KR20110029609A

KR20110029609A - 수평형 풍차 및 이를 이용한 수상용 수평형 발전장치

Info

Publication number: KR20110029609A
Application number: KR1020090087363A
Authority: KR
Inventors: 이준열
Original assignee: 이준열
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2011-03-23
Also published as: KR101183172B1

Abstract

본 발명은 해상에 설치하여 바람의 방향에 따라 그 위치가 이동되고 바람이 보다 많이 유도될 수 있도록 함과 동시에 그 내구성이 향상되도록 하여 풍차를 대형으로 제작함으로써, 발전효율을 향상시킬 수 있는 수상용 수평형 발전장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 수상용 수평형 발전장치는, 물에서 부양되는 부양부재와, 상기 부양부재에 설치되는 발전기와, 상기 부양부재에 회전가능하게 수평방향으로 설치되어 유체에 의해 회전되며, 상기 발전기로 회전력이 전달되는 풍차 및 상기 풍차의 회전력이 상기 발전기로 전달될 수 있도록 상기 풍차 및 상기 발전기에 연결되는 동력전달부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

풍차, 해상, 유체흐름, 유도

Description

수평형 풍차 및 이를 이용한 수상용 수평형 발전장치{Horizontal Type Windmill And Marine Based Horizontal Type Power Generator}

본 발명은 수평형 풍차 및 이를 이용한 수상용 수평형 발전장치에 관한 것으로, 해상에 설치하여 바람의 방향에 따라 그 위치가 이동되고 바람이 보다 많이 유도될 수 있도록 함으로써, 발전효율을 향상시킬 수 있는 수평형 풍차 및 이를 이용한 수상용 수평형 발전장치에 관한 것이다.

현재 사용되는 발전방법으로는 대규모의 화석연료를 사용하는 화력발전, 우라늄을 사용하는 원자력발전, 대규모의 담수설비가 필요한 수력발전 등이 많이 이용되고 있다.

화력발전은 석탄 또는 석유 등과 같은 연료를 연소시켜 발전을 해야 하므로, 연소가스가 많이 발생되어 대기오염을 가중시키고, 원자력발전은 대기를 오염시키는 연소 가스는 배출되지 않으나 인체에 치명적인 방사선폐기물이 다량으로 배출되며, 수력발전은 연소 가스 방사선폐기물 등이 배출되지 않고 별도의 연료를 필요로 하지 않는 반면에 환경을 파괴시키므로 친환경적이지 못한 문제가 있다. 이에 최근에는 친환경적이면서도 연료를 영구히 사용할 수 있는 태양열발전, 풍력발전, 수력발전, 조류발전 등의 연구가 활발하게 진행되고 있다.

이중 바람의 힘을 이용한 풍력발전은 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기역학적(aerodynamic) 특성을 이용하여 회전자(rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시켜서 전력을 얻는 발전이다. 또한 풍력발전은 어느 곳에나 산재 되어 있는 무공해, 무한정의 바람을 이용하므로 환경에 미치는 영향이 거의 없고, 국토를 효율적으로 이용할 수 있으며, 대규모 발전 단지의 경우에 발전 비용도 기존의 발전 방식과 경쟁이 가능한 수준의 신에너지 발전기술이다.

풍력발전에 의한 발전기는 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형 및 수직형으로 분류되고, 주요 구성 요소로는 날개와 허브로 구성된 회전자와, 상기 회전자의 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속 장치, 발전기 및 각종 안전장치를 제어하는 제어 장치, 유압 브레이크 장치와 전력 제어 장치 및 철탑 등으로 구성된다.

상기와 같은 종래의 풍력발전은 발전효율을 증가시키기 위하여 대단위의 풍력단지로 조성되는데, 그 조성되는 지역이 육상이고, 바람에 의해 회전되는 풍차가 한 방향으로만 고정되어 있어서 바람을 효율적으로 이용할 수 없는 문제점이 발생 되고 있다.

더하여, 종래의 풍력발전은 풍차를 시공하는 과정에서 풍차가 시공되는 주위의 자연환경이 훼손되는 문제점도 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 해상에 설치하여 바람의 방향에 따라 그 위치가 이동되고 바람이 보다 많이 유도될 수 있도록 함으로써, 발전효율을 향상시킬 수 있는 수평형 풍차 및 이를 이용한 수상용 수평형 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 물위에 부양하는 부양부재에 풍차가 설치되어 해상에서 발전이 이루어짐으로써, 자연환경의 훼손을 방지할 수 있는 수평형 풍차 및 이를 이용한 수상용 수평형 발전장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 수평형 풍차는, 양단부가 고정물에 수평으로 회전가능하게 결합되는 회전축과, 상기 회전축의 양측에 각각 결합되는 지지부와, 상기 지지부 사이에서 상기 회전축의 원주방향을 따라 등간격으로 마련되며, 상기 지지부 사이로 유입되는 유체의 흐름에 의하여 양력이 발생되도록 대응되는 양면이 비대칭 유선형으로 형성되어 양단부가 상기 지지부에 고정되는 양력 발생부; 및 상기 양력 발생부의 트레일링 에지에서 상기 회전축 방향으로 절곡되는 형성되는 플랩부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 수평형 풍차는 상기 양력 발생부의 트레일링 에지로 유입되는 유체 가 통과되도록 상기 플랩부가 상기 회전축에서 일정거리 이격되어 유체관통부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플랩부에는 상기 양력 발생부의 트레일링 에지로 유입되는 유체가 통과되도록 보조유체관통부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 수상용 수평형 발전장치는, 물에서 부양되는 부양부재와, 상기 부양부재에 설치되는 발전기와, 상기 부양부재에 회전가능하게 수평방향으로 설치되어 유체에 의해 회전되며, 상기 발전기로 회전력이 전달되는 풍차, 및 상기 풍차의 회전력이 상기 발전기로 전달될 수 있도록 상기 풍차 및 상기 발전기에 연결되는 동력전달부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 부양부재는, 물위에 부양되는 선체와, 상기 선체에서 쌍을 이루면서 양립되도록 마련되며, 내부에 상기 풍차가 수평방향으로 회전가능하게 설치되는 풍차설치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부양부재는, 상기 풍차설치부에 설치되어 상기 풍차로 유입되는 유체의 양이 증가 및 감소될 수 있도록 유체유도부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유체유도부는, 상기 풍차설치부에 회동가능하게 설치되는 제1 유체유도판와, 상기 제1 유체유도판의 지지축에 축결합되는 종동기어와, 상기 종동기어에 치합되는 원동기어와, 상기 원동기어를 회전시키는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부양부재는, 상기 풍차설치부의 유체 유입구의 폭이 조절될 수 있도록 상기 풍차설치부의 전방에서 상기 선체 또는 상기 풍차설치부에 회동가능하게 설치되는 보조유체유도부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보조유체유도부는, 상기 선체 또는 상기 풍차설치부에 회동가능하게 설치되는 제2 유체유도판과, 상기 제2 유체유도판에 연결되도록 상기 선체에 설치되며 실린더로드의 신축을 통해 상기 제2 유체유도판을 구동시키는 작동실린더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 동력전달부재는, 상기 풍차에 설치되어 상기 풍차와 함께 회전되는 원동스프라켓와, 상기 발전기의 로터회전축에 결합되어 상기 원동스프라켓에 연동되어 회전되는 종동스프라켓와, 상기 원동스프라켓과 종동스프라켓을 연결하는 체인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 풍차는, 양단부가 상기 부양부재에 회전가능하게 결합되는 회전축과, 상기 회전축의 양측에 각각 결합되는 지지부와, 상기 지지부 사이에서 상기 회전축의 원주방향을 따라 등간격으로 마련되며, 상기 풍차설치부로 유입되는 유체의 흐름에 의하여 양력이 발생되도록 대응되는 양면이 비대칭 유선형으로 형성되는 양력 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 풍차는, 상기 양력 발생부의 트레일링 에지에서 상기 회전축 방향으로 절곡되는 형성되는 플랩부와, 상기 양력 발생부의 트레일링 에지로 유입되는 유체가 통과되도록 상기 플랩부과 상기 회전축 사이에 마련되는 유체관통부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 풍차는, 상기 양력 발생부의 트레일링 에지로 유입되는 유체가 통과되도록 상기 플랩부에 보조유체관통부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지지부는 상기 회전축에 2개 이상 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 수평형 풍차 및 이를 이용한 수상용 수평형 발전장치에 의하면, 부양부재에 풍차가 설치되어 있으므로, 해상에서 바람의 방향에 따라 그 위치가 용이하게 이동되어 바람을 보다 효과적으로 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 풍차로 보다 많은 바람이 유도되어 발전효율이 향상된다.

또한, 본 발명에 따른 수상용 수평형 발전장치는 해상에 부유하는 부유물에 풍차가 설치되어 해상에서 발전이 이루어짐으로써, 자연환경의 훼손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미 와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 수평형 풍차 및 이를 이용한 수상용 수평형 발전장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 수평형 풍차를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수평형 풍차의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수평형 풍차의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 풍차의 날개 구성을 나타낸 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 풍차의 날개로 유도되는 유체의 흐름을 나타낸 유체흐름도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시 예에 따른 수평형 풍차(10)는 발전기(도시생략)와 연결되며 양단부가 고정물에 수평방향으로 설치되는 회전축(11)과, 이 회전축(11)의 양측에 각각 마련되는 지지부(13)와, 유체에 의해 회전축이 회전될 수 있도록 지지부(13) 사이에 마련되는 날개(15)를 포함한다. 이때 날개(15)의 양단부는 볼트, 나사, 용접 등과 같은 체결수단을 통해 지지부(13)에 각각 결합된다.

회전축(11)은 상기 고정물에서 원활하게 회전될 수 있도록 그 양단부가 베어링(도시생략)을 통해 상기 고정물에 결합된다.

회전축(11)에 결합되는 지지부(13)는 그 사이로 유체가 유입될 수 있도록 원판 형상을 가지도록 제작되는 것이 바람직하다. 이와 같은 지지부(13)는 유체의 흐 름에 의하여 수평형 풍차(10)가 회전될 때 날개(15)가 파손되는 것을 방지한다.

날개(15)는 유체로부터 보다 큰 힘을 전단 받음으로써, 풍차(10)의 회전력이 상승될 수 있도록 양력 발생부(15a)와, 이 양력 발생부(15a)의 드레일링 에지(Trailing Edge)(T)에서 회전축(11) 방향으로 절곡되는 플랩부(15b)를 포함한다. 이러한 날개(15)는 회전축(11)의 원주 방향을 따라 등간격으로 설치된다.

또한, 날개(15)는 양력 발생부(15a)의 트레일링 에지(T)로 유입되는 유체가 통과되도록 플랩부(15b)가 회전축(11)에서 일정거리 이격되어 유체관통부(17)가 형성된다. 더하여 날개(15)는 양력 발생부(15a)에서 트레일링 에지(T)로 유입되는 유체가 통과될 수 있도록 플랩부(15b)에 보조유체관통구멍(19)이 형성된다.

플랩부(15b)에 형성되는 보조유체관통구멍(19)은 양력 발생부(15a)의 트레일링 에지(T)에서 플랩부(15b)가 절곡되는 부위에 형성된다.

날개(15)의 양력 발생부(15a)는 유체의 흐름에 의하여 양력이 발생되도록 대응되는 양면이 비대칭 유선형으로 형성되며, 그 일면(15a')이 타면(15a'')에 비하여 더 큰 곡률을 가지도록 형성된다. 양력 발생부(15a)는 일면(15a')이 타면(15a'')에 비하여 더 큰 곡률을 가지므로, 리딩 에지(Leading Edge)(L)측으로 유체가 유입되면, 곡률이 더 크게 형성된 일면(15a')측의 유체 흐름이 타면(15a'')측보다 빨라짐으로 인하여 발생되는 일면(15a')측과 타면(15a'')측의 압력차에 의하여 일면(15a')방향으로 양력이 발생된다.

이때, 양력 발생부(15a)의 트레일링 에지(T)에서 플랩부(15b)를 절곡시키는 것은 플랩부(15b)가 양력 발생부(15a)의 타면(15a'')으로 흐르는 유체의 방향을 바 꾸어 양력 발생부(15a)에서 발생되는 양력이 증가되도록 하기 위함이다.

또한, 날개(15)의 양력 발생부(15a)는 트레일링 에지(T)에 형성되는 고정부(133)의 보조유체관통구멍(19)의 의해 트레일링 에지(T) 부위에서 발생되는 박리현상(Separation)이 저하된다. 즉, 날개(15)는 양력 발생부(15a)의 타면(15a'')을 거쳐 트레일링 에지(T)로 유도되는 유체가 보조유체관통구멍(19)을 통한 후, 양력 발생부(15a)의 일면(15a')을 거쳐 트레일링 에지(T)로 유도되는 유체와 합류되면서 박리현상이 저하되므로, 양력 발생부(15a)의 양력이 증가된다.

한편, 본 실시 예에서는 날개(15)를 지지하는 지지부(13)가 회전축(11)의 양단부에 각각 마련되는 것이 도시되어 있지만, 날개(15)의 길이에 따라 회전축(11)에 지지부(13)를 3개 이상 설치할 수도 있다.

지금부터 상기와 같은 수평형 풍차를 이용한 본 발명의 실시 예에 따른 수상용 수평형 발전장치를 도 5 내지 도 13을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 수상용 수평형 발전장치의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수상용 수평형 발전장치의 구성을 나타낸 측단면도이며, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수상용 수평형 발전장치의 구성을 나타낸 정단면도이다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 수상용 수평형 발전장치(100)는, 유체인 바닷물 또는 강물에 부양되는 부양부재(110)와, 전력이 발생되도록 부양부재(110)에 설치되는 발전기(120)와, 부양부재(110)에 수평방향으로 회전가능하게 설치되는 풍차(10) 및 이 풍차(10)의 회전력을 발전기(120)에 전달하기 위한 동력전달부재(140)를 포함한다. 이러한, 수상용 수평형 발전장치(100)는 조류나 바람에 따라 부양부재(110)의 위치가 바뀌면서 풍차(10)로 바람이 유도되어 전력을 생산하게 된다.

이를 위하여, 부양부재(110)는 유체에 부양되는 선체(111)와, 이 선체(111)에 양립되도록 마련되어 내부에 풍차(10)가 설치되는 풍차설치부(113)를 포함한다. 이때, 부양부재(110)는 풍차설치부(113)에 회동가능하게 설치되어 풍차(10)로 유입되는 유체의 양을 증가 및 감소시키기 위한 유체유도부(115) 및 보조유체유도부(117)를 더 포함한다.

선체(111)에는 수평형 발전장치(100)가 조류를 따라 이동되는 것이 방지되도록 닻(111a)이 구비된다. 이때, 선체(111)에는 조류나 바람에 의하여 부양부재(110)가 요동치거나 회전되는 것이 방지될 수 있도록 닻(111a)이 전방 양측에 각각 마련된다.

풍차설치부(113)는 내부로 바람이 통과되면서 풍차(10)를 회전시킬 수 있도록 내부에 유로(113a)가 형성되고, 이 유로(113a)상에 풍차(10)가 수평방향으로 설치된다. 또한, 풍차설치부(113)는 유체유도부(115)가 풍차(10)의 전방에 위치되도록 유로(113a)에 회전가능하게 설치되며, 유체유도부(115)가 원활하게 작동될 수 있도록 유체유도부(115)가 가이드되는 가이드홈(113b)이 유로(113a)의 양측 내면에 대응되도록 형성된다.

본 실시 예에서는 풍차설치부(113)가 선체(111)에서 사각 형태의 판이 양립 되어 구성되는 것이 도시되어 있지만, 풍차설치부(113)를 형성하지 않고 풍차(10) 및 유체유도부(115)를 설치되는 유로(113a)를 선체(111)에 직접 형성되도록 할 수도 있다.

유체의 양을 증가 및 감소시킬 수 있도록 풍차설치부(113)에 설치되는 유체유도부(115)를 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 유체유도부의 구성을 나타낸 측면도이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 유체유도부의 구성을 나타낸 요부확대 평면도이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 유체유도부(115)는 풍차(10)의 전방에 위치되도록 풍차설치부(113)의 유로(113a)에 풍차(10)의 원주방향을 따라 복수개 설치된다. 본 실시 예에서는 풍차설치부(113)에 3개의 유체유도부(115)가 설치되는 것이 도시되어 있지만, 유체유도부(115)를 2개 이하 또는 4개 이상이 되도록 설치할 수도 있다.

유체유도부(115)는 지지축(115e)을 통해 풍차설치부(113)의 유로(113a)에 회동가능하게 설치되는 제1 유체유도판(115a)과, 이 제1 유체유도판(115a)의 지지축(115e)에 축결합되는 종동기어(115b)와, 이 종동기어(115b)에 치합되는 원동기어(115c) 및 풍차설치부(113)에 설치되어 원동기어(115c)가 결합되는 구동모터(115d)를 포함한다. 이러한, 유체유도부(115)는 구동모터(115d)의 회전을 통해 원동기어(115c)가 회전되면 이에 치합되는 종동기어(115b)가 회전되면서 제1 유체유도판(115a)이 유로(113a)에서 상하로 회동된다.

이때, 제1 유체유도판(115a)은 유로(113a)에서 보다 원활하게 작동될 수 있도록 지지축(115e)이 베어링(도시생략)을 통해 풍차설치부(113)에 장착되며, 선단부 양측에 풍차설치부(113)의 가이드홈(113b)에 삽입되어 가이드되는 가이드롤러(115a')가 각각 마련된다.

이와 같은 유체유도부(115)는 제1 유체유도판(115a)이 구동모터(115d)에 의해 풍차설치부(113)에서 상하로 회동되면서 풍차설치부(113)의 유로(113a)를 통해 풍차(10)로 유입되는 바람 즉, 유체의 양을 증가 및 감소시키거나 또는 바람의 유입을 차단시킨다. 즉, 유체유도부(115)는 제1 유체유도판(115a)이 도 8의 이점쇄선과 같은 위치로 이동되도록 점차 이동하게 되면 유로(113a)의 입구가 점차 좁아지면서 풍차(10)로 유도되는 바람의 양이 점차 감소되다가 차단되고, 제1 유체유도판(115a)이 도 8의 실선과 같이 회동되면 유로(113a)의 입구가 완전하게 개방되어 풍차(10)로 유도되는 바람의 양이 증가하게 된다.

더하여, 풍차설치부(113)의 전방에 위치되어 유로(113a)의 유체 유입구의 폭을 좌우로 조절하여 유로(113a)로 유입되는 바람의 양을 보다 증가시키기 위한 보조유체유도부(117)를 도 10 및 도 11을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 보조유체유도부의 구성을 나타낸 평면도이고, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 보조유체유도부의 구성을 나타낸 측면도이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 본 실시 예에 따른 보조유체유도부(117)는 풍차설치부(113)의 유로(113a) 유입구의 폭이 좌우로 조절될 수 있도록 풍차설치 부(113)의 전방에 회동 가능하게 설치된다.

이를 위하여, 보조유체유도부(117)는 풍차설치부(113)에 전방부에 회동가능하게 설치되는 제2 유체유도판(117a) 및 선체(111)에 마련되어 제2 유체유도판(117a)을 회동시키는 작동실린더(117b)를 포함한다. 본 실시 예에서는 제2 유체유도판(117a)이 풍차설치부(113)에 회전되도록 설치되는 것이 도시되어 있지만, 제2 유체유도판(117a)을 선체(111)에 설치할 수도 있다.

제2 유체유도판(117a)은 일단부가 수직축(117a')이 마련되고, 이 수직축(117a')이 베어링(도시생략)을 통해 풍차설치부(113)에 회동가능하게 결합된다. 또한, 제2 유체유도판(117a)은 풍차설치부(113)에서 보다 원활하게 회동될 수 있도록 타단부에 선체(111)에 가이드되는 가이드롤러(117c)가 마련된다. 이때, 선체(111)에는 제2 유체유도판(117a)의 가이드롤러(117c)가 가이드될 수 있도록 가이드홈(111b)이 형성된다.

작동실린더(117b)는 선체(111)에 마련되어 실린더로드가 제2 유체유도판(117a)에 힌지결합되며, 실린더로드의 신축을 통해 제2 유체유도판(117a)을 작동시킨다.

이와 같은 본 실시 예에 따른 보조유체유도부(117)는 작동실린더(117b)가 신축되면 제2 유체유도판(117a)이 도 10에 실선으로 도시된 것과 같이 풍차설치부(113)의 외측으로 회동되어 유로(113a)의 유입구가 넓어지면서 유로(113a)로 보다 많은 바람이 유도된다. 또한, 보조유체유도부(117)는 작동실린더(117b)가 신장되면 제2 유체유도판(117a)이 도 10의 이점쇄선으로 도시된 것과 같이 풍차설치 부(113)의 유로(113a) 내면과 수평을 이루도록 회동되어 유로(113a)의 유입구가 좁아지면서 유로(113a)로 유도되는 바람의 양을 감소시킨다.

본 실시 예에 따른 보조유체유도부(117)는 제2 유체유도판(117a)의 작동되는 각도를 다양하게 조절할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 풍차(10)를 도 1 내지 도 4, 도 6을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4, 도 6을 다시 참조하면, 본 실시 예에 따른 풍차(10)는 풍차설치부(113)에 수평으로 설치되는 회전축(11)과, 이 회전축(11)의 원주 방향을 따라 일정간격으로 설치되는 날개(15)를 포함한다. 또한, 풍차(10)는 회전축(11)의 양단부에 각각 설치되며, 날개(15)의 양단부가 접합되어 고정되는 지지부(135)를 더 포함한다. 지지부(135)는 유체의 흐름에 의하여 풍차(10)가 회전될 때 날개(15)가 파손되는 것을 방지한다.

본 실시 예에서는 날개(15)를 지지하는 지지부(13)가 회전축(11)의 양단부에 각각 마련되는 것이 도시되어 있지만, 날개(15)의 길이에 따라 회전축(11)에 지지부(13)를 3개 이상 설치할 수도 있다.

회전축(11)은 그 양단부가 베어링(도시생략)을 통해 풍차설치부(113)에서 결합되어 풍차설치부(113)에서 원활하게 회전된다.

날개(15)는 회전축(11)의 원주방향을 따라 일정간격으로 접합된다. 또한, 날개(15)는 유체로부터 보다 큰 힘을 전단 받음으로써, 풍차(10)의 회전력이 상승될 수 있도록 양력 발생부(15a)와, 이 양력 발생부(15a)의 드레일링 에지(Trailing Edge)(T)에서 회전축(11) 방향으로 절곡되는 플랩부(15b)를 포함한다.

또한, 날개(10)는 양력 발생부(15a)로 유입되는 유체가 플랩부(15b)를 거쳐 이웃하는 날개(10)로 저항 없이 원활하게 유도될 수 있도록 플랩부(15b)가 회전축(11)과 일정거리 이격된다. 이와 같이 날개(10)의 플랩부(15b)가 회전축(11)과 일정거리 이격됨으로써, 유체가 통과되는 유체관통구멍(17)이 형성된다.

또한, 날개(10)의 플랩부(15b)에는 양력 발생부(15a)의 트레일링 에지(T)로 유입되는 유체가 통과될 수 있도록 양력 발생부(15a)에서 플랩부(15b)가 절곡되는 부위에 보조유체관통구멍(19)이 형성된다.

본 실시 예에 따른 날개(10)는 유체관통구멍(17) 및 보조유체관통구멍(19)이 서로 다른 크기로 형성되며, 바람직하게는 보조유체관통구멍(19)이 유체관통구멍(17)보다 작게 형성된다.

한편, 풍차(10)의 회전력을 발전기(120)로 전달하기 위한 동력전달부재(140)를 도 5내지 도 8을 다시 참조하여 설명한다.

도 5 내지 도 8을 참조하면 동력전달부재(140)는 풍차(10)의 회전축(11)에 설치되어 풍차(10)와 함께 회전되는 원동스프라켓(141)과, 발전기(120)의 로터회전축에 결합되어 원동스프라켓(141)에 연동되어 회전되는 종동스프라켓(143) 및 원동스프라켓(141)과 종동스프라켓(143)을 연결하는 체인(145)을 포함한다. 본 실시 예에서는 동력전달부재(140)가 원동스프라켓(141), 종동스프라켓(143) 및 체인(145)에 의해 구성되는 것을 예를 들어 설명하고 있지만, 동력전달부재(140)를 벨트풀리 및 벨트로 구성할 수도 있으며, 감속기나 증속기를 더 설치할 수도 있다.

지금부터는 상기와 같이 구성되어 있는 본 발명의 실시 예에 따른 수상용 수평형 발전장치의 작용을 상세히 설명한다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 수평형 발전장치의 풍차로 유도되는 유체 의 흐름을 나타낸 유체흐름도이고, 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 유체유도부에 의해 유로가 차단된 상태를 나타낸 도면이다.

먼저, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 유체에 의해 회전되는 풍차(10)가 선체(111)에 설치되어 해양 또는 강에 부양되어 전력을 생산하게 되므로, 주변 환경이 파손되는 것이 방지된다. 또한, 선체(111)를 해양 또는 강에 부양시킨 후 닻(111a)을 내리게 되면 전방의 양측에 위치되는 닻(111a)에 의해 선체(111)의 선단부가 바람과 이 바람에 의해 발생되는 조류를 통해 맞바람을 받는 방향으로 회동된다.

이로 인하여, 바람의 방향에 따라 선체(111)의 방향이 바뀌면서 풍차(10)로 유체가 원활하게 유도된다.

이후, 도 4, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 유체유도부(115)를 통해 풍차(10)로 유입되는 유체가 증가될 수 있도록 구동모터(115d)를 작동시키면, 상호 이웃하는 제1 유체유도판(115a)의 사이가 넓어지거나 또는 좁아지면서 풍차(10)로 유입되는 유체의 양이 증가 또는 감소된다.

즉, 유체유도부(115)의 제1 유체유도판(115a) 사이가 넓어지면 풍차(10)로 유입되는 유체의 양이 증가되어 풍차(10)의 회전력이 증가하게 되고, 제1 유체유도판(115a) 사이가 좁아지면 풍차(10)로 유입되는 유체의 양이 저하되어 풍차(10)의 회전력이 감소하게 된다.

더하여, 도 6에 도시된 바와 같이 보조 유체유도부(115)의 제2 유체유도판(117a)이 좌우로 회동되면서 풍차설치부(113)의 유로(113a) 유입구 폭이 좌우로 조절되어 풍차(10)로 유입되는 유체의 양이 보다 증가 또는 보다 감소될 수 있다.

한편, 도 11을 참조하면, 본 실시 예에 따른 수평형 발전장치(100)는 유체유도부(115)의 제1 유체유도판(115a)을 거쳐 풍차(10)로 유입되는 유체가 날개(15)에 부딪치면서 유체의 운동에너지가 풍차(10)로 전달된다. 이때, 유체가 날개(15)에 부딪친 후, 유체관통구멍(17)을 통해 흘러나가게 되므로, 흐르는 방향이 전환되어 날개(15)의 외측으로 유도되는 역류유체가 감소하게 된다.

또한, 유체관통구멍(17)을 통해 흘러나간 유체는 그 다음에 위치되는 날개(15)에 운동에너지를 전달하게 되므로, 풍차(10)의 회전력이 더욱 증가하게 된다.

즉, 본 실시 예에 따른 풍차(10)는 날개(15)의 유체관통구멍(17)에 의하여 풍차(10)의 외측으로 발생되는 역체역류는 감소되고, 날개(15)로 유도 되는 유체가 증가하게 되어 날개(15)에 전달되는 유체의 운동에너지가 증가되는 것이다.

더하여, 날개(15)의 양력 발생부(15a) 양면(15a', 15a'')으로 유체가 유입되어 흐를 때 발생되는 일면(15a')과 타면(15a'')의 압력차에 의하여 곡률이 큰 일면(15a')측 방향으로 양력이 발생되면서 풍차(10)의 회전방향으로 회전력이 더 증가하게 된다. 즉, 유체가 날개(15)에 부딪치면서 회전력이 발생될 때, 유체의 흐름에 의하여 날개(15)의 양력 발생부(15a)에서도 풍차(10)의 회전방향으로 양력이 발생되므로, 풍차(10)의 회전력이 더욱 증가된다.

한편, 태풍과 같이 유체의 속도가 지나치게 강한 경우에는 도 13에 도시된 바와 같이, 유체유도부(115)의 제1 유체유도판(115a)을 풍차(10)측으로 완전하게 회동시켜 유체가 풍차(10)로 유입될 수 있는 면적을 최소화 시킨다. 그러면, 유체가 풍차(10)로 유입될 수 있는 면적이 작아져 풍차(10)로 유입되는 유체의 세기가 약해지게 되므로, 풍차(10)가 고속회전으로 인하여 파손되거나, 변형되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명을 실시하기 위한 실시 예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예들에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수평형 풍차의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수평형 풍차의 구성을 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 풍차의 날개 구성을 나타낸 사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 풍차의 날개로 유도되는 유체의 흐름을 나타낸 유체흐름도이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 수상용 수평형 발전장치의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수상용 수평형 발전장치의 구성을 나타낸 측단면도이다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수상용 수평형 발전장치의 구성을 나타낸 정단면도이다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 유체유도부의 구성을 나타낸 측면도이다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 유체유도부의 구성을 나타낸 요부확대 평면도이다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 보조유체유도부의 구성을 나타낸 평면도이다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 보조유체유도부의 구성을 나타낸 측면도이다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 수평형 발전장치의 풍차로 유도되는 유체 의 흐름을 나타낸 유체흐름도이다.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 유체유도부에 의해 유로가 차단된 상태를 나타낸 도면이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ♠

10 : 풍차 15 : 날개

15a : 양력 발생부 15b : 플랩부

100 : 수상용 수평형 발전장치 110 : 부양부재

111 : 선체 113 : 풍차설치부

115 : 유체유도부 117 : 보조 유체유도부

120 : 발전기 140 : 동력전달부재

Claims

양단부가 고정물에 수평으로 회전가능하게 결합되는 회전축;

상기 회전축의 양측에 각각 결합되는 지지부;

상기 지지부 사이에서 상기 회전축의 원주방향을 따라 등간격으로 마련되며, 상기 지지부 사이로 유입되는 유체의 흐름에 의하여 양력이 발생되도록 대응되는 양면이 비대칭 유선형으로 형성되어 양단부가 상기 지지부에 고정되는 양력 발생부; 및

상기 양력 발생부의 트레일링 에지에서 상기 회전축 방향으로 절곡되는 형성되는 플랩부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 풍차.
제 1 항에 있어서,

상기 양력 발생부의 트레일링 에지로 유입되는 유체가 통과되도록 상기 플랩부가 상기 회전축에서 일정거리 이격되어 유체관통부가 형성되는 것을 특징으로 하는 수평형 풍차.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 플랩부에는 상기 양력 발생부의 트레일링 에지로 유입되는 유체가 통과되도록 보조유체관통부가 형성되는 것을 특징으로 하는 수평형 풍차.
물에서 부양되는 부양부재;

상기 부양부재에 설치되는 발전기;

상기 부양부재에 회전가능하게 수평방향으로 설치되어 유체에 의해 회전되며, 상기 발전기로 회전력이 전달되는 풍차; 및

상기 풍차의 회전력이 상기 발전기로 전달될 수 있도록 상기 풍차 및 상기 발전기에 연결되는 동력전달부재;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수상용 수평형 발전장치.
제 4 항에 있어서, 상기 부양부재는,

물위에 부양되는 선체; 및

상기 선체에서 쌍을 이루면서 양립되도록 마련되며, 내부에 상기 풍차가 수평방향으로 회전가능하게 설치되는 풍차설치부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수상용 수평형 발전장치.
제 5 항에 있어서,

상기 부양부재는, 상기 풍차설치부에 설치되어 상기 풍차로 유입되는 유체의 양이 증가 및 감소될 수 있도록 유체유도부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수상용 수평형 발전장치.
제 6 항에 있어서, 상기 유체유도부는,

상기 풍차설치부에 회동가능하게 설치되는 제1 유체유도판;

상기 제1 유체유도판의 지지축에 축결합되는 종동기어;

상기 종동기어에 치합되는 원동기어; 및

상기 원동기어를 회전시키는 구동모터;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수상용 수평형 발전장치.
제 5 항에 있어서,

상기 부양부재는, 상기 풍차설치부의 유체 유입구의 폭이 조절될 수 있도록 상기 풍차설치부의 전방에서 상기 선체 또는 상기 풍차설치부에 회동가능하게 설치되는 보조유체유도부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수상용 수평형 발전장치.
제 8 항에 있어서, 상기 보조유체유도부는,

상기 선체 또는 상기 풍차설치부에 회동가능하게 설치되는 제2 유체유도판; 및

상기 제2 유체유도판에 연결되도록 상기 선체에 설치되며 실린더로드의 신축을 통해 상기 제2 유체유도판을 구동시키는 작동실린더;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수상용 수평형 발전장치.
제 4 항에 있어서, 상기 동력전달부재는,

상기 풍차에 설치되어 상기 풍차와 함께 회전되는 원동스프라켓;

상기 발전기의 로터회전축에 결합되어 상기 원동스프라켓에 연동되어 회전되는 종동스프라켓; 및

상기 원동스프라켓과 종동스프라켓을 연결하는 체인;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 수상용 수평형 발전장치.
제 4 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 풍차는,

양단부가 상기 부양부재에 회전가능하게 결합되는 회전축;

상기 회전축의 양측에 각각 결합되는 지지부; 및

상기 지지부 사이에서 상기 회전축의 원주방향을 따라 등간격으로 마련되며, 상기 풍차설치부로 유입되는 유체의 흐름에 의하여 양력이 발생되도록 대응되는 양면이 비대칭 유선형으로 형성되는 양력 발생부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수상용 수평형 발전장치.
제 11 항에 있어서, 상기 풍차는,

상기 양력 발생부의 트레일링 에지에서 상기 회전축 방향으로 절곡되는 형성되는 플랩부; 및

상기 양력 발생부의 트레일링 에지로 유입되는 유체가 통과되도록 상기 플랩부과 상기 회전축 사이에 마련되는 유체관통부;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수상용 수평형 발전장치.
제 11 항에 있어서,

상기 풍차는, 상기 양력 발생부의 트레일링 에지로 유입되는 유체가 통과되도록 상기 플랩부에 보조유체관통부가 형성되는 것을 특징으로 하는 수상용 수평형 발전장치.
제 11 항에 있어서,

상기 지지부는 상기 회전축에 2개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 수상용 수평형 발전장치.