KR20110077808A - 외부하우징을 구비한 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바람의 힘을 회전력으로 변환하여 발전기로 전력을 생산하는 풍력발전기에 관한 것으로, 특히 수직축 풍력발전기에서 회전날개의 저항요소를 줄임으로써 발전효율을 향상시키는 외부하우징을 구비한 풍력발전기에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 외부하우징을 구비한 풍력발전기는 유입되는 바람에 의하여 제1,2회전날개가 한 평면상에서 서로 반대방향으로 회전되도록 제1,2회전날개를 연결하는 동력연결부와, 제1,2회전날개의 회전력을 입력받아 전력을 생산하는 발전기 및 제1,2회전날개의 둘레를 감싸도록 설치되어 제1,2회전날개의 회전축 사이에 바람이 유입되는 것을 차단하는 외부하우징이 포함되는 것을 특징으로 한다.

이로써, 외부하우징이 바람과 맞서 진행하는 회전날개의 반원부분이 맞바람을 맞지 아니하도록 감싸, 각 회전날개의 회전효율이 낮아지는 것을 방지하여 발전효율이 상승되는 효과를 갖는다.

풍력발전기, 하우징

Description

외부하우징을 구비한 풍력발전기{Wind power generator with a outer-housing}

본 발명은 바람의 힘을 회전력으로 변환하여 발전기로 전력을 생산하는 풍력발전기에 관한 것으로, 특히 수직축 풍력발전기에서 회전날개의 저항요소를 줄임으로써 발전효율을 향상시키는 외부하우징을 구비한 풍력발전기에 관한 것이다.

종래의 수평형 풍력발전기는 회전 날개의 회전축이 바람이 불어오는 방향과 일치됨으로써 모든 회전 날개의 면적에서 회전력을 얻게 된다.

다른 타입의 풍력발전기로 바람이 불어오는 방향과 회전 날개의 회전축이 수직되게 형성되는 수직축 풍력발전기가 있다. 수직축 풍력발전기에서 유입되는 바람의 회전 날개의 측면에서 유입되므로, 일부는 일측에서 회전 날개를 밀어내 회전 날개를 회전시키도록 작용하지만, 타측에서는 회전 날개의 회전방향과 유입된 바람이 충돌되므로 회전력을 오히려 감소시키는 작용을 하게 된다. 따라서 설치공간의 축소 및 구조적인 안정성 등의 많은 장점에도 불구하고 통상 수직형 풍력발전기는 수평형 풍력발전기에 비하여 발전효율이 낮은 단점을 갖게 된다.

이와 같이 바람의 방향과 맞서는 회전 날개의 타측부분에 대한 문제점을 해 결하기 위하여, 종래에 수직축 풍력발전기에서는 바람의 방향에 따라 회전되면서 회전 날개의 타측 부분에 불어오는 바람의 차단하거나, 나아가 바람의 방향을 전환하여 회전 날개의 회전을 돕도록 하는 구조체를 제시하고 있다.

이러한 종래의 풍력발전기는 회전 날개 타측부분과 유입되는 바람의 충돌을 어느 정도 해결할 수 있으나, 회전 날개의 외주면에서 또 다른 회전 가능한 구조체를 더 설치하여야 하므로 구조적으로 복잡하고 그에 따른 제조비용과 유지보수비용의 증가 등의 단점이 있다. 특히, 대형으로 제작하는 경우에는 하중이 큰 구조체를 충분히 지지하기 위한 대형 베어링 등의 고비용으로 실용성이 낮아지는 단점이 있다.

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 실시예는 회전 날개의 회전에 유용한 바람은 회전 날개에 바로 유입되도록 하면서, 회전 날개에 저항요소로 작용하는 바람을 차단하는 목적을 갖는다.

보다 구체적으로 유입되는 바람에 맞서 회전하는 회전 날개의 타측부분의 바람을 전환하여 회전 날개의 정회전이 더욱 효과적으로 일어나게 하는 목적을 갖는다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 실시예로 유입되는 바람에 의하여 제1,2회전날개가 한 평면상에서 서로 반대방향으로 회전되도록 상기 제1,2회전날개를 연결하는 동력연결부; 상기 제1,2회전날개의 회전력을 입력받아 전력을 생산하는 발전기; 및 상기 제1,2회전날개의 둘레를 감싸도록 설치되어 상기 제1,2회전날개의 회전축 사이에 바람이 유입되는 것을 차단하는 외부하우징;이 포함되는 것을 특징으로 하는 외부하우징을 구비한 풍력발전기를 제시한다.

또한, 상기 동력연결부에는 제1,2회전날개의 각 회전축에 결합되는 메인기어; 상기 발전기에 회전력을 전달하는 동력축 상에 결합되며, 어느 한 메인기어에 맞물리는 주축기어; 및 상기 주축기어와 나머지 메인기어 사이에 개재되어 각 메인기어의 회전 방향을 다르게 하는 피니언;이 포함되는 것을 특징으로 하는 외부하우 징을 구비한 풍력발전기를 제시한다.

또한, 상기 제1,2회전날개 중심의 이격간격은 상기 제1,2회전날개의 지름보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 외부하우징을 구비한 풍력발전기를 제시한다.

또한, 상기 외부하우징은 풍력발전기의 외측을 향하여 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 외부하우징을 구비한 풍력발전기를 제시한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 외부하우징을 구비한 풍력발전기에 따르면, 외부하우징이 유입되는 바람과 맞서 진행되는 회전날개의 반원부를 가려줌으로써 회전날개의 저항이 감소되므로 전체 발전효율이 증대되는 효과를 갖는다. 나아가 한 쌍의 회전날개가 사용됨으로 종래의 단일 회전날개를 가지는 풍력발전기보다 발전효율을 크게 할 수 있는 효과도 갖는다.

또한, 동력연결부가 기어 결합으로 이루어짐에 따라 제1,2회전날개의 각속도를 일정하게 유지할 수 있으며, 제1,2회전날개를 서로 가까이 설치하는 경우 일정 크기의 회전날개를 사용하여 회전력의 손실이 없으면서도 풍력발전기의 사이즈를 소형화할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 외부하우징의 외부로 볼록하게 형성되는 경우, 유입되는 바람을 풍력발전기의 측면으로 흐르게 하여, 노출된 회전날개에서 더 큰 풍력을 이용할 수 있게 하는 효과도 갖는다.

이하, 첨부도면의 바람직한 실시예를 통하여, 본 발명인 외부하우징을 구비한 풍력발전기의 기능, 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 외부하우징을 구비한 풍력발전기의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 외부하우징을 구비한 풍력발전기의 내부를 나타낸 사시도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 외부하우징을 구비한 풍력발전기(100)에는 외부의 유입된 바람으로 회전되는 한 쌍의 회전날개(11.12)가 포함되는 동력연결부(1)와, 동력연결부(1)의 회전력을 입력받아 전력을 생산하는 발전기(2) 및 불어오는 바람에 대하여 역방향으로 진행하는 방향의 회전날개의 부분을 가리기 위한 외부하우징(3)이 포함된다.

도 1에 도시된 바와 같이 풍력발전기(100)의 외부에는 회전날개(11,12)의 일부분이 노출되어, 유입된 바람이 회전날개의 노출된 부분을 밀어내 회전날개가 회전되며 발전기에서 전력이 생산되는 것이다.

도 2를 참고하면, 동력연결부(1)에는 한 평면상에서 서로 이격되게 설치되는 한 쌍의 회전날개(11,12)가 구비되며, 각 회전날개(11,12)는 동력연결부에 의하여 서로 반대방향으로 회전되도록 구성된다.

구체적으로 동력연결부(1)는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제1,2회 전날개(11,12)의 각 회전축(111,112)에 결합되는 메인기어(13)와, 발전기(2)에 연결된 동력축(141) 상에 결합되며 어느 한 메인기어(13)에 맞물리는 주축기어(14)와, 주축기어(14)와 나머지 메인기어(13) 사이에 맞물리도록 개재되어 각 메인기어(13)의 회전 방향을 다르게 하는 피니언(15)으로 구성될 수 있다.

이때, 동력연결부(1)는 제1,2회전날개가 서로 반대방향으로 회전되게 하면서, 제1,2회전날개의 회전력을 발전기에 연결되는 동력축에 전달하는 기능을 갖는 벨트구조, 체인구조 등의 통상적인 동력전달 수단으로 전용될 수 있다. 또한, 동력축과 발전기의 사이에는 기어박스(도시 생략)가 더 개재되어 발전기에 입력되는 최종 회전수와 토크를 가변할 수도 있다. 또한, 발전기는 공지된 디스크형이거나 기타 다른 타입일 수 있다.

한편, 외부하우징(3)은 제1,2회전날개(11,12)의 둘레를 감싸는 형상을 가지며, 바람이 제1,2회전날개(11,12)의 회전축(111,112) 사이로 직접 유입되는 것을 차단하는 기능을 갖는다. 이를 위하여 외부하우징(3)의 폭은, 제1,2회전날개(11,12)의 회전시 날개(11a,12a)가 유입되는 바람과 맞서 진행하는 반원 부분을 가리도록, 적어도 제1,2회전날개(11,12)의 회전축(111,112) 중심까지의 길이로 형성되는 것이 바람직하다.

나아가, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제1,2회전날개(11,12) 중심 간의 이격 간격은 제1,2회전날개(11,12)의 지름보다 작게 형성될 수 있다.

이 경우, 제1,2회전날개(11,12)가 회전시 서로 충돌되지 아니하도록 제1회전 날개(11)의 이웃하는 날개(11a) 사이에 제2회전날개(12)의 날개(12a)가 지나가도록 구성하고, 동력연결부(1)는 전술된 기어 타입이거나 체인 타입으로 하여 제1,2회전날개(11,12)가 동일한 각속도로 회전하도록 구성된다.

이 경우, 한 쌍의 회전날개가 서로 가까이 형성되므로, 일정 크기의 제1,2회전날개를 구비하면서도 외부하우징을 구비한 풍력발전기의 사이즈를 줄여 공간활용도를 증대시킬 수 있게 된다.

나아가, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 외부하우징(3)은 풍력발전기(100)의 외측을 향하여 볼록하게 형성될 수 있다.

이 경우, 외부로 볼록한 외부하우징(3)은 불어오는 바람을 좌우측으로 편향시켜, 양측에서 노출된 각 회전날개(11,12)로 바람을 집중 강화되게 하여 발전효율을 더욱 증대시키게 된다.

외부하우징을 구비한 풍력발전기의 사용상태를 나타낸 도 5를 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 외부하우징을 구비한 풍력발전기의 작용을 설명한다.

도 5에서 실선 화살표는 바람의 진행방향을 나타낸다. 바람이 불어오는 방향을 전방으로 보았을 때에, 외측으로 볼록한 외부하우징(3)에 의하여 바람은 풍력발전기(100)의 양측으로 분할되어 풍력발전기(100)의 측면으로 진행된다.

분할된 바람은 풍력발전기(100)의 양측을 스쳐가는 바람과 합쳐져 강한 흐름을 형성하고, 풍력발전기(100)의 양측에 노출된 제1,2회전날개(11,12)를 밀어내어 제1,2회전날개(11,12)에 회전력이 발생된다.

제1,2회전날개(11,12)는 동력연결부(1)에 의하여 서로 반대방향(도 5의 블록화살표 방향)으로 회전되며, 제1,2회전날개(11,12)를 회전시킨 바람은 이후 풍력발전기(100)의 후방으로 빠져나가게 된다.

이때, 외부하우징(3)으로 가려진 제1,2회전날개(11,12)의 내측 반원 부분은 바람의 유입방향과 반대방향으로 진행되는데, 외부하우징(3)이 유입되는 바람을 차단하므로 맞바람의 큰 저항 없이 제1,2회전날개가 회전하게 된다.

동력연결부(1)의 회전력은 도 4의 동력축(141) 및 발전기(2)에 차례로 전달되어 전력이 생산된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 외부하우징을 구비한 풍력발전기의 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 외부하우징을 구비한 풍력발전기의 내부를 나타낸 사시도.

도 3은 도 1에 도시된 외부하우징을 구비한 풍력발전기의 내부 평면도.

도 4는 도 1에 도시된 외부하우징을 구비한 풍력발전기의 측면 단면도.

도 5는 도 1에 도시된 외부하우징을 구비한 풍력발전기의 사용상태를 나타낸 내부 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 풍력발전기

1 : 동력연결부

11 : 제1회전날개 111 : 회전축 11a : 날개

12 : 제2회전날개 112 : 회전축 12a : 날개

13 : 메인기어 14 : 주축기어 141 : 동력축 15 : 피니언

2 : 발전기

3 : 외부하우징

Claims (4)

1. 유입되는 바람에 의하여 제1,2회전날개(11,12)가 한 평면상에서 서로 반대방향으로 회전되도록 상기 제1,2회전날개(11,12)를 연결하는 동력연결부(1);

   상기 제1,2회전날개(11,12)의 회전력을 입력받아 전력을 생산하는 발전기(2); 및

   상기 제1,2회전날개(11,12)의 둘레를 감싸도록 설치되어, 상기 제1,2회전날개(11,12)의 회전축(111,112) 사이에 바람이 유입되는 것을 차단하는 외부하우징(3);이 포함되는 것을 특징으로 하는 외부하우징을 구비한 풍력발전기.
2. 제1항에서,

   상기 동력연결부(1)에는

   제1,2회전날개(11,12)의 각 회전축에 결합되는 메인기어(13);

   상기 발전기(2)에 회전력을 전달하는 동력축(141) 상에 결합되며, 어느 한 메인기어(13)에 맞물리는 주축기어(14);

   상기 주축기어(14)와 나머지 메인기어(13) 사이에 개재되어 각 메인기어(13)의 회전 방향을 다르게 하는 피니언(15);이 포함되는 것을 특징으로 하는 외부하우징을 구비한 풍력발전기.
3. 제2항에서,

   상기 제1,2회전날개(11,12) 중심의 이격 간격은 상기 제1,2회전날개(11,12)의 지름보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 외부하우징을 구비한 풍력발전기.
4. 제1항에서,

   상기 외부하우징(3)은 풍력발전기의 외측을 향하여 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 외부하우징을 구비한 풍력발전기.

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