KR20110004803A - Wind power apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 터보형 수직축 풍력장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부의 불규칙하고 다방향성의 바람을 스테이터 블레이드에 의해 일정하게 분할하여 로터 블레이드로 유도하여 규칙적이고 안정적인 풍력을 습득할 수 있는 터보형 수직축 풍력장치에 관한 것이다. The present invention relates to a turbo type vertical wind turbine, and more particularly, a turbo type vertical shaft wind turbine capable of obtaining regular and stable wind power by regularly dividing external irregular and multidirectional winds by a stator blade to a rotor blade. It is about.
또한, 본 발명은 로터 블레이드의 날개를 포켓형태로 제작하여 유입되는 바람을 보다 큰 면적으로 대접되게 함으로써 로터 블레이드의 회전력 향상에 기여되는 터보형 수직축 풍력장치에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a turbo-type vertical axis wind power unit that contributes to the improvement of the rotational force of the rotor blade by making the wing of the rotor blade in the pocket form to treat the incoming wind to a larger area.
통상적으로 풍력발전장치는 풍차(windmill)라고 불리우며, 이는 회전축을 통한 기계적인 힘을 이용하여 전력을 생산하기 위해 사용되는 장치이다.Wind turbines are commonly referred to as windmills, which are devices used to produce power using mechanical forces through a rotating shaft.
이러한 풍력발전장치는 수평축 풍력발전 장치(horizontal axis wind turbine)와 수직축 풍력발전장치(vertical axis wind turbine)로 대별되는데, 수평축을 이용하는 방식은 프로펠러 방식으로서 공기 역학적으로 바람의 양력(lift force)을 이용한 블레이드로 구성된 로터를 사용하여 발전 효율은 비교적 높으나 바람이 부는 방향에 따라 로터의 방향을 바꾸어 주어야 하며, 바람의 세기에 따라 블레이드의 각도를 바꾸어 주어야 하는 장치가 필요하다.These wind turbines are classified into horizontal axis wind turbines and vertical axis wind turbines. The horizontal axis is a propeller type and aerodynamically uses lift force of the wind. Although the power generation efficiency is relatively high by using a rotor composed of blades, the direction of the rotor must be changed according to the direction of the wind, and a device that needs to change the angle of the blade according to the strength of the wind is required.
또한, 수평축을 이용하는 경우는 로터의 축이 최소한 로터의 반지름보다 높은 곳에 위치하게 되므로 높은 곳에 위치한 로터축과 발전기를 연결하기 위해서는 발전기를 로터축과 같은 높이에 설치하여 발전기의 회전축과 로터의 회전축을 거의 동일한 위치에 설치하거나, 수평회전력을 수직회전력으로 전환하는 장치를 설치하여 발전기와 연결을 한다. 이 경우 전자의 경우에는 강한 바람에 의해 기구적인 손상이 발생할 수 있는 위험과 유지, 보수가 용이하지 않다는 문제점이 있으며, 후자의 경우에는 수평회전력을 수직회전력으로 전환하는 과정에서 에너지의 손실이 일어난다.In addition, in case of using the horizontal axis, the rotor shaft is located at least higher than the radius of the rotor. Therefore, in order to connect the rotor shaft and the generator located at the higher position, the generator should be installed at the same height as the rotor shaft. It is installed at almost the same location, or it is connected with generator by installing a device that converts horizontal rotational power into vertical rotational power. In the case of the former, there is a problem in that mechanical damage may occur due to a strong wind, and maintenance and repair are not easy. In the latter case, energy loss occurs in the process of converting the horizontal rotational power to the vertical rotational power.
한편, 수직형의 경우에는 바람의 양력을 이용하는 방식인 다리우스식(Darrius Rotor)과 바람의 항력을 이용하는 사보니우스식(Savonius Rotor)이 있으나 다리우스식의 경우는 발전기의 출력이 약하고 초기에 스스로 기동하지 못하여 보조적인 1회전동력 장치가 필요하다는 문제가 있으며, 사보니우스식의 경우는 바람의 항력을 이용하므로 회전속도가 바람의 속도보다는 높을 수 없으므로 회전축의 회전수에 제한을 받으므로 회전수가 낮은 풍력동력기로 주로 사용되고 있다.On the other hand, in the vertical type, there are Darius Rotor, which uses the lift of the wind, and Savonius Rotor, which uses the drag of the wind, but in the case of the Darius, the generator output is weak and initially starts by itself. There is a problem that an auxiliary one-rotation power device is needed, and in the case of Savonius, because the drag force of wind is used, the rotation speed cannot be higher than the wind speed. It is mainly used as a wind turbine.
따라서, 수직형의 약점인 낮은 효율 등을 극복하기 위해서 최근에 많은 연구가 이루어지고 있다. 예를 들면, 블레이드의 설계나 구조 또는 조립방식 등을 개선하거나, 지지구조물과 블레이드를 부착하는 방식을 개선하기도 하며, 블레이드의 피치각 제어 시스템을 개선하여 블레이드의 각속도를 일정하게 하는 방식을 사용하기도 한다.Therefore, in order to overcome the low efficiency and the like, which is a weak point of the vertical type, a lot of research has recently been made. For example, the design, structure, or assembly method of the blade may be improved, or the supporting structure and the method of attaching the blade may be improved, and the pitch angle control system of the blade may be improved to use a method of making the angular velocity constant of the blade. do.
미국 특허번호 제 4,718,821호에는 개별적인 블레이드에 작용하는 공압을 변화시킴으로써 회전중에 각각의 블레이드를 주기적으로 요동하게 하는 장치가 개시되는데, 이 경우는 블레이드가 기구적으로 손상되기 쉽다는 문제가 있으며, 이는 유지비용의 증가로 이어진다.U.S. Patent No. 4,718,821 discloses a device which periodically swings each blade during rotation by varying the pneumatic pressure acting on the individual blades, in which case the blades are prone to mechanical damage, which is a maintenance problem. This leads to an increase in costs.
상기한 개별적인 피치각 제어 시스템과 달리 전체 블레이드의 피치각을 집단적으로 조절하는 시스템이 개시되기도 하는데, 미국 특허번호 제 4,299,537호에는 회전시에 블레이드가 요동을 함으로써 피치각이 변하도록 블레이드를 편심링(eccentric ring)에 연결시키는 피치각 제어 시스템이 개시된다.Unlike the individual pitch angle control system described above, a system for collectively adjusting the pitch angle of the entire blade is disclosed. US Patent No. 4,299,537 discloses an eccentric ring for changing the pitch angle by rotating the blade during rotation. A pitch angle control system is disclosed that connects to an eccentric ring.
그러나 이 경우는 바람에 의해 블레이드의 피치각이 결정되므로 고효율의 풍력을 얻기 위한 적극적인 블레이드 피치각의 제어가 불가능하며, 급격한 바람 방향의 변화에 대응하는데 미흡하다는 문제가 있다.However, in this case, since the pitch angle of the blade is determined by the wind, it is impossible to actively control the blade pitch angle to obtain high efficiency wind power, and there is a problem in that it is insufficient to cope with a sudden change in the wind direction.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 주요 목적은 외부의 불규칙하고 다방향성의 바람을 스테이터 블레이드에 의해 일정하게 분할하여 로터 블레이드로 유도하여 규칙적이고 안정적인 풍력을 습득할 수 있는 터보형 수직축 풍력장치를 제공함에 있다.Therefore, the present invention has been proposed to solve the conventional problems as described above, the main object of the present invention is to regularly divide the external irregular and multi-directional wind by the stator blade to guide the rotor blades regular and stable wind power It is to provide a turbo type vertical axis wind turbine that can learn.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 로터 블레이드의 날개를 포켓형태로 제작하여 유입되는 바람을 보다 큰 면적으로 대접되게 함으로써 로터 블레이드의 회전력 향상에 기여되는 터보형 수직축 풍력장치를 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention to provide a turbo-type vertical axis wind power device that contributes to the improvement of the rotational force of the rotor blade by making the wing of the rotor blade in a pocket form to treat the incoming wind to a larger area.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 터보형 수직축 풍력장치는 지면 위에 지지 고정되는 베이스; 상기 베이스 상에 수직상으로 설치되는 복수의 칼럼; 상기 칼럼 상에 고정되게 적층 설치되는 스테이터 블레이드; 상기 베이스의 중심부위에 설치되는 축 브라켓; 상기 축 브라켓에 회전 가능하게 지지되는 수직 회전축; 상기 수직 회전축의 상부에 결합된 채 상기 스테이터 블레이드의 내부에 위치하여, 상기 스테이터 블레이드로부터 유입되는 바람력에 의해 회전되는 로터 블레이드; 및 상기 수직 회전축의 하부에 연결되는 발전기;를 포함하고, 상기 스테이터 블레이드는, 원형의 상부륜과 하부륜; 및 상기 상부륜과 하부륜의 사이에 360°에 걸쳐 설치되며, 상기 상부륜과 하부륜의 중심선 방향에 대하여 기울어지게 설치된 복수의 안내 블레이드를 포함하고, 상기 안내 블레이드 상호 간의 간격은 상기 상부륜과 하부륜의 중심 방향으로 갈수록 좁아지는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the turbo-type vertical axis wind turbine of the present invention is supported by a base fixed to the ground; A plurality of columns installed vertically on the base; A stator blade that is fixedly stacked on the column; An axial bracket installed on the center of the base; A vertical rotation shaft rotatably supported by the shaft bracket; A rotor blade coupled to an upper portion of the vertical rotation shaft and positioned inside the stator blade to be rotated by wind force flowing from the stator blade; And a generator connected to a lower portion of the vertical rotation shaft, wherein the stator blade includes: a circular upper wheel and a lower wheel; And a plurality of guide blades installed over 360 ° between the upper wheel and the lower wheel, the guide blades being inclined with respect to the centerline direction of the upper wheel and the lower wheel. It is characterized in that the narrower toward the center of the lower wheel.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 로터 블레이드는 상기 수직 회전축에 결합되는 결합부; 상기 결합부로 부터 방사상으로 배치되는 방사판; 상기 방사판의 외측 단부에 결합 또는 형성되어 바람을 포집하는 포집판; 상기 방사판의 아래 위 테두리에 결합되는 결합테;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, in the present invention, the rotor blade is coupled to the vertical rotation shaft; A spin plate disposed radially from the coupling part; A collecting plate coupled to or formed at an outer end of the radiating plate to collect wind; And a coupling frame coupled to the upper and lower edges of the radiating plate.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 발전기는 상기 베이스의 중앙에 형성되는 설치부 내에 설치되는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the generator is characterized in that installed in the installation portion formed in the center of the base.
이상의 본 발명은 외부의 불규칙하고 다방향성의 바람을 스테이터 블레이드에 의해 일정하게 분할하여 로터 블레이드로 유도하여 규칙적이고 안정적인 풍력을 습득할 수 있다.The present invention can obtain a regular and stable wind power by uniformly dividing the outer irregular and multi-directional wind by the stator blade to the rotor blade.
또한, 본 발명은 로터 블레이드의 각 단위날개를 포켓형태로 제작하여 유입되는 바람을 보다 큰 면적으로 대접되게 함으로써 로터 블레이드의 회전력 향상에 기여된다.In addition, the present invention contributes to the improvement of the rotational force of the rotor blade by making each unit wing of the rotor blade in a pocket form to treat the incoming wind with a larger area.
도 1은 본 발명에 따른 터보형 수직축 풍력장치의 분해사시도
도 2는 본 발명에 따른 터보형 수직축 풍력장치의 결합사시도
도 3은 본 발명에 따른 터보형 수직축 풍력장치의 평면도
도 4는 본 발명에 따른 스테이터 블레이드를 발췌한 평면도
도 5는 본 발명에 따른 스테이터 블레이드 및 로터 블레이드의 사시도
도 6은 본 발명에 따른 스테이터 블레이드를 발췌한 사시도1 is an exploded perspective view of a turbo vertical wind turbine according to the present invention
Figure 2 is a perspective view of the turbo vertical shaft wind turbine according to the present invention combined
3 is a plan view of a turbo vertical wind turbine according to the present invention;
4 is a plan view extracting the stator blade according to the present invention
5 is a perspective view of a stator blade and a rotor blade according to the present invention;
Figure 6 is a perspective view of the stator blade according to the present invention
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면을 기초하여 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 보다 명확해 질 것이다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will become more apparent with reference to the embodiments described below based on the accompanying drawings.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 터보형 수직축 풍력장치의 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 터보형 수직축 풍력장치의 결합사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 터보형 수직축 풍력장치의 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 스테이터 블레이드를 발췌한 평면도, 도 5는 본 발명에 따른 스테이터 블레이드 및 로터 블레이드의 사시도, 도 6은 본 발명에 따른 스테이터 블레이드를 발췌한 사시도이다.1 is an exploded perspective view of a turbo vertical wind turbine according to the present invention, Figure 2 is a perspective view of a combination of a turbo vertical wind turbine according to the invention, Figure 3 is a plan view of a turbo vertical wind turbine according to the invention, 4 is a plan view of the stator blade according to the present invention, FIG. 5 is a perspective view of the stator blade and the rotor blade according to the present invention, Figure 6 is a perspective view of the stator blade according to the present invention.
위 도면에 의하면, 본 발명에 따른 터보형 수직축 풍력장치는 베이스(10), 칼럼(20), 스테이터 블레이드(30), 축 브라켓(40), 수직 회전축(50), 로터 블레이드(60), 발전기(70)로 구성된다.According to the drawings, the turbo-type vertical axis wind turbine according to the present invention is a
상기 베이스(10)는 지면 위에 지지되는 부분으로서 풍력장치의 전체 무게를 지탱하게 된다. 이러한 베이스(10)의 중앙에는 상기 수직 회전축(50)과 연결되는 발전기(70)가 수납될 수 있도록 설치부(11)가 마련되어 있다.The
상기 칼럼(20)은 상기 베이스(10) 상에 삼각배열된다. 상기 칼럼(20)은 바람이 부는 위치가 보통 위쪽임을 감안하여 상기 스테이터 블레이드(30)와 로터 블레이드(60)가 가장 바람을 많이 흡수할 수 있도록 상부로 올려주는 역할을 한다.The
이때, 상기 칼럼(20)은 그 길이가 고정된 형태를 적용할 수 있으나, 보다 바람직하기로는 실린더(80)에 의해 길이 가변이 가능토록 함으로써 이에 의해 지지되는 상기 스테이터 블레이드(30) 및 로터 블레이드(60)를 보다 높은 위치로 올려 주거나 또는 낮은 곳에 위치하도록 위치를 조절하는 역할을 하게 된다.In this case, the length of the
상기 스테이터 블레이드(30)는 상기 칼럼(20) 상에 고정되게 적층 설치되며, 원형의 상부륜(31)과 하부륜(32) 사이에 다수의 안내 블레이드(33)가 중심선 방향에 대하여 기울어지게 설치된다.The
보다 구체적으로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 안내 블레이드(33)는 상기 상부륜(31)과 하부륜(32)의 사이에 360°에 걸쳐 상기 상부륜(31)과 하부륜(32)의 중심선 방향에 대하여 기울어지게 설치되며, 상기 안내 블레이드(33) 상호 간의 간격은 상기 상부륜(31)과 하부륜(32)의 중심 방향으로 갈수록 좁아지게 설치된다. 따라서, 안내 블레이드(33)는 외부에서 부는 바람을 보다 용이하게 많이 유도할 수 있어서 바람의 응집효과를 극대화시킬 수 있는 것이다.More specifically, as shown in FIG. 4, the
상기 축 브라켓(40)은 상기 베이스(10) 상에 삼발이 형태로 설치된 채, 상기 수직 회전축 (50)을 회전 가능한 상태로 지지하는 역할을 한다.The
상기 수직 회전축(50)은 상기 축 브라켓(40)에 회전 가능하게 지지된 채, 그 상부는 상기 로터 블레이드(60)와 결합되고, 하부는 상기 베이스(10)의 설치부(11) 내에 설치된 발전기(70)와 연결된다.The
상기 로터 블레이드(60)는 상기 수직 회전축(50)에 결합되는 결합부(61)와, 상기 결합부(61)로 부터 방사상으로 배치되는 방사판(62)과, 상기 방사판(62)의 외측 단부에 결합 또는 형성되어 바람을 포집하는 포집판(63)과, 상기 방사판(62)의 아래 위 테두리에 결합되는 결합테(64)로 구성된다.The
상기 로터 블레이드(60)는 바람력에 의해 회전되는 부품인 만큼 보다 많은 바람을 일률적으로 받아야만 회전력을 배가시켜 발전효율을 증대시킬 수 있다. 그러므로, 상기 스테이터 블레이드(30)의 복수의 각 안내 블레이드(33)에 의해 외부 바람을 일정하게 분할하여 로터 블레이드(60)로 유입되게 하고, 로터 블레이드로 유입된 바람은 상기 포집판(63)에 의해 되도록 많은 양이 포집되어 방사판(62)을 회전시키게 되므로 로터 블레이드의 회전을 일정하고도 강하게 회전시킬 수 있게 된다.Since the
따라서, 이러한 일정하고도 강한 회전력은 상기 발전기(70)로 전달되어 큰 발전동력을 얻을 수 있게 되는 것이다.Therefore, this constant and strong rotational force is transmitted to the
위에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art having various ordinary knowledge of the present invention may make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. Additions should be considered to be within the scope of the following claims.
10 : 베이스
20 : 칼럼
30 : 스테이터 블레이드
40 : 축 브라켓
50 : 수직 회전축
60 : 로터 블레이드
70 : 발전기10: Base
20: column
30: Stator Blade
40: shaft bracket
50: vertical axis of rotation
60: rotor blade
70: generator
Claims (2)
상기 베이스 상에 수직상으로 설치되는 복수의 칼럼;
상기 칼럼 상에 고정되게 적층 설치되는 스테이터 블레이드;
상기 베이스의 중심부위에 설치되는 축 브라켓;
상기 축 브라켓에 회전 가능하게 지지되는 수직 회전축;
상기 수직 회전축의 상부에 결합된 채 상기 스테이터 블레이드의 내부에 위치하여, 상기 스테이터 블레이드로부터 유입되는 바람력에 의해 회전되는 로터 블레이드; 및
상기 수직 회전축의 하부에 연결되는 발전기;를 포함하고,
상기 스테이터 블레이드는,
원형의 상부륜과 하부륜; 및
상기 상부륜과 하부륜의 사이에 360°에 걸쳐 설치되며, 상기 상부륜과 하부륜의 중심선 방향에 대하여 기울어지게 설치된 복수의 안내 블레이드를 포함하고,
상기 안내 블레이드 상호 간의 간격은 상기 상부륜과 하부륜의 중심 방향으로 갈수록 좁아지는 것을 특징으로 터보형 수직축 풍력장치.A base supported and fixed on the ground;
A plurality of columns installed vertically on the base;
A stator blade that is fixedly stacked on the column;
An axial bracket installed on the center of the base;
A vertical rotation shaft rotatably supported by the shaft bracket;
A rotor blade coupled to an upper portion of the vertical rotation shaft and positioned inside the stator blade to be rotated by wind force flowing from the stator blade; And
And a generator connected to a lower portion of the vertical rotation shaft.
The stator blade,
Circular upper and lower wheels; And
It is installed between the upper wheel and the lower wheel over 360 °, comprising a plurality of guide blades inclined with respect to the direction of the center line of the upper wheel and the lower wheel,
The space between the guide blades is a turbo type vertical shaft wind turbine characterized in that the narrower toward the center direction of the upper wheel and the lower wheel.
상기 로터 블레이드는,
상기 수직 회전축에 결합되는 결합부;
상기 결합부로부터 방사상으로 배치되는 방사판;
상기 방사판의 외측 단부에 결합 또는 형성되어 바람을 포집하는 포집판; 및
상기 방사판의 아래 위 테두리에 결합되는 결합테;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보형 수직축 풍력장치.The method of claim 1,
The rotor blades,
A coupling part coupled to the vertical rotation axis;
A radiation plate disposed radially from the coupling portion;
A collecting plate coupled to or formed at an outer end of the radiating plate to collect wind; And
And a coupling frame coupled to the upper and lower edges of the radiating plate.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101299915B1 (en) * | 2011-04-11 | 2013-08-27 | 박종훈 | Apparatus for generating by wind power |
CN103986253A (en) * | 2014-06-03 | 2014-08-13 | 北京天源科创风电技术有限责任公司 | Generator stator support and direct-drive forced air cooling wind generator applying same |
KR20150145868A (en) | 2014-06-19 | 2015-12-31 | 김다원 | Airflow control it using arrow keys, and a turbo-fan wind turbine generator |
KR20220084514A (en) * | 2020-12-14 | 2022-06-21 | 주식회사 에이스이앤티 | Vertical axis wind turbine |
-
2010
- 2010-09-27 KR KR1020100093243A patent/KR20110004803A/en not_active Application Discontinuation
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