KR20110021234A - 풍력 또는 수력발전기의 수직회전자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직회전자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력 또는 수력에 의한 저항이 극대화되도록 원통형상의 관체에 그 단면이 오목하게 형성된 다수개의 회전날개를 설치하여 관체가 원활히 회전할 수 있도록 함으로써, 회전자의 회전 효율을 극대화하여 전기에너지를 효과적으로 얻을 수 있도록 한 풍력 또는 수력 발전기의 수직회전자를 제공한다

수직회전자, 풍차, 수차, 회전날개

Description

풍력 또는 수력발전기의 수직회전자{perpendicular rotator of hydraulic generator or aerogenerator}

본 발명은 수직회전자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력 또는 수력에 의한 저항이 극대화되도록 원통형상의 관체에 그 단면이 오목하게 형성된 다수개의 회전날개를 설치하여 관체가 원활히 회전할 수 있도록 함으로써, 회전자의 회전 효율을 극대화하여 전기에너지를 효과적으로 얻을 수 있도록 한 풍력 또는 수력 발전기의 수직회전자에 관한 것이다.

일반적인 발전방법으로 수력발전, 화력발전, 원자력발전 등을 들 수 있는데, 이러한 발전방법들은 대규모의 발전설비가 필요하고, 화력발전의 경우 발전설비를 가동시키기 위해 엄청난 양의 석유 또는 석탄에너지가 필수적으로 공급되어야 함으로 석유, 석탄자원이 고갈되고 있는 현 시점에서는 많은 어려움이 예견되고 있으며, 공해도 큰 문제가 되고 있다. 또한, 원자력발전의 경우는 방사능 유출과 핵폐기물 처리가 심각한 문제점을 안고 있다. 따라서 이러한 일반적인 발전방법보다 저렴하고 안전하고 획기적인 발전방법이 요구되고 있다.

한편, 석유나 석탄자원이 필요 없고 방사능이나 핵폐기물 문제가 없는 발전방법으로는 태양열발전, 파력발전, 조력발전, 풍력발전 등 다양하며, 이 가운데 바람을 이용한 풍력발전기와, 조수간만의 차이에 따라 조수가 수평이동하는 힘을 이용한 조력발전, 그리고, 파도의 낙차(파랑에너지)를 이용한 파력발전이 수력발전의 형태로 대표적으로 사용되고 있다.

이러한, 풍력발전 또는 수력발전은 바람 또는 파도의 유동시에 운동 에너지의 유체역학적 특성을 이용하여 회전자(rotor)를 회전시키는 과정에서 바람 또는 물이 갖는 위치에너지를 풍차 또는 수차를 이용하여 기계에너지로 변환하고 이것을 다시 전기에너지로 변환하는 발전방식으로서, 바다와 같이 상시 생성 및 소멸되는 파도의 수평운동에너지 변화를 이용하여 전력을 생산할 수 있도록 한 것이다.

즉, 바람이 부는 힘 또는 물이 떨어지는 힘으로 풍차 또는 수차를 돌리면 풍(수)차의 축에 연결되어 있는 발전기가 돌아가게 되어 전기를 발생시키는 것으로, 발전기의 출력은 바람에 의해 회전되는 회전자의 회전수에 비례하므로 회전자가 원활히 회전할 수 있도록 구성하는 것이 중요하다.

그러나, 종래의 풍력발전기 또는 수력발전기에 사용된 회전자는 단순히 바람이 부는 방향 또는 물이 흐르는 방향으로만 회전할 수 있도록 한 기능만 갖추고 있을 뿐, 회전자의 회전저항의 감소를 위한 별도의 구성을 구비하지 않고 있어서 회 전날개의 회전효율을 극대화시키는데 한계가 있었다.

또한, 상기 회전자의 회전에 의해 풍력 발전 또는 수력 발전하는 과정에서 회전자는 날개의 형상이나 물이 흘러가는 방향 등의 이유로 인해 풍력 또는 수력의 손실이 발생되므로 회전력이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 기술적 목적은 풍력 또는 수력에 의해 발생하는 힘을 직접적으로 회전날개에 작용시켜 그 힘을 이용하여 회전자가 원활하게 회전할 수 있도록 하는 한편, 풍력 또는 수력에 의해 회전하게 되는 회전자의 저항이 극대화되도록 하여 회전효율을 증가시킬 수 있도록 한 풍력 또는 수력발전기의 수평회전자에를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적 및 장점들은 이하 더욱 상세히 설명될 것이며, 실시예에 의해 더욱 구체화될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타난 수단 및 이들의 조합에 의해 실현될 수 있다.

상술한 바와 같은 문제를 해소하기 위해, 본원발명에 따른 풍력 또는 수력 발전기의 수직회전자는 풍력 또는 수력발전기의 수직회전자에 있어서, 원형기둥 형상으로 형성되며 내부에 중공을 갖는 회전축 및 상기 회전축 내부에 상하방향으로 관통되게 위치되며 격벽을 통해 상기 회전축과 견고하게 결합되는 중심축으로 이루어진 회동부와, 일단이 상기 회전축의 외주면에 결합되고 타단에 보조날개가 구비된 것으로,그 단면이 삼각형상으로 이루어지도록 오목하게 형성되며, 길이방향을 따라 상기 보조날개와 회전축을 연결하는 다수개의 가로막이 등간격으로 설치된 회전날개를 포함하며, 상기 회전날개의 후방에 회전날개를 지지하는 동시에 유속 또 는 풍속의 저항을 최소화할 수 있도록 한 지지판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 또는 수력발전기의 수직회전자를 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 회전날개는 양 말단에 마감캡을 구비하여 내측은 풍력이나 수력에 의한 저항이 극대화되도록 하고 외측은 저항이 최소화되도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 지지판은 회전축으로부터 회전날개측으로 라운드지게 형성하여 후방으로 회전하는 회전날개의 회전저항을 분산시키도록 한 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본원발명에 따른 발전기의 수직회전자는 수력, 파력 및 풍력에 의해 회전자가 원활히 회전하여 전기에너지를 생산할 수 있도록 한 것으로, 회동축의 외주면에 그 단면이 오목한 형태의 회전날개를 설치함으로써, 회전날개의 내부는 풍력이나 수력에 의한 저항이 극대화되도록 하고 외부는 저항이 최소화되도록 하여 회전자의 회전률을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.

이하 본 발명에 따른 풍력 또는 수력발전기의 수직회전자의 구성 및 작용효과를 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 참조로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 수직회전자가 사용되는 발전장치의 개략도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 수직회전자를 도시한 사시도이며, 도 3 은 본 발명에 따른 수직회전자의 평면을 도시한 평면도이다.

일반적으로 풍력 또는 수력발전기(100)는 증속기(10), 발전기(20), 수평회전자(100)를 포함하여 설계되며, 증속기(10)는 고정풀리(12)와 벨트(14)를 통해 상기 수직회전자(100)와 연결되어 수직회전자(100)의 회전력을 발전기(20)에 전달하는 역할을 하며, 발전기(20)는 상기 증속기(10)를 통해 전달받은 회전력(기계에너지)을 전기에너지로 변환시키는 역할을 한다.

구체적으로 상기 수직회전자(100)와 증속기(10)를 고정풀리(12)와 벨트(14)를 통해 연결하여 수직회전자(100)의 회전력을 증속기(10)를 통해 발전기(20)에 필요로 하는 만큼 회전을 증속하도록 한 후, 상기 증속기(10)에서 증속된 동력을 발전기에서 발전을 행하도록 구성되어 있다.

본 발명의 명세서에서는 풍력 또는 수력발전을 행하기 위한 기본적인 구성에 대하여 언급하도록 하고 있으나, 이에 해당하는 각 구성품(증속기, 발전기)은 이미 공지된 기술에 해당한다는 점에서, 본 발명의 명세서에서는 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 수직회전자를 도시한 사시도로서, 본 발명에 따른 수직회전자(100)는 바람 또는 물에 의해 원활하게 회전하여 증속기(10) 및 발전기(20)에 기계적 에너지를 제공하여 전기적 에너지를 얻을 수 있도록 한 것을 특징으로 것으로, 크게 회동부(110), 회전날개(120)를 포함한다.

회동부(110)는 원통 형상의 기둥으로 이루어지되, 그 내부에 중공을 갖는 관체 형상으로 형성된 회전축(112)과, 상기 회전축(112) 내부에 상하방향으로 관통되게 위치되는 중심축(114)으로 이루어진다.

즉, 상기 회동부(110)는 물 또는 바람을 용이하게 포집할 수 있도록 일정 길이를 갖도록 회전축(112)이 구비되고, 상기 회전축(112) 내에 길이방향으로 관통되도록 위치되어 상기 회전축(112)과 동일하게 회전되는 중심축(114)이 마련된 구조로서, 상기 회전축(112)의 외주면에는 회전날개(120)가 돌출되게 설치되고, 상기 회전축(112)과 중심축(114) 사이에는 다수개의 격벽(116)을 설치하여 상기 회전축(112)과 중심축(114)을 연결하는 동시에 구조적으로 견고히 할 수 있도록 한다.

구체적으로 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이, 회동부(110)는 원통형상으로 형성되며 내부에 중공을 갖는 회전축(112)과, 상기 회전축(112)의 중공에 길이방향으로 관통되도록 위치되는 중심축(114)으로 이루진 것으로, 상기 회전축(112)과 중심축(114)은 격벽(116)을 통해 견고하게 연결되어 풍력이나 수력이 작용하면 물 또는 바람의 흐름에 의해 회전될 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 회전축(112)의 외주면에 형성되는 회전날개(120)는 구체적으로 상기 원통형상으로 이루어진 회전축(112)의 외주면에 돌출되게 설치되어 풍력 또는 수력을 통해 상기 회동부(110)가 원활하게 회전할 수 있도록 하는 것으로, 도면에 도시된 바와 같이, 회전축(112)의 외주면에 그 단면이 삼각형상으로 이루어지도록 형성하여 바람을 효과적으로 포집할 수 있도록 한다. 이때, 상기 회전날개(120)의 상하부에 말단에는 마감캡(120c)을 구비하여 상기 마감캡(120c) 내측은 수력이나 풍력에 의한 저항이 극대화되도록 하여 바람을 효과적으로 포집할 수 있도록 하고, 상기 회전날개(120)의 후면에는 도 3 에 도시된 바와 같이, 지지판(126)을 구비하여 상기 회전날개(120)의 후방을 지지하는 한편 상기 회동부(110)가 원활히 회전할 수 있도록 한다.

여기서, 상기 지지판(126) 도시된 바와 같이, 회전축(112)으로부터 회전날개(120)측으로 라운드지게 형성하여 후방으로 회전하는 회전날개(120)의 회전저항을 분산시키도록 함으로써, 더욱 원활하게 회전할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명에 따른 수력 또는 풍력발전기의 수평회전자(100)의 회전날개(120)는 풍력 또는 수력의 유동에 의한 흐름을 발전에 반영하도록 하고 있는 바, 풍속 또는 유속에 의한 흐름을 더욱 정확히 반영하도록 하기 위해 상기 회전날개(120)를 마치 바가지 형상으로 형성하도록 하여 상기 회전날개(120)의 그 형상적 특징으로 인하여, 바람 또는 물의 유동에 의한 흐름을 보다 정확하고 효과적으로 회전날개(120)에 반영할 수 있다는 기술적 장점이 있다.

아울러, 본 발명에서는 상기 회전날개(120)를 회전축(112)의 외주면을 따라 3개의 회전날개(120)를 구비하도록 하였으나, 경우에 따라 상기 회전날개(120)는 3개 이상을 구비할 수도 있다.

그리고, 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 원통 형상의 회전축(112) 외주면에 방사형으로 회전날개(120)가 설치된 형태로 형성되도록 하되, 삼각형 형상으로 이루어진 날개 말단은 일자형 또는 "ㄱ"형상으로 절곡되는 보조날개(122)를 구비하여 풍력이나 수력을 반원형태의 오목하게 형성된 날개 내측으로 수력이나 풍력이 집중하여 안쪽으로 모아주는 역할을 수행할 수 있도록 한다.

또한, 상기 회전날개(120)는 회전축(112)과 동일하게 수직방향으로 일정한 길이를 갖도록 형성되는 것으로, 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 길이방향을 따라 상기 보조날개(122)의 끝단과 연결부가 연결될 수 있도록 다수개의 가로막(124)을 등간격으로 설치하여 개별챔버를 이루도록 형성함으로써, 미약한 풍속 또는 유속에도 상기 수직회전자(100)가 회전할 수 있도록 하는 동시에 풍력이나 수 력의 흩어짐을 방지할 수 있도록 하여 수직회전자(100)의 회전력이 집중될 수 있도록 한다.

덧붙여, 상기 회전날개(120)는 풍력 또는 수력이 어느 방향에서 작용하여도 이를 통해 회동부(110)가 회전할 수 있도록 회전축(112)에 일률적으로 배열 구성하여 회전 효율을 높이는 한편, 둥근형태로 형성된 회전날개(120)의 후방에는 상기 회전날개(120)를 지지하는 동시에, 풍력의 저항을 분산하는 역할을 하는 지지판(124)을 설치하여 회동부(110)에 대해 회전날개(120)가 견고히 결합될 수 있도록 함으로써, 안전성을 향상시킬 수 있도록 한다.

따라서, 본 발명에 따른 수직회전자(100)는 다수의 회전날개(120)가 회동부(110)의 원통형상 형성된 회전축(112)의 외주면에 설치하여 풍속이나 유속이 집중될 수 있도록 함으로써, 풍력이나 수력이 어느 방향에서 작용하더라도 이를 포집하여 회전할 수 있는 동시에 각 회전날개(120)를 삼각형태로 오목하게 형성하고, 그 내측에 다수의 가로막(124)을 형성시켜 별개의 개별챔버를 이룰 수 있도록 함으로써, 수력이나 풍력이 흩어지지 않도록 회전력을 집중시킬 수 있는 동시에 미약한 수력이나 풍력에 의해서도 회전 가능함은 물론 안정적인 회전을 도모할 수 있는 것이다.

아울러, 상기 회동부(110)의 회전축(112)과 중심축(114) 사이에 격벽(116)을 설치함으로써, 상기 중심축(114)과 회전축(112)을 견고히 결합할 수 있는 동시에 회동부(110)의 회전중에 발생할 수 있는 하중에도 수직회전자(100)가 안전한 상태로 유지될 수 있게 되는 것이다.

지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적인 균등범위까지 포함된다 할 것이다.

또한, 상기 설명에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 수력 또는 풍력 발전기의 수직회전자의 기술은 매우 단순하나, 그 기술적 효과는 매우 크다는 점에서도 본 발명의 기술적 장점은 매우 명확하다 할 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 수직회전자가 사용되는 발전장치의 개략도;

도 2 는 본 발명에 따른 수직회전자를 도시한 사시도; 및

도 3 은 본 발명에 따른 수직회전자의 평면을 도시한 평면도이다

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 증속기 12 : 고정풀리

14 : 벨트 20 : 발전기

100 : 수직회전자 110 : 회동부

112 : 회전축 114 : 중심축

116 : 격벽 120 : 회전날개

120a : 마감캡 122 : 보조날개

124 : 가로막 126 : 지지판

Claims (3)

1. 풍력 또는 수력발전기의 수직회전자에 있어서,

   원형기둥 형상으로 형성되며 내부에 중공을 갖는 회전축 및 상기 회전축 내부에 상하방향으로 관통되게 위치되며 격벽을 통해 상기 회전축과 견고하게 결합되는 중심축으로 이루어진 회동부;

   일단이 상기 회전축의 외주면에 결합되고 타단에 보조날개가 구비된 것으로,그 단면이 삼각형상으로 이루어지도록 오목하게 형성되며, 길이방향을 따라 상기 보조날개와 회전축을 연결하는 다수개의 가로막이 등간격으로 설치된 회전날개를 포함하며,

   상기 회전날개의 후방에 회전날개를 지지하는 동시에 유속 또는 풍속의 저항을 최소화할 수 있도록 한 지지판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 또는 수력발전기의 수직회전자.
2. 청구항 1 에 있어서, 상기 회전날개는 :

   양 말단에 마감캡을 구비하여 내측은 수력이나 풍력에 의한 저항이 극대화되도록 하고 외측은 저항이 최소화되도록 한 것을 특징으로 하는 풍력 또는 수력발전기의 수직회전자.
3. 청구항 1 에 있어서, 상기 지지판은

   회전축으로부터 회전날개측으로 라운드지게 형성하여 후방으로 회전하는 회전날개의 회전저항을 분산시키도록 한 것을 특징으로 하는 풍력 또는 수력발전기의 수직회전자.

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