KR20110085667A - 풍력 및 수력 발전기의 날개 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력과 수력의 수직축형 발전기의 날개에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 수직축형풍발전기는 대부분 회전하는 동안 날개가 고정되어 있어 위치와 모양을 유지하며, 회전하고 발전기와 연결된 축을 회전시킨다.

본 발명은 날개의 축을 중심으로 상하 또는 좌우로 나눠져 있으며 바람이 부는 방향의 정면에서는 날개의 전체 면에 부디치며 역방향에서는 날개의 모서리 또는 날개의 측면에 바람이 부딪치게 되어 종래의 날개보다 바람 힘을 효과적으로 이용하는 날개의 구조이다.

이 때 바람(수력에서는 물)이 불어오는 방향과 정면으로 부딪치는 위치에서는 날개가 지면과 90도를 유지하며, 기둥을 중심으로 반대편에 위치하는 날개는 지면과 가능한 수평을 유지하므로 날개의 모서리가 바람을 맞게 되어 바람이 이동할 때 날개의 정면에 부딪치는 날개는 면적이 넓은 부분이 되며, 반대편의 날개는 개의 후면에서 맞게 되며, 지면과 수평을 유지하게 되므로 날개의 모서리에 닿게 되므로 바람이 이동할 때 부딪치면 면적이 상대적으로 낮아져 정면에서 부딪치는 힘으로 발전기의 축이 회전되고 역방향의 위치에 있는 날개는 모서리에 바람을 맞으므로 회전축의 회전력을 저해하는 힘이 낮게 되며, 특히 조류(유수)형 수력발전기에 있어서는 물의 흐름의 속도가 바람의 속도보다는 느리나 비중이 무거워 공기보다 날개의 힘에 미치는 힘은 클 수밖에 없다. 그러므로 회전축의 회전속도는 느린 반면, 날개에 미치는 저항의 힘이 공기보다 크므로, 회전속도가 빠른 풍력발전기보 다, 수력발전기에서 현저한 발전효과를 얻을 수 있는 것이다.

또한 발전기 기둥의 상부에 지지선 설치가 될 수 있는 공간이 형성되었으므로 기둥의 꼭대기 부분에 지지선을 설치할 수 있도록 날개가 기둥으로부터 공간을 남겨 주므로 기둥의 넘어짐을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 풍력 및 수력의 수직축형 발전기의 날개에 관한 것이다.

참고 : 본 발명은 풍력발전기를 기준으로 설명하므로 풍력발전기는 수력발전기를 포함하며, 바람은 물을 포함하여 설명한 것이다.

풍력, 발전기, 지지선

Description

풍력 및 수력 발전기의 날개{THE WIND AND WATER POWER GENERATOR OF BLADE}

본 발명은 수직축형 풍력 및 수력발전기의 날개에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 날개가 기둥을 축으로 회전할 때 날개가 처하는 위치에 따라 바람을 맞는 날개의 위치가 유동하여 공기의 저항을 많이 받거나 적게 받으므로 종래의 것보다, 효과적으로 바람의 에너지를 이용한 것으로 종래의 것보다 전력생산의 효율을 높이기 위한 수직축형의 풍력 및 수력발전기의 날개에 관한 것이다.

참고 : 본 발명은 풍력발전기를 기준으로 설명한 것으로 풍력발전기는 수력발전기를 포함하며, 바람은 물을 포함하여 설명한 것이다.

종래의 수직축형풍력발전기의 날개는 대부분 회전하는 동안 날개 위치는 동일한 위치와 모양을 유지하며 발전기와 연결된 축을 회전 시켰고 날개의 후면 즉 역풍시 날개의 후면에 부딪치는 힘으로 발전기의 축이 회전하는데, 저항이 되었다.

풍력발전기는 날개에 맞는 바람의 에너지를 효과적으로 이용하기 위해서는 바람의 에너지의 손실이 낮아야 하는데, 종래의 수직축형 풍력발전기는 날개의 면적이 작고 날개가 바람의 역풍 즉 바람이 날개의 후면에 부딪칠 때 후면의 면적이 넓어 바람이 부딪치는 힘으로 인하여 발전기 회전축의 회전 저항을 최소화 하기위 하여 날개의 밖 쪽에 유동하는 돛을 장착하여 바람의 근원방향에서는 발에 밀착하여 바람을 받는 방향으로 들어가서 진행하다가 바람이 빠져나가는 최종 방향을 지나면서, 받게 되는 역풍은 팔끝단의 2차측에서 돛이 밖으로 90∼120도 젖혀져 마지막 추진력을 받게 하고 추진력이 끝나는 위치에서부터는 돛이 바람에 순응하여 정면으로 돌아와서는 팔에 밀착되어 바람을 받아가는 과정이 되풀이 되는 풍력발전기가 있었으나, 이 종래의 유동 돛형 바람개비는 돛이 끝단의 2차 측에서 밖으로 펼쳐지기 때문에 바람이 돛을 펼치는 힘이 필요하고 펼쳐지는 속도가 있어 바람을 강하게 받지 못하게 되어 날개를 밀어내는 힘의 손실이 발생되는 것이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 자세히 설명하면 본 발명은 날개의 축을 중심으로 상하 또는 좌우로 나누어져있으며 날개가 일정한 범위인 0∼90도 에서만 유동되도록 제어하는 돌기와 공간을 형성하며 날개가 바람을 맞는 바람의 에너지를 효율적으로 활용하는 것을 특징으로 한 수직축형 풍력발전기의 날개이다.

이 때 날개는 정면에서 바람이 불 때 지면과 90도의 각을 이루면서 바람을 맞고 역풍에서는 지면과 평행을 이루려 하므로 날개의 모서리에 바람이 맞게 되는 것이다.

또한 바람을 정면에서 받아 회전하면서 바람을 되받게 되는 원위치로 돌아올 때 날개가 바람의 양력과 날개의 지면을 향한 무게로 바람을 정면으로 맞도록 하 며, 종래의 고정된 날개보다 상대적으로 큰 에너지를 얻을 수 있어 크기가 작은 규모에서도 날개에 맞는 바람의 에너지가 많으므로 전기의 생산이 많아지며, 기둥의 상부에 지지선 설치가 될 수 있는 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 날개에 관한 것으로, 바람이 전면에서 불 경우 일측면의 날개면이 바람을 정면으로 받아 날개를 밀어내게 되어 날개가 날개 축을 중심으로 지면과 직각을 이루게 하며, 반대편날개의 후면에서 역풍을 맞을 경우 날개는 지면과 수평을 이루게 되어 날개의 모서리에 바람이 부딪치므로 날개에 부딪치는 면이 좁기 때문에 결과적으로 회전축이 강하게 회전되는 것이다, 즉 정면에서의 날개는 많은 넓은 면에 바람을 맞고 날개의 후면에 바람을 맞을 경우 바람이 날개를 뒤로 밀어 올려 날개가 지면과 평행을 이루므로 면으로 이루어진 날개의 위모서리의 면적만 바람을 맞게 되므로 바람의 저항이 극히 낮아지는 것이다.

또한 평행을 이루었던 날개가 날개의 측면에 바람을 맞는 위치, 즉 지둥의 정면에 가까워질수록 바람이 날개의 모서리에 부딪치게 되므로 날개의 무게 중심이 하부에 더 크므로 자동적으로 날개가 지면과 수직이 되는 과정을 반복하여 종래의 바람에 의하여 날개가 축으로부터 밖으로 펼쳐지므로 바람이 펼치는 만큼 풍속에너지가 손실되는 것을 막을 수 있는 것이다.

또한 바람이 날개의 정면에서 스쳐 흘려가는 것을 방지하기 위하여 전면을 반구로 하였으며, 이로 인하여 날개가 각각의 위치에서 양력을 받아 작용하게 되는 것으로 전력생산의 효율을 높이기 위하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 통상의 풍력발전기의 기둥에, 바람을 맞는 반구의 면을 형성한 날개, 날개의 무게 중심부의 약간 위편의 둘레 일면에 고정된 축, 날개에 고정된 축의 표면에 형성된 돌기, 날개의 축을 고정하는 기둥에 고정된 관, 날개의 축을 고정하는 관의 일부에 날개의 축에 형성된 돌기가 끼워지는

형의 구멍으로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 날개가 고정하는 축을 중심으로 상하로 구분되며, 이 때 상부보다 하부의 무게가 더 무거워 날개의 측면에서 바람이 불거나, 무풍에서는 날개가 지면과 수직으로 세워지려는 형태로 유지하려는 것을 특징으로 한다.

또한, 날개가 반구형으로 날개의 측면에서 바람이 불 때 양력에 의하여 날개가 지면과 수직으로 세우려는 힘이 작용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 날개가 하나의 날개 고정축에 고정되어 있고 날개가 고정축으로부터 약간 떨어져 있으므로 기둥의 상단부에 지지선을 설치할 수 있는 장점도 있는 것이다.

본 발명에 따른 풍력발전기는 날개의 정면에서는 바람이 불 때 날개의 전면적에 바람을 맞으며, 역풍으로 날개의 후면에서 바람을 맞을 때는 날개의 모서리에 바람을 맞으므로 발전기와 연결된 축의 회전력을 높여 줄수 있어 전력생산에 효율성이 높아지는 효과가 있는 것이다.

본 발명에 의한 풍력발전기의 날개는, 통상의 수직축형 풍력발전기의 날개와 는 달리 회전축에 의하여 회전되는 위치에 따라 날개가 바람을 맞는 각도가 달라지는 것으로 지면과 수직을 이루거나 수평을 이루어 날개에 바람을 맞는 면적이 다르게 되는 것을 특징으로 한 것으로

상하, 또는 좌우로 구분된 날개, 날개의 가장자리의 일부에 형성된 축, 날개의 가장자리의 축의 일부에 형성된 돌기, 날개의 축을 기둥과 연결시켜 주는 날개축의 고정관, 날개의 축에 형성된 돌기가 끼워지는 고정관에 형성된

자형 구멍, 상부의 구조물을 지탱하는 발전기의 기둥으로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 날개가 반구형으로 정면에서 바람이 스쳐지나가는 것을 방지하며 배면에 이를 경우 바람이 스쳐지나가므로 바람의 저항을 줄이며, 양력의 힘으로 지면과 수직을 이루는 힘을 더 얻는 것을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 위에 작용하는 효과와 구성은 유수형 조력 수력발전기에도 동일한 구성이 되는 것을 특징으로 한다.

이하, 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 일 실시예의 정면에서 바람이 불었을 경우 작동되는 것을 나타낸 사시도,

도 2는 도 1의 평면도,

도 3은 바람이 불지 않은 상태에서 본 발명에 의한 평면도

도 4는 날개와 날개에 형성된 축, 축에 형성된 돌기, 축을 끼워 기둥과 연결하는 관, 날개가 지면과 수직 또는 수평을 이루게 제어하는 돌기 및 돌기가 90도의 범위에서 날개의 유동을 제어하는

형의 구멍을 설명하기 위한 사시도,

도 5는 도 4의 좌측면도,

도 6은 날개의 상하부가 날개의 축을 중심으로 바람의 저항을 효과적으로 또 다른 형태의 날개를 사시도를 나타낸 것이다.

이하에서는 본 발명에 의한 일 실시예를 도 1, 2와 함께 설명한다.

도 1에서 보는 바와 같이 본 발명은 날개(1)의 전면에 바람이 정면으로 맞을 때와 기둥의 뒷면에 이를 때까지 날개는 지면과 수직을 이루어 회전하고, 날개의 후면에 바람을 맞게 될 경우 날개는 바람의 힘에 의하여 지면과 수평을 이루고 날개의 윗면의 모서리에만 바람을 맞게 되어 결과적으로 날개가 기둥을 중심으로 회전하면서, 날개가 날개를 고정한 축(2)을 중심으로 약 90도의 범위에서 유동하면서 바람을 맞는 면이 넓고 좁게 되는 것이다.

즉 도면으로 보아서 우측은 넓은 면적의 바람을 맞으며 좌측은 날개 상단부의 모서리에 바람을 맞게 되는 것이다.

도 4에 의하여 설명하면, 날개는 상부(1B)와 하부(1A)로 구분되며, 이때 하부의 무게가 상부보다 약간 더 무거워 바람을 맞지 않는 위치 또는 날개의 좌, 우측에 바람을 맞을 경우 날개가 지면을 향하게 해주는 것이다.

바람이 날개의 정면을 향하여 불 때 날개가 바람의 힘에 의하여 수직을 이루게 하기 위하여 날개의 축(2)에 형성된 돌기(3)가 축을 고정하는 관의 구멍에 끼워지므로 돌기(3)가 구멍의 하부에 걸려 날개가 바람에 의하여 뒤로 밀려가지 않고 수직을 이루게 하는 것이다.

또한 날개가 기둥의 정면에 올 때 날개는 날개의 하부의 무게와 날개의 후면 이 반구를 이루므로 공기의 양력을 받아, 날개가 후면 쪽으로 밀려가는 작용의 힘의 작용과 무게 중심으로 인한 것과 바람이 부는 방향에 순응하여 모서리로 바람을 맞는 것 등의 작용으로 날개는 다시 바람을 정면으로 맞는 위치에 이르게 되어 회전체를 회전 시키는 것이다.

또한 날개가 종래의 통상의 날개보다 넓은 면적에 바람을 맞기 때문에 기둥에 미치는 힘이 많아져 기둥이 넘어질 위험성이 커지게 되는데, 이를 방지하기 위하여 기둥의 상부에 지지선을 설치할 수 있는 공간이 형성되며, 통상의 수직축형 발전기는 강풍에서 회전수 급강하여 발전기에 부하기 높아져 발전기에 고장을 일으킬 수 있으나 본 발명은 날개의 회전 힘은 강하나, 날개가 유동하여 처음의 위치에 돌아오는 순간이 빠르지 못하여 강풍에서도 급격하게 회전수가 급강하지 않게 되는 장점도 있는 것이다.

특히 유수형 수력발전기에 있어서는 유수는 바람처럼 속도가 빠르지 않은 반면 날개에 받는 힘이 크므로 회전 속도보다는 날개에 미치는 힘 즉 물의 흐름을 방해하는 저항으로 날개가 회전하기 때문에 유수형 수력발전에서도 종래의 것보다 발전 효율이 높으며, 상기한 바와 같이 상기 위치에 따라 바람을 맞는 날개의 면적이 변하므로 낮은 풍속에서도 회전하는 힘이 강하므로 날개의 면적과 공기의 저항에 의하여 발전량이 결정되는 풍력 발전기에 전력 생산의 효율을 더 높일 수 있다는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명에 의한 또 다른 실시예로

도 6은 날개가 상,하부로 나뉘며, 접혀지고 펼쳐지는 경우를 도시화 했으며, 도 7은 바람의 양력으로 날개의 측면서 바람이 불었을 경우 양력의 힘으로 날개가 회전 방향으로 밀리며, 수직을 이루는데, 도움이 되며, 도 8은 지지선을 설치하여 기둥이 넘어지는 것을 방지하는 것을 도면화 하였다.

도 10은 회전하는 날개가 발전기의 축의 돌기에 걸려 제어되는 것으로 바람이 부는 정면에서 면의 전체에 저항을 받고 역풍에서는 날개의 세로 모서리에 바람을 맞으므로 바람의 저항을 극히 낮는 것을 특징으로 한 것이다.

도 12는 외날개의 경우 축의 안쪽으로 유동하면서 공기의 저항을 받으므로 역시 역풍에서 날개고정축의 뒷면에 위치하고 돌아오는 것이다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 날개를 설치하는 축의 위치 및 날개가 지면과 수직과 수평을 이루도록 제어를 하는 돌출기의 설치 장소는 기둥이나 또는 날개의 가장자리의 일부에 설치할 수 있을 수 있어 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 도면에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 의한 일 실시예의 사시도.

도 2는 도 1의 평면도.

도 3은 본 발명의 바람이 불지 않은 상태의 평면도.

도 4는 날개의 구조를 자세히 나타낸 사시도.

도 5는 도 4의 좌측면도.

도 6은 무풍지에서 날개가 지면을 향하고 있는 것과 상, 하부로 굽혀지는 것을 설명하기 위한 도면.

도 7은 날개가 양력에 의하여 원상태로 돌아오는 것을 설명하기 위한 도면.

도 8은 기둥의 꼭대기 부분에 지지선을 설치한 경우를 설명하기 위한 도면.

도 9는 수력발전으로 날개의 상부에 축을 둔 것을 나타낸 도면

도 10은 날개가 날개 축을 중심으로 좌우 로 나뉘어 회전하면서 돌기에 걸리려 바람을 맞게 되어, 발전기의 축을 회전시키는 경우의 정면도.

도 11은 도 10의 평면도로 날개가 바람의 저항을 받으며 회전하는 경우의 평면도.

도 12는 날개가 하나인 경우의 발전기축의 안쪽으로 회전하는 경우를 나타낸 도면.

도 13은 도 12의 평면도

도 14는 도 12의 경우 좌우에 날개를 형성한 경우 정면도

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 날개

1A : 날개의 아래 부분

1B : 날개의 위 부분

2 : 날개의 일부에 형성된 축

3 : 돌기

4 : 구멍이 뚫린 부분

5 : 날개 축 고정부

6 : 발전기 기둥

G : 날개의 중심선

A B:수면

Claims (7)

1. 통상의 풍력발전기의 날개를 지탱하는 기둥;

   바람을 맞는 상, 하로 구분된 3개 이상의 날개;

   날개의 상하로 구분된 곳을 중심으로 날개의 변두리의 일부에 형성된 축;

   날개의 축에 형성된 돌기;

   날개의 축이 끼워지는 기둥과 연결된 관;

   기둥과 연결된 관에 날개의 축에 형성된 돌기가 끼워져 날개가 ∠90도의 범위에서 지면과 수직 수평으로 움직이도록 뚫린

   

   형 구멍;

   으로

   상기 기둥과 연결된 관에 날개의 축을 끼우고 축에 형성된 돌기가 연결된 관의

   

   자형 구멍에 끼워져 고정되고 바람이 불지 않을 때 날개가 지면과 수직을 이루며, 날개의 정면에서 바람이 불 때 날개가 날개의 축을 중심으로 지면과 수직을 이루며, 날개의 후면에서 바람을 맞을 때 날개가 지면과 수평을 이루어 날개의 모서리에 바람이 부딪쳐 바람의 에너지를 효율적으로 활용하는 것을 특징으로 하는 수직축형 풍력발전기의 날개.
2. 제 1항에 있어서,

   날개가 변두리에 형성된 축을 중심으로 상, 하로 나누어 형성되고 하부의 날 개가 상부보다 더 무거워 무풍에서 날개의 하부가 지면을 향하는 것을 특징으로 한 풍력발전기의 날개.
3. 제 1항에 있어 날개가 상하로 구분되지 않고 날개의 가장 위에 날개의 고정축이 형성된 것.
4. 제 2항에 있어 날개의 상, 하부가 전면을 향하여 이룬 곡면의 반구형;

   상기 날개의 상부의 반구형으로 전면에서 바람이 불 때 바람이 스쳐지나가는 것을 방지하며, 날개의 후면에서 바람이 불 경우 바람이 회절되어 바람의 저항이 낮아지며 공기의 흐름에 의한 양력의 힘으로 날개가 기둥과 일직선이 될 때 지면과 수직이 되게 하는 힘을 얻는 것을 특징으로 하는 수직축형 풍력발전기의 날개.
5. 1항에 있어서 상하부가 날개가 앞면으로 굽혀지는 것으로 정면에서 바람을 맞을 때 펼쳐지고 후면에서는 앞면으로 굽혀지는 것을 특징으로 하는 수직축형 풍력발전기의 날개.
6. 날개가 바람의 정면을 맞을 때 날개의 넓은 면적을 맞으며, 역풍을 맞을 때 바람의 방향과 평행을 이루어 날개의 모서리에 맞게 되므로 날개의 면에 저항을 낮추는 것을 특징으로 한 수직형 풍력 및 수력발전기의 날개.
7. 통상의 발전기에서 날개를 지탱하는 기둥;

   기둥의 꼭대기에 방사형으로 펼쳐진 막대의 끝부분에 지면과 수직으로 부착된 막대;

   수직으로 부착된 막대을 중심으로 좌, 우로 나뉜 날개;

   방사형으로 펼쳐진 막대의 두 부분에 지면을 향하여 형성된 돌기;

   방사형 막대의 돌기에 날개가 회전하면서 하나의 돌기에만 제어가 되도록 날개의 일부분이 터진 부분;

   날개가 바람에 의하여 회전하면서 정면에서 바람을 맞고 기둥의 뒷면을 벗어나면서부터 바람의 힘에 순응하면서 날개의 전면의 모서리가 바람을 향하게 하며, 기둥의 정면에 이를 때 다른 하나의 돌기에 제어되어 날개에 바람이 전면에서 부딪치는 것이 반복되는 것을 특징으로 하는 풍력 수력 발전기의 날개.

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