windmill by the drag difference by reducing the resistance of the blade toward the blow-up side, while the latter rotates the windmill by the lift force generated in the blade.
상기 수직축형인 전자(항력형)의 경우, 주속비(블레이드의 에어 포일 단부 속도/풍속)가 1이 되면 풍차를 그 이상으로 회전시키는 모멘트가 발생되지 않아, 풍속이 올라가도 그 이상의 회전수를 얻을 수도 없고 발전 효율이 낮다는 문제가 있었다. In the case of the electron (drag type) of the vertical axis type, when the circumferential speed ratio (blade air foil end speed / wind speed) is 1, a moment for rotating the windmill no longer occurs, and even if the wind speed rises, even more rotational speed may be obtained. And low power generation efficiency.
그리고 후자(양력형)의 경우 주속비가 1 이상에서는, 풍차의 공력 특성이 좋아져 풍차를 효율적으로 회전시키는 것이 가능하지만, 주속비가 1 이하에서는 풍차의 공력 특성이 나빠져 풍차를 회전시키는 모멘트가 작아진다. 또한, 기동 모멘트가 작아 정지 상태로부터의 기동이 매우 곤란해지는 결점이 있었다.In the latter case (lift type), the aerodynamic characteristics of the windmill are improved and the windmill can be efficiently rotated at a circumferential speed ratio of 1 or more, but the aerodynamic characteristics of the windmill are deteriorated at a circumferential speed ratio of 1 or less, so that the moment of rotating the windmill becomes small. In addition, there is a drawback that the starting moment is small and the starting from the stop state becomes very difficult.
따라서 후자의 양력형 풍차에 전자의 항력형 풍차를 결합시켜 저속에서 기동효율을 높이고자 하는 시도가 있었다. Therefore, an attempt was made to increase the maneuvering efficiency at low speed by combining the former drag type windmill with the latter lift type windmill.
일본 공개 특허공보 제 2003-314432호에는 하이브리드형의 풍차가 개시되어 있다. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2003-314432 discloses a hybrid windmill.
상기 풍차는 양력형 풍차인 다리우스 풍차의 회전축에 일체적으로 항력형 풍차인 사보니우스 풍차를 설치한 구조로서, 저속에 사보니우스 풍차에 의해 회전을 시작한 후 다리우스 풍차에 의해 고속회전하도록 한 풍차이다.The windmill is a structure in which the Savonius windmill, which is a drag type windmill, is integrally installed on the rotary shaft of the Darius windmill, which is a lift type windmill. to be.
하지만 상기와 같이 종래의 하이브리드 풍차에 있어서 저속에서는 사보니우스 풍차가 다리우스 풍차를 구동하지만 고풍속에서는 다리우스 풍차가 사보니우스풍차를 구동하는 상태가 되기 때문에 회전수가 감소되어 단일의 다리우스 풍차에 비해 고속에서 발전효율이 저하되는 문제점이 있다.However, in the conventional hybrid windmill as described above, the Savonius windmill drives the Darius windmill at low speed, but at high wind speed, the Darius windmill drives the Savonius windmill, so the rotational speed is reduced, and thus, at a high speed compared to a single Darius windmill. There is a problem that the power generation efficiency is lowered.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 고풍속 영역에서 공력 특성이 좋아 발전효율이 높은 다리우스 풍차의 장점은 그대로 이용하면서 저풍속 영역에서 스스로 기동이 가능하여 발전할 수 있는 다리우스 풍차를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above problems, and has a good aerodynamic characteristics in high wind speed, while using the advantages of Darius windmill with high power generation efficiency, it is possible to provide a Darius windmill that can generate power by itself in a low wind speed region. Its purpose is to.
본 발명의 다른 목적은 고풍속영역에서는 기존의 다리우스 풍차에 비해 회전수가 저하되지 않으며, 발전용량을 증대시킬 수 있는 다리우스 풍차를 제공하는 데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a Darius windmill that can increase the power generation capacity, the rotation speed is not lower than the conventional Darius windmill in the high wind speed region.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수직축형 다리우스 풍차는 제 1블레이드에 발생하는 양력에 의해 수직으로 형성된 제 1회전축을 회전시키는 다리우스 풍차에 있어서, 저풍속에서 상기 제 1회전축의 기동 또는 회전을 보조하기 위한 기동수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the vertical axis Darius windmill of the present invention is a Darius windmill that rotates a first rotational shaft vertically formed by the lifting force generated in the first blade. And a maneuvering means for assisting.
상기 기동수단은 상기 제 1회전축을 마주보는 제 1블레이드의 내향면의 일측에 바람에 의해 항력이 발생되도록 절제된 절제부를 구비하는 것을 특징으로 한다.The maneuvering means is characterized in that it comprises an ablation section cut off so that drag is generated by the wind on one side of the inward surface of the first blade facing the first rotary shaft.
상기 기동수단은 상기 제 1회전축에 결합되어 저풍속에서 항력에 의해 회전모멘트를 발생시키고 고풍속에서는 양력에 의해 회전모멘트를 발생시키는 보조풍차로 구비된 것을 특징으로 한다.The starting means is coupled to the first rotating shaft to generate a rotation moment by the drag force at low wind speed, characterized in that it is provided as an auxiliary windmill for generating a rotation moment by lift force at high wind speed.
상기 보조풍차는 상기 제 1회전축의 외주면에서 방사상으로 다수 형성된 지 지대들과, 상기 지지대들에 각각 고정되며 상기 제 1회전축의 주위를 수평으로 회전하는 제 2블레이드를 구비하는 것을 특징으로 한다.The auxiliary windmill may include a plurality of zones formed radially on the outer circumferential surface of the first rotary shaft, and second blades fixed to the supports and rotating horizontally around the first rotary shaft, respectively.
상기 제 2블레이드는 단면이 에어포일형상의 유선형으로 형성되되 상기 제 1회전축을 마주보는 내향면의 일측에는 바람에 의해 항력이 발생되도록 절제된 절제부를 구비하는 것을 특징으로 한다.The second blade is formed in a streamlined cross-sectional shape of the air foil, characterized in that provided on one side of the inward facing surface facing the first rotating shaft is cut off so that the drag is generated by the wind.
상기 보조풍차는 저풍속에서는 상기 제 1회전축과 결합되어 연동회전하며 고풍속에서는 상기 제 1회전축과 결합이 분리되어 상기 제 1회전축과는 독립적으로 회전하는 수직의 제 2회전축과, 상기 제 2회전축의 외주면에서 방사상으로 다수 형성된 지지대들과, 상기 지지대들에 각각 고정되며 상기 제 2회전축의 주위를 수평으로 회전하는 제 2블레이드를 구비하는 것을 특징으로 한다.The auxiliary windmill is coupled to the first rotary shaft at low wind speeds and interlocked, and at high wind speeds, the secondary windmill is separated from the first rotary shaft and rotates independently of the first rotary shaft. And a plurality of supports formed radially on the outer circumferential surface, and second blades fixed to the supports and rotating horizontally around the second rotation shaft.
상기 제 1회전축은 내부가 중공인 상기 제 2회전축의 내부에 동축상으로 설치되며, 상기 제 2회전축과 상기 제 1회전축 사이에는 원웨이클러치가 결합된 것을 특징으로 한다.The first rotary shaft is installed coaxially inside the second rotary shaft is hollow inside, characterized in that the one-way clutch is coupled between the second rotary shaft and the first rotary shaft.
상기 보조풍차는 상기 제 1회전축의 외주면에 형성된 지지대들과, 상기 지지대들에 고정되어 상기 제 1회전축의 주위를 수평으로 회전하며 상기 제 1회전축에 대해 나선형으로 형성된 제 2블레이드를 구비하는 것을 특징으로 한다.The auxiliary windmill includes supporters formed on an outer circumferential surface of the first rotation shaft, and a second blade fixed to the supports to rotate horizontally around the first rotation shaft and spirally formed with respect to the first rotation shaft. It is done.
상기 기동수단은 상기 제 1회전축과 결합되어 저풍속에서 항력에 의해 회전모멘트를 발생시키고 고풍속에서는 양력에 의해 회전모멘트를 발생시키는 보조풍차를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The starting means is further coupled to the first rotating shaft to generate a rotation moment by the drag force at low wind speed, and at a high wind speed further comprises an auxiliary windmill for generating a rotation moment by lift force.
상술한 바와 같이 본 발명의 수직축형 다리우스 풍차에 의하면 저풍속 영역에서는 블레이드에 발생하는 항력에 의해 스스로 기동 및 회전이 가능하여 저풍속에서도 발전이 가능하다.As described above, according to the vertical axis Darius windmill of the present invention, in the low wind speed region, it is possible to start and rotate by itself due to the drag generated on the blades, and thus the power generation is possible at low wind speeds.
또한, 어떠한 풍향 및 풍속에서도 회전 모멘트를 발생시킬 수 있어 풍속이 아주 낮거나 풍향의 변동이 큰 도심에서도 기동이 용이하여 광범위한 풍속 영역에서 발전이 가능하다는 장점을 제공한다.In addition, the rotation moment can be generated in any wind direction and wind speed, so it is easy to maneuver even in the city where the wind speed is very low or the fluctuation of the wind direction provides the advantage of power generation in a wide range of wind speed range.
그리고 보조풍차의 블레이드는 고풍속 영역에서 양력에 의해 회전모멘트를 발생시켜 고회전이 가능케 함으로써 고풍속 영역에서 공력 특성이 우수한 다리우스 풍차의 장점을 그대로 이용할 수 있다.In addition, the blades of the auxiliary windmill can generate high rotational moments by lifting force in the high wind speed region, thereby enabling high rotation, so that the advantages of Darius windmills having excellent aerodynamic characteristics in the high wind speed region can be used as they are.
이와 함께 보조풍차의 회전축을 별도로 마련하되 저풍속에서는 상호 결합되어 연동회전하며 고풍속에서는 결합이 분리되도록 구성할 수 있으며, 이 경우 각 회전축에 발전부를 독립적으로 연결하여 발전용량을 크게 증대시킬 수 있다.Along with this, the auxiliary shaft may be provided with a separate rotary shaft, but may be configured to interlock with each other at a low wind speed, and may be configured to be separated at a high wind speed. In this case, power generation capacity may be greatly increased by independently connecting the power generation units to each rotary shaft.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다리우스 풍차에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the Darius windmill according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다리우스 풍차를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다리우스 풍차를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2에 적용된 제 2블레이드 주위의 압력분포를 도시한 그림이고, 도 4는 도 2에 적용된 제 2블레이드의 회전동작을 나타내는 그림이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다리우스 풍차를 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 5에 적용된 원웨이 클러치의 구조를 나타내는 단면도이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다리우스 풍차를 나타내는 단면도이고, 도 8 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예들에 따른 다리우스 풍차를 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view showing a Darius windmill according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view showing a Darius windmill according to another embodiment of the present invention, Figure 3 is a pressure distribution around the second blade applied to Figure 2 4 is a view illustrating a rotation operation of the second blade applied to FIG. 2, FIG. 5 is a cross-sectional view showing a Darius windmill according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is applied to FIG. 5. 7 is a cross-sectional view illustrating a structure of a one-way clutch, and FIG. 7 is a cross-sectional view showing a Darius windmill according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 8 to 9 are perspective views illustrating a Darius windmill according to still another embodiment of the present invention. .
본 발명의 다리우스 풍차의 가장 큰 특징은 저풍속에서 스스로 기동이 가능하도록 기동수단을 갖는 데 있다. 본 발명에서 기동수단은 보조풍차를 더 구비하거나 종래의 다리우스형 풍차의 블레이드의 구조를 개선함으로써 구현된다. The biggest feature of the Darius windmill of the present invention is to have a maneuvering means to enable self-maneuvering at low wind speeds. In the present invention, the maneuvering means is further provided by an auxiliary windmill or implemented by improving the structure of the blade of the conventional Darius windmill.
먼저 도 2 내지 도 4를 참조하면서 기동수단으로 보조풍차를 구비하는 본 발명의 다리우스 풍차를 설명한다. 본 발명은 다리우스 풍차인 제 1풍차에 보조 풍차인 제 2풍차가 결합된 하이브리드식 풍차구조를 가진다. First, the Darius windmill of the present invention having an auxiliary windmill as a starting means will be described with reference to FIGS. 2 to 4. The present invention has a hybrid windmill structure in which a first windmill that is a Darius windmill is coupled to a second windmill that is an auxiliary windmill.
제 1풍차는 통상의 다리우스 풍차를 이용한다. 도시된 제 1풍차의 예로 바람에 대하여 수직으로 형성된 제 1회전축(35)과, 제 1회전축(35)에 연결된 2매의 제 1블레이드(31)로 구성된다. 제 1블레이드(31)의 상단은 제 1회전축(35)의 상단에 고정되는 원판형의 브라켓(39)에 고정되고, 하단은 제 1회전축(35)의 하부 외주면에 고정된다. 그리고 제 1블레이드(31)는 3매 이상으로 구비될 수 있다.The first windmill uses a conventional Darius windmill. An example of the illustrated first windmill is composed of a first
제 1블레이드(31)는 전체적으로 호형(弧形)으로 형상을 가지며, 단면이 유선형의 에어 포일형으로 형성되어 양력에 의해 제 1회전축(35)을 회전시킨다. 제 1풍차에 적용되는 제 1블레이드(31)는 주속비(블레이드의 에어 포일 단부 속도/풍속)가 1이상이 되는 고풍속 영역에서는 풍차의 공력 특성이 좋아져 높은 회전수로 회전하는 것이 가능하다. 또한, 제 1회전축(35)이 수직하기 때문에 풍향에 영향을 받지 않는 장점을 가진다.The
그리고 도시되지 않았지만 제 1풍차는 제 1회전축(35)의 하단이 발전부와 연결되면 풍력발전이 가능하다. 하지만 제 1풍차의 양력식 제 1블레이드(31)는 주속비 1이하에서는 스스로 기동을 할 수 없어 저풍속의 영역에서는 발전을 할 수 없다는 문제점이 있다. And although not shown, the first windmill is capable of generating wind power when the lower end of the first
따라서 본 발명에서는 제 1풍차의 기동수단으로서 제 2풍차를 구비한다. 제 2풍차는 저풍속에서 항력에 의해 회전모멘트를 발생시키고, 고풍속에서는 양력에 의해 회전모멘트를 발생시킨다. 이러한 제 2풍차는 저풍속에서는 항력에 의해 제 1회전축(35)을 기동시킴과 동시에 고풍속에서는 양력에 의해 고회전함으로써 고풍속에서 고속으로 회전하는 제 1블레이드(31)에 부하를 거의 주지 않아 고풍속 영역에서 공력 특성이 좋은 제 1풍차의 장점을 그대로 이용할 수 있다.Therefore, in this invention, the 2nd windmill is provided as a starting means of a 1st windmill. The second windmill generates the rotation moment by the drag force at low wind speed, and generates the rotation moment by the lift force at high wind speed. The second windmill starts the first
다리우스 풍차에 사보니우스 풍차가 결합된 종래의 하이브리드 풍차는 고풍속영역에서 다리우스 풍차가 사보니우스 풍차를 회전시키므로 그에 따른 다리우스 풍차의 감속으로 인한 발전 손실이 발생하였으나, 본 발명은 양력에 의해 회전하는 제 2풍차에 의해 고풍속에서의 발전손실이 거의 발생하지 않는다.In the conventional hybrid windmill combined with the Darius windmill and the Savonius windmill, since the Darius windmill rotates the Savonius windmill in the high wind speed region, generation loss due to the deceleration of the Darius windmill occurs, but the present invention rotates by lift Power generation loss at high wind speed is hardly generated by the second windmill.
제 2풍차의 구체적 예로, 제 1블레이드(31)의 회전영역 내인 제 1회전축(35)의 상부와 하부의 외주면에는 방사상으로 다수의 지지대(27)가 제 1회전축(35)과 직교하는 방향으로 연장되어 형성된다. 그리고 제 2블레이드(20)는 제 1회전축(35)에 직교하는 면 내에서 동일 반경의 원주방향에 따라 4개의 지지대(27)의 단부에 각각 설치된다. As a specific example of the second windmill, a plurality of
제 2블레이드(20)는 알루미늄 합금 등의 금속 재질로 이루어진 얇은 판상소 재를 프레스하여 성형하거나, 수지를 이용하여 압출성형한다.The
제 2블레이드(20)는 단면이 4자계 에어 포일형, RAF 에어 포일형, 게팅겐 에어 포일형 등으로 대표되는 비행기에 사용되는 유선형의 에어 포일형으로 형성되고, 제 1회전축(35)과 마주하는 내향면(B)에는 절제부(25)가 형성된다. 절제부(25)는 전연(a)으로부터 35 % 내지 45 % 사이의 위치에서 후연(b)에 걸쳐 절제되어 형성된다. 그 결과, 제 2블레이드(20)는 낮은 레이놀즈 수로 높은 양력 계수가 되는 에어 포일형으로 형성된다.The
상기의 구조를 갖는 제 2블레이드(20)의 주위에는, 도 3에 도시된 바와 같이 전방(화살표 C 방향)으로부터의 바람에 대해 압력 분포가 형성된다. 즉, 제 2블레이드(20)에 사용되어 있는 에어 포일형의 압력 분포는 제 2블레이드(20) 내향면의 전방부(바람이 불어오는 방향)에 외기압보다 높은 압력이 분포되고, 후방부에는 대략 외기압과 동일한 압력이 되고, 외향면에는 에어 포일 형상에 의해 유속이 가속되므로 압력이 작아져 부압이 형성된다. 따라서, 제 2블레이드(20)의 내향면 후방부에 절제부(25)를 설치해도 에어 포일의 공력 특성에는 영향이 작다.Around the
그리고 도 4에 도시된 바와 같이 제 2블레이드(20)는 전방(화살표 C 방향)으로부터 바람을 받으면, 양력이 발생하고 그로 인해 제 2블레이드(20)에 발생되는 양력의 회전 방향 분력에 의해 제 2블레이드(20)는 시계 방향으로 회전한다.As shown in FIG. 4, when the
또한, 기동시와 같이 저풍속 영역에서는 제 2블레이드(20)가 후방(상기 도면의 화살표 D 방향)으로부터 바람을 받게 되면, 제 2블레이드(20)의 절제부(25)에 의해, 제 2블레이드(20)에 큰 공기 저항이 발생한다. 이에 의해 사보니우스형 풍차 효과, 즉 공기 저항에 의해 제 2블레이드(20)에 회전 모멘트가 발생되어 풍차의 기동 토크가 발생된다.In addition, when the
그 결과, 제 2블레이드(20)의 내향면에는 절제부(25)가 형성되어 있으므로, 도 4의 D화살표 방향으로부터의 바람에 대해 주속비 1 이하의 저풍속 영역에서는 공기 저항에 의해 회전 모멘트가 발생된다.As a result, since the
그리고 상기의 모멘트가 도 4의 C화살표 방향으로부터의 바람을 받는 제 2블레이드(20)에 발생되는 양력의 회전 방향 분력에 가해져 회전하고, 주속비 1 이상의 고풍속 영역에서는 제 2블레이드(20)에 발생되는 양력에 의해 회전하게 된다. 즉, 제 2블레이드(20)는 낮은 레이놀즈 수로 높은 양력 계수가 되는 에어 포일형으로 형성되어 있으므로, 1m/sec 이하의 낮은 풍속에서도 제 2블레이드(20)를 회전시킬 수 있어 효율적으로 발전시킬 수 있다. 또한, 제 2블레이드(20)는 알루미늄 합금 등의 경량의 부재를 이용하고 있으므로, 제 2블레이드(20) 전체의 중량이 작아져 제 2블레이드(20)에 발생되는 원심력에 의한 하중이 감소한다.Then, the moment is applied to the rotational direction component force of the lifting force generated in the
그리고 상기 실시 예에서는 낮은 레이놀즈 수로 높은 양력 계수를 갖는 제 2블레이드형을 사용하고 있으므로 제 2블레이드(20)에는 바람에 의한 공기 저항과 양력이 발생되고, 이들의 힘에 의해 제 2블레이드(20)를 회전시킨다. 따라서, 어떠한 풍향 및 풍속에서도 제 2블레이드(20)에는 발전에 필요한 회전 모멘트를 발생시킬 수 있다. 그 결과, 광범위한 풍속 영역에 걸쳐 제 2블레이드(20)를 회전시킬 수 있다.In the above embodiment, since the second blade type having a high lift coefficient is used with a low Reynolds number, air resistance and lift force due to wind are generated in the
또한, 제 1회전축(35)의 주위에 4매의 제 2블레이드(20)를 배치하여 모든 방 향으로부터의 바람에 대해 제 2블레이드를 효율적으로 회전시킬 수 있으므로, 풍향에 관계없이 모든 풍향에 대해서 제 1회전축(35)을 회전시켜 발전가능하므로 풍향의 변동성이 큰 도심에도 설치가능하다.In addition, since the
상기 실시 예에서는 4매의 제 2블레이드(20)를 배치하였지만 이에 한정되지 않으며, 3매 이하 또는 5매 이상 복수매의 블레이드를 이용하여도 무방하고 상기 실시예와 동일한 작용 및 효과를 발휘할 수 있다.In the above embodiment, four
도시되지 않았지만 제 2블레이드(20)에는 양 선단부에 공기 저항을 감소시키기 위한 선단부 커버를 부착하거나, 필요에 따라서 제 2블레이드(20)의 유도 저항을 감소시키기 위한 윙 렛을 부착하는 것도 가능하다.Although not shown, it is also possible to attach the tip cover for reducing air resistance to the
상기와 같이 본 발명의 하이브리드 풍차(10)는 저풍속에서는 제 2블레이드(20)에 의해 기동하여 제 1회전축(35)이 회전하게 된다. 그리고 풍속이 증가하여 고풍속영역에 이르면 양력식인 제 1블레이드(31)에 의해 고회전이 가능하다. 이 경우 제 2블레이드(20)도 양력에 의해 고회전이 가능함으로써 고풍속영역에서 고속회전하는 제 1블레이드(31)에 부하를 거의 주지 않아 발전효율을 크게 저하시키지 않는다. As described above, the
한편, 제 2블레이드(20)가 정지상태에서 초기에 기동하여 일정속도 이상으로 회전하는 경우 절제부(25)에서 발생되는 와류에 의한 공기의 저항을 감소시키기 위해 일정속도 이상이 되면 내향면(B)의 절제된 단부가 외향면(A)측으로 밀착되는 구조를 가질 수 있다. On the other hand, when the
이는 2장의 판상 소재를 이용하여 상기에서 도시한 형상을 갖는 제 2블레이 드(20)를 형성하되, 2장의 판상소재는 제 2블레이드(20)의 전연(a)에서 서로 회동가능하도록 연결된다. 그리고 지지대(27)의 선단은 제 2블레이드(20)의 내향면(B)을 관통하여 외향면(A)에 고정연결된다. 이 경우 지지대(27)의 직경보다 지지대가 관통하는 내향면(B)의 관통공의 직경을 더 크게 형성하여 내향면이 지지대의 길이방향을 따라 이동하면서 외향면(A)에 대해 일정 각도 회동가능하도록 한다. 그리고 내향면(B)과 외향면(A) 사이의 지지대에는 양단이 외향면(A)과 내향면(B)에 각각 연결되는 스프링이 설치되어 내향면(B)을 회전축 방향으로 탄성바이어스시킨다. 이 경우 스프링의 탄성력은 제 2블레이드(20)가 일정속도 이상으로 회전하는 경우 내향면에 작용하는 원심력보다는 작도록 설정한다. 따라서 제 2블레이드(20)의 정지시 또는 일정속도 이하에서는 내향면(B)의 선단이 외향면(A)과 일정거리 이격되나 일정속도 이상에서 내향면(B)에 작용하는 스프링의 탄성력보다 원심력이 더 커져 내향면(B)의 선단이 외향면(A)에 밀착되어 와류에 의한 공기의 저항을 크게 감소시킬 수 있다.This forms a
한편, 상기에서 제 2블레이드는 수직으로 형성된 구조를 설명하였으나, 도 8에 도시된 바와 같이 제 2블레이드(105)는 제 1회전축(35)에 대해 나선형으로 형성될 수 있다. 나선형의 제 2블레이드(105)는 제 1회전축(35)의 외주면에서 수평으로 형성된 지지대들(107)에 고정된다.On the other hand, while the second blade has been described in the vertically formed structure, as shown in Figure 8, the
이러한 제 2블레이드(105)는 블레이드(105)에 작용하는 공력특성이 제 2블레이드(105)의 나선형을 따라 작용함으로써 다양한 풍향에서도 용이하게 회전하여 제 1회전축(35)의 기동성을 향상시킬 수 있다.Since the aerodynamic characteristics acting on the
그리고 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예로서 제 2풍차는 제 2블레이드(20)가 결합되는 제 2회전축(45)이 제 1회전축과 동축상으로 별도 설치된다. 제 2회전축(45)은 저풍속에서는 제 1회전축(35)과 연동하여 회전하며, 고풍속에서는 제 1회전축(35)과 결합이 분리되어 제 1회전축과는 독립적으로 회전하는 구조를 가진다.5 and 6, in another embodiment of the present invention, the second windmill is provided with a second
하부가 발전부(93)와 연결된 제 1회전축(35)이 수직으로 형성되고, 제 1회전축(35)에 양력식의 제 1블레이드(31)가 설치된다. 그리고 제 1블레이드(31) 회전영역의 하방에 위치한 제 1회전축(35)의 외주면을 둘러싸는 제 2회전축(45)이 제 1회전축(35)과 동축상으로 설치된다. 이 경우 제 2회전축(45)은 하우징(91)에 회전가능하도록 지지되어 설치된다. 제 1회전축(35)은 내부가 중공인 제 2회전축(45)의 중심을 통과하도록 삽입되는 데, 제 2회전축(45)의 내주면은 제 1회전축(35)의 외주면과 이격되도록 설치된다. The first
그리고 제 2회전축(45)의 내주면과 제 1회전축(35)의 외주면 사이에는 일방향으로만 회전이 가능한 원웨이클러치(80)가 결합된다. 원웨이 클러치(80)의 내측회전체(83)는 제 1회전축(35)과 결합되며, 외측회전체(81)는 제 2회전축(45)과 결합된다. And the one-way clutch 80 that can be rotated in only one direction is coupled between the inner circumferential surface of the second
따라서 저풍속 영역에서 제 2블레이드(20)에 발생하는 항력에 의해 제 2회전축(45)이 시계방향으로 회전하게 되면 스프링(85)으로 지지된 롤러(87)가 스프링의 반대편으로 이동하면서 외측회전체(81)가 내측회전체(83)와 접촉하면서 가압된다. 따라서 제 1회전축(35)은 제 2회전축(45)과 결합된 상태에서 회전한다.Therefore, when the
그리고 풍속이 증가하여 고풍속 영역에 도달하면 제 1블레이드(31)의 고속회전에 의해 제 1회전축(35)의 회전수가 제 2회전축(45)의 회전수보다 증가되는 시점에서 원웨이클러치의 스프링으로 지지되는 롤러(87)가 스프링(85)쪽으로 이동하면서 도 6에 도시된 바와 같이 외측회전체(81)가 내측회전체(83)로부터 이격되어 제 1회전축(35)이 제 2회전축(45)으로부터 분리되어 제 1회전축은 독립적으로 회전하게 된다. When the wind speed increases to reach the high wind speed region, the spring of the one-way clutch is at a time when the rotation speed of the
또한, 회전속도가 감소하는 경우에는 다시 원웨이클러치(80)의 작용으로 제 1회전축은 제 2회전축과 결합되어 회전한다.In addition, when the rotational speed decreases, the first rotational shaft rotates in combination with the second rotational shaft by the action of the one-
상기와 같이 고풍속영역에서 제 1및 제 2회전축의 회전속도가 서로 다른 경우, 특히 제 1회전축(35)의 회전속도가 제 2회전축(45)보다 앞서는 경우에는 제 1회전축(35)이 제 2회전축(45)을 함께 회전시키는 부하가 사라져 제 1회전축(35)의 발전효율을 저하시키지 않는다. As described above, when the rotation speeds of the first and second rotation shafts are different from each other in the high wind speed region, in particular, when the rotation speed of the
본 발명의 또 다른 실시 예로, 도 7에 도시된 바와 같이 제 2블레이드(20)가 제 1블레이드(31)의 회전영역 내에 설치된다. 이 경우 제 1블레이드(31)의 하단이 고정되는 제 1회전축(35)은 하우징(91)에 회전가능하도록 지지되어 수직으로 설치된다. 그리고 제 2블레이드(20)가 결합되는 제 2회전축(45)은 내부가 중공인 제 1회전축(35)의 중심을 통과하여 동축상으로 설치되고, 제 2회전축(45)은 제 1회전축(35)의 양단으로부터 일정 길이 연장되도록 형성된다. As another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, the
제 1회전축(35) 및 제 2회전축(45)의 하부에는 발전부(95)(97)가 각각 연결되고, 제 2회전축(45)에는 지지대들(27)에 고정된 제 2블레이드(20)가 설치된다. 그리고 제 2회전축(45)의 상단에는 제 2회전축(45)과는 독립적으로 회전가능한 원판형의 회전브라켓(75)이 설치되며, 제 1블레이드(31)는 회전브라켓(75)에 상단이 고정되고, 제 1회전축(35)의 외주면에 하단이 고정된다. 그리고 제 1회전축(35)과 제 2회전축(45)에는 원웨이 클러치(70)가 결합되는 구조를 가진다.
이러한 하이브리드 풍차는 고풍속 영역에 도달하면 제 1회전축(35)이 제 2회전축(45)으로부터 분리되어 독립적으로 회전하면서 발전하게 된다. 이와 함께 제 2회전축(45)에도 별도의 발전부(97)와 연결되어 있으므로 본 발명은 고풍속에서 제 1회전축(35) 및 제 2회전축(45)이 각각 독립적으로 발전을 담당하게 되어 발전용량을 크게 향상시킬 수 있다.When the hybrid windmill reaches the high wind speed region, the
그리고 도 1에서는 본 발명의 또 다른 실시 예의 다리우스 풍차를 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명은 저풍속 영역에서 자력 기동을 위해 종래의 다리우스 날개를 개선한 것을 특징으로 한다. 1 shows a Darius windmill according to another embodiment of the present invention. Referring to Figure 1, the present invention is characterized in that the conventional Darius wing for improving the magnetic force in the low wind speed region.
제 1블레이드(5)는 수직으로 형성된 제 1회전축(35) 외주면의 상부 및 하부에 고정되는 상부 및 하부지지대(1)(3)에 양단이 각각 고정되어 설치된다. 제 1블레이드(5)는 2매 이외에도 3매 또는 4매가 설치될 수 있다. 제 1블레이드(5)의 단면은 유선형의 에어 포일형으로 형성되고, 제 1회전축(35)과 마주하는 내향면에는 절제부(7)가 형성된다. 절제부(7)는 상술한 도 2에 도시된 제 2블레이드의 절제부와 그 작용 및 효과가 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. Both ends of the
상기의 구조를 가지는 제 1블레이드(5)는 저풍속 영역에서 절제부(7)에 의해 큰 공기 저항이 발생한다. 공기 저항에 의해 제 1블레이드(5)에 회전 모멘트가 발 생되어 풍차의 기동 토크가 발생되어 스스로 기동하게 된다. In the
그리고 도 9에 도시된 바와 같이 제 1회전축(35)에 도 2에 도시된 보조풍차가 결합될 수 있음은 물론이다. 9, the auxiliary windmill shown in FIG. 2 may be coupled to the
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments thereof are possible.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다리우스 풍차를 나타내는 사시도이고,1 is a perspective view showing a Darius windmill according to an embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다리우스 풍차를 나타내는 사시도이고,2 is a perspective view showing a Darius windmill according to another embodiment of the present invention;
도 3은 도 2에 적용된 제 2블레이드 주위의 압력분포를 도시한 그림이고,3 is a diagram showing a pressure distribution around the second blade applied to FIG.
도 4는 도 2에 적용된 제 2블레이드의 회전동작을 나타내는 그림이고,4 is a view showing a rotation operation of the second blade applied to FIG.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다리우스 풍차를 나타내는 단면도이고,5 is a cross-sectional view showing a Darius windmill according to another embodiment of the present invention;
도 6은 도 5에 적용된 원웨이 클러치의 구조를 나타내는 단면도이고,6 is a cross-sectional view showing the structure of a one-way clutch applied to FIG.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다리우스 풍차를 나타내는 단면도이고,7 is a cross-sectional view showing a Darius windmill according to another embodiment of the present invention;
도 8 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예들에 따른 다리우스 풍차를 나타내는 사시도이다.8 to 9 are perspective views showing a Darius windmill according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
20: 제 2블레이드 27: 지지대20: Second Blade 27: Support
31: 제 1블레이드 35: 제 1회전축 31: first blade 35: first rotating shaft
45: 제 2회전축 80: 원웨이클러치45: second rotary shaft 80: one-way clutch
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