KR20110042452A - 풍력 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 많은 량의 바람을 회전체에 전달하여 전기 생산량을 증가시키고, 구조가 간단하여 제작이 편리하며 아울러 소음 감소시키고 생활 환경에 영향을 주지 않는 풍력 발전장치에 관한 것으로,

중심축의 양측 연부 각각에 끼워져 고정되는 좌,우측 고정판 사이에 날개가 갖추어진 회전체; 상기 중심축이 끼워져 회전하는 축수부가 구비되고, 지면에 세워져 상기 회전체가 일정 높이에 위치시키는 지주; 상기 회전체의 전방에 설치되어 바람을 회전체의 상부로 유도하는 유도부; 상기 회전체의 후방측에 설치되어 회전체 하부로 빠져나간 바람을 굴절시켜 다시 회전체로 보내는 와류부;로 이루어진 기술적인 특징을 갖는 것으로 달성된다.

풍력, 풍력 발전, 회전체, 유도부, 와류부

Description

풍력 발전장치{wind generator}

본 발명은 풍력을 이용하는 발전장치로써 더욱 상세하게는 많은 량의 바람이 회전체에 전달되도록 하며 아울러 소음 감소시키고 생활 환경에 영향을 주지 않는 풍력 발전장치에 관한 것이다.

또한 본 발명은 바람에 의해 회전하는 회전체를 물레방아 형식으로 구성하여 접촉 면적을 증가시키고, 바람 유도부와 와류부를 두어 미풍에도 회전체가 회전하며 전기를 생산할 수 있도록 하는 풍력 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력 발전기는 바람에 의해 회전하는 날개의 회전력을 이용하여 전기를 생산한다.

날개, 변속장치, 발전기 등으로 이루어진 풍력 발전기는 회전축의 방향에 따라 회전축이 지면에 대해 수직으로 설치되는 수직축 풍차와 회전축이 지면에 대해 수평으로 설치되는 수평축 풍차로 이루어지며, 변속장치는 날개에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해 변속기어에 전달되어 발전기에서 요구되는 회전수로 높여서 발전기를 회전시키는 것이다.

이러한 풍력 발전은 전력의 생산 단가가 싸고 발전에 필요한 연료가 불필요하며 폐기물의 배출이 없어 청정 에너지로 인식되고 있는 반면, 소음이 심하고 자연 경관을 해치며, 새의 이동이나 동물의 이동을 방해하는 단점이 있다.

이에 최근에는 소음을 최소하고, 진동 발생을 억제하는 풍력 발전장치가 개발되고 있으며, 특허 공개 2009-0013478호의 풍력발전시스템의 동력전달장치는 이러한 목적으로 개발된 것이다.

이 동력전달장치는 입구 안내익과 측후면 안내익 및 연결부재로 이루어진 풍량조절부와, 중심축을 중심으로 회전하는 복수개의 블레이드를 갖는 터빈과, 상기 터빈의 중심축과 결합되어 상기 터빈의 회전력을 발전기로 전달하는 동력전달장치와, 상기 동력전달장치와 결합됨은 물론 지면에 설치되는 지지대가 구비된 수직축 풍력발전시스템에 있어서,

상기 동력전달장치는, 상기 터빈의 중심축이 삽입 결합되어 상기 터빈의 회전에 의해 회전하는 중심축과 동시에 회전하는 회전축과, 상기 회전축의 외측에 설치됨은 물론 상기 지지대의 상부에 하단부가 결합되어 상기 동력전달장치를 지지대에 결합 고정하는 고정부와, 상기 회전축과 고정부 사이의 상, 하부에 각각 설치되어 상기 회전축의 회전을 돕는 회전부와, 상기 고정부의 외측에 설치됨은 물론 상기 풍량조절부와 연결 결합되어 상기 터빈으로 유입되는 바람의 양을 조절하도록 상기 풍량조절부를 회전시키는 가이드회전부와, 상기 회전축의 하부에 결합되어 상기 회전축의 회전력을 전달하는 커플링칼라와, 상기 커플링칼라의 하부에 결합되어 상기 커플링칼라의 회전력을 전달받아 회전하는 회전축 클러치부와, 상기 회전축 클러치부에 결합되어 상기 회전축의 회전력을 연결 및 차단하도록 하는 클러치와, 상기 클러치에 결합되어 상기 클러치로 전달되는 회전축의 회전력을 변속함은 물론 상기 발전기에서 동력을 발생하도록 상기 변속되는 회전축의 회전력을 상기 발전기로 전달하는 기어박스와, 상기 커플링칼라와 회전축 클러치부와 클러치를 감싸도록 상기 기어박스에 결합됨과 함께 상기 하부 회전부에 결합되는 고정통으로 구성된다.

이러한 장치는 동력전달장치의 구조를 단순화하면서 상기 동력전달장치에서 동력을 전달하는 터빈의 축과 동력전달장치의 축이 서로 직결방식으로 결합함으로써, 상기 터빈의 회전력을 동력전달장치로 전달할 때 발생되는 진동 및 소음을 저감할 뿐만 아니라 상기 동력전달장치의 각 구성간의 작동에 의해 발생되는 진동 및 소음을 저감함으로 상기 수직축 풍력발전시스템에서 전체적으로 진동 및 소음이 저감됨에 따라 상기 수직축 풍력발전시스템의 성능을 향상시키고 있다.,

그런데 종래의 풍력 발전기는 단순히 불어오는 바람에만 의존함으로써 미풍일 경우 발전기 자체의 저항력에 의해 회전이 원활하지 못한 즉 자연적 환경에 따라 전력 수급이 원활하지 않은 문제가 있다.

또한 날개의 특성상 접촉 면적이 적어 미풍시에는 전기 생산이 불가능한 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로 그 목적은 보다 많은 바람을 회전체로 유도하여 전기 생산량을 증가시킬 수 있는 풍력 발전장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 회전체 전방에 바람을 회전체 상부로 유도하는 바람 유도부를 구비하고, 회전체 후방에는 회전체 하부로 지나가는 바람을 와류시켜 이 바람이 회전체 하부를 밀어 가속될 수 있도록 하는 풍력 발전장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 회전체의 구조를 단순화시켜 소음 감소시키며 제작이 편리하고 고장이 없는 풍력 발전장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 바람 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 풍력 발전장치로써, 중심축의 양측 연부 각각에 끼워져 고정되는 좌,우측 고정판 사이에 날개가 갖추어진 회전체; 상기 중심축이 끼워져 회전하는 축수부가 구비되고, 지면에 세워져 상기 회전체가 일정 높이에 위치시키는 지주; 상기 회전체의 전방에 설치되어 바람을 회전체의 상부로 유도하는 유도부; 상기 회전체의 후방측에 설치되어 회전체 하부로 빠져나간 바람을 굴절시켜 다시 회전체로 보내는 와류부;로 이루어진 기술적인 특징을 갖는 것으로 달성된다.

본 발명은 첫째, 수직의 양측 고정판 사이에 수평으로 날개를 구비하여 바람이 받는 접촉 면적을 증가시켜 회전력을 향상시킨 발명이다.

둘째, 본 발명의 풍력 발전장치는 회전체의 전방측에 회전체의 중심으로부터 하부를 막아 바람이 회전체의 하부에 전달되어 역회전을 방지함과 아울러 회전 저항 최소화한 발명이다.

셋째, 본 발명의 풍력 발전장치는 전방측에 바람을 회전체로 유도하는 유도판을 가짐과 아울러, 후방측에 바람을 굴절시켜 회전체에 전달하는 와류부를 구비하여 미풍에도 회전체가 회전하며 전기를 생산할 수 있는 발명이다.

넷째, 본 발명의 풍력 발전장치는 제작이 용이하고, 바람의 접촉 면적이 많아 전기 생산량을 증가시킴과 아울러 고장이 없는 발명이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 1은 본 발명 풍력 발전장치의 정면도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명 풍력 발전장치에 적용되는 회전체의 사시도 이며, 도 3은 본 발명 풍력 발전장치에 적용되는 회전체의 정면도 이다.

첨부된 도 4는 본 발명 풍력 발전장치의 일측면도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명 풍력 발전장치에 적용되는 회전체의 다른 실시 예를 나타낸 사시도이고, 도 7은 본 발명 풍력 발전장치의 다른 실시 예를 나타낸 것이며, 도 8은 본 발명 풍력 발전장치의 또 다른 실시 예를 나타낸 것이다.

도면에서 본 발명의 풍력 발전장치(10)는 다수의 날개(120)를 갖는 회전체(100)와, 이 회전체(100)를 지지하는 지주(20)와, 바람의 흐름에 변화를 주어 보다 많은 량의 바람이 회전체(100)로 유도될 수 있도록 하는 유도부(300)와, 회전체의 후방측에 설치되는 와류부(400)와, 회전력을 전기 에너지로 변환시키는 발전기(500)로 이루어진다.

회전체(100)

본 발명의 회전체는(100)는 도면과 같이 양측 고정판 사이에 날개를 갖는 물레방아 형태로, 상기 좌,우측 고정판(140)(142)은 원형을 기본으로 하나 다각, 사각 등 본 발명 풍력 발전장치(10)가 설치되는 지형 및 풍속에 따라 변형될 수 있다.

상기 좌,우측 고정판(140)(142)의 중앙에는 보스(160)가 구비되고, 내측면에 날개(120)가 구비되는 구성이다.

상기 날개(120)는 평판을 기본으로 하나 곡률 반경을 갖는 곡면일 수 있다. 바람직하기로 상기 날개(120)는 3개 이상으로 도면과 같이 외측 일부가 고정 판(140)의 외측으로 돌출된 정도로 길게 구성되고, 하단은 상기 보스(160)에 일체로 혹은 끼워맞춤으로 조립된 상태에서 고정된다.

상기 보스(160)는 회전 중심을 이루는 중심축(200)에 끼워지고, 이 중심축(200)은 후술하는 축수부(22)에 끼워져 이를 중심으로 회전한다.

상기 보스(160)와 중심축(200)은 키 혹은 융착 혹은 다른 방법으로 결합되어 바람에 의해 회전체(100)가 회전하면 중심축(200)이 회전하며 그 회전력이 변속장치, 발전기에 전달되는 것이다.

물론, 다른 실시 예로 첨부된 도 7과 같이 보스(160)가 중심축(200) 상에서 회전하되, 각각에 코일이 권선된 보빈(202)과 자석(162)을 설치하여 발전이 이루어질 수 있도록 하는 예도 있다.

여기서 본 발명의 풍력 발전장치(10)가 좌우 양측으로 고정판(140)을 두는 것은 이들 사이로 바람이 유입되어 바람이 집중될 수 있도록 함과 아울러, 날개(120)에 전면이 바람이 닫는 면적이 되어 미풍에도 회전할 수 있도록 하기 위함이다.

지주(20)

상기 중심축(200)이 끼워져 회전하는 지주(20)는 상부에 축수부(22)를 가지며, 일정 높이에 회전체(100)가 설치되도록 한다.

또한 상기 지주(20)는 철탑과 같은 형태일 수도 있다.

유도부(300)

바람을 회전체(100)로 유도하는 유도부(300)는 전방측에 만곡된 형태로 경사진 바람 유도판(320)과 이 바람 유도판(320)을 지지하는 지지부재(340)로 구성된다.

상기 바람 유도판(320)은 바람이 경사진 유도판을 따라 흐르며 날개(120)를 밀도록 함으로써, 바람 유도판 상부에서 부는 바람과, 바람 유도판(320)을 따라 흐르는 수직방향 바람이 동시에 날개(120)를 밀어 회전체가 회전할 수 있도록 하는 것이다.

상기 바람 유도판(320)의 또 다른 기능은 회전체(100)의 하부를 막는 역할이다.

다시 말해, 회전체(100)의 상하부 각각에 위치에 날개가 바람을 받으며 상부측 날개는 시계방향으로, 하부측 날개는 반시계방향으로 회전하기 때문에 상기 바람 유도판(320)으로 회전체(100)의 하부를 막는 것이다.

와류부(400)

상기 유도부(300)의 대향측에 설치되는 와류부(400)는 유도판(320)의 하부를 통과하는 바람을 굴절시켜 이 바람이 역방향으로 날개(120)를 밀도록 하여 회전이 가속될 수 있도록 한다.

상기 와류부(400)는 전면에 반원형의 굴절면(420)을 두어, 바람이 이 굴절면에서 와류되면서 회전체(100)를 밀어 회전체의 속도가 빨라지도록 함으로써 미풍시 에도 전기 생산이 가능하도록 한 구성이다.

한편, 상기 굴절면(420)은 풍력 발전장치(10)가 설치되는 지형, 풍속 바람의 종류에 따라 반경, 설치각도가 달라질 수 있다.

발전기 및 축전기

회전체(100)와 연결되어 회전하는 중심축(200)에는 회전력을 증속시키는 증속장치와 발전기(500)가 연결되어 전기를 생산하게 되는데, 증속장치와 발전기는 일반적인 것으로 본 발명에서는 상세히 설명하지 아니한다.

다만, 증속장치는 기어형 즉 기어박스 형태가 바람직하고, 회전체 - 기어증속장치 - 유도발전기(정전압/정주파수) - 한전 등에 보내지도록 한다.

물론 증속장치 없이 회전체(직결) - 동기발전기(가변전압/가변주파수) - 인버터로 이어질 수도 있다. 또 축전기가 구비될 수 있는 것 또한 당연하다.

브레이크(600)

상기 중심축(200)의 양단부에 위치하는 브레이크(700)는 회전체(100)외 회전속도를 제어한다. 즉 바람이 강하게 불어 회전체(100)의 속도가 빨라지면, 날개(120)는 물론 고정판(140) 그리고 중심축(200)이 파손될 우려가 있다.

따라서 본 발명에서는 중심축(200)을 압압하여 속도를 제어하는 브레이크(600)가 설치된다.

첨부된 도 4에 도시한 바와 같이 본 발명에 적용되는 브레이크(600)는 디스 크 브레이크 형식으로 중심축에 구비된 디스크(620)와 지주에 고정되는 디스크(622)를 압압하여 제동이 이루어지도록 한다.

물론, 이러한 브레이크 이외에 밴드, 블록 혹은 원추 형식의 브레이크가 적용될 수도 있다.

한편, 상기 브레이크(700)는 감지수단에 의해 동작한다.

즉, 상기 감지수단이 회전수, 풍량을 측정하고, 그 측정값이 설정된 기준 값 이상이며 브레이크를 동작시킨다.

첨부된 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 회전체의 다른 실시 예를 나타낸 것이다.

먼저 도 5의 회전체(100)는 회전체를 분할하여 결합한 것으로 제작성을 높이고, 접촉 면적이 너무 넓어 강풍에 날개(120)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

또 도 6의 회전체(100)는 상기와 같이 분할 제작되어 결합하되, 각 회전체의 날개의 위치를 달리하여 풍속 및 방향을 달리하는 바람이 용이하게 닫을 수 있도록 한 것이다.

첨부된 도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예이다.

이 실시 예는 회전체(100)의 상부에 태양열을 이용할 수 있도록 집열판(800)이 구비된 것이다.

이 집열판(800)은 회전체(100)의 회전에 따른 전기 에너지와 더불어 태양열을 이용한 전기 생산이 가능하도록 함으로써 전기 생산량을 극대화시킨 것이다.

아울러, 상기 집열판(800)의 전방측에는 날개(820)가 설치되는데, 이 날개(820)는 바람이 집열판(800) 안쪽 다시 말해, 회전체(100)의 상부측으로 유도하여 회전체의 회전력을 증가시킨다.

또한 상기 집열판을 시간이 흐름에 따라 즉 태양의 이동에 따라 자동으로 회전될 수 있도록 하는 것으로, 도면과 같이 중앙에 회전축(840)을 구비하여 일측에 구비된 구동수단(860) 예를 들어 실린더, 전자석 혹은 모터 구동에 의해 집열판을 당기거나 밀어 동작시킨다. 물론 상기 구동수단은 태양의 위치나 혹은 시간의 흐름에 따라 신호를 출력하는 감지센서의 신호에 따라 동작한다.

첨부된 도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타낸 것이다.

이 실시 예는 상부 베이스판(30)과 지면에 설치되는 하부 베이스판(30a)을 구비하고, 상기 상부 베이스판(30)의 상면에 상기 회전체(100)와, 유도부(300)와, 와류부(400)를 안착 고정한 구성으로, 하부 베이스판(30a)과 상부 베이스판(30) 사이에 베어링(32)(34)을 두어 바람의 방향에 따라 회전체(100)와, 유도부(300)와, 와류부(400)가 자유로이 회전하며 전기를 생산할 수 있도록 하는 것이다.

다시 말해, 바람은 일정한 방향으로만 부는 것이 아니라, 계절에 따라 날씨에 따라 변화한다. 이러한 변화에 대하여 본 발명은 상,하부 베이스판을 구비하여 상부 베이스판에 설치되는 회전체, 유도판 등이 바람의 방향에 따라 자유로이 베어링을 중심을 회전하며 전기가 생산되는 것이다.

여기서 하부 베이스판(30a)의 가장자리에 구비되는 베어링은 베이스판 둘레에 걸쳐 원형으로 설치된 것이다.

한편, 중앙에 설치되는 베어링(32)은 모터로 구성될 수도 있다.

즉, 풍향, 풍속을 감지하는 감지수단을 설치하고, 이 감지수단의 신호에 따라 모터가 베이스판을 회전시켜 전기가 생산될 수 있도록 하는 구성이다.

이와 같이 본 발명의 풍력 발전장치는 바람을 이용하여 전기를 생산하는 발전장치로써, 지면으로부터 일정 높이에 회전체(100)를 설치하고, 이 회전체와 동시에 회전하는 중심축(200)의 회전력을 전기 에너지로 변환시키는 것이다.

이를 위해 상기 지주(20)는 일정 높이를 가지고 회전체(100)를 지지하며 회전체는 중심축(200)에 축설된 상태에서, 이 중심축(200)이 지주 상단에 구비된 축수부(22)에 끼워져 이를 중심으로 회전하는 것이다.

또한 유도부(300)와 와류부(400)는 바람의 흐름을 조절하고, 많은 량의 바람이 회전체에 전달되도록 함으로써 전기 생산량을 증가시킬 수 있는 발명이다.

도 1은 본 발명 풍력 발전장치의 정면도,

도 2는 본 발명 풍력 발전장치에 적용되는 회전체의 사시도,

도 3은 본 발명 풍력 발전장치에 적용되는 회전체의 정면도,

도 4는 본 발명 풍력 발전장치의 일측면도,

도 5 및 도 6은 본 발명 풍력 발전장치에 적용되는 회전체의 다른 실 시예를 나타낸 사시도,

도 7은 본 발명 풍력 발전장치의 다른 실시 예를 나타낸 정면도,

도 8은 본 발명 풍력 발전장치의 또 다른 실시 예를 나타낸 일측면도,

도 9는 본 발명 풍력 발전장치의 또 다른 실시 예를 나타낸 일측면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 풍력 발전장치 100 : 회전체

120 : 날개 140 : 고정판

220 : 중심축 300 : 바람 유도부

400 : 와류부

Claims (10)

1. 바람 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 풍력 발전장치로써,

   중심축의 양측 연부 각각에 끼워져 고정되는 좌,우측 고정판 사이에 날개가 갖추어진 회전체;

   상기 중심축이 끼워져 회전하는 축수부가 구비되고, 지면에 세워져 상기 회전체가 일정 높이에 위치시키는 지주;

   상기 회전체의 전방에 설치되어 바람을 회전체의 상부로 유도하는 유도부;

   상기 회전체의 후방측에 설치되어 회전체 하부로 빠져나간 바람을 굴절시켜 다시 회전체로 보내는 와류부;로 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 회전체는 양측 고정판 중앙에 보스가 구비되고, 이 보스에 날개가 고정되도록 하되, 상기 날개는 3개 이상이 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 중심축에 코일이 권선된 보빈을 구비하고, 양측 고정판을 연결하는 보스에 자석이 구비되어 전기가 생산되도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 회전체의 날개를 분할하여 보스에 고정하되, 각 날개의 설치 각도를 달리하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 바람 유도부는 회전체의 전방측에 설치되어 바람이 유도판을 따라 회전체로 전달되도록 함과 아울러 회전체의 하부를 막아 바람이 회전체의 하부로 전달되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 와류부는 회전체의 하부를 통과하는 바람을 굴절시켜 이 바람을 회전체에 전달하되, 전면에 곡률 반경을 갖는 와류면이 구비되어 바람이 와류면에서 와류되면서 역방향으로 진행될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 회전체의 상부에 집열판이 구비되어 풍력 및 태양열을 이용한 전기 발전이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
8. 제 1항에 있어서, 상기 중심축에 디스크판을 구비하고, 지주에 이에 대응하는 디스크판을 구비하여 강풍 혹은 회전체의 고회전시 이 디스크판을 압압하여 속도를 제어하는 브레이크가 갖추어진 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 회전체와, 와류부와 유도판이 설치되는 상부 베이스판을 구비하고, 이 상부 베이스판과 지면에 설치되는 하부 베이스판 사이에 베어링을 구비하여 바람의 방향에 따라 회전체, 유도부, 와류부가 베어링을 중심으로 회전하며 전기를 생산토록 하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 상부 베이스판과 하부 베이스판 사이에 감지수단에 의해 동작하는 모터를 구비하여 풍량, 풍향을 감지하는 감지수단의 신호에 따라 상부 베이스판을 회전시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.

Images