KR20110000175U - 도심형 풍력발전기용 회전날개 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 풍력발전기용 회전날개에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도심에서의 매우 불규칙한 풍향과 풍속 및 풍량에 효율적으로 적응하여 회전운동을 할 수 있는 도심형 풍력발전기용 회전날개 구조에 관한 것이다.
본 고안은 종방향의 회전축; 및 상기 회전축에 결합된 판형부재로서, 상기 회전축을 기준으로 서로 반대방향으로 오목하게 굴곡진 바람맞이면이 형성되고, 최상단과 최하단이 90°를 이루도록 비틀려 형성된 내부 블레이드; 및 종방향으로 배치된 띠형부재로서, 상기 내부 블레이드(20)의 바깥쪽으로 휘어 돌도록 굴절되어 상하단이 각각 상기 회전축(10)의 상하단에 결합되는 외부 블레이드(30);를 포함하여 구성되는 도심형 풍력발전기용 회전날개 구조를 제공한다.

Description

도심형 풍력발전기용 회전날개 구조{Town-typed rotor blade structure for a wind power generator}

본 고안은, 풍력발전기용 회전날개에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도심에서의 매우 불규칙한 풍향과 풍속 및 풍량에 효율적으로 적응하여 회전운동을 할 수 있는 도심형 풍력발전기용 회전날개 구조에 관한 것이다.

풍력발전기는 회전날개를 이용하여 자연의 바람에너지를 기계적인 운동에너지로 변환시켜 발전하는 방식의 발전기를 의미한다. 이러한 풍력발전기는 무한정, 무비용의 청정에너지원인 바람을 이용하여 발전할 수 있는 장치로서, 발전원별 전력 생산단가의 가격경쟁력 향상 및 발전시스템 설치의 소요면적 최소화 등과 같은 원가적 측면과, 화석에너지 고갈에 대한 대체에너지원과 지구환경보호라는 사회환경적 측면과, 공급의 안정성, 에너지 수입의 의존도 감소라는 경제적 측면에서 그 효용이 매우 크다.

종래의 풍력발전기는 바람을 회전운동에너지로 바꾸는 회전날개와, 상기 회전날개에 의해 회전하는 회전축과, 이들을 지상으로부터 일정한 높이에 위치시키기 위한 타워를 포함하며, 상기 타워의 상부 또는 하부에 설치되어 회전날개의 회전력에 의해 발전하는 발전장치를 포함하여 구성된다. 이러한 종래의 풍력발전기에 주로 사용되는 일반적인 회전날개는 2~6엽의 블레이드이며, 풍력발전기에 관한 기술개발은 이러한 블레이드의 형태와 크기를 다양하게 변형시키는 방향으로 진행되고 있다.

다만 종래의 풍력발전기 회전날개는 발전의 효율성 및 경제성 면에서 해안이나 산악지형에서 횡방향으로 강하게 불어오는 바람을 맞아 회전하도록 구성되어 있었을 뿐 도심의 건물, 국지적 온도차 등에 의한 난류(亂流)를 회전운동에너지로 바꾸기 위한 시도는 거의 없었으며, 특히 지면으로부터의 상승기류를 발전(發電)에 활용하기 위한 연구는 이루어진 바 없다.

본 고안은 모든 방향의 바람을 회전력으로 변환시키기 위한 풍력발전기 회전날개를 제공하기 위한 것으로서, 불규칙적이고 가변적인 도심에서의 바람을 에너지원으로 활용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

본 고안은 상기한 과제 해결을 위해 다음과 같은 수단을 적용한다.

1. 상승기류를 이용하기 위한 회전날개 구성

도심에서는 열섬현상에 의해 상승기류가 많이 발생한다. 본 고안은 상승기류를 발전(發電)에 이용할 수 있도록 회전날개를 구성한 것으로서, 최상단과 최하단이 90° 비틀어진 곡면으로 형성되도록 한다.

[도 2]는 이와 같은 내부 블레이드의 실시예로서 상승기류에 의해 반시계방향으로 회전하는 상태를 도시하고 있다. 상기 내부 블레이드의 하면이 막혀 있거나, 내부 블레이드가 원통형으로 형성되어 있다면 상승기류에 의한 종축 회전운동은 기대할 수 없게 된다.

그러나, 본 고안에서는 곡면판이 나선형으로 일방향으로 비틀어져 있어, 상승기류는 상기 내부 블레이드의 바람맞이면을 때리며 곡면을 타고 돌아 올라가면서 상기 내부 블레이드를 회전시킬 수 있다. [도 2]에서는 반시계방향으로 종축 회전하는 상태를 도시하였으나, 내부 블레이드의 곡면형성 양상에 따라 시계방향으로 회동할 수도 있다.

2. 다양한 방향의 미풍을 이용하기 위한 회전날개 구성

도심의 바람은 산이나 바닷가에서와 같은 강풍이 아닌 미풍일 경우가 많다. 또한, 바람의 방향도 불규칙적이다. 본 고안에서는 다양한 방향의 미풍을 효율적으로 활용하기 위해, 바람을 맞게 되는 회전날개를 오목한 곡면으로 구성한다.

첨부된 [도 3]은 바람이 어느 방향에서 불더라도 내부 블레이드가 반시계방향으로 회전하는 상태의 평면 모식도이다. 상기 내부 블레이드는 오목하게 굴곡진 바람맞이면이 불어오는 바람을 수용하여, 이를 회전력으로 변환시키게 된다. 바람맞이면에서 최대한의 바람을 수용하기 위해서는, 바람을 받는 면이 오목하게 굴곡진 금속띠를 여러 개 연접시켜 상기 내부 블레이드를 구성하고, 상기 금속띠의 바람맞이면에 다수개의 함입부를 형성시키는 등의 방법이 있다.

3. 회전력 강화를 위한 구성

종래의 풍력발전기에서는 발전(發電)을 위해 회전날개를 크게 구성하여 회전지름이 넓게 형성되도록 하였다.따라서 넓은 설치장소를 필요로 했기 때문에 장소선택에 따른 문제점이 있었다. 본 고안에서는 이러한 문제 해결을 위해 별도의 띠형 블레이드를 상기 내부 블레이드의 바깥쪽으로 휘어 돌도록 설치하여 회전날개의 회전력이 강화되도록 한다.

본 고안에 따른「도심형 풍력발전기용 회전날개 구조」에 의하면 도심 속의 협소한 공간에 풍력발전기를 설치하여 상승기류 및 다양한 방향의 바람을 발전(發電)에 활용할 수 있게 된다.

도 1은 본 고안에 따른 도심형 풍력발전기용 회전날개 구조의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 2는 상승기류에 의해 내부 블레이드가 반시계방향으로 회전하는 상태의 모식도이다.
도 3은 여러 방향의 바람에 의해 내부 블레이드가 반시계방향으로 회전하는 상태의 평면 모식도이다.

이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 고안을 상세히 설명하기로 한다.

본 고안은 종방향의 회전축(10); 상기 회전축(10)에 결합된 판형부재로서, 상기 회전축(10)을 기준으로 서로 반대방향으로 오목하게 굴곡진 바람맞이면(22)이 형성되고, 최상단과 최하단이 90°를 이루도록 비틀려 형성된 내부 블레이드(20); 및 종방향으로 배치된 띠형부재로서, 상기 내부 블레이드(20)의 바깥쪽으로 휘어 돌도록 굴절되어 상하단이 각각 상기 회전축(10)의 상하단에 결합되는 외부 블레이드(30);를 포함하여 구성되는 도심형 풍력발전기용 회전날개 구조를 제공한다.

위와 같은 내부 블레이드(20)는 그 단면이 태극문양처럼 형성되는데, 볼록한 면과 오목한 면이 같은 양의 바람을 맞더라도 오목한 면에 더 많은 양의 바람이 수용되면서 회전축을 기준으로 모멘트가 발생하게 된다. 본 고안에서는 위처럼 오목한 면을 바람맞이면(22)이라 명명한 것이며, 곡면판을 90° 비틀어 구성한 것에 의해 동서남북 4방향에 모두 바람맞이면(22)이 형성되므로 모든 방향의 바람을 전부 발전(發電)에 활용할 수 있게 된다.

미풍(微風)에 의해서도 상기 내부 블레이드(20)의 회전운동을 유발시키기 위해서는 상기 바람맞이면(22)이 한번에 더 많은 양의 바람을 수용하도록 구성해야 한다. 이를 위해 본 고안은 상기 내부 블레이드(20)는 다수장의 금속띠(21)가 연접하여 구성된 것으로서, 상기 금속띠(21) 각각에는 횡방향 중심선을 기준으로 오목하게 굴곡진 바람맞이면(22)이 형성된 것을 특징으로 하는 도심형 풍력발전기용 회전날개 구조를 제공한다. 또한, 상기 금속띠(21)의 바람맞이면(22) 각각에 함입부(24)를 다수개 형성시킴으로써 바람의 수용용량을 더 크게 할 수 있다.

또한, 상기 금속띠(21)는 알루미늄판 등의 경량박판으로 구성해야 그 유동성이 커진다. 다만, 강풍 등의 외부 힘에 의한 구겨짐 등이 발생하지 않게 하기 위해서는 상기 금속띠(21)가 연접하는 부분의 라인을 따라 보강살(23)을 형성시켜 내구성을 증진시키는 것이 바람직하다.

한편, 상기 내부 블레이드(20)는 [도 2]에 도시된 바와 같이 전체적으로 나선형으로 휘어진 면으로 형성되기 때문에 상승기류에 의해서도 회전운동을 할 수 있게 된다. 즉, 상승기류가 상기 내부 블레이드(10)의 하부쪽으로 유입되면 나선형으로 휘어진 면을 따라 휘돌아 올라가면서 상기 내부 블레이드(20)를 회전시키게 되는 것이다.

또한, 상기 외부 블레이드(30)는 종방향으로 배치된 띠형부재(금속재, 합성플라스틱재 등)로서, [도 1]에 도시된 바와 같이 3개가 120°간격으로 구비되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 외부 블레이드(30)는 회전반경을 크게 확보하기 위해 구비되는 것이나, 상기 내부 블레이드(20)와 함께 종축회전을 하는 것이므로 설치공간이 크게 필요하지는 않다.

10 : 회전축 20 : 내부 블레이드
21 : 금속띠 22 : 바람맞이면
23 : 보강살 24 : 함입부
30 : 외부 블레이드

Claims (2)

1. 종방향의 회전축(10);
   상기 회전축(10)에 결합된 판형부재로서, 상기 회전축(10)을 기준으로 서로 반대방향으로 오목하게 굴곡진 바람맞이면(22)이 형성되고, 최상단과 최하단이 90°를 이루도록 비틀려 형성된 내부 블레이드(20); 및
   종방향으로 배치된 띠형부재로서, 상기 내부 블레이드(20)의 바깥쪽으로 휘어 돌도록 굴절되어 상하단이 각각 상기 회전축(10)의 상하단에 결합되는 외부 블레이드(30);를 포함하여 구성되되,
   상기 내부 블레이드(20)는 다수장의 금속띠(21)가 연접하여 구성된 것으로서, 상기 금속띠(21) 각각에는 횡방향 중심선을 기준으로 오목하게 굴곡진 바람맞이면(22)이 형성되어 있고, 상기 금속띠(21)가 연접하는 부분의 라인을 따라 보강살(23)이 형성되어 있으며, 상기 금속띠(21)의 바람맞이면(22) 각각에 다수개의 함입부(24)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도심형 풍력발전기용 회전날개 구조.
   
2. 제1항에서,
   상기 외부 블레이드(30)는 3개가 120°간격으로 구비된 것을 특징으로 하는 도심형 풍력발전기용 회전날개 구조.
   

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