KR20100122360A - 회전 날개를 가진 회전체 - Google Patents

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Abstract

회전 날개를 가진 회전체가 개시된다.
개시되는 회전 날개를 가진 회전체는 허브; 상기 허브에서 연장되는 복수 개의 주 회전 날개; 및 상기 허브에서 상기 주 회전 날개보다 상대적으로 작은 크기로 연장되고, 상기 주 회전 날개와 같은 회전면 상에서 회전되는 보조 회전 날개;를 포함한다.
개시되는 회전 날개를 가진 회전체에 의하면, 복수 개의 주 회전 날개 사이에서 복수 개의 보조 회전 날개가 상대적으로 작은 크기로 각각 연장됨에 따라, 복수 개의 주 회전 날개 갯수를 그만큼 더 증가시키는 경우에 비해, 회전 시에 소음 및 진동을 감소시킬 수 있고, 회전체의 중량 및 그 제작 비용을 감소시킬 수 있으면서도, 그 출력 향상에 따른 작동 효율 향상이 가능할 수 있는 장점이 있다.

Description

회전 날개를 가진 회전체{Rotating body having rotor blades}
본 발명은 회전 날개를 가진 회전체에 관한 것이다.
회전 날개를 가진 회전체는 회전 중심이 되는 허브와, 상기 허브에서 방사형으로 연장되는 복수 개의 회전 날개로 구성된 것이다. 이러한 회전 날개를 가진 회전체는 풍력 발전기에 적용되는 경우 불어오는 바람에 의해 회전되면서 발전이 가능하도록 하고, 선박, 항공기 등에 적용되는 경우 회전축의 회전력에 의해 회전되면서 추진이 가능하도록 한다.
그러나, 종래의 회전 날개를 가진 회전체에 의하면, 출력 향상을 통한 작동 효율 향상에 한계가 있었다. 회전체가 가지는 회전 날개 수를 증가시키면 출력이 증가될 수는 있으나, 그 날개 수의 증가에 따라 출력의 증가율은 점차 감소하게 되고, 날개 수의 증가는 회전체의 중량을 증가시킴은 물론 제작, 건설 비용을 증가시키는 원인이 될 수 있다. 따라서, 그러한 회전 날개 수의 증가를 최소화하면서 그 작동 효율이 향상될 수 있는 구조를 가진 회전 날개를 가진 회전체에 대한 연구가 요망되고 있다.
본 발명은 작동 효율이 향상될 수 있는 구조를 가진 회전 날개를 가진 회전체를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 회전 날개를 가진 회전체는 허브; 상기 허브에서 연장되는 복수 개의 주 회전 날개; 및 상기 허브에서 상기 주 회전 날개보다 상대적으로 작은 크기로 연장되고, 상기 주 회전 날개와 같은 회전면 상에서 회전되는 보조 회전 날개;를 포함한다.
상기 회전 날개를 가진 회전체는 상기 보조 회전 날개가 상기 복수 개의 주 회전 날개 사이에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 회전 날개를 가진 회전체는 상기 보조 회전 날개가 복수 개로 구성되고, 상기 복수 개의 보조 회전 날개의 무게 중심은 상기 허브의 회전 중심과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 회전 날개를 가진 회전체는 상기 주 회전 날개가 상기 회전 날개를 가진 회전체가 설치되는 대상에 관계없이 일정하게 제조되고, 상기 회전 날개를 가진 회전체가 설치되는 대상에 상기 회전 날개를 가진 회전체가 최적화될 수 있도록 상기 보조 회전 날개의 형상에 관한 요소들이 조절되어 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 회전 날개를 가진 회전체에 의하면, 복수 개의 주 회전 날개 사이에서 복수 개의 보조 회전 날개가 상대적으로 작은 크기로 각각 연장됨에 따라, 복수 개의 주 회전 날개 갯수를 그만큼 더 증가시키는 경우에 비해, 회전 시에 소음 및 진동을 감소시킬 수 있고, 회전체의 중량 및 그 제작 비용을 감소시킬 수 있으면서도, 그 출력 향상에 따른 작동 효율 향상이 가능할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 회전 날개를 가진 회전체에 의하면, 복수 개의 보조 회전 날개의 무게 중심이 허브의 회전 중심과 실질적으로 동일하게 구성되는 경우, 복수 개의 보조 회전 날개의 배치에도 불구하고, 회전체의 질량 분포가 균일해져서, 그 회전이 안정적으로 이루어질 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 날개를 가진 회전체에 대하여 설명한다. 이러한 회전 날개를 가진 회전체는 풍력 발전기의 회전체로서 적용될 수 있음은 물론이고, 선박, 항공기 등의 추진을 위한 회전체로도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 날개를 가진 회전체를 보이는 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 날개를 가진 회전체의 일부를 보이는 측면도이다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 회전 날개를 가진 회전체(100)는 허브(110)와, 복수 개의 주 회전 날개(120)와, 복수 개의 보조 회전 날 개(130)를 포함한다.
상기 허브(110)는 상기 복수 개의 주 회전 날개(120) 및 상기 복수 개의 보조 회전 날개(130)가 방사형으로 연장되는 것이다. 이러한 허브(110)는 회전축에 연결되는데, 상기 허브(110)가 연결된 회전축이 풍력 발전기에 연결되면 상기 회전 날개를 가진 회전체(100)는 불어오는 바람에 의해 회전되면서 발전이 가능하도록 하고, 상기 허브(110)가 연결된 회전축이 선박, 항공기 등의 엔진에 연결되면 회전력에 의해 회전되면서 추진이 가능하도록 한다.
상기 복수 개의 주 회전 날개(120)는 제 1 주 회전 날개(121), 제 2 주 회전 날개(122) 및 제 3 주 회전 날개(123)로 구성된다. 상기 제 1 주 회전 날개(121), 상기 제 2 주 회전 날개(122) 및 상기 제 3 주 회전 날개(123)는 각각 상기 허브(110)에서 방사형으로 연장된다. 상기 제 1 주 회전 날개(121), 상기 제 2 주 회전 날개(122) 및 상기 제 3 주 회전 날개(123)는 상기 허브(110)를 중심으로 서로 간에 동일한 각도 간격을 두고 방사형으로 연장될 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 주 회전 날개(120)가 상기 제 1 주 회전 날개(121), 상기 제 2 주 회전 날개(122) 및 상기 제 3 주 회전 날개(123)로 구성되는 것은 예시적인 것이고, 상기 복수 개의 주 회전 날개(120)는 다양한 갯수로 구성될 수 있다.
상기 보조 회전 날개(130)는 제 1 보조 회전 날개(131), 제 2 보조 회전 날개(132) 및 제 3 보조 회전 날개(133)로 구성된다. 상기 제 1 보조 회전 날개(131), 상기 제 2 보조 회전 날개(132) 및 상기 제 3 보조 회전 날개(133)는 각 각 상기 허브(110)에서 방사형으로 연장된다. 상기 제 1 보조 회전 날개(131), 상기 제 2 보조 회전 날개(132) 및 상기 제 3 보조 회전 날개(133)는 상기 허브(110)를 중심으로 서로 간에 동일한 각도 간격을 두고 방사형으로 연장될 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 보조 회전 날개(130)가 상기 제 1 보조 회전 날개(131), 상기 제 2 보조 회전 날개(132) 및 상기 제 3 보조 회전 날개(133)로 구성되는 것은 예시적인 것이고, 상기 복수 개의 보조 회전 날개(130)는 다양한 갯수로 구성될 수 있다.
상기 보조 회전 날개(130)는 상기 주 회전 날개(120)보다 상대적으로 작은 크기를 이루면서 상기 허브(110)에서 연장된다. 그리고, 상기 보조 회전 날개(130)는 상기 주 회전 날개(120)와 같은 회전면 상에서 회전되도록 상기 허브(110)에서 연장된다. 이러한 회전이 가능하도록, 상기 보조 회전 날개(130)는 상기 복수 개의 주 회전 날개(120) 사이에 배치된다. 예를 들어, 상기 제 1 주 회전 날개(121)와 상기 제 3 주 회전 날개(123) 사이에서 상기 제 1 보조 회전 날개(131)가 연장될 수 있다.
상기와 같이 복수 개의 주 회전 날개(120) 사이에서 상기 복수 개의 보조 회전 날개(130)가 상대적으로 작은 크기로 각각 연장됨에 따라, 복수 개의 주 회전 날개(120) 갯수를 그만큼 더 증가시키는 경우에 비해, 회전 시에 소음 및 진동을 감소시킬 수 있고, 상기 회전체(100)의 중량 및 그 제작 비용을 감소시킬 수 있으면서도, 그 출력 향상에 따른 작동 효율 향상이 가능할 수 있다.
한편, 상기 복수 개의 보조 회전 날개(130)의 무게 중심은 상기 허브(110)의 회전 중심과 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. 상기 복수 개의 주 회전 날개(120)의 무게 중심이 상기 허브(110)의 회전 중심과 실질적으로 동일하게 구성될 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 구성되면, 상기 복수 개의 보조 회전 날개(130)의 배치에도 불구하고, 상기 회전체(100)의 질량 분포가 균일해져서, 그 회전이 안정적으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 허브(110)에 결합되기 위한 부분을 제외한 날개 부분만을 비교할 때, 상기 보조 회전 날개(130)의 길이는 상기 주 회전 날개(120)의 길이의 대략 1/3로 이루어질 수 다. 그리고, 상기 허브(110)에 결합되기 위한 부분을 포함한 무게를 비교할 때, 상기 보조 회전 날개(130)의 무게는 상기 주 회전 날개(120)의 무게의 대략 1/4 내지 1/5로 이루어질 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 이웃한 상기 주 회전 날개(120)와 상기 보조 회전 날개(130)는 정면으로 볼 때 상기 허브(110)에 각각 연결되는 하부들이 일정 부분 겹치게 구성된다. 상기 주 회전 날개(120)와 상기 보조 회전 날개(130)는 각각 소정 각도로 경사지게 상기 허브(110)에 연결되므로, 상기 주 회전 날개(120)와 상기 보조 회전 날개(130)는 서로 접촉되지는 않는다.
본 실시예에서는 상기 주 회전 날개(120)의 형상에 관한 요소들은 일정하게 유지한 채로, 상기 보조 회전 날개(130)의 경사 각도, 상기 주 회전 날개(120)와의 겹치는 정도 등 상기 보조 회전 날개(130)의 형상에 관한 요소들을 조절함으로써, 상기 회전 날개를 가진 회전체(100)를 그 설치 장소에 최적화시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 회전 날개를 가진 회전체(100)를 풍력 발전기에 적용하는 경우, 상기 주 회전 날개(120)는 상기 풍력 발전기가 설치되는 지역의 고려 없이 일정한 형상으로 제작하고, 상대적으로 작은 크기의 상기 보조 회전 날개(130)의 형상에 관한 요소들을 상기 풍력 발전기가 설치되는 지역의 풍력 등 발전 효율에 영향을 미치는 요소를 고려하여 그에 적합한 형상으로 제작함으로써, 상기 회전 날개를 가진 회전체(100)에 의한 발전 효율을 최적화시키면서도, 상기 주 회전 날개(120)의 형상까지 모두 변경하면서 제조하는 경우에 비해 그러한 최적화가 손쉽게 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 날개를 가진 회전체에서 회전 날개 주변의 속도 벡터 분포 특성을 보이는 수치 해석 결과를 보이는 도면이고, 도 4는 일반적인 회전 날개를 가진 회전체에서 회전 날개 주변의 속도 벡터 분포 특성을 보이는 수치 해석 결과를 보이는 도면이다.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 도시된 방향을 기준으로 시계 방향으로 회전되는 회전 날개를 가진 회전체가 도시되고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 보조 회전 날개가 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 날개를 가진 회전체(100)가 도 4에 도시된 바와 같이 보조 회전 날개가 없는 일반적인 회전 날개를 가진 회전체에 비해, 유동장 전체에 걸쳐 속도 벡터의 크기가 커져 있음을 알 수 있다. 속도 벡터의 크기가 커질수록, 회전 속도가 증가하게 되므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 날개를 가진 회전체(100)가 일반적인 회전 날개를 가진 회전체에 비해 회전 효율이 향상됨을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 날개를 가진 회전체와 일반적인 회전 날개를 가진 회전체에 대한 공력 성능 비교를 위한 실험 결과를 보이는 그래프이다.
도 5에 도시된 도면 번호 200 및 204는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 날개를 가진 회전체에 대한 실험 결과이고, 도면 번호 202 및 203은 일반적인 회전 날개에 보조 회전 날개에 해당하는 하중이 부가된 회전체에 대한 실험 결과이고, 도면 번호 201 및 205는 일반적인 회전 날개를 가진 회전체에 대한 실험 결과를 나타낸다.
도면 번호 200, 201 및 202는 소정 크기의 주 회전 날개를 공유하는 회전체들을 비교한 것이고, 도면 번호 203, 204 및 205는 도면 번호 200, 201 및 202에 해당하는 회전체들의 주 회전 날개와 다른 크기인 주 회전 날개를 공유하는 회전체들을 비교한 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 날개를 가진 회전체(100)가 일반적인 회전 날개를 가진 회전체 등에 비해 발전 개시 시간이 상대적으로 더 빠르고, 그래프의 적분량으로 산출될 수 있는 발전량이 상대적으로 더 많음을 알 수 있다.
상기에서 본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권 리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 회전 날개를 가진 회전체에 의하면, 작동 효율이 향상될 수 있으므로, 그 산업상 이용 가능성이 높다고 하겠다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 날개를 가진 회전체를 보이는 정면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 날개를 가진 회전체의 일부를 보이는 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 날개를 가진 회전체에서 회전 날개 주변의 속도 벡터 분포 특성을 보이는 수치 해석 결과를 보이는 도면.
도 4는 일반적인 회전 날개를 가진 회전체에서 회전 날개 주변의 속도 벡터 분포 특성을 보이는 수치 해석 결과를 보이는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 날개를 가진 회전체와 일반적인 회전 날개를 가진 회전체에 대한 공력 성능 비료를 위한 실험 결과를 보이는 그래프.

Claims (4)

  1. 허브;
    상기 허브에서 연장되는 복수 개의 주 회전 날개; 및
    상기 허브에서 상기 주 회전 날개보다 상대적으로 작은 크기로 연장되고, 상기 주 회전 날개와 같은 회전면 상에서 회전되는 보조 회전 날개;를 포함하는 회전 날개를 가진 회전체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 회전 날개는 상기 복수 개의 주 회전 날개 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 날개를 가진 회전체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보조 회전 날개는 복수 개로 구성되고, 상기 복수 개의 보조 회전 날개의 무게 중심은 상기 허브의 회전 중심과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 회전 날개를 가진 회전체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 회전 날개는 상기 회전 날개를 가진 회전체가 설치되는 대상에 관계없이 일정하게 제조되고, 상기 회전 날개를 가진 회전체가 설치되는 대상에 상기 회전 날개를 가진 회전체가 최적화될 수 있도록 상기 보조 회전 날개의 형상에 관한 요소들이 조절되어 제조되는 것을 특징으로 하는 회전 날개를 가진 회전체.
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