KR20110088618A - 수직축 풍력발전 터빈 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직축 풍력발전 시스템의 터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍속이 느린 지역에서도 터빈의 회전이 원활하게 이루어지면서 기존의 터빈 형상이 가지는 단점인 회전방향 에너지를 저감하는 역방향 항력을 최소화할 수 있도록 유체유동 방향에 능동적으로 움직이는 항력 감쇄기가 부설된 터빈으로 지속적이고 안정적인 에너지 변환을 통한 전력 생산이 효율적으로 이루어지도록 한 터빈 구조에 관한 것이다.

Description

수직축 풍력발전 터빈 구조{Perpendicular Wind Generation Turbine}

일반적인 풍력발전 시스템의 구조는 수평축 풍력발전 시스템과 수직축 풍력발전 시스템으로 구분될 수 있으며, 통상적으로 수평축의 경우는 익형의 블레이드를 적용하여 양력을 이용하는 방식이며, 수직축의 경우 항력을 이용하는 방식을 적용하고 있다.

본 발명은 항력을 이용한 수직축 풍력발전 시스템의 터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체유동에 의한 선형방향 에너지를 이용하여 회전방향 에너지 변환에 도움이 되는 항력, 즉 순방향 항력은 최대화하고, 회전방향 에너지 변환에 방해가 되는 항력, 즉 역방향 항력은 최소화한 것이다. 따라서 본 발명은 풍속이 느린 지역에서도 터빈의 회전이 원활하게 이루어지면서 기존의 터빈 형상이 가지는 회전방향 에너지를 저감하는 항력을 최소화하고 부설된 항력 감쇄기가 유체유동방향에 따라 능동적으로 일정한 방향성을 유지하면서 운동할 수 있도록 설계하여 보다 큰 회전력을 얻어 지속적이고 안정적인 에너지 변환을 통한 전력 생산이 효율적으로 이루어지도록 한 블레이드 구조에 관한 것이다.

최근, 고유가에 따른 에너지 비용의 증대와 세계적인 기후협약에 따라 환경적인 문제를 고려한 저탄소 에너지원의 발굴이 절실히 요구되는 실정이다. 이러한 대체에너지원으로 풍력발전 기술은 기존의 대표적인 저탄소 에너지원인 원자력 기술이 가지는 방사성 폐기물 등의 오염의 피해가 없는 가장 실용화에 근접한 친환경 발전기술로서 매년 지속적인 성장세를 나타내고 있는 청정 에너지기술이다.

본 발명은 풍력발전 시스템의 구조적인 구분인 수평축 풍력발전 시스템과 수직축 풍력발전 시스템 중 수직축 풍력발전시스템에 적용되는 터빈의 구조에 관한 것으로 유체유동방향에 의한 선형방향 에너지를 회전방향 에너지로 변환하도록 터빈에 적용한다. 기존 터빈은 항력을 최소화하는 최적의 형상이 되지 않아 풍력발전 시스템이 얻을 수 있는 최대량의 선형방향 에너지를 회전방향 에너지로 변환하는데 곤란하다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 앞서 기술한 종래 터빈 형상의 결점을 보완할 수 있는 항력 감쇄기가 부설된 터빈 형상을 제공함으로서 지속적이고 안정적인 에너지 변환을 할 수 있는 수직축 풍력발전 시스템 장치를 개발하고자 하는데 목적이 있다.

일반적인 수직축 풍력발전 시스템의 터빈 형상은 통상 중앙에 위치한 회전축, 즉 수직축에 결합된 상판과 하판 사이에 장착되는 다수개의 고정된 블레이드로 구성된다. 이러한 형상은 유체유동에 의한 선형방향의 에너지는 블레이드와 중앙의 수직축에 의해 회전방향 에너지로 변환하게 된다. 이 때 발생되는 회전방향 에너지는 유체유동방향에 대해 수직축을 경계로 좌, 우측에 위치한 블레이드에 작용하는 유체 저항의 차이, 즉 회전방향 에너지에 도움이 되는 순방향 저항과 방해가 되는 역방향 저항의 차이로 발생하며, 이러한 유체 저항의 차이가 크면 클수록 높은 회전방향 에너지를 얻을 수 있게 된다.

기존의 블레이드 형상은 유체유동방향에 대해 수직축을 경계로 좌, 우측에 위치한 블레이드에 작용하는 유체 저항의 차이를 극대화 할 수 없는 형상으로 최대량의 회전방향 에너지를 생산할 수 없어 최적의 에너지 생성은 가능하지 않다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 기존의 터빈 형상이 가지는 회전방향 에너지를 저감하는 역방향 항력을 최소화하여, 수직축을 경계로 좌, 우측의 유체 저항 차이를 극대화 할 수 있도록 하는 것을 주목적으로 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 터빈에 유체유동방향에 따라 능동적으로 운동할 수 있는 항력 감쇄기를 부설하여 회전방향 에너지를 저감하는 역방향 항력을 최소화할 수 있도록 하는 것을 기술적 요지로 한다.

바람직한 실시예에 따르면 선형방향 에너지를 회전방향 에너지로 변환할 수 있도록 도움이 될 수 있는 순방향 항력 영역에서는 보다 많은 항력을 블레이드에 작용할 수 있도록 하여 순방향 항력이 극대화 될 수 있도록 하고, 회전방향 에너지로의 변환에 방해가 되는 역방향 항력 영역에서는 부설된 항력 감쇄기가 블레이드에 작용하는 유체 저항력을 최소화 할 수 있도록 하여 역방향 항력을 극소화 하고자 하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 능동형 항력 감쇄기를 부여하여 유체유동방향에 대해 수직축을 경계로 좌, 우측에 위치한 블레이드에 작용하는 유체 저항의 차이를 극대화 할 수 있어 최대량의 회전방향 에너지를 생산할 수 있다는 효과가 있다.

도1 : 본 발명의 실시예에 따른 수직축 풍력발전 터빈의 사시도
도2 : 도 1의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전 터빈을 위에서 바라본 평면도
도3 : 본 발명의 실시예에 따른 수직축 풍력발전 터빈 항력 감쇄기의 사시도
도4 : 본 발명의 실시예에 따른 수직축 풍력발전 터빈의 상, 하부 암의 사시도
도5 : 본 발명의 실시예에 따른 수직축 풍력발전 터빈의 수직축의 사시도
도6 : 본 발명의 실시예에 수직축 풍력발전 터빈의 개별 블레이드의 대표 사시도

이하, 도면을 참조하여 능동형 항력 감쇄기가 장착된 터빈을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직축 풍력발전 터빈의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 유체유동에 의한 선형방향 에너지를 회전방향 에너지로 변환하는 터빈의 중심부에 회전축, 즉 수직축(3)이 위치하고, 수직축(3)을 기준으로 상부와 하부에 상부 암(1)과 하부 암(2)을 부설한다. 그리고 상, 하 두 암(1, 2) 사이에 능동적으로 운동할 수 있는 2개 이상, 다수의 블레이드(4-11)가 부설되어 전체적인 터빈이 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 수직축 풍력발전 터빈의 도 1에 도시한 사시도와 같이 상부 암(2), 하부 암(1), 수직축(3) 그리고 2개 이상, 다수의 블레이드(4-11)로 구성된다.

도 2는 수직축 풍력발전 터빈을 위에서 바라본 평면도로 다수의 블레이드(4-11)가 부설된 것을 도시한다.

도 3은 터빈에 부설되는 항력 감쇄기(16)의 사시도로 구멍(14)이 수직축(3)의 끝단에 위치한 도출핀(15)에 부설될 수 있도록 하고, 유체유동방향에 일정한 방향성을 유지할 수 있도록 한 꼬리날개(12)와 역방향 항력을 감소할 수 있도록 하는 머리(13)를 도시한다.

도 4는 수직축(3)에 부설되는 상, 하부 암(1, 2)의 사시도이다.

도 5는 터빈 수직축(3)의 사시도로 수직축(3) 양 끝단에 상, 하부 암(1, 2)이 부설되며, 항력 감쇄기(16)의 구멍(14)이 부설될 수 있는 도출 핀(15)을 도시한다.

도 6은 상, 하부 암(1, 2)에 부설될 개별 블레이드(4-11)에 대한 대표 사시도이다.

본 발명은 도시한 도 1과 도 2에서 유체의 선형방향 에너지와 터빈에 부설된 항력 감쇄기(16)의 꼬리날개(12)에 의해 항력 감쇄기(16)가 능동적으로 유체유동방향과 일정한 방향성을 유지하도록 회전하게 된다. 이 때 유체 선형방향 에너지가 터빈의 회전방향 에너지를 감소시키는 역방향 항력을 받는 영역에서는 항력 감쇄기(16)의 머리(13)에 의해 각각의 블레이드에 작용하는 역방향 항력을 회피할 수 있도록 하여 최소의 역방향 항력이 작용하도록 한다.

따라서 본 발명의 상기 서술에서와 같이 능동형의 항력 감쇄기를 부설한 수직축 풍력발전 터빈은 유체유동에 의한 선형방향 에너지를 회전방향 에너지로 변환함에 있어, 회전방향 에너지를 증대하는 순방향 항력은 최대화하고, 회전방향 에너지를 감소하는 역방향 항력은 최소화하여 회전방향 에너지를 극대화 할 수 있게 된다.

부호없음

Claims (3)

1. 수직축 풍력발전 터빈 블레이드에 있어서, 유체유동 선형방향 에너지를 회전방향 에너지로 변환하는 수직축(3)을 가지며, 수직축(3) 상, 하 양 끝단에 부설되는 상, 하부 암(1, 2)으로 구성되며, 상, 하부 암(1, 2) 사이에 다수의 블레이드(4-11)를 포함하며, 회전방향 에너지를 감소시키는 역항력을 최소화하는 항력 감쇄기(16)로 구성되며, 유체유동 방향과 평행한 방향으로 능동적으로 방향성을 가질 수 있도록 하는 꼬리날개(12)와 도출 핀(15)과 연결되는 구멍(14)을 포함하며, 회전방향 에너지를 감소시키는 역항력 영역에서 각 블레이드에 작용하는 유체유동 항력을 미리 방지하거나 감소할 수 있도록 하는 항력 감쇄기의 머리(13)를 구성하는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 항력 감쇄기(16)는 머리(13)와 꼬리날개(12), 구멍(14)이 각각의 암으로 연결되며, 꼬리날개(12)와 구멍(14) 그리고 수직축(3)의 도출 핀(15)에 의해 능동적으로 유체유동방향에 대해 일정한 방향성을 갖는 터빈 블레이드.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 회전한 각각의 블레이드가 유체유동방향에 대해 수직축(3)을 경계로 우측에 위치할 경우, 즉 블레이드에 작용하는 유체유동에 의한 선형방향 에너지가 회전방향 에너지로의 변환에 방해가 되는 영역에서는 항력 감쇄기의 머리(13)가 각 블레이드를 유체유동에 직접 노출이 되는 것을 방지하여 역방향 항력을 최소화 할 수 있는 터빈 블레이드.
   
   

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